KR19990085029A

KR19990085029A - 선회기를 갖는 소둔로용 주버너

Info

Publication number: KR19990085029A
Application number: KR1019980017161A
Authority: KR
Inventors: 김홍태
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-12-06
Also published as: KR100380732B1

Abstract

본 발명은 소둔로에 설치된 복사관( Radiant Tube )내에 장착되는 주버너에 관한 것으로, 보다 상세히는 예열연소공기를 연료가스가 토출되는 노즐측으로 1차 분배하고, 연소가 이루어지는 연료튜브내로 2차 분배하며, 연료튜브외경에 장착된 외경선회기로서 선회되는 예열연소공기와 내경선회기로서 선회되는 연소화염이 서로 만나 불완전 연소된 연료가스를 완전혼합으로 완전 연소조건을 조성할 수 있도록 한 선회기를 갖는 소둔로용 주버너에 관한 것이다.

본 발명은 가스파이프(6)의 외주면에 고정되고, 일단에 걸림턱(12)을 돌출형성한 고정지지대(10); 상기 고정지지대(10)의 외주면에 체결고정되는 조립너트부(20); 상기 조립너트부(20)의 선단에 연결되고, 고정용 홀(31)을 천공하며, 복수개의 1차공기유입홀(33)을 천설한 내관(30a)과, 인입되는 예열공기를 분배하고, 복수개의 2차공기유입홀(34)을 천설한 외관(30b)및, 내,외경선회기(36),(37)를 외부면, 선단내부면에 각각 설치한 본체(30c)를 갖추어 상기 가스파이프(6)의 조립턱(6a)에 고정되는 연료튜브(30); 및 상기 가스파이프(6)의 선단에 장착되며, 외부면에 확산공(42)이 경사지게 복수개 형성되고, 전면중앙에 직진공(43)을 천공하여 상기 연료튜브(30)내부공간에 위치하는 노즐부(40);를 포함하는 선회기를 갖는 소둔로용 주버너를 제공한다.

Description

선회기를 갖는 소둔로용 주버너

일반적으로 제철설비에 설치되는 소둔로( Anealing Furnace )는 냉간압연을 행한 강판을 복사열로서 열처리하여 금속의 재질을 결정하는 핵심설비로서, 이러한 소둔로는 강을 가열함으로써 압연조직으로 재결정, 성장시켜 내부응력을 제거하고, 적절한 인성을 가진 조직으로 만드는 역할을 수행한다. 즉, 상기 소둔로는 강의 내부응력을 제거연화시키기 위하여 탄소성분 및 첨가원소에 따라 미리 설정된 온도에 따라 강의 가열시간을 충분하게 유지시킨 후에, 이를 냉각하여 수요가가 원하는 금속의 재질을 제조하는 것이다.

이러한 소둔로의 구성 즉, 열처리순서는 강판표면의 압연유 및 이물을 제거시키는 예열로섹션( Section )과, 강판의 온도를 급상승시키는 무산화로( Direct Fired Furnace ), 강판을 가열시키는 가열대와, 가열된 강판의 온도를 균일하게 유지시키는 균열대와, 강판을 서서히 냉각시키는 서냉대 및 강판의 시효방지를 위한 과시효대, 급냉대로 이루어져 있다.

한편, 상기 가열대와 균열대를 합하여 복사관부( Radiant Tube Section ; RTS )라 하고, 이러한 복사관부의 주요설비는 도 1에 도시한 바와같이, 공급되어 혼합되는 연료가스( Coke Oven Gas ; COG )와 연소공기를 연소시켜 열량을 공급하는 주버너(1a)와, 상기 주버너( Main Burner)(1a)를 점화시켜주는 역할을 수행하는 파이롯트버너( Pilot Burner )인 보조버너(2)및 상기 주버너(1a)에서 연소되어진 배가스의 대류 및 복사에 의해 강판에 열전달을 수행하는 복사관( Radiant Tube )(3)으로 구성되어 있다.

여기서, 상기 주버너(1a)의 점화는 전기로드( Rod )에서 스파크( Spark )에 의하여 착화되는 상기 보조버너(2)에 의하여 이루어지며, 공급되어지는 연소공기와 연료가스는 상기 주버너(1a)의 일단에 장착된 보염기(8)주위에서 서로 혼합되면서 점화되어 노즐(9)단부에 발열원인 연소화염을 형성하게 되는 것이다. 그리고, 연소되어진 배가스는 복사관(3)내부를 흘러 열교환기(4)측으로 인입되어짐에 따라, 공기의 예열장치인 상기 열교환기(4)에서 연소된 배가스의 열기와 대기측으로 부터 강제유입되는 외기인 연소공기가 서로 만나 열을 교환한 후, 연소된 배가스는 배가스이동관(5)을 통하여 굴뚝(5b)으로 배출되는 것이다. 도 1에서 미설명부호 5a는 희석댐퍼( Dilution Damper )이며, 5c은 배가스가 유도되는 벨로우즈( Bellows )관이고, 7은 주버너몸체이며, 7a는 버너지지대이며, 7b는 예열공기가 유도되는 연락관이다.

그리고, 상기 주버너(1a)의 연소화염작동에 필요한 연소공기의 공급은 대기공기를 흡입밀어주는 팬(미도시)에 의해 일정압력으로 이루어지며, 유량밸브(미도시)에서 조정되어진 유량만큼 배관을 타고 열교환기(4)를 거치면서 대기온도에서 약 300∼450℃정도로 예열된 다음 이루어지는 것이다. 이와 더불어, 연료가스의 공급은 유량밸브(미도시)에서 조정되어진 공기유량에 맞게 공연비에 맞추어 이루어지며, 연소되어진 배가스는 흡입블로워( Blower )(미도시)에서 설정된 흡입압력에 맞게 굴뚝(5b)를 통해 대기로 배출되어지는 것이다.

그러나, 운전중 충분한 열량확보를 위해서는 연소공기와 연료가스의 완전혼합에 의한 완전연소가 반드시 이루어져야 하는데, 종래의 주버너(1a)에 설치되는 보염기(8)의 구조가 문제가 되어 다양한 불완전 연소요인을 초래하고 있다.

이러한 상기 주버너(1a)의 불완전한 연소요인을 살펴보면, 1) 상기 복사관(3)내에 공급되어지는 연소공기와 연료가스의 유량 즉, 인입압력이 작업조건에 따라 변화되는데 특히 공급되는 압이 순간적으로 높거나 낮아지면서 공연비의 불량이 발생하였을 경우, 2) 상기 복사관(3) 후단부의 배가스 흡입압력이 작업조건변화에 따라 변동되거나 흡입압력이 정압(+)으로 상승될 경우, 3) 상기 주버너(1a)의 보염기(8) 구조가 확산연소되도록 이루어져 있어 인입되는 연소공기가 연락관(7b)을 통과한 후 복사관(3)의 외경이 19mm정도인 곳으로 동시에 통입되어 보염기(8)에서 연소되는데 연소공기의 동시 통입에 따른 공연비불량시, 4) 같은 지역의 주버너(1a)가 소화되었을 때, 공급된 연료가스가 점화되어 있는 버너에 대량공급되어 최대유량을 초과하여 연소공기의 부족발생시, 5) 연소공기, 연료가스의 공급이 소량통입되는 저부하시 흡입압력은 일정압력으로 고정되어 있어, 인입되는 연소공기는 복사관(3)인입후 바닥으로 깔리면서 보염기(8) 1/3의 밑으로 통과하는 반면에, 연료가스는 복사관(3)내벽상부로 올라가 연소공기와 연료가스의 완전혼합이 불가하여 열교환기(4)에서 연소가 이루어질 때에 주로 발생되는 것이다.

즉, 이러한 다양한 불완전한 연소요인에 의하여 상기 주버너(1a)의 보염기(8)에서 연소되는 화염은 배가스흡입압력이 높을 경우, 예열되어진 연소공기가 복사관(3)바닥에 깔리면서 상기 보염기(1)의 1/3정도 밑으로 통과하며 불완전하게 혼합되어지며, 헌팅( Hunting )될 때( 출력이 유량의 통입량이 많이 들어왔다가 적게들어오는 폭이 순각적일 때 ) 상기 보염기(8)주위에서 연소공기와 연료가스가 전혀 혼합되지 못하고, 상기 복사관(3) 후단부인 상기 열교환기(4)부근에서 혼합되어 연소되었다.

이러한 경우, 배가스가 배출되는 배가스이동관(5)내부에서 2차 연소되어 설비의 조기부식을 유발시키거나, 상기 보염기(8)주위에서의 불완전한 혼합에 의한 그을음 발생으로 상기 보조버너(2)의 수명을 단축시키며, 불완전한 연소에 의한 상기 복사관(3)의 국부적인 가열로 인하여 파공 및 밴딩을 발생시켜 상기 복사관(3)의 손상을 발생시키고, 내부에 미연퇴적물이 생성되어지며 역화의 원인을 제공하는 한편, 불완전 연소된 가스가 배가스이동관(5)에서 2차연소되어 배관을 적열시키면, 배가스성분중 일산화탄소(CO)가스를 함유하고 있어 환경공해를 크게 유발시키는 것이다.

따라서, 상기 주버너(1a)의 보염기(8)에서 불완전 혼합에 따른 불완전연소로 인하여 버너몸체부, 열교환기(4), 배가스이동관(5) 및 복사관(3)등과 같은 소둔설비의 손상과 수명저하를 초래하고, 배출되는 배가스성분내에 불순물인 일산화탄소, 질소산화물등과 같은 유해성분이 다량발생되어 대기환경오염을 가중시키는 한편, 불완전연소로 인해 충분한 열량을 확보할 수 없어 제품의 재질 및 작업생산성을 저하시키는 치명적인 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 주버너의 가스파이프 선단에 내,외경선회기를 갖는 연료튜브를 갖추어 다양한 불완전연소조건에 영향을 받지않고 통입되는 연소공기와 연료가스를 완전히 혼합하여 완전연소를 이룸으로써, 소둔설비의 파손을 방지하며, 미연퇴적물의 생성을 억제하고, 열량공급을 원활히 하여 생산성을 향상시키는 한편, 배가스내의 유해가스발생을 억제하여 대기오염을 크게 줄일 수 있는 선회기를 갖는 소둔로용 주버너를 제공하고자 한다.

도 1은 종래기술에 따른 소둔로용 주버너를 도시한 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 선회기를 갖는 소둔로용 주버너를 도시한 종단면도,

도 3은 본 발명에 따른 선회기를 갖는 소둔로용 주버너를 도시한 분해사시도,

도 4는 본 발명에 따른 선회기를 갖는 소둔로용 주버너를 도시한 분해단면도,

도 5는 본 발명에 따른 선회기를 갖는 소둔로용 주버너의 연소튜브를 도시한 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

3 .... 복사관 4 .... 열교환기

10 .... 고정지지대 12 .... 걸림턱

20 .... 조립너트부 30 .... 연료튜브

30a ..... 내관 30b ..... 외관

30c ..... 몸체 31 .... 고정용 홀

33 .... 1차공기유입홀 33a,34a ..... 경사면

34 .... 2차공기유입홀 36 ..... 외경선회기

36a,37a ..... 선회날개 37 ..... 내경선회기

40 ..... 노즐부 42 ..... 확산공

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은,

연료가스를 공급하는 가스파이프와, 착화원인 보조버너와, 연소되어진 배가스의 대류 및 복사에 의해 강판에 열전달을 수행하는 복사관 및 외기를 예열하는 열교환기로 이루어진 소둔설비에 있어서,

상기 가스파이프의 외주면에 고정되고, 일단에 걸림턱을 돌출형성한 고정지지대;

상기 고정지지대의 외주면에 체결고정되는 조립너트부;

상기 조립너트부의 선단에 연결되고, 고정용 홀을 천공하며, 복수개의 1차공기유입홀을 천설한 내관과, 인입되는 예열공기를 분배하고, 복수개의 2차공기유입홀을 천설한 외관및, 내,외경선회기를 외부면, 선단내부면에 각각 설치한 본체를 갖추어 상기 가스파이프의 조립턱에 고정되는 연료튜브; 및

상기 가스파이프의 선단에 장착되며, 외부면에 확산공이 경사지게 복수개 형성되고, 전면중앙에 직진공을 천공하여 상기 연료튜브내부공간에 위치하는 노즐부;를 포함함을 특징으로 하는 선회기를 갖는 소둔로용 주버너를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 선회기를 갖는 소둔로용 주버너를 도시한 종단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 선회기를 갖는 소둔로용 주버너를 도시한 분해사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 선회기를 갖는 소둔로용 주버너를 도시한 분해단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 선회기를 갖는 소둔로용 주버너의 연소튜브를 도시한 정면도이다.

본 발명에 따른 선회기를 갖는 소둔로용 주버너(1)는 도 2 내지 5에 도시한 바와같이, 예열된 연소공기와 통입되는 연료가스를 완전혼합하여 완전연소가 이루어지도록 복사관(3)내부에 설치되는 것으로서, 이러한 주버너(1)는 연료가스의 공급이 이루어지는 가스파이프(6), 고정지지대(10), 조립너트부(20), 연료튜브(30) 및 노즐부(40)등으로 구성된다.

즉, 상기 가스파이프(6)의 외부면에 장착고정되는 중공원통형의 고정지지대(10)는 그 몸체외부면에 수나사부(11)를 형성하고, 선단에는 걸림턱(12)을 돌출형성한다. 그리고, 상기 고정지지대(10)의 외주면에 장착고정되는 중공원통형의 조립너트부(20)는 상기 수나사부(11)에 체결되는 암나사부(21)와, 후술하는 연료튜브(30)와 체결되는 또다른 암나사부(22)를 선,후단 내주면에 각각 형성하여 갖춘다.

또한, 상기 가스파이프(6)의 선단에 설치할 수 있도록 상기 조립너트부(20)에 조립되고, 상기 가스파이프(6)의 조립턱(6a)에 고정되는 연료튜브(30)는 내관(30a), 외관(30b) 및 몸체(30c)를 일체로 갖추어 구성되는바, 이러한 내관(30a)은 상기 조립너트부(20) 선단내주면의 암나사부(22)와 체결되는 수나사부(32)를 후단에 형성하고, 조립후 유동이 불가하도록 체결부재(31a)가 조립되는 고정용 홀(31)을 관통형성하며, 축방향으로 외경이 점차 커지는 경사면(33a)에 일정간격으로 1차공기유입홀(33)을 원주방향으로 복수개 천공형성한다.

그리고, 상기 외관(30b)은 상기 내관(30a)의 연장길이보다 길게 연장되고, 그 직경보다 큰 크기로 갖추어지며, 축방향으로 외경이 점차 커지는 경사면(34a)에 일정간격으로 2차공기유입홀(34)을 원주방향으로 복수개 천공한다. 이에 따라, 예열된 후 통입되는 연소공기는 상기 내관(30a)의 외주면과 상기 외관(30b)의 내주면과의 사이를 통해 상기 1차공기유입홀(33)로 분배유입됨과 동시에, 상기 외관(30b)의 외주면과 복사관(3)의 내주면과의 사이를 통해 상기 2차공기유입홀(34)로 분배유입되어 연료튜브(30)내에서 연료가스와 완전혼합되는 것이다.

한편, 가장 큰 외경을 갖는 몸체(30c)외부면에는 상기 1,2차공기유입홀(33),(34)을 통해 내부로 분배유입되지 못한 예열공기를 일방향으로 선회시킬 수 있도록 일정간격으로 복수개의 선회날개(36a)를 원주방향으로 장착한 외경선회기(36)를 갖추고, 직경이 좁아진 선단내부면에는 착화된 연료가스의 연소화염을 일방향으로 선회시킬 수 있도록 일정간격으로 복수개의 선회날개(37a)를 원주방향으로 장착한 내경선회기(37)를 갖추어 구성한다. 이때, 상기 내경선회기(37)의 선회날개(37a)는 선회되는 연소화염과 2차예열공기가 상기 연료튜브(30)의 토출측에서 서로 완전히 혼합되어 완전연소되도록 상기 외경선회기(36)의 선회날개(36a)와 서로 반대방향으로 갖추어지는 것이 좋다.

또한, 상기 가스파이프(6)의 선단에 조립되어 연료튜브(30)의 내부공간에 위치하는 노즐부(40)는 일단부에 수나사부(41)를 갖추고, 외주면에는 착화된 연소화염을 방사방향으로 토출할 수 있도록 복수개의 확산공(42)을 경사지게 형성하고, 전면중앙에는 연소화염을 일직선으로 길게 토출할 수 있도록 직진공(43)을 천공하여 구성된다.

상술한 바와같은 구성을 갖는 선회기를 갖는 소둔로용 주버너의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

즉, 연료가스가 공급되는 가스파이프(6)의 고정지지대(10)에 설치된 조립너트부(20)와 상기 조립너트부(20)에 노즐부(40)가 내부공간에 위치되도록 설치되는 연료튜브(30)로 이루어진 소둔로용 주버너(1)의 점화시 발생되는 복사열을 이용하여 강판의 재질을 결정하는 작업을 수행하고자 하는 경우, 먼저, 팬(미도시)에 의해서 강제공급되는 대기공기가 복사관(3)내부에 설치된 열교환기(4)에서 열교환하여 일정온도로 예열된 다음 상기 복사관(3)측으로 공급되면, 설정된 통입량만큼 유입되는 예열연소공기에 맞추어 연료가스도 상기 가스파이프(6)를 통하여 동시에 공급되는 것이다.

이에 따라, 도 2에 도시한 바와같이, 강제통입되는 예열연소공기는 분배기역활을 수행하는 연료튜브(30)의 외관(30b)에 의해서 1차에열공기과 2차예열공기로 분배되는 것이다. 즉, 상기 외관(30b)의 내부면과 내관(30a)의 외부면사이로 분배된 1차예열공기는 내관(30a)의 경사면(33a)에 형성된 1차공기유입홀(33)을 통하여 연료튜브(30)내로 유입됨과 동시에 상기 외관(30b)의 외부면과 복사관(3)의 내부면사이로 분배된 2차예열공기는 상기 외관(30b)의 경사면(34a)에 형성된 복수개의 2차 공기유입홀(34)을 통하여 상기 연료튜브(30)내로 유입되는 것이다. 이때, 보조버너(2)를 착화원으로 하여 점화가 이루어지면, 상기 가스파이프(6)를 통해 공급되어 노즐부(40)의 확산공(42)을 통하여 방사상으로 넓게 확산되는 연료가스는 상기 1차공기유입홀(33)을 통해 분배유입되는 1차예열공기인 연소공기와 서로 혼합되면서 1차로 연소가 이루어지는 것이다.

이어서, 상기 노즐부(40)의 직진공(43)을 통하여 직선형으로 토출되는 연료가스는 상기 2차공기유입홀(34)을 통해 분배유입되는 2차예열공기인 연소공기와 서로 원할하게 혼합되면서 상기와 같이 1차연소시 형성된 1차 연소화염과 만나 완전연소를 촉진시키도록 2차로 연소연소가 이루어지는 것이다. 이때, 상기 연료튜브(30)의 몸체(30c)내부에는 1차, 2차연소화염이 서로 만나 화염을 집중시키는 연소화염집중부를 형성하게 되는 것이다.

한편, 상기 내,외관(30a),(30b)의 1,2차공기유입홀(33),(34)을 통해 연료튜브(30)내로 유입되지 못한 일부 연소공기인 3차 예열공기는 가장 큰 외경을 갖는 몸체(30c)외부면에 설치된 외경선회기(36)의 선회날개(36a)를 통과하면서 일방향으로 선회되고, 상기 연료튜브(30)내에서 점화연소되어 전방으로 토출되는 화염은 직경이 축소된 선단내주면에 설치된 내경선회기(37)의 선회날개(37a)를 통과하면서 상기 3차예열공기의 선회방향과 반대방향으로 선회되기 때문에, 상기 에열공기와 연소화염은 상기 연료튜브(30)의 토출측에서 완전연소를 촉진하도록 서로 만나 혼합되는 것이다. 이에 따라, 상기 연료튜브(30)의 토출단에서까지 미쳐 연소되지 못한 연소공기와 연료가스를 서로 최종적으로 혼합하여 3차 연소가 이루어짐으로써, 열량을 저하시키고, 유해가스를 발생시키는 불완전연소요인을 모두 제거할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 연료튜브(30)내,외부에서 발생되는 연소화염으로서 복사관(3)에 열원을 제공함으로서 진행되는 강판에 열을 전달하여 강판조직을 결정하는 소둔열처리작업이 이루어지는 것이다. 또한, 연소된 배가스는 흡입된 대기공기와 열교환이 이루어지도록 열교환기(4)를 거친 다음, 배가스이동관(5)을 통해 최종적으로 외부로 배출되는 것이다.

상술한 바와같이 본 발명에 따른 선회기를 갖는 소둔로용 주버너에 의하면, 연소공기가 1,2차공기유입홀(33),(34)을 통해 유입되는 1,2차예열공기와 완전혼합되어 연료튜브(30)내에서 연소됨과 동시에, 외경선회기(36)에 의해 선회된 3차예열공기가 내경선회기(37)에 의해서 선회된 연소화염과 토출측에서 서로 만나 최종적으로 완전혼합을 촉진시켜 완전연소가 이루어짐으로써, 충분한 열량을 확보하여 생산성을 보다 향상시킬수 있으며, 운전중 소둔로의 적정온도를 조정하는 것이 가능하고, 미연퇴적물의 생성을 억제할 수 있으며, 종래와 같이 불완전연소에 따른 열교환기,배관과 같은 소둔설비의 손상을 방지하여 설비의 안정적인 운용을 가능하게 하는 한편, 배가스내의 일산화탄소,질소산화물과 같은 유해물질의 발생을 최대한 억제하여 대기환경오염을 현저히 줄일 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims

연료가스를 공급하는 가스파이프(6)와, 착화원인 보조버너(2)와, 연소되어진 배가스의 대류 및 복사에 의해 강판에 열전달을 수행하는 복사관(3) 및 외기를 예열하는 열교환기(4)로 이루어진 소둔설비에 있어서,

상기 가스파이프(6)의 외주면에 고정되고, 일단에 걸림턱(12)을 돌출형성한 고정지지대(10);

상기 고정지지대(10)의 외주면에 체결고정되는 조립너트부(20);

상기 조립너트부(20)의 선단에 연결되고, 고정용 홀(31)을 천공하며, 복수개의 1차공기유입홀(33)을 천설한 내관(30a)과, 인입되는 예열공기를 분배하고, 복수개의 2차공기유입홀(34)을 천설한 외관(30b)및, 내,외경선회기(36),(37)를 외부면, 선단내부면에 각각 설치한 본체(30c)를 갖추어 상기 가스파이프(6)의 조립턱(6a)에 고정되는 연료튜브(30); 및

상기 가스파이프(6)의 선단에 장착되며, 외부면에 확산공(42)이 경사지게 복수개 형성되고, 전면중앙에 직진공(43)을 천공하여 상기 연료튜브(30)내부공간에 위치하는 노즐부(40);를 포함함을 특징으로 하는 선회기를 갖는 소둔로용 주버너.
제 1항에 있어서, 상기 내,외경선회기(36),(37)는 서로 반대방향으로 선회날개(36a),(37a)를 각각 일정간격으로 복수개 형성됨을 특징으로 하는 선회기를 갖는 소둔로용 주버너.
제 1항에 있어서, 상기 1차공기유입홀(33)은 축방향으로 외경크기가 점차 커지는 상기 내관(30a)의 경사면(33a)에 원주방향으로 복수개 천설되고, 상기 2차공기유입홀(34)은 축방향으로 외경크기가 점차커지는 상기 외관(30b)의 경사면(34a)에 원주방향으로 복수개 천설됨을 특징으로 하는 선회기를 갖는 소둔로용 주버너.