KR101056226B1 - 고로 및 풍구의 유속 제어방법 - Google Patents

고로 및 풍구의 유속 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고로 및 풍구의 유속 제어방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고로는 노체의 둘레를 따라 형성된 복수개의 풍구; 상기 풍구에 설치되어 상기 노체 내부로 열풍 및 산소를 취입하는 송풍지관; 및 상기 송풍지관에 적어도 하나 설치되어 상기 송풍지관을 따라 취입되는 열풍과 산소의 공급량, 및 유속을 조절하는 유량 제어부;를 포함한다.
고로, 풍구, 유속, 연소대 심도, 노심 활성화

Description

고로 및 풍구의 유속 제어방법{blastfurnace and control method of air velocity of tuyere}
본 발명은 고로 및 풍구의 유속 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 용선은 고로의 노체 내에 장입된 철광석과 코크스가 용해되어 생산된다.
도 1은 용선을 생산하기 위한 고로의 개략적인 구성도이다.
노체(10)에서 출선되는 용선(60)은 열풍과 장입물의 상호작용에 의해 제제되며, 장입물은 주로 철광석(30)과 코크스(40)가 사용된다. 철광석(30)과 코크스(40)는 노정(20)에서 층상으로 장입된다. 또한, 노체(10)의 측면에서는 장입물을 환원, 용해시키기 위한 열풍 및 산소가 취입되는 풍구(50)가 형성된다. 풍구(50)는 노체(10) 내부에 열풍 및 산소를 취입시키는 것으로, 풍구(50)에 의해 노체(10) 내부로 취입된 열풍은 노체(10) 내의 코크스(40)를 산화시킨다. 또한, 코크스(40)가 산화될 때 발생되는 열은 철광석(30)을 용융시켜 용선(60)으로 제조한다.
여기서, 열풍은 송풍기에서 제공되는 바람이 열풍로에 의해 가열된 것을 말 한다.
한편, 노체(10) 내부에서 가스의 흐름이 변동되면 장입물이 하부로 이동되는 것을 방지하는 행킹, 가스류가 장입물을 뒤집어 엎고 노정으로 배출되는 취발 등의 사고가 발생될 수 있다. 이와 같이, 노체(10) 내부에서 일시적인 가스의 흐름이 변동되면 열풍 공급을 중단(휴풍)시키고 열풍을 재 공급하는 재송풍 작업이 수행되었다.
그러나, 노체 내부에 열풍 공급이 중단되면 용선이 생산되지 않아 열선의 생산성이 저하되고, 휴풍 후 재송풍시 노내의 가스 흐름이 다시 불안정해지며, 노내에 형성된 용선의 온도가 저하되어 출선시 용선의 배출에 문제가 발생된다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 송풍지관에 유량 제어부를 선택적으로 설치하여 노체 내로 취입되는 송풍 조건을 조절하여 용선의 생산성을 향상시킬 수 있는 고로를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 고로 조업 불량을 개선하기 위해 유량 제어부의 개도 및 송풍의 공급시간을 조절하는 풍구의 유속 제어방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 고로는 노체의 둘레를 따라 형성된 복수개의 풍구; 상기 풍구에 설치되어 상기 노체 내부로 열풍 및 산소를 취입하는 송풍지관; 및 상기 송풍지관에 적어도 하나 설치되어 상기 송풍지관을 따라 취입되는 열풍과 산소의 공급량, 및 유속을 조절하는 유량 제어부;를 포함한다.
이때, 상기 유량 제어부는 상기 풍구에 설치된 송풍지관에 교차적으로 설치될 수 있으며, 상기 유량 제어부는 상기 풍구의 개도를 40 내지 60%로 개방될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 고로 풍구의 유속 제어방법은 상기 고로의 조업상태가 불량하면 50 내지 70분 동안 상기 유량 제어부의 개도를 40 내지 60%로 개방시켜 상기 송풍지관을 따라 취입되는 열풍과 산소의 취입량 및 취입유속을 조절하는 단계로 이루어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서 제공된 고로의 송풍지관은 유량 제어부가 선택적으로 설치되어 노체 내로 취입되는 송풍 조건을 변화시켜 고로 조업 불량을 개선시킬 수 있다. 또한, 유량 제어부의 개도 및 송풍의 공급시간을 조절하여 보다 빠르고 효과적으로 고로의 조업 불량을 개선시킬 수 있다. 이에 따라, 고로 조업불량에 따른 생산성 저하 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 고로 조업 불량시 휴풍을 하지 않고 노체 내로 취입되는 송풍을 제어하여 휴풍에 의한 용선의 온도저하 현상을 방지하고 재송풍에 따른 노내의 가스 흐름 불량을 방지한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 의 구조를 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 고로의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 송풍지관의 확대도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 용선(160)을 생산하기 위해서는 노정(120)에서 철광석(130)과 코크스(140)를 층상으로 장입한다. 노체(110) 내에 철광석(130)과 코크스(140)가 장입되면 노체(110) 둘레를 따라 형성된 복수개의 풍구(150)를 통해 열풍과 산소를 취입한다. 열풍은 송풍지관(151)을 통해 공급되는 바람이 열풍로에 의해 가열된 것을 말하며, 열풍은 풍구(150)를 통해 노체(110) 내부로 취입된다. 노체(110) 내에 열풍 및 산소가 취입되면, 코크스(140)가 산화된다. 코크스(140) 가 산화되면 산화 열에 의해 철광석(130)이 용융된다. 따라서, 노체(110) 하부에 철광석(130)이 용융된 용선(160)이 형성된다.
한편, 고로 조업작업 중 노체(110) 내에 있는 가스의 흐름이 변동되면 노체(110) 내에서 생성된 CO가스가 철광석(130)을 환원시키지 못해 용선(160)의 생산성에 저하된다. 따라서, 본 실시예에서는 가스 흐름이 변동에 따라 발생하는 용선(160)의 생산성 저하 현상을 방지하기 위해 열풍과 산소의 열 에너지를 노심으로 전달한다.
열풍과 산소(이하, 설명의 편의상 열풍과 산소를 송풍이라 칭한다.)의 열 에너지를 노심으로 전달하기 위해서는, 송풍지관(151)을 통해 공급되는 송풍의 열 에너지와 유속 및 유량을 향상시킨다.
송풍지관(151)을 통해 공급되는 송풍의 열 에너지와 유속 및 유량을 향상시키기 위해서는, 송풍지관(151)의 내주연에 유량 제어부(Hot Blast Flow Control Valve:HBFCV,154)를 설치한다. 이에 따라, 유량 제어부(154)의 둘레가 송풍지관(151)의 내주연에 당접된다. 유량 제어부(154)는 링 형상으로 송풍지관(151)의 내주연에 당접되어 송풍지관(151)을 따라 흐르는 풍구의 취입량 및 취입유속을 조절한다. 즉, 유량 제어부(154)는 송풍지관(151)의 일 영역에 설치되어 송풍지관(151) 홀의 직경(D1)을 감소시킨다. 송풍지관(151) 홀의 직경(D1)을 감소되면, 송풍지관(151)의 홀을 따라 흐르는 송풍의 이송 면적이 작아져 송풍의 에너지, 유량, 및 유속이 변경된다. 따라서, 송풍지관(151)을 통해 풍구(150)로 취입되는 송풍의 취입량 및 취입유속이 조절된다.
또한, 송풍지관(151)과 유량 제어부(154) 사이에는 열풍에 의한 송풍지관(151)의 변형을 방지하기 위해 캐스타블(castable,152)과 내화물(153)이 형성된다. 캐스타블(152)과 내화물(153)은 송풍지관(151)의 내주연에 순차적으로 형성된다.
이러한, 유량 제어부(154)는 노체(110) 둘레에 설치된 송풍지관(151)에 교차적으로 설치되거나, 노체(110)의 둘레에 설치된 송풍지관(151) 모두에 설치될 수 있다. 예를 들어, 유량 제어부(154)는 도 4a,b와 같이 송풍지관(151)의 (1,3,5,,17),(1,2,4,5,,,16,17)에 설치되거나, 도 4c와 같이 송풍지관(151) 모두(1,2,3,,,18)에 설치될 수 있다. 설명의 편의상 도 4a 내지 도 4c에서는 송풍지관(151)을 평면으로 나타내었다.
이와 같이, 유량 제어부(154)는 송풍지관(151)의 일부 또는 전 영역에 설치되어 풍구(150)로 취입되는 송풍 에너지, 송풍의 유량 및 유속을 조절할 수 있다. 유량 제어부(154)는 도 5와 같이 설치 위치에 따라 그 효과가 다소 상이하게 나타난다. 도 4a,b와 같이 일부의 송풍지관(151)에 유량 제어부(154)가 설치되면, 송풍지관(151)으로 공급되는 송풍을 미세하게 제어하여 무감풍 편류를 제어하고, 편감을 해소할 수 있다. 여기서, 편류는 가스류가 불규칙하게 한쪽으로 집중되는 현상을 말하며, 편감은 장입물 상부의 높이가 방향별로 다른 것을 말한다.
즉, 종래에는 편류 및 편감을 제어하기 위해서는 전체적인 풍량을 감소시켰는데 본 실시예에서는 유량 제어부(154)를 통해 편류가 발생되는 곳의 유량만 국부적으로 감소시켜 풍량 제어만을 통해 편류 및 편감을 해소한다.
또한, 도 4c와 같이, 모든 송풍지관(151)에 유량 제어부(154)가 설치되면 풍구유속 및 연소대 심도가 증대된다. 따라서, 대형 고로의 노심이 활성화되고, 고로 조업상태의 불량 복구시간이 단축된다. 고로의 조업상태는 노황이라 한다.
이하에서는 도 4a에서와 같이 유량 제어부(154)가 일부의 송풍지관(151)에 설치되었을 때 나타나는 작용을 설명한다.
유량 제어부(154)가 일부의 송풍지관(151)에 설치되면, 유량 제어부(154)가 설치된 송풍지관(①, ③, ⑤, ⑦ 등)과 유량 제어부(154)가 설치되지 않은 송풍지관(②, ④, ⑥, ⑧ 등)에서 흐르는 송풍 에너지, 송풍의 유량 및 유속이 서로 다르게 나타난다. 이하 설명의 편의상 도 4a의 ①, ③, ⑤, ⑦ 등을 유량 제어부(154)가 설치된 송풍지관(①)으로 칭하고, 도 4a의 ②, ④, ⑥, ⑧ 등을 유량 제어부(154)가 설치되지 않은 송풍지관(②)으로 칭한다.
송풍 공급부로부터 공급된 송풍이 송풍지관(151)으로 공급되면, 유량 제어부(154)가 설치된 송풍지관(①)의 지관유량, 송풍 에너지, 및 풍구유속, 연소대 심도는 유량 제어부(154)가 설치되지 않은 송풍지관(②)의 지관유량, 송풍 에너지, 및 풍구유속, 연소대 심도보다 낮게 나타난다.
이는 하기 표 1을 통해 알 수 있다. 하기 표 1은 유량 제어부(154)가 설치된 송풍지관(①)과 유량 제어부(154)가 설치되지 않은 송풍지관(②)의 지관유량, 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도를 나타낸 것이다.
종래기술에 따른 풍구
(유량 제어부 미설치)		 본 발명에 따라 유량 제어부가 설치된 풍구
(도 4a의 ①)		 본 발명에 따라 유량 제어부가 미설치된 풍구
(도 4b의 ②)
개도 유량 지관유량 풍구유속 송풍에너지 연소대심도 지관유량 풍구유속 송풍에너지 연소대심도 지관유량 풍구유속 송풍에너지 연소대심도
10 94.3 174 243.4 11969 1.98 167 235 10.780 1.87 177 248.3 12793 2.06
90 94.0 174 243.4 11969 1.98 167 234 10.714 1.86 177 248.6 12834 2.06
80 93.0 174 243.4 11969 1.98 165 232 10.495 1.84 178 249.4 12970 2.07
70 91.0 174 243.4 11969 1.98 163 229 10.062 1.80 179 251.2 13248 2.10
60 88.0 174 243.4 11969 1.98 159 224 9.423 1.74 181 253.9 13680 2.14
50 81.0 174 243.4 11969 1.98 151 212 7.989 1.61 186 260.5 14766 2.24
40 65.0 174 243.4 11969 1.98 129 182 5.060 1.33 198 276.8 17725 2.52
30 47.0 174 243.4 11969 1.98 100 143 2.472 1.09 213 298.0 22098 2.93
20 36.0 174 243.4 11969 1.98 81 117 1.331 0.98 224 312.6 25510 3.25
10 30.0 174 243.4 11969 1.98 69 101 861 0.94 230 321.2 27675 3.45
0 27.4 174 243.4 11969 1.98 64 94 692 0.92 233 325.1 28690 3.54
상기 표 1을 살펴보면, 유량 제어부(154)의 개도가 30일 때 송풍지관(①)과 송풍지관(②)의 지관유량, 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도를 살펴보면, 송풍지관(①)의 계측치는 100, 143, 2472, 1.09를 나타내고, 송풍지관(②)의 계측치는 213, 298.0, 22098, 2.93을 나타낸다.
유량 제어부(154)의 개도가 50일 때 송풍지관(①)의 지관유량, 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도 계측치는 각각 151, 212, 7989, 1.61을 나타내고, 송풍지관(②)의 지관유량, 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도 계측치는 각각 186, 260.5, 14766, 2.24를 나타낸다.
유량 제어부(154)의 개도가 60일 때 송풍지관(①)의 지관유량, 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도 계측치는 각각 159, 224, 9423, 1.74을 나타내고, 송풍지관(②)의 지관유량, 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도 계측치는 각각 181, 253.9, 13680, 2.14를 나타낸다.
유량 제어부(154)의 개도가 100일 때 송풍지관(①)의 지관유량, 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도 계측치는 각각 167, 235, 10780, 1.87을 나타내고, 송풍지관(②)의 지관유량, 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도 계측치는 각각 177, 248.3, 12793, 2.06을 나타낸다.
일반적으로 송풍지관(151)에 공급되는 열풍과 산소는 다수의 송풍지관(151)에 동일하게 분산되어 흐르지만, 본 실시예과 같이 복수개의 송풍지관(151)에 교차적으로 유량 제어부(154)를 설치하면 송풍은 유량 제어부(154)가 설치되지 않은 송풍지관(151)으로 몰리게 된다. 따라서, 유량 제어부(154)가 설치되지 않은 송풍지관(②)의 지관유량, 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도가 유량 제어부(154)가 설치된 송풍지관(①)보다 높게 나타난다. 이와 같이, 연소대 심대가 높게 나타나면, 노심에 보다 많은 열이 공급되어 용선(160)의 생산량 저하 현상을 방지할 수 있다. 연소대 심도란, 도 6과 같이 풍구(150)로부터 송풍이 노내로 침투해 들어갈 수 있는 깊이(H)로 정의될 수 있는데, 연소대 심도는 그 수치가 높을수록 노심을 활성화시켜 용선(160)의 생산량을 향상시킨다.
이하에서는 도 4c에서와 같이 유량 제어부(154)가 노체(110) 둘레에 설치된 송풍지관(151) 모두에 설치되었을 때를 나타나는 작용을 설명한다.
노체(110)의 둘레에 설치된 모든 송풍지관(151)에 유량 제어부(154)가 설치되면, 송풍지관(151) 및 풍구(150)를 통해 노체(110) 내부로 취입되는 송풍의 유량, 유속, 및 에너지가 증대된다. 이는, 송풍지관(151)의 홀이 작아짐에 따라 나타나는 현상으로 일반적으로 동일한 양의 풍량은 넓은 면적의 지관을 따라 흐르는 것보다 좁은 면적의 지관을 따라 흐르는 것이 유량, 유속, 및 에너지가 높게 나타난다. 즉, 본 발명은 종래와 동일한 풍량이 송풍지관(151)으로 공급되는데, 본 발명에 따른 송풍지관(151)은 유량 제어부(154)가 설치되어 송풍이 지나갈 수 있는 통로가 작아진다. 따라서, 송풍지관(151)을 따라 흐르는 송풍의 유량, 유속, 및 에너지가 상승된다.
한편, 고로의 조업 상태를 개선하기 위해서는 유량 제어부(154)의 개도 및 유량 제어부(154)에 제어된 송풍의 공급시간이 중요한 요소로 작용한다.
우선, 유량 제어부(154)가 일부의 송풍지관(151)에 설치될 때, 유량 제어부(154)의 개도는 60% 이하의 개도일 때 풍압이 상승되는 것을 알 수 있다. 이는 도 7a 및 도 7b를 통해 알 수 있는데 유량 제어부(154)가 설치되지 않은 송풍지관(②)의 지관유량과 풍구유속은 유량 제어부(154)가 설치된 송풍지관(①)의 지관유량과 풍구유속보다 높아진 것을 알 수 있다. 또한, 유량 제어부(154)가 설치되지 않은 송풍지관(②)의 송풍 에너지와 연소대 심도는 유량 제어부(154)가 설치된 송풍지관(①)의 송풍 에너지와 연소대 심도보다 높게 나타난 것을 알 수 있다.
이에 따라, 용선(160)의 활성화를 촉진시키기 위해서는 풍구(150)의 개도를 60% 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 유량 제어부(154)의 개도가 40% 이하로 설정되면 유량 면적 감소에 의해 풍압이 단위면적당 100g/cm2으로 상승된다. (도 8 참조) 풍압이 단위면적당 100g/cm2으로 상승되면, 송풍지관(151)에 송풍의 공급이 어려워 실제조업에서는 사용이 불가능하다. 따라서, 본 실시예에서 유량 제어부(154)의 개도는 40 내지 60%로 설정한다. 가장 바람직하게는 유량 제어부(154)의 개도를 50%로 설정한다.
표 2는 다양한 개도의 유량 제어부(154)에 따른 노심전열의 확대효과를 나타낸 것이다.

노저직경 노체 내로 유입된 풍구의 깊이
 연소대 심도(유량 제어기의 개도%)
2.25(미설치)-종래 2.42(100%) 2.50(60%) 2.75(50%) 3.00(40%)
지름(m) 14.3 13.3 8.8 8.5 8.1 7.8 6.8
면적(m2) 160.6 138.9 60.8 56.2 51.0 47.8 36.0
노심 활성화 면적(m2) 99.8 104.4 109.7 112.8 124.8
노심 활성화 퍼센트(%) 62.1 65 68.3 70.2 77.6
노심측 풍량 유입 증대효과(%) 0 2 7 10 20
상기 표 2와 같이, 본 발명에 따라 유량 제어부(154)의 개도를 40 내지 60%로 설정하면 노심 활성화 면적 및 퍼센트, 노심측 풍량 유입 증대효과가 종래에 비해 현저한 것을 알 수 있다. 즉, 유량 제어부(154)의 개도가 40 내지 60%로 설정되면, 종래 또는 유량 제어부(154)의 개도가 100%로 설정되었을 때보다 노심측으로 풍량을 유입시키는 효과가 향상된다. 또한, 상기와 같이 노심측의 풍량 유입이 증대되면 노심측이 활성화되어 용선의 생산성을 향상시킬 수 있다. 즉, 고로 조업상태의 불량을 개선시킬 수 있다.
또한, 유량 제어부(154)의 개도가 40 내지 60%로 설정되면 송풍은 노체(110) 내로 50 내지 70분 동안 취입되는 것이 바람직하다. 이는 도 9를 통해 도출한 것으로, 일반적으로 고로의 조업상태 불량을 개선시키기 위해서는 휴풍을 실시한 후 재송풍을 실시하였다. 도 9를 살펴보면, 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도는 송풍이 재송풍되고 대략 60분 정도 공급될 때 그 효과가 가장 뛰어나다. 즉, 노체(110)로 공급되는 송풍이 대략 40분 미만으로 공급되면 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도는 사용자가 원하는 수치로 향상되지 않으며, 노체(110)로 공급되는 송풍시간이 대략 70분을 초과하면 향상된 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도가 다시 저하된다. 따라서, 본 실시예에서는 유량 제어부(154)의 개도를 40 내지 60%로 설정한 상태로 송풍을 50 내지 70분 동안 취입하여, 노심 활성화를 촉진시킨다. 또한, 가장 바람직하게는 송풍의 공급시간을 60분으로 설정한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 용선을 생산하기 위한 고로의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 고로의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 송풍지관의 확대도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 유량 제어기의 배치도.
도 5는 본 발명에 따른 유량 제어부의 설치와 효과 블럭도.
도 6은 풍구와 연소대 심도를 나타내는 모식도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 유량 제어부의 개도에 따른 지관유량, 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도를 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 유량 제어부에 따른 풍압을 나타내는 그래프.
도 9는 재송풍에 따른 풍구유속, 송풍 에너지, 및 연소대 심도를 나타내는 그래프.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
100 : 고로 120 : 노정
130 : 철광석 140 : 코크스
150 : 풍구 151 : 송풍지관
152 : 캐스타블 153 : 내화물
154 : 유량 제어부

Claims (4)

  1. 노체의 둘레를 따라 형성된 복수개의 풍구;
    상기 풍구에 설치되어 상기 노체 내부로 열풍 및 산소를 취입하는 송풍지관; 및
    상기 송풍지관에 적어도 하나 설치되어 상기 송풍지관을 따라 취입되는 열풍과 산소의 공급량, 및 유속을 조절하는 유량 제어부;를 포함하고,
    상기 유량 제어부는 상기 풍구의 개도를 40 내지 60%로 개방시키는 고로.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 유량 제어부는 상기 풍구에 설치된 송풍지관에 교차적으로 설치되는 고로.
  3. 삭제
  4. 청구항 1항의 노체 내로 취입되는 풍구의 유속 제어방법에 있어서,
    상기 고로의 조업상태가 불량하면 50 내지 70분 동안 상기 유량 제어부의 개도를 40 내지 60%로 개방시켜 상기 송풍지관을 따라 취입되는 열풍과 산소의 취입량및 취입유속을 조절하는 단계를 포함하는 풍구의 유속 제어방법.
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