KR200193596Y1 - 노의 용사보수 버너장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 노의 내벽 내화물 라이닝에 손상이 있을 경우 열간에서 보수하기 위한 란스장치에 적용되는 노즐의 용사보수 버너장치에 관한 것이다.

본 고안의 구성은 내화체를 압송 시키는 내화체 압송관로가 란스를 따라 있고, 상기 내화체 압송관로를 통해 이송되는 내화체와 혼합기류를 형성하여 화염을 조성하는 가연성 개스 및 산소공급로를 가지며, 온도 상승을 억제 시키기 위해 냉각수라인을 구비하는 란스 노즐의 버너 구조에 있어서, 동심상에 하나의 분체이송관을 가지고, 그 외곽쪽으로는 산소공급로 및 가연성 개스공급로가 위치하며, 또한 가연성 개스공급로와 원주상으로 나란한 냉각수라인을 상기 분체이송관 주위로 등간격으로 배치시킨 유체공급측과, 상기 유체공급측으로 부터 공급되는 해당 유체들을 주어진 경로로 분기 시키고, 그들중 냉각수라인을 따라 흐르는 냉각수를 순환 시키는 한편 내화물분체와 가연성 개스를 혼합시켜 화염을 조성하여 내보내는 화염조성부와, 상기 화염조성부에서의 혼합기류를 정량적으로 조성하기 위해 상기 분체이송관의 분기부에 마련된 내화물분체 정량공급 레귤레이터와, 상기 산소공급로에 가연성 개스공급로를 합류시켜 가연성개스를 산소와 혼입시켜 내보내고, 그 중심에서 내화물분체를 분사시키기 위해 상기 화염조성부로 부터 이동되는 유체를 군집시켜 내보내는 다공성 커버로 이루어자는 노 보수용 노즐의 버너장치로 구성된다.

Description

노의 용사보수 버너장치

본 고안은 노의 내벽 내화물 라이닝에 손상이 있을 경우 열간에서 보수하기 위한 란스장치에 적용되는 노즐의 용사보수 버너장치에 관한 것이다.

금속의 추출과 정련에 있어서는 광석으로 부터 맥석과 구분시켜 제련하는 제선공정상에서의 고로, 고로에서 얻어진 선철을 강으로 전환 시키기 위해 용선내에 존재하는 어떤 불순물을 선택적으로 산화시켜 용탕으로 부터 제거 시키는 제강공정상에서의 전로, 전로로 부터 넘겨진 용탕내의 불순물을 제거하는 제강공정상에서의 또다른 탈개스로(RH로), 그리고 각 공정상에서 용탕을 옮겨주는 토페이도카,레이들,턴디쉬 등은 용탕에 의해 고열을 받는 조건에 견디도록 하기 위해 공통적으로 내화물을 내벽면에 라이닝 시켜 고온의 조건에 내열성이 유지되도록 하고 있다.

다양한 노에 대한 내화물의 시공방식은 조적식과 유입시공식으로 구분되고, 내화물 표면 처리방식은 분사육성식,용사식,테르밋방식등이 적용되고 있으며, 내화물을 보수하는 방식은 로의 보수작업 조건중 온도에 따라 냉간방식과 열간방식으로 구분된다.

로에 축조된 내화물 및 표면처리 목적의 라이닝재는 로 조업을 진행 시킴에 따라 열에 의해 두께가 엷어지거나 내화재로써의 기능이 떨어지면서 내화물의 국부적 탈락, 마모손상을 일으켜 노벽에 부하를 가져와 철피면(7)의 균열 또는 개스 누설 등의 현상으로 발전되는데, 이러한 징후가 검출되면 노의 수명이 허용하는 범위내에서 국부적으로 손상된 내화물(6)만을 보수하여 노의 조업 조건을 정상적으로 유지 시킨다.

내화물 보수방식에 있어서 냉간방식은, 로조업을 중단 시키고, 고온의 로동체를 냉각시킨 후에 작업자가 로안으로 들어가서 손상된 부위를 확인한 뒤 해당 부위를 보수하고 다시 로온도를 정상수준까지 승온시켜 고로 조업을 재개시키는 것이다. 따라서 작업공상에서의 로스가 크고, 에너지 효율적 운용이 떨어지는 낙후된 보수방식에 해당한다.

열간방식은 냉간방식에서 예비단계에 해당하는 로조업공정의 중단 및 냉각과정 그리고 재가열 등에 이르는 복잡한 전/후 처리과정을 대부분 생략하여 냉간방식의 소모적 요인을 없애주는 대체 보수방식으로 제공되었다. 즉, 고온상태의 로에 대한 직접 보수가 가능하여 로의 열관리에 필요한 에너지 소모량을 줄이고 조업공정상의 로스를 줄일 수 있는 방편을 제공하게 되었다.

그러나 열간보수를 실현 하는데 있어서는 인력을 대체하는 장치의 수요와 필요성이 그만큼 더 커지면서 동시에 보수작업성과 보수성능에 영향을 미치는 인자가 장치에 의해 결정되는 단계로 진행되었고, 따라서 장치가 갖는 기능적 사항에 따라 보수작업 효율성이 규정되어 장치의 중요성 또한 상대적으로 커지게 되었다.

열간보수에 적용되는 장치는 기본적으로 고로내의 환경에 적응할 수 있는 내화물 압송장치(란스=rance), 상기 압송장치측으로 내화물을 정량적으로 공급하기 위한 이송장치 그리고 특별하게는 압송장치을 움직여 줄 수 있는 수단을 포함하며, 상기 압송장치가 고내에 위치하는 경우 주어진 일을 수행시키기 위해 냉각장치를 갖는다.

상기 압송장치에서의 내화물 분체 이송 특성에 따라 분사육성식과 용사식으로 구분하여 냉/열간보수장치를 정의한다. 분사육성보수장치의 경우 란스를 통해 물＋내화물 분체입자를 공압으로 노내 목표부위를 중심으로 노즐을 통해 분사시켜 노내벽 온도에 의해 내화물을 착상 시키는 것으로 주로 보수대상 내화물의 광범위한 코팅 결과를 얻는다.

용사보수장치의 경우는 란스를 통해 가연성 개스＋내화물을 별도로 공급하되, 이들이 노내에 합류되는 시기에 노즐측 버너에 의한 화염 조성에 의해 내화물 입자가 가열된 상태에서 고온상태의 내화물과 반응하여 강력한 착상 결과를 얻어 신뢰성 있는 내화물의 정밀 부분 보수에 적합하나 이 장치는 내화재료 및 장치구성의 열관리 제약으로 개발단계에 머물러 있다.

알려진 용사보수장치는 국내 특허공보 공고번호 96-16163호의 "내화체수선방법 및 내화체 수선장치"에 기술된 내용에 의해 설명된다. 이 기술은 미세한 산화가 용이한 입자들 예들들면, 세라믹 용접 또는 드레싱 분말의 고체 연료 성분으로 흔히 사용되는 실리콘 또는 알루미늄 입자들의 조작에 따른 위험(공급라인에서의 마찰로 인한 국부적인 가열 또는 전기 방전의 결과로 조기 연소 또는 폭발이 생길 수 있는 가능성)을 회피 시키면서 비로서 노내의 용사보수를 가능케 하였다.즉, 내화물 분체의 적절한 공급과, 산소가 풍부한 운반기체내에 포함된 연소성 입자들을 내화체에 투사시켜 내화체에 인접한 반응지역에서 연소성 입자들을 산화 시키고, 이로써 내화물의 드레싱 또는 내화체상에 내화 용접물질을 형성하는데 요구되는 열을 생성 할 수 있도록 하였다.

그러나 용사보수가 갖는 이득을 노체의 열간보수에 실제적으로 적용하는데에는 보다 제어된 유체의 이송과 고른 분포의 화염 조성을 위한 기술적인 여건이 충족되어져야 한다. 예컨데 노의 냉간용사보수는 비교적 간단한 용사장치의 재구성으로 분사육성보수에 비교해 내화재의 보수 신뢰성을 높힐 수 있으나, 노의 용사보수를 열간에서 실현 하는데에는 어려운 제약이 따른다. 그중 내화물의 정량적 공급을 포함한 기체 및 가연성 개스의 양 그리고 이것을 보수대상 부위에 효과적으로 분사 시킬 수 있는 화구인 노즐의 구성 등은 어려운 제약들 중의 하나이며, 노벽에 내화물분체를 직접 투사시키는 노즐측 버너의 화염조성은 보다 중요한 인자가 된다.

이렇게 보수용 내화체를 내화물에 접근 시키는 기술은, 공통적으로 란스를 통해 이루어져 왔지만, 용사보수를 실현하는데 요구되는 내화체의 이송 및 개스의 흐름을 안정적으로 유지 시킬 수 있을 것인가의 문제와 함께 열간보수에서 노즐 및 화염조성 버너측에 미치는 열변형 요인을 어떻게 해결하는가가 문제로 되었다.

본 고안은 내화체를 노벽에 분사시켜 보수 대상 부위에 내화체를 코팅 시키는데 있어서 치밀한 내화체의 코팅 조직과 내식성 및 내마모성을 향상 시키는 용사 보수의 특성을 열간에서 구현할 수 있도록 하기 위한 노즐의 화염 조성 버너장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징은 내화체를 압송 시키는 내화체 압송관로가 란스를 따라 있고, 상기 내화체 압송관로를 통해 이송되는 내화체와 혼합기류를 형성하여 화염을 조성하는 가연성 개스 및 산소공급로를 가지며, 온도 상승을 억제 시키기 위해 냉각수라인을 구비하는 란스 노즐의 버너 구조에 있어서, 동심상에 하나의 분체이송관을 가지며, 그 외곽쪽으로는 산소공급로 및 가연성 개스공급로가 위치하며, 또한 가연성 개스공급로와 원주상으로 나란한 냉각수라인을 상기 분체이송관 주위로 등간격으로 배치시킨 유체공급측과, 상기 유체공급측으로 부터 공급되는 해당 유체들을 주어진 경로로 분기 시키고, 그들중 냉각수라인을 따라 흐르는 냉각수를 순환 시키는 한편 내화물분체와 가연성 개스를 혼합하여 화염을 조성하여 내보내는 화염조성부와, 상기 화염조성부에서의 혼합기류를 정량적으로 조성하기 위해 상기 분체이송관의 분기부에 마련된 내화물 정량공급 분배실과, 상기 산소공급로에 가연성 개스공급로를 합류시켜 가연성개스를 산소와 혼입시켜 내보내고 그 중심에서 내화물분체를 분사시키기 위해 상기 화염조성부로 부터 이동되는 유체를 내보내는 다공성 커버를 포함하는 노즐의 버너장치에 있다.

도 1은 본 고안의 노즐 설치 개략도

도 2는 본 고안에 따른 버너장치 요부 단면도

도 3은 도 2의 A-A선 단면도

도 4는 본 고안의 버너 커버를 보인 것으로 (가)는 표면도 (나)는 (가)의 부분 단면도

도 5는 본 고안에 따른 내화물분체 용사 상태를 설명하기 위한 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10:분체이송관 11:산소공급로

12:개스공급로 13:냉각수라인

14:유체공급측 15:화염조성부

16:분배실 17:다공성커버

18:산소분기로 19:합류관

20:분기관 21:구배면

22냉각수순환관 23,24:토출구

25:슬리브

본 고안은 도1 및 도2와 같이 내화체를 압송 시키는 내화체 압송관로가 란스를 따라 있고, 상기 내화체 압송관로를 통해 이송되는 내화체와 혼합기류를 형성하여 화염을 조성하는 가연성 개스 및 산소공급로를 가지며, 온도 상승을 억제 시키기 위해 냉각수라인을 구비하는 란스(1)의 노즐(2) 버너(3) 구조에 있어서, 동심상에 하나의 분체이송관(10)을 가지고, 그 외곽쪽으로는 산소공급로(11) 및 가연성 개스공급로(12)가 위치하며, 또한 가연성 개스공급로(12)와 원주상으로 나란한 냉각수라인(13)을 상기 분체이송관(10) 주위로 등간격으로 배치시킨 유체공급측(14)과, 상기 유체공급측(14)으로 부터 공급되는 해당 유체들을 주어진 경로로 분기 시키고, 그들중 냉각수라인(13)을 따라 흐르는 냉각수를 순환 시키는 한편 내화물분체와 가연성 개스를 혼합시켜 화염을 조성하여 내보내는 화염조성부(15)와, 상기 화염조성부(15)에서의 혼합기류를 정량적으로 조성하기 위해 상기 분체이송관(10)의 분기부에 마련된 내화물분체 정량공급 분배실(16)과, 상기 산소공급로(11)에 가연성 개스공급로(12)를 합류시켜 가연성개스(G)를 산소(O2)와 혼입시켜 내보내고, 그 중심에서 내화물분체(P)를 분사시키기 위해 상기 화염조성부(15)로 부터 이동되는 유체를 군집시켜 내보내는 다공성 커버(17)를 포함하는 노즐의 버너장치로 구성된다.

상기 화염조성부(15)는 분체이송관(10)의 선단 분기부를 중심으로 그 둘레를 따라 다수로 배열된 분기공급로(18)로 구성되고, 상기 각 분기공급로(18)에 개스공급로(12)를 합류관(19)으로 연결시켜 구성된다.

상기 분배실(16)은 내화물분체(P)를 각 방향으로 분기시키기 위해 분체이송관(10)의 선부에 마련된 분기관(20)과, 상기 분기관(20)의 중심을 통해 각 방향으로 흐르는 내화물분체의 이송량을 고른 분포로 내보내기 위해 분기관(20)의 중심을 구배면(21)으로 구성한다.

상기 다공성 커버(17)는 냉각수를 자체 두께면을 따라 유도하고 순환 시키기 위해 방사 방향으로 마련된 냉각수 순환관(22)과, 상기 냉각수 순환관(22)에 의해 무리지어 분활되는 내화물분체 토출구(23)와, 산소와 혼합된 가연성개스를 상기 내화물분체 토출구(23)를 에워쌓는 형태로 내보내는 또 다른 토출구(24)로 이루어진다.

또한, 상기 다공성커버(17)에 결합된 내화물분체 토출구(23)의 선단부는 원통형 슬리브(25)를 장착하여 구성된다.

이와같이 구성된 본 고안의 작용효과는 다음과 같다.

본 고안은 도 2와 같이 내화물분체(P)를 이송 시키는 분체이송관(10)이 버너의 중심에 위치하고, 이를 중심으로 바깥쪽으로 산소공급로(11)와 가연성 개스공급로(12) 그리고 냉각수라인(13)이 원주상으로 균등하게 배열되어 있다.

외부측으로 부터 공급되는 내화물분체(P)는 분체이송관(10)을 통해 유체공급측(14)과 화염조성부(15)를 거쳐 다공성 커버(17)측 토출구(24)를 따라 분사되는 경로를 가지고 또 다른 유체들 예를들면, 연소용 산소는 산소공급로(11)를 따라 화염조성부(15)측으로 유입되고, 가연성개스는 개스공급로(12)를 따라 각각 별도로 화염조성부(15)측으로 유입된다.

상기 내화물분체(P) 및 연소용산소(O2) 그리고 가연성개스(G)의 흐름은 공급압력에 의해 전체적으로 토출구(23)(24)측으로의 흐름을 갖게되며, 토출구(23)(24)를 지나면서 부터 노내의 고온의 온도에 의해 산소가 포함된 가연성개스가 착화되어 연소되면서 화염을 형성하고 동시에 내화물분체(P)를 에워쌓아 화염과 함께 보수 대상 노벽에 내화물분체(P)를 용융된 상태로 융착 시키게 된다.

따라서 연소용 산소의 공급이나 가연성개스는 내화물분체(P)를 용사 시키는데 필요한 열원을 제공한다.

내화물분체(P)의 공급을 담당하는 분체이송관(10)은 도 5와 같이 내화물분체(P)를 정량적으로 고른 분포로 용사 시키기 위해 분기관(20)에서 이동 압력을 일정하게 조절함으로써 내화물분체(P)가 각 토출구(23)를 통해 분사될 때 그 양이 정량적으로 이루어질 수 있도록 내화물분체(P)의 이동량을 제어하게끔 되어있다.

즉, 분체이송관(10)은 평활한 보다 큰 구경의 관부로 부터 내화물분체(P)를 도입하고, 선부측에서 이를 분기하여 각 토출구(23)로 내보내는데, 이때 분기관(20)에는 분체이송관(10)을 중심으로 대칭적인 구배면(21)이 주어져 내화물분체(P)가 이 분기관(20)을 지날 때, 경사면을 따라 이동하여 내화물분체의 흐름이 지연되거나 막힘 등에 의한 내화물분체의 불균일 분사 현상을 없애준다.

이와같이 분기관(20)을 따라 토출구(23)측으로 흐르는 내화물분체(P)는 각 분사 출구측으로 균일한 분포로 이동하면서 보다 축소된 구경의 토출구(23)를 거치면서 이동속도가 빨라지고, 이를 둘러싸고 있는 토출구(24)를 따라 화염을 조성하는 연소개스에 투사되어 노벽에 융착된다.

내화물분체(P)의 정량 공급은 다공성 커버(17)에 형성된 원주상의 각 토출구(23)를 통해 분사되는 내화체의 양을 균일하게 하여 내화체의 균일 융착으로 이어지는 결과로 나타난다.

한편, 고온의 노내에서 내화물을 열간 보수하는 버너는 내화물분체를 용사 시키기 위해 가연성 개스에 의한 화염을 조성하고, 또 가연성개스의 공급환경이 고온의 노내에 있는 조건에 존재하므로 폭발의 위험을 줄이기 위하여 산소공급로(11)를 통한 산소의 이동압력으로 가연성개스가 합류관(19)을 통해 산소에 혼입되어 토출구(24)측으로 빠져 나가도록 되어있다. 따라서 과량의 산소에 가연성개스를 실어보내주는 형태여서 안정된 연소상태를 조성하므르서 결국 산소분기로(18)는 산소 및 가연성개스를 운반하는 주기능과 함께, 노내의 고온의 열이 가연성개스에 직접 전달되지 않도록 차단하는 차폐기능을 동시에 갖게된다.

냉각수라인은 버너의 케이싱 외벽을 따라 개설되어 외부측으로 부터 전달되는 열을 차단한다. 또한 내화물분체 토출구(23)는 열에 의한 변형이 크게 나타나는데, 이로부터 용사상태가 불안정해지거나 수명이 크게 단축될 수 있다. 따라서 다공성커버(17)에 결합된 원통형 슬리브(25)를 통해 열변형을 줄이면서 수명을 연장 시키고 필요에 따라 토출구(23)의 교환도 가능하다.

본 고안은 고온의 노벽을 열간상태에서 용사보수하는데 있어서 버너를 통한 화염조성 단계에서 내화물분체를 정량적으로 공급하여 내화체의 균일 용사보수를 가능케하여 고품질의 내화체 코팅 효과를 얻을 수 있고, 내화물분체의 용사를 위해 동반되는 화염조성용 가연성입자의 폭발과 같은 불안정 상태를 해소시켜 용사보수의 신뢰성을 향상 시킬 수 있으며, 버너측의 냉각 및 화염조성을 위해 필요한 각종 유체를 케이싱을 따라 통합된 상태로 공급하여 별도의 유체 이송관로가 필요없어 노 보수작업 여건을 개선 시키는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 내화체를 압송 시키는 내화체 압송관로가 란스를 따라 있고, 상기 내화체 압송관로를 통해 이송되는 내화체와 혼합기류를 형성하여 화염을 조성하는 가연성 개스 및 산소공급로를 가지며, 온도 상승을 억제 시키기 위해 냉각수라인을 구비하는 란스 노즐의 버너 구조에 있어서,

   동심상에 하나의 분체이송관을 가지고, 그 외곽쪽으로는 산소공급로 및 가연성 개스공급로가 위치하며, 또한 가연성 개스공급로와 원주상으로 나란한 냉각수라인을 상기 분체이송관 주위로 등간격으로 배치시킨 유체공급측과,

   상기 유체공급측으로 부터 공급되는 해당 유체들을 주어진 경로로 분기 시키고, 그들중 냉각수라인을 따라 흐르는 냉각수를 순환 시키는 한편 내화물분체와 가연성 개스를 혼합시켜 화염을 조성하여 내보내는 화염조성부와,

   상기 화염조성부에서의 혼합기류를 정량적으로 조성하기 위해 상기 분체이송관의 분기부에 마련된 내화물분체 정량공급 분배실과,

   상기 산소공급로에 가연성 개스공급로를 합류시켜 가연성개스를 산소와 혼입시켜 내보내고, 그 중심에서 내화물분체를 분사시키기 위해 상기 화염조성부로 부터 이동되는 유체를 군집시켜 내보내는 다공성 커버를 포함하는 노의 용사보수 버너장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 화염조성부는 분체이송관의 선단 분기부를 중심으로 그 둘레를 따라 다수로 배열된 분기공급로로 구성되고, 상기 각 분기공급로에 개스공급로를 합류관으로 연결시켜 구성된 것을 특징으로 하는 노의 용사보수 버너장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 분배실은 내화물분체를 각 방향으로 분기시키기 위해 분체이송관의 선부에 마련된 분기관과,

   상기 분기관의 중심을 통해 각 방향으로 흐르는 내화물분체의 이송량을 고른 분포로 내보내기 위해 분기관의 중심에 형성된 구배면을 특징으로 하는 노의 용사보수 버너장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 다공성 커버는 냉각수를 자체 두께면을 따라 유도하고 순환 시키기 위해 방사 방향으로 마련된 냉각수 순환관과,

   상기 냉각수 순환관에 의해 무리지어 분활되는 내화물분체 토출구와,

   산소와 혼합된 가연성개스를 상기 내화물분체 토출구를 에워쌓는 형태로 내보내는 또 다른 토출구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노의 용사보수 버너장치.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 내화물분체 토출구의 선단부는 원통형 슬리브를 장착하여 다공성커버에 결합한 것을 특징으로 하는 노의 용사보수 버너장치.