KR101298728B1 - 고로 슬래그의 현열 회수 장치 - Google Patents

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Abstract

고로 슬래그의 현열 회수 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 슬래그 유동 덕트의 내부에 수용되는 축열 장치; 상기 축열 장치를 경유하도록 설치되고, 열교환 매체가 유동되면서 축열 장치에 의해 가열되도록 하는 열교환기; 상기 열교환기에 연결되어 상기 열교환기에 열교환 매체를 공급하는 매체 공급 장치; 및 상기 축열 장치에 연결되고, 상기 슬래그 유동 덕트의 공기가 축열 장치에 흡입되어 축열 장치를 축열하는 송풍기를 포함하는 고로 슬래그의 현열 회수 장치를 제공한다.

Description

고로 슬래그의 현열 회수 장치{SENSIBLE HEAT COLLECTING APPARATUS OF FURNACE SLAG}
본 발명은 고로 슬래그에서 현열을 회수하여 에너지를 절감할 수 있도록 하는 고로 슬래그의 현열 회수 장치에 관한 것이다.
일반적으로 제철소에서는 용선 제조 공정에서 고로 슬래그가 발생된다. 고로 슬래그는 고로에서 용선을 출선시킬 때에 용선과 분리되어 배출될 수 있다. 고로 슬래그는 공기나 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 이러한 고로 슬래그의 열은 회수되지 않고 외부에 방출될 수 있다.
대한민국 공개특허 제2011-0053833호(2011.05.24 공개)에는 고로 슬래그 시멘트 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 고로 슬래그 시멘트가 개시된다. 이는 고로 슬래그를 분쇄하고 각종 성분을 혼합하여 시멘트를 제조한다.
본 발명의 실시예들은 고로 슬래그의 열을 회수하여 재활용할 수 있는 고로 슬래그의 현열 회수 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 슬래그 유동 덕트의 내부에 수용되는 축열 장치; 상기 축열 장치를 경유하도록 설치되고, 열교환 매체가 유동되면서 축열 장치에 의해 가열되도록 하는 열교환기; 상기 열교환기에 연결되어 상기 열교환기에 열교환 매체를 공급하는 매체 공급 장치; 및 상기 축열 장치에 연결되고, 상기 슬래그 유동 덕트의 공기가 축열 장치에 흡입되어 축열 장치를 축열하는 송풍기를 포함하는 고로 슬래그의 현열 회수 장치를 제공한다.
상기 축열 장치는, 상기 열교환기가 관통하는 케이스; 및 상기 케이스의 내부에 수용되고, 고로 슬래그에서 발생된 열을 축열하여 상기 열교환기를 가열하는 축열 매체를 포함할 수 있다.
상기 케이스의 하면은 공기가 통과하도록 다공성 구조로 형성될 수 있다.
상기 열교환기와 축열 매체 사이에는 난류 형성층이 더 포함될 수 있다.
상기 열교환기는 축열 장치를 경유하는 부분이 지그재그로 절곡된 배관일 수 있다.
상기 매체 공급 장치와 송풍기를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 슬래그 유동 덕트에 설치되는 제1 온도센서를 포함하고, 상기 제어부는 제1 온도센서에서 측정된 온도에 따라 송풍기를 제어하여 상기 축열 장치를 통과하는 공기의 유량을 조절할 수 있다.
상기 축열 장치의 내부에 설치되는 제2 온도센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 제2 온도센서에서 측정된 온도에 따라 상기 매체 공급 장치의 유량과 송풍기의 유량을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 고로 슬래그의 열을 회수하여 재활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고로 슬래그의 현열 회수 장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 현열 회수 장치의 축열 장치의 케이스를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 축열 장치의 내부를 도시한 도면이다.
도 4는 제어부에 연결된 구성을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 고로 슬래그의 현열 회수 장치의 실시예에 관해 상세히 설명하기로 하기로 한다.
용선 제조 공정에서는 고로에 철광석을 넣고과 코크스를 넣고 고온의 열풍을 불어넣어 환원시켜 태워서 용선을 제조한다. 고로에서는 용선과 고로 슬래그가 분리 배출될 수 있다.
용선은 토페도카(Torpedo Ladle Car)에 배출된 후 제강 공정으로 이동될 수 있다. 고로 슬래그는 용융된 상태로 슬래그 유동 덕트(110)에 배출될 수 있다. 고로 슬래그는 냉각방식에 따라 괴재 슬래그와 수재 슬래그로 구별될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고로 슬래그의 현열 회수 장치의 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 2는 현열 회수 장치의 축열 장치의 케이스를 도시한 도면이고, 도 3은 축열 장치의 내부를 도시한 도면이고, 도 4는 제어부에 연결된 구성을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 고로 슬래그의 현열 회수 장치(100)는, 축열 장치(120), 열교환기(130), 매체 공급 장치(140) 및 송풍기(150)를 포함할 수 있다.
고로에서 배출된 고로 슬래그는 슬래그 유동 덕트(110)에 배출될 수 있다. 고로 슬래그는 1500℃ 정도의 온도로 슬래그 유동 덕트(110)에 배출될 수 있다. 고로 슬래그는 1300℃ 정도의 온도로 냉각되더라도 유동성을 충분히 확보할 수 있다.
슬래그 유동 덕트(110)의 상측에는 덕트 커버(111)가 배치될 수 있다. 덕트 커버(111)는 외부의 공기가 슬래그 유동 덕트(110)로 유입되는 것을 차폐시킬 수 있다.
슬래그 유동 덕트(110)는 슬래그 냉각장이나 살수장에 연결될 수 있다. 슬래그 유동 덕트(110)의 내부에는 고로 슬래그가 용융된 상태로 유동될 수 있도록 슬래그 유로가 형성될 수 있다. 이러한 슬래그 유동 덕트(110)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 슬래그 유동 덕트(110)는 용융 슬래그의 온도에 의해 용융되지 않는 내열성 재질로 형성될 수 있다.
축열 장치(120)는 슬래그 유동 덕트(110)의 내부에 수용될 수 있다. 축열 장치(120)는 케이스(121)와 축열 매체(125)를 포함할 수 있다.
케이스(121)에는 열교환기(130)가 관통될 수 있다. 케이스(121)의 하면(121a)은 공기가 유입될 수 있는 다공성 구조로 형성되고, 케이스(121)의 상면(121c)과 측면(121b)은 공기가 유입되지 못하도록 폐쇄된 면으로 형성될 수 있다. 케이스(121)의 상면(121c)에는 케이스(121)에 유입된 공기가 토출되도록 토출관(123)이 형성될 수 있다.
축열 매체(125)는 케이스(121)의 내부에 수용되고, 용융 슬래그에서 발생된 열을 축열하여 열교환기(130)를 가열할 수 있다. 축열 매체(125)는 구 형태로 형성될 수 있다. 케이스(121)의 내부에는 동일한 크기의 축열 매체(125)가 수용되거나, 다른 크기의 축열 매체(125)가 수용될 수 있다. 이러한 축열 매체(125) 사이에는 공기가 통과할 수 있도록 공극이 형성될 수 있다.
축열 매체(125)의 상측에는 난류 형성층(127)이 형성될 수 있다. 난류 형성층(127)은 난류 형성부재들이 적층되어 형성될 수 있다. 이러한 난류 형성층(127)은 열교환기(130)와 축열 매체(125) 사이에 배치될 수 있다.
삭제
열교환기(130)는 축열 장치(120)를 경유하도록 설치될 수 있다. 열교환기(130)의 내부에는 열교환 매체가 유동되면서 가열될 수 있다.
열교환기(130)는 축열 장치(120)를 경유하는 부분이 지그재그로 절곡된 배관일 수 있다. 열교환기(130)의 절곡된 부분은 동일 평면상에 형성될 수 있다. 열교환기(130)는 축열 장치(120)의 상측에 배치될 수 있다. 이러한 열교환기(130)는 지그재그로 형성되어 열교환 매체의 열교환 시간 및 열교환 면적을 증대시킬 수 있다.
매체 공급 장치(140)는 열교환기(130)의 일측에 연결되어 열교환기(130)에 열교환 매체를 공급할 수 있다. 열교환 매체로는 물이나 공기 등이 적용될 수 있다. 열교환 매체가 물인 경우 매체 공급 장치(140)로는 펌프가 적용될 수 있다. 열교환 매체가 공기인 경우 매체 공급 장치(140)로는 송풍기가 적용될 수 있다.
열교환기(130)는 배관(미도시)을 매개로 증기 설비나 발전 설비에 공급될 수 있다. 따라서, 고온의 가열 매체를 생산하여 증기 설비나 발전 설비 등에 활용하여 에너지 저감에 기여할 수 있다.
송풍기(150)는 축열 장치(120)의 토출관(123)에 연결될 수 있다. 송풍기(150)는 슬래그 유동 덕트(110) 내부의 공기가 축열 장치(120)에 흡입되어 축열 장치(120)가 가열되도록 할 수 있다. 송풍기(150)에 흡입된 공기는 슬래그 유동 덕트(110)의 외부에 배출되거나 또는 슬래그 유동 덕트(110)의 내부에 다시 투입될 수 있다.
매체 공급 장치(140)와 송풍기(150)를 제어하도록 제어부(160)가 더 포함될 수 있다. 제어부(160)는 매체 공급 장치(140)와 송풍기(150)의 구동 속도를 조절하여 열교환 매체나 공기의 유량을 적절하게 제어할 수 있다.
슬래그 유동 덕트(110)에는 제1 온도센서(171)가 더 포함될 수 있다. 제1 온도센서(171)는 슬래그 유동 덕트(110)에 배치되므로, 고로 슬래그의 온도를 민감하게 측정할 수 있다.
제1 온도센서(171)는 슬래그 유동 덕트(110)의 내부 온도를 측정한다. 제1 온도센서(171)에서 측정된 온도에 관한 신호는 제어부(160)에 전달될 수 있다.
제어부(160)는 제1 온도센서(171)에서 측정된 온도에 따라 송풍기(150)를 제어하여 축열 장치(120)를 통과하는 공기의 유량을 조절할 수 있다.
예를 들면, 제1 온도센서(171)에서 측정된 온도가 1400≤t≤1500℃ 범위인 경우, 제어부(160)는 송풍기(150)를 고속으로 회전시켜 축열 장치(120)에 공급되는 공기의 유량을 증가시킬 수 있다. 이는 슬래그 유동 덕트(110)에서 유동하는 슬래그의 온도가 충분히 높기 때문에 슬래그 유동 덕트(110)에서 많은 양의 공기가 배출되더라도 슬래그의 유동성을 확보할 수 있기 때문이다.
또한, 제1 온도센서(171)에서 측정된 온도가 1300<t<1400℃ 범위인 경우, 제어부(160)는 송풍기(150)를 저속으로 회전시켜 축열 장치(120)에 공급되는 공기의 유량을 감소시킬 수 있다. 이는 슬래그 유동 덕트(110)에서 유동하는 고로 슬래그의 온도가 낮기 때문에 고로 슬래그의 온도 저하를 상대적으로 감소시키기 위함이다.
또한, 제1온도센서에서 측정된 온도가 1300℃ 이하이면, 매체 공급 장치(140)와 송풍기(150)를 정지시킬 수 있다. 이는 용융된 고로 슬래그가 슬래그 유동 덕트(110)에서 유동성이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
축열 장치(120)의 내부에는 제2 온도센서(175)가 더 포함될 수 있다. 제2 온도센서(175)는 축열 장치(120)의 내부에 배치되므로, 열교환기(130)의 열교환 효율을 민감하게 측정할 수 있다.
제어부(160)는 제2 온도센서(175)에서 측정된 온도에 따라 매체 공급 장치(140)의 유량과 송풍기(150)의 유량을 제어할 수 있다.
예를 들면, 제2 온도센서(175)에서 측정된 온도가 1000℃ 이상 경우, 제어부(160)는 매체 공급 장치(140)와 송풍기(150)를 고속 회전하여 유량을 모두 증대시키도록 제어할 수 있다. 이때, 송풍기(150)는 슬래그 유동 덕트(110)에서 축열 장치(120)로 고온 공기를 흡입함에 의해 축열 장치(120)의 온도를 상승시킬 수 있다. 축열 장치(120)의 온도가 상승되면 열교환기(130)의 열교환 효율도 증가될 수 있다. 따라서, 매체 공급 장치(140)가 열교환기(130)에 많은 양의 열교환 매체를 공급하더라도 열교환 매체는 충분히 가열될 수 있다.
또한, 제2 온도센서(175)에서 측정된 온도가 1000℃ 미만인 경우, 제어부(160)는 매체 공급 장치(140)와 송풍기(150)를 저속 회전하여 유량을 모두 감소시키도록 제어할 수 있다. 이때, 송풍기(150)는 슬래그 유동 덕트(110)에서 축열 장치(120)로 고온 공기를 상대적으로 적게 흡입함에 의해 축열 장치(120)의 온도를 상대적으로 감소시킬 수 있다. 축열 장치(120)의 온도가 상대적으로 감소되면 열교환기(130)의 열교환 효율도 감소될 수 있다. 따라서, 매체 공급 장치(140)가 열교환기(130)에 상대적으로 적은 양의 열교환 매체를 공급하여 열교환 매체를 가열할 수 있다.
또한, 제2온도센서에서 측정된 온도가 800℃ 이하이면, 매체 공급 장치(140) 와 송풍기(140)를 정지시키고, 송풍기(140)를 계속적으로 가동시킬 수 있다. 이는 축열 장치(120)의 온도를 상승시키기 위함이다.
또한, 제1온도센서에 측정된 온도가 1300℃ 이하이고, 제2온도센서에서 측정된 온도가 800℃ 이하인 경우, 매체 공급 장치(140)와 송풍기(140)를 모두 정지시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 고로 슬래그 현열 회수 장치의 작용에 관해 설명하기로 한다.
고로에서 슬래그 유동 덕트(110)에 고로 슬래그가 배출될 수 있다. 고로 슬래그는 슬래그 유동 덕트(110)를 따라 유동될 수 있다.
제어부(160)는 송풍기(140)를 가동하여 축열 장치(120)에 고온 공기를 흡입한다. 송풍기(140)가 가동됨에 따라 축열 장치(120)는 고온 공기와 계속적으로 열접촉됨에 의해 고온으로 가열될 수 있다. 이때, 축열 장치(120)는 송풍기(140)에 의해 흡입되는 고온 공기에 의해 가열되므로 빠른 시간 내에 축열될 수 있다.
제1 온도센서(171)는 슬래그 유동 덕트(110)의 내부 온도를 측정하고, 제2 온도센서(175)는 축열 장치(120)에 수용된 축열 매체(125)의 온도를 측정한다.
제2 온도센서(175)에서 측정된 온도가 800℃ 이상인 경우, 제어부(160)는 매체 공급 장치(140)를 가동하여 열교환기(130)에 열교환 매체를 공급한다. 열교환 매체는 열교환기(130)에서 가열된 후 배출되어 증기 설비나 발전 설비 등에 이용될 수 있다. 제2 온도센서(175)에서 측정된 온도가 800℃ 이상을 유지하면,(121a) 열교환기(130)에 계속적으로 열교환 매체가 공급될 수 있다.
제1 온도센서(171)에서 측정된 온도가 1300℃ 이하인 경우, 고로 슬래그가 유동성을 확보하기 곤란하므로 송풍기(150)를 정지시킬 수 있다. 송풍기(150)가 정지됨에 따라 슬래그 유동 덕트(110)의 공기는 축열 장치(120)로 유입되지 않는다. 따라서, 슬래그 유동 덕트(110)의 온도 저하가 상대적으로 지연되므로, 고로 슬래그의 유동성이 악화되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 고로 슬래그의 현열을 회수하여 증기 설비나 발전 설비 등 고온의 공기나 온수가 필요한 곳에 활용할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
110: 슬래그 유동 덕트 120: 축열 장치
121: 케이스 125: 축열 매체
127: 난류 형성층 130: 열교환기
140: 매체 공급 장치 150: 송풍기
160: 제어부 171: 제1 온도센서
172: 제2 온도센서

Claims (8)

  1. 슬래그 유동 덕트의 내부에 수용되는 축열 장치;
    상기 축열 장치를 경유하도록 설치되고, 열교환 매체가 유동되면서 축열 장치에 의해 가열되도록 하는 열교환기;
    상기 열교환기에 연결되어 상기 열교환기에 열교환 매체를 공급하는 매체 공급 장치; 및
    상기 축열 장치에 연결되고, 상기 슬래그 유동 덕트의 공기가 축열 장치에 흡입되어 축열 장치를 축열하는 송풍기를 포함하는 고로 슬래그의 현열 회수 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 축열 장치는,
    상기 열교환기가 관통하는 케이스; 및
    상기 케이스의 내부에 수용되고, 고로 슬래그에서 발생된 열을 축열하여 상기 열교환기를 가열하는 축열 매체를 포함하는 고로 슬래그의 현열 회수 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 케이스의 하면은 공기가 통과하도록 다공성 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 고로 슬래그의 현열 회수 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환기와 축열 매체 사이에는 난류 형성층이 더 포함되는 고로 슬래그의 현열 회수 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기는 축열 장치를 경유하는 부분이 지그재그로 절곡된 배관인 것을 특징으로 하는 고로 슬래그의 현열 회수 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 매체 공급 장치와 송풍기를 제어하는 제어부를 더 포함하는 고로 슬래그의 현열 회수 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 슬래그 유동 덕트에 설치되는 제1 온도센서를 포함하고,
    상기 제어부는 제1 온도센서에서 측정된 온도에 따라 송풍기를 제어하여 상기 축열 장치를 통과하는 공기의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 고로 슬래그의 현열 회수 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 축열 장치의 내부에 설치되는 제2 온도센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 제2 온도센서에서 측정된 온도에 따라 상기 매체 공급 장치의 유량과 송풍기의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 고로 슬래그의 현열 회수 장치.
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