KR101345058B1

KR101345058B1 - 고로 조업 방법

Info

Publication number: KR101345058B1
Application number: KR1020120043739A
Authority: KR
Inventors: 김태민; 최원석
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-12-26
Also published as: KR20130120673A

Abstract

본 발명은 고로 조업 방법에 관한 것으로, 장입물 열용량과 기체 열용량의 비로 표현되는 열류비 수식을 송풍조건 인자들로 구성된 열류비 수식으로 변환하는 단계와, 상기 변환한 열류비 수식을 적용하여 열보존대 위치를 제어하기 위한 열류비 관리범위 내의 송풍조건을 도출하는 단계와, 상기 도출된 송풍조건으로 고로 조업을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 열류비 관리범위 내의 송풍조건 제어가 가능하므로 효율적인 고로 조업을 가능한 이점이 있다.

Description

고로 조업 방법{Blast furnace operation method}

본 발명은 고로 조업 방법에 관한 것으로, 열보존대의 위치를 제어하기 위한 송풍조건을 도출하는 고로 조업 방법에 관한 것이다.

고로 조업은 고로의 상부로 장입된 철광석이 풍구를 통해 공급된 열풍에 의해 용융되어 용융물(용선과 슬래그)을 생성하게 되고, 노하부에 축적되어 있는 용융물이 출선구를 통해 연속적으로 배출되는 공정이다.

이와 관련된 선행기술로는 국내등록특허공보 특0146795호(1997.01.24)_"고로 조업 방법"이 있다.

본 발명의 목적은 효율적인 고로 조업이 가능하도록 열류비 관점에서 열보존대의 위치를 제어하기 위한 송풍조건을 도출하는 고로 조업 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 하기의 <수학식 1>로 표현되는 열류비 수식을 송풍조건 인자들로 구성된 열류비 수식으로 변환하는 단계, 상기 변환한 열류비 수식을 적용하여 열보존대 위치를 제어하기 위한 열류비 관리범위 내의 송풍조건을 도출하는 단계, 상기 도출된 송풍조건으로 고로 조업을 수행하는 단계를 포함한다.

<수학식1>

여기서, HFR은 열류비, Ws는 장입물 열용량, Wg는 기체 열용량, Cs는 장입물 비열, Cg는 기체 비열, Gs는 용선 1톤 생산 장입물 질량, Gg는 용선 1톤 생산 기체량이다.

송풍조건 인자는 송풍량, 산소부하량, 조습량, 미분탄 취입량, 송풍온도를 포함한다.

상기 열류비의 관리범위는 0.83 초과 0.88 미만이다.

상기 변환한 열류비 수식은 아래의 <수학식 2>로 표현된다.

<수학식2>

여기서, HFR은 열류비, Ws는 장입물 열용량, Wg는 기체 열용량이다.

상기 보쉬가스량(BGV)은 하기의 <수학식3>에 의해 산출된다.

<수학식3>

여기서, VB는 송풍 유량(N㎥/min), R_VO2 _/ _VB는 부화산소(N㎥/min), W_H2O는 조습량(mol/N㎥), KPC는 미분탄 반응에 의해 생성되는 가스의 몰수(mol/g), PCB는 송풍 중 미분탄 취입량(g/N㎥)이다.

본 발명은 장입물 열용량과 기체 열용량의 비로 표현되는 열류비 수식을 보쉬가스량 항목으로 변환하여 열보존대 위치를 제어하기 위한 열류비 관리범위 내의 송풍조건을 도출할 수 있도록 한다.

따라서, 열류비 관리범위 내의 송풍조건 제어가 가능하므로 효율적인 고로 조업을 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 고로 조업 인자를 도식화한 도면.
도 2는 노높이에 따른 장입물과 기체의 온도변화를 보인 도면.
도 3은 열류비와 노정가스온도의 상관관계를 보인 그래프.
도 4는 열류비와 노정온도의 상관관계를 보인 그래프.
도 5는 보쉬가스량과 노정가스량의 상관관계를 보인 그래프.
도 6은 열류비 관리범위 내의 송풍량과 산소부화량을 가시화한 그래프.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 고로 조업 방법은, 하기의 <수학식 1>로 표현되는 열류비 수식을 송풍조건 인자들로 구성된 열류비 수식으로 변환하고, 변환한 열류비 수식을 적용하여 열보존대 위치를 제어하기 위한 열류비 관리범위 내의 송풍조건을 도출하며, 도출된 송풍조건으로 고로 조업을 수행한다.

<수학식 1>

장입물 열용량은 고로(1)의 노상부로 장입된 고체상태의 장입물이 가지는 열용량이고, 기체 열용량은 노하부로부터 상승하는 기체가 가지는 열용량이다. 장입물은 철광석과 코크스이다.

도 1에 도시된 바에 의하면, 노상부와 노하부에서는 높이에 따른 온도 변화가 크고 기체와 장입물의 온도차도 크나, 중앙부의 1000℃부근에서 온도 변화가 거의 없고 기체-장입물 간의 온도차가 매우 적은 부분이 나타난다. 이를 열보존대라 한다.

열보존대가 상승하면 괴상대(3)의 영역이 줄어들고, 열보존대가 하강하면 괴상대(3)의 영역이 증가한다. 괴상대(3)는 고체상태의 장입물이 층상으로 중첩되어 있는 부분이다.

열보존대가 상승하여 괴상대(3)의 영역이 줄어들게 되면, 고로의 노정온도가 상승하고, 샤프트 상부의 가스류 흐름의 저항이 커져 연료비가 상승하고 환원구간이 줄어들어 장입물 강하가 불안정해진다.

반대로, 열보존대가 강하하여 괴상대의 영역이 증가하게 되면, 고로의 노정온도가 하락하고, 장입물 알칼리 성분의 배출이 불량해져 노벽 부착물이 성장하고 국부적인 환원불량으로 행잉(Hanging) 및 슬립(Slip) 등의 조업이상이 발생한다.

따라서, 고로의 조업 효율을 높게 유지하기 위해서는 열보존대의 위치 제어가 중요하다. 열보존대의 위치 제어를 위해 하기의 <수학식 1>로 표현되는 열류비라는 조업지수를 관리한다.

<수학식 1>로 표현되는 열류비(HFR)는 노상부로부터 강하하는 고체상태의 장입물이 갖는 열용량과 노하부로부터 상승하는 기체가 갖는 열용량의 비로 표현한다.

열류비로 나타내면, 열보존대에서 Ws/Wg ≒1이고, 이를 중심으로 상부에서는 Ws/Wg<1, 하부에서는 Ws/Wg>1이며, 이러한 열류비와 관련하여 노내의 수직온도 곡선은 도 1과 같이 이론적으로 계산된다.

열류비가 감소하면 열보존대가 상승하고, 열류비가 증가하면 열보존대가 강하된다.

열류비의 관리범위는 0.83 초과 0.88 미만이 바람직하다.

열류비 0.83 이하에서는 노정온도가 상승하고 샤프트 통기성이 저하되어 장입물 강하 불안정 현상이 발생하며, 열류비 0.88 이상에서는 노정온도가 하락하고 노벽 부착물이 성장하며 환원불량이 발생한다.

<수학식 1>로 표현되는 열류비 수식을 송풍조건 인자들로 구성된 열류비 수식으로 변환한다.

<수학식 1>로 표현하는 열류비(HFR)는 고로 조업 인자 중 장입물분포 인자만을 고려한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고로 조업 인자는 장입물 분포 인자 외에도 송풍조건 인자가 있다.

송풍조건 인자는 송풍량, 산소부하량, 조습량, 미분탄 취입량, 송풍온도를 포함한다. 도 3에 도시된 바에 의하면, 열류비는 송풍량, 산소부하량, 송풍온도에 영향을 받는다.

미분탄 취입량이 증가하면 노하부로부터 상승하는 기체가 가지는 열용량이 증가하여 열류비가 감소하고 노정온도가 상승하게 된다.

반대로, 미분탄 취입량이 감소하면 코크스 취입량의 증가로 고체상태의 장입물이 가지는 열용량이 증가한다. 그리고, 송풍량을 감소시키고 산소부화량을 증가시키면 노하부로부터 상승하는 기체가 가지는 열용량이 감소하게 되어 열보존대가 강하하게 된다.

이러한 송풍조건 인자를 열류비 관점에서 가시화하기 위해 열류비 수식을 변환한다.

변환한 열류비 수식은 아래의 <수학식 2>로 표현된다.

<수학식2>

장입물은 코크스와 철광석이므로 Ws, Wg는 아래와 같이 변환된다.

Ws(장입물 열용량)=(코크스비열×코크스비)+(철광석비열)

Wg(기체 열용량)=(노정가스비열)×(노정가스량)

노정가스량은 송풍조건으로 산출되는 보쉬가스량 항목으로 변환한다.

도 4에 도시된 바에 의하면, 노정가스량은 보쉬가스량과 비례관계를 가지므로 변환 가능하다.

도 4의 그래프에 근거하여, 노정가스량은 아래와 같이 표현된다.

노정가스량=1.1×보쉬가스량+421.9

여기서, 노정가스량은 원단위 노정가스량, 보쉬가스량은 원단위 보쉬가스량을 의미한다.

노정가스량은 대기 중의 N₂함량이 79%로 송풍가스가 노정화되었을 때 노정가스의 N₂가스의 농도비가 줄어든 만큼 생성된 것으로 계산한다.

보쉬가스량은 고로 보쉬부에서 발생되는 가스량을 화학양론적으로 산출하는 식이다. 보쉬가스량은 송풍량, 산소부하량, 조습량, 미분탄 취입량, 송풍온도를 포함하는 송풍조건으로 산출된다.

보쉬가스량은 하기의 <수학식3>에 의해 산출된다.

<수학식 3>

여기서, BGV는 보쉬가스량, VB는 송풍 유량(N㎥/min), R_VO2 _/ _VB는 부화산소(N㎥/min), W_H2O는 조습량(mol/N㎥), KPC는 미분탄 반응에 의해 생성되는 가스의 몰수(mol/g), PCB는 송풍 중 미분탄 취입량(g/N㎥)이다.

VBG는 열풍시간+산소부화시간+조습시간+미분탄시간으로 표현된다.

상수 1.21은 아래의 반응식과 같이 열풍 연소로 부피가 증가한 것을 계산한 것이다. 반응식은 O₂+2C →2CO이며 0.79+2×0.21로 계산된다.

R_VO2 _/ _VB는 아래의 반응식과 같이 부화산소 연소로 부피가 증가한 것을 계산한 것이다. 반응식은 O₂+2C →2CO이며 2×O₂량으로 계산된다.

22.4/1000은 L단위를 N㎥단위로 단위 보정한 것이다.

W_H2O는 아래의 반응식에 의한 분자량을 계산한 것이다.

반응식은 H₂O+C→H₂+CO이다.

R_VO2 _/ _VB, PCB, KPC는 아래의 <수학식 4>, <수학식 5>, <수학식 6>으로 산출한다.

<수학식 4>

여기서, V_O2는 송풍유량에 포함된 산소 부피이고, VB는 송풍유량이다.

산소량이 증가하면 노정온도가 상승하고 괴상영역이 줄어든다.

<수학식 5>

여기서, 16666은 미분탄 단위 ton/hr을 g/min로 보정한 것이다.

<수학식 6>

수학식 6은 미분탄 사용에 따른 원소의 분석값을 계산하는 식이며, 여기서, H2O_PC는 미분탄 내 습분이고, H_PC는 미분탄 내 습분에 포함된 수소이고, N_PC는 송풍에 포함된 질소이고, O_PC는 미분탄내 산소연소로 증가한 부피이다.

상술한 과정을 통해, 열류비 수식에서 노정가스량을 보쉬가스(BFG)항목으로 변환한 열류비 수식 <수학식 2>를 산출하면, 송풍조건 인자들을 검토하여 열류비 관점에서 안정범위의 송풍조건으로 고로조업을 수행할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 열류비 관리범위 내의 송풍량과 산소부화량을 가시화한 그래프가 도출되고, 열보존대 위치를 제어하기 위한 열류비 관리범위 내의 송풍조건을 도출할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

1:고로 3:괴상대

Claims

하기의 <수학식 1>로 표현되는 열류비 수식을 송풍조건 인자들로 구성된 열류비 수식으로 변환하는 단계;
상기 변환한 열류비 수식을 적용하여 열보존대 위치를 제어하기 위한 열류비 관리범위 내의 송풍조건을 도출하는 단계;
상기 도출된 송풍조건으로 고로 조업을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 고로 조업 방법.
<수학식1>

여기서, HFR은 열류비, Ws는 장입물 열용량, Wg는 기체 열용량, Cs는 장입물 비열, Cg는 기체 비열, Gs는 용선 1톤 생산 장입물 질량, Gg는 용선 1톤 생산 기체량이다.
청구항 1에 있어서,
상기 송풍조건 인자는 송풍량, 산소부하량, 조습량, 미분탄 취입량, 송풍온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 열류비의 관리범위는 0.83 초과 0.88 미만인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 변환한 열류비 수식은 아래의 <수학식 2>로 표현되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
<수학식2>

여기서, HFR은 열류비, Ws는 장입물 열용량, Wg는 기체 열용량이다.
청구항 4에 있어서,
상기 보쉬가스량(BGV)은 하기의 <수학식3>에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
<수학식3>

여기서, VB는 송풍 유량(N㎥/min), R_VO2 _/ _VB는 부화산소(N㎥/min), W_H2O는 조습량(mol/N㎥), KPC는 미분탄 반응에 의해 생성되는 가스의 몰수(mol/g), PCB는 송풍 중 미분탄 취입량(g/N㎥)이다.