KR101277989B1 - 노하부의 용융물 흐름 상태 추정방법 - Google Patents

노하부의 용융물 흐름 상태 추정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 노하부의 용융물 흐름 상태 추정방법은 노에 구비된 복수의 출선구에서 측정된 용융물 온도에서 각 출선구의 용융물 온도 상관 관계값을 대각선 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값으로 나눈 통액성 평가지수로 고로 내 노심에서의 용융물 흐름 상태를 판단하는 것으로, 노심 부분에서의 용융물의 환상류 거동 및 노심 방향의 흐름을 정확하게 판단할 수 있는 것이다.

Description

노하부의 용융물 흐름 상태 추정방법{METHOD FOR ESTIMATING THE FLOW STATE OF MELT IN LOWER PART OF FURNACE}
본 발명은 노하부의 용융물 흐름 상태 추정방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 출선구의 온도 및 장입되는 코크스의 품질을 이용하여 용융물의 흐름을 추정할 수 있는 노하부의 용융물 흐름 상태 추정방법에 관한 것이다.
일반적으로 고로는 연료인 코크스와 광석을 반복 장입하면서 풍구를 통해 열풍을 불어넣어 장입된 광석을 녹여 용선을 생산하는 설비이다.
고로는 풍구를 통해 미분탄 뿐 아니라 열풍이 고로 내부로 공급되고, 가스의 흐름이 제어된다.
관련된 선행기술로는 국내 특허등록 제0722398호가 있다.
본 발명의 목적은 출선구의 온도 및 장입되는 코크스의 품질을 이용하여 노심 내 용융물의 흐름을 추정할 수 있는 노하부의 용융물 흐름 상태 추정방법을 제공하는 데 있다.
이러한 본 발명의 과제는 노에 구비된 복수의 출선구에서 용융물 온도를 각각 측정하는 온도 측정 단계;
상기 온도 측정 단계에서 측정된 용융물 온도로 인접 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값 및 대각선 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값을 계산하고, 상기 인접 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값을 상기 대각선 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값으로 나눈 통액성 평가지수를 구하는 통액성 평가 지수 계산 단계; 및
상기 통액성 평가 지수로 고로 내 노심에서의 용융물 흐름 상태를 판단하는 상태 판단 단계를 포함한 노하부의 용융물 흐름 상태 추정방법을 제공함으로써 해결된다.
본 발명에 따른 노하부의 용융물의 흐름 상태 추정방법은 노심 부분에서의 용융물의 환상류 거동 및 노심 방향의 흐름을 정확하게 판단할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 노하부의 용융물의 흐름 상태 추정방법은 코크스 품질에 의한 용융물의 노심 통액성을 판단하여 코크스 수급 및 배합 시 유동적인 대응이 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 노하부의 용융물의 흐름 상태 추정방법은 노심의 상황을 예측하거나 악화에 따른 원인을 분석할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 노내 상황의 모식도
도 2는 본 발명에 따른 노내 출선구의 위치를 도시한 개략도
도 3은 본 발명의 용융물의 흐름 상태 추정방법에 의한 그래프 분석.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 노를 도시한다. 도 1을 참고하면, 노의 하부 중심부에는 노심이 형성되며, 노심은 노내에 장입된 크크스가 쌓여 있는 고로 하부의 중심부를 말하며, 상부 노심(10), 중부 노심(20) 및 하부 노심(30)으로 구분된다.
이러한 노심은 노열의 버퍼 기능 및 중심부 융착대 받침등의 역할을 함으로써 고로의 지탱목 역할을 한다고 할 수 있다. 이러한 노심에서의 용융물 흐름이 원활하게 흐르기 위해서는 코크스층의 공극률이 정상조업을 위한 기준치 이상으로 유지되어야 한다. 결과적으로 노심 내의 통기성과 용선의 통액성은 관련이 있어 노심 내의 통기성을 확보해야만 용선의 통액성도 원활하게 확보할 수 있는 것이다.
용선의 통액성이 저하되면 용선 흐름의 주변류화를 발생시키고, 이는 노저 내화물 침식 속도를 가속화시켜 고로의 수명을 단축시키는 원인이 된다.
본 발명에 따른 노하부의 용융물의 흐름 상태 추정방법은 출선구의 온도 및 장입되는 코크스의 품질을 이용하여 노심 내 용융물의 흐름을 추정하여 용융물의 흐름 상태를 판단한다.
특히, 노하부 온도는 노 안쪽 내화재의 온도를 반영하기 때문에, 실제로 용융물이 이동하는 과정에서 내화재로의 열전달에 의하여 용융물들이 어떠한 방향으로 어떠한 흐름을 가지고 이동하는지를 실시간으로 추정할 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 노하부의 용융물의 흐름 상태 추정방법에서 노의 하부에는 복수의 출선구가 있고, 복수의 출선구에는 각각 온도를 측정하는 온도 감지단으로 열전대(S)가 구비된다.
상기 열전대(S)는 출선구의 하부에 배치되어 각 출선구의 온도를 측정한다.
본 발명에 따른 노하부의 용융물의 흐름 상태 추정방법에서 노에는 4개의 출선구가 있는 것을 일 예로 하며, 제 1 출선구(1)를 기준으로 고로의 중심에서 시계방향으로 제 2 출선구(2), 제 3 출선구(3), 제 4 출선구(4)가 배치된다. 이와 같은 출선구의 개수는 필요에 따라 변경가능하다.
본 발명의 용융물 흐름 상태 추정방법에서는 출선구 주변에 열전대(S)와 같은 온도를 측정할 수 있는 수단을 다수 배치한다. 바람직하게는 출선구 바로 아래 열전대(S)를 배치함으로써, 용융물의 온도를 정확하게 측정한다.
또는 출선구의 양측에 각각 열전대(S)를 배치하여 용융물의 온도를 측정한다.
노하부의 용융물의 흐름 상태 추정방법은 노에 구비된 복수의 출선구에서 각각 온도를 측정하는 온도 측정 단계를 포함한다.
상기 온도 측정 단계는 상기한 바와 같이 출선구 바로 아래 배치된 열전대(S)와 같은 온도 감지단으로 각 출선구의 위치에서 용융물 즉, 용선의 온도를 측정한다.
상기 온도 측정 단계 후에는 노심에서의 용융물의 환상류 거동 및 노심 방향의 흐름을 확인할 수 있게 하는 통액성 평가 지수(M.K)를 계산하는 통액성 평가 지수 계산 단계가 행해진다.
상기 통액성 평가 지수 계산 단계는 하기의 수학식1에 의해 통액성 평가 지수(M.K)를 계산한다.
[수학식 1]
Figure 112011058602254-pat00001
M.K : 통액성 평가 지수
R1 : 인접 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값
R2 : 대각선 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값
즉, 상기 통액성 평가 지수 계산 단계는 출선구의 용융물 온도로 계산된 인접 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값을 대각선 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값으로 나눠 통액성 평가지수를 계산한다.
일 예를 들어 제 1 출선구(1)를 기준으로 한 통액성 평가 지수(M.K)는 제 1 출선구(1)에서 용융물의 온도와 제 2 출선구(2)에서의 용융물의 온도 간의 상관 관계값이 인접 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값(R1)이 되고, 제 1 출선구(1)에서 용융물의 온도와 제 3 출선구(3)에서의 용융물의 온도 간의 상관 관계값이 대각선 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값(R2)이 된다.
상기 인접 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값 및 상기 대각선 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값은 하기의 수학식 2에 의해 계산된다.
[수학식 2]
Figure 112011058602254-pat00002
i : 일정 시간간격의 온도데이터 번호(i = 1∼72)
j : 대상 출선구 하부 온도계 번호(j = 1∼4)
k : 대상이외의 출선구 하부 온도계 번호(k = 1∼4, k≠j)
Aijk: 대상 출선구 이외의 출선구에서 용융물 온도 데이터
Ajk : Aijk의 평균값
Bijk: 대상 출선구에서 용융물 온도 데이터
Bjk: Bijk의 평균값
상기 온도 상관 계수는 두 개의 특정 출선구에서 측정된 온도들간의 상관 관계를 상관분석법에 의해 계산한 것이다. 즉, 각 출선구의 온도를 1시간 간격으로 측정하고 이를 3일(i=24시간*3일) 동안 계속한다. 이와 같은 시간 간격 및 총 시간은 필요에 따라 적절히 변경할 수 있다. 그 후, 저장된 온도 데이터값을 가지고 특정한 출선구(j)와 상기 출선구와 상관계수를 구하고자 하는 출선구(k) 간의 온도차의 평균값을 구하고 이 평균값과 매회 측정된 각 온도 데이터값의 차이를 구한 후, 상기 상관 분석법에 의한 식에 따라 온도 상관 계수를 계산한다.
상기 통액성 평가 지수 계산 단계 후에는 상기 통액성 평가 지수 계산 단계로 고로 내 노심에서의 용융물 흐름 상태를 판단하는 상태 판단 단계가 행해진다.
상기 상태 판단 단계는 대각선 방향과 원주 방향으로의 온도 상관계수 추이를 통하여 고온의 용융물이 어떠한 방향으로 흐르면서 연관성을 갖게 되는 지를 추측가능한다. 즉, 상기 통액성 평가 지수(M.K)가 > 1 경우, 출선구간 상관성이 높아지게 됨으로 용융물의 환상류 거동을 추측할 수 있고, 상기 통액성 평가 지수(M.K) < 1의 경우에는 대각선 출선구쪽으로의 용융물 흐름을 추측한다.
상기 상태 판단 단계는 고로 내로 장입되는 코크스 품질 지수(R.Q)와 함께 고로 내 노심에서의 용융물 흐름 상태를 판단하는 것이 바람직하다.
상기 코크스 품질 지수(R.Q)는 하기 수학식 3으로 계산된다.
[수학식 3]
Figure 112011058602254-pat00003
RQ :코크스 품질 지수
CSR : 열간 강도
DI : 냉간 강도
M.S : 코크스 평균 입경
상기 냉간 강도(DI)는 하기의 수학식 4에 의해 계산된다.
[수학식 4]
Figure 112011058602254-pat00004
DI : 냉간 강도
W1 : 드럼 테스트 전의 코크스 무게(kg)
W2 : 드럼 테스트 후 +15mm 상의 코크스 무게(kg)
상기 드럼 테스트는 코크스 입도를 분리(+50mm, +37.5mm, +25mm, +15mm, +12.5mm, -12.5mmmm)한 후 +25mm 코크스 10kg을 (입도분율에 따라) Drum Tester 내에 투입하고, 15rpm, 150회전 수행한 후 코크스를 회수하여 +15mm 상의 코크스 무게(kg)를 측정하는 시험이다.
상기 냉간 강도는 고로내 장입된 코크스가 광석 및 장입물의 무게의 영향을 받으며 고로 하부로 내려오면서 받게되는 물리적인 충격을 고려한 코크스의 물성이다.
상기 열간 강도(CSR)은 하기의 수학식 5에 의해 계산된다.
[수학식 5]
Figure 112011058602254-pat00005
CSR : 열간 강도
W3 : 반응 후 남은 코크스 무게(g)
W4 : I형 강도기 시험 후 10mm 상 무게(g)
상기 열간 강도(CSR)는 상기 냉간 강도 측정시료(+15㎜)를 사용하여 하기의 과정을 거쳐 상기 수학식 5로 계산된다.
일단, 상기 냉간 강도 측정시료(+15㎜)는 전량 파쇄(Jaw Crusher 사용)된 후 전동 스크린 장치에 투입되어 1분간 입도 분리된다.
이 중 19~21mm 시료를 수집하고 이를 건조시킨다. 그리고, 시료 200g을 평량(200±0.5g, 개수 파악)한 후 1,100℃에서 CO2 (5ml/min.) 2시간 반응시켜 무게를 측정한다. 반응후 시료를 I형 회전강도기에서 20rpm, 600회전 수행하는 I형 강도기 시험하여 +10mm 시료 평량(갯수확인)하고 무게를 측정한다.
상기 열간 강도는 고로 내 코크스의 가스화 반응 및 열 충격등에 기인한 코크스의 분화율을 나타낸다.
상기 평균 입경(M.S)는 와프에서 제조된 코크스(고로로 이송되기 전 코크스)를 100, 75, 50,… mm 등으로 분리하여 각각의 각 사이즈 범위의 중간값과 그 범위의 코크스 무게 비율의 곱을 합한 값이다.
코크스의 평균입경이 클 경우 고로 내 코크스분의 분율이 줄어들며 평균입경이 작은 코크스와 비교하여 상대적으로 조대한 코크스 층을 형성할 수 있을 것이다.
상기 코크스 품질 지수(R.Q)는 노심 통액성에 영향을 미칠 수 있는 원료 품질 즉, 코크스의 품질(CSR, DI, M.S)을 지수화하여, 코크스 품질 지수(R.Q)에 따른 노심 통액성 평가를 가능하게 한다.
상기 상태 판단 단계는 상기 코크스 품질 지수(R.Q)를 용융물의 통액성을 확보할 수 있는 기준치와 비교하여 노심 통액성을 판단한다.
상기 기준치는 본 발명에서 45임을 일 예로 한다.
코크스 품질의 경우 탄 고유의 특성이나 배합비에 따라 열간 및 냉각 강도 분화도등이 판이하게 다르다. 또한 특정 코크스 품질이 저하되었다 하더라도 다른 품질지수가 기준치 이상을 웃돌아 원료 품질 지수 기준치 이상의 값을 갖을 때 노심 통액성은 양호하다고 판단할 수 있다. 따라서 본 발명에서의 코크스 품질 지수를 이용하여 코크스 수급 및 배합시 유동적인 대응이 가능할 것으로 판단된다.
상기 도 3은 7~10월 3개월간 출선 실적을 표기하였다. 상기 도 3에서 알 수 있듯이, 코크스 평가 지수가 기준치보다 작은 경우 통액성 평가 지수가 1을 기준으로 크게 벗어나 용선 환상류 또는 대각선의 편중된 흐름을 보이는 것을 확인하였다. 또한, 코크스 평가 지수가 기준치로 유지되는 경우 노황이 안정되고, 통액성 평가 지수가 1로 수렴하는 것도 확인할 수 있다.
그리고, 통액성 평가 지수가 1을 기준으로 크게 벗어나고, 코크스 평가 지수가 기준치 이하인 경우 노심이 재형성되고, 치한주기가 증대됨이 확인된다.
또한, 통액성 평가 지수가 1로 수렴되는 구간 및 코크스 평가 지수가 기준치로 유지되는 경우 노심 안정화에 따라 노심의 치환주기가 단축되고 일정해짐이 확인된다.
본 발명에 따른 노하부의 용융물의 흐름 상태 추정방법은 노심 부분에서의 용융물의 환상류 거동 및 노심 방향의 흐름을 정확하게 판단한다.
또한, 본 발명에 따른 노하부의 용융물의 흐름 상태 추정방법은 코크스 품질에 의한 용융물의 노심 통액성을 판단하여 코크스 수급 및 배합 시 유동적인 대응이 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 노하부의 용융물의 흐름 상태 추정방법은 노심의 상황을 예측하거나 악화에 따른 원인을 분석하는데 사용이 가능하다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
1 : 제 1 출선구 2 : 제 2 출선구
3 : 제 3 출선구 4 : 제 4 출선구
S : 열전대

Claims (4)

  1. 노에 구비된 복수의 출선구에서 용융물 온도를 각각 측정하는 온도 측정 단계;
    상기 온도 측정 단계에서 측정된 용융물 온도로 인접 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값 및 대각선 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값을 계산하고, 상기 인접 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값을 상기 대각선 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값으로 나눈 통액성 평가지수를 구하는 통액성 평가 지수 계산 단계; 및
    상기 통액성 평가 지수로 고로 내 노심에서의 용융물 흐름 상태를 판단하는 상태 판단 단계를 포함하며,
    상기 상태 판단 단계는 고로 내로 장입되는 코크스 품질 지수와 함께 고로 내 노심에서의 용융물 흐름 상태를 판단하고,
    상기 코크스 품질 지수는 수학식
    Figure 112013024561534-pat00011
    로 계산되는 것을 특징으로 하는 노하부의 용융물 흐름 상태 추정방법.
    (여기서 RQ는 코크스 품질 지수, CSR는 열간 강도, DI는 냉간 강도, M.S는 코크스 평균 입경이다.)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 통액성 평가 지수 계산 단계는 상기 인접 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값 및 상기 대각선 출선구에서 용융물의 온도 상관 관계값을 수학식
    Figure 112011058602254-pat00006
    로 계산하는 것을 특징으로 하는 노하부의 용융물 흐름 상태 추정방법.
    (여기서, i는 일정 시간간격의 온도데이터 번호, j는 대상 출선구 하부 온도계 번호, k는 대상이외의 출선구 하부 온도계 번호, Aijk는 대상 출선구 이외의 출선구에서 용융물 온도 데이터, Ajk는 Aijk의 평균값, Bijk는 대상 출선구에서 용융물 온도 데이터, Bjk는 Bijk의 평균값이다.)
  3. 삭제
  4. 삭제
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