KR20000042525A - 용광로 조업방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철용 용광로의 조업에 관한 것이며, 그 목적은 열풍 유량 제어밸브를 이용하여 송풍량을 주기적으로 변화시켜 장입물의 원주방향의 편차와 용광로 하부에 생성되는 용융물의 레벨조정을 통해 조업이 안정화되는 용광로 조업방법을 제공함에 있다.

본 발명은 노정에는 높이 측정수단을 구비하고 하부의 풍구에 열풍 유량 제어밸브(20)를 구비한 용광로의 노정으로부터 철광석(11)과 코크스(12)를 장입한 다음, 원주방향으로의 장입물 레벨(11A)을 측정하고, 이 장입물의 레벨정보와 장입물 강하에 소요되는 시간으로부터 용광로의 원주방향으로의 장입물 강하속도를 계산한 다음, 장입물의 강하속도에 따른 각 풍구로부터의 송풍량과의 상관관계를 구하여 상기 장입물의 강하속도의 차이에 따른 각 위치에서의 장입물의 레벨 차이를 구하고, 이 레벨 차이에 대응하는 용융물의 생성속도를 계산하고, 용광로의 하부에서 생성되는 용융물의 레벨정보(3A)신호를 측정한 후, 상기 장입물 레벨정보와 레벨측정센서(40)를 통해 얻어지는 용융물의 레벨정보 가운데 이미 정해진 허용편차 범위를 벗어나는 경우(11B)(3B) 열풍 유량 제어밸브(20)의 개도를 조정하여 송풍량을 조절하여 노황이 안정화되는 용광로의 조업방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

용광로 조업방법

본 발명은 제철용 용광로의 조업에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열풍 유량 제어밸브을 이용하여 송풍량을 주기적으로 변화시켜 장입물의 원주방향의 편차와 용광로 하부에 생성되는 용융물의 레벨조정을 통해 조업이 안정화되는 용광로 조업방법에 관한 것이다.

일반적으로 용광로의 조업은, 도1과 같이, 상부 노정에서 원료인 철광석(11)과 연료인 코크스(12)가 장입되고 하부 풍구(5)에서는 약 1,000~1,200℃의 고온 열풍과 5~50g/N㎥의 수분이 열풍 환상관(8)을 통해 풍구(5)로 송풍되며, 보조연료인 미분의 유연탄이 풍구에 삽입된 보조 연료 취입관(6)을 통하여 용광로(10)에 취입된다.

용광로 상부에서 장입된 연료는 하부에서 송풍된 고온의 열풍과 만나 산화가 되어 탄산가스를 생성하고, 이것이 상부에서 장입된 원료인 철광석과 만나 철광석중 산소와 결합하여 이산화탄소 가스를 생성하여 용광로 상부로 빠져 나가게 된다. 철광석에서 나온 철성분과 그외에 다른 성분으로 이루어진 슬래그(2)는 용광로 하부로 떨어져 용광로 하부에 용선과 슬래그의 형태로 저장되며 주기적으로 풍구 하부에 위치한 출선구(4)를 통해 하루 8~14회 정도 용선(3)을 배출하게 된다. 출선구는 용광로 안에서 형성된 용선과 슬래그를 배출하기 위해 원주방향으로 2~4개를 가지게 되며, 각 출선구에서는 용선과 슬래그가 지나가는 대탕도와 용선탕도, 슬래그 탕도로 이루어져 있다.

출선구에서 나오는 용선과 슬래그의 속도를 출선속도라 하며, 이러한 출선속도가 원주방향별로 균일하게 유지되도록 조업관리하고 있다. 출선속도가 원주방향으로 불균일하게 되면 상부에서 장입된 철광석의 장입물 강하속도가 원주방향으로 불균일하게 되어 결국 하부에서 송풍되는 열풍과 장입물이 만나는 시간이 원주방향으로 불균일하게 되어 조업에 불안정화를 가져오게 된다.

종래에는 이러한 출선속도의 불균일성을 해소하기 위해서 풍구(5)에 풍구경을 축소, 확대를 하여 출선속도를 조절하였으나, 이러한 풍구경 축소나 확대는 상시 조업중에는 불가하고 용광로 조업이 휴지시에만 가능하여 결국 조업 단축을 초래함으로써 생산성을 낮추는 문제점을 안고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 상기 풍구경의 조절방법과는 달리, 풍구에 취입되는 송풍량 조절에 따른 용광로 조업방법이 다수 제안되었다. 예를들면, 일본 공개특허 (소)59-96326호, (소)59-218718호, (소)60-133043호, (소)60-135963, (소)60-135964, (소)61-258419, (평)1-258419, (평)3-9623, 및 대한민국 특허공고공보 93-25904호 등에서는 노벽에 부착된 부착물을 제거하거나 용선중 Si편차를 제어하는 등의 조업방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 방법들은 일정량의 출선구를 통한 용선의 출선속도의 제어는 불가하고, 특히 일상 조업중에서는 노내의 열변동을 줄임으로써 안정된 조업유지가 필요함에도 위 방법들에서는 노내의 열을 일정하게 관리하기가 곤란한 문제점을 안고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 그 목적은 용광로 조업에 있어 장입물의 레벨과 용융물의 레벨 제어를 통한 송풍유량의 조절로 송풍 유량의 변동에 따른 노열의 변동을 줄임과 동시에 출선구의 용선과 슬래그의 출선속도를 일정하게 유지하여 안정된 조업이 가능하고, 이에 따라 생산성을 증대하고자 함에 있다.

도1은 일반 용광로의 개략 구조도

도2는 본 발명에 부합되는 용광로의 개략 구조도

도3은 본 발명에 적용된 열풍 유량 제어밸브의 구성도

도4는 본 발명의 열풍 제어밸브가 부착된 위치를 보이는 용광로의 단면도

도5는 종래 및 본 발명에 따른 조업결과 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 .... 용광로 몸체부 2 .... 슬래그

3 .... 용선 4 .... 출선구

5 .... 풍구 6 .... 취입관

7 .... 장입슈트 8 .... 환상관

9 .... 높이 측정수단 10 ... 용광로

11 ... 철광석 12 ... 코크스

20 ... 열풍 유량 제어밸브 30 ... 제어수단

40 ... 레벨 측정장치

상기 목적달성을 위한 본 발명은 노정에는 높이 측정수단을 구비하고 하부의 풍구에 열풍 유량 제어밸브를 구비한 용광로에서 용선을 제조하는 방법에 있어서,

노정으로부터 철광석과 코크스 장입한 다음, 용광로의 원주방향으로 일정 간격을 두고 설치된 다수개의 높이 측정수단(sounding)을 같은 원주면에서부터 출발하여 동시에 상하로 이동시켜 원주방향으로의 장입물 레벨을 측정하여 제어수단으로 보내는 단계;

상기 장입물의 레벨정보와 장입물 강하에 소요되는 시간으로부터 용광로의 원주방향으로의 장입물 강하속도를 계산하는 단계;

상기 장입물의 강하속도에 따른 각 풍구로부터의 송풍량과의 상관관계를 구하는 단계;

상기 장입물의 강하속도의 차이에 따른 각 위치에서의 장입물의 레벨 차이를 구하고, 이 레벨 차이에 대응하는 용광로 용적비를 계산한 다음, 상기 장입 철광석과 코크스의 양, 및 강하속도에 따른 송풍량을 기초로 용융물의 생성속도를 계산하는 단계;

상기 용광로의 출선구 직경에 따른 용융물의 출선속도를 측정하는 단계;

용광로의 하부에 설치된 레벨측정센서에 의해 용광로의 하부에서 생성되는 용융물의 레벨정보신호를 측정하고, 측정된 레벨정보신호를 제어수단에 보내는 단계; 및

상기 다수개의 높이측정수단들 사이에서 얻어지는 상기 장입물 레벨정보와 상기 레벨측정센서를 통해 얻어지는 용융물의 레벨정보 가운데 이미 정해진 허용편차 범위를 벗어나는 경우 제어수단에 의해 열풍 유량 제어밸브의 개도를 조정하여 송풍량을 조절하는 단계;를 포함하여 구성되는 노황이 안정화되는 용광로의 조업방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 통하여 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 부합되는 용광로의 개략 구조를 보이고 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 조업방법은 용광로(100) 상부에 설치된 높이 측정수단(sounding)(9)을 이용하여 노내 장입되는 장입물의 레벨(level)과 용선(3) 및 슬래그(4)의 생성속도, 그리고 풍량에 따른 철광석(11)과 코크스(12) 등 장입물의 강하속도를 측정하고, 용광로 하부에 마련된 레벨측정센서(40)에 의해 용선 및 슬래그 등 용융물의 레벨을 측정한 다음, 이들의 모든 정보로부터 출선 여부에 따른 용융물의 레벨 변화속도를 제어할 수 있는 제어수단(30)을 이용해 송풍량 변화량과 상관관계를 분석하여 각 출선구(4)의 상단에 설치된 열풍 유량 제어밸브(20)를 통해 송풍량을 조절함으로써 해당되는 출선구의 출선속도를 균일하고, 노열변동을 줄이는 조업방법이다.

구체적으로 설명하면, 먼저 본 발명의 조업방법은, 용광로의 노정으로부터 철광석(11)과 코크스(12) 장입한 다음, 용광로의 원주방향으로 일정 간격을 두고 설치된 다수개의 높이 측정수단(9)으로 장입물의 레벨을 측정한다. 상기 높이 측정수단은 통상 용광로의 상부에 원주방향으로 4개 정도가 설치되어 있으며, 용광로의 동일한 원주면에서부터 출발하여 동시에 상하로 이동되면서 원주방향으로의 장입물 레벨을 측정한다. 그리고, 이렇게 측정된 레벨정보는 제어수단(30)으로 보낸다.

상기에서 측정된 장입물의 레벨정보를 이용하면, 장입물 강하에 소요되는 시간으로부터 용광로의 원주방향으로의 장입물 강하속도를 계산할 수 있다.

이러한 장입물의 강하속도는 각 풍구로부터의 취입되는 송풍량을 결정하는데 이용된다. 통상 장입물의 강하속도와 각 풍구로부터 취입되는 송풍량은 일정한 상관관계를 갖고 있다. 즉, 용광로의 풍구로부터 취입되는 송풍량이 증가하면 송풍중의 산소와 용광로 내의 장입물은 반응이 촉진되어 용선과 슬래그로 빠져 나오는 양이 증가되며, 결국 장입물의 강하속도는 증가하게 된다. 반대로 송풍량이 감소하게 되면 이러한 반응이 감소되어 장입물의 강하속도는 느려지게 된다. 표1은 송풍량에 따른 용융물의 생성속도와 장입물 강하속도, 출선속도에 대해 제어수단에서 나온 결과를 예로 나타내고 있다.

풍구당 송풍량(N㎥/min)	100	95.8	91.7	87.5	83.3	79.2	75
풍구당 생성속도(톤/min)	0.088	0.084	0.080	0.077	0.073	0.069	0.066
장입물 강하속도(m/min)	0.0789	0.0775	0.0743	0.0725	0.0701	0.0684	0.0653
출선속도(톤/min)	2.37	2.27	2.18	2.08	1.98	1.88	1.78

이와같이, 송풍량에 따라 장입물의 강하 정도를 조절할 수 있으며, 본 발명에서는 상기 장입물의 레벨을 기준으로 하여 송풍량을 제어한다.

한편, 도2에서 보는 바와 같이, 장입물의 레벨이 정상적으로 원주방향으로 균일하게 유지되는 "11A"의 경우와 비교해 "11B"와 같이, 장입물이 원주방향에 대해 불균형을 이룰 경우 용광로 하부에서는 용융물의 레벨이 정상 수준("3A")과 비교하여 용융물이 원주방향으로 비정상적("3B")으로 이루어지게 되므로 용융물의 생성속도를 계산하여 상기 장입물의 레벨과 용융물의 레벨 제어에 활용할 필요가 있게 된다.

이를 위해 본 발명에서는 상기 장입물의 강하속도의 차이에 따른 각 위치에서의 장입물의 레벨 차이를 구하고, 이 레벨 차이에 대응하는 용광로 용적비를 계산한 다음, 상기 장입 철광석과 코크스의 양, 및 강하속도에 따른 송풍량을 기초로 용융물의 생성속도를 계산함이 필요하다.

또한, 용광로의 출선구에서 균일한 출선을 위해서는 출선구의 직경에 따른 용융물의 출선속도를 측정함이 필요하다.

그 다음, 용광로 하부에 설치된 레벨측정센서(40)에서 기전력(electromagnetic force; EMF)을 이용해 용광로 하부에 생성된 용선과 슬래그의 레벨과 출선에 따른 레벨을 측정하게 된다. 이 측정 결과는 제어수단으로 보내져 용광로 출선시와 출선이 안되고 있을 때 용융물의 레벨의 승하강 속도를 구하게 된다.

이와 같이 구해진 용융물의 레벨과 상기에서 측정된 장입물의 레벨이 불균형을 이루게 되면 송풍량과 장입물의 강하속도와의 상관관계로부터 출선구의 상부에 설치된 몇 개의 열풍 유량 제어밸브의 개도를 조정하여 해당되는 출선구의 출선속도를 조정하게 된다. 즉, 상기 다수개의 높이측정수단들 사이에서 얻어지는 상기 장입물 레벨정보와 상기 레벨측정센서를 통해 얻어지는 용융물의 레벨정보 가운데 이미 정해진 허용편차 범위를 벗어나는 경우 제어수단에 의해 열풍 유량 제어밸브의 개도를 조정하여 송풍량을 조절하여 균일한 출선을 유도하면 장입물의 강하속도 편차는 감소하게 됨과 동시에 용선 및 슬래그의 저장 레벨을 일정하게 관리할 수 있게 된다.

도3은 본 발명의 열풍 유량을 제어하기 위한 열풍 유량 제어밸브(20)의 구조를 보다 상세히 보이고 있다. 도3과 같은 열풍 유량 제어밸브(20)는 외부로부터 고온의 열풍이 환상관(8)을 통해 인입되고, 인입된 열풍은 수동조작이 가능한 열풍 유량 제어판(21)의 조정에 의해 열풍 유량 제어볼(23)의 개도율에 따라 송풍량이 변화되면서 송풍 파이프(22)로 보내지게 되어 풍구(5)를 통해 용광로 내부로 들어가게 된다.

이러한 열풍 유량 제어밸브(20)는 출선구의 직상부에 위치한 풍구에 마련되는데, 도4는 본 발명에 도입된 열풍 유량 제어밸브가 용광로의 출선구 직상단에 설치된 모습을 보이고 있다. 도4에서와 같이, 통상 용광로의 원주방향의 풍구는 24개이며, 상기 열풍 유량 제어밸브는 보통 각 출선구의 상부에 3개씩 설치되어 있다.

표2는 이러한 열풍 유량 제어밸브의 개도에 따른 송풍량의 변화를 보이고 있다.

제어밸브개도율(%)	100	90	80	70	60	50	40
풍량비(%)	100	97	93	88	79	68	57
풍구당 송풍량(N㎥/min)	100	97	93	88	79	68	57

상기한 열풍 유량 제어밸브를 통한 송풍량 조절방법은 상기 장입물 레벨정보가 기준레벨보다 낮을 때에는 장입물의 강하속도가 빠르도록 열풍 유량 제어밸브(20)를 열어 송풍량을 증대시키고, 반대로 장입물의 레벨정보가 기준레벨보다 높을 때에는 장입물의 강하속도가 느리도록 열풍 유량 제어밸브를 닫아 송풍량을 감소시켜 이루어질 수 있다.

또한, 상기 용융물 레벨정보가 기준레벨보다 낮을 때에는 용융물의 생성속도가 빠르도록 열풍 유량 제어밸브를 열어 송풍량을 증대시키고, 반대로 용융물의 레벨정보가 기준레벨보다 높을 때에는 용융물의 생성속도가 느리도록 열풍 유량 제어밸브를 닫아 송풍량을 감소시켜 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명의 경우 상기 장입물 레벨정보와 용융물 레벨정보 모두를 이용하여 송풍량을 조절하는 것이 가장 바람직하다. 즉, 상기 장입물 레벨정보와 용융물 레벨정보 모두 이미 정해진 기준레벨보다 낮을 때에는 장입물의 강하속도와 용융물의 생성속도가 빠르도록 열풍 유량 제어밸브를 열어 송풍량을 증대시키고, 반대로 장입물 레벨정보와 용융물의 레벨정보가 모두 기준레벨보다 높을 때에는 장입물의 강하속도와 용융물의 생성속도가 느리도록 열풍 유량 제어밸브를 닫아 송풍량을 감소시킨다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

기존의 방법과 본 발명에 의해 송풍량을 조절하면서 조업을 행하여 용선을 제조하고, 각각의 경우 송풍량 변화에 따른 용광로 내의 장입물 레벨과 용선의 출선속도, 그리고 생산량을 측정하여 그 결과를 도5에 나타내었다.

도5에서 알 수 있듯이, 종래방법의 경우 장입물의 원주방향으로의 편차가 크고, 출선속도의 편차가 클 뿐만아니라 그 편차를 복귀하는데 상당시간이 필요하여 조업의 불안정을 초래하였으며, 이에 따라 생산량도 크게 감소되었다.

반면, 본 발명의 경우 장입물의 원주방향 편차와 출선속도의 편차가 적고, 편차 감소를 위한 복귀시간도 감소되어 안정된 조업을 유지할 수 있으며, 이에 따라 용선 생산량도 크게 증대됨을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 용광로 조업방법에 비교하여 용광로 원주방향의 장입 레벨의 불균일과 출선되는 용선 및 슬래그의 출선속도의 불균일을 단시간에 개선하므로써, 조업의 안정화를 꾀하고, 용광로 조업율 향상과 생산성 향상의 효과를 가져와 용선 제조원가를 줄이는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 노정에는 높이 측정수단을 구비하고 하부의 풍구에 열풍 유량 제어밸브를 구비한 용광로에서 용선을 제조하는 방법에 있어서,

   노정으로부터 철광석과 코크스 장입한 다음, 용광로의 원주방향으로 일정 간격을 두고 설치된 다수개의 높이 측정수단(sounding)을 같은 원주면에서부터 출발하여 동시에 상하로 이동시켜 원주방향으로의 장입물 레벨을 측정하여 제어수단으로 보내는 단계;

   상기 장입물의 레벨정보와 장입물 강하에 소요되는 시간으로부터 용광로의 원주방향으로의 장입물 강하속도를 계산하는 단계;

   상기 장입물의 강하속도에 따른 각 풍구로부터의 송풍량과의 상관관계를 구하는 단계;

   상기 장입물의 강하속도의 차이에 따른 각 위치에서의 장입물의 레벨 차이를 구하고, 이 레벨 차이에 대응하는 용광로 용적비를 계산한 다음, 상기 장입 철광석과 코크스의 양, 및 강하속도에 따른 송풍량을 기초로 용융물의 생성속도를 계산하는 단계;

   상기 용광로의 출선구 직경에 따른 용융물의 출선속도를 측정하는 단계;

   용광로의 하부에 설치된 레벨측정센서에 의해 용광로의 하부에서 생성되는 용융물의 레벨정보신호를 측정하고, 측정된 레벨정보신호를 제어수단에 보내는 단계; 및

   상기 다수개의 높이측정수단들 사이에서 얻어지는 상기 장입물 레벨정보와 상기 레벨측정센서를 통해 얻어지는 용융물의 레벨정보 가운데 이미 정해진 허용편차 범위를 벗어나는 경우 제어수단에 의해 열풍 유량 제어밸브의 개도를 조정하여 송풍량을 조절하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 용광로의 조업방법
2. 제1항에 있어서, 상기 장입물 레벨정보가 기준레벨보다 낮은 경우 장입물의 강하속도가 빠르도록 열풍 유량 제어밸브를 열어 송풍량을 증대시키고, 장입물의 레벨정보가 기준레벨보다 높은 경우 장입물의 강하속도가 느리도록 열풍 유량 제어밸브를 닫아 송풍량을 감소시킴을 특징으로 하는 조업방법
3. 제1항에 있어서, 상기 용융물 레벨정보가 기준레벨보다 낮은 경우 용융물의 생성속도가 빠르도록 열풍 유량 제어밸브를 열어 송풍량을 증대시키고, 용융물의 레벨정보가 기준레벨보다 높은 경우 용융물의 생성속도가 느리도록 열풍 유량 제어밸브를 닫아 송풍량을 감소시킴을 특징으로 하는 조업방법
4. 제1항에 있어서, 상기 장입물 레벨정보와 용융물 레벨정보가 기준레벨보다 낮은 경우 장입물의 강하속도와 용융물의 생성속도가 빠르도록 열풍 유량 제어밸브를 열어 송풍량을 증대시키고, 장입물 레벨정보와 용융물의 레벨정보가 기준레벨보다 높은 경우 장입물의 강하속도와 용융물의 생성속도가 느리도록 열풍 유량 제어밸브를 닫아 송풍량을 감소시킴을 특징으로 하는 조업방법