KR100704691B1 - 벨리스 고로의 원료 장입방법 - Google Patents

Abstract

벨리스 고로의 원료 장입방법은, 적어도 1개의 노정벙커에 코크스를 저류하는 공정, 적어도 1개의 노정벙커에 광석을 저류하는 공정, 벨리스 장입장치의 슈트의 경동각을 변경하면서 선회시켜, 저류된 코크스를 장입하는 공정, 상기 벨리스 장입장치의 슈트의 경동각을 변경하면서 선회시켜, 저류된 광석을 장입하는 공정을 갖는다. 상기 적어도 1개의 노정벙커에 저류된 코크스의 배출량이, 1배치분의 코크스 장입량의 5∼50질량％인 사이에, 상기 적어도 1개의 노정벙커에 저류된 광석의 배출을 개시하도록 제어한다. 광석과 코크스를 혼합한 혼합원료를 1기의 노정벙커에 저류하고, 장입슈트를 선회시킴과 동시에 상기 장입슈트의 경동각을 순차적으로 변경하면서, 상기 노정벙커에 저류된 혼합원료를 고로내에 장입한다.

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Description

벨리스 고로의 원료 장입방법{RAW MATERIAL CHARGING METHOD FOR BELL-LESS BLAST FURNACE}

본 발명은, 고로(高爐)에의 원료 장입방법에 관한 것으로서, 특히, 벨리스(bell-less) 장입장치를 사용하여 철광석과 코크스(coke)를 고로내에 장입하는 방법에 관한 것이다.

통상, 용선(溶銑)을 용제(溶製)하는 고로에서는, 노정(爐頂)으로부터 철광석류와 코크스를 교대로 장입하고, 노상부(爐上部)(이하, '샤프트(shaft)'라고 한다)에 그들의 층상구조를 갖는 충전층을 형성한다. 이 철광석류층, 코크스층의 1층분의 양을 각각 1차지(charge)의 광석, 코크스라고 부른다. 이들 1차지분(charge分)의 광석, 코크스는 반드시 각각 한번의 장입으로 노내에 장입되는 것은 아니고, 1차지의 광석, 코크스를 복수회로 분할하여 노내로 장입하는 것도 행하여지고 있다. 이 분할된 광석, 코크스를 각각 1배치(batch)의 광석, 코크스라고 부른다. 또한, 고로의 노하부(爐下部)로부터는 공기 또는 산소부화(酸素富化)공기를 노내에 취입하여, 노내에 존재하는 코크스를 연소시키고, 이 연소로 발생하는 고온 환원성 가 스를 사용하여 상기 샤프트내의 철광석(이하, 단순히 '광석'이라고 한다)의 환원 및 용융이 행하여진다. 따라서, 고로의 생산성을 향상시키기 위해서는, 샤프트내의 광석이나 코크스의 충전층의 통기저항을 저감하는 것이 중요하게 된다.

이 샤프트내의 통기저항을 저감하는 하나의 유효한 수단으로서, 종래부터, 광석과 코크스를 혼합하여 노내에 퇴적시키는 것이 알려져 있다. 예컨대, 특허 제2820478호 공보는, 광석 호퍼 및 코크스 호퍼로부터의 광석 및 코크스의 절출(切出)시기와 양에 관하여 연구하여, 벨리스(bell-less) 고로에서, 광석중에 코크스를 균일하게 혼합하는 방법을 개시하고 있다.

또한, 고로내에서의 통기저항의 증가를 막고, 노내 가스의 흐름을 안정하게 유지하는 수단으로서, 코크스를 고로의 중심부에 장입하여, 노내를 상승하는 가스의 유량분포를 중심부가 커지도록 하는(이것을 '중심류 지향'이라고 한다) 것이 유효하다라고 하는 것도 알려져 있다. 예컨대, 특개소60-56003호 공보는, 1차지로 장입하는 코크스 중의 1.5∼8중량％를, 노의 중심부에 집중적으로 장입하는 기술을 개시하고 있다. 이 코크스의 중심장입는, 노내의 통기저항을 저감한다라고 하는 효과뿐만 아니라, 노의 중심부에 광석이 그다지 존재하지 않는 것으로부터, 광석의 환원으로 발생하는 이산화탄소로 코크스가 산화되는 소위 「솔루션 로스 반응(solution loss reaction)」에 의한 코크스의 열화(劣化)가 회피, 저감된다라고 하는 효과가 있다. 또한, 코크스 바로 그것의 강도관리값을 저하시킬 수 있고, 저렴한 저품위 석탄의 이용으로 코크스 제조용 원료탄의 코스트다운(cost down)을 가능케 하며, 더욱이 노상부(爐床部)에 형성되는 소위 「노심(爐芯)(데드맨(dead-man) 이라고도 한다)」의 코크스 입경이 필요 이상으로 축소되는 것도 방지할 수 있으므로, 노상(爐床)에서의 통액성(通液性) 향상에도 도움이 되고 있다. 따라서, 상기 광석 및 코크스의 혼합장입(이하, 단순히 '혼합장입'라고 한다)과 코크스의 중심장입을 조합하면, 샤프트부의 통기저항을 종래보다 한층 저감시킬 수 있고, 생산성이 향상되는 상승효과를 기대할 수 있다.

그렇지만, 동일한 차지내에서 혼합장입과 코크스의 중심장입을 조합하기 위해서는, 구체적으로는, 원료호퍼(hopper)로부터의 절출(切出)을, 코크스의 통상장입용 배치(batch), 코크스의 중심장입용 배치 및 혼합장입용 배치의 3가지로 하여 행할 필요가 있다. 이것은, 1차지분의 코크스를 노내에 장입하기 위하여 코크스의 노정(爐頂)으로의 권상(卷上)을 3회 하게 된다. 결국, 1차지분의 코크스를 장입하는 데에 요하는 시간이 증가한다. 따라서, 고로의 생산성을 증가시킬 필요가 있어도, 원료의 노정으로의 권상능력(卷上能力)이 원료의 장입량에 대하여 부족하여, 원료장입이 제때에 이루어지지 않게 되는 상황이 발생한다. 그와 같은 경우에는, 코크스의 중심장입과 혼합장입을 동시에 실시하는 것을 중단하지 않으면 안되므로, 상기한 양자의 실시에 의한 염가 원료탄의 사용에 의한 이점 등은 향수할 수 없게 된다.

이에 더하여, 고로에서 사용되는 광석이나 코크스의 입도분포, 함유수분 혹은 광석종류의 배합비율 등의 성상을 항상 일정하게 유지하는 것은 곤란하다. 예를들어 광석중의 점착성(粘着性) 광석의 배합비율이 변화하면, 특허 제2820478호 공보에 개시된 기술에서는, 노정벙커(furnace top bunker)내에 투입된 퇴적거동이 변 화하고, 노정벙커 하부의 배출구로부터 배출되는 원료중의 광석과 코크스의 혼합비율이 변동한다.

그런데, 상기 노상부(爐床部)에서의 노심 코크스의 입경을 크게 하여 노상에서의 통액성의 향상을 꾀하는 수단으로서는, 상기한 코크스 중심장입이외에, 중심부에 장입하는 코크스의 입경을 크게 하여 두는 것도 생각할 수 있다. 즉, 코크스 중심장입으로 노중심부에의 광석의 퇴적을 막고, 노중심부에서의 솔루션 로스 반응에 의한 코크스 소비를 방지하는 대신에, 노중심부의 코크스 입경을 노주변부의 코크스 입경보다도 크게 하여 두고, 솔루션 로스 반응이 일어난 경우라도 노상노심(爐床爐芯)에서의 코크스 입경의 축소를 방지할 수 있기 때문이다. 또한, 상기한 코크스를 중심으로 장입하는 전용의 코크스 장입장치를 사용하면, 당해 장입장치를 개재하여 장입하는 코크스의 입경을 미리 크게 하여 둠으로써, 이와 같은 노중심부의 코크스 입경의 확대가 가능하다. 그렇지만, 통상의 원료 장입장치와는 다른 코크스를 중심에 장입하는 전용의 장입장치를 설치하는 것은, 과대한 설비비가 필요하게 된다. 또한, 벨리스 장입장치를 개재하여 입경이 큰 코크스를 노중심부에 장입하는 경우라도, 현재는 미리 입경이 큰 코크스를 준비하고, 이것을 보통 입경의 코크스와는 다른 배치(batch)로 하여, 노정에 설치한 벙커에 권상하고 나서 노내에 장입하고 있다. 그 때문에, 1차지로 장입되는 코크스나 광석의 배치수가 늘어나게 된다. 1차지분의 원료를 노내에 장입하는 배치수가 늘어나는 것은, 생산량을 올릴 경우의 율속이 되는 점에서 중대한 문제이다.

발명의 개시

본 발명은, 코크스(coke)의 중심장입과 광석 및 코크스의 혼합장입을 상시 원활하게 실시가능한 벨리스(bell-less) 고로(高爐)의 원료 장입방법을 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다.

본 발명은, 고로에서 사용하는 각종 원료의 성상이 변화된 경우라도, 고로 노정부(爐頂部)에서 광석과 코크스를 일정한 혼합비율로 분포시켜, 용선온도와 용선품질의 변동을 억제하는 벨리스 고로의 원료 장입방법을 제공하는 것을 제2의 목적으로 한다.

본 발명은, 벨리스 고로에서의 장입슈트(chute)를 사용한 중심 코크스 장입에 즈음하여, 코크스의 입경이 노중심부에 있어서 최대가 되도록 하고, 노중심부에 노내(爐內) 가스류를 형성하여, 이것에 의하여 안정한 조업을 가능케 하는 벨리스 고로의 원료 장입방법을 제공하는 것을 제3의 목적으로 한다.

본 발명은, 코크스 전용의 장입장치를 별도로 마련하지 않고, 또한 원료의 배치(batch)수를 늘리지 않더라도, 주변부에 장입되는 것보다 입경이 큰 코크스를 고로 중심부에 선택적으로 장입가능한 벨리스 고로의 원료 장입방법을 제공하는 것을 제4의 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 제1에, 본 발명은, 이하의 공정을 갖는 벨리스 장입장치를 구비한 벨리스 고로의 원료 장입방법을 제공한다:

(a) 적어도 1개의 노정벙커(furnace top bunker)에 코크스를 저류(貯留)하는 공정;

(b) 적어도 1개의 로정 벙커에 광석을 저류하는 공정;

(c) 상기 벨리스 장입장치의 슈트를, 그 경동각(傾動角)을 변경하면서 선회시켜, 저류된 코크스를, 노내 반경방향으로 노중심부에서부터 노벽부(爐壁部)를 향하여 장입하는 공정;

(d) 상기 벨리스 장입장치의 슈트를, 그 경동각을 변경하면서 선회시켜, 저류된 광석을, 노내 반경방향으로 노중심부에서부터 노벽부를 향하여 장입하는 공정;과

(e) 상기 적어도 1개의 노정벙커에 저류된 코크스의 배출량이, 1배치분의 코크스 장입량의 5∼50질량％인 사이에, 상기 적어도 1개의 노정벙커에 저류한 광석의 배출을 개시하도록 제어하는 공정.

제2에, 본 발명은, 이하의 공정을 갖는 벨리스 장입장치를 구비한 벨리스 고로의 원료 장입방법을 제공한다 :

(a) 광석과 코크스를 혼합한 혼합원료를 1기의 노정벙커에 저류하는 공정;

(b) 고로 중심축을 중심으로 하여 장입슈트를 선회시킴과 동시에 상기 장입슈트의 경동각을 순차적으로 변경하면서, 상기 노정벙커에 저류된 혼합원료를 고로내에 장입하는 공정;과

(c) 상기 장입슈트가 고로 반경방향으로 적어도 1회 왕복하는 사이에, 상기 노정벙커에 저류된 상기 혼합원료의 전량(全量)을 상기 고로내에 장입하도록 제어하는 공정.

제3에, 본 발명은, 이하의 공정을 갖는 벨리스 장입장치를 구비한 벨리스 고로의 원료 장입방법을 제공한다 :

(a) 당해 벨리스 고로의 노중심부를 0, 노벽부를 1로 하는 무차원 반경에 대하여 0.1∼0.4에 상당하는 반경위치에서부터, 상기 벨리스 장입장치의 장입슈트를 사용하여 코크스의 장입을 개시시키는 공정;과

(b) 상기 장입슈트의 1선회마다 그 경동각을 노중심측으로 순차적으로 이행시켜 코크스를 장입하는 공정.

제4에, 본 발명은, 적어도 2개의 저해조(貯骸槽)에 비축된 코크스를 절출(切出)하고, 조하부(槽下部)에 설치된 스크린(screen)으로 절출한 코크스를 추리는 코크스 스크리닝(screening)공정; 스크린상의 코크스를 칭량호퍼(weighing hopper)로 칭량(秤量)하고, 노정에 설치된 벙커에 저류하는 칭량ㆍ저류공정; 저류된 코크스를 벨리스 장입장치의 슈트를 개재하여, 고로내에 노중심으로부터 노벽측으로 당해 슈트를 선회하면서 장입하는 공정을 갖는 벨리스 장입장치를 구비한 벨리스 고로의 원료 장입방법을 제공한다. 상기 코크스 스크리닝공정은, 코크스의 평균 입경보다 큰 스크린 메쉬(screen mesh, A)를 갖는 스크린에서 절출된 코크스를 추리는 제1의 스크리닝공정과, 코크스의 평균 입경보다 작은 스크린 메쉬(B)를 갖는 스크린에서 절출된 코크스를 추리는 제2의 스크리닝공정으로 이루어진다. 상기 칭량ㆍ저류공정은, 최초에 제1의 스크리닝공정으로부터의 코크스를 일정량만 상기 칭량호퍼로 수송한 후, 계속해서 제2의 스크리닝공정으로부터의 코크스를 수송하여 1배치분의 코크스 칭량을 행하고, 노정에 설치된 벙커에 저류한다.

제5에, 본 발명은, 제4의 벨리스 고로의 원료 장입방법에 있어서, 코크스의 평균 입경보다 큰 스크린 메쉬(A)를 갖는 스크린에서 절출된 코크스를 추리는 제1의 스크리닝공정으로부터의 코크스의 양이, 당해 배치의 코크스량의 5∼50질량％인 벨리스 고로의 원료 장입방법을 제공한다.

제6에, 본 발명은, 이하의 공정을 갖는 벨리스 장입장치를 구비한 벨리스 고로의 원료 장입방법을 제공한다:

(a) 적어도 1개의 노정벙커에 코크스를 저류하는 공정;

(b) 적어도 1개의 노정벙커에 광석을 저류하는 공정;

(c) 1기의 노정벙커에 광석과 코크스를 혼합한 혼합원료를 저류하는 공정;

(d) 상기 벨리스 장입장치의 슈트를, 그 경동각을 변경하면서 선회시켜, 저류된 코크스를, 노내 반경방향으로 노중심부에서부터 노벽부를 향하여 장입하는 공정;

(e) 상기 벨리스 장입장치의 슈트를, 그 경동각을 변경하면서 선회시켜, 저류된 광석을, 노내 반경방향으로 노중심부에서부터 노벽부를 향하여 장입하는 공정;과

(f) 상기 적어도 1개의 노정벙커에 저류된 코크스의 배출량이, 1배치분의 코크스 장입량의 5∼50질량％인 사이에, 상기 적어도 1개의 노정벙커에 저류된 광석의 배출을 개시하도록 제어하는 공정;

(g) 장입슈트를 선회시킴과 동시에 상기 장입슈트의 경동각을 순차적으로 변경하면서, 상기 노정벙커에 저류된 혼합원료를 고로내에 장입하는 공정;과

(h) 상기 장입슈트가 고로 반경방향으로 적어도 1회 왕복하는 사이에, 상기 노정벙커에 저류된 상기 혼합원료의 전량을 상기 고로내에 장입하도록 제어하는 공정.

발명을 실시하기 위한 형태

발명자는, 상기 각 목적을 달성하기 위하여 예의 연구를 반복하고, 그 성과를 본 발명에 구현화하였다.

즉, 본 발명은, 고로의 벨리스 장입장치의 슈트를, 그 경동각을 변경하면서 선회시켜, 복수의 노정벙커에 저류한 코크스 또는 광석을, 노내 반경방향으로 노중심부에서부터 노벽부를 향하여 장입하는 때에, 상기 노정벙커의 하나에 저류한 코크스의 배출량이, 1배치(batch)분의 코크스 장입량의 5∼50질량％의 사이의 소정의 시점에서부터, 별도의 노정벙커에 저류한 광석의 배출을 개시하고, 코크스와 광석을 동시에 장입하는 것을 특징으로 하는 벨리스 고로의 원료 장입방법(이하, '실시의 형태 1'이라 한다)이다.

실시의 형태 1에서는, 고로의 벨리스 장입장치의 슈트를, 그 경동각을 수직상태인 제로(zero)로부터 순차 단계적으로 크게 하면서 선회시키고, 노정벙커의 하나에 저류한 코크스의 배출량이, 1배치분의 코크스 장입량의 5∼50질량％가 되면, 별도의 노정벙커에 저류한 광석의 배출을 개시하여, 코크스와 광석을 동시에 장입하도록 하였으므로, 노중심부의 근방에는 코크스만이, 그 주위의 노벽측에는 코크스와 광석을 혼합한 것이 충전되게 된다. 그 결과, 코크스와 광석의 혼합장입을, 원료의 노정으로의 권상능력(卷上能力)의 형편에 따라 중지하지 않고, 상시 원활하게 실시할 수 있게 된다.

본 발명은, 벨리스 장입장치를 사용하여 고로내에 원료로서 광석 및 코크스를 장입하는 벨리스 고로의 원료 장입방법에 있어서, 광석과 코크스를 혼합한 혼합원료를 1기의 노정벙커에 저류하고, 고로 중심축을 중심으로 하여 장입슈트를 선회시킴과 동시에 장입슈트의 경동각을 순차적으로 변경하여, 장입슈트가 고로 반경방향으로 적어도 1회 왕복하는 사이에 노정벙커에 저류된 혼합원료의 전량(全量)을 고로내에 장입하는 벨리스 고로의 원료 장입방법(이하, '실시의 형태 2'라 한다)이다.

상기 실시의 형태 2에 있어서는 적절한 태양으로서, 장입슈트가 고로 노벽측에서부터 혼합원료의 장입을 개시하거나, 혹은 고로 중심측에서부터 혼합원료의 장입을 개시하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 벨리스 장입장치를 사용하여 고로내에 원료로서 광석 및/또는 코크스를 장입하는 벨리스 고로의 원료 장입방법에 있어서, 장입슈트를 사용하여 당해 벨리스 고로의 중심에 코크스를 장입할 때에, 당해 벨리스 고로의 노중심부를 0, 노벽부를 1로 하는 무차원 반경에 대하여 0.1∼0.4에 상당하는 반경위치에서부터 코크스의 장입을 개시하고, 상기 장입슈트의 1선회마다 그 경동각을 노중심측으로 순차적으로 이행시켜 장입하는 것을 특징으로 하는 벨리스 고로의 원료 장입방법(이하, '실시의 형태 3'이라 한다)이다.

본 발명은, 복수의 저해조(貯骸槽)에 비축한 코크스를 절출(切出)하고, 조하 부(槽下部)에 설치한 스크린(screen)으로 추리고, 스크린상의 코크스를 칭량호퍼(weighing hopper), 노정에 설치한 벙커(bunker)를 순차적으로 거치고, 벨리스 장입장치의 슈트(chute)를 개재하여, 고로내에 노중심으로부터 노벽측으로 당해 슈트를 선회하면서 장입할 때에, 상기 저해조의 일부의 조하부에 설치한 스크린의 스크린 메쉬(screen mesh)를 다른 저해조의 스크린 메쉬보다도 크게 하고, 이들 저해조로부터 칭량호퍼로 코크스를 수송할 때에, 최초에 상기 스크린 메쉬가 큰 저해조로부터의 코크스를 일정량만 상기 칭량호퍼로 수송한 후, 계속해서 상기 다른 저해조로부터의 코크스를 수송하여 1배치분의 코크스 칭량을 행하고, 상기 벙커를 경유시켜 고로내에 장입하는 것을 특징으로 하는 벨리스 고로의 원료 장입방법(이하, '실시의 형태 4'라 한다)이다.

이 경우, 상기 스크린 메쉬가 큰 저해조로부터의 코크스의 양이, 당해 배치(batch)의 전(全)코크스량의 5∼50질량％인 것이 바람직하다(이하, '실시의 형태 5'라 한다).

실시의 형태 4, 5에 의하면, 코크스 전용의 장입장치를 별도 설치하지 않고 기존의 벨리스 장입장치를 사용하여, 원료의 배치수를 늘리지 않더라도, 주변부에 장입되는 것보다 입경이 큰 코크스를 고로 중심부에 선택적으로 장입할 수 있게 된다.

바람직하게는, 실시의 형태 1∼5에 있어서, 노정벙커가 적어도 3개를 병렬로 설치한 것인 벨리스 고로의 원료 장입방법(이하, '실시의 형태 6'이라 한다)이다.

실시의 형태 1

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시의 형태를 설명한다.

우선, 벨리스 장입장치를 구비한 고로의 노정부의 종단면을 도 1에 도시하였다. 노정벙커(1)에 저류된 원료(2)(광석 또는 코크스)는, 유량조정게이트(flow rate control gate, 3)라 칭하며, 배출량을 그 개도(開度)로 조정하는 게이트를 통하여 낙하하고, 수직슈트(4)를 개재하여 선회가 자유로운 슈트(통상, 장입슈트(5)라 한다)로 공급된다. 이 장입슈트(5)는, 고로(6)의 중심축(7)을 중심으로 하여 수평방향으로 선회함과 동시에, 당해 중심축(7)에 대하여 그 경동각(θ)을 변경할 수 있다. 그리고, 원료장입중에 장입슈트(5)를 선회시키면서, 순차 단계적으로 경동각(θ)을 변경하여 감으로써, 노내에 넓은 퇴적면을 형성시켜 원료를 장입할 수 있다. 통상은, 경동각(θ)으로서, 미리 다수의 각도를 설정하여, 각각의 각도에 노치(notch)번호를 부여하여 두고, 장입슈트(5)를 선회시키면서 원료(2)를 장입함에 즈음하여, 장입개시로부터 각 선회수시(旋回數時)에 있어서의 노치를 정하여 둠으로써, 동종의 원료를 언제나 일정한 위치에 장입할 수 있다. 또한, 노정벙커(1)는, 도 1에서는 (1a) 및 (1b)의 2기를 도시하고 있지만, 3기 이상 있는 경우도 있고, 각각에 1배치분의 원료(2)를 권상하여, 저류할 수 있게 되어 있다.

실시의 형태 1은, 이러한 벨리스 장입장치를 사용한 고로 원료의 장입방법이며, 코크스를 노중심측에서 노벽측을 향하여 경동각을 순차적으로 변경하면서 장입하고, 그 코크스의 장입중에, 광석도 동시에 장입하도록 한 것이다. 구체적으로는, 코크스 및 광석의 장입기간은, 도 2(a)의 개념도에 도시한 바와 같이 된다. 즉, 코 크스를 저류하고 있는 노정벙커(예컨대, (1a))로부터 코크스를 배출하여 가고, 코크스의 당해 노정벙커로부터의 배출량이 노정벙커에 저류하고 있던 1배치분의 코크스 장입량의 5∼50질량％가 되면, 광석을 저류하고 있는 별도의 노정벙커(예컨대, (1b))로부터 광석의 배출을 개시한다. 이에 의해, 당초는 코크스의 중심장입이, 도중부터는 코크스와 광석과의 혼합장입이 가능하게 된다.

도 3에, 이와 같은 장입을 행하여 형성된 노내에서의 원료 퇴적상황의 일예를 도시하여 두었다. 여기에서, 도 3중의 기호C 및 O는, 코크스 및 광석을, 하첨자는, 배치수를 나타낸다. 이 도3은, 최초에 코크스를 3선회로 장입한 후에, 코크스 및 광석의 혼합장입을 행한 경우로서, 코크스의 장입개시 직후는 코크스만을 노중심측에 장입하므로, 노중심부에 코크스만의 퇴적층 C₂가 형성되며, 그 후에 코크스와 함께 광석을 장입하므로, 코크스 및 광석의 혼합층 C₂+0₁이 형성되어 있다. 이 경우, 선행하여 장입된 코크스는, 노중심부에 산을 형성하고, 그 후 그보다도 노벽측으로 코크스 및 광석의 혼합물을 장입하고 있으므로, 이후에 장입되는 혼합물은, 노중심부의 코크스의 산 위에 흘러 들어가는 일이 없다. 이에 의하여, 노중심부에는, 코크스만이 퇴적한 중심 코크스층이 형성되는 것이다. 또한, 이후에 장입되는 광석은, 중심 코크스층의 외측(노벽측)에, 코크스와 동시에 퇴적하기 때문에, 노의 반경방향의 소정의 위치에, 소정의 층두께의 혼합층 C₂+0₁을 형성하는 것이다.

또한, 실시의 형태 1에서는, 코크스 및 광석의 각각의 배출종료시가 동시가 되도록, 상기 유량조정게이트(3)의 개도를 조정하는 것이 바람직하다. 그러나, 코 크스나 광석의 노정벙커(1)로부터의 배출시간은, 각각의 입도나 포함되는 수분량 등에 의하여 변동되므로, 유량조정게이트(3)의 개도조정은 적절히 행하는 것이 좋다.

도 3의 예는, 코크스, 광석을 각각 2배치로 분할한 것 중의 코크스의 2배치째와 광석의 1배치째를 부분적으로 동시배출하여, 중심 코크스와 혼합층을 형성한 것이지만, 본 발명에서는, 이에 한하지 않고, 코크스, 광석을 각각 1차지씩 배치(batch)분할을 하지 않고 노내에 장입함에 즈음하여, 노중심에 코크스 단독의 층, 그 주위에 혼합층을 형성시키는 장입방법을 채용할 수도 있다. 또한, 코크스를 2배치로 분할하여 코크스 단독배치 C₁에서 노내 전체에 코크스를 장입한 후에, 코크스의 2배치째의 도중에서부터 광석 1차지분을 혼합하여 장입하는 장입방법도 채용할 수 있다.

더욱이, 실시의 형태 1에서는, 코크스에 혼합하는 광석의 노정벙커로부터의 배출개시 타이밍을, 별도의 노정벙커로부터 코크스의 단독배출을 개시하고, 그 배치에서 장입하는 코크스량의 5∼50질량％에 상당하는 코크스가 배출된 기간내로 하였다. 그 이유는 이하와 같다.

코크스 단독의 배출량이 5질량％ 미만이면, 노중심부에 퇴적되는 코크스량이 지나치게 적어서, 이후에 장입되는 코크스 및 광석의 혼합물이 노중심부의 코크스층에 혼입되어 버려, 코크스 중심장입의 효과를 얻을 수 없다. 또한, 50질량％ 초과의 코크스 단독의 장입을 행한 후에 코크스 및 광석의 혼합장입을 개시하면, 혼합물중의 코크스량을 충분히 늘릴 수 없고, 혼합장입의 효과를 얻기가 어렵다. 더 욱이, 이 경우, 노중심부의 넓은 범위에서 광석이 존재하지 않는 부분이 생기고, 노내를 유효하게 사용할 수 없어, 오히려 생산량을 높일 수 없게 된다.

실시의 형태 2

도 4은, 벨리스 장입장치를 갖는 고로(이하, '벨리스 고로'라 한다)의 노정부를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 4에 있어서, 고로 중심축과 선회슈트가 이루는 각(이하, '경동각'이라 한다)을 θ로 한다.

벨리스 고로에는 2기 이상의 노정벙커(1)가 설치되지만, 그 중의 1기의 노정벙커(1)에, 광석과 코크스를 혼합한 혼합원료(20)를 저류한다. 혼합원료(20)은, 노정벙커(1) 하부로부터 배출되어, 유량조정게이트(3)를 통과할 때에 소정의 유량으로 조정된 후, 수직슈트(4)를 개재하여 장입슈트(5)에 공급된다.

장입슈트(5)는 고로 중심축을 중심으로 하여 선회함과 동시에, 경동각(θ)을 변경하면서 혼합원료(20)를 고로(6)내에 장입한다. 도 4 중의 화살표(a)는 장입슈트(5)의 선회를 나타내고, 화살표(b)는 혼합원료(20)의 낙하를 나타낸다.

이렇게 하여 고로(6)내에 혼합원료(20)를 장입할 때에, 장입슈트(5)를 선회시킴과 동시에, 경동각(θ)을 순차적으로 변경하는 것에 의하여, 고로(7) 노정부(爐頂部)의 원료 퇴적면(8)상의 넓은 범위에 걸쳐 혼합원료(20)를 장입할 수 있다.

또한, 도 4에는 노정벙커(1)를 2기 설치한 벨리스 고로를 도시하였지만, 노정벙커(1)를 3기 이상 설치한 벨리스 고로에도 실시의 형태 2는 적용될 수 있다.

본 발명 2에 있어서, 광석과 코크스를 혼합한 혼합원료(20)를 노정벙커(1)내 에 저류하는 방법은, 특정한 방법에 한정되지 않는다. 예컨대, 광석의 칭량호퍼(미도시)와 코크스의 칭량호퍼(미도시)로부터 각각 광석과 코크스를 소정의 비율로 동시에 절출하고, 장입 컨베이어(conveyer, 미도시)를 개재하여 노정벙커(1)에 반송하는 등의 종래부터 알려져 있는 방법을 사용할 수 있다.

그러나, 광석과 코크스의 특성의 차이에 기인하여, 노정벙커(1)내의 혼합원료(20)는 국부적으로 혼합비율이 변화하는 것을 피할 수는 없다. 즉, 광석의 입경은 평균 15㎜정도의 소경(小徑)임에 반하여, 코크스의 입경은 평균 50mm정도의 대경(大徑)이므로, 노정벙커(1)내에 혼합원료(20)를 투입한 시점에서, 입경이 비교적 큰 코크스는 노정벙커(1)의 벽측으로 굴러가고, 입경이 비교적 작은 광석은 투입된 위치에 퇴적되기 쉽다.

더욱이, 혼합원료(20)가 노정벙커(1)의 하부로부터 배출되는 때에, 노정벙커(1)내에 저류된 혼합원료(20) 중, 배출구의 바로 위에 위치하는 하층부에서부터 표층부까지 수직방향으로 분포하는 혼합원료(20)가 우선적으로 배출되어, 배출구의 바로 위의 퇴적레벨이 저하한 곳에, 그 주변으로부터 혼합원료(20)가 흘러 들어가는(소위, 깔때기 유동; funnel flow) 것에 의하여 배출이 진행한다.

그 결과, 노정벙커(1)에 혼합원료(20)를 투입하는 때에는, 미리 소정의 비율로 광석과 코크스가 혼합되어 있음에도 불구하고, 노정벙커(1)로부터 혼합원료(20)를 배출하는 때에는, 광석과 코크스의 혼합비율이 변동한다. 즉, 배출의 초기에는 광석의 비율이 증가하고, 배출의 후기에는 코크스의 비율이 증가한다. 이렇게 하여 혼합원료(20)를 노정벙커(1)로부터 배출하는 때에 혼합비율의 변동이 발생하는 것 은 피할 수 없다.

이렇게 하여 혼합원료(20)를 노정벙커(1)로부터 배출하는 사이에 혼합비율이 변동하므로, 혼합원료(20)를 장입슈트(5)를 개재하여 고로(6)내에 장입하면, 혼합원료(20) 중의 광석이나 코크스가 원료 퇴적면(6)상에서 균일하게 분포되지 않고, 특정한 영역에 편석하는 원인이 된다.

거기에서 본 발명 2에서는, 원료 퇴적면(8)상의 편석을 방지하기 위하여, 1기의 노정벙커(1)내에 저류한 혼합원료(20)의 장입을 개시하고 나서 전량의 장입을 종료할때까지, 장입슈트(5)를 고로 중심축을 중심으로 하여 선회시킴과 동시에, 경동각(θ)을 순차적으로 변경시켜 장입슈트(5)를 고로 반경방향으로 적어도 1회 왕복시킨다. 단지 경동각(θ)을 변경함에 있어서, 각각의 경동각에서 장입슈트(5)를 1회씩 선회시킨다.

요컨대, 장입슈트(5)를 소정의 경동각(θ)에서 고로 중심축을 중심으로 하여 1회 선회시켜 혼합원료(20)를 장입한 후, 경동각(θ)을 변경시켜 혼합원료(20)의 장입을 계속하면서, 노정벙커(1)내의 혼합원료(20) 전량의 장입을 종료할 때까지, 장입슈트(5)를 고로 반경방향으로 적어도 1회 왕복시킨다. 따라서, 1기의 노정벙커(1)내에 저류한 혼합원료(20) 전량을 장입하는 사이에, 원료 퇴적면(8)상의 임의의 위치에 혼합원료(20)가 2회 이상 장입되게 된다.

벨리스 고로의 조업에 있어서는, 통상, 장입슈트(5)의 경동각(θ)을 몇 단계로 설정하여 각각 번호(이하, 노치(notch)번호라 한다)를 부여하고 있다. 따라서, 장입슈트(5)를 소정의 노치번호에서 1회 선회시켜 혼합원료(20)를 장입한 후, 다음 노치번호로 변경하여 혼합원료(20)의 장입을 계속하는 것에 의하여, 기존의 벨리스 고로에 실시의 형태 2를 적용할 수 있다.

도 5는, 실시의 형태 2를 적용하여 혼합원료를 장입한 예를 모식적으로 도시한 단면도이다.

도 5에는, 고로 노벽측에서부터 혼합원료(20)의 장입을 개시하여, 경동각(θ)을 순차적으로 감소시키면서 혼합원료(20)를 장입하여 나가고, 고로 중심부에 혼합원료(20)를 장입한 후, 경동각(θ)을 순차적으로 증가시키면서 혼합원료(20)를 장입한 예를 나타내었다. 따라서, 도 5에 있어서, 노정벙커(1)내에 저류한 혼합원료(20)의 장입을 개시한 장입슈트(5)의 제1회째의 선회(이하, '제1 선회'라 한다)에서 장입된 혼합원료(20a)는, 원료 퇴적면(6)상의 고로 노벽측에 위치하고, 장입슈트(5)의 제12회째의 선회(이하, '제12 선회'라 한다)에서 장입된 혼합원료(20b)는, 제1 선회에서 장입된 혼합원료(20a)의 위에 위치한다.

도 5는, 이 제12 선회에서 혼합원료(20) 전량의 장입을 종료한 상태이다. 단지 장입슈트(5)는 소정의 경동각(θ)에서 고로 중심축을 중심으로 하여 1회씩 선회하므로, 도 5의 단면도에 있어서 혼합원료(20)는 고로 중심축의 양측에 장입되지만, 도 5중에는 한 쪽만 도시하였다.

또한 도 5에는, 노정벙커(1)내에 저류한 혼합원료(20) 전량을 장입하는 사이에, 장입슈트(5)를 12회 선회시키는 예를 나타내었지만, 실시의 형태 2에 있어서는, 장입슈트(5)의 선회수를 특정한 수치에 한정하지는 않는다.

또한 도 5에는, 노정벙커(1)내에 저류한 혼합원료(20) 전량을 장입하는 사이 에, 장입슈트(5)가 고로 반경방향으로 1회 왕복하는 예를 나타내었지만, 실시의 형태 2에 있어서는 장입슈트(5)가 고로 반경방향으로 적어도 1회 왕복하는 것이 좋다. 따라서, 노정벙커(1)내에 저류한 혼합원료(20) 전량을 장입하는 사이에, 장입슈트(5)가 고로 반경방향으로 1회 왕복한 후, 더욱더 수회 선회하여도 좋고, 혹은 2회 이상 왕복하여도 좋다.

요컨대, 노정벙커(1)내의 혼합원료(20) 전량을 장입하는 사이에 장입슈트(5)가 고로 중심축을 중심으로 하여 선회하는 회수, 장입슈트(5)가 고로 반경방향으로 왕복하는 회수는 적당히 설정하면 좋고, 노정벙커(1)로부터 배출되는 혼합원료(20)의 유량을 유량조정게이트(3)에서 조정한다.

도 5에는, 고로 노벽측에서 혼합원료(20)의 장입을 개시하는 예를 나타내었지만, 고로 중심측에서부터 혼합원료(20)의 장입을 개시하고, 경동각(θ)을 순차적으로 증가시키면서 혼합원료(20)를 장입하여 가고, 고로 노벽부에 혼합원료(20)를 장입한 후, 경동각(θ)을 순차적으로 감소시키면서 혼합원료(20)를 장입하여도 좋다.

이렇게 하여 노정벙커(1)내에 저류한 혼합원료(20) 전량을 장입하는 사이에, 원료 퇴적면(6)상의 임의의 위치에 혼합원료(20)를 2회 이상 장입하면, 1회째의 장입에서 혼합원료(20)의 혼합비율이 변동(예컨대, 광석의 비율이 증대)하여도, 2회째 이후의 장입에서는 혼합비율이 반대의 거동(예컨대, 코크스의 비율이 증대)을 보인다. 따라서, 원료 퇴적면(8)상에서 광석과 코크스를 일정한 혼합비율로 분포시킬 수 있다. 그 결과, 융착대(融着帶)의 통기성을 개선하여 용선온도의 변동을 억 제하고, 균일한 품질의 용선을 얻을 수 있다.

또한, 실제로는 소정의 노치번호에서 1회 장입한 때에, 원료 퇴적면(8)상에서는 혼합원료(20)는 반경방향으로 퍼지며 퇴적하므로, 반경방향으로 장입슈트(5)가 왕복함에 즈음하여 동일한 노치에서 장입할 필요는 없다. 반경방향의 소정의 폭에서 삽입슈트(5)가 적어도 1회 왕복하는 것이 좋다.

실시의 형태 3

도 6에 도시한 바와 같이, 장입슈트(5)를 갖는 벨리스 고로(6)에서는, 광석이나 코크스 등의 원료를, 노정으로부터 장입슈트(5)를 개재하여 장입하고, 노내 퇴적층(14)을 형성한다.

장입슈트(5)는, 노중심부(6a)에 있어서의 노중심축에 대하여 경동각 θ로 되도록 조정되고, 노중심축의 주위를 회전하면서 원료장입을 행한다. 그리고, 노중심부(6a)를 중심으로 한 점대칭의 원료 퇴적면을 형성한다. 또한, 장입하는 원료는, 장입슈트의 각도를 바꿈으로써 노정면(爐頂面)의 임의의 장소에 투입이 가능하다.

노 반경방향으로의 장입위치의 조정은, 장입슈트(5)의 경동각(θ)을 조정함으로써 행한다.

통상은, 미리 소정의 경동각에 대하여 각각 노치번호를 부여해 두고, 노중심축을 중심으로 선회(회전)시키면서 원료를 장입함에 즈음하여, 원료의 장입개시로부터 장입슈트의 1선회마다 노치번호를 정하여 두고, 이 노치번호의 패턴(pattern)을 제어함으로써 노내에의 원료장입 패턴을 제어하는 장입제어를 행하고 있다.

장입슈트의 경동각에 응한 원료의 낙하위치는, 고로조업 개시전의 노내에의 원료충전 조사시에 미리 조사하여 둔다. 혹은, 선회하는 장입슈트상을 원료가 흘러내려갈 때의 원심력과 중력, 노내 가스의 상승류를 고려하여, 원료의 낙하궤적을 역학적으로 계산하고, 원료의 장입위치를 구하도록 할 수도 있다.

그런데, 중심 코크스의 장입을 생각하면, 장입개시로부터 1선회마다 경동각을 작게 하여 코크스의 장입을 행한다고 하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 1선회째의 코크스 장입위치보다도 2선회째의 코크스 장입위치쪽이 보다 노중심측으로 접근하여 온다. 이와 같이 중심 코크스를 장입하면, 2선회째의 코크스는 1선회째의 코크스보다도 노중심측으로 낙하한 후에 노중심측으로 흘러 들어가게 된다. 이 때 2선회째의 코크스 중, 비교적 조립(粗粒)의 것이 보다 노중심측으로 흘러 들어간다.

즉, 선회가 진행됨에 따라서 코크스의 낙하위치를 노중심측으로 이동시키는 것에 의하여, 낙하한 코크스는 그 낙하위치로부터 노중심측을 향하여 사면을 따라 흘러 들어가는 상태가 되고, 장입되는 코크스 중의 가장 조립의 것이 노중심부에 퇴적되게 된다.

또한, 이 때, 1선회째와 2선회째와의 낙하위치가 같다면 2선회째의 코크스는 노중심측과 노벽측에 분할하여 흘러 들어가게 되기 때문에, 2선회째의 코크스 중, 조립의 코크스의 일부가 노벽측으로 흘러 들어가게 되어 문제가 되지만, 실시의 형태 3과 같이, 선회가 진행됨에 따라서 코크스의 낙하위치를 노중심측으로 접근시키도록 함으로써 조립은 전부 노중심측으로 흘러 들어가도록 할 수 있고, 노중심부에서의 조립 코크스의 편석을 강화하는 의미에서 유효하다.

또한, 실시의 형태 3에서는, 중심 코크스의 장입개시위치를, 고로의 노중심부를 0, 노벽부를 1로 하는 무차원 반경에 대하여, 0.1∼0.4에 상당하는 반경위치로 하는 것을 적절한 것으로 한다. 장입개시위치가 0.4보다도 크면, 중심 코크스의 장입을 개시하여도 1선회분으로 장입되는 코크스량이 적어지기 때문에, 노중심부 근방까지 코크스가 흘러 들어가는 일이 없어져, 노중심부로 조립의 코크스를 장입하는 효과가 부족해진다. 또한, 장입개시위치가 0.1보다도 작으면, 장입된 코크스가 흘러 들어가는 거리가 짧아져, 입도편석(粒度偏析)을 일으키는 효과가 부족해져 버린다.

상기의 중심 코크스의 장입개시위치의 적정범위를 검증하기 위해서, 내용적(內容積)이 5000m³급의 고로의 노정 장입장치의 1/5축척 모형실험을 행하고, 중심 코크스의 장입개시위치의 차이에 의한 반경방향으로의 코크스 조립비율(粗粒比率)을 조사하였다. 그 결과를 도 9에 나타내었다. 여기에서, 코크스 조립비율이라 함은, 장입실험 종료후에, 각 무차원 반경위치에 있어서 소정량의 샘플링을 행하여 코크스의 입도분포를 측정하고, 장입한 코크스에 대하여 메디안 직경(median diameter) 이상의 입경의 것을 조립으로 하여, 각 샘플중의 조립의 비율을 나타낸 것이다.

각각의 실험에서는, 코크스를 5선회로 장입하였다. 여기에서, 장입개시위치가 0.05 및 0.1의 경우는, 1선회마다 장입위치를 무차원 반경으로 0.01씩 노중심측으로 이동시켜 장입하였다. 또한, 장입개시위치가 0.4 및 0.45의 경우는, 1선회마다 장입위치를 무차원 반경으로 0.05씩 노중심측으로 이동시켜 장입하였다.

장입개시위치가 무차원 반경 0.05의 위치인 경우, 2선회째 이후의 코크스는 노중심부에서부터 반대로 노벽부방향으로 넘쳐서 퇴적하였기 때문에, 실질적으로는 노중심부에 직접 장입한 경우와 큰 차이가 없고, 입경측정에 있어서도, 노중심보다도 노벽측을 향하여 조립비율이 증가하는 결과가 되었다.

또한, 장입개시위치가 무차원 반경 0.45의 경우에서는, 무차원 반경 0∼0.3의 범위에서의 코크스 조립비율이 그다지 변하지 않고, 편석이 크지 않다라고 하는 결과가 되었다. 이에 대하여, 장입개시위치가 0.1∼0.4의 범위의 경우는, 무차원 반경 0∼0.2의 범위에서 70％ 이상의 코크스가 조립(粗粒)으로 되고, 중심부 근방에서의 조립의 편석이 강화되어 있다는 것을 알 수 있다.

다음으로, 실시의 형태 4, 5에 대해서 설명한다. 발명자는, 벨리스 장입장치를 사용하여 고로에 원료를 장입하는 때에, 도 1에 도시한 바와 같이, 노정벙커(1)로부터 배출되는 원료를, 장입슈트(5)를 노중심축의 주위에서 선회시켜, 각 선회마다 장입슈트와 노중심축이 이루는 각도(θ)를 변경함으로써, 노주(爐周)방향으로 균등하게 또한 노 반경방향에서 임의의 위치에 장입할 수 있다는 것을 발견했다. 즉, 경동각(θ)을 대략 0도로 하여 장입슈트를 대략 수직으로 한 상태에서부터 코크스의 장입을 시작하여, 선회마다 단계적으로 θ을 크게 하여 장입해 감으로써, 노내에 퇴적되는 코크스는, 장입개시시의 것은 노중심부에 퇴적되고, 시간을 경과함에 따라 노벽측에 퇴적되도록 할 수 있다. 이 장입방법을 사용하면, 노정벙커로부터 노내로 배출하는 1배치분의 코크스 중, 배출 당초에 입경이 큰 코크스를 선택적으로 배출하도록 할 수 있으면, 고로내의 중심부에 입경이 큰 코크스를 선택적으로 장입할 수 있다.

1배치 중의 최초에 장입되는 코크스의 입경을, 이후에 장입되는 코크스의 입경보다 크게 하기 위해서는, 하기와 같이 하는 것이 좋다.

고로 코크스를 저류한 복수의 저해조 하부에는, 통상 스크린(21)이 설치되고, 그 스크린 메쉬는 35mm로 설정되어 있다. 거기에서, 일부의 저해조의 스크린 메쉬를 예컨대 55mm로, 다른 저해조의 스크린 메쉬보다도 크게 한다. 이렇게 하면, 도 10에 도시한 바와 같이, 이들 저해조(22)로부터 칭량호퍼(23)로 코크스를 수송하는 때에, 최초에 상기 스크린 메쉬가 큰 저해조(22a)로부터의 코크스(24a)를 일정량만 상기 칭량호퍼(23)로 수송한 후, 계속해서 상기 다른 저해조로부터의 코크스(24b)를 수송하면, 칭량호퍼(23)내에는, 하측에 입경 55mm 이상의 코크스(24a)가, 그 위에 입경이 35mm 이상의 코크스(24b)가 1배치분 퇴적시킬 수 있다. 그리고, 계속해서, 당해 1배치분의 코크스의 칭량을 행하고 나서, 당해 호퍼(23)의 하부로부터 절출하여 노정에 있는 벙커(1)로 보내도, 당해 벙커(1)내에는, 같이 하측에 입경 55mm 이상의 코크스(24a)가, 그 위에 입경이 35mm 이상의 코크스(24b)가 1배치분 퇴적된다. 거기에서, 도 1에 도시한 바와 같이, 이들 코크스를 벙커(1)로부터 슈트(5)를 개재하여 상기 역경동장입(逆傾動裝入)을 하면, 고로내에 퇴적하는 코크스의 입경은, 중심부가 주변부보다 평균하여 커진다.

또한, 실시의 형태 4, 5에서는, 입경 55mm 이상의 코크스(24a)의 양은, 칭량호퍼(23)에서의 퇴적 높이로써 경험적으로 추정하는 것으로 하였다. 또한, 1배치에서의 그 양은, 5∼50질량％로 하는 것이 바람직하다. 5질량％ 미만에서는, 노중심부의 입경이 큰 코크스량이 적기 때문에, 통상의 입경의 코크스가 노중심부로 흘러 들어가서 강한 중심류를 형성하기에는 불충분하며, 50질량％ 초과에서는, 중심류를 강하게 하기에는 충분하지만, 코크스의 사하(篩下, minus screen)로서 고로에 이용할 수 없는 코크스량의 증가가 생기는 문제도 발생하기 때문이다.

이상, 설명한 실시의 형태 1∼5는 각각에 있어서도 효과를 발휘하지만, 조합시키는 것에 의하여 보다 효과적으로 고로의 장입물 분포를 최적화하는 것이 가능하게 된다. 예를 들면, 도 3에 있어서, C₁층에 실시의 형태 4를, C₂층에 실시의 형태 3을, C₂+0₁층에 실시의 형태 1을, 0₂층에 실시의 형태 2를 적용할 수 있다.

도 1은, 벨리스 고로의 노정부(爐頂部)를 설명하는 단면도이다.

도 2는, 실시의 형태 1에 관계되는 원료 장입방법을 설명하는 개념도이고, 도 2(a)는, 광석을 장입하는 시기를 도시하고 있고, 도 2(b)는, 고로내에서의 장입위치를 도시하고 있다.

도 3은, 실시의 형태 1에 관계되는 원료 장입방법을 적용한 경우의 원료의 노내 퇴적상황을 도시한 단면도이다.

도 4는, 실시의 형태 2에 관계되는 벨리스 고로의 노정부를 설명하는 단면도이다.

도 5는, 실시의 형태 2에 관계되는 원료 장입방법을 적용하여 혼합원료를 장입한 예를 모식적으로 도시한 단면도이다.

도 6은, 실시의 형태 3에 관계되는 벨리스 고로에 있어서의 장입슈트의 배치(配置)를 도시한 모식도이다.

도 7은, 실시의 형태 3에 관계되는 장입슈트로 장입한 노내 퇴적층의 모식단면도이다.

도 8은, 실시예3에 관계되는 고로 노내에서의 가스 이용율 분포를 도시한 그래프이다.

도 9는, 실시의 형태 4에 관계되는 장입개시위치의 차이에 의한 중심 코크스의 조립화율(粗粒化率) 분포를 도시한 그래프이다.

도 10은, 실시의 형태 4에 관계되는 원료 장입방법을 설명하는 도면이다.

도 11은, 실시예4에 관계되는 벙커로부터의 코크스의 배출량(％)과 시료 코크스 중의 55이상의 비율(％)과의 관계를 도시한 도면이다.

(실시예1)

노내 용적 5000m³의 벨리스 장입장치를 구비한 고로를 사용하여, 그 생산량을 증가시키는 시험조업을 행하였다. 이 고로에서는, 상기 장입슈트의 경동각은, 표 3에 나타낸 바와 같이 노치번호와 대응하고 있다. 또한, 노치수가 클수록, 경동각이 작게 되어 있으므로, 장입개시 직후는, 20노치에서 장입슈트는 대략 수직상태이며, 그 후, 서서히 경동각을 크게 하면서 장입을 행하게 된다.

또한, 시험조업은, 이러한 고로에 있어서 목표로 하는 출선비(出銑比)를 1.8, 2.0 및 2.1의 3 레벨(level)(케이스 1∼3; case 1∼3)로 하여, 순차적으로 생산량을 증가시켜 갔지만, 출선비 1.8 및 2.0의 조업은 종래의 원료 장입방법으로, 출선비 2.1의 조업은, 본 발명에 관계되는 원료 장입방법으로 행하였다. 여기에서, 출선비라 함은, 고로의 1일 출선량(t/d)을 노내 용적(m³)으로 나눈 수치를 나타내고, 출선비가 클수록 높은 생산량을 목표로 한 조업이다. 또한, 이 시험조업에 있어서의 코크스 및 광석의 장입조건(배치(batch)의 종류, 배치의 장입량, 장입슈트의 노치(notch)수 및 사용한 노정벙커)을 표 1에 일괄하여 나타내었다.

우선, 케이스 1은, 출선비 1.8의 조업이며, 거기에서는, C₁으로서 코크스만을 장입한 후에, C₂로서 중심 장입용의 코크스를 장입하고, 그 후에 미리 혼합하고, 노정벙커에 혼합해서 저류되어 있는 C₃의 코크스 및 0₁의 광석을 동시에 장입하고, 혼합층을 형성하였다. 그 후, 0₂로서 광석만을 노벽측에 장입하고, 광석의 단독층을 형성하였다. 이 0₂의 광석은, 광석 중에서도 소입경(小粒徑)의 것을, 특히 노벽에 장입한 것이다. 이 일련의 장입을 1차지로서, 장입을 되풀이하여 조업을 행하였다. 또한, 이 조업은, 종래기술이며, 코크스의 중심장입과 혼합장입을 각각 개별적으로 행하는 것에 상당한다.

이 케이스 1의 조업에서, 용선 생산량의 증가를 꾀하기 위하여, 출선비를 2.0까지 올리는 것을 목적으로 하여 고로에의 송풍량을 증가시켜 단위시간당의 광석의 환원량을 증가시키는 조업을 행하였다. 그렇지만, 이 조업에서는, 1차지분의 코크스, 광석을 5배치분에 나누어 노정벙커에 권상(卷上)하는 데에 시간이 걸리고, 노내의 퇴적면을 대략 일정한 레벨로 유지하는 원료의 공급이 곤란하게 되어, 권상시간을 단축할 필요가 생겼다.

거기에서, 미리 혼합한 코크스 및 광석의 동시장입에 의한 혼합층의 형성을 단념하고, 케이스 2로서, 1차지당 4배치분의 권상에 의한 조업으로 하였다. 또한, 그 때에, 출선비 상승의 대책으로서, 처리광비(處理鑛比; 광석중의 소결광이 차지하는 비율)을 82질량％로 올리고, 노내의 환원의 개선을 꾀할 필요가 있다.

케이스 2의 조업상황을 표 2에 나타내었지만, 출선비를 올림에 즈음하여, 케이스 1의 혼합장입을 단념하고, 처리광비를 올렸음에도 불구하고, 노내의 통기저항 지수는, 1.05에서부터 1.17로 상승하여, 통기성이 케이스 1의 경우보다 악화되고 있다.

거기에서, 본 발명에 관계되는 원료 장입방법을 적용하고, C₂로서 코크스를 노중심부에서부터 노중간부까지, 장입슈트를 13선회로 장입하는 사이의 6선회째로부터 광석을 동시에 장입하도록 하였다. 이것은, C₂의 전(全)장입 코크스량의 약 40질량％ 장입한 시점에서, 코크스 및 광석의 혼합장입을 개시한 것이 된다. 이 케이스 3의 조업결과를, 상기 표 2에 케이스 1 및 케이스 2와 함께 나타내었다.

표 2에서 코크스비(coke比), 미분탄비(微粉炭比)는, 용선 1t를 제조함에 즈음하여 사용한 코크스, 미분탄의 양(kg)이다. 처리광비라 함은, 노정(爐頂)으로부터 장입하는 광석 등 중에서 소결광의 질량비율을 ％로 나타낸 수치다. 코크스 강 도 TI라 함은, 텀블러 지수(tumbler index)이다. 통기저항 지수는 하기의 식으로 나타내어진다.

[{(BP/98.0665+1.033)×10000}²-{(TP/98.0665+1.O33)×10000}²]/(1.033×10000×LSLOT)/(BGV/SAVE)^1.7×273/{(SGT+273)/2+273}

BP:송풍압력[kPa]

TP:노정압력[kPa]

LSLOT:스톡라인(stockline)과 송풍구의 거리[m]

BGV:보슈가스(bosh gas)량[Nm³/min]

SAVE:고로내 평균 단면적[m²]

SGT:샤프트부 대표 가스 온도:1000℃

표 2로부터, 본 발명에 의하면, 출선비를 2.1에까지 상승시킨 것이 분명하다. 또한, 이 경우, 혼합장입을 도중에 중지하는 일 없이, 코크스 중심장입과 혼합장입을 동시에 행할 수 있고, 통기저항 지수도 케이스 1과 동 레벨까지 저감할 수 있었다.

(실시예2)

벨리스 고로(내용적 5000m³)에서 광석층과 코크스층을 교대로 형성하는 조업에 있어서, 광석층을 형성하는 때에, 도 5에 도시한 바와 같이, 미리 광석중에 코크스를 혼합한 혼합원료(20)를 1기의 노정벙커(1)에 저류하였다. 혼합원료(20)중의 코크스량은, 광석층 및 코크스층의 1사이클분(cycle分)의 전(全)코크스량에 대하여 16질량％로 하였다.

이 혼합원료(20)를 장입슈트(5)를 개재하여 장입함에 즈음하여, 장입슈트(5)가 12회 선회하는 사이에 노정벙커(1)내의 혼합원료(20) 전량을 장입하도록, 유량조정게이트(3)를 사용하여, 노정벙커(1)로부터 배출되는 혼합원료(20)의 유량을 조정하였다. 요컨대, 도 5에 도시한 바와 같이, 고로 노벽측으로부터 장입을 개시(즉, 제1 선회에서 장입된 혼합원료(20a))하고, 경동각(θ)을 순차적으로 감소시키면서 혼합원료(20)를 장입해 가며, 고로 중심방향의 소정의 경동각까지 혼합원료(20)를 장입한 후, 경동각(θ)을 순차적으로 증가시키면서 혼합원료(20)를 장입하였다. 이렇게 해서 고로 노벽측으로부터 장입을 개시하고, 장입슈트(5)가 고로 반경방향으로 1회 왕복하여 고로 노벽측에 재차 장입(즉, 제12 선회에서 장입된 혼합원료(20b))하여, 노정벙커(1)내의 혼합원료(20) 전량의 장입을 종료하였다. 이것을 발명예로 한다.

한편, 비교예로서, 발명예와 같이 혼합원료(20)를 장입함에 즈음하여, 장입슈트(5)가 12회 선회하는 사이에 노정벙커(1)내의 혼합원료(20) 전량을 장입하도록 유량조정게이트(3)로 조정하였다. 그리고, 고로 노벽측에서부터 장입을 개시하고, 경동각(θ)을 순차적으로 감소시키면서 혼합원료(20)를 장입하여 가고, 고로 중심측에서 노정벙커(1)내의 혼합원료(20) 전량의 장입을 종료하였다.

여기서 사용한 벨리스 고로는, 장입슈트(5)의 경동각(θ)을 노치번호로 설정하여 조업한다. 그 노치번호와 경동각(θ)의 대응은, 표 3에 나타낸 바와 같다.

더욱이, 혼합원료(20)를 장입한 때의 노치번호의 설정을 표 5에 나타내었다. 또한, 표 5중의 노치번호의 설정은, 각 노치번호에서 장입슈트(5)가 1회씩 선회한 것을 나타내고 있다. 예컨대 비교예에 있어서, 노치번호 「5」가 2회 연속하여 기재되어 있는 것은, 노치번호 「5」에서 장입슈트(5)가 2회 선회한 후, 다음 노치번호 「6」에서 장입슈트(5)가 선회한 것을 나타내고 있다.

또한, 코크스층을 형성하는 때에는, 발명예 및 비교예와 함께, 1사이클분의 전(全)코크스량에 대하여 10질량％에 상당하는 양을 고로 중심부에 장입(소위, 중심 코크스)하고, 나머지 코크스는 고로 반경방향으로 균등하게 장입하였다. 즉, 장입 시퀀스(charge sequence)는, 코크스-코크스-광석(coke-coke-ore; 혼합원료(20))의 3배치(batch) 장입이다.

발명예와 비교예에 대하여, 각각 5일간 조업하고, 코크스비, 미분탄비, 송풍온도, 용선온도, 용선중 Si농도를 측정하였다. 그 결과를 표 2에 아울러 나타내었다. 또한, 표 4중의 코크스비, 미분탄비는, 5일간의 합계 출선량에 대한 합계 코크스 사용량, 합계 미분탄 사용량의 비이다. 또한, 송풍온도, 용선온도, 용선중 Si농도는 정기적(6∼7회/일)으로 측정한 값의 평균값이다. 용선온도, 용선중 Si농도에 대해서는, 측정값의 분산도 나타내었다.

표 4로부터 분명한 바와 같이, 발명예에서는, 용선온도, 용선중 Si농도의 분산이 비교예에 비하여 저감되었다. 그 때문에 발명예에서는, 송풍온도를 비교예와 비교하여 30℃ 저하시켜도 동등한 용선온도를 유지하고 안정하게 조업할 수 있었다.

(실시예3)

내용적이 500Om³인 대형 고로에 있어서, 표 5에 나타내는 조업조건에서의 조업을 실시하였다. 여기에서, 비교예는, 중심 코크스의 장입에 즈음하여, 장입슈트를 경동각 0°로 하여 노중심에 집중 장입한 것이다. 한편, 본 발명예에서는, 장입개시위치를 무차원 반경 0.3으로 하고, 1선회마다 무차원 반경에서 0.03씩 노중심측으로 이동시켜서 중심 코크스를 장입한 것이다.

각각의 조업시에, 고로 샤프트부의 노정 퇴적면으로부터 5m 아래의 레벨에 설치한 존데(sonde)를 노 반경방향으로 보내면서, 노벽으로부터 노중심부까지의 각각의 위치에 있어서의 노내 가스를 샘플링하고, CO 가스와 CO₂ 가스를 분석하여, 그들의 부피％로부터 가스 이용율을 산출하였다.

또한, 가스 이용율이라 함은,

가스 이용율(％)＝{CO₂(체적％)}／{CO(체적％)＋CO₂(부피％)}×100으로 계산되는 값이며, 고로내에서는 가스 이용율이 큰 부분에서 상대적으로 광석의 비율이 많아진다고 생각할 수 있다.

가스 이용율의 산출 결과를 도 8에 나타내었다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 비교예에서는, 노중심부의 가스 이용율이, 그 주변부(무차원 반경으로 0.2정도의 위치까지)보다도 오르고 있다. 이것은, 중심 코크스를 노중심부에 집중적으로 장입한 결과, 코크스중의 조립(粗粒)이 노중심의 주변부로 흘러 들어가고, 이 부분의 노내 가스류가 강화되었기 때문에, 이 부분으로 장입된 광석이 불려 올라가서 광석층이 무너져 노중심부에까지 흘러 들어갔기 때문이라고 생각된다.

그 결과, 비교예의 조업에서는, 노중심부의 가스류가 불안정하게 되어, 연료비가 507㎏/t(용선)정도로 되었다.

이에 대하여, 본 발명예에서는, 노중심부에서의 가스 이용율이 15％정도로 낮게, 노중심부에 강한 가스류를 형성하고 있다는 것을 알 수 있다. 그리고, 노내의 장입물의 분포가 안정되어 있는 것으로부터, 연료비를 498㎏/t(용선)정도에까지 내려도 비교예와 동등 이상의 생산이 가능하게 된다.

또한, 표 5로부터도 분명한 바와 같이, 본 발명예에서는, 비교예에 비하여 비용이 저렴한 미분탄을 많이 쓸 수 있었고, 더욱이, 총 연료비도 저감할 수 있었다.

(실시예4)

벨리스 장입장치를 구비한 내용적이 10m³정도의 시험 고로를 사용하여, 원료의 장입시험을 행하였다. 장입하는 원료는, 철광석(기호O)으로서 소결광을, 코크스(기호C)로서 통상 사용되는 고로 코크스를 사용하였다. 그 때의 광석/코크스의 질량비는, O/C=3.2이며, 광석은 1차지를 1배치로, 코크스는 1차지를 1배치로 장입하였다. 또한, 코크스의 장입은, 상기한 본 발명에 관계되는 원료 장입방법에 의한 경우와, 통상의 원료 장입방법(전부의 저해조의 스크린 메쉬를 35mm로 한다)에 의한 경우의 2가지로 실시하였다.

그리고, 코크스의 장입시에 슈트로부터 낙하하는 코크스를, 일정 시간마다 샘플러(sampler)에서 포획하고, 얻어진 시료의 입도를 측정하였다. 도 11의 횡축은, 벙커로부터의 코크스의 배출량(전량을 100％로 하였다)을 ％로, 세로축은, 시료 코크스중의 55이상의 비율(％)을 나타낸 것이다. 도 11로부터, 본 발명에 의하면, 장입초기, 즉, 노의 중심부에 퇴적되는 코크스의 입경은, 통상의 장입방법에 의한 경우에 비하여 커지는 것이 분명하다.

실시의 형태 1에 의하여, 벨리스 고로에서의 고생산량 조업의 실시에 즈음하여, 코크스 및 광석의 혼합장입과 코크스의 중심장입을 상시 동시에 행하는 것이 가능해진다. 이에 의하여, 고생산량 조업을 행하는 때에 생기기 쉬운 노내 압력손실의 증가를 효과적으로 방지할 수 있고, 소결광이나 환원철 등의 고품위 원료의 사용량을 증가시키지 않으면서, 용선의 증산이 가능해진다.

실시의 형태 2에 의하면, 고로에서 사용하는 각종 원료의 입도분포, 함유수분 등의 성상이 변화된 경우라도, 고로 노정부의 원료 퇴적면상에서 광석과 코크스를 일정한 혼합비율로 분포시켜, 용선온도와 용선품질의 변동을 억제할 수 있다.

실시의 형태 3의 적용에 의하여, 장입슈트를 사용한 벨리스 고로에 있어서의 중심 코크스의 장입에 있어서, 노중심부에서의 코크스 입경을 최대로 하는 것이 가능해지고, 안정한 조업이 실현될 수 있었다. 그리고, 보다 낮은 연료비로 종래와 동등 이상의 생산을 행하는 것이 가능하게 되고, 보다 양호한 고로조업이 실현될 수 있었다.

실시의 형태 4, 5에 의하여, 코크스 전용의 장입장치를 별도 설치하지 않고 기존의 벨리스 장입장치를 사용하여도, 원료의 배치수를 늘리지 않고, 주변부에 장입되는 것보다 입경이 큰 코크스를 고로 중심부에 선택적으로 장입할 수 있게 된다. 이것은, 본 발명을 실제의 고로에 채용하면, 노내 가스의 중심류가 안정하게 확보될 수 있고, 높은 생산성으로 경제적인 용선의 용제가 가능하게 되는 것을 시사하고 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 벨리스 장입장치를 구비한 벨리스 고로의 원료 장입방법은, 이하의 공정을 갖는다:

   (a) 당해 벨리스 고로의 노중심부를 0, 노벽부를 1로 하는 무차원 반경에 대하여 0.1∼0.4에 상당하는 반경위치에서부터, 상기 벨리스 장입장치의 장입슈트를 사용하여 코크스의 장입을 개시시키는 공정;과

   (b) 상기 장입슈트의 1선회마다 그 경동각을 노중심측으로 순차적으로 이행시켜 코크스를 장입시키는 공정.
4. 적어도 2개의 저해조(貯骸槽)에 비축된 코크스를 절출(切出)하고, 조하부(槽下部)에 설치된 스크린(screen)에서 절출된 코크스를 추리는 코크스 스크리닝(screening)공정;

   스크린상의 코크스를 칭량호퍼(weighing hopper)로 칭량(秤量)하고, 노정(爐頂)에 설치된 벙커(bunker)에 저류하는 칭량ㆍ저류공정;

   저류된 코크스를 벨리스 장입장치의 슈트를 개재하여, 고로내에 노중심으로부터 노벽측으로 당해 슈트를 선회시키면서 장입하는 공정;

   을 갖는 벨리스 장입장치를 구비한 벨리스 고로의 원료 장입방법에 있어서,

   상기 코크스 스크리닝공정은, 코크스의 평균 입경보다 큰 스크린 메쉬(screen mesh, A)를 갖는 스크린에서 절출된 코크스를 추리는 제1의 스크리닝공정과, 코크스의 평균 입경보다 작은 스크린 메쉬(B)를 갖는 스크린에서 절출된 코크스를 추리는 제2의 스크리닝공정으로 이루어지고;

   상기 칭량ㆍ저류공정은, 최초에 제1의 스크리닝공정으로부터의 코크스를 일정량만 상기 칭량호퍼로 수송한 후, 계속해서 제2의 스크리닝공정으로부터의 코크스를 수송하여 1배치분(1batch分)의 코크스 칭량을 행하고, 노정에 설치된 벙커에 저류하는 것으로 이루어지는 벨리스 고로의 원료 장입방법
5. 제4항에 있어서,

   보다 큰 스크린 메쉬(A)를 갖는 스크린에서 절출된 코크스를 추리는 제1의 스크리닝공정으로부터의 코크스의 량이, 당해 배치(batch)의 코크스량의 5∼50질량％인 벨리스 고로의 원료 장입방법
6. 벨리스 장입장치를 구비한 벨리스 고로의 원료 장입방법은, 이하의 공정을 갖는다:

   (a) 적어도 1개의 노정벙커에 코크스를 저류하는 공정;

   (b) 적어도 1개의 노정벙커에 광석을 저류하는 공정;

   (c) 1기의 노정벙커에 광석과 코크스를 혼합한 혼합원료를 저류하는 공정;

   (d) 상기 벨리스 장입장치의 슈트를, 그 경동각을 변경하면서 선회시켜, 저류된 코크스를, 노내 반경방향으로 노중심부에서부터 노벽부를 향하여 장입하는 공정;

   (e) 상기 벨리스 장입장치의 슈트를, 그 경동각을 변경하면서 선회시켜, 저류된 광석을, 노내 반경방향으로 노중심부에서부터 노벽부를 향하여 장입하는 공정;과

   (f) 상기 적어도 1개의 노정벙커에 저류된 코크스의 배출량이, 1배치분(1batch分)의 코크스 장입량의 5∼50질량％인 사이에, 상기 적어도 1개의 노정벙커에 저류된 광석의 배출을 개시하도록 제어하는 공정;

   (g) 장입슈트를 선회시킴과 동시에 상기 장입슈트의 경동각을 순차적으로 변경하면서, 상기 노정벙커에 저류된 혼합원료를 고로내에 장입하는 공정;과

   (h) 상기 장입슈트가 고로 반경방향으로 적어도 1회 왕복하는 사이에, 상기 노정벙커에 저류된 상기 혼합원료의 전량(全量)을 상기 고로내에 장입하도록 제어하는 공정

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