KR101857909B1 - 고로의 수소가스 취입량 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로의 수소가스 취입량 제어 방법에 관한 것으로, 제어부가 고로에 미분탄이 취입 중인지 체크하는 단계, 고로에 미분탄이 취입 중이면, 제어부가 고로에 취입되는 열풍의 유량(A) 대비 수소가스의 농도가 지정된 비율을 넘지 않도록 수소가스 밸브의 개방 정도를 조절하여 수소가스 취입량을 제어하는 단계, 및 제어부가 수소가스 밸브의 개방 정도를 조절하기 위하여, 미분탄과 함께 취입되는 수소가스의 양을 조절하기 전이나 후에 미분탄 취입관에 취입된 수소가스의 농도를 체크하는 단계;를 포함한다.

Description

고로의 수소가스 취입량 제어 방법{NEUTRAL HYDROGEN GAS INJECTION AMOUNT CONTROL METHOD OF BLAST FURNACE}

본 발명은 고로의 수소가스 취입량 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고로에 미분탄을 취입할 때 미분탄 이송용으로서 혼합하여 사용하는 수소가스의 취입량을 정밀하게 제어하여 수소가스에 의한 폭발 사고를 방지할 수 있도록 하는 고로의 수소가스 취입량 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 용선을 생산하는 설비인 고로는, 코크스와 철광석을 반복해서 장입한 후 풍구를 통해 열풍을 불어 넣어 상기 고로 내에 장입된 철광석을 녹여 용선을 생산한다.

이때 상기 풍구를 통해 불어 넣는 열풍과 함께 미분탄을 고로 내로 취입하는데, 이때 취입되는 미분탄량을 제어하기 위해서 송풍조건, 즉, 분당 송풍량, 산소부화량, 조습량, 및 풍온 등을 고려하게 된다.

아울러 상기 미분탄 취입에 있어서, 미분탄 이송을 위하여 압축 공기나 산소 이외에 메탄이 함유된 가스를 사용하는데, 최근에는 온실가스를 줄이기 위하여 수소 또는 코크스 가스와 같이 수소를 다량 함유한 가스를 고로에 불어 넣는 기술이 검토되고 있다.

그러나 상기 미분탄 이송을 위해 수소가스를 이용할 경우, 이미 공기 중에 포함된 수소 농도의 영향을 받기 때문에 수소가스의 취입량을 정밀하게 제어하지 않을 경우 폭발할 수 있는 위험이 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제10-1388341호(2014.04.16. 등록, 고로의 미분탄 취입량 제어 방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 고로에 미분탄을 취입할 때 미분탄 이송용으로서 혼합하여 사용하는 수소가스의 취입량을 정밀하게 제어하여 수소가스에 의한 폭발 사고를 방지할 수 있도록 하는 고로의 수소가스 취입량 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 고로의 수소가스 취입량 제어 방법은, 제어부가 고로에 미분탄이 취입 중인지 체크하는 단계; 상기 고로에 미분탄이 취입 중이면, 상기 제어부가 상기 고로에 취입되는 열풍의 유량(A) 대비 수소가스의 농도가 지정된 비율을 넘지 않도록 수소가스 밸브의 개방 정도를 조절하여 수소가스 취입량을 제어하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 수소가스 밸브의 개방 정도를 조절하기 위하여, 상기 미분탄과 함께 취입되는 수소가스의 양을 조절하기 전이나 후에 미분탄 취입관에 취입된 상기 수소가스의 농도를 체크하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 수소가스 농도의 지정된 비율은, 상기 열풍의 유량(A) 대비 최대 4%를 넘지 않는 값으로서, 상기 열풍 내에 산소가 첨가되지 않았을 경우, "열풍의 유량(A) x 0.038"이하로 지정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 고로에 미분탄이 취입 중이면, 상기 제어부가 상기 고로에 취입되는 열풍 내에 산소가 첨가되었는지 체크하는 단계;를 더 포함하고, 상기 열풍 내에 산소가 첨가되었을 경우 산소가 첨가된 열풍의 유량을 B라고 할 때, 상기 수소가스 농도의 지정된 비율은, 상기 산소가 첨가된 열풍의 유량(B) 대비 최대 4%를 넘지 않는 값으로서, "산소가 첨가된 열풍의 유량(B) x 0.038 x 열풍 내 산소농도"이하로 지정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 수소가스 밸브의 개방 정도를 조절하여 수소가스 취입량을 제어할 때, 상기 제어부는 고로가스 밸브의 개방 정도를 조절하여 상기 취입되는 수소가스 양의 10% 이내의 고로가스를 상기 미분탄 취입관에 취입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 열풍의 유량(A) 대비 수소가스의 농도가 지정된 비율을 넘을 경우, 상기 수소가스 밸브를 지정된 시간 동안 클로즈 시키는 단계; 및 상기 지정된 시간이 경과된 후 다시 수소가스의 농도를 체크하여 수소가스 취입량을 제어하는 단계;를 상기 고로에 미분탄이 취입되는 동안 반복하도록 구현되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 고로에 미분탄을 취입할 때 미분탄 이송용으로서 혼합하여 사용하는 수소가스의 취입량을 정밀하게 제어하여 수소가스에 의한 폭발 사고를 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고로의 수소가스 취입량 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고로의 수소가스 취입량 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고로의 수소가스 취입량 제어 방법의 일 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고로의 수소가스 취입량 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고로의 수소가스 취입량 제어 장치는, 수소농도측정부(110), 제어부(120), 제1 밸브(130), 및 제2 밸브(140)를 포함한다.

상기 수소농도측정부(110)는 미분탄 취입관에 혼합되어 미분탄을 이송하는 가스에 포함된 수소(즉, 수소가스)의 농도를 측정한다.

다만 도 1에서는 설명의 편의상 상기 수소농도측정부(110)가 열풍이 취입되는 풍구와 별도인 미분탄 취입관에 설치되는 것처럼 도시되어 있으나, 상기 수소농도측정부(110)는 미분탄이 열풍과 섞인 후에 동일한 관에서 수소 농도를 측정할 수 있도록 설치될 수도 있음에 유의한다.

예컨대 상기 수소 농도를 측정하기 위한 수소농도측정부(110)는, 통상적으로 실리콘 트랜지스터형 수소 센서를 이용할 경우 1초 내에 수소 농도를 빠르게 감지할 수 있다.

상기 제어부(120)는 상기 수소농도측정부(110)를 통해 측정된 수소의 농도에 기초하여, 수소가스의 취입량(즉, 취입관에 다른 가스와 함께 혼합되는 수소가스의 농도)이 지정된 값(농도)이 되도록 상기 제1 밸브(130), 및 제2 밸브(140)를 제어한다.

상기 제1 밸브(130)(또는 고로가스 밸브)는, 상기 제어부(120)의 제어에 따라, 상기 미분탄 취입관에 혼합되는 고로가스의 혼합량을 제어한다.

예컨대 상기 제어부(120)는 상기 제1 밸브(130)의 오픈/클로즈 정도를 제어함으로써, 상기 미분탄 취입관에 혼합되는 고로가스의 혼합량을 제어한다.

상기 제2 밸브(140)(또는 수소가스 밸브)는, 상기 제어부(120)의 제어에 따라, 상기 미분탄 취입관에 혼합되는 수소가스의 혼합량을 제어한다.

예컨대 상기 제어부(120)는 상기 제2 밸브(140)의 오픈/클로즈 정도를 제어함으로써, 상기 미분탄 취입관에 혼합되는 수소가스의 혼합량을 제어한다. 즉, 상기 제2 밸브(140)를 오픈하여 혼합되는 수소가스의 혼합량이 증가할수록 상기 센서부(110)를 통해 검출되는 수소의 농도도 증가한다.

상기와 같이 상기 제어부(120)는 상기 고로 내로 미분탄이 취입되는 경우에만 상기 제1 밸브(130) 및 제2 밸브(140)를 제어하여 상기 미분탄 취입관 내에 혼합되는 수소가스의 양 및 고로가스의 양을 제어하여 미리 지정된 농도를 넘지 않도록 한다.

여기에 상기 제1, 제2 밸브(130, 140)는 체크밸브를 사용한다.

여기서 편의상 상기 수소(또는 수소가스)의 압력은 상기 미분탄 취입관 내 이송 기체의 압력과 동등한 압력인 것으로 가정한다.

또한, 상기 수소의 양은 하나의 풍구에 대해 취입되는 열풍의 양을 A라고 할 때 최대 "A x 0.038"가 되도록 한다. 이는 어떠한 경우에도 수소의 농도가 수소의 폭발 범위인 공기 중 4%에 도달하지 않도록 하기 위함이다. 한편, 열풍에 다른 가스(예 : 산소)를 첨가하는 경우, 열풍과 첨가된 산소를 더한 기체 중의 양을 B라고 할 때 이때의 수소의 양은 "B x 0.038 x 열풍 내 산소농도"가 되도록 한다.

또한 상기 제1 밸브(130)를 통해 상기 미분탄 취입관에 혼합되는 고로가스의 양(상대적인 양, 즉, 비율)은 상기 "수소 양의 10% 이내"가 되도록 한다.

즉, 상기 제어부(120)는 수소 농도가 상기 계산된 양 이하인 경우에는 수소가스 밸브인 제2 밸브(140)를 개방(오픈)하여 열풍에 혼합되는 수소가스의 양을 늘리고, 수소 농도가 상기 계산된 양을 초과하는 경우에는 제2 밸브(140)를 즉시 닫아(클로즈) 열풍에 혼합되는 수소가스의 양을 감소시킨다.

상기와 같이 제2 밸브(140)를 닫은 후에는 지정된 시간(예 : 1분)을 대기한 후 피드백되어 열풍유량을 읽는 과정을 반복 수행하게 한다.

한편 상기 실시예에서 상기 수소농도측정부(110)를 통해 수소의 농도를 측정하는 것에 대해서만 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 고로가스 중의 CO가스가 미분탄 취입관 내에 급격히 증가하는 것을 방지하기 위하여, 상기 수소농도측정부(110)의 전단이나 후단에 CO가스 농도를 측정하기 위한 CO가스농도측정부(또는 CO 센서)(미도시)를 추가로 설치하여 CO가스 농도가 증가하지 않도록 상기 제어부(120)가 상기 제1 밸브(130)의 오픈/클로즈 정도(개방 정도)를 제어할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고로의 수소가스 취입량 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(120)는 고로의 풍구에 불어 넣는 열풍의 유량(예 : X m³/h)을 체크한다(S101).

예컨대 상기 열풍의 유량은 열풍이 이동하는 관의 지름 및 속도 등의 정보를 이용하여 읽어낼 수 있는 정보이다.

또한 상기 제어부(120)는 미분탄이 취입중인지 체크한다(S102).

왜냐하면 이미 상술한 바와 같이 상기 제어부(120)는 상기 고로 내로 미분탄이 취입되는 중에만 상기 제1 밸브(130) 및 제2 밸브(140)를 제어하여 미분탄 취입관 내로 취입되는 수소가스의 양과 고로가스의 양을 조절하기 때문이다.

또한 상기 제어부(120)는 열풍 내에 산소가 첨가되는지 체크한다(S103).

왜냐하면 열풍 내에 산소가 첨가되는 경우에 수소량(즉, 수소농도)의 계산에 차이가 있기 때문이다.

상기 체크(S103) 결과, 열풍 내에 산소가 첨가되지 않았을 경우(S103의 아니오), 풍구를 통해 취입되는 열풍의 양을 A라고 할 때 수소량(즉, 수소농도)이 최대 "A x 0.038"가 되도록, 상기 제어부(120)는 제2 밸브(140)의 개방 정도를 조절한다(S105). 이때 상기 값(A x 0.038)은 밸브 제어 시간을 고려하여 수소가 폭발하지 않으면서 가스 효율을 높일 수 있도록 하는 의미가 있는 값이다.

한편 상기 체크(S103) 결과, 열풍 내에 산소가 첨가되었을 경우(S103의 예), 풍구를 통해 취입되는 열풍(산소가 첨가된 열풍)의 양을 B라고 할 때 수소량(즉, 수소농도)이 최대 "B x 0.038 x 열풍 내 산소농도"가 되도록, 상기 제어부(120)는 제2 밸브(140)의 개방 정도를 조절한다(S104). 이때 상기 값(B x 0.038 x 열풍 내 산소농도)은 열풍에 산소가 포함되어 있을 때 밸브 제어 시간을 고려하여 수소가 폭발하지 않으면서 가스 효율을 높일 수 있도록 하는 의미가 있는 값이다.

또한 상기 각 경우(열풍에 산소가 포함되어 있거나 포함되지 않았을 경우)(S104, S105)에 상기 제어부(120)는 상기 제1 밸브(130)의 개방 정도를 제어하여, 상기 미분탄 취입관에 취입되는 고로가스의 양(상대적인 양)이 상기 "수소 양의 10% 이내"가 되도록 한다.

상기 제어부(120)는 상기 수소가스 및 고로가스의 양을 조절한 후(또는 조절하기 전)에 미분탄 취입관(또는 미분탄 취입 이송관)내 수소의 농도를 체크한다(S106).

상기 수소 농도 체크(S106) 결과에 따라, 상기 제어부(120)는 상기 수소의 농도가 지정된 값(예 : 4%)을 넘지 않도록 상기 제2 밸브(140)의 개방 정도를 제어한다.

예컨대 상기 수소 농도가 지정된 값(예 : 4%)을 넘을 경우(S107의 예)에는 상기 제2 밸브(140)를 닫고(클로즈)(S108), 상기 수소 농도가 지정된 값(예 : 4%)을 넘지 않을 경우(S107의 아니오)에는 상기 제2 밸브(140)의 개방 상태를 유지한다.

상기 제2 밸브(140)의 개방 정도를 제어하는 과정은 지정된 일정 시간(예 : 1분) 단위로 반복할 수 있다.

상기와 같이 본 실시예는 고로에 미분탄을 취입할 때 미분탄 이송용으로서 혼합하여 사용하는 수소가스의 취입량을 정밀하게 제어하여 수소가스에 의한 폭발 사고를 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 본 실시예는 수소에 고로 노정에서 발생하는 고로가스를 일부 혼합함으로써 만약에 일어날 수 있는 수소 폭발을 미연에 방지하고, 아울러 수소 환원 제철이 되도록 하여 CO₂를 절감하는 효과가 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

110 : 수소농도측정부
120 : 제어부
130 : 제1 밸브
140 : 제2 밸브

Claims (5)

1. 제어부가 고로에 미분탄이 취입 중인지 체크하는 단계;
   상기 고로에 미분탄이 취입 중이면, 상기 제어부가 상기 고로에 취입되는 열풍의 유량(A) 대비 수소가스의 농도가 지정된 비율을 넘지 않도록 수소가스 밸브의 개방 정도를 조절하여 수소가스 취입량을 제어하는 단계; 및
   상기 제어부가 상기 수소가스 밸브의 개방 정도를 조절하기 위하여, 상기 미분탄과 함께 취입되는 수소가스의 양을 조절하기 전이나 후에 미분탄 취입관에 취입된 상기 수소가스의 농도를 체크하는 단계;를 포함하며,
   상기 고로에 미분탄이 취입 중이면, 상기 제어부가 상기 고로에 취입되는 열풍 내에 산소가 첨가되었는지 체크하는 단계;를 더 포함하고,
   상기 열풍 내에 산소가 첨가되었을 경우 산소가 첨가된 열풍의 유량을 B라고 할 때, 상기 수소가스 농도의 지정된 비율은,
   상기 산소가 첨가된 열풍의 유량(B) 대비 최대 4%를 넘지 않는 값으로서,
   "산소가 첨가된 열풍의 유량(B) x 0.038 x 열풍 내 산소농도"이하로 지정되는 것을 특징으로 하는 고로의 수소가스 취입량 제어 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 수소가스 농도의 지정된 비율은,
   상기 열풍의 유량(A) 대비 최대 4%를 넘지 않는 값으로서,
   상기 열풍 내에 산소가 첨가되지 않았을 경우, "열풍의 유량(A) x 0.038"이하로 지정되는 것을 특징으로 하는 고로의 수소가스 취입량 제어 방법.
   
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 수소가스 밸브의 개방 정도를 조절하여 수소가스 취입량을 제어할 때,
   상기 제어부는 고로가스 밸브의 개방 정도를 조절하여 상기 취입되는 수소가스 양의 10% 이내의 고로가스를 상기 미분탄 취입관에 취입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고로의 수소가스 취입량 제어 방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 열풍의 유량(A) 대비 수소가스의 농도가 지정된 비율을 넘을 경우,
   상기 수소가스 밸브를 지정된 시간 동안 클로즈 시키는 단계; 및
   상기 지정된 시간이 경과된 후 다시 수소가스의 농도를 체크하여 수소가스 취입량을 제어하는 단계;를 상기 고로에 미분탄이 취입되는 동안 반복하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 고로의 수소가스 취입량 제어 방법.

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