KR102043784B1 - 전로의 2단형 스커트설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로 취련 중 발생되는 배가스를 냉각 및 집진하는 과정에서 스커트 튜브 내 보일러수를 이용하여 고온의 가스를 냉각하며, 그 과정에서 열교환을 통해 스팀을 발생시키는 전로의 스커트 설비와 관련된 것으로서,
전로에서 발생하는 고온의 가스를 냉각하며 그 과정에서 열교환을 통한 스팀을 발생시키는 전로의 스커트 설비에 있어서, 상기 스커트 설비는, 전로에서 발생되는 고온의 가스를 냉각시키기 위하여 냉각수를 순환 공급하도록 스커트 하부에 설치되는 하부스커트(2)와, 상기 하부스커트(2)를 거친 고온의 가스를 냉각하면서 열교환에 의해 스팀을 발생하도록 보일러수를 순환 공급하도록 상기 하부스커트(2) 위에 설치되는 상부스커트(1)를 포함하는 전로의 2단형 스커트 설비인 것을 구성상 특징으로 하며,
기존 보일러설비의 스커트 설비가 가진 고질적인 문제인 스커트 하부튜브의 터짐 및 갈라짐으로 인한 누수현상을 방지하여 스커트의 스팀 생산을 위한 보일러설비로서의 용도를 하는 동시에 설비의 수명을 향상 시킬 수 있는 작용효과가 있다.

Description

전로의 2단형 스커트설비{skirt device for converter}

본 발명은 전로 취련 중 발생되는 배가스를 냉각 및 집진하는 과정에서 스커트 튜브 내 보일러수를 이용하여 고온의 가스를 냉각하며, 그 과정에서 열교환을 통해 스팀을 발생시키는 전로의 스커트 설비와 관련된 것으로서,

상세하게는 스커트 설비를 하부스커트와 상부스커트의 2단으로 구성하여 하부스커트는 전로 노구와 근접하게 위치시켜 냉각기능만을 수행하게 하고, 상부스커트는 냉각기능뿐만 아니라 보일러 기능까지 수행하도록 한 전로의 2단형 스커트 설비에 관한 것이다.

기존의 사용중인 스커트 설비는 도1에 나타난 바와 같이. 전로노구(1-3) 직 상부에 위치하여 취련중 발생하는 고온의 가스를 집진, 냉각하는 과정에서 열교환을 통해 스팀을 생산하는 설비로서, 전로노구와 평행하게 위치시킨 스커트 튜브(1-1)와, 측면에 설치되어 스커트 튜브에 보일러수를 공급 및 배출하는 스커트분배관(1-2)으로 구성되어 있으며, 스커트 튜브는 통상 25개의 환상 튜브로 구성되어 있다.

이와 같은 기존의 스커트는 전로 취련 시 발생하는 대류의 복사열을 이용하는 설비로서 취련 중 발생하는 대류의 복사열만을 해소할 수 있는 열용량으로 설계되어 있지만 스커트의 하단부는 전로의 노구와 근접하고 있어 전로 취련반응에 따라 슬로핑에 의한 슬라그/용강(열전도량 대류복사열의 수십 배) 부착 시 해소 가능한 열용량 초과로 인한 냉각능력 부족으로 스커트의 하단부 튜브의 터짐 및 갈라짐으로 인한 설비 사고가 발생하고 있다.

이러한 스커트의 하단부 손상으로 인한 누수문제가 가장 빈번하고 심각한데 스커트의 최 하단부는 다른 튜브와의 연결부가 없기 때문에 다른 튜브보다 열을 받는 면적이 크고 전로 취련 중 슬로핑이 발생 할 경우 다른 튜브보다 용강/슬라그가 부착되는 면적 또한 크기 때문에 최 하단 튜브는 열에 의한 손상이 가장 심하다. 스커트 튜브 중 2~5번 하단 튜브 또한 전로 취련 중 슬로핑 발생시 용강/슬라그의 부착이 심하기 때문에 열에 의한 손상이 심하다. 이처럼 스커트의 하단 튜브는 전로 취련 시 발생하는 슬로핑의 접촉에 따라 특정튜브의 열전달량이 많아지고 편중되는 경향이 있으며 동시에 보일러설비로서 고온의 가스를 집진하며 가스를 냉각하는 과정에서 열교환을 통한 스팀을 발생시키는 방식이기 때문에 기본적인 보일러수의 공급온도가 약 140℃로 높아 급격한 온도상승 및 슬로핑에 의한 용강/슬라그 부착 시 튜브 내부의 보일러수가 기화점을 초과하여 보일러수의 급격한 기화현상발생으로 튜브냉각능력이 부족한 문제가 발생하고 스커트 튜브의 갈라짐으로 이어지는 문제점이 있다.

이를 정리하면, 기존 사용중인 스커트 설비는 전로의 노구 직 상부에 위치하여 취련 중 발생하는 고온의 가스를 집진, 냉각하는 과정에서 열교환을 통해 스팀을 생산하는 설비로서 다음과 같은 문제점이 발생되고 있다.

1. 스커트 하단 튜브 중 특정튜브가 취련 중 발생되는 슬로핑으로 용강/슬라그가 부착되어 열용량 초과로 인한 스커트 튜브 내부 보일러수의 급격한 기화현상 발생으로 스커트 튜브 출측이 고압을 견디지 못하고 갈라지거나 터짐 현상 발생.

2. 스커트 하단 튜브가 슬로핑 발생시 용강/슬라그 부착으로 열용량 초과로 인한 용강/슬라그 부착 부 자체의 용융으로 인한 터짐 발생.

3. 스커트 하단 용강/슬라그 부착 시 취련 완료 후 대기 시에도 지속적인 열전달로 인한 스커트 튜브의 냉각불량으로 튜브 열화발생.

4. 전로 취련 중 급격한 온도 상승발생시 스커트 하단부 열용량 초과 및 용강/슬라그 부착 튜브의 냉각불량으로 튜브 및 튜브 연결부 갈라짐 발생.

5. 스커트 튜브의 내열온도 초과 및 열화에 의한 손상 발생시 튜브의 내열성 감소로 인한 튜브의 약화로 추후 지속적인 터짐 발생.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명은 총 25단의 튜브로 구성된 스커트 설비에서 상부의 20단은 보일러설비로서의 스커트 기능은 그대로 유지하는 상부스커트로 하고, 총 25단의 튜브 중 열전달량이 많은 하부 5단의 튜브를 보일러설비의 개념이 아닌 기계 냉각수 공급형태로 튜브를 냉각하도록 수평형태의 기존 보일러 튜브와 다르게 최하단 튜브를 분배관으로 하고 나머지 4단은 수직형태의 다수의 짧은 수직튜브로 변경하여 출측배관으로 냉각수를 배출하는 냉각기능을 갖는 하나의 하부스커트로 구성함으로서, 열전달의 편중으로 인한 과열을 막고 비취련시 냉각으로 인한 수축으로 부착된 슬라그/용강이 자연 낙하될 수 있도록 개선하고, 보일러설비로서 가스를 냉각, 스팀을 생산하는 기능과 더불어 설비의 보호를 통한 설비 수명을 향상 할 수 있도록 한 전로의 2단형 스커트 설비를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 보일러설비인 스커트의 전로 취련 중 발생하는 슬로핑과 같은 열용량 초과로 인한 튜브의 냉각능력 부족으로 튜브의 갈라짐이나 튜브와 튜브 사이의 연결부 터짐으로 인한 설비사고의 문제점을 제거하고자 전로 노구와 가장 근접하게 위치하고 있는 스커트 하단 5단을 개별의 수평튜브에서 하나의 분배관과 짧은 수직튜브, 출측배관으로 구성된 하나의 하부스커트로 구성하여 스팀을 생산하는 보일러설비의 형태가 아닌 기계냉각수 형태로 바꿈으로서 냉각능력을 향상시켜 스팀 생산의 보일러설비와 기계냉각수를 겸용하도록 하는 것으로서,

본 발명은 전로에서 발생하는 고온의 가스를 냉각하며 그 과정에서 열교환을 통한 스팀을 발생시키는 전로의 스커트 설비에 있어서,

상기 스커트 설비는,

전로에서 발생되는 고온의 가스를 냉각시키기 위하여 냉각수를 순환 공급하도록 스커트 하부에 설치되는 하부스커트와,

상기 하부스커트를 거친 고온의 가스를 냉각하면서 열교환에 의해 스팀을 발생하도록 보일러수를 순환 공급하도록 상기 하부스커트 위에 설치되는 상부스커트를 포함하는 전로의 2단형 스커트 설비인 것을 특징으로 한다.

상기 하부스커트는,
고온의 가스와 접촉하여 냉각시키는 냉각수가 흐르는 하부튜브와,
상기 하부튜브에 냉각수를 공급하기 위한 하부튜브 분배관과,상기 하부튜브를 통과한 냉각수를 배출하기 위한 하부튜브 출측배관을 포함한다.

삭제

상기 상부스커트는,
고온의 가스와 접촉하도록 보일러수가 흐르는 상부튜브와,
상기 상부튜브 냉각수를 공급하기 위한 상부튜브 분배관과,
상기 상부튜브를 통과한 보일러수를 배출하기 위한 상부튜브 출측 배관을 포함한다.

삭제

상기 하부튜브는 수직형태로 상기 하부튜브 분배관 및 하부튜브 출측배관과 연결되며,

상기 하부튜브 분배관은 수평형태로 최하단에 설치되어 순환냉각수 폰드로부터 냉각수를 공급받으며,

상기 하부튜브 출측배관은 수평형태로 상기 수직형태의 하부튜브와 연결 설치되며, 냉각수를 순환냉각수 폰드로 배출한다.

상기 상부튜브는 수평형태로 다수개의 환형으로 이루어지며,

상기 상부튜브 분배관은 수직형태로 상기 상부튜브와 연결 설치되어 저압보일러 탱크로부터 보일러수를 공급받으며,

상기 상부튜브 출측배관은 수직형태로 상기 상부튜브와 연결 설치되어 저압보일러 탱크로 온도가 상승한 보일러수를 배출한다.

상기 상부튜브와 상기 하부튜브는 오리피스 형 노즐이 설치되어 있다.

상기 상부튜브의 오리피스 형 노즐은 직경이 하부로 내려갈수록 상대적으로 크게 형성된다.

상기 하부튜브 분배관의 직경은 상기 상부튜브의 직경보다 상대적으로 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 스커트 하부스커트는 기존의 보일러설비에서 분리하여 순환냉각설비로써 튜브의 냉각에 초점을 맞추어 고온의 보일러수가 아닌 순환냉각수를 사용하여 튜브내부의 냉각수의 온도를 낮추고 튜브의 형태를 개별의 열을 받는 수평형태의 개별튜브에서 하나의 하부튜브 형태로 변경하고 수직으로 튜브를 구성하여 스커트 튜브의 냉각능력을 향상시키고 열전달을 분산하여 전로취련 중 슬로핑 발생에 의한 용강/슬라그의 부착과 같은 튜브의 열전달량이 급격히 많아질 경우 기존과 달리 튜브 내부의 냉각수 기화로 인한 급격한 압력상승으로 인한 튜브 터짐 및 갈라짐 현상을 방지한다. 또한 냉각수 온도 저하 및 형태의 변경으로 튜브냉각을 통한 용강/슬라그의 자연낙하를 유도하여 스커트 튜브의 누수현상을 방지한다.

이상과 같이 스커트 하부스커트는 순환냉각수를 사용하는 순환냉각설비로써 튜브의 냉각능력을 향상시키도록 구성하고 상부스커트는 기존 보일러설비로써 가스의 냉각, 열교환을 통한 스팀 생산을 할 수 있도록 구성하였으므로 기존 보일러설비의 스커트 설비가 가진 고질적인 문제인 스커트 하부튜브의 터짐 및 갈라짐으로 인한 누수현상을 방지하여 스커트의 스팀 생산을 위한 보일러설비로서의 용도를 하는 동시에 설비의 수명을 향상 시킬 수 있다.

제1도는 기존 사용중인 스커트의 구성도
제2도는 본 발명의 스커트 구성도
제3도는 본 발명의 스커트 평면도
제4도는 본 발명의 스커트 분배관 구성도
제5도는 본 발명의 스커트 상, 하부튜브 정면도
제6도는 본 발명의 스커트 상, 하부튜브 측면도
제7도는 본 발명의 스커트 보일러설비 개략도이다.

본 고안의 구체적인 예를 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 아래와 같다.

본 발명에 의한 스커트는 25개의 튜브 중 보일러설비로서의 20개의 상부스커트와 순환냉각수를 사용하는 순환냉각설비의 하부스커트로 구분된다.

상부스커트는 보일러설비로서 고열의 가스를 냉각하면서 열교환을 통해 스팀을 생산하는 설비이다. 도7의 보일러설비 개략도를 참고하면, 상부스커트는 순수제조설비(52)로부터 저압 보일러 탱크(53)로 순수를 공급받아 저압 보일러 펌프를 통해 스커트, 부원료공, 서브 랜스공, 랜스공의 각 튜브로 순수를 공급하고 약 1400℃의 고온의 가스를 통과시켜 튜브내의 순수와 고온의 가스의 열교환을 통해 스팀을 발생시키는 설비이다. 열교환을 통해 온도가 상승한 순수는 다시 저압 보일러 탱크(53)로 돌아가게 되고 저압 보일러 탱크 내부의 순수는 고온화되어 스팀드럼 공급 펌프를 통해 스팀 드럼으로 고온화된 순수를 보충하고 후드, 복사부, 점검구로 고온의 순수를 공급하여 다시 한번 고온의 가스와 열교환을 통해 가스를 냉각시키고 스팀을 생산한다.

하부스커트는 전열면적이 크고 슬로핑에 의한 튜브의 열손상이 크기 때문에 위와 같이 순수제조설비로부터 순수를 공급받아 열교환을 통한 스팀 생산을 하는 과정을 거치지 않고 순환수 폰드(51)로부터 순환냉각수를 공급하는 대신에 순환냉각설비로써 튜브의 냉각에 초점을 둔다. 최하단 튜브를 분배관으로 하여 직경을 확대하고 각 튜브를 수직으로 연결하고 상부의 튜브는 다시 수평으로 하여 출측배관으로 구성하여 하단 튜브를 하나의 형태로 바꾸어 기존의 최하단 튜브 및 노구와 가까운 튜브일수록 열전달량이 많아 각각의 개별 튜브의 갈라짐 및 터지는 현상이 집중되던 것을 하나의 분배관을 통한 수직구조로 튜브를 통합하여 열전달량을 분산할 수 있도록 구성한다. 또한 기존과 달리 140℃의 보일러수가 아닌 25℃의 기계냉각수를 사용하고 비취련시 튜브의 냉각정도를 크게하고 튜브를 수직으로 하여 부착된 용강/슬라그의 자연낙하를 유도하여 용강/슬라그의 부착을 최소화 할 수 있도록 구성한다.

위와 같은 구성을 통해 열에 의한 손상이 심한 하부튜브는 순환냉각설비로써 냉각능력을 향상시켜 스커트 설비의 누수문제와 같은 설비사고를 방지하여 설비 수명향상을 도모하고 상부튜브는 기존과 같이 보일러설비로써 스팀 생산을 할 수 있도록 고안하여 스커트설비의 수명향상 및 생산성 향상을 도모한다.

도2에서 도6을 참조하면, 본 발명 스커트 설비는 상부 스커트(1)와 하부스커트(2)로 구성하되, 상부스커트(1)는 기존의 보일러 설비와 달리 25개의 튜브 중 20개의 보일러설비인 상부튜브(12)와 상부튜브 분배관(11) 및 상부튜브 출측배관(13)으로 이루어져 있고, 하부스커트(2)는 하나의 순환냉각설비인 하부튜브(22)와 하부튜브 분배관(21) 및 하부튜브 출측배관(23)으로 구성되어 있다.

도4에 따르면 상부튜브(12)는 상부튜브 분배관(11)을 통해 순수를 공급받아 20개의 상부 오리피스 형 노즐(14)로 각각의 튜브마다 압력 및 유량을 조절하여 보일러수를 공급한다. 오리피스형 노즐은 각 튜브의 열전달량이 다르므로 각 튜브를 단계별로 그룹화하여 열전달량이 많은 하부의 튜브들은 내부의 오리피스의 직경을 상대적으로 크게 하여 냉각수의 유량을 늘려 튜브가 받는 열전달량에 따라 튜브의 냉각능력에 차등을 두어 튜브를 보호하도록 한다.

상부 스커트 설비는 냉각수의 개념이 아닌 보일러설비로써 스팀을 생산하기 위해 스팀 드럼으로 고온화된 순수를 공급하는 역할을 하는데, 보일러설비인 상부튜브는 도7의 보일러설비 개략도에서 볼 수 있듯이 순수제조설비(52)에서 순수를 공급받아 저압 보일러 탱크(53)를 보충하고 탱크 내부에서 스팀을 이용하여 약 140℃까지 온도를 상승시켜 저압 보일러 펌프를 통해 각각 스커트, 부원료공, 서브 랜스공, 랜스공의 튜브로 순수를 공급하고 열교환을 통해 고온의 가스를 냉각시키고 순수는 약 170℃ 이상의 온도로 온도가 상승하여 저압 보일러 탱크(53)로 돌아온다. 스커트 설비는 저압 보일러 파트로써 순수를 1차적으로 고온화하여 스팀 드럼으로 공급하는 역할을 하는데 이는 보일러수의 온도하향시 스팀 드럼의 고압 보일러 파트와의 온도차이로 수격현상이 발생하기 때문에 스커트의 냉각을 위해 보일러수의 온도를 낮추지 못한다. 고온의 순수는 저압 보일러 탱크에서 스팀드럼 공급 펌프를 통해 스팀 드럼으로 공급되어 고압 보일러 펌프를 통해 후드, 복사부, 점검구의 튜브로 고온의 순수를 공급하여 다시 고온의 가스를 냉각, 열교환을 통한 스팀을 생산하고 저장하게 된다. 이러한 과정을 통해 저압 보일러 탱크는 열교환을 통해 고온화된 순수를 스팀 드럼으로 보충하고 새로운 순수를 공급받는 과정에서 약 140℃의 온도를 유지한 채 스커트의 상부 튜브를 냉각하도록 구성되고 스커트 상부 튜브는 보일러 설비로서 가스를 냉각하고 스팀을 생산하게 된다.

하부스커트 설비의 하부튜브는 도7에서 보는 바와 같이 상부튜브와 달리 보일러 설비와 별도로 순환수 Pond(51)로부터 약 25℃의 순환수를 공급받아 도6과 같이 최하단 튜브인 하부튜브 분배관(21)을 통해 순환수를 공급받고 하부튜브 분배관(21)에서 각각 수직으로 된 하부튜브(22)를 통해 하부튜브 출측 배관(23)을 통해 순환수를 배출하고 순환하도록 구성한다. 기존의 수평구조의 개별 튜브는 노구와 가까울수록 열전달량이 많고 튜브의 손상이 심하기 때문에 이를 개선하여 최하단에 위치하는 하부튜브 분배관(21)은 다른 튜브와 달리 직경을 크게 하여 냉각효율을 향상시키고 하부분배관(21)에 연결된 각각의 하부튜브(22)는 기존과 달리 짧은 수직형태로 하여 용강/슬라그 부착 시 떨어지기 쉽도록 하고 각각의 배관은 하부 오리피스형 노즐(24)을 설치하여 균일하게 유량이 공급될 수 있도록 구성한다. 각각의 수직 하부튜브(22)는 상부의 하부튜브 출측배관(23)과 연결되도록 구성한다. 이러한 하부스커트(2)를 하나의 하부튜브 분배관(21)과 짧은 수직관 형태의 하부튜브(22), 하부튜브 출측 배관(23)을 하나의 하부 스커트로 구성하여 기존 스커트에서 수평형태의 개별튜브 중 특정 튜브에 열전달이 집중되는 문제를 해소하여 열전달이 편중되지 않고 분산되도록 한다.

도6에 나타난 바와 같이, 상부튜브의 분배관(11)과 하부튜브의 순환수 분배관(21), 출측배관(23)은 엇갈리도록 구성하여 각 튜브의 누수 등 수리발생시 작업 공간을 확보하고 튜브간의 간섭이 없도록 구성한다.

위와 같은 구성을 통하여 상부스커트(1)는 순수를 사용하여 보일러설비로서 고온의 가스를 냉각하면서 스팀을 생산하도록 하고, 하부스커트(2)는 냉각능력 향상에 집중하여 고온의 가스와 전로 취련 시 슬로핑으로 인한 슬라그/용강부착으로 오는 열손상을 방지하는 역할을 하는 것이 가능하다.

1-1: 스커트 튜브(25개), 1-2: 스커트 분배관, 1-3: 전로 노구,
1: 상부 스커트, 11: 상부튜브 분배관, 12: 상부튜브(수평),
12-1: 상부튜브 입측, 12-2: 상부튜브 출측, 13: 상부튜브 출측 배관,
14: 상부 오리피스형 노즐, 2: 하부 스커트, 21: 하부튜브 분배관,
22: 하부튜브(수직), 23: 하부튜브 출측 배관, 24: 하부 오리피스형 노즐,
51: 순환수 폰드, 52: 순수 제조설비, 53: 저압보일러 탱크

Claims (8)

1. 전로에서 발생하는 고온의 가스를 냉각하며 그 과정에서 열교환을 통한 스팀을 발생시키는 전로의 스커트 설비에 있어서,
   상기 스커트 설비는,
   전로에서 발생되는 고온의 가스를 냉각시키기 위하여 냉각수를 순환 공급하도록 스커트 하부에 설치되는 하부스커트와,
   상기 하부스커트를 거친 고온의 가스를 냉각하면서 열교환에 의해 스팀을 발생하도록 보일러수를 순환 공급하도록 상기 하부스커트 위에 설치되는 상부스커트를 포함하고,
   상기 하부스커트는,
   고온의 가스와 접촉하여 냉각시키는 냉각수가 흐르는 하부튜브와,
   상기 하부튜브에 냉각수를 공급하기 위한 하부튜브 분배관과,
   상기 하부튜브를 통과한 냉각수를 배출하기 위한 하부튜브 출측배관을 포함하고,
   상기 상부스커트는,
   고온의 가스와 접촉하도록 보일러수가 흐르는 상부튜브와,
   상기 상부튜브 냉각수를 공급하기 위한 상부튜브 분배관과,
   상기 상부튜브를 통과한 보일러수를 배출하기 위한 상부튜브 출측 배관을 포함하는, 전로의 2단형 스커트 설비.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 하부튜브는 수직형태로 상기 하부튜브 분배관 및 하부튜브 출측배관과 연결되며,
   상기 하부튜브 분배관은 수평형태로 최하단에 설치되어 순환냉각수 폰드로부터 냉각수를 공급받으며,
   상기 하부튜브 출측배관은 수평형태로 상기 수직형태의 하부튜브와 연결 설치되며, 냉각수를 순환냉각수 폰드로 배출하는, 전로의 2단형 스커트 설비.
5. 제1항에 있어서,
   상기 상부튜브는 수평형태로 다수개의 환형으로 이루어지며,
   상기 상부튜브 분배관은 수직형태로 상기 상부튜브와 연결 설치되어 저압보일러 탱크로부터 보일러수를 공급받으며,
   상기 상부튜브 출측배관은 수직형태로 상기 상부튜브와 연결 설치되어 저압보일러 탱크로 온도가 상승한 보일러수를 배출하는, 전로의 2단형 스커트 설비.
6. 제1항에 있어서,
   상기 상부튜브와 상기 하부튜브는 오리피스 형 노즐이 설치되어 있는, 전로의 2단형 스커트 설비.
7. 제6항에 있어서,
   상기 상부튜브의 오리피스 형 노즐은 직경이 하부로 내려갈수록 상대적으로 크게 형성되는, 전로의 2단형 스커트 설비.
8. 제1항에 있어서,
   상기 하부튜브 분배관의 직경은 상기 상부튜브의 직경보다 상대적으로 크게 형성되는, 2단형 스커트 설비.

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