KR100466170B1

KR100466170B1 - 미분탄 취입에 적합한 고로의 조업방법

Info

Publication number: KR100466170B1
Application number: KR10-2000-0031773A
Authority: KR
Inventors: 김재왕; 이관진
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2005-01-13
Also published as: KR20010112582A

Abstract

본 발명은 저가의 미분탄을 다량 취입할 수 있는 고로의 조업방법에 관한 것으로서, 소결 배합 원료중의 SiO₂-MgO계 조재제를 줄여 환원 분화성, 냉간강도, 피 환원성 등의 소결광 성상을 확보할 수 있는 범위에서 소결광 중의 SiO₂및 MgO의 함유량을 SiO₂:4.9%, MgO:0.8% 까지 저하시키고, 1000∼1500℃에서 소결광의 피환원성 및 통기성을 향상시킴과 함께 상기 삭감한 조재제(SiO₂:4.9%, MgO:0.8%)를 함유하는 소결광과 사문암:2%를 혼합한 별도의 괴상을 고로 노정에서 장입하거나 분체 상태로 고로 풍구로 취입함으로써 생산성 향상 및 고로 연료비 저하에 크게 기여하는 장점이 있는 것이다.

Description

미분탄 취입에 적합한 고로의 조업방법{SUITABLE OPERATION METHOD OF BLAST FURNACE FOR CHARGING RUM OF COKE}

본 발명은 저가의 미분탄을 다량 취입할 수 있는 고로의 조업방법에 관한 것으로서, 특히 미분의 소결 배합 원료가 괴광인 소결광으로 생산되는데 필요한 부원료중 SiO₂-MgO 성분을 최저로 하여 고로 연화 융착대에서 통기저항을 최소로 함으로써 저가의 미분탄을 다량 취입할 수 있는 미분탄 취입에 적합한 고로의 조업방법에 관한 것이다.

고로 장입원료 성상이 고로조업시, 특히 환원성, 통기성에 미치는 영향이 매우 크며, 생산성 및 원가에도 크게 영향을 미치고 있다.

따라서 고로 장입원료 성상 개선의 역사는 괴광석의 정립, 블렌딩(Blending )시작, 분광석 소성에 의한 산성 소결광제조, 소결배합 원료중에 석회석 첨가에 의한 자용성 소결광 제조, 미분 광석 소성에 의한 산성펠릿(Pellet)제조 및 펠릿( Pellet) 자용성화와 많은 기술개발이 진행되어 왔다.

특히 이중 자용성 소결광이 고로에서 환원성, 통기성에 미치는 영향은 매우 크고, 고로 장입원료의 70∼80%로 대부분을 차지하고 있다.

상기와 같은 내용의 일환으로 양호한 자용성 소결광의 성상을 기초로 고로 출선 슬래그의 화학 조성을 조정하기 위하여 부원료인 석회석, 규석, 사문암 등을 장입 원료의 융착, 적화시 맥석의 재화성을 향상시키기 위해 소결 배합 원료중에 첨가하고, 피환원성, 환원분화성, 상온 강도를 조정하는 수단으로써 지금까지 기술개발과 조업이 되어 왔으며, 그 결과 SiO₂, MgO 등을 많이 함유하는 소결광이 고로에서 사용되어 왔다.

소결광 성분중 SiO₂, CaO, MgO는 소결광 3대 슬래그 성분으로 소결과정에서 결합력을 증가시켜 소결광의 강도를 증가시키고, 환원분화를 억제하며, 고로 하부 적하대에서 슬래그 유동성을 향상시키지만, Al₂0₃성분은 증가시 소결과정에서 소결 조직을 취약하게 하고 고로 하부에서 슬래그 유동성을 급격하게 저하시키므로 소결광 성분중 낮게 관리하여야 하지만 철광석중 Al₂0₃가 낮은 것은 고가이고 매장량에 한계가 있어 다량 사용이 불가능하므로 부원료인 석회석, 규석, 사문암을 사용하여 소결광중 Al₂0₃함유량을 저하시켜 소결광을 생산한다.

또 소결광중 슬래그 성분이 부족하면 고로 하부 적하대 부위에서 코크스 회분에서 발생되는 "S"성분을 선철중에서 축출하기 어려우며 슬래그의 점성 증가로 하부에서 용선과 슬래그의 배출 불량에 의해 고로 노황의 악화를 초래하게 된다.

상기와 같은 문제점 때문에 소결과정에서 CaO, SiO₂, MgO 성분이 함유된 석회석(CaO ; 50.14%), 규석(SiO₂; 95.34%), 사문암(SiO₂; 36.4%, MgO ; 34.5%) 등이 배합 계산에 의해 배합된 후 소결 정량 절출장치(CFW)에서 철광석과 일정한 비율로 절출이 진행되어 소결 배합 원료로서 소결기에 장입되고 고온의 점화 가스에 의해 착화되어 철광석과 융용→결합→냉각과정을 거쳐 자용성 소결광으로서 생산된다.

생산된 소결광은 코크스와 고로의 노정벙커에 저장된 후 장입장치에 의해 고로 내부로 장입되어 고로하부 풍구에서 취입되는 고온의 가스에 의해 예열→환원→용융과정을 거쳐 용선으로서 고로 하부에 적하되며, 소결광에 함유된 슬래그의 3대 성분은 소결광의 강도 증가와, 고로 상부 샤프트부에서 환원 가스에 의한 소결광의 환원 분화를 방지하고, 고온의 가스에 의해 용융 소결광과 함께 고로 적하대를 흐르면서 탈유 작용과 철광석 내부에 함유된 불순물인 Al₂0₃성분의 함유율을 낮추어 슬래그 유동성을 확보하는데 중요한 역할을 한다.

슬래그 중 Al₂0₃성분이 높으면 고로내부 슬래그의 점성을 증가시켜 탈류작용이 되지 않으며, 용선 및 슬래그가 고로 밖으로 배출되는데 많은 장해를 일으키므로 용선의 점도를 낮추어 고로 밖으로 배출이 원할하게 되도록 하는 중요한 역할이 소결광 슬래그 3대 성분의 목적이라고 할 수 있다.

한편 소결광 성분중 FeO 성분은 고로 내부중 가장 통기저항이 많이 걸리는 연화 융착대 부위에서 용융을 시작하여 소결광 중 함유되어 있는 SiO₂, MgO 성분의 기공을 폐쇄하여 소결광 전체를 환원가스와 접촉하는 면적을 축소시켜 고로 하부에서의 유동성 및 환원성 부족을 초래 생산성 및 연료비를 상승시키는 작용을 한다.

따라서 고 미분탄 취입 조업을 위해서는 고로 내부에서 통기저항이 크게 상승하는 연화 융착대 부위에서 소결광 환원성이 가장 중요하며, 환원성이 양호한 소결광을 제조하기 위해서는 소결광중 슬래그 성분을 최소화하고 소결광중 기공이 많아 환원가스와 접촉 면적을 최대화하는 것이고 미분탄 취입에 맞는 최상의 고로 조업 방법이지만, 상기와 같이 소결광을 제조시 소결광의 결합력 저하로 강도가 저하하고 고로 슬래그중 Al₂0₃함유량 증가로 슬래그 유동성 불량 및 탈류작용 저하로 고로 노황에 악 영향을 미친다.

본 발명은 소결공정에서 소결광 제조시 필요한 최저의 부원료 석회석(CaO), 규석(SiO₂) 만을 사용하여 소결 배합원료의 접합 역할을 하게 하고, 고로 하부에서 슬래그 유동성을 양호하게 하는 사문암(SiO₂; 36.4%, MgO ; 34.5%)은 고로에서 괴광으로 광석과 같이 혼합하여 장입하거나 풍구에서 분체로 취입하는 고미분탄 취입에 적합한 소결광 제조방법이다.

용선의 원가를 절감하기 위해서는 고로에서 사용하는 고가의 코크스 보다 저가의 미분탄 취입이 장점이 있지만 고로 하부 연화융착대 통기저항 증가로 한계가있다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 고로의 소결광 제조방법에서 야기되는 각종 결점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 미분의 소결 배합원료가 괴광인 소결광으로 생산되는데 필요한 부원료중 SiO₂-MgO 성분을 최저로 하여 고로 연화 융착대에서 통기저항을 최소로 함으로써 저가의 미분탄을 다량 취입할 수 있는 미분탄 취입에 적합한 고로의 조업방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 고로에서 소결광의 거동을 나타낸 고로 내부의 상태도,

도 2는 고로내부의 각 부위별 슬래그 조성을 보여주는 도면,

도 3은 소결광중 슬래그 볼륨(Slag Volume)에 따른 노하부의 통기성 지수를

나타낸 도면,

도 4는 핫모델(Hot Model) 실험시 통기저항 지수를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명 채용시와 미채용시 실제 조업의 결과를 나타낸 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

11 : 고로 장입벙커 12 : 고로 장입슈트

13 : 고로 괴상대 14 : 연화융착대

15 : 용선, 슬래그 적하대

16 : 풍구 연소대 슬래그 17 : 풍구

18 : 고로 하부(노저)

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고 미분탄 취입에 적합한 고로의 조업방법은 소결 배합 원료중의 SiO₂-MgO계 조재제를 줄여 환원 분화성, 냉간강도, 피 환원성 등의 소결광 성상을 확보할 수 있는 범위에서 소결광 중의 SiO₂및 MgO의 함유량을 SiO₂:4.9%, MgO:0.8% 까지 저하시키고, 1000∼1500℃에서 소결광의 피환원성 및 통기성을 향상시킴과 함께 상기 삭감한 조재제(SiO₂:4.9%, MgO:0.8%)를 함유하는 소결광과 사문암:2%를 혼합한 별도의 괴상을 고로 노정에서 장입하거나 분체 상태로 고로 풍구로 취입하여 고로의 최종 슬래그의 화학 조성을 유지하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 고 미분탄 취입에 적합한 고로의 조업방법을 상세하게 설명한다.

도 1은 고로에서 소결광의 거동을 나타낸 고로 내부의 상태도로서, 도면부호 11은 고로 장입벙커이고, 12는 고로 장입슈트이며, 13은 고로 괴상대, 14는 연화융착대, 15는 용선, 슬래그 적하대, 16은 풍구 연소대 슬래그(Race Way), 17은 풍구, 18은 고로 하부(노저)를 각각 나타낸다.

T-Fe FeO CaO SiO₂Al₂O₃MgO C/O

종래 소결 배합원료 성분 56.02 7.41 10.85 5.52 1.98 1.58 1.92본 발명 소결 배합원료 성분 59.04 6.33 8.42 4.90 2.00 0.79 1.72사 문 암 5.20 0 0.80 38.40 0.70 39.70 0.02

슬래그 성분중 고로 연화 융착대(14) 부위에서 통기저항을 상승시키는 SiO₂와 MgO 두개의 성분을 모두 함유하고 있는 소결 배합원료중 부원료는 사문암(SiO₂: 36.4%, MgO : 34.5%)으로 소결광 성분중 FeO와 결합하여 소결광의 기공을 폐쇄시킴에 의해 소결광이 환원가스와 접촉하는 면적을 축소시켜 소결광의 환원, 용융시간을 길게함으로써 고로 노황악화, 연료비 상승을 초래하는 원인이 되고 있어 본 발명은 사문암을 괴광으로서 또는 분체로써 고로에 장입하는 방법이다.

도 3은 노하부 반응 전열을 모형화 할 수 있는 포트모델(Pot Model) 시험으로 미분탄 200g/Nm³취입시 소결광중 SiO₂저하에 따른 고로 슬래그량 저하시 노하부 통기성을 나타낸 것이다.

도 3에 나타낸 실험 결과와 같이 소결광 중 슬래그 볼륨(Volume) 저하로 노하부 통기성은 크게 개선되었다.

상기한 실험을 토대로 소결 배합원료중 SiO₂-MgO계 부원료인 사문암을 컷트(Cut)하고 저 SiO₂-저 MgO 소결광을 제조 사용할 경우 소결광중 Al₂0₃의 일정조건하에서 고로 출선 슬래그중 Al₂0₃상승 MgO 저하를 초래하여 슬래그의 유동성 탈류에 지장을 가져온다.

소결광의 환원성, 통기성 향상을 위해서는 소결광중 SiO₂, MgO를 극한적으로 저하시키는 것이 효과적이지만 소결 배합원료 중에서 컷트(Cut)한 부원료를 별도 괴상으로 노정에 장입하던지, 미분으로 풍구에다 취입하여 고로 하부에서 출선, 슬래그의 조성을 유지할 필요가 있다.

종래의 고SiO₂(SiO₂:5.5%) 및 고MgO(MgO:1.6%)의 소결광과, 고로 노정으로 사문암을 별도 장입이 필요한 저SiO₂(SiO₂:4.9%) 및 저MgO(MgO:0.8%)의 소결광과, 사문암을 별도로 고로 하부 풍구를 통하여 취입하는 저SiO₂(SiO₂:4.9%) 및 저MgO(MgO=0.8%)의 소결광의 3종류를 이용하여 고로 조업한 결과, 종래의 고SiO₂(SiO₂:5.5%) 및 고MgO(MgO:1.6%)의 소결광 보다 사문암을 고로 풍구 하부로 취입하고 저SiO₂(SiO₂:4.9%) 및 저MgO(MgO:0.8%)의 소결광을 사용하는 것이 고로 통기저항 지수값이 20%정도 저하되었다.

다음에 미분탄 200g/Nm³취입시에 고SiO₂및 고MgO의 소결광 사용(Case1)과, 저SiO₂및 저MgO의 소결광에 괴사문암 2.0%를 혼합 사용(Case2)과, 저SiO₂및 저MgO 사용시 풍구에 분체 사문암 10g/Nm³취입(Case3)의 3종류를 핫모델포트(Hot Model Pot)실험하고 그 결과를 도 4에 나타냈다.

소결광중 고로 슬래그 재화에 필요한 종전의 고 SiO₂- 고 MgO 소결광의 압손과 비교시 Case2, Case3의 순으로 노하부 통기성이 개선되었다. 이는 괴 또는 분체 사문암의 재화가 융착대 보다도 고온부 적하대에서 일어나고 분체를 풍구에 취입하는 쪽이 보다 효과적임을 알 수 있으며, 종전 조업보다 압손 저하의 이유는 압손 상승 원인으로 되는 FeO 함유 융액의 생성량이 본 발명인 저SiO₂, 저MgO 소결광중에서는 적기 때문이다.

상기한 내용을 증명하기 위하여 핫모델(Hot Model) 실험중에 적하 슬래그, 풍구 연소대 슬래그(Race Way) 및 출선 슬래그를 각각 채취하여 그 화학 조성의 조사 결과를 도 2에 나타냈다.

도 2에서 슬래그 조성은 CaO+SiO₂+Al₂0₃+MgO=100%로 한 보정치로서 도 2에 의하면 Case1∼Case3에서 풍구 연소대 슬래그(Race Way), 출선 슬래그의 화학 조성은 거의 동일한 값이고, 핫모델(Hot Model)의 풍구 연소대 슬래그(Race Way) 심도(∼250㎜)내에서 사문암의 재화는 거의 완료되었다.

따라서 고로 하부에서 필요로 하는 슬래그 성분은 소결광 배합원료중에 혼합되어 있든, 별도의 괴사문암 또는 풍구에 분체로 취입되든 고로 하부에서 배출 슬래그가 갖추어야 할 조건을 모두 구비한다. 이때의 고로의 작업온도는 1000∼1500℃가 바람직하며, 1000℃보다 낮으면 용융이 발생하지 않아 작업이 어렵고, 1500℃보다 높으면 연료비가 과다하여 효율적이지 않기 때문이다.

본 발명의 내용인 괴 사문암은 연화 융착대를 거쳐 적화대에서 고온의 가스에 의해 용융이 이루어지며, 풍구에서 취입되는 분체 사문암은 연소대에서 용융 고로 하부로 흘러내리기 때문에 연화 융착대에서 소결광이 환원가스와 접촉하는 표면적의 증가로 환원, 용융이 보다 빠르게 진행될 수 있다.

소결광중 철분이 통상 58% 정도이고 나머지는 슬래그 성분이므로 사문암을 소결 배합원료가 아닌 괴사문암 또는 분체로서 고로에 장입하므로 소결광의 환원 속도와 용융을 빠르게 할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명 미분탄 취입에 적합한 고로의 조업방법을 실제의 조업에 적용해본 결과 도 5에 도시한 바와 같이 고로에 있어서, 본 발명을 적용하지 않은 2000년 2월에 미분탄 취입을 140㎏/t-p까지 취입하였으나 노하부 통기저항 상승으로 미분탄 취입을 저하시켰으나 본 발명을 적용한 2000년 6월부터는 소결 배합원료중 미분의 사문암을 컷트(Cut)하고 저 SiO₂,저 MgO 소결광을 사용했는데 미분탄 취입을 140㎏/t-p 이상 취입시에도 고로 통기저항은 크게 상승하지 않았으며, 생산성 향상 및 고로 연료비 저하에 크게 기여하는 효과가 얻어 졌다.

Claims

소결 배합 원료중의 SiO₂-MgO계 조재제를 줄여 환원 분화성, 냉간강도, 피 환원성 등의 소결광 성상을 확보할 수 있는 범위에서 소결광 중의 SiO₂및 MgO의 함유량을 SiO₂:4.9%, MgO:0.8% 까지 저하시키고, 1000∼1500℃에서 소결광의 피환원성 및 통기성을 향상시킴과 함께 상기 삭감한 조재제(SiO₂:4.9%, MgO:0.8%)를 함유하는 소결광과 사문암:2%를 혼합한 별도의 괴상을 고로 노정에서 장입하거나 분체 상태로 고로 풍구로 취입하여 고로의 최종 슬래그의 화학 조성을 유지하는 것을 특징으로 하는 미분탄 취입에 적합한 고로의 조업방법.