KR102080705B1 - 산소 고로로의 미분탄 취입 방법 - Google Patents

Abstract

(과제) 산소 고로로 취입하는 미분탄으로서 바람직한 성상인 것을 이용함으로써, 합성 화학 공업용 가스로서 유용한 질소 없는 고로 가스를 효율적으로 발생시키는 유효한 방법을 제안한다.
(해결 수단) 송풍구로부터 순산소와 함께 미분탄을 취입함으로써 질소를 포함하지 않는 고로 가스를 발생시켜 노정으로부터 회수하는 산소 고로로의 미분탄 취입하는 조업을 행함에 있어서, 상기 미분탄의 휘발분을 25mass％ 이상으로 한다.

Description

산소 고로로의 미분탄 취입 방법{METHOD FOR INJECTING PULVERIZED COAL INTO OXYGEN BLAST FURNACE}

본 발명은, 송풍구로부터 순(純)산소 및 미분탄을 취입함으로써, 노정(furnace top)으로부터 질소를 포함하지 않는 고로(blast furnace) 가스를 발생시키는 산소 고로로의 미분탄 취입 방법에 관한 것이다.

산소 고로는, 일반적으로, 송풍구로부터 순산소 및 환원재인 미분탄을 취입함으로써, 노정으로부터 질소를 포함하지 않는 고로 가스(이하 단순히 「질소 없는 고로 가스」라고도 말함)를 발생시켜 회수하는 고로로서 알려져 있다. 그 질소 없는 고로 가스는, 합성 화학 공업용의 원료로서 이용할 수 있다. 이 산소 고로 조업은, 송풍구 끝의 연소 영역의 온도(송풍구 끝 온도)를 2000℃∼2600℃라고 하는 고온에서 조업할 필요가 있다. 그를 위한 종래 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 송풍구로부터 CO₂를 포함하는 고온의 노정 가스를 취입함으로써, 송풍구 끝의 온도를 소정의 온도 범위로 제어하는 방법을 제안하고 있다.

또한, 산소 고로의 종래 조업예로서는, 송풍구로부터 순산소, 미분탄 및 중질유를 취입하는 방법도 있다(특허문헌 2 참조). 또한, 산소 고로의 다른 종래 조업예로서는, 송풍구로부터 순산소 및 미분탄을 취입할 때에, 미분탄의 연소성을 개선한 것을 이용하는 제안이 있다(특허문헌 3 참조). 또한, 특허문헌 4에서는, 순산소를 예열해 둠으로써, 당해 미분탄의 취입량을 증가시키는 조업 방법을 제안하고 있다(특허문헌 4 참조).

일본공개특허공보 소60-159104호 일본공개특허공보 소63-171807호 일본공개특허공보 소63-166914호 일본공개특허공보 소63-169310호

상기의 특허문헌 1∼3에 기재된 종래 기술에 있어서는, 취입 순산소 및 미분탄은 각각 상온의 것이 사용되고 있다. 그러나, 이들 종래 기술에서는, 송풍구 끝 연소 영역의 온도(송풍구 끝 온도)를 2000℃∼2600℃의 고온으로 하기 위해, 취입하는 미분탄의 착화를 빠르게 함으로써 연소성을 향상시키는 것으로 하고 있다. 다만, 미분탄의 조기 착화를 실현하기 위해서는, 당해 미분탄을 일정 이상의 온도로 승온할 필요가 있다. 이에 대하여, 그 요구를 충족시키는 방법으로서, 예를 들면 특허문헌 4에 있어서는, 순산소에서 예열하는 방법을 제안하고 있다.

그러나, 순산소에서 예열하기 위해서는, 순산소의 예열 설비가 별도 필요하다. 또한, 특허문헌 4에 개시된 기술에 대해서, 예열 설비의 열원으로서 배열(排熱)을 이용하는 것으로 하고 있지만, 실제의 고로로서는 그러한 취입 설비 부근에서 그러한 배열을 조달하는 것은 곤란이 있다.

본 발명의 목적은, 산소 고로로 취입하는 미분탄으로서 바람직한 성상(性狀)인 것을 이용함으로써, 합성 화학 공업용 가스로서 유용한 질소 없는 고로 가스를 효율적으로 발생시키는 유효한 방법을 제안하는 것에 있다.

발명자들은, 종래 기술이 안고 있는 전술의 과제를 극복할 수 있고, 또한 상기 목적을 실현하기 위해 예의 검토했다. 이 결과, 발명자들은, 하기의 요지 구성에 따른 본 발명을 개발하기에 이르렀다. 즉, 본 발명은, 송풍구로부터 순산소와 함께 미분탄을 취입함으로써 질소를 포함하지 않는 고로 가스를 발생시켜 노정으로부터 회수하는 산소 고로상의 미분탄 취입 조업을 행함에 있어서, 상기 미분탄의 휘발분을 25mass％ 이상으로 하는 산소 고로로의 미분탄 취입 방법이다.

또한, 상기의 구성에 따른 본 발명은, 추가로,

(1) 송풍구로부터 취입하는 상기 순산소 및 상기 미분탄은 상온의 것을 이용하는 것,

(2) 상기 미분탄의 휘발분이 30mass％ 이하인 것,

(3) 상기 미분탄의 취입량(PCR)이 용선 1t당으로 200㎏ 이상인 것,

을 채용하는 것이, 보다 바람직한 해결 수단을 제공할 수 있는 것이라고 생각된다.

본 발명에 따른 산소 고로로의 미분탄 취입 방법에 의하면, 미분탄으로서, 휘발분이 25mass％ 이상인 고휘발분 미분탄을 이용함으로써, 예열 장치나 그 열원 없이 미분탄 취입량을 증가시킬 수 있게 된다. 더욱이, 본 발명에 의하면, 송풍구로부터 취입하는 미분탄으로서 바람직한 성상인 것을 이용함으로써, 산소 고로의 송풍구 앞 연소역의 온도를 용이하게 또한 신속하게 고온으로 할 수 있기 때문에, 노정으로부터 질소 없는 고로 가스를 효율적으로 발생시켜 회수할 수 있게 되고, 나아가서는 합성 화학 공업용 가스를 안정 공급하는 것에 이어진다.

도 1은 본 발명의 미분탄 취입 방법이 적용되는 산소 고로의 일 예를 나타내는 간략 선도이다.
도 2는 산소 고로로 순산소 및 미분탄 취입 조건하에서의, 미분탄의 연소율을 계측하기 위한 미분탄 연소 시험로의 일 예를 나타내는 간략 선도이다.
도 3은 실험 결과의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실험 결과의 다른 예를 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

도 1은, 본 발명에 따른 미분탄 취입 방법에 이용되는 산소 고로 및 그 주변 설비의 일 예를 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타내는 구성에 있어서, 1은 산소 고로, 2는 코크스로 가스(C 가스)와 고로 가스(B 가스)를 혼합하여 혼합 가스(M 가스)를 얻기 위한 혼합기, 3은 상기 M 가스를 예열하여 로 내로 취입하기 위한 버너, 4는 고로 노정 배기 가스를 이용하여 발전하는 발전기, 5는 순산소를 제조하는 산소 플랜트, 6은 산소 고로(1) 내로 산소 등을 취입하기 위해 사용하는 송풍구이다.

도 1에 나타내는 구성에 있어서는, 종래 고로와 동일하게, 산소 고로(1)에서는 노정부에서 소결광이나 코크스가 투입된다. 또한, 하부의 송풍구(6)로부터는 로 내로 상온의 순산소가 취입된다. 순산소는 산소 플랜트(5)에서 심랭 분리 등의 분리 기술을 이용하여 공기로부터 제조되지만, 그 때에 전력을 소비한다. 그래서, CO를 많이 포함한 연소 가스인 C 가스, B 가스, 혹은 이들을 혼합한 M 가스를 이용하여 발전기(4)로 발전하여, 그 전력으로 순산소를 제조하는 방법을 이용한다. 또한, 고로 하부의 송풍구(6)로부터는, 순산소와 함께, 미분탄이나 천연가스, 코크스로 가스 등의 송풍구 취입 가스도 취입된다.

본 발명에 따른 산소 고로로의 미분탄 취입 방법의 특징의 하나는, 송풍구로부터 순산소와 함께 취입하는 미분탄의 휘발분을 25mass％ 이상으로 하는 것에 있다. 그 이유는 이하와 같다.

종래형 고로의 경우, 취입 환원재로서 미분탄이 이용되고 있지만, 그 휘발분은, 약 20mass％ 정도의 것이다. 이 레벨의 휘발분이라고 하는 것은, 소위 저휘발분탄으로 분류된다(예를 들면, 일본공개특허공보 2003-286511호 참조). 그런데, 이러한 저휘발분의 미분탄에서는 중량의 많은 부분을 석탄이 차지하고 있기 때문에, 동일한 취입량이어도 25mass％ 이상의 고휘발분탄보다 많은 코크스를 삭감할 수 있다고 생각되고 있다.

그런데, 산소 고로는 일반적으로, 산소를 예열하는 설비나 열원이 없는 것이 보통이다. 그 때문에, 취입 산소와 미분탄은 상온의 것이 이용된다. 따라서, 이 노의 경우, 코크스가 선회하면서 연소하고 있는 레이스 웨이(송풍구 끝 연소대, 온도는 2000℃ 이상의 고온으로 유지되고, 그 직경은 1m 정도임)를 통과하는 미분탄은, 200m/s의 속도로 취입된다고 하면, 이 레이스 웨이를 통과하는 시간은 수밀리 초로 된다. 따라서 취입 미분탄은, 레이스 웨이에 돌입하기 전의 가능한 한 빠른 시기에 착화시켜 두는 것이 바람직하다.

이 점, 종래의 산소 고로의 경우, 저휘발 분의 미분탄을 취입하고 있기 때문에, 미분탄이 상기 레이스 웨이에 도달하기까지는 충분하게 승온되지 않는다. 그 때문에, 조기의 착화와 연소를 유도하기에는, 어떻게 하여도 특허문헌 4에 기재되어 있는 바와 같이 산소의 예열 장치가 필요하다. 한편, 본 발명과 같이, 휘발분이 많은 고휘발분의 미분탄을 취입하면, 저휘발분의 미분탄에 비해 현격하게 착화하기 용이해진다. 특히, 취입 산소의 예열은 행하지 않는 본 발명과 같은 산소 고로로서는, 고휘발분 미분탄, 즉 휘발분이 25mass％ 이상의 미분탄을 취입하는 것이 요망된다. 그 휘발분의 상한은 특별히 한정하지 않지만, 바람직하게는 30mass％ 정도 이하이다.

본 발명에 있어서, 휘발분을 25mass％ 이상으로 한정한 이유는, 후술하는 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 미분탄의 조기의 착화-연소를 달성할 수 있어, 높은 치환율을 얻을 수 있기 때문이다. 또한, 휘발분을 30mass％ 이하로 하는 것이 바람직한 이유는, 후술하는 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 그것을 초과하면 치환율이 종래형 고로의 예에 비하면 더욱 높은 레벨에 있지만, 약간 악화 경향을 나타내기 때문이다.

본 발명에 있어서, 상기 고휘발분 미분탄은, 예를 들면, 북미산의 비교적 저휘발분의 미분탄과 호주산이나 미국산 등의 비교적 고휘발분의 미분탄을 소정량 혼합하고, 휘발분이 25mass％ 이상, 바람직하게는 30mass％ 이하 정도로 조제한 것을 이용한다.

실시예

도 2는, 산소 고로로의 순산소 및 미분탄 취입 조건하에서의, 미분탄의 연소율을 계측하는 미분탄 연소 시험로의 일 예를 나타내는 도면이다. 이 미분탄 연소 시험로(11)는, 높이 1400㎜×길이 1000㎜×폭 400㎜이다. 또한, 이 미분탄 연소 시험로(11)의 상부에는, 관로(12)를 통하여 사이클론(13)이 설치되어 있고, 로 내에서 발생한 연소 가스를 사이클론(13)에서 배기 가스와 더스트로 분별한다. 이 시험로(11)의 상부에는, 관로(14)를 갖고, 이 관로(14)에는 코크스 저류조(15)와 접속되어 있어, 코크스 저류조(15)에 저류한 코크스(16)를 시험로(11) 내에 장전할 수 있도록 되어 있다. 또한, 시험로(11)는. 그 측면에, 온도, 압력, 가스 조성 등을 측정하기 위한 측정 프로브(17)가 삽입 가능하게 설치되고, 이 측정 프로브(17)와 대략 대향하는 노측부에는 송풍구(18)가 설치되고, 추가로, 송풍구(18)에는 블로우 파이프(19)가 설치되어 있다. 이 블로우 파이프(19)에는, 순산소를 취입하는 순산소 취입 랜스(20) 및 미분탄을 취입하는 미분탄 취입 랜스(21), 관찰구멍(22) 등이 설치되어 있다. 또한, 23은 송풍구(18)의 전방의 연소대인 레이스 웨이를 나타내고 있다.

상기 미분탄 연소 시험로(11)을 이용하여, 산소 고로의 취입 조건을 모방한 미분탄의 연소율을 계측했다. 산소 고로를 재현한 이 연소 시험 장치에서는, 고온이기 때문에, 미분탄의 직접 채취에 의한 연소율의 측정은 곤란하기 때문에, (코크스 소비 감소량/미분탄 취입량)을 치환율로 정의하여, 미분탄의 연소율을 간접적으로 측정했다. 미분탄 연소율이 내려가면, 잔류 산소가 증가하여 코크스 소비량이 증가하기 때문에, 치환율은 저하하게 된다.

여기에서, 취입 가스의 온도는, 종래 고로에 따른 조건에서는, 종래와 동일한 1000℃, 본 발명에 따른 산소 고로 조건에서는 상온으로 하고, 미분탄의 취입량(PCR)은, 종래에 따른 고로 조건 및 본 발명에 따른 산소 고로 조건도 용선 1 t당으로 150㎏에 상당하는 양으로 했다. 그리고, 종래예에 따른 고로 조건에서는 미분탄 취입 가스 중의 산소 농도를 25％로 하고, 본 발명에 따른 산소 고로 조건에서는 미분탄 취입 가스를 100％ 산소 가스로 했다.

도 3에 실험 결과를 나타낸다. 이 도면에 나타내는 결과로부터, 종래형의 통상 고로의 예에서는, 휘발분 15mass％ 이상에서는 휘발분이 증가하면 할수록 치환율이 저하되고 있다. 이는, 휘발분이 증가한 만큼, 미분탄 중의 탄소량이 상대적으로 감소하기 때문이다. 미분탄은, 동일한 중량의 코크스에 비해 염가이지만, 이와 같이 치환율이 낮으면 비용적인 메리트도 낮은 데다가, 코크스비(比)와 미분탄비의 합계인 환원재비를 상승시켜, 최종적으로는 CO₂의 배출량을 증가시키기 때문에, 별로 선호되지 않는다.

한편, 본 발명에 따른 산소 고로 조건하에서는, 휘발분이 15mass％ 이상에서 치환율은 점차 상승하고, 25mass％ 이상에서 종래형 고로 조업예의 치환율을 윗도는 것을 알 수 있다. 또한, 휘발분이 25∼30mass％에서는 대략 일정한 양호한 치환율을 나타내지만, 30mass％를 초과하면, 종래예의 치환율보다는 양호하지만 약간 치환율이 저하하는 것을 알 수 있다. 그 이유는, 고로에서는, 미분탄은 본래, 순산소 중에서는 연소하기 용이하지만, 저휘발분의 미분탄은 상온이면 착화가 늦어 치환율이 낮아졌기 때문이라고 생각된다. 한편, 본 발명과 같이 휘발분이 높은 것으로는, 예를 들면 상온에서 이를 이용하여도 휘발분이 착화원이 되기 때문에, 조기에 착화하기 때문에 치환율이 상승했다고 생각된다.

또한, 종래에 따른 고로 조건 및 본 발명에 따른 산소 고로 조건이 모두, 미분탄의 취입량(PCR)이 용선 1t당으로 200㎏에 상당하는 양으로 했을 경우의 실험 결과를 도 4에 나타낸다. 도 3에 나타낸 용선 1t당으로 150㎏에 상당하는 실험과 비교하면, 종래예가 5∼3％ 저하하는 데에 대하여, 본 발명에서는 최대에서도 2％ 정도의 저하에 머무르고 있는 것을 알 수 있다. 이는, 종래법에서는 미분탄의 연소에 필요한 산소량이 상대적으로 저하하여 착화성이 나빠지는 데에 대하여, 본 발명에서는 착화가 휘발 분량에 의해 정해지기 때문에, 치환율의 저하가 억제되었다고 생각된다.

이와 같이, 발명자들이 행한 산소 고로의 시험로를 이용한 실험에서는, 취입 미분탄으로서는, 보다 휘발분이 높은 미분탄, 특히 휘발분이 25mass％ 이상의 미분탄을 이용하는 것이 바람직한 것이 확인할 수 있었다.

(산업상의 이용 가능성)

이상 설명한 본 발명에 따르는 미분탄 취입 방법은, 미분탄으로서, 휘발분이 25mass％ 이상인 고휘발분 미분탄을 이용하는 산소 고로뿐만 아니라, 합성 화학 공업용 가스로서 유용한 질소 없는 고로 가스의 발생을 촉진하는 기술이 필요한 여러 가지의 용도에도 응용하는 것이 가능하다.

1 : 산소 고로
2 : 혼합기
3 : 버너
4 : 발전기
5 : 산소 플랜트
6 : 송풍구
11 : 미분탄 연소 시험로
12, 14 : 관로
13 : 사이클론
15 : 코크스 저류조
16 : 코크스
17 : 측정 프로브
18 : 송풍구
19 : 블로우 파이프
20 : 순산소 취입 랜스
21 : 미분탄 취입 랜스
22　관찰구멍
23　레이스 웨이

Claims (4)

1. 예열 장치나 열원 없이, 송풍구로부터 순산소와 함께 미분탄을 취입함으로써 질소를 포함하지 않는 고로 가스를 발생시켜 노정으로부터 회수하는 산소 고로로의 미분탄 취입 조업을 행함에 있어서, 상기 미분탄의 휘발분을 25mass％ 이상 30mass% 이하로 하고, 상기 미분탄의 취입량(PCR)이 용선 1t당으로 200㎏ 이상인 것을 특징으로 하는 산소 고로로의 미분탄 취입 방법.
2. 제1항에 있어서,
   송풍구로부터 취입하는 상기 순산소 및 상기 미분탄은 상온의 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 산소 고로로의 미분탄 취입 방법.
3. 삭제
4. 삭제

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