KR101368504B1 - 고로 장입물 분포 평가방법 - Google Patents

고로 장입물 분포 평가방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고로 장입물 분포 평가방법에 관한 것으로, 고로의 상부에 설치된 장입호퍼를 통해 고로에 코크스와 철광석을 순차적으로 장입하는 단계와, 상기 고로에 설치되는 프로파일미터를 가동하여 상기 코크스와 철광석의 장입물 분포를 측정하고 측정한 데이터를 프로파일로 형상화하는 단계와, 상기 형상화한 프로파일로부터 코크스층 두께와 철광석층의 두께를 계산하고 노 반경 방향의 층후비를 산출하는 단계와, 상기 산출한 노 반경 방향의 층후비로부터 장입물 분포 평가 지수를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명은 고로에 장입되는 장입물의 프로파일을 활용하여 고로 내에서의 장입물 분포를 제어하기 위한 고로 장입물 분포 평가지수를 산출하므로 장입물 분포에 대한 조업 패턴 및 영향의 정량화가 가능한 이점이 있다.

Description

고로 장입물 분포 평가방법{METHOD FOR ASSUMING BURDEN DISTRIBUTION OF BLAST FURNACE}
본 발명은 고로 장입물 분포 평가방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로 내에서의 장입물 분포를 제어하기 위한 평가지수를 산출하는 고로 장입물 분포 평가방법에 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 국내등록특허 제0352602호(2002.11.18) "고로내 슬래그 유동성 관리에 의한 고로 조업방법"이 있다.
본 발명의 목적은 고로 조업을 안정화할 수 있도록 고로에 장입되는 장입물의 프로파일을 활용하여 고로 내에서의 장입물 분포를 제어하기 위한 평가지수를 산출하는 고로 장입물 분포 평가방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 고로에 설치된 프로파일미터를 가동하여 상기 고로 내에 장입되는 코크스와 철광석의 장입물 분포를 측정하고 측정한 데이터를 프로파일로 형상화하는 단계와, 상기 형상화한 프로파일로부터 코크스층 두께와 철광석층의 두께를 계산하고 노 중심에서 노 벽에 해당하는 노 반경 방향의 층후비를 산출하는 단계와, 상기 산출한 노 반경 방향의 층후비로부터 장입물 분포 평가 지수를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 프로파일로 형상화하는 단계는, 상기 프로파일미터가 상기 코크스와 철광석의 장입시마다 고로 상부에서 장입물까지의 거리를 측정하여 상기 코크스와 철광석의 장입물 분포를 측정하고, 프로파일로 형상화한다.
상기 노 반경 방향의 층후비는 철광석층 두께/코크스층 두께로 산출한다.
상기 장입물 분포 평가 지수는 상기 노 반경 방향의 층후비의 표준편차이다.
상기 코크스와 철광석은 코크스, 대립 소결광, 중심 코크스, 소립 소결광 순서로 장입된다.
상기 장입물 분포 평가 지수를 산출하는 단계에서 산출된 지수는 1.8 이상이고 값이 클수록 강한 중심류 조업으로 평가하고, 1.8 미만이고 0에 가까울수록 고효율 조업으로 평가한다.
상기 장입물 분포 평가 지수를 산출하는 단계에서 산출된 지수를 하기의 수학식 1에 대입하여 코크스비(CR)를 예측한다.
<수학식 1>
코크스비(CR)= 6.76X+296.84
여기서, X는 장입물 분포 평가 지수
상기 장입물 분포 평가 지수를 산출하는 단계에서 산출된 지수를 하기의 수학식 2에 대입하여 고로 가스 이용률(ηCO)를 예측한다.
<수학식 2>
고로 가스 이용률(ηCO)=-1.45X+49.97
여기서, X는 장입물 분포 평가 지수
본 발명은 코크스와 철광석의 장입물 분포를 측정한 데이터를 프로파일로 형상화하고 층후비를 산출하여 장입물 분포 평가 지수를 산출한다.
산출한 장입물 분포 평가 지수는 고로 가스 이용률, 코크스비와 상관관계가 높아 고로 통기성 및 환원성을 파악하는 지수로 활용성이 높고 장입물 분포에 대한 조업 패턴 및 영향도의 정량화가 가능하다
따라서, 장입물 분포 평가 지수를 근거로 한 장입 모드 변경을 통해 노 벽부 환원분화 및 환원정체영역을 최소화하여 노 벽부 통기성을 개선하고 송풍압과 통기저항지수를 감소시켜 고로 조업을 안정화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 고로 장입물 분포 평가방법의 바람직한 실시예를 보인 과정도.
도 2는 장입물 분포 프로파일의 실시예(Case1, Case2)를 나타낸 그래프.
도 3은 도 2의 장입물 분포 프로파일로부터 산출한 층후비(Case1, Case2)를 나타낸 그래프.
도 4는 층후비로부터 산출한 장입물 분포 평가 지수를 환원제비, 장입물 내진지수와 비교하여 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 의한 장입물 분포 평가 지수와 코크스비(CR)와의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 의한 장입물 분포 평가 지수와 고로 가스 이용률(ηCO)과의 상관관계를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 고로 장입물 분포 평가방법은, 고로의 상부에 설치된 장입호퍼를 통해 고로에 코크스와 철광석을 순차적으로 장입하는 단계와, 고로에 설치된 프로파일미터를 가동하여 코크스와 철광석의 장입물 분포를 측정하고 측정한 데이터를 프로파일로 형상화하는 단계와, 형상화한 프로파일로부터 코크스층 두께와 철광석층의 두께를 계산하고 노 반경 방향의 층후비를 산출하는 단계와, 산출한 노 반경 방향의 층후비로부터 장입물 분포 평가 지수를 산출하는 단계를 포함한다.
장입물은 고로의 상부에 설치된 벨리스톱 장치(BLT, Bell less top)의 장입호퍼에 일시 저장된 후 장입슈트의 경사각을 통해 고로 내에 장입된다.
장입물은 코크스와 철광석을 포함한다. 철광석은 5~10mm의 소립 소결광과 10~50mm의 대립 소결광으로 나누어 장입되고, 장입순서는 코크스, 대립 소결광, 중심 코크스, 소립 소결광 순으로 장입된다. 이러한 장입물은 매 조업시마다 고로 내에 입도가 다른 소결광들이 혼합된 철광석 및 코크스가 고로의 상부로부터 채워진다.
이렇게 채워진 철광석과 코크스의 노 중심부에서 노 벽부까지에 해당하는 노 반경 방향의 층후비는 고로 내 가스류의 분포에 가장 큰 영향인자로 작용한다. 만약, 장입물의 장입상태 불량이나 장입물 강하의 불량 등으로 철광석과 코크스의 층후비 변동이 발생하는 경우에는 고로 내의 반경 방향이나 원주 방향으로 가스의 통기 저항이 증가하는 영역이 생성되면서 비정상적인 가스류가 발생한다. 층후비는 장입물층 두께의 비율을 의미한다.
비정상적인 가스류 발생은 송풍압을 증가시켜 송풍량을 감소하므로 용선 생산량이 감소하고, 적절한 환원이나 열전달이 이루어지지 못하므로 연료비가 상승하게 된다.
고로는 원통형 용기에 가까워 노 벽부에 가까운 장입물의 부피가 전 내용적에서 차지하는 비중이 크다. 실제로 노 벽부로부터 반경 20% 내의 장입물이 전체 내용적에서 차지하는 비중은 1/3 정도나 되기 때문에 노 벽부 근처의 장입물층에 이상이 발생하면 고로 전 영역으로 파급된다.
따라서, 고로 조업시 노 벽부는 고로 내 가스류 분포 제어를 위한 층후 관리에 있어 중요한 영역이고, 노 벽부를 포함한 노 반경 방향 전영역의 철광석과 코크스의 층후 관리를 유효 적절하게 제어하는 것이 고로 조업을 안정화하는데 중요하다.
고로 내 가스류 분포를 제어하기 위해 노 반경 방향의 코크스와 철광석의 층후비를 조정한다. 층후비 조정작업을 장입 모드 변경이라 한다. 벨리스톱 장치를 이용한 고로에서의 장입 모드 변경은 고로 내용적별로 10 내지 15 단계로 나누어진 장입슈트의 경사각을 선택적으로 사용하는 것으로 이루어진다. 장입슈트의 경사각을 장입노치라 한다.
아래의 표 1은 장입 모드 변경의 일 예를 나타낸 것이다.
장입물＼장입노치 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 총 장입량
C
(ton)		 2 2 2 2 2 10ton/1회전
OL
(ton)		 2 2 2 3 3 6 18ton/1회전
OC
(ton)		 3 3ton/1회전
OS
(ton)		 2 2 2 6ton/1회전
[C:코크스, OL:대립 소결광, CC:중심 코크스, OS:소립 소결광]
표 1에 도시된 바와 같이, 고로 조업에서 코크스는 5개 내지 7개 정도의 장입노치를 사용하고, 대립 소결광은 4개 내지 6개, 소립 소결광은 2개 내지 6개 정도의 장입노치를 사용한다.
이와 같이, 여러 개의 장입노치를 사용하는 코크스와 철광석의 장입시 가스류 분포를 제어하기 위해서는 코크스와 철광석의 1회 장입을 구성하는 복수 개의 장입노치를 하나의 지수화하고, 이 지수와 가스류 분포와의 상관관계를 추적하여 장입 모드 변경의 방향을 설정할 수 있다.
그 방법은 아래의 장입물 내진지수 식으로 계산할 수 있다.
장입물 내진지수=(Ni*n)/N
여기서, Ni는 장입노치 번호, n은 장입노치에서의 장입슈트 회전수, N은 1회 장입시 사용된 장입슈트의 총선회수이다.
철광석과 코크스는 동일한 장입슈트로 낙하되어도 밀도 및 장입슈트와의 마찰계수 차이로 인해 낙하궤적이 다르다. 그런데, 장입물 내진지수는 철광석과 코크스의 밀도 차이 및 장입슈트와의 마찰계수 차이를 반영하기 어렵다.
또한, 장입물 내진지수는 철광석과 코크스의 장입시 코크스 붕괴현상에 의한 코크스와 철광석의 경계면 변동을 반영하지 못한다.
따라서, 고로 장입물 분포의 정량화와 더불어 통기성 및 환원성을 파악하여 고로 내에서의 장입물 분포를 제어하는 지수로 활용할 수 있도록 고로 장입물 분포 평가방법을 제공한다.
장입 또는 장입 모드 변경은 코크스와 철광석의 층후비를 조정하기 위해 고로 내용적별로 10 내지 15단계로 나누어진 장입노치를 선택적으로 사용하여 코크스와 철광석을 고로에 장입하는 것이다. 표 1을 참조하여 설명하면, 장입노치 1은 노 벽에 가깝고, 11은 노 중심에 가깝게 장입물을 고로에 장입하는 것이다.
장입 또는 장입 모드 변경을 통해 코크스와 철광석이 고로에 장입되면 프로파일미터를 가동하여 코크스와 철광석의 장입물 분포를 측정한다. 프로파일미터는 고로의 장입물 분포를 측정하는 설비이다.
프로파일미터가 측정한 데이터는 프로파일로 형상화한다. 프로파일미터는 코크스와 철광석의 장입시마다 고로 상부에서 장입물까지의 거리를 측정하여 프로파일을 형상화한다.
프로파일로 형상화하면 코크스(C), 대립 소결광(OL), 중심 코크스(CC), 소립 철광석(OS)의 두께 및 노 반경 방향의 철광석과 코크스의 경계면 변동 측정이 가능하다.
프로파일로 형상화한 후에는 형상화한 프로파일로부터 코크스층 두께와 철광석층의 두께를 계산하고 노 반경 방향의 층후비를 산출한다. 노 반경 방향의 층후비는 철광석층 두께/코크스층 두께로 산출한다.
산출한 노 반경 방향의 층후비로부터 장입물 분포 평가 지수를 산출한다. 장입물 분포 평가 지수는 노 반경 방향의 층후비의 표준편차이다.
장입물 분포 평가 지수를 산출하는 단계에서 산출된 지수는 1.8 이상이고 값이 클수록 강한 중심류 조업으로 평가하고, 1.8 미만이고 0에 가까울수록 고효율 조업으로 평가한다.
중심류 조업은 노 중간부와 노 벽부의 광석 층후가 비대해 광석이 적은 노 중심부에 가스 통로가 확보된다. 중심류 조업은 노 중간부와 노 벽부의 지나친 광석 장입으로 환원반응이 미약하여 통기저항지수는 낮아지지만 환원정체층이 확장되어 노 벽부의 불활성화 현상이 나타난다.
이러한, 중심류 조업은 노 중심부에 가스 통로가 확보되어 가스 이용률이 감소되어 코크스비가 증가된다.
고효율 조업은 노 반경 방향의 광석 층후가 균일하여 통기성 및 가스 이용율이 우수한 상태이다. 고효율 조업은 가스의 원주방향 통기성이 확보되어 가스 이용률이 증대되고 코크스비가 감소하여 안정적인 고로 조업이 가능하다.
장입물 분포 평가 지수를 수학식 1에 대입하여 코크스비(CR)를 예측할 수 있다.
<수학식 1>
코크스비(CR)= 6.76X+296.84
여기서, X는 장입물 분포 평가 지수
장입물 분포 평가 지수와 코크스비의 상관관계를 회귀분석방법으로 도출한 결과 수학식 1과 같은 상관관계가 도출되었으며 상관계수(R2)가 0.66으로 높았다.
장입물 분포 평가 지수를 수학식 2에 대입하여 고로 가스 이용률(ηCO)를 예측할 수 있다.
<수학식 2>
고로 가스 이용률(ηCO)=-1.45X+49.97
여기서, X는 장입물 분포 평가 지수
장입물 분포 평가 지수와 고로 가스 이용률과의 상관관계를 회귀분석방법으로 도출한 결과 수학식 2와 같은 상관관계가 도출되었으며 상관계수(R2)가 0.66으로 높았다.
장입물 분포 평가 지수가 산출되고, 코크스비, 고로 가스 이용률이 예측되면 이를 작업자가 확인하도록 알람 설정한다.
작업자는 장입물 분포 평가 지수, 코크스비, 고로 가스 이용률, 용선온도 등의 데이터를 토대로 가스 흐름을 원활하게 하는 고효율 조업을 수행할 것인지 중심류 조업을 수행할 것인지를 결정할 수 있다.
예를 들어, 장입물 분포 평가 지수가 0.74이고, 용선온도가 1490℃ 미만으로 낮을 경우에는 강한 중심류 조업을 수행하는 장입 모드 변경으로 용선온도를 높일 수 있고, 장입물 분포 평가 지수가 1.8일 경우 고효율 조업을 수행하는 장입 모드 변경으로 노 벽부 통기성을 개선하고 환원정체영역을 최소화하여 고로 조업을 안정화시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명을 실시예를 통해 설명한다.
<실시예>
장입 모드 변경 후, 프로파일미터를 가동하여 코크스, 대립 소결광, 중심 코크스, 소립 소결광의 장입시마다 고로 상부에서 장입물까지의 거리를 측정한다. 측정한 데이터는 프로파일로 형상화한다.
프로파일로 형상화한 그래프가 도 2의 Case1(a), Case2(b)로 나타난다.
도 2의 (a),(b)에 의하면, 대립 소결광과 코크스는 노 반경 방향에 층상으로 적층되게 장입되며, 중심 코크스는 주로 고로 중심부에 장입된다.
도 2의 장입물 분포 프로파일로부터 노 반경 방향의 층후비를 산출한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 노 반경 방향의 층후비는 코크스층 두께에 대한 철광층 두께 비로 산출한다. 노 반경 방향의 층후비가 산출되면 노 반경 방향의 층후비의 표준편차를 산출한다. 산출한 표준편차가 장입물 분포 평가 지수가 된다.
도 3에 의하면, 노 벽부와 노 중간부의 광석 층후가 비대한 Case1은 노 반경 방향의 층후비의 표준편차가 1.88이고, 노 반경 방향으로 광석 층후가 균일한 Case2는 노 반경 방향의 층후비의 표준편차가 0.74로 산출된다.
Case1의 경우 중심류 조업으로 판단하고, Case2의 경우 고효율 조업으로 판단한다.
노 반경 방향의 층후비의 표준편차 즉, 장입물 분포 평가 지수가 0에 가까울 수록 고효율 조업이고, 장입물 분포 평가 지수가 클수록 강한 중심류 조업이 된다.
상술한 방법에 의해 산출하는 장입물 분포 평가 지수는, 도 4에 도시된 바와 같이, 현 조업에 대한 상태를 판단하기 어려운 장입물 내진지수(b)와 달리 환원제비와 그래프(a)와 유사한 패턴을 나타내어 현 조업에 대한 상태 판단이 용이하다.
또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 장입물 분포 평가 지수는 고로 가스 이용률 및 코크스비(CR)와 상관도가 높아 고로 가스 이용률과 코크스비도 예측 가능하다.
또한, 고로장입물 분포 평가 지수를 근거로 한 장입 모드 변경은 노 벽부 환원분화 및 환원정체영역을 최소화하여 노 벽부 통기성을 개선하고 송풍압과 통기저항지수를 감소시켜 고로 조업을 안정화할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 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.

Claims (8)

  1. 고로에 설치된 프로파일미터를 가동하여 상기 고로 내에 장입되는 코크스와 철광석의 장입물 분포를 측정하고 측정한 데이터를 프로파일로 형상화하는 단계;
    상기 형상화한 프로파일로부터 코크스층 두께와 철광석층의 두께를 계산하고 노 중심에서 노 벽에 해당하는 노 반경 방향의 층후비를 산출하는 단계;
    상기 산출한 노 반경 방향의 층후비로부터 장입물 분포 평가 지수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 장입물 분포 평가방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로파일로 형상화하는 단계는,
    상기 프로파일미터가 상기 코크스와 철광석의 장입시마다 고로 상부에서 장입물까지의 거리를 측정하여 상기 코크스와 철광석의 장입물 분포를 측정하고, 프로파일로 형상화하는 것을 특징으로 하는 고로 장입물 분포 평가방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 노 반경 방향의 층후비는 철광석층 두께/코크스층 두께로 산출하는 것을 특징으로 하는 고로 장입물 분포 평가방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 장입물 분포 평가 지수는 상기 노 반경 방향의 층후비의 표준편차인 것을 특징으로 하는 고로 장입물 분포 평가방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 코크스와 철광석은 코크스, 대립 소결광, 중심 코크스, 소립 소결광 순서로 장입되는 것을 특징으로 하는 고로 장입물 분포 평가방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 장입물 분포 평가 지수를 산출하는 단계에서 산출된 지수는
    1.8 이상이고 값이 클수록 강한 중심류 조업으로 평가하고,
    1.8 미만이고 0에 가까울수록 고효율 조업으로 평가하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 고로 장입물 분포 평가방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 장입물 분포 평가 지수를 산출하는 단계에서 산출된 지수를 하기의 수학식 1에 대입하여 코크스비(CR)를 예측하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 고로 장입물 분포 평가방법.
    <수학식 1>
    코크스비(CR)= 6.76X+296.84
    여기서, X는 장입물 분포 평가 지수
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 장입물 분포 평가 지수를 산출하는 단계에서 산출된 지수를 하기의 수학식 2에 대입하여 고로 가스 이용률(ηCO)를 예측하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 고로 장입물 분포 평가방법.
    <수학식 2>
    고로 가스 이용률(ηCO)=-1.45X+49.97
    여기서, X는 장입물 분포 평가 지수
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