KR20030074284A - 냉각 요소 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 구리 또는 저합금 구리 합금으로 이루어지는 냉각 요소는 아크로 또는 용광로의 내부 라이닝의 교환이 가능한 부품으로서 형성되고, 그 내부에서 냉각제 채널(2, 3, 4)로 디프 드로잉된다. 아크로 또는 용광로의 내부의 반대쪽을 향한 냉각 요소(1)의 이면(5)은 아크로 또는 용광로의 내부쪽으로 연장되는 홈(8, 9, 12, 13)에 의해 다수의 면 세그먼트(10)로 분할된다.

Description

냉각 요소 {COOLING ELEMENT}

본 발명은 아크로 또는 용광로의 내부 라이닝의 교환이 가능한 부품으로서의 냉각 요소에 관한 것이다.

구리 또는 저합금 구리 합금으로 이루어지고, 단조되거나 압연된 주괴로 제작되는 용광로용 냉각 요소가 공지되어 있다(DE 29 07 511 C1). 냉각 요소의 내부에는 사용 위치에서 수직으로 연장되는 냉각제 채널이 배치되는데, 그 냉각제 채널은 기계적 디프 보링(deep boring)에 의해 마련된다. 용광로의 내부쪽을 향한 냉각 요소 측면 상에는 수평으로 연장되는 내화 재료 위치 고정용 홈이 새겨 넣어진다.

그러한 유형의 냉각 요소를 아크로 또는 용광로에 사용할 경우, 용해로 내에 유포되는 고온으로 인해 냉각 요소가 변형되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 아크로에서는 용해 사이클로 인해 격심한 온도 변동이 일어난다.

냉각 요소는 용해 단계 동안 열적 조건에 기인하여 팽창되는데, 노 내부쪽을 향한 냉각 요소 측면이 이면측 냉각 요소 측면보다 더 현저히 높은 온도에 노출된다. 용해 과정 중에 또는 그 후에 온도가 떨어지게 되면, 냉각 요소는 조직 변화로 인해 외부쪽에 놓인 냉각 요소 측면보다는 아크로 또는 용광로의 내부쪽을 향한 냉각 요소 측면에서 더 심하게 수축된다. 그로 인해, 냉각 요소가 노 내부쪽을 향해 만곡되는데, 그러한 만곡은 사용 기간이 늘어날수록, 그리고 온도 변동이 수반될수록 더욱 더 증대된다.

아크로의 내부쪽을 향한 냉각 요소 측면이 냉각제 채널의 방향으로 연장되는 격자형 배치의 홈에 의해 다수의 면 세그먼트로 분할되도록 함으로써 형상 안정성을 개선시킬 수 있다(DE 199 37 291 A1). 개개의 면 세그먼트는 냉각 과정 동안 측방으로 수축되기는 하지만, 그러한 길이 변동이 국부적으로 각각의 면 세그먼트에 한정되어 인접 세그먼트에는 응력이 작용하지 않는 결과, 냉각 요소의 내부 응력 및 만곡이 효과적으로 감소될 수 있게 된다. 그러나, 그러한 냉각 요소의 구성에서는 작업 중에 홈이 고강성의 슬래그로 막혀져서 열적 반복 응력의 발생 시에 다시 개별 면 세그먼트 간에 힘이 전달될 수 있고, 그로 인해 결국 원하지 않게 냉각 요소가 만곡될 수 있는 일이 벌어질 수 있다.

그로부터 출발된 본 발명의 목적은 그 형상 안정성과 관련하여 개선된 특성을 나타내는, 아크로 또는 용광로의 내부 라이닝의 교환이 가능한 부품으로서의 냉각 요소를 제공하는 것이다.

도 1은 이면쪽을 향한 시선 방향으로 바라본 냉각 요소를 나타낸 도면.

도 2는 도 1의 냉각 요소의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따른 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 냉각 요소

2, 3, 4 : 냉각제 채널

5 : 이면

6 : 냉각제 입구

7 : 냉각제 출구

8, 9, 12, 13 : 홈

14 : 홈 바닥

10 : 면 세그먼트

15 : 벽

17 : 단열층

LA : 중심 종방향 축선

MLE : 중심 종방향 평면

T : 홈 깊이

그러한 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징이 있는 냉각 요소에 의해 달성된다.

그러한 특징에 따르면, 구리 또는 저합금 구리 합금으로 이루어진 냉각 요소는 냉각제 채널로 디프 드로잉(deep drawing)되되, 아크로 또는 용광로의 내부의 반대쪽을 향한 냉각 요소의 이면이 그 용해로의 내부쪽으로 연장되는 홈에 의해 다수의 면 세그먼트로 분할된다. 홈이 냉각 요소의 이면 상에 마련되는 것의 장점은 작업 동안 홈이 슬래그로 막힐 수 없어 열적 조건에 기인한 냉각 요소의 길이 변동이 불리하게도 인접 면 세그먼트에 전달되는 일이 일어날 수 없게 된다는 것이다. 그러한 냉각 요소의 구성에 의해, 홈이 막혀지거나 내부 응력으로 인한 변형이 일어날 위험이 없이 홈이 긴 내구 수명에 걸쳐 그에 배정된 팽창 조인트로서의 기능성을 유지하게 된다.

본 발명의 사상의 바람직한 구성에서는 홈이 대략 격자형으로 배치된다. 그러한 격자는 냉각 요소의 이면의 전체에 걸쳐 균일하게 형성되는데, 특히 정방형 또는 마름모꼴 면 세그먼트가 제조 기술상으로 매우 양호하게 구현될 수 있다. 본 발명의 범위에서는 홈 또는 면 세그먼트의 격자형 배치를 국부적으로 변경하는 것도 고려될 수 있다. 예컨대, 열 응력이 매우 높은 구역에서는 열 응력이 낮은 구역에서보다 더 많은 홈 또는 면 세그먼트를 마련하여 그러한 구성에 의해 국부적으로 내부 응력에 차이를 둘 수 있다.

홈은 냉각제 채널의 방향으로 연장되는 것이 매우 바람직한 것으로 여겨진다(청구항 2). 냉각제 채널의 구역에서는 가장 심한 열 변동 및 그에 따른 응력 변동이 발생되므로, 그러한 구역에서는 열적 조건에 기인한 냉각 요소의 길이 변동도 가장 크게 된다.

따라서, 각각의 냉각제 채널에 홈이 배속되되(청구항 3), 특히 냉각제 채널이 그에 배속된 홈의 바닥 구역에서 연장될 수 있도록 하는 것(청구항 4)이 바람직하다.

청구항 5의 특징에 따르면, 냉각제 채널의 중심 종방향 축선은 적어도 부분적으로 그에 배속된 홈의 중심 종방향 평면에 놓인다. 홈은 냉각 요소의 이면에 수직으로 마련되어 홈의 중심 종방향 평면이 냉각 요소의 이면에 수직하게 연장되도록 하는 것이 바람직하다. 그와 같이 중심 종방향 평면이 냉각제 채널의 중심 종방향 축선 상에 정향됨으로써, 열적 조건에 기인한 냉각 요소에서의 내부 응력이 매우 효과적으로 감소될 수 있게 된다.

청구항 6은 홈의 홈 바닥과 냉각 요소의 이면 사이에 측정되는 홈 깊이가 홈의 진로를 따라 변한다는 것을 그 주제로 하고 있다. 기본적으로, 홈은 그 전체의 진로에 걸쳐 일정한 홈 깊이로 될 수 있기는 하지만, 냉각 요소 내에서의 온도 추이의 변동 및 그에 따른 국부적으로 변하는 길이 변동이 홈 깊이를 상이하게 하는 것에 의해 감안될 수 있게 된다.

청구항 7의 특징이 있는 냉각 요소에서는 열적 반복 응력에 기인하여 냉각 요소에서 발생되는 굽힘 모멘트가 매우 효과적으로 약화되게 된다. 그에 따르면, 홈 깊이가 냉각 요소의 이면과 냉각제 채널을 둘러싸는 벽 사이에 측정되는 가장 작은 간격보다 더 크거나 같도록 조치한다. 그러한 본 발명의 사상의 바람직한 구성은, 이를테면 2개의 냉각제 채널 사이에 배치되는 홈이 그 홈 깊이에 있어 냉각제 채널이 홈의 진로와 교차될 때에만 한정된다는 상황을 감안한 것이다.

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

도 1은 구리 또는 저합금 구리 합금으로 이루어진 냉각 요소(1)를 나타내고있다. 그러한 냉각 요소(1)의 내부에는 점선으로 기입된 냉각제 채널(2, 3, 4)이 관통되어 있는데, 냉각 요소(1)의 이면(5)에는 유체가 통하도록 서로 접속된 냉각제 채널(2, 3)에 대해 각각 냉각제 입구(6) 및 냉각제 출구(7)가 배치된다. 냉각제 채널(2, 3, 4)은 본 실시예에서는 수직 방향 및 수평 방향으로 연장된다.

냉각 요소(1)의 이면(5)에는 냉각제 채널(2, 3, 4)의 방향으로 연장되는 수평 연장 홈(8) 및 수직 연장 홈(9)이 마련된다. 수평 연장 홈(8) 및 수직 연장 홈(9)은 냉각제 입구(6) 및 냉각제 출구(7)를 남겨둔 채로 냉각 요소(1)의 이면(5)의 전체에 걸쳐 연장되고, 그 이면(5)을 격자형 배열의 면 세그먼트(10)로 분할한다. 본 실시예에서는 각각의 냉각제 채널(2, 3, 4)에 홈(8, 9)이 배속되되, 냉각제 채널(2, 3, 4)이 각각 그에 배속된 홈(8, 9)의 바닥 구역에서 연장된다. 그 경우, 냉각제 채널(2, 3, 4)의 중심 종방향 축선은 적어도 부분적으로 그에 배속된 홈(8, 9)의 중심 종방향 평면(MLE)에 놓인다. 홈(8, 9)의 중심 종방향 평면(MLE)은 본 실시예에서는 냉각 요소(1)의 이면(5) 상에 수직으로 놓인다.

냉각제 채널(2, 3, 4)에 배속된 홈(8, 9)에 추가하여, 냉각제 채널(2, 3, 4)의 방향으로 연장되는 수평 연장 홈(12) 및 수직 연장 홈(13)이 냉각 요소(1)의 이면(5)에 마련된다. 그러한 추가의 홈(12, 13)은 그것이 인접 홈에 대해 동일하게 유지되는 간격을 취하여 냉각 요소(1)의 이면(5) 상에 균일한 격자의 면 세그먼트(10)가 생기도록 배치된다.

도 2는 도 1의 냉각 요소(1)의 수평 횡단면을 나타낸 것이다. 그로부터, 냉각 요소(1)의 이면(5)과 홈 바닥(14) 사이에 측정되는 홈 깊이(T)가 홈(8)의 진로를 따라 변하는 것을 명확히 알 수 있다. 그 경우, 홈 깊이(T)는 냉각 요소(1)의 내부에서 연장되는 냉각제 채널(2, 3, 4)이 홈(8)의 방향으로 연장되는지 아니면 그 진로와 교차되는지에 의존하여, 예컨대 본 실시예에서는 냉각제 채널(2)인지 아니면 냉각제 채널(3)인지에 따라 달라진다. 여하튼, 냉각제 채널(2, 3, 4)을 둘러싸는 벽(15)은 존재해야 하기 때문에, 홈 깊이(T)는 단지 그러한 구역에서만 냉각 요소(1)의 이면(5)과 벽(15) 사이에 측정되는 간격 중의 가장 작은 간격보다 더 클 수 있다. 그럼으로써, 도 2에 예시적으로 도시된 바와 같은 진로가 주어지게 된다.

아크로 또는 용광로의 내부쪽을 향한 냉각 요소(1)의 측면(16) 상에는 상세한 도시를 생략한 형식으로 완전하게 또는 단지 국부적으로만 단열층(17)이 배치될 수 있는데, 그러한 단열층(17)은 예컨대 슬래그 침적물에 의해 형성될 수도 있다.

본 발명에 따른 아크로 또는 용광로의 내부 라이닝의 교환이 가능한 부품으로서의 냉각 요소에서는 구리 또는 저합금 구리 합금으로 이뤄진 냉각 요소가 냉각제 채널로 디프 드로잉되되, 아크로 또는 용광로의 내부의 반대쪽을 향한 냉각 요소의 이면이 그 용해로의 내부쪽으로 연장되는 홈에 의해 다수의 면 세그먼트로 분할됨으로써, 홈이 냉각 요소의 이면 상에 마련되는 것에 의해 작업 동안 홈이 슬래그로 막혀질 수 없어 열적 조건에 기인한 냉각 요소의 길이 변동이 불리하게도 인접 면 세그먼트에 전달되는 일이 일어날 수 없다는 장점이 주어진다. 그 결과, 냉각 요소가 그 형상 안정성과 관련하여 개선된 특성을 나타내게 된다.

Claims (7)

1. 구리 또는 저합금 구리 합금으로 이루어지고, 냉각제 채널(2, 3, 4)로 디프 드로잉되되, 아크로 또는 용광로의 내부의 반대쪽을 향한 냉각 요소(1)의 이면(5)이 아크로 또는 용광로의 내부쪽으로 연장되는 홈(8, 9, 11, 13)에 의해 다수의 면 세그먼트(10)로 분할되는 것을 특징으로 하는 아크로 또는 용광로의 내부 라이닝의 교환이 가능한 부품으로서의 냉각 요소.
2. 제1항에 있어서, 홈(8, 9)은 냉각제 채널(2, 3, 4)의 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 냉각제 채널(2, 3, 4)에 홈(8, 9)이 배속되는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
4. 제3항에 있어서, 냉각제 채널(2, 3, 4)은 그에 배속된 홈(8, 9)의 바닥 구역(11)에서 연장되는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 냉각제 채널(2, 3, 4)의 중심 종방향 축선(LA)은 적어도 부분적으로 그에 배속된 홈(8, 9)의 중심 종방향 평면(MLE)에 놓이는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 홈(8)의 홈 바닥(14)과 냉각 요소(1)의 이면(5) 사이에 측정되는 홈 깊이(T)는 홈(8, 9, 13, 14)의 진로를 따라 변하는 것을 특징으로 하는 냉각 요소.
7. 제6항에 있어서, 홈(8, 9, 13, 14)의 홈 깊이(T)는 냉각 요소(1)의 이면(5)과 냉각제 채널(2, 3, 4)을 둘러싸는 벽(15) 사이에 측정되는 간격 중의 가장 작은 간격보다 국부적으로 더 크거나 같은 것을 특징으로 하는 냉각 요소.