KR100442638B1 - 미분제거제의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된미분제거제를 이용한 고로 연소대 주위의 미분 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로 내부에 존재하는 미분을 제거하는 방법에 있어서, 유기계 고분자 화합물을 이용하여 고로 내부의 연소대에 형성된 미분을 제거하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 고로 내부의 연소대 주위에 축적된 미분을 제거하기 위해 상기 고로의 풍구를 통해 취입하는 미분제거제의 제조방법에 있어서, 상기 고로에 장입된 철광석이 환원된 후에 남게 되는 최종 슬래그가 0.8~1.4의 염기도와 3~15wt%의 알루미나 및 3~10wt%의 MgO의 성분을 갖도록 철광석과 플럭스를 혼합하는 단계와, 상기 철광석과 플럭스를 5~80wt%의 유기계 물질로 결합하는 단계와, 상기 철광석과 플럭스 및 유기계 물질로 결합된 결합물을 3mm이하의 입자크기로 제작하는 단계를 포함하는 미분제거제 제조방법이 제공된다.

Description

미분제거제의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 미분제거제를 이용한 고로 연소대 주위의 미분 제거방법{Fabrication method of fines cleaning substance and Fines cleaning method in blast furnace}

본 발명은 고로 내부의 연소대에 형성된 미분을 제거하는 방법에 관한 것이며, 특히, 유기계 고분자 화합물을 바인더로 이용하여 미분을 제거하는 방법에 관한 것이다.

일반적인 제선공정은 용선생산의 원료가 되는 철광석과 연료인 코크스를 고로에 장입하고 코크스를 연소시켜 산화철의 환원반응을 통해 용선을 생산한다.

도 1a는 일반적인 고로의 내부를 나타낸 개략도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 고로 내부의 연소대를 상세히 나타낸 상세도이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 고로(1)의 하부에는 풍구(3)가 형성되고, 이런 풍구(3)를 통해 고온의 열풍이 고로(1)의 내부로 취입되며 고온의 열풍에 의해 고로(1)의 내부에 장입된 코크스(5)는 연소된다. 이 때, 코크스(5)를 대체할 목적으로 미분탄이 고온의 열풍과 함께 고로(1)의 내부로 취입된다. 이와 같이, 고온의 열풍이 풍구(3)를 통해 고로(1)의 내부로 취입되면 고로(1) 내부의 풍구(3) 전방에는 고온의 열풍에 의한 공동이 형성되는데, 이런 공동을 연소대(7)라 한다. 이런 연소대(7)에서 연료인 코크스(5)와 미분탄 대부분이 연소되어 광석의 환원에 필요한 열을 공급한다.

그러나, 경우에 따라서 미연소된 미분탄은 고로(1)내에서 코크스층 사이를 통과하여 일부는 노외로 배출되고, 미연소된 미분탄의 일부는 코크스층 내에서 가스 이동속도가 상대적으로 떨어지는 코크스층에 축적하게 된다. 이렇게 축적된 미연소 미분탄은 고로(1) 중심에 축적되어 가스흐름을 변화시키고 노심온도를 감소시키며 통기저항을 증가시키고 연소대의 크기를 감소시킨다.

한편, 도 1b에 도시된 바와 같이, 풍구(3)를 통해서 연소대(7)로 송풍되는 가스는 약 1200℃, 6000Nm³/min 정도의 고온공기로서, 유속이 약 250m/sec의 고속이다. 이런 고속의 가스는 연소대(7)에서 코크스(5)를 분화시키고, 코크스(5)의 분화에 의해 다량의 미분이 발생한다. 이렇게 발생한 미분은 가스흐름을 따라 고로(1)의 내부를 이동하다가 상대적으로 가스 유속이 낮은 곳에 축적된다. 이렇게 축적된 다량의 미분은 마치 새집의 형태를 형성하는데, 이런 새집 형상에 의해 그 명칭을 버드네스트(bird's nest)(14)라 칭한다. 이런 버드네스트(14)의 형성은 코크스(5)가 연소하는 구역인 연소대(7)의 크기를 줄이거나 연소대(7)에서 발생하는 가스가 고로(1) 중심으로 유입되지 못하게 한다. 또한, 연소대(7)의 크기가 줄면 연소구역이 짧아 미연소분이 다량으로 발생하게 되고, 고로(1) 중심으로 가스가 골고루 분배되지 못하여 원활한 고로 조업을 하지 못하게 된다. 이와 같이, 고온의 가스가 고로(1)의 중심으로 유입되지 못하게 되면 용융물(10)이 흘러 내리는 용융물(10)의 점성이 증가하게 되고, 용융물(10)의 체류시간이 늘어나며, 그로 인해, 용융물(10)과 가스흐름 통로가 막혀 용선 생산량이 저하되는 단점이 있다.

이와 같은 단점을 보완하기 위해 환원 철광석 및 미분탄 혼합 취입법(ISIJ international, Vol.31 (1991) No.7)이 개발되었는데, 이런 환원 철광석 및 미분탄 혼합 취입법은 철광석 환원율의 증가와 적절한 미분탄 취입을 통해서 고로 하부에 형성된 연소대의 온도 및 노심온도를 적정하게 유지하는 방법을 제시하고 있다.

그러나, 이러한 환원 철광석 및 미분탄 혼합 취입법에서는 용융물의 배출불량에 의한 고로의 중심부로 열풍이 침투하지 못하게 되는 문제점을 고려하지 않고 있다. 철광석 용융시 생기는 슬래그는 온도 및 조성에 따라서 그 유동성이 크게 좌우되므로, 적정한 온도와 조성을 맞추는 것이 매우 중요하다. 또한, 미분탄과 철광석 입도 및 양에 대한 적정한 설계는 반응효율을 향상시켜 환원율을 높이고 연료비를 감소시키는 효과가 있는데도 불구하고, 이에 대한 점을 고려하지 않고 있다.

한편, '일본특허 특개평 6-122908호'에서 다루고 있는 휴풍(休風)중에 코크스와 플럭스(flux) 혼합물을 삽입하여 분을 제거하는 방법은 휴풍(休風)중인 고로의 풍구를 통하여 관을 삽입하고, 이런 관을 통해 입도 50mm이상의 코크스와 용융성이 좋은 CaF₂플럭스를 혼합하여 삽입하는 것이다. 이와 같이, 코크스와 플럭스를 장입한 후 풍구를 통해 고온의 공기를 취입하는 경우에 고로의 중심부로 열풍이 취입되어 노심온도를 상승시킬 뿐만 아니라 쉽게 용융된 플럭스에 의해 분이 제거된다는 것이다.

'일본특허 특개평 6-122908호'에서 소개된 방법을 좀 더 자세히 살펴보면 내관 180mm, 외관 250mm의 이중관을 풍구를 통하여 삽입하고, 삽입시에 내관 내에 채취된 코크스는 내관만을 외관으로부터 인출함으로써 채취된 코크스는 노외로 배출된다. 이때 배출된 코크스의 분량을 조사하여 노심의 활성화 상태를 평가한다. 노내에 남겨진 외관 내부를 통해 앞에서 언급한 대립(大粒) 코크스와 플럭스의 혼합물을 장입하고, 장입물 뒤쪽에 스토퍼를 댄 후에 외관을 제거하여 대립 코크스와 플럭스의 혼합물을 노내에 남겨 놓는다. 이것은 물리적인 방법으로 그 효과는 매우확실하나 이러한 방법은 대개 3~4개월에 한번씩 실시하는 고로 휴풍시 1회에 걸쳐서만 시행이 가능하다는 단점이 있다.

또한, 종래의 미분을 제거하는 다른 한 방법으로서, 연소대 주위의 미분을 제거하기 위해 소결 분광과 미분탄을 동시에 취입하는 방법이 제시하고 있는데, 이는 소결광 중에 첨가된 염기도 조절용 석회석 등과 연소대 주위에 존재하는 고융점의 미분과 혼합되어 융점을 낮춤으로서, 미분을 용융시켜 제거하는 방법이다. 또한, 소결광 중에 철원은 상부로 장입되는 광석의 양을 감소시키는데 기여하므로 상부에서 통기성 개선에도 기여한다.

그러나, 미분탄 취입량 및 생산량에 따라서 소결광 취입량을 조절하여 슬래그의 성분을 맞추어야 한다. 철원과 슬래그 성분이 용융 결합되어 있는 소결광의 특성상 슬래그 성분조절을 위해 철원이 동시에 증가되거나 감소되어지는 문제점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위해 철광석 용융시 발생되는 슬래그의 유동성을 개선하기 위해 풍구를 통해서 플럭스를 취입하는 방법(ISIJ International Vol.39(1999), No.7)이 개발되었다. 이것은 석회석과 제강 슬래그를 고로 풍구에 취입하여 슬래그의 염기도를 조절하여 슬래그의 용융온도와 유동성을 조절하는 방법이다. 그러나, 이것은 고로 하부에서 슬래그 부피를 증가시켜 통액성을 악화시키는 단점이 있다. 또한, 석회석은 미분이고, 비중이 적은데 반하여 슬래그는 조대하고 비중이 크므로 풍구를 통한 혼합취입시에 고로 내에서 슬래그와 석회석이 분리되고 편재되어 원하는 조성의 슬래그를 만들 수 없다는 단점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 유기계 고분자 화합물을 바인더로 사용한 철광석과 플럭스 혼합입자를 취입하여 연소대 주위에 형성된 미분을 제거하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1a는 일반적인 고로의 내부를 나타낸 개략도이고,

도 1b는 도 1a에 도시된 고로 내부의 연소대를 상세히 나타낸 상세도이고,

도 2a는 철광석과 탄소가 혼합된 상태의 환원율을 나타낸 그래프이고,

도 2b는 철광석과 플럭스를 동시에 취입할 때의 분리상태를 나타낸 그래프이며,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 플럭스 취입시에 노내 통기성의 변화를 나타낸 그래프이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 고로 3 : 풍구

5 : 코크스 7 : 연소대

10 : 용융물 14 : 버드네스트

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 고로 내부의 연소대 주위에 축적된 미분을 제거하기 위해 상기 고로의 풍구를 통해 취입하는 미분제거제의 제조방법에 있어서, 상기 고로에 장입된 철광석이 환원된 후에 남게 되는 최종 슬래그가 0.8~1.4의 염기도와 3~15wt%의 알루미나 및 3~10wt%의 MgO의 성분을 갖도록 철광석과 플럭스를 혼합하는 단계와, 상기 철광석과 플럭스를 5~80wt%의 유기계 물질로 결합하는 단계와, 상기 철광석과 플럭스 및 유기계 물질로 결합된 결합물을 3mm이하의 입자크기로 제작하는 단계를 포함하는 미분제거제 제조방법이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기와 같은 방법으로 제조된 미분제거제를 고로에 형성된 풍구에 취입하여 연소시킴으로서, 상기 고로의 내부에 형성된 연소대 주위에 적층된 미분을 제거하는 고로 연소대 주위의 미분 제거방법이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 고로 연소대 주위의 미분 제거방법의 양호한 실시예에 대하여 설명하기 이전에, 본 발명의 목적과 효과를 이루기 위한 철광석과 탄소가 혼합된 상태의 환원 및 철광석과 플럭스를 동시에 취입하였을 때의 분리상태에 대하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 2a는 철광석과 탄소가 혼합된 상태의 환원율을 나타낸 그래프이고, 도 2b는 철광석과 플럭스를 동시에 취입할 때의 분리상태를 나타낸 그래프이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 동일온도 및 동일시간에서 철광석을 코크스 즉 탄소와 균일하게 혼합한 경우에는 환원이 빠르게 일어나 철광석과 탄소를 혼합하지 않고 층상으로 철광석을 배치한 경우에 비하여 약 1.4배 정도의 큰 환원율을 보인다.

철광석과 탄소를 혼합하지 않고 층상으로 철광석을 배치한 경우에는 철광석이 연화 융착되어 탄소와의 반응이 더디게 일어나 환원율이 떨어지지만, 이에 반하여, 철광석과 탄소가 균일하게 혼합되어 있는 경우에는 주위 탄소성분으로 인해 철광석의 환원이 매우 빠르게 진행된다. 이런 차이는 확산계수가 다른 것에 의해 기인한다. 따라서, 유기계 고분자 화합물인 폐 플라스틱에 의해 결합된 철광석은 환원과 동시에 폐 플라스틱에 존재하는 탄소와의 반응에 의해 쉽게 환원된다.

한편, 도 2b는 철광석과 플럭스가 결합되지 않은 상태로 취입한 경우에 코크스 충진층에서 분리 축적되는 결과를 나타내고 있다. 그래프에서와 같이, 비중과 입도가 다른 물질은 종단 속도(terminal velocity)가 각각 다르므로 축적되는 위치가 각각 다르게 된다. 즉, 노내의 코크스 충진층에서의 가스 이동속도는 일정하나, 가스에 동반된 입자의 상태가 각각 다르므로, 무겁고 큰 입자는 가까운 곳에, 가볍고 작은 입자는 먼곳에 쌓이게 된다. 따라서, 이러한 효과를 극소화하기 위해서는분리가 생기지 않는 입도 및 무게를 결정하여 취입하여야 한다. 또한, 철광석과 플럭스의 환원 특성이 각각 달라서 동일한 위치에 존재하지 않는 경우에 용융 낙하 효율이 매우 감소하게 된다. 따라서, 입자의 크기에 상관없이 균일량으로 결합된 입자를 취입하는 경우에는 이러한 문제를 쉽게 해결 할 수 있으며, 이를 위한 대표적인 바인더로 열원인 탄소와 환원제인 수소를 다량 함유한 유기계 고분자 화합물을 들 수 있다.

한편, 철광석과 유기계 물질에 의해 결합된 플럭스(CaCO₃, CaF₂, MgCO₃, MgO, Al₂O₃, CaO, Ca(OH)₂, 또는, 이들의 혼합물)는 철광석 환원후에 남은 맥석과 함께 용융되기 쉬운 성분으로 이루어지게 된다. 종래에는 철광석과 플럭스가 따로 분리되어 용융온도가 높은 맥석성분만 따로 존재하는 경우가 있으나, 폐 플라스틱에 의해 결합된 맥석과 플라스틱은 매우 낮은 용융점을 가진 용융물을 형성하게 된다.

또한, 미분탄 취입량이나 생산량에 따라서 플럭스의 첨가량을 조절하여 연소대 주위 슬래그의 유동성을 손쉽게 조절하는 것이 가능하므로 고로 조업중에 통기성이 항상 안정하게 확보된다.

이와 같은 결과를 바탕으로 본 발명의 고로 연소대 주위의 미분 제거방법에 관한 양호한 실시예를 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 플럭스 취입시에 노내 통기성의 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 철광석과 플럭스를 함유한 철원을 노내에 취입하여 미분을 제거하기 위한 것으로, 먼저, 용융된 유기계 물질에 철광석과 플럭스를 잘 혼합시킨다. 유기계 물질은 바인더로 작용하므로 5~80wt%내외의 양을 사용하여 철광석과 플럭스가 잘 결합하도록 한다. 여기에서, 바인더가 5wt% 이하가 되면 철광석량에 비해 바인더양이 상대적으로 적어 바인더에 의해 석회석과 철광석의 결합이 이루어지지 않아서 원하는 조성의 슬래그가 생성되지 못한다. 그리고, 80wt% 이상의 경우에는 석회석과 철광석이 바인더 내부에 완전히 묻히게 되어 철광석의 환원속도가 늦어지고 또한 상대적으로 적은 량의 석회석과 철광석으로 인해서 편재가 발생하게 되어 원하는 점도를 가지는 슬래그를 생성되지 못한다.

한편, 맥석은 광석의 종류에 따라서 매우 다양하게 나타난다. 따라서, CaO나 MgO량을 조절하여 출선 슬래그의 조성에 근접하도록 하는 것이 중요하며, 1500℃에서 1~3poise의 점도를 가지는 슬래그가 양호하며, 이런 슬래그를 형성하기 위해서는 13~15wt%의 알루미나를 가지는 출선 슬래그에 1.2이상의 염기도, 3~6wt%의 MgO이 포함되도록 플럭스를 조절한다. 또한, 3~13wt%의 알루미나를 포함하는 출선 슬래그의 경우에는 1.2이하의 염기도, 6wt%이상의 MgO를 가지고 있도록 플럭스를 조절한다.

철광석 및 플럭스와 결합된 유기계 물질 입자의 크기는 3mm 이하로 유지하여 연소대 주위의 미분중에서 가장 문제가 되는 버드네스트부에 잘 섞이게 할 필요가 있다. 유기계 물질은 황(S)성분이 적고 수소(H)를 많이 함유한 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 철광석과 플럭스를 유기계 물질로 결합시켜 고로의 풍구를 통해 취입하는 경우에 환원 효율이 증대될 뿐만 아니라 철광석과 플럭스가 분리되지 않음으로서 가장 낮은 온도에서도 용융물을 형성시키는 효율을 증가시킨다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 철광석과 플럭스를 분리하여 취입한 경우의 압력손실과 철광석과 플럭스를 유기계 고분자 화합물로 결합하여 취입한 경우의 압력손실에 관하여 용융 적하시 까지의 압력손실 변화를 나타낸 것으로서, 유기계 고분자 화합물을 사용하는 경우가 유기계 고분자 화합물을 사용하지 않는 경우에 비하여 압력손실이 작다는 것을 알 수 있다. 압력손실은 작다는 의미는 고로 내부에 적층된 코크스 및 철광석의 사이도 가스의 이동이 원활하다는 의미이며, 이는 곧 통기성이 좋다는 것을 의미한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 고로 연소대 주위의 미분 제거방법은 고로의 연소대 주위의 미분을 제거하여 통기성을 향상시킴으로써, 용선 생산량을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 고로 연소대 주위의 통기성 개선으로 인하여 산화철의 환원반응을 활성화시켜 철광석으로부터의 용선의 실수율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 고로 연소대 주위의 미분 제거방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (2)

1. 고로 내부의 연소대 주위에 축적된 미분을 제거하기 위해 상기 고로의 풍구를 통해 취입하는 미분제거제의 제조방법에 있어서,

   상기 고로에 장입된 철광석이 환원된 후에 남게 되는 최종 슬래그가 0.8~1.4의 염기도와 3~15wt%의 알루미나 및 3~10wt%의 MgO의 성분을 갖도록 철광석과 플럭스를 혼합하는 단계와,

   상기 철광석과 플럭스를 5~80wt%의 유기계 물질로 결합하는 단계와,

   상기 철광석과 플럭스 및 유기계 물질로 결합된 결합물을 3mm이하의 입자크기로 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분제거제 제조방법.
2. 청구항 제 1 항의 미분제거제를 고로에 형성된 풍구에 취입하여 연소시킴으로서, 상기 고로의 내부에 형성된 연소대 주위에 적층된 미분을 제거하는 것을 특징으로 하는 고로 연소대 주위의 미분 제거방법.