KR102090886B1 - 고로에의 원료 장입 방법 - Google Patents

Abstract

고로내 반응성의 개선을 도모하고, 더욱 환원재비의 저감이 가능하게 되는 원료 장입 방법을 제공한다.　1챠지 중의 전체 코크스량 중 25∼80질량%의 코크스를 고로내에 장입하여 코크스층으로 하고, 다음에, 상기 1챠지 중의 나머지의 코크스와 상기 1챠지 중의 광석류 원료 중에 10질량% 이상이 산성 펠릿인 광석류 원료를 혼합한 혼합 원료를 2배치로 나누어 상기 코크스층상에 장입할 때에, 1배치째에 혼합하는 코크스는 입경:15∼40㎜의 범위로 하고, 또한 해당 1배치째를 노구 무차원 반경 0∼0.8의 범위로 장입하고, 나머지의 혼합 원료를 2배치째로 하여 노구 무차원 반경 0.6∼1.0의 범위로 장입한다.

Description

고로에의 원료 장입 방법{METHOD OF CHARGING RAW MATERIAL INTO BLAST FURNACE}

본 발명은 원료의 장입을 선회 슈트로 실행하는 고로에의 원료 장입 방법에 관한 것이다.

근래, 지구 온난화 방지의 관점에서 CO₂ 배출량 삭감이 요구되고 있다. 철강업에 있어서는 CO₂ 배출량의 약 70%가 고로에 의한 것이며, 고로에 있어서의 CO₂ 배출량의 저감이 요구되고 있다.

고로에서는 일반적으로 소결광, 펠릿, 괴상 광석 등의 광석류 원료와 코크스를 노 꼭대기부터 교대로 층상으로 장입하고, 풍구로부터 연소 가스를 흘려, 선철을 얻는다. 장입된 고로 장입 원료인 코크스와 광석류 원료는 노 꼭대기에서 고로 노복부로 강하하고, 광석의 환원과 원료의 승온이 일어난다. 그리고, 광석류 원료층(이하, 단지 광석층이라고도 함)은 승온과 위쪽으로부터의 하중에 의해 광석류 원료간의 공극을 매립하면서 서서히 변형되고, 고로 노복부에 있어서는 통기 저항이 매우 커 가스가 거의 흐르지 않는 소위 융착층을 형성한다.

일반적으로, 고로에 있어서의 CO₂ 배출량의 저감은 고로에서 사용하는 환원재(코크스, 미분탄, 천연가스 등)의 저감에 의해 실현할 수 있다.

그러나, 환원재, 특히 코크스를 저감하는 경우에는 코크스층의 층 두께가 감소하여, 광석이 연화 용융하는 융착대에 있어서 통기 저항이 상승한다. 융착대의 통기 저항은 고로 전체의 통기성에 크게 영향을 주고 있으며, 이 융착대의 통기 저항이 상승하면, 고로의 안정 조업을 저해하는 것이 경험적으로 알려져 있다.

그 때문에, 융착대의 통기 저항을 개선하는 방책이 각종 검토되고 있다. 그리고, 융착대의 통기 저항을 개선하기 위해서는 광석층에 코크스를 혼합하는 것이 유효한 것이 알려지게 되며, 광석층에 코크스를 혼합하기 위한 많은 발명이 보고되고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는 벨레스(bell-less)식 고로에 있어서, 광석 호퍼 중 하류측의 호퍼에 코크스를 장입하고, 컨베이어상에서 광석의 위에 코크스를 퇴적시킨 후, 이들을 노정 벙커에 장입하여, 광석과 코크스를 선회 슈트를 통해 고로내에 장입시키는 기술이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 2에는 노정의 벙커에 광석과 코크스를 개별적으로 저장하면서, 코크스와 광석을 동시에 혼합 장입함으로써, 코크스 장입용 배치, 코크스의 중심 장입용 배치 및 혼합 장입용 배치의 장입을 3가지 동시에 실행하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는 고로에 있어서의 원료 장입 방법으로서, 고로 조업에 있어서의 융착대 형상의 불안정화 및 중심부 부근에 있어서의 가스 이용률의 저하를 방지하고, 안정 조업과 열 효율의 향상을 도모하기 위해, 전체 광석과 전체 코크스를 완전 혼합한 후, 원료로서 고로내에 장입하는 기술이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 4에는 혼합 코크스에 의한 반응성 향상 효과를 얻는 수단으로서, 고반응 코크스와 JIS 환원성이 낮은 광석을 혼합함으로써, 저반응성 광석을 고효율로 반응시켜 고로의 반응성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 평성3-211210호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 제2004-107794호 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 소화53-152800호 특허문헌 4: 일본국 특허공개공보 평성7-76366호

여기서, 일반적으로 고로의 내부는 노구의 직경 방향 중심부와 그 주변부는 모두 가스가 흐르기 쉬운 한편, 노벽측의 중간부는 가스가 흐르기 어려운 경우가 많기 때문에, 고로의 반경 방향에서 가스류 분포가 존재하고 있다. 따라서, 그 가스류 분포에 따라, 코크스 혼합율이나 혼합 코크스 성상의 반경 방향에 있어서의 배치를 설계할 필요가 있다.

그러나, 특허문헌 1∼3에는 광석층에 코크스를 혼합하는 수단이 기재되어 있을 뿐, 고로 반경 방향의 바람직한 코크스 혼합율 분포는 명시되어 있지 않다.

또, 특허문헌 4에는 코크스와 광석의 반응성과 그 최대 입도가 기재되어 있을 뿐, 코크스와 광석의 바람직한 배합비와 노구 직경 방향의 바람직한 분포는 모두 명시되어 있지 않다.

또한, 최근에는 원료 수요의 증대를 위해, 산성 펠릿의 이용이 증가하고 있지만, 산성 펠릿의 이용은 환원제비의 증가와 함께 통기성의 저하를 수반한다.

따라서, 산성 펠릿을 사용한 경우의 융착대의 통기 저항을 더욱 개선하기 위해서는 노내의 바람직한 혼합 코크스 분포를 새로이 구축할 필요가 있다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 개발된 것으로, 일반적으로 노구 직경 방향의 중심부와 주변부는 가스 흐름이 많고, 동일 중간부는 적기 때문에, 이들 가스 흐름에 주목하여, 가스 흐름이 적은 노구 직경 방향의 중간부에, 반응성이 양호하고 비교적 소립 직경의 코크스를 다량으로 존재시키는 것에 의해서, 노내 반응성의 향상을 도모하는 동시에 환원재비의 가일층의 저감이 가능하게 되는 원료 장입 방법에 대해 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 광석류 원료 및 코크스를, 1챠지마다 선회 슈트를 이용하여 고로내에 장입하는 고로에의 원료 장입 방법으로서, 상기 1챠지 중의 전체 코크스량 중 25∼80질량%의 코크스를 고로내에 장입하여 코크스층으로 하고, 다음에, 상기 1챠지 중의 나머지의 코크스와 상기 1챠지 중의 광석류 원료 중에 10질량% 이상이 산성 펠릿인 광석류 원료를 혼합한 혼합 원료를 2배치로 나누어 상기 코크스층상에 장입할 때에, 1배치마다 혼합하는 코크스는 입경:15∼40㎜의 범위로 하고, 또한 해당 1배치째를 노구 무차원 반경 0∼0.8의 범위로 장입하고, 나머지의 혼합 원료를 2배치째로 하여 노구 무차원 반경 0.6∼1.0의 범위로 장입하는 고로에의 원료 장입 방법.

2. 상기 1배치째에 혼합하는 코크스의 반응성 지수 CRI를 35% 이상으로 하는 상기 1에 기재된 고로에의 원료 장입 방법.

3. 상기 1배치째에 혼합하는 코크스의 양을, 상기 광석류 원료와 혼합하는 코크스량 중의 70질량% 이상으로 하는 상기 1 및 2에 기재된 고로에의 원료 장입 방법.

본 발명에 따르면, 가스 흐름이 적은 개소에, 반응성이 양호하여 저입경의 코크스를 다량으로 혼합하게 되기 때문에, 노내 반응성의 향상을 도모하는 동시에 환원재비의 가일층의 저감이 실현된다.

도 1은 고로내의 가스 유속 분포를 나타내는 도면이다.
도 2는 고로에의 원료 퇴적 상황을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명에서는 고로에의 장입 원료로서, 광석류 원료 및 코크스를, 선회 슈트를 사용해서 고로내에 장입하는 것을 1챠지마다 실행한다. 또한, 광석류 원료로서는 소결광 및/또는 괴상 광석에 부가하여 산성 펠릿을 이용한다.

여기서, 본 발명에 있어서의 1챠지는 코크스를 장입하여 코크스층을 형성한 후, 광석류 원료를 코크스와 혼합한 혼합 원료를 장입하여 혼합층을 형성하는 일련의 흐름을 1회 실행하는 것을 의미한다.

여기서, 고로에의 원료 장입은 공지 공용의 선회 슈트를 구비하는 벨레스식 장입 장치를 이용할 수 있다.

상기 광석류 원료 및 코크스는 각각 노정 벙커에 저장되어 있다. 그리고, 이들 노정 벙커로부터의 원료 장입 순서는 이하와 같다.

우선, 코크스를 장입한다.

즉, 선회 슈트의 원료 장입지를 고로의 중심부에서 고로의 노벽 내주부를 향해 움직일 때에, 코크스만을 저장한 노정 벙커로부터 코크스만을 장입하는 것에 의해서, 코크스층을 형성한다.

그 때, 고로의 중심부에 중심 코크스층을 형성하거나, 노벽 내주부에 노벽부(노구 무차원 반경: 1.0)에서 중심축부(노구 무차원 반경: 0)를 향해, 주변 코크스층을 노구 무차원 반경: 0.6 내지 1.0으로 형성해도 좋다.

여기에서의 코크스 장입량은 상기 1챠지 중의 전체 코크스량의 25∼80질량%로 한다. 즉, 코크스층의 통기성을 확보하기 위해서는 1챠지 중의 전체 코크스량의 적어도 25질량%의 코크스를 코크스층으로 할 필요가 있다. 한편, 광석류 원료와 혼합해서 장입하는 1챠지 중의 코크스량을 20질량% 이상으로 하는 것에 의해서, 코크스의 혼합에 의한 통기성 및 환원성의 향상 효과를 얻기 위해서는 코크스층을 80질량% 이하로 할 필요가 있다.

다음에, 노정 벙커로부터 코크스와 광석류 원료를 동시 잘라내고, 선회 슈트를 통해 코크스 및 광석류 원료의 혼합 원료를 고로에 장입한다. 그 때, 선회 슈트를, 고로의 중심축에 가까운 즉 노구 무차원 반경이 0의 위치로부터 순차 고로의 중심축에서 외측으로 이동하는 것에 의해서, 고로의 중심축에서 노벽 내주부(노구 무차원 반경: 1.0)측에 혼합 원료를 장입한다.

고로에 장입하는 광석류 원료는 1챠지의 광석류 원료 중, 즉 그 1챠지 중의 광석류 원료의 총 중량(이하, 전체 광석이라 함)의 10질량% 이상을 산성 펠릿으로 한다.

이와 같이 하는 것은 산성 펠릿의 사용 비율이 전체 광석의 10질량% 이상이 되면, 환원재비의 증가와 통기성의 악화가 현저하게 되지만, 본 발명의 원료 장입 방법의 적용에 의해서 환원재비의 증가와 통기성의 악화를 억제하고, 더 나아가서는 개선을 도모할 수 있기 때문이다. 또한, 산성 펠릿의 사용 비율의 상한은 고로 조업의 대폭적인 악화를 방지하는 관점에서 전체 광석의 50질량% 정도로 하는 것이 바람직하다. 또, 본 발명에서 말하는 산성 펠릿은 펠릿에 포함되는 CaO와 SiO₂의 비로 나타나는 염기도가 0.5이하의 산화철의 펠릿을 말한다.

본 발명에서, 광석류 원료는 상술한 바와 같이 소정량의 산성 펠릿을 포함하는 동시에 소결광 및 괴상 광석 중의 적어도 어느 하나를 포함하여 넣으면 좋다.

그리고, 상기한 코크스 단독으로 장입한 코크스의 나머지의 코크스, 즉 1챠지 중의 전체 코크스량의 20∼75질량%를 광석류 원료와 혼합해서 장입하는 것이 중요하다.

왜냐하면, 광석류 원료와 혼합해서 장입하는 1챠지 중의 코크스량을 20질량% 이상으로 하는 것에 의해서, 코크스의 혼합에 의한 통기성 및 환원성의 향상 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 한편, 고로의 통기성을 유지하기 위해서는 코크스(단독)층의 형성도 중요하며, 혼합 코크스가 75질량% 이상, 즉 코크스층이 25질량% 미만으로 되면, 통기의 유지가 곤란하게 된다.

여기서, 도 1에, 일반적인 고로내의 가스류 분포를 나타낸다. 동일 도면에 나타낸 바와 같이, 노구 무차원 반경이 0.4미만의 영역 및 0.8이상의 영역은 스페이서로 되는 코크스가 많이 충전되어 있기 때문에 가스가 흐르기 쉽고, 노구 무차원 반경이 0.4이상 0.8미만의 영역은 코크스가 적은 한편 광석층이 많이 장입되기 때문에 가스가 흐르기 어렵기 때문에, 다른 영역에 비해 환원 반응의 지연이 우려되는 것을 알 수 있다.

그래서, 본 발명에서는 상기한 노구 무차원 반경이 0.4이상 및 0.8미만의 영역에 있어서의 환원 반응의 지연을 해소하기 위해, 코크스와 광석류 원료를 혼합한 혼합 원료를 1챠지당 2배치로 나누어, 고로에 장입한다. 이하에, 혼합 원료의 고로에의 장입 수순에 대해 상세하게 설명한다.

도 2에, 본 발명에 있어서의 고로에의 원료 퇴적 상황을 나타낸다.

본 발명에서는 광석류 원료와 코크스의 혼합 원료를 1챠지당 2배치로 장입할 때에, 1배치째를 노구 무차원 반경 중 0.0∼0.8의 범위로 장입하고, 또한 2배치째를 노구 무차원 반경의 0.6∼1.0의 범위에 장입하는 것으로 하고 있다.

그리고, 1배치째에 혼합하는 코크스를 입경:15∼40㎜의 범위로 하는 것이 본 발명에서는 무엇보다도 중요한 제어 인자이다. 왜냐하면, 1배치째에 입경:15∼40㎜의 범위의 코크스를 편석시키면, 상기한 반응 지연 영역의 반응성을 개선할 수 있기 때문이다. 즉, 1 배치째에 혼합하는 코크스의 입경이 15㎜미만에서는 입경이 너무 작아져 고로의 통기가 악화된다. 한편, 동일 입경이 40㎜를 넘으면, 입경이 너무 커져 반응성이 저하하고, 환원성의 개선을 얻는 것이 곤란하게 된다.

또한, 1배치째의 코크스는 전량이 입경:15∼40㎜의 범위에 있을 필요는 없으며, 입경:15∼40㎜의 범위에 없는 코크스가 혼입해도, 그 혼입량이 1배치째의 코크스 전량의 5질량% 이하 정도이면, 본 발명에 영향은 없다.

한편, 2배치째의 코크스의 입경은 특히 한정할 필요는 없지만, 1배치째의 코크스의 입경과 동등 정도, 예를 들면 15∼50㎜의 범위의 것을 이용할 수 있다.

또, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 혼합 원료의 장입을 실행하는 것에 의해서, 코크스층의 위에, 혼합 원료에 의해 형성되는 혼합층이 2층 존재하는 개소가 형성된다. 구체적으로는 1배치째를 노구 무차원 반경에서 0.0∼0.8의 영역에 장입하여 최초의 혼합층으로 하고, 2배치째를 노구 무차원 반경에서 0.6이상의 영역에 장입하고 2층째의 혼합층으로 하고 있다. 이와 같이, 2배치째는 대략 가스가 흐르기 쉬운 노벽 주변부에 장입되는 것이 중요하다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 고로의 노구 무차원 반경에서 0.4미만과 0.8초과의 부분은 코크스가 많고 통기성이 양호하기 때문에, 가스류가 많게 되어 있다. 이 가스 흐름에 있어서, 상기와 같이 1배치째와 2배치째의 혼합 원료의 장입 위치를 중복시키고 있는 것은 2배치째의 장입 시단은 혼합 원료의 퇴적각에 기인해서 층 두께가 얇아지기 쉽기 때문에, 두껍게 되는 부분을 노구 무차원 반경 0.8 부근의 영역에 형성하기 위해서는 0.6∼0.8의 정도에서 혼합 원료의 장입을 거듭할 필요가 있기 때문이다.

또, 1배치째에 혼합하는 코크스의 반응성 지수 CRI를 35%이상으로 하면, 더욱 노내 반응성의 향상이 도모되고, 한층 안정된 고로 조업을 실행할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 반응성 지수 CRI의 상한에 특별한 제한은 없지만, 공업상 40% 정도이다.

또한, 1배치째에 혼합하는 코크스의 양을 상기 광석류 원료와 혼합하는 코크스량의 70질량% 이상으로 함으로써, 광석류 원료가 많은 개소에 장입되는 1배치째의 환원성을 개선할 수 있다. 또한, 광석류 원료와 혼합하는 코크스량의 전량을 1배치째에 혼합할 수도 있고, 그 때에는 2배치째는 전량 광석류 원료로 된다.

실시예

실시예는 선회 슈트를 이용하여, 원료의 장입을 1챠지마다 실행하였다. 1챠지 중의 코크스 중 광석류 원료와 혼합한 코크스량은 전체 코크스량의 10∼80질량%이며, 나머지의 코크스는 코크스층에 제공하였다. 또, 혼합 원료를 1챠지당 2배치로 하고, 1배치째와 2배치째의 혼합 원료의 장입 위치를 다양하게 변경하였다. 해당 1배치째에 혼합하는 코크스의 입경도 다양하게 변경하였다. 또한, 코크스의 반응성 지수 CRI를 30-35%로 하였다. 구체적인 시험 조건은 표 1에 나타낸다.

여기서, 실시예에 이용한 원료는 광석류 원료로서, 철분이 58질량% 포함되는 것(소결광 및/또는 괴상 광석)과, 산성 펠릿으로서 철분이 65질량% 포함되고, 또한 CaO와 SiO₂의 비가 CaO/SiO₂=0.05의 것을 사용하고, 또한 코크스는 카본을 88질량% 포함하는 것을 사용하였다.

출선비는 고로의 1일당 출선량(t/d)을 노내 용적(㎥)으로 나눈 값이다. 또, 환원재비, 코크스비 및 미분탄비는 용선 1t를 제조할 때에 사용한 환원재량, 코크스량 및 미분탄량(kg/t)이다.

또, 광석류 원료와 혼합하는 혼합 코크스의 평균 입경(㎜)은 산술 평균 직경이며, 혼합 코크스의 CRI(%)는 1100℃, CO₂ 분위기에서 2시간 코크스를 반응시켰을 때의 중량 감소율로 각각 구하였다.

또한, 상기의 고로 원료 장입의 조건에 있어서의 가스 이용률과, 충전층 압력 손실을 이하의 수순으로 평가하였다. 평가 결과를 표 1에 병기한다.

[가스 이용률]

CO₂/(CO₂+CO)×100으로 정의된다. 이러한 식에 이용하는 CO₂ 및 CO 농도(체적%)는 수평 존데로 불리는 고로내의 중심부∼주변부까지의 가동식의 가스 분포를 측정하는 기기를 이용하여 측정하였다.

[충전층 압력 손실]

고로의 전체 압손을 송풍량으로 나눈 것이며, 원료 충전층의 압력 손실(충전층 압력 손실)은 이하의 식으로 구할 수 있다. 따라서, 충전층 압력 손실은 단위 풍량의 바람이 유통하는데 필요로 하는 통기 저항을 나타내는 지표로 생각할 수 있다.

충전층 압력 손실(ΔP/V) = 전체 압손(kPa)/송풍량(N㎥/min)

[표 1]

표 1로부터, 발명예와 비교예를 비교하면, 발명예는 모두 충전층 압력 손실이 우수하고, 환원재비, 통기 저항 지표(충전층 압력 손실) 및 가스 이용률이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

이상으로부터, 고로내의 가스 흐름이 적은 개소에, 반응성이 좋은 적절한 입경의 코크스를 적절한 위치에 다량 혼합함으로써, 고로내의 반응성의 향상을 도모하는 것이 가능한 것을 확인하였다.

Claims (3)

1. 광석류 원료 및 코크스를, 1챠지마다 선회 슈트를 이용하여 고로내에 장입하는 고로에의 원료 장입 방법으로서,
   상기 1챠지 중의 전체 코크스량 중 25∼80질량%의 코크스를 고로내에 장입하여 코크스층으로 하고, 다음에, 상기 1챠지 중의 나머지의 코크스와 상기 1챠지 중의 광석류 원료 중에 10질량% 이상이 산성 펠릿인 광석류 원료를 혼합한 혼합 원료를 2배치로 나누어 상기 코크스층상에 장입할 때에, 1배치째에 혼합하는 코크스는 입경:15∼40㎜의 범위로 하고, 또한 해당 1배치째를 노구 무차원 반경 0∼0.8의 범위로 장입하고, 나머지의 혼합 원료를 2배치째로 하여 노구 무차원 반경 0.6∼1.0의 범위로 장입하는 고로에의 원료 장입 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 1배치째에 혼합하는 코크스의 반응성 지수 CRI를 35% 이상으로 하는 고로에의 원료 장입 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 1배치째에 혼합하는 코크스의 양을 상기 광석류 원료와 혼합하는 코크스량 중의 70질량% 이상으로 하는 고로에의 원료 장입 방법.

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