KR102596097B1

KR102596097B1 - 고로의 조업 방법

Info

Publication number: KR102596097B1
Application number: KR1020217034117A
Authority: KR
Inventors: 쇼지 이쿠타; 아키토 가사이
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2023-10-30
Also published as: JP7130898B2; CN116287501A; EP3933053A4; KR20210141661A; WO2020196769A1; JP2020164886A; EP3933053B1; EP3933053A1; CN113544291A; US20220177985A1

Abstract

미분광석의 송풍구 취입에 의해 고로 하부의 통기 개선을 행한다.
본 발명에 관련한 고로(1)의 조업 방법은, 석탄을 분쇄하여 미분탄으로 하는 것과 함께, 강열 감량이 9질량% 이상 12질량% 이하인 철광석을 분쇄하여 미분광석으로 하고, 미분탄의 취입비를 150kg/tp 이상으로 하며, 미분광석의 취입비를 2.5kg/tp 이상 50.0kg/tp 이하로 하여, 미분탄 및 미분광석을 송풍구(2)로부터 취입하는 것을 특징으로 하는 것이다. 바람직하게는, 철광석과 석탄을 같이 분쇄하는 것이 좋다.

Description

고로의 조업 방법

본 발명은 고로의 조업 방법에 관한 것이다.

종래부터, 고로에서는, 로정으로부터 코크스 및 광석 원료(철광석, 소결광, 펠렛 등)를 교대로 층상 장입하고, 송풍구로부터 열풍(공기, 산소)과 함께 미분탄을 취입해서, 광석 원료를 환원·용융하여 용선을 생산하고 있다. 이러한 고체기체 역류 이동층을 갖춘 고로에서 안정된 조업을 행하려면 노 내의 통기성을 양호하게 유지하는 것이 중요하다. 통기성의 악화는 안정 조업에 방해가 되기 때문이다.

예를 들어, 코크스는 노 내의 통기성을 확보하는 스페이서의 역할을 하며, 일정량 사용할 수 밖에 없다. 그러나, 코크스의 사용을 억제하고 노 내의 통기성을 저감할 수 있다면, 고가의 코크스를 저렴한 미분탄으로 대체할 수 있고, 코크스 사용량(코크스비)을 저감할 수 있다.

최근, 미분탄을 코크스의 일부 대체 연료(환원재)로서 고로의 송풍구로부터 취입하는 미분탄 취입식의 고로 조업이 일반화되어 있다. 최근에는 150kg/tp 이상과 미분탄 사용량이 많은 높은 미분탄 취입 조업도 안정적으로 행해지게 되었다.

여기에서, 고로에 취입되는 미분탄에는 약 10질량%(이하, 간단히 "%"라고 적는다.) 정도의 회분이 포함되고, 이 회분은 SiO₂ : 50% ~ 60%, Al₂O₃ : 20% ~ 30%, 그 외 Fe₂O₃, CaO 등으로 이루어지며, 주로 산성 성분으로 구성되어 있다.

그렇기 때문에, 미분탄의 취입비가 높아지면, 미분탄의 회분 유래의 산성 슬래그가 증가하고, 레이스웨이 안쪽의 버드 네스트부(bird's nest, 새 둥지부)에 체류하는 슬래그층(통칭: 버드 네스트 슬래그)의 점도와 융점이 상승한다. 그러면, 버드 네스트 슬래그의 체류량(홀드업)이 증가하고, 고로 하부에서의 통기성이 악화된다(도 15 참조).

상술한 고로 하부에서의 통기성의 악화에 대해, 특허문헌 1에는, 결정수를 2.0 중량% 이상 포함하는 철광석을 고로 제선법의 원료로 사용하여 고로 생산성을 높이고, 코크스비를 저감하는 기술이 개시되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1의 기술은, 결정수를 2.0 중량% 이상 포함하는 철광석을 환원율 30% 이상으로 환원한 후, 고로 제선법의 원료로서 고로에 장입, 및/또는 고로에 취입한다. 철광석의 환원은, 400 ℃ 이상의 열 사이의 CO와 H₂가 포함된 환원성 분위기 하에서 행하는 것으로 되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 고로의 조업 방법에 관한 기술로서, 특히 출선된 용선의 Si의 억제에 관한 것이 개시되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 2의 기술은, 분광석과 미분탄을 동시에 각 송풍구로부터 취입하고, 그때의 분광석과 미분탄과의 비율을 고로의 상부로부터 장입되는 광석과 코크스와의 비율과 동일하게 하는 것이다. 특허문헌 2의 기술에서는, 미분탄 외에 분광석을 취입하기 때문에 Si의 상승이 억제되며, 또한, 그때의 분광석과 미분탄과의 비율을 고로의 상부로부터 장입되는 광석과 코크스와의 비율과 동일하게 했기 때문에 노 내의 장입물의 분포가 변화하지 않고, 장입물의 분포 제어가 용이한 것으로 되어 있다. 더욱이 송풍구마다 분할하여 취입하기 때문에 각 송풍구로부터의 취입량이 적고, 시설 문제도 발생하기 어려운 등의 효과를 얻을 수 있다고 보고되어 있다.

일본 특개평09-165607호 공보 일본 특개평04-002708호 공보

특허문헌 1의 방법에서는, 미탈수 광석의 취입비가 100kg/tp로 많고, 온도 저하가 크기 때문에 버드 네스트 슬래그의 체류량(홀드업)을 저감할 수 없다.

또한, 특허문헌 2의 방법은, 미분탄 취입비가 0~40kg/tp로 적고, 이것으로는 버드 네스트 슬래그의 체류량(홀드업)을 저감할 수 없다. 또한, 특허문헌 2에는 광석의 성상이 기재되어 있지 않고, 취입한 때 광석의 환원 부족에 의해 고로의 용선 온도가 저하될 가능성이 있으며, 한층 더 코크스비의 증가가 필요해진다. 더욱이, 특허 문헌 2의 기술은, 용선의 Si 저감에 관한 기술이며, 본 발명과 같이 고로 하부에서의 통기성을 향상시키는 것을 목적으로 하는 것은 아니다.

본 발명은, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 미분광석의 송풍구 취입에 의한 고로 하부의 통기 개선이 가능한 고로의 조업 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 고로의 조업 방법은 다음의 기술적 수단을 강구하고 있다.

즉, 본 발명의 고로의 조업 방법은, 석탄을 분쇄하여 미분탄으로 하는 것과 함께, 강열 감량이 9질량% 이상 12질량% 이하인 철광석을 분쇄하여 미분광석으로 하고, 상기 미분탄의 취입비를 150kg/tp 이상으로 하며, 상기 미분광석의 취입비를 2.5kg/tp 이상 50.0kg/tp 이하로 하여, 상기 미분탄 및 미분광석을 송풍구로부터 취입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 철광석과 석탄을 같이(한꺼번에, 동시에) 분쇄하면 좋다.

본 발명의 고로의 조업 방법에 의하면, 미분광석의 송풍구 취입에 의해 고로 하부의 통기 개선이 가능해진다.

[도 1] 본 발명에 고로의 조업 방법에 있어서 송풍구에서 행해지는 작업을 모식적으로 나타낸 도면이다.
[도 2] Al₂O₃가 15%, MgO가 5%, 염기도가 1.2 인 슬래그의 점도 특성이 FeO의 함유율로 어떻게 변화하는지를 나타낸 그래프이다.
[도 3] SiO₂가 40 몰% 포함된 슬래그의 점도 특성이 Fe₂O₃의 몰% 농도로 어떻게 변화하는지를 나타낸 그래프이다.
[도 4] 미분탄에 사용하는 석탄의 강열 감량과 하드그로브 지수와의 관계를 나타낸 도면이다.
[도 5] 미분탄에 사용하는 석탄의 강열 감량과 비표면적과의 관계를 나타낸 도면이다.
[도 6] 미분광석의 취입비와 고로의 압력 손실 변화량과의 관계를 나타낸 도면이다.
[도 7] 미분광석의 취입비와 고로의 압력 손실 변화량과의 관계를, 실제 고로를 이용하여 조사한 결과를 나타낸 도면이다.
[도 8] 본 발명의 조업 방법의 순서를 나타낸 블록도이다.
[도 9] 고로의 압력 손실 변화량을 산출하기 위한 순서를 나타낸 블록도이다.
[도 10] 고로의 압력 손실 변화량을 산출하는 과정에서 얻어지는 각 물성치를 나타낸 그래프이다.
[도 11] 슬래그의 점도 측정에 이용하는 회전식 토크 미터를 나타낸 도면이다.
[도 12] 염기도가 0.6 인 슬래그에 있어서 점도의 온도 의존성을 나타낸 그래프이다.
[도 13] 염기도가 1.0 인 슬래그에 있어서 점도의 온도 의존성을 나타낸 그래프이다.
[도 14] 플럭스비=20kg/tp인 경우에 있어서 슬래그의 염기도와 점도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
[도 15] 종래의 고로의 조업 방법에서의 송풍구에서 행해지는 작업을 모식적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 고로(1)의 조업 방법의 실시형태를, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 고로(1)의 조업 방법은, 석탄을 분쇄하여 미분탄으로 하는 것과 함께, 강열 감량이 9질량% 이상 12질량% 이하인 철광석을 분쇄하여 미분광석으로 하고, 미분탄의 취입비를 150kg/tp 이상으로 하며, 미분광석의 취입비를 2.5kg/tp 이상 50.0kg/tp 이하로 하여, 미분탄 및 미분광석을 송풍구(2)로부터 취입하는 것을 특징으로 한다(상술한 "kg/tp"는, 용선 1톤 당 질량(kg)이고, 이하 동일하다).

구체적으로는, 본 발명의 조업 방법이 행해지는 고로(1)는, 로정으로부터 코크스 및 광석 원료(철광석, 소결광, 펠렛 등)를 교대로 층상 장입하고 송풍구(2)로부터 열풍(공기, 산소)과 함께 미분탄을 취입해서, 광석 원료를 환원·용융하여 용선을 생산하고 있다. 고체기체 역류 이동층인 고로(1)의 안정 조업에는 노 내의 통기성을 양호하게 유지하는 것이 중요하다. 통기성이 악화되면 안정 조업에 방해가 되기 때문이다. 코크스는 노 내의 통기성을 확보하는 스페이서의 역할을 하며, 노 내의 통기성을 양호하게 할 수 있다면 고가의 코크스를 저렴한 미분탄으로 대체하고, 코크스 사용량(코크스비)을 저감할 수 있다.

본 발명의 조업 방법은, 상술한 바와 같이, 석탄을 분쇄한 미분탄과, 철광석을 분쇄한 미분광석을, 송풍구(2)로부터 취입하는 것으로 되어 있다.

상술한 미분탄은, 예를 들어 최대 입경 1000μm 이하, 평균 입경=50μm이며, 고로(1) 내에 150kg/tp 이상 취입된다. 즉, 본 발명의 조업 방법은, 높은 미분탄비 조업을 대상으로 하고 있으며, 높은 미분탄비 조업에 있어서 노 내 통기를 개선하고, 나아가서는 고로(1) 조업에 있어서 코크스비(용선 1 톤을 생산함에 있어서 필요로 하는 코크스의 질량(kg)) 저감을 목적으로 한 기술로 되어 있다.

또한, 상술한 미분탄은, 약 10질량%(이하, "%"라고 적음) 정도의 회분이 포함되고, 이 회분은 SiO₂ : 50% ~ 60%, Al₂O₃ : 20% ~ 30%, 그 외 Fe₂O₃, CaO 등으로 이루어지며, 주로 산성 성분으로 구성되어 있다.

그렇기 때문에, 미분탄 취입비가 많아지면, 미분탄 유래의 산성 슬래그가 증가하고, 도 11에 나타낸 바와 같은 레이스웨이 안쪽(=버드 네스트부(3))에 체류하는 슬래그층(통칭: 버드 네스트 슬래그(4))의 점성과 융점이 상승하며, 통기성이 저하(압력 손실이 상승)한다. 그 결과, 고로(1) 하부의 통기성이 악화된다.

그런데, 본 발명의 조업 방법은, 상술한 미분탄에 더하여, 광석을 송풍구(2)로부터 취입하는 것이다. 이러한 광석의 취입에 대해서는, 이미 특개05-214414호 등에 그 내용이 있다. 예를 들어, 도 2 등에 나타낸 바와 같이, 광석(Fe₂O₃)을 송풍구로부터 취입하면, 버드 네스트부 도달시에 10%~40%가 Fe₃O₄~FeO, 일부는 금속철로서 환원되는 것이나, 철광석을 석탄과 동시에 분쇄함으로써 석탄과 철광석이 근접 배치되어 환원율이 향상하는 것 등이 보고되어 있다. 또한, 도 2 및 도 3에는, 일반적으로 산성 슬래그에 산화철계 성분(FeO, Fe₂O₃)을 추가함으로써 점도가 저하하는 것이 보고되어 있다.

즉, 상술한 도 2 등으로부터, 석탄과 철광석을 같이 송풍구로부터 취입하면, 레이스웨이에서 철광석의 일부가 환원되어 레이스웨이 안쪽의 버드 네스트 슬래그에 환원된 미분광석이 트랩된다. 그 결과, 환원된 미분광석의 산화철계 성분에 의해 슬래그 점도가 저하되고, 버드 네스트 슬래그가 적하하기 쉬워진다. 그렇기 때문에, 버드 네스트에 체류하는 슬래그량이 저감되어 슬래그 홀드업이 저하하고, 노 하부의 통기성을 개선한다(노 하부의 압력 손실이 저하한다)고 하는 효과를 얻을 수 있다고 생각된다.

단, 미분광석에 포함된 산화철은, 노 내의 코크스와 반응하는 경우, 직접 환원 반응(예를 들면 FeO+C → Fe+CO)을 일으키게 된다. 이 반응은, 큰 흡열을 수반하는 반응이기 때문에, 용선 온도를 저하시킬 수 있으며, 용선의 냉각의 원인이 된다. 즉, 통기성이 양호해진다고 하는 이유만으로 맹목적으로 미분광석을 취입할 수는 없다.

따라서, 본 발명의 고로(1)의 조업 방법에서는, 통기 개선과 냉각 방지를 양립할 수 있도록, 광석 성상과 취입비를 적정한 조건으로 규정하고 있다.

다음으로, 본 발명의 조업 방법에 있어서 미분광석 원료가 되는 철광석의 광석 성상, 및 미분광석의 취입비에 대해 설명한다.

미분광석은 철광석을 분쇄하여 얻어지는 것이다. 이 미분광석 원료가 되는 철광석은, 강열 감량이 9질량% 이상인 동시에 12질량% 이하가 되는 것이다. 철광석 중의 강열 감량(LOI)은, JIS M8850에 준하여 측정되는 지표이며, 철광석의 경우는 주로 결정수의 함유량을 나타내고 있다.

이와 같은 철광석의 강열 감량(LOI)을 규정하는 것은, 미분광석의 분쇄성을 미분탄용의 석탄과 동등하게 하여, 분쇄되기 쉬워서(잘게되기 쉬워서) 분쇄한 경우의 양자의 입경을 같게 하기 위함이다. HGI(하드그로브 지수)는, 석탄 HGI 강도 시험(JIS M8801)에서 보여지는 석탄의 분쇄성을 나타내는 지표이다. 이 석탄 HGI 강도 시험 방법에 준하여 여러 종류의 철광석 분쇄성을 측정하고, 강열 감량(LOI)과의 관계를 정리하면 도 4와 같은 관계가 얻어진다.

도 4 에 나타낸 바와 같이, 철광석의 강열 감량(LOI)이 많으면, 철광석의 HGI도 커지고, 분쇄되기 쉽게(잘게되기 쉽게) 된다.

여기에서, 일반적으로 고로(1)에서 미분탄으로서 사용되는 석탄의 HGI는 40 ~ 90이다. 석탄의 HGI를 40 이상으로 하는 것은, HGI가 40 미만이 되면 분쇄성이 악화되고, 입도가 커지기 때문에 설비 마모 등이 발생하기 때문이다. 또한, 석탄의 HGI를 90 이하로 하는 것은, HGI가 90보다 커지면, 석탄이 너무 잘게 분쇄되어 배관 막힘의 원인이 되기 때문이다.

상술한 강열 감량이 9질량% 이상인 동시에 12질량% 이하인 경우, 철광석의 HGI가 미분탄용 석탄과 동등한 40 ~ 90이 되고, 철광석을 분쇄했을 때의 미분광석의 입도가 미분탄 수준(최대 입경 1000μm 이하, 평균 입경=50μm)이 되기 때문에, 설비 마모나 이송 배관의 파괴를 방지할 수 있게 된다.

또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 철광석의 강열 감량(LOI)과, 비표면적(BET)은 양의 상관 관계가 있고, 강열 감량을 크게 하면 비표면적도 높아진다. 비표면적이 높은 미분광석(철광석)은, 레이스웨이 중에서 반응하기 쉽기 때문에, 미분광석의 환원율을 향상시키는 것도 가능해진다.

이상으로부터, 미분광석은 레이스웨이 안쪽의 버드 네스트 슬래그(4)에 트랩된 때, 버드 네스트 슬래그(4)의 점도를 낮추고, 버드 네스트 슬래그(4)의 체류량을 저감할 수 있다. 그 결과, 고로(1)의 압력 손실을 감소시키고, 고로(1) 하부에서의 통기성을 양호하게 할 수 있다.

또한, 철광석의 강열 감량(LOI)이 9질량% 미만인 경우, HGI가 낮은 철광석이 원료로 사용되기 때문에 분쇄하기 어렵다. 그렇기 때문에, 미분광석의 입경이 커지고, 설비 마모가 커 반송 배관의 파괴 등의 조업 문제에 연관되어 사용할 수 없게 된다. 또한, 철광석의 강열 감량(LOI)이 작은 광석은 비표면적이 작고 송풍구(2) 취입시 레이스웨이에서의 환원율이 저하된다. 그렇기 때문에, 레이스웨이 안쪽에서 노심 코크스와 직접 환원 반응에 의한 흡열량도 커지고, 용선 온도 저하(노 열 저하)를 초래하기 쉬워진다. 그 결과, 압력 손실이 반대로 상승하고, 미분광석의 취입에 의한 효과도 얻을 수 없게 된다.

또한, 철광석의 강열 감량(LOI)이 12질량%보다 높은 경우, 이러한 강열 감량을 갖춘 광석은 존재하지 않기 때문에, 강열 감량이 12질량%보다 높은 경우를 제외했다.

다음으로, 미분광석의 취입비에 대해 설명한다.

후술하는 도 9의 계산 흐름을 이용하여 미분광석의 취입비와 압력 손실 저감량의 관계를 계산했다. 계산 결과를 도 6에 나타낸다. 미분광석의 취입비를 증가시킴으로써 버드 네스트 슬래그(4)의 점도가 저하되고 적하 선속도가 향상하기 때문에 슬래그 홀드업이 저하(슬래그 체류량이 감소)한다. 그 결과, 압력 손실 저감량이 증가한다. 그러나, 미분광석의 취입비가 20kg/tp 이상이 되면 버드 네스트 영역의 슬래그량이 증가하고 슬래그 온도 저하의 영향으로 압력 손실 저감량이 감소한다. 또한 미분광석의 취입비가 50kg/tp보다 증가하면 미분광석의 취입비=0kg/tp(베이스)인 조건보다도 압력 손실이 상승해 버려서, 효과가 없어진다.

또한, 상술한 도 6의 결과는 도 9의 계산 흐름에 따라 산출된 것이지만, 실제 고로를 이용하여 테스트하면 도 7에 나타낸 바와 같은 결과를 얻을 수 있다.

도 7 에 나타낸 바와 같이, 실제 고로에서 도 8의 흐름에 따라 조업을 행하면, 미분광석의 취입비가 1.3kg/tp에서는 압력 손실이 저하하지 않고, 취입비가 2.5kg/tp부터 도 6과 마찬가지로 압력 손실이 저하했다. 이것은, 1.3kg/tp 취입시는 취입비가 작고, 원주 방향으로 25개 있는 송풍구(2)에, 미분광석이 동등 배분하지 못하고, 원주 밸런스가 흐트러지기 때문에, 통기성 개선 효과를 얻을 수 없었다고 생각된다. 따라서, 본 발명의 조업 방법에 있어서는, 본 발명의 효과가 발현하는 미분광석의 취입비의 하한을 2.5kg/tp 이상으로 했다.

또한, 미분광석의 취입비가 50kg/tp보다 많은 경우, 취입 감열(흡열량)이 증가하고 버드 네스트 슬래그 온도(T)가 저하한다. 또한, 유입하는 슬래그량(W)도 증가하고 취입 전의 베이스보다도 압력 손실이 상승한다.

또한, 상술한 미분광석은, 롤러 밀, 볼 밀 등으로 분쇄 처리를 한 광석을 나타내는 것이며, 1000μm 이하로 분쇄한 철광석을 나타내고 있다. 또한, 미분탄은, 롤러 밀, 볼 밀 등으로 분쇄 처리를 한 석탄을 나타내는 것이며, 석탄과 같은 롤러 밀, 볼 밀로 분쇄되어, 1000μm 이하로 분쇄한 석탄을 나타내고 있다.

실시예

다음으로, 비교예 및 실시예를 이용하여, 본 발명의 고로(1)의 조업 방법이 갖는 작용 효과에 대해 상세히 설명한다.

우선, "미분광석의 취입비"에 대한 "압력 손실 저감량"의 변화를, 도 9의 계산 흐름에 따라 구한다. 또한, 이 "압력 손실 저감량"은, 압력 손실이 취입 전에 비해 어느 정도 감소했는지를 보여주고 있으며, 예를 들면 "압력 손실 저감이 증가했다"라 함은, 압력 손실이 감소했다는 것을 의미하고, "압력 손실 저감량이 감소했다"라 함은, 압력 손실이 증가했다는 것을 의미한다. 이에 대해, "압력 손실 변화량"은, 취입 전에 비해 압력 손실이 취입 전에 비해 어느 정도 증감했는지를 보여주고 있다. "압력 손실 변화량이 증가했다"라 함은, 압력 손실이 증가했다는 것을 의미하고, "압력 손실 변화량이 감소했다"라 함은, 말 그대로 압력 손실이 감소했다는 것을 의미한다.

또한, 아래에서는, 표 1에 보여지는 바와 같이 정의된 기호를 이용하여, 본 발명의 조업 방법의 결과를 설명한다.

우선, 송풍구(2)로부터의 미분광석의 취입비의 상한(취입 상한)에 대해 설명한다. 먼저 미분광석의 취입비에 있어서 레이스웨이에서의 환원율, 용융률 및 레이스웨이 경계 온도(=버드 네스트 슬래그(4)의 온도)의 변화를 산출한다. 본 계산 방법은 "금속과 강철, 쇼우 등, vol. 78, 1992년, P1230"에 기재되어 있는 수학 모델을 기초로 계산했다. 계산 결과를 도 10(a)에, 또한 계산 제원을 표 2에 나타낸다.

이때, 용융한 광석만이 버드 네스트 슬래그(4)의 점도 저하에 기여함으로써, 미분광석의 취입비와 용융률로부터, 용융광석(플럭스)과 미용융 광석의 관계를 구했다. 구해진 용융 광석과 미용융 광석과의 관계를, 도 10(b)에 나타낸다.

또한, 취입한 미분광석 전량이 버드 네스트 슬래그(4)의 슬래그비에 합산됨으로써, 미분광석의 취입비와 버드 네스트 슬래그(4)의 양(w)과의 관계를 구했다. 구해진 관계를 도 10(c)에 나타낸다. 또한, 버드 네스트 슬래그(4)의 성분은 샘플링 조사를 바탕으로 보슈 슬래그 성분과 미분탄 중의 슬래그 성분의 비가 0.18 : 1.00의 비율로 체류한다고 산출하고 있다. 또한, 취입비=0의 상태인 버드 네스트 슬래그(4)의 성분 및 양은, 염기도(C/S)=0.75로 일정, 버드 네스트 슬래그량=64kg/tp으로 계산을 했다. 또한, 염기도(C/S)는 슬래그 중에 포함되는 CaO(질량%)와 SiO₂(질량%)의 비율이다.

더욱이, 취입된 미분광석은 전량 코크스와 직접 환원한다고 하고, 환원 반응의 흡열량(흡열 분)을 레이스웨이 경계 온도(버드 네스트부(3)의 온도)에서 제하여, 미분광석의 취입비와 버드 네스트 슬래그(4)의 온도와의 관계를 구했다. 구해진 관계를 도 10(d)에 나타낸다.

다음으로, 버드 네스트 슬래그(4)의 점도(μ)를 구했다. 각 플럭스비에 있어서 버드 네스트 슬래그(4)의 점도의 온도 의존성을 실험으로 구하고 있다.

도 10(d)의 버드 네스트부(3)의 온도(버드 네스트 슬래그(4)의 온도)의 변화를 이용하여 실험값(자세한 내용은 후술한다)으로부터 버드 네스트 슬래그(4)의 점도(μ)를 구하고 있다. 또한, 미분광석의 취입비=0의 값은 "금속과 강철, 스기야마 등, vol. 73, 1987년, P2044"에 기재되어 있는 점도 추정 식을 이용하여 계산했다.

상술한 순서로 구해진 미분광석의 취입비와 버드 네스트 슬래그(4)의 점도(μ)와의 관계를 도 10(e)에 나타낸다.

또한, 슬래그의 적하 선속도(u)에 대해서는, "재료와 프로세스, 가토 등, vol. 28, 2015년, S25"에 기재되어 있는 관계식을 기초로, 미분광석의 취입비와 적하 선속도와의 관계를 구했다. 구해진 관계를 도 10(f)에 나타낸다.

더욱이, 홀드업(h)에 대해서는, "재료와 프로세스, 가토 등, vol. 28, 2015년, S25"에 기재되어 있는 관계식을 기초로, 미분광석의 취입비와 홀드업(h)과의 관계를 구했다. 구해진 관계를 도 10(g)에 나타낸다.

이 때, 충전층 단면적 S=6.67m²(일정) 으로 하고, 슬래그량(W)에 대해서는 도 10(c)의 값을 사용했다.

마지막으로, 미분광석의 취입비와 압력 손실 저감량(압력 손실 변화량)과의 관계를 구했다. 압력 손실은, "금속과 강철, 후쿠다케 등, vol. 66, 1980년, P1974"에 기재되어 있는 계산식으로부터 계산했다. 또한, 계산 제원은 표 3에 나타내는 바와 같다. 구해진 미분광석의 취입비와 압력 손실 변화량과의 관계를 도 10(h)에 나타낸다.

또한, 표 3 중의 "보슈 가스량"은, 송풍구로부터 취입되는 공기, 산소 부화용 산소, 송풍 습분 등의 송풍에 의한 송풍구 전 코크스의 연소, 및 미분탄 등의 보조 연료의 연소에 의해 송풍구 전에서 생성하는 총 가스량의 계산값이며, Nm³/min으로 나타낸다. 이 "보슈 가스량"의 계산 방법은, 예를 들어, 금속과 강철, Vol. 48 (1962) No. 12, P1606에 기재되어 있다.

도 10(h)에 나타낸 바와 같이, 미분광석의 취입비를 증가시킴으로써, 버드 네스트 슬래그(4)의 점도가 저하하고, 압력 손실 저감량이 증가한다(압력 손실이 저하한다). 그러나, 미분광석의 취입비를 20kg/tp 이상으로 하면, 버드 네스트 영역의 슬래그량이 증가함과 동시에, 버드 네스트 슬래그(4)의 온도 저하의 영향으로 압력 손실 저감량이 감소한다(압력 손실이 증가한다). 미분광석의 취입비가 50kg/tp보다 증가하면, 미분광석의 취입비=0kg/tp보다 압력 손실이 상승해 버려서, 미분광석 취입의 효과가 없어진다.

그런데, 상술한 버드 네스트부(3)의 온도로부터 버드 네스트 슬래그(4)의 점도를 도출하기 위해서는, 용융 광석(플럭스)의 혼합비와 슬래그 온도가 슬래그의 점도에 어떻게 영향을 미치는지를 사전 실험해 두는 것이 바람직하다.

상술한 사전 실험은, 사전 준비로서, 도 11 에 나타낸 바와 같은 회전식 토크 미터(5)를 준비하고, 산화 방지를 위한 세라믹 페이스트를 순철 도가니(7)와 회전식 토크 미터(5)의 순철 로터(6)에 도포해 둔다. 더욱이, JS1000의 교정 액을 사용하여 회전식 토크 미터(5)의 순철 로터(6)를 교정하고, 회전 수와 토크와의 관계를 구해 둔다. 이러한 교정을 행하면, y=ax+b라고 하는 1 차 회귀식이 얻어져, 로터 계수(K0)를 구하는 것이 가능해진다. 또한, 로터 계수 : K0=표준 점도(m㎩·s)÷회귀 계수b에 의해 구할 수 있다.

이와 같이 해서 로터 계수가 얻어지면, 순철 도가니(7) 안에 소정의 배합(아래 표 4에 나타내는 배합)으로 혼합한 시약(플럭스 함유 슬래그)을 충전한다. 전기로에서 소정의 온도까지 가열하고, 시약을 용해시킨다. 가열하는 온도는 1300℃, 1350℃, 1400℃, 1450℃, 1500℃이다. 회전식 토크 미터(5)에 장착된 로터(순철 로터(6))를 용융 슬래그의 중심에 넣고, 로터의 회전을 개시한다. 계측된 토크의 변화가 0.1%/min이 되면 점도가 안정된 것으로 간주하고, 점도가 안정된 후 1 분간 측정을 계속해서 하고, 이 1분간에 계측된 값을 토크 측정값으로 한다. 측정 후, 회전을 멈추고 실험을 종료한다. 또한, 점도가 안정되지 않는 것에 관해서는 데이터에서 제외했다.

상술한 바와 같이 토크가 안정된 1 분간의 측정값을 토크의 측정값(토크(%))으로 채용한다. 얻어진 토크(%)를, 점도η(m㎩·s)=토크(%)×K0÷회전속도(rpm)에 대입하여, 플럭스비가 상이한 슬래그의 점도η(m㎩·s)을 구했다. 구해진 슬래그의 점도η(m㎩·s)를 표 4에 나타낸다.

상술한 바와 같이 하여 미분광석의 취입비에 대한 버드 네스트 슬래그(4)의 점도(μ)의 변화를, 슬래그의 염기도 C/S=0.6인 경우와, 염기도 C/S=1.0인 경우에 대해, 각각 온도 의존식인 상태로 구한다. 이렇게 얻어진 슬래그의 점도(μ)의 온도 의존성을 정리하면, 도 12 및 도 13의 결과가 얻어진다.

도 10(d)의 관계식으로부터 각각의 점도를 구하고, 슬래그의 염기도와 점도와의 관계를 기하 급수적으로 구한다. 일례로서 플럭스비=20kg/tp인 경우에 대해 정리한 슬래그의 염기도와 점도와의 관계를 도 14에 나타낸다. 도 14의 관계식으로부터 염기도=0.75인 점도를 구할 수 있게 된다.

상술한 점도의 산출 방법에 따라서, 미분광석의 취입비와 점도와의 관계를 정리하면, 도 10(e)의 관계가 얻어진다.

상술한 순서로 도출된 도 10(e)의 관계, 다시 말하면 도 6의 관계에 의하면, 취입 전에 비해 압력 손실이 저하하는(압력 손실 저감량이 증가하는, 또는 압력 손실 변화량이 마이너스가 되는) 것은, 미분광석의 취입비가 0kg/tp 이상인 동시에 50kg/tp 이하라고 하는 것이 되어, 미분광석의 취입비의 상한을 규정할 수 있다.

또한, 상술한 계산 절차의 세부 사항을 정리하면 표 5와 같다.

한편, 미분광석의 취입비의 하한에 대해서는, 실제 고로를 이용한 실험(실제 테스트)에 의해 도출할 수 있다.

이 실제 테스트를 이용한 고로(1)는, 2112 m³의 실제 고로이며, 출선비 = 1.8t/m³/day인 고로이다. 고로(1)에 취입하는 미분광석 광석량을 0.0kg/tp ⇒ 1.3kg/tp ⇒ 2.5kg/tp ⇒ 5.0kg/tp의 순서로 변경하면서 테스트 조업을 5일간에 걸쳐 실시했다.

또한, 실제 고로에 취입하는 미분광석은, 표 6 에 나타낸 바와 같은 조성을 가지고 있다.

또한, 상술한 미분광석은, 도 8에 나타낸 바와 같은 처리를 행하고, 분쇄된 것으로 되어 있다.

실제 테스트의 결과를 아래 표 7에 나타낸다.

표 7을 보면, 실시예 및 비교예는 모두 미분탄비(미분탄의 취입비)가 208kg/tp가 되고(150kg/tp 이상의 규격을 만족하고), 또한 미분탄의 원료가되는 석탄의 강열 감량(LOI)은 11.1mass%가 된다(9.0mass%~12.0mass%의 규격을 만족하고 있다). 또한, 환원재비(미분탄비와 코크스비의 합)은 실시예, 비교예 모두 524kg/tp가 된다.

이러한 미분탄비, 강열 감량 및 환원재비의 조건에서, 미분광석의 취입을 하면서 조업을 하고, 취입 전에 비해 압력 손실이 어떻게 변화했는지를 계측했다. 계측 결과를 도 7에 나타낸다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 실시예는 미분광석의 취입비가 2.5kg/tp, 5.0kg/tp가 되며, 비교예는 미분광석의 취입비가 0.0kg/tp, 1.3kg/tp가 된다.

상술한 실시예 및 비교예에 대해서, 실시예는 압력 손실 변화량이 -1.72kPa, -3.33kPa가 되어서, 취입 전에 비해 압력 손실이 작아지며, 통기성이 양호해 지고 있는 것을 알 수 있다. 그런데, 비교예는 압력 손실 변화량이 0.00kPa, 0.73kPa가 되어서, 취입 전과 압력 손실이 같거나, 취입 전에 비해 압력 손실이 커지고 있어서, 통기성이 개선되지 않는다.

이 때문에 통기성 개선 효과를 얻을 수는 것은, 미분광석의 취입비가 2.5kg/tp 이상인 경우라고 판단할 수 있다.

이상의 실시예 및 비교예의 결과를 종합적으로 판단하면, 석탄을 분쇄하여 미분탄으로 하는 것과 함께, 강열 감량이 9질량% 이상 12질량% 이하인 철광석을 분쇄하여 미분광석으로 하고, 미분탄의 취입비를 150kg/tp 이상으로 하며, 미분광석의 취입비를 2.5kg/tp 이상 50.0kg/tp 이하로 하여, 미분탄 및 미분광석을 송풍구(2)로부터 취입함으로써, 미분광석의 송풍구(2) 취입에 의한 고로(1) 하부의 통기 개선이 가능해진다고 판단된다.

또한, 이번애 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 특히, 이번에 개시된 실시형태에 있어서, 명시적으로 기재되어 있지 않은 사항, 예를 들면, 운전 조건 및 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 부피 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 벗어나는 것이 아니며, 통상의 당업자라면 용이하게 예상하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다.

1 고로
2 송풍구
3 버드 네스트부
4 버드 네스트 슬래그
5 회전식 토크 미터
6 순철 로터
7 순철 도가니

Claims

고로의 조업 방법에 있어서,
석탄을 분쇄하여 미분탄으로 하는 것과 함께, 강열 감량(JIS M8850에 따라 측정)이 9질량% 이상 12질량% 이하인 철광석을 분쇄하여 미분광석으로 하고,
상기 미분탄은 질량%로 SiO₂:50~60%, Al₂O₃:20~30%의 회분을 포함하는 최대 입경 1000μm 이하의 미분탄이며,
상기 미분광석의 최대 입경이 1000μm 이하이고,
분쇄되는 상기 석탄의 HGI(하드그로브 지수; 석탄 HGI 강도 시험(JIS M8801)에서 보여지는 석탄의 분쇄성을 나타내는 지표)는 40 ~ 90이며,
상기 미분탄의 취입비를 150kg/tp(용선 1톤 당 질량(kg)) 이상으로 하며, 상기 미분광석의 취입비를 2.5kg/tp 이상 50.0kg/tp 이하로 하여, 상기 미분탄 및 미분광석을 송풍구로부터 취입하는 것을 특징으로 하는
고로의 조업 방법.
제1항에 있어서,
상기 철광석과 석탄을 같이 분쇄하는 것을 특징으로 하는
고로의 조업 방법.