KR20130136868A - 원료의 장입장치 및 장입방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원료의 장입장치 및 장입방법에 관한 것으로서, 원료를 공급하는 원료공급부와, 상기 원료공급부로부터 공급되는 원료를 저장기로 이송하는 장입 슈트를 포함하는 원료의 장입장치로서, 상기 장입 슈트는 상기 원료의 이송 경로가 사이클로이드 곡선 형태의 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하고, 원료의 통기성을 향상시켜 소결광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

원료의 장입장치 및 장입방법{Charging apparatus for raw material and the method thereof}

본 발명은 원료의 장입장치 및 장입방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료의 통기성을 향상시킬 수 있는 원료의 장입장치 및 장입방법에 관한 것이다.

일반적으로 소결공장에서는 소결원료를 장입장치를 이용하여 소결기의 소결대차로 장입하여 소결광을 제조하고 있다. 도 1에는 일반적인 소결원료 장입장치가 도시되어 있다. 소결원료 장입장치는, 미분 철광석, 석회석 등 부원료 및 연료인 미분 코크스를 배합한 소결원료(1)가 저장된 소결원료호퍼(2)와 이 소결원료를 그 회 전에 의해 소결원료호퍼의 호퍼게이트(4)를 거쳐 하부로 공급하는 드림 피더(3)로 구성되는 원료공급부와, 공급되는 소결원료를 소결대차(8)에 먼저 깔려 있는 바닥광의 위로 장입하는 슈트(10)로 구성되어 있다. 슈트(10)는 경사판(11)으로 이루어져 소결대차(8)의 상부에는 작은 입자, 하부에는 큰 입자가 장입(수직편석조장)되도록 소결원료를 분급하는 역할을 한다. 소결대차(8)에 소결원료(1)가 장입되면 소결원료의 표면을 표면고름판(6)으로 고르게 하여 점화로(7)에서 점화하고 흡인블로어(미도시)에 의한 풍상에서 하부로 흡인되는 공기에 의하여 소결원료 내에 포함되어 있는 코크스의 연소에 의해 소결반응을 진행시켜 소결광을 제조한다.

이러한 소결조업에 있어서는, 소결대차에서의 원료의 장입상태를 하부에는 큰 입자, 상부에는 작은 입자가 위치하도록(수직편석조장)하여 연료인 코크스가 상부에 많도록 인위적으로 조장하는 것이 필요하다. 수직편석이 효과적으로 조장되면, 소결기 상-하 방향의 열량불균형 현상이 억제되는 한편, 소결기내 원료층에 유입되는 공기의 저항(통기저항)을 낮추어 소결광 생산성이 향상된다. 이때, 가능하면 소결기 폭방향으로도 원료의 장입밀도를 계속하여 고르게 유지되도록 하는 것이 최상인 것은 주지의 사실이다.

그러나 실제 조업 중 슈트 상에 부착광이 발생하거나 소결대차에 쌓인 원료가 무너져 내리는 등 다양한 변수에 의해 원료의 장입밀도, 즉 편석도가 저하되어 통기성이 저하되는 문제점이 있다. 이로 인해 소결광의 품질 및 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

JP 1974-19004 A JP 1984-158991 A KR 411280 B

본 발명은 장입된 원료의 편석도를 향상시켜 통기성을 향상시킬 수 있는 원료의 장입장치 및 장입방법을 제공한다.

본 발명은 제조되는 소결광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 원료의 장입장치 및 장입방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 원료의 장입장치는, 원료를 공급하는 원료공급부와, 상기 원료공급부로부터 공급되는 원료를 저장기로 이송하는 장입 슈트를 포함하는 원료의 장입장치로서, 상기 장입 슈트는 상기 원료의 이송 경로가 사이클로이드 곡선 형태의 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 장입 슈트에서 상기 원료가 유입되는 부분이 수직 방향과 이루는 입사각은 상기 원료가 배출되는 부분이 수평 방향과 이루는 탈출각보다 작을 수도 있다. 이때, 상기 입사각은 5 내지 50°이고, 상기 탈출각은 10 내지 60°일 수도 있다.

상기 장입 슈트는 복수의 롤러 또는 경사판으로 형성될 수도 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 원료의 장입방법은, 원료의 장입 방법으로서, 원료를 마련하는 과정과; 상기 원료를 장입 슈트에 공급하는 과정; 및 상기 장입 슈트에 공급된 원료를 사이클로이드 곡선 형태의 경로로 이송하여 저장기에 장입하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 저장기에 장입하는 과정에서 상기 원료는 수직 이탈 속도보다 더 큰 수평 이탈 속도를 가지며 상기 장입 슈트에서 이탈할 수도 있다.

상기 저장기는 상기 장입 슈트에서 원료가 이탈하는 방향과 반대 방향으로 이동할 수도 있다.

상기 저장기에 장입하는 과정에서 상기 원료는 밀도 또는 크기가 큰 입자부터 장입될 수도 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 원료의 장입장치 및 장입방법은, 장입 슈트에서 이탈하는 다양한 밀도 및 크기를 갖는 원료의 수평 이탈 속도를 증대시킬 수 있다. 이에 따라 이동하는 소결 대차 내에 장입되는 원료의 편석도를 향상시킬 수 있다. 또한, 원료의 편석도가 향상됨으로써 원료층 내의 통기성을 향상시켜 제조되는 소결광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 설비를 크게 변동시키지 않고 원료의 편석도를 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

도 1은 일반적인 소결원료 장입장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2 및 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입장치를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입장치의 장입 슈트를 도시한 도면.
도 6은 경로에 따른 수평이탈속도를 비교하기 위한 도면.
도 7은 장입 슈트의 높이 변화에 따른 수평이탈속도(V_Eh)의 변화를 보여주는 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 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.

본 발명은 다양한 밀도 및 크기의 입자를 포함하는 원료를 이동하는 저장기에 장입하는 장입장치에 관한 것으로서, 원료를 저장기 내에서 입자의 밀도별 및 크기별로 분리하여 장입시키는데 적용될 수 있다. 이와 같이 저장기 내에 장입된 원료는 원료 입자 간에 공간을 형성하여 통기성을 향상시킬 수 있다. 이하에서는 제강공정에서 사용되는 소결광을 제조하는데 사용되는 소결 배합 원료를 이동하는 소결 대차에 장입하는 소결 원료의 장입장치 및 그 장입방법을 예로 들어 설명한다.

도 2 및 3은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입장치의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.

소결대차 내 원료층에서의 원료의 편석 정도는 분체 편석의 원리를 기반으로 한다. 도 2는 분체 편석의 원리를 설명하기 위한 그래프로서, 경사 슈트로부터 불출되는 원료의 입자는 V의 속도로 경사면에서 이탈하며, θ 각도 성분을 가지게 된다. 일반적으로 잘 알려진 윌리엄(William)의 궤적 효과에 따르면 하기의 수학식 1에 나타난 바와 같이, 분체의 수평낙하거리(L)는 입자의 수평이탈속도(V_Eh)와 입자의 밀도(ρ) 및 크기(a)의 제곱에 비례한다.

즉, 입자의 밀도와 직경이 크고, 수평이탈속도(V_Eh)가 클수록 낙하 거리가 증가하고, 동일한 밀도(ρ)와 직경(a)을 가지는 입자에 대해서도 수평이탈속도(V_Eh)가 클수록 원료층 하단에 적층된다. 편석도가 높을수록 입자 간에 공간이 많이 확보되기 때문에 통기성을 향상시킬 수 있다. 즉, 서로 다른 밀도와 직경을 갖는 입자가 서로 혼합되어 적층되는 경우에는, 예컨대 직경이 큰 입자 사이에 직경이 작은 입자가 혼입되어 입자 간에 공간이 소실되어 통기성이 낮아지게 된다.

또한, 장입 슈트의 끝에서 낙하 이탈되는 입자의 수평 속도 성분을 증가시키는 것이 편석 장입에 효과적임을 알 수 있다. 여기서 장입 슈트에서 이탈되는 입자의 수평 방향 속도는 입자의 운동량 차이에 의한 분산을 나타내는 것으로 편석 장입과 직접 관련되고, 수직 방향 속도는 원료층에 가하는 압력을 나타내는 것으로 장입 밀도와 관련된다.

이와 같이 원료의 효과적인 편석 장입을 위하여, 낙하입자의 수평 방향 속도를 증가시킬 필요가 있다. 물론 장입 슈트의 넓이와 높이가 증가하면, 수평 방향 속도를 증가시킬 수 있으나, 설비의 크기를 증가시켜야 하므로 제작 및 제어, 경제성 측면에서 타당하지 않다.

따라서 본 발명에서는 소결 배합 원료가 장입 슈트를 이탈할 때, 수평 방향 속도를 최대한으로 증가시켜 소결 대차로의 편석 장입 효과를 증가시킴으로써 소결 대차 내에서 원료층의 통기성을 향상시키고, 이에 따라 소결광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 원료의 장입장치는 각종 배합원료를 소결대차에 투입하는 장입 슈트를 구성함에 있어서, 장입 슈트를 최단 낙하 곡선으로 알려진 사이클로이드(cycloid) 곡선 형태의 곡면을 갖도록 형성함으로써 소결 배합 원료의 수평 이탈 속도를 증가시킬 수 있다.

사이클로이드 곡선은 도 3에 도시된 바와 같이 평면 상의 한 직선을 따라 반지름이 r인 원을 굴렸을 때 원주 상의 정점(定點) S가 그리는 궤적을 의미하며, 하기의 수학식 2 및 3으로 표현된다.

(r은 원의 반지름, θ는 원이 회전 이동한 각도)

여기서, 장입 슈트의 길이(d), 드럼피더에서 원료가 장입 슈트로 불출되는 위치(S)에서의 입사각(ф_S)과, 원료가 장입 슈트로부터 이탈하는 위치(E)에서의 장입 슈트 탈출각(ф_E)이 고정된다면,하기의 수학식 4 및 5를 이용하여 원의 반경(r)과 원료가 드럼피더에서 장입 슈트로 유입되는 위치(S)의 높이(h)를 도출할 수 있다. 상기 입사각은 장입 슈트가 수직 방향의 직선과 이루는 각으로서, 드럼피더로부터 원료가 유입되는 장입 슈트의 상부 측 각도이고, 탈출각은 장입 슈트가 수평 방향의 직선과 이루는 각으로서 원료가 소결 대차로 불출되는 장입 슈트의 하부 측 각도이다.

소결 배합 원료 이탈 지점(E)에서 소결 배합 원료의 이탈 속도(V_E)와 수평방향 이탈 속도(V_Eh), 수직방향 이탈 속도(V_Ev)는 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다.

(g는 중력가속도)

장입 슈트는 수학식 2 및 3에 제시된 곡선을 따르는 경로를 가지게 되며, 이와 같은 경로로 제작되는 장입 슈트로부터 불출되는 소결 배합 원료는 장입 슈트 이탈 시 정해진 장입 슈트의 길이(d), 높이(h), 입사각(ф_S), 탈출각(ф_S)에 대해 최대 수평 속도를 가지게 된다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입장치를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 장입장치의 장입 슈트를 도시한 도면이다.

원료 장입장치는 원료 호퍼(100)와 드럼피더(120)를 포함하는 원료공급부와, 장입슈트(130)를 포함한다.

원료 호퍼(100)는 미분 철광석, 부원료 및 미분 코크스 등의 배합 원료(1)를 호퍼게이트(110)를 거쳐 드럼피더(120)로 공급하고, 드럼피더(120)는 회전하면서 내부에 공급된 배합 원료(1)를 혼합하여 장입 슈트(130)로 불출한다.

장입 슈트(130)는 경사면을 형성하여 소결대차(200)의 상부에는 작은 입자, 하부에는 큰 입자가 장입(수직편석조장)되도록 원료(1)를 분급하는 역할을 한다. 소결대차(8)에 원료가 장입되면 원료의 표면을 표면고름판(140)으로 고르게 하여 점화로(150)에서 점화하고 흡인블로어(미도시)에 의한 풍상에서 하부로 흡인되는 공기에 의하여 원료(1) 내에 포함되어 있는 코크스의 연소에 의해 소결반응을 진행시켜 소결광을 제조한다.

장입 슈트(130)는 복수의 롤러(132)를 나란하게 배치하여 형성될 수도 있고, 일체형 경사판(미도시)으로 형성될 수도 있다. 장입 슈트(130)는 면적을 갖는 곡면으로 형성되는 이송 경로를 가지며, 장입 슈트(130)의 횡방향 단면 형상은 사이클로이드 곡선 형태로 이루어진다. 장입 슈트(130)는 길이(d), 높이(h), 입사각(ф_S), 탈출각(ф_E)의 변화에 따라 수학식 6에 의하여 원료의 장입 슈트 이탈 속도(V_E)가 결정된다. 이때, 장입 슈트(130)의 높이가 1m로 고정된 것으로 가정한 경우, 장입 슈트(130)의 입사각(ф_S)은 5 내지 50° 정도이고, 탈출각(ф_E)은 10 내지 60°정도 일 수 있다. 장입 슈트(130)의 입사각과 탈출각이 제시된 범위 내인 경우 장입 슈트(130)의 이송 경로를 이상적인 사이클로이드 곡면 형태로 만들 수 있으므로 원료의 수평이탈속도(V_Eh)를 증가시켜 원료의 장입 슈트 이탈 속도(V_E)를 극대화시킬 수 있다.

도 6은 경로에 따른 수평이탈속도를 비교하기 위한 도면이고, 도 7은 장입 슈트의 높이 변화에 따른 수평이탈속도(V_Eh)의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 6의 (a)는 직선 형태의 경사면을 갖는 장입 슈트에서 원료의 장입 슈트 이탈 속도를 보여준다. 직선 형태의 경사면을 갖는 장입 슈트의 경우, 장입 슈트의 길이(d) 및 높이(h)가 결정되면, 장입 슈트의 경사각(ф)이 결정된다.

도 6의 (b)는 본 발명에 따라 사이클로이드 곡면 형태의 경사면을 갖는 장입 슈트에서의 원료의 장입 슈트 이탈 속도를 보여준다. 여기에서 장입 슈트의 이송 경로는 장입 슈트의 길이(d), 높이(h), 원료의 입사각 및 탈출각에 의해 결정된다.

도 6의 (a)와 (b)를 비교해보면, 장입 슈트의 길이(d)와 높이(h)가 동일한 경우 장입 슈트의 이송 경로가 사이클로이드 곡면 형태일 때, 장입 슈트가 직선 형태일 때보다 수평 이탈 속도(V_Eh)는 증가하고 수직 이탈 속도(V_Ev)는 감소한 것을 알 수 있다.

정확한 비교를 위해 장입 슈트의 길이(d)를 1m로 고정하고, 높이(h)를 0.8m, 1.0m, 1.2m로 변화시킬 때 각 장입 슈트 별 원료 이탈 수평 속도(V_Eh)와 낙하거리(L) 및 각 변수를 하기의 표 1에 정리하였다. 여기서 실시 예1 내지 3은 사이클로이드 곡면형태의 장입 슈트의 경우를 나타내고, 비교 예 1 내지 3은 직선 형태의 장입 슈트의 경우를 나타내며, 부착광의 형성에 의한 교란과 입자의 층 흐름에 의한 상호작용은 고려하지 않았다.

	d/h(m)	Φ(°)	Φs(°)	ΦE(°)	VEh(m/s)	L(m)
실시 예1	1.0/0.8		41.9	30	3.43	0.34
실시 예2	1.0/1.0		26.5	30	3.84	0.38
실시 예3	1.0/1.2		6.8	30	4.20	0.41
비교 예1	1.0/0.8	38.7			3.07	0.30
비교 예2	1.0/1.0	45			3.11	0.30
비교 예3	1.0/1.2	50.2			3.08	0.30

상기 표 1에 의하면, 장입 슈트의 길이와 높이가 동일한 경우, 실시 예1 내지 3에서의 수평 이탈 속도(V_Eh)와 거리(L)가 비교 예1 내지 3에서의 수평 이탈 속도(V_Eh)와 낙하 거리(L)에 비해 증가한 것을 알 수 있다. 예컨대 실시 예1과 비교 예1을 비교해보면 실시 예1에서는 수평 이탈 속도(V_Eh)가 3.43m/s이고, 원료의 낙하 거리(L)는 0.34m이나, 비교 예1에서는 수평 이탈 속도(V_Eh)가 3.07m/s이고, 원료의 낙하 거리(L)는 0.30m로 나타나고 있어, 실시 예1에서의 수평 이탈 속도(V_Eh)는 약 11.73% 정도, 낙하 거리(L)는 약 13.3% 정도 증가한 것을 알 수 있다. 또한, 전체적으로 수평 이탈 속도(V_Eh)는 사이클로이드 곡면 형태의 장입 슈트가 직선 형태의 장입 슈트에 비해 각 d/h 대비 12~36% 정도 증가한 것을 확인할 수 있었다.

도 7은 장입 슈트의 길이(d)를 1m로 고정한 상태에서 장입 슈트의 높이 변화에 따른 원료의 수평 이탈 속도(V_Eh)의 변화를 보여준다. 도 7에 의하면, 사이클로이드 곡면 형태의 장입 슈트에서의 원료의 수평 이탈 속도는 직선 형태의 장입 슈트에서의 수평 이탈 속도에 비해 높은 값을 갖는 것을 알 수 있다. 특히, 장입 슈트의 높이가 1.316 내지 1.417인 경우 수평 이탈 속도가 가장 높게 나타나고 있으며, 직선 형태의 장입 슈트에 비해 평균 24%, 최대 66.7%까지 증가한 것을 알 수 있다.

이와 같이 원료의 수평 이탈 속도가 증가하게 되면 밀도(ρ) 및 크기(a)가 일정한 경우 상기 수학식 1에 의해 낙하 거리가 증가하게 된다. 또한, 수평 이탈 속도가 일정한 경우에는 밀도(ρ) 및 크기(a)가 큰 원료의 낙하 거리가 증가하여 편석정도가 향상될 수 있다.

또한, 원료를 소결 대차에 장입하는 동안, 소결 대차는 원료가 이탈하는 방향과 반대 방향으로 이동하게 된다. 이때, 밀도 및 크기가 큰 원료의 낙하거리가 증가하여 소결 대차에 밀도 및 크기가 큰 원료부터 쌓인 다음 그 상부로 밀도 및 크기가 작은 원료가 쌓이게 된다. 따라서 소결 대차 내 소결 배합 원료층에서의 편석도가 증가하여 통기성이 증가하며, 이에 따라 소결광의 생산성을 크게 증가시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1 : 원료 100 : 원료 호퍼
110 : 호퍼 게이트 120 : 드럼피더
130 : 장입 슈트 140 : 표면고름판
150 : 점화로 200 : 소결 대차

Claims (8)

1. 원료를 공급하는 원료공급부와, 상기 원료공급부로부터 공급되는 원료를 저장기로 이송하는 장입 슈트를 포함하는 원료의 장입장치로서,
   상기 장입 슈트는 상기 원료의 이송 경로가 사이클로이드 곡선 형태의 곡면으로 형성되는 원료의 장입장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 장입 슈트에서 상기 원료가 유입되는 부분이 수직 방향과 이루는 입사각은 상기 원료가 배출되는 부분이 수평 방향과 이루는 탈출각보다 작은 원료의 장입장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 입사각은 5 내지 50°이고, 상기 탈출각은 10 내지 60°인 원료의 장입장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 장입 슈트는 복수의 롤러 또는 경사판으로 형성되는 원료의 장입장치.
5. 원료의 장입 방법으로서,
   원료를 마련하는 과정과;
   상기 원료를 장입 슈트에 공급하는 과정; 및
   상기 장입 슈트에 공급된 원료를 사이클로이드 곡선 형태의 경로로 이송하여 저장기에 장입하는 과정;
   을 포함하는 원료의 장입 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 저장기에 장입하는 과정에서 상기 원료는 수직 이탈 속도보다 더 큰 수평 이탈 속도를 가지며 상기 장입 슈트에서 이탈하는 원료의 장입 방법.
7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
   상기 저장기는 상기 장입 슈트에서 원료가 이탈하는 방향과 반대 방향으로 이동하는 원료의 장입 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 저장기에 장입하는 과정에서 상기 원료는 밀도 또는 크기가 큰 입자부터 장입되는 원료의 장입 방법.

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