KR102369747B1 - 용융로 내화물 구조체 및 이를 구비하는 용융로 - Google Patents

Abstract

용융로 내화물 구조체 및 이를 구비하는 용융로가 제공된다.
본 발명의 용융로 내화물 구조체는, 용융로의 내측에 형성되어 금속 철피를 보호하는 제1 내화물부와, 상기 제1 내화물부의 내측에서 용융로의 내부로 형성된 제2 내화물부를 포함하고, 상기 제 1 내화물부를 구성하는 내화재들 사이의 측벽에, 그 양면에 탄소 함유 접착제가 도포되어 있는 Ti 금속판이, 상기 용융로의 내부 방향으로 세로로 삽입 접합되어 있다.

Description

용융로 내화물 구조체 및 이를 구비하는 용융로{REFRACTORY STRUCTURE OF MELTING FURNACE AND MELTING FURNACE HAVING THE SAME}

본 발명은 용융로의 내화물 구조체 및 이를 구비하는 용융로에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 용융로의 노저 내화물의 마모를 방지할 수 있는 용융로 내화물 구조체 및 이를 구비하는 용융로에 관한 것이다.

용융로는 금속에 용융점 이상의 고열을 가해서 용융시키는 노를 말하며, FINEX 용융로, 용광로 등이 이에 해당한다. 이 중에서 용광로는 철광석을 환원시켜 선철(이하, 용선이라 함)을 생산하는 설비로서, 용광로 내부에 철광석과 코크스, 그리고 부원료를 적층하고 용광로 하부 원주방향으로 설치된 송풍구를 통해 고온 열풍을 공급하여 코크스를 산화시키고, 여기서 생성된 CO가스로 철광석을 환원시켜 용융상태의 용선을 생산하는 설비이다.

용광로의 송풍구 하부에는 최대 1500℃의 용융된 용선이 존재하며 송풍구 상부에는 최대 1100℃의 고온 환원가스가 상승하고, 최상부에서는 철광석과 코크스가 지속적으로 투입되어 송풍구 상부까지 순차적으로 하강하게 된다. 이로 인해 용광로 하부의 내화물은 고온의 용융된 용선에 의해 화학적 마모에 노출되고 용선의 출선에 의한 용선 유동에 의해 기계적 마모 현상이 발생하게 된다. 이러한 노저부 내화물의 마모 방지와 철피의 적열 현상을 방지하기 위해 용광로 노저부 외벽부와 바닥부에 적절한 냉각 장치가 설치된다.

도 1은 종래 용융로의 노저 내화물의 기본구조를 보이는 개략 단면도이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 용융로의 노저 내화물의 빠른 열 배출을 위해 철피 부근에는 열전도도가 높은 카본질 내화물(Standard carbon/Super micropore carbon)이 형성되고, 고온의 용선과 접촉되는 내부에는 카본질 내화물에 직접적인 열충격이 가해지는 것을 방지하기 위하여 세라믹 내화물(Mullite/Hi-Al Brick)이 형성되어 있다.

그런데 종래의 용광로는 조업 연수가 증가됨에 따라 노저부 카본 내화물이 용선에 의해 화학적 마모와 기계적 마모가 발생하고, 카본 내화물이 일정 두게 이하로 잔존하게 되면 용광로 외벽에 설치되는 냉각장치로는 외부 철피를 보호하기 힘들어진다.

조업 초기에는 제2 내화물 부에 설치되는 세라믹 내화물이 제1 내화물부에 구성되는 카본 내화물을 보호하지만 조업이 지속될수록 세라믹 내화물은 마모되고 카본 내화물이 직접적으로 용선에 의해 화학적, 기계적 마모가 발생한다. 따라서 내화물이 일정 두께 이하로 잔존하게 되면 용광로 외벽에 설치되는 냉각 장치로는 외부 철피를 보호하기 힘들어진다. 이에 따라 용광로의 개수 공사를 수행해야 하는 문제가 있었다

그러므로 내화물의 온도를 빠르게 저감시키기 위해서 열전도도가 높고 기공율이 작은 카본 내화물을 채용하거나 여러가지 내화물을 적절히 배치하는 방법으로 노저부의 수명을 늘리는 노력이 많이 진행되어 오고 있다.

삭제

등록특허공보 제10-1975328호(2019.05.07.) 일본 공개특허공보 특개2000-256715호(2000.09.19.) 등록특허공보 제10-1795618호(2017.12.01.)

본 발명은 본 발명은 용광로 노저부의 고온 영역으로부터 철피를 보호하는 카본질 내화물의 마모를 저감시킬 수 있는 기술로서, 용융로의 노저 내화물을 구성하는 다수의 카본질 내화물의 측벽에, 그 표면에 탄소를 함유한 접착제가 도포된 Ti 금속판을 세로로 배치함으로써 내마모성과 내침식성이 우수한 용융로 내화물 구조체를 제공함을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 내화물 구조체를 포함하는 용융로를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일측면은,

용융로의 내측에 형성되어 금속 철피를 보호하는 제1 내화물부와,

상기 제1 내화물부의 내측에서 용융로의 내부로 형성된 제2 내화물부를 포함하고,

상기 제 1 내화물부를 구성하는 내화재들 사이의 측벽에, 그 양면에 탄소 함유 접착제가 도포되어 있는 Ti 금속판이, 상기 용융로의 내부 방향으로 세로로 삽입 접합되어 있는 내마모성과 열전도도가 우수한 용융로 내화물 구조체에 관한 것이다.

상기 제1 내화물부는 탄소질 내화물이며 상기 제2 내화물부는 세라믹내화물인 것이 바람직하다.

상기 탄소 함유 접착제는 페놀 레진일 수가 있다.

상기 제 2 내화물부를 구성하는 내화재들 사이의 측벽에, 그 양면에 탄소 함유 접착제가 도포되어 있는 Ti 금속판이, 상기 용융로의 내부 방향으로 세로로 삽입 접합되어 있을 수도 있다.

상기 Ti 금속판의 표면에는 타공부가 형성되어 있을 수 있다.

상기 Ti 금속판의 표면에 티타늄카바이드(TiC) 코팅층을 형성되어 있을 수 있다.

상기 Ti 금속판의 타공부에는 접착제가 채워져서, 그에 접하는 좌우 내화물과의 결합력을 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명의 다른 측면은,

상술한 용융로 내화물 구조체를 구비한 용융로에 관한 것이다.

상술한 바와 같은 구성의 본 발명은, 용융로 노저부의 제1 내화물부를 구성하는 내화재들 사이에 그 양면에 카본 함유 접착제가 도포된 Ti 금속판을 형성함으로써 노저부 내화물이 용선에 의해 고온 열화를 방지하여 화학적, 기계적 마모를 저감하는 효과를 제공할 수 있다.

또한 내화재 사이에 Ti 금속판의 제작과 시공이 간단하고 경제적이며, 나아가, 이는 고로 전체 개수 금액과 수명연장에 의한 조업기간 증가에 의한 재무적 효과를 비교하면 금액 대비 큰 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 용융로의 노저 내화물의 기본구조를 보이는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용융로의 노저 내화물의 기본구조를 보이는 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 그 양면에 탄소함유 접착제가 도포되어 있는 Ti 금속판을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 내화재 사이에 Ti 금속판이 형성되어 있는 것을 보이는 노저 내화물에 대한 3D 그림이다.
도 5는 본 발명의 일실시예 따른 용융로의 내화재 사이에 Ti 금속판이 다수 형성되어 있음을 보여주는 모식도이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명의 발명자들은 금속이 포함된 광석의 환원을 통해 유용금속을 추출하는 용융로 및 환원성분위기에 사용하는 로(Furnace)에 설치되는 노저 내화물의 마모를 저감할 수 있는 방법에 대하여 연구와 실험을 거듭하였다. 그 결과, 노저 내화물인 카본질 내화물인 제1 내화물의 내화재 사이의 측벽에, 그 양면에 탄소를 함유하는 접착제가 도포된 Ti 금속판을 시공함으로써 용융로의 운전기간 동안 티타늄(Ti)과 탄소(C)의 확산반응을 통해 내마모성 및 내침식성이 우수한 티타늄카바이드(TiC)를 형성하여 로 수명 향상에 기여함을 확인하고 본 발명을 제시하는 것이다.

따라서 본 발명의 내마모성이 우수한 용융로 내화물 구조체는, 용융로의 내측에 형성되어 금속 철피를 보호하는 제1 내화물부와, 상기 제1 내화물부의 내측에서 용융로의 내부로 형성된 제2 내화물부를 포함하고, 상기 제 1 내화물부를 구성하는 내화재들 사이의 측벽에, 그 양면에 탄소 함유 접착제가 도포되어 있는 Ti 금속판이, 상기 용융로의 내부 방향으로 세로로 삽입 접합되어 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용융로의 노저 내화물의 기본구조를 보이는 개략 단면도이다.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 용융로 내화물 구조체(1)는 용융로의 내측에 형성되어 금속 철피를 보호하는 제1 내화물부(10)와, 상기 제1 내화물부의 내측에서 용융로의 내부로 형성된 제2 내화물부(20)를 포함할 수 있다.

제1 내화물부(10)는 용융로(MF)의 내측에 설치될 수 있다. 구체적으로, 제1 내화물부(10)는 용융로(MF)의 바닥과 용융로(MF)의 측벽을 덮는 구조로 설치될 수 있다.

제1 내화물부(10)는 용융로(MF) 내부의 높은 열을 외부로 배출하기 위한 높은 열전도도를 가지는 재질로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 내화물부(10)는 카본질 내화물로 구성될 수 있다.

제2 내화물부(30)는 제1 내화물부(10) 상에 설치되어 제1 내화물부(10)를 보호할 수 있다. 제2 내화물부(30)는 고온의 용융된 금속(예를 들어 용선)이 제1 내화물부(10)에 직접적인 열충격을 가하는 것을 방지할 수 있도록 제1 내화물부(10)를 덮는 구조로 설치될 수 있다.

제2 내화물부(30)는 제1 내화물부(10)와 상이한 재질로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 내화물부(30)는 세라믹내화물로 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 용융로 내화물 구조체(1)에는, 상기 제 1 내화물부(10)의 둘레를 따라 제 1 내화물부(10)를 구성하는 내화재들 사이의 측벽에, 그 양면에 탄소 함유 접착제가 도포되어 있는 Ti 금속판이, 상기 용융로의 내부 방향으로 세로로 삽입 접합되어 있다.

본 발명에서는 이러한 Ti 금속판이 상기 제 1 내화물부(10)를 구성하는 내화재들 사이의 측벽들 중 적어도 1개소에 형성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 그 양면에 탄소함유 접착제가 도포되어 있는 Ti 금속판을 나타내는 개략도이다.

도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 Ti 금속판(21)은, 그 양면에 탄소함유 접착제층(23)이 도포되어 있으며, 바람직하게는 타공부(25)를 가질 수 있다. 본 발명에서 상기 Ti 금속판(21)은 대략 1~2mm 정도 두께를 가질 수 있으며, 상기 타공부(25)는 후술하는 바와 같이, 접착제가 채워져 인접하는 내화물에 보다 더 우수한 결합력을 제공할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 내화재 사이에 Ti 금속판이 형성되어 있는 것을 보이는 노저 내화물에 대한 3D 그림이며, 도 5는 본 발명의 일실시예 따른 용융로의 내화재 사이에 Ti 금속판이 다수 형성되어 있음을 보여주는 모식도이다.

도 4와 같이, 본 발명에서는, 그 양면에 탄소함유 접착제층이 도포된 Ti금속판(21)이, 상기 제 1 내화물부(10)를 구성하는 내화재들 사이의 측벽에, 적어도 1개 소에, 상기 용융로의 내부 방향으로 세로로 삽입 접합될 수 있다.

바람직하게는, 그 양면에 탄소 함유 접착제가 도포되어 있는 Ti 금속판(21)이, 상기 제 2 내화물부(30)를 구성하는 내화재들 사이의 측벽에, 적어도 1개소에, 상기 용융로의 내부 방향으로 세로로 삽입 접합될 수 있다. 이러한 구성을 취함으로써 보다 효과적인 열배출이 가능해져, 고로 노저 내화물의 수명을 제고할 수 있다.

그리고 상기와 같이, 본 발명에서는 상기 Ti 금속판(21)의 양 표면에 탄소를 함유하는 접착제(23)를 도포하는데, 본 발명에서는 상기 탄소 함유 접착제(23)로서 페놀 레진을 이용할 수도 있다.

한편 본 발명에서는 그 양면에 탄소함유 접착제(23)가 도포된 Ti 금속판(21)을, 용융로 노저의 제1 내화물부(10)를 이루는 내화재 사이의 측벽, 및/또는 상기 제2 내화물부(30)을 이루는 내화재 사이의 측벽에 설치함으로써, 용융로(MF) 내에서 생산되는 고온의 용융 금속에 의해 Ti 금속판(21)의 온도가 1000℃ 이상으로 상승하면, 상기 접착제(23)중 카본(C)이 Ti 금속판(21)에 결합되어 Ti 금속판(21) 표면에 티타늄카바이드(TiC) 코팅층을 형성한다.

이때, 형성되는 티타늄카바이드(TiC)는 용융점이 3140℃이고, 경도가 3200HV인 특성을 가지므로, 용융된 금속에 의한 화학적 및 기계적 마모에 적절하게 대응할 수 있게 된다. 그리고 상술한 바와 같이, 만일 상기 Ti 금속판(21)이 그 표면에 형성된 타공부(25)를 가질 경우, 이러한 타공부(25)에 접착제(23)이 채워지고, 이러한 채워진 접착제가 용융로의 고온 환원반응 중 Ti 금속판(21)과 반응되어 TiC 코팅층을 형성할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 용융로(MF) 노저부에 카본내화물로 구성되는 제1 내화물부(10)를 설치하고, 그 상부에 세라믹내화물로 구성되는 제2 내화물부(30)를 설치하며, 그 양면에 탄소함유 접착제(23)가 도포된 Ti 금속판(21)을, 상기 제1 내화물부(10)를 이루는 내화재 사이의 측벽, 및/또는 상기 제2 내화물부(30)을 이루는 내화재 사이의 측벽에 설치함으로써 용융로(MF) 노저부의 내화물이 용융된 금속(용선)에 의해 화학적, 기계적 마모되는 것을 저감할 수 있다.

특히, 용융로 조업 시, 고온 용융된 금속에 의해 Ti 금속판의 온도가 1000℃이상으로 올라가면, 그 표면에 도포된 접착제 중 카본이 Ti 금속판과 결합하여 TiC를 형성함으로써 용선에 의한 내화물의 마모를 저감시켜 용융로(MF)의 수명을 연장시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

1. 용융로의 내측에 형성되어 금속 철피를 보호하는 제1 내화물부와,
   상기 제1 내화물부의 내측에서 용융로의 내부로 형성된 제2 내화물부를 포함하고,
   상기 제 1 내화물부를 구성하는 내화재들 사이의 측벽에, 그 양면에 탄소 함유 접착제가 도포되어 있는 Ti 금속판이, 상기 용융로의 내부 방향으로 세로로 삽입 접합되어 있는 내마모성과 열전도도가 우수한 용융로 내화물 구조체.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 내화물부는 탄소질 내화물이며 상기 제2 내화물부는 세라믹내화물인 것을 특징으로 하는 내마모성과 열전도도가 우수한 용융로 내화물 구조체.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 탄소 함유 접착제는 페놀 레진인 것을 특징으로 하는 내마모성과 열전도도가 우수한 용융로 내화물 구조체.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 내화물부를 구성하는 내화재들 사이의 측벽에, 그 양면에 탄소 함유 접착제가 도포되어 있는 Ti 금속판이, 상기 용융로의 내부 방향으로 세로로 삽입 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 내마모성과 열전도도가 우수한 용융로 내화물 구조체.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 Ti 금속판의 표면에는 타공부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내마모성과 열전도도가 우수한 용융로 내화물 구조체.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 Ti 금속판의 표면에 티타늄카바이드(TiC) 코팅층을 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내마모성과 열전도도가 우수한 용융로 내화물 구조체.
   
7. 제 5항에 있어서, 상기 Ti 금속판의 타공부에는 접착제가 채워져서, 그에 접하는 좌우 내화물과의 결합력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 내마모성과 열전도도가 우수한 용융로 내화물 구조체.
   
8. 제 1항의 용융로 내화물 구조체를 구비한 용융로.
   

Images