KR100362648B1 - 고로의미분탄연소성평가방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고로에 보조연료원으로 사용하는 미분탄을 취입하는 고로조업의 연소성을 평가하는 방법에 관한 것이며, 그 목적은 고로내부의 높이방향을 따라 미연촤(unburnt char)를 채취하므로써, 고로내의 각 높이별로 미분탄의 연소성을 정확히 평가하는 방법을 제공하고자 하는데 있다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명은 미분탄을 취입하는 고로조업의 연소성을 평가하는 방법에 있어서, 상기 고로에 취입되는 미분탄의 성분분석에 의해 미리 미분탄중의 회분량(Apc)을 구하는 단계; 고로의 높이 방향에 따라 일정 간격으로 미연촤(unburnt char) 시료를 채취하는 단계; 채취된 시료에서 비중차를 이용하여 미연촤(unburnt char)를 분리한 다음, 열시차분석을 통해 미연촤(unburnt char)중 회분량(Ad)을 구하는 단계; 및 상기에서 구한 미분탄중의 회분량(Apc), 미연촤(unburnt char)중 회분량(Ad)을 수학식1에 대입하여 고로내의 연소율을 구하는 단계; 를 포함하여 구성되는 고로의 미분탄 연소성 평가방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.
Description
본 발명은 용선을 생산하는 고로공정에서 보조연료원으로 사용하는 미분탄의 연소성 평가방법에 관한 것이다.
미분탄이 연소하는데 있어서 충분한 연소조건을 충족하지 못할 경우, 미분탄중 휘발성 물질이 빠져 나가고 주로 탄소와 재(ash)성분인 규소, 칼슘 등만이 남아 있는 미연촤(unburnt char)가 생성된다. 통상 고로조업에 있어 미분탄을 다량 취입할 경우 고로내에서 미분탄이 원활하게 연소되지 못하면 미연촤(unburnt char)가 고로내에 축적되어 통기 및 통액성의 장애나 장입물 강하가 용이하지 못하여 생산성이 떨어지고 연료비가 증가되는 경우가 종종 있다. 뿐만아니라 미연촤(unburnt char)가 노외로 빠져 나올 경우에는 환경문제를 유발하기도 한다. 따라서, 미분탄의 연소성 관리는 고로조업에서 매우 중요한 조업관리요소중 하나이다. 특히, 고로내의 연소율을 추정하는 것은 고로 미분탄 취입조업뿐만아니라 전체 노황관리에 매우 유용한 정보가 된다.
고로조업에서 미분탄의 연소율을 추정하는 방법은 여러 가지가 있는데, 기존에는 보통 휴풍 중 연소대의 미연소탄을 채취하여 연소성을 평가하는 방법 등을 주로 이용하였으나, 실제 가동중 고로에서 미분탄의 연소성 평가가 불가능하다.
이에 따라 실제 고로조업시 미분탄의 연소성을 평가하는 방법이 다수 제안되어왔다. 그 대표적인 방법으로 일본 특개평5-17808호에는 고로 풍구부 관찰구에 방사온도계를 설치하여 연소대 단면의 온도분포를 측정하여 고온부의 면적비율로 상대적인 미분탄의 연소성을 평가하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이러한 방법은 미분탄이 연소하는 전체의 온도분포를 측정하여 연소성을 평가하는 것이 아니라 연소대 뒷부분 표면온도만을 측정하여 정확한 연소성 평가를 할 수 없다.
또한, 대한민국 공개특허 제97-43077호에서는 고로 연소대 주위의 미분탄을 채취하고, 채취된 미분탄을 분급하여 탄소함량을 분석한 다음, 분석된 탄소함량에따른 실험식을 통해 연소대의 연소율 추정하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 미분탄 취입 고로에서 연소대의 연소성을 정량적으로 평가하는 유용한 방법이지만 역시 고로내 전체 연소성을 평가할 수는 없는 단점이 있다. 즉, 고로 풍구를 통해 취입되는 미분탄은 연소대에서 약 70%가 연소되고, 나머지 30% 정도는 고로내 가스와 함께 고로 상부로 상승하면서 탄소용손(carbon solution-loss)반응에 의해 소비되기 때문에 고로내의 정확한 연소성을 평가하기 위해서는 고로 연소대는 물론 고로의 내부에서의 연소성 평가가 이루어져야만 한다.
이에 본 발명은 고로에 보조연료원으로 사용하는 미분탄을 취입하는 고로조업의 연소성을 평가하는 종래의 방식과는 달리, 고로내부의 높이방향을 따라 미연촤(unburnt char)를 채취하므로써, 고로내의 각 높이별로 미분탄의 연소성을 정확히 평가하는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 부합되는 샘플링장치의 개략 구성도
도 2는 도1의 장치를 적용한 고로의 내부 구조도
도 3은 본 발명에 의해 구한 미분탄 연소율을 고로 장입선 높이에 따라 보이는 그래프
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 ........ 고로 12 ....... 안내파이프
14 ........ 개폐수단 20 ....... 샘플링장치
21 ........ 안내관 22 ....... 포집수단
23 ........ 여과수단 24 ....... 밸브
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 미분탄을 취입하는 고로조업의 연소성을 평가하는 방법에 있어서,
상기 고로에 취입되는 미분탄의 성분분석에 의해 미리 미분탄중의 회분량(Apc)을 구하는 단계;
고로의 높이 방향에 따라 일정 간격으로 미연촤(unburnt char)시료를 채취하는 단계;
채취된 시료에서 비중차를 이용하여 미연촤(unburnt char)를 분리한 다음, 열시차분석을 통해 미연촤(unburnt char)중 회분량(Ad)을 구하는 단계; 및
상기에서 구한 미분탄중의 회분량(Apc), 미연촤(unburnt char)중 회분량(Ad)을 수학식1에 대입하여 고로내의 연소율을 구하는 단계; 를 포함하여 구성되는 고로의 미분탄 연소성 평가방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
보통 고로에 취입하는 미분탄은 코크스 원료로 사용하는 석탄에 비해 휘발분을 많이 함유하고 있다. 이 때문에 상온 상태에서 갑자기 고온의 고로 연소대로 취입되면 순간적으로 승온과 휘발분의 방출이 일어나면서 취입미분탄의 70% 정도는 연소대에서 연소되나 나머지는 미연촤(unburnt char) 형태로 연소가스와 함께 고로상부로 상승한다. 따라서, 본 발명은 고로의 연소대에서 채취된 미분탄을 기준으로 한 연소성 평가방법과는 달리, 고로의 높이방향에 따른 시료 채취를 통해 고로 내부 전체에 대한 연소성을 평가함에 특징이 있다.
우선, 본 발명에 의한 미연촤(unburnt char) 시료 채취는 고로의 높이방향에 따라 고로내부에서 시료를 샘플링해야 한다. 이러한 채취는 도1과 같은 샘플링장치를 이용하면 가능하다. 도1은 본 발명에 부합되는 고로내부의 샘플링장치로서, 크게 안내관(21)과 포집수단(22), 및 여과수단(23)을 포함하여 구성된다. 상기 안내관(21)은 그 일측의 선단부에는 다수개의 구멍(21a)가 형성되어 있고, 타측은 포집수단(22)에 연결되어 있고, 구부릴 수 있도록 유연성을 갖는 파이프 등으로 제작된다.
상기 포집수단(22)는 사이클론 형태로 구성되며, 질소가스가 유입될 수 있도록 일측에는 밸브(24)가 부착되어 있다.
상기 여과수단(23)은 그 내부에 필터가 내장되어 포집수단(22)에 충만된 가스를 배출하고 미분 등을 여과한다.
도2는 고로(10)에 샘플링장치(20)가 설치된 상태를 보이고 있다. 통상의 고로는 도2와 같이, 노정맨홀부(11)의 하방으로 안내파이프(12)가 연결되어 있으며, 그 상부에는 개폐수단(14)이 형성되어 있다. 또 상기 개폐수단(14)와 맨홀 사이에는 고로 가스를 차단할 수 있는 개폐밸브(13)이 설치되어 있다.
본 발명은 상기 개폐수단(14)의 내측에 탄력성이 있는 실리콘마개(15)를 마련하고, 이 실리콘 마개(15)의 중앙에 안내관(21)과 같은 직경의 관통홀을 마련한다. 상기 실리콘 마개(15)는 시료 채취시 노내가스가 누출되지 않도록 하는 역할을 한다.
본 발명에 의한 미연촤(unburnt char) 시료 채취는, 우선 샘플링장치(20)의 안내관(21)을 안내파이프(12)의 내측으로 삽입하여 안내관(21)의 선단이 장입슈트(16)를 통해 장입된 장입물층(17)에 닿도록 한다. 이때, 상기 샘플링장치(20)의 안내관(21)은 실리콘마개(15)의 관통홀을 통해 안내관(21)의 자체 하중에 의해 용이하게 고로 내부로 삽입될 수 있다. 보다 용이한 삽입을 위해서는 실리콘마개의 관통홀 내측에 진공그리스를 채워 두는 것이 바람직하다.
상기 샘플링장치(20)를 이용한 본 발명의 시료채취는 상기 안내파이프(12)에보호되어 장입물에 묻혀 강하된 안내관(21)의 선단에 마련된 구멍(21a)를 통해 고로 가스와 함께 올라오는 미연촤(unburnt char)를 채취하게 된다. 즉, 맨홀하부의 안내파이프(12)에 안내관(21)이 삽입된 상태에서 시료를 채취하기 전에는 밸브(24)를 열어 안내관(21)의 다른 선단을 통해 고로내 가스의 압력보다 높은 압력으로 질소가스를 주입하다가 시료채취시점에 질소가스를 막아 고로가스와 함께 시료를 안내관(21)의 구멍(21a)를 통해 올라오게 한다. 고로가스가 미연촤(unburnt char)와 함께 안내관(21)에 들어오면 시료 포집수단(22)에 시료가 쌓이고, 가스는 여과수단을 통해 밖으로 배출된다. 본 발명에서 시료는 안내관(21)의 삽입길이와 고로내 장입물의 강하속도를 고려하여 고로 높이방향을 따라 일정 간격으로 채취함이 바람직하다.
이같이 채취된 시료는 고로내의 분진으로 철광석 가루와 코크스 및 미분탄 미연촤(unburnt char)가 혼재되어 있다. 미연촤(unburnt char)는 코크스에 비해 많은 기공을 갖는 둥근 형태의 조직을 나타내 밀도가 코크스에 비해 적어 가볍다. 따라서, 채취한 시료중 미연촤(unburnt char)는 철광석이나 코크스 가루에 비해 가벼워 비중차에 의해 분리해 낼 수 있다.
본 발명에서는 클로로포름과 메틸렌요오드를 혼합한 용액과 같은 비중액을 써서 비중차에 의해 미연촤(unburnt char)를 분리해 낸다.
그 다음, 분리된 미연촤(unburnt char)는 수학식1에 의해 고로 내부의 연소율(ηpc)을 구할 수 있다.
[수학식 1]
ηpc= (Ad- Apc)/(100 - Apc) x Adx 100
여기서, Ad: 미연촤(unburnt char)중 회분량(%)
Apc:미분탄중 회분량(%)
이때 미분탄중 회분량(Apc)는 고로에 취입전 미분탄의 공업분석을 통해 구하면 된다.
또한, 미연촤(unburnt char)중 회분량(Apc)은 채취한 시료의 무게(Wa)를 달고 난 후, 열시차분석을 통해 완전히 연소시키고 남은 회분량의 무게(Wb)를 달아 수학식2와 같이 구할 수 있다.
[수학식 2]
Ad= Wb/ Wax 100
이와같은 일련의 과정을 고로 높이방향에 따라 각 부위별로 채취된 시료에 적용하여 고로내 각 위치별 연소율이 얻어진다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
[실시예]
실 고로조업에서 도1과 같은 샘플링장치를 이용하여 높이방향에 따라 시료를 채취하고, 채취된 시료의 미연촤(unburnt char)를 클로로포름 용액 20%와 메틸렌요오드 용액 80%(비중 1.76)에 의해 분리해 낸 다음, 열시차분석을 통해미연촤(unburnt char) 중 회분량을 구하고, 고로 장입선 높이에 따른 미분탄의 연소율을 측정하였다.
도3은 본 발명에 의해 고로 높이방향의 일정한 간격으로 시료를 채취하여 미분탄의 연소율을 측정한 결과이다.
도3에 도시된 바와 같이, 고로 연소대에서 완전히 연소되지 못했던 미연촤(unburnt char)가 고로 상부로 올라오면서 연소율이 증가된 것을 알 수 있다. 이는 미연촤(unburnt char)중 탄소가 다음과 같은 탄소용손반응에 의해 소비됨으로써 미분탄의 연소율이 증가되는 것을 보이고 있음을 의미한다.
C + CO2= 2CO
이러한 반응은 흡열반응으로 고로내의 온도와 이산화탄소 가스 조성에 따라 영향을 받는다. 결국 이 반응이 잘 일어나기 위해서는 고로내의 가스류 분포나 온도분포의 제어가 필요한데, 본 발명에서는 구해지는 고로내 각 부위별 정확한 미분탄의 연소율은 이러한 정보활용에 매우 유용한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고로의 각 부위별 정확한 미분탄 연소율을 제공하므로써 고로내의 온도와 가스류 분류에 매우 유용한 정보로서 활용될 수 있는 효과가 있다.
Claims (2)
- 미분탄을 취입하는 고로조업의 연소성을 평가하는 방법에 있어서,상기 고로에 취입되는 미분탄의 성분분석에 의해 미리 미분탄중의 회분량(Apc)을 구하는 단계;고로의 높이 방향에 따라 일정 간격으로 미연촤(unburnt char)시료를 채취하는 단계;채취된 시료에서 비중차를 이용하여 미연촤(unburnt char)를 분리한 다음, 열시차분석을 통해 미연촤(unburnt char) 중 회분량(Ad)을 구하는 단계; 및상기에서 구한 미분탄중의 회분량(Apc), 미연촤(unburnt char) 중 회분량(Ad)을 수학식1에 대입하여 고로내의 연소율(ηpc)을 구하는 단계;[수학식 1]ηpc= {(Ad- Apc)/(100 - Apc) x Adx 100를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고로의 미분탄 연소성 평가방법.
- 제1항에 있어서, 상기 미연촤(unburnt char)시료채취는 일측 선단에 다수의 구멍(21a)이 마련된 안내관(21), 상기 안내관(21)과 연결된 싸이클론 포집수단(22), 및 상기 포집수단(22)과 연결되고 필터가 내장된 여과수단(23)을 포함한 샘플링장치(20)를 이용하는 고로의 미분탄 연소성 평가방법.
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