KR100352588B1 - 용융가스화로슬래그의점도추정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융가스화로 슬래그의 점도를 예측함에 있어, 온도 및 복합염기도[(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)]를 변수로 하는 함수관계를 구하여, 온도와 복합염기도 만으로 손쉽게 슬래그의 점도를 예측하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 온도가 1450-1550℃, 복합염기도가 1.0-1.2의 조업범위를 갖는 용융가스화로의 슬래그 점도 추정방법에 있어서, 상기 조업 온도(T)를 변화시켜 가면서 그에 따라 변하는 슬래그의 점도(P1)를 측정하고 중회귀분석하여, 온도와 슬래그점도의 상관관계인 하기식 (1)의 상수 a, b를 구하는 단계; P1 = -aT + b ..... (1)

상기 복합염기도(B)를 변화시켜 가면서 그에 따라 변하는 슬래그의 점도(P2)를 측정하고 중회귀 분석하여, 복합염기도와 슬래그점도와의 상관관계인 하기식 (2)의 상수 c, d를 구하는 단계; P2 = -cB + d ..... (2)

상기 식(1) 및 식(2)를 이용하여 온도 및 복합염기도에 따른 슬래그 점도(P)를 추정하는 하기식 (3)을 얻는 단계; P = -aT -cB + e ..... (3)

조업중인 온도 및 복합염기도를 상기식 (3)에 대입하여 계산함으로서, 슬래그 점도를 추정하는 단계를 포함하여 구성되는 용융가스화로 슬래그의 점도 추정방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

용융가스화로 슬래그의 점도 추정방법

본 발명은 용융가스화로를 이용한 제선공정에서 부생되는 슬래그의 유동성을 평가하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 용융가스화로 슬래그의 점도추정식을 이용하여 슬래그 점도를 추정하는 방법에 관한 것이다.

제선공정에서의 슬래그 물성은 통상 점도로 나타내어지고 있는데, 노내 반응면에서 매우 중요하며, 특히 슬래그의 유동성은 노내의 통기성 및 통액성와 밀접한 관계를 갖고 있다. 이 때문에 용광로 슬래그에 대한 점도자료는 많이 알려져 있고, 또한 많은 연구가 행해지고 있다.

이에 반하여, 용융환원법 등에 적용되는 용융가스화로에서의 슬래그에 대한 자료는 그에 미치지 못하고 있는 실정이다. 그러나, 예비 환원로와 용융가스화로로 구성되는 제선공정인 용융환원법에서는 용융가스화로에서 출선시 슬래그의 유동성 저하로 인해 슬래그 배출지연, 숯덩이(char) 배출등 출선작업에 어려움이 수반되고 있다. 또한, 용광로 조업과는 달리 연,원료의 예비 처리과정이 생략되어 용융가스화로에서의 장입물, 즉 예비환원광석, 석탄, 미분(dust) 등의 성분 변동이 배출 슬래그 조성 및 점도에 영향을 주고 있으며, 고정층에서 발생되는 소립의 숯(char) 입자가 슬래그의 유동에 영향을 미친다.

따라서, 이러한 슬래그 유품성을 평가하기 위한 제선슬래그 점도값에 대해 일본의 나까가와(中川) 등은 다음과 같은 예측식을 도출하기도 하였다(철과 강, vol. 71, No. 13, s789).

(여기서, η :점도(poise),

그러나, 상기와 같은 점도에 관한 예측식은 당량 등의 복잡한 항목이 포함되거나, 온도와 염기도의 다항식으로 표현되어지기 때문에 현장에서 조업자들이 직접 사용하기에는 너무 이론적이고, 복잡한 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 용융가스화로 슬래그의 점도를 예측함에 있어, 온도 및 복합염기도[(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)]를 변수로 하는 함수관계를 구하여, 온도와 복합염기도 만으로 손쉽게 슬래그의 점도를 예측하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 온도와 점도와의 이론적인 관계를 나타내는 그래프

도 2는 온도에 따른 실제 용융가스화로 슬래그와의 관계를 나타내는 그래프

도 3은 도 2의 실제 용용가스화로 슬래그에서의 절대온도 역수에 대한 점도값을 나타낸 아레니우스 선도

도 4는 1450-1550℃의 온도범위에서 온도와 점도와의 관계를 나타내는 그래프

도 5는 1.0-1.2의 복합염기도 범위에서 복합염기도와 점도와의 관계를 나타내는 그래프

도 6은 본 발명에 의해 계산된 점도값과 측정된 점도값의 비교 그래프

본 발명자들은 용융가스화로의 정상조업범위인 1450-1550℃의 온도와 1.0-1.2의 복합염기도 범위에서는 슬래그의 점도가 온도와 거의 일차함수의 관계를 갖고, 또한 복합염기도와도 거의 일차함수의 관계를 갖는 다는 것을 알아내고 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 다음과 같이 구성된다.

즉, 본 발명은 온도가 1450-1550℃, 복합염기도가 1.0-1.2의 조업범위를 갖는 용융가스화로의 슬래그 점도 추정방법에 있어서, 상기 조업 온도(T)를 변화시켜 가면서 그에 따라 변하는 슬래그의 점도(P1)를 측정하고 중회귀 분석하여, 온도와 슬래그점도의 상관관계인 하기식 (1)의 상수 a, b를 구하는 단계;

P1 = -aT + b ..... (1)

상기 복합염기도(B)를 변화시켜 가면서 그에 따라 변하는 슬래그의 점도(P2)를 측정하고 중회귀 분석하여, 복합염기도와 슬래그점도와의 상관관계인 하기식 (2)의 상수 c, d를 구하는 단계;

P2 = -cB + d ..... (2)

상기 식(1) 및 식(2)를 이용하여 온도 및 복합염기도에 따른 슬래그 점도(P)를 추정하는 하기식 (3)을 얻는 단계;

P = -aT -cB + e ..... (3)

조업중인 온도 및 복합염기도를 상기식 (3)에 대입하여 계산함으로서, 슬래그 점도를 추정하는 단계를 포함하여 구성되는 용융가스화로 슬래그의 점도 추정방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 제선 슬래그의 전형적인 점도변화를 나타내는 그래프이다. 고온에서는 슬래그 구조변화에 따라 서서히 점도가 변하나 온도가 저하함에 따라 고상 석출 등의 상변태가 일어나 슬래그의 점도는 급격히 상승한다.

도 2는 실제 용융가스화로에서 배출되는 슬래그의 온도변화에 따라 얻어진 점도변화곡선이다. 온도의 영향에 대해 살펴보면, 온도가 낮아짐에 따라 점도는 급상승하는데, 그 양상은 이론식에 가까운 도 1에서 보다 급격히 점도가 변화한다. 도 3은 도 2에서의 점도값을 절대온도의 역수로 나타낸 아레니우스 선도(Arrheniusplot)로 표현한 것이다. 도면중의 Tcr은 슬래그 물성변화에 따라 점도가 급상승하는 임계온도이다.

일반적으로 제선공정에서 생성되는 슬래그의 유동성은 크게 온도와 슬래그 조성에 의존한다. 도 3에 나타난 바와 같이 용융가스화로의 용선 온도변화폭이 1450-1550℃인 경우, 용융가스화로 배출 슬래그의 유동성은 이 온도범위에서 양호하여 용융가스화로의 조업이 정상적으로 수행된다. 그러나, 온도가 1450℃이하로 되면 점도가 급상승하여 슬래그의 유동성은 매우 불량하게 되며 슬래그 점도 예측에 대한 필요성도 없어지게 된다.

따라서, 본 발명에서는 슬래그 유동성 관리 측면에서 슬래그 점도의 예측이 요구되는 조업범위인 온도 1450-1550℃, 복합염기도 1.0-1.2의 범위에서 배출 슬래그의 점도를 추정한다.

상기 범위의 슬래그점도는 도 4에 나타낸 바와같이, 온도와 일차함수 관계를 갖고, 또한 도 5에 나타낸 바와같이, 복합염기도[(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)]와 일차함수의 관계를 갖기 때문에, 다음과 같은 단계들을 거쳐 슬래그의 점도를 예측할 수 있다.

본 발명에서는 조업 온도(T)를 변화시켜 가면서 그에 따라 변하는 슬래그의 점도(P1)를 측정하고 중회귀 분석하여, 온도와 슬래그점도의 상관관계인 하기식(1)의 상수 a, b를 구하는 단계를 거친다.

P1 = -aT + b ..... (1)

일반적으로 제선공정에서 생성되는 슬래그의 유동성은 1450-1550℃의 온도범위에서 온도와 거의 일차함수관계를 갖기 때문에 이를 실측하여 회귀 분석하고, 일차함수의 계수를 구한다.

또한, 본 발명에서는 복합염기도(B)를 변화시켜 가면서 그에 따라 변하는 슬래그의 점도(P2)를 측정하고 회귀 분석하여, 복합염기도와 슬래그점도와의 상관관계인 하기식 (2)의 상수 c, d를 구하는 단계를 거친다.

P2 = -cB + d ..... (2)

슬래그의 유동성이 1.0-1.2의 복합염기도[(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)]범위에서 복합염기도와 거의 일차함수관계를 갖기 때문에 이를 실측하여 회귀 분석하고, 일차함수의 계수를 구한다.

또한, 본 발명에서는 상기 식(1) 및 식(2)를 이용하여 온도 및 복합염기도에 따른 슬래그 점도(P)를 추정하는 하기식 (3)을 얻는 단계를 거친다.

P = -aT -cB + e ..... (3)

슬래그의 점도에 대해 온도와 염기도를 독립변수로 취하여 상기와 같은 슬래그 점도 예측식을 얻는다.

또한, 본 발명에서는 조업중인 온도 및 복합염기도를 상기식 (3)에 대입하여 계산함으로서, 슬래그 점도를 추정하는 단계를 거친다.

상기와 같은 식(3)을 구한 후, 슬래그의 점도를 알고 싶은 시점의 온도와 복합염기도를 식에 대입하여 점도를 구한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

조업중인 용융가스화로를 이용하여 1450-1550℃의 온도범위 및 1.0-1.2의 복합염기도의 범위에서 다음과 같은 슬래그 점도 예측식을 구하였다.

점도(poise) = -0.018 × 온도(℃) -12.6 × 복합염기도(-) + 43.7

이 예측식은 다음의 과정으로 구해진 것이다.

조업 온도(T)를 변화시켜 가면서 그에 따라 변하는 슬래그의 점도(P1)를 측정하여 이들의 상관관계인 관계식 1를 구한 다음,

[관계식 1]

P1 = -aT + b

복합염기도(B)를 변화시켜 가면서 그에 따라 변하는 슬래그의 점도(P2)를 측정하여 이들의 상관관계인 관계식 2를 구하였다.

[관계식 2]

P2 = -cB + d ..... (2)

그 다음, 식 (1) 및 식(2)를 이용하여 얻은 온도 및 복합염기도에 따른 슬래그 점도(P)를 중회귀분석하여 상기 예측식의 상수 0.018, 12.6, 43.7를 구하였다.

하기 표 1과 같은 조업조건에 해당하는 예측점도값을 상기식으로 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표1에서 알 수 있는 바와같이, 예측된 점도값들은 용융가스화로 정상조업범위내에서 슬래그가 양호한 유동성을 갖는다는 것을 알 수 있다.

상기 표1에서 얻어진 예측점도값의 신뢰성을 알아보기 위해 실제 용융로 배출 슬래그에 대한 측정값과 비교하여 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타난 바와같이, 예측된 점도값이 실측값과 비교적 일치하고 있음을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 용융가스화로 슬래그의 점도를 추정할 수 있는 점도 예측식에 의해 간편하게 실제 용융가스화로 슬래그의 점도를 추정할 수 있기 때문에, 용융가스화로에서의 슬래그 유동성을 손쉽게 평가하여 안정적인 용융가스화로 조업을 행하는 효과가 제공된다.

Claims (2)

1. 온도가 1450-1550℃, 복합염기도가 1.0-1.2의 조업범위를 갖는 용융가스화로의 슬래그 점도 추정방법에 있어서,

   상기 조업 온도(T)를 변화시켜 가면서 그에 따라 변하는 슬래그의 점도(P1)를 측정하고 중회귀 분석하여, 온도와 슬래그점도의 상관관계인 하기식 (1)의 상수 a, b를 구하는 단계;

   P1 = -aT + b ..... (1)

   상기 복합염기도(B)를 변화시켜 가면서 그에 따라 변하는 슬래그의 점도(P2)를 측정하고 중회귀 분석하여, 복합염기도와 슬래그점도와의 상관관계인 하기식 (2)의 상수 c, d를 구하는 단계;

   P2 = -cB + d ..... (2)

   상기 식(1) 및 식(2)를 이용하여 온도 및 복합염기도에 따른 슬래그 점도(P)를 추정하는 하기식 (3)을 얻는 단계;

   P = -aT -cB + e ..... (3)

   조업중인 온도 및 복합염기도를 상기식 (3)에 대입하여 계산함으로서, 슬래그 점도를 추정하는 단계를 포함하여 구성되는 용융가스화로 슬래그의 점도 추정방법
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 상수 a가 0.018이고, c가 12.6이고, e가 43.7인 것을 특징으로 하는 용용가스화로 슬래그의 점도 추정방법

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