KR100800541B1 - 스테이브 냉각방식의 고로 하부 밸리 활성화 조업방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각능력이 우수한 스테이브 냉각반 방식의 고로에 주변류 강화형 장입방법(ALL STAVE형 장입방법)으로 철광석과 코크스를 장입시켜 주어 조업 과정에서 고로 하부의 밸리부위 온도가 적정관리온도 범위(80℃≤밸리온도≤140℃) 이내로 유지시켜 줄 수 있도록 하여 이 부근에 부착물이 형성되어 불활성대가 발생하게 되는 문제를 미연에 방지하여 줄 수 있도록 함은 물론이고, 고로 상부의 벽측에 가스량을 많아지도록 하여 넓은 면적으로 가스 흐름이 형성될 수 있도록 유도하므로 고로 조업에 필수적인 노내 통기성의 향상을 이룰 수 있도록 한 스테이브 냉각방식의 고로 하부 밸리 활성화 조업방법에 관한 것이다.

특히, 스테이브 냉각반 방식의 고로 내에 입도의 구분이 없는 철광석을 6.77의 내진지수를 취하도록 장입하고, 코크스는 5.50의 내진지수를 취할 수 있도록 주변류 강화형 장입방법을 통해 장입함을 특징으로 한다.

코크스 장입, 광석 장입, 코크스 중심장입

Description

스테이브 냉각방식의 고로 하부 밸리 활성화 조업방법{blast furnace lower part belly activation operation method of Stave cooling form}

도 1은 본 발명의 장입방법을 통해 형성시킨 장입층과 종래의 장입방법을 통해 형성시킨 장입층을 비교 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 장입방법과 종래 장입방법의 반경방향 장입분포를 비교 도시한 비교도,

도 3은 본 발명의 장입방법과 종래 장입방법의 장입물 표면 온도를 비교 도시한 비교도,

도 4는 본 발명의 장입방법과 종래 장입방법의 샤프트프로브 온도패턴을 비교 도시한 비교도,

도 5는 본 발명의 장입방법과 종래의 장입방법의 장입패턴을 비교 도시한 개략도,

도 6은 본 발명의 장입방법과 종래 장입방법의 경동노치 장입 회전수를 비교 도시한 비교도,

도 7은 본 발명에 따른 불활성화 방지 실적을 도시한 개략도,

도 8은 본 발명 적용 전,후의 고로 조업실적을 비교 도시한 비교도,

도 9는 일반적인 고로 조업 상황을 도시한 개략도,

도 10은 종래의 장입방법을 통해 스테이브 냉각방식 고로에 취해진 장입층 일부를 발췌 도시한 단면도,

도 11은 종래의 장입방법을 취해 조업시 발생되는 문제를 설명하기 위해 도시한 개략도,

도 12는 종래의 장입방법을 취해 조업시 발생되는 불활성을 설명하기 위해 도시한 개략도,

도 13은 종래의 장입방법을 취해 조업시 발생되는 문제를 설명하기 위해 도시한 참고도,

도 14는 종래의 장입방법을 취해 장입된 장입층의 반경방향 장입분포를 비교 도시한 비교도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 :선회슈트 2 :연화융착대

4 :풍구 6 :출선구

8 :노심코크스 10 :고로

11 :불활성 발생영역 12 :통기성 불량영역

14 :코크스 중심장입 16 :소립광석 장입

18 :대립광석 장입 20 :코크스 장입

22 :부착물 24a ~ 24i :노체하부 1~9단 지점

26 :노하부 불활성 전 노체하부 2단 온도

28 :노하부 불활성 전 노체하부 3단 온도

30 :노하부 불활성시 노체하부 2단 온도

31 :노하부 불활성시 노체하부 3단 온도

32 :종래의 장입방법에 의해 광석과 코크스가 혼합된 영역

34 :종래의 장입방법시 대립광석의 장입위치

36 :스테이브 38 : 종래의 장입방법시 소립광석의 장입위치

40 :샤프트 프로브로 측정된 온도분포 42 :종래의 장입방법

44 :소립광석의 위치만 달라진 종래의 장입방법

48 :코크스 장입 50 :광석 장입

52 :코크스 중심장입 54 :입도별 장입시 고로 반경방향 광석비

56 :본 발명에 의한 장입시 고로 반경방향 광석비

58 :종래의 장입방법에 의한 장입물 표면온도

60 :본 발명의 장입방법에 의한 장입물 표면온도

62 :본 발명에 의한 샤프트 프로브 온도분포

64 :종래의 방법에 의한 샤프트 프로브 온도분포

66 :종래의 방법에 의한 불활성화 노체온도분포

68 :본 발명에 의한 활성화 노체온도분포

본 발명은 냉각능력이 우수한 스테이브 냉각반 방식의 고로에 주변류 강화형 장입방법(ALL STAVE형 장입방법)으로 철광석과 코크스를 장입시켜 주어 조업 과정에서 고로 하부의 밸리부위 온도가 적정관리온도 범위(80℃≤밸리온도≥140℃) 이내로 유지시켜 줄 수 있도록 하여 이 부근에 부착물이 형성되어 불활성대가 발생하게 되는 문제를 미연에 방지하여 줄 수 있도록 함은 물론이고, 고로 상부의 벽측에 가스량을 많아지도록 하여 넓은 면적으로 가스 흐름이 형성될 수 있도록 유도하므로 고로 조업에 필수적인 노내 통기성의 향상을 이룰 수 있도록 한 스테이브 냉각방식의 고로 하부 밸리 활성화 조업방법에 관한 것이다.

일반적으로 용선을 제조하는 고로 공정에서 철광석과 코크스를 고로 상부로부터 장입할 때에는 철광석을 두가지의 입도로 나눈 후 먼저 코크스를 장입하고 철광석 중 작은 입도는(소립 광석;Ore Small) 노벽측에 장입하며, 철광석의 큰 입도는(대립광석) 노벽에서 1미터 지점으로부터 고로 중심부로 장입한다.

이러한 장입방법을 "입도별 장입방법"이라고 칭하는데, 이와 같은 입도별 장입방법을 취하여 조업을 행하는 고로 중 대표적인 고로에는 스테이브 냉각반 방식의 고로가 대표적이다.

이와 같은 스테이브 냉각반 방식의 고로는 도 9 내지 도 14에 도시된 바와 같이 고로 조업 경년수가 많아져도 원주 방향별 마모상태를 거의 동일하게 유지할 수 있고, 냉각반(13)이 노내로 고로(10) 철피에 대해 수직으로 700mm 이상 삽입되어 있어 스테이브는 냉각반(13)에 비해 설치수량도 10배 정도로 작아 설비관리에 큰 도움을 준다라는 긍정적인 측면이 있는 반면 고로 조업 경년이 지날수록 냉각반(13) 사이를 지지하고 있는 내화물이 열적, 기계적 마모로 인하여 점점 마모되어 냉각반(13)을 노내부로 노출시키는 자체적인 문제점이 있었다.
도 12는 종래의 장입방법에 의한 고로(10)의 노체하부의 1단 내지 9단 지점(24a∼24i)에 대한 개략도로서, 입도별 장입위치에 따른 노체하부의 2단 지점(24b) 및 3단 지점(24c)의 온도분포를 나타낸 것이다.

그리고, 상술한 바와 같이 입도별 장입방법을 취해 조업을 취할 경우 다음과 같은 여러 문제점을 발생시켰다.

이를 순서에 의거하여 나열 설명하면 다음과 같다.

첫째, 벽측에 작은 입도의 철광석을 장입함에 따라 스테이브 냉각시스템에 의해 열 손실을 많이 발생시키는 문제점이 있었다.

둘째, 고온의 가스 기류가 고로 중심에서 벽부로 흐르는 것을 차단하여 고로(10) 하부 온도(이하 "밸리온도"라 칭함)가 적정관리온도 범위(80℃≤밸리온도≤140℃) 이하로 유지되게 되므로 노하부에 불활성대를 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 안출한 것으로, 그 목적은 냉각능력이 우수한 스테이브 냉각반 방식의 고로에 주변류 강화형 장입방법(ALL STAVE형 장입방법)으로 철광석과 코크스를 장입시켜 주어 조업 과정에서 고로 하부의 밸리부위 온도가 적정관리온도 범위(80℃≤밸리온도≤140℃) 이내로 유지시켜 줄 수 있도록 하여 이 부근에 부착물이 형성되어 불활성대가 발생하게 되는 문제를 미연에 방지하여 줄 수 있도록 함은 물론이고, 고로 상부의 벽측에 가스량을 많아지도록 하여 넓은 면적으로 가스 흐름이 형성될 수 있도록 유도하므로 고로 조업에 필수적인 노내 통기성의 향상을 이룰 수 있도록 한 스테이브 냉각방식의 고로 하부 밸리 활성화 조업방법을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적은 스테이브 냉각반 방식의 고로 내에 입도의 구분이 없는 철광석을 6.77의 내진 지수를 취하도록 장입하고, 코크스는 5.50의 내진 지수를 취할 수 있도록 주변류 강화형 장입방법을 통해 장입시킨 것에 의해 달성될 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명인 스테이브 냉각방식의 고로 하부 밸리 활성화 조업방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 장입방법을 통해 형성시킨 장입층과 종래의 장입방법을 통해 형성시킨 장입층을 비교 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 장입방법과 종래 장입방법의 반경방향 장입분포를 비교 도시한 비교도이며, 도 3은 본 발명의 장입방법과 종래 장입방법의 장입물 표면 온도를 비교 도시한 비교도이고, 도 4는 본 발명의 장입방법과 종래 장입방법의 샤프트프로브 온도패턴을 비교 도시한 비교도이며, 도 5는 본 발명의 장입방법과 종래의 장입방법의 장입패턴을 비교 도시한 개략도이고, 도 6은 본 발명의 장입방법과 종래 장입방법의 경동노치 장입 회전수를 비교 도시한 비교도이다.

도시된 바와 같이 소립 광석층의 장입을 이루지 않고, 입도의 구분이 없는 철광석과 코크스 만을 이용하여 장입을 취하는 주변류 강화형 장입방법을 통해 장입시 철광석(50)의 경우에는 내진지수를 6.77을 취하도록 장입하고, 코크스(48)의 경우에는 내진 지수를 5.50을 취하도록 장입시킨다.

이때 장입분포는 도 2에 도시된 바와 같은 형태로 취하도록 한다.

이와 같은 형태의 장입방법을 취하는 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 주변류 강화형 CO장입 즉, 코크스(COKE)와 광석(ORE) 장입에서는 고로 경방향으로의 철광석과 코크스 비는 입도별 장입에 비해 중간부에서 현저히 저하하는 것을 알 수 있다.

그러므로, 중간부 영역에서의 철광석과 코크스비가 현저히 낮아지므로써 노벽부로 흐르는 가스의 양이 많아져 노체온도 3단(24c)과 노체온도 4단(24d)이 위치한 노하부(이하 "노하부 밸리 부위"라 칭함)를 상승시키는 것을 유도하는 것을 알 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 입도별 장입에서의 코크스 분포를 보면 벽측 보다는 중심부에 코크스가 많이 장입되게 된다.

따라서 중심 온도는 종래의 입도별 장입방법이 높으나 본 발명의 주변류 강화형 장입방법의 경우에는 중간부위를 제외한 모든 부위에서 입도별 장입방법에 비해 표면온도(60)가 증가하게 된다.

이에 따라 이러한 온도 분포가 하부로 이동하면서 장입물의 온도를 상승시키게 된다.

이것을 증명하는 것이 도 4에 도시되어 있다.

도 4는, 고로 상부의 장입물 표면으로부터 수직 방향으로 약 5 미터 떨어진 고로 반경 방향의 장입물의 위치를 노벽에서 중심까지 11개로 분할하여 1지점∼10지점에 대한 온도분포를 나타낸 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 장입방법에 의한 장입물의 표면온도는 종래의 장입 방법에 비해 노벽 측부의 장입물 온도 분포가 높다.

이것은 다시 반복해서 설명하면 고로 하부 밸리 온도를 상승시키기 위해 벽부에 코크스 장입량을 증대시켰기 때문이다.

그러므로 본 발명과 같은 장입방법을 일시적인 방편이 아닌 지속적으로 패턴화하여 사용하여야 고로 조업의 안정을 취할 수 있다.

그리고, 도 5는 고로의 상부에 장입물의 위치를 벽부와 중심사이를 11개로 분할하여 각 지점(①∼⑩)에 대한 장입패턴을 나타낸 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 종래의 입도별 장입방법은 철광석을 두 가지 입도로 구분하여 작은 입도의 소립광석(16)은 노벽측에 장입하고 입도가 큰 대립광석(18)은 고로(10) 중심위치에 장입하였다.

반면에 본 발명의 장입방법은 철광석의 입도를 구분하지 않고 고로(10) 측벽부에 장입되는 광석의 량을 적게 하여 고로 하부의 밸리 온도를 상승시키는 역할을 하게 된다.

또한, 장입물의 내진 지수는 고로(10) 상부에서 장입된 장입물들이 고로(10) 노벽측에서 중심으로 장입되는 정도를 나타낸 내진 지수 즉, 장입물이 벽측 부위에 많이 장입되었는지 또는 중심 부위에 많이 장입되었는지의 정도를 나타낸다.

이 두 가지 장입 패턴을 비교하기 위해서 아래의 장입물 내진지수를 이용하였다.
장입물의 내진지수 = (경동노치×장입회전수)/(장입회전수 합)

삭제

여기서 경동노치는, 고로 상부에서 장입되는 선회슈트가 고로 반경방향으로 11 등분되어 있는 각각의 경동각도이다.

또한, 장입회전수는 장입물이 장입될 때 선회슈트가 원주방향으로 회전하는 횟수이다.

여기서 수학식 1과 도 6에 표시된 경동노치와 장입회전수에 의거하여 철광석과 코크스의 내진지수를 구하면, 철광석의 경우 종래의 방법인 입도별 장입은 철광석의 내진지수가 5.5 미만이고, 본 발명의 경우 정상조업시에는 7.00이며, 고로 하부 밸리 온도가 낮아서 상승시키기 위해 사용되는 철광석의 내진지수는 7.23이고, 고로 하부 밸리 온도가 과도하게 상승되어 저하시키기 위해서 사용되는 철광석의 내진지수는 6.77 수준을 나타내 주고 있다.
따라서, 철광석의 내진지수는, 6.77보다 작으면 고로의 하부 밸리 온도가 과도하게 상승되고, 7.23보다 크면 고로 하부 밸리 온도가 낮아지므로, 6.67∼7.23을 적용하는 것이 바람직하다.

코크스의 경우에는 종래의 방법인 입도별 장입은 코크스의 내진지수가 3.0 수준인데 반하여 본 발명의 경우 정상 조업시에는 5.00이고, 고로 하부 밸리 온도가 낮아서 상승시키기 위해 사용되는 코크스의 내진지수는 4.94이며, 고로 하부 밸리 온도가 과도하게 상승되어 저하시키기 위해서 사용되는 코크스의 내진지수는 5.50 수준을 나타내 주고 있다.
따라서, 코크스의 내진지수는, 4.94보다 작으면 고로 하부 밸리 온도가 낮아지고, 5.50보다 크면 고로의 하부 밸리 온도가 과도하게 상승되므로, 4.94∼5.50을 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 경우는 지금까지의 고로 조업에서 철광석과 코크스의 내진지수가 이렇게 높은 것은 스테이브 냉각방식 고로 조업 이후에 나타난 것으로 스테이브 고로 1대기 동안 노황이 안좋아 고로 가동을 중지한 사례도 있다.

이것은 본 발명에서 입증된 것이다.

왜냐하면 스테이브 냉각방식은 상기에서 설명했듯이 냉각능력이 냉각반 냉각방식 고로 보다 훨씬 뛰어나 종래의 장입방법으로는 고로 하부 밸리 온도가 80℃보다 낮아져 응고가 시작되므로 부착물이 형성된 후 고로 조업이 불안정하게 된다.

최근 외국 고로에서는 이러한 불활성대 형성을 방지하기 위해 고로 내부로 투입되는 소비열량 즉 코크스와 미분탄의 합인 연료비를 높여서 조업하고 있다.

이것은 용선 온도를 상승시켜서 고로 하부 밸리 온도를 상승시키므로써 고로 하부 불활성을 방지하게 된다.

따라서 본 발명에서는 철광석과 코크스의 내진 지수를 입도별 장입 대비에 비해 높게 유지되게 되고 고로 반경 방향의 광석과 코크스 비를 균일하게 하여 고로 하부 밸리 온도 상승은 물론 고로 조업의 안정에 기여하게 된다.

여기서, 도 7은 고로(10)의 노체하부의 1단 내지 9단 지점(S1∼S9)에 대한 노체온도분포를 나타낸 것으로서, 도 7에 도시된 바와 같이 입도별 장입방법을 통해 정상적인 조업을 계속해오면서 단지 고로 하부 밸리 온도가 저하됨으로써 고로 하부 밸리 온도 부위에 응고가 시작되어 노하부 불활성대가 형성되는 종래의 노체온도분포(66)와 이를 개선한 본 발명의 노체온도분포(68)를 나타낸다.

반면, 본 발명의 장입방법을 적용한 고로(10)는 상부보다는 하부 밸리 주변의 온도가 관리범위(80℃≤밸리온도≤140℃)이내에 유지되는 것을 나타낸다.

그리고, 도 8에 도시한 바와 같이 고로(10) 가동을 시작한 후 초기(3개월 동안)에는 입도별 장입을 실시하였다.

이때, 입도별 장입 기간에는 고로(10) 하부의 밸리 온도가 낮게 유지되게 되어 용선온도를 높게 유지하게 되었다.

그러나 용선온도가 너무 과다하게 상승할 경우 용융물 배출이 어려워 고로 조업이 불안정하게 진행되었다.

이외에도 고로 노내 압력변동 및 노체온도 변동이 발생하여 빈번한 생산량 저하 현상이 발생하고, 고로 용선 톤당 소비되는 연료비도 상승하는 문제를 나타내 게 되었다.

그러나, 본 발명의 장입방법을 적용한 후에는 고로 하부의 밸리 온도를 적정관리온도 범위(80℃≤밸리온도≤140℃) 이내로 유지시켜 주게 되어 고로 하부 밸리 온도의 적정관리는 물론이고 조업 안정화에 크게 기여할 수 있게 되었다.

이와 같이 본 발명은 냉각능력이 우수한 스테이브 냉각반 방식의 고로에 주변류 강화형 장입방법(ALL STAVE형 장입방법)으로 철광석과 코크스를 장입시켜 주어 조업 과정에서 고로 하부의 밸리부위 온도가 적정관리온도 범위(80℃≤밸리온도≤140℃) 이내로 유지시켜 줄 수 있도록 하여 이 부근에 부착물이 형성되어 불활성대가 발생하게 되는 문제를 미연에 방지하여 줄 수 있도록 함은 물론이고, 고로 상부의 벽측에 가스량을 많아지도록 하여 넓은 면적으로 가스 흐름이 형성될 수 있도록 유도하므로 고로 조업에 필수적인 노내 통기성의 향상을 이룰 수 있게 되어 조업 안정화에 크게 기여할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 입도의 구분 없이 철광석과 코크스 만을 이용하여 장입을 취하는 주변류 강화형 장입을 행하는 스테이브 냉각반 방식의 고로의 조업방법에 있어서,

   스테이브 냉각반 방식의 고로(10) 내에 입도의 구분 없이 철광석(50)의 내진지수는 6.67∼7.23을 취하도록 장입하고, 코크스(48)의 내진지수는 4.94∼5.50을 취할 수 있도록 주변류 강화형 장입방법을 통해 장입하여, 고로 하부의 밸리부위 온도를 80∼140℃로 유지시키는 것을 특징으로 하는 고로 하부 밸리 활성화 조업방법.

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