KR200257558Y1 - 용광로불꽃소화조기검지장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 용광로 불꽃소화 조기검지장치에 관한 것으로, 용광로 내부가스의 연소상태를 항시적으로 감지하는 불꽃 검지기와, 용광로로부터 브리더를 통해 배출되는 내부가스 중 일산화탄소와 산소의 농도변화를 각각 감지하는 가스 검출기등을 구비하여 용광로 정기 수리시, 용광로 내부에 점화된 불꽃이 소화될때의 불꽃 소화조기검지는 물론, 냉각반 이상 유무 판단과 상기 불꽃 검지기의 신호를 받아 프로그래밍으로 제어하여 자동 퍼지함으로써, 용광로내 점화불꽃의 변화상태를 조기에 감지하여 점화불꽃이 소화됨으로 인해 발생되는 제반 사고를 사전에 막을 수 있다.

Description

용광로 불꽃소화 조기검지장치

본 고안은 용광로 불꽃소화 조기검지장치에 관한 것으로, 특히 용광로 정기 수리시 용광로 상부에서 가스 성분의 변화를 감지하여 용광로 내부의 불꽃 점화상태와 냉각반 이상 여부를 판단하고, 점화된 불꽃이 소화될 때 자동 퍼지(purge) 함으로써 가스의 농도를 희석시켜 이차적으로 발생되는 폭발을 방지하는 용광로 불꽃소화 조기감지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 용광로는 철광석과 코크스(Coke)등을 내부에 장입시키고 열풍로 설비에서 보내진 고온의 열풍을 용광로 내부로 불어 넣음으로써 철화합물을 환원 및 용해시켜 용선을 생산한다.

상기의 종래의 일반적인 용광로의 구성을 도 1 에 도시하였다.

상기 도 1 에 도시된 바와같이, 용광로는 그 본체부(1) 내에 철광석 및 코크스와 같은 장입물이 투입되고, 상기 본체부(1) 하부 양측방으로 연결된 열풍로(2b)에 의해 본체부 내로 고온의 열풍이 주입된다. 이때 상기 열풍의 온도는 약 1200℃ 정도의 높은 온도를 유지하고 있으며, 상기 열풍로(2b)와 연결된 송풍기(2c)에 의해 일정한 속도로 주입되며, 그 전단부에는 열풍밸브(2a)가 설치되어 열풍의 유입여부 및 유입속도등을 조절할 수 있도록 한다.

상기 주입된 열풍은 용광로 내의 광석과 코크스층을 통과하면서 코크스 연소, 칠화합물의 환원 및 용융 작용이 효과적으로 이루어 질 수 있도록 도운 다음, 용광로의 상부에 형성된 상승관(6)을 통해 가스 형태로 배출되는 데, 상기 가스 형태로 배출되는 것이 바로 용광로 가스이다.

그러나 용광로를 정기적으로 수리할 시에는, 상기와 같이 용광로 내로 공급되는 열풍을 차단시킨 상태에서 작업을 하게 된다.

즉, 용광로 본체부(1) 내로 열풍을 불어넣지 않을 경우, 용광로 하부 본체부 (1)와 연결되어 있는 풍구(2g)를 개방하여 용광로 내로 대기압상태의 공기가 유입되게 하는 데, 이때 용강로 본체부(1) 내에는 자연 드라프트(Draft)에 의한 가스가 용광로 내의 장입물층에서 발생하게 된다.

상기 자연 드라프트에 의해 발생된 가스는 또한 용광로 본체부(1) 상부의 개 폐밸브가 열려있는 브리더(Bleeder)(2f)를 통해 대기중으로 방출되기 때문에 가스 중독 사고의 위험이 있으며, 또한 대기오염의 원인이 될 수 있다.

따라서 용광로 본체내에서 미연소된 상태의 용광로 가스가 대기로 방출됨으로 인한 사고의 발생을 방지하기 위하여, 상기 가스를 수증기(steam)로 대신 치환한 다음, 가스가 배출되는 상승관(6)내에 설치된 가스 샘플구(6c)에서 용광로 내의 잔류가스를 채취하여 일산화탄소의 농도가 일정 기준치 예컨데, 약 0.4% 이하가 되었을 경우에 점화구를 열어 준다.

한편, 풍구(2g)를 개방함에 따라 용광로 본체부(1) 내부로 유입되어 들어간 대기압 상태의 공기는 용광로 본체부(1) 내부 장입물들과 반응하여 일산화탄소 형태로 장입물층 상부로 올라가고, 또한 상부 불꽃 점화구(6b)를 통해 들어간 공기는 상기 일산화탄소와 다시 만나 연소를 하지만, 완전 연소가 되지 않은 일부 가스는 또한 브리더(2f)의 점화 장치에 의해 연소가 된다.

상기와 같이 점화된 불꽃은 용광로 정기 수리중에 계속 점화 상태로 유지 되어야 하나, 불꽃 점화구(6b)를 통해 들어간 공기의 양이 부족하거나, 또는 용광로 본체부(1)내에 구비된 냉각반(7)의 손상등으로 물이 용광로 내부로 침투하게 될 경우에는, 기 점화되어 있는 불꽃이 소화되어 버린다.

상기 점화된 상태의 불꽃이 소화되게되면, 용광로 내에 수소와 산소 및 일산 화탄소의 농도가 증가하게 되고, 일정시간이 지나 어느 시점에 도달하면, 다시 자연 발화가 되면서 한꺼번에 많은 일산화탄소와 수소가 연소되는 순간적인 폭발이 발생하는 현상이 생긴다. 따라서 이와같은 폭발현상을 방지하기 위해서, 종래에는 다음과 같은 방법들을 사용하였다.

예컨데, 작업자가 직접 연소가 잘되고 있는지의 여부를 불꽃 점화구(6b)를 통하여 육안으로 용광로 내부의 상태를 관찰하고, 불꽃이 소화 되었을 경우에는 즉시 현장 작업자를 대피시키고 불꽃 점화구(6b)를 닫는다. 이후 임의로 가스를 수증기로 치환한 후 가스샘플 채취구(6c)에서 일산화탄소를 취하여 그 농도를 측정한 결과, 농도가 폭발의 위험성이 없는 기준치 예컨대, 약 0.4% 이하가 되었을 경우에는 불꽃 점화구(6b)를 열고, 공기(산소)가 용광로 내부로 들어가도록 하여 용광로 내에서의 자연 발화를 유도한다.

그러나 상기와 같은 종래의 방법을 사용할 경우, 다음 몇가지의 문제점들이발생된다.

첫째, 계속 점화상태가 유지되어야 할 불꽃이 소화되었을 경우 작업자가 직접적으로 확인해야 하는 데, 상기 확인방법이 어려우며, 또한 가스 치환작업에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.

둘째, 점화된 불꽃의 소화여부를 원격 위치 예컨대, 용광로를 제어하는 중앙 운전실등에서는 알 수가 없으므로 항시 한명 이상의 작업자가 고정으로 배치되어야 하고, 또한 육안으로 관찰하는 도중 순간적인 폭발로 인해 화재의 위험성과 안전상의 문제가 있다.

셋째, 점화된 불꽃이 용광로 본체부(1) 내의 냉각반(7) 손상으로 용광로 내부에 물이 침입함에 의해 소화 되었을 경우, 용손된 냉각반(7)을 찾는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있으며,

넷째로는 불꽃이 소화되었을 경우, 순간적인 폭발로 인한 위험성이 따르므로 작업자의 빠른 대피가 불가능한 등의 문제점이 있다.

따라서 본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 용광로 정기 수리시 용광로 내부에 점화된 불꽃이 소화될때의 불꽃 소화 조기검지는 물론, 냉각한 이상 유무 판단과 불꽃 검지기의 신호를 받아 프로그래밍으로 제어하여 자동 피지함으로써, 자연 발화될때의 폭발에 따른 화재와 안전 사고를 미연에 방지토록 하는 용광로 불꽃 소화 조기 검지장치를 제공함에 있다.

도 1 은 종래의 일반적인 용광로 구성을 도시한 개략도.

도 2 는 본 고안의 구성에 따른 용광로의 사시도.

도 3a 내지 도 3c 는 상기 도 2 에 도시된 본 고안에 따른 용광로 주요부분의 상세도

도 4 는 상기 도 2 에 도시된 본 고안에 따른 용광로의 평면도

도 5 는 본 고안에 따른 용광로를 작동하기 위한 제어 동작 흐름도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 용광로 1a : 장입물층

1b : 불꽃검지기 1c : 질소퍼지배관

2 : 환상관 2a : 열풍밸브

2b : 열풍로 2c : 송풍기

2f : 브리더(Bleeder) 2g : 풍구

3 : 증기 환상관 3a : 증기 지관 자동밸브

3b : 수소농도검출기 전단자동밸브 3c : 수소가스 검출기

3d : 확산관 3e : 산소농도 검출기

3g : 수소농도검출기 전단 자동밸브 오픈(open)측 전자밸브

3h : 수소농도검출기 전단 자동밸브 클로즈(close)측 전자밸브

3i : 증기 지관 자동밸브 오픈(open)측 전자밸브

3j : 증기 지관 자동밸브 클로즈(close)측 전자밸브

4 : 제어부 4a : 중앙운전실

4b : 현장경고음 4c : 중앙운전실 경고등

5 : 중앙운전실 가스농도 지시화면 6a : 미연소가스

6b : 불꽃점화구 6c : 가스샘플구

7 : 냉각반 7a : 장입광석

상기 목적을 달성하기 위해, 본 고안에서는

용광로내 점화불꽃의 변화상태를 조기에 감지하여 점화불꽃이 소화됨으로 인해 발생되는 제반 사고를 사전에 막기 위한 용광로 불꽃소화 조기검지장치에 있어 서,

용광로 본체부 상부면 소정위치에 설치되어 용광로 내부가스의 연소상태를 항시적으로 감지하며, 그 일측에 내부 보호를 위해 질소퍼지 배관이 연결되는 불꽃 검지기와,

용광로 내의 잔류한 내부가스가 배출되는 상승관에 설치되며 상기 배출가스중 일산화탄소와 산소의 농도변화를 각각 감지하는 가스 검출기와,

용광로 본체부의 상부 주위를 환상으로 둘러싸며, 약 45도의 일정간격으로 상기 용광로 본체부 내로 증기를 공급하도록 별도로 분지 되어 나오고, 그 선단부는 말단부로 갈수록 직경이 커지는 확산관으로 형성되어 있는 증기관과,

상기 승기관으로 부터 분지되어 나온 확산관의 소정위치에 설치되어 용광로본체부내에 구비된 냉각반의 손상으로 물이 용광로 내부로 침투되는 상황을 파악하는 수소가스 농도 검출기와,

상기 증기관과 수소가스 농도 검출기의 각 전단에 설치된 자동밸브와,

상기 가스 검출기에서 감지된 신호를 수신하고, 수신된 신호에 따라 상기 각 자동밸브들을 제어하는 제어부와,

중앙운전실내에 설치되며, 상기 불꽃 점화의 상태와 가스 성분별 농도를 나타내는 표시수단과,

용광로 내의 불꽃소화시 현장으로 위험상황을 알리는 경고수단을 포함하는 용광로 불꽃소화 조기검지장치를 제공한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 고안에 따른 용광로 불꽃소화 조기검지장치의 적합한 실시예에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

도 2 는 본 고안의 기술에 따른 용광로의 사시도이고,

도 3a 내지 도 3c 는 상기 도 2 에 도시된 본 고안에 따른 용광로 주요부분의 상세도이다.

상기 도면을 참조하여 본 고안의 주요 구성부재에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도면부호 (6d)는 용광로(1) 내부에서의 상부 가스 발생 상태를 나타낸 것이고, (3d)는 용광로 가스의 유입과 분사가 잘 되도록 한 확산관으로서, 이는 용광로 본체부(1) 내부에 용전 취부되는 형상이다.

도면부호 (3c)는 수소가스 검출기로서 용광로의 상부 둘레로 일정간격 예컨데 약 45°마다 한 개씩 여덟 개가 설치되어 있다.

상기 수소가스 검출기(3c)의 전단에는 자동밸브가 부착되되, 두개의 자동밸브 즉, 오픈(open)측 전단밸브(3g)와 클로즈(close)측 전단밸브(3h)가 구비된다.

또한 상기 수소가스 검출기(3c)는 증기 퍼지 지관에 용접 취부되되, 상기 증기 퍼지 지관은 증기 확산관(3)으로부터 분지되어 나오되 그 단부는 확산관(3d)으로 되는 증기관직 중간부위에 설치된다.

이때, 상기 증기 환상관(3)상에는 관내부로 출입되는 증기의 유입을 개폐하기 위한 자동밸브(3a)가 용접취부된다.

용광로 본체부(1)의 상부로 돌출되어 나오는 상승관(6)상에 취부되는 산소 농도 검출기(3f)와 일산화탄소 농도 검출기(3e)는 상기 상승관(6)에 모두 두 개씩 네 개가 플랜지에 의해 취부되어 진다.

다음 용광로 내에 점화되어 있는 불꽃의 점화상태를 관찰하는 불꽃 검지기 (1b)는 용광로 본체부(1) 상부에 결착수단 예킨데, 플랜지 결착 또는 용접으로 취부되며, 또한 상기 불꽃 검지기(1b)의 내부를 보호하기 위해 내부로 질소가 유입되게 함으로써, 내부가 항상 퍼지될 수 있도록 상기 불꽃 검지기(1b)상에 질소배관 (1c)을 장착한다.

이때, 상기 각 배관의 연결방법은 결합강도가 크고 밀폐성이 좋은 용접 결합을 이용한다.

또한 상승관(6)의 상부로 배출되어 나오는 미연소 가스(6a)중에 포함되어 있는 산소 및 일산화 탄소의 농도와 냉각반(7)에서의 이상현상 발생에 의해 용광로본체부(1) 내로 물이 유입될 경우, 용광로 각 부위별에서의 수소 농도를 읽고 제어하는 제어부(4)가 마련된다.

상기 제어부(4)는 수신된 신호에 의해 용광로 내의 불꽃소화 시 현장으로 위험상황을 알리는 경고수단(4c)과, 또한 상기 불꽃 점화의 상태와 가스 성분별 농도를 나타내는 표시수단(5)등을 제어한다.

이때 상기 경고수단(4c)과, 표시수단(5)등은 중앙운전실(4a) 내에 설치되도록 하여 제어가 용이하도록 한다.

또한 상기 경고수단(4c)으로는 경고등(4c) 또는 경고음(4b)을 이용하고, 표시수단(5)으로는 모니터를 포함한 여하한 화면표시장치를 이용할 수 있다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 고안의 용광로 불꽃소화 조기검지장치의 작용에 대하여 설명하기로 한다.

도 5 는 본 고안에 따른 용광로 불꽃소화 조기검지장치를 작동하기 위한 동작 제어 흐름도이다.

상기 도 5 를 참조하면, 본 고안에 따른 용광로 불꽃소화 조기검지장치는 용광로의 점화 상태를 감지함에 있어서, 산소와 일산화탄소의 농도를 제어부(4)에서 항상 감시하여 중앙운전실(4a)의 가스 농도 지시화면(5)에 나타나도록 하여 조업자가 항시 감시가 가능하도록 한다.

이때 상기 산소와 일산화탄소의 가스 농도가 일정 기준치 예컨데, 불꽃점화상태가 양호할때의 농도 기준치보다 현격히 올라갈 때에는 자동으로 제어부(4)에서 현장에 경고음(4b)이 울리도록 한다.

또한, 수소 농도 검출기(3c) 전단에 설치된 자동밸브 클로즈(Close)측 전자밸브(3h)를 여자하여 수소농도검출기 전단 자동밸브(3b)를 닫음과 동시에, 증기지관 자동밸브 오픈(Open)측 전자밸브(3i)에 신호를 보내어 증기지관 자동밸브(3a) 여덟 개를 동시에 열어 용광로 내부 전체로 공급되는 증기를 자동퍼지한다.

또한, 일산화탄소 농도가 점화가능한 일정 기준치 예컨데, 0.4퍼센트 이하가 되었을 때 상기 제어부(4)에서 증기지관 자동밸브 클로즈측 전자밸브(3j)에 신호를 주어 여자시킴으로써, 증기지관 자동밸브 여덟 개(3a)를 동시에 클로즈(Close)하고, 수소농도검출기 전단 자동밸브 오픈(Opcn)측 전자밸브(3g)를 여자시킴으로 수소농도 검출기 전단자동밸브(3b)를 오픈시켜 수소농도를 계속 검지한다.

한편, 수소농도 검출기(3c)는 수소농도가 기준치보다 올라갈 때 해당 검출기를 제어반에서 파악하여(미도시) 부위별 냉각반의 유실(Leakage)을 감지하여 조기에 작업자가 조처하도록 함으로써, 물의 유입에 의한 점화불꽃의 소화를 미리 방지하게 한다.

용광로 본체부(1)의 상부 일측에 설치된 불꽃 검지기(1b)는 용광로 내의 점화불꽃이 점화 또는 소화된 상태를 항상 감시하는 역할을 하며, 상기 점화불꽃의 감시결과 신호를 중앙 운전실(4a)로 보낸다.

또한 상기와 같은 불꽃 소화 조기 검지 방법에 의한 일련의 자동 퍼지는 중앙 운전실(4a)에서 임의로 조작할 수도 있다.

이상 상술한 바와 길이, 용광로 정기수리시 점화불꽃과 용광로 내 가스 성분변화를 이용한 본 고안의 용광로 불꽃 소화 조기 검지 장치는 종래의 공지 방법에비해 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 공지 방법에 있어서 점화된 불꽃의 소화 여부를 육안으로 직접 확인할 경우, 순간적인 폭발에 의한 사고를 유발할 가능성이 있으나, 본 고안의 경우는 중앙 운전실에서 원격감시를 통해 확인이 이루어지므로 사고의 위험성을 줄일 수 있다.

둘째로, 종래의 방법에 있어서 점화된 불꽃이 소화되는 정확한 원인 규명이 어려우나 본 고안의 경우는 각 센서를 통해 그 원인을 찾는데 효과적이다.

셋째, 종래의 방법은 냉각반의 이상으로 인한 물의 유실시 그 고장난 부위를 찾는데 긴 시간이 소요되고, 또한 불꽃 소화에 대한 자동 경보 장치가 없으나, 본 고안의 경우 수소 농도 증가를 이응하여 침수량도 계산식에 의해 산출해 낼 수 있으므로 불꽃 소화와 동시에 작업자가 안전한 장소로 대피할 수 있는 여유시간을 확보할 수 있어 매우 실용적 효과를 얻을 수 있다.

이때, 상기 수소 농도 증가를 이용하여 침수량을 계산하는 식의 일 예를 들면 다음과 같다.

수소농도 1퍼센트 증가시 시간당 침수량을 계산하면,

10,000Nm³/min ×1퍼 센트≒22.41=4.46mol/min이고,

4.46mol/min ×18Kg/k-mol=80.28Kg/min이므로, 80.28kg/min×6O분=4.82T/H즉, 1시간에 약 4.8톤의 물이 냉각반에서 침수됨을 알 수 있게 된다

Claims (1)

1. 용광로(1)내 점화불꽃의 변화상태를 조기에 감지하여 점화불꽃이 소화됨으로 인해 발생되는 제반 사고를 사전에 막기 위한 용광로 불꽃소화 조기검지장치에 있어서,

   용광로(1) 본체부 상부면 소정위치에 설치되어 용광로 내부가스의 연소상태를 항시적으로 감지하며, 그 일측에 내부 보호를 위해 질소퍼지 배관(1c)이 연결되는 불꽃 검지기(1b)와,

   용광로(1) 내의 잔류한 내부가스가 배출되는 상승관(6)에 설치되며 상기 배출 가스중 일산화탄소와 산소의 농도변화를 각각 감지하는 가스 검출기(3f, 3e)와,

   용광로(1) 본체부의 상부 주위를 환상으로 둘러싸며, 약 45도의 일정간격으로 상기 용광로 본체부 내로 증기를 공급하도록 별도로 분지 되어 나오고, 그 선단부는 말단부로 갈수록 직경이 커지는 확산관(3d)으로 형성되어 있는 증기관(3)과,

   상기 증기관(3)으로 부터 분지되어 나온 확산관(3d)의 소정위치에 설치되어 용광로(1) 본체부내에 구비된 냉각반(7)의 손상으로 물이 용광로 내부로 침투되는 상황을 파악하는 수소가스 농도 검출기(3c)와,

   상기 증기관(3)과 수소가스 농도 검출기(3c)의 각 전단에 설치된 자동밸브 (3a, 3b)와,

   상기 가스 검출기(3c)에서 감지된 신호를 수신하고, 수신된 신호에 따라 상기 각 자동밸브(3a, 3b)들을 제어하는 제어부(4)와,

   중앙운전실(4a)내에 설치되며, 상기 불꽃 점화의 상태와 가스 성분별 농도를 나타내는 표시수단(5)과,

   용광로(1) 내의 불꽃소화시 현장으로 위험상황을 알리는 경고수단(4b, 4c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 용광로 불꽃 소화 조기검지장치.