KR20040042539A - 고로의 스테이브 열부하 제어방법 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명은 고로의 스테이브 열부하 제어방법에 관한 것으로서, 본 발명은 스테이브 고로 내 연,원료 장입시 장입물 분포를 균일하게 형성케함으로써 노내 가스류를 안정시키고 노체 열부하를 제어할 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 대립코크스가 투하되는 선회슈트의 경동각도(θ1)를 대립코크스와 선회슈트 선단부가 충돌하지 않는 각도로 설정하고, 코크스, 대립코크스, 광석 순으로 대립코크스를 매 연, 원료 장입시마다 장입함으로써, 스테이브 고로의 열부하 증가를 억제할 수 있고 중간부위의 통기성 확보를 가능케하여 통기성 압박에 의한 노황 불안정을 방지할 수 있으며, 반경방향의 코크스/광석 비를 균일하게 유지하여 가스 현열 및 환원능력을 최대로 이용함으로써 연료비 절감 뿐만아니라 생산성을 향상시킬 수 있게 한다.

Description

고로의 스테이브 열부하 제어방법{A method for controlling heat load of stave in furnace}

본 발명은 스테이브 고로 내 연,원료 장입시 장입물 분포를 균일하게 형성케함으로써 노내 가스류를 안정시키고 노체 열부하를 제어할 수 있는 고로의 스테이브 열부하 제어방법에 관한 것이다.

일반적인 고로조업에 있어서, 노황은 고로 내의 통기성, 노열상태, 장입물 강하상태로 대변되며, 고로 내의 연료 및 원료의 분포는 이러한 인자들과 밀접한 관계를 가진다. 고로의 분포는 선회 슈트를 통해 투하된 연료와 원료가 고로 내에 쌓이는 형태를 나타내며, 고로의 분포는 반경방향 및 원주방향으로 나누어진다.

현재 광양제철소의 고로 연료 및 원료 장입설비는 벨레스타입(Bell-less Type)의 노정장입장치가 채용되어 있으며, 그 주요한 특징은 선회슈트의 경동각도(θ)를 조정함으로써 반경방향의 연료와 원료의 분포를 조정할 수 있다는 데에 있다.

상기와 같은 광양제철소 고로의 장입물 분포조정의 목표는 노내 통기성 개선에 의한 생산성 향상, 노내 가스 이용율 향상에 의한 연료비 절감, 노체 열부하 억제에 의한 노체수명 연장, 노심 통기, 통액성 개선에 의한 노저 측벽부 수명연장 및 슬립(Slip), 행잉(Hanging), 풍구곡손, 냉입, 노심오염 등의 사고 예방에 있다.

장입물의 반경방향의 분포를 제어하는 방법으로는 일반적으로 장입모드 변경, 스토크라인(Stock Line) 변경, 광석/코크스 비율 조정 등이 기본적인 수단으로 사용되고 있다.

도 1a는 광양제철소의 고로에 적용된 벨레스타입(Bell-less Type)의 연,원료 장입장치의 본체 구성도로서, 연, 원료를 노체 상부로 이송하는 벨트 컨베이어(1)와, 장입 벨트로부터 공급된 연,원료를 2개의 호퍼에 선택적으로 공급하는 플랩 게이트(2; Flap Gate)와, 미리 설정된 연,원료 비율(O/C : 광석(ore)과 코크스(coke)의 비율)에 맞추어 평량을 실시하며 좌,우로 2개가 설치되는 장입 호퍼(3)와, 연,원료 장입시 투입속도를 조절하는 유량 조절 게이트(4; Material Control Gate)와, 장입물을 최종적으로 노 내에 뿌려주는 선회 슈트(5)와, 상기 선회 슈트를 회전시키고 상하 각도를 조절하는 선회슈트 구동유닛(6)으로 이루어지며, 연,원료 투입시 상기 선회 슈트(5)가 회전함으로써 원주방향으로 균일한 분포를 제어하며 또한 41~ 20.5도 사이를 9구간으로 나누어 경동각도(θ1)를 조절함으로써 고로의 반경방향의 연,원료 분포를 조절하게 된다.

도 1b는 고로 내의 연,원료 장입 분포도로서, 도 1b를 참고로 하여 고로 내의 연,원료 분포도를 살펴보면, 가장 먼저 코크스가 장입되는데 이때 코크스 테라스(a)가 형성된다. 다음으로 광석(Ore)이 장입되는데 광석을 테라스 선단부(b)에 충돌시켜 운동에너지에 의해 코크스층을 분괴시키고 코크스와 광석으로 이루어지는 혼합층(13)을 형성하여 통기성 및 가스 이용율이 우수한 분포를 형성시킨다.

마지막으로 고로 중심부에 대립 코크스(C3)를 장입함으로써 중심부 광석/코크스비(O/C) 경감에 의한 통기성 개선으로 중심부 가스류(c) 안정을 도모하게 되며, 이때 장입모드(반경방향의 연,원료 장입 패턴)를 변경하거나 대립코크스(C3)량을 조정함으로써 반경방향의 연,원료 분포를 조절하게 된다.

이때 노벽부에 광석이 지나치게 많이 분포하면 노벽부 가스류(e)가 억제되어 노벽부 과냉각 발생으로 부착물이 과다하게 성장하여 로 내 통기성 불량 뿐만 아니라 장입물 강하 불안정으로 노황불안정을 초래할 수 있으며, 반대로 중심부위에 광석이 지나치게 많이 분포하면 중심부 가스류(c)가 억제되고 노벽부 가스류(e)가 활성화됨에 따라 스테이브 고로의 열부하 및 스테이브 온도가 급격하게 상승하게 된다. 스테이브 열부하 상승은 로 내 에너지 손실을 의미하며 로 내 에너지 손실분 만큼 연료(Coke)를 보충하게 되어 연료비 상승을 초래한다.

또한 스테이브 온도 상승시 장입물 강하에 의한 마모속도가 급격히 증가하여 고로의 수명을 단축시키는 결과를 초래하게 된다. 가스가 가지고 있는 현재의 열량 및 그 열량의 환원능력을 최대로 이용하기 위해서는 노내의 장입물 분포 및 가스 유통분포를 균일하게 하는 것이 바람직하나 통기성면에서는 균일한 분포가 반드시 좋은 것은 아니며 부분적으로 통기성이 좋은 곳을 만들어 주어 가스의 흐름을 원활하게 해야 한다. 가스 분포와 노황과의 관계는 고로의 조업실적과 고로의 특성에따라 다르며, 가장 바람직한 분포란 노황이 안정된 상태에서 고생산성, 저연료비, 적정한 노체 열부하(T H/L)를 유지할 수 있는 분포이다.

냉각반 방식의 고로는 조업경년이 지날수록 냉각반 사이를 지지하고 있는 내화물의 열적, 기계적 마모로 인하여 내화물은 점점 마모되어 없어지고 냉각반이 노내부로 돌출되어 장입물을 지지해줌에 따라 노벽부 가스류(e) 및 장입물 강하가 안정화되는 특성이 있다.

반면에 광양제철소의 5고로와 같은 스테이브 방식 고로는 노벽 자체가 미끈하고 냉각효율이 높아, 노벽부 광석/코크스 비가 상대적으로 높으면 노벽부 과냉각 발생으로 부착물이 생성되어 탈락하는 노황불안정을 초래하며, 노벽부 광석/코크스 비가 상대적으로 낮거나 중심부 통기성이 나쁘면 노벽부 가스류(e)가 활성화되어 스테이브 열부하 및 스테이브 온도가 급격하게 상승하게 된다.

따라서 혼합층(Coke + Ore) 형성량 극대화 및 대립코크스(C3)의 중심 장입을 통하여 중간부 및 중심부의 통기성을 개선하여 주고, 반경방향의 광석/코크스 비를 균일화함으로써 통기성 개선 및 가스 이용율을 극대화하며 노벽부로는 적당한 가스류(e)를 형성하여 노벽부 과대 냉각을 방지하는 것이 스테이브 방식 고로 노황관리의 요체라고 할 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 종래기술에 의한 고로 연,원료 장입도 및 분포도로서, 노내로 공급되는 연,원료의 낙하위치는 선회슈트(5)의 경동각도(θ1)에 따라 달라지는데, 광석 및 코크스는 선회슈트의 경동각도(θ1) 41 ~ 20.5도 사이에 뿌려지며, 대립코크스(C3)는 중심부 가스류(c) 확보형으로 경동각도(θ1) 8도에서 뿌려지도록 되어있다.

상기 종래의 연,원료 장입방법에 따르면 도 2a에 도시된 바와 같이, 선회슈트의 경동각도(θ1) 8도에서 대립코크스(C3)를 투입하게 되는데, 이 각도에서는 유량조절게이트(4)로부터 투하된 대립코크스(C3)가 선회슈트 선단부에 충돌하는 구조로 되어 있다.

이때 선회슈트 선단부가 반발판 역할을 하게 되며, 따라서 유량 조절 게이트(4)로부터 낙하한 대립코크스(C3)가 선회슈트의 선단부에 충돌하여 내측 낙하궤적(g)과 외측 낙하궤적(f)에 의해 형성되는 노내 중심부위에 쌓이지 못하고 도 2b와 같이 주변으로 흩뿌려지는 현상이 발생되게 된다.

이 경우 의도대로 중심부위의 통기성이 확보되지 못하고 중심부 가스류(c)가 압박을 받음으로써 노벽부 가스류(e)가 과대하게 발달하여 스테이브 열부하(T H/L) 및 온도가 급상하게 되어 연료비 상승을 초래하게 되며, 일반적으로 중심부 통기성 압박으로 인한 노벽부 가스류(e) 발달시는 한쪽 방향으로만 흐르는 편류가 형성되어 취발이 발생하게 되는데, 이때는 하부 고온의 가스가 광석과의 환원반응 과정을 거치지 않고 노상부로 빠져나감에 따라 노하부 용선온도가 급격히 떨어지고 이로인해 출선(배출)이 불량해져 노황불안정의 원인이 되고 있다.

또한 상기 방법에서는 연,원료 장입이 코크스, 광석 순으로 2회 장입이 이루어진 후 대립코크스(C3)를 투입하는 순으로 이루어지게 되는데, 이는 도 2c에 도시된 바와 같이 반경방향의 연,원료 분포가 불균일하고 광석, 코크스의 혼합층 형성이 어려워 중심부 가스류(c)가 억제되며 반경방향의 가스류 분포 또한 불균일하게된다. 즉, 광석 위에 대립코크스(C3)가 투입된 경우와 안된 경우가 발생하게 되어 코크스 및 광석층의 두께가 반경방향으로 불균일하며, 광석 투입시 코크스 테라스 선단에 충돌한 후 코크스층 경사각을 따라 흘러내리면서 광석, 코크스 혼합층이 형성되는데, 대립코크스(C3)가 주변으로 흩뿌려짐에 따라 경사각(θ2)이 줄어들어 반경방향으로 충분한 혼합층 형성이 어렵게 되어 중심부 가스류(c) 및 중간부 가스류(d) 형성이 어렵게 된다.

이 경우 위에서와 마찬가지로 중심부위의 통기성이 확보되지 못하여 주변류가 과대하게 발달하고 빈번한 편류 발생으로 인한 노황악화를 초래하게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 선회슈트의 경동각도를 대립코크스가 선회슈트 선단부에 충돌하지 않는 각도로 설정하여 대립코크스를 투하함으로써 로 내 중심부에 집중적으로 쌓이도록하여 코크스 및 광석의 경사를 유지한 상태에서 안정된 중심부 가스류를 확보하고, 대립코크스를 매 연,원료 장입시마다 장입하여 반경방향의 코크스 및 광석층을 균일하게 형성시켜 반경방향 가스류 분포를 균일하게 하며, 장입순서를 코크스, 광석, 대립코크스 순에서 코크스, 대립코크스, 광석 순으로 변경하여 광석의 중심혼입량을 최소로 함으로써 중심부 통기성을 확보하여 스테이브 노체의 열부하 상승을 방지하고 가스의 현열 및 환원능력을 최대로 이용하여 연료비를 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 고로의 스테이브 열부하 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 및 도 1b는 고로 연,원료 장입장치의 본체도 및 고로내 연,원료 분포도

도 2a 내지 도 2c는 종래기술에 의한 고로 연,원료 장입도 및 분포도

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 고로의 스테이브 열부하 제어를 위한 연,원료 장입 구성도 및 분포도

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 고로의 스테이브 열부하 제어방법이 적용되기 전과 후의 스케이브 고로의 조업지수 분포를 나타낸 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 벨트 컨베이어 2 : 플랩 게이트(Flap Gate)

3 : 장입 호퍼 4 : 유량조절 게이트(MCG)

5 : 선회슈트 6 : 선회슈트 구동유닛

11 : 코크스 12 : 광석

13 : 혼합층 C3 : 대립코크스

θ1 : 선회슈트 경동각도 θ2 : 코크스층 경사각도

a : 코크스 테라스 b : 테라스 선단부

c : 중심부 가스류 d : 중간부 가스류

e : 노벽부(주변부) 가스류 f,f1 : 대립코크스 외측 낙하궤적

g,g1 : 대립코크스 내측 낙하궤적 VB : 풍량(N㎥/min)

A/B 6평균 : 장입물 상부중심 평균온도(℃)

T H/L : 노체 전체 열부하(Mcal/Hr) S4 : 4단 Stave 온도(℃)

SF 온도 : 노체상부 표면온도(℃) Si : 용선중 Silicon 함유량(%)

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 고로의 스테이브 열부하를 제어하는 방법에 있어서, 코크스와, 대립코크스와, 광석 순으로 연, 원료의 장입이 이루어지며, 대립코크스가 선회슈트 선단부에 충돌하지 않는 각도로 선회슈트 경동각도를 설정하여 상기 대립코크스를 투하함으로써, 중심부 가스류를 확보하고 반경방향의 가스류 분포를 균일하게 하는 고로의 스테이브 열부하 제어방법을 제공한다.

본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 고로의 스테이브 열부하 제어를 위한 연, 원료 장입 구성도 및 로내의 연,원료 분포도 및 적층상태도로서, 도 3a는 대립코크스가 선회슈트 선단부에 충돌하지 않는 경동각도(θ1)로 설정되어 있는 선회슈트(5)를 도시하고 있으며, 도 3b는 상기 도 3a와 같은 장입장치를 통해 선회슈트 선단부에 충돌하지 않고 노 내로 투하되어 내측 낙하궤적(g1)과 외측 낙하궤적(f1)을 그리면서 봉우리 형상으로 쌓인 대립코크스(C3)를 도시하고 있으며, 도 3c는 코크스(11)와, 봉우리 형상의 대립코크스(C3)와, 광석(12) 순으로 반복해서 연, 원료의 장입이 이루어진 상태의 장입물 분포도를 나타내고 있다.

상기 도 3a를 참고로 하면, 상기 대립코크스(C3)가 투하되는 선회슈트(5)의 경동각도(θ1)는 현재 설치된 선회슈트 구조상 대립코크스(C3) 낙하시 선회슈트 선단부에 충돌하지 않는 각도로서, 6.8도로 설정할 수 있으며, 본 발명에서는 약간의 여유를 적용하여 3도로 설정하는 것이 바람직할 것이다.

상기 도 3a에 도시된 바와 같이 선회슈트의 경동각도가 3도로 설정된 경우, 유량 조절 게이트(4)로부터 투하된 대립코크스(C3)는 선회슈트(5) 선단부에 충돌없이 내측 낙하궤적(g1)과 외측 낙하궤적(f1)을 그리면서 코크스(11) 위에 노내 중심부로 공급될 수 있게 되며, 따라서 노내에 투하된 대립코크스(C3)는 그 중심부에서 봉우리 형상을 가진다. 도 3b는 선회슈트(5)에 충돌없이 노내로 투하된 대립코크스(C3)의 형태를 예시하고 있다. 이처럼 대립코크스(C3)가 중심부에서 봉우리 형상을 가지는 경우 대립코크스(C3)는 그 이후에 장입되는 광석(12)이 중심부로 유입되는 것을 방지할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에서는 이러한 방법으로 노중심 부위의 통기성을 확보하여 중심부 가스류(c)의 안정화를 도모할 수 있게 된다.

또한, 상기 도 3b에 도시된 바와 같이 대립코크스(C3)가 흩어지지지 않고 중심부에 봉우리 형상으로 형성된 경우, 반경방향의 중간부에서 코크스(11)층의 경사(θ2)가 완만해지지 않고 그래로 유지되게 되는데 이 경우 대립코크스(C3) 장입 후, 광석(12) 장입시 광석이 코크스 테라스 선단부에 충돌한 후 코크스층 경사각(θ2)을 따라 흘러내리면서 충분한 광석, 코크스 혼합층을 형성시켜 주어 중간부 가스류(d)의 통기성을 개선시키게 된다.

한편, 본 발명에서는 도 3c의 노내 장입물 분포도에 도시된 바와 같이, 장입 순서가 코크스(11), 대립코크스(C3), 광석(12) 순으로 정하여 짐으로써, 코크스()가 장입되고, 다음으로 대립코크스(C3)가 노내 중심부로 장입되어 봉우리 형태를 유지한 상태에서, 다시 광석이 장입되어 상기 봉우리 형상의 대립코크스에 의해 광석의 노내 중심 유입이 방지된 상태이며, 대립 코크스(C3)를 매 장입시마다 장입함으로써 로의 반경방향으로 코크스와 광석의 비가 균일하게 유지될 수 있게 된다. 이처럼 반경방향의 연, 원료 분포가 균일한 경우 가스류 분포도 마찬가지로 반경방향으로 일정한 분포를 유지할 수 있어 국부적인 통기 압박을 해소하고 가스의 현열 및 환원능력을 최대로 이용할 수 있게 된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 고로의 스테이브 열부하 제어방법이 적용되기 전과 후의 스테이브 고로 조업지수 그래프를 각각 도시한 것으로서, 도 4a는 본 발명에 의한 고로의 스테이브 열부하 제어방법이 적용되기 전의 스테이브 고로 조업지수 그래프이고, 도 4b는 본 발명에 의한 고로의 스테이브 열부하 제어방법이 적용된 후의 스테이브 고로 조업지수 그래프이다.

VB는 풍량 그래프로서, 노내의 통기압박 및 편류발생 정도를 대변하며, 도 4a의 풍량 그래프는 통기압박 및 편류 발생으로 잦은 증,감풍이 발생했음을 보여주고 있으며, 도 4b의 풍량 그래프는 풍량 6000N㎥/min를 확보한 상태에서 안정된 조업을 실시했음을 보여주고 있다.

A/B 6 평균 그래프는 장입물 상부 중심의 온도로서 노중심부의 통기성 정도를 나타내며, 도 4a는 190℃ 정도로 중심류 확보가 미흡한 상태임을 보여주고 있음, 도 4b는 300~350℃로 안정된 중심류가 확보됨을 보여주고 있다.

T H/L은 노체의 전체 열부하를 나타내며, 도 4a는 25000 MCal/Hr 수준이었으며, 도 4b는 16000 MC/Hr 수준으로 하향 안정화되었음을 보여주고 있다. 이러한 열부하 증가는 노내 에너지 손실을 의미하며 통상 열부하 과다 증가시 연료를 추가로 투입하여 이를 보상하게 된다.

S4는 4단 스테이브의 온도로서 T H/L와 마찬가지로 노체 열부하를 나타내며, 도 4a는 250 ℃ 정도임을 보여주고 있으며, 도 4b는 150℃ 정도로 안정됨을 보여주고 있다. 설비 사양상 S4는 150℃ 이하로 관리토록 되어 있으며, 온도 증가시 스테이브 마모량이 증가하여 노체 수명이 단축되는 결과를 초래한다.

SF 온도는 노체상부 표면온도로서 통기성악화로 노벽측으로 편류 발생시에 상승하는 특성을 나타내며, 도 4a는 390℃ 정도임을 보여주고 있으며, 도 4b는 350℃ 정도로 낮아져 전체적인 통기성이 양호해졌음을 보여주고 있다.

Si는 용선중 Silicon 함유량을 나타내는 용선 품질지수로서 종합적인 노황상태를 나타내며, 도 4a는 가스류 불안정 등으로 인한 노황불안정으로 편차가 큰 상태를 보여주고 있으며, 도 4b는 전체적인 통기성 안정과 노황안정으로 변동폭이 상당히 줄어들었음을 보여주고 있다.

이상의 본 발명에 의하면, 대립코크스 장입시 선회슈트의 경동각도(θ1)를 대립코크스가 충돌하지 않는 각도로 설정함으로써, 노 중심부위에 봉우리 형상으로 대립 코크스를 형성시키고, 반경방향의 중심부 가스류(c)를 안정되게 형성하여 스테이브 고로의 취약점인 통기성 악화에 의한 노벽부 가스류(e) 발달과 이로인한 열부하 증가를 억제함으로써 연료비 상승을 방지하는 이점이 있고, 또한 설비를 보호하여 노체 수명을 연장하는 데에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명은 중심부위의 대립코크스 봉우리 형성에 의한 코크스 경사각(θ2) 보호로 중간부위에 충분한 혼합층을 형성시킴으로써 중간부위의 통기성 확보를 가능케하여 통기성 압박에 의한 노황 불안정을 방지할 수 있게 된다.

마지막으로, 대립코크스 중심 장입후 광석을 장입함으로써 광석이 중심으로 유입되는 것을 최소로 하고 동시에 대립코크스를 매 장입시마다 장입함으로써 반경방향의 코크스/광석 비를 균일하게 유지하여 가스 현열 및 환원능력을 최대로 이용함으로써 연료비 절감 뿐만아니라 생산성을 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

Claims (3)

1. 고로의 스테이브 열부하를 제어하는 방법에 있어서,

   대립코크스 투하시 선회되는 선회슈트의 경동각도(θ1)를 대립코크스와 선회슈트 선단부가 충돌하지 않는 각도로 설정하여, 대립코크스를 투하하는 것을 특징으로 하는 고로의 스테이브 열부하 제어방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 고로 내의 연,원료 장입시마다 상기 대립코크스를 장입하는 것을 특징으로 하는 고로의 스테이브 열부하 제어방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 고로 내의 연, 원료 장입과정이 코크스와, 대립코크스와, 광석 순으로 반복해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고로의 스테이브 열부하 제어방법.