KR19990001796A - 고로 조업시 출선종료시점 결정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로조업시 출선구를 통해 배출되는 용선 및 슬래그의 출선종료시점을 결정하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 임의 시점에서 출선구로 부터 배출되는 용선의 생산속도(V_p) 및 슬래그의 생산속도(V_s)를 기초로 용융물의 순간비중(ρ)을 정의하는 단계; 기존에 출선종료시점이라고 판단되는 시점에서 용융물의 순간비중(ρ_k)을 구하여 이를 고로의 출선종료시점을 위한 판단값으로 정하는 단계; 조업중인 고로의 출선구로부터 일정간격으로 용선의 생산속도(V_p) 및 슬래그의 생산속도(V_s)를 측정하고, 이 값을 이용하여 조업중인 고로의 출선구로부터 출선되는 용융물의 순간 비중(ρ)을 출선시간에 따라 구하는 단계; 및 상기 구한 용융물의 순간비중이 상기에서 정한 판단값과 일치하는 시점을 출선을 종료하는 시점으로 정하는 단계;를 포함하여 이루어지는 고로조업시 출선종료 시점 결정방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고로 조업시 출선종료시점 결정방법

본 발명은 고로조업시 출선구를 통해 배출되는 용선 및 슬래그의 출선을 종료하는 정확한 시점 바꿔말하면, 출선구 폐쇄시점을 결정하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로 제선공정은 도 1에 도시된 바와 같이, 출선구(1)를 개공하면 노내에 있는 슬래그 및 용선이 혼합된 용융물(2)이 출선구(1)를 통해서 배출되며, 배출된 용융물(2)은 대탕도(3)를 지나면서 각각 슬래그(5) 및 용선(4)으로 분리되어 술래그(5)는 슬래그 배재구를 통해 배출되어 수재 및 괴재처리장으로 운반되고, 용선(4)은 스키머를 통해 배출되어 용선대차(6)로 이송된다.

이때, 용융물이 배출되는 시간은 출선구의 길이 또는 노내 코크스의 충진 상태 등에 따라서 달라지는데, 통상적으로 대략 2-3시간정도면 용융물의 배출이 완료된다. 이와 같이 용융물(2)의 배출이 완료되면, 노내의 일산화탄소가스 및 분진이 노외로 배출될 수 있으므로 바로 출선구(2)를 폐쇄하여야 한다.

만약, 출선구(1)의 폐쇄가 지연되면, 상기 가스 및 분진이 노외로 배출되어 안전사고가 일어날 수 있으며, 또한 환경을 오염시킬 수 있다. 이외에도, 배출되는 가스가 연소하면서 출선구 주위의 내화물을 손상시켜 고로 수명을 급격히 단축시키기도 한다.

따라서, 출선구폐쇄는 가스 및 분진의 배출인 안되도록 가능한 빨리 하는 것이 유리하지만, 최근의 고미분탄 취입을 위해 노내 용융물을 최대한 노외로 배출시켜야 하기 때문에 가스 분출을 최대한 저지시키면서 노내용융물을 최대한 배출할 수 있는 정확한 출선종료시점을 선정하는 것이 필요하다.

출선종료시점을 결정하는 종래의 방법으로는 작업자의 감각적 판단으로 결정하는 방법이 가장 널리 사용되고 있다. 즉, 작업자는 항상 출선 말기에 용융물의 배출 상황을 감시 하다가 경험에 의해 얻은 노하우로부터 출선종료의 기미가 있는 것으로 판단되면 서둘러 출선구를 폐쇄하는 방법이다. 이러한 방법은 출선종료시점을 결정하기 위해 작업자가 고로조업 사항을 지켜보아야 하므로 인력의 낭비되는 문제점이 있다. 이와 더불어 출선종료시점의 결정이 작업자의 감각적 판단에 의한 것이기 때문에 그 판단의 실수가 일어날 가능성을 늘 내포하고 있다. 즉, 작업자가 조기에 출선구를 폐쇄하는 경우 노내 용융물의 관리가 높게 되어서 조업안정을 해칠 수가 있고, 반대로 출선구의 폐쇄를 조금이라도 늦게 하는 경우 유독가스와 분진 배출 등으로 인해서 작업자의 안전 및 작업환경이 불량하게 되는 단점이 있다. 이외에도, 최근 제철소공정의 자동화를 추구하는 현실을 감안할 때, 이 방법은 전근대적인 작업방법인 것이다.

다른 종래의 방법으로는 노저에 쌓이는 용융물량을 감시하여 일정한 양의 용선 및 슬래그가 노내에서 배출되었다고 가정하여 출선구를 폐쇄시키는 공취예측시스템이 알려져 있다. 이에 대해서 보다 자세히 설명하면, 도 1에 나타낸 바와 같이 노내에서 배출되는 슬래그 및 용선은 그 양을 계량할 수 있는 시스템에 의해 노내에서 생산되는 용선 및 슬래그의 속도가 측정된다.

즉, 용선의 경우에는 용선을 담아서 옮기는 용선대차(6) 하부에 설치된 무게 측정 장치인 로드셀(7)에 의해서 순간생산속도가 결정된다. 또한, 슬래그의 경우에는 슬래그를 냉각수로 살수하여 미립의 슬래그 분체를 생산하는 수재설비(8)중 수재를 운반하는 컨베이어 벨트모터(9)에 부하되는 전력량에 따라서 슬래그 양을 환산하는 시스템에 의해 슬래그의 생산량이 정량화된다.

이렇게 정량적으로 계산되어 배출되는 용선 및 슬래그량을 노내로 장입된 연,원료량에서 제하게 되면 노내에 잔존하는 용융물량을 산출할 수 있고, 이 산출된 양이 노내 출선구 레벨까지 감소하는 시점에서 노내가스가 노외로 배출되므로 이 시점을 출선종료시점을 결정할 수 있다는 것이다.

그러나, 통상적으로 노내에서 용융물이 생성되는 양은 꼭 장입량에 비례하는 것이 아니라 노내 상황이 따라서 크게 달라지므로 이 방법으로는 노내 용융물의 양을 정확하게 계산할 수 없고, 이에 따라 출선종료시점을 정확히 결정할 수가 없다. 더욱이 노내에 잔존하는 용융물의 양은 노내 코크스의 충진상태 및 노저의 구조에 따라 결정되므로 이에 대한 정확한 상태를 파악하여 계산하는 것이 필요하지만, 이렇게 하는 것은 거의 불가능하므로 예측정도가 더욱 크게 떨어진다는 문제가 있다.

또 다른 종래 방법으로는 출선구 주위 가스 농도변화를 감시하여 출선구를 폐쇄하는 방법이 제안(일본 소62-182212)되어 있는데, 이 방법은 용융물의 배출상태와는 무관한 출선구 주위 가스농도변화를 폐쇄기준으로 정하였기 때문에 출선구 폐쇄시기를 오판할 확률이 매우 높은 문제점이 있다.

구체적으로 설명하면, 출선구 주위의 연와 상태 및 모드재의 종류 그리고, 출선구 주위 온도에 따라서 노내에서 발생하는 가스의 배출농도가 다르게 되고, 더욱이 출선구 주위에 설치된 집진기의 성능 즉, 풍량에 따라서 농도변화가 매우 심하므로 출선종료시점결정을 하는데 오판할 가능성이 아주 크다. 더구나, 가스농도측정센서 및 분석장치 등을 별도로 설치해야 하는 단점이 있다.

이에, 본 발명은 상기 종래문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 출선종료시점을 정확히 예측하여 고로조업의 안정화, 환경유해 물질의 배출억제 및 출선구 개폐작업을 자동화할 수 있는 고로조업시 출선종료시점 결정방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 고로 조업을 나타내는 모식도

도 2는 고로 출선구의 크기에 따라 측정한 출선구내 용융물의 순간비중의 변화를 나타낸 그래프

도 3은 출선개시후 시간에 따른 출선구내 용융물의 순간비중변화를 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1. 출선구2. 용융물

3. 대탕도4. 용선

5. 슬래그6. 용선대차

7. 로드셀8. 수재설비

9. 모터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다수개의 출선구중 임의의 출선구를 통해 배출되는 용선 및 슬래그의 출선을 종료하는 공정을 포함한 고로 조업방법에 있어서, 상기 임의의 출선구로 부터 배출되는 임의 시점에서 용융물의 순간비중(ρ)을 용선의 생산속도(V_p) 및 슬래그의 생산속도(V_s)를 기초로 하기식(1)과 같이 정의하는 단계;

(여기서, ρ_p:용선의 비중, ρ_s: 슬래그의 비중)

기존에 출선종료시점이라고 판단되는 시점에서 출선구의 크기를 변화시키면서 용선 및 슬래그의 생산속도를 측정하고, 출선구 크기에 따라 측정된 용선 및 슬래그의 생산속도를 상기식(1)에 대입하여 출선종료시점에서 용융물의 순간 비중(ρ_k)을 구하는 단계; 상기에서 구한 기존의 출선종료시점에서 용융물의 순간 비중(ρ_k)과 출선구의 크기(D)에 대한 데이타를 회귀분석하여 이들의 상관 관계식을 구하는 단계; 조업중인 고로의 출선구의 크기를 결정하는 단계; 상기에서 정해진 출선구의 크기를 상기 상관 관계식에 대입하여 얻어진 값을 조업중인 고로의 출선종료시점을 위한 판단값으로 정하는 단계; 조업중인 고로의 동일 출선구로부터 일정간격으로 용선의 생산속도(V_p) 및 슬래그의 생산속도(V_s)를 측정하고, 이 값을 상기식(1)에 대입하여 조업중인 고로의 출선구로 부터 출선되는 용융물의 순간비중(ρ)을 출선시간에 따라 구하는 단계; 및 상기 구한 용융물의 순간비중이 상기에서 정한 판단값과 일치하는 시점을 출선을 종료하는 시점으로 정하는 단계;를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

일반적으로 고로에는 다수개의 출선구가 있으며, 이중 임의의 출선구를 개공하여 조업중인 용융물을 배출한다.

본 발명에 따라, 임의의 시점에서 이러한 출선구로 부터 배출되는 용융물의 순간비중은 용선의 생산속도(V_p)와 슬래그의 생산속도(V_s)를 기초로 하기식(1)과 같이 정의한다.

[수학식 1]

(여기서, ρ_p:용선의 비중, ρ_s: 슬래그의 비중)

이때, 용선의 생산속도(ton/min)는 이미 알려져 있는 계측기에 의해 측정하며, 그 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 용선대차(6) 하부에 설치된 무게 측정장치인 로드셀(7)에 의해서 시간(min)당 생산되는 용선의 량(ton)으로 측정한다.

또한, 슬래그의 생산속도(ton/min)는 대한민국 특허출원번호 93-27045호에 제시된 대탕도 내에서의 슬래그 높이 및 유량측정장치 그리고, 대한민국 특허출원번호 95-34475호에 제시된 고로내 슬래그 배출량 감시 장치 및 그 방법 등에 의하여 측정할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 전자는 대탕도 내에서의 슬래그 높이 변화에 따라 금속막대가 변화되도록 하고, 이로 인하여 전류변화가 일어나면, 이 변화된 전류값을 슬래그 높이로 환산하여 슬래그 높이를 측정함으로써 슬래그의 생산속도를 측정할 수 있는 것이다.

또한, 후자는 수재슬래그의 컨베이어 벨트 모터에 부하되는 전력량으로부터 슬래그 생산속도를 구하는 것이다. 상기와 같이 측정되는 용선 및 슬래그의 생산속도를 상기식(1)에 대입하면, 출선구내 용융물의 순간비중이 구할 수 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같이 정의되는 용융물의 순간비중을 이용하여 출선종료시점을 결정하는데, 그 특징이 있다.

즉, 고로에서 배출되는 용융물은 출선되면서 무거운 용선의 양이 점점 줄어드는 대신 상대적으로 가벼운 슬래그량이 많아지기 때문에 용융물의 순간비중이 출선시간에 따라 변화된다. 이와 같이 시간에 따라 변화하는 용융물의 순간비중은 출선종료시점에서 일정한 값을 가지는 특성을 가지고 있다. 본 발명은 이러한 용융물의 순간비중의 특성을 이용하는 것이다.

그런데, 본 발명자의 연구에 의하면, 용융물의 순간비중은 출선구의 크기가 커지면 커지는 비례 관계를 가지고 있다.

이는 노내 가스압력과 출선구 크기에 따른 출선구내에서 힘의 균형에 의한 것으로서, 노내 압력이 일정한 경우 노내가스가 분출되지 않고 용융물이 나올 수 있는 고유비중의 한계가 존재하는 것을 알 수 있으며, 출선구 구멍이 크면 클수록 비중이 높은 시점에서 가스 분출이 시작됨을 알 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 출선구 크기에 따라 용융물을 배출하는 고로조업을 하다가 기존에 작업자의 감각에 의해 출선종료시점이라고 판단하는 방법에 의해 결정된 출선종료시점에서 용선 및 슬래그의 생산속도를 측정하였다. 이 측정값을 상기식(1)에 대입하여 출선종료시점에서 용융물의 순간비중을 구하고, 이를 출선구의 크기에 따라 나타내면 도 2와 같다. 즉, 도 2에 나타난 바와 같이, 출선 종료시점에서 용융물의 순간 비중(ρ_k)과 출선구의 크기(D)는 일정한 관계를 가지고 있었고, 이를 희귀분석한 결과 하기식(2)을 구할 수 있다.

[수학식 2]

ρ_k= 0.08183×D+0.6

이때, 출선종료시점을 판단하는 방법은 상술한 작업자의 감각에 의한 기존의 방법을 이용하였는데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 용융물이 출선구를 통해 배출되다가 출선의 종료가 가까워지면 가스가 유출되고, 이에 따라 가스가 연소되어 불꽃이 튄다. 이러한 불꽃을 보고 작업자는 그 종료시점을 판단한다. 이때 불꽃이 튀다가 용융물의 배출이 완료되면 가스유출량이 많아져 출선구 주위에 불이 붙으므로 작업자는 비록 용융물이 완전히 배출이 안되더라도 불이 붙기 이전에 출선을 완료하는데, 이때 남아있는 용융물의 양은 그리 많지 않다.

이와 같이 불꽃으로 출선종료시점을 판단하는 것은 작업자마다 다소 차이가 있을 수 있다. 따라서, 본 발명은 보다 정확성을 기하기 위해 불이 붙는 시점을 출선종료시점으로 하였다.

이하, 본 발명에 따라 상기 식(2)을 활용하여 출선종료시점을 결정하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하기 위해 크기가 52mm의 출선구를 일례로 하여 본 발명을 설명한다.

먼저, 고로 조업중 크기가 52mm의 출선구로 용융물을 배출하다가 작업자의 판단에 의해 출선을 종료하고 이때의 용선 및 슬래그의 생산속도를 측정하여 이를 상기식(1)에 대입한 결과, 용융물의 순간비중은 4.86이었다. 또한 이때 측정된 종료시점은 출선개시후 159분이었다.

이어, 상기 출선구의 크기를 상기식(2)에 대입한 결과 출선종료시점에서 용융물의 순간비중은 4.855로 실제 측정치와 잘 일치함을 알 수 있었다.

이후 고로 조업중 상기에서 정해진 출선구로 부터 용융물을 배출하면서 용선의 생산속도(V_p) 및 슬래그의 생산속도(V_s)를 측정하고, 이 값을 상기식(1)에 대입하여 조업중인 고로의 출선구로부터 출선되는 용융물의 순간비중(ρ)을 출선시간에 따라 구하였다.

이와 같이 출선시간에 따라 구해지는 용융물의 순간비중이 상기식(2)에 의해 구한 용융물의 순간 비중값인 4.855와 일치하는 시점에서 출선을 종료하면 본 발명의 목적한 대로 정확한 출선종료시점을 결정하게 된다.

이때, 출선시간에 따라 변하는 용융물의 순간비중변화를 도 3에 나타내었는데, 이중 A라고 표시한 것은 수재슬래그의 컨베이어 벨트 모터에 부하되는 전력량으로부터 구한 슬래그의 생산속도이고, B라고 표시한 것은 대탕도 내에서의 슬래그 높이변화로부터 슬래그의 생산속도를 측정한 것이다. 여기서, A, B 방법 모두 시스템 특성 차이에 의한 오차만 약간 존재할 뿐 기울기의 경향이 비슷하기 때문에 어느 방법을 사용하여도 출선종료시점을 정확히 판달할 수 있다.

한편, 고로 조업에 있어서 출선종료시점의 정확한 결정도 중요하지만 출선종료시점까지의 잔여시간을 예측할 수 있으면, 출선종료를 위해 작업준비를 하는 등의 예비작업을 할 수 있으므로 보다 효율적인 고로 조업을 할 수가 있다.

즉, 도 3에 나타난 그래프의 기울기 바꿔 말하면 임의의 시간동안 용융물의 순간비중의 감소율()의 관찰하고, 이를 하기식(3)에 대입하면 출선종료까지의 잔여시간(T)을 예측할 수가 있다.

[수학식 3]

즉, 도 3에 표시한 바와 같이, 출선개시후 임의의 시점인 a, b, c, d에서 용융물의 순간비중의 감소율을 측정하고, 이 값을 상기식(3)에 대입하여 출선종료시까지 잔여시간(T)을 구한 결과를 하기 표1에 나타내었다.

[표 1]

상기표 1에 나타난 바와 같이, a시점에서는 슬래그 보다 용선의 생산이 많음에 따라 비중이 증가하게 되고, 출선종료시점가지 잔여시간을 예측할 수 없다. 그러나, 출선개시후 어느 정도 출선이 경과한 b시점(85분)에서 배출되는 슬래그의 양이 점점 많아짐에 따라 급격하게 비중이 감소하게 되며, 그후 c, d시점에서는 이러한 비중의 감소 경향이 점점 더디게 되며, 이에 따라 출선종료 시점까지의 잔여시간을 더욱 정확하게 예측할 수가 있었다.

즉, 출선개시후 155분이 경과한 d시점에서 4.5분 후에는 출선을 종료해야 함을 확실히 알 수 있었고, 이는 상기에서 실제 측정한 출선경과시간인 159분과 거의 일치함을 알 수 있었다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 출선종료시까지 남은 시간을 예측하면서 조업하다가 출선종료시점을 정확히 결정할 수 있는 것이다.

그런데, 출선종료시점은 용융물이 완전히 배출되는 시점 다시 말하면, 조업중 구해지는 용융물의 순간 비중값이 상기식(2)에 의해 구한 용융물의 순간비중과 일치하는 시점이 가장 이상적인 출선종료시점이지만, 이때에는 정도 이상의 가스가 유출될 수도 있으므로 예측된 잔여시간이 5분 이내일 때 출선을 종료하는 것이 보다 바람직하며, 이렇게 함으로서 본 발명이 완성된다.

한편, 본 발명자는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 일정 크기의 출선구를 일 실시예로 설명하였는데, 본 발명은 이에 국한되지 않고, 출선구의 크기에 따라 다양하게 응용될 수 있다. 특히, 출선종료시점까지 잔여시간을 예측할 때, Δt는 다양하게 변화될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 출선구내 용융물의 순간비중의 개념을 도입하고, 이용함으로써 종래와 비교하여 출선종료시점을 예측하면서 출선구의 폐쇄시점을 정확히 결정할 수 있어 고로 조업안정화, 환경유해물질의 배출억제 및 출선구 개폐작업을 자동화를 도모할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 다수개의 출선구중 임의의 출선구를 통해 배출되는 용선 및 슬래그의 출선을 종료하는 공정을 포함한 고로 조업방법에 있어서,

   상기 임의의 출선구로 부터 배출되는 임의 시점에서 용융무물의 순간비중(ρ)을 용선의 생산속도(V_p) 및 슬래그의 생산속도(V_s)를 기초로 하기식(1)과 같이 정의하는 단계;

   (여기서, ρ_p:용선의 비중, ρ_s: 슬래그의 비중)

   기존에 출선종료시점이라고 판단되는 시점에서 출선구의 크기를 변화시키면서 용선 및 슬래그의 생산속도를 측정하고, 출선구 크기에 따라 측정된 용선 및 슬래그의 생산속도를 상기식(1)에 대입하여 출선종료시점에서 용융물의 순간 비중(ρ_k)을 구하는 단계;

   상기에서 구한 기존의 출선종료시점에서 용융물의 순간 비중(ρ_k)과 출선구의 크기(D)에 대한 데이타를 회귀분석하여 이들의 상관 관계식을 구하는 단계;

   조업중인 고로의 출선구의 크기를 결정하는 단계;

   상기에서 정해진 출선구의 크기를 상기 상관 관계식에 대입하여 얻어진 값을 조업중인 고로의 출선종료시점을 위한 판단값으로 정하는 단계;

   조업중인 고로의 동일 출선구로부터 일정간격으로 용선의 생산속도(V_p) 및 슬래그의 생산속도(V_s)를 측정하고, 이 값을 상기식(1)에 대입하여 조업중인 고로의 출선구로 부터 출선되는 용융물의 순간비중(ρ)을 출선시간에 따라 구하는 단계; 및

   상기 구한 용융물의 순간비중이 상기에서 정한 판단값과 일치하는 시점을 출선을 종료하는 시점으로 정하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고로조업시 출선종료 시점 결정방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 상관 관계식이 하기 식(2)임을 특징으로 하는 고로조업시 출선종료 시점 결정방법

   ρ_k= 0.08183×D+0.6 ………(2)
3. 제 1항에 있어서, 조업중인 고로의 출선구로부터 출선되는 용융물의 순간비중의 경시변하를 구하는 단계는, 임의의 시간동안 용융물의 순간비중의 감소율()을 구하고, 이를 하기식(3)에 대입하면 출선종료까지의 잔여시간(T)을 예측하는 단계; 및

   예측된 잔여시간(T)이 출선종료시간에 가까워지면 출선종료를 준비하는 것을 특징으로 하는 고로조업시 출선종료시점결정방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 Δt는 20분 임을 특징으로 하는 고로조업시 출선종료시점 결정방법.
5. 제 3항에 있어서, 상기 예측된 잔여시간이 5분 이내일 때 출선을 종료함을 특징으로 하는 고로조업시 출선종료 시점 결정방법.