KR890002606B1

KR890002606B1 - 액체질소에 의한 고로노벽 부착물 제거방법

Info

Publication number: KR890002606B1
Application number: KR1019850010069A
Authority: KR
Inventors: 정태식
Original assignee: 포항종합제철 주식회사; 안병화
Priority date: 1985-12-31
Filing date: 1985-12-31
Publication date: 1989-07-20
Also published as: KR870006197A

Abstract

내용 없음.

Description

액체질소에 의한 고로노벽 부착물 제거방법

제1도는 본 발명의 방법에 따른 장치도.

제2도는 노즐(Nozzle)설치 상태도.

제3도는 온도 변화에 따른 부착물 및 노벽연와의 수축율.

제4도는 냉매의 성질을 비교하기 위한 내화물 축조도.

제5도는 냉매의 열전달 비교도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

a : 부착물 b : 통상장입물 높이

c : 장입물 감척높이 1 : 노벽

2 : 노즐구멍 3 : 노즐

4 : 액체질소라인(line) 5 : 기체질소라이(line)

6 : 액체질소봄베(Bombe) 7 : 열전대온도계(Thermocouple)

8 : 기체질소밸브(valve) 9 : 액체질소 밸브

10 : 노즐구멍과 노벽과의 거미 11 : 옥토

12 : 파이프(pipe)보온재 13 : 노즐연결부

14 : 냉매분사구멍 15 : 알루미나질 연와

16 : 내열용 캐스타블(castable)

본 발명은 고로노벽 내면에 부착된 부착물을 노체철피와 노벽연화에 손상을 주지않고 안전하게 제거할 수 있는 액체질소 분사에 의한 고로노벽 부착물 제거방법에 관한 것이다. 일반적으로, 고로의 노정에서 장입된 철광석, 코크스(coke) 중에 함유된 아연이나 알카리류는 노하부의 고온부에서 증발하여 가스(gas)흐름의 방향에 따라 노흉(shaft)상,중부의 노벽연와 틈사이로 스며들어 연와를 파괴하기도하고 또는 그들이 결합물로 되어 장입된 광석분이나 코크스분을 굳혀 높은 강도의 부착물을 고로노벽 내면에 형성시키기도 한다. 이때 고로노벽 내면에 형성된 부착물은 정상적인 고로작업을 유지하는데 있어서 다음과 같은 문제점들을 발생시키고 있다. 첫째, 노내의 용적이 축소됨으로 인하여 고로의 생산능력(T/D㎡)이 감소되고, 둘째, 부착물에 의해 노벽에 광석과 코크스의 혼합층이 형성되어 노내 가스류의 변화를 촉진시켜 소위 편감현상을 유발시킴으로서 장입물의 불균일 강하를 초래하고, 셋째, 얹힘(hanging) 스립(slip)의 발생요인이 되어 고로조업의 균형을 파괴할 뿐만 아니라 노벽연와를 파괴하므로써 설비수명을 단축시키는 원인이된다.

이러한 부착물을 제거하기 위하여 종래의 다수의 방법이 사용되어 왔으나, 각기 다소의 문제점들을 지님으로 인하여 용이하고 안전한 부착물 제거방법이 되지못하였다. 종래의 방법들에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 즉, 첫째, 조업중에 장입물의 분포를 변경시켜 노내가스를 주변으로 많이 흐르게하고 노내온도를 높이고 용선중 규소를 높게 조업하는 소위 크리닝(cleaning)조업을하여 제거하는 방법이다. 이 방법은 고로조업형태(pattern)을 변경시켜야 하고, 장시간을 요하므로 연료비 측면에서도 커다란 문제점이 있다. 둘째, 고로를 휴풍하여 다이나마이트와 같은 폭약을 사용하여 발파함으로써 부착물을 제거하는 방법이다. 이 방법은 부착물을 탈락시킨다는 점에서는 가장좋은 수단이 될 수 있으나, 폭파에 의해 노체철피나 연와를 손상시킬 가능성이 크고, 또한 전문가에게 의뢰하지 않으면 안된다는 단점이 있다. 셋째, 부착물의 생성초기에 검지하여 부착물표면에 기체질소 또는 공기를 분사킴으로서 탈락시키는 방법이다. 이 방법은 부착물의 생성초기에 적용가능하며 공기 또는 기체질소를 냉매로 사용함으로서 물리적 변화속도가 느리므로 장시간을 요한다는 단점이 있다. 넷째, 고압기체 분사장치에 의해 부착물에 충격을 줌으로서 탈락시키는 방법이다. 이 방법은 부착물이 높은 강도로 형성되어 있음을 감안할때 소량의 부착물 탈락만이 가능할뿐이다. 다섯째, 공업용 총을 사용하는 법이다. 이 방법은 아이디어 자체는 양호하지만 그 실용성이 많은 문제점이있다.

상기에서 설명된 종래의 고로노벽 부착물 제거방법들 중에서 특히 상기 셋째 방법에 대하여 보다 상세히 설명하면, 그 원리는 노벽연화와 부착물을 냉각시킴에 따라 나타나는 수축율의 차이를 이용하여 부착물을 제거시키는 것으로서, 부착물의 표면에 냉매인 공기 또는 기체질소를 분사하여 냉각수축된 부착물이 노벽으로부터 지연탈락되게 하는 방법이다. 그러나 이와같은 방법으로는 냉각속도가 느리기 때문에 장시간이 소요되며 분사방법도 부착물의 표면에 분사하는 것이므로 부착물의 깊이가 깊고 폭이 넓은 대형의 부착물의 제거에는 이용될 수가 없다. 또한 소형의 부착물인 경우 자체 중량이 적기때문에 이와같은 방법에 의한 약간의 수축작용이 있다하더라도 제2의 충격(예 : 제송풍후 장입물에 의한 충격)을 가하지 않으면 자연탈락이 쉽게 일어나지 않을 것이다. 한편으로 공기를 냉매로 사용하였을 경우 휴풍기간 일지라도 CO가스가 다량발생하므로 O₂농도가 0.3%(안전율고려)이상이되면 폭발할 가능성이 크다.

본 발명은 상기에 기술된 종래방법의 단점을 해결하고 부착물의 생성초기(깊이 200mm이하)는 물론 대형부착물(깊이 200mm이상)도 용이하고 안전하게 제거시키는 것이 목적으로 고안된 것이다. 즉 본 발명은 종래의 기술에 비해 극저온(-197℃)의 액체질소를 냉매로 사용하기 때문에 물리적인 변화속도가 빠르므로 장시간을 요하지 않으며, 부착물에 노즐구멍을 관통시켜 노즐을 삽입하여 부착물의 내면에 액체질소를 분사하므로 부착물전체를 급속히 냉각시켜 부착물 전체 제거가 가능하다. 따라서 부착물의 생성초기 단계에도 적용가능할 뿐만 아니라 대형 부착물도 용이하게 제거가능하다. 또한 노체연와의 손상을 방지하기 위하여 열전대온도계를 사용하므로서 종래의 방법보다는 확실하게 연와를 보호할 수 있고, 그저온의 냉매를 부착물 내부에 분사하므로 부착물의 수축작용이 심하여 제2의 물리적인 충격이 없이 자연탈락이 가능하다는 개략 효과를 지니고 있다. 한편 본 고안에 사용되는 냉매는 불활성기체이므로 CO가스에 의한 폭발위험성이 없기때문에 안전하게 작업을 할 수 있다. 냉매로서 공기나 기체질소를 사용하는 경우와 액체 질소를 사용하는 경우 각각의 부착물의 냉각속도 및 냉각온도를 제4도 및 제5도에 의하여 설명하면 다음과 같다.

제4도는 알루미나질연와에 내열용 캐스타블로 부착물의 형태와 같이 시공한뒤 부착물에 노즐구멍을 관통시킨 것이다.

제5도는 제4도의 부착물을 실리콘 니트로에 1000℃로 5시간소성시킨후 300℃까지 온도를 내린다음 노즐을 통해 기체질소 또는 액체질소를 분사하면서 A', B' 또는 A, B부위의 온도를 측정한표이다. 기체질소(압력4kg/㎠, 유량 150L/min)를 150분간 취입하였을때 B'부위의 온도는 대기온도(20℃)까지 내려갔으나, 액체질소(4kg/㎠) 유량 1.0L/min)를 100분간 취입하였을때 B부위의 온도는 -100℃까지 내려갔다. 이와같이 냉각속도 및 냉각온도에 있어서, 기체질소를 사용하는 경우와 액체질소를 사용하는 경우는 현저한 차이를 나타내고 있다.

본 발명의 구체적인 실시방법은 도면에 의해 상세히 설명하기로 한다. 제1도는 통상의 장입물 높이(b)에서 감척레벨(c)까지 장입물의 높이를 낮추어 휴풍하고 고로노벽과 부착물(a)에 수개의 노즐구멍(2)을 부착물 끝부위까지 관통시켜 노즐(3)을 설치후 액체질소라인(4)과 기체질소 취입라인(5)을 부착시켜 액체질소 봄베(6)에 고정시킨다. 온도저하에 의한 노벽연와의 물리적인 변화를 방지하기 위해 노즐구멍(2)의 상하단에 각각 1개씩 열전대온도계(7)를 설치하여 노벽연와의 온도변화를 측정한다.

본 발명을 실시하기 위한 바람직한 구성으로는, 상기 노즐(3)의 경우 구경을 40mmø로하며, 제2도의 상세도와 같이 질소분사구멍(14)은 5mmø로 뚫고, 이 분사구멍과 분사구멍사이의 거리는 100mm 이하로하여 철피에서 부착물 깊이까지 50-55mmø의 노즐구멍(2)을 관통시킨후 노내벽과 최초의 질소분사구멍(14)사이의 거리(10)를 200mm가 유지되도록 설치하고, 노체철피와 연와의 온도변화를 방지하기 위해 보온재(12)를 노즐(3)과 액체질소라인(4) 기체질소라인(5)의 둘레에 제2도와 같이 10mm이상으로 덮은것이 좋다. 또, 기체질소 및 액체질소의 유출방지와 노즐(3)을 고정하기 위해 노벽과 노즐사이의 빈틈을 옥토(11)로 밀폐시킨다. 또한 질소분사구멍(14)은 반드시 부착물외부(즉, 노내)로 나오지않게 설치하고, 질소분사구멍(14)과 구멍사이는 가능한 짧게하여 사방으로 구멍을 뚫어서 분사면적을 넓히고 분사구멍을 가늘게하여 분사압을 높여준다. 이때 노즐(3)과 액체질소라인(4), 기체질소라인(5)의 재질은 저온에 강한 동(Cu 99%이상)파이프로 제작한다.

상기와 같이 노즐(3)을 설치한후 기체질소밸브(8)을 서서히 열어서 부착물(a)의 온도가 100℃이하가 되면 기체질소밸브(8)을 닫고 액체질소밸브(9)를 서서히 열어서 액체질소의 압력을 10Kg/㎠로 분사하여 열전대 온도계(7)의 온도가 -10℃이하로 되지않을 때까지 부착물(a)에 분사시킨다. 이때 부착물(a)은 분사구멍 주위에서부터 급격히 냉각수축되면서 한계점(-100℃)에 도달하면 부착물(a)의 일정부위에 균열이 발생하여 부착물의 자중에 의해 자연적으로 탈락된다.

상기의 종래의 방법 및 문제점에서 예시한 공기 또는 기체질소의 표면분사에 의한 방법은 생성초기 및 소량의 부착물에 적용가능하나 본 발명에서는 부착물(a)의 두께가 1mm 이상인것도 쉽게 탈락시킬 수 있다. 제3도는 노벽연와 및 부착물의 물리적성상을 파악하여 액체질소분사 한계를 결정하기 위해 고로에 부착물의 일정부위에 보링(boring)하여 채취한 부착물의 시료(ZnO : 75%)를 시편(가로 20mm, 세로 20mm 길이 50mm)으로 가공하여 온도변화에 따른 수축율 및 팽창율을 측정도시한 것이다. 이때, 상온에서 -150℃까지는 시편을 알콜용액내에서 액체질소로 처리하여 냉각시킴으로서 수축율을 측정하였고, 상온에서 +200℃까지는 슈퍼칸탈(Super Kanthal)로를 이용하여 시편을 가열시키면서 딜라토메타(Dilatometer)로 팽창율을 측정하였다. 수축율 및 팽랑율은 △L/L, 즉 |처음길이-나중길이|/처음길이를 백분비로 표시하였다.

본 도면에 의하여, 부착물과 노벽물과 노벽연와의 물리적 변화는 냉각될수록 현저한 차이를 나타내고 있으나, 상온(20℃)이상의 온도에서는 미세한 차이만을 나타냄을 알수 있다.

본 실험에 사용한 부착물을 이메지아날리저(Image Analyzer)로 가공을 측정한 결과 단위면적당 기공율이 9.4%를 차지하였으며 화학분석결과 ZnO, C, Fe등이 주성분을 이루고 있었다. 따라서 본 발명에서는 종래방법과 비교하여 부착물의 크기에 상관없이 모든 부착물에 적용가능하며 냉각속도가 빠르므로 장시간을 요하지 않고, 조업형태를 변경시키지않고, 노벽연와의 손상이 없이 탈락시킬 수 있는 효과가 있으며, 나아가 고로정기수리시 수리보수작업에 지장이 없이 부착물을 탈락시킴으로서 고로정상조업을 유지하는데 크게 기여할 수 있다.

Claims

장입물 높이(b)를 장입물감축높이(c)까지 낮추어 휴풍하고, 고로노벽(1)과 부착물(a)에 노즐구멍(2)을 관통시켜 노즐(3)을 삽입한 후, 노즐구멍(2)을 통해 부착물(a)내면에 기체질소를 먼저 취입하여 부착물(a)의 온도가 100℃이하로 떨어지면 기체질소의 취입을 중단하고, 액체질소의 압력을 10kg/㎠로 분사하면서 열전대온도계(7)가 삽입된 노벽(1) 주위의 온도가 -10℃ 이하로 되지않을때까지 분사하여 부착물(a)을 급격히 냉각시켜 노벽(1)으로부터 탈락되게함을 특징으로 하는 액체질소에 의한 고로노벽부착물 제거방법.