KR101608231B1

KR101608231B1 - 고로 조업 방법

Info

Publication number: KR101608231B1
Application number: KR1020157001481A
Authority: KR
Inventors: 다이키 후지와라; 아키노리 무라오
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2016-04-01
Also published as: JPWO2014007152A1; AU2013284587A1; JP5522325B1; CN104379770A; EP2871247B1; KR20150023045A; CN104379770B; EP2871247A1; EP2871247A4; AU2013284587B2; WO2014007152A1

Abstract

(과제) 송풍구(tuyere)로부터 취입되는 미분탄의 연소율의 향상 및 환원재 원단위의 저감을 가능하게 하는 고로(blast furnace) 조업 방법을 제안한다.
(해결 수단) 송풍구로부터도 랜스를 통하여 취입하는 고로의 조업 방법에 있어서, 송풍구로부터 취입하는 상기 고체 환원재의 취입량이 선철(pig iron) 1톤당 150㎏/t 이상인 경우에, 상기 랜스로서 이중관 랜스를 이용하고, 그 내관으로부터는 당해 고체 환원재를 취입함과 함께, 내관과 외관과의 사이로부터는 100℃ 이하의 산소를 취입하고, 또한 취입용 고체 환원재로서는 평균 휘발분이 25mass％ 초과 50mass％ 이하인 미분탄을 이용한다.

Description

고로 조업 방법{METHOD FOR OPERATING BLAST FURNACE}

본 발명은, 고로(高爐;blast furnace) 조업 방법에 관한 것으로, 특히, 미분탄 등의 고체 환원재를 고로의 송풍구(tuyere)로부터 취입하여, 생산성의 향상과 환원재 원단위의 저감을 도모하는 데에 있어서 유효해지는 고로의 조업 방법이다.

최근, 탄산 가스 배출량의 증가에 따른 지구 온난화가 문제가 되고 있으며, 이것은 제철업에 있어서도 중요한 과제가 되고 있다. 이 과제에 대하여, 최근의 고로에서는, 저(低)환원재비(저RAR: Reduction　Agent　Ratio의 약자로, 선철(銑鐵;pig iron) 1톤 제조당의, 송풍구로부터 취입되는 환원재와 로정(爐頂;furnace top)으로부터 장입되는(charged) 코크스의 합계량을 말함) 조업이 추진되고 있다. 고로는, 환원재로서 주로 코크스 및 미분탄을 사용하고 있다. 따라서, 전술한 저환원재비와 탄산 가스 배출량의 억제를 달성하려면, 상기 미분탄의 연소율을 향상시킴과 함께, 로 내에 발생하는 분(powder)의 양을 저감하여 로(furnace) 내의 통기성을 개선하는 방법이 유효하다고 생각할 수 있다.

이 점, 특허문헌 1은, LNG(Liquefied Natural Gas)와 미분탄과의 혼소(mixed-combustion)에 의해 미분탄의 연소율을 향상시키는 방법을 제안하고 있다. 또한, 특허문헌 2는, 휘발분(volatile matter)이 많은 미분탄을 사용함으로써, 그 휘발분에 의해 미분탄의 연소를 촉진시키는 방법을 제안하고 있다. 특허문헌 3에서는, 송풍구 내에 축경부(reduced-diameter portion)를 형성하여 대처하는 방법을 제안하고 있다. 특허문헌 4에서는, 송풍구 랜스(tuyere lance)로부터 고체 환원재와 산소를 동시에 취입함으로써 미분탄의 연소성을 향상시키는 방법을 제안하고 있다. 또한, 특허문헌 5에서는, 미분탄의 연소율의 개선을 목적으로 하여 산소를 이용할 때에, 그 산소의 온도를 높게 하여 미분탄의 연소 효율을 향상시키는 방법에 대해서 제안하고 있다.

일본공개특허공보 2006-233332호 일본공개특허공보 2002-241815호 일본특허공보 제3644856호 일본특허공보 제4074467호 일본공개특허공보 평8-260010호

그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 LNG를 사용하는 방법은, LNG가 고가인 점, 게다가, 미분탄의 연소율을 향상시키기 위해 다량의 LNG가 필요해진다는 문제가 있다. 또한, 상기 특허문헌 3에 개시된 방법에서는, 송풍구의 개조가 필요해져 설비 비용의 증대를 초래한다.

상기 특허문헌 2에 개시된 고로 조업 방법은, 휘발분이 낮은 미분탄을 송풍구로부터 취입하는 방법에 비하면, 미분탄의 연소율이 향상되어 환원재 원단위의 저감에 효과가 있다. 그러나, 이러한 방법에서는, 연소율은 향상되기는 하지만, 연소 속도의 상승에 의해 연소점이 로벽측으로 옮겨지기 때문에, 로벽으로부터의 발열(拔熱;heat removal)이 증가하여, 고로의 열효율이 저하된다. 또한, 이 방법에서는, 급격한 가스의 팽창에 의한 송풍구 끝의 압력 손실이 상승되고 취입 압력이 증대하여, 러닝 비용이 증가한다.

본 발명의 목적은, 발열이나 압력 손실을 초래하는 일 없이, 고체 환원재의 연소율을 향상시킬 수 있는 고로 조업 방법을 제안하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 방법으로서, 본 발명은, 고체 환원재를 로정으로부터 장입하는 한편, 송풍구로부터도 랜스를 통하여 취입하는 고로의 조업 방법에 있어서, 송풍구로부터 취입하는 상기 고체 환원재의 취입량이 선철 1톤당 150㎏/t 이상인 경우에, 상기 랜스로서 이중관 랜스를 이용하고, 그 내관으로부터는 당해 고체 환원재를 취입함과 함께, 내관과 외관과의 사이로부터는 100℃ 이하의 산소를 취입하고, 또한 취입용 고체 환원재로서는 평균 휘발분이 25mass％ 초과 50mass％ 이하인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법을 제안한다.

그런데, 특허문헌 4는, 전술한 바와 같이, 송풍구로부터 고로 내에 고체 환원재(미분탄)와 산소를 동시에 취입하고, 그 미분탄의 연소성을 향상시키는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이 방법에서는, 휘발분이 낮은 미분탄을 사용하고 있다. 그것은, 휘발분이 낮은 미분탄은 발열량(發熱量)이 높기 때문에, 이러한 저휘발분탄을 이용하면, 로 하부에 있어서의 연소성을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 로 하부의 온도 유지에 사용되는 코크스를 삭감할 수 있기 때문이라고 하고 있다.

그러나, 선철 1톤당의 송풍구로부터의 미분탄 취입량(이하, 「미분탄비(pulverized coal ratio)」라고 함)이 150㎏/t 이상인 경우, 혹은 또한, 코크스 강도[DI¹⁵⁰ ₁₅]가 85％ 이하인 경우에는, 취입 미분탄에 의한 발열보다도 로 내 분(powder)의 증가 쪽이 환원재비에 미치는 영향이 크기 때문에, 오히려 고휘발분의 미분탄을 사용하는 쪽이 유리해진다.

또한, 발명자들은, 고로 로정부로부터 고로 내에 장입하는 코크스의 강도에 대해서는, 다음과 같은 인식을 얻었다. 고로 조업에서는 코크스 강도가 낮을수록, 로 내의 하중이나 마찰의 영향에 의해 15㎜ 이하의 코크스분을 발생시키기 쉬워진다. 그 코크스분의 양이, 솔루션 로스 반응(solution loss reaction)(고체 탄소가 이산화탄소와 반응하여 일산화탄소를 발생시키는 반응)에서 소비되는 양보다도 많아지면, 당해 코크스분의 일부가 로 하부의 중심 영역(이하, 「로심(furnace core)」이라고 함)에 퇴적하게 된다. 만약, 그 코크스분의 퇴적량이 증가하면, 송풍구로부터 취입되는 열풍이 로심부를 통과하는 것이 아니라, 로벽측을 통과(이하, 이 현상을 「편류(drift)」라고 함)하게 된다. 이와 같이 하여 열풍의 흐름이 로벽측에 편류하면, 로벽으로부터의 발열량이 증가하거나, 환원 가스와 광석과의 반응 효율의 저하가 발생하여 환원재비의 증가를 초래한다.

이때, 송풍구로부터의 취입 미분탄비가 증가하면, 로 내로 유입되는 미연차르(unburnt char)도 증가한다. 만약, 이 미연차르가 솔루션 로스 반응에서 우선적으로 소비되면, 솔루션 로스에서 소비되지 않고 로심에 퇴적되는 상기 코크스분의 양이 증가하게 된다. 따라서, 고로 로정으로부터 장입하는 코크스의 강도[DI¹⁵⁰ ₁₅[％]]가 85 이하, 또한 송풍구로부터의 미분탄의 취입량이 150㎏/t(선철) 이상인 경우, 미분탄의 연소율을 개선함으로써 미연차르의 로 내 유입량을 저감시킬 수 있게 되어, 환원재비의 저감에 유리해진다.

또한, 상기 특허문헌 5에서는, 산소 온도를 높게 하는 것이 미분탄의 연소에 대해서 바람직하다고 서술되어 있다. 그러나, 랜스의 내구성을 생각한 경우, 산소의 온도를 고온으로 하면, 뒤에 서술하는 바와 같이, 랜스의 표면 온도도 높아져, 랜스의 변형이나 용손(erosion)이 발생하여, 미분탄의 취입 불량이나 송풍구 손모(tuyere wear)와 같은 트러블의 원인이 된다. 그 때문에, 랜스로부터 취입하는 산소의 온도는, 랜스의 변형이 발생하는 온도 이하로 조정하는 것이 바람직하다.

이상으로부터, 본 발명에 따른 상기 고로 조업 방법에 있어서는, 이하와 같은 구성으로 하는 것이 보다 바람직하다.

(1) 로정으로부터 장입되는 상기 고체 환원재는, JIS K2151에 기재된 시험 방법에 따라 측정된 강도: [DI¹⁵⁰ ₁₅[％]]가 85 이하의 코크스인 것,

(2) 취입용의 상기 고체 환원재는, 그 중에, 휘발분이 30mass％∼60mass％인 고체 환원재를, 10mass％ 이상 포함하는 것을 이용하는 것,

(3) 취입용의 상기 고체 환원재는, 미분탄인 것.

　본 발명의 고로 조업 방법에 의하면, 상기 미분탄비가 150㎏/t(선철: 이하는 생략함) 이상, 또한 고로의 로정으로부터 장입되는 코크스의 강도[DI¹⁵⁰ ₁₅[％]]가 85 이하인 경우, 이중관 랜스를 이용하고, 그 내관으로부터는 고체 환원재를 취입하고, 내관과 외관과의 사이로부터는 100℃ 이하의 산소를 취입하는 것으로 하고, 이때 당해 고체 환원재로서, 평균 휘발분이 25mass％ 초과 50mass％ 이하인 것을 이용하기 때문에, 로벽으로부터의 발열이나 로 하부의 압력 손실을 초래하는 일 없이, 고체 환원재의 연소율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 본 발명 방법을 채용하면, 고로의 조업 비용의 저감, 설비 비용의 저감 등을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 고로 조업 방법이 적용되는 고로의 일 실시 형태를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 랜스로부터 미분탄만을 취입했을 때의 그 연소 상태의 설명도이다.
도 3은 미분탄 취입시의 연소 메커니즘의 설명도이다.
도 4는 휘발분이 높은 미분탄 취입시의 연소 메커니즘의 설명도이다.
도 5는 휘발분이 높은 미분탄과 냉산소(cold oxygen)를 동시에 취입했을 때의 연소 메커니즘의 설명도이다.
도 6은 연소 실험 장치의 설명도이다.
도 7은 연소 실험 결과에 있어서의 미분탄의 휘발분과 연소율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 연소 실험 결과에 있어서의 미분탄의 휘발분과 로벽으로부터의 발열량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 연소 실험 결과에 있어서의 미분탄의 휘발분과 로 하부의 압력 손실의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 미분탄비와 코크스 치환율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 미분탄비와 코크스 치환율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 산소 온도와 랜스 표면 온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명에 따른 고로 조업 방법의 일 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태의 고로 조업 방법이 적용되는 고로(1)의 전체도이다. 이 고로(1)는 보쉬부(bosh part)에 송풍구(3)가 배치되어 있고, 그 송풍구(3)에는, 열풍을 송풍하기 위한 송풍관(2)이 접속되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 이 송풍관(2)에는 고체 연료 등을 취입하기 위한 랜스(4)가 부착되어 있다. 송풍구(3)로부터의 열풍 취출 방향 전방에 있는 로 내의 코크스 퇴적층 부분에는, 레이스웨이(raceway;5)라고 불리는 연소 공간이 형성되어 있다. 용선(molten iron)은, 주로, 이 연소 공간에 있어서 생성된다.

도 2는, 상기 랜스(4)로부터 송풍구(3)를 통하여 고체 환원재인 미분탄(6)만을 로 내에 취입했을 때의 연소 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 랜스(4)로부터 송풍구(3)를 통과하여 레이스웨이(5) 내에 취입된 미분탄(6)의 휘발분이나 고정 탄소는, 로 내 퇴적 코크스(7)와 함께 연소하고, 다 연소되지 못하고 남은 탄소와 회분(ash)의 집합체, 즉, 차르가, 레이스웨이(5)로부터 미연차르(8)로서 배출된다. 또한, 상기 송풍구(3)의 열풍 취출 방향의 전방에 있어서의 당해 열풍의 속도는 약 200m/sec이다. 한편, 랜스(4)의 선단부로부터 레이스웨이(5) 내에 도달할 때까지의 거리, 즉, O₂가 존재하는 영역은, 약 0.3∼0.5m이다. 따라서, 취입 미분탄 입자의 승온(昇溫)이나 당해 미분탄과 O₂와의 접촉(분산성)은, 실질적으로 1/1000초라는 단시간에서 반응시키는 것이 필요해진다.

도 3은, 랜스(4)를 통하여 송풍관(2) 내에 미분탄(도면 중의 PC: Pulverized　Coal)(6)만을 취입한 경우의 연소 메커니즘을 나타내는 것이다. 상기 송풍구(3)로부터 레이스웨이(5) 내에 취입된 미분탄(6)은, 레이스웨이(5) 내의 화염으로부터의 복사 전열(radiation heat transfer)에 의해 입자가 가열되고, 또한 복사 전열, 전도 전열에 의해 입자가 급격하게 온도 상승하여, 300℃ 이상 승온한 시점으로부터 열분해를 개시하고, 휘발분에 착화하여 연소되어(화염이 형성되어), 1400∼1700℃의 온도에 도달한다. 휘발분을 방출한 미분탄은 상기 차르(char;8)가 된다. 이 차르(8)는, 주로 고정 탄소로 구성되어 있기 때문에, 상기 연소 반응과 함께 탄소 용해 반응도 발생한다.

도 4는, 랜스(4)를 통하여 송풍관(2) 내에 휘발분이 높은 미분탄(6)을 취입한 경우의 연소 메커니즘을 나타낸 것이다. 이와 같이 휘발분이 높은 미분탄(6)을 취입한 경우, 휘발분의 증가에 의해, 미분탄(6)의 착화가 촉진됨과 함께, 휘발분에 의한 연소량의 증가가 일어난다. 그 결과, 미분탄의 승온 속도와 최고 온도가 상승하여, 당해 미분탄의 분산성이 오름과 함께, 온도의 상승에 의해 차르의 반응 속도가 향상한다. 이때 미분탄(6)은 휘발분의 기화 팽창에 의해 분산함과 함께 휘발분의 연소를 초래하고, 그 연소열에 의해 당해 미분탄 자신은 급속히 가열되어 승온한다. 또한, 이 경우의 미분탄의 연소는, 로벽에 가까운 위치에서 일어나기 때문에, 송풍구(3)로부터의 발열과 로 내의 압력 손실이 증대한다.

도 5는, 상기 랜스(4)로부터 송풍관(2) 내에 휘발분이 높은 미분탄(6)과 100℃ 이하의 저온 산소(이하, 「냉산소」라고 함)를 동시에 취입한 경우의 연소 메커니즘을 나타낸 것이다. 이와 같이 휘발분이 높은 미분탄(6)과 냉산소를 동시에 취입하면, 당해 냉산소의 영향에 의해 미분탄의 승온 속도가 저하되어 착화가 늦어진다. 그러나, 그 후에는 미분탄 근방의 높은 산소 농도에 의해 휘발분의 연소 속도가 오름과 동시에 미분탄의 승온도 촉진되어 당해 미분탄의 온도가 올라가고, 그에 따라 차르의 반응 속도가 상승한다. 이와 같이, 냉산소를 취입한 경우, 당초는 미분탄의 승온 속도가 저하되어 연소가 늦어지지만, 전술한 바와 같이, 미분탄 근방의 산소 농도가 높기 때문에, 미분탄의 온도가 일정 이상이 되면, 결국 미분탄은 급격하게 연소되어, 최종적으로는 미분탄의 연소율은 오히려 향상되게 된다. 이러한 메커니즘에 의해, 연소율의 향상과, 연소가 늦어짐으로써 일어나는 로벽으로부터의 발열 및 로 내 압력 손실의 증대의 방지가 달성된다. 즉, 랜스(4)로부터 취입하는 산소의 온도를 100℃ 이하로 함으로써, 고온의 산소를 공급한 경우의 랜스의 변형이나 용손, 급격한 연소에 의한 송풍관(2) 내의 압력 손실의 증대를 방지할 뿐만 아니라, 연소율의 향상 작용과 로벽으로부터의 발열 방지 작용을 양립할 수 있게 된다.

발명자들은, 이러한 인식에 기초하여, 도 6에 나타내는 고로를 모방한 연소 실험 장치를 이용하여 연소 실험을 행했다. 이 실험 장치에서 사용한 실험로(11)는, 내부에 코크스가 충전(充塡)되고, 관측창을 형성하여 레이스웨이(15)의 내부를 관찰할 수 있도록 한 것이다. 그리고, 이 실험로(11)에는 또한, 송풍관(12)이 부착되어 있고, 외부 설치의 연소 버너(13)에서 발생시키는 열풍을 이 송풍관(12)을 통하여 실험로(11) 내로 송풍할 수 있음과 함께, 송풍 중에서의 산소 부화량(amount of oxygen enrichment)의 조정을 할 수 있다. 또한, 이 송풍관(12) 내에는 랜스(14)가 삽입된다. 그 랜스(14)는, 미분탄 및 산소 중 어느 한 쪽 또는 쌍방을 당해 송풍관(12) 내로 취입하기 위해 이용된다. 실험로(11) 내에서 발생하는 배기 가스(exhaust gas)는, 사이클론이라고 불리는 분리 장치(16)를 통하여 배기 가스와 더스트로 분리되고, 그 배기 가스는 조연로(combustion-assisting furnace) 등의 배기 가스 처리 설비에 송급되고, 더스트는 포집 상자(17)에 포집된다.

상기 장치를 이용하는 연소 실험에 있어서는, 상기 랜스(14)로서, 단관 랜스와 이중관 랜스를 이용했다. 실험은, 단관 랜스를 이용하여 미분탄만을 취입한 경우, 이중관 랜스를 이용하여 미분탄과 산소를 동시에 취입한 경우의 각각에 대해서, 연소율, 송풍구 발열, 로 내 압력 손실 등을 측정했다. 연소율은, 레이스웨이(15)의 후방으로부터 프로브로 미연차르를 회수하여 그 중량 변화로부터 구했다. 사용한 미분탄은, 고정 탄소(FC: Fixed　Carbon) 40∼80mass％, 휘발분(VM: Volatile　Matter) 10∼50vol.％, 회분(Ash) 7∼12mass％이고, 취입의 조건은, 50㎏/h(용선 원단위로 158㎏/t에 상당)로 했다. 또한, 랜스(14)로부터의 산소의 취입의 조건은, 12N㎥/h(산소 부화 3％에 상당)로 했다. 코크스는, JIS K2151에 기재된 시험 방법으로 [DI¹⁵⁰ ₁₅[％]] 83인 것을 이용했다. 송풍의 조건은, 송풍 온도: 1200℃, 유량: 350N㎥/h, 유속: 80m/s, O₂ 부화는 ＋3.7(산소 농도 24.7％, 공기 중 산소 농도 21％에 대하여, 3.7％의 부화)로 했다.

실험 결과의 평가는, 미분탄의 휘발분을 여러 가지로 변경하여, 한 개의 단관 랜스로부터 미분탄만(매체로서 N₂를 사용)을 취입한 경우의 연소율, 송풍구로부터의 발열 및 로 내 압력 손실과, 그리고, 이중관 랜스를 이용하여 미분탄과 산소를 동시에 취입한 경우의 연소율, 송풍구로부터 발열, 로 내 압력 손실에 대해서 각각 평가했다.

도 7은, 취입 미분탄의 휘발분과 연소율과의 관계를 나타낸 것이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 단관 랜스로부터 미분탄만(고휘발분탄)을 취입한 경우, 당해 미분탄의 휘발분이 25mass％에서 연소율은 크게 상승하기 시작하고, 45mass％에서 최대가 되며, 45mass％ 이상에서는 연소율 향상의 효과가 포화되었다. 이것은, 휘발분 45mass％ 이상에서는, 휘발분의 연소에 의해 발생하는 열이 송풍으로 도망가 버리기 때문에, 미분탄의 승온에 이용되는 열이 한계점이 되어, 그 이상, 연소 속도가 상승하지 않기 때문이라고 생각할 수 있다.

이에 대하여, 미분탄과 연소율의 관계는 이중관 랜스를 이용하여 미분탄(고휘발분탄)과 냉산소를 동시에 취입한 경우에는, 단관 랜스로부터 미분탄만을 취입한 경우에 비하여, 전체적으로 연소율이 향상하고 있다. 이것은, 미분탄 근방의 산소 농도가 높아짐으로써, 미분탄의 연소 속도가 상승했기 때문이다.

도 8은, 미분탄의 휘발분과 송풍구 발열과의 관계를 나타낸 것이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 단관 랜스로부터 미분탄만을 취입한 경우, 로벽으로부터의 발열은 휘발분의 증가에 수반하여 증가하고 있다. 이것은, 휘발분의 증가에 의해 미분탄의 연소 속도가 상승하고, 연소점이 로벽측으로 이행했기 때문이라고 생각할 수 있다.

이에 대하여, 상기의 미분탄의 휘발분과 송풍구 발열과의 관계는 이중관 랜스를 이용하여, 고휘발분의 미분탄(고휘발분탄)과 냉산소를 동시에 취입한 경우에는, 단관 랜스로부터 미분탄만을 취입한 경우에 비하여, 로벽으로부터의 발열이 전체적으로 저하되고 있다. 이것은, 냉산소에 의해 미분탄의 승온 속도가 저하되어, 연소점이 로 내측으로 이행했기 때문이다.

또한, 상기 실험에 이용한 냉산소(랜스로부터 취입되는 100℃ 이하의 산소)는 이하와 같이 하여 준비했다. 즉, 랜스로부터 취입되는 당해 냉산소는, 심냉 분리 처리(cryogenic separation process)에 의해 얻어진 것을 랜스 부분에서 20℃ 이하가 되도록 하여 이용했다. 또한, 랜스의 선단 부분은, 고온의 송풍관(2) 내에 삽입되어 있기 때문에, 송풍관(2) 내의 열풍이나 송풍관(2)의 벽면으로부터의 열영향을 받는다. 따라서, 랜스로부터 취입되는 산소의 온도는 불가피하게 상승하기는 하지만, 심냉 분리에 의해 얻어진 산소를 저온도인 채로 랜스로 공급하기 때문에, 결국, 랜스로부터 취입되는 산소의 온도는 100℃ 이하로 할 수 있다. 또한, 랜스의 송풍관(2) 내로의 삽입 깊이를 조정함으로써도, 랜스로부터 공급되는 산소의 온도를 조정할 수 있다. 이 랜스의 삽입 깊이의 조정에 의해, 랜스로부터 취입되는 산소의 온도를 100℃ 이하로 조정할 수 있는 경우에는, 랜스로의 공급 산소 온도를 20℃ 이하로 할 필요는 없다.

도 9는, 취입 미분탄의 휘발분과 로 내 압력 손실의 관계를 나타낸 것이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 단관 랜스로부터 미분탄만을 취입한 경우, 로 하부의 압력 손실은, 휘발분이 29mass％까지는 휘발분의 증가에 수반하여 저하되고, 29mass％ 이상에서는 휘발분의 증가에 수반하여 증가하고 있다. 이것은, 휘발분이 29mass％까지는 미연분(unburned content)의 저하에 의해 로 내의 통기성이 향상하는 데에 대하여, 휘발분 29mass％ 이상에서는 연소 가스가 로벽에 치우쳐 흘렀기 때문이다.

이에 대하여, 미분탄의 휘발분과 로 내 압력과의 관계는 이중관 랜스를 이용하여 고휘발분의 미분탄과 냉산소를 동시에 취입한 경우에는, 단관 랜스를 이용하여 미분탄만을 취입한 경우에 비하면, 로 하부의 압력 손실이 전체적으로 저하되고 있으며, 특히 휘발분이 30mass％ 이상인 미분탄을 취입했을 때에 낮은 압력 손실을 유지하고 있다. 이것은, 냉산소에 의해 미분탄의 승온 속도가 저하되고, 연소점이 로 내측으로 이행함으로써 가스의 편류가 억제되었기 때문이다. 이 점에서, 평균 휘발분이 25∼50mass%인 고체 환원재(미분탄) 중에는, 휘발분이 30∼60mass％인 고체 환원재(미분탄)를, 중량 비율로 10％ 이상 혼합함으로써, 압력 손실 저감 효과가 확실히 얻어지는 것을 알 수 있다.

도 10 및 도 11은, 미분탄비와 코크스 치환율의 관계를 나타낸 것이다. 여기에서, 코크스 치환율이란, 고로 조업에 있어서 미분탄비를 1㎏/t 증가시킨 경우에 저감 가능한 코크스비(kg/t)이다. 모두 미분탄비의 증가에 의해 코크스 치환율이 저하되지만, 이것은, 로 내에 있어서의 미분탄의 미연분이 증가함으로써, 로심에 퇴적되는 코크스분의 양이 증가하고, 로 내 가스가 로벽측에 치우쳐 흐르게 되어, 로의 반응 및 열교환 효율이 저하되기 때문이다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 고로 내에 장입되는 코크스의 강도[DI¹⁵⁰ ₁₅[％]]가 85 이하인 경우, 송풍구로부터 취입되는 미분탄비가 150㎏/t 이하에서는, 미분탄에 의한 코크스 치환율은 높게 유지되지만, 당해 미분탄비가 150㎏/t 초과가 되면, 미분탄에 의한 코크스의 치환율은 저하된다. 즉, 미분탄비가 150㎏/t 초과에서는, 본 발명에서 말한, 평균 휘발분이 25mass％를 초과하는 미분탄(고체 환원재)을 사용하면, 코크스 치환율은 높은 상태를 유지할 수 있다. 이것은, 미분탄비가 작은, 즉 로 내 가스가 편류하지 않는 조건에서는, 로벽측, 즉 송풍구 근방에서의 미분탄의 연소가 촉진되지 않기 때문에, 미분탄의 휘발분이 커도 송풍구 근방에서의 열량이 작기 때문에 코크스 치환율이 작아지는 것을 의미하고 있다.

이에 대하여, 미분탄비가 큰, 즉 로 내 가스가 편류하는 조건에서는, 로벽측, 즉 송풍구 근방에서의 미분탄의 연소가 촉진되기 때문에, 미분탄의 휘발분이 클수록 연소율이 크고, 이에 따라 미연분이 저감되어 결과적으로 로 내 가스의 편류를 억제하게 되기 때문에, 코크스 치환율의 저하가 고미분탄비측으로 이행했기 때문이다.

한편, 도 11에 나타내는 바와 같이, 코크스 강도[DI¹⁵⁰ ₁₅[％]]가 85 이상에서는, 항상 미분탄의 평균 휘발분이 25mass％ 초과인 쪽이 25mass％ 이하보다도 코크스 치환율이 크다. 이것은, 코크스 강도[DI¹⁵⁰ ₁₅[％]]가 클수록, 로 내의 코크스분의 비율이 적고, 로 내 가스의 편류가 억제되기 때문에, 연소율 개선의 효과가 저하되었기 때문이다. 또한, 도 10, 도 11 모두 본 발명에서 말하는 냉산소 사용시의 미분탄비와 코크스 치환율의 관계로 나타냈다.

도 12는, 랜스로부터 취입되는 산소의 온도와 랜스 표면 온도의 관계를 나타낸 것이다. 이 도면으로부터 분명한 바와 같이, 산소의 온도의 상승에 수반하여 랜스 표면 온도도 증가하고 있다. 이 경우에 있어서, 이중관 랜스를 사용한 경우, 이 이중관 랜스의 표면 온도가 880℃를 초과하면 크리프 변형(creep deformation)이 일어나 구부러지거나, 랜스의 용손도 발생한다. 또한, 랜스로부터 취입되는 산소의 공급 온도가 100℃를 초과하면, 랜스의 표면 온도는 880℃를 초과하는 점에서, 랜스의 변형이나 용손의 우려가 있다. 이 때문에도, 랜스로부터 취입되는 산소의 온도는 100℃ 이하로 할 필요가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 수반하는 고로 조업 방법에서는, 송풍구로부터 미분탄(고체 환원재)을 취입하는 경우에, 랜스를 이중관으로 하고, 내관으로부터는 미분탄(고체 환원재)을 취입, 내관과 외관과의 사이로부터는 100℃ 이하의 산소를 취입, 또한 랜스를 통하여 취입하는 미분탄(고체 환원재)은 평균 휘발분이 25mass％ 초과 50mass％ 이하인 것을 이용함으로써, 발열이나 압력 손실을 증가시키는 일 없이, 미분탄(고체 환원재)의 연소율을 향상시킬 수 있고, 나아가서는 코크스 치환율을 향상시킬 수 있다.

1 : 고로(blast furnace)
2 : 송풍관
3 : 송풍구(tuyere)
4 : 랜스(lance)
5 : 레이스웨이(raceway)
6 : 미분탄(고체 환원재)
7 : 코크스
8 : 차르(char)

Claims

고체 환원재를 로정(爐頂)으로부터 장입하는 한편, 송풍구로부터도 랜스(lance)를 통하여 취입하는 고로(高爐)의 조업 방법에 있어서, 송풍구로부터 취입하는 상기 고체 환원재의 취입량이 선철(銑鐵) 1톤당 150㎏/t 이상인 경우에, 상기 랜스로서 이중관 랜스를 이용하고, 그 내관으로부터는 당해 고체 환원재를 취입함과 함께, 내관과 외관과의 사이로부터는 100℃ 이하의 산소를 취입하고, 또한 취입용 고체 환원재로서는 평균 휘발분이 25mass％ 초과 50mass％ 이하인 것을 이용하며, 로정으로부터 장입되는 상기 고체 환원재는, JIS K2151에 기재된 시험 방법에 따라 측정된 강도: [DI¹⁵⁰ ₁₅[％]]가 85 이하인 코크스인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
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제1항에 있어서,
취입용의 상기 고체 환원재는, 그 중에, 휘발분이 30mass％∼60mass％인 고체 환원재를, 10mass％ 이상 포함하는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제5항에 있어서,
취입용의 상기 고체 환원재는, 미분탄인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.