KR20200015044A - 풍구 수취입 장치 - Google Patents

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Abstract

풍구 수취입 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 풍구 수취입 장치는, 용융로의 풍구에 연결되어 산소 또는 산소를 포함하는 기체를 풍구에 공급하기 위한 산소 공급관, 및 산소 공급관의 측면에 설치되어 용융로 내부로 물을 공급하기 위한 수분사 노즐을 포함한다.

Description

풍구 수취입 장치{DEVICE FOR PROVIDING WATER IN TUYERE}
본 발명은 풍구 수취입 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 파이넥스(FINEX) 등으로 알려진 용융환원제철 공정의 용융로는 노내 가스량을 낮게 유지하기 위하여 질소를 제거하고 상온의 산소를 풍구로 취입하므로 가스 발열량이 높고 연소대의 온도가 지나치게 상승하게 된다.
이를 해결하기 위하여, 연소대에서 산화규소(SiO) 가스 발생량을 줄이고 내부의 온도를 낮추기 위해 연소대에 취입하는 산소를 포함하는 기체와 함께 스팀을 혼합하여 취입하는 기술이 개시되었다.
그러나, 상온의 산소를 취입하는 용융로에서 냉풍에 스팀을 혼합 할 경우 스팀이 기체에서 액체로 상변화를 일으켜 배관 내 응축이 발생하고 각 풍구 지관별로 고르게 취입되지 않으며 응축된 물이 산소의 유량마저 불균일하게 하는 등의 문제점이 있었다.
또한, 각 지관 별로 스팀 유량계를 설치하여 용융로에 산소가 취입되기 직전에 스팀을 혼합하는 방법도 있으나, 고가의 스팀 유량계를 모든 지관에 하나씩 설치해야 하는 비용적 리스크가 있으며, 스팀 자체의 가격도 비싸 생산 원가가 상승하는 단점이 있었다.
그리고, 송풍 기체에 스팀을 혼합하지 않고 풍구에 직접 수취입 라인을 설치하여 용융로 노 내로 직접 물을 취입하는 기술도 개시되어 있다.
그러나, 이러한 방법은 물의 취입 속도가 충분치 않아 물이 연소대 내부로 유입되지 못하게 되어 연소대 온도를 저하하는 기능을 충분히 수행할 수 없다.
또한, 용융로에 물을 취입하는 조업은 상시 필요한 조업이 아닌 용선 중 Si 함량이 높거나 용선온도가 지나치게 높을 때만 한시적으로 사용할 수 있는 조업 방법이다.
그리고, 수취입을 하지 않을 때는 고온에 노출된 수취입 라인이 막히거나 손상되지 않도록 질소를 지속적으로 취입해야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 용융환원제철 공정에서 연소대 온도가 지나치게 상승하여 용선 내 Si 함량 증가를 방지하기 위하여 용융로의 풍구에 상온의 산소와 함께 상온의 물을 분사 취입하여 연소대의 온도를 안정화시킬 수 있는 풍구 수취입 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 풍구 수취입 장치는, 용융로의 풍구에 연결되어 산소 또는 산소를 포함하는 기체를 풍구에 공급하기 위한 산소 공급관을 포함할 수 있다.
또한, 풍구 수취입 장치는, 산소 공급관의 측면에 설치되어 산소 공급관 내부를 흐르는 산소 또는 산소를 포함하는 기체를 기송 매체로 하여 상기 용융로 내부로 물을 공급하기 위한 수분사 노즐을 포함할 수 있다.
산소 공급관은, 풍구 내에 삽입되는 삽입부와, 삽입부와 연결되고 용융로의 노체 외부로 노출되며 풍구에 산소를 취입하기 위한 산소 메인 배관과 연결되는 연결부를 포함할 수 있다.
수분사 노즐은 산소 공급관의 연결부에 설치되는 것일 수 있다.
수분사 노즐은 풍구의 유입구에 근접 설치되는 것일 수 있다.
수분사 노즐에 의하여 분사되는 물 입자의 크기는, 10 마이크로 미터 내지 500 마이크로 미터 범위로 설정되는 것일 수 있다.
수분사 노즐은 산소 공급관의 길이 방향에 대하여 비스듬하게 배치되어 산소 공급관에 설치되는 것일 수 있다.
수분사 노즐은, 산소 공급관의 길이 방향에 대하여 5도 내지 30도의 범위로 설정되는 각도를 두고 산소 공급관에 설치될 수 있다.
수분사 노즐은 산소 공급관에 삽입되어 설치된 노즐 팁을 포함할 수 있다.
수분사 노즐은, 물에 압력을 가하여 분사하는 일류체 노즐, 또는 물과 함께 다른 기체를 혼합하여 물 입자를 미세 입자로 분사하는 이류체 노즐인 것일 수 있다.
수분사 노즐은 일류체 노즐을 포함하며, 일류체 노즐의 물의 분사압은 산소 공급관 내의 산소의 압력보다 0.5 내지 1.5 bar 높게 설정되는 것일 수 있다.
수분사 노즐은 이류체 노즐을 포함하며, 물과 함께 취입하는 기체는 질소, 공기, 산소 중 어느 하나의 기체 또는 이들을 혼합한 기체인 것일 수 있다.
이류체 노즐에 산소가 포함된 기체를 사용할 경우, 기체에 포함된 산소량만큼 산소 공급관에 공급되는 산소량을 저감하는 것일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 물은 압력을 가해도 밀도가 크게 변하지 않아 유량제어가 편리하며 스팀에 비해 저가일 뿐만 아니라, 액상에서 기상으로 상변화 시 많은 양의 열을 흡수하기 때문에 적은 양을 취입하여도 연소대 온도 조절 효과가 크며 SiO 가스의 발생량을 저감할 수 있다.
또한, 반응의 결과로서 생성되는 수소는 노 내에서 환원가스로 작용하며, 환원철과의 반응 속도가 일산화탄소에 비해 빠르기 때문에 노심 내 미분의 제거, 환원력 증대 등의 효과를 가져올 수 있다.
또한, 수분사 노즐의 노즐 팁이 용융로 노 내에 노출되어 있지 않고 냉온의 산소 공급관에 연결되어 있기 때문에, 수분사를 하지 않는 조업 시에도 수분사 노즐 라인을 보호하기 위한 별다른 조치가 필요 없다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍구 수취입 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 물 입자의 크기와 중력에 의해 물 입자가 수직으로 낙하하는 속도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는" 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍구 수취입 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 물 입자의 크기와 중력에 의해 물 입자가 수직으로 낙하하는 속도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍구 수취입 장치는, 용선 내 Si 함량 증가를 방지하기 위하여 용융로 풍구에 상온의 산소와 함께 상온의 수분을 분사 취입하여 연소대의 온도를 안정화시킬 수 있는 장치이다.
용융환원제철 공정의 용융로(10)에는 설정된 높이에 일정한 각도로 복수개의 풍구(20)가 설치될 수 있다.
풍구(20)는 용융로(10)의 원주 방향에 설정된 간격으로 설치되어 용광로 내부로 열풍과 미분탄 등을 취입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍구 수취입 장치는, 용융로(10)의 풍구(20)에 연결되어 산소 또는 산소를 포함하는 기체를 각각의 풍구(20)에 공급하기 위한 산소 공급관(100)을 포함할 수 있다.
산소 공급관(100)은 산소 공장 등에서 생산된 산소를 각각의 풍구(20)로 취입하기 위한 산소 메인 배관(30)에 연결될 수 있다.
또한, 상기 산소 공급관(100)의 측면에 설치되어, 산소 공급관(100) 내부를 흐르는 산소 또는 산소를 포함하는 기체를 기송 매체로 하여 용융로(10) 내부로 물을 공급하기 위한 수분사 노즐(200)을 포함할 수 있다.
풍구(20)는 용융로(10)의 노체(11)를 관통하여 삽입되어 산소 공급관(100)을 지지하고 배관 보호를 위한 냉각수 라인 및 미분탄 취입 라인 등을 포함할 수 있다.
풍구(20)는 유입구(21)와 배출구(23)를 갖는 취입 통로를 형성하며, 전체적으로 유입구(21)로부터 배출구(23)쪽으로 직경이 점차 작아지게 테이퍼 형상으로 형성될 수 있다.
산소 공급관(100)은 풍구(20) 내에 삽입되는 삽입부(110)와, 삽입부(110)와 연결되고 용융로(10)의 노체(11) 외부로 노출되며 산소 메인 배관(30)과 연결되는 연결부(120)를 포함할 수 있다.
삽입부(110)의 직경은 연결부(120)의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다.
삽입부(110)의 일단부와 연결부(120)의 사이에는 연결부(120)와 연결되면서 직경이 점차 변화되는 테이퍼부 형상으로 형성수 있다.
산소 공급관(100)은 풍구(20)의 길이 방향 중심선(도 1의 X-X선)과 동일한 중심선을 가질 수 있다.
풍구(20)에는 냉각수 라인 및 미분탄 라인(미도시) 등이 설치되어 있으며 주기적으로 교체되는 소모품이므로, 수분사 노즐(200)은 풍구(20) 외부로 노출되어 있는 산소 공급관(100)의 연결부(120)에 설치될 수 있다.
또한, 수분사 노즐(200)은 산소 공급관(100) 내 어느 위치에라도 설치될 수 있으나, 물 입자의 크기가 클수록 산소의 이송력이 저하되므로 산소 이송력 증가를 위하여 풍구(20)의 유입구(21)에 근접 설치될 수 있다.
도 2에는 물 입자의 크기가 커짐에 따라 중력에 의해 입자가 수직으로 낙하하는 속도가 빨라짐을 보여주는 그래프를 나타내었다.
수분사 노즐(200)에 의하여 분사되는 물 입자는 수직으로 낙하하여 산소 공급관(100) 내에서 응축되기 전에 산소 또는 기체의 흐름을 따라 용융로(10) 내로 취입될 수 있어야 한다.
따라서, 수분사 노즐(200)에 의하여 분사되는 물 입자(물방울)의 크기는 산소 공급관(100) 내부에서 응축을 일으키지 않고 용융로(10) 내부로 진입이 가능할 수 있도록 500 마이크로 미터 이하, 특히 10 내지 500 마이크로 미터 범위로 설정될 수 있다.
수분사 노즐(200)은 분사된 물 입자가 산소 공급관(100)의 내벽에 부딪혀 응결되는 것을 방지하기 위해 산소 공급관(100)의 길이 방향(도 1의 X-X선 방향)에 대하여 비스듬하게 배치되어 산소 공급관(100)에 설치될 수 있다.
수분사 노즐(200)은 분사되는 물 입자가 산소 공급관(100)의 내벽에 부딪혀 응결되지 않으면서 산소 또는 기체 흐름을 따라 용이하게 취입될 수 있도록 산소 공급관(100)의 길이 방향에 대하여 5도 내지 30도의 범위로 설정되는 각도를 두고 산소 공급관(100)에 설치될 수 있다.
수분사 노즐(200)의 일단부는 분사되는 물 입자가 산소 또는 기체 흐름을 따라 용이하게 취입될 수 있도록 산소 공급관(100)의 내부로 설정된 깊이로 삽입될 수 있다.
수분사 노즐(200)이 산소 공급관(100) 내부로 너무 깊게 삽입되어 설치되면, 산소 공급관(100) 내 면적을 줄이는 등 산소의 흐름을 방해하거나, 강한 기류 때문에 수분사 노즐(200)의 부속품이 탈락되어 산소 공급관(100)을 막을 우려가 있다.
따라서, 수분사 노즐(200)에 의하여 분사되는 물 입자가 산소 또는 기체 흐름의 방해를 최소화 하기 위하여, 수분사 노즐(200)은 산소 공급관(100) 내에 삽입되어 설치된 노즐 팁(210)을 포함할 수 있다.
수분사 노즐(200)에는 수분사 노즐(200)에 의하여 분사되는 물의 압력을 조절하기 위한 수압 레귤레이터(220)가 설치될 수 있다.
또한, 수분사 노즐(200)에는 수분사 노즐(200)에 의하여 분사되는 물의 이물질 등을 여과하기 위한 필터(230)가 설치될 수 있다.
수분사 노즐(200)은 물에 압력을 가하여 분사하는 일류체 노즐, 또는 물과 함께 다른 기체를 혼합하여 물 입자의 크기를 아주 미세하게 분사하는 이류체 노즐일 수 있다.
수분사 노즐(200)은 일류체 노즐을 포함하며, 일류체 노즐은 물의 압력만을 이용하여 물을 노즐 밖으로 분사하므로, 분사압은 산소 공급관(100) 내의 산소의 압력보다 0.5 내지 1.5 bar 정도 높게 설정되어야 한다.
수분사 노즐(200)은 이류체 노즐을 포함하며, 물과 함께 취입하는 기체로 질소, 공기, 산소 중 어느 하나의 기체 또는 이들을 혼합한 기체 등을 사용할 수 있다.
질소는 용융로(10) 내에서 반응을 일으키지 않는 비활성 기체이기 때문에, 연소대의 온도를 떨어트리는 효과를 추가적으로 얻을 수 있다.
이류체 노즐에 질소를 포함하는 기체를 사용할 경우에는, 추가적인 온도 하락을 고려하여 기체의 사용량을 결정할 수 있다.
이류체 노즐에 산소가 포함된 기체를 사용할 경우, 산소의 양이 수취입을 하지 않을 때에 비해 늘어나는 것을 계산하여 송풍하는 산소의 양을 조절할 수 있다.
즉, 이류체 노즐에 산소가 포함된 기체를 사용할 경우에, 추가 사용된 산소량만큼 산소 공급관(100)을 통하여 공급하는 송풍하는 산소의 양을 저감할 수 있다.
이하에서, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍구 수취입 장치의 작동에 대해서 설명한다.
산소 메인 배관(30)으로부터 분기되어 용융로(10)의 풍구(20)로 연결되는 산소 공급관(100) 내에는 예컨대, 6 bar.g 이상의 압축 산소가 약 20 m/s 정도의 속도로 흐르고 있다.
이 산소 공급관(100)의 용융로(10) 외부로 노출되어 있는 연결부(120)의 측벽에 수분사 노즐(200)이 설치되어 있다.
또한, 수분사 노즐(200)은 물 입자 크기를 작게 하여 산소의 이송력을 증가하기 위하여 풍구(20)의 유입구(21)에 근접되게 설치되어 있다.
이와 같이 설치된 수분사 노즐(200)에 의하여, 상온의 물을 미립자로 분사하면 산소 공급관(100) 내에서 응축을 발생시키지 않으면서, 산소 공급관(100) 내 산소 또는 기체를 기송 매체로 삼아 용융로(10) 노 내로 물을 취입할 수 있다.
또한, 도 2는 물 입자의 크기가 커짐에 따라 중력에 의해 입자가 수직으로 낙하하는 속도가 빨라짐을 보여주는 그래프를 나타내고 있다.
물 입자가 수직으로 낙하하여 산소 공급관(100) 내에서 응축되기 전에 산소의 흐름을 따라 융융로(10) 내로 취입될 수 있어야 한다.
도 2에 도시된 바에 따르면, 물 입자(물방울)의 크기가 500 마이크로 미터일 때 수직으로 낙하하는 속도는 약 1 m/s이며, 산소 공급관(100)의 직경을 80 mm 라고 가정할 경우에 낙하하는데 걸리는 시간은 0.08 초이다.
산소 공급관(100) 내 기체의 유속이 20 m/s 일 때, 산소의 흐름에 따라 500 마이크로 미터의 물방울이 이동할 수 있는 수평거리는 약 1.6m 이며 이는 통상적인 산소 공급관의 길이와 유사하다.
따라서, 물방울의 크기는 500 마이크로 미터 이하가 되어야 산소 공급관 내부 바닥에 응축을 일으키지 않고 용융로(10) 내로 진입이 가능하다.
수분사 노즐(200)은 산소 공급관(100)의 길이 방향(도 1의 X-X 방향)에 대하여 5도 내지 30도의 각도로 비스듬하게 배치되어 산소 공급관(100)에 설치되어 있으므로, 수분사 노즐(200)에 의하여 분사된 물 입자가 산소 공급관(100) 내벽에 부딪혀 응결되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 수분사 노즐(200)이 산소 공급관(100) 내에 너무 깊게 설치되면 산소 공급관(100) 내 면적을 줄이는 등 산소의 흐름을 방해하거나, 강한 기류 때문에 수분사 노즐(200) 부속품이 탈락되어 산소 공급관(100)을 막을 우려가 있다.
이 때문에, 수분사 노즐(200)의 노즐 팁(210) 부분을 산소 공급관(100) 내에 삽입하여 설치하고 있으므로, 수분사 노즐(200)에 의한 산소 흐름의 방해를 최소화 할 수 있다.
10: 용융로
11: 노체
20: 풍구
30: 산소 메인 배관
100: 산소 공급관
200: 수분사 노즐
210: 노즐 팁
220: 수압 레귤레이터

Claims (12)

  1. 용융로의 풍구에 연결되어 산소 또는 산소를 포함하는 기체를 상기 풍구에 공급하기 위한 산소 공급관, 및
    상기 산소 공급관의 측면에 설치되어, 상기 산소 공급관 내부를 흐르는 상기산소 또는 산소를 포함하는 기체를 기송 매체로 하여 상기 용융로 내부로 물을 공급하기 위한 수분사 노즐을 포함하는, 풍구 수취입 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산소 공급관은, 상기 풍구 내에 삽입되는 삽입부와, 상기 삽입부와 연결되고 상기 용융로의 노체 외부로 노출되며 상기 풍구에 산소를 취입하기 위한 산소 메인 배관과 연결되는 연결부를 포함하는, 풍구 수취입 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수분사 노즐은 상기 산소 공급관의 연결부에 설치되는 것인, 풍구 수취입 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수분사 노즐은 상기 풍구의 유입구에 근접 설치되는 것인, 풍구 수취입 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수분사 노즐에 의하여 분사되는 물 입자의 크기는, 10 마이크로 미터 내지 500 마이크로 미터 범위로 설정되는 것인, 풍구 수취입 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수분사 노즐은 상기 산소 공급관의 길이 방향에 대하여 비스듬하게 배치되어 상기 산소 공급관에 설치되는 것인, 풍구 수취입 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수분사 노즐은, 상기 산소 공급관의 길이 방향에 대하여 5도 내지 30도의 범위로 설정되는 각도를 두고 상기 산소 공급관에 설치되는 것인, 풍구 수취입 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수분사 노즐은 상기 산소 공급관에 삽입되어 설치된 노즐 팁을 포함하는, 풍구 수취입 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수분사 노즐은, 물에 압력을 가하여 분사하는 일류체 노즐, 또는 물과 함께 다른 기체를 혼합하여 물 입자를 미세 입자로 분사하는 이류체 노즐인 것인, 풍구 수취입 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수분사 노즐은 일류체 노즐을 포함하며, 상기 일류체 노즐의 물의 분사압은 상기 산소 공급관 내의 산소의 압력보다 0.5 내지 1.5 bar 높게 설정되는 것인, 풍구 수취입 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 수분사 노즐은 이류체 노즐일을 포함하며, 물과 함께 취입하는 기체는 질소, 공기, 산소 중 어느 하나의 기체 또는 이들을 혼합한 기체인 것인, 풍구 수취입 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이류체 노즐에 산소가 포함된 기체를 사용할 경우, 상기 기체에 포함된 산소량만큼 상기 산소 공급관에 공급되는 산소량을 저감하는 것인, 풍구 수취입 장치.
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