KR101161255B1 - 고로벽 냉각 및 내화물 주입용 냉각반 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로(BLAST FURNACE)의 노벽에 설치되는 냉각반(Cooling Plate)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고로 내부에 설치되어 있는 고로 내화물의 사용 수명을 연장시킬 수 있도록 냉각반의 내부는 냉각수를 공급하여 고로 벽체를 냉각하도록 하면서도 다른 한편으로는 고로의 외부에서 냉각반의 표면 바깥쪽으로 부정형의 내화물 (Castable)을 골고루 압입할 수 있도록 함으로써 고로 보호기능을 더욱 강화시킨 냉각반에 관한 것이다.

본 발명의 고로벽 냉각 및 내화물 주입용 냉각반은,

철피와 내화벽으로 이루어진 고로의 노벽이 과열로 손상되지 않도록 보호하는 냉각반에 있어서,

상기 고로 둘레의 노벽에 형성된 개구부를 통하여 노벽 속에 안착되는 냉각반 본체와,

상기 냉각반 본체의 내부에 형성된 냉각수 유로와,

상기 냉각수 유로로 냉각수를 주입시키도록 노벽 외부에서 상기 냉각수 유로와 연결된 냉각수 유입구와,

상기 냉각수 유입구를 통하여 주입된 냉각수가 상기 냉각수 유로를 거친 후 냉각반의 외부로 빠져 나오도록 노벽 외부에서 상기 냉각수 유로와 연결 설치된 냉각수 출구와,

상기 노벽에 설치된 냉각반 본체의 상부면 및 하부면과 상기 냉각반 본체의 상부면 및 하부면 바깥 쪽 내화벽과의 틈새 공간으로 내화물이 공급되도록 냉각반 본체의 상부와 하부에 각각 형성되고, 내화물 출구가 냉각반 본체의 상부면 및 하부면에 형성된 내화물 압입통로와,

상기 내화물 압입통로로 부정형의 내화물을 압입할 수 있도록 상기 고로의 노벽 외부에서 상기 내화물 압입통로와 연결 설치된 내화물 압입구, 및

상기 냉각반 본체를 고로 외부의 철피에 부착 고정토록 수평홀더와 수직홀더 및 덮개판을 포함하여 구성된 냉각반 고정구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 고로의 노벽에 본 발명의 냉각반을 설치함으로써 노벽과 냉각반 간의 틈새를 내화물을 주입하여 철저히 메워줄 수 있고, 또한 냉각수를 회전시켜 노벽에 철피 적혈 현상이 생기는 것을 미리 방지할 수 있다.

냉각반, 냉각수 유로, 내화물 압입통로, 내화물 상부출구, 내화물 하부출구

Description

고로벽 냉각 및 내화물 주입용 냉각반{Cooling Apparatus for Furnace Wall having Castable Supplying Function}

본 발명은 고로(BLAST FURNACE)의 노벽에 설치되는 냉각반(Cooling Plate)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고로 내부에 설치되어 있는 고로 내화물의 사용 수명을 연장시킬 수 있도록 냉각반의 내부는 냉각수를 공급하여 고로 벽체를 냉각하도록 하면서도 다른 한편으로는 고로의 외부에서 냉각반의 표면 바깥쪽으로 부정형의 내화물 (Castable)을 골고루 압입할 수 있도록 함으로써 고로 보호기능을 더욱 강화시킨 냉각반에 관한 것이다.

일반적으로 고로의 노벽은 철피의 안쪽에 벽돌 등 정형내화물을 축조하여 구성되어 있으며, 필요한 부분에는 부정형의 내화물을 장입하여 구성한다. 상기 내화물은 고온의 가스로 가득 차 있는 노 내부의 특성과 장입물과의 마찰 등으로 인하여 시간이 경과할수록 고로의 벽체는 취약해질 수 있으며 심한 경우에는 철피 적혈 현상이 일어나 고로의 철피가 갈라지는 위험성이 초래될 수 있어 고로 조업에 지장을 초래 하는 경우가 발생하게 된다.

따라서, 고로 벽체의 보존 및 유지보수는 제선 공정에서 대단히 중요한 위치를 점하고 있으며, 종래에는 이러한 고로의 노벽에 발생되는 취약 부위를 수시로 보강하기 위하여 냉각반과 냉각반 사이에 압입 구멍을 설치하여 놓고 매월 정기 수리 시에 상기 구멍을 통하여 부정형 내화물(Castable)을 노내에 압입시켜서 벽체를 보강시켜 사용하였으며, 이러한 수단은 약 500-2000^oC의 노내 열에 견디고 장입물의 강하에도 마모되지 않는 등의 특성을 갖춘 것은 아니었다.

종래 기술의 또 다른 방법으로는 상기의 보수 수단을 약간 개선하여 보조 냉각봉을 구비한 보수수단이 등장하였는데, 이는 냉각으로서의 기능은 양호했으나 부정형 내화물을 압입하는 장치를 구비하지 못하였기 때문에 철피를 보호하는 목적을 달성하는 데는 그 효과가 대체로 미흡하였다.

그 후 내화물의 탈락을 방지할 수 있는 서포트(Support)를 삽입한 압입 수단도 시도되었으나 이 경우는 서포트 자체가 용손 또는 산화되어서 서포트를 재시공해야 하는 등 오히려 정비성 작업을 증가시키는 현상을 보이고 있어서 결국 신뢰성이 높은 보수는 기대할 수가 없었다.

그 후에도 보수수단은 계속 개선되어 왔는데, 종래 기술의 하나로서 고로 철피에 적혈 현상이 예견되면 여기에 개구부를 만들고 이를 통하여 부정형 내화물을 고로벽체 내부로 압입하는 기능을 갖춘 유지보수형 냉각반이 등장하였다.

도 1 및 도2는 종래기술에 의한 상기 유지보수형 냉각반의 도면이다.

도 1은 냉각반의 전체 사시도로써, 종래기술의 냉각반(1)은 냉각수를 공급하는 급, 배수라인(8, 8a)과 내화물 보수재인 부정형 내화물을 압송하여 밀어 넣는 압입구(6)로 이루어져 있고, 압입구(6)는 냉각반(1) 중앙에 고정 되며 냉각반(1) 후반부에 형성된 장홈(15)으로 상향 경사지게 관통된다.

하우징 부분은 하우징(4) 및 하우징 플랜지(3)로 이루어져 있고, 냉각반 플랜지(2)와 하우징 플랜지(3)사이에는 패킹(5)이 끼워지게 된다.

도 2는 상기 종래기술의 냉각반을 기존의 고로의 노벽 속에 장치한 단면도인데 압입용 냉각반 플랜지(2)와 패킹(5)과 하우징 플랜지(3)는 볼트 너트(9)로써 결합되어 있으며 상향 경사진 압입구(6)의 입구에는 캡(7)이 씌워져 있고 하우징(4)은 고로의 철피(11)에 용접 고정되어 있다.

상기 종래기술의 냉각반을 사용할 때에는 내화물(13)이 손상되었거나 모두 마모되 어 철피(11)에 적열 또는 균열이 발생하여 노벽의 손상이 확인된 부분에 철피(11)의 코어 보링(Core Boring)을 행하고, 만일 철피(11)의 내측에 내화물벽(13)이 남아 있다면 그 남아 있는 내화물까지 관통시켜서 보링이 노 내부까지 도달하도록 한다.

이어서 압입용 냉각반(1)에서 하우징(4)만 분리하여 상기 철피(11)의 개구부 외면 철피(11)에 맞게 압입용 냉각반(1)의 하우징(4)과 철피(11)를 용접시킨다.

하우징의 용접후, 패킹(5)을 끼운 냉각반(1)을 상기 용접 고정되어 있는 하우징(4)에 삽입시켜서 노 내측으로 밀어 넣는다. 그 후 급, 배수라인(8, 8a)을 연결하여 냉각수가 상기 압입용 냉각반에 순환되도록 하고, 상기 하우징 플랜지(3)의 면과 패킹(5)의 면 및 상기 압입용 냉각반 플랜지(2)의 면이 일치되도록 맞춘 다음, 볼트, 너트(9)를 사용하여 조인다.

상기와 같이 압입용 냉각반(1)의 설치가 끝난 다음에 압입구(6)에 압입용 호스를 접속시키고, 이어서 부정형 내화물을 압송하면 상기 부정형 내화물은 압입구(6)와 냉각반(1)의 장홈(15)을 통해서 노내에 도달하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래기술의 냉각반은 고로의 철피에 나타난 적혈 현상 등의 문제점을 확인한 뒤에 그 유지보수를 편리하게 하기 위하여 고안된 것이다. 따라서 문제 발견 이전부터 미리 고로의 벽체를 견고하게 유지 관리되도록 고로 노벽의 전 체에 걸쳐 골고루 냉각반을 미리 설치해 두고 필요 시 수시로 부정형의 내화물을 압입하여 보수도 할 수 있도록 하는 본원발명과는 출발 목적이 다르다.

종래기술의 냉각반은 내화물의 압입을 위한 장홈(15)이 냉각반의 중앙부를 시작점부터 끝단까지 길게 관통함으로써 장홈(15)이 차지하는 자리는 넓고, 냉각수 유동라인은 축소되어 있다.

또한, 장홈(15)도 상방향으로만 내화물을 분사할 수 있도록 되어 있는 등 세부 구조는 복잡한 반면, 문제가 생긴 노벽의 보수를 위하여 창안된 것인 만큼, 고로의 설치 및 가동, 유지 전체에 걸쳐 상시 부착 활용하는 장치로서는 적합하지 못하다는 문제점이 제기되어 왔다.

즉, 상기한 종래기술의 냉각반은 고로 내부의 내화물 탈락부에 부정형의 내화물을 주기적으로 공급하여 노벽을 유지 보수하는 것을 목적으로 하므로, 냉각 효과도 임시적일뿐더러, 정상적인 고로에 상시 설비로 냉각반을 설치하여 노벽의 과열을 미리 방지하거나, 냉각반을 교체할 필요가 생겼을 때 냉각반과 내화벽돌 사이의 공간에 내화물을 효과적으로 삽입하여 노벽을 보호하는 기능을 수행하기에는 적합하지 못했다.

또한 상기한 종래기술의 냉각반은 유지보수가 용이하도록 부정형의 내화물을 냉각 반의 상부 한곳으로만 압출하여 노벽을 보강할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서 고로의 내화물 탈락부에 내화물을 압입하면 냉각반의 상부 쪽으로는 어느 정도 부분적인 내화물의 충전이 가능하나 냉각반의 아래 쪽이나, 좌우 측면 쪽으로는 내화물의 충전이 이루어지지 않아 노벽을 충분히 보호하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 노벽에 문제가 생기기 이전에 미리 노벽에 다수의 냉각반을 설치하고, 그 냉각반이 설치된 주변의 노벽을 내화물을 압입하여 단단하게 부수함으로써 노벽이 과열로 손상되거나 철피 적혈 현상 등이 생기는 것을 미리 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 냉각반을 교체해야 하거나, 또는 노벽에 문제가 생긴 경우에도 손쉽게 냉각반에 연결된 내화물 압입구 뚜껑을 열고 노벽을 보수할 수 있고, 냉각반 주변의 상하좌우 어느 곳으로든 내화물을 충분히 압입하여 밀어 넣음으로써 냉각반과 노벽이 내화물로 밀착되도록 하여 노벽의 보강을 보다 효율적으로 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 고로벽 냉각 및 내화물 주입용 냉각반은,

철피와 내화벽으로 이루어진 고로의 노벽이 과열로 손상되지 않도록 보호하는 냉각반에 있어서,
상기 고로 둘레의 노벽에 형성된 개구부를 통하여 노벽 속에 안착되는 냉각반 본체와,
상기 냉각반 본체의 내부에 형성된 냉각수 유로와,
상기 냉각수 유로로 냉각수를 주입시키도록 노벽 외부에서 상기 냉각수 유로와 연결된 냉각수 유입구와,
상기 냉각수 유입구를 통하여 주입된 냉각수가 상기 냉각수 유로를 거친 후 냉각반의 외부로 빠져 나오도록 노벽 외부에서 상기 냉각수 유로와 연결 설치된 냉각수 출구와,
상기 노벽에 설치된 냉각반 본체의 상부면 및 하부면과 상기 냉각반 본체의 상부면 및 하부면 바깥 쪽 내화벽과의 틈새 공간으로 내화물이 공급되도록 냉각반 본체의 상부와 하부에 각각 형성되고, 내화물 출구가 냉각반 본체의 상부면 및 하부면에 형성된 내화물 압입통로와,
상기 내화물 압입통로로 부정형의 내화물을 압입할 수 있도록 상기 고로의 노벽 외부에서 상기 내화물 압입통로와 연결 설치된 내화물 압입구, 및
상기 냉각반 본체를 고로 외부의 철피에 부착 고정토록 수평홀더와 수직홀더 및 덮개판을 포함하여 구성된 냉각반 고정구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 내화물 압입통로는, 동, 철, 스텐레스 또는 모넬 중 어느 하나의 재질로 된 파이프를 냉각반 본체에 삽입하여 주조된 것을 특징으로 하고,

또한, 상기 내화물 압입통로는, 상기 냉각반 본체에 상기 내화물 압입통로가 일체 로 형성되도록 직접 주조된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 고로의 노벽에 본 발명의 냉각반을 설치함으로써 노벽과 냉각반 간의 틈새를 내화물을 주입하여 철저히 메워줄 수 있고, 또한 냉각수를 회전시켜 노벽에 철피 적혈 현상이 생기는 것을 미리 방지할 수 있다.

또한 냉각반을 교체하거나 냉각반 주변의 내화벽이 손상을 입은 경우 내화물 압입구를 개봉하는 간단한 조작만으로 노벽 안쪽의 손상 부위를 내화물을 압입하여 보강할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 냉각반이 노벽에 안착한 상태를 보여주는 고로 종단면 일부의 개념도이다. 도 4는 본 발명에 의한 냉각반이 노벽에 안착한 상태를 보여주는 고로 횡단면 일부의 개념도이다.

도 3을 참조하면, 고로의 노벽은 철피(21)와 내화벽(22)로 이루어져 있으며, 냉각반 본체(23)는 노벽에 형성된 노벽 개구부(24) 안에 안착된다.

냉각반 본체(23)를 노벽의 철피(21) 내부에 안착시키기 위하여 노벽의 바깥 쪽에 냉각반 고정구가 설치된다. 냉각반 고정구는 수평홀더(41)와 수직홀더(42) 및 덮개판(43) 등을 포함하여 구성된다. 수평 홀더(41)는 철피(21)의 외피에 수직홀더(42)를 단단히 고정하기에 충분하도록 원통형으로 구성하여 철피와 용접 고정할 수도 있고, 철봉의 형상으로 다수 개 철피에 용접 고정할 수도 있다. 이 수평 홀더(41)의 외측 끝단에는 원판형 (또는 사각 등 다른 형태도 가능함)의 수직 홀더(42)가 고로 철피(21)의 벽면과 마주보도록 용접 또는 볼트 고정된다. 수직홀더(42)의 외측으로는 냉각수 유입구(26), 냉각수 출구(27) 및 내화물 압입구(32) 등이 보호되고, 단단히 연결될 수 있도록 덮개판(43)이 설치된다. 수직홀더(42)와 덮개판(43)은 그 둘레를 따라 다수개의 볼트와 너트로 고정 결합된다.

노벽 속에 안착되는 본 발명의 냉각반은 적어도 두가지 기능을 수행한다. 첫째는, 노벽이 과열되지 않도록 끊임없이 냉각수를 회전시켜 노벽을 냉각하는 기능이다. 둘째는, 처음 냉각반이 노벽의 개구부를 통하여 삽입될 때, 그리고 고로가 가동된 후 고열 등으로 노벽의 일부가 손상되었을 때, 냉각반의 좌우 사방에 추가적인 내화물을 압입하여 노벽을 보강하는 기능이다.

이를 위하여 본 발명의 냉각반에는 도 4에 나타난 것과 같이 냉각반 본체 내부 전반에 걸쳐 골고루 냉각수 유로(25)가 배치되어 있다. 이 냉각수 유로(25)는 노벽의 외부로부터 냉각수가 원활히 공급될 수 있도록 냉각수 유입구(26)에 연결, 설치되어 있으며, 또한 이 냉각수 유로(25)는 노벽 냉각기능을 다한 냉각수가 노벽 밖으로 빠져 나갈 수 있도록 하는 냉각수 출구(27)에 연결되어 있다.

이 냉각수 유로(25)와는 연통되지 않은 전혀 새로운 통로로서, 냉각반의 가운데 부분에는 도 3의 노벽 종단면도에서 확인할 수 있는 바와 같이 내화물 압입통로(31)가 형성되어 있다. 이 내화물 압입통로(31)는 노벽의 외부로부터 부정형의 내화물 (castable)을 압입 받을 수 있도록 하는 내화물 압입구(32)에 연결되어 있다.

이 내화물 압입구(32)는 최초 냉각반 설치 공사가 끝나면 나사 결합되는 뚜껑(35)으로 밀봉하고 필요시에만 뚜껑(35)을 열어 내화물 보강을 실시토록 한다.

이 내화물 압입구(32)를 통하여 모터(도시 안함)의 회전력으로 압력이 가해진 부정형의 내화물이 내화물 압입통로(31)로 전해진다. 내화물 압입통로(31)를 통과한 내화물은 냉각반 본체에 형성된 두개의 출구로 압송되어 냉각반 본체 외부의 노벽과 냉각반과의 사이에 생긴 틈새 공간을 골고루 메워주게 된다.

도 3에 나타난 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 내화물 압입통로(31)를 통과한 내화물이 내화물 상부출구(33)와 내화물 하부출구(34)를 통과하도록 구성하고 있다. 그러나 본 발명의 냉각반에서는 필요에 따라 냉각반 본체의 상부 및 하부는 물론 냉각반의 좌측벽, 우측벽, 전면벽 등 어느 곳이든 내화물의 압입 보강이 필요한 곳이면 어디라도 본 발명을 응용한 설계 변경으로 내화물 출구를 설치할 수 있다.

본 발명의 내화물 압입통로(31)는 동, 철, 스텐레스 또는 모넬 중 어느 하나의 재질로 된 파이프로 만들어 지며, 통상은 이렇게 만들어진 파이프를 냉각반 본체에 삽입시킨 상태로 함께 주조하는 방법에 의하여 내화물 압입통로를 형성시킨다. 그러나 필요에 따라서는, 상기 내화물 압입통로 제작에 파이프를 전혀 사용하지 않고, 순수한 주조 기술만으로 상기 냉각반 본체에 상기 내화물 압입통로가 일체로 형성되도록 직접 주조하여 내화물 압입통로를 형성하는 것도 가능하다.

도 1은 종래기술에 의한 냉각반의 전체 사시도이다.

도 2는 상기 종래기술의 냉각반을 기존의 고로의 노벽 속에 장치한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 의한 냉각반이 노벽에 안착한 상태를 보여주는 고로 종단면 일부의 개념도이다.

도 4는 본 발명에 의한 냉각반이 노벽에 안착한 상태를 보여주는 고로 횡단면 일부의 개념도이다.

Claims (3)

1. 철피와 내화벽으로 이루어진 고로의 노벽이 과열로 손상되지 않도록 보호하는 냉각반에 있어서,

   상기 고로 둘레의 노벽에 형성된 개구부를 통하여 노벽 속에 안착되는 냉각반 본체와,

   상기 냉각반 본체의 내부에서 냉각수를 회전시켜 노벽을 냉각하도록, 냉각반의 외주연으로부터 냉각반의 중앙부를 향하여 냉각수가 회전 가능토록 형성된 냉각수 유로와,

   상기 냉각수 유로로 냉각수를 주입시키도록 노벽 외부에서 상기 냉각수 유로와 연결된 냉각수 유입구와,

   상기 냉각수 유입구를 통하여 주입된 냉각수가 회전하면서 상기 냉각수 유로를 거친 후 냉각반의 외부로 빠져 나오도록 노벽 외부에서 상기 냉각수 유로와 연결 설치된 냉각수 출구와,

   상기 노벽과 상기 냉각반과의 틈새 공간으로 모터의 회전력으로 압송된 내화물이 내화물 상부출구와 내화물 하부출구를 통과하여 공급되도록, 냉각반의 가운데 부분에 형성된 내화물 압입통로와,

   상기 내화물 압입통로로 부정형의 내화물을 압입할 수 있도록 상기 고로의 노벽 외부에서 상기 내화물 압입통로와 연결 설치된 내화물 압입구와.

   상기 내화물 압입구를 밀봉하고, 필요시에만 열어 내화물 보강을 실시할 수 있도록 하는 뚜껑과,

   상기 철피의 외피에 원통형으로, 또는 다수 개의 철봉 형상으로 용접 고정된 수평홀더와,

   상기 수평홀더의 외측 끝단에 상기 철피의 벽면과 마주보도록 고정된 수직홀더와,

   상기 수직홀더의 외측에서 냉각수 유입구, 냉각수 출구 및 내화물 압입구를 보호하는 덮개판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고로벽 냉각 및 내화물 주입용 냉각반
2. 청구항 1에 있어서, 상기 내화물 압입통로는,

   동, 철, 스텐레스 또는 모넬 중 어느 하나의 재질로 된 파이프를 냉각반 본체에 삽입하여 주조된 것을 특징으로 하는 고로벽 냉각 및 내화물 주입용 냉각반
3. 청구항 1에 있어서, 상기 내화물 압입통로는,

   상기 냉각반 본체에 상기 내화물 압입통로가 일체로 형성되도록 직접 주조된 것을 특징으로 하는 고로벽 냉각 및 내화물 주입용 냉각반

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