KR101193694B1 - 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 미분탄 취입 랜스(40)의 냉각가스 공급관로(60)에 설치된 유량조절밸브(70)를 고로로 공급되는 열풍의 온도 및 압력에 따라 제어하여 상기 미분탄 취입 랜스(40)로 공급되는 냉각가스 유속을 조절함으로써 상기 미분탄 취입 랜스(40)의 열변형을 방지할 수 있도록 된 것이다.
또한, 상기 냉각가스 유속을 미분탄의 분산성과 최소 미분탄 연소율을 고려하여 제어함으로써 최소한도의 미분탄 연소성능을 확보할 수 있다.
상기와 같이, 상기 미분탄 취입 랜스(40)의 냉각성과 미분탄의 연소성을 확보함으로써 고로 조업 상태를 정상적으로 유지할 수 있다.

Description

고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치 및 그 제어방법{apparatus for cooling pulverized coal injection lance and its control method for blast furnace}

본 발명은 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 미분탄 취입과 더불어 냉각가스를 공급하여 랜스를 냉각하는 냉각장치와, 상기 냉각장치의 작동을 조절하는 제어방법에 관한 것이다.

고로는 철광석을 용융시켜 용선을 제조하는 설비로서 코크스를 연료로 사용한다. 그러나, 코크스의 가격이 비싸기 때문에 최근에는 가격이 저렴한 미분탄을 일부 사용함으로써 생산 비용을 절감하고 있다.

한편, 코크스와 철광석의 산화반응 및 환원반응의 지속을 위해 고로 하부의 풍구를 통해서 열풍을 공급하고 있다.

고로 조업 중, 상기 미분탄은 상기 열풍을 따라 고로 내부로 취입된다.

본 발명은 상기 미분탄을 취입하는 랜스를 변형이 발생하지 않도록 적절히 냉각할 수 있으면서 상기 랜스를 냉각시키는 냉각가스에 의해 미분탄의 연소성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치 및 그 제어방법을 제공함에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치는,

미분탄이 취입되는 미분탄관을 둘러싼 냉각가스관과,

냉각가스가 저장된 냉각가스탱크와 상기 냉각가스관을 연결하는 냉각가스 공급관로에 설치된 유량조절밸브와,

열풍 공급경로상에 설치되어 열풍 온도를 측정하는 열풍온도센서와,

열풍 공급경로상에 설치되어 열풍 압력을 측정하는 열풍압력센서와,

상기 열풍온도센서와 열풍압력센서로부터 측정된 열풍의 온도와 압력에 따라 상기 유량조절밸브의 개도량을 조절하는 제어부

를 포함한다.

또한, 상기 제어부는 상기 열풍 온도가 증가하면 상기 유량조절밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 열풍 압력이 증가하면 상기 유량조절밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유량조절밸브 이후의 냉각가스 공급경로 상에 유속센서가 설치된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치 제어방법은, 열풍의 온도와 압력을 측정하는 온도 및 압력 측정단계와,

상기 측정된 열풍의 온도 및 압력의 증가 또는 감소 여부를 판단하는 온도 및 압력 증감 판단단계와,

상기 온도 및 압력 증감 판단단계에서 열풍 온도나 열풍 압력이 증가하는 것으로 판단되면 미분탄 취입 랜스의 냉각가스 공급관로에 설치된 유량조절밸브의 개도량을 조절하는 밸브개도량조절단계

를 포함한다.

또한, 상기 온도 및 압력 증감 판단단계에서 상기 열풍 온도가 증가한 것으로 판단되면, 상기 밸브개도량조절단계에서 상기 유량조절밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 온도 및 압력 증감 판단단계에서 상기 열풍 압력이 증가한 것으로 판단되면, 상기 밸브개도량조절단계에서 상기 유량조절밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브개도량조절단계에서 상기 유량조절밸브의 개도량을 조절하여 냉각가스의 유속을 조절하되,

상기 냉각가스 유속은, 미분탄 분산반경이 고로 풍구의 출구측 내경 보다 작게 형성되고, 미분탄 연소율이 설정된 최소 미분탄 연소율 보다 크게 형성되는 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면,

열풍의 온도와 압력 변화에 따라서 미분탄 취입 랜스로 공급되는 냉각가스의 유량과 유속을 조절할 수 있게 됨으로써 미분탄 취입 랜스를 충분히 냉각할 수 있게 된다.

또한, 유량조절밸브의 개도 조절을 통해 냉각가스의 유속을 적절히 조절할 수 있다. 이때 상기 냉각가스의 유속은 미분탄 분산반경이 상기 풍구 내경이 허용하는 한도에서 최대로 형성될 수 있고 또한, 미분탄 연소율이 설정된 최소 미분탄 연소율 이상이 될 수 있는 범위에서 제어됨으로써 미분탄의 연소성이 향상된다.

상기와 같이, 미분탄 취입 랜스를 열변형되지 않도록 적절히 냉각할 수 있으면서 미분탄의 연소성을 확보하여, 풍구 파손으로 인한 냉각수 침투를 방지하고, 고로내 미분탄 적체에 의한 통기성과 통액성 저하를 방지할 수 있다.

따라서, 고로 노황이 정상 유지된다.

도 1은 본 발명에 따른 미분탄 취입 랜스 냉각장치의 구성도,
도 2는 냉각가스 유속에 따른 미분탄의 분산 모습을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 미분탄 취입 랜스 냉각장치 제어방법의 순서도,
도 4는 냉각가스 유속과 미분탄 분산반경의 관계를 나타낸 그래프,
도 5는 냉각가스 유속과 미분탄 연소율의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 미분탄 취입 랜스 냉각장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 고로(10)의 하부에 풍구(20)가 설치되어 있다. 상기 풍구(20)는 고로(10)의 벽체에 형성된 설치구멍에 삽입 설치된 일종의 노즐로서 고로(10)를 둘러싼 환상의 송풍관에 송풍지관(30)을 매개로 연결된다.

따라서, 열풍로에서 생성된 고온의 열풍은 상기 송풍관에서 다수의 송풍지관(30)으로 분기된 후, 고로(10)의 하부 원주상에 등간격으로 설치된 다수의 상기 풍구(20)를 통해 고로(10) 내부로 공급된다.

한편, 미분탄 취입 랜스(40)는 상기 송풍지관(30)을 관통하는 상태로 설치된다. 이때 취입되는 미분탄이 풍구(20)에 충돌하지 않도록 해야 하기 때문에 상기 미분탄 취입 랜스(40)는 적정 설치 각도로 설치되어 있으며, 단부의 위치 또한 풍구(20)의 출구측 단부로부터 적정 거리 이격되도록 설치된다.(미분탄이 상기 풍구(20)의 내주면에 지속적으로 충돌하게 되면 풍구(20) 내주면의 마모 진행으로 결국 풍구 냉각수가 고로 내부로 유입되는 심각한 사고가 발생된다.)

또한, 1200℃ 이상 되는 상기 열풍의 고열에 의하여 상기 미분탄 취입 랜스(40)가 열변형되어 하방으로 처짐이 발생하지 않도록 상기 미분탄 취입 랜스(40)는 외주면을 둘러싸는 냉각가스경로가 형성되어 있다.

즉, 상기 미분탄 취입 랜스(40)는 내부의 미분탄관(41)과, 상기 미분탄관(41)을 둘러싸는 외부의 냉각가스관(42)으로 이루어진 2중관 구조로 되어 있다.

따라서, 내부의 미분탄관(41)에 미분탄 공급관로(도시 생략)가 연결되어 상기 미분탄관(41)을 통해 미분탄 취입이 이루어지고, 상기 냉각가스관(42)은 냉각가스 공급관로(60)로 냉각가스탱크(50)에 연결되어 상기 냉각가스관(42)으로 냉각가스(주로 질소가스를 사용함.)가 공급될 수 있다.

따라서, 상기 냉각가스관(42)을 통과하는 냉각가스에 의해 상기 미분탄관(41)이 냉각되어 열변형이 방지됨으로써 미분탄의 취입 각도가 최초 설치 상태대로 유지될 수 있게 되며, 이에 미분탄 충돌로 인한 풍구(20)의 손상과, 그로 인한 노내로의 풍구 냉각수 침투 현상을 방지할 수 있다.

한편, 상기 냉각가스 공급관로(60)에는 유량조절밸브(70)가 설치된다. 상기 유량조절밸브(70)는 제어부(80)에 의해 개도량이 제어되는 전자제어밸브로서 개도량 제어를 통해 냉각가스의 통과 유량을 조절하여 상기 냉각가스관(42)을 통과하는 냉각가스의 유량과 유속을 조절한다.

즉, 상기 유량조절밸브(70)의 개도량을 증가시키면 상기 냉각가스관(42)을 통과하는 냉각가스의 유량과 유속이 증가되고, 개도량을 감소시키면 유량과 유속이 감소되는 방식의 제어가 이루어진다.

또한, 상기 제어부(80)는 열풍로의 출구로부터 송풍관 및 송풍지관(30)을 거쳐 풍구(20)에 이르는 열풍공급경로 상의 임의 위치에 설치된 열풍온도센서(90)와 열풍압력센서(100)로부터 각각 열풍온도값과 열풍압력값을 전달받고, 그 온도값과 압력값에 따라 상기 유량조절밸브(70)의 개도량을 조절한다.

한편, 상기 냉각가스는 상기 미분탄관(41) 즉, 미분탄 취입 랜스(40)의 열변형을 방지하는 기능을 수행하고 있으나, 도 2의 (a) 내지 (d)에서 알 수 있는 바와 같이, 냉각가스의 유속이 증가할수록 미분탄의 분산성이 저하된다.

따라서, 냉각가스의 유속이 과도할 경우에는 미분탄관(41)과 열풍 내 산소의 접촉이 원활하게 이루어지지 못함으로써 미분탄의 연소성이 저하된다.

상기와 같이 미분탄의 연소성이 저하되면 고로(10)의 풍구(20) 출구측 부분에 미연소 미분탄이 적체되어 통기성과 통액성이 저하됨으로써 고로 노황이 악화되는 현상이 발생된다.

따라서, 본 발명은 미분탄의 연소성을 고려하여 냉각가스의 유속을 제어하게 된다.(추후, 도 5를 참조하여 설명함)

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 미분탄 취입 랜스 냉각장치의 제어방법은, 열풍의 온도와 압력을 측정하는 온도 및 압력 측정단계(S10)와, 상기 측정된 열풍의 온도 및 압력의 증가 또는 감소 여부를 판단하는 온도 및 압력 증감 판단단계(S20)와, 상기 온도 및 압력 증감 판단단계(S20)에서 열풍 온도나 열풍 압력이 증가하는 것으로 판단되면 상기 유량조절밸브(70)의 개도를 증가시키는 밸브개도량조절단계(S30)를 포함한다.

상기 온도 및 압력 측정단계(S10)에서는 열풍 공급 경로 상에 설치된 상기 열풍온도센서(90)와 열풍압력센서(100)를 통해 열풍의 온도와 압력을 측정한다.

측정된 열풍의 온도값과 압력값은 실시간으로 상기 제어부(80)의 메모리에 기억된다.

이어, 상기 온도 및 압력 증감 판단단계(S20)에서 상기 제어부(80)는 실시간으로 측정되는 열풍의 온도와 압력이 시간의 경과에 따라 증가하는지 또는 감소하는지를 판단한다.

상기 밸브개도량조절단계(S30)에서는 이전의 상기 온도 및 압력 증감 판단단계(S20)에서 열풍의 온도가 증가한 것으로 판단된 경우 상기 유량조절밸브(70)의 개도를 증가시키는 제어를 수행한다.

마찬가지로, 열풍의 압력이 증가한 것으로 판단된 경우에도 상기 유량조절밸브(70)의 개도를 증가시키는 제어를 수행한다.

상기와 같이 유량조절밸브(70)의 개도가 증가되면, 다량의 냉각가스가 냉각가스관(42)을 고속으로 통과하게 되기 때문에 열교환량이 증가하여 보다 효과적으로 냉각을 수행하게 된다.

따라서 열풍의 온도나 압력이 증가함에도 불구하고 미분탄 취입 랜스(40)의 충분한 냉각성능을 확보하여 열변형을 방지할 수 있다.

따라서, 미분탄의 취입 각도가 변경되지 않으므로 미분탄의 풍구 충돌을 방지할 수 있으며, 이에 풍구의 파손이 방지되어 풍구 냉각수의 고로 유입 현상을 방지할 수 있다.

한편, 상기 미분탄관(41)에서 배출되는 미분탄은 상기 풍구(20)의 내주면에 접촉하지 않아야만 하므로 미분탄의 분산반경은 상기 풍구(20)의 출구측 단부의 내주면(입구측보다 출구측 단부의 직경이 작으므로) 직경보다 작게 설정되어야만 한다.

또한, 상기와 같이 유량조절밸브(70)의 개도를 증가시키면 냉각가스관(42)을 통과하여 배출되는 냉각가스의 유속이 증가함으로써 미분탄의 분산성이 감소하여 미분탄 연소성이 저하된다.

따라서, 최소한으로 확보해야만 하는 미분탄 연소율을 확보할 수 있도록 상기 유량조절밸브(70)의 개도 조절을 통한 냉각가스의 유속 제어가 이루어져야만 한다.(상기 최소 미분탄 연소율은 조업 조건과 노황에 따라 가변될 수 있는 값으로서 통상적으로는 50%의 값을 취한다.)

이를 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 도 4와 같이 냉각가스 유속에 따른 미분탄의 분산반경 변화 그래프와 도 5와 같이 냉가가스 유속에 따른 미분탄의 연소율 변화 그래프를 확보하였다.

상기 두 그래프에서 상기 두 가지 제한 조건을 만족시키는 냉각가스 유속값의 범위를 알 수 있다.

예를 들어, 상기 풍구(20)의 출구측 단부의 내경이 62.5mm라면, 도 4에서 분산반경 62.5mm(A점) 에 대응되는 15.9m/s(B점) 보다 냉각가스 유속이 커야만 함을 알 수 있다. 즉, 분산반경이 62.5mm 보다 작기 위해서는 냉각가스 유속이 15.9m/s 보다 커야만 함을 알 수 있다. 이와 같이 미분탄이 풍구(20)에 접촉하지 않는 분산반경을 형성하는 냉각가스의 최저 유속값을 알 수 있다.

또한, 최소 미분탄 연소율을 통상적인 경우와 같이 상기 50%로 설정한 경우, 도 5에서 미분탄 연소율 50%(C점)에 대응되는 26.2m/s(D점) 보다 냉각가스 유속이 작아야만 함을 알 수 있다. 즉, 미분탄 연소율이 50%를 넘기 위해서는 냉각가스 유속이 26.2m/s보다 작아야만 함을 알 수 있다. 이와 같이 설정된 최소 미분탄 연소율 이상의 비율로 미분탄이 연소될 수 있도록 하는 냉각가스의 최고 유속값을 알 수 있다.

따라서, 상기와 같이, 풍구(20)의 출구측 단부 내경이 62.5mm 이고, 설정된 최소 미분탄 연소율이 50%인 경우에 허용되는 냉각가스의 유속 조절범위는 15.9m/s 초과 ~ 26.2m/s 미만인 것으로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 미분탄의 분산반경과 연소율을 고려하여 냉각가스 유속의 제어범위를 설정하고, 그 유속이 형성되는 범위로 상기 유량제어밸브(70)의 개도를 제어할 수 있다. 이를 위해 본 발명은 냉각가스 공급경로 상의 상기 유량조절밸브(70) 설치 지점 이후의 부분에 유속센서(110)가 설치될 수 있다.

상기와 같이 유량제어밸브(70)를 제어함으로써 미분탄 취입 랜스(40)가 적절히 냉각될 수 있으면서 최소한의 미분탄 연소성능을 확보할 수 있고, 분사되는 미분탄에 의한 풍구(20)의 손상을 방지할 수 있게 된다.

10 : 고로 20 : 풍구
30 : 송풍지관 40 : 미분탄 취입 랜스
41 : 미분탄관 42 : 냉각가스관
50 : 냉각가스탱크 60 : 냉각가스 공급관로
70 : 유량조절밸브 80 : 제어부
90 : 열풍온도센서 100 : 열풍압력센서
110 : 유속센서

Claims (8)

1. 미분탄이 취입되는 미분탄관을 둘러싼 냉각가스관과,
   냉각가스가 저장된 냉각가스탱크와 상기 냉각가스관을 연결하는 냉각가스 공급관로에 설치된 유량조절밸브와,
   열풍 공급경로상에 설치되어 열풍 온도를 측정하는 열풍온도센서와,
   열풍 공급경로상에 설치되어 열풍 압력을 측정하는 열풍압력센서와,
   상기 열풍온도센서와 열풍압력센서로부터 측정된 열풍의 온도와 압력에 따라 상기 유량조절밸브의 개도량을 조절하는 제어부
   를 포함하는 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는 상기 열풍 온도가 증가하면 상기 유량조절밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는 상기 열풍 압력이 증가하면 상기 유량조절밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 유량조절밸브 이후의 냉각가스 공급경로 상에 유속센서가 설치된 것을 특징으로 하는 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치.
5. 열풍의 온도와 압력을 측정하는 온도 및 압력 측정단계와,
   상기 측정된 열풍의 온도 및 압력의 증가 또는 감소 여부를 판단하는 온도 및 압력 증감 판단단계와,
   상기 온도 및 압력 증감 판단단계에서 열풍 온도나 열풍 압력이 증가하는 것으로 판단되면 미분탄 취입 랜스의 냉각가스 공급관로에 설치된 유량조절밸브의 개도량을 조절하는 밸브개도량조절단계
   를 포함하는 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치 제어방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 온도 및 압력 증감 판단단계에서 상기 열풍 온도가 증가한 것으로 판단되면, 상기 밸브개도량조절단계에서 상기 유량조절밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치 제어방법.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 온도 및 압력 증감 판단단계에서 상기 열풍 압력이 증가한 것으로 판단되면, 상기 밸브개도량조절단계에서 상기 유량조절밸브의 개도량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치 제어방법.
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 밸브개도량조절단계에서 상기 유량조절밸브의 개도량을 조절하여 냉각가스의 유속을 조절하되,
   상기 냉각가스 유속은, 미분탄 분산반경이 고로 풍구의 출구측 내경 보다 작게 형성되고, 미분탄 연소율이 설정된 최소 미분탄 연소율 보다 크게 형성되는 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 고로의 미분탄 취입 랜스 냉각장치 제어방법.
   
   
   

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