KR102307682B1 - 가열 장치 및 가열 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용강을 수강할 용기 내부를 가열하는 방법으로서, 용기의 상부에서 화염을 발생시키는 과정 및 용기의 하부로 산소를 취입하는 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 가열 장치 및 가열 방법에 의하면, 용기의 상부에서 화염을 발생시키는 동안, 용기의 하부를 통해 내부로 산소를 취입한다. 이때, 용기 내부로 취입된 산소의 이동 흐름에 의해 용기 내부의 열이 순환되며, 이로 인해 용기 내부에 열이 균일하게 퍼져 용기 내부를 균일하게 가열시킬 수 있다.

Description

가열 장치 및 가열 방법{HEATING APPARATUS AND HEATING METHOD}

본 발명은 가열 장치 및 가열 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용기의 가열 시간을 단축시킬 수 있는 가열 장치 및 가열 방법에 관한 것이다.

전로에서 용강의 성분 농도를 제어하는 정련이 종료되면, 전로로부터 용강을 출강시킨다. 그리고, 전로에서 출강된 용강은 래들로 수강된 후 다음 조업으로 이송된다. 그런데 용강이 래들로 장입되어 후속 조업으로 이동되는 동안, 래들 내 온도가 하락할 수 있다. 이러한 용강의 온도 하락은 후속 조업 지연 또는 제품의 불량을 야기시키는 요인이 될 수 있다.

따라서, 전로로부터 출강된 용강을 수강하기 전 래들을 가열하여 승온시키는 작업이 실시된다. 즉, 래들의 상측 개구와 마주보도록 커버를 배치한 후, 커버에 설치된 버너를 동작시키고, 상기 버너로 연료 가스를 공급한다. 이에, 연료 가스가 연소되면서 버너의 하부로 화염이 발생되며, 이 화염의 열에 의해 래들 내부가 가열된다.

그런데, 화염의 열로 래들 내부를 가열시키는 방식은, 래들 내부가 불균일하게 가열되는 문제가 있다. 또한, 래들의 상부로부터 열이 내려오기 때문에, 래들의 바닥까지 가열되기에는 긴 시간이 소요되며, 이에 따라 연료 가스의 사용량이 과다하게 증대되는 문제가 있다.

한국등록특허 KR0561064

본 발명은 용기의 가열 시간을 단축시킬 수 있고, 용기 내부를 균일하게 가열시킬 수 있는 가열 장치 및 가열 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예는 용강을 수강할 용기 내부를 가열하는 방법으로서, 용기의 상부에서 상기 용기의 내부를 향해 화염을 발생시키는 과정; 및 상기 용기의 하부로 산소를 취입하는 과정;을 포함한다.

상기 용기의 상부에서 발생된 화염이 상기 용기 내 하측을 향해 분사되는 과정; 상기 용기의 하부로 취입된 산소가 상기 용기 내 상측을 향해 분사되는 과정; 및 상기 용기 내 상측을 향해 분사된 산소가 상기 화염에 의해 가열된 상기 용기 내 기체를 순환시키는 과정;을 포함한다.

상기 용기의 상부에서 화염을 발생시키는 과정은, 상기 용기의 상부에 설치된 버너를 동작시키는 과정; 및 상기 버너로 연료 가스를 공급하는 과정;을 포함하고, 상기 용기의 하부로 산소를 취입하는데 있어서, 상기 연료 가스의 공급량의 0.03 내지 0.1 비율로 상기 산소를 취입하는 것이 바람직하다.

상기 용기의 하부로 산소를 취입하는데 있어서, 상기 연료 가스의 공급량의 0.04 내지 0.07 비율로 상기 산소를 취입하는 것이 바람직하다.

상기 용기의 하부로 산소를 취입하는 과정에 있어서, 커버 부재의 하부면과 상기 용기의 상단 사이에 틈을 가지도록, 상기 커버 부재를 상기 용기의 상측 개구와 마주보도록 배치된다.

상기 용기의 상부에서 화염을 발생시키는 과정 전에, 상기 용기를 지지 장치 상에 지지시키는 과정을 포함하고, 상기 지지 장치 상으로의 상기 용기 지지 여부에 따라, 상기 용기의 하부에 마련된 노즐의 연통 여부가 조절된다.

본 발명의 실시예에 따른 가열 장치는, 일 방향으로 이격되어 나열 배치되며, 각각의 상부에 가열하고자 하는 용기의 적어도 일부가 지지되는 지지대; 상기 용기의 상측에서, 수평 방향 위치 및 높이 조절이 가능하도록 이동 가능한 커버 부재; 상기 커버 부재를 상하 방향으로 관통하도록 설치되어, 상기 용기의 내부 방향으로 화염을 발생시키는 버너; 및 상기 용기의 하부를 관통하도록 마련된 노즐을 통해 상기 용기의 내부로 산소를 공급하는 산소 이송관;을 포함한다.

상기 용기는, 하부에 노즐이 마련된 본체, 상기 본체의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출 형성된 돌출부 및 적어도 일부가 상기 돌출부 내에 설치되며, 일단이 상기 노즐과 연결된 가스 공급관을 포함하고, 일면이 상기 용기의 돌출부가 지지되는 상기 지지대의 상부면으로 노출되도록 상기 지지대 내에 설치되며, 상기 돌출부가 상기 지지대의 상부면에 지지될 때 상기 공급관과 상기 산소 이송관이 연결되도록 동작되는 커플러를 포함한다.

상기 지지대의 상부에는 내측으로 함몰된 형상이며, 상기 돌출부의 삽입이 가능한 안착홈이 마련되며, 상기 돌출부가 상기 안착홈의 바닥면 상에 지지된다.

상기 커플러의 일면이 상기 안착홈의 바닥면으로 노출되도록 설치된다.

상기 지지대의 상하 방향 길이는 상기 용기의 돌출부로부터 상기 본체 하부면 사이의 길이에 비해 큰 가열 장치.

상기 지지대를 고정 설치하는 고정대를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 가열 장치 및 가열 방법에 의하면, 용기의 상부에서 화염을 발생시키는 동안, 용기의 하부를 통해 내부로 산소를 취입한다. 이때, 용기 내부로 취입된 산소의 이동 흐름에 의해 용기 내부의 열이 순환되며, 이로 인해 용기 내부에 열이 균일하게 퍼져 용기 내부를 균일하게 가열시킬 수 있다.

또한, 용기로 공급된 산소가 연료 가스의 연소를 돕는 산화제로서 작용되며, 이에 연소 가스의 연소가 촉진된다. 따라서, 화염의 온도가 보다 상승되는 효과가 있고, 이로 인해 용기 내부를 목표 온도까지 빠른 속도로 가열시킬 수 있다.

또한, 용기 내부의 승온 속도가 빨라짐에 따라 대기 중 질소를 가열하는 열손실을 줄일 수 있다. 그리고, 연료 가스의 사용량을 줄여, 연료 가스로 인한 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 용기 및 본 발명의 실시예에 따른 가열 장치를 나타낸 정면도이다
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가열 장치의 지지 장치 상에 용기가 안착된 상태를 나타낸 입체도이다.
도 4는 용기 및 본 발명의 실시예에 따른 지지 장치 및 지지 장치 상에 안착된 용기를 나타낸 측면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 커플러의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일`한유 요소를 지칭한다.

본 발명은 용기의 가열 속도를 향상시킬 수 있는 가열 장치 및 가열 방법에 관한 것이다.

도 1 및 도 2는 용기 및 본 발명의 실시예에 따른 가열 장치를 나타낸 정면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가열 장치의 지지 장치 상에 용기가 안착된 상태를 나타낸 입체도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시에 따른 가열 장치는 가열하고자 하는 용기(100)를 지지하는 지지 장치(1100)(도 3), 용기(100) 내부를 가열하는 조업시에 용기(100) 내 하부로 산소를 공급하는 산소 공급부(1200) 및 용기(100) 내부를 가열하기 위한 화염을 발생시키는 버너(1420)를 구비하며, 용기(100) 상측 개구의 커버가 가능한 커버 장치(1400)를 포함한다.

또한, 가열 장치(1000)는 산소 공급부(1200)로 산소를 제공하는 산소 저장부(1300), 커버 장치(1400)를 용기로부터 멀어지거나 가깝게 이동시키는 커버 이동 장치(1600) 및 화염 발생을 위해 버너(1420)로 연료 가스를 공급하는 연료 가스 공급부(1500)를 포함한다.

먼저, 가열하고자 하는 대상물인 용기(100)에 대해 설명한다.

용기(100)는 내부에 용융물의 수용이 가능하도록 내부 공간을 가지며, 상측이 개방된 형상이다. 실시예에 따른 용기(100)는 제철 조업에서 용선 또는 용강을 수강되는 래들(ladle)일 수 있다.

이러한 용기(100)는 내부 공간을 가지며, 하부에 가스의 취입이 가능한 노즐(140a, 140b)이 마련된 본체(110) 및 노즐(140a, 140b)로 가스를 공급하는 가스 공급관(150a, 150b)을 포함한다.

또한, 용기(100)는 본체(110)의 외측면으로부터 외측으로 돌출 형성되며, 상호 대칭을 이루도록 배치된 한 쌍의 걸림부(120) 및 한 쌍의 걸림부(120)의 하측에서 본체(110) 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출 형성되며, 본체(110)의 외주면을 따라 또는 둘레 방향으로 연장 형성된 돌출부(130)를 포함할 수 있다.

본체(110)는 고온의 용강 처리가 용이한 내열성의 특성을 가지도록 내화물을 포함하는 재료로 제조된다. 보다 구체적으로, 본체(110)는 외관을 형성하는 철피 및 내화물을 포함하는 벽돌을 철피의 내측면에 축조하여 형성한 연와를 포함할 수 있다.

노즐(140a, 140b)은 본체(110) 하부 바닥의 일부를 상하 방향으로 관통하도록 형성될 수 있다. 노즐(140a, 140b)은 가스를 통과시킬 수 있는 유로를 가지는 구성으로 예컨대, 다공성의 내화물을 포함하는 플러그 타입(plug type)일 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 노즐(140a, 140b)은 배관을 본체 하부에 삽입시켜 마련할 수도 있다.

이러한 노즐(140a, 140b)은 한 쌍으로 마련될 수 있고, 본체(110)의 폭 방향 또는 직경 방향의 중심을 기준으로 대칭되게 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 한 쌍의 노즐(140a, 140b)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일 방향 예컨대, X 축 방향으로 나열 배치될 수 있다.

한 쌍의 걸림부(120)는 용기(100)를 이동시키는 수단과 체결 또는 연결될 수 있는 수단이다. 보다 구체적으로 한 쌍의 걸림부(120)는 용기(100)를 이동시키는 수단인 크레인 장치의 후크(hook)와 체결 또는 걸릴 수 있는 수단일 수 있다.

돌출부(130)는 용기(100)가 후술되는 가열 장치(1000)의 지지 장치(1100) 상에 안착 가능하도록 하는 수단이다. 이러한 돌출부(130)는 상술한 바와 같이 본체(110)의 외주면으로부터 외측으로 돌출되고, 본체(110)의 외주면 또는 둘레 방향을 따라 연장된 형상일 수 있다.

또한, 돌출부(130)의 연장 방향에서 지지 장치(1100) 상에 안착되는 영역의 하부면은 다른 영역에 비해 하부로 더 돌출된 형상일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 돌출부(130)는 한 쌍의 걸림부(120)의 하측에서 본체(110) 외주면으로부터 외측으로 돌출되며, 본체(110)의 외주면을 따라 또는 둘레 방향으로 연장 형성된 제 1 돌출 부재(131) 및 각각이 제 1 돌출 부재(131)의 하부면으로부터 하측으로 돌출되도록 연장 형성되며, 상호 마주보도록 배치된 한 쌍의 제 2 돌출 부재(132)를 포함한다.

가스 공급관(150a, 150b)은 본체(110)의 하부에 마련된 노즐(140a, 140b)로 가스를 공급하는 수단으로, 가스 공급관(150a, 150b)은 일단이 후술되는 지지대(1110a, 1110b)에 마련된 커플러(1120a, 1120b)와 연결될 수 있고, 타단이 노즐(140a, 140b)에 연결된다. 이러한 가스 공급관(150a, 150b)은 적어도 일부가 돌출부(130) 내부에 매설되도록 마련될 수 있다.

보다 구체적으로, 가스 공급관(150a, 150b)은 일부가 돌출부(130) 내부에 위치하고, 다른 일부가 용기(100) 외부에 위치하며, 나머지가 본체(110)의 하부로 삽입되어 노즐(140a, 140b)과 연결되는 구조일 수 있다. 다른 말로 설명하면, 가스 공급관(150a, 150b)은 돌출부(130) 내부에 위치하도록 마련되어, 일단이 돌출부(130)의 하부면 보다 구체적으로 제 2 돌출 부재의 하부면으로 노출되도록 마련된 제 1 공급관(151), 용기(100)의 외부에 위치되어 일단이 제 1 공급관(151)에 연결된 제 2 공급관(152) 및 일단이 제 2 공급관(152)에 연결되고 타단이 노즐(140a, 140b)에 연결된 제 3 공급관(153)을 포함하는 구성일 수 있다. 여기서 제 1 공급관(151)의 일단은 후술되는 커플러(1120a, 1120b)를 구성하는 배관(1122)과 연결되는 부분으로, 상기 배관(1122)에 비해 그 직경이 크도록 마련될 수 있다.

그리고, 이러한 가스 공급관(150a, 150b)은 한 쌍의 노즐(140a, 140b)과 각기 연결되도록 한 쌍으로 마련될 수 있다.

도 4는 용기 및 본 발명의 실시예에 따른 지지 장치 및 지지 장치 상에 안착된 용기를 나타낸 측면도이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 커플러의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 가열 장치(1000)는 용기(100) 내 상부에서 화염을 발생시키고, 용기(100) 내 하부에서는 산소를 취입하여 용기(100) 내부를 가열시키는 장치이다. 용기(100) 내 하부로 취입된 산소는 용기(100) 내부의 열을 순환시켜 용기(100) 내부가 균일하게 가열될 수 있도록 한다. 또한, 취입된 산소는 화염 발생을 위해 버너(1420)로 공급되는 연료 가스의 연소를 촉진시켜 화염의 온도를 높이고, 이에 따라 용기 내부를 빠른 시간에 승온시킬 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 가열 장치의 각 구성에 대해 설명한다.

지지 장치(1100)는 가열 또는 건조시키기 위한 용기(100)를 지지하는 장치이다. 실시예에 따른 지지 장치(1100)는 각각이 한 쌍의 노즐(140a, 140b)의 배치 방향(X 축 방향)으로 연장 형성되며, 한 쌍의 노즐(140a, 140b)의 배치 방향과 교차하는 방향(이하, Y 축 방향)으로 나열 배치된 한 쌍의 지지대(1110a, 1110b) 및 한 쌍의 지지대(1110a, 1110b) 중 어느 하나에 마련되어, 용기(100)가 지지대(1110a, 1110b) 상에 안착될 때, 용기(100)의 가스 공급관(150a, 150b)과 산소 공급부(1200) 간을 연통 또는 연결시키는 커플러(1120a, 1120b)를 포함한다.

또한, 지지 장치(1100)는 한 쌍의 지지대(1110a, 1110b)를 조업장 바닥 또는 구조물 상에 고정시키는 고정대를 포함할 수 있다. 고정대는 특별히 한정되지 않으며, 한 쌍의 지지대(1110a, 1110b) 각각을 조업장 바닥 또는 구조물 상에 고정시킬 수 있는 클램핑 장치등과 같은 다양한 수단이 적용될 수 있다.

이하에서는 한 쌍의 지지대(1110a, 1110b) 중, 커플러(1120a, 1120b)가 설치되는 지지대를 제 1 지지대(1110a), 나머지 하나의 지지대를 제 2 지지대(1110b)로 명명한다.

제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b) 각각은 상술한 바와 같이 한 쌍의 노즐(140a, 140b)의 배치 방향으로 연장되고, 소정의 높이를 가지는 판(plate) 형상일 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b) 각각의 상부에는 용기(100)의 제 2 돌출 부재(132)가 삽입 또는 수용될 수 있는 안착홈(1112)이 마련될 수 있다. 즉, 안착홈은 지지대(1110a, 1110b)의 상부로부터 내측으로 함몰된 형상으로 마련될 수 있다. 이에, 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b) 각각의 상부면(1111)은 높이 단차를 가지는 형상일 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b) 각각의 상부면(1111)은 용기(100)의 제 1 돌출 부재(131) 하부면과 평행하는 제 1 면(1111a), 제 1 면(1111a) 또는 용기(100)의 제 2 돌출 부재(132) 하부면과 평행하며, 상기 제 1 면(1111a)에 비해 높이가 낮은 제 2 면(1111b), 제 1 면(1111a)과 제 2 면(1111b)을 연결하는 제 3 면(1111c)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 면(1111b)과 제 3 면(1111c)에 의해 구획된 공간이 안착홈(1112)이며, 제 1 면(1111a)은 안착홈(1112)의 외측 표면에 해당한다.

이러한 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 그 하부가 조업장 바닥 또는 구조물 상에 고정되고, 상부에는 용기(100)의 돌출부(130)가 안착, 지지된다. 즉, 지지대(1110a, 1110b)의 상부면 중 제 1 면(1111a)에 용기(100)의 제 1 돌출 부재(131) 하부면이 안착되고, 안착홈(1112) 내에 용기(100)의 제 2 돌출 부재(132)가 삽입되어, 안착홈(1112)의 바닥면 즉, 제 2 면(1111b) 상에 제 2 돌출 부재(132)의 하부면이 안착된다. 이에, 용기(100)의 돌출부(130)가 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b) 상에 거치되는 형태로 지지 장치에 지지된다.

상술한 바와 같은 안착 구조는, 안착홈(1112)의 깊이, 제 2 돌출 부재(132)의 상하 길이(또는 돌출 길이) 중 적어도 하나를 조절함으로써 제어 가능하다.

제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b) 상에 용기(100)의 돌출부(130)가 안착될 때, 용기(100)의 바닥면이 상기 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b)의 하부가 고정 설치된 조업장 바닥 또는 구조물과 이격되도록 한다. 다른 말로 하면, 용기(100)의 바닥면이 부상되도록 지지 장치(1100) 상에 지지된다. 이를 위해, 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b)의 상하 방향 길이 즉, 높이는 용기(100)의 돌출부(130)로부터 용기(100)의 하부면 사이의 길이에 비해 크도록 마련된다. 보다 구체적으로, 지지대(1110a, 1110b) 상부면 중 제 1 면(1111a)과 하부면 사이의 길이가 용기(100)의 제 1 돌출 부재(131) 하부면과 본체(110) 하부면 사이의 길이에 비해 길도록 마련된다.

이렇게, 용기(100)의 바닥면이 부상되도록 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b) 상에 안착 또는 거치시키는 것은, 용기(100)가 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b) 상에 안착될 때, 용기(100)로부터 지지대(1110a, 1110b)에 가해지는 하중에 의해 제 1 지지대(1110a)에 마련된 커플러(1120a, 1120b)가 동작되도록 하기 위함이다.

산소 공급부(1200)는 용기(100)의 노즐(140a, 140b)로 산소를 공급하는 수단으로, 일단이 산소 저장부(1300)에 연결되고 타단이 노즐(140a, 140b)에 연결된다. 보다 구체적인 예로, 산소 공급부(1200)는 각각이 제 1 지지대(1110a) 내부에 설치되어 한 쌍의 커플러(1120a, 1120b)와 각기 연결된 한 쌍의 산소 이송관(1210a, 1210b) 및 한 쌍의 산소 이송관(1210a, 1210b)을 산소 저장부(1300)에 각기 연결하는 연결관(1220)을 포함한다. 즉, 한 쌍의 산소 이송관(1210a, 1210b)은 연결관(1220)으로부터 분기된 형상일 수 있다.

커플러(1120a, 1120b)는 제 1 지지대(1110a) 내부에 마련되어, 용기(100)의 돌출부(130)에 마련된 제 1 공급관(151)과 산소 이송관(1210a, 1210b)을 연통 또는 연결시킨다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 커플러(1120a, 1120b)는 제 1 지지대(1110a)의 안착홈(1112)의 바닥면 즉, 제 2 면(1111b)의 하측에 위치하도록 제 1 지지대(1110a) 내부에 설치된 몸체(1121), 일부가 몸체(1121) 내부에 수용되도록 위치되며, 일단이 산소 이송관(1210a, 1210b)과 연결되고, 타단이 몸체(1121) 및 제 2 면(1111b)의 외측으로 돌출 형성된 배관(1122), 배관(1122)의 외주면을 둘러 싸도록 설치되며, 승하강 가능한 이동체(1123) 및 일단이 이동체(1123)에 연결되고 타단이 몸체(1121) 내 하부에 연결되며, 이동체(1123)이 하강 및 상승이 가능하도록 탄성력 및 복원력을 가지는 스프링을 포함한다.

이하 도 5 및 도 6을 참조하여 커플러의 동작에 대해 설명한다.

제 1 지지대(1110a) 상에 용기(100)의 돌출부(130)가 안착되기 전 상태일 때, 도 5에 도시된 바와 같이 커플러(1120a, 1120b)의 이동체(1123)가 안착홈(1112)의 바닥면(제 2 면(1111b))의 상측으로 돌출된 상태이다.

이후, 도 6에 도시된 바와 같이 용기(100) 돌출부(130)의 제 2 돌출 부재(132)가 제 1 지지대(1110a)에 마련된 안착홈(1112) 내에 수용되도록 삽입되어, 상기 제 2 돌출 부재(132)가 커플러(1120a, 1120b)의 이동체(1123) 상에 접촉되며, 그 하중이 이동체(1123)로 전달된다. 이에, 커플러(1120a, 1120b)의 이동체(1123)가 하측으로 하강하며, 이때 이동체(1123)는 안착홈(1112) 바닥면으로 돌출되지 않도록 하강된다.

이렇게 용기(100)의 제 2 돌출 부재(132)가 안착홈(1112)으로 삽입되어 상기 제 2 돌출 부재(132)가 이동체(1123)를 누르고 있는 상태일 때, 도 6에 도시된 바와 같이 커플러(1120a, 1120b) 배관(1122)의 타단은 제 1 공급관(151) 일단의 내부로 삽입되게 된다. 이에, 용기(100)의 돌출부(130)에 마련된 제 1 공급관(151)과 커플러(1120a, 1120b)의 배관(1122)이 상호 연통된다. 따라서, 산소 이송관(1210a, 1210b)으로부터 제공된 산소는 커플러(1120a, 1120b)의 배관(1122)을 통해 제 1 공급관(151)으로 공급된다. 이후 산소는 제 2 공급관(152) 및 제 3 공급관(153)을 거쳐 노즐(140a, 140b)로 공급된다.

이렇게 노즐(140a, 140b)로 산소를 취입시키는데 있어서, 연료 가스의 공급량의 0.03 내지 0.1, 바람직하게는 0.04 내지 0.07의 비율로 취입한다.

한편, 예를 들어 산소 취입량이 연료 가스 공급량의 0.03 미만인 경우 산소에 의한 용기 내부의 균일 가열, 연료 가스의 연소 촉진 효과가 미미하다. 그리고, 산소 취입량이 연료 가스 공급량의 1.0을 초과하는 경우, 연료 가스의 연소가 과도하게 일어나 화염의 온도가 과도하게 빠른 속도로 온도가 올라 폭발의 위험성이 있다. 또한, 화염의 온도가 너무 높은 경우 용기를 구성하는 내화물이 손상될 수 있다.

커플러(1120a, 1120b)는 상술한 예에 한정되지 않고, 용기(100)의 돌출부(130)가 제 1 지지대(1110a) 상에 안착되었을 때, 돌출부(130)에 마련된 제 1 공급관(151)과 커플러(1120a, 1120b)의 배관(1122)이 연결 또는 연통될 수 있는 다양한 형태로 마련될 수 있다.

커버 장치(1400)는 용기(100)의 상측 개구의 커버가 가능한 커버 부재(1410) 및 커버 부재(1410)에 장착된 버너(1420)를 포함한다. 또한, 커버 장치(1400)는 커버 부재(1410)의 상부에 장착되며, 후술되는 커버 이동 장치(1600)와 체결 또는 연결되는 체결부(이하, 제 1 체결부(1430))를 포함한다.

커버 부재(1410)는 본체(110)의 횡단면의 형상과 대응하는 형상으로 마련될 수 있고, 본체(110)의 횡단면 면적과 같거나 그보다 크도록 마련될 수 있다.

버너(1420)는 화염을 발생시켜 용기(100)를 가열시키기 위한 것으로, 외부로부터 인가되는 전원에 의해 고압 방전으로 점화하는 점화 플러그(미도시)를 구비하는 수단일 수 있다. 버너(1420)의 점화 플러그에 고전압이 인가되고, 후술되는 연료 가스 공급부(1500)로부터 버너(1420) 내로 연료 가스가 공급되면, 연료 가스가 연소됨에 따라 화염이 발생된다.

연료 가스 공급부(1500)는 버너(1420)로 공급할 연료 가스가 저장된 연료 가스 저장부(1510) 및 일단이 연료 가스 저장부(1510)에 연결되고, 타단이 버너(1420)에 연결된 연료 가스 이송관(1520)을 포함한다.

연료 가스 저장부(1510)에 연료 가스는 코크스를 열처리 또는 코크스를 건조시키는 코크스 오븐(coke oven)에서 발생된 가스(이하, COG 가스) 및 LNG 가스 중 적어도 하나가 저장될 수 있다.

연료 가스 이송관(1520)은 연료 가스 저장부(1510)의 연료 가스를 버너로 공급하는 수단으로, 플랙서블(flexible)한 배관 즉, 호스일 수 있다.

커버 이동 장치(1600)는 커버 장치(1400)가 용기(100)의 상측 개구와 마주보도록 용기(100)와 가깝게 이동시키거나, 용기(100)로부터 멀어지게 이동시키는 수단이다.

실시예에 따른 커버 이동 장치(1600)는 일단이 커버 부재(1410)와 연결되어, 수평 이동 및 높이 조절이 가능한 샤프트(1610), 샤프트(1610)를 이동 동작시키는 구동부(1620) 및 샤프트(1610)에 장착되어 커버 부재(1410)에 설치된 제 1 체결부(1430)와 체결되는 체결부(이하, 제 2 체결부(1630))를 포함한다.

실시예에 따른 샤프트(1610)는 일 방향으로 연장 형성된 바(bar) 형상이며, 지지 장치(1100)가 위치된 방향으로 하향 경사진 형태일 수 있다.

구동부(1620)는 와이어(1623)의 풀림 및 감김 동작을 통해 샤프트(1610)를 이동시키는 수단일 수 있다. 보다 구체적으로 구동부(1620)는 샤프트(1610)에 이동 구동력을 제공하는 구동체(1622), 일단이 구동체(1622)에 연결되고 타단이 샤프트(1610)에 연결되며, 상기 구동체(1622)에 감기거나 풀림이 가능한 와이어(1623), 샤프트(1610)의 적어도 일부의 수용이 가능하도록 내부 공간을 가지는 하우징(1621) 및 하우징(1621) 내부에서 샤프트(1610)의 후방에 위치하도록 설치되어 회전 가능한 도르래(1624)를 포함한다.

구동체(1622)는 회전 동작에 의해 와이어(1623)를 감거나, 감겨져 있는 와이어(1623)를 푸는 수단으로, 예컨대 회전 동작이 가능한 윈치(winch)일 수 있다. 그리고 구동체(1622)에는 회전 동력을 인가하는 모터가 연결될 수 있다.

도르래(1624)는 복수개로 마련될 수 있고, 복수의 도르래(1624)는 샤프트(1610)의 후방에 해당하는 하우징(1621)의 내부에서 일 방향으로 나열 배치될 수 있다.

와이어(1623)는 상술한 바와 같이 일단이 구동체(1622)에 연결되고 타단이 샤프트(1610)에 연결되는데, 와이어(1623) 중 구동체(1622)와 샤프트(1610) 사이 영역은 하우징(1621) 내부를 통과하도록 삽입되어 샤프트(1610)와 연결될 수 있다. 그리고, 하우징(1621) 내부에 삽입된 와이어(1623)는 상기 하우징(1621) 내부에 설치된 복수의 도르래(1624) 상에 지지될 수 있다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 구동체(1622)에 의한 커버 장치(1400)의 이동을 설명한다. 이때, 지지 장치(1100) 상에 용기(100)가 지지된 상태를 예를 들어 설명한다.

구동체(1622)를 회전 예컨대 반시계 방향으로 회전시키면, 구동체(1622)에 와이어(1623)가 감긴다. 구동체(1622)에 와이어(1623)가 감기면, 샤프트(1610)가 구동체(1622)가 위치된 방향 또는 용기(100)와 반대 방향으로 당겨지게 되며(후진), 이에 샤프트(1610)에 연결된 커버 장치(1400)가 용기와 멀어지는 방향으로 후진 이동한다.

또한, 샤프트(1610)가 용기(100) 방향으로 하향 경사지도록 배치되어 있기 때문에, 샤프트(1610)가 용기(100)와 멀어지는 방향으로 당겨지면, 커버 장치(1400)와 연결된 샤프트(1610) 타단의 높이가 당겨지기 전에 비해 높아진다. 이에, 샤프트(1610)가 용기(100)와 멀어지도록 당겨지면, 커버 장치(1400)가 용기(100)의 수평 방향으로 이동하여 멀어질 뿐만 아니라, 그 높이도 상승한다.

반대로, 구동체(1622)를 반대 방향으로 회전 예컨대 시계 방향으로 회전시키면, 구동체(1622)에 감겨진 와이어(1623)가 풀린다. 구동체(1622)로부터 와이어(1623)가 풀리는 동작에 의해 샤프트(1610)가 구동체(1622)와 반대 방향 또는 용기(100)가 위치된 방향으로 전진하게 되며, 이에 샤프트(1610)에 연결된 커버 장치(1400)가 용기(100)와 가까워지도록 전진 이동한다.

이렇게, 샤프트(1610)가 용기(100)와 가까워지게 전진 이동하면, 커버 장치(1400)와 연결된 샤프트(1610) 타단의 높이가 전진 이동 전에 비해 낮아진다. 이에, 샤프트(1610)가 용기(100)와 가까워지도록 전진 이동하면, 커버 장치(1400)가 용기(100)의 수평 방향뿐만 아니라, 하측으로도 이동하여 그 높이가 낮아진다.

커버 이동 장치(1600)는 상술한 예에 한정되지 않고, 커버 장치(1400)를 용기(100)와 가깝거나 멀어지도록 이동시킬 수 있는 다양한 수단의 적용이 가능하다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 가열 장치를 이용하여 용기를 가열시키는 방법을 설명한다. 여기서, 용기(100)는 전로로부터 출강되는 용강을 수강할 래들일 수 있다.

먼저, 빈 용기(100)를 지지 장치(1100) 상에 안착시킨다. 즉, 용기(100)의 돌출부(130)를 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b) 상에 안착시킨다. 보다 구체적으로, 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b) 각각의 상부면 중 제 1 면(1111a)에 용기(100) 제 1 돌출 부재(131)의 하부면을 안착시키고, 안착홈(1112)의 바닥면 즉, 제 2 면(1111b)에 제 2 돌출 부재(132)의 하부면을 안착시킨다. 이에, 제 1 지지대(1110a)와 제 2 지지대(1110b) 사이에 용기(100)의 본체(110)가 위치되도록 안착된다. 그리고 이때 용기(100)의 바닥면은 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b)의 하부가 고정 설치된 조업장 바닥 또는 구조물과 이격되도록 안착된다.

이렇게 제 2 돌출 부재(132)가 안착홈(1112) 내에 삽입되도록 용기가 제 1 및 제 2 지지대(1100a, 1100b) 상에 안착되면, 커플러(1120a, 1120b)가 동작되며, 이에 제 2 돌출 부재(132)에 마련된 제 1 공급관(151)과 커플러(1120a, 1120b)의 배관(1122)이 상호 연결 또는 연통된다.

그리고, 제 1 및 제 2 지지대(1110a, 1110b) 상에 용기(100)가 안착되면, 먼저 도 1에 도시된 바와 같이 커버 장치(1400)를 대기 위치에 놓은 상태에서 화염을 발생시킨다. 여기서, 커버 장치(1400)의 대기 위치란, 용기(100)의 상측에서 커버 부재(1410)의 폭방향 중심이 용기(100)의 폭방향 중심과 일치하지 않은 상태인 위치일 수 있다. 보다 구체적으로는 커버 부재(1410)의 횡단면의 면적 중 1/2 이상이 용기(100)의 외측에 위치되는 상태일 수 있다.

커버 장치(1400)가 대기 위치에 위치되면, 버너(1420)를 동작시키고, 상기 버너(1420)로 연료 가스 예컨대 COG 및 LNG 가스 중 적어도 하나를 공급한다. 그리고 버너로 전원을 공급하여 고압 방전이 일어나면, 연료 가스가 연소되며, 이에 따라 화염이 발생된다.

화염이 발생되면, 커버 이동 장치(1600)를 동작시켜 커버 장치(1400)가 용기(100)와 가까워지도록 이동시킨다. 즉, 구동체(1622)를 시계 방향으로 회전시켜, 상기 구동체(1622)에 감긴 와이어(1623)를 푼다. 이에, 샤프트(1610)가 구동체(1622)와 반대 방향 또는 용기(100)가 위치된 방향으로 전진하며, 이에 따라, 샤프트(1610)에 연결된 커버 장치(1400)가 용기(100) 가까워지는 방향으로 이동한다. 이때, 샤프트(1610)가 용기(100) 방향으로 하향 경사지도록 배치되어 있기 때문에, 샤프트(1610)가 용기(100)와 가까워지도록 전진 이동하면, 전진 이동하기 전에 비해 샤프트(1610)의 타단의 높이가 낮아진다. 따라서, 샤프트(1610)가 용기(100)와 가까워지도록 전진 이동하면, 상기 샤프트(1610)에 연결된 커버 장치(1400)가 수평 방향으로 상기 용기(100)와 가까워질뿐만 아니라, 그 높이도 하강하여 용기(100)와의 상하 이격 거리가 줄어든다.

이렇게 커버 이동 장치(1600)를 동작시켜 커버 장치(1400)가 용기(100)와 가까워지도록 이동시키는데 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이 커버 부재(1410)가 용기(100)의 상측 개구와 마주보도록 이동시킨다. 보다 구체적으로는, 커버 부재(1410)의 폭 방향 중심이 용기(100)의 폭 방향 중심과 동심을 이루도록 커버 장치(1400)를 이동시킨다.

그리고, 커버 부재(1410)가 용기(100)의 상측 개구와 마주보도록 하는데 있어서, 커버 부재(1410)와 용기(100)의 상단 사이에 소정의 틈이 마련되도록 한다. 즉, 커버 부재(1410)의 하부면이 용기(100)의 상단과 접촉하지 않고, 상호 이격되도록 그 높이를 조절한다. 이는 화염 및 이후 공급되는 산소에 의해 용기(100) 내부 압력이 높아져 조업 사고가 발생하는 것을 방지하기 위함이다.

커버 부재(1410)가 용기(100)의 상측 개구와 마주보도록 이동되는 동안, 버너(1420)로 연료 가스가 연속으로 공급되고 있는 상태이며, 이에 버너(1420)에서 화염이 계속 발생된다.

도 2와 같이 커버 부재(1410)가 용기(100)의 상측 개구와 마주보게 위치되면, 커버 부재(1410)에 설치된 버너(1420)로부터 발생된 화염이 용기 내 하측 방향으로 분사되며, 이에 용기(100) 내부가 가열된다. 그리고, 실시예에서는 커버 부재(1410)가 용기(100)의 상측 개구와 마주보게 위치되면, 용기(100)의 하부에 마련된 노즐(140a, 140b)로 산소 보다 구체적으로는 순산소를 취입하기 시작한다.

여기서, 용기는 커버 부재에 의해 완전이 폐쇄되지 않고, 용기와 소정의 틈을 가지도록 배치되므로, 용기 내로 대기가 유입될 수 있다. 또한, 버너로 연료 가스가 공급되어 연료 가스가 연소되므로, 상기 연소 가스의 연소 반응에 의한 기체 상의 반응물이 생성된다. 이에, 화염에 의해 용기 내부가 가열된다는 것은, 용기 내부로 유입된 대기, 연소 가스, 산소 및 연소 가스의 연소에 의해 생성된 기체가 가열된다는 의미일 수 있다.

노즐(140a, 140b)을 통해 취입된 산소는 용기(100) 내 상측 방향으로 분사된다. 이때 공급된 산소의 이동 흐름에 의해 용기(100) 내부의 열이 순환된다. 다른 말로 하면, 용기 내 상측을 향해 분사된 산소가 상기 화염에 의해 가열된 용기 내 기체를 순환시킨다. 그리고 산소에 의한 열의 순환에 의해 용기(100) 내부에 열이 균일하게 퍼지게 되며, 이에 용기(100) 내부를 균일하게 가열시킬 수 있다.

그리고, 상술한 바와 같이 연료 가스가 연소되어 화염이 발생되는데, 이때 용기(100)로 공급되는 산소가 연료 가스의 연소를 돕는 산화제로서 작용되며, 이에 연소 가스의 연소가 촉진된다. 따라서, 화염의 온도가 보다 상승되는 효과가 있고, 이로 인해 용기(100) 내부를 목표 온도까지 빠른 속도로 가열시킬 수 있다.

또한, 종래에는 버너(1420)로 공급되는 연소 가스가 연소되는데 있어서, 대기 중의 산소가 산화제로서 작용되어 연소 가스의 연소를 도왔다. 그러나, 대기 중에는 산소뿐만 아니라 질소를 포함하고 있는데, 질소는 산화제로서 기능할 수 없으며, 오히려 화염의 열에 의해 불필요하게 대기 중 질소가 가열되는 열손실이 일어난다.

하지만, 실시예에서는 용기(100)로 순산소를 취입하여 연소 가스의 연소를 촉진시킴으로써, 용기(100) 내부를 목표 온도까지 빠른 속도로 승온 또는 가열시킬 수 있다. 이에 대기 중 질소를 가열하는 열손실을 줄일 수 있다. 또한, 용기(100) 내부가 빠른 속도로 가열됨에 따라, 연료 가스의 사용량을 줄여, 연료 가스로 인한 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

100: 용기 110: 본체
130: 돌출부 131: 제 1 돌출 부재
132: 제 2 돌출 부재 140a, 140b: 노즐
1000: 가열 장치 1100: 지지 장치
1100a, 1100b: 지지대 1120a, 1120b: 커플러
1200: 산소 공급부 1410: 커버 부재
1420: 버너 1500: 연료 공급부

Claims (12)

1. 용강을 수강할 용기 내부를 가열하는 방법으로서,
   일 방향으로 이격되어 배치되며, 조업장 또는 구조물 상에 고정 설치된 제 1 및 제 2 지지대 상에 상기 용기를 지지시키는 과정;
   상기 제 1 지지대 내부에 마련된 산소 이송관과 상기 용기의 하부에 마련된 노즐을 연통시키는 과정;
   상기 용기의 상부에서 상기 용기의 내부를 향해 화염을 발생시키는 과정; 및
   상기 산소 이송관으로 산소를 공급하여, 상기 노즐을 통해 상기 용기의 하부로 산소를 취입하는 과정;
   을 포함하는 가열 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 용기의 상부에서 발생된 화염이 상기 용기 내 하측을 향해 분사되는 과정;
   상기 용기의 하부로 취입된 산소가 상기 용기 내 상측을 향해 분사되는 과정; 및
   상기 용기 내 상측을 향해 분사된 산소가 상기 화염에 의해 가열된 상기 용기 내 기체를 순환시키는 과정;
   을 포함하는 가열 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 용기의 상부에서 화염을 발생시키는 과정은,
   상기 용기의 상부에 설치된 버너를 동작시키는 과정; 및
   상기 버너로 연료 가스를 공급하는 과정;
   을 포함하고,
   상기 용기의 하부로 산소를 취입하는데 있어서, 상기 연료 가스의 공급량의 0.03 내지 0.1 비율로 상기 산소를 취입하는 가열 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 용기의 하부로 산소를 취입하는데 있어서, 상기 연료 가스의 공급량의 0.04 내지 0.07 비율로 상기 산소를 취입하는 가열 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 용기의 하부로 산소를 취입하는 과정에 있어서,
   커버 부재의 하부면과 상기 용기의 상단 사이에 틈을 가지도록, 상기 커버 부재를 상기 용기의 상측 개구와 마주보도록 배치시키는 가열 방법.
6. 삭제
7. 각각이 조업장 또는 구조물 상에서 고정 설치되고, 일 방향으로 이격되어 나열 배치되며, 각각의 상부에 가열하고자 하는 용기의 적어도 일부가 지지되는 제 1 및 제 2 지지대;
   상기 용기의 상측에서, 수평 방향 위치 및 높이 조절이 가능하도록 이동 가능한 커버 부재;
   상기 커버 부재를 상하 방향으로 관통하도록 설치되어, 상기 용기의 내부 방향으로 화염을 발생시키는 버너; 및
   상기 용기의 하부를 관통하도록 마련된 노즐을 통해 상기 용기의 내부로 산소를 공급하는 산소 이송관;
   을 포함하고,
   상기 용기에는 상기 노즐과 연결된 가스 공급관이 마련되고,
   상기 산소 이송관은 상기 용기가 상기 제 1 지지대 상에 지지될 때 상기 가스 공급관과 연결되도록 상기 제 1 지지대의 내부에 마련된 가열 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 용기는, 하부에 상기 노즐이 마련된 본체, 상기 본체의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출 형성된 돌출부를 포함하고,
   상기 가스 공급관은 적어도 일부가 상기 돌출부 내에 설치되며, 일단이 상기 노즐과 연결되고,
   일면이 상기 용기의 돌출부가 지지되는 상기 제 1 지지대의 상부면으로 노출되도록 상기 제 1 지지대 내에 설치되며, 상기 돌출부가 상기 제 1 지지대의 상부면에 지지될 때 상기 가스 공급관과 상기 산소 이송관이 연결되도록 동작되는 커플러를 포함하는 가열 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 지지대의 상부에는 내측으로 함몰된 형상이며, 상기 돌출부의 삽입이 가능한 안착홈이 마련되며,
   상기 돌출부가 상기 안착홈의 바닥면 상에 지지되는 가열 장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 커플러의 일면이 상기 안착홈의 바닥면으로 노출되도록 설치된 가열 장치.
11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 지지대의 상하 방향 길이는 상기 용기의 돌출부로부터 상기 본체 하부면 사이의 길이에 비해 큰 가열 장치.
12. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 지지대를 고정 설치하는 고정대를 포함하는 가열 장치.

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