WO2017073892A1 - 용융로의 원료 장입장치 - Google Patents

용융로의 원료 장입장치 Download PDF

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WO2017073892A1
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raw material
melting furnace
body portion
charging device
chute
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PCT/KR2016/008655
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Inventor
박종인
조명호
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주식회사 포스코
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/18—Bell-and-hopper arrangements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/10—Charging directly from hoppers or shoots

Definitions

  • a charging apparatus for evenly distributing and charging raw materials and the like into a melting furnace of a molten iron manufacturing facility.
  • molten iron manufacturing facility that manufactures molten iron by reducing spectroscopy, HCHHot Compacted Iron, a raw material, and coal briquette, a fuel, are charged into a melting furnace and melted. After the molten iron is manufactured, steel is then produced and supplied to each customer.
  • the upper part of the melting furnace is provided with a charging device (Gimbal Di str ibutor) for distributing the transported raw materials and fuels (hereinafter collectively referred to as raw materials and fuels) according to the operating conditions and charging into the interior of the melting furnace.
  • the charging device is a device for evenly distributing the raw material in the melting furnace in accordance with the operating conditions inside the melting furnace, a lower chute chute chute is installed.
  • the distribution of the charge is finally determined by the chute chute.
  • the charge is precisely controlled to be distributed at the desired point of the furnace, and as the furnace is gradually enlarged, it is necessary to increase the charge discharge range from the turning chute to send the charge farther.
  • the discharge range of the charge can be increased by increasing the length of the swing chute, but the length of the chute chute is limited due to the structure of the furnace and interference with other equipment.
  • the height of the swing chute can increase the discharge range of the charge by increasing the horizontal speed of the charge, this is also unsuitable in terms of economic efficiency due to the large installation and difficult control.
  • the turning chute is the axial direction in which the raw material is discharged Accordingly, at least a portion of the inner surface may be formed in a curved cross-sectional structure.
  • the swing chute in the raw material charging device of the melting furnace including a swing chute that is pivotally installed at the lower end of the input pipe to which the raw material is injected, and controls the distribution of the raw material, the swing chute is the inner surface of the tip portion from which the raw material is discharged. This is gradually curved inwards, it can be formed in a curved cross-sectional structure.
  • the pivot chute includes a body part having an inlet facing toward the input pipe, and a tip part connected to the lower end of the body part and having an outlet, and between the inner surface of the body part and the inner surface of the tip part at a tangent and a tip part of the body part. It may be a structure connected in series so that the tangent of.
  • the tip portion may have a curved structure in an arc shape.
  • the body portion may be formed in a cross-sectional structure of the inner surface is straight.
  • the body portion may have an inner surface having a curved cross-sectional structure.
  • the body portion may have a structure in which the inner surface thereof is inclined with respect to the central axis by gradually decreasing the diameter of the inner surface toward the tip portion.
  • the body portion may have a structure having the same inner diameter along the raw material moving direction.
  • the pivot chute may be formed at a ratio of 4 or more when the diameter of the inlet is 8 or more.
  • the turning chute may have a total length of 10 or more along the axial direction when the diameter of the inlet is 8.
  • the ratio of the length of the body portion and the tip portion with respect to the total length may be 8: 2 to 0:10.
  • the radius of curvature of the inner surface of the tip may be greater than or equal to (a + b) ⁇ 0.2.
  • (a + b) is the turning suit total length.
  • the inclination angle of the inner surface of the body portion with respect to the central axis of the body portion may be 0 to 11.3 °.
  • the radius of curvature of the inner surface of the tip portion may be reduced.
  • the pivot chute may have a cylindrical structure.
  • the raw material dropped into the swing chute is discharged smoothly through the inner surface of the chute chute without large stratification can minimize the damage of the chute chute.
  • the manufacture of the turning chute can be manufactured by spinning (spinning) instead of conventional welding, it is possible to prevent the chute falling out.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a raw material charging device of the melting furnace according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a turning chute of the raw material charging device according to the present embodiment.
  • FIG 3 is a cross-sectional view for explaining the structure of the swing chute according to the present embodiment.
  • 4 and 5 are diagrams comparing the experimental results on the raw material distribution distance between the swing chute and the swing chute of the prior art according to the present embodiment.
  • a charging device for controlling distribution while charging and mixing HCKHot Compacted Iron and Coal Br iquette, which are raw materials, in a melting furnace in a FINEX manufacturing facility. It demonstrates as an example.
  • the molten iron manufacturing equipment includes a reduction furnace and a melting furnace. At the top of the melting furnace is installed a charging device for evenly charging the raw material into the interior.
  • the charging device 10 includes an input pipe 20 for injecting raw materials and fuel (hereinafter, referred to collectively as raw materials and fuels) transferred to an upper part of a melting furnace into a melting furnace.
  • a swing chute 30 arranged at a lower end of the injection pipe 20 to switch the discharge direction of the raw material discharged from the injection pipe 20, and a driving unit 40 for rotating the swing chute 30 in a desired discharge direction.
  • the turning chute is rotated about the feeding tube 20 by the driving unit 40 and the tilting angle of the turning chute 30 is changed along the circumferential direction so that the raw material is evenly charged into the melting furnace.
  • the swing chute 30 extends downward from the lower end of the input tube 20 toward the interior of the melting furnace.
  • the turning chute 30 is made of a cylindrical shape with the top and bottom open, the top is an injection tube 20 and It is connected to form an inlet 31 through which the raw material is introduced, and the lower end forms an outlet 33 through which the raw material is discharged.
  • up or up means the up direction in the y-axis in FIG. 2, and down or down means the opposite direction.
  • the inner surface refers to the inner surface of the turning chute flowing raw material discharged from the input pipe flows down.
  • the pivot chute 30 may include a steel sheath 32 forming a cylindrical shape and a refractory 34 attached to an outer circumferential surface of the sheath 32.
  • the shell 32 may be made of, for example, stainless steel or heat-resistant steel.
  • the inner surface of the turning chute is the surface where the raw material is in contact, which may mean the inner surface of the outer shell.
  • the turning chute 30 of the present embodiment may have a structure in which an inner surface of the outlet end portion 38 from which the raw material is discharged is gradually curved inwardly toward the outlet end.
  • the turning chute 30 is formed in a cross-sectional structure of the inner surface of the tip portion 38 is curved.
  • the turning chute 30 has a body portion 36 having an inlet 31 facing the feed tube, and a tip portion connected to the lower portion of the body portion 36 and having an outlet 33. (38).
  • the tip portion 38 refers to the lower lower end of the turning chute 30, and the body portion 36 refers to the upper portion above the tip 38.
  • the swing chute 30 has a curved cross-sectional structure in which the inner surface of the tip 38, which is the lower end, is curved inward.
  • the raw material flowing along the inner surface of the swing chute 30 passes through the tip portion 38 of the swing chute 30 curved in a curved shape, and thus the speed in the horizontal direction is increased to be discharged farther.
  • the body portion 36 and the tip portion 38 are smoothly and continuously connected.
  • the tangent of the inner surface of the body portion 36 and the tangent of the inner surface of the tip portion 38 at the connection point coincide with each other. That is, the connection point between the inner surface of the body portion 36 and the inner surface of the tip portion 38 is continuously connected without being bent or stepped and discontinuous.
  • the turning chute 30 of the present embodiment can be moved along the inner surface while minimizing the loss of kinetic energy in the course of passing the raw material between the body portion 36 and the tip portion 38.
  • the loss of kinetic energy in the course of the raw material falling along the swing chute 30 it is possible to increase the final escape speed at the tip of the swing chute 30 tip 38 exit 33.
  • the swing chute 30 of the present embodiment is formed such that the inner surface of the tip portion 38 is continuously curved while the inner surfaces of the body portion 36 and the tip portion 38 are continuously connected to each other. (38) By increasing the horizontal escape velocity at the outlet 33, it is possible to increase the discharge range of the raw material under the same conditions.
  • the swing chute 30 of the present embodiment is formed such that the inner surface of the tip portion 38 is curved inward, thereby increasing the horizontal speed of the final escape speed of the raw material passing through the tip portion 38. Therefore, under the same conditions, the horizontal release speed of the raw material is increased to increase the discharge range.
  • the present embodiment can be manufactured through a spinning process using a single member instead of the conventional welding method in manufacturing the turning chute as the body portion and the tip portion is smoothly connected without the discontinuous portion. That is, conventional In the case of the structure, since a plurality of portions having different inner inclination angles are welded to each other to finally manufacture the turning chute, a problem of cracking and dropping occurs in the weld joint.
  • the swing chute of the present embodiment is designed to be integrally formed without a weld connection by connecting the inner surface smoothly without discontinuity, so that a single member can be manufactured as the swing chute by spinning only. As a result, the swing chute of the present embodiment can prevent the problem of dropping or cracking in the welded portion.
  • the body portion 36 may be formed in a cross-sectional structure of the inner surface of the straight form.
  • the length of the body portion 36 is referred to as a
  • the length of the tip portion 38 is referred to as b
  • the total length of the turning suit 30 is referred to as a + b.
  • the diameter of the turning chute upper inlet 3 is A '
  • the diameter of the lower outlet 33 is B.
  • the line passing through the pivot chute central axis is called the central axis L
  • the angle formed by the pivot chute inner surface with respect to the central axis L is the inclination angle c.
  • the swing chute has approximately the ratio of the inlet and outlet of the swing chute and the total length due to the interference with the surrounding equipment.
  • the turning chute 30 may be formed at a ratio of 4 or more when the diameter ( ⁇ ) of the inlet is 8 when the diameter ( ⁇ ) of the inlet is 8. If the diameter (B) ratio of the outlet 33 is smaller than 4, the size of the outlet is so small that it is difficult for the charge to pass through the outlet. Accordingly, the ratio of the diameter ( ⁇ ) of the outlet is formed at a ratio of 4 or more based on the inlet diameter ( ⁇ ) of 8, and may be formed at a ratio that can minimize interference with surrounding equipment in the range of less than 8. .
  • the total length (a + b) of the swing chute may be formed at a ratio of 10 or more when the diameter (A) of the inlet.
  • the ratio of the total length of the swing chute (a + b) is less than 10, the drop chute travel distance is shortened and the drop distribution is shortened. Accordingly, the total length ratio of the turning chute may be extended in a range capable of minimizing interference with the peripheral equipment at a ratio of 10 or more based on the diameter inlet of 8.
  • the body portion 36 may have a structure in which an inner surface thereof is inclined with respect to the central axis L by gradually decreasing the diameter of the inner surface toward the tip portion 38.
  • the ratio of the length (a) of the body portion 36 to the length (b) of the tip portion 38 with respect to the total length is 8: 2 to 0:10.
  • 0: 10 means a structure in which the whole inside of the turning chute is continuously curved along the exit from the entrance.
  • the radius of curvature formed by the inner surface of the tip portion 38 may be set to 0.2 times or more of the total length of the swing chute (a + b).
  • the minimum radius of curvature that can be formed at the tip is 8 : 2 is the value. Therefore, the radius of curvature of the tip cannot be smaller than (a + b) x 0.2. Therefore, in this embodiment, the radius of curvature formed by the inner surface of the tip may be (a + b) x 0.2 or more.
  • the radius of curvature of the inner surface of the tip portion 38 may be reduced.
  • the inclination angle of the inner surface of the body portion 36 is large, since the horizontal speed of the raw material passing through the body portion 36 is primarily increased, even if a radius of curvature at the tip portion 38 is formed to be large, the final horizontal The escape speed can be maximized.
  • the radius of curvature at the tip portion 38 can be reduced as much as possible to increase the final horizontal escape speed of the raw material.
  • the body portion 36 with respect to the central axis L of the body portion 36 The angle of inclination (c) of the inner surface may be 0 to 11.3 °.
  • the maximum inclination angle (c) that can be formed in the body portion is the swing chute inlet (A). It is the value when the length of the exit (B) and the total length of the turning chute (a + b) are minimum for the length of. Accordingly, the maximum value of the inclination angle (C) is a value when the length of the outlet is 4 and the total length is formed at the ratio of 10 when the length of the turning chute inlet A is eight. Therefore, since the inclination angle C is 11.3 ° under the above conditions, the inclination angle c of the present embodiment may be 0 to 11.3 ° or less.
  • the diameter of the inner surface of the body portion 36 is the same along the raw material moving direction. In the case of the structure having the same diameter of the body portion 36, it is possible to minimize the contact angle between the raw material falling from the input tube and the inner surface of the body portion 36. Thus, the initial speed of the raw material can be increased, and the raw material can be discharged far away through the tip 38.
  • the body portion 36 may be formed in a cross-sectional structure of the inner surface is curved.
  • the entire inner surface of the swing chute 30 including the body 36 and the tip 38 is continuously curved along the outlet 33 at the inlet 31.
  • the inner surface of the swing chute may be curved in radius from the inlet 31 to the outlet 33 as a whole, or the radius of the curve may gradually decrease along the outlet 33 at the inlet 31.
  • the body portion 36 and the tip portion 38 form a curved surface continuously, and the horizontal escape speed of the raw material increases through the tip portion 38.
  • the discharge range is increasing the discharge range.
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams showing the discharge range for the various types of swing chute according to the present embodiment compared with the prior art.
  • the turning chutes of the comparative examples and the examples have the same length in the axial direction, the diameter of the inlet and the diameter of the outlet.
  • Comparative Examples are a turning suit according to the conventional structure, Comparative Example 1 has an inner surface Cone form of a straight cross-sectional structure and Comparative Example 2 illustrates a structure in which the inner surface of the outlet side is bent in multiple stages, while the inner surface is a cone shape of a straight cross-sectional structure.
  • all of the embodiments 1 to 4 have a structure in which a part of the inner surface has a curved cross-sectional structure and the body portion and the tip portion are continuously connected.
  • Comparative Example 1 As shown in FIG. 5, in Comparative Example 1, the discharge range of the raw material was not large, and the discharge range did not reach 6m even when the turning chute was tilted at 30 degrees.
  • Comparative Example 2 has a structure in which the inclined angle of the inner surface of the outlet side is increased in multiple stages, and it can be seen that the raw material discharge range has been increased to 6.9 m compared with Comparative Example 1.
  • the body portion and the tip portion is continuously connected, the tip portion is formed in a curved structure, it can be seen that the overall discharge range increased compared to the comparative examples.
  • the curvature radius of the tip portion is increased by reducing the inclination angle of the body portion as much as possible, thereby increasing the raw material discharge range to 7.4m.
  • the radius of curvature of the tip portion can be further reduced so that the raw material discharge range can be increased even when the inclination angle of the body portion is increased.
  • the ratio of the body portion and the tip portion it was possible to increase the discharge range of the raw material as compared to the conventional.
  • the inner surface is curved and smoothly connected, and damage to the chute is reduced because the kinetic energy of the charge is dispersed throughout the curved surface.

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Abstract

선회슈트의 길이가 동일한 조건에서 장입물을 더 멀리, 보다 정확하게 보낼 수 있도록, 원료가 투입되는 투입관 하단에 선회 가능하게 설치되어 원료의 투입 분포를 제어하는 선회슈트를 포함하는 용융로의 원료 장입장치에서, 상기 선회슈트는 원료가 배출되는 축방향을 따라 내면 중 적어도 일부가 곡면 형태의 단면 구조로 형성되는 용융로의 원료 장입장치를 제공한다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
용융로의 원료 장입장치
【기술분야】
용철 제조설비의 용융로 내부로 원료 등을 고르게 분배 장입하는 장입장치를 개시한다 .
【발명의 배경이 되는 기술】
예를 들어， 분광을 환원하여 용철을 제조하는 용철 제조 설비인 파이넥스 (FINEX)설비에서는 원료인 HCHHot Compacted Iron)와 연료인 성형탄 (Coal Br iquette)을 용융로에 장입하여 용융시키고， 용융 상태의 선철인 용철을 제조한 다음， 이로부터 강을 제조하여 각 수요처에 공급하고 있다.
용융로의 상부에는 수송된 원료와 연료 (이하 원료와 연료를 통칭하여 원료라 한다)를 조업조건에 맞게 분포시켜 용융로의 내부로 장입하기 위한 장입장치 (Gimbal Di str ibutor )가 구비된다. 상기 장입장치는 용융로 내부 조업 조건에 맞춰 원료를 용융로 내부에 고르게 분포시키기 위한 장치로， 하단에는 원료의 투입 방향을 전환하는 선회슈트가 설치된다.
원료는 선회슈트의 경사면을 타고 용융로 내부로 장입되므로， 장입물의 분포는 최종적으로 선회슈트에 의해 결정된다. 장입물은 용융로의 원하는 지점에 분포되도록 정밀하게 제어되며， 용융로가 점차적으로 대형화됨에 따라 선회슈트로부터의 장입물 배출 사거리를 늘려 장입물을 보다 멀리 보내야할 필요가 있다.
장입물의 배출 사거리는 선회 슈트의 길이를 늘림으로써 증가시킬 수 있으나， 용융로의 구조 및 타 설비와의 간섭으로 인해 선회슈트의 길이는 제한된다. 또한， 선회슈트의 높이를 증가시키는 경우 장입물의 수평방향 속도를 높여 장입물의 배출 사거리를 증가시킬 수 있으나， 이 역시 설비가 거대해지고 제어가 어려워 경제성 측면에서 적합하지 않다.
【발명의 내용】
【해결하고자 하는 과제】
선회슈트의 길이가 동일한 조건에서 장입물을 더 멀리， 보다 정확하게 보낼 수 있도록 된 용융로의 원료 장입장치를 제공한다.
장입물에 의한 선회슈트의 손상을 최소화하면서 장입물을 보다 배출 사거리를 증가시킬 수 있도록 된 용융로의 원료 장입장치를 제공한다 . 【과제의 해결 수단】
본 구현예의 장입장치는， 원료가 투입되는 투입관 하단에 선회 가능하게 설치되어 원료의 투입 분포를 제어하는 선회슈트를 포함하는 용융로의 원료 장입장치에서， 상기 선회슈트는 원료가 배출되는 축방향을 따라 내면 중 적어도 일부가 곡면 형태의 단면 구조로 형성될 수 있다. 본 구현예의 장입장치는， 원료가 투입되는 투입관 하단에 선회 가능하게 설치되어 원료의 투입 분포를 제어하는 선회슈트를 포함하는 용융로의 원료 장입장치에서， 상기 선회슈트는 원료가 배출되는 선단부의 내면이 점차적으로 내측으로 만곡되어， 곡면 형태의 단면 구조로 형성될 수 있다.
상기 선회슈트는 투입관쪽을 향하는 입구를 구비한 바디부와， 바디부 하단에 연결되며 출구를 구비한 선단부를 포함하고， 상기 바디부의 내면과 상기 선단부의 내면 사이는 바디부에서의 접선과 선단부에서의 접선이 일치하도록 연속적으로 연결된 구조일 수 있다.
상기 선단부는 원호형태로 만곡된 구조일 수 있다.
상기 바디부는 내면이 직선 형태의 단면 구조로 형성될 수 있다. 상기 바디부는 내면이 곡면 형태의 단면 구조로 형성될 수 있다. 상기 바디부는 선단부로 갈수록 점차적으로 내면의 직경이 줄어들어 중심축선에 대해 내면이 경사진 구조일 수 있다.
상기 바디부는 원료 이동방향을 따라 내면의 직경이 같은 구조일 수 있다.
상기 선회슈트는 입구의 직경이 8일 때 출구의 직경이 4 이상의 비율로 형성될 수 있다.
상기 선회슈트는 입구의 직경이 8일 때 축방향을 따라 전체 길이가 10 이상의 비율로 형성될 수 있다.
상기 선회슈트의 전체 길이가 10일 때 전체 길이에 대해 상기 바디부와 상기 선단부의 길이의 비는 8 :2 내지 0: 10 일 수 있다. 상기 선단부의 내면이 이루는 곡률반경은 (a+b)x0.2 이상일 수 있다. 여기서， (a+b)는 선회슈트 전체 길이이다.
상기 바디부의 중심축선에 대한 바디부 내면의 경사각은 0 내지 11.3°일 수 있다.
상기 바디부의 중심축선에 대한 바디부 내면의 경사각이 줄수록 상기 선단부의 내면의 곡률반경을 줄이는 구조일 수 있다.
상기 선회슈트는 원통형 구조일 수 있다.
【발명의 효과】
이상 설명한 바와 같이 본 구현예에 의하면， 선회슈트의 구조 개선을 통해 원료가 선회슈트의 내면을 지날 때 보다 큰 가속도와 효율적인 운동에너지를 얻도록 함으로써， 배출 사거리를 늘려 동일한 조건에서 종래보다 원료를 더 멀리， 보다 정확하게 보낼 수 있게 된다.
이에， 용융로가 대형화되더라도 원료를 보다 멀리 안정적으로 보내 용융로 조업을 안정적으로 수행하고 생산성을 높일 수 있게 된다.
또한， 선회슈트로 낙하된 원료가 큰 층격없이 부드럽게 선회슈트의 내면을 지나 배출되어 선회슈트의 손상을 최소화할 수 있게 된다.
또한， 선회슈트를 제조함에 있어서 종래 용접 대신에 스피닝 (spinning) 가공을 통해 제조가 가능하여， 슈트의 탈락을 방지할 수 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용융로의 원료 장입장치를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 원료 장입장치의 선회슈트를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 선회슈트의 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 4와 도 5는 본 실시예에 따른 선회슈트와 종래 기술의 선회슈트 간의 원료 분포 거리에 대한 실험 결과를 비교하여 도시한도표이다.
【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】
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.
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. 이에， 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하， 본 실시예는 FINEX로 블리는 용철 제조설비에 있어세 용융로 내부에 원료인 HCKHot Compacted Iron)와 성형탄 (Coal Br iquette)을 흔합하여 장입하면서 분포를 제어하는 장입장치 (Gimbal Di str ibutor )를 예로서 설명한다.
상기 용철 제조설비는 환원로 및 용융로를 포함한다. 상기 용융로 상단에는 내부로 원료를 고르게 장입시키기 위한 장입장치가 설치된다.
도 1에 도시된 바와 같이， 상기 장입장치 ( 10)는 용융로 상단으로 이송된 원료와 연료 (이하 원료와 연료를 통칭하여 원료라 한다)를 용융로 내부로 투입하기 위한 투입관 (20)과， 상기 투입관 (20) 하단에 배치되어 투입관 (20)에서 배출되는 원료의 배출 방향을 전환하는 선회슈트 (30) 및, 상기 선회슈트 (30)를 원하는 배출방향으로 회동시키기 위한 구동부 (40)를 포함한다. 이에， 구동부 (40)에 의해 투입관 (20)을 중심으로 선회슈트가 회전하고 원주방향을 따라 선회슈트 (30)의 틸팅 각도가 가변되면서 원료가 용융로 내부에 고르게 장입된다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이， 상기 선회슈트 (30)는 투입관 (20)의 하단에서 용융로 내부를 향해 하방향으로 연장된다. 상기 선회슈트 (30)는 상단과 하단이 개방된 원통형태로 이루어지며， 상단은 투입관 (20)과 연결되어 원료가 유입되는 입구 (31)를 형성하며 하단은 원료가 배출되는 출구 (33)를 이룬다. 이하 설명에서 상 또는 위라 함은 도 2에서 y축으로 위쪽 방향을 의미하고, 하 또는 아래라 함은 그 반대쪽 방향을 의미한다. 그리고， 내면이라 함은 투입관으로부터 배출된 원료가 접하여 흘러내려가는 선회슈트의 안쪽면을 의미한다.
상기 선회슈트 (30)는 원통 형태의 외형을 이루는 스틸 재질의 외피 (32)와 상기 외피 (32) 외주면에 부착되는 내화물 (34)을 포함할 수 있다. 상기 외피 (32)는 예를 들어 스테인레스 재질 또는 내열강 재질로 이루어질 수 있다. 선회슈트의 내면은 원료가 접하는 면으로 외피의 내면을 의미할 수 있다.
상기한 구조의 장입장치 ( 10)에서， 본 실시예의 선회슈트 (30)는 원료가 배출되는 출구쪽 선단부 (38)의 내면이 출구쪽 선단으로 갈수록 점차적으로 내측으로 만곡된 구조일 수 있다. 이에, 상기 선회슈트 (30)는 선단부 (38)의 내면이 곡면 형태의 단면 구조로 형성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 선회슈트 (30)는 투입관쪽을 향하는 입구 (31)를 구비한 바디부 (36)와， 바디부 (36) 하단에 연결되며 출구 (33)가 구비된 선단부 (38)를 포함한다. 상기 선단부 (38)는 선회슈트 (30)의 아래쪽 하단부를 의미하며， 바디부 (36)는 상기 선단부 (38) 위쪽의 상단부를 의미한다ᅳ
즉， 본 실시예에서 상기 선회슈트 (30)는 하단부인 선단부 (38)의 내면 형태가 내측으로 만곡되어 곡면 형태의 단면 구조로 되어 있다. 이에， 선회슈트 (30)의 내면을 따라 흘러 내리는 원료가 곡면형태로 만곡된 선회슈트 (30)의 선단부 (38)를 지나면서 수평방향으로의 속도가 증가되어 보다 멀리까지 배출될 수 있게 된다.
본 실시예에서, 상기 바디부 (36)와 선단부 (38)는 부드럽게 연속적으로 연결된다. 이에， 연결지점에서의 바디부 (36)의 내면의 접선과 선단부 (38)의 내면의 접선은 서로 일치한다. 즉, 상기 바디부 (36) 내면과 선단부 (38) 내면 사이의 연결지점은 꺽여지거나 단차져 불연속된 부분이 없이 연속적으로 연결된다.
바디부 (36)와 선단부 (38)의 내면이 부드럽게 연속적으로 연결됨으로써， 선회슈트 (30)의 내면을 따라 홀러내리는 원료가 바디부 (36)와 선단부 (38)의 연결 지점에서 걸리지 않고 자연스럽게 내려갈 수 있게 된다. 이에， 본 실시예의 선회슈트 (30)는 원료가 바디부 (36)와 선단부 (38) 사이를 지나는 과정에서 운동에너지 손실을 최소화하면서 내면을 따라 이동될 수 있게 된다. 원료가 선회슈트 (30)를 따라 홀러내리는 과정에서 운동에너지의 손실을 줄임으로써， 선회슈트 (30) 선단부 (38) 출구 (33)에서의 최종 탈출 속도를 증가시킬 수 있게 된다.
이와 같이， 본 실시예의 선회슈트 (30)는 바디부 (36)와 선단부 (38)의 내면이 연속적으로 연결되면서 선단부 (38) 내면이 내측으로 만곡되도록 형성되어， 원료의 운동에너지 손실이 적고 선단부 (38) 출구 (33)에서의 수평 방향 탈출 속도를 증가시킴으로써， 동일한 조건에서 원료의 배출 사거리를 늘릴 수 있게 된다.
투입관으로부터 선회슈트 (30)로 낙하된 원료는 선회슈트 (30)의 하단 출구 (33)에 도달한 후 용융로로 낙하하게 되는 데， 선회슈트로부터 배출되는 원료는 선회슈트에서 이탈하여 속도와 낙하각을 가지게 된다. 알려진 바와 같이， 월리엄 (Wi l l i am)의 궤적 효과를 나타낸 아래 식 ( 1)에 따르면， 입자의 수평 낙하거리 (L)는 입자의 수평 이탈 속도 (VH)와 입자의 밀도 (p) , 크기 (d)의 제곱에 비례한다. 식 ( 1) 18/
즉， 입자의 밀도와 직경이 크고， 수평 속도가 클수록 낙하 거리가 증가하고， 동일한 밀도와 직경을 가지는 입자에 대해서도 수평 이탈속도가 클수록 멀리 나가게 된다.
이에， 본 실시예의 선회슈트 (30)는 선단부 (38)의 내면이 안쪽으로 만곡되도록 형성함으로써， 선단부 (38)를 지나는 원료의 최종 탈출 속도의 수평 방향 속도를 증가시킬 수 있게 된다. 따라서， 동일한 조건 하에서 원료의 수평 이탈 속도가 증가되어 배출 사거리를 늘릴 수 있게 된다.
또한， 본 실시예는 불연속부분없이 바디부와 선단부가 부드럽게 연결됨에 따라 선회슈트를 제조함에 있어서, 종래 용접 방식 대신에 단일 부재를 이용하여 스피닝 (spinning) 공정을 통해 제조가 가능하다. 즉， 종래 구조의 경우 내면 경사각도가 서로 상이한 복수개의 부분을 서로 용접하여 최종적으로 선회슈트를 제조하게 되므로, 용접 이음부의 크랙 (crack) 및 탈락 발생의 문제가 발생된다. 이에 반해， 본 실시예의 선회슈트는 불연속면이 없이 내면이 부드럽게 연결되어 용접 연결부 없는 일체형으로 설계되어， 단일 부재를 스피닝 가공만으로 선회슈트로 제조할 수 있다. 이에， 본 실시예의 선회슈트는 용접부에서의 탈락이나 크랙의 문제를 원천적으로 방지할 수 있게 된다.
본 실시예에서， 상기 바디부 (36)는 내면이 직선 형태의 단면 구조로 형성될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이， 바디부 (36)의 길이를 a라 하고 선단부 (38)의 길이는 b라 하며， 선회슈트 (30) 전체 길이는 a+b라 한다. 또한， 선회슈트 상단 입구 (3)의 직경은 A라 '하고 하단 출구 (33)의 직경은 B라 한다. 그리고 선회슈트 중심축을 지나는 선을 중심축선 (L)이라 하고， 중심축선 (L)에 대해 선회슈트 내면이 이루는 각도를 내면의 경사각도 (c)로 한다.
상기 선회슈트는 주변 설비와의 간섭으로 인해 선회슈트의 입구와 출구 및 전체 길이의 비율이 대략 설정된다. 본 실시예에서， 상기 선회슈트 (30)는 입구의 직경 (Α)이 8일 때 출구의 직경 (Β)은 4 이상의 비율로 형성될 수 있다. 출구 (33)의 직경 (Β) 비율이 4보다 작은 경우에는 출구의 크기가 너무 작아 장입물이 출구를 통과하는 데 어려움이 있다. 이에 , 출구의 직경 (Β) 비율은 입구 직경 (Α)이 8일 때를 기준으로 4 이상의 비율로 형성되며， 8 미만의 범위에서 주변 설비와의 간섭올 최소화할 수 있는 비율로 형성될 수 있다. 또한， 상기 선회슈트의 전체 길이 (a+b)는 입구의 직경 (A)이 8일 때 10 이상의 비율로 형성될 수 있다. 선회슈트 전체 길이 (a+b)의 비율이 10보다 작은 경우에는 장입물의 선회슈트 이동거리가 짧아 낙하 분포가 짧아지게 된다. 이에， 선회슈트의 전체 길이 비율은 직경 입구가 8일 때를 기준으로 10 이상의 비율로 주변설비와의 간섭을 최소화할 수 있는 범위에서 길게 연장 형성될 수 있다.
상기 바디부 (36)는 선단부 (38)로 갈수록 점차적으로 내면의 직경이 줄어들어 중심축선 (L)에 대해 내면이 경사진 구조일 수 있다. 이와 같이 바디부 (36)에서 일차적으로 내면을 경사지게 형성함으로서， 선회슈트 (30)의 선단부 (38)에서의 내면 곡률반경을 급격하게 줄이지 않고도， 배출 사거리를 층분히 늘릴 수 있게 된다.
본 실시예에서， 상기 선회슈트 (30)의 축방향 전체 길이를 10이라 했을 때 전체 길이에 대해 상기 바디부 (36)의 길이 (a)와 상기 선단부 (38)의 길이 (b)의 비는 8 : 2 내지 0 : 10 일 수 있다. 0 : 10은 선회슈트 내면 전체가 입구에서 출구를 따라 연속적으로 만곡된 구조를 의미한다.
상기 바디부 (36)의 길이 (a)와 선단부 (38)의 길이 (b)의 비가 상기 범위를 벗어나 선단부 (38)의 길이 (b)가 8 : 2의 비율보다 줄게 되면 선단부의 곡률반경이 너무 작아져 오히려 원료의 배출 사거리가 줄어드는 문제가 발생된다.
또한， 본 실시예에서， 상기 선단부 (38)의 내면이 이루는 곡률반경은 선회슈트 전체길이 (a+b)의 0.2배수 이상으로 설정될 수 있다.
선회슈트 입구 (A)와 출구 (B)의 길이비 및 바디부 (a)와 선단부 (b)의 길이비를 고려했을 때 선단부에 형성될 수 있는 최소 곡률반경은 바디부와 선단부의 길이 비가 8 : 2일 때 값이 된다. 이에 선단부의 곡률반경은 (a+b)x0.2보다 작을 수는 없다. 따라서， 본 실시예에서， 선단부의 내면이 이루는 곡률반경은 (a+b) x0.2 이상일 수 있다.
상기 선단부 (38) 내면의 곡률반경이 (a+b) x0.2 보다 작은 경우에는 선단부의 곡률반경이 너무 작아져 원료의 수평 탈출 속도가 떨어지는 문제가 발생된다.
여기서， 상기 바디부 (36)의 중심축선 (L)에 대한 바디부 (36) 내면의 경사각이 줄수록 상기 선단부 (38)의 내면의 곡률반경을 줄이는 구조일 수 있다.
즉， 바디부 (36)의 내면 경사각이 큰 경우에는 바디부 (36)를 지나는 원료의 수평방향 속도가 일차적으로 증가된 상태이므로 선단부 (38)에서의 곡률반경을 크게 형성하여도 원료의 최종 수평 탈출 속도를 최대로 높일 수 있게 된다. 반대로, 바디부 (36)의 내면 경사각이 작은 경우에는 선단부 (38)에서의 곡률반경을 최대한 줄임으로써， 원료의 최종 수평 탈출 속도를 높일 수 있게 된다.
본 실시예에서， 상기 바디부 (36)의 중심축선 (L)에 대한 바디부 (36) 내면의 경사각 (c)은 0 내지 11.3°일 수 있다.
선회슈트 입구 (A)와 출구 (B)의 길이비 및 선회슈트의 전체 길이 (a+b)를 고려했을 때， 상기 바디부에 형성할 수 있는 최대 경사각 (c)은 선회슈트 입구 (A)의 길이에 대해 출구 (B)의 길이와 선회슈트 전체 길이 (a+b)가 최소일 때의 값이 된다. 이에 상기 경사각 (C)의 최대값은 선회슈트 입구 (A)의 길이가 8일 때 출구의 길이가 4이고 전체길이는 10의 비율로 형성될 때의 값이 된다. 따라서， 상기한 조건에서 상기 경사각 (C)은 11.3°이므로， 본 실시예의 경사각 (c)은 0 내지 11.3°이하일 수 있다.
바디부 (36)의 내면의 경사각이 0도 인 경우에는， 원료 이동방향을 따라 내면의 직경이 같게 된다. 바디부 (36)의 직경이 동일한 구조의 경우， 투입관에서 낙하되는 원료와 바디부 (36) 내면 사이의 접촉각을 최소화할 수 있다. 이에， 원료의 초기 속도를 높일 수 있고， 역시 선단부 (38)를 통해 원료를 멀리 배출시킬 수 있다.
상기 경사각도 (c)가 11.3°를 넘는 경우에는 바디부의 길이가 길어지고 선단부의 길이가 짧아지며， 이에 따라 선단부의 곡률반경이 너무 작아져 원료의 수평 탈출 속도가 줄어드는 문제가 발생된다.
상기한 구조 외에， 상기 바디부 (36)는 내면이 곡면 형태의 단면 구조로 형성될 수 있다. 이러한 구조의 경우 바디부 (36)와 선단부 (38)를 포함한 선회슈트 (30) 내면 전체가 입구 (31)에서 출구 (33)를 따라 연속적으로 만곡된 형태를 이룬다. 상기 선회슈트의 내면은 입구 (31)에서 출구 (33)까지 전체적으로 동일한 곡를반경으로 만곡되거나， 입구 (31)에서 출구 (33)를 따라 점차적으로 곡를반경이 줄어들 수 있다. 이와 같이 바디부 (36)의 내면이 곡면 형태를 이루는 구조의 경우 역시， 바디부 (36)와 선단부 (38)가 연속적으로 곡면형태를 이루며, 선단부 (38)를 통해 원료의 수평 탈출 속도가 증가되어 배출 사거리를 늘릴 수 있게 된다.
도 4와 도 5는 본 실시예에 따른 다양한 형태의 선회슈트에 대한 배출사거리를 종래와 비교하여 도시한 도표이다.
도 4에서 비교예들과 실시예들의 선회슈트는 모두 축방향에 대한 길이와， 입구의 직경 및 출구의 직경이 동일하다.
비교예들은 종래의 구조에 따른 선회슈트로， 비교예 1은 내면이 직선형 단면구조로 된 콘 (cone)형태이고 비교예 2는 내면이 직선형 단면 구조로 된 콘 형태이면서 출구쪽 내면이 다단계로 꺽여진 구조를 예시하고 있다.
실시예 1 내지 4는 모두 본 발명에 따라 선단부를 포함하여 내면의 일부가 곡면형 단면 구조를 이루고 바디부와 선단부가 연속적으로 연결된 구조로 되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이， 비교예 1의 경우 원료의 배출 사거리가 크지 않아 선회슈트를 30도로 경동한 상태에서도 배출 사거리가 6m에 미치지 못하였다. 비교예 2는 출구쪽의 내면 경사각을 다단계로 증가시킨 구조로， 비교예 1과 비교하여 원료 배출 사거리가 6.9m까지 늘어났음을 알 수 있다.
실시예들의 경우， 바디부와 선단부가 연속적으로 연결되고， 선단부가 만곡 형성된 구조로， 전체적으로 배출 사거리가 비교예들과 비교하여 증가하였음을 확인할 수 있다. 실시예에서， 바디부와 선단부의 비율이 5 : 5인 경우 바디부의 경사각도를 최대한 줄여 선단부의 곡률반경을 증대시킴으로써， 원료 배출 사거리를 7.4m로 늘릴 수 있었다.
또한， 실시예에서， 바디부와 선단부의 비율이 7 :3으로 선단부의 길이를 줄인 경우에는 선단부의 곡를반경을 보다 더 줄일 수 있어 바디부의 경사각도를 증가시킨 경우에도 원료 배출 사거리를 층분히 늘릴 수 있었다. 이와 같이， 만곡형태를 갖는 회전슈트의 다양한 형태에 대한 많은 실험을 통해， 바디부와 선단부의 비율， 선단부의 곡률반경을 적절히 설정하여， 종래와 비교하여 원료의 배출 사거리를 최대한 증가시킬 수 있었다.
따라서， 본 실시예의 경우 선회슈트의 구조 개선을 통해 원료의 수평 방향 탈출 속도를 높여 원료 배출 사거리를 증가시킬 수 있고， 원료에 의해 선회슈트에 걸리는 웅력을 감소시켜 선회슈트의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
또한， 본 실시예에 따른 만곡형태를 갖는 회전슈트의 경우， 비교예와 비교하여 배출거리가 대등하더라도， 슈트의 손상면에 있어서 비교예보다 손상이 적은 잇점이 있다. 비교예들은 내면이 직선형태로 이루어져 꺽어지는 부분이 있기 때문에 장입물의 운동에너지가 꺽이는 부분에 집중된다. 이에， 꺽이는 부분에서 집중적인 손상이 발생된다.
이에 반해， 본 실시예들의 경우 내면이 만곡되어 부드럽게 연결된 구조로， 장입물의 운동에너지가 만곡면 전체로 분산되기 때문에 슈트의 손상이 감소된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만， 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어， 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
【부호의 설명】
10 장입장치 20 투입관
30 선회슈트 32 외피
34 내화물 40 구동부

Claims

【청구범위】
【청구항 1】
원료가 투입되는 투입관 하단에 선회 가능하게 설치되어 원료의 투입 분포를 제어하는 선회슈트를 포함하는 용융로의 원료 장입장치에서，
상기 선회슈트는 원료가 배출되는 선단부의 내면이 내측으로 만곡되어, 곡면 형태의 단면 구조로 형성된 용융로의 원료 장입장치 .
【청구항 2】
제 1 항에 있어서，
상기 선회슈트는 투입관쪽을 향하는 바디부와， 바디부 하단에 연결되는 선단부를 포함하고,
상기 바디부의 내면과 상기 선단부의 내면 사이는 연속적으로 연결된 구조의 용융로의 원료 장입장치 .
【청구항 3】
제 2 항에 있어서，
상기 선단부는 원호형태로 만곡된 용융로의 원료 장입장치.
【청구항 4】
제 2 항에 있어서 ,
상기 바디부는 내면이 직선 형태의 단면 구조로 형성된 용융로의 원료 장입장치.
【청구항 5】
제 2 항에 있어서，
상기 바디부는 내면이 곡면 형태의 단면 구조로 형성된 용융로의 원료 장입장치.
【청구항 6]
제 3 항에 있어서，
상기 바디부는 원료 이동방향을 따라 내면의 직경이 같은 구조의 용융로의 원료 장입장치 .
【청구항 7]
제 1 항에 있어서，
상기 선회슈트는 입구의 직경이 8일 때 출구의 직경이 4 이상의 비율로 형성된 용융로의 원료 장입장치 .
【청구항 8】
제 7 항에 있어서，
상기 선회슈트는 입구의 직경이 8일 때 축방향을 따라 전체 길이가 10 이상의 비율로 형성된 용융로의 원료 장입장치.
【청구항 9】
제 8 항에 있어서，
상기 선회슈트의 전체 길이가 10일 때 전체 길이에 대해 상기 바디부와 상기 선단부의 길이의 비는 8 : 2 내지 0 : 10 인 용융로의 원료 장입장치.
【청구항 10】
제 9 항에 있어서，
상기 선단부의 내면이 이루는 곡률반경은 ( a+b) x0.2 이상인 용융로의 원료 장입장치 .
( a+b)는 선회슈트 전체 길이이다.
【청구항 11】
제 10 항에 있어서，
상기 바디부는 선단부로 갈수록 점차적으로 내면의 직경이 줄어들어 중심축선에 대해 내면이 경사진 구조의 용융로의 원료 장입장치 .
【청구항 12】
거1 11 항에 있어서，
상기 바디부의 중심축선에 대한 바디부 내면의 경사각은 0 내지 11.3°인 용융로의 원료 장입장치 .
【청구항 13]
제 12 항에 있어서，
상기 바디부의 중심축선에 대한 바디부 내면의 경사각이 줄수록 상기 선단부의 내면의 곡를반경을 줄이는 구조의 용융로의 원료 장입장치 .
【청구항 14]
제 13 항에 있어서，
상기 선회슈트는 원통형 구조인 용융로의 원료 장입장치 .
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