KR20010038664A - 씨오지 공급용 4변형 구동노즐 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석회소성로로 공급되는 C.O.G 공급량을 일일 생산량의 변동에 따라 자동적으로 조절할 수 있도록 한 C.O.G 공급용 4변형 구동노즐 및 그 제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 원주를 대략 7φ,8φ,9φ,10φ의 구경을 갖는 노즐이 삽입되도록 4분할 된 몸체를 구비하고, 그 양측에는 각각 이를 회전가능하게 지지고정하는 입측플랜지 및 출측플랜지를 구비하며, 상기 몸체를 구동시킬 수 있도록 구동모터를 구비함과 동시에 상기 구동모터의 회전수에 따라 상기 각 노즐의 현재위치를 파악할 수 있도록 한 위치검출기를 구비하여, 입력부로부터 키인되어 송출된 일일 생산량과 노즐의 초기위치값을 판독하여 해당 생산량에 대응되는 노즐이 가변되어 위치되도록 하고 그때 상기 노즐이 정확하게 위치되도록 위치검출기로부터 검출된 위치값과 초기 노즐의 위치값을 비교하여 값이 다를 경우에 상기 구동모터를 순차 회전시켜 양값이 일치되도록 제어한 후 C.O.G를 공급함과 동시에 부스터의 후단 압력을 검출하여 규정치 내의 값이 산출되면 설정을 종료하고 그렇지 않으면 다시 최초 판단단계로 회귀하여 재 세팅할 수 있도록 제어함으로써 생산량의 변동에 따라 신속하게 노즐을 가변시킬 수 있게 되어 작업의 연속성 및 안정성을 확보하고 작업자의 위험부담을 경감시키도록 한 것이다.

Description

씨오지 공급용 4변형 구동노즐 및 그 제어방법{FOUR VARIABLE DRIVING NOZZLE FOR SUPPLYING C.O.G AND THERE OF CONTROLLING METHOD}

본 발명은 씨오지(C.O.G) 공급용 4변형 구동노즐 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐을 완전히 해체한 후 교체하는 방식을 선택하지 않고도 석회소성로의 화염 공급원으로 사용되는 C.O.G(COKE OVEN GAS)의 유량을 정해진 프로그램에 의해 생산량 변경 및 작업조건 변화에 대응되게 조절하여 공급할 수 있도록 한 C.O.G 공급용 4변형 구동노즐 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 철광을 제조하는 과정은 제선작업과 제강작업으로 나누어진다.

제선작업은 고로에 철광석과 원료탄을 건류하여 만든 코크스, 기타 부원료를 장입한 후 열화학 반응에 의하여 선철(용선)이 나오기까지의 과정으로 주로 철과 산소의 화합물인 철광석을 용해, 환원시켜 철분을 얻는 것이며, 이때 용해, 환원제 및 고로내 통기유지용 코크스가 사용된다.

또한, 기타 불순물을 제거하기 위한 용제(불순물과 화합하기 쉬운 물질)로서 석회석을 이용한다.

이러한 석회석은 석회소성로, 일명 메리츠 샤프트 킬른(MAERZ SHAFT KILN)에서 소결되면서 불순물을 제거하는 바, 이러한 석회소성로는 도 1에 도시되어 있다.

특히, 상기 로는 렌스노즐(1h)을 통해 코크스로에서 석탄을 건류하는 과정에서 발생되는 700 ∼800℃ 고온 가스(이하 'C.O.G(COKE OVEN GAS)'라 한다)중 압력이 1 ∼ 1.5 ㎏/㎤ 이상인 C.O.G를 공급받아서 조업상황에 맞는 노즐을 통해 석회소성로 내부에 화염을 방출하도록 하고 있다.

즉, C.O.G는 부스터(BOOSTER)(1d)를 이용한 토출력으로 콘트롤밸브(1f) 및 온오프밸브(1c)의 제어를 통과하고, 1개의 노통(1a,1b)마다 18개의 공급라인(1g)에 의해 공급되며, 1개의 노통(1a,1b)에서 소성이 완료될 때 그 다음 노통(1a,1b)으로 소성이 바뀌어지는 방식으로 공급되게 되며, 이에 따라 부스터(1d)와 밸브(1c,1e,1f)를 통해 플렉시블호스(1i)까지 토출된 C.O.G는 렌스노즐(1h)에 이르게 된다.

이 경우 최후의 C.O.G 유량 제어는 상기 렌스노즐(1h)이 담당하게 된다.

따라서, 운전조건상 주어지는 C.O.G의 압력, 온도, 유속에 의해 최대로 공급될 수 있는 유량이 결정되며 생산량의 변경에 따른 C.O.G의 유량증가로 렌스노즐(1h)을 교체해 주어야 하며, 이때 퀵커플링(1k)의 체결을 풀고 랜스노즐(1h)을 하나씩 교체해 주게 된다.

또한, 교체시 2개의 노통(1a,1b)에 필요한 36개의 랜스노즐(1h) 모두를 교체하여야 한다.

따라서, 생산량 변경에 따라 그 때마다 모든 렌스노즐(1h)을 교체해야 하는 불편함이 있게 된다.

통상, 생산량의 변경은 그 변동폭이 클때와 적을 때 두가지로 대별되는 바, 적게 발생할 경우에는 렌스노즐을 교체하는 시간 대비 운전시간이 너무 작아 굳이 교체하여서 얻는 실익이 없으므로 교체작업을 하지 않고 그대로 작업을 수행하며, 생산량이 클 경우에만 반드시 교체하고 있다.

그 기준은 부스터(1d)의 후단압력이 1.4 ㎏／㎠ 이하이거나 혹은 1.7 ㎏／㎠ 이상인 경우이다.

즉, 생산량이 증대됨에 따라 콘트롤밸브(1d)의 개도조정이 프로그램에 따라 자동적으로 이루어지고 기존 생산량에 따른 렌스노즐(1h)은 상당한 저항을 일으키거나 적은 저항으로 압력의 변동폭이 생기므로 석회석 소성에 필요한 최적의 연소상태를 만들어 줄 수 없게 된다.

이러한 사유로 기준에서 벗어날 때 신속하게 렌스노즐(1h)의 교체가 이루어져야 한다.

또한, 타르의 고착과 같은 문제를 해결하기 위해 스팀을 이용해서 노즐 내부의 타르를 제거하고 있는 바, 이러한 제거작업시 체결상태 불량으로 작업자가 타박상을 입거나 혹은 스팀 호스의 파열로 인하여 작업자의 신체일부가 화상을 입게 되는 위험이 상존한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 기존과는 달리 생산량의 결정과 동시에 1차적으로 콘트롤밸브의 개도가 결정되고 이에 준하는 C.O.G의 압력과 유량이 설정되므로 이에 대응되는 구경의 렌스노즐을 신속하게 자동교체토록 함으로써 석회소성도를 높이기 위한 최적의 연소패턴을 유지하며, 노즐에 고착된 타르의 제거도 용이토록 한 C.O.G 공급용 4변형 구동 노즐 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 석회소성로의 C.O.G 공급 흐름을 도시한 블럭도 및 노즐 설치상태 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 석회소성로의 C.O.G 공급 흐름을 도시한 블록도 및 노즐 설치상태 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 4변형 구동노즐의 분해 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 4변형 구동노즐의 조립상태 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 4변형 구동노즐의 제어 과정을 도시한 순서도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2a,2b : 노통, 2h : 구동노즐,

2l : 구동모터, 3a : 몸체,

3b : 입측플랜지, 3c : 출측플랜지,

3d : 0링, 3e : 퀵커플링,

3f : 0링홈, 3g : 위치검출기,

3h : 피니언, 3i : 베벨기어,

3k : 삽입공.

본 발명의 상술한 목적은 서로 다른 구경의 노즐이 90°를 이루며 다수 내장되고, 그 외주연 중앙에는 피니언이 형성된 원통형의 몸체와; 개방된 일면을 갖고 상기 몸체를 내장하며 타면에는 C.O.G가 연통되는 연통로가 형성된 출측플랜지와; 상기 몸체가 출측플랜지로부터 이탈되지 못하도록 그 개방된 일면을 폐쇄하며, 그 내주연에는 상기 몸체의 외경과 대응되는 것과 그보다 더 큰 직경을 가진 0링홈이 형성되고, 그 외측면을 관통하여 상기 노즐중 선택된 어느 하나 및 상기 연통로와 연통되는 연통로가 형성된 입측플랜지와; 상기 몸체의 피니언에 치합되는 한쌍의 베벨기어와; 상기 베벨기어를 구동시키도록 이와 연결된 구동모터와; 상기 구동모터의 회전수에 따라 상기 노즐의 위치를 검출하도록 설치된 위치검출기로 구성함에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 상술한 목적은 작업자가 그날 생산해야할 생산량 및 노즐의 초기 위치값을 입력부를 통해 설정하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 입력된 생산량을 판단하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 판단된 값이 200∼230톤/일, 240∼270톤/일, 280∼300톤/일, 310∼330톤/일 의 범위 내 값이라면 각 값에 해당하는 구경의 노즐이 위치하도록 구동모터를 구동시켜 해당 노즐을 위치시키고, 그렇지 않다면 다시 새로운 생산량을 입력하라는 제1단계로 반복 순환되는 제3단계와; 상기 제3단계 후 현재 설정된 노즐의 위치를 검출하는 제4단계와; 상기 제4단계에서 검출된 현재위치값과 초기설정값의 일치 여부를 판단하는 제5단계와; 상기 제5단계에서 판단된 값이 일치하지 않을 경우 양값이 일치할 때까지 노즐을 내장한 몸체를 90°씩 일정한 방향으로 회전시키는 제6단계와; 상기 제5단계에서 판단된 값이 일치할 경우 곧바로 C.O.G 부스터의 후단압력을 검출하는 제7단계와; 상기 제6단계 후 판단된 값이 일치하면 제7단계를 수행하도록 하고 제7단계 후 측정된 압력이 규정치 내라면 작업을 종료하고 그렇지 않다면 최초 제1단계롤 순환반복되도록 한 제8단계로 제어함으로써 달성될 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면에 의거하여 예시적인 방법으로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 4변형 구동 노즐을 사용한 석회소성로의 C.O.G 공급상태를 도시한 흐름도이다.

도 2에 따르면, 기존의 렌스노즐은 4변형 구동노즐(2h)로 대체되고, 상기 구동노즐(2h)의 상측에는 피엘시(PLC:PROGRAMMING LOGIC CONTROLLER)(2i)에 전기적으로 연결된 위치검출기(2k)가 설치되며, 하측에는 상기 구동노즐(2h)을 가변시키기 위한 구동모터(2l)가 설치된다.

그리하여, 부스터(2d)에서 공급된 C.O.G의 유량은 입력부(2j) 상에서 입력된 생산량의 변경값이 피엘시(2i)에 의해 프로그램된 개도범위로 콘트롤밸브(2f)가 제어되므로 이에 대응되게 변경된다.

여기서, 상기 부스터(2d) 후단의 압력, 유량, 온도를 검출하는 검출기(2g)에서 추출된 값은 다시 입력부(2j) 상으로 명시되고, 석회소성로의 노통(2a,2b)중 연소되는 곳의 온오프밸브(2c)가 개폐되게 된다.

동시에, 연소시키는 쪽의 4변형 구동노즐(2h)을 작동시켜 위치검출기(2k)에서 검출된 값과 비교하여 상대적으로 변경된 값만큼만 해당하는 구경의 노즐이 위치되도록 구동모터(2l)에 의해 가변 제어하게 된다.

이값은 다시 피이드백되도록 하여 항상 상대적인 값을 비교할 수 있도록 한다.

따라서, 생산량이 변경됨으로써 36개의 4변형 구동노즐(2h)을 통해 C.O.G의 공급량을 용이하게 조절할 수 있게 된다.

만약, 압력검출기(2g-P)에서 검출된 값이 기준치에 들지 않을 때는 입력부(2j) 상에서 재설정만 해주면 상기와 같은 방식으로 자동으로 재조정작업이 수행되게 된다.

상술한 과정을 용이하게 수행하도록 하는 4변형 구동노즐은 도 3에 도시되어 있다.

도 3에 따르면, 4변형 구동노즐(2h)은 원통형의 몸체(3a) 내부에 그 원주방향을 따라 대략 90°를 이루며 서로 다른 구경을 갖고 내장된다.

상기 구동노즐(2h)의 구경은 예컨대, 7φ,8φ,9φ,10φ의 구경을 갖는 노즐을 시계방향 혹은 반시계방향으로 순차 배열함이 바람직하다.

뿐만 아니라, 상기 노즐(2h)의 구경은 오리피스형이 아닌 라운드형으로 형성함으로써 C.O.G가 통과하는 유로단면적이 유체역학적으로 증가되도록 하여 공급효율을 향상시킬 수 있도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 몸체(3a)의 외주연 중앙에는 피니언(3h)이 형성된다.

상기 피니언(3h)은 구동모터(2l)의 동력을 전달받기 위한 것으로, 상기 구동모터(2l)의 동력은 축에 고정된 한쌍의 베벨기어(3i)에 의해 상기 피니언(3h)으로 전달된다.

상기 축은 후술할 입측플랜지(3b)와 출측플랜지(3c)가 결합되는 사이에 걸려 고정된다.

그리고, 몸체(3a)의 양측면 중앙을 관통하여 삽입공(3k)이 형성된다.

상기 삽입공(3k)은 상기 몸체(3a)가 상기 구동모터(2l)에 의해 원활하게 회전될 수 있도록 안내하는 수단이다.

아울러, 상기 구동모터(2l)의 인접측에는 위치검출기(3g)가 설치된다.

상기 위치검출기(3g)는 구동모터(2l)의 회전수를 검출하여 최초 설정된 노즐의 위치로부터 그 노즐이 몇도만큼 이동되었는가에 따라 그 위치를 검출할 수 있도록 한 것으로 이를 판독하는 것은 피엘시(2j)이다.

한편, 상기 구동노즐(2h)을 내장한 몸체(3a)는 그 양측면에서 서로 결합되는 입측플랜지(3b) 및 출측플랜지(3c)에 의해 둘러싸인다.

각 플랜지(3b,3c)에는 C.O.G가 통할 수 있는 연통로(3b',3c')가 형성된다.

그리고, 상기 양 플랜지(3b,3c)는 퀵커플링(3e)에 의해 체결된다.

상기 입측플랜지(3b)는 그 내면 중앙에 상기 삽입공(3k)에 대응삽입되는 회전축(3j)이 돌출 형성된다.

따라서, 이들의 결합시 상기 회전축(3j)이 상기 삽입공(3k)에 삽입되어 축중심을 이루게 된다.

뿐만 아니라, 그 내주연에는 상기 몸체(3a)의 외경과 대응되는 크기와 그 보다 약간 더 큰 크기로 된 한쌍의 O링홈(3f)이 형성된다.

그리하여, 상기 입측플랜지(3b)가 체결되었을 때 상기 O링홈(3f)에는 별도 구비된 O링(3d)이 내장되어 C.O.G의 누설을 방지하게 된다.

상기한 입측플랜지(3b), 몸체(3a) 및 출측플랜지(3c)가 퀵커플링(3e)에 의해 결합되었을 때 상기 몸체(3a)는 상기 입측 혹은 출측플랜지(3b,3c) 내면에 밀착되지 않고 약간 이격된 상태를 유지하게 되며 상기 0링(3d)은 이들 사이의 공간을 씰링하게 되는 것이다.

따라서, C.O.G에 함유된 타르는 수시로 회전되는 구동노즐(2h) 내부나 혹은 그 인접위치에 고착되지 못하게 된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 4변형 구동노즐을 이용한 C.O.G 공급유량 제어방법은 도 5의 순서도에 따라 제어된다.

도 5를 참조하면, 먼저 피엘시에는 생산량의 범위가 노즐의 구경에 대응되게 톤/일 으로 규정된다.

이 상태에서, 작업자가 그날 생산해야할 생산량 및 노즐의 초기 위치값을 입력부를 통해 설정하는 제1단계를 수행한다(S1).

이어, 상기 제1단계에서 입력된 생산량은 제2단계에서 판단된다(S2).

즉, 설정된 범위 내의 값인지 아닌지를 판단하여 범위 내의 값이라면 이후 노즐의 구경을 선정하는 과정을 수행하고, 그렇지 않다면 다시 새로운 생산량을 입력하라는 제1단계로 반복 순환된다.

만약, 상기 제2단계에서 판단된 값이 200∼230톤/일, 240∼270톤/일, 280∼300톤/일, 310∼330톤/일 의 범위 내 값이라면 각 값에 해당하는 구경의 노즐이 위치하도록 구동모터를 구동시켜 해당 노즐을 위치시키는 제3단계를 수행한다(S3).

상기 제3단계 후 현재 설정된 노즐의 위치를 검출하는 제4단계를 수행한다(S4).

이후, 상기 제4단계에서 검출된 현재위치값과 초기설정값의 일치 여부를 판단하는 제5단계를 수행한다(S5).

상기 제5단계에서 만약 현재위치값과 초기설정값이 일치한다면 C.O.G 부스터의 후단압력을 검출하는 제7단계를 수행한다(S7).

그러나, 상기 제5단계에서 판단된 현재위치값과 초기설정값이 일치하지 않는다면 이들이 일치할 때까지 노즐이 내장된 몸체를 시계방향 혹은 반시계방향중 어느 일정한 방향으로 90°씩 회전시키는 제6단계를 수행한다(S6).

이렇게 하여 제7단계까지 수행한 후에는 C.O.G의 부스터 후단압력이 규정치 내에 해당하는지를 판단하는 제8단계를 수행한 후 규정치 내에 해당된다면 작업을 종료하고 그렇지 못하다면 다시 최초 생산량을 입력하고 초기위치값을 설정하는 제1단계로 회귀된다.

이와 같이 함으로써 매우 수월하게 노즐을 자동적으로 가변시킬 수 있음으로써 중단없는 원활한 조업을 유지할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 C.O.G 공급용 4변형 구동노즐 및 그 제어방법은 석회소성 생산량의 부하변경에 따라 구동노즐을 자동제어하여 유량을 제어하기 때문에 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 작업도중 노즐교체가 요구될 때 작업을 중단하고 교체하여야 하는 불편이 해소되고 1회 36개의 노즐을 일일이 교체함으로써 발생되는 손실비용을 혁신적으로 줄일 수 있게 되어 작업의 안정성과 비용절감을 꾀할 수 있게 된다.

둘째, 단순한 오리피스형 노즐에서 라운드형 노즐로 변경함으로써 같은 크기의 노즐이라고 할 지라도 압력손실과 유량손실을 방지하게 된다.

Claims (2)

1. 서로 다른 구경의 노즐(2h)이 90°를 이루며 다수 내장되고, 그 외주연 중앙에는 피니언(3h)이 형성된 원통형의 몸체(3a)와;

   개방된 일면을 갖고 상기 몸체(3a)를 내장하며 타면에는 C.O.G가 연통되는 연통로(3c')가 형성된 출측플랜지(3c)와;

   상기 몸체(3a)가 출측플랜지(3c)로부터 이탈되지 못하도록 그 개방된 일면을 폐쇄하며, 그 내주연에는 상기 몸체(3a)의 외경과 대응되는 것과 그보다 더 큰 직경을 가진 0링홈(3f)이 형성되고, 그 외측면을 관통하여 상기 노즐(2h)중 선택된 어느 하나 및 상기 연통로(3c')와 연통되는 연통로(3b')가 형성된 입측플랜지(3b)와;

   상기 몸체(3a)의 피니언(3h)에 치합되는 한쌍의 베벨기어(3i)와;

   상기 베벨기어(3i)를 구동시키도록 이와 연결된 구동모터(2l)와;

   상기 구동모터(2l)의 회전수에 따라 상기 노즐(2h)의 위치를 검출하도록 설치된 위치검출기(3g)로 구성되는 것을 특징으로 하는 씨오지 공급용 4변형 구동노즐.
2. 작업자가 그날 생산해야할 생산량 및 노즐의 초기 위치값을 입력부를 통해 설정하는 제1단계와;

   상기 제1단계에서 입력된 생산량을 판단하는 제2단계와;

   상기 제2단계에서 판단된 값이 200∼230톤/일, 240∼270톤/일, 280∼300톤/일, 310∼330톤/일 의 범위 내 값이라면 각 값에 해당하는 구경의 노즐이 위치하도록 구동모터를 구동시켜 해당 노즐을 위치시키고, 그렇지 않다면 다시 새로운 생산량을 입력하라는 제1단계로 반복 순환되는 제3단계와;

   상기 제3단계 후 현재 설정된 노즐의 위치를 검출하는 제4단계와;

   상기 제4단계에서 검출된 현재위치값과 초기설정값의 일치 여부를 판단하는 제5단계와;

   상기 제5단계에서 판단된 값이 일치하지 않을 경우 양값이 일치할 때까지 노즐을 내장한 몸체를 90°씩 일정한 방향으로 회전시키는 제6단계와;

   상기 제5단계에서 판단된 값이 일치할 경우 곧바로 C.O.G 부스터의 후단압력을 검출하는 제7단계와;

   상기 제6단계 후 판단된 값이 일치하면 제7단계를 수행하도록 하고 제7단계 후 측정된 압력이 규정치 내라면 작업을 종료하고 그렇지 않다면 최초 제1단계로 순환반복되도록 한 제8단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 씨오지 공급용 4변형 구동노즐의 제어방법.