KR920004473B1 - 탄소블록을 소성하기 위한 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
[발명의 명칭]
탄소블록을 소성하기 위한 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 장치 및 방법
[도면의 간단한 설명]
제 1 도 내지 제 8 도는 본 발명을 설명한다.
제 1 도(단면도) 및 제 2 도(부분적으로 절단된 도면)는 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해 "전진 소성방식"의 개방된 챔버들을 구비한 노의 일반적인 구조를 도시한는 도면.
제 3 도는 본 발명에 따른 개방된 챔버형 노의 구조의 개략적인 평면도.
제 4 도는 제 1 실시예에 있어서, 흡출관에 관한 본 발명의 실시예의 단면도.
제 5 도는 연기의 불투명도를 측정하기 위한 장치를 도시하는 도면.
제 6 도와 제 7 도는 연기의 불투명도에 따른 두개의 다른 실시예들을 도시하는 도면.
제 8 도는 소성과정중, 양극들의 온도(TA), 양극에 의해 방출되는 휘발성 물질들의 생성 및 휘발성 물질과 버너들에 의해 주입되는 연료를 연소시키기 위한 에너지 소모의 시간에 대한 변화를 나타내는 도표이다.
[발명의 상세한 설명]
[본 발명의 기술분야]
본 발명은 특히 Hall-Heroult공정을 이용한 알루미늄 제조용 탱크에 사용하기 위한, 그러나 일반적으로 전기야금에 사용될 수도 있는 탄소블록을 소성(燒成)하기 위한 개방된 챔버를 구비하는 노에서 연소를 최적화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
[기술상태]
하기에서 "탄소블록(carbonaceous block)이라는 표현은 탄소 점착물(carbonaceous paste)을 성형하여 얻고 가열후 전기야금의 노에서 사용할 용도를 가지는 어떤 생성물을 지칭하는데 사용한다.
예를들면, 용용빙정석에 용해되어 있는 알루미나를 전해하여 알루미늄을 제조하기 위한 탱크에서 사용할 탄소양극들은 약 120 내지 200℃에서 분쇄된 코우크스(coke)와 피치(pitch)의 혼합물을 반죽하여 생기는 탄소 점착물을 성형하여 제조된다. 성형 작업후에, 탄소양극들은 1100 내지 1200℃ 정도의 온도에서 약 100시간 동안 가열 또는 소성된다. 다른 형태의 탄소블록들도 동일한 방법으로 제조된다.
터널형의 노에서 연속적으로 소성하는 몇몇 방법들이 있지만, 현재 전세계적으로 조업중인 대부분의 소성장치는 "회전식 소성"(환상형 노) 또는 "전진식 소성"방식을 가지는 "챔버형 노"의 형태로 되어 있다. 이노들은 두개의 범주, 즉 밀폐식 노와, 특히 미합중국 특허 제2,699,931호에 공지된 것과 같은, 가장 널리 사용되는 "개방된 챔버"를 구비하는 노로 구분된다. 본 발명은 특히 개방된 챔버형 노에 적용된다. 이러한 형태의 노는 그 총길이가 약100m이상인 두개의 평행한 세트들을 포함한다.
각각의 세트는 가로벽들에 의해 분리되고 원료 블록들의 장전 및 냉각된 소성 블록들의 반출을 수행할 수 있도록 그 상부가 개방되는 일련의 챔버들을 포함한다. 노의 장축에 평행하게 설치된 각각의 챔버는 소성효과를 일으키는 열가스들이 순환될 얇은 벽들을 구비한 중공의 격벽들의 조립체를 포함하며, 탄소질먼지(코우크스, 무연탄 또는 분말상의 탄소잔사 또는 다른 어떤 분말 충전물)에 파묻히는 격벽들은 소성할 블록들이 쌓여지는 격실들과 번갈아가며 설치된다. 예를들면 챔버당 여섯개의 격실과 일곱개의 격벽이 번갈아가며 설치된다.
중공의 격벽들의 상부에는 "포트(port)"로 표현한 폐쇄가능한 개구부들이 구비된다. 이들은 또한 연소가스의 범위를 증가시키고 그 흐름을 더 균일하게 분포시키기 위한 배플(baffle)장치를 포함한다.
노는 챔버의 폭과 동일한 길이의 버너 세트들에 의해 가열되고, 그 연료 주입기들은 해당 챔버들의 포트개구부상에 위치된다. 버너들의 상류(소성효과의 전진방향에 대해)에는 연소공기의 취입관이 있는 반면에, 그 하류에는 연소된 가스를 흡출하는 관이 있다. 주입된 연료(가스 또는 연료오일)의 연소 및 탄소 블록들이 소성될 때 이 탄소블록들에 의해 방출되는 피치증기(pitch vapour)의 연소에 의해 가열이 이루어진다.
소성공정이 시작되면, 연소공기의 취입관, 버너 및 연소가스의 흡출관으로 이루어진 조립체는 예를들면 매 24시간 마다 전진되며, 이에 따라 각 챔버는 원료 탄소블록들의 장전, 자연적 예열(연소가스에 의해), 1100 내지 1200℃에서 강제적인 예열 및 소성(전면적 소성으로 표현한 구역에서), 탄소블록들의 냉각( 및, 연소가스의 예열), 소성된 탄소블록들의 반출, 필요시의 수리작업 및 공정의 새로운 반복재개 등의 기능을 연속적으로 수행하게 된다.
[해결해야할 기술적 문제점]
탄소블록들(양극, 음극 또는 측부 라이닝)의 품질은 Hall-Heroult 공정의 절차 및 경제성과 관련되는 필수요소들중의 하나이며, 따라서, 원하는 수준의 품질을 얻고, 또한 양극들의 톤(tonne)당 750 내지 800kcal단위(즉 약 870 내지 930kwh/tonne)의 수준으로 에너지 소모를 감소시키기 위해서 소성조건을 최적화하는 것이 필요하다.
소성공정을 양호하게 제어함으로써 각 챔버의 위치에서 최적의 경제적 조건(격벽들의 내화물의 양호한 수준의 저항 및 오랜수명과 최소수준의 연료소모)으로 연기의 형성을 피하면서 계획된 소성온도를 얻을 수 있게 된다.
설정된 목적은 탄소블록들이 소성작업과 관련된 여러 단계들에 부합되면서, 온도상승에 대해 주어진 곡선을 따르게 하는 것이다.
이 곡선에 따라서, 전면적 소성 조건하에서 챔버들의 격벽들에서의 가스들의 온도에 대한 이론적인 곡선이 결정되는데, 이러한 곡선은 휘발성 물질들에 의한 열의 공급을 고려한 것이다. 이 곡선은 일반적으로 약 1200℃까지 상승되는 직선부와 이 온도에서 평탄하게 형성된 정점부를 포함한다.
예를들면, 1100℃와 1200℃사이에 있는 양극들의 소성을 위한 최종온도는 원료물질의 특성에 좌우되며, 양극에 최적특성을 제공하도록 조절된다.
강제적 예열 및 전면적 소성을 위해 제공되는 구역들에서 가스 또는 오일의 연소는 격벽들의 온도에 대한 측정값을 기초로 하여 버너들에 점화제어를 제공하는 자동장치에 의하여 이루어진다.
반면에, 통기작용에 제어에 주로 좌우되는 자연 에열은 아직도 종종 수동 제어 작업으로 이루어지고 있다.
격벽들에 대한 통기작용은 일반적으로 노에서의 압력강하가 각각의 주기동안 일정한 채로 지속되는 방식으로 조절된다. 노의 작동자들은 격벽들을 점검하기 위한 조사중에 이루어진 다음의 관찰에 따라 압력강하에 대한 참조값을 다소간 보정한다.
-다른 것들과 비교하여 격벽들 중 어느 한 라인에서의 가열효과의 지연 또는 선행
-가스 및 연기의 존재
-탈가스에 대한 상태
-연소의 장애('순간적 연소'로 표현)
지나치게 낮은 압력강하는 탄화수소(연료오일 또는 가스 또는 피치로부터 나오는 휘발성 물질)의 연소로 발생되는 가스를 충분히 배출시키지 못한다. 반면, 과대한 압력강하는 침투효과에 의해 와류공기의 과도한 수용을 유발한다. 두 경우에 모두, 노의 열균형판은 극심한 질저하를 받으며, 또한 미연소 물질로부터 증기가 발생할 수도 있다(전자의 경우는 공기의 불충분에, 후자의 경우는 과도하게 냉각된 구역을 향해 연소구역이 확대됨에 기인한다).
그러므로, 노의 작동수준을 최적화하기 위한 보정된 통기를 사용하기 위해서는 노의 작동자의 경험에 의거한 빈번한 관찰과의 절충을 통해 사용해야 한다.
예열작업의 수준으로 양극들의 온도를 상승시키는데 있어서, 회복되기에 힘들고 비용도 많이드는 어떠한 지연도 방지하기 위해서, 작동자는 필요이상의 압력강하를 적용하는 경향이 있다. 반면에, 연료 물질들을 주기적으로 공급함에 있어서(휘발성 물질들의 발산 및 연료오일 또는 가스의 송출), 연소공기의 소요량도 달라지고, 유속 및 압력강하 수준도 조절되어야만 한다. 그러나, 실제로 이것을 수동에 의해 최적으로 및 재현될 수 있게 달성하기는 불가능하다.
[종래 기술의 상태]
유럽 특허 출원 제EP-A-133842호는 유속제어용 모터 구동식 개폐기들을 구비한 가스 분류관으로 그들의 단부가 연결되어 있는 최소한 두개의 평행한 세트들을 포함하는 탄소양극 소성용의 챔버형 노를 제어하기 위한 방법이 공지되어 있는데, 이러한 방법은 노의 온도 및 압력강하 수준을 제어할 수는 있으나, 연소의 영구적인 최적화를 위한 방법으로 구성된 것은 분명 아니다.
[본 발명의 주제]
본 발명의 주제는 버너들의 하류에 설치된 흡출관의 각각의 송출 튜브상에 설치된 밸브 플랩들에 작동하여 격벽들의 각각의 라인에 흡출되는 증기 및 연기의 유속에 작용함으로써, 또한 전면적 소성구역의 상류에 설치된 챔버의 격벽들에서의 증가된 압력을 제한함으로써, 그리고 취입관에 의해 주입되는 연소공기의 유속을 제어함으로써 연소를 조절하는 장치 및 방법이다.
본 출원인은 상기 조절작업에 대한 점화제어를 제공하는 가장 확실한 주요인자는 종래의 장치에서 처럼 연기를 통과하는 빛의 간단한 투사에 의해서가 아니라 연기에 부유하는 고체입자들에서의 광원의 반사에 의해 측정된 연기의 불투명도라는 것을 알아냈다.
보다 정확하게, 본 발명의 제 1 주제는 탄소블록을 소성하기 위한 챔버형 노에 있어서 연소를 조절하기 위한 장치로서, 이 장치에서 흡출관과 취입관의 각각의 송출튜브는 모터에 의해 제어되는 이동가능한 폐쇄플랩, 예열구역에 있는 해당 가열 격벽에서의 압력강하를 측정하기 위한 수단, 버너들의 점화 제어용 자동장치에 사용되는 수단과는 별개로 온도를 측정하기 위한 수단, 각각의 가열 격벽에서 나오는 연기의 반사에 의해 불투명도를 측정하기 위한 수단, 및 흡출관의 폐쇄플랩의 위치제어 및 이에 따라 연기의 불투명도, 온도 및 압력강하의 결합된 측정치에 따라 각각의 격벽에 있어서의 유속을 제어하기 위한 수단을 구비한다.
또한, 연소제어를 최적화하기 위해, 전면적 소성구역의 상류에 설치된 챔버의 격벽들에서의 증가압력의 측정장치가 구비되는데, 이 장치는 그 측정치를 참조값에 대해 비교하기 위한 수단과, 다른 한편으로 상기 공기 유속을 측정하기 위한 수단뿐 아니라 취입관내로 연소공기를 주입하는 팬의 속도에 영향을 미치는 연소공기의 유속을 변화시키기 위한 수단을 각각 수반한다.
본 발명의 제2의 주제는 상기 장치를 사용하는, 양극들을 소성하기 위한 챔버형 노들에 있어서 연소를 최적화하기 위한 방법으로서, 이 방법에서 흡출관의 이동가능한 폐쇄플랩들의 위치는 양호한 연소에 적합한 최소의 압력강하와 연소 가스들의 온도 상승에 대한 계획된 곡선에 의해 작동되고, 연기의 불투명도의 최소 수준을 유지하기 위해서 예열챔버들에서의 연기의 불투명도와 압력강하에 대한 측정치에 의거하여 제어된다.
또한, 연소를 최적화하기 위한 동일한 목적을 위해,
-한편으로, 제어된 증가압력은 버너들을 통과하는 연료의 주입을 방해하지 않도록 전면적 소성구역의 배면측(하류)에 설치되는 챔버의 격벽들에서 그대로 유지되고; 이렇게 되도록 취입관의 폐쇄플랩들이 작동되며,
-다른 한편으로, 취입관을 통해서 주입되는 연소지원 가스(제어 가능한 유입팬에 의해 주입됨)의 유속은, 일부는 버너들에 주입되는 연료에 의해, 일부는 소성과정중에 탄소블록들에 의해 방출되는 피치의 휘발성 성분들에 의해 형성되는 가연성 물질을 완전히 연소할 수 있도록 조절된다.
제 1 도의 단면도를 참조하면, 그 상부가 송출튜브 또는 노즐(2)를 통해 일반적인 가기관과 연결된 관(3)에 연결되는 격벽(1)이 도시되어 있다. 본 출원인의 프랑스공화국 특허 제2,535,834호(대응하는 영국 특허 출원 제2,129,918호)에 기재된 것처럼 실제로 동일한 구조로 되어 있는 취입 및 흡출관들은 관련된 특수상황에 따라 챔버들의 포트개구부 또는 가로벽들의 포트 개구부에 연결될 수 있다. 탄소블록, 예를들면 양극(6)은 격실(5)에 설치되는데, 이 탄소블록은 제 2 도의 좌측 절단도면에서 볼 수 있으며, 탄소질의 입상 물질(도시생략)로 쌓여있다.
가열격벽들의 배플(7)은 열가스의 흐름통로의 길이를 증가시켜 격실(5)안의 생성물의 온도를 균일화하도록 제공된다.
폐쇄가능한 포트(8)은 챔버(또는 가로벽)의 상부에 버너(도시생략), 공기 취입관과 흡출관 및 어떤 경우에는 측정장치(열전기쌍 및 압력강하 측정장치)의 조립체가 위치될 수 있게 해준다.
연속된 챔버들은 가로벽(9)에 의해 분리된다. 노의 장축은 XX선으로 표시되어 있다.
본 발명에 따라서, 이동가능한 셔터플랩(11)은 흡출관(3)과 이에 대응하는 포트구멍(8) 사이의 각각의 송출튜브(2)에 설치되며, 모터(12)("모터"라는 용어는 여기에서 예를들면 유압잭이나 동력화 기구(motorised mechanism)를 포함하는 광범위한 의미로 사용됨)에 의해 제어된다. 흡출관(3)은 자연예열(제 2 도 및 제 3 도에 도시)과 관련된 제 1 챔버에 설치된다. 또한 취입관(25)의 송출튜브들은 하기에서 보다 상세히 설명할 목적을 위해 동력화된 이동 가능한 플랩들을 구비한다.
이론적으로, 연기의 불투명도는 송출튜브(2)에서 직접 측정될 수 있다. 그러나, 그 위치에서의 안정되고 재현가능한 측정치를 얻기 어렵게 하는 연기의 난류 때문에, 대체안으로 온도 또는 압력강하 측정탐침(14)을 도입하기 위해 제공되는 것들과 같은 특수 오리피스(13)로 불투명도 특정작업을 받는 연기를 유도하는 방안이 수행되어 왔는데, 이때 유도된 연기는 격막(diaphragm)을 형성하는 관통 오리피스(17)(제 4 도에 도시)를 구비한 격벽(16)을 거쳐서 흡출관(10)에 연결된 측정챔버(15)로 들어가게 된다.
연기의 난류에 의해 나쁜 영향을 받지 않는 다른 방법은 측정 챔버로서 제 6 도에 도시된 보조챔버를 사용하는 것을 포함하며; 이때, 연기의 흐름의 일부는, 입구가 상승 흐름 구역에 대응하는 개구부(8A)에 연결되고 출구가 하강 흐름에 대응하는 개구부(8B)에 연결된다는 전제하에서, 바이패스 관계로 전환된다.
제 7 도에는 송출튜브(2)가 그 내부의 난류를 상대적으로 제한하여 불투명도의 측정을 방해하지 않을 정도로 충분한 직선길이로 되어 있는 다른 실시예를 도시한다.
측정 탐침들은 측정챔버의 상부를 형성하는 강성의 판상에 설치된다. 불투명도의 측정 수단은
-이미터 탐침(emitter probe)(19)
-수신 탐침(receiving probe)(20)
-측정상자(measuring box)(21) 및
-각각의 탐침(19,20)과 측정상자(21) 사이에서 광학섬유(22)을 통한 연결부를 포함한다.
이미터 탐침(19)는 광학섬유(22A)를 거쳐 상자(21)에 설치되어 변조된 가시 광선을 방출하는 광원에 연결된다.
챔버안의 연기를 조명하는 이미터 탐침(19)의 축은 챔버(18)의 벽면에 대해 약 45°의 각도를 이루고 있다. 이미터 탐침(19)로부터 약 10cm떨어져 설치되는 수신탐침(20)도 마찬가지의 각도를 이루고 있다.
두 탐침들의 축들은 서로 약 80°의 각도를 이루고 있다. 이렇게 하여 이미터 탐침(19)에 의해 방출되는 빛은 연기에 떠 있는 고체입자(미연소물질 또는 먼지)에 의해 반사되는 빛만을 찾아내는 수신탐침(20)에 결코 직접 도달될 수 없고, 상기 빛은 제 7 도에서 작은 검은 점들로 도식적으로 표시되어 있다(이러한 표시로 80℃의 상기 지시값이 주어짐).
반사된 빛은 광학섬유(22B)를 거쳐 측정상자(21)로 가며, 측정 상자에서 광다이오드(photodiode)에 의해 탐지된다. 변조된 전기신호는 어떠한 기생적 연속 성분으로부터 분리되어 아나로그(또는 디지털)출력신호로 일차 변환되며, 상기 출력신호는 필요 수준으로 처리 및 세팅된 후에 송출튜브(2)에 설치된 이동 가능한 플랩(11)의 위치를 제어하기 위한 모터(12)에 점화제어를 제공한다. 또한, 동일한 신호는 예비보정에 의해 입방미터의 연기당 밀리그램의 고체입자로 환산된다.
상기 원리를 기초로 한 전체 챔버형 노의 조정이란, 상기 장치가 예를들면 일곱개(제 2 도와 제 3 도에 도시된 경우)로 될 수 있는 가열격벽의 각각의 출구에 설치되는 것을 의미한다.
측정상자(21)는 불투명도 측정장치들 전부에 공통일 수도 있고, 다른 한편으로 각각의 통로 또는 채녈은 분리된 탐지기 증폭기, 또는 단일의 다중송신식 탐지기 증폭기를 구비할 수도 있다.
노의 부근에서 얻어지는 상승온도를 고려하여, 측정상자(21)은 노로부터 얼마간, 십미터 또는 수십미터일 수 있는 거리만큼 떨어져 설치된다.
몇가지만 주의하면, 광학섬유에 의한 전달은 350℃까지, 필요하다면 400℃까지의 온도를 가능케 한다. 이미터 탐침 및 수신탐침은 신선한 공기로 세척하기 위한 보조회로를 구비하는 것이 바람직하며, 그 목적은 광학섬유의 단부(24)상에 고체물질들의 침전물들을 방지하기 위한 것이다.
[조절효과에 대한 상세한 설명]
조절효과의 기능은 양극들의 소성을 최적화시키는 것으로 즉, 각 단계의 소성작업이 최적 조건하에서 이루어질 수 있도록 탄소블록 및 가스에 온도상승에 대한 곡선을 부여하고, 반면에 연료소비는 완전한 최소로 감소시켜줌으로써 연소 조건을 최적화하는 것이다.
소성온도는 참조곡선을 따르며, 특히 각각의 버너세트에 대한 조절은 다른 버너(간헐적으로 작동됨)에서의 연료주입의 빈도 및 크기를 제어한다. 주입 작업은 조절장치의 자동 시스템에 의해 부여되는 미리 설정된 지속시간 및 빈도의 펄스에 의해 이루어진다. 조절효과를 고려한 온도는 버너를 통과한 후 측정된 가스의 온도이다.
자연예열 구역에서의 가스의 불투명도의 측정에 이어서 두개의 인자를 최적값에 맞추기 위해서 압력강하에 대해 이루어질 작용을 제한할 수 있다. 최적작업은 동일 구역에서 참조곡선에 대한 가스온도의 변화를 그대로 따름으로써 이루어진다. 요구되는 온도에 대한 과도한 차이는 압력강하에 대한 작용을 조절하게 한다.
압력강하에 있어서의 미세한 변화는 자연예열 구역에서 가스온도의 급속하고 현저한 변화를 일으킨다는 것을 경험을 통해 알게 되었다.
자연예열 구역에서의 가스온도의 변화와 이 가스의 불투명도 및 압력강하의 측정값들 모두를 고려한 특정한 알고리즘에 따른 조절작업은 격벽들의 각 라인에서 가스의 유속에 영향을 미친다.
그러므로 문제의 각각의 챔버의 포트개구부에 흡출관(3)을 연결하는 각각의 송출튜브(2)상에 동력화된 플랩(11)을 제공할 필요가 있다.
이론적으로 예열격벽(1)의 각 라인이 독립적이며, 다른 라인들과 분리되어 있을지라도, 경험을 통해 격벽(1)에서의 압력강하상의 변화가 다른 격벽에서의 압력강하에 다소 큰 영향을 미친다는 것을 보여주었다. 따라서, 문제의 챔버의 다른 격벽에서 측정된 온도 및 압력강하에 무관하게 각 격벽에서의 압력강하를 제어하는 것이 아니라, 셔터 플랩들중의 어느 하나에서의 어떠한 급작스런 변화를 피하기 위해서 특정한 알고리즘에 따라 그들을 함께 비교하고 처리하는 것이 바람직하다.
조절반복은 예를들면 다음 조건들하에서 발생한다.
A) 플랩(11)을 조정함으로써 압력강하를 0과 250Pa사이, 특히 40과 180Pa사이의 값에서 시작하여, 측정된 불투명도(Y)값을 안정화될 수 있게 한다.
그후, 반복적으로,
B) 0과 250Pa사이, 특히 40과 180Pa사이의 압력강하의 전체범위를 정밀 검사하여 적어도 30초의 안정화 기간후에 측정된 연기의 최소 불투명도(Y)에 대한 최소 압력강하(X)를 찾는다.
C) 흡출관(3)의 각각의 플랩(11)의 위치를 최소 불투명도(Y)에 가까운 범위(Y±ㅿY)로 유지되는 불투명도의 수준에 대한 범위((X±ㅿX)에 속하는 압력강하값으로 조절한다.
D) 동시에, 자연예열 구역에서의 가스온도(TG)의 상승에 대한 실제곡선을 참조곡선과 비교하여, 예열구역의 가스온도(TG)를 참조점에 가까운 범위(T±ㅿT)로 유지하기 위해 최소 불투명도(Y)에 상응하는 최소 압력강하에 가깝게 이 장치를 조절한다(압력강하의 증가는 가스온도의 증가를 초래할 것이다).
또한, 불투명도의 수준이 지연기간의 말기에 여전히 상기 범위밖에 있을때에만 단계(B)로 되돌아가도록 범위(Y±ㅿY)밖으로의 불투명도의 증가에 의거한 시간지연에 존재한다.
마직막으로 불투명도 측정값(Y)와 온도측정값(TG)가 플랩(11)상에서 반대작용을 일으키는 바람직하지 못한 경우에, 불투명도는 자연예열 구역에서의 가스 온도(TG)의 정확한 증가에 대한 우선 측정값으로 제공하기 위해서 일시적으로 제외될 것이다.
또한, 연소의 최적화 효과를 개선할 수 있는데, 즉,
-한편으로, 연소지지가스, 다시 말해서 취입관(25)에 의해 주입되는 공기의 유속을 최적화하여, 가연성 물질과 휘발성 물질의 완전연소를 유발하고 연기의 불투명도의 최소수준을 유지하는데 필요하고도 충분한 산소량을 주입하도록 팬(26)의 유속에 작용함으로써,
-다른 한편으로, 조절효과에 의해서 전면적 소성구역(제 2 도의 참조번호(27))의 배면측에서 설치된 챔버의 격벽에서 0.5 내지 5mm 바람직하게는 1 내지 2mm의 수위계(즉 각각 4.9 내지 49Pa, 바람직하게는 9.8 내지 19.6Pa의 수위계, 상기 값들은 5 내지 50Pa 및 10 내지 20Pa로 각각 반올림할 수 있음)의 과압력을 유지하도록 취입관(25)의 셔터 플랩(흡출관의 플랩(11)과 동일하며, 동일한 방식으로 동력화됨)에 작용함으로써 상기 개선이 가능하다.
조절효과가 문제의 격벽에서 가스온도(TG)의 상당한 강하를 일으키지 않음을 확시히 하기 위해 점검이 이루어질 수 있다. 이러한 결과를 이루기 위해서,
1) 전면적 소성구역에 앞서는 챔버(27)의 포트 개구부의 라인들중의 하나에 노가 격벽을 구비한 것과 동일한 수(문제의 경우에는 7개임)의 측정노즐을 구비하는 압력강하 측정장치의 세트(27)를 설치하고, 참조값을 예를들면 2mm의 수위계(WG)(즉
20Pa)의 과압력에 대해서 고정하고, 측정값을 참조값과 비교하고, 취입관을 조절하기 위한 플랩의 동력화된 제어를 과압력이 그 참조값으로 조정되도록 수행한다.
2) 연소공기의 유속을 다음 방식으로 조정한다; 즉, 사용되는 연료를 제 1 성분에 대해서는 버너(29)의 세트들에서 주입되는 가스 또는 오일로 형성한다. 이 연료의 주입 온도상승에 대한 계획에 따라 조절장치에 의해 설정되는 빈도 및 지속기간의 보정된 펄스들에 의해 수행하는데, 각각의 펄스는 미리 설정한 연료량에 부합시킨다. 그러므로 펄스들의 수와 지속시간을 기록함으로써 주입된 연료량을 알게된다. 연료의 다른 성분은 예열중에 탄소블록들에 의해 방출되는 휘발성 물질들로부터 얻어진다. 실제로 탄소블록들은 탄소 덩어리와 대부분의 경우에 피치인 결합제로 형성되어 있다.
휘발성 물질의 양은 다음 방식으로 알게된다.
자연예열 챔버들에서의 가스온도(TG)를 측정한다. 수학적 모델( 및 실험적 확인)에 의해서, 격벽내에서 순환하는 연소가스의 온도(TG)와 자연예열 챔버에서 양극의 실제온도(TA)사이의 상호관계에 대한 곡선을 수립하였다,
또한, 수학적 모델과 실험적 측정을 사용함으로써, 양극온도(TA)에 따른 휘발성 물질의 생성에 대한 곡선(제 8 도)를 수립하였다(제 8 도). 마지막으로, 휘발상 물질에서의 C와 H의 비율, 따라서 CO2를 형성하기 위해서 C를, H2O를 형성하기 위해서 H를 연소하는데 필요한 산소량을 측정하였다.
그러므로, 단위시간당 주입되는 온도(YG) 및 연료량을 측정함으로써, 완전 연소에 필요한 산소의 총량을 알아낼 수 있다. 따라서, 전면적 소성구역의 하류에 설치된 챔버의 격벽에서의 증가압력을 최적연소에 필요한 산소량, 즉 상기대로 측정된 연기의 불투명도의 최소 수준으로 영속적으로 조절하기 위해서는, 상기 증가압력을 일정하게 유지하며서 단지 팬(26)의 유속만을 조절하면 된다.
[실시예]
본 발명을 280KA로 작동되는 일련의 전해 탱크에서 사용할 양극을 제조하는 산업용 챔버형 노에 적용하였다. 노는 두개의 평행선상에 분포되어 있는 40개의 챔버들을 구비하고 있으며, 각각의 챔버는 7개의 가열 격벽과 6개의 격실을 번갈아가며 구비하고 있다.
제 1 포트개구부 및 제 3 포트개구부 사이에 경사지게 장착되어 있는 불투명도 측정챔버는 500mm의 직경과 900mm의 길이를 가진 수평 실린더이다. 입구통로(250A)와 출구통로(25B)의 직경은 100mm(제 6 도)이다.
두개의 탐침들은 약 100mm 떨어져서 배치되어 있고, 그 사이에 약 80˚(지시한대로 주어진 값)의 각도를 형성한다.
조절 플랩들은 조절상자로부터 스스로 점화 제어되는 동력화된 잭들에 의해 제어된다.
압력강하의 변화에 대해서 정해진 한계값들은 40Pa 내지 80Pa 이며, 초기 값은 80Pa이다.
전면적 소성구역의 하류측에 있는 최종 자연 냉각챔버에서의 증가압력은 약 20Pa로 유지되었다.
여섯달 동안의 작동후에 양극을 소성시키기 위한 에너지 소모의 수준은 약 15 내지 16% 떨어지게 측정되었다.
본 방법의 다른 장점들중에서, 다음 사항들에 주목해야 한다. 즉,
-소성공정의 운용에 대한 실제적인 전 자동제어;
-버너들의 결함 및 냉각공기의 비정상적 유입에 대한 즉각적인 탐지;
-노에 의해 방출되는 가스들을 처리하기 위한 장치의 용적에 있어서의 상당한 감소;
-또한, 주입되는 연소공기량을 정확하게 정량적으로 제어할 수 있기 때문에, 본 방법은 흡출관(3)의 폐쇄플랩(11)에서 압력강하를 조정하고, 취입팬(26)에 의해 주입되는 공기의 유속을 제어함으로써 불투명도에 대한 이중의 작용을 제공한다. 따라서, 본 방법에는 불완전 연소와 관련된 위험이 극히 없게되며,
-마지막으로, 노의 수명증가 또는 보다 자세히 말해서 챔버의 복구를 위한 주기적인 작업간의 시간주기의 증가를 확실히 할 수 있다.
본 발명은 모든 형태의 탄소블록들, 즉, 알루미늄 전해용 양극 및 음극, 전기야금용 원통형 전극, 및 이어서 흑연화될 전극과 다른 형태의 성분을 소성시키는데 적용된다.
Claims (10)
- 직렬로 배열된 다수의 예열, 소성 및 냉각 챔버를 구비하고, 이 각각의 챔버는 연소가스가 순환하는 중공의 가열격벽(1)과 소성될 탄소블록(6)이 적재되는 격실(5)이 교대로 병렬 배치되어 형성되고, 상기 연소가스는 제 1 자연예열 챔버의 각각의 가열격벽(1)에 송출튜브(2)에 의해 연결되는 흡출관에 의해 추출되고, 소요공기는 팬(26)에 연결되는 취입관(25)에 의해 주입되는, 탄소블록을 소성시키기 위한 환상형 노로지칭되는 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 장치에 있어서, 각각의 흡출관의 송출튜브(2)는 모터(12)에 의해 제어되는 이동식 폐쇄플랩(11), 해당 격벽에서 온도 및 압력강하를 측정하기 위한 수단, 각각의 가열격벽(1)에서 생기는 연기의 불투명도를 연기의 반사에 의해 측정하는 수단(19,20,21) 및 폐쇄플랩(11)의 위치를 제어하여, 연기의 불투명도, 온도 및 압력강하의 조합된 측정값에 따라 각각의 격벽(1)에서의 유속을 제어하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한는 탄소블록을 소성하기 위한 챔버형 노에서 연소를 최적화 하기 위한 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 팬(26)의 유속을 제어하기 위한 수단 및 상기 유속을 측정하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 전면적 소성구역 이전에 있는 챔버의 포트 개구부의 라인들중 하나에 배치되는, 상기 노에 구비되는 격벽(1)과 동일한 수의 측정 튜브들을 구비한 압력강하 측정장치(28)의 세트를 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 취입관(25)의 송출튜브는 모터에 의해 제어되는 이동식 폐쇄플랩을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 장치.
- 제 1 항에 따른 챔버형 노에서의 연소를 최적화하기 위한 방법에 있어서, 한편으로 최적 연소상태에 적합한 최소값으로 상기 노의 챔버에서 압력강하를 유지하고, 다른 한편으로 가능한한 참조값에 근접한 값으로 자연예열 구역의 온도를 유지하기 위해서, (A) 상기 플랩(11)을 조정함으로써 압력강하를 0 내지 250Pa사이, 특히 40 내지 180Pa사이의 값에서 시작하여, 측정된 불투명도 값이 안정화될 수 있게 하는 단계, 그후 반복적으로, (B) 0 내지 250Pa 사이, 특히 40 내지 180Pa사이의 압력강하의 전체범위를 정밀 검사하여 적어도 30초의 안정화 기간후에 측정된 연기의 최소불투명도(Y)에 대한 최소 압력강하(X)를 찾는 단계, (C) 흡출관(3)의 각각의 플랩(11)위치를 최소 불투명도(Y)에 가까운 범위(Y±ㅿY)로 유지되는 불투명도의 수준에 대한 범위(X±ㅿX)에 속하는 압력강하값으로 조절하는 단계, (D) 동시에, 자연예열 구역에서 가스온도의 상승에 대한 실제곡선을 참조곡선과 비교하여, 예열구역의 가스온도(T)를 참조점에 가까운 범위(T±ㅿT)로 유지하기 위해 최소 불투명도(Y)에 상응하는 최소 압력 강하에 가깝게 상기 장치를 조절하는 단계, 및 그후, 상기 A) 단계에 따라 안정화 되어진 현재의 불투명도값(Y')가 Y'Y±ㅿY로 측정되었을 때, B) 내지 D) 항목의 특징이 반복되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 범위(Y±ㅿY)의 밖으로 불투명도가 증가하는 경우에 불투명도가 지연기간의 최후에 여전히 상기 범위밖에 있을때에만 상기 단계(B)로 되돌아가도록 하는 시간지연을 도입하는 것을 특징으로 하는 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 방법.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 불투명도의 측정값(Y)와 온도의 측정값(T)가 상기 플랩(11)에 대해 상반되게 작용하는 바람직하지 못한 상황에서, 상기 자연예열 구역에서의 가스온도(T)의 정확한 증가를 우선적 요소로 확정하기 위해 불투명도를 일시적으로 제외하는 것을 특징으로 하는 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 방법.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 전면적 소성구역의 하류에 배치되는 챔버(27)의 격벽(1)에서의 과압력을 0.5 내지 5mm의 수위계(WG)( 즉 약 5 내지 50Pa), 특히 1 내지 2mm의 수위계(WG)(즉 약 10 내지 20Pa)의 값으로 조절하는 것을 특징으로 하는 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 방법.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 팬(26)의 유속을 조절하여 탄소블록을 소성하는 중에 발생되는 휘발성 물질 및 버너(29)에 주입되는 연료를 완전히 연소시키기에 충분한 공기의 필요량을 영구적으로 주입하는 것을 특징으로 하는 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 방법.
- 제 9 항 있어서, 소성 작업중 탄소블록에 의해 발생되는 휘발성 물질의 양은 챔버의 격벽에서의 가스온도(TG)를 측정하여, 이로부터 예비보정을 함으로써 탄소블록의 실제온도(TA)를 추론하고, 여기에 탄소블록의 최초의 피치 범위를 고려한, 발생되는 휘발성 물질의 양과 실제온도(TA)사이의 연관함수를 적용함으로써 알게되는 것을 특징으로 하는 챔버형 노에서 연소를 최적화하기 위한 방법.
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