KR101412280B1

KR101412280B1 - 미분탄 취입성 예측방법

Info

Publication number: KR101412280B1
Application number: KR1020130047860A
Authority: KR
Inventors: 최원석; 김혁
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-06-26

Abstract

본 발명은 미분탄 취입성 예측방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 미분탄 취입성 예측방법은, 미분탄 시료들의 취입성 지수를 시료별로 측정하는 미분탄 취입성지수 측정단계와, 상기 시료들의 SiO₂/Al₂O₃ 함량을 각각 측정하는 미분탄 점착성지수 측정단계와, 상기 미분탄 점착성지수 측정단계와 상기 미분탄 취입성지수 측정단계에서 측정된 값들의 상관관계를 도출하는 도출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면,미분탄 점착성지수와 미분탄 취입성지수의 상관관계를 도출하여 배관의 막힘현상과 미분탄 취입성 불량을 미연에 방지함과 동시에 안정적이고 효과적으로 고로에 미분탄을 취입할 수 있는 장점이 있다.

Description

미분탄 취입성 예측방법{METHOD FOR INJECTION ABILITY OF COAL TO PREDICT USED IT}

본 발명은 미분탄 취입성 예측방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 미분탄 점착성지수와 미분탄 취입성지수의 상관관계를 도출하여 배관의 막힘현상과 미분탄 취입성 불량을 미연에 방지함과 동시에 안정적이고 효과적으로 고로에 미분탄을 취입할 수 있는 미분탄 취입성 예측방법에 관한 것이다.

일반적으로 용광로에서 용선을 생산하는 조업은 용광로 상부에서 코크스와 소결광을 순차적으로 반복하여 장입하고, 용광로의 하부에서 고온, 고압의 공기를 송풍하여 코크스를 연소시켜 발생하는 열과 환원 가스로 소결광을 환원 용융하여 용선을 제조하고, 제조된 용선은 용광로의 하부에서 배출하는 작업이 연속적으로 이루어지는 것이다.

그리고 상기 용광로의 하부에는 소결광을 환원 용융하기 위한 고온, 고압의 공기, 즉 열풍을 용광로 내부로 공급하기 위한 풍구가 구비되며, 상기한 풍구를 통해 열풍 및 미분탄이 함께 취입되고 있다.

여기에서 열풍과 함께 취입하는 미분탄은 소결광을 환원 용융시키기 위한 환원재 및 연료로 사용되는 것이다.

이와 관련된 선행기술로는 국내공개특허공보 제2002-0028346호(2002.04.17. 공개, 고로에서의 미분탄 연소성 평가 방법)가 있다.

본 발명의 목적은 미분탄 점착성지수와 미분탄 취입성지수의 상관관계를 도출하여 배관의 막힘현상과 미분탄 취입성 불량을 미연에 방지함과 동시에 안정적이고 효과적으로 고로에 미분탄을 취입할 수 있는 미분탄 취입성 예측방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 미분탄 취입성 예측방법은, 반무연탄과 미점탄이 포함된 미분탄 시료들의 취입성지수를 측정하는 미분탄 취입성지수 측정단계와, 상기 미점탄의 회분에 포함된 SiO₂/Al₂O₃ 비를 각각 측정하는 미분탄 점착성지수 측정단계와, 상기 미분탄 점착성지수 측정단계와 상기 미분탄 취입성지수 측정단계에서 측정된 값들의 상관관계를 도출하는 도출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미분탄 취입성지수 측정단계는, 상기 시료들의 파쇄도를 측정하는 파쇄도 측정단계와, 상기 시료들의 고유수분을 측정하는 수분 측정단계와, 상기 시료들의 안식각을 측정하는 안식각 측정단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측정된 시료들의 파쇄도, 고유수분 및 안식각을 이용하여

[수학식 1]

미분탄 취입성 지수=-1.5*안식각-31.1*고유수분함량-0.2*파쇄도+143.7에 의해 미분탄의 취입성지수를 계산하는 계산단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 [수학식 1]에 따른 미분탄 취입성지수가 32 이하의 값일 때 최적의 취입성을 가지는 시료인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도출단계는 하기의 수학식

[수학식 2]

미분탄 취입성 지수=-17.707*시료의 SiO₂/Al₂O₃ 함량+67.263을 만족하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 [수학식 2]에 따른 시료의 SiO₂/Al₂O₃ 함량은 1.8 이상의 값일 때 최적의 취입성을 가지는 시료인 것을 특징으로 한다.

이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 미분탄 점착성지수와 미분탄 취입성지수의 상관관계를 도출하여 배관의 막힘현상과 미분탄 취입성 불량을 미연에 방지함과 동시에 안정적이고 효과적으로 고로에 미분탄을 취입할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 분체의 안식각 측정장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 미분탄의 취입성을 예측하기 위한 단계를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에서 미분탄의 안식각을 측정하는 단계를 구성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 실제 고로조업에서 SiO₂/Al₂O₃ 비에 따른 미분탄 취입편차를 나타낸 도면이다.
도 6은 [표 1]에 나타낸 미분탄 점착성지수와 미분탄 취입성지수의 상관관계를 나타낸 선형그래프이다.

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, 미분탄의 안식각 측정장치에 대해 설명한다.

미분탄 안식각 측정장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 지면에 위치하는 베이스플레이트(100)와, 상기 베이스플레이트(100)에 일측이 힌지결합되는 경사플레이트(200)와, 지상에 고정되는 구동모터(300)와, 상기 구동모터(300)의 회전축(310)에 권취되고 말단이 상기 경사플레이트(200)의 타측에 고정되는 와이어(400) 및 상면이 개구되어 내부에 미분탄(20)이 충진되며 상기 경사플레이트(200)의 상면에 위치되는 용기(10)를 포함하여 구성된다.

상기 베이스플레이트(100)는 지면에 위치하여 상기 베이스플레이트(100)에 힌지결합되는 경사플레이트(200)를 기울일 때 흔들리지 않도록 소정의 중량을 가지도록 제작되는 것이 바람직하다.

상기 경사플레이트(200)는 일측이 상기 베이스플레이트(100)에 힌지결합되고 타측은 상기 구동모터(300)의 회전축(310)에 권취되는 와이어(400)의 말단이 연결되어 상기 베이스플레이트(100)와 결합된 힌지축을 중심으로 회전되어 기울어지게 된다.

상기 구동모터(300)는 전원이 인가되면 450 내지 550rpm의 속도로 회전축(310)을 회전시켜 상기 경사플레이트(200)의 타측을 들어올리는 와이어(400)를 권취하게 된다.

상기 용기(10)는 미분탄(20)이 충진되는 것으로서 본 발명에서는 바닥면이 평평하고 깊이는 20mm, 직경은 100mm인 원형의 홈이 형성되어 미분탄(20)이 충진되는 공간을 형성하고, 높이가 50mm인 용기(10)를 사용하였다.

상기 경사플레이트(200)에는 실험 중 상기 용기(10)에 충진된 미분탄(20)이 무너져 내리는 경사각, 즉 미분탄(20)의 안식각을 즉시 확인 할 수 있도록 각도계(210)가 구비된다.

그리고 상기 경사플레이트(200)를 기울일 때 경사플레이트(200)의 상면에서 용기(10)가 미끄러지는 것을 방지하기 위하여 상기 경사플레이트(200)의 상면에는 상기 용기(10)를 고정할 수 있는 고정부재(220)가 구비된다.

상기 고정부재(220)는 용기(10)가 움직이지 않도록 하는 것으로 본 발명에서는 외면이 원형인 용기(10)를 고정하기 위하여 경사플레이트(200)의 상면에 소정의 간격으로 이격되어 돌출되도록 한 쌍의 스토퍼를 구비한다.

그러나 상기 고정부재(220)는 상기 스토퍼에 한정하지 않고, 경사플레이트(200)의 상면에 상기 용기(10)가 안착될 수 있는 홈을 형성하거나, 또는 상기 용기(10)의 외면을 취부할 수 있는 클램프 등 상기 용기(10)를 고정할 수 있는 수단이라면 모두 적용이 가능하다.

다음으로 도 2 내지 도 4를 참조하여 상기한 미분탄 안식각 측정장치를 이용하여 미분탄의 취입성을 예측하는 방법을 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미분탄 취입성 예측방법은, 미분탄 취입성지수 측정단계(S100)와, 미분탄 점착성지수 측정단계(S200) 및 상기 미분탄 취입성지수와 미분탄 점착성지수와의 상관관게를 도출하는 도출단계(S300)를 포함한다.

먼저, 미분탄 취입성지수 측정단계(S100)에 대해 설명한다.

미분탄 취입성지수 측정단계(S100)는 미분탄 시료들의 파쇄도를 측정하는 파쇄도 측정단계(S110), 상기 미분탄 시료들의 고유수분을 측정하는 고유수분 측정단계(S120), 상기 미분탄 시료들의 안식각을 측정하는 안식각 측정단계(S130) 및 상기 측정된 미분탄 시료들의 파쇄도와 고유수분 및 안식각을 이용하여 하기의 [수학식 1]에 의해 미분탄의 취입성 지수를 계산하는 계산단계(S140)를 포함한다.

또한, 상기 계산단계(S140) 이후에는 계산단계에서 계산된 값에 의해 미분탄의 취입성을 판단하는 미분탄 취입성 판단단계(S150)가 더 포함될 수 있다.

[수학식 1]

미분탄 취입성지수=-1.5*안식각-31.1*고유수분함량-0.2*파쇄도+143.7

상기 미분탄(20)의 파쇄도는 석탄의 경도를 표시하는 값(HGI, Hardgrove Grindability Index)이고, 고유수분은 석탄이 고유하게 함유하고 있는 수분이며, 외부조건에 영향을 받지 않는 온도(107℃)에서 증발하는 수분(IM, Inherent Moisture)을 일컫는다.

특히, 상기 미분탄(20)의 안식각을 측정하는 단계는 용기(10)의 상부에 체를 배치하는 체 배치과정(S131)과, 상기 체에 미분탄(20)을 공급하여 용기(10)에 미분탄(20)을 충진하는 충진과정(S132)과, 상기 충진과정(S132) 후 스크래퍼를 이용하여 상기 체의 바닥면을 긁어내어 미분탄(20)의 표면이 용기(10)의 상면과 일치되도록 하는 다듬기과정(S133)과, 상기 다듬기과정(S230) 후 각도계(210)가 구비된 경사플레이트(200)에 용기(10)를 위치시켜 경사플레이트(200)를 기울이는 기울기과정(S134) 및 상기 기울기과정(S134) 중 용기(10)에 충진된 미분탄(20)이 무너지기 시작하는 경사플레이트(200)의 경사각을 측정하는 안식각 측정과정(S135)을 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 용기(10)의 상부에 체를 올려놓고 상기 체를 통하여 용기(10)에 미분탄(20)을 충진하는 것이다. 이는 상기 용기(10)에 미분탄(20) 충진시 압력이 발생하여 용기(10) 내에서 미분탄(20)이 압착되거나, 또는 서로 뭉치지 않도록 하기 위함이다.

상기 미분탄(20)이 용기(10)의 상부, 즉 체로 돌출되도록 충분히 충진한 후에 스크래퍼를 이용하여 체의 바닥면을 긁어내어 돌출된 미분탄(20)을 제거함과 동시에 충진된 미분탄(20)의 표면이 용기(10)의 상면(미분탄(20)이 충진되는 공간의 테두리 부분)과 동일한 높이가 되도록 다듬는다.

이는 상기와 같이 다듬기과정을 거치지 않는다면 미분탄(20)은 원뿔형으로 쌓이게 되는데 이 상태에서 경사플레이트(200)를 기울이게 되면 미분탄(20)의 안식각을 정확하게 측정할 수 없기 때문이다.

이후, 상기 구동모터(300)를 작동시켜 450 내지 550rpm의 회전속도로 회전축(310)에 권취된 와이어(400)를 감아 경사플레이트(200)의 타측을 들어 올린다.

또한, 상기 경사플레이트(200)가 계속해서 기울여지는 중 용기(10)에 충진된 미분탄(20)의 표면이 무너져 내리는 경사 각도를 측정함으로서 미분탄(20)의 안식각을 측정할 수 있다.

실험예

상기 미분탄(20)의 탄종에 따라 A 내지 T로 분류하고, 각 탄종의 고유수분과 파쇄도를 측정하며, 상술한 바와 같은 미분탄의 안식각 측정장치를 이용하여 각 미분탄(20)의 안식각을 측정한다.

상기 미분탄(20)의 안식각을 측정하기 위하여 각 탄종의 입도와 수분이 동일한 조건인 상태에서 실시하였으며, 상기 용기(10)는 지름이 100mm, 높이 50mm, 그리고 미분탄(20)이 충진되는 깊이가 20mm인 것을 이용하였다.

상기 미분탄(20)을 체를 통하여 용기(10)에 충진하고 스크래퍼로 체의 바닥면을 긁어서 미분탄(20) 표면이 용기(10)의 상면(미분탄(20)이 충진되는 홈의 테두리부분)과 높이가 일치되도록 다듬고, 미분탄(20)이 충진된 용기(10)를 경사플레이트(200)의 상면에 위치시킨다.

이때, 상기 경사플레이트(200)가 기울여질 경우에도 용기(10)가 움직이지 않도록 상기 용기(10)가 고정부재(220)에 걸리도록 한다.

또한, 상기 구동모터(300)를 작동하여 와이어(400)를 권취시키고 이에 따라 경사플레이트(200)의 타측이 들리면서 경사플레이트(200)가 기울여지게 되는데, 상기 경사플레이트(200)의 용기(10)에 충진된 미분탄(20)의 표면이 무너져 내리는 순간 상기 구동모터(300)의 작동을 중지하여 경사플레이트(200)에 구비된 각도계(210)로 경사각도(미분탄의 안식각에 해당)를 측정한다.

[표 1]

· IM(Inherent Moisture) : 석탄에 고유하게 함유하고 있는 수분으로 외부조건에 영향을 받지 않는 온도(107℃)에서 증발하는 수분.

· AoR(Angle of Repose) : 미분탄의 안식각.

· HGI(파쇄도, Hardgrove Grindability Index) : 석탄의 경도를 표시하는 값.

· IA(취입성, Injection Ability) : 본 발명의 [수학식 1]에 의해 계산된 미분탄의 취입성지수.

· SiO₂/Al₂O₃(실리카/알루비나) : 본 발명의 [수학식 2]에 의해 계산된 미분탄의 점착성지수.

상기 [표 1]은 A 내지 T 미분탄 시료에 대한 고유수분함량, 안식각, 파쇄도 및 미분탄 취입성지수를 비교하기 위한 것이다.

또한, 미분탄 점착성지수 측정단계는 미분탄 시료들에 포함된 SiO₂/Al₂O₃의 함량을 각각 측정하는 단계로서, 미분탄은 고로에 보조연료로써 노내의 열량공급 및 환원가스의 공급을 목적으로 발열량이 우수한 반무연탄과 휘발분 함량이 높아 연소성이 우수한 미점탄을 일정 비율로 혼합되어 노내에 취입된다.

상기와 같은 반무연탄과 미점탄은 휘발분의 함량을 기준으로 분류되며, 미분탄들의 탄종 및 탄종의 혼합 비율에 따라 SiO₂/Al₂O₃의 비가 낮을수록 카올리나이트(Kaolinite, Al₂Si₂O5(OH)₄)와 같이 점착성이 우수한 성분의 함량이 높아져 배관 내에서 입자 간 또는 배관의 내주면에 점착 및 고착되어 취입성이 저하된다.

미분탄의 공업분석에 따르면, 반무연탄은 미분탄 총 중량 대비 휘발분 9~15중량%, 회분(Ash)이 8.5~12.3중량%, 미점탄은 미분탄 총 중량대비 휘발분 19~35중량%, 회분(Ash)7.5~9.8중량%을 갖는다.

또한, 상기 탄종별 회분의 성분을 분석하면, SiO₂는 전체 중량 대비 42~62중량%, Al₂O₃는22~34중량% 및 기타(Fe₂O₃, CaO, MgO, NaO₂, K₂O 등)13~31중량%로 구성되며, SiO₂/Al₂O₃ 는 1.19~3.09의 값을 갖는다.

도 5에는 미점탄의 회분에 포함된 SiO₂/Al₂O₃의 비에 따른 실제 고로의 미분탄 취입편차를 나타낸 그래프가 도시되어 있는데, SiO₂/Al₂O₃의 값이 1.8 이하일 경우에는 미분탄 취입편차가 불안하지만, 1.8 이상일 경우에는 미분탄 취입편차가 현저하게 줄어드는 것으로 측정되었다.

여기서, 미분탄 취입편차는 미분탄의 목표 취입량과 실제 취입량의 차이를 나타낸다.

이에 따라, [표 1]에 나타낸 시료들 중, 미분탄 점착성지수의 값이 1.8 이상인 A,C,F,G,L,M,N 및 O는 점착성이 낮은 시료들이고, 점착성이 높은 시료들은 B,D,E,H,I,J,K,P,Q,R,S 및 T임을 알 수 있으며, 미분탄 점착성지수의 값이 1.8 이상인 시료들은 모두 미분탄 취입성지수가 32 이하인 것을 만족한다.

또한, 이를 본 발명에 따른 미분탄의 취입성을 예측하는 방법에 제시된 [수학식 1]에 의해 계산된 IA의 결과 값과 비교하면, IA 값을 통하여 취입성이 우수한 것으로 예측되는 미분탄은 A,C,F,G,L,M,N 및 O이고, 우수하지 못한 미분탄은 B,D,E,H,I,J,K,P,Q,R,S 및 T임을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 미분탄 취입성 예측방법에서는 미분탄 점착성지수의 값이 1.8 이상, 미분탄 취입성지수가 32 이하일 경우 미분탄의 취입성이 우수한 것으로 볼 수 있다.

도 6에는 [표 1]에 나타낸 미분탄 점착성지수와 미분탄 취입성지수의 상관관계를 나타낸 선형그래프가 도시되어 있는데, 도 6에 도시된 바와 같이, 미분탄 점착성지수와 미분탄 취입성지수는 서로 반비례관계를 가지며, 하기의 [수학식 2]

[수학식 2]

미분탄 취입성 지수=-17.707*시료의 SiO₂/Al₂O₃ 함량+67.263

를 만족하고, 상관관계 R²=0.8367을 갖는다.

여기서, 상관관계는 두 변위량 x, y에 있어서, x의 변화와 y의 변화 사이에 어떤 관계가 있을 때, 이러한 관계를 상관관계라 하고, 두 변위량 x, y 사이에는 상관관계가 있다고 한다.

본 발명에서는 미점탄의 회분(Ash)에 포함된 SiO₂/Al₂O₃의 비를 미분탄의 점착성지수라 하고, 이 점착성지수와 상술한 미분탄 취입성지수의 상관관계를 도출하는 것이 특징이다.

상기와 같이 미분탄 점착성지수와 미분탄 취입성지수의 상관관계를 도출하여 배관의 막힘현상과 미분탄 취입성 불량을 미연에 방지함과 동시에 안정적이고 효과적으로 고로에 미분탄을 취입할 수 있다.

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-용기 20-미분탄
100-베이스플레이트 200-경사플레이트
210-각도계 220-고정부재
300-구동모터 310-회전축
400-와이어

Claims

반무연탄과 미점탄이 포함된 미분탄 시료들의 취입성지수를 측정하는 미분탄 취입성지수 측정단계와,
상기 미점탄의 회분에 포함된 SiO₂/Al₂O₃ 비를 각각 측정하는 미분탄 점착성지수 측정단계와,
상기 미분탄 점착성지수 측정단계와 상기 미분탄 취입성지수 측정단계에서 측정된 값들의 상관관계를 도출하는 도출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미분탄 취입성 예측방법.
청구항 1에 있어서,
상기 미분탄 취입성지수 측정단계는,
상기 시료들의 파쇄도를 측정하는 파쇄도 측정단계와,
상기 시료들의 고유수분을 측정하는 수분 측정단계와,
상기 시료들의 안식각을 측정하는 안식각 측정단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 미분탄 취입성 예측방법.
청구항 2에 있어서,
상기 측정된 시료들의 파쇄도, 고유수분 및 안식각을 이용하여
[수학식 1]
미분탄 취입성 지수=-1.5*안식각-31.1*고유수분함량-0.2*파쇄도+143.7
에 의해 미분탄의 취입성지수를 계산하는 계산단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 미분탄 취입성 예측방법.
청구항 3에 있어서,
상기 [수학식 1]에 따른 미분탄 취입성지수가 32 이하의 값일 때 최적의 취입성을 가지는 시료인 것을 특징으로 하는 미분탄 취입성 예측방법.
청구항 1에 있어서,
상기 도출단계는 하기의 수학식
[수학식 2]
미분탄 취입성 지수=-17.707*시료의 SiO₂/Al₂O₃ 함량+67.263
을 만족하는 것을 특징으로 하는 미분탄 취입성 예측방법.
청구항 5에 있어서,
상기 [수학식 2]에 따른 시료의 SiO₂/Al₂O₃ 함량은 1.8 이상의 값일 때 최적의 취입성을 가지는 시료인 것을 특징으로 하는 미분탄 취입성 예측방법.