KR20150110792A - 외부 매니폴드를 포함하는 스테이브 - Google Patents

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KR20150110792A
KR20150110792A KR1020157023321A KR20157023321A KR20150110792A KR 20150110792 A KR20150110792 A KR 20150110792A KR 1020157023321 A KR1020157023321 A KR 1020157023321A KR 20157023321 A KR20157023321 A KR 20157023321A KR 20150110792 A KR20150110792 A KR 20150110792A
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토드 지. 스미스
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베리 메탈 컴패니
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Abstract

본 발명은 외부 하우징, 상기 외부 하우징 내에 수용된 개별 파이프를 포함하는 내부 파이프 회로를 포함하는 스테이브에 관한 것으로서, 상기 개별 파이프는 각각 입구 단부와 출구 단부를 가지고, 각각의 파이프는 또 다른 파이프, 및 하우징 내에 또는 하우징 상에 배열되거나 또는 하우징과 일체형으로 구성된 매니폴드에 기계적으로 연결되거나 또는 연결되지 않을 수도 있으며, 각각의 개별 파이프의 입구 및/또는 출구 단부는 매니폴드에 의해 수용되거나 매니폴드 내에 배열된다. 매니폴드는 카본 스틸로 제작될 수 있으며 하우징은 구리로 제작될 수 있다. 각각의 개별 파이프의 입구 및 출구 단부는 각각 매니폴드의 하우징 내에서 구리를 주조함으로써 부분적으로 둘러싸일 수 있다.

Description

외부 매니폴드를 포함하는 스테이브{STAVE WITH EXTERNAL MANIFOLD}
본 발명은 2013년 2월 1일에 출원된 미국 가특허출원번호 61/760,025호를 기초로 우선권을 주장하며, 상기 미국 특허출원의 내용은 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다.
본 발명은 일반적으로 용광로 또는 그 밖의 야금로 내의 프레임, 스테이브 및/또는 쿨러 내에 내화 벽돌과 같은 벽돌을 구성하고 설치하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이에 관련된 분야는 용광로 및 그 밖의 야금로를 냉각시키기 위한 시스템 및 방법을 포함한다. 또한, 관련 분야는 플레이트를 냉각시키고 스테이브를 냉각시키는 것을 포함한다.
용광로 및 그 밖의 야금로 내에서 내화 벽돌을 냉각시키기 위한 종래 기술의 디자인 및 구성은 스테이브를 냉각시키는 것을 포함한다.
종래 기술의 냉각 스테이브는 노 내에 설치하기가 어려운데 그 이유는 노 쉘(furnace shell)을 통해 스테이브로부터 그리고 스테이브로 입구/출구 파이프를 위해 노 쉘 내에 다수의 접근 홀 또는 구멍이 필요하기 때문이다.
추가로, 종래 기술의 냉각 스테이브는, 스테이브와 노 쉘 사이의 개별 파이프 연결에서, 노 내의 온도 변화로 인해 팽창/수축의 영향, 특히 용접부 파열(weld breach)과 같은 영향에 대해 매우 민감하다는 점에서, 상대적으로 취약하다.
종래 기술의 냉각 스테이브는 스테이브가 노 쉘 상에 지지되는 것을 도와주는데 필요한 지지 볼트의 매우 많은 개수의 중요성 및/또는 위험성을 가진다.
종래 기술의 구리 냉각 스테이브는 일반적으로 평면, 직사각형 형태로 구성되며, 노의 금속 쉘(metal shell)에 대해, 노의 내부 및/또는 스테이브의 형태를 고려해 보면, 실질적으로 평행하거나 또는 가능한 최대한 평행한 노 내에 배열된다. 냉각 스테이브는 통상 노의 금속 쉘의 내측 표면의 많은 부분을 덮는다(cover). 내화 라이닝(refractory lining), 가령, 내화 벽돌이 스테이브의 표면 내에, 표면 위에 또는 표면 주위에 배열될 수 있는데, 가령, 예를 들어, 벽돌은 스테이브에 의해 형성된 채널 또는 슬롯(slot) 내에 배열된다. 또한, 스테이브는 통로(passage)를 제공하거나 내부 파이프를 수용하는 공동(cavity)을 가진다. 이러한 통로 또는 파이프는 노의 금속 쉘을 관통하고 스테이브의 노 쉘 측면으로부터 연장되는 하나 또는 그 이상의 외부 파이프에 연결된다. 스테이브를 냉각시키기 위하여, 냉매(coolant), 가령, 예를 들어, 올라간 압력에서 물이 파이프와 통로를 통해 펌핑된다(pumped). 따라서, 냉각된 스테이브는 스테이브에 의해 형성된 채널 또는 슬롯 내에 배열된 내화 벽돌을 냉각시킨다.
현재의 스테이브 또는 냉각 패널 벽돌(cooling panel brick) 디자인은 통상 노 안에 냉각 스테이브/패널을 설치하기 전에 쿨러 내의 채널 또는 홈(groove) 내에 설치된다. 추가로, 다수의 종래 기술의 내화 벽돌은 평평한 스테이브 또는 쿨러 내에 설치되도록 구성된다. 미리-설치된(pre-installed) 벽돌과 함께 평평한 또는 굽어진 스테이브/쿨러를 사용할 때, 스테이브는 노 안에 설치되고 인접한 각각의 스테이브 쌍 사이에 있는 램 간격(ram gap)을 가져서 구조적 편차(construction deviation)를 허용한다. 그러면, 램 간격에는 내화 재료(refractory material)이 채워져서 간격의 측면들 상에서 스테이브/벽돌 구성 사이의 간격을 밀폐한다(close). 이렇게 내화 재료로 채워진 램 간격은 종래 기술의 스테이브/벽돌 구성을 포함하는 노 라이닝(furnace lining) 내의 취약 지점(weak point)이다. 노의 작동 동안, 램 간격은 종종 너무 빠르게 부식되고(erode prematurely) 노 가스(furnace gas)는 스테이브 사이에서 추적된다(track). 게다가, 이러한 종래 기술의 스테이브/벽돌 구성은 노 안으로 돌출되는 벽돌 에지(brick edge)를 남겨서(leave) 노를 통해 떨어지는 물질(matter) 및 그 외의 다른 파편(debris)에 노출된다. 이러한 돌출 벽돌 에지는 비-돌출 에지보다 더 빈번하게 마모되려 하여 노를 통해 떨어질 수 있는 파열되거나 또는 부스러진 벽돌이 노 라이닝에 추가적인 손상이 가해지게 한다. 또한, 이러한 파열된 벽돌은 스테이브를 노출시켜 이에 따라 너무 빠르게 파손되거나 또는 마모되게 한다.
현재의 스테이브 또는 냉각 패널 벽돌은 벽돌을 쿨러 내에 유지하도록 주된 결부 방법(attachment method)으로서 사용되는 일직선 홈(straight groove) 내에 설치되거나 혹은, 노 작동 동안 벽돌이 가열될 때, 스테이브 내의 홈 안에 고정되지 않는 벽돌이 쿨러에 대해 밀어지도록 테이퍼식으로 배열된다(tapered).
또한, 최근에는, 스테이브 앞에 내화 없이 스테이브를 설치하고 용광로 내에 스테이브를 단열하고(insulate) 보호하기 위해 스컬 층(skull layer)을 형성하도록 시도하는 것이 일반적인 실시(common practice)이다. 스컬(skull)에 관련된 상기 공정은 작동 동안 반복적으로 생성되고 없어지는데 실제로 노 성능(furnace performance)을 좌우하는 요인이다. 스컬은 노의 응집 영역(cohesive zone) 내에서만 형성될 수 있다. 따라서, 상기 스컬 접근법은 응집 영역이 올바르게 결정되지 못한 경우에는 효과적이지 않다. 추가로, 노의 응집 영역은 충전 재료(charge material)에 따라 변경되고 스컬의 접착력(adhesion)은 상이한 시간에서 노의 섹션에서 없어진다. 이에 따라, 노와 스테이브에 걸쳐 균일하지 않은 온도가 발생된다. 하지만, 개선된 벽돌 내화 라이닝(brick refractory lining)은 접착력에 상관없이 스테이브를 보호하고, 몇몇 경우 개선된 내화를 보호하기 위해 스컬을 형성하기에 여전히 바람직할 지라도, 이러한 스컬 단열 공정(skull insulating process)은 바람직할 것이다.
현재의 고정된(locked-in) 벽돌 디자인, 가령, 보완적인 형태의 스테이브 채널 내의 도브테일 형태의(dovetailed) 벽돌은 수직 두께에 걸쳐 상대적으로 얇다. 이러한 얇은 넥크 형태의(thin-necked) 벽돌은 얇은 넥크 부분에서 균열이 발생하기 쉽고 이에 따라 노 안에 떨어지는 조각(piece)과 벽돌 파편이 생성되어, 노 라이닝의 스테이브와 그 외의 다른 벽돌에 부딪히고 손상을 입힐 수 있다.
스테이브의 앞에서 벽돌과 일체로 형성되는(incorporate) 다수의 오래된 스테이브 디자인은 스테이브 앞에 벽돌의 다수의 층(layer) 또는 열(row)을 이용한다. 이러한 구성은 조인트(joint)를 포함하는데, 상기 조인트로 인해 스테이브로부터 가장 멀리 있는 벽돌의 효과적인 냉각이 추가로 방해된다.
위에서 언급한 것과 같이, 공지된 스테이브 및 내화 벽돌 구성과 관련된 다수의 단점이 있다.
이에 따라, 종래 기술의 스테이브에 비해 다수의 이점들을 가진 스테이브를 제공하는 것이 바람직한데, 상기 이점들은, 가령: (1) 스테이브가 용이한 설치 과정을 제공하는데, 그 이유는 스테이브는 입구/출구 파이프가 노 쉘을 통해 스테이브로부터 그리고 스테이브로 배열되도록 요구되는 노 쉘 내에 필요한 접근 홀(access hole) 또는 구멍(aperture)의 개수를 줄여주기 때문이며; (2) 스테이브는 노 쉘 상에서 스테이브의 설치에 필요한 많은 지지력(support)을 제공하는 외부 매니폴드(external manifold)를 가지고; (3) 노 쉘에 연결되는 개별 파이프가 제거되었기 때문에, 노 안에서 온도 변화로 인한 스테이브 팽창/수축의 영향이 최소화된 스테이브; (4) 노 쉘과의 파이프 연결이 제거되었기 때문에, 이러한 파이프 연결에 있어 용접부 파열(weld breach)이 줄어든 스테이브; (5) 스테이브는 상기 스테이브가 노 쉘 상에 지지되는 것을 도와주는데 필요한 임의의 지지 볼트(support bolt)의 중요성/위험성이 줄어들며, 그 이유는 이러한 지지 볼트가 스테이브 독립적으로 지지하는데 더 이상 좌우되지 않으며 스테이브가 노 쉘 상에서 지지되는데 요구되는 하중(load)의 대부분을 외부 매니폴드가 수용하기(carry) 때문이다.
이에 따라, 스테이브 쿨러가 노 안에 설치되기 이전 또는 이후에, 내화 벽돌이 평평한 또는 굽어진 스테이브 또는 쿨러 내에 설치될 수 있는 외부 매니폴드를 가진 스테이브를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 그 외에도, 노 안에서 스테이브/벽돌 구성을 재작업하거나 또는 다시 제작하는 경우, 본 발명의 내화 벽돌은, 노로부터 스테이브 또는 쿨러를 제거하지 않고도, 전체적으로 또는 부분적으로, 교체되거나 또는 재설치될 수 있다.
그 외에도, 스테이브가 인접한 스테이브의 벽돌 사이의 램 간격을 제거하고 이에 따라 노 라이닝의 무결성(integrity) 및 수명이 증가되는 노의 내주(interior circumference) 주위에 연속 라이닝(continuous lining)을 제공하는, 외부 매니폴드를 가진 스테이브를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
추가로, 노 라이닝의 무결성과 수명을 증가시키기 위해 어떠한 벽돌 에지도 노출되거나 노 안으로 돌출하지 않는 용광로에서 사용하기에 이상적인 스테이브/벽돌 구성을 제공하는 것이 바람직하다.
그 외에도, 내화 벽돌이 스테이브 또는 쿨러 내의 홈 내에 배열되는 벽돌과 일정 각도로 기울어진 스테이브 또는 쿨러 내에 설치될 수 있으며, 상기 내화 벽돌이 스테이브가 노 안에 설치되기 이전 및/또는 이후에 스테이브의 전방면으로부터 제거되거나 및/또는 스테이브의 전방면 내에 삽입될 수 있는, 외부 매니폴드를 가진 스테이브를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
추가로, 내화 벽돌이 스테이브 내의 채널 안에 이중 고정되는(doubly locked) 외부 매니폴드를 가진 스테이브를 제공하는 것이 바람직한데, 이는 (1) 각각의 벽돌의 한 부분을 스테이브 내의 홈 또는 채널 내에 삽입함으로써, 이와 동시에 또는 그 이후에, 스테이브의 한 평면(plane)에 대해 실질적으로 평행한 축 상에서 각각의 벽돌 회전시킴으로써 결합되는,스테이브 채널과 벽돌의 보완적인 표면(complementary surface)에 의해 및/또는 b) 벽돌과 채널의 상기 보완 표면을 결합시키기 위하여 그리고 벽돌을 채널 챔버(channel chamber) 내에 고정시키거나 결부시키기 위해 또한 스테이브의 전방면에 있는 개구(opening)를 통해 홈 또는 채널로부터 선형으로 이동되는 것을 방지하기 위해, 이에 따라 벽돌의 바닥(bottom)이 스테이브를 향하는 방향 또는 실질적으로 스테이브를 향하는 방향으로 회전하며, (2) 노 작동 도안 가열될 때 팽창되고, 효과적인 결합을 유지하기 위해 스테이브 또는 쿨러에 대해 밀려지며(push) 이에 따라 벽돌의 매우 효과적인 냉각을 제공하면서도, 파열 또는 균열이 형성될 수 있는 임의의 벽돌 대신에 고정되는, 벽돌의 비스듬한 또는 테이퍼식 섹션(tapered section)에 의해 수행된다.
게다가, 스테이브 표면 온도가 일정하고 열이 손실이 별로 없어서 보다 일정한 노 작동이 가능하며 이에 따라 노와 스테이브에 가해지는 응력(stress)이 줄어들고 노와 스테이브의 수명을 증가시키는, 외부 매니폴드를 가진 스테이브를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 이러한 이점들과 그 외의 다른 이점들은 밑에 기술되는 바람직한 실시예의 상세한 설명을 참조하여 보다 명확하게 이해될 것이다.
바람직한 한 양태에서, 본 발명은 외부 하우징, 상기 외부 하우징 내에 수용된 개별 파이프를 포함하는 내부 파이프 회로를 포함하는 스테이브를 포함하며, 상기 개별 파이프는 각각 입구 단부와 출구 단부를 가지고, 각각의 파이프는 또 다른 파이프, 및 하우징 내에 또는 하우징 상에 배열되거나 또는 하우징과 일체형으로 구성된(integral) 매니폴드에 기계적으로 연결되거나 또는 연결되지 않을 수도 있으며, 각각의 개별 파이프의 입구 및/또는 출구 단부는 매니폴드에 의해 수용되거나 매니폴드 내에 배열된다.
본 발명의 스테이브의 또 다른 양태에 따르면, 매니폴드는 카본 스틸(carbon steel)로 제작될 수 있는 것이 바람직하며 하우징은 구리(copper)로 제작될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 스테이브의 또 다른 양태에 따르면, 매니폴드는 각각의 개별 파이프의 입구 및 출구 단부를 수용한다.
본 발명의 스테이브의 추가적인 양태에 따르면, 매니폴드는 카본 스틸로 제작되며 하우징은 구리로 제작되고, 매니폴드는 각각의 개별 파이프의 입구 및 출구 단부를 수용하며, 각각의 개별 파이프의 입구 및 출구 단부는 각각 매니폴드의 하우징 내에서 구리를 주조함으로써(cast) 부분적으로 둘러싸인다(surrounded).
또 다른 바람직한 제1 양태에서, 본 발명은 외부 하우징, 상기 외부 하우징 내에 수용된 개별 파이프를 포함하는 내부 파이프 회로를 포함하는 스테이브를 포함하며, 상기 개별 파이프는 각각 입구 단부와 출구 단부를 가지고, 각각의 파이프는 또 다른 파이프, 및 하우징 내에 또는 하우징 상에 배열되거나 또는 하우징과 일체형으로 구성된 매니폴드에 기계적으로 연결되거나 또는 연결되지 않을 수도 있으며, 각각의 개별 파이프의 입구 및/또는 출구 단부는 매니폴드에 의해 수용되거나 매니폴드 내에 배열된다. 추가로, 상기 스테이브는 복수의 리브(rib) 및 복수의 채널, 그리고 복수의 벽돌을 가지는데, 스테이브의 전방면이 각각의 채널 내로의 제1 개구(opening)를 형성하고, 각각의 벽돌은 한 위치로 제1 개구를 통해 복수의 채널 중 하나 내로 삽입 가능하며, 한 채널 내에 부분적으로 배열된 벽돌의 회전 시에, 벽돌의 하나 또는 그 이상의 부분들이 복수의 리브 중 제1 리브 및/또는 한 채널의 하나 또는 그 이상의 표면과 적어도 부분적으로 결합되고, 벽돌은 우선 회전되지 않고 선형 운동(linear movement)에 의하여 제1 개구를 통해 한 채널로부터 제거되는 것이 고정된다(locked against).
본 발명의 스테이브의 추가적인 양태에서, 스테이브는 각각의 채널 내로의 하나 또는 그 이상의 측면 개구(side opening)를 형성한다.
본 발명의 스테이브의 또 다른 양태에서, 벽돌의 하나 또는 그 이상의 부분들은 한 채널의 제1 섹션 내에 적어도 부분적으로 배열된 노즈(nose)를 포함한다.
본 발명의 스테이브의 추가적인 양태에서, 제1 섹션은 노즈에 대해 보완적으로 구성된다(complementary).
본 발명의 스테이브의 또 다른 양태에서, 벽돌의 회전은 스테이브를 향하는 방향으로 이동하는 벽돌의 바닥(bottom)을 포함한다.
본 발명의 스테이브의 추가적인 양태에서, 제1 리브의 제1 리브 표면이 벽돌의 상부에 의해 형성된 홈(groove)에 대해 보완적이며, 제1 리브 표면은 홈 내에 적어도 부분적으로 배열된다.
본 발명의 스테이브의 또 다른 양태에서, 복수의 벽돌은 각각 스테이브로부터 멀어지는 방향으로 이동되는 각각의 벽돌의 바닥을 포함하는 각각의 벽돌의 회전을 통해 각각의 채널로부터 제거될 수 있다.
본 발명의 스테이브의 추가적인 양태에서, 스테이브는 실질적으로 평평하다.
본 발명의 스테이브의 또 다른 양태에서, 스테이브는 수평축과 수직축 중 하나 또는 둘 모두에 대해 굽어진다(curved).
본 발명의 스테이브의 추가적인 양태에서, 복수의 채널 내에 적어도 부분적으로 배열된 복수의 벽돌은 스테이브의 전방면으로부터 돌출되고 적층된(stacked), 복수의 실질적으로 수평의 벽돌 열(row)을 형성한다.
본 발명의 스테이브의 또 다른 양태에서, 벽돌 중 하나는 또 다른 벽돌이 열 위에 배열되고 하나의 벽돌을 부분적으로 또는 완전히 덮을 때 각각의 채널의 제1 개구로부터 회전되거나 및/또는 끌어내질 수 다.
추가적인 바람직한 양태에서, 본 발명의 스테이브는 인접한 스테이브 사이의 간격(gap)으로 나란하게 기립된(standing) 복수의 스테이브를 추가로 포함하며, 각각의 스테이브는 복수의 리브, 복수의 채널, 및 복수의 채널 내에 배열된 복수의 실질적으로 수평의 벽돌 열을 가진다.
본 발명의 스테이브의 또 다른 양태에서, 복수의 채널 내에 배열된 복수의 실질적으로 수평의 벽돌 열들은 인접한 스테이브 사이의 간격을 전체적으로 또는 부분적으로 덮는다(cover).
추가적인 바람직한 양태에서, 스테이브는 실질적으로 수직으로 또는 약 90도 이외의 각도로 기립한다(stand).
본 발명의 스테이브의 또 다른 양태에서, 복수의 벽돌은 각각 시트(seat)를 추가로 형성하며, 상기 시트는 한 채널의 제2 섹션 내에 적어도 부분적으로 배열된다.
본 발명의 스테이브의 또 다른 양태에서, 제2 섹션은 시트에 대해 보완적으로 구성된다.
본 발명 내에서 그 밖의 다수의 변형예들이 가능하며, 본 발명의 이러한 원리, 변형 및 이점들과 그 밖의 원리, 변형 및 이점들은 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면들으로부터 자명하게 될 것이다.
본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여, 본 발명은 이제, 첨부도면들을 참조하여 비-제한적으로 예시되어 기술될 것이다:
도 1은 종래 기술의 스테이브의 전방 투시도;
도 2는 종래 기술의 도브테일 형태의 내화 벽돌의 측면 투시도;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벽돌의 측면 투시도;
도 4는 도 3의 벽돌을 사용하는 본 발명의 스테이브/벽돌 구성의 바람직한 실시예를 포함하는 본 발명의 노 라이닝의 바람직한 실시예의 상부 투시도;
도 5는 도 3의 벽돌을 사용하는 본 발명의 스테이브/벽돌 구성의 바람직한 실시예를 포함하는 본 발명의 노 라이닝의 바람직한 실시예의 측면 투시도;
도 6은 도 3의 벽돌을 사용하는 본 발명의 스테이브/벽돌 구성의 바람직한 실시예의 횡단면도;
도 7은, 본 발명의 스테이브의 바람직한 실시예의 전방면 내에 삽입되거나 전방면으로부터 제거될 때, 도 3의 벽돌을 보여주는 본 발명의 스테이브/벽돌 구성의 바람직한 실시예의 횡단면도;
도 8은 도 3의 2개 이상의 상이한 크기의 벽돌을 사용하는 본 발명의 대안의 스테이브/벽돌 구성의 바람직한 실시예의 횡단면도;
도 9는 종래 기술의 스테이브/벽돌 구성을 사용하는 종래 기술의 노 라이닝의 상부 평면도;
도 10은 도 3의 벽돌을 사용하는 본 발명의 스테이브/벽돌 구성의 바람직한 실시예를 포함하는 본 발명의 노 라이닝의 바람직한 실시예의 상부 평면도;
도 11은 본 발명의 스테이브/벽돌 구성의 또 다른 바람직한 실시예의 횡단면도;
도 12는 도 11의 스테이브/벽돌 구성의 부분적인 전방 입면도;
도 13은 본 발명의 외부 매니폴드를 가지며 내부에 설치된 바람직한 스테이브를 가진 노의 전방 투시도;
도 14는 다수의 입구/출구 파이프를 가지고 따라서 노 쉘 내에 다수의 접근 홀 또는 구멍이 필요하며 상부에 설치된 종래 기술의 스테이브를 가진 노의 개략적인 도면;
도 15는 외부 매니폴드를 가진 본 발명의 바람직한 스테이브를 위한 바람직한 내부 코일 조립체의 도면;
도 16은 외부 매니폴드를 가진 본 발명의 바람직한 스테이브를 위한 바람직한 내부 코일 조립체의 또 다른 도면;
도 17은 외부 매니폴드를 가진 본 발명의 바람직한 스테이브의 후방 투시도;
도 18은 외부 매니폴드에 연결된 냉매 유체 입구 및 출구 호스를 가진 외부 매니폴드를 포함하는 본 발명의 바람직한 스테이브의 후방 투시도;
도 19는 다수의 입구/출구 파이프를 가지고 따라서 노 쉘 내에 다수의 접근 홀 또는 구멍이 필요한 종래 기술의 스테이브의 횡단면도;
도 20은 노에 연결된 냉매 유체 입구 및 출구 호스를 가지며 노를 통해 연장되는 외부 매니폴드를 가지고 노 내에 설치된 본 발명의 바람직한 스테이브의 후방 투시도;
도 21은 외부 매니폴드를 가진 본 발명의 바람직한 스테이브를 위한 바람직한 내부 코일 조립체의 팽창된 전방 투시도;
도 22는 외부 매니폴드를 가진 본 발명의 바람직한 스테이브를 위한 바람직한 내부 코일 조립체의 팽창된 후방 투시도;
도 23은 외부 매니폴드를 가진 본 발명의 바람직한 스테이브의 팽창된 후방 투시도;
도 24는 외부 매니폴드를 가진 본 발명의 바람직한 스테이브의 매니폴드 하우징의 팽창된 후방 투시도;
도 25는 외부 매니폴드를 가진 본 발명의 바람직한 스테이브의 매니폴드 하우징의 팽창된 측면 평면도;
도 26은 원통형 외부 매니폴드를 가진 본 발명의 바람직한 스테이브의 팽창된 후방 투시도; 및
도 27은 외부 매니폴드를 가진 본 발명의 바람직한 스테이브의 바람직한 내부 코일 조립체의 측면 평면도이다.
하기에 기재된 상세한 설명에서, 도면부호는 본 명세서의 일부분을 형성하는 실시예들과 도면들에 표시되는데, 이들은 오직 예시로서만 도시되며, 본 발명의 주제를 이루는 특정 실시예들이 실시될 수 있다. 상기 실시예들은 당업자가 이 실시예를 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 기술되는데, 그 외의 다른 실시예들도 이용될 수 있으며, 본 발명의 주제 범위를 벗어나지 않고도 구조적 또는 논리적인 변형예들이 가능할 수 있다. 이러한 본 발명의 주제의 실시예들은 개별적으로 및/또는 전체적으로 지칭될 수 있으며, 본 명세서에서는 실제로 하나 이상의 개념이 기술되는 경우 임의의 단일의 발명 개념에 적용되는 범위를 제한하려는 것이 아니라 단지 편의상 기재되는 것으로 이해하면 된다.
따라서, 하기 기술내용은 하기 청구항들 및 균등예들에 의해 정의된 본 발명의 주제의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1은 복수의 스테이브 채널(12)을 형성하고 복수의 스테이브 리브(11)를 가진 종래 기술의 공지된 구성의 평면의 유체 냉각식 스테이브(10)를 예시하는데, 이 둘은 모두 서로 일치하는 횡단면을 가진 벽돌과 함께 사용하기 위해 일반적으로 직사각형의 횡단면을 가진다. 공지된 구성의 다른 스테이브 디자인(도시되지 않음)은 도 2에 도시된 종래 기술의 내화 벽돌(14)의 도브테일 섹션(16)들에 대해 보완적인(complementary) 횡단면을 가진 스테이브 채널과 스테이브 리브를 사용하여, 이러한 도브테일 섹션(16)들이 스테이브의 측면 단부 내로 삽입될 수 있게 하고 각각의 인접한 벽돌 사이에서 모르타르로 또는 모르타르 없이 내부 위치로 슬라이딩될 수 있게 한다. 이러한 공지된 스테이브 벽돌 구성의 주된 단점은, 노 안에 설치될 때 서로에 대해 근접하게 배열되기 때문에, 전체적으로 또는 부분적으로 스테이브/벽돌 구성이 다시 형성되거나 또는 수리될 때마다, 벽돌(14)이 스테이브 채널(12)로부터 슬라이딩되어 나올 수 있도록 하기 위하여 이러한 스테이브(10)가 노로부터 제거되어야 한다는 점이다. 노로부터 이러한 스테이브(10)를 제거하는 것은 반드시 필요한데, 그 이유는 벽돌(14)이 스테이브(10)의 전방면을 통해 스테이브 채널(12) 안으로 삽입되거나 또는 제거될 수 없기 때문이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 스테이브(10)는 하나 또는 그 이상의 외부 파이프에 연결될 수 있는 스테이브(10) 내에 배열된 복수의 파이프(13)를 포함하며, 상기 하나 또는 그 이상의 외부 파이프는 스테이브(10)의 노 쉘 측면(furnace shell side)으로부터 연장되고 노의 금속 쉘(metal shell)을 관통하여, 노 안에 설치되고 조립될 때, 스테이브 채널(12) 내에 배열된 임의의 내화 벽돌과 스테이브(10)를 냉각시키기 위하여, 냉매(coolant), 가령, 예를 들어, 올라간 압력에서 물이 파이프(13)를 통해 펌핑된다(pumped).
도 2에 추가로 예시된 것과 같이, 종래 기술의 도브테일 내화 벽돌(14)은 노 환경에서, 특히, 스테이브(10)로부터 노 안으로 돌출되는 벽돌(14)의 돌출 부분(17)의 길이가 벽돌(14)의 전체 깊이 또는 길이에 비해 기다란 곳에서, 쉽게 파열될 수 있는 상대적으로 얇은 수직 넥크(15)를 가진다.
도 3은 본 발명의 스테이브/벽돌 구성(28)의 바람직한 실시예에 따른 내화 벽돌(18)의 바람직한 실시예를 예시한다. 벽돌(18)은 각각 노출면(26) 및 비스듬하거나 또는 기울어진 상부 및 바닥 섹션(19 및 20)을 가진다. 또한, 벽돌(18)은 오목 홈(22), 일반적인 아치형 노즈(23), 일반적인 아치형 시트(25), 일반적인 아치형 오목 섹션(24), 하측면(27) 및 일반적인 평면 전방면(31)을 포함하는 고정면(29)을 포함하거나 형성한다. 또한, 벽돌(18)은 넥크(21)를 가지며, 상기 넥크의 수직 두께(ab)는 공지된 벽돌(14)의 수직 넥크(15)에 대해 증가된다. 수직 넥크(21)의 길이(ab)는 벽돌(18)이 내부에 설치될 때 스테이브 채널(37) 내에 배열된 벽돌(18)의 깊이의 길이(cd)의 약 2배와 똑같거나 그보다 더 큰 것이 바람직하다. 벽돌(18) 및/또는 벽돌의 임의의 부분, 가령, 이들에만 제한되지는 않지만, 하나 또는 그 이상의 노출면(26), 하측면(27), 전방면(31), 비스듬하거나/기울어진 상부 섹션(19), 비스듬하거나/기울어진 바닥 섹션(20), 홈(22), 노즈(23), 시트(25), 오목 섹션(24) 및 전방 고정면(29)의 형태, 기하학적 형상(geometry) 및/또는 횡단면은 변형될 수 있거나 혹은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 본 발명의 도면에 도시된 것과 같이 바람직한 실시예의 형태들 대신에, 그 외의 다른 형태, 가령, 각을 이룬 형태(angular), 직선형(rectilinear), 다각형, 기어형(geared), 톱니형(toothed), 대칭, 비대칭 또는 불규칙 형태를 가질 수 있다. 본 발명의 내화 벽돌(18)은 현재 가능한 다수의 내화 재료, 가령, 이들에만 제한되지는 않지만, 실리콘 카바이드(가령, 세인트-고바인 세라믹사로부터 구매가능한 Sicanit AL3), MgO-C(마그네시아 카본), 알루미나, 단열 벽돌(IFB), 그래파이트 내화 벽돌, 주철 및 카본으로 제작될 수 있다. 그 외에도, 벽돌(18)은 노 안의 또는 스테이브(30) 내의 위치에 따라 교차하는(alternating) 또는 상이한 재료로 제작될 수도 있다. 또한, 위에서 설명한 것과 같이, 벽돌(18)의 형태는 다양한 스테이브 및/또는 노 공간 및/또는 기하학적 형상을 충족시키기 위해 변형되거나 변경될 수 있다.
본 발명의 스테이브/내화 벽돌 구성(28)의 바람직한 실시예, 가령, 본 발명의 스테이브(30)의 바람직한 실시예는 도 3-8 및 10에 도시된다. 스테이브(30)는 복수의 파이프(도시되지 않음), 가령, 하나 또는 그 이상의 외부 파이프에 결부될 수 있는, 도 1에 도시된 것과 같은 스테이브(10) 내에 배열된 복수의 파이프(13)를 포함할 수 있는데, 상기 하나 또는 그 이상의 외부 파이프는 스테이브(30)의 노 쉘 측면(furnace shell side)으로부터 연장되고 노의 금속 쉘을 관통하여, 노 안에 설치되고 조립될 때, 스테이브 채널(37) 내에 배열된 임의의 내화 벽돌(18)과 스테이브(30)를 냉각시키기 위하여, 냉매(coolant), 가령, 예를 들어, 올라간 압력에서 물이 이러한 파이프(도시되지 않음)를 통해 펌핑된다(pumped). 스테이브(30)는 구리, 주철 또는 높은 열전도성을 가진 그 외의 다른 금속으로 형성되며, 스테이브(30)와 함께 배열된 임의의 파이프는 강철(steel)로 제작되는 것이 바람직하다.
각각의 스테이브(30)는 내부에서 사용되는 영역 또는 노의 내부 프로파일(profile)과 일치시키기 위하여 수평축 주위로 및/또는 수직축 주위로 굽어질 수 있다(curved). 각각의 스테이브(30)는 도시된 것과 같이 완전히 직립의 90도 위치일 수 있는 기립 위치(standing position), 또는 경사지거나 기울어지진 위치(도시되지 않음)에서 스테이브(30)를 지지하기 위하여 복수의 스테이브 리브(32)와 스테이브 받침돌(socle)(33)을 포함하는 것이 바람직하다. 각각의 스테이브 리브(32)는 일반적인 아치형 상부 리브 섹션(34) 및 일반적인 아치형 바닥 리브 섹션(35)을 형성하는 것이 바람직하다. 스테이브(30)는 각각의 연속적인 스테이브 리브(32) 쌍들 사이에서 복수의 스테이브 채널(37)을 형성하는 것이 바람직하다. 각각의 스테이브 채널(37)은 일반적으로 C-형태 또는 U-형태이며 일반적인 평면 스테이브 채널 벽(38)을 포함하는 것이 바람직한 반면, 벽돌(18)의 전방면(31)이 본 명세서에 도시된 평면 형태 이외의 형태를 가지는 경우, 스테이브 채널 벽(38)은 벽돌(18)의 전방면(31)과 보완적으로 구성될 수 있도록 수직축 및/또는 수평축을 따라 굽어지거나 또는 윤곽을 형성하거나(contoured), 톱니 형태 등으로 형성될 수 있는데, 이는 적용 용도에 좌우될 수 있다. 또한, 각각의 스테이브 채널(37)은 일반적인 아치형 상부 채널 섹션(39) 및 일반적인 아치형 하부 채널 섹션(40)을 포함하는 것이 바람직하며, 이들은 모두 스테이브(30)와 연속적인 스테이브 리브(32) 쌍으로 형성된다. 스테이브 리브(32), 상부 리브 섹션(34), 바닥 리브 섹션(35), 스테이브 채널(37), 스테이브 채널 벽(38), 상부 채널 섹션(39) 및 하부 채널 섹션(40) 중 하나 또는 그 이상의 형태, 기하학적 형상 및/또는 횡단면은 변형될 수 있거나 혹은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 본 발명의 도면에 도시된 것과 같이 바람직한 실시예의 형태들 대신에, 그 외의 다른 형태, 가령, 윤곽형태(contoured), 각을 이룬 형태(angular), 직선형(rectilinear), 다각형, 기어형(geared), 톱니형(toothed), 대칭, 비대칭 또는 불규칙 형태를 가질 수 있는 것이 바람직하다.
도 6과 7에 도시된 것과 같이, 본 발명의 스테이브 벽돌(18)이 공간이 허용될 때 스테이브(30)의 측면(45)들로부터 스테이브 채널(37) 내로 슬라이딩될 수 있으며, 스테이브 벽돌(18)은 또한 스테이브(30)의 전방면(47) 내로 삽입될 수도 있는 것이 바람직하고 유리하다. 스테이브(30)의 바닥에서부터 시작하여, 각각의 스테이브 채널(37)에는 각각의 벽돌(18)을 제1 방향(46)으로 회전시키거나 기울임으로써 스테이브 벽돌(18)을 채울 수 있으며, 여기서 벽돌(18)의 바닥 부분은, (1) 스테이브의 평면과 실질적으로 평행한 축 주위로, 또는 (2) 노즈(23)가 스테이브 채널(37) 내로 그리고 오목한 아치형의 상부 채널 섹션(39) 내로 삽입될 수 있도록, 스테이브(30)으로부터 멀어지게끔 이동되며, 그 뒤에, 벽돌(18)은 벽돌(18)의 바닥이 스테이브(30)를 향해 이동되도록 일반적으로 제2 방향(48)으로 회전되는데, 이 회전은, (i) 상부 채널 섹션(39)과 부분적으로 접촉하거나 또는 완전히 접촉하는 노즈(23)의 주변(perimeter) 없이 또는 상기 주변과 함께, 노즈(23)가 전체적으로 또는 부분적으로 오목한 아치형의 상부 채널 섹션(39) 내에 배열될 때까지, (ii) 채널 벽(38)와 부분적으로 접촉하거나 또는 완전히 접촉하는 전방면(31) 없이 또는 상기 전방면과 함께, 벽돌(18)의 전방면(31)이 채널 벽(38)에 실질적으로 가까이 배열되거나 및/또는 상기 채널 벽에 인접하게 배열될 때까지, (iii) 하부 채널 섹션(40)과 부분적으로 접촉하거나 또는 완전히 접촉하는 시트(25)의 주변(perimeter) 없이 또는 상기 주변과 함께, 아치형 시트(25)가 아치형의 하부 채널 섹션(40) 내에서 전체적으로 또는 부분적으로 배열될 때까지, (iv) 아치형 오목 섹션(24)이 연속적인 스테이브 리브(32) 쌍의 하부 스테이브 리브(32)의 아치형 상부 리브 섹션(34)에 걸쳐 전체적으로 또는 부분적으로 배열되어, 하부 스테이브 리브(32)의 아치형 상부 리브 섹션(34)과 부분적으로 접촉하거나 또는 완전히 접촉하는 오목 섹션(24)의 내측 표면 없이 또는 상기 내측 표면과 함께, 벽돌(18)이 내부에 삽입되는 스테이브 채널(37)을 형성할 때까지, (v) 리브 면(36)과 부분적으로 접촉하거나 또는 완전히 접촉하는 하부면(27) 없이 또는 상기 하부면과 함께, 벽돌(18)의 하부면(27)이 리브 면(36)에 실질적으로 가까이 배열되거나 및/또는 상기 리브 면에 인접하게 배열될 때까지, (vi) 벽돌(18)이 스테이브(30)의 최하측 스테이브 채널(37)을 제외하고는 스테이브 채널(37) 중 임의의 스테이브 채널 내에 설치되는 경우, 기울어진 상부 섹션(19)과 부분적으로 접촉하거나 또는 완전히 접촉하는 기울어진 바닥 섹션(20) 없이 또는 상기 기울어진 바닥 섹션과 함께, 설치된 벽돌(18)의 기울어진 바닥 섹션(20)이 설치된 벽돌(18) 바로 밑에 벽돌(18)의 기울어진 상부 섹션(19)에 실질적으로 가까이 배열되거나 및/또는 인접하게 배열될 때까지 수행된다. 도 5-7에 예시된 것과 같이, 오목한 상부 채널 섹션(39)과 부분적으로 접촉하거나 또는 완전히 접촉하는 노즈(23)의 주변 없이 또는 상기 주변과 함께, 노즈(23)가 오목한 아치형 상부 채널 섹션(39) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 배열되거나, 및/또는 오목한 하부 채널 섹션(40)과 부분적으로 접촉하거나 또는 완전히 접촉하는 시트(25)의 주변 없이 또는 상기 주변과 함께, 아치형 시트(25)가 오목한 아치형 하부 채널 섹션(40) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 배열될 때, 각각의 벽돌(18)은 스테이브(30)의 전방면(47) 내에서 개구(opening)를 통해 스테이브 채널(37)로부터 선형으로 이동되는 것이 방지되며, 이에 따라, 회전되는 각각의 벽돌(18) 없이는, 바닥이 스테이브(3)의 전방면(47)으로부터 멀어지게끔 회전된다.
도 5-8에 도시된 것과 같이, 벽돌(18)의 열(row)이 이전에 설치된 벽돌(18)의 열 위에 스테이브 채널(37) 내에 설치되고 나면, 이렇게 바로 하부 열에 있는 벽돌(18)은 그 자리에 고정되어 스테이브 채널(37)로부터 제거되도록 스테이브(30)로부터 멀어지는 제1 방향(46)으로 회전될 수 없다. 도 3-7 및 10에 도시된 것과 같이 본 발명의 스테이브/내화 벽돌 구성(28)은 인접한 스테이브 벽돌(18)들 사이에서 모르타르 없이 또는 모르타르와 함께 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 스테이브/벽돌 구성(90)의 또 다른 바람직한 실시예를 예시하는데 이 실시예는, 각각 2개 이상의 상이한 크기의 스테이브 벽돌(92 및 94)을 포함하여 불규칙적인 전방면(96)을 형성한다는 점을 제외하고는, 도 4-7의 스테이브/벽돌 구성(28)과 똑같다. 도시된 것과 같이, 스테이브/벽돌 구성(9)의 벽돌(92)은 벽돌(94)의 깊이(ce2)보다 더 큰 전체 깊이(ce1)를 가진다. 스테이브 벽돌(92 및 94)의 상이한 깊이에 따른 이러한 엇갈림 형태의 구성(staggered construction)은 각각 노의 부착 영역(accretion zone) 또는 그 외의 다른 바람직한 영역에 사용될 수 있는데, 이 영역에서 불규칙적인 전방면(96)은 열 및/또는 기계적 파손으로부터 벽돌(92 및 94)을 추가로 보호하기 위해 재료의 부착(accretion) 또는 생성(buildup)을 유지하는 데 보다 더 효율적일 것이다.
도 9는 노(49) 내에 있는 종래 기술의 스테이브/벽돌 구성(58)의 사용 방법을 예시한다. 노 쉘(51) 내에 배열된 미리-설치된(pre-installed) 벽돌(54)과 함께, 각각, 평평한 또는 구부러진 스테이브/쿨러(cooler), 가령, 평평한/평면의 상부 및 하부 스테이브(52 및 53)을 사용할 때, 이러한 스테이브(52 및 53)는, 램 간격(ram gap)(56)이 상부 스테이브(52)의 인접한 쌍들 사이에 제공되고 램 간격(57)이 하부 스테이브(53)의 인접한 쌍들 사이에 제공되어 이 둘 모두 구조적 허용오차(construction allowance)를 허용할 수 있도록, 노(49) 내에 설치된다. 이러한 램 간격(56 및 57)은 구조적 편차(construction deviation)를 허용하도록 사용되어야 한다. 이러한 램 간격(56 및 57)은 통상 내화 재료로 채워져서(rammed) 인접한 스테이브/벽돌 구성(58) 사이에서 상기 램 간격(56 및 57)이 밀폐된다(close). 이러한 내화 재료로 채워진 램 간격(56 및 57)은 통상적인 스테이브/벽돌 구성(58)을 사용하는 종래 기술의 노 라이닝 내의 취약 지점(weak point)이다. 노(49)의 작동 동안, 램 간격(56 및 57)은 너무 빠르게 부식되고(erode prematurely) 노 가스(furnace gas)는 스테이브/벽돌 구성(58) 사이에서 추적된다(track). 본 발명의 바람직하게 굽어진 스테이브/벽돌 구성(28)을 사용하면, 노는 벽돌(18)로 종래 기술의 램 간격을 제거하기 위해 외주(circumference) 주위에서 연속적으로 벽돌로 두를 수 있다(bricked). 도 10에 도시된 것과 같이, 스테이브(30) 사이의 간격(42)은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 벽돌(18)에 의해 덮혀서, 충진 재료(filling material)를 이러한 간격(42) 내에 채워넣을 필요가 없어진다. 인접한 스테이브(42)의 노 벽돌 사이의 종래 기술의 램 간격(56 및 57)을 제거함으로써, 노 및/또는 노 라이닝의 무결성(integrity) 및 수명이 증가된다.
미리-설치된 벽돌(54)을 가진 종래 기술의 스테이브/벽돌 구성(58)과 관련된 또 다른 문제점은, 도 9에 도시된 것과 같이, 이러한 종래 기술의 스테이브 벽돌 구성(58)이 노(49)의 외주 주위에 연속적으로 벽돌로 둘러지지 않기 때문에, 다수의 벽돌(54)의 에지(55)가 노(49) 내부 안으로 돌출되고 따라서 노(49)를 통해 떨어지는(falling) 임의의 물질(matter)에 노출된다는 것이다. 이러한 돌출 에지(55)들은 더 빨리 마모되거나 및/또는 떨어지는 물질과 쉽게 부딪혀서 돌출 에지(55)를 가진 이러한 벽돌(54)들이 노(49) 내에서 파열하게 되어(break off) 스테이브(52 및 53)를 노출시키게 한다. 다시 한번, 본 발명의 스테이브/벽돌 구성(28)은 노가 외주 주위로 연속적으로 벽돌로 두를 수 있게 하여 이에 따라, 도 10에 도시된 것과 같이, 이러한 임의의 돌출 벽돌 에지(55)를 없앤다. 따라서, (i) 벽돌(18)이 스테이브(30)로부터 끌어내 지거나 또는 떨어지는 현상(occurrence) 및 (ii) 스테이브(30)가 노의 엄청난 열에 직접 노출되는 현상 둘 모두가, 본 발명의 스테이브/벽돌 구성(28)에 의해 현저하게 감소된다. 이러한 특징들로 인해, 본 발명의 스테이브/벽돌 구성(28)은 용광로(blast furnace)의 스택(stack)에서 사용하기에 매우 적합하다.
또한, 도 10에 도시된 것과 같이, 각각의 스테이브(30)를 취급하고, 및/또는 각각의 스테이브(30)를 노 안에 고정시키거나 및/또는 장착하도록 사용되는 핀(41)을 장착하기 위하여, 복수의 핀 장착 실린더(43)가 각각의 스테이브(30)의 후방면(back side) 위에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 핀(41)들은 각각 스레드(threaded)형 또는 비-스레드(unthreaded)형 써모커플(thermocouple) 장착 홀(도시되지 않음)을 형성하여 하나 또는 그 이상의 써모커플이 각각의 스테이브(30) 상의 다양한 위치에서 쉽게 설치될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
도 3-8 및 10에 도시된 본 발명의 스테이브/내화 벽돌 구성(28)의 바람직한 실시예가 스테이브(30) 또는 노 쿨러(furnace cooler)의 바람직한 실시예를 포함하지만, 또한 본 발명의 원리는 프레임/벽돌 구성에도 적용될 수 있으며, 여기서, 이러한 프레임(도시되지 않음)은 스테이브(30) 또는 노 쿨러에만 제한되는 것이 아니라, 적용 분야, 가령, 이들에만 제한되지는 않지만, 노 분야(furnace application)를 위해, 내화 벽돌이든 아니든 간에, 기립 또는 그 외의 다른 지지된 수직 또는 기울어진 벽돌 벽을 제공하기 위한 프레임도 포함된다.
도 11-12는 본 발명의 스테이브/벽돌 구성(59)의 또 다른 바람직한 실시예를 예시하는데, 이 실시예는 스테이브(60) 및 교차하는(alternating) 얕고 깊은 도브테일 벽돌(68 및 69)을 포함하며, 이 벽돌들은, 각각, 바람직하게는 기다란 벽돌(69)과 똑같은 깊이를 가진 상부 라인 스테이브 벽돌(67) 및 그 외의 다른 얕고 깊은 도브테일 벽돌(68 및 69)의 노출면(76)보다 더 큰 높이를 가진 노출면(75)을 포함한다. 도시된 것과 같이, 얕고 깊은 도브테일 벽돌(68 및 69)은 둘 다 상부 및 하부 도브테일 또는 비스듬한 섹션(73 및 74)을 각각 가진다. 추가로, 벽돌(67, 68 및 69)은 각각 2개의 벽돌 코너(71)를 형성하는 반면, 깊은 벽돌(69)은, 본 발명의 스테이브/벽돌 구성(59)이 종료될 때(upon completion), 얕은 벽돌(68)의 벽돌 코너(71)와 일치하는(match up) 2개의 오목 벽돌 정점(concave brick vertex)(70)을 형성한다. 스테이브(60)는 완전히 90도로 직립한 위치, 또는 기울어지거나 비스듬한 위치에 있을 수 있는 기립 위치(standing positon)에서 스테이브(60)를 지지하기 위해 복수의 스테이브 리브(64)와 스테이브 받침돌(도시되지 않음)을 포함하는 것이 바람직하다.
각각의 스테이브 리브(64)는 각각 일반적으로 각을 이룬(angular) 상부 및 하부 리브 에지(65 및 66)를 형성하는 것이 바람직하다. 스테이브(60)는 각각의 연속적인 스테이브 리브(64) 쌍 사이에서 복수의 스테이브 채널(61)을 형성하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 각각의 스테이브 채널(61)은 일반적으로 평면의 스테이브 채널 벽(77)을 포함하지만, 이러한 전방면(78)이 본 명세서에 도시된 평면 형태 이외의 형태를 가지는 경우, 스테이브 채널 벽(77)은 깊은 도브테일 벽돌(69)의 전방면(78)과 보완적으로 구성될 수 있도록 수직축 및/또는 수평축을 따라 굽어지거나 또는 윤곽을 형성하거나(contoured), 톱니 형태 등으로 형성될 수 있는데, 이는 적용 용도에 좌우될 수 있다. 또한, 각각의 스테이브 채널(61)은 일반적인 도브테일 형태의 상부 채널 섹션(62) 및 일반적인 도브테일 형태의 하부 채널 섹션(63)을 포함하는 것이 바람직하며, 이들은 모두 스테이브(60) 및 연속적인 스테이브 리브(64) 쌍에 의해 형성된다.
스테이브 리브(64), 상부 및 하부 리브 에지(65 및 66), 스테이브 채널(61), 스테이브 채널 벽(77), 상부 채널 섹션(62), 하부 채널 섹션(63), 벽돌 정점(70) 및 벽돌 에지(71), 상부 및 하부 도브테일 섹션(73 및 74), 노출면(75 및 76) 및 전방면(78) 중 하나 또는 그 이상의 형태, 기하학적 형상(geometry) 및/또는 횡단면은 변형될 수 있거나 혹은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 본 발명의 도면에 도시된 것과 같이 바람직한 실시예의 형태들 대신에, 그 외의 다른 형태, 가령, 윤곽형태(contoured), 각을 이룬 형태(angular), 직선형(rectilinear), 다각형, 기어형(geared), 톱니형(toothed), 대칭, 비대칭 또는 불규칙 형태를 가질 수 있다.
도 12에 도시된 본 발명의 스테이브/벽돌 구성(59)의 도면은 스테이브 리브(64) 중 하나 걸러 다른 스테이브 리브(79)가 벽돌(67, 68)의 두께(즉 폭)의 절반보다 더 작은 두께만큼 짧은 것이 바람직하다는 것을 보여주는데, 이는 즉 구조적 편차(construction deviation)를 위해 ((벽돌 두께 - 쿨러 또는 스테이브 사이에서 디자인된 간격 길이)/2) + 1/4"이라는 의미이다. 추가적인 벽돌(도시되지 않음), 바람직하게는, 스테이브/쿨러(60)의 열전도성과 비슷하게 냉각(cooling)을 촉진하기 위하여 높은 열전도성을 가진 벽돌이 공동(void)(80)을 채우기 위해 스테이브 리브(64)의 잃어버린 섹션(missing section) 대신에 설치될 수 있다. 이러한 스테이브/벽돌 구성(59)은 벽돌(67, 68 및 69)이 스테이브 채널(61) 내로 삽입되거나 및/또는 상기 스테이브 채널로부터 제거될 수 있게 하며, 그 뒤, 이러한 벽돌들을 공동(80) 즉 짧아진 스테이브 리브(79)에 의해 생성된 여분의 공간을 통해 스테이브 채널(61) 내로 슬라이딩 시킴으로써, 스테이브(60)는 노 안에 설치된다.
바람직하게, 스테이브/벽돌 구성(59)은 단일의 벽돌 디자인(도시되지 않음)을 사용하거나 또는 도 11에 도시된 것과 같이, 각각, 교차하는 얕고 깊은 벽돌(68 및 69)을 사용할 수 있는데, 여기서, 깊은 벽돌(69)의 도브테일 섹션(73 및 74)은 스테이브 채널(61) 내에 삽입되고 수용되며(received), 얕은 벽돌(68)의 각각의 전방면(78)은, 각각의 리브 면(81)과 부분적으로 접촉하거나 또는 완전히 접촉하는 전방면(78) 없이 또는 이러한 전방면과 함께, 스테이브 리브(64)의 각각의 면(81)에 실질적으로 가까이 배열되거나 및/또는 상기 각각의 면에 인접하게 배열되며, 얕은 벽돌(68)의 각각의 벽돌 에지(71)는, 깊은 벽돌(69)의 각각의 정점(70)과 부분적으로 접촉하거나 또는 완전히 접촉하는 벽돌 에지(71) 없이 또는 이러한 벽돌 에지와 함께, 깊은 벽돌(69)의 각각의 정점(70)에 실질적으로 가까이 배열되거나 및/또는 상기 정점에 인접하게 배열된다. 그 외에도, 이러한 모든 벽돌의 한 부분과 2개 또는 그 이상의 상이한 형태의 벽돌을 사용하는 그 외의 다른 스테이브/벽돌 구성은 본 발명의 범위 내에 있다.
또한, 본 발명의 스테이브/벽돌 구성은 바람직하게도 벽돌을 한 형태로 설정하고(setting) 스테이브를 벽돌 주위에 주조함으로써(casting) 초기에 조립될 수 있다.
도 13-27에 도시된 것과 같이, 본 발명의 스테이브(100)가 위에서 기술된 실시예들과 비슷하게 복수의 스테이브 채널(137)을 형성하는 외부 하우징(102)을 포함한다. 스테이브(100)는, 외부 매니폴드(106) 내에 수용된 출구 및 입구에 연결되고 스테이브 외부 하우징(102) 내에 배열된 바람직한 내부 냉매 또는 열교환 파이프 회로(104)에 대해 밑에서 설명하는 차이들을 제외하고는, 위에서 기술된 스테이브(30)와 동일하다.
도 13-27에 도시된 것과 같이, 스테이브(100)는 외부 하우징(102), 물 또는 냉매 유체 공급원을 포함하는 내부 열교환 파이프 또는 튜빙 회로(104), 및 매니폴드(106) 내에 사용된 입구 및 출구 단부를 가진 회수 파이프(108)(또는 튜브 또는 호스가 바람직함)를 포함하며, 여기서 매니폴드(106)는 스테이브(100)가 노 쉘(51) 내부에 설치될 때 노 쉘(51)의 외부로 연장되는 것이 바람직하다. 매니폴드(106)는 매니폴드 하우징(110)의 외측 표면 또는 상부 플레이트(116)와 매니폴드(106) 내에 배열된 회로 파이프(108)의 단부에 바람직하게는 용접되거나 또는 그 외의 경우 납땜되거나 또는 고정되는 플랜지 커플링(114)과 회로 파이프(108)의 단부를 수용하기 위한 중공 매니폴드 하우징(110)을 포함하는 것이 바람직하다.
매니폴드 하우징(110)은 필렛 용접부(fillet weld)(122)에 의해 함께 용접되는 카본 스틸(carbon steel)의 서로 반대로 굽어지는 플레이트(120)로 제작되는 것이 바람직하다. 중앙 플레이트 지지부(124)와 교차 지지부(cross support)(126)가 추가적인 강도(strength)를 제공하고 매니폴드 하우징(100)의 커다란 개구(opening)를 상대적으로 작은 개구(128)로 분할하며(partition), 이들은 각각 회로 파이프9108)의 단부를 수용할 수 있다. 스테이브 하우징(102), 바람직하게는 구리로 형성된 스테이브 하우징은 파이프 회로(104)에 걸쳐 주조되며(cast), 매니폴드(106)는 파이프 회로 단부(108) 상의 자리에 배열되어 구리가 개구(128) 내에 채워지고, 여기서 파이프(108)의 단부는 파이프(108) 내에서 스테이브(100)로부터 냉매 유체 내로 열을 전달하는 개선된 열교환 성능을 제공하도록 배열될 뿐만 아니라 매니폴드(106) 내에서 파이프(108)의 단부를 더 잘 고정시킨다. 매니폴드(106)가 카본 스틸로 제작되는 것이 바람직하지만, 그 대안으로, 임의의 적절한 재료, 가령, 스테인리스 스틸, 주철, 구리 등으로 제작될 수도 있다.
스테이브(100)는 종래 기술의 스테이브에 비해 다수의 이점을 가지며, 이 이점들은, 가령: (1) 스테이브(100)는 용이한 설치 과정을 제공하는데, 그 이유는 상기 스테이브(100)는 입구/출구 파이프(108)가 노 쉘(51)을 통해 스테이브(100)로부터 그리고 스테이브(100)로 배열되도록 요구되는 노 쉘(51) 내에 필요한 접근 홀(access hole) 또는 구멍의 개수를 줄여주기 때문이며; (2) 스테이브(100)는 노 쉘(51) 상에서 스테이브(100)의 설치에 필요한 많은 지지력(support)을 제공하기 위해 매우 견고하게 구성되고; (3) 노 안에서 온도 변화로 인한 스테이브 팽창/수축의 영향은 노 쉘에 연결되는 개별 파이프가 제거되었기 때문에 최소화되며; (4) 노 쉘(51)과의 파이프 연결이 제거되었기 때문에 이러한 파이프 연결에 있어 스테이브(100)에는 용접부 파열(weld breach)이 줄어들고; (5) 스테이브(100)는 스테이브(100)가 노 쉘(51) 상에 지지되는 것을 도와주는데 필요한 임의의 지지 볼트(support bolt)의 중요성/위험성을 줄이는데, 그 이유는 이러한 지지 볼트가 스테이브(100)를 독립적으로 지지하는데 더 이상 좌우되지 않으며 스테이브(100)가 노 쉘(51) 상에서 지지되는데 요구되는 하중(load)의 대부분을 매니폴드(106)가 수용하기(carry) 때문이다.
특히, 도 26에 도시된 것과 같이, 매니폴드(106)는 필요 시에 상이하고 다양한 형태 및 크기를 가질 수 있다.
위에서 기술한 본 발명의 상세한 설명에서, 다양한 특징들이 본 발명에 대해 단일의 실시예로 기재된다. 본 발명의 이러한 방법은 본 발명에서 청구하고 있는 실시예들이 각각의 청구항에 명확하게 기재된 특징들보다 더 많은 특징들을 필요로 하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 대신, 하기 청구범위에서, 본 발명의 주제는 단일의 실시예에서의 모든 특징들보다 더 작은 특징들에 기초한다. 따라서, 하기 청구범위는 본 발명의 상세한 설명 내에 통합되며, 각각의 청구항들은 그 자체로도 개별 실시예로 제공된다.

Claims (20)

  1. 외부 하우징, 상기 외부 하우징 내에 수용된 개별 파이프를 포함하는 내부 파이프 회로를 포함하는 스테이브에 있어서,
    상기 개별 파이프는 각각 입구 단부와 출구 단부를 가지고, 각각의 파이프는 또 다른 파이프, 및 하우징 내에 또는 하우징 상에 배열되거나 또는 하우징과 일체형으로 구성된 매니폴드에 기계적으로 연결되거나 또는 연결되지 않을 수도 있으며, 각각의 개별 파이프의 입구 및/또는 출구 단부는 매니폴드에 의해 수용되거나 매니폴드 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  2. 제1항에 있어서, 매니폴드는 카본 스틸로 제작되며 하우징은 구리로 제작되는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  3. 제1항에 있어서, 매니폴드는 각각의 개별 파이프의 입구 및 출구 단부를 수용하는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  4. 제1항에 있어서, 매니폴드는 카본 스틸로 제작되며 하우징은 구리로 제작되고, 매니폴드는 각각의 개별 파이프의 입구 및 출구 단부를 수용하며, 각각의 개별 파이프의 입구 및 출구 단부는 각각 매니폴드의 하우징 내에서 구리를 주조함으로써 부분적으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  5. 제1항에 있어서, 스테이브는 복수의 리브 및 복수의 채널, 그리고 복수의 벽돌을 가지는데, 스테이브의 전방면이 각각의 채널 내로의 제1 개구를 형성하고, 각각의 벽돌은 한 위치로 제1 개구를 통해 복수의 채널 중 하나 내로 삽입 가능하며, 한 채널 내에 부분적으로 배열된 벽돌의 회전 시에, 벽돌의 하나 또는 그 이상의 부분들이 복수의 리브 중 제1 리브 및/또는 한 채널의 하나 또는 그 이상의 표면과 적어도 부분적으로 결합되고, 벽돌은 우선 회전되지 않고 선형 운동(linear movement)에 의하여 제1 개구를 통해 한 채널로부터 제거되는 것이 고정되는(locked against) 것을 특징으로 하는 스테이브.
  6. 제5항에 있어서, 스테이브는 각각의 채널 내로의 하나 또는 그 이상의 측면 개구(side opening)를 형성하는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  7. 제5항에 있어서, 벽돌의 상기 하나 또는 그 이상의 부분들은 한 채널의 제1 섹션 내에 적어도 부분적으로 배열된 노즈(nose)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  8. 제7항에 있어서, 제1 섹션은 노즈에 대해 보완적인(complementary) 것을 특징으로 하는 스테이브.
  9. 제5항에 있어서, 벽돌의 회전은 스테이브를 향하는 방향으로 이동하는 벽돌의 바닥을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  10. 제5항에 있어서, 제1 리브의 제1 리브 표면이 벽돌의 상부에 의해 형성된 홈(groove)에 대해 보완적이며, 제1 리브 표면은 홈 내에 적어도 부분적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  11. 제5항에 있어서, 복수의 벽돌은 각각 스테이브로부터 멀어지는 방향으로 이동되는 각각의 벽돌의 바닥을 포함하는 각각의 벽돌의 회전을 통해 각각의 채널로부터 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  12. 제5항에 있어서, 스테이브는 실질적으로 평평한 것을 특징으로 하는 스테이브.
  13. 제5항에 있어서, 스테이브는 수평축과 수직축 중 하나 또는 둘 모두에 대해 굽어진 것을 특징으로 하는 스테이브.
  14. 제5항에 있어서, 복수의 채널 내에 적어도 부분적으로 배열된 복수의 벽돌은 스테이브의 전방면으로부터 돌출되고 적층된(stacked), 복수의 실질적으로 수평의 벽돌 열(row)을 형성하는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  15. 제14항에 있어서, 벽돌 중 하나는 또 다른 벽돌이 열 위에 배열되고 하나의 벽돌을 부분적으로 또는 완전히 덮을 때 각각의 채널의 제1 개구로부터 회전되거나 및/또는 끌어내질 수 없는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  16. 제5항에 있어서, 인접한 스테이브 사이의 간격(gap)으로 나란하게 기립된(standing) 복수의 스테이브를 포함하며, 각각의 스테이브는 복수의 리브, 복수의 채널, 및 복수의 채널 내에 배열된 복수의 실질적으로 수평의 벽돌 열을 가지는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  17. 제16항에 있어서, 복수의 채널 내에 배열된 복수의 실질적으로 수평의 벽돌 열들은 인접한 스테이브 사이의 간격을 전체적으로 또는 부분적으로 덮는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  18. 제16항에 있어서, 스테이브는 실질적으로 수직으로 또는 약 90도 이외의 각도로 기립하는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  19. 제5항에 있어서, 복수의 벽돌은 각각 시트(seat)를 추가로 형성하며, 상기 시트는 한 채널의 제2 섹션 내에 적어도 부분적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 스테이브.
  20. 제19항에 있어서, 제2 섹션은 시트에 대해 보완적인 것을 특징으로 하는 스테이브.
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