KR101121813B1 - 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법 - Google Patents
코크스 열간강도 예측 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
고강도 코크스 제조시 건류온도 및 승온속도을 이용하여 코크스의 열간강도를 예측하도록 하는 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법이 제시된다. 제시된 코크스 열간강도 예측 장치는, 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도를 측정하는 온도 측정부; 온도 측정부에서 측정한 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도를 근거로 승온속도를 산출하는 승온속도 산출부; 및 승온속도 산출부에서 산출한 승온속도 및 단일탄종 코크스 열간강도를 근거로 코크스 열간강도를 산출하는 열간강도 산출부를 포함하여 구성하여 승온속도를 반영한 코크스 열간강도를 산출함으로써, 코크스 강도 예측의 정확도를 최대화할 수 있다.
Description
본 발명은 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 코크스 품질 예측의 정확도를 향상시키기 위한 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법에 관한 것이다.
제선공정에서 사용되는 코크스는 고로 내에서 철광석을 환원시키는 환원제의 역할을 하며, 산소와 반응하여 다량의 열을 발생시키는 고로의 열원으로서 역할을 하고, 고로 내의 로내반응이 원활하도록 고로 내의 통기성을 유지하는 역할을 하는 중요한 제선원료이다.
코크스는 석탄을 건류하는 탄화실과 건류에 필요한 열원을 공급하는 연소실이 교대로 직열되어 있는 코크스 오븐 내에서 제조된다. 이때, 고강도 코크스를 획득하기 위해서는 원료탄의 배합설계 과정에서 다양한 배합지표를 활용한다. 배합지표로는 석탄의 탄화도(비트리나이트 평균 반사율, 휘발분 등), 점결성(유동도, 전팽창 등), 회분 등과 같은 석탄품질과 관련된 영향인자가 있다.
본 발명은 고강도 코크스 제조시 건류온도 및 승온속도을 이용하여 코크스의 열간강도를 예측하도록 하는 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 장치는, 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도를 측정하는 온도 측정부; 온도 측정부에서 측정한 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도를 근거로 승온속도를 산출하는 승온속도 산출부; 및 승온속도 산출부에서 산출한 승온속도 및 단일탄종 코크스 열간강도를 근거로 코크스 열간강도 예측값을 산출하는 열간강도 산출부를 포함한다.
열간강도 산출부는,
(수학식)
(여기서, CSR은 코크스의 열간강도를 나타낸다.)으로 코크스 열간강도 예측값을 산출한다.
열간강도 산출부는,
(수학식)
(여기서, Wi는 탄종의 배합비를 의미하고, CSRi는 단일탄종 열간강도를 나타낸다.)으로 단일탄종 열간강도의 가중평균을 산출한다.
승온속도 산출부는, 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도의 평균값을 승온속도로 산출한다.
복수의 탄종 각각의 배합비 및 코크스 열간강도를 저장하는 저장부를 더 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 장치는, 오븐 내의 승온속도 및 단일탄종 코크스 열간강도를 근거로 코크스 열간강도 예측값을 산출하는 열간강도 산출부를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 방법은, 온도 측정부에 의해, 로 내에서 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도를 측정하는 온도 측정단계; 승온속도 산출부에 의해, 온도 측정단계에서 측정한 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도를 근거로 승온속도를 산출하는 승온속도 산출단계; 및 열간강도 산출부에 의해, 승온속도 산출단계에서 산출한 승온속도 및 단일탄종 코크스 열간강도를 근거로 코크스 열간강도 예측값을 산출하는 열간강도 산출단계를 포함한다.
열간강도 산출단계에서는, 열간강도 산출부에 의해
(수학식)
(여기서, CSR은 코크스의 열간강도를 나타낸다.)으로 코크스 열간강도 예측값을 산출한다.
열간강도 산출단계에서는, 열간강도 산출부에 의해
(수학식)
(여기서, Wi는 탄종의 배합비를 의미하고, CSRi는 단일탄종 열간강도를 나타낸다.)으로 단일탄종 열간강도의 가중평균을 산출한다.
승온속도 산출단계에서는, 승온속도 산출부에 의해 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도의 평균값을 승온속도로 산출한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 방법은, 열간강도 산출부에 의해 오븐의 승온속도를 이용하여 코크스 열간강도 예측값을 산출한다.
본 발명에 따른 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법은 석탄 품질 관련 영향 인자인 건류온도와 관련된 승온속도를 반영하여 코크스 열간강도 예측치를 산출함으로써, 코크스 강도 예측의 정확도를 최대화할 수 있다.
또한, 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법은 실로의 승온 패턴을 분석함으로써, 실로의 품질 예측이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 장치를 설명하기 위한 블록도.
도 2는 도 1의 온도 측정부를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1의 저장부를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 5 내지 도 7은 본 발명과 종래기술에 따른 코크스 열간강도 예측 정확도를 비교 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1의 온도 측정부를 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1의 저장부를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 5 내지 도 7은 본 발명과 종래기술에 따른 코크스 열간강도 예측 정확도를 비교 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
일반적으로, 코크스 제조시 고강도 코크스를 획득하기 위해서는 원료탄의 배합설계 과정에서 다양한 배합지표를 활용한다. 배합지표로는 석탄의 탄화도(비트리나이트 평균 반사율, 휘발분 등), 점결성(유동도, 전팽창 등), 회분 등과 같은 석탄품질과 관련된 영향인자가 있다. 본 발명에서는 코크스 품질 예측식의 정확도 향상을 위해 최적 영향인자를 선정하고 이를 정량화하고자 한다.
코크스 품질에 영향을 미치는 코크스 오븐에서의 석탄 건류특성은 건류온도나 승온속도에 따라 달라진다. 특히, 석탄이 팽창하는 연화용융 범위(대략 300℃ 내지 550℃ 정도)에서의 승온속도가 높아지면 점결성이 상승하여 코크스 품질이 향상된다.
가스연소를 통해 로온을 제어하는 실제 코크스 오븐에서는 각 탄화실마다 로온도의 편차가 있으며, 이는 품질의 편차로 이어진다. 따라서, 본 발명에서는 건류온도에 따른 오븐내 승온속도 변화와 이에 따른 열간강도 영향도를 정량화하여 코크스 품질 예측식에 반영하여 코크스 품질 예측식의 정확도를 향상시키고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법을 설명하기에 앞서, 실시예의 설명에 사용되는 데이터는 장입밀도 : 750 kg/m3, 수분 : 0.8±0.3%, 로온 : 1100℃의 시험 조건을 기초로 측정 및 산출한 데이터이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 장치를 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1의 온도 측정부를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1의 저장부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 코크스 열간강도 예측 장치는 온도 측정부(120), 승온속도 산출부(140), 열간강도 산출부(160), 저장부(180)를 포함하여 구성된다.
온도 측정부(120)는 오븐 중심부 온도(A) 및 석탄 중간층 온도(B)를 측정한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 온도 측정부(120)는 오븐 로벽(220)의 중심에 해당하는 오븐 중심부 온도(A)와, 오븐(200) 중심부와 오븐 로벽(220)의 중간에 해당하는 석탄 중간층 온도(B)를 측정한다. 이때, 온도 측정부(120)는 오븐 로벽(220)의 온도를 대략 1000℃ 내지 1150℃ 정도로 변화시키면서 오븐 중심부 온도(A) 및 석탄 중간층 온도(B)를 측정한다. 온도 측정부(120)는 코크스 생산에 사용되는 대략 25종 정도의 탄종의 단일탄종과, 대략 29종 정도의 배합탄에 대해 오븐 중심부 온도(A) 및 석탄 중간층 온도(B)를 측정한다.
승온속도 산출부(140)는 온도 측정부(120)에서 측정한 오븐 중심부 온도(A) 및 석탄 중간층 온도(B)를 근거로 승온속도를 산출한다. 이때, 승온속도 산출부(140)는 오븐 중심부 온도(A) 및 석탄 중간층 온도(B)의 평균값은 승온속도로 산출한다.
열간강도 산출부(160)는 승온속도 산출부(140)에서 산출한 승온속도 및 단일탄종 코크스 열간강도를 근거로 코크스 열간강도 예측값을 산출한다. 여기서, 열간강도 산출부(160)는 하기의 수학식 1을 이용해 코크스 열간강도 예측값을 산출한다. 열간강도 산출부(160)는 하기의 수학식 2를 이용해 단일탄종 CSR의 가중평균을 산출한다. 이때, 열간강도 산출부(160)는 반복 실험을 통해 도출된 탄종의 배합비 및 단일 탄종 열간강도를 이용하여 단일탄종 CSR의 가중평균을 산출한다.
CSR : 코크스의 열간강도 예측값
Wi : 탄종의 배합비
CSRi : 단일탄종 열간강도
저장부(180)는 복수의 탄종 각각의 배합비 및 코크스 열간강도를 저장한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 저장부(180)는 복수의 탄종 각각의 배합비 및 코크스 열간강도를 룩업 테이블 형태로 저장한다.
저장부(180)는 승온속도 산출부(140)에서 산출한 승온속도를 저장할 수도 있다. 즉, 저장부(180)는 오븐 로벽(220) 온도 및 탄종(또는 배합지수)에 따라 각각 산출된 승온속도를 구분하여 저장한다.
상술한 바와 같이, 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법은 석탄 품질 관련 영향인자인 건류온도와 관련된 승온속도를 반영하여 코크스 열간강도 예측치를 산출함으로써, 코크스 강도 예측의 정확도를 최대화할 수 있다.
또한, 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법은 실로의 승온 패턴을 분석함으로써, 실로의 품질 예측이 가능한 효과가 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 방법을 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하면 아래와 같다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 온도 측정부(120)는 오븐 중심부 온도(A) 및 석탄 중간층 온도(B)를 측정한다(S100). 이때, 온도 측정부(120)는 오븐 로벽(220)의 온도를 대략 1000℃ 내지 1150℃ 정도로 변화시키면서 오븐 중심부 온도(A) 및 석탄 중간층 온도(B)를 측정한다. 온도 측정부(120)는 코크스 생산에 사용되는 대략 25종 정도의 탄종의 단일탄종과, 대략 29종 정도의 배합탄에 대해 오븐 중심부 온도(A) 및 석탄 중간층 온도(B)를 측정한다.
승온속도 산출부(140)는 측정된 오븐(200) 중심 온도 및 석탄 중간층 온도(B)를 이용하여 오븐(200) 내의 승온속도를 산출한다(S200). 이때, 승온속도 산출부(140)는 오븐 중심부 온도(A) 및 석탄 중간층 온도(B)의 평균값은 승온속도로 산출한다. 예를 들면, 오븐 중심부 온도(A)가 2.5℃이고, 석탄 중간층 온도(B)가 4℃이면, 승온속도 산출부(140)는 두 온도의 평균값인 3.3℃를 승온속도로 산출한다.
열간강도 산출부(160)는 승온속도 및 단일탄종 코크스 열간강도를 이용하여 코크스 열간강도 예측값을 산출한다(S300). 이때, 열간강도 산출부(160)는 상술한 수학식 1 및 수학식 2에 승온속도 산출부(140)에서 산출한 승온속도 및 저장부(180)에 저장된 단일탄종 코크스 열간강도를 대입하여 코크스 열간강도 예측값을 산출한다.
상술한 바와 같이, 코크스 열간강도 예측 방법은 석탄 품질 관련 영향인자인 건류온도와 관련된 승온속도를 반영하여 코크스 열간강도 예측치를 산출함으로써, 코크스 강도 예측의 정확도를 최대화할 수 있다.
또한, 코크스 열간강도 예측 방법은 실로의 승온 패턴을 분석함으로써, 실로의 품질 예측이 가능한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 정확도를 종래기술과 비교하여 설명하면 아래와 같다. 도 5 내지 도 7은 본 발명과 종래기술에 따른 코크스 열간강도 예측 정확도를 비교 설명하기 위한 도면이다.
종래에는 하기의 수학식 3을 이용하여 코크스 열간강도 예측값을 산출하였다. 즉, 종래에는 코크스의 석탄 배합비와 배합된 탄종 각각에 해당하는 단일탄종 코크스 열간강도를 하기의 수학식 3에 대입하여 코크스 열간강도 예측값을 산출한다. 이 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 코크스 열간강도 예측값은 코크스 열간강도 실측값에 대해 대략 88.3% 정도의 코크스 품질 정확도(R2)를 갖는다.
Wi : 탄종의 배합비
CSRi : 단일탄종 열간강도
반면, 본 발명의 실시예에서는 승온속도를 산출하고(도 6 참조), 이를 상술한 수학식 1 및 수학식 2에 대입하여 코크스 열간강도 예측값을 산출한다. 즉, 본 발명은 승온속도와 코크스의 석탄 배합비와 배합된 탄종 각각에 해당하는 단일탄종 코크스 열간강도를 상술한 수학식 1 및 수학식 2에 대입하여 코크스 열간강도 예측값을 산출한다. 이 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 코크스 열간강도 예측값을 코크스 열간강도 실측값에 대해 대략 99.3% 정도의 코크스 품질 정확도(R2)를 나타낸다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법은 석탄 품질 관련 영향인자인 건류온도와 관련된 승온속도를 반영하여 코크스 열간강도 예측치를 산출함으로써, 코크스 강도 예측의 정확도를 최대화할 수 있다.
또한, 코크스 열간강도 예측 장치 및 방법은 실로의 승온 패턴을 분석함으로써, 실로의 품질 예측이 가능한 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
120: 온도 측정부 140: 승온속도 산출부
160: 열간강도 산출부 180: 저장부
200: 오븐 220: 오븐 로벽
A: 오븐 중심부 온도 B: 석탄 중간층 온도
160: 열간강도 산출부 180: 저장부
200: 오븐 220: 오븐 로벽
A: 오븐 중심부 온도 B: 석탄 중간층 온도
Claims (10)
- 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도를 측정하는 온도 측정부;
상기 온도 측정부에서 측정한 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도를 근거로 승온속도를 산출하는 승온속도 산출부; 및
상기 승온속도 산출부에서 산출한 승온속도 및 단일탄종 코크스 열간강도를 근거로 코크스 열간강도 예측값을 산출하는 열간강도 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 열간강도 산출부는,
(수학식)
(여기서, CSR은 코크스의 열간강도를 나타낸다.)으로 코크스 열간강도 예측값을 산출하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 열간강도 산출부는,
(수학식)
(여기서, Wi는 탄종의 배합비를 의미하고, CSRi는 단일탄종 열간강도를 나타낸다.)으로 단일탄종 열간강도의 가중평균을 산출하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 승온속도 산출부는,
상기 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도의 평균값을 승온속도로 산출하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측 장치. - 청구항 1에 있어서,
복수의 탄종 각각의 배합비 및 코크스 열간강도를 저장하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측 장치. - 오븐의 승온속도 및 단일탄종 코크스 열간강도를 근거로 코크스 열간강도 예측값을 산출하는 열간강도 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측 장치.
- 온도 측정부에 의해, 로 내에서 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도를 측정하는 온도 측정단계;
승온속도 산출부에 의해, 상기 온도 측정단계에서 측정한 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도를 근거로 승온속도를 산출하는 승온속도 산출단계; 및
열간강도 산출부에 의해, 상기 승온속도 산출단계에서 산출한 승온속도 및 단일탄종 코크스 열간강도를 근거로 코크스 열간강도 예측값을 산출하는 열간강도 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 열간강도 산출단계에서는,
상기 열간강도 산출부에 의해
(수학식)
(여기서, CSR은 코크스의 열간강도를 나타낸다.)으로 코크스 열간강도 예측값을 산출하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측 방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 열간강도 산출단계에서는,
상기 열간강도 산출부에 의해
(수학식)
(여기서, Wi는 탄종의 배합비를 의미하고, CSRi는 단일탄종 열간강도를 나타낸다.)으로 단일탄종 열간강도의 가중평균을 산출하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 승온속도 산출단계에서는,
상기 승온속도 산출부에 의해 상기 오븐 중심부 온도 및 석탄 중간층 온도의 평균값은 승온속도로 산출하는 것을 특징으로 하는 코크스 열간강도 예측 방법.
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|---|---|---|---|---|
| CN103045780A (zh) * | 2013-01-07 | 2013-04-17 | 北京科技大学 | 一种测量风口焦的反应性及反应后强度的方法 |
| KR101388342B1 (ko) * | 2013-02-28 | 2014-04-22 | 현대제철 주식회사 | 고로 샤프트부의 코크스 반응성 지수 예측방법 |
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| JP2001172643A (ja) * | 1999-12-15 | 2001-06-26 | Mitsubishi Chemicals Corp | コークス強度の推定方法 |
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