KR102462131B1 - 용해로 버너 장치 - Google Patents

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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은 전기 아크 용해로 등 용해로에서 발생되는 콜드 스팟(Cold Spot)에 적용되어 화학적 에너지로 용해로를 골고루 가열할 수 있게 하는 용해로 버너 장치에 관한 것으로서, 버너 몸체; 상기 버너 몸체에 형성되고, 용해로 방향으로 화염이 형성되도록 연료 라인과 연결되어 상기 버너 몸체의 축방향과 동일한 연료 분사 방향으로 연료를 분사하는 적어도 하나의 연료 분사 노즐; 및 상기 버너 몸체에 형성되고, 상기 연료와 반응하여 상기 용해로 방향으로 화염이 형성되도록 산화제 라인과 연결되어 상기 연료 분사 방향을 기준으로 0도 이상의 제 1 각도인 산화제 분사 방향으로 산화제를 분사하는 적어도 하나의 산화제 분사 노즐;을 포함할 수 있다.

Description

용해로 버너 장치{Burner apparatus for furnace}
본 발명은 용해로 버너 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 아크 용해로 등 용해로에서 발생되는 콜드 스팟(Cold Spot)에 적용되어 화학적 에너지로 용해로를 골고루 가열할 수 있게 하는 용해로 버너 장치에 관한 것이다.
일반적인 전기로 제강 공정은 액상의 주원료를 공급 받아 산소를 취입 및 산화 정련하는 전로와는 달리 고체의 원료(스크랩)를 고전압 및 고전류로 인가한 전극에서 발생하는 고열의 아크열을 이용하는 것으로서, 전극간의 상호 간섭으로 인해 아크 편향이 발생하여 로내 콜드 스팟(Cold Spot)이 생성된다.
이러한 콜드 스팟에 적용되는 LNG 버너는, 고체 원료(스크랩)의 용해 공정에 적용 되어 전기 에너지를 보조하여 전체적으로 로에 균일한 에너지가 공급되도록 조절하는 역할을 할 수 있다.
이러한, 버너에 의해서 공급된 에너지는 투사 지점, 즉 콜드 스팟(Cold Spot)에서 상대적으로 적게 전달되는 전기 에너지를 보충하여 스크랩 용해를 촉진 시키고, 노즐 근접부에서는 일부 직접 용해(Cutting)할 수 있다.
이 때, 이러한 버너는 전체 공정(스크랩 장입, 용해, 정련, 출강) 중 고형의 주원료(스크랩)가 존재하는 전반부에 사용되는 데, 스크랩의 용해/붕락(Melting Down)이 진행됨에 따라 노즐에서 스크랩이 멀어져서 에너지 전달 효율이 급격히 떨어지는 문제점이 있었다.
기존에는 에너지 전달 효율을 높이기 위해서 화염의 길이를 늘리고자 하는 시도들이 있었으나, 종래의 용해로 버너 장치는 연료 노즐과 산화제 노즐이 서로 매칭되지 않아서 연료와 산화제가의 균일한 혼합이 이루어지는데 불리하여 연소 효율이 떨어지고, 이로 인하여 화염의 길이나 폭이 짧아지는 것은 물론이고, 화염의 온도 역시 떨어져서 에너지 전달 효율을 높일 수 없었던 문제점들이 있었다.
한국특허출원번호 제10-2013-0056341
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 연료 분사 노즐과 산화제 분사 노즐을 서로 매칭시키고, 산화제 분사 노즐에 분사 각도를 조절하여 스월을 형성할 수 있으며, 보조 산화제를 추가적으로 분사하면서 정방향 또는 역방향 스월을 유도하여 연료와 산화제를 균일하게 혼합할 수 있고, 이로 인하여 화염의 길이, 폭, 온도를 크게 증대시킬 수 있으며, 에너지 전달 효율을 크게 향상시킬 수 있게 하는 용해로 버너 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 용해로 버너 장치는, 버너 몸체; 상기 버너 몸체에 형성되고, 용해로 방향으로 화염이 형성되도록 연료 라인과 연결되어 상기 버너 몸체의 축방향과 동일한 연료 분사 방향으로 연료를 분사하는 적어도 하나의 연료 분사 노즐; 및 상기 버너 몸체에 형성되고, 상기 연료와 반응하여 상기 용해로 방향으로 화염이 형성되도록 산화제 라인과 연결되어 상기 연료 분사 방향을 기준으로 0도 이상의 제 1 각도인 산화제 분사 방향으로 산화제를 분사하는 적어도 하나의 산화제 분사 노즐;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 연료 분사 노즐은 상기 버너 몸체의 분사면의 중심을 기준으로 제 1 거리 이격되도록 방사선 상에 등각 배치되고, 상기 산화제 분사 노즐은 상기 버너 몸체의 상기 분사면의 상기 중심을 기준으로 상기 제 1 거리 보다 먼 제 2 거리로 이격되도록 방사선 상에 등각 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 연료 분사 노즐과 상기 산화제 분사 노즐은 일대일로 매칭될 수 있도록 상기 연료 분사 노즐의 설치 개수와 상기 산화제 분사 노즐의 설치 개수가 동일하게 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 산화제 분사 노즐의 상기 산화제 분사 방향은 상기 연료 분사 노즐의 상기 연료 분사 방향과 서로 평행하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 산화제 분사 노즐의 상기 산화제 분사 방향은 상기 연료 분사 노즐의 상기 연료 분사 방향과 접점에서 만날 수 있도록 상기 제 1 각도는 0 보다 크게 중심 방향으로 기울어지게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 산화제 분사 노즐의 상기 산화제 분사 방향은 상기 화염에 정방향으로 스월(Swirl)이 형성될 수 있도록 상기 제 1 각도는 0 보다 크게 중심 방향으로부터 좌회전각도 또는 우회전각도로 기울어지게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 연료 분사 노즐의 토출구 단면은 적어도 원형, 사각형, 삼각형, 다각형, 틈새형 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 버너 몸체에 형성되고, 상기 연료와 반응하여 상기 용해로 방향으로 화염이 형성되도록 보조 산화제 라인과 연결되어 상기 연료 분사 방향을 기준으로 0도 이상의 제 2 각도인 보조 산화제 분사 방향으로 보조 산화제를 분사하고, 상기 버너 몸체의 분사면의 중심을 기준으로 상기 제 1 거리 보다 가까운 제 3 거리로 이격되도록 방사선 상에 등각 배치되는 보조 산화제 분사 노즐;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 보조 산화제 분사 노즐의 상기 보조 산화제 분사 방향은 상기 화염의 내부에 역방향으로 스월(Swirl)이 형성될 수 있도록 상기 제 2 각도는 0 보다 크게 중심 방향으로부터 좌회전각도 또는 우회전각도로 기울어지게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 보조 산화제 분사 노즐의 상기 보조 산화제 분사 방향은 상기 화염의 내부에 정방향으로 스월(Swirl)이 형성될 수 있도록 상기 제 2 각도는 0 보다 크게 중심 방향으로부터 좌회전각도 또는 우회전각도로 기울어지게 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 연료 분사 노즐과 산화제 분사 노즐을 서로 매칭시키고, 산화제 분사 노즐에 분사 각도를 조절하여 스월을 형성할 수 있으며, 보조 산화제를 추가적으로 분사하면서 정방향 또는 역방향 스월을 유도하여 연료와 산화제를 균일하게 혼합할 수 있고, 이로 인하여 화염의 길이, 폭, 온도를 크게 증대시킬 수 있으며, 에너지 전달 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 실시간 용해로 버너 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 실시간 용해로 버너 장치를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 실시간 용해로 버너 장치를 나타내는 개념도이다.
도 4 내지 도 9는 CASE 1부터 CASE 9까지 본 발명의 여러 실시예들에 따른 용해로 버너 장치의 정면도들이다.
도 10은 도 9의 용해로 버너 장치를 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 10의 용해로 버너 장치를 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 12는 CASE 1부터 CASE 9까지 본 발명의 여러 실시예들에 따른 용해로 버너 장치의 화염 길이, 화염 폭, 화염 온도 등 실험 결과를 나타내는 도표이다.
도 13은 도 12의 CASE 5의 기존 대비 효과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 실시간 용해로 버너 장치(100)를 나타내는 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 실시간 용해로 버너 장치(100)는, 크게 버너 몸체(10)와, 연료 분사 노즐(20) 및 산화제 분사 노즐(30)을 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 버너 몸체(10)는, 내부에 연료 라인(L1) 및 산화제 라인(L2)이 형성될 수 있고, 전면에 분사면(10a)이 형성되는 일종의 분사 헤드 구조체일 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 연료 분사 노즐(20)은, 상기 버너 몸체(10)의 상기 분사면(10a)의 일부분에 적어도 하나 이상으로 형성되는 것으로서, 용해로 방향으로 화염(F)이 형성되도록 연료 라인(L1)과 연결되어 상기 버너 몸체(10)의 축방향(A)과 동일한 연료 분사 방향(A1)으로 연료를 분사하는 연료 분사홀 부분 또는 연료 분사홀부가 형성된 별도의 부품일 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 산화제 분사 노즐(30)은, 상기 버너 몸체(10)의 상기 분사면(10a)의 타부분에 적어도 하나 이상으로 형성되는 것으로서, 상기 연료와 반응하여 상기 용해로 방향으로 화염(F)이 형성되도록 산화제 라인(L2)과 연결되어 상기 연료 분사 방향(A1)을 기준으로 0도 이상의 제 1 각도(K1)인 산화제 분사 방향(A2)으로 산화제를 분사하는 산화제 분사홀 부분 또는 산화제 분사홀부가 형성된 별도의 부품일 수 있다. 예컨대, 여기서, 상기 연료는 LNG일 수 있고, 상기 산화제는 산소 가스일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 연료 분사 노즐(20)과 상기 산화제 분사 노즐(30)은 일대일(1:1)로 매칭될 수 있도록 상기 연료 분사 노즐(20)의 설치 개수와 상기 산화제 분사 노즐(30)의 설치 개수가 동일하게 설치될 수 있다.
여기서, 상기 연료 분사 노즐(20)은 상기 분사면(10a)의 중심을 기준으로 내측에 8개가 등각 배치될 수 있고, 상기 산화제 분사 노즐(30)은 상기 분사면(10a)의 중심을 기준으로 외측에 8개가 등각 배치되어 서로 일대일 매칭될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 용해로 버너 장치(100)의 상기 산화제 분사 노즐(30)은, 상기 제 1 각도(K1)가 O도일 수 있는 것으로서, 상기 산화제 분사 노즐(30)의 상기 산화제 분사 방향(A2)은 상기 연료 분사 노즐의 상기 연료 분사 방향(A1)과 서로 평행하게 형성될 수 있다.
그러나, 이러한 상기 연료 분사 노즐(20) 및 상기 산화제 분사 노즐(30)의 설치 개수는 도시된 8개와 8개 총 16개 이외에도 16개와 16개 총 32개 등 매우 다양하게 형성될 수 있다.
따라서, 하나의 상기 산화제 분사 노즐(30)은 하나의 연료 분사 노즐(20)을 담당할 수 있도록 각각 최적의 직경을 결정할 수 있기 때문에 360도 전방향에 걸쳐서 연료와 산화제가 골고루 균일하게 혼합될 수 있고, 이로 인하여 화염의 길이, 폭, 온도를 향상시켜서 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 실시간 용해로 버너 장치(200)를 나타내는 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 다른 실시예들에 따른 실시간 용해로 버너 장치(200)는, 상기 산화제 분사 노즐(30)의 상기 산화제 분사 방향(A2)이 상기 연료 분사 노즐(20)의 상기 연료 분사 방향(A1)과 접점(P)에서 만날 수 있도록 상기 제 1 각도(K1)는 0 보다 크게 중심 방향으로 기울어지게 형성될 수 있다.
따라서, 하나의 상기 산화제 분사 노즐(30)은 하나의 연료 분사 노즐(20)을 담당할 수 있도록 각각 최적의 직경을 결정할 수 있기 때문에 360도 전방향에 걸쳐서 연료와 산화제가 골고루 균일하게 혼합될 수 있는 동시에, 연료와 산화제가 상기 접점(P)에서 서로 만나 집중적으로 혼합되어 화염의 길이, 폭, 온도를 향상시켜서 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 실시간 용해로 버너 장치(300)를 나타내는 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 실시간 용해로 버너 장치(300)는, 상기 산화제 분사 노즐(30)의 상기 산화제 분사 방향(A2)은 상기 화염(F)에 정방향으로 스월(Swirl)이 형성될 수 있도록 상기 제 1 각도(K1)는 0 보다 크게 중심 방향으로부터 좌회전각도 또는 우회전각도로 기울어지게 형성될 수 있다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연료는 스월을 일으키는 상기 산화제에 의해서 와류 및 난류가 발생될 수 있고, 이러한 와류 및 난류로 인하여 360도 전방향에 걸쳐서 연료와 산화제가 골고루 균일하게 혼합될 수 있기 때문에 화염의 길이, 폭, 온도를 향상시켜서 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.
도 4 내지 도 9는 CASE 1부터 CASE 9까지 본 발명의 여러 실시예들에 따른 용해로 버너 장치(400~900)의 정면도들이다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, CASE 1인 경우, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 용해로 버너 장치(400)는, 상기 연료 분사 노즐(20)은 상기 버너 몸체(10)의 분사면(10a)의 중심(C)을 기준으로 제 1 거리(D1) 이격되도록 방사선 상에 등각 배치되고, 상기 산화제 분사 노즐(30)은 상기 버너 몸체(10)의 상기 분사면(10a)의 상기 중심(C)을 기준으로 상기 제 1 거리(D1) 보다 먼 제 2 거리(D2)로 이격되도록 방사선 상에 등각 배치될 수 있다.
여기서, 상기 산화제 분사 노즐(30)은 정방향 스월을 유도할 수 있도록 중심 방향으로부터 좌회전각도로 기울어지게 형성될 수 있고, 상기 연료 분사 노즐(20)의 토출구 단면은 원형(H1)일 수 있다.
따라서, 상기 연료는 스월을 일으키는 상기 산화제에 의해서 와류 및 난류가 발생될 수 있고, 이러한 와류 및 난류로 인하여 360도 전방향에 걸쳐서 연료와 산화제가 골고루 균일하게 혼합될 수 있기 때문에 화염의 길이, 폭, 온도를 향상시켜서 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.
또한, 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, CASE 2인 경우, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 용해로 버너 장치(500)는, 상기 연료 분사 노즐(20)은 상기 버너 몸체(10)의 분사면(10a)의 중심(C)을 기준으로 제 1 거리(D1) 이격되도록 방사선 상에 등각 배치되고, 상기 산화제 분사 노즐(30)은 상기 버너 몸체(10)의 상기 분사면(10a)의 상기 중심(C)을 기준으로 상기 제 1 거리(D1) 보다 먼 제 2 거리(D2)로 이격되도록 방사선 상에 등각 배치될 수 있는 것으로서, 상기 산화제 분사 노즐(30)은 정방향 스월을 유도할 수 있도록 중심 방향으로부터 좌회전각도로 기울어지게 형성될 수 있고, 상기 연료 분사 노즐(20)의 토출구 단면은 사각형(H2)일 수 있다.
따라서, 상기 연료는 스월을 일으키는 상기 산화제에 의해서 와류 및 난류가 발생될 수 있고, 이러한 와류 및 난류로 인하여 360도 전방향에 걸쳐서 연료와 산화제가 골고루 균일하게 혼합될 수 있기 때문에 화염의 길이, 폭, 온도를 향상시켜서 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.
또한, 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, CASE 3인 경우, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 용해로 버너 장치(600)는, 상기 연료 분사 노즐(20)은 상기 버너 몸체(10)의 분사면(10a)의 중심(C)을 기준으로 제 1 거리(D1) 이격되도록 방사선 상에 등각 배치되고, 상기 산화제 분사 노즐(30)은 상기 버너 몸체(10)의 상기 분사면(10a)의 상기 중심(C)을 기준으로 상기 제 1 거리(D1) 보다 먼 제 2 거리(D2)로 이격되도록 방사선 상에 등각 배치될 수 있는 것으로서, 상기 산화제 분사 노즐(30)은 정방향 스월을 유도할 수 있도록 중심 방향으로부터 좌회전각도로 기울어지게 형성될 수 있고, 상기 연료 분사 노즐(20)의 토출구 단면은 삼각형(H3)일 수 있다.
따라서, 상기 연료는 스월을 일으키는 상기 산화제에 의해서 와류 및 난류가 발생될 수 있고, 이러한 와류 및 난류로 인하여 360도 전방향에 걸쳐서 연료와 산화제가 골고루 균일하게 혼합될 수 있기 때문에 화염의 길이, 폭, 온도를 향상시켜서 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.
또한, 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, CASE 4인 경우, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 용해로 버너 장치(700)는, 상기 버너 몸체(10)에 형성되고, 상기 연료와 반응하여 상기 용해로 방향으로 화염(F)이 형성되도록 보조 산화제 라인(L3)과 연결되어 상기 연료 분사 방향(A1)을 기준으로 0도 이상의 제 2 각도(K2)인 보조 산화제 분사 방향(A3)으로 보조 산화제를 분사하고, 상기 버너 몸체(10)의 상기 분사면(10a)의 상기 중심(C)을 기준으로 상기 제 1 거리(D1) 보다 가까운 제 3 거리(D3)로 이격되도록 방사선 상에 등각 배치되는 보조 산화제 분사 노즐(40)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 보조 산화제 분사 노즐(40)의 토출부 단면은 틈새형(H4)일 수 있다.
따라서, 상기 연료는 스월을 일으키는 외측 산화제에 의해서 와류 및 난류가 발생될 수 있고, 여기에 내측 보조 산화제까지 혼합되어서 360도 전방향에 걸쳐서 연료와 산화제가 골고루 균일하게 혼합될 수 있기 때문에 화염의 길이, 폭, 온도를 향상시켜서 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.
또한, 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, CASE 5인 경우, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 용해로 버너 장치(800)는, 상기 버너 몸체(10)에 형성되고, 상기 연료와 반응하여 상기 용해로 방향으로 화염(F)이 형성되도록 보조 산화제 라인(L3)과 연결되어 상기 연료 분사 방향(A1)을 기준으로 0도 이상의 제 2 각도(K2)인 보조 산화제 분사 방향(A3)으로 보조 산화제를 분사하고, 상기 버너 몸체(10)의 상기 분사면(10a)의 상기 중심(C)을 기준으로 상기 제 1 거리(D1) 보다 가까운 제 3 거리(D3)로 이격되도록 방사선 상에 등각 배치되는 보조 산화제 분사 노즐(40)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 보조 산화제 분사 노즐(40)의 토출부 단면은 원형(H1)이면서, 상기 보조 산화제 분사 노즐(40)의 상기 보조 산화제 분사 방향(A3)은 상기 화염(F)의 내부에 상기 산화제 분사 노즐(30)과 반대인 역방향으로 스월(Swirl)이 형성될 수 있도록 상기 제 2 각도(K2)는 0 보다 크게 중심 방향으로부터 좌회전각도로 기울어지게 형성될 수 있다.
따라서, 상기 연료는 정방향 스월을 일으키는 외측 산화제에 의해서 와류 및 난류가 발생될 수 있고, 역방향 스월을 일으키는 내측 보조 산화제까지 혼합되어서 360도 전방향에 걸쳐서 연료와 산화제가 골고루 균일하게 혼합될 수 있기 때문에 화염의 길이, 폭, 온도를 향상시켜서 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.
또한, 예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, CASE 6인 경우, 본 발명의 일부 또 다른 실시예들에 따른 용해로 버너 장치(800)는, 상기 버너 몸체(10)에 형성되고, 상기 연료와 반응하여 상기 용해로 방향으로 화염(F)이 형성되도록 보조 산화제 라인(L3)과 연결되어 상기 연료 분사 방향(A1)을 기준으로 0도 이상의 제 2 각도(K2)인 보조 산화제 분사 방향(A3)으로 보조 산화제를 분사하고, 상기 버너 몸체(10)의 상기 분사면(10a)의 상기 중심(C)을 기준으로 상기 제 1 거리(D1) 보다 가까운 제 3 거리(D3)로 이격되도록 방사선 상에 등각 배치되는 보조 산화제 분사 노즐(40)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 보조 산화제 분사 노즐(40)의 토출부 단면은 원형(H1)이면서, 상기 보조 산화제 분사 노즐(40)의 상기 보조 산화제 분사 방향(A3)은 상기 화염(F)의 내부에 상기 산화제 분사 노즐(30)과 동일한 정방향으로 스월(Swirl)이 형성될 수 있도록 상기 제 2 각도(K2)는 0 보다 크게 중심 방향으로부터 우회전각도로 기울어지게 형성될 수 있다.
따라서, 상기 연료는 정방향 스월을 일으키는 외측 산화제에 의해서 와류 및 난류가 발생될 수 있고, 정방향 스월을 일으키는 내측 보조 산화제까지 혼합되어서 360도 전방향에 걸쳐서 연료와 산화제가 골고루 균일하게 혼합될 수 있기 때문에 화염의 길이, 폭, 온도를 향상시켜서 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.
도 10은 도 9의 용해로 버너 장치(900)를 나타내는 단면도이고, 도 11은 도 10의 용해로 버너 장치(900)를 확대하여 나타내는 확대 단면도이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 산화제 분사 노즐(30)은, 산화제 라인(L2)과 연결되어 상기 연료 분사 방향(A1)을 기준으로 0도 이상의 제 1 각도(K1)인 산화제 분사 방향(A2)으로 산화제를 분사하고, 상기 보조 산화제 분사 노즐(40)은, 보조 산화제 라인(L3)과 연결되어 상기 연료 분사 방향(A1)을 기준으로 0도 이상의 제 2 각도(K2)인 보조 산화제 분사 방향(A3)으로 보조 산화제를 분사할 수 있다.
따라서, 상기 연료는 상기 연료 방향으로 경사지게 분사되는 외측 산화제와 상기 연료 방향으로 경사지게 분사되는 내측 보조 산화제에 의해 이중으로 골고루 혼합되어 화염의 길이, 폭, 온도를 향상시켜서 에너지 전달 효율을 높일 수 있다.
도 12는 CASE 1부터 CASE 9까지 본 발명의 여러 실시예들에 따른 용해로 버너 장치의 화염 길이, 화염 폭, 화염 온도 등 실험 결과를 나타내는 도표이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 CASE 1부터 CASE 9까지 실험한 결과, 화염 길이, 화염 폭, 노즐로부터 거리별 화염 온도 전부분에 걸쳐서 기존 버너에 비해 화염 길이, 화염 폭이 크게 커지고, 화염 온도가 높아지는 것을 확인할 수 있었다.
특히, 도 12에 도시된 바와 같이, 산화제 및 보조 산화제를 이용하여 연료를 기준으로 내측 및 외측에 각각 정방향 스월을 형성하는 이중 스월 방식의 CASE 5의 경우, 전 부분에 걸쳐서 가장 화염 길이, 화염 폭이 향상되고, 화염 온도가 높아져서 에너지 전달 효율이 가장 큰 것을 확인할 수 있었다.
도 13은 도 12의 CASE 5의 기존 대비 효과를 나타내는 그래프이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 이러한 CASE 5는 기존 대비 화염 길이는 28 퍼센트 향상시키고, 화염 폭은 14 퍼센트 향상시키며, 화염 평균 온도는, 33 퍼센트 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.
그러므로, 본 발명에 의하면, 연료 분사 노즐(20)과 산화제 분사 노즐(30)을 서로 매칭시키고, 산화제 분사 노즐(30) 및 보조 산화제 분사 노즐(40)에 분사 각도를 조절하여 스월을 형성할 수 있으며, 보조 산화제를 추가적으로 분사하면서 정방향 또는 역방향 스월을 유도하여 연료와 산화제를 균일하게 혼합할 수 있고, 이로 인하여 화염의 길이, 폭, 온도를 크게 증대시킬 수 있으며, 에너지 전달 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
F: 화염
10: 버너 몸체
10a: 분사면
C: 중심
20: 연료 분사 노즐
L1: 연료 라인
A: 축방향
A1: 연료 분사 방향
30: 산화제 분사 노즐
L2: 산화제 라인
K1: 제 1 각도
A2: 산화제 분사 방향
D1: 제 1 거리
D2: 제 2 거리
D3: 제 3 거리
P: 접점
H1: 원형
H2: 사각형
H3: 삼각형
H4: 틈새형
40: 보조 산화제 분사 노즐
L3: 보조 산화제 라인
K2: 제 2 각도
A3: 보조 산화제 분사 방향
100~900: 용해로 버너 장치

Claims (10)

  1. 버너 몸체;
    상기 버너 몸체에 형성되고, 용해로 방향으로 화염이 형성되도록 연료 라인과 연결되어 상기 버너 몸체의 축방향과 동일한 연료 분사 방향으로 연료를 분사하는 적어도 하나의 연료 분사 노즐; 및
    상기 버너 몸체에 형성되고, 상기 연료와 반응하여 상기 용해로 방향으로 화염이 형성되도록 산화제 라인과 연결되어 상기 연료 분사 방향을 기준으로 0도 이상의 제 1 각도인 산화제 분사 방향으로 산화제를 분사하는 적어도 하나의 산화제 분사 노즐;을 포함하고,
    상기 연료 분사 노즐은, 상기 버너 몸체의 분사면의 중심을 기준으로 제 1 거리 이격되도록 방사선 상에 등각 배치되고,
    상기 산화제 분사 노즐은, 상기 버너 몸체의 상기 분사면의 상기 중심을 기준으로 상기 제 1 거리 보다 먼 제 2 거리로 이격되도록 방사선 상에 등각 배치되고,
    상기 산화제 분사 노즐의 상기 산화제 분사 방향은,상기 연료 분사 노즐의 상기 연료 분사 방향과 접점에서 만날 수 있도록 상기 제 1 각도는 0 보다 크게 중심 방향으로 기울어지게 형성되고,
    상기 산화제 분사 노즐의 상기 산화제 분사 방향은 상기 화염에 정방향으로 스월(Swirl)이 형성될 수 있도록 상기 제 1 각도는 0 보다 크게 중심 방향으로부터 좌회전각도 또는 우회전각도로 기울어지게 형성되는, 용해로 버너 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 분사 노즐과 상기 산화제 분사 노즐은 일대일로 매칭될 수 있도록 상기 연료 분사 노즐의 설치 개수와 상기 산화제 분사 노즐의 설치 개수가 동일하게 설치되는, 용해로 버너 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화제 분사 노즐의 상기 산화제 분사 방향은 상기 연료 분사 노즐의 상기 연료 분사 방향과 서로 평행하게 형성되는, 용해로 버너 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 분사 노즐의 토출구 단면은 적어도 원형, 사각형, 삼각형, 다각형, 틈새형 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어지는, 용해로 버너 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 버너 몸체에 형성되고, 상기 연료와 반응하여 상기 용해로 방향으로 화염이 형성되도록 보조 산화제 라인과 연결되어 상기 연료 분사 방향을 기준으로 0도 이상의 제 2 각도인 보조 산화제 분사 방향으로 보조 산화제를 분사하고, 상기 버너 몸체의 분사면의 중심을 기준으로 상기 제 1 거리 보다 가까운 제 3 거리로 이격되도록 방사선 상에 등각 배치되는 보조 산화제 분사 노즐;
    을 더 포함하는, 용해로 버너 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 보조 산화제 분사 노즐의 상기 보조 산화제 분사 방향은 상기 화염의 내부에 역방향으로 스월(Swirl)이 형성될 수 있도록 상기 제 2 각도는 0 보다 크게 중심 방향으로부터 좌회전각도 또는 우회전각도로 기울어지게 형성되는, 용해로 버너 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 보조 산화제 분사 노즐의 상기 보조 산화제 분사 방향은 상기 화염의 내부에 정방향으로 스월(Swirl)이 형성될 수 있도록 상기 제 2 각도는 0 보다 크게 중심 방향으로부터 좌회전각도 또는 우회전각도로 기울어지게 형성되는, 용해로 버너 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997044618A1 (en) 1996-05-17 1997-11-27 Xothermic, Inc. Burner apparatus and method
KR200213935Y1 (ko) * 2000-09-04 2001-02-15 포항종합제철주식회사 다각형노즐을 구비한 저질소산화물 버너
KR101400223B1 (ko) 2013-05-20 2014-05-27 주식회사 포스코 가열로 버너
KR101497450B1 (ko) * 2013-12-24 2015-03-02 주식회사 포스코 가열로 버너

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5392865B2 (ja) 2010-10-22 2014-01-22 泰典 岩本 蓄光体の製造方法及びこれにより製造された蓄光体並びに蓄光体を用いたネイル用ストーン

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997044618A1 (en) 1996-05-17 1997-11-27 Xothermic, Inc. Burner apparatus and method
KR200213935Y1 (ko) * 2000-09-04 2001-02-15 포항종합제철주식회사 다각형노즐을 구비한 저질소산화물 버너
KR101400223B1 (ko) 2013-05-20 2014-05-27 주식회사 포스코 가열로 버너
KR101497450B1 (ko) * 2013-12-24 2015-03-02 주식회사 포스코 가열로 버너

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