KR101175587B1 - 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법 - Google Patents

Abstract

풍구 개공시점을 정확하게 예측할 수 있는 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법이 소개된다.
본 발명의 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법은 노심 중심부로 송풍에너지를 전달하여 폐쇄풍구 주위를 활성화시키는 송풍에너지 전달과정(S10); 상기 폐쇄풍구 주위가 활성화되었는지 여부를 예측할 수 있도록 폐쇄풍구 주위 온도를 정량적인 데이터로 표시하는 온도표시과정(S20); 상기 온도표시과정을 통해 정량적인 데이터로 표시된 상기 폐쇄풍구 주위 온도가 이 폐쇄풍구 개방 기준온도를 충족하였는지 확인하는 비교과정(S30); 및 상기 폐쇄풍구 주위 온도가 개방 기준온도를 충족한 경우 상기 폐쇄풍구 주위가 활성화된 것으로 판단하고, 개방하는 풍구개방과정(S40)을 포함한다.

Description

고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법{HOW TO CONTROL TUYERE OPENING IN FURNACE BLAST}

본 발명은 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 폐쇄풍구 주위 온도 내지 이를 예측할 수 있는 데이터를 이용하여 폐쇄풍구의 정확한 개공시점 판단을 가능하게 한 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법에 관한 것이다.

장기휴풍, 노황부조, 노벽보수, 냉입, 대형설비 문제점 등이 발생할 경우 조업도 상승을 위해서 풍구를 폐쇄한 후에 재송풍을 실시하게 된다.

풍구를 폐쇄하는 이유는 풍구 유속을 확보하고, 노열을 충분히 확보하여 풍구용손을 방지하기 위함이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 풍구를 폐쇄하는 방법으로는 전체 풍구를 홀수 번째 풍구와 짝수 번째 풍구로 나누어 그 중 홀수 번째 또는 짝수 번째 풍구를 폐쇄하는 방법과, 특정 출선구 상부에 3~4개만 제외하고 전체 풍구를 폐쇄하는 방법이 있다. 전자는 노황 상태가 비교적 심하지 않을 때 빠른 조업도 향상을 위해서 사용되지만, 그 위험도도 상승되며, 후자는 노황의 상태가 심각할 때 안정적인 조업도 향상을 위해 사용되는 것이 일반적이다.

노황복구를 위해서는 풍구와 출선구의 상관관계를 파악하는 것이 가장 중요하다. 상술한 후자의 방법을 사용하는 경우, 상부 3~4개를 제외한 나머지 풍구를 폐쇄한 후에 송풍을 실시하여 풍구 유속과 노열을 확보하여야 하는 바, 풍구 유속이 확보된 상태에서 폐쇄된 인접풍구로 충분히 전열이 되었다고 판단될 때에는 그 풍구를 개공하여 노심승열을 원주방향으로 유도함으로써, 단계적으로 노열 및 풍량을 확보하게 된다. 폐쇄된 풍구가 노내 조건이 만족되지 않은 시점에 자체적으로 개방되거나, 인접 폐쇄 풍구에 승열이 충분히 되지 않은 시점에서 풍구가 개공되면 풍구유속 및 노열저하로 노내 용융물 배출에 불량이 발생하게 되고, 이로 인해 풍구가 용손되어 노내 열손실을 유발하게 된다.

따라서, 노황부조를 빠르고 안정적으로 복구하기 위해서는 풍구와 출선구 사이의 상관관계를 적절히 고려할 필요성이 있고, 이를 위해 풍구유속 및 노열확보가 필요하므로 풍구를 폐쇄한 후에 모든 필요조건이 완비된 시점에서 풍구를 개공해야 조업도를 안정적으로 향상시킬 수 있는 바, 즉, 풍구 개공 시점에 대한 판단이 가장 중요한 요소라 볼 수 있다.

그러나, 종래 이러한 풍구 개공 시점에 대한 명확한 기준이 없었는 바, 고로 내부 상태를 거의 고려하지 않고 단순히 풍구 유속이 300m/s 이상이고, 단순 시간 개념상으로 풍구 개공 30~60분 후에 인접 폐쇄풍구를 개공하는 방법을 사용하여 왔다. 따라서, 고로 내부의 용융물 유동성이 확보될 정도로 충분히 승온이 일어나지 않은 시점에서 폐쇄된 풍구를 개공하여 융융물 배출 불량에 따른 풍구 용손이 발생되었고, 이로 인해 냉각수 노내 침수 현상이 발생되는 것은 물론, 잦은 풍구교체로 인한 휴풍 실시로 용융물 온도가 추가적으로 저하되는 악순환의 고리가 연속적으로 발생되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 풍구 사이 노체철피 온도를 풍구 개방 시점을 판단하기 위한 지수로 활용하기도 한다. 이는 정상적으로 송풍되는 두 풍구 사이의 철피온도와 송풍되는 풍구 및 폐쇄된 풍구 사이의 철피온도를 비교하여 후자의 온도가 전자의 온도의 75%에 도달하면 풍구를 개방하는 방법이다. 그러나, 이러한 풍구 개공 시점 판단 기술의 도입에도 불구하고 실질적으로 풍구 개공 시점 판단 오류에 따른 풍구용손이 다수 발생되는 문제점이 있다.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 다양한 온도차이를 이용하여 풍구의 개공시점을 정확하게 예측하고, 이에 따라 풍구용손 방지 가능한 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법은 노심 중심부로 송풍에너지를 전달하여 폐쇄풍구 주위를 활성화시키는 송풍에너지 전달과정; 상기 폐쇄풍구 주위가 활성화되었는지 여부를 예측할 수 있도록 폐쇄풍구 주위 온도를 정량적인 데이터로 표시하는 온도표시과정; 상기 온도표시과정을 통해 정량적인 데이터로 표시된 상기 폐쇄풍구 주위 온도가 이 폐쇄풍구 개방 기준온도를 충족하였는지 확인하는 비교과정; 및 상기 폐쇄풍구 주위 온도가 개방 기준온도를 충족한 경우 상기 폐쇄풍구 주위가 활성화된 것으로 판단하고, 개방하는 풍구개방과정을 포함한다.

상기 송풍에너지 전달과정은, 기준치 이상의 풍구유속을 유지함으로써 진행되고, 이러한 풍구유속은 풍량, 산소사용량, 풍압, 풍온, 송풍단면적을 고려하여 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 온도표시과정은, 상기 폐쇄풍구 선단부에 설치된 열전대를 이용하여 실시간으로 정량적인 온도 데이터를 확인함으로써 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기 온도표시과정은, 상기 송풍에너지 전달과정 진행을 위해 오픈된 개방풍구 내부를 통과하여 배수되는 제1냉각수 온도와, 상기 폐쇄풍구 내부를 통과하여 배수되는 제2냉각수 온도를 표시함으로써 진행되고, 상기 비교과정은 상기 제1냉각수 및 제2냉각수의 배수온도를 비교함으로써 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기 온도표시과정은, 상기 송풍에너지 전달과정 진행을 위해 오픈된 개방풍구 주위에 위치하는 제1철피온도와, 상기 폐쇄풍구 주위에 위치하는 제2철피온도를 표시함으로써 진행되고, 상기 비교과정은 상기 제1철피온도 및 제2철피온도를 비교함으로써 진행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 고로 노황복구시 풍구의 개공시점을 정확하게 예측할 수 있는 잇점이 있다.

또한, 폐쇄풍구가 충분히 활성화된 상태에서 폐쇄풍구를 개방할 수 있기 때문에, 풍구상에서 생성된 용융물이 출선구를 통하여 원활하게 배출되는 바, 풍구용손 발생이 방지되고, 노내 열손실 유발을 방지하는 잇점이 있다.

나아가, 정확하게 풍구 개공시점을 판단함으로써, 조업을 빠르게 안정화시킬 수 있는 잇점이 있다.

도 1은 종래의 풍구 개공 방법을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 풍구 개공 시점 제어방법의 순서를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 온도표시과정의 일 실시예를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 온도표시과정의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 온도표시과정의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법에 대하여 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법은 송풍에너지 전달과정(S10), 온도표시과정(S20), 비교과정(S30) 및 풍구개방과정(S40)을 포함한다.

송풍에너지 전달과정(S10)은 노심의 중심부로 송풍에너지를 전달하여 폐쇄풍구 주위를 활성화시키는 과정이다. 이러한 송풍에너지 전달과정은 3~4개 정도의 풍구를 개방하고, 이러한 개방풍구를 통하여 기준치 이상의 풍구유속을 갖는 산소를 불어 넣음으로써 진행된다. 풍구유속은 300m/s 이상이 유지되어야 노심의 중심부까지 송풍에너지가 전달되어 폐쇄풍구 주위가 활성화되는 바, 이러한 풍구유속은 풍량, 산소사용량, 풍압, 풍온, 송풍단면적을 고려하여 설정된다.

송풍에너지는 풍량, 산소사용량에 비례하며, 풍구유속의 제곱에 비례하고, 풍구유속은 풍온에 비례하고, 풍구면적 및 풍압에 반비례한다.

송풍에너지 ∝ 풍량 ∝ 산소사용량 ∝ (풍구유속)²

풍구유속 ∝ 풍온 ∝ (1/풍구면적) ∝ (1/풍압)

따라서, 이러한 다양한 조건 및 인자를 조절하여 풍구유속을 기준유속 이상으로 유지함으로써, 노심 중심부를 활성화시키는 것이다.

노심이 활성화되었는지 여부는 온도표시과정(S20) 및 비교과정(S30)을 통하여 확인할 수 있다. 온도표시과정(S20)은 폐쇄풍구 주위가 활성화되었는지 여부를 정량적 데이터로 표시하는 과정이며, 이 과정을 통해 정량화된 데이터를 미리 확보된 폐쇄풍구 개방 기준온도와 대비하는 과정이 비교과정(S30)이다.

풍구개방과정(S40)에서는 비교과정(S30)을 통해 폐쇄풍구 주위온도가 개방 기준온도에 이른 경우, 폐쇄풍구 주위는 활성화된 것으로 판단하고, 이 시점에서 폐쇄풍구 개방한다. 즉, 온도표시과정(S20)과 비교과정(S30)을 통해 정확하게 폐쇄풍구의 개방시점을 판단할 수 있는 것이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 온도표시과정(S20) 폐쇄풍구(10) 선단부에 열전대(L)를 설치하고, 이러한 열전대(L)의 온도값을 실시간으로 확인함으로써 진행될 수 있다.

풍구의 끝단에 화분(12)을 끼움으로써, 폐쇄풍구(10)가 형성된다. 이러한 화분(12)에는 옥토가 채워져 있는 바, PCI랜스를 이용하여 열전대(L)를 화분(12) 내에 채워져 있는 옥토에 삽입함으로써, 폐쇄풍구(10) 주위의 활성화 정도를 정량적으로 확인할 수 있는 시스템이 완성된다. 이렇듯, 폐쇄풍구(10) 주위의 고로 내부 온도는 열전대(L)를 통해 직접적이고, 정확하게 표시될 수 있게 되는 것이다.

송풍에너지 전달과정(S10)을 통해 개방풍구로 송풍이 실시되면, 이와 인접한 폐쇄풍구(10)로 전열이 일어나게 되고, 폐쇄풍구(10) 선단에 설치된 열전대(L)의 온도가 상승하게 되는 바, 비교과정(S30)에서는 이 과정에서 측정된 온도와 미리 확보된 개방 기준온도를 비교하게 되는 것이다. 개방 기준온도는 약 700~1000℃인 바, 열전대(L)의 온도가 이 수치범위에 이르면, 상술한 풍구개방과정(S40)이 진행되는 것이다.

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 온도표시과정(S20)은 풍구 내부를 통과하는 냉각수(C)의 온도를 측정, 비교함으로써 진행될 수도 있다.

고로 내부로 고온의 열풍을 불어넣는 풍구의 소재는 99.9% 이상이 구리로 제조된다. 구리는 그 용융점이 1083℃로 비교적 낮지만, 열전도도가 높은 바, 그 내부로 고속의 냉각수(C)를 순환시킴으로써, 1200℃정도의 고온 송풍열과 고로 내부의 2200℃정도의 레이스웨이 온도에 견딜 수 있다. 풍구가 이러한 초고온의 환경에 견딜 수 있도록 그 내부에는 약 11kg/㎠의 수압, 15m/s의 유속을 갖는 냉각수(C)가 흐른다. 이러한 냉각수(C)의 실시간 온도 측정을 위하여 온도계와 유량계가 설치되는 것이 바람직하다.

설명의 편의를 위하여, 송풍에너지 전달과정에서 산소가 송풍되는 개방풍구를 관통, 순환하는 냉각수(C)를 제1냉각수라 하고, 폐쇄풍구의 내부를 관통하여 순환하는 냉각수(C)를 제2냉각수라 한다. 도 4는 폐쇄풍구 내부를 관통하는 제2냉각수의 흐름을 나타내고 있는 바, 개방풍구 주위를 관통하는 제1냉각수의 흐름도 이와 동일하다.

제1냉각수는 고온의 열풍의 영향을 받는 것은 물론, 개방풍구를 순환하면서 노내의 잠열을 빼앗기 때문에 충분히 활성화되지 못한 폐쇄풍구 주위의 온도보다 더 높다. 정상적으로 송풍에너지가 공급되는 개방풍구 주위를 관통, 순환하는 제1냉각수와, 활성화되지 않은 폐쇄풍구 주위를 순환하는 제2냉각수의 온도차이는 6℃정도에 이른다. 반면, 폐쇄풍구 주위가 활성화되면 될수록, 이 온도차는 점차 좁혀지는 바, 폐쇄풍구 주위가 완전히 활성화되는 경우, 온도차는 거의 0에 가깝게 된다. 이러한 성질을 이용하여, 송풍에너지가 공급되는 개방풍구와 폐쇄풍구의 온도차이가 0.5℃ 이내로 좁혀지면, 폐쇄풍구 주위가 완전히 활성화되는 것으로 판단하고, 이 시점을 나머지 풍구의 개방시점으로 판단하게 되는 것이다.

한편, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 온도표시과정(S20)은 개방풍구(20) 주위의 철피온도와 폐쇄풍구(10) 주위의 철피온도를 측정, 비교함으로써 진행될 수도 있다.

설명의 편의를 위하여, 송풍에너지 전달과정(S10)에서 산소가 송풍되는 개방풍구(20) 주위의 철피를 제1철피(F1)라 하고, 폐쇄풍구(10) 주위의 철피를 제2철피(F2)라 한다.

일반적으로, 고로의 노체는 내화물과 철피로 구성되는데, 고로 내부가 활성화되면, 열전도에 의하여 철피의 온도가 상승하게 된다. 송풍되는 개방풍구(20) 주위의 제1철피(F1) 온도는 고로 내부 온도가 2200℃에 이르는 바, 그 온도가 45~50℃에 이르지만, 폐쇄풍구(10)의 경우에는 고로 내부가 활성화되지 않은 상태이기 때문에, 개방풍구(20) 대비 약 10℃ 이상 낮게 된다. 따라서, 제1철피(F1)와 제2철피(F2)의 온도를 레이저 온도계 등으로 측정한 뒤에, 각각의 철피 온도를 비교하여 그 온도 차이가 5℃ 이하인 경우에는 폐쇄풍구(10) 주위가 활성화되는 것으로 판단한다.

이 시점이 나머지 풍구를 개공하는 시점에 해당하고, 이 때 풍구를 개공하더라도 풍구 용손이 발생되지 않는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S10 : 송풍에너지 전달과정 S20 : 온도표시과정
S30 : 비교과정 S40 : 풍구개방과정
10 : 폐쇄풍구 12 : 화분
20 : 개방풍구
L : 열전대 C : 냉각수
F1 : 제1철피 F2 : 제2철피

Claims (5)

1. 노심 중심부로 송풍에너지를 전달하여 폐쇄풍구 주위를 활성화시키는 송풍에너지 전달과정(S10);
   상기 폐쇄풍구 주위가 활성화되었는지 여부를 예측할 수 있도록 폐쇄풍구 주위 온도를 정량적인 데이터로 표시하는 온도표시과정(S20);
   상기 온도표시과정을 통해 정량적인 데이터로 표시된 상기 폐쇄풍구 주위 온도가 이 폐쇄풍구 개방 기준온도를 충족하였는지 확인하는 비교과정(S30); 및
   상기 폐쇄풍구 주위 온도가 개방 기준온도를 충족한 경우 상기 폐쇄풍구 주위가 활성화된 것으로 판단하고, 개방하는 풍구개방과정(S40)을 포함하는 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 송풍에너지 전달과정(S10)은,
   기준치 이상의 풍구유속을 유지함으로써 진행되고, 이러한 풍구유속은 풍량, 산소사용량, 풍압, 풍온, 송풍단면적을 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 온도표시과정은(S20),
   상기 폐쇄풍구 선단부에 설치된 열전대를 이용하여 실시간으로 정량적인 온도 데이터를 확인함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 온도표시과정(S20)은,
   상기 송풍에너지 전달과정 진행을 위해 오픈된 개방풍구 내부를 통과하여 배수되는 제1냉각수 온도와, 상기 폐쇄풍구 내부를 통과하여 배수되는 제2냉각수 온도를 표시함으로써 진행되고, 상기 비교과정은 상기 제1냉각수 및 제2냉각수의 배수온도를 비교함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 온도표시과정(S20)은,
   상기 송풍에너지 전달과정 진행을 위해 오픈된 개방풍구 주위에 위치하는 제1철피온도와, 상기 폐쇄풍구 주위에 위치하는 제2철피온도를 표시함으로써 진행되고, 상기 비교과정은 상기 제1철피온도 및 제2철피온도를 비교함으로써 진행되는 것을 특징으로 하는 고로 노황복구시 풍구 개공시점 제어방법.

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