KR102163689B1 - 예열대 구조 및 이를 포함하는 소둔로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미연분이 발생하는 수평형 연속식 소둔로에서 미연분을 완전히 연소시키는 예열대 구조를 제공하기 위한 것으로, 일실시예에서 소재를 둘러싸는 외벽을 가지는 소둔로의 예열대 구조로서, 소재의 진행방향에서 일부 구간이 소재의 폭방향으로 복수 개로 구획되며, 구획된 공간에 연소 배가스 유동 방향으로 연소용 공기를 분사하는 후연소 버너를 포함하는 예열대 구조를 제공한다.

Description

예열대 구조 및 이를 포함하는 소둔로{Preheating zone structure and Annealing Furnace comprising it}

본 발명은 소둔로의 후연소 버너를 포함하는 예열대 구조 및 이를 포함하는 소둔로에 대한 것이다.

특허문헌 1 과 같이 무산화 가열대(NOF Zone, Non-Oxidizing Zone) 및 균열대(RTH Zone, Radiant Heating Zone)를 가지는 수평형 연속식 소둔로가 알려진 바 있다.

이러한 수평형 연속식 소둔로에서는 균열대는 복사관식 버너, 가열대는 직화식버너를 채용하는데, 가열대를 무산화 분위기를 만들기 위하여 통상 당량비를 1.0 이상으로 설정하여 연소가 이루어지며, 이로 인하여 가열대에는 CO, H₂ 등의 미연분이 발생하게 된다. 이 미연분과 가열대 연소가스가 혼재된 상태로 배출하게 된다.

(특허문헌 1) KR10-1186579 B1

본 발명은 미연분이 발생하는 수평형 연속식 소둔로에서 미연분을 완전히 연소시키는 예열대 구조 및 이를 포함하는 소둔로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 다음과 같은 예열대 구조 및 수평형 연속식 소둔로를 제공한다.

본 발명은 일실시예에서 소재를 둘러싸는 외벽을 가지는 소둔로의 예열대 구조로서, 소재의 진행방향에서 일부 구간이 소재의 폭방향으로 복수 개로 구획되며, 구획된 공간에 연소 배가스 유동 방향으로 연소용 공기를 분사하는 후연소 버너를 포함하는 예열대 구조를 제공한다.

본 발명의 일실시예에서 예열대 구조는 소재의 상방과 하방 중 적어도 일측에 폭방향으로 이격되어 배치되는 복수 개의 가이드를 더 포함하며, 상기 가이드, 외벽 및 소재의 조합에 의해서 예열대의 공간이 구획되며, 상기 가이드와 가이드 사이에 적어도 하나의 상기 버너가 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 가이드는 소재의 진행방향으로 적어도 200㎜의 길이를 가지도록 연장되며, 상기 버너는 소재의 진행방향에 수직한 방향에서 상기 구획된 공간의 단면상에서 중앙부에 위치할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 구획된 공간은 소재의 진행방향에 수직한 방향으로의 단면에서 소재의 연장면, 상기 외벽 및 상기 가이드에 의해서 각각 사각형 형상을 가지며, 통과하는 소재 위에서 구획된 공간의 단면적이 소재 아래에서 구획된 공간의 단면적 보다 작을 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 소재 아래에서 구획된 공간에 소재 위에서 구획된 공간 보다 더 많은 수의 버너가 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 가이드는 소재으로부터 20㎜ 이상 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 버너는 소재의 진행방향에 수직한 방향에서 상기 구획된 공간의 단면상에서 중앙부에 위치하며, 축 대칭의 단공 노즐을 가질 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 가이드는 소재 출측에 인접하여 배치되며, 상기 버너는 소재의 진행방향에 대해서 소재 출측에 가까운 가이드 단부에 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 상기 가이드 사이의 간격은 폭 방향 최외측 가이드와 외벽과의 거리와 동일할 수 있다

본 발명의 일실시예에서 상기 구획된 공간은 직육면체 형상을 가지며, 상기 버너는 예열로의 출측에서 입측으로 상기 연소용 공기를 분사할 수 있다.

본 발명의 일실시예는 수평형 연속식 소둔로로 상술한 예열대 구조로 형성된 예열대; 및 상기 예열대에 연결되며, 상기 예열대를 통과한 소재를 무산화 가열하는 무산화 가열대를 포함할 수 있다.

본 발명은 미연분이 발생하는 수평형 연속식 소둔로에서 미연분을 완전히 연소시키는 예열대 구조 및 이를 포함하는 소둔로를 제공할 수 있다.

도 1 은 수평형 연속식 소둔로의 예열대의 일예이다.
도 2 는 도 1 의 예열대의 확대도이다.
도 3a 는 도 1 의 예열대의 CO 분포도이며, 도 3b 는 도 1 의 예열대의 온도 분포도이며, 도 3c 는 도 1 의 예열대를 통과하는 강판의 온도분포도이다.
도 4 는 본 발명의 수평형 연속식 소둔로의 예열대의 일실시예의 사시도이다.
도 5 는 도 4 의 실시예의 평면도이다.
도 6 은 도 4 의 A-A 단면도이다.
도 7 은 도 6 의 B 영역의 확대도이다.
도 8a 는 도 4 의 예열대의 CO 분포도이며, 도 4b 는 도 4 의 예열대의 온도 분포도이며, 도 8c 는 도 4 의 예열대를 통과하는 강판의 온도분포도이다.
도 9 는 도 1 의 예열대와 도 4 의 예열도의 입구로부터 거리에 따른 온도 그래프이다.
도 10 은 본 발명의 수평형 연속식 소둔로의 예열대의 다른 실시예의 단면도이다.
도 11 은 본 발명의 수평형 연속식 소둔로의 예열대의 또 다른 실시예의 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.

종래의 수평형 연속식 소둔로의 경우에 무산화 가열대로 인하여 미연분이 발생하게 되며, 이러한 미연분을 완전 연소시키기 위하여 무산화 가열대의 소재 입측에 예열대를 설치하고 도 1 과 같은 후연소 버너를 예열대 출구측에 설치한다.

도 1 및 2 에는 연소용 공기를 제공하는 후연소 버너가 장착된 예열대 구조가 도시되어 있다. 후연소 버너는 상측의 후연소 버너(20)와 하측의 후연소 버너(30)를 포함하며, 예열대는 외벽(10)에 의해서 둘러싸인다. 상측의 후연소 버너(20)는 상부에 수직으로 설치되는 4개의 공기 공급관과 각 관의 하부에 45°각도로 설치된 3개의 노즐 구멍(21)을 통하여 수평면에 대하여 일정 각도 하방으로 미연분을 연소시키기 위한 공기를 분사한다.

하측의 후연소 버너(30)는 일정간격으로 복수의 분사 노즐(31)이 형성되어 있으며, 이 분사 노즐(31)을 통하여 연소용 공기를 분사한다.

이러한 도 1 및 도 2 의 후연소 버너(20, 30)를 포함하는 예열대 구조에서 CO 분포, 온도 분포 및 소재 온도가 도 3 에 도시되어 있다. 도 3a 에서 보이듯이 미연분인 CO농도분포가 로 중앙영역의 유입이 과농하며, 배기와 분출 공기의 혼합 정도가 낮음으로 인하여 CO 농도분포는 상대적으로 로내 길게 분포하며, 미연분을 완전히 연소시키지 못하고 예열대 입측의 배기구를 통하여 배기되는 큰 문제점이 발생한다.

또한, 도 3b 에서 보이듯이, 버너 분출영역에서 연소반응은 활발하지만, 전체적 화염 영역대가 로폭 방향으로 퍼져나가, 강판 이송경로 방향 및 영역에 고온 유동장 형성이 필요한 실정이다. 즉, 도 1 의 후연소 버너(20, 30)의 노즐분사는 로 내부 전 영역을 커버하지 못하고, 다중 노즐로 인한 분사간섭으로 인하여 미연분 연소가스와 혼합이 제대로 이루어지지 못하여, 소재(S)의 온도읫 상승이 충분하지 못할 뿐만 아니라 폭방향의 편차도 크다는 것은 도 3c 에서 확인할 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예가 도 4 내지 도 7 에 개시되어 있다. 도 4 에는 본 발명의 수평형 연속식 소둔로의 예열대의 일실시예의 사시도가 도시되어 있으며, 도 5 에는 도 4 의 실시예의 평면도가 도시되어 있고, 도 6 에는 도 4 의 A-A 단면도가 도시되어 있으며, 도 7 에는 도 6 의 B 영역의 확대도가 도시되어 있다.

본 발명의 일실시예에서, 예열대 구조는 예열대의 상,하 및 측면을 형성하는 외벽(10)을 포함하며, 강판인 소재(S)의 진행방향에서 일부 구간이 가이드(60)에 의해서 소재(S)의 폭방향으로 복수 개로 구획되며, 이렇게 구획된 공간에 연소 배가스 유동 방향으로 연소용 공기를 분사하는 후연소 버너(50)가 배치된다.

이 실시예에서, 예열대는 사각단면의 작은 연소실 구조로 구획되며, 각 구획의 중앙에 위치한 축대칭의 단공노즐인 후연소 버너(50)가 연소배가스 유동방향으로 공기를 분사함으로써, 소외영역 없이 미연분과 연소용 공기가 혼합이 잘 되도록 하여 미연분 연소를 예열대 구간내에서 로폭 중앙부로 연소장이 형성되도록 한다.

도 4 내지 도 6 에서 보이듯이, 이 실시예에서, 강판인 소재(S)를 기준으로 상측의 예열대는 가이드(60a~60d)에 의해서 소재(S)의 폭방향에서 5개의 공간으로 구분되며, 각 후연소 버너(50a~50e)는 무산화 가열대 측에서 예열대 입구 방향을 향하며, 각 가이드(60a~60d)와 외벽(10) 및 소재(S)에 의해서 구획된 공간으로 연소용 공기를 제공하여 미연분을 연소시킨다.

유사하게 하측의 예열대는 가이드(61a~61d)에 의해서 소재(S)의 폭방향에서 5개의 공간으로 구분되며, 각 후연소 버너(51a~51e, 52a~52e)는 무산화 가열대 측에서 예열대 입구 방향을 향하며, 각 가이드(61a~61d)와 외벽(10) 및 소재(S)에 의해서 구획된 공간으로 연소용 공기를 제공하여 미연분을 연소시킨다.

예열대 상측에서 구획된 공간이 하측에서 구획된 공간보다 크기 때문에, 하측의 구획된 공간에는 상측에 배치된 후연소 버너(50a~50e)보다 많은 수인, 각 공간당 2개의 후연소 버너(51a~51e, 52a~52e)가 배치된다.

도 6 및 도 7 의 소재(S)의 진행방향에 수직방향으로 자른 단면도에서 보이듯이, 가이드(60a~60d)와 외벽(10) 및 소재(S)에 의해서 형성된 단면은 사각형이며, 3차원상에서는 직육면체 형상을 가진다. 단면 상에서 버너(50a~50e)는 단면 중앙부에 위치하게 되며, 중앙부에서 연소용 공기를 분사함으로써, 세분화된 연소실의 단면적 내부 전영역을 커버할 수 있다. 또한, 후연소 버너(50a~50e)로 다공 노즐이 아닌 단공 노즐을 사용함으로서, 분사 간섭을 최소화하며, 그로 인하여 미연분 연소가스와 혼합이 제대로 이루어지지 않는 것을 막는다.

가이드(60a~60d, 61a~61d)의 길이, 즉, 가이드(60a~60d, 61a~61d)의 소재(S)의 진행 방향 길이(l; 도 5 참고)는 적어도 200㎜이상인 것이 바람직한데, 가이드(60a~60d, 61a~61d)의 길이(l)는 가이드에 의해서 구획된 공간의 길이와 같기 때문에, 그 길이가 200㎜를 만족하지 못하면 후연소 버너(50a~50e, 51a~51e, 52a~52e)에 의한 미연분과의 혼합이 충분하지 못하다..

또한, 가이드(60a~60d)와 소재(S) 사이의 거리(d; 도 6 참고))는 20㎜ 이상인 것이 바람직한데, 공간의 구획하면서도 소재(S)의 굴곡에 의한 가이드(60a~60d)의 충돌을 막기 위함이다.

또, 후연소 버너의 분사 영역이 넓은 하측 예열대의 경우에 소재(S)의 폭방향으로는 상측 예열대와 동일하게 5영역으로 구분되나, 혼합이 제대로 이루어지도록 각 영역에는 2개의 후연소 버너(51a~51e, 52a~52e)가 배치되며, 후연소 버너의 높이는 소재(S)와 하부 외벽(10) 사이의 1/3 지점 및 2/3 지점인 것이 바람직하다.

도 7 에서 보이듯이, 후연소 버너(50a~50e)의 위치는 단면 상에서 정중앙인 것이면 바람직하나, 도 7 의 C 영역과 같이, 정중앙이 아니라 약간 벗어난 위치를 포함하는 중앙부에 배치된다면 본 발명이 의도하는 효과를 달성할 수 있다.

도 4 의 후연소 버너를 포함하는 예열대 구조에서 CO 분포, 온도 분포 및 소재 온도가 도 8 에 도시되어 있다.

도 8a 의 CO농도 분포도로로부터 본 발명에 따른 예열로 구조가 향상된 혼합특성 확인이 가능하다. CO농도의 분포로부터 버너 영역에서부터 연소 반응이 전체적으로 균일하게 분포하는 것을 알 수 있다. 즉, 미연분이 예열대 구간에서 완전연소가 이루어지며, 외부로 미연분에 배출되지 않는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 8b 로부터 확인할 수 있듯이, 각 구획된 영역에서 혼합이 잘 이루어져 전체적 화염 영역대가 로폭 방향으로 퍼져나가, 강판 이송경로 방향 및 영역에 고온 유동장이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

그에 따라서, 도 8c 에서 확인할 수 있듯이, 소재의 폭방향 온도 편차가 감소하며, 예열대에서 온도가 상승하는 것을 확인할 수 있다.

이는 도 9 의 그래프를 보면 더 쉽게 확인할 수 있다. 도 9 의 그래프의 경우에 가이드(60a~60d)가 2m~2.23m 구간에 설치되었으며, 종래의 후연소 버너(도 1 참고) 역시 동일 위치에 설치되었다. 도 9 에서 보이듯이, 본 발명에 따른 예열로 구조는 도 1 의 예열로 구조대비 향상된 강판온도 분포를 보이는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 예열로 구조에 따른 후연소 버너 분출 영역에서의 화염대 형성이 승온 속도 향상을 가져왔음을 알 수 있다.

도 8 및 도 9 에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 예열대의 구조는 도 1 과 같은 예열대의 구조에 비하여 미연분과 연소용 공기 혼합이 제대로 이루어질 수 있으며, 그로 인하여 미연분이 외부(스택)로 배기되지 않고, 강판온도의 예열이 향상되는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에서처럼 종래의 큰 사각 연소실을 사각단면의 작은 연소실 구조로 구분하여 중앙에 위치한 축대칭의 단공노즐로 연소배가스 유동방향으로 재설계함으로써 미연분 완전연소 및 그로 인한 강판온도 예열효과를 향상시킬 수 있었다.

도 10 및 11 에는 본 발명의 다른 실시예와 또 다른 실시예의 단면도가 도시되어 있다.

도 10 에서 보이듯이, 본 발명의 다른 실시예는 기본적으로 도4 의 구성과 동일하나, 다른 실시예에서 가이드(60a~e)의 수가 도 4 의 실시예와 다르게 설치될 수 있다. 즉, 도 10 에서는 5개의 가이드가 일정 간격으로 설치되는 것도 가능하며, 도 4 에서와 같이 4 개의 가이드가 일정 간격으로 설치되는 것도 가능하며, 예열대의 폭에 따라서 적정수가 설치될 수 있다.

또한, 도 10 의 실시예에서는 하측 예열대와 상측 예열대의 구획된 공간에 동일한 수의 후연소 버너(501a~50f, 51a~51f)가 배치된다. 즉, 고른 혼합을 야기할 수 있다면, 하측 예열대의 구획된 공간에 반드시 많은 수의 후연소 버너가 배치되지 않는 것도 가능하다.

도 11 에서 보이듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 도 4 나 도 10 의 실시예와 다르게 가이드(60a~60d)가 소재(S)의 폭방향을 따라서 다른 간격으로 설치된다. 도 11 의 또 다른 실시예의 경우에 가이드(60a~60d)의 배치를 제외하고는 도 4 의 실시예와 동일하다.

즉, 본 발명은 가이드(60a~60d)의 간격이 동일한 것을 필수적으로 하지 않으며, 미연분과 후연소 버너(50a~50e)의 연소용 공기와 혼합이 잘 이루어질 수 있도록 가이드(60a~60d)의 간격을 조절하는 것도 가능하다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 변경될 수 있음은 물론이다.

10: 외벽 50a~50f: 상측 후연소 버너
51a~51f: 하측 후연소 버너 52a~52e: 하측 후연소 버너
60a~60e, 61a~61e: 가이드 S: 소재

Claims (11)

1. 소재를 둘러싸는 외벽을 가지는 소둔로의 예열대 구조로서,
   소재의 진행방향에서 일부 구간이 소재의 폭방향으로 복수 개로 구획되며,
   구획된 공간에 연소 배가스 유동 방향으로 연소용 공기를 분사하는 후연소 버너를 포함하는 특징으로 하는 예열대 구조.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   소재의 상방과 하방 중 적어도 일측에 폭방향으로 이격되어 배치되는 복수 개의 가이드를 더 포함하며,
   상기 가이드, 외벽 및 소재의 조합에 의해서 예열대의 공간이 구획되며,
   상기 가이드와 가이드 사이에 적어도 하나의 상기 버너가 배치되는 것을 특징으로 하는 예열대 구조.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 가이드는 소재의 진행방향으로 적어도 200㎜의 길이를 가지도록 연장되며,
   상기 버너는 소재의 진행방향에 수직한 방향에서 상기 구획된 공간의 단면상에서 중앙부에 위치하는 것을 특징으로 하는 예열대 구조.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 구획된 공간은 소재의 진행방향에 수직한 방향으로의 단면에서 소재의 연장면, 상기 외벽 및 상기 가이드에 의해서 각각 사각형 형상을 가지며
   통과하는 소재 위에서 구획된 공간의 단면적이 소재 아래에서 구획된 공간의 단면적 보다 작은 것을 특징으로 하는 예열대 구조.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   소재 아래에서 구획된 공간에 소재 위에서 구획된 공간 보다 더 많은 수의 버너가 배치되는 것을 특징으로 하는 예열대 구조
   
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 가이드는 소재로부터 20㎜ 이상 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 예열대 구조.
   
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 버너는 소재의 진행방향에 수직한 방향에서 상기 구획된 공간의 단면상에서 중앙부에 위치하며, 축 대칭의 단공 노즐을 가지는 것을 특징으로 하는 예열대 구조
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 가이드는 소재 출측에 인접하여 배치되며,
   상기 버너는 소재의 진행방향에 대해서 소재 출측에 가까운 가이드 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 예열대 구조.
   
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 가이드 사이의 간격은 폭 방향 최외측 가이드와 외벽과의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 예열대 구조.
   
10. 제 2 항에 있어서,
    상기 구획된 공간은 직육면체 형상을 가지며,
    상기 버너는 예열로의 출측에서 입측으로 상기 연소용 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 예열대 구조.
    
11. 수평형 연속식 소둔로로
    제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 예열대 구조로 형성된 예열대; 및
    상기 예열대에 연결되며, 상기 예열대를 통과한 소재를 무산화 가열하는 무산화 가열대를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평형 연속식 소둔로.
    

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