KR20000003448U

KR20000003448U - 미분탄 취입란스

Info

Publication number: KR20000003448U
Application number: KR2019980013621U
Authority: KR
Inventors: 최윤석; 정진경
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2000-02-15
Also published as: KR200278277Y1

Abstract

본 고안은 고로조업시 고가의 코크스 대신에 연료비용을 절감토록 사용하는 미분탄을 고로에 취입함과 함께 연소시키는 미분탄 취입란스에 관한 것으로, 미분탄 취입란스의 선단부 내부관에 7 - 9 개, 바람직하게는 8개의 스와일러(swirler)를 33도 - 37 도, 바람직하게는 35도의 각도로 설치함으로써, 미분탄 취입란스의 중요역활인 미분탄 연소성을 가일층 향상시킴은 물론, 이에 따라 고로작업시의 연료가 절감되며, 란스 연소성의 향상으로 고로조업이 원활하게 수행토록 되는 미분탄 취입란스를 제공하는 것이다.

Description

미분탄 취입란스

본 고안은 고로조업시 고가의 코크스의 소모를 절감토록 미분탄을 고로에 취입함과 함께 연소시키기 위한 미분탄 취입란스에 관한 것으로 보다 상세히는, 란스의 선단부 내부관외주면에 7 - 9개의 스와일러(swirler)를 33 - 37도의 각도로 설치함으로써, 미분탄 취입란스의 연소성을 가일층 향상시킴은 물론, 이에따라 고로작업시의 연료가 절감되며, 란스 연소성의 향상으로 고로조업이 원활하게 수행될 수 있도록 한 미분탄 취입란스에 관한 것이다.

일반적으로 고로조업에 있어서는, 연소성을 높이도록 코크스를 사용하지만,이와 같은 코크스는 그 제조공정의 복잡함으로 제조원가가 비싸고, 따라서 코그스의 사용을 줄이어 비용을 절감토록 저가의 일반탄을 파쇄하여 탄중의 휘발분 전처리 공정이 없는 미분탄을 사용함으로써, 코크스의 사용을 줄이고, 동시에 휘발분중의 수소를 철광석의 환원에 적극 이용하여 생산원가를 절감하는 한편, 생산성향상을 이루도록 하는 것이다.

이와 같은 기술과 관련된 종래의 고로내의 미분탄 취입란스에 있어서는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 고로내부(1)에 선단부가 내삽되는 고로열풍 환산관(2)의 내측으로 선단부(10a)가 고로(1)내에 내삽되는 미분탄 취입란스(10)가 내설되고, 상기 란스(10)는 고로풍구(3)와 연통하며, 상기 란스(10)의 하측으로 고로(1)에 출선구(4)가 설치되는 구조이다.

이때, 도 1에서는 도시하지 않았지만, 고로(1)내의 미분탄(미도시)을 취입함과 동시에, 란스(10)로서 열을 가하여 미분탄의 열반응성을 향상시키도록 하여 고로조업이 원활하게 수행토록 하는 것이다.

그러나, 미분탄 취입시, 그 양이 과다하면, 오히려 미분탄의 미 연소현상으로 고로의 작업성을 저하시키게 되며, 또한 미분탄의 미연소시 미연소분의 중가로 고로 슬러지중의 탄소함량이 증가하며, 이는 단순한 카본원료의 손실뿐만 아니라, 미연소 미분탄이 고로내에서 축적되어, 이와 같은 축적된 미분탄은 고로내 통기, 통액성을 극히 저하시키며, 따라서 용선의 흐름에 영향을 미쳐 고로조업시 문제를 발생시키며, 미 연소된 미분탄과 풍구(3)의 마찰로 상기 풍구(3)가 손상된다.

따라서, 미분탄 취입란스(10)에 있어서 가장 중요한 것이 연소성 즉 미분탄의 연소를 보다 원활하게 수행토록 해야 하는 것이다.

이와 같은 미분탄 취입란스의 연소성에 관한 연구가 진행되어 왔으며, 더블(double) 란스등이 개발되었고, 최근의 미분탄 취입란스(10)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 란스(10)의 선단부(10a)가 내부관(11a)과 외부관(11b)으로 2중관으로 구성되며, 상기 란스(10)의 내부관(10a)에는 후방 밸브(12a)를 통하여 질소와 파쇄된 미분탄이 유입되고, 이와 같이 미분탄과 질소를 함께 유입 분사시키는 이유는, 미분탄 파쇄시 발생하는 열에 의해 대기의 산소와 접촉할 경우 발생하는 이산화탄소(CO₂)를 질소 가스로서 제거하기 위해서 이며, 외부관(10b)에는 후방밸브(12b)를 통하여 연소작용을 위한 산소가 유입되며, 상기 내부관(11a)의 선단부(11a')에는 30도의 경사각도(θ₁)와 5mm의 폭으로 된 5개의 스와일러(swirler)( 나선모양의 돌부)(20)가 설치되는 구조로 이루어 진다.

상기와 같은 선단부(10a)에 스와일러(20)가 설치된 종래의 미분탄 취입 란스(10)에 있어서는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 내부관(11a)에서는 밸브(12a)를 통한 질소와 미분탄이 분사되고, 란스(10)의 외부관(11b)에 있어서는, 밸브(12b)를 통한 산소가 내부관(11a)의 외주면(11a')에 설치된 스와일러(20)에 의하여 소용돌이를 일으키며 분사되어 산소 및 질소와 미분탄의 혼합을 원활하게 하면서 미분탄 연소를 위한 화염을 발생토록 하는 것이다.

그러나, 상기와 같은 선단부에 스와일러(20)가 설치된 종래의 미분탄 취입 란스에 있어서는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 고안의 실시예에서 보다 상세하게 설명하듯이, 스와일러(20)의 개수가 5개이고, 각도가 30도로서, 산소 및 질소와 미분탄의 완전한 혼합 즉, 연소성을 높이는데 불충분하고, 따라서 노황의 불안정한 상태를 초래하는 동시에, 연료비절감을 위한 미분탄의 연소성이 저하됨으로 인하여, 상기에서 설명한 슬러지의 증가와 미연소된 미분탄의 증가로 통기 및 통액성의 저하로 고로조업에서의 작업성이 저하되는 등의 여러 문제점들이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 여러 문제점들을 개선시키기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 취입 란스의 내부관 외주면에 7 - 9 개의 스와일러(swirler)를 33 - 37도의 각도로 설치함으로써, 산소 및 질소와 미분탄의 보다 효율적인 혼합으로 인하여 미분탄 추입란스의 중요역활인 미분탄 연소성을 가일층 향상시킴은 물론, 이에따라 고로작업시의 연료가 절감되며, 란스 연소성의 향상으로 고로조업이 보다 원활하게 수행될 수 있어 생산성이 향상되는 미분탄 취입란스를 제공하는 데에 있다.

도 1은 일반적인 고로를 도시한 개략도

도 2는 종래의 란스 스와일러(swirler)를 도시한 개략 사시도

도 3은 본 고안에 따른 미분탄 취입란스의 스와일러(swirler)를 도시한 개략사시도

도 4는 본 고안인 미분탄 취입란스의 스와일러에 따른 연소성을 실험하기 위한 장치를 도시한 개략도

도 5는 란스 스와일러(swirler)를 5 - 6개로 한 경우의 결과를 도시한 그래프도

도 6 및 도 7은 란스 스와일러(swirler)가 6개 이고 화염의 중심부와 일정간격 떨어진 부분의 연소성을 스와일러의 각도를 30,35,40도 변경 실험한 결과를 도시한 그래프도

도 8은, 란스 스와일러(swirler)의 각도가 35도이고, 스와일러가 6,8개인 경우의 결과를 도시한 그래프도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10.... 취입란스 11a,11b.... 란스 내, 외부관

12a,12b.... 밸브 20.... 스와일러(swirler)

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 고안은, 후방 밸브를 통하여 질소와 미분탄이 유입되는 내부관과, 후방밸브를 통하여 산소가 유입되는 외부관의 2중관으로 설치되며, 상기 내부관의 선단부 외주면에는 란스의 연소성을 향상토록 스와일러가 설치되는 미분탄 취입란스에 있어서, 상기 란스 내부관의 선단부 외주면에 설치된 스와일러는, 33- 37도의 경사각도로 7 - 9 개가 설치되는 구성으로 이루어 지는 미분탄 취입란스를 마련하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 고안의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안에 따른 미분탄 취입란스의 스와일러(swirler)를 도시한 개략사시도로서, 미분탄 취입란스(10)는 후방 밸브(12a)를 통하여 질소와 미분탄이 유입되는 내부관(11a)과, 후방밸브(12b)를 통하여 산소가 유입되는 외부관(11b)의 2중관으로 설치되며, 상기 내부관(11a)의 선단부(11a') 외주면에는 유입되는 산소 및 질소와 미분탄 의 혼합을 원활토록 하여 분사되는 화염의 연소성을 향상시키는 스와일러(20)가 설치되는 미분탄 취임란스(10)가 마련된다.

또한, 상기 란스 내부관(11a)의 선단부(11a') 외주면에 설치된 스와일러(20')는, 33- 37도의 경사각도(θ₂)로 바람직하게는 35도 이며, 3 - 4mm 의 폭을 갖고, 7 - 9 개 바람직하게는, 8 개가 설치되는 구성으로 이루어 진다.

이하, 본 고안의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

실시예

도 3은 본 고안에 따른 미분탄 취입란스의 스와일러(swirler)를 도시한 개략사시도로서, 란스(10)의 선단부(10a)를 도시하고 있는데, 상기 란스(10)의 외부관(11b)의 내경 및 외경은 대략 40.4mm , 48.6mm이고, 내부관(10a)의 내경 및 외경은 25mm , 34 mm 정도이다.

한편, 도 4는 본 고안인 미분탄 취입란스의 스와일러에 따른 연소성을 실험하기 위한 장치를 도시한 개략도로서, 155mm의 두께로 된 노벽(31)의 일측으로 란스(10)를 설치한 후, 미분탄 대신에 100 Nm³/hr 질소에 도시가스를 혼합하여 밸브(12b)를 통하여 외부관(11b)에 유입 시키고, 밸브(12a)를 통하여 300 Nm³/hr 산소을 내부관(11a)에 유입시키며, 상기 노벽(31)의 타측에는 연소온도를 측정하기 위하여 그 벽면(31a)에서 부터 140,350,530,760,990mm의 거리에 알형(R type) 열전대(32a)(32b)(32c)를 하방으로 50mm의 간격으로 화염(33)을 중심으로 3지점에 각각 설치하였다.

다음, 상기와 같은 방식으로 란스 스와일러(20)의 경사각도와 수에 따른 연소성 실험결과는 다음과 같으며, 도 5 내지 도8의 그래프도에서 T는 온도분포이고. D는 거리를 나타낸다.

먼저, 도 5는 란스 스와일러(swirler)를 5 - 6개로 한 경우의 결과를 도시한 그래프도로서, 스와일러(20')의 각도를 30도로 한경우의 열전대(32)의 중심(32a)과 중간위치(32c)에 따른 화염의 온도분포를 도시한 것이다. 도 5에서 도시한 바와 같이, 스와일러(20)가 5개 보다 6개 설치된 경우에 있어서, 최고온도 위치가 노심방향(거리 400mm)으로 치우쳐 있으므로, 미분탄의 취입과정에서 풍구(3)에 대한 열부하를 줄일수 있음을 알수 있다.

다음, 스와일러(20)의 개수를 6개로 하고, 경사각도를 30도,35도,40도로 조정하여 실험을 실시하였으며, 도 6 및 도 7은 란스 스와일러(swirler)가 6개 이고 화염의 중심부와 일정간격 떨어진 중간부분의 연소성을 스와일러의 각도를 30,35,40도 변경 실험한 결과를 도시한 그래프도로서, 도 6 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 각도가 크면 화염의 중심부 혼합부분이 커지므로 연소효율은 좋으나, 도 7 에서 도시한 바와 같이, 화염반경이 커짐으로 40도 보다 30도 경우에 약 300°C의 온도 상승효과가 있으나, 풍구(3)내로 미분탄을 취입하기는 풍구(3)에 대한 열부하가 크다는 단점이 예상되었다.

또한, 각도가 적을 경우 화염의 번경이 적어 풍구(3)에 대한 열부하는 적으나, 화염 중심부의 혼합부분이 적게됨으로써, 연소효율은 스와일러(20)의 각도가 35도인 경우보다 떨어짐을 알수 있고, 따라서 스와일러(20)의 각도가 35도인 경우에 화염중심부의 연소효율과 안정성이 가장 양호함을 알수 있다.

즉, 도 6 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 스와일러(20)의 각도가 30도인 경우에는 연소효율이 너무 작고, 반대로 40도인 경우에는, 연소효율은 높으나, 오히여 풍구(3)에 대한 열부하가 증가하여 35도인 경우에 적당한 연소효율과 풍구(3)에 대한 적은 열부하를 나타냄을 알수 있었다.

도 8은 란스 스와일러(swirler)의 각도가 35도이고, 스와일러가 6, 8개인 경우의 결과를 도시한 그래프도로서, 화염의 중심부와 벽부분에 대하여 실시하였으며, 도 8에서 알수 있듯이, 스와일러(20)의 개수가 6개인 경우보다 8개인 경우에 있어서, 최고온도 위치가 노심방향(400mm)으로 치우쳐 있고, 풍구(3)에 대한 열부하도 적당하여 연소효율 및 화염의 안전성이 보다 양호함을 알수 있다.

따라서, 도 5에서는 스와일러의 갯수를 5개 및 6개로 설치한 경우에 대하여 실시하여, 6개인 경우가 보다 양호함을 알수 있었고, 도 6 및 도7에서는 스와일러(20)의 개수를 6개로 하고, 각도가 각각 30,35,40도인 경우에 화염중심부 및 중심에서 50mm 간격의 지점에 대하여 실시하여, 35도에서 가장 양호한 결과를 알수 있었고, 도 8에서는 35도인 경우에 스와일러(20)의 갯수를 6개와 8개로 실시하여 8개의 경우에 보다 양호함을 알수 있었다.

이에 따라서, 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 미분탄 취입용 란스(20)의 갯수와 각도는 종래의 5개와 30도인 경우보다, 8개와 35도인 경우에 보다 란스의 연소성 및 화염의 안정성이 향상됨을 알수 있으며, 따라서 스와일러(20)의 각도는 33 - 37도 바람직하게는 35도이며, 이때, 란스(20)의 내부관(11a)의 선단부(11a') 외주면에 설치되는 스와일러(20)의 개수가 8개인 경우에는 종래 5mm 폭보다 전체 단면적이 증가하므로 3 - 4mm로 형성하였으며, 스와일러(20)의 갯수를 9개보다 많게 설치할 경우에는, 란스(20) 내부관(11a)의 단면적이 한정되어 스와일러(20)의 폭이 극히 한정될수 밖에 없어(2 mm 정도), 스와일러(20)의 개수는 7 - 9개 바람직하게는, 8개가 가장 적당하였다.

이와 같이 본 고안인 미분탄 취입란스에 의하면, 란스의 가스 혼합이 효율적으로 이루어져 란스의 중요 역활인 연소성 및 화염의 안정성이 극히 향상됨은 물론, 이에따라 고로작업시의 연료비 절감으로 제조원가가 낮아지는 한편, 미분탄 의 연소성 향상으로 고로조업이 원활하게 진행되며, 간단한 구조로써 제작 및 설치작업이 용이한 우수한 효과가 있다.

Claims

후방 밸브(12a)를 통하여 질소와 미분탄이 유입되는 내부관(11a)과, 후방밸브(12b)를 통하여 산소가 유입되는 외부관(11b)의 2중관으로 고로(1)에 설치되며, 상기 내부관(11a)의 선단부(11a') 외주면에는 란스의 연소성을 향상토록 스와일러(20)가 설치되는 미분탄 취입란스(10)에 있어서,

상기 란스 내부관(11a)의 선단부(11a') 외주면에 설치된 스와일러(20)는, 33 - 37도의 경사각도(θ₂)로 7 - 9 개가 설치됨을 특징으로 하는 미분탄 취입란스