KR101560990B1 - 가스 투입기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 오븐에 설치되는 장치몸체;와, 가스공급수단에 연결되어 상기 장치몸체에 설치되는 공급라인;과, 상기 코크스 오븐의 탄화실에 구비되는 가스공급홀을 통해 상기 탄화실에 가스를 공급하도록 상기 공급라인에 연결되되, 상기 탄화실로부터 이동하게 구비되는 이동노즐부;와, 상기 이동노즐부에 연결되어, 상기 이동노즐부의 진공상태를 유지하는 진공부; 및 상기 장치몸체에 설치되고, 상기 이동노즐부의 이동에 따라 상기 가스공급홀을 개폐하게 구비되는 자동개폐부;를 포함하여 구성되는 가스 투입기에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가스 투입기에 의하면 가스의 투입을 자동으로 수행함으로써 공정의 자동화에 기여하고, 가스가 투입된 곳으로부터 가스가 유출되는 것을 방지하여 작업자 및 작업환경의 안전과 함께 작업효율을 확보할 수 있다.

Description

가스 투입기{Gas Feeder}

본 발명은 가스 투입기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코크스 오븐의 탄화실에 가스, 특히 이산화탄소를 자동으로 투입하기 위한 가스 투입기에 관한 것이다.

코크스 오븐은 석탄 상태로 공급되는 원료를 고온으로 건류하여 코크스를 제조하는 설비인 바, 탄화실에 석탄을 저장한 후에 약 1100℃ ~ 1340℃의 온도로 일정 시간을 유지함으로써 석탄을 건류하게 된다. 이러한 온도 상태를 유지하기 위하여 연소실에는 공기와 연료가스를 공급하여 연소하게 된다.

도 1에는 통상의 코크스 오븐의 전체적인 구성이 도시되어 있다. 코크스 오븐(100)은 다수개의 탄화실(10)을 구비하여, 이 탄화실(10)에 장입차(30)를 이용하여 석탄을 장입한 후, 약 1240℃ 이상의 온도로 약 19시간 동안 외부 공기를 차단시키고 건류함으로써 석탄에 함유된 휘발성분이 제거된 코크스를 생산할 수 있다. 이를 위해, 코크스 오븐(100)은 탄화실(10)의 상부에 석탄을 장입하기 위한 복수개의 장입구(20)가 구비될 수 있다.

위와 같은 코크스 건류공정이 완료되면, 코크스 오븐(100)의 탄화실 도어(11)를 인출하고, 압출기(40)의 램(41)에 의해 탄화실(10)로부터 건류가 완료된 코크스를 배출하여 트랜스퍼 카(50)의 코크스 가이드를 통해 소화차(60)에 적재한 후, 소화장치에서 건류된 코크스를 소화시켜 최종적인 제품의 코크스를 생산하게 된다.

한편, 코크스 오븐(100)은 석탄의 건류과정에서 발생된 코크스 오븐 가스가 탄화실(10)의 상부 공간으로 모인 후, 소정의 가스 흐름에 따라 상승관(70)으로 배출될 수 있으며, 이에 연결된 가스 수집관(71)을 통해 코크스 가스 저장처로 보내질 수 있다.

이 과정에서 상승관(70)으로 배출되는 코크스 오븐 가스의 온도는 약 600~800℃에 이르는 고온의 상태일 뿐만 아니라 휘발성 물질과 함께 다량의 분진, 타르 등의 오염 물질이 포함되어 있다. 이와 같은 오염 물질이 포함된 미정제 코크스 오븐 가스에 가스화제를 투입하여 상압 가스화 공정에 의해 가스화 반응을 일으켜 코크스 오븐 가스를 증량시킬 수 있다. 이때, 사용할 수 있는 가스화제로는 이산화탄소 또는 물을 들 수 있다.

코크스 오븐의 탄화실 상층부(상승관의 반대편)에 이산화탄소를 주입하면 이산화탄소는 고온의 스폰지 카본, 부착 카본, 분말 코크스, 분말 석탄 등과 불균등화 반응(Boudouard Reaction)을 하여 일산화탄소로 전환된다. 필요한 열에너지는 미정제 코크스 오븐 가스의 현열을 이용한다. 이를 수식으로 표현하면 다음 반응식과 같다.

[반응식]

C + CO₂ → 2CO (여기서, △H = 41.16 kJ/mol : 흡열반응)

코크스 오븐 내에 이산화탄소를 공급하는 방법으로 통상의 가스 노즐을 사용한다. 이산화탄소를 일산화탄소로 용이하게 전환하기 위해서는 이산화탄소가 코크스 오븐 내에 장시간 체류하면서, 고온의 카본과 많은 접촉 또는 충돌을 일으켜야 한다.

하지만, 코크스 오븐 내 가스 노즐을 장착하는 것은 코크스 오븐의 내부 구조를 더욱 복잡하게 하는 문제가 있다. 또한, 코크스 오븐 내 탄화실의 폭은 예컨대 약 50cm 정도이나 길이는 예컨대 약 15m 이상이며, 내부의 코크스 오븐 가스는 코킹(Coking)을 진행하는 동안(예컨대, 20시간 정도) 계속 생성되기 때문에 일측면에 이산화탄소를 주입하는 것은 고온의 코크스 오븐 내 환경과 지속적으로 발생하는 코크스 오븐 가스로 인해 일산화탄소로의 전환이 원활하게 이루어지지 않는 문제가 있다.

더구나, 종래의 가스 노즐은 단순하게 일정한 길이를 갖고서 내부가 빈 원통 형상의 단일한 직선형 관으로 되어 있다. 이러한 가스 노즐을 작업자가 직접 수동으로 넣고 빼는 작업을 진행하였는데, 가스 노즐을 코크스 오븐 내에 장입할 때 코크스 오븐의 벽을 손상할 수 있을 뿐만 아니라 작업자의 안전에 대한 위험 부담과 함께 완전한 밀폐를 하지 못하여 발생하는 유독 가스로 인해 환경 오염을 야기하는 문제가 있다.

덧붙여, 가스 노즐은 수랭 방식으로 냉각시키는 방법을 사용하였는데, 이를 위해서는 열교환장치, 워터펌프, 워터재킷 등의 과도한 설비 투자 비용이 초래되는 문제가 있었으며, 냉각수 라인의 막힘도 일어나 만약에 냉각수가 코크스 오븐 내로 누출되면 대규모 폭발이 발생할 수 있는 우려가 있다.

또한, 가스 노즐은 코크스 오븐의 상부로부터 개구부를 통하여 그 하부로만 장입하게 되므로, 가스 노즐에 의한 이산화탄소의 투입 영역이 그만큼 좁게 되어 이산화탄소가 코크스 오븐 가스와 충분히 접촉하지 못하게 되면서, 이산화탄소에서 일산화탄소로의 전환율이 크게 떨어지게 된다. 특히, 코크스 오븐 내 부착 카본을 완벽하게 제거하지 못하게 되어, 부착 카본을 제거하는 데에 많은 인력 및 장비가 소요되므로 경제성이 저하되는 문제가 있었다.

KR 1421802 B1(2014.07.15 등록)

본 발명은 가스의 투입을 자동으로 수행하고, 가스가 투입된 곳으로부터 가스가 유출되는 것을 방지하여 작업자 및 작업환경의 안전과 함께 작업효율을 확보하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 코크스 오븐의 탄화실에 가스, 특히 이산화탄소를 투입함에 있어 가스의 투입 및 유출 차단을 자동으로 수행하고, 고온의 열로부터 장치를 보호하면서 열악한 환경하에서도 구동이 가능한 가스 투입기를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 코크스 오븐의 미활용 부착 카본 및 고온의 폐열을 이용하여 이산화탄소를 자원화하는 공정에서, 이산화탄소로부터 일산화탄소로의 전환율을 향상시킬 수 있는 가스 투입기를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 가스 투입기는 코크스 오븐에 설치되는 장치몸체;와, 가스공급수단에 연결되어 상기 장치몸체에 설치되는 공급라인;과, 상기 코크스 오븐의 탄화실에 구비되는 가스공급홀을 통해 상기 탄화실에 가스를 공급하도록 상기 공급라인에 연결되되, 상기 탄화실로부터 이동하게 구비되는 이동노즐부;와, 상기 이동노즐부에 연결되어, 상기 이동노즐부의 진공상태를 유지하는 진공부; 및 상기 장치몸체에 설치되고, 상기 이동노즐부의 이동에 따라 상기 가스공급홀을 개폐하게 구비되는 자동개폐부;를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 자동개폐부는, 상기 이동노즐부가 상기 가스공급홀로 하강하는 중에 상기 가스공급홀을 개방하고, 상기 이동노즐부가 상기 가스공급홀로부터 상승하는 중 또는 상승 완료 이후에 상기 가스공급홀을 밀폐하게 제공될 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 이동노즐부는, 서로 밀폐된 내관과 외관을 갖는 이중관으로 형성되어, 상기 내관과 상기 외관 사이의 공간은 진공 상태가 되는 투입노즐; 및 상기 투입노즐에 연결되어, 상기 투입노즐을 상승 또는 하강시키는 이송유닛;을 포함할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 이송유닛은, 상기 가스공급홀 주변에 설치되는 지지대;와, 상기 지지대에 설치되는 복수개의 스프로켓;과, 상기 스프로켓에 설치되는 체인; 및 상기 복수개의 스프로켓 중 적어도 하나에 연결되는 구동모터;를 포함할 수 있다.

그리고 바람직하게, 상기 투입노즐은, 일측에 설치되어, 상기 가스공급홀에 접촉 또는 비접촉하여 상기 가스공급홀을 개방 또는 밀폐하는 밀봉부재;를 포함하고, 상기 자동개폐부는, 상기 밀봉부재가 상기 가스공급홀에 비접촉시에는, 상기 가스공급홀에 접촉하여 상기 가스공급홀을 밀폐하게 제공될 수 있다.

그리고 바람직하게, 상기 진공부는, 상기 탄화실 또는 상기 탄화실 주변에 설치되는 진공펌프; 및 상기 진공펌프 및 상기 투입노즐에 연결되는 진공라인;을 포함할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 진공라인은, 상기 투입노즐에 연결되되, 케이블 베이어를 적용한 플렉시블 케이블로 연결될 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 진공부는, 제1연결공, 제2연결공, 상기 제1연결공과 연통되는 제3연결공 및 상기 제2연결공과 연통되는 제4연결공을 구비한 연결블록;을 더 포함하고, 상기 외관은 제1연결관을 매개로 하여 상기 제1연결공에 연결되며, 상기 내관은 제2연결관을 매개로 하여 상기 제2연결공에 연결되고, 상기 제3연결공 및 상기 제4연결공은 상기 플렉시블 케이블에 각각 연결될 수 있다.

한편 바람직하게, 상기 밀봉부재는, 탄소 복합소재 또는 세라믹 단열재로 구비될 수 있다.

한편 바람직하게, 상기 이동노즐부와 상기 진공부 및 상기 자동개폐부 중 적어도 하나에는 보호케이스가 씌워질 수 있다.

한편 바람직하게, 상기 공급라인과 상기 이동노즐부와 상기 진공부 및 상기 자동개폐부에 전기적으로 연결되고, 상기 탄화실로의 가스 공급 및 상기 가스공급홀의 개폐를 제어하여 상기 탄화실로부터 가스의 유출을 차단하게 구비되는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

한편 바람직하게, 상기 투입노즐은, 상기 가스공급홀에 삽입되는 단부가 원뿔형상으로 구비되며, 관통되게 제공되는 노즐공이 원주방향으로 복수개 구비될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면 가스의 투입을 자동으로 수행함으로써 공정의 자동화에 기여하고, 가스가 투입된 곳으로부터 가스가 유출되는 것을 방지하여 작업자 및 작업환경의 안전과 함께 작업효율을 확보할 수 있다.

이로써, 공정의 흐름을 원활하게 유지하여 전체적인 생산성 향상에 기여할 수 있다.

특히, 코크스 오븐의 탄화실에 이산화탄소를 효율적으로 투입할 수 있고, 투입된 이산화탄소가 탄화실 내에서 반응을 일으켜 코크스 오븐 가스의 증량을 도모할 수 있게 됨으로써, 궁극적으로 제철 공정 고유의 이산화탄소를 자원화할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 고온의 열로부터 장비를 보호할 수 있고, 고온의 열악한 환경하에서도 구동이 가능하기 때문에 유지보수의 비용이 적게 들어 제조원가를 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 통상의 코크스 오븐의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 자동개폐부가 대상부를 밀폐하고 있는 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 자동개폐부가 대상부를 개방하고 있는 상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 가스 투입기가 가스를 투입하기 전 상태를 도시한 것이다.
도 3b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 가스 투입기가 가스를 투입하고 있는 상태를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 이동노즐부 및 진공부의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 투입노즐의 구성 및 가스의 흐름을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 투입노즐 단부의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

먼저, 도 2a에는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 자동개폐부(200)가 개폐의 대상이 되는 대상부(110)를 밀폐하고 있는 상태가 도시되어 있다. 도 2a에 보이는 것처럼, 본 발명에 의한 자동개폐부(200)는 크게 개폐의 대상이 되는 대상부(110)에 대응되는 관통홀(211)을 구비하는 장치플레이트(210)와, 상기 장치플레이트에 설치되어, 상기 대상부(110)를 밀폐 또는 개방하는 밀봉수단(220) 및 상기 밀봉수단에 연결되어, 상기 밀봉수단을 이동하는 구동수단(230)을 포함하여 구성될 수 있다.

특히, 장치플레이트(210)는 개폐의 대상이 되는 대상부(110)의 상부에 설치될 수 있다. 그리고, 대상부(110)를 밀폐할 수 있도록 상기 대상부(110)에 대응되는 위치에 관통되게 구비되는 관통홀(211)을 포함한다. 상기 관통홀(211)은 밀봉수단(220)이 밀폐의 대상이 되는 대상부(110)를 완전히 밀폐할 수 있도록, 상기 밀봉수단(220)이 대상부(110)에 접촉할 수 있는 경로를 제공한다.

바람직하게, 장치플레이트(210)에 제공되는 관통홀(211)의 직경은 대상부(110)의 직경과 동일하거나, 대상부(110)의 직경보다 약간 크게 구비될 수 있으나 이는 본 발명에 의해 제한되지 않으며, 작업자 및 작업환경에 따라 적절히 선택되어 적용될 수 있는 사항이다.

그리고, 장치플레이트(210)의 상부에는 직접적으로 대상부(110)에 접촉하여 대상부를 밀폐 또는 개방하는 밀봉수단(220) 및 상기 밀봉수단(220)이 자동으로 동작하도록 상기 밀봉수단에 연결되는 구동수단(230)이 설치될 수 있다.

구동수단(230)은 도 2b에 보이는 것과 같은 상태로 밀봉수단(220)을 이동하도록 상기 밀봉수단(220)에 연결될 수 있으며, 이동할 수 있는 구동력을 발생하도록 상기 장치플레이트(210)에 설치되는 동력기(231)와, 일측이 상기 동력기(231)에 연결되고 타측이 상기 밀봉수단(220)에 연결되는 동력 전달 부재인 구동부재(232)로 구비될 수 있다.

필요에 따라, 상기 구동부재(232)는 실린더로 제공될 수도 있고, 도 2a 및 도 2b에 보이는 것처럼, 접철식 구조를 갖는 슬라이딩 빔의 형태로 제공될 수도 있을 뿐만 아니라 단순 보 형태를 갖는 빔의 형태로 제공될 수도 있으며, 이 또한 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있는 사항이다. 다만, 접철식 구조를 갖는 슬라이딩 빔의 형태로 제공되는 경우는 작업공간이 협소한 상황이거나, 단계적으로 상기 구동부재(232)의 신장 또는 수축거리를 조절해야할 필요가 있는 경우에 더욱 유용할 것이다.

한편, 상기 밀봉수단(220)은 대상부(110)에 직접적으로 접촉하여 대상부(110)를 밀폐하도록 제공되는 밀봉캡(221) 및 일측이 상기 밀봉캡(221)에 연결되고 타측이 상기 구동부재(232)에 연결되어 상기 밀봉캡(221)이 대상부(110)에 접촉 또는 비접촉하도록 상기 밀봉캡(221)을 이동하는 이동빔(222)으로 구성된다.

상기 이동빔(222)은 도 2a 및 도 2b에 보이는 것처럼, 그 자체가 일정 위치에서 접히도록 힌지(H) 구조로 구비되되, 접히는 부분을 기준으로 일측은 장치플레이트(210) 상에 고정되고, 타측이 상기 밀봉캡(221)에 연결되어 장치플레이트(210) 상에서 이동할 수 있게 구비되는 것이 바람직하다.

그리고, 이동빔(222)은 도 2a에 보이는 것처럼 밀봉캡(221)과 연결되는 가이드빔(222a)을 복수개 구비하여, 상기 가이드빔(222a)을 통해 밀봉캡(221)과 연결될 수 있다. 이와 같이 가이드빔(222a)을 채택하여 사용하는 경우에는 상기 이동빔(222)이 구동부재(232)와 연결됨에 있어, 상기 가이드빔(222a)들을 상기 구동부재(232)의 단부와 볼트 등의 결합수단을 이용하여 결합하면 구동이 보다 용이하게 실행될 수 있다.

그리고 상기 밀봉캡(221)의 재질은 단열재, 내화재, 강화재 등이 사용될 수 있으나, 대상부(110)를 완벽하게 밀폐하는데 지장이 없는 범위에서 다양한 재질 및 형상이 적용될 수 있음은 물론이며, 이와 같은 사항은 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니다.

이와 같이 구성되는 자동개폐부(200)를 이용하면, 대상부(110)를 밀폐 또는 개방할 수 있다. 특히, 대상부(110)를 밀폐하는 경우에는 대상부(110)를 구비하는 일정 수용공간 내에 수용되어 있는 물질의 외부 유출을 차단할 수 있고, 필요에 따라 대상부(110)를 개방하면 상기 수용공간이 외부와 연결되게 되므로 그 내부에 수용되어 있는 물질을 외부로 인출하거나, 사용자의 필요에 따라 수용공간 내부로 일정 물질을 공급할 수도 있다.

일예로, 선술한 대상부(110)는 코크스 오븐에 구비되는 가스공급홀이 될 수 있고, 상기 장치플레이트(210)는 코크스 오븐의 상부에 고정되며, 상기 밀봉캡(221)은 상기 코크스 오븐의 가스공급홀에 접촉할 수 있다.

이로써, 상기 밀봉캡(221)은 상기 구동수단(230)의 동작에 의해 상기 가스공급홀에 접촉 또는 비접촉하되, 접촉시에는 가스공급홀을 밀폐할 수 있고, 상기 대상부(110)로부터 이동하여 비접촉될시에는 가스공급홀을 개방할 수 있다.

더하여, 이동빔(222)의 구조에 따라, 밀봉캡(221)의 이동을 제어할 수도 있다. 즉, 선술한 것처럼 상기 이동빔(222)이 힌지(H) 구조를 취하여 상기 밀봉캡(221)을 장치플레이트(210)의 상면에서 상하방향으로 이동하며 대상부(110)를 밀폐 또는 개방하게 제공될 수 있다.

또한, 상기 이동빔(222)이 힌지 구조 이외에 장치플레이트(210)의 상면에서 수평한 방향으로 슬라이드 운동하도록 접철식 구조로 구비되면, 상기 밀봉캡(221)을 장치플레이트(210)의 상면에서 수평한 방향으로 이동하게 하여 상기 대상부(110)를 밀폐 또는 개방할 수도 있으나, 이동빔(222)의 구조 및 밀봉캡(221)과의 동작은 당업자에 의해 선택 가능한 사항이다.

한편, 다른 측면으로서의 본 발명은 코크스 오븐의 탄화실 내부로 가스, 특히 이산화탄소를 투입하고, 투입된 이산화탄소를 포함한 탄화실 내부의 가스가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 가스 투입기를 제공한다.

도 3a에 보이는 것처럼, 상기 가스 투입기(1000)는 코크스 오븐(100)에 설치되는 장치몸체(300)와, 일정 가스공급수단(미도시)에 연결되어 상기 장치몸체에 설치되는 공급라인(400)과, 상기 코크스 오븐(100)의 탄화실(미도시)에 구비되는 가스공급홀(110a)을 통해 상기 탄화실에 가스를 공급하도록 상기 공급라인(400)에 연결되되, 상기 탄화실로부터 이동하게 구비되는 이동노즐부(500)와, 상기 이동노즐부 내부 또는 일측에 구비되어, 상기 이동노즐부의 진공상태를 유지하는 진공부(600) 및 상기 장치몸체(300)에 설치되고, 상기 이동노즐부(500)의 이동에 따라 상기 가스공급홀(110a)을 개폐하게 구비되는 자동개폐부(200)를 포함하여 구성될 수 있다.

일정 가스공급수단은 특정 가스, 일예로 이산화탄소를 공급할 수 있고, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면 상기 장치몸체(300) 일측에는 상기 가스공급수단으로부터 가스를 공급받아 일정량만큼 수용해 둘 수 있는 가스탱크(800)가 더 구비될 수 있다. 상기 가스공급수단과 상기 가스탱크(800)를 배관(810)으로 연결하면 상대적으로 체적이 큰 가스공급수단은 외부에 구비해두고 가스탱크(800)만을 장치몸체(300) 상에 설치하면 되므로, 협소한 공간에서도 사용이 용이한 효과가 있다.

그러면, 상기 가스탱크(800)에 공급라인(400)을 연결할 수 있고, 상기 공급라인(400)을 상기 이동노즐부(500)에 연결하면 탄화실의 가스공급홀(110a)에 상기 가스를 투입할 수 있게 된다. 이와 같은 가스탱크(800)의 구성을 채택하지 않는 경우에는 상기 가스공급수단에 공급라인(400)을 직접 연결하여 사용할 수도 있음은 물론이다.

다만, 상기 가스탱크(800)를 이용하면 상기 가스공급수단이 가스의 공급을 멈추었을 때 지속적으로 공급되는 가스를 저장하는 한편, 가스 투입기(1000)에 가스의 공급이 필요한 상황임에도 불구하고 상기 가스공급수단으로부터 가스의 공급이 원활하게 수행되지 않을 때, 저장된 가스를 가스 투입기(1000)로 보낼 수도 있다.

또한, 가스탱크(800)는 공급라인(400)을 통해 공급되는 가스의 농도가 낮은 경우에 이를 적당한 수준으로 높이도록 가스를 추가로 공급함으로써, 항상 일정한 농도의 가스를 가스 투입기(1000)로 공급할 수 있게 하는 효과가 있다.

한편, 상기 장치몸체(300)에는 코크스 오븐(100)의 가스공급홀(110a)에 대응되는 위치에 관통홀(미도시)이 구비되며, 상기 관통홀의 직경은 상기 가스공급홀의 직경과 동일하거나 약간 크게 제공될 수 있다. 그리고, 상기 장치몸체(300)는 도 3a 및 도 3b에 보이는 것처럼, 장치몸체(300)의 상부에 고정될 수 있다.

더하여, 상기 장치몸체(300)의 상부에는 도 3a에 보이는 것과 같은 복수개의 수직프레임부재(900)가 설치될 수 있고, 상기 수직프레임부재(900)들의 상부에 수평프레임부재(910)를 연결하여, 장치몸체(300)의 상부로 공급라인(400)을 고정할 수 있다. 그리고, 상기 수직프레임부재(900) 및 상기 수평프레임부재(910)의 하부공간에는 이동노즐부(500)와, 진공부(600) 및 자동개폐부(200)가 배치될 수 있다.

여기서, 수직프레임부재(900)의 높이는 이동노즐부(500)의 높이를 고려하여 상기 이동노즐부(500)의 최상부보다 높게 구비되는 것이 안정적인 설비 운용을 위해 바람직할 것이며, 특히, 상기 수직프레임부재(900)의 높이는 이동노즐부(500)의 이동거리를 제한하게 되므로 작업환경에 따라 적절한 높이로 선택되어 적용되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 공급라인(400)에는 제어밸브(미도시)를 설치하면 가스의 공급 및 차단을 용이하게 조절할 수 있다.

한편, 이동노즐부(500)는 내부를 진공처리함으로써 열전도율을 최소화하여 열손실을 방지하게 구비된 투입노즐(510) 및 상기 투입노즐에 연결되어 상기 투입노즐을 상승 또는 하강시키는 이송유닛을 포함한다.

투입노즐(510)은 도 5에 보이는 것처럼, 서로 밀폐된 내관(511)과 외관(512)을 갖는 이중관으로 구성되어 있다. 외관(512)은 텅스텐과 같이 용융점이 높은, 구체적으로는 대략 1500℃ 이상의 용융점을 가진 금속으로 만들어져, 코크스 오븐의 탄화실 내에서도 고온에 영향을 받지 않고 신뢰성 있게 작동할 수 있다. 내관(511)은 예컨대 스테인리스강과 같이 용융점이 외측관보다는 높지 않지만 대략 1000℃ 정도인 금속으로 만들어진다.

내관(511)과 외관(512)은 서로 밀폐되어 있는데, 내관(511)으로는 가스가 공급되고, 내관(511)의 외면과 외관(512)의 내면 사이에 형성되는 공간은 진공으로 되어 있다. 이와 같이 투입노즐(510)을 외관(512) 및 내관(511)의 이중관으로 구성하고, 내관(511)의 외면과 외관(512)의 내면 사이에 형성되는 공간은 진공으로 함으로써 고온인 외부로부터 내관(511)으로의 열전도율을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

더하여, 도 6에 보이는 것처럼, 상기 투입노즐(510)의 단부(510b)는 코크스 오븐의 탄화실 내부로 직접 삽입되는 부분으로서, 탄화실 내로의 원활한 삽입을 위해 그 형상이 원뿔형상으로 형성되어 있으며, 단부(510b)에 인접한 측벽, 즉, 원주방향으로는 가스의 투입이 용이하도록 복수개의 노즐공(510a)이 형성되어 있다.

상기 노즐공(510a)은 한 쌍 이상의 개수를 갖는 것이 바람직한데, 그 배열은 도 6에 도시된 원주방향의 배열에 한정되지 않으며, 투입노즐(510)의 높이방향을 따라 다단으로 배열될 수도 있다. 이들 노즐공(510a)은 탄화실의 길이방향을 향해 서로 마주보고 배치되어, 즉 가스의 분사방향을 탄화실의 길이방향 쪽으로 향함으로써, 가스가 코크스 오븐(100) 내에 장시간 체류하면서 고온의 카본과 많은 접촉 또는 충돌을 일으키게 하는 것이 좋다.

가스의 투입 전후로는 상시 다른 가스(예컨대 질소)를 탄화실 내로 계속 불어주어 부착물이나 부산물로 인한 노즐공(510b)의 막힘을 방지할 수 있게 한다.

한편, 코크스 오븐(100)의 탄화실 내 온도는 대략 1300℃의 고온이기 때문에, 고온의 열이 외관(512)을 통하여 전도되지 못하도록 외관(512)과 내관(511) 사이의 공간을 진공으로 만들어 주면 열전도율이 최소로 되게 된다. 실제로 실험한 결과에 따르면, 열전도가 약 40% 이상으로 차단되게 되면서 내관(511)을 600℃ 미만으로 유지하여, 코크스 오븐의 내부에 가스를 안정적으로 공급할 수 있게 되었다.

이와 같이 투입노즐(510) 내부를 진공 상태로 유지하기 위해 도 3a 및 도 3b에 보이는 것처럼 진공부(600)가 구비되며, 상기 진공부는 장치몸체(300)의 상부에서 상기 가스공급홀(110a)의 주변에 배치되는 진공펌프(610) 및 일측이 상기 진공펌프에 연결되고 타측이 상기 투입노즐(510)에 연결되는 진공라인(620)을 포함할 수 있다.

특히, 상기 진공라인(620)은 플렉시블 케이블을 통해 상기 투입노즐(510)에 연결될 수 있다. 플렉시블 케이블은 종래에 널리 알려진 것과 같이 그 길이변화가 가능하여 장치몸체(300) 상에서 상승 또는 하강하는 투입노즐(510)의 이동거리에 맞게 적절히 신장 또는 수축될 수 있다.

더하여, 상기 플렉시블 케이블은 복수개 구비될 수도 있는데 특히, 그 이동거리에 맞추어 케이블 베이어(Cable Veyor, 700)를 적용하여 케이블의 꼬임이나 간섭 등을 없애는 것이 좋다. 이러한 케이블 베이어(700)는 진공부(600)의 연결블록(630)에 연결될 수 있다.

이때, 상기 연결블록(630)은 도 4에 보이는 것처럼, 제1연결공(631), 제2연결공(633), 상기 제1연결공과 연통되는 제3연결공(미도시) 및 상기 제2연결공과 연통되는 제4연결공(미도시)을 구비할 수 있다.

또한, 도 5에 보이는 것처럼 상기 외관(512)은 제1연결관(632)을 매개로 하여 상기 제1연결공에 연결되며, 상기 내관(511)은 제2연결관(634)을 매개로 하여 상기 제2연결공에 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제3연결공 및 상기 제4연결공은 상기 플렉시블 케이블에 각각 연결될 수 있다.

구체적으로 설명하면, 제1연결관(632) 및 제2연결관(634)은 예컨대 스테인리스강과 같은 견고한 재질로 제조된 것을 채용하는 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라 연결블록(630)이 2점 지지되면서 투입노즐(510)과 연결블록(630) 사이의 간격은 항상 일정하게 유지되고서 함께 이동될 수 있다.

상기 연결블록(630)의 일측에는 나란히 형성된 제3연결공(미도시) 및 제4연결공(미도시)이 형성되어 있는데, 제3연결공은 도 4에 도시된 제1연결공(631)과 연통되고, 제4연결공은 제2연결공(633)과 독점적으로 연통된다. 이들 제3연결공 및 제4연결공은 상기 플렉시블 케이블 중 하나에 각각 연결된다.

복수개의 상기 플렉시블 케이블 중 하나는 그 일단이 공급라인(400)에 연결되고, 타단은 상기 제4연결공에 연결되어, 반응을 위한 가스가 공급라인(400), 플렉시블 케이블, 연결블록(630)의 상기 제4연결공과 제2연결공(633), 제2연결관(634)을 거쳐 투입노즐(510)의 내관(511)으로 공급되게 된다.

복수개의 플렉시블 케이블 중 다른 하나는 그 일단이 진공라인(620)에 연결되고, 타단은 상기 제3연결공에 연결되어, 진공압이 진공라인(620), 플렉시블 케이블, 연결블록(630)의 제3연결공과 제1연결공(631), 제1연결관(632)을 거쳐 투입노즐(510)의 외관(512)과 내관(511) 사이의 공간으로 가해지게 된다.

전술한 바와 같이 투입노즐(510)을 이중관으로 하고서 진공이 형성되게 함으로써, 종래의 수랭 방식보다는 설비 투자 비용이 절감되고, 온도 변화에 상당히 안정적으로 대응하여 폭발의 우려 없이 지속적인 가스의 투입이 가능하게 된다.

이렇게 구성되는 투입노즐(510)은 도 3a 및 도 3b에 보이는 것처럼 이송유닛에 의해 장치몸체(300) 상에서 상승 또는 하강할 수 있다. 즉, 평소에는 이송유닛에 의해 상승해 있다가, 가스공급홀(110a) 내부로 삽입되어 이산화탄소를 투입할 경우에는 하강할 수 있게 구비된다.

그리고, 도 3a에 보이는 것처럼 상기 투입노즐(510)이 장치몸체(300) 상에서 상승되어 가스공급홀(110a)의 외부에 위치할 경우에는 탄화실 내부에서 가스가 유출되는 것을 방지할 수 있도록 장치몸체(300)의 일측에 설치되는 자동개폐부(200)가 상기 가스공급홀(110a)에 접촉하여 탄화실 내부를 밀폐하게 된다.

반면, 도 3b에 보이는 것처럼 상기 투입노즐(510)이 장치몸체(300) 상에서 하강하여 가스공급홀(110a)의 내부로 삽입되어 가스를 투입하는 경우에는 상기 자동개폐부00)가 상기 가스공급홀(110a)로부터 접촉해제된다.

이와 같은 자동개폐부(200)의 동작은 선술한 동작에 따르며, 가스공급홀(110a)은 자동개폐부(200)의 개폐의 대상이 되는 대상부(110)가 될 수 있다.

한편, 이송유닛은 코크스 오븐(100)의 탄화실(미도시)의 상부에 있는 가스공급홀(110a) 주변에 직립하여 설치되는 지지대(521)와, 상기 지지대(521)의 상하로 설치되는 복수개의 스프로켓(522)과, 상기 스프로켓(522)에 감기는 체인(523) 및 상기 스프로켓 중 적어도 하나에 연결되어 스프로켓을 구동시키도록 연결되는 구동모터(525)를 포함한다.

상기 구동모터(525)는 특별히 한정되지 않으나, 투입노즐(510)의 위치 제어를 위해서는 정역 회전방향과 회전속도 또는 회전각도를 감지할 수 있는 엔코더를 포함하거나 연결된 모터를 적용하는 것이 바람직하다.

이렇게 이송유닛을 체인(523)과 복수개의 스프로켓(522)으로 구성하게 되면, 고온의 분진 및 가스 분위기 하에 있는 열악한 주변환경에서도 구동 가능하며, 내구성이 확보되고 유지보수가 용이한 장점이 있게 된다.

추가로, 도 4에 보이는 것처럼, 상기 이송유닛은 체인(523)의 구동에 간섭이 없도록 상기 체인의 측방으로 소정의 간격을 두고 체인(523)과 평행하게 설치되는 가이드부재(526) 및 상기 투입노즐(510)이 수직한 방향으로 장착되는 이동블록(527)에 고정된 볼부시(미도시)를 채용하여, 투입노즐(510)이 가스공급홀(110a)의 내부로 삽입되거나 인출될 때 진동이 발생하지 않게 할 수 있다.

또한, 투입노즐(510)의 상기 이동블록(527)의 하부에는 일정 간격을 두고 밀봉부재(513)가 설치될 수 있는데, 이 밀봉부재(513)는 탄소 복합소재 또는 세라믹 단열재에 의해 대략 판형상 부재로 형성되어 투입노즐(510) 상에 끼워져 고정된다.

이러한 밀봉부재(513)는 투입노즐(510)의 하강 또는 가스공급홀(110a)로의 삽입 깊이을 제한하게 됨과 더불어, 상기 자동개폐부(200)가 상기 가스공급홀(110a)을 개방하고 있을 시에는 상기 가스공급홀을 밀폐하는 마개로서의 역할도 수행하게 된다.

선술한 상기 이동노즐부(500)와 상기 진공부(600) 및 상기 자동개폐부(200) 중 적어도 하나는 보호케이스가 씌워지는 것이 바람직한데, 특히, 진공펌프(610)와 구동모터(525)에는 보호케이스가 필히 씌워지는 것이 좋다. 이러한 보호케이스에 의해, 안전사고를 예방하고 열에 의한 손상을 최소화할 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 가스 투입기(1000)는 그 작동을 제어하기 위한 제어부를 포함하고 있다. 도시되지 않은 이 제어부는 투입노즐(510)의 승강 또는 하강을 제어하기 위해 구동모터(525)와 전기적으로 연결된다. 아울러, 상기 자동개폐부(200)의 동력기(231)에도 전기적으로 연결될 수 있다.

그리고, 상기 투입노즐(510) 내의 진공상태를 제어하기 위해 진공펌프(610)와 전기적으로 연결되며, 투입노즐에 가스를 공급하거나 차단하는 것을 제어하기 위해 제어밸브에 전기적으로 연결되어 있다.

이와 같은 제어부에 의하면 상기 투입노즐이 가스공급홀(110a)을 통해 코크스 오븐(100)의 탄화실에 가스를 원활하게 공급할 수 있도록, 상기 구동모터(525) 노즐이송부(170)의 구동모터(176)가 정해진 회전량 또는 회전각도만큼 제어부의 제어신호에 따라 회전하게 된다.

동시에, 이중관인 투입노즐(510) 내에서는 전도되는 열로부터 이 투입노즐(510)을 보호하기 위하여 진공상태가 유지되게 되는데, 이러한 진공상태를 지속적으로 유지하기 위해 진공펌프(610)를 제어부 내 프로그램에 의해 동작시키면 된다. 이어서, 제어부가 제어밸브를 작동시켜 가스가 공급라인(400)으로부터 투입노즐(510)을 거쳐 가스공급홀(110a)을 통해 코크스 오븐(100)의 탄화실 내에 원활하게 투입되도록 한다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가스 투입기의 동작에 관하여 설명하도록 한다.

먼저, 도 3a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가스 투입기(1000)가 가스공급홀(110a)을 통해 가스를 투입하기 전 상태를 도시한 도면이다. 이에 도시된 상태는 초기상태라 할 수 있는데, 가스를 외부에서 받아 가스탱크(800)에 저장해 둔다. 가스의 투입 시점은 반응시 최대의 효과를 얻을 수 있는 시점으로 설정되게 된다. 또한, 투입노즐(510)이 가스공급홀(110a)로부터 상승되어 있음에 따라, 상기 가스공급홀(110a)은 자동개폐부(200)의 밀봉수단(220)에 의해 밀폐되게 된다.

도 3b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 가스 투입기(1000)가 가스공급홀(110a)을 통해 가스를 투입하고 있는 상태를 도시한 도면이다. 투입노즐(510)이 하강하여 가스공급홀(110a)에 삽입되고 밀봉부재(513)는 가스공급홀(110a)을 밀폐하고 있는 대신, 자동개폐부(200)의 구동수단(230)은 투입노즐(510)이 완전히 하강하기 이전에 이미 동작하여 밀봉수단(220)을 이동시키고, 상기 밀봉수단(220)의 밀봉캡(221)이 가스공급홀(110a)과 접촉 해제된 상태를 유지하고 있다.

이때, 제어부는 구동모터(525)에 있는 엔코더의 리미트신호를 전달받아 투입노즐(510)이 원하는 위치까지 적절히 하강했는지의 여부를 확인하게 된다. 이 확인이 완료되고 나면 가스를 투입하게 되는데, 이때 제어부는 공급라인(400) 상의 제어밸브를 동작시켜 가스가 상기 플렉시블 케이블과 투입노즐(510)의 내관(511)을 거쳐 상기 가스공급홀(110a)을 통해 코크스 오븐(100)의 탄화실 내에 원활하게 투입되도록 한다.

물론, 투입노즐(510) 내에 존재하는 외관(512)과 내관(511) 사이의 공간에 지속적인 진공상태를 유지하기 위해 제어부 내에 작성된 프로그램으로 진공펌프(610)의 작동을 진행하게 된다.

이와 같은 가스 투입 작업이 완료된 후에는 상기 투입노즐(510)을 다시 가스공급홀(110a)로부터 인출해야 한다. 따라서, 상기 제어부는 가스의 공급을 차단하는 신호를 제어밸브에 전달하고, 가스의 투입을 중지하게 된다.

가스 공급의 차단 후 바로 투입노즐(510)이 가스공급홀(110a)로부터 인출되며, 이때, 투입시와 마찬가지로 구동모터(525)에 있는 엔코더의 리미트신호를 전달받아 투입노즐(510)이 원하는 위치까지 적절히 상승했는지를 확인하게 된다. 추출이 완료되게 되면, 진공 펌프(130)의 작동을 중지시키고, 제어부는 다시 자동개폐부(200)의 동력기(231)에 신호를 전달하여 상기 밀봉수단(220)을 이동시키고, 이로써, 밀봉캡(221)이 다시 가스공급홀(110a)을 밀폐하여 탄화실 내부의 가스의 유출을 차단하게 된다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 바람직한 일실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

10 : 탄화실 11 : 탄화실 도어
20 : 장입구 30 : 장입차
40 : 압출기 50 : 트랜스퍼 카
60 : 소화차 70 : 상승관
100 : 코크스 오븐 110 : 대상부
200 : 자동개폐부 210 : 장치플레이트
220 : 밀봉수단 230 : 구동수단
300 : 장치몸체 400 : 공급라인
500 : 이동노즐부 600 : 진공부
700 : 케이블 베이어 800 : 가스탱크
900 : 수직프레임부재 910 : 수평프레임부재
1000 : 가스 투입기

Claims (12)

1. 코크스 오븐에 설치되는 장치몸체;
   가스공급수단에 연결되어 상기 장치몸체에 설치되는 공급라인;
   상기 코크스 오븐의 탄화실에 구비되는 가스공급홀을 통해 상기 탄화실에 가스를 공급하도록 상기 공급라인에 연결되되, 상기 탄화실로부터 이동하게 구비되는 이동노즐부;
   상기 이동노즐부에 연결되어, 상기 이동노즐부의 진공상태를 유지하는 진공부; 및
   상기 장치몸체에 설치되고, 상기 이동노즐부의 이동에 따라 상기 가스공급홀을 개폐하게 구비되는 자동개폐부;
   를 포함하여 구성되는 가스 투입기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 자동개폐부는,
   상기 이동노즐부가 상기 가스공급홀로 하강하는 중에 상기 가스공급홀을 개방하고, 상기 이동노즐부가 상기 가스공급홀로부터 상승하는 중 또는 상승 완료 이후에 상기 가스공급홀을 밀폐하는 것을 특징으로 하는 가스 투입기.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 이동노즐부는,
   서로 밀폐된 내관과 외관을 갖는 이중관으로 형성되어, 상기 내관과 상기 외관 사이의 공간은 진공 상태가 되는 투입노즐; 및
   상기 투입노즐에 연결되어, 상기 투입노즐을 상승 또는 하강시키는 이송유닛;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 투입기.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 이송유닛은,
   상기 가스공급홀 주변에 설치되는 지지대;
   상기 지지대에 설치되는 복수개의 스프로켓;
   상기 스프로켓에 설치되는 체인; 및
   상기 복수개의 스프로켓 중 적어도 하나에 연결되는 구동모터;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 투입기.
   
5. 제3항에 있어서, 상기 투입노즐은,
   일측에 설치되어, 상기 가스공급홀에 접촉 또는 비접촉하여 상기 가스공급홀을 개방 또는 밀폐하는 밀봉부재;를 포함하고,
   상기 자동개폐부는,
   상기 밀봉부재가 상기 가스공급홀에 비접촉시에는, 상기 가스공급홀에 접촉하여 상기 가스공급홀을 밀폐하는 것을 특징으로 하는 가스 투입기.
   
6. 제3항에 있어서, 상기 진공부는,
   상기 탄화실 또는 상기 탄화실 주변에 설치되는 진공펌프; 및
   상기 진공펌프 및 상기 투입노즐에 연결되는 진공라인;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 투입기.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 진공라인은,
   상기 투입노즐에 연결되되, 케이블 베이어를 적용한 플렉시블 케이블로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 투입기.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 진공부는,
   제1연결공, 제2연결공, 상기 제1연결공과 연통되는 제3연결공 및 상기 제2연결공과 연통되는 제4연결공을 구비한 연결블록;을 더 포함하고,
   상기 외관은 제1연결관을 매개로 하여 상기 제1연결공에 연결되며,
   상기 내관은 제2연결관을 매개로 하여 상기 제2연결공에 연결되고,
   상기 제3연결공 및 상기 제4연결공은 상기 플렉시블 케이블에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 투입기.
   
9. 제5항에 있어서, 상기 밀봉부재는,
   탄소 복합소재 또는 세라믹 단열재로 구비되는 가스 투입기.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 이동노즐부와 상기 진공부 및 상기 자동개폐부 중 적어도 하나에는
    보호케이스가 씌워지는 가스 투입기.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 공급라인과 상기 이동노즐부와 상기 진공부 및 상기 자동개폐부에 전기적으로 연결되고, 상기 탄화실로의 가스 공급 및 상기 가스공급홀의 개폐를 제어하여 상기 탄화실로부터 가스의 유출을 차단하게 구비되는 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 투입기.
    
12. 제3항에 있어서, 상기 투입노즐은,
    상기 가스공급홀에 삽입되는 단부가 원뿔형상으로 구비되며,
    관통되게 제공되는 노즐공이 원주방향으로 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 투입기.
    

Images