KR100418992B1 - 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 개의 회전하는 축열체와 한 개의 버너를 이용하여 N2나 Ar과 같은 무산화성가스(Non-Oxidizing Gas)를 연속적으로 가열하여 턴디쉬에 공급함으로써 무산화분위기하에서 필요한 열원을 턴디쉬에 제공하는 무산화가열장치에 관한 것으로서, 턴디쉬(1)와 배관 설치되는 연소실(26)의 일측에 설치되어 연료배관(28) 및 연소용 공기배관(29)을 통하여 공급된 혼합가스를 연소시켜 연소가스를 발생시키는 가열버너(27)와; 상기 가열버너(27)에서 발생된 고온의 연소가스에 의하여 상기 연소실(26)에 형성된 차단판(26a)으로 분할된 상부가 가열되고, 상기 가열되어 회전한 하부에 무산화성가스를 공급 통과시켜 고온으로 연속 가열하여 턴디쉬(1)에 취입시키도록 상기 연소실(26)에 내장되는 회전식 축열체(25)와; 상기 회전식 축열체(25)로부터 턴디쉬(1)에 공급된 무산화성가스를 회수하여 상기 회전식 축열체(25)로 재순환하면서, 상기 무산화성 가스의 공급배관(30)과 이중관으로 형성되어 상기 연소실(26) 타측에 배관 설치되는 이젝터(31)로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치를 제공한다.

Description

회전형 축열체를 가진 무산화가열장치{NON-OXIDIZING HEATING APPARATUS WITH A ROTATING REGENERATIVE MEDIUM}

본 발명은 한 개의 회전하는 축열체와 한 개의 버너를 이용하여 N₂나 Ar과 같은 무산화성가스를 연속적으로 가열하여 턴디쉬에 공급함으로써 무산화분위기하에서 필요한 열원을 턴디쉬에 제공하는 노의 무산화가열장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 1개의 회전하는 원통형 다공질 축열체의 일부분에 버너에서 가열된 고온의 연소가스를 통과시키면서 축열체의 나머지 부분에는 가열하려는 무산화성 가스를 통과시켜 무산화성가스를 연속으로 가열시킨후 노내에 취입함으로써 무산화분위기에서 턴디쉬의 온도를 높일 수 있는 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치에 관한 것이다.

일반적으로 턴디쉬(Tundish)와 같은 노는 내부에 내화물이 부착되어 있으며 외부는 철피로 이루어져 있어 용강이 연속주조기에 완전히 유입되기까지 용강의 온도 저하를 방지하도록 설계된다.

상기와 같이 제작되는 턴디쉬는 1회 주입을 완료후 수십차례에 걸쳐 반복사용하는데, 주조 완료후 다시 용강을 받을 때까지 대기하는 중에 턴디쉬를 구성하는 내화물의 온도가 외부 공기에 의해 냉각 저하되며, 내화물의 온도가 저하하면 용강 수입시 온도가 저하하여 용강의 유동성이 저하하고 용강에 함유된 불순물의 제거 성능이 저하하는등 여러 가지 제품 품질상의 문제점을 야기하고 초기 주입시 용강과 내화물의 온도차로 인하여 내화물의 수명을 단축하는등 여러 문제를 유발한다.

따라서, 주조 대기중의 턴디쉬의 온도 저하를 방지하기 위하여 턴디쉬를 예열하는 것이 필요하다.

또한, 비철금속을 포함한 금속재료의 가열이나 열처리 분야에서는 노내 분위기를 무산화 상태로 유지하면서 소재를 가열하는 것이 필요하다.

도 1은 일본 특허출원 제 94-300044호, 94-300045호, 및 95-166207호에 개시된 턴디쉬(1)와 같은 설비를 무산화가열하기 위한 장치를 도시하고 있는데, 축열식 버너의 원리를 이용하여 1500℃ 이상으로 질소(N₂)를 가열하여 노에 주입함으로써 내화물의 온도 저하를 방지하고 공기와 같은 산화성 가스의 유입을 차단하여 노 내부에 잔류한 용강의 산화를 방지하도록 하고 있다.

이와 같은 종래의 무산화가열장치는, 동일한 구조의 상호 대향하도록 연소실(6)이 구비된 버너(7)에 세라믹 재질의 축열체(5)를 고정설치하여 이루어진 2대 이상의 복수의 가열장치(2)를 턴디쉬의 커버(1a) 위에 탑재설치하고, 각각의 연소실(6)에는 연료배관(8)과 공기배관(9)을 통하여 연료와 연소용 공기를 공급하고, 배관(10)을 통하여 질소와 같은 불활성 가스를 가열장치(2)에 공급하며, 축열체(5)를 가열한 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기팬(4)과 일정 시간 마다 유로를 전환하도록 이루어진 전환밸브(3)로 이루어져 있다.

이러한 구조의 무산화 가열장치(2)에서는 먼저 한쪽의 버너(7)가 연소되고 있는 동안에 발생된 고온의 연소가스는 버너(7)에 설치된 축열체(5)를 가열시킨후 전환밸브(3)를 통하여 배기팬(4)에 의해 외부로 배출되며, 일정시간후 전환밸브(3)에 의해 유로가 변경되면 다른 쪽의 버너(7)가 연소되어 축열체(5)를 가열시키는 동안에 외부에서 공급된 불활성 가스는 이미 가열된 축열체(5)를 통과하면서 가열된 후에 취입구(2a)를 통하여 턴디쉬(1) 내에 취입되며, 또다시 일정 시간 경과후 전환밸브(3)에 의해 유로가 변경되면 상기와 같은 작용을 반복하게 된다.

그런데, 상기 설명한 종래의 무산화가열장치는 필연적으로 2대 이상의 복수의 버너(7)와 축열체(5)를 사용하여야 하므로 장치가 복잡하고 크고 무겁게 되며, 전환밸브(3)에 의해 계속 유로를 변경하여야 하므로 고온에서 장시간 사용할 때 전환밸브(3)에 잦은 고장이 발생하며, 전환밸브(3)에 의한 유로 변경시 불활성 가스와 연소가스의 유량변동이 급격하게 나타나게 되어 균일한 운전상태 유지가 곤란하다.

또한, 불활성가스가 축열체(5)를 통과시 초기에는 축열체(5)의 온도가 높아 불활성 가스의 온도를 높게 유지할 수 있으나 시간이 경과함에 따라 축열체(5)의 온도가 하락하여 불활성가스의 온도가 저하하며, 턴디쉬(1)와 같은 노설비 내에 취입한 불활성가스는 턴디쉬(1) 내부의 온도를 높인후 대기중에 방산되므로 궁극적으로 고가의 불활성가스의 소모량이 증가하는 문제점이 나타나게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 한 개의 회전형 축열체와 한 개의 버너를 사용하여 발생된 고온의 연소가스를 연속적으로 축열체의 상부를 통해 배출시키면서 축열체를 가열시키고, 가열되어 회전된 축열체 하부에 불활성 가스를 통과시킴으로써 전환밸브에 의한 유로의 변경없이 불활성가스를 연속으로 가열하여 턴디쉬 내부에 취입함과 동시에, 턴디쉬 내부에 취입된 불활성가스의 대부분을 회수하여 재순환시킬 수 있는 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 무산화가열장치의 전체구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무산화가열장치의 전체구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무산화가열장치의 전체구성을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 무산화가열장치의 작동상태를 보이기 위한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1:노 3:전환밸브 4,24:배기팬

5:축열체 6,26:연소실 7,27:버너

8,28:연료배관 9,29:공기배관 25:회전형축열체

30:무산화성가스 공급배관 31:이젝터

32:순환조절밸브

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 턴디쉬를 무산화성 가스로 예열하는 장치에 있어서, 상기 턴디쉬와 배관 설치되는 연소실의 일측에 설치되어 연료배관 및 연소용 공기배관을 통하여 공급된 혼합가스를 연소시켜 연소가스를 발생시키는 가열버너와; 상기 가열버너에서 발생된 고온의 연소가스에 의하여 상기 연소실에 형성된 차단판으로 분할된 상부가 가열되고, 상기 가열되어 회전한 하부에 무산화성가스를 공급 통과시켜 고온으로 연속 가열하여 턴디쉬에 취입시키도록 상기 연소실에 내장되는 회전식 축열체와; 상기 회전식 축열체로부터 턴디쉬에 공급된 무산화성가스를 회수하여 상기 회전식 축열체로 재순환하면서, 상기 무산화성 가스의 공급배관과 이중관으로 형성되어 상기 연소실 타측에 배관 설치되는 혼합이젝터로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치를 제공한다.또한, 본 발명은 상기 턴디쉬에 공급된 무산화성가스를 회수하여 상기 혼합이젝터로 재순환시키는 배관라인에 순환되는 가스의 량을 조절하는 순환조절밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치를 제공하며,또한, 본 발명은 상기 회전식 축열체에 공급되는 무산화성가스는 질소(N₂), 아르곤(Ar)을 단독 또는 혼합사용하는 것을 특징으로 하는 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치를 제공하게 되며,또한, 본 발명은 상기 연속 회전식 축열체가 볼(Ball) 또는 하니컴(Honeycomb) 형상의 다공질 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치를 제공한다.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무산화가열장치의 전체구성을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에서의 무산화가열장치의 작동 상태를 보이기 위한 도면이다.

도 2에 도시되어 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 무산화가열장치는 연료 공급용 연료배관(28)과 연소용 공기 공급용 공기배관(29)이 연소실(26)에 연결된 가열수단으로서의 가열버너(27)를 구비하며,상기 가열버너(27)의 연소실(26)에는 원통형의 축열체(25)가 회전가능하게 결합되며, 가열버너(27)의 연소에 의해 발생하여 축열체(25)를 가열한 연소가스를 외부로 배출하도록 배기팬(24)이 축열체(25)에 연통되는 배관에 설치된다.

그리고, 본 실시예에서는 턴디쉬(1)에서 순환하는 무산화성가스의 유량을 조절하기 위한 무산화성가스 순환조절밸브(32)가 턴디쉬(1)로부터의 순환배관(23b)에 설치되며, 이 순환배관(23b)의 단부에는 혼합 이젝터(31)가 축열체(25)에 연통하도록 설치되고,상기 혼합 이젝터(31)에는 무산화성가스를 추가적으로 공급하는 배관(30)이 이중관 구조로 설치되어 이를 통해 공급되는 무산화성가스에 의해 흡인 구동되어 턴디쉬(1)를 가열한 무산화성가스가 재순환하도록 되어 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는 축열체(25)가 회전가능하게 구성되어 가열버너(27)에서 발생한 연소가스는 축열체(25)의 일부, 예컨대 절반 정도를 가열하고 외부로 배출되며, 상기 혼합 인젝터(31)를 통해 재순환된 무산화성가스 및 추가공급된 무산화성가스는 이미 가열된 축열체(25) 부분을 통과하면서 가열되어 취입관(23a)을 통해 턴디쉬(1)에 공급되도록 구성된다따라서, 상기 연소실(26)에는 연소가스와 가열된 무산화성가스의 혼합을 방지하도록 격막과 같은 차단판(26a)이 설치된다.

그리고, 상기 축열체(25)는 고온의 연소가스의 열을 흡수하여 저장하는 역할을 수행하는데, 볼(Ball)이나 또는 하니컴(Honeycomb) 형상의 다공질 세라믹 재질 또는 금속으로 구성하여 원통과 같은 케이스에 내장한 형태로 구성되며, 이 축열체(25)가 내장된 케이스를 외부에서 일정한 속도로 회전시키도록 구성한다.

한편, 본 실시예에서 연속주조시 사용되는 용강을 몰드에 주입하기 위한 턴디쉬(Tundish; 1)와 관련하여 설명하고 있으나, 스트립 강재나 비금속 소재를 가열하거나 열처리하기 위한 풀림로(Annealing Hearth)와 같은 모든 연속 가열로에 적용할 수도 있다.

또한, 무산화성가스는 N₂, Ar 등의 불활성가스를 단독 혹은 혼합한 것 또는 가연한계 이하의 H₂나 CO가스를 포함하는 환원성가스 또는 상기 불활성가스와 환원성가스의 혼합가스를 사용할 수 있다.

그리고, 본 발명을 구성하는 축열체(25)를 가열하기 위한 가열수단으로 가열버너(27)를 예시하여 설명하고 있는데, 이에 특별히 한정되는 것은 아니며, 가스버너 외에 전기저항가열이나 유도가열 혹은 플라스마 토치를 이용하는 전기가열장치를 사용할 수 있다.

다음에 도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있는데, 여기에서는 도 2에 도시된 실시예와 달리 턴디쉬(1) 내에 취입된 무산화성가스를 재순환사용하지 않고 공급배관(30)을 통해 공급한 무산화성가스를 가열된 축열체(25)에 통과시켜 가열후 턴디쉬(1)의 천정(1a) 양측에 설치된 취입관(21b)을 통해 턴디쉬(1) 내에 공급하여 가열하도록 구성한다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 무산화가열장치의 작동 상태를 보이기 위한 도면이다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 무산화가열장치의 작용 및 효과를 설명한다.

도 2 도시와 같이, 연료공급배관(28)과 연소용 공기배관(29)을 통해 공급된 연료와 혼합공기가 가열버너(27)에서 혼합되어 연소실(26)에서 연소가 이루어지며,이때 발생된 고온의 연소가스는 축열체(25)의 일부분인 상부를 통과하면서 축열체(25)를 가열시키고, 300℃ 이하의 온도로 배기팬(24)을 통하여 외부로 배출된다.

한편, 공급배관(30)을 통해 공급되는 신규의 무산화성가스는 혼합 이젝터(31)를 통해 축열체(25)를 통과하게 되는데, 이때 상기 혼합 이젝터(31)에서 흡인력이 발생하여 턴디쉬(1)에서 배출되는 무산화성가스를 재순환사용할 수 있게 된다.

상기 신규한 무산화성 가스를 공급하는 공급배관(30)을 통해 공급된 추가적으로 공급되는 무산화성가스와 재순환되는 무산화성가스는 이미 연소가스에 의해 가열된 축열체(25)를 통과하면서 1200℃ 이상의 고온으로 가열되어 취입관(23a)을 통해 턴디쉬(1) 내로 취입되어 내부온도를 고온으로 유지시키게 된다.그리고, 턴디쉬(1)에서 배출되는 무산화성가스는 순환배관(23b)의 순환조절밸브(32)에 의해 상기 혼합 이젝터(31)에 흡입되는 유량이 조절되므로 턴디쉬(1) 내부압력을 적절하게 유지하고 공기의 침입을 방지하여 턴디쉬(1) 내부에 무산화 분위기를 확보할 수 있다.

따라서, 상기 설명한 바와 같이 동작하는 본 발명에 의하면, 1개의 가열버너(270 및 1개의 축열체(25)만을 사용함으로써 종래의 무산화가열장치 보다 소형이면서 구조가 간단하고 무게가 가벼워 현장에 용이하게 적용할 수 있으며, 전환밸브를 사용함이 없이 무산화성 가스를 연속적으로 가열하여 턴디쉬(1) 내에 취입할 수 있어서 턴디쉬(1) 내에 취입되는 무산화성가스의 온도를 일정하게 유지할 수 잇고 잦은 고장이 우려되는 전환밸브를 사용하지 않아 정비비의 절감이 가능하며, 턴디쉬(1) 내에 취입된 무산화성가스의 대부분을 혼합 이젝터(31)를 통하여 회수하여 재순환사용할 수 있어서 고가의 불활성가스와 같은 무산화성가스를 절감할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정된 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지로 치환 및 변경이 가능한 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 용이하게 이해될 것이다.

Claims (5)

1. 턴디쉬(1)를 무산화성 가스로 예열하는 장치에 있어서,

   상기 턴디쉬(1)와 배관 설치되는 연소실(26)의 일측에 설치되어 연료배관(28) 및 연소용 공기배관(29)을 통하여 공급된 혼합가스를 연소시켜 연소가스를 발생시키는 가열버너(27)와;

   상기 가열버너(27)에서 발생된 고온의 연소가스에 의하여 상기 연소실(26)에 형성된 차단판(26a)으로 분할된 상부가 가열되고, 상기 가열되어 회전한 하부에 무산화성가스를 공급 통과시켜 고온으로 연속 가열하여 턴디쉬(1)에 취입시키도록 상기 연소실(26)에 내장되는 회전식 축열체(25)와;

   상기 회전식 축열체(25)로부터 턴디쉬(1)에 공급된 무산화성가스를 회수하여 상기 회전식 축열체(25)로 재순환하면서, 상기 무산화성 가스의 공급배관(30)과 이중관으로 형성되어 상기 연소실(26) 타측에 배관 설치되는 이젝터(31)로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 턴디쉬(1)에 공급된 무산화성가스를 회수하여 상기 혼합 이젝터(31)로 재순환시키는 배관라인에는 순환되는 가수의 량을 조절하는 순환조절밸브(32)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 회전식 축열체(25)에 공급되는 무산화성가스는 질소(N₂), 아르곤(Ar)을 단독 또는 혼합사용하는 것을 특징으로 하는 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 연속 회전식 축열체(25)는 볼(Ball) 또는 하니컴(Honeycomb) 형상의 다공질 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전형 축열체를 가진 무산화가열장치.
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