KR100356156B1 - A method for promoting combustibility in balst furnace - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고로조업에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고로조업시 노황이 안정적으로 유지될 뿐만아니라 미분탄의 한계취입량이 증가하여 미분탄의 다량 취입이 가능하므로써 고로의 연소효율을 향상시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a blast furnace operation, and more particularly to a method for improving the combustion efficiency of the blast furnace by not only maintaining the stable yellowing in the blast furnace operation, but also increasing the marginal injection amount of pulverized coal. will be.
최근 고로조업시 고로 내의 열원 및 환원제로 사용되는 코크스의 일부를 미분탄으로 대체하는 추세에 있다. 미분탄 취입조건은 코크스로의 가동율 저하에 따른 환경공해 저감과 고로 용선의 원가절감과 직결되므로 가급적이면 다량 취입을 목표로 고로조업기술이 발전되고 있다. 그러나, 고로 연소대에서 연소와 용융산화물과의 직접환원과 이산화탄소의 환원반응에 의하여 노내에서 소모시킬 수 있는 미분탄량의 제약으로 미분탄 취입은 어느 한계치 이하에서만 실시될수 밖에 없는 실정이다.Recently, in the blast furnace operation, a part of the coke used as a heat source and a reducing agent in the blast furnace has been replaced by pulverized coal. The pulverized coal injection condition is directly related to the reduction of the environmental pollution and the cost reduction of the blast furnace charter due to the decrease in the operation rate of the coke oven. However, the pulverized coal injection can only be carried out below a certain limit due to the limitation of the amount of fine coal that can be consumed in the furnace by the direct reduction of combustion and molten oxide and the reduction of carbon dioxide in the blast furnace.
도 1은 고로조업시 취입된 미분탄의 고로내 거동을 보이는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the blast furnace behavior of the pulverized coal blown during blast furnace operation.
도 1에 도시된 바와같이, 고로 하부의 풍구(1)를 통하여 노내로 취입된 미분탄은 미연소 미분탄의 상태로 노 상부 퇴적층(8)을 통과하여 노외로 빠져나간다. 이때, 풍구(1)로 취입된 미분탄은 풍구 전면의 공동(空洞)인 연소대(2)에서 반응식 1의 형태로 우선적으로 연소되고, 연소대에서 미쳐 연소되지 못한 미연소 미분탄은 코크스 정체층인 노심(3)과 융착대(4)사이의 적하대(5)를 지나면서 슬래그중의 용융산화철과 만나 반응식 2와 같은 환원반응에 참여하거나, 이산화탄소와 만나 반응식 3과 같은 가스화 반응에 의하여 반응소실된다. 또한, 적하대(5)에서도 반응 소실되지 못한 미연소 미분탄은 융착대(4)직상부의 1000-1200℃ 온도구간(6)에서 반응식 3과 같은 가스화반응에 의하여 추가로 반응 소실되며, 여기서도 반응 소실되지 못한 미연소 미분탄은 괴상대(7)와 상부퇴적층을 가스와 더불어 상승하면서 노외로 빠져나간다.As shown in FIG. 1, the pulverized coal blown into the furnace through the
따라서, 산소취입량 증대 설비나 열풍온도 상승을 위한 설비변동없는 일정한 상태에서 미분탄의 한계취입량은 반응식 1로 나타나는 연소대에서의 연소반응량, 반응식 2와 반응식 3으로 주어지는 적하대에서의 반응소실량, 그리고, 반응식 3에 의한 융착대 상부의 1000℃이상의 고온영역에서의 반응소실량등으로 결정된다. 즉, 풍구로 취입된 미분탄량이 반응식 1 내지 3에 의한 노내 소실량보다 많은 경우에는 미연소 미분탄의 형태로 노외로 배출되며, 그 차이가 커지면 미연소 미분탄의 노외 배출량이 급증하는 현상이 발생하고, 결국 미분탄 취입은 한계치이하에서만 가능하다. 실제로 미분탄 취입량이 증가하는 경우 도 2에서와 같이, 연소대 이론온도가 저하되고, 연소대에서의 연소율 저하로 노외로 배출되는 더스트(dust)중 탄소농도변화가 주로 미분탄에서 유래한다는 것을 현미경에 의한 더스트 형태관찰로 부터확인할 수 있다.Therefore, the limit of the amount of pulverized coal in the combustion zone represented by
한편, 미분탄의 한계 취입량을 늘려주는 방법으로 일본 공개특허 94-212218 및 94-100911에 의하면 산소부화율과 송풍온도를 높여 연소대에서 미분탄의 연소율을 향상시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 제철소내 산소 수급변동에 따라 산소의 안정적인 증량공급이 어렵고, 안정적인 산소증량 공급을 위해서는 산소 공장을 신설하여야 하는 단점이 있다. 또한 이 방법은 대부분의 고로에서 열풍로를 설비 안정상한치에 가까운 범위에서 운영을 하고 있기 때문에 송풍온도의 대폭적인 증가도 열풍로 설비의 대폭적인 교체가 선행되지 않으면 않되는 어려운 문제점을 갖고 있다.On the other hand, Japanese Patent Laid-Open Publication Nos. 94-212218 and 94-100911 as a method of increasing the limited amount of pulverized coal is disclosed to increase the oxygen enrichment rate and blowing temperature to improve the combustion rate of pulverized coal in the combustion zone. However, this method has a disadvantage in that it is difficult to stably increase oxygen supply due to fluctuations in oxygen supply and demand in steel mills, and an oxygen plant must be established in order to supply stable oxygen increase. In addition, since most of the blast furnaces operate hot blast furnaces near the upper limit of equipment stability, a significant increase in the blower temperature has to be difficult, requiring a major replacement of the hot blast furnace equipment.
다른예로서, 일본공개특허 94-240319에 의하면 다수의 미분탄을 혼합하여 사용하는 경우 각 탄종의 발열량 차에 기인하는 코크스 치환율을 계산하고, 이것을 기준하여 미분탄 취입량을 증가시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법과 같이 미분탄을 혼합하는 경우 연소효율이 단지 발열량에만 의하여 결정되는 것이 아니고 각 탄종의 휘발분 함유량, 조직의 형태, 기공율등이 오히려 연소효율에 더 큰 영향을 줌에도 이러한 영향 등을 고려하지 않아 혼합 미분탄을 사용하기 위해서는 미분탄 혼합설비의 신설이 요구되며 미분탄 파쇄설비의 운전 조건 변동등과 같은 설비상의 문제점을 갖고 있다.As another example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 94-240319 discloses a method of calculating the coke substitution rate attributable to a difference in calorific value of each coal type when using a plurality of pulverized coals, and increasing the amount of pulverized coal blown based on this. However, when the pulverized coal is mixed as in the above method, the combustion efficiency is not determined solely by the calorific value, but the volatile matter content, the form of the structure, the porosity, etc. of each type of carbon are considered in consideration of the influence on the combustion efficiency. In order to use the mixed pulverized coal, it is required to establish a pulverized coal mixing facility, and there are problems in the facilities such as the change of operating conditions of the pulverized coal crushing facility.
또 다른 예로서, 일본 공개특허 95-278624에서는 일반코크스보다 반응성이 1.5배이상되면서 입도가 작은 코크스로서 일반 코크스의 일부를 대체하여 철광석과 혼합하여 노주변부에 일정량 장입하여 노하부 분발생량을 억제하므로써 미분탄 다량취입이 가능한 방법을 제공하고 있다. 그러나, 이 방법도 역시 고반응성 코크스를 제조하기 위한 별도의 설비를 도입해야 하는등 실기 고로 적용상의 문제점이 있다.As another example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 95-278624 uses 1.5 times more reactivity than general coke and replaces a part of general coke with a small particle size, and mixes it with iron ore so that a certain amount is charged in the periphery of the furnace to suppress the generation of the lower part. There is provided a method capable of blowing a large amount of pulverized coal. However, this method also has a problem in the practical blast furnace application, such as the need to introduce a separate facility for producing high-reactive coke.
따라서, 본 발명은 설비의 신설 또는 종래와 같은 조업인자 대신 고로의 노정으로부터 배출되는 미연소 미분탄 발생량이 급상승하는 시점과 연소대 길이와의 상관성을 이용하여 미분탄의 한계취입량을 높이면서도 안정적인 조업 상태에서 고로의 연소대의 연소효율을 향상시키는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is stable operation state while increasing the critical injection amount of pulverized coal by using the correlation between the time when the unburned pulverized coal generation discharged from the blast furnace blast furnace rises and the length of the combustion table instead of the operation factor like the conventional one or the conventional operation factor. To provide a method for improving the combustion efficiency of the blast furnace combustion zone.
도1은 풍구내로 취입된 미분탄의 거동을 보이는 고로의 모식도1 is a schematic diagram of a blast furnace showing the behavior of pulverized coal blown into the tuyere.
도2는 일반적인 고로조업시 미분탄 취입량에 따라 노정으로 배출되는 탄소양과 연소대의 이론연소온도와의 관계를 보이는 그래프Figure 2 is a graph showing the relationship between the amount of carbon discharged to the top and the theoretical combustion temperature of the combustion zone according to the amount of pulverized coal blown in general blast furnace operation
도3은 본 발명에 부합되는 풍구의 단면도Figure 3 is a cross-sectional view of the tuyere in accordance with the present invention
도4는 본 발명에 의한 고로조업시 풍구 유속과 연소대심도와의 관계를 보이는 그래프Figure 4 is a graph showing the relationship between the wind speed and the depth of combustion during blast furnace operation according to the present invention
도5는 본 발명에 의한 고로조업시 풍구내의 유속과 풍압과의 관계를 보이는 그래프Figure 5 is a graph showing the relationship between the flow rate and the wind pressure in the wind tunnel during blast furnace operation according to the present invention
도6은 본 발명에 의한 고로조업시 풍압과 연소대 심도와의 관계를 보이는 그래프6 is a graph showing the relationship between the wind pressure and the combustion zone depth during blast furnace operation according to the present invention
도7은 본 발명에 의한 고로조업시 풍구 유속에 따라 노정으로 배출되는 탄소함량의 거동을 보이는 그래프Figure 7 is a graph showing the behavior of the carbon content discharged to the top of the blast furnace operation according to the present invention during blast furnace operation
도8은 본 발명에 의한 고로조업시 풍구 유속에 따라 노내에서 직접환원 소실되는 탄소함량의 거동을 보이는 그래프8 is a graph showing the behavior of carbon content directly lost in the furnace according to the wind flow velocity during blast furnace operation according to the present invention
도9는 본 발명에 의한 고로조업시 미분탄 취입량에 따라 노정으로 배출되는 탄소양과 연소대의 이론연소온도와의 관계를 보이는 그래프9 is a graph showing the relationship between the amount of carbon discharged to the top and the theoretical combustion temperature of the combustion zone according to the amount of pulverized coal blown during blast furnace operation according to the present invention
상기 목적 달성을 위한 본 발명은 풍구를 통해 산소와 공기를 송풍하면서 미분탄을 취입함을 포함한 고로의 조업방법에 있어서,In the present invention for achieving the above object in the operating method of the blast furnace, including blowing the pulverized coal while blowing oxygen and air through the tuyere,
상기 풍구의 유속을 215m/s 이상으로 유지하는 고로의 연소효율 향상방법에 관한 것이다.It relates to a method for improving the combustion efficiency of the blast furnace to maintain the flow velocity of the tuyere at 215 m / s or more.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 고로의 노외로 배출되는 미연소 미분탄의 배출량이 급증하는 시점에 나타나는 미분탄의 한계 취입량을 늘리므로써 미분탄을 다량 취입하여 고로 연소대의 연소효율이 증대되고, 노황을 안정적으로 유지함에 특징이 있다. 이를 위해 본 발명은 미분탄 한계 취입량의 기준인 노외로 배출되는 미연소 미분탄을 결정하는 연소대(2)에서의 연소율과 적하대(5)에서의 반응소실량에 영향을 미치는 가장 중요한 조업인자로서 풍구(1)선단의 유속을 선택한다. 구체적으로, 본 발명은 미분탄의 한계치를 높이는 수단으로서 풍구의 유속을 변화시키는 것이다.The present invention increases the combustion efficiency of the blast furnace combustion zone by increasing the limit of the amount of pulverized coal, which is increased when the amount of unburned pulverized coal discharged to the outside of the blast furnace increases sharply, thereby increasing the combustion efficiency of the blast furnace combustion zone, and maintaining the sulfur stability stably. have. To this end, the present invention is a windball as the most important operating factor affecting the combustion rate in the combustion zone (2) and the reaction loss in the dropping zone (5) to determine the unburned pulverized coal discharged to the outside of the furnace, which is the standard of the fine coal injection. (1) Select the flow rate of the tip. Specifically, the present invention is to change the flow velocity of the tuyere as a means of raising the threshold of pulverized coal.
또한, 본 발명의 경우 상기 풍구의 유속 변화는 풍압조정이나 송풍조절 대신 풍구경을 조절한다. 예를들면, 도3과 같이 풍구(1)의 선단 내부에 금속링(9)을 삽입하여 풍구의 직경을 축소하는 수단을 이용할 수 있으며, 직접적으로 풍구의 직경을 다양하게 변화시킬 수 있다.In addition, in the case of the present invention, the flow rate change of the tuyere is adjusted to the diameter of the wind instead of the wind pressure adjustment or blowing control. For example, as shown in FIG. 3, a means for reducing the diameter of the tuyere may be used by inserting the
풍구의 직경에 따른 풍구유속은 통상의 관계식을 이용하면 되는데, 그 관계식의 일례는 다음과 같다.The flow opening velocity according to the diameter of the opening may be a general relational expression, but an example of the relation is as follows.
이러한 수단으로 풍구 선단의 직경을 조절하여 풍구의 유속을 215m/s 이상으로 유지하면 고로의 노외로 배출되는 미연소 미분탄이 거의 일정하게 유지될 수 있다. 도 7에서 알 수 있듯이, 풍구의 유속은 215~240m/s로 하는 것이 보다 바람직하다.By controlling the diameter of the tip of the tuyere by this means, if the flow velocity of the tuyere is maintained at 215 m / s or more, the unburned pulverized coal discharged to the outside of the blast furnace can be maintained substantially constant. As can be seen from FIG. 7, the flow velocity of the tuyere is more preferably 215 ~ 240m / s.
바람직하게는 미분탄의 취입량(PCR)이 용선톤당 110Kg 미만이거나 150Kg을 초과할 때 상기 유속을 218~237m/s의 범위로 유지하는 것이다. 즉, 미분탄의 취입량(PCR)이 용선톤당 110Kg 미만이거나 150Kg을 초과할 때는 종래의 방법과 같이 조업을 하면 노정으로 배출되는 미연소 미분탄이 급증하지만, 본 발명의 조건에 따라 풍구의 유속을 조절하면 이러한 미연소 미분탄 급증 현상이 사라져 미분탄의 연소율 및 반응소실량이 증대될 수 있다. 보다 바람직하게는 유속을 225~235m/s 의 범위로 유지하는 것이다.Preferably, the flow rate is maintained in the range of 218 to 237 m / s when the amount of fine coal blown (PCR) is less than 110 Kg or more than 150 Kg per molten ton. That is, when the amount of pulverized coal blown (PCR) is less than 110Kg per molten ton or more than 150Kg, the unburned pulverized coal discharged to the top is rapidly increased when operating in the same manner as the conventional method, but the flow rate of the tuyere is controlled according to the conditions of the present invention. In this case, the unburned pulverized coal sudden increase may disappear, and the combustion rate and the amount of reaction loss of the pulverized coal may be increased. More preferably, the flow velocity is maintained in the range of 225 to 235 m / s.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.
[실시예]EXAMPLE
내용적이 3800㎥인 고로에서 중량%로, C: 4.56%, Si: 0.39%, Mn: 0.34%, P:0.02%, S: 0.025%, Ti: 0.06%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 용선을 제조시, 풍량: 6000~6200N㎥/min, 풍온: 1120℃, 산소부화율: 2.78%, 조습량: 26.57 g/N㎥ 의 조건으로 송풍하면서 탄소함유량이 약 82.2%인 미분탄을 용선 톤당 100~170kg의 범위로 취입하였다. 이때, 풍구의 유속은 고로의 풍구 선단의 평균단면적을 0.488~ 0.558㎡ 의 범위로 변화시켜 조절하였다.In a blast furnace with an internal volume of 3800 m3, it is composed of weight%, C: 4.56%, Si: 0.39%, Mn: 0.34%, P: 0.02%, S: 0.025%, Ti: 0.06%, balance Fe and other unavoidable impurities. When manufacturing molten iron, air is blown under the condition of 6000 ~ 6200Nm3 / min, wind temperature: 1120 ℃, oxygen enrichment rate: 2.78%, humidity level: 26.57g / Nm3, and 100% of tonnes of pulverized coal with a carbon content of about 82.2% Blown in the range of ~ 170kg. At this time, the flow velocity of the tuyere was adjusted by changing the average cross-sectional area of the tip of the tuyere of the blast furnace in the range of 0.488 ~ 0.558㎡.
이같은 고로조업에서 고로 연소대(raceway)의 심도(깊이)를 추정하고, 풍압 및 풍구의 유속과의 상관관계를 도4 내지 도6에 나타내었다.In this blast furnace operation, the depth (depth) of the blast furnace raceway (estimation) was estimated, and the correlation between the wind pressure and the wind speed was shown in Figs.
도4는 풍구경을 변화시켜 풍구선단의 유속을 변화시킨 경우 연소대의 심도 변화를 일반적으로 사용하는 수학식1과 같은 연소대 심도 추정식을 이용하여 나타낸 것이며, 5는 풍구 선단의 유속과 송풍압과의 관계를, 그리고 도6은 도4의 연소대 심도와 송풍압과의 관계를 나타낸 것이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a combustion zone depth estimation equation such as
여기서, RF = [ρ(go)Vg2Tt 1.033]/[273 g S2Pb d(st)ρ(st)]Where RF = [ρ (go) Vg 2 Tt 1.033] / [273 g S 2 Pb d (st) ρ (st)]
Dr : 연소대심도(m)Dr: combustion depth (m)
Dt : 풍구직경(m)Dt: Fenggu diameter (m)
RF : 연소대인자(Raceway Factor)RF: Raceway Factor
ρ(go) : 표준상태에서의 공기밀도(kg/m3)ρ (go): Air density at standard condition (kg / m 3 )
Vg : 보쉬가스량(Nm3/sec)Vg: Bosch gas volume (Nm 3 / sec)
Tt : 이론연소온도(K)Tt: theoretical combustion temperature (K)
g : 중력가속도(m/sec2)g: acceleration of gravity (m / sec 2 )
S : 풍구단면적(m2)S: Wind ball cross section (m 2 )
Pb : 송풍압력(kg/cm2)Pb: Blowing pressure (kg / cm 2 )
d(st) : 풍구전면부 코크스 입도(m)d (st): Coke particle size in front of the air vent (m)
ρ(st) : 풍구전면부 코크스의 겉보기밀도(kg/m3)ρ (st): apparent density of front coke coke (kg / m 3 )
도4 내지 도6에 도시된 바와 같이, 풍구의 유속이 증가할수록 그리고 풍압이 낮을수록 연소대의 심도가 증가되고, 또한 풍구선단의 유속이 증가할수록 송풍압이 저하하여 안정적으로 고로내의 열풍취입이 가능한 것을 알 수 있다.4 to 6, as the flow velocity of the tuyere increases and the wind pressure lowers, the depth of the combustion zone is increased, and as the flow velocity of the tuyere increases, the blowing pressure decreases to stably blow hot air into the blast furnace. It can be seen that.
한편, 풍구의 유속에 따라 고로의 노정으로부터 배출되는 더스트중의 탄소함량을 측정하고, 그 결과를 도7에 나타내었다.On the other hand, the carbon content in the dust discharged from the hearth of the blast furnace was measured according to the flow velocity of the blast furnace, and the result is shown in FIG.
또한, 고로내의 직접환원반응으로 소모되는 탄소의 양(solution loss)를 풍구의 유속별로 측정하고 그 결과를 도8에 나타내었다.In addition, the solution loss consumed by the direct reduction reaction in the blast furnace was measured for each flow velocity of the tuyere, and the results are shown in FIG.
또한, 상기 미분탄 취입량(PCR)에 따른 이론연소온도와 그 때 더스트중의 탄소함량을 도9에 나타내었다.In addition, the theoretical combustion temperature according to the powdered coal injection amount (PCR) and the carbon content in the dust are shown in FIG.
도7에 도시된 바와 같이, 노외로 배출되는 더스트중의 탄소량은 풍구의 유속이 약 215m/s 이상에서 거의 일정하게 유지됨을 알 수 있었다. 이는 본 발명에 따라 풍구의 유속을 215m/s 이상으로 조절하는 경우 고로의 노정으로 배출되는 미연소 미분탄의 양이 거의 일정하게 유지됨을 의미한다. 바람직하게는 상기 유속을 218~237m/s의 범위로 유지할 때 미분탄의 취입량을 폭넓게 가져갈 수 있음을 알 수 있다. 이러한 사실은 풍구의 유속에 따라 고로내의 직접환원에 소요되는 미분탄의 양, 즉 솔루션양을 보이는 도8에서도 반증되고 있다.As shown in FIG. 7, it can be seen that the amount of carbon in the dust discharged to the outside of the furnace is kept substantially constant at the flow velocity of the tuyere more than about 215 m / s. This means that the amount of unburned pulverized coal discharged to the top of the blast furnace is maintained substantially constant when the flow velocity of the tuyere according to the present invention is adjusted to 215 m / s or more. Preferably, it can be seen that when the flow velocity is maintained in the range of 218 to 237 m / s, the blowing amount of pulverized coal can be taken widely. This fact is disproved in FIG. 8 which shows the amount of pulverized coal, that is, the solution amount, required for the direct reduction in the blast furnace according to the flow rate of the tuyere.
또한, 풍구의 유속 변화에 따른 연소온도와 미분 발생량을 살펴보면, 도9도와 같이, 미분탄의 취입량이 용선톤당 110Kg 미만이거나 150Kg을 초과할 때 상기 유속을 218~237m/s의 범위로 유지하면 연소대의 이론연소온도가 낮은 상태에서도 매우 안정적으로 유지함을 알 수 있다.In addition, when the combustion temperature and the amount of fines generated according to the flow rate of the tuyere, as shown in Fig. 9, when the injection rate of the pulverized coal is less than 110Kg per molten iron or exceeds 150Kg to maintain the flow rate in the range of 218 ~ 237m / s It can be seen that the theoretical combustion temperature is kept very stable even at low temperatures.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고로의 노정에서 발생되는 미연소 미분탄의 배출량을 풍구의 유속을 통해 제어함으로써 실제 취입할 수 있는 미분탄의 한계치를 높이므로써 송풍저항없이 안정적인 고로 조업이 가능하면서도 연소효율이 크게 증가하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by controlling the discharge of unburned pulverized coal generated in the blast furnace, through the flow rate of the tuyere, the limit of the pulverized coal that can be actually blown is raised to enable stable blast furnace operation without blowing resistance, but also combustion efficiency. This greatly increases the effect.
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