KR101103304B1 - 제철공업로용 풍구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중앙에 송풍라인이 관통 형성되고, 내부에 바디 냉각유로가 형성된 반원뿔 형상의 바디부와; 상기 바디부의 외부면을 감싸도록 결합되고, 외곽 냉각유로가 형성된 외곽부를 포함하되, 상기 바디부의 내부에 미분탄 취입 파이프가 삽입되어 관통 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 제철공업로용 풍구를 제공한다.
본 발명에 의하면, 미분탄 취입 파이프를 바디부 내부로 관통시켜 로 내부와 직접 통하도록 설치하여 풍구 내주면이 마모되지 않고, 풍구 외곽부의 일부가 파손되더라도 파손된 외곽부의 유로의 냉각수 공급을 중단하고 남아있는 외곽부와 바디부만으로도 풍구의 기능을 지속적으로 유지할 수 있어 장수명을 갖는 풍구를 제공할 수 있고, 냉각수가 풍구 선단까지 전체적으로 고루 전달될 수 있도록 하여 냉각효율이 우수하며, 조업시간이 연장되어 작업효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

제철공업로용 풍구{TUYERE FOR IRON MAKING FURNACE}

본 발명은 제철공업로용 풍구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철공업로의 내부로 공기나 산소를 공급하거나, 미분탄 등의 연료를 불어 넣어 장입된 연료를 연소시켜 철광석을 용융시키기 위한 장수명을 갖는 제철공업로용 풍구에 관한 것이다.

일반적으로, 제철 공정은 장입구를 통해서 연료인 코크스와 원료인 철광석을 장입하고, 제철공업로의 하부에 있는 풍구(tuyere)를 통하여 열풍을 송풍하여 장입된 코크스를 연소시키면서 철광석을 용융시키고 환원시켜 고온의 용융물인 용선을 형성하는 공정이다.

제철공업로의 내부로 열풍을 불어넣는 풍구는 순동으로 제조되고, 이러한 순동은 용융점이 1,083℃로 비교적 낮지만 그 내부는 고속의 냉각수가 순환되면서 제철공업로로 송풍되는 약 1,200℃ 정도의 고열로부터 견딜 수 있게 제작된다.

이러한 풍구는 로 내부로 공기를 유입시키기 위해서 제철공업로의 벽체에 설치되고, 그 설치 구조상 내부압력으로부터 기밀상태를 유지할 수 있도록 대풍구와 접합된 후 로 내부로 돌출되어 있는데, 내부의 고열에 의해 용융, 손상되는 것을 방지하기 위하여 유입구로 냉각수가 유입되어 냉각유로를 통해 순환되면서 풍구를 냉각시키고, 가열된 냉각수는 배출구를 통해 배출되는 수냉방식이 채택되어 있다.

그런데, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 풍구(1)는 바디부(2)와 상기 바디부(2)의 선단에 결합된 선단부(3)로 이루어지는데, 제철공업로 내부의 벽체를 따라 강하하는 고온 용융물이 풍구(1)의 선단부(3)와 접촉하거나, 선단 레이스 웨이(raceway)의 역류로 인한 연소 또는 침식에 의해 선단부(3)가 손상되는 바, 이와 같이 풍구(1)의 선단부(3)가 파손되었을 경우에는 냉각수의 로내 유입을 방지하기 위해 선단부(3)로의 냉각수 공급을 차단하고 바디부(2)만 가동함으로 인하여 풍구의 냉각되는 부분이 축소되어 냉각효율이 크게 저하되고, 선단부(3)는 냉각이 이루어지지 않아 전체 풍구(10)의 수명이 짧아지는 문제가 있다.

또한, 열원으로 로내로 장입되는 고가의 코스스량을 줄이기 위하여 미분탄 취입(PCI, Pulverized Coal Injection) 랜스를 풍구의 내주면 중앙의 송풍라인에 삽입하여 저가의 미분탄을 로 내부로 취입하고 있는데, 그 과정에서 상기 미분탄 취입 랜스가 풍구의 측벽을 치거나 미분탄에 의한 풍구 마모가 가중되어 풍구가 파손됨으로 인하여 조업에 막대한 차질을 주는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 미분탄 취입 파이프를 바디부 내부로 관통시켜 로 내부와 직접 통하도록 설치하여 풍구 내주면이 마모되지 않고, 풍구 외곽부의 일부가 파손되더라도 파손된 외곽부의 유로의 냉각수 공급을 중단하고 남아있는 외곽부와 바디부만으로도 풍구의 기능을 지속적으로 유지할 수 있어 장수명을 갖는 풍구를 제공할 수 있고, 냉각수가 풍구 선단까지 전체적으로 고루 전달될 수 있도록 하여 냉각효율이 우수하며, 조업시간이 연장되어 작업효율이 향상되는 제철공업로용 풍구의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 중앙에 송풍라인이 관통 형성되고, 내부에 바디 냉각유로가 형성된 반원뿔 형상의 바디부와; 상기 바디부의 외부면을 감싸도록 결합되고, 외곽 냉각유로가 형성된 외곽부를 포함하되, 상기 바디부의 내부에 미분탄 취입 파이프가 삽입되어 관통 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 제철공업로용 풍구를 제공한다.

이때, 상기 외곽부의 외측에 1개 이상의 또 다른 외곽부가 결합되어 있는 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 바디부는 몸체와 선단에 형성된 돌출부로 이루어지되, 상기 외곽부는 상기 바디부의 외주면을 감싸도록 결합되고, 선단의 내주면이 상기 돌출부의 외주면과 결합되어 선단부를 형성하는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 외곽 냉각유로는 상기 몸체와 외곽부 사이에 형성되어 있는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 선단부는 상기 외곽 냉각유로의 최하류가 되는 유로홈이 형성되어 있는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 외곽부는 상기 바디부의 외주면과 선단을 감싸도록 결합되는 것에도 그 특징이 있다.

이때, 상기 바디부는 몸체와 선단에 형성된 돌출부로 이루어지되, 상기 바디 냉각유로의 일부가 상기 돌출부와 외곽부 사이에 형성되어 있는 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 외곽부 선단의 내면이 상기 바디부 선단의 외면과 결합되어 선단부를 형성하되, 상기 선단부는 상기 바디 냉각유로의 최하류가 되는 바디 유로홈이 형성되어 있는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 바디 냉각유로는 리브형으로 형성되어 있는 것에도 그 특징이 있다.

나아가, 상기 외곽 냉각유로는 나선형 또는 리브형으로 형성되어 있는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 의하면, 미분탄 취입 파이프를 바디부 내부로 관통시켜 로 내부와 직접 통하도록 설치하여 풍구 내주면이 마모되지 않고, 풍구 외곽부의 일부가 파손되더라도 파손된 외곽부의 유로의 냉각수 공급을 중단하고 남아있는 외곽부와 바디부만으로도 풍구의 기능을 지속적으로 유지할 수 있어 장수명을 갖는 풍구를 제공할 수 있고, 냉각수가 풍구 선단까지 전체적으로 고루 전달될 수 있도록 하여 냉각효율이 우수하며, 조업시간이 연장되어 작업효율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 풍구의 측단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍구의 정면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 풍구의 측단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 AA선 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 BB선 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 CC선 단면도.
도 7은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 풍구의 측단면도로서, (a)는 바디 냉각유로에서의 냉각수의 흐름을 나타낸 도면, (b)는 외곽 냉각유로에서의 냉각수 흐름을 나타낸 도면, (c)는 제2외곽 냉각유로에서의 냉각수 흐름을 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 구성에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 제철공업로용 풍구는 반원뿔 형상의 바디부와 상기 바디부의 외부면을 감싸도록 결합된 1개 이상의 외곽부로 구성되고, 상기 바디부와 외곽부에는 냉각유로가 형성되며 상기 바디부 내부에 미분탄 취입 파이프가 삽입되어 관통 설치됨으로써, 풍구 외곽부의 일부가 파손되더라도 파손된 외곽부 유로의 냉각수 공급을 중단하고 남아있는 외곽부와 바디부만으로도 풍구의 기능을 지속적으로 유지할 수 있을 뿐만 아니라 냉각수가 풍구 선단까지 전체적으로 고루 전달될 수 있도록 하여 냉각효율이 우수한 효과가 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제철공업로용 풍구(10)는 크게 바디부(20)와 상기 바디부(20)의 외부면을 감싸도록 결합된 외곽부(30)로 구성되고, 상기 외곽부(30)의 외측에 1개 이상의 또 다른 외곽부가 결합되어 풍구의 수명을 더욱 연장시키는 것이 바람직하며, 여기서 상기 제철공업로는 고로, 파이넥스(FINEX) 용융로, 코렉스(COREX) 용융로가 모두 가능하다.

또한, 상기 바디부(20)는 반원뿔 형상으로 이루어지고, 상기 바디부(20)의 중앙으로 로 내부로 공기나 산소를 공급하거나 미분탄 등의 연료를 공급하면서 상기 바디부(20)의 내부에는 바디 냉각유로(23)가 형성되어 냉각수 공급관(미도시)을 통해 바디 유입구(24)로 공급되는 냉각수가 상기 바디 냉각유로(23)를 거쳐 순환되어 제철공업로(10) 내부의 고온으로 가열된 풍구의 온도를 강하시키고 바디 유출구(25)를 통해 배출된다. 상기 배출되는 냉각수의 온도는 유입시보다 상승하게 되어 제철공업로의 에너지의 상당부분이 상기 냉각수를 통해 손실되게 된다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 바디부(20)의 내부에는 미분탄 취입(PCI, Pulverized Coal Injection) 파이프가 바디부(20)의 내부를 후방부터 선단까지 관통되어 설치됨으로써 풍구 내주면이 마모되지 않아 장수명을 갖는 풍구를 제공할 수 있다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 바디 냉각유로(23)는 리브형으로 형성되어 있는 것이 바람직한 바, 이는 상기 미분탄 취입 파이프가 관통되는 부분에는 냉각수가 관류되지 못하여 상기 바디 냉각유로(23)를 나선형으로 형성할 수 없기 때문에 리브형으로 형성한 것이고, 이로 인하여 풍구 내에서 리브형으로 냉각수를 관류토록 함으로써 풍구 전체에 대한 냉각효율이 우수한 효과가 있다.

이때, 상기 바디부(20)는 반원뿔 형상의 몸체(21)를 갖지만, 상기 몸체(21)의 선단에는 원기둥 형상의 돌출부(22)가 돌출 형성될 수 있고, 이는 1개 이상의 외곽부의 선단부를 바디부(20)에 결합하기 위함이다.

외곽부(30)는 링 형상이고 상기 바디부(20)의 외측에 결합되는데, 이와 같이 상기 바디부(20)와 외곽부(30)가 결합될 때 상기 외곽부(30)의 내측인 상기 몸체(21)와 외곽부(30)의 사이에는 외곽 냉각유로(32)가 형성되도록 하여 풍구의 외측과 풍구의 선단을 냉각할 수 있도록 구성되어 있다.

이때, 상기 미분탄 취입 파이프가 관통되는 바디부의 부분에는 냉각수가 관류되지 못하기 때문에 상기 외곽 냉각유로(32)는 리브형으로 이루어진 것이 바람직한 바, 이로 인하여 풍구의 외측에서 리브형으로 냉각수를 관류토록 하여 냉각효율이 우수한 효과가 있다.

여기서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 외곽 냉각유로(32)의 경우 외곽 유입구(34)를 통해 냉각수가 공급되고, 상기 공급된 냉각수는 외곽 냉각유로(32)를 관류하여 순환한 후에 외곽 유출구(35)를 통해 배출되게 된다.

또한, 상기 외곽부(30)는 선단의 내주면이 상기 돌출부(22)의 외주면과 결합되어 선단부(31)를 형성하게 되는데, 이때, 상기 선단부(31)는 상기 외곽 냉각유로(32)의 최하류가 되는 유로홈(33)이 형성되어 있어 풍구의 외곽을 비롯한 풍구의 선단까지 냉각함으로써 냉각효율을 증가시킬 수 있다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 외곽부(30)의 외주면에 또 다른 제2외곽부(40)가 결합될 수 있고, 이때, 상기 외곽부(30)와 제2외곽부(40) 사이에는 냉각수가 관류되는 제2 외곽 냉각유로(42)가 형성되며, 상기 제2외곽부(40)는 선단의 내주면이 상기 돌출부(22)의 외주면과 결합되어 제2선단부(41)를 형성하고, 상기 제2선단부(41)는 상기 제2 외곽 냉각유로(42)의 최하류가 되는 제2유로홈(43)이 형성됨으로써 풍구의 외곽을 비롯한 풍구의 선단까지 냉각함으로써 냉각효율을 증가시킬 수 있다.

이때, 상기 제2 외곽 냉각유로(42)는 풍구의 외측에서 리브형으로 냉각수를 관류토록 하여 냉각 능력을 증가시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2외곽부의 외측에 또 다른 외곽 냉각유로가 형성된 다수의 또 다른 외곽부를 연속으로 결합하여 풍구의 냉각효율을 더욱 향상시키고, 풍구의 수명을 더욱 증가시킬 수 있다.

한편, 도 7(a) 내지 도 7(c)의 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 도시된 바와 같이, 상기 외곽부(30)는 상기 바디부(20)의 외주면과 선단을 모두 감싸도록 결합될 수 있고, 상기 바디부(20)는 몸체(21)와 선단에 형성된 돌출부(22)로 이루어지며, 일부의 바디 냉각유로(23)가 상기 돌출부(22)와 외곽부(30) 사이에 형성된다.

이때, 상기 외곽부(30) 선단의 내면은 상기 바디부(20) 선단의 외면과 결합되어 선단부(31)를 형성하는 바, 상기 선단부(31)는 상기 바디 냉각유로(22)의 최하류가 되는 유로홈(23)이 형성되어 있다.

물론, 상기 도 7(a) 내지 도 7(c)에 나타난 바와 같이, 상기 외곽부(30)의 외측에 1개 이상의 또 다른 외곽부가 결합되어 풍구의 수명을 더욱 연장시키는 것이 바람직하며, 풍구의 최외곽에 있는 제2외곽부(40)가 파손되더라도 상기 파손된 제2외곽부(40)의 냉각유로의 냉각수 공급을 중단하고, 바디부(20)와 나머지 외곽부(30)가 냉각 기능을 하므로 풍구의 지속적인 사용이 가능하다.

이와 같이, 풍구에 복수 개의 외곽부가 연결될 경우, 도 7(a) 내지 도 7(c)에 도시된 바와 같이, 외곽부(30)와 제2외곽부(40) 사이에는 외곽 냉각유로(32)가 형성되고, 상기 제2외곽부(40) 선단의 내면은 상기 외곽부(30) 선단의 외면과 결합되어 제2선단부(41)를 형성하는 바, 상기 제2선단부(41)는 상기 외곽 냉각유로(32)의 최하류가 되는 제2유로홈(33)이 형성되어 있다.

또한, 상기 제2외곽부(40)와 제3외곽부(50) 사이에는 제2외곽 냉각유로(42)가 형성되고, 상기 제3외곽부(50) 선단의 내면은 상기 제2외곽부(40) 선단의 외면과 결합되어 제3선단부(51)를 형성하는 바, 상기 제3선단부(51)는 상기 제2외곽 냉각유로(42)의 최하류가 되는 제3유로홈(43)이 형성되어 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 제철공업로용 풍구는 미분탄 취입 파이프를 바디부 내부로 관통시켜 로 내부와 직접 통하도록 설치하여 풍구 내주면이 마모되지 않고, 바디부(20)에 냉각유로가 형성된 외곽부(30)를 1개 이상 결합시켜 최외각측의 외곽부가 고온의 용융물에 의해 파손되거나 선단 레이스웨이(raceway)의 역류로 인해서 냉각수의 누수가 발생할 경우에는 누수되는 외곽부로의 냉각수 공급을 차단하고 남아 있는 외곽부와 바디부만으로도 풍구의 기능을 지속적으로 유지할 수 있도록 하여 장수명을 갖는 풍구를 제공할 뿐만 아니라, 냉각수가 풍구 선단까지 전체적으로 고루 전달될 수 있도록 하여 냉각효율이 우수하며, 조업시간이 연장되어 작업효율이 향상되는 효과가 있는 것이다.

본 발명에서 상술한 실시 형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

1. 종래의 풍구 2. 바디부
3. 선단부 5. 냉각수
10. 풍구 20. 바디부
21. 몸체 22. 돌출부
23. 바디 냉각유로 24. 바디 유입구
25. 바디 유출구 26. 바디 유로홈
30. 외곽부 31. 선단부
32. 외곽 냉각유로 33. 유로홈
34. 외곽 유입구 35. 외곽 유출구
40. 제2외곽부 41. 제2선단부
42. 제2 외곽 냉각유로 43. 제2유로홈
44. 제2 외곽 유입구 45. 제2 외곽 유출구
50. 제3외곽부 51. 제3선단부
60. 미분탄 취입 파이프(PCI 파이프)

Claims (10)

1. 중앙에 송풍라인이 관통형성되어 있는 몸체(21)와 돌출부(22)로 이루어진 반원뿔 형상으로서, 상기 몸체(21)내부에는 바디냉각유로(23)가 형성되어 있고 외면에는 외곽냉각유로(32)가 형성되어 있으며, 내부로 미분탄취입파이프(60)가 삽입되어 관통 설치되어 있는 바디부(20)와,
   상기 몸체(21)의 외곽냉각유로(32)와 돌출부(22)의 일부를 감싸도록 내면이 바디부(20)의 외주면에 결합되어 있고, 외면에는 제2외곽냉각유로(42)가 형성되어 있고, 상기 돌출부(22)의 외주면과 접하는 선단부(31)는 상기 외곽냉각유로(32)와 연결되는 유로홈(33)이 형성되어 있는 외곽부(30)와,
   상기 외곽부(30)의 외면에 형성된 제2외곽냉각유로(42)와 상기 돌출부(22)의 나머지 부분을 감싸도록 내면이 외곽부(30)의 외주면에 결합되어 있고, 상기 돌출부(22)의 외주면과 접하는 제2선단부(41)에는 상기 제2외곽냉각유로(42)와 연결되는 제2유로홈(43)이 형성되어 있는 제2외곽부(40)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제철공업로용 풍구.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 바디부(20)의 후단부에는 상기 바디냉각유로(23)와 연결되는 바디유입구(24) 및 바디유출구(25)가 형성되어 있으며,
   상기 바디부(20)와 외곽부(30)가 접하는 후단부에는 상기 외곽냉각유로(32)와 연결되는 외곽유입구(34) 및 외곽유출구(35)가 형성되어 있으며,
   상기 외곽부(30)와 제2외곽부(40)가 접하는 후단부에는 상기 제2외곽냉각유로(42)과 연결되는 제2외곽유입구(44) 및 제2외곽유출구(45)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제철공업로용 풍구.
8. 삭제
9. 제1항 또는 제7항에 있어서,
   상기 바디냉각유로(23)는 리브형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제철공업로용 풍구.
10. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 외곽냉각유로(32)는 나선형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제철공업로용 풍구.
    

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