KR100972199B1 - 고로의 원료 장입방법 - Google Patents

Abstract

고로의 원료 장입방법은 센터 피더형 노정 벙커에 편석 방지 스톤 박스(stone box)와 센트럴 슈트(central chute)를 설치한 벨리스(bell-less)형 고로의 내부에 장입되는 원료의 배출 초기에 장입 슈트의 선회각도를 조절하여 대립의 코크스를 고로 내의 중심부부터 주변부로 역경동 장입하여 고로 내의 중심부에 기설정된 경사각을 갖는 일정 테라스(terrace)가 형성된 코크스층을 형성하여 고로 내의 중심류를 확보하는 중심류 확보단계, 대립의 광석을 고로 내의 중심부부터 장입함으로써 코크스층에 낙하되는 대립의 광석이 갖는 낙하 에너지를 이용하여 코크스와 광석의 혼합층을 형성하는 혼합층 형성단계, 및 코크스와 광석의 혼합층 형성 이후에 장입되는 광석을 첫 노치에서 형성된 코크스와 광석의 혼합층 윗부분에 노치별로 차례대로 장입하여 혼합층 형성 이후에 장입되는 광석의 고로 내 중심부 유입을 제한하는 광석 유입 제한단계를 포함한다.

고로, 코크스, 광석, 역경동, 장입, 혼합층

Description

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

본 발명은 고로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 역경동 장입을 이용한 균일 혼합층과 재현성이 우수한 장입물 분포를 위한 고로의 원료 장입방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로조업은 노정 벙커에서 원료인 광석(철광석)과 연료인 코크스를 노정 선회 슈트를 이용하여 주변부에서 중심부로 즉, 슈트를 위에서 아래 방향(이하, 순경동 장입)으로 교대로 장입하고 고로 하부의 풍구로부터 1,070도~1,250도의 고온의 열풍을 보조연료인 미분탄과 함께 불어넣어 조업이 이루어진다. 고온의 열풍은 하부에서 상승하면서 일부는 풍구전단(Raceway)에서 미분탄과 반응하여, 나머지는 괴상대에서 코크스와 반응하여 일산화탄소를 생성시킨다. 생성된 일산화탄소는 연속적으로 상승하며 광석과 반응하여 열적, 화학적 전이반응을 통해 광석을 예열, 환원시키고 이산화탄소의 형태로 노정으로 배출된다. 예열 환원된 광석은 고로 하부 연화융착대를 거치면서 용융되어 용선 및 슬래그로 출선구를 통해 배출된다. 이러한 고로 조업은 내부의 장입물 분포상태가 안정되고, 고로 내 가스류의 흐름이 전체적으로 안정되고, 통기성이 양호한 상태라야 광석이 환원 및 용융되어 고로 바닥부에 모여진 용선이 고로 외로 양호하게 배출되어야만 경제적이고 효율적인 조업 수행이 가능하게 된다.

이러한 효율적이고 경제적인 고로 조업을 위하여 고로 내의 장입물 분포 제어를 통해서 고로 내의 가스 흐름을 안정시키고, 통기성을 개선하는 것이 고로 조업의 가장 중요한 요소라고 할 수 있다. 일반적으로 고로 내의 장입물 분포 제어를 위해 코크스를 주변부부터 중심부까지 일정량을 층상으로 펼쳐서 순경동 장입하여 긴 코크스 테라스층 형성 및 저 경사각을 형성하여 그 위에 대립의 광석을 중간부부터 중심부까지 펼쳐서 순경동 장입하여 테라스에 안착되도록 하여 광석의 중심 유입을 최소화한다. 그리고 소립의 광석을 주변부부터 중간부까지 순경동 장입하여 광석과 코크스의 노치가 겹치지 않도록 하므로써 고로 내의 반경 방향별 광석비를 균일하게 유지하여 연화융착층에서의 통기성을 확보하고 고로 내의 안정된 가스 흐름을 유지하는 층상형 순장입 방법이 있다. 하지만, 저품위의 연료 및 원료 사용과 연료, 원료 수급 및 입도 변동시에는 층상형의 장입물 분포가 고로 내의 통기성을 악화시킬 수가 있고, 코크스와 광석이 층상형으로 분포가 되어 있어서 코크스층에서는 통기성이 좋으나, 광석층에서는 오히려 통기성이 저하되면서 전체적인 고로 내의 통기성이 악화되는 문제점이 있다.

대립의 코크스와 광석을 고로 내의 중심부에서 주변부로 역경동 장입하여 재현성이 우수한 일정 코크스 테라스층과 일정 경사각을 형성하고, 균일한 혼합층을 형성하여 고로 내의 가스류 안정과 통기성을 개선할 수 있는 고로의 원료 장입방법을 제공한다.

또한, 고로 내의 중심에 입도가 크고 일정한 양의 코크스와 광석이 장입되도록 하여 고로 내 가스류 변동을 최소화 할 수 있는 고로의 원료 장입방법을 제공한다.

고로의 원료 장입방법은 센터 피더형 노정 벙커에 편석 방지 스톤 박스(stone box)와 센트럴 슈트(central chute)를 설치한 벨리스(bell-less)형 고로의 내부에 장입되는 원료의 배출 초기에 장입 슈트의 선회각도를 조절하여 대립의 코크스를 고로 내의 중심부부터 주변부로 역경동 장입하여 고로 내의 중심부에 기설정된 경사각을 갖는 일정 테라스(terrace)가 형성된 코크스층을 형성하여 고로 내의 중심류를 확보하는 중심류 확보단계, 장입 슈트의 선회각도를 조절하여 대립의 광석을 고로 내의 중심부부터 장입함으로써 코크스층에 낙하되는 대립의 광석이 갖는 낙하 에너지를 이용하여 코크스와 광석의 혼합층을 형성하는 혼합층 형성단계, 및 코크스와 광석의 혼합층 형성 이후에 장입되는 광석을 첫 노치에서 형성된 코크스와 광석의 혼합층 윗부분에 노치별로 차례대로 장입하여 혼합층 형성 이후에 장입되는 광석의 고로 내 중심부 유입을 제한하는 광석 유입 제한단계를 포함한다.

광석 유입 제한단계에서 코크스와 광석의 혼합층 형성 이후에 장입되는 광석은 혼합층의 경사면 하측에 장입하고, 장입된 광석에 의해 코크스가 중심으로 밀려들어가면서 장입되는 광석과 혼합층을 형성하여 이후에 장입되는 광석의 중심 유입을 제한할 수 있다. 혼합층 위에 장입되는 광석은 고로 내에서 중심부부터 주변부로 계단식으로 차례대로 장입할 수 있다.

고로의 장입물 분포를 제어하기 위하여 역경동 장입을 통하여 고로 내의 중심부에서 대립의 코크스를 장입하여 고로 내의 중심류를 확보하고, 대립의 광석을 중심부부터 장입해 줌으로써 균일한 혼합층을 형성하고, 이후에 장입되는 광석의 고로 내 중심부 유입을 최소화 해줌으로써 중심류를 확보하고, 고로 내 가스류 안정과 통기성 개선으로 인해서 광석/코크스 증대 및 고로 출선량을 증대시키는 효과가 있다.

또한, 연료, 원료 수급 및 입도 변동에도 대립의 코크스와 광석을 중심부부터 장입을 함으로써 중심에 항상 입도가 크고, 중심부에 항상 일정한 선회수 관리로 일정한 양의 코크스와 광석을 장입하여 재현성이 우수한 프로파일(profile)을 형성하여, 고로 내 가스류 변동을 최소화 할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센터 피더형 노정 벙커를 가진 벨리스(bell-less)형 고로를 도시한 부분 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고로는 벨리스(bell-less)형 고로를 나타낸다. 따라서, 하기에서는 벨리스형 고로와 고로(10)에 대해 2개의 용어를 혼용하지 않고 고로(10)로 통일하여 사용한다. 그리고 고로(10)에서 노정 벙커(20)는 상부 벙커(22)와 하부 벙커(24)를 포함한다. 노정 벙커(20)는 필요에 따라 상부 벙커(22)와 하부 벙커(24)의 모두에 원료와 연료를 장입시킬 수 있도록 다단계 장입 기능을 갖는다. 하기에서는 상부 벙커(22)와 하부 벙커(24)를 별도로 구분하지 않고 노정 벙커(20)로 통일하여 사용한다.

본 발명의 실시예에 따른 고로(10)의 원료 장입방법은 역경동 장입으로 고로(10) 내의 중심부에서 주변부로 장입물이 분포되도록 제어하여 고로(10) 내의 중심류 확보 및 가스류 안정과 통기성을 유지한다.

이를 위해, 먼저 센터 피더(center feeder)형 노정 벙커(20)에 편석 방지 스톤 박스(26, stone box)와 센트럴 슈트(28, central chute)를 설치하여 원료 배출 초기에 장입 슈트(30)의 선회각도를 조절하여 대립의 코크스를 고로(10) 내의 중심부부터 주변부로 장입하여 고로(10) 내의 중심류를 확보한다. 즉, 고로(10)의 내부에 장입되는 원료의 배출 초기에 대립의 코크스를 고로(10) 내의 중심부부터 주변 부로 역경동 장입하여 고로(10) 내의 중심부에 기설정된 경사각을 갖는 일정 테라스(terrace)가 형성된 코크스층을 형성하여 고로(10) 내의 중심류를 확보한다.

그리고 장입 슈트(30)의 선회각도를 조절하여 대립의 광석을 고로(10) 내의 중심부부터 장입해 줌으로써 상대적으로 큰 낙하 에너지를 이용하여 혼합층을 형성한다. 즉, 코크스층에 낙하되는 대립의 광석이 갖는 낙하 에너지를 이용하여 코크스와 광석의 혼합층을 형성한다.

본 발명의 실시예에 따른 고로(10)의 원료 장입방법은 고로(10) 내에 장입되는 코크스를 장입 슈트(30)의 선회각도를 조절하여 역경동 장입하는 것 뿐만 아니라 광석도 역경동 장입을 하여 코크스에 비해 상대적으로 큰 낙하 에너지를 갖는 대립의 광석을 이용하여 고로(10) 내의 중심에 형성된 코크스층의 경사면 하단을 강타하여 코크스와 혼합층을 형성한다.

이후에 장입되는 광석을 첫 노치에서 형성된 코크스와 광석의 혼합층 윗부분에 노치별로 차례대로 장입하여 광석의 고로(10) 내 중심부 유입을 제한한다. 코크스와 광석의 혼합층 형성 이후에 장입되는 광석을 그 전에 장입하여 형성된 혼합층 위에 쌓여지듯이 장입하여 균일 혼합층을 형성한다.

상기한 바와 같이 대립의 코크스와 광석을 고로(10) 내의 중심부부터 주변부로 장입함으로써 고로(10) 내의 중심에 대립의 코크스와 광석이 쌓이게 된다. 그리고 고로(10) 내의 중심부에 항상 일정한 선회수 관리로 일정한 양의 코크스와 광석이 장입되어 재현성이 우수한 프로파일(profile)을 형성한다. 이러한 이유로, 고로(10) 내 가스류 변동을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 고로(10)의 원료 장입방법에서 재현성이 우수한 균일한 혼합층의 장입물 분포를 형성하기 위해서는 원료의 역경동 장입시 첫 노치가 장입되는 고로(10) 내의 중심부에 대립의 코크스와 광석이 장입되는 것이 중요하다.

도 2는 노정 벙커 내에서의 매스 플로우(mass flow) 형태에 따라 소립과 대립의 원료가 배출되는 순서를 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 고로(10)는 센터 피더형 노정 벙커(20)를 가진 고로(10)이므로 도 2에 도시한 바와 같이 노정 벙커(20) 내에 코크스와 광석이 쌓일 때 대립의 광석은 옆으로 굴러가서 쌓이게 되고 소립의 광석이 중간부에 쌓이게 된다. 그러므로 전형적인 매스 플로우(mass flow) 형태의 배출 특성을 가지면서 배출 초기에 노정 벙커(20)의 중심부에서부터 배출되면서 소립의 입도가 먼저 장입되고, 배출 말기에 대립의 입도가 장입된다.

이러한 이유로, 노정 벙커(20)로부터 배출시의 편석을 방지하기 위하여 도 3에 도시한 바와 같이 노정 벙커(20)에 스톤 박스(26)와 센트럴 슈트(28)를 설치한다.

도 3은 노정 벙커에 스톤 박스와 센트럴 슈트를 장착한 결합관계를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 노정 벙커(20)에 설치되는 스톤 박스(26)와 센트럴 슈트(28)를 통해 노정 벙커(20) 내에 코크스와 광석이 쌓일 때 대립이 노정 벙커(20) 옆으로 굴러가서 쌓이는 것을 방지해 주면서 고로(10) 하부와 중간부에 대립의 광 석이 쌓이게 되면서 배출 초기의 대립의 광석이 장입될 수 있도록 해주는 기능을 한다.

도 4는 도 3에 도시한 노정 벙커에서 원료의 배출시 입도 변화를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 실제로 고로(10)의 1/12 모델에서 장입물 배출 시험 결과 초기의 대립의 광석이 배출이 되고 그 이후에 일정한 입도의 광석이 배출되는 것을 확인할 수 있다.

이렇게 원료의 배출 초기에 장입 슈트(30)의 선회각도를 조절하여 대립의 코크스를 일정한 선회수로 일정한 양을 고로(10) 내의 중심부부터 주변부로 계단식으로 장입을 한다. 대립의 코크스를 고로(10) 내의 중심부부터 주변부로 장입하게 되면 중심류를 확보할 수 있고, 재현성이 우수한 일정 길이의 테라스와 일정 경사각을 가진 코크스층을 형성할 수 있다. 이러한 상태에서 테라스 선단 보다 밑부분에 일정 양의 대립의 광석을 고로(10) 내의 중심부부터 장입한다. 그러면, 코크스가 중심으로 밀려들어가면서, 일정한 혼합층을 형성하여 이후에 장입되는 광석의 중심 유입을 제한한다. 따라서, 고로(10) 내에서 중심류가 확보되고, 전체적으로 균일한 혼합층을 형성하여 고로(10) 내 통기성이 개선되는 장입물 분포를 형성하게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고로(10)에서 프로파일 미터(profile meter)로 측정한 장입물 분포 상태를 도시한 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이 장입물 분포 모양을 동일 경도각도와 동일 모드에서 순장입시와 역장입시를 비교해 보면, 순장입시에는 코크스 테라스 길이가 1.2m, 경사각이 18.7도이다. 역장입시에는 코크스 테라스 길이가 0.7~0.8m, 경사각이 20.2도로 순장입 대비 역장입시에 짧은 테라스층과 큰 경사각을 가진 코크스층이 형성되는 것을 알 수 있다. 상대적으로 큰 코크스 경사면에 도 5에 도시한 바와 같이 대립의 광석을 8노치부터 5노치 순서로 역장입하면, 첫 번째 노치가 되는 8노치의 낙하 에너지가 5노치보다 상대적으로 크게 된다. 그리고 장입되는 광석은 코크스 경사면 밑에 장입되어 경사면을 무너뜨리면서 혼합층이 생기게 된다. 첫 노치의 광석 장입 이후 형성된 혼합층은 두 번째로 장입되는 7노치의 광석이 장입되는 코크스층에 균일한 혼합층을 형성할 수 있도록 블로킹 기능을 한다. 그리고 세 번째 장입되는 6노치의 광석 또한 장입되는 위치에서 균일한 혼합층을 형성하고 중심으로 유입이 되지 않게 그 전에 형성된 혼합층이 블로킹을 하게 된다.

상기한 바와 같이 새로 장입되는 광석에 의해 전체적으로 균일한 혼합층이 형성되고, 재현성이 우수한 프로파일을 형성하게 된다. 이러한 장입물 분포는 고로(10) 내의 중심부에서 주변부로 장입을 하게 되므로 마지막 노치의 선회수 편차가 생기면서 벽부 가스류가 변동될 수 있다. 벽부 가스류 변동은 벽부 쪽에 장입하는 소립의 소결광비 조정을 통해서 벽부 가스류를 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 장입물 분포는 증광을 하면 광석량이 많아짐에 따라 낙하 에너지가 커지고 중심으로 밀려가는 코크스량이 많아짐에 따라 중심류가 확보되고 고로(10) 내 통기성도 개선되는 효과가 있어 고 광석/코크스(ore/coke) 조업을 통하여 고 생산성 조업이 가능하다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 균일한 혼합층과 재현성이 우수한 장입물 분포에 대해 주요 조업지수를 비교한 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고로(10)에서 균일 혼합층과 재현성이 우수한 장입물 분포 제어 기술 개발 전, 후의 주요 조업 그래프를 나타낸 것이다. 고로(10) 내 통기지수는 광석/코크스비 증대에도 불구하고 저하가 되었고, 균일 혼합층을 형성하여 고로(10) 내 통기성이 개선되는 것을 알 수 있다. 이로 인해 고로(10) 출선량은 약 10% 이상 증대가 되고, 미분탄비는 약 15% 이상 증대가 되어 고 출선 및 고 효율 조업을 실시하고 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센터 피더형 노정 벙커를 가진 벨리스(bell-less)형 고로를 도시한 부분 단면도이다.

도 2는 노정 벙커 내에서의 매스 플로우(mass flow) 형태에 따라 소립과 대립의 원료가 배출되는 순서를 도시한 도면이다.

도 3은 노정 벙커에 스톤 박스와 센트럴 슈트를 장착한 결합관계를 도시한 도면이다.

도 4는 도 3에 도시한 노정 벙커에서 원료의 배출시 입도 변화를 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고로에서 프로파일 미터(profile meter)로 측정한 장입물 분포 상태를 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 균일한 혼합층과 재현성이 우수한 장입물 분포에 대해 주요 조업지수를 비교한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ; 고로 20 ; 노정 벙커

22 ; 상부 벙커 24 ; 하부 벙커

26 ; 스톤 박스 28 ; 센트럴 슈트

30 ; 장입 슈트

Claims (3)

1. 센터 피더형 노정 벙커에 편석 방지 스톤 박스(stone box)와 센트럴 슈트(central chute)를 설치한 벨리스(bell-less)형 고로의 내부에 장입되는 원료의 배출 초기에 장입 슈트의 선회각도를 조절하여 대립의 코크스를 상기 고로 내의 중심부부터 주변부로 역경동 장입하여 상기 고로 내의 중심부에 기설정된 경사각을 갖는 일정 테라스(terrace)가 형성된 코크스층을 형성하여 상기 고로 내의 중심류를 확보하는 중심류 확보단계;

   상기 장입 슈트의 선회각도를 조절하여 대립의 광석을 상기 고로 내의 중심부부터 장입함으로써 상기 코크스층에 낙하되는 상기 대립의 광석이 갖는 낙하 에너지를 이용하여 코크스와 광석의 혼합층을 형성하는 혼합층 형성단계, 및

   상기 코크스와 광석의 혼합층 형성 이후에 장입되는 광석을 첫 노치에서 형성된 코크스와 광석의 혼합층 윗부분에 노치별로 차례대로 장입하여 혼합층 형성 이후에 장입되는 광석의 고로 내 중심부 유입을 제한하는 광석 유입 제한단계

   를 포함하는 고로의 원료 장입방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광석 유입 제한단계에서 상기 코크스와 광석의 혼합층 형성 이후에 장입되는 광석은 상기 혼합층의 경사면 하측에 장입하고, 상기 장입된 광석에 의해 코크스가 중심으로 밀려들어가면서 상기 장입되는 광석과 혼합층을 형성하여 이후 에 장입되는 광석의 중심 유입을 제한하는 고로의 원료 장입방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 혼합층 위에 장입되는 광석은 상기 고로 내에서 중심부부터 주변부로 계단식으로 차례대로 장입하는 고로의 원료 장입방법.

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