KR20030054320A - 고로의 돌기형 풍구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고온의 열풍을 고로 내부로 불어 넣는 고로의 풍구에 관한 것으로서 특히, 풍구 상부에 재질적 변화를 가져오지 않으면서도 마모에 대한 저항성을 증대시켜, 안정적인 고로조업을 위한 중요한 인자 중의 하나인 풍구의 마모 및 파손을 방지할 수 있는 고로의 돌기형 풍구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 본 발명의 고로의 돌기형 풍구는, 고로의 내측으로 돌출되는 풍구의 상부에 지그재그로 배치되는 다수의 돌기로 구성하되, 돌기는 풍구 상부의 원주방향으로 120˚범위에 형성하고, 풍구의 길이방향으로는 고로 내부로 돌출되는 범위에 형성하며, 돌기는 고로 내부 용융물의 강하 방향에 수직으로 설치하여 구성한다.

이 같은 본 발명의 고로의 돌기형 풍구에 의하여, 풍구 상부에 슬라그의 응고층이 형성되어 용선과 환원되지 못한 철광석 및 연소대에서 강력하게 회전하는 코크스의 기계적인 마모로부터 풍구를 보호할 수 있게 되므로 풍구의 수명을 증대시킬 수 있다.

Description

고로의 돌기형 풍구{Tuyere Nozzle of Blast Furnace}

본 발명은 고온의 바람(열풍)을 고로 내부로 불어 넣는 고로의 풍구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍구 상부에 재질적 변화를 가져오지 않으면서도 마모에 대한 저항성을 증대시켜 안정적인 고로조업을 위한 중요한 인자 중의 하나인 풍구의 마모 및 파손을 방지할 수 있는 고로의 돌기형 풍구에 관한 것이다.

일반적으로 고로조업에 있어서 풍구의 역할은 열풍을 고로의 하부로부터 노내로 취입하는데 있으며, 그 재질로는 구리 재질의 주물품등이 사용되고 있다.

상기 풍구는 일부가 고로 내부에 돌출하여 위치하고 있기 때문에, 낙하하는 용선이나 슬래그 등 용융물의 충격에 의해 돌발적으로 파손되거나, 가스 등에 의해 지속적으로 마모되어 파손되는 경우가 있는데, 이러한 경우에는 고로조업이 중단되는 상황이 초래된다. 그러므로, 고로조업을 안정하게 유지하기 위해서는 주기적으로 풍구를 점검하여 관리하거나, 조업 중에 돌발적으로 발생하는 풍구의 파손을 감지하여 고로 조업이 불안정하게 되는 것을 방지하는 방법이나 장치 또는 관리수단이 필요하게 된다.

상기 사항을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 고로공정은 연속적으로 용선(쇳물)을 생산하는 공정으로서, 선회슈트(5)를 이용하여 고로(10)의 상부로 철광석과 코크스를 번갈아 가며 투입하고, 상기 고로(10)의 하부로는 약 1100~1200℃의 공기인 열풍을불어 넣으며, 풍구(2) 하부에 형성된 용선 배출구(6)를 통해 용선을 배출하는 공정이다.

상기 고로공정에서 투입된 철광석과 코크스는 상기 고로(10)의 하부로 강하하게 되며, 상기 풍구(2)를 통해 불어 넣는 열풍은 상기 고로의 상부로 상승함에 따라 상호 교차하면서 연화융착대(1)를 형성하여 철광석을 녹이고 코크스를 태우는 반응을 연속적으로 유지함으로써 용선이 생산된다.

상기 연화융착대(1)의 하부로는 철광석이 녹은 용선과 슬라그(용융물), 그리고 코크스가 계속하여 내려오게 되며, 상기 풍구(2)를 통해서는 고온 및 고압의 열풍이 계속 공급됨에 따라 연소대를 형성하게 된다.

상기와 같이 상기 고내의 상부로부터 용융물(12)과 코크스(11)가 강하되므로, 상기 강하되는 용융물과 코크스의 충격에 의하여 풍구(2)가 파손되거나 또는 고온 고압의 열풍으로 인하여 상기 풍구는 항상 마모되어 파손되는 위험을 안고 있다.

상기한 이유로 풍구(2)의 재질은 일반적으로 열전도도가 우수한 구리를 채용하여 1500~2300℃ 이상의 고온 분위기에서도 내구성을 갖도록 하며, 또한 그 내부에는 냉각수가 흐르는 통로를 설치하여 풍구를 보호하고 있다.

그러나, 도 2에 나타낸 바와 같이, 고로의 상부로부터 하부로 연속적으로 강하하는 용융물(12)과 코크스 (11)등에 의하여 풍구(2)의 상부가 부분적으로 용융되는 현상이 자주 발생되는 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 도 3에 나타낸 바와 같이, Ni-Cr으로 이루어진 고강도 재질의 하드 페이싱(Hard Facing)(22)을 풍구(2)의 상부측에 용접하는 형태로 덧살을 붙여서 사용하는 방법이 이용되고 있지만, 상기 풍구의 재질인 구리와 서로 다른 재질이 서로 용접되기 때문에 용접시 발생하는 열응력이 잔류하여 풍구 내부에 균열이 발생하는 문제점이 있었다.

그리고, Ni-Cr의 덧살을 붙이는 방식으로 인한 풍구의 수명은 비교적 증가하였지만, 상기 풍구의 상부가 패이는 현상 및 내부 균열에 의해 손상되는 문제점은 해결되지 않았다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 풍구 상부에 재질적 변화를 가져오지 않으면서도 마모에 대한 저항성을 증대시켜 풍구의 마모 및 파손을 방지하여 그 수명을 증대시키므로써, 안정적인 고로조업이 이루어져 생산성을 향상시킬 수 있는 고로의 돌기형 풍구를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 고로조업을 나타내는 개략도

도 2는 일반적인 고로조업시 노 내부의 풍구 주변 상황을 나타내는 개략도

도 3은 종래의 고로의 풍구를 나타내는 개략도

도 4는 본 발명의 고로의 돌기형 풍구를 나타내는 개략 단면도

도 5는 본 발명의 고로의 돌기형 풍구에 형성되는 슬라그 응고층을 나타내는 개략 단면도

도 6은 본 발명의 고로의 돌기형 풍구를 나타내는 사시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 연화융착대2 : 풍구

5 : 선회슈트6 : 용선 배출구

10 : 고로11 : 코크스

12 : 용융물22 : 하드 페이싱

23 : 돌기24 : 슬라그 응고층

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 발명의 고로의 돌기형 풍구는, 고로의 내측으로 돌출되는 풍구의 상부에 다수의 돌기를 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 고로의 돌기형 풍구는, 돌기가 풍구 상부의 원주방향으로 120˚범위에 형성되며, 풍구의 길이방향으로는 고로 내부로 돌출되는 범위에 형성한 것을 특징으로 한다.

그리고 또한, 본 발명의 고로의 돌기형 풍구는, 돌기가 지그재그로 배치되어 형성된 것을 특징으로 한다.

마지막으로 본 발명의 고로의 돌기형 풍구는, 돌기가 고로 내부 용융물의 강하 방향에 수직으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 고로의 돌기형 풍구를 나타내는 개략 단면도이고, 도 5는 본 발명의 고로의 돌기형 풍구에 형성되는 응고층을 나타내는 개략 단면도이며, 도 6은 본 발명의 고로의 돌기형 풍구를 나타내는 사시도로서, 도면에 나타낸 바와 같이, 풍구(2)의 상부에 용접된 Ni-Cr 재질의 하드 페이싱(22)(도 3에 도시)을 제거하고, 상기 하드 페이싱이 제거된 상기 풍구(2)의 상부 위치에는 돌기(23)를 형성한다.

이때, 상기 돌기(23)의 형성 범위는, 상기 풍구(2) 상부의 원주방향으로는 120˚범위에 형성하며, 상기 풍구(2)의 길이방향으로는 노내로 돌출되는 풍구의 전체를 대상으로 형성한다.

또한, 상기 돌기(23)는, 고온의 슬라그가 상기 돌기 사이에서 체류하면서 응고층(24)(도 4에 도시)을 형성하기 위한 응고 시간을 부여하기 위하여 지그재그로 배치하여 형성한다.

그리고 또한, 각각의 돌기(23)는 풍구(2)의 원주면에 수직이 아닌 상기 용융물의 강하 방향에 수직으로 설치한다.

이어서, 도 4 내지 도 6을 참고로 하여 상기한 구성을 갖는 본 발명의 고로의 돌기형 풍구에 대한 작용을 설명하면 다음과 같다.

고로의 상부에서 하부로 강하하는 용융물(12)이 풍구(2) 상부에 형성된 돌기(23) 사이로 흘러내리게 되는데, 이때 열용량이 큰 용선은 상기 돌기(23) 사이를 통과하여 상기 풍구(2)의 하부로 흘러 내려가게 되며, 열용량이 작아서 쉽게 응고되는 슬라그는 상기 돌기(23) 사이에서 냉각되어 응고층(24)을 형성하게 된다.

상기 응고층(24)에 대하여 설명하면 다음과 같다.

용융물(용선과 슬라그)이 냉각수가 통과하는 풍구의 상부면 외측(표면온도 약 180℃)에 형성된 돌기 형성부를 통과할 때 상기 용융물(유체)과 돌기(고체 표면) 사이에 발생되는 열전도에 의해 유체의 얇은 층(경계층)이 발생되며, 상기 경계층에 다시 얇은 수막이 형성된다.

그리고, 액체가 고체로 응고될 때에는 융해시 1g당 외부로부터 빼앗는 열 만큼의 열에너지가 외부로 방출된다. 즉, 열용량이 큰 물체는 온도가 잘 변하지 않는 반면 열용량이 작은 물체는 조금만 열을 가감해도 쉽게 온도 변화를 일으키게 되므로 상기 경계층에 슬라그 응고층(24)이 형성되는 것이다.

하기의 표 1에 용선(철)과 슬라그의 주요 특성을 요약하였다.

구분	철(Fe)	슬라그
융해열(cal/g)	65.5	20.8
융점(℃)	1537	1414
밀도(g/cc)	7.87	2.5

상기 표 1은 철과 슬라그의 주요 특성을 나타낸 것으로서, 표 1에 나타낸 바와 같이, 용선(철) 1g을 녹이는데 필요한 열은 65.5cal이며, 슬라그 1g을 녹이는데 필요한 열은 20.8cal로써, 다시 응고하는데 배출되야 할 열이 작은 슬라그가 쉽게 응고하는 것이다.

즉, 이 경우 풍구 표면에 전열되는 열량을 구하기 위해 다음과 같은 공식을 이용한다.

고체 표면의 온도를 t_S, 유체의 온도를 t라 하고, 단위시간에 단위면적을 통과하는 열량을 Q라 하면, Q = a(t_S－t)가 된다. 이때, a는 열전달률이다.

상기 열전달률 a(kcal/m²·h·deg)을 포함하는 식은 보통 무차원수인 누셀트수(Nu 또는 Nnu)로 표시되며, 이는 각각의 온도를 T₀, T₁이라 하고, 유체의 열전도율을 k, 고체의 표면적 S에 대하여 단위시간에 주고받은 열량을 Q, 생각하고 있는 장치의 대표적인 길이를 I라 하면, Nu = QI/(kS┃T₀－T₁│)이 된다.

상기 누셀트수가 크다는 것은 열전도속도에 미치는 유체의 분자운동의 영향이 적다는 것을 의미한다.

슬라그의 녹는 온도가 용선에 비해 훨씬 낮은 것은 슬라그 입자가 갖는 열 흡수능력(열용량)이 작기 때문이다.

그리고, 풍구(2)의 상부에 형성된 돌기(23) 사이에서 응고된 슬라그 응고층 (24)은 용선에 대한 저항성이 우수한 특징을 갖는데, 이는 유리성분을 가진 슬라그의 점성으로 인하여 응고층 표면에 매끈한 보호층을 형성하기 때문이다.

그리고 또한, 상기 돌기(23)는 상부로부터 강하되는 코크스 또는 미처 환원되지 못한 철광석 덩어리로부터 풍구면 및 슬라그 응고층(24)을 보호하는 작용을 한다.

즉, 아무리 응고된 슬라그 응고층이라 할지라도 고체 상태인 철광석과 코크스가 풍구 선단의 연소대에서 회전되면서 가하는 힘을 이기는 능력은 없기 때문에, 상기 돌기의 형성에 의하여 고체의 기계적인 마모도 차단할 수 있게 되며, 이로 인하여 상기 응고층을 효과적으로 지지하는 역할을 수행하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명의 고로의 돌기형 풍구에 의하여, Ni-Cr 재질을 갖는 별도의 내마모성 소재를 부착할 필요성이 제거되므로 풍구 자체의 재질 변화를 방지할 수 있어 재질적인 안정성을 확보할 수 있으며, 돌기의 형성에 의하여 풍구 상부에 슬라그의 응고층이 형성되어 용선과 환원되지 못한 철광석 및 연소대에서 강력하게 회전하는 코크스의 기계적인 마모로부터 풍구를 보호하여 풍구의 수명을 증대시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 고로(10)의 풍구(2)에 있어서, 상기 고로(10)의 내측으로 돌출되는 상기 풍구(2)의 상부에는 다수의 돌기(23)를 형성한 것을 특징으로 하는 고로의 돌기형 풍구.
2. 제1항에 있어서, 상기 돌기(23)는 상기 풍구(2) 상부의 원주방향으로는 120˚범위에 형성하며, 상기 풍구(2)의 길이방향으로는 고로 내부로 돌출되는 전체 범위에 형성한 것을 특징으로 하는 고로의 돌기형 풍구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌기(23)는 지그재그로 배치하여 형성한 것을 특징으로 하는 고로의 돌기형 풍구.
4. 제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 돌기(23)는 고로(10) 내부 용융물의 강하 방향에 수직으로 설치한 것을 특징으로 하는 고로의 돌기형 풍구.