KR102372660B1 - 스키드빔 장치 및 이를 포함하는 가열로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스키드빔 장치 및 이를 포함하는 가열로에 관한 것으로서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스키드빔 장치는 중공부를 포함하는 스키드파이프;와, 상기 스키드파이프에 연결되며, 소재에 접촉하도록 연장되는 스키드버튼; 및 상기 스키드파이프의 중공부에 용융염을 순환시키도록 제공되는 냉각유닛;을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 가열로는 소재를 이송하며 가열하도록, 소재가 장입되는 소재장입구;와, 상기 소재를 외부로 배출하는 소재추출구;와, 바닥부에 고정되어 상기 소재장입구와 상기 소재추출구 사이에 배치되는 포스트빔; 및 상기 포스트빔에 연결되는 상기의 스키드빔 장치;를 포함하되, 상기 스키드버튼이 상기 소재에 접촉하게 제공될 수 있다.

Description

스키드빔 장치 및 이를 포함하는 가열로{Skid beam and Furnace having the same}

본 발명은 스키드빔 장치 및 이를 포함하는 가열로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스키드마크 발생 가능성을 저하시키는 스키드빔 장치 및 이를 포함하는 가열로에 관한 것이다.

일반적으로 가열로는 제철소의 열연공정 등에서 슬라브(Slab) 등의 소재를 가스, 기름 등의 연료를 사용하여 대략 1200∼1300℃의 적정 온도로 가열하기 위한 장치로서, 소재를 판재 등의 제품으로 가공하기 위한 열간 압연 공정의 전 공정에 배치된다.

도 1에는 일반적인 가열로의 구성이 도시되어 있다. 가열로는 장입도어(10) 주변에 배치되는 장입홀(11)과, 추출도어(50) 주변에 배치되는 추출홀(51)을 구비하고, 상기 장입홀(11)을 통해 장입된 소재(1)를 가열하여 추출홀(51)을 통해 배출하도록 구성된다.

가열로 내부에는 소재(1)를 가열하기 위하여 복수개의 버너(60)가 구비되며, 버너(60)들을 통해 소재(1)를 대략 1200℃이상 1300℃이하의 범위에서 가열한다. 이때, 가열로 내에 진입된 소재(1)는 예열대(20), 가열대(30), 균열대(40)로 순차적으로 이송되면서 단계적으로 가열되며, 이에 의하면 소재(1)의 연성을 극대화시킬 수 있다.

이와 같이 가열로 내로 장입된 소재(1)를 가열로 내부에서 지지하고 이송하기 위해서는 스키드빔 장치가 필요하다. 스키드빔 장치는 가열로 내부의 고온의 환경에서도 충분한 기계적 강도를 확보하며 소재를 지지할 수 있도록 냉각수에 의해 냉각되는 것이 일반적이다.

그러나, 스키드빔 장치를 냉각하기 위한 냉각수는 가열로 내부에서 열 손실을 불러일으키며, 실제로 가열로 입열에너지의 약 10% 정도가 스키드빔 장치의 냉각수에 의하여 발생하는 실정이다.

또한, 냉각수에 의해 급격하게 온도가 저하된 스키드빔 장치가 고온의 소재(1)와 접촉할 경우, 소재(1)에는 스키드 마크(Skid mark) 결함이 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 가열로의 열 효율을 향상시키고, 압연제품의 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 스키드 마크 결함의 발생을 억제하면서 스키드빔 장치를 냉각할 수 있도록 하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 열연공정에서 가열로의 가열능력을 증대시키는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명은 스키드빔 장치 및 이를 포함하는 가열로에 관한 것이다.

먼저, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스키드빔 장치는 중공부를 포함하는 스키드파이프;와, 상기 스키드파이프에 연결되며, 소재에 접촉하도록 연장되는 스키드버튼; 및 상기 스키드파이프의 중공부에 용융염을 순환시키도록 제공되는 냉각유닛;을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 용융염의 온도는 상기 스키드파이프 내부에서 400도 이상 550도 이하의 범위 내로 제공될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 용융염은, 40wt%의 KNO₃와 60wt%의 NaNO₃로 이루어질 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 스키드파이프의 재질이 ASTM A106 또는 ASTM A376일 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 냉각유닛은, 상기 용융염을 수용하고, 상기 스키드파이프에 연결되는 수용조;를 포함할 수 있다.

한편, 다른 측면으로서의 본 발명은 상기와 같은 스키드빔 장치를 포함하는 가열로를 제공한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가열로는 소재를 이송하며 가열하도록, 소재가 장입되는 소재장입구;와, 상기 소재를 외부로 배출하는 소재추출구;와, 바닥부에 고정되어 상기 소재장입구와 상기 소재추출구 사이에 배치되는 포스트빔; 및 상기 포스트빔에 연결되는 상기 스키드빔 장치;를 포함하되, 상기 스키드버튼이 상기 소재에 접촉하게 제공될 수 있다.

바람직하게, 상기 수용조와 상기 스키드파이프에 연결되고, 상기 스키드파이프를 통과한 상기 용융염으로부터 열에너지를 회수하여 상기 수용조에 공급하는 발전부;를 더 포함할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 발전부는, 상기 스키드파이프에 연결되고, 상기 용융염으로부터 열에너지를 회수하여 증기를 발생시키는 열교환기;와, 상기 열교환기에 연결되어 증기를 공급받는 익스팬더(Expander); 및 상기 익스팬더에 연결되어 전기에너지를 생성하는 발전기;를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스키드빔 장치 및 이를 포함하는 가열로에 의하면 가열로의 열 효율이 향상되고, 압연제품의 품질이 향상되는 효과가 있다.

또한, 가열로의 가열능력이 증대되며, 가열로에서의 열 회수가 가능한 효과가 있다.

따라서, 효율적인 에너지 사용이 가능하며, 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 통상의 가열로에 의한 소재의 가열 작업 개념도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스키드빔 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A'를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가열로의 가열 작업 개념도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스키드빔 장치의 열 해석결과도이다.

본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

먼저, 도 2에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스키드빔 장치(100)에 소재(1)가 지지되어 있는 상태가 도시되어 있다. 가열로 내부에서 소재(1)를 지지하는 스키드빔 장치(100)는 일측이 가열로의 바닥부(미도시)에 고정되고, 타측이 스키드빔 장치(100)를 향하도록 연장되는 포스트빔(230)에 의해 가열로 내부에서 고정될 수 있다.

도 3에는 도 2에 보이는 스키드빔 장치(100)의 A-A'가 도시되어 있다. 이는 스키드빔 장치(100)의 단면도로서, 이를 참조하면 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스키드빔 장치(100)의 내부구조를 알 수 있다.

도 3에 보이는 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스키드빔 장치(100)는 상기 포스트빔(230)에 연결되며, 중공부(S)를 포함하는 스키드파이프(120)와, 일측이 상기 스키드파이프에 연결되고, 타측은 소재방향으로 연장되어 소재에 접촉하는 스키드버튼(111)을 구비한다.

스키드버튼(111)은 스키드파이프에 설치되어 소재 방향으로 연장될 수 있으며, 스키드버튼(111)의 일측이 스키드파이프(120)에 접촉되고, 타측이 소재에 접촉됨으로써 열 전도에 의한 냉각을 수행한다.

즉, 스키드파이프(120) 내부의 용융염에 의한 냉각을 수행하기 때문에 냉각수에 의한 냉각을 수행할 때보다 스키드버튼(111)의 표면은 상대적으로 고온을 유지하게 된다.

그러면, 상대적으로 고온을 유지할 수 있는 스키드버튼(111)이 소재에 접촉하기 때문에 고온의 소재와 스키드버튼(111)이 접촉할 시에도 스키드마크 결함이 발생할 가능성이 저하되는 효과가 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 따르면 고온의 소재에 직접적으로 접촉하는 스키드버튼(111)과 소재 간의 온도차이를 최소화하여 스키드 마크 결함의 발생 가능성을 저하시킬 수 있는 것이다.

상기 스키드파이프(120)의 외측으로는 울(Wool) 소재(110a)가 채워지고, 그 외측으로는 (Castable, 110)이 채워질 수 있다. 스키드파이프(120)는 약 20mm의 두께를 갖도록 제공되며, 캐스터블은 약 60mm의 두께로 제공되고, 캐스터블과 스키드파이프(120)의 외측 사이에 존재하는 울 소재는 약 30mm의 두께로 제공될 수 있다.

이와 같이 제공되는 캐스터블과 울 소재에 의하면 스키드파이프(120)의 내구성을 향상시킬 수 있고, 스키드파이프(120) 또는 스키드버튼(111)과 소재(1) 사이의 온도편차를 감소시키는 데 유용할 수 있다.

스키드파이프(120)는 중공부(S)를 포함하며, 상기 중공부(S)에는 냉각매체가 순환된다.

이때, 냉각매체는 스키드빔 장치(100)의 스키드파이프(120)가 고온의 가열로 환경에서도 열손되지 않도록 적절한 냉각을 수행하며, 한편으로는 소재에 접촉하는 스키드버튼(111)이 소재와 적절한 온도차를 유지할 수 있도록 하여 스키드마크의 발생을 억제하는 역할을 수행한다.

따라서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 상기 냉각매체를 용융염(molten salt)으로 구성하고, 스키드파이프(120)의 중공부(S)를 순환하도록 하며 스키드파이프(120)의 냉각을 수행하도록 한다.

보다 바람직하게, 상기 용융염의 온도는 상기 스키드파이프(120)의 내부에서 400℃ 이상 550℃ 이하의 범위 내를 유지하도록 한다. 이와 같이 구성되는 냉각매체에 따르면, 기존의 냉각수를 사용하는 경우보다 스키드파이프(120) 및 스키드버튼(111)을 가능한 고온으로 유지할 수 있으므로, 고온의 소재와 스키드빔 장치와의 온도편차를 최소화할 수 있다.

따라서, 스키드빔 장치와 소재의 높은 온도편차로 인해 발생하는 결함인 스키드마크를 눈에 띄게 절감할 수 있는 효과를 창출할 수 있게 된다.

이때, 상기 용융염은 40wt%의 KNO₃와, 60wt%의 NaNO₃로 이루어질 수 있다. 용융염은 냉각수에 비하여 상대적으로 고온으로 유지될 수 있는데 현재는 태양열발전에서 열전달매체로 주로 사용되고 있다. 이와 같이 구성되는 용융염은 녹는점이 240℃이며 약 590℃ 이상에서 분해가 된다.

즉, 본 발명의 냉각매체로 사용되는 용융염이 고체화되지 않으면서 냉각매체로서의 역할을 수행할 수 있도록 하기 위해서는 항상 240℃이상의 온도를 유지해 주어야 한다.

따라서, 본 발명에서는 도 4에 보이는 것처럼, 스키드파이프(120) 내부에서 용융염을 순환시키되, 스키드파이프(120)의 내부를 통과한 용융염이 다시 수용될 수 있는 수용조(131)를 제공한다.

수용조(131)는 초기에 용융염을 수용하고 있다가, 스키드파이프(120)에 연결되는 배관(132)에 의해 용융염을 상기 스키드파이프(120)의 중공부(S)에 공급한다. 그러면, 용융염은 상기 스키드파이프의 길이방향을 따라 중공부(S)내에서 이동하게 된다.

그리고, 열교환을 마친 용융염은 다시 수용조(131)로 보내지게 된다. 이때, 선술한 것처럼, 용융염의 고체화를 방지할 수 있도록, 수용조(131)는 항상 240℃이상의 온도를 유지하도록 제공되는 것이 바람직하다.

도 4에 보이는 것과 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가열로(200)는 연소용 공기를 예열하기 위한 예열기(recuperator, 240)를 포함하고, 소재장입구(210)를 통해 소재(1)를 유입하며, 상기 소재를 다시 소재추출구(220)를 통해 배출하게 된다.

이때, 가열로의 내부에서 소재(1)는 스키드파이프(120)에 의해 지지되며, 특히 상기 스키드파이프(120) 일측에 설치되는 스키드버튼(111)에 접촉하게 된다. 그러므로, 수용조(131)에 수용되어 있는 냉각매체인 용융염을 스키드파이프(120)의 내부로 순환시킴으로써 스키드버튼의 냉각을 실시하도록 하며, 이로써 스키드버튼과 소재(1) 간의 온도편차를 최소화할 수 있도록 하는 것이다.

이에 따라, 스키드빔 장치의 열손이 방지됨과 동시에 소재와 스키드빔 장치와의 온도편차를 줄임으로써 스키드마크의 발생을 억제할 수 있는 효과를 창출하게 되는 것이다.

다만, 스키드파이프(120) 내부에 구비되는 용융염이 기존의 냉각수보다 상대적으로 고온임에 따라, 상기 스키드파이프의 재질이 ASTM A106 또는 ASTM A376으로 제공될 수 있다.

그러면, 고온의 환경에서도 스키드파이프(120)의 외관이 파손되거나 변형되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 다만, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니며, 당업자 및 작업환경에 따라 얼마든지 변경 가능한 사항이다.

한편, 본 발명에서는 냉각매체인 용융염을 상대적으로 고온으로 유지함에 따라 스키드파이프(120)의 순환을 완료한 용융염으로부터 발전을 실시할 수도 있다.

즉, 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 가열로(200)는 상기 수용조(131)와 상기 스키드파이프(120)에 연결되고, 상기 스키드파이프를 통과한 상기 용융염으로부터 열에너지를 회수하여 상기 수용조에 공급하는 발전부(250)를 더 포함할 수 있다.

그리고 바람직하게, 상기 발전부(250)는 상기 스키드파이프(120)에 연결되고, 상기 용융염으로부터 열에너지를 회수하여 증기를 발생시키는 열교환기(251)와, 상기 열교환기에 연결되어 증기를 공급받는 익스팬더(Expander, 252) 및 상기 익스팬더(252)에 연결되어 전기에너지를 생성하는 발전기(253)를 포함할 수 있다.

열전달을 수행하고 스키드파이프(120)로부터 배출되는 용융염은 열교환기(251)에 연계되어 증기를 발생시키게 되고, 다시 수용조(131)로 공급되어 240℃이상의 온도로 수용되게 된다.

그러면, 용융염에 의해 발생된 증기는 열교환기(251)에 연결된 익스팬더(252)로 보내져 발전기(253)를 돌리게 된다. 여기서, 상기 익스팬더(252)는 터빈으로 제공될 수 있지만, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것은 아니며 당업자에 의해 얼마든지 변경될 수 있는 사항이다. 또한, 필요에 따라 익스팬더(252)를 통과하여 저압상태로 된 증기를 통해 저압발전을 수행할 수 있도록 추가적인 저압 발전부(미도시)를 구비할 수도 있다.

이렇게 하면 기존의 냉각수에 의하여 스키드빔 장치를 냉각할 때보다 소재와의 온도편차를 줄일 수 있다. 도 5에는 Fluent프로그램을 이용한 본 발명에 따른 스키드빔 장치의 열 해석 결과가 도시되어 있다.

먼저, 도 5의 (a)를 참조하면, 소재(1)에 접촉하는 스키드버튼(111)과 소재(1) 간의 온도편차가 현저히 감소된 것을 알 수 있다.

또한, 도 5의 (b)에는 도 5의 (a)에서 H구간에 해당하는 영역의 온도분포가 도시되어 있다. 이를 참조하면, 냉각매체로서 용융염을 사용하는 경우가 냉각수를 사용할 때보다 스키드버튼(111)의 상부에서 더욱 높은 온도를 띄고 있음을 알 수 있다.

즉, 상온의 냉각수를 사용할 경우에는 스키드버튼(111)과 소재(1)가 맞닿는 부위의 온도가 1015℃인 반면, 290℃, 530℃의 용융염 사용 시 각각 1061℃, 1104℃로 상대적으로 높은 온도를 띄게 되는 것이다. 따라서, 스키드버튼(111)과 소재(1)의 온도편차가 감소되고, 이에 따라 결함의 일종인 스키드마크의 발생이 억제되는 효과가 있는 것이다.

이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 스키드빔 장치 및 이를 포함하는 가열로에 의하면 상온의 냉각수를 사용할 때보다 가열로 내부의 온도를 높게 유지할 수 있어 가열로 내부의 열 손실을 방지할 수 있고, 이에 따라 생산성이 향상되는 효과가 있다.

따라서, 열 손실의 방지 및 에너지 사용효율의 증대를 통한 제조원가의 절감이 가능하고, 스키드마크의 억제를 통한 품질향상에 기여할 수 있는 효과가 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

S : 중공부 100 : 스키드빔 장치
111 : 스키드버튼 120 : 스키드파이프
131 : 수용조 132 : 배관
200 : 가열로 210 : 소재장입구
220 : 소재추출구 230 : 포스트빔
240 : 예열기(Recuperator) 250 : 발전부
251 : 열교환기 252 : 익스팬더(Expander)
253 : 발전기

Claims (8)

1. 중공부를 포함하는 스키드파이프;
   상기 스키드파이프에 연결되며, 소재에 접촉하도록 연장되는 스키드버튼; 및
   상기 스키드파이프의 중공부에 용융염을 순환시키도록 제공되는 냉각유닛;
   을 포함하여 구성되고,
   상기 용융염은,
   40wt%의 KNO₃와 60wt%의 NaNO₃로 이루어지며,
   상기 냉각유닛은,
   상기 스키드파이프에 연결되며, 상기 용융염을 수용하고, 240도 이상의 온도를 유지하도록 제공되는 수용조;
   를 포함하는 스키드빔 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 용융염의 온도는,
   상기 스키드파이프의 중공부에서 400도 이상 550도 이하의 범위 내로 제공되는 것을 특징으로 하는 스키드빔 장치.
   
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,
   상기 스키드파이프의 재질이 ASTM A106 또는 ASTM A376인 것을 특징으로 하는 스키드빔 장치.
   
5. 삭제
6. 소재를 이송하며 가열하도록,
   소재가 장입되는 소재장입구;
   상기 소재를 외부로 배출하는 소재추출구;
   바닥부에 고정되어 상기 소재장입구와 상기 소재추출구 사이에 배치되는 포스트빔; 및
   상기 포스트빔에 연결되는 제4항의 스키드빔 장치;를 포함하되,
   상기 스키드버튼이 상기 소재에 접촉하게 제공되는 것을 특징으로 하는 가열로.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 수용조와 상기 스키드파이프에 연결되고, 상기 스키드파이프의 상기 중공부를 통과한 상기 용융염으로부터 열에너지를 회수하여 상기 수용조에 공급하는 발전부;
   를 더 포함하여 구성되는 가열로.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 발전부는,
   상기 스키드파이프에 연결되고, 상기 용융염으로부터 열에너지를 회수하여 증기를 발생시키는 열교환기;
   상기 열교환기에 연결되어 증기를 공급받는 익스팬더(Expander); 및
   상기 익스팬더에 연결되어 전기에너지를 생성하는 발전기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로.
   

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