KR100376513B1 - 용융로의 로열관리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환원철로부터 용선을 제조하는 용융환원제철법에 관한 것으로, 그 목적은 풍구로부터 산소와 수분을 용융로에 함께 취입하여 로열변동에 즉각적인 대응할 수 있는 로열관리방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 용융로의 노정에서 석탄과 환원철을 장입하고, 풍구로 산소를 취입하여 환원철을 용선으로 제조하는 용융로 조업방법에 있어서,

용선관리온도를 사전에 설정하는 단계;

상기 풍구로 상기 산소와 일정량의 수분을 취입하여 조업하면서 출선되는 용선의 온도를 측정하는 단계;

측정된 용선온도가 상기 용선관리온도를 만족하도록 수분취입량을 조절하는 로열조정단계; 를 포함하여 이루어지는 용융로의 로열관리방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

용융로의 로열관리방법{method for controlling heat level in melter gasifier}

본 발명은 환원철로부터 용선을 제조하는 용융환원제철법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소와 수분을 취입하여 로열을 조절하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 철광석을 환원하여 용철을 생산하는 방법은 고로제선법과 용융환원제철법이 있다.

고로제선법은 열원 및 환원제로서 다량의 코크스를 사용하고, 철광석은 통기성과 환원성을 향상시키기 위해 소결광의 형태로 사용하고 있다. 따라서, 현재의 고로제선법은 코크스로 설비 및 소결광 제조설비를 필요로 하기 때문에 막대한 설비비와 함께 에너지가 다소비되는 공정이다.

이와는 달리, 용융환원제철법은 전처리공정을 생략한 철광석과 일반탄을 직접 사용할 수 있는 신제철법으로, 설비투자비가 적다는 이점 때문에 급속히 발전되고 있다. 이러한 용융환원제철법은 철광석을 예비환원로(도 1에 도시 안됨)에서 예비환원하고, 이 환원철을 석탄과 함께 도 1과 같은 용융로(1)에 장입하여 용선을 제조한다.

용융로(1) 조업은, 석탄장입구(2)와 환원철장입구(3)을 통해 석탄과 환원철을 장입하여 충진층(4)을 형성한 다음, 풍구(5)를 통해 산소를 취입하여 충진층의 하부에 건류된 석탄을 연소하여 이때 발생되는 고온의 가스에 의해 환원철을 가열하고 용융시켜 슬래그와 용선(2)으로 만들어 출선구(7)를 통해 출선하는 조업방식으로 이루어진다.

이러한 용융로의 주 열원은 풍구(5)로부터 취입되는 산소와 노정에서 투입되는 석탄의 반응연소열이며, 이중 상당한 열원이 충진층내에 헌열로 존재하여 노내의 온도가 일정하게 유지된다. 이러한 과정에서 환원철 혹은 석탄의 성분이나 장입량의 변동 등에 의해 로열이 변동하게 된다. 로열이 높아지면 슬래그중의 불순물이용선에 혼입되어 후속되는 제강공정의 조업을 불안하게 하며, 로열의 낮아지면 슬래그가 고화되어 용융로내에 축적되기 때문에 용융로조업에 치명적인 사태가 발생한다. 또한, 충진층내의 통액성 및 통기성의 급변으로 정상적인 용융로 조업이 어렵게 된다. 따라서, 이러한 로열변동이 발생하지 않도록 로황관리를 할 필요가 있다.

지금까지의 용융로 조업법에서 로황관리는, 출선되는 용선의 온도를 측정하여 용선의 온도가 관리범위(보통 1510±10℃)를 벗어나면 석탄의 장입량을 가감하여 로열변동에 대처하여 왔다. 보통 로열이 낮아지면 문제가 매우 심각하므로 가능한 로열온도를 높게 관리하면서 석탄장입량을 줄이면서 대처해 왔다.

그러나, 석탄은 용융로 상부로부터 장입되어 풍구까지 강하하여 연소되기 때문에 로열변동에 대한 조치 이후 상당한 시간이 경과되어야 그 효과가 나타나는 문제가 있다. 따라서, 조치의 가감폭이 커지게 되고 그로 인해 과다한 연료의 사용, 로황 불안정기간의 장기화를 초래하게 된다.

본 발명자들은 로열변동에 즉각적으로 대응할 수 있는 로황관리방법을 개발하기 위하여 끊임없이 연구를 계속한 결과, 로열을 즉각적으로 조정할 수 있는 조치방법을 개발하여 본 발명을 완성하게 이르렀다.

본 발명은 수분의 흡열반응을 이용하여 연소대온도를 조절함으로써 로열변동에 즉각적인 대응할 수 있는 로열관리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 산소를 사용하는 제선공정개요도.

도 2는 본 발명에 따른 로열관리방법의 일례를 보이는 조업도

도 3은 수분취입량과 연소온도의 관계를 나타내는 그래프

도 4는 수분취입량에 따른 용융로 배출가스의 조성변화를 보이는 그래프

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1......용융로 2......환원철 장입구

3......석탄장입구 4......충진층

5......풍구 7......출선구

8......용선+슬래그

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로열관리방법은, 용융로의 노정에서 석탄과 환원철을 장입하고 풍구로 산소를 취입하여 환원철을 용선으로 제조하는 용융로 조업방법에 있어서,

용선관리온도를 사전에 설정하는 단계;

상기 풍구로 산소와 일정량의 수분을 취입하여 조업하면서 출선되는 용선의 온도를 측정하는 단계;

측정된 용선온도가 상기 용선관리온도를 만족하도록 취입되는 수분량을 조절하는 로열조정단계; 를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 로열변동에 즉각적인 대응할 수 있는 방법을 모색하던중 수분은 용융로에서 분해되면서 흡열반응 한다는 현상에 주목하여 본 발명을 완성하게 이르렀다.

용융로에 수분이 취입되면, 수분은 아래의 반응식 1과 같이 흡열반응을 하며, 산소와 석탄의 연소에 의해 발생되는 연소온도를 흡입량 만큼 냉각시켜 주게 된다. 따라서, 수분을 산소와 함께 풍구로 취입하면서 수분의 취입량을 조절하면 연소대의 연소온도를 조절할 수 있어 로열을 관리할 수 있다.

H₂O + C = H₂+ CO + 28.389Kcal/mol

본 발명은 수분의 흡열반응을 이용하는데, 실제 적용방법을 도 2를 참고로 설명한다.

먼저, 용선관리온도를 사전에 임의로 설정하는데, 통상 용선관리온도는 대략 1510±10℃ 정도로 하고 있다.

본 발명에 따라 실제 풍구로 산소와 일정량의 수분을 취입하여 조업한다. 산소는 순도가 99.9%이상의 순산소를 많이 이용하나 본 발명은 산소의 순도에 특별히 한정되지는 않는다. 본 발명에서 초기에 일정량의 수분을 취입하는데, 그 양은 최대로 떨어질 수 있는 노내의 온도를 고려하여 정하는 것이 권장된다. 즉, 용선의 온도가 용선관리온도 이하로 떨어지게 되면 산소에 수분취입량을 줄여가면서 로열을 조정하여야 하기 때문이다. 본 발명의 일실시예에 의하면, 처음에 일정량의 수분 취입량은 200g/Nm³까지 할 수 있으며(적정 연소온도 확보측면), 바람직하게는 10-50g/Nm³의 양으로 하는 것이다. 이는 실제 로열변동이 크지 않을 때를 고려하여 설정된 것이다.

상기와 같이 산소와 일정량의 수분을 취입하여 조업하면서 출선되는 용선의 온도를 측정한 다음, 측정된 용선온도와 상기 설정된 용선관리온도와 비교한다(로열조정량 계산).

그런 다음, 측정된 용선온도가 용선관리온도를 만족하면 상기 일정량의 수분취입량을 그대로 유지하면서 계속 조업한다. 그리고, 측정된 용선온도가 용선관리온도 보다 낮으면, 용선관리온도를 만족할 때 까지 일정량의 수분 취입량을 줄여가면서 조업하고, 측정된 용선온도가 용선관리온도 보다 높으면 상기 일정량의 수분취입량을 높이면서 조업한다.

이때, 각 조업조건에서 측정된 용선온도와 용선관리온도의 차이에 따른 수분취입량의 가감량을 실제 조업에서 구해내고, 이를 활용하면 용이하게 수분조정량을 조정할 수 있다.

수분의 유량은 2-3g/Nm³-O₂정도로 가감할 수 있어 로열의 미세조정이 가능하다. 이와 같이 수분의 취입량을 미세하게 조절하면 풍구연소온도를 직접 조정하기 때문에 효과의 응답시간이 빠르게 나타나 로열관리가 용이해진다. 또한, 본 발명에서는 수분과 탄소의 반응에 의해 연소대 주변의 미연소 탄소분말을 제거할 수 있기 때문에 용융로내 충진층의 통기성을 개선해주는 효과도 있다.

한편, 본 발명에서는 측정된 용선온도와 용선관리온도의 차이가 ±30℃ 이상의 경우에는 수분취입량으로 로열을 관리하는 것 보다는 종래의 방법에 따라 석탄장입량을 조절하여 로열을 조정하는 것이 바람직하다. 이는 로열을 조절하기 위한 수분취입량이 너무 커져서 로황이 불안정해질 수도 있기 때문이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

순산소에 수분을 혼합하여 송풍할 경우 산소취입량에 따른 풍구에서의 연소온도변화를 측정하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타난 바와 같이, 수분취입량에 따른 연소온도의 변화는 아래의 식과 같은 관계가 있었다.

[관계식 2]

풍구연소온도(℃)=-2.67×수분혼합량(g/Nm³-O₂)+3967

식 2와 같이 수분 10g/Nm³-O₂을 취입하면 연소온도는 26.7℃ 저하하게 되며, 이는 석탄량으로 환산하면 용선 톤당 17Kg의 석탄을 적게 장입하는 효과를 나타낸다. 이와 같이 수분과 산소를 함께 취입하면 용융로의 미세한 로열관리가 가능하리라는 것을 판단할 수 있었다.

[실시예 2]

먼저, 용선관리온도를 1510±10℃로 설정하고, 수분을 10-50g/Nm³의 양으로 산소와 함께 취입하여 조업하였다. 출선되는 용선의 온도를 측정하면서 용선온도 변화가 ±30℃이내에서는 수분의 취입량을 변화시키면서 로열미세조정을 하고, 용선온도변화가 ±30℃ 이상의 경우에는 석탄장입량의 조정에 의해 로열 대폭조정을 하였다.

대폭조정단계에서는 수분혼합량도 복합적으로 적용하여 석탄조정량을 기존 보다 적게 하였다. 수분취입량을 소량 가감하여 연소대온도를 조정할 수 있어 로열의 미세조정이 가능하였으며, 이로 인해 과도한 로열여유를 없도록 하여 연료비절감이 가능하였다.

한편, 도 4에서 확인할 수 있듯이, 수분을 혼합함으로서 용융로에 배출되는 가스중의 CO가스 보다 산화철 환원력이 3-5배 큰 H₂가스 농도가 높아져 환원로에서 환원력이 증대되어 생산성을 향상시켜 주는 부수적인 효과가 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 로열변동에 즉각적으로 대응할 수 있는 로황관리방법을 제공할 수 있음은 물론, 본 발명에 따라 용융로에서 조업하면 배가스에서는 산화철 환원력이 3-5배 큰 H₂가스 농도가 높아져 용융로 전공전인 환원로에서 환원력이 증대되어 생산성을 향상시켜 주는 부수적인 효과가 있다.

Claims (3)

1. 용융로의 노정에서 석탄과 환원철을 장입하고, 풍구로 산소를 취입하여 환원철을 용선으로 제조하는 용융로 조업방법에 있어서,

   용선관리온도를 사전에 설정하는 단계;

   상기 풍구로 상기 산소와 일정량의 수분을 함께 취입하여 조업하면서 출선되는 용선의 온도를 측정하는 단계;

   측정된 용선온도가 상기 용선관리온도를 만족하도록 상기 수분취입량을 조정하는 로열조정단계;를 포함하여 이루어지는 용융로의 로열관리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 일정량의 수분은 10-50g/Nm³임을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 측정된 용선온도와 용선관리온도의 차이가 ±30℃이상의 경우에는 석탄장입량의 조정에 의한 로열 대폭조정단계가 추가됨을 특징으로 하는 로열관리방법.