KR20010059604A

KR20010059604A - 로의 반경방향 가스류 분포 예측 모델의 사용에 의한 로의장입방법

Info

Publication number: KR20010059604A
Application number: KR1019990067125A
Authority: KR
Inventors: 백찬영
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-06

Abstract

본 발명은 로에 원료혼합물을 장입할 때의 장입조건을 결정하기 위하여 고로 샤프트부의 가스류 분포를 추정하는 방법으로써, 특히 가스의 점도(viscosity)와 밀도(density)에 미치는 온도의 영향을 고려하여 반경방향의 가스류의 분포를 추정하여 적절한 장입모드를 설정할 수 있는 방법을 제공하는 것을 특징으로 하는 로의 반경방향 가스류 분포 예측 모델의 사용에 의한 로의 장입방법에 관한 것으로서, 가스류의 예측에 있어서 평균가스온도의 입력에 의한 가스류 분포 계산 결과에 가스의 점도와 밀도에 미치는 온도의 영향을 고려하여 계산토록 함으로써 실측 가스류 분포와 양호한 일치성을 나타낼 수 있도록 하는 로의 반경방향 가스류 분포 예측 모델의 사용에 의한 로의 장입방법을 제공한다.

Description

로의 반경방향 가스류 분포 예측 모델의 사용에 의한 로의 장입방법 {Furnace charging method by using gas flow distribution prediction model}

본 발명은 로의 반경방향 가스류 분포 예측 모델의 사용에 의한 로의 장입방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로에 원료혼합물을 장입할 때의 장입조건을 결정하기 위하여 고로 샤프트부의 가스류 분포를 추정하는 방법으로써, 특히 가스의 점도(viscosity)와 밀도(density)에 미치는 온도의 영향을 고려하여 반경방향의 가스류의 분포를 추정하여 적절한 장입모드를 설정할 수 있는 방법을 제공하는 것을 특징으로 하는 로의 반경방향 가스류 분포 예측 모델의 사용에 의한 로의 장입방법에 관한 것이다.

고로 조업에 있어서, 샤프트대의 장입물 분포는 노 내에서 상승하는 가스류의 분배에 영향을 미쳐 괴상대에서의 화학적 반응과 열교환을 지배하고, 노 하부에서는 융착대의 형성에 영향을 주어 고로 노황에 큰 영향을 주는 인자이다. 따라서, 안정된 노황을 유지하여 원활한 조업을 실시하기 위해서는 장입물의 분포를 적절하게 조절해야 한다. 장입물의 분포를 적절하게 하기 위하여 조업자는 장입물의 장입량과 장입모드를 변경하게 된다. 이와 같이 안정된 노황을 위하여 장입모드를 변경할 때에는 장입모드를 변경하였을 때 그 장입모드 변경의 영향으로 변화하는 노내의 가스류 분포를 예측할 수 있는 장입물 분포 제어모델을 사용하여 적절한 장입모드를 결정하고 있으며, 장입물 분포 제어모델은 종국적으로는 반경방향 가스류의 분포에 따라 결정되게 된다.

도 1은 상기 장입물 분포제어모델의 종래의 계산 순서도로서, 반경방향 가스류 분포를 계산하는 일련의 흐름도이다. 장입물 분포제어 모델의 계산 순서를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 장입조건 설정 단계에서 변경하고자 하는 장입모드, 장입량 등의 장입조건이 설정되면, 반경방향 장입물 퇴적 형상 계산단계에서 노 내에서 장입물이 퇴적되는 형상을 계산하고, 반경방향의 (광석 총 두께)/(코크스층두께)(이하, Lo/Lc라고 표시함)와 공극율 분포를 계산한다. 계속해서, 반경방향 가스류 분포 계산단계에서 상기 Lo/Lc와 공극율 분포로부터 반경방향 장입물 총두께비 계산단계와 반경방향 장입물 입도분포 계산단계를 거쳐, 평균 가스온도 입력단계에서의 평균 가스온도의 입력에 의하여 반경방향 가스류 분포를 계산하는 이용하여 반경방향의 가스류 분포를 구한다. 이렇게 수득된 가스류의 분포에 따라 실험적으로 또는 경험적으로 지득된 장입모드에 따라 원료혼합물을 장입할 수 있게 된다.

상기 장입물 분포 제어모델에서 반경방향의 가스류 분포를 구하는 단계에 있어서 Lo/Lc와 공극율 분포의 데이터를 충전층에서의 압력손실을 나타내는 하기 수학식 1과 같은 Ergun 방정식에 대입하여 구한다.

여기에서,= 압력손실(kg/m²/m),

ρ= 가스의 밀도(kg/m²),

ε= 공극율(-),

φ= 장입물의 형상계수(-),

d_r= 장입물의 입경,

μ= 가스의 점도(kg/m/sec)

이다.

이 때, 가스의 점도와 밀도는 하기 수학식 2와 수학식 3과 같이 온도에 따라 변화한다.

여기에서, μ= 임의 온도에서의 가스의 점도(kg/m/sec),

μ_o= 표준온도에서의 가스의 점도(kg/m/sec),

T = 임의 온도(^oK),

T_o= 표준 온도(^oK),

ρ = 임의 온도에서의 가스의 밀도(kg/m³),

ρ_o= 표준 온도에서의 가스의 밀도(kg/m³)

이다.

도 2는 조업 중인 고로의 샤프트부의 반경방향의 가스온도의 분포를 나타내는 그래프이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 고로의 반경방향으로 가스의 온도는 큰 차이를 보여준다. 따라서, 반경방향의 가스의 점도와 밀도도 상이하게 된다.

그러나, 상기 Ergun식을 이용하여 반경방향의 가스류 분포를 구하는 단계에서 종래의 방법은 가스의 점도와 밀도가 온도가 변하여도 일정하다고 가정하고 계산을 실시하였다. 따라서, 종래의 방법에 의하여 반경방향의 가스류 분포를 구하면 온도가 가스의 점성과 밀도에 미치는 영향을 고려하지 못하기 때문에 실제와는 상이한 결과를 보여줄 수 밖에 없다는 문제점이 있었다. 따라서, 장입모드 변경이 가스유속의 반경방향의 분포를 정확하게 예측할 수가 없어서 노황의 변경을 위하여 장입모드를 변경할 때 조업자가 원하는 방향으로 변경하기가 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 상기 장입물 분포 제어모델의 반경방향의 가스류 분포를 계산하는 단계에서 가스의 온도가 가스의 점도와 밀도에 미치는 영향을 고려하여 보다 정확한 반경방향의 가스류 분포를 구하는 것을 가능하게 한 로의 반경방향 가스류 분포 예측 모델의 사용에 의한 로의 장입방법을 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 로의 반경방향 가스류 분포 예측 모델을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

도 2는 실제 고로의 샤프트부의 반경방향의 가스온도의 분포를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 로의 반경방향 가스류 분포 예측 모델을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

도 4는 종래의 방법과 본 발명의 방법에 의해 계산된 반경방향의 가스류 분포 및 실측한 노내 가스유속의 분포를 비교하여 도시한 그래프이다.

이하에 본 발명의 상세한 내용에 대하여 설명한다.

도 3에 흐름도로 개략적으로 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 로의 반경방향 가스류 분포 예측 모델의 사용에 의한 로의 장입방법은 장입조건 설정 단계에서 변경하고자 하는 장입모드, 장입량 등의 장입조건이 설정되면, 반경방향 장입물 퇴적 형상 계산단계에서 노 내에서 장입물이 퇴적되는 형상을 계산하고, 반경방향의 Lo/Lc와 공극율 분포를 계산한 후, 반경방향 가스류 분포 계산단계에서 상기 Lo/Lc와 공극율 분포로부터 반경방향 장입물 총두께비 계산단계와 반경방향 장입물 입도분포 계산단계를 거쳐, 평균 가스온도 입력단계에서의 평균 가스온도의 입력에 의하여 반경방향 가스류 분포를 계산하는 이용하여 반경방향의 가스류 분포를 구하는 상기 장입물 분포 제어모델에서 상기 반경방향 가스류 분포 계산단계에서 수득된 결과의 가스류 분포에 의해 계산되는 가스의 온도분포를 구하는 단계를 거쳐 그에 따른 온도 차이가 기준편차의 범위 보다 작은지의 여부를 판단하는 온도의 편차 계산 단계에 의하여 상기 온도 차이가 기준편차의 범위 이하로 되도록 보정하는 보정단계를 더 포함시켜 보정단계에서 보정된 반경방향 가스온도 분포 예측 모델의 사용에 의하여 로의 장입모드를 결정토록 하는 것으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서 가스류 분포를 계산하는 단계에 있어서, 가스의 온도가 가스의 점도와 밀도에 미치는 영향을 고려하기 위해서는 반경방향의 가스의 온도의 분포를 알아야 한다는 것에 기초하여 본 발명을 완성한 것이다.

가스의 온도는 가스의 유속에 비례한다. 또한, 가스의 유속은 가스의 온도에 따라 변화하는 가스의 점도와 가스의 밀도에 따라 변화한다.

따라서, 가스류 분포를 계산하는 단계에서 가스의 온도를 고려하기 위해서는스류 분포를 구하는 단계와 가스류 분포에 의해 계산되는 가스의 온도분포를 구하는 단계를 반복적으로 실시하여 가장 적합한 값들을 구하여야 한다.

이를 다시 설명하면 다음과 같다. 먼저 반경방향의 가스의 온도는 최근 측정된 노내 가스온도의 평균온도로 일정하게 두고, 반경방향의 가스유속 분포를 구하고, 이 가스유속분포를 이용하여 반경방향의 온도분포를 계산한다. 계산된 반경방향의 온도분포를 다시 반경방향의 가스유속을 구하는 식에 대입하여 반경방향의 가스유속을 구한다.

상기와 같은 계산 전후의 가스의 온도편차가 기준온도편차 이내일 때까지 반복적으로 실시하여 기준온도편차 범위내에 들어오면 계산을 종료하고 최종적으로 반경방향의 가스유속을 결정할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 방법에 의하여 장입물 분포 제어모델을 이용하여 반경방향의 가스류 분포를 구하는 순서도이다.

실시예

본 발명의 효과를 확인하기 위하여 내용적 노구경이 8m인 고로에서 장입물 분포제어 모델을 이용하여 하기 표 1과 같은 장입조건일 때의 반경방향의 가스류 분포를 계산하였다.

노치번호	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	장입량(ton)
코크스	0	3	3	3	1	1	1	0	1	1	19.3
중심코크스	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	2.2
광석1	0	0	0	2	2	2	0	0	0	0	61.0
광석2	0	1	2	2	1	0	0	0	0	0	21.8

도 4는 종래의 방법에 의하여 계산된 반경방향의 가스류 분포와 본 발명의 방법에 의해 계산된 반경방향의 분포를 실제 측정된 가스류 분포와 비교한 그래프이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 종래의 방법에 의하여 계산된 반경방향의 가스류 분포는 가스의 점도와 밀도에 미치는 온도의 영향을 고려하지 못하였기 때문에 실제로 측정한 반경방향의 가스류 분포와 상당한 차이를 보여주고 있음에 비하여, 본 발명의 방법에 의하여 가스의 점도와 밀도에 미치는 온도의 영향을 고려하여 계산한 경우에는 실측 가스류 분포와 양호한 일치성을 보여줌을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명은 장입모드 변경시 반경방향의 가스류 분포의 변화를 예측함에 있어서, 가스의 점도와 밀도에 미치는 가스온도의 영향을 고려함으로서 가스의 온도를 고려하지 않은 종래의 방법에 비하여 양호한 예측을 가능하게 하여 장입모드를 최적으로 유도하는 것을 가능하게 하는 효과를 제공한다.

또한, 장입모드의 변경 시 노내 가스류 변화를 정확하게 예측할 수 있기 때문에 양호한 조업상황을 유지토록 하는 효과를 제공한다.

Claims

장입조건 설정 단계에서 변경하고자 하는 장입모드, 장입량 등의 장입조건이 설정되면, 반경방향 장입물 퇴적 형상 계산단계에서 노 내에서 장입물이 퇴적되는 형상을 계산하고, 반경방향의 Lo/Lc와 공극율 분포를 계산한 후, 반경방향 가스류 분포 계산단계에서 상기 Lo/Lc와 공극율 분포로부터 반경방향 장입물 총두께비 계산단계와 반경방향 장입물 입도분포 계산단계를 거쳐, 평균 가스온도 입력단계에서의 평균 가스온도의 입력에 의하여 반경방향 가스류 분포를 계산하는 이용하여 반경방향의 가스류 분포를 구하는 상기 장입물 분포 제어모델에서,

상기 반경방향 가스류 분포 계산단계에서 수득된 결과의 가스류 분포에 의해 계산되는 가스의 온도분포를 구하는 단계를 거쳐 그에 따른 온도 차이가 기준편차의 범위 보다 작은지의 여부를 판단하는 온도의 편차 계산 단계에 의하여 상기 온도 차이가 기준편차의 범위 이하로 되도록 보정하는 보정단계를 더 포함시켜 보정단계에서 보정된 반경방향 가스온도 분포 예측 모델의 사용에 의하여 로의 장입모드를 결정토록 하는 것으로 이루어짐을 특징으로 하는 로의 반경방향 가스류 분포 예측 모델의 사용에 의한 로의 장입방법.