KR20030028196A

KR20030028196A - 병렬소성로의 생석회 제조방법

Info

Publication number: KR20030028196A
Application number: KR1020010060201A
Authority: KR
Inventors: 박동근; 김재형
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-08
Also published as: KR100737417B1

Abstract

본 발명은 석회석을 가열하여 생석회를 제조하는 입형식 병렬 소성로에서 소성중에 발생된 고온배기가스를 비소성로에 장입된 석회석원석의 상방으로 통과시키면서 열교환을 수행한 후에, 배출되는 배기가스의 온도를 측정하여 제품의 품질상태를 진단하고 또한 적정량의 석회석을 공급함으로 품질을 저하시키지 않고 생석회를 소성하여 제조할 수 있는 병렬소성로의 생석회 제조방법에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 병렬소성로의 생석회 제조방법은, 입형병렬소성로의 각 소성로 예열영역의 석회석의 온도를 측정하여 계장제어기로 전송하는 제1단계와, 상기 예열영역의 직상부측의 배기가스온도를 측정하여 계장제어기로 전송하는 제2단계와, 비소성로의 예열영역에서 측정된 석회석의 온도값을 기준으로 하여 비소성로의 외부로 배출되는 배기가스값과 비교 연산하여 온도편차값을 산출하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 산출된 온도편차값이 설정기준값을 초과하면 계장제어기의 제어신호에 의하여 비소성로의 디스챠저의 작동속도를 증가시키는 제4단계와, 상기 제4단계에서 디스챠저에 의하여 배출된 석회석의 레벨을 레벨센서에서 측정하여 석회석을 비소성로에 재장입시키는 제5단계를 포함한다.

Description

병렬소성로의 생석회 제조방법{Method for producing burn lime in shaft klin}

본 발명은 병렬소성로의 생석회 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 석회석을 가열하여 생석회를 제조하는 입형식 병렬 소성로에서 소성로에서 발생된 고온배기가스를 비소성로에 장입된 석회석원석의 상방으로 통과시키면서 열교환을 수행한 후에, 석회석의 예열온도와 배출되는 배기가스의 온도를 측정하여 제품의 품질상태를 진단하고 또한 적정량의 석회석을 공급함으로 품질을 저하시키지 않고 생석회를 제조할 수 있는 생석회 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 생석회는 제강공정에서 탈황등 정련을 위한 조재제로서 사용되는데, 고청강의 제조를 위하여 고품위의 생석회가 요구된다. 이러한 생석회는 코크스 오븐가스(Cokes Oven Gas)의 연소열을 이용하여 소성로에서 900℃ 이상의 고온으로 석회석을 장시간동안 가열하여 제조한다. 이하 도 1 및 도 2를 참고하여 석회석을 이용한 생석회 제조과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

생석회의 원료가 되는 소석회는 야적장에서 운반되어 원석저장호퍼(101)에 저장된다. 이 때 석회석의 표면에는 많은 불순물이 포함되어 있으므로 불순물을 제거하기 위하여 원석저장호퍼(101)의 하부에 설치된 진동형절출기(102)에 의하여 투하된 후에 벨트컨베어(121)에 의하여 드럼워셔(Drum washer)(103)로 이동되어서 수세(水洗) 처리된다. 수세처리 후에 사용하기 적당한 입도로 분리하기 위하여 선별기(Vib Screen)(122)에서 ±35mm의 입자로 사분처리된다.

이렇게 처리되어 수세저장호퍼(104)에 저장되는 석회석입자는 생산량에 따라서 진동형절출기(123)에 의하여 벨트컨베어(105)에 투하되어서 이동되며, 소성로에서 필요할 때마다 일정량만큼 평량호퍼(Weight hopper)(106)에 장입하여 사용한다. 통상 입형식 병렬 소성로는 도 1에 도시된 바와 같이, 도면상에서 보아 우측의 소성로A(100a)와 좌측의 소성로B(100b)가 대칭되는 형태로 구성되어 있다.

상기 평량호퍼(106)에 장입된 석회석입자는 2개의 소성로A,B(100a,100b)로 투입된다. 소성로A(100a)와 소성로B(100b) 사이에는 채널(114)이 형성되고, 또한 각각 연소장치와 장입장치와 냉각장치와 배출장치가 구비되어 있으며 900℃ 이상의 온도로 가열되어서 소석회는 고품위의 생석회로 소성되는 것이다.

도 2를 다시 참고하면, 각 소성로에 장입된 석회석은 소성로 내부에 형성되어 있는 예열영역(preheating section)(111)과 소성영역(Burning Section)(112)을 통과하면서 가열에 의하여 CaCO3 →CaO + CO2 의 탈탄산 반응으로 순수한 생석회가 제조되는데, 이와 같은 석회석의 열처리반응은 소성로내에서의 가열온도, 가열시간, 또는 석회석의 입도 등에 따라서 품질이 크게 달라지게 되며, 냉각영역(Cooling Section)(113)을 통과하면서 고품위의 생석회 제품이 완성되어 요구하는 제출공정에 불출되어 사용된다. 소성로A(100a) 및 소성로B(100b)는 채널(114)에 의하여 소성영역(112)과 냉각영역(113)이 상호 연통된 상태이다.

도 3은 소성로A(100a) 및 소성로B(100b)의 확대단면도이다. 소성로A(100a)는 연료의 연소에 의하여 가열되는 소성상태이고 소성로B(100b)는 비소성상태로서, 소성로A(100a)의 가열에 의하여 생성되는 고온의 배기가스(waste gas)가 채널(114)을 통하여 소성로B(100b)에 유입된다. 유입되는 고온의 배기가스에 포함된 열에너지에 의하여 비소성상태인 소성로B(100b)에 초기 장입된 석회석 원석과 열교환을 이루면서 도 2에 표시된 것과 같은 덕트(118)를 통하여 배출된다. 덕트(118)로 유입된 배기가스는 외부로 배출된다. 이러한 방식에 의하여 소석회는 소성로A(100a) 및 소성로B(100b)에서 동시에 소성되어지고 생산량에 따라서 고정된 시간에 상호주기적인 교체를 이루면서 생석회를 제조한다.

이러한 제조과정에 의한 생석회의 생산은 두 개의 입형 소성로A(100a) 및 소성로B(100b)의 결합에 의하여 가능하게 되며, 배기가스는 소성로A(100a) 및 소성로B(100b)가 주기적으로 교체되면서 소성로의 상층부 예열영역(111)에서 외부로 배출되어 낭비되는 열의 대부분을 재이용함으로서 매우 높은 열효율을 가지게 된다. 상기와 같이 제조된 생석회는 도 1을 참고하면 진동형절출기(108)에 의하여 벨트컨베어(109)에 투입되어서 호퍼(124)에 저장된다. 한편 덕트(118)를 통하여 배출되는 배기가스는 연도(107)를 통하여 외부로 배출된다.

그러나 상기와 같은 소성로A(100a) 및 소성로B(100b)의 주기적인 교체(소성상태 ↔비소성상태)에 있어서, 상기 예열영역(111)에 장입된 석회석 원석은 배기가스와 충분히 열교환을 한 후에는 더 이상 배기열을 흡수하지 않은 채 예열소성이 충분히 가능한 고온으로 배출되어 과다한 열소비가 발생하며, 이로 인하여 가스원단위가 상승하는 문제점이 있다. 또한 장시간 조업을 실시하게 되면 예열영역(111)의 온도가 상승하며 이로 인한 제품의 적정소성이 아닌 과소소성상태가 발생되어 품질이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 석회석을 가열하여 생석회를 제조하는 입형식 병렬 소성로에서 소성로측에서 발생된 배기가스를 비소성로측으로 장입된 원석의 상방으로 통과시키면서 열교환을 수행한 후에, 배출되는 배가스의 온도를 측정하여 제품의 품질상태를 진단하고 또한 제품배출용 디스챠저를 제어하여 석회석원석의 공급량을 조정함으로서 품짐을 저하시키지 않으면서도 생산성이 향상된 생석회 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 생석회 제조과정을 설명하기 위한 일반적인 병렬소성로의 구성도,

도 2는 본 발명의 방법이 수행되는 병렬소성로의 개략적인 구조도,

도 3은 도 2의 병렬소성로의 확대단면도,

도 4는 본 발명의 온도 및 레벨감지센서가 연결된 제어부의 블럭회로도,

도 5는 본 발명에 따른 생석회 제조방법을 나타내는 플로우차트,

도 6은 본 발명의 배가스온도와 소성도의 상관관계를 나타내는 그라프.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

100a,100b: 소성로A,B 101: 원석저장호퍼

102,108,123: 진동형절출기 103: 드럼워셔

104: 수세저장호퍼 105,109,121: 벨트컨베어

106; 평량호퍼 107: 연도

110: 댐퍼 111: 예열영역

112: 소성영역 113: 냉각영역

114: 채널 115: 렌스

116a,116b: 디스챠저 118: 덕트

119; 스크루버 120: 집진기

201a,201b: 레벨센서 202a,202b,203a,203b: 온도센서

204: 신호변환수단 205: 계장제어기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 병렬소성로의 생석회 제조방법은, 입형병렬소성로의 각 소성로 예열영역의 석회석의 온도를 측정하여 계장제어기로 전송하는 제1단계와, 상기 예열영역의 직상부측의 배기가스온도를 측정하여 계장제어기로 전송하는 제2단계와, 비소성로의 예열영역에서 측정된 석회석의 온도값을 기준으로 하여 비소성로의 외부로 배출되는 배기가스값과 비교 연산하여 온도편차값을 산출하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 산출된 온도편차값이 설정기준값을 초과하면 계장제어기의 제어신호에 의하여 비소성로의 디스챠저의 작동속도를 증가시키는 제4단계와, 상기 제4단계에서 디스챠저에 의하여 배출된 석회석의 레벨을 레벨센서에서 측정하여 석회석을 비소성로에 재장입시키는 제5단계를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 병렬소성로의 생석회 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 생석회 제조방법은, 원석인 석회석을 소성로의 내부로 장입하는 장입장치와, 예열영역, 소성영역, 냉각영역을 구비하고 있으며 석회석을 장입하여 하강시키면서 생석회를 제조하는 병렬소성로와, 고온의 소성온도를 유지하기 위한 열을 공급하는 연소장치와, 제조완료된 고온의 생석회를 냉각하는 냉각장치와, 제조완료된 생석회를 배출하는 불출장치를 구비하고 있는 종래의 생석회 제조장치에서 수행된다. 종래 생석회 제조장치의 작동상태는 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 방법을 수행하기 위하여 종래와 같은 생석회 제조장치에 다수의 온도센서(202a,202b)(203a,203b)와 레벨센서(201a,201b)가 추가된다. 상기 다수의 온도센서(202a,202b)와 레벨센서(201a,201b)에 의하여 측정되는 측정치는 생석회 제조장치를 제어하는 종래 계장제어기(205)에 입력되어서 생석회 제조장치가 본 발명의 방법에 의하여 제어된다. 상기 계장제어기(205)는 디스챠저 제어수단과 장입원석 제어수단이 구비되어 있으며, 또한 명령이나 데이터를 입력시키기 위한 입력수단과, 신호변환수단(204)이 연결되어 있다.

또한 도 2 및 도 3에 상기의 온도센서(202a,202b)와 레벨센서(201a,201b)의 설치상태가 표시되어 있다. 확대단면도인 도 3을 참고하면 소성로A(100a)의 예열영역(111)의 상부측에 레벨센서(201a)와 온도센서(202a,203a)가 각각 설치되고, 소성로B(100b)의 예열영역의 상부측에 레벨센서(201b)와 온도센서(202b,203b)가 각각설치된다. 또한 장입용 평량호퍼(106)와, 댐퍼(110), 배출용 디스챠저(116a,116b)등이 더 구비되어서 수행된다. 댐퍼(110)는 소성, 비소성시에 공기이동방향을 제어하기 위한 것으로서, 소성측에는 공기유입, 비소성측에는 배기가스유출상태로 작동된다.

도 5는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 플로우차트로서 이것을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 작업장에서 생산량을 설정하고 설정된 량에 따라서 계장제어기(205)에 데이터를 입력하여 원석을 장입한다. 원석의 장입이 완료된 후에 소성로를 가동시킬 것인가 아닌가에 대한 모드를 선택한다. 원석이 장입된 상태에서 모드선택에 의하여 소성로가 가동되고 또한 소성 및 비소성로가 선택되면, 소성로에서는 연료의 연소에 의한 소성이 진행된다. 설명의 편의를 위하여 소성로A(100a)에서 연료에 의한 소성이 이루어지는 소성상태이고, 다른 소성로B(100b)에서는 연료의 연소에 의한 소성이 이루어지지 않는 비소성상태라고 가정한다.

선택된 소성로A(100a)에서는 900℃ 이상의 고온의 열에너지를 포함하는 배기가스에 의하여 석회석이 가열되면서 소성이 이루어지고, 이와 동시에 소성로B(100b)에서는 소성로A(100a)에서 발생된 배기가스가 채널(114)을 통하여 소성로B(100b)로 이동한 후에 상부측으로 이동하면서 덕트(118)로 배출된다. 이 때 열가스에 의하여 소성로B(100b)의 예열영역(111)에 장입되어 있는 석회석이 예열된다.

상기와 같이 배기가스에 의하여 소성로B(100b)의 예열영역(111)의 석회석이예열되는 상태에서, 예열영역(111)에 장착된 온도센서(202b)에서 석회석의 예열온도를 측정한다. 동시에 예열영역(111)을 통과하는 배기가스의 온도를 상부측에 위치한 온도센서(203b)에서 측정한다. 상기와 같이 온도센서(202b,203b)에 의하여 측정된 온도정보는 신호변환수단(204)을 거치면서 아날로그온도를 디지털온도로 변환시켜 계장제어기(205)로 전송한다.

계장제어기(205)에서는 상기 온도센서(202b,203b)로부터 입력되는 온도값을 이용하여 온도편차를 산출한다. 다시말하면 석회석의 예열온도와 배기가스의 배출온도의 편차를 연산하여 소정값 = 설정값(160℃)+7∼10℃ 이하의 편차가 발생되는 경우에는 정상모드로서 소성로B(100b)의 디스챠저(116b)는 최소 횟수로 동작하여 가동한다. 그러나 (설정값+7∼10℃) 이상의 편차가 발생되는 경우에는 다음 단계로 이행한다. 다시말하면 온도편차값이 (설정값+7∼10℃) 보다 큰 경우에는 열에너지가 낭비되는 상태이므로 이것을 해소하기 위하여 생석회 증산모드가 작동되며 이에 따라서 계장제어기(205)에서 비소성측의 소성로B(100b)의 디스챠저(116b)의 동작횟수를 증가시켜서 제품을 배출시키고, 장입된 원석의 하강으로 인한 레벨의 변동상태를 레벨센서(201b)에서 측정한 후에 계장제어기(205)에 전송한다. 상기 설정값 160℃는 최적화된 값으로서 후에 설명된다. +7∼10℃의 온도범위는 계절적인 요인에 의하여 변경되는 허용범위이다.

이렇게 생산량에 따라서 정해된 시간(소성 set time) 동안 비소성측의 소성로B(100b)의 배기가스온도가 설정값 이상으로 상승됨에 따라서 디스챠저(116b)가 빠르게 작동하여 변동된 장입레벨은, 소성시간이 경과된 후에 소성로A(100a) 및 소성로B(100b)에 원석을 장입하기 위하여 휴지되며, 그 후에 바로 원석이 장입되는데 이 때 원석은 소성상태인 소성로A(100a)와 비소성측 소성로B(100b)가 모두 레벨설정값까지 장입하게 된다.

상기와 같은 소성과 비소성이 동시에 이루어지는 공정은 소성로B(100b)가 소성측이 되고, 소성로A(100a)가 비소성측이 되도록 교체된 후에 동일한 과정이 반복된다. 상기와 같이 하여 품질이 안정되면서 생산성이 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 방법에 의하여 제조되는 생석회를 구체적인 실시예를 참고하여 설명한다.

실시예의 수행에서 원석인 석회석은 국내산을 사용하였으며, 생산량은 200∼300T/H로 변동시키면서 배기가스의 온도를 변화시켜가면서 제품의 소성도를 무게를 측정하여 산출하였다. 또한 장입 입도를 균일하게 유지하기 위하여 수세저장호퍼(104)의 레벨은 80% 이상으로 관리하여 일정하게 유지하였다. 이러한 조건하에서 제조된 생석회의 소성도가 하기의 표 1에 표시되어 있다.

실시횟수	배기가스온도(±5℃)	제품소성도(%)	실시횟수	배기가스온도(±5℃)	제품소성도(%)	비고
테스트1	90	75.2	테스트8	160	89.6
테스트2	100	75.8	테스트9	170	91.2
테스트3	110	77.4	테스트10	180	94.5
테스트4	120	80.1	테스트11	190	97.4
테스트5	130	81.5	테스트12	200	98.1
테스트6	140	84.3	테스트13	210	98.5
테스트7	150	86.2	테스트14	220	99.2

배기가스온도에 따른 제품소성도의 변화률

상기의 표 1에서 보는 바와 같이 배기가스 온도와 제품의 소성도를 기초로하여 회귀분석한 결과 아래와 같은 상관식으로 상관도가 매우 높은 상태임을 알 수 있다. 상관식은 하기 식 1과 같다. 또한 상기 식에 의한 배기가스온도와 소성도의 상관관계를 나타낸 그라프가 도 6에 표시되어 있다.

(식 1)

y = 0.2106x + 55.144 (R2 = 0.9823)

여기에서 y는 소성도, x는 배기가스 온도를 나타낸다.

생석회는 공극률(R2) 및 활성도가 높은 반응성이 양호한 품질을 요구하게 되는데 보통 과소성되지 않도록 적정 수준의 소성도를 필요로 하며, 통상 소성도 90% 수준으로 공급함으로서 배기가스온도의 기준값을 160℃(=설정값)로 설정하였다.

이 때 상기 식 1에 사용된 소성도와 배기가스 온도와의 데이터는 가능한 다양한 조업조건이 변화할 때 측정하는 것이 필요하며, 실제로 소성로A(100a) 및 소성로B(100b)내에서 생석회의 제조시간을 고려하여 17시간 간격으로 측정하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 상관도의 입증으로 실제 생석회 제조조업중에 비소성측의 소성로B(100b)의 배기가스온도가 설정된 온도값(160℃) 이상 상승할 때 종래 방법과 본 발명에 의한 방법에서의 디스챠저(116a,116b)의 동작횟수를 측정한 결과가 하기의 표 2에 표시되어 있다.

구분	디스챠저동작횟수 (회)	장입레벨(%)	원석장입량(Ton/CaCO₃)	비고
구분	소성측	비소성측	소성측	비고	비소성측	소성측	비소성측
종래방식	16	2	0	87.5	4.50	0	배기가스온도160℃
본발명	16	7	0	56.3	4.50	1.97	배기가스온도160℃

상기의 표 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 방법을 적용한 경우에 비소성측의 디스챠저 동작횟수가 종래방법에 의한 동작회수보다 매우 증가됨을 알 수 있다. 또한 원석장입량을 살펴 보면, 종래 0인 상태에서 1.97로서 생산량이 증가됨을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면 생석회 제조시 비소성측의 소성로내부로 배출된 고온의 배기가스를 이용함으로서 새로운 설비의 증설없이 안정적으로 생석회의 생산량을 증가시킬 수 있으며, 제조원단위를 절감시키는 효과가 있다.

Claims

입형병렬소성로의 각 소성로 예열영역의 석회석의 온도를 측정하여 계장제어기로 전송하는 제1단계와, 상기 예열영역의 직상부측의 배기가스온도를 측정하여 계장제어기로 전송하는 제2단계와, 비소성로의 예열영역에서 측정된 석회석의 온도값을 기준으로 하여 비소성로의 외부로 배출되는 배기가스값과 비교 연산하여 온도편차값을 산출하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 산출된 온도편차값이 설정기준값을 초과하면 계장제어기의 제어신호에 의하여 비소성로의 디스챠저의 작동속도를 증가시키는 제4단계와, 상기 제4단계에서 디스챠저에 의하여 배출된 석회석의 레벨을 레벨센서에서 측정하여 석회석을 비소성로에 재장입시키는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬소성로의 생석회 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 설정기준값이 (160℃ + 7∼10℃)의 범위인 것을 특징으로 하는 병렬소성로의 생석회 제조방법.