WO2021015409A1 - 스테이브 및 스테이브의 제조방법 - Google Patents

스테이브 및 스테이브의 제조방법 Download PDF

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WO2021015409A1
WO2021015409A1 PCT/KR2020/006889 KR2020006889W WO2021015409A1 WO 2021015409 A1 WO2021015409 A1 WO 2021015409A1 KR 2020006889 W KR2020006889 W KR 2020006889W WO 2021015409 A1 WO2021015409 A1 WO 2021015409A1
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WO
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stave
blast furnace
protrusions
rolled plate
groove
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PCT/KR2020/006889
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Inventor
이해양
조한진
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주식회사 서울엔지니어링
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/04—Blast furnaces with special refractories
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/10—Cooling; Devices therefor
    • 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
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/12—Casings; Linings; Walls; Roofs incorporating cooling arrangements
    • 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
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • 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
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/0045—Cooling of furnaces the cooling medium passing a block, e.g. metallic
    • F27D2009/0048—Cooling of furnaces the cooling medium passing a block, e.g. metallic incorporating conduits for the medium
    • 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
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/0051—Cooling of furnaces comprising use of studs to transfer heat or retain the liner

Definitions

  • the present invention relates to a stave and a method of manufacturing the stave, and more particularly, to a stave installed in a blast furnace and a method of manufacturing the stave.
  • a blast furnace melts iron ore to produce molten iron. Iron ore and coke are alternately charged into the blast furnace, and when hot air is blown through a tuyere to burn coke, iron ore is melted by the high heat of the coke to produce molten iron.
  • the stave is installed in the inner circumference of the blast furnace, protects the blast furnace from high heat generated during the manufacturing process of the molten iron, and cools the blast furnace, and cooling water is circulated through a cooling channel formed inside the stave to cool the stave. Accordingly, the stave is required to have high heat conduction performance, and an iron material is used for the low temperature portion, but a copper material is used for the high temperature portion.
  • Another object of the present invention is to provide a stave capable of protecting a stave main body by depositing charge in a groove and a method of manufacturing the stave.
  • a method of manufacturing a stave installed on an inner circumference of a blast furnace is drilled from one side of the rolled sheet material to the opposite side of the rolled sheet material, so that a cooling channel is provided inside the rolled sheet material. And forming a concave inner surface facing the inner space of the blast furnace and forming a convex outer surface opposite to the inner surface, and cutting the inner surface to form a protrusion and the protrusions To form a plurality of grooves disposed therebetween.
  • the groove a bottom surface located along the longitudinal direction of the rolled plate; An upper surface adjacent to any one of the protrusions;
  • the lower surface is located opposite to the upper surface and has a lower surface adjacent to the other one of the protrusions based on the lower surface, and the angle formed by the upper surface and the lower surface is 90 degrees or less, and the lower surface and the lower surface form The angle can be an acute angle.
  • the groove may include an upper curved surface connecting the bottom surface and the upper surface; And it may have a lower curved surface connecting the bottom surface and the lower surface.
  • the radius of curvature of the upper curved surface may be 2 to 4 mm, and the radius of curvature of the lower curved surface may be 13 to 17 mm.
  • the protrusions and the grooves are alternately arranged along the longitudinal direction of the rolled plate, and the protrusions and the grooves form one unit, and the width of the unit along the longitudinal direction of the rolled plate may be 130 to 170 mm. .
  • the protrusion may have a width of 33 to 39 mm in the longitudinal direction of the rolled plate.
  • the front end surface of the protrusion may be coated with an Fe-Cr alloy or a Ni-Cr alloy.
  • the stave installed on the inner circumference of the blast furnace may include: a stave main body having a reference surface facing the inner space of the blast furnace; And protrusions protruding from the semi-surface toward the inside of the blast furnace and spaced apart in the vertical direction of the blast furnace to form a groove therebetween, wherein the groove includes a bottom surface disposed along the vertical direction of the blast furnace; An upper surface adjacent to any one of the protrusions;
  • the lower surface is located opposite to the upper surface and has a lower surface adjacent to the other one of the protrusions based on the lower surface, and the angle formed by the upper surface and the lower surface is 90 degrees or less, and the lower surface and the lower surface form The angle is an acute angle.
  • the stave may further include a coating layer formed on the front end surface of the protrusion to be an Fe-Cr alloy or a Ni-Cr alloy.
  • the present invention it is possible to greatly improve the heat transfer performance of the stave body by using the rolled sheet material. Further, by cutting the rolled plate material to form projections and grooves, the shape of the grooves can be variously adopted. Accordingly, it is possible to adopt and implement a shape of a groove in which the charged material is easily deposited in the groove and is not easily removed, and the stave body can be prevented from being worn through the deposit layer.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a blast furnace in which a stave is installed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the stave shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 and 4 are views showing the projections and grooves shown in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a view showing a cooling flow path, a water supply port, and a drain port shown in FIG. 2.
  • FIG. 6 and 7 are views showing a cooling flow path and a water supply pipe shown in FIG. 2.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the cooling passage shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a method for manufacturing a stave according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 to 9 The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below.
  • the present embodiments are provided to explain the present invention in more detail to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Therefore, the shape of each element shown in the drawings may be exaggerated to emphasize a more clear description.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a blast furnace in which a stave is installed according to an embodiment of the present invention.
  • the blast furnace 10 has a cylindrical shape, and the inner diameter of the blast furnace 10 expands toward the bottom and then decreases.
  • the charging device (not shown) installed at the top of the blast furnace 10 charges granular charges into the interior of the blast furnace 10, and the charges are alternately charged, including ore-based charges and coke-based charges. . As a result, iron ore and coke are alternately stacked in the blast furnace 10.
  • a tuyere is installed in the blast furnace 10 to supply hot air, and when coke is heated and burned by the hot air, iron ore is melted by the high heat of the coke and molten iron (metal) is produced.
  • the chartered iron may be taken out to the outside through the outlet installed in the blast furnace 10.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the stave shown in FIG. 1.
  • the stave 20 includes a stave body 21 and a plurality of protrusions 26.
  • the stave main body 21 has a reference surface R opposite to the inner space of the blast furnace 10.
  • the protrusions 26 protrude from the reference surface R toward the inside of the blast furnace 10, and the protrusions 26 are integrally formed with the stave body 21.
  • the stave main body 21 is made of copper or a copper alloy material, and may not have a shape of a rolled plate material, or a copper or copper alloy material. However, a copper or copper alloy material is preferable because it can increase the cooling efficiency of the stave 20. Casting processing is a process of melting metal, cooling and solidifying it to form a coarse crystal structure and lower mechanical properties compared to other processing methods, whereas rolling processing applies a compressive load to form a uniform structure, through which stave The heat transfer performance of the body 21 can be improved.
  • 3 and 4 are views showing the projections and grooves shown in FIG. 2. 2 to 4, the protrusions 26 are horizontally continuous on the surface of the stave main body 21 and are formed in a plurality of rows.
  • the groove 23 is formed between the protrusions 26, and has an upper surface 23a and a lower surface 23b, and a bottom surface 23c.
  • the upper surface 23a, the lower surface 23b, and the lower surface 23c are formed by cutting from the surface of the stave body 21, and the protrusions 26 correspond to portions left through the cutting processing.
  • the bottom surface 23c is the reference surface R of the stave 20, and the protrusions 26 protrude from the reference surface R of the stave 20.
  • the protrusions 26 are continuously installed along the circumferential direction of the blast furnace 20, and the protrusions 26 are circled along the circumferential direction in the blast furnace 20. Can form an illusion.
  • the protrusions 26 may be intermittently (intermittently) disposed along the circumferential direction in the blast furnace 20, and may have different shapes.
  • the upper side surface 23a and the lower side surface 23b are inclined inward toward the lower side.
  • the angle ⁇ 1 formed by the upper surface 23a and the bottom surface 23c is almost a right angle (for example, 85 to 95 degrees), and the angle ⁇ 2 formed by the lower surface 23b and the bottom surface 23c is an acute angle ( For example, it is 50 to 80 degrees, Preferably it is 65 degrees).
  • the inner angle 180- ⁇ 1 formed by the upper side 23a and the bottom surface 23c is larger than the inner angle ⁇ 2 formed by the lower side 23b and the bottom 23c.
  • the groove (23) has an upper curved surface (23m) and a lower curved surface (23n), the upper curved surface (23m) connects the upper surface (23a) and the lower surface (23c), and the lower curved surface (23n) is connected to the lower surface (23b) Connect the bottom 23c.
  • the radius of curvature R1 of the upper curved surface 23m is 2 to 4 mm, and the radius of curvature R2 of the lower curved surface 23n is 13 to 17 mm.
  • the shape of the groove 23 as described above generates a stagnant layer of the charged material in the groove 23, and through this, abrasion of the stave due to the charge can be greatly reduced. That is, the charge in the blast furnace 10 descends at a constant speed. At this time, the charged material may flow into the groove 23 and be deposited on the lower curved surface 23n.
  • the upper curved surface 23m and the lower curved surface 23n prevent damage (cracking) of the groove 23 due to the impact of the charge, and the lower curved surface 23n seats the introduced charge in the groove 23.
  • the charge is deposited in the groove 23, thereby forming a stagnant layer in the groove 23.
  • the stagnation layer in turn covers the lower curved surface 23n, the lower side 23b, the bottom 23c, the upper curved surface 23m, and the upper 23a within the groove 23, and the stagnation layer relieves wear of the stave It can exert an effect.
  • the lower curved surface (23n) not only helps to form a stagnant layer by seating and growing the charged material in the groove 23, but also increasing the contact area to the charged material to increase the stagnation layer attached to the stave main body (21). It prevents from falling off, and the lower side (23b) prevents the charge from falling out of the groove (23).
  • the shape of the groove 23 as described above helps the formation of a stagnation layer through the inflow and seating of the charged material, and growth, and through this, it is possible to exhibit a wear mitigation effect of the stave 20.
  • FIG. 5 is a view showing a cooling flow path, a water supply port, and a drain port shown in FIG. 2
  • FIGS. 6 and 7 are views showing a cooling flow path and a water supply pipe shown in FIG. 2.
  • the stave main body 21 has a cooling passage 27 formed therein, and the cooling passage 27 is generally parallel to the reference surface R of the stave 20. Is placed.
  • the water supply pipe 25 and the drain pipe 24 are connected to the cooling flow path 27, and the cooling water supplied through the water supply pipe 25 flows along the cooling flow path 27 and is discharged through the drain pipe 24, and the stave 20 Is cooled.
  • the cooling passage 27 may be formed by drilling (or drilling) the stave body 21. Drilling is performed from the upper surface of the stave body 21 (based on FIG. 5) to the lower side, and is performed to a position spaced apart from the lower surface of the stave body 21. In addition, drilling is additionally carried out toward the cooling channel 27 already formed from the opposite surface of the stave body 21 (20b in FIG. 1), and the water supply port and the drain port connected to the cooling channel 27 in this way Can be formed.
  • the plug 2 may be inserted into the upper portion of the cooling passage 27 to block the cooling passage 27 from the outside, and the water supply pipe 25 and the drain pipe 24 are welded to the water supply port of the cooling passage 27 And each connected to a drain.
  • the plug 2 is formed at the bottom and has a water supply pipe 25 and a guide surface 22 adjacent to the cooling flow path 27, and in a state where the plug 2 is inserted into the cooling flow path 27, the guide surface 22 is a water supply pipe By forming a curved surface connecting the inner surface of (25) and the inner surface of the cooling passage (27), the cooling water introduced through the water supply pipe (25) can be guided toward the cooling passage (27), through which the pressure loss of the cooling water Energy loss can be minimized.
  • the stave main body 21 has a bolt hole 14b and a thermocouple hole 12h.
  • the stave 20 is fixed to the blast furnace 10, and the thermocouple 12 penetrates the blast furnace 10 to penetrate the thermocouple hole. It is inserted into (12h) to sense the temperature of the stave main body 21.
  • the front end surfaces of the protrusions 26 may be coated with a high hardness material of Fe-Cr alloy or Ni-Cr alloy, but if necessary, a high hardness material such as TiN, TiC, WC, Ti-Al-N, etc. Can be replaced.
  • the coating method can be performed by MIG welding or TIG welding (He gas or Ar gas is used as a protective gas), and cracks should not be generated through sufficient preheating before welding.
  • the composition and characteristics of the Fe-Cr alloy/Ni-Cr alloy are shown in Tables 1 and 2 below.
  • the front end surface of the protrusions 26 is exposed without being covered with the stagnant layer described above, and may be continuously worn by the charged material, and wear can be suppressed through the coating.
  • the protrusion 26 has a protrusion height E of 30 to 35 mm from the reference surface R, and the width T of the protrusion 26 is 33 to 39 mm.
  • the protrusions 26 and the grooves 23 are alternately arranged, and the protrusion 26 and the groove 23 form one unit, and the width D of the unit is 130 to 170 mm.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the cooling passage shown in FIG. 7. 7 and 8, the cooling passage 27 has a diameter (d) along the thickness direction of the stave body 21 and a width (2r+L) along the width direction of the stave body 21 And the diameter (d) of the cooling channel 27 corresponds to 2r.
  • the cooling passage 27 has a cross section in which two circles having a radius r are overlapped, and the centers of each circle are spaced apart by L (however, r ⁇ L ⁇ 2r). r may be 18 to 20 mm, and L may be 22 to 26 mm. Therefore, the cooling passage 27 can maximize the area exposed to the inner side (lower surface of FIG. 8) of the stave body 21, that is, the surface to be cooled, through which the stave body 21 Cooling efficiency can be improved without increasing the thickness of the.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a method for manufacturing a stave according to an embodiment of the present invention.
  • the stave 20 described above forms a cooling channel 27 first by drilling the rolled sheet material.
  • One cooling channel having a radius (r) is formed through one drilling process, and then another cooling channel overlapping the previously formed cooling channel is formed through one drilling process, through which the cooling shown in FIG.
  • a cross-sectional shape of the flow path 27 and a cross-sectional shape in which the cooling flow paths, which are two circular cross-sections, are overlapped may be completed.
  • the cooling passage 27 may be formed differently from the shape described above, and after the cooling passage 27 is formed, the plug 2 is inserted into a part of the cooling passage 27 to allow the cooling passage 27 to be inserted from the outside. Block.
  • the rolled plate is bent to concave the inner surface (20a in FIG. 1) facing the inner space of the blast furnace 10, and the opposite surface (20b in FIG. 1) located on the opposite side is convexly formed.
  • the blast furnace 10 since the blast furnace 10 has a cylindrical shape, the rolled plate is subjected to bending processing according to the shape of the blast furnace 10.
  • the cutting process refers to an operation of cutting a rolled plate material using a tool having a greater hardness than the rolled plate material, and a cutting edge such as a bite, a drill, or a cutter may be used.
  • the present invention can be applied to various types of iron making facilities and manufacturing methods of iron making facilities.

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Abstract

본 발명은 스테이브 및 스테이브의 제조방법에 관한 것으로, 압연가공된 압연판재의 일측으로부터 상기 일측의 반대측을 향해 드릴가공하여, 상기 압연판재의 내부에 냉각유로를 형성하고, 상기 압연판재를 밴딩가공하여, 상기 고로의 내부공간과 대향되고 오목한 내측면과, 상기 내측면과 반대측에 외치하고 볼록한 외측면을 형성하며, 상기 내측면을 절삭하여, 돌기와 상기 돌기들 사이에 배치되는 복수의 홈들을 형성하되, 상기 홈은, 상기 압연판재의 길이방향을 따라 위치하는 저면, 상기 돌기들 중 어느 하나와 인접한 상측면, 및 상기 저면을 기준으로 상기 상측면과 반대편에 위치하고 상기 돌기들 중 다른 하나와 인접한 하측면을 가지되, 상기 상측면과 상기 저면이 이루는 각은 90도 이하이고, 상기 하측면과 상기 저면이 이루는 각은 예각인 특징을 포함한다. 따라서 압연가공된 압연판재를 절삭 가공하여 돌기와 홈을 형성함으로써 스테이브 본체의 열전달 성능을 크게 개선할 수 있고, 홈의 형상을 다양하게 채텍할 수 있다.

Description

스테이브 및 스테이브의 제조방법
본 발명은 스테이브 및 스테이브의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로에 설치되는 스테이브 및 스테이브의 제조방법에 관한 것이다.
고로(blast furnace)는 철광석을 용융시켜 용선(溶銑)을 제조한다. 철광석과 코크스는 고로 내에 교대로 장입되며, 송풍구(tuyere)를 통해 열풍을 불어넣어 코크스를 연소시키면 코크스의 고열에 의해 철광석이 용융되어 용선이 생산된다.
스테이브는 고로의 내주에 설치되어, 용선 제조과정에서 발생되는 고열로부터 고로를 보호하고 고로를 냉각하며, 냉각수는 스테이브의 내부에 형성된 냉각유로를 통해 순환공급되어 스테이브를 냉각할 수 있다. 따라서, 스테이브는 높은 열전도 성능이 요구되며, 저온부는 철 재질이 사용되기도 하나 고온부는 동(銅) 재질이 사용된다.
본 발명의 목적은 높은 열전달 성능을 가지는 스테이브 및 스테이브의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 홈 내에 장입물을 퇴적시켜 스테이브 본체를 보호할 수 있는 스테이브 및 스테이브의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 고로의 내주에 설치되는 스테이브를 제조하는 방법은, 압연가공된 압연판재의 일측으로부터 상기 일측의 반대측을 향해 드릴가공하여, 상기 압연판재의 내부에 냉각유로를 형성하고, 상기 압연판재를 밴딩가공하여, 상기 고로의 내부공간과 대향되고 오목한 내측면과, 상기 내측면과 반대측에 외치하고 볼록한 외측면을 형성하며, 상기 내측면을 절삭하여, 돌기와 상기 돌기들 사이에 배치되는 복수의 홈들을 형성한다.
상기 홈은, 상기 압연판재의 길이방향을 따라 위치하는 저면; 상기 돌기들 중 어느 하나와 인접한 상측면; 그리고 상기 저면을 기준으로 상기 상측면과 반대편에 위치하고 상기 돌기들 중 다른 하나와 인접한 하측면을 가지되, 상기 상측면과 상기 저면이 이루는 각은 90도 이하이고, 상기 하측면과 상기 저면이 이루는 각은 예각일 수 있다.
상기 홈은, 상기 저면과 상기 상측면을 연결하는 상곡면; 그리고 상기 저면과 상기 하측면을 연결하는 하곡면을 가질 수 있다.
상기 상곡면의 곡률반경은 2 내지 4mm이고, 상기 하곡면의 곡률반경은 13 내지 17mm일 수 있다.
상기 돌기들과 상기 홈들은 상기 압연판재의 길이방향을 따라 교대로 배치되며, 상기 돌기와 상기 홈이 하나의 단위를 이루어, 상기 압연판재의 길이방향에 따른 상기 단위의 폭은 130 내지 170mm일 수 있다.
상기 돌기는 상기 압연판재의 길이방향에 따른 폭이 33 내지 39mm일 수 있다.
상기 돌기의 선단면은 Fe-Cr 합금 또는 Ni-Cr 합금으로 코팅될 수 있다.
고로의 내주에 설치되는 스테이브는, 상기 고로의 내부공간에 대향되는 기준면을 가지는 스테이브 본체; 그리고 준면으로부터 상기 고로의 내측을 향해 돌출되며, 상기 고로의 상하방향으로 이격되어 사이에 각각 홈이 형성되는 돌기들을 포함하되, 상기 홈은, 상기 고로의 상하방향을 따라 배치되는 저면; 상기 돌기들 중 어느 하나와 인접한 상측면; 그리고 상기 저면을 기준으로 상기 상측면과 반대편에 위치하고 상기 돌기들 중 다른 하나와 인접한 하측면을 가지되, 상기 상측면과 상기 저면이 이루는 각은 90도 이하이고, 상기 하측면과 상기 저면이 이루는 각은 예각이다.
상기 스테이브는, 상기 돌기의 선단면에 형성되어 Fe-Cr 합금 또는 Ni-Cr 합금인 코팅층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 압연가공된 압연판재를 사용하므로써 스테이브 본체의 열전달 성능을 크게 개선할 수 있다. 또한, 압연판재를 절삭가공하여 돌기와 홈을 형성함으로써, 홈의 형상을 다양하게 채택할 수 있다. 따라서, 장입물이 홈 내에 쉽게 퇴적되고 쉽게 탈락되지 않는 홈의 형상을 채택하고 구현할 수 있으며, 퇴적층을 통해 스테이브 본체가 마모되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이브가 설치된 고로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 스테이브를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시한 돌기와 홈을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2에 도시한 냉각유로와 급수구 및 배수구를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 2에 도시한 냉각유로와 급수관을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에 도시한 냉각유로를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이브 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 9를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이브가 설치된 고로를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 고로(10)는 통 형상이며, 고로(10)의 내경은 하부를 향해 확장되다가 축소된다.
고로(10)의 상단에 설치된 장입 장치(도시안함)는 고로(10)의 내부로 입상의 장입물을 장입하며, 장입물은 광석계 장입물과 코크스계의 장입물을 포함하여 교대로 장입된다. 그 결과, 고로(10) 내에는 철광석과 코크스가 교대로 적층된다.
송풍구(tuyere)는 고로(10)에 설치되어 열풍을 공급하며, 코크스가 열풍에 의해 승온되어 연소하면 코크스의 고열에 의해 철광석이 용융되고 용선(쇳물)이 생산된다. 용선은 고로(10)에 설치된 출선구를 통해 외부로 취출될 수 있다.
스테이브(20)는 고로의 내주에 설치되며, 고로(10)의 내주에 설치되어 용선 제조과정에서 발생되는 고열로부터 고로(10)를 보호하고 고로(10)를 냉각한다. 도 2는 도 1에 도시한 스테이브를 나타내는 도면이다.
스테이브(20)는 스테이브 본체(21)와 복수의 돌기들(26)을 구비한다. 스테이브 본체(21)는 고로(10)의 내부공간에 대향되는 기준면(R)을 가진다. 돌기들(26)은 기준면(R)으로부터 고로(10)의 내측을 향해 돌출되며, 돌기들(26)은 스테이브 본체(21)와 일체로 형성된다.
스테이브 본체(21)는 구리 또는 구리합금재질이며, 압연가공된 판재 형상이나, 구리 또는 구리합금재질이 아닐 수 있다. 다만, 구리 또는 구리합금재질이 스테이브(20)의 냉각효율을 높일 수 있으므로 바람직하다. 주조가공은 금속을 용해하여 이를 냉각, 응고시키는 과정이어서 거친 결정조직을 형성하고 다른 가공방식에 비해 기계적 성질을 저하시키는 반면, 압연가공은 압축하중을 가하여 균일한 조직을 형성하며, 이를 통해 스테이브 본체(21)의 열전달성능을 개선할 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시한 돌기와 홈을 나타내는 도면이다. 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 돌기들(26)은 스테이브 본체(21)의 표면에 수평하게 연속되어, 복수열로 형성된다.
홈(23)은 돌기들(26)의 사이에 형성되며, 상측면(23a) 및 하측면(23b), 그리고 저면(23c)을 가진다. 상측면(23a) 및 하측면(23b), 그리고 저면(23c)은 스테이브 본체(21)의 표면으로부터 절삭가공에 의해 형성되며, 돌기들(26)은 절삭가공을 통해 남겨진 부분에 해당한다. 저면(23c)은 스테이브(20)의 기준면(R)이고, 돌기들(26)은 스테이브(20)의 기준면(R)으로부터 돌출된다.
돌기들(26)은 스테이브(20)가 고로(20)에 설치된 경우, 고로(20)의 주위 방향을 따라 연속적으로 설치되며, 돌기들(26)은 고로(20) 내의 주위 방향을 따라 원환상을 형성할 수 있다. 다만, 본 실시예와 달리, 돌기들(26)은 고로(20) 내의 주위 방향을 따라 간헐적으로(단속적으로) 배치될 수 있으며, 다른 형상을 이룰 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상측면(23a) 및 하측면(23b)은 하부를 향해 내측경사진다. 상측면(23a)이 저면(23c)과 이루는 각(θ1)은 거의 직각(예를 들어, 85~95도)이며, 하측면(23b)이 저면(23c)과 이루는 각(θ2)은 예각(예를 들어, 50~80도, 바람직하게는 65도)이다. 다만, 도 4에 도시한 바와 같이, 상측면(23a)과 저면(23c)이 이루는 내각(180-θ1)이 하측면(23b)과 저면(23c)이 이루는 내각(θ2) 보다 크다.
홈(23)은 상곡면(23m) 및 하곡면(23n)을 가지며, 상곡면(23m)은 상측면(23a)과 저면(23c)을 연결하고 하곡면(23n)은 하측면(23b)과 저면(23c)을 연결한다. 상곡면(23m)의 곡률반경(R1)은 2 내지 4mm 이며, 하곡면(23n)의 곡률반경(R2)은 13 내지 17mm 이다.
위와 같은 홈(23)의 형상은 장입물의 정체층을 홈(23) 내에 발생시키며, 이를 통해 장입물에 의한 스테이브의 마모를 대폭 완화할 수 있다. 즉, 고로(10)의 내부에서 장입물은 일정한 속도로 하강한다. 이때, 장입물은 홈(23) 안쪽으로 유입되어 하곡면(23n)에 퇴적될 수 있다. 상곡면(23m) 및 하곡면(23n)은 장입물의 충격에 의한 홈(23)의 파손(크랙발생)을 방지하며, 하곡면(23n)은 유입된 장입물을 홈(23) 안에 안착시킨다.
위와 같은 과정으로, 장입물은 홈(23) 내에 퇴적되며, 이로 인해 홈(23) 내에 정체층이 형성된다. 정체층은 홈(23) 내에서 하곡면(23n) 및 하측면(23b), 저면(23c), 상곡면(23m) 및 상측면(23a)을 차례로 덮으며, 정체층은 스테이브의 마모 완화 효과를 발휘할 수 있다. 한편, 하곡면(23n)은 장입물이 홈(23) 내에 안착하고 성장하여 정체층을 형성하는 것을 도울 뿐만 아니라, 장입물에 대한 접촉면적을 늘려 스테이브 본체(21)에 부착된 정체층이 탈락하는 것을 방지하며, 하측면(23b)은 장입물이 홈(23) 밖으로 이탈하는 것을 방지한다.
결론적으로, 위와 같은 홈(23)의 형상은 장입물의 유입과 안착, 그리고 성장을 통한 정체층의 형성을 돕고, 이를 통해 스테이브(20)의 마모 완화 효과를 발휘할 수 있다.
도 5는 도 2에 도시한 냉각유로와 급수구 및 배수구를 나타내는 도면이며, 도 6 및 도 7은 도 2에 도시한 냉각유로와 급수관을 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 스테이브 본체(21)는 내부에 형성된 냉각유로(27)를 가지며, 냉각유로(27)는 스테이브(20)의 기준면(R)을 따라 대체로 나란하게 배치된다. 급수관(25) 및 배수관(24)이 냉각유로(27)에 연결되며, 급수관(25)을 통해 공급된 냉각수는 냉각유로(27)를 따라 흘러 배수관(24)을 통해 배출되고 스테이브(20)는 냉각된다.
냉각유로(27)는 스테이브 본체(21)를 드릴가공(또는 건드릴)하여 형성할 수 있다. 드릴가공은 스테이브 본체(21)의 상부면(도 5를 기준으로)으로부터 하부를 향해 실시되며, 스테이브 본체(21)의 하부면으로부터 이격된 위치까지 실시된다. 또한, 드릴가공은 스테이브 본체(21)의 반대면(도 1의 20b)으로부터 이미 형성된 냉각유로(27)를 향해 추가로 실시되며, 이와 같은 방법으로 냉각유로(27)에 연결된 급수구 및 배수구를 형성할 수 있다.
이후, 플러그(2)를 냉각유로(27)의 상부에 삽입하여 냉각유로(27)를 외부로부터 차단할 수 있으며, 급수관(25) 및 배수관(24)은 용접을 통해 냉각유로(27)의 급수구 및 배수구에 각각 연결된다. 플러그(2)는 하단에 형성되어 급수관(25) 및 냉각유로(27)와 인접한 안내면(22)을 가지며, 플러그(2)가 냉각유로(27)에 삽입된 상태에서, 안내면(22)은 급수관(25)의 내측면과 냉각유로(27)의 내측면을 연결하는 곡면을 이루어, 급수관(25)을 통해 유입된 냉각수를 냉각유로(27)를 향해 안내할 수 있으며, 이를 통해 냉각수의 압력손실 등 에너지손실을 최소화할 수 있다.
또한, 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 스테이브 본체(21)는 볼트홀(14b) 및 써모커플홀(12h)를 가진다. 볼트(14)가 고로(10)를 관통하여 볼트홀(14b)에 삽입됨으로써 스테이브(20)는 고로(10)에 고정되며, 써모커플(12)은 고로(10)를 관통하여 써모커플홀(12h)에 삽입되어 스테이브 본체(21)의 온도를 감지한다.
돌기들(26)의 선단면은 Fe-Cr 합금 또는 Ni-Cr 합금의 고경도 재료로 코팅될 수 있으나, 필요에 따라, TiN, TiC, WC, Ti-Al-N계 등의 고경도 재료로 대체될 수 있다. 코팅방식은 MIG 용접 또는 TIG 용접을 통해 이루어질 수 있으며(보호용 가스로는 He가스 또는 Ar가스가 사용됨), 용접 전에 충분한 예열을 통해 크랙이 발생되지 않도록 해야 한다. Fe-Cr 합금/Ni-Cr 합금의 조성 및 특징은 아래 표 1 및 2와 같다.
% C Si Mn Ni Cr Fe Cb
Fe-Cr ≤0.2 - - ≤0.6 23~27 Rem. -
Ni-Cr ≤0.1 ≤0.5 2.5~3.5 Rem. 18~22 ≤3.0 2~3
Fe-Cr Ni-Cr
Melting point(℃) 1500(2732℉) 1300~1368(2372~2495℉)
Hardness(Hv) 224 195
Tensile stress(N/mm2) 576 688
Elongation(%) 25 40.3
돌기들(26)의 선단면은 앞서 설명한 정체층으로 덮이지 않고 노출되어, 장입물에 의해 지속적으로 마모될 수 있으며, 코팅을 통해 마모를 억제할 수 있다. 돌기(26)는 기준면(R)으로부터 돌출높이(E)가 30 내지 35mm이며, 돌기(26)의 폭(T)은 33 내지 39mm이다. 돌기들(26)과 홈들(23)은 교대로 배치되며, 돌기(26)와 홈(23)이 하나의 단위를 이루고 단위의 폭(D)은 130 내지 170mm이다.
도 8은 도 7에 도시한 냉각유로를 나타내는 단면도이다. 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 냉각유로(27)는 스테이브 본체(21)의 두께방향을 따른 직경(d)과 스테이브 본체(21)의 너비방향을 따른 너비(2r+L)를 가지며, 냉각유로(27)의 직경(d)은 2r에 해당한다.
냉각유로(27)는 반경(r)을 가진 2개의 원이 중첩된 형상의 단면을 가지며, 각 원의 중심은 L(단, r<L<2r)만큼 이격된다. r은 18~20mm이고, L은 22~26mm일 수 있다. 따라서, 냉각유로(27)가 스테이브 본체(21)의 내측면(도 8을 기준으로 하부면), 즉 냉각대상면에 대해 노출되는 면적을 극대화할 수 있으며, 이를 통해 스테이브 본체(21)의 두께를 증가시키지 않고도 냉각효율을 개선할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테이브 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 앞서 설명한 스테이브(20)는 압연가공된 압연판재를 드릴가공하여 냉각유로(27)를 먼저 형성한다. 1회의 드릴가공을 통해 반경(r)을 가지는 하나의 냉각유로를 형성하고 이어서 1회의 드릴가공을 통해 앞서 형성된 냉각유로와 중첩되는 또 하나의 냉각유로를 형성하며, 이를 통해 도 8에 도시한 냉각유로(27)의 단면 형상, 2개의 원형단면인 냉각유로가 중첩된 단면 형상이 완성될 수 있다.
다만, 냉각유로(27)는 앞서 설명한 형상과 다르게 형성될 수 있으며, 냉각유로(27)가 형성된 이후에 플러그(2)를 냉각유로(27)의 일부에 삽입하여 냉각유로(27)를 외부로부터 차단한다.
이후, 압연판재를 밴딩하여 고로(10)의 내부공간에 대향되는 내측면(도 1의 20a)을 오목하게 하고, 반대측에 위치하는 반대면(도 1의 20b)을 볼록하게 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 고로(10)는 통 형상이므로, 압연판재를 고로(10)의 형상에 맞추어 밴딩가공한다.
이후, 압연판재의 내측면을 절삭가공하여, 앞서 설명한 형상을 가진 돌기(26)와 홈(23)을 형성한다. 절삭가공은 압연판재보다 경도가 큰 공구(tool)를 사용하여 압연판재를 깎아내는 작업을 말하며, 바이트, 드릴, 커터 등과 같은 절삭날이 사용될 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명은 다양한 형태의 제철설비 및 제철설비 제조방법에 응용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 고로의 내주에 설치되는 스테이브를 제조하는 방법에 있어서,
    압연가공된 압연판재의 일측으로부터 상기 일측의 반대측을 향해 드릴가공하여, 상기 압연판재의 내부에 냉각유로를 형성하고,
    상기 압연판재를 밴딩가공하여, 상기 고로의 내부공간과 대향되고 오목한 내측면과, 상기 내측면과 반대측에 외치하고 볼록한 외측면을 형성하며,
    상기 내측면을 절삭하여, 돌기와 상기 돌기들 사이에 배치되는 복수의 홈들을 형성하되,
    상기 홈은,
    상기 압연판재의 길이방향을 따라 위치하는 저면;
    상기 돌기들 중 어느 하나와 인접한 상측면; 및
    상기 저면을 기준으로 상기 상측면과 반대편에 위치하고 상기 돌기들 중 다른 하나와 인접한 하측면을 가지되,
    상기 상측면과 상기 저면이 이루는 각은 90도 이하이고, 상기 하측면과 상기 저면이 이루는 각은 예각인, 스테이브 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홈은,
    상기 저면과 상기 상측면을 연결하는 상곡면; 및
    상기 저면과 상기 하측면을 연결하는 하곡면을 가지되,
    상기 상곡면의 곡률반경은 2 내지 4mm이고,
    상기 하곡면의 곡률반경은 13 내지 17mm인, 스테이브 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 돌기들과 상기 홈들은 상기 압연판재의 길이방향을 따라 교대로 배치되며,
    상기 돌기와 상기 홈이 하나의 단위를 이루어, 상기 압연판재의 길이방향에 따른 상기 단위의 폭은 130 내지 170mm인, 스테이브 제조방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 압연판재의 길이방향에 따른 폭이 33 내지 39mm인, 스테이브 제조방법.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 돌기의 선단면은 Fe-Cr 또는 Ni-Cr 합금으로 코팅되는, 스테이브 제조방법.
  6. 고로의 내주에 설치되는 스테이브에 있어서,
    상기 고로의 내부공간에 대향되는 기준면을 가지는 스테이브 본체;
    상기 기준면으로부터 상기 고로의 내측을 향해 돌출되며, 상기 고로의 상하방향으로 이격되어 사이에 각각 홈이 형성되는 돌기들을 포함하되,
    상기 홈은,
    상기 고로의 상하방향을 따라 배치되는 저면;
    상기 돌기들 중 어느 하나와 인접한 상측면; 및
    상기 저면을 기준으로 상기 상측면과 반대편에 위치하고 상기 돌기들 중 다른 하나와 인접한 하측면을 가지되,
    상기 상측면과 상기 저면이 이루는 각은 90도 이하이고, 상기 하측면과 상기 저면이 이루는 각은 예각인, 스테이브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 홈은,
    상기 저면과 상기 상측면을 연결하는 상곡면; 및
    상기 저면과 상기 하측면을 연결하는 하곡면을 가지되,
    상기 상곡면의 곡률반경은 2 내지 4mm이고,
    상기 하곡면의 곡률반경은 13 내지 17mm인, 스테이브.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 돌기들과 상기 홈들은 상기 고로의 상하방향을 따라 교대로 배치되며,
    상기 돌기와 상기 홈이 하나의 단위를 이루어, 상기 고로의 상하방향에 따른 상기 단위의 폭은 130 내지 170mm인, 스테이브.
  9. 제6항 또는 제8항에 있어서,
    상기 돌기는 상기 압연판재의 길이방향에 따른 폭이 33 내지 39mm인, 스테이브.
  10. 제6항 또는 제8항에 있어서,
    상기 스테이브는, 상기 돌기의 선단면에 형성되어 Fe-Cr 합금 또는 Ni-Cr 합금인 코팅층을 더 포함하는, 스테이브.
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