KR19990051835A - 노즐이 부착된 래들의 건조 및 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 래들버너 종단부에 각종 형태의 노즐을 부착하여 래들버너의 화염이 래들의 바닥까지 도달하여 균일 가열이 되도록 하는 노즐이 부착된 래들의 건조 및 가열장치에 관한 것으로, 래들커버(2)의 중앙부에 설치되고 연료공급구(4)와 공기공급구(5)와 화염가이드(6)로 구성된 래들 건조 및 가열을 위한 버너(3)에 있어서, 상기 화염가이드(6)에 다양한 형태의 노즐(10)을 부착시켜 래들(1) 내부의 상, 하부를 균일하게 건조, 가열할 수 있도록 구성되어, 래들의 상부와 하부의 온도편차를 현저히 감소시켜 래들의 균일 가열에 의하여 연소상태를 향상시킬 수 있고, 부정형내화물에 포함된 수분의 점차적인 가열과 증발로 내화물의 폭열을 방지하여 재시공에 의한 경제적 손실을 방지할 수 있고, 래들의 균일 가열에 의한 수명을 증가시켜 원가절감 등의 유용한 효과가 있다.

Description

노즐이 부착된 래들의 건조 및 가열장치

본 발명은 종래의 래들버너 종단부에 각종 형태의 노즐을 부착하여 래들버너의 화염이 래들의 바닥까지 도달하여 균일 가열이 되도록 하는 노즐이 부착된 래들의 건조 및 가열장치에 관한 것이다.

래들은 고온(1500℃ 이상)의 용탕을 담는 용기로 내부는 여러 종류의 내화물로 축조되어 있고 외부는 철판으로 구성되어 있다.

종래의 래들 내부의 내화물은 주로 일정한 형태를 지닌 내화물(이하 정형내화물이라고 함)로 시공되었다.

그러나, 최근에는 축조로 인한 시공상의 문제점 및 경제적인 이유로 인하여 래들의 내부를 캐스타블 등의 부정형내화물로 축조하는 시공법이 확대되고 있다.

부정형내화물은 시공시 다량의 수분을 첨가하여 래들의 벽 및 바닥에 시공하게 된다.

따라서, 래들의 내부에 내화물을 시공한 후 건조 및 가열과정을 거쳐 부정형내화물에 포함된 다량의 결정수 및 흡착수 등을 제거해야 된다.

또한, 래들에 고온의 용탕을 받기 전에 래들 내부의 온도를 일정 온도(1100℃)이상으로 가열하지 않으며 고온의 용탕이 비산하거나 응고되는 등의 문제점을 일으키게 되므로 용탕을 받기 전에는 항상 일정한 온도 이상으로 가열해야 한다.

도 1은 종래의 제강공장에서 사용되는 래들과 버너의 형상을 나타낸 개략도이다.

종래의 래들(1)을 가열하기 위한 버너(3)는 연료공급구(4)를 통하여 공급되는 코크스 오븐가스와 공기공급구(5)를 통하여 공급되는 공기가 혼합되어 연소되고, 화염가이드(6)에 의하여 연소된 화염의 흐름이 형성된다.

제철소의 제강공장에서 사용되고 있는 래들(1)의 내부는 부정형내화물인 캐스타블(7)로 시공되어 있으며, 캐스타블(7) 내의 수분의 양은 6중량%로 1.5-1.7톤 정도가 포함되어 있다.

이와 같이 부정형내화물로 시공된 래들(1)은 기준열전대(50)로 측정된 온도를 기준으로 하여 보통 1000℃까지 72시간 동안의 승온과정으로 상기 캐스타블(7)에 포함된 수분의 건조와 가열을 수행하게 된다.

래들(1)은 건조와 가열과정 중에 캐스타블(7) 내의 수분은 초기에는 연료와 공기를 소량씩 공급하여 느린 승온속도로 가열하여 제거하는데, 형성된 화염은 래들(1)의 상부에만 작용함으로 인하여 래들(1)의 바닥까지는 화염이 거의 도달되지 않는 형상이 일어나게 된다.

그러므로 상부의 부정형내화물의 수분은 제거되나 바닥의 수분은 증발되지 않고 있다가, 연료 및 공기의 양이 증가되어 화염이 바닥까지 도달하므로서 래들(1) 하부의 캐스타블(7)에 증발되지 못하고 잔류해있던 수분이 급격히 팽창되어 증기압이 갑자기 증가하므로서 내화물의 폭열현상이 발생하게 된다.

이와 같은 부정형내화물의 폭열은 연료와 공기의 양이 소량 공급되는 가열초기의 온도인 400-500℃ 이하의 온도에서 주로 발생된다.

그러나, 이러한 수분을 제거하기 위하여 소정의 승온과정으로 래들의 내부를 가열하여도 종래의 버너에 의하여 가열할 경우 래들의 상부와 하부의 온도 차이로 인하여 부정형내화물에 포함된 결정수 및 흡착수 등이 일정한 속도로 제거되지 않아 종종 내화물의 폭열현상이 발생하게 된다.

이와 같이 종래에 제철소에서 사용된 래들(1)은 래들커버(2)에 부착된 버너(3)에 의해 래들(1)을 소정 온도까지 상승시켜 건조하였는데, 이로 인하여 래들(1)의 바닥까지 화염이 충분하게 도달되지 않아 래들(1) 내부의 연소불량, 상부와 하부의 온도차로 인하여 불 균일한 가열 및 내화물의 폭열현상 등이 발생하는 문제점을 지니고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 래들의 건조 및 가열용 버너에 노즐을 설치하여 래들을 승온시키므로서 건조과정 중에 래들 내부의 화염이 충분히 바닥까지 도달하여 래들의 상부와 하부의 온도차를 감소시켜 균일하게 내화물을 건조함으로써 부정형내화물의 폭열현상을 방지하고, 래들의 가열시에도 빠른 속도로 가열할 수 있어 연료를 절감할 수 있고 작업생산성의 향상을 이룰 수 있도록 한 노즐이 부착된 래들의 건조 및 가열장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 제강공장에서 사용되는 래들과 버너의 형상을 나타낸 개략도,

도 2a, 도 2b, 도 2c는 각각 본 발명에 따른 노즐의 다양한 형상을 나타낸 단면도,

도 3은 종래의 래들용 버너에 의한 래들 내부의 온도분포 및 기준온도와 바닥의 온도차를 나타낸 그래프,

도 4, 도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 일실시예들에 따른 래들 내부의 온도분포 및 기준온도와 바닥의 온도차를 나타낸 그래프,

도 7은 본 발명 노즐이 부착된 래들 건조 및 가열장치를 나타낸 정단면도.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

1: 래들 2: 래들커버

3: 버너 4: 연료공급구

5: 공기공급구 6: 화염가이드

7: 캐스타블 10: 노즐

50: 기준열전대 51-59: 열전대

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 래들커버(2)의 중앙부에 설치되고 연료공급구(4)와 공기공급구(5)와 화염가이드(6)로 구성된 래들 건조 및 가열을 위한 버너(3)에 있어서, 상기 화염가이드(6)에 다양한 형태의 노즐(10)을 부착시켜 래들(1) 내부의 상, 하부를 균일하게 건조, 가열할 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 노즐이 부착된 래들의 건조 및 가열장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명 노즐이 부착된 래들 건조 및 가열장치를 나타낸 정단면도이다.

본 발명에서는 래들(1) 내부의 상부와 하부의 온도차를 감소시키기 위하여 도 2a, b, c에 각각 나타낸 바와 같이 다양한 형태의 노즐(10)을 버너(3)에 설치하여, 연료와 공기양이 적은 가열초기에도 화염이 래들(1)의 바닥까지 충분히 도달되도록 하여 내화물 중에 포함된 수분의 증발을 원활하게 하여 폭열을 방지하도록 구성되었다.

상기 노즐(10)은 래들(1)의 사용온도에서 그의 변형률이 적은 니켈/크롬강, 크롬/코발트강 등의 내열합금강 및 고온에서 강도와 인성이 우수한 질화규소, 사이알론 및 탄화규소 계의 세라믹재로 제작하는 것이 바람직하다.

이하, 종래의 래들 가열용의 버너와 본 발명에 따른 노즐이 부착된 버너를 사용한 작업상황을 비교하여 본 발명 노즐이 부착된 래들 건조 및 가열장치에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저 종래의 래들용 버너(3)로 래들(1)의 내부를 승온하여 가열하였다.

승온시 사용한 연소조건은 공기유량은 120 N㎥/h의 일정한 조건으로 유지하고, 코크스 오븐 가스(COG) 유량은 가열초기부터 3시간까지는 6 N㎥/h, 3시간부터 7시간까지는 12 N㎥/h, 7시간부터 9시간까지는 14N㎥/h 및 9시간부터 12시간 경과에는 15 N㎥/h로 변화시켜 래들을 가열시켰다.

승온시 래들(1) 내부의 기준온도와 각각의 위치에서의 온도를 측정하기 위하여 래들커버(2)에 기준열전대(50)를, 래들(1)의 측면 상부로부터 190㎜의 위치와, 그 아래 방향으로 계속하여 180㎜ 간격으로 각각 8개의 열전대 (51,52,53,54,55,56,57,58,59)를 설치하였다.

51부터 59까지의 열전대 모두 벽면으로부터 100㎜의 위치에 설치되어 30분 간격으로 각 부분의 온도를 측정하였다.

기준열전대(50), 상부에 위치한 3개의 열전대(51,52,53)의 평균온도, 중앙에 위치한 3개의 열전대(54,55,56)의 평균온도, 하부에 위치한 3개의 열전대(57,58,59)의 평균온도 및 기준온도와 바닥의 온도차이를 도 3에 나타내었다.

도 3에서 알 수 있듯이 전 가열과정 동안에 래들(1)의 상부의 온도가 하부의 온도보다 현저히 높은 경향을 보였다.

기준온도와 바닥부분의 평균온도는 가열초기부터 100℃의 차이를 나타내었으며, 기준온도 300℃ 에서는 228℃의 가장 큰 온도차를 그리고 기준온도가 500℃로 증가하므로서 그 차이는 180℃ 정도로 감소하였다.

이와 같이 래들(1)의 기준온도와 하부의 온도차이는 래들(1) 내부에 시공된 부정형내화물에 포함된 흡착수 및 결정수들을 서서히 증발시키지 못하는 원인이 되어 내화물의 폭열현상을 일으키게 된다.

<발명예 1>

다음에는 화염가이드(6)에 내경 130㎜, 끝부분의 직경 100㎜ 및 길이 500㎜인 내열합금강 재질의 노즐(10)을 부착시켜 래들(1)의 내부를 승온하여 가열하였다.

승온시 사용한 연소조건은 전과 동일하고, 동일한 위치의 온도를 측정하여 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에서 알 수 있듯이 가열시간의 경과에 따라 래들(1)의 상부와 하부의 온도차는 노즐(10)이 설치되지 않은 기존 래들용 버너(3)에서의 온도차에 비하여 현저히 낮은 경향을 나타내었다.

기준온도와 바닥부분의 평균온도의 차이는 가열초기에 55℃에서 온도가 증가하므로서 67℃까지 상승하였으며, 기준온도가 350℃ 정도로 증가하면 그 온도차는 30℃까지 감소하였다.

이와 같은 래들(1) 내부의 상부와 하부의 낮은 온도차이는 래들(1) 내부에 시공된 내화물에 포함된 각종 수분들을 균일하게 증발시켜 내화물의 폭열현상을 방지하게 된다.

<발명예 2>

다음에는 상기 발명예 1과 같이 종래의 화염가이드(6)에 내경 130㎜, 끝부분의 직경 100㎜ 및 길이 500㎜인 내열합금강 재질의 노즐(10)을 부착시켜 래들(1)의 내부를 승온하여 가열하였다. 승온시 사용한 연소조건은 상기와 동일한 조건을 사용하였으며, 승온시 상기와 동일한 총 10개의 열전대를 설치하여 각 부분의 온도를 연속적으로 측정하였다.

본 발명예에서의 기준온도 및 상부, 중앙 및 바닥의 평균온도, 그리고 기준온도와 바닥의 온도차를 도 5에 나타내었다.

그러나, 상기 발명예 1과는 달리 노즐(10)의 끝부분의 직경이 감소된 형태의 노즐(10)을 사용하였다.

기준온도와 바닥부위의 평균온도와의 차이는 가열초기에 15-20℃ 정도로 종래의 온도차 150℃에 비하여 현저히 낮은 차이를 보였고, 기준온도가 250℃로 증가하여도 온도차는 40℃정도였다.

상기 발명예 1과 발명예 2에서 사용된 내열합금강의 조성은 탄소(C) 0.35-0.45, 규소(Si)≤1.75, 망간(Mn)≤1.5, 몰리브덴(Mo)≤0.5, 크롬(Cr) 24-27, 니켈(Ni) 19-22 중량%의 니켈/크롬강으로, 1000℃에서 200분의 유지까지 2, 3, 4 및 6㎏/㎣의 하중 하에서도 그의 변형률이 0.06% 이하로 그의 물성이 래들용 노즐(10)에 적합하였다.

<발명예 3>

다음은 화염가이드(6)에 상기 발명예 2에 사용된 규격과 동일한 내경 130㎜, 끝부분의 직경 100㎜ 및 길이 500㎜의 탄화규소(SiC)질 노즐(10)을 부착시켜 래들(1) 내부의 온도를 측정하였다.

전과 동일한 연소조건 및 총 10개의 열전대를 설치하여 각 부위의 온도를 측정하였으며, 기준온도, 래들(1)의 상부, 중앙 및 바닥의 평균온도, 기준온도와 바닥의 온도차를 도 6에 나타내었다.

상기 발명예 2와 동일한 형태의 노즐(10)로 가열초기에는 기준온도와 바닥의 온도차가 20-30℃, 기준온도가 270-360℃에서는 온도차가 30-50℃ 그리고 기준온도가 360℃이상이 되면 그 온도차는 40℃이하로 감소하였다.

본 발명예에 사용된 탄화규소의 상온강도(4점 곡강도)는 34.7㎏/㎟, 1000℃에서는 48.5kg/mm²및 1200℃에서는 47.2㎏/㎟의 강도를 지녀 래들용 노즐(10)로 적합하며, 또한 탄화규소와 물성이 비슷한 사이알론 및 질화규소계 세라믹스도 사용이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 노즐이 부착된 래들 건조 및 가열장치를 사용하면, 래들의 상부와 하부의 온도편차를 현저히 감소시켜 래들의 균일 가열에 의하여 연소상태를 향상시킬 수 있고, 부정형내화물에 포함된 수분의 점차적인 가열과 증발로 내화물의 폭열을 방지하여 재시공에 의한 경제적 손실을 방지할 수 있고, 래들의 균일 가열에 의한 수명을 증가시켜 원가절감 등의 유용한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 래들커버(2)의 중앙부에 설치되고 연료공급구(4)와 공기공급구(5)와 화염가이드(6)로 구성된 래들 건조 및 가열을 위한 버너(3)에 있어서, 상기 화염가이드(6)에 다양한 형태의 노즐(10)을 부착시켜 래들(1) 내부의 상, 하부를 균일하게 건조, 가열할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 노즐이 부착된 래들 건조 및 가열장치.