KR101866868B1 - 소결기의 기체 연료 공급 장치 - Google Patents

Abstract

하방 흡인식 소결기의 점화로(点火爐) 하류에서 연소 하한 농도 이하로 희석한 기체 연료를 공급하는 기체 연료 공급 장치를, 순환 이동하는 팰릿과 거의 동일한 폭으로 사방을 둘러싸 장입층의 상방에 세워 설치된 후드와, 상기 후드 내의 장입층 상방 위치에 설치되며, 기체 연료를 후드 내의 공기 중에 공급하는 기체 연료 공급 배관과, 상기 후드 내 또한 기체 연료 공급 배관의 상방에, 단면이 ㄱ자 형상의 판재를 후드의 폭방향으로 간격을 두고 복수열 설치하여 이루어짐과 함께, 후드의 높이 방향으로도 간격을 두고 복수단 설치하고, 또한, 각 단에 있어서의 후드 폭방향으로 서로 이웃하는 각 판재와 당해 판재 사이에 형성되는 간극이 상하방향에서 엇갈리게 되도록 설치하여 이루어지는 방해판과, 상기 후드의 양 사이드 상단에 세워 설치한 공극을 갖는 펜스와, 그 펜스 사이에 간격을 두고 복수 세워 설치한 공극률이 20~80%의 소용돌이 억제판을 갖는 소결기의 기체 연료 공급 장치로 구성함으로써, 소결기를 설치한 건물 구조에 관계없이, 기체 연료 공급 장치로부터 공급한 기체 연료가 외부로 누설되는 일이 없도록 한다.

Description

소결기의 기체 연료 공급 장치{GASEOUS FUEL SUPPLY APPARATUS FOR SINTERING MACHINE}

본 발명은, 소결 열원의 일부로서 기체 연료를 공급하고, 연소시켜 소결광을 제조하는 하방 흡인식 소결기에 있어서의 기체 연료 공급 장치에 관한 것이다.

고로(高爐;blast furnace) 제선법(製銑法)의 주원료인 소결광은, 일반적으로, 도 1에 나타내는 바와 같은 공정을 거쳐 제조된다. 소결광의 원료는, 철광석분(iron ore powder)이나 소결광 사하분(undersize granules), 제철소 내에서 발생한 회수분, 석회석 및 돌로마이트 등의 CaO계 함유 부원료, 생석회 등의 조립 조제(granulation auxiliary agent), 코크스분이나 무연탄 등으로, 이들 원료는, 호퍼 1…의 각각으로부터, 컨베이어 상에 소정의 비율로 잘라 내어진다. 잘라 내어진 원료는, 드럼 믹서(2 및 3) 등에 의해 적량의 물이 더해져, 혼합, 조립되고, 평균경이 3∼6㎜의 의사 입자(quasi-particle)인 소결 원료로 된다. 이 소결 원료는, 그 후, 소결기 상에 설치되어 있는 서지 호퍼(surge hopper;4, 5)로부터 드럼 피더(drum feeder;6)와 절출 슈트(cutout chute;7)를 통하여, 무단 이동식(endless-moving type)의 소결기 팰릿(8) 상에 400∼800㎜의 두께로 장입되어, 소결 베드라고(sintering bed)도 불리는 장입층(9)을 형성한다. 그 후, 장입층(9)의 상방에 설치된 점화로(ignition furnace;10)에서 장입층 표층의 탄재(carbonaceous material)에 점화함과 함께, 팰릿(8)의 바로 아래에 설치된 윈드 박스(wind boxes;11)를 통하여 장입층 상방의 공기를 하방으로 흡인함으로써, 장입층 내의 탄재를 연소시키고, 이때에 발생하는 연소열로 상기 소결 원료를 용융하여 소결 케이크(sintered cake)를 얻는다. 이와 같이 하여 얻은 소결 케이크는, 그 후, 파쇄, 정립(granulation)되어, 약 5㎜ 이상의 괴성물(agglomerate)이, 성품(成品) 소결광으로서 회수되어, 고로에 공급된다.

상기 제조 프로세스에 있어서, 점화로(10)에서 점화된 장입층 내의 탄재는, 그 후, 장입층 내를 상층으로부터 하층을 향하여 흡인되는 공기에 의해 연소를 계속하여, 두께 방향으로 폭을 가진 연소·용융대(이후, 단순히 「연소대(combustion zone)」라고도 함)를 형성한다. 도 2는, 점화로에서 점화된 장입층 표층의 탄재가, 흡인되는 공기에 의해 연소를 계속하여 연소대를 형성하고, 이것이 장입층의 상층으로부터 하층으로 순차 이동하여, 소결 케이크가 형성되어 가는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 또한, 도 3(a)는, 상기 연소대가, 도 2에 나타낸 굵은 틀 내에 나타낸 장입층의 상층부, 중층부 및 하층부의 각 층 내에 존재하고 있을 때의, 각각의 온도 분포를 개략적으로 나타낸 것이다.

소결광의 강도는, 1200℃ 이상의 온도로 유지되는 온도와 시간의 곱에 영향을 받아, 고강도의 소결광을, 단시간에 또한 고수율로, 생산성 좋게 제조하기 위해서는, 어떠한 수단을 강구하여, 1200℃ 이상의 고온에서 유지되는 시간을 연장하여, 소결광의 냉간 강도를 높여 줄 필요가 있다. 왜냐하면, 소결 과정에서는, 1200℃에서 융액이 생성되기 시작하며, 소결광의 구성 광물 중에서 가장 고강도이고, 피(被)환원성도 비교적 높은 칼슘 페라이트가 생성되기 때문이다. 그러나, 장입층 내의 중층부 및 하층부는, 장입층 상층부의 탄재의 연소열이 흡인되는 공기에 의해 운반되어 예열되기 때문에, 고온도로 장시간에 걸쳐 유지되는 것에 대하여, 장입층 상층부는, 예열되지 않는 분(分), 연소열이 부족하여, 소결에 필요한 연소 용융 반응(소결 반응)이 불충분해지기 쉽다. 그 결과, 장입층의 폭방향 단면 내에 있어서의 소결광의 수율 분포는, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 장입층 상층부일수록 수율이 낮아진다. 또한, 팰릿 양폭 단부도, 팰릿 측벽으로부터의 방열이나, 통과하는 공기량이 많은 것에 따른 과도한 냉각에 의해, 소결에 필요한 고온역에서의 유지 시간을 충분히 확보하지 못하여, 역시 수율이 낮아진다.

이들 문제에 대하여, 종래는, 소결 원료 중에 첨가하고 있는 탄재(코크스분(coke breez)을 증량하는 것이 행해져 왔다. 그러나, 코크스의 첨가량을 늘림으로써, 도 4에 나타낸 바와 같이, 소결층 내의 온도를 높여, 1200℃ 이상으로 유지되는 시간을 연장할 수 있기는 하지만, 그와 동시에, 소결시의 최고 도달 온도가 1400℃를 초과하게 되어, 소결광의 피환원성이나 냉간 강도의 저하를 초래한다. 상기 온도를 초과하면, 1200℃ 이상의 온도에서 생성한 칼슘 페라이트가, 냉간 강도와 피환원성이 가장 낮은 비정질 규산염(칼슘 실리케이트)과, 환원 분화(粉化)되기 쉬운 해정 형상(skeleton-crystal type) 2차 헤마타이트로 분해하여, 고품질의 소결광을 얻을 수 없게 되기 때문이다. 그 때문에, 소결시에 있어서의 장입층 내의 최고 도달 온도를 1400℃ 초과, 바람직하게는 1380℃ 초과로 하는 일 없이, 장입층 내의 온도를 1200℃(칼슘 페라이트의 고상선 온도(solidus temperature)상으로 장시간 유지하는 것이 필요해진다. 이후, 본 발명에서는, 상기 1200℃ 이상 1400℃ 이하의 온도역으로 유지되는 시간을, 「고온역 유지 시간」이라고 칭하는 것으로 한다.

상기 과제에 대하여, 종래부터, 장입층 상층부를 장시간에 걸쳐 고온으로 유지하는 것을 목적으로 한 기술이 몇 가지 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 장입층에 점화 후, 장입층 상에 기체 연료를 분사하는 기술이, 특허문헌 2에는, 장입층에 점화 후, 장입층에 흡인되는 공기 중에 가연성 가스를 첨가하는 기술이, 또한, 특허문헌 3에는, 소결 원료의 장입층 내를 고온으로 하기 위해, 장입층 위에 후드를 설치하고, 그 후드로부터 공기나 코크스로 가스와의 혼합 가스를 점화로 직후의 위치에서 취입하는 기술이, 또한, 특허문헌 4에는, 저융점 용제와 탄재나 가연성 가스를 동시에 점화로 직후의 위치에서 취입하는 기술이 제안되고 있다.

그러나, 이들 기술은, 고농도의 기체 연료를 사용하고, 게다가 연료 가스의 취입시에 있어서 탄재량을 삭감하고 있지 않기 때문에, 소결시에 있어서의 장입층 내의 최고 도달 온도가 조업 관리상의 상한 온도인 1400℃를 초과하는 고온이 되고, 피환원성이나 냉간 강도가 낮은 소결광이 생성되어 기체 연료 공급 효과가 얻어지지 않거나, 기체 연료의 연소에 의한 온도 상승과 열팽창에 의해 환기성이 악화되어, 생산성이 저하되거나 하고, 나아가서는, 기체 연료의 공급에 의해 소결 베드(장입층) 상부 공간에서 화재를 일으킬 위험성이 있기도 하기 때문에, 모두 실용화에는 이르지 않았다.

그래서, 발명자들은, 상기 문제점을 해결하는 기술로서, 소결 원료 중에 첨가하는 탄재량을 삭감한 후에, 소결기의 점화로의 하류에 있어서, 연소 하한 농도 이하로 희석한 각종 기체 연료를, 팰릿 상방으로부터 장입층 내에 도입하고, 장입층 내에서 연소시킴으로써, 장입층 내의 최고 도달 온도 및 고온역 유지 시간의 양방을 적정 범위로 제어하는 기술을 개발하여, 특허문헌 5∼7 등에 제안하고 있다.

소결광의 제조 방법에, 상기 특허문헌 5∼7의 기술을 적용하여, 소결 원료 중으로의 탄재 첨가량을 삭감한 후에, 연소 하한 농도 이하로 희석한 기체 연료를 장입층 내로 도입하고, 기체 연료를 장입층 내에서 연소시킨 경우에는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 기체 연료는, 탄재가 연소한 후의 장입층 내(소결층 내)에서 연소하기 때문에, 연소·용융대의 최고 도달 온도를 1400℃ 초과로 하는 일 없이, 연소·용융대의 폭을 두께 방향으로 확대할 수 있어, 효과적으로 고온역 유지 시간의 연장을 도모할 수 있다.

그러나, 기체 연료를 공급하여 소결 조업을 행하는 경우, 횡풍(cross wind)이 강할 때에는, 공급한 기체 연료가 후드의 외부로 누설되어 화재나 폭발을 일으킬 우려가 있다. 또한, 기체 연료로서, CO를 많이 함유하는 고로 가스 등을 사용할 때에는, 인재로 연결될 우려도 있다. 그래서, 발명자들은, 횡풍에 의한 누설이 적은 후드 구조를 특허문헌 8 및 특허문헌 9 등에 있어서 제안했다.

도 6은, 특허문헌 9에 있어서 제안한 기체 연료 공급 장치의 개요를 설명하는 도면이다. 이 기체 연료 공급 장치(21)는, 원료 장입층(9)(소결 베드)의 상방에 기체 연료 공급 배관(23)이, 팰릿 진행 방향으로 소정의 간격을 두고 복수개 평행하게 설치되고, 그 기체 연료 공급 배관(23)의 주위에는, 상방이 개방된 수직벽으로 이루어지는 후드(22)가 설치된 것으로, 상기 기체 연료 공급 배관(23)의 분출구로부터는, 예를 들면, LNG나 도시 가스 등의 기체 연료가 수평 방향을 향하여 양측에 고속으로 분출되고 있다. 그리고, 상기 기체 연료 공급 배관(23)의 상방에는, ㄱ자 형상 단면을 갖는 방해판(baffle plate;24)이 후드 폭방향으로 간격을 두고 복수열, 또한, 수직 방향으로 간격을 두고 복수단, 토너먼트 형상으로 설치되어 있다. 또한, 횡풍 대책으로서, 후드(22)의 양측면의 상부에 공극을 갖는 펜스(25)를 설치하거나, 후드(22)의 양측면의 하단부와 팰릿(8)의 사이드 월(side wall)과의 사이에, 시일 커버(26)를 부착하거나 하는 것이 유효하다고 하고 있다.

일본공개특허공보 소48-018102호 일본특허공고공보 소46-027126호 일본공개특허공보 소55-018585호 일본공개특허공보 평05-311257호 국제공개공보 WO2007-052776호 일본공개특허공보 2010-047801호 일본공개특허공보 2008-291354호 일본공개특허공보 2008-292153호 일본공개특허공보 2010-107154호

발명자들의 시뮬레이션의 결과에서는, 상기 특허문헌 9의 후드 구조이면, 10 m/s 정도의 횡풍이 있어도, 기체 연료의 후드 밖으로의 누설은 거의 발생하지 않고, 또한, 실기(實機) 조업에 있어서도, 기체 연료의 누설은 없는 것이 확인되고 있다. 그러나, 소결기를 설치한 건물의 구조에 따라서는, 상기 후드 구조라도, 조금이지만 기체 연료의 누설이 발생하는 일이 있는 것이 밝혀졌다.

본 발명은, 종래 기술이 안고 있는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 소결기가 설치되어 있는 건물 구조에 관계없이, 기체 연료 공급 장치로부터 공급한 기체 연료가 외부로 누설되는 일이 없는 소결기의 기체 연료 공급 장치를 제공하는 것에 있다.

발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 건물의 구조에 좌우되는 일 없이, 기체 연료 공급 장치에 공급한 기체 연료의 외부로의 누설을 확실하게 방지하려면, 특허문헌 9에 개시된 기체 연료 공급 장치의 후드 상부의 폭방향으로 공극을 갖는 소용돌이 억제판(vortex suppressing plates)을 복수 설치하는 것이 유효한 것, 더욱 바람직하게는, 후드의 양 사이드 하부와 팰릿의 사이드 월을 둘러싸는 방풍판을 설치하는 것이 유효하다는 것을 발견하여, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 하방 흡인식 소결기의 점화로 하류에서, 순환 이동하는 팰릿 상에 형성된 소결 원료의 장입층 내에, 연소 하한 농도 이하로 희석한 기체 연료를 도입하여 소결 원료 내의 탄재와는 분리하여 기체 연료를 연소시키는 기체 연료 공급 장치로서, 상기 팰릿과 거의 동일한 폭으로 사방을 둘러싸 장입층의 상방에 세워 설치된 후드와, 상기 후드 내의 장입층 상방 위치에 설치되며, 기체 연료를 후드 내의 공기 중에 공급하는 기체 연료 공급 배관과, 상기 후드 내 또한 기체 연료 공급 배관의 상방에, 단면이 ㄱ자 형상의 판재를 후드의 폭방향으로 간격을 두고 복수열 설치하여 이루어짐과 함께, 후드의 높이 방향으로도 간격을 두고 복수단 설치하고, 또한, 각 단에 있어서의 후드 폭방향으로 서로 이웃하는 각 판재와 당해 판재 사이에 형성되는 간극이 상하방향에서 엇갈리게 되도록 설치하여 이루어지는 방해판과, 상기 후드의 양 사이드 상단에 세워 설치한 공극을 갖는 펜스와, 그 펜스 사이에 간격을 두고 복수 세워 설치한 공극률이 20~80%의 소용돌이 억제판을 갖는 것을 특징으로 하는 소결기의 기체 연료 공급 장치이다.

본 발명의 소결기의 기체 연료 공급 장치는, 상기 후드의 하부와 팰릿의 사이드 월을 둘러싸는 방풍판을 후드의 양 사이드에 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 소결기의 기체 연료 공급 장치에 있어서의 상기 소용돌이 억제판은, 후드의 폭방향으로 500∼4000㎜의 간격을 두고 세워 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 소결기의 기체 연료 공급 장치에 있어서의 상기 소용돌이 억제판은, 폭이 250∼1000㎜의 판재인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기체 연료 공급 장치로부터 공급한 기체 연료의 횡풍에 의한 장치 밖으로의 누설을, 건물의 구조에 좌우되는 일 없이 확실하게 방지할 수 있기 때문에, 고품질의 소결광을 안전하고 또한 안정적으로 제조하는 것이 가능해진다.

도 1은 소결 프로세스를 설명하는 개요도이다.
도 2는 소결 진행에 수반하는 장입층 내의 변화를 설명하는 개략도이다.
도 3은 연소대가 장입층의 상층부, 중층부 및 하층부의 각 위치에 존재하고 있을 때의 온도 분포와, 장입층의 폭방향 단면 내에 있어서의 소결광의 수율 분포를 설명하는 도면이다.
도 4는 탄재량의 변화(증량)에 의한 장입층 내의 온도 변화를 설명하는 도면이다.
도 5는 기체 연료 공급에 의한 소결층 내의 온도 분포의 변화를 설명하는 도면이다.
도 6은 특허문헌 9에 개시된 기체 연료 공급 장치의 개략도이다.
도 7은 개방 구조의 건물 내에 설치된 소결기에 있어서의 기체 연료의 누설을 시뮬레이트한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 소결기에 설치된 기체 연료 공급 장치로부터의 기체 연료의 누설을 시뮬레이트할 때에 이용한 건물의 구조를 설명하는 도면이다.
도 9는 시뮬레이션에 이용한 소결기의 사양을 설명하는 도면이다.
도 10은 취발(吹拔) 구조(open ceiling structure)의 건물 내에 설치된 소결기에 있어서의 기체 연료의 누설을 시뮬레이트한 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 기체 연료의 누설을 방지하는 소용돌이 억제판과 방풍판(windbreak plate)을 설명하는 도면이다.
도 12는 소용돌이 억제판과 방풍판이 기체 연료의 누설을 억제하는 효과를 시뮬레이트한 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 소용돌이 억제판의 기체 연료의 누설을 억제하는 효과를 설명하는 도면이다.
도 14는 소용돌이 억제판의 공극률이 기체 연료의 누설에 미치는 영향을 시뮬레이트한 결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 소용돌이 억제판의 설치 간격이 기체 연료의 누설에 미치는 영향을 시뮬레이트한 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 소용돌이 억제판의 폭(높이)이 기체 연료의 누설에 미치는 영향을 시뮬레이트한 결과를 나타내는 도면이다.
도 17은 실시예에 이용한 기체 연료 공급 장치를 설명하는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.

본 발명을 적용하는 대상이 되는 소결기는, 하방 흡인식의 소결기이며, 또한, 소결 원료를 소결할 때의 열원으로서, 소결 원료 중에 첨가되어 있는 코크스분 등의 탄재 외에, 점화로의 하류측에 있어서 공급되는 기체 연료를 이용하는 것이다. 상기 기체 연료는, 장입층의 상방에 설치된 기체 연료 공급 장치로부터 공급되며, 탄재와는 상이한 위치에서 연소함으로써, 소결시의 최고 도달 온도를 1400℃ 초과로 하는 일 없이, 1200℃ 이상의 온도로 유지되는 시간(고온역 유지 시간)을 연장하는 것이 가능해진다.

상기 기체 연료는, 상기 기체 연료 공급 장치에 있어서 연소 하한 농도 이하로 희석되고, 혹은, 상기 기체 연료 공급 장치로부터 미리 연소 하한 농도 이하로 희석된 상태에서 공급되기 때문에, 예를 들면, 도 6에 나타낸 기체 연료 공급 장치의 후드 밖으로 누설된 경우, 화재나 폭발을 일으킬 우려는 없다. 그러나, 기체 연료의 누설은, 기체 연료 첨가 효과를 저하시킬 뿐만 아니라, B가스 등, 유해한 일산화탄소를 포함하는 기체 연료를 사용하는 경우에는, 안전상의 문제가 있다. 그 때문에, 기체 연료 공급 장치 밖으로의 기체 연료의 누설은 확실하게 방지할 필요가 있다.

도 7은, 도 8(a)에 나타낸 바와 같이, 풍상측(windward side)의 횡벽면의 하부가 개방되고, 풍하측(leeward side)의 횡벽이 없는, 즉, 전면(全面)이 개방 상태에 있는 구조(이후, 「개방 구조」라고 함)의 건물 내에 설치된 소결기에 대하여 횡방향으로부터 횡풍을 맞을 때에 있어서의, 기체 연료 공급 장치로부터 공급된 기체 연료(도시 가스)의 후드 밖으로의 산일(散逸;dispersed) 상황을, 풍속이 10m/s, 20m/s, 30m/s 및 50m/s인 경우에 대해서 시뮬레이트한 결과를 나타낸 것이다. 또한, 도면 중에 나타낸 소결기는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 팰릿폭이 4000㎜이고, 그 팰릿의 상방에, 높이가 1500㎜이고 그 상단에 공극률 40％의 펜스를 설치한 후드를 설치하고, 그 내부 중단에, 단면이 ㄱ자 형상의 폭 300㎜의 방해판을 폭방향으로 400㎜ 피치, 높이 방향으로 200㎜ 피치의 3단 구성으로 설치하고, 그 방해판의 하방에 도시 가스를 공급하는 배관 노즐을 폭방향으로 800㎜ 피치로 6개 설치한 기체 연료 공급 장치를 갖는 것이다. 또한, 윈드 박스(바람 상자)에서 흡인하는 가스량의 팰릿 폭방향 분포는, 동일하게 도 9에 나타낸 바와 같이 설정했다.

도 7로부터, 소결기가 설치된 건물이 개방 구조인 경우에는, 풍속 30m/s까지는, 도시 가스의 후드 밖으로의 누설은 거의 없고, 풍속 50m/s가 되어 점차 기체 연료의 누설이 시작되는 것을 알 수 있다. 통상, 건물 내에서는, 풍속이 50m/s가 되는 일은 없기 때문에, 개방 구조의 건물에서는 도시 가스의 누설은 일어나지 않는다고 생각할 수 있다.

한편, 도 10은, 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 풍상측 및 풍하측의 횡벽면의 상부가 닫혀지고, 하부가 개방된 구조(이후, 「취발 구조(open ceiling structure)」라고 함)의 건물 내에 설치된 소결기에 대하여 횡방향으로부터 횡풍을 맞을 때의, 기체 연료 공급 장치로부터 공급된 도시 가스의 후드 밖으로의 산일 상황을, 풍속이 10m/s인 경우에 대해서 시뮬레이트한 결과를, 도 7에 나타낸 개방 구조에서 풍속이 10m/s, 20m/s 및 50m/s인 결과와 대비하여 나타낸 것이다. 이 도면으로부터, 건물이 취발 구조인 경우에는, 횡풍의 풍속이 10m/s라도, 개방 구조에서 풍속 50m/s일 때를 상회하는 도시 가스의 누설이 일어나고 있는 것을 알 수 있다.

즉, 건물이 도 8(a)와 같은 개방 구조인 경우에는, 기체 연료의 누설은 문제가 되는 일은 없지만, 도 8(b)와 같은 취발 구조인 경우에는, 기체 연료가 누설될 우려가 있다. 이와 같이 기체 연료의 누설이 일어나는 원인은, 도 10의 최하단에 나타낸 가스의 유속 분포도로부터 알 수 있는 바와 같이, 개방 구조에서는, 풍속 50m/s라도 후드 내의 가스류에 큰 소용돌이는 인정되고 있지 않지만, 취발 구조에서는, 풍속 10m/s로 이미 큰 와류가 후드 내에 발생하고 있는 것에 의한 것이라고 생각할 수 있다.

그래서, 발명자들은, 기체 연료의 누설을 일으키는 상기 후드 내의 소용돌이 형성을 억제하는 후드 구조에 대해서 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 도 11(a)에 나타낸 바와 같이, 기체 연료 공급 장치의 후드(22)의 상부에, 투과성을 갖는 소용돌이 억제판(27)을 복수매 세워 설치해 주는 것이 유효하다는 것을 발견했다.

도 12(b)는, 취발 구조의 건물 내에 설치된 소결기에 설치된 기체 연료 공급 장치의 후드 상부에, 도 11(a)에 나타낸 소용돌이 억제판(27)을 복수매 세워 설치한 경우에 있어서, 풍속 10m/s의 횡풍을 받았을 때에 있어서의 기체 연료의 누설을 시뮬레이트한 결과를, 전술한 취발 구조에서 풍속 10m/s의 횡풍을 받았을 때의 시뮬레이트 결과(도 10(d))와 대비하여 나타낸 것이다. 이 2개의 도면으로부터, 소용돌이 억제판(27)을 설치해 줌으로써, 취발 구조에 있어서도 기체 연료의 누설을 격감할 수 있는 것을 알 수 있다.

여기에서, 상기 소용돌이 억제판의 설치에 의해, 기체 연료의 누설이 방지되는 이유에 대해서, 발명자들은 이하와 같이 생각하고 있다.

예를 들면, 도 13(a)에 나타낸 바와 같이, 투과성을 갖지 않는 1매의 입판(standing plate)에 횡풍을 맞게 한 경우에는, 상기 입판의 하류측(이면측)에는 입판의 하측까지 회입하는(going around) 큰 소용돌이가 형성되어, 횡풍에 의해 입판 이면측의 공기는 넓은 범위에 걸쳐 교란된다. 여기에서, 상기 입판을 본 발명에 있어서의 기체 연료 공급 장치의 후드 상부에 설치한 소용돌이 억제판이라고 가정하면, 입판을 설치해도, 횡풍을 받은 경우에는, 후드 내의 공기는 크게 교란되어, 후드 내에 공급된 기체 연료의 누설이 발생할 우려가 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 입판의 공극률이 커, 공기가 대부분 그대로 투과하는 경우에는, 입판이 존재하지 않을 때와 동일하게 되기 때문에, 동일한 결과가 된다.

이에 대하여, 도 13(b)에 나타낸 바와 같이, 적당한 공극을 갖는(투과성이 있는) 1매의 입판에 횡풍이 맞는 경우에는, 상기 입판의 이면측에 공극 부분을 통하여 작은 공기의 흐름이 발생하기 때문에, 입판의 이면측에 형성되는 소용돌이의 형성이 억제된다. 또한, 도 13(c)에 나타낸 바와 같이, 적당한 공극을 갖는(투과성이 있는) 입판을 복수매 병설한 경우에는, 입판의 이면측에 있어서의 소용돌이의 형성이 보다 억제되어, 횡풍의 영향이 큰 폭으로 경감된다. 즉, 기체 연료 공급 장치의 후드 상부에, 적당한 투과성을 갖는 입판을 복수매 설치해 줌으로써, 소용돌이의 형성을 최소한으로 막아, 횡풍에 의한 기체 연료의 누설을 거의 확실하게 방지하는 것이 가능해진다. 따라서, 펜스와 소용돌이 억제판을 병용하는 것이 바람직하다.

상기 소용돌이 억제판은, 공극률이 20∼80％인 것이 바람직하다. 도 14는, 상기 소용돌이 억제판의 공극률을 0％∼100％의 범위로 바꾸어 기체 연료의 누설을 시뮬레이트한 결과를 나타낸 것으로서, 상기 범위에서 누설량이 적어지고 있는 것을 알 수 있다. 바람직하게는 30∼50％의 범위이다.

또한, 상기 소용돌이 억제판은, 후드의 폭방향으로 500∼4000㎜의 간격을 두고 세워 설치되어 있는 것이 바람직하다. 도 15는, 상기 소용돌이 억제판의 간격을, 500∼4000㎜의 범위로 바꾸어 기체 연료의 누설을 시뮬레이트한 결과를 나타낸 것으로서, 상기 범위에서 누설량이 적어지고 있는 것을 알 수 있다. 보다 바람직하게는 1000∼2000㎜의 범위이다.

또한, 상기 소용돌이 억제판은, 1매의 판재의 폭(높이)이 250∼1000㎜인 것이 바람직하다. 도 16은, 상기 소용돌이 억제판은, 1매의 판재의 폭이 0∼1000㎜의 범위로 바꾸어 기체 연료의 누설을 시뮬레이트한 결과를 나타낸 것으로서, 상기 범위에서 누설량이 적어지고 있는 것을 알 수 있다. 보다 바람직하게는 250∼500㎜의 범위이다.

또한, 발명자들은, 기체 연료의 누설을 보다 확실하게 방지할 수 있는 후드 구조에 대해서 더욱 검토를 거듭했다. 그 결과, 특허문헌 9에 명시된 후드 하부에 국부적으로 설치되는 시일 커버(26)를 대신하여, 혹은, 상기 시일 커버(26)에 더하여 추가로, 도 11(b)에 나타낸 바와 같이, 후드(22)의 양 사이드 하부에, 후드 하부와 팰릿(8)의 사이드 월을 둘러싸는 방풍판(28)을 설치해 주는 것이 유효하다는 것을 발견했다.

도 12(c)는, 취발 구조의 건물 내에 설치된 소결기의 기체 연료 공급 장치의 후드 하부에 도 11(b)에 나타낸 방풍판(28)을 설치한 경우, 또한, 도 12(d)는, 도 11(a)에 나타낸 소용돌이 억제판(27)과 상기 방풍판(28)을 병설한 경우의 각각에 있어서, 풍속 10m/s의 횡풍을 받았을 때의 기체 연료의 누설을 시뮬레이트한 결과를 나타낸 것이다. 이들 도면과 전술한 도 12(a) 및 도 12(b)와의 대비로부터, 방풍판(28)의 설치에 의해, 취발 구조라도 기체 연료의 누설을 어느 정도까지 저감할 수 있는 것, 그리고, 소용돌이 억제판(27)과 조합하여 방풍판(28)을 설치한 경우에는, 취발 구조라도 기체 연료의 누설을 거의 완전하게 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.

실시예

팰릿폭이 4500㎜, 유효 기장(機長)이 82m이고, 생산량이 36만t/월의 실기 소결기의 점화로 하류측에, 도 17(a)에 나타낸 바와 같은, 폭 4500㎜×길이 7500㎜의 후드를 갖는 기체 연료 공급 장치를 3대 직렬로 설치하여, 기체 연료를 공급하는 소결 조업을 실시했다. 상기 소결기는, 본 발명에서 말하는 취발 구조의 건물 내에 있으며, 소결 조업시에 있어서는, 건물 밖 및 소결기의 기측(machine side)에 풍속계를, 또한, 상기 기체 연료 공급 장치의 기측에는 기체 연료(메탄)의 검출 장치를 설치하고, 50massppm 이상의 기체 연료의 누설이 검출되었을 때는, 기체 연료의 공급을 비상 정지하도록 했다.

상기의 조건으로 소결 조업을 실시하고, 건물 밖의 풍속이 20m/s를 초과하는 시간대에 있어서, 상기 기준을 초과하는 기체 연료의 누설이 일어난 횟수를 측정한 결과, 2회/시간의 빈도였다.

이어서, 도 17(b)에 나타낸 바와 같이, 기체 연료 공급 장치의 후드 상부에, 도 11에 나타낸 소용돌이 억제판 및 후드 하부에 방풍판을 설치하여 소결 조업을 실시하고, 상기와 동일한 측정을 행한 결과, 50massppm을 초과하는 기체 연료의 누설 횟수는 제로(0)로 할 수 있었다.

본 발명의 기술은, 토목이나 건축 분야에 있어서의 빌딩풍의 억제 등에도 적용할 수 있다.

1 : 원료 호퍼
2 : 드럼 믹서
3 : 로터리 킬른
4, 5 : 서지 호퍼
6 : 드럼 피더
7 : 절출 슈트
8 : 팰릿　
9 : 원료 장입층(소결 베드)
10 : 점화로
11 : 윈드 박스(바람 상자)
12 : 컷오프 플레이트
21 : 기체 연료 공급 장치
22 : 후드　
23 : 기체 연료 공급 배관
24 : 방해판
25 : 펜스
26 : 후드 하부 시일
27 : 소용돌이 억제판
28 : 방풍판

Claims (2)

1. 풍상측 및 풍하측의 횡벽면의 상부가 닫혀지고 하부가 개방된 취발 구조의 건물 내에 설치된 하방 흡인식 소결기의 점화로 하류에서, 순환 이동하는 팰릿 상에 형성된 소결 원료의 장입층 내에, 연소 하한 농도 이하로 희석한 기체 연료를 도입하여 소결 원료 내의 탄재와는 분리하여 기체 연료를 연소시키는 기체 연료 공급 장치로서,
   상기 팰릿과 동일한 폭으로 사방을 둘러싸 장입층의 상방에 세워 설치된 후드와,
   상기 후드 내의 장입층 상방 위치에 설치되며, 기체 연료를 후드 내의 공기 중에 공급하는 기체 연료 공급 배관과,
   상기 후드 내 또한 기체 연료 공급 배관의 상방에, 단면이 ㄱ자 형상의 판재를 후드의 폭방향으로 간격을 두고 복수열 설치하여 이루어짐과 함께, 후드의 높이 방향으로도 간격을 두고 복수단 설치하고, 또한, 각 단에 있어서의 후드 폭방향으로 서로 이웃하는 각 판재와 당해 판재 사이에 형성되는 간극이 상하방향에서 엇갈리게 되도록 설치하여 이루어지는 방해판과,
   상기 후드의 양 사이드 상단에 세워 설치한 공극을 갖는 펜스와,
   그 펜스 사이에, 상기 방해판의 상단보다도 상방 위치에, 후드의 폭방향으로 500∼2000mm의 간격을 두고 복수 세워 설치한 공극률이 30∼50%이고, 판폭이 250∼500mm의 소용돌이 억제판을 갖고,
   풍속 10m/s의 횡풍을 받았을 때에 기체 연료의 누설이 없는 것을 특징으로 하는 소결기의 기체 연료 공급 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 후드의 하부와 팰릿의 사이드 월(side wall)을 둘러싸는 방풍판을 후드의 양(兩) 사이드에 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결기의 기체 연료 공급 장치.

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