KR20110127585A - 고로의 풍구장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로에 열풍을 공급하는 풍구의 내구력을 향상시킨 고로의 풍구자이에 관한 것으로, 고로에 열풍이 공급될 수 있도록 일단이 블로우 파이프와 연결되고 중앙에 상기 블로우 파이프로부터 공급되는 열풍이 이동할 수 있는 이동로를 제공하며, 내부에 냉각을 위한 냉각공간이 형성되어 있는 대풍구와, 상기 대풍구와 연결되고 상기 고로의 내부로 장입되어 상기 대풍구를 통해 공급되는 열풍을 고로의 내부로 공급할 수 있도록 이동로와 연통되는 중공부를 가진 풍구를 구비하며, 상기 풍구의 외주면과 풍구 중공부의 내표면 중 선택된 일측에 크롬, 크롬합금, 텅스텐, 텅스텐 코발트 합금중 적어도 하나로 이루어진 코팅층을 구비한다.

Description

고로의 풍구장치{Tuyere apparatus of blast furnace}

본 발명은 제철소의 고로 풍구장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 풍구의 외면에 코팅층을 형성하여 내구력을 향상시킨 고로의 풍구장치에 관한 것이다.

일반적으로 고로조업에 있어서 풍구의 역할은 열풍을 고로의 하부로부터 노내로 취입하는데 있으며, 그 재질로는 구리 재질의 주물품등이 사용되고 있다.

상기 풍구는 일부가 고로 내부에 돌출하여 위치하고 있기 때문에, 낙하하는 용선이나 슬래그 등 용융물의 충격에 의해 돌발적으로 파손되거나, 가스 등에 의해 지속적으로 마모되어 파손되는 경우가 있다.

이러한 경우에는 고로조업이 중단되는 상황이 초래된다. 그러므로 고로조업을 안정하게 유지하기 위해서는 주기적으로 풍구를 점검하여 관리하거나, 조업 중에 돌발적으로 발생하는 풍구의 파손을 감지하여 고로조업이 불안정하게 되는 것을 방지하는 방법이나 장치 또는 관리수단이 필요하게 된다.

이를 더욱 상세하게 설명하면, 고로공정은 연속적으로 용선(쇳물)을 생산하는 공정으로서, 선회슈트를 이용하여 고로의 상부로 철광석과 코크스를 번갈아 가며 투입하고, 상기 고로의 하부로는 약 1100~1200℃의 공기인 열풍을 불어 넣으며, 풍구 하부에 형성된 용선 배출구를 통해 용선을 배출하는 공정이다.

상기 고로공정에서 투입된 철광석과 코크스는 상기 고로의 상부로부터 하부로 강하하게 되며, 상기 풍구를 통해 불어 넣는 열풍은 상기 고로의 상부로 상승함에 따라 상호 교차하면서 연화 융착대를 형성하여 철광석을 녹이고 코크스를 태우는 반응을 연속적으로 유지함으로써 용선이 생산된다. 상기 연화 융착대의 하부로는 철광석이 녹은 용선과 슬라그(용융물), 그리고 코크스가 계속하여 내려오게 되며, 상기 풍구를 통해서는 고온 및 고압의 열풍이 계속 공급됨에 따라 연소대를 형성하게 된다.

상기와 같이 상기 고내의 상부로부터 용융물과 코크스가 강하되므로, 상기 강하되는 용융물과 코크스의 충격에 의하여 풍구가 파손되거나 또는 고온 고압의 열풍으로 인하여 상기 풍구는 항상 마모되어 파손되는 위험을 안고 있다. 상기한 이유로 풍구의 재질은 일반적으로 열전도도가 우수한 구리를 채용하여 1500~2300℃ 이상의 고온 분위기에서도 내구성을 갖도록 하며, 또한 그 내부에는 냉각수가 흐르는 통로를 설치하여 풍구를 보호하고 있다.

그러나, 고로의 상부로부터 하부로 연속적으로 강하하는 용융물과 코크스 등

에 의하여 풍구의 상부가 부분적으로 용융되거나 외부적인 충격에 의해 파손되는 현상이 자주 발생되는 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 내구성이 향상된 풍구가 대한민국 실용신안등록 제 005760호에 개시되어 있다. 개시된 풍구는 내부에 나선형으로 형성되어 냉각수가 순환되는 공간이 형성된 선단 냉각유로의 내측면 바닥 또는 상기 내측면 전체에 Ni-Cr 합금층이 육성 용접된 기술적 구성을 가진다. 이는 Ni-Cr으로 이루어진 고강도 재질의 하드 페이싱(Hard Facing)을 풍구의 상부측에 용접하는 형태로 덧살을 붙여서 사용하는 방법이 이용되고 있지만, 육성용접의 특성상 Ni-Cr 합금층의 균일한 가공이 어렵고, 나아가서는 내구력의 특성유지가 어렵다. 특히 Ni-Cr 합금의 내열온도 및 내부식성이 좋지 않아 열충격 외력에 의해 풍구가 쉽게 손상되는 문제점이 있다.

그리고, Ni-Cr의 덧살을 붙이는 방식으로 인한 풍구의 수명은 비교적 증가하였지만, 상기 풍구의 상부가 패이는 현상 및 내부 균열에 의해 손상되는 근본적은 문제점을 해결하지 못하고 있다. 특히 Ni-Cr를 이용하여 육성용접을 하는 경우, 풍구의 모재인 구리와 합금층이 형성되어 풍구의 연성이 떨어지는 문제점이 있으며, 풍구의 외측에 형성된 합금층에 의한 취성의 증가한다. 그리고 상기 풍구를 통하여 공급되는 열풍에 미분탄이 편승되어 공급된 후 풍구의 출구측에서 확포되므로 되므로 이 미분탄에 의해 풍구의 출구 특히, 출구의 내주면이 마모되어 약화됨으로써 대형사고를 야기시키는 문제점이 있다.

한편, 공개 특허 제 2004-0094228호에는 열손방지용 고로 풍구가 게시되어 있으며, 등록 특허 제 0838841호에는 고로의 돌기형 풍구가 게시되어 있으며, 등록 특허 제 067115호에는 냉각 성능이 우수한 풍구가 게시되어 있다. 그리고 공개 특허 제 2010-007597호에는 용손방지용 풍구가 개시되어 있다. 이 풍구는 고로의 내측에 일부가 삽입되는 몸체(100); 상기 몸체(100)의 표면 외측에 밀폐 공간이 형성되도록 몸체(100)의 표면에 용접 결합되는 파이프(200); 및 상기 파이프(200)의 내측 밀폐 공간에 압입되는 압입 부재(300);를 포함한다. 이러한 풍구는 풍구 몸체의 외주면에 밀폐공간을 형성하는 파이프가 설치된 구성을 가지고 있으므로 설치공간이 상대적으로 넓고, 유지 보수가 어렵다. 특히 미분탄과 열풍 공급 및 분사를 위한 내주면을 보호할 수 없으므로 풍구의 내구력을 향상시키는데 한계가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고로의 내부로 공기를 공급하기 위한 풍구의 파손 또는 용손 변형을 방지할 수 있으며, 풍구의 마모를 방지하여 수명을 향상시킬 수 있는 고로의 풍구장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 풍구의 내구력을 향상시킬 수 있으며, 특히 풍구의 중공 즉, 미분탄에 의한 풍구의 출구측 내면의 손상을 방지할 수 있어 고로의 장착에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 나아가서는 안전사고를 방지할 수 있는 고로의 풍구 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고로 풍구장치는 고로에 열풍이 공급될 수 있도록 일단이 블로우 파이프와 연결되고 중앙에 상기 블로우 파이프로부터 공급되는 열풍이 이동할 수 있는 이동로를 제공하며, 내부에 냉각을 위한 냉각공간이 형성되어 있는 대풍구와, 상기 대풍구와 연결되고 상기 고로의 내부로 장입되어 상기 대풍구를 통해 공급되는 열풍을 고로의 내부로 공급할 수 있도록 이동로와 연통되는 중공부를 가진 풍구를 구비하며,

상기 풍구의 외주면과 풍구 중공부의 내표면 중 선택된 일측에 크롬, 크롬합금, 텅스텐, 텅스텐 코발트 합금중 적어도 하나로 이루어진 코팅층을 구비한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 코팅층은 전기도금 또는 용사코팅되어 이루어진다.

본 발명에 따른 고로 풍구장치는 고로에 장착되어 사용 시 풍구의 외주면 또는 이와 중공부의 내표면에 코팅층이 형성되어 있으므로 용선과 환원되지 못한 철광석 및 연소대에서 강력하게 회전하는 코크스의 기계적인 마모로부터 풍구를 보호할 수 있으며, 외부로부터 가하여지는 충격으로부터 보호할 수 있어 고로 풍구장치의 수명을 연장할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 풍구장치가 장착된 고로를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 고로에 풍구장치가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 단면도,
도 3은 고로의 풍구장치에 있어 대풍구와 풍구를 나타내 보인 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 고로의 풍구를 나타내 보인 분리사시도,
도 5는 풍구의 용사코팅된 상태를 나타내 보인 사시도,

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고로에 설치되어 열풍을 공급하기 위한 고로 풍구장치의 일예를 도 1 내지 도 3에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 고로 풍구장치(20)는 고로(100)의 하부측에 설치되어 고로(100)의 내부로 열풍을 공급하기 위한 것으로, 공급되는 열풍을 통해 고로(100) 내에서는 코크스가 연소되고, 철광석이 용융된다.

도 2를 참조하면, 풍구장치(20)는 블로우 파이프(미도시)와 연통되는 대풍구(21)와, 대풍구(21)와 연통되고 고로(100)의 내부로 장입되는 풍구(30)를 구비한다. 대풍구(21)는 풍구(30)와 연결되는 단부를 향해 진행할수록 직경이 점점 좁아지는 절두원추형으로 형성되어 있으며, 중앙에 블로우 파이프를 통해 유입되는 열풍이 이동할 수 있는 공기의 이동로(22)가 형성되어 있다. 그리고 내부에는 냉각을 위한 냉각공간이 형성되어 있다. 도시되지는 않았으나 대풍구(21)의 일측에는 상기 냉각공간으로 냉각수를 급수할 수 있도록 급수구가 형성되어 있으며, 타측에는 냉각공간을 통과한 냉각수가 배출될 수 있는 배출구가 형성되어 있다. 따라서 급수구를 통해 냉각수가 유입된 후 냉각공간을 경유하여 이동하는 동안 대풍구(21)와 열교환 된 후, 배출구를 통해 냉각수가 배출됨으로써 대풍구(21)의 냉각이 이루어진다.

상기 풍구(30)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 대풍구(21)의 선단에 연결되어 있으며, 이동로(22)와 연통되는 중공부(31)가 형성되어 있기 때문에 미분탄이 편승된 열풍이 이 중공부(31)를 통해 고로(100)의 내부로 공급될 수 있다.

도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 풍구(30)의 외주면에는 물리적인 충격에 풍구(30)의 외주면이 손상되는 것을 방지하기 위해 크롬, 크롬합금, 텅스텐, 텅스텐 코발트 합금중 적어도 하나로 이루어진 코팅층(200)이 형성된다.

상기 코팅층은 전기도금 또는 용사 코팅되어 이루어질 수 있다. 상기 전기도금 또는 용사되어 이루어진 코팅층은 두께가 0.5 내지 1.5mm로 형성될 수 있는데, 코팅층의 두께를 1mm로 형성함이 바람직하다.

상기 코팅층(200)을 용사코팅 하는 경우, 크롬, 크롬합금, 텅스텐, 텅스텐 코발트 합금중 적어도 하나의 금속을 용융상태로 풍구(30)의 표면에 분사하여 코팅층을 형성하게 된다. 이 경우 코팅층은 금속입들이 풍구(30)의 표면에 분사되어 피착되므로 풍구(30) 모재층인 구리와 합금층이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 용사코팅의 경우 풍구(30)의 중공부(31)의 출구측 내주면에 코팅층을 형성할 수 있으므로 열풍과 편승되어 분사되는 미분탄에 의해 중공부의 출구측이 마모되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 용사(spraying)에 의해 형성된 코팅층(200)은 다공질을 이루게 되므로 방열특성을 향상시킬 수 있다.

그리고 전기도금법에 의해 크롬 또는 크롬합금으로 이루어진 상기 코팅층(200)은 도 5에 도시된 바와 같이 풍구(30)의 외주면과 중공부(31)의 내표면에 형성된다. 상기와 같이 형성된 코팅층(200)은 구리로 이루어진 풍구의 표면에 형성되므로 코팅층과의 융착된 층이 형성되지는 않는다.

상기와 같이 풍구의 표면에 코팅층을 형성하기 위해서는 풍구 모재의 표면에 미세한 요철을 형성할 수 있으며, 플라즈마 표면처리 등을 수행하여 세척할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 고로의 풍구장치는 고로(100)의 하부에 원주방향을 따라 설치되는데, 상기 풍구(30)는 열풍을 공급하기 위한 대풍구와 연결되며 일부가 고로의 내부로 노출된다.

상기 고로의 내부에 노출된 풍구(30)는 고로의 상부에서 하부로 강하하는 용융물이 풍구(30)의 상부에 마련된 코팅층(200)으로 흘러내리게 되는데, 이때 열용량이 큰 용선은 코팅층(200)을 따라 상기 풍구(30)의 하부로 흘러 내려가게 되며, 열용량이 작아서 쉽게 응고되는 슬라그는 상기 편재(41)의 표면에 충격을 가하거나 편재(41)의 표면에 응고층을 형성하게 된다.

상기 응고층은 용융물(용선과 슬라그)이 냉각수가 통과하는 풍구(30)의 외주면에 설치되는 코팅층(200)과 충돌할 때 상기 용융물(유체)과 코팅층 사이에 발생되는 열전도에 의해 유체의 얇은 층(경계층)이 발생되며, 상기 경계층에 다시 얇은 수막이 형성된다.

그리고 또한, 상기 코팅층은 상부로부터 강하되는 코크스 또는 미처 환원되지 못한 철광석 덩어리로부터 풍구(30)의 외주면을 보호하는 작용을 한다. 즉, 고체 상태인 철광석과 코크스가 풍구 선단의 연소대에서 회전되면서 가하는 충격력 이 코팅층에 의해 차단되므로 상기 풍구 외주면의 기계적인 마모를 방지할 수 있다. 풍구를 통하여 공급되는 열풍은 미분을 포함하고 있는데, 이 미분에 의해 풍구의 내주면 특히, 풍구의 출구와 인접되는 내주면이 집중적으로 마모되는 것을 방방지 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 풍구의 외주면에 크롬 또는 크롬합금, 텅스텐 합금 등의 내마모성 소재로 이루어진 코팅층이 형성되어 있으므로 풍구 자체의 변화를 방지하고, 코팅층에 의해 용선과 환원되지 못한 철광석 및 연소대에서 강력하게 회전하는 코크스에 의해 풍구의 내외주면에 기계적인 마모가 발생되는 것을 근본적으로 방지할 수 있으며, 풍구의 수명을 연장시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

본 발명의 고로의 풍구장치는 제철소의 고로에 널리 적용 가능하다.

20; 풍구장치
30; 풍구 21; 대풍구
200(300); 코팅층

Claims (3)

1. 고로에 열풍이 공급될 수 있도록 일단이 블로우 파이프와 연결되고 중앙에 상기 블로우 파이프로부터 공급되는 열풍이 이동할 수 있는 이동로를 제공하며, 내부에 냉각을 위한 냉각공간이 형성되어 있는 대풍구와, 상기 대풍구와 연결되고 상기 고로의 내부로 장입되어 상기 대풍구를 통해 공급되는 열풍을 고로의 내부로 공급할 수 있도록 이동로와 연통되는 중공부를 가진 풍구를 구비하며,
   상기 풍구의 외주면과 풍구 중공부의 내표면 중 선택된 일측에 크롬, 크롬합금, 텅스텐, 텅스텐 코발트 합금중 적어도 하나로 이루어진 코팅층을 구비한 것을 특징으로 하는 고로의 풍구장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 코팅층은 전기도금 또는 용사되어 이루어진 것을 특징으로 하는 고로의 풍구장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 코팅층이 형성된 풍구 모재의 표면에 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 고로의 풍구장치.
   
   

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