KR200335497Y1 - 로체 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고철(고철+선철)을 녹여 제강(製鋼)하는 전기로(電氣盧·electric furnace)를 형성한 로(盧)의 노체(Furnace Wall)를 보호하기 위한 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로속에서 용해되는 용융물의 융점보다 큰 융점을 갖는 내열강판을 노의 내벽에 설치하되 노체와 내열강판사이에는 내화벽돌을 축성하거나 내화벽돌과 내열강판사이에 공간부를 형성하여 그 공간부에 부정형 카스타블(Castable)을 충진하여 구성된 로체 냉각장치 및 냉각공법에 특징이 있다.

본 고안은 내열강판을 몰리브덴 강판(Mo1ybden steel plate)을 채용하여 노속으로 장입되는 고철이나 선철의 낙하충격 및 내마모성을 확보하였다. 본 고안에 따른 냉각장치는 수냉식 냉각장치에서 수반되는 각종 부대시설(냉각타워, 저수탱크, 순환펌프 등)이 전혀 사용되지 않으므로 공간활용을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 단일 시공으로 적어도 약 7∼10년간 유지보수가 전혀 필요치 않아 유지,보수에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 연속조업이 가능하여 생산성향상을 크게 기여할 수 있다.

Description

로체 냉각장치{COOLING SYSTEM FOR ARC FURNACE}

본 고안은 용해 혹은 용융로의 노체 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로속에서 제강 조업시 발생되는 고열로부터 로의 노체를 보호하기 위한 로의 냉각공법 및 냉각장치에 관한 것으로서, 로의 노체내에 용융물의 융점 보다 큰 융점을 갖는 내열성을 갖는 강판을 설치하고 사용하여 전기로의 수냉자켓을 교체 혹은 보수하지 않고 장기간 사용할 수 있는 내구성이 반영구적인 로체 냉각장치에 관한 것이다.

본 고안은 대한민국 특허출원 제2003-41301호의 일부계속출원이다.

이하에서 설명되어지는 본 고안에 따른 구체적인 실시예는 다양한 용융로에 모두 적용이 가능하나 본 고안의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위하여 전기로에 채용한 적용예를 기초로 설명하게 될 것이나, 이는 단지 이해를 돕기 위해 예시적인 설명에 불과한 것일 뿐 본 고안의 기술분야를 특정하는 것이 아님을 미리 밝혀두는 바이다.

일반적으로 전기로(電氣盧, Electric Furnace)는 지금(地金)인 고철이나 선철을 전기로의 상부로 장입하여 탄소전극봉(삼상전류)에 고전압을 인가하여 고온의 아아크를 발생시켜 용융시킨다. 상기한 고철이나 선철은 장입시 낙하충격이 발생되어 그 충격으로 내화벽돌이나 내화물(耐火物)의 파손이 심해 수시로 로를 보수해야 한다.

상기한 로의 보수작업은 로를 냉각시킨 뒤 그 내부에 내화벽돌을 다시 쌓아야 하기 때문에 많은 보수 작업시간이 요구됨으로 불가피한 조업 중단으로 인해 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 내화벽돌에 의해 로체 냉각장치는 내화벽돌을 보수해야 하는 단점을 해결하기 위하여 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 로의 내부에 철판이나 동판으로 제작된 원통형 자켓(jacket)을 제작 설치 후 그 자켓속으로 외부에서 냉각수를 강제로 유입 순환시켜 냉각시키는 수냉식 냉각장치가 널리 사용되어 왔다.

그러나 로의 내벽에 설치된 자켓은 로속으로 선철들이 장입되는 과정에 낙하 충격이나 용융과정에 발생되는 고온(열화성) 혹은 산화에 따른 부식으로 인해 터짐(crack)현상이 발생되는 문제와 누수(water leak)의 위험이 있으며, 수명이 매우 짧아 일정한 주기마다 신품 자켓으로 교체해야만 하는 문제가 있어 왔다.

자켓의 교체시기는 하루 24시간 조업을 하였을 때 철판자켓의 경우 평균 10∼12정도, 동판 자켓은 18∼20일에 한번씩 신품 자켓으로 반드시 교체해주고 있으며, 만일 신품 자켓으로 교체하지 않으면 노(盧)를 가동할 수 없게 된다.

전술한 바와 같이 노의 냉각장치는 로의 제강조업에서 절대적으로 중요한 설비임에도 불구하고 지금까지 냉각용 내부 수냉자켓을 설비로 인식되기 보다는 소모품으로 인식되어 왔다.

물론 이러한 인식은 기존의 전기로는 내벽에 내화벽돌을 축성하여 구현하였으나 잦은 내화벽돌의 교체 및 수리작업이 번거롭고 시간이 많이 걸려 수일동안 조업을 중단해야하는 문제가 있었으나 자켓을 이용한 수냉식 냉각방식은 내화벽돌에 의해 노체 냉각방식 보다 교체 및 보수 작업이 편리하고 시간적으로 단축되는 잇점이 있어 현재까지 그대로 사용되고 있다.

그러나 이 역시 자켓을 일정주기로 반드시 교환해주어야 하기 때문에 제강조업을 중단해야 하는 문제가 있어 왔고, 신품자켓에 많은 비용을 지출해야 하는 문제가 있어 그 개선책이 요구되어 왔다.

전술한 바와 같이 수냉방식을 채용한 종래의 전기로에 대한 문제점을 요약하면 다음과 같다.

첫째, 잦은 내부 수냉 자켓의 교체작업으로 전기로의 조업을 중단해야함으로 생산성을 저하시키는 점,

둘째, 냉각수 저수탱크 혹은 저수지와 냉각수 순환용 파이프라인 및 가열된 냉각수를 방열시키기 위한 냉각타워, 냉각수 강제 순환용 고출력 펌프 등 부대설비가 절대적으로 마련되어야 하고, 그 부대시설이 점유하는 면적이 반드시 요구되어 메인설비의 입지조건에 제약이 되고 있는 점,

셋째, 내부자켓의 교체로 인하여 고비용의 로 유지·보수비용이 발생되어 생산원가가 상승하는 점,

넷째, 냉각타워 및 그 부대설비의 가동시 많은 전력이 요구되어 발전설비를 갖추거나 냉각수를 확보하기 위해 방대한 저수탱크나 저수지가 필요한 점 등 그 개선책이 절실히 요구되어 왔다.

본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 로체의 냉각장치에 따른 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 주된 목적은 로체의 냉각장치를 교체하지 않고 반영구적으로 사용할 수 있는 노체 냉각장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 노체의 냉각장치 이외에도 냉각수 확보 및 순환에 필요한 파이프라인, 가열되어진 냉각수 방열시스템, 냉각수 강제순환용 펌프등 제반 부대설비를 갖추지 않고 로의 냉각장치를 구현함으로서 전기로의 시공에 따른 입지조건이 더 양호해지고, 부대설비의 가동에 필요한 막대한 전력을 절감할 수 있고, 또 부대설비가 점유하던 공간을 다른 시설물의 설치공간으로 활용할 수 있는 효과를 제공하는데 있다.

본 고안에 따른 노체 냉각장치의 구현수단으로서는;

로내의 용융점보다 높은 융점을 지니는 내열성 재질로 이루어지고, 로체의 내벽과 일정거리 이격되도록 설치되어지는 내열강판과;

상기한 내열강판과 로체사이에 충진되어지는 내화충진물로 구성된 것에 특징이 이다.

상기한 내화충진물은 내화벽돌, 카스타블, 알루미늄산화철판중 어느 하나 혹은 이를 혼용하여 복합적으로 충진할 수 있다.

아울러, 본 고안은 상기 내열강판을 고정시키기 위하여 고정수단을 더 포함할 수 있다.

도 1은 종래의 수냉방식의 전기로장치를 예시적으로 도시한 요부 절취사시도이다.

도 2는 도1의 요부단면도로서, 수냉식 전기로의 내부를 예시한 단면도이다.

도 3은 본 고안에 따른 전기로장치를 예시적으로 도시한 요부 절취사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 본 고안에 따른 전기로의 요부단면도이다.

도 5는 본 고안에 따른 전기로의 내열강판의 고정을 위한 고정수단들을 예시하는 것으로, 도 5a는 앙카이고, 도 5b는 볼트형 고정수단의 사시도이다.

도 6a와 도 6b는 본 고안에 따른 고정수단의 설치예를 보여주는 요부 확대 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100:로(盧) 101:로의 노체

102:내화물 103:내열강판

104:공간부 104a:충진물

110:고정수단 111:앙카

112:분리방지용 스터드

이하, 본 고안에 따른 로의 냉각장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3을 참조하면, 도 3에는 본 고안에 따른 전기로를 예시적으로 도시한 요부 절취사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 요부단면도가 도시되어 있다.

본 고안에서 정의하는 내화물은 전기로 혹은 고로 등에 사용되는 내화벽돌 뿐만 아니라 기존의 각종 내화물들을 모두 포괄하는 의미로서, 전기로의 내벽에 축성되어 외벽쪽으로 열이 전도되는 것을 방지할 목적으로 사용되는 소재를 포괄하는 의미로 사용된다.

아울러, 본 고안에서 정의하는 내열강판은 로내의 용융온도(Melting Point)보다 용융점을 지니는 강판을 의미하는 것으로, 용융 대상물은 재질에 따라 융점이 모두 제각기 다르기 때문에 그것의 용융에 적합한 노(盧)로 설계되어 있기 때문에 전술한 내열강판은 용융물의 용융온도보다 더 높은 용융점을 지니는 재질로 제작된 강판을 포괄하는 의미로 사용된다.

<실시예>

본 고안에 따른 로의 노체 냉각장치의 구성으로서는 크게 전기로(100) 노체(101)의 내면에 내화물(102)로 일정높이로 축성하고, 적층되어 쌓아진 내화물(102)위로 내열강판(103)을 둘러씌우되, 상기 내화물(102)과 내열강판(103)사이에 공간부(104)를 형성하는 것이 바람직하다.

이는 그 공간부(104)는 로의 내부온도가 노체쪽으로 전달되는 것을 방지하는 단열효과를 제공할 수 있고, 필요에 따라서는 공간부(104)속으로 내열성 혹은 단열성을 지닌 충진물을 충진할 수 있다.

물론 내화물(102)을 전기로의 내벽에 일정두께로 소정의 높이로 축성한 내화물(102)의 폭은 단열효과에 영향을 주는 변수로 작용함으로 만일 내화물(102)의 축성 폭을 증가시키면 소망하는 단열효과를 기대할 수도 있으나 이는 동일한 두께를 기준으로 할 때 상기한 공간부(104)속으로 카스타블을 충진할 경우 보다 더 우수한 단열성 및 내구성을 확보할 수 있다.

상기한 내열강판(102)은 티타늄, 지르코늄, 인코넬, 텅스텐, 몰리브덴 강판, 알루미늄 산화 철판들 중 어느 하나를 선택하여도 무방하나 물리적 특성과 가공성 및 경제성을 감안하여 볼 때, 몰리브덴 강판의 채용이 가장 바람직하다.

참고로 몰리브덴(Mo) 강판의 물리적 성질을 살펴보면, 다음과 같다.

녹는점:2,610℃, 인장강도: 85∼110 kg/ (C ·S는 41∼42 kg/m), 비중: 10.23 (C ·S는 7.%), 원자량:95.%, 주기율표:제6A족에 속하는 크롬족 원소, 끓는점 :5,560℃, 원자번호:42 (C·S는 Carbon Steel 의 약자임)

위에서 설명한 바와 같이 전기로내에서 용융되어지는 철의 용융점 1,539℃이므로 약 1,600℃라고 감안하더라도 몰리브덴강은 그 융점은 2,610℃이므로 로내의 분위기 온도에서는 전혀 용융되지 않으며, 고온에서 내마모성이 우수하고 산화되거나 부식의 우려가 없다.

상기한 내열강판(102)을 로의 내부에 견고하게 고정시키고, 장입되는 고철이나 선철의 낙하 충격으로부터 내열강판을 보호하기 위하여 고정수단을 더 포함할 수 있다.

이는 고정수단(110)을 통해 상기한 내열강판(102)을 전기로의 내벽에 그 원주면을 따라 일정한 간격으로 균일하게 공간을 형성시킴에 있어, 그 공간부(104)를 지지하는 지지력을 제공함으로서 로(盧)로 장입되는 고철이나 선철의 낙하충격(수백 ㎏)으로부터 내열강판(102)의 찌그러지거나 혹은 파열되는 것을 방지하고, 내화물과 내열강판간의 간격을 일정하게 유지시키고, 또한 장기간 사용시 내구성을 향상시키는 작용을 부여하기 위한 것이다.

상기한 점들을 감안한 본 고안의 고정수단의 일 예로서는 도 5a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이 앙카(110)를 채용하였다.

상기한 앙카(110)는 로의 내측에서 내열강판(102)을 관통하여 관통된 자유단이 내화물(102)속으로 박히도록 하되, 박힌 부분이 후퇴되지 않도록 스터드(111)를 포함시키는 것이 바람직하다. 물론 상기 앙카(110)의 스터드(111)는 공간부에 충진되어진 충진물(103a)속에 위치되도록 하여 충진물(103a)이 경화되면 빠지지 않도록 저항력을 제공할 수도 있으나, 이 경우 내열강판(103)을 관통하도록 많은 앙카들을 내열강판(103)의 내측에 부착한 상태로 내화물(102)위에 씌우는 것이 더 바람직하며, 필요한 경우 몰리브덴 용접봉을 사용하여 용접하여도 무방하다.

상기 앙카(110)는 그 자유단이 내화물(102)속에 위치되어지도록 하는 것이 바람직하다. 이는 앙카를 통해 열이 전도되어져 노체(101)로 열전달되지 않도록 하기 위한 것이다.

고정수단은 전술한 앙카에도 몰리브덴재질의 볼트와 너트를 이용하여 상기한 앙카와 같은 방식으로 조립하여도 전술한 바와 같은 효과를 기대할 수 있고, 이외에도 다양한 구성으로 변경실시할 수 있다.

고정수단으로서의 채용시 고려해야할 점은 첫째 로내의 용융온도에 용융되지 않는 재질로 제작되는 것이 바람직하고, 또한 충분한 내충격성, 내부식성, 내마모성이 우수한 재질이 바람직하다.

한편 상기한 내화물(102)과 내열강판(103)사이로 내화용 충진되어지는 충진물(103a)은 각종 내화물을 내화 모르타르와 혼합한 내화물을 충진하거나 카스타블을 선택적으로 채용할 수 있다.

본 고안에서는 상기한 충진물(103a)의 바람직한 채용예로서 카스타블을 채용하였다. 상기 카스타블은 수용성이 우수하나 열에는 매우 강한 강도를 지니고 있어 내화 모르타르와 함께 반죽하면 유동성을 있어 충진성이 우수하다.

상기한 카스타블 이외에도 전기로의 용융온도인 1,600℃이상에서 견딜 수 있는 공지된 다양한 내화소재의 채용도 가능하다. 이 경우 채용되어지는 내화물의 내화온도의 변수에 의해 공간부의 폭은 증감되어질 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 전기로 노체 냉각장치는 종래의 수냉식 냉각장치를 갖는 전기로에서와 같이 철판 혹은 동판 자켓의 잦은 교체로 인한 조업중단 및 생산성 저하의 문제가 근본적으로 없다.

본 고안에서 제안된 몰리브덴강판을 이용한 전기로의 냉각장치는 단일시공으로 유지 보수없이 약 7∼10년 동안 반영구적으로 로를 가동시킬 수 있어 생산성 향상을 꾀할 수 있다.

따라서, 기존의 수냉에 의한 냉각장치에서는 필연적으로 수반되는 다량의 냉각수, 냉각수 저장탱크 및 냉각타워 및 순환용 펌프등 제반시설이 사용되지 않기 때문에 상기한 부대시설이 점유한 공간을 활용할 수 있을 뿐만 아니라 부대시설의 가동에 따른 막대한 전력에너지를 손실을 절감하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 본 명세서를 통하여 당해기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 극히 용이하게 변경 혹은 응용할 수 있음을 이해할 수 있을 것이나 이러한 변형예 혹은 응용예들은 본 고안자가 의도하는 진정한 의미의 기술적 사상과 이하에서 정의하는 실용신안등록 청구의 범위에 포함된다 하겠다.

Claims (9)

1. 각종 로체를 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서,

   상기 로체의 내벽으로부터 일정간격 이격되도록 로내의 용융물의 온도보다 높은 융점을 지니는 내열강판으로 둘러쌓고, 상기 로체의 내벽과 내열강판사이의 공간부속으로 충진재를 충진하여 내화층을 구성한 것을 특징으로 하는 로체 냉각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 충진물이 카스타블인 것을 특징으로 하는 로체 냉각장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 내열강판을 장입물의 장입충격으로부터 내충격성을 부여하고, 상기 내열강판을 고정시키기 위한 고정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로체 냉각장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 고정수단이 앙카인 것을 특징으로 하는 로체 냉각장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 앙카의 자유단이 내화물속으로부터 빠지지 않도록 분리방지용 스터드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로체 냉각장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 고정수단이 몰리브덴 재질의 볼트와 너트로 제작한 것을 특징으로 하는 이루어진 것을 특징으로 하는 로체 냉각장치.
7. 제 5항에 있어서, 상기 앙카를 통하여 로의 내부의 열이 노체표면으로 전도되는 것을 최대한 방지하기 위하여 상기 앙카의 단부를 상기 내화벽돌속에 위치되도록 한 것을 특징으로 하는 로체 냉각장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 내열강판은 티타늄, 지르코늄, 인코넬, 텅스텐, 혹은 몰리브덴 강판 중 어느 하나를 선택적으로 채용한 것을 특징으로 하는 로체 냉각장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 내열강판은 몰리브덴 강판을 채용한 것을 특징으로 하는 로체 냉각장치.