KR101064085B1 - 회전 노상 노 - Google Patents

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스미토 하시모토
히로시 스기타츠
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명은 회전 노상 노에 있어서의 열팽창대를 적절하게 결정할 수 있는 범용식을 제시하는 동시에, 장기간의 조업에 의해도, 노상의 손상이 없는 간단한 노상 구조를 갖는 회전 노상 노를 제공한다. 외주측 또는 내주측의 코너 내화물과 상기 내화물 사이에, 또는 상기 내화물 사이에 다음 식 (2)에서 정의되는 반경방향 열팽창대(X)가 설정되고, 외주측 코너 내화물(7)의 폭을 A라고 하고, 이 코너 내화물(7)의 지지 금물(11)의 높이를 B라고 했을 때에, 다음 식 (1)이 만족된다.
X+A<√(A2+B2) … (1)
X=([X0=] 외주측 코너 내화물의 지지 금물의 외단부와 내주측 코너 내화물의 지지 금물의 내단부의 조업 온도에서의 거리) - ([X1=] 복수개의 내화물 및 양쪽 코너 내화물의 반경방향의 상온에 있어서의 길이의 합) … (2)

Description

회전 노상 노{ROTARY HEARTH FURNACE}
본 발명은 회전 노상 노(rotary hearth furnace)에 관한 것이고, 보다 상세하게는 노상재의 열팽창의 영향을 저감하고, 노상 내화물의 흘러내림 등을 방지할 수 있는 회전 노상 노에 관한 것이다.
회전 노상 노는 외주벽과, 내주벽과, 이들 벽 사이에 배치된 회전 노상을 구비한다. 그리고, 이 회전 노상은 원환상의 노체 프레임과, 이 노체 프레임상에 배치된 노상 단열재와, 이 노상 단열재상에 배치된 내화물을 구비한다.
이러한 회전 노상은 구동 장치에 의해 회전하도록 구성되어 있다. 구동 장치로서는, 노상 하부에 마련된 회전축에 의해 구동되는 피니온 치차와, 상기 노체 프레임의 바닥부에 원주형상으로 고정된 래크 레일과의 맞물림 기구나, 노면에 원주형상으로 부설된 궤도상을 상기 노체 프레임의 바닥부에 마련된 복수의 구동 차륜이 구동하는 기구 등을 들 수 있다.
이러한 구조를 갖는 회전 노상 노는 강재 빌렛 등의 금속 가열 처리 또는 가연성 폐기물의 연소 처리 등에 이용될 수 있다. 또한, 최근에는 회전 노상 노를 이용하여 철산화물로부터 환원철을 제조하는 방법이 주목받고 있다.
여기에서, 도 5에 도시한 종래 공지의 회전 노상 노를 도시한 개략도를 참조 하면서, 회전 노상 노에 의한 환원철 제조 프로세스의 일례를 설명한다.
(1) 분말의 철산화물(철광석, 전기로 재 등) 및 분말의 탄소질환원제(석탄, 코크스 등)를 혼합해서 조립(造粒)하고, 생 펠릿(green pellet)을 제조한다.
(2) 이 생 펠릿을, 펠릿내에서 발생하는 가연성 휘발분이 발화되지 않는 정도의 온도역으로 가열해서 부착 수분을 제거하고, 건조 펠릿[원료(29)]으로 한다.
(3) 이 건조 펠릿[원료(29)]을, 적당한 장입 장치(23)를 이용하여 회전 노상 노(26) 중에 공급한다. 그리고, 회전 노상(21) 위에 펠릿 1∼2개 정도의 두께를 갖는 펠릿층을 형성한다.
(4) 이 펠릿층을, 노 내 상방에 설치한 버너(27)의 연소에 의해 복사 가열해서 환원하고, 금속화를 진행시킨다.
(5) 금속화한 펠릿을 냉각기(28)에 의해 냉각한다. 이 냉각은, 펠릿에 가스를 직접 내뿜어서 냉각하거나, 또는 수냉 재킷에 의해 간접 냉각하는 것 등에 의해 행하여진다. 펠릿을 냉각함으로써, 배출시 및 배출후의 핸들링에 견디는 기계적 강도가 발현되게 한다. 그리고 냉각된 펠릿을 배출 장치(22)에 의해 화로 외부로 배출한다.
(6) 금속화한 펠릿[환원철(30)]을 배출한 후, 즉시 건조 펠릿[원료(29)]을 장입하고, 상기의 프로세스를 반복해서 환원철을 제조한다.
그런데, 상기 회전 노상은, 원환상의 노체 프레임과, 이 노체 프레임상에 배설된 노상 단열재와, 이 노상 단열재상에 배설된 내화물을 구비한 하부 단열 구조 를 갖는다. 그리고, 이 회전 노상의 외주측 및 내주측에는, 각기 외주측 코너 내화물 및 내주측 코너 내화물이 지지 금물을 거쳐서 배설되어 있다.
또한, 상기 회전 노상 노의 가동 시에는, 회전 노상의 상기 외주측 및 내주측 코너 내화물에 둘러싸여진 상기 하부 단열 구조의 상부에, 돌로마이트, 철광석, 철산화물(철광석, 전기로 재 등)과 탄소질환원제(석탄, 코크스 등)와의 혼합물, 피처리물 등의 표면 재료가 장입되어서 환원 처리된다.
따라서, 상기 회전 노상을 구성하는 이들의 재료의 차이에 의해, 상기 하부 단열 구조, 코너 내화물 및 표면 재료 사이의 간섭이 복잡화되고, 경우에 따라서는 코너 내화물이나 하부 단열 구조의 파손으로 이어진다.
특히, 상기 표면 재료는, 회전 노상 노가 가동하기 전의 시공시에는 문제없지만, 일단 가동 개시해서 장기간의 조업을 계속하면, 돌로마이트나 철광석이 퇴적, 고화해서 일체화한다. 이 일체화한 돌로마이트나 철광석은 주로 노상 외주부에서 원환상으로 고화하고, 때로는 노상 전면에 고화물이 형성된다. 노상 표면이 상술한 바와 같이 일체화한 상태로 된 후에 회전 노상 노가 냉각되면, 내화물이나 단열재가 수축하고, 이에 의해 간극이나 균열이 생긴다.
한편, 표면층으로 되는 돌로마이트나 철광석의 층에는 팽창대(膨脹代)를 의도적으로 마련할 수는 없기 때문에, 가장 균열을 생기기 쉬운 부분에서 자유로이 균열을 생기게 하면서 수축한다. 이 상태에서 재가열하면, 반드시 냉각전의 상태로 복귀하지 않고, 열팽창에 의한 외력을 받는 부위를 많이 볼 수 있다. 이 열팽창에 의한 외력은 원주방향 뿐만아니라 반경방향에도 작용하고 있다.
한편, 노상 프레임도 신축하는 구조로 되어 있지만, 재가열될 경우에는 당연히 상부로부터 가열되기 때문에, 노내 온도가 정상 상태에 이르기까지의 비정상인 승온중에는 상부의 부재만이 팽창하는 현상이 나타난다. 이러한 현상에 의해, 회전 노상의 내주측이나 외주측의 단부에 설치되어 있는 코너 내화물이 가압되어, 노상 외부로 흘러내리거나, 떠오르기를 일으키거나, 고정 금물을 손상시키는 일도 있다. 이러한 결점을 개선한 종래 예를 도 6 및 도 7을 이용하여 이하에 설명한다.
도 6은 종래의 회전 노상 노의 노상 구조를 도시하는 부분 평면도이다. 이 노상 구조에서는, 내주벽과 외주벽 사이에 원환상의 회전 노상(52)이 배설되고, 이 회전 노상(52)의 내외 방향의 중간부가 내화 캐스터블층(55)에 의해 구성되어 있다. 그리고, 내화 캐스터블층(55)의 내주측과 외주측중 적어도 한쪽에, 내외 방향에 복수열의 내화 벽돌(73, 74)을 인접하도록 배치하고, 이들 내화 벽돌(73, 74)의 열간에 소정의 간극(57, 58)을 형성한 것이다.
한편, 다른 종래예에 따른 회전 노상 노에 대해서, 이 회전 노상 노를 단면으로 도시한 부분 모식도인 도 7을 참조하면서 이하에 설명한다. 이 회전 노상 노는 회전 가능한 노체 프레임(32)과, 이 노체 프레임(32) 상에 마련된 단열 벽돌(33)과, 이 단열 벽돌(33) 상에 마련된 부정형 내화물(34)로 이루어지는 노상 중앙 본체(35)를 구비한다. 또한, 이 회전 노상 노는, 내화물로 되고, 상기 노체 프레임(32) 상에 마련된 노상 내외주의 위치결정부(37)를 구비하고 있다.
또한, 상기 회전 노상 노에 있어서, 노상 중앙 본체(35)의 단열 벽돌(33)의 내외주 부분에 동일한 단열 벽돌을 이용하여 단차부(38)를 형성하고, 이 단차부(38)를 형성하는 단열 벽돌과 그 내측의 부정형 내화물(34) 사이에 팽창대(39)를 마련한다. 이 팽창대(39)는 25㎜ 이상, 바람직하게는 30㎜의 치수로 마련된다.
노상 내외주의 위치결정부(37)에는 부정형 내화물(40)이 마련된다. 이 부정형 내화물(40)의 외주에는 상기 노체 프레임(32)에 고정된 L자형 금물(41)이 배설되어 있다. 그리고, 부정형 내화물(40) 상에는 무기섬유계 단열재를 적층한 위치결정 내화물(42)이 마련되어 있다. 이 위치결정 내화물(42)은 부정형 내화물(40)에 고정되어 있다.
그러나, 도 6을 이용하여 설명한 종래의 회전 노상 노에서는, 열팽창대로서 형성된 상기 간극(57, 58)의 치수를 얼마로 할 것인가에 대해서 구체적으로 표시되어 있지 않다.
한편, 도 7을 이용하여 설명한 종래예에 있어서는, 팽창대(39)의 구체적 치수가 표시되어 있지만, 이 팽창대(39)의 치수는, 부정형 내화물(34)의 폭이 2,825㎜의 경우에, 계산상 보상되는 치수이며, 노상 치수나 구성 노재가 다른 경우에까지 적용할 수 있는 것은 아니다. 이 때문에, 팽창대를 어떻게 결정할 것인가에 대해서, 지침이 되는 것은 아니다. 또한, 상기 어느 종래예에 있어서도, 노상 구조가 지나치게 복잡하기 때문에, 시공의 곤란성과 코스트업을 수반한다는 문제점을 갖고 있다.
회전 노상 노에서는, 가열시에는 온도 500℃ 이상, 경우에 따라서는 600℃ 이상에 도달하고, 열팽창에 의해 상기 코너 내화물에 따른 외력에 의해, 이들을 지지하는 코너 내화물 지지 금물에 횡방향의 힘이 작용한다. 그 때문에, 상기 코너 내화물 지지 금물에는 고가인 합금, 예컨대 ASTM HH 상당 등을 사용할 필요가 있었지만, 수명이 짧다고 하는 문제가 있다.
그래서, 본 발명의 목적은 회전 노상 노에 있어서의 열팽창대를 적절하게 결정할 수 있는 범용식을 제시하는 동시에, 장기간의 조업에 의해도 노상의 손상이 없는 간편한 노상 구조를 갖는 회전 노상 노를 제공하는 것이다.
상기와 같은 사정을 감안하여, 본 발명자들은 회전 노상 노의 노상 구조의 팽창·수축 작용에 대해서 예의 검토를 진행했다. 그 결과, 본 발명자들은 코너 내화물 구조를 고안함으로써, 노상의 파손이나 코너 내화물의 노상 외부로의 흘러내림이나 떠오르기를 방지할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 행하게 이른 것이다.
구체적으로, 본 발명은, 외주벽과 내주벽 사이에 배치된 회전 노상이 원환상의 노체 프레임과, 이 노체 프레임상에 배설된 노상 단열재와, 이 노상 단열재상에 배설된 복수개의 내화물과, 상기 회전 노상의 외주부에 지지 금물을 거쳐서 배설된 외주측 코너 내화물과, 상기 회전 노상의 내주부에 지지 금물을 거쳐서 배설된 내주측 코너 내화물을 갖는 회전 노상 노에 있어서, 상기 외주측 또는 내주측의 코너 내화물과 상기 내화물 사이에, 또는 상기 내화물끼리의 사이에, 다음 식 (2)로 정의되는 반경방향 열팽창대(X)가 설정되고,
상기 외주측 코너 내화물의 폭을 A로 하고, 이 코너 내화물의 지지 금물의 높이를 B이라고 했을 때에, 다음 식 (1)이 만족되는 회전 노상 노이다.
X=([X0=] 외주측 코너 내화물의 지지 금물의 외단부와 내주측 코너 내화물의 지지 금물의 내단부의 조업 온도에서의 거리) - ([X1=] 복수개의 내화물 및 양쪽 코너 내화물의 반경방향의 상온에 있어서의 길이의 합) … (2)
X+A<√(A2+B2) … (1)
또한, 본 발명은, 외주벽과 내주벽 사이에 배치된 회전 노상이 원환상의 노체 프레임과, 이 노체 프레임상에 배설된 노상 단열재와, 이 노상 단열재상에 배설된 복수개의 내화물과, 상기 회전 노상의 외주부에 지지 금물을 거쳐서 배설된 외주측 코너 내화물과, 상기 회전 노상의 내주부에 지지 금물을 거쳐서 배설된 내주측 코너 내화물을 갖는 회전 노상 노에 있어서, 상기 내주측 코너 내화물이 둘레방향으로 복수개로 분할되는 동시에, 이들 분할된 내주측 코너 내화물 사이에 둘레방향 열팽창대(Y)가 설정되고, 이 둘레방향 열팽창대(Y)가 다음 식 (5)로 정의되는 동시에, 분할된 상기 내주측 코너 내화물 1개의 내주 길이(L1)와 외주 길이(L2)는 다음 식 (3)을 만족하는 회전 노상 노이다.
Y=(내주측 코너 내화물의 조업 온도에서의 지지 금물과의 접촉면측의 길이[의 합]) - (분할된 각 내주측 코너 내화물의 실온에서의 지지 금물과의 접촉면측의 길이의 합) … (5)
L2>L1+2y … (3)
(단, y=Y/n이며, n은 분할된 내주측 코너 내화물의 개수이다.)
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 회전 노상 노를 도시하는 수직 단면도이다.
도 2는 도 1의 외주측 코너 내화물 근방을 확대해서 도시하는 부분 확대 단면도이다.
도 3은 표면 재료가 팽창했을 때의 상태를 도시하는 도 2에 대응하는 도면이다.
도 4는 식 (3)의 근거를 설명하기 위한 내주측 코너 내화물의 모식적 부분 평면도이다.
도 5는 종래의 회전 노상 노를 도시한 개략도이다.
도 6은 종래의 회전 노상 노에 있어서의 노상을 도시하는 부분 평면도이다.
도 7은 종래의 회전 노상 노를 개략적으로 도시하는 부분 단면도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 회전 노상 노의 일 실시형태를 도시하고 있다. 도 1은 본 실시형태에 따른 회전 노상 노의 수직 단면도이다. 본 회전 노상 노(1)는 외주벽(2)과, 내주벽(3)과, 이들의 사이에 배치된 원환상의 회전 노상(10)을 구비한다. 그리고, 이 회전 노상(10)은 도시하지 않은 구동 장치에 의해 회전하는 구 성으로 되어 있다.
상기 회전 노상(10)은 원환상의 노체 프레임(4)과, 이 노체 프레임(4)상에 마련된 노상 단열재(5)와, 이 노상 단열재(5)상에 마련된 복수개의 내화물(6)을 구비한다. 이 노상 단열재(5)와 내화물(6)은 하부 단열 구조(13)를 구성하고 있다.
상기 회전 노상(10)의 외단부에는, 외주측 코너 내화물(7)이 노상 단열재(5)상에 외주측 지지 금물(11)을 거쳐서 배설되어 있다. 또한, 회전 노상(10)의 내단부에는, 내주측 코너 내화물(8)이 노상 단열재(5)상에 내주측 지지 금물(12)을 거쳐서 배설되어 있다. 그리고, 상기 내화물(6)은, 외주측 코너 내화물(7)과 내주측 코너 내화물(8) 사이에, 반경방향 및 둘레방향으로 다수 나열되어 있다. 외주측 코너 내화물(7) 및 내주측 코너 내화물(8)은 각각 내화물(6)보다도 배(背)가 높고, 내화물(6)의 상면보다도 상방으로 돌출되어 있다. 이 때문에, 회전 노상 노(1)의 조업이 반복되면, 회전 노상 노(1)내에 도입된 피처리물 등의 표면 재료(9)가 내화물(6)상에 퇴적하고, 외주측 코너 내화물(7)과 내주측 코너 내화물(8) 사이가 표면 재료(9)로 덮여지는 것으로 된다.
여기서, 외주측 또는 내주측의 코너 내화물(7, 8)과 상기 내화물(6) 사이에, 또는 상기 내화물(6, 6)끼리의 사이에는, 반경방향 열팽창대(X)가 설정되어 있다. 구체적으로, 외주측 코너 내화물(7)과 최외주측의 내화물(6) 사이, 반경방향으로 인접하는 내화물(6, 6)끼리의 사이, 및 내주측 코너 내화물(8)과 최내주측의 내화물(6) 사이의 적어도 1개소 이상에 열팽창대가 설정되어 있고, 그 총합이 반경방향 열팽창대(X)로서 설정되어 있다. 이 반경방향 열팽창대(X)는 다음 식 (2)으로 정의된다.
X=([X0=] 외주측 지지 금물(11)의 외단부와 내주측 지지 금물(12)의 내단부의 조업 온도에서의 거리) - ([X1=] 복수개의 내화물(6) 및 코너 내화물(7, 8)의 반경방향의 상온에 있어서의 길이의 합) … (2)
여기서, "외주측 지지 금물(11)의 외단부와 내주측 지지 금물(12)의 내단부의 조업 온도에서의 거리"는 외주측 지지 금물(11)의 외단부와 내주측 지지 금물(12)의 내단부 사이의 거리를 의미하고 있다. 외주측 지지 금물(11)의 외단부는 지지 금물(11)의 최외주측의 부위이며, 내주측 지지 금물(12)의 내단부는 지지 금물(12)의 최내주측의 부위이다. 또한, "복수개의 내화물(6) 및 코너 내화물(7, 8)의 반경방향의 상온에 있어서의 길이의 합"은, 반경방향으로 일렬로 나열된 복수개의 내화물(6)(내화물 그룹) 및 외주측 코너 내화물(7)과 내주측 코너 내화물(8)에 있어서의 반경방향의 길이의 합을 의미한다.
그리고, 상기 반경방향 열팽창대(X)는 외주측 코너 내화물(7)의 폭을 A로 하고, 이 외주측 지지 금물(11)의 높이(B)로 했을 때에, 다음 식 (1)을 만족하도록 설정되어 있다.
X+A<√(A2+B2) … (1)
여기서, 상기 식 (1)의 의미하는 바를, 도 2 및 도 3을 이용하여 이하에 설명한다. 도 2는 도 1의 외주측 코너 내화물(7)의 근방을 확대해서 도시한 부분 확 대 단면도이며, 도 3은 표면 재료(9)가 열팽창해서 외주측 코너 내화물(7)을 가압하고 있는 상태를 도시하는 부분 확대 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 상기 외주측 코너 내화물(7)은, 외주측 지지 금물(11)상에 탑재되어 외주측 지지 금물(11)의 외단부에 있어서의 상단부(a)를 지지점으로서 외주방향으로 경동 가능하게 되어 있다. 여기에서, "경동(傾動)"은, 표면 재료(9)의 열팽창에 의해 외주측 코너 내화물(7)이 외주방향으로 가압된 경우에, 하부 단열 구조(13)에 고정된 외주측 지지 금물(11)의 반작용에 의해 상기 외주측 지지 금물(11)의 상단부(a)를 지지점으로서 경사하는 움직임을 의미하는 것이다.
이제, 도 2와 같이, 최외측의 내화물(6)의 외주면(14)과 외주측 코너 내화물(7) 사이에 반경방향 열팽창대(X)가 설정되었을 경우에 대해서 생각한다. 외주측 지지 금물(11)은 외주측 코너 내화물(7)이 탑재되는 바닥부(11a)와, 이 바닥부(11a)의 외단부로부터 상방으로 연장되는 외벽부(11b)를 구비하고 있다. 그리고, 내화물(6)상에 퇴적된 표면 재료(9)가 열팽창하면, 표면 재료(9)의 외단부가 외주측 코너 내화물(7)을 외측을 향해서 가압하는 것으로 된다. 이에 의해, 외주측 코너 내화물(7)은 외벽부(11b)의 상단을 지지점(a)으로 해서 경동하는 것이 된다.
여기서, 상기 지지점(a)과 상기 외주측 코너 내화물(7)의 하단부에 있어서의 내단부(b)를 연결하는 직선의 길이를 C라고 한다. 이 때, 외주측 코너 내화물(7)의 경동에 의해, 상기 내단부(b)가 내화물(6)의 외주면(14)에 접촉하는 것에 의해 전도가 방지되도록 하기 위해서는, 상기 반경방향 열팽창대(X)와 상기 외주측 코너 내화물(7)의 폭(A)은 다음 식 (6)을 만족하는 관계에 있는 것이 필요하다. 한편, 3평방의 정리로부터, 상기 치수(C)는 다음 식에 의해 구할 수 있다. 여기에서, √( )는 괄호내의 수식의 평방근을 나타낸다.
X+A<C … (6)
C=√(A2+B2) … (7)
또한, 상기 식 (6) 및 식 (7)로부터 다음 식 (1)이 구해지는 것이다.
X+A<√(A2+B2) … (1)
여기서는, 이해를 쉽게 하기 위해서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 최외주측의 내화물(6)의 외주면(14)과 외주측 코너 내화물(7) 사이에 반경방향 열팽창대(X)가 설정되었을 경우에 대해서 설명했지만, 실제의 노상 구성에 있어서는, 반경방향 열팽창대(X)는 앞의 식 (2)에 정의된 바와 같이, 복수개의 내화물(6) 사이에 형성된 간극의 집적값이다.
이 경우, 표면 재료(9)의 열팽창에 의해 외주측 코너 내화물(7)이 가압되어 경동했다고 해도, 그 내단부(b)가 내화물(6)의 외주면(14)에 접촉한다. 이 때문에, 상기 내화물(6)이 내주측으로 밀려서, 내화물 사이의 간극에 흡수되는 것으로 됨으로써, 노재의 파손이나 외주측 코너 내화물(7)의 노상 외부로의 흘러내림 등의 불량에 이르는 일은 없다.
다음에, 이 회전 노상(1O)의 둘레방향에 있어서의 열팽창에 대해서 설명한 다. 회전 노상(1O)의 외주측에서는 둘레방향의 열팽창의 영향은 크지 않지만, 내주측에서는 둘레방향의 열팽창의 영향이 크기 때문에, 본 실시형태에 따른 회전 노상 노(1)에 있어서는 이하와 같은 구성으로 되어 있다.
즉, 내주측 코너 내화물(8)은 둘레방향으로 복수개로 분할되고, 이 분할된 내주측 코너 내화물(8) 사이에는 다음 식 (5)에서 정의되는 둘레방향 열팽창대(Y)가 설정되어 있다. 환언하면, 분할된 내주측 코너 내화물(8) 사이에는 둘레방향 열팽창대(Y)에 해당하는 간극이 마련되어 있다.
Y=(내주측 코너 내화물의, 조업 온도에서의 지지 금물과의 접촉면측의 길이의 합) - (분할된 각 내주측 코너 내화물의 실온에서의 지지 금물과의 접촉면측의 길이의 합) … (5)
여기서, "내주측 코너 내화물의 지지 금물과의 접촉면측의 길이"는 내주측 코너 내화물(8)의 내주측 지지 금물(12)과의 접촉면측의 둘레방향 길이에 해당한다. 또한, "분할된 각 내주측 코너 내화물의 실온에서의 지지 금물과의 접촉면측의 길이의 합"은 분할된 각 내주측 코너 내화물(8)의 내주면의 둘레방향 길이의 합에 해당한다.
또한, 상기 둘레방향 열팽창대(Y)는, 둘레방향으로 분할된 상기 내주측 코너 내화물(8)의 1개의 내주 길이(L1)와 외주 길이(L2)와의 관계에 있어서, 다음 식 (3), (4)를 만족하도록 설정되어 있다.
L2>L1+2y … (3)
단, y=Y/n … (4)이며, n은 내주측 코너 내화물(8)의 분할 개수이다.
도 4는 상기 식 (3)을 설명하기 위한 내주측 코너 내화물(8)의 모식적 평면도이다. 도 4로부터도 명확한 바와 같이, 식 (4)는 분할된 내주측 코너 내화물중, 서로 인접하는 내주측 코너 내화물(8) 사이의 간극(y)을 나타내고 있다. 또한, 상기 코너 내화물(8)의 내주 길이(L1) 및 외주 길이(L2)는 도 4에 도시하는 바와 같다.
여기서, 표면 재료(9)가 가열되어서 열팽창했을 경우를 고려하면, 열팽창에 의한 반경방향의 외력의 대부분은 외주방향으로 작용하지만, 내주측 코너 내화물(8) 근방에서는 역으로 내주방향으로 작용한다. 따라서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 내주측 코너 내화물(8)에 있어서도, 외주측에서 도면중에 도시하는 화살표 방향의 외력이 작용한다. 분할된 상기 내주측 코너 내화물(8)은 선형상의 형상을 이루고 있기 때문에, 상기 식 (3)이 만족되는 한, 인접하는 다른 내주측 코너 내화물(8a, 8b)과의 접촉에 의해 반경방향 내측으로의 이동이 저지되는 것이다.
이상과 같은 본 실시형태에 따른 회전 노상 노(1)의 노상 구조에 관한 것이고, 조업시의 작용에 대해서 도 1 내지 도 4를 참고하면서 이하에 설명한다.
본 회전 노상 노(1)의 노상 구조의 시공을 완료하고 운전 개시하면, 우선 회전 노상(10)에 장입된 표면 재료(9)가 가열된다. 이렇게 하면, 이 표면 재료(9)는 반경방향으로 열팽창한다. 이에 의해, 외주측 코너 내화물(7)이 외주측으로 가압되어서 도 3에 도시하는 바와 같이 경동하지만, 외주측 코너 내화물(7)의 내단부(b)가 최외측의 내화물(6)의 외주면(14)에 접촉하므로, 외주측 코너 내화물(7)의 전도가 방지된다.
한편, 내주측 코너 내화물(8)은 가동 초기의 승온시에는 표면 재료(9)의 열팽창에 의해 내주측에 가압된다. 그러나, 내주측 코너 내화물(8)은 상기 식 (3)을 만족하도록 배설되어 있으므로, 최종적으로는 내주측 코너 내화물(8)은 인접하는 내주측 코너 내화물(8a, 8b)과 접촉해서 구속된 상태에 도달한다. 이 시점 이후, 표면 재료(9)에서는 승온되는 것에 따라서 반경방향의 열팽창에 의한 외력이 외주측을 향하게 된다. 따라서, 내주측 코너 내화물(8)이 노상 외부로 어긋남을 발생하거나, 탈락하는 것을 방지할 수 있다.
그 후, 가열된 표면 재료(9)의 열이 열전도에 의해 그 하층의 내화물(6)로 전해지고, 내화물(6)이 가열되면, 이 내화물(6)도 반경방향으로 열팽창한다. 이에 의해, 외주측 코너 내화물(7)의 하부가 가압되어서, 외주측 코너 내화물(7)의 경사는 원래로 돌아가 정상 상태에 도달한다.
이상과 같은 노상 구조로 하는 것에 의해, 열팽창에 의해 내주측 코너 내화물(8)을 반경방향 내측으로 가압력이 작용했다고 해도, 분할된 상기 코너 내화물(8)사이의 둘레방향 열팽창대(Y)가 허용되는 한, 내주측 코너 내화물(8)이 내측으로 이동하는 것이 허용되고, 또한 열팽창이 진행했을 경우에는, 분할된 상기 코너 내화물(8)이 서로 서로 접촉하는 것에 따라 내주측 코너 내화물(8)의 이동이 저지된다. 그 결과, 내주측 지지 금물(12)에 따른 외력은 감소하고, 이에 의해 종래 1∼2년이었던 상기 내주측 지지 금물(12)의 수명이 연장되고, 2년 경과한 후의 검 사에서도 완전히 문제가 없었다. 또한, 내주측 코너 내화물(8)은 승온 후의 어느 시점으로부터는 인접한 내주측 코너 내화물(8a, 8b)과 상호 접촉해서 구속된 상태에 이르기 때문에, 내주측 지지 금물(12)은 내주측 코너 내화물(8)의 위치결정만이 목적이 되고, 내주측 지지 금물(12)을 고강성의 합금으로 제조할 필요가 없게 되었다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 회전 노상 노(1)는 원환상의 노체 프레임(4)과, 이 노체 프레임(4)상에 마련된 노상 단열재(5)와, 이 노상 단열재(5)상에 마련된 복수개의 내화물(6)과, 상기 회전 노상(10)의 외주측 및 내주측에 각기 지지 금물(11, 12)을 거쳐서 배설된 코너 내화물(7, 8)을 갖는다. 그리고, 외주측 또는 내주측의 코너 내화물(7, 8)과 내화물(6) 사이에, 또는 내화물(6, 6)끼리의 사이에, 반경방향 열팽창대(X)가 설정되고, 이 X가 상기 식 (2)에서 정의되는 한편, 외주측 코너 내화물(7)의 폭(A)과 외주측 지지 금물(11)의 높이(B)의 관계에 있어서, 상기 식 (1)이 만족되어 있다. 이 때문에, 간단한 구성이면서, 열팽창에 의해 노상의 손상이나 외주측 코너 내화물의 노상 외부로의 흘러내림, 떠오르기를 일으키지 않게 되었다.
더구나, 본 실시형태에 따른 회전 노상 노(1)는 상기 외주측 코너 내화물(7)이 둘레방향으로 복수개로 분할되는 동시에, 이 외주측 지지 금물(11)의 상단부를 지지점(a)으로 해서, 외주방향으로 경동 가능해지고 있다. 이 때문에, 표면 재료(9)의 열팽창에 의해 외주측 코너 내화물(7)이 외측으로 기울었다고 해도, 외주측 코너 내화물(7)이 그 내측의 내화물(6)과 접촉해서 그 이상 기우는 것이 저지된 다. 이에 의해 외주측 코너 내화물(7)이 흘러내리거나, 이것을 고정하는 지지 금물(11)이 파손하는 것을 회피할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 회전 노상 노(1)는 상기 내주측 코너 내화물(8)이 둘레방향으로 복수개로 분할되고, 이 분할된 내주측 코너 내화물 사이에 둘레방향 열팽창대(Y)가 설정되고, 상기 내주측 코너 내화물(8)의 내주 길이(L1)와 외주 길이(L2)와의 관계에 있어서, 상기 식 (3), (4)를 만족하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 표면 재료(9)의 열팽창에 의해, 내주측 코너 내화물(8)이 표면 재료(9)로부터 힘을 받았다고 한들, 내주측 코너 내화물끼리가 접촉하는 것에 의해, 내주측 코너 내화물(8) 및 내주측 지지 금물(12)이 노상 외로 흘러내리거나, 파손하거나 하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 본 실시형태에서는, 식 (1)을 만족하는 반경방향 열팽창대(X)가 설정되는 한편, 회전 노상(10)의 내주측에 있어서, 내주측 코너 내화물에 식 (3), (4)를 만족하는 둘레방향 열팽창대(Y)가 설정되어 있으므로, 표면 재료(9)가 열팽창했을 때에, 인접하는 내주측 코너 내화물끼리의 접촉에 의해 더 이상의 내주측으로의 열팽창을 방지하는 한편, 이것에 따르는 표면 재료(9)의 외주측으로의 열팽창에 의해 외주측 코너 내화물(7)이 경동했다고 해도 내화물(6)과의 접촉에 의해 내주측 코너 내화물(7)의 흘러내림을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 회전 노상(10)에 있어서 반경방향 열팽창대(X)가 설정되는 동시에 내주측에 있어서 둘레방향 열팽창대(Y)가 설정되는 구성으로 했지 만, 본 발명은 이 구성으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 예를 들면 회전 노상(10)의 외주측의 표면 재료(9)가 특히 가열되기 쉬울 경우 등에는, 반경방향 열팽창대(X)가 설정되는 한편, 내주측에 있어서 둘레방향 열팽창대(Y)가 설정되지 않는 구성으로서도 좋고, 또는 예컨대 내주측의 표면 재료(9)가 특히 가열되기 쉬울 경우 등에는 내주측에 있어서 둘레방향 열팽창대(Y)가 설정되는 한편, 반경방향 열팽창대(X)가 설정되지 않는 구성으로서도 좋다.
여기서, 본 실시형태의 특징에 대해서 이하에 설명한다.
(1) 상기 외주측 또는 내주측의 코너 내화물과 상기 내화물 사이에, 또는 상기 내화물끼리의 사이에 반경방향 열팽창대(X)가 설정되고, 이 X가 상기 식 (2)에서 정의되는 한편, 외주측 코너 내화물의 폭(A)과 외주측 지지 금물의 높이(B)와의 관계에 있어서, 상기 식 (1)이 만족되어 있기 때문에, 열팽창에 의해 노상 의 손상이나 외주측 코너 내화물의 노상 외부로의 흘러내림, 떠오르기를 방지할 수 있다.
(2) 상기 외주측 코너 내화물은 둘레방향으로 복수개로 분할되는 동시에, 이 외주측 코너 내화물의 지지 금물의 외단부에 있어서의 상단부를 지지점으로 해서, 외주방향으로 경동가능하다. 따라서, 표면 재료의 열팽창에 의해 외주측 코너 내화물이 외측으로 기울었다고 해도, 외주측 코너 내화물이 그 내측의 내화물과 접촉해서 그 이상 기우는 것이 저지된다. 이에 의해 외주측 코너 내화물이 흘러내리거나, 이것을 고정하는 지지 금물이 파손하는 것을 회피할 수 있다.
(3) 상기 내주측 코너 내화물이 둘레방향으로 복수개로 분할되는 동시에, 이들 분할된 내주측 코너 내화물 사이에 둘레방향 열팽창대(Y)가 설정되고, 이 둘레방향 열팽창대(Y)가 다음 식 (5)에서 정의되는 동시에, 분할된 상기 내주측 코너 내화물 1개의 내주 길이(L1)와 외주 길이(L2)는 다음 식 (3)을 만족한다.
L2>L1+2y … (3)
(단, y=Y/n이며, n은 분할된 내주측 코너 내화물의 개수이다.)
Y=(내주측 코너 내화물의 조업 온도에서의 지지 금물과의 접촉면측의 길이[의 합]) - (분할된 각 내주측 코너 내화물의 실온에서의 지지 금물과의 접촉면측의 길이의 합) … (5)
따라서, 표면 재료의 열팽창에 의해, 내주측 코너 내화물이 표면 재료로부터 힘을 받았다고 해도, 내주측 코너 내화물끼리가 접촉하므로, 내주측 코너 내화물 및 이것을 지지하는 지지 금물이 노상 외부로 흘러내리거나, 파손하거나 하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은, 외주벽과 내주벽 사이에 배치된 회전 노상이 원환상의 노체 프레임과, 이 노체 프레임상에 배설된 노상 단열재와, 이 노상 단열재상에 배설된 복수개의 내화물과, 상기 회전 노상의 외주부에 지지 금물을 거쳐서 배설된 외주측 코너 내화물과, 상기 회전 노상의 내주부에 지지 금물을 거쳐서 배설된 내주측 코너 내화물을 갖는 회전 노상 노에 이용하는 것이 가능하다.

Claims (4)

  1. 외주벽과 내주벽 사이에 배치된 회전 노상(rotary hearth)이 원환상의 노체 프레임과, 이 노체 프레임상에 배설된 노상 단열재와, 이 노상 단열재상에 배설된 복수개의 내화물(6)과, 상기 회전 노상의 외주부에 지지 금물을 거쳐서 배설된 외주측 코너 내화물(7)과, 상기 회전 노상의 내주부에 지지 금물을 거쳐서 배설된 내주측 코너 내화물(8)을 갖는 회전 노상 노에 있어서,
    상기 외주측 코너 내화물(7) 또는 상기 내주측 코너 내화물(8)과 상기 노상 단열재 상의 내화물(6) 사이에, 또는 상기 노상 단열재 상의 내화물(6)끼리의 사이에, 다음 식 (2)에서 정의되는 반경방향 열팽창대(X)가 설정되고,
    상기 외주측 코너 내화물(7)의 폭을 A라고 하고, 이 코너 내화물(7)의 지지 금물의 높이를 B라고 했을 때에, 다음 식 (1)이 만족되는
    회전 노상 노.
    X+A<√(A2+B2) … (1)
    X=([X0=] 외주측 코너 내화물(7)의 지지 금물의 외단부와 내주측 코너 내화물(8)의 지지 금물의 내단부의 조업 온도에서의 거리) - ([X1=] 노상 단열재 상의 복수개의 내화물(6) 및 양쪽 코너 내화물(7, 8)의 반경방향의 상온에 있어서의 길이의 합) … (2)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외주측 코너 내화물(7)은 둘레방향으로 복수개로 분할되는 동시에, 이 외주측 코너 내화물(7)의 지지 금물의 외단부에 있어서의 상단부를 지지점으로 해서, 외주방향으로 경동가능한
    회전 노상 노.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내주측 코너 내화물(8)이 둘레방향으로 복수개로 분할되는 동시에, 이들 분할된 내주측 코너 내화물(8) 사이에 둘레방향 열팽창대(Y)가 설정되고, 이 둘레방향 열팽창대(Y)가 다음 식 (5)에서 정의되는 동시에, 분할된 상기 내주측 코너 내화물(8) 1개의 내주 길이(L1)와 외주 길이(L2)는 다음 식 (3)을 만족하는
    회전 노상 노.
    L2>L1+2y … (3)
    [단, y=Y/n이며, n은 분할된 내주측 코너 내화물(8)의 개수이다.]
    Y=(내주측 코너 내화물(8)의 조업 온도에서의 지지 금물과의 접촉면측의 길이[의 합]) - (분할된 각 내주측 코너 내화물(8)의 실온에서의 지지 금물과의 접촉면측의 길이의 합) … (5)
  4. 삭제
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