KR101848183B1 - 고로 내 가스 이용률 예측방법 - Google Patents

고로 내 가스 이용률 예측방법 Download PDF

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KR101848183B1
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현대제철 주식회사
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Abstract

고로 내 가스 이용률 예측방법에 대한 발명이 게시된다. 한 구체예에서 상기 고로 내 가스 이용률 예측방법은 고로의 반응성 모사장치의 내부에 제철원료 및 연료를 교대로 장입하고, 기설정된 온도, 일산화탄소(CO) 및 수소(H2) 가스 분압 조건 및 시간에 의해 상기 제철원료와 연료를 반응시키는 단계; 상기 반응시 발생하는 배가스를 분석하여, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률을 각각 도출하여 데이터를 획득하는 단계; 상기 일산화탄소 및 수소 가스 분압과, 상기 획득한 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 데이터를 이용하여 회귀 직선식을 작성하는 단계; 및 상기 회귀 직선식으로부터, 일산화탄소 가스 분압에 대한 수소 가스 분압(pH2/pCO)과, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 사이의 상관관계를 도출하여, 고로 내부의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 예측식을 도출하는 단계;를 포함한다.

Description

고로 내 가스 이용률 예측방법 {METHOD FOR PREDICTING OF GAS USING RATIO IN BLAST FURNACE}
본 발명은 고로 내 가스 이용률 예측방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 고로 내부 내부에 수소 취입시, 가스 이용률을 정확하게 예측할 수 있는 고로 내 가스 이용률 예측방법에 관한 것이다.
고로는 연료인 코크스와 원료인 철광석을 상부에서 반복 장입하면서 하부로는 풍구를 통해 열풍을 불어넣어 장입된 철광석을 녹여 용선을 생산하는 설비이다. 고로는 풍구를 통해 미분탄 뿐 아니라 열풍이 고로 내부로 공급되고, 가스의 흐름이 제어된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제1996-0023104호(1996.07.18. 공개, 발명의 명칭: 미분탄 취입시 고로 내부의 온도관리 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 고로 내 가스 이용률 예측값의 정확성 및 정밀성이 우수한 고로 내 가스 이용률 예측방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 조업 효율성을 향상시킬 수 있는 고로 내 가스 이용률 예측방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 고로 내 가스 이용률 예측방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 고로 내부 가스 이용률 예측방법은 고로의 반응성 모사장치의 내부에 제철원료 및 연료를 교대로 장입하고, 기설정된 온도, 일산화탄소(CO) 및 수소(H2) 가스 분압 조건 및 시간에 의해 상기 제철원료와 연료를 반응시키는 단계; 상기 반응시 발생하는 배가스를 분석하여, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률을 각각 도출하여 데이터를 획득하는 단계; 상기 일산화탄소 및 수소 가스 분압과, 상기 획득한 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 데이터를 이용하여 회귀 직선식을 작성하는 단계; 및 상기 회귀 직선식으로부터, 일산화탄소 가스 분압에 대한 수소 가스 분압(pH2/pCO)과, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 사이의 상관관계를 도출하여, 고로 내부의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 예측식을 도출하는 단계;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 제철원료 및 연료는, 온도: 400℃~1200℃, 일산화탄소 가스 분압(pCO): 0 초과 0.1 기압 이하 및 수소 가스 분압(pH2): 0 초과 0.1 기압 이하의 조건에서 반응시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 반응시, 상기 일산화탄소 가스 분압에 대한 수소 가스 분압(pH2/pCO) 0.2~1.1인 조건에서 실시할 수 있다.
한 구체예에서 상기 고로 내부의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 예측식은 하기 식 1 및 식 2의 관계를 만족할 수 있다.
[식 1]
일산화탄소 가스 이용률(ηCO)(%) = 12.39 * (pH2/pCO) + 48.09
[식 2]
수소 가스 이용률(ηH2)(%) = 34.07 * (pH2/pCO) + 2.84
(상기 식 1 및 식 2에서, 상기 pH2/pCO는, 일산화탄소 가스 분압(pCO)에 대한 수소 가스 분압(pH2)이다).
한 구체예에서 상기 배가스의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률은 각각 하기 식 3 및 식 4를 통하여 도출될 수 있다:
[식 3]
일산화탄소 가스 이용률(ηCO)(%) = ((%CO2)/(%CO + %CO2)) X 100
(상기 식 3에서, 상기 %CO2 및 %CO는, 상기 배가스 내 함유된 이산화탄소 및 일산화탄소 가스 함량(부피%)이다).
[식 4]
수소 가스 이용률(ηH2)(%) = ((1-(%H2/100))/(%H2)) X 100
(상기 식 4에서, 상기 %H2는, 상기 배가스 내 함유된 수소 가스 함량(부피%)이다).
본 발명의 고로 내 가스 이용률 예측방법을 적용시, 고로 내 가스 이용률 예측값의 정확성 및 정밀성이 우수하여, 조업 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 고로 내 가스 이용률 예측방법을 나타낸 것이다.
도 2(a)는 고로 내부를 나타낸 것이며, 도 2(b)는 고로 괴상부를 확대하여 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 고로 반응성 모사장치를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 고로 반응성 모사장치의 케이싱부재를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 고로 반응성 모사장치의 반응관과 발열부 및 온도측정부를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 한 구체예에 따른 일산화탄소 및 수소 가스 분압 조건에서 반응하면서, 시간 경과에 따른 고로 내 가스 이용률 변화를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시예의 일산화탄소 가스 이용률(ηCO) 및 수소 가스 이용률(ηH2)과, 일산화탄소 가스 분압에 대한 수소 가스 분압(pH2/pCO)과의 관계를 나타낸 회귀분석 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
고로 내 가스 이용률 예측방법
본 발명의 하나의 관점은 고로 내 가스 이용률 예측방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 고로 내 가스 이용률 예측방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 고로 내 가스 이용률 예측방법은 (S10) 제철원료 및 연료 반응 단계; (S20) 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 데이터 획득 단계; (S30) 회귀 직선식 작성 단계; 및 (S40) 고로 내부의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 예측식 도출 단계;를 포함한다.
좀 더 구체적으로, 상기 고로 내 가스 이용률 예측방법은 (S10) 고로의 반응성 모사장치의 내부에 제철원료 및 연료를 교대로 장입하고, 기설정된 온도, 일산화탄소(CO) 및 수소(H2) 가스 분압 조건 및 시간에 의해 상기 제철원료와 연료를 반응시키는 단계; (S20) 상기 반응시 발생하는 배가스를 분석하여, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률을 각각 도출하여 데이터를 획득하는 단계; (S30) 상기 일산화탄소 및 수소 가스 분압과, 상기 획득한 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 데이터를 이용하여 회귀 직선식을 작성하는 단계; 및 (S40) 상기 회귀 직선식으로부터, 일산화탄소 가스 분압에 대한 수소 가스 분압(pH2/pCO)과, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 사이의 상관관계를 도출하여, 고로 내부의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 예측식을 도출하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 고로 내 가스 이용률 예측방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 제철원료 및 연료 반응 단계
상기 단계는 고로의 반응성 모사장치의 내부에 제철원료 및 연료를 교대로 장입하고, 기설정된 온도, 일산화탄소(CO) 및 수소(H2) 가스 분압 조건 및 시간에 의해 상기 제철원료와 연료를 반응시키는 단계이다.
한편 도 2(a)는 고로 내부를 나타낸 것이며, 도 2(b)는 고로 괴상부를 확대하여 나타낸 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 고로 조업시 고로(100) 내부에 제철원료 및 연료를 교대로 장입하고, 고로 하부의 풍구(40)를 통해 고온의 열풍을 취입하여, 고로 내부에서 환원반응을 유도하여 용선 및 슬래그를 생산할 수 있다.
한편, 고로 내부는 상부에서부터, 스로트부, 샤프트부, 벨리부, 보쉬부 및 노상부 영역으로 구분할 수 있다. 이중 샤프트부(30)는, 고로 상부에서부터 층을 이루며 장입된 제철원료 및 연료가, 입자 사이를 상승하는 기체에 의해 가열되면서 고로 하부방향으로 이동하게 된다. 한 구체예에서 상기 제철원료는 소결광 또는 철광석을 사용할 수 있으며, 연료는 코크스를 사용할 수 있다.
본 발명은, 고로 샤프트부(30)에서의 연료 반응성을 예측하기 위한 것이며, 참고로, 실제 고로의 스로트부의 온도는 약 300~400℃ 이며, 고로 샤프트부(30)의 온도는 약 900~1200℃ 이다.
한 구체예에서 도 2(b)와 같은 고로 괴상부에 교대로 적층되어 형성되는 제철원료층(10, 12) 및 연료층(20)에, 고온의 일산화탄소 가스가 순차적으로 통과하게 되면, 하기 화학식 1 내지 3와 같은 반응이 순차적으로 발생하게 된다.
[화학식 1]
Fe2O3 + CO → Fe3O4
[화학식 2]
Fe3O4 + CO → FeO
[화학식 3]
FeO + CO → Fe + CO2
한편, 상기 교대로 적층된 제철원료층(10, 12) 및 연료층(20)에, 고온의 수소 가스를 취입시, 하기 화학식 4와 같은 반응이 발생한다. 또한 상기 일산화탄소 가스 및 수소 가스는 상호 반응하여 하기 화학식 5와 같은 WGSR(water-gas shift reaction) 반응이 함께 발생하게 된다.
[화학식 4]
Fe2O3 + H2 → Fe
[화학식 5]
H2 + CO2 → H2O + CO
따라서, 고로 내 일산화탄소 가스 취입과 함께, 수소(H2) 가스를 취입시 Fe2O3의 환원 반응이 가속화 되며, 일산화탄소 가스 및 수소 가스 이용률이 변화됨을 알 수 있다.
도 3은 고로 반응성 모사장치를 나타낸 것이다. 상기 도 3을 참조하면, 고로 반응성 모사장치는, 구체적으로 고로 내 수소(H2) 가스를 취입시, 고로 샤프트부의 가스 이용률을 측정하기 위한 것으로, 내부에는 복수의 발열부가 상하로 배치되는 케이싱부재(100);와케이싱부재(100)를 상하로 관통하며, 내부에는 제철원료와 연료가 교대로 적층되는 반응관(200);과 반응관(200)의 상부로 열풍을 주입하여 하부로 배출되도록 상기 반응관의 상부에 연결되는 열풍공급기;와 상기 발열부의 온도를 설정하는 온도설정부(300);를 포함한다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 고로 반응성 모사장치의 케이싱부재를 나타낸 것이다. 케이싱부재(100)는 실제 고로의 외관을 모사한 부재로서, 본 발명의 케이싱부재(100)는 실제 고로를 상하로 반전시킨 것이며, 이러한 케이싱부재(100)는 별도의 승강수단(110)에 의해 승하강 된다. 실제 고로에서는 상부에서 제철원료와 연료가 하부로 낙하되므로 이러한 실제 고로의 환경을 반전되게 재연되려면 본 발명의 구동시 승강수단(110)은 케이싱부재(100)를 하향 이동시켜야 할 것이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 고로 반응성 모사장치의 케이싱부재를 나타낸 것이다. 상기 도 4와 같이, 케이싱부재(100)의 상면 및 하면에는 관통공(101)이 형성되는데, 이러한 관통공(101)에는 반응관(200)이 끼워진다.
한 구체예에서 케이싱부재(100)에는 고로 내부의 온도와 동일한 조업 환경과 동일한 환경을 재연하기 위해 복수의 발열부(120)가 상하로 배치된다. 예를 들면, 도 4와 같이 9개의 발열부(120)가 구비되어 서로 다른 온도를 갖는 10 개의 구역으로 구획될 수 있다. 여기서, 서로 다른 온도를 갖는 10개의 구역은 발열부들 사이의 공간 8개, 가장 높은 곳에 배치되는 발열부 상부의 공간 1개 및 가장 낮은 곳에 배치되는 발열부 하부의 공간 1개이다.
도 5는 고로 반응성 모사장치의 반응관, 발열부 및 온도측정부를 나타낸 것이다. 상기 도 5를 참조하면, 반응관(200)은 내부에 제철원료 및 연료가 상하로 차례차례 적층되는 관 형상의 부재로서, 반응관(200)은 상술한 케이싱부재(100)의 관통공(101)에 끼워져 케이싱부재(100)를 상하로 관통한다. 한 구체예에서 상기 제철원료는 소결광이고 연료는 코크스일 수 있다. 반응관(200)은 케이싱부재(100)의 하강에 의해 하부에 적층된 소결광과 코크스부터 순차적으로 반응을 일으키게 되는 것이다.
상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 반응관(200)의 내부로는 열풍이 유입되는데, 이러한 열풍은 열풍공급기에서 생성되며, 생성된 열풍은 반응관(200)의 상부로 유입되어 하부로 배출된다. 상기 열풍은 실제 고로의 내부로 제공되는 열풍과 동일한 역할을 한다.
즉, 상기 열풍은 실제 고로의 하부에서 공급되어 고로의 상부로 배출되는 것임에 반해, 본 발명에서는 케이싱부재(100)가 반전됨으로 인하여 열풍의 진행방향도 상부에서 하부로 진행된다.
온도설정부(300)는, 상술한 케이싱부재(100)의 내부에 설치되는 발열부(120)의 온도를 설정하는 역할을 하는 부재로서, 이러한 온도설정부(300)는 케이싱부재(100) 내부의 환경이 실제 고로의 샤프트부의 환경이 반전된 상태와 일치하도록 발열부(120)의 온도를 설정한다.
이에 따라, 상기 온도설정부(300)는 발열부(120)의 온도가 상부에서 가장 높게 설정하고, 하부에서 가장 낮게 설정한다.
만약, 상기와 같이 발열부(120)의 온도를 하부에서 가장 높게, 상부에서 가장 낮게 설정한다면, 하측의 발열부(120)에서 상측으로 복사되는 복사열에 의해 영향을 주게되므로 정확한 온도의 설정이 불가능하기 때문이다.
상기와 같이 온도가 서로 다르게 설정되는 발열부(120)에 의해 케이싱부재(100)의 내부는 온도에 의해 복수의 구역으로 구획될 수 있다.
예컨대, 가장 높은 곳에 배치되는 발열부(120)를 1200℃로 설정하고, 가장 낮은 곳에 배치되는 발열부(120)를 400℃로 설정하되, 높은 곳에 위치한 발열부(120)를 기준으로 바로 아래의 발열부(120)는 50~100℃ 낮게 설정할 수 있다.
한 구체예에서 상기 고로 반응성 모사장치는 케이싱부재(100)의 내부 또는 반응관(200)의 외부에 상하로 배치되어 온도를 측정하는 온도측정부(400);를 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 케이싱부재(100)의 내부 또는 반응관(200)의 외부에는 도 5에 도시된 바와 같이, 온도계(410)가 상하로 복수 개가 배치될 수 있다. 온도계(410)를 매개로 발열부(120)에 의해 온도별로 구역이 설정된 지점의 온도를 측정하여, 케이싱부재(100)의 내부가 실제 고로의 샤프트부와 동일하게 설정이 되고 있는지를 알 수 있게 한다.
상기와 같은 온도계(410)는 정확한 온도의 값이 측정되도록 반응관(200)의 외주에 밀착되게 배치되되, 상하로 복수개가 설치되는 것이 바람직할 것이며, 온도계(410)로 측정된 값은 도 2에 도시된 온도측정부(400)로 전송되어 측정된 값을 실시간으로 확인할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제철원료 및 연료는, 온도: 400℃~1200℃, 일산화탄소 가스 분압(pCO): 0 초과 0.1 기압 이하 및 수소 가스 분압(pH2): 0 초과 0.1 기압 이하의 조건에서 반응시킬 수 있다. 상기 조건으로 반응시, 실제 고로 내부와 유사한 조건으로 반응시킬 수 있어, 보다 정확성 및 신뢰성이 우수한 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 예측식의 도출이 가능하다. 예를 들면, 상기 제철원료 및 연료는, 온도: 400℃~1200℃, 일산화탄소 가스 분압(pCO): 0 초과 0.1 기압 이하 및 수소 가스 분압(pH2): 0 초과 0.1 기압 이하의 조건에서 6 시간 동안 반응시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 반응시, 상기 일산화탄소 가스 분압에 대한 수소 가스 분압(pH2/pCO)이 0.2~1.1인 조건에서 실시할 수 있다. 상기 조건으로 반응시, 실제 고로 내부와 유사한 조건으로 반응시킬 수 있어, 보다 정확성 및 신뢰성이 우수한 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 예측식의 도출이 가능하다.
(S20) 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 데이터 획득 단계
상기 단계는, 상기 반응시 발생하는 배가스를 분석하여, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률을 각각 도출하여 데이터를 획득하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 배가스의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률은 각각 하기 식 3 및 식 4를 통하여 도출될 수 있다:
[식 3]
일산화탄소 가스 이용률(ηCO)(%) = ((%CO2)/(%CO + %CO2)) X 100
(상기 식 3에서, 상기 %CO2 및 %CO는, 상기 배가스 내 함유된 이산화탄소 및 일산화탄소 가스 함량(부피%)이다)
[식 4]
수소 가스 이용률(ηH2)(%) = ((1-(%H2/100))/(%H2)) X 100
(상기 식 4에서, 상기 %H2는, 상기 배가스 내 함유된 수소 가스 함량(부피%)이다).
(S30) 회귀 직선식 작성 단계
상기 단계는, 상기 일산화탄소 및 수소 가스 분압과, 상기 획득한 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 데이터를 이용하여 회귀 직선식을 작성하는 단계이다.
(S40) 고로 내부의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 예측식 도출 단계
상기 단계는, 상기 회귀 직선식으로부터, 일산화탄소 가스 분압에 대한 수소 가스 분압(pH2/pCO)과, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 사이의 상관관계를 도출하여, 고로 내부의 일산화탄소 가스 및 수소 가스 이용률 예측식을 도출하는 단계이다.
한 구체예에서 상기 고로 내부의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 예측식은 하기 식 1 및 식 2의 관계를 만족할 수 있다.
[식 1]
일산화탄소 가스 이용률(ηCO)(%) = 12.39 * (pH2/pCO) + 48.09
[식 2]
수소 가스 이용률(ηH2)(%) = 34.07 * (pH2/pCO) + 2.84
(상기 식 1 및 식 2에서, 상기 pH2/pCO는, 일산화탄소 가스 분압(pCO)에 대한 수소 가스 분압(pH2)이다).
한편, 가스이용률은 고로 효율을 결정하는 중요한 지수로, 효율 향상을 위하여 취입되는 수소 가스 함량에 따른 효과를 정량적으로 분석하고 임의의 수소 가스량에 대한 예측이 가능하다. 또한, 가스 이용률 예측값이 도출된 예측식과 상이할 경우 조업이상 징후로 판단하고 적합한 action 을 바로 수행하기 용이하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예
도 3과 같은 고로의 반응성 모사장치의 케이싱부재 내부에 제철원료(소결광) 및 연료(코크스)를 도 5와 같이 교대로 장입하였다. 그 다음에 온도: 400℃~1200℃에서, 고로의 반응성 모사장치의 케이싱부재(100)의 반응관(200)에 하기 표 1과 같은 압력의 수소 가스(H2), 일산화탄소 가스(CO) 및 아르곤 가스(Ar)를 유입하면서 상기 제철원료와 연료를 6시간 동안 반응시켰으며, 이때의 수소 가스 분압(pH2), 및 일산화탄소 분압(pCO)을 하기 표 1에 나타내었다.
상기 반응시 발생하는 배가스를 분석하여, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률을 각각 도출하여 데이터를 획득하였다. 이때, 상기 배가스의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률은 각각 하기 식 3 및 식 4를 통하여 도출하여, 하기 표 1에 나타내었다:
[식 3]
일산화탄소 가스 이용률(ηCO)(%) = ((%CO2)/(%CO + %CO2)) X 100
(상기 식 3에서, 상기 %CO2 및 %CO는, 상기 배가스 내 함유된 이산화탄소 및 일산화탄소 가스 함량(부피%)이다)
[식 4]
수소 가스 이용률(ηH2)(%) = ((1-(%H2/100))/(%H2)) X 100
(상기 식 4에서, 상기 %H2는, 상기 배가스 내 함유된 수소 가스 함량(부피%)이다).
구분 H2
(atm)		 CO
(atm)		 Ar
(atm)		 합계
(atm)		 pH2 pCO pH2/pCO ηCO ηH2
1 0.5 0.5 6.0 7.0 0.071 0.071 1.0 60.29 37.01
2 0.5 1.0 5.5 7.0 0.071 0.143 0.5 54.57 19.56
3 0.5 1.5 5.0 7.0 0.071 0.214 0.33 53.11 14.27
4 0.5 2.0 4.5 7.0 0.071 0.286 0.25 50.21 11.5
도 6은 본 발명의 한 구체예에 따른 일산화탄소 및 수소 가스 분압 조건(pH2=0.071, pCO=0.286)에서, 반응 시간 경과에 따른 고로 내 가스 이용률 변화를 나타낸 것이다. 또한, 도 7은 상기 실시예의 일산화탄소 가스 이용률(ηCO) 및 수소 가스 이용률(ηH2)과, 일산화탄소 가스 분압에 대한 수소 가스 분압(pH2/pCO)과의 관계를 나타낸 회귀직선 그래프이다.
상기 일산화탄소 및 수소 가스 분압과, 상기 획득한 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 데이터를 이용하여 상기 도 7과 같은 회귀 직선식을 작성한 다음, 상기 회귀 직선식으로부터, 일산화탄소 가스 분압에 대한 수소 가스 분압(pH2/pCO)과, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 사이의 상관관계를 도출하여, 고로 내부의 일산화탄소 가스 및 수소 가스 이용률 예측식을 도출하였다.
상기 도 7을 참조하면, 상기 고로 내부의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 예측식은 하기 식 1 및 식 2의 관계를 만족함을 알 수 있었다:
[식 1]
일산화탄소 가스 이용률(ηCO)(%) = 12.39 * (pH2/pCO) + 48.09
[식 2]
수소 가스 이용률(ηH2)(%) = 34.07 * (pH2/pCO) + 2.84
(상기 식 1 및 식 2에서, 상기 pH2/pCO는, 일산화탄소 가스 분압(pCO)에 대한 수소 가스 분압(pH2)이다).
상기와 같이 본 발명에 따른 고로 내 가스이용률 예측식을 도출시 수소 가스 취입에 따른 효과를 정량적으로 분석하고, 임의의 수소 가스량에 대한 예측이 가능하여, 고로 내 가스 이용률 예측값의 정확성 및 정밀성이 보다 우수하여, 조업 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
10: 제철원료층 12: 제철원료층
20: 연료층 30: 샤프트부
40: 풍구 100: 케이싱부재
101: 관통공 110: 승강수단
120: 발열부 200: 반응관
300: 온도설정부 400: 온도측정부
410: 온도계 1000: 고로

Claims (5)

  1. 고로의 반응성 모사장치의 내부에 제철원료 및 연료를 교대로 장입하고, 기설정된 온도, 일산화탄소(CO) 및 수소(H2) 가스 분압 조건 및 시간에 의해 상기 제철원료와 연료를 반응시키는 단계;
    상기 반응시 발생하는 배가스를 분석하여, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률을 각각 도출하여 데이터를 획득하는 단계;
    상기 일산화탄소 및 수소 가스 분압과, 상기 획득한 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 데이터를 이용하여 회귀 직선식을 작성하는 단계; 및
    상기 회귀 직선식으로부터, 일산화탄소 가스 분압에 대한 수소 가스 분압(pH2/pCO)과, 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 사이의 상관관계를 도출하여, 고로 내부의 일산화탄소 가스 및 수소 가스 이용률 예측식을 도출하는 단계;를 포함하며,
    상기 제철원료 및 연료는, 온도: 400℃~1200℃, 일산화탄소 가스 분압(pCO): 0 초과 0.1 기압 이하 및 수소 가스 분압(pH2): 0 초과 0.1 기압 이하이고, 상기 일산화탄소 가스 분압에 대한 수소 가스 분압(pH2/pCO)이 0.2~1.1인 조건에서 반응을 실시하는 것이며,
    상기 고로 내부의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률 예측식은 하기 식 1 및 식 2의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 고로 내 가스 이용률 예측방법:
    [식 1]
    일산화탄소 가스 이용률(ηCO)(%) = 12.39 * (pH2/pCO) + 48.09
    [식 2]
    수소 가스 이용률(ηH2)(%) = 34.07 * (pH2/pCO) + 2.84
    (상기 식 1 및 식 2에서, 상기 pH2/pCO는, 일산화탄소 가스 분압(pCO)에 대한 수소 가스 분압(pH2)이다).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배가스의 일산화탄소 및 수소 가스 이용률은 각각 하기 식 3 및 식 4를 통하여 도출되는 것을 특징으로 하는 고로 내 가스 이용률 예측방법:
    [식 3]
    일산화탄소 가스 이용률(ηCO)(%) = ((%CO2)/(%CO + %CO2)) X 100
    (상기 식 3에서, 상기 %CO2 및 %CO는, 상기 배가스 내 함유된 이산화탄소 및 일산화탄소 가스 함량(부피%)이다)
    [식 4]
    수소 가스 이용률(ηH2)(%) = ((1-(%H2/100))/(%H2)) X 100
    (상기 식 4에서, 상기 %H2는, 상기 배가스 내 함유된 수소 가스 함량(부피%)이다).

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