KR101250544B1

KR101250544B1 - 용융로용 더스트버너 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101250544B1
Application number: KR1020110055755A
Authority: KR
Inventors: 이해양
Original assignee: 주식회사 서울엔지니어링
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2013-04-03
Also published as: KR20120136678A

Abstract

본 발명은 용융로용 더스트버너에 관한 것으로, 용융로의 가스로부터 더스트를 포집하여 용융로에 취입 및 연소시키는 더스트버너(20)에 있어서, 상기 더스트버너(20)의 선단부에 니켈-구리 합금(30)이 융착 형성되되, 상기 니켈-구리 합금(30)은 더스트버너(20) 선단부 주조시 융착되어 형성되므로써 더스트버너(20) 선단부의 주조 과정에서 더스트버너(20)를 이루는 동과 니켈-구리 합금(30)이 금속학적 결합 구조를 이루도록 된 것을 특징으로 하는 열전도성과 내마모성이 우수한 용융로용 더스트버너를 제공한다.
따라서 더스트버너(20) 선단부(40,50)의 주조시 더스트버너(20)의 선단부(40,50)에 니켈-구리 합금(30)을 더스트버너(20) 선단부의 동과 경계면이 존재하지 않는 상태로 금속학적 결합구조를 갖도록 일체로 융착 형성시킴으로써, 더스트버너(20)의 내마모성을 향상하여 수명을 향상시키고, 이와 동시에 우수한 열전도성을 유지하여 더스트버너(20)의 냉각 성능을 극대화할 수 있다.

Description

용융로용 더스트버너 및 그 제조방법{DUST BURNER OF A FURNACE HAVING EXCELLENT THERMAL CONDUCTIVITY AND HIGH-ABRASION RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 용융로용 더스트버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 더스트버너의 주조과정에서 더스트버너 노즐의 선단부에 니켈-구리 합금을 형성시키되, 더스트버너 선단노즐의 동과 니켈-구리 합금간 금속학적 결합구조를 이루어 상호 경계면이 존재하지 않는 형태로 일체로 융착 형성되도록 함으로써 고온에서 내마모성과 함께 우수한 열전도성을 유지하여 수명이 향상되도록 한 용융로용 더스트버너 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 소결과 코크스 공정을 생략할 수 있는 덩어리 상태의 철광석과 석탄을 사용하는 코렉스(COREX)와 같은 용융로의 조업공정에서 발생하는 가스중에는 다량의 더스트가 함유되어 있으므로, 더스트에 의해 공해가 유발되는 것을 방지하기 위하여 더스트버너(dust burner)를 구비하고 이를 통해 더스트를 포집하여 용융로에 취입한 후 연소시키고 있다.

이와 같은 더스트버너는 노즐의 선단부가 쉽게 마모되어 냉각수가 누수되는 문제점이 있어 왔다. 즉 더스트 버너의 선단부는 열전도도가 우수하여 냉각 유체에 의한 냉각성능을 높일 수 있는 동 재질의 노즐이 사용되고 있으나, 동은 온도상승에 따라 내마모성과 같은 기계적 특성이 현저하게 낮아지기 때문에 용융로 내에서 노즐의 선단부 내측부와 외측부 사이로 송산되는 산소에 의해 급격한 마모현상이 빈번하게 발생되었다. 특히 고온의 용융로 조건 하에서 동의 냉각이 충분히 이루어지지 않을 경우 기계적 강도의 급격한 저하와 함께 고속의 산소유동에 의하여 더스트버너 선단부 마모현상은 더욱 가속화된다.

본 발명은 상술한 종래기술의 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 안출된 것으로, 그 목적은 더스트버너의 주조 과정에서 더스트버너 노즐의 선단부에 니켈-구리 합금을 형성시키되, 더스트버너 선단부의 동과 니켈-구리 합금간 금속학적 결합구조를 이루어 상호간 경계면이 존재하지 않는 형태로 일체로 융착 형성되도록 함으로써 내마모성과 함께 우수한 열전도성을 유지하여 수명이 향상되도록 한 용융로용 더스트버너를 제공하고자 함에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 더스트버너는, 용융로의 가스로부터 더스트를 포집하여 용융로에 취입 및 연소시키는 더스트버너에 있어서, 상기 더스트버너는 선단부의 적어도 일부에 니켈-구리 합금이 융착 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 더스트버너는 상기 니켈-구리 합금은 더스트버너의 주조시 융착되어 형성되므로써 더스트버너의 주조과정에서 더스트버너를 이루는 동과 니켈-구리 합금이 금속학적 결합 구조를 이루도록 된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 더스트버너는 더스트 및 이송가스가 공급되는 내측노즐 및 상기 내측노즐의 외부에서 감싸는 외측노즐로 구성되어 내측노즐과 외측노즐의 사이에 산소가 배출되고, 상기 니켈-구리 합금은 상기 내측노즐 선단부 및 외측노즐의 선단부 내주면에 링 혹은 파이프 형태로 융착 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 더스트버너 제조방법은 더스트 및 이송가스가 공급되는 내측노즐 및 상기 내측노즐의 외부에서 감싸는 외측노즐로 구성되어 용융로의 가스로부터 더스트를 포집하여 용융로에 취입 및 연소시키는 더스트버너를 제조하는 방법에 있어서, 상기 더스트버너의 내측노즐 선단부를 주조하기 위한 내측노즐 선단부 주조용 주형 내에 상기 더스트버너의 내측노즐 선단부가 주조되는 위치에 배치되도록 니켈-구리 합금을 삽입하는 과정과; 상기 내측노즐 선단부 주조용 주형 내에 동 용융액을 주입한 후, 응고시킴에 의하여 더스트버너의 내측노즐 선단부를 주조하되, 주조과정에서 더스트버너 내측노즐 선단부를 이루는 동과 니켈-구리 합금이 금속학적으로 결합되어 더스트버너의 내측노즐 선단부에 니켈-구리 합금이 융착 형성되는 과정과; 상기 더스트버너의 외측노즐 선단부를 주조하기 위한 외측노즐 선단부 주형 내에 상기 더스트버너의 외측노즐 선단부 내주면이 주조되는 위치에 배치되도록 니켈-구리 합금을 삽입하는 과정과; 상기 외측노즐 선단부 주조용 주형 내에 동 용융액을 주입한 후, 응고시킴에 의하여 더스트버너의 외측노즐 선단부를 주조하되, 주조과정에서 더스트버너 외측노즐 선단부를 이루는 동과 니켈-구리 합금이 금속학적으로 결합되어 더스트버너의 외측노즐 선단부 내주면에 니켈-구리 합금이 융착 형성되는 과정과; 상기 내측노즐 선단부를 내측노즐 몸체부에 용접하여 내측노즐을 형성하고, 상기 외측노즐 선단부를 외측노즐 몸체부에 용접하여 외측노즐을 형성하는 과정과; 상기 내측노즐을 외측노즐 내에 삽입하여 조립하는 과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 더스트버너 선단부 제조방법은 상기 외측노즐 선단부 주조용 주형 및 내측노즐 선단부 주조용 주형 내에 주입되는 동 용융액의 온도는 1,100~1,300℃로 하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명에 의하면 더스트버너의 주조시 더스트버너의 선단부에 니켈-구리 합금을 더스트버너의 동과 경계면이 존재하지 않는 상태로 금속학적 결합구조를 갖도록 일체로 융착 형성시킴으로써 더스트버너의 내마모성을 향상하여 수명을 향상시키고, 이와 동시에 우수한 열전도성을 유지하여 더스트버너의 냉각 성능을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 더스트버너의 예시적인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 더스트버너를 구성하는 내측노즐의 예시적인 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 더스트버너를 구성하는 외측노즐의 예시적인 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 더스트버너의 "A"부 확대도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명의 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 더스트버너의 예시적인 단면도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 더스트버너를 구성하는 내측노즐의 예시적인 단면도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 더스트버너를 구성하는 외측노즐의 예시적인 단면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 더스트버너의 "A"부 확대도이다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 더스트버너 선단부(40,50)는 열전달 효율이 우수한 동 재질이 적용되는 것으로, 더스트버너(20)의 선단부가 마모되어 그 수명이 단축되는 것을 방지코자, 더스트버너(20)의 내측노즐 선단부(50) 및 외측노즐 선단부(40)에 니켈-구리 합금(30)을 융착 형성시킨 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 더스트버너(20)는 체결플랜지(25)에 의해 코렉스(FINEX) 용융로 철피(10)에 형성된 프레임(10a)에 볼트 체결되어 설치되어지는 것으로서, 외측노즐과 내측노즐의 두 파트(part)로 구성되고, 산소공급구(24)로 가연성 가스 연소에 필요한 산소가 주입되어 외측노즐과 내측노즐 사이에 형성된 산소배출구(23)를 통해 용융로 내로 배출된다.

외측노즐은 외측노즐 몸체부(21)에 외측노즐 선단부(40)가 용접 고정된 구조이고, 내측노즐은 내측노즐 몸체부(22)에 내측노즐 선단부(50)가 용접 고정된 구조이다. 외측노즐 몸체부(21)의 외측파이프(21a)는 동으로 제작되고, 내측파이프(21b)는 주로 SUS강으로 제조된다. 내측노즐 몸체부(22)의 외측파이프(22a) 및 내측파이프(22b)는 주로 SUS강으로 제조된다.

각 외측노즐과 내측노즐의 내부에는 철파이프(21c,22c)에 의하여 냉각수유로(21d,22d)가 형성되어 더스트버너의 열손상 보호를 위해 냉각수가 냉각수공급구(27)를 통해 통입되어 순환된 후 냉각수배출구(28)를 통해 배출된다. 도면부호 29a~c는 냉각수순환입구(29a), 냉각수순환튜브(29b), 냉각수순환출구(29c)이다. 상기 내측노즐로는 더스트공급구(26)를 통해 더스트 및 이의 운송을 위한 질소와 같은 이송가스가 주입되어 용융로 내로 공급된다.

본 발명은 더스트버너(20)의 내측노즐 선단부(50) 및 외측노즐 선단부(40) 내주면에 각각 니켈-구리 합금(30a,30b)이 융착 형성된 구조로서, 더스트버너(20)에 융착 형성된 니켈-구리 합금(30)은 강도가 높아 고온에서도 내마모성이 우수한 특성을 갖는다. 따라서 본 발명에 따른 더스트버너(20)는 선단부가 쉽게 마모되지 않아 그 수명이 연장되는 효과가 제공된다.

본 발명에서 더스트버너(20) 선단부(40,50)는 열전도도가 우수한 동(Copper) 소재로 이루어지되, 주조에 의해 제조되는 것이 중요한 요소이다. 종래에는 더스트버너의 노즐 선단에 고내열충격성 및 고내식성을 갖는 세라믹 보강링을 결합하여 노즐 선단이 침식되는 것을 방지하고 있으나, 보강링과 더스트버너를 이루는 동 재질 사이에 경계면이 형성되고, 이로 인해 열전도도가 낮아져 냉각효율이 저하되는 문제가 발생된다.

본 발명에서는 상기의 문제를 해소하고자, 더스트버너(20) 선단부를 주조에 의해 제조하되, 주조 과정에서 더스트버너(20)의 선단부에 기계적 특성과 융점이 높고 동과 금속학적 결합이 가능한 니켈-구리 합금(30)을 융착 형성시킴으로써 내마모성과 함께 열전도성 또한 극대화시킨 것이다.

즉, 니켈-구리 합금(30)을 주형 내의 더스트버너 선단부가 주조되는 위치에 삽입한 상태에서 주물재료를 주입하여 더스트버너(20)를 주조하게 되면, 더스트버너(20) 주조 과정에서 더스트버너(20) 선단부를 이루는 동과 니켈-구리 합금간 명확한 경계면이 존재하지 않은 상태로 상호 금속학적 결합 구조를 이루게 되며, 이에 따라 니켈-구리 합금(30)이 더스트버너(20)의 선단부에 일체로 융착 형성됨으로써 동에 의한 열전도성이 최대한으로 유지되는 것이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 더스트버너(20)는 내측노즐 선단부(50)의 선단측 및 외측노즐 선단부(40)의 내주면 선단측에 링 혹은 파이프 형태를 갖는 니켈-구리 합금(30a,30b)이 융착 형성된 구조를 갖는다.

이와 같이 니켈-구리 합금(30)을 더스트버너(20)의 내측노즐 선단부(50) 및 외측노즐 선단부(40) 내주면에 융착 형성시킴으로써, 주로 더스트버너(20)의 내,외측노즐 선단부 사이에서 발생되는 마모로 인한 수명 단축을 방지할 수 있다.

이하에서는, 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 더스트버너 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 더스트버너 제조방법은, 더스트 및 이송가스가 공급되는 내측노즐 및 상기 내측노즐의 외부에서 감싸는 외측노즐로 구성되어 용융로의 가스로부터 더스트를 포집하여 용융로에 취입 및 연소시키는 더스트버너를 제조하는 방법에 있어서, 상기 더스트버너(20) 선단부를 주조하기 위한 주형 내에 상기 더스트버너(20)의 선단부가 주조되는 위치에 배치되도록 니켈-구리 합금을 삽입하는 과정과; 상기 주형 내에 동 용융액을 주입한 후, 응고시킴에 의하여 더스트버너(20) 선단부를 주조하되, 주조과정에서 더스트버너(20) 선단부를 이루는 동과 니켈-구리 합금이 금속학적으로 결합되어 더스트버너(20) 선단부의 적어도 일부에 니켈-구리 합금(30)이 융착 형성되는 과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

이를 각 단계별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 더스트버너(20)의 내측노즐 및 외측노즐 선단부(40,50)를 주조(鑄造)에 의해 형성하기 위하여 내측노즐 선단부 주조용 주형 및 외측노즐 선단부 주조용 주형을 준비한다. 본 발명에서는 더스트버너의 내,외측노즐 선단부(40,50) 주조과정에서 니켈-구리 합금(30)이 금속학적으로 결합되어 더스트버너(20)의 선단부에 융착 형성되도록, 동 용융액을 주입하기 전에, 니켈-구리 합금(30a,30b)을 내,외측노즐 선단부 주조용 주형 내에 삽입한다.

이때, 니켈-구리 합금(30b)이 더스트버너의 외측노즐 선단부(40) 내주면 선단측에 융착 형성되도록, 더스트버너의 외측노즐 선단부(40) 내주면 선단측이 주조되는 위치에 배치되도록 니켈-구리 합금(30b)을 외측노즐 선단부 주조용 주형내에 삽입한다.

또한 니켈-구리 합금(30a)이 더스트버너의 내측노즐 선단부(50)의 선단측이 주조되는 위치에 배치되도록 니켈-구리 합금(30a)을 내측노즐 선단부 주조용 주형내에 삽입한다.

이와 같이 도 4에 도시한 실시예의 더스트버너를 제조하고자 하는 경우, 링 혹은 파이프 형태의 니켈-구리 합금(30)을 내측노즐과 외측노즐 선단부 주조용 주형 내에 삽입하되, 더스트버너(20)의 내측노즐 선단부(50)의 선단측 및 외측노즐 선단부(40)의 내주면 선단측이 주조되는 위치에 배치되도록 삽입한 후, 이어서 내측노즐 선단부 주조용 주형 및 외측노즐 선단부 주조용 주형 내에 주물재료를 주입한다.

본 발명에서는 더스트버너(20) 선단부를 열전도도가 높은 동 재질로 형성시키기 위해 동 용융액을 주물재료로 한다. 동 용융액을 주형 내에 부어 응고시킴으로써 더스트버너(20)의 내측노즐 및 외측노즐 선단부(40,50)를 제조한다.

주형 내에 주입되는 동 용융액의 온도는 1,100~1,300℃가 되도록 한다. 그 이유는 주형 내에 주입되는 동 용융액의 온도가 1,100℃보다 낮으면, 니켈-구리 합금(30)의 표면이 용융되지 않아 동 재질의 내,외측노즐 선단부에 니켈-구리 합금(30)이 융착 형성되지 않거나 쉽게 분리될 수 있기 때문이다. 또한 주형 내에 주입되는 동 용융액의 온도가 1300℃보다 높으면, 니켈-구리 합금이 완전히 용융되는 문제가 있으므로 주형 내에 주입되는 온도를 1,100~1,300℃로 하는 것이 바람직하다.

주조된 내측노즐 선단부(50)는 내측노즐 몸체부(22)에 용접(51)하여 도 2와 같이 내측노즐을 형성하고, 외측노즐 선단부(40)는 외측노즐 몸체부(21)에 용접(41)하여 도 3과 같이 외측노즐을 형성한 다음, 내측노즐을 외측노즐 내에 삽입한 후 각 체결플랜지(61,62)에 볼트(60)로 체결시킴으로써 더스트버너의 제조 및 조립이 이루어진다.

전술한 바에 따른 제조방법에 의하여 제조된 더스트버너는 내측노즐 및 외측노즐의 선단부(40,50)가 열전달 효율이 우수한 동 재질이 적용되고, 더스트버너 선단부 주조시에 더스트버너(20)를 이루는 동과 니켈-구리 합금(30)간 명확한 경계면이 존재하지 않은 상태로 상호 금속학적 결합 구조를 갖도록 고강도의 니켈-구리 합금(30)을 일체로 융착 형성시킴으로써 내마모성과 함께 동에 의한 열전도성이 최대한으로 유지되므로, 더스트버너(20)의 냉각 효율이 극대화되는 것이다.

종래와 같이 더스트버너의 노즐 선단부에 세라믹 보강링을 삽입하는 경우, 더스트버너를 이루는 동 재질과 보강링의 경계면에 약간의 틈이 생기거나 경계면 전체에 걸쳐 균일한 강도로 결합되지 아니하여 취약부분을 중심으로 결함이 발생하여 더스트버너의 수명이 저하되나, 본 발명의 제조방법에 의하면 더스트버너의 선단부 주조 과정에서 주형 내에 니켈-구리 합금(30)이 선투입된 상태로 주물재료가 주입되어 주조되므로, 더스트버너(20) 선단부와 니켈-구리 합금(30) 사이에 틈이 전혀 생기지 않으면서 니켈-구리 합금(30)이 더스트버너(20)에 일체화된 형태로 융착 형성되므로 내구성이 현저히 개선된다.

10: 용융로 철피 20: 더스트버너 21: 외측노즐 몸체부
21a,22a: 외측파이프 21b,22b: 내측파이프 21c,22c: 철파이프
21d,22d: 냉각수유로 22: 내측노즐 몸체부 23: 산소배출구
24: 산소공급구 25: 체결플랜지 26: 더스트공급구
27: 냉각수공급구 28: 냉각수배출구 29a: 냉각수순환입구
29b: 냉각수순환튜브 29c: 냉각수순환출구 30: 니켈-구리 합금
40: 외측노즐 선단부 50: 내측노즐 선단부 60: 볼트
61,62: 체결플랜지

Claims

삭제
용융로의 가스로부터 더스트를 포집하여 용융로에 취입 및 연소시키는 더스트버너에 있어서,
상기 더스트버너 선단부에 니켈-구리 합금이 융착 형성되며,
상기 니켈-구리 합금은 더스트버너 선단부 주조시 융착되어 형성되므로써 더스트버너 선단부의 주조과정에서 더스트버너 선단부를 이루는 동과 니켈-구리 합금이 금속학적 결합 구조를 이루도록 된 것을 특징으로 하는 열전도성과 내마모성이 우수한 용융로용 더스트버너.
제2항에 있어서,
상기 더스트버너는 더스트 및 이송가스가 공급되는 내측노즐 및 상기 내측노즐의 외부에서 감싸는 외측노즐로 구성되고,
상기 내측노즐의 선단부 및 외측노즐의 선단부 내주면에는 각각 니켈-구리 합금이 링 혹은 파이프 형태로 융착 형성된 것을 특징으로 하는 열전도성과 내마모성이 우수한 용융로용 더스트버너.
더스트 및 이송가스가 공급되는 내측노즐 및 상기 내측노즐의 외부에서 감싸는 외측노즐로 구성되어 용융로의 가스로부터 더스트를 포집하여 용융로에 취입 및 연소시키는 더스트버너를 제조하는 방법에 있어서,
상기 더스트버너의 내측노즐 선단부를 주조하기 위한 내측노즐 선단부 주조용 주형 내에 상기 더스트버너의 내측노즐 선단부의 선단측이 주조되는 위치에 배치되도록 니켈-구리 합금을 삽입하는 과정과;
상기 내측노즐 선단부 주조용 주형 내에 동 용융액을 주입한 후, 응고시킴에 의하여 더스트버너의 내측노즐 선단부를 주조하되, 주조과정에서 더스트버너 내측노즐 선단부를 이루는 동과 니켈-구리 합금이 금속학적으로 결합되어 더스트버너의 내측노즐 선단부의 선단측에 니켈-구리 합금이 융착 형성되는 과정과;
상기 더스트버너의 외측노즐 선단부를 주조하기 위한 외측노즐 선단부 주조용 주형 내에 상기 더스트버너의 외측노즐 선단부의 내주면 선단측이 주조되는 위치에 배치되도록 니켈-구리 합금을 삽입하는 과정과;
상기 외측노즐 선단부 주조용 주형 내에 동 용융액을 주입한 후, 응고시킴에 의하여 더스트버너의 외측노즐 선단부를 주조하되, 주조과정에서 더스트버너 외측노즐 선단부를 이루는 동과 니켈-구리 합금이 금속학적으로 결합되어 더스트버너의 외측노즐 선단부의 내주면 선단측에 니켈-구리 합금이 융착 형성되는 과정과;
상기 내측노즐 선단부를 내측노즐 몸체부에 용접하여 내측노즐을 형성하고, 상기 외측노즐 선단부를 외측노즐 몸체부에 용접하여 외측노즐을 형성하는 과정과;
상기 내측노즐을 외측노즐 내에 삽입하여 조립하는 과정;
을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성과 내마모성이 우수한 용융로용 더스트버너 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 외측노즐 선단부 주조용 주형 및 내측노즐 선단부 주조용 주형 내에 주입되는 동 용융액의 온도는 1,100~1,300℃로 하는 것을 특징으로 하는 열전도성과 내마모성이 우수한 용융로용 더스트버너 제조방법.