KR20210057959A - 용융로 내화물 보호장치 및 이를 포함하는 용융로 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 용융로 내화물 보호장치는, 용융로의 내면에 제1 내화물부가 설치되고, 상기 제1 내화물부와 상이한 재질로 구성되는 제2 내화물부가 상기 제1 내화물부 상에 설치되며, 상기 제1 내화물부와 상기 제2 내화물부 사이에는 내화물 보호부가 설치되고, 상기 내화물 보호부는 상기 제1 내화물부와 상기 제2 내화물부를 결합하는 캐스터블 내화물에 매설되는 구조로 설치될 수 있다.

Description

용융로 내화물 보호장치 및 이를 포함하는 용융로{APPARATUS FOR PROTECTING REFRACTORY OF MELTING FURNACE AND MELTING FURNACE HAVING THE SAME}

본 발명은 용융로 내화물 보호장치 및 이를 포함하는 용융로에 관한 것이다.

용융로는 금속에 용융점 이상의 고열을 가해서 용융시키는 노를 말하며, FINEX 용융로, 용광로 등이 이에 해당한다. 이 중에서 용광로는 철광석을 환원시켜 선철(이하, 용선이라 함)을 생산하는 설비로서, 용광로 내부에 철광석과 코크스, 그리고 부원료를 적층하고 용광로 하부 원주방향으로 설치된 송풍구를 통해 고온 열풍을 공급하여 코크스를 산화시키고, 여기서 생성된 CO가스로 철광석을 환원시켜 용융상태의 용선을 생산하는 설비이다.

용광로의 송풍구 하부에는 최대 1,500℃의 용융된 용선이 존재하며 송풍구 상부에는 최대 1,100℃의 고온 환원가스가 상승하고, 최상부에서는 철광석과 코크스가 지속적으로 투입되어 송풍구 상부까지 순차적으로 하강하게 된다. 이로 인해 용광로 하부의 내화물은 고온의 용융된 용선에 의해 화학적 마모에 노출되고 용선의 출선에 의한 용선 유동에 의해 기계적 마모 현상이 발생하게 된다. 이러한 노저부 내화물의 마모 방지와 철피의 적열 현상을 방지하기 위해 용광로 노저부 외벽부와 바닥부에 적절한 냉각 장치가 설치된다.

종래의 용광로는 조업 연수가 증가됨에 따라 노저부 내화물이 용선에 의해 화학적 마모와 기계적 마모가 발생하고, 내화물이 일정 두께 이하로 잔존하게 되면 용광로 외벽에 설치되는 냉각 장치로는 외부 철피를 보호하기 힘들어진다. 이에 따라 용광로의 개수 공사를 수행해야 하는 문제가 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 용융된 고온의 금속에 의한 내화물의 화학적, 기계적 마모를 저감시켜 용융로의 수명을 연장할 수 있는 용융로 내화물 보호장치 및 이를 포함하는 용융로를 제공하는 것이다.

다만 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 용융로 내화물 보호장치는, 용융로의 내면에 제1 내화물부가 설치되고, 상기 제1 내화물부와 상이한 재질로 구성되는 제2 내화물부가 상기 제1 내화물부 상에 설치되며, 상기 제1 내화물부와 상기 제2 내화물부 사이에는 내화물 보호부가 설치되고, 상기 내화물 보호부는 상기 제1 내화물부와 상기 제2 내화물부를 결합하는 캐스터블 내화물에 매설되는 구조로 설치될 수 있다.

상기 제1 내화물부는 카본내화물로 구성되고, 상기 내화물 보호부는 티타늄 금속판으로 구성되며, 상기 용광로 내에서 생산되는 용선에 의해 상기 제1 내화물부의 온도가 1,000℃ 이상으로 상승 시 상기 카본내화물의 카본(C)이 상기 티타늄 금속판에 결합되어 티타늄카바이드(TiC) 결합을 유도하도록 구성될 수 있다.

상기 내화물 보호부는 상기 용광로의 노저부 바닥에 배치되는 수평부, 상기 수평부의 일단에서 상향으로 연장되어 상기 용광로의 노저부 벽면에 배치되는 수직부를 포함하며, 링 형상의 구조를 가져 상기 용광로의 노저부 둘레를 따라서 제공될 수 있다.

상기 수직부는 상기 캐스터블 내화물에 매설 시 상기 캐스터블 내화물이 채워지는 다수의 타공을 구비할 수 있다.

상기 내화물 보호부는 다수의 분할부재로 구성되어 링 형상의 구조로 배열되어 이루어질 수 있다.

상기 내화물 보호부는 상기 수평부의 타단에서 상기 수직부와 반대방향으로 연장되는 제1 플랜지부 및 상기 수직부의 끝단에서 상기 수평부와 반대방향으로 연장되는 제2 플랜지부를 포함할 수 있다.

상기 제2 내화물부는 세라믹내화물로 구성되며, 상기 용광로의 노저부 바닥에서 상기 제1 내화물부 상에 설치되는 제1 세라믹내화물, 상기 제1 세라믹내화물 상에 설치되는 제2 세라믹내화물, 상기 용광로의 노저부 모서리에서 상기 제1 내화물부 상에 설치되는 제3 세라믹내화물, 상기 용광로의 노저부 벽면에서 상기 제1 내화물부 상에 설치되는 제4 세라믹내화물을 포함하고, 상기 제3 세라믹내화물은 상기 제1, 2, 4 세라믹내화물보다 두꺼운 구조로 설치될 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 용광로는 상기의 용광로 내화물 보호장치를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 용융된 고온의 금속에 의한 내화물의 화학적, 기계적 마모를 저감시켜 용융로의 수명을 연장할 수 있는 용융로 내화물 보호장치 및 이를 포함하는 용융로가 제공될 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 용융로 내화물 보호장치를 포함하는 용융로를 나타내는 개략도.
도 2는 도 1의 용융로에서 내화물 보호부가 구비된 상태를 나타내는 개략도.
도 3은 도 2의 내화물 보호부를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 4는 도 3의 내화물 보호부의 변형예를 개략적으로 나타내는 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 또한, 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 용융로 내화물 보호장치 및 이를 포함하는 용융로를 설명한다.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 용융로 내화물 보호장치를 포함하는 용융로를 나타내는 개략도이고, 도 2는 도 1의 용융로에서 내화물 보호부가 구비된 상태를 나타내는 개략도이며, 도 3은 도 2의 내화물 보호부를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 내화물 보호부의 변형예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 용융로 내화물 보호장치(1)는 제1 내화물부(10), 제2 내화물부(20) 및 내화물 보호부(30)를 포함할 수 있다.

제1 내화물부(10)는 용융로(MF)의 내면에 설치될 수 있다. 구체적으로, 제1 내화물부(10)는 용융로(MF)의 바닥과 용융로(MF)의 측벽을 덮는 구조로 설치될 수 있다.

제1 내화물부(10)는 용융로(MF) 내부의 높은 열을 외부로 배출하기 위한 높은 열전도도를 가지는 재질로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 내화물부(10)는 카본내화물로 구성될 수 있다.

제2 내화물부(20)는 제1 내화물부(10) 상에 설치되어 제1 내화물부(10)를 보호할 수 있다. 제2 내화물부(20)는 고온의 용융된 금속(예를 들어 용선)이 제1 내화물부(10)에 직접적인 열충격을 가하는 것을 방지할 수 있도록 제1 내화물부(10)를 덮는 구조로 설치될 수 있다.

제1 내화물부(10)와 제2 내화물부(20) 사이에는 결합용으로 채워지는 캐스터블 내화물(40)이 제공될 수 있다.

제2 내화물부(20)는 제1 내화물부(10)와 상이한 재질로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 내화물부(20)는 세라믹내화물로 구성될 수 있다.

도면을 참조하면, 제2 내화물부(20)는 용융로(MF)의 노저부 바닥에서 제1 내화물부(10) 상에 설치되는 제1 세라믹내화물(21), 제1 세라믹내화물(21) 상에 설치되는 제2 세라믹내화물(22), 용융로(MF)의 노저부 모서리에서 제1 내화물부(10) 상에 설치되는 제3 세라믹내화물(23), 용융로(MF)의 노저부 벽면에서 제1 내화물부(10) 상에 설치되는 제4 세라믹내화물(24)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 세라믹내화물(21, 22, 23, 24)은 각각 마모특성과 열전도율 등이 서로 상이할 수 있다. 제3 세라믹내화물(23)은 제1, 2, 4 세라믹내화물(21, 22, 24)보다 두꺼운 구조로 설치될 수 있다. 이는 노저부 모서리 영역에서 발생되는 용융된 금속의 유동특성을 고려한 것으로, 와류 등에 의해 상대적으로 기계적 마모가 높게 발생하는 것에 대응하기 위함이다.

조업 초기에는 제2 내화물부(20)가 고온의 용융된 금속으로부터 제1 내화물부(10)를 보호하게 된다. 그리고, 용융로(MF)를 장시간 사용하게 되면 제2 내화물부(20)가 먼저 마모되고, 다음으로 제1 내화물부(10)가 용융된 금속에 의해 마모되게 구성될 수 있다.

내화물 보호부(30)는 제1 내화물부(10)와 제2 내화물부(20) 사이에 설치될 수 있다. 이 경우, 내화물 보호부(30)는 제1 내화물부(10)와 제2 내화물부(20)를 결합하는 캐스터블 내화물(40)에 매설되는 구조로 설치될 수 있다.

일 실시예에서, 내화물 보호부(30)는 대략 2mm 정도 두께를 갖는 티타늄 금속판으로 구성될 수 있다. 그리고, 내화물 보호부(30)는 전체적으로 링 형상의 구조를 가지며, 용융된 금속의 유동에 따른 마모가 높게 나타나는 용융로(MF)의 노저부 모서리 영역에서 용융로(MF)의 둘레를 따라서 제공될 수 있다.

도면에서와 같이, 내화물 보호부(30)는 용융로(MF)의 노저부 바닥에 배치되는 링 형상의 수평부(31), 수평부(31)의 일단에서 상향으로 연장되어 용융로(MF)의 노저부 벽면에 배치되는 수직부(32)를 포함할 수 있다. 따라서, 단면 형상이 대략 "ㄴ"자 형상인 구조를 가질 수 있다.

또한, 수평부(31)의 타단에서 수직부(32)와 반대방향으로 연장되는 제1 플랜지부(33) 및 수직부(32)의 끝단에서 수평부(31)와 반대방향으로 연장되는 제2 플랜지부(34)를 포함할 수 있다. 제1 플랜지부(33)와 제2 플랜지부(34)는 각각 제1 내화물부(10) 내에 삽입되는 구조로 배치되어 내화물 보호부(30)가 제1 내화물부(10)와 제2 내화물부(20) 사이에서 제1 내화물부(10)에 견고하게 고정될 수 있도록 한다.

또한, 수직부(32)는 다수의 타공(35)을 구비할 수 있다. 다수의 타공(35)은 캐스터블 내화물(40)에 매설 시 타공(35)에 캐스터블 내화물(40)이 채워지도록 하여 제1 내화물부(10)와 제2 내화물부(20) 사이의 결합력이 내화물 보호부(30)에 의해 감소되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 내화물 보호부(30)가 용융로(MF)의 장시간 사용에도 그 형태가 유지되도록 할 수 있다.

이와 같이 티타늄 금속판으로 구성된 내화물 보호부(30)를 카본내화물로 구성된 제1 내화물부(10)와 세라믹내화물로 구성된 제2 내화물부(20) 사이에 설치함으로써, 용융로(MF) 내에서 생산되는 고온의 용융된 금속에 의해 내화물 보호부(30) 주위의 온도, 즉 제1 내화물부(10)의 온도가 1,000℃ 이상으로 상승하면 카본내화물의 카본(C)이 티타늄 금속판에 결합되어 티타늄카바이드(TiC) 결합을 유도하도록 구성된다.

이때, 결합되는 티타늄카바이드(TiC)는 용융점이 3,140℃이고, 경도가 3,200HV인 특성을 가지므로, 용융된 금속에 의한 화학적 및 기계적 마모에 적절하게 대응할 수 있게 된다.

도 4에서는 내화물 보호부의 변형예를 개략적으로 나타내고 있다.

도면을 참조하면, 내화물 보호부(30')는 다수의 분할부재(30a, 30b, 30c, 30d)로 구성되어 링 형상의 구조로 배열될 수 있다.

내화물 보호부(30)가 단일부재로 구성되는 도 3의 실시예와 달리, 본 실시예에서는 내화물 보호부(30')가 네 개의 분할부재(30a, 30b, 30c, 30d)로 구성되어 제공될 수 있다. 이 경우, 분할부재(30a, 30b, 30c, 30d) 사이에는 용융로(MF) 노저부의 출선구(TH)가 배치될 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따르면 용융로(MF) 노저부에 카본내화물로 구성되는 제1 내화물부(10)를 설치하고, 그 상부에 세라믹내화물로 구성되는 제2 내화물부(20)를 설치하며, 티타늄 금속판으로 구성되는 내화물 보호부(30)를 제1 내화물부(10)와 제2 내화물부(20) 사이에 설치함으로써 용융로(MF) 노저부의 내화물이 용융된 금속(용선)에 의해 화학적, 기계적 마모되는 것을 저감할 수 있다.

특히, 조업 시 고온의 용융된 금속에 의해 티타늄 금속판 주위 온도가 1,000℃으로 올라가면 티타늄 금속판에 카본이 결합하여 티타늄카바이드를 형성하도록 유도하는 방법으로 마모를 저감시켜 용융로(MF)의 수명을 연장시킬 수 있다.

본 발명에 따른 내화물 보호장치는 용광로 등을 포함하는 용융된 고온의 금속을 담는 모든 용융로에 사용될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1... 용융로 내화물 보호장치
10... 제1 내화물부
20... 제2 내화물부
21... 제1 세라믹내화물
22... 제2 세라믹내화물
23... 제3 세라믹내화물
24... 제4 세라믹내화물
30... 내화물 보호부
31... 수평부
32... 수직부
33... 제1 플랜지부
34... 제2 플랜지부
35... 타공
40... 캐스터블 내화물

Claims (8)

1. 용융로의 내면에 제1 내화물부가 설치되고, 상기 제1 내화물부와 상이한 재질로 구성되는 제2 내화물부가 상기 제1 내화물부 상에 설치되며, 상기 제1 내화물부와 상기 제2 내화물부 사이에는 내화물 보호부가 설치되고, 상기 내화물 보호부는 상기 제1 내화물부와 상기 제2 내화물부를 결합하는 캐스터블 내화물에 매설되는 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 용융로 내화물 보호장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 내화물부는 카본내화물로 구성되고, 상기 내화물 보호부는 티타늄 금속판으로 구성되며,
   상기 용융로 내에서 생산되는 용융된 금속에 의해 상기 제1 내화물부의 온도가 1,000℃ 이상으로 상승 시 상기 카본내화물의 카본(C)이 상기 티타늄 금속판에 결합되어 티타늄카바이드(TiC) 결합을 유도하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 용융로 내화물 보호장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 내화물 보호부는 상기 용융로의 노저부 바닥에 배치되는 수평부, 상기 수평부의 일단에서 상향으로 연장되어 상기 용융로의 노저부 벽면에 배치되는 수직부를 포함하며, 링 형상의 구조를 가져 상기 용융로의 노저부 둘레를 따라서 제공되는 것을 특징으로 하는 용융로 내화물 보호장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 수직부는 상기 캐스터블 내화물에 매설 시 상기 캐스터블 내화물이 채워지는 다수의 타공을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융로 내화물 보호장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 내화물 보호부는 다수의 분할부재로 구성되어 링 형상의 구조로 배열되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 용융로 내화물 보호장치.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 내화물 보호부는 상기 수평부의 타단에서 상기 수직부와 반대방향으로 연장되는 제1 플랜지부 및 상기 수직부의 끝단에서 상기 수평부와 반대방향으로 연장되는 제2 플랜지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융로 내화물 보호장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2 내화물부는 세라믹내화물로 구성되며, 상기 용융로의 노저부 바닥에서 상기 제1 내화물부 상에 설치되는 제1 세라믹내화물, 상기 제1 세라믹내화물 상에 설치되는 제2 세라믹내화물, 상기 용융로의 노저부 모서리에서 상기 제1 내화물부 상에 설치되는 제3 세라믹내화물, 상기 용융로의 노저부 벽면에서 상기 제1 내화물부 상에 설치되는 제4 세라믹내화물을 포함하고,
   상기 제3 세라믹내화물은 상기 제1, 2, 4 세라믹내화물보다 두꺼운 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 용융로 내화물 보호장치.
   
8. 제1항의 용융로 내화물 보호장치를 구비하는 용융로.
   

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