KR20120054439A - 버너 블록 및 고체 용해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버너 블록 및 고체 용해 장치에 관한 것으로서, 고체 상태의 몰드 플럭스를 용해할 때 발생되는 흄을 저감시키는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태인 고체 용해 장치는 분사 노즐을 가지는 버너와, 상기 버너의 화염 연소 공간인 연소실의 내부 측벽의 직경이 연소실의 내측으로 향하면서 직경이 좁아지는 경사 구조를 가지는 버너 블록을 포함한다. 상기 연소실의 내부 측벽은, 직선면 또는 구면 형태로 되어 있음을 특징으로 한다. 상기 개방되어 있는 연소실의 일측벽과 내부 측벽이 연결되는 모서리가 모따기면으로 되어 있음을 특징으로 한다. 상기 경사는, 150°보다 작은 기울기를 가진다. 상기 경사는, 95°~ 130°이내의 기울기를 가짐을 특징으로 한다.

Description

버너 블록 및 고체 용해 장치{Burner block And Apparatus for melting solid matter}

본 발명은 버너 블록 및 고체 용해 장치에 관한 것으로서, 고체 상태의 몰드 플럭스를 용해할 때 발생되는 흄을 저감시키는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 연속 주조 장치에서 제조되는 주편(슬라브, 빌렛, 블룸, 랭크 등을 총칭)은 래들(ladle)로부터 액체 상태의 용강을 공급받아, 이를 저장하는 턴디쉬(tundish)를 거쳐 주형(mold)을 통과하면서, 주형에서의 냉각작용에 의해 고체 상태의 응고쉘을 형성하게 된다. 이와 같이 용강이 냉각된 응고쉘은 그의 하부에 설치된 가이드롤에 의해 안내를 받으면서 스프레이 노즐로부터 분사되는 2차 냉각수에 의해 응고가 진행되어 완전한 고체 상태의 주편 형태로 제조된다.

이러한 철강의 연속 주조 조업 중 용강이 주형 내에 공급될 때 용강뿐만 아니라 부자재인 몰드 플럭스도 투입된다. 몰드 플럭스는 일반적으로 분말 혹은 과립과 같은 고체 상태로 투입되어 주형 내에 공급된 용강에서 발생된 열에 의해 용융되어 용강과 주형 사이의 열전달을 제어하고 윤활능을 향상시킨다.

주형(mold)에서의 윤활작용을 위해 공급되는 몰드 플럭스는 균일한 분포 및 윤활능의 향상 등을 위하여 몰드 플럭스 용해로 내에서 액상의 상태로 변환된 후 주형에 공급되고 있다. 즉, 연속 주조 공정에서는 고속주조 실현 및 주편품질 향상을 위해 몰드 플럭스를 주형에 공급하는데, 상온의 몰드 플럭스를 1,400℃ ~1,450℃ 의 온도로 몰드 플럭스 용해로 내에서 용해시켜 주조 중에 연속적으로 주형에 공급한다.

도 1은 몰드 플럭스를 용해시키는 종래의 버너 및 버너블록을 가질 때의 화염 기류 및 흄 기류를 도시한 블록도이다.

버너(100)는 버너본체인 하우징(110)와 버너건(130)을 구비하며, 버너블록(200)은 연소실을 구비하여 외부 공기를 유입하여 연소를 촉진시킨다. 버너건(130)은 버너건 주변을 감싸는 버너블록(200) 내의 연소실을 향해 화염을 내뿜어 몰드 플럭스 용해로 내의 몰드 플럭스를 용해시킨다. 예컨대, 몰드 플럭스 용해로의 외면을 버너로 가열함으로써 몰드 플럭스 용해로 내의 몰드 플럭스를 용해시킨다.

그런데, 도 1과 같은 기존의 사각 형태의 버너블록(200) 구조에서는 몰드 플럭스 용해 시에 다량의 흄(fume)이 발생하는 문제가 있다. 버너 연소에 의한 기류 발생으로, 즉, 베르누이 현상(Bernoulli Theorem)에 의한 기압 차이로 흄이 버너건의 노즐 내부로 침투 융착되어 승온 작업의 어려움과 연소불꽃 각도 변화로 버너블록 및 용해로 벽체가 용손되는 문제가 있다.

상기 문제 해결 방법은 작업자가 매일 버너건(130)에 융착된 흄의 융착층을 청소하여 사용하고 있으나, 이러한 방식으로는 버너의 불꽃 변화를 막을 수 없으며, 버너 청소하기 위해 주조 중에 버너 작동을 정지시키면 몰드 플럭스 용해로 온도의 급격한 하락을 막을 수 없기에 한계가 있었다.

한편, 버너건(130)에서 화염을 분사하는 분사 노즐은 다수의 홀(hole)로 되어, 복수홀을 통해 화염을 분사하기 때문에, 다수의 홀 중에서 어느 하나의 홀이라도 막힐 시에는 불꽃의 변화가 심하여 안정적인 고온 화염을 유지할 수 없는 문제가 있다.

본 발명의 기술적 과제는 고체 용해 시에 발생되는 흄 융착을 방지하는데 있다. 본 발명의 기술적 과제는 연속 주조 작업에서 몰드 플럭스 용해로의 안정된 온도를 유지하는데 있다. 본 발명의 기술적 과제는 버너의 흄 융착을 방지하기 위하여 버너 블록의 형상을 경사지게 하는데 있다. 본 발명의 기술적 과제는 버너의 흄 융착을 방지하기 위하여 노즐 끝단의 형상을 경사지게 하는데 있다.

본 발명의 실시 형태인 고체 용해 장치는 분사 노즐을 가지는 버너와, 상기 버너의 화염 연소 공간인 연소실의 내부 측벽의 직경이 연소실의 내측으로 향하면서 직경이 좁아지는 경사 구조를 가지는 버너 블록을 포함한다.

상기 연소실의 내부 측벽은, 직선면 또는 구면 형태로 되어 있음을 특징으로 한다. 상기 개방되어 있는 연소실의 일측벽과 내부 측벽이 연결되는 모서리가 모따기면으로 되어 있음을 특징으로 한다. 상기 경사는, 150°보다 작은 기울기를 가진다. 상기 경사는, 95°~ 130°이내의 기울기를 가짐을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면 고체 용해 시에 발생되는 흄이 버너 및 버너 블록에 융착되는 것을 방지할 수 있다. 흄이 버너 및 버너 블록에 융착되지 않음으로서, 몰드 플럭스 용해로의 안정된 온도를 유지할 수 있다. 흄이 버너 및 버너 블록에 융착되지 않음으로써, 작업자가 일일이 흄을 제거할 필요가 없어 작업 효율이 향상될 수 있다. 흄이 버너에 융착되지 않음으로써, 버너의 사용 수명을 늘릴 수 있다. 흄이 버너 블록에 융착되지 않음으로써, 버너 블록의 벽체 파손을 방지할 수 있다.

도 1은 몰드 플럭스를 용해시키는 종래의 버너 및 버너블록을 가질 때의 화염 기류 및 흄 기류를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 몰드 플럭스를 용해시키는 버너 및 버너블록으로 이루어진 고체 용해 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 버너 및 버너블록을 가지는 고체 용해 장치의 구조하에서 화염의 기류 및 흄 기류를 도시한 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 버너블록의 연소실의 내부 측벽과 개방된 일측벽의 연결된 부분이 모따기 처리되어 있는 모습을 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시에에 따라 연소실의 내부 측벽이 측벽바깥으로 된 구면 형태로 되어 있음을 도시한 그림이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 연소실의 내부 측벽이 안쪽으로 들어간 구면 형태로 되어 있음을 도시한 그림이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 몰드 플럭스를 용해시키는 버너 및 버너블록으로 이루어진 고체 용해 장치를 도시한 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 고체 용해 장치는 화염을 방사하는 버너와 버너의 화염 연소가 이루어지는 연소실 공간을 제공하는 버너 블록을 포함한다.

상기 버너는 내부중앙에 오일충전실(111)과 챔버(112) 및 일측단부에 플렌지부(113)가 일체로 성형된 하우징(110)과, 상기 오일충전실(111)에 배설되는 오일 스프레이건(115)과, 상기 챔버(112)에 장착되는 버너건(130)과, 상기 버너건(130)의 선단부에 위치하는 버너블록(200)으로 구성되어 있다.

상기 오일 스프레이건(115)은 오일공급관(116)으로부터 공급되는 오일에 함유되어 있는 각종의 이물질을 필터링하는 오일필터(117)와 오일을 전측으로 공급하는 스프레이노즐(117a)과 선단부의 분사노즐(118)에 일체로 장착되어 오일충전실(111)과 연통되도록 장착된 오일 스프레이관(119) 및 하우징(110)의 후측에 착탈 가능토록 장착되는 필터플러그(117b)로 구성되어 있다.

상기 오일 스프레이관(119)의 선단부에 위치하는 분사노즐(118)은 오일의 분사와 함께 후술하는 믹스에어가 와류현상을 일으키면서 공급되어 오일과 혼합되면서 완전연소가 이루어지도록 하기 위한 것이다.

또한, 상기 버너건(130)은 압축공기와 가스(예컨대, LNG가스)를 혼합하는 믹서(121)와 혼합된 믹스에어를 챔버(112)에 공급하는 가스 공급관(122)과 오일 스프레이관(119)과 일정간격을 두고 챔버(112)와 연통되도록 장착된 믹스에어 스프레이관(123)으로 구성되어 있다.

상기 가스 공급관(122)의 일정부위에는 가스의 공급도중에 가스의 역화나 후레쉬백의 발생을 방지하여 연속적으로 완전연소가 가능하도록 가스의 연소속도를 늦추기 위하여 아토마이징 압축공기에 가스를 혼입하여 공급하도록 구성되어 있다.

이때 가스 발생기의 사용압력은 1㎏/㎠이하이므로 이보다 높은 압력의 압축공기에 가스를 혼입시킬 수 있도록 하기 위하여 가스 공급관(122)의 일정부위에 믹서(121)가 장착되어 있다.

가스공급관(122)에는 가스의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(122a)를 설치하고, 가스공급관(122)과 압축공기공급관(124)에는 가스와 압축공기가 자동으로 공급되도록 솔레노이드밸브(122b,124a)가 장착되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 오일 스프레이관(119) 및 믹스에어 스프레이관(123)은 화염 분사되는 상단에 1개의 홀 형태로 된 단일의 분사 노즐(118)로 형성되어 있다. 또한, 오일 스프레이관(119) 및 믹스에어 스프레이관(123)의 상단부에 위치한 분사 노즐은 화염 방사 방향으로 내부 측면에 직경이 좁아지는 경사(taper)를 두어 산소 분사시에 가스와 잘 혼합되도록 유도할 수 있다.

상술하면, 오일 스프레이관(119) 및 믹스에어 스프레이관(123)을 가지는 버너건(130)의 화염 방사 끝단에 위치하는 분사노즐(118)은 하나의 분사홀을 갖는 단일 분사 노즐 구조를 가진다. 단일 분사 노즐 구조로 인하여 화염 불꽃의 변화가 심하지 않는 장점을 가진다. 종래에는 다수개의 분사홀(예컨대, 6개의 분사홀)을 가지는 분사 노즐 구조를 가지고 있어서 1개의 분사홀이 막히는 경우 화염 불꽃의 변화가 심하였다. 그러나 본 발명의 실시예는 분사 노즐을 단일 홀패턴으로 구현하여 화염 불꽃을 일정하게 유지하도록 하였다. 이를 위하여 오일 스프레이관(119) 및 믹스에어 스프레이관(123)의 끝단에 위치하는 분사 노즐은 단일의 홀 형태로 되어 있다.

또한, 본 발명의 오일 스프레이관(119) 및 믹스에어 스프레이관(123)의 상단에 위치하는 단일 홀 구조의 분사 노즐(118)의 내부 측면은 화염 방사 방향으로 직경이 좁아지는 경사지도록 하는 구조를 가지도록 한다. 이러한 경사 구조를 가짐으로써 오일 스프레이관(119)에서 전달되는 오일과 믹스에어 스프레이관(123)에서 전달되는 믹스에어가 서로 잘 혼합되어 방사되도록 유도할 수 있다.

한편, 상기 믹스에어 스프레이관(123)의 선단 외주연에 설치되는 버너블록(200)은 내부에 일정공간의 연소실(250)이 구비되어 있다. 상기 연소실(250)은 버너의 화염이 연소되는 공간으로서 연소실의 일측벽이 개방되어 있다. 버너건(130)은 버너건 주변을 감싸는 버너블록(200) 내의 연소실(250)을 향해 화염을 내뿜으며, 이러한 화염은 몰드 플럭스 용해로를 가열하여 용해로 내의 몰드 플럭스를 용해시킨다.

버너블록(200)의 연소실(250)의 내부 측벽은, 연소실의 내측 중앙으로 향하면서 일정 각도의 기울기로 직경이 좁아지는 경사(taper) 구조를 가진다. 이러한 경사 구조를 가짐으로써, 버너건에서 화염이 분사될 시에 버너블록 내부 측벽에 측류를 발생시킬 수 있게 된다. 이러한 측류 발생으로 인하여 버너 및 버너블록에 생기는 흄을 방지할 수 있는데, 흄 기류를 도시한 도 3과 함께 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 버너 및 버너블록을 가지는 고체 용해 장치의 구조하에서 화염의 기류 및 흄 기류를 도시한 그림이다.

도 3을 참조하면, 버너건(130)을 감싸는 버너블록(200)의 내부 측면은, 내부 중앙의 내측으로 향하면서 일정 각도의 기울기로 직경이 좁아지는 경사(taper) 구조를 가지고 있음을 알 수 있다. 상기 경사 구조로 인하여 버너건(130)에서 분사되는 화염은 정면 기류 뿐만 아니라 내부 측벽을 따라 흐르는 측류를 발생시킨다.

내부 측벽을 따라 흐르던 측류는 버너블록(200)의 상부외벽에 도달하여 보호층 기류 형태의 경계층(boundary layer)을 형성하게 된다. 이러한 경계층은, 버너화염에 의해 용해되는 몰드 플럭스에서 발생되는 흄(fume) 기류를 차단하게 된다.

참고로, 흄(fume)은 일반적으로 금속이 용해될 때 산화작용에 의해 증발되는 미립입자를 말하는 것으로서, 버너에 의해 몰드 플럭스를 용해하게 되면 미립자 기류인 흄 기류가 발생된다. 따라서 본 발명의 실시예는 버너블록(200)의 내부 측벽을 경사(taper) 구조로 하여, 버너블록(200)의 상부외벽에 경계층이 형성되게 함으로써, 분말 혹은 과립과 같은 고상의 원료로 된 몰드 플럭스 용해 시에 발생되는 흄 기류가 버너 및 버너블록에 유입되는 것을 차단할 수 있다.

상기 연소실의 내부 측벽의 경사 각도는, 내부 측벽의 바닥벽과 내부 측벽간의 경사가 90°보다 큰 둔각을 가지면서, 150°보다 적은 경사 각도를 가진다. 실험에 의하면, 경사가 150°보다 큰 경사를 가질 경우에는, 화염이 집중되지 못하고 옆으로 퍼지어 버너 본래의 기능을 수행하지 못하기 때문이다.

또한, 실험에 의한 최적의 경사각은, 95°~ 130°이내의 기울기를 가짐이 바람직하다. 95°이하의 경사각을 가질 경우, 화염이 전방으로만 뿜어대어, 버너 화염 측류에 의한 경계층의 두께가 얇아져서 흄 이동기류가 연소실 내부로 들어오기 때문이다.

한편, 연소실의 내부 측벽과 연소실의 개방된 일측벽과의 연결된 모서리 부분은 도 4와 같이 모따기 처리된 모따기 면을 가지도록 구현할 수 있다. 경계부분이 모따기 면을 가짐으로서 버너 화염 측류가 연소실의 개방된 일측벽에 쉽게 도달하도록 하여, 경계층을 더욱 두껍게 형성할 수 있다.

또한, 연소실의 내부 측벽은 직선면 이외에도 다양한 형태를 가질 수 있는데, 도 5에 도시한 바와 같이 연소실의 내부 측벽이 연소실 내부로 돌출되는 구면 형태로 구현될 수 있다. 또는, 도 6에 도시한 바와 같이 연소실의 내부 측벽이 측벽 안쪽으로 들어간 구면 형태로 되어 있을 수 있다. 상기와 같이 구면 형태로 연소실의 내부 측벽을 구현하여 버너 화염 측류에 구형의 방향성을 부여함으로써, 경계층을 더욱 두껍게 형성하며 연소실 내부를 흄기류로부터 보호할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100: 버너 110: 하우징
118: 분사노즐 119: 오일 스프레이관
123: 믹스에어 스프레이관 130: 버너건
200: 버너블록 250: 연소실

Claims (9)

1. 버너의 화염이 연소되는 공간인 연소실의 일측벽이 개방되어 있는 버너 블록에 있어서,
   상기 연소실의 내부 측벽의 직경이, 연소실의 내측으로 향하면서 좁아지는 경사 구조를 가지는 버너 블록.
2. 분사 노즐을 가지는 버너;
   상기 버너의 화염 연소 공간인 연소실의 내부 측벽의 직경이 연소실의 내측으로 향하면서 직경이 좁아지는 경사 구조를 가지는 버너 블록
   을 포함하는 고체 용해 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 연소실의 내부 측벽은, 직선면 또는 구면 형태로 되어 있음을 특징으로 하는 고체 용해 장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 개방되어 있는 연소실의 일측벽과 내부 측벽이 연결되는 모서리가 모따기면으로 되어 있음을 특징으로 하는 고체 용해 장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 경사는, 150°보다 작은 기울기를 가지는 고체 용해 장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 경사는, 95°~ 130°이내의 기울기를 가짐을 특징으로 하는 고체 용해 장치.
7. 청구항 2에 있어서, 상기 버너는, 상기 분사 노즐의 끝단이 화염 방사 방향으로 직경이 좁아지는 고체 용해 장치.
8. 청구항 2에 있어서, 상기 분사 노즐은 단일홀을 통해 화염을 분사함을 특징으로 하는 고체 용해 장치.
9. 청구항 2에 있어서, 상기 버너는 본체인 하우징과 화염 분사하는 버너건을 포함하며, 상기 버너건은,
   공기 및 가스가 혼합된 믹스에어를 상기 분사 노즐에 제공하는 믹스에어 스프레이관;
   상기 분사 노즐에 오일을 제공하는 오일 스프레이관
   을 포함하는 고체 용해 장치.

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