KR20040044743A - 열풍관의 연와축조방법 - Google Patents

Abstract

고로에 열풍을 공급하는 열풍로에서 열풍을 생성하는 연소실과 축열실을 연결하는 송풍관등의 열풍관 연와축조방법이 제공된다.

상기 열풍관의 연와축조방법은, 고로(100)에 열풍(B)을 공급하는 열풍로 (110)의 연소실(120)과 축열실(140)사이에 열풍의 진행을 위하여 연결되는 송풍관 (130)등의 열풍관 연와축조시, 상기 열풍(B)이 직접 접촉하는 열풍관 최내측 단열연와(131)층사이의 팽창대(160)와 직접 맞닿는 단열연와(132)층에 팽창대를 통한 침입열풍에 의한 단열연와층 파손을 방지토록 내침식성이 우수한 실링부재(132a)를 축조하는 것이다.

본 발명에 의하면, 열풍이 열풍관을 통과할 때 미치는 열적충격과 팽창대를 통한 침입열풍에 의한 단열연와층 파손을 효과적으로 방지함으로써, 고로에 보다 원활하게 열풍을 공급하도록 하면서 열풍로 철피의 열화를 방지하여, 열풍로의 수명을 연장시키는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

열풍관의 연와축조방법{A METHOD FOR CONSTRUCTING FIRE BRICKS OF HOT BLAST PIPE}

본 발명은 고로에 열풍을 공급하는 열풍로에서 열풍을 생성하는 연소실과 축열실을 연결하는 송풍관등의 열풍관 연와축조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게로는 열풍이 열풍관을 통과할 때 미치는 열적충격과 팽창대를 통한 침입열풍의 단열연와층 파손을 효과적으로 방지함으로써, 고로에 보다 원활하게 열풍을 공급하도록 하면서 열풍로 철피의 열화를 방지하여, 열풍로 및 고로의 수명을 연장시킬 수 있도록 한 열풍관의 연와축조방법에 관한 것이다.

도 1에서는 고로에 열풍을 공급하는 열풍로 공정을 도시하고 있는데, 고로 (100)에는 대략 1200℃ 정도의 열풍을 열풍로(110)에서 생산하여 공급하고, 이와 같은 열풍을 생산하는 공정은 연소실(120)에서 공기와 인화성 가스를 각각 흡입구 (122)를 통하여 흡입하고, 버너를 통하여 연소시키는데, 이와 같은 고온의 배가스는 송풍관(130)을 거쳐 축열실(140)에 쌓여있는 연와에 1300℃내외의 열을 전달, 저장시킨 다음 굴뚝(150)으로 배출된다(도 1의 실선화살표).

한편, 축열이 완료된 이후 송풍기(미도시)로부터 대략 200℃ 정도의 고온의 바람이 축열실(140)에서 송풍관(130)을 거쳐 연소실(1130)방향으로 공급되면(도 1의 점선화살표), 상기 경로와는 반대 경로로 통과하면서 축열되었던 열이 공기를 데워 1200℃ 정도의 열풍이 만들어 지고, 이와 같은 열풍은 조업자가 원하는 적정온도로 맞추기 위해 혼냉실(104)에서 차가운 공기와의 혼합공정을 거쳐 고로(100)의 풍구(102)를 통하여 투입된다.

그런데, 고로(100)는 일반적으로 15년 전후의 수명으로 사용되지만, 열풍로 (110)의 각 부위는 고속, 고온의 바람을 생산하기 때문에, 그 수명이 취약해지기쉽고, 고로(100)의 개보수시에는 상기 열풍로(110) 전체부위의 연와를 교환하나, 예를 들어 광양제철소의 고로(100)는 하나의 고로당 연소실(120)과 축열실(140)을 쌍으로 4기씩을 이용하여 고로 조업을 수행하는데, 열풍생산시에는 최소 3기의 열풍로 (110)를 이용하여 조업이 가능하므로, 열풍로(110)의 송풍관(130)의 연와가 탈락하는 등의 설비사고가 발생되면, 1기의 조업을 중단하여 문제가 되는 열풍로(110)의 보수작업과 고로(100)조업을 동시에 병행할 수 있다.

한편, 도 2에서는 상기 열풍로(110)에서 송풍관(130)의 연와구조에 대하여 그 길이방향의 단면도로서 도시하고 있는데, 이와 같은 송풍관(130)은 축열실(140)과 연소실(120)의 상부를 연결하는 원통형으로서, 반경방향으로 내측부터 내화성이 높고 강도가 좋은 실리카연와(Silica)(131)가 축조되어 있고, 그 외곽방향으로 외부철피(137)에 전달되는 열을 단계적으로 감소시킬 수 있도록 다공성 실리카(Porous Silica)(132), 단열연와(133), 단열보드(Board)(134), 울(rock wool )(135) 및, 캐스터블(castable)(136)이 연계하여 축조되어 있다.

그리고, 도 3에서는 열풍로 송풍관(130)을 통하여 열풍이 진행될 때 즉, 도 1에서와 같이 연소실(120)으로 송풍관(130)을 통하여 축열실(140)로, 그리고 축열실(140)에서 부터 다시 송풍관(130)을 통하여 연소실(130)로 열풍이 진행될때, 열풍가스가 실리카연와(132)층을 손상시키는 상태를 도시하고 있다.

즉, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 열풍로(110) 건설 후, 고로(100)가 화입되기 이전에 열풍이 최초 생성되어 열풍로(110) 전체의 온도가 상승함에 따라 팽창되는 것을 고려하여, 마련한 슬라이딩 조인트(sliding Joint)(S)를 기점으로 연소실(120)측 2개소, 축열실(140)측에 2개소 씩의 각각 팽창대(160)를 두어 여유공간을 확보한다.

이때, 상기 슬라이딩 조인트부위(S)는 그 지점을 기준으로 우측의 축열실 (140)측과 좌측의 연소실(120)측의 온도가 다르기 때문에, 축열실(140)측 연와들을 연소실(120)측 연와들에 비하여 일정폭(G)으로 더 돌출되게 하여 연소실(120)의 열팽창에 의한 갭(G)을 보상하도록 하는 지점인데, 이때 대략 20mm정도 연소실측 연와를 낮게 축조하고, 상기 조인트 지점을 기준으로 철피(137)중 내측 철피(137a)는 단락되어 있고, 이를 보상하기 위하여 외측철피(137b)는 탄성채(138)로서 연결되는 것이다.

그런데, 상기와 같은 송풍관(130)의 연와들에서 팽창대(160)는 연와들의 길이방향으로 팽창되는 것을 보상하기 위한 공간인데, 도 3에서 도시한 바와 같이, 이와 같은 기존의 송풍관의 연와축조구조에 있어서는, 고로(100) 조업시 사용되는 고속의 열풍이 상기 송풍관(130)의 최내측 실리카연와(131)들사이의 팽창대(160)사이로 침입하게 되고, 결국 내화성이 강하지 못한 다공성 실리카(Porous Silica)연와(132)에서부터 그 다음의 단열연와(133)층이 순차로 적열되면서 연와들이 파손되는 것이다.

따라서, 일단 최내측의 실리카연와(131)사이의 팽창대(160)를 통하여 침입한 열풍(B)이 1차적으로 다공성 실리카연와(132)를 파손시키면, 그 다음의 단열연와 (133)의 팽창대(160')를 통하여 계속적으로 열풍이 침입하면서, 결국에는 최외측의 철피(137)까지 열풍이 누출되면서 고열이 전달되게 되어 송풍관(130)의 파손으로 열풍(B)이 외부 유출되는 안전사고를 발생시키는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 고로의 열풍 공급시 연소실과 축열실을 연결하는 송풍관등의 열풍관 최내측 단열연와층사이의 팽창대로 열풍이 침입하여도 이에 맞닿토록 내측 단열연와층에 축조되는 고-알루미나의 실링부재에 의하여 열풍관내 단열연와층의 연쇄적인 파손을 미연에 방지시키는 열풍관의 연와축조방법을 제공하는 데에 있다.

도 1은 고로에 취입되는 열풍의 제조공정을 도시한 공정도

도 2는 종래 열풍설비에서 축열실과 연소실사이에 연결되는 송풍관의 연와구조를 도시한 개략도

도 3은 종래 송풍관의 연와구조에서 팽창대에서 발생되는 연와파손을 도시한 구조도

도 4는 종래 송풍관의 연와축조구조를 도시한 구조도

도 5는 본 발명에 따른 열풍관의 연와축조구조를 도시한 구조도

도 6은 본 발명인 열풍관의 연와축조구조를 상세하게 도시한 요부도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100.... 고로110.... 열풍로

120.... 연소실130.... 송풍관

131.... 실리카연와(silica)

132,132b.... 다공성 실리카연와(porous silica)

132a.... 고-일루미나연와(Hi-Alumina)

133.... 단열연와134.... 단열보드

135.... 록울(rock wool)136.... 캐스터블(castable)

137.... 철피140.... 축열실

160,160',160".... 팽창대170.... 기름종이(oil-paper)

B.... 열풍S.... 연와층의 슬라이딩 조인트 부위

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 고로에 열풍을 공급하는 열풍로의 연소실과 축열실사이에 열풍의 진행을 위하여 연결되는 송풍관등의 열풍관 연와축조에 있어서,

상기 열풍이 직접 접촉하는 열풍관 최내측 단열연와층사이의 팽창대와 직접 맞닿는 단열연와층에 팽창대를 통한 침입열풍에 의한 단열연와층 파손을 방지토록 내침식성이 우수한 실링부재를 축조한 것을 특징으로 하는 열풍관의 연와축조방법을 마련함에 의한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 열풍관의 연와축조구조를 도시한 구조도이고, 도 6은 본 발명인 열풍관의 연와축조구조를 상세하게 도시한 요부도이며, 이하에서는 기존 구성과 동일한 구성은 동일부호로 나타낸다.

먼저, 도 4에서 도시한 바와 같이, 고로(100)에 공굽되는 열풍(B)을 생산하는 열풍로(110)에서 연소실(120)과 축열실(140)사이를 연결하는 송풍관(130)내측에서 고속 진행되는 열풍과 직접 맞닿는 최내측 단열연와층 즉, 실리카연와(131)사이에 팽창시 보상하기 위하여 마련된 공간인 팽창대(160)사이로 열풍이 침입하는 경우에, 침입된 열풍으로 인하여 상기 최내측 단열연와층인 실리카연와(131)의 다음 내측의 단열연와층 즉, 다공성 실리카연와(Porous Silica)(132)가 파손되고, 이는 결국 그 다음의 단열연와(133)층을 연속하여 파손시키게 됨으로서, 전체적으로 철피 (137)까지 열풍의 열이 전달되는 문제가 발생되기 때문에, 본 발명에서는 이와같은 송풍관(130)등의 열풍관의 연와축조구조를 개선시키어 상기 팽창대(160)를 통하여 열풍이 침입하여도 단열연와층(132)(133)... 들의 파손을 방지시킨다.

즉, 도 5 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 열풍관의 연와축조방법을 살펴보면, 고로(100)에 열풍(B)을 공급하는 열풍로(110)의 연소실(120)과 축열실(140)사이에 열풍의 진행을 위하여 연결되는 송풍관(130)등의 열풍관 연와축조시, 상기 열풍(B)이 직접 접촉하는 열풍관 최내측 단열연와층(131)사이의 팽창대(160)와 맞닿는 내측 단열연와층(132)에 팽창대를 통한 침입열풍에 의한 단열연와층의 파손을 방지토록 내침식성이 우수한 실링부재(132a)를 축조하는 것이다.

즉, 도 6에서 도시한 바와 같이, 1차적으로 침입열풍(B)이 충돌하여 파손이 1차적으로 발생되는 내측의 단열연와층인 다공성 실리카연와(132)중 상기 열풍의 침입이 가능한 팽창대(160)와 맞닿는 부위에서는 상기 다공성 실리카연와(132) 대신에 실링부재(132a) 즉, 내침식성이 상기 다공성 실리카연와(132)보다 우수한 고-알루미나(Hi-Alumina)연와를 사용하는 것이다.

이때, 본 발명의 열풍관 연와축조시 사용되는 상기 고-알루미나 연와(132a)와 기존의 열풍관에서 축조되는 상기 실리카연와(131), 다공성 실리카연와(132) 및, 단열연와(133)사이의 압축강도, 비중, 팽창율, 내침식성등을 비교한 결과를 아래의 표 1에서 나타내었다.

즉, 상기 표 1에서는 침입열풍이 맞닿는 최내측 팽창대(160)의 실리카연와 (131)와, 바로 다음 내측의 다공성 실리카연와(132)와, 그 내측의 단열연와(133) 및, 본 발명에서 사용하는 실링부재 즉, 고-알루미나 연와(132a)간의 성분 및 물성을 비교하고 있는데, 이때 강도와 비중은 내침식성에 비례하는 것을 감안하여 이를 근거로 열풍과 맞닿을 때의 침식정도를 판단할 수 있다.

따라서, 상기 표 1에 의하면, 다공성 실리카연와(132)와 단열연와(133)의 강도가 최내층 실리카연와(131)에 비해 현저하게 떨어짐을 알 수 있어 최내측 팽창대(160)를 통한 침입열풍(B)에 의하여 이 연와들이 파손될 수 있음을 알수 있고, 또한 본 발명의 고-알루미나 연와(132a)는 상기 실리카연와(131)에 비하여 강도측면에서 2배에 달하는 것을 알수 있다.

결국, 본 발명에서와 같이 송풍관(130)등의 열풍관의 연와축조시 최내측 팽창대(160)와 맞닿아 침입열풍이 최초 충돌하는 다공설 실리카연와(132)에 고-알루미나연와(132a)의 실링부재를 축조함으로서, 열풍에 의한 단열연와층의 연속적인 파손이 효과적으로 방지되는 것이다.

이때, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 본 발명의 실링부재인 고-알루미나 연와(132a)의 두께(H1)가 중요한데, 이와 같은 고-알루미나 연와(132a)의 두께는 그 양측으로 팽창대(160)가 접하지 않은 다공성 실리카연와(132)의 두께를 D라 할때, 상기 D의 40-60 % 로 형성되는 것이 바람직한데, 이와 같은 %는 상기 실리카연와 (132)의 두께(D)가 가변적인 것을 감안하여 나타낸 것이다.

그런데, 이와 같은 고-알루미나 연와(132a)는 두께가 클수록 강도적인 측면에서는 양호하지만, 두께가 크면 그 만큼 열전도율이 높아져 철피(137)에 영향을 주기때문에, 상기 고-알루미나(132a)의 두께(H1)가 상기 D의 40% 보다 작으면, 강도가 약해지고, 반대로 상기 D의 60% 보다 크면, 강도는 커지지만 열전도율이 높아져 철피의 열화를 초래하는 원인이 되기 때문이고, 가장 바람직하기는 상기 D의 50% 이다.

따라서, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 고-알루미나 연와(132a)와 함께 축조되는 나머지 다공성 실리카연와(132b)의 두께(H2)는 상기 D의 60-40 % 이면된다.

이에 따라서, 본 발명에 의한 열풍관의 연와축조방법에 있어서는, 도 5 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 열풍관 즉, 송풍관(130)의 최내측 실리카 연와(131)사이의 최내측 팽창대(160)와 맞닿는 다공성 실리카연와(132)측에 실링부재인 고-알루미나 연와(132a)및 다공성 실리카연와(132b)를 원주방향으로 축조하여, 열풍과 직접 맞닿는 부위의 강도를 높임으로서, 팽창대(160)를 통하여 침입하는 열풍에 의한 적열 손상을 방지시키는 것이다.

한편, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 고-알루미나 연와(132a)와 그 양측 다공성 실리카연와(132)사이에는 상기 고-알루미나 연와(132a)가 열팽창율이 높기 때문에, 새로운 팽창대(160")를 형성시켜야 하는데, 이를 위하여는 연와축조시 충진대를 삽입시키어 상기 팽창대(160")를 형성시킨다.

그런데, 지금까지 통상적으로 사용하는 충진대인 울(Wool)은 그 접착성이 떨어지기 때문에, 본 발명에서는 기존의 충진재인 울(Wool) 대신에 울(Wool)과 몰타르(mortar)를 9:1로 혼합한 큐션-몰타르(Cushion-Mortar)를 사용하여 상기 팽창대(160")에 충진 시공한다.

이때, 상기 울과 큐션 몰타르는 그 가축율 즉, 연와가 열팽창시 팽창대가 흡수 할 수 있는 폭을 팽창대로 나눈수에 100을 곱한 수로 설계시 가장 기본이 되는수치인 가출율이 다르므로, 상기 팽창대(160")의 보정이 필요한데, 기존의 울인 경우에는 가축율이 60%이고, 상기 큐션-몰타르의 가축율은 45% 이므로, 본 발명의 큐션-몰타르를 사용하는 경우에는, 각각의 가출율을 기준으로 하고 기존에 울의 충진폭을 45mm로 하였을때, 팽창대= 60%/45% X 45mm = 60mm 이므로, 상기 큐션-몰타르를 사용하는 팽창대(160")를 형성시키는 경우에는 울인 경우가 45mm 이라면, 60mm로 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 고-알루미나 연와(132a)와 인접 밀착되는 나머지 다공성 실리카연와(132b)사이에는 연와축조시 기름종이(oil-paper)(170)를 개재시키는데, 이는 상기 고-알루미나 연와(132a)는 대략 7.5% 정도 팽창하지만, 상기 다공성 실리카연와(132b)는 그 만큼 팽창하지 않기 때문에, 축조시 이들을 기름종이를 개재시키지 않고 밀착된 상태로 축조시키면, 서로 다른 열팽창으로 인하여 접촉면사이에 마찰이 발생되어 연와의 균열을 초래하기 때문이다.

즉, 축조시 기름종이(170)를 개재시키어 축조하면, 실제 조업시 열로 인하여 상기 기름종이(170)는 연소되면서 축조된 고-알루미나 연와(132a)와 나머지 다공성 실리카연와(132b)사이에는 미세한 틈새가 형성되어 마찰에 의한 연와균열등을 방지할 수 있는 것이다.

이에 따라서, 본 발명인 열풍관의 연와축조방법에 의하면, 고로에 열풍을 공급하는 열풍로 송풍관(130)등의 열풍관 내측의 팽창대(160)를 통한 침입열풍에 의하여 단열연와층이 파손되면서 철피(137)에 영향을 주어, 심한 경우 열풍관의 파손을 초래하는 것을 미연에 방지시키어 열풍의 고로 공급을 원활하게 하고, 전체적으로 고로 조업의 생산성을 향상시키는 것이다.

이와 같이 본 발명인 열풍관의 연외축조방법에 의하면, 고로 열풍로의 송풍관등의 열풍관에서 팽창대를 통한 침입열풍이 충돌하는 다공성 실리카연와부위에 내화성 재질의 고-알루미나 연와를 축조하여 다공성 실리카연와와 연이은 단열연와등의 단열층 파손을 효과적으로 방지하도록 하는 잇점을 제공한다.

또한, 단열 연와층 파손에 따른 열풍관 철피에 미치는 온도상승을 미연에 차단하여, 열풍의 열손실을 차단하면서 고로에 보다 안정적인 열풍공급을 가능하게 함으로서, 고로조업의 안정성을 높이도록 하는 효과가 있다.

마지막으로, 열풍로의 송풍관등과 같은 열풍관의 연와축조에서 그 구조적인 안정성을 높일 수 있어, 열풍로 설비의 유지 보수작업에 따른 비용발생을 줄이고 전체적으로는 열풍로와 함께 고로의 수명을 연장시키는 우수한 효과를 제공하는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (4)

1. 고로(100)에 열풍(B)을 공급하는 열풍로(110)의 연소실(120)과 축열실(140)사이에 열풍의 진행을 위하여 연결되는 송풍관(130)등의 열풍관 연와축조에 있어서,

   상기 열풍(B)이 직접 접촉하는 열풍관 최내측 단열연와(131)층사이의 팽창대 (160)와 직접 맞닿는 단열연와(132)층에 팽창대를 통한 침입열풍에 의한 단열연와층 파손을 방지토록 내침식성이 우수한 실링부재(132a)를 축조한 것을 특징으로 하는 열풍관의 연와축조방법
2. 제 1항에 있어서, 상기 단열연와(131)(132)는 각각 실리카연와 및 다공성 실리카연와로 이루어 지고,

   상기 실링부재(132a)는 내침식성이 우수한 고-알루미나(Hi-Alumina)연와로 구성된 것을 특징으로 하는 열풍관의 연와축조방법
3. 제 2항에 있어서, 상기 고-알루미나 연와(132a)의 두께(H1)는 상기 다공성 실리카연와(132) 두께 D의 40-60 % 로 형성되며, 이와 길이방향으로 밀착되는 나머지 다공성 실리카연와(132b) 두께(H2)는 상기 D의 60-40%로 형성된 것을 특징으로 하는 열풍관의 연와축조방법
4. 제 2항에 있어서, 상기 고-알루미나 연와(132a)와 이에 밀착되는 다공성 실리카연와(132b)사이에는 팽창마찰을 방지토록 연와축조시 기름종이(oil-paper) (180)를 개재시키고,

   상기 고-알루미나 연와(132a)와 길이방향으로 인접한 상기 다공성 실리카연와 (132)사이에는 큐션-몰타르(chusion-mortar)로 채워져 팽창대(160")를 형성하는 것을 특징으로 하는 열풍관의 연와축조방법