KR20020020268A - 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치 - Google Patents

금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치 Download PDF

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KR20020020268A
KR20020020268A KR1020010055093A KR20010055093A KR20020020268A KR 20020020268 A KR20020020268 A KR 20020020268A KR 1020010055093 A KR1020010055093 A KR 1020010055093A KR 20010055093 A KR20010055093 A KR 20010055093A KR 20020020268 A KR20020020268 A KR 20020020268A
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이마이즈미타다시
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다이도 토쿠슈코 카부시키가이샤
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Abstract

도입 공기 유량(SA)은 산소 농도 제어 시스템으로부터 제공된 조절값(A)을, 펠릿의 투입량에 의해 요구되는 필요 공기 기준 유량(RA)에 가산함으로써 결정된다. 필요 공기 기준 유량(RA)이 피드포워드 값인 도입 공기 유량 제어가 실시된다. 따라서, 펠릿의 투입량이 변화되면, 도입 공기 유량(SA)은, 조절값(A)과 그에 응답하여 변화되는 필요 공기 기준 유량(RA)에 의해 결정되기 때문에, 제어 응답성이 안정성을 감소시키지 않고 신속해 진다. 또한, 산소 센서의 이상시에는, 조절값(A)이 0으로 제어되기 때문에, 필요 공기 기준 유량(RA)이 자체로 도입 공기 유량(SA)으로서 결정된다.

Description

금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치{Apparatus For Controlling Introduced Air In Metal Oxide Reducing Furnace}
본 발명은 금속 산화물을 환원하기 위한 환원로 내로 도입되는 공기를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.
예를 들면, 제강 먼지(dust)인 산화철, 산화 니켈 등의 금속 산화물을 환원하여 금속을 회수하기 위한 금속 산화물 환원로(이하, "환원로"라 함)로서, 금속산화물을 석탄, 코크스 등의 환원 재료(이하, 환원재라 함)와 혼합하여 펠릿화된(pelletized) 피처리재(펠릿)를 노실(furnace chamber) 내를 이동하는 노상(hearth)으로 반송하며, 상기 노실 내로 반송하는 동안 환원 분위기에서 상기 피처리재를 고온으로 가열하는 "인메트코법(INMETCO Process)"이라 칭하는 방법에 적용되는 환원로가 공지되어 있다. 예를 들면, 일본 특공소 64-5233호에는 이동형 노상로가 개시되어 있다.
다시 말하면, 상술한 환원로에서는 가열된 피처리재가 금속으로 환원된다. 동시에, 환원에 의해 발생되는 산소가 환원재와 반응하여 가스를 발생시킨다. 이에 부가하여, 펠릿화를 위한 유기 결합제(바인더)가 포함되는 경우, 분해되어 가스가 발생된다. 피처리재가 가스 버너에 의해 가열될 때, 환원 분위기를 제공하기 위해 공연비가 1 미만으로 설정되기 때문에, 미연소 연료 가스가 또한 노실에 존재한다. 노실 내에 발생하거나 남아있는 고온 가스는 배기로(연도)를 통하여 외부로 배출되지만, 상술한 바와 같은 환원로에서는 에너지 이용 효율을 높이기 위해 배기 공정 중에 열 교환기에 의해 배기 가스의 열이 회수된다.
환원 분위기의 노 내에 존재하는 상기 가스는 가연성이기 때문에, 그 자체로 배기로 내로 이송되어 열 교환기 및 후속의 냉각 타워(그 하류에 배치된)에 의해 냉각되어 침입 공기와 혼합되면, 폭발할 가능성이 있다. 따라서, 상기 환원로에서, 배기로는 노실 내의 피처리재의 반송을 개시하는 위치에 제공된 가열대에 접속하여 제공된다. 또한, 가연성 가스의 완전 연소를 수행하는데 필요한 충분한 양의 공기가 상기 가열대 내로 도입된다. 따라서, 가연성 가스는, 노의 내부에 환원 분위기를 유지하는 동안, 배기로에 이송되기 전에 산화(연소)된다. 그 결과, 가열대는 산화 분위기를 갖지만, 반송 종료측에 제공된 환원대는 환원 분위기를 유지하기 때문에, 금속 산화물의 환원에 장애가 발생하지 않는다.
그러나, 종래, 가연성 가스를 산화하기 위한 도입 공기량은, 환원대의 분위기를 유지하는 동안 피드백 제어에 의해 제어된다. 피드백 제어는, 노실 내의 가스 배기 경로 부근에서 측정된 산소 농도와 2(%) 정도로 설정된 설정값 사이의 편차가 0이 되는 방식으로 수행된다. 일반적으로, 피드백 제어에서, 응답성이 높아지도록 이득이 증가되면, 안정성은 저하된다. 따라서, 폭발의 위험을 방지하며 열 효율을 증가시키기 위해 가능한한 빨리 산소 농도를 안정시키는데 요구되는 환원로 내의 도입 공기의 제어에 있어서 높은 응답성은 아직 실현되지 않았다. 더욱이, 산소 농도계의 고장, 조정 또는 보수에 의해 산소 농도의 측정이 불가능하거나 측정값이 비정상이 되는 경우, 즉 산소 농도계의 이상시에는, 도입 공기량을 제어할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 노의 운전은 폭발의 위험을 방지하기 위해 정지되어야 한다. 한편, 환원로의 배기 가스는 목적 이외의 금속의 산화물 및 염화물을 또한 포함할 수 있으며, 이러한 산화물 및 염화물에 의해, 산소 농도계의 필터는 쉽게 막히게 되며, 따라서 조정 또는 보수가 빈번히 요구되며, 고장이 쉽게 발생한다.
상술한 점을 감안하여, 본 발명은 제어 안정성 및 응답성이 우수하며 산소 농도계의 이상시에 조차 연속적으로 작동할 수 있는, 금속 산화물 환원로의 도입공기 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치에 의해 성취될 수 있다. 상기 금속 산화물 환원로는 금속 산화물 및 환원재를 함유하는 피처리재를 노실 내의 개시 위치로부터 한 방향으로 반송시키면서 환원 분위기 하에서 가열함으로써, 상기 금속 산화물을 환원시켜 상기 피처리재로부터 금속을 얻는다. 상기 금속 산화물 환원로는 상기 노실 내에 잔류하는 가연성 가스를 완전 연소시키기 위해, 상기 노실의 소정의 위치로 공기를 도입하며, 다음 상기 금속 산화물 환원로는 상기와 같이 완전 연소된 가스를 개시 위치에 인접한 가스 배출 위치로부터 배출시킨다. 상기 환원로는 상기 가스 배출 위치 부근에 배치된 산소 농도계를 사용하여 상기 노실 내의 산소 농도를 측정한다. 상기 금속 산화물 환원로는 산소 농도의 측정값과 기준 산소 농도 사이의 편차에 따라 산출된 조절값을 사용하여 상기 소정의 위치로 도입되는 공기의 도입 공기 유량을 제어한다. 또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어 장치는,
상기 노 내로 투입된 피처리재의 양에 따라, 상기 피처리재로부터 발생된 가스의 완전 연소를 실행하는데 요구되는 피처리재 요구 공기 유량을 결정하는 수단과,
상기 산소 농도계의 이상을 판정하는 이상 판정 수단과,
상기 산소 농도계의 이상이 상기 이상 판정 수단에 의해 판정될 때, 상기 조절값을 0으로 제어하는 수단 및,
상기 피처리재 요구 공기 유량과 상기 조절값을 가산함으로써 도입 공기 유량을 결정하는 수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 금속 산화물 환원로 내로 도입되는 공기량은, (i) 측정된 산소 농도와 그의 기준값 사이의 편차에 따라 산출되는 조절값과, (ii) 피처리재 요구 공기 유량을 가산함으로써 결정된다. 다시 말하면, 본 발명에 있어서, 금속 산화물 환원로 내로 도입되는 공기량은 조절값에 따른 피처리재 요구 공기 유량의 증가 또는 감소를 고려하여 결정된다. 따라서, 도입 공기 유량은 피드포워드 값으로서, 피처리재 요구 공기 유량을 취함으로써 제어될 수 있다. 즉, 노 내로 투입되는 피처리재의 양이 변화되는 경우, 도입 공기 유량은 그에 따라 변화되는 피처리재 요구 공기 유량 및 조절값에 의해 결정된다. 제어 응답성은, 산소 농도 측정값을 사용하여 피드백 제어량에 의해서만 도입 공기 유량을 결정하는 경우와 비교할 때, 안정성의 감소 없이 신속해질 수 있다. 또한, 산소 농도계의 이상시에는, 조절값이 조절값 제어 수단에 의해 0으로 제어되기 때문에, 피처리재 요구 공기 유량은 도입 공기 유량 그대로 결정된다.
피처리재로부터 발생된 가연성 가스의 양은 투입량이 고정될지라도 변동된다. 즉, 피처리재 요구 공기 유량은 항상 열 효율을 위한 최적값이 될 수는 없다. 그러나, 변동의 정도는 충분히 높은 열 효율이 얻어지는 범위 내에 잔류하며, 폭발의 위험이 적절하게 방지될 수 있다. 따라서, 피드백 제어가 불가능한 상황하에서 조차, 열 효율 및 안전을 위해 최소로 필요한 공기 유량이 확보될 수 있으며, 따라서 노는 정지 없이 연속적으로 운전될 수 있으며, 생산성이 향상된다.
본 발명의 상술한 제어 장치에 있어서, 상기 피처리재를 가열하기 위해 상기노실 내로 공급되는 공기 및 연료 가스의 유량에 따라, 상기 연료 가스의 완전 연소에 대해 부족한 부족 공기 유량을 결정하는 수단을 또한 포함하며,
상기 도입 공기 유량 결정 수단은, 상기 피처리재 요구 공기 유량과, 상기 부족 공기 유량 및, 상기 조절값을 가산함으로써, 도입 공기 유량을 결정하는 것이 적합하다.
이러한 방식으로, 피처리재는 가스 버너를 사용함으로써 노실 내에서 가열되며, 연료 가스의 완전 연소에 대해 부족한 부족 공기 유량은 부족 공기 유량 결정 수단에 의해 결정된다. 도입 공기 유량 결정 수단의 결정에 있어서, 부족 공기 유량이 피처리재 요구 공기 유량 및 조절값에 가산되는 값이 도입 공기 유량으로 결정된다. 즉, 필요 공기 기준 유량(= 피처리재 요구 공기 유량 + 부족 공기 유량)이 피드포워드 값으로서 사용된다. 가스 버너로부터 노 내로 공급되는 공기의 연료 가스의 연소에 대한 이론 공연비에 대한 부족 공기 유량이 필요 공기 기준 유량 및 도입 공기 유량을 결정할 때 고려된다. 따라서, 연료 가스의 연소에 의한 공기의 소비는 노실 내의 소정의 위치로 도입되는 공기 유량을 증가시킴으로써 보상되므로, 가연성 가스는 더욱 완전 연소되어 배출될 수 있다.
본 발명의 상술한 제어 장치에 있어서, 상기 피처리재 요구 공기 유량 결정 수단은, 실제 투입된 피처리재의 양에 따라 결정된 값 보다 소정값 만큼 큰 값을 피처리재 요구 공기 유량으로서 결정하는 것이 적합하다.
이러한 방식으로, 실제 투입된 피처리재의 양에 대응하는 값 보다 소정값 만큼 큰 피처리재 요구 공기 유량이 도입 공기 유량을 결정하기 위해 사용된다. 따라서, 노실 내의 소정의 위치에서의 산소 농도는 피처리재로부터 발생하는 가스의 완전 연소, 또는 상기 발생 가스 및 연료 가스의 나머지의 완전 연소를 위해 필요한 값 보다 더욱 높아진다. 따라서, 조절값 제어 수단에 의해 조절값이 0으로 제어될 때, 공기 유량은 노실 내의 가연성 가스의 완전 연소를 보장하기에 충분하다.
또한, 본 발명의 상술한 제어 장치에 있어서, 상기 노실은 환형으로 형성되며, 상기 피처리재는 환형 노상에 배치되며, 다음 상기 노실의 원주 방향으로 반송되도록 그의 축 주위로 회전되는 것이 적합하다. 이러한 구성에 의해, 금속 산화물 환원로는 중단되어 있지 않은 회전형 노상으로 구성될 수 있다. 동시에, 전체 노상은 피처리재를 반송하기 위해 노 내에 배치되기 때문에, 피처리재를 직선적으로 반송하기 위한 종방향 노실을 사용하는 경우와 비교할 때 노상의 복귀 경로를 설치할 필요가 없다. 또한, 피처리재를 투입 및 환원함으로써 얻어진 금속은 인접한 위치에서 유리하게 회수될 수 있다.
또한, 적합하게는, 상술한 이상 판정 수단은 가스 분석기의 이상, 즉 샘플링 가스 유량의 이상, 분석 유닛의 이상, 전원의 이상 및, 신호 라인의 단선 등에 의해 산소 농도계의 이상을 판정하기 위한 것이다.
더욱이, 상술한 목적은, 본 발명에 따른 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치에 의해 성취될 수 있다. 상기 금속 환원로는, 금속 산화물 및 환원재를 함유하는 피처리재가 충전되는 노실과, 상기 노실 내에 상기 피처리재를 반송하기 위해 상기 노실 내에 배치된 노상과, 상기 피처리재를 가열하기 위해 상기 노에 배치된 히터와, 상기 노에 배치된 공기 도입 부재와, 상기 노에 배치된 연료 가스 도입 부재 및, 상기 노실 내의 산소 농도를 측정하는 산소 농도계를 포함한다. 본 발명에 따른 제어 장치는,
상기 노실 내로 투입되는 피처리재의 양에 따라, 상기 피처리재로부터 발생되는 가스의 완전 연소를 실행하는데 요구되는 피처리재 요구 공기 유량을 결정하는 수단과,
상기 피처리재 요구 공기 유량과, 산소 농도의 측정값과 기준 산소 농도 사이의 편차에 따라 산출되는 조절값을 가산함으로써, 상기 공기 도입 부재에 의해 도입되는 도입 공기 유량을 결정하는 수단과,
상기 산소 농도계의 이상을 판정하는 이상 판정 수단 및,
상기 산소 농도계의 이상이 상기 이상 판정 수단에 의해 판정될 때, 상기 조절값을 0으로 제어하는 수단을 포함한다.
본 발명의 상술한 제어 장치에 있어서,
상기 노실 내로 도입되는 공기 및 연료 가스의 유량에 따라, 상기 연료 가스의 완전 연소에 대해 부족한 부족 공기 유량을 결정하는 수단을 또한 포함하며,
상기 도입 공기 유량 결정 수단은, 상기 피처리재 요구 공기 유량과, 상기 부족 공기 유량 및, 상기 조절값을 가산함으로써 도입 공기 유량을 결정하는 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 상술한 제어 장치에 있어서, 상기 피처리재 요구 공기 유량 결정 수단은, 실제 투입된 피처리재의 양에 따라 결정된 값 보다 소정값 만큼 큰 값을 피처리재 요구 공기 유량으로서 결정하는 것이 적합하다.
도 1은 본 발명의 도입 공기 제어 장치가 설치된 환원로 전체를 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 환원로의 수평 방향 평면도.
도 3은 도 2의 선 III-III을 따른 단면도.
도 4는 도 1의 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 구성의 주요부를 설명하는 도면.
도 5는 도 4의 제어 장치의 기능을 설명하는 기능 블록 다이어그램.
도 6은 도 1의 환원로에 적용되는 다른 제어 구성의 주요부를 설명하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 환원로 12 : 외주벽
14 : 내주벽 16 : 상부벽
18 : 하부벽 20 : 가열대
22 : 중간대 24, 26 : 환원대
28 : 추출대 30 : 버너
32 : 공기 도입구 34 : 펠릿
36 : 투입구 38 : 투입부
40 : 연도 42 : 칸막이벽
44 : 산소 센서 46 : 제어 장치
48 : 펠릿 투입구 50 : 스크류
52 : 노상 54 : 차륜
56, 58 : 연료 가스 공급 도관 60, 62, 72, 74 : 밸브
64, 66, 76, 78 : 차압형 유량계 58, 68, 70 : 공기 공급 도관
79 : 투입량 설정기 80 : 비율 설정기
82 : 펠릿 요구 공기 유량 결정 수단 84 : 부족 공기 유량 결정 수단
86 : 필요 공기 기준 유량 결정 수단 88 : 조절값 산출 수단
90 : 이상 판정 수단 92 : 조절값 제어 수단
94 : 도입 공기 유량 결정 수단 96 : 산소 농도 제어 시스템
본 발명의 한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 도입 공기 제어 장치가 설치된 환원로(10)의 전체를 도시하는 도면이며, 도 2는 환원로(10)의 수평 평면도이며, 도 3은 도 2의 선 III-III을 따른 단면도이다. 도 1에서, 환원로(10)는 대략 균일한 높이(두께)를 갖는 환형이며, 동축적으로 배치된 외주벽(12)과 내부벽(14) 사이의 상단 및 하단 위치에는, 상부벽(16) 및 하부벽(18)이 제공되어, 그 사이에 환형 노실(가열 공간)이 형성되어 있다. 하기에 설명하는 바와 같이, 제강에 의한 먼지로부터 금속을 회수하기 위해 노 내로 투입되는 금속 산화물은 환형 노실 내로 반송되는 동안 환원된다. 한편, 상기 주벽들(12,14), 상부벽(14) 및 하부벽(18)은 모두 단열벽들이다.
도 1의 일점쇄선으로 도시한 바와 같이, 환원로(10)는 예를 들면 주변 방향으로 구분된 가열대(20), 중간대(22), 제 1 환원대(24), 제 2 환원대(26) 및 추출대(28)의 5개의 부분을 구비한다. 추출대(28) 이외의 각각의 대는 외주벽(12)과 내주벽(14)에 복수의 버너(30)(도 2에서는 2 또는 4 개)를 갖는다. 각각의 버너(30)는 연료 가스 공급 도관(56) 및 공기 공급 도관(58)에 접속되며, 각각의 대의 분위기의 온도를 미리 결정된 1100 내지 1300(℃) 정도로 가열하기 위해, COG(코크스로에서 석탄을 건류할 때 발생하는 가스) 또는 LPG(액화 석유 가스) 등의 연료 가스와 공기의 혼합기가 노실을 향해 분사된다. 연료 가스는 가열대(20)에서 이론 공연비 이상으로 연소되어, 충분히 가열되며, 중성 또는 산화성 노내 분위기에서 예를 들면 1100(℃) 정도까지 온도가 높아진다. 중간대(22)에서는, 이론공연비(예를 들면 0.98 내지 1.00 정도)에서 연소가 실행되어, 다소의 환원 분위기에서 노의 온도가 가열대와 동일한 온도 또는 그 보다 높은 1250(℃) 정도의 온도로 높아진다. 또한, 환원대(24,26)에서는, 이론 공연비 보다 충분히 낮은 혼합비(예를 들면, 0.85 내지 0.95)에서 연소가 실행되어, 노내의 환원 분위기에서 1300(℃) 정도의 분위기 온도를 제공한다. 버너(30)가 없는 추출대(28)에서는, 분위기 온도는 1100(℃) 정도로 다소 낮다.
외주벽(12)의 가열대(20) 및 중간대(22)에 대응하는 부분에는, 하나 또는 복수의 공기 도입구(32)(도 2에서는 3개)가 버너(30) 사이에 배치되도록 제공된다. 공기 도입구(32)는 연료 가스 또는 발생 가스의 완전한 산화를 위한 산소를 보충하도록 노 내로 공기를 이송하기 위한 것이다. 상기 공기 도입구(32)는, 가열대(20) 및 중간대(22)로 각각 이송되는 공기 유량이 독립적으로 제어되도록, 다른 시스템의 도관(68,70)에 접속된다.
상부벽(16)은 노실을 상부측에서 덮기 위한 것이며, 가열대(20)와 추출대(28) 사이의 위치에서는, 상기 상부벽(16)은 주변 방향으로 부분적으로 절결되어, 피처리재인 금속 산화물의 펠릿(34)을 투입하기 위한 투입구(36)를 제공한다. 상기 투입구(36)의 상부에는, 투입 장치의 투입부(38)가 펠릿화기(도시 않음)에 의해 제조된 펠릿(34)을 투입하기 위해 배치되며, 상기 투입부로부터 펠릿(34)이 적합한 속도로 환원로(10) 내로 투입된다. 펠릿(34)은, 제강에 의한 먼지 등이 펠릿화기에 투입되며, 환원재(탄소), 유기 바인더 및 물이 첨가되는 방식으로, 예를 들면 7 내지 13(mm)의 직경을 갖는 소정 형상의 볼 또는 입자로 형성된다. 본실시예에서, 펠릿(34)이 피처리재에 해당한다.
가열대(20)의 투입구(36) 부근의 위치에는, 노 내의 발생 가스 또는 과잉의 공기를 배출하기 위해 연도(flue)(40)가 상부벽(16)으로부터 직립되어 있다. 상기 버너(30)와 공기 도입구(32)는 노의 복수의 위치에 설치되며, 연도(40)는 가열대(20)의 추출대(28)에 대해 편향된 한 위치에 설치되며, 따라서 도 2의 화살표(g1,g2)로 도시한 바와 같이, 발생 가스는 가열대(20)와 추출대(28) 모두로부터 연도(40)를 향해 유동한다. 추출대(28)와 투입구(36) 사이에는, 상부벽(16)으로부터 하방을 향하여 칸막이벽(42)이 주벽들(12,14) 사이에 설치되므로, 가열대(20) 및 제 2 환원대(26)의 분위기는 상기 칸막이벽(42)에 의해 구분된다. 산소 센서(산소 농도 분석계, 즉 가스 분석 장치)(44)가 연도(40) 부근에 제공되며, 연도(40)의 입구 주위의 산소 농도, 즉 연도(40) 내로 유입되는 배기 가스 내의 산소 농도가 측정되며, 농도 신호는 제어 장치(46)로 전송되며, 상기 제어 장치는 산소 센서(44)로부터의 출력인 농도 신호, 노 내의 온도 또는 압력과 가은 다양한 측정값들을 처리하기 위한 CPU, ROM, RAM 등을 구비하며, 처리 결과에 따라 가스 유량 또는 공기 유량이 제어된다.
추출대(28)의 투입구(36) 근방의 노실의 외주측에는, 환원 처리가 종료된 펠릿(34)을 배출하기 위한 펠릿 배출구(48)가 제공된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 스크류(50)가 노의 직경을 따라 연장되는 배출구(48)의 상부 부분에 설치되며, 추출대(28)에 도달한 펠릿(34)은 구동 기구(도시 않음)에 의해 축 주위로 회전되는 스크류(50)에 의해 노실의 외주측으로 반송된다. 배출된 펠릿(34)은 재산화를 방지하기 위해 환원 분위기 하에서 냉각되어 회수되며, 이를 위한 설비 및 기구는 본 실시예를 이해하는데 필요하지 않으므로 설명은 생략한다.
환원로(10) 내에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 외주벽(12) 및 내주벽(14)의 상호 간격 보다 약간 작은 폭 치수를 갖는 하나의 환형 노상(52)이 제공되어 있다. 수직 방향 단면도인 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 노상(52)은 펠릿(34)을 2 내지 3층 두께로 배치하기 위한 대략 편평한 펠릿 배치부와, 폭 방향(노의 직경 방향)에서 작은 높이를 갖는 양 단부로부터 돌출된 측벽부 및, 저면의 폭 방향의 양 단부에 복수 쌍의 차륜(54)을 포함한다. 상기 차륜(54)은 소정 높이로 노상(52)을 지지하기 위해 노의 원주 방향으로 상당한 간격을 두고 설치되어 있다.
따라서, 노상(52)은, 예를 들면 구동 기구(도시 않음)에 의해 화살표(P)로 나타낸 시계 방향으로 회전되도록 도 2의 지면(紙面)에 대해 수직으로 연장되는 축 주위로 회전 가능하게 구성된다. 즉, 본 실시예에서, 환원로(10)는, 그의 환형 노상(52)이 환형 노 내에서 원주 방향으로 회전되는 회전상로(回轉床爐)로 구성되어 있다. 투입구(36)로부터 투입된 펠릿(34)은, 회전하는 노상(52)에 연속적으로 배치되어, 가열대(20), 중간대(22), 제 1 환원대(24) 및 제 2 환원대(26)를 가열되면서 순차로 통과하며, 이 과정에서 상기 펠릿은, 주로 환원대(24,26)에서 금속으로 환원되며, 추출대(28)에 제공된 배출구(48)로부터 배출되며 수집된다.
도 4는 환원로(10)의 도입 공기 제어 구성의 주요부를 설명하는 도면이다. 상기 도면은 제어용 접속 구성을 도시하는 것으로서, 따라서 버너(30), 공기 도입구(32) 및 노 내의 각각의 대(20,22)의 배치는 설명의 편의를 위해 변형되어 도시되어 있다. 도 4에서, 상기 대(20,22)에 제공된 버너(30)는 연료 가스 공급 도관(56)과 공기 공급 도관(58)에 각각 접속된다. 상기 도관들(56,58)은 그의 합류점 보다 상류측에서, 각각의 대(20,22) 마다의 연료 가스 및 공기의 유량을 독립적으로 조절하기 위한 제어 장치(46)에 의해 개방도(open angle)가 제어되는 밸브(60,62)를 갖는다. 상기 밸브(60,62) 보다 상류측 위치에는, 예를 들면 차압을 사용하여 연료 가스 및 공기의 유량을 측정하기 위한 차압 유량계(64,66)가 제공되며, 이에 의해 측정된 실제 유량을 나타내는 신호가 제어 장치(46)에 전송된다. 따라서 밸브의 개방도는, 유량계(64,66)에 의해 측정된 실제 유량의 비가 미리 설정된 공연비와 일치하며, 미리 설정된 노의 온도가 실현되도록 조절된다.
가열대(20)와 중간대(22)에 각각 제공된 공기 도입구(32)는, 예를 들면 버너(30)와 연통하는 공기 공급 도관(58)과 공통의 공급원을 갖는 공기 도입 도관(68,70)에 각각 접속된다. 각각의 공기 도입 도관(68,70)은 밸브(72,74)를 가지며, 상기 밸브의 개방도는 차압을 사용하여 각각의 공기 유량을 측정하는 차압 유량계(76,78) 및 제어 장치(46)에 의해 제어되므로, 공기 유량은 독립적으로 측정되며 조절된다. 제어 장치(46)는 투입량 설정기(79)를 가지며, 상기 투입량 설정기에 의해 펠릿(34)의 투입량(PL)(t/h)이 예를 들면 수동으로 설정된다. 각각의 실제 공기 유량, 즉 가열대(20)와 중간대(22)로의 각각의 공기 공급량이 유량계(76,78)에 의해 측정되면, 측정된 유량 신호는 제어 장치(46)로 전송되며, 밸브(72,74)의 개방도는, 실제 공기 유량이 하기에 설명하는 펠릿 투입량(PL)에 따라 결정되는 도입 공기 유량과 일치하도록 조절된다. 제어 장치(46)와밸브(72,74) 사이에는, 도관(68, 70)에 대한 도입 공기 유량의 비를 설정하기 위한 비율 설정기(80)가 배치되며, 가열대(20) 및 중간대(22)로 공급되는 공기 유량은 설정비를 따라 조절된다.
도 5는 제어 장치(46)의 기능을 설명하는 기능 블록 다이어그램이다. 펠릿 요구 공기량 설정 수단(82)은, 설정기(79)에 의해 입력되거나 센서에 의해 검출된 투입구(36) 내로의 펠릿(34)의 투입량(PL)(t/h)에 기초하며, 투입된 펠릿(34)의 가열 및 환원으로부터 발생된 발생 가스의 전체량을 산화(완전 연소)하기 위해 필요한 펠릿 요구 공기 유량(PA)(m3/h)을 하기의 수학식 1에 의해 결정한다.
여기서, α는 각각의 종류의 펠릿(34) 마다 결정되는 계수, 즉 펠릿(34)을 1(t) 환원할 때 발생되는 가스의 완전 연소에 필요한 공기의 체적에 대응하는 값이며, 예를 들면 538(m3/t) 정도의 값이 사용된다. 또한, 본 발명에 언급된 기체의 체적은 모두 표준 상태 하의 값이다. 펠릿 요구 공기 유량(PA)은 펠릿(34)의 종류 및 투입량(PL)에 따라 변화되며, 배기 가스 중에 가연성 가스가 잔류하는 것을 방지하며 금속 산화물 환원 시스템 전체의 안정성을 높이기 위해, 투입량(PL)을 실제값 보다 약간 큰 값으로 설정하거나, 계수(α)를 이론값 보다 약간 크게 설정하여, 실제 투입량에 대응하는 값 보다 큰 값이 결정된다. 예를 들면, 펠릿 투입량(PL)이 수동으로 결정되면, 실제값 보다 예를 들면 10(%) 정도 큰 값으로서 20(t/h) 정도의 값이 사용된다.
부족 공기 유량 결정 수단(84)은, 차압 유량계(64,66)에 의해 측정된 연료 가스 유량(∑Gi)(m3/h) 및 공기 유량(∑Ai)(m3/h)에 따라 이론 공연비에 대한 부족 공기 유량(BA)(m3/h)을 예를 들면 하기의 수학식 2에 의해 결정한다.
여기서, β는 각각의 종류의 연료 가스 마다 결정되는 계수, 즉 연료 가스 1(m3)의 완전 연소를 위해 필요한 공기의 체적에 대응하는 값이며, 예를 들면 COG의 경우 4.90 정도의 값이 사용된다. 또한, ∑Gi 및 ∑Ai는 복수개의 버너(30)에 공급되는 연료 가스와 공기의 총 유량이다. 각각의 버너(30)에는 파일럿 버너(도시 않음)가 부수적으로 설치되며, 파일럿 버너가 연소 중에 있을 때는, 연료 가스 유량 및 공기 유량이 또한 ∑Gi 및 ∑Ai에 가산된다. 이러한 유량들은 버너(30)(주 버너) 내로의 유량에 비교하여 매우 작으며, 따라서 무시할 수 있다.
필요 공기 기준 유량 결정 수단(86)은, 펠릿 요구 공기 유량(PA) 및 부족 공기 유량(BA)으로부터 발생 가스 및 연료 가스의 전체량의 완전 연소를 위해 노 내로 도입되는 필요 공기 기준 유량을 예를 들면 하기의 수학식 3에 의해 결정한다.
상술한 바와 같이, 펠릿 요구 공기 유량(PA)은 실제 펠릿 투입량에 대응하는 값 보다 큰 값이기 때문에, 필요 공기 기준 유량(RA)은 도입 공기 내의 산소가 완전히 소비되며 배기 가스 내의 산소 농도가 0(%)인 값 보다 약간 큰 값이다. 다시 말하면, 필요 공기 기준 유량(RA)은, 배기 가스 중에 어떠한 가연성 가스도 잔류하지 않으며 산소가 소량으로, 예를 들면 2(%) 정도로 존재하도록 결정된다. 필요 공기 기준 유량(RA)은 하기에 설명하는 도입 공기 제어의 피드포워드 값이다.
조절값 산출 수단(88)은 산소 센서(44)에 의해 검출된 연도(40) 부근의 노 내의 산소 농도에 기초하며, 도입 공기량의 조절값(A)은, 산소 농도가 2(%) 정도의 미리 결정된 기준값에 일치하도록{즉, 측정값과 기준 산소 농도 사이의 편차(e)가 0이 되도록} PID 동작의 피드백 제어식(수학식 4)을 사용하여 산출된다.
수학식 4에서, Kp, KI및 KD는 각각 비례 이득, 적분 이득 및 미분 이득이다. 이상 판정 수단(90)은 산소 센서(44)의 이상의 유무를 판정한다. 이러한 판정은 샘플링 가스 유량의 이상, 분석 유닛의 이상, 전원의 이상 및 신호 라인의 단선 등이 검출될 때 산소 센서(44)가 이상이라고 판정한다. 또한 정기적 또는 비정기적으로 조정 또는 보수를 실행할 때, 산소 센서(44)의 이상은 가스 유량에 따라 판정된다. 조절값 제어 수단(92)은, 이러한 이상 판정에 기초하며, 산소 센서(44)가 정상일 때는 조절값(A)을 그대로 출력하며, 이상시에는 조절값(A)을 0으로 제어하여 출력한다.
필요 공기 기준 유량(RA) 및 조절값(A)은 상술한 바와 같이 결정되며, 도입 공기 유량 결정 수단(94)은 하기의 수학식 5를 사용하여 공기 도입구(32)로부터 노 내로 도입되는 공기 유량(SA)을 결정한다.
도입 공기 유량(SA)은, 산소 센서(44), 조절값 산출 수단(88), 이상 판정 수단(90) 및 조절값 제어 수단(92)을 포함하는 산소 농도 제어 시스템(산소 농도계)의 피드백 출력{조절값(A)}에, 펠릿 투입량과 버너(30)의 공연비에 의해 얻어진 필요 공기 기준 유량(RA)(피드포워드 출력)을 가산함으로써 결정된다. 상술한 비율 설정기(80)에는, 상기와 같이 결정된 도입 공기 유량(SA)을 나타내는 신호가 전송된다. 산소 농도 제어 시스템(96)은 제어 장치(46) 내에 설치될 수 있지만, 출력 신호를 제어장치로만 전송하기 위해 별도로 설치될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 환원로(10)에서 제강에 의한 먼지를 펠릿화한 금속 산화물을 산화하기 위해, 노상(52)은 도 2에 도시한 화살표(P) 방향으로 일정한 속도로 회전하며, 버너(30)는 상술한 공연비로 연료 가스 및 공기를 공급받으며, 노 내의 각각의 대(zone)를 미리 결정된 온도로 유지하도록 연소되며, 공기는 공기 도입구(32)로부터 도입되며, 펠릿화기에 의해 형성된 펠릿(34)은 일정한 속도로 환원로(10)의 투입구(36)로부터 투입된다. 이러한 투입 속도는 거의 일정하게 고정되며, 투입에 앞서, 투입량(PL)은 투입량 설정기(79)에 의해 제어 장치(46)에 입력된다. 도입 공기 유량(SA)은, 펠릿 요구 공기 유량(PA)과 부족 공기 유량의 합으로서 제공되는 필요 공기 기준 유량(RA)에 조절값을 가산한 값이다. 환원로(10)의 운전 개시시에는, 피드백 제어 유량{조절값(A)}이 0이기 때문에, 도입 공기 유량(SA)은 필요 공기 기준 유량에 일치하는 값으로 설정된다.
투입된 펠릿(34)은 노상(52)의 회전에 따라 가열대(20)로부터 환원대(24,26)를 향해 반송되며, 그 과정에서 환원 분위기에서 가열되며 환원된다. 펠릿(34)의 환원과 동시에, 환원재 또는 유기 바인더로부터 유도된 H2(수소), CO(일산화탄소) 등의 가연성 가스가 발생한다. 이러한 가연성 가스는 공기를 도입함으로써 제공되는 산화 분위기의 가열대(20) 및 중간대(22)에서 즉시 산화되며, 불연성 가스(H2O, CO2)로 변화되며, 화살표(g1)(도 2 참조)로 나타낸 방향으로 연도(40)를 향해 진행한다. 한편, 환원 분위기가 유지되어 있는 환원대(24,26)에서는, 상술한 바와 같이 가연성 가스가 발생되며 공연비가 1 미만의 값으로 설정되기 때문에, 연료 가스는 불완전 연소되며, 그로부터 유도되는 가연성 가스가 또한 존재한다. 이러한 가연성 가스는 환원대(24,26)에서 거의 연소되지 않지만, 화살표(g2)로 나타낸 바와 같이 연도(40)로 진행된다. 추출대(28)를 경유하여 가열대(20)로 진입할 때, 거기에 존재하는 산소와 반응(연소)하여, 불연성 가스가 된다. 연도(40)로부터 배출된 가스는 불연성 가스 및 과잉의 공기 뿐이다.
공기 도입구(32)로부터 노 내로 도입되는 공기 유량(SA)은 펠릿(34)의 투입량(PL)에 따라 설정된 값이다. 상기 값은, 노 내에 발생하는 가스와 미연소의 연료 가스가 모두 연소되며, 반응하지 않은 산소가 예를 들면 2(%) 정도의 매우 소량으로 잔류하는 값이다. 즉, 개시시의 도입 공기 유량(SA)을 필요 공기 기준 유량으로 설정함으로써, 연도(40) 주위의 산소 농도는 기준값 또는 기준값에 매우 근사한 값에 일치하므로, 피드백 제어만에 의한 경우와 비교할 때 제어 안정성은 높아진다.
한편, 환원로(10)가 연속적으로 운전될 때, 실제 발생 가스량은, 펠릿(34)의 실제 투입량 또는 펠릿(34) 내에 함유되는 환원재 및 유기 바인더의 양에 대응하여 변화된다. 따라서, 본 실시예에서, 상기 이론 공기 유량(PA)과 필요 공기 기준 유량(RA)은, 발생 가스량이 많은 경우에서 조차 산소(공기)량이 부족하지 않도록 약간 큰 값으로 결정된다. 그러나, 역으로 발생 가스량이 적을 때, 도입 공기 유량이 RA(= BA + PA)로 유지되면, 과잉 산소량이 과다하게 된다. 그러나, 도입 공기 유량(SA)은 RA + A로 제공되기 때문에, 산소 센서(44)에 의해 측정된 산소 농도에 따라 결정되는 조절값(A)은 SA를 감소시키는 작용을 하도록 음의 값을 취하며, 따라서 과잉 산소량이 피드백 제어에 의해 과다하게 제어된다.
상술한 바와 같이, 산소 센서(44)가 정상일 때, 더 크게 결정된 필요 공기 기준 유량이 감소하도록 도입 공기 유량(SA)이 조절값(A)에 의해 조절됨에 따라, 배기 가스는 기준 산소 농도로 유지된다. 그러나, 고장, 조정 또는 보수에 기인하여 산소 센서(44)의 이상이 검출될 때, 조절값(A)은 상술한 바와 같이 0으로 제어된다. 따라서, 수학식 5에 의해, 도입 공기 유량(SA)은 필요 공기 기준 유량(RA)에 일치하게 되며, 그 결과 배기 가스 내의 산소 농도는 안전을 보장하기 위해 높은 값으로 유지된다.
요컨대, 본 실시예에서, 도입 공기 유량은, 펠릿(34)의 투입량을 사용하여 이론적으로 요구되는 필요 공기 기준 유량(RA)이 피드포워드 제어값이며 산소 농도 제어 시스템으로부터 제공되는 조절값(A)이 피드백 제어값인, 피드백-피드포워드 복합 제어에 의해 제어된다. 즉, 필요 공기 기준 유량(RA)은, 측정된 산소 농도와 기준값 사이의 편차에 따라 산출되는 조절값(A), 즉 증가 또는 감소하는 공기 유량에 가산되며, 이에 의해 도입 공기 유량(SA)을 결정한다. 따라서, 필요 공기 기준 유량(RA)이 피드포워드 값인 도입 공기 유량 제어가 실시된다. 따라서, 펠릿(34)의 투입량이 변화되면, 도입 공기 유량(SA)은 조절값(A)과 그에 대응하여 변화되는 필요 공기 기준 유량(RA)에 의해 결정되며, 도입 공기 유량(SA)이 산소 농도계의 측정값을 사용하여 피드백 제어에만 의해 결정되는 경우와 비교할 때 제어 응답성은 안정성의 감소 없이 신속해 진다. 또한, 산소 센서(44)의 비정상시에는, 조절값(A)이 0으로 설정됨에 따라, 필요 공기 기준 유량(RA)은 도입 공기 유량(SA)으로서 결정된다. 따라서, 피드백 제어가 불가능한 상태하에서 조차 열 효율 및 안전을 위해 최소로 필요한 공기 유량을 확보하는 것이 가능하므로, 노는 정지 없이 연속적으로 운전할 수 있으며 생산성이 높아진다.
본 실시예에서, 펠릿(34)은 버너(30)에 의해 가열되며, 피드포워드 값인 필요 공기 기준 유량(RA)은 펠릿 요구 공기 유량(PA)과 버너(30)의 부족 공기 유량(BA)의 합으로서 제공되며, 따라서 필요 공기 기준 유량(RA) 및 도입 공기 유량(SA)이 결정될 때 연료 가스의 완전 연소를 위해 부족한 부족 공기 유량(BA)이 고려된다. 다시 말하면, 필요 공기 기준 유량(RA){펠릿 요구 공기 유량(PA) + 부족 공기 유량(BA)}은 피드포워드 값으로서 사용된다. 연료의 연소에 의한 공기의 소비는 가열대(20) 및 중간대(22)에 도입되는 공기 유량을 증가시킴으로써 보상되며, 따라서 노실 내의 가연성 가스를 보다 확실하게 완전 연소시켜 배출할 수 있다.
본 실시예에서, 실제 투입량에 대응하는 값 보다 10(%) 정도 큰 펠릿 요구 공기 유량(PA)이 도입 공기 유량(SA)을 결정하기 위해 사용됨에 따라, 가열대(20) 및 중간대(22) 내의 산소 농도는 펠릿(34) 및 연료 가스로부터 발생되는 가스의 나머지를 완전 연소시키는데 필요한 값 보다 높아진다. 따라서, 조절값(A)이 조절값 제어 수단(92)에 의해 0으로 제어될 때, 노실 내의 가연성 가스의 완전 연소를 위해 충분한 공기 유량을 확보할 수 있다.
본 실시예에서, 환원로(10)에 있어서, 노실은 환형이며, 펠릿(34)은 노의 축 주위로 회전하는 환형 노상(52)에 배치되며 노실 내로 원주 방향으로 반송된다. 노상(52)은 반송 방향으로 중단되어 있지 않기 때문에, 노상(52)의 위치에 대응하는 펠릿(34)의 투입 시기를 제어하는 것이 필요하지 않으며, 운전 제어가 용이해진다. 노상(52)의 전체는 펠릿(34)을 항상 반송하기 위해 노 내에 배치되며, 펠릿(34)을 직선적으로 반송하기 위한 종방향 노실을 사용하는 경우와 비교할 때 노상의 복귀 경로를 설치할 필요가 없으며, 펠릿(34)을 투입 및 환원함으로써 얻어지는 금속은 인접한 위치에서 유리하게 회수될 수 있다.
상술한 실시예에서, 도입 공기 유량의 전체 제어가 제어 장치(46)에 의해 디지털 제어되는 경우에 대해서 설명하였지만, 도입 공기 유량 제어 중 필요 공기 기준 유량의 결정을 제외한 다른 부분은 도 6에 도시한 바와 같이 농도계(98) 및 유량 조절기(100,102)를 사용하는 아날로그 제어에 의존할 수 있다. 도 6에서, 농도계(98)는, 양 농도들이 일치하도록 산소 센서(44)에 의해 검출된 농도와 미리 결정된 농도 사이의 편차에 대응하여 제어 전류를 출력한다. 이러한 출력 전류는 상술한 조절값(A)에 대응하며, 상술한 바와 같은 제어 장치(46)에 의해 결정되는 필요 공기 기준 유량(RA)에 대응하는 출력 전류에 가산되며, 비율 설정기(80)로 전송된다. 또한, 농도계(98)는 판단 기준에 따라 산소 센서(44)의 고장 등과 같은 이상을 판단하기 위한 고장 판별 회로를 갖는다. 상기 농도계(98)는 적합한 도입 공기 유량(SA)을 얻기 위해 센서(44)의 정상시에는 보다 큰 값으로 설정된 필요 공기 기준 유량(SA)을 감소시키는 기능을 하지만, 센서(44)의 이상시에는, 출력 전류, 즉 조절값은 배기 공기 내의 산소 농도를 증가시키기 위해 0으로 제어된다.
비율 설정기(80)는 가열대(20) 및 중간대(22)로 미리 도입된 공기 유량 분배가 설정되어 있으며, 입력 제어 전류는 그의 분배에 대응하여 유량 조절기(100, 102)로 공급된다. 유량 조절기(100,102)는, 양 공기 유량이 일치하도록, 차압 유량계(76,78)에 의해 검출된 공기 공급 도관(68,70)의 각각의 공기 유량과 비율 설정기(80)에 의해 결정된 공기 유량 사이의 편차에 대응하여 제어 전류를 출력한다. 밸브(72,74)가 제어 전류에 의해 개폐될 때, 연도 주위의 산소 농도는 적합한 값으로 유지된다. 더욱이, 도 6은 도입 공기 제어의 아날로그 제어만을 도시하고 있지만, 버너(30)의 공연비도 아날로그 제어될 수 있다.
본 발명의 한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 다른 실시예로 실시될 수 있다.
예를 들면, 상기 실시예에서, 환형 노상(52)이 내부에서 회전되는 환형 노실이 제공된 회전상로에 본 발명을 적용하는 것에 대해 설명하였지만, 본 발명은 노상(52)이 복수의 세그먼트들로 분할되어 전체적으로 환형을 형성하는 회전상로, 또는 종방향 노실의 길이 치수 보다 충분히 작은 크기를 갖는 노상이 노의 양 단부에 제공된 입구로부터 출구로 이동되는 형식의 이동상로(移動床爐)에도 유사하게 적용될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 피드포워드 값인 필요 공기 기준 유량(RA)은, 펠릿(34)의 투입량(PL)으로부터 결정되는 펠릿 요구 공기 유량(PA)과 버너(30)로부터 공급되는 공기 유량의 이론 공연비에 대한 부족 공기 유량(BA)의 합(PA + BA)에 의해 결정된다. 부족 공기 유량(BA)이 펠릿 요구 공기 유량(PA)에 대해 충분히 작은 값으로 유지되면, 펠릿 요구 공기 유량은 도입 공기 유량(SA)을 결정하기 위해 피드포워드 값 자체로서 사용된다.
본 실시예에서, 펠릿(34)의 투입량(PL)은 실제 투입량 보다 큰 값으로 설정되며, 또는 펠릿(34)의 종류에 대응하여 요구되는 계수(α)가 이론값 보다 큰 값으로 결정되며, 이에 의해 펠릿 요구 공기 유량(PA)은 실제 투입량에 대응하는 값 보다 큰 값으로 결정된다. 펠릿(34)으로부터 발생된 가연성 가스량의 분산이 충분히 작을 때, 투입량(PL)은 실제 투입량으로 설정되며, 또는 질량 센서 등에 의해 검출된 투입량이 그 자체로 제어에 사용될 수 있다.
본 실시예에서, 산소 센서(44)의 이상은, 샘플링 가스 유량의 이상, 분석 유닛의 이상, 전원의 이상 및 신호 라인의 단선 등에 따라 판정되었지만, 측정값 또는 측정값의 변화율에 의해 판단할 수도 있다.
또한, 환원로(10) 내의 노실의 분할된 대의 수, 각각의 대(20,22)의 온도 및 분위기{예를 들면, 버너(30)의 공연비}는 처리될 펠릿(34)의 재질 또는 노실의 구성에 대응하여 적절하게 변화된다. 예를 들면, 노실은 가열대 및 환원대로만 각각 구성될 수 있다.
상기 실시예에서, 연도(40)는 가열대(20)의 한 위치에 설치되었지만, 복수의 위치에 설치되거나, 가열대(20)와 중간대(22)에 각각 설치될 수도 있다. 연도(40)가 복수의 위치에 설치될 때에는, 연도 부근의 노실 내의 산소 농도를 측정하여 피드백 제어를 실행하는 것이 적합하다.
상기 실시예에서, 연도(40) 부근의 산소 농도는 2(%) 정도로 제어되지만, 상기 값은 연도(40)로부터 배출되는 가연성 가스의 폭발의 위험이 없는 값을 취하며, 노실 내의 가연성 가스의 연소에 의한 열 효율의 향상 효과를 얻는데 충분한 범위의 값으로 설정될 수 있다.
각각의 일례를 설명하지 않았지만, 본 발명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 적합한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명으로부터 일탈하지 않는 다양한 변경 및 변형이 당 기술 분야의 숙련자들에게 행해질 수 있으며,따라서, 이러한 모든 변경 및 변형은 본 발명의 진정한 정신 및 범위 내에 있는 청구범위에 의해 커버된다.
본 발명에 따르면, 피처리재의 투입량에 기초하여 결정된 피처리재 요구 공기량에, 측정된 산소 농도와 그의 기준값 사이의 편차에 따라 산출되는 조절값, 즉 증가 또는 감소하는 공기 유량을 가산하여 도입 공기 유량이 결정되기 때문에, 도입 공기 유량은 피드포워드 값으로서, 피처리재 요구 공기 유량을 취함으로써 제어될 수 있다. 이 때문에, 노 내로 투입되는 피처리재의 양이 변화되는 경우, 도입 공기 유량은 그에 따라 변화되는 피처리재 요구 공기 유량 및 조절값에 의해 결정되므로, 제어 응답성은, 산소 농도 측정값을 사용하여 피드백 제어량에 의해서만 도입 공기 유량을 결정하는 경우와 비교할 때, 안정성의 감소 없이 신속해질 수 있다. 또한, 피드백 제어가 불가능한 상황하에서 조차, 열 효율 및 안전을 위해 최소로 필요한 공기 유량이 확보될 수 있으며, 따라서 노는 정지 없이 연속적으로 운전될 수 있으며, 생산성이 향상된다.

Claims (9)

  1. 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치로서, 상기 금속 산화물 환원로는, 금속 산화물 및 환원재를 함유하는 피처리재를 노실 내의 개시 위치로부터 한 방향으로 반송시키면서 환원 분위기 하에서 가열함으로써, 상기 금속 산화물을 환원시켜 상기 피처리재로부터 금속을 얻으며,
    상기 금속 산화물 환원로는 상기 노실 내에 잔류하는 가연성 가스를 완전 연소시키기 위해, 상기 노실의 소정의 위치로 공기를 도입하며, 다음 상기 금속 산화물 환원로는 상기와 같이 완전 연소된 가스를 개시 위치에 인접한 가스 배출 위치로부터 배출시키며,
    상기 금속 산화물 환원로는 상기 가스 배출 위치 부근에 배치된 산소 농도계를 사용하여 상기 노실 내의 산소 농도를 측정하며,
    상기 금속 산화물 환원로는 산소 농도의 측정값과 기준 산소 농도 사이의 편차에 따라 산출된 조절값을 사용하여 상기 소정의 위치로 도입되는 공기의 도입 공기 유량을 제어하는, 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치에 있어서,
    상기 노 내로 투입된 피처리재의 양에 따라, 상기 피처리재로부터 발생된 가스의 완전 연소를 실행하는데 요구되는 피처리재 요구 공기 유량을 결정하는 수단과,
    상기 산소 농도계의 이상을 판정하는 이상 판정 수단과,
    상기 산소 농도계의 이상이 상기 이상 판정 수단에 의해 판정될 때, 상기 조절값을 0으로 제어하는 수단 및,
    상기 피처리재 요구 공기 유량과 상기 조절값을 가산함으로써 도입 공기 유량을 결정하는 수단을 포함하는 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 피처리재를 가열하기 위해 상기 노실 내로 공급되는 공기 및 연료 가스의 유량에 따라, 상기 연료 가스의 완전 연소에 대해 부족한 부족 공기 유량을 결정하는 수단을 또한 포함하며,
    상기 도입 공기 유량 결정 수단은, 상기 피처리재 요구 공기 유량과, 상기 부족 공기 유량 및, 상기 조절값을 가산함으로써, 도입 공기 유량을 결정하는 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 피처리재 요구 공기 유량 결정 수단은, 실제 투입된 피처리재의 양에 따라 결정된 값 보다 소정값 만큼 큰 값을 피처리재 요구 공기 유량으로서 결정하는 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 피처리재 요구 공기 유량 결정 수단은, 실제 투입된 피처리재의 양에 따라 결정되는 값 보다 소정값 만큼 큰 값을 피처리재 요구 공기 유량으로서 결정하는 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 노실은 환형으로 형성되며, 상기 피처리재는 환형노상에 배치되며, 다음 상기 노실의 원주 방향으로 반송되도록 그의 축 주위로 회전되는 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치.
  6. 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치로서, 상기 금속 환원로는, 금속 산화물 및 환원재를 함유하는 피처리재가 충전되는 노실과, 상기 노실 내에 상기 피처리재를 반송하기 위해 상기 노실 내에 배치된 노상과, 상기 피처리재를 가열하기 위해 상기 노에 배치된 히터와, 상기 노에 배치된 공기 도입 부재와, 상기 노에 배치된 연료 가스 도입 부재 및, 상기 노실 내의 산소 농도를 측정하는 산소 농도계를 포함하는, 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치에 있어서,
    상기 노실 내로 투입되는 피처리재의 양에 따라, 상기 피처리재로부터 발생되는 가스의 완전 연소를 실행하는데 요구되는 피처리재 요구 공기 유량을 결정하는 수단과,
    상기 피처리재 요구 공기 유량과, 산소 농도의 측정값과 기준 산소 농도 사이의 편차에 따라 산출되는 조절값을 가산함으로써, 상기 공기 도입 부재에 의해 도입되는 도입 공기 유량을 결정하는 수단과,
    상기 산소 농도계의 이상을 판정하는 이상 판정 수단 및,
    상기 산소 농도계의 이상이 상기 이상 판정 수단에 의해 판정될 때, 상기 조절값을 0으로 제어하는 수단을 포함하는 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 노실 내로 도입되는 공기 및 연료 가스의 유량에 따라, 상기 연료 가스의 완전 연소에 대해 부족한 부족 공기 유량을 결정하는 수단을 또한 포함하며,
    상기 도입 공기 유량 결정 수단은, 상기 피처리재 요구 공기 유량과, 상기 부족 공기 유량 및, 상기 조절값을 가산함으로써 도입 공기 유량을 결정하는 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 피처리재 요구 공기 유량 결정 수단은, 실제 투입된 피처리재의 양에 따라 결정된 값 보다 소정값 만큼 큰 값을 피처리재 요구 공기 유량으로서 결정하는 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 피처리재 요구 공기 유량 결정 수단은, 실제 투입된 피처리재의 양에 따라 결정된 값 보다 소정값 만큼 큰 값을 피처리재 요구 공기 유량으로서 결정하는 금속 산화물 환원로의 도입 공기 제어 장치.
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