KR100432160B1 - 고로의 철광석 환원속도에 의한 노저측벽 부하감소 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철광석 환원속도에 의한 노저 측벽 부하감소 방법에 관한 것으로서, 그 목적은 고로의 고 미분탄 조업과 고 출선비 조업시 출선구 사용개수 조정 및 송풍유량 조절에 의한 조업방법을 통하여 노저 측벽 온도 상승에 의한 노저 측벽 부하 최소화 및 출선구별 배출량의 차이를 줄이고 용융물 편차에 의한 용융물 배출의 불균형, 그로 인한 노황불안정, 용융물 온도편차에 의한 용선 품질 변동 등의 문제점을 해결하여 철광석 환원속도에 의한 노저 측벽 부하를 감소시키는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고로의 노저 측벽 부하 불균형시 용선 온도가 높은 방향의 용선 배출량을 증가시켜 출선구별 또는 주상별 용선 온도 편차를 조정하고, 용선 온도가 낮은 방향의 송풍량을 감소시켜 용선 온도가 낮은 방향의 철광석 환원속도를 늦추어 온도 편차를 조정하며, 노저부에 열원인 코크스를 추가 공급하여 저투과층을 소멸시키는 조업을 통하여 노저 측벽 온도 및 노저 측벽 부하의 균일화를 통하여 부분적인 노저 측벽 온도 상승을 저하시키도록 하는 것이다.

Description

고로의 철광석 환원속도에 의한 노저측벽 부하감소 방법{Hearth wall temp decreasing method ore reduction in blast furnace}

본 발명은 고로("용광로"라고도 함)철광석 환원속도에 의한 노저 측벽 부하감소 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고로 조업에서 고 출선비 고 미분탄 취입 조업시 필연적으로 발생하는 노저 측벽 온도 상승과 품질변동 문제점을 해소하기 위하여 출선구의 사용개수 조정 및 부분적 송풍유랑 조절에 의한 조업방법을 통하여 노저 측벽 온도 상승에 의한 노저측벽 부하를 줄이고 용융물 배출의 불균형에 의한 노황 불안정 및 노저 측벽온도 상승에 의한 용선품질 변동을 최소화시키고자 하는 것이다.

고로 조업은 제강공정 전 단계인 제선 공정으로서 고로에 각종 원료(철광석, 석탄, 석회석)를 장입하고 풍구를 통하여 열원가스를 공급하여 용선을 생산해내는 것으로서,

최근의 고로는 철광석의 환원제로서 값비싼 코크스 대신에 상대적으로 가격이 저렴한 미분탄의 사용비를 점차적으로 늘려가는 것이 세계적 추세이고. 따라서 미분탄 취입비를 얼마만큼 증대시킬 수 있느냐와 고로 용선 중의 불순물인 실리콘(Si)을 얼마만큼 낮게 변동 없이 안정적으로 관리하여 후 공정인 제강에 공급하느냐가 관건이 되고 있으며 그것이 바로 고로 경쟁력을 나타내는 지표라고 해도 과언은 아니다.

이와 같이 고로의 미분탄 취입비를 증대시킨다는 것은 상대적으로 고로 내부의 장입물 중 광석비 대 코크스비(이라 "O/C라 한다)의 증가를 의미하는 것으로서, 고로 내부 반경 방향으로의 장입물 분포 불균형이 일어나기 쉽고 그로 인한 연화융착대의 부분적인 쳐짐 현상 등이 발생되며 장입 물량의 방향별 차이 등에 인하여 노저 온도의 상승에 의한 노저측벽 부하 현상이 빈번하게 나타나고 있다.

따라서 고로 조업의 부분적인 노저 온도 상승에 의한 노저측벽 부하 용선품질의 변동 등 고로 내부상황의 불안정이 야기되고 그로 인한 생산량 저하 및 각종 조업 불안정이 발생하여 대형사고를 초래할 수 있는 가능성을 항상 내포하고 있다.

일반적으로 고로 조업은 도 1에 나타낸 바와 같이 코크스저장조(54) 및 광석저장조(55)에서 절출된 소결광(53)과 광석(52) 및 코크스(51)을 밸트콘베이어(50)를 통하여 고로(10) 상부로 이송한 뒤 이동슈트(24)와 상부실링밸브(23)을 거쳐 노정호퍼(20)에 저장한 후 소결광의 입도별 장입이 가능한 광량조절밸브(21)가 설치된 선회슈트(22)를 통하여 설정된 각 노치별 경동 각도로 제어되어 고로(10)내부에 균일하게 장입되어 분포시키다.

이때 고로 내부의 원료투입은 코크스(입도 35∼55mm), 대립소결광(입도 12∼50mm), 소립소결광(입도 5∼12mm)의 순서로 균일하게 장입하여 고로(10)상부에서 안정된 통기성 및 가스 이용율을 극대화하며 중심부 온도가 높고 중간부 및 벽부의 가스흐름이 균일하게 유지되는 연화융착대(11)를 만든다.

한편 노 측벽에는 환원성 및 통기성이 우수한 소립소결광을 안착시켜 노벽부 불활성대 생성을 방지하고 노벽 보호를 유도하는 방법으로 고로(10) 상부에서 교대로 장입하여 층을 이루도록 하고 고로(10) 하부에는 열풍로 설비에서 보내온 고온의 열풍을 풍구(12)를 통해 고로(10)내부에 송풍하여 철광석의 환원 및 용융 반응을 일으켜 용선을 생산하게 된다.

이러한 고로 조업은 고로(10)내부의 프로필이 안정되어야 가스의 흐름 즉, 통기성이 전체적으로 양호하게 되어 노내 상황이 안정되게 되고 철광석이 환원 및 용융 되어야 경제적 조업수행이 가능함과 동시에 생산량도 높고 고로(10)의 수명도 연장된다.

특히 고로 전체의 O/C 비를 올리면 올릴수록 고로 전체 방향으로 균일한 O/C비를 유지하기가 어렵고 조금만 차이가 발생해도 노내 상황의 부분적 불균형이 발생하여 출선구(32) 하부 연와의 노저온도 상승에 의한 노저측벽 부하 발생으로 이어져 불안정한 노황을 유지하게 된다.

또 고로내 장입물 중간부의 O/C를 균일하게 유지하기 위해서는 낙하궤적의 각 부위별 장입 위치에 장입 되는 양을 적절히 조정하여야만 가능하며, 가스흐름이 원활하고 통기성이 안정된 고로(10)내부 상황을 유지할 수 있게 된다. 그러나 현재의 고로 장입 방법으로는 고 O/C 조업시에 노내 전체방향으로의 균일한 O/C 분포도를 유지하기가 어려운 문제점이 있다.

따라서 도 3에 나타낸 바와 같이 부분적으로 연화융착대(31)의 쳐짐현상과 같은 노저 바닥 측벽부 반경방향으로 노저 온도의 상승에 의한 노저 측벽 부하가 발생되어 노저 측벽 온도가 출선구(32) 방향별로 차이가 발생하게 된다.

그리고 최근에는 고로의 경제적 조업을 위해 값비싼 코크스 대신 상대적으로저렴한 미분탄의 사용비를 점차적으로 늘려가면서 코크스 장입량이 미분탄으로 대체됨으로 인하여 상대적으로 코크스 량이 자꾸만 적어져 가고 있어 고로(10) 내부의 전체적인 장입물 분포의 균일화를 유지하는 것이 매우 어려워지고 있다

이러한 조업은 고로의 노저 온도 상승에 의한 노저 측벽 부하를 더욱 극대화시키는 결과를 가져오게 되는 문제점이 있는데, 그 문제점 중 첫째로, 고로에 장입되는 코크스량을 늘여서 고로내로 열원을 추가로 공급하는 조업방법이 있다.

상기의 방법은 고로의 광석장입 비율에 대비하여 상대적으로 코크스 장입량을 늘여서 고로 내로 열원을 추가 공급하여 연료의 사용비를 높여 주어 전체적인 방향별로 생성되는 용융 물량의 편차를 줄이는 방법이 있다.

그러나 이러한 방법은 값비싼 코크스량을 대폭적으로 추가 장입해야 하므로 경제적으로 손실이 크고 연료 사용비가 과다하게 높아져 상대적으로 용선 생산량이 저하되는 문제점이 있다.

둘째로, 용선 온도가 높은 방향에 보조연료로 사용되는 미분탄 취입량을 줄여서 노저측벽 온도가 높은 방향의 온도를 낮추어 노저 온도의 상승에 의한 노저 측벽 부하를 최소화하는 방법이 있다.

그러나 이 방법도 경제적 조업을 위하여 코크스 대신 상대적으로 저렴한 미분탄 취입량을 높여가야 되는데, 미분탄 취입비를 부분적으로 저하시켜 노저 온도의 상승에 의한 노저 측벽 부하를 최소화해 나가는 방법은 근본적인 해결책이 되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 고로에서의 경제적 조업수행의 필수조건인 고 미분탄 조업과 고 출선비 조업시 선택적 출선구 사용개수 조정 및 부분적 송풍유량 조절에 의한 조업방법을 통하여 노저 측벽 온도 상승에 의한 노저 측벽 부하 최소화 및 출선구별 배출량의 차이를 줄이고 용융물 편차에 의한 용융물 배출의 불균형, 그로 인한 노황 불안정, 용융물 온도편차에 의한 용선 품질 변동 등의 문제를 해결하여 유지하여 노내 상황 안정을 유지할 수 있도록 한 철광석 환원속도에 의한 노저 측벽 부하감소 방법을 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 고로 조업과정을 설명하기 위한 개략도

도 2a 및 도 2b는 노저부의 저투과층 형성시 노내 용융물을 나타낸 개략도

도 3는 고로하부 노저 측벽 온도 상승시 노내 상황을 설명하기 위한 개략도

도 4a 내지 도 4c는 고로 내부 융착대 형상 비교 그래프

도 5는 본 발명에 의한 노저측벽 온도와 종래 방법에 의한 노저측벽 온도 비교 그래프.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 고로 11 : 연화융착대

12 : 풍구 12a : 조절밸브

20 : 노정호퍼 21 : 광량조절밸브

22 : 선회슈트 23 : 실링밸브

24 : 이동슈트 31 : 연화융착대

32 : 출선구 50 : 밸트콘베어

51 : 코크스 52 : 광석

53 : 소결광 54 : 코크스 저장호파

55 : 광석저장호퍼

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 철광석 환원속도에 의한 노저 측벽 부하감소 방법에 대한 특징적인 기술적 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 철광석 환원속도에 의한 노저 측벽 부하감소 방법은 고로의 노정으로부터 소결광과 코크스를 교대로 장입하고 풍구로부터 고온의 바람과 미분탄을 취입하는 고로 조업방법에 있어서,

용선 온도가 높은 방향의 용선 배출량을 증가시켜 출선구별 또는 주상별 용선 온도 편차를 조정하고, 용선 온도가 낮은 방향의 송풍량을 감소시켜 용선 온도가 낮은 방향의 철광석 환원속도를 늦추어 온도 편차를 조정하며, 노저부에 열원인 코크스를 추가 공급하여 저투과층을 소멸시키는 조업을 통하여 노저 측벽 온도 및 노저 측벽 부하의 균일화를 통하여 부분적인 노저 측벽 온도 상승을 저하시켜서 된 것이다.

또한 상기 용선 온도가 높은 방향의 용선 배출량 증가는 해당 부위에 위치한 출선구의 개공 개수를 늘려서 된 것이고, 상기 용선 온도가 높은 방향의 용선 배출량 증가는 용선의 출선 횟수를 늘려서 된 것이며, 상기 용선 온도가 낮은 방향의 송풍량 감소는 송풍구의 유량조절밸브를 온도편차 정도에 따라 조절하여서 된 것이고, 상기 노저부의 저투과층을 소멸시키기 위해서는 용선 1톤 생산대비 코크스 7∼15KG 추가 공급하여서 된 것이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명의 철광석 환원속도에 의한 노저측벽 부하감소 방법을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 고로 조업과정을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2a 및 도 2b는 노저부의 저투과층 형성시 노내 용융물을 나타낸 개략도이며, 도 3는 고로하부 노저 측벽 온도 상승시 노내 상황을 설명하기 위한 개략도이고, 도 4a 내지 도 4c는 고로 내부 융착대 형상 비교 그래프이며, 도 5는 본 발명에 의한 노저측벽 온도와 종래 방법에 의한 노저측벽 온도 비교 그래프로서,

본 발명은 노정으로부터 고로(10)내에 대립/소립소결광(53), 코크스(51), 광석(52)을 교대로 장입하여 층을 형성하고 환원시킨 후 용융을 거쳐 용선을 생산하는 고로조업에 있어서, 노저 측벽 온도 상승현상 발생시 통상 고로(10)에 설치된 출선구(32) 4개중 2∼3개의 출선구를 사용하고 있는데, 노저 측벽 온도가 낮은 주상(鑄床)의 출선구(32)를 추가로 사용하고 노저 측벽 온도가 높은 주상의 출선구(32) 사용을 줄여주는 단계와;

상기의 단계에서 노저 측벽 온도가 높은 쪽의 송풍유량 제어밸브(12a)를 20∼70%만큼 닫아서 해당 방향의 바람 투입량을 줄여 철광석의 환원 속도를 늦추어 그 방향의 연화융착대(11) 레벨을 상향시켜 노저 측벽 온도 저하 및 용선 유동에 의한 부하를 최소화하는 방법을 마련하고자 한다.

본 발명은 도 1에 나타낸 바와 같이 노정호퍼(20)에서 배출된 코크스와 소결광은 평상 조업시 장입 기준선 1m가 되면 선회슈트(22)의 회전에 의하여 교대로 장입하여 층상을 형성하도록 한다.

그리고 풍구(12)를 통하여 고온의 열풍을 불어넣어 코크스를 연소시키면 열원 및 환원가스가 발생되고, 그 열원 및 환원가스에 의해 철광석이 환원 및 용융 되어 최종적으로 연화융착대(11) 이하에서는 용융물이 존재하게 된다.

고로 조업상 복수개의 출선구(32)가 있는 고로(10)에서는 주상별, 출선구별로 출선재 성분, 출선재 온도, 출선재 량 등의 편차가 발생하는 경우가 있는데, 이러한 경우 노저 온도의 상승에 의한 노저 측벽 부하 현상이 발생되어 고로 수명 연장에 심각한 장애 요인이 되고 있다.

따라서 고 출선비 조업, 고 미분탄 취입 조업시에 그 현상은 더욱 심화되며 발생빈도 또한 높아지므로 고 출선비 고 미분탄 조업을 지속적으로 수행하고 있는 고로에서는 발생빈도의 가능성이 여타 고로보다 높고 실제로 많이 발생되고 있다.

또 노저 측벽 온도 상승에 의한 노저 측벽 부하가 발생하는 원인은 첫째, 노저(爐底)부에 저투과층(용선이 투과하기 어려운 층)(40)이 생기기 때문이다.

상기 저투과층(40)은 일본 KSC의 지바 1고로, 미즈시마 4고로의 해체조사 결과를 토대로 하여 해명해보면 출선구∼노저면 사이의 코크스 충진층에 정출 그레파이트(graphite)를 중심으로 한 용선, 그레파이트, 코크스회분, 코크스 미립소자의 혼합층이 존재하는데 혼재된 용선은 미립소자이고 체적비율은 30%로 낮은 용선 투과성이 낮은 영역을 말한다.

상기 저투과층(40)이 hearth 전면에 존재하면 노내를 적하한 용선(41)이 저투과층(40) 보다 하부로 유입되지 않으면 저투과층(40)의 윗면과 노저면 사이의 용선(41) 움직임이 적어 노저 바닦부 온도가 낮게되어 연와표면에 응고층이 생성한다.

한편, 저투과층(40)이 전부 혹은 부분적으로 소멸하면 용선(41)이 노저까지 유입되어 노저 온도 바닦부 온도가 상승하면서 전열에 의하여 노저 측벽부의 부착층까지 함께 소멸하면서 노저 측벽 온도 및 노저 측벽 부하가 상승하게 된다.

그리고 저투과층(40)의 생성기구는 명확하지 않지만 노저부에서 강하한 용선(41)층으로부터 정출된 그레파이트, 코크스가 소실될 때 남은 회분, 분화 코크스 미분탄 취입시의 미연촤(Char-)등으로 구성되고, 이것들이 코크스 층을 막히게 한다.

상기 미즈시마 4고로에서는 노심 온도가 낮을 때는 저투과층이 노저 전면에 존재하고 노저면과 저투과층 상부의 용선은 체류하고 있으며, 전도(轉導)전열이 지배하고, 노심 온도가 높은 기간은 저투과층이 소멸하고 고온의 용선이 노저까지 유입하여 유동하는 때라고 밝히고 있다.

두 번째로, 융착대 형상의 변화이다. 프랑스 솔락고로에서 가동 중에 노심 중앙부까지 관찰하여 노내 현상을 규명한 결과 융착대 형상을 역 V형, W형, U형 융착대로 크게 나누고 있는데(도 4a 내지 도 4c 참조),

상기 역 V형 융착대는 도4a로써 노심이 크게 발달하여 양호한 통기성을 가지며 채취된 용선 온도(1400∼1600℃)도 높고 반경방향으로 균일한 특성을 갖는데, 이것은 융착대가 높고 용선을 승온 및 가규 시키는데 양호한 위치이다.

상기 W형 융착대는 도4b로써 고로 반경 중간부에 부분환원, 미 용융 융착대가 존재하는데, 코크스는 노의 중앙에 존재하고 반경방향 중간부에 저온영역(1200。C까지)이 존재하는 반면, 노심 쪽으로 가면 다시 온도가 증가한다. 이러한 융착대에서 가스류는 주변류 중심류가 동시에 발달하게 된다.

상기 U형 융착대는 도4c로써 W형이 더 심화된 것으로 미환원, 미용융물이 반경방향 대부분에 존재하고 온도는 풍구앞 2m부터 1200℃까지 저하한다. 용융물은 연소대 벽부근처의 아주 좁은 구역으로만 흐르며 저시리콘(Si)조업을 하는 고로에서 자주 발생한다.

용선 온도(용융물온도) 편차는 상기의 융착대 형상중 W형과 U형일때는 반드시 일어나고 역 V형일때도 방향별로 온도분포가 불균일 할 때 자주 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기의 원인 등에 의하여 용선 온도 편차 발생시 낮은 쪽의 용선 온도를 기준으로 하여 1530。C 이상의 고열조업을 실시하고, 도 3에서와 같이 용선 온도가 낮은 부위에는 융착대 위치가 저하하여 있으므로 반대편 융착대 위치를 동일하게 끌어 내려서 융착대 위치를 방향별로 균일하게 하고 고로 하부에 저투과층을 소멸시켰다.

또 융착대 형상을 균일하게 하기 위해서는 노저 측벽 온도가 낮은 방향에서상대적으로 고 출선비가 이루어질 수 있도록 하여야 하는데, 이를 위해서는 노저 측벽 온도가 낮은 방향의 출선구 사용 개수를 늘려주어 용융물 배출량을 증가시키고, 노저 측벽 온도가 낮은 방향의 송풍유량 조절밸브(12a)를 온도편차 정도에 따라 20∼70% 줄여서 노저측벽 온도가 높은 방향의 철광석 환원속도를 줄여서 상대적으로 저출선비 조업을 수행하게 하여 용선 유동에 의한 부하를 줄여 주었다.

또한 노저부의 저투과층을 없애기 위해 7∼15KG(용선 1톤을 생산하는데 필요한 코크스량) 연료비 상향조업을 실시하고 노저부에 열원인 코크스를 추가 공급하여 저투과층(40)을 소멸시키는 조업을 통하여 부분적인 노저 측벽 온도 상승현상을 개선하였다.

상기에서 용선 온도 편차 발생시 해당방향 송풍지관의 유량 조절밸브를 20∼70%만큼 줄여서 조업을 하게 되는데, 여기에서 해당방향 송풍지관 유량 조절밸브를 20∼70%로 한정되는 이유는 20%이하일 경우에는 송풍 량이 줄어드는 효과가 미미하여 본 발명이 목적하는 효과를 기대할 수 없으며, 70%이상으로 줄일 때는 해당부위로 미 환원 반 용융물 낙하 등에 의한 풍구(12)파손 등 대형사고가 발생할 위험이 있기 때문이다.

또한 저투과층을 해소하기 위해서 7∼15KG/T-P로 한정하는 이유는 7KG/T-P이하일 경우에는 용선 온도 상승효과가 미미하여 저투과층의 균일한 소멸이라는 본 발명이 목적하는 효과를 기대할 수 없으며 15KG/T-P 이상시에는 저투과층 소멸과 함께 그 전열효과에 의하여 생산량 저하 및 용선 중 실리콘(Si)의 급격한 상승으로 품질에 악영향을 미치기 때문이다.

이상과 같은 본 발명은 출선구별 용선 온도 측정시 도 5에 나타낸 바와 같이 노저 측벽 온도상승 및 노저 측벽 부하를 최소화하는 효과를 얻게 되었다.

상술한 바와 같이 본 발명은 종래의 방법과 비교하여 고로 조업시 고 출선비, 고 미분탄 취입 조업시 필연적으로 발생하는 노저 측벽 온도 및 노저 측벽 부하 최소화를 위하여, 고 미분탄 조업과 고 출선비 조업시 선택적 출선구 사용개수 조정 및 부분적 송풍유량 조정에 의한 조업방법과 저투과층 소멸을 위한 연료비 상향조업을 통하여 용융물 편차에 의한 용융물 배출의 불균형, 그로 인한 노황 불안정, 용융물 온도편차에 의한 용선 품질 변동을 최소화하는 효과를 거두어 안정조업 및 생산성 향상을 도모하게 되었다.

Claims (5)

1. 고로의 노정으로부터 소결광과 코크스를 교대로 장입하고 풍구로부터 고온의 바람과 미분탄을 취입하는 고로 조업방법에 있어서,

   용선 온도가 높은 방향의 용선 배출량을 증가시켜 출선구별 또는 주상별 용선 온도 편차를 조정하고, 용선 온도가 낮은 방향의 송풍량을 감소시켜 용선 온도가 낮은 방향의 철광석 환원속도를 늦추어 온도 편차를 조정하며, 노저부에 열원인 코크스를 추가 공급하여 저투과층을 소멸시키는 조업을 통하여 노저 측벽 온도 및 노저 측벽 부하의 균일화를 통하여 부분적인 노저 측벽 온도 상승을 저하시키는 것을 특징으로 하는 철광석 환원속도에 의한 노저 측벽 부하감소 방법.
2. 제 1항에 있어서, 용선 온도가 높은 방향의 용선 배출량 증가는 해당 부위에 위치한 출선구의 개공 개수를 늘려 출선량을 높이는 것을 특징으로 하는 철광석 환원속도에 의한 노저 측벽 부하감소 방법.
3. 제 1항에 있어서, 용선 온도가 높은 방향의 용선 배출량 증가는 용선의 출선 횟수를 늘려 출선량을 높이는 것을 특징으로 하는 철광석 환원속도에 의한 노저 측벽 부하감소 방법.
4. 제 1항에 있어서, 용선 온도가 낮은 방향의 송풍량 감소는 송풍구의 유량조절밸브를 온도편차 정도에 따라 조절하여서 됨을 특징으로 하는 철광석 환원속도에 의한 노저 측벽 부하감소 방법.
5. 제 1항에 있어서, 노저부의 저투과층을 소멸시키기 위해서는 용선 1톤 생산대비 코크스 7∼15KG 추가 공급하여서 됨을 특징으로 하는 철광석 환원속도에 의한 노저 측벽 부하감소 방법.