KR101400223B1

KR101400223B1 - 가열로 버너

Info

Publication number: KR101400223B1
Application number: KR1020130056341A
Authority: KR
Inventors: 김영복
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2014-05-27

Abstract

본 발명은 가열로에 설치되어 상기 가열로의 내부에 위치된 슬래브를 가열하는 가열로 버너에 있어서, 상기 가열로의 내부를 향하도록 상기 가열로의 내부에 삽입된 버너 몸체부; 상기 버너 몸체부의 일면 중앙을 관통하여 상기 가열로의 내부와 외부를 연결하고, 외부 공기를 상기 가열로의 내부에 공급하는 센터 공기 공급부; 상기 버너 몸체부의 내부에서 상기 센터 공기 공급부의 둘레를 따라 연료 유동 공간을 형성하고, 일종단면에는 연료가 상기 가열로의 내부에 공급되도록 복수 개의 연료 홀들이 형성된 연료 노즐부; 상기 버너 몸체부의 내부에서 상기 연료 노즐부의 둘레를 따라 온기 유동 공간을 형성하고, 일종단면에는 온기가 상기 가열로의 내부에 공급되도록 복수 개의 온기 홀들이 형성된 온기 노즐부; 및 상기 버너 몸체부 주위에서 상기 가열로를 관통하면서 상기 센터 공기 공급부에 대하여 경사 각도를 형성되도록 위치되고, 산소를 상기 가열로의 내부에 공급하는 산소 공급부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로 버너를 개시한다. 상기와 같은 가열로 버너는 연소를 향상시켜 질소 산화물(NOx) 발생량을 감소시키고 환경 오염을 방지하며, 가열로의 내부에서 가열되는 슬래브의 온도 분포를 균일하게 하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

가열로 버너{BURNER FOR THE HEATING FURNACE}

본 발명은 가열로에 설치되는 가열로 버너에 관한 것으로서, 특히, 가열로의 내부에 위치된 슬래브를 가열하는 데에 이용되는 가열로 버너에 관한 것이다.

일반적으로 연주 공정을 통해 생산된 슬래브(slab) 등은 가열로의 내부에 장입된다. 후공정인 열간 압연을 위하여 가열로는 슬라브를 1100℃ 내지 1300℃까지 가열시키고, 가열로의 일측면을 통해 추출되도록 한다.

가열로의 내부에 장압된 슬래브는 가열로의 내벽에 설치된 가열로 버너에 의해 가열된다. 도 1은 종래 기술에 따른 가열로 버너(200)를 도시하는 측단면도 및 정면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가열로 버너(200)는 몸체부(201), 센터 공기 공급관즐(202), 연료 노즐(203) 및 공기 노즐(204)을 포함하고, 가열로(20)에 설치된다. 몸체부(201)에는 센터 공기 공급관(202), 연료 노즐(203) 및 공기 노즐(204)이 형성되고, 센터 공기 공급관(202), 연료 노즐(203) 및 공기 노즐(204)들은 공기 및 연료를 가열로의 내부에 공급하여 화염을 발생시킨다. 이때 발생된 화염으로 인해 가열로의 내부에 장입된 슬래브의 가열이 이루어진다.

한편, 종래 기술에 따른 가열로 버너는 가열로의 내부에 장입된 슬래브의 온도를 급속하게 상승시키는 데에 이용된다. 이때, 연료와 에너지가 급격하게 공급되어 온도 상승 과정에서 연료 가스와 공기는 혼합 비율로 인한 불완전 연소가 이루어진다. 이로 인해, 질소 산화물(NOx)의 발생량이 증가하고 환경 오염이 유발되는 문제점이 있다.

본 발명은 연소를 향상시켜서 질소 산화물(NOx)의 발생량을 감소시키고 환경 오염을 방지하는 가열로 버너를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 가열로의 내부에서 가열되는 슬래브의 온도 분포를 균일하게 하여 생산성을 향상시킬 수 있는 가열로 버너를 제공하고자 한다.

본 발명은 가열로에 설치되어 상기 가열로의 내부에 위치된 슬래브를 가열하는 가열로 버너에 있어서, 상기 가열로의 내부를 향하도록 상기 가열로의 내부에 삽입된 버너 몸체부; 상기 버너 몸체부의 일면 중앙을 관통하여 상기 가열로의 내부와 외부를 연결하고, 외부 공기를 상기 가열로의 내부에 공급하는 센터 공기 공급부; 상기 버너 몸체부의 내부에서 상기 센터 공기 공급부의 둘레를 따라 연료 유동 공간을 형성하고, 일종단면에는 연료가 상기 가열로의 내부에 공급되도록 복수 개의 연료 홀들이 형성된 연료 노즐부; 상기 버너 몸체부의 내부에서 상기 연료 노즐부의 둘레를 따라 온기 유동 공간을 형성하고, 일종단면에는 온기가 상기 가열로의 내부에 공급되도록 복수 개의 온기 홀들이 형성된 온기 노즐부; 및 상기 버너 몸체부 주위에서 상기 가열로를 관통하면서 상기 센터 공기 공급부에 대하여 경사 각도를 형성되도록 위치되고, 산소를 상기 가열로의 내부에 공급하는 산소 공급부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로 버너를 개시한다.

또한, 상기 연료 노즐부의 내부, 상기 온기 노즐부의 내부 및 상기 산소 공급부의 내부에는 각각 상기 가열로의 내부에 인접하게 스월러부가 설치되는 것을 특징으로 하는 가열로 버너를 개시한다.

또한, 상기 연료 홀 및 상기 온기 홀은 비틀어져 형성된 것을 특징으로 하는 가열로 버너를 개시한다.

또한, 상기 가열로 버너는, 상기 온기 노즐부와 연결되고, 상기 온기를 상기 온기 노즐부로 유도하는 온기 유도부; 상기 연료 노즐부와 연결되고, 상기 연료를 저장하여 상기 연료 노즐부에 공급하는 연료 저장부; 및 상기 산소 공급부와 연결되어, 상기 산소를 저장하여 상기 산소 공급부에 공급하는 산소 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로 버너를 개시한다.

또한, 상기 경사 각도는 5도 내지 10도인 것을 특징으로 하는 가열로 버너를 개시한다.

본 발명에 따른 가열로 버너는 다음과 같은 효과를 갖는다.

(1) 본 발명에 따른 가열로 버너는 버너 몸체부, 센터 공기 공급부, 연료 노즐부, 온기 노즐부 및 산소 공급부를 포함한다. 센터 공기 공급부, 연료 노즐부, 온기 노즐부 및 산소 공급부를 통해 가열로의 내부에 외부 공기, 연료, 온기 및 산소가 혼합 가스로공급되어 연소되어 화염을 발생시킨다. 또한, 연료 노즐부에는 연료 홀들이 형성되고 온기 노즐부에는 온기 홀들이 형성되는 데, 연료 홀들과 온기 홀들은 비틀어져 형성되고, 연료 노즐부의 내부, 온기 노즐부의 내부 및 산소 공급부의 내부에는 각각 스월러부가 설치된다. 이로 인해, 외부 공기, 연료, 온기 및 산소가 보다 신속하게 가열로의 내부에 공급되어 연소된다. 따라서, 본 발명에 따른 가열로 버너는 산소가 공급되고 혼합 가스가 신속하게 공급되어 연소를 향상시켜 질소 산화물(NOx) 발생량을 감소시키고 환경 오염을 방지하는 효과를 갖는다.

(2) 본 발명에 따른 가열로의 내부에서 산소 공급부는 센터 공기 공급부에 대하여 일정 크기의 경사 각도를 형성한다. 이로 인해, 가열로의 내부에서 가열되는 슬래브의 온도 분포가 보다 균일하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 가열로 버너는 가열로에서 슬래브가 균일하게 가열되어 슬래브의 생산성을 향상시키는 효과를 갖는다.

도 1은 종래 기술에 따른 가열로 버너를 도시하는 측단면도 및 정면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가열로 버너를 도시하는 측단면도 및 정면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가열로 버너 및 종래 기술에 따른 가열로 버너에 의한 가열로 내부의 화염을 도시하는 사진이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가열로 버너 및 종래 기술에 따른 가열로 버너에 의한 연소 승온 시험 결과를 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가열로 버너에서 랜싱 비율에 따른 화염을 도시하는 사진이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가열로 버너에서 경사 각도 및 랜싱 비율에 따른 가열로 내부의 온도 분포를 도시하는 그래프이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가열로 버너(100)를 도시하는 측단면도 및 정면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가열로 버너(100)는 버너 몸체부(101), 센터 공기 공급부(102), 연료 노즐부(103), 온기 노즐부(104) 및 산소 공급부(105)들을 포함하고, 가열로(10)에 설치되어 가열로(10)의 내부에서 화염을 발생시킨다. 이때, 발생된 화염은 가열로(10)의 내부에 장입된 슬래브(미도시 됨)를 가열한다.

버너 몸체부(101)는 가열로(10)의 내부를 향하도록 가열로(10)의 내부에 일부가 삽입된다.

센터 공기 공급부(102)는 버너 몸체부(101)의 일면 중앙을 관통하여 가열로(10)의 내부와 외부를 연결한다. 외부 공기는 센터 공기 공급부(102)를 통해 가열로(10)의 내부에 공급될 수 있다.

연료 노즐부(103)는 버너 몸체부(101)의 내부에서 센터 공기 공급부(101)의 둘레를 따라 연료 유동 공간을 형성한다. 또한, 연료 노즐부(103)의 일종단면 즉, 가열로(10)의 내부를 향하는 종단면에는 복수 개의 연료 홀(131)들이 형성된다. 연료는 연료 노즐부(103)의 내부를 따라 유동하여 연료 홀(131)들을 통과한 후에, 가열로(10)의 내부에 공급된다. 연료 홀(131)들을 통과한 연료는 가스 형태로 이루어진다. 또한, 연료 홀(131)들은 비틀어진 상태로 형성된다. 이로 인해, 연료 홀(131)들을 통과하는 연료는 선회하면서 일방향으로 가속되어 가열로(10)의 내부에 공급된다.

온기 노즐부(104)는 버너 몸체부(101)의 내부에서 연료 노즐부(103)의 둘레를 따라 온기 유동 공간을 형성한다. 또한, 온기 노즐부(104)의 일종단면 즉, 가열로(10)의 내부를 향하는 종단면에는 복수 개의 온기 홀(141)들이 형성된다. 온기(hot air)는 온기 노즐부(104)의 내부를 따라 유동하여 온기 홀(141)들을 통과한 후에 가열로(10)의 내부에 공급된다. 또한, 또한, 온기 홀(141)들은 비틀어진 상태로 형성된다. 이로 인해, 온기 홀(141)들을 통과하는 온기는 선회하면서 일방향으로 가속되어 가열로(10)의 내부에 공급된다.

산소 공급부(105)들은 버너 몸체부(101) 주위에서 가열로(10)를 관통하여 위치된다. 산소가 각각 산소 공급부(105)를 따라 유동하여 가열로(10)의 내부에 공급된다.

따라서, 가열로 버너(100)의 상기와 같은 구성요소의 작용으로 인해, 가열로(10)의 내부에 공급된 외부 공기, 연료, 온기 및 산소는 혼합 가스로 이루어지고, 혼합 가스는 가열로(10)의 내부에서 연소되어 화염을 발생시킨다. 여기서, 온기는 연소 작용에도 이용되지만 고온 상태이기에, 화염이 보다 빠르게 고온 상태에 이르게 되어, 가열로(10)의 내부를 가열하는 데에 이용될 수 있도록 한다. 또한, 산소는 상기의 연소 작용으로 인한 질소 산화물(NOx)의 발생이 감소될 수 있도록 한다.

또한, 산소 공급부(105)들은 센터 공기 공급부(102)에 대하여 경사 각도(α)를 형성하도록 위치된다. 여기서, 경사 각도(α)는 센터 공기 공급부(102)에 대하여 산소 공급부(105)가 기울어진 정도를 의미한다. 이때, 경사 각도는 5도 내지 10도인 것이 바람직하고, 상기의 범위에서 슬래브의 가열이 원활하게 이루어지면서 연소 작용으로 인한 화염의 크기가 지나치게 커져 슬래브가 손상되는 것이 방지될 수 있다.

한편, 연료 노즐부(103)의 내부, 온기 노즐부(104)의 내부 및 산소 공급부(105)의 내부에는 각각 가열로(10)의 내부에 인접하게 스월러(swirler)부(110)가 설치된다. 스월러부(110)는 선회 날개를 이용하여 연료, 온기 및 산소를 선회시켜 가속되도록 하여 가열로(10)의 내부로 공급되도록 한다. 따라서, 스월러부(110)는 앞서 언급된 비틀어진 형상으로 이루어진 연료 홀(131)들 및 온기 홀(141)들과 조합하여 연료, 온기 및 산소의 공급이 가속되어 이루어진다. 이로 인해, 화염으로 인한 가열 작용도 가열로(10)의 내부에 영향을 미치게 되어, 가열로 버너(100)는 슬래브를 신속하게 가열할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가열로 버너(100)는 온기 유도부(106), 연료 저장부(107) 및 산소 저장부(108)를 더 포함할 수 있다.

온기 유도부(106)는 온기 노즐부(103)와 연결되고, 온기를 온기 노즐부(103)로 유도한다. 연료 저장부(107)는 연료 노즐부(104)와 연결되고, 연료를 저장하여 연료 노즐부(104)에 공급한다. 연료는 연료 저장부(107)에 저장된 상태일 때, 연료에 포함된 이물질은 연료 저장부(107)의 바닥에 침전된다. 이때, 연료는 연료 저장부(107)에 의해 이물질이 제거된 상태에서 일정량만큼 가열로(10)의 내부에 공급될 수 있다.

산소 저장부(108)는 산소 공급부(105)와 연결되어, 산소를 저장하여 산소 공급부(105)에 공급한다. 이로 인해, 산소는 외부 가스와 작용하지 않고, 가열로(10)의 내부에서 연소 작용에 대해서만 안정적으로 작용할 수 있다.

우선, 본 발명에 따른 가열로 버너(100)와 종래 기술에 따른 가열로 버너를 비교해 보기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가열로 버너(100) 및 종래 기술에 따른 가열로 버너(200; 도 1에 도시됨)에 의한 가열로 내부의 화염을 도시하는 사진이다. 도 3에서 (a)는 종래 기술에 따른 가열로 버너(200)에 의한 화염이었고 (a)는 본 발명에 따른 가열로 버너(100)에 의한 화염이었다. 도 3 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가열로 버너(100)에 의한 화염이 종래 기술에 따른 가열로 버너(200)에 의한 화염보다 밝고 넓으며 길었다. 즉, 본 발명에 따른 가열로 버너(100)는 연소 작용이 원활하게 이루어져 질소 산화물의 감소를 제공하였다. 실제 질소 산화물 배출량은 측정된 결과, 종래 기술의 가열로 버너가 적용될 때 174ppm이었고, 본 발명의 가열로 버너가 적용될 때 142ppm이었다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가열로 버너(100) 및 종래 기술에 따른 가열로 버너(200)에 의한 연소 승온 시험 결과를 도시하는 그래프이다. 도 4에서, A는 본 발명의 가열로 버너가 적용될 때였고, B는 종래 기술의 가열로 버너가 적용될 때였다. 또한, 화염의 온도가 700℃에서 1245℃까지 승온하는 시간을 비교하여 보면, 종래 기술의 가열로 버너에서는 87분이 소요되었고, 본 발명의 가열로 버너에서는 67분이 소요되었다.

따라서, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가열로 버너(100)는 승온 시간이 감소되어 가열로의 내부에 장입된 슬래브를 더 신속하게 가열할 수 있고, 질소 산화물 배출량을 감소시켜 환경 오염을 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가열로 버너(100)에서 랜싱 비율에 따른 가열로 내부의 화염을 도시하는 사진이다. 도 5에서 (a)는 본 발명에 따른 가열로 버너에서 랜싱 비율이 30%일 때 화염이고 (b) 본 발명에 따른 가열로 버너에서 랜싱 비율이 50%일 때의 화염이다. 여기서, 랜싱 비율은 가열로 내부에서 공급되는 혼합 가스에서 산소의 비율을 의미한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 랜싱 비율이 30%일 때의 화염은 유속이 느리고 화염 끝이 흩날리는 현상이 발생하였고, 랜싱 비율이 50%일 때의 화염은 랜싱 비율이 30%일 때의 화염에 비하여 밝아지고 유속이 증가하여 흩날리는 현상이 감소되었으나, 길이가 짧고 폭은 좁아졌다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가열로 버너(100)에서 경사 각도 및 랜싱 비율에 따른 가열로 내부의 온도 분포를 도시하는 그래프이다. 여기서, 가열로 내부의 온도가 버너로부터의 거리에 따라 측정되었다. 도 6에서 A는 종래 기술의 가열로 버너가 적용될 때 즉, 산소가 공급되지 않을 때였으며, B는 랜싱 비율이 30%이고 경사 각도가 5도이었을 때였고, C는 랜싱 비율이 50%이고 경사 각도가 5도이었을 때였으며, D는 랜싱 비율이 30%이고 경사 각도가 10도이었을 때였고, E는 랜싱 비율이 50%이고 경사 각도가 10도이었을 때였다. 도 6을 통해 본 발명에 따른 가열로 버너가 종래 기술의 가열로 버너에 비하여 가열로 내부의 온도를 더 높은 온도에서도 거의 동일한 차이로 유지한다. 즉, 본 발명에 따른 가열로 버너는 종래 기술에 따른 가열로 버너에 비해 가열로 내부의 온도 분포를 균일하게 하였다. 또한, 랜싱 비율보다는 경사 각도가 가열로 내부의 온도에 더 큰 영향을 미치는 것이 확인되었다.

이상, 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. 또한, 특허청구범위의 기재 중 괄호 내의 기재는 기재의 불명료함을 방지하기 위한 것이며, 특허청구범위의 권리범위는 괄호 내의 기재를 모두 포함하여 해석되어야 한다.

100: 가열로 버너
101: 버너 몸체부
102: 센터 공기 공급부
103: 연료 노즐부
131: 연료 홀
104: 온기 노즐부
141: 온기 홀
105: 산소 공급부
106: 온기 유도부
107: 연료 저장부
108: 산소 저장부
110: 스월러부

Claims

가열로에 설치되어 상기 가열로의 내부에 위치된 슬래브를 가열하는 가열로 버너에 있어서,
상기 가열로의 내부를 향하도록 상기 가열로의 내부에 삽입된 버너 몸체부;
상기 버너 몸체부의 일면 중앙을 관통하여 상기 가열로의 내부와 외부를 연결하고, 외부 공기를 상기 가열로의 내부에 공급하는 센터 공기 공급부;
상기 버너 몸체부의 내부에서 상기 센터 공기 공급부의 둘레를 따라 연료 유동 공간을 형성하고, 일종단면에는 연료가 상기 가열로의 내부에 공급되도록 복수 개의 연료 홀들이 형성된 연료 노즐부;
상기 버너 몸체부의 내부에서 상기 연료 노즐부의 둘레를 따라 온기 유동 공간을 형성하고, 일종단면에는 온기가 상기 가열로의 내부에 공급되도록 복수 개의 온기 홀들이 형성된 온기 노즐부; 및
상기 버너 몸체부 주위에서 상기 가열로를 관통하면서 상기 센터 공기 공급부에 대하여 경사 각도를 형성되도록 위치되고, 산소를 상기 가열로의 내부에 공급하는 산소 공급부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로 버너.
제 1 항에 있어서,
상기 연료 노즐부의 내부, 상기 온기 노즐부의 내부 및 상기 산소 공급부의 내부에는 각각 상기 가열로의 내부에 인접하게 스월러부가 설치되는 것을 특징으로 하는 가열로 버너.
제 1 항에 있어서,
상기 연료 홀 및 상기 온기 홀은 비틀어져 형성된 것을 특징으로 하는 가열로 버너.
제 1 항에 있어서, 상기 가열로 버너는,
상기 온기 노즐부와 연결되고, 상기 온기를 상기 온기 노즐부로 유도하는 온기 유도부;
상기 연료 노즐부와 연결되고, 상기 연료를 저장하여 상기 연료 노즐부에 공급하는 연료 저장부; 및
상기 산소 공급부와 연결되어, 상기 산소를 저장하여 상기 산소 공급부에 공급하는 산소 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로 버너.
제 1 항에 있어서,
상기 경사 각도는 5도 내지 10도인 것을 특징으로 하는 가열로 버너.