고로 송풍구 및 송풍구 재고

고로 송풍구 및 송풍구 스톡

용광로(BF)는 철광석 덩어리, 소결체 및/또는 펠릿, 코크스 및 주입 연료에서 뜨거운 금속(액상 철)을 추출하는 목적을 가지고 있습니다. 이 목적은 통과함으로써 달성됩니다. BF의 내부 기둥으로 내려가는 광석과 코크스 부하를 통한 고온의 농축 기류(열풍 공기) 열풍 공기와 보조 연료는 BF 주변에 위치한 송풍구를 통해 고로로 주입됩니다.

용광로의 노상 벽의 상부 구역에는 고온의 송풍 공기를 용광로에 도입하는 데 사용되는 송풍구용 구멍이 있습니다. 송풍구 구역의 용광로 재킷에는 그림 1에 표시된 것과 유사하게 구리(Cu) 냉각 요소가 설치된 강철 강화 개구부가 있습니다. 재킷의 강철 보강재를 송풍구 냉각기 홀더라고 합니다. 냉각기 홀더의 가공된 내부 표면 내에 설치되는 대형 Cu 냉각기를 송풍기 냉각기라고 합니다. 실제로 가열로에 뜨거운 공기를 유입시키는 Cu 냉각기를 송풍구라고 합니다. 이것은 송풍구 냉각기의 가공된 내부 좌석 표면 내에 설치됩니다. 송풍관은 송풍구 스톡 공기 분배 배관의 일부로, 소풍 파이프에서 뜨거운 송풍 공기를 전달하고 송풍구와 짝을 이루어 뜨거운 송풍 공기를 노로 보냅니다. 풍구 흉벽은 일반적으로 탄소 벽돌로 만들어지며 냉각은 일반적으로 쉘 외부에 재킷 냉각 채널이 있는 외부입니다. 일부 용광로는 풍구 가슴을 위한 냉각 설계로 송풍구 냉각기 사이의 송풍구 가슴에 내부 막대가 있습니다. 그림 1은 또한 스틸 쉘의 개구부에 맞는 풍구 냉각기 홀더, 홀더에 맞는 풍구 냉각기 및 냉각기 내부에 맞는 풍구 냉각기의 배열을 보여줍니다. 송풍구와 쿨러가 서로 접촉하는 표면은 기계로 가공되어 기밀성을 제공합니다.

그림 1 고로 송풍구 및 송풍관 어셈블리

송풍구 구역에서 열풍은 송풍구를 통해 코크스로 침투하여 레이스웨이라고 하는 물리적 연소 구역을 생성합니다. Tuyere raceway는 위쪽으로 구부러진 배를 연상시키는 모양으로 BF 하단의 풍구 노즈(배관 끝단)와 Deadman 사이의 일종의 공동입니다. 뜨거운 공기는 송풍관을 통해 BF로 불어옵니다. 가스 흐름은 공동을 형성합니다. 캐비티의 길이는 궤도 깊이입니다. 레이스웨이 깊이는 BF 데드맨의 크기와 모양을 결정합니다. 따라서 가스 흐름과 열 교환에 영향을 줍니다. 궤도에서 코크스의 탄소(C)와 주입된 연료는 여러 단계에서 산소(O2)와 반응하여 CO, H2, N2 및 소량의 SiO, H2S, COS, Ar 등으로 구성된 보쉬 가스를 생성합니다. 물리적 열 열풍 및 C의 산화는 고로 공정의 주요 열원입니다.

BF 공정을 위해 송풍된 열풍 공기는 송풍기에서 제공됩니다. 대기의 공기를 뜨거운 스토브에 불어넣고 이 과정에서 약 200℃까지 온도가 올라갑니다. 이 찬 공기가 뜨거운 스토브를 통과하면 찬 공기가 가열되어 온도가 약 1,200℃까지 상승합니다. 열풍 송풍 시스템은 병렬 또는 조합으로 작동하는 3~4개의 뜨거운 스토브로 구성됩니다. 스토브는 맨틀 높이에서 고로를 둘러싸는 큰 직경의 원형 파이프인 버슬 파이프에 뜨거운 분사 공기를 공급합니다. 소각 파이프는 내부의 고온 공기로부터 외부 강철 쉘을 단열하고 보호하기 위해 내화물로 내부가 늘어서 있습니다. 소각 파이프는 뜨거운 스토브의 뜨거운 공기를 송풍구 BF라고 하는 여러 노즐을 통해 고로 바닥으로 분배하는 목적을 가지고 있습니다. 이 세트의 주요 장비는 직관, 송풍관, 송풍구 냉각기 및 송풍구 자체입니다. 송풍구와 송풍구 스톡은 모두 고로 열풍 시스템의 필수 구성 요소입니다.

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송풍구 스톡은 소풍 파이프를 송풍구에 연결합니다. 송풍구의 목적은 고로에 열풍을 공급하는 것입니다. Tuyere 스톡은 일반적으로 보일러 품질/합금 강판으로 제조되며 일반적으로 캐스터블과 같은 내화 재료로 라이닝됩니다. 각 송풍구 스톡은 구즈넥, 팽창 벨로우즈, 연결 파이프, 엘보우, 엿보기 구멍, 블로우 파이프, 고정 장치 및 인장 장치의 어셈블리입니다. 송풍구 스톡은 열풍 전달 시스템과 고로 사이의 상대적인 움직임에 적응합니다. 송풍구 스톡의 모든 구성 요소는 일반적으로 플랜지로 연결됩니다. 열풍 시스템을 송풍구에 연결하는 송풍관은 일반적으로 송풍구 바닥의 가공된 구형 시트에 맞습니다.

송풍구 스톡의 주요 구성 요소는 이전 부품의 다음 부품의 결과적인 긴밀한 배열을 통해 연마된 테이퍼 표면과 단단히 연결됩니다. 따라서 폐쇄형 테이퍼형 표면은 조인트의 누출 방지 무결성을 제공합니다. 작동 가열 사이클의 교란뿐만 아니라 송풍구 스톡의 조인트 중 하나의 누출로 인해 구성 요소가 연소되고 고장이 발생합니다.

각 송풍구 스톡은 일반적으로 현대 용광로에서 트윈 벨로우즈 배열을 가지며 각 벨로우즈 장치는 약 +/- 3도까지 연결됩니다. 송풍관의 구형 노즈는 송풍관과 송풍구 사이의 상대적인 움직임을 허용합니다. 블로우파이프는 일반적으로 다양한 유형의 연료 분사에 사용하기에 적합합니다.

송풍구 스톡은 일반적으로 긴 서비스 수명을 위해 설계됩니다. 그들은 열풍 전달 시스템과 용광로 사이의 상대적인 움직임에 적응합니다. 수명이 길고 취급이 용이하도록 설계되었습니다.

Tuyere 스톡은 일반적으로 내화 라이닝의 수명을 개선하고 압력 손실을 최소화하기 위해 조인트와 굽힘을 최소화하도록 설계되었습니다. 퀵 릴리스 테이퍼 쐐기로 연결된 수평 조인트 시스템을 사용하면 블로우파이프와 엘보우를 빠르고 쉽게 제거할 수 있습니다. 송풍구 스톡은 또한 (i) 카르단 조인트가 있는 냉각 링 덕트 및 송풍구의 잠재적인 이동에 대한 조정 및 (ii) 열풍 공기의 변화하는 매개변수에 따른 조정과 같은 기능을 갖도록 설계되었습니다.

풍구 스톡의 특수 기능은 일반적으로 (i) 구형 내화 조인트, (ii) 구형 베어링이 있는 벨로우즈 유닛, (iii) 연료 분사 랜스 연결, (iv) 엿보기가 있는 엘보우, (v) 타이바로 묶인 벨로우즈 유닛을 포함합니다. 구형 베어링, (vi) 쐐기로 빠르게 변경하기 위한 팔꿈치의 수평 플랜지, (vii) 움직임을 +/- 3도로 제한하기 위한 물리적 정지, (viii) 최대 움직임을 가능하게 하는 구형 내화 조인트가 있는 다운 레그

일부 고로에서는 송풍관의 노즈가 수냉식이지만 대부분의 용광로는 그렇지 않습니다. 연료 분사 랜스는 송풍관의 벽을 통해 들어가고 일반적으로 중심선에서 약간 벗어나 송풍관 앞부분에서 약 50mm 뒤쪽으로 연료를 배출합니다. 일부 용광로는 송풍관에 두 개의 구멍이 있는 이중 분사 시스템을 갖추고 있어 다중 송풍기 연료를 용이하게 합니다. 미분탄을 풍구 연료로 사용하는 경우 분사 랜스 배치는 풍구 내부의 충돌을 방지하고 석탄의 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. 송풍관은 관 모양이며 표면이 너무 뜨거워지는 것을 방지하기 위해 내화물로 라이닝되어 있습니다.

송풍관은 고로 열풍 시스템의 필수 구성 요소입니다. 소풍 파이프 다운 레그와 송풍구 사이에 위치한 송풍관은 일반적으로 엘보우와 원뿔 섹션으로 구성된 2피스 구성요소이며 일반적으로 2개 구성요소 내화 시스템으로 라이닝된 외부 강철 쉘로 구성됩니다. 이상적으로, 송풍관은 각각 1150℃ 및 3.5kg/sq cm를 초과하는 온도 및 압력에서 장기간 동안 O2 농축 폭발의 통과를 견디도록 설계됩니다. 블로우파이프 고장은 종종 치명적이기 때문에 작동 환경과 위치는 또한 블로우파이프 고장의 비극을 심화시킵니다. 통제되지 않은 갑작스러운 송풍관 고장의 결과에는 안전 위험 증가, 자산 손상 및 생산 손실이 포함됩니다.

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 캡 또는 개찰구라고 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 가열된 폭발을 분배하는 크고 원형의 내화 라이닝 ​​및 절연 파이프입니다. Bustle pipe, tuyere stocks 및 Blowpipe의 일반적인 배치는 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 소풍관, 송풍구 및 송풍관의 일반적인 배치

송풍구 및 송풍구 냉각기

송풍구는 소각 파이프의 뜨거운 공기가 고로로 들어갈 수 있도록 하는 작은 파이프입니다. 고로에 열풍을 분사하는 특수한 모양의 노즐입니다. 그들은 구리로 만들어졌으며 노 온도에 직접 노출되기 때문에 일반적으로 수냉식입니다. 그들은 용광로 주변에 있습니다. 고로에 사용되는 송풍구에는 4가지 유형이 있습니다. 그들은 (i) 단일 챔버 송풍구, (ii) 이중 챔버 풍구, (iii) 다중 챔버 풍구 및 (iv) 나선형 챔버 풍구입니다. 이중 챔버 풍구는 가장 널리 사용되는 풍구입니다.

송풍구, 송풍구 냉각기 및 블로우 파이프는 가장 높은 온도 조건의 경우 작동합니다. 송풍구 냉각기는 퍼니스 라이닝의 가슴에 배치됩니다. 노즐은 고로 본체 내부에 이미 250mm에서 350mm 깊이의 풍구와 결합됩니다.

최초의 송풍구는 1740년 Nevyanskiy 공장의 용광로에서 사용되었습니다. 용광로에서 송풍구를 사용하는 것은 20세기 초에 널리 받아들여졌습니다. 그 이후로 송풍구 디자인은 약간 변경되었지만 제조 기술은 지속적으로 향상되었습니다.

송풍구는 구리로 만들어졌습니다. 이전에 선행 기술 유형의 송풍구는 최대 8mm의 벽 두께를 갖는 압착된 구리 시트로 만들어졌습니다. 요즘 고로 풍구는 일반적으로 최고의 재료 균질성을 제공하고 미세 기공의 부재를 제공하는 높은 제조 가능성을 통해 풍구의 최대 작동 수명을 보장하는 원심 주조 구리로 만들어집니다. 그러나 이 방법은 진공 주조 방식으로 제작하는 송풍구보다 약간 비쌉니다. 후자는 풍구 생산에도 가끔 적용되며 변환 비용이 더 적지만 재료의 약간의 불균일성이 발생할 가능성이 있습니다. 어쨌든, 송풍구 생산의 주조 방법은 중공 구리 송풍구 냉각기 주조와 관련된 더 낮은 생산 비용에도 불구하고 낮은 작동 용량으로 인해 풍구의 용접 구조의 적용을 거의 대체했습니다. 송풍구 냉각기는 주조를 통해 제조되며 구리(덜 자주 청동)로 만들어집니다. 그것은 퍼니스 라이닝의 가슴에 장착되고 난로 재킷에 추가 용접으로 플랜지를 통해 고정됩니다.

송풍구 냉각기와 송풍구는 수냉식입니다. 약 1200℃의 열풍 온도를 사용하는 현대식 고로에서 송풍구 본체 물 통로는 물의 속도를 20m/sec 이상으로 유지하도록 설계되었습니다. 그리고 풍구 코 물 통로는 열 전달 속도를 향상시키기 위해 물의 속도를 28m/sec 이상으로 유지하도록 설계되었습니다. 그림 3은 송풍구 및 송풍구 냉각기를 보여줍니다.

Fig3 송풍구 냉각기

고로 송풍구는 15 – 25 cum/hr의 속도로 송풍구 내면에 직접 공급되는 물에 의해 냉각됩니다. 배출되는 냉각수의 가열 온도는 송풍구 및 송풍구 냉각기의 전면에 공급되는 냉각수의 압력은 5kg/sq cm ~ 10kg/sq cm를 초과해서는 안 됩니다. 구리 사용(최소 순도 99.5% 이상) ) 매우 뜨거운 조건에서 작동하는 송풍구의 원뿔 몸체에서 열을 효과적으로 제거할 수 있는 구성 재료입니다.

주로 구리로 만들어지고 수냉식 채널이 있는 송풍구는 가열된 공기를 고로의 연소 궤도로 불어넣는 장치입니다. 가혹하고 격렬한 작동에 노출 환경에서 송풍구 지역은 연소 가스, 액체 산화물(슬래그), 액체 철, 코크스, 미분탄, 숯 및 자주 2,200℃를 초과하는 온도를 포함하는 역동적이고 복잡합니다. 핵심 구성 요소로 인식되지만 고로용 불멸의 풍구 열악한 송풍구 신뢰성은 최근의 현상이 아닙니다.

지배적인 제철 루트임에도 불구하고, 그리고 몇 세기에 걸친 개발 후에도 고로는 여전히 송풍구 고장을 일으키기 쉽습니다. 송풍구 고장은 일반적으로 용광로 불안정성, 비용 및 연료 속도 증가, 생산성 손실, 안전 및 환경 노출 증가와 같이 모든 작업자가 피하려고 하는 상황을 초래합니다.

고로 송풍구의 내구성은 고로 공정의 경제성에 영향을 미칩니다. 부적절한 내구성은 한편으로는 풍구 재료 자체의 비용을 증가시키고 다른 한편으로는 빈번한 수리 및 정지로 이어져 고로 생산량을 감소시킵니다.

중요한 구성 요소로 인식되는 송풍구 신뢰성은 고로 작업의 핵심 성능 지표(KPI)로 자주 추적됩니다. 송풍구 성능을 검토한 결과 고장률이 높았고 송풍구 교체를 위한 계획되지 않은 가동 중단이 일상적인 일이 되었음을 알 수 있습니다.

송풍구가 고장나면 송풍구를 식히는 고압수가 고로에 들어가게 된다. 이 물의 유입은 용광로 작동을 뒤엎는 일련의 사건을 촉발합니다. 여기에는 용해로 불안정성, 연료 및 재료 비용 증가, 생산성 손실, 안전 및 환경 위험 증가가 포함됩니다. 극단적으로 말하면 송풍구 고장은 불길한 안전 영향과 함께 용광로의 파괴를 초래할 수 있습니다.

처음에는 수냉식의 도래 이전에 풍구 '다림질'과 관련된 많은 풍구 고장이 발생했습니다. 1828년 열풍의 발명으로 송풍구 디자인은 결국 수냉식을 포함하도록 발전했습니다. 19세기 말까지 수냉식 송풍구의 이점이 산업 내에서 받아들여지고 고장의 영향이 인정되었습니다. 풍구 고장의 보고된 영향은 (i) 낮은 등급의 철(높은 유황 및 낮은 규소), (ii) 냉각된 난로, (iii) 폭발, (iv) 스토브의 '야생 가스'(높은 수소 함량 가능성), ( v) 안전 위험 증가(폭풍 중에 송풍구 교체), (vi) 비용 증가, (vii) 생산 손실. 1918년까지 J.E. Johnson Jr.는 용광로 원리에 관한 자신의 텍스트에서 '...용광로 작동에 대한 물의 파멸적인 영향...'에 대해 운영자에게 조언하면서 누출에 대한 연료 측면에서 열 손실을 정량화했습니다(0.12 난로 열 손실 2%에 해당하는 누유/시간 누출). 거의 100년이 지난 후에도 송풍구의 신뢰성은 여전히 ​​관심의 주제이며 여전히 현대적인 문제입니다.

송풍구 신뢰성을 개선하려는 시도는 고로 운영자와 송풍구 제조업체에 계속해서 도전 과제였습니다. 고로는 주로 미분탄 주입을 통해 낮은 코크스 비율로 더 높은 생산성을 실행하기 위해 개발됨에 따라 풍구 고장의 원인을 조사하는 활동은 부담, 작동 관행, 풍구 설계 및 제조 결함에 초점을 맞추었습니다.

종종 송풍구 고장의 원인은 자명합니다. 부식, 마모 및 뜨거운 금속 화상은 모두 육안 검사로 쉽게 식별할 수 있습니다. 그러나 분석을 완료하려면 더 자세한 정보가 필요합니다. 고장난 송풍구의 단면을 절단하면 주조 및 제조상의 결함이 분명해집니다.

안정적인 조업과 높은 생산성을 유지하는 것이 필수적이기 때문에 풍구 고장을 예방하는 것은 제철업체의 가장 중요한 과제 중 하나입니다. 일본에서 수명이 긴 송풍구가 개발되었습니다. 이 풍구의 특징은 (i) 풍구의 구조가 편심하여 압력 강하가 낮고(에너지 절약) 유속이 높으며(높은 냉각 능력) (ii) 풍구를 보호하기 위해 일부 세라믹 재료로 풍구를 코팅한 것입니다. (iii) 송풍구는 쉽게 수리할 수 있도록 설계되어 유지보수 비용이 절감됩니다.

고로 송풍구의 손상은 본질적으로 열 과부하, 기계적 작용, 송풍구 구조 및 제조 결함으로 인해 발생합니다. 과거에 풍구에 대한 열하중 및 기계적 공격에 대해 많은 연구가 수행되었으며 고로 풍구 파괴 과정에 대해 다양한 개념이 개발되었습니다. 예를 들어, 풍구 아래의 철 침전물을 통해 뜨거운 금속과 직접 접촉하여 풍구 재료가 파괴될 수 있다는 가능성이 표시되었습니다.

송풍구의 기계적 마모는 송풍구 앞쪽으로 이동하는 고형물에 기인합니다. 풍구 노즐 상부의 마모가 하부의 마모보다 크다는 사실이 이를 확인시켜준다.

이러한 영향 외에도 송풍구 파손의 원인으로는 고로 조업으로 인한 건축, 자재 및 제조상의 결함이 있다. 열전달이 잘 되지 않는 냉각수 회로는 건설 결함으로 간주됩니다. 주조 결함 및 설계 편차는 비파괴 검사로 식별할 수 있는 제조 결함입니다. 이미 고급 송풍구 구조로 구현된 것처럼 개선된 냉각수 회로를 통해 이러한 송풍구에서 훨씬 향상된 풍구 내구성을 사용할 수 있습니다.

풍구 마모를 줄이기 위해 다양한 보호 층이 시도되었습니다. 금속 산화물, 특히 산화지르코늄, 산화베릴륨 및 산화알루미늄이 자주 사용되어 왔다. 니켈 또는 니켈 합금은 중간층으로 적합하다고 합니다. 확산 과정은 또한 저항하는 보호 층으로 이어집니다. 작용 방식과 수명 연장을 위한 보호막의 성공과 관련하여 어느 정도 모순되는 진술이 있습니다.

송풍구의 기계적 마모는 송풍구 앞쪽으로 이동하는 고형물에 기인합니다. 풍구 노즐 상부의 마모가 하부의 마모보다 크다는 사실이 이러한 가정을 확인시켜준다. 송풍구 앞의 움직임에 대한 최근 연구에서도 이러한 송풍구의 마모 가능성이 지적되고 있습니다.

이러한 영향 외에도 송풍구 파손의 원인으로는 고로 조업으로 인한 건축, 자재 및 제조상의 결함이 있다. 열전달이 잘 되지 않는 냉각수 회로는 건설 결함으로 간주됩니다. 주조 결함 및 설계 편차는 비파괴 검사로 식별할 수 있는 제조 결함입니다. 이미 고급 송풍구 구조로 구현된 것처럼 냉각수 회로가 개선되어 훨씬 향상된 풍구 내구성을 얻을 수 있습니다.

제조 결함과 관련된 풍구의 고장 분석을 용이하게 하기 위해 전기 전도도 테스트가 종종 수행됩니다. 공통 파손 지점에 초점을 맞춰 주조물의 전도도가 웰드 라인 전체에서 측정됩니다. Wiedemann-Frantz 법칙에 따르면 전기 전도도는 열전도율에 비례합니다. 16%만큼 낮은 전기 전도도가 때때로 관찰됩니다. 파손이 가장 흔한 외주 용접부에서 용접부의 열전도율은 일반적으로 순동 열전도율의 약 1/3에 불과합니다. 이것은 주물이 충분히 냉각되지 않고 단순히 녹아 결국 파손되는 약점을 형성합니다. 이 매개변수가 송풍구 성능에 중요한 역할을 하기 때문에 전기 전도도 사양을 높이고 송풍구 제조업체에서 보다 엄격한 테스트가 필요합니다.