KR101555140B1 - 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 고로 내 스테이프 냉각 파이프의 보수방법 및 장치가 개시된다. 고로에 구비된 스테이브 냉각 파이프를 보수하는 방법에 있어서, 상기 냉각 파이프에 적어도 하나의 제1 보수관이 결합된 플렉시블 관을 삽입하는 단계; 및 상기 플렉시블 관에 적어도 하나의 제2 보수관을 끼워 넣는 단계를 포함할 수 있다.

Description

고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REPAIRING A COOLING PIPES IN BLAST FURNACE}

본 발명의 실시예들은 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법 및 보수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 고로에 구비된 스테이브 냉각 파이프 손상 시, 냉각 파이프가 장착된 상태에서 냉각수 및 가스의 누출 없이 냉각 파이프를 보수할 수 있는 냉각 파이프의 보수방법 및 보수장치에 관한 것이다.

일반적으로, 고로 노체 냉각 시스템으로 냉각반 유형과 스테이브 유형으로 구분되며, 최근에는 고로에서 더욱 큰 조업공간을 확보할 수 있고 뛰어난 냉각 능력으로 인해 스테이브 유형이 확대 사용되고 있다.

스테이브 유형, 즉 스테이브 냉각기(Stave Cooler)의 경우에는 동재질(주로 고온부, 저온부의 경우에는 철 재질의 스테이브가 주로 사용)로 이루어져 열전도도가 우수하기 때문에 냉각성능이 뛰어나고, 이로 인해 고로 내부 고열로부터 고로의 철피가 손상되지 않도록 냉각하여 보호하는데 매우 효과적이다.

도 1은 고로 노체 냉각 시스템의 구조를 도시한 개략적인 단면도이고, 도 2는 냉각 파이프가 설치된 스테이브를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이브(10)는 고로(1)의 철피(11) 내측에 설치되며, 고로(1)의 높이 방향으로 다수단이 설치된다. 스테이브(10)의 구조는 일정한 크기의 육면체 형상으로 내측으로 냉각 파이프(12)가 설치되고, 하부에 유입구(12a) 및 상부에 배출구(12b)가 돌출되어 형성된다.

이때, 스테이브(10)의 온도관리를 위하여 스테이브(10) 내부에 온도계(10a)가 설치되며, 스테이브(10)의 배면이 철피(11)에 고정된다. 유입구(12a)로 공급된 냉각수는 냉각 파이프(12)를 타고 순환되면서 배출구(12b)를 통해 배출되는 과정을 반복하며 스테이브(10)의 마모를 억제하는 역할을 한다.

고로(1)는 상부에서 장입물(2)인 광석과 코크스를 투입하고 하부에서 풍구(20)를 통해 고온의 열풍을 불어 넣어 코크스를 연소시키고, 코크스 연소에 따라 고온의 일산화 가스가 광석 사이를 통과하면서 광석을 환원 시킨다.

이때, 고로(1) 상부에서 투입된 광석 및 코크스는 풍구(20) 상부 일정부에서 환원과 용융되는 과정에서 광석과 코크스는 지속적으로 스테이브(10)와 마찰을 발생시키며 하부로 내려가게 된다. 이러한 광석 및 코크스 등의 장입물(20)과 스테이브(10)간의 지속적인 마찰은 스테이브(10) 전면의 냉각판(13)을 손상시키고, 스테이브(10) 전면의 냉각판(13)이 손상된 상태로 사용하는 경우 내부에 설치된 냉각 파이프(12)까지 손상시키게 된다.

냉각 파이프(12)가 손상되어 냉각수가 유출되는 경우, 고로(1)의 내부의 온도가 감소되어 생산성이 저하되며, 심한 경우 고로(1) 내부에서 환원된 쇳물이 경화되어 생산이 불가능하게 되는 냉입현상을 유발할 수 있다.

조업 중 스테이브(10)의 냉각 파이프(12)에 파손이 발생되는 경우 사실상 응급 보수나 교환이 불가능하다. 따라서, 냉각 파이프(12)로 공급되는 냉각수를 차단시키고, 외부 철피(11)에 물을 분사하여 냉각시키는 방법을 사용하고 있다. 그러나 상기와 같은 방법은 외부 철피(11)의 열부하를 단기적으로 감소 시킬 뿐 스테이브(10)의 열적, 기계적 마모를 더욱 가속시키며, 심한 경우 외부를 감싸고 있는 철피(11)까지 열적 변형이 발생되는 문제점을 가지고 있다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 고로에 구비된 스테이브 냉각 파이프 손상 시, 냉각 파이프가 장착된 상태에서 냉각수 및 가스의 누출 없이 냉각 파이프를 보수할 수 있는 냉각 파이프의 보수방법 및 보수장치를 제안하고자 한다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 고로에 구비된 스테이브 냉각 파이프를 보수하는 방법에 있어서, 상기 냉각 파이프에 적어도 하나의 제1 보수관이 결합된 플렉시블 관을 삽입하는 단계; 및 상기 플렉시블 관에 적어도 하나의 제2 보수관을 끼워 넣는 단계를 포함하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법이 제공된다.

상기 제1 보수관에 상기 플렉시블 관의 끝단을 삽입하여, 상기 제1 보수관과 상기 플렉시블 관을 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 보수관과 상기 플렉시블 관은 용접을 통해 결합될 수 있다.

상기 플렉시블 관을 삽입하는 단계 전에, 상기 냉각 파이프에 다른 제1 보수관을 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 보수관에는 상기 플렉시블 관에 흐르는 냉각수가 배출되는 적어도 하나 이상의 배출홀이 형성될 수 있다.

상기 제1 보수관 및 상기 제2 보수관의 단면의 대각선 길이는 상기 냉각 파이프의 내경과 동일하거나 작을 수 있다.

상기 제2 보수관을 끼워 넣는 단계는, 상기 제2 보수관의 하단에 접착제를 도포하여 상기 플렉시블 관에 끼워 넣을 수 있다.

상기 접착제는 세라믹계의 내열 접착제 또는 고온 내화성 접착제 중 적어도 하나일 수 있다.

상기 제1 및 제2 보수관은 구리 합금으로 형성될 수 있다.

상기 플렉시블 관은 스테인레스로 형성된 연질 주름관 또는 알루미늄 재질의 연질 주름관 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고로에 구비된 스테이브 냉각 파이프를 보수하는 장치에 있어서, 내부에 제1 관통홀이 형성되는 제1 보수관; 상기 제1 관통홀에 삽입되어 상기 제1 보수관과 결합되며, 상기 냉각 파이프에 삽입되는 플렉시블 관; 및 내부에 제2 관통홀이 형성되어 상기 냉각 파이프에 끼워 넣어지는 적어도 하나 이상의 제2 보수관을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고로에 구비된 스테이브 냉각 파이프 손상 시, 냉각 파이프가 장착된 상태에서 냉각수 및 가스의 누출 없이 냉각 파이프를 보수할 수 있다.

도 1은 고로 노체 냉각 시스템의 구조를 도시한 개략적인 단면도.
도 2는 냉각 파이프가 설치된 스테이브를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 스테이브의 예시적인 도면.
도 4는 본 발명에 따른 스테이브가 파손된 경우의 스테이브의 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이브 냉각 파이프를 보수하는 방법을 설명하기 위해 도시한 냉각 파이프 및 보수 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 보수관 및 제2 보수관의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 파이프의 보수방법을 설명하기 위해 도시한 순서도.
도 8은 본 발명을 적용한 경우의 냉각 파이프의 온도 변화를 도시한 도면이다.
도 9는 냉각 파이프 파손 시 스테이브의 열 부위의 파손 강도 및 본 발명을 적용한 경우의 파손 강도를 비교한 결과이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 3은 본 발명에 따른 스테이브의 예시적인 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 스테이브가 파손된 경우의 스테이브의 단면도이다.

본 발명에 따른 스테이브는 도 3에 도시된 바와 같은 외형을 갖는다. 즉, 고로 철피 냉각용으로 사용되는 스테이브(100)는 사각박스 형상의 냉각판(110)과, 상기 냉각판(110)의 일측면 상하단부에 용접 고정되는 냉각 파이프(120)들로 구성되며, 보수나 교체가 불가능한 것으로, 한번 설치 후 고로의 수명과 동일하게 사용되는 중요한 제품이다.

따라서, 도 4와 같이 냉각판(110) 및 냉각 파이프(120)가 고로 내로 투입되는 장입물에 의해 손상된 경우 파손된 냉각 파이프를 보호하기 위해 종래에는 냉각 파이프(120)로 공급되는 냉각수를 차단시키고, 외부 철피(11)에 물을 분사하여 냉각시키는 방법을 사용하였으나, 이는 외부 철피(11)의 열부하를 단기적으로 감소 시킬 뿐 스테이브(100)의 열적, 기계적 마모를 더욱 가속시키며, 심한 경우 외부를 감싸고 있는 철피(11)까지 열적 변형이 발생하는 문제점이 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이브 냉각 파이프를 보수하는 방법을 설명하기 위해 도시한 냉각 파이프 및 보수 장치의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 보수관 및 제2 보수관의 단면도이다.

냉각 파이프의 보수 장치는 플렉시블 관(130), 제1 보수관(141) 및 제2 보수관(143)을 포함할 수 있다.

플렉시블 관(130)은 곡률을 가지는 냉각 파이프(120)를 통과할 수 있도록 스테인레스로 형성된 연질 주름관 또는 알루미늄 재질의 연질 주름관 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 플렉시블 관(130)은 냉각 파이프(120)의 누수를 방지하기 위해 냉각 파이프(120)에 삽입되는 관으로 얇은 두께로도 누수를 방지할 수 있다.

그러나, 얇은 두께를 가지는 플렉시블 관(130)의 경우 고로 내의 높은 열에 의해 파손되어 냉각 기능이 떨어질 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 플렉시블 관(130)을 열로부터 보호하기 위한 보호관(141, 143)을 플렉시블 관(130)과 함께 냉각 파이프(120)에 함께 삽입함으로써 플렉시블 관(130)을 열로부터 보호한다.

제1 보수관(141)은 내부에 플렉시블 관(130)이 관통될 수 있는 관통홀(141a)이 형성되는 관이다. 제1 보수관(141)은 플렉시블 관(130)이 냉각 파이프(120)에 삽입되기 전에 플렉시블 관(130)의 하단에 결합된다. 여기서, 냉각 파이프(120)와 플렉시블 관(130)은 용접을 통해 결합될 수 있다.

제1 보수관(141)은 플렉시블 관(130)의 무게추 역할을 하여 플렉시블 관(130)이 냉각 파이프(120) 속으로 쉽게 삽입될 수 있도록 한다.

또한, 제1 보수관(141)에는 플렉시블 관(130)에 흐르는 냉각수가 배출되는 적어도 하나 이상의 배출홀(141b)이 형성될 수 있다. 제1 보수관(141)에 배출홀(141b)이 형성되는 경우 플렉시블 관(130)을 냉각 파이프(120)의 하단까지 삽입하지 않더라도 냉각 파이프(120)를 통해 흐르는 냉각수의 순환이 이루어질 수 있다.

냉각수의 순환이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 제1 보수관(141)이 결합된 플렉시블 관(130)이 냉각 파이프(120)에 삽입되기 전에 다른 제1 보수관(141)이 도 5(b)와 같이 냉각 파이프(120)에 삽입될 수도 있다.

제2 보수관(143)은 플렉시블 관(130)이 관통될 수 있는 관통홀(143a)이 형성되는 관이다. 제2 보수관(143)은 제1 보수관(141)과 결합된 플렉시블 관(130)이 냉각 파이프(120)에 삽입된 후 냉각 파이프(120)를 통해 끼워 넣어진다.

제1 보수관(141) 및 제2 보수관(143)은 열전달 측면에서 냉각 파이프 재질인 순동과 유사한 구리 합급으로 형성될 수 있다. 구리 합금은 강도면에서 순동의 2배 이상이므로 수명연장에 유리하다.

제1 보수관(141) 및 제2 보수관(143)은 냉각 파이프(120)의 꺾인 부분을 걸림 없이 통과할 수 있어야 한다. 이를 위해 제1 보수관(141) 및 제2 보수관(143)의 대각선 길이(I)는 냉각 파이프의 내경과 동일하거나 작게 설계될 수 있다.

여기서, 보수관(141, 143)의 대각선 길이(I)는 하기의 수학식과 같이 표현될 수 있다.

여기서, W는 보수관(141, 143)의 폭, L은 보수관의 높이를 각각 의미한다.

도 5(c)를 참조하면, 각 보수관(141, 143) 들 사이로 열 침투를 막아주고, 고로 내부의 가스가 파이프로 유출되는 것을 막아주기 위해 제2 보수관(143)의 하단에 접착제(150)를 도포하여 플렉시블 관(130)에 끼워 넣을 수 있다.

여기서 접착제는 세라믹계의 내열 접착제 또는 고온 내화성 접착제 중 적어도 하나일 수 있다.

접착제를 도포한 제2 보수관(143)들을 차례로 냉각 파이프(120)에 끼워 넣은 후 고온 고로 휴풍 조건(100℃)에서 1시간 가량 접착제를 말린 후 냉각 파이프(120)에 냉각수를 공급함으로써 냉각 파이프(120)의 보수가 완료된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 파이프의 보수방법을 설명하기 위해 도시한 순서도이다.

우선, 제1 보수관(141)에 플렉시블 관(130)의 끝단을 삽입하여 제1 보수관과 플렉시블 관(130)을 결합한다(S100). 이때 결합은 용접을 통해 결합될 수 있다.

이어서, 제1 보수관(141)이 결합된 플렉시블 관(130)을 냉각 파이프(120)에 삽입한다(S110). 플렉시블 관(130)은 제1 보수관(141)의 무게에 의한 중력에 의해 냉각 파이프(120)의 하단까지 삽입되게 된다.

다음으로, 제2 보수관(143)의 하단에 접착제를 도포한다(S110).

이어서, 접착제가 도포된 제2 보수관(143)을 플렉시블 관(130)에 끼워 넣는다(S115).

상기 단계(S110) 내지 (S115)는 파손된 냉각 파이프(120)의 부위를 제2 보수관(143)이 모두 커버 할 때까지 반복 수행될 수 있다.

일정 시간 경과 후 접착제가 모두 마르면, 냉각 파이프(120)에 냉각수를 공급하여 고로의 조업을 재개할 수 있다.

본 발명에 따르면, 스테이브 내의 냉각 파이프가 파손된 경우에도 냉각 파이프 내에 보수관이 결합된 플렉시블 관을 삽입함으로써 스테이브의 냉각 기능을 살리고, 스테이브의 수명을 증가시킬 수 있다.

도 8은 본 발명을 적용한 경우의 냉각 파이프의 온도 변화를 도시한 도면이다.

도 8(a)는 스테이브에 임의의 마모가 일어난 후, 600℃의 냉각 파이프의 표면, 냉각수 유통 조건 하에서 파이프 하나 손상시의 온도 분포를 도시한 도면이다. 도 8(b)는 본 발을 적용한 경우의 온도 분포를 도시한 도면이다.

도 8(a)를 참조하면 파이프 손상이 있는 경우 파손된 냉각 파이프의 온도는 600℃에 근접하게 상승하나, 도 8(b)의 본 발명을 적용한 경우에는 파손되지 않은 부분에 비해 50℃정도밖에 차이 나지 않음을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명을 적용하는 경우 손상된 냉각 파이프의 온도를 효율적으로 낮출 수 있었다.

도 9는 스테이브 표면이 600℃이고, 냉각수 유통 조건 하에서 냉각 파이프의 하나 손상 시와 본 발명의 냉각 보수 방법을 적용한 경우의 파손강도를 비교한 결과이다.

스테이브 표면을 제외한 열 부하에 크게 노출된 부위에 대하여 본 발명 적용 시 냉각 파이프 파손시보다 4배 이상의 파손 강도를 유지함을 확인할 수 있었다. 본 판단은 스테이브 표면의 열 해석 결과와 온도에 따른 구리, 구리합금, SUS의 파손 강도를 참조하여 판단하였으며 파손강도 증가율을 하기의 수학식을 근거로 판단하였다.

[수학식 2]

파손강도 증가율 =((구리합급 및 스테인레스 1t 적용에 따른 강도 상승에 대한 보상 + 본 발명에 따른 온도 저감된 스테이브 열위부 파손강도)/파이프 파손 시 기존온도의 스테이브 열 부위 파손강도) ×(접촉계수 보정 효율 × 실험과 이론과의 차이) = ((100 이상 + 100)/25)×α×β

여기서, α, β는 0.5 이상으로 설정하였으며, 이를 근거로 본 발명을 적용한 경우 기존 대비 4배 이상의 파손 강도를 가짐을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 스테이브 110: 냉각판
120: 냉각 파이프 130: 플렉시블 관
141: 제1 보수관 141a: 관통홀
141b: 배출홀
143: 제2 보수관 143a: 관통홀
150: 접착제

Claims (15)

1. 고로에 구비된 스테이브 냉각 파이프를 보수하는 방법에 있어서,
   상기 냉각 파이프에 적어도 하나의 제1 보수관이 결합된 플렉시블 관을 삽입하는 단계; 및
   상기 플렉시블 관에 적어도 하나의 제2 보수관을 끼워 넣는 단계를 포함하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 보수관에 상기 플렉시블 관의 끝단을 삽입하여, 상기 제1 보수관과 상기 플렉시블 관을 결합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 보수관과 상기 플렉시블 관은 용접을 통해 결합되는 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 플렉시블 관을 삽입하는 단계 전에,
   상기 냉각 파이프에 다른 제1 보수관을 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 보수관에는 상기 플렉시블 관에 흐르는 냉각수가 배출되는 적어도 하나 이상의 배출홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 보수관 및 상기 제2 보수관에는 상기 플렉시블 관이 삽입되기 위한 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 보수관 및 상기 제2 보수관의 길이방향 단면의 대각선 길이는 상기 냉각 파이프의 내경과 동일하거나 작은 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 대각선 길이는 하기의 수학식과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
   

   

   
   여기서, I는 대각선 길이, W는 상기 제1 및 제2 보수관의 폭, L은 상기 제1 및 제2 보수관의 높이를 각각 의미함.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제2 보수관을 끼워 넣는 단계는,
   상기 제2 보수관의 하단에 접착제를 도포하여 상기 플렉시블 관에 끼워 넣는것을 특징으로 하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 접착제는 세라믹계의 내열 접착제 또는 고온 내화성 접착제 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 보수관은 구리 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
12. 제1항에 있어서,
    상기 플렉시블 관은 스테인레스로 형성된 연질 주름관 또는 알루미늄 재질의 연질 주름관 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이브 냉각 파이프의 보수방법.
13. 고로에 구비된 스테이브 냉각 파이프를 보수하는 장치에 있어서,
    내부에 제1 관통홀이 형성되는 제1 보수관;
    상기 제1 관통홀에 삽입되어 상기 제1 보수관과 결합되며, 상기 냉각 파이프에 삽입되는 플렉시블 관; 및
    내부에 제2 관통홀이 형성되어 상기 냉각 파이프에 끼워 넣어지는 적어도 하나 이상의 제2 보수관을 포함하는 고로 내 스테이프 냉각 파이프의 보수장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 보수관에는 상기 플렉시블 관을 흐르는 냉각수가 배출되는 적어도 하나 이상의 배출홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이프 냉각 파이프의 보수장치.
15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 보수관 및 상기 제2 보수관의 길이방향 단면의 대각선 길이는 상기 냉각 파이프의 내경과 동일하거나 작은 것을 특징으로 하는 고로 내 스테이프 냉각 파이프의 보수장치.

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