KR100870980B1 - 고효율 단조 가열로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효율 단조 가열로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철강산업의 단조공정에 있어서, 1000℃ 이상의 온도로 가열을 필요로 하는 배치식 또는 대차식 단조 가열로에서 측벽 상부에 고온공기를 사용하고, 두께는 얇고 폭은 넓은 부채꼴 형상의 평면화염 버너를 적용함으로써, 로체 높이를 감소시켜 버너 자체의 에너지 절감효과와 로체 높이감소를 통한 추가 에너지 절감효과를 가져옴과 동시에 가열소재의 균일 가열효과를 가져오게 하며, 로체 하부 측벽에는 고온의 공기를 사용하되 화염폭은 크고 길이는 짧은 접시모양의 평판화염버너를 적용함으로써 로체 폭을 감소시켜, 가열소재에 대한 균일 가열효과는 최대화하면서 로체 감소를 통하여 부가적인 에너지 절감효과를 가져오게 하는 고효율 단조 가열로에 관한 것이다.

본 발명은 로체와 상기 로체의 상,하부에 설치되는 버너를 포함하여 구성되는 단조 가열로에 있어서, 상기 로체의 상부에 설치되는 버너는 다수의 평면화염을 가지는 평면화염 버너인 것을 특징으로 한다.

단조, 가열로, 버너, 일반화염, 평면화염, 평판화염

Description

고효율 단조 가열로 {Heating furnace for forging having high efficiency}

본 발명은 고효율 단조 가열로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철강산업의 단조공정에 있어서, 1000℃ 이상의 온도로 가열을 필요로 하는 배치식 또는 대차식 단조 가열로에서 측벽 상부에 고온공기를 사용하고, 두께는 얇고 폭은 넓은 부채꼴 형상의 평면화염 버너를 적용함으로써, 로체 높이를 감소시켜 버너 자체의 에너지 절감효과와 로체 높이감소를 통한 추가 에너지 절감효과를 가져옴과 동시에 가열소재의 균일 가열효과를 가져오게 하며, 로체 하부 측벽에는 고온의 공기를 사용하되 화염폭은 크고 길이는 짧은 접시모양의 평판화염버너를 적용함으로써 로체 폭을 감소시켜, 가열소재에 대한 균일 가열효과는 최대화하면서 로체 감소를 통하여 부가적인 에너지 절감효과를 가져오게 하는 고효율 단조 가열로에 관한 것이다.

일반적으로 철강산업의 단조공정에서 사용하는 단조가열로에 적용하는 산업용 버너는 연료와 산화제인 공기(air)를 이용하여 화염을 형성하고, 형성된 화염의 온도에 의해 가열하고자 하는 소재의 온도를 상승시켜 후처리 공정(Post Process) 의 편의를 돕기 위해 공업용 로(爐)에 설치된다.

이와 같은 종래의 산업용 버너는 한정된 공간을 갖는 공업용 로(爐)에서 사용되며, 연료 노즐에서 연료를 공급하고, 연료 노즐과는 별도로 설치되어 있는 산화제인 공기를 공급하기 위한 공기노즐을 통해 상온(常溫)의 공기를 공급하는 구조로 구성되어 있다.

화염 폭, 화염 길이 등의 화염 형상 및 버너의 설치위치는 로체 크기를 결정함에 있어서 중요한 요소이자 균일가열의 효과를 위한 중요한 설계 요소가 된다.

로체 크기를 정함에 있어 로체의 높이는 로 내부에 가열소재가 쌓이는 높이와, 상부에 설치되는 버너의 화염 폭, 직접적인 화염 영향대를 고려하여 가열로의 높이를 결정하게 된다. 다시 말해, 화염폭이 두꺼울 경우 로체의 높이는 기본적으로 높아져야 되므로 로체의 크기는 증가하고 로체 자체를 통한 열손실은 크기 증가 만큼이나 증가하게 되는 것이다.

또한, 로체의 폭을 결정함에 있어, 로체 하부에 버너를 설치하여야 할 경우 화염길이가 길면 로체 폭이 커지게 되며 로체의 크기는 증가하고 로체 자체를 통한 열손실을 크기 증가만큼 증가하게 된다.

일반적인 단조 가열로에서 로체를 통한 열손실은 전체 연료사용량의 40% 이상을 차지하게 되며, 로체 크기가 10% 감소된다면, 열손실은 4% 감소되어 결과적으로 4%의 에너지를 절감할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 일반적인 가열로에 설치되는 버너(2)의 화염은 원뿔형의 일반적인 화염을 형성하게 된다. 이때 균일한 가열을 위하여 로체(1)의 상 부에는 적은 용량의 버너(2)를 다수 설치함으로써, 균일가열효과를 가져오도록 하고 있으나, 용량이 적은 버너(2)의 경우 화염의 길이가 짧으므로 가열로 중앙부의 가열 효과는 감소되며, 버너(2) 수량의 증가로 설치비가 증가된다는 문제점이 있다.

또한, 일반적인 가열로에서 하부의 균일가열을 위해 로체(1)의 하부에 일반화염을 가지는 버너(3)를 설치하고 있으나, 화염이 직진형태를 가지면서, 고온에서 대부분의 열전달 특성이 복사 열전달이 아닌 대류 열전달을 이용하는 고속 화염 버너를 사용함으로써, 균일가열효과가 떨어지게 되고, 화염 길이가 긴 종래의 산업용 버너를 사용하였을 경우, 제품과 화염의 충돌에 의한 제품의 질적 손상을 가져올 수 있을 뿐만 아니라, 특히 화염의 폭이 좁아 제품의 국부 가열 현상을 불러올 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 로체의 상부에 길이가 길고 두께는 얇으면서 폭이 넓은 화염을 형성하는 용량이 큰 버너를 설치함으로써, 로체의 높이 감소를 통한 에너지 절감효과와 설치비 감소 및 가열 소재에 대한 균일가열효과가 뛰어난 고효율 단조 가열로를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 로체의 하부에 길이가 짧고, 접시 형상을 갖는 화염을 가지며, 복사 열전달을 최대화하는 평판화염버너를 설치함으로써, 로체 폭을 감소시켜 에너지 절감 효과와 균일가열효과를 얻을 수 있는 고효율 단조 가열로를 제공함에 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 로체와 상기 로체의 상,하부에 설치되는 버너를 포함하여 구성되는 단조 가열로에 있어서, 상기 로체의 상부에 설치되는 버너는 다수의 평면화염을 가지는 평면화염 버너인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 로체와 상기 로체의 상,하부에 설치되는 버너를 포함하여 구성되는 단조 가열로에 있어서, 상기 로체의 하부에 설치되는 버너는 다수의 평판화염을 가지는 평판화염 버너인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 평면화염 버너의 가열용량은 상,하부 전체 가열용량의 50% 이상 을 차지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 평판화염 버너의 가열용량은 상,하부 전체 가열용량의 20 ~ 50%를 차지하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 평판화염 버너는 상기 로체의 높이가 3.0미터 이상인 경우에 설치하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 평판화염 버너는, 중앙에 연료와 상온의 냉각공기가 분사되는 연료분사구가 형성되고 상기 연료분사구의 외측에는 제1공기분사구와 제2공기분사구가 다수 형성되는 베플과, 상기 베플의 후단에 구비되어 상기 연료분사구로 연료를 공급하는 연료노즐과, 상기 연료노즐을 감싸며 상기 연료분사구로 상온의 냉각공기가 이동하는 냉각공기노즐과, 상기 제1 및 제2공기분사구로 예열공기를 공급하는 예열공기이동부가 구비되는 버너헤드와; 상기 버너헤드에 예열공기를 공급하는 미디어케이스로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 베플의 제1공기분사구는 상기 연료분사구의 전단 중심을 향해 나선방향으로 예열된 1차 연소공기를 분사시키고, 제2공기분사구는 제1공기분사구의 외측에 외향 경사지게 예열된 2차 연소공기를 분사시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고효율 단조 가열로에 의하면 로체의 상부에 평면화염을 가지는 버너를 설치함으로써 로체 높이의 감소를 통한 에너지 절감 효과와 설비비 감소 효과 및 균일 가열 효과를 가져올 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 단조 가열로의 높이가 일정 높이 이상인 경우 하부에 평판화염 버너를 설치함으로써 로체 폭의 감소를 통한 에너지 절감 효과와 설비비 감소 효과 및 균일 가열 효과를 가져올 수 있는 장점을 추가로 갖는다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 고효율 단조 가열로의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 고효율 단조 가열로의 구성을 개략적으로 나타낸 정단면도이고, 도 3은 가열료 내부의 가열온도와 열전달율 사이의 관계를 나타낸 도면이며, 도 4는 상,하부 버너의 가열용량비와 가열소재의 온도 균일도 사이의 관계를 나타낸 도면이고, 도 5는 일반화염 버너의 화염과 평면화염 버너의 평면화염을 비교한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 고효율 단조 가열로의 구성 중 평판화염 버너의 단면도이고, 도 7은 도 6에 나타낸 본 발명 중 평판화염버너의 개략적인 구성과 평판화염의 형상을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 고효율 단조 가열로(50)는 철강산업의 단조공정에 있어서, 1000℃ 이상의 온도로 가열소재를 가열하기 위해 사용되는 것으로, 그 구성은 일반적으로, 가열로의 몸체에 해당하는 로체(10)와, 상기 로체(10)의 상,하부에 설치되는 버너(20,30)를 포함하여 구성되어 있다.

이때, 상기 로체(10)의 상부에 설치되는 버너는 화염의 형성 방향이 로체(10)의 벽면에서 중심방향으로 진행되는 평면화염(22)을 형성하는 평면화염 버너(20)인 것이 바람직 한데, 그 이유는 도 5에 나타낸 바와 같이, 평면화염 버너(20)에서 형성되는 평면화염(22)은 동일 가열용량을 가지는 일반화염버너(25)에서 형성되는 일반화염(27)보다 화염의 두께가 작으므로 그 차이만큼 로체(10)의 높이를 줄일 수 있기 때문이다. 또한, 상기 평면화염(22)은 일반화염(27)보다 화염폭이 증가하기 때문에 열전달 면적이 증가하게 되어 로체(10)에 설치되는 버너의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, 로체(10) 내부의 가열온도가 800℃ 이상인 경우 대부분의 열전달은 복사 열전달이 차지하게 되며, 복사 열전달을 고려할 때 화염폭이 넓은 화염이 형태계수(View Factor)가 크기 때문에 일반화염(27)을 가지는 버너보다 높은 복사 열전달 특성을 갖게 되고, 보다 균일한 가열효과를 가지게 된다.

다음, 상기 로체(10)의 하부에 설치하는 버너로는 다수의 평판화염(32)을 가지는 평판화염 버너(30)를 설치하는 것이 바람직한데 그 이유는, 상기 평판화염 버너(30)는 동일 가열용량을 가지는 기존의 일반화염 버너(25)보다 폭은 넓고 길이는 짧은 접시모양의 평판화염(32)을 형성하기 때문이다. 즉, 상기 평판화염(32)은 화염길이가 짧으므로 화염길이가 감소되는 만큼 로체(10)의 폭을 감소시킬 수 있는 장점이 있는 것이다.

이때, 상기 로체(10)의 높이가 3.0미터 이하인 경우에는 상기 평판화염 버 너(30)를 설치하지 않는 것이 바람직한데, 그 이유는 로체(10)의 높이가 3.0미터 이하인 경우에는 상부 버너 즉, 평면화염 버너(20)만의 가열효과로 로체(10)의 하부까지 가열이 충분하며, 평판화염 버너(30)를 설치할 경우 가열효과의 증대는 미미한 반면 설치 비용이 크게 증가하는 단점이 있기 때문이다.

또한, 상기 로체(10)의 하부에 평판화염 버너(30)를 설치하는 경우 평판화염 버너(30)의 가열용량은 상,하부 전체 가열용량, 즉 로체(10) 내부 전체 가열용량의 20 ~ 50%를 차지하도록 설치한다.

이는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 가열용량비가 20% 이하인 경우에는 가열소재(40)의 온도차를 급격히 증가시키게 됨으로써 평판화염 버너(30)를 통한 균일 가열효과가 나빠지는 결과를 얻게 되고, 가열용량비가 50%를 넘게 되는 경우에는 가열소재(40)의 온도 차가 미세하게 감소하기 때문에 설치되는 평판화염 버너(30)의 수량 증가 또는 용량의 증가에 따른 투자비 대비 가열효과가 미세하기 때문이다.

한편, 상기 평판화염 버너(30)에서 형성되는 평판화염(32)은 나선형의 운동성을 갖기 때문에 로체(10) 안의 유동을 빠르게 순환시키는데 도움을 주어 화염의 복사 열전달 효과 외에도 800℃ 이하의 가열 대부분을 담당하는 대류 열전달 효과도 크게 하기 때문에 가열소재의 균일한 가열을 유도할 수 있는 장점이 있다.

다음, 상기 평판화염 버너(30)는 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 크게 화염을 발생시키는 버너헤드(100)와, 상기 버너헤드(100)에 초고온의 예열공기를 공급하는 미디어케이스(Media Case)(200)로 구성된다.

이와 같은 평판화염 버너(30)는 초과 공기율이 10% 미만인 상태에서 안정적 인 평판형태의 화염 형성이 가능하도록 하기 위해, 상기 버너헤드(100)에 종래의 강한 스월 유동을 갖는 스월 장치를 이용하는 방식을 사용하지 않고 이중 나선형의 베플(110)을 이용한다.

또한, 상기 평판화염 버너(30)는 기존의 리큐퍼레이터(Recuperator)를 이용하여 약 450℃정도의 예열공기 공급이 가능한 방식을 사용하지 않고, 볼(ball) 형상의 축열체(Media Ball)(210)를 이용하는 미디어케이스(200)를 이용하여 로(爐) 내부의 온도가 1,300℃일 경우 약 1,200℃이상의 예열공기를 상기 화염을 형성하는데 사용하게 된다.

보다 상세히 설명하면, 먼저, 상기 버너헤드(100)에는 버너(10)를 점화시키고 정상적인 화염이 형성되었는지를 감시하기 위한 공지(公知)의 파일럿 버너 및 자외선 센서(UV Sensor)(미도시)가 설치된다.

이때, 상기 버너헤드(100)는 일정한 철재 하우징(101)의 내부에 연료를 공급하는 연료노즐(103)과, 상기 연료노즐(103)의 고열에 의한 손상을 방지하기 위해 상기 연료노즐(103)을 감싸며 냉각공기투입구(104)를 통해 유입되는 상온의 냉각공기가 이동하는 냉각공기노즐(105)과, 상기 미디어케이스(200)를 통과한 초고온의 예열공기를 공급하는 예열공기이동부(106)가 구비되며, 그 하우징(101)의 전방에 구비되어 화염이 배출되는 베플(110)로 구성된다.

이때, 상기 베플(110)은 도 7에 도시한 바와 같이 중앙에 연료와 상온의 냉각공기가 분사되는 연료분사구(112)가 형성되고, 그 연료분사구(112)의 외측에 구비되되 상기 연료분사구(112)의 전단 중심을 향해 나선방향으로 형성되어 초고온 예열공기가 분사되는 제1공기분사구(114)가 다수 형성되고, 상기 제1공기분사구(114)의 외측에 외향 경사지게 형성되어 초고온 예열공기가 분사되는 제2공기분사구(116)가 다수 형성된다.

이와 같은 연료분사구(112)의 후단부는 상기 연료노즐(103) 및 냉각공기노즐(105)과 연통되며, 상기 제1 및 제2공기분사구(114,116)는 상기 예열공기이동부(106)와 연통된다.

또한, 상기 연료분사구(112) 및 제1,2공기분사구(114,116)를 통해 분사되는 연료 및 공기의 분사속도비는 공기의 온도에 따른 분사속도변화를 고려하여야 하는데, 평판화염 형성에 있어 축열방식을 사용할 경우 로(爐) 내부의 온도는 약 20 ~ 1300℃가 되며 이때, 예열공기의 온도는 로 내부의 온도와 비례하여 약 20 ~ 1200℃가 되게 된다. 따라서, 상온 ~ 1200℃ 이상의 온도에 따른 공기분사속도를 고려하여야 하며, 이때 연료분사속도는 공기분사속도에 비해 1/16.5 ~ 2/3가 되도록 분사한다.

로 내부의 온도가 낮을수록 즉, 예열공기의 온도가 낮을수록 평판화염의 형성은 악화될 가능성이 있으나, 상온의 공기분사시, 즉 로 내부의 온도가 상온일 경우에는 평판화염의 형성보다는 안정적인 화염의 형성이 더 중요하기 때문에 연료분사속도는 공기분사속도에 비해 2/3 이하가 되도록 하는 것이 바람직하며, 연료/공기분사속도비를 2/3 이하 범위로 하여 가장 적절한 혼합속도를 통하여 화염의 형성에 용이한 조건을 이루도록 함과 동시에 낮은 온도조건하에서도 최적의 평판화염 형성을 가지도록 한다. 이때, 연료/공기분사속도비가 2/3를 초과하는 경우에는 불 완전 연소가 악화되고, 평판화염 형성이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있다.

한편, 로 내부의 온도가 증가할수록 예열공기의 온도는 증가하게 되며, 이때 연료/공기분사속도비는 공기 온도의 상승으로 인해 더 작아지게 되고 평판화염을 형성할 수 있는 보다 좋은 조건을 만족하게 된다. 로 내부의 온도가 약 640℃ 이상일 경우에는 연료의 자동 점화 이상의 온도가 됨으로써, 불완전 연소의 조건이 약화됨과 동시에 최적의 평판화염을 형성할 수 있는 조건이 형성된다.

이때, 최대 1200℃ 정도로 예열된 공기의 분사시에는 연료/공기분사속도비가 1/16.5 이상이 되도록 하는데, 이는 연료/공기분사속도비가 1/16.5 보다 작으면 연료와 공기의 혼합이 제대로 이루어지지 않아 불완전 연소가 일어나거나 평판화염을 형성시키기 어렵기 때문이다.

이러한 연료/공기분사속도비의 조절은 정해진 연료분사구(112)의 직경과, 제 1 및 제 2 공기분사구(114,116)의 직경 조절을 통하여 기계적으로 이루어지므로 별도의 조절장치는 필요없게 된다.

다음, 연료노즐(103)의 경우 내열강과 같은 열부식에 강한 금속재질을 사용하나, 화염이 형성되는 연료노즐(103)의 단부, 즉 연료분사구(112) 주위는 버너(10)의 사용시간이 증가할 경우 파손될 우려가 있으므로 베플(110)과 동일한 고순도 알루미나 계열의 내화물로 형성하여 연료 분사시 발생되는 부식을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 버너헤드(100)의 연료노즐(103)을 거쳐 연료분사구(112)로 분사되는 연료의 주위에는 연소용 공기량의 약 5%에 해당하는 냉각공기가 흐르게 함으 로써 화염 온도에 의한 연료분사구(112)의 용손(鎔損)을 최소화하고, 에너지를 절감시킬 수 있도록 하는 것이 바람직한데, 이러한 냉각공기는 냉각공기노즐(105)을 통해 연료노즐(103)의 외곽을 흐르면서 냉각을 하고 냉각공기노즐(105)과 연료노즐(103)의 단부, 즉 연료분사구(112)의 주위에서 순환하여 로의 내부로 다시 유입되지 않고, 버너(10)의 외부로 유출되도록 구성되어 있다.

한편, 상기 예열공기이동부(106)를 통해 공급되는 초고온의 예열공기는 버너헤드(100)의 끝단에 구비되는 베플(110)에 형성되는 제1 및 제2공기분사구(114,116)를 통해 분사된다.

이때, 상기 제1 및 제2공기분사구(114,116)는 일정한 각을 갖고 설치되어 평판형태의 화염 형성을 형성하게 된다.

이러한, 제 1 공기분사구(114)를 통한 1차 연소공기의 분사는 적절한 스월(swirl) 효과를 통하여 가장 안정적인 평판화염형성을 가져오게 됨과 동시에 기본적으로 스월 효과로 인하여 고온의 배기가스가 화염 안으로 형성되도록 하는 배기가스 재순환 지역을 형성함으로써 질소산화물(NOx)의 감소를 가져오게 된다.

질소산화물(NOx)의 경우 로 내부의 온도가 높으면 열적질소산화물(Thermal NOx)은 급격히 증가하게 되지만, 로 내부온도의 증가시 예열공기의 온도 또한 증가하므로 공기분사속도 또한 비례적으로 증가하게 되고, 이러한 공기분사속도의 증가는 로 내부의 고온분위기 하에서 스월 효과의 증가에 따른 배기가스 재순환 효과의 증가를 가져오게 되므로 결과적으로 질소산화물(NOx) 발생의 감소를 가져오게 된다.

또한, 1차 연소공기의 분사속도는 최소 4.5m/s이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 1차 연소공기의 분사속도는 예열공기의 온도에 따라 최대 6배까지 증가되므로 넓은 범위에서 작동을 하게 되나, 분사속도가 4.5m/s보다 작을 경우에는 화염강도의 약화로 불완전 연소가 일어날 우려가 있고, swirl 강도의 약화로 인해 배기가스 재순환 효과의 감소에 따른 질소산화물(NOx) 발생의 증가를 가져오게 되기 때문이다.

한편, 제 2 공기분사구(116)를 통해 분사되는 2차 연소공기는 평면화염의 크기를 증대시키는 역할을 함과 동시에, 상기 1차 연소공기와 반응한 후 남은 나머지 연료를 완전연소시키는 역할을 하는 것이다. 상기 제 2 공기분사구(116)는 4 ~ 8개가 동일한 형태로 형성되어 연료분사구(112)에서 분사되는 연료의 분사속도보다 2배 이상의 속도로 2차 연소공기를 분사시키는데, 이때 상기 2차 연소공기는 전체 연소공기의 약 40 ~ 55%를 차지하도록 하는 것이 바람직하다. 이는 1차 연소공기와 마찬가지로 안정적인 평판화염의 형성에 영향을 주는데, 2차 연소공기가 전체 연소공기의 40% 미만일 경우 평판화염의 형성이 약해지고, 55%를 초과할 경우에는 불완전연소의 요인이 되기 때문이다.

다음, 상기 미디어케이스(200)는 상기 버너헤드(100)의 아래에 구비되어 연소반응으로 발생되는 배기가스가 입출하거나 연소용 공기를 공급하기 위한 출입구(202)가 형성되고, 상기 미디어케이스(200) 내부에는 축열을 위한 볼 형태의 축열체(210)가 다수 적재되고, 일측에는 축열체(210)를 청소할 수 있는 입구(204)가 구비된다.

이때, 상기 축열체(210)는 고성능의 알루미나(High Aluminar)재질로 이루어진다.

즉, 상기 축열체(210)는 상기 배기가스가 출입구(202)를 통해 유입되면 그 배기가스의 폐열을 흡수하고 있다가 연소용 공기가 유입되어 축열체를 통과하는 경우 연소용 공기를 초고온의 예열공기로 가열하게 된다.

이와 같은 평판화염 버너(30)는 도 2에 도시한 바와 같이 공업용 로체(10)의 양측에 동일한 구조로 각각 설치된다.

따라서, 어느 1기의 평판화염 버너(30)가 연소반응을 일으켜 화염을 형성하는 동안 나머지 1기의 평판화염 버너는 초고온 예열공기를 생성하기 위해 미디어케이스(200)의 출입구(202)를 통해 로체(10)내의 배기가스를 흡입하는 작동을 수행한다.

이 경우 상기 연소모드를 수행하는 평판화염 버너는 연료와 냉각공기가 버너헤드(100)의 베플(110)에 형성되는 연료분사구(112)를 통해 주입되는 상황에서 초고온 예열공기가 예열공기이동부(106)를 거쳐 제1 및 제2공기분사구(114,116)를 통해 분사됨으로서 화염을 형성하게 된다.

한편, 나머지 흡열모드를 수행하는 평판화염 버너는 연소모드에 의해 생성된 약 1,250℃의 고온의 배기가스를 흡입하여 미디어케이스(200) 안으로 유입한다.

상기 배기가스가 흡입되면 미디어케이스(200) 안에 적재된 축열체(210)가 배기가스의 폐열을 저장하게 되고, 상기 평판화염 버너가 흡열모드에서 다시 연소모드로 전환되게 되면 다시 연소용 공기를 축열체(210) 위로 통과시킴으로써 1,200℃ 이상의 초고온 예열공기로 가열되어 버너헤드(100)를 통해 분사됨으로 인해 화염의 온도 증가를 가져와 연료의 절감이 가능해지게 된다.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

본 발명은 고효율 단조 가열로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철강산업의 단조공정에 있어서, 1000℃ 이상의 온도로 가열을 필요로 하는 배치식 또는 대차식 단조 가열로에서 측벽 상부에 고온공기를 사용하고, 두께는 얇고 폭은 넓은 부채꼴 형상의 평면화염 버너를 적용함으로써, 로체 높이를 감소시켜 버너 자체의 에너지 절감효과와 로체 높이감소를 통한 추가 에너지 절감효과를 가져옴과 동시에 가열소재의 균일 가열효과를 가져오게 하며, 로체 하부 측벽에는 고온의 공기를 사용하되 화염폭은 크고 길이는 짧은 접시모양의 평판화염버너를 적용함으로써 로체 폭을 감소시켜, 가열소재에 대한 균일 가열효과는 최대화하면서 로체 감소를 통하여 부가적인 에너지 절감효과를 가져오게 하는 고효율 단조 가열로에 관한 것이다.

도 1은 종래의 일반 단조가열로를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 고효율 단조 가열로의 구성을 개략적으로 나타낸 정단면도.

도 3은 가열료 내부의 가열온도와 열전달율 사이의 관계를 나타낸 도면.

도 4는 상,하부 버너의 가열용량비와 가열소재의 온도 균일도 사이의 관계를 나타낸 도면.

도 5는 일반화염 버너의 화염과 평면화염 버너의 평면화염을 비교한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 고효율 단조 가열로의 구성 중 평판화염 버너의 단면도.

도 7은 도 6에 나타낸 본 발명 중 평판화염버너의 개략적인 구성과 평판화염의 형상을 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 로체 20 : 평면화염 버너

22 : 평면화염 25 : 일반화염 버너

27 : 일반화염 30 : 평판화염 버너

32 : 평판화염 40 : 가열소재

50 : 가열로 100: 버너헤드

101 : 하우징 103 : 연료노즐

105: 냉각공기노즐 106: 예열공기이동부

110: 베플 112: 연료분사구

114: 제1공기분사구 116: 제2공기분사구

200: 미디어케이스 210: 축열체

Claims (7)

1. 로체와 상기 로체의 상,하부에 설치되는 버너를 포함하여 구성되는 단조 가열로에 있어서,

   상기 로체의 상부에 설치되는 버너는 다수의 평면화염을 가지는 평면화염 버너이고,

   상기 로체의 하부에 설치되는 버너는 다수의 평판화염을 가지는 평판화염 버너이며,

   상기 평판화염 버너는 중앙에 연료와 상온의 냉각공기가 분사되는 연료분사구가 형성되고 상기 연료분사구의 외측에는 제1공기분사구와 제2공기분사구가 다수 형성되는 베플과, 상기 베플의 후단에 구비되어 상기 연료분사구로 연료를 공급하는 연료노즐과, 상기 연료노즐을 감싸며 상기 연료분사구로 상온의 냉각공기가 이동하는 냉각공기노즐과, 상기 제1 및 제2공기분사구로 예열공기를 공급하는 예열공기이동부가 구비되는 버너헤드와, 상기 버너헤드에 예열공기를 공급하는 미디어케이스로 구성되고,

   상기 베플의 제1공기분사구는 상기 연료분사구의 전단 중심을 향해 나선방향으로 예열된 1차 연소공기를 분사시키고, 제2공기분사구는 제1공기분사구의 외측에 외향 경사지게 예열된 2차 연소공기를 분사시키는 것을 특징으로 하는 고효율 단조 가열로.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 평면화염 버너의 가열용량은 상,하부 전체 가열용량의 50% 이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 고효율 단조 가열로.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 평판화염 버너의 가열용량은 상,하부 전체 가열용량의 20 ~ 50%를 차지하는 것을 특징으로 하는 고효율 단조 가열로.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 평판화염 버너는 상기 로체의 높이가 3.0미터 이상인 경우에 설치하는 것을 특징으로 하는 고효율 단조 가열로.
6. 삭제
7. 삭제

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