KR20100060253A - 코크스 시험로 압력 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코크스 시험로 내부 압력을 자동 조절하기 위한 코크스 시험로 압력 제어 장치에 관한 것으로, 본 발명은 석탄을 코크스화하기 위한 오븐과 밸브를 구비한 배관으로 연결되고 석탄 건류시 발생하는 가스를 연소시켜 외부로 배출시키는 연소 버너를 구비한 코크스 시험로의 배관측에 설치되어 시험로 내부 압력을 계측하는 압력센서와, 압력센서에서 계측된 시험로 내부 압력과 기설정된 기준값 간의 차이를 산출하고, 산출된 차이를 근거로 시험로 내부 압력의 양압 여부를 판단하는 판단부와, 판단부의 판단결과 시험로 내부 압력의 음압 범위 내에서는 밸브를 폐쇄하고, 양압 범위 내에서는 밸브를 개방하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 석탄을 코크스화할 때 발생되는 가스에 의해서 변화되는 압력을 일정하게 유지하도록 배관 밸브를 조절함으로써 압력을 신속하고 용이하게 조절함으로써, 로내 압력을 양압으로 유지하여 건류조건을 일정하게 유지하고 이로 인해 코크스 품질의 편차를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

코크스 시험로 압력 제어 장치{Apparatus for controling inner pressure of test coke oven}

본 발명은 코크스 시험로 압력 제어 장치에 관한 것으로, 특히 코크스 시험로 내부 압력을 자동 조절하기 위한 코크스 시험로 압력 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 코크스는 제철산업에 사용되는 유연탄 즉 점결탄(粘結炭)의 고온 건류에 의해서 생기는 다공질(多孔質) 고체연료로서, 코크스는 고온(1100~1200℃)으로 가열된 코크스로에서 제조된다.

이와 같이 제조된 코크스는 철광석을 녹이는 연료의 역할을 수행할 뿐만 아니라, 철광석에 포함된 산소를 제거하는 환원제 역할 및 고로 내 통기성을 유지하는 기능들을 수행하게 된다.

이를 위해 강도 높은 코크스가 요구되지만, 실제 조업에서는 코크스 생산을 위한 여러 종류의 성분을 배합하여 실험하기가 용이하지 못하므로, 코크스 시험로에서 미리 각각 테스트과정을 통해 코크스를 제조함에 따라 코크스의 강도를 예측할 수 있다.

기존 코크스 시험로는 오븐 본체와 배기가스 처리를 위한 버너로 대별되고, 그 종류는 500kg 중량을 기준으로 그 이하일 때 전기 히터를 이용하여 가열하는 방식과, 500kg 중량 이상일 때 가스 버너를 이용하여 가열하는 방식으로 구분된다.

코크스 오븐은 벽체를 가열함으로써, 가열된 벽체로부터 전달된 열을 이용하여 코크스 오븐내의 석탄을 가열 건류하는 방식을 갖는다.

또한, 코크스 오븐내 석탄을 장입하는 방식은 가연성 소재인 나무박스 내에 석탄을 수용한 상태에서 밀도를 조정하여 코크스 오븐 내에 장입하는 방식과, 코크스 오븐 상부에 마련된 석탄 장입구를 통해 내부로 장입하는 방식이 있다.

장입과 압출의 양측에 도어가 있는 경우에는 장입측 도어를 열고 나무박스를 푸슁 머신(pushing machine)을 이용해 밀어 넣거나, 양측 도어가 닫힌 상태에서 상부에 마련된 석탄 장입구를 통해 석탄을 중력에 의한 낙하방식으로 장입하는 방식을 채용하고 있다.

그리고 대차를 이용하여 장입 및 배출시키는 방식은 장입용 나무 박스를 대차 위에 안착시킨 후에 벽 사이로 이동시키는 방식과, 대차를 코크스 오븐 내부에 위치시킨 후에 석탄 장입구를 통해 대차 위로 석탄을 장입하는 방식등이 있다.

한편, 제조된 코크스를 코크스 오븐 내에서 외부로 배출하는 방식은 양측 도어를 모두 개방시킨 상태에서 장입용 푸셔를 이용하여 압출 도어측으로 밀어내는 방식을 채용하거나, 대차방식의 경우에는 제조된 코크스가 대차 위에 안착된 상태로 대차를 외부로 이동시켜 배출하는 방식이 있다.

이와 같은 방식의 코크스 시험로는 대부분 앞서 설명한 방식중에서 내부의 석탄이 코크스화되면서 팽창하고 수축함에 따라 가변되는 압력 변화를 외부의 센서 에 전달함으로써, 코크스 제조용 석탄을 사용할 경우에 코크스 오븐에 변형이 발생되는 지를 측정하게 된다.

이때, 코크스를 오븐 내에서 건류하는 과정 동안 석탄 내의 수분, 휘발분이 가스화되어 코크스 오븐 밖으로 방출되는데, 이 가스의 양은 석탄의 특성 및 건류 시간에 따라 수시로 변하기 때문에 로내 압력 또한 수시로 변하게 된다.

로내 압력이 높으면 가스가 외부로 방출되게 되고, 압력이 낮으면 외부에서 공기가 유입되어 코크스 산화 반응을 일으키므로, 적절한 수준으로 로내 압력을 유지하는 것이 중요하다.

이때, 이러한 로내 압력 조절은 조작자의 판단에 따라 해당 밸브를 수동으로 작동시켜 조절하는 방식을 사용하였기 때문에 코크스 건류의 조건이 달라지고 그에 따라 코크스 품질의 편차가 자주 발생하는 문제점이 많았다.

또, 선탄 건류를 진행하는 동안 발생하는 가스의 양이 수시로 변하여 가스 누출 및 외부 공기의 유입이 빈번히 발생하고, 그에 따라 수동으로 가스의 배출량을 조절하여야 하므로 조작자에 따라 실험결과의 편차가 발생하였다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 코크스 시험로 내부에서 발생하는 가스 발생량에 따른 압력 변화를 센싱하여 그에 따라 관로 밸브를 조절하여 건류 조건을 일정하게 유지하도록 하는 코크스 시험로 압력 제어 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 코크스 시험로 압력 제어 장치는 석탄을 코크스화하기 위한 오븐과 밸브를 구비한 배관으로 연결되고 석탄 건류시 발생하는 가스를 연소시켜 외부로 배출시키는 연소 버너를 구비한 코크스 시험로의 배관측에 설치되어 시험로 내부 압력을 계측하는 압력센서와, 압력센서에서 계측된 시험로 내부 압력과 기설정된 기준값 간의 차이를 산출하고, 산출된 차이를 근거로 시험로 내부 압력의 양압 여부를 판단하는 판단부와, 판단부의 판단결과 시험로 내부 압력의 음압 범위 내에서는 밸브를 폐쇄하고, 양압 범위 내에서는 밸브를 개방하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기준값을 저장하는 기준값 저장부를 포함하고, 기준값은 대기압인 것이 바람직하다.

본 발명의 밸브는 제어부의 제어신호에 따라 배관내의 개도각을 조절하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 석탄을 코크스화할 때 발생되는 가스에 의해서 변화되는 압력을 일정하게 유지하도록 배관 밸브를 조절함으로써 압력을 신속하고 용이하게 조절함으로써, 로내 압력을 양압으로 유지하여 건류조건을 일정하게 유지하고 이로 인해 코크스 품질의 편차를 줄일 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 실시예를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 코크스 시험로를 도시한 예시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 시험로 압력 제어 장치를 도시한 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 코크스 시험로 압력 제어 장치가 적용되는 코크스 시험로는, 내부에 석탄을 코크스화하기 위한 탄화실이 구비되고 일측 전면에 석탄의 장입 및 코크스의 배출을 위한 도어가 개폐가능하게 설치된 오븐(100)과, 오븐(100)의 타측 후방에 마련되고 일단부가 탄화실의 내부에 수용되어 좌,우 이동되는 압출 피스톤(210)을 갖는 압출부(200)와, 오븐(100)의 도어 전면에 근접되게 설치되고 내부에 코크스를 장입하는 박스(600)가 안착되는 대차(400)와, 오븐(100)의 도어 전방에 이격되게 설치되고 대차(400)의 상부에 안착된 나무박스(600)를 오븐(100) 내부로 장입시키는 장입 피스톤(310)을 갖는 장입부(300)와, 오븐(100)과 배관(150)으로 연결되고 내부로부터 배출되는 가스를 연소시키는 연소 버너(810)를 갖는 연소실(800)과, 연소실(800)과 오븐(100) 사이의 배관(150) 내에 설치된 밸브(710)로 구성된 것이다.

여기서, 밸브(710)는 오븐(100)과 연소실(800) 사이의 배관(150) 내에 밸브 몸체가 회전 가능하게 설치되어 밸브 몸체의 회전 개도각에 따라 흡입압력을 조절하는 기능을 갖는다. 오븐(100)은 상부에 연소실(800)측으로 가스 배출을 위해 배관(150)으로 연결되고, 벽체 내에 히터가 설치되어 열전도에 의해 석탄을 코크스로 건류시키는 기능을 갖는다. 연소실(800)은 내부에 연소 버너(810)가 설치되고, 오븐에서 배출되는 가스를 연소 버너(810)의 점화로 연소시켜 대기로 배출하는 구조로 된 것이다. 연소실(800)의 상부에는 연소가스를 대기로 배출하는 배기용 배관(150)이 연결된다. 이러한 코크스 시험로에 대한 구성은 공지된 사항이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

한편, 본 발명에서는 공지된 코크스 시험로의 배관 일측에 시험로 내부 압력을 계측하는 압력센서(10)를 배치하고, 압력센서(10)에서 계측되는 압력값에 따라 밸브의 개폐를 제어하는 제어장치(1)를 포함하여 구성된다.

도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 코크스 시험로 압력 제어장치(1)를 보다 상세히 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 코크스 시험로 압력 제어장치(1) 상술한 코크스 시험로의 배관 일측에 시험로 내부 압력을 계측하는 압력센서(10)와, 압력센서(10)에서 계측된 시험로 내부 압력과 기설정된 기준값 간의 차이값을 산출하고, 산출된 차이값을 근거로 시험로 내부압력의 양압 여부를 판단하는 판단부(20)와, 판단부(20)의 판단결과 시험로 내부압력이 음압 범위 내에서는 밸브를 폐쇄하고, 양압 범위 내에서는 밸브를 개방하는 제어부(30)를 포함하여 구 성된다.

압력센서(10)는 오븐과 연소실 사이의 배관 일측에 삽입되어 배관을 통해 유통되는 가스 및 외기에 의해서 변동되는 시험실 내부의 압력을 계측한다. 압력센서(10)는 압력을 계측할 수 있는 센서라면 어떠한 방식이라도 채용 가능하다. 상술한 바와 같이, 코크스를 오븐 내에서 건류하는 과정 동안 석탄 내의 수분, 휘발분이 가스화되어 오븐 밖으로 방출되는데, 이 가스의 양은 석탄의 특성 및 건류 시간에 다라 수시로 변하기 때문에 로내 압력 또한 수시로 변하게 된다. 압력센서(10)는 이러한 시험로 내부의 압력을 실시간으로 계측하게 된다.

판단부(20)는 압력센서(10)에서 계측된 시험로 내부 압력값을 입력받게 되면, 기준값 저장부(40)로부터 기설정된 기준값을 인출하고, 압력센서(10)에서 입력된 내부 압력값에서 기설정된 기준값을 차감하여 차이값을 산출한다. 판단부(20)는 이렇게 산출된 차이값을 근거로 시험로 내부압력의 양압 여부를 판단하게 된다. 즉, 판단부(20)는 차이값이 양에 값이면 시험실 내부 압력이 양압인 것으로 판단하고, 반대로 판단부(20)는 차이값이 음에 값이면 시험실 내부 압력이 음압인 것으로 판단한다.

제어부(30)는 판단부(20)의 판단결과 시험로 내부압력이 음압 범위 내에서는 밸브를 폐쇄하고, 양압 범위 내에서는 밸브를 개방하도록 제어하게 된다. 즉, 시험로 내부 압력이 높은 경우(양압인 경우) 가스가 배관을 따라 외부로 방출되게 되고, 압력이 낮으면(음압인 경우) 외부에서 배관을 통해 공기가 유입되어 코크스 산 화 반응을 일으키므로, 제어부(30)는 양압 또는 음압에 따라 밸브를 제어하여 시험로 내부 압력을 적절한 수준으로 유지하게 된다.

또한, 본 발명은 상술한 기준값을 저장하는 기준값 저장부(40)를 포함하는 것이 바람직하다. 기준값 저장부(40)에 저장되는 기준값은 대기압을 채용할 수 있다. 그래서, 시험로 내부 압력이 대기압보다 높으면 내부 가스가 외부로 방출되고, 시험로 내부 압력이 대기압보다 낮으면 내부 가스가 외부로 방출되는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 코크스 시험로 압력 제어장치에 의한 실험예를 설명하면 다음과 같다.

도 3는 본 발명에 따른 시험로 내부 압력을 표시한 도표이고, 도 4는 본 발명에 따른 코크스 품질을 도시한 예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 미설명 도면 부호 a는 종래에 따른 시험로 내부의 압력 분포를 나타낸 것이고, 미설명 도면 부호 b는 본 발명에 따른 시험로 내부의 압력 분포를 나타낸 것이다. 본 발명의 적용 전에는 석탄의 건류 동안 시험로 내부 압력을 수동으로 조절하여야 하기 때문에 압력의 편차가 상당히 심하게 나타나는 것을 알 수 있다. 이때, 시험로 내부의 압력이 높은 양압이 걸렸을 시에는 발생가스가 연소실을 통과하여 밖으로 배출되기 보다 오븐에서 직접 대기로 노출되므로 문제가 되며, 음압이 걸렸을 시에는 외부의 공기가 오히려 오븐 내부로 첨가되어 코크스의 산화가 일어나 품질을 저해하게 된다.

이처럼, 본 발명의 적용 후에는 석탄을 시험로 내부에 장입하는 초기(나무 박스에 석탄을 채워 장입하므로 초기 급속한 나무박스의 연소가 일어남 발생가스 많음)와 석탄 중심부에서 마지막 휘발분이 방출되는 시점(최대 가스 발생)에서만 약간의 압력편차가 발생하고 전체적으로 약간의 양압을 유지하는 것을 알 수 있다.

도 4는 동일 탄종(단일탄)으로 동일한 조건(수분, 입도, 장입밀도 등)에서 코크스 제조 시험을 수행한 결과로서, Case 1은 종래 코크스 시험로에서 시험된 자료이고, Case 2는 본 발명을 적용한 이후의 자료이다.

이러한 결과에서 보듯이 본 발명 적용 후 품질(열간강도(Coke Strength after reaction; CSR), 단위 %) 편차가 줄어들었으며(허용 편차 2.5%임), 코크스 품질 또한 약 1.5% 상승한 것으로 코크스의 품질을 상당히 향상시키게 되었다.

이하, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 시험로 압력 제어 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 시험로 압력 제어 장치의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 코크스 시험로는 대차(400) 상부면에 석탄(20)이 수용된 나무박스(600)를 안착시킨 후에, 대차(400)를 오븐측에 근접되게 이동시키고, 장입부(300)의 장입 피스톤(310)이 대차(400)에 안착된 나무박스(600)를 오븐 내부로 밀어서 나무박스(600)를 넣는다. 이때, 오븐(100)의 내부를 밀폐시킨 후에 열전도 방식으로 나무박스(600)에 담겨진 석탄을 고온 건류시켜 코크스화한다. 그리고, 오븐(100)에서 석탄(20)을 코크스화함에 따라 발생되는 가스는 오븐(100)의 상부에 연결된 배관(150)을 따라 연소실(800) 내부로 유입되고 연소실(800) 내부에 위치한 연소 버너(810)에 의해 연소되어 배기용 배관(150)을 따라 외부의 대기로 배출되는 과정을 갖는다.

이러한 과정에서, 연소실과 오븐 사이에 배치된 압력센서(10)는 배관을 통해 유통되는 가스 및 외기에 의해서 변동되는 시험실 내부의 압력을 계측한다(S10). 상술한 바와 같이, 코크스를 오븐 내에서 건류하는 과정 동안 석탄 내의 수분, 휘발분이 가스화되어 코크스 오븐 밖으로 방출되는데, 이 가스의 양은 석탄의 특성 및 건류 시간에 다라 수시로 변하기 때문에 시험로 내부 압력 또한 수시로 변하게 된다. 압력센서(10)는 이러한 시험로 내부의 압력을 실시간으로 계측하게 된다.

이후, 판단부(20)는 압력센서(10)에서 계측된 시험로 내부 압력값을 입력받게 되면, 기준값 저장부(40)로부터 기설정된 기준값을 인출하여 서로 비교하게 된다(S20). 판단부(20)는 비교시 압력센서(10)에서 입력된 내부 압력값에서 기설정된 기준값을 차감하여 차이값을 산출하게 된다.

다음, 판단부(20)는 시험로 내부 압력이 기준값보다 큰 양압인지 여부를 판단한다(S30). 여기서, 판단부(20)는 산출된 차이값을 근거로 시험로 내부압력의 양압 여부를 판단하게 된다. 즉, 판단부(20)는 차이값이 양에 값이면 시험실 내부 압력이 양압인 것으로 판단하고, 반대로 판단부(20)는 차이값이 음에 값이면 시험실 내부 압력이 음압인 것으로 판단한다.

마지막으로, 제어부(30)는 판단부(20)의 판단결과 시험로 내부압력이 음압 범위 내에서는 밸브를 폐쇄하고(S50), 양압 범위 내에서는 밸브를 개방하도록 제어하게 된다(S50). 즉, 시험로 내부 압력이 높은 경우(양압인 경우) 가스가 배관을 따라 외부로 방출되게 되고, 압력이 낮으면(음압인 경우) 외부에서 배관을 통해 공기가 유입되어 코크스 산화 반응을 일으키므로, 제어부(30)는 양압 또는 음압에 따라 밸브를 제어하여 시험로 내부 압력을 적절한 수준으로 유지하게 된다.

이처럼, 단계 S10 내지 단계 S50 과정을 반복하면서 시험로 내부 압력의 일정한 양압으로 유지하도록 함으로써 도 3에 도시된 바와 같은 압력분포를 형성시켜 코크스의 품질을 일정하게 유지시키게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 석탄을 코크스화할 때 발생되는 가스에 의해서 변화되는 압력을 일정하게 유지하도록 배관 밸브를 조절함으로써 압력을 신속하고 용이하게 조절함으로써, 로내 압력을 양압으로 유지하여 건류조건을 일정하게 유지하고 이로 인해 코크스 품질의 편차를 줄일 수 있는 효과가 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 코크스 시험로를 도시한 예시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 시험로 압력 제어 장치를 도시한 블록도.

도 3는 본 발명에 따른 시험로 내부 압력을 표시한 도표.

도 4는 본 발명에 따른 코크스 품질을 도시한 예시도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코크스 시험로 압력 제어 장치의 동작 흐름을 도시한 순서도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 압력센서 20 : 판단부

30 : 제어부 40 : 기준값 저장부

100 : 오븐 150 : 배관

200 : 장입부 210 : 장입 피스톤

300 : 압출부 310 : 압출 피스톤

400 : 대차 600 : 나무박스

710 : 밸브 800 : 연소실

810 : 연소 버너

Claims (3)

1. 석탄을 코크스화하기 위한 오븐과 밸브를 구비한 배관으로 연결되고 상기 석탄 건류시 발생하는 가스를 연소시켜 외부로 배출시키는 연소 버너를 구비한 코크스 시험로의 상기 배관측에 설치되어 시험로 내부 압력을 계측하는 압력센서와,

   상기 압력센서에서 계측된 시험로 내부 압력과 기설정된 기준값 간의 차이를 산출하고, 상기 산출된 차이를 근거로 시험로 내부 압력의 양압 여부를 판단하는 판단부와,

   상기 판단부의 판단결과 시험로 내부 압력의 음압 범위 내에서는 밸브를 폐쇄하고, 양압 범위 내에서는 밸브를 개방하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코크스 시험로 압력 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 기준값을 저장하는 기준값 저장부를 포함하고, 상기 기준값은 대기압인 것을 특징으로 하는 코크스 시험로 압력 제어 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 밸브는 제어부의 제어신호에 따라 배관내의 개도각을 조절하는 것을 특징으로 하는 코크스 시험로 압력 제어 장치.

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