KR20030025555A - 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법 - Google Patents

고로의 미분탄 취입 자동 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고로 조업에 있어서 코크스의 대체 연료로 사용되는 미분탄의 취입시 용선의 생산량에 따라 그 취입량을 제어함으로써 용선의 온도 변동을 줄이고, 고로 노황을 안정시킬 수 있도록 한 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법에 있어서, 프로세스 컴퓨터를 통해 연료비, 용선 생산량, 미분탄 취입량, 용선온도, 용선 생산속도의 데이터를 수집하는 제 1단계; 상기 제 1단계 후 광석과 코크스비에 따라 일정 시간 경과 후 미분탄을 증가 또는 감소시키는 제 2단계; 상기 제 2단계 후 풍량 대 고로 내용적당 비에 따라 연료비 일정조업 기준수식에 의해 연료비를 보정하거나 미분탄 취입량을 결정하는 제 3단계; 상기 제 3단계 후 용선 생산량의 변화에 따라 연료비 일정조업 기준수식에 의해 미분탄 취입량 설정값을 결정하고, 미분탄 취입량 설정여부 판단을 하는 제 4단계; 상기 제 4단계 후 미분탄 자동 취입 조건을 하위 레벨 시스템으로 전송하고 미분탄 취입량을 자동조정하는 제 5단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

고로의 미분탄 취입 자동 제어방법{A method for automatic controlling pulverized coal injection of blast furnace}
본 발명은 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법에 관한 것으로, 특히 고로 조업에 있어서 코크스의 대체 연료로 사용되는 미분탄의 취입시 용선의 생산량에 따라 그 취입량을 제어함으로써 용선의 온도 변동을 줄이고, 고로 노황을 안정시킬 수 있도록 한 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 고로 조업은 도 1에 도시된 바와 같이, 원료인 소결광, 정립광, 코크스등을 장입 컨베이어(1-8)를 통해 고로(1-1) 상부로 이송한 후, 호퍼(1-6)를 통해 공급하면서 풍구(1-2)를 통해 고온의 열풍을 고로(1-1) 내부에 불어 넣으면서 상기 코크스 또는 미분탄의 연소에 의해 생성된 고온의 혼합 가스가 원료를 가열환원 및 용해시켜서 용융물(용선 & 슬래그)을 형성하며, 이러한 고로 조업에서 상기 코크스를 대체하여 사용되는 미분탄은 주로 용선온도(노열)를 조정하는 데 사용되며, 조업자가 수동으로 취입량을 설정한다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 조업상황 변화(3-1)에 따라 미분탄수동 제어반(3-3)을 통해 미분탄 취입 제어를 하게 되는 바, 설정값조작반(3-5)과 현재값설정 조작반(3-6)을 통해 설정값 및 현재값을 각각 입력하여 미분탄 취입량 변경(3-4)이 이루어진다.
고로 조업시 용선(1-3)의 생산속도가 변화하면 풍구(1-2)를 통해 일정한 설정값으로 취입되는 미분탄의 취입량도 같이 변동하여 용선 1톤을 생산하는 데 투입되는 열량의 증감이 발생된다.
이에 따라 용선온도가 큰 폭으로 저하하거나 상승하는 현상이 나타나며, 용선온도가 변동하면 고로(1-1)에서 발생하는 가스가 장입물층을 원활하게 빠져나가지 못하여 통기성이 나빠지고 생산량이 저하하는 등 고로의 노황을 안정적으로 유지하는데 어려움이 있다.
조업자가 일단 미분탄 취입량을 설정한 후 설정값을 변경하지 않으면 그 취입량은 유지되며, 이것을 미분탄 일정 조업이라고 한다. 이러한 미분탄 일정 조업에서는 생산량의 변화에 따라 단위 생산량당 소비되는 투입열량 즉, 연료비(코크스와 미분탄 취입량의 합)가 달라지는 것이다.
이와 같이 용선온도의 제어를 위해 미분탄 취입이 수동으로 제어되기 때문에 조업자가 적시에 미분탄 취입량을 변경하지 않으면 용선온도가 과도하게 상승하여 용선중에 실리콘(Si)이 크게 상승하며, 용선중 실리콘이 상승하면 후공정인 제강에 적당한 실리콘을 함유한 용선을 공급하기 위해 고로에서 용선중의 실리콘 제거 작업을 수행해야 하므로 제거 비용이 들고 작업부하가 가중된다.
또한, 용선온도가 급상승하면 용선과 슬래그가 노내로부터 배출이 잘 안되어 고로 하부에 용융물이 증가함으로써, 고로 하부의 한정된 공간을 축소하고, 고로 하부의 압력을 상승시켜 노내에서 발생된 가스가 급격히 상부로 빠져 나갈려고 하므로 거의 일정하게 분포되어 있는 장입물 사이에 면적당 저항이 그만큼 커져서 결국에는 가스류의 악화로 진전되어 고로 노황의 악화 요인이 된다.
반대로, 용선온도가 급하강하면 용선온도가 급상승할 때와 마찬가지로 용융물인 용선과 슬래그가 배출이 안되고, 고로 하부에 압력이 상승하고 가스류도 불안정하여 노황 불안정 요인이 되며, 장기간 조업을 안정하게 하기 위해서는 생산량이 감소하고 단위 생산량에 투입되는 제반 비용이 증가하여 비효율적인 조업이 불가피하다.
이외에도 종래의 미분탄 취입방법에서 생산속도가 과도하게 빨라지면 용선 단위 생산량당 소요되는 투입열량이 현격히 적어져 장입물이 녹는 지점이 고로 상부에서 하부로 이동하며, 이때 고로 내부로 투입되는 철광석의 입도가 작아지거나 불균일해지면 장입물의 녹는 지점이 서로 달라 반경방향으로의 연화융착대(cohesive zone) 형상이 변형되어 고로하부에서 발생된 가스의 기류가 불안정하여 녹는 장입물과, 녹지 않는 장입물들이 뒤섞여 그대로 하부로 강하하면서 하부에서 열량 소모량이 많아져 용선온도가 급격히 저하하는 현상이 발생한다.
이러한 현상이 계속해서 발생하면 생산량이 줄어드는 등 정상적인 조업이 불가능해져 결국 비효율적인 조업이 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용선을 제조하는 고로 조업에서 사용되고 있는 미분탄 취입의 제어를 통해 노열 변동 및 용선중의 실리콘 변동을 줄이고, 고로 노황의 안정을 도모할 수 있는 고로 의 미분탄 취입 자동 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 고로 장입물의 장입 흐름을 도시한 모식도.
도 2는 종래 미분탄 취입방법을 설명하기 위한 블록도.
도 3은 고로 생산량 증가시 본 발명의 실시예에 의한 조업방법을 도시한 개략도.
도 4는 고로 생산량 저하시 본 발명의 실시예에 의한 조업방법을 도시한 개략도.
도 5는 본 발명의 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법의 흐름을 도시한 플로우도.
도 6은 본 발명의 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법의 적용 전후의 실조업 실적을 도시한 그래프도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1-1 : 고로 1-2 : 풍구
1-3 : 용선 1-4 : 연화융착대
3-3 : 미분탄수동 제어반 3-5 : 설정값조작반
7-2 : 용선 생산량 7-3 : 미분탄 취입량
7-4 : 용선온도(노열) 7-6 : 생산속도
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법은 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법에 있어서, 프로세스 컴퓨터를 통해 연료비, 용선 생산량, 미분탄 취입량, 용선온도, 용선 생산속도의 데이터를 수집하는 제 1단계; 상기 제 1단계 후 광석과 코크스비에 따라 일정 시간 경과 후 상기 미분탄을 증가 또는 감소시키는 제 2단계; 상기 제 2단계 후 풍량 대 고로 내용적당 비에 따라 연료비 일정조업 기준수식에 의해 연료비를 보정하거나 미분탄 취입량을 결정하는 제 3단계; 상기 제 3단계 후 용선 생산량의 변화에 따라 상기 연료비 일정조업 기준수식에 의해 미분탄 취입량 설정값을 결정하고, 미분탄 취입량 설정여부 판단을 하는 제 4단계; 상기 제 4단계 후 미분탄 자동 취입 조건을 하위 레벨 시스템으로 전송하고 미분탄 취입량을 자동조정하는 제 5단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에서 상기 제 4단계는 제어기 모드의 자동 또는 수동여부에 따라 미분탄 취입 자동조정모드가 가동 또는 비가동되는 단계와, 상기 미분탄 취입량 설정값 확인 후 용선 생산량의 변화에 따라 미분탄 취입량이 상기 연료비 일정조업 기준수식에 의해 결정되는 단계와, 일정한 장입 레벨 내에서 미분탄 취입 자동제어 모드가 비가동 또는 가동되는 단계와, 상기 미분탄 취입 자동제어 모드가 가동모드인지 또는 비가동모드인지 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 용선을 제조하는 고로 조업에서 프로세스 컴퓨터로부터 용선의 생산속도, 고로 장입물의 레벨, 광석과 코크스 비 및 고로에 투입되는 풍량의 수집된 데이터를 이용하여 미분탄의 취입을 자동적으로 제어하므로써 용선온도의 안정, 용선중 실리콘의 안정 유지 및 고로 노황의 안정을 유지하고자 하였다.
도 3은 용선 생산량 증가시 본 발명에 따른 조업 방법을 나타낸 것으로서, 고로 조업 중에 용선을 제조하는 데 투입되는 열원인 연료비(코크스와 미분탄 취입량의 합)(7-1), 용선 생산량(출선량)(7-2), 미분탄 취입량(7-3), 용선온도(노열)(7-4), 생산속도(7-6)의 데이터를 프로세스 컴퓨터(미도시)에서 수집하여 출선량(7-2)에 따른 관련 조업 데이터 결과를 나타낸다.
시간이 경과되면서 생산속도(7-6)가 빨라져 그만큼 투입 열량이 필요하게 된다. 따라서 도 3에 나타낸 바와 같이 출선량(7-2)이 증가함에 따라 미분탄 취입량(7-3)이 증가함을 알 수 있다. 노열 보정(7-5)은 출선량(7-2) 증가에 대한 미분탄 취입량(7-3)이 프로세스 컴퓨터에서 계산된다.
도 4는 용선 생산량 저하시 본 발명에 따른 조업 방법을 나타낸 것으로서, 고로 조업에서 출선량(8-5)이 시간이 경과함에 따라 감소하는 것을 나타낸다. 출선량(8-5)이 감소할 때 미분탄 취입량(8-4)을 줄이지 않으면 용선 단위 생산량당 투입되는 열량이 증가하여 용선온도가 급상승한다. 이러한 용선온도의 급상승을 방지하기 위해서 프로세스 컴퓨터에서 출선량(8-5)이 감소함에 따라 투입되는 열량인 미분탄 취입량(8-4)을 줄이는 정량적인 계산을 하고, 시간이 경과함에 따라 출선량(8-5)이 감소할 때 미분탄 취입량(8-4)의 노열보정(8-2)이 이루어진다.
도 5는 본 발명에 따른 조업 방법의 시퀀스도로서 미분탄 취입량 제어 시스템이 가동되면, 프로세스 컴퓨터에서는 본 발명과 관련된 조업 데이터가 수집(9-1)된다.
광석과 코크스비(Ore/Coke)가 0.05 이상 증가하거나 감소하면 약 150분 경과 후에 미분탄을 증가 또는 감소시킨다. 왜냐하면, 통상 고로 조업에서 미분탄의 증가,감소 후 약 3시간이 경과하면 용선온도가 상승하거나 저하하기 때문이다.
만약, 풍량이 고로 내용적당 1.30 (풍량/고로 내용적)이상이면 연료비 일정 조업 기준수식에 의해서(9-2) 풍량이 감소한 만큼 연료비가 보정되고, 풍량이 고로 내용적당 1.30 미만이면 풍량으로 환산한 수식에 의해 미분탄 취입량이 결정된다. 그 계산 결과 식은 다음과 같다.
미분탄 취입량 = 현재 취입량 설정값 * (현재풍량/정상풍량) ----- (1-1)
여기서, 정상풍량은 고로 내용적에 1.60 ~ 1.65을 곱한 값
상기에서 설명한 광석과 코크스비와, 풍량의 변동이 없이 정상적인 조업이 유지된 상태에서 생산량의 변화가 있으면 연료비 일정조업 기준수식에 의해서(9-2) 미분탄 취입량 설정값 결정이 된 후(9-3), 다음과 같이 미분탄 취입량 설정여부 판단을 한다(9-4).
첫째, 제어기 모드(controller mode)가 자동인지 수동인지 확인한 후, 자동 모드일 때만 미분탄 취입 자동조정 모드가 가동되고 수동이면 비가동 된다.
둘째, 미분탄 취입량 설정값을 확인한다. 생산량의 변화에 따라 미분탄 취입량이 연료비 일정조업 기준수식(9-2)에 의해 결정된다. 연료비 일정조업 기준수식은 다음과 같다.
미분탄 취입량 = (연료비/1000 - 광석과 코크스비(O/C))*(1440*Ore Base/생산속도(장입속도)/광석비)/24 ----- (1-2)
여기서, 미분탄 취입량 : 시간당 고로 풍구를 통하여 취입되는 미분탄 양
광석과 코크스 비 : 일일 120회 이상 고로 상부에서 장입되는
1회 광석 및 코크스 사용량의 비
1440 : 일일(24시간)을 분(分)으로 나타낸 값
Ore Base : 1회 광석사용시 무게
(T/Ch : 1 Charge 장입시 사용되는 광석량)
생산속도 : 광석과 코크스를 장입 개시에서 완료되는 데 소요되는 시간(분)
광석비 : 용선 1톤을 생산하는 데 소요되는 철광석과 부원료의 무게 합(이때 부원료란 용선 제조시 용선 및 슬래그의 흐름을 좋게 하기 위한 석회석, 규석 등)
여기서는 미분탄 취입량 설정값이 시간당 1~100 톤 범위 이내인지 확인한다. 만약 이 수치를 벗어나게 되면, 미분탄은 용선온도 조절 등 노황 안정에 기여하는 인자이기 때문에 미분탄 취입량이 결정되었다 하더라도 지정된 범위를 벗어나면 자동적으로 비가동으로 모드가 바뀌며, 미분탄 취입량이 지정된 범위이내이면 가동모드가 유지된다.
셋째, 장입레벨을 체크한다. 장입 레벨은 고로 상부 장입 기준선(실조업에서 장입 기준은 변할 수 있음)에서 장입물까지의 높이를 말하는 데, 이 레벨이 2.0 미터보다 크거나 작을 때 대개 장입 설비에 문제가 발생하거나 정상 조업중에서도 장입물이 상부에서 하부의 수직 방향으로 속도가 느려져서 장입이 지연된다는 것을 뜻한다.
따라서, 장입 레벨이 이 범위 이내에 있을 때 미분탄 취입 자동제어 모드는 비가동으로 바뀌고, 그렇지 않으면 정상적으로 가동모드가 유지된다.
넷째, 미분탄 취입 자동제어 모드 자체가 가동 모드인지 비가동 모드인지 확인한다. 미분탄 취입량 설정여부 판단에서 이미 비가동 모드로 바뀌어져 있으면 이 시스템은 가동이 되어서는 안된다. 따라서 미분탄 설정여부 판단에서 제어기모드, 취입량 설정값, 장입레벨 및 자동조정모드를 체크하여 모든 기능이 가동조건이 되어야만 미분탄 취입이 자동으로 다음 단계로 이동하게 된다.
이렇게 미분탄 자동 취입조건이 만족하게 되면 하위 레벨 시스템으로 전송이 되고(9-5), 최종적으로 미분탄 취입량이 자동으로(9-6) 노내부로 취입된다.
도 6은 본 발명을 이용한 실 조업 예로서 본 발명을 적용하기 전인 좌측 그래프도에 나타난 바와 같이, 용선 생산량이 변함에 따라 연료비, 시간당 미분탄 취입량, 생산속도의 변동 폭이 큼으로 인해 용선온도의 변동이 그 만큼 커진 것을 알 수 있다.
그러나 본 발명을 적용한 도 6의 우측 그래프도에 나타난 바와 같이, 용선생산량이 변할때 마다 도 5의 미분탄 취입 자동제어에 의해 미분탄 취입이 제어되므로써 연료비, 시간당 미분탄 취입량, 생산속도의 변동 폭이 줄어들고 용선온도의 변동폭도 현저하게 줄어든 것을 알 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 방법의 적용을 통해 고로 조업시 용선온도의 급변동을 사전에 방지함으로써 고로조업의 안정화를 도모할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법은 용선 생산량이 변할때 미분탄 취입 일정조업 방식을 연료비 일정조업의 패턴으로 변경하므로써 프로세스 컴퓨터 시스템을 통하여 효율적으로 현상을 적기에 분석하여, 자동으로 미분탄 취입량이 결정되고, 설정된 미분탄 취입량을 풍구를 통하여 고로 내부로 취입하여 용선온도의 안정과 함께, 용선중 실리콘 안정을 도모하는 효과를 거둘 수 있다.
또한, 고로 조업의 안정으로 작업부하를 크게 줄여서 전체공정의 물류가 안정되어 경제적인 조업에 크게 기여할 수 있는 효과를 거둘 수 있다.

Claims (2)

  1. 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법에 있어서,
    프로세스 컴퓨터를 통해 연료비, 용선 생산량, 미분탄 취입량, 용선온도, 용선 생산속도의 데이터를 수집하는 제 1단계;
    상기 제 1단계 후 광석과 코크스비에 따라 일정 시간 경과 후 상기 미분탄을 증가 또는 감소시키는 제 2단계;
    상기 제 2단계 후 풍량 대 고로 내용적당 비에 따라 연료비 일정조업 기준수식에 의해 연료비를 보정하거나 미분탄 취입량을 결정하는 제 3단계;
    상기 제 3단계 후 용선 생산량의 변화에 따라 상기 연료비 일정조업 기준수식에 의해 미분탄 취입량 설정값을 결정하고, 미분탄 취입량 설정여부 판단을 하는 제 4단계;
    상기 제 4단계 후 미분탄 자동 취입 조건을 하위 레벨 시스템으로 전송하고 미분탄 취입량을 자동조정하는 제 5단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4단계는 제어기 모드의 자동 또는 수동여부에 따라 미분탄 취입 자동조정모드가 가동 또는 비가동되는 단계와, 상기 미분탄 취입량 설정값 확인 후 용선 생산량의 변화에 따라 미분탄 취입량이 상기 연료비 일정조업 기준수식에 의해 결정되는 단계와, 일정한 장입 레벨 내에서 미분탄 취입 자동제어 모드가 비가동 또는 가동되는 단계와, 상기 미분탄 취입 자동제어 모드가 가동모드인지 또는 비가동모드인지 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고로의 미분탄 취입 자동 제어방법.
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