KR101745361B1

KR101745361B1 - 미분탄 취입 랜스

Info

Publication number: KR101745361B1
Application number: KR1020160070295A
Authority: KR
Inventors: 황준하; 허만현; 박종현
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2017-06-09

Abstract

본 발명의 미분탄 취입 랜스는 미분탄 유동부가 관통형성되고, 미분탄이 상기 미분탄 유동부에 공급되어 상기 미분탄 유동부로부터 배출되는 몸체부; 상기 미분탄 유동부의 주위에 위치되도록 상기 몸체부에 형성되고, 공기가 주입되는 공기 주입부; 및 나선형으로 이루어지고, 상기 공기 주입부와 상기 미분탄 유동부를 연결하도록 상기 몸체부에 형성되는 적어도 하나의 공기 유도부를 포함하되, 상기 공기 주입부에 공급된 공기는 공기 유도부를 따라 유동하여 상기 미분탄 유동부에 공급되어 유도하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 미분탄 취입 랜스는 연소대에 미분탄을 넓게 퍼지도록 취입할 수 있고, 손상없이 지속적으로 미분탄을 취입할 수 있다.

Description

미분탄 취입 랜스{PULVERIZED COAL INJECTION LANCE}

본 발명은 미분탄 취입 랜스에 관한 것으로서, 특히, 미분탄을 고로에 안정적으로 취입시킬 수 있는 미분탄 취입 랜스에 관한 것이다.

고로 조업은 장입물인 철광석과 코크스를 컨베이어 벨트를 이용하여 고로 상부에 장입하고, 송풍기에 의해 발생된 고온의 열풍과 산소를 블로우 파이프(blow pipe)를 거쳐 고로 하부의 풍구를 통해 공급하며, 고로 내에 장입된 코크스를 융착대 하부에 위치되는 연소대에서 연소시킨다. 이때, 고온의 열과 환원 가스가 발생됨으로써, 고로 내의 철광석은 환원 용융되어 쇳물과 슬래그로 생성되고, 생성된 쇳물과 슬래그는 출선구를 통해서 외부로 배출된다.

한편, 고로 조업에서 환경오염을 감소시키고 코크스 제조 비용을 저감하기 위하여, 코크스 대체 연료로서 미분탄이 블로우 파이프 측면에 설치된 별도의 랜스를 통해 고로 내에 취입된다. 여기서, 미분탄은 미분탄 취입용 랜스를 통해 취입되는 데, 미분탄 취입용 랜스 보호를 위한 냉각용 가스(공기 또는 산소)와 함께 취입된다. 풍구의 선단으로부터 고로의 내측으로 1.0 내지 1.5m의 위치에 연소대가 존재한다. 연소대는 220m/sec 이상의 열풍에 의해 형성되고, 연소대에서는 미분탄 등과 같은 보조연료가 연소된다. 하지만, 미분탄이 고로 내에서 연소되지 않으면, 미분탄은 코크스층 내에 퇴적되거나 노정을 통하여 노외로 배출된다.

도 1은 종래 기술에 따른 미분탄 취입 랜스(10)를 이용한 미분탄 분사 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다. 미분탄은 풍구(1)를 통해 고로에 취입될 때, 미분탄이 연소대(2)를 통과하는 시간은 5ms 정도로 상당히 짧고, 연소대(2) 경계면의 온도는 미분탄 중 회(ash)의 융점(1800℃)에 비하여 낮은 1400℃ 정도이기에, 미분탄 회는 승열되지 않아 반용융 상태로 난투과층인 버즈네스트(3; bird's nest)를 형성하여 연소대(2)에서 생성된 고온의 환원가스를 고로의 중심으로 이동시키는 것을 방해한다. 이때, 고로에서 활용가능한 가스 유로의 크기가 감소되고 벽류가 형성되기 용이해지며 고로의 중심에 고온의 환원가스가 충분히 공급되지 않는다. 이로 인해, 생산성 및 조업효율을 향상시키는 데에 바람직한 역V형 융착대가 고로 내에서 원활하게 생성되지 않는다.

한편, 미분탄 취입 랜스(10) 내에 스월(swirl) 또는 돌기가 형성되고, 스월 또는 돌기는 미분탄 취입 기류(stream)(4)를 난류로 생성하여 연소성을 개선함으로써, 미분탄의 승열에 의해 버즈네스트의 원인 물질로서 작용하는 미분탄 회는 조기에 용융되지만, 스월 또는 돌기는 미분탄에 의해 신속하게 마모된다. 즉, 미분탄 취입 기류가 안정적으로 난류로 생성되지 아니한다.

등록실용신안공보 제20-0342827호(공고일: 2004년 2월 21일) 공개특허공보 제10-2001-0010274호(공개일: 2001년 2월 5일) 등록특허공보 제10-1522101호(공고일: 2015년 5월 20일)

본 발명은 연소대에 미분탄을 넓게 퍼지도록 취입할 수 있는 미분탄 취입 랜스를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 손상없이 지속적으로 미분탄을 취입할 수 있는 미분탄 취입 랜스를 제공하고자 한다.

본 발명의 미분탄 취입 랜스는 미분탄 유동부가 관통형성되고, 미분탄이 상기 미분탄 유동부에 공급되어 상기 미분탄 유동부로부터 배출되는 몸체부; 상기 미분탄 유동부의 주위에 위치되도록 상기 몸체부에 형성되고, 공기가 주입되는 공기 주입부; 및 상기 공기 주입부와 상기 미분탄 유동부를 연결하도록 상기 몸체부에 형성되는 적어도 하나의 공기 유도부를 포함하되, 상기 공기 주입부에 공급된 공기는 공기 유도부를 따라 유동하여 상기 미분탄 유동부에 공급되어 유도하는 것을 특징으로 한다.

상기 공기 유도부는 나선형으로 이루어지며, 상기 공기 유도부의 유도 주입구는 상기 공기 주입부에 연결되고, 상기 공기 유도부의 유도 배출구는 상기 미분탄 유동부에 연결되며, 상기 미분탄이 공급되는 상기 미분탄 유동부의 주입구는 상기 유도 배출구보다 상기 유도 주입구에 근접하게 위치되는 것을 특징으로 한다.

상기 공기 주입부는, 상기 미분탄 유동부의 원주방향을 따라 상기 몸체부에 형성되고, 상기 미분탄 유동부의 주입구에 인접하게 위치되며, 공기가 주입되는 공기 주입관; 및 상기 미분탄 유동부와 평행하도록 상기 미분탄 유동부의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 형성되고, 상기 공기 주입관에 연결되고 적어도 하나의 상기 공기 유도부가 각각 연결되는 복수 개의 공기 유동관들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 공기 유동관들이 상기 미분탄 유동부의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 형성될 때, 상기 공기 유도부는 360°를 상기 공기 유동관의 개수를 나눈 값의 중심각을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 공기 주입부에 공급되는 공기의 압력은 상기 미분탄 유동부에 공급되는 미분탄의 압력의 2배 내지 3배인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 미분탄 취입 랜스는 다음과 같은 효과를 갖는다.

(1) 미분탄이 연소대에 넓게 퍼지도록 취입되는 효과를 갖는다.

(2) 미분탄이 지속적으로 연소대에 취입되고 미분탄 취입 랜스의 손상이 방지되는 효과를 갖는다.

도 1은 종래 기술에 따른 미분탄 취입 랜스를 이용한 미분탄 분사 모습을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미분탄 취입 랜스를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 미분탄 취입 랜스를 도시하는 측면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 미분탄 취입 랜스의 도시하는 종단면도이다.

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 미분탄 취입 랜스(100)를 도시하는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 미분탄 취입 랜스(100)를 도시하는 측면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 미분탄 취입 랜스(100)의 도시하는 종단면도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미분탄 취입 랜스(100)는 몸체부(101), 공기 주입부(102) 및 공기 유도부(103)를 포함하여, 미분탄을 풍구(1; 도 1 참조)에 취입하는 데에 이용된다.

몸체부(101)는 원기둥 형태로 이루어진다. 몸체부(101)에는 미분탄 유동부(111)가 형성된다. 미분탄 유동부(111)는 몸체부(101)의 양 종단을 관통하고, 원몸체부(101)와 상응하는 원기둥 형태로 이루어진다. 미분탄은 미분탄 유동부(111)의 주입구(도 4에서 우측)를 통해 미분탄 유동부(111)의 내부로 공급되고, 미분탄 유동부(111)를 따라 유동하여 미분탄 유동부(111)의 배출구(도 4에서 좌측)를 통해 배출된다. 즉, 미분탄 유동부(111)는 미분탄의 유동 경로로서 기능을 한다. 한편, 미분탄은 미분탄 유동부(111)에 공기와 함께 공급된다.

공기 주입부(102)는 미분탄 유동부(111)의 주위에 위치되도록 몸체부(101)의 내부에 형성된다. 공기가 공기 주입부(102)에 주입되고 유동한다. 또한, 공기 주입부(102)는 공기 주입관(121) 및 공기 유동관(123)들을 포함한다.

공기 주입관(121)는 미분탄 유동부(111)의 주입구에 인접하고, 미분탄 유동부(111)의 원주방향을 따라 몸체부(101)에 형성된다. 공기 주입관(121)에는 몸체부(101)의 외주면을 통해 삽입된 주입 연결관(121a)이 연결된다. 공기는 주입 연결관(121a)을 통해 공기 주입관(121)의 내부로 공급된다. 본 실시예에서 공기 주입관(121)은 도넛 형태로 이루어진다.

공기 유동관(123)들은 복수 개로 이루어지는 데, 미분탄 유동부(111)의 원주방향을 따라 몸체부(101)의 내부에 형성된다. 이때, 공기 유동관(123)들의 각각은 미분탄 유동부(111)와 평행하게 위치된다. 또한, 공기 유동관들(123)들의 주입구는 공기 주입관(121)에 연결된다. 이로 인해, 공기 주입관(121)에 공급된 공기는 공기 유동관(123)들의 각각에 공급된다. 이때, 공기는 공기 유동관(123)들을 따라 미분탄과 동일한 방향으로 유동하면서 공기 유동관(123)들에 충진된다.

또한, 공기 주입부(102)에 공급된 공기는 몸체부(101)를 냉각시키는 데에 이용되기도 한다. 특히, 복수 개의 공기 유동관(123)들이 미분탄 유동부(111)의 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 형성되면, 몸체부(101)는 공기 주입부(102)의 공기 유동관(123)들에 의해 보다 균일하게 냉각될 수 있다.

공기 유도부(103)는 공기 주입부(102)와 미분탄 유동부(111)를 연결하도록 몸체부(101)의 내부에 형성된다. 구체적으로, 공기 유도부(103)는 공기 주입부(102)의 공기 유동관(123)의 내주면과 미분탄 유동부(111)의 내주면을 연결한다. 이때, 공기 유도부(103)는 전체적으로 나선형으로 이루어진다.

여기서, 미분탄은 5kgf/㎠의 압력으로 미분탄 유동부(111)에 공급되고, 공기는 10kgf/㎠의 압력으로 공기 주입부(102)에 공급된다. 즉, 공기 주입부(102)의 내부 압력은 미분탄 유동부(111)의 내부 압력보다 크다. 이로 인해, 공기가 공기 주입부(102)에 공급되면, 공기는 공기 유도부(103)를 따라 미분탄 유동부(111)에 공급된다.

또한, 공기 유도부(103)에는 공기 주입부(102)에 연결되는 유도 주입구(103a)가 형성되고, 미분탄 유동부(111)에 연결되는 유도 배출구(103b)가 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 미분탄이 주입되는 미분탄 유동부(111)의 주입구는 유도 배출구(103b)보다 유도 주입구(103a)에 인접하게 위치된다. 이로 인해, 공기는 공기 유도부(103)를 따라 유동하여 미분탄 유동부(111)에 유도되어, 미분탄의 유동방향(도 3의 굵은 화살표)에 상응하면서 미분탄 유동부(111)의 내주면을 따라 유동할 수 있다.

특히, 공기 주입부(102)의 공기 유동관(123)이 복수 개로 이루어지기에, 공기 유동관(123)에 연결되는 공기 유도부(103)도 상응하도록 형성된다. 또한, 공기 유도부(103)도 상호 간에 이격된 상태로 전체적으로 나선형으로 이루어진다. 미분탄 유동부(111)의 내주면에 형성되는 공기 유도부(103)의 유도 배출구(103b)도 미분탄 유도부(111)의 원주방향을 따라 형성된다. 여기서, 복수 개의 공기 유동관(123)들이 미분탄 유동부(111)의 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 형성되면, 유도 배출구(103b)도 미분탄 유동부(111)의 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 형성된다. 이로 인해, 공기 주입부(102)의 공기가 공기 유도부(103)를 따라 유동하여 유도 배출구(103b)를 통해 미분탄 유동부(111)에 배출될 때, 공기는 상호 간에 간섭없이 미분탄 유동부(111)의 내주면을 따라 유동하면서 와류로 형성된다. 즉, 공기 유도부(103)는 미분탄 유동부(111)의 내부에서 공기의 와류를 형성하여, 미분탄은 와류의 공기에 의해 미분탄 유동부(111)의 배출구를 통과한 후에 배출되어 확산된다. 이로 인해, 미분탄은 연소대(2; 도 1 참조)에서 원활하게 연소되고, 버즈네스트(4; 도 1 참조)로 형성되지 않을 수 있다.

한편, 공기의 와류를 형성하는 공기 유도부(103)는 미분탄과 접촉되지 않도록 몸체부(101)의 내부에 형성된다. 즉, 공기 유도부(103)는 미분탄으로 인한 마모가 이루어지지 않기에, 지속적으로 공기의 와류를 형성하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 공기 주입부(102)에 공급되는 공기의 압력은 미분탄 유동부(111)에 공급되는 미분탄의 압력에 대하여 2배 내지 3배인 것이 바람직하다. 이로 인해, 공기가 공기 유도부(103)을 통해 미분탄 유동부(111)에 공급될 때, 공기는 미분탄의 유동에 상쇄되지 않고 지속적으로 미분탄 유동부(111)에 공급되면서 와류를 형성할 수 있다. 한편, 공기 주입부(102)에 공급되는 공기의 압력은 미분탄 유동부(111)에 공급되는 미분탄의 압력에 대하여 2배보다 작다면, 공기는 미분탄 유동부(111)에 원활하게 공급되지 않고 와류의 형성에 제한을 받게 된다. 반면에, 공기 주입부(102)에 공급되는 공기의 압력은 미분탄 유동부(111)에 공급되는 미분탄의 압력에 대하여 3배보다 크다면, 공기는 미분탄 유동부(111)의 내주면을 손상시킬 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 공기 유도부(103)는 중심각(α)을 형성한다. 여기서, 중심각(α)은 미분탄 취입 랜스(100)의 측면도에서 미분탄 유동부(111)의 중심을 기준으로 공기 유도부(103)의 유도 주입구(103a)와 유도 배출구(103b)에 의해 형성된 각도이다. 공기 주입부(102)의 공기 유동관(123)들이 복수 개로 이루어지고 미분탄 유동부(111)의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 형성된다면, 공기 유도부(103)의 중심각(α)은 360°를 공기 유동관(123)의 개수로 나눈 값이다. 예를 들어, 본 실시예에서 도시된 바와 같이, 4개의 공기 유동관(123)들이 형성된 경우에는 공기 유도부(103)의 중심각(α)은 90°이다. 이로 인해, 공기 주입부(102)의 공기 유동관(123)들 사이의 몸체부(101)도 공기에 의해 냉각될 수 있고, 공기 유도부(103)를 통해 미분탄 유동부(111)에 공급되는 공기는 간섭없이 미분탄 유동부(111)의 원주방향을 따라 고르게 공급될 수 있다.

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.

100: 미분탄 취입 랜스
101: 몸체부
111: 미분탄 유동부
102: 공기 주입부
121: 공기 주입관
123: 공기 유동관
103: 공기 유도부
103a: 유도 주입구
103b: 유도 배출구

Claims

미분탄 유동부가 관통형성되고, 미분탄이 상기 미분탄 유동부에 공급되어 상기 미분탄 유동부로부터 배출되는 몸체부;
상기 미분탄 유동부의 주위에 위치되도록 상기 몸체부에 형성되고, 공기가 주입되는 공기 주입부; 및
상기 공기 주입부와 상기 미분탄 유동부를 연결하도록 상기 몸체부에 형성되는 적어도 하나의 공기 유도부를 포함하되,
상기 공기 주입부에 공급된 공기는 공기 유도부를 따라 유동하여 상기 미분탄 유동부에 공급되어 유도하고,
상기 공기 주입부는,
상기 미분탄 유동부의 원주방향을 따라 상기 몸체부에 형성되고, 상기 미분탄 유동부의 주입구에 인접하게 위치되며, 공기가 주입되는 공기 주입관; 및
상기 미분탄 유동부와 평행하도록 상기 미분탄 유동부의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 형성되고, 상기 공기 주입관에 연결되고 적어도 하나의 상기 공기 유도부가 각각 연결되는 복수 개의 공기 유동관들을 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄 취입 랜스.
제1항에 있어서,
상기 공기 유도부는 나선형으로 이루어지며,
상기 공기 유도부의 유도 주입구는 상기 공기 주입부에 연결되고, 상기 공기 유도부의 유도 배출구는 상기 미분탄 유동부에 연결되며,
상기 미분탄이 공급되는 상기 미분탄 유동부의 주입구는 상기 유도 배출구보다 상기 유도 주입구에 근접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 미분탄 취입 랜스.
삭제
제1항에 있어서,
상기 공기 유동관들이 상기 미분탄 유동부의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 형성될 때, 상기 공기 유도부는 360°를 상기 공기 유동관의 개수를 나눈 값의 중심각을 형성하는 것을 특징으로 하는 미분탄 취입 랜스.
제1항에 있어서,
상기 공기 주입부에 공급되는 공기의 압력은 상기 미분탄 유동부에 공급되는 미분탄의 압력의 2배 내지 3배인 것을 특징으로 하는 미분탄 취입 랜스.