KR100936358B1 - 소재 장입시 재가열로내 외기 침입 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재 장입시 재가열로내 외기 침입 방지장치에 관한 것으로서, 워킹빔 방식 재가열로의 장입측 도어 개폐시 외부의 찬 공기의 유입을 차단하고, 로내 상부 및 하부의 연소가스의 유출을 차단하여 소재장입시 로내 온도강하 및 산소농도의 변동을 방지하기 위한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 장입측 도어 내측의 각 소재장입통로 후단에 각각 설치되며 상기 장입측 도어 폐쇄시 로 내의 하부 주유동에 의한 축열 및 와류를 형성하고 상기 장입측 도어 개방시 로 내 하부로 유입되는 공기를 차단하면서 상기 축열에 의해 외부 공기를 예열하여 배가스 배관라인으로 흐르도록 유도하는 다수개의 외기차단부재와; 소재 장입시 로내 연소제어시스템에서 발생되는 도어 개방신호 및 도어폐쇄신호에 의해 로압조절용 댐퍼를 조절하여 로내 압력을 미세하게 상승 또는 하강시키는 전기제어기(PLC)와; 상기 전기제어기에 의해 로내 압력을 변화시키는 로압 조절용 댐퍼로 구성되는 소재 장입시 가열로내 외기 침입 방지장치를 제공한다.

재가열로, 장입측 도어, 외기차단

Description

소재 장입시 재가열로내 외기 침입 방지장치{Air inflow protection apparatus for charging process in a reheating furnace}

도 1은 종래의 가열로 장입 또는 출측 시스템 구성도

도 2a와 도 2b는 각각 종래의 재가열로 소재 장입시 외기침입 현상에 대한 열유동 및 온도분포를 도시한 평면도와 정면도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 장입시 외기침입 방지장치 구성을 도시한 측면도

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 장입시 외기침입 방지장치 구성을 도시한 정면도

도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 장입시 외기침입 방지장치에서 외기차단부재에 의한 외기 차단과정을 설명하기 위하여 도시한 참고도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 로 본체 21 : 외기차단부재

22 : 예열대 하부버너 23 : 예열대 상부버너

24 : 소재 25 : 배가스 배관라인

26 : 로 상부 경사대 27 : 로압조절용 댐퍼

28 : 배열회수장치(Recuperator) 29 : 연돌

30 : 연소가스 배기구 31 : 전기제어기(PLC)

32 : 연소제어시스템(ACC) 51 : 장입측 도어

52 : 소재 장입 통로

본 발명은 재가열로에 소재 장입시 침입하는 외부 공기를 차단하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 워킹빔 방식이 적용된 재가열로에 있어서 소재를 장입하기 위해 장입측 도어를 개방하게 될 때 외부의 차가운 공기가 로 내부에 침입하는 것을 차단할 수 있도록 함으로써, 소재 장입시 재가열로의 로온 강하 및 산소농도의 변화를 방지할 수 있는 소재 장입시 재가열로내 외기 침입 방지장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 제철소내 워킹빔 방식이 적용된 재가열로에서 소재 장입측의 도어가 개방되어 있는 상태를 도시한 측면도로서, 소재를 재가열로에 장입하기 위한 다수의 통로(52)가 구비되어 있으며, 이러한 재가열로에서 평상시는 상기 소재 장입 통로(52)가 장입측 도어(51)에 의해 막혀 있는 상태가 되며, 소재의 장입시 장입측 도어(51)를 열게 되면 상기 다수의 통로(52)가 도면에 도시된 바와 같이 개방되게 된다.

그런데 상기와 같은 종래의 재가열로에서는 비록 가열로 조업을 1-3[mmH₂O] 의 양의 압력 상태로 조업을 하게 되지만, 장입측의 로 하부영역이 부력에 의해 음의 압력이 되어 장입측 도어로부터 장입측의 로 하부 영역으로 외부 상온의 공기가 재가열로 내부로 유입하게 된다.

도 2a와 도 2b는 종래의 재가열로에서 소재 장입을 위한 도어 개방시 외기의 침입에 따른 열유동 및 그 온도분포를 나타낸 것으로서, 도 2a는 재가열로의 평면도를, 도 2b는 재가열로의 정면도를 각각 나타낸 것이다.

상기와 같은 외기의 침입이 있게 되면 로 내부에 열유동이 발생되어 도 2a의 평면 상태의 온도 분포도에 도시된 바와 같이 재가열로의 소재 장입측과 로 내부의 안쪽에 온도편차를 심하게 발생시키고, 또한 상기 도 2b의 정면 상태의 온도 분포도에 도시된 바와 같이 재가열로의 소재 장입측 소재를 중심으로 하여 로내 상부와 하부에 온도편차를 심하게 발생시킨다. 이러한 외기의 침입에 의한 열유동 및 온도편차는 소재 장입측이나 소재 추출측에서 동일하게 발생되고 있다.

상기 외기의 침입에 의한 로내 상 하부의 온도편차는 소재 상,하 표면에 과대한 온도차를 발생시켜 품질에 악 영향을 미치는 원인이 되고 있으며, 이들 원인은 또한 재가열로 내부의 산소농도를 변동시키게 되어 재가열로 전체의 연소시스템의 공연비 제어의 부정확하게 만들고, 이에 따라 불완전연소로 이어져 궁극적으로 환경규제물질의 배출을 일으키는 문제점이 되어 왔다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 워킹빔 방식 재가열로의 장입측 도어 개폐시 외부의 찬 공기의 유입을 차단하고, 로내 상부 및 하부의 연소가스의 유출을 차단하여 소재장입시 로내 온도강하 및 산소농도의 변동을 방지할 수 있는 소재 장입시 재가열로내 외기 침입 방지장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 워킹빔 방식이 적용된 재가열로에서 장입측도어 개폐시 외부의 찬 공기의 유입을 방지하는 장치에 있어서, 장입측 도어 내측의 각 소재장입통로 후단에 각각 설치되며 상기 장입측 도어 폐쇄시 로 내의 하부 주유동에 의한 축열 및 와류를 형성하고 상기 장입측 도어 개방시 로 내 하부로 유입되는 공기를 차단하면서 상기 축열에 의해 외부 공기를 예열하여 배가스 배관라인으로 흐르도록 유도하는 다수개의 외기차단부재와; 소재 장입시 로내 연소제어시스템에서 발생되는 도어 개방신호 및 도어폐쇄신호에 의해 로압조절용 댐퍼를 조절하여 로내 압력을 미세하게 상승 또는 하강시키는 전기제어기(PLC)와; 상기 전기제어기에 의해 로내 압력을 변화시키는 로압 조절용 댐퍼로 구성되는 소재 장입시 가열로내 외기 침입 방지장치를 제공한다.

상기 본 발명에서, 상기 다수개의 외기차단부재는 로내 연소가스로부터 축열이 가능한 세라믹 계통의 다공성 구조물로서, 상기 장입측 도어와 나란하게 다수 열로 배열하여 설치하되 상기 각 열에 배열되는 각각의 외기차단부재는 장입측으로 갈수록 그 높이가 높게 형성하고 각각의 외기차단부재의 높이가 이루는 기울기가 장입측 로 상부 경사대의 기울기와 같게 설치되는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명에서는 상기 외기 차단부재가 세라믹 계통의 다공성 구조물로 이루어진 경우를 예로 들어 설명하며, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소재 장입시 외기침입 방지장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 정면도이다.

상기 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 워킹빔 방식 재가열로의 장입측 외기 침입 방지장치는 장입측 도어(51) 내측의 각 소재장입통로 후단에 각각 설치되는 다수의 외기차단부재(21)와, 소재 장입시 로내 연소제어시스템(32)에서 발생되는 도어 개방신호 및 도어 폐쇄신호에 의해 로압조절용 댐퍼를 조절하여 로내 압력을 미세하게 상승 또는 하강시키는 전기제어기(31; Programmable Logic Controller)와, 상기 전기제어기(31)에 의해 로내 압력을 변화시키는 로압 조절용 댐퍼(27)로 구성된다. 참고로 상기 도 3의 미설명 참조부호 1은 로 본체, 25는 배가스 배관라인, 26은 장입측 로 상부 경사대, 28은 배열회수장치(recuperator), 29는 연돌이다.

도 4는 도 3의 외기차단부재 설치상태를 설명하기 위하여 장입측 주요부분을 발췌하여 확대 도시한 사시도이다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 본 발명에서 각각의 외기차단부재(21)는 세라믹 계통의 다공성 구조물로 구성하여 로내 연소가스로부터 축열이 가능한 구조로 로내 하부의 바닥면에 설치하되, 각 소재장입통로(52)에 대응되는 위치에 로의 폭방향으로 나란하게 다수 열로 배열한다. 특히 상기 각 열에 배열되는 각각의 외기차단부재(21)는 장입측으로 갈수록 그 높이는 높게 형성하며, 이때 각각의 외기차단부재의 높이가 이루는 기울기가 장입측 로 상부 경사대(26)의 기울기와 같게 설치함으로써 예열대 하부 버너(22)에 의해 형성되는 연소가스의 하부 주유동이 연소가스 배기구(30)로 향하도록 구성한다.

도 5a와 도 5b는 상기 장입측 도어 개폐시 외기차단부재에 의해 로 내부에 형성되는 연소가스의 흐름 및 열유동을 설명하기 위하여 도시한 참고도로서, 도 5a는 장입측 도어가 폐쇄되어 있을때 로 내부의 연소가스 흐름 및 열유동 상태를 도시한 것이고, 도 5b는 장입측 도어가 개방되어 있을 때 외부에서 유입되는 공기흐름과 로 내부의 연소가스 흐름 및 열유동 상태를 도시한 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이 장입측 도어(51)가 닫혀 있을 경우, 예열대 후단의 가열대 및 균열대에서 연소된 연소가스와 예열대 상,하부 버너(23,22)에 의해 연소된 연소가스가 도면상 좌측의 연소가스 배기구(30)를 통해 배가스 배관라인(25)로 향하여 흐르게 된다.

이때 연소가스의 흐름은 소재(24)에 의해 크게 상부와 하부의 주유동으로 구분되는데, 로 하부에 다공층 타입의 구조물로서 외기 침입 방지를 위해 설치된 외기차단부재(21)가 장입측 방향으로 갈수록 높게 다수개 설치되어 있으므로, 하부 주유동은 장입측으로 흐르면서 다공층 구조물인 다수의 외기차단부재(21)에 의해 일부가 통과하고 나머지는 외기차단부재(21)를 타고 넘어 그 후단의 외기차단부재와의 사이 공간에서 와서 와류를 일으키게 된다. 이와 같은 과정을 거치면서 장입측의 외기차단부재(21)를 거쳐 상부의 연소가스 배기구(30) 및 배가스 배관라인(25)으로 향하게 된다.

이와 같이 배기되는 900^oC 정도의 연소 배가스는 배열회수장치(28)를 통하면서 연소용공기와의 열교환을 함으로써 300^oC 정도의 저온으로 연돌(29)을 통하여 배기되는 과정을 거치게 된다.

따라서 로 하부에 설치된 다공층 타입의 외기 침입 방지용 구조물인 외기차단부재(21)는 세라믹계통의 재질을 사용하여 900 ^oC에서 약 1000^oC의 고온으로 축열되게 되며, 각각의 외기차단부재 사이에는 와류에 의하여 고온의 연소가스들이 체류하게 된다.

또한 외기차단부재의 높이를 장입측으로 향할수록 높게 함으로써, 도 5a의 장입측 로 상부 경사대(26)에 의해 로 상하부 구조가 장입측 방향으로 축소되는 형상으로 배기측으로 향하는 로내 연소가스의 주유동의 속도를 증가시킴으로써, 하부에 외기차단부재 설치에 의한 주유동 흐름의 방해를 해소할 수가 있게 된다.

다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 소재(24)를 장입하기 위하여 장입측 도어(51)을 열었을 경우, 로 외부에서 상온의 공기가 장입소재(24)의 하부영역과 소재장입통로(52)를 통하여 국부적으로 로압이 낮은 로 하부 영역으로 침입하게 된다. 이때 로내 연소제어시스템(32)으로부터 장입측 도어 열림신호를 받는 전기 제어기(31; PLC)에서는 로압조절용 댐퍼(27)을 미소하게 조정하여 로압을 약간 상승 시키게 된다.

이렇게 함으로써 외기의 침임을 어느 정도 줄일 수가 있으며, 침입된 외기는 로 하부 바닥을 통하여 흘러오면서 일부는 맨 앞의 다공층 구조물인 외기차단부재(21)를 통과하면서 장입측 도어(51)가 닫혔을 경우 이미 외기차단부재에 축열된 열에 의해 고온으로 예열되어 두번째 다공층 구조물로 향하게 된다.

첫번째 외기차단부재에 의해 충돌한 후 일부는 하부 주유동에 의해 연소가스 배기구(30) 및 배가스 배관라인(25)으로 향하게 되며, 나머지는 첫번째 외기차단부재를 타고 두번째 부재로 향하게 된다. 즉, 일부는 물리적인 충돌에 의해 배기측으로 향하고, 나머지 일부는 외기차단부재를 통하면서 예열되어 첫번째와 두번째 외기차단부재로 향하고 나머지 외기침입층의 상부에 해당하는 일부는 첫번째 외기차단부재를 타고 두번째 부재로 향하게 된다.

첫번째 외기차단부재를 통과하여 두번째 외기차단부재로 침입한 외기는 다시 두번째 외기차단부재와 충돌에 의해, 또는 첫번째와 두번째 외기차단부재 사이에 체류하는 고온의 연소가스에 의해 열을 받아 부력에 의해 상부로 향하여 하부 주유동에 의해 배기측으로 향하고, 일부는 다시 두번째 외기차단부재를 통과하면서 다시 고온으로 예열되게 된다.

또한 외기 침입층의 상부에 해당하는 일부가 첫번째 외기차단부재를 타고 두번째 부재로 넘어온 외기는 첫번째와 두번째 외기차단부재 사이에 체류하는 고온의 연소가스에 의해 열을 받아 부력에 의해 또는 첫번째 외기차단부재에 의해 예열되어 부력에 의해 상부로 뜨는 외기의 모멘텀에 의해 상부로 향하여 하부 주유동에 의해 배기측으로 향하게 된다.

이와 같은 과정은 나머지 외기차단부재에도 동일하게 적용된다.

이후 소재장입이 완료되어 장입측 도어가 닫힐 경우에는 다시 전기제어기(31; PLC)에서는 로내 연소제어시스템(32)의 도어 폐쇄신호를 받아 로압조절용 댐퍼(27)를 조절하여 정상조업시의 로압을 유지할 수 있게 한다.

이렇게 함으로서 장입 도어가 열릴 경우 저온의 외기들은 외기차단부재와의 물리적인 충돌과 예열에 의해 외기침입거리를 최대한 줄일 수 있으며 그나마 침입된 공기는 다음단의 부재에 의하여 순차적으로 예열됨으로써 하부 로온의 저하에 의한 소재의 균일가열의 문제를 해결할 수가 있으며, 또한 장입도어가 닫혀있는 경우라도 축열된 외기차단부재에 의해 소재 하부로의 전열을 꾀할 수가 있으며, 또한 외기침입거리를 대폭 축소함으로써 예열대 상하부 버너의 공연비 제어의 정도를 높일 수가 있어 환경문제 및 가열로 열원단위를 대폭 개선할 수가 있게 된다.

이상의 본 발명에 의하면, 워킹빔식 재가열로의 장입측 도어 개폐시 외기의 침입을 차단함으로써 가열로에서의 사용 에너지를 줄일 수 있는 이점이 있으며, 도한 재가열로 하부 로온을 높일 수 있기 때문에 소재 상면과 하면의 온도 편차가 줄어들어 최종 생산품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 재 가열로내 외기 침입에 의한 로내 산소농도의 변동으로 인하여, 재가열로 전체의 연소시스템의 공연비 제어의 부정확하게 되며 이에 따라 불완전연소로 이어져 궁극적으로 환경규제물질의 배출을 일으켰던 종래의 문제를 줄이는 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 워킹빔 방식이 적용된 재가열로에 소재 장입을 위한 다수의 통로를 형성하고 그 통로를 각각 개폐하기 위한 장입측 도어를 구비하며, 소재 장입에 따른 도어 개방신호 및 도어 폐쇄신호를 발생시키면서 로압 조절용 댐퍼와 장입측 도어 개폐를 제어하는 연소제어시스템을 구비한 재가열로에서, 상기 장입측 도어 개폐시 외부의 찬 공기의 유입을 방지하는 장치에 있어서,

   상기 장입측 도어 내측의 소재장입통로 후단에 각각 설치되며, 상기 장입측 도어 폐쇄시 로 내의 하부 주유동에 의한 축열 및 와류를 형성하고 상기 장입측 도어 개방시 로 내 하부로 유입되는 공기를 차단하면서 상기 축열에 의해 외부 공기를 예열하여 배가스 배관라인으로 흐르도록 유도하는 다수개의 외기차단부재와;

   상기 연소제어시스템에서 소재 장입시 발생되는 도어 개방신호 및 도어폐쇄신호에 의해 로압 조절용 댐퍼를 조절하여 로내 압력을 미세하게 상승 또는 하강시키는 전기제어기(PLC)와;

   상기 전기제어기에 의해 로내 압력을 변화시키는 로압 조절용 댐퍼로 구성되어지되,

   상기 다수개의 외기차단부재는 상기 장입측 도어와 나란하게 다수의 열로 배열되며;

   상기 각 열에 배열되는 각각의 외기차단부재는 장입측으로 갈수록 그 높이가 높게 설치되는 것을 특징으로 하는 소재 장입시 재가열로내 외기 침입 방지장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 각 열에 배열되는 각각의 외기차단부재의 높이가 이루는 기울기는 로 상부 경사대의 기울기와 같게 설치되는 것을 특징으로 하는 소재 장입시 재가열로내 외기 침입 방지장치.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 외기차단부재는,

   로내 연소가스로부터 축열이 가능한 세라믹 계통의 다공성 구조물로 구성한 것을 특징으로 하는 소재 장입시 재가열로내 외기 침입 방지장치.

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