KR20050034581A - 보강재를 갖춘 냉각판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내화 라이닝이 제공된 오븐용 보강 요소를 포함하는 냉각판(1)에 관한 것이다. 상기 냉각판(1)에는 냉각판(1)의 내부에 정렬된 냉각제 채널(3)과, 변위체(6)가 내부에 삽입된 냉각 채널(5)을 포함하는 하나 이상의 추가의 냉각 세그먼트(4, 8)가 제공된다. 본 발명의 냉각판은 보강 요소로부터의 균일하며 균질의 열 소산을 보장한다. 또한, 용접의 수가 최소화되며, 열교환 표면이 최대화된다.

Description

보강재를 갖춘 냉각판 {COOLING PLATE COMPRISING A REINFORCEMENT ELEMENT}

본 발명은 예컨대, 내부에 냉각 통로가 배열되어 있으면서, 특히 구리 또는 저합금 구리 합금으로 이루어진 COREX?? 용융 장치 기화기(melter gasifiers)를 포함하는, 내화 라이닝(refractory lining)이 제공된 선철(pig iron), 고로(blast furnace) 및 직립로(shaft furnace)를 생산하는데 사용되는 용기를 용융시키기 위한 보강 상단 및/또는 하단과 같은 보강재를 갖춘 냉각판에 관한 것이다. 이러한 냉각판은 단조 또는 압연 블록으로 제조되며, 상기 냉각 통로는 수직으로 연장하는 블라인드 보어이고, 직립로의 내부와 직면하는 측면 상에는 설부 및 홈이 기계가공되어 있다.

이러한 유형의 냉각판은 통상 케이싱과 내화 라이닝 사이에 배열되며 냉각 시스템에 연결되어 있다. 프로세스 공간과 마주하는 측면 상에서, 냉각 요소에 내화 물질이 부분적으로 제공된다.

DE 39 25 280에는 주철 안으로 주조되는 파이프에 의해 냉각 통로가 형성되어 있고, 판체(plate body)의 바닥 엣지가 내화 브릭워크(brickwork)에 대한 베어링 러그(bearing lug)로서 구성되어 있는 냉각판이 개시되어 있다. 이러한 베어링 러그는 마찬가지로 냉각 시스템에 연결되어 있다. 주철의 낮은 열 전도도로 인해, 그리고 공기 갭 또는 산화물 층에 의해 야기되는 냉각 파이프와 판체 사이의 저항으로 인해, 이들 판들로부터 열이 거의 소산되지 않는다.

일정한 작동 시간 후에, 직립로 내화 브릭워크의 손실됨으로써 냉각판의 내부면이 노의 온도에 직접 노출된다. 노의 온도는 주철의 용융점 이상이 되기 쉽고, 냉각판의 내부 열 전달 저항은 뜨거운 판 쪽의 불만족스러운 냉각을 야기하며, 주철판에 대한 가속된 마모가 불가피할 수 있으며, 이에 따라 사용 수명이 제한된다.

또한, 판은 캐스트 구리(cast copper)로부터 제조되며, 냉각 통로는 캐스트-인 튜브(cast-in tube)에 의해 형성되거나, 또는 성형 캐스팅에 의해 간접적으로 형성되는 것으로 알려져 있다. 캐스트 구리의 미세구조체는 단조(forged) 또는 압연(rolled) 구리의 미세구조체와 같이 균질이며 고밀도가 아니다. 결국, 캐스트 구리의 열의 전도는 양호하지 않으며 강도가 떨어진다. 캐스트-인 파이프의 경우에, 파이프와 구리 블록 사이의 산화물 층이 열 전도를 막는다.

DE 29 07 511에는, 단조 또는 압연 블록으로 제조되는 냉각판이 개시되어 있으며, 냉각 통로는 깊은 기계 드릴링에 의해 형성된 블라인드 보어를 수직으로 연장한다. 냉각판의 미세구조체는 캐스트 구리판의 미세구조체와 비교해서 상당히 고밀도이며 보다 균질하다. 캐스트 구리판 내에서 종종 발견되는 공극은 성형 프로세스에 의해 방지된다. 캐스트 구리판에 비해 강도값이 보다 높고 열전도도가 보다 균일하고 보다 높다. 보어의 기계적 형성은, 높이 및 측면 위치면에서 원하는 위치가 정확히 유지된다는 것을 의미하며, 이러한 결과로 열의 균일한 소산(dissipation)이 보장된다. 노의 내부와 직면하는 측면상에서, 냉각판은 내화 래밍 화합물에 의해 또는 내화 벽돌에 의해 라이닝된다. 이것은 판의 냉각 면적을 감소시키고, 사전-브리킹된 내화 라이닝의 손실 또는 마모의 경우에, 노로부터의 열의 추출이 제한된다. 또한, 판의 냉각은 구리의 연화점 미만으로 판의 가열면의 온도를 유지시킬 수 있는 충분한 강도를 필요로 한다.

DE-A 23 62 974에는 강 케이싱을 갖춘 냉각식 직립로가 개시되어 있는데, 강 케이싱의 내부면에는 거의 수직인 내부 튜브을 구비한 냉각판이 연결되고, 이러한 내부 튜브는 냉각판의 상단부 및 하단부에서 강 케이싱을 관통한다. 강 케이싱으로부터 원격의 측면 상에서, 냉각판에는 유지 돌기 또는 유지 러그가 제공되며, 이러한 유지 돌기 또는 유지 러그를 통해, 거의 수평인 평면으로 연장하는 다른 튜브가 강 케이싱을 통과하는 연결부로서 뻗어 있다.

FR-A 22 30 730에는 고로의 증발성 냉각을 위한 냉각기가 개시되어 있으며, 이러한 냉각기는 플레이트의 단부와 근접해서 가로질러 배열되는 칼라를 갖춘 플레이트와, 상기 칼라 내에 그리고 상기 플레이트 내에 장착되며 냉각제가 안으로 유동하는 튜브를 포함한다. 이들 튜브의 입구단 및 출구단은 칼라의 반대측 상에서 상이한 높이로 배열된다. 칼라내의 냉각제의 순환을 위한 튜브는, 플레이트 내에 놓이는 튜브의 출구단 사이에 입구단 및 출구단이 위치하는 방식으로 칼라 내에 배열되도록 구성되어 있다. 이러한 칼라의 내부에 위치하는 칼라 내의 순환 튜브의 부재의 단부는 수직에 대해 2˚ 내지 4˚의 각도로 배열되어, 튜브의 입구단으로부터 출구단으로의 냉각제의 순환이 발생한다.

US 4,071,230에는 노 셸의 내부측에 고정되는 직립노를 위한 냉각 요소가 개시되어 있다. 사각형의 냉각 요소는 5개의 금속 블록으로 이루어지는데, 이러한 5개의 금속 블록은 서로의 위에 엇걸림 형성(staggered formation)으로 배열되며, 적합한 고정 요소에 의해 수직으로 뻗은 2쌍의 냉각 튜브에 부착되어 있다. 이들 쌍의 튜브는 바닥에 냉각수 입구를 상부에 냉각수 입구를 구비하며, 금속 노 벽내의 개구를 통해 경로가 형성되고, 금속 블록은 고로 벽과 직면하는 측면의 외부면 상에서만 냉각되어 있다.

EP 0 705 906 A1에는, 단조 또는 압연 구리 블록으로 제조되는 냉각판이 개시되어 있는데, 이러한 냉각판 내에는 엣지 영역을 냉각시키기 위해 수직으로 뻗은 블라인드 보어에 추가로 냉각 통로가 도입되며, 이러한 냉각 통로는 수직하게 배열된 블라인드 보어 둘레로 보다 작은 직경의 수직 또는 수평 블라인드 보어와 같은 엣지 안으로 도입된다.

그러나, 상술한 압연 또는 단조 구리 냉각판의 결점은, 냉각판의 상단에서의 냉각판의 로드-베어링 용량이 최적에 미치지 못하고, 결국 내화 래밍 화합물 또는 내화 벽돌의 사용 수명이 또한 부적절하다.

EP 0 731 108 B1에는 보강 및 냉각 상단을 갖춘 냉각판이 개시되어 있다. 보강재에 있는 냉각 통로는 이들 통로가 수직 및 수평 블라인드 보어에 의해 생성된다는 사실, 및/또는 이들 배열을 그 특성으로 한다. 냉각 매체가 공급되고 냉각 파이프를 통해 배출되는데, 이러한 냉각 파이프는 직립로의 냉각 시스템 내에 포함될 수 있다.

이러한 변경예의 결점은 냉각 상단이 복잡하고 제조가 용이하지 않다는 것이며, 이는 종종 블라인드 보어의 제조동안 툴을 변경해야 할 것을 요구한다. 이들 블라인드 보어를 단단히 밀봉시키는데 다수의 용접 또는 납땜 조인트가 필요하다. 제조 이유에 대해, 이들 용접 및 조인트는 프로세스 챔버에 상당히 근접되며, 상당히 파손되기 쉽다. 따라서, 이들 용접 및 조인트의 수를 최소화하는 것이 바람직하다. 또한, 필요한 냉각 용량을 달성하는데 요구되는 냉각 통로 면적은 부착된 내화 지지부의 형상 설계에 의해 제한된다.

도 1은 내화 지지체가 끼워맞춤된 상태의 냉각판을 관통하는 수평 섹션을 나타내는 도면이다.

도 2는 단조된 비드를 갖춘 냉각판을 관통하는 횡단면을 나타내는 도면이다.

도 3은 해제가능하게 부착된 냉각 세그먼트를 관통하는 횡단면을 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 냉각판 2 : 파이프 부착물/파이프 섹션

3 : 블라인드 보어/냉각제 통로 4 : 냉각 세그먼트

5 : 냉각 통로/수평 보어 6 : 변위체

7 : (냉매 공급 및 배출용)보어 8 : 보강 냉각 세그먼트/냉각 비드

9 : 홈 10 : 웨브

11 : 구멍 12 : 파이프 섹션

따라서, 본 발명의 목적은 보강재를 갖춘 냉각판을 제공하는 것이며, 이들 냉각재 내의 열의 냉각과 소산이 마찬가지로 균일하며 균질하여, 노 셸의 내화 노 라이닝의 개선된 냉각을 역시 보장한다. 또한, 필요한 용접의 수가 최소로 감소되고, 동시에 이용가능한 열 교환 면적이 증가된다.

이러한 목적은, 변위체가 내부에 삽입되는 냉각 통로가 제공되는 하나 이상의 추가의 냉각 세그먼트가 제공된다는 사실에 의해 달성된다.

놀랍게도, 추가의 냉각 세그먼트를 위한 수직 및 수평 블라인드 보어의 복잡한 조합을 제공할 필요가 없음을 발견하였다. 오히려, 필요한 냉각 작용을 달성하기 위해, 수평 보어에 의해 형성된 냉각 통로가 안으로 삽입될 수 있으며 탈착가능한 추가의 냉각 요소가 예컨대 상부 또는 하부 영역의 단조 또는 압연 냉각판에 끼워맞춤되는 것으로 충분하였음을 알게 되었다. 열 전달에 요구되는 최적의 유량을 달성하기 위해, 변위체는 이러한 보어에 추가로 삽입된다. 이 보어의 단부는 용접 또는 납땜 스토퍼에 의해 밀봉식으로 밀폐되며, 구리 파이프 연결 피스에 의해 냉각 시스템에 연결되어 있다.

해제가능한 냉각 세그먼트에 대한 대안예로서, 내화 브릭워크용 비드(bead)가 구리 블록의 외부에 단조될 수도 있으며, 이 경우, 이러한 비드 안으로는 공지된 방식으로 냉각 통로가 드릴링된다.

냉각 통로의 열교환 표면적을 가능한 한 크게 유지시키기 위해서는, 냉각 통로의 직경을 가능한 한 크게 선택하고, 냉각판의 냉각제 통로의 직경보다 적어도 크게 선택하는 것이 유리하다.

본 발명에 따른 다른 유리한 실시예에 따르면, 변위체는 냉각제의 루트를 정하는 공동(cavity)으로서 구성된다.

이러한 유형의 실시예에서, 변위체는 편의상, 냉각 통로의 밖으로 나와 변위체의 내부 안으로 냉각 매체가 통과할 수 있게 하고, 그리고 변위체의 내부로부터 냉각 통로 안으로 통과할 수 있게 하는 구멍(apertures)을 포함한다.

유리한 실시예에 따르면, 냉각수를 공급하고 배출하기 위한 보어는 냉각 통로 안으로 개방되어 있다.

대안의 실시예에 따르면, 냉각수를 공급하고 배출시키기 위한 파이프 섹션은 공동으로서 구성되는 변위체 안으로 개방되며, 이러한 경우, 파이프 섹션은 보어 안으로 밀리고, 이들 보어가 개방되는 위치에서 변위체에 나사식으로 고정된다.

냉각수를 공급하고 배출시키기 위한 보어는 수평으로 또는 경사지게 뻗도록 구성될 수 있다.

실시예의 개략적인 도면에 기초하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은, 실례로서, 수직으로 배열된 5개의 블라인드 보어(3)와, 냉각 통로(5)와, 삽입된 변위체(displacement body; 6)를 포함하는 냉각판(1)을 통과하는 수평 섹션을 도시하는데, 이러한 냉각 통로(5)는 냉각 세그먼트(4) 내에 도입되며 수평 보어에 의해 형성된다.

냉각제 공급 라인에 연결되어 있는 파이프 부착물(2)을 통해 아래로부터 블라인드 보어(3)에 냉각수가 공급되며, 냉각 세그먼트(4) 내에 수평 보어에 의해 형성된 냉각 통로(5)에도 마찬가지로 파이프 섹션(2)을 통해 냉각수가 공급된다. 파이프 부착물(2)을 통해 고로 셸(blast furnace shell)의 벽을 통한 냉각수의 공급 및 제거를 보장하기 위해, 냉각판(1) 내에 보어(7)가 또한 배열된다. 냉각판(1)과 냉각 세그먼트(4)의 냉각 회로는 개별의 냉각 회로 또는 공통의 냉각 회로 중의 어느 하나의 형태의 냉각 회로로서 냉각 시스템에 연결될 수도 있다. 변위체(6)는 구멍(11)을 구비하는데, 이러한 구멍(11)은 냉각 통로(5)로부터 변위체(6)의 내부 안으로 냉각수가 통과할 수 있게 하며, 그리고나서 변위체(6)로부터 냉각 통로(5) 안으로 냉각수가 통과할 수 있게 한다. 냉각수의 유동의 방향은 화살표로 나타내어져 있다.

도 2는 수직으로 배열된 블라인드 보어(3)를 갖춘 냉각판(1)을 관통하는 단면도이며, 블라인드 보어(3)의 하단부 또는 상단부는 공지된 방식으로 용접 또는 납땜 조인트에 의해 원하는 대로 종결되어 있다. 파이프 섹션(2)을 통해 냉각수가 공급되고 배출된다. 수평 보어에 의해 형성된 냉각 통로(5)가 안으로 도입되며, 블록의 외부에 단조되어 있는 냉각 비드(cooling bead; 8)가 냉각판(1)의 상부 부분 내에 형성되어 있다. 다시 한번, 적절한 유량을 보장하기 위해, 냉각 통로(5) 내에 변위체(6)가 삽입된다.

이러한 경우에, 경사진 보어(7)를 통해 냉각수가 공급되고 배출된다. 항상 변위체(6) 안으로 통과하며 변위체(6)와 나사식으로 결합되어 있는 파이프 섹션(12)이 각각의 경사진 보어(7) 안으로 삽입되어 있다.

따라서, 도 2에 도시된 실시예에서는, 변위체(6) 안으로 냉각제가 공급되고, 변위체(6)로부터 냉각제가 배출되는 반면, 도 1의 실시예에서는, 냉각 통로(5) 안으로 냉각제가 공급되고 이러한 냉각 통로(5)로부터 냉각제가 배출된다.

내화 물질 즉, 벽돌(bricks)이나 또는 스프레잉/래밍(spraying/ramming) 화합물 중 어느 하나를 도입하기 위해, 각각의 경우에 웨브(10)에 의해 경계가 정해지는 홈(9)이 냉각판(1) 안으로, 그리고 프로세스 챔버와 마주하는 측면 상의 냉각 비드(8) 안으로 기계가공된다.

도 3은 수평 보어에 의해 형성된 냉각 통로(5)가 안으로 도입되었던 해제가능하게 끼워맞춤된 냉각 세그먼트(4)를 도시한다. 여기에도 변위체(6)가 도시되어 있다. 이러한 경우에, 수평 보어(5)는 냉각판(1) 내의 수평 보어(7)를 통해, 그리고 나서 연속해서 셸의 벽을 통과하는 파이프 연결부(2)를 통해 냉각 회로에 연결되어 있다.

Claims (7)

1. 내부에 냉각제 통로(3)가 배열되어 있는, 내화 라이닝이 제공된 노를 위한 보강재를 갖춘 냉각판(1)에 있어서,

   냉각 통로(5)가 제공되는 하나 이상의 추가의 냉각 세그먼트(4, 8)가 배치되고, 상기 냉각 통로(5) 안으로 변위체(6)가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는,

   보강재를 갖춘 냉각판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 추가의 냉각 세그먼트(4, 8)의 상기 냉각 통로(5)의 직경은 상기 냉각판(1) 내의 상기 냉각제 통로(3)보다 크게 선택되는 것을 특징으로 하는,

   보강재를 갖춘 냉각판.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 변위체(6)는 냉각제의 루트를 정하기 위한 공동으로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는,

   보강재를 갖춘 냉각판.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 추가의 냉각 세그먼트(4)는 상기 냉각판(1)에 해제가능하게 고정되어 있는 것을 특징으로 하는,

   보강재를 갖춘 냉각판.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 추가의 냉각 세그먼트(8)는 상기 냉각판(1)의 외부에 단조되는 비드에 의해 형성되는 특징으로 하는,

   보강재를 갖춘 냉각판.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉각 통로(5) 안으로는 냉각수를 공급하고 배출시키기 위한 보어(7)가 뻗어있는 것을 특징으로 하는,

   보강재를 갖춘 냉각판.
7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 변위체(6) 안으로는 냉각수를 공급하고 배출시키기 위한 파이프 섹션(12)이 뻗어 있으며, 상기 파이프 섹션(12)은 상기 보어(7) 안으로 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는,

   보강재를 갖춘 냉각판.