KR101675696B1 - 소둔로의 버너 점화 장치 - Google Patents

소둔로의 버너 점화 장치 Download PDF

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tube
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김영호
김인수
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현대제철 주식회사
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Abstract

소둔로의 버너 점화 장치에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 소둔로의 버너 점화 장치는: 화염을 토출하는 파일럿 버너; 및 파일럿 버너를 수용하고, 내부로 공기가 유입되는 복사관을 포함하고, 파일럿 버너는 상부에서 공기가 유입되어 파일럿 버너에서 토출되는 화염의 높이가 조정되는 것을 특징으로 한다.

Description

소둔로의 버너 점화 장치{APPARATUS FOR IGNITING BURNER IN THE RADIENT TUBE OF ANNEALING FURNACE}
본 발명은 소둔로의 버너 점화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소둔로에서 파일럿 버너의 화염이 연소통 및 복사관에 손상을 주는 것을 방지할 수 있는 소둔로의 버너 점화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 주점화장치인 메인 버너(Main Burner)는 소둔로(Annealing Furnace)의 가열공정에 사용되는 버너 연소설비 중, 복사관 내에 설치되어 연소열로써 가열 대상물인 강판을 복사열에 의해 간접 가열시키는 것이고, 초기점화용 파일럿 버너(Pilot Burner)는 메인 버너에 초기 점화를 시키기 위한 것으로 COG(Coke Oven Gas) 연료를 공기와 혼합하여 연소가 이루어진다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록실용신안공보 제20-0337266호(2003.12.17 등록, 고안의 명칭: 소둔로의 메인버너 점화용 파이롯트 버너)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 파일럿 버너에서 토출되는 화염의 길이 및 높이를 제어하여 연소통 또는 복사관의 열화 손상을 방지할 수 있는 소둔로의 버너 점화 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 소둔로의 버너 점화 장치는: 화염을 토출하는 파일럿 버너; 및 상기 파일럿 버너를 수용하고, 내부로 공기가 유입되는 복사관을 포함하고, 상기 파일럿 버너는 상부에서 공기가 유입되어 상기 파일럿 버너에서 토출되는 화염의 높이가 조정된다.
본 발명에서 상기 파일럿 버너는, 공기와 연료가 연소되는 공간을 제공하는 연소관; 및 상기 연소관의 내부에 설치되고, 화염이 토출되는 노즐을 포함하고, 상기 연소관은, 공기와 연료를 공급받는 흡입부; 상기 노즐에서 토출되는 화염을 유도하는 토출부; 및 상기 토출부의 상부에 개구되어 상기 복사관으로 유입된 공기를 상기 노즐로 공급하여, 상기 노즐에서 토출되는 화염의 높이를 낮추는 상부흡기부를 포함한다.
본 발명에서 상기 상부흡기부는 상기 토출부의 외측면에서 내측면을 향하여 하향 경사지게 형성된다.
본 발명에서 상기 상부흡기부의 경사각은 상기 토출부의 외측면을 기준으로 20° 내지 30°로 형성된다.
본 발명에서 상기 연소관은 상기 노즐을 둘러싸고, 상기 토출부의 직경보다 작게 형성되는 축소관을 더 포함한다.
본 발명에서 상기 축소관은, 상기 흡입부의 내측면에서 상기 노즐을 향하여 점차적으로 내경이 작아지는 기둥 형상으로 형성되는 유도부; 상기 유도부의 단부에서 연장되고, 내경이 일정한 기둥 형상으로 형성되는 화염가이드부; 및 상기 화염가이드부에 연결되고, 상기 노즐을 고정시키는 고정부를 포함한다.
본 발명에서 상기 화염가이드부는 상기 유도부에서 화염이 토출되는 상기 노즐의 단부까지 형성된다.
본 발명에 따른 소둔로의 버너 점화 장치는 파일럿 버너에서 분사되는 화염에 의해 연소통 및 복사관이 열화 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 파일럿 버너의 화염 길이가 신장되고, 화염의 직진성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 소둔로에서 복수의 버너를 운전하는 경우 파일럿 버너에 공급되는 연소공기량이 감소되어도 파일럿 버너의 작동이 안정적으로 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소둔로의 버너 점화 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소둔로의 버너 점화 장치의 파일럿 버너에서 화염을 토출하는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 버너를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 버너의 작동을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 소둔로의 버너 점화 장치의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소둔로의 버너 점화 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소둔로의 버너 점화 장치의 파일럿 버너에서 화염을 토출하는 것을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 버너를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파일럿 버너의 작동을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소둔로의 버너 점화 장치는, 파일럿 버너(100) 및 복사관(400)을 포함하여 이루어진다.
연속 소둔로(Continuous Annealing Line, CAL)(미도시)는 복수의 버너를 사용하여 열처리를 하지 않은 열연강판을 가열-냉각 작업을 반복하여 강판(미도시)의 가공성을 개선하는 설비이다. 제품의 품질을 위해 화염에 의한 직접 가열이 아닌 복사관(400)을 이용한 간접 가열 방식으로 열처리를 수행한다.
파일럿 버너(100)는 복사관(400)의 내부에 설치되고, 공급된 공기와 연료에 의해 점화되어 화염(F)을 토출하며, 복사관(400)에서 화염(F)의 소화를 감지하기 위해 상시 점화 상태를 유지한다.
메인 버너(200)는 복사관(400) 내부에 설치되고, 파일럿 버너(100)에서 토출된 화염에 의해 점화되고, 복사관(400) 내부의 공기를 가열한다.
연소통(300)은 파일럿 버너(100)와 메인 버너(200)에서 화염(F)이 토출되는 단부를 감싸게 설치되어, 파일럿 버너(100)와 메인 버너(200)에서 토출된 화염(F)의 온도가 낮아지는 것을 방지하도록 보염(保焰)한다. 연소통(300)은 원통형으로 양단이 개구된 형상으로 형성된다.
복사관(400)은 소둔로에 장착되는 관으로, 내부 공간에 파일럿 버너(100), 메인 버너(200), 연소통(300)을 수용한다. 복사관(400)은 혼합가스 공급관(410)으로 파일럿 버너(100)와 메인 버너(200)에 연료 및 공기가 유입되는 관이 관통될 수 있는 공간을 제공하고, 연료공기 공급관(420)을 통하여 내부로 공기가 유입될 수 있도록 한다. 복사관(400)은 파일럿 버너(100)와 메인 버너(200)에서 토출되는 화염(F)에 의해 공기와 연료를 연소시키고 연소되어진 배가스를 대류 및 복사에 의해 강판에 열전달한다. 복사관(400)은 외부에서 유입되는 공기를 파일럿 버너(100)와 메인 버너(200)로 공급한다.
본 발명은 연소통(300)이 상시 점화되어 있는 파일럿 버너(100)에서 분사되는 화염(F)과의 직접 충돌을 방지할 수 있도록, 파일럿 버너(100)의 상부로 공기를 흡입하여 화염(F)의 높이를 제어하고, 내부의 직경을 조절하여 화염(F)의 길이를 제어한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 파일럿 버너(100)를 자세히 살펴본다. 본 발명에 따른 파일럿 버너(100)는 연소관(10)과 노즐(20)을 포함하여 이루어진다.
연소관(10)은 복사관(400)의 내부에 설치되는 파일럿 버너(100)의 몸체를 형성하는 것으로, 공기와 연료가 연소되는 공간을 제공하며, 흡입부(11), 토출부(12), 상부흡기부(13)를 포함하여 이루어진다.
흡입부(11)는 연소관(10)의 일단(도 3 기준 좌측단)에 개구되게 형성되어 공기와 연료의 혼합가스를 공급받는다. 흡입부(11)로 공급되는 공기와 연료의 중량비인 공연비(Air Fuel Ratio, AF, A/F)는 노즐(20)에서 토출되는 화염(F)의 형성에 맞게 설정된다. 여기서, 공연비는 공기 공급량(Mass of Air) / 연료 공급량(Mass of Fuel)을 의미한다.
토출부(12)는 연소관(10)의 타단(도 3 기준 우측단)에 개구되게 형성되어 노즐(20)에서 형성된 화염(F)을 토출한다.
상부흡기부(13)는 토출부(12)의 상부에 개구되게 형성되어, 개구된 상부를 통하여 연료공기 공급관(420)을 통하여 복사관(400) 내부로 유입된 공기를 노즐(20)에 공급한다. 상부흡기부(13)를 통하여 공기가 유입됨으로써, 토출부(12)의 상부 공간에 연료가 희박해지고 화염(F)이 형성되는 높이가 낮아지게 된다.
상부흡기부(13)는 토출부(12)의 외측면에서 내측면을 향하여 하향 경사지게 형성된다. 여기서, 상부흡기부(13)는 상측에서 하측으로 노즐(20)의 단부(도 3 기준 우측단부)를 향하여 공기를 공급할 수 있도록 토출부(12)의 상부에 형성된다. 토출부(12)의 내측면에 형성되는 상부흡기부(13)의 단부는 화염(F)이 토출되는 노즐(20)의 단부(도 3 기준 우측단부)를 향하게 형성된다. 상부흡기부(13)가 노즐(20)의 단부를 향하여 형성됨으로써, 노즐(20)에 공기의 공급이 원활하게 이루어진다.
여기서, 상부흡기부(13)에 형성되는 경사각(θ)은 연소관(10)의 외측면을 기준으로 20°~ 30° 경사지게 형성된다. 상부흡기부(13)의 경사각(θ)이 20°미만인 경우에는 토출부(12)에 가공하는 것이 어렵고, 상부흡기부(13)가 수평방향으로 길게 형성되어 공기의 유동거리가 길어질 수 있다. 또한 상부흡기부(13)의 경사각(θ)이 30°초과인 경우에는 공기의 유입이 화염(F)의 진행방향에 대해 수직에 가깝게 유입되어 화염(F)의 안정성을 저해하고 보염 성능이 저하될 수 있다. 따라서 상부흡기부(13)의 경사각(θ)은 토출부(12)의 상부측면을 기준으로 20°이상 30°이하로 형성되어 가공이 용이하고, 노즐(20)에서 화염(F) 생성이 안정적으로 이루어질 수 있다.
흡입부(11)를 통하여 공기와 연료가 예혼합된 상태로 연소관(10)에 유입되고, 노즐(20)의 단부(도 4 기준 우측단부)에서 화염(F)이 형성된다. 이때 연소관(10) 내부에 부압(Negative Pressure, 負壓)이 발생된다. 이 부압에 의해 상부흡기부(13)를 통하여 연소관(10) 내부로 공기가 유입된다. 이렇게 유입된 공기로 인해 토출부(12)의 상부 공간은 연료 희박영역이 되어 화염(F)의 높이인 화염 반응면(B)이 아래 방향으로 이동된다.
본 발명의 실시예에서 연소관(10)으로 공기가 유입되는 공기 공급유로는 흡입부(11) 및 상부흡기부(13)으로 이루어진다. 흡입부(11)를 통하여 공기와 연료가 혼합된 공기가 유입되고, 상부흡기부(13)를 통하여 공기가 연소관(10)으로 유입되어 노즐(20)에서 토출되는 화염(F)의 화염 반응면(B)이 아래로 이동된다. 따라서 연소통(300)과 복사관(400)은 노즐(20)의 화염(F)에 의한 직접 가열되는 현상이 방지되어 열화 손상이 방지될 수 있다.
복수의 버너를 사용하는 연속 소둔로의 경우 흡입부(11)를 통하여 유입되는 공연비(A/F)가 0.6 ~ 1.0으로 공기 공급량이 연료 공급량에 비해 부족한 경우에도 상부흡기부(13)를 통하여 공기가 유입됨으로써, 노즐(20)에서 안정적인 화염(F)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 연소관(10)은 축소관(15)을 더 포함한다. 축소관(15)은 노즐(20)을 둘러싸고, 토출부(12)의 직경보다 작게 형성된다. 축소관(15)의 직경이 토출부(12)의 직경보다 작게 형성되어, 화염(F)이 토출되는 단면적이 작아지므로, 노즐(20)에서 분사되는 화염(F)의 길이가 축소관(15)이 없는 경우에 비하여 길어지게 된다. 축소관(15)의 직경은 설정하고자 하는 화염(F)의 길이에 따라 결정된다.
축소관(15)은 유도부(16), 화염가이드부(17), 고정부(18)를 포함하여 이루어진다.
유도부(16)는 흡입부(11)의 내측면에서 노즐(20)을 향하여 점차적으로 내경이 작아지는 기둥 형상으로 형성된다. 상부흡기부(13)를 통하여 유입된 공기는 유도부(16)를 따라서 노즐(20)로 유도되고, 공기가 흡입부(11) 방향으로 되돌아가는 것(역화, Backfire)을 방지할 수 있다.
화염가이드부(17)는 유도부(16)의 단부(도 3 기준 우측단부)에서 연장되고, 내경이 일정한 기둥 형상으로 형성된다. 화염가이드부(17)는 노즐(20)과 평행하게 형성된다. 화염가이드부(17)는 노즐(20)에서 토출되는 화염(F)을 가이드한다. 화염가이드부(17)의 직경은 토출부(12)의 직경보다 작게 형성된다. 화염가이드부(17)의 직경이 토출부(12)의 직경보다 작게 형성됨으로써, 노즐(20)에서 분사되는 화염(F)의 길이가 길어지게 된다. 화염가이드부(17)의 직경은 설정하고자 하는 화염(F)의 길이에 따라 결정된다.
화염가이드부(17)가 유도부(16)에서 돌출된 길이는 화염(F)이 토출되는 노즐(20)의 단부(도 3 기준 우측단부)까지 형성된다. 화염가이드부(17)는 노즐(20)의 단부를 지나 도 3에서 도시된 A영역을 지나서 형성되지 않는다. 여기서, A영역은 상부흡기부(13)가 토출부(12)의 내측면에 형성된 위치를 토출부(12)의 내부에서 수직으로 연장한 가상의 선이다. 화염가이드부(17)가 노즐(20)의 단부보다 짧게 형성되면, 화염(F)이 역화될 수 있고, 화염가이드부(17)가 노즐(20)의 단부보다 길게 형성되면, 상부흡기부(13)로부터 유입되는 공기가 노즐(20)에 공급되는 것이 방해되어, 화염(F) 형성이 불안정해질 수 있다.
고정부(18)는 화염가이드부(17)에 연결되어 고정되고, 노즐(20)의 외주면을 감싸 고정시킨다. 고정부(18)에 의해 노즐(20)의 위치가 안정적으로 고정된 상태에서 화염(F)을 분사할 수 있게 된다.
노즐(20)은 연소관(10)의 내부에 설치되고, 연소관(10)의 흡입부(11)로부터 공기와 연료의 혼합된 가스를 공급받고, 연소관(10)의 상부흡기부(13)를 통하여 공기를 공급받아 화염(F)을 토출부(12)로 분사한다.
본 발명의 실시예에서 노즐(20)에서 분사되는 화염(F)의 분사속도는 20m/s 이하로 이루어진다. 화염(F)의 분사속도가 20m/s 이하인 경우에 화염(F)의 진행방향으로 모멘텀 발생이 적고, 상부흡기부(13)를 통한 공기의 유입이 지속적으로 이루어질 수 있다. 따라서 화염(F)의 분사가 균일하게 이루어진다. 본 발명에서 노즐(20)의 분사속도는 제어부(미도시)에서 제어한다.
이하 도 4를 참조하여 본 발명의 작동을 설명한다.
흡입부(11)를 통하여 공기와 연료가 혼합된 가스가 공급된다. 흡입부(11)를 통하여 공급된 혼합 가스는 유도부(16)를 따라 노즐(20)로 유도된다.
노즐(20)은 흡입부(11)를 통하여 유입된 공기와 연료의 혼합 가스에 의해 점화되고 화염(F)을 토출부(12)로 토출한다. 이때, 연소관(10) 내부에 부압이 발생되고, 이 부압에 의해 상부흡기부(13)를 통하여 복사관(400)으로 유입된 공기가 연소관(10) 내부로 유입된다. 이렇게 유입된 공기로 인해 토출부(12)의 상부 공간은 연료 희박영역이 되어 화염 반응면(B)이 아래 방향으로 이동된다.
노즐(20)에서 분사되는 화염(F)이 아래 방향으로 이동되어, 노즐(20)에서 분사되는 화염(F)에 의해 연소통(300) 또는 복사관(400)이 열화 손상되는 것이 방지된다.
또한, 본 발명에 의하면 파일럿 버너(100)의 축소관(15)의 직경 변화와 상부흡기부(13)를 통한 공기의 유입으로 노즐(20)에서 분사되는 화염(F) 길이가 신장되고, 화염(F)의 직진성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 복수의 버너를 운전하는 경우 파일럿 버너(100)에 공급되는 연소공기량이 감소되어도 상부흡기부(13)를 통하여 추가적으로 공기가 유입되어 안정적인 파일럿 버너(100)의 작동이 이루어질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 연소관 11: 흡입부
12: 토출부 13: 상부흡기부
15: 축소관 16: 유도부
17: 화염가이드부 18: 고정부
20: 노즐 100: 파일럿 버너
200: 메인 버너 300: 연소통
400: 복사관 410: 혼합가스 공급관
420: 연료공기 공급관 A: 상부흡기부 설치 위치
B: 화염 반응면 F: 화염
θ: 경사각

Claims (7)

  1. 화염을 토출하는 파일럿 버너; 및
    상기 파일럿 버너를 수용하고, 내부로 공기가 유입되는 복사관을 포함하고,
    상기 파일럿 버너는 상부에서 공기가 유입되어 상기 파일럿 버너에서 토출되는 화염의 높이가 조정되고,
    상기 파일럿 버너는,
    공기와 연료가 연소되는 공간을 제공하는 연소관; 및
    상기 연소관의 내부에 설치되고, 화염이 토출되는 노즐을 포함하고,
    상기 연소관은,
    공기와 연료를 공급받는 흡입부;
    상기 노즐에서 토출되는 화염을 유도하는 토출부;
    상기 토출부의 상부에 개구되어 상기 복사관으로 유입된 공기를 상기 노즐로 공급하여, 상기 노즐에서 토출되는 화염의 높이를 낮추는 상부흡기부; 및
    상기 노즐을 둘러싸고, 상기 토출부의 직경보다 작게 형성되는 축소관을 포함하며,
    상기 축소관은,
    상기 흡입부의 내측면에서 상기 노즐을 향하여 점차적으로 내경이 작아지는 기둥 형상으로 형성되는 유도부;
    상기 유도부의 단부에서 연장되고, 내경이 일정한 기둥 형상으로 형성되는 화염가이드부; 및
    상기 화염가이드부에 연결되고, 상기 노즐을 고정시키는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소둔로의 버너 점화 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부흡기부는 상기 토출부의 외측면에서 내측면을 향하여 하향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 소둔로의 버너 점화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부흡기부의 경사각은 상기 토출부의 외측면을 기준으로 20° 내지 30°로 형성되는 것을 특징으로 하는 소둔로의 버너 점화 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화염가이드부는 상기 유도부에서 화염이 토출되는 상기 노즐의 단부까지 형성되는 것을 특징으로 하는 소둔로의 버너 점화 장치.
KR1020150134346A 2015-09-23 2015-09-23 소둔로의 버너 점화 장치 KR101675696B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2767547B2 (ja) * 1994-04-27 1998-06-18 株式会社ナリタテクノ パイロットバーナ付先混合ガスバーナ
KR20000020410U (ko) * 1999-05-06 2000-12-05 이구택 소둔로의 메인버너 착화용 보조버너장치
KR20090100823A (ko) * 2008-03-21 2009-09-24 주식회사 컴버스텍 평면 화염 연소기

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