KR101360127B1 - 야금로용 스테이브 쿨러의 제조방법 및 이에 의하여 제조된스테이브 쿨러 - Google Patents
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Abstract
야금로를 위한 스테이브 쿨러(10; 10'; 10'')를 위한 제조방법이 개시되었다. 상기 방법은 용광로의 내부를 향하는 내측면(16)을 갖는 금속판(12; 12'; 12'') 및 반대 방향의 외측면(18)을 제공하는 단계; 적어도 하나의 냉각수 파이프(14)를 제공하는 단계; 및 상기 냉각수 파이프와 상기 금속판 사이에 열전도 접촉을 이루는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 기 방법은 평평해진 면(24)를 갖는 냉각수 파이프(14)를 제공하고, 열전도 접촉을 이루기 위하여 상기 평평해진 면(24)을 외측면(18) 상의 금속판(12; 12'; 12'')에 외부적으로 고정시키는 단계를 포함한다.
스테이브 쿨러, 야금로, 확산접합, 용광로, 내화성 내장재
Description
본 발명은 일반적으로 용광로와 같은 야금로를 위한 냉각 장비 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 스테이브 쿨러의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 스테이브 쿨러에 관한 것이다.
"스테이브"라고도 하는 스테이브 쿨러는 수십년간 용광로에서 사용되어 왔다. 상기 스테이브 쿨러는 용광로 내부의 노 동체(furnace shell) 및 내화성 내장재(refractory lining) 사이에 배치되어 내화성 내장재를 냉각시키고, 심각한 공정 온도로부터 노 동체를 보호하는 역할을 한다. 매우 일반적인 디자인으로서, 상기 쿨러는 슬래브를 통하여 확장되고 상기 슬래브와 통합된 수개의 내부 냉각수 유로를 갖는 두껍고 무거운 금속 슬래브로 구성된다. 내부 유로로 향하는 연결 파이프 말단은 상기 스테이브의 후면에 배열되고, 노 동체에 대하여 봉합하는 방법으로 연결된다. 다양한 종류의 스테이브에서 냉각 유로는 노 동체로부터 나오는 상기 연결 파이프 말단에 의하여 용광로의 냉각수 회로에 연속하여 연결된다.
수년 전까지, 용광로의 대부분의 스테이브들은 주철 스테이브였다. 상기 주철 스테이브를 제조하기 위한 서로 다른 방법들이 있다. 제 1 방법에 따르면, 부피가 큰 스테이브 바디를 주조하기 위한 주형에는 내부 냉각수 유로를 형성하기 위한 하나 이상의 샌드 코어(sand cores)가 제공된다. 그 후, 용융된 주철은 사이 주형에 주입된다. 상기 방법은 주형 모래가 냉각 유로로부터 제거되기 힘들고, 및/또는 상기 주철 내의 냉각 유로가 종종 적절하게 형성되지 않거나 또는 충분히 단단하지 않다는 단점을 갖는다. 상기 단점들을 방지하기 위하여, 상기 주형에 미리 성형된 금속 파이프를 배치하고 용융된 주철을 상기 금속 파이프 주변으로 주입하는 방법이 제안되었다. 그러나, 상기 금속 파이프를 갖는 주철 스테이브는 만족스럽지 못하였다. 실제로, 주입 과정에서 주철로부터 금속 파이프로의 탄소 확산에 의하여, 후자가 파열되기 쉽고 균열이 생길 수 있다. 탄소 확산을 방지하기 위하여, 상기 파이프는 일반적으로 코팅된다. 상기 코팅은 스테이브 바디와 파이프 사이의 열 전달을 심각하게 감소시킨다.
주철 스테이브의 대안으로, 구리 스테이브가 개발되었다.
구리 스테이브 쿨러를 위한 서로 다른 생산 방법들이 제안되었다. 초기에, 주형 내에서 주조함에 의하여 구리 스테이브를 생산하고, 내부 냉각수 유로는 주조 된 주형 내에서 샌드 코어에 의하여 형성되는 방법이 시도되었다. 그러나, 상기 방법은 주조된 구리판 바디가 종종 곡면을 갖고 다공성이 되며, 이는 상기 구리판 바디의 수명에 극심한 부정적 영향을 미치기 때문에 실질적으로 효과적이지 못하다. 주형 모래는 유로로부터 제거되기 힘들고, 상기 유로는 종종 적절하게 형성되지 않는다.
단조된 구리 슬래브 또는 압연 구리 슬래브로부터 제조된 냉각판은 DE 2 907 511에 개시되어 있다. 냉각수 유로는 압연 구리 슬래브를 심공 드릴하여 제공되는 블라인드 홀(blind holes)이다. 블라인드 보어(blind bores)는 플러그를 용접하여 봉합된다. 그 후, 연결 보어에서 블라인드 보어가 구리판 바디의 후면으로부터 천공된다. 이후, 냉각수 주입 또는 냉각수 배출을 위한 연결 파이프 말단은 상기 연결 보어에 삽입되고 상기 스테이브 바디에 용접된다. 상기의 냉각판에 의하여, 상기한 주조와 관련된 단점들이 회피된다. 특히, 판 바디에서의 굴곡 및 다공성은 실질적으로 방지된다. 그러나, 상기 제조방법은 노동력 및 재료를 고려할 때 상대적으로 고가이다. 더욱이, 스테이브 쿨러가 노출되는 상당한 기계적 및 열적 스트레스때문에, 다른 용접된 연결 조인트가 기밀도(fluid tightness)를 고려할 때 필수적이다. 또한, 상기 유로가 스테이브 바디와 통합되어 있기 때문에, 냉각수와 용광로 내부 사이에 단지 제 1 단계의 분리만이 존재한다. 즉, 스테이브 바디에 균열이 발생할 경우, 냉각수가 누출될 것이다. 그러나, 냉각수가 용광로 내로 누출될 경우 폭발과 같은 심각한 문제를 초래할 수 있으 므로, 무엇보다도 상기와 같은 누출은 방지되어야 한다.
스테이브 유사 냉각 고안과 관련한 대안적 디자인이 US 4 071 230에서 제안되었다. 상기 고안은 내측에서 노 동체를 보호하는 역할을 하는 금속판과 상기 판에 연결되고 이들의 연결 파이프 말단과 함께 노 동체에 결합된 수개의 냉각수 파이프를 포함한다. 상기 금속판은 수평 방향 폭보다 수직 방향으로 더 길고, 열팽창을 방지하기 위하여 수개의 분리된 블록으로 구성되며, 다시, 상기 각 블럭들은 수직 방향 길이보다 수평 방향을 더 폭이 넓다. 더욱이, 각 블럭에는 노 동체와 접하는 측면에서 상기 파이프를 수용하기 위하여 원형인 단면을 갖는 홈들이 제공된다. 상기 원형 홈들은 전열체 층에 맞추어 정렬된다. 각각의 블럭은 또한 상기 블럭을 파이프에 고정하기 위한 수단을 포함한다. 다시, 상기 파이프는 냉각체를 상기 노 동체에 고정시키기 위하여 용접된 고정자를 갖는다. US 4 071 230에 따른 스테이브 쿨러에서는 노 동체에서 냉각수 파이프 상에 용접된 연결 조인트가 필요없지만, 상기 스테이브 쿨러의 제조를 위한 재료비 및 노동비용은 여전히 높다.
스테이브 유사 냉각체의 다른 디자인이 US 4 559 011에서 제안되었다. 상기 냉각체는 하나의 틀에 배치되고 금속성 결합판과 함께 용접함에 의하여 상호 연결된 수개의 이격된 냉각 파이프들을 포함한다. 상기 상호 연결된 파이프들 및 결합판들은 금속 틀 내에 포함된다. 열팽창을 보상하기 위하여, 상기 틀의 측면 뿐만 아니라 결합판, 핀(fins)도 팽창 슬롯 또는 팽창 유극(expansion clearances)을 갖는다. 각 결합판 또는 파이프에는 용광로 내부와 접하는 면에 핀이 제공될 수 있다. 상기 틀에는 전체 냉각체를 보호하기 위하여 용광로 내부에 접하는 면에 내화성 물질이 채워진다. US 4 559 011에 따른 스테이브형 쿨러를 생산함에 있어서의 상당한 노동 비용뿐만 아니라, 이의 사용에는 냉각수가 용광로 내로 누출될 수 있다는 위험성이 있다. 실제로, 내화성 물질의 특성이 저하되고, 파이프에서 벗겨지면, 상기 냉각 파이프는 용광로 가스 및 충진 물질(유해 물질)에 의한 연삭 마모에 노출되고, 이에 따라 누출이 발생할 수 있다.
용광로를 위한 스테이브 유사 냉각 패널의 또 다른 디자인은 GB 2 377 008에 기재되어 있다. 상기 냉각 패널은 용광로 내부를 향하는 면에 결합된 금속 배면 지지판(backing plate)과 수개의 금속 냉각 파이프들을 포함한다. 각 파이프는 상기 파이프와 통합적으로 형성된 적어도 하나의 돌출 핀을 구비한다. 상기 배면 지지판은 강철로 제조되는 것이 바람직한 반면, 핀과 통합된 파이프는 구리로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 파이프는 예를 들어, 알루미늄 청동 물질로 만들어진 경계 패드와 같은 경계 패드와 함께 상기 판에 고정될 수 있다. 기존의 디자인과 비교하여 소량의 부품들과 짧은 조립 단계가 필요하지만, 상기 냉각 패널은 개별적으로 파이프를 제작하여야 하는 요구조건때문에 고가인 문제가 있다. 더욱이, GB 2 377 008에 따른 냉각 패널과 함께, 상기 냉각 파이프는 또한 연삭 마모에 노출될 수 있고, 이에 따라 누출의 위험이 있다.
본 발명의 목적은 야금로를 위한 비용 효율성이 뛰어난 스테이브 쿨러의 제조방법 및 이에 따른 스테이브 쿨러를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법은 용광로 내부를 향하는 내측면과 반대 방향의 외측면을 갖는 금속판을 제공하는 단계, 적어도 하나의 냉각수 파이프를 제공하는 단계 및 상기 냉각수 파이프와 금속판사이의 열전도 접촉을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 중요한 일면에 따르면, 상기 방법은 평평한 면을 갖는 냉각수 파이프를 제공하고 상기 평평한 면을 외측면의 금속판에 외부적으로 고정시켜 열전도 접촉을 형성하는 단계를 더 포함한다.
하나 또는 수개의 외부 냉각수 파이프에 의하여, 전통적인 스테이브에서 사용된 슬래이브와 비교하여, 상기 판의 요구되는 두께가 상당히 감소될 수 있다. 결과적으로, 재료 비용의 상당한 절감 및 스테이브 쿨러 중량의 상당한 감소가 달성된다. 더욱이, 상기 냉각수 파이프는 용광로 내부로부터 보호되고, 특히, 충진 물질(유해 물질)로부터 보호된다. 평평한 면인 냉각수 파이프의 형상에 의하여, 충분한 열전달 표면 및 결과적으로 충분한 열전달이 보장된다.
본 발명에 따른 더욱 상세한 설명 및 장점들이 이하의 상세한 기술들로 부터 분명해 질 것이다.
바람직한 구체예에서, 열전도 접촉을 형성하는 단계는 확산접합 방법에 의하여 상기 평평한 면과 상기 외측면을 접합시키는 단계를 포함한다. 확산층, 즉, 상기 파이프와 상기 판 사이에 물질의 연속성을 형성함에 의하여, 양 부품들 사이의 열전도성, 및 이에 따르는 전체 냉각 효율이 향상된다. 상기 판과 상기 파이프 사이의 요구되는 열 전달을 위한 표면이 감소된다. 바람직한 확산접합 방법은 확산용접(DFW) 또는 확산브레이징(DFB)이다.
외부적으로 상기 평평한 면을 금속판에 고정시키는 단계는 유리하게는 상기 냉각수 파이프를 외측면에 측면 용접, 바람직하게는 봉합 용접 또는 스폿 용접하는 단계를 포함한다. 이후의 구체예에서, 상기 방법이 용접의 파라메터와 상기 냉각수 파이프의 파이프 벽 두께를 연관시켜 상기 파이프 벽 내측부가 용접에 의하여 영향을 받지 않고 보존되도록 하는 단계를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 강하고 지속적인 기계적 고정을 위하여 상기 파이프를 상기 판에 용접하는 것은 열전도 접촉을 향상시키기 위한 확산접합의 보완으로 고려되지만, 확산 조인트가 또한 충분한 기계적 고정을 제공할 경우 생략될 수 있다.
상기 방법은 유리하게 냉각수 파이프에서의 부분적 침전을 위하여 상기 외측면의 금속판에 수용홈(receiving groove)을 제공하는 것을 포함한다. 더욱이, 상기 방법은 금속판을 제공하는 단계에서 만곡된 측부 단면을 갖는 금속판을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 대안으로, 금속판을 제공하는 단계가 평평한 금속판을 제공하는 것을 포함하는 경우, 상기 방법은 평평한 금속판을 만곡된 측부 단면을 갖는 금속판으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직한 구체예에서, 상기 방법은
금속판으로서 평평한 내측면 및 외측면을 갖고, 초기 두께가 10-150 mm의 범위, 바람직하게는 35-100 mm의 범위인 하나의 직사각형의 구리판을 제공하는 단계;
내화성층을 내측면에 고정시키기 위하여 고정홈을 내측면에 구비시키는 단계; 및
상기 냉각수 파이프의 평평한 면을 직접 평평한 외측면 또는 수용홈에 결합시키는 단계
를 더 포함할 수 있다.
이해되는 바와 같이, 본 발명은 또한 상기 방법으로 제조된 스테이브 쿨러에 관한 것이다. 상기 스테이브 쿨러는 특히 용광로와 같은 야금로에서 냉각 시스템으로 사용되기 위하여 적용된다는 것이 이해될 것이다.
야금로를 위한 스테이브 쿨러의 바람직한 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 바람직한 스테이브 쿨러는 이하의 수반하는 도면들에 의하여 기술될 것이다.
도 1-3은 야금로, 특히 용광로의 면 내부에 배치되는 완성된 스테이브 쿨러를 나타내고, 이는 일반적으로 참조번호 10으로 표시된다. 상기 스테이브 쿨러(10)는 금속판(12) 및 하나 또는 수개(예를 들어, 4 개)의 냉각수 파이프(14)를 포함한다. 도 1 및 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 금속판은 제 1 내측면(16) 및 반대의 제 2 외측면(18)을 갖는다. 스테이브 쿨러(10)이 용광로(도시되지 않음)의 내부에 설치되는 경우, 상기 내측면(16)은 야금로의 내부를 향하는 반면, 상기 외측면(18)은 노 동체를 향한다.
도 1-3에 보여진 바와 같이, 상기 금속판(12)은 길이가 폭을 충분히 초과하고, 10-150 mm의 범위로, 바람직하게는 25-100 mm의 범위로 두께를 갖는 비교적 얇은 평평하고 직사각형인 판으로부터 제조된다. 바람직한 구체예에서, 상기 금속판(12)의 길이는 400-4000 mm의 범위에서 선택되는 반면, 폭은 100-1500 mm의 범위에서 선택된다. 용광로에 설치되는 경우, 상기 금속판(12)은 수직 방향으로 연장되는 길이를 갖는다. 직사각형 금속판(12)이 도 1 및 도 2에 도시되어 있지만, 이의 형태는 요구되는 원뿔형 노 동체에 적용되기 위하여 점점 가늘어지는 세로면을 갖는 사다리꼴형일 수 있다. 상기 금속판(12)는 구리 또는 구리 합금으로 제조되는 것이 바람직하다. 내측면(16) 상에 복수의 평행 고정홈들(20)이 금속판(12)의 측면 방향으로 금속판(12) 안쪽으로 구비되고, 이에 따라, 고정홈(20) 및 돌출부(22)가 서로 교차하는 패턴을 형성한다. 상기 고정홈(20) 및 돌출부(22)는 일반적으로 냉각 표면을 증가시키고, 상기 스테이브 쿨러(10)가 설치된 이후, 내화성 층을, 또는 상기 내화성 층이 제거된 경우 부가 층을 내측면(16)에 고정시키기 위하여 디자인된 쐐기 형 단면을 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기 스테이브 쿨러(10)는 상기 판에 통합된 냉각체(일반적으로 냉각수)를 위한 내부 유로를 구비하도록 디자인되지 않고, 냉각수를 위한 유로를 형성하고, 도 1-5에 도시된 바와 같이 외측면(18)의 금속판(12)에 외부적으로 고정되는 냉각수 파이프(14)를 구비하도록 디자인된다. 전통적으로 제조되는 "스테이브"와는 대조적으로, 냉각수 유로와 금속판(12)간의 완전히 둘러싸는 열접촉이 반드시 필요한 것은 아니라는 것이 알려졌다. 상기 냉각수 파이프(14)는 금속, 바람직하게는 구리, 구리 합금 또는 강철로 제조된다. 더욱이, 유로 고정도에 결정적인 어떠한 용접된 조인트도 용광로 내부에 존재하지 않도록 하기 위하여 고른 냉각수 파이프(14)를 사용하는 것이 바람직하다. 제 1의 바람직한 조합은 구리로 제조된 금속판(12) 및 구리로 제조된 고른 냉각수 파이프(14)를 포함한다는 것을 주목하여야 한다. 제 2의 바람직한 조합은 강철로 제조된 금속판(12) 및 강철로 제조된 고른 냉각수 파이프(14)를 포함한다.
스테이브 쿨러(10)의 제조를 고려할 때, 효율적인 열전도 접촉이 금속판(12) 및 냉각수 파이프(14) 사이에서 이루어져야 할 필요가 있다. 상기 열전도 접촉이 단순하고 비용 효율적인 방법으로 이루어지기 위하여, 제조방법은 도 3에 나타난 바와 같이, 평평한 면(24)을 갖는 각각의 냉각수 파이프(14)를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 단계는 통상적으로 초기에 원형인 파이프를 단조, 압연 또는 프레싱하는 방법과 같으나 다른 방법들이 제외되는 것은 아닌 어떠한 적절한 금속 형성 공정에 의하여도 수행될 수 있다.
제조예 1:
초기 내부 파이프 직경 : 65-75 mm;
압연 후 평평해진 내부 유로 높이 : 20-50 mm.
제조예 2:
초기 내부 파이프 직경 : 30-45 mm;
압연 후 평평해진 내부 유로 높이 : 10-20 mm
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수 파이프(14)는 양면이 모두 평평해지지만, 평평한 면(24)만이 필수적인 것이다. 따라서, 상기 냉각수 파이프(14)는 상기 금속판(12)와 접촉하는 길이에 대하여 직사각형 단면을 갖는다. 평평해진 면(24)에 의하여 상기 냉각수 파이프(14)와 상기 금속판(12)의 평평한 외측면 사이의 열 계면이 평평해진 냉각수 파이프(14)의 파이프 벽 표면의 넓은 부분에서 형성된다.
도 1 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 냉각수 파이프(14)는 상기 금속판(12)의 길이에 대체로 상응하는 충분한 길이에 대하여 평평해진다. 더욱이, 상기 냉각수 파이프(14)는 상기 금속판(12)의 상부 및 하부 모서리에서 연결부(26)를 구비하도록 구부려진다. 상기 연결부(26)는 상기 냉각수 파이프(14)가 상기 판(12)에 고정된 이후 상기 층(12)로부터 외측 방향으로 확장된다. 상기 연결부(26)는 스테이브 쿨러의 설치 위치에 따라 금속판(12)에 대하여 일정 각도를 갖는다. 스테이브 쿨러(10)가 설치될 때, 냉각수 파이프(14)의 초기 길이는 연결부(26)가 노 동체에서 도출되어 냉각수 파이프(14)를 용광로의 냉각 시스템에 연결할 수 있도록 하는 길이로 선택된다. 스테이브 쿨러(10)의 수직 적층을 용이하게 하기 위하여, 상기 금속판(12)의 상부 및 하부 모서리를 넘는 연결부(26)의 돌출은 없다. 상기 냉각수 파이프(14)를 평평하게 하는 것이 또한 상기 연결부(26)를 구부리기에 용이하다는 점을 주목할 수 있다. 연속적으로 균일한 파이프 벽과 함께, 상기 냉각수 파이프(14)는 용광로 내에 어떠한 (용접된) 조인트도 없는 유로를 제공하고, 이에 따라, 상기 (용접된) 조인트에 대한 열적 기계적 마모와 관련된 문제들이 제거될 수 있다.
상기한 바와 같이, 제조방법은 각 냉각수 파이프(14)의 평평해진 면(24)을 금속판(12)에 외부적으로 및 더욱 정확하게는 이의 외측면(18)에 고정시키는 단계를 더 포함한다. 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 상기 냉각수 파이프(14)들은 상기 금속판(12)에 나란히 고정되고, 각 냉각수 파이프(14) 사이에 충분히 동일한 간격으로 상기 금속판(12)에 세로로 고정된다. 냉각수 파이프(14)를 외측면(18)에 기계적으로 및 영구적으로 고정시키는 단계는 상기 냉각수 파이프(14)를 이의 길이 방향으로 평평해진 면(24)의 측면 방향에서 수회 스폿 용접 또는 봉합 용접을 하여 수행될 수 있다. 더욱 정확하게는, 상기 스폿 용접 또는 봉합 용접은 화살표(27)가 나타내는 바와 같이 금속판(12)과 냉각수 파이프(14) 사이의 접촉면의 측면 구석에 위치한다. 수회의 용접은 일반적으로 각 냉각수 파이프(14)를 단단하게 상기 금속판(12)에 고정시키기에 충분하다. 용접 파라메터 및 냉각수 파이프(14)의 벽 두께 모두는 상기 파이프 벽의 내부 주요 부분이 봉합 용접 또는 스폿 용접의 위치에서 영향을 받지 않고 유지되도록 선택된다. 따라서, 어떠한 완전한 관통 용접되 수행되지 않는다.
상기 금속판(12) 및 상기 냉각수 파이프(14) 사이의 열전도 접촉을 더욱 향상시키기 위하여, 즉, 상기 평평해진 면(24) 및 상기 외측면(18) 사이의 열전도 접촉을 더욱 향상시키기 위하여, 상기 제조방법은 확산접합 방법에 의하여 평평해진 면(24) 및 외측면(18) 사이에 확산층(30)을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 확산층(30)은 상기 금속판(12)와 상기 평평해진 냉각수 파이프(14) 사이에서 물질의 연속성을 제공하고, 이에 따라, 이들의 계면에서의 안정적이고 높은 열 전도도를 보장하게 된다. 다시 말해, 상기 확산층(30)은 사용된 공정에 의하여, 조인트를 형성하는 부가적인 접합 재료를 필요로 하지 않으면서, 모 금속(들) 사이에서 연속적인 변화를 제공하는 금속 대 금속 조인트를 의미한다.
상기 금속판(12) 및 상기 냉각수 파이프(14)의 물질에 따라, 확산층(30)의 제공을 위하여 금소판(12)와 냉각수 파이프(14) 사이에 충진 물질이 사용될 수도 있고, 또는 사용되지 않을 수도 있다. 각각의 물질들이 동일하거나 또는 유사할 경우, 충진 물질이 사용되지 않을 수 있다. 후자의 경우에, 확산접합 방법은 확산 용접(DFW)이 고려될 수 있다. DWF는 압력 및 고온의 적용에 의하여 인접한 표면의 합착을 이루는 고체상 용접 공정이다. 성공적인 접합은 접합될 금속들의 녹는점 절반보다 약간 높은 온도에서 이루어질 수 있다. 따라서, 접합되는 금속 부분의 야금 특성들은 공정 중에서 충분히 영향을 받지 않고 남아있게 된다. 충진 물질이 사용되는 경우, 상기 공정은 일반적으로 확산브레이징(DFB)이라고 한다. DFB는 종종 서로 비유사한 물질들을 접합하기 위하여 사용된다. 더욱이, DFB는 조인트 표면 준비에서 덜 엄격한 요구 조건을 가지며, 일반적인 확산 접합에서 요구되는 것과 비교하여 낮은 압력이 요구되기 때문에 DFW보다 더 선호될 수 있다. DFB 또는 DFW에 의한 확산층(30)의 형성은 특히 냉각수 파이프(14)와 금속판(10)에 대한 구리-구리 조합에 있어서 유리한 것으로 여겨짐을 주목할 필요가 있다. 그러나, 이것이 강철-강철 조합 또는 다른 조합을 제외하는 것은 아니다.
완성된 스테이브 쿨러의 다른 구체예들(10', 10'')이 각각 도 4 및 도 5에 도시되었다. 이전에 기술된 스테이브 쿨러(10)와 비교하여 주요 차이점들 및 이의 제조방법만이 이하 기술될 것이다.
도 4에 도시된 스테이브 쿨러(10')는 만곡된 측부 단면을 가진다. 더욱 정확하게, 도 4에서 금속판(12')은 측면 방향에서 구부러져 있다. 상기 금속판(12') 만곡의 반경은 일정하고, 노 동체와 상기 금속판(12')의 외측면(18) 사이의 유극을 감소시키기 위하여 설치 위치에서 원형 노 동체의 반경에 맞게 조정되는 것이 바람직하다. 결과적으로, 용광로의 유효 내부 부피가 증가된다. 상기 스테이브 쿨러(10')가 만곡된 형태를 갖게 하기 위하여, 이의 제조공정은 초기에 평평한 금속판에 적절한 금속 성형 공정, 예를 들어, 프레싱 공정을 적용하여 구부러진 금속판(12')를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 대안으로, 생산시 초기부터 구부러진 금속판이 제공될 수 있다. 이해되는 바와 같이, 사용된 공정과 독립적으로, 초기에 평평한 판을 구부리는 것은 기존의 스테이브 쿨러와 비교하여 얇은 금속판(12')의 두께때문에 용이하다. 제조과정 중, 상기 금속판(12')이 만곡된 이후 냉각수 파이프(14)는 일반적으로 외측면(18)에 고정될 것이다.
스테이브 쿨러의 다른 구체예(10'')는 도 5에 도시되었다. 이전의 구체예들과 비교하여, 금속판(12'')은 각 냉각수 파이프(14)를 위한 상응하는 수용홈(32)과 함께 제공된다. 각 수용홈(32)은 금속판(12'') 외측면(18)의 총 길이에 대하여 충분하도록 세로 방향으로 확장되고, 적어도 냉각수 파이프(14)와 금속판(12'') 사이의 접촉 길이 이상으로 확장된다. 상기 수용홈(32)에 의하여, 스테이브 쿨러(10'')의 평평해진 냉각수 파이프(14)는 부분적으로 함입된다. 즉, 상기 파이프가 외측면(18)에 고정될 때 금속판(12'') 내로 부분적으로 묻히게 된다. 도 5에서 나타나는 바와 같이, 상기 수용홈(32)은 평평해진 면(24)을 갖는 냉각수 파이프(14) 일부의 단면에 상응하는 충분한 직사각형 단면을 갖는다. 상기 수용홈(32)은 냉각수 파이프(14)의 단면과 합치하로록 부드럽게 만곡된 내부 모서리를 갖는 것이 바람직하다. 반원형 단면과 같은 다른 형태와 비교하여, 수용홈(32)은 예를 들어, 스테이브 쿨러(10'')의 제조공정 중, 커스텀 밀링 도구(custom milling tools)를 사용하여 용이하게 금속판(12'')에 구비될 수 있다. 상기 수용홈(32)으로 인하여 냉각수 파이프(14)의 외부 표면과 비교하여 열전달 표면이 약 절반정도 증가하고, 금속판(12'')에 냉각수 파이프(14)를 기계적으로 더욱 단단히 고정시킬 수 있도록 한다. 더욱이, 노 도체와 금속판(12'')의 외측면(18) 사이의 유극은 더욱 감소될 수 있다.
도면에서 도시되지는 않았지만, 도 3, 4 및 도 5의 조합된 구성들을 갖는 스테이브 쿨러, 즉, 확산층, 만곡된 측부 단면을 갖는 금속판 및 수용홈을 갖는 스테이브 쿨러가 가장 바람직한 구체예로 고려된다.
도 4의 스테이브 쿨러(10') 및 도 5의 스테이브 쿨러(10'') 및 이들 각각의 제조방법들의 다른 면들은 도 1-3과 관련하여 상기한 것들과 동일하게나 또는 유사하다.
도면에서 도시되지 않았지만, 금속판(12)에는 일반적으로 스테이브 쿨러(10)를 노 동체에 결합하기 위한 적절한 결합 수단이 제공된다.
마지막으로, 상기 방법의 결과로 발생하는 몇몇의 유리한 점들이 이하 요약된다:
- 공지 기술과 비교하여, 상대적으로 적은 조립 단계들이 요구된다;
- 필요한 경우라고 하여도, 냉각수 파이프(14)와 평평한 외측면(18) 사이의 열전도 접촉을 이루기 위하여 금속판(12, 12', 12'') 및 특히 이의 평평한 외측면(18)에 대한 단지 단순한 불필요한 가공만이 요구된다;
- 열전도 접촉을 이루기 위하여 금속판(12, 12', 12'')에 대한 어떠한 금속 성형도 요구되지 않는다;
- 금속 절단이 최소화되기 때문에, 상기한 방법에서는 단지 무시할 수 있는 양의 금속 파편들(조각들)만이 생산된다;
- 어떠한 자체 제작 파이프도 요구되지 않으며, 구입 가능한 표준 파이프가 사용될 수 있다;
- 공지의 스테이브 쿨러와 비교하여, 냉각수 파이프(14)의 완만한 만곡에 의하여 냉각수 유로 내의 수압 로스가 감소된다;
- 만곡된 금속판(12')에 의하여, 용광로의 유효 내부 부피가 최적화된다;
- 통합된(통합적으로 주조된) 유로를 갖는 스테이브 쿨러와 비교하여, 냉각수 유로를 위한 분리된 냉각수 파이프(14)는 냉각수와 용광로 내부 사이의 부가적 차원의 분리(부가적 장벽)를 제공하여 금속판(12, 12', 12'')에서 균열이 발생하는 경우 유출의 위험을 감소시킨다.
금속판(12, 12', 12'')이 단일 부분, 즉, 스테이브 쿨러(10)에서 하나의 구성으로 제조되기 때문에:
- 이는 냉각수 파이프에 대한 더 많은 보호르 제공하고;
- 이는 내측면(16)에서 충분히 균일한 온도를 갖는 표면을 제공하여 온도 구배와 관련된 내화성 층의 마모들 감소시키며;
- 상대적으로 낮은 비용으로 제조가 가능하다.
또한, 상기 스테이브 쿨러(10)는 공지의 스테이브 쿨러에서 요구되는 심공 드릴되거나 또는 주조된 구멍 또는 내부적으로 삽입된 파이프를 포함하지 않기 때문에, 상기 스테이브 쿨러(10)을 제조하기 위하여 사용된는 금속판(12, 12', 12'')은 공지의 스테이브와 비교하여 매우 감소된 두께를 갖는다.
상기 두께 감소는 이하를 가능하게 한다:
- 재료 비용에 관한 상당한 절약; 및
- 스테이브 쿨러(10)를 지지하는 노 동체에 대한 중량 로드의 감소.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 스테이브 쿨러의 측면도이고;
도 2는 도 1에 따른 스테이브 쿨러의 외측면에 대한 동일 크기의 투시도이고;
도 3은 도 1의 선 III-III에 따른 스테이브 쿨러의 측부 단면도이고;
도 4는 본 발명의 제 2 구체예에 따른 스테이브 쿨러의 측부 단면도이고;
도 5는 본 발명의 제 3 구체예에 따른 스테이브 쿨러의 측부 단면도이다.
상기 도면들에서, 유사하거나 또는 동일한 구성들은 동일한 참조번호로 확인될 것이다.
Claims (16)
- 용광로의 내부를 향하는 내측면(16) 및 반대쪽의 외측면(18)을 구비하는 금속판(12; 12'; 12'')을 제공하는 단계; 적어도 하나의 만곡된 냉각수 파이프(14)를 제공하는 단계; 및 상기 냉각수 파이프(14) 및 상기 금속판 사이에서 열전도 접촉을 이루는 단계를 포함하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러(10; 10'; 10'')를 제조하기 위한 방법에 있어서,평평해진 면(24)을 갖는 상기 만곡된 냉각수 파이프(14)를 제공하는 단계; 및상기 열전도 접촉을 이루기 위하여 상기 외측면(18)의 상기 금속판(12; 12'; 12'')에 상기 평평해진 면(24)를 외부적으로 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 열전도 접촉을 이루는 단계가 상기 평평해진 면(24)을 확산접합 방법에 의하여 상기 외측면에 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 확산접합 방법은 확산용접(DFW) 공정 또는 확산브레이징(DFBV\) 공정인 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평평해진 면(24)을 상기 금속판(12; 12'; 12'')에 외부적으로 고정시키는 단계는 상기 냉각수 파이프(14)를 측면 용접에 의하여 상기 외측면(18)에 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 평평해진 면(24)을 상기 금속판(12, 12', 12'')에 외부적으로 고정시키는 단계는 상기 냉각수 파이프(14)를 측면 봉합 용접 또는 스폿 용접에 의하여 상기 외측면(18)에 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 제조방법은상기 파이프 벽의 내부가 상기 용접에 의하여 영향을 받지 않고 보존되도록 상기 용접의 파라메터와 상기 냉각수 파이프의 파이프 벽 두께를 연관시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제조방법은상기 냉각수 파이프(14)의 부분적 함입을 위하여 상기 금속판(12'')의 상기 외측면(18)에 수용홈(32)을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속판을 제공하는 단계는 만곡된 측부 단면을 갖는 금속판(12')을 제공하는 단계를 포함하거나, 또는 상기 금속판을 제공하는 단계는 평평한 금속판을 제공하고 상기 평평한 금속판을 만곡된 측부 단면을 갖는 금속판(12')으로 금속 성형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제조방법은금속판(12; 12'; 12'')으로서, 평평한 내측면(16) 및 평평한 외측면(18)을 갖고, 초기 두께가 25-100 mm의 범위를 갖는 하나의 직사각형 구리판을 제공하는 단계;내화성 층을 상기 내측면에 고정시키기 위하여 상기 내측면(16)에 고정홈(20)을 제작하는 단계; 및상기 냉각수 파이프(14)의 상기 평평해진 면(24)을 직접 상기 평평한 외측면에 고정시키거나 또는상기 냉각수 파이프(14)의 부분적 함입을 위하여 상기 금속판(12'')의 상기 외측면(18)에 수용홈(32)을 제공하고 상기 냉각수 파이프의 상기 평평해진 면(24)을 상기 수용홈(32)에 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법.
- 제 9항에 있어서, 상기 하나의 직사각형 구리판은 25 - 100 mm의 초기 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제조방법은두개의 반대면이 평평해진 면을 구비하여 상기 냉각수 파이프(14)가 상기 금속판(12, 12', 12'')과 접하는 방향으로 직사각형 단면을 갖는 만곡된 냉각수 파이프(14)를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러의 제조방법.
- 용광로의 내부를 향하는 내측면(16) 및 반대쪽의 외측면(18)을 갖는 금속판(12; 12'; 12''); 및 상기 금속판(12; 12'; 12'')과 열전도 접촉을 하는 적어도 하나의 냉각수 파이프(14)를 포함하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러(10, 10', 10'')에 있어서,상기 냉각수 파이프(14)는 상기 열전도 접촉, 및 부드럽게 만곡된 단면을 이루기 위하여 상기 금속판(12; 12'; 12'')의 상기 외측면(18)에 외부적으로 고정된 평평해진 면(24)을 구비하는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러.
- 제 12항에 있어서, 상기 열전도 접촉을 이루기 위하여 상기 평평해진 면(24)와 상기 외측면(18)을 접합시키는 확산층(30)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러.
- 제 13항에 있어서, 상기 확산층은 확산용접(DFW) 공정 또는 확산브레이징(DFB) 공정에 의하여 제공되는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러.
- 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각수 파이프(14)는 상기 금속판(12, 12', 12'')과 접촉하는 길이 방향으로 직사각형의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 야금로를 위한 스테이브 쿨러.
- 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항의 스테이브 쿨러를 적어도 하나 포함하는 냉각 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 야금로.
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