KR20040056249A - 고로 노저부의 냉각장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 고로 노저부를 냉각시킬 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로 특히, 고로 노저부의 온도분포를 균일하게 유지시켜 상기 고로 노저부 주변의 철피 변형을 최소화시킬 수 있는 고로 노저부의 냉각장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치 및 방법은, 고로 노저부의 중간지점에 설치되는 세로방향 냉각 파이프와, 이 세로방향 냉각 파이프에 서로 연통되는 다수의 가로방향 냉각 파이프 및, 세로방향 냉각 파이프의 중간 지점에서 고로의 중심선과 수직방향으로 연통되는 수직방향 냉각 파이프로 구성하여, 세로방향 냉각 파이프 및 수직방향 냉각 파이프로는 냉각수가 유입되도록 하며, 가로방향 냉각 파이프로는 냉각수가 유출되도록 하되, 세로방향 냉각 파이프와 수직방향 냉각 파이프로는 냉각수의 유량을 많게 하고, 가로방향 냉각 파이프로는 세로방향 냉각 파이프와 수직방향 냉각 파이프 보다 유량을 적게 하여, 고로 노저부의 중심부 냉각수 유량을 많게 하고, 그 주변부 유량을 적게 한다. 이에 따라 고로 노저부의 온도분포를 균일하게 유지시켜, 철피의 변형을 최소화시킬 수 있게 된다.

Description

고로 노저부의 냉각장치 및 방법{Cooling Device and Method of Hearth-Bottom for Blast Furnace}

본 발명은 제철소 고로의 용선을 저장하는 노저부의 냉각장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고로 노저부의 온도분포를 균일하게 유지시켜 상기 고로 노저부 주변의 철피 변형을 최소화시킬 수 있는 고로 노저부의 냉각장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 고로(1a)의 노저부(1)는 1500℃ 이상의온도를 갖는 용선이 용융되어 저장되고 또한 배출되는 곳으로서, 상기 노저부(1)의 외측으로는 철피(3)가 설치되어 있으며, 상기 철피(3)의 내측으로는 내화물(2)이 설치되어 있다.

상기한 구성을 갖는 고로(1a)의 노저부(1)에 있어서, 용선과 접촉되는 고온부인 상기 내화물(2)로부터 상기 철피(3)가 설치된 외측의 저온부 영역으로 열평형 원리에 의하여 열흐름이 발생되는데, 이때 발생된 열을 냉각시키기 위하여 상기 철피(3)의 외측에는 냉각 파이프(4)가 설치된다.

통상적으로, 노저 측벽부의 경우에는, 냉각수를 상부로부터 상기 철피(3) 표면에 흘러내리게 하는 살수(Spray)방식을 이용하고 있으며, 노저면의 경우에는, 상기 철피(3)의 아래쪽에 냉각 파이프(4)를 일정 간격의 가로방향으로 설치하여 해수나 담수를 통과시키는 파이프 냉각방식을 이용하고 있다.

종래 고로의 파이프 냉각방식은 도 3에 나타낸 바와 같이, 일정간격의 가로방향으로 설치된 직선의 냉각 파이프(4)를 통하여 한쪽 방향으로만 냉각수를 공급하고, 반대쪽 방향에서는 상기 냉각수를 배출시키는 방식을 채용하고 있으나, 상기 냉각수가 한쪽 방향으로 들어가서 반대쪽 방향으로 흘러나오기 때문에, 상기 냉각수가 유입되는 측에서는 저온의 냉각수에 의해 냉각 능력이 증대되지만, 상기 냉각수가 유출되는 측에서는 냉각수의 온도가 열교환으로 인하여 상승됨에 따라 냉각효과가 떨어지는 것이 사실이다.

이와 같이 상기 냉각수가 유입되는 측과 유출되는 측의 냉각효과가 서로 다르기 때문에, 필연적으로 냉각 파이프(4) 상부의 철피(3)에는 불균일한 온도분포가이루어진다.

상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대한민국 특허등록출원 제99-67096호(공개번호 제2001-59578호, 발명의 명칭 : 고로 노저부의 분할 냉각시스템)가 있는데, 이는 노저면에 배치되는 냉각 배관을 곡관 다굴절로 형성하고, 그 위치를 주변부와 중심부로 분리한 것이나, 상기 냉각 배관을 곡관 다굴절로 형성함에 따라 시공시 작업성이 저하되는 문제점이 있으며, 또한 철피의 상부 내화물 안쪽에 2단으로 냉각 배관을 매설함에 따라 상기 냉각 배관에 고하중이 작용하여 상기 냉각 배관에 피로 등의 무리를 주는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 고로 노저부 냉각에 이용되고 있는 냉각시스템에서는, 고로의 중심부와 그 주변부에 관계없이 냉각수량을 동일하게 사용함에 따라, 상기 고로의 중심부와 그 주변부, 그리고 냉각수 유입부와 유출부에 온도 차이가 발생되며, 이러한 불균일한 온도차는 도 4에 나타낸 바와 같이, 냉각 파이프(4) 상부 주변부의 철피(3) 변형(5)을 발생시키므로써, 고로의 설치 후 약 5∼6년이 경과되면 변형부위(6)로부터 유독가스가 누출되어, 고로의 안정적 조업 및 안전조업에 많은 악영향을 미치고 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 냉각 파이프의 설계를 변경하여 냉각수의 유입구 및 유출구의 방향을 변화시키므로써, 고로 노저부의 온도분포가 균일하게 유지되어, 철피의 변형을 최소화시킬 수 있는 고로노저부의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 냉각 파이프별 냉각수량을 조절하여 고로 노저부의 온도분포를 균일하게 유지시키므로써, 철피의 변형이 최소화되어 고로 작업을 안정화시킬 수 있는 고로 노저부의 냉각방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

도 1은 일반적인 고로의 전체 형상을 나타내는 개략적인 도면대용 사진

도 2는 도 1의 "A"부분인 고로 노저부의 내화물 구조를 나타내는 개략적인 도면대용 사진

도 3은 종래의 고로 노저부 냉각장치를 나타내는 개략 평면도

도 4는 종래의 고로 노저부의 철피 변형부위를 나타내는 도면대용 사진

도 5는 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치를 나타내는 개략 평면도

도 6a는 컴퓨터 시뮬레이션 방법인 유한요소해석법을 적용하여, 종래의 고로 노저부의 냉각장치 및 방법을 통해 냉각수의 유량을 동일하게 한 경우의 노저부 온도 분포를 나타내는 도면대용 사진

도 6b는 컴퓨터 시뮬레이션 방법인 유한요소해석법을 적용하여, 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치 및 방법을 통해 냉각수 유량을 변화시킨 경우의 노저부 온도 분포를 나타내는 도면대용 사진

도 7a는 종래의 고로 노저부의 냉각장치 및 방법을 통해 냉각수의 유량을 동일하게 한 경우 노저부 철피의 변형량을 나타내는 도면대용 사진

도 7b는 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치 및 방법을 통해 냉각수 유량을 변화시킨 경우의 노저부 철피의 변형량을 나타내는 도면대용 사진

도 8은 냉각 파이프의 출구온도 동일시 각 냉각 파이프별 유량을 계산하여 그래프로 나타낸 도면대용 사진

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1a : 고로 1 : 노저부

2 : 내화물 3 : 철피

4 : 냉각 파이프 6 : 철피 변형부위

10 : 세로방향 냉각 파이프 11 : 가로방향 냉각 파이프

11a : 유량조절밸브 12 : 수직방향 냉각 파이프

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치는, 고로 노저부의 중간지점에 설치되는 세로방향 냉각 파이프와, 이 세로방향 냉각 파이프에 서로 연통되는 다수의 가로방향 냉각 파이프 및, 세로방향 냉각 파이프의 중간 지점에서 고로의 중심선과 수직방향으로 연통되는 수직방향 냉각 파이프로 구성하여, 세로방향 냉각 파이프 및 수직방향 냉각 파이프로는 냉각수가 유입되도록 하며, 가로방향 냉각 파이프로는 냉각수가 유출되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치를 이루는 세로방향 냉각 파이프와 가로방향 냉각 파이프 및 수직방향 냉각 파이프 각각의 냉각수 유입 및 냉각수 유출구에는 각각 냉각수의 유량을 조절할 수 있는 유량조절밸브를 설치한 것을 특징으로 한다.

그리고 또한, 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치를 이루는 세로방향 냉각 파이프와 수직방향 냉각 파이프의 직경은 동일하게 형성하고, 가로방향 냉각 파이프의 직경은 세로방향 냉각 파이프 및 수직방향 냉각 파이프의 직경 보다 작게 형성한 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 고로 노저부의 냉각방법은, 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치에 있어서, 세로방향 냉각 파이프와 수직방향 냉각 파이프로는 냉각수의 유량을 많게 하고, 가로방향 냉각 파이프로는 세로방향 냉각 파이프와 수직방향 냉각 파이프 보다 유량을 적게 하여, 고로 노저부의 중심부 냉각수 유량을 많게 하고, 그 주변부 유량을 적게 한 것을 특징으로 한다.

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

도 5는 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치를 나타내는 개략 평면도로서, 도면에 나타낸 바와 같이, 고로 노저부의 중간지점에는, 종래의 가로방향 냉각 파이프(4)(도 3에 도시)에 수직되는 방향인 세로방향 냉각 파이프(10)를 설치하며, 상기 세로방향 냉각 파이프(10)에는 "+"자 형태로 서로 연통되는 다수의 가로방향 냉각 파이프(11)를 일체로 연결하여 설치하며, 상기 세로방향 냉각 파이프(10)의 중간 지점에는 고로의 중심선과 수직방향으로 수직방향 냉각 파이프(12)를 연통시켜 설치한다.

이어서, 상기 세로방향 냉각 파이프(10)와 수직방향 냉각 파이프(12) 각각의 냉각수 유입구 및 냉각수 유출구(도면번호 미부여)에는 각각 냉각수 유량을 조절할 수 있는 유량조절밸브(미도시)를 설치하며, 상기 가로방향 냉각 파이프(11)의 냉각수 유입구 및 냉각수 유출구에는 각각 냉각수 유량을 조절할 수 있는 유량조절밸브 (11a)를 설치한다.

상기한 구성에 있어서, 세로방향 냉각 파이프(10)와 고로의 중심선과 수직방향으로 설치된 수직방향 냉각 파이프(12)로는 도시되지 않은 유량조절밸브를 통해 냉각수 유입이 이루어지며, 가로방향 냉각 파이프(11)의 유량조절밸브(11a)를 통해 냉각수 유출이 이루어진다.

그리고, 상기 구성에 있어서, 세로방향 냉각 파이프(10)와 수직방향 냉각 파이프(12)의 직경은 동일하게 형성하되, 상기 가로방향 냉각 파이프(11)의 직경 보다 크게 형성하여, 상기 세로방향 냉각 파이프(10)를 흐르는 냉각수의 양이 상기 가로방향 냉각 파이프(11)를 흐르는 냉각수의 양 보다 많아지도록 한다.

고로 노저부에 있어서, 열전달 해석을 수행해 보면, 통상적으로 중심부에서의 온도는 높고 그 주변부로 갈 수록 낮아진다.

따라서, 본 발명에서와 같은 냉각장치를 사용하였을 경우, 차가운 냉각수가 상기 세로방향 냉각 파이프(10) 및 수직방향 냉각 파이프(12)를 통하여 고로 노저부의 중심부로 유입되므로, 상기 고로 노저부 중심부의 냉각효과가 상승되고, 상기 가로방향 냉각 파이프(11)를 통해 흐르는 냉각수의 온도는 그 주변부로 갈수록 상승함에 따라 냉각효과가 떨어지게 되므로 상기 고로 노저부의 온도는 균일하게 분포된다.

또한, 본 발명에서와 같은 냉각방법을 이용하였을 경우 즉, 도시되지 않은 유량조절밸브에 의하여 상기 노저부 중심부에 위치한 세로방향 냉각 파이프(10)와 수직방향 냉각 파이프(12)로는 많은 양의 냉각수가 흐르게 하며, 각각의 유량조절밸브(11a)에 의하여 그 주변부의 가로방향 냉각 파이프(11)로는 상기 세로방향 냉각 파이프(10)의 냉각수 보다 적은 량의 냉각수가 흐르도록 하므로써, 상기 고로 노저부의 온도를 더욱 균일하게 분포시킬 수 있다.

이를 도 6a 및 도 6b를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 6a 및 도 6b는 컴퓨터 시뮬레이션 방법인 유한요소해석법을 적용하여, 종래의 고로 노저부의 냉각장치 및 방법을 통해 냉각수의 유량을 동일하게 한 경우와 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치 및 방법을 통해 냉각수 유량을 변화시킨 경우의 노저부 온도 분포를 각각 나타내는 도면대용 사진으로서, 종래의 냉각수의 유량을 동일하게 한 경우인 도 6a에서는, 회색으로 처리된 부분의 가장 낮은 노저부 온도인 22.50℃에서 가장 높은 노저부 중심 온도인 50.12℃까지 온도가 분포되어 있음을 알 수 있다.

반면에, 본 발명의 냉각수 유량을 변화시킨 경우인 도 6b에서는, 노저부 양 측면의 일부분에서 가장 높은 온도인 40.44℃가 형성되고, 노저부 중심의 온도는 40.44℃로 형성되며, 가장 낮은 온도는 노저부 중심 단면의 회색으로 처리된 부분의 온도로서 29.93℃로 형성되어 있다.

따라서, 상기한 도면대용 사진을 통해, 본 발명의 장치 및 방법이 종래의 장치 및 방법 보다 노저부의 온도를 더욱 균일하게 분포시키는 것을 명확히 알 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 종래의 고로 노저부의 냉각장치 및 방법을 통해 냉각수의 유량을 동일하게 한 경우와 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치 및 방법을 통해 냉각수 유량을 변화시킨 경우의 노저부 철피의 변형량을 각각 나타내는 도면대용 사진으로서, 종래의 냉각수의 유량을 동일하게 한 경우인 도 7a에서는, 고로 노저부의 외측 상단부에 위치한 부분의 철피 열변형량은 11.95mm, 중심에서 외측방향으로의 그 다음 철피 열변형량은 11.10mm, 다음 철피 변형량은 10.25mm, 그리고 중심부 철피의 열변형량이 0mm임을 알 수 있다.

반면에, 본 발명의 냉각수 유량을 변화시킨 경우인 도 7b에서는, 고로 노저부의 외측 상단부에 위치한 부분의 철피 열변형량은 11.82mm, 중심에서 외측방향으로의 그 다음 철피 열변형량은 10.97mm, 다음 철피 변형량은 10.13mm, 그리고 중심부 철피의 열변형량이 0mm임을 알 수 있다.

따라서, 상기한 도면대용 사진을 통해, 본 발명의 장치 및 방법이 종래의 장치 및 방법 보다 노저부 주변부의 철피 변형을 균일하게 발생시키고 있으며, 또한 철피의 열변형량 크기도 종래 보다 작음을 명확히 알 수 있게 된다.

도 8은 냉각 파이프의 출구온도 동일시 각 냉각 파이프별 유량을 계산하여 그래프로 나타낸 도면대용 사진으로서, 노란색의 사각형으로 마킹된 부분은 종래 냉각 파이프별 유량을 나타낸 것이며, 막대 그래프로 표시된 유량은 냉각수 출구온도를 동일하게 유지하기 위해서 열전달 이론식을 적용하여 각 냉각 파이프별 최적의 냉각수 유량을 계산한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명의 고로 노저부의 냉각장치 및 방법에 의하여, 고로 노저부의 온도분포를 균일하게 유지시켜, 철피의 변형을 최소화시키므로써, 고로노저부의 빈번한 수리로 인한 보수 비용을 절감할 수 있는 동시에 고로의 안정적 조업 및 안전조업을 이룰 수 있다.

Claims (4)

1. 고로 노저부의 중간지점에는 세로방향 냉각 파이프(10)를 설치하고, 상기 세로방향 냉각 파이프(10)에는 서로 연통되는 다수의 가로방향 냉각 파이프(11)를 일체로 연결하여 설치하며, 상기 세로방향 냉각 파이프(10)의 중간 지점에는 고로의 중심선에 수직방향이 되는 수직방향 냉각 파이프(12)를 연통시켜 설치하여, 상기 세로방향 냉각 파이프(10) 및 상기 수직방향 냉각 파이프(12)로는 냉각수가 유입되도록 하며, 상기 가로방향 냉각 파이프(11)로는 냉각수가 유출되도록 한 것을 특징으로 하는 고로 노저부의 냉각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 세로방향 냉각 파이프(10)와 가로방향 냉각 파이프(11) 및 수직방향 냉각 파이프(12) 각각의 냉각수 유입 및 냉각수 유출구에는 각각 냉각수의 유량을 조절할 수 있는 유량조절밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 고로 노저부의 냉각장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세로방향 냉각 파이프(10)와 수직방향 냉각 파이프(12)의 직경은 동일하게 형성되고, 상기 가로방향 냉각 파이프(11)의 직경은 상기 세로방향 냉각 파이프(10) 및 수직방향 냉각 파이프(12)의 직경 보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 고로 노저부의 냉각장치.
4. 고로 노저부의 중간지점에는 세로방향 냉각 파이프(10)를 설치하고, 상기 세로방향 냉각 파이프(10)에는 서로 연통되는 다수의 가로방향 냉각 파이프(11)를 일체로 연결하여 설치하며, 상기 세로방향 냉각 파이프(10)의 중간 지점에는 고로의 중심선에 수직방향이 되는 수직방향 냉각 파이프(12)를 연통시켜 설치하여, 상기 세로방향 냉각 파이프(10) 및 상기 수직방향 냉각 파이프(12)로는 냉각수가 유입되도록 하며, 상기 가로방향 냉각 파이프(11)로는 냉각수가 유출되도록 하되, 상기 세로방향 냉각 파이프(10)와 수직방향 냉각 파이프(12)로는 냉각수의 유량을 많게 하고, 상기 가로방향 냉각 파이프(11)로는 상기 세로방향 냉각 파이프(10)와 수직방향 냉각 파이프(12) 보다 유량을 적게 하여, 고로 노저부의 중심부 냉각수 유량을 많게 하고, 그 주변부 유량을 적게 한 것을 특징으로 하는 고로 노저부의 냉각방법.