KR20100023965A - 고로 및 해당 고로의 작동 방법 - Google Patents

고로 및 해당 고로의 작동 방법 Download PDF

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KR20100023965A
KR20100023965A KR1020107001261A KR20107001261A KR20100023965A KR 20100023965 A KR20100023965 A KR 20100023965A KR 1020107001261 A KR1020107001261 A KR 1020107001261A KR 20107001261 A KR20107001261 A KR 20107001261A KR 20100023965 A KR20100023965 A KR 20100023965A
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알렉산더 배비치
디터 게오르그 셍크
하인리히-빌헬름 구데나우
한스-하인리히 헬드트
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티센크루프 에이티.프로테크 게엠베하
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Abstract

본 발명은 고로(10)를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 해당 방법에 따르면, 상기 고로(10)의 상부 영역(14)에는 원료가 주입되고, 해당 원료는 중력의 영향 하에 상기 고로(10)에 침강한다. 이때 상기 원료의 일부는 용해되고/되거나 상기 고로 내부의 대기의 작용 하에 적어도 부분적으로 환원된다. 상기 고로(10)의 하부 영역(18)에는 적어도 하나의 하부 입구 개공부(32)를 통해서 처리 가스가 도입되고, 해당 처리 가스는 상기 고로(10) 내부의 대기에 적어도 부분적으로 영향을 미친다. 상기 하부의 처리 가스의 도입은, 해당 처리 가스의 조절 동안, 작동 변수인 압력(p1) 및 체적 유량(
Figure pct00049
)이 40s 이하, 바람직하게는 20s 이하, 더욱 바람직하게는 5s 이하, 특히 바람직하게는 1s 이하의 시간 간격에 걸쳐서 적어도 일시적으로 변화되도록 역학적으로 조절된다. 본 발명에 따르면, 상기 하부 입구 개공부(32)로부터 소정 거리에 있는 적어도 하나의 추가 개공부(42)를 통해서 추가 가스가 도입되며, 이때의 추가 가스의 작동 변수, 즉, 압력(p2) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00050
)은 적어도 일시적으로 변화되고/되거나, 고로 가스는 고로(10)의 내부(34)에 접속된 고로 가스 도관(50)에 의해서 유도되고, 가스 반응 생성물을 제거하기 위하여, 압력(p3) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00051
)은 적어도 일시적으로 변화된다. 상기 추가 가스 및/또는 고로 가스의 작동 변수의 변동은 고로(10)의 내부(34)의 압력(p1) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00052
)이 적어도 부분적으로 증가되도록 본 발명에 따라 수행된다.

Description

고로 및 해당 고로의 작동 방법{SHAFT FURNACE AND METHOD FOR OPERATING A FURNACE}
본 발명은 고로(高爐, shaft furnace)뿐만 아니라, 예를 들어 용광로(blast furnace), 용선로(cupola furnace), 제련용 용광로 또는 폐기물 소각로로서 이용될 수 있는 고로를 작동시키는 방법에 관한 것이다.
철의 1차 용융물의 제조를 위하여, 용광로로서 구성된 고로는 주로 주요 부분으로서 이용되는 한편, 다른 방법은 단지 대략 5%의 대응하는 공유 부분을 지닐 뿐이다. 이 고로는 역류 원리(counterflow principle)에 따라 작동할 수 있다. 장입물이나 코크 등의 원료는 고로 정상부의 상부 영역에 주입되어 해당 고로의 바닥부에 침강한다. 상기 노의 하부 영역(블로 금형(blow mould) 레벨)에서, 처리 가스(노의 크기에 따라 800 내지 1100 ㎥/tRE의 체적을 지닌 소위 블라스트 에어(blast air))는 블로 금형을 통해 노 속으로 불어 넣어진다. 이 과정에서, 통상 대략 1000 내지 1300℃까지 블라스트 예열기 내에서 미리 가열된 공기인 열풍(hot blast)이 코크와 반응하고, 이 동안 일산화탄소가 특히 발생된다. 일산화탄소가 노 중에서 생겨 장입물 중에 함유된 산화철 및 추가의 철 화합물을 환원시킨다.
이에 부가해서, 예를 들어 100-200 ㎏/tRE의 대체 환원제(석탄 분진, 오일, 천연 가스 혹은 플라스틱)가 또한 통상 노 속으로 불어 넣어져 환원가스의 발생을 촉진시킨다.
철광석의 환원에 부가해서, 원료는 고로 내에서 일어나는 화학 처리에 의해 발생된 열 때문에 용융된다. 그러나, 고로의 단면에 대한 가스 분포는 불규칙하다. 예를 들어, 고로의 중앙에서, 소위 "노심"(dead man)이 형성되는 한편, 기화 등의 관련 처리(코크 혹은 대체 환원제에 의한 산소의 환원으로 일산화탄소와 이산화탄소를 형성함)가 단순히 소위 유동화 존(fluidised zone)에서 일어나며, 이 유동화 존은 블로 금형의 앞쪽에 있는 영역이며, 즉, 로의 단면에 대해서 단지 가장자리 영역에 위치하고 있다. 유동화 존은 로의 중심을 향해서 대략 1 m의 깊이와 대략 1.5 ㎥의 체적을 지닌다. 통상 복수개의 블로 금형은, 각 블로 금형의 앞쪽에 형성된 유동화 존이 좌우에 형성된 유동화 존에 대해서 중첩하거나 함께 밀접하게 위치되도록 블로 금형 레벨에 있어서 둘레에 배열되므로, 활성 영역은 실질적으로 원형 영역에 의해 제공된다. 소위 "레이스웨이"(raceway) 혹은 유동화 존은 고로의 작동 동안 형성된다.
또, 열풍은 바로 위에서 설명한 처리과정(유동화 존 내의 기화, 철광석의 환원)을 강화시키기 위하여 통상 산소가 풍부할 수 있고, 그 결과, 고로의 성능의 증가를 가져온다. 여기서, 열풍은 예를 들어 반입 전에 산소가 풍부할 수 있거나, 또는 순수한 산소가 별도로 반입될 수 있고, 이때 별도의 공급을 위하여, 예를 들어, 블로 금형 내에 뻗어 있고 그 자체로 파이프 형상 부분이며, 또한 롤 내의 블로 금형 내에서 종결되는 파이프 등의 소위 랜스(lance)가 구비될 필요가 있다. 보다 바람직하게는, 낮은 코크 비율로 작동되는 현대의 용광로에서, 열풍은 높은 정도로 산소가 풍부한 것이 적합하다. 한편, 제조비는 산소의 첨가를 통해 증대되므로, 현대의 고로의 효율은 훨씬 더 증가된 산소 농도의 대응하는 첨가에 의해 간단히 증가될 수 없다.
또한, 현대의 고로의 효율은 소위 고로 내의 소위 관통-기화(through-gasification)와 상관되어 있는 것은 공지되어 있다. 일반적으로 이것은 유동화 존에서의 기화, 철광석의 환원 및 통상 고로 내에 만연되어 있는, 즉 보급되어 있는 기상의 통풍이 블로 금형 레벨로부터 소위 용광로 가스가 배출되고 있는 정상부까지 얼마나 잘 작동하는가를 의미한다. 보다 양호한 관통-기화의 징후는 예를 들어 고로 내에서 가능한 압력의 최소 손실이다.
특허문헌 1로부터, 용광로의 하부 영역에 도입된 처리 가스가 단시간 간격에서 맥동되는(pulsed) 방식으로 적절하게 구성된 고로를 작동시키는 것은 공지되어 있다. 처리 가스의 압력 및/또는 체적 유동량은 40s 이하의 시간 간격 내에서 변화되고, 그 결과 고로의 관통-기화, 따라서 고로의 효율이 향상된다. 또, 도입 전의 처리 가스는, 블로 금형 레벨의 상이한 구역에서 상이한 주변 조건을 설정할 수 있게 하기 위하여, 블로 금형 레벨에서 각종 블로 금형에 대해서 상이한 압력으로 분기될 수 있다.
그러나, 고로의 효율을 더욱 향상시키기 위한 부단한 요구가 존재한다.
본 발명의 목적은 향상된 효율을 지닌 고로 및 그의 작동 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 목적은 특허청구범위 제1항의 특징을 지닌 방법 및 특허청구범위 제9항의 특징을 지닌 고로를 통해 해결된다. 본 발명의 유리한 구성은 종속 청구항에 기술되어 있다.
고로를 작동시키는 본 발명에 따른 방법에 의하면, 고로의 상부 영역에는 해당 고로 내의 중력 침하의 효과 하에 원료가 주입된다. 해당 원료의 일부는 고로 내에 보급된 대기의 효과 하에 용해(즉, 제련)되고/되거나 적어도 부분적으로 환원된다. 고로의 하부 영역에서, 처리 가스는 적어도 하나의 하부 입구 개공부(lower admission opening)를 통해 도입되고, 해당 가스는 고로 내에 보급된 대기에 적어도 부분적으로 영향을 미친다. 하부의 처리 가스의 도입은, 해당 처리 가스의 조절(modulation)에 의해, 작동 변수인 압력(p1) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00001
)이 40s 이하, 바람직하게는 20s 이하, 더욱 바람직하게는 5s 이하, 특히 바람직하게는 1s 이하의 시간 간격 내에 적어도 때에 따라서(at times) 변화되도록 역학적으로 조절된다(dynamically modulated). 본 발명에 따르면, 추가 가스는 상기 하부 입구 개공부로부터 이간되어 있는 적어도 하나의 추가 개공부를 통해서 도입되며, 이때 추가 가스의 작동 변수인 압력(p2) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00002
)은 적어도 때에 따라서 변화되고/되거나, 상기 고로의 내부와 접속된 가스 반응 생성물의 배출용의 고로 가스 도관을 통해서 고로 가스가 배출되며, 이때 고로 가스의 작동 변수인 압력(p3) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00003
)은 적어도 때에 따라서 변화된다. 본 발명에 따른 추가 가스 및/또는 용광로 가스의 작동 변수의 변동은 고로의 내부에서 상기 압력(p1) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00004
)이 적어도 부분적으로 증가되도록 수행된다. 예를 들어, 압력(p1), (p2) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00005
), (
Figure pct00006
)은 고로 내에서 적어도 부분적으로 합산될 수 있다. 보다 바람직하게는, 평균 중간값 및/또는 기본값 이상인 압력(p1), (p2)의 압력 곡선 및/또는 체적 유량(
Figure pct00007
), (
Figure pct00008
)의 체적 유량 곡선의 성분들은 합산된다. 따라서, 예를 들어 고로 가스 도관이 적어도 부분적으로 폐쇄되면, 용광로 가스의 역류(backing up)를 통하여 적용되는 다른 배출된 체적 유량(V3)의 일부 혹은 압력(p3)의 일부는 고로의 내부에 보급되어 있는 압력(p1) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00009
)에 추가될 수 있다.
고로의 일부 영역 내에서의 압력 및/또는 체적 유량의 추가의 변동을 통해서, 압력 및/또는 체적 유량의 추가의 증가가 일어나며, 이것에 의해 고로의 효율의 향상을 가져온다. 처리 가스의 체류 시간(dwell time)이 증가하면, 결과적으로 고로의 효율이 향상될 수 있는 것으로 가정되어 있다. 이와 같이 해서, 효율의 향상은, 압력 및/또는 체적 유량의 추가가 단순히 단시간 동안 커다란 시간 간격으로 일어난다면 조기에 달성될 수도 있다. 추가 가스의 도입 및/또는 고로 가스의 배출은, 이들의 조절 동안, 작동 변수인 압력(p2) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00010
) 또는 압력(p3) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00011
)이 40s 이하, 바람직하게는 20s 이하, 더욱 바람직하게는 5s 이하, 특히 바람직하게는 1s 이하의 시간 간격 내에 적어도 때에 따라서 변화되도록 역학적으로 조절되는 것이 바람직하다. 그 결과, 상기 압력 및/또는 체적 유량은 특히 주기적으로 단시간 간격에 일어나므로 고로의 효율은 특히 크게 향상될 수 있다.
바람직하게는, 압력(p1) 및/또는 (p2) 및/또는 (p3) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00012
) 및/또는 (
Figure pct00013
) 및/또는 (
Figure pct00014
)의 중간값에 의거한 진폭은 10% - 1000%, 바람직하게는 10% - 400%, 더욱 바람직하게는 10% - 200%, 특히 바람직하게는 10% - 100%를 차지한다. 압력 및/또는 체적 유량 곡선의 진폭의 이러한 변화는 종류와 관련된 허용가능한 최대값을 초과하는 일 없이 고로의 효율의 충분한 향상을 위해 이미 충분하다.
특히 바람직하게는, 압력(p1) 및/또는 (p2) 및/또는 (p3) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00015
) 및/또는 (
Figure pct00016
) 및/또는 (
Figure pct00017
)은, 고로 내에서, -π/2 ≤ φ ≤ π/2, 바람직하게는 -π/4 ≤ φ ≤ π/4, 더욱 바람직하게는 φ= 0 ±π/90의 위상차(φ)를 지닌 중첩된 진폭이 전개되도록 변화된다. 여기서, 특히 이 위상 관계에서의 흐르는 가스의 속도는 실험적으로 결정될 고로 내의 가스의 평균 체류 시간(통상 3 내지 20 s)을 통해서 고려될 수 있으므로, 고로의 내부에서, 원하는 위상차가 얻어진다. 압력 및/또는 체적 유량 곡선의 진폭의 증가는 결과로서 특히 강력하게 되고, 작동량 변동의 상호 삭제가 회피된다.
바람직하게는, 처리 가스 및/또는 추가 가스 및/또는 고로 가스의 조절은 준주기적으로(quasi-periodically), 바람직하게는 주기적으로, 더욱 바람직하게는 고조파적으로(harmonically) 일어나고, 이때 주기(T)는 40 s ≥ T ≥ 60 ms, 바람직하게는 20 s ≥ T ≥ 100 ms, 더욱 바람직하게는 10 s ≥ T ≥ 0.5 s, 특히 바람직하게는 5 s ≥ T ≥0.7 s가 적용된다. 이것은 단순한 사인파 형상 조절 f(t)= f0 + Δfsin(2πt/T+φ)를 통해서 달성될 수 있다. 이것은 압력 및/또는 체적 유량 진폭을 발생하여 중첩시키는 것을 용이하게 한다.
또한, 상기 처리 가스 및/또는 추가 가스 및/또는 고로 가스의 조절은 바람직하게는 맥동(혹은 파동) 방식으로 일어날 수 있으며, 이때 펄스의 펄스폭(α)에 대해서, 5 s ≥ α ≥ 1 ms, 바람직하게는 0.7 s ≥ α ≥ 25 ms, 더욱 바람직하게는 0.1 s ≥ α ≥ 30 ms, 특히 바람직하게는 55 ms ≥ α ≥ 35 ms가 적용된다. 이러한 조절은 예를 들어 함수 f(t)= f0 + ∑i δ(t-ti)를 특징으로 하며, 해당 식에서, δ(t)는 일반적으로 펄스, 즉, 실질적으로 일정한 배경에 대해서 순환하는 펄스 피크를 기술하고 있다. 펄스 그 자체는 직사각형 펄스, 삼각형 펄스, 가우스 펄스(처리된 수학적 δ 펄스) 또는 유사 펄스 형상일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 펄스폭(δ)은 중요하며, 이것은 절반 펄스 높이를 지닌 펄스폭이다. 바람직한 방법 구성에 있어서, 주기적 맥동은 주기(T)에 대한 펄스폭(δ)의 비, 10-4 ≤ δ/T ≤ 0.5, 바람직하게는 10-3 ≤ δ/T ≤ 0.2, 더욱 바람직하게는 10-2 ≤ δ/T ≤ 0.1을 지닌다. 압력 및/또는 체적 유량 변화는 결과적으로 특히 급격히 일어나므로, 보다 적은 혼합을 통한 기류 형성을 초래할 수도 있는 (준) 정지 흐름((quasi) stationary flows)이 회피된다. 또한, 성공적으로 대응해서 보다 적은 반응 시간에 고로에서 일어나는 처리에 영향을 미치는 것이 가능하다.
바람직한 실시형태에 있어서, 압력 및/또는 체적 유량 피크의 증가는 시간에 대해서뿐만 아니라 공간에 대해서도 일어난다. 유리하게는, 상기 하부 입구 개공부와 상부 출구 개공부 간의 높이(h)에 의거한 상기 하부 입구 개공부와 추가 개공부 간의 거리(d)에 대해서 다음의 관계가 적용된다: 0.1 ≤ d/h ≤ 1.0, 바람직하게는 0.25 ≤ d/h ≤ 1.0, 더욱 바람직하게는 0.5 ≤ d/h ≤ 1.0, 특히 바람직하게는 0.75 ≤ d/h ≤ 1.0, 더욱더 바람직하게는 0.9 ≤ d/h ≤ 1.0. 고로의 효율의 측정가능한 향상은 상기 추가 개공부로부터 상기 하부 입구 개공부의 비교적 작은 간극에서도 그 자체로 입증된다. 그러나, 압력 손실이 허용가능한 최대 압력을 초과하는 일 없이 고로의 높이를 통해서 보다 양호하게 상쇄될 수 있으므로 그 간격이 보다 크다면 보다 큰 효율 향상이 얻어진다. 특히, 복수개, 즉, 2개 이상의 추가 개공부는 고로의 상이한 높이에서 배열될 수 있고, 이때, 상기 개공부 간의 높이 간격은 각 경우에 있어서 동일할 수 있다. 고로의 높이에 비해서 개공부의 균일한 분포에 의해, 압력 및/또는 체적 유량 진폭의 중첩은 특히 용이하게 설정되고 일어나는 압력 손실도 상쇄된다.
바람직한 실시형태에 있어서, 상기 고로의 내부에 잠입(immersion)되어 있는 잠입 도관이 설치되고, 상기 고로의 규정된 높이에서 상기 추가 개공부를 형성한다. 그 결과, 압력 및/또는 체적 유량 변화가 중첩될 수 있는 내부에서뿐만 아니라 외부에서 기체의 불어넣기가 가능하다.
특히, 상기 추가 가스는 상기 처리 가스 및/또는 더욱 바람직하게는 고로의 상단부에 존재하는 고로 가스를 포함하는 것이 가능하다. 이를 위해서, 상기 고로의 상부 출구 개공부는, 더욱 바람직하게는, 고로 가스를 반송하기 위한 고로 가스 도관을 통해서 추가 개공부와 접속된다. 또한, 고로의 상부 영역에서의 환원은 반입된 처리 가스를 통해 개선될 수도 있다. 특히 고로의 내부의 대기 조건은 고로 가스 및/또는 처리 가스량의 적절한 선택을 통해서 개별적으로 변경될 수 있다. 이것에 의해, 대기는, 작동 고장의 경우, 이어서 주변 조건의 변화를 최적화하고 해당 변화에 적합화될 수 있다.
본 발명은 또한, 고로, 특히 용광로의 상부 영역에 원료를 주입하기 위한 주입 장치; 및 상기 고로 내에 보급되어 있는 대기의 작용 하에 상기 원료의 일부를 용해시키고/시키거나 적어도 환원시키기 위하여, 해당 고로의 하부 영역에 처리 가스를 도입하기 위한 적어도 하나의 하부 입구 개공부를 포함하는 고로, 특히 용광로, 용선로, 제련용 용광로 혹은 폐기물 소각로에 관한 것이다. 또한, 처리 가스의 작동 변수인 압력(p1) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00018
)이 40s 이하, 바람직하게는 20s 이하, 더욱 바람직하게는 5s 이하, 특히 바람직하게는 1s 이하의 시간 간격 내에 변화되도록 설정된 제어 장치가 설치된다. 본 발명에 따르면, 추가 가스의 도입을 위하여 하부 입구 개공부로부터 이간되어 있는 적어도 하나의 추가 개공부가 설치되고, 상기 추가 가스의 작동 변수인 압력(p2) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00019
)이 적어도 때에 따라서 변화되도록 설정된 추가 제어 장치가 설치되고/되거나, 가스 반응 생성물의 배출을 위하여 상기 고로의 내부에 접속된 고로 가스 도관이 설치되며, 또, 해당 고로 가스의 작동 변수인 압력(p3) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00020
)이 적어도 때에 따라서 변화하도록 설정된 고로 제어 장치가 설치되어 있다. 본 발명에 따른 추가 가스 및/또는 고로 가스의 작동 변수의 변화는, 고로의 내부에서, 압력(p1) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00021
)이 적어도 부분적으로 증가하는 점에서 일어난다. 상기 고로는 더욱 바람직하게는 전술한 방법을 위해 적합하다. 유리하게는, 상기 고로는 상기 방법에 의해 전술한 바와 같이 구현되고 더욱 발전된다.
상기 제어 장치의 도움으로, 고로의 내부에서의 도입된 가스의 압력 및/또는 체적 유량 변화는, 해당 고로의 내부에서의 압력 및/또는 체적 유량이 적어도 부분적으로 합산되도록 서로 중첩될 수 있으므로, 고로의 효율의 향상이 달성된다. 상기 압력 및/또는 체적 유량 피크를 통해서, 처리 가스의 움직임은 지그재그 움직임의 확대된 성분들을 포함하고, 그 결과 관통-기화가 향상되는 것으로 가정된다. 그 결과, 상기 처리 가스는 더욱 완전히 반응할 수 있으므로, 더 많은 재료가 보다 적은 처리 가스와 함께 용해되고/되거나 환원될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고로의 개략 측면도;
도 2는 본 발명에 따른 추가의 실시예에 있어서의 고로의 개략 측면도.
이하, 바람직한 예시적인 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 고로(10)는 실질적으로 관형상의 고로 본체(12)를 포함하며, 이 본체는 전체를 세부분으로, 즉, 1/3 상부부분(14), 1/3 중간부분(16) 및 1/3 하부부분(18)으로 대략 나뉠 수 있다. 1/3 하부부분(18) 이후에는 플랩(flap)(22)을 통해서 1/3 상부부분(14) 내에 첨가된 재료를 용융 상태로 수용하고 배출구(24)를 통해 배출하는 회수부(20)가 설치되어 있다.
공급 도관(26)을 통해서 처리 가스가 사이에 접속된 하부 링 도관(28)을 개재해서 하부 노즐(30)에 유도되고, 상기 노즐(30)은 하부 입구 개공부(32)를 통해서 상기 고로, 즉, 샤프트 반응기(shaft reactor)(10)의 내부(34)로 역학적으로 조절된 처리 가스를 도입한다. 입구 개공부(32) 근방에, "레이스웨이" 혹은 유동화 존으로서 기재된 반응 영역은 "노심"(36)으로서 기재된 하부 영역에서 낮은 반응성의 영역을 둘러싸도록 형성된다. 공급 도관(26)과 입구 개공부(32) 사이에는, 40s 이하, 바람직하게는 20s 이하, 더욱 바람직하게는 5s 이하, 특히 바람직하게는 1s 이하의 시간 간격 내에 처리 가스의 작동 변수인 압력(p1) 및 체적 유량(
Figure pct00022
)이 변화되도록 설정된 제어 장치(38)가 접속되어 있다. 상기 제어 장치(38)는 다음과 같이 특히 급속히 작동하는 것에 견줄만하게 기능할 수 있다.
1/3 하부부분(18) 내의 처리 가스의 도입과 비교해서, 추가 가스는, 작동 변수인 압력(p2) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00023
)의 변동을 통해 고로(10)의 내부(34)에서 적어도 부분적으로 압력(p1), (p2) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00024
), (
Figure pct00025
)의 추가를 달성하기 위하여, 1/3 중간부분(16) 내로 및/또는 1/3 상부부분(14) 내로 반입될 수 있다. 달성할 수 있는 압력 및/또는 체적 유량 피크를 통해서, 노심(36)은 명백히 환원될 수 있고, 그 결과 고로(10)의 효율은 향상된다.
도시된 예시적인 실시예에 있어서, 상기 추가 가스는 추가 개공부(42)를 통해서 역학적으로 조절되는 고로(10)의 내부(34)로 도입된다. 도시된 예시적인 실시예에 있어서 하부 입구 개공부(32)에 대한 추가 개공부(42)의 거리(d)는 플랩(22)에 의해 폐쇄될 수 있는 고로(10)의 상부 출구 개공부(44)와 하부 입구 개공부(32) 사이의 간격(h)의 대략 80%를 실질적으로 차지한다. 고로 본체(12)는 특히 대칭축(46)에 대해서 실질적으로 회전 대칭적으로 구성될 수 있다.
도시된 예시적인 실시예에 있어서, 상부 노즐(42)은 상부 링 도관(48)을 통해서 공급 도관(26)에 접속되므로, 추가 가스로서, 처리 가스가 사용될 수 있거나 혹은 적어도 혼합될 수 있다. 또한, 상부 출구 개공부(44)의 영역에서 종결되는 고로 가스 도관(50)을 통해서, 고로 가스는 적어도 추가 가스에 혼합될 수 있다. 공급 도관(26)과 고로 가스 도관(50)과 추가 개공부(42) 사이에는, 고로(10)의 내부(34)에서 압력(p1), (p2) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00026
), (
Figure pct00027
)이 적어도 부분적으로 합산되도록 추가 가스의 작동 변수인 압력(p2) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00028
)이 적어도 때에 따라서 변화되도록 설정된 추가 제어 장치(52)가 설치되어 있다. 또한, 도시되지 않은 비반송(non-return) 밸브는 예를 들어 하부 영역(18)으로부터 고로 본체(12)를 통과해서 상부 영역(14)으로의 우회적 흐름을 방지하기 위하여 설치될 수 있다.
도 2에 도시된 고로(10)에 의하면, 압력 및/또는 체적 유량 변화의 중첩은, 도 1에 도시된 고로(10)와 대조적으로, 추가 가스 대신에 고로 가스의 도움으로 달성된다. 이를 위해서, 배출되는 체적 유량을 분할하기 위하여 몇번이고 제공되는 본 예시적인 실시예에 있어서 도시된 적어도 하나의 고로 가스 도관(50)은, 고로(10)의 내부(34)에서, 압력(p1) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00029
)이 적어도 부분적으로 증가되도록 고로 가스 도관(50) 직전에 혹은 고로 가스 도관(50) 내에 보급되어 있는 작동 변수인 압력(p3) 및/또는 체적 유량(
Figure pct00030
)을 적어도 때에 따라서 변화시키기 위하여, 각각 하나의 고로 제어 장치(54)를 포함한다. 이를 위해서, 상기 고로 제어 장치는, 예를 들어, 스로틀 밸브(throttle valve)의 도움으로 고로 가스 도관(50)을 적어도 부분적으로 간단히 폐쇄할 수 있으므로, 증가하는 정적 압력이 얻어지고, 이 압력은 허용가능한 총 압력이 초과되기 전에 고로 가스 도관(50)의 후속의 개방을 통해 재차 제거될 수 있다.
도시된 예시적인 실시예에 있어서, 고로 가스는 높은 곳에, 즉 고로 본체(12)의 상부 출구 개공부(44) 위쪽에서 고로 가스 도관(50) 내로 배출된다. 이를 위해서, 후드(58)는 상부 영역(56)에서 고로 본체(12)와 접속되고, 이 본체에는 고로 가스 도관(50)이 접속된다. 후드(58)는 플랩(22)에 의해 폐쇄될 수 있는 주입 장치(60)를 추가로 포함하며, 원료는 고로(10)의 내부(34)에서 하부에 침강하도록 해당 주입 장치를 통해서 고로(10)의 내부(34)에 반입된다. 노즐(30)을 통해 반입된 처리 가스를 통해서, "레이스웨이"로서 지칭된 실질적으로 링형상으로 형상화된 반응 영역(62)은 노심(36)에 대해서 둥글게 배열된 상태로 얻어진다.
특히 바람직하게는, 도 및 도 2에 도시된 실시예는, 배출된 고로 가스뿐만 아니라 반입된 추가 가스도 압력 및/또는 체적 유량 진폭의 중첩을 통해서 고로의 내부(34)에서 압력 및/또는 체적 유량의 적어도 부분적인 증가를 적어도 때에 따라서 달성하기 위하여 역학적으로 조절되도록 서로 조합된다. 또한, 미리 조절된 고로 가스가 추가 가스에 공급될 수 있고, 그 결과, 추가의 중첩된 진폭이 얻어지고, 이것은, 마찬가지로, 추가의 압력 및/또는 체적 유량 피크를 유도하기 위하여 공진과 유사한 형태(resonance-like)를 구축할 수 있다.
10: 고로 14: 고로의 상부 영역
18: 고로의 하부 영역 32: 하부 입구 개공부
34: 고로의 내부 38: 제어 장치
42: 추가 개공부 44: 상부 출구 개공부
50: 고로 가스 도관 52: 추가 제어 장치
54: 고로 제어장치 60: 주입 장치

Claims (12)

  1. 고로(shaft furnace)(10)의 상부 영역(14)에는 원료가 주입되고, 해당 원료는 중력의 영향 하에 상기 고로에 침강하며, 이때 상기 원료의 일부는 상기 고로 내에 보급되어 있는 대기의 작용 하에 용해되고/되거나 적어도 부분적으로 환원되며,
    상기 고로(10)의 하부 영역(18)에서 적어도 하나의 하부 입구 개공부(32)를 통해서 처리 가스가 도입되고, 해당 처리 가스는 상기 고로(10) 내에 보급되어 있는 대기에 적어도 부분적으로 영향을 미치며,
    상기 처리 가스의 도입은, 해당 처리 가스의 조절(modulation) 동안 작동 변수인 압력(p1) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00031
    )이 40s 이하, 바람직하게는 20s 이하, 더욱 바람직하게는 5s 이하, 특히 바람직하게는 1s 이하의 시간 간격 내에 적어도 때에 따라서 변화되도록 역학적으로 조절되는(dynamically modulated) 것인, 특히 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 고로(10)를 작동시키는 방법으로서,
    상기 하부 입구 개공부(32)로부터 이간되어 있는 적어도 하나의 추가 개공부(42)를 통해서, 추가 가스가 도입되며, 이때 추가 가스의 작동 변수인 압력(p2) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00032
    )은 고로(10)의 내부(34)에서 상기 압력(p1) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00033
    )이 적어도 부분적으로 증가되도록 적어도 때에 따라서 변화되고/되거나,
    상기 고로(10)의 내부(34)와 접속된 가스 반응 생성물의 배출용의 고로 가스 도관(50)을 통해서, 고로 가스가 배출되며, 이때 고로 가스의 작동 변수인 압력(p3) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00034
    )이 상기 고로(10)의 내부(34)에서 상기 압력(p1) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00035
    )이 적어도 부분적으로 증가되도록 적어도 때에 따라서 변화되는 것을 특징으로 하는, 고로의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 추가 가스의 도입 및/또는 고로 가스의 배출은 조절 동안 작동 변수인 압력(p2) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00036
    ) 및/또는 압력(p3) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00037
    )가 40 s, 바람직하게는 20 s, 더욱 바람직하게는 5 s, 특히 바람직하게는 1 s의 시간 간격 내에 적어도 부분적으로 변화되도록 역학적으로 조절되는 것인, 고로의 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고로(10)의 하부 입구 개공부(32)와 상부 출구 개공부(44) 간의 높이(h)에 의거한 상기 하부 입구 개공부(32)와 추가 개공부(42) 간의 거리(d)에 대해서, 0.1 ≤ d/h ≤ 1.0, 바람직하게는 0.25 ≤ d/h ≤ 1.0, 더욱 바람직하게는 0.5 ≤ d/h ≤ 1.0, 특히 바람직하게는 0.75 ≤ d/h ≤ 1.0, 더욱더 바람직하게는 0.9 ≤ d/h ≤ 1.0가 적용되는 것인, 고로의 작동 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 가스 및/또는 추가 가스 및/또는 고로 가스의 조절은 준주기적으로(quasi-periodically), 바람직하게는 주기적으로, 더욱 바람직하게는 고조파적으로(harmonically) 일어나고, 이때 주기(T)는 40 s ≥ T ≥ 60 ms, 바람직하게는 20 s ≥ T ≥ 100 ms, 더욱 바람직하게는 10 s ≥ T ≥ 0.5 s, 특히 바람직하게는 5 s ≥ T ≥0.7 s가 적용되는 것인, 고로의 작동 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 가스 및/또는 추가 가스 및/또는 고로 가스의 조절은 맥동적으로(pulsation-like) 일어나며, 이때 펄스의 펄스폭(α)에 대해서, 5 s ≥ α ≥ 1 ms, 바람직하게는 0.7 s ≥ α ≥ 25 ms, 더욱 바람직하게는 0.1 s ≥ α ≥ 30 ms, 특히 바람직하게는 55 ms ≥ α ≥ 35 ms가 적용되는 것인, 고로의 작동 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력(p1) 및/또는 (p2) 및/또는 (p3) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00038
    ) 및/또는 (
    Figure pct00039
    ) 및/또는 (
    Figure pct00040
    )은, 상기 고로 내에서, -π/2 ≤ φ ≤ π/2, 바람직하게는 -π/4 ≤ φ ≤ π/4, 더욱 바람직하게는 φ= 0 ±π/90의 위상차(φ)를 지닌 중첩된 진폭이 되도록 변화되는 것인, 고로의 작동 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 가스는 상기 고로(10)의 상단부(44)에 존재하는 처리 가스 및/또는 고로 가스를 포함하는 것인, 고로의 작동 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 압력(p1) 및/또는 (p2) 및/또는 (p3) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00041
    ) 및/또는 (
    Figure pct00042
    ) 및/또는 (
    Figure pct00043
    )의 중간값(mean value)에 의거한 진폭은 10% - 1000%, 바람직하게는 10% - 400%, 더욱 바람직하게는 10% - 200%, 특히 바람직하게는 10% - 100%를 차지하는 것인, 고로의 작동 방법.
  9. 고로(10)의 상부 영역(14)에 원료를 주입하기 위한 주입 장치(60);
    상기 고로(10) 내에 보급되어 있는 대기의 작용 하에 상기 원료의 일부를 용해시키고/시키거나 적어도 환원시키기 위하여, 해당 고로(10)의 하부 영역(18)에 처리 가스를 도입하기 위한 적어도 하나의 하부 입구 개공부(32); 및
    처리 가스의 작동 변수인 압력(p1) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00044
    )이 40s 이하, 바람직하게는 20s 이하, 더욱 바람직하게는 5s 이하, 특히 바람직하게는 1s 이하의 시간 간격 내에 변화되도록 설정된 제어 장치(38)를 포함하는, 특히 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 통하여 작동가능한 용광로, 용선로, 제련용 용광로 혹은 폐기물 소각로인 고로로서,
    추가 가스의 도입을 위하여 하부 입구 개공부(32)로부터 이간되어 있는 적어도 하나의 추가 개공부(42)가 설치되고, 상기 추가 가스의 작동 변수인 압력(p2) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00045
    )이 상기 고로의 내부(34)에서 상기 압력(p1) 및/또는 체적 유량 (
    Figure pct00046
    )이 적어도 부분적으로 증가하도록 적어도 때에 따라서 변화되도록 설정된 추가 제어 장치(52)가 설치되고/되거나;
    상기 고로(10)의 내부(34)에 접속된 고로 가스와 같은 가스 반응 생성물의 배출용의 고로 가스 도관(50)이 설치되고, 해당 고로 가스의 작동 변수인 압력(p3) 및/또는 체적 유량(
    Figure pct00047
    )이 상기 고로(10)의 내부(34)에서 상기 압력(p1) 및/또는 체적 유량 (
    Figure pct00048
    )이 적어도 부분적으로 증가하도록 적어도 때에 따라서 변화되도록 설정된 고로 제어 장치(54)가 설치되는 것을 특징으로 하는 고로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 고로(10)의 하부 입구 개공부(32)와 상부 출구 개공부(44) 간의 높이(h)에 의거한 상기 하부 입구 개공부(32)와 추가 개공부(42) 간의 거리(d)에 대해서, 0.1 ≤ d/h ≤ 1.0, 바람직하게는 0.25 ≤ d/h ≤ 1.0, 더욱 바람직하게는 0.5 ≤ d/h ≤ 1.0, 특히 바람직하게는 0.75 ≤ d/h ≤ 1.0, 더욱더 바람직하게는 0.9 ≤ d/h ≤ 1.0가 적용되는 것을 특징으로 하는 고로.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 고로(10)의 상부 출구 개공부(44)는 고로 가스의 반송을 위한 고로 가스 도관(50)을 통해서 상기 추가 개공부(42)와 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 고로.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고로(10)의 내부(34)에 잠입되는 잠입 도관(immersion pipe)이 설치되고, 상기 고로(10)의 규정된 높이에서 상기 추가 개공부(42)를 형성하는 것을 특징으로 하는 고로.
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