KR910000484B1 - 고로의 송풍노즐 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고로의 송풍노즐

제1도는 본 발명의 송풍노즐의 축선을 포함한 단면 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 금속외벽 2 : 내화성 콘크리트

3 : 화이버상 단열재료층 4 : 원통상 본체

5 : 원추대상 본체 6 : 노즐

7 : 하향 송풍지관 8 : 플라즈마 토치

9 : 판 10 : 냉각자켓

본 발명은 열풍을 더욱 가열하는 수단을 구비한 고로용 또는 기타 환원 용해로용 송풍노즐에 관한 것이다. 이 송풍노즐은 금속외벽과, 고정된 내화성 재료로 된 내측피복을 구비하고 있다. 또한 이 송풍노즐은 원통상 본체와, 직경이 큰쪽이 이 원통상 본체에 접속된 원추대상 본체와, 이 원추대상 본체의 직경이 작은 쪽에 접속된 거의 원통형인 노즐이 서로 동축으로 연결된 구성으로 되어 있다.

이러한 타입의 송풍노즐은 공지되어 있다. 송풍노즐에는 고로의 노상(爐床)의 상단부의 주위에 설치된 튀이어(tuyere)에 가열가스, 특히 가열공기("열풍"으로 호칭된다)를 도입하는 기능이 있다. 송풍노즐은 노벽내에 설치된 구멍안에 설치되어 있다. 이 송풍노즐에는 코우퍼(cowpers)식 열풍로에서의 열풍이 송풍되는 열풍환상관에 접속된 하향의 송풍지관을 통하여 가스가 공급된다.

제철용 고로의 경우에는 현재 행하여지고 있는 방법에 의하면, 열풍은 이 고로의 부속장치 즉, 코우퍼 열풍로내에서 예열된 약 1200℃의 고온으로 되어 고로내에 취입된다. 열풍의 온도가 이와 같이 높기 때문에 열풍노즐의 내면에는 내화성 피복이 필요하게 된다. 자연 대류만으로 냉각되는 송풍노즐의 금속외벽은 종래에는 약 300℃의 온도로 유지된다. 이 정도의 온도라면 금속외벽을 구성하고 있는 금속판이 팽창되어 이 금속판으로부터 내화성 콘크리트가 다소 박리된다. 그래서 이러한 현상이 일어나면 내화성 재료와 금속판 간의 열전달량이 감소되기 때문에 송풍노즐로부터 대기로의 열손실이 감소되는 점에서 이런 현상은 바람직한 것이다.

현재에는 고로에서 소비되는 코우크스의 양을 적게 하기 위해서 온도가 보다 높은 열풍을 이용하는 것이 알려져 있다. 열풍을 보다 고온으로 가열하는데는 송풍노즐의 위치 또는 그 근방에, 특히 전기적 수단, 예컨대 플라즈마 토치를 사용한다.

이 결과로서 열풍의 온도가 상승하면(제철용 고로의 경우에는 종래의 900∼1100℃ 대신에 용이하게 1800℃라는 고온이 얻어진다)송풍노즐 내에 여분의 응력이 발생한다. 따라서, 송풍노즐의 금속외벽에 예컨대 물을 순환시켜 냉각하는 것이 거의 불가피하다.

또한, 플라즈마 토치가 송풍노즐에 조립되어 있는 경우에는 송풍노즐을 변형시키고 특히 직경을 크게하고, 내벽과 가스 플라즈마 젯트를 될 수 있는대로 이격시키는 것이 좋다.

상기한 이유로 송풍노즐의 벽면을 통해서 열이 손실되는 비율이 크게 되기 때문에 종래보다 고온인 열풍을 이용하는 것의 잇점은 그 일부가 감소되게 되고 최종적으로는 보다 고온인 열풍을 송풍하는 것도 의미가 없어지게 되어 버린다.

본 발명의 목적은 송풍노즐에서의 열손실을 적게함으로써 보다 고온인 열풍을 송풍하는 방식의 노의 기능을 향상시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 보다 고온인 열풍을 이용하는데 극히 적당한 송풍노즐을 제공하는 것이다. 특히, 플라즈마 토치형의 전기적 송풍 가열장치를 구비한 송풍노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위해 본 발명에 있어서는 열풍노즐은 금속외벽과 조밀하게 채워진 통상의 내화성 내측피복 사이의 위치에, 이 송풍노즐의 원통상 본체와 원추대상 본체의 적어도 일부분에 걸쳐서 화이버상 단열재료층이 구비되어 있다.

본 발명의 발명자는 열손실이 큰 원인이 두가지라는 것을 발견하였다. 첫 번째 원인은 열풍용 송풍노즐이 (금속외벽위를 강제적으로 순환되고 있는 유체에 의해)외측으로부터 냉각되고 있기 때문에 이 송풍노즐의 내측의 고온(T2)과 외측의 저온(T1)과의 온도차가 극히 크게되는 것에 있다. 또한 금속외벽은 강력하게 냉각되어 있기 때문에 내화성 내측피복과 비교한다면 전혀 또는 거의 팽창하지 않는다. 이 때문에 앞서 설명된 냉각을 행하지 않는 종래의 송풍노즐과는 달라서 "내측피복-금속외벽"의 접속부분의 열저항이 최소로 된다. 이 결과 이 부분에서의 열교환이 점점 용이하게 되어 대량의 에너지가 냉각회로로부터 쓸모없이 발산된다.

열손실을 증대시키는 다른 원인은 플라즈마 토치를 구비한 송풍노즐의 직경이 크게 되는 것에 있다. 송풍 노즐의 직경이 크게 되면 외부와의 열교환이 행하여지는 벽면의 면적이 크게된다. 그 결과로서 열손실이 크게된다.

상기의 본 발명에 의하면 송풍노즐의 벽면을 통한 열손실을 크게 감소시키는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 잇점은 열손실이 감소하기 때문에 열풍에 의해 노에 공급되는 에너지가 증가하여 노의 성능이 향상되는 것이다.

본 발명의 또 다른 잇점은 송풍노즐의 크기, 특히 직경을, 종래와 동일하게 할 수 있는 것이다. 이를 위해서는, 조밀하게 채워진 내화성 피복의 외주부분 대신에 화이버상 단열재료층을 설치한다. 이렇게하면 내화성 피복 전체의 두께를 얇게 하고, 더욱이 송풍노즐 전체의 크기를 종래와 동일하게 유지하면서도 열손실을 크게 감소시키는 것이 가능하다.

본 발명의 일실시 태양에 의하면 화이버상 단열재료층은 원통상 본체와 원추대상 본체의 양방의 위치에 걸쳐서 배치된다. 이렇게하면, 하향의 송풍지관으로부터 송풍노즐로 열풍을 도입하는 영역 및 송풍노즐에 부착된 전기적 수단을 이용하여 더욱 이 열풍을 가열하게 되는 영역에서의 열손실의 감소도를 최대로 하는 것이 가능하다.

본 발명의 일실시 태양에 의하면, 열풍을 보다 고온으로 가열하기 위한 플라즈마 토치는 송풍노즐의 축선에 따라서 배치되어 있으므로, 이 송풍노즐은 그 직경의 크기가 플라즈마 토치가 구비되어 있지 않은 종래의 송풍노즐의 직경과 같아질 정도로 작아진다.

이 구성은 특히 바람직하다. 그 이유는 이러한 구성이라면 플라즈마 토치를 측면에 설치하는 경우와 달리 플라즈마 토치의 정면에 위치하는 송풍노즐의 내벽면이 손상되지 않기 때문이다. 이 결과로서 송풍노즐의 직경을 작게하는 것이 가능하다. 그러나 본 발명의 구성이 아닌 경우에는 송풍노즐의 종축선에 대하여 경사지게 플라즈마 토치를 부착하는 것이 가능하도록 송풍노즐은 직경을 크게할 필요가 있다.

직경을 이와 같이 작게하는 것이 가능하기 때문에 송풍노즐의 열손실이 더욱 적게된다. 예컨대 일정한 열량이 송풍노즐을 통하여 유지되는 경우를 생각해보자. 이 경우 송풍노즐의 벽면의 면적이 작게되어 있으므로 이 벽면으로부터의 단위 면적당 열손실을 증대하지만, 전체의 열손실은 감소하는 것이 확인되었다.

본 발명의 기타 특징 및 잇점은 고로용 플라즈마 토치가 부착된 송풍노즐의 일실시예에 관한 도면을 참조한 이하의 설명에 의해 명백해질 것이다.

[실시예]

고로에 있어서는 송풍노즐은 이 고로의 내부로 향하여 개구되어 있는 튀이어에 노즐(6)이 지지되어 전체가 이 튀이어와 동축으로 설치되어 있다.

코우퍼 열풍로로부터의 열풍은 하향의 송풍지관(7)을 통하여 측면으로부터 송풍노즐로 도입된다. 이 열풍은 송풍노즐 안을 통과하여 플라즈마 토치(8)로부터 발생하는 극히 고온인 가스 플라즈마류와 접촉하고, 고로의 튀이어 내의 송풍노즐의 노즐을 통과하여 고로의 내부로 송입된다.

송풍노즐은 금속외벽(1)을 구비하고 있다. 이 금속외벽(1)은 그 주위를 둘러싼 냉각자켓(10)내로 물을 강제적으로 순환시킴으로써 냉각된다. 이 송풍노즐의 내측은 이 송풍노즐의 전장, 즉 원통상 본체(4)와 원추대상 본체(5)와 노즐(6)등의 세부분에 걸쳐서 내화성 콘크리트(2)로된 라이닝으로 구성되어 있다. 그리고, 플라즈마 토치(8)가 이 송풍노즐의 내부에 조립되어 있다. 이 원통상 본체(4)의 후단부는 판(9)으로 폐쇄되어 있다. 원추대상 본체(5)는 직경이 큰 쪽이 원통상 본체(4)에 접속되어 있고, 노즐(6)이 이 원추대상 본체(5)의 직경이 작은쪽에 접속되어 있다.

원추대상 본체(4)와 원추대상 본체(5)의 전장에 걸쳐서 내화성 콘크리트(2)와 금속외벽(1)의 사이의 위치에 약 1400℃의 온도에 견디는 화이버상 단열재료층(3)이 배치되어 있다.

제1도에 실선으로 표시된 실시예에 의하면 플라즈마 토치(8)가 원통상 본체의 측벽에 노즐의 방향을 향하여 고정되어 있다. 플라즈마 토치와 송풍노즐이 이루는 각도는 45°이다.

이런 구성으로하면, 플라즈마의 선단은 송풍에 의해 완전하게 굽혀지지 않기 때문에 플라즈마 토치의 정면의 내화성 콘크리트의 내면에 닿게 된다. 그 결과, 그 위치가 조속히 손모된다.

플라즈마 토치를 송풍노즐의 종축선에 따라서 배치한 점선(8a)으로 표시된 구성에 더욱 별도의 잇점이 있다라고 하는 것은 이 구성이라면 상기 구성의 경우에 비해서 송풍노즐의 직경을 작게 할 수 있기 때문이다. 특히 원통상 본체의 직경을(플라즈마 토치를 측면에 부착한 경우의 280mm 가 아님)220mm로 작게하고, 원추대상 본체의 평균직경을(230mm 가 아님)220mm로 작게하면, 양방의 위치에서의 단위 면적당 열유량은 증대하지만, 전체에서의 열손실은 감소한다. 직경을 작게함으로써 송풍노즐의 열손실을 6% 감소시키는 것이 가능하다.

본 발명의 송풍노즐의 수치에 관한 일예를 이하에 표시한다. 내경이 220mm 인 원통상 본체의 위치에서는 열전도율이 4.07W/m°k(3.5kcal/hm℃)인 내화성 콘크리트의 두께가 50mm 이고, 1400℃의 온도에 견디는 "커레인 60(Kerlane 60)" 타입의 화이버상 단열재료층의 두께는 10mm 이다. 평균직경이 200mm 인 원추대상 본체의 위치에서는 내화성 콘크리트의 두께가 35mm이고, 화이버상 단열재료층의 두께는 5mm 이다.화이버상 단열재료는 원통상 본체의 위치에 사용된 것과 동일한 종류이다. 직경이 178mm인 노즐의 위치에서는 내화성 콘크리트 두께는 12mm 이고, 화이버상 단열재료층은 설치되지 않았다.

이 송풍노즐은 1800℃인 열풍에도 견딜수 있다. 또한, 이 송풍노즐을 사용하면, 직경이 보다 크고 화이버상 단열재료층이 구비되지 않은 종래의 송풍노즐의 경우와 비교해서 열손실이 50% 감소된다.

열풍의 온도를 1600℃로하여 본 발명의 송풍노즐을 사용하는 경우에는, 에너지의 절약분이 플라즈마 토치의 파워를 3% 크게 한 것에 상당한다.

본 발명의 송풍노즐의 다른 잇점은 내화성 콘크리트의 두께가 감소(종래의 송풍노즐에서의 60mm 이라는 두께가 50mm 로 됨)됨에도 불구하고 내화성이 거의 저하되지 않는 점에 있다. 또한, 내화성 콘크리트의 내면과 외면간의 온도차가 종래보다 작아진다. 이것은 내화성 콘크리트의 외면이 냉각된 금속외벽과는 이미 직접적으로 접촉하고 있지 않고, 이 내화성 콘크리트에 미치는 열응력이 작아져서 열에 대한 내화성이 향상하기 때문이다.

물론 본 발명이 상기의 실시예만에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 송풍노즐의 원통상 본체의 직경을 280mm로 한채로 화이버상 단열재료층의 두께를 20mm 로 할 수 있다. 이 경우에는 원통상 본체에서의 열손실은 종래의 송풍노즐의 원통상 본체에서의 열손실의 1/5로 감소된다.

Claims (4)

1. 열풍을 더욱 가열하기 위한 플라즈마 토치를 포함하는 장치를 구비하고 외표면상을 냉각유체가 순환하는 형식의 냉각자켓(10)이 부착된 금속외벽(1)과 강고한 내화성 재료로된 내측피복(2)을 구비한 원통상 본체(4)와, 직경이 큰쪽이 이 원통상 본체에 접속된 원추대상 본체(5)와, 이 원추대상 본체의 직경이 작은쪽에 접속된 거의 원통형인 노즐(6)이 서로 동축으로 연결된 구성의 환원용해로용, 특히 고로용 송풍노즐에 있어서, 상기한 송풍노즐의 금속외벽(1)과 내화성 내측피복(2)의 사이에 화이버상 단열재료층(3)이 구비되어있는 것을 특징으로 하는 송풍노즐.
2. 제1항에 있어서, 상기한 화이버상 단열재료층(3)이 상기한 원추상 본체(4)와 상기한 원추대상 본체(5)의 양방의 위치에 걸쳐서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 송풍노즐.
3. 제2항에 있어서, 상기한 화이버상 단열재료층(3)의 두께는 강고한 내화성 재료의 두께가 50mm인 상기 원통상 본체(4)의 위치에서는 10mm이고, 강고한 내화성 재료의 두께가 35mm인 상기 원추대상 본체(5)의 위치에서는 5mm인 것을 특징으로 하는 송풍노즐.
4. 제1항에 있어서, 상기한 송풍노즐의 축선을 따라서 상기 플라즈마 토치(8)을 배치한 장치를 구비하며, 상기한 송풍노즐의 외경이 플라즈마 토치를 이용한 열풍을 더욱 가열하는 장치를 갖고 있지 않은 종래의 송풍노즐의 외경과 동일한 것을 특징으로 하는 송풍노즐.

Images