KR100402019B1 - 고로에 있어서 취발예측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로조업시 장입물강하의 하나인 취발(날바람)을 예측하는 방법에 관한 것으로서, 취발발생전에 보다 간단하고, 보다 신속하고, 보다 정확하게 고로의 취발발생을 예측할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 취발항목의 다변화적인 변수를 많이 사용하여 예측하는 종래의 방법을 탈피하여 이미 조업을 통해서 수차례 경험하여 검증된 취발특성을 토대로 압력계에 의해 측정된 취발직전의 상부압력변동과 압력계에 의해 측정된 압력의 변화, 이들 압력들에 근거한 압력 기울기, 송풍압의 변화, 및 노정압에 근거하여 고로에 있어서 취발을 예측하는 방법을 그 요지로 한다.

Description

고로에 있어서 취발예측방법{Method For Anticipating Channeling In Blast Furnace}

본 발명은 고로조업시 장입물강하의 하나인 취발(날바람)을 예측하는 방법에 관한 것이다.

취발현상이란 고로내의 채워진 광석과 코크스층 사이를 상승하는 가스가 어떤 부분에 걸쳐 단락되어 장입물과의 열교환을 하지 않고 고온상태 그대로 노정으로 빠지는 현상이다.

일반적으로 발생하는 슬립(slip)이나 붕락도 순간적인 채널링(channeling)(취발)의발생이지만, 이른바 채널링이란 상승하는 가스가 적하대에서 노정까지 단락해서 장입물에 환원 및 열교환을 하지 않고 고온 그대로 노정까지 상승, 그것이 수십초에서 수분간 단독적으로 일어나는 현상을 말한다.

그 결과 노정온도, 노정가스압의 상승과 가스속도 등에 의한 노내충진층의 혼란 및 파괴를 일으켜 열 교환 부족으로 인한 노하부에서의 열 밸런스가 급격히 무너져 냉입으로 까지 도달할 위험이 있다.

이러한 취발이 고로조업에서 발생하는 전형적인 사전상황으로 노내 장입물 불균일 및 저선량 증가에 의한 풍압상승을 예를 들 수 있으나, 특히 노체벽부 냉각능력변화에 따른 노체노벽부 장입물 강하속도증가에 의한 풍압상승 또는 급 저하로 인한 예를 들수 있다.

이에 대하여 설명하면 다음과 같다.

1) 노내 장입물 분포 불균일 시

노내 원주방향 및 반경방향별 광석과 코크스의 분포가 불균일할 경우 위에서 내리누르는 장입물의 하중이 상대적으로 가벼운 부분이 생겨서 하부에서 밀어 올리는 가스 압에 의하여 일시적으로 장입물 강하가 정지하면서 그곳으로 가스가 빠지기 쉬운 조건이 형성될 때 하부에 걸리는 하중이 없어져 가스가 취발하고 장입물이 요동한다.

2) 노체벽부 냉각능력 증가에 따른 벽부 장입물 강하 증가시

노내 원주방향 가장자리의 광석과 코크스의 강하속도가 일시적으로 급격히 증가됨에 따라 상대적으로 중심과 주변의 균형이 깨지면서 약한 부위로 가스가 노정으로급상승한다.

이러한 조건에 따라 실조업에서 경험되는 악영향으로는 아래와 같이 정리할 수 있다.

1) 냉입: 취발에 의해 생광석이 풍구전으로 강하하고 심한 흡열반응을 일으켜 현저히 노열을 저하시켜 냉입에 이르게 된다.

2)노정설비의 손상: 취발에 의한 고온의 가스가 노정부를 통과하기 때문에 팩킹(packing)파손 및 가스관의 굴절 등이 생긴다.

이러한 조업 중 취발의 예측을 위해서는 각 고로조업의 특성에 맞는 취발발생과정에 대한 고찰 후 이에 대한 판단과정을 설정하는 것이 일반적이다.

따라서, 고로조업의 형태나 노용량(furnace capacity), 그리고 연,원료사용상황이 다른 결과로 나타나는 노내현상이 일관성 있게 나타나지 않으므로 이의 예측에도 사용고로의 특성에 맞는 예측과정이 필요하다.

취발발생을 예측하는 종래의 방법으로서 일본공개특허공보(소) 62-270712호에 제시된 기술을 들수 있는데, 여기서는 슬립과 취발의 발생을 예지해서 이 발생을 미연에 방지할 목적으로 노내장입물의 강하속도와 존데로 부터 얻어진 정보 등에 의해 이를 예측한다.

이때 각종 노체센서로 부터 데이터의 타이밍을 주어 장입물의 강하속도, 노내의 압력손실, 샤프트의 압력, 온도, 존데의 온도, 가스이용율 등의 데이터를 표준데이터와 비교하여 진위데이터를 가려낸 뒤 지식 베이스에 있는 내용과 비교하여 이를 추론한 후 예측결과를 확신도로 결정하는 방법이다.

그러나, 이 경우에는 사용한 데이터의 특성상, 예를 들면, 강하속도, 사운딩(sounding)의 강하시마다 교란(가스흐름이나 장입물과의 충돌)을 받아 정도를 높이지 못하는 단점이 있다.

또 존데로 부터 얻어진 정보(온도, 가스분포)는 간단히 고로조업상황만을 나타내기 어렵다.

왜냐하면, 원료장입시에는 전체적으로 노내가스 온도가 저하하지만, 그후 경시적으로 회복하여 변화를 보이고 존데로 부터 얻어진 정보에서는 고로조업상의 변화와 원료장입에 의한 변화를 구별하는 것이 곤란하다.

또 슬립이 발생하는 때에도 변동폭은 크지만은 않다.

한편, 고로조업에서 슬립 등 장입물의 이상강하를 예측하는 방법으로서 일본특허공개평1-31961호를 들수 있는데, 여기서는 연속적으로 측정된 노정가스 조성중에서 N₂농도를 검출해서 현재의 N₂를 구하고 이때 이전의 과거 일정기간의 N₂농도평균치와 비교해서 그 차이가 정(positive)방향으로 소정치 이상으로 될 때 앞의 차이를 누적계산하여 그 누계치가 미리 정해진 N₂경계치를 고려해서 슬립발생을 예지하는 것을 특징으로 한다.

이는 슬립 발생전에는 노정가스조성중 N₂농도가 상승하고 이에 수반하여 통기저항이 상승한다는 조업 경험상 취득한 논리와 고로하부에서 슬립홀(slip hole)이 형성되어지는 때에는 노정가스조성중 N₂농도가 상승하는 것을 알 수 있고 슬립발생전에는노정가스중의 N₂농도가 높은수준으로 추이하는 것을 착안해서 예측시스템을 구성하였다.

이 경우에는 슬립이 발생되면 송풍압력이 상승하는데 이는 노내에서 장입물중에 통기저항이 큰 단면이 형성되고 이 통기저항이 큰 단면적하에 공극물이 큰 부분, 즉 슬립홀이 형성되어지기 때문이라는 근거를 갖는다.

슬립홀에서는 하부로 부터 CO가스가 충분히 상승하고 적열 코크스도 충분히 존재한다.

이 때문에 슬립홀에서는 하기 식과 같은 각종환원반응이 감소하고, 하기 식(1),(2)와 같은 흡열식이 존재한다.

C + CO₂= 2CO

FeO + C = CO + Fe

즉, 통기저항이 큰 단면은 약간의 강하슬립이 생기고 이 단면 바로 아래에 공극율이 큰 슬립홀이 형성되고 통기저항이 큰 단면은 강하속도가 다른 단면에 비해서 늦고 이 때문에 이 단면의 하부 스립홀에서는 미환원물(FeO_x)의 강하가 감소한다.

한편, 일본특허공개 소 58-71310호에는 고로의 압력손실과 노내장입물하중과의 비교를 구하여 이 비율로 행깅(hanging), 슬립 또는 취발을 발생시키지 않는 조건범위를 미리 설정하여 이 조건을 고로송풍방법에 응용하는 방법이 제시되어 있다.

그러나, 이 경우 노내장입물의 하중의 측정정도를 높이는 것이 어렵기에 슬립 등의 예지를 정확히 하는 것은 곤란하다.

또한, 국내 특허공보95-10237호에는 통기성을 판정하는 압력차(ΔP), 저선레벨, 노열상태 및 스킨플로우로 구성되는 취발조건항목과 노정압 편차, 하부 압손변화, 상부압손 변화, 에이비 디비에이션(AB Deviation, 노정부에 발생하는 고로 가스 온도를 측정한 AB probe의 변화), 가스이용율 변화 및 노정온도로 구성되는 취발특성항목의 조업가능 범위를 과거의 조업데이터에 의해 구하는 단계, 과거 실적 데이터에 의해 취발현상에 미치는 영향정도에 따라 상기 항목 각각에 대하여 전항목에 대한 가중치를 구하는 단계 및 노내 통기성을 판단하는 압력차가 일정치(1.8 kg/㎠)를 초과하는 경우에 취발현상을 결정하고 압력차가 일정치(1.8 kg/㎠)미만인 경우에는 상기에서 구한 전항목에 대한 가중치와 각 항목에 대한 가중치에 근거하여 취발현상을 예측하는 단계로 취발발생을 예지하는 방법이 제시되어 있다.

이 방법의 경우에는 변수의 다변화로 취발예측율이 저하되며 고로조업의 특성상 고유의 조업환경에서 고로의 통기성 변화와 출선지연항목을 중심으로 이루어져 고로의 통기관리의 적정수준 및 고로조업관리시 가이드하는데 도움이 되고 있다.

그러나, 상기한 바와 같이 수초내지 수분안에 발생되는 취발을 12분전 및 1시간 동안의 데이터로 예측하며 특히 가중치는 취발발생에 대한 전항목이 조건으로 만족하여야 하는데 저선레벨이 높을 때 취발확률은 높지만 실제로는 저선레벨이 낮을 때에도 발생된다.

또한 노열레벨이 높거나 낮을 때에도 취발은 발생될 수 있으므로 취발발생에 무관한 데이터가 존재하게 되므로 예측율이 저하될 수 밖에 없다.

본 발명자들은 상기한 종래 기술의 제반 문제점을 개선하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 취발발생전에 보다 간단하고, 보다 신속하고, 보다 정확하게 고로의 취발발생을 예측할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 고로내에서 발생되는 취발현상을 설명하기 위한 모식도

도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 고로에 구비되어 있는 압력계의 위치를 나타내는 모식도

도 3은 취발발생시의 조업지수를 나타내는 그래프

도 4는 도 3에 나타나 있는 조업데이터에 대하여 본 발명에 따라 취발을 예 측한 결과를 나타내는 그래프

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 고로유효높이의 60%이하가 되는 부분을 하부로, 60%이상이 되는 부분을 상부로 구분하고, 상기 고로 상부의 높이방향으로의 하나 이상의 위치레벨에 1개 이상의 압력계를 구비시키고, 그리고 고로의 하부의 높이방향으로의 하나 이상의 위치레벨에 1개 이상의 압력계를 구비시키는 단계;

하기 식(3)에 의해 구해지는 값이 133%이상이 되는 조건,

{압력계에 의해 측정된 상부압력의 평균값-노정압력(Tp)}×100

하기 식(4)에 의해 구한 값이 0.5미만인 조건,

1-{압력계에 의해 측정된 상부압력의 평균값-노정압력(Tp)}/{압력계에 의해 측정된 하부압력의 평균값-노정압력(Tp)}

최근 2분이내의 송풍압의 변화값이 + 50g/㎠ 이상인 조건, 압력계에 의해 측정된 최근 2분이내의 상부압력의 평균값의 변화값이 -100 g/㎠이하인 조건, 1개 이상의 압력계에 의해 측정된 최근 2분이내의 하부압력의 변화값이 +50 g/㎠이상인 조건, 최근 5분이내의 송풍압이 -70 g/㎠이하인 조건, 1개 이상의 압력계에 의해 측정된 최근 5분이내의 하부압력의 변화값이 -70 g/㎠이하인 조건, 1개 이상의 압력계에 의해 측정된 최근 5분이내의 상부압력이 +50 g/㎠이상인 조건, 최근 15분이내의 송풍압이 -150g/㎠이하인 조건, 1개 이상의 압력계에 의해 측정된 최근 15분이내의 하부압력의 변화값이 +150 g/㎠이상인 조건, 압력계에 의해 측정된 최근 15분이내의 상부압력의 평균값이 +50 g/㎠이상인 조건, 및 5분전 압력계 기울기 값이 -10이하인 조건들을 취발 발생여부를 판단하기 위한 조건들로 설정하는 단계; 및 상기 압력계들을 통한 고로내의 압력변화 , 송풍압(Pb), 및 노정압(Tp)을 관찰하여 상기와 같이 설정된 조건들로 부터 선택된 하나 이상의 조건에 해당하는 경우에 취발이 발생되는 것으로 판단하는 단계를 포함하여 구성되는 고로에 있어서 취발 예측 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

고로조업에 있어서는 도 1에 나타난 바와 같이 중장기적으로 악화한 연, 원료 성상(RDI, 10mm: 소결, CSR:COKE)에 따른 샤프트부의 분율상승으로 상부의 통기성 악화 및 연화융착대 중간부의 처짐이 발생하며, 이로 인하여 상부압력의 상승, 노체벽부의 장입물강하속도 증가, 중심 및 주변 가스류의 혼란 가중에 따른 고로내 연화융착대의 약한부위로 가스급상승에 의한 취발 및 송풍압 급저하 후 급상승 등의 변화로 취발이 발생되는 것으로 추정되고 있다.

본 발명은 상기와 같이 고로조업시에 발생되는 취발을 예측하기 위한 것으로써 취발항목의 다변화적인 변수를 많이 사용하여 예측하는 종래의 방법을 탈피하여 이미 조업을 통해서 수차례 경험하여 검증된 취발특성을 토대로 압력계에 의해 측정된 취발직전의 상부압력변동과 압력계에 의해 측정된 압력의 변화, 이들 압력들에 근거한 압력 기울기, 송풍압의 변화, 및 노정압에 근거하여 고로에 있어서 취발을 예측하는 방법이다.

본 발명에 따라 고로에 있어서 취발을 예측하기 위해서는 고로유효높이의 60%이하가 되는 부분을 하부로, 60%이상이 되는 부분을 상부로 구분하고, 상기 고로 상부의 높이방향으로의 하나 이상의 위치레벨에 1개 이상의 압력계를 구비시키고, 그리고 고로의 하부의 높이방향으로의 하나 이상의 위치레벨에 1개 이상의 압력계를 구비시켜야 한다.

상기 압력계는 고로의 상부의 2개의 이상의 위치레벨에 2개 이상의 압력계를 구비시키고, 고로의 하부의 2개이상의 위치레벨에 2개 이상의 압력계를 구비시키는 것이 바람직하다.

상기에서 각각의 위치레벨에는 90도 간격으로 4개의 압력계가 구비되어 있는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서 위치레벨이란 고로에 있어서 동일한 높이를 갖는 부분을 의미한다.

이하에서는 고로 상부의 2개의 위치레벨에 각각 4개의 압력계를 구비시키고, 고로 하부의 4개의 위치레벨에 각각 4개의 압력계를 구비시킨 도 2에 나타난 고로에 있어서의 취발발생을 예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 2에서 SP1∼SP6는 압력계를 나타낸다.

그리고 도 2에서의 압력계는 SP1-SP6까지 높이별 6개가 있으며, 위치가 낮은(샤프트부) SP1-SP4에 의해서 측정되는 것을 하부압력으로, SP5-SP6에 의해서 측정되는 것을 상부압력으로 구분한다.

상기한 상부압력 및 하부압력, 제일 아랫부분의 풍구선단부의 송풍압과 노 최상부의 노정압에 근거하여 취발을 하기와 같이 예측한다.

1). 상부압력변화에 의한 취발예측

압력계에 의해 측정된 최근 1분이내의 상부압력 및 노정압을 하기 식(5)에 대입하여 그 값이 110이상인 경우에는 취발이 발생되는 것으로 판단한다.

{상부압력/2)-노정압(Tp)}×100

2). 압력 기울기 변화에 의한 취발예측

압력계에 의해 측정된 최근 1분이내의 상부압력 및 하부압력을 하기 식(6)에 대입하여 그 값이 50이하인 경우에는 취발이 발생되는 것으로 판단한다.

(1-((상부압력/2)-노정압)/(하부압력/4-노정압)×0.7485))×100 (여기서, 0.7485=상부압력계와 하부 압력계의 실 높이를 동일하게 하기 위한 보정계수 임)

3). 송풍압(Pb)과 압력 변화에 따른 취발예측

가) 상부압력의 변화

최근 2분까지의 송풍압력변화(Pb)가 +50g/㎠이상이거나, (상부압력/2)가 -100g/㎠이하이거나, SP1 또는 SP2 또는 SP3 또는 SP4가 +50g/㎠이상인 경우에는 취발이 발생되는 것으로 판단한다.

나). 송풍압(Pb)의 급저하 및 개별압력계 변화

최근 5분이내의 송풍압력변화(Pb)가 -70g/㎠이하이거나, SP1 또는 SP2 또는 SP3 또는 SP4가 -70g/㎠이하이거나, (상부압력/2)가 +50g/㎠이상인 경우에는 취발이 발생되는 것으로 판단한다.

다). 송풍압 또는 SP1, SP2, SP3, SP4의 값 변화

최근 15분이내의 송풍압변화(Pb)가 -150g/㎠이하이거나, SP1 또는 SP2 또는 SP3 또는 SP4 가 +150g/㎠이상이거나, (상부압력/2)이 +50g/㎠이상인 경우에는 취발이 발생되는 것으로 판단한다.

라). 압력 기울기 편차 변화

5분전 압력 기울기 편차가 -10이하인 경우에는 취발이 발생되는 것으로 판단한다.

물론, 상기한 취발 발생조건이 2개이상 성립되는 경우에도 취발이 발생되는 것을 판단함은 물론이다.

본 발명에서는 압력계로 고로내의 압력변화를 관찰하여 상기한 조건들에 해당되는 경우에는 취발이 발생되는 것으로 판단한다.

본 발명에서는 압력계, 송풍압, 노정압들을 매분 또는 최고 15분이내에서의 변화를 관찰함으로써 취발발생을 판단하는 것이 가능하게 되며, 압력계, 송풍압, 노정압의 값은 노의 크기, 조업의 형태 등에 따라 다르다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

본 실시예에서는 도 3에 나타난 바와 같은 과거의 조업실적을 이용하였다.

도 3a에는 총 101개의 데이터로 이루어진 조업실적이 나타나 있으며, 이 데이터에 의하면, 노정압이 급변동을 보인 20번째와 91번째에서 취발의 발생 됨을 알 수 있으며, 이때에는 오히려 송풍압 및 통기성(K)은 저하하고 있으며 그에 따른 하부압력의 저하도 나타났다.

그러나, 반대로 상부압력은 상승되고 있으므로 취발판단시 상부압력 상승 및 압력 기울기가 줄어듬을 확인할 수 있다.

또한, 도 3b에는 총 31개 데이터로 이루어진 조업실적이 나타나 있으며, 이 데이터에 의하면 21번째 이후 취발(얹힘)이 발생함을 알 수 있다.

그러나, 이 경우에는 상부압력 및 압력 기울기에 있어서 어떤 특별한 변화는 볼수 없다.

하지만, 좀더 상세히 살펴 보면 중반이후 서서히 상부압력이 상승되고 있는 상태이며 그에 반에 하부압력 및 송풍압은 거의 변화가 없는 상태이다.

상기한 현상을 각각 본 발명에 따라 취발을 예측하면 도 4에 도시된 바와 같이 동일하게 취발직전 부터 서서히 상부압력이 상승되며 압력계 기울기 값이 저하됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 취발을 사전에 예측하는 경우 그 예측정도가 높음을 알 수 있다.

도 4의 (a)는 도 3의(a)의 조업데이터에 대한 예측 결과이고, 도 4의(b)는 도3의(b)의 조업데이터에 대한 예측결과를 나타낸다.

한편, 본 발명에 따르면 얹힘도 예측할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 고로의 상부압력 및 압력계 기울기 등을 이용하여 취발발생전에 보다 간단하고, 보다 신속하고, 보다 정확하게 고로의 취발발생을 예측할 수 있으므로, 취발에 보다 효과적으로 대처할 수 있을 뿐만 아니라 보다 경제적으로 고로조업을 할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 고로유효높이의 60%이하가 되는 부분을 하부로, 60%이상이 되는 부분을 상부로 구분하고, 상기 고로 상부의 높이방향으로의 하나 이상의 위치레벨에 1개 이상의 압력계를 구비시키고, 그리고 고로의 하부의 높이방향으로의 하나 이상의 위치레벨에 1개 이상의 압력계를 구비시키는 단계;

   하기 식(3)에 의해 구해지는 값이 133%이상이 되는 조건,

   (수학식 3)

   {압력계에 의해 측정된 상부압력의 평균값-노정압력(Tp)}×100

   하기 식(4)에 의해 구한 값이 0.5미만인 조건,

   (수학식 4)

   1-{압력계에 의해 측정된 상부압력의 평균값-노정압력(Tp)}/{압력계에 의해 측정된 하부압력의 평균값-노정압력(Tp)}

   최근 2분이내의 송풍압의 변화값이 + 50g/㎠ 이상인 조건, 압력계에 의해 측정된 최근 2분이내의 상부압력의 평균값의 변화값이 -100 g/㎠이하인 조건, 1개 이상의 압력계에 의해 측정된 최근 2분이내의 하부압력의 변화값이 +50 g/㎠이상인 조건, 최근 5분이내의 송풍압이 -70 g/㎠이하인 조건, 1개 이상의 압력계에 의해 측정된 최근 5분이내의 하부압력의 변화값이 -70 g/㎠이하인 조건, 1개 아상의 압력계에 의해 측정된 최근 5분이내의 상부압력이 +50 g/㎠이상인 조건, 최근 15분이내의 송풍압이 -150g/㎠이하인 조건, 1개 이상의 압력계에 의해 측정된 최근 15분이내의 하부압력의 변화값이 +150 g/㎠이상인 조건, 압력계에 의해 측정된 최근 15분이내의 상부압력의 평균값이 +50 g/㎠이상인 조건, 및 5분전 압력계 기울기 값이 -10이하인 조건들을 취발 발생여부를 판단하기 위한 조건들로 설정하는 단계; 및 상기 압력계들을 통한 고로내의 압력변화 , 송풍압(Pb), 및 노정압(Tp)을 관찰하여 상기와 같이 설정된 조건들로 부터 선택된 하나 이상의 조건에 해당하는 경우에 취발이 발생되는 것으로 판단하는 단계를 포함하여 구성되는 고로에 있어서 취발 예측 방법