KR101437813B1 - 스크랩 예열 장치 - Google Patents

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KR101437813B1
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electric furnace
gas
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surface combustion
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KR1020140029017A
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이기만
노동순
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순천대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 스크랩 예열 장치에 관한 것으로, 그 구성은, 스크랩을 전기로로 투입하기 전, 상기 스크랩이 수용될 수 있도록 내부에 밀폐가능한 내부공간이 마련되는 케이스와, 상기 케이스의 내측벽에 마련되어 전기로 조업과정에서 발생한 가연성 오프가스를 주연료로 하여 상기 스크랩을 효과적으로 예열하는 다공성재질의 표면연소버너부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

스크랩 예열 장치{A Scrap Preheating Apparatus}
본 발명은 스크랩 예열 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철 스크랩을 전기로 투입 전에 미리 예열하여 전기로에 투입되는 전력 원단위를 낮추는 방식으로 가열에너지를 절약하여, 전기로의 생산성을 향상시킬 수 있는 스크랩 예열 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기로는 회수된 고철을 재활용하여 다시 제강하는데 많이 사용되는 융해로서, 이러한 전기로 내부에 장입된 피용융재인 철 스크랩과 전극봉 사잉에 아크의 전류를 흘려 피용융재를 용해시킨다.
예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 전기로의 상부에는 전극봉(2)이 설치되어 있고, 상기 전극봉(2)에서 아크를 발생시켜 전기로 내부에 적재되어 있는 스크랩을 용해하는 작업이 진행된다.
그러나, 종래 기술에 의한 스크랩 용해 장치에는 다음과 같은 문제점이 있다.
전기로에서 발생되는 오프가스를 통하여 에너지의 많은 부분이 손실되고, 고온의 아크발생을 통해 스크랩을 용해시키기 때문에 스크랩이 용융되기까지 많은 시간과 함께 막대한 전력이 소비되는 문제점을 안고 있었다. 예를 들면, 현재 보통 전기로의 전력 원단위는 약 400kWh/Ton-steel 수준이며, 현재 국내에 가동 중인 60여기의 제강용 전기로가 사용하는 총 순간 최대전력은 약 300만 kW로 국내 최대 생산전력의 약 3.9%에 달하고, 연간 총 소비전력량으로는 약 2.2%에 해당하는데 이는 약 400백만 이상의 가구가 사용하는 전력량에 해당되어 막대한 전력에너지를 소비하고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 발명된 예열장치를 통하여 전기로에서 발생되는 오프가스를 재활용하여 스크랩이 용해되는 시간을 단축시킴으로써 전기로에 투입되는 전력 소모량을 절감시켜 에너지 효율이 높은 스크랩 예열장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 전기로 조업과정에서 자연적으로 발생되는 오프가스(Off-gas)를 연료로하여 스크랩을 예열하는데 사용할 수 있는 스크랩 예열장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명인 스크랩 예열장치의 구성은, 스크랩을 전기로로 투입하기 전, 상기 스크랩이 수용될 수 있도록 내부에 밀폐가능한 내부공간이 마련되는 케이스와, 상기 케이스의 내측벽에 마련되어 상기 스크랩을 가열하는 다공성(porous)재질의 표면연소버너부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 내부공간에는 상기 전기로에서 스크랩 용융에 의해 자연적으로 발생되는 오프가스(Off-Gas)를 상기 표면연소버너부에서 연료로 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 오프가스는 일산화탄소(CO)와 수소가스(H2)가 주성분인 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 표면연소버너부는 다공성재질의 매트(mat)나 블록(block)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명인 스크랩 예열장치의 다른 실시예의 구성은, 스크랩을 전기로에 투입하기 전, 내부에 스크랩이 수용되는 내부공간이 마련되고, 일측에 선택적으로 개폐가능한 도어가 마련되는 케이스와, 상기 케이스의 내측벽에 하나 이상 마련되는 표면연소버너부와, 상기 전기로에서 상기 스크랩의 용융에 의해 외부로 배출되는 오프가스를 다시 상기 표면연소버너부로 안내하는 가스안내부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명인 스크랩 예열장치의 또 다른 실시예의 구성은, 스크랩을 전기로에 투입하기 전, 상기 전기로 상방에 마련되어, 내부에 상기 스크랩이 수용되는 내부공간이 마련되고, 상부에 내부공간으로 상기 스크랩을 투입할 수 있도록 선택적으로 개폐가능한 투입도어가 마련되고, 하방에는 상기 전기로로 상기 내부공간의 스크랩을 투입할 수 있도록 선택적으로 계폐가능한 배출도어가 마련되는 케이스와, 상기 케이스 내측벽에 하나 이상 마련되는 표면연소버너부와, 상기 전기로에서 상기 스크랩이 용융에 의해 발생되는 오프가스가 내부공간으로 유입될 수 있도록 상기 배출도어에는 상기 배출도어를 관통하도록 형성되는 통공을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 스크랩 예열장치는 다음과 효과가 있다.
전기로에서 전기 아크봉으로 스크랩을 용융시키면서 자연적으로 발생되는 오프가스를 본 발명인 예열장치로 투입하여 스크랩을 미리 예열하는 연료로 사용할 수 있도록 하여 전기로 시스템 전체적으로 스크랩을 가열하는 전력에너지를 줄일 수 있어, 시스템 효율이 높아지는 효과가 있다.
특히, 스크랩을 예열할 때, 표면연소버너부를 사용하고, 화염형성을 다공성매트나 블럭구조를 이용함으로써, 전기로 조업조건에 딸느 가연성가스의 농도변화에도 여러가지 혼합가스인 오프가스를 안정적으로 연소시켜 스크랩을 확실하게 예열시켜 시스템 효율이 높아지는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 스크랩을 용융하는 전기로의 구성을 보인 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 스크랩 예열 장치의 바람직한 구성의 제 1실시예를 보인 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 스크랩 예열 장치의 바람직한 구성의 제 2실시예를 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 스크랩 예열 장치를 구성하는 표면연소버너부의 구성을 보인 사시도.
이하, 본 발명에 의한 스크랩 예열 장치의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 스크랩 예열 장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 스크랩을 전기로(22)로 투입하기 전, 상기 스크랩이 수용될 수 있도록 밀폐가능한 내부공간이 마련되는 케이스(10)과, 상기 케이스(10)의 내측벽에 마련되어 상기 스크랩을 가열하는 표면연소버너부(20)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명에 의한 스크랩 예열 장치 앞에 스크랩을 용융시키는 전기로(22)가 마련된다. 상기 전기로(22)는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 공간이 마련되어, 투입되는 철 스크랩에 전극봉을 이용하여 전기아크를 발생시켜 스크랩을 용해시키는 역할을 한다.
상기 전기로(22)의 일측에는 본 발명에 의한 스크랩 예열 장치가 마련된다. 상기 스크랩 예열장치에는 케이스(10)가 마련된다. 상기 케이스(10)는 본 발명인 스크랩 예열장치의 몸체를 구성하는 것으로, 상기 케이스(10)의 내부에는 밀폐된 공간이 마련되어, 상기 스크랩을 수용할 수 있도록 한다.
상기 케이스(10)의 내측벽에는 다공성재질(porous)의 표면연소버너부(20)가 마련된다. 상기 표면연소버너부(20)는 상기 케이스(10)의 내측벽에 하나 이상이 형성될 수 있으며, 상기 표면연소버너부(20)는 내부의 스크랩을 상기 전기로(22)에서 아크봉(2)에 의해 용해되기 전에 미리 가열하는 역할을 한다.
즉, 상기 표면연소버너부는 스크랩이 전기로에 투입되기 전에 미리 약 600℃ 정도로 예열시키는 역할을 한다.
상기 표면연소버너부(20)는 다양한 구성으로 구성될 수 있는데, 예를 들면, 상기 표면연소버너부(20)는, 유입되는 전기로 조업에서 발생된 오프가스인 연료와 공기를 혼합하는 혼합기와, 상기 혼합된 연료와 공기가 토출되어 표면연소형태 화염이 형성되도록 하는 다공성재질의 화염성형매트나 블럭인 버너와, 상기 다공성화염형성버너에서 토출된 혼합된 연료를 점화시키는 점화부를 포함하여 형성될 수 있다.
그리고, 본 발명인 스크랩 예열장치에는 상기 전기로(22)에서 스크랩의 용융에 의해 발생되는 오프가스(Off-gas)를 상기 표면연소버너부(20)에 사용되는 연료로 사용되도록 할 수 있다.
상기 오프가스는 상기 전기로(22)에서 상기 스크랩이 용융할 때 가스들이 발생되는데, 본 발명에서는 그 중 일산화탄소(CO)와 수소가스(H2)를 이용할 수 있다.
상기 오프가스 중 일산화탄소와 수소가스는 상기 전기로(22)에서 상당한 온도로 가열되어 배출되는 것으로, 상기 케이스(10)의 내부공간에서 연소될 때 연료가 예열된 효과가 있어 화염의 온도가 더욱 높아지게 되어 전체적인 에너지를 절약할 수 있게 된다.
상기 표면연소버너부(20)는, 상기 오프가스를 연료로 사용하기 위해, 다공성재질의 매트로 구성될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 표면연소버너부(20)의 재질이 마치 수세미형태와 같은 다공성구조로 되어 있어 화염이 이러한 다공체 내부나 표면에서 형성되어, 상기 오프가스의 발생농도가 불규칙하거나 전기로 조업조건에 변동이 있더라도 노즐의 제트형태로 분사되어 화염이 형성되는 일반적인 제트연소버너부와는 다르게 연소가 용이하게 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다.
그리고, 상기 전기로에서 발생되는 오프가스를 예열장치의 내부공간에 재활용하기 위한 구체적인 구성을 살펴보면, 상기 전기로(22)에서 아크봉에 의한 스크랩 용융에 의해 발생되는 오프가스를 외부로 배출하는 배출유로(32)와, 상기 오프가스 중 분진을 필터링하는 필터부(34)와, 상기 필터부를 통과한 오프가스를 상기 표면연소버너부(20)로 안내하는 유입유로(36)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 상기 전기로(22)에서 스크랩의 용융에 의해 발생되는 오프가스가 상기 배출유로(32)를 통하여 배출되고, 상기 오프가스 중 필터부(34)를 통하여 분진들이 필터링되고, 상기 오프가스는 유입유로(36)를 통하여 상기 표면연소버너부(20)의 연료라인으로 유입된다.
상술한 바와 같은 본 발명인 스크랩 예열 장치의 구체적인 실시예를 살펴보면, 제 1실시예는 도 2에 도시된 바와 같이, 스크랩 예열 장치의 구성이, 스크랩을 전기로(22)에 투입하기 전, 내부에 스크랩이 수용되는 내부공간이 마련되고, 일측에 선택적으로 개폐가능한 도어(12)가 마련되는 케이스(10)와, 상기 케이스(10)의 내측벽에 하나 이상 마련되는 다공성재질의 표면연소버너부(20)와, 상기 전기로(22)에서 외부로 배출되는 오프가스 중 분진을 걸러서 다시 상기 표면연소버너부(20)로 안내하는 가스안내부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 의한 스크랩 예열 장치에는 케이스(10)가 마련된다. 상기 케이스(10)는 내부에 내부공간이 마련되어 상기 전기로(22)에서 용융되는 스크랩이 미리 약 600℃ 정도로 예열되어 투입될 수 있는 공간으로 구성된다. 상기 내부공간은 상기 스크랩의 입출입이 가능하도록 도어(12)가 마련될 수 있다.
그리고, 상기 케이스(10)의 내측벽에는 표면연소버너부(20)가 마련된다. 상기 표면연소버너부(20)는, 상기 내부공간의 스크랩을 가열하기 위한 것으로, 다수개가 상기 케이스(10)의 내측벽에 여러개가 설치될 수 있다.
상기 전기로(22)와 상기 케이스(10) 사이에는 가스안내부(30)가 마련된다. 상기 가스안내부(30)는, 상기 전기로(22)에서 상기 스크랩을 용융시키면서 발생되는 오프가스 중 분진을 걸러서 상기 표면연소버너부(20)로 다시 안내하는 역할을 한다.
이하, 본 발명인 스크랩 예열장치의 제 1실시예의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저, 용융하기 위한 스크랩을 케이스(10)의 도어(12)를 오픈한 후 내부공간으로 투입한다. 그리고, 상기 도어(12)를 닫고, 전원을 인가하여 표면연소버너부(20)를 가동한다. 이때, 상기 전기로(22)에서 스크랩이 용융되면서 발생되는 오프가스가 표면연소버너부(20)의 연료라인으로 유입된다.
상기 오프가스는 상기 표면연소버너부(20)에서 점화되어 상기 스크랩을 가열하게 된다. 특히, 상기 표면연소버너부(20)는 다공성재질의 매트나 블럭으로 구성되어 상기 전기로의 조업조건에 따른 오프가스 발생 농도변화에도 상기 오프가스를 안정적으로 연소시킬 수 있으며, 또한 상기 오프가스는 가연성 기체로서 상기 스크랩들 사이의 공간에 유입되어 상기 스크랩들을 고르게 가열할 수 있게 된다.
상기 방법으로 상기 스크랩의 예열이 종료되면, 도어(12)를 오픈하여, 예열된 상기 스크랩을 전기로(22)로 이송한다.
다음으로, 본 발명인 스크랩 예열 장치의 제 2실시예는 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명인 스크랩 예열 장치의 구성은, 스크랩을 전기로(40)에 투입하기 전, 상기 전기로(40) 상방에 마련되어, 내부에 상기 스크랩이 수용되는 내부공간이 마련되고, 상부에 내부공간으로 외부에서 예열하기 위한 상기 스크랩을 투입할 수 있도록 선택적으로 개폐가능한 투입도어(52)가 마련되고, 하방에는 상기 전기로(40)로 상기 내부공간에서 예열된 스크랩을 투입할 수 있도록 선택적으로 계폐가능한 배출도어(54)가 마련되는 케이스(50)와, 상기 케이스(50) 내측벽에 하나 이상 마련되는 다공성재질의 표면연소버너부(60)와, 상기 내부공간으로 오프가스가 유입될 수 있도록 상기 배출도어(54)에는 상기 배출도어(54)를 관통하도록 형성되는 통공(56)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명인 스크랩 예열 장치에는 케이스(50)가 마련된다. 상기 케이스(50)는 전기로(40)의 상방에 마련되어, 상기 전기로(40)에 케이스(50) 내부의 스크랩이 자중에 의해 투입되도록 한다.
상기 케이스(50)에는 상방에는 투입도어(52)가, 하방에는 배출도어(54)가 마련되어, 상기 케이스(50)의 내부공간으로 스크랩이 입출입이 가능하게 된다.
상기 케이스(50)의 내측벽에는 다공성재질의 표면연소버너부(60)가 마련된다. 상기 표면연소버너부(60)는, 상기 내부공간의 스크랩을 예열하기 위한 것으로, 다수개가 상기 케이스(50)의 내측벽에 여러개가 설치될 수 있다.
상기 배출도어(54)에는 통공(56)이 마련된다. 상기 통공(56)은 상기 배출도어(54)를 관통하는 다수개의 홀로 형성될 수 있으며, 이는 상기 전기로(40)에서 배출되는 오프가스가 상기 내부공간으로 유입되도록 안내하는 역할을 한다.
물론, 상기 제 1실시예에서와 같이, 상기 전기로(40)와 상기 케이스(50) 사이에는 가스안내부(미도시)가 더 마련될 수 있다. 상기 가스안내부를 통하여, 상기 전기로(40)에서 상기 스크랩을 용융시키면서 발생되는 오프가스 중 분진들을 걸러서 상기 표면연소버너부(60)로 다시 안내하는 역할을 한다.
이하, 본 발명인 스크랩 예열장치의 제 2실시예의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저, 용융하기 위한 스크랩을 케이스(50)의 투입도어(52)를 오픈한 후 내부공간으로 투입한다. 그리고, 상기 투입도어(52)를 닫고, 전원을 인가하여 상기 제 1실시예에서와 같이 상기 전기로(40) 조업에서 발생된 오프가스를 연료로 한 표면연소버너부(60)를 가동한다. 또한, 이때, 상기 전기로(40)에서 스크랩이 용융되면서 발생되는 오프가스가 배출도어의 통공(56)을 통하여 내부공간으로 유입된다.
상기 내부공간의 오프가스는 고온인 내부공간에서 발화하여 상기 스크랩을 예열하는데 보조역할을 한게 된다. 특히, 상기 오프가스는 가연성 기체로서 상기 스크랩들 사이의 공간에 유입되어 상기 스크랩들을 고르게 가열할 수 있게 된다.
상기 스크랩의 가열이 종료되면, 배출도어(54)가 오픈되면서, 상기 예열된 스크랩이 자중에 의해 전기로(40)로 유입된다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 케이스 12: 도어
20: 표면연소버너부 22: 전기로
30: 가스안내부 32: 배출유로
34: 필터부 36: 유입유로
40: 전기로 50: 케이스
52: 투입도어 54: 배출되어
56: 통공

Claims (6)

  1. 스크랩을 전기로로 투입하기 전, 상기 스크랩이 수용될 수 있도록 내부에 밀폐가능한 내부공간이 마련되는 케이스; 및
    상기 케이스의 내측벽에 마련되어 상기 스크랩을 가열하는 표면연소버너부;를 포함하여 구성되고,
    상기 표면연소버너부는,
    가연성 오프가스가 안정적으로 연소될 수 있도록 다공성재질의 매트나 블록으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크랩 예열 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내부공간에 상기 전기로에서 스크랩 용융에 의해 발생되는 가연성 오프가스(Off-Gas)를 상기 표면연소버너부에서 연료로 이용하는 것을 특징으로 하는 스크랩 예열 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 오프가스는 주성분이 일산화탄소(CO)와 수소가스(H2)인 것을 특징으로 하는 스크랩 예열 장치.
  4. 삭제
  5. 스크랩을 전기로에 투입하기 전, 내부에 스크랩이 수용되는 내부공간이 마련되고, 일측에 선택적으로 개폐가능한 도어가 마련되는 케이스;
    상기 케이스의 내측벽에 하나 이상 마련되는 표면연소버너부; 및
    상기 전기로에서 상기 스크랩의 용융에 의해 외부로 배출되는 오프가스를 다시 상기 표면연소버너부로 안내하는 가스안내부;를 포함하여 구성되고,
    상기 표면연소버너부는,
    가연성 오프가스가 안정적으로 연소될 수 있도록 다공성재질의 매트나 블록으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크랩 예열 장치.
  6. 스크랩을 전기로에 투입하기 전, 상기 전기로 상방에 마련되어, 내부에 상기 스크랩이 수용되는 내부공간이 마련되고, 상부에 내부공간으로 상기 스크랩을 투입할 수 있도록 선택적으로 개폐가능한 투입도어가 마련되고, 하방에는 상기 전기로로 상기 내부공간의 스크랩을 투입할 수 있도록 선택적으로 계폐가능한 배출도어가 마련되는 케이스;
    상기 케이스 내측벽에 하나 이상 마련되는 표면연소버너부; 및
    상기 전기로에서 상기 스크랩이 용융에 의해 발생되는 오프가스가 내부공간으로 유입될 수 있도록 상기 배출도어에는 상기 배출도어를 관통하도록 형성되는 통공;을 포함하여 구성되고,
    상기 표면연소버너부는,
    가연성 오프가스가 안정적으로 연소될 수 있도록 다공성재질의 매트나 블록으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스크랩 예열 장치.


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