KR20160063102A - 가열로의 버너장치 - Google Patents

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Abstract

가열로의 버너장치가 개시된다. 가열로(heating furnace)에 설치되는 버너 플레이트(burner plate); 상기 버너 플레이트에 형성되어, 상기 가열로에 연료를 분사하는 연료노즐; 상기 버너 플레이트에 형성되어, 상기 연료와의 연소반응을 위하여 상기 가열로에 공기를 분사하는 공기노즐; 및 상기 버너 플레이트 내부에서의 역화 발생 여부를 감지하는 역화감지부를 포함하는 가열로의 버너장치가 제공된다.

Description

가열로의 버너장치 {BURNER APPARATUS OF HEATING FURNACE}
본 발명은 가열로의 버너장치에 관한 것이다.
철광석을 원재료로 하여 최종 제품으로 강을 제조하는 제조 공정은 제선, 제강, 압연 공정 순으로 진행된다. 제선은 철광석을 용해하여 쇳물(용선)을 생산하는 공정이고, 제강 공정에서는 용선 내 불순물을 제거하여 용강을 생산한다. 압연 공정에서는 철을 강판이나 선재 및 코일로 가공하는 공정이다.
이 중 압연 공정에서는, 철이 가공되기에 적절한 온도까지 가열해야 하는데, 이 때 사용되는 설비를 가열로라고 한다. 가열로는 연속주조 공정으로부터 만들어진 슬라브를 소정의 온도(1200~1250℃)까지 가열하여 압연기로 공급하는 역할을 한다.
가열로의 연소는 복수 개의 버너에 의하여 진행되며, 원활한 연소를 위해 버너에 산소 및 연료가스가 공급된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0064478호(2005.06.29, 장입 슬래브의 균일 가열을 위한 가열로)에 개시되어 있다.
본 발명의 실시예들은, 버너 플레이트 내부의 역화 발생을 감지할 수 있는 가열로의 버너장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가열로(heating furnace)에 설치되는 버너 플레이트(burner plate); 상기 버너 플레이트에 형성되어, 상기 가열로에 연료를 분사하는 연료노즐; 상기 버너 플레이트에 형성되어, 상기 연료와의 연소반응을 위하여 상기 가열로에 공기를 분사하는 공기노즐; 및 상기 버너 플레이트 내부에서의 역화 발생 여부를 감지하는 역화감지부를 포함하는 가열로의 버너장치가 제공될 수 있다.
상기 역화감지부는, 상기 버너 플레이트 내부의 온도, 압력 또는 이산화탄소 농도를 감지하는 센서부; 및 상기 센서부의 감지 결과를 기초로 상기 버너 플레이트 내부에서의 역화 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 센서부는, 상기 버너 플레이트 내부의 온도를 감지하는 온도센서를 포함할 수 있다.
상기 센서부는, 상기 버너 플레이트 내부의 압력을 측정하는 압력센서를 포함할 수 있다.
상기 센서부는, 상기 버너 플레이트 내부의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 센서를 포함할 수 있다.
상기 제어부에서 역화 발생 판단 시, 상기 연료노즐에 대한 연료 공급을 차단하는 개폐밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부에서 역화 발생 판단 시, 알람을 발생시키는 알람부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 버너장치의 역화 발생을 자동 감지하여 연료 공급을 차단하고 작업자에게 알림으로써 작업장 내 화재 사고를 예방할 수 있다.
도 1은 가열로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 버너장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 버너장치 일부를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 버너장치의 작동 순서를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 가열로의 버너장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 가열로를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 가열로(10)에는 복수 개의 버너장치(1000)가 설치될 수 있다.
가열로(10)는 버너장치(1000)에 의하여 슬라브(S)를 소정의 온도(1200℃ ~ 1250℃)까지 가열하는 설비일 수 있다.
가열로(10)에는 슬라브(S)를 이송하는 컨베이어 벨트가 설치될 수 있다. 컨베이어 벨트는 가열로(10)의 내부를 통과하여 외부로 연장될 수 있다.
가열로(10)에서 이루어지는 가열 공정의 전 공정은 슬라브(S)를 제조하는 연속주조 공정의 일 부분으로서, 압연 공정에 투입되기 전에 이루어질 수 있다.
가열로(10)에서 가열된 슬라브(S)의 표면에는 산화철이 생기는데, 이를 스케일이라고 하며 스케일은 후공정에서 제거될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 버너장치(1000)를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 버너장치(1000) 일부를 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 버너장치(1000)는 버너 플레이트(100), 연료노즐(200), 공기노즐(300) 및 역화감지부(400)를 포함할 수 있고, 개폐밸브(500) 및 알람부(600)를 더 포함할 수 있다.
버너 플레이트(100)는 버너장치의 외형을 이루는 부분으로, 몸체 부분일 수 있다.
버너 플레이트(100)는 가열로(10)에 설치될 수 있다.
버너 플레이트(100)는 원형일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것이 아니며, 필요에 따라 다각형 등의 다양한 형태로 변형될 수 있다.
연료노즐(200)은 가열로(10) 방향에 연료를 분사할 수 있다.
연료노즐(200)은 버너 플레이트(100)에 관통되어 형성될 수 있다. 연료노즐(200)의 단부는 외부로부터 연료를 공급받을 수 있도록 개방될 수 있다.
연료노즐(200)은 복수 개로 형성될 수 있다. 복수 개의 연료노즐(200)은 버너 플레이트(100)의 중심에서 동심원을 그리며 배치될 수 있다. 연료노즐(200)의 배치는 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
공기노즐(300)은 가열로(10)에 연소에 필요한 공기를 분사할 수 있다.
공기노즐(300)에서 분사되는 공기는 연료노즐(200)에서 분사되는 연료와 혼합되어 고온에 의하여 화염을 발생시킬 수 있고, 별도의 점화장치에 의하여 점화될 수도 있다.
공기노즐(300)은 버너 플레이트(100)에 관통되어 형성될 수 있다. 공기노즐(300)의 단부는 외부로부터 공기를 공급받을 수 있도록 개방될 수 있다.
공기노즐(300)은 버너 플레이트(100)의 가장자리에서 고리 형상으로 하나로 형성될 수 있고, 복수 개의 공기노즐(300)이 버너 플레이트(100) 중심을 기준으로 동심원을 그리며 배치될 수도 있다.
일반적으로 버너장치에 의한 점화는, 버너 플레이트(100)의 전방으로서 가열되는 대상인 슬라브(S)를 향하는데, 버너장치가 고온에 장시간 노출되는 경우, 버너 플레이트(100) 내부의 연료노즐(200) 또는 공기노즐(300)이 열화로 인하여 손상될 수 있다.
연료노즐(200) 또는 공기노즐(300)이 손상되면, 버너 플레이트(100) 내부에서 연료 및 공기가 혼합되어 점화 시 버너 플레이트(100) 내부 방향으로 화염이 역행하는 역화(逆火) 현상이 발생할 수 있다.
버너 플레이트(100) 내부에서 역화가 발생되면, 버너 플레이트(100) 내부의 고압으로 인하여 버너장치가 폭발할 수 있으며, 이에 따라 대형 사고로 이어질 가능성이 있다.
안전 사고 예방을 위하여 버너장치의 연료노즐(200) 및 공기노즐(300)의 손상 여부를 주기적으로 확인해야 하는데, 이 작업을 위해서는 가열로(10)의 모든 버너를 소화하고 가열로(10) 내 온도를 상온으로 내린 후 작업자가 직접 육안으로 확인해야 하므로, 시간 및 인력의 소모가 크다.
또한, 버너 플레이트(100) 내부에서 역화가 발생되는 경우에도, 작업장이 고열 환경에 있어 신속하기 대응하기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 버너 플레이트(100) 내부의 역화 발생을 감지할 수 있는 가열로의 버너장치(1000)를 제공할 수 있다.
역화감지부(400)는 버너 플레이트(100) 내부에서의 역화 발생 여부를 감지할 수 있다.
역화감지부(400)는 버너 플레이트(100)의 내부, 예를 들어 연료노즐(200) 또는 공기노즐(300) 내부에서의 역화 발생 여부를 감지할 수 있다.
역화감지부(400)는 센서부(420) 및 제어부(440)를 포함할 수 있다.
센서부(420)는 버너 플레이트(100) 내부의 온도, 압력 또는 이산화탄소 농도를 감지할 수 있다.
제어부(440)은 센서부의 감지 결과를 기초로 버너 플레이트(100) 내부에서의 역화 발생 여부를 판단할 수 있다.
센서부(420)는 복수의 버너장치의 역화를 감지해야 하므로 버너장치와 동일한 개수로 설치될 수 있다.
센서부(420)는 하나의 버너장치에 복수 개로 설치되어, 버너장치 내의 구체적인 역화 발생 위치를 감지할 수도 있다.
센서부(420)는 온도센서(121), 압력센서(425) 또는 이산화탄소 센서(423)를 포함할 수 있다.
다른 예시로서, 센서부(420)는 온도센서(121), 압력센서(425) 및 이산화탄소 센서(423) 중 적어도 하나 이상의 결합으로 이루어질 수도 있다.
센서부(420)를 구성하는 센서의 개수가 증가할수록 역화 발생 감지에 대한 신뢰성이 높아질 수 있다.
온도센서(121)는 버너 플레이트(100) 내부에서 온도를 감지할 수 있다.
온도센서(121)에서 감지된 결과는 제어부(440)에 전송될 수 있다.
온도센서(121)는 공기노즐(300) 또는 연료노즐(200)에 설치될 수 있다.
온도센서(121)는 열전소자 및 열전대일 수 있다.
열전소자 및 열전대는 두 종류의 금속 또는 반도체 양 끝을 접합하여 온도 차를 주면 기전력을 발생시키는 제벡(Seebeck)효과의 원리를 이용할 수 있다.
열전소자 및 열전대는 버너 플레이트(100) 내부에 설치될 수 있다.
열전소자의 경우, 버너 플레이트(100) 외부에서도 온도 상승을 감지할 수 있으므로, 버너 플레이트(100) 내부뿐만 아니라 버너 플레이트(100)에 인접한 버너 플레이트(100)의 외부에 설치될 수도 있다.
제어부(440)는 온도센서로부터 정상 연소 상태일 때 발생되는 온도를 기 설정값으로 설정하고, 버너 플레이트(100) 내부의 온도가 기 설정값 이상이면, 버너 플레이트(100)내부에 역화가 발생된 것으로 판단할 수 있다.
압력센서(425)는 버너 플레이트(100) 내부의 압력을 측정할 수 있다.
압력센서(425)에서 감지된 결과는 제어부(440)에 전송될 수 있다.
압력센서(425)는 연료노즐(200)에 설치될 수 있다.
압력센서(425)는 압력스위치 또는 압력발생기일 수 있다.
제어부(440)는 정상 연소 상태의 압력을 기 설정값으로 설정하고, 버너 플레이트(100) 내부의 압력이 기 설정값 이상이면, 버너 플레이트(100)내부에 역화가 발생된 것으로 판단할 수 있다.
이산화탄소 센서(423)는 버너 플레이트(100) 내부의 이산화탄소 농도를 측정할 수 있다.
이산화탄소 센서(423)에서 감지된 결과는 제어부(440)에 전송될 수 있다.
이산화탄소 센서(423)는 공기노즐(300) 또는 연료노즐(200)에 설치될 수 있다.
제어부(440)는 정상 연소 상태일 때의 이산화탄소 농도를 기 설정값으로 설정하고, 버너 플레이트(100) 내부의 이산화탄소 농도가 기 설정값 이상이면, 버너 플레이트(100)내부에 역화가 발생된 것으로 판단할 수 있다.
제어부(440)는 센서부(420)의 감지 결과를 기초로 버너 플레이트(100) 내부에서의 역화 발생 여부를 판단할 수 있다.
제어부(440)는 복수의 센서부(420)의 감지 결과를 전송 받을 수 있다.
제어부(440)는 센서부(420)로부터 전송받은 온도, 압력 또는 이산화탄소 농도 각각의 감지 결과를 기 설정값과 비교하여, 감지 결과가 기 설정값 이상이면 역화 발생 상황으로 판단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 버너장치(1000)의 작동 순서를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로의 버너장치(1000)는 개폐밸브(500) 및 알람부(600)를 더 포함할 수 있다.
제어부(440)는 온도센서(121), 압력센서(425) 및 이산화탄소 센서(423)로부터 받은 감지 결과로부터 역화 발생 상황으로 판단하는 경우, 개폐밸브(500) 및 알람부(600)를 제어할 수 있다.
개폐밸브(500)는 제어부(440)에 의하여 연료노즐(200)의 연료 공급을 차단할 수 있다.
개폐밸브(500)는 연료노즐(200)에 설치될 수 있으며, 연료노즐(200)의 개수와 동일한 개수로 설치될 수 있다.
알람부(600)는 제어부(440)에 의하여 알람을 발생시킬 수 있다.
알람부(600)는 경고등, 사이렌 등을 포함할 수 있다.
알람부(600)는 시각적 신호, 청각적 신호 또는 이들의 결합으로 작업자에게 역화 발생 여부를 알릴 수 있다.
알람부(600)는 HMI(Human Machine Interface)시스템에 포함되어 알람 기능을 수행할 수도 있다.
알람부(600)가 HMI(Human Machine Interface)시스템에 포함되어있는 경우, 알람부(600)는 복수의 버너장치 중 역화가 발생한 버너장치 및 역화가 발생한 버너장치 내부의 구체적인 위치를 작업자에게 알려, 작업자가 긴급 상황에 신속하게 대응하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 역화 발생을 감지할 수 있는 가열로의 버너장치(1000)는 버너 플레이트(100) 내부의 역화 발생을 자동 감지하여 연료 공급을 차단하고 작업자에게 알림으로써 작업장 내 대형 사고를 예방할 수 있다.
또한, 역화가 발생한 버너장치의 구체적인 위치를 감지하여 작업자에게 알려 긴급 상황 확인 및 보수 작업에 소모되는 시간을 단축시키고 작업자의 번거로움을 줄일 수 있어, 조업 안정화에 기여할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
S: 슬라브
10: 가열로
1000: 가열로의 버너장치
100: 버너 플레이트
200: 연료노즐
300: 공기노즐
400: 역화감지부
420: 센서부
421: 온도센서
423: 이산화탄소 센서
425: 압력센서
440: 제어부
500: 개폐밸브
600: 알람부

Claims (7)

  1. 가열로(heating furnace)에 설치되는 버너 플레이트(burner plate);
    상기 버너 플레이트에 형성되어, 상기 가열로에 연료를 분사하는 연료노즐;
    상기 버너 플레이트에 형성되어, 상기 연료와의 연소반응을 위하여 상기 가열로에 공기를 분사하는 공기노즐; 및
    상기 버너 플레이트 내부에서의 역화 발생 여부를 감지하는 역화감지부를 포함하는 가열로의 버너장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 역화감지부는,
    상기 버너 플레이트 내부의 온도, 압력 또는 이산화탄소 농도를 감지하는 센서부; 및
    상기 센서부의 감지 결과를 기초로 상기 버너 플레이트 내부에서의 역화 발생 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로의 버너장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 버너 플레이트 내부의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로의 버너장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 버너 플레이트 내부의 압력을 측정하는 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로의 버너장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 버너 플레이트 내부의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로의 버너장치.
  6. 제2항에 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부에서 역화 발생 판단 시, 상기 연료노즐에 대한 연료 공급을 차단하는 개폐밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로의 버너장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부에서 역화 발생 판단 시, 알람을 발생시키는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열로의 버너장치.
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