KR100839451B1 - 고로 미분탄의 죽탄 생성 예측 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 석탄의 물성에 따라 죽탄의 형성 여부를 사전에 추정할 수 있는 방법을 제공하고, 석탄을 야드에 쌓아 두고 사용할 경우 우기(雨期)때 죽탄의 형성을 사전 예방할 수 있도록 하는 석탄의 보수능 추정 방법과 이를 이용한 죽탄 생성 예측 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 고로의 미분탄의 죽탄 생성 예측 방법에 있어서, 입도별로 시료 석탄을 분급하여, 건조시킨 후, 일정량의 시료를 채취하여, 수조내에 일정 시간동안 함침시키는 단계; 상기 함침된 입도별 시료 석탄의 평균 입도와 휘발분 함량을 측정하는 단계; 상기 측정된 평균 입도 및 휘발분 함량을 2 변수로 하여 보수능 관계식을 상관 분석(Regression Analysis) 기법으로 산출하는 단계; 한계 보수능과 평균 입도의 실측치를 구하고, 상기 관계식으로부터 상기 평균 입도에 따른 한계 보수능 관계식을 상관 분석 기법으로 산출하는 단계; 및 상기 한계 보수능 수치보다 낮은 조건이면, 죽탄이 형성되는 것으로 취급하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 미분탄의 죽탄 생성 예측 방법을 제공한다.
고로, 보수능, 평균 입도, 휘발분 함량
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 보수능 측정 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 2는 시료의 양 변화에 따른 함침 후 무게 변화를 보여주는 그래프이고,
도 3은 함침 시간 변화에 따른 함침 후 무게 변화를 보여주는 그래프이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보수능 측정 순서를 나타낸 흐름도이고,
도 5는 석탄의 입도에 따른 보수능 변화를 보여주는 그래프이고,
도 6은 도 5에 도시된 석탄의 종류별로 휘발분 함량에 따른 보수능 변화를 보여주는 그래프이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 계산된 보수능 값과 실제 측정된 보수능 값을 비교한 그래프이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 우기시 죽탄 발생 때문에 사용이 어려웠던 석탄의 보수능과 그때의 석탄 물성을 이용하여 안전하게 사용이 가능한 석탄의 입도와 휘발분 함량의 범위를 나타낸 그래프이고,
도 9는 석탄의 입도에 따른 한계 보수능의 관계를 나타낸 그래프이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
101 : 저울 102 : 시료 용기
103 : 수조 104 : 데이터 수집부
105 : 철봉 106 : 철사
본 발명은 제철공정 등 석탄을 사용하는 과정에서 석탄이 과다한 물을 함유하여 죽탄(粥炭)을 형성할 수 있는 가능성을 예측하는 방법으로서, 보다 상세하게는, 석탄의 물성에 따라 죽탄의 형성 여부를 사전에 추정할 수 있는 방법을 제공하고, 석탄을 야드에 쌓아 두고 사용할 경우 우기(雨期)때 죽탄의 형성을 사전 예방할 수 있도록 하는 석탄의 보수능 추정 방법과 이를 이용한 죽탄 생성 예측 방법에 관한 것이다.
고로에 취입되는 미분탄은 야드에 적치된 후, 건조 및 파쇄 설비로 이송되고, 건조와 파쇄를 마친 후, 기송(氣送)되어 노내에 취입된다. 종래에는 취입되는 미분탄의 공업 분석, 원소 분석, 회분 조성, 회분의 융점, 발열량 및 파쇄성 지수값들을 중심으로 사용 석탄을 선정하였으며, 일반적으로 휘발분 함량이 약 30% 정도인 역청탄 계통의 탄종을 주로 사용하였다. 그러나, 탄종이 다양화되고, 미분탄 취입에 따른 노내 효율을 극대화하기 위해 종래에는 미분탄 취입 조업용으로 사용하지 않던 고탄화도의 저휘발분 석탄의 사용 비중이 높아지고 있으며, 특히, 새로운 제선 공정인 코렉스(COREX)공정에 사용하지 못하는 미립의 석탄을 고로의 미분탄 조업을 위해 사용하기도 한다.
수분이 많이 함유될 수 있는 우기(雨期)에는 특정 미립의 코렉스 석탄이나 저휘발분 석탄의 경우, 석탄의 유동성이 매우 증가하여 마치 액체와 같은 특성을 보이는 이른 바 죽탄이 형성되는 현상이 종종 발생하게 된다. 이 경우 야드에 파일(Pile)로 적치된 후, 미분탄 취입 조업을 위한 건조 및 파쇄 설비등의 사전 처리 공정으로 석탄을 이송하기 위해 벨트 컨베이어(Belt Conveyor)에 석탄을 싣고 이송하는 과정에서 석탄이 수분을 매우 많이 함유한 상태가 되어, 절출 및 이송 설비가 정상적으로 가동되지 못하여 해당 석탄을 사용할 수 없는 문제가 발생하게 되었다.
그러나, 이러한 특성을 정의하거나 측정하고 또한 이를 관리할 수 있는 방법에 대해서는 아직 구체적으로 제시된 바가 없었다. 단지 죽탄이 발생한 석탄의 경우, 다음부터는 우기에 사용을 억제하는 방법이 고작이었다.
한편, 이와 관련있는 공지된 기술로는 다량의 수분을 포함한 갈탄(Lignite)의 수분 함량을 줄이기 위한 장치와 방법이 고안된 바 있다(독일 특허 : DE195 35 315.3, 한국 출원 : 1996-040307). 그러나, 이 방법은 석탄의 수분을 줄이기 위해 열 에너지와 고압의 압축기(Press)가 필요하며, 또한, 석탄이 휘발분이 높고 수분이 다량 포함된 갈탄을 대상으로 하기 때문에 다양한 품질의 석탄을 대상으로 적용하기에는 문제가 있었다.
한편, 시멘트 공장에서 싸이로(Silo)나 야드에 저장된 석탄을 분쇄 장치로 이송하는 장치인 체인 컨베이어(Chain Conveyor)에서 석탄의 수분을 제거할 수 있는 장치가 고안된 바 있다(한국 실용 신안 : 출원 번호 1997 - 034249). 이 방법은 원료 석탄을 이송하는 장치가 체인 컨베이어를 사용하는 공정에 국한하여 적용될 수 있다는 문제가 있을 뿐 아니라, 야드에 적치된 석탄을 컨베이어에 싣기 위해 퍼 담는 장치(예를 들어, 리크레이머(Reclaimer))의 작업에 대해서는 언급되어 있지 않다. 즉, 죽탄이 형성될 경우에는 이러한 석탄을 퍼담는 장치의 운전에도 어려움이 발생하는 것이 보통이다.
또한, 유연탄을 사용하는 화력 발전소에서 죽탄을 사용할 경우, 미분기의 내부 중앙 파이프 내벽에 죽탄이 부착되고 고착되어 미분기를 막는 현상이 발생하기 때문에 이를 고압의 물을 분사하여 제거할 수 있는 고압 분사기가 고안된 바 있다(한국 특허 출원 번호 : 1999-064180). 이 방법 또한 죽탄에 의해 발생되는 문제가 본 기술이 해결하려는 경우와 다를 뿐 아니라, 죽탄의 발생 여부를 사전 예측하는 기술에 대해서는 언급된 바가 없었다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 석탄이 죽탄을 형성할 수 있는 가능성에 대해 사전 예측할 수 있는 방법을 제시하고 죽탄의 형성 여부를 관리할 수 있는 기준을 제공하는 석탄의 보수능 추정 방법과 이를 이용한 죽탄 생성 예측 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 고로의 미분탄의 죽탄 생성 예측 방법에 있어서, 입도별로 시료 석탄을 분급하여, 건조시킨 후, 일정량의 시료를 채취하여, 수조내에 일정 시간동안 함침시키는 단계; 상기 함침된 입도별 시료 석탄의 평균 입도와 휘발분 함량을 측정하는 단계; 상기 측정된 평균 입도 및 휘발분 함량을 2 변수로 하여 보수능 관계식을 상관 분석(Regression Analysis) 기법으로 산출하는 단계; 한계 보수능과 평균 입도의 실측치를 구하고, 상기 관계식으로부터 상기 평균 입도에 따른 한계 보수능 관계식을 상관 분석 기법으로 산출하는 단계; 및 상기 한계 보수능 수치보다 낮은 조건이면, 죽탄이 형성되는 것으로 취급하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 미분탄의 죽탄 생성 예측 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 미분탄의 죽탄 생성 예측 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명자등은 석탄이 수분을 함유할 수 있는 능력인 보수능(保水能)이 기준치 이상으로 증가할 때 죽탄이 발생한다고 판단하고, 이 보수능을 측정할 수 있는 장치를 구성한 바, 고려 항목은 시료를 담을 수 있는 용기, 시료 석탄에 물을 함침시키는 방법 및 시간에 따른 수분의 함량을 효율적으로 측정할 수 있는 방법이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄의 보수능 측정 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
상기 보수능 측정 장치는 저울(101), 일정량의 시료를 담을 수 있는 아래 부분이 망으로 구성된 원통형 시료 용기(102), 석탄 시료를 함침시킬 수 있도록 상하 이동 가능한 물이 담긴 수조(103) 및 시간에 따라 무게 변화를 연속적으로 기록할 수 있는 데이터 수집부(104)를 구비하고, 상기 시료 용기(102)는 철봉(105)과 철사(106)로 연결하여 무게 변화를 측정할 수 있도록 하였다.
먼저, 도 1에 도시된 보수능 측정 장치를 이용하여 탄종별 보수능을 측정할 수 있는 기준을 설정하기 위해 사전 시험을 실시한다. 주요한 측정 조건으로는 측정 석탄의 입도, 시료량, 함침 시간, 측정 시간 등 4가지이다. 보수능의 문제가 발생 가능하다고 판단되는 작은 입도의 석탄을 2.0~3.36, 3.36~5.6, 5.6~7.93mm으로 분급한 시료를 대상으로 하였다. 한편, 측정 시료의 양에 따른 측정 결과의 변화를 측정하기 위해 원시료의 양이 300g, 500g, 700g인 경우로 나누어 사전 실험을 실시한다.
도 2는 시료의 양 변화에 따른 함침 후 무게 변화를 보여주는 그래프이다.
즉, 상기 원시료 중 한 탄종을 선정하여 입도 3.36 ~ 5.6 mm인 시료를 대상으로 각각 2회 측정한 결과로서, 초기 시료 무게를 기준으로 한 시료 무게의 변화를 나타낸 것이 도 2이다. 도 2에 도시되어 있듯이, 초기 시료양의 차이에도 무게 변화는 유사한 경향을 보였다. 그러나, 초기 시료양에 대한 변화는 초기 시료양이 적을수록 상대적으로 많은 양의 수분을 함유하는 것으로 측정되었다. 이것은 시료양이 많을 경우, 시료층의 높이가 높아 시료의 하중에 의해 수분을 함유할 수 있는 시료 입자 사이의 공극이 감소되기 때문으로 해석할 수 있다. 이러한 경향을 파악한 후, 시료 용기의 용량을 고려하여 초기 시료량은 500g으로 선정하여 실험을 실시하였다.
함침 시간 변화에 따른 보수능 측정 변화를 사전 조사하기 위해 도 2에서 사용한 동일한 석탄 시료 3.36 ~ 5.6mm 입도 500g을 함침 수조에 5~ 30분 함침한 후, 무게 변화를 측정하였다.
도 3은 함침 시간 변화에 따른 함침 후 무게 변화를 보여주는 그래프이다.
도 3에 도시되어 있듯이, 상기 실험 결과는 함침 시간에 무관하게 유사한 보수능을 보이고 있다. 이러한 사전 측정을 통해 함침 시간은 10분으로 고정하여 보수능 실험을 실시하였다. 이러한 예비 실험을 바탕으로 보수능의 측정 순서 및 방법을 결정하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보수능 측정 순서를 나타낸 흐름도이다.
먼저, 시료 석탄을 분급하여, 건조시킨 후, 일정량의 시료를 채취하여, 수조내에 일정 시간동안 함침시키고, 이 함침시킨 시료의 무게를 측정한다.
보수능은 초기 시료량을 기준으로 일정 시간후 수분의 함유량을 백분율로 나타낼 수 있도록, 아래의 [수학식 1]과 같이 정의하였다.
상기 [수학식 1]에 기재되어 있듯이, 임의 시간 보수능이 높은 석탄은 상대 적으로 많은 양의 수분을 함유할 수 있는 특징을 가진다고 말 할 수 있으며, 이는 죽탄을 형성할 가능성이 크다는 의미이다.
이러한 측정 장치와 방법을 기준으로 몇가지 석탄에 대해 보수능을 측정하고 석탄의 물리, 화학적인 특성이 보수능에 미치는 영향을 찾아보았다. 본 발명에서 사용된 시료 석탄은 소결 공장에서 분코크스를 대체하여 사용중인 무연탄과 통상 고로 취입용 미분탄종 1종, 코크스 제조용 석탄중 휘발분 함량이 20% 이하인 석탄 4종 등 모두 8종으로 선정하였으며, 아래의 [표 1]에는 이들 시료 석탄의 공업 분석과 원소 분석 결과를 정리하였다. 휘발분 함량은 7 ~ 32%, 회분 함량은 6 ~ 17%의 범위이다.
[표 1]
도 5는 석탄의 입도에 따른 보수능 변화를 보여주는 그래프로서, 총 8 종류의 석탄을 입도별로 보수능을 측정한 결과이다. 함침후 시료 용기를 건져낸 직후와 20분 경과후의 측정된 무게를 기준으로 상기 [수학식 1]을 이용하여 계산한 보수능을 나타낸 것이다.
도 5에 도시되어 있듯이, 함침 수조에서 10분 동안 함침시키고 건져낸 직후에 측정된 무게를 기준으로 한 보수능은 입도가 큰 석탄의 경우에는 낮은 것으로 측정되었다.
도 6은 도 5에 도시된 석탄의 종류별로 휘발분 함량에 따른 보수능 변화를 보여주는 그래프이다. 전반적으로 동일 입도의 석탄일 경우, 휘발분 함량이 많은 석탄일수록 보수능은 큰 것으로 측정되었다.
이상과 같이 석탄의 보수능에 영향을 미치는 석탄의 고유 물성인 평균 입도 및 휘발분 함량과 보수능 측정값과의 상관 분석을 통해 실험적으로 아래의 [수학식 2]와 같은 관계식을 얻을 수 있었다. 하기 [수학식 2]는 2변수에 대하여 일차 함수에 해당하는 상관 분석(Regression Analysis) 방법을 통하여 산출한 식이다.
여기서 평균 입도와 휘발분 함량의 단위는 각각 mm와 %이다.
물론, 상기 [수학식 2]와는 달리 n차 함수에서 n을 크게 하면 할수록, 정확한 수식이 나온다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 계산된 보수능 값과 실제 측정된 보수능 값을 비교한 그래프이다. 도 7에 도시되어 있듯이, 상기와 같은 본 발명에 의해 제시된 보수능은 측정 결과와 비교할 때 신뢰성 있는 예측치를 제공함을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 우기시 죽탄 발생 때문에 사용이 어려웠 던 석탄의 보수능과 그때의 석탄 물성을 이용하여 안전하게 사용이 가능한 석탄의 입도와 휘발분 함량의 범위를 나타낸 그래프이다.
한편, 도 5에 도시되어 있듯이, 석탄의 입도에 따라 보수능이 변화하므로 한계 보수능도 입도에 따라 설정되어야 할 것이다. 아래의 [표 2]는 석탄 입도에 따른 한계 보수능을 정리한 것이다. 즉, 죽탄이 형성되지 않기 위해서는 이 한계 보수능 수치보다 낮은 조건이 되어야 할 것이다.
[표 2]
도 9는 석탄의 입도에 따른 한계 보수능의 관계를 나타낸 그래프로서, 도 9에 도시되어 있듯이, 평균 입도가 증가할수록, 한계 보수능의 값은 아래의 [수학식 3]에 기재된 관계식과 같이 감소한다. 하기 [수학식 3]은 2차 함수에 해당하는 상관 분석(Regression Analysis) 방법을 통하여 산출한 식이다.
물론, 상기 [수학식 3]과는 달리 n차 함수에서 n을 크게 하면 할수록, 정확한 수식이 나온다.
아래의 [표 3]은 미분탄 취입 조업을 위해 사용한 석탄중 우기에 사용된 6종류 석탄의 주요 물성과 본 발명에서 안출된 수학식 2의 보수능 관계식으로부터 제시된 보수능 값을 정리한 것이다.
[표 3]
상기 [표 3]에서 보는 바와 같이, 본 발명에서 제안한 보수능의 추정 방법에 의해 계산된 값과 죽탄 생성 기준을 통해 예측된 결과는 실제 우기시 죽탄이 생성된 결과와 정확하게 일치함을 알 수 있다.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술 사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 시료 석탄의 물성인 입도와 휘발분 함량만으로 보수능이 사전 예측될 수 있고, 이를 통해 죽탄의 생성 여부를 사전 예측할 수 있는 효과가 있다.
Claims (3)
- 고로의 미분탄의 죽탄 생성 예측 방법에 있어서,입도별로 시료 석탄을 분급하여, 건조시킨 후, 일정량의 시료를 채취하여, 수조내에 일정 시간동안 함침시키는 단계;상기 함침된 입도별 시료 석탄의 평균 입도와 휘발분 함량을 측정하는 단계;상기 측정된 평균 입도 및 휘발분 함량을 2 변수로 하여 보수능 관계식을 상관 분석(Regression Analysis) 기법으로 산출하는 단계;한계 보수능과 평균 입도의 실측치를 구하고, 상기 보수능 관계식으로부터 상기 평균 입도에 따른 한계 보수능 관계식을 상관 분석 기법으로 산출하는 단계; 및상기 한계 보수능 수치보다 낮은 조건이면, 죽탄이 형성되는 것으로 취급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 미분탄의 죽탄 생성 예측 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 보수능 관계식은,아래의 [식 1]에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 고로 미분탄의 죽탄 생성 예측 방법.[식 1]보수능 = -6.40(평균 입도) + 0.44(휘발분 함량) + 51.117
- 제 1 항에 있어서,상기 한계 보수능 관계식은,아래의 [식 2]에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 고로 미분탄의 죽탄 생성 예측 방법.[식 2]한계 보수능 = 0.476(평균 입도)2 - 8.877(평균 입도) + 64.168
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