열풍 및 열풍 스토브의 생성

열풍 및 열풍 스토브의 생성           

열풍 난로는 고로에 열풍을 지속적으로 공급하는 설비입니다. 고로 송풍구에 고로 공기가 전달되기 전에 주로 고로 상부 가스(BF 가스)의 연소에 의해 가열되는 재생 열풍 스토브를 통과하여 예열됩니다. 이러한 방식으로 탑 가스의 에너지 중 일부는 현열의 형태로 고로로 반환됩니다. 열로 인해 고로로 되돌아가는 이 추가 열 에너지는 고로 코크스의 요구량을 상당히 감소시키고 고가의 야금 코크스의 대체물로서 미분탄과 같은 보조 연료의 주입을 용이하게 합니다. 이것은 프로세스의 효율성을 향상시킵니다. 낮은 연료 요구량으로 인한 추가적인 이점은 고온 금속 생산 속도의 증가입니다. 이들 모두는 열간 금속 비용을 줄이는 측면에서 상당한 효과가 있습니다.

열풍 난로의 역사

용광로의 사용은 기원전 5세기로 거슬러 올라갑니다. 중국에서. 그러나 1828년이 되어서야 고로의 효율성은 이전에 Glasgow 가스 공장의 감독이었던 James Beaumont Nielson이 창안한 혁신인 공정과 함께 뜨거운 스토브를 사용하여 예열함으로써 혁명을 일으켰습니다. 그는 용광로의 폭발을 예열하는 시스템을 발명했습니다. 그는 온도를 300 deg F(149 deg C)로 높임으로써 연료 소비를 8.06톤에서 5.16톤으로 줄일 수 있다는 것을 발견했습니다. 1860년에 고로와 함께 뜨거운 스토브를 함께 사용하는 방식은 Edward Alfred Cowper에 의해 이전 설계에서처럼 고체 연료를 받는 대신 고로의 상단 가스를 재활용함으로써 더욱 변형되었습니다.

용광로와 함께 사용되는 뜨거운 스토브의 초기 설계는 원래 오늘날 사용되는 현재 레이아웃과 같이 옆이 아닌 용광로 상단에 배치되었습니다. 그들은 찬 공기 폭발을 예열하기 위해 주철 파이프를 통해 뜨거운 스토브로 전달된 고로의 폐열을 사용했습니다. 주철 파이프를 사용할 때의 주요 문제 중 하나는 파이프 전체에 균열이 발생한다는 것입니다. 이것은 파이프를 제거하고 대신 내화물을 사용하여 해결되었습니다. 이것은 또한 용광로 옆에 직렬로 배치된 2~4개의 고온 스토브를 사용하도록 용광로가 있는 고온 스토브의 레이아웃 설계를 더욱 발전시켰습니다. 이것은 다른 하나가 고로로 공기 분사를 예열하기 위해 열을 배출하는 동안 용광로 상단 가스에 의해 하나의 고로 스토브를 가열하는 것을 허용했습니다. 공기 폭발이 스토브에 들어갈 때 뜨거운 벽돌로 예열되어 뜨거운 폭발로 스토브를 나갔습니다. Cambria Iron Works는 1854년에 미국에서 재생 스토브를 사용한 최초의 회사였습니다. 이 스토브는 내화물로 라이닝된 철 쉘로 구성되었으며 전체에 걸쳐 폭발을 위한 여러 내화 통로를 포함했습니다. 이 디자인의 일반적인 스토브는 약 186-232제곱미터의 가열 표면을 가지고 있습니다. 1870년에 Whitwell Stoves는 가열 표면이 약 8546제곱미터인 더 큰 스토브를 설계하고 생산했으며, 이는 454-566℃의 열풍을 용광로에 전달할 수 있습니다. 이들은 또한 육각형 내화 체커, 주철 체커 지지대 및 반타원 연소실을 사용하여 체커 전체에 가스 분배를 향상시킨 최초의 스토브였습니다.

현대 열풍 난로의 특징

고로 상부 가스의 발열량은 1000℃에서 1200℃의 더 높은 열풍 온도에 필요한 높은 화염 온도를 달성하기에 충분히 높지 않습니다. 따라서 스토브용 고로 가스는 일반적으로 추가로 농축됩니다. 높은 화염 온도를 얻기 위한 코크스 오븐 가스와 같은 훨씬 더 높은 발열량의 연료. 그러나 현대의 많은 용광로에는 고로 가스만 사용하도록 설계된 버너가 있는 고온 용광로가 있습니다.

현대식 용광로의 열풍로는 다음과 같은 특징이 있습니다.

• 고로가스의 고효율 연소 실현 – 고로가스만으로 운전 시에도 고효율 연소 실현
• 스토브 본체에서 방출되는 열 방출량이 적습니다.
• 낮은 건설 비용
• 높은 스토브 수명 - 현대식 스토브의 예상 수명은 약 40년입니다.
• 응력 부식 균열의 완전한 제거
• 체커 벽돌의 상부 표면 위에 낮은 미연소 CO 농도

대부분의 용광로는 3개의 고온 용광로가 장착되어 있지만 일부 경우에는 4개가 있습니다. 스토브는 단열재가 늘어서 있는 키가 큰 원통형 강철 구조이며 열이 저장되고 폭발 공기로 전달되는 체커 벽돌로 거의 완전히 채워져 있습니다. 각 스토브의 지름은 고로만큼 크며 체커 기둥의 높이는 고로 작업 높이의 약 1.5 배입니다. 현대의 용광로에서 용광로 크기에 대한 스토브 크기의 관계는 훨씬 더 큽니다. 예를 들어, 전형적인 신형 고로 1기는 노상 지름 9.75m, 작업 높이 25.9m이며, 각 스토브 내경 10.36m, 체커 높이 40m인 스토브 3개가 장착되어 있습니다.

도 1은 종래의 2패스 열풍로의 전형적인 단면도를 나타낸다. 그림에서 볼 수 있듯이 타원형 연소실은 스토브 전체 단면적의 약 10%를 차지합니다. 스토브 바닥에서 스토브 돔 상단의 약 4m 이내까지 확장됩니다. 튼튼한 벽돌 벽은 연소실과 스토브의 균형을 분리합니다. 스토브는 강철 기둥으로 지지되는 강철 격자 위에 놓인 체커 벽돌로 채워져 있습니다.

그림 1 기존 열풍 난로의 일반적인 단면도

스틸 쉘 내부에 단열 라이닝이 있습니다. 이것은 일반적으로 연소실 근처에서 매우 두껍습니다. 연소실은 50%에서 60%의 알루미나를 함유한 초내화 벽돌로 라이닝된 벽돌정 벽으로 완전히 둘러싸여 있습니다. 1200 ° C를 초과하는 매우 높은 열풍 온도의 경우 전체 연소실과 돔이 이러한 유형의 벽돌로 늘어서 있습니다. 또한 상단 8m에서 10m의 체커는 일반적으로 슈퍼 듀티 브릭입니다.

그러나 스토브를 위한 새로운 용광로의 경우. 실리카 내화물은 작동 중 상부 구조의 팽창 움직임을 제거하여 안정성을 향상시키기 위해 선택되는 재료입니다. 실리카 내화물은 먼지 축적에 저항하기 때문에 알루미나 내화물에 비해 추가적인 이점이 있습니다. 이러한 이유로 알루미나 기반 스토브에서 일반적으로 7개의 실리카 체커가 체커 샤프트 상단에 설치됩니다.

돔 라이닝을 세울 때 아치 벽돌이 사용되며 벽돌과 돔 사이에 공간이 제공되어 벽돌이 지지되는 링 벽을 확장할 수 있습니다. 일부 스토브에서는 돔 벽돌을 독립적으로 지지할 수 있도록 링 벽 상단의 철골에 오프셋이 있습니다.

전통적인 반구형 돔은 모양이 단순하지만 돔의 상부가 먼저 무너지는 경향이 있는 자연스러운 불안정성을 가지고 있습니다. 따라서 일부 용광로는 거꾸로 된 현수선 모양의 돔이 있습니다. 이 돔은 정적으로 균형 잡힌 모양을 가지며 최소한의 특수 모양 벽돌로 지을 수 있습니다. 버섯 돔 내화물도 팽창 및 수축하기 때문에 힌지 지지 구조는 구조에 힘을 가하지 않고 이러한 움직임을 허용합니다.

요즘에는 더 나은 가스 청소 시설을 사용할 수 있어 연통이 먼지로 막힐 위험 없이 더 작은 연통 구멍이 있는 체커를 사용할 수 있습니다. 연도가 작을수록 가열 표면 대 체커 중량의 비율이 크고 사용 가능한 공간에 더 많은 체커 중량이 설치되기 때문에 열 전달 속도가 더 좋습니다. 그러나 연통 구멍이 작을수록 연통이 완벽하게 일치하도록 체커를 적절하게 배치하는 것이 매우 중요해졌습니다. 잘못 정렬된 굴뚝은 스토브를 통한 압력 강하를 크게 증가시키고 모든 열 저장 용량의 효과적인 사용을 방해합니다.

고로 스토브의 버너는 연소실 바닥 근처에 있습니다. 대부분의 열풍 스토브에서 버너는 연소실 외부에 있습니다. 버너와 스토브 사이에는 버너 차단 밸브가 있어 스토브가 작동 중일 때는 버너를 차단하기 위해 닫히지만 스토브가 점화될 때는 열립니다. 가스와 연소 공기는 금속 버너에서 부분적으로 혼합되지만 버너를 통과하는 속도가 빠르기 때문에 실제 점화는 스토브 내부까지 발생하지 않을 수 있습니다. 가스와 공기의 혼합물은 버너 포트 바로 맞은편에 있는 목표 벽에 충돌한 다음 90도 회전합니다.

가스가 연소실 위로 올라가는 동안 연소는 계속됩니다. 스토브가 추운 상태에서 가열될 때 일반적으로 점화기를 사용하여 연소를 시작하지만 정상 작동 중에는 목표 벽의 잔류 열로 점화를 일으키기에 충분합니다.

여러 현대식 열풍 스토브에서 세라믹 버너가 사용됩니다. 이 버너는 혼합실과 함께 연소실 내부에 설치되며 기존의 금속 버너와 같이 수평 방향이 아닌 수직 방향으로 위쪽으로 연소됩니다. 이러한 유형의 버너를 사용하면 가스 메인과 연소 공기 덕트 모두에 차단 밸브가 필요합니다. 이 밸브는 폭발 압력을 견딜 수 있습니다. 세라믹 버너는 특별한 디자인 기능으로 인해 특정 이점이 있습니다.

열풍 공기가 스토브에서 나가는 포트는 일반적으로 버너 위 4m~7m의 연소실 측면에 있습니다. 스토브와 열풍 본관 사이에는 가열 과정에서 본관의 고압 공기가 스토브로 유입되는 것을 방지하는 수냉식 열풍 밸브가 있습니다. 열풍 밸브는 일반적으로 연소 가스에서 받는 복사의 양을 줄이기 위해 스토브에서 가까운 거리에 있습니다. 여러 고로 공장에서 열풍의 온도를 제어하는 ​​데 사용되는 찬 혼합 공기는 밸브의 스토브 측면에 있는 스토브에서 나오는 뜨거운 공기와 혼합됩니다. 이것은 스토브 돔에서 얻은 최고 온도에서 밸브가 공기에 노출되는 것을 방지하기 위한 것입니다. 일부 용광로는 가장 가까운 스토브와 용광로 자체 사이의 열풍 메인에 위치한 중앙 단일 냉풍 혼합기 입구가 있습니다.

중앙 시스템은 더 높은 온도 시스템에서 열풍 메인의 열 순환이 적다는 장점이 있습니다. 대부분의 열풍 밸브는 게이트형 또는 버섯형이며 직경이 1.2m에서 2.0m입니다.

스토브를 재가열하려면 최소한 돔 영역, 체커 내화물 및 폐가스 배출 영역에 장비를 설치해야 합니다. 열전대 또는 복사형 온도 감지기가 일반적으로 삽입되는 열풍로의 돔에 개구부가 있습니다. 이 기구는 소성 과정에서 가스와 공기의 양을 조절하는 것입니다. 돔, 체커 및 폐가스 구역의 온도 모니터링 장비도 과열 상태로부터 내화물을 보호하는 데 사용됩니다.

체커를 지지하는 그리드 아래의 플레넘 챔버에는 굴뚝과 냉풍 본관으로 통하는 구멍이 있습니다. 일반적으로 1.5m에서 2.0m 크기의 굴뚝 밸브가 두 개 있는데, 이 밸브는 스토브가 가열될 때 열리고 연소 생성물이 스토브 스택으로 배출됩니다. 스토브가 작동 중일 때(폭풍 공기 가열) 굴뚝 밸브가 닫힙니다. 밸브의 시트는 스토브가 작동 중일 때 스토브의 압력이 시트를 함께 고정하여 누출을 방지하도록 배열됩니다. 스토브가 돌풍을 끄고 난방을 켜야 할 때 압력을 완화하기 위해 열리는 블로우 오프 밸브가 있습니다. 스토브를 빠르게 감압해야 하기 때문에 공기는 매우 빠른 속도로 빠져나갑니다. 따라서 블로우 오프 밸브에는 소음 수준을 허용 한계 내로 유지하기 위한 소음기가 장착되어 있습니다.

콜드 블라스트 밸브는 콜드 블라스트 메인의 압력에 의해 닫힌 상태로 유지되는 유형입니다. 이 밸브를 열기 전에 밸브 디스크의 작은 포트를 열어 스토브에 압력을 가하고 밸브 양쪽의 압력을 균일하게 합니다.

여러 현대식 용광로에서 스토브에는 스토브 쉘 외부에 완전히 연소실이 장착되어 있습니다. 이 스토브에는 스토브 상단 근처에 외부 금속 버너가 있습니다.

이 디자인의 장점은 전체 스토브 쉘을 체커로 채울 수 있다는 것입니다. 또한 스토브의 열 패턴은 훨씬 더 대칭적이며 벽돌을 왜곡하고 파열시키는 경향이 있는 응력이 훨씬 적습니다. 그러나 연소실과 스토브 사이의 접합부의 철골에서 파열을 일으키는 응력 유발 문제가 많이 있었습니다. 결과적으로 이 위치에서는 철골을 자주 수리해야 합니다.

항공 네트워크

열풍 난로와 고로 송풍기 사이에는 냉풍 본관이 있습니다. 냉풍의 온도는 일반적으로 송풍기의 압축열로 인한 온도인 150~250℃이기 때문에 안감이 없습니다. 메인의 스토브 끝에는 스토브용 냉풍 밸브와 버터플라이 밸브가 장착된 믹서 라인이 있습니다. 용광로에 일정한 열풍 온도를 유지하기 위해 열풍 메인의 열전대가 믹서 라인에서 이 버터플라이 밸브를 제어하고 스토브로 전달되는 공기의 양과 스토브를 우회하는 양의 비율을 조정합니다.

가열된 스토브가 처음 폭발할 때 가열된 공기의 온도는 원하는 열풍 온도보다 훨씬 높기 때문에 공기의 상당 부분이 스토브를 우회해야 합니다. 스토브에서 열이 제거되고 온도가 낮아짐에 따라 믹서 라인 버터플라이 밸브가 점차 닫히고 스토브를 통해 더 많은 공기를 밀어냅니다. 일부 자동 스토브 교환 시스템에서는 조절 밸브의 위치가 스토브 교환을 시작하는 신호로 사용됩니다.

냉풍 주관에는 일반적으로 고로 근처에 위치한 스노어트 밸브가 장착되어 있으며, 이는 급풍압을 빠르게 감소시켜야 할 때 열립니다. 이것은 냉풍 공기를 대기로 배출하고 냉풍 라인에 양압을 유지하여 노의 가스가 송풍기로 다시 이동할 수 없도록 합니다. Snort 밸브가 열리면 공기가 빠르게 배출되기 때문에 일반적으로 소음기가 장착되어 있습니다.

많은 고로에는 고로 공기를 발생시키기 위해 3단 또는 4단으로 제공되는 원심 터보 블로어가 장착되어 있습니다. 초대형 고로의 경우 일반적으로 병렬로 작동하는 두 개의 송풍기가 제공됩니다. 그러나 매우 큰 고로에서는 축방향 송풍기를 더 효율적으로 사용할 수 있습니다.

블라스트에 산소가 풍부한 공장에서 산소는 일반적으로 대기압에서 터보 블로어의 입구에 추가되거나 냉각 블라스트 메인에서 압력 하에 추가될 수 있습니다. 블라스트 수분 제어가 필요할 때 콜드 블라스트 메인에 수분이 추가됩니다.

열풍 시스템을 송풍구에 연결하는 송풍관은 송풍구 바닥의 가공된 구형 시트에 맞습니다. 송풍구 냉각기와 송풍구는 수냉식입니다. 1000 ~ 1200 ℃의 열풍 온도를 갖는 현대식 고로에서 풍구 본체 수로는 수속을 20m/sec 이상으로 유지하도록 설계되었으며 풍구 노즈 수로는 수속을 27.5m 이상으로 유지하도록 설계되었습니다. /초 열 전달 속도를 개선합니다. 일반적으로 송풍관의 코는 수냉식이지만 구형 용광로는 수행되지 않았습니다. 보조 연료 분사 랜스는 송풍관의 벽을 통해 들어가고 일반적으로 중심선에서 약간 벗어나 송풍관 앞부분에서 약 50mm 뒤쪽으로 연료를 배출합니다. 미분탄을 풍구 연료로 사용하는 경우 분사 랜스 배치는 풍구 내부 충돌을 방지하고 미분탄의 더 나은 연소를 위해 더 중요합니다.

송풍관은 송풍구 스톡을 난로 재킷에 연결하는 굴레 막대의 장력으로 송풍구에 단단히 고정됩니다. 브라이들 로드 끝에 있는 브라이들 스프링은 열풍 온도의 변화에 ​​따라 블로우파이프가 팽창 및 수축함에 따라 제한된 움직임을 허용합니다. 송풍관 자체는 금속이 너무 뜨거워지는 것을 방지하기 위해 내화물로 라이닝된 합금강 튜브입니다.

송풍관과 송풍구의 중심선에 있는 송풍구 스톡 뒤쪽에는 송풍관에서 재료를 청소하기 위해 막대를 삽입할 수 있는 작은 구멍이 있습니다. 개구부는 필요할 때 열 수 있지만 닫을 때 기밀하는 캡으로 닫힙니다. 송풍구 캡이라고 하는 이 캡에는 작업자가 풍구 바로 앞에서 용광로 내부를 검사할 수 있도록 유리로 덮인 엿보기가 있습니다. 스톡의 상단 부분은 걸이 바 좌석에 맞는 러그와 키로 고정되어 있는 구즈넥의 내화 라이닝 ​​노즐에 회전 조인트로 연결되어 있습니다. 각 구즈넥은 차례로 플랜지와 볼트로 소각 파이프의 내경에서 방사형으로 연장되는 목에 연결됩니다. 소각 파이프는 맨틀 위의 용광로를 둘러싸고 열풍 본관에서 각 송풍구 연결로 열풍을 분배하는 크고 원형의 내화 라이닝 ​​및 절연 파이프입니다.

스토브 작동

요즘에는 잘 준비된 분동을 사용하고 분담금 분배를 잘 제어하여 고로의 작동이 훨씬 더 균일합니다. 따라서 고로는 일반적으로 스토브가 유지할 수 있는 최대 열풍 온도 또는 조기 용해 및 빈약한 부하 이동을 일으키지 않고 특정 부하 재료가 수용할 수 있는 최대 열풍 온도에 매우 가깝게 작동됩니다. 열풍 온도가 높을수록 소비되는 열의 더 많은 비율이 열풍의 현열에 의해 제공되고 고로에서 더 적은 연료가 필요하기 때문에 고로 작동이 더 효율적입니다. 열풍 시스템의 작동에서 스토브의 세라믹 체커 작업은 고로 가스의 연소로 가열되며 때로는 코크스로 가스가 보충 된 다음 송풍기에서 나오는 공기가 스토브를 통과하여 뜨거운 열에 의해 가열됩니다. 검사기 작업. 가열 사이클에서 스토브는 스택 밸브의 배출 가스 온도가 설정된 최대 온도인 약 400°C ~ 450°C에 도달할 때까지 연소되는 동시에 스토브 돔이 과열되지 않도록 주의합니다. 가열 주기 동안 스토브 돔의 온도는 최대값을 초과하지 않도록 제어되며, 이는 주로 돔의 라이닝에 사용되는 내화 재료 유형에 따라 결정됩니다. 스택 온도가 최대값에 도달하기 전에 돔 온도가 이 최대값에 도달하면 화염 온도를 유지하고 스택 가스 온도가 한계에 도달할 때까지 소성이 계속되는 동안 돔이 과열되는 것을 방지하기 위해 버너를 통해 과잉 공기가 추가됩니다. 그러나 굴뚝 가스 온도가 최대에 도달할 때까지 돔 온도가 최대 허용 온도에 도달할 만큼 빠르게 증가하지 않으면 일반적으로 더 빠른 가열 속도를 얻기 위해 고로 가스에 더 높은 발열량의 연료를 농축합니다.

스토브가 가열된 후에는 불을 켤 준비가 됩니다. 이것은 먼저 버너에 대한 가스와 공기 공급을 차단한 다음 버너 차단 밸브와 굴뚝 밸브를 닫아서 수행됩니다. 그런 다음 냉풍 밸브는 스토브로 들어가는 공기가 스토브 압력을 과도하게 낮추지 않으면서 스토브 압력과 동일한 압력이 되도록 하는 방식으로 열립니다. 일부 현대식 용광로 설비에서 송풍기 제어장치는 스토브 교체 중 일정한 볼륨 제어에서 일정한 압력 제어로 전환됩니다. 이러한 시스템에서는 송풍기의 속도가 빨라져 폭발 압력의 감지 가능한 감소 없이 스토브를 빠르게 채우고 가압할 수 있습니다.

스토브가 채워진 후 믹서 밸브(스토브 주위를 우회하여 스토브의 매우 뜨거운 공기와 혼합되어 원하는 열풍 온도를 생성하는 냉기의 양을 제어함)는 대략 정확한 개방으로 설정됩니다. 그런 다음 열풍 밸브를 열어 스토브를 켜고, 스토브를 켜면 열풍 온도 컨트롤러가 자동으로 믹서 밸브 개방을 조정하여 원하는 열풍 온도를 유지합니다.

열풍 난로는 사용 후 냉풍 밸브를 먼저 닫은 다음 열풍 밸브를 닫아 폭발을 제거합니다. 그런 다음 블로우 오프 밸브를 열어 스토브를 감압하고 감압 후 굴뚝 밸브를 열고 블로우 오프 밸브를 닫습니다. 다음으로 버너 차단 밸브가 열리고 버너로의 공기 공급이 켜집니다. 마지막으로 가스 차단 밸브를 열어 원하는 가스 유량을 얻습니다.

현대식 용광로 설비에서 스토브 밸브는 전동식이며 밸브 교체는 자동화되어 스토브 교체에 약 3분이 소요됩니다. 교체 시간이 짧을수록 가열 시간이 길어져 더 높은 열풍 온도를 사용할 수 있고 더 높은 효율을 얻을 수 있습니다. 자동 스토브 교환 주기는 교환이 필요할 때 스토브 텐더가 버튼을 누르거나 완전 자동 전자 신호에 의해 시작될 수 있습니다. 이 신호는 혼합기 밸브가 열리는 정도(예:혼합기 밸브가 85% 닫힌 경우), 돔 온도 또는 엄격하게 시간 주기를 기반으로 할 수 있습니다.

일반적으로 고로에는 3개의 열풍로가 장착되어 있으며 각 난로는 약 1시간 동안 불을 켠 상태를 유지합니다. 따라서 스토브가 켜져 있는 동안 스토브에서 추출된 열의 양은 단순히 블라스트 켜기 시간의 두 배에서 스토브 교체 시간의 두 배를 뺀 가열 기간에 스토브에 다시 넣어야 합니다. 일부 용광로에는 4개의 스토브가 있습니다. 추가 스토브를 사용하면 가열 주기가 온 블라스트 주기의 3배에서 스토브 교체 시간의 2배를 뺀 것이기 때문에 발사 속도가 그다지 높지 않아도 됩니다. 추가 난로의 또 다른 장점은 난로 장비에 문제가 있는 경우 난로의 작동에 큰 영향을 주지 않고 난로를 한 번에 하나씩 수리할 수 있다는 것입니다. 그림 2는 3개의 열풍 스토브가 있는 일반적인 레이아웃을 보여줍니다.

그림 2 3개의 열풍 스토브가 있는 일반적인 레이아웃