KR20010017809A - 고로 연소대 응고층 제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로 연소대에서의 응고층을 제거하는 방법에 관한 것으로, 고로 연소대에 위치하는 풍구를 통해 플럭스를 투입하여 이미 형성되어 있는 응고층의 용융 온도를 저하시킴으로써 응고층을 용락시켜 제거하는 것을 특징으로 하며, 이에 의해서, 연소대 주변에 형성된 통기 불량층인 응고층을 제거하기 위하여, 기존의 방법에서 발생되는 막대한 에너지 투입에 따른 연료의 과잉 소비들의 문제점들을 제거함으로써 용이하고 경제적인 고로 조업이 이루어지게 하는 효과를 거둘 수 있다.

Description

고로 연소대 응고층 제거 방법{Method for Removing the Solidified Layer At the Raceway}

본 발명은 용선을 제조하는 설비인 고로의 하부에 존재하는 주요 반응 영역인 연소구역에서 발생하여 가스 흐름을 방해하는 응고층을 제거하는 방법에 관한 것이며, 특히 고로 연소대에 위치하는 풍구를 통해 플럭스를 투입하여 이미 형성되어 있는 응고층의 용융 온도를 저하시킴으로써 응고층을 용락시켜 제거하는 방법에 관한 것이다.

제철소 내에서 후 공정으로 공급되는 용선은 주로 고로설비를 이용하여 제조된다. 로 조업의 경우, 고로 상부로부터 연료인 코크스와 함께 원료인 철광석, 펠릿(pellet) 또는 소결광이 장입된다. 다양한 철화합물의 형태로 Fe를 함유하는 장입물들은 고로 하부로 강하는 동안 환원, 용융 및 적하되는 과정을 통해 액상의 용선으로 변화된다. 이 액상의 용선이 용선 배출 통로인 출선구를 통해 주기적으로 고로 밖으로 배출되어 후 공정으로 공급된다.

노 내의 제반 반응들을 살펴보면, 우선, 고로 내로 투입된 원료 장입물들은 Fe 성분을 다량으로 함유하고, 노하부로부터 상승하는 고온의 환원 가스에 의해 환원되면서, 고로 하부 방향으로 강하하게 된다. 강하하는 환원 상태의 고체 물질들은 노 하부에서 공급되는 열에너지 및 코크스와의 화학 반응에 의해 공급되는 탄소 성분에 의하여, 액상화가 촉진되어 용선의 형태로 노바닥에 모이게 된다.

이때, 소요되는 환원 가스 및 열에너지는 노내 코크스의 연소 반응에 의해 발생된다. 코크스의 연소 반응에 필요한 산소는 열풍로에서 승온된 고온의 열풍의 형태로 풍구를 통해 공급된다. 풍구는 고로 하부의 노상 주변에 일정 간격으로 설치되어 있다. 이 풍구를 통해 다량의 고온 열풍이 공급되며, 이 열풍과 고로 내 풍구 전방에 존재하는 고온상의 고체 탄소 연료인 코크스가 연소 반응을 일으켜 다량의 환원 가스인 CO 가스를 발생시키는 동시에 에너지를 공급한다.

이때, 풍구 전방에는 열풍의 매우 큰 운동 에너지에 의해 형성되는 빈 공간인 공동이 존재하게 되며, 이를 연소대라 칭한다(도1 참조). 경제적이고 순조로운 고로 조업의 확보 및 유지를 위해서는 안정된 연소대의 형상을 확보하는 것이 중요하며, 이를 위해서는 연소대 공간 주변의 충진층의 충진 상태가 양호하게 유지되는 것이 요구된다.

이 충진층이 통기성 확보 면에서 불리한 구조를 갖는 경우에는 연소대에서 발생되는 환원 가스가 노 반경방향으로 균일하게 분포되지 못하여, 노벽 쪽으로의 가스류 편중 현상이 발생되고, 이는 벽부 온도가 지나치게 상승되는 등의 문제점을 야기시킨다.

한편, 코크스의 연소 반응 시, 가스상으로의 전환이 가능한 성분들이 모두 없어지면, 회분 성분만 남게되며, 이 회분 성분은 연소대의 끝쪽 벽부에 퇴적된 후, 하부 방향으로 흘러내려 노저부의 액상의 용선 위에서 슬래그로 모인 후, 용선 출선 시 노 밖으로 배출된다. 이때, 잔존하게 되는 코크스 회분의 용융온도가 매우 높아 노하부로의 용락이 이루어지지 못하는 경우, 도1에 개념적으로 도시한 바와 같이, 연소대 끝단 또는 바닥면에 고상의 응고층을 형성하게 된다. 시간이 경과함에 따라, 이 응고층이 크게 성장하는 경우에는 연소대의 통기성이 악화되어 조업 불안정을 야기시키게 된다. 따라서, 이러한 응고층의 형성 및 성장은 방지되어야 하고, 응고층이 형성되는 경우 이를 제거하여야 한다.

대부분의 제철소에서는 응고층이 형성되는 경우 경험적으로 연료비를 증가시켜 노하부의 온도를 매우 높게 유지하는 조업을 장시간 유지시킴으로써 응고층이 하부 과잉의 열에너지에 의해 용해되어 강하하는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 이러한 방법에 의해 연소대 응고층을 제거하는 것은 응고층이 형성된 구역 뿐만 아니라 반경 방향으로 노하부 전체 구역에 걸쳐 과잉의 열을 투입하게 되므로, 결과적으로 국부적으로 형성된 응고층의 제거를 위해 장기간 높은 연료비를 투입하는 조업 형태를 띄게되어 연료비의 과다한 증가 등 조업의 경제성을 크게 저하시키는 단점을 갖게된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 연소대 주변에 형성된 응고층을 용이하고 효과적으로 제거하는 방법을 제공함으로써 응고층의 형성에 의해 통기성이 불량해진 연소대를 개선하여 보다 경제적이고 안정적인 고로 조업이 이루어지도록 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 풍구를 통해 플럭스를 투입하여 연소대 주변에 형성된 통기 불량층인 응고층을 제거함으로써 고로 하부에 존재하는 연소대의 통기성을 개선하는 방법을 제공함으로써 보다 효과적이면서 경제적인 고로 조업이 이루어질 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 고로 연소대 응고층 제거 방법은 풍구를 통해 플럭스를 투입하여 연소대 주변에 형성된 통기 불량층인 응고층을 제거함으로써 고로 하부에 존재하는 연소대의 통기성을 개선하는 것을 특징으로 한다.

도1은 고로내 연소대 및 연소대 주변에서의 응고층 형성을 도식적으로 나타낸 도면.

도2는 응고층 용해를 위해 풍구를 통해 플럭스가 투입되는 것을 개략적으로 도시한 도면.

도3은 본 발명에 따른 플럭스 투입 시 응고층의 용융 온도 변화를 나타낸 그래프.

도4는 본 발명에 따른 플럭스 투입 시 응고층이 용해되는 모습을 나타낸 사진.

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉

2 : 풍구

3 : 분체 취입 랜스

4 : 플럭스

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도2에는 본 발명에 따라 풍구를 통해 플럭스가 투입되는 것이 개략적으로 도시되어 있다. 즉, 도2에 도시된 바와 같이, 연소대 주변에 형성된 응고층의 제거를 위해 응고층이 형성된 풍구(2)에 분체 취입 랜스(3)를 이용하여 분체 상의 플럭스(4)를 취입하면, 응고층의 용융 온도를 저하시킴으로써 응고층(5)의 용락을 유도하게 된다.

본 발명에서는 연소대에 형성된 응고층에 플럭스를 투입하였을 때의 응고층의 용융 온도 변화와 이에 따른 응고층의 용락에 의한 소멸 거동을 조사함으로써 풍구(2)를 통한 플럭스 투입에 의한 응고층 제거의 효과를 확인하는 시험을 행하였다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

노내 풍구 주변에 형성되는 응고층의 조성을 확인하기 위해 우선적으로 연소대에 퇴적되어 있는 응고층을 추출하였다. 이 응고층 중에서 코크스 입자 사이의 회분층을 채취하여 조성 분석을 행하였다. 이 분석 결과가 표1에 나타나 있다.

	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	Fe2O3
조성비 (%)	56.25	30.04	2.64	0.81	6.53

이 표에 나타난 바와 같이, 응고층의 주성분은 SiO₂및 Al₂O₃이며, 특히 SiO₂의 함량이 높고 염기도가 낮기 때문에, 고체 상이 액상으로 변화되는 용융 온도가 매우 높을 것으로 추정된다. 고융점의 조성은 주로 연소대에서 연소되는 코크스의 연소 후 잔재인 코크스 회분의 성분에 기인되는 것이다.

이와 같이 용융점이 높은 특성을 갖는 응고층에 플럭스를 투입함으로써, 용융점을 낮추어 보다 저온에서 응고층이 용융되게 하여, 이 응고층의 제거가 가능하다.

표2에 본 발명에 사용된 플럭스의 조성을 나타내었다.

	FeO	CaO	SiO2	MgO	Al2O3
조성비 (%)	72.3	0.52	0.63	0.89	0.16

이 플럭스는 FeO의 함량이 약 72.3 %로 매우 높은 것이 특징이다. 플럭스의 조성 중 높은 함량의 FeO 성분은 응고층의 용융 온도를 낮추는 역할을 하는 주원인이 된다. 이러한 작용과 더불어 FeO 성분은 응고층이 형성되는 연소대 주변부에 통상으로 존재하는 탄소 성분들의 미연소 미분탄 및 분코크스 등과의 반응에 의해 이들의 가스화를 촉진시켜 이들 물질의 퇴적량도 저하시킬 수 있다.

이 경우, 슬래그의 원활한 적하 및 노하부 통기성에 불리하게 작용하는 미연소분 및 분코크스 등 미량의 탄소분의 일부를 동시에 제거하는 효과도 추가적으로 기대할 수 있다.

도3에 본 발명에 따른 플럭스 투입 시 응고층의 용융 온도 변화를 나타내었다. 도3에 나타난 바와 같이, 플럭스를 투입하기 전에는 응고층의 용융 온도가 약 1700 ℃ 이상으로 매우 높아 실제 조업 중인 고로의 연소대 주변 온도인 약 1500 ℃ 내지 1600 ℃ 정도의 상대적으로 낮은 온도 분위기 하에서는 용락되지 못할 것임을 예측할 수 있다.

응고층이 용락에 의해 제거되지 못하고 계속해서 성장하는 경우, 조업 상의 여러 문제점이 발생하게 된다. 이와 같은 응고층의 형성을 방지하기 위해서는 응고층이 존재하는 구역의 온도를 응고층 용융 온도인 약 1700 ℃ 이상으로 승온시켜야 하는 데, 이 온도까지의 승온을 위해서는 막대한 양의 에너지 투입이 연료 투입의 형태로 이루어져야 한다.

반면에, 플럭스를 투입하는 경우에는 투입된 플럭스에 의해 응고층의 조성이 변화하게 된다. 이 응고층의 조성이 저융점 조성으로 변화함에 따라, 도면에 도시된 바와 같이, 플럭스의 함량이 증가함에 따라 응고층의 용융점 자체가 크게 저하됨을 알 수 있다.

이와 같이, 응고층의 용융 온도 자체가 저하되면, 실조업 중 일반적인 연소대 주변의 온도에서도 응고층이 용융 또는 다른 슬래그와 용이하게 동화가 되기 때문에, 응고층이 약상으로 변화되며, 이 액상의 물질은 하부 방향으로 용이하게 흘러내리게 된다.

이에 따라, 응고층 형성으로 인해 발생되었던 통기성 악화 등의 문제점들도 제거되며, 안정된 연소대의 형성을 통해 안정된 노황을 유지하게 되므로, 조업의 안정성과 효율성이 증대되고, 고로 조업 공정의 경제성이 향상된다. 특히, 플럭스 취입량 약 12 % 이상이 되도록 취입하는 경우에 있어서는 응고층의 용융 온도가 약 1500 ℃로 낮아짐을 알 수 있다.

이는 실제 조업 중인 고로 응고층이 형성되는 풍구 전방 연소대의 온도에 해당되는 약 1500 ℃를 감안할 때, 12 % 이상의 플럭스 취입량만 보장되는 경우, 연소대에 형성된 응고층의 효과적인 제거를 보장할 것임을 알 수 있다.

도4에 플럭스 투입 시 실제로 응고층 형상이 변화하는 모습을 온도 변화에 따라 나타내었다. 도4에 나타난 바와 같이, 고상의 형태로 존재하여 연소대 통기성을 저해시키는 작용을 하던 응고층이 약 1444 ℃ 정도의 상대적으로 낮고 실제 조업 중인 고로의 풍구 전 연소대 온도 정도의 온도에서 급격히 용융되어 액상화되는 모습을 볼 수 있다.

따라서, 본 발명에서와 같이, 플럭스를 투입하여 응고층의 용융 온도 자체를 저하시킴으로써, 응고층을 용락시키는 방법이 막대한 에너지를 투입함으로써 고로 하부의 연소대 주변 온도를 응고층의 높은 용융 온도까지 승온시키는 방법에 비해 매우 효과적이면서 경제적인 방법임을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 연소대 주변에 형성된 통기 불량층인 응고층을 제거하는 경우, 기존의 방법에서 발생되는 막대한 에너지 투입에 따른 연료의 과잉 소비들의 문제점들을 제거함으로써 용이하고 경제적인 고로 조업이 이루어지게 하는 효과를 거둘 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 실시예를 단지 예시한 것으로, 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 요지 및 사상을 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

Claims (3)

1. 제철용 용선을 제조하는 고로의 하부 연소대 주변에 형성되는 응고층을 제거하는 방법에 있어서,

   상기 응고층과 반응하도록 고로의 풍구를 통해 플럭스를 투입하는 것을 특징으로 하는 응고층 제거 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 플럭스는 분체상으로 투입되는 것을 특징으로 하는 응고층 제거 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플럭스에는 FeO 성분이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 응고층 제거 방법.