KR101579031B1

KR101579031B1 - 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법

Info

Publication number: KR101579031B1
Application number: KR1020147034414A
Authority: KR
Inventors: 다쿠야 나츠이; 가오루 나카노; 다카노부 이나다
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2012-05-28
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2015-12-18
Also published as: KR20150009575A; IN2014DN10251A; EP2857529A4; JP5696814B2; EP2857529A1; CN104364397A; JPWO2013179541A1; WO2013179541A1; CN104364397B

Abstract

노 중간부에서부터 노벽에 걸친 원료 장입에 대해서, 코크스 배치(제1 장입 배치(5a))를, 코크스 표면이 무차원 노구 반경 0.6~0.8의 범위에 퇴적 정점을 갖고, 노 중심 및 노벽에 걸쳐 경사진 원료 퇴적 경사면을 형성하도록 퇴적시키고, 광석과 코크스의 혼합물 배치(제3 장입 배치(5c))를, 그 장입 낙하점을 상기 코크스의 퇴적 정점보다도 노벽측으로 하여 장입하고, 광석 배치(제4 장입 배치(5d))를, 장입 낙하점을 무차원 노구 반경 0.5~0.9의 범위로 하여 장입한다. 이에 의해, 새로운 부대 설비를 필요로 하지 않고, 노벽 근방의 O/C를 독립적으로 제어하여 저하시키고, 고로의 환원재비를 큰 폭으로 증가시키지 않고, 노벽 부착물의 형성을 방지할 수 있다. 광석과 코크스의 혼합 배치의 장입량은, 광석 배치보다도 적게 하는 것이 바람직하다.

Description

벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법{METHOD FOR CHARGING RAW MATERIAL INTO BELL-LESS BLAST FURNACE}

본 발명은, 고로의 환원재비를 큰 폭으로 증가시키지 않고, 노벽 근방의 가스 흐름을 제어하는 것이 가능한 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법에 관한 것이다.

벨레스 고로는, 노 정상부에, 원료 장입 장치로서 선회 슈트를 구비한 벨레스식 장입 장치가 설치된 고로이다.

도 1은, 벨레스 고로의 노 정상부의 장치 구성 및 고로 노 내의 원료 퇴적 상태를 모식적으로 예시하는 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 벨레스 고로에서는, 철원(鐵源)인 소결광, 괴광석, 펠릿, 스크랩, 환원철 등(이하, 이들을 총칭하여 「광석」이라고 칭함)과 환원재인 코크스(광석, 및 코크스를 총칭하여 「원료」라고 칭함)를 선회 슈트(1)에 의해서 고로(2)의 노 내에 번갈아 층형상으로 퇴적시키고, 노 하부의 송풍구로부터는 열풍과 함께 미분탄 등의 보조 연료를 노 내에 취입한다. 고로 내에 장입된 원료인 장입 원료(장입물)는 노 정상으로부터 서서히 노 내를 강하하면서, 상승하는 고온의 가스 및 장입물 중의 코크스에 의해 가열·환원되고, 광석은 용융되어 선철(銑鐵)이 되어, 노 바닥부 측벽의 출선공으로부터 배출된다.

벨레스 고로에 있어서의 장입물 분포 조작은, 상기한 선회 슈트(1)를 경동(傾動)시키면서 선회하여, 코크스와 광석을, 노 내에 장입하고, 원료 스톡 레벨(3)에 있어서의 노구(爐口) 반경(4) 방향의 코크스 및 광석의 낙하 위치를 제어함으로써 행해진다. 여기서, 경동이란, 선회 슈트의 중심축(1a)과 고로 수직 방향의 중심축(2a)이 이루는 각도를 선회중으로 변경하는 것을 말한다. 통상, 선회 슈트는, 장입 개시시에는 노벽측에 배치되고, 그 후 점차 노 중심측으로 경동하도록 조작된다.

고로에서는, 코크스층과 광석층(광석을 주체로 하지만, 소중괴 코크스를 포함하는 경우가 있음)을 형성하는 일련의 장입 조작을 차지(Charge)라고 칭한다. 종래, 1차지의 원료의 장입은, 1배치(Batch)의 코크스, 및 1 배치의 광석을, 각각, 선회 슈트를 경동시키면서 노벽측으로부터 중심측을 향해 연속적으로 장입함으로써 행해지고 있었다.

고로의 안정 조업을 위해서는, 장입물의 강하 및 노 내의 가스 흐름을 안정화시키고, 통기성을 양호하게 유지하는 것이 중요하다. 그 때문에, 송풍구로부터의 송풍 조건의 조작과 함께, 노 내에 퇴적시키는 원료의 노 반경방향에 있어서의 광석과 코크스의 질량비(이하, 「O/C」라고 칭함)의 분포, 및 입도 분포를 제어하기 위한 조작이 행해진다. 노 내에 장입되는 코크스의 평균 입경은 광석에 비해 크기 때문에, 광석과 코크스의 노반경 방향의 O/C 분포 및 입도 분포를 제어함(즉, 장입물의 분포를 조작함)으로써, 노 하부로부터 노 상부를 향하는 가스류 분포를 제어하는 것이 가능하다.

가스류를 안정적으로 확보하기 위해서는, 중심부의 O/C를 저위로 유지하는(즉, 코크스의 비율을 높이는) 것이 바람직하다. 또, 노 전체의 반응 효율을 향상시키기 위해서는, 노구 단면적에서 차지하는 비율이 큰 노 중간부(노에 있어서, 중심부 부근의 영역과 노벽 부근의 영역 사이의 부분)에서부터 노벽측에 걸친 O/C를 고위로 유지하는 것이 바람직하다.

이러한 O/C 분포를 얻기 쉽게 하기 위해서, 코크스, 및 광석을, 각각, 분할하여 장입하는 것이 행해지고 있다. 도 1에는, 코크스, 및 광석을, 각각 2배치로 분할하여, 합계 4배치를 장입한 1차지의 원료의 퇴적 상태(5)를 나타내고 있다.

노벽부에서부터 중간부에 걸쳐, 코크스의 제1 배치(이하, 「제1 장입 배치」라고 함)(5a)가 장입되어 있고, 노의 중심 근방에, 제1 장입 배치(5a)보다 두께가 커지도록, 코크스의 제2 배치(이하, 「제2 장입 배치」라고 함)(5b)가 장입되어 있다. 제1 및 제2 장입 배치(5a, 5b) 위에서, 노벽에서부터 노 중간부에 걸쳐, 광석의 제1 배치(이하, 「제3 장입 배치」라고 함)(5c)가 장입되어 있고, 노벽측에는, 광석의 제2 배치(이하, 「제4 장입 배치」라고 함)(5d)가 장입되어 있다. 제1 및 제2 장입 배치(5a, 5b)로 이루어지는 코크스층의 두께와, 제3 및 제4 장입 배치(5c, 5d)로 이루어지는 광석층의 두께의 관계에 의해, 노의 중심부의 O/C가 저위로 유지되어, 가스류가 안정적으로 확보되고, 노 중간부에서부터 노벽측에 걸친 O/C가 고위로 유지되어, 노 전체의 반응 효율이 향상되어 있다.

통상, 광석 배치에는, 코크스 배치로 장입되는 코크스보다 입경이 작은, 소위, 소중괴 코크스가 혼합되어 있다. 이것은, 광석과 코크스의 근접 배치에 의한 반응 촉진과, 광석이 연화 융착할 때에 코크스가 골재(스페이서)로서의 역할을 완수하는 것에 의한 통기성 개선을 기대할 수 있기 때문이다. 소중괴 코크스의 입경은 그 하한이 5mm 정도이며, 그 상한은 코크스 배치로 장입되는 코크스 입경에 따라서 상이하지만, 35~40mm 정도이다.

그런데, 고로에서는, 노 상부의 내벽에는 함아연화합물이, 또, 노 복부에서부터 노하부에 걸친 내벽에는 금속철이나 슬래그가, 응고되어 부착물을 형성하는 일이 있다. 이러한 노벽 부착물이 과도하게 성장하면, 장입물의 강하나 가스 흐름이 불안정화하여 고로의 안정 조업에 지장을 초래하는 일이 있다. 또한, 노벽 부착물이 비정기적으로 탈락되어 노 하부에 강하하면, 이 탈락된 부착물에 기인하여 노가 열부족이 되어, 노냉 등의 심각한 조업 트러블을 일으키는 일조차 있다. 이 때문에, 고로의 안정 조업을 유지하기 위해서 노벽 부착물의 형성을 억제하는 것은 중요하다.

노벽 부착물의 형성을 억제하기 위해서, 일반적으로는, 노벽측의 O/C를 상대적으로 낮게 제어하기 위한 장입물 분포 조작이 지향된다. 이러한 제어에 의해, 노벽측의 가스 흐름이 강화되어, 열 레벨이 고위로 유지되므로 부착물의 형성을 억제할 수 있다.

그러나, 한편, 가스 흐름이 강해질수록 노 내를 상승하는 가스와 장입물의 반응 시간이 짧아지므로, O/C의 저하는 반응 효율의 저하로 이어진다. 선회 슈트를 이용한 종래의 원료 장입 방법으로, 노벽 부착물의 형성을 억제하는 것을 목적으로 하여, 노벽측으로의 코크스 장입량을 증가시키는 경우, 노벽 근방의 O/C만을 독립하여 제어하는 것은 곤란하다. 노벽 근방뿐만 아니라, 노구 단면적에서 차지하는 비율이 큰 노 중간부를 포함하는 넓은 범위에 걸친 O/C도 저하되어 버리기 때문이다. 이 때문에, 노 전체적으로의 반응 효율이 저하되어, 노 정상에서부터 노 밖으로 배출되는 가스의 잠열이 증가하기 때문에, 그것을 보충하기 위해서 환원재비가 증가하게 되어, 선철 제조 비용이 상승한다. CO₂ 배출량 삭감의 관점에서도 바람직하지 않다.

따라서, 노벽 부착물의 형성을 억제하면서 저환원재비로의 조업을 실현하기 위해서는, 노벽 근방만의 O/C를 독립하여 제어하는 기술이 필요하고, 예를 들면, 특허 문헌 1~3에는, 그것을 위한 방법이 개시되어 있다.

특허 문헌 1에서는, 노벽으로부터 500mm의 범위의 광석층 상에 소괴 코크스를, 바람직하게는 입경이 1~5mm인 세립 소결광과의 혼합물로서 장입함으로써, 새로운 부대 설비를 필요로 하지 않고 노벽 근방의 O/C를 제어하는 것을 가능하게 하고 있다. 그러나, 노벽으로부터 500mm의 범위의 테라스 상에 소괴 코크스를 안정적으로 퇴적시키는 것은 곤란하다.

특허 문헌 2에서는, 노구 외주부를 따라서 원통 부재를 설치한 상태로 원료를 장입함으로써, 노벽 근방의 O/C를 독립적으로 제어하는 것을 가능하게 하고 있다. 그러나, 원통 부재의 설치 위치에 의해서 제어 범위가 고정되어 버리기 때문에 조업상의 자유도가 작다.

특허 문헌 3에서는, 통상 루트와는 다른 원료 장입 계통과 보조 벙커를 설치하고, 통상 벙커로부터의 광석 배출에 맞추어 보조 뱅커로부터 코크스를 배출함으로써 노벽 근방의 O/C의 독립 제어를 가능하게 하고 있다. 그러나, 이 방법에서는 통상 벙커로부터의 광석 배출이나 선회 슈트의 경동 위치에 맞추어 보조 벙커로부터의 코크스 배출을 컨트롤할 필요가 있으므로, 그 제어가 번잡해진다.

일본국 특허 공개 평 8-239705호 공보 일본국 특허 공개 2005-314771호 공보 일본국 특허 공개 2009-62576호 공보

Kaoru Nakano, Kohei Sunahara and Takanobu Inada, 「Advanced Supporting System for Burden Distribution Control at Blast Furnace Top」：ISIJ International, 45(2005), p.538~543

상술한 바와 같이, 노벽 부착물의 형성을 억제하기 위해서 통상의 장입물 분포 조작에 의해서 노벽 근방으로의 코크스 장입량을 증가시키고자 하면, 노벽 근방 뿐만 아니라 노 중간부를 포함하는 넓은 범위에 걸친 O/C가 저하되어 버리기 때문에, 저환원재비 조업과의 양립이 곤란해진다. 이들을 양립시키기 위해서는, 노벽 근방의 O/C만을 독립하여 제어할 필요가 있다.

상기한 특허 문헌 2, 3에 기재되어 있는 방법에서는, 모두, 통상의 벨레스 장입 장치에 새로운 부대 설비의 설치가 필요하고, 설치 비용, 메인터넌스 비용면에서 불리해지므로, 새로운 부대 설비를 필요로 하지 않는 장입 방법이 바람직하다.

또, 상기한 특허 문헌 1에 기재된 방법에서는, 소괴 코크스의 장입 범위로서 노벽으로부터 500mm의 범위가 규정되어 있지만, 고로의 노구 반경에 따라서 소괴 코크스의 노 내 반경 방향의 상대 위치가 변화한다. 예를 들면, 고로 노 용적이나 장입 조건에 따라서도 다르지만, 일반적으로 선회 슈트를 통해 장입되는 원료류의 폭은 스톡 레벨에 있어서 500mm 이상이 되는 것이 많고, 노벽으로부터 500mm의 범위의 테라스 상에 원료를 안정적으로 퇴적시키는 것은 곤란하다. 원료는 소괴 코크스나 세립 소결광이므로, 일부의 원료가 테라스로부터 흘러넘쳐 중심측으로 흘러들어가면 중심부의 가스류를 저해하거나, 혹은 가스 흐름의 변동 요인이 될 우려가 있다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 새로운 부대 설비를 필요로 하지 않고, 노벽 근방만의 O/C를 독립적으로 제어할 수 있는 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

통상, 많은 고로에 있어서는, 안정 조업을 계속하기 위해서 중심부의 가스류를 강화할 수 있도록, 중심측의 O/C를 저위로 유지하면서, 노구 단면적에서 차지하는 비율이 큰 노 중간부에서부터 노벽측에 걸친 O/C를 고위로 유지함으로써 환원재비의 저감을 도모할 수 있다.

한편, 노벽 부착물이 과도하게 성장하여, 고로의 안정 조업에 지장을 초래하는 상황하에서는, 부착물의 형성을 억제하거나 혹은 부착물을 제거하는 방법으로서, 노벽 근방의 O/C를 저하시키는 것이 유효하다. 그러나, 상술한 바와 같이, 선회 슈트를 경동시키면서 노벽측으로부터 중심측을 향해 연속적으로 원료를 장입하는 통상의 방법에서는 노벽 근방의 O/C만을 독립하여 제어하는 것이 곤란하고, 노 중간부를 포함하는 넓은 범위에서 O/C가 저하한다. 그 때문에, 노벽측의 가스류가 강화됨으로써 노벽 부착물의 형성은 억제되지만, 노 전체적으로의 반응 효율이 저하됨으로써 환원재비의 대폭적인 증가를 초래하게 된다.

따라서, 노 중심에서부터 중간부까지는 통상의 노 반경 방향 O/C 분포를 크게 바꾸지 않고, 노벽 근방만의 O/C를 독립하여 제어해 저하시킬 수 있으면, 노벽 부착물의 형성, 및 환원재비의 대폭적인 상승의 어느것도 억제하는 것이 가능해진다.

그래서, 본 발명자들은, 노벽 근방의 O/C를 독립적으로 제어하여 저하시킬 수 있는 벨레스 고로의 원료 장입 방법에 대해서 다양한 검토를 거듭했다. 그 결과, 슈트로부터 원료를 장입함으로써, 노 중간부에 정점을 갖는 원료의 퇴적층을 형성하고, 그 정점(이하, 「퇴적 정점」이라고 기재함)에서부터 노벽에 걸친 원료 경사면에 의한 편석효과를 이용함으로써, 새로운 부대 설비를 필요로 하지 않고, 노벽 근방의 O/C만을 독립적으로 제어할 수 있는 원료 장입 방법을 발견했다.

본 발명은, 이러한 검토 결과에 의거하여 이루어진 것이며, 하기의 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법을 요지로 한다.

즉, 코크스층과 광석층을 번갈아 퇴적시키도록 장입하는 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법으로서, 노 중간부에서부터 노벽에 걸친 원료 장입에 대해서, 코크스 배치, 광석과 코크스의 혼합물 배치, 광석 배치의 순서로 장입하고,

코크스 배치는, 코크스 표면이 무차원 노구 반경 0.6~0.8의 범위에 퇴적 정점을 갖고, 상기 퇴적 정점에서부터 노 중심 및 노벽에 걸쳐 경사진 원료 퇴적 경사면을 형성하도록 퇴적시키고,

광석과 코크스의 혼합물 배치는, 장입 낙하점을 상기 코크스의 퇴적 정점보다도 노벽측으로 하여 장입하고,

광석 배치는, 장입 낙하점을 무차원 노구 반경 0.5~0.9의 범위로 하여 장입하는 것을 특징으로 하는 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법이다.

상기한 「무차원 노구 반경」이란, 원료 장입면(원료 스톡 레벨)에서의 노 중심에 대한 위치를 나타내는 지표이며, 노 중심으로부터 상기 위치까지의 거리를 노구 반경으로 나눔으로써 규격화한 지표이다. 노 중심이 0이고, 노벽이 1로 표시된다.

또, 상기한 「노 중간부」란, 여기에서는 무차원 노구 반경 0.5~0.8의 범위를 말한다.

본 발명의 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법에 있어서, 상기 광석과 코크스의 혼합물 배치의 장입량을, 상기 광석 배치보다도 적게 함과 더불어, 상기 광석과 코크스의 혼합물 배치의 장입 낙하점을, 코크스 배치의 장입에 의해 형성되는 퇴적 정점보다도 노벽측이며, 또한, 무차원 노구 반경 0.9 이하의 범위로 하여 장입하는 실시형태를 취하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법에 있어서는, 상기 광석과 코크스의 혼합물 배치를 대신하여, 코크스만의 배치를 장입하는 것으로 하는 실시형태를 취할 수 있다.

본 발명의 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법에 의하면, 새로운 부대 설비를 필요로 하지 않고, 노벽 근방만의 O/C를 독립적으로 제어하여 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 노벽측의 가스 흐름을 강화하여, 노벽 부착물의 형성을 억제하고 또는 부착물을 제거할 수 있다. 이 원료 장입 방법에서는, 고로의 환원재비를 큰 폭으로 증가시키는 일이 없기 때문에, 생산성의 저하, 선철 제조 비용의 상승, 및 CO₂ 배출량의 증가를 억제할 수 있다.

도 1은, 벨레스 고로의 노 정상부의 장치 구성 및 고로 노 내의 원료 퇴적 상태를 나타내는 모식도이다.
도 2는, 원료 퇴적 프로필의 시뮬레이션 모델에 의한 계산 결과를 나타내는 도면이며, (a)는 비교예, (b)는 본 발명예이다.
도 3은, 노 반경 방향 O/C 분포의 시뮬레이션 모델에 의한 계산 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 원료 장입 방법에 의한 광석 배치에 있어서의 광석과 코크스의 노 내 분포의 시뮬레이션 모델에 의한 계산 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는, 모형 실험에 있어서의 원료 퇴적 프로필을 나타내는 도면이며, (a)는 비교예, (b)는 본 발명예이다.
도 6은, 모형 실험에 있어서의 노 반경 방향 O/C 분포를 나타내는 도면이다.

본 발명의 원료 장입 방법은, 상기한 바와 같이, 벨레스 고로에 있어서 통상 행해지고 있는 코크스층과 광석층을 번갈아 퇴적시키도록 장입하는 원료 장입 방법을 전제로 하고 있다.

본 발명의 원료 장입 방법에 있어서는, 코크스층과 광석층을 번갈아 퇴적시킬 때에, 노 중간부에서부터 노벽에 걸친 원료 장입에 대해서, 코크스 배치(Batch), 광석과 코크스의 혼합물 배치, 광석 배치의 순서로 장입한다. 「노 중간부에서부터 노벽에 걸친 원료 장입에 대해서」라고 하고 있는 것은, 노의 중심 내지 노 중간부를 제외한 노 내 영역에 있어서의 원료 장입에 주목하는 것을 의도한 것이다. 코크스는, 예를 들어, 종래와 마찬가지로, 제1 장입 배치(5a)로서, 노벽부에서부터 중간부에 걸쳐 장입한 후, 제2 장입 배치(5b)로서, 노의 중심 근방에 장입할(도 1 참조) 수 있다.

먼저, 코크스 배치를 장입하여, 코크스 장입 완료시에 코크스층 표면이 무차원 노구 반경 0.6~0.8의 범위에 퇴적 정점을 갖고, 상기 퇴적 정점에서부터 노 중심 및 노벽에 걸쳐 경사진 원료 퇴적(코크스층) 경사면을 형성하도록 코크스층을 퇴적시킨다. 계속해서, 광석과 코크스의 혼합물 배치의 장입 낙하점을 상기 코크스층의 퇴적 정점보다도 노벽측으로 하여 상기 혼합물의 배치를 장입한다.

상기 코크스 장입 완료시에 코크스층 표면이 상기 소정의 무차원 노구 반경의 범위에 퇴적 정점을 갖고, 상기 퇴적 정점에서부터 노 중심에 걸쳐 경사진 원료 퇴적 경사면을 형성하도록 코크스층을 퇴적시키는 것은, 상기 경사면 상에서의 입도편석을 촉진하여, 노 중심측에 대입경의 원료를 퇴적시키는 것에 따른 중심 가스류의 강화를 노린 것이다. 또, 상기 퇴적 정점에서부터 노벽에 걸쳐 경사진 경사면을 형성하는 것은, 그 경사면 상에서의 입도편석 현상을 이용하여, 노벽 근방에는 대입경의 입자를 퇴적시키기 위함이다.

이 때문에, 코크스층 표면의 퇴적 정점을 과도하게 중심쪽에 형성하는 것은 바람직하지 않다. 또, 코크스층 형성 후에 장입하는 광석과 코크스의 혼합물 배치의 원료가 중심측으로 흘러들어가는 것을 방지함과 더불어, 퇴적 정점에서부터 노벽에 걸친 경사면 상에서의 입도편석을 효과적으로 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 관점으로부터, 코크스층의 퇴적 정점은, 무차원 노구 반경 0.6~0.8의 범위에 형성한다. 통상은, 광석과 코크스의 혼합물 배치에는 소중괴 코크스가 혼합된다. 이 경우, 입도 및 밀도가 상이하기 때문에 광석과 코크스가 분리되고, 광석에 대해 입경이 크게 저밀도인 코크스가 노벽 근방에 퇴적된다. 이에 의해, 노벽 근방의 O/C를 저하시킬 수 있다.

따라서, 광석과 코크스의 혼합물 배치의 코크스 경사면 상으로의 장입 위치가 중요하다. 이 장입 위치는, 코크스층의 퇴적 정점보다도 노벽측으로 한다. 단, 장입 위치를 노벽에 너무 가깝게 하면 편석효과를 누릴 수 없어, 노벽 근방의 O/C를 저하시킬 수 없게 되므로, 후술하는 바와 같이, 무차원 노구 반경 0.9 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 특허 문헌 1에 기재되는 방법에서는, 먼저 형성한 광석층 상에 광석과 코크스의 혼합물을 장입하는데 반해, 본 발명의 원료 장입 방법에서는, 코크스층 상에 광석과 코크스의 혼합물을, 예를 들어, 제2의 배치로 하여 장입한다. 따라서, 본 발명의 원료 장입 방법에서는, 코크스에 비해 평균 입경이 작은 광석은 코크스층의 공극을 메우는 형태로 장입 낙하점에 머무르기 쉽고, 광석보다도 평균 입경이 큰 코크스가 경사면 상에서의 편석에 의해서 낙하점으로부터 떨어진 노벽측에 퇴적되기 쉬워진다.

계속해서, 광석 배치를 장입한다. 이 광석 배치는, 통상대로, 노벽측에서부터 중심측에 걸쳐 선회 슈트를 경동시키면서, 장입 낙하점을, 무차원 노구 반경을 0.5~0.9의 범위로 하여 장입한다. 노벽측에 퇴적한 광석과 코크스의 혼합물 배치의 장입 원료가 광석 배치의 노벽측으로의 퇴적의 장벽이 되기 때문에, 노벽 근방의 O/C는, 극단적으로 증가하지 않고, 저위로 유지된다.

본 발명의 원료 장입 방법에 있어서, 상기 광석과 코크스의 혼합물 배치의 장입량을 광석 배치보다도 적게 함과 더불어, 광석과 코크스의 혼합물 배치의 장입 낙하점을 코크스 장입 완료 후의 퇴적 정점보다도 노벽측이며, 또한, 무차원 노구 반경 0.9 이하의 범위로 하여 장입하는 실시형태를 취하는 것이 바람직하다.

광석과 코크스의 혼합물 배치의 장입량을 광석 배치보다도 적게 설정하는 것은, 광석과 코크스의 혼합물 배치로 장입되는 원료가 코크스층의 퇴적 정점으로부터 노 중심측으로 흘러들어가지 않게 하기 위함이다.

광석과 코크스의 혼합물 배치를 장입하는 것은, 광석과 코크스를, 층으로서가 아니라 입자로서 접촉시킴(즉, 광석과 코크스를 근접 배치시킴)으로써 반응을 촉진함과 더불어, 코크스를 골재(스페이서)로서 기능시킴으로써 노벽측의 가스 흐름을 강화하고, 노벽 부착물의 형성을 보다 효과적으로 억제하기 위함이다. 광석과 코크스의 혼합물에 있어서 광석과 혼합하는 코크스가, 소중괴 코크스, 및 대괴 코크스(통상의 코크스 배치로 장입되는 입경의 코크스) 중 어느 것이어도, 상술한 효과는 동일하게 얻어진다.

또, 광석과 코크스의 혼합물을 장입하면, 코크스의 양을 조정함으로써 노벽 근방의 O/C를 제어하는 것이 가능하게 되므로, 조업상의 자유도도 담보된다.

광석과 코크스의 혼합물 배치의 장입 낙하점을 코크스 장입 완료 후의 퇴적 정점보다도 노벽측이며, 또한, 무차원 노구 반경 0.9 이하의 범위로 하여 장입하는 것은, 광석과 코크스의 혼합물 배치의 노 내 장입 위치를 노벽에 너무 가깝게 하면, 코크스 경사면 상에서의 편석효과를 얻지 못해, 노벽 근방에 코크스와 함께 광석도 퇴적되어 O/C가 증가하기 때문이다.

이 경우에는, 광석과 코크스의 혼합물 배치를 장입하는 경우에 있어서의 퇴적 경사면 상에서의 입도편석효과에 의한 광석과 코크스의 분리를 배려할 필요가 없으므로, 장입을 비교적 간편하게 행할 수 있고, 게다가 노벽 근방에 집중시키는 것이 가능하다. 노벽 근방의 O/C의 제어성의 유지, 및 그것에 의거하는 조업상의 자유도의 확보에 대해서는, 광석과 코크스의 혼합물 배치를 장입하는 경우와 다름없다.

또, 코크스만이 장입되므로, 광석과 코크스의 근접 배치에 따른 반응의 촉진과 같은 효과는 바랄 수 없지만, 노벽측의 가스 흐름의 강화에 따른 노벽 부착물의 형성 억제 또는 부착물의 제거에 대한 즉효적인 효과를 기대할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 원료 장입 방법에 의하면, 새로운 설비의 설치, 및 이에 수반하는 메인터넌스 비용을 필요로 하지 않고 , 노벽 근방의 O/C를 독립적으로 제어하여 저하시킬 수 있다. 노벽 근방의 O/C의 저하에 의해, 노벽측의 가스 흐름을 강화하여, 노벽 부착물의 형성을 억제하거나 또는 부착물을 제거할 수 있다. 또, 노벽 근방만의 O/C를 저하시키는 것이 가능해지므로, 고로의 환원재비를 큰 폭으로 증가시키지 않고, 생산성의 저하, 선철 제조 비용의 상승, 및 CO₂ 배출량의 증가를 억제할 수 있다.

실시예

본 발명의 원료 장입 방법에 따른 효과를, 상기 비특허 문헌 1에 기재된 벨레스 고로의 장입물 분포 시뮬레이션 모델, 및 벨레스 장입 모형 장치를 이용하여 검증했다.

(실시예 1)

[장입물 분포 시뮬레이션]

대상 고로는, 노 용적 5,370m³의 벨레스 고로이며, 실제 노의 장입 실적에 의거하여, 1차지를, 2배치의 코크스, 및 2배치의 광석의 합계 4배치로 구성했다. 1차지당 장입량은, 코크스 배치를 합계 25.7ton, 광석 배치를 코크스 4.1ton(입경 6~50mm)을 포함하는 합계 140.7ton으로 했다. 2배치의 코크스 중 1배치는, 상기 노 중간부에서부터 노벽에 걸쳐 장입하는 코크스 배치(이하에서 설명하는 도 2의 「제1 장입 배치(5a)」, 이하, 이 용어로 기재함)에 해당한다. 또, 2배치의 광석이란, 상기 광석과 코크스의 혼합물 배치(이하, 「제3 장입 배치(5c)」라고 기재함), 및 광석 배치(이하, 「제4 장입 배치(5d)」라고 기재함)이다. 본 발명의 실시예에 있어서의 제3 장입 배치(5c)와 제4 장입 배치(5d)의 질량비는, 10：90으로 했다.

도 2는, 원료 퇴적 프로필의 시뮬레이션 모델에 의한 계산 결과를 나타내는 도면이다. (a)는 비교예이며, 통상 조업에 의한 원료 장입을 행한 경우, (b)는 본 발명예이며, 상기 본 발명의 방법으로 원료 장입을 행한 경우이다. 도 2에서는, 1차지(즉, 코크스의 제1 및 제2 장입 배치(5a, 5b), 및 광석의 제3 및 제4 장입 배치(5c, 5d)；제3 장입 배치(5c)는 코크스를 포함함)의 원료 퇴적 프로필을 나타내고 있다.

도 2(a)에 나타낸 비교예의 원료 퇴적 프로필에서는, 중심 가스류의 안정 확보와 노 중간부에서부터 노벽측에 걸친 반응 효율의 향상을 목표로 하여, 중심부의 O/C를 저위로 유지하면서, 노 중간부에서부터 노벽측에 걸친 O/C가 고위로 유지된다.

이에 반해, 도 2(b)에 나타낸 본 발명예에서는, 광석 장입 전에 형성하는 코크스층(제1 장입 배치(5a))이 무차원 노구 반경 0.7에 퇴적 정점 6을 갖고, 상기 퇴적 정점에서부터 노 중심 및 노벽에 걸쳐 경사진 원료 경사면을 형성하도록 코크스층을 퇴적시켰다. 코크스층의 형성 후에 장입하는 제3 장입 배치(5c)의 원료는 광석과 코크스의 혼합물로 하고, 상기 배치의 원료의 중심부로의 유입을 방지하는 관점으로부터, 선회 슈트로부터 공급되는 원료가 코크스층의 퇴적 정점보다도 노벽측의 무차원 노구 반경 0.9의 위치에 장입되도록 선회 슈트의 경동각을 조정했다. 이러한 장입 방법을 취함으로써, 노 중간부의 퇴적 정점에서부터 노벽에 걸친 코크스층의 경사면 상에 있어서의 입도편석에 의해서 광석과 코크스가 분리되어 코크스가 노벽 근방에 퇴적된다.

계속해서 장입하는 제4 장입 배치(5d)는, 장입 낙하점을 무차원 노구 반경 약 0.6~0.8의 범위로 하여, 노벽측에서부터 노 중간부에 걸쳐 선회 슈트를 경동시키면서 장입했다. 노벽측에 퇴적된 제3 장입 배치(5c)의 원료는 제4 장입 배치(5d)의 원료가 노벽측에 퇴적되는 것에 대한 장벽이 되므로, 노벽 근방의 O/C는 저위로 유지된다.

도 3은, 노 반경 방향 O/C 분포의 시뮬레이션 모델에 의한 계산 결과를 나타내는 도면이며, 도 2(a)에 나타낸 통상 조업으로의 원료 장입 방법(비교예)에 의한 고로 노 정상부의 O/C의 반경 방향 분포와, 도 2(b)에 나타낸 본 발명의 원료 장입 방법에 의한 O/C의 반경 방향 분포를 비교한 도면이다. 도 3으로부터, 코크스층의 퇴적 정점 위치를 무차원 노구 반경 0.7, 제3 장입 배치의 원료 장입 위치를 무차원 노구 반경 0.9로 한 본 발명에 의한 원료 장입 방법으로는, 통상 조업으로의 원료 장입 방법의 경우에 비해, 노 중심으로부터 노 중간부의 O/C가 크게 변화하지 않고, 노벽 근방의 O/C가 저하되어, 원하는 O/C 분포 상태를 실현할 수 있음을 알 수 있다.

도 4는, 코크스층의 퇴적 정점 위치를 무차원 노구 반경 0.7, 제3 장입 배치의 노 내 장입 위치를 무차원 노구 반경 0.9로 한 본 발명의 원료 장입 방법에 있어서의, 상기 배치의 광석과 코크스의 노 내 분포의 시뮬레이션 모델에 의한 계산 결과를 나타내는 도면이다. 이 도면으로부터, 코크스 경사면 상에서의 입도편석에 의해서, 코크스가 노벽 근방에 많이 퇴적됨을 알 수 있다.

이상의 벨레스 고로의 장입물 분포 시뮬레이션 모델을 이용한 검증 결과, 본 발명의 원료 장입 방법에 의한 효과(즉, 노벽 근방의 O/C를 독립적으로 제어할 수 있음)를 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

[벨레스 장입 모형 실험]

노 용적 5,370m³의 5.6분의 1축적인 벨레스 장입 모형 장치를 이용하여, 본 발명의 원료 장입 방법의 효과를 검증했다.

실험에서 사용한 원료의 입경은, 실제 노 사이즈의 약 5.6분의 1로 하고, 1차지당 장입량은 상사칙에 따라서, 코크스 배치(제1 및 제2 장입 배치)를 합계 146kg, 광석 배치(제3 및 제4 장입 배치)를, 코크스 23kg(입경 1~10mm)을 포함하는 합계 801kg으로 했다. 본 발명의 실시예에 있어서의 제3 장입 배치와 제4 장입 배치의 질량비는 10：90으로 했다.

모형 실험에 있어서는, 본 발명의 방법에 의해 원료 장입을 행하는 경우, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 코크스층의 퇴적 정점 위치를 무차원 노구 반경 0.7로 하고, 제3 장입 배치의 장입 위치를 무차원 노구 반경 0.9로 했다.

도 5는, 모형 실험에 있어서의 원료 퇴적 프로필을 나타내는 도면이다. (a)는 비교예이며, 통상 조업에 의한 원료 장입을 행한 경우, (b)는 본 발명예이고, 상기 본 발명의 방법으로 원료 장입을 행한 경우이다. 노 내의 원료 퇴적 프로필은, 레이저 거리계를 이용하여 연속적으로 측정했다. 또한, 도 5에서는, 1차지의 원료 퇴적 프로필을 나타내고 있다.

도 5로부터, 통상 조업에 의한 원료 장입을 행한 경우(비교예), 및 본 발명의 방법으로 원료 장입을 행한 경우 모두, 상기한 장입물 분포 시뮬레이션 모델에 의한 계산 결과와 거의 동일한 원료 퇴적 프로필로 되어 있음을 알 수 있다.

도 6은, 모형 실험에 있어서의 노 반경 방향 O/C 분포를 나타내는 도면이며, 도 5의 (a)에 나타낸 통상 조업으로의 원료 장입 방법(비교예)에 의한 고로 노 정상부의 O/C의 반경 방향 분포와, (b)에 나타낸 본 발명의 원료 장입 방법에 의한 O/C의 반경 방향 분포를 비교한 도면이다. 도 6으로부터, 시뮬레이션 모델에 의한 계산 결과(도 3 참조)와 마찬가지로, 본 발명의 원료 장입 방법으로 원료 장입을 행한 경우에는, 통상 조업으로의 원료 장입 방법의 경우에 비해, 노 중심에서부터 노 중간부의 O/C가 크게 변화하지 않고, 노벽 근방의 O/C가 저하되어 있음을 알 수 있다.

이상의 벨레스 장입 모형 장치를 이용한 검증의 결과, 본 발명의 원료 장입 방법에 의한 효과(즉, 노벽 근방의 O/C를 독립적으로 제어할 수 있음)를 확인할 수 있었다.

본 발명의 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법에 의하면, 노벽 근방만의 O/C를 독립적으로 제어하여 저하시킬 수 있다. 또, 고로의 환원재비를 큰 폭으로 증가시키지 않고, 노벽 부착물의 형성을 방지할 수 있으므로, 생산성의 저하, 선철 제조 비용의 상승 등을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 벨레스 고로에 대한 원료 장입시에 유효하게 이용할 수 있다.

1：선회 슈트
1a：선회 슈트의 중심축
2：고로
2a：고로의 중심축
3：원료 스톡 레벨
4：노구 반경
5：1차지의 원료
5a：제1 장입 배치
5b：제2 장입 배치
5c：제3 장입 배치
5d：제4 장입 배치
6：코크스층의 퇴적 정점

Claims

코크스층과 광석층을 번갈아 퇴적시키도록 장입하는 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법으로서,
노 중간부에서부터 노벽에 걸친 원료 장입에 대해서, 코크스 배치(Batch), 광석과 코크스의 혼합물 배치, 광석 배치의 순서로 장입하고,
코크스 배치는, 코크스 표면이 무차원 노구(爐口) 반경 0.6~0.8의 범위에 퇴적 정점을 갖고, 상기 퇴적 정점에서부터 노 중심 및 노벽에 걸쳐 경사진 원료 퇴적 경사면을 형성하도록 코크스를 퇴적시키고,
광석과 코크스의 혼합물 배치는, 장입 낙하점을 상기 코크스의 퇴적 정점보다도 노벽측으로 하여 장입하고,
광석 배치는, 장입 낙하점을 무차원 노구 반경 0.5~0.9의 범위로 하여 장입하는 것을 특징으로 하는 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 광석과 코크스의 혼합물 배치의 장입량을 상기 광석 배치의 장입량보다도 적게 함과 더불어,
상기 광석과 코크스의 혼합물 배치의 장입 낙하점을, 상기 코크스 배치의 장입에 의해 형성되는 퇴적 정점보다도 노벽측이며, 또한, 무차원 노구 반경 0.9 이하의 범위로 하여 장입하는 것을 특징으로 하는 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 광석과 코크스의 혼합물 배치를 대신하여 코크스만의 배치를 장입하는 것을 특징으로 하는 벨레스 고로에 대한 원료 장입 방법.