KR19990045327A - 고로용 냉각 요소 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구리 또는 저합금 구리로 제조되는 사출 성형되거나 압연된 형상재 부분으로 이루어지고 내부에 냉각제 채널(2)이 배치되는 고로용 냉각 요소(1)에 관한 것이다. 냉각 요소(1)는 볼트(7)에 의해 고로 벽(9)의 고정 요소(8)와 자체의 고정 리브(5)에 고정되고, 냉각 요소(1)와 고로 벽(9)과의 사이의 개재 공간은 내부 내화 충전재(10)로 충전된다. 냉각 채널(2)을 구비한 냉각 요소(1)의 상단부 및 하단부는 고로 벽(9) 쪽으로 90°만큼 꺾여져서 고로 벽(9)의 개구부(19)를 통해 안내된다. 상부 및 하부 브리지(3)와 슬래그 리브(4)는 계속적으로 수직으로 연장되고, 절결부(18)에 의해 다음의 냉각 요소(1)에 각각 연결되어 전면적인 결합을 이룬다.

Description

고로용 냉각 요소

본 발명은 내화 라이닝이 마련된 용광로, 특히 고로용 냉각 요소로서, 구리 또는 저합금 구리로 이루어지고 내부에 냉각제 채널이 배치되는 냉각 요소에 관한 것이다.

용광로, 특히 고로의 재킷을 위한 냉각 시스템은 "강 및 철", 106(1986), 제5호, 제205-210면에 구체적으로 개시되어 있다. 근년에 들어와서, 소위 냉각 박스에 의한 냉각과 더불어 주철과 구리로 이루어진 냉각 판, 소위 스테이브(stave)에 의한 냉각이 더욱 더 많이 실시되고 있다.

DE 39 25 280으로부터 회주철로 이루어진 냉각 판이 공지되어 있는데, 그 냉각 판에서는 주물체로 주조된 냉각 관에 의해 냉각 채널이 형성된다. 그 경우의 단점은 탄화의 방지를 위해 냉각 판 또는 스테이브의 고온 측으로부터 스테이브 본체 및 관 벽을 통해 냉각수 쪽으로 열이 유동하는 것을 저지하는 냉각 관의 코팅이 필요하다는 점이다. 따라서, 그러한 형식의 스테이브는 펄라이트의 붕괴가 일어나는 고온(＞ 760 ℃)에 자주 도달된다; 그로 인해, 주물체에 균열이 형성되고, 상대적으로 짧은 가동 시간 후에도 벌써 주물 재료가 냉각 관으로부터 떨어져 나온다.

다수의 냉각 관을 주조하여 고온 측에 평행한 여러 평면에 배치하는 것에 의해 그러한 주철 스테이브의 내구성을 연장시키는 방안이 시도된 바 있다. 그에 따르면, 회주철 스테이브가 훨씬 더 복잡하고 가격이 비싸짐에도 불구하고, 그 내구성은 상응하는 정도로 향상되지 않는다.

DE 29 07 511로부터 공지되어 있는, 압연 구리 재료로 제조된 소위 구리 스테이브는 실질적인 개선을 가져오는데, 그 경우에 냉각 채널은 디프보어링에 의해 고온 측에 평행하게 도입된다. 그에 의해, 관 코팅에 의하지 않고서도 장애가 없이 열의 유동이 저지된다. 그러한 형식의 구리 스테이브의 고온 측은 회주철로 이루어진 스테이브의 고온 측에 비해 현저히 더 차갑고, 그에 따라 회주철 스테이브의 경우와는 다르게 고온 측에 용제 혼입 광석으로 이루어진 각질층이 형성되는데, 그 각질층은 단열재로서의 작용을 한다. 즉, 구리 스테이브는 그 재료의 높은 열전도성에도 불구하고 회주철 스테이브보다 더 적은 열을 고로로부터 반출한다. 구리 스테이브의 또 다른 장점은 그 구리 스테이브가 구조적으로 회주철 스테이브(약 250 ㎜)보다 더 얇게(약 150 ㎜) 형성될 수 있다는 점이다. 따라서, 구리 스테이브를 사용할 경우에도 주어진 형상의 고로에서 가용 용적이 현저히 증대된다.

그러나, 회주철로 이루어진 스테이브에 비해 우수한 구리 스테이브의 결정적인 장점은 재료의 특성으로 인해 균열 형성 현상을 나타내지 않고 그 표면 마모가 극히 작다는 점이다. 10년에 걸친 시험에서, 재료의 손실은 3 - 4 ㎜에 불과한 것으로 관측되었다. 그로부터 계산한다면, 리브의 높이가 50 ㎜인 경우에 내구 수명은 그 스테이브가 속하는 고로의 내구 수명을 넘는 약 150년으로 산출된다.

공지의 구리 스테이브의 단점은 그 구리 스테이브가 항상 상대적으로 견실한 구조로 형성되어 무겁고 값이 비싸다는 점이다. 전 측면에 대한 기계 가공, 홈의 프레이즈 절삭, 디프보어링 및 관 연결부의 용접으로 인해 가공에 소모되는 노력 및 비용이 상당하다. 절삭되는 재료는 전체 중량의 상당 부분을 차지하여 매우 적은 가격만이 회수될 수 있을 뿐이다. 또 다른 단점은 디프보어링 시에 2 - 3 m의 깊이에 걸쳐 정해진 채널 직경에 미달되어서는 안 된다는 것인데, 그 이유는 그렇지 않을 경우에는 드릴이 진로를 벗어날 위험이 있기 때문이다. 그와 같이 형성된 냉각 채널은 필요 이상으로 커지게 된다; 열 하중이 높을 때에 경우에 따라 관 벽에 형성되는 수증기 기포를 떼어내기 위해 약 1.5 m/sec의 최소 속도를 필요로 하기 때문에 냉각 수량에 있어서도 마찬가지로 지나치게 커지게 된다. 즉, 냉각수 가열 속도가 비경제적으로 작아진다.

본 발명의 목적은 공지의 구리 스테이브와는 대조적으로 재료 소모 및 가공의 비용과 노력이 현저히 감소되면서도, 적은 조립 비용으로 조립될 수 있고, 내구 수명이 적어도 고로 설비의 내구 수명과 동일한 정도이며, 고로 작업 시의 격심한 응력을 감당할 수 있는 안정된 냉각 요소를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉각수의 유동 횡단면을 원형으로부터 벗어난 적합한 형태로 형성하는 것에 의해 매우 높은 냉각수 가열 속도를 실현시키는 것인데, 그것으로 인해 열 하중이 높을 때에 경우에 따라 관 벽에 형성되는 수증기 기포를 떼어내어 계속적으로 이송하기 위해 필요로 하는 냉각수의 최소 속도에 미달되어서는 안 된다.

본 발명의 마지막 목적은 용제 혼입 광석의 각질층이 양호하게 부착될 수 있는 표면이 적은 비용으로 제공되도록 구리 스테이브의 고온 측을 형성하는 것이다.

도 1은 슬래그 리브를 구비한 Cu 냉각 요소의 횡단면도,

도 2는 슬래그 리브를 구비한 Cu 냉각 요소의 측면도,

도 3은 슬래그 리브를 구비한 Cu 냉각 요소의 종단면도,

도 4는 사각형 형상재로 이루어진 Cu 냉각 요소의 횡단면도,

도 5는 사각형 형상재로 이루어지고 서로 겹쳐져 배치되는 Cu 냉각 요소의 측면도,

도 6은 사각형 형상재로 이루어진 Cu 냉각 요소의 종단면도,

도 7은 사각형 형상재로 이루어진 Cu 냉각 요소의 상부 덮개의 평면도,

도 8은 사각형 형상재로 이루어진 Cu 냉각 요소의 하부 덮개의 평면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1, 11, 13: 냉각 요소 2: 타원형 냉각 채널

3: 측방 브리지 4: 슬래그 리브

5: 고정 리브 6: 구멍

7: 볼트 8, 14: 고정 요소

9: 고로 재킷 10: 내부 내화 충전재

12: 냉각 채널 15: 상부 덮개

16: 관 부재 17: 하부 덮개

18: 홈/절결부 19: 개구부

그러한 목적은 청구항 1에 개시된 바와 같은 형식으로 달성되고, 본 발명의 또 다른 바람직한 구성은 청구항 1에 종속된 청구항 2 내지 청구항 7에 구체적으로 기재되어 있다.

선택적으로, 본 발명의 목적은 청구항 8에 개시된 형식으로 달성되고, 그 선택적 방안의 또 다른 바람직한 구성은 청구항 8에 종속된 청구항 9 및 청구항 10에 구체적으로 기재되어 있다.

본 발명의 설정 목적은 청구항 1에 따라 다음과 같이 달성된다:

종래의 Cu 냉각 요소는 대부분 구리 블록에서 고온 측에 평행하게 연장되는 4개의 평행한 냉각 채널을 구비하는 반면에, 본 발명에 따른 냉각 요소는 적합하게 선택된 길이로 사출 성형되거나 압연되고 원형 또는 원형으로부터 벗어난 하나 이상의 냉각 채널을 포함하는 Cu 형상재로 이루어진다. 하나 이상의 냉각 채널로부터 시작되는 해당 리브에 의해 사출 성형되거나 압연된 형상재가 고로 작업의 격심한 응력을 견딜 수 있는 충분한 강도를 동반하게 된다; 특히, 그것은 고로 재킷과 대면된 냉각 요소의 측면에 배치되는 고정 리브에 관련된 것이다. 고정 리브는 동시에 냉각 요소를 고로 재킷에 고정시키는 역할을 한다. 고로 재킷에 평행하게 놓여지는 Cu 냉각 요소의 측방 브리지는 전면적으로 고로 재킷을 보호하기 위해 마련된 것이다. 측방 브리지의 폭은 인접 냉각 요소의 대응 브리지에 부분적으로 겹쳐지거나 꼭 들어맞게 체결되도록 결정된다. 그에 의해, 고로 재킷의 원추형 부분(경사부, 샤프트)에서의 직경 및 원주의 차이가 보상된다. 고온 측에서 노의 내부로 돌출되는 슬래그 리브는 고체 또는 페이스트 형태의 용제 혼입 광석으로 이루어진 층이 냉각 요소의 고온 측에 용이하게 형성되어 안정적으로 부착되도록 추가의 기계 가공에 의해 형성된다.

Cu 냉각 요소는 조립에 임박하여 조립 현장에서 적절한 길이로 절단되어 꺾여질 수도 있다. 그를 위해, Cu 냉각 요소의 상측면 또는 하측면에서 측방 브리지가 톱질, 연삭 절단 또는 연소에 의해 분리되거나 제거되고, 잔존하는 원형 또는 비원형의 채널 횡단면부가 상응하게 꺾여져서 고로 재킷에 있는 대응 통과 개구부를 통해 안내된다. 냉각 요소는 냉각수 유출을 위한 개재 관 부재를 경유하여 고로의 냉각 회로에 접속된다. 그 경우, 재킷 개구부를 최대한으로 작게 하기 위해 고로의 내외에 놓이는 채널 횡단면부가 냉간 변형에 의해 다시 원형의 횡단면으로 전환될 수 있다. 냉각 요소를 재킷에 고정시키기 위해, 냉각 요소는 재킷 쪽으로 연장되는 리브에 구멍을 구비한다; 그러한 리브에는 고로 재킷에 고정된 지지 요소가 맞물린다; 리브와 지지 요소와의 사이의 결합은 끼워 넣어져 고정되는 클램핑 핀 또는 볼트에 의해 이루어진다. 기계적 조립을 마친 후에는 공지의 형식대로 Cu 냉각 요소의 배면 측에 열전도성이 낮은 내화재가 충전된다.

본 발명의 선택적인 또 다른 구성에서도 역시 압연되거나 사출 성형된 구리 형상재가 사용되는데, 그 경우에 구리 형상재는 사각형으로 형성되고 냉각 요소의 상호 맞물림 결합을 위한 홈 및 스프링을 그 측면에 구비한다. 그러한 다수의 냉각 요소가 상호 결합되면, 내부에 사각형 냉각 채널이 배치되는 집약형 구리 블록이 형성된다. 냉각 요소의 측면의 그러한 구성에 의해 개개의 구성 요소가 이음새가 없이 이어지게 되는데, 그러한 이음 형식은 고로 샤프트 및 경사부의 원추형 형상을 보상하기 위해 도입된 것이다. 즉, 고로 재킷을 모든 부위에서 이음새가 없이 열로부터 보호하는 것이 보장된다.

냉각 요소의 선단부에는 유사하지만 더 큰 냉각 채널 횡단면을 구비하는 사출 성형된 U형 형상재가 마련된다. 그 경우, 냉각수의 출입은 조립된 냉각 요소의 상측면 및 하측면에 각각 있는 관 부재를 경유하여 이루어진다. 그러한 형식으로 제작된 냉각 요소는 형상재의 박스형 결합 및 발판 부재와 헤드 부재의 제작으로 인해 더 큰 재료 비용 및 제조 비용을 필요로 하지만, 관 횡단면과 부착 리브를 구비하는 Cu 냉각 요소에 비해 더 납작하게 형성되어 노 벽의 곡률에 훨씬 더 잘 들어맞을 수 있다. 노 벽에 고정시키는 것은 종래의 형식대로 냉각 요소에 있는 나사형 포켓 구멍 및 노 재킷을 통과하는 고정 나사에 의해 이루어지는데, 그 고정 나사는 용접된 덮개 캡에 의해 외측에서 가스가 새지 않도록 밀봉된다.

이하, 본 발명을 개략적인 실시예에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 사출 성형되거나 압연된 형상재로 이루어지고 원형 냉각 채널 또는 원형으로부터 벗어난 세장형 냉각 채널(2)을 포함하는 냉각 요소(1)의 횡단면도를 나타낸 것이다.

냉각 요소(1)는 측방 브리지(3)를 구비하고, 그 측방 브리지(3)에는 고로 벽(9)과 외면된 측면에서 수직 방향으로 연장되는 슬래그 리브(4)가 배치된다. 고로 벽(9)과 대면된 측면에는 고정 리브(5)가 배치된다.

냉각 요소(1)는 볼트(7)에 의해 고정 요소(8), 고로 벽(9) 및 고정 리브(5)에 있는 구멍(6) 속에 고정되고, 냉각 요소(1)와 고로 벽(9)과의 사이에 있는 개재 공간은 내부 내화 충전재(10)로 충전된다.

도 2에 따르면, 냉각 채널(2)을 구비한 냉각 요소(1)의 상단부 및 하단부가 고로 벽(9) 쪽으로 90°만큼 꺾여져서 고로 벽(9)의 개구부(19)를 통해 안내된다. 상부 및 하부 브리지(3)와 슬래그 리브(4)는 계속 수직으로 연장되고, 절결부(18)에 의해 다음의 냉각 요소(1)에 각각 연결되어 전면적인 결합을 이룬다. 고로 벽(8, 9)에 고정시키는 것은 고정 리브(5)와 고정 요소(8)를 통해 안내되는 볼트(7)에 의해 이루어진다.

도 3은 타원형 냉각 채널(2)을 구비하는 냉각 요소(1)의 종단면도를 나타낸 것이다. 냉각 채널(2)의 양측으로 브리지(3)가 배치된다. 고로 벽(9)이 고정 요소(8)와 대면된 측면에는 세장형 고정 리브(5)가 마련된다. 고정 리브(5) 및 고정 요소(8)에 있는 구멍(6)을 통해 볼트(7)가 끼워져서 냉각 요소를 고로 벽에 고정시킬 수 있다.

도 4는 홈을 구비한 사각형 냉각 요소(11)와 스프링을 구비한 사각형 냉각 요소(13)로 이루어진 또 다른 선택적인 냉각 요소(1)의 실시예를 평면도로 나타낸 것인데, 사각형 냉각 요소(11, 13) 속에는 각각 냉각 채널(12)이 가공되어 있다.

도 5는 서로 겹쳐져서 고로 재킷(9)에 고정된 냉각 요소(1, 11, 12, 13)의 측면도를 나타낸 것이다. 냉각 요소(1)는 냉각제 공급 및 유출용 관 부재(16)가 마련된 상부 덮개(15)와 하부 덮개(17)에 의해 압력에 대해 차폐된다.

서로 떨어진 채 덮개(15, 17)에 배치된 절결부(18)에 의해 냉각 요소(1)가 서로 겹쳐져서 고로 재킷(9)에 장착된다.

도 6은 홈을 구비한 사각형 냉각 요소(11), 스프링을 구비한 사각형 냉각 요소(13), 각각 관 부재(16)를 구비하는 상부 덮개와 하부 덮개(15, 17) 및 절결부(18)로 이루어지는 냉각 요소(1)가 적합하게 조립된 것을 종단면도로 나타낸 것이다.

냉각수는 하부 덮개(17)에 있는 관 부재(16)를 경유하여 유입되고, 냉각 채널(12)을 통해 흐른 후에 상부 덮개(15, 16)를 경유하여 유출된다.

도 7 및 도 8은 각각 관 부재(16)를 구비하는 상부 덮개(15)와 하부 덮개(17), 홈을 구비한 냉각 요소(11)와 스프링을 구비한 냉각 요소(13)의 일부분, 그리고 양 냉각 요소(11, 13)의 냉각 채널(12)을 각각 평면도로 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 고로용 냉각 요소에서는, 고로 재킷과 대면된 냉각 요소의 측면에 배치되는 고정 리브에 의해 냉각 요소의 형상재가 고로 작업의 격심한 응력을 견딜 수 있는 충분한 강도를 동반하게 되고, 고로 재킷에 평행하게 놓여지는 Cu 냉각 요소의 측방 브리지에 의해 고로 재킷이 전면적으로 보호되며, 측방 브리지의 폭이 인접 브리지에 부분적으로 겹쳐지거나 꼭 들어맞게 체결되도록 결정되어 고로 재킷의 원추형 부분(경사부, 샤프트)에서의 직경 및 원주의 차이가 보상된다. 또한, 고온 측에서 노의 내부로 돌출되는 슬래그 리브에 의해 고체 또는 페이스트 형태의 용제 혼입 광석으로 이루어진 층이 냉각 요소의 고온 측에 용이하게 형성되어 안정적으로 부착된다.

Claims (10)

1. 구리 또는 저합금 구리로 이루어지고 내부에 냉각제 채널이 배치되는, 내화 라이닝이 마련된 용광로, 특히 고로용 냉각 요소에 있어서,

   - 냉각 요소(1)는 사출 성형되거나 압연된 형상재로 이루어지고,

   - 냉각 요소(1)는 원형 또는 원형으로부터 벗어난 하나 이상의 냉각 채널(2)을 그 배부에 포함하며,

   - 냉각 요소(1)는 측방 브리지(3)를 구비하고,

   - 냉각 요소(1)는 고로 벽(9)과 외면된 측면에 수직방향으로 연장되는 하나 이상의 슬래그 리브(4)를 구비하며,

   - 냉각 요소(1)는 고로 벽(9)과 대면된 측면에 하나 이상의 고정 리브(5)를 구비하는 것을 특징으로 하는 고로용 냉각 요소.
2. 제 1 항에 있어서, 냉각 채널(2)을 구비한 냉각 요소(1)의 상단부 및 하단부는 고로 벽(9) 쪽으로 90°만큼 꺾여지고, 냉각 요소(1)의 상단부 및 하단부는 측방 브리지로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 고로용 냉각 요소.
3. 제 1 항에 있어서, 냉각 요소(1)는 고로 벽(9)과 외면된 측면에 수직 방향으로 평행하게 연장되는 2개 이상의 슬래그 리브(4)를 구비하는 것을 특징으로 하는 고로용 냉각 요소.
4. 제 1 항에 있어서, 고정 리브(5)에는 하나 이상의 구멍(6)이 도입되는 것을 특징으로 하는 고로용 냉각 요소.
5. 제 1 항에 있어서, 브리지(3)에는 절결부(18)가 가공되는 것을 특징으로 하는 고로용 냉각 요소.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 냉각 요소(1)의 고정 리브(5)는 볼트(7)에 의해 고로 벽(9)의 고정 요소(8)에 장착되고, 브리지(3)는 냉각 요소(1)의 절결부(18)에서 서로 겹쳐져 배치되는 것을 특징으로 하는 고로용 냉각 요소.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 냉각 요소(1)의 고정 리브(5)는 볼트(7)에 의해 고로 벽(9)의 고정 요소(8)에 장착되고, 냉각 요소(1)의 브리지(3)는 꼭 들어맞게 결속되어 배치되는 것을 특징으로 하는 고로용 냉각 요소.
8. 구리 또는 저합금 구리로 이루어지고 내부에 냉각제 채널이 배치되는, 내화 라이닝이 마련된 용광로, 특히 고로용 냉각 요소에 있어서,

   - 냉각 요소(1)는 홈을 구비하는 사출 성형된 사각형 형상재 부분(11)과 스프링을 구비하는 사출 성형된 사각형 형상재 부분(13)으로 이루어지고,

   - 형상재 부분(11, 13)에는 냉각 채널(12)이 배치되며,

   - 형상재 부분(11, 13)은 상부 덮개(15) 및 하부 덮개(17)에 의해 폐쇄될 수 있고,

   - 상부 덮개(15) 및 하부 덮개(17)에는 냉각 요소(1)의 냉각 채널(2)에 접속되는 관 부재(16)가 각각 측방향으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 고로용 냉각 요소.
9. 제 8 항에 있어서, 냉각 요소(1)는 고정 요소(14)에 의해 고로 재킷(9)에 고정되는 것을 특징으로 하는 고로용 냉각 요소.
10. 제 9 항에 있어서, 상부 덮개(15) 및 하부 덮개(17)는 각각 절결부(18)를 구비하는 것을 특징으로 하는 고로용 냉각 요소.