KR101320809B1

KR101320809B1 - 고로 샤프트부의 반응성 모사장치

Info

Publication number: KR101320809B1
Application number: KR1020120032681A
Authority: KR
Inventors: 김혁; 민순기
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-21
Also published as: KR20130110596A

Abstract

본 발명은 고로 샤프트부의 반응성 모사장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고로 샤프트부의 반응성 모사장치는, 내부에는 복수의 발열부가 상하로 배치되는 케이싱부재;와, 상기 케이싱부재를 상하로 관통하며, 내부에는 제철원료와 연료가 교대로 적층되는 반응관;과, 상기 반응관의 상부로 열풍을 주입하여 하부로 배출되도록 상기 반응관의 상부에 연결되는 열풍공급기;와, 상기 발열부의 온도를 설정하는 온도설정부;가 포함되는 것을 특징으로 한다. 이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 서로 다른 품질을 가지고 있는 소결광 및 코크스를 하나의 반응기 내에서 실제 고로의 조업조건과 유사한 조건으로 직접 반응을 시킨 후 샘플링 및 분석을 진행하기 때문에 실제 고로내 샤프트에서의 반응 정도를 연료와 원료의 조합에 따라 정량적으로 평가할 수 있는 장점이 있다.

Description

고로 샤프트부의 반응성 모사장치{SHAFT INNER REACTION SIMULATOR}

본 발명은 고로 샤프트부의 반응성 모사장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 서로 다른 품질을 가지고 있는 소결광 및 코크스를 하나의 반응기 내에서 실제 고로의 조업조건과 유사한 조건으로 직접 반응을 시킨 후 샘플링 및 분석을 진행하기 때문에 실제 고로내 샤프트에서의 반응 정도를 연료와 원료의 조합에 따라 정량적으로 평가할 수 있는 고로 샤프트부의 반응성 모사장치에 관한 것이다.

일반적으로 고로는 연료인 코크스와 원료인 철광석을 상부에서 반복 장입하면서 하부로는 풍구를 통해 열풍을 불어넣어 장입된 철광석을 녹여 용선을 생산하는 설비이다.

고로는 풍구를 통해 미분탄 뿐 아니라 열풍이 고로 내부로 공급되고, 가스의 흐름이 제어된다.

관련 선행 기술로는 대한민국 공개특허 제10-2011-0034386호(발명의 명칭:고로 모사장치용 장입물 선별기)가 있다.

본 발명의 목적은 서로 다른 품질을 가지고 있는 소결광 및 코크스를 하나의 반응기 내에서 실제 고로의 조업조건과 유사한 조건으로 직접 반응을 시킨 후 샘플링 및 분석을 진행하기 때문에 실제 고로내 샤프트에서의 반응 정도를 연료와 원료의 조합에 따라 정량적으로 평가할 수 있는 고로 샤프트부의 반응성 모사장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에는 복수의 발열부가 상하로 배치되는 케이싱부재;와, 상기 케이싱부재를 상하로 관통하며, 내부에는 제철원료와 연료가 교대로 적층되는 반응관;과, 상기 반응관의 상부로 열풍을 주입하여 하부로 배출되도록 상기 반응관의 상부에 연결되는 열풍공급기;와, 상기 발열부의 온도를 설정하는 온도설정부;가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이싱부재를 상하로 이동시키는 승강부재;가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 발열부는 상기 케이싱부재의 내부에 수평하게 상하로 배치되며, 상부에서 하부로 내려갈수록 온도가 낮게 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이싱부재의 내부 또는 상기 반응관의 외부에 상하로 배치되어 온도를 측정하는 온도측정부;가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이싱부재의 상면과 하면에는 상기 반응관이 끼워지는 관통공;이 포함되며, 상기 케이싱부재의 전면부는 개폐되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이싱부재는 상기 관통공에 끼워지는 반응관의 결합이 용이하도록 2개로 분할되되, 분할된 2개의 케이싱부재들의 일측은 경첩을 매개로 결합되어 개방되는 것을 특징으로 한다.

이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 서로 다른 품질을 가지고 있는 소결광 및 코크스를 하나의 반응기 내에서 실제 고로의 조업조건과 유사한 조건으로 직접 반응을 시킨 후 샘플링 및 분석을 진행하기 때문에 실제 고로내 샤프트에서의 반응 정도를 연료와 원료의 조합에 따라 정량적으로 평가할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 실제 고로의 모습을 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고로 샤프트부의 반응성 모사장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고로 샤프트부의 반응성 모사장치의 내부를 보인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고로 샤프트부의 반응성 모사장치의 케이싱부재의 반단면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고로 샤프트부의 반응성 모사장치의 반응관과 발열부 및 온도측정부를 보인 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 도 1을 참조하여 고로에 대해 간략하게 설명한다.

고로는 크게 상측으로부터 스로트부(10), 샤프트부(20), 벨리부(30), 보쉬부(40), 노상부(50)로 나뉘는데, 고로 몸체를 인체구조에 비유하면, 목에 해당하는 스로트부(throat)(10), 가슴에 해당하는 샤프트부(shaft)(20), 복부에 해당하는 벨리부(belly)(30), 하복부에 해당하는 보쉬부(bosh)(40), 및 용철과 슬레그가 고이는 노상부(hearth)(50)로 구성된다. 후술할 본 발명은 고로의 샤프트부에 관한 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고로 샤프트부의 반응성 모사장치의 개념도가 도시되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고로 샤프트부의 반응성 모사장치는 케이싱부재(100), 반응관(200) 및 온도설정부(300)가 포함된다.

상기 케이싱부재(100)는 실제 고로의 샤프트부를 모사한 부재로서, 본 발명의 케이싱부재(100)는 실제 고로의 샤프트부를 상하로 반전시킨 것이며, 이러한 케이싱부재(100)는 별도의 승강수단(110)에 의해 승하강 된다.

실제 고로의 샤프트부에서는 상부에서 제철원료와 연료가 하부로 낙하되므로 이러한 실제 고로의 샤프트부와 반전되게 재연되려면 본 발명의 구동시 승강수단(110)은 케이싱부재(100)를 하향이동시키는 것이다.

여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 제철원료와 연료는 예컨대, 소결광과 코크스가 사용된다.

또한, 상기와 같이 실제 고로의 샤프트부를 상하반전시킨 케이싱부재(100)는 고로 내부의 온도와 동일한 조업 환경과 동일한 환경을 재연하기 위해 복수의 발열부(120)가 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상하로 배치된다.

상기와 같은 이러한 발열부(120)는 케이싱부재(100)의 내부에서 상하로 배치되는데, 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 9개의 발열부(120)가 구비되어 서로 다른 온도를 갖는 10개의 구역으로 구획되는 것이 바람직할 것이다.

여기서, 서로 다른 온도를 갖는 10개의 구역은 발열부들 사이의 공간 8개, 가장 높은 곳에 배치되는 발열부 상부의 공간 1개 및 가장 낮은 곳에 배치되는 발열부 하부의 공간 1개이다.

상기와 같은 발열부(120)는 서로 일정간격 이격된 상태로 배치되는 것이 바람직한데, 이러한 발열부(120)는 후술할 반응관(200)과 인접하게 설치되어 반응관(200)의 내부에 적층되는 소결광과 코크스를 승온시키는 역할을 한다.

또한, 상기 케이싱부재(100)의 상면과 하면에는 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 관통공(101)이 형성되는데, 이러한 관통공(101)에는 후술할 반응관(200)이 끼워진다.

한편, 상기 케이싱부재(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전면부(102)가 개폐되고, 케이싱부재(100)의 절반이 좌우로 개방되는 것이 바람직한데, 상기 전면부(102)는 경첩을 매개로 개폐되어 케이싱부재(100)의 내부에 설치되는 부재들의 유지 보수가 용이하게 한다.

또한, 케이싱부재(100)는 2개로 분할되되, 경첩을 매개로 일측이 연결되어 좌우로 개방되며, 이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 관통공(101)도 절반으로 분할되어 케이싱부재(100)와 반응관(200)의 결합시 결합의 편의성을 제공할 수 있다.

상기와 같이 2개로 분할되는 케이싱부재(100)는 서로 같은 크기로 좌우대칭되는 것이 바람직하다.

상기 전면부(102)는 예컨대, 경첩을 매개로 케이싱부재(100)의 전면을 개폐되어 케이싱부재(100)의 내부에 설치되는 부재들의 유지 보수가 용이하며, 케이싱부재(100)가 좌우로 개폐되면, 후술할 반응관(200)과 케이싱부재(100)의 결합시 결합의 편의성을 제공할 수 있다.

또한, 상기 케이싱부재(100)는 내부에 설치되는 발열부(120)에 의해 형상이 변형되지 않도록 내벽에 내화재가 설치되는 것이 바람직한데, 이러한 내화재는 발열부(120)의 온도보다 높은 온도에 견딜 수 있는 것을 채택하는 것이 좋을 것이다.

상기 반응관(200)은 도 5에 도시된 바와 같이, 내부에 제철원료와 연료가 상하로 차례차례 적층되는 관 형상의 부재로서, 이러한 반응관(200)은 상술한 케이싱부재(100)의 관통공(101)에 끼워져 케이싱부재(100)를 상하로 관통한다. 여기서, 상기 제철원료는 소결광이고 연료는 코크스이다.

상기와 같은 반응관(200)은 케이싱부재(100)의 하강에 의해 하부에 적층된 소결광과 코크스부터 순차적으로 반응을 일으키게 되는 것이다.

또한, 도 2와 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 반응관(200)의 내부로는 열풍이 유입되는데, 이러한 열풍은 열풍공급기에서 생성되며, 생성된 열풍은 반응관(200)의 상부로 유입되어 하부로 배출된다. 상기 열풍은 실제 고로의 내부로 제공되는 열풍과 동일한 역할을 한다.

즉, 상기 열풍는 실제 고로의 하부에서 공급되어 고로의 상부로 배출되는 것임에 반해, 본 발명에서는 케이싱부재(100)가 반전됨으로 인하여 열풍의 진행방향도 상부에서 하부로 진행된다.

상기 온도설정부(300)는 상술한 케이싱부재(100)의 내부에 설치되는 발열부(120)의 온도를 설정하는 역할을 하는 부재로서, 이러한 온도설정부(300)는 케이싱부재(100) 내부의 환경이 실제 고로의 샤프트부의 환경이 반전된 상태와 일치하도록 발열부(120)의 온도를 설정한다.

이에 따라, 상기 온도설정부(300)는 발열부(120)의 온도가 상부에서 가장 높게 설정하고, 하부에서 가장 낮게 설정한다.

만약, 상기와 같이 발열부(120)의 온도를 하부에서 가장 높게, 상부에서 가장 낮게 설정한다면, 하측의 발열부(120)에서 상측으로 복사되는 복사열에 의해 영향을 주게되므로 정확한 온도의 설정이 불가능하기 때문이다.

상기와 같이 온도가 서로 다르게 설정되는 발열부(120)에 의해 케이싱부재(100)의 내부는 온도에 의해 복수의 구역으로 구획될 수 있다.

예컨대, 가장 높은 곳에 배치되는 발열부(120)를 섭씨 1200도로 설정하고, 가장 낮은 곳에 배치되는 발열부(120)를 섭씨 400도로 설정하되, 높은 곳에 위치한 발열부(120)를 기준으로 바로 아래의 발열부(120)는 섭씨 50도~100도 낮게 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 케이싱부재(100)의 내부 또는 반응관(200)의 외부에는 도 5에 도시된 바와 같이, 온도계(410)가 상하로 복수개가 배치되는데, 발열부(120)에 의해 온도별로 구역이 설정된 지점의 온도를 온도계(410)를 매개로 측정하여 케이싱부재(100)의 내부가 실제 고로의 샤프트부와 동일하게 설정이 되고 있는지를 알 수 있게 한다.

상기와 같은 온도계(410)는 정확한 온도의 값이 측정되도록 반응관(200)의 외주에 밀착되게 배치되되, 상하로 복수개가 설치되는 것이 바람직할 것이며, 온도계(410)로 측정된 값은 도 2에 도시된 온도측정부(400)로 전송되어 측정된 값을 실시간으로 확인할 수 있다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고로의 반응성 모사장치의 작용에 대해 설명한다.

먼저, 케이싱부재(100)의 관통홀(101)에 반응관(200)을 설치한 후, 온도설정부(300)를 조작하는데, 온도설정부(300)에 의해 케이싱부재(100)의 내부에 설치된 복수의 발열부(120)는 기설정된 온도(섭씨 400~1200도)로 설정된다.

이후, 반응관(200) 내부에 적층되어 있는 소결광과 코크스가 실제 고로에 투입되는 장입물과 동일한 순서로 반응이 일어날 수 있도록 승강수단(110)은 케이싱부재(100)를 하강시키며, 이와 동시에 반응관(200)의 상부로는 열풍을 주입한다.

여기서, 상기 승강수단(110)은 반응관(200)의 내부에 적층되어 있는 소결광과 코크스가 차례차례 반응이 일어날 수 있도록 케이싱부재(100)를 하강시켜 실제 고로의 샤프트부와 동일한 환경이 되도록 한다.

이후, 케이싱부재(100)가 기설정된 높이만큼 하강하게되어 반응관(200) 내부의 소결광과 코크스의 반응이 완료되면, 반응관(200)과 케이싱부재(100)를 분리한 후, 반응관(200) 내부에 있는 반응물들을 샘플링하는데, 샘플링이 용이하도록 상기 반응관(200)은 2단 분리형으로 제작되는 것도 좋을 것이다.

상기와 같이 샘플링된 생성물들을 토대로 반응관(200) 내부의 소결광과 코크스의 혼합비율을 정량적으로 측정하여 측정된 값을 토대로 실제 고로에 투입되는 소결광과 코크스의 최적의 장입비를 예측할 수 있을 것이다.

도면과 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10-쓰로트부 20-샤프트부
30-벨리부 40-보쉬부
50-노상부
100-케이싱부재 101-관통공
102-전면부 110-승강수단
120-발열부
200-반응관
300-온도설정부
400-온도측정부 410-온도계

Claims

내부에는 복수의 발열부가 상하로 배치되는 케이싱부재;와
상기 케이싱부재를 상하로 관통하며, 내부에는 제철원료와 연료가 교대로 적층되는 반응관;과
상기 반응관의 상부로 열풍을 주입하여 하부로 배출되도록 상기 반응관의 상부에 연결되는 열풍공급기;와
상기 발열부의 온도를 설정하는 온도설정부;가 포함되는 것을 특징으로 하는 고로 샤프트부의 반응성 모사장치.
청구항 1에 있어서,
상기 케이싱부재를 상하로 이동시키는 승강부재;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고로 샤프트부의 반응성 모사장치.
청구항 1에 있어서,
상기 다수의 발열부는 상기 케이싱부재의 내부에 수평하게 상하로 배치되며, 상부에서 하부로 내려갈수록 온도가 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 고로 샤프트부의 반응성 모사장치.
청구항 1에 있어서,
상기 케이싱부재의 내부 또는 상기 반응관의 외부에 상하로 배치되어 온도를 측정하는 온도측정부;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고로 샤프트부의 반응성 모사장치.
청구항 1에 있어서,
상기 케이싱부재의 상면과 하면에는 상기 반응관이 끼워지는 관통공;이 포함되며,
상기 케이싱부재의 전면부는 개폐되는 것을 특징으로 하는 고로 샤프트부의 반응성 모사장치.
청구항 5에 있어서,
상기 케이싱부재는 상기 관통공에 끼워지는 반응관의 결합이 용이하도록 2개로 분할되되, 분할된 2개의 케이싱부재들의 일측은 경첩을 매개로 결합되어 개방되는 것을 특징으로 하는 고로 샤프트부의 반응성 모사장치.