KR20010062895A - 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존장치 및 방법 - Google Patents

고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제철소 고로 공정의 열풍로 설비에 장착되는 미건조 연와를 장기간 보존할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 열풍로 설비를 초기 설치한 상태에서 열풍로의 축열실과 연소실 및 열풍이 지나는 열풍관을 승온하여 건조시키지 않은 상태에서 변형되지 않고 장기간 보존할 수 있는 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 연소실에 공기를 제공하는 공기 공급관에는 열교환기가 장착되고, 상기 열교환기에는 증기 공급관이 연결되어 상기 공기 공급관을 통하여 공급되는 공기를 가온시켜 열풍로의 축열실과 연소실 및 열풍관과 혼냉실의 내화 연와로 공급하도록 구성되는 열풍로의 미건조 연와 보존장치와, 열풍로의 주기적인 통풍을 위하여 하절기에는 열풍로 연소용 공기공급팬을 가동하여 연소실 →축열실 →연도를 통하여 강제 통풍시키고, 동절기에는 철피온도를 0℃ 이상 유지하기 위하여 일정한 온도의 공기를 연소실 →혼냉실 →열풍변 →고로에 공급하여 내화물을 보존하도록 구성되는 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존방법을 제공한다.

Description

고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROTECTING THE REFRACTORY OF HOT STOVE IN BLAST FURNACE PROCESS}
본 발명은 제철소 고로 공정의 열풍로 설비에 장착되는 미건조 연와를 장기간 보존할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 열풍로 설비를 초기 설치한 상태에서 열풍로의 축열실과 연소실 및 열풍이 지나는 열풍관을 승온하여 건조시키지 않은 상태에서 변형되지 않고 장기간 보존할 수 있는 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 도 1은 종래의 미화입(未火入) 고로 송풍(送風) 공정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 고로 본체(100)를 중심으로 한 열풍로(110)의 공정은 연소실(120) 하부의 버너(122)를 작동시켜 연소실(120)에서 고온의 열풍을 형성하고, 이를 축열실(130)을 통과시켜 연도(140)로 배출함으로서 축열실(130)에 열을 축적하는 축열과정을 거친다. 그리고, 상기와는 반대의 공기흐름을, 즉 축열실(130)로부터 연소실(120)로 향하고, 혼냉실(150)을 거쳐서 고로(100)로 향하여 공기를 제공함으로서 축열실(130)의 고온의 열에 의해서 고온의 열풍을 고로(100)에 송풍하게 된다.
그리고, 고로(100)로부터 배출되는 고로가스는 건식 집진기(160)와 습식 집진기(170)를 차례로 거쳐서 불순물이 제거되고 별도의 가스 홀더(미도시)로 공급되어 저장된다.
상기와 같이 고로에 고온의 열풍을 공급하기 위해 사용되는 열풍로(110)는 연소실(120)과 축열실(130)내부에 고온에 견딜 수 있는 특수 내화물로 구성된 단별 실리카(silica)연와, 단열연와, Hi-Al2O3캐스타블 내화물(castable refractory)(이하, 내화물 이라함)로 구성되고, 외부에는 이들을 감싸는 철피 셀(shell)을 갖추는 것이다.
이러한 열풍로(110)의 초기 건설시에는 일반적으로 각 연와와 연와사이에 몰타르를 주입하고 연와들을 부착시켜 쌓아 올린다. 상기와 같이 사용되는 연와 부착재인 몰타르는 그 성분으로서 점성을 가진 당밀이라는 성분이 투입되어 부착성을 유지시킨다. 그러나, 당밀은 일정기간내에 일정한 온도로 승온시켜 건조시키지 않으면 하얗게 꽃이 피는 듯이 변색되고, 이러한 부위가 썩는 백화현상이 일어나게 된다.
이렇게 되면 각 연와사이에서 점착성을 이루고 있는 부분이 썩게 되고, 따라서, 점착강도가 약화되어 열풍로(110)를 이루고 있는 연소실(120)과 축열실(130) 그리고 이를 연결하고 있는 각 열풍관(180)들은 고온에 견딜 수 있는 내구성이 저하되어 결국은 한번 건설하면 수년에 걸친 일대기를 사용해야 됨에도 불구하고 오래 사용하지 못하고 종풍(고로에 송풍을 중단하고 개, 보수를 하는 것)을 그 본래의 수명보다 앞당겨 실시하게 된다.
따라서, 이러한 연와 내화물 관리는 매우 중요한 것이며, 이러한 내화물은 계절적인 영향도 크게 작용된다. 즉, 하절기에는 대기습도가 높게 됨으로서 내화물에 수분이 흡수하여 결로(結露)의 문제가 생기는 것이고, 동절기에는 내화물에 수분이 과다하게 포함이 되어 있는 경우, 동결현상으로 인하여 결국은 열풍로(110)를 이루고 있는 고온에 견디는 내화물의 수명이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서 그 목적은, 열풍로 건설후 미승온한 상태의 열풍로를 구성하고 있는 연소실, 축열실 및 이들의 전,후단으로 이어지는 열풍관에 축조된 내화물의 백화, 결로, 동결등으로 인한 내화물의 수명을 단축시키는 것을 방지할 수 있고, 열풍로의 장기 보존을 이룰 수 있는 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존장치 및 방법을 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 고로공정에서 고온 송풍을 위한 열풍로설비를 개략적으로 도시한 설명도;
도 2는 본 발명에 따른 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존장치가 갖춰진 고로공정을 도시한 구성도;
도 3은 본 발명에 따른 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존 방법을 단계적으로 도시한 도면으로서,
a)도는 하절기에 사용되는 공기통풍방법을 도시한 설명도,
b)도는 동절기에 사용되는 열풍 통풍방법을 도시한 설명도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10..... 공기 공급팬 12..... 공기 공급관
16..... 댐퍼 20..... 열교환기
30..... 증기 공급관 34..... 증기 배출관
60..... 통풍제어판넬 70..... 공기 유량제어부
100... 고로 110... 열풍로
120... 연소실 130... 축열실
140... 연도 180... 열풍관
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
제철소 고로 공정의 열풍로 설비를 초기 설치한 상태에서 열풍로의 축열실과 연소실 및 열풍이 지나는 열풍관을 승온하여 건조하지 않은 상태에서 변형되지 않고 장기간 보존하기 위한 열풍로의 미건조 연와 보존장치에 있어서, 연소실에 공기를 제공하는 공기 공급관에는 열교환기가 장착되고, 상기 열교환기에는 증기 공급관이 연결되어 상기 공기 공급관을 통하여 공급되는 공기를 가온시켜 열풍로의 축열실과 연소실 및 열풍관과 혼냉실의 내화 연와로 공급하도록 구성됨을 특징으로 하는 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존장치를 마련함에 의한다.
그리고, 본 발명은 제철소 고로 공정의 열풍로 설비를 초기 설치한 상태에서 열풍로의 축열실과 연소실 및 열풍이 지나는 열풍관을 승온하여 건조시키지 않은 상태에서 변형되지 않고 장기간 보존하기 위한 열풍로의 미건조 연와 보존방법에 있어서, 열풍로의 주기적인 통풍을 위하여 하절기에는 열풍로 연소용 공기공급팬을 가동하여 연소실 →축열실 →연도를 통하여 강제 통풍시키고, 동절기에는 철피온도를 0℃ 이상 유지하기 위하여 일정한 온도의 공기를 연소실 →혼냉실 →열풍변 →고로에 공급하여 내화물을 보존하도록 구성됨을 특징으로 하는 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존방법을 마련함에 의한다.
이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
도 2를 참고하여 본 발명의 구성을 설명한다.
고로 공정에서의 열풍로(110)는 고로(100)에 고온의 열풍을 공급하기 위한 단위 설비로서 열풍로(110)를 이루고 있는 각 열풍관(180)과 연소실(120)및 축열실(130)을 갖는다. 그리고 그 내부에는 고온에 견디기 위한 특수한 내화물이 축조되고, 이러한 내화물을 보존하는 것은 곧 열풍로(110)의 수명과 직결된다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 열풍로(110)내의 내화물 연와를 적절하게 보존하기 위하여 년중 계절적인 구분을 하고, 하절기와 동절기로 나누어 종래에 설치된 연소용 공기공급팬(10)을 이용하여 강제 통풍을 하는 2가지의 방법을 제공한다.
본 발명은 연소실(120)에 공기를 제공하는 공기 공급관(12)에 열교환기(20)가 장착되고, 상기 열교환기(20)에는 증기 공급관(30)이 연결되어 상기 공기 공급관(12)을 통하여 공급되는 공기를 가온시켜 열풍로(110)의 축열실(130)과 연소실(120) 및 열풍관(180)의 내화 연와로 공급하도록 구성된다.
또한, 열풍로(110)의 주기적인 통풍을 위하여 하절기에는 열풍로 연소용 공기 공급팬(10)을 가동하여 연소실(120) →축열실(130) →연도(140)를 통하여 강제 통풍시키고, 동절기에는 철피온도를 0℃ 이상 유지하기 위하여 일정한 온도의 공기를 연소실(120) →혼냉실(150) →열풍관(180) →고로(100)에 공급하여 내화물을 보존하는 것이다.
상기한 방법을 제공하기 위하여 종래의 설비인 열교환기(20)를 이용하는 것이다.
그렇지만 본 발명에서는 종래와 다르게 상기 열교환기(20)에 증기 공급 계통이 장착된다. 그리고, 종래의 연소용 공기를 공급하는 배관에 공기흐름 차단판(22)을 배관내부에 설치한다.
동절기에는 강제적으로 열풍을 형성하여 취입하는 방법으로 열교환기(20)에 종래의 오일을 공급하는 대신에 증기(steam)를 취입하고 있다. 그리고, 상기 열교환기(20)에는 가온하고자 하는 내화물의 면적을 산출하여 그에 해당되는 증기를 공급하기 위하여 증기 공급관(30)과 증기취입제어변(32)을 증기가 취입되는 입구측에 설치한다.
또한, 취입된 증기가 열교환기(20) 내부의 다수개 핀 튜브(fin tube)(24)를 통과하여 다시 외부로 배출되도록 증기 배출관(34)을 연결하고, 배출증기의 유량조절변(36)을 장착하며, 최종 증기의 대기 분사를 방지하기 위하여 감압이 가능한 증기탑(38)을 설치한다.
또한, 상기에서 취입된 증기가 열교환기(20)의 핀 튜브(24)를 통과하면서 표면을 가열시키고, 이러한 열은 공기 공급팬(10)을 통하여 공기를 취입할시 열교환을 이루어 열풍으로 생성된다.
상기에서 생성된 열풍의 온도를 검출하고 이를 제어하기 위하여 열풍 온도 검출기(26)를 공기 공급관(12)에 설치하고 혼냉실(150) 내측으로는 열풍로(110)의 열풍관(180)이 통하는 부위의 습도를 검출하기 위하여 습도검출기(28)를 설치한다.
상기 습도검출기(28)는 통풍제어판넬(60)에 전기적으로 연결되고, 상기 통풍제어판넬(60)은 증기 공급관(30)의 증기취입제어변(32)에 전기적으로 연결되며, 공기 공급관(12)에 장착된 열풍 온도 검출기(26)에 전기적으로 연결됨으로서 상기 습도검출기(28)와 열풍 온도 검출기(26)의 검출신호에 의해서 증기 공급관(30)의 증기취입제어변(32)을 개폐시키도록 구성되는 것이다.
또한, 상기 공기 공급팬(10)에 갖춰진 공기 유량 제어댐퍼(16)의 제어와 열풍로(110)에 공급할 공기의 과잉 유량을 제한하기 위한 공기 유량 조절부(70)가 설치된다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 도 3를 참고하여 설명하기로 한다.
본 발명은 열풍로(110)의 주기적인 통풍을 위하여 하절기(4-10월)에는 열풍로(110)에 축적된 내화물에 습기를 없애고 특수 내화물 사이를 부착시키고 있는 몰타르를 일정한 온도로 건조시키기 위하여 열풍로 연소용 공기팬(10)을 가동하여 공기를 공급하게 된다.
즉, 하절기에는 대기 공기를 이용하게 된다.
첫번째는, 하절기에 열풍로(110)를 장기 보존하기 위한 방법으로서 대기 공기를 흡입하도록 공기 공급팬(10)을 가동하고, 공기 공급관(12)을 통과시켜 열교환기(20) →공기 공급관(12) → 전로(200) →연소실(120) 통과 → 축열실(130) 체커 연와 통과 →열풍로(110) 연도 개방 →연도(STACK)(140)에서 방산하는 유로를 따라서 강제 통풍이 이루어진다.
그리고, 고로(100)측으로는 대기 공기를 흡입하도록 공기 공급팬(10)을 가동하고, 공기 공급관(12)을 통과시켜 열교환기(20) →공기 공급관(12) → 전로(200) →연소실(120) 통과 → 혼냉실(150) 통과 →열풍로(110) 연도 개방 →고로(100)로 통하는 유로를 따라서 강제 통풍이 이루어진다.
따라서, 하절기에는 혼냉실(150)에 설치된 습도계(28)에 지시된 습도 지시치를 판독하여 관리 설정치에 따라 주기적으로 공기 공급팬(10)을 가동하게 되며, 열풍로(110)에 장착된 각 점검 및 보수용 맨홀(man hole)은 폐쇄상태로 유지하여야 하절기의 우천시 내화물의 빗물 침투에 의한 내화물의 손상을 방지할 수가 있다.
그리고, 상기 혼냉실(150)의 보수 맨홀측에는 내부의 습도를 항상 측정하기 위한 습도계(28)를 설치하고 주기적으로 점검하여 현재의 내부 습도상태를 판단하게 되는 것이다.
두 번째로서 동절기(11-3월)에는 열풍로(110)의 외측 철피 온도를 0℃ 이상 유지하기 위하여 열교환기(20)(heat exchange)에 일정량의 증기(steam)를 취입하여 일정한 열(45-50℃)을 발생시키고, 연소용 공기 공급팬(10)을 가동하여 연소실(120)과, 축열실(130)및 열풍관(180)내부에 축조된 내화물을 보존하는 것이다.
이와 같이 열교환기(20)의 내부에 갖춰진 핀 튜브(fin tube)(24)에 증기를 통과시켜 발생되는 열량을 적절하게 산출하기 위하여, 다음 아래의 수식에 의하여 필요한 열을 공급하기 위한 산출을 한다.
동절기에 있어서 열풍로(110)에 필요한 소요열량을 구하기 위하여 아래의 수학식 1을 사용한다.
Q = W. Cp. △T
여기서,
W : 공기 유량(㎥/H), Cp : 공기정압비열(kcal/N㎥,℃), △T: 승온온도(동절기 최저 온도; -15℃ →50℃ = 65℃이다.
그리고, 열교환기(20)에 취입할 증기(STEAM) 소요량을 산출하기 위해서는 아래의 수학식 2를 사용한다.
Qs = (Q/H)/(V' ÷V")
{Qs: 소요열량(kcal/H), V': 증발잠열(kcal/kg), V": 비체적(㎥/kg)}
또한, 열교환기(20)에 연결되는 증기 취입관(30)의 직경을 결정하기 위하여 아래의 수학식 3을 사용한다.
Qs ÷시간(sec) = πD2/4 ×기준 유속
여기서, Qs = 단면적 x 유속에서 증기기준 유속을 15m/s 로 가정한다.
상기 수학식 3에 의해서 결정된 증기 취입관(30)을 종래 열교환기(20)의 연결관(미도시)에 맞도록 결합하여 일정량의 증기를 취입하게 되면 열풍이 생성된다.
한편, 과다한 열풍이 고온으로 공급되는 것은 내화물에 균열, 폭기현상을 가져다 줄 수 있으므로 45-50℃의 열풍의 온도가 가장 바람직하다.
또한, 열풍로(110)의 통풍시 가장 바람직한 공기의 유량 제한은 350-400㎥/min 가 바람직하다.
동절기에 열풍로(110)를 장기 보존하기 위한 방법으로서는 대기 공기를 흡입하도록 공기 공급팬(10)을 가동하고, 열교환기(20)를 통과시켜 가온하며 →공기 공급관(12) → 전로(200) →연소실(120) 통과 → 축열실(130) 체커 연와 통과 →열풍로(110) 연도 개방 →연도(140)에서 방산하는 유로를 따라서 45-50℃의 열풍의 강제 통풍이 이루어진다.
그리고, 고로측으로는 대기 공기를 흡입하도록 공기 공급팬(10)을 가동하고, 열교환기(20)를 통과시켜 가온하며 →공기 공급관(12) → 전로(200) →연소실(120) 통과 → 혼냉실(150) 통과 →열풍로(110) 연도 개방 →고로(100)로 통하는 유로를 따라서 열풍의 강제 통풍이 이루어진다.
상기에서와 같이 본 발명에 의하면, 미승온한 열풍로(110)를 구성하고 있는 연소실(120), 축열실(130) 및 그들의 전,후단으로 이어지는 열풍관(180)의 내화물 백화, 결로, 동결등의 현상을 방지하여 내화물의 수명을 연장시킬 수 있고, 장기간 사용하지 않는 열풍로(110)를 장기간 보존하는데 효과를 가져다 주는 잇점이 있다.

Claims (4)

  1. 제철소 고로 공정의 열풍로(110) 설비를 초기 설치한 상태에서 열풍로(110)의 축열실(130)과 연소실(120) 및 열풍이 지나는 열풍관(180)을 승온하여 건조하지 않은 상태에서 변형되지 않고 장기간 보존하기 위한 열풍로(110)의 미건조 연와 보존장치에 있어서,
    연소실(120)에 공기를 제공하는 공기 공급관(12)에는 열교환기(20)가 장착되고, 상기 열교환기(20)에는 증기 공급관(30)이 연결되어 상기 공기 공급관(12)을 통하여 공급되는 공기를 가온시켜 열풍로(110)의 축열실(130)과 연소실(120) 및 열풍관(180)과 혼냉실(150)의 내화 연와로 공급하도록 구성됨을 특징으로 하는 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼냉실(150)에 장착되는 습도검출기(28)와, 이에 전기적으로 연결되는 통풍제어판넬(60) 및, 증기 공급관(30)의 증기취입제어변(32)을 추가 포함하고, 상기 통풍제어판넬(60)은 습도 검출기(28)와 증기 공급관(30)의 증기취입제어변(32)에 전기적으로 연결되며, 공기 공급관(12)에 장착된 열풍 온도 검출기(26)에 전기적으로 연결됨으로서 상기 습도검출기(28)와 열풍 온도 검출기(26)의 검출신호에 의해서 증기 공급관(30)의 증기취입제어변(32)을 개폐시키도록 구성됨을 특징으로 하는 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 공기 공급관(12)으로 공기를 공급하는 공기 공급팬(10)에는 공기 유량 제어댐퍼(16)가 장착되고, 이를 제어하고 열풍로(110)에 공급할 공기의 과잉 유량을 제한하기 위한 공기 유량 조절부(70)가 추가 설치됨을 특징으로 하는 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존장치.
  4. 제철소 고로 공정의 열풍로(110) 설비를 초기 설치한 상태에서 열풍로(110)의 축열실(130)과 연소실(120) 및 열풍이 지나는 열풍관(180)을 승온하여 건조시키지 않은 상태에서 변형되지 않고 장기간 보존하기 위한 열풍로(110)의 미건조 연와 보존방법에 있어서,
    열풍로(110)의 주기적인 통풍을 위하여 하절기에는 열풍로 연소용 공기공급팬(10)을 가동하여 연소실(120) →축열실(130) →연도(140)를 통하여 강제 통풍시키고, 동절기에는 철피온도를 0℃ 이상 유지하기 위하여 일정한 온도의 공기를 연소실(120) →혼냉실(150) →열풍관(180) →고로(100)에 공급하여 내화물을 보존하도록 구성됨을 특징으로 하는 고로공정에서 열풍로의 미건조 연와 보존방법.
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