KR100644908B1 - 고로 조업재개시 미분탄 자동취입시기 판단방법 - Google Patents

고로 조업재개시 미분탄 자동취입시기 판단방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미분탄 취입시기를 판단하는 방법에 관한 것으로서, 고로의 풍구 급, 배수 라인에 온도계를 설치하여 장기간 재송풍시 미분탄의 취입시기를 판단하는 방법에 있어서, 풍량이 설정치 이상인 경우 미분탄 취입대기 모드로 전환하는 단계와; 배수온도가 상승하는 시점을 풍구의 옥토막이가 완전히 관통되는 시점으로 판단하고 주입모드로 전환하고 미분탄을 취입하는 단계 및; 풍구의 옥토막이 파괴수량이 증가하는 만큼 미분탄 분배기와 수송관의 유량제어로 미분탄 전체의 취입량을 비례적으로 증가시킴과 더불어 산소량의 풍량을 증가시키는 단계로 이루어져 풍구의 오픈여부를 시스템적으로 감지하여 자동으로 미분탄을 취입함으로써 노내의 분위기 온도를 빠른 시간내에 정상수준으로 회복하는 장점이 있을 뿐만 아니라 풍구의 관통여부를 육안으로 확인하며 미분탄 취입작업을 각각의 풍구별로 수행하던 종래의 낙후된 작업관행에서 벗어나 원격으로 관통여부를 감지하고 자동으로 미분탄을 취입함으로써 위험작업을 근원적으로 해소하는 장점이 있는 것이다.
고로조업, 미분탄취입, 풍구, 슬라그, 액화질소

Description

고로 조업재개시 미분탄 자동취입시기 판단방법{An automatic injection system of pulverized coal at blast furnace up rate operation}
도 1은 고로 내부의 형상과 고로조업의 개념을 설명하기 위한 도면,
도 2는 장기 휴풍 또는 노벽보수 후 재송풍시 풍구를 사용하는 개념을 설명
하기 위한 도면,
도 3은 송풍지관과 풍구의 상세구조 및 옥토막이의 위치를 나타낸 도면,
도 4는 옥토막이 관통에 따른 풍구 배수온도의 변화특성을 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 미분탄 자동취입시기 판단 순서도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
11 : 고로본체 12 : 노내장입물
13 : 환상관 14 : 풍구
15 : 연소대 16 : 출선구
17 : 연화융착대 18 : 상승가스류(바람)
21 : 오픈된 풍구 22 : 옥토
23 : 출선구 31 : 송풍지관
32 : 블로우 파이프, 33 : 풍구
33-a : 옥토막이 33-b : 풍구 급수라인
33-c : 풍구 배수라인 34 : 미분탄 취입랜스
34-a, 34-b : 밸브 35 : 미분탄 분배기
36 : 미분탄 수송관
41 : 막혀있는 풍구 냉각수의 배수측온도
42 : 풍구가 개공될 때의 냉각수 배수측온도
본 발명은 미분탄 취입시기를 판단하는 방법에 관한 것으로서, 특히 고로의 연속조업중 돌발적인 설비중단(송풍기 정지, 정전, 풍구파손 등) 또는 고로내벽(노벽)의 내화물 보수(노벽보수)이후 다시 바람을 넣고 쇳물 생산을 재개하면서 풍구를 막은 상태로 조업을 하다가 풍구를 단계적으로 오픈하면서 자동으로 오픈여부를 감지하여 미분탄을 취입하는 고로 조업재개시 미분탄 자동취입시기 판단방법에 관한 것이다.
도 1은 고로 내부의 형상과 고로조업의 개념을 설명하기 위한 도면으로서, 일반적으로 고로조업은 철광석으로부터 용선 및 슬라그가 생성되어 노하부로 하강한다. 이렇게 노하부에 축적된 용융물은 출선구(16)를 통하여 연속적으로 배출되는데 대형 고로의 경우 보통 4개의 출선구를 보유하고 있으며, 이중 2개의 대각선 방향의 출선구를 번갈아 가며 노내의 용융물을 연속적으로 노외로 배출한다.
그리고 송풍기로부터 나오는 바람은 열풍로를 거치면서 고온으로 승온되고, 이는 환상관(13)에서 각각의 풍구(14)로 나뉘어져 고로내부로 들어가며, 고로내에서는 풍구선단에 연소대(15)라는 공극이 형성되고, 환원가스(CO 가스)를 만든다. 상부에서 하강하는 철광석 및 코크스인 노내장입물(12)의 연소와 하부에서 상승하는 바람(18)이 상호 교차하면서 연화융착대(17)를 형성하며, 철광석과 함께 상부로 투입되는 주원료는 코크스이고, 보조연료로 사용되는 미분탄은 풍구(14)로 투입되어 대부분 연소대(15)에서 연소되어 환원 가스화 한다.
도 2는 장기 휴풍 또는 노벽보수 후 재송풍시 풍구를 사용하는 개념을 설명하기 위한 도면으로서, 장기간 바람을 넣지 않은 고로의 내부 온도는 매우 낮은 수준이기 때문에 재송풍시 풍구에서는 중심부까지 바람이 도달할 수 있을 정도로 바람의 유속을 필요로 한다. 이를 위해 다른 부위의 풍구는 옥토막이(22)로 막고, 34개중 8개만을 열어놓은 상태에서 재송풍을 개시한다. 34개 전부를 열어 놓고 재송풍하였을 경우 95m/sec 정도였을 유속이 8개 만을 열어놓고 송풍하기 때문에 400m/sec의 유속을 갖게 되는 것이다. 8개의 위치 결정은 재송풍시 노내에서 생성되는 쇳물을 주로 배출할 2개의 출선구(23)를 기준으로 한다.
초기의 바람량은 많지 않기 때문에 8개로 시작하지만 점차 바람량이 늘어 나면서 출선구(23)를 기준으로 풍구를 좌우로 개공시켜 나간다. 과도한 풍구유속은 노내 중심부 까지의 도달도 어려울 뿐만 아니라 연소대에서 코크스의 분화가 촉진되어 하부의 통액성에 불리한 영향을 미치기 때문이다.
도 3은 송풍지관과 풍구의 상세구조 및 옥토막이의 위치를 나타낸 도면으로서, 고로의 송풍압력은 고로의 크기별로 다르지만, 일평균 8000톤 이상의 쇳물을 생산하는 고로를 기준으로 했을때 약4.0kg/㎠ 전후를 유지하고 있다. 또한 이 압력을 유지하기 위한 송풍량은 6200N㎥/min이기 때문에 이를 견디기 위해서는 풍구(33)의 2/3 이상을 차지하는 분량의 옥토막이(33-a; 내화성을 가진 진흙)로 풍구(33)를 폐쇄한다.
풍구(33)의 폐쇄유지 여부는 블로우 파이프(32)를 통해 확인할 수 있고, 블로우 파이프(32)에는 풍구(33)를 통해 보조연료를 취입하는 미분탄 취입랜스(34)가 설치되어 있다. 미분탄은 고로 내부에 열량을 투입할 수 있는 중요한 수단이기 때문에 재송풍을 개시한 다음 가능한 빠른 시간내에 취입하는 것을 목표로 한다.
보통 미분탄의 취입여부는 블로우 파이프(32)에 설치된 감시구를 통하여 옥토막이가 뚫렸는지 여부를 육안으로 확인하고, 미분탄 취입계통의 밸브(34-a),(34-b)를 수동으로 오픈하여 미분탄이 노내로 투입되도록한다.
종래의 기술에 의한 재송풍 이후 미분탄 취입방법 및 순서는 다음과 같다.
고로의 돌발정지 등에 의해 장기간 휴풍을 실시하였거나 수리를 위해 장기간 휴풍한 이후의 재송풍과정에서의 풍구와 미분탄 취입에 관련된 작업은 수동작업과 위험작업의 반복이다.
풍구를 옥토로 막은 이후 재송풍을 하고, 블로우 파이프(32) 감시구를 통하여 옥토막이가 관통되었는지의 여부를 지속적으로 감시한다. 통상 34개의 풍구가 있는 대형고로의 경우 1회에 약 10분정도의 시간이 소요되며, 그에 따라 관통이 완료되었어도 제때에 미분탄이 취입되지 못한다. 옥토막이 관통이 확인되면 미분탄 분배기(35) 후단에 설치된 밸브(34-b)를 열어 공기만을 통과시킨다. 이 작업을 취 입랜스퍼지라 하며, 원격조정을 위해 풍구주변의 현장과 분배밸브의 현장, 그리고 중앙운전실의 조작자가 무선통신에 의존하여 수동으로 조작한다. 이러한 취입랜스퍼지가 완료되면 취입메인밸브(34-a)를 오픈한다. 이 과정에서 미분탄 취입이 적기에 개시되지 못하는 문제점과 취입밸브(34-a),(34-b) 조작 및 풍구관통여부 확인작업시 안전사고의 위험이 상존한다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 미분탄 취입시에 발생하는 각종 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 풍구를 막은 옥토막이가 관통되는 시점을 자동으로 진단하여 이 정보를 미분탄 취입에 활용 풍구의 관통과 동시에 미분탄이 취입되어 장기간 휴풍으로 인해 열이 낮은 상태에 있는 노내의 분위기를 조기에 높은 상태로 회복시켜 기회손실을 최소화 함과 더불어 미분탄 취입을 위해 현장에서 일일이 확인하는 과정에서 발생가능한 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 고로 조업재개시 미분탄 자동취입시기 판단방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 고로 조업재개시 미분탄 자동취입시기 판단방법은 고로의 풍구 급, 배수 라인에 온도계를 설치하여 장기간 휴풍 이후 재송풍시 미분탄의 취입시기를 판단하는 방법에 있어서, 풍량이 설정치 이상인 경우에 미분탄 취입대기 모드로 전환하는 단계와; 배수온도가 상승하는 시점을 풍구의 옥토막이가 완전히 관통되는 시점으로 판단하고 미분탄 취입모드로 전환하여 미분탄을 취입하는 단계 및; 풍구의 옥토막이 파괴수량이 증가하는 만큼 미분탄 분배기 와 수송관의 유량제어로 미분탄 전체의 취입량을 비례적으로 증가시킴과 더불어 산소량을 증가시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 각 풍구(33)의 풍구 급수라인(33-b)과 풍구 배수라인(33-c)에 온도계를 설치하고, 온도 변화값을 중앙 컴퓨터로 감시하여 풍구(33)의 옥토막이(33-a)가 파괴되어 관통되었을 때의 온도(42)가 상승하는 시점을 미분탄 분배기(35)및 미분탄 취입계통의 제어밸브(34-a),(34-b)와 연계하여 조정하는 것이다.
옥토막이(33-a)가 파괴되지 않은 상태에서는 해당 풍구로 열풍(1200℃의 바람)이 통과하지 않기 때문에 풍구(33)의 배수라인(33-c) 온도가 급수라인(33-b)의 온도를 그대로 유지하고 있는 반면에, 옥토막이(33-a)가 파괴되어 열풍이 통과하는 상태에서는 열풍이 갖는 열량이 공급되어 배수라인(33-c)의 온도가 급상승하게 된다.
그러나 풍구(33)의 옥토막이(33-a)는 일순간에 완전히 파괴되지 않기 때문에 완전히 파괴된 이후에 미분탄 취입밸브(34-a)를 오픈하는 것이 중요하다. 따라서 풍구(33)의 배수온도 변화특성을 사례별로 분석하여 도 4와 같은 배수온도 변화특성을 도출하였다. 즉, 옥토막이(33-a)가 파괴되지 않은 상태에서는 급수와 배수측온도(41)가 차이가 없고, 옥토막이(33-a)가 파괴되기 시작하는 점에서는 배수측온도(42)가 상승하기 시작하며(도 4의 T1시점), 완전히 파괴되어 정상 풍량이 통과하는 시점(도 4의 T2시점)에서는 배수온도의 증가가 정지하여 일정한 수준에 도달한다.
미분탄의 취입을 위한 사전단계로서, 배수측온도(42)가 상승하기 시작하는 시점( T1시점)에서 취입계통의 공기퍼지밸브(34-b)를 오픈하여 랜스내의 이물을 노내로 제거한다. 그리고 풍구(33)의 옥토막이(33-a)가 완전히 관통되는 시점(T2)에 미분탄 분배기(35)에서 미분탄을 공급함과 동시에 취입밸브(34-a)를 오픈하여 미분탄을 자동으로 취입한다.
이하 본 발명 고로 조업재개시 미분탄 자동취입시기 판단방법을 도 5의 미분탄 자동취입 순서도를 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 고로의 장기간 휴풍이후 재송풍과 동시에 전공장 시스템 감시모드에 돌입한다. 재송풍을 개시하면, 먼저 S1단계에서 1분당 투입되는 풍량이 3000 N㎥/min 인지의 여부를 판단하고, 1분당 투입되는 풍량이 3000N㎥/min 이하인 경우에는 취입되는 미분탄이 충분하게 연소되지 않을 것을 고려하여 미분탄을 취입하지 않고, 1분당 투입되는 풍량이 3000N㎥/min 이상 도달한 이후 S2단계로 진행하여 미분탄 취입을 개시하고, S3단계로 넘어가 미분탄 취입대기모드(즉, 미분탄 수송본관 (36)과 미분탄 분배기(35)를 공기로 퍼지하여 취입개시 시점에 관 내부 막힘현상을 미연에 방지하는 모드)로 전환한다. 동시에 S4단계에서 풍구의 배수온도를 중앙처리 컴퓨터에서 감시하여 배수온도가 5℃인지의 여부를 판단한다. 판단결과 풍구의 배수온도가 5℃미만이면 S3단계로 되돌아 가고, 풍구의 배수온도가 5℃ 이상일 경우에는 S5단계로 진행하여 해당 풍구의 미분탄 취입랜스를 퍼지모드로 전환하여 공기를 관통시켜 관내 막힘이 우려되는 이물을 제거한다.
다음에는 퍼지모드를 유지하고 있다가 S6단계에서 배수온도가 50℃ 이상 이면서 온도변화가 2℃ 이내 인지를 판단하여 배수온도가 50℃ 이상 이면서 온도변화가 2℃ 이내 인 경우 S7단계로 진행하여 미분탄 취입모드로 전환하고 본격적으로 미분탄을 취입한다.
이어 S8단계에서 풍구의 옥토막이 파괴수량이 증가하는 만큼 미분탄의 총취입량을 미분탄 분배기(35) 및 수송관의 유량제어를 통해 비례적으로 증가시키고, S9단계에서 취입된 미분탄의 충분한 연소를 위해 필요한 산소량의 풍량을 증가시켜 공급한다.
상기한 바와 같이 본 발명 고로 조업재개시 미분탄 자동취입시기 판단방법은 고로의 연속조업이 송풍기 정지, 정전, 풍구파손 등에 의해 돌발적으로 정지되거나, 고로의 대형수리(노벽보수, 대형 부속품 교체 등)시 필연적으로 수반되는 장기간 휴풍이후 극도로 식어버린 노내의 분위기 온도를 조기에 회복하기 위해 대부분의 풍구를 옥토막이로 막은 상태에서 재송풍을 하는 과정에서 풍구의 오픈여부를 시스템적으로 감지하여 자동으로 미분탄을 취입함으로써 노내의 분위기 온도를 빠른 시간내에 정상수준으로 회복하는 장점이 있을 뿐만 아니라 풍구의 관통여부를 육안으로 확인하며 미분탄 취입작업을 각각의 풍구별로 수행하던 종래의 낙후된 작업관행에서 벗어나 원격으로 관통여부를 감지하고 자동으로 미분탄을 취입함으로써 위험작업을 근원적으로 해소하는 장점이 있다.

Claims (1)

  1. 고로의 풍구 급, 배수 라인에 온도계를 설치하여 장기간 재송풍시 미분탄의 취입시기를 판단하는 방법에 있어서, 풍량이 설정치 이상인 경우에 미분탄 취입대기 모드로 전환하는 단계와; 풍구의 옥토막이가 완전히 관통되는 시점에 미분탄 취입모드로 전환하여 미분탄을 취입하는 단계 및; 풍구의 옥토막이 파괴수량이 증가하는 만큼 미분탄 분배기와 수송관의 유량제어로 미분탄 전체의 취입량을 비례적으로 증가시킴과 더불어 산소량을 증가시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고로 조업재개시 미분탄 자동취입시기 판단방법.
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