KR101377645B1 - 압연 가열로의 열교환장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

압연 가열로의 열교환장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 압연 가열로의 배가스가 유입되는 배가스 유입관; 상기 배가스 유입관에 연결되는 열교환기; 상기 열교환기에 연결되는 배가스 토출관; 상기 열교환기와 가열로의 버너에 연결되고, 상기 열교환기에서 가열된 공기를 압연 가열로의 버너에 공급하는 공기 예열관; 상기 배가스 토출관과 상기 공기 예열관의 열교환기 하류측에 연결되는 배가스 순환관; 상기 공기 예열관의 열교환기 하류측에 연결되는 공기 보충관; 상기 배가스 유입관과 배가스 토출관에 설치되어 상기 열교환기의 상류측과 하류측의 산소 농도를 측정하는 산소농도 감지부; 및 상기 산소농도 감지부의 산소 농도차가 기 설정치 이상이면 상기 배가스 순환관과 공기 보충관을 통해 상기 공기 예열관에 배가스와 공기를 공급하도록 제어하는 제어부를 포함하는 압연 가열로의 열교환장치를 제공한다.

Description

압연 가열로의 열교환장치 및 그 제어방법{HEAT EXCHANGING APPARATUS OF REHEATING FURNACIE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 압연 가열로의 열교환장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 연주공정에서는 압연공정으로 슬라브를 제공한다. 압연공정의 가열로는 연주공정으로부터 공급받은 슬라브를 1200-1300℃로 가열한다. 가열로에서는 공기연소방식에 의해 슬라브를 가열할 수 있다. 가열로에서 가열된 슬라브는 압연공정에서 압연됨에 따라 코일 제품 등으로 제조될 수 있다.
대한민국 특허공개번호 제10-2001-0048259호(2001.06.15. 공개)에는 가열로의 슬라브 균일가열방법이 개시된다. 가열로에 보상버너를 설치한다. 보상버너는 가열로 내의 슬라브 기준점유비에 따라 점화되어 가열로 내의 온도를 보상할 수 있다.
본 발명의 실시예는, 열교환기가 다소 손상된 상태에서도 압연 가열로의 조업을 정상적으로 진행할 수 있는 압연 가열로의 열교환장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 압연 가열로의 배가스가 유입되는 배가스 유입관; 상기 배가스 유입관에 연결되는 열교환기; 상기 열교환기에 연결되는 배가스 토출관; 상기 열교환기와 가열로의 버너에 연결되고, 상기 열교환기에서 가열된 공기를 압연 가열로의 버너에 공급하는 공기 예열관; 상기 배가스 토출관과 상기 공기 예열관의 열교환기 하류측에 연결되는 배가스 순환관; 상기 공기 예열관의 열교환기 하류측에 연결되는 공기 보충관; 상기 배가스 유입관과 배가스 토출관에 설치되어 상기 열교환기의 상류측과 하류측의 산소 농도를 측정하는 산소농도 감지부; 및 상기 산소농도 감지부의 산소 농도차가 기 설정치 이상이면 상기 배가스 순환관과 공기 보충관을 통해 상기 공기 예열관에 배가스와 공기를 공급하도록 제어하는 제어부를 포함하는 압연 가열로의 열교환장치를 제공한다.
상기 공기 예열관과 공기 보충관에는 외부 공기를 공급하는 블로어가 더 포함될 수 있다.
상기 배가스 순환관에는 밸브가 더 포함될 수 있다.
상기 공기 보충관에는 밸브가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 열교환기의 상류측과 하류측에서 산소 농도를 측정하는 단계; 및 상기 열교환기의 상류측과 하류측의 산소 농도차가 기 설정치 이상이면, 상기 배가스 순환관과 공기 보충관을 통해 상기 공기 예열관에 배가스와 공기를 공급하는 단계를 포함하는 압연 가열로의 열교환장치의 제어방법을 제공한다.
상기 공기 예열관에 배가스와 공기를 공급하는 단계에서는, 상기 배가스 순환관과 공기 보충관의 밸브를 제어하여 상기 공기 예열관의 산소 농도와 공기량을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열교환기가 다소 손상된 상태에서도 압연 가열로의 조업을 정상적으로 진행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 압연 가열로 및 열교환장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 압연 가열로의 열교환장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 열교환장치의 제어방법을 도시한 플로우 차트이다.
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 압연 가열로의 열교환장치에 관한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 압연 가열로를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 압연 가열로(10)에는 연주공정으로부터 슬라브(20)가 공급될 수 있다. 압연 가열로(10)는 연주공정에서 공급된 슬라브(20)를 대략 1200-1300℃ 정도로 가열한 후 압연공정으로 보낼 수 있다.
압연 가열로(10)의 내부에는 슬라브(20)를 이송시키도록 다수의 워킹빔(30)이 배열될 수 있다. 워킹빔(30)은 슬라브(20)를 들어올린 후 일 방향으로 소정 거리 이송시킨다. 인접한 워킹빔(30)은 이송된 슬라브(20)를 들어올린 후 일 방향으로 소정 거리 이송시킨다. 이렇게 슬라브(20)는 워킹빔(30)에 의해 소정 거리씩 이송된다. 또한, 슬라브(20)의 이송을 완료한 워킹빔(30)은 다시 원위치로 하강할 수 있다. 이와 같이, 슬라브(20)는 워킹빔(30)에 의해 압연기(미도시)를 향하여 이송된다.
압연 가열로(10)에는 다수의 버너(40)가 배치될 수 있다. 버너(40)는 연료와 산소를 분사하여 가열로(10)의 내부를 가열한다. 버너(40)는 압연 가열로(10)의 상부와 하부에 배치되어 슬라브(20)의 상측과 하측을 동시에 가열할 수 있다.
압연 가열로(10)는 슬라브(20)의 이동방향을 따라 예열대, 가열대, 균일대로 구분될 수 있다. 예열대는 연주공정으로부터 압연 가열로(10)에 장입된 슬라브(20)를 예열한다. 가열대는 슬라브(20)를 압연에 필요한 온도까지 가열할 수 있다. 균일대는 슬라브(20)가 전체적으로 압연에 필요한 온도로 균일하게 유지되도록 할 수 있다. 균일대에 이송된 슬라브(20)는 대략 1200-1300℃ 정도로 균일하게 가열될 수 있다.
도 2는 압연 가열로의 열교환장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 압연 가열로의 열교환장치는, 배가스 유입관(111), 열교환기(120), 배가스 토출관(115), 공기 예열관(131,133), 배가스 순환관(140), 공기 보충관(150), 산소농도 감지부(161,163) 및 제어부(170)를 포함할 수 있다.
배가스 유입관(111)은 압연 가열로(10)의 토출부에 연결될 수 있다. 배가스 유입관(111)에는 압연 가열로(10)에서 배출된 배가스가 유입될 수 있다. 배가스 유입관(111)의 배가스는 대략 800-900℃ 정도의 온도를 가질 수 있다. 배가스 유입관(111)에는 배가스 유입관(111)의 온도를 측정할 수 있도록 온도 감지부(113)가 연결될 수 있다.
열교환기(120)는 배가스 유입관(111)에 연결될 수 있다. 열교환기(120)는 배가스 유입관(111)을 통해 유동되는 배가스에 의해 가열될 수 있다. 열교환기(120)에는 대략 750℃ 정도의 배가스가 유입될 수 있다. 열교환기(120)의 내부에는 배가스가 유동되는 유로와 예열될 공기가 유동되는 유로가 독립적으로 형성될 수 있다. 열교환기(120)에서는 배가스와 예열될 공기가 서로 섞이지 않으면서 열교환될 수 있다.
배가스 토출관(115)은 열교환기(120)의 하류측과 스택을 연결할 수 있다. 배가스 토출관(115)은 열교환기(120)에서 열교환된 배가스를 스택으로 유동시킬 수 있다. 열교환기(120)에서 열교환된 배가스는 대략 300℃ 정도로 토출될 수 있다. 스택은 배가스를 연소시켜 재처리한 후 외부로 배출할 수 있다.
공기 예열관(131,133)은 열교환기(120)와 가열로의 버너(40)에 연결될 수 있다. 다시 말해, 공기 예열관(131,133)은 열교환기(120)를 경유하여 버너(40)에 연결될 수 있다. 또한, 공기 예열관(131)의 상류측(131)에는 블로어(135)가 연결되고, 하류측(133)에는 버너(40)가 연결될 수 있다.
열교환기(120)에서 가열된 공기는 공기 예열관(131,133)을 통해 압연 가열로(10)의 버너(40)에 공급될 수 있다. 열교환기(120)에서 예열된 공기는 공기 예열관(131,133)을 통해 버너(40)에 유입될 수 있다. 열교환기(120)에서 예열된 공기는 대략 500-400℃ 정도의 온도로 일 수 있다.
배가스 순환관(140)은 배가스 토출관(115)과 공기 예열관(131,133)의 열교환기(120) 하류측에 연결될 수 있다. 배가스 순환관(140)의 유입측에는 외부 공기를 공급하도록 블로어(135)가 연결될 수 있다. 배가스 순환관(140)에는 유로를 개폐 및 개조 조절이 가능하도록 밸브(141)가 더 포함될 수 있다. 배가스 토출관(115)의 일부 배가스는 배가스 순환관(140)을 통해 공기 예열관(131,133)의 열교환기(120) 하류측에 공급될 수 있다.
공기 보충관(150)은 공기 예열관(131,133)의 열교환기(120) 하류측(133)에 연결될 수 있다. 공기 보충관(150)은 열교환기(120)를 경유하지 않기 때문에 상온의 외부 공기를 공기 예열관(131,133)의 열교환기(120) 하류측(133)에 공급할 수 있다. 공기 보충관(150)의 공기 예열관(131,133)에 산소 농도를 증가시킬 수 있다.
즉, 배가스 순환관(140)은 공기 예열관(131,133)에 배가스를 공급하므로, 공기 예열관(131,133)의 산소 농도는 배가스에 의해 상대적으로 낮아질 수 있다. 그런데, 공기 보충관(150)에 의해 공기 예열관(131,133)에 외부 공기가 유입되므로, 공기 예열관(131,133)에서 산소 농도가 상대적으로 증가될 수 있다. 따라서, 연소에 필요한 산소 농도를 갖는 예열 공기가 공기 예열관(131,133)을 통해 버너(40)에 공급될 수 있다.
공기 보충관(150)에는 외부 공기를 공급할 수 있도록 블로어(155)가 연결될 수 있다. 공기 보충관(150)에는 유로를 개폐 및 개조 조절이 가능하도록 밸브(151)가 더 포함될 수 있다.
산소농도 감지부(161,163)는 배가스 유입관(111)과 배가스 토출관(115)에 설치될 수 있다. 산소농도 감지부(161,163)는 열교환기(120)의 상류측과 하류측의 산소 농도를 측정할 수 있다.
제어부(170)는 산소농도 감지부(161,163)에서 감지된 산소 농도에 관한 정보를 제공받을 수 있다. 제어부(170)는 산소농도 감지부(161,163)의 산소 농도차를 연산할 수 있다. 제어부(170)는 산소 농도차에 관한 기 설정치가 설정되어 있다.
제어부(170)는 산소 농도차가 기 설정치 이상이면 상기 배가스 순환관(140)과 공기 보충관(150)을 통해 상기 공기 예열관(131,133)에 배가스와 공기를 공급할 수 있다. 이때, 제어부(170)는 배가스 순환관(140)의 밸브(141)와 공기 보충관(150)의 밸브(141)를 제어하여 산소 농도와 공기량을 적절하게 제어할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 압연 가열로의 열교환장치의 제어방법에 관해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 열교환장치의 제어방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 3을 참조하면, 배가스 유입관(111)에 배가스를 유입시킨다(S11). 이때, 배가스는 대략 800-900℃ 정도의 온도일 수 있다.
배가스는 배가스 유입관(111)을 통해 열교환기(120)에 유입될 수 있다. 열교환기(120)에는 대략 750℃ 정도의 배가스가 유입될 수 있다. 열교환기(120)는 배가스에 의해 가열될 수 있다.
공기 예열관(131,133)의 블로어(135)가 구동됨에 따라 열교환기(120)에 외부 공기가 유입될 수 있다. 외부 공기는 열교환기(120)에서 유입된 후 예열될 수 있다(S12). 열교환기(120)는 외부 공기를 대략 500℃ 정도로 예열시킨다. 이렇게 예열된 공기는 압연 가열로(10)의 버너(40)에 공급될 수 있다.
배가스 유입관(111)의 배가스가 너무 고온인 경우, 열교환기(120)는 고온의 배가스에 의해 손상될 수 있다. 이때, 열교환기(120)는 배가스에 의해 손상되어 구멍이 형성될 수 있다.
열교환기(120)에 구멍이 발생되면, 공기 예열관(131,133)의 공기가 열교환기(120)의 배가스 토출관(115)으로 유입될 수 있다. 이때, 배가스 토출관(115)에서 배가스와 공기가 혼합되므로, 배가스 토출관(115)의 산소 농도는 열교환기(120)의 상류측에서 보다 하류측에서 증가될 수 있다. 따라서, 열교환기(120)가 고온의 배가스에 의해 손상되더라도 공기 예열관(131,133)을 통해 연소에 필요한 산소 농도 및 공기량을 포함하는 공기를 버너(40)에 공급할 수 있다. 이때, 공기 예열관의 공기 온도는 대략 400℃ 정도 일 수 있다.
산소농도 감지부(161,163)는 열교환기(120)의 상류측과 하류측에서 배가스의 산소 농도를 감지할 수 있다(S13). 산소농도 감지부(161,163)는 감지된 산소 농도에 관한 정보를 제어부(170)에 전달할 수 있다.
제어부(170)는 산소 농도차가 기 설정치 이상인지를 판단할 수 있다(S14).
열교환기(120)의 상류측과 하류측의 산소 농도차가 기 설정치 미만인 경우, 제어부(170)는 배가스 순환관(140)과 공기 보충관(150)의 밸브(141)를 폐쇄할 수 있다.
또한, 열교환기(120)의 상류측과 하류측의 산소 농도가 기 설정치 이상인 경우, 공기 배가스 순환관(140)과 공기 보충관(150)의 밸브(141)를 개방하여 공기 예열관(131,133)에 배가스 및 공기를 공급할 수 있다(S15). 이때, 배가스가 배가스 순환관(140)을 통해 공기 예열관(131,133)에 공급됨에 따라 산소 농도가 감소되지만, 공기가 공기 보충관(150)을 통해 공기 예열관(131,133)에 공급되므로 산소 농도가 보충될 수 있다. 따라서, 버너(40)에는 연소에 필요한 산소 농도와 공기량을 포함하는 공기가 공급될 수 있다.
제어부(170)는 공기 예열관(131,133)의 공기 온도가 목표 온도의 80% 이상인지를 판단할 수 있다(S16). 이때, 제어부(170)는 배가스 순환관(140)의 유량과 공기 보충관(150)의 유량을 비교하여 목표 온도의 도달 여부를 판단할 수 있다. 물론, 공기 예열관(131,133)에 온도센서를 설치하여 목표 온도의 도달 여부를 판단할 수 있다.
공기 예열관(131,133)의 온도가 목표 온도의 80% 이상이라고 판단되면, 공기 예열관(131,133)에 유입되는 배가스량과 공기량을 셋팅할 수 있다. 이때, 제어부(170)는 배가스 순환관(140)과 공기 보정관에 위치한 밸브(141)의 개도를 그대로 유지하여 배가스량과 공기량을 셋팅할 수 있다(S17).
상기와 같이, 열교환기(120)가 고온의 배가스에 의해 손상될 경우, 공기 예열관(131,133)에 고온 배가스와 상온의 외부 공기가 공급될 수 있다. 따라서, 열교환기(120)가 손상되더라도 버너(40)에는 연소에 필요한 공기량과 산소량을 포함하는 공기가 공급될 수 있다. 나아가, 열교환기(120)가 손상되더라도 압연 가열로(10)가 정상적인 조업을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 열교환기(120)를 교체하거나 긴급하게 수리하기 위해 압연 가열로(10)의 조업을 중단하거나 또는 저부하 조업을 하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 생산량의 저하 또는 에너지 손실을 방지할 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.
10: 압연 가열로 20: 슬라브
30: 워킹빔 40: 버너
100: 열교환장치 111: 배가스 유입관
115: 배가스 토출관 120: 열교환기
131,133: 공기 예열관 135: 블로어
140: 배가스 순환관 161,163: 산소농도 감지부
170: 제어부

Claims (6)

  1. 압연 가열로의 배가스가 유입되는 배가스 유입관;
    상기 배가스 유입관에 연결되는 열교환기;
    상기 열교환기에 연결되는 배가스 토출관;
    상기 열교환기와 가열로의 버너에 연결되고, 상기 열교환기에서 가열된 공기를 압연 가열로의 버너에 공급하는 공기 예열관;
    상기 배가스 토출관과 상기 공기 예열관의 열교환기 하류측에 연결되는 배가스 순환관;
    상기 공기 예열관의 열교환기 하류측에 연결되는 공기 보충관;
    상기 배가스 유입관과 배가스 토출관에 설치되어 상기 열교환기의 상류측과 하류측의 산소 농도를 측정하는 산소농도 감지부; 및
    상기 산소농도 감지부의 산소 농도차가 기 설정치 이상이면 상기 배가스 순환관과 공기 보충관을 통해 상기 공기 예열관에 배가스와 공기를 공급하도록 제어하는 제어부를 포함하는 압연 가열로의 열교환장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 예열관과 공기 보충관에는 외부 공기를 공급하는 블로어가 더 포함되는 압연 가열로의 열교환장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배가스 순환관에는 밸브가 더 포함되는 압연 가열로의 열교환장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 보충관에는 밸브가 더 포함되는 압연 가열로의 열교환장치.
  5. 압연 가열로의 배가스가 유입되는 열교환기의 상류측과 하류측에서 산소 농도를 측정하는 단계; 및
    상기 열교환기의 상류측과 하류측의 산소 농도차가 기 설정치 이상이면, 상기 열교환기에서 가열된 공기를 상기 압연 가열로의 버너로 공급하는 공기 예열관에, 배가스 순환관과 공기 보충관을 통해 배가스와 공기를 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 배가스 순환관은 상기 열교환기에서 상기 배가스가 토출되기 위한 배가스 토출관과 상기 공기 예열관 사이에 연결되고,
    상기 공기 보충관은 상기 공기 예열관에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 압연 가열로의 열교환장치의 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공기 예열관에 배가스와 공기를 공급하는 단계에서는,
    상기 배가스 순환관과 공기 보충관의 밸브를 제어하여 상기 공기 예열관의 산소 농도와 공기량을 제어하는 압연 가열로의 열교환장치의 제어방법.
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