KR101800141B1 - 고로의 조업 방법 - Google Patents
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Abstract
CO2 배출량을 대폭 삭감하고, 또한 상용 고로에 있어서 장기간이면서 또한 안정적으로 선철 제조가 가능한 고로의 조업 방법을 제공한다. 노정으로부터 철광석과 코크스를 장입하고, 통상 바람 구멍으로부터 미분탄을 불어넣는 고로에 있어서, 상기 통상 바람 구멍으로부터 수소 및 탄화수소의 적어도 어느 하나를 함유하는 가스를 상기 미분탄과 함께 불어넣고, 또한, 고로의 노정 배기 가스로부터 이산화탄소 및 수증기를 제거하고, 샤프트부 바람 구멍으로부터 노내에 노정 배기 가스를 불어넣는 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 고로의 조업 방법에 관한 것이다. 특히, (1) 통상 바람 구멍으로부터 수소 함유율이 높은 가스를 불어넣는 것, (2) 통상 바람 구멍 또는 노 중단부에 형성한 바람 구멍으로부터 노정 배기 가스를 불어넣는 것 및 (3) 통상 바람 구멍으로부터 수소 함유율이 높은 가스 및 노정 배기 가스를 불어넣을 때는, 송풍의 산소 부화율을 10％ 이상 40％ 이하로 하는 것에 관한 고로의 조업 방법에 관한 것이다.
고로에 있어서의 선철 제조에는 코크스를 비롯한 탄재가 필수적이지만, 선철 톤당 탄재 사용량(이후, 「환원재비」라고 칭함)의 저감은, 제조 비용 개선의 주요 과제이며, 종래 부지런히 그 노력이 이루어져 왔다.
예를 들어, 특허문헌 1은, 종래의 고로 조업에서는 사용할 수 없었던 조분탄의 사용량을 가능한 한 증대시킴으로써, 비용을 저감시키는 것을 목적으로 하고 있다. 특허문헌 1에는, 바람 구멍으로부터 산소 농도 40％ 이상의 가스를 상온에서 불어넣는 조업에 있어서, 미분탄 중 +2㎜의 조분탄이 5 내지 30％이며 최대 입도 5㎜의 미분탄을 바람 구멍 혹은 바람 구멍 근방으로부터 노내에 불어넣는 고로 조업 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2는 고로 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣어지는 노정 배기 가스와, 노상부 바람 구멍에 불어넣어지는 노정 배기 가스의 비를 조화시킴으로써 고로의 열 수요량과 열 공급량을 최적 상태에서 일치시켜, 코크스 소비량 및 장입 효율을 주지의 값보다도 현저하게 개선하는 것을 가능하게 하고 있다.
또한, 특허문헌 3은 고로의 바람 구멍부로부터 미분탄과 함께 연료 가스를 불어넣음으로써, 미분탄의 연소성을 확보하여, 생산성 향상과 연료비(환원재비와 동의) 저감을 도모하는 고로 조업법을 개시하고 있다.
또한, 특허문헌 4는 안정된 고생산성으로 고로 조업하는 것을 목적으로 하여, 바람 구멍으로부터 산소 농도 30％ 이상 100％ 미만의 송풍 가스를 불어넣고, 또한 고로 중단의 샤프트부로부터 예열 가스를 불어넣음으로써, 미분탄을 다량으로 사용하는 고로 조업 방법을 개시하고 있다.
전술한 바와 같은 여러 기술 혁신에 의해 조업 효율은 비약적으로 향상되어, 선철 톤당 탄재 사용량은 500㎏을 하회하는 레벨에 이르고 있다.
이러한 고로 조업에 있어서의 환원재비의 저감 등의 제조 비용 개선이라는 과제 외에, 최근들어 지구 온난화의 주된 원인인 온실 가스의 하나인 이산화탄소(CO2)의 배출량 삭감이 널리 요구되고 있다. CO2 배출량에 있어서 주요한 산업의 하나인 철강업은, 그 사회적 요청에 따라야 하며, 철강 제조에 있어서 다량의 탄재를 사용하는 고로 조업에서의 가일층 삭감이 급선무가 되고 있다.
일본 철강 업계는 자주 행동 목표를 세워 CO2 배출량 삭감에 열중해 왔지만, 더욱 그 앞을 바라보는 기술 개발을 재촉당하고 있다.
그러나, 특허문헌 1 내지 4 모두 CO2 배출량 삭감을 주된 과제로 하지 않아, 발본적으로 CO2 발생량을 삭감하는 기능은 충분하지 않다.
이와 같이, 기왕의 조업 형태에 입각하는 한, 열 효율적으로 봐도, 탄소 소비량을 더욱 대폭 저감시킬 여지를 발견할 수 없는 상황이 되고 있다.
이러한 상황을 감안하여, 고로 조업에 있어서의 탄소 소비량의 대폭 삭감을 겨냥한 기술 개발이 유럽에서 진행되고 있다. 즉, ULCOS라고 칭해지는 프로젝트로는, 산소 고로를 기초로 CO2 분리 회수 기술을 조합하여, 노정 배기 가스로부터 CO2를 분리한 뒤, 재가열하여 고로 중단의 노체 측벽에 새롭게 형성한 바람 구멍 또는 통상 바람 구멍으로부터 노내로 다시 불어넣는 고로 프로세스가 개발 도중에 있다(비특허문헌 1).
도 1에 상기 ULCOS의 고로 프로세스 플로우를 나타낸다. 고로 탄소 소비량의 삭감 효과가 가장 높게 되는 프로세스 플로우이다. 통상의 고로 조업과 크게 상이한 특징은, (1) 통상 바람 구멍으로부터의 송풍에는 고온 공기를 사용하지 않고 상온의 산소와 미분탄을 불어넣는 점, (2) 노정 배기 가스의 거의 전량을 CO2 분리한 후, 고로에 불어넣는 「폐쇄된 가스 순환」을 행하고 있는 것, 또한 (3) 상기 노정 배기 가스의 순환 가스를 통상 바람 구멍으로부터 불어넣을 때에도 고온으로 가열하고 있는 점이다. 또한, 도 1의 고로 프로세스 플로우에 있어서, 광석의 간접 환원율은 89.7％로 높아, 통상 조업 시에 있어서의 선철 1톤(1tHM)당 탄소(C) 투입량 289㎏/tHM에 대하여, 28％의 탄소 삭감률이 달성되고 있다. 또한, 노정 배기 가스로부터의 CO2 분리는 Vacuum Pressure Swing Adsorption법에 의해 행하여지며, 도 1 중의 "Vol."은 표준 상태에 있어서의 가스의 양을 나타낸다.
이들 특징은, 상용 고로에 적용하는 데 있어서 심각한 리스크를 내포하고 있다. 즉, 상기 (1)은, 바람 구멍 앞 연소대의 온도를 적정값으로 유지하기 위하여 다량의 미분탄 불어넣기를 필요로 한다. ULCOS 프로젝트의 리포트에 의하면, 미분탄비(선철 1톤당 미분탄 사용량)가 300㎏/tHM에 달하여, 그 결과 코크스비는 200㎏/tHM 이하로까지 저하되어, 대략 270㎏/tHM 이상의 코크스비로밖에 조업 실적을 갖지 않는 현상의 고로 조업 기술에서는 용이하게 안정된 조업 상태를 만들어 넣을 수는 없다. 그 외에, 송풍 산소가 상온이며 송풍에 의한 현열 투입이 없기 때문에, 가령 조업 부진에 의해 노냉에 빠진 경우, 노내를 빠르게 착열할 수 없어, 조업을 재건하는 것이 어렵다는 문제가 있다. 또한, 상기 (2)의 「폐쇄된 가스 순환」 조작은 기상 중에 포함되는 미량 원소(예를 들어, 황분 등)를 고로 프로세스 내에서 순환시켜 농축할 위험성이 있어, 장기간 안정 조업을 유지할 수 있는지가 문제이다.
이와 같이, ULCOS 프로젝트의 목표로 하는 고로 프로세스는, 단기의 시험 조업 베이스의 실현은 가능해도 선철 제조를 안정되면서 또한 장기간 계속시키는 것이 필수적인 상용 고로에 적용하는 것은 곤란하다.
한편, 고로 조업에 있어서의 탄소의 역할의 하나인 환원 기능을 수소에 담당시킴으로써, 탄소 사용량을 삭감하는 방법이 있다. 즉, 천연 가스나 코크스로 가스(이하, 「COG」라고 기재함) 등 수소를 포함하는 환원성 가스를 고로에 불어넣는 조업이지만, 이러한 조업 방법에 관한 발명은 다수 있지만, 특히 고로의 CO2 배출량 삭감을 목적으로 노정 배기 가스로부터 분리한 CO2와 CO의 혼합 가스를 메탄(CH4)으로 개질하고, 개질 후의 가스를 고로에 다시 불어넣는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 5).
이 방법은, 노정 배기 가스로부터 CO2(및/또는 CO)를 분리 회수하고, 이것에 H2를 첨가하여 CH4로 전환 처리한 후, 다시 고로에 불어넣는 것이지만, CH4 전환 장치가 새롭게 필요한 것과, 간단히 CH4를 불어넣는 것만으로는 고로의 탄소 소비량을 충분히 삭감할 수 없는 것에 과제가 있어, 모두에서 설명한 CO2 배출량 삭감의 사회적 요청에 충분히 따를 수 있다고는 할 수 없다.
"Final Evaluation of the Ulcos TGR-BF Pilot Tests Performed at the LKAB Experimental Blast", Pettrsson Mikael, Silkstrom Peter, Eklund Nicklas, Proceedings of 6th ICSTI(2012), p960
기존의 조업 기술의 범위 내에서 고로의 탄소 소비량을 대폭 저하시키는 것이 중요하다. 또한, 만일 노냉 트러블을 일으킨 경우에도 신속한 재기동이 가능한 것, 그 외에, 미량 원소의 고로 프로세스 내 순환·농축을 발생시킬 위험성이 없어, 안정적인 선철 제조가 가능한 고로 조업 방법의 제공이 과제이다.
본 발명의 목적은 CO2 배출량을 대폭 삭감하면서, 또한 상용 고로에 있어서 장기간이면서 또한 안정적으로 선철 제조가 가능한 고로의 조업 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는, 통상 바람 구멍으로부터 수소 함유율이 높은 CH4 함유 가스를 불어넣는 것, 노 중단부에 형성한 바람 구멍(이하, 「샤프트부 바람 구멍」이라고 기재함)으로부터 산화물 성분 및 H2O를 제거한 노정 배기 가스를 불어넣는 것 및 통상 바람 구멍으로부터 수소 함유율이 높은 CH4 함유 가스 및 산화물 성분 및 H2O를 제거한 노정 배기 가스를 불어넣을 때, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 송풍의 산소 부화율을 10％ 내지 40％로 함으로써, CO2 배출량을 대폭 삭감하면서, 또한, 장기간이면서 또한 안정적으로 고로 조업이 가능한 것을 발견했다. 또한, 통상 바람 구멍이란, 상기 샤프트부 바람 구멍보다도 하측의 노 하단부에 형성되고, 열풍과 함께 미분탄 등의 보조 연료를 고로 내에 불어넣는 바람 구멍이다.
본 발명은, 이 지견에 기초하여 상기한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 그 요지로 하는 바는, 이하와 같다.
(1) 노정으로부터 철광석과 코크스를 장입하고, 통상 바람 구멍으로부터 미분탄을 불어넣는 고로에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 수소 및 탄화수소의 적어도 어느 하나를 함유하는 가스를 미분탄과 함께 불어넣고, 또한 고로의 노정 배기 가스로부터 이산화탄소 및 수증기를 제거한 가스를 샤프트부 바람 구멍으로부터 노내에 불어넣는 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법.
(2) 또한, 고로의 노정 배기 가스로부터 이산화탄소 및 수증기를 제거한 가스를 통상 바람 구멍으로부터 노내에 불어넣는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 고로의 조업 방법.
(3) 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 가스는, 산소 부화율 10％ 이상이고 또한 하기 식에 나타내는 Y％ 이하로 산소 부화하는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 고로의 조업 방법.
(식 중의 CH4는 통상 바람 구멍으로부터 불어넣어지는 가스 중의 메탄의 체적％를 나타냄)
(4) 수소 및 탄화수소의 적어도 어느 하나를 함유하는 가스의 불어넣기량이 30N㎥/tHM 이상인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 고로의 조업 방법.
(5) 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣는 노정 배기 가스는, 온도가 600℃ 이상 1000℃ 이하이고, 400N㎥/tHM 이하의 불어넣기량으로 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 고로의 조업 방법.
(6) 샤프트부 바람 구멍으로부터 노내에 불어넣는 노정 배기 가스의 불어넣기량이 100N㎥/tHM 이상인 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 고로의 조업 방법.
(7) 통상 바람 구멍으로부터 불어넣어지는 수소 및 탄화수소의 적어도 어느 하나를 함유하는 가스가 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 고로의 조업 방법.
(8) 메탄을 함유하는 가스가 코크스로 가스 및 천연 가스의 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 (7)에 기재된 고로의 조업 방법.
CO2 배출량을 대폭 삭감하면서, 또한 상용 고로에 있어서 장기간이면서 또한 안정적으로 선철 제조가 가능한 고로의 조업 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 ULCOS의 고로 프로세스 플로우를 도시하는 도면이다.
도 2는 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 가스(COG 및 천연 가스)의 원단위(N㎥/tHM)와 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 관계를 도시하는 도면이다.
도 3은 (요건 A+요건 B) 프로세스의 개요를 도시하는 도면이다.
도 4는 (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG의 원단위를 95(N㎥/tHM)로 하고, 샤프트부 바람 구멍으로부터의 순환 가스의 불어넣기에 수반하는 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 변화를 도시하는 도면이다.
도 5는 요건 B가 없는 표준적인 조업을 하고 있는 고로에 대하여, 통상 바람 구멍으로부터 미분탄, COG 혹은 천연 가스의 어느 하나를 추가하여 불어넣은 경우의 탄소 소비 원단위(㎏/tHM) 및 (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 미분탄, COG 혹은 천연 가스의 어느 하나를 추가하여 불어넣은 경우의 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)를 도시하는 도면이다.
도 6은 (요건 A+요건 B+요건 C) 프로세스의 개요를 도시하는 도면이다.
도 7은 (요건 A+요건 B+요건 C) 프로세스에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG의 원단위를 95(N㎥/tHM)로 한 경우에 있어서의 고로의 조업 지표간의 관계를 도시하는 도면이다. 도 7의 (A)는 산소 부화율과 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 관계를 나타낸다. 도 7의 (B)는 산소 부화율과 코크스비(㎏/tHM)의 관계 및 산소 부화율(％)과 통상 바람 구멍으로부터의 순환 가스의 불어넣기량(N㎥/tHM)의 관계를 나타낸다. 도 7의 (C)는 산소 부화율과 노정 배기 가스의 순환 가스 비율(％)의 관계를 나타낸다.
도 8은 (요건 A+요건 B+요건 C) 프로세스에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 천연 가스의 원단위를 95(N㎥/tHM)로 한 경우에 있어서의 고로의 조업 지표간의 관계를 도시하는 도면이다. 도 8의 (A)는 산소 부화율과 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 관계를 나타낸다. 도 8의 (B)는 산소 부화율과 코크스비(㎏/tHM)의 관계 및 산소 부화율(％)과 통상 바람 구멍으로부터의 순환 가스의 불어넣기량(N㎥/tHM)의 관계를 나타낸다. 도 8의 (C)는 산소 부화율과 노정 배기 가스의 순환 가스 비율(％)의 관계를 나타낸다.
도 9는 (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG량을 변화시키고, 또한, 요건 C 프로세스로서 노정 배기 가스를 통상 바람 구멍으로부터 비가열로 불어넣고, 또한, 통상 바람 구멍으로부터의 송풍의 산소 부화율을 증가시킨 경우에 있어서의, 상기 COG량과 탄소 소비 원단위의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 천연 가스량을 변화시키고, 또한, 요건 C 프로세스로서 노정 배기 가스를 통상 바람 구멍으로부터 비가열로 불어넣고, 또한, 통상 바람 구멍으로부터의 송풍의 산소 부화율을 증가시킨 경우에 있어서의, 상기 천연 가스량과 탄소 소비 원단위의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 가스(COG 및 천연 가스)의 원단위(N㎥/tHM)와 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 관계를 도시하는 도면이다.
도 3은 (요건 A+요건 B) 프로세스의 개요를 도시하는 도면이다.
도 4는 (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG의 원단위를 95(N㎥/tHM)로 하고, 샤프트부 바람 구멍으로부터의 순환 가스의 불어넣기에 수반하는 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 변화를 도시하는 도면이다.
도 5는 요건 B가 없는 표준적인 조업을 하고 있는 고로에 대하여, 통상 바람 구멍으로부터 미분탄, COG 혹은 천연 가스의 어느 하나를 추가하여 불어넣은 경우의 탄소 소비 원단위(㎏/tHM) 및 (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 미분탄, COG 혹은 천연 가스의 어느 하나를 추가하여 불어넣은 경우의 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)를 도시하는 도면이다.
도 6은 (요건 A+요건 B+요건 C) 프로세스의 개요를 도시하는 도면이다.
도 7은 (요건 A+요건 B+요건 C) 프로세스에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG의 원단위를 95(N㎥/tHM)로 한 경우에 있어서의 고로의 조업 지표간의 관계를 도시하는 도면이다. 도 7의 (A)는 산소 부화율과 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 관계를 나타낸다. 도 7의 (B)는 산소 부화율과 코크스비(㎏/tHM)의 관계 및 산소 부화율(％)과 통상 바람 구멍으로부터의 순환 가스의 불어넣기량(N㎥/tHM)의 관계를 나타낸다. 도 7의 (C)는 산소 부화율과 노정 배기 가스의 순환 가스 비율(％)의 관계를 나타낸다.
도 8은 (요건 A+요건 B+요건 C) 프로세스에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 천연 가스의 원단위를 95(N㎥/tHM)로 한 경우에 있어서의 고로의 조업 지표간의 관계를 도시하는 도면이다. 도 8의 (A)는 산소 부화율과 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 관계를 나타낸다. 도 8의 (B)는 산소 부화율과 코크스비(㎏/tHM)의 관계 및 산소 부화율(％)과 통상 바람 구멍으로부터의 순환 가스의 불어넣기량(N㎥/tHM)의 관계를 나타낸다. 도 8의 (C)는 산소 부화율과 노정 배기 가스의 순환 가스 비율(％)의 관계를 나타낸다.
도 9는 (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG량을 변화시키고, 또한, 요건 C 프로세스로서 노정 배기 가스를 통상 바람 구멍으로부터 비가열로 불어넣고, 또한, 통상 바람 구멍으로부터의 송풍의 산소 부화율을 증가시킨 경우에 있어서의, 상기 COG량과 탄소 소비 원단위의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 천연 가스량을 변화시키고, 또한, 요건 C 프로세스로서 노정 배기 가스를 통상 바람 구멍으로부터 비가열로 불어넣고, 또한, 통상 바람 구멍으로부터의 송풍의 산소 부화율을 증가시킨 경우에 있어서의, 상기 천연 가스량과 탄소 소비 원단위의 관계를 나타내는 그래프이다.
선철 제조 공정에 있어서의 CO2 배출량을 삭감하기 위해서는, 고로에 있어서 선철 제조에 필요로 하는 탄소 투입량을 감소시켜야 한다. 전술한 바와 같이, 고로에 있어서의 탄소의 주된 역할은, 철광석(이하, 철광석을 괴성화 처리한 소결광이나 펠릿 등을 포함하는 철원 원료의 총칭으로서 사용함)의 환원과 용해를 위한 열량 공급이지만, 본 발명에서는, 환원의 일부를 탄소의 환원재로부터 수소로 대체함으로써 탄소 소비량의 삭감을 도모한다.
그러나, 노정으로부터의 원료 장입과 통상 바람 구멍으로부터의 송풍 조작만으로 자율적으로 형성되는 노내 온도장 하에서 철광석의 환원·용해를 진행시키는 고로 조업에 있어서, 단순하게 수소 함유율이 높은 가스를 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 것만으로는, 안정된 선철 제조를 유지하는 것은 용이하지 않고, 더구나, 발본적인 탄소 소비량의 삭감을 실현하는 것은 곤란하다.
따라서, 본 발명자는 다음의 요소 기술을 기존의 고로 조업 기술에 부가함으로써 문제의 극복을 도모하는 데 착안했다. 즉, 이하의 요건 (A) 내지 (C)에 착안했다.
(A) 통상 바람 구멍으로부터, 수소 및 탄화수소의 적어도 어느 하나를 함유하는 가스를 불어넣는 것.
광석의 가스 환원 속도에 있어서 H2 가스는, CO 가스보다도 우위이다. CH4 등의 수소를 많이 포함하는 탄화수소와 수소 중 적어도 어느 하나를 함유하는 가스를 가능한 한 고로 내에 불어넣는다.
(B) CO2 등의 산화물 성분 및 수증기(H2O)를 제거한 노정 배기 가스를 가열하여, 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣는 것.
노정 배기 가스로부터 상기 산화물 성분 및 수증기를 제거하여 환원력을 갖는 가스의 비율이 높은 노정 배기 가스를 제조하여, 노정 배기 가스를 재이용한다. 상기 노정 배기 가스를 적온으로 가열하고, 다시, 샤프트부 바람 구멍으로부터 고로 내에 불어넣음으로써(이하 「노정 배기 가스 순환」이라고 칭함) 노내 환원 가스의 이용률을 향상시킬 수 있다.
또한,
(C) 노정 배기 가스를 통상 바람 구멍으로부터 비가열로 불어넣고, 또한 통상 바람 구멍으로부터의 송풍의 산소 부화율을 증가시키는 것.
노정 배기 가스를 통상 바람 구멍으로부터 불어넣을 때는, 바람 구멍 앞 연소대에서의 연소에 의해 발생한 가스의 이론적인 온도(이하, 간단히 「바람 구멍 앞 온도」라고 기재함)를 적정 범위로 유지하는 것이 중요하다. 그로 인해, 노정 배기 가스를 비가열로 하고, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 송풍의 산소 부화율을 10％ 이상 40％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그 결과, 바람 구멍 앞 온도를 적정 범위로 유지하면서, 또한 노내 가스 중의 환원 가스 성분을 증가시킬 수 있다. 그리고, 바람 구멍 앞 온도의 조정을 위한 미분탄 불어넣기량을 증가시킬 필요가 없어져, 코크스비의 극단적인 저하를 피할 수 있다.
또한, 산소 부화율(％)의 값 X는, 통상 송풍으로부터 부화하는 산소 농도분을 나타낸다. 예를 들어 통상 송풍(공기(산소 농도 약 21％))으로부터 부화하는 산소 농도분은, 이하의 식으로 표시된다.
Vo: 산소 유량(N㎥/h)
Vb: 노정 배기 가스의 유량을 포함한 통상 바람 구멍으로부터의 전체 송풍량(N㎥/min)
여기서, 출선비는, 고로에의 불어넣기 산소량(「송풍 산소량」이라고 함)에 직접 의존하고, 출선비 일정 조건에서 산소 부화율을 상승시키는 경우는 송풍 산소량을 일정하게 하기 위하여, 송풍량을 내리는 조정을 하는 것이 일반적이다.
또한, 산소 부화율의 상한값은, 랜스 용손의 유무에 따라 제약받고 불어넣는 가스 조성에 의해서도 변화된다.
즉, 불어넣는 가스 조성에 의해, 온도 상승에 의한 랜스 용손에 이르는 산소 부화율의 상한(Y％)이 상이하고, 그것은 대략 가스 중의 냉각 매체인 가스 조성에 대한 CH4의 함유율에 비례하고, 그 관계는, 이하의 식으로 표시되는 것을 본 발명자들은 확인했다.
단, Y: 산소 부화율(％)의 상한; 식 중의 CH4: 불어넣는 가스에 함유되는 메탄의 체적％
또한, 산소 부화율을 과잉으로 하면, 랜스 용손의 우려가 발생할 가능성이 있을 뿐만 아니라, 레이스웨이 내의 연소 초점이 과도하게 벽측으로 이동하여, 노심으로의 전열 부족이나 벽측의 열 손실의 증대를 초래하고, 장입물의 효과도 불안정화되기도 한다.
이상의 요건을 적용함으로써, 본 발명의 목적에 달할 수 있다.
실시예
이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
고로 수치 해석 기술에 기초하여 고로 조업 시뮬레이션을 실시하여, 본 발명의 효과를 검토했다. 상기 시뮬레이션에는, 예를 들어 K.Takatani, T.Inada, and Y.Ujisawa: ISIJ International, 39, (1999), p15 등에 기재하는 소위 「고로 수학 모델」을 사용했다.
[실시예 1]
실시예 1에 있어서는, 먼저, 상기 요건 A 「통상 바람 구멍으로부터, 수소 및 탄화수소의 적어도 어느 하나를 함유하는 가스를 불어넣는 것」에 대하여 상세하게 조사했다.
표 1은 미분탄을 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 고로(노내 용적 5300㎥)의 조업 시의 표준적인 제원값이다. 이것에, 수소 함유율이 높은 CH4 함유 가스를 불어넣는 조업을 생각한다. CH4를 800℃ 이상으로 승온시키면 열 분해하여 수소 가스가 생성되고, 당해 수소 가스가 환원제로서 기능하므로, 탄소 사용량을 삭감하는 효과가 얻어진다.
상기 CH4 함유 가스에는, 수소뿐만 아니라, CH4 등의 탄화수소의 상태에서 수소가 다량으로 포함되어 있으므로, 환원재 기능을 담당시킬 수 있다. 그 때, CH4 농도 25％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, CH4 농도가 25％ 미만인 경우, 산소 부화율을 증가시켜도 바람 구멍 앞 연소대에서의 연소에 의해 바람 구멍 앞 온도를 조정하는 기능이 저하되어, 요건 (B) 및 (C)에 의한, 노내 환원 가스의 이용률을 향상시키는 효과가 불충분해지기 때문이다.
상기 CH4 함유 가스로서, 수소 함유율이 높은 COG, CH4 함유율이 높은 천연 가스 또는 도시 가스나 셰일 가스, 이들을 임의의 비율로 혼합한 합성 가스 등의 CH4를 함유하는 기존의 가스를 채용할 수 있다. COG의 조성은, 폐가스 처리나 코크스로 조업 조건에 따라 변화되어, 제철소마다 상이하고, 그 조성 범위는 대략 CH4: 25 내지 38％, H2: 47 내지 59％의 범위이다.
[표 1]
그런데, 철광석을 환원·용해시키기 위하여, 고로 내는 고온의 환원성 분위기로 유지되고 있지만, 여기에 상기 COG 또는 천연 가스 등의 CH4 함유 가스를 불어넣으면, 탄화수소분이 열 분해되어 매진이 발생하여, 코크스 덩어리 등의 탄소원 및 소결광 덩어리 등의 충전 입자간의 공극을 매립하므로 노내의 통기성을 악화시킬 위험이 있다. 따라서, 고로 내에서 유일하게 산화성 분위기가 형성되어 있는 통상 바람 구멍 앞의 연소 영역에 불어넣는 것이 바람직하다. 즉, COG 또는 천연 가스 등의 CH4 함유 가스를 통상 바람 구멍으로부터 열풍이나 미분탄과 함께 불어넣는 것이 바람직하다.
COG 또는 천연 가스의 조성은, 원료인 석탄, 혹은 원산지에 따라 다소의 차이는 있지만, 조업 시뮬레이션에 있어서는, 각각의 대표값으로서 표 2-1 및 표 2-2에 나타내는 값의 함유율을 사용했다. 그리고, 조업 제원의 예측 계산은, 표 1에 나타내는 출선량, 용선 온도가 되도록 미분탄비는 일정하게 되어, 코크스비와 송풍량을 조정하는 방법으로 행했다. 또한, 조업 설계 상에서 경험적으로 중요시되는 바람 구멍 앞 온도에 대해서도, 산소 부화율을 조정함으로써 일정하게 유지하는 것을 전제로 했다.
[표 2-1]
[표 2-2]
표 2-1 및 표 2-2의 조건 하에서 고로 조업 시뮬레이션에 의해 얻어진, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 가스(COG 및 천연 가스)의 원단위(N㎥/tHM)와 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 관계를 도 2에 도시한다. 여기서, 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)란, 탄소 소비량의 원단위이며, 코크스, 미분탄, COG, 혹은 천연 가스를 통하여 투입되는 탄소의 선철 1톤당 양을 가리키고, 선철 제조에 수반하는 CO2 배출량에 직결된 양이다. 동일 도면에 의하면, COG의 원단위 혹은 천연 가스의 원단위를 증가시킴에 따라, 탄소 소비량이 감소되고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, COG나 천연 가스에 다량으로 포함되는 수소가 철광석의 환원에 기여함으로써, 탄소의 소요량이 억제되었기 때문이다.
실시예 1에서는, 전술한 요건 A에, 상기 요건 B 「산화물 성분 및 수증기를 제거한 노정 배기 가스를 가열하여, 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣는 것」을 더 부가한 고로의 조업에 대하여 더욱 상세하게 조사했다.
도 3에 (요건 A+요건 B) 프로세스의 개요를 나타낸다.
고로 노정으로부터 배출되는 노정 배기 가스의 주요 성분은 CO, CO2, H2, N2 및 H2O(수증기)이지만, 수증기는 기존의 배기 가스 청정 처리의 과정에서 냉각, 제거된다. 한편, CO2는 노정 배기 가스 안에 남지만, 이것을 제거하면, 광석에 대한 노정 배기 가스의 환원력은 대폭 회복된다. 가스로부터 CO2를 분리 회수하는 기술은 이미 개발되어 있으므로, 기존의 CO2를 분리 회수하는 기술을 고로 프로세스계에 도입함으로써, 상기 (요건 A+요건 B) 프로세스를 실시해도 된다.
산화물 성분 및 H2O를 제거한 노정 배기 가스 외에, 샤프트부 바람 구멍으로부터 수소 함유율이 높은 고온의 가스를 불어넣어도 된다.
COG는 제철소 내에서 조달하기 쉬우므로, COG를 사용하는 것이 바람직하다. 단, 샤프트부 바람 구멍에 CH4를 불어넣으면 그을음이 석출되어 철광석의 환원을 저해하기 때문에, CH4의 함유량 등을 개질한 COG를 불어넣는 것이 바람직하다. 개질된 COG의 조성은, 예를 들어 H2: 68％, CH4: 5％, C2H4: 1％, CO: 17％, N2: 2％, H2O: 7％이다. 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣는 노정 배기 가스의 환원 능력을 확보하기 위하여, 당해 가스의 온도는 750℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 환원 능력을 갖는 성분의 비율을 올리기 위하여, 개질된 COG를 제습하여 불어넣는 것이 바람직하다.
(요건 A+요건 B) 프로세스의 효과를 조사하기 위하여, 통상 바람 구멍으로부터 미분탄을 불어넣음과 함께, COG 또는 천연 가스 불어넣기를 행하고 있는 조건 하에서, CO2, H2O를 제거 후의 노정 배기 가스를 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣는 효과를 예측하는 시뮬레이션을 행했다. 여기서, CO2, H2O를 제거 후의 노정 배기 가스의 고로 내로의 불어넣기 위치이지만, 가스 환원이 활발하게 진행되는 장소로 하는 것이 효과적이다. 표 1에 나타내는 통상 조업 시에 계산된 노내 온도 1100℃에 대응하는 위치로 했다. 기존 고로에는 이러한 장소에는 취입구는 없기 때문에, 새롭게 샤프트부 바람 구멍을 형성하게 된다.
상기 시뮬레이션은, 표 3의 조건에서 노정 배기 가스 순환을 행했다. 표 3중, 「순환 가스」란, 시뮬레이션에 사용한 노정 배기 가스 순환의 순환 가스를 의미한다. 조업 시의 제원의 예측값은, 표 1의 경우와 마찬가지로 표준적인 제원값으로 했다.
[표 3]
도 4는, 표 3의 조건에서 노정 배기 가스 순환을 행하는 상기 조업 시뮬레이션에 의해 얻어진 그래프이며, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG의 원단위를 95(㎏/tHM)로 고정한 경우에 있어서의, 샤프트부 바람 구멍으로부터의 순환 가스의 불어넣기량의 증가에 수반하는 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 변화를 나타낸다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 샤프트부 바람 구멍으로부터의 순환 가스의 불어넣기량을 증가시킴으로써 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)를 삭감하는 것이 가능하다. 즉, 순환 가스를 통하여 노내에 재투입되는 탄소분은, 고로계외로부터 투입되는 탄소가 아니기 때문에, 본 발명에 기초하는 노정 배기 가스 순환은, 환원 가스의 이용 효율을 높이고, 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)를 삭감할 수 있다.
그러나, 순환 가스에 의한 고로 탄소 투입량의 삭감 효과는, 샤프트부 바람 구멍으로부터의 순환 가스의 불어넣기량을 과잉으로 증가시켜 가면 포화 경향이 나타난다. 이것은, 노내의 환원성 가스를 필요 이상으로 증가시켜도 철광석의 환원 반응 속도를 추종할 수 없는 것이 원인으로 되어 있다고 이해된다. 한편, 노내 물류면에 있어서도, 과잉의 노내의 환원성 가스는 노내 충전층의 유동화나 압력 손실 증가에 의한 블로우바이 현상을 야기할 위험을 높인다. 따라서, 본 발명의 적용 조건에 있어서는, 고로 탄소 투입량을 삭감하는 효과를 확실하게 하면서, 또한 안정 조업을 저해하기 때문에, 순환 가스의 불어넣기량의 하한을 100N㎥/tHM으로 하고, 순환 가스량의 상한을 400N㎥/tHM으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 4에는 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣어지는 순환 가스의 노내로의 불어넣기 온도의 영향을 조사한 결과도 도시되어 있다. 도 4에 의하면, 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣어지는 순환 가스의 온도를 고온으로 하면 할수록 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 삭감 효과는 높아진다. 이것은, 환원성 가스를 재이용하는 것의 효과 외에, 순환 가스의 현열을 통하여 고로에의 투입 열량이 증가하는 것의 효과도 기여하고 있다. 그러나, 주목해야 할 것은, 순환 가스의 온도가 대략 600℃를 하회하면 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 삭감 효과가 거의 나타나지 않는 점이다. 이 현상은, 불어넣기 온도를 과도하게 저하시키면, 고로 내의 온도 분포를 현저하게 내리는 것에 더하여 환원 반응의 진행을 둔화시켜 버리는 악영향이 현저해지는 것이 원인이다.
따라서, 노정 배기 가스 순환을 행하는 데 있어서는, 순환 가스의 샤프트부 바람 구멍으로부터 고로 내로의 불어넣을 때의 온도는, 적어도 600℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한 상한 온도에 대해서는, 노내의 철광석을 융착시켜 가스 환원의 진행을 방해할 위험이 없는 1000℃ 이하로 억제하는 것이 바람직하다.
(요건 A+요건 B) 프로세스의 효과를 더 조사하기 위하여, (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 미분탄만, COG 및 미분탄, 천연 가스 및 미분탄을 각각 불어넣은 경우의 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 변화를 조사했다.
먼저, 표 1에 나타내는 제원으로 표준적인 조업을 하고 있는 고로에 대하여, 통상 바람 구멍으로부터 투입되는 환원성 물질량(탄소 C 및 수소 H2의 합계값)이 거의 일정해지도록, 표 4에 나타내는 조건에서, COG, 천연 가스 및 미분탄을 각각 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 조업을 행한다. 샤프트부 바람 구멍으로부터의 노정 배기 가스 순환을 400N㎥/tHM, 800℃의 조건에서 행했을 때의 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 저감량을 비교했다. 이때, 바람 구멍 앞 온도가 일정해지도록, 상기 COG, 천연 가스 및 미분탄을 통상 바람 구멍으로부터 고로 내로 불어넣는 송풍의 산소 부화율을 조정했다.
[표 4]
상기 조업의 결과를 도 5에 도시한다. 도 5는 요건 B가 없는 표준적인 조업을 하고 있는 고로에 대하여, 통상 바람 구멍으로부터 미분탄, COG 혹은 천연 가스의 어느 하나를 추가하여 불어넣은 경우의 탄소 소비 원단위(㎏/tHM) 및 (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서, 표준적인 조업을 하고 있는 고로에 대하여, 통상 바람 구멍으로부터 미분탄, COG 혹은 천연 가스의 어느 하나를 추가하여 불어넣은 경우의 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)를 나타낸다. 도 5에는 수소 함유율이 높은 COG, 천연 가스를 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 조업과 상기한 노정 배기 가스 순환을 조합함으로써, 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)가 저감된다는 효과가 명확하게 나타나고 있다. 이 효과는, 철광석의 환원에 있어서 H2 가스쪽이 CO 가스에 비하여 반응 속도가 크다는 특성에 의한 것으로서, 이러한 특성을 이용하는 요건 B는, 요건 A 하에서 특별한 효과를 나타내는 것이 나타났다.
이와 같이, 본 발명에 있어서의 노정 배기 가스 순환은, (요건 A+요건 B) 하에서 특별한 효과를 발휘한다. 즉, 수소 함유율이 높은 COG, 천연 가스를 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 조업에 있어서, 샤프트부 바람 구멍으로부터의 노정 배기 가스 순환은, 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 삭감에 특히 효과적이다.
[실시예 2]
이어서, 상기한 (요건 A+요건 B)에, 요건 C 「노정 배기 가스를 통상 바람 구멍으로부터 비가열로 불어넣고, 또한 송풍의 산소 부화율을 증가시키는 것」을 더 부가한 고로의 조업에 대하여 검토했다.
도 6에 (요건 A+요건 B+요건 C) 프로세스의 개요를 나타낸다.
본 발명의 요건 C가, (요건 A+요건 B) 하에서, 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 저감을 더욱 촉진한다. 요건 C를 조합함으로써, 고로의 바람 구멍 앞 연소장의 연소 조건을 적정 범위로 유지하면서, 또한 코크스비를 기왕의 조업 기술로 조업 가능한 레벨로 만들어 넣을 수 있다.
전술한 바와 같이, 산소 부화율의 상한값은, 랜스 용손의 유무에 따라 제약받고, 불어넣는 가스 조성에 의해서도 변화된다.
CH4를 37％ 함유하는 COG의 바람 구멍 불어넣기의 본 실시예에서의 케이스에서는, 산소 부화율이 35％인 경우, 랜스 외부의 온도가 과잉으로 상승하여, 랜스 용손을 초래했다. 한편, CH4를 약 100％ 함유하는 천연 가스의 바람 구멍 불어넣기의 후술하는 실시예 3에서의 케이스에서는, 산소 부화율이 40％인 경우에 랜스 용손이 발생했다.
이와 같이, 불어넣는 가스 조성에 의해, 온도 상승에 의한 랜스 용손에 이르는 산소 부화율의 상한(Y％)이 상이하고, 그것은 대략 가스 중의 냉각 매체인 가스 조성에 대한 CH4의 함유율에 비례하고, 그 관계는 이하의 식으로 표시된다.
단, Y: 산소 부화율(％)의 상한; CH4: 불어넣는 가스에 함유되는 CH4의 체적％
표 5에 나타내는 조건에서 통상 바람 구멍으로부터의 COG 함유 가스의 불어넣기 조업을 행하여, 바람 구멍 앞 온도 일정한 조건 하에서, 산소 부화율(10％ 내지 35％)에 관한 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 변화를 조사했다. 또한, 샤프트부 바람 구멍은 고로 중단부에 설치되어 있고, 샤프트부 바람 구멍으로부터의 순환 가스 불어넣기량을 200N㎥/tHM 및 400N㎥/tHM으로 하고, 샤프트부 바람 구멍으로부터의 순환 가스 불어넣기 온도를 800℃로 했다. 또한, 본 실시예에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터의 미분탄의 불어넣기량은, 표 1에 나타나는 값과 마찬가지로 설정했다.
[표 5]
도 7은 표 5의 조건 하의(요건 A+요건 B+요건 C) 프로세스에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG의 원단위를 95(N㎥/tHM)로 설정한 경우의 고로의 조업 지표간의 관계를 나타낸다. 도 7의 (A)는 산소 부화율(％)과 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 관계이다. 산소 부화율을 증가시키는 데 수반하여 노내 가스 중의 N2(질소) 가스의 비율이 감소되는 한편, 환원성 성분, 즉 H2, CO의 농도가 증가되기 때문에, 본 발명의 요건 B인 노정 배기 가스 순환 조작의 효과가 증폭되고 있다. 도 7의 (B)는 산소 부화율(％)과 코크스비(㎏/tHM)의 관계 및 산소 부화율(％)과 통상 바람 구멍으로부터의 순환 가스의 불어넣기량(N㎥/tHM)의 관계를 나타낸다. 순환 가스의 일부를 상온에서 통상 바람 구멍으로부터 적당량 불어넣음으로써, 미분탄비를 증가시키지 않고 바람 구멍 앞 온도를 유지할 수 있어, 코크스비를 현상의 안정 조업 가능 범위인 270㎏/tHM 이상으로 만들어 넣으면서, 고로의 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)를 대략 380㎏/tHM 정도로까지 삭감할 수 있다. 이것은 표 1의 통상 조업 시에 대하여 약 9％의 삭감에 대응하고 있다.
도 7의 (C)는 산소 부화율(％)과 노정 배기 가스의 순환 가스 비율(％)의 관계이다. 노정 배기 가스의 순환 가스 비율(％)이란, 전체 노정 배기 가스량에 대한 통상 바람 구멍 및 샤프트 바람 구멍으로부터의 환원 가스 불어넣기량의 질량비(％)를 의미한다. 산소 부화율의 증가에 수반하여, 통상 바람 구멍으로부터의 환원 가스 불어넣기량을 증가시켜, 바람 구멍 앞 연소 온도를 일정(2155℃)하게 유지한다.
여기서, 본 발명은 고로 조업의 코크스비 레벨에 제약을 받는 것은 아니다.
통상 고로 조업에 있어서, 노 하부의 발열량을 담보하기 위하여, 바람 구멍 앞 연소 온도를 약 2155℃에서 일정해지도록 송풍 조건을 조정하는 것이 일반적이다. 바람 구멍 앞 연소 온도가 저하되는 조건에서 조업하면, 장기적으로 노열, 용선 온도의 저하를 야기하여, 출선 불량, 냉각 등의 중대한 조업 트러블을 유발한다. COG나 천연 가스를 바람 구멍으로부터 불어넣는 조업에서는, 주요 성분의 CH4의 분해에 수반하는 흡열 반응과 냉풍에 의한 고로 내로의 불어넣기에 의해 도입되는 가스 현열이 저하되어, 바람 구멍 앞 연소 온도가 저하된다.
이것을 보상하기 위해서는, 도입되는 가스의 산소 부화가 유효하다. 또한, 상기 노정 배기 가스의 주성분은 CO와 H2이므로, 상기 노정 배기 가스의 순환 가스는 바람 구멍 앞에서는 연소하지 않으면서, 또한 냉풍으로 불어넣어지기 때문에, 도입되는 가스 현열이 저하되어, 바람 구멍 앞 연소 온도는 저하된다. 이 경우도, 순환 가스의 불어넣기량에 따라, 산소 부화율을 상승시켜, 열 보상을 도모할 수 있다. 산소 부화율을 높이는 경우, 출선비를 일정하게 하기 위하여, 송풍량을 감소시켜, 노내 투입 산소량을 일정해지도록 조정한다. 이 결과, 산소 부화율을 증가시키는 데 수반하여 노내 가스 중의 N2가 감소되어, 상대적으로 CO, H2 등의 환원 가스 농도가 높아진다. 이것은, 요건 B의 노정 배기 가스 순환 조작의 효과를 증폭시키게 된다.
[실시예 3]
도 8은 (요건 A+요건 B+요건 C) 프로세스에 있어서, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 천연 가스의 원단위를 95(㎏/tHM)로 한 경우의 고로 조업 지표간의 관계를 나타낸다. 여기서, 도 8의 상기 (요건 A+요건 B+요건 C) 프로세스에 있어서의 조업 조건을 표 6에 나타내지만, 불어넣기 가스가 COG로부터 천연 가스로 변한 것, 샤프트 바람 구멍으로부터의 순환 가스 불어넣기량은 400N㎥/tHM이고, 불어넣기 온도를 800℃로 한 것 이외는, 표 5의 검토 조건과 마찬가지이다.
[표 6]
도 8의 (A)는 산소 부화율과 탄소 소비 원단위(㎏/tHM)의 관계이다. 도 8의 (B)는 산소 부화율과 코크스비(㎏/tHM)의 관계 및 산소 부화율(％)과 통상 바람 구멍으로부터의 순환 가스의 불어넣기량(N㎥/tHM)의 관계를 나타낸다. 도 8의 (C)는 산소 부화율과 노정 배기 가스의 순환 가스 비율(％)의 관계이다.
이 경우, 고로는 250㎏/tHM 이하의 코크스비 레벨로 조업을 할 필요가 있지만, 산소 부화율을 40％까지 높임으로써, 고로의 탄소 소비 원단위를 대략 350㎏/tHM 정도로까지 삭감하는 것이 가능하다. 이것은, 표 1의 통상 조업 시에 대하여 약 15％의 삭감에 상당한다.
[실시예 4]
실시예 4에서는, (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG 혹은 천연 가스량을 변화시키고, 또한, 요건 C 프로세스로서 노정 배기 가스를 통상 바람 구멍으로부터 비가열로 불어넣고, 또한, 통상 바람 구멍으로부터의 송풍의 산소 부화율을 증가시킨 경우의 효과를 조사했다.
도 9는 안정된 조업 상태를 실현하기 위하여, 표 1의 *이 부여된 제원으로 제철 온도가 1520℃를 하회하지 않도록 코크스비를 조정한 고로에 대하여, (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG량을 변화시킨 예를 나타낸다.
도 9에 도시한 바와 같이, 상기 요건 B로서 샤프트부 바람 구멍으로부터의 노정 배기 가스 순환의 불어넣기량을 400N㎥/tHM으로 한 경우, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG량이 30N㎥/tHM 미만에서는 탄소 소비 원단위에 큰 개선은 보이지 않았다. 이것은, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG량이 지나치게 적어, H2 순환의 증폭 효과가 충분히 발휘되지 않은 것에 의한다. 한편, 통상 바람 구멍으로부터의 COG의 불어넣기량을 30N㎥/tHM 이상으로 하면, 상기 COG의 불어넣기량을 증가시키는 데 수반하여, 탄소 소비 원단위가 크게 개선되었다.
상기 요건 C로서, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 가스의 산소 부화율을 35％까지 증가시켜, 동시에 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 노정 배기 가스의 양을 225N㎥/tHM으로 한 경우, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG량이 30N㎥/tHM 미만에서는 요건 B와 마찬가지로, 탄소 소비 원단위에 큰 개선은 보이지 않았다. 이것은, 불어넣기량이 지나치게 적어, H2 순환의 증폭 효과가 충분히 발휘되지 않은 것에 의한다. 한편, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 COG량이 30N㎥/tHM 이상에서는, 상기 불어넣는 COG량을 증가시키는 데 수반하여, (요건 A+요건 B) 프로세스보다도 탄소 소비 원단위를 크게 개선할 수 있었다. 또한, 어느 요건에서든 불어넣기량을 증가시킬수록 탄소 소비 원단위는 저하될 수 있다.
도 10은 안정된 조업 상태를 실현하기 위하여, 표 1의 *이 부여된 제원으로 제철 온도가 1520℃를 하회하지 않도록 코크스비를 조정한 고로에 대하여, (요건 A+요건 B) 프로세스에 있어서, 천연 가스의 통상 바람 구멍으로부터의 불어넣기량을 변화시킨 예를 나타낸다.
COG를 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 경우와 마찬가지로, 상기 요건 B로서 샤프트부 바람 구멍으로부터의 노정 배기 가스 순환의 불어넣기량을 400N㎥/tHM으로 한 경우, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 천연 가스의 양이 30N㎥/tHM 미만에서는 탄소 소비 원단위에 큰 개선은 보이지 않는다. 그러나, 상기 요건 C로서, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 가스의 산소 부화율을 40％까지 증가시켜, 동시에 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 노정 배기 가스의 양을 175N㎥/tHM으로 한 경우, 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 천연 가스의 양을 30N㎥/tHM 이상으로 하면, 불어넣기량을 증가시키는 데 수반하여 탄소 소비 원단위가 크게 개선되었다. 또한, 천연 가스의 사용량에 제약은 없지만, 제조 비용 상승을 초래하므로, 소정의 효과를 얻어지는 범위에서 천연 가스 사용량을 설정하는 것이 바람직하다.
이상 서술한 바와 같이 금후 조업 기술이 향상되고, 안정 조업 가능한 최저 코크스비 레벨이 더 저하되면, 본 발명을 보다 적극적으로 적용함으로써(산소 부화율을 높임으로써), 고로의 탄소 소비량을 대폭 삭감 가능해진다. 또한, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상당할 수 있는 것은 명확하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.
본 발명에 따르면, CO2 배출량을 삭감하면서, 또한 상용 고로에 있어서 장기간이면서 또한 안정적으로 선철 제조가 가능한 고로의 조업 방법을 제공할 수 있다.
Claims (9)
- 노정으로부터 철광석과 코크스를 장입하고, 통상 바람 구멍으로부터 미분탄을 불어넣는 고로에 있어서,
상기 통상 바람 구멍으로부터 수소 및 탄화수소의 적어도 어느 하나를 함유하는 가스를 상기 미분탄과 함께 불어넣고, 또한,
고로의 노정 배기 가스로부터 이산화탄소 및 수증기를 제거하고, N2, H2 및 CO를 주성분으로 하는 환원력이 회복된 노정 배기 가스를 제조하며, 상기 환원력이 회복된 노정 배기 가스를 가열하여, 600℃ 이상 1000℃ 이하로 샤프트부 바람 구멍으로부터 노내에 불어넣고,
상기 노정 배기 가스를 통상 바람 구멍으로부터 비가열로 불어넣고, 또한 통상 바람 구멍으로부터의 송풍의 산소 부화율을 높이는 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법. - 제1항에 있어서, 또한, 고로의 노정 배기 가스로부터 이산화탄소 및 수증기를 제거한 가스를 통상 바람 구멍으로부터 노내에 불어넣는 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 가스는, 산소 부화율 10％ 이상이고 또한 하기 식에 나타내는 Y％ 이하로 산소 부화하는 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법.
(식 중의 CH4는 통상 바람 구멍으로부터 불어넣어지는 가스 중의 메탄의 체적％를 나타냄) - 제2항에 있어서, 상기 통상 바람 구멍으로부터 불어넣는 가스는, 산소 부화율 10％ 이상이고 또한 하기 식에 나타내는 Y％ 이하로 산소 부화하는 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법.
(식 중의 CH4는 통상 바람 구멍으로부터 불어넣어지는 가스 중의 메탄의 체적％를 나타냄) - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수소 및 탄화수소의 적어도 어느 하나를 함유하는 가스의 불어넣기량이 30N㎥/tHM 이상인 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣는 노정 배기 가스는, 400N㎥/tHM 이하의 불어넣기량으로 상기 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣는 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법.
- 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 샤프트부 바람 구멍으로부터 불어넣는 노정 배기 가스의 불어넣기량이 100N㎥/tHM 이상인 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 통상 바람 구멍으로부터 불어넣어지는 수소 및 탄화수소의 적어도 어느 하나를 함유하는 가스가 메탄을 함유하는 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 메탄을 함유하는 가스가, 코크스로 가스 및 천연 가스의 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법
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