KR20010063000A - 고로 내부 형상 개선 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로 조업에 있어서 출선비, 연원료 품질, 미분탄 취입량 등을 제약하는 장입물의 정체층인 노심(爐芯)의 형태를 축소하여 풍구 높이 수준까지도 노 중심부 장입물의 강하영역을 확대하여 가스류의 중심류를 극대화하여 출선비를 높이고, 연원료 품질 규격을 완화하며, 노하부 통기 및 통액성 개선을 통한 미분탄 취입량을 증대시킬 수 있는 고로 형상 개선방법에 관한 것이다.

본 발명은 고로 노저 중심부에 코크스와의 벽마찰계수가 작고, 탄소로 포화된 고온의 용선에 대한 소모속도도 작은 흑연연화로 제작된 인공 노심의 형상을

1) 상대높이(노저와 인공 노심 윗면간 거리/노저와 풍구간 거리)

2) 상대폭(인공노심의 윗면 폭/노저 직경)

3) 경사각(인공 노심의 윗면과 경사면과의 사잇각)

으로 규정하여 코크스 정체층인 노심 정층 높이가 풍구 수준 높이까지 강하되게 하여 출선비, 미분탄 취입량을 높이고, 연원료의 품질을 완화시킬 수 있는 고로 형상 개선 방법을 특징으로 한다.

Description

고로 내부 형상 개선 방법{IMPROVEMENT METHOD OF BLAST FURNACE INNER PROFILE}

본 발명은 고로 조업에 있어서 출선비, 연원료 품질, 미분탄 취입량 등을 제약하는 장입물의 정체층인 노심(爐芯)의 형태를 축소하여 풍구 높이 수준까지도 노 중심부 장입물의 강하영역을 확대하여 가스류의 중심류를 극대화하여 출선비를 높이고, 연원료 품질 규격을 완화하며, 노하부 통기 및 통액성 개선을 통한 미분탄 취입량을 증대시킬 수 있는 고로 형상 개선방법에 관한 것이다.

고로는 하부에서 상부로 가스가 흐르고, 고체 장입물은 상부에서 하부로 흐르는 교차류가 일어나는 반응기이다. 이러한 가스류와 고체류는 고로 유효높이의 2/3 정도를 차지하는 샤프트대에서는 거의 노벽에 수평한 방향으로 움직인다. 노 하부에서는 열풍이 유입되는 풍구 전면부에서 코크스가 연소하여 소실되는 영역이 노벽부에 위치하여 있으며, 코크스가 연소하는 만큼 상부로부터 장입물이 연속적으로 이 영역으로 유입된다. 따라서 고로 하부에서는 고체류가 노벽부로 집중이 되며 중심부에는 코크스 연소가 일어나지 않고 코크스가 용선으로 용해되는 양만큼만 장입물의 강하가 일어나므로 원뿔 형태의 정체층인 노심이 형성되게 된다.

그러므로 노하부에서는 이러한 노심과 노벽과의 사이가 마치 깔때기 형태의 공간으로만 고체류가 형성되는, 소위 훠넬 후로(funnel flow) 형태의 고체류가 형성된다. 또한 이러한 노심에는 상부 장입물층이나 연소대로부터 미분들이 유입되고 일정량 축적되어 공극율이 훠넬 후로 영역보다 작기 때문에 풍구를 통하여 노내로 유입된 가스류도 대부분이 상부로 상승하고 노심으로의 유입은 매우 작게 일어난다.

상기와 같이 고로 하부 노심 존재에 기인한 고체류의 훠넬 후로 현상은 원뿔 형태의 노심이 고로 중심선을 기준으로 360도 전방향으로 대칭성을 유지하여 노심과 노벽 사이의 공간이 균일하지 않는 한 장입물 강하속도가 360도 전방향에서 일정하지 않은 결과를 초래한다.

실제로 고로의 해체조사 결과등에 의하면 노심 형태는 노 중심선을 기준으로 상당히 편심되어 있는 것으로 조사된 실적들이 있다. 따라서 노심의 비대칭성에 의한 실고로 하부에서 장입물 강하의 원주 방향 비대칭성은 피할 수 없으며 이러한 장입물 강하의 원주 방향 불균일성은 고로 출선비를 제약하는 원인으로 작용한다.

또한 미분 축적이 많이 일어나는 노심으로는 연소대를 빠져나온 고온 가스의 통과량이 작아 가스류에 의한 전열이 부족하므로 고로 하부의 동일한 높이에서 노심부는 다른 부위보다 온도가 낮으므로 용선과 용융슬래그의 점성이 높아져 통액성이 나쁘고, 이러한 통액성의 악화는 다시 통기성을 저하시키는 원인으로 작용한다.

따라서 노심의 통기성, 통액성을 강화하기 위해서는 노심을 구성하는 코크스의 품질을 강화하여 코크스 자체의 반응 열화에 의한 분화 현상을 방지하지 않으면 않되는 제약조건을 발생시킨다. 더구나 최근과 같은 미분탄 취입량을 증대하는 경우 연소대에서 미쳐 연소되지 못한 미연소미분탄들중 상당량은 노심으로 유입되어 노심의 통기성, 통액성을 더욱 악화시키므로 노심의 존재는 미분탄 취입량도 제약하는 원인으로 작용한다.

일본특허공보소 64-9373호에 의하면 코크스와 광석을 교호로 층상 장입하는일반적인 장입순서에 노중심부에 품질이 우수한 코크스를 별도로 장입하는 코크스 중심장입 방법을 통하여 노심부 통기성과 통액성을 강화시키는 방법이 제공되고 있다. 또한 일본특허공개평 7-157815호의 방법은 정기수리 전후에 강도가 강한 코크스나 성형코크스를 트레이서로 사용하여 노심치환주기를 측정하고 이러한 노심치환주기에 해당하는 기간만큼 주기적으로 강도가 강한 중심코크스나 성형코크스를 중심장입하여 노심을 활성화시키는 방법을 제공하고 있다.

그러나 이러한 방법들은 노심의 통기성과 통액성을 일시적으로는 개선시킬 수 있으나, 어느 정도 시간이 경과하면 연소대나 노심 상부로부터의 미분이 다시 유입 축적되어 노심의 통기성과 통액성을 장기적으로 확보할 수 없는 문제점을 갖고 있다.

또한 일본특허공개평 7-268411호의 방법은 노중심으로부터 무차원반경 0.15-0.25R 사이에 정상적인 코크스보다 입도가 작은 코크스를 별도로 장입하는 방법을 제공하고 있다. 이 방법은 위와같은 무차원반경의 특정한 구간에 장입된 소립의 코크스가 노하부로 강하되면 노심표층부를 타고 흘러내리게 하므로서 노심 표층부의 공극율을 인위적으로 저하시켜 연소대로부터 미분의 노심으로의 유입을 차단하여 노심의 공극율을 인위적으로 저하시킨 상태에서, 추가적으로 연소대에서의 발생한 미분이 이 부위에 퇴적하여 가스류의 차단벽 역할을 강화하므로 고온 가스에 의한 노심내부 전열을 더욱 악화시켜 용선과 용융슬래그의 점성 상승에 의한 퉁기성과 통액성 확보가 어려운 문제점을 갖고 있다.

또한 일본특허공개평 5-70813호는 정수시 노심의 활성도를 노심 코크스의 입도구성, 회분량, 미용융 선철량, 미용융 슬래그량 및 코크스 이력온도 등으로 판단하여 노심이 불활성화로 판단되는 경우에는 가열 랜스나, 프라즈마 토치로 가열하는 방법이 제고되고 있다. 또한 일본특허고개평 6-122910의 방법은 노심의 활성도를 노심으로 삽입된 랜스를 통하여 1700 도의 불활성 가스를 취입하여 노심의 온도 상승 정도로 판단하여 불활성시에는 역시 가열 랜스나, 프라즈마 토치로 가열하는 방법을 제공하고 있다.

그러나 이러한 방법들은 별도로 고가의 가열장치 등의 설치가 필요하며, 가열도 통상 10주 단위로 수행되는 정수시에만 가능하여 실효성이 의문시되며, 가열 위치도 원주방향의 한 곳에서만 수행하므로 오히려 노심 내부의 원주방향 온도편차를 야기할 수 있는 문제점을 갖고 있다.

상기와 같이 고로 하부의 노심에 의해 야기되는 고로 조업 제약조건중 노심의 통기성과 통액성을 개선하려는 방법들이 제공되고 있지만 장기적으로 노심을 활성화 시킬 수 있는 방법들을 제공되고 있지 못하고 있으며, 더욱이 노심 존재에 의한 고체류의 ??넬 후로의 비대칭성에서 야기되는 불균일 강하를 해결할 수 있는 방법은 전혀 제공되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 통상의 고로조업에서 고로 하부 정체층인 노심의 존재에 의해 야기되는 출선비, 연원료 품질, 미분탄 취입량 등의 제약조건을 노저부에 인공노심을 설치하여 풍구 높이 수준까지 고체류의 훠넬 후로를 매스 후로(mass flow) 형태로 바꾸어 주므로서 훠넬 후로 영역에서의 장입물 강하불량요인을 제거하고, 중심부를 통과하는 고온가스류의 전열량을 증가시켜 노중심부 온도 상승을 가능하게 하고 이를 통하여 통액성을 개선하므로서 출서비를 높이고, 정체층의 해소로 미분의 노 중심부 축적을 제거하여 미분탄 취입량을 증가시킬 수 있는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 본 발명관련 고로 장입물의 전형적인 강하형태를 나타낸 일부 단면도

도2는 본 발명관련 고로의 노심형태와 가스류 및 고체류의 강하형태를 나타낸 단면도

제3도 : 본 발명에 따른 인공 노심의 형태를 나타낸 일부 단면도

제4도 : 본 발명에 의해 구현된 가스류와 고체류의 형태를 나타낸 단면도

제5도 : 본 발명의 인공 노심폭과 높이의 관계를 나타낸 그래프

제6도 : 본 발명의 노내 통기 압손을 나타낸 그래프

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 매스 후로영역 2 : 연화융착대

3 : 적하대 4 : 노심

5 : 훠넬 후로 6 : 풍구

7 : 연소대 8 : 가스류

9 : 고체류 10 : 인공노심

11 : 풍구높이 수평면

본 발명은 고로 노저 중심부에 코크스와의 벽마찰계수가 작고, 탄소로 포화된 고온의 용선에 대한 소모속도도 작은 흑연연화로 제작된 인공 노심의 형상을

1) 상대높이(노저와 인공 노심 윗면간 거리/노저와 풍구간 거리)

2) 상대폭(인공노심의 윗면 폭/노저 직경)

3) 경사각(인공 노심의 윗면과 경사면과의 사잇각)

으로 규정하여 코크스 정체층인 노심 정층 높이가 풍구 수준 높이까지 강하되게 하여 출선비, 미분탄 취입량을 높이고, 연원료의 품질을 완화시킬 수 있는 고로 형상 개선 방법을 특징으로 한다.

이하, 양호한 실시예를 도시한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도1은 고로 내부에서 강하하는 장입물들의 강하속도를 기준으로 구분한 단면도이다. 일반적으로 고로의 상부는 장입물들인 코크스와 광석이 반경방향으로 강하속도의 편차가 거의 없이 일정한 속도로 강하하는 매스 후로 영역(1)을 형성한다. 장입물들이 강하하면서 고온화되면 연화융착대(2)를 거치면서 광석은 용융하여 액체화되고 코크스만 계속하여 고체상태로 강하하는 적하대(3)를 형성한다. 적하대를강하하는 코크스는 내부마찰계수가 0.7, 벽마찰계수가 0.5 정도로서 내부마찰계수가 벽마찰계수보다 1.4배 정도 크고, 열풍이 유입되는 풍구(6) 전면의 코크스가 연소하여 소실되는 고온 연소대(7)가 벽부에 치우쳐 있으므로 노중심부에는 강하가 매우 느린 정체층인 노심(4)을 형성하고 노심과 노벽사이에는 정체층보다 강하속도가 40배이상 빨라서 장입물의 강하가 집중되는 훠넬 후로(5) 영역을 형성한다.

따라서 이러한 노심의 존재로 노하부의 상당한 공간이 유효하게 활용되지 못하므로 생산량이 제약되고, 노심을 가능한한 건전하게 유지하기 위해서는 노하부로 추입된 미분탄중 미연소된 것들이 노심으로 유입되는 양이 고로 조업에 영향을 미치지 않을 정도로 제한적으로 사용되어져야 하며, 미분 발생량 제어를 위해 원연료의 품질도 항상 일정 수준이상으로 관리되어져야 한다.

도2는 노심의 존재가 고로 하부에서의 가스류(8), 고체류(9)에 미치는 영향을 모식화한 것이다. 노심은 훠넬 후로 영역보다 강하속도가 느린 만큼 장입물들의 치환속도가 느리기 때문에 미분의 축적량이 많고, 그에 따라 공극율이 작기 때문에 연소대를 빠져 나온 기체가 노심을 통과하기가 어려워 고체류가 집중되는 훠넬 후로 영역을 따라 주로 상승하게 되며, 연화융착대(2)를 통과하여 적하대(3)를 강하한 코크스는 노심 외부와 노벽부 사이로 강하한다. 이러한 노심의 크기는 노하부 공간중 상당한 크기를 점유할 정도로 크기 때문에 가스류 및 용융 금속과 슬래그로 이루어진 액체류의 노심 반경방향으로의 편차가 크고, 이에 따른 전열량의 차이가 발생하여 온도 편차도 심하게 발생한다. 이러한 노심 반경방향의 온도편차는 액체류의 점성에 민감한 영향을 미치게 되고 노심의 온도가 낮은 경우 극단적으로는 노심으로의 액체류가 중단되는 경우까지 발생한다.

도3은 본 발명의 노심크기를 축소할 수 있는 인공 노심(10)의 형태를 나타낸 모식도이다. 본 발명에서 확인된 인공 노심이 없는 경우 노심의 크기는 풍구(6) 높이 수평면(11)을 기준으로 노심 높이/노저(12) 반경의 비가 0.3, 노심 밀면/노저 반경의 비가 0.63 수평면과 노심 경사면과의 사잇각이 55도 정도였다. 본 발명에서는 상기한 노심의 높이를 풍구 높이수준(11)까지 낮추는 방법을 제공하는 것을 목표로 하여 코크스와의 벽마찰계수가 0.4정도로 작은 흑연 연와를 인공 노심으로 사용하였다. 인공 노심의 형상은 노저 반경(Ro)에 대한 인공 노심의 상부면(R1)의 상대비, 노저와 풍구간 거리(Ho)에 대한 인공노심의 높이(H1)의 상대비, 인공 노심 밑면과 경사면과이 사잇각으로 정하였다. 이때 노심 밑면과 경사면과의 사잇각은 코크스 내부마찰계수로 확정되는 노심 경사각 55도보다는 크게 하여 인공 노심상부로 코크스의 정체층이 생성되는 조건을 최소화할 수 있었으며, 인공 노심의 높이는 노저와 풍구간 거리에 대한 인공 노심의 비가 1 이하를 만족하는 임의의 높이를 사용하였다.

도4는 상기한 바와 같이 본 발명에서 제공된 인공 노심의 한 형태를 사용한 경우 ???부 코크스 정체층의 형태와 가스류, 고체류를 나타낸 모식도이다. 인공 노심의 형태의 적정조건을 사용하므로서 코크스 정체층인 노심의 높이를 풍구 수준 높이 이하로 강하시킬 수 있었고, 노 중심부까지 가스류가 통과되게 하여 전열 효과를 높일 수 있음이 확인되었다. 또한 정체층인 노심의 높이를 풍구 수준 높이 이하로 낮추면 풍구 수준 높이까지 노중심에서도 고체류가 매스 후로 형태를 유지하는 것도 확인할 수 있었다.

본 발명에서는 상기와 같은 노심의 높이를 풍구 수평면까지 낮추므로서 풍구 수평면까지 전 반경방향의 코크스를 매스 후로 형태로 강하되게 하므로서 노중심부 코크스층의 치환속도를 빠르게 하여 미분 퇴적량을 감소시켜 층의 공극율을 증가시키고, 이에 따라 가스류의 노 중심부 통과량이 늘어나면서 전열량이 증가하여 용융물들의 유통도 원활하게 하므로서 생산량과 미분탄 취입량을 증가시키고 원, 연료의 품질도 완화시킬 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

본 발명의 효과를 확인하기 위하여 내용적 3800㎥의 고로를 1/25로 축소한 3차원 고로 전주모형을 이용하여 상부에서 코크스와 광석을 연속장입하고 노하부에서 진동 피더를 이용하여 일정한 배출속도로 시료를 연속 배출하는 실험을 실시하였다. 전주 모형 한가운데에는 투명한 아크릴판으로 제작된 칸막이를 설치하여 실험 종료시 칸막이 한쪽면의 시료를 전령 제거하면 나머지면의 시료 단면이 아크릴판으로 육안관찰이 가능하게 하여 노심의 형태를 실측할 수 있었다. 이때 가스류의 유선은 풍구를 통하여 가스와 함게 미분의 밀가루를 혼합 취입하여 조사하였다. 고체류는 광석을 흰색 페인트로 도색 장입하여 트레이서로 사용하므로서 실측하였으며 실험조건은 표1과 같다.

표1

항목	내용
장입조건	장입 모드	코크스	C 1234587(1222222)
		광석1	O1 56789(12222)
		광석2	O2 234(121)
	1회 장입량	코크스	1.63kg
		광석1	5.4kg
		광석2	1.4kg
강하속도	2.5 cm/min
송풍량	4.0 ㎥/min

본 발명의 구현을 위하여 사용된 인공 노심의 사양은 표2와 같다. 표2에서 인공 노심의 높이는 노저와 풍구간 거리에 대한 비가 1이하인 범위를 만족하는 0.85로 일정하게 하였으며, 인공 노심의 상대폭은 노저 직경에 대한 인공 노심 윗면의 폭비를 나타낸 것이다.

표2

시험번호	인공 노심의 상대폭	인공노심의 경사각
1	0.3232	64
2		70
3		82
4	0.4278	64
5		72
6		80
7	0.6084	64
8		72
9		80
10	0.7224	72
11		80

도5는 인공 노심의 상대높이에 따른 노심의 상대높이(노심 정층과 노저간 거리/풍구와 노저간 거리)를 나타낸 것으로 인공 노심 경사각과 인공 노심의 상대폭이 모두 노심의 크기를 결정하는 주인자로 작용함을 확인할 수 있었다. 이러한 노심의 높이가 풍구 수준 높이에 해당하는 것을 적정 노심 높이의 상한선으로 한 본 발명의 방법을 구현하기 위한 인공노심의 상대폭과 경사각은 인공 노심의 높이에 따라서도 달라진다.

도6은 노심의 상대 높이가 작아지는 경우 풍구와 노상부간 장입물층에서의가스 압손을 측정한 것으로 인공 노심의 설치에 의해 노심의 상대 높이가 작아지는 경우 노하부 중심부로의 가스 통과량이 늘어나면서 압손이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명은 고로의 내부마찰계수와 벽마찰계수간의 차이, 연소대의 노벽부 위치에 의한 노하부 중심부 정체층인 노심 존재에 의해 야기되는 고로 조업의 근본적인 제약조건들을 노하부 중심부로 인공 노심을 설치하여 정체층인 노심의 정층부 높이를 풍구 수준까지 낮추므로서 풍구 수평면까지 전 반경방향의 코크스를 매스 후로 형태로 강하되게 하여 노중심부 코크스층의 치환속도를 빠르게 하므로서 미분 퇴적량을 감소시켜 층의 공극율을 증가시키고, 이에 다라 가스류의 노 중심부 통과량이 늘어나면서 전열량이 증가하여 용융물들의 유통도 원활하게 생산량과 미분탄 취입량을 증가시키고 원연료의 품질도 완화시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 기존의 고로 노저 중심부에 코크스와의 벽마찰계수가 작고, 탄소로 포화된 고온의 용선에 대한 소모속도도 작은 흑연연와로 제작된 인공 노심의 형상을

   1) 상대높이(노저와 인공 노심 윗면간 거리/노저와 풍구간 거리)

   2) 상대폭(인공노심의 윗면 폭/노저 직경)

   3) 경사각(인공 노심의 밑면과 경사면과의 사잇각)

   으로 규정하여 코크스 정체층인 노심 정층 높이가 풍구 수준 높이까지 강하되게 함을 특징으로 하는 고로 형상 개선 방법
2. 제1항에 있어서, 상기 경사각은 코크스 내부 마찰계수로 확정되는 노심 경사각 55도 보다 크게함을 특징으로 하는 고로 형상 개선 방법