KR100405521B1 - 고로의 슬래그 탕도 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로에서 용강을 출선할 때 고온의 슬래그가 흘러가는 탕도를 수냉식과 공냉식을 혼용한 주강질의 수재전용 슬래그 탕도를 사용함으로써 내화물을 시공하지 않은채 탕도를 제작할 수 있게한 고로의 슬래그 탕도 시공방법에 관한 것으로,

즉, 용광로에 구비되는 수재슬래그를 제조하기 위한 수재용탕도를 가스 및 열충격에 대한 내식성과 물리적 강도를 구비한 구상흑연주철(FCD 35)계통의 재질을 사용하여 주물로 만들되 수재용탕도의 하부에는 공냉을 목적으로 하는 공기냉각관로를 형성하고 그 양측벽에는 수냉을 목적으로 하는 냉각수관로를 채택하고, 상기 냉각수관로는 냉각수의 통수를 위하여 입측과 출측으로 구성하며, 상기 냉각수관로의 출측에 탕도 가동중에는 온라인으로 온도를 감지할 수 있는 온도계가 부착되어 있으며, 상기 냉각수관로의 온도가 상승될 때 냉수량을 증가되게 ECC콘트롤러에 의해 밸브의 개도를 조정하게 된 것이다.

Description

고로의 슬래그 탕도 시공방법{Construction method for slag runner of blast furnace}

본 발명은 고로의 슬래그 탕도 시공방법, 보다 상세하게는 고로에서 용강을 출선할 때 고온의 슬래그가 흘러가는 탕도를 수냉식과 공냉식을 혼용한 주강질의 수재전용 슬래그 탕도를 사용함으로써 내화물을 시공하지 않은채 탕도를 제작할 수 있게한 고로의 슬래그 탕도 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고로조업은 철광석과 코크스를 로의 상부에 장입하여 고온의 열풍을 불어 넣으므로써 환원 가스를 생성시켜 환원용융 작용에 의해 용선과 슬래그를 생산하게 되느데, 조업중에 주기적으로 용선과 슬래그를 배출시켜주어야 하며 이러한 작업을 출선재 작업이라 한다.

도 1은 일반적인 용강로의 고로 배치상태를 나타낸 평면구성도로서, 고로 1기에는 4개의 출선구(1)가 있으며, 각 출선구에는 용선탕도(2)와 슬래그 탕도(3)가 각각 1세트씩 설치되어 있고, 노외로 배출되는 용선과 슬래그는 탕도(Runner)를 통하여 각각 제강공정(4)(4')과 슬래그 처리공정(5)(6)(7)으로 보내진다.

슬래그 처리공정은 수재처리와 괴재처리로 구분되고 각 탕도는 용선과 슬래그 분기점 직후에는 공용탕도로 사용되나, 탕도의 후반부에 가서는 수재용 탕도와 괴재용 탕도로 구분된다.

특히, 수재용 탕도는 괴재탕도에 대비하여 가동율이 약 80% 이상 높으며, 조업중 침식에 따른 탕도의 잦은 보수가 필요하므로 밀착관리가 요구되고 있다.

그리고 슬래그가 흘러가는 슬래그 탕도는 용선탕도에 대비하여 침식에 약하므로, 용선과는 다른 내화물의 침식성으로 인하여 슬래그 탕도를 주기적으로 보수해 주어야 하며, 도 2에서와 같은 방법으로 침식된 부위를 해체하고 부정형 내화물을 사용하여 유입 시공을 행하여 주어야 한다.

한편, 슬래그는 SiO₂, CaO, Al₂0₃, NgO등이 주성분으로 되어있으므로 내화물과 접촉될 때 산화반응(SiC+2FeO= SiO2+Fe+C)이 진행되며, 이 반응에 의하여 내화물이 침식된다.

침식되는 형태도 용선이 탕도의 벽체측으로 침식이 진행되는 반면, 슬라그는 탕도 하부쪽으로 침식이 진행되는 특징이 있으므로. 침식 특성에 따른 보수방법의 다양화가 필요하다.

침식된 탕도는 일정기간(약 15일) 사용후에 유입시공 혹은 스탬핑방법으로 보수를 실시해 주어야 하고, 보수후에도 일정기간의 건조시간이 필요하였으며, 만약 건조 불량시에는 폭열등의 문제점이 발생하였다.

그러므로 고로의 탕도관리에 있어서 중요한 것은 탕도침식을 최소화 할수있는 구조 및 내화물 재질의 개발이 필요하고 탕도의 수리주기를 최대한 줄이는 것과 수리시간의 단축, 수리물량의 감축 및 수리원 단위의 절감 등이 주요 과제로 되고 있다.

최근에는 중수재(정상수재의 비중 1.1에 비하여 비중이 1.4이상으로서 높은 수재이며 건설업에서 모래대용으로 사용할수가 있음)를 제조하기 위한 수단으로 슬래그 온도를 낮추는 기술이 요구되나 기존의 탕도에서는 이것이 불가하므로 새로운 냉각방식의 적용이 불가피 하였다.

즉, 종래에는 도 2에서와 같이 탕도를 최초로 시공할 때 철피로 탕도 내부를 여러 가지 내화물을 시공하고, 일정기간 사용후에 재시공을 위하여 침식된 부위(8)를 정밀 조사한 후 침식된 부위별로 해체부위(9)를 설정하여 브레이커(Breaker)를 이용해 제거작업을 실시하였으며, 유입시공을 위하여 일정한 형태의 형틀을 부착하여 부정형 내화물을 시공하였고, 이러한 작업이 완료된 후에는 형틀제거 및 건조작업(4~5일)이 반드시 필요하고 사용중에 수시로 침식상태를 중간체크 하여야 하며 중간보수(스탬핑) 작업을 실시해 주어야 한다.

또한, 별도의 냉각수단이 없었으며 기존의 자연 냉각방식으로는 슬래그 온도제어가 어려웠다.

따라서 상기와 같은 종래의 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 일정규격의 철피에 규정된 내화물을 도 3과 같이 시공해야 됨으로써, 그 시공방법이 복잡하고 시공물량(내화물)도 많아서 1회 시공시 다량의 내화물을 필요로 하였다.

둘째, 내화물의 수명이 짧고 내화물 재시공을 위하여는 기존의 침식 열화된 부위의 내화물을 깨끗하게 제거하는 작업이 필요하고, 시공후에는 일정기간 동안 건조작업이 소요되므로 보수시간의 증가(5일)와 보수물량 증가 및 다수의 관리인원이 소요되었고, 사용중에는 수시의 중간보수 개념이 필요하며 중간보수의 방법도 유입시공 및 스탬프시공등의 방법이 필요하였으며, 또한 내화물 해체시 불필요한 부분까지 해체를 하는 경우가 있고 이는 폐기물로서 별도의 처리공정과 처리비가 소모되었다.

세째, 최근 수재 처리과정중 수재의 비중을 높이는 중수재의 제조를 위하여 온도를 저하시키는 기술이 필요하였으나, 기존 탕도는 슬라그 온도를 인위적으로조정할 수 없으며 출선구에서 부터 수재 처리설비 까지 도달시 온도변화폭(△T)이 적어서(40℃이하) 중수재를 제조하기가 어렵다.

결론적으로 종래의 슬래그 탕도는 탕도 유지와 보수시의 작업물량의 증가, 대량의 인원 및 시간의 소요가 필요하였며, 비중이 높은 중수재를 제조하기 위한 기본적인 조건을 충족시키기가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 슬래그 탕도의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 탕도의 냉각방식을 개선하여 내화물을 사용하지 않은 탕도를 제작할 수 있는 고로의 슬래그 탕도 시공방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 용광로에 구비되는 수재슬래그를 제조하기 위한 수재용탕도를 가스 및 열충격에 대한 내식성과 물리적 강도를 구비한 구상흑연주철(FCD 35)계통의 재질을 사용하여 주물로 만들되 수재용탕도의 하부에는 공냉을 목적으로 하는 공기냉각관로를 형성하고 그 양측벽에는 수냉을 목적으로 하는 냉각수관로를 채택하고, 상기 냉각수관로는 냉각수의 통수를 위하여 입측과 출측으로 구성하며, 상기 냉각수관로의 출측에 탕도 가동중에는 온라인으로 온도를 감지할 수 있는 온도계가 부착되어 있으며, 상기 냉각수관로의 온도가 상승될 때 냉수량을 증가되게 ECC콘트롤러에 의해 밸브의 개도를 조정하게 된 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 고로 배치상태를 나타낸 평면구성도,

도 2는 종래의 슬래그 탕도 보수방법을 나타낸 단면구성도,

도 3은 종래의 슬래그 탕도 시공예를 나타낸 단면구성도,

도 4a 및 4b는 본 발명의 방법에 의해 만들어진 탕도에 대한 정면도와 그 사시도,

도 5는 본 발명의 실시예의 탕도냉각 시스템에 대한 구성도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 수재용탕도 20 : 공기냉각관로

30 : 냉각수관로 31 : 입측

32 : 출측 40 : 온도계

41 : 밸브 42 : ECC콘트롤러

43 : 조업용 컴퓨터 50 : T/C부

이하, 본 발명의 고로의 슬래그 탕도 시공방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 방법에 의해 만들어진 탕도에 대한 정면도와 그 사시도로서, 용광로에 구비되는 수재슬래그를 제조하기 위한 수재용탕도(10)를 가스 및 열충격에 대한 내식성과 물리적 강도가 뛰어난 구상흑연주철(FCD 35)계통의 재질을 사용하여 주물 제조한다.

슬래그는 용선과는 달리 탕도 하부 방향으로 침식이 진행되므로 하부측에서 침식에 의한 용손이 발생할 가능성이 많으므로, 따라서 하부 침식발생시에 슬래그접촉에 의한 폭발(폭발조건은 SLAG와 물이 만날시에 SLAG중에 함유된 소량의 용선과 물이 상호작용하여 폭발 발생되므로 냉각수와의 접촉을 사전에 방지시키는 것이 필요함)을 방지하기 위하여 수재용탕도(10)의 하부에는 공냉을 목적으로 하는 공기냉각관로(20)를 형성하고 그 양측벽에는 수냉을 목적으로 하는 냉각수관로(30)를 채택하였다.

슬래그의 현열을 저하시키는 효과는 탕도 하부의 공기보다는 측벽의 냉각수에 의한 효과가 지배적이며, 슬래그가 흐름을 유지할 수 있는 온도까지 저하시키는 것이 필요하다.

측벽부의 냉각수관로(30)에 냉각수가 통과할 때 고열(1450℃)의 슬래그는 냉각작용에 의해 약 1350℃수준으로 저하되며, 측벽부의 전열효과에 의해서 슬래그가 통과하는 초기에 탕도 표면에는 슬래그 코팅(Coating)을 유도하여 얇은 슬래그막을 형성시켜 준다.

슬래그 현열을 저하시키는 메카니즘은 측벽부 냉각수 통수에 의해 대부분의현열을 저하시키고 하부의 공기냉각관로(20)에서는 주강품이 슬래그와 접촉될 때 용손이 일어나지 않고 얇은 슬래그의 코팅막을 형성시킬 수 있는 수준의 공기냉각이 이루어 져야 한다.

이때, 주의할 점은 냉각온도가 지나치게 저하될 경우에는 슬래그가 응고되므로 슬래그가 흐를수 있도록 최소한의 온도를 유지해 주는것이 중요하고, 슬래그 흐름의 표면만 응고가 일어나도록 냉각수 통수량의 조정을 통해 열용량을 관리해 주어야 한다.

한편, 탕도 휴지시에는 가동시와 동일량의 열용량을 유지할 수 있도록 냉각수량을 하향 조정하여 주강품에 미치는 열용량을 동일하게 유지시켜 주어야 한다.

도 5는 본 발명의 실시예의 탕도냉각 시스템에 대한 구성도로서, 수재용탕도(10)의 측면부에 형성된 냉각수관로(30)는 냉각수의 통수를 위하여 입측(31)과 출측(32)으로 구성되며, 입측관로의 내경 대비 출측관로를 70mm :100mm로 하여 냉각후 온도상승에 의한 냉각수 부피팽창에 대비하기 위하여 축측의 내경을 크게하는 것이 바람직하다.

냉각수관로(30) 출측(32)에는 온도계(40)가 부착되어 있으며 탕도 가동중에는 온라인으로 온도를 감지할 수 있고 온도가 상승시에는 밸브(41)의 개도를 조정하여 냉수량을 증가시킬수가 있다.

온도감지에 따른 밸브개도는 ECC콘트롤러(42)에 의하여 수행되어지며 설비가동상태는 조업용 컴퓨터(43)에 의해 모니터링하게 된다.

한편, 슬래그중에 용선혼입에 의하여 T/C부(50) 온도가 갑자기 상승될 때(분당 △T가 10℃ 이상시) 혹은 출선말기에 슬래그량의 급증에 의하여 냉각수 배수온도가 급상승시(분당 △T가 10℃ 이상시)에는 ECC(44)를 통한 경고음(Gard Alarm)이 운전실에 울릴수 있도록 감시수단을 강화하고 조업자는 경고음 접수시에 냉각수량 증가를 위해 밸브의 개도를 조정하여 냉각능력을 조정한다.

탕도 휴지시에 온도저하에 의한 철피 변형을 방지하기 위하여 철피온도의 일정유지가 중요하며, 이의 감시를 위해서 탕도 측면 4개소에 온도계를 부착하여 고로 ECC(44)와 연결하여 조업자는 수시 감지토록 한다.

냉각용 냉각수 온도는 20~35℃를 유지해주며 냉각수량은 각각 10~15㎥/min이상으로 통수하고 냉각수압은 3.0~3.5Kg/㎠이상 유지토록 한다.

공기 유량은 120~150N㎥/min이상 유지하고 압력은 3.0Kg/Kg/㎠이상 유지해 주며 온도는 30~40℃를 유지하여 준다

따라서, 상기와 같은 본 발명은 해당 출선구를 개공하기 1시간전에 조업자가 수재용탕도(10)의 냉각 시스템의 가동상태를 확인한다.

수재용탕도에 슬래그가 배출되기 5분전에 조업자는 냉각수의 통수를 약 30% 실시하고, 슬래그의 통과가 개시되면 밸브의 개도를 정상개도(70~80%)로 조정하여 준다

슬래그 통과량은 1.0T/min 수준으로 하고, 통과중에 용선혼입이나 혹은 슬래그 통과량의 증가에 의하여 △T가 규정치 이상으로 상승될 때 조업자는 △T에 따라 밸브 개도를 조정하여 정상상태의 배수온도를 유지할 때까지 이를 집중적으로 감시하고 정상 배수온도에 도달될 때에는 밸브 개도를 원위치 시켜 준다.

해당 출선구의 출선이 끝나고 다음 출선을 위해 대기하는 동안에는 정상조업시와 동일한 철피온도를 유지할수 있도록 냉각수 통수량을 하향조정(정상시의 5~10%수준)하고, 주강품의 철피온도가 일정하게 유지되도록 관리하여 준다.

이와 같은 본 발명의 효과로는 첫째, 유입재 시공부 및 내화물의 일부를 주강품으로 대체하고 수냉 및 공냉식의 냉각방식을 채용하므로서 시공이 간단하고 내화물이 필요없는 탕도의 적용이 가능하다.

둘째, 종래에는 내화물의 수명이 짧고 내화물 재시공을 위하여는 기존의 침식 열화된 부위의 내화물을 제거하는 사전작업 및 시공후에는 건조작업이 필요하므로 보수시간이 증가하고 사용중에는 수시의 중간보수가 필요하나 본 발명은 6일주기의 재시공이 필요없고 중간보수의 개념도 생략할 수 있어서 탕도관리의 단순화가 가능하고 작업부하를 대폭 줄일수 있다

세째, 종래에는 내화물 해체시 침식부를 포함하여 불필요한 부분까지 해체를 하는 경우가 있고 해체물은 폐기물로서 별도의 처리공정이 요구되나, 본 발명은 폐기물 발생량이 없으며 해체물량이 발생치 않으므로 탕도 원단위의 획기적 절감이 가능하다.

고로 소요되는 총 내화물원단위(1.20 Kg/T-P)를 점유하고 있는 슬래그탕도의 내화물 원단위를 0.16 Kg/T-P 까지 줄일수 있다.

네째, 종래에는 수재탕도의 구조상의 문제점으로 인하여 슬라그 온도를 인위적으로 조정할수 없었으며 출선구에서 부터 수재 처리설비까지 도달시 온도변화폭(△T)이 적어서 중수재를 제조하기가 어려웠으나, 본 발명에서 적용된 탕도는 슬라그 온도를 조정하여 수재 제조시 비중이 높은 중수재 제조가 가능하다.

또한 냉각수 배수측은 전열효과에 의하여 다량의 스팀이 발생되며 에너지 회수차원에서 슬래그의 현열을 재사용할 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 용광로에 구비되는 수재슬래그를 제조하기 위한 수재용탕도(10)를 가스 및 열충격에 대한 내식성과 물리적 강도를 구비한 구상흑연주철(FCD 35)계통의 재질을 사용하여 주물로 만들되 수재용탕도(10)의 하부에는 공냉을 목적으로 하는 공기냉각관로(20)를 형성하고 그 양측벽에는 수냉을 목적으로 하는 냉각수관로(30)를 채택하고, 상기 냉각수관로(30)는 냉각수의 통수를 위하여 입측(31)과 출측(32)으로 구성하며, 상기 냉각수관로(30)의 출측(32)에 탕도 가동중에는 온라인으로 온도를 감지할 수 있는 온도계(40)가 부착되어 있으며, 상기 냉각수관로(30)의 온도가 상승될 때 냉수량을 증가되게 ECC콘트롤러(42)에 의해 밸브(41)의 개도를 조정하게 된 것을 특징으로 하는 고로의 슬래그 탕도 시공방법