KR100784683B1 - 코크스로의 투입열량 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스로의 투입열량 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 건류되는 코크스 케이크의 온도를 측정하는 온도 측정계를 코크스 가이드에 설치하고, 이 온도 측정계에 의하여 측정된 코크스 케이크의 온도에 의거하여 코크스로에 대한 투입열량을 산출 및 투입함으로써, 코크스로에 원료탄 장입시 적정 노온이 유지되도록 하여 코크스 배출시의 건류부족을 미연에 방지하고, 코크스 품질의 악화를 예방하도록 하는 것이다.

코크스로, 코크스 오븐, 투입열량, 온도, 코크스 가이드, 건류

Description

코크스로의 투입열량 제어장치 및 방법{Control System Of Input Quantity Of Heat For Coke Oven And Method Thereof}

도 1은 코크스로와 부대 설비를 나타낸 도면,

도 2(a)는 본 발명의 온도 측정계가 설치된 코크스 가이드를 나타낸 정면도,

도 2(b)는 본 발명의 온도 측정계가 설치된 코크스 가이드를 나타낸 측면도,

도 3은 본 발명의 온도 측정계에 적외선 흡수필터와 방열수단이 설치된 구조를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 코크스로 11 : 코크스로 상부

12 : 축열실 20 : 압출기램

30 : 코크스 케이크 40 : 크랜스퍼카

41 : 코크스 가이드 50 : 소화차

60 : 온도 측정계 70 : 적외선 흡수필터

80 : 내열패널 90 : 냉각실

91 : 냉각파이프 92 : 에어 취출구

100 : 코드 취출구

본 발명은 코크스로의 투입열량 제어와 관련된 것으로서, 특히 건류가 완료된 코크스 케이크의 온도 데이터를 기초로 적정 건류 열량을 투입할 수 있도록 하기 위한 코크스로의 투입열량 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

고로 제철소에서 제철의 주연료로 사용되는 코크스는 석탄, 특히 점결탄을 건류하여 덩어리 형태로 만든 것으로서, 통상적으로는 도 1에 예시되어 있는 코크스 로에서 제조된다.

적정한 비율로 배합된 코크스 원료탄은 장입구(10a)를 통해 코크스로(10)의 상부로 장입되는데, 코크스로(10)의 상부(11)는 연소실과 탄화실이 교대로 배열된 구조로 되어 있고, 그 하부는 축열실(12)로 이루어져 있다. 장입된 원료탄은 건류되면서 압출기(미도시)의 램(20)에 의해 압출되며, 연료가스 및 공기는 축열실(12)에 의해 열회수된 후 연도를 통하여 대기중으로 배출된다. 압출되는 코크스(30)는 케이크 형태로 만들어지며, 트랜스퍼카(40)에 의해 코크스 가이드(41)를 따라 나오면서 소화차(50)에 담겨져 다음 공정으로 이송된다.

한편, 코크스로(10)에 있어서 연소관리는 코크스 품질 확보, 열량 원단위 절감, 조업의 안정화, 노체 손상 방지 등의 관점에서 볼 때 매우 중요한 사항인데, 코크스의 생산 목표치가 정해지면 노의 가동율 또는 총 탄화 시간이 정해지고, 이 에 대응하여 건류 온도가 설정된다.

그런데, 탄화실에 장입된 원료탄은 설비 가동율 100%의 경우에도 건류 완료에 1일 정도가 소요되기 때문에, 장입후 적정 온도를 계산하여 설정하여도 거의 건류 말기가 되어서야 적정 노온에 이르게 된다. 따라서, 장입량이나 건류 시간, 수분 변화시에 화락 시간이 떨어지고, 코크스 배출 온도 및 탄화실 벽면 온도 등의 피제어 요인이 변동함으로써 코크스의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 코크스 배출시 측정되는 코크스 온도 데이터에 기초하여 코크스로 목표온도와 코크스로단 목표온도를 산출하고 원료탄 장입시 적정 노온이 유지되도록 함으로써, 코크스 배출시의 건류부족을 미연에 방지하고, 코크스 품질의 악화를 예방할 수 있는 코크스로의 투입열량 제어장치 및 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코크스로의 투입열량 제어장치는, 코크스로에서 원료탄을 건류하여 코크스 가이드를 통해 코크스를 압출하는 코크스 제조설비에 있어서, 상기 코크스 가이드에 설치되어 건류되는 코크스의 온도를 측정하는 온도 측정계; 이 온도 측정계에 의해 측정된 코크스의 온도에 의거하여 코크스로에 대한 투입열량을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한 다.

여기서, 상기 온도 측정계는 코크스 가이드의 좌우측 상,중,하부에 각각 한쌍씩 설치될 수 있다.

또, 상기 온도 측정계는, 고온의 열로부터 보호하기 위한 방열수단에 의해 차폐될 수도 있다.

또한, 상기 온도 측정계는 레이저 온도계로서, 코크스 케이크로부터 방출되는 적외선을 차단하기 위한 적외선 흡수필터에 의해 차폐될 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 코크스로의 투입열량 제어방법은, 원료탄을 건류하여 코크스 가이드를 통해 코크스를 압출하는 코크스 제조설비의 코크스로 투입열량 제어방법에 있어서, 상기 코크스 가이드에 설치되는 온도 측정계를 이용하여 코크스 케이크의 온도를 측정하는 단계; 상기 코크스 케이크의 온도가 적정온도가 아닐 경우, 장입할 원료탄의 예상수분량과 예측 장탄량에 의거하여 코크스로 목표온도와 코크스로단(爐端) 목표온도를 제어부에서 산출하는 단계; 상기 코크스로단 목표온도에 맞도록 상기 제어부가 코크스로단의 연료밸브를 개폐하여 투입열량을 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 코크스로 목표온도는 하기 식 1에 의하여 산출되고, 상기 코크스로단 목표온도는 하기 식 2에 의하여 산출될 수 있다.

T_f = T_a+{T_w-T_w(w,m,t,T_a)-δ}×[α/{T_w(w,m,t,T _a+α)-T_w(w,m,t,T_a)}]---(식 1)

(식 1에서, T_f는 코크스로 목표온도(℃), T_a는 코크스로 실적온도(℃), T_w는 목표배출 코크스 온도(℃), w는 실적 장입탄량(ton), m은 실적수분(%), t는 계면 건습시간(hr), δ는 보정온도(℃), α는 보정계수이다.)

T_e = {∑(W_j×T_fj)} / ∑W_j -----(식 2)

(식 2에서, T_e는 코크스로단 목표온도, W_j는 중량계수, T_fj는 코크스로의 j번 통로 목표온도이다.)

또한, 상기 투입열량은 하기 식 3에 의하여 산출될 수 있다.

Q = K₁(T_e-T_a) + K₂ Σ(T_e-T_a) - K₃ T_a - K₄ ΔT_a ------(식 3)

(식 3에서, Q는 투입열량(Kcal/hr), T_e는 코크스로단 목표온도, T_a는 코크스로 실적온도, ΔT_a는 코크스로 실적온도의 증가량(℃), K₁∼K₄ 는 보정계수이다.)

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 코크스로의 투입열량 제어장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 예시되어 있듯이 코크스로(10)에서 건류된 코크스 케이크(30)는 트랜스퍼카(40)의 코크스 가이드(41)를 통하여 소화차(50)로 배출되는데, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 코크스 가이드(41)의 양 측면에 코크스 케이크(30)의 온도를 측정할 수 있는 온도 측정계(60)가 설치된다.

이 온도 측정계(60)는 예컨대 레이저 온도계와 같은 비접촉식 온도계가 사용 되며, 코크스 케이크(30)의 온도를 부위별로 보다 정밀하게 계측할 수 있도록 코크스 가이드(41)의 좌우측 상, 중, 하부에 각각 설치되는 것이 바람직하다.

또, 온도 측정계(60)가 레이저 온도계인 경우에는, 고온의 코크스 케이크(30)로부터 발생되는 적외선을 차단하여 반사되는 레이저광의 검출이 용이하게 이루어지도록 할 필요가 있으므로, 도 3에서와 같이 온도 측정계(60)의 코크스 케이크(30)와 대면하는 전면에 적외선 흡수필터(70)를 설치하는 것이 좋다.

또한, 온도 측정계(60)의 코크스 케이크(30)와 대면하는 전면 또는 상기 적외선 흡수필터(70)의 코크스 케이크(30)와 대면하는 전면에 내열유리와 같은 내열패널(80)을 설치하고, 온도 측정계(60)의 외주부에는 냉각 파이프(91)가 구비된 냉각실(90)을 형성하는 등 방열수단을 구비함으로써, 온도 측정계(60)를 고온의 코크스 케이크(30)에서 발산되는 열로부터 보호하는 것이 바람직하다.

상기 온도 측정계(60)는 제어부(미도시)에 연결되는데, 이 제어부는 코크스 케이크(30)의 온도가 적정온도가 아닐 경우, 장입할 원료탄의 예상수분량과 예측 장탄량에 의거하여 코크스로 목표온도와 코크스로단 목표온도를 제어부에서 산출한 뒤, 코크스로단 목표온도에 맞도록 코크스로단의 연료밸브(미도시)를 개폐하여 투입열량을 조정하게 된다.

미설명 부호 92는 내열패널(80) 표면에 부착된 분진 등을 제거하기 위해 내열패널(80)에 에어를 분사하는 에어 취출구이며, 미설명 부호 100은 온도 측정계(60)에 전원을 접속하기 위한 코드 또는 온도 측정계(60)의 수광기로부터 신호를 취출하기 위한 코드를 통과시키는 코드 취출구이다.

한편, 본 발명에 따른 코크스로의 투입열량 제어방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전술한 바와 같이 코크스 가이드(41)에 설치되는 온도 측정계(60)를 이용하여 코크스 케이크(30)의 온도를 측정한다. 측정된 코크스 케이크(30)의 온도 데이터는 제어부로 전달되어 코크스 케이크 온도의 적정여부를 판단하게 된다.

측정된 코크스 케이크(30)의 온도가 적정온도가 아닐 경우, 즉 과건류 또는 미건류 상태로 되는 온도일 경우, 이를 제어부에서 체크하여 장입할 원료탄의 예상수분량과 예측 장탄량에 의거하여 코크스로 목표온도와 코크스로단 목표온도를 산출한다.

여기서, 장입할 원료탄의 예상수분량은 하기 식에 의거하여 산출한다.

상기 식에서, M_n은 예상수분량(%)이며, a 및 b는 회귀계수(coefficient of regression), r은 강우량(mm)이다.

또, 예측 장탄량은 하기 식에 의하여 산출된다.

W = cR - dM + e

상기 식에서, W는 예측 장탄량(ton), R은 배합비(%), c,d,e는 회귀계수이다.

한편, 열전달을 하기 위해 나타내는 피드백 계산을 기초로 보정온도를 구할 수도 있는데, 이 보정온도는 하기 식으로 산출한다.

δ= δ_a + G_i{T_v-T_v(W_a,M_a,T_a,t) - δ_a }

상기 식에서, δ는 전열 시뮬레이트 보정온도(℃), δ_a 는 전 차지(charge)까지의 δ(℃), G_i는 수정 게인(Gane;-), T_v는 코크스 배출시 방사온도(℃), W_a 는 실적 장입탄량(ton), M_a는 실적수분(%), T_a는 코크스로 실적온도, t는 실적 건습시간(hr)이다.

산출된 장입 원료탄의 예상수분량과 예측 장탄량, 그리고 보정온도를 이용하여 코크스로 목표온도와 코크스로단 목표온도는 각각 식 1과 식 2로부터 구하게 된다.

T_f = T_a+{T_w-T_w(w,m,t,T_a)-δ}×[α/{T_w(w,m,t,T _a+α)-T_w(w,m,t,T_a)}]---(식 1)

(식 1에서, T_f는 코크스로 목표온도(℃), T_a는 코크스로 실적온도(℃), T_w는 목표배출 코크스 온도(℃), w는 실적 장입탄량(ton), m은 실적수분(%), t는 계면 건습시간(hr), δ는 보정온도(℃), α는 보정계수이다.)

T_e = {∑(W_j×T_fj)} / ∑W_j -----(식 2)

(식 2에서, T_e는 코크스로단 목표온도, W_j는 중량계수, T_fj는 코크스로의 j번 통로 목표온도이다.)

이어서, 위의 식 2로부터 구해진 코크스로단 목표온도에 맞도록 코크스로에 대한 투입열량을 식 3에 의하여 계산한다.

Q = K₁(T_e-T_a) + K₂ Σ(T_e-T_a) - K₃ T_a - K₄ ΔT_a ------(식 3)

(식 3에서, Q는 투입열량(Kcal/hr), T_e는 코크스로단 목표온도, T_a는 코크스로 실적온도, ΔT_a는 코크스로 실적온도의 증가량(℃), K₁∼K₄ 는 보정계수이다.)

이와 같이 계산된 열량이 코크스로에 투입되도록 제어부는 코크스로단의 연료밸브를 개폐함으로써 코크스로에 대한 투입열량이 조정된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 코크스로의 투입열량 제어장치 및 방법은, 코크스로에 원료탄을 장입할 때 적정 노온이 유지되도록 함으로써, 코크스 배출시의 건류부족을 미연에 방지하고 코크스 품질의 악화를 예방하는 등 안정적인 고로 조업에 기여하게 되는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 코크스로에서 원료탄을 건류하여 코크스 가이드를 통해 코크스를 압출하는 코크스 제조설비에 있어서,

   상기 코크스 가이드에 설치되어 건류되는 코크스의 온도를 측정하는 온도 측정계; 이 온도 측정계에 의해 측정된 코크스의 온도에 의거하여 코크스로에 대한 투입열량을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스로의 투입열량 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 온도 측정계는 코크스 가이드의 좌우측 상,중,하부에 각각 한쌍씩 설치되는 것을 특징으로 하는 코크스로의 투입열량 제어장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 온도 측정계는, 고온의 열로부터 보호하기 위한 방열수단에 의해 차폐되는 것을 특징으로 하는 코크스로의 투입열량 제어장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 온도 측정계는 레이저 온도계로서, 코크스 케이크로부터 방출되는 적외선을 차단하기 위한 적외선 흡수필터에 의해 차폐되는 것을 특징으로 하는 코크스로의 투입열량 제어장치.
5. 원료탄을 건류하여 코크스 가이드를 통해 코크스를 압출하는 코크스 제조설비의 코크스로 투입열량 제어방법에 있어서,

   상기 코크스 가이드에 설치되는 온도 측정계를 이용하여 코크스 케이크의 온도를 측정하는 단계;

   상기 코크스 케이크의 온도가 적정온도가 아닐 경우, 장입할 원료탄의 예상수분량과 예측 장탄량에 의거하여 코크스로 목표온도와 코크스로단 목표온도를 제어부에서 산출하는 단계;

   상기 코크스로단 목표온도에 맞도록 상기 제어부가 코크스로단의 연료밸브를 개폐하여 투입열량을 조정하는 단계;를 포함하는 코크스로의 투입열량 제어방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 코크스로 목표온도는 하기 식 1에 의하여 산출되고, 상기 코크스로단 목표온도는 하기 식 2에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 코크스로의 투입열량 제어방법.

   T_f = T_a+{T_w-T_w(w,m,t,T_a)-δ}×[α/{T_w(w,m,t,T _a+α)-T_w(w,m,t,T_a)}]---(식 1)

   (식 1에서, T_f는 코크스로 목표온도(℃), T_a는 코크스로 실적온도(℃), T_w는 목표배출 코크스 온도(℃), w는 실적 장입탄량(ton), m은 실적수분(%), t는 계면 건습시간(hr), δ는 보정온도(℃), α는 보정계수이다.)

   T_e = {∑(W_j×T_fj)} / ∑W_j -----(식 2)

   (식 2에서, T_e는 코크스로단 목표온도, W_j는 중량계수, T_fj는 코크스로의 j번 통로 목표온도이다.)
7. 제5항에 있어서,

   상기 투입열량은 하기 식 3에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 코크스로의 투입열량 제어방법.

   Q = K₁(T_e-T_a) + K₂ Σ(T_e-T_a) - K₃ T_a - K₄ ΔT_a ------(식 3)

   (식 3에서, Q는 투입열량(Kcal/hr), T_e는 코크스로단 목표온도, T_a는 코크스로 실적온도, ΔT_a는 코크스로 실적온도의 증가량(℃), K₁∼K₄ 는 보정계수이다.)

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