KR101417517B1 - 고로 모사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치는 장입물과 반응가스의 화학반응으로 시료가 형성되도록, 상기 장입물과 상기 반응가스가 공급되어 반응하는 모사반응로, 상기 반응가스가 하측에서 상측으로 이동되게 상기 모사반응로와 연결되는 가스공급수단 및 상기 장입물이 중력에 의해 하측으로 이동하며 반응하도록, 상기 모사반응로와 연결되어 상기 장입물을 제공하는 장입수단을 포함할 수 있다.

Description

고로 모사장치{Blast furnace simulation apparatus}
본 발명은 고로 모사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응가스는 하측에서 상측으로 이동되게 제공하고, 장입물은 중력에 의해 상측에서 하측으로 이동되게 제공한 발명에 관한 것이다.
고로 조업은 소결광 및 정립광 등의 철광석을 코크스와 함께 고로내부에 장입 연소시킴으로써 철광석을 가열 환원 및 용해시켜 제강원료인 용선을 만들어내는 작업이다.
이러한 고로 조업에 있어서 철광석 및 코크스 등의 장입물은 고로 상부에 배치된 장입 장치를 통해 고로 내부로 장입되어지게 되는데, 이때 장입된 원료가 고로 내의 어느 한쪽으로 편중됨이 없이 고르게 분포되어 장입되거나, 환원반응이 정상적으로 이루어져야 양호한 고로 작업이 이루어지게 됨은 물론이다.
특히, 반응가스와 상기 장입물의 환원반응에 의한 결과는 제강원료의 품질에 큰 영향을 미치는바 이에 대한 평가가 실시되어야 한다.
즉, 용철 제조장치인 고로는 대량의 연원료와 고온의 공기를 사용하여 용철을 제조하기 위해, 고로의 조업을 보다 경제적으로 수행하기 위한 기술개발이 필요하고, 개발된 기술의 실현을 위해서는 기술개발의 효과를 확인해야할 필요가 있다.
이와 같이, 기술개발 효과의 확인을 직접 고로에 적용하기에는 경제적으로나 조업적으로 많은 위험성이 있기 때문에 간접적인 확인과정이 사용되고 있다.
즉, 고로 내의 작업 결과를 평가하기 위한 실험장치로는 환원성 평가설비, 환원분화성 평가설비 등이 있으며, 경우에 따라서는 소형의 용광로를 구비하여 고로 내의 작업 결과를 예비적으로 확인을 하고 있다.
그러나, 개별 실험장치로 그 기술개발의 효과를 확인하기는 부족한 점이 있고, 소형의 용광로를 보유하여 시험조업을 하는 것도 비경제적인 문제점이 있다.
종래의 기술은 도 1에 도시된 바와 같이, 코크스와 광석 등의 장입물(s)을 채운 반응관과 상기 반응관을 가열시키는 가열로(H)로 구성되어 있었다.
여기서, 반응가스(g)와 장입물(s)의 향류(counter current)를 모사하여 고로와 같은 환경을 조성하기 위해서, 상기 장입물(s)은 고정되어 제공하고, 가열로(H)는 상부에서 하부로 이동시키도록 제공하며, 반응가스(g)는 상단부로 인입시키고 하단으로 배출하는 구조로 제공되었다.
이와 같은 종래의 장치에 의하면 반응가스(g)와 장입물(s)의 향류식 반응이 이루어지도록 실제 고로와 같은 환경을 조성할 수는 있으나, 가열로(H)를 상하로 이동시키기 위해서는 많은 장치가 필요하고, 반응이 정상상태를 유지하기 위해서는 가열로의 높이가 2m정도인 종래기술에서는 반응관의 높이가 6m가 넘어야 하고, 이를 포함한 장치 전체 높이가 약 10m에 이르는 등의 문제점이 있었다.
또한, 장입물(s)이 움직이지 않기 때문에, 장입물(s)의 강하시 발생되는 장입물(s)의 성분 분화 등의 실제 고로 내에서의 환경을 유사하게 모사할 수 없는 부분 등이 있는 문제점도 있었다.
따라서, 실제 고로와 유사한 조건을 부여하여 신뢰성 있는 평가 결과를 얻을 수 있는 고로 모사장치에 대한 연구가 필요하게 되었다.
본 발명의 목적은 장입물과 반응가스의 향류 흐름 및 장입물의 인입으로 성분 분화 발생 등의 실제 고로와 유사한 조건을 부여하는 동시에, 장치를 비교적 소형화할 수 있는 고로 모사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치는 장입물과 반응가스의 화학반응으로 시료가 형성되도록, 상기 장입물과 상기 반응가스가 공급되어 반응하는 모사반응로, 상기 반응가스가 하측에서 상측으로 이동되게 상기 모사반응로와 연결되는 가스공급수단 및 상기 장입물이 중력에 의해 하측으로 이동하며 반응하도록, 상기 모사반응로와 연결되어 상기 장입물을 제공하는 장입수단을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 모사반응로는 상기 시료의 온도를 측정토록 상기 모사반응로의 내측중심부에 제공되는 제1온도측정부를 포함하며, 상기 제1온도측정부는 내부온도센서 및 상기 온도센서가 내부에 제공되도록 관형상으로 형성되며, 상기 모사반응로 내부의 중공 크기를 하단부에서 크게 제공토록 상기 모사반응로의 상단부에서 하단부로 갈수록 단면적을 작게 형성하여 제공되는 쉴드관을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 모사반응로는 상기 모사반응로의 외측부에 제공되어 온도를 측정하는 제2온도측정부 및 상기 모사반응로의 단면 방향의 온도를 제어토록, 상기 제1온도측정부 및 상기 제2온도측정부와 연결된 온도제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 모사반응로는 상단부에서 하단부로 갈수록 내부 중공의 단면적을 크게 형성하게 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 모사반응로는 일정온도를 유지토록, 단열되어 제공되는 상단부 및 상기 장입물과 반응가스를 가열하게 제공되는 하단부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 가스공급수단은 상기 반응가스를 예열하게 제공되는 가스예열부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 시료의 환원정도를 평가토록 제공되는 환원평가수단을 더 포함하며, 상기 환원평가수단은 상기 모사반응로의 길이 방향을 따라 제공되는 가스샘플링부 및 상기 가스샘플링부에서 채취한 반응가스를 분석하는 가스분석부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 시료를 원심력에 의해 배출하도록, 상기 모사반응로의 하단부에 제공되는 시료배출수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 장입수단은 장입물이 저장된 하단호퍼 및 상기 장입물을 상기 모사반응로의 상단부로 전달토록, 상기 하단호퍼 및 상기 모사반응로와 연계되어 제공되는 승강부를 포함할 수 있다.
본 발명의 고로 모사장치에서는 반응가스는 하측에서 상측으로 이동하게 제공하고, 장입물은 중력에 의해 상측에서 하측으로 이동하게 제공할 수 있어, 실제 고로와 같은 향류 흐름을 모사할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 장입물이 중력에 의해 하측으로 이동하게 제공함으로써, 실제 고로와 같이 장입물 성분의 중량에 따른 성분 분화의 조건도 부여할 수 있는 이점도 있다.
이에 의해, 고로의 모사에 의한 실험의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 장입물과 반응가스가 향류 흐름으로 제공될 수 있기 때문에, 장입물과 반응가스에 가열을 위한 히터가 상하로 이동하게 제공할 필요 없어, 장치를 종래에 비하여 소형화하여 제공할 수 있는 이점도 있다.
도 1은 종래의 고로 모사장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 고로 모사장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 고로 모사장치의 작동 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 고로 모사장치에서 모사반응로를 도시한 절단사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 고로 모사장치에서 시료배출수단을 도시한 정면도 및 평면도이다.
도 7은 본 발명의 고로 모사장치에서 크레인수단를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 고로 모사장치, 종래의 고로 모사장치 및 실제 고로에서의 높이별 온도분포를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 고로 모사장치는 반응가스(g)를 하측에서 상측으로 이동되게 제공하고, 장입물(c)을 중력에 의해 상측에서 하측으로 이동되게 제공한 발명에 관한 것이다.
이에 의해, 실제 고로와 같은 향류 흐름을 모사할 수 있게 되며, 실제 고로와 같이 장입물(c) 성분의 중량에 따른 성분 분화의 조건도 부여할 수 있게 됨으로써, 고로의 모사에 의한 실험의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 장입물(c)과 반응가스(g)의 향류 흐름을 제공할 수 있기 때문에, 장입물(c)과 반응가스(g)의 가열을 위한 히터(H)가 상하로 이동하게 제공할 필요 없어, 장치를 종래에 비하여 소형화하여 제공할 수 있게 된다.
구체적으로, 도 2는 본 발명의 고로 모사장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 고로 모사장치의 작동 과정을 도시한 흐름도이며, 도 8은 본 발명의 고로 모사장치(M), 종래의 고로 모사장치(L) 및 실제 고로(N)에서의 높이별 온도분포를 나타낸 그래프이다.
도 2, 도 3 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치는 장입물(c)과 반응가스(g)의 화학반응으로 시료(s)가 형성되도록, 상기 장입물(c)과 상기 반응가스(g)가 공급되어 반응하는 모사반응로(10), 상기 반응가스(g)가 하측에서 상측으로 이동되게 상기 모사반응로(10)와 연결되는 가스공급수단(20) 및 상기 장입물(c)이 중력에 의해 하측으로 이동하며 반응하도록, 상기 모사반응로(10)와 연결되어 상기 장입물(c)을 제공하는 장입수단(30)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 가스공급수단(20)은 상기 반응가스(g)를 예열하게 제공되는 가스예열부(21)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 시료(s)의 환원정도를 평가토록 제공되는 환원평가수단(40)을 더 포함하며, 상기 환원평가수단(40)은 상기 모사반응로(10)의 길이 방향을 따라 제공되는 가스샘플링부(41) 및 상기 가스샘플링부(41)에서 채취한 반응가스(g)를 분석하는 가스분석부(42)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 장입수단(30)은 장입물(c)이 저장된 하단호퍼(31) 및 상기 장입물(c)을 상기 모사반응로(10)의 상단부(11)로 전달토록, 상기 하단호퍼(31) 및 상기 모사반응로(10)와 연계되어 제공되는 승강부(32)를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 고로 모사장치는 실제 고로를 모사하여 평가하기 위해서, 모사반응로(10), 가스공급수단(20), 장입수단(30)을 포함할 수 있으며, 추가적으로 환원평가수단(40)을 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 고로 모사장치는 상기 모사반응로(10)에서 반응 후의 시료(s)를 배출하기 위해서 시료배출수단(50)을 더 포함할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 도 6a 및 도 6b를 참조하여 후술한다.
또한, 본 발명의 고로 모사장치는 상기 모사반응로(10)로 내부를 평가할 수 있도록, 상기 모사반응로(10)를 해체할 수 있는 크레인수단(60)을 더 포함할 수 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 7을 참조하여 후술한다.
상기 모사반응로(10)는 실제 고로의 모사를 위해서, 철광석 내지 코크스 등의 장입물(c)은 자중(自重)에 의해 하측으로 이동하고, 질소(g1), 수소(g2), 이산화탄소(g3) 내지 일산화탄소(g4) 등의 반응가스(g)는 상승하도록 제공하여 환원 반응 등의 화학반응으로 시료(s)가 형성된 결과가 모사될 수 있도록 제공되는 역할을 할 수 있다.
즉, 상기 모사반응로(10)는 상기 장입물(c)과 상기 반응가스(g)의 화학반응에 의해 시료(s)를 형성할 수 있도록, 상기 장입물(c)과 상기 반응가스(g)를 공급받도록 제공될 수 있는 것이다.
이와 같은 모사반응로(10)를 제공함으로써, 종래의 고로 모사장치(L)보다 실제 고로(N)에 유사한 고로 환경을 제공할 수 있게 된다. 즉, 도 8의 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 실제 고로(N)는 상부에서는 낮은 온도에 있다가 중간부에서는 환원반응과 열손실 등에 의한 등온 구역을 가지며 하부에서는 온도가 약하게 상승되는 온도분포를 보인다.
한편, 종래의 고로 모사장치(L)에서는 상부에서 온도가 약간 상승되고 중간부에는 등온구역이 약하게 보이다가 하부에서 온도가 급격히 상승하는 온도분포를 보여 실제 고로(N)와는 차이가 있어, 고로 분석의 신뢰성을 보장할 수 없었다.
그러나, 본 발명의 고로 모사장치(M)는 상부에서 온도가 상승하며, 중간부에서의 등온구역이 종래의 고로 모사장치보다는 뚜렷하게 나타나며, 하부에서의 온도가 약하게 상승되어, 종래의 고로 모사장치(L)에 비하여 실제 고로(N)의 온도 분포를 유사하게 모사함으로써, 고로 분석의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 모사반응로(10)는 상단부(11)에서 하단부(12)로 갈수록 내부 중공(中空)의 단면적이 넓어지도록 점점 크게 형성될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.
한편, 상기 모사반응로(10)는 하단부(12)에서 가열을 하여 고온환경을 형성할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명도 도 4를 참조하여 후술한다.
또한, 상기 모사반응로(10)에는 상기 모사반응로(10) 내부의 온도를 측정하기 위한 제1온도측정부(13), 제2온도측정부(14) 및 온도를 제어하기 위한 온도제어부(15)가 제공될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
상기 가스공급수단(20)은 상기 모사반응로(10)에 반응가스(g)를 공급하는 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 가스공급수단(20)은 상기 모사반응로(10)에서 상기 장입물(c)과 환원 반응 등을 위해 상기 반응가스(g)가 하측에서 상측으로 이동될 수 있도록 상기 반응가스(g)를 공급할 수 있는 것이다.
이를 위해, 상기 가스공급수단(20)은 상기 모사반응로(10)의 하단부(12)에 연결되어 상기 반응가스(g)를 공급할 수 있다. 즉, 상기 가스공급수단(20)은 반응가스(g)가 저장된 외부의 저장소에서 상기 반응가스(g)를 전달받아 관을 통하여 상기 모사반응로(10)의 하단부(12)에 상기 반응가스(g)를 공급할 수 있도록 연결될 수 있는 것이다.
한편, 상기 가스공급수단(20)은 상기 반응가스(g)를 반응온도에 근접한 온도까지 예열할 수 있는 가스예열부(21)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 가스예열부(21)에는 전기 코일 내지 고온의 가스에 의해 상기 반응가스(g)를 목표온도의 2/3 정도까지 예열시킬 수 있게 제공될 수 있는 것이다.
상기 장입수단(30)은 상기 모사반응로(10)로 상기 장입물(c)을 공급하는 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 장입수단(30)은 상기 장입물(c)이 자중에 의해서 상기 모사반응로(10)의 상측에서 하측으로 이동될 수 있도록, 상기 모사반응로(10)의 상단부(11)에 상기 장입물(c)을 공급할 수 있다.
이를 위해, 상기 장입수단(30)은 상기 모사반응로(10)의 상단부(11)에 연결되어 상기 장입물(c)을 공급할 수 있다. 즉, 상기 장입수단(30)은 상기 장입물(c)이 저장된 하단호퍼(31)에서 상기 장입물(c)을 상측으로 이동시켜 상기 모사반응로(10)로 상기 장입물(c)을 제공할 수 있도록 상기 모사반응로(10)의 상단부(11)와 연결된 승강부(32)를 제공할 수 있는 것이다.
구체적으로, 상기 하단호퍼(31)에는 외부에서 공급된 철광석 내지 코크스 등의 장입물(c)이 저장되어 제공될 수 있으며, 상기 하단호퍼(31)에 저장된 상기 장입물(c)을 상기 승강부(32)에서 상단호퍼(33)로 전달할 수 있게 된다.
또한, 상기 상단호퍼(33)에 제공된 장입물(c)은 다시 상기 모사반응로(10)로 전달되어 상기 모사반응로(10)의 상단부(11)로 상기 장입물(c)을 제공할 수 있게 된다.
여기서, 상기 승강부(32)는 상기 장입물(c)을 상기 하단호퍼(31)에서 상기 상단호퍼(33)로 전달하기 위해서, 바스켓이 제공되는 컨베이어로 제공되거나, 구동도르레에 연결된 엘리베이이터로 제공될 수 있다. 다만, 상기 승강부(32)는 상기 장입물(c)을 상측으로 이동할 수 있게 제공될 수 있다면 본 발명의 실시예에 포함될 수 있다.
한편, 상기 상단호퍼(33)는 다시 제1상단호퍼(33)와 제2상단호퍼(33)로 제공될 수 있다. 이와 같이, 제1상단호퍼(33)와 제2상단호퍼(33)를 제공하는 것은 상기 모사반응로(10)와의 압력 차이에 의한 장입물(c) 내지 반응가스(g)의 방출을 방지하기 위한 것이다.
구체적으로, 상기 하단호퍼(31)에서 상기 승강부(32)을 경유하여 상기 제2상단호퍼(33)로 장입물(c)을 전달할 때에는, 상기 제2상단호퍼(33)를 상기 하단호퍼(31)와 동일한 압력으로 유지하면서, 상기 장입물(c)을 전달받아 저장하고, 상기 제2상단호퍼(33)에서 상기 제1상단호퍼(33)로 상기 장입물(c)을 제공하는 동안에는 상기 제1상단호퍼(33)의 압력을 상기 제2상단호퍼(33)의 압력과 동일하게 유지하고, 상기 제2상단호퍼(33)에서 상기 제1상단호퍼(33)로 상기 장입물(c)이 전달하게 된다.
또한, 상기 제1상단호퍼(33)에서 상기 모사반응로(10)로 장입물(c)을 장입시킬 때에는, 상기 제1상단호퍼(33)의 압력을 상기 모사반응로(10)와 동일한 압력으로 형성하여 작업을 진행하도록 제어될 수 있다.
즉, 상기 제1상단호퍼(33)는 상기 제2상단호퍼(33)에서 상기 장입물(c)을 전달받는 동안에는 상기 모사반응로(10)와 연결된 부분은 차단하여 장입물(c) 내지 반응가스(g)의 유출입을 방지하고, 상기 모사반응로(10)로 상기 장입물(c)을 전달하는 동안에는 상기 제2상단호퍼(33)와 연결된 부분을 차단하여 상기 장입물(c) 내지 반응가스(g)의 유출입을 방지하게 제공할 수 있는 것이다.
상기 환원평가수단(40)은 상기 모사반응로(10) 내의 환원 정도를 평가하는 역학을 할 수 있다. 즉, 상기 환원평가수단(40)은 상기 장입물(c)과 상기 반응가스(g)가 반응하여 환원된 정도를 평가하여 실제 고로에서의 환원반응을 평가할 수 있도록 제공될 수 있는 것이다.
이를 위해, 상기 환원평가수단(40)은 가스샘플링부(41)와 가스분석부(42)를 포함할 수 있다.
상기 가스샘플링부(41)는 상기 모사반응로(10)에서 상기 반응가스(g) 내지 반응 후의 가스 등을 추출하는 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 가스분석부(42)로 샘플 가스를 채취하여 전달하는 역할을 하는 것이다.
이를 위해, 상기 가스샘플링부(41)는 상기 모사반응로(10)의 적어도 한 곳에 연결된 탐침과 상기 탐침에서 채취한 가스를 상기 가스분석부(42)로 보내기 위한 유체 펌프 및 상기 탐침과 상기 가스분석부(42)를 연결하는 연결관을 제공할 수 있다.
한편, 상기 탐침은 상기 모사반응로(10)의 길이 방향으로 다수 개가 제공되는 것이 상기 모사반응로(10) 전체의 정확한 가스 분포를 분석하기 위해서 바람직하나, 가스 분석의 신뢰도 및 설비 제작비를 고려할 때, 상기 모사반응로(10)의 상면, 하면, 중간부분의 3 곳에만 제공될 수도 있다.
상기 가스분석부(42)는 상기 가스샘플링부(41)에서 채취한 가스를 전달받아, 채취된 가스의 성분을 분석함으로써, 상기 모사반응로(10) 내부의 반응 정도 및 가스의 분포를 평가할 수 있는 역할을 한다.
이를 위해, 상기 가스분석부(42)는 상기 가스샘플링부(41)와 연결될 수 있으며, 메인제어부와 연결되어 상기 모사반응로(10)를 전체적으로 평가할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 고로 모사장치에서 모사반응로(10)를 도시한 절단사시도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 모사반응로(10)는 상단부(11)에서 하단부(12)로 갈수록 내부 중공의 단면적을 크게 형성하게 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 모사반응로(10)는 일정온도를 유지토록, 단열되어 제공되는 상단부(11) 및 상기 장입물(c)과 반응가스(g)를 가열하게 제공되는 하단부(12)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 상기 모사반응로(10)에서는 장입물(c)은 자중에 의해 하측으로 이동하게 제공하는 동시에, 반응가스(g)는 상측으로 이동하게 제공되어 실제 고로와 유사한 조건을 제공할 수 있는 것에 더하여, 상단부(11)에서 하단부(12)로 갈수록 내부 중공의 단면적을 크게 형성하여 제공할 수 있다.
이는 상기 철광석 내지 코크스 등의 장입물(c)이 환원반응에 의해 환원되면, 부피가 증가하기 때문에, 이를 고려하여 하측으로 갈수록 상기 모사반응로(10) 내부 중공의 단면적을 크게 제공하는 것이다.
이에 의해, 부피가 점점 증가하는 상기 장입물(c)과 상기 반응가스(g) 중 적어도 하나를 포함한 시료(s)가 하측으로 원활하게 강하할 수 있게 되는 것이다.
상기 모사반응로(10)는 상단부(11)에서 하단부(12)로 갈수록 내부 중공의 단면적을 크게 형성하기 위해서, 상기 모사반응로(10) 내부의 중공을 길이방향(y)으로 경사지게 형성하거나, 하측으로 갈수록 단면방향(x)의 면적을 감소시키도록 단턱지게 형성할 수 있다.
한편, 상기 모사반응로(10)는 상단부(11)에서 하단부(12)로 갈수록 내부 중공의 단면적을 크게 형성하기 위해서, 후술할 제1온도측정부(13)가 제공하는 쉴드관(13b)의 형상을 하측으로 갈수록 단면을 작게 형성할 수도 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
또한, 상기 모사반응로(10)는 상단부(11)와 하단부(12)로 나누어 하단부(12)에서 장입물(c)과 반응가스(g)를 가열하게 제공할 수 있다.
이와 같이, 상기 장입물(c)과 반응가스(g)를 가열함으로써, 실제 고로에서와 같이 상기 장입물(c)과 상기 반응가스(g)를 환원반응시킬 수 있게 된다. 즉, 상기 반응가스(g)는 하측에서 상측으로 상승하면서 상기 장입물(c)과 접촉하게 되고, 상기 모사반응로(10)의 하단부(12)에 히터(H)가 제공되어 상기 모사반응로(10)를 가열함으로써, 자중에 의해서 하측으로 이동하는 상기 장입물(c)은 순차적으로 가열되어 상기 반응가스(g)와 환원반응을 일으킬 수 있는 것이다.
이에 의해, 상기 장입물(c)이 순차적으로 상기 반응가스(g)와 접촉하며 환원반응을 일으키는 실제 고로의 환경과 유사하게 상기 모사반응로(10) 내부를 형성할 수 있게 되어, 신뢰성이 향상된 실험결과를 도출할 수 있게 된다.
여기서, 상기 히터(H)는 전기 코일 내지 가스 버너 등으로 제공되어 상기 모사반응로(10)의 하단부(12)를 가열할 수 있으나, 상기 장입물(c) 및 반응가스(g)와는 직접적으로 접촉되지 않도록 제공되는 것이 실험결과의 신뢰성 향상을 위해 바람직하며, 약 1200℃ 정도로 가열할 수 있다.
한편, 상기 모사반응로(10)의 상단부(11)는 상기 히터(H)에 의해서 가열하지는 않더라도, 실제 고로와 유사하게 일정온도를 유지하도록 단열되어 제공되는 것이 바람직하다.
상기 상단부(11)의 단열을 위해서 상기 장입물(c), 반응가스(g) 내지 시료(s)가 위치하는 내부 중공에 인접한 부분에 단열소재를 형상하거나, 단열중공을 형성할 수도 있으나, 안정적인 온도 유지를 위해서 상기 히터(H)와 유사하게 방열되는 열의 양과 동일한 양의 열을 공급하도록 제공할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 고로 모사장치에서 모사반응로(10)를 도시한 절단사시도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 모사반응로(10)는 상기 시료(s)의 온도를 측정토록 상기 모사반응로(10)의 내측중심부에 제공되는 제1온도측정부(13)를 포함하며, 상기 제1온도측정부(13)는 내부온도센서(13a) 및 상기 내부온도센서(13a)가 내부에 제공되도록 관형상으로 형성되며, 상기 모사반응로(10) 내부의 중공 크기를 하단부(12)에서 크게 제공토록 상기 모사반응로(10)의 상단부(11)에서 하단부(12)로 갈수록 단면적을 작게 형성하여 제공되는 쉴드관(13b)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 모사반응로(10)는 상기 모사반응로(10)의 외측부에 제공되어 온도를 측정하는 제2온도측정부(14) 및 상기 모사반응로(10)의 단면 방향의 온도를 제어토록, 상기 제1온도측정부(13) 및 상기 제2온도측정부(14)와 연결된 온도제어부(15)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 모사반응로(10)에는 상기 모사반응로(10) 내부의 온도를 측정하기 위한 제1온도측정부(13), 제2온도측정부(14) 및 온도를 제어하기 위한 온도제어부(15)가 제공될 수 있는 것이다.
상기 제1온도측정부(13)는 상기 모사반응로(10) 내부의 시료(s) 온도를 측정하도록 상기 모사반응로(10) 내부의 중공에 제공될 수 있다. 즉, 상기 제1온도측정부(13)는 상기 모사반응로(10)의 중앙에 제공됨으로써, 측정된 상기 시료(s)의 온도에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
이를 위해, 상기 제1온도측정부(13)는 내부온도센서(13a) 및 쉴드관(13b)을 제공할 수 있다. 상기 내부온도센서(13a)는 상기 시료(s)의 온도를 측정하기 위해 제공되는 것이고, 상기 쉴드관(13b)은 상기 내부온도센서(13a)가 상기 시료(s)에 직접 접촉하지 않도록 제공하여 상기 온도 센서를 보호하는 역할을 하게 된다.
즉, 상기 쉴드관(13b)은 내열성 및 내마모성을 갖는 동시에 열전달성을 갖는 소재로 형성되어, 상기 모사반응로(10)의 길이방향(y)으로 길게 제공되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 쉴드관(13b)은 상기 모사반응로(10)의 상단부(11)에서 하단부(12)로 갈수록 단면적을 작게 형성하여 제공할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 상기 모사반응로(10) 내부의 형상을 변형하는 구조 이외에, 상기 모사반응로(10) 내부로 삽입되어 제공되는 상기 쉴드관(13b)의 형상을 변형하여서도, 상기 모사반응로(10) 내부의 중공의 크기를 상단부(11)에서 하단부(12)로 갈수록 크게 제공하기 위한 것이다. 이에 의해, 상기 시료(s)를 원활하게 이동시킬 수 있는 것에 대하여는 전술하였다.
상기 제2온도측정부(14)는 상기 모사반응로(10)의 외측면에 제공되어 온도를 측정하는 역할을 할 수 있다. 이는 상기 제1온도측정부(13)가 상기 모사반응로(10)의 내부의 온도를 측정하고, 상기 제2온도측정부(14)는 상기 모사반응로(10) 외부의 온도를 측정함으로써, 상기 모사반응로(10)의 단면방향(x)의 온도 분포를 실제 고로와 유사하게 형성하기 위한 것이다.
이를 위해, 상기 제2온도측정부(14)는 상기 모사반응로(10)의 외측면에 길이방향(y)을 따라 제공된 다수 개의 센서를 포함할 수 있다.
상기 온도제어부(15)는 상기 제1온도측정부(13) 및 상기 제2온도측정부(14)와 전기적으로 연결되어, 상기 제1온도측정부(13) 및 상기 제2온도측정부(14)에서 측정한 온도 데이터를 수입할 수 있으며, 상기 히터(H)와 연결되어 상기 모사반응로(10) 내부를 가열함으로써, 실제 고로와 같은 온도 분포를 형성하는 역할을 할 수 있다.
즉, 상기 모사반응로(10)의 단면방향(x) 온도 분포를 측정하여 실제 고로의 온도 분포와 비교한 뒤에, 차이 나는 부분에 대하여 상기 히터(H)를 이용하여 상기 모사반응로(10)를 가열하여 조절할 수 있는 것이다.
이를 위해, 상기 모사반응로(10)의 하단부(12)에 제공되는 히터(H)는 상기 모사반응로(10)의 길이방향(y)으로 연속적으로 형성되는 것에 더하여, 상기 모사반응로(10)의 단면방향(x)으로 연속적으로 형성되어 제공될 수 있다. 다만, 장치의 제작비를 고려하여 상기 히터(H)가 제공되는 개수를 조절할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 고로 모사장치에서 시료배출수단(50)을 도시한 정면도 및 평면도이다. 즉, 도 6a는 본 발명의 고로 모사장치에서 시료배출수단(50)을 도시한 정면도이고, 도 6b는 상기 시료배출수단(50)에서 회전판(51)을 도시한 평면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치의 상기 시료(s)를 원심력에 의해 배출하도록, 상기 모사반응로(10)의 하단부(12)에 제공되는 시료배출수단(50)을 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 시료배출수단(50)은 상기 모사반응로(10)의 하측으로 상기 시료(s)를 배출할 수 있게 제공될 수 있는 것이다.
이를 위해, 상기 시료배출수단(50)은 회전판(51) 및 구동부(52)를 포함할 수 있다. 상기 구동부(52)는 상기 회전판(51)에 회전되는 구동력을 제공하는 역할을 하며, 상기 회전판(51)은 상기 구동부(52)에서 구동력을 제공받아 회전하면서, 상기 모사반응로(10)의 하측으로 배출되는 상기 시료(s)의 배출속도를 조절하는 역할을 할 수 있다.
구체적으로, 상기 구동부(52)는 모터 등의 회전 엑추에이터로 제공될 수 있다. 또한, 상기 회전판(51)은 상기 모사반응로(10)에서 배출된 상기 시료(s)를 담을 수 있도록 상단면이 개방된 형상으로 제공되는 동시에, 상기 시료(s)가 원심력에 의해서 이탈될 수 있도록 측면 일부가 개방된 실린더 형상으로 제공될 수 있다.
이와 같이, 상기 시료배출수단(50)은 상기 구동부(52)와 상기 회전판(51)을 제공함으로써, 상기 회전판(51)의 개방된 상단면으로 상기 시료(s)가 유입(S1)되면, 상기 구동부(52)에 의해 회전되어 상기 시료(s)도 회전(S2)되어 원심력을 받게 되며, 상기 회전판(51)의 개방된 일부 측면으로 상기 시료(s)가 배출(S3)될 수 있게 된다.
여기서, 상기 회전판(51)의 회전속도를 조절함으로써, 상기 시료(s)가 받는 원심력을 조절하여 배출되는 시료(s)의 양을 조절할 수 있게 된다.
즉, 상기 모사반응로(10)에서 배출되는 시료(s)는 시료(s) 자체의 하중만으로 배출될 수도 있으나, 배출되는 양의 조절이 어려운 문제점이 있어, 본 발명에서는 상기 시료배출수단(50)을 제공한 것이다.
구체적으로, 상기 시료(s)는 연속적으로 고결 내지 밀착되어 있기 때문에, 하측의 시료(s)가 배출되면, 상측의 시료(s)도 연속적으로 하측으로 이동할 수 있게 된다.
따라서, 상기 시료배출수단(50)이 원심력에 의해 하측의 시료(s)를 배출하는 속도를 조절하면 상기 모사반응로(10) 내부 시료(s) 전체의 배출속도도 조절할 수 있게 되는 것이다.
도 7은 본 발명의 고로 모사장치에서 크레인수단(60)를 도시한 사시도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고로 모사장치는 상기 모사반응로(10)를 해체토록, 상기 모사반응로(10)에 인접하여 제공되는 크레인수단(60)을 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 모사반응로(10) 내부의 시료(s)의 상태를 측정하기 위해서, 상기 모사반응로(10)를 해체할 수 있게 상기 크레인수단(60)을 제공할 수 있는 것이다.
이를 위해, 상기 크레인수단(60)은 링커(61), 가이드(62) 및 회전축(63)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 링커(61)는 상기 모사반응로(10)와 연결될 수 있는 역할을 하고, 상기 가이드(62)는 상기 링커(61)를 상기 모사반응로(10)에 인접한 위치까지 유도하는 역할을 할 수 있으며, 상기 회전축(63)은 상기 가이드(62)를 매개로 하여 상기 링커(61)를 상기 모사반응로(10)에 인접하게 제공하는 역할을 한다.
이에 의해, 비교적 중량의 상기 모사반응로(10)를 내부의 시료(s)가 흐트러지지 않게 해체할 수 있게 된다.
10: 모사반응로 11: 상단부
12: 하단부 13: 제1온도측정부
14: 제2온도측정부 15: 온도제어부
20: 가스공급수단 21: 가스예열부
30: 장입수단 31: 하단호퍼
32: 승강부 33: 상단호퍼
40: 환원평가수단 41: 가스샘플링부
42: 가스분석부 50: 시료배출수단
51: 회전판 52: 구동부
60: 크레인수단 61: 링커
62: 가이드 63: 회전축

Claims (9)

  1. 장입물과 반응가스의 화학반응으로 시료가 형성되도록, 상기 장입물과 상기 반응가스가 공급되어 반응하는 모사반응로;
    상기 반응가스가 하측에서 상측으로 이동되게 상기 모사반응로와 연결되는 가스공급수단;
    상기 장입물이 중력에 의해 하측으로 이동하며 반응하도록, 상기 모사반응로와 연결되어 상기 장입물을 제공하는 장입수단; 및
    상기 시료를 원심력에 의해 배출하도록, 상기 모사반응로의 하단부에 제공되는 시료배출수단;
    을 포함하는 고로 모사장치.
  2. 장입물과 반응가스의 화학반응으로 시료가 형성되도록, 상기 장입물과 상기 반응가스가 공급되어 반응하는 모사반응로;
    상기 반응가스가 하측에서 상측으로 이동되게 상기 모사반응로와 연결되는 가스공급수단; 및
    상기 장입물이 중력에 의해 하측으로 이동하며 반응하도록, 상기 모사반응로와 연결되어 상기 장입물을 제공하는 장입수단;
    을 포함하고,
    상기 모사반응로는 상기 시료의 온도를 측정토록 상기 모사반응로의 내측중심부에 제공되는 제1온도측정부;
    를 포함하며,
    상기 제1온도측정부는,
    내부온도센서; 및
    상기 온도센서가 내부에 제공되도록 관형상으로 형성되며, 상기 모사반응로 내부의 중공 크기를 하단부에서 크게 제공토록 상기 모사반응로의 상단부에서 하단부로 갈수록 단면적을 작게 형성하여 제공되는 쉴드관;
    을 포함하는 고로 모사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모사반응로는,
    상기 모사반응로의 외측부에 제공되어 온도를 측정하는 제2온도측정부; 및
    상기 모사반응로의 단면 방향의 온도를 제어토록, 상기 제1온도측정부 및 상기 제2온도측정부와 연결된 온도제어부;
    를 더 포함하는 고로 모사장치.
  4. 장입물과 반응가스의 화학반응으로 시료가 형성되도록, 상기 장입물과 상기 반응가스가 공급되어 반응하는 모사반응로;
    상기 반응가스가 하측에서 상측으로 이동되게 상기 모사반응로와 연결되는 가스공급수단; 및
    상기 장입물이 중력에 의해 하측으로 이동하며 반응하도록, 상기 모사반응로와 연결되어 상기 장입물을 제공하는 장입수단;
    을 포함하며,
    상기 모사반응로는 상단부에서 하단부로 갈수록 내부 중공의 단면적을 크게 형성하게 제공되는 고로 모사장치.
  5. 장입물과 반응가스의 화학반응으로 시료가 형성되도록, 상기 장입물과 상기 반응가스가 공급되어 반응하는 모사반응로;
    상기 반응가스가 하측에서 상측으로 이동되게 상기 모사반응로와 연결되는 가스공급수단;
    상기 장입물이 중력에 의해 하측으로 이동하며 반응하도록, 상기 모사반응로와 연결되어 상기 장입물을 제공하는 장입수단; 및
    상기 시료의 환원정도를 평가토록 제공되는 환원평가수단;
    을 포함하며,
    상기 환원평가수단은,
    상기 모사반응로의 길이 방향을 따라 제공되는 가스샘플링부; 및
    상기 가스샘플링부에서 채취한 반응가스를 분석하는 가스분석부;
    를 포함하는 고로 모사장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스공급수단은 상기 반응가스를 예열하게 제공되는 가스예열부;
    를 포함하는 고로 모사장치.
  7. 삭제
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모사반응로는,
    일정온도를 유지토록, 단열되어 제공되는 상단부; 및
    상기 장입물과 반응가스를 가열하게 제공되는 하단부;
    를 포함하는 고로 모사장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장입수단은,
    장입물이 저장된 하단호퍼; 및
    상기 장입물을 상기 모사반응로의 상단부로 전달토록, 상기 하단호퍼 및 상기 모사반응로와 연계되어 제공되는 승강부;
    를 포함하는 고로 모사장치.
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