KR101693136B1 - 고로 조업 방법 - Google Patents

Abstract

[과제] 랜스의 외경을 크게 하지 않고, 냉각능의 향상과 연소성의 향상을 양립시킴으로써, 생산성의 향상이나 환원재 원단위의 저감을 도모하는 데에 유효한 고로의 조업 방법과, 이 방법을 실시할 때에 사용되는 랜스의 구조를 제안하는 것.
[해결수단] 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를, 블로 파이프 내에 삽입된 랜스를 사용하여 우구를 통해서 노 내에 주입하는 고로의 조업 방법에 있어서, 복수의 주입관을 묶어서 이루어지는 관속형 랜스를 사용하고, 이 관속형 랜스 중의 고체 환원재용 주입관, 지연성 가스용 주입관 및 기체 환원재용 주입관을 통해, 고로의 노 내에, 고체 환원재만, 고체 환원재와 지연성 가스의 2 종을 동시에, 또는 고체 환원재, 지연성 가스 및 기체 환원재의 3 종을 동시에 주입할 때에, 2 개 이상의 관속형 랜스를 블로 파이프 내에 삽입하여 그 선단부를 서로 근접시키고, 또한 서로의 취출류가 블로 파이프 내에서 서로 간섭하도록 주입하는 고로 조업 방법.

Description

고로 조업 방법{BLAST FURNACE OPERATION METHOD}

본 발명은, 고로 우구 (羽口) 를 통해서 노 내에, 지연성 (支燃性) 가스와 함께, 미분탄 등의 고체 환원재와, LNG 등의 연소 용이성의 기체 환원재를 주입하는, 고로의 조업 방법에 관한 것이다.

최근, 탄산 가스 배출량의 증가에 의한 지구 온난화가 지적되고 있으며, 이것은 제철업에 있어서도 중요한 과제이다. 이 과제에 대해, 최근의 고로에서는, 저환원재비 (선철 1 t 제조당의, 우구로부터의 주입 환원재와 노정으로부터 장입되는 코크스의 합계량) 조업이 추진되고 있다. 고로는, 주로 코크스 및 미분탄을 환원재로서 사용하고 있다. 따라서, 저환원재비 조업, 나아가서는 탄산 가스 배출량의 억제를 달성하기 위해서는, 코크스 등을, 폐플라스틱이나 LNG, 중유 등의 수소 함유율이 높은 환원재로 치환하는 방법이 유효하다.

하기 특허문헌 1 에 개시된 기술은, 복수의 랜스를 사용하여, 고체 환원재, 기체 환원재 및 지연성 가스를 각각의 랜스로부터 주입함으로써, 고체 환원재의 승온을 촉진하여 연소 효율을 향상시키고, 나아가서는 미연분이나 코크스분의 발생을 억제하여, 통기의 개선을 도모함으로써 환원재비를 삭감하는 방법을 개시하고 있다. 또, 하기 특허문헌 2 는, 랜스를 동심 다중관형으로 하여, 내관으로부터는 지연성 가스를 주입하고, 내관과 외관의 사이로부터 기체 환원재와 고체 환원재를 주입하는 기술을 개시하고 있다. 또, 하기 특허문헌 3 은, 랜스 본관의 둘레에 복수의 소직경관을 병렬한 것을 제안하고 있다. 또한, 하기 특허문헌 4 는, 용융 환원로에 지연성 가스와 연료를 주입하는 경우에, 연료 공급관의 외측에 복수의 주입관을 평행하게 떼어 놓아 배치하고, 하나의 노즐이 손모되어도 지연성 가스와 연료의 혼합 상태를 항상 유지할 수 있도록 한 다관 노즐을 개시하고 있다.

일본 공개특허공보 2007-162038호 일본 공개특허공보 2011-174171호 일본 공개특허공보 평11-12613호 일본 공개실용신안공보 평3-38344호

상기 특허문헌 1 에 기재된 고로 조업 방법은, 기체 환원재도 주입하는 점에서 우구로부터 고체 환원재 (미분탄) 만을 주입하는 방법과 비교하면, 연소 온도의 향상이나 환원재 원단위의 저감에 효과가 있지만, 그 효과는 아직 불충분하다. 또, 상기 특허문헌 2 에 개시되어 있는 중관 (重管) 랜스는, 랜스의 냉각이 필요해지기 때문에, 외측의 주입 속도를 빠르게 해야 한다. 그러기 위해서는, 내관과 외관의 간극을 좁게 해야 하고, 소정의 가스량을 흘릴 수 없기 때문에, 필요한 연소성이 얻어지지 않을 우려가 있다. 한편, 가스량과 유속을 양립시키고자 하면, 랜스 직경을 크게 해야 하고, 블로 파이프로부터의 송풍량의 저하를 초래한다. 그 결과, 출선량이 저하되거나, 랜스 삽입구의 직경이 커지는 것에 수반하는 주변 내화물의 파손 리스크가 증대된다.

또, 상기 특허문헌 3 에 기재되어 있는 기술은, 본관의 둘레에 소직경관을 복수 배치한 랜스를 사용하고 있기 때문에, 냉각능의 저하에 의한 소직경관 폐색의 리스크가 높아질 뿐만 아니라, 랜스의 가공 비용이 높아진다는 문제가 있다. 또, 이 기술에서는, 다중관을 도중에서 병렬관으로 변화시키고 있기 때문에, 압력 손실과 직경이 커진다는 문제가 있다.

또, 전술한 바와 같이, 고로는, 우구로부터 열풍도 보내지지만, 고체 환원재나 지연성 가스는 이 열풍에 의해서도 노 내로 주입된다. 이 때, 특허문헌 4 에 기재된 랜스에서는, 고체 환원재와 지연성 가스를 동심 2 중관 랜스를 사용하여 주입하는데, 이 때, 이 2 중관 랜스 외에 기체 환원재를 주입하는 단관 랜스를 이것들과 병렬로 배치하고 있다. 이 랜스는, 송풍관 및 우구의 단면적에 대한 그 랜스의 전유면적이 크고, 송풍 압력의 증가에 따른 러닝코스트의 증가, 혹은 우구의 배면에 설치되어 있는 노 내 감시창의 시야 감소를 초래한다. 또, 블로 파이프에 랜스를 삽입하는 부분 (가이드관) 이 대직경화됨으로써, 가이드관부와 블로 파이프의 접착면이 감소하고, 가이드관부의 박리가 발생하기 쉬워진다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 랜스의 외경을 크게 하지 않고, 냉각능의 향상과 연소성의 향상을 양립시킴으로써, 생산성의 향상이나 환원재 원단위의 저감을 도모하는 데에 유효한 고로의 조업 방법과, 이 방법을 실시할 때에 사용되는 랜스의 구조를 제안하는 것에 있다.

상기 게재한 목적을 실현하기 위해 개발한 본 발명에 관련된 고로 조업 방법은, 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를, 블로 파이프 내에 삽입된 랜스를 사용하여 우구를 통해서 노 내에 주입하는 고로의 조업 방법에 있어서, 복수의 주입관을 묶어서 이루어지는 관속형 (管束型) 랜스를 사용하고, 이 관속형 랜스 중의 고체 환원재용 주입관, 지연성 가스용 주입관 및 기체 환원재용 주입관을 통해, 고로의 노 내에, 고체 환원재만, 고체 환원재와 지연성 가스의 2 종을 동시에, 또는 고체 환원재, 지연성 가스 및 기체 환원재의 3 종을 동시에 주입할 때에, 2 개 이상의 관속형 랜스를 블로 파이프 내에 삽입하여 그 선단부를 서로 근접시키고, 또한 서로의 취출류가 블로 파이프 내에서 서로 간섭하도록 주입하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 있어서는,

(1) 상기 관속형 랜스는, 병렬하는 3 개의 주입관을 묶어서 이것을 랜스 외관 내에 수용한 것인 것,

(2) 상기 관속형 랜스는, 랜스 중심부를 관통하는 고체 환원재용 주입관에 대해, 나선상의 지연성 가스용 주입관 및 나선상의 기체 환원재용 주입관의 양방이, 그 고체 환원재용 주입관의 둘레에 교대로 감겨 일체화된 것인 것,

(3) 2 개의 상기 관속형 랜스를 사용하여 각각으로부터 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를 동시에 주입하는 경우, 블로 파이프의 중심부를 흐르는 지연성 가스의 주입류에 대해, 그 외측에 고체 환원재의 주입류가 흐르도록 주입하는 것,

(4) 2 개의 상기 관속형 랜스를 사용하여 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를 각각의 랜스로부터 동시에 주입하는 경우, 각각의 관속형 랜스로부터 주입되는 2 개의 고체 환원재 주입류에 대해서는 서로 충돌하지 않고, 한편 그 고체 환원재의 주입류와 지연성 가스 주입류는 충돌하는 랜스 배치로 하여 주입을 실시하는 것,

(5) 2 개의 상기 관속형 랜스를 사용하여 각각으로부터 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를 동시에 주입하는 경우, 각각의 관속형 랜스로부터 주입되는 고체 환원재 주입류에 대해서는 서로 충돌하지 않고, 한편, 각각의 관속형 랜스로부터 주입되는 지연성 가스 주입류와는 합류하여 충돌함과 함께, 이 흐름에 의해 2 개의 고체 환원재 주입류가 분단되도록 주입하는 것,

(6) 2 개의 상기 관속형 랜스를 사용하여 각각으로부터 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를 동시에 주입하는 경우, 블로 파이프의 중심부를, 각각의 관속형 랜스로부터 주입되는 고체 환원재 주입류가 충돌하는 한편, 고체 환원재 주입류에는 합류 충돌하지 않는 기체 환원재 주입류 및 지연성 가스 주입류를, 그 고체 환원재 주입류의 외측으로 유도하도록 주입하는 것이 보다 바람직한 해결 수단을 제공한다.

본 발명에 관련된 고로 조업 방법에 의하면, 고로 내에, 고체 환원재 외에, 기체 환원재나 지연성 가스 중 어느 하나 이상을 블로 파이프에 삽입한 랜스를 통해 우구로부터 동시에 주입하는 경우, 관속형 랜스를 2 개 이상 사용함으로써, 랜스의 외경을 크게 하지 않고, 한편 각 주입관 각각의 관 직경 자체를 크게 유지할 수 있기 때문에, 냉각능의 향상과 연소성의 향상의 양립을 도모할 수 있고, 나아가서는 환원재 원단위를 저감시킬 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 관속형 랜스로서, 상기 지연성 가스는, 통상의 중심부를 관통하는 고체 환원재용 주입관을 중심으로 하여, 그 둘레에 나선상의 지연성 가스용 주입관 및 나선상의 기체 환원재용 주입관의 양방이 교대로 감겨 일체화된 것을 사용함으로써, 고체 환원재 주입류의 둘레에서 기체 환원재 주입류와 지연성 가스 주입류가 선회하는 유동이 되어, 고체 환원재를 확산시키면서 주입할 수 있기 때문에, 고체 환원재의 연소 효율을 보다 더 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 블로 파이프 내에 삽입한 2 개의 관속형 랜스의 선단부를 근접시킴과 함께, 서로의 취출 방향이 서로 간섭하도록 수속시키고 있기 때문에, 예를 들어, 지연성 가스를 중심으로 하여 그 둘레에 고체 환원재가 사이에 끼워지도록, 또한 그 외측에 지연성 가스를 둘러싸는 랜스 배치로 되어 있기 때문에, 고체 환원재의 연소율을 보다 더 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 고체 환원재 주입류끼리가 충돌하지 않고 또한 지연성 가스가 다른 랜스의 고체 환원재의 주입류에 충돌하도록 랜스가 배치됨으로써, 고체 환원재의 연소 효율이 보다 더 향상된다.

도 1 은 고로의 개략을 나타내는 종단면도이다.
도 2 는 고로 내에 랜스로부터 미분탄만을 주입했을 때의 연소 상태의 설명도이다.
도 3 은 미분탄만을 주입했을 때의 연소 메커니즘의 설명도이다.
도 4 는 미분탄, LNG 및 산소를 주입했을 때의 연소 메커니즘의 설명도이다.
도 5 는 중관형 랜스와 관속형 랜스의 압력 손실의 비교 그래프이다.
도 6 은 연소 실험시의 랜스 표면 온도의 그래프이다.
도 7 은 랜스 내관의 외경과 랜스의 외경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 은 연소 실험 장치의 약선도이다.
도 9 는 랜스 내의 주입관의 설명도이다.
도 10 은 랜스의 외관 및 블로 파이프 내에 대한 삽입의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11 은 랜스로부터의 주입 상태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12 는 미분탄과 산소의 주입 상태의 설명도이다.
도 13 은 실험에 있어서의 미분탄, LNG, 산소의 주입 상태의 설명도이다.
도 14 는 연소 실험 결과의 연소율의 설명도이다.
도 15 는 랜스 내의 주입관의 다른 예를 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명에 관련된 고로 조업 방법의 바람직한 실시형태의 일례에 대해 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 고로 조업 방법이 적용되는 고로 (1) 의 전체도이다. 고로 (1) 는 보쉬부의 노 둘레 방향으로 복수의 우구 (3) 가 배치되어 있다. 그 우구 (3) 에는, 열풍을 송풍하기 위한 블로 파이프 (2) 가 접속되고, 이 블로 파이프 (2) 에는 고체 연료나 지연성 가스 등을 주입하기 위한 랜스 (4) 가 우구 (3) 를 향해 삽입되어 있다. 우구 (3) 로부터의 열풍 취출 방향의 전방에 있는 노 내에는, 노정으로부터 장입된 괴 (塊) 코크스 퇴적층이기도 한 레이스웨이 (5) 라고 불리는 연소 공간이 형성되어 있다. 용선은, 주로 이 연소 공간에서 생성한다.

도 2 는, 상기 랜스 (4) 로부터 우구 (3) 를 통해서 고체 환원재 (이하,「미분탄 (6)」의 예에서 서술한다) 만을 노 내에 주입했을 때의 연소 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 랜스 (4) 로부터 우구 (3) 를 거쳐 레이스웨이 (5) 에 주입된 미분탄 (6) 의 휘발분이나 고정 탄소는, 퇴적 코크스 (7) 와 함께 연소되며, 다 연소되지 않고 남은 탄소와 회분의 집합체, 즉 차아가 레이스웨이 (5) 로부터 미연 차아 (8) 로서 배출된다. 또한, 상기 우구 (3) 의 열풍 취출 방향의 전방에 있어서의 그 열풍의 속도는 약 200 m/sec 이다. 한편, 랜스 (4) 의 선단부로부터 레이스웨이 (5) 내에 도달할 때까지의 거리, 즉, O₂ 가 존재하는 영역은, 약 0.3 ∼ 0.5 m 이다. 따라서, 주입 미분탄 입자의 승온이나 그 미분탄과 O₂ 의 접촉 (분산성) 은, 실질적으로 1/1000 초라는 단시간에 반응시키는 것이 필요해진다.

도 3 은, 랜스 (4) 로부터 블로 파이프 (2) 내에 미분탄 (PC : Pulverized Coal) (6) 만을 주입한 경우의 연소 메커니즘을 나타내는 것이다. 상기 우구 (3) 로부터 레이스웨이 (5) 내에 주입된 미분탄 (6) 은, 레이스웨이 (5) 내의 화염으로부터의 복사 전열에 의해 입자가 가열되고, 나아가 복사 전열, 전도 전열에 의해 급격하게 온도 상승하며, 300 ℃ 이상 승온된 시점으로부터 열분해를 개시하고, 휘발분에 착화하여 연소되고 (화염이 형성되고), 1400 ∼ 1700 ℃ 의 온도에 이른다. 휘발분을 방출한 미분탄은 상기 미연 차아 (8) 가 된다. 이 차아 (8) 는, 주로 고정 탄소로 구성되어 있기 때문에, 상기 연소 반응과 함께 탄소 용해 반응도 발생한다.

도 4 는, 랜스 (4) 로부터 송풍관 (2) 내에 미분탄 (6) 과 함께 LNG (9) 와 산소 (산소는 도시 생략) 를 주입한 경우의 연소 메커니즘을 나타낸다. 미분탄 (6) 과 LNG (9) 와 산소의 동시 주입은, 단순히 평행으로 주입한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도면 중의 2 점쇄선은, 도 3 에 나타낸 미분탄만을 주입한 경우의 연소 온도를 나타내고 있다. 이와 같이 미분탄과 LNG 및 산소를 동시에 주입하는 경우, 가스의 확산에 수반하여 미분탄이 분산되고, LNG 와 산소 (O₂) 의 접촉에 의해 LNG 가 연소되고, 그 연소열에 의해 미분탄이 급속히 가열, 승온된다고 생각되며, 이것에 의해 랜스에 가까운 위치에서 미분탄이 연소된다.

도 5 는, 종래부터 일반적으로 사용되는 중관형 랜스와 본 발명에 있어서 사용되는 관속형 랜스의 압력 손실에 대한 도면이다. 이 도면으로부터 분명한 바와 같이, 관속형 랜스는 중관형 랜스에 비해, 동일한 단면적에 있어서의 압력 손실이 낮다. 이 차이는, 관속형 랜스가 각각의 주입 통로 (관내 면적) 가 커짐으로써 통기 저항이 감소된 결과에 의한 것이라고 생각된다.

도 6 은, 중관형 랜스와 관속형 랜스의 냉각능의 비교 결과를 나타낸다. 이 도면으로부터 분명한 바와 같이, 관속형 랜스는 중관형 랜스에 비해, 동일한 압력 손실에 있어서의 냉각능이 높아져 있다. 이것은, 통기 저항이 낮기 때문에, 동일한 압력 손실에 있어서 흘릴 수 있는 유량이 크기 때문이라고 생각된다.

도 7 에는, 랜스의 내관의 외경과 랜스의 외경의 관계를 나타낸다. 도 7 의 (a) 는 비수랭형, 도 7 의 (b) 는 수랭형의 랜스의 외경이다. 동 도면으로부터 분명한 바와 같이, 관속형 랜스는 중관형 랜스에 비해, 랜스의 외경이 작아져 있다. 이것은, 관속형 랜스에서는 중관형 랜스에 비해, 유로, 관의 두께 및 수랭부의 단면적을 저감 가능하기 때문이라고 생각된다.

중관형 랜스와 관속형 랜스의 연소성을 비교하기 위해, 도 8 에 나타내는 연소 실험 장치를 사용하여 연소 실험을 실시하였다. 이 실험 장치에서 사용한 실험로 (11) 내에는, 내부에 코크스가 충전되어 있고, 관찰창으로부터 레이스웨이 (15) 의 내부를 관찰할 수 있다. 그리고, 이 실험 장치에는, 블로 파이프 (12) 가 장착되어 있고, 외부의 연소 버너 (13) 에서 발생한 열풍을 이 블로 파이프 (12) 를 통해 실험로 (11) 내에 송풍할 수 있다. 또, 이 블로 파이프 (12) 내에는 랜스 (4) 가 삽입되어 있다. 그리고, 이 블로 파이프 (12) 에서는, 송풍 중에 대한 산소 부화도 가능하다. 또한, 랜스 (4) 는, 미분탄 및 LNG 와 산소 중 어느 1 또는 양자를, 블로 파이프 (12) 내를 통해서 실험로 (11) 내에 주입할 수 있다. 한편, 실험로 (11) 내에서 발생하는 배기 가스는, 사이클론으로 불리는 분리 장치 (16) 에서 배기 가스와 더스트로 분리되며, 배기 가스는 조연로 (助燃爐) 등의 배기 가스 처리 설비에 송급되고, 더스트는 포집 상자 (17) 에 포집된다.

이 연소 실험에서는, 랜스 (4) 로서, 단관 랜스, 동심 다중관 랜스 (중관형 랜스), 복수 개 (바람직하게, 2 ∼ 3 개) 의 주입관을 묶어서 병렬 상태로 하여 랜스 외관 내의 축 방향을 따라 수용한 관속형 랜스를 사용하였다. 그리고,

(1) 단관형 랜스로부터 미분탄만을 주입한 경우를 베이스로 하여,

(2) 종래의 중관형 랜스의 내관으로부터 미분탄을 주입하고, 내관과 중관 (中管) 의 간극으로부터 산소를 주입하고, 중관과 외관의 간극으로부터 LNG 를 주입한 경우,

(3) 본 발명에 특유의 것인 관속형 랜스의 각각의 주입관으로부터 미분탄 및 LNG 와 산소 중 1 또는 양자를 주입한 경우에 대해, 연소율, 랜스 내 압력 손실, 랜스 표면 온도 그리고 랜스의 외경을 측정하였다. 연소율에 대해서는, 산소의 주입 유속을 변화시켜 측정하였다. 연소율은, 레이스웨이의 후방으로부터 프로브로 미연 차아를 회수하여, 그 미연량으로부터 구하였다.

도 9 의 (a) 는, 종래의 중관형 랜스의 일례를 나타내고, 도 9 의 (b) 는 본 발명에서 사용하는 관속형 랜스의 일례를 나타낸다. 그 중관형 랜스는, 내관 (I) 에 호칭 직경 8A, 호칭 두께 스케줄 10S 의 스테인리스 강관을, 중관 (M) 에 호칭 직경 15A, 호칭 두께 스케줄 40 의 스테인리스 강관을, 외관 (O) 에 호칭 직경 20A, 호칭 두께 스케줄 10S 의 스테인리스 강관을 사용하였다. 각 스테인리스 강관의 제원은 도면에 나타내는 바와 같으며, 내관 (I) 과 중관 (M) 의 간극은 1.15 ㎜, 중관 (M) 과 외관 (O) 의 간극은 0.65 ㎜ 이다.

또, 도 9 의 (b) 의 관속형 랜스에서는, 제 1 관 (21) 에 호칭 직경 8A, 호칭 두께 스케줄 5S 의 스테인리스 강관을, 제 2 관 (22) 에 호칭 직경 6A, 호칭 두께 스케줄 10S 의 스테인리스 강관을, 제 3 관 (23) 에 호칭 직경 6A, 호칭 두께 스케줄 20S 의 스테인리스 강관을 사용하고, 이것들을 병렬 상태로 하여 묶어서 랜스 외관 내에 일체로 수용한 것이다.

실험에서는, 도 10 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 랜스 외관 (4) 내에 3 개의 주입관을 병렬 상태가 되도록 묶어서 수용한 관속형 랜스의 관 (21) 으로부터는 미분탄 (PC) 을 주입하고, 관 (22) 으로부터는 LNG 를 주입하고, 관 (23) 으로부터는 산소를 주입하였다. 또한, 도 10 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 그 관속형 랜스의 블로 파이프 (12) 에 대한 삽입 길이 (삽입 깊이) 는, 200 ㎜ 로 하였다. 또, 산소의 유속은 10 ∼ 200 m/s 로 하고, 삽입 방향은 랜스의 선단부가 고로의 우구 (노 내측) 를 향하도록 비스듬하게, 즉 후술하는 바와 같이, 2 개의 관속형 랜스 (4) 의 선단부를 블로 파이프 (12) 내에 삽입하고 (단, 부딪치지 않도록), 그들의 선단부가 서로 근접하고, 또한 서로의 취출류가 블로 파이프 내에서 서로 간섭하는 방향으로 배치 형성한다. 또, 산소의 유속 조정은, 예를 들어, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 산소 주입관 (23) 의 선단부에 축경부 를 형성하고, 그 축경부 선단의 내경을 다양하게 변경함으로써 실시하였다.

상기 관속형 랜스 (4) 를 사용하여, 주입을 실시하는 데에 있어서는, 취출류가 랜스 선단부에 있어서 서로 간섭하는 랜스 배치로 하는 것, 예를 들어, 미분탄의 주입류에 LNG 나 산소가 합류하여 충돌하도록 조정하는 것이 바람직하다. 도 11 의 (a) 에는, 중관형 랜스 (4) 로부터의 주입 상태를, 도 11 의 (b) 에는, 관속형 랜스로부터의 주입 상태의 개념을 나타낸다. 도 9 의 (a) 의 구성으로부터도 분명한 바와 같이, 종래의 중관형 랜스에서는, 도 11 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 미분탄, 산소, LNG 가 서로 충돌하지 않고, 동심원상을 유지한 채로 주입된다. 한편, 관속형 랜스에서는, 예를 들어, 각 주입관의 방향 (배치) 을 조정함으로써, 미분탄류, 산소류, LNG 류의 방향을 각각 조정한다. 바람직하게는, 도 11 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 미분탄류에 대해, LNG 류와 산소류 (단, 산소류는 도시 생략) 가 충돌하도록, 그 관속형 랜스의 각각의 주입관의 방향을 고려하여 배치한다.

각 주입관에 대해서는, 그 선단부의 구조로서, 선단을 비스듬하게 절단한 것이나, 선단을 구부린 구조의 것을 사용할 수 있다. 이 중, 주입관의 선단을 비스듬하게 절제한 것에서는, 이것에 의해 주입되는 LNG 나 산소의 확산 상태를 변경할 수 있다. 또, 주입관의 선단을 만곡시키면, 주입되는 LNG 나 산소의 흐름의 방향을 변경할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 블로 파이프 (12) 내에 삽입하는 관속형 랜스 (4) 에 대해서는, 2 개 이상을 그 선단부가 블로 파이프의 관축 중심 부근에서 근접시켜, 서로의 취출 방향이 그 블로 파이프 (12) 내에서 수속하여 간섭하는 방향으로 함과 함께, 적어도 고체 환원재 주입류와 지연성 가스 주입류가 일정한 관계로 간섭하는 배치로 한다. 예를 들어, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 이들을 1 쌍으로 하여 블로 파이프 (12) 의 관축 중심을 향해 상하로부터 삽입하고, 각각의 선단부를 관축 중심 부근에서 근접하도록 배치 형성한다.

본 발명의 보다 바람직한 실시형태에서는, 2 개로 1 쌍인 관속형 랜스를 사용하는 경우에 있어서, 산소를 주입하는 관 (23) 의 위치를, 예를 들어, 도 12 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 주입되는 산소류를 미분탄류 (PC) 로 사이에 끼우도록 하는 경우나, 도 12 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 주입되는 산소류가 각각의 랜스로부터 주입되는 2 개의 미분탄류에 충돌시키도록 배치 형성하는 것도 바람직한 양태의 하나이다.

이 점에 관해, 예를 들어, 관속형 랜스가 아닌, 단관 랜스를 2 개 사용하는 경우에는, 도 13 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 2 개의 단관 랜스로부터 주입되는 미분탄류가 충돌하거나 서로 섞이거나 하지 않도록, 랜스를 교차하도록 배치해야 한다. 또, 중관형 랜스를 2 개 사용하는 경우도 또한, 도 13 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 2 개의 중관형 랜스로부터 주입되는 미분탄류나 LNG 류, 산소류가 서로 충돌하거나 서로 섞이거나 하지 않는 랜스 배치로 하는 것이 필요하다.

그러나, 관속형 랜스를 2 개 사용하는 경우에는, 도 13 의 (c) 에 나타내는 바와 같이,

a. 주입되는 산소류를 2 개의 미분탄류가 사이에 끼우는 랜스 배치로 한 경우 (패턴 A),

b. 2 개의 관속형 랜스로부터 각각 주입되는 미분탄 주입류가 합류 충돌하지 않고, 한편 각각의 랜스로부터 주입되는 산소류와는 합류 충돌하고, 또한 이 흐름에 의해 분단되는 랜스 배치로 한 경우 (패턴 B),

c. 2 개의 관속형 랜스로부터 각각 주입되는 미분탄류는 합류 충돌하는 한편, 그것과는 충돌하지 않는 위치에서 각각 주입관으로부터 주입되는 LNG 의 주입류와 산소의 주입류와는 합류하여 충돌함과 함께, 미분탄이나 주입류의 외측을 흐르도록 2 개의 관속형 랜스를 배치한 경우 (패턴 C)

의 각각에 대해서도 가능하다.

다음으로, 도 13 의 (a) ∼ (c) 에 나타내는 예에 대해, 연소 실험을 실시하였다. 이 실험에서 사용한 미분탄의 제원은, 고정 탄소 (FC : Fixed Carbon) 71.3 ％, 휘발분 (VM : Volatile Matter) 19.6 ％, 회분 (Ash) 9.1 ％ 이고, 주입 조건은 50.0 ㎏/h (제선 원단위로 158 ㎏/t 상당) 로 하였다. 또, LNG 의 주입 조건은, 3.6 ㎏/h (5.0 Nm³/h, 제선 원단위로 11 ㎏/t 상당) 로 하였다. 송풍 조건은, 송풍 온도 1100 ℃, 유량 350 Nm³/h, 유속 80 m/s, O₂ 부화 ＋3.7 (산소 농도 24.7 ％, 공기 중 산소 농도 21 ％ 에 대해, 3.7 ％ 의 부화) 로 하였다.

도 14 에는, 상기 연소 실험에 의한 각각의 예에 대한 연소율의 결과를 나타낸다. 동 도면으로부터 분명한 바와 같이, 3 개의 주입관을 병렬로 배열한 관속형 랜스로서, 또한 주입 산소류를 미분탄 주입류로 사이에 끼우는 관속형 랜스의 배치로 한 경우 (패턴 A), 및 주입 산소류가 각각의 랜스로부터 주입되는 미분탄류에 충돌하도록 관속형 랜스의 배치로 한 경우 (패턴 B) 에 있어서 연소율이 높아지고 있다. 이 중, 주입 산소류를 미분탄류로 사이에 끼우는 랜스 배치를 한 경우 (패턴 A) 는, 산소류를 미분탄류로 사이에 끼움으로써 산소의 송풍 (열풍) 에 대한 확산을 억제할 수 있었다. 또한, 주입 산소류가 각각의 랜스로부터 주입되는 미분탄류에 충돌하는 랜스 배치로 한 경우에는, 미분탄류와 산소류의 혼합성이 개선된 것에 의해 연소가 촉진된 것이라고 생각된다. 또, 주입 미분탄류끼리가 충돌하는 경우에 연소율이 낮은 것은, 충돌 후의 미분탄류의 미분탄 밀도가 지나치게 높아져, 연소성이 저하되기 때문이라고 생각된다.

본 발명에서 사용하는 관속형 랜스 (4) 의 다른 예로는, 예를 들어, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 중심부를 관통하는 직통상의 고체 환원재용 주입관에 대해, 나선상의 지연성 가스용 주입관 및 나선상의 기체 환원재용 주입관이 서로 교대로 감겨 일체화된 것을 사용하도록 해도 된다. 그리고, 이와 같은 랜스 (4) 를 사용함으로써, 미분탄 주입류의 둘레에서는 LNG 주입류 및 산소 주입류가 선회하는 유동이 되고, 미분탄을 확산하면서 주입할 수 있게 되어, 미분탄의 연소 효율을 보다 더 향상시킬 수 있다.

상기와 같은 관속형 랜스를 사용하는 본 발명에 관련된 고로 조업 방법에서는, 미분탄 (고체 환원재), LNG (기체 환원재), 산소 (지연성 가스) 를 복수의 관속형의 랜스 (4) 를 사용하여 서로의 취출이 서로 간섭하도록 하여 우구에 주입하므로, 랜스 외경을 극단적으로 크게 하지 않고 주입 효과를 향상시킬 수 있기 때문에, 냉각능의 향상과 연소성의 향상을 양립시킬 수 있고, 그 결과, 환원재 원단위를 저감시킬 수 있다.

또, 중심부를 관통하도록 배치 형성되는 직통상의 고체 환원재 (미분탄) 용 주입관에 대해, 그 둘레에 감기도록 배치 형성된 나선상, 즉 나선상의 기체 환원재용 주입관, 나선상의 지연성 가스용 주입관을 합체시켜 이루어지는 관속형 랜스를 사용함으로써, 미분탄 (고체 환원재) 류의 둘레에서 LNG (기체 환원재) 류와 산소 (지연성 가스) 류가 선회하는 유동이 되고, 미분탄 (고체 환원재) 을 확산하면서 주입할 수 있어, 미분탄 (고체 환원재) 의 연소율을 보다 더 향상시킬 수 있다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 기체 환원재로서 LNG 를 사용하여 설명했지만, 도시 가스도 사용 가능하며, 다른 기체 환원재로는, 도시 가스, LNG 이외에, 프로판 가스, 수소 외에, 제선소에서 발생하는 전로 가스, 고로 가스, 코크스로 가스를 사용할 수도 있다. 또한, LNG 와 등가로 하여 셰일 가스 (shale gas) 도 이용할 수 있다. 셰일 가스는 혈암 (셰일) 층으로부터 채취되는 천연 가스이며, 종래의 가스전이 아닌 장소로부터 생산되기 때문에, 비재래형 천연 가스 자원으로 불리고 있는 것이다.

1 : 고로
2 : 블로 파이프
3 : 우구
4 : 랜스
5 : 레이스웨이
6 : 미분탄 (고체 환원재)
7 : 괴코크스
8 : 차아
9 : LNG (기체 환원재)
21 : 제 1 관
22 : 제 2 관
23 : 제 3 관

Claims (8)

1. 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를, 블로 파이프 내에 삽입된 랜스를 사용하여 우구를 통해서 노 내에 주입하는 고로의 조업 방법에 있어서,
   복수의 주입관을 묶어서 이루어지는 관속형 랜스를 사용하고, 이 관속형 랜스 중의 고체 환원재용 주입관, 및 지연성 가스용 주입관과 기체 환원재용 주입관 중 지연성 가스용 주입관 또는 양자를 통해, 고로의 노 내에, 고체 환원재와 지연성 가스의 2 종을 동시에, 또는 고체 환원재, 지연성 가스 및 기체 환원재의 3 종을 동시에 주입할 때에, 2 개 이상의 관속형 랜스를 블로 파이프 내에 삽입하여 그 선단부를 서로 근접시키고, 적어도 주입되는 지연성 가스 주입류를 2 개의 고체 환원재 주입류가 끼우는 랜스 배치로 하고, 서로의 취출류가 블로 파이프 내에서 서로 간섭하도록 주입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
2. 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를, 블로 파이프 내에 삽입된 랜스를 사용하여 우구를 통해서 노 내에 주입하는 고로의 조업 방법에 있어서,
   복수의 주입관을 묶어서 이루어지는 관속형 랜스를 사용하고, 이 관속형 랜스 중의 고체 환원재용 주입관 및 지연성 가스용 주입관과 기체 환원재용 주입관 중 지연성 가스용 주입관 또는 양자를 통해, 고로의 노 내에, 고체 환원재와 지연성 가스의 2 종을 동시에, 또는 고체 환원재, 지연성 가스 및 기체 환원재의 3 종을 동시에 주입할 때에, 2 개 이상의 관속형 랜스를 블로 파이프 내에 삽입하여 그 선단부를 서로 근접시키고, 적어도 2 개의 관속형 랜스로부터 각각 주입되는 고체 환원재 주입류가 합류 충돌하지 않고, 한편 각각의 랜스로부터 주입되는 지연성 가스 주입류와는 합류 충돌하고, 또한 이 흐름에 의해 분단되는 랜스 배치로 하고, 서로의 취출류가 블로 파이프 내에서 서로 간섭하도록 주입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 관속형 랜스는, 병렬하는 3 개의 주입관을 묶어서 이것을 랜스 외관 내에 수용한 것인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 관속형 랜스는, 랜스 중심부를 관통하는 고체 환원재용 주입관에 대해, 나선상의 지연성 가스용 주입관 및 나선상의 기체 환원재용 주입관의 양방이, 그 고체 환원재용 주입관의 둘레에 교대로 감겨 일체화된 것인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   2 개의 상기 관속형 랜스를 사용하여 각각으로부터 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를 동시에 주입하는 경우, 블로 파이프의 중심부를 흐르는 지연성 가스의 주입류에 대해, 그 외측에 고체 환원재의 주입류가 흐르도록 주입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   2 개의 상기 관속형 랜스를 사용하여 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를 각각의 랜스로부터 동시에 주입하는 경우, 각각의 관속형 랜스로부터 주입되는 2 개의 고체 환원재 주입류는 서로 충돌하지 않고, 한편 상기 2 개의 고체 환원재의 주입류는 각각, 각각의 관속형 랜스로부터 주입되는 2 개의 지연성 가스 주입류와 충돌하는 랜스 배치로 하여 주입을 실시하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   2 개의 상기 관속형 랜스를 사용하여 각각으로부터 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를 동시에 주입하는 경우, 각각의 관속형 랜스로부터 2 개의 주입되는 고체 환원재 주입류는 서로 충돌하지 않고, 한편 상기 2 개의 고체 환원재의 주입류는 각각, 각각의 관속형 랜스로부터 주입되는 2 개의 지연성 가스 주입류와는 합류하여 충돌함과 함께, 이 흐름에 의해 2 개의 고체 환원재 주입류가 분단되도록 주입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   2 개의 상기 관속형 랜스를 사용하여 각각으로부터 적어도 고체 환원재와 지연성 가스를 동시에 주입하는 경우, 각각의 관속형 랜스로부터 주입되는 고체 환원재 주입류가 서로 충돌하는 한편, 고체 환원재 주입류에는 합류 충돌하지 않는 기체 환원재 주입류 및 지연성 가스 주입류를, 그 고체 환원재 주입류의 외측으로 유도하도록 주입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.

Images