KR20110121087A - 전기로의 연소가스 냉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기로에서 고철을 용해하여 쇳물을 얻는 과정 중에 발생되는 고온의 연소가스를 냉각 배출하는 전기로의 연소가스 냉각 장치에 관한 것으로, 메인덕트에 설치되어 집진기로 유입되는 연소가스의 온도를 검출하는 온도센서와, 소정의 제어신호에 따라 구동되어 비상댐퍼의 도어를 개폐시키는 댐퍼구동부와, 상기 메인덕트 상에 설치되고 상기 댐퍼구동부에 의해 도어 개방시 메인덕트로 외부 공기를 주입하여 집진기로 유입되는 연소가스를 공냉시키는 비상댐퍼, 및 상기 온도센서를 통해 검출한 연소가스의 온도와 미리 설정된 개방 온도를 비교하고, 상기 비교 결과 검출한 온도가 설정된 개방 온도를 초과할 경우에는 댐퍼구동부로 개방 제어신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

Description

전기로의 연소가스 냉각 장치{DEVICE FOR COOLING A COMBUSTION GAS OF ELECTRIC ARC FURNACE}
본 발명은 전기로에서 고철을 용해하여 쇳물을 얻는 과정 중에 발생되는 고온의 연소가스를 냉각 배출하는 전기로의 연소가스 냉각 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기로는 고압, 고전류의 전기 아크열을 이용하여 철과 같은 금속을 녹여 쇳물을 제조하게 된다.
이와 같은 전기로는 내부온도가 고온으로 되어야 노 내부의 재료가 완전하게 용융되어 원하는 대로 제련할 수 있다. 이에 전기로 내부의 온도는 통상 1000℃ 이상의 고온이다.
이와 같이 전기로에서 금속을 용융할 때 연소가스가 발생되며 발생된 연소가스는 분진과 가스를 포함하므로, 전기로에서 배출되는 연소가스에서 가스와 분진을 걸러내어야 할 것이다. 또한 연소가스를 그대로 배출하게 되면 다량의 유해물질이 함께 배출되기 때문에 반드시 집진기를 이용하여 분진은 필터링하고 정화된 공기만 배출하여야 한다.
상기 집진기의 필터는 대부분 부직포 또는 폴리에스테르와 같은 섬유질로, 전기로의 온도가 1000℃ 이상의 고온인 연소가스가 집진기로 바로 유입되면 집진기의 필터가 손상되므로, 고온의 연소가스가 냉각되어 집진기로 유입되도록 하고 있다.
그러나, 전기로에서 배출되는 고온의 연소가스를 냉각시키게 되지만, 전기로가 성온 기간일 때는 집진기로 유입되는 연소가스의 온도가 집진기의 필터에서 허용되는 온도보다 높다.
본 발명은 전기로에서 배출되어 집진기로 유입되는 연소가스가 일정온도 이상일 경우에 외부 공기를 유입하여 냉각시키는 전기로의 연소가스 냉각 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연소가스 냉각 장치는, 메인덕트에 설치되어 집진기로 유입되는 연소가스의 온도를 검출하는 온도센서; 소정의 제어신호에 따라 구동되어 비상댐퍼의 도어를 개폐시키는 댐퍼구동부; 상기 메인덕트 상에 설치되고 상기 댐퍼구동부에 의해 도어 개방시 메인덕트로 외부 공기를 주입하여 집진기로 유입되는 연소가스를 공냉시키는 비상댐퍼; 및 상기 온도센서를 통해 검출한 연소가스의 온도와 미리 설정된 온도를 비교하고, 상기 비교 결과 검출한 온도가 설정된 온도를 초과할 경우에는 댐퍼구동부로 개방 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 비상댐퍼는 집진기 입구 측의 메인덕트 상에 설치되고, 온도센서는 집진기의 입구 측의 메인덕트 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연소가스 냉각 장치는, 외부로부터 비상댐퍼의 개방 온도와 개방 시간을 입력받는 입력수단을 더 포함하고, 상기 제어부는 입력수단을 통해 입력된 비상댐퍼의 개방 온도와 시간을 각각 내부 메모리에 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 개방 온도는 집진기의 필터가 손상되지 않는 범위의 허용 한계온도로 설정되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전기로에서 배출되어 집진기로 유입되는 연소가스가 집진기의 허용 한계온도를 일시적으로 초과할 경우 비상댐퍼를 통해 외부 공기를 즉시 유입하여 단시간에 냉각시킴으로써, 집진기의 손상을 방지할 수 있음과 아울러 집진기의 입구 온도의 급상승으로 인한 전기로 조업 정지를 사전에 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각 장치에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각 장치를 나타낸 제어 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각 장치에 대한 개략적인 구성도로서, 연소가스 처리 장치는 전기로(100), 연소기(110), 냉각기(120), 온도센서(140), 비상댐퍼(160), 집진기(170), 및 메인팬(180) 등을 포함하여 이루어져 있다.
상기 전기로(100)는 철과 같은 금속재료를 아크열을 이용하여 용융시키고, 연소기(110)는 전기로(100)에서 배출된 연소가스 중 불완전 연소된 성분을 다시 연소시키고, 냉각기(120)는 상기 연소기(110)와 이어져 연소가스를 물과 공기를 이용하여 냉각시킨다.
온도센서(140)는 집진기(170)로 유입되는 연소가스의 온도를 검출하고, 비상댐퍼(160)는 집진기(170)로 유입되는 연소가스의 온도가 일정온도 이상일 경우 대량의 외부 공기를 순간적으로 유입하여 연소가스를 냉각시키고, 집진기(170)는 상기 냉각기(120)와 제강공간(10)에서 메인덕트(101)를 통해 유입된 연소가스의 분진을 필터링하고 정화된 공기를 배출덕트(175)로 배출하고, 메인팬(180)은 배출덕트(175)에 설치되어 메인덕트(101)를 통해 집진기(170)로 유입되는 연소가스의 흡입량을 조절하게 된다.
한편, 도면부호 130은 보조팬으로 냉각기(120)로부터 메인덕트(101)로 배출되는 연소가스의 흐름을 조절하고, 도면부호 190은 집진기(170)를 통해 정화된 가스를 외부로 배출하는 굴뚝(chimney)이다.
제강공간(10)은 전기로(100)와 연소기(110) 등이 설치되어 제강작업을 수행하는 곳으로, 제강공간(10)에서 발생되는 각종 분진이 포함된 연소가스는 캐노피(canopy)에 설치된 메인덕트(101)를 통해 집진기(170)로 배출된다.
그리고, 전기로(100)와 연소기(110)는 노덕트(105)로 연결되며, 연소기(110)와 냉각기(120)도 고온덕트(115)로 연결된다. 상기 냉각기에서 배출된 연소가스는 메인덕트(101)와 연결된 냉각덕트(125)를 통해 집진기(170) 측으로 배출된다.
상기 전기로(100)에서는 강력한 세기의 전기를 이용하여 금속재료를 용융시키기 때문에 많은 분진이 연소가스와 함께 발생되어, 제강공간(10)에서도 상당한 양의 분진이 잔존하게 되고, 이러한 분진을 제거해야만 작업자가 안전하게 제강작업을 할 수 있는 것이다.
전기로(100)에서 발생되는 연소가스 내에는 상당히 유용한 성분들이 다량 포함되어 있기 때문에 이러한 분진을 걸러서 이용하는 것이 바람직하다. 따라서 제강공간(10)에서 발생되는 분진과 함께 전기로(100)에서 배출되는 연소가스 내의 유용한 물질들도 함께 걸러낼 필요가 있는 것이다.
통상적으로 제강공간(10)은 작업자가 작업을 하는 공간이기 때문에 분진이 포함된 공기의 온도가 그렇게 높지 않아 메인덕트(101)를 통해 집진기(170)에서 바로 걸러내도 무방하다. 하지만 전기로(100)와 연소기(110)에서 직접 배출되는 연소가스는 금속을 용융시키는 정도의 고온이기 때문에 이를 냉각시키기 않고 배출시킨다면 배관과 집진기(170)의 필터 등의 부재를 손상시키게 된다.
이에 따라, 전기로와 연소기(110)의 후단에 냉각기(120)를 구비한 것이고, 연소가스는 냉각기(120)에서 온도가 낮춰진 상태에서 메인덕트(101)를 통해 집진기(170)로 유입되는 것이다.
상기 냉각기(120)는 내부의 연소가스로 냉수를 분무하게 되고, 이때 물이 기화하면서 연소가스의 열에너지를 흡수하여 연소가스를 냉각시키게 된다. 물은 액체상태일 때에는 100℃ 이하에서 존재하나, 냉각기(120)로 유입되는 연소가스는 대략 600℃ 내지 1000℃ 정도의 고온으로 유입되기 때문에, 분무되는 액체상태의 물은 연소가스의 열을 흡수하면서 100℃가 넘어서서 기화되는 과정을 거치게 된다. 이러한 과정 중에 물은 가열되나 연소가스는 짧은 시간에 저온으로 냉각되도록 구성한 것이다. 이와 같은 연소가스의 온도는 전기로(100)에서의 제강 조건에 따라 변화될 수 있는 것으로, 재료의 양, 연속 제강시간, 전기로 내부의 온도 등에 따라 변화될 수 있다.
집진기(170)는 연소가스 중에 포함된 분진을 필터링하여 포집하는 필터를 포함하고 있는 데, 상기 필터는 부직포나 폴리에스테르와 같은 재질로 이루어져 있다. 이에 따라 필터는 연소가스 중에 포함된 분진은 필터링하나 공기와 가스는 외부로 배출시킨다. 여기서, 집진기(170)로 유입되는 배출가스의 온도가 너무 높으면 필터가 손상되므로 상기 유입된 연소가스의 온도는 필터의 허용 한계온도보다 낮은 것이 좋다. 하지만, 연소가스의 냉각 온도가 너무 낮으면 연소가스 내에의 기화되었던 물이 액체상태로 변하게 되고, 이는 결국 일부 수증기가 필터에 걸러지게 된다는 것을 의미한다. 이와 같이 액상의 물이 분진과 함께 필터에 붙게 되면 필터의 성능이 저하될 뿐만 아니라 분진 및 수분에 의하여 필터 및 집진기(170) 부재들이 부식되는 등의 부차적인 문제도 발생될 수 있다.
따라서 냉각기에서 메인덕트(101)를 통해 집진기(170)로 유입되는 연소가스의 온도는 100℃ 이상으로 유지되되 필터가 손상되지 않는 온도 범위인 것이 좋다. 폴리에스테르 등과 같은 필터의 경우 대략 130℃ 이상에서는 손상될 수 있으므로 집진기(170)로 유입되는 연소가스는 100℃ 내지 130℃ 범위인 것이 좋다.
일반적으로 냉각기에서 메인덕트(101)를 통해 집진기(170)로 유입되는 연소가스는 필터의 허용 한계온도보다 낮지만, 전기로가 성온 기간일 때는 집진기(170)로 유입되는 연소가스는 필터의 허용 한계온도보다 높은 경우가 발생된다.
도 2는 본 발명에 따른 전기로의 연소가스 냉각 장치를 나타낸 제어 블록도로서, 냉각 장치는 온도센서(140)와 입력수단(151), 댐퍼구동부(153), 제어부(155) 및 비상댐퍼(160)를 포함하여 이루어져 있다.
온도센서(140)는 메인덕트(101)에 설치되어 집진기(170)로 유입되는 연소가스의 온도를 검출한다. 상기 온도센서(140)는 메인덕트(101) 내부에 설치되되 집진기(170)의 입구 측에 위치한 메인덕트(101)에 설치되는 것이 바람직하다.
입력수단(151)은 외부로부터 비상댐퍼(160)의 개방 온도와 개방 시간을 입력받도록 구성되어 있다.
댐퍼구동부(153)는 소정의 제어신호에 따라 구동되어 비상댐퍼(160)의 도어를 개폐시킨다.
비상댐퍼(160)는 집진기(170)의 입구 측의 메인덕트(101) 상에 설치되고 상기 댐퍼구동부(153)에 의해 도어 개방시 메인덕트(101)로 외부 공기를 주입하여 집진기(170)로 유입되는 연소가스를 공냉시킨다.
제어부(155)는 입력수단(151)을 통해 입력된 비상댐퍼(160)의 개방 온도와 시간을 각각 내부 메모리에 설정하고, 상기 온도센서(140)를 통해 검출한 연소가스의 온도와 미리 설정된 온도를 상호 비교하여 검출된 온도가 설정된 온도를 초과하는지를 판단하고, 검출된 온도가 설정된 온도를 초과할 경우에는 댐퍼구동부(153)로 개방 제어신호를 출력하게 된다.
상기에서 제어부(155)는 비상댐퍼(160)를 설정된 시간동안만 개방시키도록 구성할 수도 있지만, 온도센서(140)를 통해 연소가스의 온도를 실시간으로 체크하여 일정 온도에서만 비상댐퍼(160)를 개방시키도록 할 수도 있다.
예컨대, 비상댐퍼(160)의 개방 온도와 시간이 각각 120℃와 3초로 설정되어 있을 경우, 연소가스의 검출 온도가 120℃ 이상이면 제어부(155)는 비상댐퍼(160)를 3초 동안만 개방시킨 후 비상댐퍼(160)를 곧바로 닫는다. 그리고, 비상댐퍼(160)의 개방 온도만 설정되어 있을 경우에는 연소가스의 온도를 실시간으로 체크하여 120℃ 이상에서만 비상댐퍼(160)를 개방시키고, 개방 중 연소가스가 119℃가 되면 비상댐퍼(160)를 곧바로 닫는다.
상기에서 비상댐퍼(160)를 오랫동안 개방할 경우 집진기(170)로 유입되는 연소가스의 온도가 필요 이상으로 낮아지거나 또는 메인덕트(101)의 압력이 낮아져 냉각기(120)나 제강공간(10)의 연소가스의 배출이 원활하지 않을 수 있어 바람직하지 않다.
즉, 본 발명에서는 집진기(170)로 유입되는 연소가스의 온도를 검출하고, 연소가스의 온도가 집진기(170)의 허용 한계온도를 초과할 경우에는 비상댐퍼(160)를 순간적으로 개방하여 집진기(170)로 유입되는 연소가스의 온도를 낮춘다.
상기에서 집진기(170)의 필터가 폴리에스테르 재질일 경우에는 허용 한계온도가 130℃ 정도이지만, 온도특성이 더 우수한 재질일 경우 허용 한계온도가 증가될 수 있고, 온도특성이 상대적으로 낮은 부직포의 경우에는 허용 한계온도가 대략 110℃ 정도로 낮아질 수 있다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 제강공간 100: 전기로
101: 메인덕트 110: 연소기
120: 냉각기 130: 보조팬
140: 온도센서 151: 입력수단
153: 댐퍼구동부 155: 제어부
160: 비상댐퍼 170: 집진기
180: 메인팬

Claims (7)

  1. 메인덕트에 설치되어 집진기로 유입되는 연소가스의 온도를 검출하는 온도센서;
    소정의 제어신호에 따라 구동되어 비상댐퍼의 도어를 개폐시키는 댐퍼구동부;
    상기 메인덕트 상에 설치되고 상기 댐퍼구동부에 의해 도어 개방시 메인덕트로 외부 공기를 주입하여 집진기로 유입되는 연소가스를 공냉시키는 비상댐퍼; 및
    상기 온도센서를 통해 검출한 연소가스의 온도와 미리 설정된 개방 온도를 비교하고, 상기 비교 결과 검출한 온도가 설정된 개방 온도를 초과할 경우에는 댐퍼구동부로 개방 제어신호를 출력하는 제어부;를 포함하는 전기로의 연소가스 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비상댐퍼는 집진기 입구 측의 메인덕트 상에 설치되는 전기로의 연소가스 냉각 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소가스 냉각 장치는, 외부로부터 비상댐퍼의 개방 온도와 개방 시간을 입력받는 입력수단을 더 포함하고,
    상기 제어부는 입력수단을 통해 입력된 비상댐퍼의 개방 온도와 시간을 각각 내부 메모리에 설정하는 전기로의 연소가스 냉각 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 비상댐퍼의 개방시 설정된 시간동안만 개방하는 전기로의 연소가스 냉각 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도센서는 집진기의 입구 측의 메인덕트 내부에 설치되는 전기로의 연소가스 냉각 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 개방 온도는 집진기의 필터가 손상되지 않는 허용 한계온도로 설정되는 전기로의 연소가스 냉각 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 개방 온도는 120℃ 내지 130℃ 범위에서 설정되는 전기로의 연소가스 냉각 장치.
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