KR102144168B1 - 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법 - Google Patents
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Abstract
고로 미분탄 취입 효과 예측 방법과 관련한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법은 코크스를 대체할 미분탄 대체량을 결정하는 단계; 및 고로에 코크스 및 상기 결정된 미분탄 대체량에 대응하는 미분탄을 취입하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 고로 조업시 코크스를 대체하는 미분탄의 취입량을 최적화하여 조업 효율성 및 경제성이 우수한 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법에 관한 것이다.
고로 조업은 고로의 상부로 장입된 철광석이 풍구를 통해 공급된 열풍에 의해 용융되어 용융물(용선과 슬래그)을 생성하게 되고, 노하부에 축적되어 있는 용융물이 출선구를 통해 연속적으로 배출되는 공정이다.
고로 조업시 열원으로 코크스가 사용된다. 코크스는 고로의 열원으로 사용되는 원료인 동시에 철광석을 환원시키는 환원제의 역할을 한다. 코크스는 석탄을 코크스 오븐 설비에서 가열 건류하여 제조한다. 이때, 생산 비용을 절감하기 위해 미분탄 등의 보조연료를 사용하고 있다. 현재, 석탄시황 변동에 따른 미분탄 수급 문제 및 온실가스 저감에 대한 사회적 이슈로 인해 기존 보조연료로 사용하던 미분탄의 품질 하락 및 미분탄 외 추가적인 보조연료가 등장하고 있다.
한편, 고로에서 사용되는 미분탄의 경우, 주로 발열량과 같은 기본 품위에 따라 사용 여부를 판단하고 고로 조업에 사용 후 조업 영향을 평가한다.
따라서 저품질 연료, 미분탄 외 보조연료에 대한 사용 여부 판단이 난해하며, 장기적으로 고로 조업 불균형을 초래할 수 있는 위험이 존재한다. 따라서, 미분탄 등 고로에 취입되는 보조연료 사용에 따른 조업 효과를 보다 정확하게 예측할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 발명과 관련한 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제1998-0038368호(1998.08.05. 공개, 발명의 명칭: 갈탄을 이용한 고로미분탄 취입방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 미분탄의 코크스 대체 효과를 예측하고, 고로 미분탄의 코크스 대체량 예측값의 적중률이 우수한 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 고로 조업시 미분탄 취입량을 최적화하여, 고로 조업시 조업 효율성, 조업 안정성 및 경제성이 우수한 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법은 코크스를 대체할 미분탄 대체량을 결정하는 단계; 및 고로에 코크스 및 상기 결정된 미분탄 대체량에 대응하는 미분탄을 취입하는 단계;를 포함하되, 상기 미분탄 대체량을 결정하는 단계는, 상기 취입되는 미분탄과 동일한 미분탄 시료를 준비하는 단계; 상기 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량, 회분 염기도 및 미분탄 시료의 연소율을 측정하여, 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량, 회분 염기도 및 연소율 데이터와, 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 상관관계를 도출하는 단계; 및 상기 도출된 상관관계로부터, 미분탄 대체율 예측값 관계식을 도출하는 단계;를 포함하여 결정된다.
한 구체예에서 상기 미분탄 대체율 예측값은 하기 식 1의 관계를 가질 수 있다:
[식 1]
미분탄 대체율 예측값(%) = 1.05 + (0.00118 x 미분탄 시료 연소율(%)) + (0.0062 x Wb) - (0.0265 x (WH/WC x100))
(상기 식에서 Wb는 상기 미분탄 시료의 회분 염기도이고, WH는 상기 미분탄 시료의 수소 함량(중량%) 이며, WC는 상기 미분탄 시료의 탄소 함량(중량%) 이다).
한 구체예에서 상기 회분 염기도는, 상기 미분탄 시료 회분 중 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3) 함량에 대한, 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화철(Fe2O3), 산화칼륨(K2O) 및 산화나트륨(Na2O) 함량일 수 있다.
본 발명의 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법을 이용시, 고로에 취입되는 미분탄의 코크스 대체량 예측값의 적중률이 우수하며, 미분탄 취입시 코크스를 대체하는 정도의 정량적 평가가 가능하여, 고로 조업시 미분탄 취입량을 최적화하여, 고로 조업시 조업 효율성, 조업 안정성 및 경제성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량과, 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명 미분탄 시료의 회분 염기도와 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 미분탄 시료의 연소율과 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 미분탄 대체율 예측값과, 미분탄 대체율 실측값을 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량과, 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명 미분탄 시료의 회분 염기도와 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 미분탄 시료의 연소율과 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 미분탄 대체율 예측값과, 미분탄 대체율 실측값을 비교한 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.
본 명세서에서 상기 “미분탄”은, 입도 0.5mm 이하의 탄일 수 있다. 예를 들면 상기 미분탄은 파쇄 후 입도 75㎛ 이하가 70~80 중량% 포함되는 탄일 수 있다.
고로
미분탄
취입 효과 예측 방법
본 발명의 하나의 관점은 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법을 나타낸 것이다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법은 (S10) 코크스를 대체할 미분탄 대체량을 결정하는 단계; 및 (S20) 고로에 코크스 및 상기 결정된 미분탄 대체량에 대응하는 미분탄을 취입하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 미분탄 대체량을 결정하는 단계는, 상기 취입되는 미분탄과 동일한 미분탄 시료를 준비하는 단계; 상기 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량, 회분 염기도 및 미분탄 시료의 연소율을 측정하여, 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량, 회분 염기도 및 연소율 데이터와, 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 상관관계를 도출하는 단계; 및 상기 도출된 상관관계로부터, 미분탄 대체율 예측값 관계식을 도출하는 단계;를 포함하여 결정된다.
미분탄 중의 탄소(C)는 공기 중의 산소, 송풍 습분 그리고 산소부하에 의한 산소와 반응하여 일산화탄소(CO) 가스를 생성하므로 미분탄의 발열량에 영향을 미치고, 상기 미분탄 중의 수소는 연소 중 생성가스에 포함되어 미분탄의 발열량에 영향을 미치는 영향인자이다.
한 구체예에서 상기 미분탄의 탄소 함량이 감소할수록, 열공급 효과가 저하되며, 수소 함량이 증가할수록 발열량이 증가하여 연소성이 우수하다. 따라서 미분탄의 탄소 함량에 대한 수소 함량(수소 함량/탄소 함량)은, 미분탄의 발열량에 영향을 미치는 영향인자이다.
또한, 상기 미분탄 중의 회분(ash) 염기도는, 회분 중 함유된 알칼리 금속 성분을 이용하여 도출된다. 상기 회분 중 알칼리 금속 성분은, 고로 내에서 철 및 코크스가 이산화탄소(CO2)와 서로 반응하여 분화하는 과정에서 반응성을 향상시키는 촉매 역할을 할 수 있어, 미분탄의 발열량에 영향을 미치는 영향인자이다.
한 구체예에서 상기 회분 염기도는, 상기 미분탄 시료 회분 중 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3) 함량(단위: 중량%)에 대한, 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화철(Fe2O3), 산화칼륨(K2O) 및 산화나트륨(Na2O) 함량[=((CaO + MgO + Fe2O3 + K2O + Na2O) / (SiO2 + Al2O3))]일 수 있다.
한 구체예에서 미분탄 연소율은 회분 추적방법을 이용하여 산출할 수 있다. 예를 들면, 상기 미분탄 시료를 측정 기기(Drop Tube Furnace)를 통해 연소하여, 미분탄 시료 연소 전/후의 회분 함량을 이용하여 연소율을 산출할 수 있다.
상기 미분탄 대체율 예측값은 하기 식 1의 관계를 가질 수 있다:
[식 1]
미분탄 대체율 예측값(%) = 1.05 + (0.00118 x 미분탄 시료 연소율(%)) + (0.0062 x Wb) - (0.0265 x (WH/WC x100))
(상기 식에서 Wb는 상기 미분탄 시료의 회분 염기도이고, WH는 상기 미분탄 시료의 수소 함량(중량%) 이며, WC는 상기 미분탄 시료의 탄소 함량(중량%) 이다).
한편, 미분탄의 가격은 코크스 가격보다 저렴하기 때문에 용선 제조원가가 크게 절감된다. 그러나, 고로 조업시 지나치게 많은 미분탄을 취입하면, 미분탄의 코크스 대체율이 오히려 저하되어, 고로 조업이 불안정하고 연료비가 오히려 상승할 수 있다. 따라서, 미분탄의 코크스 대체량을 정확하게 예측할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
종래기술에서는 고효율 고로 조업을 목표로 미분탄의 코크스 대체 가능량을 추정하기 위해 코크스 대체율을 이용하였으며 미분탄 공급량, 미분탄 발열량, 풍구 유입 산소 영향 등을 통해 추정하였다. 하지만 발열량 차이가 크지 않은 미분탄 사용 시에 발생하는 조업 효과를 판단하기에는 어려움이 있었다.
그러나 본 발명의 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법을 이용시, 고로 미분탄의 코크스 대체량 예측값의 적중률이 우수하며, 미분탄 취입시 코크스를 대체하는 정도의 정량적 평가가 가능하여, 고로 조업시 미분탄 취입량을 최적화하여, 고로 조업시 조업 효율성, 조업 안정성 및 경제성이 우수할 수 있다.
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
코크스를 대체할 미분탄 대체량을 결정하고, 고로에 코크스 및 상기 결정된 미분탄 대체량에 대응하는 미분탄을 취입하여 고로 조업을 실시하였다.
상기 미분탄 대체량을 결정하는 단계는, 상기 취입되는 미분탄과 동일한 미분탄 시료를 준비하고, 상기 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량 및 회분 염기도를 측정한 다음, 상기 미분탄 시료의 연소율을 도출하여 연소율 데이터를 획득하는 단계; 상기 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량, 회분 염기도 및 연소율 데이터와, 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 상관관계를 도출하고, 그리고 상기 도출된 상관관계로부터, 하기 식 1에 따른 미분탄 대체율 예측값 관계식을 도출하는 단계;를 포함하여 결정하였다:
[식 1]
미분탄 대체율 예측값(%) = 1.05 + (0.00118 x 미분탄 시료 연소율(%)) + (0.0062 x Wb) - (0.0265 x (WH/WC x100))
또한, 상기 미분탄 시료 연소율은 상기 미분탄 시료를 측정 기기(Drop Tube Furnace)를 통해 연소하여, 미분탄 시료 연소 전/후의 회분 함량을 이용하여 연소율을 산출하였다.
또한 상기 회분 염기도는, 상기 미분탄 시료 회분 중 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3) 함량(단위: 중량%)에 대한, 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화철(Fe2O3), 산화칼륨(K2O) 및 산화나트륨(Na2O) 함량[=((CaO + MgO + Fe2O3 + K2O + Na2O) / (SiO2 + Al2O3))]으로 계산하였다.
하기 도 2는 본 발명 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량과, 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 상기 도 2를 참조하면, 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량과, 미분탄 시료의 코크스 대체율은 상관성이 높은 것을 알 수 있다.
하기 도 3은 본 발명 미분탄 시료의 회분 염기도와 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 상기 도 3을 참조하면, 미분탄 시료의 회분 염기도와 미분탄 시료의 코크스 대체율은 상관성이 높은 것을 알 수 있다.
하기 도 4는 본 발명의 미분탄 시료의 연소율과 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 상기 도 4를 참조하면, 본 발명의 미분탄 시료의 연소율과, 상기 미분탄 시료의 코크스 대체율은 상관성이 높은 것을 알 수 있다.
하기 도 5는 서로 상이한 5 종의 미분탄(A 내지 E 미분탄)에 대하여, 본 발명의 실시예에 따라 도출된 미분탄 대체율 예측값과, 미분탄 대체율 실측값을 비교한 그래프이다. 상기 도 5의 결과를 참조하면, 본 발명의 미분탄 대체율 예측값은, 실제 조업을 통한 미분탄 대체율 실측값과 상관성을 나타내는 결정계수 R2 값이 0.87(87%)로 상관성이 높은 것을 알 수 있었다. 한편, 결정계수(R2, coefficient of determination)는 도출한 수학식이 실제 데이터 분포를 얼마나 적합하게 반영하고 있는지를 나타낸다. R2가 1이면 실제 변화량을 수학식이 정확히 반영하고 있는 것을 의미한다.
실제 고로 조업에서는 고로 내부에 철광석의 흡열반응 등 동시 복합적인 반응이 일어나므로 실제 측정된 고로 미분탄의 코크스 대체율과의 상관성을 나타내는 결정계수가 0.87이면 상관성이 높은 것으로 판단할 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.
Claims (3)
- 코크스를 대체할 미분탄 대체량을 결정하는 단계; 및
고로에 코크스 및 상기 결정된 미분탄 대체량에 대응하는 미분탄을 취입하는 단계;를 포함하되,
상기 미분탄 대체량을 결정하는 단계는,
상기 취입되는 미분탄과 동일한 미분탄 시료를 준비하는 단계;
상기 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량, 회분 염기도 및 미분탄 시료의 연소율을 측정하여, 데이터를 획득하는 단계;
상기 획득된 미분탄 시료의 탄소 함량에 대한 수소 함량, 회분 염기도 및 연소율 데이터와, 미분탄 시료의 코크스 대체율 사이의 상관관계를 도출하는 단계; 및
상기 도출된 상관관계로부터, 미분탄 대체율 예측값 관계식을 도출하는 단계;를 포함하여 결정되며,
상기 회분 염기도는, 상기 미분탄 시료 회분 중 이산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3) 함량에 대한, 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화철(Fe2O3), 산화칼륨(K2O) 및 산화나트륨(Na2O) 함량이며,
상기 미분탄 대체율 예측값은 하기 식 1의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 고로 미분탄 취입 효과 예측 방법:
[식 1]
미분탄 대체율 예측값(%) = 1.05 + (0.00118 x 미분탄 시료 연소율(%)) + (0.0062 x Wb) - (0.0265 x (WH/WC x100))
(상기 식에서 Wb는 상기 미분탄 시료의 회분 염기도이고, WH는 상기 미분탄 시료의 수소 함량(중량%) 이며, WC는 상기 미분탄 시료의 탄소 함량(중량%) 이다).
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