KR20100041870A

KR20100041870A - 용해로의 송풍구 구조

Info

Publication number: KR20100041870A
Application number: KR1020107004928A
Authority: KR
Inventors: 야스나리 마쯔무라; 고오지 다오까
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2010-04-22
Also published as: EP2211133A1; CN101796362B; RU2010109065A; KR101206559B1; BRPI0816367B1; US8480951B2; US20100320653A1; WO2009034837A1; JP4351715B2; CN101796362A; EP2211133B1; JP2009063271A; RU2441186C2; EP2211133A4; BRPI0816367A2

Abstract

이 용해로의 송풍구 구조에서는, 송풍구 벽돌에 형성한 구멍부 내에, 외주를 사전에 소성한 링 부재에 의해 피복되어 있는 송풍구 본체를 배치하고, 이 링 부재의 주위를 스탬프재로 메워 고정하고 있다.

Description

용해로의 송풍구 구조{TUYERE STRUCTURE OF SMELTING FURNACE}

본 발명은, 송풍구 주변에 있어서의 손상이 없고, 또한 충분한 강도를 갖고 있어 송풍구의 수명을 연장시킬 수 있는 용해로의 송풍구 구조에 관한 것이다.

본 출원은, 일본 특허 출원 제2007-233630호를 기초 출원으로 하고, 그 내용을 본원에 포함한다.

종래부터, 광석 등의 용해에 이용하는 용해로나 용선로(cupola) 등의 용해로의 송풍구 구조로서, 송풍구 벽돌에 형성한 구멍부 내에 송풍구 본체를 세트하고, 그 주위를 간극 충전재인 내화성의 스탬프재로 메워 고정한 것이 있다(하기 특허 문헌 1을 참조). 상기 송풍구는, 노(爐) 내에 고온 가스를 불어 넣기 위한 것이며, 송풍구 본체는 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 통 형상을 이루고 있다.

이 송풍구는, 고온의 용융 금속이나 슬래그가 적하하는 환경에 놓여 있어, 송풍구 전방의 화염 온도가 2000℃ 이상이나 되므로, 마모와 용손이 일어나 송풍구 수명을 매우 짧게 하고 있다. 그로 인해, 송풍구 수명을 연장시키기 위해, 송풍구의 냉각실을 분리한 송풍구 구조나, 내부 냉각수 통로를 스파이럴 형상으로 한 송풍구 구조나, 내마모 금속을 메워 넣은 송풍구 구조나, 선단부에 경화층을 피복하거나 내화물로 표면을 피복한 송풍구 구조나, 내열·내마모성의 직물로 피복한 송풍구 구조 등, 송풍구의 수명을 연장시키기 위한 다양한 대책이 제안되고, 채용되어 왔다.

또한, 고로의 송풍구에 있어서는, 송풍구 벽돌에 형성한 구멍부 내에 송풍구 본체를 배치하고, 이 송풍구 본체의 주위(약 90㎜)를 스탬프재로 메워 고정한 구조가 채용되어 있다. 그러나 고로의 경우는, 송풍구 전방의 온도가 약 1100℃로 낮으므로, 스탬프재의 용손이 보이지 않아, 10 내지 20년의 정기적인 노 보수시에 필요한 보수·교환 등을 하면 충분했다.

또한, 용해로에서는, 송풍구로부터 철피에 걸쳐 내화물을 라이닝하는 구조가 채용되어 있지만, 적용 내화물이 손상되면 철피가 드러나, 단열성이 손상되어 열손실이 커진다고 하는 결점이 있었다.

한편, 용해로에 있어서의 송풍구에서는, 송풍구 전방의 화염 온도가 2000℃ 이상이고, 고로와 동일하게 스탬프재로 메워 고정한 경우는, 송풍구 주변부의 마모나 용손을 피할 수 없어, 약 30일에 1회의 비율로, 송풍구 및 그 주변부를 빈번히 교환·보수할 필요가 있다. 또한, 송풍구 주변부의 국부적인 용손이 발생하면, 철피가 드러나 단열성이 손상되게 되어, 이것에 기인한 열손실에 의한 조업 부담의 증가가 문제로 되어 있었다.

이러한 사정으로부터, 송풍구의 수명을 연장시킬 수 있는 새로운 송풍구 구조의 개발이 강하게 요망되고 있었다.

특허문헌1:일본특허출원공개제2003-17106호공보

따라서 본 발명자는, 송풍구 주변부의 국부적인 용손의 발생 원인에 대해 연구한 결과, 송풍구 주위의 약 100㎜의 부분에 있어서, 스탬프재가 건조 후에 있어서도 산화 변색되어 있지 않은 부위가 있고, 그 밖의 산화 변색된 스탬프재의 부분에서는 용손이 발생하지 않는데도, 이 변색되어 있지 않은 부위에서는 국부적인 용손이 발생하고 있는 것을 밝혀냈다. 그리고 이 변색되어 있지 않은 부위는, 냉각 보호되고 있는 송풍구 본체에 직접 접촉하고 있어 스탬프재가 충분히 건조되어 있지 않고, 그 결과 강도가 충분히 발현되어 있지 않으므로, 이 부분이 국부적으로 용손되어 버리는 것을 해명하였다.

도 3에, 종래예의 송풍구 구조의 단면도를 도시한다.

도 3에 있어서, 부호 11이 송풍구 본체, 부호 13이 스탬프재, 부호 14가 철피를 나타낸다. 스탬프재(13) 중, 송풍구 본체(11)의 주변부에 있는 부분(주위 약 100㎜의 부분)에는, 국부적인 용손부(12a)와, 건조 후에 있어서의 강도 부족부(12b)가 존재하고 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 스탬프재의 소성 온도와 강도의 관계를 조사한 결과, 도 4에 나타내는 바와 같이, 120℃ 미만의 온도에서 소성한 경우에는, 강도가 18㎫보다도 작아져, 원하는 강도가 얻어지지 않는 것을 알 수 있었다. 따라서, 스탬프재의 강도를 한층 더 확실하게 발현시킬 필요가 있는 것이 판명되었다. 또한, 스탬프재의 강도가 충분하면, 송풍구 주변부의 국부적인 용손의 발생을 방지할 수 있는 것으로 이어지는 것도 예측할 수 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하여, 송풍구 주변에 있어서의 국부적인 용손 등의 손상이 없고, 또한 충분한 강도를 갖고 있어 송풍구의 수명을 대폭으로 연장시킬 수 있고, 게다가 국부적인 용손에 기인하는 철피의 노출에 의해 단열 효과가 저하되어 열손실에 의한 조업 부담의 증가도 없앨 수 있는 용해로의 송풍구 구조의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용하였다.

(1) 즉, 본 발명의 용해로의 송풍구 구조에서는, 송풍구 벽돌에 형성한 구멍부 내에, 외주를 사전에 소성한 링 부재에 의해 피복되어 있는 송풍구 본체를 배치하고, 이 링 부재의 주위를 스탬프재로 메워 고정하고 있다.

(2) 상기 링 부재가, 120℃ 이상에서 소성되고, 강도가 18㎫ 이상이 되도록 사전에 소성되어 있어도 좋다.

(3) 상기 링 부재가, 원주 방향으로 분할되어 있어도 좋다.

(4) 상기 링 부재가, 상기 스탬프재와 동등한 재질로 이루어지는 것을 채용해도 좋다.

상기 (1)에 기재된 용해로의 송풍구 구조에서는, 송풍구 벽돌에 형성한 구멍부 내에, 외주를 사전에 소성한 링 부재에 의해 피복되어 있는 송풍구 본체를 배치하고, 이 링 부재의 주위를 스탬프재로 메워 고정한 구조를 채용하고 있다. 따라서, 냉각 보호되고 있는 송풍구 본체에 직접 접촉하는 것이, 사전에 소성하여 충분한 내마모성 및 강도를 갖는 링 부재가 되므로, 종래와 같이 스탬프재의 국부적인 용손부나 건조 후에 있어서의 강도 부족부가 발생하는 일이 없어진다. 그 결과, 충분한 강도를 발현하여 우수한 내구성을 발휘할 수 있다.

상기 (2)에 기재된 용해로의 송풍구 구조의 경우, 링 부재가 120℃ 이상에서 소성되고, 강도가 18㎫ 이상이 되도록 사전에 소성되어 있으므로, 링 부재의 강도가 높아져, 송풍구 본체를 확실히 지지할 수 있다.

상기 (3)에 기재된 용해로의 송풍구 구조의 경우, 상기 링 부재가 원주 방향으로 분할되어 있으므로, 송풍구 본체에의 장착을 용이하게 행할 수 있다.

상기 (4)에 기재된 용해로의 송풍구 구조의 경우, 링 부재가 스탬프재와 동등한 재질로 이루어지므로, 양자의 팽창 계수가 서로 동등해져, 승온해도 이들 사이에 간극이 발생하지 않는다.

도 1은 본 발명의 용해로의 송풍구 구조의 일 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 용해로의 송풍구 구조의 링 부재를 도시하는 정면도이다.
도 2b는 본 발명의 용해로의 송풍구 구조의 링 부재를 도시하는 단면도이다.
도 3은 용해로의 송풍구 구조의 종래예를 도시하는 단면도이다.
도 4는 스탬프재에 있어서의 소성 온도와 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 용해로의 송풍구 구조의 일 실시 형태를 이하에 설명한다.

도 1은 본 실시 형태의 송풍구 구조를 도시하는 단면도이며, 부호 1이 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 통 형상의 송풍구 본체를, 부호 3이 알루미나를 주성분으로 하는 세라믹스로 이루어지는 스탬프재를, 부호 4가 철피를 나타낸다. 또한, 송풍구 본체(1)가 노 내에 고온 가스를 불어 넣는 것인 점은, 종래와 동일하다.

본 발명에서는, 송풍구 벽돌에 형성한 구멍부 내에, 외주를 사전에 소성한 링 부재(2)에 의해 피복되어 있는 송풍구 본체(1)를 배치하고, 이 링 부재(2)의 주위를 스탬프재(3)로 메워 고정한 구조를 채용하고 있다. 여기서,「사전에 소성한」이라 함은, 이른바 프리캐스트라고 하는 의미이며, 세라믹스 원료를 사전에 소성해 두고, 소정 형상 또한 소정 강도를 갖는 세라믹스 성형체로 한다고 하는 의미이다. 이 링 부재(2)는, 두께가 100㎜ 정도이다.

그리고 이 사전에 소성한 링 부재(2)를 송풍구 본체(1)의 외주에 장착한 것을, 송풍구 벽돌에 형성한 구멍부 내에 배치하고, 그 후, 이 링 부재(2)의 주위를 스탬프재(3)로 메워 소정 위치에 고정한다.

상기 링 부재(2)는, 120℃ 이상에서 소성되고, 강도가 18㎫ 이상이 되도록 사전에 소성(프리캐스트)되어 있다.

즉, 송풍구 본체(1)를, 일정 강도를 갖는 링 부재(2)에 의해 지지함으로써, 종래와 같이 송풍구 주변에 있어서의 국부적인 용손 등의 손상을 방지하고, 게다가 충분한 강도를 확보하여 송풍구의 수명을 대폭으로 연장시킬 수 있다.

또한, 소성 온도가 600℃를 초과하면 카본 산화가 현저해지고, 700℃ 이상에서 표층의 열화도 개시된다. 생산 효율도 고려하면, 소성 온도 상한이 300℃ 정도에서 송풍구 구조로서 충분한 18㎫ 내지 30㎫ 정도까지의 강도를 확보할 수 있다.

도 4는 스탬프재의 소성 온도와 강도의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프로부터 명백한 바와 같이, 120℃ 미만의 온도에서 소성한 경우에는, 강도가 18㎫보다도 작아져, 원하는 강도가 얻어지지 않는 것을 알 수 있었다. 즉, 종래와 같이, 스탬프재를 송풍구 본체(1)의 주위에 충전하고, 노의 조업 온도에 의해 스탬프재를 소성하도록 한 경우는, 송풍구 본체(1)가 수냉 등에 의해 저온 상태에 있어, 이 송풍구 본체(1)에 직접적으로 접촉하고 있는 스탬프재가 120℃ 이상으로 가열되는 일이 없다. 이로 인해, 이것이 원인으로 충분한 강도를 발현할 수 없어, 결과적으로는 스탬프재의 국부적인 용손부나 건조 후에 있어서의 강도 부족부가 발생되어 있는 것을 구명하였다.

따라서, 본 발명에서는, 스탬프재의 강도를 한층 더 확실히 발현시킬 필요가 있는 것을 인식하고, 또한 스탬프재의 강도가 충분히 있으면 송풍구 주변부의 국부적인 용손의 발생을 방지할 수 있는 것으로 이어질 것이라 예측하여, 본 발명의 완성에 이르렀다.

링 부재(2)는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 원주 방향으로 분할(도시한 예에서는 3등분)되어 있어, 송풍구 본체(1)에의 장착을 용이하게 행할 수 있다. 물론, 분할 형식에 대해서는, 송풍구 본체(1)의 외형에 따라서 임의의 형상, 분할수를 채용할 수 있다. 또한, 링 부재(2)는 그 축선에 수직인 단면 형상이 링 형상으로 되어 있으므로, 이 단면 형상으로서 다각형 형상(예를 들어, 사각형 등)을 채용하는 경우와 비교하여, 내마모성 및 강도가 그 주위 방향을 따라 균일해져, 바람직하다.

링 부재(2)는, 스탬프재(3)와 동등한 재질로 이루어진다. 일례를 들면, 링 부재(2)는, 중량％로, Al₂O₃:69％, SiO₂:0.3％, SiC:23％, C:3％인 세라믹스 원료로 이루어진다. 링 부재(2)의 재질을 스탬프재(3)와 동등한 재질로 함으로써, 열팽창에 기인하는 양자 사이의 간극의 발생을 최대한 피할 수 있어, 바람직하다.

종래에는, 냉각 보호되고 있는 송풍구 본체에 직접 접촉하고 있어 스탬프재가 충분히 건조되지 않아 강도의 발현을 할 수 없어, 이 부분이 국부적으로 용손되어 버리는 원인으로 되고 있었다. 이에 대해, 전술한 바와 같이 구성한 본 실시 형태의 송풍구의 구조에서는, 송풍구 본체를, 일정한 강도를 갖는 링 부재에 의해 지지함으로써, 송풍구 주변에 있어서의 국부적인 용손을 방지하는 동시에, 충분한 강도를 발휘하여 송풍구의 수명을 대폭으로 연장시킬 수 있다. 게다가, 국부적인 용손이 없기 때문에, 철피가 노출되는 일도 없으므로, 단열 효과의 저하에 수반되는 열손실에 의한 조업 부담의 증가도 없앨 수 있다.

또한, 상기에서 설명한 송풍구 구조에서는, 90일 경과 후에 있어서도 국부적인 용손 등의 손상이 보이지 않고, 또한 충분한 강도를 갖고 있어, 종래이면 약 30일마다 교환이 강요되고 있었던 것에 비해, 대폭으로 수명을 연장시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 송풍구 벽돌에 형성한 구멍부 내에, 외주를 사전에 소성한 링 부재에 의해 피복되어 있는 송풍구 본체를 배치하고, 이 링 부재의 주위를 스탬프재로 메워 고정한 구조로 하였으므로, 송풍구 주변에 있어서의 국부적인 용손 등의 손상이 없고, 또한 충분한 강도를 갖고 있어 송풍구의 수명을 대폭으로 연장시킬 수 있다. 또한, 국부적인 용손에 기인하는 열손실에 의한 조업 부담의 증가도 방지할 수 있다.

본 발명의 용해로의 송풍구 구조에서는, 송풍구 벽돌에 형성한 구멍부 내에, 외주를 사전에 소성한 링 부재에 의해 피복되어 있는 송풍구 본체를 배치하고, 이 링 부재의 주위를 스탬프재로 메워 고정한 구조를 채용하고 있다. 따라서, 냉각 보호되고 있는 송풍구 본체에 직접 접촉하는 것이, 사전에 소성하여 충분한 내마모성 및 강도를 갖는 링 부재가 되므로, 종래와 같이 스탬프재의 국부적인 용손부나 건조 후에 있어서의 강도 부족부가 발생하는 일이 없어진다. 그 결과, 충분한 강도를 발현하여 우수한 내구성을 발휘할 수 있다.

1 : 송풍구 본체
2 : 링 부재
3 : 스탬프재
4 : 철피

Claims

송풍구 벽돌에 형성한 구멍부 내에, 외주를 사전에 소성한 링 부재에 의해 피복되어 있는 송풍구 본체를 배치하고, 이 링 부재의 주위를 스탬프재로 메워 고정한 것을 특징으로 하는, 용해로의 송풍구 구조.
제1항에 있어서, 상기 링 부재가 120℃ 이상에서 소성되고, 강도가 18㎫ 이상이 되도록 사전에 소성되어 있는, 용해로의 송풍구 구조.
제1항에 있어서, 상기 링 부재가 원주 방향으로 분할되어 있는, 용해로의 송풍구 구조.
제1항에 있어서, 상기 링 부재가 상기 스탬프재와 동등한 재질로 이루어지는, 용해로의 송풍구 구조.