KR20120020358A

KR20120020358A - 철광석의 고온특성평가방법 및 이에 사용되는 고온하중연화실험장치

Info

Publication number: KR20120020358A
Application number: KR1020100083930A
Authority: KR
Inventors: 김유나
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-08

Abstract

본 발명은 철광석의 고온특성평가방법 및 이에 사용되는 고온하중연화실험장치에 관한 것으로, 고온하중연화실험장치(10)의 환원로(11) 내에 철광석(M)을 장입하고 승온 및 하중부여를 통해 철광석(M)을 환원시키는 단계와, 상기 철광석(M)의 환원에 따라 하부로 적하되는 용융물(m)을 적하 온도 구간별로 회전식 디스크(21)상의 적하셀(23)에 수집하여 적하물의 발생량을 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 적하 온도 구간별로 철광석의 용융물을 수집할 수 있어 온도 구간별 용융물의 특성 비교 분석이 가능할 뿐 아니라 용융물의 변화량을 정량화할 수 있는 이점이 있다.

Description

철광석의 고온특성평가방법 및 이에 사용되는 고온하중연화실험장치{High temperature properties testing method of iron ore, and high temperature weight synchysis testing device used in the method}

본 발명은 철광석의 고온특성평가방법 및 이에 사용되는 고온하중연화실험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로에 형성되는 연화 융착대 추정을 위해 고로와 유사한 실험조건을 모사하여 실험하는 철광석의 고온특성평가방법 및 이에 사용되는 고온하중연화실험장치에 관한 것이다.

고로는 내화벽도로 축조한 직립 형태의 반응로로서, 상부로부터 철광석, 코크스, 석회석 등의 원료와 부원료를 장입하고, 열풍에 의한 코크스의 연소로 생성된 CO가스로 철광석을 승온, 환원시켜 노저부에서 용융상태의 선철을 생산하는 일종의 연속식 반응로이다.

본 발명의 목적은 고로와 유사한 실험조건을 모사하여 고로 내의 적하 온도 구간별로 용융물의 변화량을 정량화할 수 있고 용융물의 분리를 용이하게 할 수 있는 철광석의 고온특성평가방법 및 이에 사용되는 고온하중연화실험장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 고온하중연화실험장치의 환원로 내에 철광석을 장입하고 승온 및 하중부여를 통해 철광석을 환원시키는 단계와, 상기 철광석의 환원에 따라 하부로 적하되는 용융물을 적하 온도 구간별로 회전식 디스크상의 적하셀에 수집하여 적하물의 발생량을 측정하는 단계를 포함한다.

상기 용융물의 적하 온도는, 상기 회전식 디스크 직상의 용융물이 적하되는 경로상에 배치되어 용융물의 적하 시점을 제어부에 전달하는 조도센서에 의해 확인된다.

상기 회전식 디스크는 적어도 3개 이상의 적하셀을 구비하고, 상기 용융물은 상기 조도센서가 측정한 최초 적하 시점에서 설정온도만큼 승온시마다 자동 회전되는 회전식 디스크에 의해 각각 다른 적하셀에 수집된다.

상기 조도센서가 측정한 상기 용융물의 적하 시점 및 상기 적하물의 발생량으로 적하 온도 구간별 적하물의 변화량을 정량화한다.

철광석이 장입되는 환원로, 상기 환원로가 내부에 배치되는 반응관, 상기 반응관이 내부에 배치되고, 상기 환원로 내부에 장입된 철광석을 승온시키는 발열체를 구비하는 전기로와, 상기 환원로의 상부에 설치되고, 상기 철광석의 환원실험동안 상기 철광석에 하중을 부여하는 하중부가부재와, 상기 철광석의 환원실험에 의해 발생된 용융물이 적하되는 경로상에 배치되고 용융물의 적하 시점을 감지하는 조도센서를 포함한다.

상기 반응관의 하방에 배치되고 3개 이상의 적하셀을 갖는 회전식 디스크를 더 구비하며, 상기 적하셀 중 하나는 상기 회전식 디스크의 회전에 의해 상기 반응관의 하부에 대응되게 위치된다.

상기 회전식 디스크의 하부에는 상기 적하셀에 적하된 용융물의 무게를 측정하는 로드셀이 구비된다.

본 발명은 고온하중연화실험장치를 이용하여 고로 내의 적하 온도 구간별로 용융물의 변화량을 정량화할 수 있고 용융물의 분리를 용이하게 할 수 있다.

또한, 본 발명은 용융물의 최초 적하 온도 발생 시점에 대한 추정이 가능하고 적하 온도 구간별로 철광석의 용융물인 적하물을 수집할 수 있다. 따라서 적하 온도 구간별 용융물의 특성 비교 분석이 가능할 뿐 아니라 적하물의 변화량을 정량화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 노내 상황의 모식도.
도 2는 본 발명에 의한 고온하중연화실험장치의 개략적인 구성을 보인 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 고온하중연화실험장치의 회전식 디스크에 구비된 적하셀을 보인 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 고온하중연화실험장치의 표시부의 예를 보인 도.
도 5는 본 발명에 의한 고온하중연화실험장치를 이용한 철광석의 고온특성평가방법을 보인 블럭도.

이하 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 철광석의 고온특성평가방법은 고온하중연화실험장치를 이용하여 적하 온도 구간별로 적하물의 발생량을 측정하는 방법이다.

도 1에 도시된 바에 의하면, 고로 내의 상황은 상부로부터 괴상대, 융착대, 적하대, 연소대 및 노상대로 구분된다.

이 중 융착대의 노내 형상은 고온환원가스와 통기성에 큰 영향을 주며, 그 결과로 노내의 온도 분포, 철광석의 환원, 노황과 생산성에 영향을 미친다. 따라서 융착대의 노내 형상은 고로 조업에서 매우 중요하다.

융착대에서는 철광석의 간접환원과 직접환원이 진행되며 환원철과 미환원철이 슬래그 성분과 반응하여 반용융상태로 되고 그 사이에 코크스가 층상을 이루고 있다. 온도가 대략 1520~1620℃ 정도로 되면 철광석과 슬래그는 액상으로 되어 적하되기 시작하는데, 용융물의 분리작업에 있어 용선과 용융 슬래그가 혼재되어 있으면 실제 용융물이 발생한 시점 및 발생량에 대한 정확한 측정이 불가능하다.

따라서, 본 발명의 고온하중연화실험장치를 이용한 철광석의 고온특성평가방법을 이용하여 적하 온도 구간별로 적하물의 발생량을 측정하는 것이다. 여기서, "적하"는 철광석이 액상으로 된 용융물이 하부로 낙하하는 것을 의미한다. 설명의 편의를 위해 용융물과 적하물을 혼용하여 사용하기로 한다.

구체적인 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 고온하중연화실험장치(10)의 환원로(11) 내에 철광석(M)을 장입하고 승온 및 하중부여를 통해 철광석(M)을 환원시키고, 철광석(M)의 환원에 따라 하부로 적하되는 용융물(m)을 적하 온도 구간별로 회전식 디스크(21)의 적하셀(23)에 수집하여 적하물의 발생량을 측정하는 것이다. 여기서, 승온과 하중부여는 고로 조업환경과 동일한 환경 조건을 제공하기 위한 것이다.

적하 온도는 용융물(m)이 적하되는 경로상에 배치되는 적하 감지부를 이용하여 확인한다. 적하 감지부는 용융물(m)의 적하시 발생하는 빛을 감지하여 용융물의 적하 시점을 감지하는 조도센서(27)이다.

조도센서(27)가 감지한 용융물의 적하 시점은 아래에서 설명될 제어부(29)에 전달되고, 제어부(29)는 전기로의 환원로 온도 감지부(28)로부터 제공받은 환원로의 온도정보를 이용하여 용융물의 적하 온도를 판단한다. 환원로 온도 감지부(28)는 전기로의 내에 설치된 열전대일 수 있다.

용융물은 조도센서(27)가 최초 적하 시점 정보를 제어부(29)에 제공한 시점을 기준으로 50℃ 승온시마다 자동 회전하는 회전식 디스크(21)에 의해 각기 다른 적하셀(23)에 수집된다. 회전식 디스크(21)는 용융물(m)의 적하 온도 구간별로 용융물이 수집되도록 적어도 3개 이상의 적하셀(23)을 구비한다.

예를 들어, 조도센서(27)가 측정한 용융물(m)의 최초 적하 시점이 1520℃이면 용융물을 1번 적하셀(23a)에 수집하되, 최초 적하 시점에서 50℃ 승온되어 용융물(m)의 적하 온도가 1570℃가 되면 회전식 디스크(21)가 자동으로 회전되어 용융물이 2번 적하셀(23b)에 수집된다.

그리고, 또 온도가 1570℃에서 50℃ 승온되어 1620℃가 되면 회전식 디스크(21)가 자동으로 회전되어 적하 용융물이 3번 적하셀에 수집되도록 한다. 여기서, 회전식 디스크(21)의 회전은 용융물을 적하 온도 구간별로 수집할 수 있도록 한다.

그러면, 1번 적하셀(23a)에는 1520℃ 이상 1570℃ 이하 온도범위에서 발생된 용융물이 수집되고, 2번 적하셀(23b)에는 1570℃ 이상 1620℃ 이하 온도범위에서 발생된 용융물이 수집되며, 3번 적하셀(23c)에는 1620℃ 이상 1670℃ 이하 범위에서 발생된 용융물이 수집된다.

이때, 각 적하셀(23)에 수집된 용융물의 온도 범위를 이상, 이하로 두는 것은 동일한 온도의 용융물이 미량 중복되어 수집되는 경우를 고려하기 위함이다.

예를 들어, 1번 적하셀(23a)에 용융물을 수집하는 중 최초 적하 온도에서 50℃ 승온되어 다음 용융물을 2번 적하셀(23b)에 수집하더라도 1번 적하셀(23a)에 마지막으로 수집된 온도와 동일한 온도의 용융물이 2번 적하셀(23b)에 미량 수집될 수 있기 때문이다.

각 적하셀(23)에 적하된 용융물 즉, 적하물의 양은 적하물 발생량 측정부가 측정한다. 적하물 발생량 측정부는 회전식 디스크(21)의 하부에 장착되어 각 적하셀(23)에 적하된 적하물의 무게를 측정하는 로드셀(25)이다. 로드셀(25)에 의해 각 적하셀(23)의 적하물 발생량이 측정되며, 로드셀(25)에 의해 측정된 적하물 발생량은 적하 온도 구간별 적하물의 발생량이 된다.

조도센서(27)가 측정한 용융물(m)의 적하 시점 및 로드셀(25)에 의해 측정된 적하물의 발생량은 제어부(29)에 의해 표시부(31)에 표시되고, 적하 온도 구간별 적하물의 변화량을 정량화하는데 사용된다. 즉, 어떤 온도 조건에서 적하량이 많이 발생하는지를 정량화하는데 사용된다.

제어부(29)는 상술한 역할 외에도 조도센서(27)가 측정한 최초 적하 시점을 기준으로 50℃ 승온시마다 회전식 디스크(21)를 자동 회전시키는 역할을 한다. 즉, 제어부(29)는 조도센서(27)가 측정한 최초 적하 시점을 기준으로 50℃ 승온시마다 디스크 작동부를 작동시켜 회전식 디스크(21)가 설정각도만큼 회전하게 제어한다.

한편, 상술한 철광석의 고온특성평가방법을 수행하기 위한 고온하중연화실험장치(10)에 대해 설명한다. 고온하중연화실험장치(10)는 연화 융착대의 추정을 위하여 고로와 유사한 실험 조건을 모사한 장치이다.

도 2에 도시된 바에 의하면, 고온하중연화실험장치(10)는 철광석(M)이 장입되는 환원로(11)와, 환원로(11)가 내부에 설치되는 반응관(13)과, 반응관(13)의 주위에 설치되는 발열체(15)와, 발열체(15)에 의해 반응관(13)의 환원로(11) 내부에 장입된 철광석(M)을 승온, 유지시켜 주는 전기로(17)와, 환원로(11)에 장입된 철광석(M)의 환원 실험동안 철광석(M)에 하중을 부가해주는 하중부가부재(19)를 포함한다.

환원로(11)는 도가니 형태의 로로써 반응관(13)의 상측에 고정된다. 환원로(11) 상부는 철광석(M)에 하중부여를 위한 하중부가부재(19)가 설치되어 있으며, 하부에는 철광석(M)의 용융물만 적하되도록 통공(12)이 형성되어 있다.

반응관(13)은 철광석(M)의 용융물이 하부로 적하되는 통로에 해당된다. 반응관의 주위에는 환원로(11)에 장입된 철광석(M)의 승온을 위한 발열체(15)가 설치되어 있으며, 반응관(13)의 하부에는 적어도 하나 이상의 적하셀(23)이 구비되어 있다. 발열체(15)는 열선을 채용할 수 있으며, 반응관(13)은 고온에 강한 카본관을 채용한다.

적하셀(23)은 철광석의 용융물(m)인 적하물이 수집되는 용기이다. 도 3에 도시된 바에 의하면, 적하셀(23)은 회전식 디스크(21)의 상부에 고정되고, 회전식 디스크(21)의 회전에 따라 그 중 하나가 반응관(13)의 하부에 대응되게 위치된다.

회전식 디스크(21)의 회전은 디스크 작동부(22)에 의해 이루어진다. 디스크 작동부(22)는 각 적하셀(23)이 순서대로 반응관(13)의 하부에 위치되도록 회전식 디스크(21)를 설정각도만큼씩 회전시키는 회전모터일 수 있다. 이외에도 디스크 작동부는 회전식 디스크(21)를 설정각도만큼씩 회전시킬 수 있는 구성이면 다양한 형태가 채용가능하다.

회전식 디스크(21)의 하부에는 적하물 발생량 측정부인 로드셀(25)이 장착되어 있다. 로드셀(25)은 적하셀(23)에 수집된 용융물인 적하물의 무게로 그 발생량을 측정하여 제어부(29)에 전송한다.

용융물(m)의 적하 시점을 감지하는 적하 감지부로 조도센서(27)를 더 포함한다. 조도센서(27)는 용융물(m)이 적하하는 경로에 해당되는 반응관(13)의 하부와 회전식 디스크(21)의 상부 사이에 설치된다. 조도센서(27)는 용융물 적하시 발생하는 빛의 조도를 감지하여 용융물(m)의 적하 시점을 측정한다.

전기로 내의 환원로(11) 온도를 감지하는 환원로 온도 감지부(28)를 더 포함한다. 환원로 온도 감지부(28)는 전기로 내의 환원로 온도를 실시간으로 제어부(29)에 전달한다.

제어부(29)는 전달받은 용융물의 적하 시점 정보와 전기로 내의 환원로 온도 정보로 용융물의 최초 적하 온도를 판단한다.

도 4에 도시된 바에 의하면, 표시부(31)는 조도센서(27)에 의해 측정된 용융물 적하 시점, 최조 적하 발생 온도, 각 적하셀 적하물 발생량 등을 외부로 표시할 수 있다. 도 5를 참조하면, 조도센서(27)와 로드셀(25)로부터 정보를 제공받는 제어부(29)는 상술한 정보가 표시부에 표시되게 한다.

이하에서는 본 발명에 의한 철광석의 고온특성평가방법의 작용을 설명한다.

철광석(M)의 고온특성을 평가하기 위해 고온하중연화실험장치(10)의 환원로(11)에 철광석(M)을 장입하고, 승온하면서 하중부가부재(19)를 이용하여 철광석(M)에 하중을 부여한다. 철광석(M)에 하중을 부여하는 것은 고로에서 철광석, 코크스의 적층에 의해 발생되는 자연적인 하중을 인위적으로 모사한 것이다.

승온에 의해 1500℃ 내외의 온도가 되면 물리화학적 반응에 의해 철광석(M)이 용융되기 시작하고, 철광석의 용융물이 통공(12)을 통해 적하된다. 통공(12)을 통해 적하된 용융물(m)은 반응관(13)의 하부에 설치된 회전식 디스크(21)상의 적하셀(23)에 수집된다.

이 과정에서 조도센서(27)가 용융물(m)의 적하 시점을 감지하고, 로드셀(25)이 적하셀(23)에 수집된 적하물의 발생량을 측정한다. 조도센서(27)가 감지한 용융물(m)의 적하 시점 및 로드셀(25)에서 측정된 적하물의 발생량은 실시간으로 제어부(29)로 전송되며, 제어부(29)는 이를 표시부(31)에 표시한다.

제어부(29)는 표시부(31)에 최초 기록된 용융물 적하 온도를 기준으로 용융물의 적하 온도가 50℃ 승온시마다 회전식 디스크(21)를 회전시켜 적하셀(23)이 한 셀만큼 이동되도록 디스크 작동부(22)를 제어한다.

이러한 회전식 디스크(21)의 회전에 따라 각 적하셀(23)에는 적하 온도 구간별로 적하 용융물(m)인 적하물이 수집된다. 수집된 적하물은 적하 온도 구간별 용융물(m)의 특성 비교 분석 자료로 활용한다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

10:고온하중연화실험장치 11:환원로
12:통공 13:반응관
15:발열체 17:전기로
19:하중부가부재 21:회전식 디스크
22:디스크 작동부 23:적하셀
25:로드셀 27:조도센서
28:환원로 온도 감지부 29:제어부
31:표시부

Claims

고온하중연화실험장치의 환원로 내에 철광석을 장입하고 승온 및 하중부여를 통해 철광석을 환원시키는 단계와,
상기 철광석의 환원에 따라 하부로 적하되는 용융물을 적하 온도 구간별로 회전식 디스크상의 적하셀에 수집하여 적하물의 발생량을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철광석의 고온특성평가방법.
청구항 1에 있어서,
상기 용융물의 적하 온도는,
상기 회전식 디스크 직상의 용융물이 적하되는 경로상에 배치되어 용융물의 적하 시점을 제어부에 전달하는 조도센서에 의해 확인되는 것을 특징으로 하는 철광석의 고온특성평가방법.
청구항 2에 있어서,
상기 회전식 디스크는 적어도 3개 이상의 적하셀을 구비하고,
상기 용융물은 상기 조도센서가 측정한 최초 적하 시점에서 설정온도만큼 승온시마다 자동 회전되는 회전식 디스크에 의해 각각 다른 적하셀에 수집되는 것을 특징으로 하는 철광석의 고온특성평가방법.
청구항 2 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조도센서가 측정한 상기 용융물의 적하 시점 및 상기 적하물의 발생량으로 적하 온도 구간별 적하물의 변화량을 정량화하는 것을 특징으로 하는 철광석의 고온특성평가방법.
철광석이 장입되는 환원로;
상기 환원로가 내부에 배치되는 반응관;
상기 반응관이 내부에 배치되고, 상기 환원로 내부에 장입된 철광석을 승온시키는 발열체를 구비하는 전기로와;
상기 환원로의 상부에 설치되고, 상기 철광석의 환원실험동안 상기 철광석에 하중을 부여하는 하중부가부재와,
상기 철광석의 환원실험에 의해 발생된 용융물이 적하되는 경로상에 배치되고 용융물의 적하 시점을 감지하는 조도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온하중연화실험장치.
청구항 5에 있어서,
상기 반응관의 하방에 배치되고 3개 이상의 적하셀을 갖는 회전식 디스크를 더 구비하며,
상기 적하셀 중 하나는 상기 회전식 디스크의 회전에 의해 상기 반응관의 하부에 대응되게 위치되는 것을 특징으로 하는 고온하중연화실험장치.
청구항 6에 있어서,
상기 회전식 디스크의 하부에는 상기 적하셀에 적하된 용융물의 무게를 측정하는 로드셀이 구비되는 것을 특징으로 하는 고온하중연화실험장치.