KR101466475B1 - 코크스의 회분 예측방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 코크스의 회분 예측방법코크스 품질과 관련된 데이터를 수집하는 단계와(S11), 상기 수집한 데이터들에 대한 통계적 유의수준을 분석하여 코크스의 회분과 상관성이 있는 인자들을 독립변수로 선택하는 단계(S13)와, 상기 독립변수에 대한 상기 코크스의 회분과의 상관관계를 도출하고(S15), 상기 도출된 상관관계로부터 코크스의 회분을 예측하는 단계(S17)를 포함한다.
본 발명은 석탄 배합지수에 따른 코크스의 회분을 예측할 수 있어 안정적인고로 조업이 가능한 이점이 있다.
본 발명은 석탄 배합지수에 따른 코크스의 회분을 예측할 수 있어 안정적인고로 조업이 가능한 이점이 있다.
Description
본 발명은 코크스의 회분 예측방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코크스의 회분을 예측하기 위한 코크스의 회분 예측방법에 관한 것이다.
코크스는 고로의 열원으로 사용되는 연료인 동시에 철광석을 환원시키는 환원제의 역할을 한다. 코크스는 석탄을 코크스 오븐 설비에서 가열 건류하여 제조한다.
코크스 제조용 석탄은 건류시에 점결이 잘 이루어질 수 있는 점결성을 가져야하므로 원료로는 역청탄이 많이 사용된다. 코크스 제조에 이용되는 석탄을 일반적인 연료용과 구분하여 원료탄이라 칭하기도 한다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 국내등록특허 제10-0206486호 "고로용 코크스의 제조방법"이 있다.
본 발명의 목적은 안정적인 고로 조업이 가능하도록 석탄의 배합지수에 따라 코크스의 회분을 예측할 수 있도록 한 코크스의 회분 예측방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 코크스 품질과 관련된 데이터를 수집하는 단계와, 상기 수집한 데이터들에 대한 통계적 유의수준을 분석하여 코크스의 회분과 상관성이 있는 인자들을 독립변수로 선택하는 단계와, 상기 독립변수에 대한 상기 코크스의 회분과의 상관관계를 도출하고 상기 도출된 상관관계로부터 코크스의 회분을 예측하는 단계를 포함한다.
상기 독립변수는 배합탄의 회분 지수, 배합탄의 휘발분 지수이다.
상기 상관관계는 하기의 <수학식>을 만족한다.
<수학식>
Coke Ash=0.57×Coal Ash×100/(100-VM)+4.6
여기서, Coke Ash는 코크스의 회분, Coal Ash는 배합탄의 회분 지수, VM는 배합탄의 휘발분 지수
본 발명은 배합탄의 회분 지수, 배합탄의 휘발분 지수를 측정하고 코크스의 회분 예측 수학식에 대입하는 것에서 코크스 공정 후 생산될 코크스의 회분 함량을 예측할 수 있다.
따라서, 석탄의 배합지수에 따른 코크스의 회분 함량을 정확하게 예측하고 고로 조업을 안정화하는데 기여할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 코크스의 회분 예측방법을 보인 과정도.
도 2는 여러 날 동안 코크스 회분 예측방법에 의해 예측된 코크스의 회분 예측값과 코크스의 회분 실측값의 정합성과의 관계를 기록한 그래프.
도 2는 여러 날 동안 코크스 회분 예측방법에 의해 예측된 코크스의 회분 예측값과 코크스의 회분 실측값의 정합성과의 관계를 기록한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 코크스의 회분 예측방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 코크스 품질과 관련된 데이터를 수집하는 단계와(S11), 수집한 데이터들에 대한 통계적 유의수준을 분석하여 코크스의 회분과 상관성이 있는 인자들을 독립변수로 선택하는 단계와(S13), 독립변수에 대한 코크스의 회분과의 상관관계를 도출하고(S15), 도출된 상관관계로부터 코크스의 회분을 예측하는 단계(S17)를 포함한다.
코크스 공정은 10~18종의 석탄을 배합한 배합탄을 코크스 오븐에 장입하고, 공기가 차단된 상태에서 800~1400℃의 고온으로 장시간 건류하여 코크스를 제조하는 공정이다. 석탄을 해외에서 수입하는 우리나라의 경우 통상적으로 10~18탄종의 석탄을 배합하여 코크스를 제조한다.
코크스는 고로 내에서 열원, 환원제, 통기성 유지를 위한 충진제, 용융철의 침탄원으로서의 기능을 가진다. 고로 조업의 안정성을 확보하기 위해서는 코크스 품질에 대한 예측강도를 높여야 한다.
예측이 필요한 코크스 품질로는 냉간강도(DI), 열간강도, 회분 등이 있다.
냉간강도와 열간강도는 코크스가 운반 중 또는 고로 내에서 붕괴되지 않도록 적정한 강도를 유지하기 위해 요구된다.
회분은 석탄을 태우고 남은 부분(재)를 의미한다. 회분은 주로 고로 조업에 영향을 미치며, 배합탄의 회분 함량이 설정치를 초과하면 재가 많아져 고로 내 분화가 일어나고 고로 통기성에 악영향을 미치게 된다.
특히, 코크스에 포함된 회분은 코크스 중 탄소 함량에 영향을 미쳐 고로 내 노열을 변화시키고 슬래그 조성을 변화시키는 등 고로 노황에 큰 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 안정적인 고로 조업을 위해서 코크스 공정 전 석탄 배합지수에 따라 코크스 회분을 예측하는 것이 중요하다.
석탄 배합지수에 따라 코크스 공정 후 생산될 코크스 회분을 미리 예측하면 고로 조업을 안정화하는 방향으로 코크스 회분 제어가 가능하여 코크스 품질을 향상시킬 수 있다.
코크스 품질과 관련된 데이터를 수집하는 단계(S11)는, 코크스 품질 및 코크스 수율에 영향을 미치는 석탄 배합지수 데이터를 수집하는 단계이다.
코크스 품질 및 코크스 수율에 영향을 미치는 석탄 배합지수 데이터는 배합탄의 휘발분, 회분, 반사율, 유동도, 팽창률 등이 있다.
코크스 제조시 제조 비용을 줄이기 위해 품질 즉, 저품위, 중품위, 고품위에 따라 구분된 다수의 탄종을 혼합하며, 일 예로, 10~18 탄종의 석탄을 배합한 배합탄을 건류하여 코크스를 제조한다. 석탄은 탄종에 따라 성상 및 특성이 차이가 있고 적치높이에 따라서도 입도 편석이 발생하고 물성변화가 크다.
따라서, 다수의 탄종을 배합한 배합탄으로 코크스를 제조할 경우, 품질이 우수한 코크스를 제조할 수 있도록 상술한 데이터를 수집하여 석탄의 배합지수를 관리한다.
수집한 데이터들에 대한 통계적 유의수준을 분석하여 코크스의 회분과 상관성이 있는 인자들을 독립변수로 선택하는 단계(S13)는, 수집한 석탄의 배합지수 데이터 중 코크스의 회분과 상관성이 있는 최소의 인자들을 독립변수로 선택하는 것이다.
독립변수는 배합탄의 회분 지수와 배합탄의 휘발분 지수이다.
배합탄의 회분 및 배합탄의 휘발분은 코크스 수율에 큰 영향을 미친다. 배합탄의 회분 함량 관리를 통해 코크스의 회분을 어느 정도 예측 가능하나, 코크스 수율 변동에 따라 코크스의 회분 편차가 크게 변동한다.
그리고, 코크스 수율에는 배합탄의 휘발분이 영향을 미친다. 배합탄에 휘발분의 함량이 많으면 가스로 날아가는 부분이 많아지므로 코크스 수율이 감소하게 된다. 따라서, 배합탄의 회분 지수뿐만 아니라 코크스 수율에 큰 영향을 미치는 배합탄의 휘발분 지수를 독립변수로 선택한다.
배합탄의 회분 지수는 석탄을 800℃±10℃에서 1시간 이상 태운 후 남은 잔유물로서 측정한다. 배합탄의 회분은 배합탄을 만들기 전 각 탄종의 회분을 상기한 방법으로 측정한 후, 기존 회분 데이터와 상관식을 적용하고 튜닝하여 정확도를 높이는 통계적 방식으로 배합탄의 회분 지수를 예측할 수 있다. 여기서, 배합탄의 회분 지수는 %로 나타내고, 전체 배합탄에 포함된 회분의 함량을 의미한다.
또한, 배합탄의 회분 지수는 다수의 탄종이 배합된 배합탄을 800℃±10℃에서 1시간 이상 태운 후 남은 잔유물로서 측정할 수도 있다.
배합탄의 휘발분은 건류가스가 되는 성분으로 휘발성인 것을 의미한다. 배합탄의 휘발분 지수의 측정은 건조한 석탄을 공기를 차단하고 900℃ 내외로 7분간 가열한 다음 그 감량으로부터 수분을 뺀 나머지를 휘발분으로 간주한다.
배합탄의 휘발분 지수는 배합탄을 만들기 전 각 탄종의 휘발분을 상기한 방법으로 측정한 후, 기존 휘발분 데이터와 상관식을 적용하고 튜닝하여 정확도를 높이는 통계적 방식으로 배합탄의 휘발분 지수를 예측할 수 있다. 여기서, 배합탄의 휘발분 지수는 %로 나타내고, 전체 배합탄에 포함된 휘발분의 함량을 의미한다.
또한, 배합탄의 휘발분 지수는 다수의 탄종이 배합된 배합탄을 공기를 차단하고 900℃ 내외로 7분간 가열한 다음 그 감량으로부터 수분을 뺀 나머지를 측정할 수도 있다.
독립변수에 대한 코크스의 회분과의 상관관계를 도출하는 단계(S15)는, 코크스의 회분과 독립변수인 배합탄의 회분, 배합탄의 휘발분과의 상관관계를 도출하는 단계이다.
상관관계는 하기의 <수학식>을 만족한다.
<수학식>
Coke Ash=0.57×Coal Ash×100/(100-VM)+4.6
상관계수(R2)은 0.74이다.
여기서, Coke Ash는 코크스의 회분, Coal Ash는 배합탄의 회분 지수, VM는 배합탄의 휘발분 지수를 의미한다.
상기 수학식은 배합탄에 적용되어 코크스 공정 후 생산된 코크스의 회분 함량을 예측한다.
상기 수학식은 회귀분석 방법을 적용하여 독립변수인 배합탄의 회분, 배합탄의 휘발분과 코크스의 회분 함량과의 상관관계를 도출한 것이다.
회귀분석(regression analysis) 방법은 둘 또는 그 이상의 변수들간의 관계를 파악함으로써 어떤 특정한 변수의 값을 다른 한 개 또는 그 이상의 변수(독립변수)들로부터 설명하고 예측하는 통계적 기법이다.
도출된 상관관계로부터 코크스의 회분을 예측하는 단계(S17)는, 복수의 탄종을 배합한 배합탄의 회분과 휘발분 지수를 측정하고 이를 상기 수학식에 대입하여 코크스 공정 후 생산될 코크스의 회분 함량을 예측하는 것이다.
상기와 같이 산출된 수학식에 의하면, 배합탄의 회분 지수와 배합탄의 휘발분 지수를 통해 코크스 공정을 통해 생산될 코크스의 회분 함량을 예측할 수 있으므로, 석탄의 배합지수 및 코크스 공정의 조업도 변경에 따라 코크스 공정 후 생산될 코크스의 회분 함량을 예측할 수 있고 고로 조업의 안정적 대응력을 강화할 수 있다.
아래의 표 1은 독립변수와 코크스의 회분과의 상관관계를 통해 예측한 코크스의 회분 예측값과 코크스의 회분 실측값을 비교하여 나타낸 것이다.
| 구분 | VM (%) |
Coal Ash (%) |
Coke Ash=0.57×Coal Ash×100/(100-VM)+4.6 | Coke Ash (실측값)(%) |
| 1 | 24.2 | 9.6 | 11.8 | 11.7 |
| 2 | 24.3 | 9.5 | 11.8 | 11.8 |
| 3 | 24.5 | 9.5 | 11.8 | 11.7 |
| 4 | 24.5 | 9.1 | 11.5 | 11.4 |
| 5 | 24.5 | 9.5 | 11.8 | 11.9 |
| 6 | 24.6 | 9.0 | 11.4 | 11.4 |
| 7 | 24.8 | 9.3 | 11.6 | 11.6 |
| 8 | 24.9 | 9.1 | 11.5 | 11.6 |
| 9 | 24.9 | 9.1 | 11.5 | 11.6 |
| 10 | 24.9 | 9.4 | 11.7 | 11.7 |
| 11 | 25.1 | 8.8 | 11.3 | 11.3 |
| 12 | 25.2 | 9.2 | 11.6 | 11.8 |
| 13 | 25.3 | 9.2 | 11.6 | 11.6 |
| 14 | 25.3 | 8.9 | 11.4 | 11.3 |
| 15 | 25.3 | 9.5 | 11.8 | 11.9 |
| 16 | 25.4 | 8.5 | 11.1 | 10.9 |
| 17 | 25.4 | 8.6 | 11.2 | 11.4 |
| 18 | 25.4 | 9.3 | 11.7 | 11.9 |
| 19 | 25.4 | 9.2 | 11.6 | 11.7 |
| 20 | 25.4 | 9.3 | 11.7 | 11.8 |
| 21 | 25.5 | 9.2 | 11.6 | 11.6 |
| 22 | 25.5 | 9.2 | 11.6 | 11.5 |
| 23 | 25.6 | 9.1 | 11.6 | 11.5 |
| 24 | 25.6 | 9.1 | 11.6 | 11.6 |
| 25 | 25.7 | 9.4 | 11.8 | 11.6 |
| 26 | 25.8 | 9.3 | 11.7 | 11.6 |
| 27 | 25.9 | 9.1 | 11.6 | 11.6 |
| 28 | 25.9 | 9.0 | 11.5 | 11.4 |
| 29 | 26.0 | 8.9 | 11.5 | 11.7 |
| 30 | 26.0 | 9.4 | 11.8 | 11.9 |
| 31 | 26.1 | 8.4 | 11.1 | 11.0 |
| 32 | 26.1 | 9.1 | 11.6 | 11.5 |
| 33 | 26.1 | 9.3 | 11.8 | 11.7 |
| 34 | 26.2 | 9.1 | 11.6 | 11.6 |
| 35 | 26.2 | 9.3 | 11.8 | 11.9 |
| 36 | 26.2 | 9.0 | 11.6 | 11.6 |
| 37 | 26.3 | 9.0 | 11.6 | 11.6 |
| 38 | 26.3 | 9.2 | 11.7 | 11.6 |
| 39 | 26.4 | 9.0 | 11.6 | 11.6 |
| 40 | 26.7 | 9.1 | 11.7 | 11.5 |
| 41 | 26.7 | 8.5 | 11.2 | 11.0 |
| 42 | 26.8 | 8.8 | 11.5 | 11.6 |
[Coke Ash는 코크스의 회분, Coal Ash는 배합탄의 회분 지수, VM는 배합탄의 휘발분 지수]
표 1에 의하면, 코크스의 회분을 예측하는 수학식에서 예측한 값과 실제 측정한 코크스의 회분 실측값의 상관관계가 높음이 확인된다.
상관도를 나타내는 상관계수(R2)의 경우 0.74로 상관도가 높음을 알 수 있다. 상관계수가 1에 근접할수록 상관도가 높다.
도 2에는 여러 날 동안 코크스 회분 예측방법에 의해 예측된 코크스의 회분 예측값과 코크스의 회분 실측값의 정합성과의 관계를 그래프로 기록하였다.
도 2에 도시된 바에 의하면, 여러 날 동안 측정해 본 결과 코크스의 회분의 예측식과 코크스의 회분의 실측치 비교시 높은 정합성이 확인된다.
따라서, 배합탄의 회분과 배합탄의 휘발분을 독립변수로 한 수학식을 이용하여 예측된 코크스의 회분 함량을 코크스 공정 후 생산된 코크스의 회분 함량으로 간주하고, 예측된 값이 원하는 코크스의 회분 함량을 넘어선 경우 잘못된 배합으로 판단하여 독립변수를 조정하여 배합탄을 제조할 수 있다.
상기 수학식을 이용하면 용이하게 배합탄의 회분, 휘발분 지수만을 측정하여 코크스 공정 후 생산되는 코크스의 회분 함량을 쉽게 예측할 수 있어 노황을 안정화할 수 있는 안정적인 고로 조업을 수행하는데 기여할 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 (3)
- 코크스 품질과 관련된 데이터로 복수의 탄종의 석탄을 배합한 배합탄의 휘발분, 회분, 반사율, 유동도, 팽창률 인자를 수집하는 단계;
상기 수집한 데이터 중 코크스의 회분과 상관성이 있는 영향인자들을 독립변수로 선택하는 단계;
상기 독립변수에 대한 상기 코크스의 회분과의 상관관계를 회귀분석 방법으로 도출하고 상기 회귀분석 방법으로 도출된 상관관계로부터 코크스의 회분 함량을 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스의 회분 예측방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 독립변수는
배합탄의 회분 지수, 배합탄의 휘발분 지수인 것을 특징으로 하는 코크스의 회분 예측방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 상관관계는
하기의 <수학식>을 만족하는 것을 특징으로 하는 코크스의 회분 예측방법.
<수학식>
Coke Ash=0.57×Coal Ash×100/(100-VM)+4.6
여기서, Coke Ash는 코크스의 회분, Coal Ash는 배합탄의 회분 지수, VM는 배합탄의 휘발분 지수
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