KR20010039829A

KR20010039829A - 냉각 요소

Info

Publication number: KR20010039829A
Application number: KR1020000047794A
Authority: KR
Inventors: 토마스롤프
Original assignee: 라인스 뢸프-애버트, 가이어 한스-위르겐; 카엠 오이로파 메탈 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1999-08-18
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2001-05-15
Also published as: DE19939229A1; EP1077358A1; CN1285498A

Abstract

본 발명은 용광로/용해로용 냉각 요소 및 전극을 유지하는 지지 장치의 전극 파지부의 통합된 구성 요소로서의 전기 용해로용 냉각 요소(1a)에 관한 것이다. 그러한 냉각 요소(1a)의 내부에서는 하나 이상의 냉매 유입구(10a) 및 하나 이상의 냉매 유출구(11a)가 마련된 관통 채널 라인(9a) 형성용 냉매 채널(6a)이 구리 또는 구리 화합물로 이루어진 냉각 판(3a)에서 연장된다. 덮개 판(5a)은 강 또는 강 합금으로 이루어지고, 압력의 작용에 의해 분리가 불가능하게 냉각 판(3a)과 결합된다. 추가로, 강 또는 강 합금으로 이루어진 유지 판(20)이 덮개 판(5a)에 용접되어 냉매 채널(6a)을 덮을 수 있다.

Description

냉각 요소{COOLING ELEMENT}

본 발명은 용광로/용해로용 냉각 요소 및 전극을 유지하는 지지 장치의 전극 파지부의 통합된 구성 요소로서의 전기 용해로용 냉각 요소에 관한 것이다.

용광로/용해로는 열적 절연을 위해 교환이 가능한 내부 금속 래깅(lagging)을 구비하는데, 그 내부 금속 래깅에는 예컨대 샤모트(내화 점토)와 같은 절연 재료가 고정될 수 있다. 그러나, 용광로 및 용해로의 내부에 유포되는 온도는 래깅을 추가적으로 냉각시켜 냉각 요소의 연화를 방지하는 것이 필요할 정도로 높다.

주철로 이루어진 판형 냉각 요소에 냉각 관을 주조하는 것은 선행 기술 중의 하나이다. 그러한 선행 기술에 수반되는 단점은 냉각 관을 둘러싸는 산화 층 또는 간극이 냉매로의 열 전달을 어렵게 할 수 있다는 것이다. 또한, 주철로 이루어진 냉각 요소는 열 전도성이 상대적으로 낮다.

구리 또는 구리 합금은 회선철보다 현저히 더 우수한 열 전도성을 보유한다. 그와 관련하여, DE 29 07 511 C2는 구리 또는 저합금의 구리 합금으로 이루어지고, 단조되거나 압연된 구리 블록으로 제작되는 용광로용 냉각 요소를 개시하고 있다. 그러한 냉각 요소의 구조 형태에서는 기계적 디프 보링에 의해 생성되는 냉매 채널이 냉각 요소의 내부에 배치된다. 냉각 요소에 마련되는 폐색 구멍은 나사 탭을 납땜하거나 용접함으로써 밀봉된다. 냉각 요소의 배면 측에는 냉매 채널과 통하는 유입 구멍이 배치되는데, 그 유입 구멍에는 냉매를 공급하거나 반출하는데 필요한 접속용 보조 관이 용접되거나 납땜된다.

특히, 전기 용해로용 냉각 요소는 용해로 중의 용해물의 상부에서 보조 버너 또는 출탕기가 통과하여 도입될 수 있는 각종 유형의 절결부를 구비한다. 따라서, 냉매 채널은 그러한 절결 개구부의 옆을 지나서 인도되어야 하고, 그로 인해 추가의 제조 비용이 수반된다. 냉매 채널을 직선으로부터 벗어나도록 하는 것은 그것이 어떠한 형식이든지 몇 개의 횡방향 구멍 또는 프레이즈 절삭부에 의해서만 달성될 수 있는데, 그 경우에 그 횡방향 구멍 또는 프레이즈 절삭부 자체는 탭 또는 덮개에 의해 폐쇄되어야 한다. 따라서, 그러한 냉각 요소의 제조 비용이 높아지게 된다.

많은 양의 전류가 공급되어야 전기 용해로용 접촉 바이스에서도 동일한 문제점이 생긴다. 전극이 동시에 고온에 노출되기 때문에, 전극을 유지하는 접촉 바이스도 역시 냉각되어야 한다.

또한, 재료의 기계적 절삭에 의해 냉매 채널을 냉각 판에 마련하고, 그와 같이 형성된 채널 라인을 덮개 판으로 덮는 형식의 냉각 요소도 선행 기술 중의 하나이다. 그를 위해, 덮개 판은 냉각 판에 밀봉적으로 고정되어야 한다. 구리 또는 구리 합금으로 이루어진 냉각 판과 덮개 판을 용접하여 냉각 요소를 형성하는 것은 그 재료의 높은 열 전도성으로 인해 곤란하고, 특히 보수를 할 때에 현장에서 좀처럼 이용하기 어려워 해당 전문가를 필요로 한다.

또 다른 단점은 모든 고정 수단과 냉매 유입구 및 냉매 유출구도 역시 구리 또는 구리 합금으로 이루어져서 마찬가지로 똑같은 복잡한 형식으로 냉각 요소에 고정되어야 한다는 것이다. 설사 그러한 냉각 요소가 강으로 이루어진다고 하더라도, 구리를 강에 용접하는 것은 기술적으로 곤란하고, 경우에 따라 일어날 수 있는 용접 이음매의 누설은 단지 전문가에 의해서만 치유될 수 있다.

그러한 선행 기술로부터 출발된 본 발명의 목적은 전극 파지부의 통합된 구성 요소로서의 용광로/용해로용 냉각 요소 및 전기 용해로용 냉각 요소를 제작 기술상으로 개선하는 것이다.

도 1은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ 단면을 따라 냉각 요소의 냉각 판을 나타낸 도면.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 도 1에 따른 냉각 판을 구비한 냉각 요소를 나타낸 단면도.

도 3은 다른 실시예에 따른 냉각 요소의 배면을 나타낸 도면.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 도 3에 따른 냉각 요소를 나타낸 단면도.

도 5는 도 6의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 제3 실시예에 따른 냉각 요소를 나타낸 단면도.

도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 도 5에 따른 냉각 요소를 나타낸 단면도.

도 7은 "Z" 부분의 확대도.

도 8은 전극을 유지하는 지지 장치를 냉각 요소와 함께 나타낸 부분 단면 사시도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

3, 3a, 3b, 37 : 냉각 판

5, 5a, 5b, 38 : 덮개 판

6, 6a, 7, 7a, 24, 34 : 냉매 채널

8, 8a, 9, 9a, 25, 39 : 채널 라인

10, 10a, 10b, 35 : 냉매 유입구

11, 11a, 11b, 36 : 냉매 유출구

13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b : 접속 보조 관

20, 20b, 40 : 유지 판

31 : 전극

32 : 전극 파지부

33 : 지지 장치

그러한 목적은 본 발명에 따라 청구항 1 또는 청구항 2의 특징부에 기재된 특징에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 용광로/용해로용 냉각 요소는 구리 또는 구리 화합물로 이루어진 냉각 판 및 재료간 결합의 형식으로 냉각 판과 결합되는 덮개 판을 포함하는데, 그 냉각 판에는 하나 이상의 냉매 유입구 및 하나 이상의 냉매 유출구가 마련된 일관 채널 라인 형성용 냉매 채널이 배치된다. 그 경우, 덮개 판은 강 또는 강 합금으로 이루어지고, 압력의 작용에 의해 분리가 불가능하게 냉각 판과 결합된다.

소위 접촉 바이스 형태의 냉각 요소는 전극을 유지하는 지지 장치의 전극 파지부의 통합된 구성 요소일 수도 있다(청구항 2). 그 경우, 전극과 접촉되는 접촉 바이스의 냉각 판은 구리 또는 구리 합금으로 이루어지고, 역시 압력의 작용에 의해 강 또는 강 합금으로 이루어진 덮개 판과 재료간 결합의 형식으로 결합된다.

압력을 작용시키면, 소위 도금을 하게 되면, 덮개 판의 일부는 기계적 기법으로, 또 다른 일부는 야금적 기법으로 냉각 판과 결합된다. 그러면, 분리의 위험이 없이 후속 가공이 실행될 수 있다.

특히, 도금으로는 폭파 도금이 적합하다(청구항 5). 그 경우, 덮개 판은 냉각 판 상에 놓여져서 폭약으로 덮여진다. 그러한 폭약은 점화되어 전 표면에 걸쳐 진행되는 폭발 정면을 형성하는데, 그 폭발 정면은 덮개 판을 냉각 판 쪽으로 추진하게 된다. 그와 같이 강으로 이루어진 덮개 판으로 도금을 함으로써 냉각 판의 배면 측에서 용접의 경우보다 현저히 더 강력하고 평면적인 재료 결합이 이루어진다. 냉각 요소의 작동 중에 누설이 생기는 것은 거의 완전히 배제된다.

본 발명에서 매우 바람직한 것은 특히 청구항 4에 제시된 바와 같이 냉매 채널이 재료의 기계적 절삭에 의해 냉각 판에 마련되는 경우에 냉매 채널이 임의로 형성될 수 있다는 것이다. 그에 의해, 비용이 들고 복잡하며 탭으로 폐쇄되어야 하는 디프 보링 가공부 및 프레이즈 가공부가 생략된다.

또한, 청구항 4에 따르면, 냉매 채널이 덮개 판에 마련되는 것도 가능하다. 그것은 적절한 공구에 의해 단일 작업 과정으로 이루어질 수 있다. 그 경우, 냉매 채널은 덮개 판에 의해서가 아니라, 냉각 판과 외면된 덮개 판의 측면에 배치되어 덮개 판과 재료간 결합의 형식으로 결합되는 유지 판에 의해 폐쇄된다(청구항 5). 재료간 결합 형식의 결합은 납땜뿐만 아니라 용접에 의해서도 실현될 수 있다(청구항 6).

청구항 7의 특징에 따르면, 유지 판도 역시 덮개 판과 마찬가지로 강 또는 강 합금으로 이루어진다. 그러한 구성에서는 강 대 강 용접을 능숙하게 다룰 수 있기 때문에 매우 간단한 재료간 결합이 가능하게 된다. 또한, 강으로 이루어진 유지 판 및 덮개 판에 의해 냉각 요소의 전체적인 강도가 증대되고, 그에 의해 특히 열 하중이 심하게 변동되는 아크로에 사용할 때에 클리프로 인한 냉각 요소의 왜곡 현상이 최소화될 수 있다.

강 대 강 용접의 또 다른 장점은 용접 부위를 둘러싸는 재료가 그리 심하게 가열되지 않는다는 것으로, 본 발명에 따라 덮개 판과 유지 판과의 사이에 밀봉 요소를 끼워 넣는 것이 가능하게 된다. 다만, 그것은 냉매 채널이 냉각 판은 물론 덮개 판을 관통하고 최종적으로 유지 판에 의해 덮여지는 경우에만 적합한 것이다. 그 경우, 덮개 판은 단지 유지 판과의 재료간 결합 형식의 결합을 용이하게 하는 결합 재료로서의 기능만을 한다. 강 대 강 용접부는 그것이 어떠한 유형이든지 자유롭게 이용할 수 있는 사람에 의해 현장에서 매우 간단하게 보수될 수 있다.

청구항 9의 특징에 따른 또 다른 구성에서는 냉매 유입구 및 냉매 유출구가 강 또는 강 합금으로 이루어진 접속 보조 관을 포함한다. 그러한 재료로 이루어진 접속 보조 관은 매우 간단하게 덮개 판 또는 유지 판과 결합될 수 있다.

청구항 10에 따르면, 접속 보조 관은 덮개 판 또는 유지 판에 용접되거나 나사 결합될 수 있다(청구항 11). 나사 결합은 물론 용접 결합도 매우 간단하게 이루어질 수 있고, 그것이 강으로 실시됨으로 인해 큰 힘을 수용할 수 있다.

덮개 판 또는 유지 판이 강으로 이루어짐으로써 용광로/용해로에 냉각 요소를 고정시키기 위한 현수 장치도 역시 강으로 실시될 수 있고, 그에 의해 안정된 고정이 가능하게 된다.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 개략적으로 도시된 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도1 및 도 2는 도시를 생략한 용광로 또는 용해로의 교체가 가능한 구성 요소인 냉각 요소(1)를 도시하고 있다. 용광로 또는 용해로가 다소간 깔때기형으로 형성되기 때문에, 냉각 요소(1)는 그 하단부(2) 쪽으로 좁아지는 외형으로 형성된다. 냉각 요소(1)는 기본적으로 2개의 금속 판으로 이루어진다; 그 중의 하나는 용광로 또는 용해로의 내부 쪽으로 대면된 구리 또는 구리 합금제의 냉각 판(3)이고, 다른 하나는 냉각 판(3)의 배면(4) 측에서 재료간 결합의 형식으로 냉각 판(3)과 결합되는 강 또는 강 합금제의 덮개 판(5)이다.

냉각 판(3)의 배면(4)에는 기계적 가공에 의해 사행형으로 형성된 냉매 채널(6, 7)이 마련된다.

냉각 판(3)의 배면(4)은 덮개 판(5)에 의해 완전히 덮이기 때문에, 냉각 요소(1)에는 그 배면을 관통하는 채널 라인(8, 9)이 형성된다.

각각의 채널 라인(8, 9)은 그 단부에 냉매의 공급 및 반출을 위한 냉매 유입구(10) 및 냉매 유출구(11)를 구비한다. 그를 위해, 냉각 판(3)과 외면된 덮개 판(5)의 배면(12)에는 강 또는 강 합금으로 이루어진 접속 보조 관(13, 14)이 용접 기법에 의해 고정된다. 그러한 접속 보조 관(13, 14)은 나사 결합 기법에 의해 냉각 요소(1)와 결합될 수도 있다. 또한, 덮개 판(5)의 배면(12) 측에는 중앙 및 하부 높이 구역에 고정 요소(15)가 배치된다.

용광로 또는 용해로의 내부 쪽으로 대면된 냉각 판(3)의 측면(16)에는 수평으로 서로 평행하게 연장되는 도브테일형 횡단면의 홈(17)이 배치된다. 홈(17) 속에는 내화 재료(도 6을 참조)가 고정될 수 있다. 또한, 홈(17) 속에는 슬래그 비산물이 확실하게 정착될 수 있고, 그에 의해 냉각 요소(1)가 추가로 절연된다.

도 3 및 도 4는 또 다른 실시예의 냉각 요소(1a)를 도시하고 있다. 도 1에 도시된 냉각 요소(1)와는 대조적으로, 그러한 냉각 요소(1a)는 그 세로 측면(19)에 직사각형 절결부(18)를 구비한다. 그 절결부(18)는 출탕기 또는 보조 버너를 용광로 또는 용해로의 내부에 도입하기 위한 역할을 한다.

본 변형 실시예에서도 제1 실시예에서와 마찬가지로 냉매 채널(6a, 7a)이 냉각 판(3a)의 배면(4a)에서 사행형으로 연장되어 채널 라인(8a, 9a)을 형성한다. 절결부(18)의 구역에서는 냉매 채널 라인(9a)의 진로가 다른 구역에서는 면 대칭적으로 형성되는 냉매 채널 라인(8a)의 진로와는 상이하게 된다.

제1 실시예와의 또 다른 차이점은 덮개 판(5a)의 배면(12a) 측에 강 또는 강 합금으로 이루어지고 둘레를 따라 덮개 판(5a)에 용접되는 유지 판(20)이 배치된다는 것이다. 그 경우, 냉매 채널(6a, 7a)은 덮개 판(5a)까지도 관통하고, 그 배면 측에서 유지 판(20)에 의해 폐쇄된다. 덮개 판(5a)과 유지 판(20)과의 사이에는 용접 이음매(21)와 이격된 밀봉 요소(22)가 추가의 고정 수단으로서 배치된다.

냉매 유입구(10a) 또는 냉매 유출구(11a)는 역시 유지 판(20)의 배면(23)에 고정되는 접속 보조 관(13a, 14a)에 의해 실현된다.

도 5 내지 도 7에 따른 실시예의 범위에서는 냉각 요소(1b)가 단지 하나의 관통 냉매 채널 라인(25)을 구비하는데, 그 경우에 냉매 유입구(10b) 및 냉매 유출구(11b)는 냉각 요소(1b)의 중앙 구역에 배치된다. 그러한 실시예에서는 채널 라인(25)이 흐름 기법상으로 매우 양호하게 형성되는데, 그 이유는 직선형의 긴 섹션(24, 26, 27)이 원호형 섹션(28)을 경유하여 서로 접속되기 때문이다.

그러한 냉각 요소(1b)도 역시 냉각 판(3b) 상에 도금된 덮개 판(5b)을 구비하는데, 양자의 판(3b, 5b)은 모두 냉매 채널 라인(25)에 의해 관통된다. 냉매 채널 라인(25)은 배면 측에서 유지 판(20b)에 의해 폐쇄되고, 유지 판(20b)은 역시 냉매 유입구(10b) 또는 냉매 유출구(11b)용의 접속 보조 관(13b, 14b)을 구비한다. 유지 판(20b)의 배면(23B) 측의 중앙 및 하부 높이 구역에는 냉각 요소(1b)를 용광로 또는 용해로의 벽에 고정시킬 수 있는 갈고리형 고정 요소(15b)가 용접된다.

도 7은 도 6의 "Z" 부분의 확대 상세도이다. 냉각 판(3b) 상에 도금되는 덮개 판(5b)은 가장자리 측에서 용접 이음매(21b)에 의해 유지 판(20b)에 용접된다. 덮개 판(5b)의 배면(12b)에 있는 홈(29) 속에는 유지 판(20b)과 접촉되는 밀봉 요소(22)가 배치된다.

도 8은 원통형 전극을 유지하는 전극 파지부(32)의 통합된 구성 요소인 소위 접촉 바이스의 형태의 냉각 요소(30)를 도시한 것이다. 그 도면에는 전극 파지부(32) 및 부속 지지 장치(33)가 단지 개략적으로만 도시되어 있다. 그러한 냉각 요소(30)는 원통형 케이스의 형태로 형성되고, 전극(31)과 접촉된다. 냉각 요소(30)는 냉매 유입구(35) 및 냉매 유출구(36)(점선으로 도시됨)를 경유하여 냉매가 공급되고 반출되는 냉매 채널(34)에 의해 관통된다. 냉매 채널(34)은 전극(31)과 접촉되는 냉각 판(32)에 마련되고, 덮개 판(38)에 의해 폐쇄된다.

물론, 그러한 실시예에도 도 3 내지 도 7에 따른 실시예에서 제시된 바와 같은 추가의 유지 판(40)을 배치하는 것이 가능하다. 그럴 경우에는 냉매 채널(34)에 의해 형성되는 채널 라인(39)이 덮개 판(38)까지 관통하고, 유지 판(40)에 의해 폐쇄된다.

본 발명에 따른 용광로/용해로용 냉각 요소 및 전극을 유지하는 지지 장치의 전극 파지부의 통합된 구성 요소로서의 전기 용해로용 냉각 요소는 구리 또는 구리 화합물로 이루어진 냉각 판 및 재료간 결합의 형식으로 냉각 판과 결합되는 덮개 판을 포함하는데, 그 경우에 덮개 판은 강 또는 강 합금으로 이루어지고, 압력의 작용에 의해 분리가 불가능하게 냉각 판과 결합됨으로써 냉각 판의 배면 측에서 용접의 경우보다 현저히 더 강력하고 평면적인 재료 결합이 이루어지도록 한다. 그에 따라, 냉각 요소의 작동 중에 누설이 생기는 것은 거의 완전히 배제된다.

Claims

구리 또는 구리 화합물로 이루어진 냉각 판(3, 3a, 3b) 및 재료간 결합의 형식으로 냉각 판(3, 3a, 3b)과 결합되는 덮개 판(5, 5a, 5b)을 포함하고, 그 냉각 판(3, 3a, 3b)에는 하나 이상의 냉매 유입구(10, 10a, 10b) 및 하나 이상의 냉매 유출구(11, 11a, 11b)가 마련된 관통 채널 라인(8, 9: 8a, 9a; 25) 형성용 냉매 채널(6, 7: 6a, 7a; 24)이 배치되는 용광로/용해로용 냉각 요소에 있어서,

덮개 판(5, 5a, 5b)은 강 또는 강 합금으로 이루어지고, 압력의 작용에 의해 분리가 불가능하게 냉각 판(3, 3a, 3b)과 결합되는 것을 특징으로 하는 용광로/용해로용 냉각 요소.
구리 또는 구리 화합물로 이루어지고 전극(31)과 접촉되는 냉각 판(37) 및 재료간 결합의 형식으로 냉각 판(37)과 결합되는 덮개 판(38)을 포함하고, 그 냉각 판(37)에는 하나 이상의 냉매 유입구(35) 및 하나 이상의 냉매 유출구(36)가 마련된 관통 채널 라인(39) 형성용 냉매 채널(34)이 배치되는, 전극(31)을 유지하는 지지 장치(33)의 전극 파지부(32)의 통합된 구성 요소로서의 전기 용해로용 냉각 요소에 있어서,

덮개 판(38)은 강 또는 강 합금으로 이루어지고, 압력의 작용에 의해 분리가 불가능하게 냉각 판(37)과 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 용해로용 냉각 요소.
제1항 또는 제2항에 있어서, 덮개 판(5, 5a, 5b; 38)은 폭파 도금에 의해 냉각 판((3, 3a, 3b; 37)과 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 냉매 채널(6, 7: 6a, 7a; 24; 34)은 기계적 재료 절삭에 의해 냉각 판(3, 3a, 3b; 37) 및/또는 덮개 판(5, 5a, 5b; 38)에 마련되는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 판(3a, 3b, 37)과 외면된 덮개 판(5a, 5b, 38)의 측면(12a, 12b)에는 덮개 판(5a, 5b, 38)과 재료간 결합의 형식으로 결합되는 유지 판(20, 20b, 40)이 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
제5항에 있어서, 유지 판(20, 20b, 40)은 덮개 판(5a, 5b, 38)에 용접되는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
제5항 또는 제6항에 있어서, 유지 판(20, 20b, 40)은 강 또는 강 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 유지 판(20, 20b, 40)과 덮개 판(5a, 5b, 38)과의 사이에 밀봉 요소(22)가 끼워 넣어지는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 냉매 유입구(10, 10a, 10b; 35) 및 냉매 유출구(11, 11a, 11b; 36)는 강 또는 강 합금으로 이루어진 접속 보조 관(13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
제9항에 있어서, 접속 보조 관(13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b)은 덮개 판(5, 5a, 5b, 38) 또는 유지 판(20, 20b, 40)에 용접되는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
제9항에 있어서, 접속 보조 관(13, 13a, 13b, 14, 14a, 14b)은 덮개 판(5, 5a, 5b, 38) 또는 유지 판(20, 20b, 40)에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.