KR100605715B1

KR100605715B1 - 고로 조업에서 미분탄 연소성 향상 방법

Info

Publication number: KR100605715B1
Application number: KR1020010085376A
Authority: KR
Inventors: 송경석; 최진식; 허금식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2006-08-01
Also published as: KR20030054942A

Abstract

고로 조업에서 미분탄 연소성 향상 방법이 제공된다.

본 발명은, 고로에 미분탄을 취입하는 미분탄취입 고로조업에 있어서, 상기 고로에 열풍을 공급하는 송풍지관의 내화벽 내부로 미분탄취입 랜스를 삽입 형성함으로써, 고로에 취입되는 미분탄을 150~200℃의 온도로 사전 예열하는 것을 특징으로 한다.

미분탄, 연소성향상, 송풍지관, 미분탄 취입랜스

Description

고로 조업에서 미분탄 연소성 향상 방법{Method for increasing the pulverized coal combustion at blast furnace operation}

도 1은 고로 내부형상 및 조업에 대한 개념도

도 2는 종래의 미분탄 사전예열설비의 일예도

도 3는 종래의 송풍지관 상세도

도 4은 본 발명에 따른 송풍지관 상세도

도 5는 미분탄 예열에 의한 연소온도 상승 효과를 나타내는 그래프로서,

도 5(a)는 종래와 같이 미분탄을 사전예열하지 않은 경우이며,

도 5(b)는 본 발명과 같이 미분이 사전에열된 경우의 효과를 나타낸다.

도 6은 본 발명에 따른 송풍지관에서 그 내화벽의 내부로부터 외부로의 온도구배를 나타내는 그래프

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

11 : 환상관 13 : 출선구

15 : 연소대 17 : 선회 슈트

20 : 송풍지관 21 : 블로우 파이프

23, 33 : 미분탄 취입 랜스 24 : 미분탄 분배기

본 발명은 고로공정에서 보조 연료로서 미분탄을 취입할 때 미분탄의 연소성을 향상시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고로에 취입되는 미분탄을 고로에 열풍을 공급하는 송풍지관의 외벽으로 삽입형성된 미분탄취입 랜스를 통하여 공급함으로써 미분탄의 취입온도를 기존 50℃에서 150~200℃까지 상승시켜서 고로 내부 연소대 및 풍구상에서 완전연소에 이르는 시간을 단축시키는 방법에 관한 것이다.

도 1은 고로 내부형상 및 조업에 대한 개념도이다.

일반적으로 고로 공정은 도 1에 나타낸 것과 같이, 주원료인 철광석(소결광, 정립광, Pellet 등)과 주연료인 코크스를 고로 상부의 선회슈트(17)를 이용하여 장입하고, 고로 하부의 풍구를 통해서 고온의 열풍과 산소를 불어넣어 고로내부에 장입된 코크스를 연소대(15)에서 연소시킨다. 이때 발생된 고온의 열과 환원 가스에 의해 고로내부에 있는 철광석은 환원 및 용융되어 쇳물과 슬라그를 생성하며, 출선구(13)를 통해서 이러한 용융물을 배출시킨다.

고로조업에서는 환경공해를 최소화시키고 코크스 제조비용 저감 및 코크스로 수명을 연장하기 위해 코크스 대체연료로서 미분탄을 도 3와 같이 더블로우 파이프(21) 측면에 설치된 별도의 랜스(23)를 통해서 고로내부에 취입한다.

미분탄 취입용 랜스는 외부 랜스와 내부 랜스로 구성되어 있고, 내부 랜스를 통해 미분탄을 취입하며, 최근 미분탄의 연소성 개선을 위해서 내부 랜스에 산소를 동시 취입한다.

한편 고로의 풍구 앞부분에는 약 1.0~1.5m 깊이의 빈 공간(이하 연소대, 15)가 존재한다. 이는 송풍지관(20)과 블로우파이프(21)를 빠져나온 약 220 ~ 250m/sec이상의 열풍에 의해 형성되며 이곳에서 미분탄 및 천연가스와 같은 보조연료의 연소가 이루어 진다.

그런데 미분탄이 연소대 내부에서 미처 완전연소하지 못할 경우, 미연소된 미분탄이 코크스층 내에 퇴적하거나 상승하는 가스와 더불어 고로 노정을 통하여 고로 외부로 배출된다. 이와 같이 고로 내부에 퇴적된 미분탄은 풍구 선단의 연소대(15) 선단에 가스가 통과하기 힘든 층을 형성하거나, 용융물과 결합하여 용융물의 유동성을 저하시켜 고로 외부로 배출을 어렵게 한다. 또한 고로 내부에서 가스 흐름을 불안정하게 하고, 연소대를 축소시키는 것으로 보고되고 있다.

이러한 미분탄의 미연소량은 미분탄 취입량이 증가할 수록 증가하는 경향이 있기 때문에 미분탄 취입량이 증가할수록 연소성의 중요성이 증가한다.

따라서 송풍지관을 통해 고로 내부에 취입되는 열풍의 온도가 낮은 경우 연소성이 낮아지기 때문에 고미분탄 취입조업시 미분탄의 연소성 개선을 위한 방법이 필요한 것이다.

일반적으로 미분탄의 연소성을 향상시킬 수 있는 방법으로, 송풍온도 상승, 산소 취입량 증대, 고로 내부온도(노열) 상승, 미분탄 취입용 랜스 구조개선 등의 여러 가지 방법이 시도되고 있다.

미분탄 취입량이 증가할 수록 풍온을 높이고 산소취입량을 증대시켜 연소성을 개선하는 조업을 실시한다. 그런데 열풍로의 설비관리상 현재 풍온(1100~1150℃)이상은 확보할 수 없으며, 산소 취입량 또한 산소공장의 생산능력과 맞물려 있기 때문에 제한적일 수 밖에 없다.

따라서 풍온 및 산소 취입량이 고정된 상태에서 미분탄의 연소성을 높이기 위해서 미분탄의 온도를 상승시켜야 한다. 특히, 설비 및 조업특성상 풍온을 증대시킬 수 없는 경우, 미분탄 온도를 상승시켜 연소성을 향상시키는 노력을 적극적으로 수행하고 있다.

이러한 미분탄 연소성 향상을 위한 미분탄을 사전 예열하는 방법의 일예로서 도 2와 같은 독일 티센제철소에서의 미분단 예열설비를 들 수 있다. 이 설비에서는 고로 측면에 미분탄 사전예열을 위해 별도의 설비를 신설하여 열매(열전달 매개체)로써 오일(oil)이 폐순환하는 파이프 내부를 미분탄 취입용 랜스가 통과함으로써 랜스내 미분탄이 예열되도록 한 것이다.

그러나 이 설비는 미분탄 사전예열을 위해 추가적으로 가스(연료)를 사용해야 하며 미분탄 취입용 랜스(통상 32 ~ 34개)가 모두 통과할 수 있는 설치공간이 필요하다. 또한 열매로써 사용되는 오일이 샐 경우, 환경 오염 및 열매체로서의 기능저하로 사전예열의 효과를 얻을 수 없다. 더욱이, 연료로 사용하는 가스량이 헌 팅하여 미분탄이 사전예열장치내에서 장시간 체류하는 경우, 랜스 내부에서 미분탄 자체에서 생성되는 타르로 인한 막힘 현상, 부피 팽창에 따른 내부압력 상승으로 폭발위험이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고로에 취입되는 미분탄을 고로에 열풍을 공급하는 송풍지관의 내화벽 내부로 삽입형성된 미분탄취입 랜스를 통하여 공급함으로써 고로취입전 사전예열에 의해 미분탄의 연소성을 향상시킬 수 있는 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고로에 미분탄을 취입하는 미분탄취입 고로조업에 있어서, 상기 고로에 열풍을 공급하는 송풍지관의 내화벽 내부로 미분탄취입 랜스를 삽입 형성함으로써, 고로에 취입되는 미분탄을 150~200℃의 온도로 사전 예열하는 것을 특징으로 하는 미분탄 연소성 향상방법에 관한 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 4은 본 발명에 따른 송풍지관 상세도이다.

상술한 바와 같이, 풍온 및 산소 취입량이 고정된 상태에서 미분탄의 연소성을 높이기 위해서 미분탄의 온도를 상승시켜야 한다. 따라서 본 발명자는 다른 특졀한 설비의 부가없이 고로에 취입되는 미분탄 온도를 상승시킬 수 있는 방법에 대하여 연구한 결과, 송풍지관내의 열풍을 이용하는 방안에 대하여 검토하기에 이르 렀다. 상술한 바와 같이, 종래에는 도 3과 같이, 고로에 취입되는 미분탄은 송풍지관(20)의 더블로우 파이프(21) 측면에 설치된 별도의 미분탄 취입랜스(23)를 통하여 고로내부에 취입되므로 미분탄의 사전예열하는 것이 불가능하였다.

따라서 본 발명자는 고로에 취입되는 미분탄을 사전예열하기 위하여 도 4와 같이 송풍지관(20)의 내화벽 내부(즉, 보호용 내화물내부)에 미분탄 취입랜스(33)을 삽입형성함을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에서는 미분탄 취입랜스(33)가 송풍지관(20)의 외벽을 따라 삽입형성되어 있으므로, 취입랜스(33)을 통과하는 미분탄을 송풍지관(12) 내부의 1100 ~ 1150℃ 열풍으로 사전예열할 수 있고, 이에 따라 사전예열된 미분탄을 고로에 취입함으로써 그 연소성을 개선할 수 있는 것이다.

한편, 통상 송풍지관(20) 내부에 흐르는 열풍은 1100 ~ 1200℃에 달하는 고온이므로 그 내화벽을 구성하는 송풍지관내 내화물은 열전도도가 낮고 내구성 및 성형성이 우수한 재료를 사용하는데, 그 일예가 표 1과 같다.

구 분			내화물 사양
최고 사용온도			1650
화학 성분	Al₂O₃		56
	SiO₂		37
물리적 성질	곡강도 (kg/cm²)	110℃	65
		1000℃	40
		1500℃	120
	선팽창율 (%)	110℃	-0.1
		1000℃	-0.3
		1500℃	+0.1
	열전도도 (kcal/m.hr.℃)	500℃	0.59
		1000℃	0.72
비중(ton/m³)			2.15~2.25

따라서 이러한 송풍지관(20)의 내화벽 내부에 미분탄 취입랜스(33)을 삽입형성하면, 송풍지관(20) 내부의 고온이 그대로 랜스에 전달된다면 랜스 내부를 통과하는 미분탄은 전부 발화하여 폭발할 위험이 있다. 또한 고온에서 발생한 미분탄의 타르가 랜스(33) 내부에 침적하여 랜스 막힘현상을 일으키고 휘발분의 휘발로 내부 압력상승 및 폭발위험이 크다.

따라서 본 발명에서 송풍지관(20)으로부터의 유입되는 고열로부터 미분탄취입랜스를 보호하기 위해 송풍지관 내화벽과 미분탄 취입랜스(33)사이에 랜스의 접합부분에 고열전도성의 랜스 보호용 보호재(33a)을 삽입하도록 구성함이 바람직하며, 이러한 미분탄취입랜스(33)를 감씨고 있는 보호재(33a)는 또한 랜스의 삽입 및 취외작업을 쉽게 해주는 역할도 한다. 한편, 표 2는 본 발명에서 사용될 수 있는 보호재의 조성의 일예이다.

구 분		특성
화학조성	Al₂O₃	26%
	Al₂O₃ + SiO₂	99%
사용온도(℃)		1260
녹는점(℃)		1760
두께(mm)		3
밀도(kg/m)		400
선수축율(%) 1100℃x8hrs		1.8
열전도율 (kcal/mh℃) 600℃ 800℃ 1000℃		0.10 0.14 0.18

한편, 과도하게 사전예열된 미분탄을 고로에 취입하면, 미분탄에서 생성된 점액질의 타르가 랜스 내벽에 부착된다. 또한 랜스내부를 통과하는 미분탄이 이 타르와 접촉하게되면 타르 선단에서 퇴적되어 랜스가 막히게 된다. 최근 안정된 미분탄취입을 위해 휘발분이 높은 일반탄과 낮은 반무연탄을 섞어서 휘발분을 약 20%내외로 조정하여 사용하고 있는데, 일반적으로 미분탄의 휘발분은 300℃의 고온에서 급격히 휘발하여 부피팽창하게 된다.

따라서 본 발명에서는 미분탄을 송풍지관(20)내에 삽입 형성된 미분탄 취입랜스(33)에서 체류시켜 그 온도를 사전예열함에 있어서, 그 온도수준을 150~200℃로 관리한다.

도 6은 본 발명에 따른 송풍지관에서 그 내화벽의 내부로부터 외부로의 온도구배를 나타내는 그래프로서, 하기 일반적인 수학식 1을 통하여 쉽게 얻어질 수 있다.

Q = k*A(T₁-T₂)/L

여기서, Q : 열량 (kcal), k : 열전달계수, T₁ : 접점 1의 온도, T₂ : 접잠2의 온도, 그리고 L : T₁ 및 T₂사이의 거리(mm)

도 6에 나타난 바와 같이, 송풍지관(20)내 형성된 미분탄 취입랜스(33)에서의 온도범위는 대략 300℃이하이고, 미분탄분배기(24)로부터의 미분탄이 통상 수초내에 상기 미분탄 취입랜스(33)을 통하여 고로에 공급됨을 고려할때, 미분탄 온도를 150~200℃범위로 쉽게 사전예열할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 미분탄 취입랜스를 송풍지관 내화벽 내부로 삽입형성함으로써 송풍지관의 1100 ~ 1150℃의 열풍으로부터 전열에 의해 미분탄을 150~200℃로 예열하여 고로에 취입함으로써 효과적으로 미분탄 연소성을 개선할 수 있는 것이다. 아울러, 사전예열된 미분탄으로부터 타르생성이나 휘발분의 휘발에 의한 위험은 없다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

미분탄 취입 고로조업시, 그 미분탄 취입방법을 달리하였다.

즉, 먼저 도 3에 나타난 바와 같은 미분탄 취입랜스(23)을 갖는 고로설비를 이용하여 미분탄을 고로에 취입한후의 연소경향을 측정하여 도 5(a)에 나타내었으며, 또한 도 4에 나타난 바와 같은 본 발명에 부합하는 고로설비를 이용하여 미분탄을 고로에 취입한 경우에 있어서의 연소경향을 측정하여 도 5(b)에 나타내었다.

도 5(a)(b)에 나타난 바와 같이, 고로취입전 미분탄이 송풍지관의 내화벽내에 삽입형성된 미분탄 취입랜스를 통과함으로서 적절하게 사전예열된 본 발명예가 종래예에 비하여 풍구선단에서부터 완전연소시까지 소요되는 거리, 즉, 체류시간을 단축시킴으로써 연소대내에서 완전연소됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 미분탄 취입랜스를 송풍지관 내화벽 내부로 삽입형성함으로써, 미분탄을 사전예열하여 고로에 취입함으로써 효과적으로 미분탄 연소성을 개선할 수 있으며,이에 따라 미연소탄의 생성없이 미분탄을 다량 취입할 수 있는 것이다.

Claims

고로에 미분탄을 취입하는 미분탄취입 고로조업에 있어서,

상기 고로에 열풍을 공급하는 송풍지관의 내화벽 내부로 미분탄취입 랜스를 삽입 형성함으로써, 고로에 취입되는 미분탄을 150~200℃의 온도로 사전 예열하는 것을 특징으로 하는 미분탄 연소성 향상방법