KR100944427B1

KR100944427B1 - Radiant tube unit

Info

Publication number: KR100944427B1
Application number: KR1020020082489A
Authority: KR
Inventors: 김형수
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2010-02-25
Also published as: KR20040055988A

Abstract

본 발명은 연속소둔로와 같은 열처리로에 사용되는 복사관에 관한 것으로, 강판 열처리로에 사용되는 복사관에 있어서, 복사관 후단의 열교환기를 통과한 배가스중 일부를 흡입하도록 배관으로 연결된 송풍기와, 상기 송풍기와 연결되고 강제토출된 배가스를 복사관의 특정부위로 이송하기 위해 복사관의 직관부 혹은 곡관부중 어느 하나를 향해 연장되는 단열원관과, 상기 단열원관의 단부에 상기 복사관을 감싸도록 배치된 이중 챔버와 이들을 연통시키는 구멍들로 이루어져 공급된 배가스를 원주상에서 균일하게 분사가능하게 설치된 분사챔버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 국소 막냉각 방식 복사관 유니트를 제공한다.The present invention relates to a radiation tube used in a heat treatment furnace, such as a continuous annealing furnace, in the radiation tube used in a steel plate heat treatment furnace, a blower connected by a pipe to suck a portion of the exhaust gas passing through the heat exchanger at the rear end of the radiation tube, Insulating source tube connected to the blower and forcibly discharged exhaust gas to a specific portion of the radiating tube and extending toward any one of the straight tube or curved tube portion of the radiating tube, and to wrap the radiating tube at the end of the insulating tube Provided is a local film-cooling radiation tube unit comprising a double chamber disposed and an injection chamber configured to be able to uniformly inject the supplied exhaust gas on the circumference.

본 발명에 따르면, 저온의 연소 배가스를 복사관 내부의 열적으로 취약한 부위에 분사함으로써 보호막을 형성하여 열화를 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to prevent deterioration by forming a protective film by injecting a low temperature combustion exhaust gas into a thermally vulnerable portion inside the radiation tube.

Description

Local Film Cooling Radiation Tube Unit {RADIANT TUBE UNIT}

도 1은 종래의 복사관 및 그 연소시스템,1 is a conventional radiation tube and its combustion system,

도 2는 본 발명에 부합하는 복사관 및 그 연소시스템,2 is a radiation tube and its combustion system in accordance with the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 막냉각용 분사챔버의 구조도,3 is a structural diagram of a film cooling injection chamber according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 분사챔버의 직관부 배치도,4 is a straight pipe arrangement of the injection chamber according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 분사챔버의 곡관부 배치도.5 is a curved arrangement of the injection chamber in accordance with the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1....버너 100....복사관1 .... burner 100 ....

110....직관부 120....곡관부110..Intuition 120

200....열교환기 300....송풍기200 .... heat exchanger 300 ... blower

400....단열원관 500....분사챔버400 .... insulation tube 500 ...... injection chamber

600,600'....냉각막600,600 '.... cooling film

본 발명은 연속소둔로와 같은 열처리로에 사용되는 복사관에 관한 것으로, 특히 저온의 연소 배가스를 복사관 내부의 열적으로 취약한 부위에 분사함으로써 보호막을 형성하여 열화를 방지할 수 있는 국소 막냉각 방식 복사관에 관한 것이다.The present invention relates to a radiation tube used in a heat treatment furnace such as a continuous annealing furnace, and in particular, a local film cooling method capable of preventing deterioration by forming a protective film by injecting a low temperature combustion flue gas into a thermally vulnerable area inside the radiation tube. It is about a radiation tube.

일반적으로, 복사관(RADIANT TUBE)은 피가열체의 산화를 방지하기 위해 무산화 분위기에서 간접가열이 요구되는 열처리로에 사용된다.In general, radiant tubes are used in heat treatment furnaces where indirect heating is required in an oxidizing atmosphere in order to prevent oxidation of a heated object.

간접가열방식은 도 1에 도시된 바와 같이, W형 또는 U형의 복사관(10) 내에 설치된 버너(1)에 공기와 연료를 일정비율로 공급하여 연소시킴으로써 복사관(10)을 가열하고 가열된 복사관(10)에서 방사되는 복사열에 의해 강판을 가열하는 방식이다.Indirect heating method, as shown in Figure 1, by heating and heating the radiant pipe 10 by supplying air and fuel at a constant rate to the burner 1 installed in the W-type or U-type radiant pipe 10, and heated The steel sheet is heated by radiant heat radiated from the radiant pipe 10.

연소시 발생된 고온의 폐가스는 복사관(10) 후단에 설치된 열교환기(2)를 거친 후 500 ~ 600℃의 온도로 대기중에 배출된다.The high temperature waste gas generated during combustion passes through a heat exchanger (2) installed at the rear end of the radiation tube (10) and is discharged into the atmosphere at a temperature of 500 to 600 ° C.

열효율 측면에서는 복사관(10)의 온도를 높이는 것이 중요하고, 복사관(10)의 수명 측면에서는 온도를 낮추고 균일하게 유지하는 것이 중요하므로 대립하는 요구조건의 타협점은 복사관(10)의 재질이나 열처리로의 부하에 따라 결정된다.In terms of thermal efficiency, it is important to increase the temperature of the radiation tube 10, and in terms of the service life of the radiation tube 10, it is important to lower the temperature and maintain it uniformly. It depends on the load on the heat treatment furnace.

즉, 강판을 연속적으로 열처리하는 공정의 경우 열처리로의 입측에서 열부하가 크기 때문에 고온에서 견딜 수 있는 재질의 복사관을 사용하며, 출측에서는 더 낮은 내열 재질의 복사관을 사용한다.That is, in the case of a continuous heat treatment of the steel sheet, because the heat load is large at the inlet side of the heat treatment furnace, a radiant tube of a material that can withstand high temperatures is used, and a radiant tube of lower heat resistant material is used at the exit side.

그러나, 아무리 내열 특성이 우수한 합금이라 할지라도 장시간 고온에 노출되면 열적피로나 산화물 등에 의해 균열이 발생하거나 변형되어 복사관의 수명을 단축시킨다.However, even if the alloy is excellent in heat resistance, if exposed to high temperature for a long time, cracks are generated or deformed due to thermal fatigue or oxide, which shortens the life of the radiation tube.

특히, 직관과 곡관 사이의 용접부위(12) 및 곡관부(11)는 고온의 연소가스에 의해 산화균열이 발생하기 쉬운 열에 매우 취약한 부위이다.In particular, the welded portion 12 and the curved portion 11 between the straight pipe and the curved pipe are very vulnerable to heat that oxidative cracking is likely to occur due to the high temperature combustion gas.

또한, 직관부가 원심주조로 제작되어 조직이 치밀한 반면 곡관부(11)는 일반 주조로 제작되어 내열성능이 떨어지는데다 곡관부(11)에서 연소가스의 선회유동이 발생하는 유동특성으로 인해 고온의 화염이 복사관벽에 직접 충돌하므로써 복사관의 표면온도가 급격히 증가하고 결국 이 부분에서 균열 및 파공이 발생하게 된다.In addition, the straight pipe portion is manufactured by centrifugal casting, and the structure is dense, while the curved pipe portion 11 is manufactured by general casting, and thus, the heat resistance is deteriorated. The direct collision with the radiation tube wall causes the surface temperature of the radiation tube to increase rapidly, resulting in cracks and holes in this area.

복사관 내부의 국부적인 열화를 방지하기 위한 종래 기술로서 일본 특허공개 2001-116220에서 공개된 바와 같이, 직관부 내부에 고온에 잘 견디는 세라믹 슬리브를 설치하여 복사관을 보호하거나, 미국 특허 5,305,732에서와 같이 복사관을 이중 관으로 만들어 열처리로에 노출된 외부관을 보호하는 기술 등이 있다.As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-116220 as a conventional technique for preventing local deterioration inside the radiant tube, a high temperature resistant ceramic sleeve is installed inside the straight tube portion to protect the radiant tube, or as disclosed in U.S. Patent 5,305,732. Like this, there is a technique of protecting an outer tube exposed to a heat treatment furnace by making a radiant tube into a double tube.

하지만 이들 기술들은 직관부에만 적용할 수 있고 따라서 상대적으로 내열 강도가 큰 직관부만을 열화로부터 보호할 수 있다는 문제점이 있다.However, these techniques can be applied only to the straight pipe portion, and thus there is a problem that only the straight pipe portion having a relatively high heat resistance strength can be protected from degradation.

본 발명은 복사관과 관련하여 상술한 제반 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 복사관 내부의 국부적 열화를 방지하여 복사관의 균열 및 파공을 지연시킴으로써 그 수명을 연장시킬 수 있는 국소 막냉각 방식 복사관 유니트를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created to solve the above-mentioned problems related to the radiation tube, and prevents local degradation inside the radiation tube and delays the cracks and breakage of the radiation tube, thereby extending its life. The purpose is to provide a tube unit.

뿐만 아니라, 본 발명은 이러한 유니트를 직관부 뿐만 아니라 곡관부에도 적용 가능하도록 적용 범위를 확대할 수 있도록 하고자 한다.In addition, the present invention is intended to be able to expand the scope of application such that the unit can be applied to the bent portion as well as the straight portion.

본 발명의 상기한 목적은, 강판 열처리로에 사용되는 복사관에 있어서, 복사관 후단의 열교환기를 통과한 배가스중 일부를 흡입하도록 배관으로 연결된 송풍기와, 상기 송풍기와 연결되고 강제토출된 배가스를 복사관의 특정부위로 이송하기 위해 복사관의 직관부 혹은 곡관부중 어느 하나를 향해 연장되는 단열원관과, 상기 단열원과의 단부에 상기 복사관을 감싸도록 배치되고 다수의 챔버들과 이들을 연통시키는 구멍들로 이루어져 공급된 배가스를 원주상에서 균일하게 분사가능하게 설치된 분사챔버를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 국소 막냉각 방식 복사관 유니트를 제공함에 의해 달성된다.The above object of the present invention, in the radiant pipe used in the steel plate heat treatment furnace, the blower connected to the pipe to suck a portion of the exhaust gas passing through the heat exchanger at the rear end of the radiant pipe, the radiant exhaust gas connected to the blower and forcedly discharged An insulated source tube extending toward either a straight tube portion or a curved tube portion of the radiating tube for transfer to a specific portion of the tube, and arranged to surround the radiating tube at an end of the radiating tube and communicating with a plurality of chambers; It is achieved by providing a local membrane cooling radiation tube unit comprising a spray chamber which is made up of holes and is installed to be sprayed uniformly on the circumference of the supplied exhaust gas.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명 유니트가 적용된 개략적인 연소시스템을 보인 도면이고, 도 3은 본 발명 유니트의 구조도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명 유니트의 설치상태를 보인 예시도이다.2 is a view showing a schematic combustion system to which the present invention unit is applied, FIG. 3 is a structural diagram of the present invention unit, and FIGS. 4 and 5 are exemplary views showing an installation state of the present invention unit.

도 2 내지 도 5에서와 같이, 본 발명은 강판 열처리로에 사용되는 복사관(100)에 있어서, 복사관(100) 후단의 열교환기(200)를 통과한 배가스중 일부를 취입하기 위한 송풍기(300)와, 그 배가스를 복사관(100)의 특정부위로 이송하기 위한 단열원관(400), 그 배가스를 원주상에서 균일하게 분사함으로써 과열 부위를 국소적으로 냉각시킬 수 있는 분사챔버(500)로 구성된다.2 to 5, the present invention in the radiant pipe 100 used in the steel plate heat treatment furnace, a blower for blowing a part of the exhaust gas passing through the heat exchanger 200 in the rear end of the radiant pipe 100 ( 300, a heat insulating source tube 400 for transferring the exhaust gas to a specific portion of the radiation tube 100, and an injection chamber 500 capable of locally cooling the superheated portion by spraying the exhaust gas uniformly on the circumference. It is composed.

복사관(100)은 기존과 같이 버너(1)가 설치된 직관부(110)와 상기 직관부(110)들을 연결하여 W형 혹은 U형을 만들어 주는 곡관부(120)로 구성되고, 버너(1)가 설치된 대향단에는 열교환기(200)가 설치된다.The radiation pipe 100 is composed of a straight pipe portion 110, which has a burner 1 installed therein, and a curved pipe portion 120 connecting the straight pipe portions 110 to make a W or U shape, and the burner 1 At the opposite end where the heat exchanger 200 is installed, the heat exchanger 200 is installed.

송풍기(300)는 열교환기(200)를 통과한 배가스중 일부를 흡입할 수 있도록 배관에 의해 열교환기(200) 후단과 연결되는데, 이 배관이 단열원관(400)이다.The blower 300 is connected to the rear end of the heat exchanger 200 by a pipe so as to suck some of the exhaust gas passing through the heat exchanger 200, and this pipe is an adiabatic source pipe 400.

상기 단열원관(400)에는 그 유량을 조절할 수 있는 개폐밸브(410)가 설치된다.The heat insulating source 400 is provided with an on-off valve 410 that can adjust the flow rate.

분사챔버(500)는 다수의 챔버들을 갖춘 대략 2중 동심원통으로 이루어지고, 단열원관(400)과 복사관(100)의 직관부(110) 혹은 곡관부(120)와 만나는 곳에 설치된다.The injection chamber 500 is composed of approximately two concentric cylinders having a plurality of chambers, and is installed where the insulator tube 400 and the radiator tube 100 and the straight pipe part 110 or the curved pipe part 120 meet.

이에 따라, 복사관(100)의 외주면에 접하는 제1챔버(520)와 제2챔버(530)가 구획형성되고, 상기 제1,2챔버(520,530)는 연통공(510)에 의해 유통가능하게 형성되며, 또한 이들 제1,2챔버(520,530)들과 복사관(100)은 유입공(130)에 의해 서로 연통되게 배치된다.Accordingly, the first chamber 520 and the second chamber 530 in contact with the outer circumferential surface of the radiation tube 100 are partitioned, and the first and second chambers 520 and 530 are circulated by the communication hole 510. The first and second chambers 520 and 530 and the radiation tube 100 are formed in communication with each other by the inlet hole 130.

이때, 상기 제1,2챔버(520,530) 사이의 연통공(510)은 1열 혹은 2열을 이루어 원주상에 균일간격으로 형성하여 배관을 통해 유입되는 배가스의 압력이 원주상으로 균일해지도록 함이 바람직하다.At this time, the communication holes 510 between the first and second chambers 520 and 530 are formed in one row or two rows at uniform intervals on the circumference so that the pressure of the exhaust gas flowing through the pipe is uniform in the circumference. This is preferred.

이러한 구성에 의해, 도 4 및 도 5에서와 같은 직관부(110) 및 곡관부(120)에 설치된 분사챔버(500)를 통해 배가스가 복사관(100) 내부로 공급되면 그 배가스는 연소가스와 복사관(500) 사이에서 냉각막(600,600')을 형성하게 된다.By such a configuration, when the exhaust gas is supplied into the radiation pipe 100 through the injection chamber 500 installed in the straight pipe 110 and the curved pipe 120 as shown in FIGS. Cooling films 600 and 600 'are formed between the radiation tubes 500.

이 냉각막(600,600')은 분사위치로부터 멀어질수록 연소가스와 혼합되어 온도가 증가하게 되므로 냉각막은 과열된 국소 영역에만 영향을 미친다.Since the cooling membranes 600 and 600 'are mixed with the combustion gas as the distance from the injection position increases, the cooling membrane affects only the overheated local region.

냉각막의 길이는 배가스의 분사량에 의해 결정되며, 재사용되는 배가스의 유량이 증가할수록 길어지나 배가스 유량이 증가할수록 복사관의 열효율이 저하되므 로, 막냉각에 사용되는 배가스의 유량은 전체 배가스량의 5% ~ 30% 범위에서 복사관의 열부하에 따라 달리 사용한다.The length of the cooling membrane is determined by the injection amount of the exhaust gas, and the longer the flow rate of the exhaust gas is reused, the longer the flow rate of the exhaust gas decreases as the exhaust gas flow rate increases. It is used differently depending on the heat load of the radiation tube in the range of% to 30%.

본 발명에 따른 복사관 국소 막냉각 유니트는 국부적으로 과열된 부분에 저온의 배가스를 분사하여 복사관 내부에 얇은 냉각막을 형성함으로써 고온의 연소가스로부터 복사관을 보호할 수 있는 장치이다.The radiation tube local membrane cooling unit according to the present invention is a device capable of protecting the radiation tube from the hot combustion gas by forming a thin cooling film inside the radiation tube by injecting a low temperature exhaust gas to the locally overheated portion.

본 발명은 상술한 바와 같이, 복사관의 과열 부위에 저온의 배가스를 사용하여 국부적으로 막냉각함으로써 복사관의 과열로 인한 균열을 방지하여 복사관의 수명을 연장시키는 효과가 있고, 배가스의 일부를 재순환시킴에 따라 고온 화염에 의해 발생하는 NOx를 저감시키는 부수적인 효과도 있다.As described above, the film is locally cooled by using a low temperature exhaust gas at an overheated portion of the radiation tube, thereby preventing cracking due to overheating of the radiation tube and extending the life of the radiation tube. Recycling also has the side effect of reducing the NOx produced by the hot flames.

Claims

In the radiation tube used in the steel plate heat treatment furnace,

A blower connected to the pipe to suck a portion of the exhaust gas passing through the heat exchanger at the rear end of the radiation pipe,

An insulated source pipe connected to the blower and extending toward any one of a straight pipe portion or a curved pipe portion of the radiating pipe to transfer the forced exhaust gas to a specific portion of the radiating pipe;

Local membrane cooling, characterized in that it comprises a double chamber disposed to surround the radiation tube at the end of the insulated source tube and the injection chamber is formed to be uniformly sprayed on the circumference of the supplied exhaust gas circumferentially Anticorrosion tube unit.

The method of claim 1,

The injection chamber is a local film-cooled radiation tube unit, characterized in that the double tube shape of the concentric cylinder is closed at both ends.