KR20150087998A - 스테이브 냉각 파이프용 보수재 및 보수방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스테이브의 냉각 파이프 파손시 고로로부터 스테이브를 분리하지 않고 파손된 냉각파이프를 보수할 수 있는 스테이브 냉각 파이프용 보수재 및 보수방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 스테이브 냉각 파이프 보수방법은 고로의 스테이브 냉각 파이프를 보수하는 방법으로서, 상기 냉각 파이프에 보수재를 충진하는 단계; 상기 냉각 파이프에 충진된 보수재를 액상으로 용융시키는 단계; 상기 냉각 파이프에 격막을 삽입하는 단계; 및 상기 격막이 삽입된 냉각 파이프에 냉각수를 공급하여 상기 보수재를 경화시키는 단계;을 포함한다.

Description

스테이브 냉각 파이프용 보수재 및 보수방법{REPAIR MATERIAL FOR COOLING PIPE OF STAVE AND REPAIR METHOD USING THE SAME}
본 발명은 고로에 구비된 스테이브(Stave)를 보수하기 위한 보수재 및 보수방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테이브의 냉각 파이프 파손시 고로로부터 스테이브를 분리하지 않고 파손된 냉각파이프를 보수할 수 있는 스테이브 냉각 파이프용 보수재 및 보수방법에 관한 것이다.
일반적으로 스테이브 고로는 냉각반 타입과 스테이브 타입으로 구분되며, 최근에 들어서는 스테이브 쿨러 냉각방식이 주로 채용되고 있다.
도 1은 스테이브 고로의 구조를 도시한 개략적인 단면도이고, 도 2는 냉각 파이프가 설치된 스테이브를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이브(10)는 고로(1)의 철피(11) 내측에 설치되며, 상기 고로(1)의 높이 방향으로 11개단으로 구분되고 총 342매로 구성되어 있다.
상기 스테이브(10) 구조는 일정한 크기의 육면체 형상으로 내측으로 냉각 파이프(12)가 설치되고, 하부에 유입구(12a) 및 상부에 배출구(12b)가 돌출되어 형성되며, 그 재질은 구상흑연주철로 표면온도는 변태점인 770℃ 이하를 유지하도록 구성되어 잇다.
이때, 상기 스테이브(10)의 온도관리를 위하여, 상기 스테이브(10) 내부에 온도계(10a)가 설치되어 상기 스테이브(10) 배면이 상기 철피(11)에 고정되고, 하부 스테이브 냉각 파이프(12)의 배출구(12b)와 상부 스테이브 냉각 파이프(12)의 유입구(12a)가 서로 관로를 형성하도록 파이프로 연결되어 하부 스테이브 냉각 파이프(12)에 냉각수를 공급하면 각각의 냉각 파이프(12)에 냉각수가 통입되어 상기 스테이브(10)의 마모를 억제하는 역할을 한다.
상기 고로(1)는 상부에서 광석과 코크스를 투입하고 하부에서 고온의 열풍을 불어 넣어 코크스를 연소시키고, 코크스 연소에 따라 고온의 일산화 가스가 광석 사이를 통과하면서 광석을 환원시킨다.
이때, 상기 고로(1) 상부에서 투입된 광석 및 코크스는 풍구(20) 상부 일정부에서 환원과 용융되는 과정에서 광석과 코크스는 지속적으로 상기 스테이브(10)와 마찰을 발생시키며 하부로 내려가게 된다.
이러한 광석 및 코크스 등 장입물(2)과 상기 스테이브(10) 간의 지속적인 마찰은 상기 스테이브(10) 전면의 연와(13)를 손상시키고, 상기 스테이브(10) 전면의 연와(13)가 손상된 상태로 사용하는 경우 내부에 설치된 상기 냉각 파이프(12)까지 손상시키게 된다.
상기 냉각 파이프(12)가 손상되어 냉각수가 유출되는 경우, 상기 고로(1) 내부의 온도를 감소시켜 생산성이 저하되며 심한 경우, 상기 고로(1) 내부에서 환원된 쇳물을 경화시켜 생산이 불가능하게 되는 냉입현상을 유발하는 문제점을 가지고 있엇다.
따라서, 조업 중 스테이브(10)의 냉각 파이프(12)에 파손이 발생되는 경우 사실상 응급 보수나 교환이 불가능하여 냉각 파이프(12)로 공급되는 냉각수를 차단시키고, 외부 철피(11)에 물을 분사하여 냉각시키는 방법을 사용하고 있으나, 외부 철피(11)의 열부하를 단기적으로 감소시킬 뿐, 잔존 스테이브(10)의 열적, 기계적 마모가 더욱 가속화되며, 심한 경우 외부를 감싸고 있는 철피(11)까지 열적 변형이 발생되는 문제점을 가지고 있었으며, 보수 작업시 장시간이 소요되는 문제점을 가지고 있었다.
종래 마모된 스테이브의 두께를 보정하기 위해, 마모된 스테이브를 격리한 후 기존 실링 내화물을 제거한 후 스프레이 내화물을 부착 고정하여 다시 스테이브를 밀착시키는 보수방법에 대해서는 "스테이브 고로의 스테이브 보호를 위한 보수방법 (공개특허 10-2005-0003571)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.
그러나, 스테이브 보수에 사용되는 스프레이 내화물이 탈락되지 않도록 하는 스테이브의 보수방법으로, 스테이브의 냉각 파이프까지 손상이 발생된 경우, 응급 보수 또는 교환이 불가능한 문제점을 해결하지 못하였으며, 냉각 파이프가 손상된 스테이브의 보수 작업에 장시간이 소요되어 생산성이 저하되는 문제점을 해결하지 못하였다.
또한, 종래 고로에 스테이브가 장착된 상태에서 스테이브 공급관과 배출관에 크랙 발생시, 크랙 발생부에 실링재를 밀봉하여 보수하는 장치 및 방법에 대해서는 "고로의 스테이브 공급관과 배출관의 리크 보수방법 및 그장치 (공개특허 10-2008-0026879)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.
그러나, 불소고무 재질의 실링재는 냉각라인의 수압에 의해 쉽게 파손되며, 보수시 발생된 크랙의 형태나 크기에 따라 제약이 많은 문제점을 가지고 있었다.
또한, 정확한 크랙발생 위치를 진단하기 위해 장시간이 소요되어 생산성이 저하되는 문제점을 해결하지 못하였다.
공개특허 10-2005-0003571 (2005. 01. 12.) 공개특허 10-2008-0026879 (2008. 03. 26.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고로에 구비된 스테이브의 냉각 파이프 손상시, 고로에 스테이브가 장착된 상태에서 냉각 파이프를 보수할 수 있는 스테이브 냉각 파이프 보수방법 및 스테이브 냉각 파이프용 보수재를 제공한다.
또한, 스테이브의 냉각 파이프의 보수를 용이하게 실시할 수 있는 스테이브 냉각 파이프 보수방법 및 스테이브 냉각 파이프용 보수재를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른, 스테이브 냉각 파이프 보수방법은 고로의 스테이브 냉각 파이프를 보수하는 방법으로서, 상기 냉각 파이프에 보수재를 충진하는 단계; 상기 냉각 파이프에 충진된 보수재를 액상으로 용융시키는 단계; 상기 냉각 파이프에 격막을 삽입하는 단계; 및 상기 격막이 삽입된 냉각 파이프에 냉각수를 공급하여 상기 보수재를 경화시키는 단계;을 포함한다.
상기 격막은 반원통 스프링을 열수축 튜브로 감싼 것을 특징으로 한다.
상기 보수재를 충진하는 단계에서, 상기 보수재는 주석과 세라믹 분말의 질량비가 20 ~ 25 : 1의 비로 혼합된 분말 또는 겔 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 보수재를 용융시키는 단계는, 상기 보수재에 포함된 주석이 조업 중의 고로 자체 열에 의해 용융되는 것을 특징으로 한다.
상기 격막을 삽입하는 단계는, 상기 냉각 파이프의 유입구로 강선을 삽입하여 배출구로 통과시키는 과정; 상기 강선의 일단에 상기 격막을 결합하는 과정; 상기 강선이 냉각 파이프 내부로 삽입되도록, 상기 강선의 타단을 인출하는 과정; 및 상기 격막과 강선을 분리하는 과정;을 포함한다.
상기 격막을 삽입하는 단계는, 용융된 상기 보수재가 상기 냉각 파이프 외부로 누출되는 것을 방지하도록, 상기 냉각 파이프의 유입구와 배출구를 밀봉하고 상기 냉각 파이프 내부로 상기 강선 및 격막을 삽입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른, 스테이브 냉각 파이프용 보수재는 고로의 스테이브 냉각 파이프를 보수하기 위한 보수재로서, 주석 분말을 기지로 하고 세라믹 분말이 혼합된 것을 특징으로 한다.
상기 주석과 세라믹 분말은 20 ~ 25 : 1 질량비로 혼합된 것을 특징으로 한다.상기 세라믹 분말은, 지르코니아(ZrO2) 또는 알루미나(Al2O3)로 구성되며, 세
라믹 분말의 직경은 100㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시형태에 따른, 스테이브 냉각 파이프용 보수재는 액상 상태의 고온용 접착제가 더 혼합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조업 중인 고로에 구비된 스테이브의 냉각 파이프 보수 시 스테이브를 고로로부터 분리하지 않고도 보수가 가능하여, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 보수재를 액상으로 용융시켜 다양한 형태 및 크기의 손상이 발생된 스테이브의 냉각 파이프 보수를 용이하게 실시할 수 있으며, 보수시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 주석 분말과 세라믹 분말이 혼합된 보수재는 열전도도가 높아 스테이브의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 스테이브 고로의 구조를 도시한 개략적인 단면도이고,
도 2는 냉각 파이프가 설치된 스테이브를 설명하기 위한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 격막을 설명하기 위한 부분 절개도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이브 냉각 파이프 보수방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른, 스테이브 냉각 파이프용 보수재는 금속 분말을 기지(Matrix)로 하면서 세라믹 분말이 혼합되어 형성된다.
이때, 본 발명에 상기 금속 분말은 주석 분말을 사용하였으나, 상기 금속 분말은 고로(1) 내부 열에 의해 액상으로 용융되어 스테이브(10) 내부의 냉각 파이프(12) 손상부위에 밀착될 수 있는 다양한 종류의 금속 분말이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른, 스테이브 냉각 파이프용 보수재는 상기 주석 분말 20 ~ 25 중량부에 대하여 상기 세라믹 분말 1 중량부의 비율로 혼합되어 형성되는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 상기 세라믹 분말이 혼합된 주석은 순수한 주석에 비하여, 녹는점이 높아지며, 조업 중인 상기 고로(1)의 내부 열에 의해 액상으로 용융된다. 따라서, 상기 스테이브(10)에 공급되는 냉각수를 차단하고 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이브 냉각 파이프용 보수재를 상기 냉각 파이프(12) 내부로 주입하면, 용융되어 마모 또는 손상 발생부위에 밀착시킨 후 냉각수를 공급하여 고상으로 변화시킨다.
특히, 상기 냉각 파이프(12)가 파손된 경우 상기 세라믹 분말은 파손부위로 밀집되어 파손부위를 신속하게 막고, 냉각수에 의해 냉각되어 경화된 주석이 상기 세라믹 분말을 고정하여 파손부위를 신속하게 보수할 수 있는 효과가 있다.
상기 세라믹 분말은 직경이 100㎛ 이하(단, 0 제외)의 지르코니아(ZrO2) 또는 알루미나(Al2O3)인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 세라믹 분말의 직경이 100㎛를 초과하는 경우 상기 냉각 파이프(12)에 크랙 등 미세한 손상부위에 원활하게 침투되지 않아, 미세한 손상부위를 견고하게 보수하기 어렵기 때문이다.
또한, 상기 세라믹 분말로 사용되는 지르코니아 또는 알루미나는 모두 녹는점이 2,000℃ 이상으로 내열성이 우수하며, 강도 및 경도가 우수하여 보수 후 내마모성 및 강도를 향상시켜 상기 스테이브(10)의 수명을 연장시키는 효과가 있다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이브 냉각 파이프용 보수재는 액상 상태의 고온용 접착제가 더 혼합된 것이 바람직하다. 이에, 상기 주석 분말 및 세라믹 분말의 점성을 향상시켜, 상기 냉각 파이프(12)의 손상부위에 용이하게 밀착되도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 스테이브 냉각 파이프 보수방법은 손상이 발생된 상기 스테이브(10) 내부의 상기 냉각 파이프(12) 내부로 보수재를 충진하는 단계와 상기 냉각 파이프(12)에 충진된 보수재를 용융시키는 단계와 상기 냉각 파이프(12) 내부로 격막(100)을 삽입하는 단계 및 상기 보수재를 경화시키는 단계를 포함한다.
상기 보수재를 충진하는 단계는, 조업 중인 상기 고로(1)에 설치된 상기 스테이브(10) 내부의 상기 냉각 파이프(12) 손상 발생시, 상기 냉각 파이프(12)로 공급되는 냉각수 공급을 중단하고 금속 분말과 세라믹 분말이 혼합된 상기 보수재를 상기 냉각 파이프(12) 내부로 주입한다.
이때, 상기 보수재는 예를 들어 상기에서 설명한 본 발명의 일 실시형태에 따른 상기 스테이브 냉각 파이프용 보수재를 사용할 수 있으며, 이에 한정하지 않고, 손상된 상기 냉각 파이프(12)를 보수할 수 있는 다양한 종류의 보수재가 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 보수재 주입이 완료되면, 상기 보수재를 액상으로 용융시킨다. 이때, 상기 냉각 파이프(12)에 충진된 상기 보수재에 포함된 주석 분말 등 금속 분말은 상기 고로(1) 내부의 열에 의해 액상으로 용융되는 것이 바람직하다. 이에 별도의 가열 장치 없이 용융되어 상기 냉각 파이프(12)의 손상부위에 침투되어 부착된다.
상기 보수재가 상기 고로(1) 내부의 열에 의해 액상으로 용융되면, 상기 냉각 파이프(12) 내부로 상기 격막(100)을 삽입한다.
상기 격막(100)을 삽입하는 단계는 상기 스테이브(10) 하부에서 외부로 돌출된 상기 냉각 파이프(12)의 유입구(12a)로 강선(200)을 삽입하여 상기 스테이브(10) 상부에서 외부로 돌출된 상기 냉각 파이프(12)의 배출구(12b)로 통과시키는 과정과, 상기 배출구(12b)를 통과한 상기 강선(200)의 단부에 상기 격막(100)을 결합시키는 과정 및 상기 강선(200)이 상기 냉각 파이프(12) 내부로 삽입되도록 상기 강선(200)의 타단을 잡아당겨 인출하는 과정 및 상기 격막(100)과 강선(200)을 분리하는 과정을 포함한다.
상기 강선(200)은 예를 들어 피아노 선 등과 같은 고 탄소강 선재(線材)를 사용할 수 있으며, 이에 한정하지 않고, 상기 격막(100)을 잡아당겨 상기 냉각 파이프(12) 내부로 삽입시킬 수 있도록 고도의 인장강도를 갖는 다양한 재질의 강선이 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 격막(100)은 상기 냉각 파이프(12)의 지름과 동일한 지름을 갖는 반원통 스프링(110)을 열수축 튜브(120)로 감싸 형성되는 것이 바람직하다. 이에, 상기 격막(100)이 상기 냉각 파이프(12) 내부로 삽입되어 손상이 발생된 면에 밀착됨으로써, 상기 냉각 파이프(12) 내부로 냉각수 공급시 상기 냉각 파이프(12)의 손상부위에 부착 또는 침투된 상기 보수재가 이탈되는 것을 방지한다.
또한, 상기 격막(100)을 삽입하는 단계는, 상기 냉각 파이프(12)의 상기 유입구(12a) 및 배출구(12b)를 밀폐하고 상기 강선(200) 및 격막(100)을 상기 냉각 파이프(12) 내부로 삽입시키는 것이 바람직하다. 이에, 상기 냉각 파이프(12) 내부에서 용융되어 상기 냉각 파이프(12)의 손상부위에 부착 또는 침투된 상기 보수재가 탈락되어 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 냉각 파이프(12) 내부로 상기 격막(100) 삽입이 완료되면, 상기 격막(100)이 삽입된 상기 냉각 파이프(12) 내부로 냉각수를 공급하여 상기 고로(1)의 내부 열에 의해 용융되어 상기 냉각 파이프(12)의 손상부위에 부착된 상기 보수재를 냉각시켜 경화시키고, 상기 냉각 파이프(12) 보수가 완료된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 고로 2: 장입물
10: 스테이브 10a: 온도계
11: 철피 12: 냉각 파이프
12a: 유입구 12b: 배출구
13: 연와 100: 격막
110: 반원통 스프링 120: 열수축 튜브
200: 강선

Claims (10)

  1. 고로의 스테이브 냉각 파이프를 보수하는 방법으로서,
    상기 냉각 파이프에 보수재를 충진하는 단계;
    상기 냉각 파이프에 충진된 보수재를 액상으로 용융시키는 단계;
    상기 냉각 파이프에 격막을 삽입하는 단계; 및
    상기 격막이 삽입된 냉각 파이프에 냉각수를 공급하여 상기 보수재를 경화시키는 단계;을 포함하는, 스테이브 냉각 파이프 보수방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 격막은 반원통 스프링을 열수축 튜브로 감싼 것을 특징으로 하는, 스테이브 냉각 파이프 보수방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 보수재를 충진하는 단계에서,
    상기 보수재는 주석과 세라믹 분말의 질량비가 20 ~ 25 : 1의 비로 혼합된 분말 또는 겔 형태인 것을 특징으로 하는, 스테이브 냉각 파이프 보수방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 보수재를 용융시키는 단계는,
    상기 보수재에 포함된 주석이 조업 중의 고로 자체 열에 의해 용융되는 것을 특징으로 하는, 스테이브 냉각 파이프 보수방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 격막을 삽입하는 단계는,
    상기 냉각 파이프의 유입구로 강선을 삽입하여 배출구로 통과시키는 과정;
    상기 강선의 일단에 상기 격막을 결합하는 과정;
    상기 강선이 냉각 파이프 내부로 삽입되도록, 상기 강선의 타단을 인출하는 과정; 및
    상기 격막과 강선을 분리하는 과정;을 포함하는, 스테이브 냉각 파이프 보수방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 격막을 삽입하는 단계는,
    용융된 상기 보수재가 상기 냉각 파이프 외부로 누출되는 것을 방지하도록, 상기 냉각 파이프의 유입구와 배출구를 밀봉하고 상기 냉각 파이프 내부로 상기 강선 및 격막을 삽입하는 것을 특징으로 하는, 스테이브 냉각 파이프 보수방법.
  7. 고로의 스테이브 냉각 파이프를 보수하기 위한 보수재로서,
    주석 분말을 기지로 하고 세라믹 분말이 혼합된, 스테이브 냉각 파이프용 보수재.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 주석과 세라믹 분말은 20 ~ 25 : 1 질량비로 혼합된 것을 특징으로 하는, 스테이브 냉각 파이프용 보수재.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 세라믹 분말은 지르코니아(ZrO2) 또는 알루미나(Al2O3)로 구성되며, 세라믹 분말의 직경은 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 스테이브 냉각 파이프용 보수재.
  10. 청구항 7에 있어서,
    액상 상태의 고온용 접착제가 더 혼합된 것을 특징으로 하는, 스테이브 냉각 파이프용 보수재.
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