KR20050011019A - 고로 하부에서의 용선 흐름 상태의 판단방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 용선 흐름 상태의 판단방법은 고로의 출선구 하부에 위치한 다수개의 지점에서 온도를 측정하고 그 온도의 상관관계를 분석하여 용선의 통액성을 보다 정확하게 판단할 수 있는 방업을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고로의 출선구 하부에 위치한 다수개의 지점에 설치된 온도계에 의해 상기 각 지점에서의 온도를 측정하는 단계; 상기 각 지점에서 측정된 온도 사이의 상관 계수를 하기한 식에 의해 계산하는 단계;

상기 계산된 온도 상관 계수로부터 상기 각 지점 사이에서의 용선의 흐름 상태를 하기한 기준에 의해 판단하는 단계로 구성된다.

≤ 0.5 : 용선 흐름 상태 불량

0.5 ＜ ≤ 0.7 : 용선 흐름 상태 보통

Description

고로 하부에서의 용선 흐름 상태의 판단방법{Method for judging the state of flowing of hot metal in the lower part of blast furnace}

본 발명은 고로 하부에서의 용선 흐름 상태의 판단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고로 출선구 하부의 선택된 다수개의 지점에 설치된 온도계에 의해 각 지점마다의 온도를 측정하고, 이 측정된 온도 데이터값으로부터 각 지점마다의 온도 상관 계수를 계산한 후, 이 계산된 온도 상관 계수로부터 상기 지점 사이의 용선 흐름 상태를 판단하는 방법에 관한 것이다.

고로(高爐)는 철광석으로부터 선철을 만드는데 사용되는 것으로 이 고로의 하부에는 코크스층으로 이루어진 노심이 있다. 장입된 코크스가 강하되는 과정에서 분화되거나 풍구로 취입된 미분탄이 완전연소되지 못하고 상기 노심 코크스층에 쌓이는 경우에는 용선의 통액성이 악화될 수 있다. 통액성이 악화되면 용선의 편류가 발생하게 되어 노벽연와의 마모를 증가시키는 등 조업에 지장을 초래한다.

따라서, 고로의 생산성을 향상시키기 위해서는 고로 하부에서의 용선 흐름 상태에 따라 적절한 조치를 취하여야 하며, 이를 위해서 우선 고로 하부에서의 용선 흐름 상태를 정확히 파악하는 것이 선행되어야 한다. 고로 하부에서의 용선 흐름 상태, 즉 통액성을 파악하는 종래의 방법으로는 다음과 같은 것들이 있다.

먼저, 엑스레이나 감마레이 등 방사성 동위원소를 이용하여 노내를 투과하여관찰하는 방법이다. 그러나, 이 방법은 고로 하부의 노벽이 70mm 두께의 철판과 1.5∼2.0m 두께의 카본 내화물 등으로 구성되고 그 직경이 무려 10∼20m 정도 되기 때문에 매우 큰 용량의 비파괴 방사선 장치를 요구할 뿐만 아니라, 운용상 안전문제가 있어 실용화되지 못하였다. 다른 방법으로는 풍구를 통해 트레이셔(tracer) 물질을 취입한 후 출선구를 통해 나오는 트레이셔 물질의 성분을 분석하여 노내 체류시간 분포를 계산하고 이를 통해 용선의 흐름 상태를 파악하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법도 용선 중의 트레이셔 물질의 성분을 분석하는 것이 용이하지 않아 널리 사용되지 못하였다. 또한, 고로 하부에 고여 있던 용선이 2∼4개소의 출선구를 통해 나오는 출선량을 측정하여 용선 출선시의 흐름 방향을 판단하는 종래의 방법도 그 정확성이 낮아 크게 활용되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고로의 출선구 하부에 위치한 다수개의 지점에 노저 내화물에 삽입되도록 온도계를 설치하고, 이 온도계에 의해 상기 각 지점에서의 온도를 측정한 후 측정된 온도 데이터값으로부터 상기 각 지점 사이에서의 온도 상관 계수를 계산하며, 이 온도 상관 계수로부터 상기 각 지점 사이에서의 용선의 흐름 상태를 파악하는 방법을 마련하는데 그 목적이 있다.

이 방법에 의하면 고로 하부에서 온도계가 설치된 지점이 많을수록 각 지점 사이의 용선의 흐름 상태를 보다 정밀하게 파악할 수 있으므로, 본 발명은 각각의 출선구 하부에 소정 간격으로 배치된 각 지점마다의 온도를 동시에 측정할 수 있도록 다수개의 열전대가 일체형으로 구성된 다점식 온도계를 마련하는데 또 다른 목적이 있다.

도1은 본 발명에 따른 온도계를 고로 하부에 설치한 상태를 도시한 도면.

도2는 본 발명에 따른 온도계의 구성도.

도3은 본 발명에 따른 온도계가 설치된 일 실시예를 도시한 도면.

도4는 상기 도3에 따른 온도 상관 분석의 제1 실시예를 도시한 도면.

도5는 상기 도3에 따른 온도 상관 분석의 제2 실시예를 도시한 도면.

도6은 상기 도3에 따른 온도 상관 분석의 제3 실시예를 도시한 도면.

도7은 노심 코크스의 품질과 노저 온도와의 관계를 도시한 그래프.

도8은 고로 송풍구에서의 입도 3mm 이하 코크스의 분포를 도시한 그래프.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 노심 코크스층 2: 알루미나 내화물

3: 뮬라이트 내화물 4: 카본 내화물

5: 고 열전도성 카본 내화물 6: 미세 카본 내화물

7: 출선구 10: 다점식 온도계

11: 열전대 12: 고정핀

13: 산화마그네슘 분말 14: 보호관

15: 고무 패킹 16: 정션 박스(junction box)

17: 케이블 18: 제어부

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고로 하부에서의 용선 흐름 상태의 판단방법은 고로의 출선구 하부에 위치한 다수개의 지점에 설치된 온도계에 의해 상기 각 지점에서의 온도를 측정하는 단계; 상기 각 지점에서 측정된 온도 사이의 상관 계수를 하기한 식에 의해 계산하는 단계;

i : 일정 시간간격의 온도데이터 번호

j : 대상 출선구 하부 온도계 번호

k : 대상이외의 출선구 하부 온도계 번호

: 대상 출선구 이외의 출선구 노저온도 데이터

:의 평균값

: 대상 출선구의 노저온도 데이터

:의 평균값

상기 계산된 온도 상관 계수로부터 상기 각 지점 사이에서의 용선의 흐름 상태를 하기한 기준에 의해 판단하는 단계로 구성된다.

≤ 0.5 : 용선 흐름 상태 불량

0.5 ＜ ≤ 0.7 : 용선 흐름 상태 보통

＞ 0.7 : 용선 흐름 상태 양호

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 고로 하부에서의 용선 흐름 상태의 판단방법을 보다 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 온도계가 고로의 출선구 하부에 설치된 상태를 도시한 도면이다. 고로의 하부에는 그 바닥에 알루미나 내화물(2), 뮬라이트 내화물(3), 카본 내화물(4) 및 고 열전도성 카본 내화물(5)이 차례로 적재되고, 그 둘레에는 미세 카본 내화물(6)이 적재되어 고로 내에서 1000℃ 이상의 고온 작업이 이루어질 수 있도록 해준다. 한편, 이 내화물 층(2,3,4,5,6)의 내부에는 노심 코크스층(1)이 형성되고, 상기 미세 카본 내화물(6)에는 출선구(7)가 마련되어 상기 노심 코크스층(1)을 통과하여 흐르는 용선이 이를 통해 배출된다.

이러한 고로 하부의 구조에 있어서 본 발명에 따른 온도계(10)는 상기 출선구(7) 하부의 선택된 다수개의 지점에 설치된다. 이 온도계(10)에는 정션박스(16)와 케이블 선(17)을 통해 제어부(18)에 연결되며, 상기 정션박스(16)는 고로의 노저에서 살수하는 냉각수로부터 안전한 장소에 설치되는 것이 바람직하다. 온도를 측정하는 지점의 개수가 많을수록 보다 정밀하게 용선의 흐름을 파악할 수 있으므로, 상기 온도계(10)는 출선구(7) 각각의 하부에서 소정 간격으로 배치된 다수개의 지점마다 온도를 동시에 측정할 수 있도록 다점식 온도계로 구성되는 것이 바람직하다. 다점식 온도계(10)의 구성을 도2를 참조하여 설명하면, 먼저 다수개의 열전대(11)가 선단이 약간 구부러져 보호관(14) 밖으로 나올 수 있도록 된 채로 보호관(14) 내로 삽입되고, 열전대(11)는 고정핀(12)에 의해 서로 닿지 않게 배열되며, 산화마그네슘 분말(13)로 보호관(14) 내부를 채워 안정화시킨다. 한편, 상기 보호관(14)의 말단은 물이 스며드는 것을 방지하기 위해 고무 패킹(15)에 의해 밀폐된다. 이와 같이 구성된 다점식 온도계(10)는 보호관(14)에 의하면 삽입 설치된 열전대(11)의 개수만큼 출선구 하부의 여러 지점의 온도를 동시에 측정할 수 있다.

최근의 고로조업 실적을 분석해 본 결과, 고로 하부에서의 용선의 흐름은 노내에 쌓여 있는 코크스의 품질에 따라 영향을 크게 받는다는 사실이 밝혀졌다. 즉, 상기 노심 코크스층(1)을 형성하는 코크스의 반응 후 강도(Cokes strength reaction, 이하 'CSR'이라 함)가 낮을 경우 노내에서 코크스의 분화가 많이 일어나 노심 코크스층(1)에 미세한 코크스 분말이 쌓이게 되어 용선이 코크스층(1)을 통과하기가 어렵게 된다. 따라서, 노바닥을 흐르는 용선의 흐름이 정체되어 상기 내화물(2,3,4,5)층의 온도가 떨어지게 된다. 이와 같이, 코크스의 품질이 불량하여 노심 코크스층(1)의 통액성이 떨어지면 용선이 흐르는 방향을 따라 위치한 두 지점 사이에서의 온도 상관관계가 낮게 나타난다. 반대로, 코크스의 품질이 우수하여 노심 코크스층(1)의 통액성이 높아지면, 상기 두 지점 사이에서의 온도 상관관계가 높게 나타난다. 이와 같이, 고로의 출선구 하부에 위치한 두 지점 사이에서의 용선의 흐름은 두 지점 사이의 온도 상관성과 밀접한 관계가 있으며, 본 발명은 이러한 관계를 이용하여 출선구 하부의 위치한 다수개 지점의 온도를 측정하여 각 지점 사이에서의 용선의 흐름 상태를 보다 정확하게 파악하기 위한 것이다.

측정된 각 지점마다의 온도를 이용하여 두 지점 사이의 온도 상관 계수를 계산하는 방법은 다음의 식에 따른다. 이해를 돕기 위해 하기한 식은 도3에서 보는 바와 같이 고로의 하부에 4개의 출선구가 형성되어 있고, 각각의 출선구마다 하나의 지점에만 온도계가 설치된 가장 간단한 경우를 예를 들어 설명한다.

i : 일정 시간간격의 온도데이터 번호(i = 1∼240)

j : 대상 출선구 하부 온도계 번호(j = 1∼4)

k : 대상이외의 출선구 하부 온도계 번호(k = 1∼4, k≠j)

: 대상 출선구 이외의 출선구 노저온도 데이터

:의 평균값

: 대상 출선구의 노저온도 데이터

:의 평균값

상기 온도 상관 계수는 특정한 출선구와 그와 인접한 출선구에서 측정된 온도들간의 상관 관계를 상관분석법에 의해 계산한 것이다. 즉, 각 출선구의 온도를 1시간 간격으로 측정하고 이를 제어부로 전송하여 저장하는 작업을 10일(i= 24시간*10일) 동안 계속한다. 그 후, 저장된 온도 데이터값을 가지고 특정한 출선구(j)와 그와 인접한 출선구(k) 간의 온도차의 평균값을 구하고 이 평균값과 매회측정된 각 온도 데이터값의 차이를 구한 후, 상기 상관 분석법에 의한 식에 따라 온도 상관 계수를 계산한다.

이와 같은 온도 상관 분석에 관한 실험을 20회 실시하였는 바, 그 결과를 정리해보면 다음 표1과 같다.

[표1]

실험 횟수	출선량(ton/tap)	출선속도(Ton/min)	온도 상관 계수(R2)	출선 상태
			열전대1/2		열전대2/3	열전대3/4	열전대4/1	평균
1	632	3.8	0.31	0.23	0.01	0.36	0.23	불량
2	713	5.1	0.76	0.92	0.87	0.91	0.87	양호
3	692	4.2	0.55	0.49	0.88	0.74	0.67	양호
4	613	3.6	0.31	0.35	0.41	0.44	0.76	양호
5	689	4.7	0.45	0.52	0.61	0.33	0.48	불량
6	712	4.8	0.73	0.93	0.77	0.83	0.82	양호
7	814	6.4	0.95	0.89	0.79	0.93	0.89	양호
8	879	7.2	0.98	0.97	0.99	0.86	0.95	양호
9	712	6.9	0.71	0.78	0.89	0.91	0.82	양호
10	819	7.0	0.92	0.91	0.95	0.96	0.94	양호
11	602	3.6	0.23	0.30	0.24	0.19	0.24	불량
12	861	7.7	0.94	0.98	0.99	0.94	0.96	양호
13	789	7.0	0.90	0.82	0.99	0.94	0.91	양호
14	675	5.3	0.65	0.49	0.78	0.61	0.63	양호
15	814	4.5	0.95	0.94	0.98	0.91	0.95	양호
16	589	3.4	0.11	0.32	0.51	0.24	0.30	불량
17	723	7.9	0.81	0.84	0.79	0.92	0.84	양호
18	732	6.8	0.78	0.69	0.82	0.77	0.77	양호
19	772	8.3	0.83	0.85	0.98	0.92	0.90	양호
20	892	8.9	0.89	0.95	0.96	0.94	0.94	양호

상기한 표1을 토대로 다음과 같은 기준을 제시할 수 있다. 즉, 상기 온도 상관 계수가 0.5 이하인 경우에는 노심 코크스층에서의 용선의 통액성이 불량하여 방치할 경우 내화물이 마모되는 등 조업의 장애를 발생시킬 위험이 있는 바, 송풍구를 통해 양질의 미분탄을 공급하는 등 통액성을 높이기 위한 조치가 필요하다. 온도 상관 계수가 0.5보다는 크나 0.7 이하인 경우에는 조업의 장애가 될 정도는 아니나 상기 온도 상관 계수를 계속 측정하여 통액성의 변화를 주의 깊게 관찰할 필요가 있다. 온도 0.7보다 큰 경우에는 용선의 통액성이 우수하여 고로의 생산성이 높은 상태이므로 계속 이 상태를 유지할 수 있도록 하여야 한다. 이를 정리해보면 하기한 표2와 같다.

[표2]

온도 상관 계수(R2)	용선의 통액성 평가
R2≤ 0.5	용선 흐름 상태 불량
0.5 ＜ R2≤0.7	용선 흐름 상태 보통
R2＞ 0.7	용선 흐름 상태 양호

상기한 본 발명에 따른 용선 흐름 상태의 판단방법의 일 실시예를 도4 내지 도8을 참조하여 설명한다.

도4 내지 도6은 도3과 같이 온도계가 설치된 고로에 있어서 본 발명에 따라 각 출선구 간의 온도 상관 계수를 측정한 결과를 도시한 도면이다. 도4의 경우에는 출선구3과 4 사이의 온도 상관 계수만이 0.92로 높게 나타났을 뿐 나머지 출선구 간에는 온도 상관성이 없는 것으로 나타났으며, 온도 상관 계수의 평균값도 0.39로 용선의 통액성이 불량한 것으로 판단된다. 이는 도7의 제1 실시예와 같이 CSR이 낮은 즉 품질이 불량한 코크스가 고로에 장입되어 노심 코크스층에 축적됨으로써 노저 온도가 저하되었을 뿐만 아니라 고로 하부의 통액성도 악화되었다. 이 경우의 코크스 입도를 분석한 결과 도10의 제1 실시예와 같이 입도 3mm 이하의 불량 코크스의 양이 높게 나타났다.

도5의 경우에는 출선구3과 4 사이의 온도 상관 계수가 0.96, 출선구1과 2 사이의 온도 상관 계수가 0.61로 각각 통액성이 양호한 것으로 나타났을 뿐, 나머지출선구 간의 온도 상관 계수는 낮게 나타났으며, 이들 온도 상관 계수의 평균값은 0.5로 노저 내화물의 마모 등을 방지하기 위해 온도 상관 계수를 주의 깊게 관찰할 필요가 있는 것으로 판단된다. 이 경우에는 도7의 제2 실시예와 같이 코크스의 CSR이 65정도에 불과하며, 도8의 제2 실시예에서 보는 바와 같이 입도 3mm 이하의 코크스 양이 비교적 많이 포함되어 있다. 도7에서 고로 하부에서의 통액성을 높이기 위해서는 코크스의 CSR이 적어도 65 이상이 되어야 함을 알 수 있다.

도6의 경우에는 모든 출선구 간의 온도 상관 계수가 0.98 이상이며, 그 평균값이 0.99나 되므로 노저 온도가 상승하고 각 출선구 간의 통액성이 모든 방향으로 원활하다. 이는 도7의 제3 실시예와 같이 CSR이 높은 우수한 품질의 코크스가 장입된 경우이며, 도8에서 보는 바와 같이 입도 3mm 이하의 불량한 코크스도 10％ 이하로 비교적 적게 함유되어 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고로 하부에서의 용선 흐름 상태의 판단방법에 의하면, 노심 코크스층에서의 용선의 통액성을 보다 정확하게 판단할 수 있도록 해준다. 이에 의해 필요한 조치를 신속히 취하여 용선의 편류 발생, 노저 내화물의 마모와 같은 조업 장애 요인을 제거함으로써 고로 수명의 연장에 크게 기여할 수 있다.

Claims (2)

1. 고로의 출선구 하부에 위치한 다수개의 지점에 설치된 온도계에 의해 상기 각 지점에서의 온도를 측정하는 단계;

   상기 각 지점에서 측정된 온도 사이의 상관 계수를 하기한 식에 의해 계산하는 단계;

   i : 일정 시간간격의 온도데이터 번호

   j : 대상 출선구 하부 온도계 번호

   k : 대상이외의 출선구 하부 온도계 번호

   : 대상 출선구 이외의 출선구 노저온도 데이터

   :의 평균값

   : 대상 출선구의 노저온도 데이터

   :의 평균값

   상기 계산된 온도 상관 계수로부터 상기 각 지점 사이에서의 용선의 흐름 상태를 하기한 기준에 의해 판단하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 고로 하부에서의 용선 흐름 상태의 판단방법.

   ≤ 0.5 : 용선 흐름 상태 불량

   0.5 ＜ ≤ 0.7 : 용선 흐름 상태 보통

   ＞ 0.7 : 용선 흐름 상태 양호
2. 제1항에 있어서, 상기 온도계는 상기 출선구 각각의 하부에서 소정 간격으로 배치된 각 지점마다의 온도를 동시에 측정할 수 있도록 다수개의 열전대(11)가 일체형으로 구성된 다점식 온도계(10)인 것을 특징으로 하는 고로 하부에서의 용선 흐름 상태의 판단방법.