KR100603133B1 - 고로 풍구로의 스래그역류 및 역화 차단 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고로 풍구로의 슬래그역류 및 역화 차단 방법에 관한 것으로서, 특히 고로의 연속조업중 돌발적인 설비중단에 의해 풍구로 고로 내부의 용융물이 역류하여 손상되는 대형사고를 방지하고, 미분탄의 연소성 개선을 위해 취입하고 있는 산소배관의 적열 또는 산소 압력의 감소로 인한 산소의 역화를 차단하기 위한 고로 풍구로의 스래그 역화 차단 방법에 관한 것이다.
본 발명은 고로조업을 제어하는 프로세스 컴퓨터에서 송풍량, 미분탄 취입 랜스의 내부온도, 산소취입 배관의 표면온도를 감시하는 제 1단계와, 상기 제 1단계에서 감지된 신호로부터 상기 송풍량이 급격히 감소하거나, 상기 미분탄 취입랜스의 내부온도가 급격히 상승하거나, 상기 산소취입배관의 표면온도가 급격히 상승하는 경우에는 산소 및 미분탄 공급을 차단하는 제 2단계와, 내열수지를 오픈하여 내열수지가 급격히 팽창하면서 분출되는 열풍기류를 차단하는 제 4단계와, 액화질소를 투입하여 내열수지의 공극에 채워지는 슬래그와 용선을 냉각하는 제 6단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고로 풍구로의 스래그역류 및 역화 차단 방법에 의하여 달성된다.
고로

Description

고로 풍구로의 스래그역류 및 역화 차단 방법{A method for intercepting reverse-fire and a reverse of slag in the blast furnace tuyere}
도 1은 일반적인 벨레스 고로의 장입 흐름을 나타내는 도면.
도 2는 종래 슬래그 역류시 송풍(送風)지관 및 미분탄 취입랜스를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 고로 슬래그 역류방지 및 산소 역화 차단 장치를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 슬래그 역류 방지 및 산소 역화 차단 장치의 흐름을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11. 고로본체 12. 장입물 이송 콘베이어 벨트
13. 연,원료 투입경로
14. 연화융착대, 고로내에서의 개스 상승기류
15. 풍구 및 연소대(raceway) 16. 출선구
17. 노심 코크 18. 송풍지관
19. 송풍기 21. 풍구
23. 송풍 환상관(bustle pipe) 24. 송풍지관(branch pipe)
25. 역류된 고로내의 slag 또는 쇳물
31. 미분탄 취입랜스 32. 산소취입 랜스
33. 미분탄 취입밸브 33a. 미분탄취입배관
34. 산소취입 밸브 35. 액화질소 압축탱크
35a. 액화질소 공급밸브 36. 내열수지 압축탱크
36a. 내열수지 공급밸브
37. 미분탄 취입랜스 표면온도 검지기(thermocouple)
38. 산소취입 배관의 표면온도 검출기
50. 제어기
60. 프로세스 컴퓨터(process computer)
70. 경보장치
본 발명은 고로 풍구로의 슬래그역류 및 역화 차단 방법에 관한 것으로서, 특히 고로의 연속조업중 돌발적인 설비중단에 의해 풍구로 고로 내부의 용융물이 역류하여 손상되는 대형사고를 방지하고, 미분탄의 연소성 개선을 위해 취입하고 있는 산소배관의 적열 또는 산소 압력의 감소로 인한 산소의 역화를 차단하기 위한 고로 풍구로의 스래그 역화 차단 방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 벨레스 고로의 장입 흐름을 나타내는 도면으로서, 일반적인 벨레스 고로의 장입흐름를 개략적으로 나타낸것이며, 일반적으로 고로조업은 철광석으로부터 용선 및 슬라그가 생성되어 노하부로 강하한다. 이렇게 노하부에 축적된 용융물은 출선구(16)를 통하여 연속적으로 배출된다.
대형 고로의 경우 보통 4개의 출선구를 보유하고 있는데, 이중 2개의 대각선 방향의 출선구를 번갈아 가며 노내의 용융물을 연속적으로 노외로 배출한다.
송풍기(19)에서부터 불려오는 바람은 열풍로를 거치면서 고온으로 승온되고, 이는 다시 각각의 풍구로 나뉘어져 고로 내부로 들어간다.
로(11)는 밸트 컨베이어(12)로 수송된 철광석(13)이 상부로 투입되고, 하부에서는 송풍기 (19)로부터의 바람이 송풍지관(18)을 통해 고로내로 투입된다. 고로내에서는 풍구 선단에 연소대(15)라는 공극이 형성되며 환원 개스(co gas)를 만든다. 상부에서 강하하는 철광석 및 코크의 연소와 하부에서 상승하는 바람이 상호 교차하면서 연화융착대(14)를 형성한다. 연화융착대에서 생성된 용융물(slag & 쇳물)과 코크스는 하부로 강하하여 용융물 풀과 노심 코크(17)를 형성하고 용융물은 출선구(16)를 통하여 연속적으로 배출된다. 하부에 저장된 노심 코크(17)는 주성분이 카본이기 때문에 서서히 쇳물속으로 침투하는 반응을 거쳐 소멸된다.
철광석과 함께 상부(13)로 투입되는 주원료는 코크스이며, 보조연료로 사용되는 미분탄은 풍구로 투입되어 대부분 연소대(15)에서 연소되어 환원 개스화 한 다.
풍구(21) 선단에는 고속의 바람에 의해 공동이 형성되고 이 공동 내부에서 연료인 코크스와 미분탄이 연소하므로, 이를 연소대(15)라 한다.
상기 연소대의 형상에 따라 내부에서의 용융물 적하거동이 달라진다.
고로의 정상조업도중에 갑작스런 정지현상(송풍기 정지, 정전, 풍구파손)이 발생하게 되면 풍구영역에 진공현상이 발생하면서 고로내의 용융물이 풍구로 역류(빨려 올라오는 현상)된다.
이를 조치하기 위해서는 1차 냉각시킨 다음 2차적으로 관통(slag가 굳으면 바위처럼 되므로 깨내야 함)하는 작업을 실시한다.
이럴 경우 복구 시간이 많이 소요되고 급작스런 고로 정지에 따라 고로내의 용융물의 온도는 점차 떨어진다.
따라서, 복구시간이 길어질수록 정상적인 조업수준을 회복하는데 많은 어려움이 따른다. 또한, 보조연료로 풍구에 취입하는 미분탄의 연소성을 개선하기 위해 산소를 동시에 취입하는데, 산소 배관의 적열 또는 압력 감소가 발생할 경우 역화(back fire:산소의 유속이 타는 속도보다 느릴 경우 거꾸로 타들어 오는 현상)하여 대형 화재사고를 유발하는 문제점이 있다.
도 2는 종래 슬래그 역류시 송풍(送風)지관 및 미분탄 취입랜스를 나타내는 단면도으로서, 송풍기로부터의 바람을 각 풍구(21)로 유도하여 주는 송풍지관(25)과 이를 최종적으로 고로내부로 전달하여 주는 풍구(21), 그리고 투입되는 바람에 의해 형성되는 연소대를 나타내었고, 미분탄의 수송관에 연결되어 있는 취입랜스(미도시)는 송풍지관(25)의 끝부위에 설치된다.
송풍기로부터의 바람은 환상관(도우넛 형태의 관: 23)에서 각각의 송풍지관(24)을 통해 나뉘어지고 고로내부로 들어간다. 전술한 바와 같이 송풍량의 급격한 감소에 의해 압력이 줄어들거나 풍구 파손등이 발생할 경우, 풍구 선단의 연소대 부근에 존재하던 용융물이 송풍지관으로 역류하여 응고(25)됨으로써 바람의 통로를 막는 사고를 유발하게 된다.
고로의 송풍압력은 고로의 크기별로 다르지만, 일평균 8000톤 이상의 쇳물을 생산하는 고로를 기준으로 했을 때, 약 4.0kg/cm2전후를 유지하고 있다. 또한, 이 압력을 유지하기 위한 송풍량은 6200Nm3/min이기 때문에 돌발적인 송풍 중단시에는 송풍압이 거의 진공상태에 이른다.
그리고, 고로의 내부에서 생성되는 용융물의 70%는 풍구선단의 연소대 부근으로 강하하기 때문에 풍구 영역에서 급작스런 진공상태는 내부에 존재하는 용융물을 삼투압시켜 풍구 및 송풍지관으로 빨아들이는 역할을 하게된다.
따라서, 풍구영역 및 연소대 부근에 존재하는 용융물만을 일시에 응고시킬 수 있다면 송풍압의 급작스런 감소시에도 송풍지관으로의 용융물 역류는 차단할 수 있다.
산소배관으로 역화발생시에는 고로내의 압력이 배관으로 통해 분출되기 때문에 순간적으로 주변설비를 녹이는 화재사고를 유발하고, 이를 조치하기 위해 긴급 감풍을 실시하는 과정에서 슬래그 역류를 초래하게 되는 연쇄적인 문제를 안고 있 다.
산소배관으로 발생하는 역화가 발생하기 이전에 반드시 배관의 적열이 선행되기 때문에 표면온도를 감지하여 일정온도 이상으로 상승시 산소배관을 고로내와 격리시키고 응고시킨다면 상기와 같은 문제점을 사전에 방지할 수 있다.
종래의 기술에 의한 슬래그 역류방지 방법과 산소역화 방지방법은 다음과 같다. 슬래그 의 역류를 방지할 수 있는 돌발 정지는 송풍기나 정전이외의 고로 자체적인 문제, 즉 풍구파손 또는 기타의 사고에 의할 정지뿐이다. 송풍기로부터 전해지는 압력이 계속 존재할 경우에는 바람량을 최소로 유지하면서 슬래그 역류를 억제할 수 있는 수단이 있다.
그러나 송풍기 정지 또는 정전 등에 의해 고로에 투입되는 바람이 일시적으로 사라질 경우에는 슬래그 역류를 피할수 없다.
산소의 역화를 방지할 수 있는 수단은 산소의 압력을 높게하여, 항상 고유속을 유지하는 방법이 있으며, 유량이 급격히 감소할 경우에 대비한 체크 밸브가 있으나 완전한 대비책은 아니기 때문에, 역화조짐(배관적열)이 있는지의 여부를 작업자가 상시 육안으로 감시하여 비상대비 체제하에서 조업을 하고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정상적인 가동중의 고로에 외란적인 요소에 의한 돌발적인 정지시 풍구 및 송풍지관으로 슬래그가 역류하는 현상을 방지하고, 산소배관으로의 역화 발생 직전에 감지, 역화를 차단함으로써, 고로의 돌발정지 시간을 최소화하고 화재사고를 예방하여 궁극적으로는 생산의 기회손실을 최소화할 수 있는 고로 풍구로의 스래그역류 및 역화 차단 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적은 고로조업을 제어하는 프로세스 컴퓨터에서 송풍량, 미분탄 취입 랜스의 내부온도, 산소취입 배관의 표면온도를 감시하는 제 1단계와, 상기 제 1단계에서 감지된 신호로부터 상기 송풍량이 급격히 감소하거나, 상기 미분탄 취입랜스의 내부온도가 급격히 상승하거나, 상기 산소취입배관의 표면온도가 급격히 상승하는 경우에는 산소 및 미분탄 공급을 차단하는 제 2단계와, 내열수지를 오픈하여 내열수지가 급격히 팽창하면서 분출되는 열풍기류를 차단하는 제 4단계와, 액화질소를 투입하여 내열수지의 공극에 채워지는 슬래그와 용선을 냉각하는 제 6단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고로 풍구로의 스래그역류 및 역화 차단 방법에 의하여 달성된다.
또한 상기 제 1단계에서는 상기 송풍량이 정상수준에서 1/3이하로 급격히 감소하는 경우를 감시하며, 상기 미분탄 취입랜스의 내부온도가 1200℃를 유지하다 1300℃로 급격히 상승하는 경우를 감지하며, 상기 산소취입배관의 표면온도가 상온에서 200℃이상으로 급격히 상승하는 경우를 감지하는 것을 특징으로 하는 고로 풍구로의 스래그역류 및 역화 차단 방법에 의하여 달성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 3은 본 발명의 고로 슬래그 역류방지 및 산소 역화 차단 방법을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 슬래그 역류 방지 및 산소 역화 차단 방법의 흐름을 나타내는 도면으로서, 본 발명은 미분탄 취입랜스(31)의 후단에 소정의 액화질소 압축탱크(35)와 공급밸브를 설치하는 액화질소 공급부를 설치한다.
또한 산소의 역화를 차단하면서 동시에 풍구의 슬래그 역류차단 기능을 갖는 내열발포성 수지를 산소배관 후단에 설치하여 산소배관 온도가 급상승하거나 앞에서 설명한 슬래그 역류조건이되었을 때 자동으로 산소취입을 중지하고 발포성 수지를 보다 안전성을 확보하면서 신속하게 공급하는 내발포성 수지 공급부로 구성하여 정상조업중에 상시 조업의 이상기류를 산소취입 배관의 온도에 의한 역류감지와 미분탄 취입렌스의 취입중지를 현장으로부터 제어기를 통해 프로세스 컴퓨터에 디스플레이 되게하여 고로조업 이상에 대한 풍구로의 슬래그 역류방지 및 산소의 역화를 차단할 수 있는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 미분탄의 취입배관(33a)엘보우의 종단부에 수평방향으로 액화질소를 순식간에 공급할 수 있는 노즐(35b)과 공급배관을 서로 취합하고 후미 소정의 거리에는 자동계폐밸브(35a)를 설치한다.
또한 공급배관과 액화질소의 압축탱크(35)를 직교하여 설치하고 상기의 전기신호를 수납하는 걔폐용밸브(33,35a)는 제어기(50)와 연결된다.
미분탄 취입렌스(31)의 표면온도를 검출하는 온도검출선(37)이 표면에 부착되고 후미의 플렌지(37a)의 일부분을 내통하여 연결되도록 한다.
또한 상부의 산소취입렌스(32)를 보호하기 위한 산소취입배관의 표면온도 검출기(38)를 용이하게 부착하고 상단의 소정의 구간에는 산소취입 방향과는 교차되도록하여 내열수지 공급용 배관을 부착하고 공급용 자동 개폐밸브(36a)를 부착한다.
연속적으로 이어지는 배관의 일측 종단에는 압축된 내열수지를 공급하기 위한 일정한 용량을 가지는 탱크(36)을 설치하고 전기제어 신호를 격납하고 공정컴퓨터(60)와 연결하기 위한 제어기(50)를 설치하는 것으로 구성한다.
이하, 본 발명의 작용을 설명한다.
정상적인 조업상태에서 벗어나 돌발적으로 정지상태가 되는지의 여부는 1차적으로는 프로세스 컴퓨터(60)에서 송풍량을 감지하거나, 조업자가 비상정지 스위치를 누르는 정보를 감지하고, 2차적으로는 미분탄 취입랜스 내부에 설치된 온도계(37) 산소배관에 설치된 온도검지기(38)의 측정치를 감시하여 관리하여 관리치 이상으로 벗어나는 경우 또한 프로세스 컴퓨터(60)에서 감시한다.
관리범위를 벗어날 경우, 즉각적으로 산소(34)와 미분탄 취입(33)을 중단하고, 산소배관에 연결된 내열 발포성 수지(36)를 분사하고, 뒤이어 미분탄 취입배관 후단에 연결된 액화질소(35)를 분사하여 발포성 수지와 풍구 및 연소대에 존재하는 slag를 냉각시켜 추가적인 용융물 역류를 차단한다.
미분탄 취입랜스의 온도(37)관리는 송풍온도(보통 1200℃)를 상한치로 관리하며, 1300℃ 이상으로 상승시 슬래그가 역류하는 것으로 판단하여 상기의 액화질소와 발포성 수지를 투입하도록 구성하였다. 상온의 미분탄이 랜스로 투입되기 때문에 송풍온도 이하로 유지되며 슬래그의 온도가 보통 1500℃이기 때문에 슬래그 역류시에는 전열에 의해 랜스의 온도가 급격히 상승 한다.
산소배관의 표면온도 또한 순산소의 온도가 상온이기 때문에 역화가 진행중일때는 배관의 온도(39)가 급격히 상승하여 그 징후를 미리 프로세스컴퓨터의 모니터에서 확인 가능하다.
정상적인 조업이 유지되는 상태하에서 세가지 정보(송풍량, 미분탄 취입 랜스의 내부온도, 산소취입 배관의 표면온도)를 프로세스 컴퓨터에서 감시 한다.
첫째, 풍량이 정상수준에서 1/3이하로 급격히 감소하는 경우를 감시하며, 둘째, 미분탄 취입랜스의 내부온도가 1200℃를 유지하다 1300℃로 급격히 상승하는 경우를 감지하며, 셋째, 산소취입배관의 표면온도가 상온에서 200℃이상으로 급격히 상승하는 경우를 감지한다.
이상 조건이 감지되면, 산소와 미분탄 취입을 중단하고 내열수지와 액화질소를 분사하고 조업자에게 경보를 발령하게 된다.
상기의 조건에서는 고로내의 고온 슬래그 또는 고온의 용선, 그리고 열풍이 강력하게 밖으로 분출되고 있기 때문에 일상적인 고압 개스 나 액화질소의 투입만으로는 차단하기 곤란하다. 따라서, 먼저 투입된 내열수지가 급격히 팽창하면서 분출되는 열풍기류를 차단함과 동시에 액화질소가 투입되면서 내열수지의 공극에 채워지는 슬래그 와 용선을 냉각시키는 효과를 갖는다.
두가지 물질을 순차적으로 분사하는 이유는 풍구 근처에 설치하는 액화질소와 내열 수지의 보관통이 무한정 커질 수 없기 때문에 송풍파이프 또는 미분탄 취 입랜스를 보호할 수 있는 1회용 용량으로 송풍파이프내의 용융물을 냉각하고 이후의 전열을 방지할 수 있는 기능을 가져야 하기 때문이다.
1차적으로 발포성 수지로 차단되고 냉각되었다고 하여도, 용융물중에 함유된 가연성 물질(카본, co gas, 미분탄, coke)등이 공기중의 산소를 만나면 다시 연소하였던 부분이 뚫린 가능성이 있다.
따라서, 불활성 개스(가연성이 없는)를 투입하여야 하는데 자동으로 작동하는 시스템에서 긴급하게 압력을 올리는 설비를 추가로 도입할 수 없고, 역화조건 감지와 동시에 고압으로 작동을 하기 위해서는 대기압에 노출시 급격히 부피 팽창이 되는 액화질소를 투입하게 되는 것이다.
본 발명은 종래의 고로의 연속조업을 정지(송풍기 정지, 정전, 풍구 파손 등)의 경우에 발생하는 슬래그의 송풍지관으로의 역류를 차단하여 정상적인 조업으로의 복구시간을 단축함과 동시에, 평시에 정상조업중 산소공급 압력의 감소 및 배관의 적열 등에 의한 산소의 역화를 차단하여 안정적인 조업을 유지하는 실용적인 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 고로조업을 제어하는 프로세스 컴퓨터에서 송풍량, 미분탄 취입 랜스의 내부온도, 산소취입 배관의 표면온도를 감시하는 제 1단계와,
    상기 제 1단계에서 감지된 신호로부터 상기 송풍량이 급격히 감소하거나, 상기 미분탄 취입랜스의 내부온도가 급격히 상승하거나, 상기 산소취입배관의 표면온도가 급격히 상승하는 경우에는 산소 및 미분탄 공급을 차단하는 제 2단계와,
    내열수지를 오픈하여 내열수지가 급격히 팽창하면서 분출되는 열풍기류를 차단하는 제 4단계와,
    액화질소를 투입하여 내열수지의 공극에 채워지는 슬래그와 용선을 냉각하는 제 6단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고로 풍구로의 스래그역류 및 역화 차단 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계에서는, 상기 송풍량이 정상수준에서 1/3이하로 급격히 감소하는 경우를 감시하며, 상기 미분탄 취입랜스의 내부온도가 1200℃를 유지하다 1300℃로 급격히 상승하는 경우를 감지하며, 상기 산소취입배관의 표면온도가 상온에서 200℃이상으로 급격히 상승하는 경우를 감지하는 것을 특징으로 하는 고로 풍구로의 스래그역류 및 역화 차단 방법.
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