KR101655213B1 - 고로의 노심 활성화 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR101655213B1
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Abstract

고로의 노심 활성화 장치 및 그 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 고로의 풍구에 삽입되고, 상기 고로의 연소대에서 노심 영역까지 위치되는 고로 연소대 가스 유도관;을 포함하고, 상기 고로 연소대 가스 유도관을 통해 상기 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입한다.

Description

고로의 노심 활성화 장치 및 그 방법{DEVICE FOR ACTIVITING FURNACE CENTER IN BLASST FURNACE, AND THR METHOD}
본 발명은 철강산업에서 고로 풍구상에 용융물의 흐름을 개선하고 노하부의 온도분포가 편중되지 않게 하기 위해 열풍의 흐름을 고로 노심영역까지 전달시키는 고로의 노심 활성화 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고로 정수시에 풍구상에서 고로 연소대 가스 유도관을 버드네스트 영역에서 노심영역까지 삽입시키고 유도관을 통해 열풍이 조업중에 지속적으로 전달되게 설계하였으며, 이를 이용하여 노심 코크스를 착화시켜 에너지원으로 사용함으로써, 부족한 열원을 확보하고 부가적으로 테르밋 반응의 발열반응을 유도하여 노심에 추가적인 열원을 공급함으로써, 노심 코크스의 분발생량을 제어하여 가스의 통기성과 용융물의 통액성을 향상시킬 수 있는 고로의 노심 활성화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고로에서는 고로 수명연장 및 안정조업을 지속적으로 수행하기 위해서는 고로 반경방향의 장입물 분포의 균일화를 통한 노내 가스흐름의 적정화를 도모하여, 노체 하부 열부하 억제 및 노저 측벽부 온도의 억제를 통하여 고로연와의 마모방지로 고로수명을 연장하는 한편, 고로의 노저부(hearth)에 있는 노심 코크스의 전열 및 승온을 통하여 노심 영역의 불활성화를 예방하여 용융물의 통액성을 원할히 하고, 노저 바닥 온도의 활성화를 통하여 장기적인 노황안정 조업을 목표로 하고 있다.
그러나, 고출선비, 고미분탄 조업을 수행하고 있는 고로에서는 고로 풍구로 취입된 미연소 카본의 축적 및 퇴적, 그리고 분 코크스의 풍구앞 축적으로 인하여, 노심 코크스가 오염되고 주기적인 노심 불활성화 현상이 나타나, 노체하부의 벽부 열부하가 극심하게 나타나게 되고 노저 측벽으로의 용융물 흐름의 조장, 노저 바닥부의 융기현상등으로 인하여 고로조업의 불안정을 초래하고 있다.
노심 불활성화란 고로 노하부의 중심부에 존재하는 치환이 늦은 코크스 충진 영역에 용선 및 슬래그가 이 고온의 영역을 적하하여 출선구를 통해 노외로 배출 되어야 하나 코크스 품질저하 및 용융물 유동성 악화 등으로 노하부 통기 및 통액성 불량으로 생산량 저하 및 출선재 불량 등을 초래하는 현상을 말한다.
노심 불활성화의 발생요인은 연·원료 품질저하, 노저부 온도 상승에 따른 과잉 조업, 노내 가스류 변동에 의한 노하부 온도 변동시 노저 온도의 상승을 초래하고 이에 따른 과잉 조업으로 노내 용융물의 유동성 악화를 초래한다. 이는 노황 불안정화를 초래하며, 노황 불안정시 노저, 노심부 노열 확보 불량에 의한 통기 및 통액성이 악화된다.
종래 기술로서 한국 공개특허번호 2013-0054658호에는 노심에 미분이 쌓이는 부분인 소위 버드네스트 부분을 제거하기 위해서 액체산소등 폭발물이 함유된 캡슐을 노심부의 버드네스트에 투입시켜서 폭발시킴으로서 버드네스트를 파괴하고자 하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 한국 공개특허 2013-0054658호에 의하면, 버드네스트는 딱딱한 고체 상태가 아니고 미분이 대립 코크스 층 사이에 축적되어 있기 때문에 폭발에 의해서 대립 코크스가 추가로 파괴됨으로써 미분이 더 발생하여 오히려 노심 오염상태를 악화 시키는 문제점이 있으며, 또한 폭발에 의해서 노심부에 있던 미분이 풍구쪽으로 이동하는 경우 열풍의 송풍에너지에 의해서 연소대 심도를 유지하기가 쉽지 않아서 소위 연소대 심도가 축소됨으로서 오히려 벽부로 고온 연소대 가스가 몰려서 벽부에서 온도가 상승하는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술로서 한국 공개특허 2002-0028347호에는 정수중에 버드네스트 부분에 공기를 투입하여 미분제거를 실시하는 방법이 개발되었지만, 이는 지속적으로 유지 및 실시하지 못하는 단점이 있어서 조정중에는 노심 활성화를 위한 조치를 취하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 고로 풍구상에 형성되는 버드네스트를 연소시키고 노심에 열원을 공급하기 위해 고로 연소대 가스 유도관 삽입하여 지속적으로 송풍에 의해 연소된 연소대 가스가 노심까지 전달되게 하여 노심의 불활성화를 억제하고 열원이 버드네스트 형성에 의해 가스 흐름이 노벽으로 이동하는 것을 방지하여 노하부의 온도분포를 개선할 수 있는 고로의 노심 활성화 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 고로 연소대 가스 유도관을 설계 및 제작하여 고로 풍구상에 장입 코크스의 분화와 미연소된 미연탄 취입에 의해 용융물과 결합된 버드네스트를 연소시키고 노심영역에 열원이 이동할 수 있는 방법을 부여함으로써, 노심의 불활성화 영역을 최소화시킬 수 있는 고로의 노심 활성화 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 노심영역(deadman zone)으로 이동하는 가스의 흐름을 차단하고 있는 버드네스트(bird's nest) 형성을 지연시키고 송풍열원이 고로 조업중에 지속적으로 노심영역까지 전달될 수 있는 고로 연소대(raceway) 가스 유도관을 삽입하여 부족한 열원을 확보하고 추가적으로 테르밋 반응을 유도하여 노심영역의 분발생량을 제어함으로써, 가스의 통기성과 용융물의 통액성을 향상시킬 수 있는 고로의 노심 활성화 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 고로의 풍구에 삽입되고, 상기 고로의 연소대에서 노심 영역까지 위치되는 고로 연소대 가스 유도관;을 포함하고,
상기 고로 연소대 가스 유도관을 통해 상기 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 것인 고로의 노심 활성화 장치가 제공될 수 있다.
상기 고로 연소대 가스 유도관은 외부를 이루는 외부관과, 내부를 이루는 내부관을 포함하는 이중관으로 형성되는 것일 수 있다.
상기 외부관은 강관으로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 내부관은 그라파이트(graphite)관으로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 고로 연소대 가스 유도관은 상기 고로 풍구상의 원주방향으로 모든 풍구에 삽입되는 것일 수 있다.
상기 고로 연소대 가스 유도관 상부는 원뿔형 형상으로 형성되는 것일 수 있다.
상기 고로 연소대 가스 유도관 상부의 내부에는 테르밋 반응을 유도할 수 있는 금속과 산화철이 충진되는 것일 수 있다.
상기 고로 연소대 가스 유도관 상부에는 원뿔형 원주방향으로 미세 구멍이 형성되는 것일 수 있다.
상기 외부관의 내부에는 TiO2, FeO, MgO와 같은 물질이 적어도 하나 포함되어 있는 물질 충진되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 고로 연소대 가스 유도관을 이용하여 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계를 포함하고,
상기 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계에 의해, 코크스의 분화와 미연소된 미연탄 취입에 의해 용융물과 결합된 버드네스트를 연소시키는 것인 고로의 노심 활성화 방법이 제공될 수 있다.
상기 고로 연소대 가스 유도관은 고로 정수시 에어 타격 방식 내지 유압 타격 방식 등으로 고로 풍구상의 원주방향으로 각 풍구마다 삽입 장치를 이용하여 삽입되는 것일 수 있다.
상기 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계는 상기 고로 연소대 가스 유도관의 외부를 이루는 외부관을 형성하는 외부관 형성 단계, 및 내부를 이루는 내부관을 형성하는 내부관 형성 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 외부관은 강관으로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 내부관은 그라파이트(graphite)관으로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계는 상기 외부관 상부를 원뿔형으로 형성하는 원뿔형 형성 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 원뿔형 형성 단계는 미세 구멍을 상기 외부관의 원주방향으로 형성하는 미세 구멍 형성 단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 원뿔형 형성 단계는 상기 원뿔형의 외부관 내부에 테르밋 반응을 유도할 수 있는 물질을 충진하는 테르밋 반응 유도 물질 충전단계를 포함하는 것일 수 있다.
상기 외부관 형성 단계는 버드네스트 영역 위치에 상기 외부관 내부에 점성을 제어 할 수 있는 물질을 충진하는 점성 제어 물질 충진 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 고로 연소대 가스 유도관을 제작하여 고로 풍구상에 장입 코크스의 분화와 미연소된 미연탄 취입에 의해 용융물과 결합된 버드네스트를 연소시키고 노심 영역에 지속적으로 열원을 전달할 수 있는 방법을 부여함으로써, 노심 코크스 조기 승온 유도로 노심 코크스 활성화 및 통액성을 개선하고, 노체 열부하 방지 및 노저 측벽온도의 안정을 유지하며, 고로수명 연장 및 장기적 노황안정을 유지할 수 있다.
도 1은 고로 풍구상 부근의 고로 하부의 형상을 나타낸 도면이다.
도 2는 고로 풍구상 코코스 영역을 구분한 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.
도 5는 도 3의 일부 단면도이다.
도 6은 도 5의 우측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 장치의 삽입 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 장치의 외부관이 고로의 내부에서 녹은 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 방법의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 구현예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 고로 풍구상 부근의 고로 하부의 형상을 나타낸 도면이다. 도 1을 참고하면, 노하부에는 연화융착대가 존재하며, 이 영역의 온도는 약 1300℃이다. 연와융착대와 노심영역 사이에는 코크스만 존재하는 적하대영역으로 풍구에서 공급되는 가스의 통로이자 연화융착대에서 연화된 용융물의 흐름통로이다.
코크스의 성상열화 또는 미분탄 취입에 따른 체류시간 증가로 인해 코크스의 분화가 가속화되면 노심영역이 커지고, 이 통로가 작아져서 가스의 흐름이 원활하게 이루어지지 않있으며, 노내 가스의 흐름이 불균일하게 된다.
또한 코크스의 분화와 미연소된 미분탄으로 인하여 가스와 용융물의 통기 및 통액성에 악영향으로 날바람(channaling), 용융물 역류(flodding)현상이 발생되어 고로의 조업이 원활하게 이루어지지 않는다.
이러한 조업 중에 일어나는 코크스의 분량과 미연소된 미분탄으로 인하여 발생되는 노심불활성화를 해결하고자 고로 연소대 가스 유도관을 삽입하여 부족한 열원을 지속적으로 공급하고 노심영역의 분발생량을 제어하여 가스의 통기성과 용융물의 통액성을 향상시키고자 한다.
도 2는 고로 풍구상 코코스 영역을 구분한 개략적인 사시도이다.
도 2에는 코크스 샘플링시 풍구상의 채취된 시료를 바탕으로 코크스의 형상 도면을 나타내었다. 풍구상의 고로 풍구 노심 코크스 샘플(coke sample) 영역은 물리적인 특성을 기준으로 6가지 영역으로, 1) bosh, 2) flame, 3) raceway, 4) bird's nest, 5) iron agglomerate, 6) deadman으로 구분한다.
시료는 코크스와 용선, 슬래그가 대부분이며, 특히 코크스의 경우 반경방향 위치에 따라 그 특성에 차이가 있다. 풍구 선단에서는 조업중 연소대 상부에 존재하던 코크스가 휴풍으로 인해 송풍에너지가 소멸되기 때문에 연소대 공간에 위치하며 이를 bosh coke라 한다. 이 bosh coke는 연소대로 유입된는 코크스이다.
Bosh coke와 달리 연소대에서 송풍에너지의 구동력(driving force)과 운동량(momentum)에 의해 코크스는 모서리가 둥글게 마모된 상태로 채취가 되며 이를 raceway coke라고 한다. 즉, 고로 풍구 앞은 예컨대, 250~280m/sec 유속으로 들어오는 열풍의 힘에 의해 직경이 예컨대, 약 1.5m 되는 큰 공간이 형성이 된다. 이 공간을 연소대라고 부르는데 이 공간에서 일부 코크스가 경마장에서 말이 트랙을 돌듯이 빙빙 회전하면서 연소되어 소멸된다고 하여 raceway라고도 표현한다. 이 연소대에서 미분탄의 휘발분이 휘발하고 카본이 산화되어 이산화탄소나 일산화탄소로 가스화되면서 발열반응을 하고, 이산화탄소는 바로 카본과 반응하여 일산화탄소가 발생된다. 이 때 생성된 일산화탄소를 고로 연소대 가스 유도관을 삽입하여 노심영역까지 전달시켜 불활성화 되어 있는 노심 코크스를 연소시킴으로써, 노심의 조업 안정성을 확보하고자 한다. 또한, 일반적으로 -3mm분의 함량이 10%에 도달하는 지점까지의 거리를 연소대심도(raceway depth)라고 정의를 한다.
또한, 연소대 끝부분에서는 미분과 용융물들이 단단한 층을 형성하고 있는 버드네스트(bird's nest)라는 영역이 존재하며, 코크스 샘플링시 샘플링 파이프가 이 부분을 통과할 때 많은 저항이 작용하게 된다. 뿐만 아니라 형성된 버드네스트는 풍구상으로부터 유입되는 열풍이 노심영역으로 유입되는 가스의 흐름을 방해하여 노심 불활성화를 초래하고 가스의 흐름이 버드네스트에 막혀 고로의 중심으로 가지 못하고 오히려 벽측부로 가스의 흐름이 변동되어 벽측의 노체와 연와를 손상시키고 벽부측의 온도를 증가시켜 스테이브(Stave) 또는 냉각판을 손상시키는 악영향을 초래하게 된다. 이 영역을 지나서는 대립의 코크스가 존재하는 노심영역이 존재하게 된다. 이 노심영역은 열풍이 노심영역까지 전달되지 않아 온도가 저하되는 현상이 나타나게 되며, 온도저하로 인하여 노심의 불활성화를 초래한다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 장치의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이며, 도 5는 도 3의 일부 단면도이고, 도 6은 도 5의 우측면도이며, 도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 장치의 삽입 상태를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 장치의 외부관이 고로의 내부에서 녹은 상태를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 8을 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 장치는, 고로(10)의 풍구(11)에 삽입되고, 상기 고로의 연소대에서 노심 영역까지 위치되는 고로 연소대 가스 유도관(100)을 포함하고,
상기 고로 연소대 가스 유도관(100)을 통해 상기 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 것일 수 있다.
상기 고로 연소대 가스 유도관(100)은 상기 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하여 코크스(20)의 분화와 미연소된 미연탄 취입에 의해 용융물과 결합된 버드네스트를 연소시키고 고로(10)의 노심(13) 영역에 지속적으로 열원을 전달할 수 있다.
상기 고로(10)의 하부에는 연화 융착대(15)가 존재하며, 상기 연화 융착대(15)와 노심(13) 영역 사이에는 코크스(20)만 존재하는 적하대(17) 영역으로 풍구(11)에서 공급되는 가스의 통로이자 연화 융착대(15)에서 연화된 용융물의 흐름 통로이다.
상기 고로 연소대 가스 유도관(100)은 고로(10) 정수시 에어 타격 방식 내지 유압 타격 방식 등으로 고로(10) 풍구(11)상의 원주방향으로 각 풍구마다 삽입시간이 예컨대, 1~2분 이내 삽입 장치를 이용하여 삽입할 수 있다.
상기 고로 연소대 가스 유도관(100)은 일정한 길이와 일정한 크기의 직경을 가지도록 제작될 수 있다.
상기 고로 연소대 가스 유도관(100)은 이중관으로 제작되는데, 즉, 외부를 이루는 외부관(100)과, 상기 외부관(110)의 내부에 삽입되고 내부를 이루는 내부관(120)을 포함할 수 있다.
상기 외부관(110)은 상기 고로(10)의 내부에 삽입되면 상기 고로(10) 내부의 온도에 의해 녹는 일반 강관으로 이루어질 수 있다,
또한, 상기 내부관(120)은 일정한 크기의 직경을 가지며 상기 고로(10) 내부의 노심(13) 영역과 버드네스트 영역까지 삽입되어도 녹지 않는 그라파이트(graphite)관으로 이루어질 수 있다.
이는 고로(10)의 풍구상의 원주방향으로 모든 풍구(11)에 고로 연소대 가스 유도관(100)을 삽입하면, 고로(10) 내부의 온도에 의해 외부관(110)인 일반 강관이 녹고, 상기 내부관(120)인 그라파이트관이 노심(13) 영역과 버드네스트 영역까지 연결되어 풍구(11) 선단에서의 이산화탄소, 일산화탄소와 산소가 포함되어 있는 고온의 가스 흐름을 노심영역까지 전달하는 역할을 한다.
또한, 상기 외부관(110)인 일반 강관은 외부의 충격에서 내부관(120)인 그라파이트관을 보호하는 역할도 수행한다.
또한, 상기 고로 연소대 가스 유도관(100) 상부(130)는 고로(10) 내 풍구(11)상에 충진되어 있는 코코스층 및 용용물층을 관통할 수 있는 원뿔형 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 고로 연소대 가스 유도관(100) 상부(130)의 내부에는 테르밋 반응을 유도할 수 있는 테르밋 반응 유도 물질(30)로서 금속(Al 또는 Mg 등)과 산화철이 충진될 수 있다. 이 테르밋 반응은 고온의 발열반응이 발생되어 추가적인 열원을 노심(13) 코크스에 전달함으로써, 노심 코크스의 분을 연소시키는 역할과 노심에 열원을 공급하는 역할을 하다. 즉, 상기 고로 연소대 가스 유도관(100) 상부(130)의 원뿔형의 외부관의 일반 강관이 녹으면서 내부에 충진되어 있는 테르밋 반응 유도 물질(30)인 금속과 산화철이 발열반응을 일으켜, 테르밋 반응을 발생하여 효과적으로 열원을 더 공급할 수 있게 된다.
또한, 상기 고로 연소대 가스 유도관(100) 상부(130)의 원뿔형의 외부관의 일반 강관에는 원뿔형 원주방향으로 열풍의 가스가 흘러나 갈 수 있는 미세 구멍(131)이 형성될 수 있다. 상기 미세 구멍(131)은 테르밋 반응이 일어나기 전까지 연소대(19)에서 생성된 고온의 가스가 노심영역으로 유입될 수 있는 통로이다.
또한, 상기 내부관(120)인 그라파이트관 하부, 즉 버드네스트 영역에 해당하는 구역에 용융물의 유동성을 낮출 수 있는 TiO2, FeO, MgO 등과 같은 물질이 적어도 하나 포함되어 있는 물질(40)을 외부관(110)인 일반 강관의 내부에 충진하여 외부관(110)인 일반강관이 녹은 후에 이 물질이 반응하여 버드네스트의 용융물의 점성을 제어 할 수 있다. 고로 조업의 여건에 따라 원활한 수행을 위해서는 테르밋 반응과 점성제어 물질을 충진하지 않고 고로 풍구상에 상기 고로 연소대 가스 유도관(100)을 삽입할 수 있다.
상기와 같이 상기 고로 연소대 가스 유도관(100)을 고로(10)의 풍구(11)에 삽입하여, 노심 영역의 가스의 흐름을 종래기술에 따른 공정보다 예컨대, 10% 이상 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 방법은 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 장치에서 설명한 사항과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 방법은, 노심영역으로 이동하는 가스의 흐름을 차단하고 있는 버드네스트를 연소시키고 열원이 지속적으로 노심영역까지 전달될 수 있는 고로 연소대 가스 유도관을 삽입하여 부족한 열원을 공급하고 노심코크스의 분발생량을 제어하여 가스의 통기성과 용융물의 통액성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 고로의 노심 활성화 방법은, 고로 연소대 가스 유도관(100)을 이용하여 고로(10)의 노심(13) 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계(S10)를 포함하고,
상기 고로(10)의 노심(13) 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계(S10)에 의해, 코크스(20)의 분화와 미연소된 미연탄 취입에 의해 용융물과 결합된 버드네스트를 연소시키는 것일 수 있다.
또한, 상기 고로(10)의 노심(13) 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계(S10)에서, 상기 고로 연소대 가스 유도관(100)은 고로(10) 정수시 에어 타격 방식 내지 유압 타격 방식 등으로 고로 풍구상의 원주방향으로 각 풍구(11)마다 삽입시간이 예컨대, 1~2분 이내 삽입 장치를 이용하여 삽입할 수 있다.
상기 고로(10)의 노심(13) 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계(S10)는, 상기 고로 연소대 가스 유도관(100)의 외부를 이루는 외부관(110)을 형성하는 외부관 형성 단계(S11), 및 내부를 이루고 상기 외부관의 내부에 삽입되는 내부관(120)을 형성하는 내부관 형성 단계(S12)를 포함할 수 있다.
상기 외부관(110)은 상기 고로의 내부에 삽입되면 상기 고로 내부의 온도에 의해 녹는 일반 강관으로 이루어질 수 있으며, 상기 내부관(120)은 상기 고로(11) 내부의 노심 영역과 버드네스트 영역까지 삽입되어도 녹지 않는 그라파이트(graphite)관으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 고로(10)의 노심(13) 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계(S10)는, 상기 외부관(110) 상부의 형상을 원뿔형으로 형성하는 원뿔형 형성 단계(S20)를 포함할 수 있다.
상기 원뿔형 형성 단계(S20)는 상기 원뿔형의 외부관 상부에 가스의 흐름이 원활하도록 미세 구멍(131)을 상기 외부관 상부(130)의 원주방향으로 형성하는 미세 구멍 형성 단계(S21)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 원뿔형 형성 단계(S23)는 상기 원뿔형의 외부관 내부에 테르밋 반응을 유도할 수 있는 물질(30)을 충진하는 테르밋 반응 유도 물질 충전단계(S22)를 포함할 수 있다.
상기 외부관 형성 단계(S11)는 버드네스트 영역 위치에 외부관(110)인 일반강관 내부에 점성을 제어 할 수 있는 물질(40)을 충진하는 점성 제어 물질 충진 단계(S23)를 포함할 수 있다.
상기와 같이 상기 고로(10)의 노심(13) 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계(S10)에서 상기 고로 연소대 가스 유도관(100)을 고로(10)의 풍구(11)에 삽입하여 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입함으로써, 노심 영역의 가스의 흐름을 종래기술에 따른 공정보다 예컨대, 10% 이상 향상시킬 수 있다.
[실시예 1]
고로(10)는 내용적 크기에 따라 풍구(11)의 개수가 정해지며, 대형 고로의 경우는 예컨대, 약 40개 정도의 풍구를 가지고 있다.
본 발명은 고로(10) 정수시 원주방향의 모든 풍구 내지 노심 불활성화 영역이 확대되어 있는 원주방향의 풍구에 고로 연소대 가스 유도관(100)을 삽입하여 고로(10)의 정상조업을 위한 재송풍시 연소대에서의 연소반응으로 생성된 고온의 이산화탄소, 일산화탄소와 미반응한 산소를 포함하고 있는 가스를 노심(13)까지 전달되게 하여 불활성화 되어 있는 코크스를 연소시킴으로써 노심(13) 영역에 지속적인 열원을 공급하고 분코코스 및 노심 영역에 존재하는 중심 코크스의 연소를 통하여 노심활성화를 촉진시킬 수 있다.
또한, 상기 고로 연소대 가스 유도관(100) 상부(130)에 원뿔형 형상의 구조 내부에 테르밋 반응 유도 물질(30)을 충진하여 생성되는 고온의 발열반응으로 추가적인 열원을 노심영역에 공급하고자 한다. 이를 위해서는, 상기 고로 연소대 가스 유도관(100) 삽입이 중요하다.
상기 고로 연소대 가스 유도관(100)의 삽입 방법은, 예컨대, 상기 고로 연소대 가스 유도관(100)을 고로(10) 정수시 에어 타격 방식 내지 유압 타격 방식 등으로 고로 풍구상의 원주방향으로 각 풍구마다 삽입시간이 예컨대, 1~2분 이내 삽입 장치를 이용하여 삽입한다.
이때, 상기 고로 연소대 가스 유도관(100)의 외부관(일반 강관)(110)이 풍구(11) 선단의 높은 온도로 인하여 상기 고로 연소대 가스 유도관(100) 삽입 중 녹는 것을 방지하고자 상기 고로 연소대 가스 유도관(100) 내부에 상기 고로 연소대 가스 유도관(100)이 노심(13) 영역에 삽입될 때까지 상온의 공기를 공급할 수 있다.
고로(10)의 정상 조업을 위해 재송풍시 상기 고로 연소대 가스 유도관(100)의 외부관(110)은 고온의 열풍과 연소온도에 의해 녹게 되고, 상기 외부관(일반 강관)(110) 내부에 있는 내부관(120)인 그라파이트관은 노심(13) 영역과 버드네스트 영역에 걸쳐 존재하게 된다(도 7 참조).
연소대에서 미분탄의 휘발분이 휘발하고 카본이 산화(C+1/2O2=CO)되어 이산화탄소나 일산화탄소로 가스화되면서 발열반응을 하고, 이산화탄소는 바로 카본과 반응하여 일산화탄소가 발생된다. 이 생성된 일산화탄소와 미반응한 이산화탄소가 상기 고로 연소대 가스 유도관(100)을 통해 노심(13) 영역으로 공급되어 carbon solution-loss(C+CO2=2CO)반응에 의해 일산화탄소가 생성되고 소결광의 환원에 사용되게 된다(도 8 참조).
또한, 버드네스트는 슬래그(50)와 용융물이 분코크스 및 미연소된 미연탄과 결합되면서 형성된다. 고로 상부에서 장입된 코크스의 입경이 노하부로 진행함에 따라 물리·화학적 반응에 의해 작아지게 되고 그에 따라 코크스 입경 사이의 공극이 작아서 노저로 용융물이 흘러가지 못하고 정체되어 있으며, 버드네스트의 주변의 온도가 용융물의 유동성을 낮게 만드는 예컨대, 1450℃ 이하로 온도가 감소되어 버드네스트가 지속적으로 커지게 된다. 이러한 버드네스트의 형성을 억제하고자 본 발명에서는 상기 고로 연소대 가스 유도관(100) 내에 충진되어 있는 용융물의 유동성 향상시키는 TiO2, FeO, MgO 등이 적어도 하나 포함되어 있는 물질(40)을 내부관(120)인 그라파이트관 하단에 충진하여 버드네스트 형성을 억제시킬 수 있다.
[실시예 2]
본 발명에 있어서 테르밋 반응 유도 물질 1몰당 반응 온도는 다음과 같이 계산하였다. 계산에 사용된 전제는 다음과 같다.
1. 외부의 열이 들어오거나 나가는 것이 아니고 자체에서 그대로 발열한다.
2. 테르밋반응의 비열: 0.2 kcal/kg℃
3. 테르밋 반응 유도 물질 제조시 Fe2O3 : Al의 비율: 8:2
4. Al의 분자량: 26.98g
5. Fe2O3 의 분자량: 159.69g
6. 철이 녹아 버리는데 필요한 열량(잠열): 1538℃
7. 외부로 방출되는 방열은 제외됨
각 금속의 산화반응은 다음과 같다.
2Fe(s)＋3/2O2(g) → Fe2O3(s) ΔH＝－824.2kJ/mol (197.81kcal/mol)
2Al(s)＋3/2O2(g) → Al2O3(s) ΔH＝－1675.7kJmol (402.17kcal/mol)
테르밋 반응의 반응열(ΔH)은 2Al(s)＋Fe2O3(s) → Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔH＝－851.5kJ/mol (204.36kcal/mol)이며,
테르밋 반응 유도 물질의 분자량은 213.64g이므로 1mol당의 테르밋반응 온도는 4782.8℃-1538℃=3244.8℃로 약 3000℃의 발열반응이 발생되어 추가 에너지원으로 공급될 것으로 계산되었다.
10: 고로 11: 풍구
13: 노심 15: 융착대
17: 적하대 19: 연소대
20: 코크스 21: 광석
30: 테르밋 반응 충진 물질
40: 점성을 제어 할 수 있는 물질
50: 슬래그 60: 용선
70: 출선구
100: 고로 연소대 가스 유도관 110: 외부관
120: 내부관 130: 상부
131: 미세 구멍

Claims (18)

  1. 고로의 풍구에 삽입되고, 상기 고로의 연소대에서 노심 영역까지 위치되는 고로 연소대 가스 유도관;을 포함하고,
    상기 고로 연소대 가스 유도관을 통해 상기 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하고,
    상기 고로 연소대 가스 유도관은 외부를 이루는 외부관과, 내부를 이루는 내부관을 포함하는 이중관으로 형성되고,
    상기 고로 연소대 가스 유도관 상부는 원뿔형 형상으로 형성되고,
    상기 고로 연소대 가스 유도관 상부에는 원뿔형 원주방향으로 미세 구멍이 형성되고,
    상기 고로 연소대 가스 유도관 상부는 상기 외부관 및 상기 내부관과 연통되게 내부가 비워 있는 중공 형상으로 형성되고,
    상기 외부관은 강관으로 이루어지고,
    상기 고로 연소대 가스 유도관 상부의 내부에는 테르밋 반응을 유도할 수 있는 금속과 산화철이 충진되고,
    상기 외부관의 강관이 녹으면서 내부에 충진되어 있는 테르밋 반응 유도 물질인 금속과 산화철이 테르밋 반응을 발생하고,
    상기 미세 구멍은 테르밋 반응이 일어나기 전까지 연소대에서 생성된 고온의 가스가 노심영역으로 유입될 수 있는 통로인 것인 고로의 노심 활성화 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내부관은 그라파이트(graphite)관으로 이루어지는 것인 고로의 노심 활성화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고로 연소대 가스 유도관은 상기 고로 풍구상의 원주방향으로 모든 풍구에 삽입되는 것인 고로의 노심 활성화 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 외부관의 내부에는 TiO2, FeO, MgO와 같은 물질이 적어도 하나 포함되어 있는 물질 충진되는 것인 고로의 노심 활성화 장치.
  10. 고로 연소대 가스 유도관을 이용하여 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계를 포함하고,
    상기 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계에 의해, 코크스의 분화와 미연소된 미연탄 취입에 의해 용융물과 결합된 버드네스트를 연소시키고,
    상기 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계는, 상기 고로 연소대 가스 유도관의 외부를 이루는 외부관을 형성하는 외부관 형성 단계, 및 내부를 이루는 내부관을 형성하는 내부관 형성 단계를 포함하고,
    상기 고로의 노심 영역에 지속적으로 열풍을 투입하는 단계는, 상기 외부관 상부를 원뿔형으로 형성하는 원뿔형 형성 단계를 더 포함하고,
    상기 원뿔형 형성 단계는 미세 구멍을 상기 외부관의 원주방향으로 형성하는 미세 구멍 형성 단계를 포함하고,
    상기 원뿔형 형성 단계는 상기 원뿔형의 외부관 내부에 테르밋 반응을 유도할 수 있는 물질을 충진하는 테르밋 반응 유도 물질 충전단계를 포함하고,
    상기 고로 연소대 가스 유도관 상부는 상기 외부관 및 상기 내부관과 연통되게 내부가 비워 있는 중공 형상으로 형성되고,
    상기 외부관은 강관으로 이루어지고,
    상기 외부관의 강관이 녹으면서 내부에 충진되어 있는 테르밋 반응 유도 물질인 금속과 산화철이 테르밋 반응을 발생하고,
    상기 미세 구멍은 테르밋 반응이 일어나기 전까지 연소대에서 생성된 고온의 가스가 노심영역으로 유입될 수 있는 통로인 것인 고로의 노심 활성화 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고로 연소대 가스 유도관은 고로 정수시 에어 타격 방식 내지 유압 타격 방식 등으로 고로 풍구상의 원주방향으로 각 풍구마다 삽입 장치를 이용하여 삽입되는 것인 고로의 노심 활성화 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 내부관은 그라파이트(graphite)관으로 이루어지는 것인 고로의 노심 활성화 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제10항에 있어서,
    상기 외부관 형성 단계는 버드네스트 영역 위치에 상기 외부관 내부에 점성을 제어 할 수 있는 물질을 충진하는 점성 제어 물질 충진 단계를 포함하는 것인 고로의 노심 활성화 방법.
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