KR20040021244A - Method for certifying stable gas pressure of coke oven - Google Patents

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KR20040021244A
KR20040021244A KR1020020052840A KR20020052840A KR20040021244A KR 20040021244 A KR20040021244 A KR 20040021244A KR 1020020052840 A KR1020020052840 A KR 1020020052840A KR 20020052840 A KR20020052840 A KR 20020052840A KR 20040021244 A KR20040021244 A KR 20040021244A
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이운재
최재훈
이상열
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재단법인 포항산업과학연구원
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    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B41/00Safety devices, e.g. signalling or controlling devices for use in the discharge of coke

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Abstract

PURPOSE: A method for checking stabilized gas pressure of coke oven is provided to accurately predict gas pressure generated during coal dry distillation in coke oven from various operation conditions including coal charging conditions and oven dry distillation conditions. CONSTITUTION: The method comprises first step of calculating P (unit: mmH2O) that is a gas pressure generated during dry distillation of the coal from the following expression when moisture of coal charged into coke oven is M (unit: %), a ratio in which grain size of the coal is 3 mm or less is dp (unit: %), temperature during charging of the coal is Tcharging (unit: deg.C), and final dry distillation temperature of the coal is Tdry distillation (unit: deg.C): P=3.09x10¬9x{1/(M)¬2.520}x{1/(Tdry distillation)¬5.281}x{(Tcharging)¬5.206}x{1/(dp)¬2.303}; and second step checking whether the calculated gas pressure is less than or the same as the limit gas pressure by comparing the calculated gas pressure with a limit gas pressure of the coke oven, wherein the method further comprises a step of changing any one or more values in the M, dp, Tcharging and Tdry distillation and repeatedly performing the first and second steps using the changed values if the calculated gas pressure is larger than the limit gas pressure in the second step.

Description

코크스 오븐의 안정 가스압 확인 방법 {Method for certifying stable gas pressure of coke oven}Method for certifying stable gas pressure of coke oven}

본 발명은 코크스 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석탄 건류 시 발생하는 가스압을 미리 계산해보아 코크스 오븐의 안정 가스압을 확인하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing coke, and more particularly, to a method for confirming a stable gas pressure of the coke oven by calculating in advance the gas pressure generated during coal drying.

코크스 오븐은 조업시작 후 20년을 전후로 노화가 급격하게 진행되며, 또한 환경적인 측면이 강화되기 때문에 오븐 수명연장 및 노체 관리는 야금용 코크스 제조 공정에서 가장 중요한 문제의 하나로 대두되고 있다. 특히 야금용 코크스 제조 산업에서 가장 중요한 과제 중 하나는 석탄 건류 과정에서 코크스 오븐 벽에 위험한 수준의 높은 팽창압이 작용하여 코크스 오븐 벽을 손상시키는 것을 막는 것이다.As the coke oven is rapidly aging around 20 years after the start of operation, and the environmental aspects are strengthened, the extension of the life of the oven and the management of the furnace are one of the most important problems in the metallurgical coke manufacturing process. In particular, one of the most important challenges in the metallurgical coke manufacturing industry is to prevent dangerously high expansion pressures on the coke oven walls from damaging the coke oven walls.

코크스 오븐은 초기 벌집모양의 오븐에서 슬롯타입(slot-type)의 오븐으로 대체되면서, 코크스 제조에서는 특히 저휘발분 석탄의 사용을 고려할 때 코크스 오븐 벽에 작용하는 매우 높은 팽창압에 대한 가능성에 많은 관심을 가져왔다. 높은 팽창압을 나타내는 석탄이나 배합탄은 오븐 벽을 손상시켜 결국 오븐 수명을 단축시키게 된다.Coke ovens have been replaced by slot-type ovens in early honeycomb ovens, with much interest in the potential for very high expansion pressures on the coke oven walls, especially when considering the use of low volatile coal. Brought it. Coal or coal blends with high expansion pressures will damage the oven walls and shorten oven life.

코크스 오븐에서 석탄 건류시 발생하는 팽창압, 즉 석탄 중심에서 최대 가스압이 발생하는 과정을 설명하면 다음과 같다.In the coke oven, the expansion pressure generated during the coal distillation, that is, the process of generating the maximum gas pressure at the coal center will be described.

석탄이 슬롯타입의 코크스 오븐에서 건류될 때 두 개의 연화층이 오븐 벽에 평행하게 형성된다. 이들 두 연화층은 장입된 석탄의 바닥과 상부에서 연화된 석탄의 엘비롭(envelope), 슬리브(sleeve), 및 튜브(tube)를 형성하는 부가적인 연화층을 형성하며 연결된다. 건류가 진행됨에 따라 연화층은 점차적으로 오븐 중심을 향해 이동하다가 결국 오븐 중심에서 만나게 되며, 이 연화층 내에서 입자의 석탄이 다공성의 용융된 코크스로 전환된다.When coal is carbonized in a slotted coke oven, two softening layers are formed parallel to the oven walls. These two softening layers are joined to form an additional softening layer that forms the envelope, sleeve, and tube of softened coal at the bottom and top of the charged coal. As dry distillation proceeds, the softening layer gradually moves towards the center of the oven and eventually meets at the center of the oven, where the coal of the particles is converted into porous molten coke.

보통 휘발분 함량이 17∼25%(daf) 되는 석탄에 대해 오븐 중심에서 두 연화층이 합체될 때 연화층 내에서 최대 수준에 도달하는 가스압의 발생을 동반한다. 이 압력은 오븐 중심과 오븐 벽 사이의 세미-코크스(semi-coke)층을 통해 오븐 벽으로 전달되며, 이 때 오븐 벽에 작용하는 압력을 팽창압이라 한다. 이 압력이 충분히 크면 오븐 손상을 야기한다. 화학분석과 팽윤물성 조건에서 비슷한 특성을 가지는 석탄이라도 압력발생에 대해서는 완전히 다른 거동을 나타낼 수 있으므로, 어떤 석탄들은 위험한 반면 다른 석탄은 안전하게 건류된다.Usually for coals with a volatile content of 17 to 25% (daf), when the two softening layers are coalesced at the center of the oven, they are accompanied by the generation of gas pressures which reach maximum levels in the softening layer. This pressure is transferred to the oven wall through a semi-coke layer between the oven center and the oven wall, where the pressure acting on the oven wall is called the expansion pressure. If this pressure is high enough, it will cause oven damage. Coal with similar properties under chemical analysis and swelling properties can exhibit completely different behavior for pressure generation, so some coals are dangerous while others are safely distilled.

일반적으로 접하는 석탄 팽창압과 가스압은 다음과 같이 정의된다. 먼저, 석탄 팽창압은 석탄 건류로 인해 오븐 벽에 작용하는 압력으로 정의되며, 가스압은 석탄 건류시 석탄 및 코크스 층에 삽입된 프로브(probe)로 측정된 압력으로 정의된다.Coal expansion pressure and gas pressure generally encountered are defined as follows. First, the coal expansion pressure is defined as the pressure acting on the oven wall due to coal distillation, and the gas pressure is defined as the pressure measured by a probe inserted in the coal and coke bed during coal distillation.

통상 상업용 오븐에서 석탄 건류시 오븐 벽이 받는 압력인 팽창압을 직접 측정할 수 있는 방법은 없으며, 시험로를 이용하여 팽창압을 측정한다. 석탄 건류과정에서 발생하는 팽창압과 가스압의 관계는 상업용 오븐에서는 오븐 중심에서 발생하는 최대 가스압이 오븐 벽에 팽창압으로 나타나며, 시험로에서 가스압이 팽창압의 2배로 나타나는 것으로 알려져 있다.Normally there is no direct measurement of the expansion pressure, which is the pressure on the oven wall during coal drying in commercial ovens, and the expansion pressure is measured using a test furnace. The relationship between the expansion pressure and the gas pressure generated during the coal distillation process is known to indicate that the maximum gas pressure generated at the center of the oven in the commercial oven is the expansion pressure on the oven wall, and the gas pressure is twice the expansion pressure in the test furnace.

전술한 바와 같이 코크스 오븐 내 석탄 건류과정에서 과잉의 팽창압이 발생하면, 압출 막힘이나 압출 시 오븐 벽 손상을 초래하게 되어 코크스 오븐의 안정조업 저해와 오븐 수명을 단축하는 원인이 된다. 또한 고품질의 코크스 제조와 원가 비용 절감을 위해 오븐에 장입되는 석탄의 수분을 조절하는 석탄조습설비 및 고가동율 조업과 같은 조업환경 변화 시 과잉 팽창압 방지를 위한 조업조건을 확보하는 것이 요구된다.As described above, an excessive expansion pressure in the coal drying process of the coke oven may cause blockage of the extrusion or damage of the oven wall during extrusion, which may cause a stable operation of the coke oven and shorten the life of the oven. In addition, it is required to secure operating conditions for preventing excessive expansion pressure in the case of operating environment changes such as coal humidification facilities that control the moisture of coal charged into the oven and high operation rate for high quality coke production and cost reduction.

일반적으로 코크스 오븐에서 석탄 건류시 발생하는 팽창압의 한계 허용범위는 오븐 크기에 따라 다른데, 일 예로서, 6 m 코크스 오븐에서는 팽창압의 한계 허용범위가 7 kPa 이고, 4 m 코크스 오븐에서는 팽창압의 한계 허용범위가 14 kPa 이며, 상업용 코크스 오븐에서 안정적인 오븐 조업을 위한 오븐 중심에서의 가스압은 350 mmH2O 이하인 것으로 알려져 있다 (Loison, R et. al, Coke quality and production, 1989, Lindert, M. T. and van der Velden, B., Ironmaking Conf. Proceedings, 1994).In general, the limit of expansion pressure that occurs in coal coking in a coke oven depends on the size of the oven.For example, in 6 m coke ovens the limit of expansion pressure is 7 kPa, and in 4 m coke ovens. The limit tolerance of is 14 kPa and the gas pressure at the center of the oven for stable oven operation in commercial coke ovens is known to be below 350 mmH 2 O (Loison, R et. Al, Coke quality and production, 1989, Lindert, MT and van der Velden, B., Ironmaking Conf. Proceedings, 1994).

그러나, 코크스 오븐에서 석탄 건류시 발생하는 팽창압은 원료탄 성상, 오븐 장입 및 건류조건 등에 의존하고, 건류과정에서 오븐 내에서 일어나는 여러 가지 복잡한 작용에 의해 건류시 발생하는 팽창압을 추정하는데는 어려움이 많다.However, the expansion pressure generated by coal drying in the coke oven depends on the raw material properties, the oven charging and the drying conditions, and it is difficult to estimate the expansion pressure generated during drying by various complicated actions occurring in the oven during the drying process. many.

이러한 문제점을 해결하기 위해 많은 연구자들이 원료탄 성상 및 조업조건이 팽창압에 미치는 영향과 지배요인을 이동벽이 있는 시험로를 이용하여 분석하였으나(Latshaw, G. H. et al., ISS Ironmaking Proceedings, 1984, Nomura, S. and Thomas, K. M., Fuel, 1996, Tucker, J. and Everitt, G., Ironmaking Conf.Proceedings, 1989, Grimley, J. J. and Radley, C. E., Ironmaking Conf. Proceedings, 1995, Rohde, W. et al., Ionmaking Conf. Proceedings, 1988), 석탄 건류과정에서 발생하는 팽창압을 간단하고 정확하게 예측할 수 있는 기술로서 명확하게 제시된 것은 없으며, 따라서 팽창압을 예측하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.In order to solve this problem, many researchers analyzed the effects of raw material elasticity and operating conditions on the expansion pressure and the dominant factors by using a test wall with moving walls (Latshaw, GH et al., ISS Ironmaking Proceedings, 1984, Nomura). , S. and Thomas, KM, Fuel, 1996, Tucker, J. and Everitt, G., Ironmaking Conf. Proceedings, 1989, Grimley, JJ and Radley, CE, Ironmaking Conf.Proceedings, 1995, Rohde, W. et al , Ionmaking Conf. Proceedings, 1988), which is a simple and accurate technique for predicting the expansion pressure occurring in the coal drying process, and therefore, a technique for predicting the expansion pressure is required.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 코크스 오븐에서 석탄 건류과정에서 발생하는 석탄 중심에서의 가스압을 예측하는 데 있다.The present invention has been made to solve the problems as described above, the object is to predict the gas pressure at the center of the coal generated in the coal drying process in the coke oven.

본 발명의 다른 목적은 과잉의 팽창압이 오븐 벽에 발생하지 않도록 조업 조건을 제어할 수 있도록 하는 데 있다.Another object of the present invention is to be able to control the operating conditions such that excessive expansion pressure does not occur on the oven wall.

본 발명의 또 다른 목적은 과잉의 팽창압으로 인한 오븐 벽 손상을 막아 오븐의 수명을 연장시키는 데 있다.Another object of the present invention is to prevent oven wall damage due to excessive expansion pressure to extend the life of the oven.

도 1은 본 발명의 실험에서 사용된 코크스 시험로를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a coke test furnace used in the experiment of the present invention.

도 2는 석탄 건류시 석탄 중심에서 발생하는 가스압을 측정하는 프로브를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a probe for measuring the gas pressure generated in the coal center during coal distillation.

도 3은 실험적으로 측정된 가스압과 본 발명의 수학식 1에 의해 예측된 가스압을 비교하여 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing a comparison between the experimentally measured gas pressure and the gas pressure predicted by Equation 1 of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

1 : 오븐2 : 이동벽3 : 고정벽1: oven 2: moving wall 3: fixed wall

4 : 탄화차5 : SiC 히터6,7 : 바퀴4: carbide car 5: SiC heater 6: 7, wheels

8 : 석탄장입구9 : 가스 배출관10 : 댐퍼(damper)8: coal inlet 9: gas outlet 10: damper

11 : LPG 버너12 : 공기공급부13 : 연도11: LPG burner 12: Air supply unit 13: Year

14 : 가스압 측정 프로브 설치점20 : 가스압 측정 프로브14 gas pressure measuring probe installation point 20 gas pressure measuring probe

21: 열전대22 : 측정 구멍23 : 압력센서21: thermocouple 22: measuring hole 23: pressure sensor

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 코크스 오븐에 장입되는 석탄의 수분, 석탄 입도 비율, 장입 온도, 및 건류 온도를 이용하여 코크스 오븐에서의 가스압을 계산하고, 그 계산된 가스압이 해당 코크스 오븐의 한계 가스압보다 작거나 같은지를 확인하며, 만약 계산된 가스압이 한계 가스압보다 클 경우, 계산치가 한계치보다 작거나 같을 때까지 조건을 변화시켜 코크스의 안정 가스압을 확인하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the present invention, the gas pressure in the coke oven is calculated using the moisture, coal particle size ratio, charging temperature, and dry distillation temperature of the coal charged in the coke oven, and the calculated gas pressure is the corresponding coke oven. Check whether the gas pressure is less than or equal to the limit gas pressure, and if the calculated gas pressure is greater than the limit gas pressure, the stable gas pressure of the coke is confirmed by changing the condition until the calculated value is less than or equal to the limit value.

즉, 본 발명에 따른 코크스의 안정 가스압 확인 방법은, 코크스 오븐에 장입되는 석탄의 수분을 M(단위:%)이라 하고, 석탄의 입도가 3mm 이하인 비율을 dp(단위:%)라 하며, 석탄을 장입할 때의 온도를 T장입(단위:℃)이라 하고, 석탄의 최종 건류온도를 T건류(단위:℃)라 할 때, 석탄의 건류 시 발생하는 가스압인 P(단위:mmH2O)를 다음의 식으로부터 계산하는 제1단계: P = 3.09×109×(M)-2.520×(T건류)-5.281×(T장입)5.206×(dp)-2.303와; 계산된 가스압을 코크스 오븐의 한계 가스압과 비교하여, 계산된 가스압이 한계 가스압보다 작거나 같음을 확인하는 제2단계를 포함하며, 제2단계에서 계산된 가스압이 한계 가스압보다 클 경우, M, dp, T장입, T건류중의 어느 한 값 이상을 변화시키고, 변화된 값을 이용하여 제1단계 및 제2단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.That is, in the method for confirming the stable gas pressure of coke according to the present invention, the moisture of coal charged into the coke oven is referred to as M (unit:%), and the proportion of coal having a particle size of 3 mm or less is referred to as dp (unit:%). The temperature at the time of charging is referred to as T charging (unit: ℃), and the final drying temperature of coal is T dry distillation (unit: ℃), P (unit: mmH 2 O) which is the gas pressure generated when coal is dried. Is calculated from the following equation: P = 3.09 x 10 9 x (M) -2.520 x (T dry distillation ) -5.281 x (T charging ) 5.206 x (dp) -2.303 ; Comparing the calculated gas pressure with the limit gas pressure of the coke oven and confirming that the calculated gas pressure is less than or equal to the limit gas pressure, and when the gas pressure calculated in the second step is greater than the limit gas pressure, M, dp It is characterized by changing at least one of T, T charging , and dry distillation , and repeating the first and second steps using the changed value.

이 때, 계산식에서, M은 5.6∼9.0%이고, dp는 77∼86% 이며, T장입은 850∼1000℃이고, T건류는 1050∼1200℃ 이다.In this formula, M is 5.6 to 9.0%, dp is 77 to 86%, T loading is 850 to 1000 ° C, and T dry distillation is 1050 to 1200 ° C.

이하 본 발명에 따른 코크스 오븐의 안정 가스압 확인 방법에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for confirming a stable gas pressure of a coke oven according to the present invention will be described in detail.

먼저, 코크스 오븐에 장입되는 석탄의 수분 M과, 석탄의 입도가 3mm 이하인 비율 dp와, 석탄을 장입할 때의 온도 T장입과, 석탄의 최종 건류온도 T건류를 아래의 수학식 1에 대입하여 석탄의 건류 시 발생하는 가스압 P를 계산한다.First, the moisture M of the coal charged into the coke oven, the ratio dp having a particle size of 3 mm or less, the temperature T charging at the time of charging the coal and the final dry temperature T drying of the coal are substituted into the following equation (1). Calculate the gas pressure, P, generated during the drying of coal.

P = 3.09×109×(M)-2.520×(T건류)-5.281×(T장입)5.206×(dp)-2.303 P = 3.09 × 10 9 × (M) -2.520 × (T dry ) -5.281 × (T charging ) 5.206 × (dp) -2.303

다음, 수학식 1로부터 계산된 가스압을 해당 코크스 오븐의 한계 가스압과 비교하여, 계산된 가스압이 한계 가스압보다 작거나 같음을 확인한다. 이 때 한계 가스압은 코크스 오븐의 크기와 종류에 따라 다른데, 일반적인 상업용 코크스 오븐에서는 한계 가스압이 보통 350 내지 400 mmH2O 범위 내에 있는 것으로 알려져 있다.Next, the gas pressure calculated from Equation 1 is compared with the limit gas pressure of the coke oven to confirm that the calculated gas pressure is less than or equal to the limit gas pressure. At this time, the limit gas pressure varies depending on the size and type of the coke oven. In a typical commercial coke oven, the limit gas pressure is generally known to be in the range of 350 to 400 mmH 2 O.

만약, 수학식 1로부터 계산된 가스압이 해당 코크스의 한계 가스압보다 큰 경우에는, M, dp, T장입, T건류중의 어느 한 값 이상을 변화시키고, 변화된 값을 이용하여 수학식 1로부터 다시 가스압을 계산하며, 이러한 재계산은 계산치가 한계치보다 작을 때까지 수행하여 계산치가 한계치보다 작거나 같음을 확인하도록 한다.If the gas pressure calculated from Equation 1 is greater than the limit gas pressure of the corresponding coke, one or more of M, dp, T charging and T dry distillation are changed, and the gas pressure is again obtained from Equation 1 using the changed value. This recalculation is performed until the calculation is less than the threshold to ensure that the calculation is less than or equal to the threshold.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 코크스 오븐에서 건류 과정 중 발생하는 가스압을 수학식 1로부터 계산하여 추정한다. 그러면, 이러한 수학식 1을 구하기 위해 석탄 장입조건과 건류조건을 변화시키면서 가스압을 측정하는 실험을 수행한 것에 대해 상세히 설명한다.As described above, in the present invention, the gas pressure generated during the drying process in the coke oven is calculated and estimated from Equation 1. Then, in order to obtain the equation (1) will be described in detail for performing the experiment to measure the gas pressure while changing the coal loading conditions and dry distillation conditions.

본 발명의 실험에서는 50 kg 용량의 코크스 시험로에서 야금용 코크스 제조시 사용되는 장입탄을 이용하여, 장입탄 수분, 입도, 석탄 장입온도와 같은 장입조건과, 최종 건류온도와 같은 건류조건이 가스압에 미치는 영향을 분석하였으며, 도 1은 본 발명의 실험에서 사용된 코크스 시험로를 개략적으로 도시한 단면도이다.In the experiment of the present invention, the charging conditions such as moisture, particle size, coal charging temperature and the dry distillation conditions, such as the final drying temperature, are selected using the charged coal used for the manufacture of metallurgical coke in a 50 kg coke test furnace. 1 is a cross-sectional view schematically showing the coke test furnace used in the experiment of the present invention.

가스압 측정 실험에 사용된 석탄은 상업용 코크스 오븐에서 야금용 코크스 제조를 위해 사용되는 장입탄을 사용하였으며, 장입탄의 물성치는 다음과 같다. 즉, 공업분석 결과, 휘발분 26.0 중량%, 고정탄소 65.8 중량%, 그리고 회분 8.2 중량% 이고, 원소분석 결과, 탄소(C) 88.5 중량%, 수소(H) 4.9 중량%, 질소(N) 1.8 중량%, 황(S) 0.6 중량%, 산소(O) 4.2 중량% 이며, 장입탄 입도는 3mm 이하 비율이 80%인 것이다.The coal used in the gas pressure measurement experiments was made of coal used for the manufacture of metallurgical coke in a commercial coke oven, and the physical properties of the coal were as follows. That is, as a result of industrial analysis, 26.0 wt% of volatile matter, 65.8 wt% of fixed carbon, and 8.2 wt% of ash, and elemental analysis showed that 88.5 wt% of carbon (C), 4.9 wt% of hydrogen (H), and 1.8 wt% of nitrogen (N). %, Sulfur (S) 0.6% by weight, oxygen (O) 4.2% by weight, and the loaded coal particle size is 80% of 3mm or less.

오븐 본체(1)에는 양 측방으로는 각각 이동벽(2)과 고정벽(3)이 설치되어 있고, 오븐 본체(1)는 탄화차(4) 상에 설치되어 있는데, 탄화차(5)는 석탄 건류 종료시 오븐을 외부로 끌어내어 적열 코크스를 배출할 수 있도록 하부에 레일과 바퀴(7)가 설치되어 있다. 장입된 석탄의 가열을 위해 이동벽(2)과 고정벽(3)의 양쪽에 각각 같은 용량의 SiC 히터(5)를 수평으로 설치하였다. 이동벽의 하부에는 움직일 수 있도록 레일과 바퀴(6)가 설치되었다.The oven main body 1 is provided with a moving wall 2 and a fixed wall 3 on both sides, respectively, and the oven main body 1 is provided on the carbonized car 4. At the end of coal dry distillation, a rail and a wheel 7 are installed at the bottom to draw the oven to discharge the coke. SiC heaters 5 of the same capacity were horizontally installed on both the moving wall 2 and the fixed wall 3 for heating the charged coal. Rails and wheels 6 were installed at the bottom of the movable wall to move.

오븐(1) 상부에는 석탄 장입을 위해 장입구(8)를 설치하였으며, 발생되는 가스 배출을 위해 배출관(9)을 설치하였다. 발생가스 배출관(9)에는 오븐(1) 내의 압력을 조절할 수 있도록 댐퍼(damper)(10)를 설치하였으며, 오븐(1) 내 압력조절을 위해 배출관(9) 하부에 압력계를 설치하여 약간의 양압(0∼1 mmH2O)이 걸리도록 하였다.In the upper part of the oven 1, a charging inlet 8 was installed for charging coal, and a discharge pipe 9 was installed for exhausting the generated gas. A damper (10) was installed in the gas discharge pipe (9) to adjust the pressure in the oven (1), and a pressure gauge was installed in the lower part of the discharge pipe (9) to control the pressure in the oven (1). (0 to 1 mmH 2 O) was taken.

적열 코크스는 건류 종료후 탄화차(4)를 오븐(1) 밖의 푸셔(pusher)까지 이동시킨 다음, 푸셔를 이용하여 코크스를 오븐 폭 방향으로 밀어 소화장치로 압출하였다. 소화장치로 이송된 적열 코크스는 철제 박스(steel box)로 밀폐시킨 후 질소를 이용하여 소화하였다. 건류시 발생하는 가스(COG)는 댐퍼(10) 후단에 설치된 LPG 버너(11)에서 LPG와 함께 연소되며, 연소된 배가스는 공기공급부(12)로부터 공급되는 공기의 통풍력에 의해 연도(13)를 통해 외부로 배출하였다.The red coke moved the carbonized tea 4 to the pusher outside the oven 1 after the end of the dry distillation, and then pushed the coke in the width direction of the oven using the pusher to extrude the extinguishing device. The red coke transported to the fire extinguishing device was sealed with a steel box and digested with nitrogen. Gas (COG) generated during the drying is burned together with the LPG in the LPG burner 11 installed at the rear end of the damper 10, and the combusted exhaust gas is discharged from the flue 13 by the ventilation force of the air supplied from the air supply unit 12. Through the outside.

도 2는 석탄 건류시 석탄 중심에서 발생하는 가스압을 측정하는 프로브를 도시한 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 프로브(20)의 내부에는 K-type 열전대(21)가 있다. 프로브(20)는 가열벽과 평행이 되고, 오븐 폭 방향으로의 중심부(14)에 설치하였고, 프로브(20)의 한쪽 끝에는 가스압을 측정할 수 있도록 직사각형의 구멍(22)을 설치하였으며, 건류시 발생되는 압력은 프로브(20)에 연결된 압력센서(23)를 이용하여 측정하였다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a probe for measuring gas pressure generated at a coal center during coal distillation, and as shown therein, a K-type thermocouple 21 is provided inside the probe 20. The probe 20 was parallel to the heating wall, and was installed at the central portion 14 in the oven width direction. At one end of the probe 20, a rectangular hole 22 was installed to measure the gas pressure. The pressure generated was measured using a pressure sensor 23 connected to the probe 20.

실험 1Experiment 1

시험로에서 3 mm 이하 입도가 80%인 장입탄을 850℃에서 장입하여, 석탄 중심온도가 600℃에 도달하면 최종 건류온도 1100℃ 및 1150℃까지 3℃/min로 가열하여 1시간 동안 유지하였을 때, 장입탄 수분 변화에 따른 가스압의 변화를 측정하였다. 장입탄 수분은 강제순환식 오븐에서 건조하여 조절하였다.In the test furnace, charged coal having a particle size of 80% or less of 3 mm was charged at 850 ° C., and when the coal center temperature reached 600 ° C., it was heated at 3 ° C./min to 1100 ° C. and 1150 ° C. for 1 hour. At this time, the change in the gas pressure according to the change in the charged coal moisture was measured. The charged coal moisture was controlled by drying in a forced circulation oven.

최종 건류온도 1100℃와 1150℃에서 장입탄 수분변화에 따른 가스압은 다음의 표 1과 같이 얻어졌다.At the final dry distillation temperature of 1100 ℃ and 1150 ℃, the gas pressure according to the change of charged coal moisture was obtained as shown in Table 1 below.

수분(%)moisture(%) 5.65.6 6.06.0 6.56.5 6.86.8 7.07.0 7.57.5 7.87.8 8.58.5 8.68.6 가스압(mmH2O)Gas pressure (mmH 2 O) 1100℃1100 ℃ 205205 159159 132132 107107 7878 1150℃1150 ℃ 225225 112112 104104 9898

상업용 코크스 오븐에 장입되는 장입탄의 수분은 석탄조습설비(CMCP)에 의해 6.0∼7.0% 정도로 조절된다. 위의 표 1에서 알 수 있듯이, 오븐에 장입되는 장입탄의 수분이 감소하면 장입밀도 증가로 인해 건류과정에서 발생하는 가스압은 급격히 증가한다. 장입되는 석탄의 수분이 6.5% 미만이면 가스압이 급격하게 증가하므로 석탄의 수분을 6.5% 이상으로 관리해야 한다.The water content of the charcoal charged to the commercial coke oven is controlled by the coal humidification plant (CMCP) at 6.0-7.0%. As can be seen in Table 1 above, when the moisture of the charged coal charged in the oven decreases, the gas pressure generated in the dry distillation process increases rapidly due to an increase in the charged density. If the water content of the coal is less than 6.5%, the gas pressure increases rapidly, so the water content of the coal should be managed at 6.5% or more.

실험 2Experiment 2

야금용 코크스 제조에서 장입탄 수분 외에 장입조건으로서 장입탄 입도가 매우 중요한 관리 항목의 하나이다. 일반적으로 석탄 입도는 3 mm를 기준으로 하여 3 mm 이하 비율을 관리한다. 시험로에서 습탄(습도:8.6∼8.8%) 및 건조탄(습도:6.0∼6.5%)을 850℃에서 장입하여, 석탄 중심온도가 600℃에 도달하면 최종 건류온도 1100℃와 1150℃까지 3℃/min로 가열하여 1시간 유지하였을 때, 장입탄의 입도변화에 따른 가스압 변화를 측정하였다.In the manufacture of metallurgical coke, in addition to the charge coal moisture, the charge coal particle size is one of the important management items. In general, coal particle size is controlled at 3 mm or less based on 3 mm. In the test furnace, charged coal (humidity: 8.6 to 8.8%) and dry coal (humidity: 6.0 to 6.5%) are charged at 850 ° C. When the coal core temperature reaches 600 ° C, the final dry distillation temperature is 3 ° C up to 1100 ° C and 1150 ° C. When heated to / min and maintained for 1 hour, the gas pressure change according to the particle size change of the charged coal was measured.

입도는 석탄을 3 mm 초과 및 이하로 분리한 다음 3 mm 이하 비율이 77%에서 86%가 되는 무게비로 혼합하였다. 습탄 및 건조탄에 대해 최종 건류온도 1100℃와 1150℃에서 장입탄 입도변화에 따른 수평수축은 다음의 표 2와 같이 얻어졌다.The particle size was separated by more than 3 mm of coal and then mixed at a weight ratio of 3% or less of the ratio of 77% to 86%. The horizontal shrinkage for the wet and dry coals at the final dry distillation temperatures of 1100 ° C and 1150 ° C was obtained as shown in Table 2 below.

장입탄 입도(3mm 이하 비율)Charging coal particle size (rate less than 3mm) 77%77% 80%80% 83%83% 86%86% 가스압(mmH2O)Gas pressure (mmH 2 O) 1100℃1100 ℃ 습탄(8.6∼8.8%)Pulverized coal (8.6-8.8%) 112112 7878 6161 4949 건조탄(6.0∼6.5%)Dry coal (6.0-6.5%) 364364 205205 140140 252252 1150℃1150 ℃ 습탄(8.6∼8.8%)Pulverized coal (8.6-8.8%) 109109 9898 5555 6060 건조탄(6.0∼6.5%)Dry coal (6.0-6.5%) 310310 112112 7979 8282

표 2에 나타난 바와 같이, 장입탄 입도의 3 mm 이하 비율이 증가함에 따라 장입밀도의 감소로 가스압이 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 특히 건조탄은 습탄에 비해 장입밀도가 훨씬 높기 때문에 가스압이 높게 나타났다. 표 2로부터, 건조탄을 최종 건류온도 1100℃ 및 1150℃로 가열하여 1시간 유지한 각각의 경우, 안정적인 오븐 조업을 위해서는 석탄 전처리 설비인 석탄 조습설비 조건에서 장입되는 석탄 입도의 3 mm 이하 비율을 80% 이상이 되도록 관리해야 한다.As shown in Table 2, the gas pressure was rapidly decreased due to the decrease in the loading density as the ratio of 3 mm or less of the charged coal particle size increased. In particular, the dry coal has a higher gas pressure than the wet coal because the charging density is much higher. From Table 2, in each case where the dried coal was heated to the final dry distillation temperature of 1100 ° C. and 1150 ° C. and maintained for 1 hour, a ratio of 3 mm or less of the coal particle size charged under the coal humidification facility, which is a coal pretreatment facility, for stable oven operation was It should be managed to be over 80%

실험 3Experiment 3

시험로에서 입도 3mm 이하 비율이 80%인 습탄(습도:8.6∼9.0%) 및 건조탄(습도:6.0∼6.5%)을 850℃에서 장입하여, 최종 건류온도를 1050℃에서 1200℃까지 변화시켰을 때 최종 건류온도에 따른 가스압의 변화를 측정하였다. 습탄 및 건조탄은 850℃에서 장입하여 중심온도 600℃에서 3℃/min로 최종 건류온도로 가열되었으며, 최종 건류온도에서 1시간 동안 유지하였다. 코크스 오븐에서 최종 건류온도는 가동율, 소비열량 및 코크스 품질에 관련되는 인자로서 에너지 효율 측면에서 보면 낮게 유지하는 것이 유리하다. 최종 건류온도 변화에 따른 가스압 변화는 다음의 표 3과 같다.In the test furnace, charged coal (humidity: 8.6 to 9.0%) and dry coal (humidity: 6.0 to 6.5%) having a particle size of 3 mm or less at 80% were charged at 850 ° C to change the final dry distillation temperature from 1050 ° C to 1200 ° C. The change of gas pressure with the final dry distillation temperature was measured. The wet and dry coals were charged at 850 ° C. and heated to a final dry distillation temperature at 3 ° C./min at a central temperature of 600 ° C. and maintained at the final dry distillation temperature for 1 hour. The final dry distillation temperature in the coke oven is advantageously kept low in terms of energy efficiency as a factor related to the operating rate, calories burned and the coke quality. The gas pressure change according to the final dry distillation temperature is shown in Table 3 below.

최종건류온도Final dry temperature 1050℃1050 ℃ 1100℃1100 ℃ 1150℃1150 ℃ 1200℃1200 ℃ 가스압(mmH2O)Gas pressure (mmH 2 O) 습탄Marquette 119119 7878 9898 116116 건조탄Dry coal 183183 205205 112112 251251

위의 표 3에서 알 수 있듯이, 습탄 및 건조탄에 대해 최종 건류온도가 증가함에 따라 석탄 건류시 발생하는 가스압은 일정한 경향을 나타내지 않는다. 이것은 건류시 발생하는 가스압은 석탄 고화온도인 600℃ 이전에 발생하기 때문에 최종 건류온도에는 큰 영향을 받지 않는다. 한편, 건조탄의 가스압은 습탄에 비해 장입밀도가 높기 때문에 높은 팽창압을 나타내었다.As can be seen in Table 3 above, the gas pressure generated during coal distillation does not show a constant tendency as the final dry distillation temperature is increased for the wet and dry coal. This is because the gas pressure generated during dry distillation occurs before the coal solidification temperature of 600 ° C., so that the final dry distillation temperature is not significantly affected. On the other hand, the gas pressure of the dry coal showed a high expansion pressure because the charging density is higher than the wet coal.

실험 4Experiment 4

코크스 오븐에서 가동율의 변화는 오븐 내에서 건류되는 석탄의 가열속도를 변화시켜 석탄 건류거동에 영향을 준다. 즉 가동율의 증가는 석탄 중심에서의 가열속도를 증가시키게 된다. 3mm 이하의 입도 비율이 80%인 습탄 및 건조탄에 대해 시험로에서 석탄 중심에서의 가열속도 변화를 위해 장입온도를 850℃에서 1000℃까지 변화시키면서, 최종 건류온도 1100℃와 1150℃까지 가열하여 1시간 유지하였을 때 가스압의 변화를 측정하였다.Changes in operating rates in coke ovens affect the coal drying behavior by changing the heating rate of the coals dried in the oven. In other words, increasing the operation rate increases the heating rate at the coal center. For wet and dry coals with a particle size ratio of 3 mm or less of 3 mm, change the charging temperature from 850 ° C to 1000 ° C to change the heating rate at the center of the coal in the test furnace, and heat the final dry distillation temperature to 1100 ° C and 1150 ° C. The change of gas pressure was measured when hold | maintained for 1 hour.

석탄 중심에서의 가열속도 변화를 위해 장입온도를 변화시켰으며 중심온도가 600℃에 도달하면 최종 건류온도까지 3℃/min로 가열하였다. 석탄 장입온도 변화에 따른 가스압 변화는 다음의 표 4와 같다.The charging temperature was changed to change the heating rate at the center of coal. When the central temperature reached 600 ℃, it was heated to 3 ℃ / min until the final dry distillation temperature. The gas pressure change according to the change of the coal charging temperature is shown in Table 4 below.

장입 온도Charging temperature 850℃850 ℃ 900℃900 ℃ 950℃950 ℃ 1000℃1000 ℃ 가스압(mmH2O)Gas pressure (mmH 2 O) 1100℃1100 ℃ 습탄(8.6∼9.0%)Pulverized coal (8.6-9.0%) 7878 109109 142142 200200 건조탄(6.0∼6.7%)Dry coal (6.0-6.7%) 205205 315315 428428 575575 1150℃1150 ℃ 습탄(8.5∼8.7%)Pulverized coal (8.5-8.7%) 9898 6666 7272 100100 건조탄(6.5∼6.7%)Dry coal (6.5-6.7%) 112112 5858 219219 300300

위의 표 4에서 알 수 있듯이, 장입온도 즉 오븐 중심에서의 가열속도가 증가함에 따라 가스압은 석탄 연화-용융층에서의 가스 발생속도의 증가로 인해 증가하는 것으로 나타났다. 특히 건조탄에 대해서는 높은 장입밀도에 의해 습탄에 비해 높은 가스압을 나타내었으며, 장입온도 증가, 즉 가열속도 증가에 따라 급격한 가스압 증가를 나타내었다.As can be seen in Table 4 above, as the charging temperature, that is, the heating rate at the center of the oven, the gas pressure increased due to the increase in gas generation rate in the coal softening-melt layer. Especially for dry coal, high gas density showed higher gas pressure than that of wet coal, and the gas pressure increased rapidly with increasing charging temperature, that is, heating rate.

상술한 실험 4의 결과, 건조탄의 경우, 최종 건류온도 1100℃와 1150℃에서 장입온도를 변화시켰을 때, 안정적인 오븐 조업을 위해서는 장입온도를 950℃이하로 관리해야 한다.As a result of Experiment 4 described above, when the charging temperature is changed at the final dry distillation temperature of 1100 ° C. and 1150 ° C., the charging temperature should be controlled to 950 ° C. or lower for stable oven operation.

상술한 실험 1 내지 4로부터 석탄 건류과정에서 발생하는 가스압에 대한 석탄 장입조건인 장입탄 수분 및 입도의 3mm 이하 비율과 건류조건인 최종 건류온도, 즉 최종 코크스온도 및 석탄 장입온도와 가열속도의 영향을 도출하였으며, 가스압에 대해 이들 장입조건과 건류조건에 대한 상관식인 수학식 1을 회귀분석법을 이용하여 구하였다. 수학식 1에 대한 상관계수는 0.86으로서 매우 높다. 또한, 수학식 1은, M이 5.6∼9.0%이고, dp가 77∼86% 이며, T장입가 850∼1000℃이고, T건류가 1050∼1200℃일 때 적용되는 것이다.Influence of the coal loading condition, the coal loading condition, the coal loading condition and the particle size less than 3mm, and the final drying temperature, that is, the final coke temperature, the coal loading temperature, and the heating rate Equation 1, which is a correlation between these charging conditions and dry distillation conditions, was obtained using the regression method. The correlation coefficient for Equation 1 is 0.86, which is very high. Equation 1 is applied when M is 5.6 to 9.0%, dp is 77 to 86%, T loading is 850 to 1000 ° C, and T dry distillation is 1050 to 1200 ° C.

도 3은 실험적으로 측정된 가스압과 본 발명의 가스압 추정방법에 의해 예측된 가스압의 비교 그래프로서, 가스압에 대한 회귀분석식인 수학식 1을 사용한 계산치와 실제 측정치를 비교하여 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이 수학식 1은 실제 측정치와 매우 높은 상관성을 보이므로, 장입조건과 건류조건으로부터 석탄 건류시 발생하는 가스압의 정도를 정확하게 예측 추정하는데 실제적으로 활용가능함을 알 수 있다.3 is a comparison graph of the gas pressure experimentally measured and the gas pressure predicted by the gas pressure estimating method of the present invention. As shown in FIG. 3, Equation 1 shows a very high correlation with the actual measured value, and thus, it can be seen that the equation 1 can be practically used to accurately predict and estimate the gas pressure generated when coal coal is dried from charging conditions and dry conditions.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 석탄 장입조건과 오븐 건류조건 등의 여러가지 조업 조건들로부터 코크스 오븐에서 석탄 건류시 발생하는 가스압을 정확히 예측할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to accurately predict the gas pressure generated in coal coking in a coke oven from various operating conditions such as coal charging conditions and oven drying conditions.

또한, 조업 조건들을 적절하게 조정하여 석탄 건류시 과잉의 팽창압 발생을 방지하도록 팽창압을 적절하게 조정 가능하게 해 주는 효과가 있으며, 이로써 과잉 팽창압 발생에 의한 오븐 벽 손상 및 압출불량에 의한 생산성 저하를 방지하여, 오븐 조업 안정화 및 노체 손상저감에 기여하는 효과가 있다.In addition, it is possible to adjust the operating conditions appropriately so that the expansion pressure can be properly adjusted to prevent the occurrence of excessive expansion pressure during coal distillation, thereby improving the oven wall damage caused by excessive expansion pressure and productivity due to poor extrusion. It is effective in preventing the fall and contributing to stabilization of the oven operation and reduction of damage to the furnace body.

Claims (2)

코크스 오븐에 장입되는 석탄의 수분을 M(단위:%)이라 하고, 상기 석탄의 입도가 3mm 이하인 비율을 dp(단위:%)라 하며, 상기 석탄을 장입할 때의 온도를 T장입(단위:℃)이라 하고, 상기 석탄의 최종 건류온도를 T건류(단위:℃)라 할 때, 상기 석탄의 건류 시 발생하는 가스압인 P(단위:mmH2O)를 다음의 식으로부터 계산하는 제1단계: P = 3.09×109×(M)-2.520×(T건류)-5.281×(T장입)5.206×(dp)-2.303;The moisture of coal charged into the coke oven is called M (unit:%), the ratio of the particle size of the coal is 3 mm or less is called dp (unit:%), and the temperature when charging the coal is T charged (unit: And a final dry distillation temperature of the coal is T dry distillation (unit: deg. C), the first step of calculating P (unit: mmH 2 O), which is a gas pressure generated during dry distillation of the coal, from the following equation: : P = 3.09 × 10 9 × (M) -2.520 × (T dry distillation ) -5.281 × (T charging ) 5.206 × (dp) -2.303 ; 상기 계산된 가스압을 상기 코크스 오븐의 한계 가스압과 비교하여, 상기 계산된 가스압이 상기 한계 가스압보다 작거나 같음을 확인하는 제2단계를 포함하며,Comparing the calculated gas pressure with a limit gas pressure of the coke oven to confirm that the calculated gas pressure is less than or equal to the limit gas pressure, 상기 제2단계에서 상기 계산된 가스압이 상기 한계 가스압보다 클 경우, 상기 M, dp, T장입, T건류중의 어느 한 값 이상을 변화시키고, 상기 변화된 값을 이용하여 상기 제1단계 및 제2단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 코크스 오븐의 안정가스압 확인 방법.When the calculated gas pressure is greater than the threshold gas pressure in the second step, one or more of M, dp, T charging and T dry distillation are changed, and the first and second steps are made using the changed value. Method for checking the stable gas pressure of the coke oven, characterized in that for repeating. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 식에서, 상기 M은 5.6∼9.0%이고, 상기 dp는 77∼86% 이며, 상기 T장입은 850∼1000℃이고, 상기 T건류는 1050∼1200℃인 것을 특징으로 하는 코크스 오븐의 안정 가스압 확인 방법.Wherein M is 5.6-9.0%, dp is 77-86%, the T loading is 850-1000 ° C, and the T dry distillation is 1050-1200 ° C. Way.
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