KR20130035087A - 용광로의 취발 감지 장치 및 이를 이용한 취발 억제 방법 - Google Patents

용광로의 취발 감지 장치 및 이를 이용한 취발 억제 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 취발을 정확하게 예측 및 감지하고, 취발에 따른 사고를 사전에 예방할 수 있는 취발 감지 장치 및 이를 이용한 취발 억제 방법을 제공한다. 용광로의 취발 감지 장치는, 복수의 블레이드를 포함하며 용광로의 노정 상승관 내부에 설치되어 노내 가스의 유량 및 유속에 비례하는 속도로 회전하는 프로펠러와, 노정 상승관의 외부에 위치하며 프로펠러의 회전축에 결합되어 프로펠러의 회전 속도에 비례하는 출력 전압을 생성하는 발전기와, 발전기와 전기적으로 연결되어 출력 전압을 전송받으며 출력 전압의 변동값을 설정값과 비교 연산하여 플러딩을 감지하는 운전실 컴퓨터를 포함한다.

Description

용광로의 취발 감지 장치 및 이를 이용한 취발 억제 방법 {DETECTING DEVICE FOR CHANNELING IN BLAST FURNACE AND METHOD FOR PREVENTING CHANNELING}
본 발명은 용광로의 취발 감지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 취발을 정확하게 예측 및 감지하고, 취발에 따른 사고를 사전에 예방할 수 있는 취발 감지 장치 및 이를 이용한 취발 억제 방법에 관한 것이다.
용광로(고로) 조업 중 송풍기에서 보내온 바람은 열풍로에서 약 1,200℃까지 승온된 후 열풍 라인과 용광로의 풍구를 통해 용광로 내부로 투입된다. 이때 생산성 향상과 경제적 조업을 위해 열풍 이외에 미분탄과 산소도 용광로 내부로 함께 투입된다.
용광로의 상부에서는 연료인 코크스와 원료인 철광석이 순차적으로 용광로 내부로 장입되며, 철광석과 코크스는 층상을 이루면서 용광로 하부로 강하된다. 철광석과 코크스가 층층이 쌓인 장입물 사이를 열풍이 통과하면서 가스화하여 환원 및 용융 반응을 일으키며 그 결과로 용선이 생성된다. 용선은 용광로의 바닥부로 모이고 출선구를 통해 외부로 배출된다.
그런데 최근 코크스보다 저렴한 미분탄과 저품위 철광석의 사용 증가로 인해 장입물의 통기 저항이 높아지고, 용광로의 사용 경력이 늘어나면서 노체의 연와가 불균일하게 손상된다. 따라서 국부적으로 장입물이 강하하지 않고 노벽에 부착되어 노벽 하부까지 장입물이 균일하게 이동하지 못하게 되며, 장입물의 분포가 부분적으로 흐트러져 용광로 내부의 균일한 가스 흐름을 방해한다.
그 결과 고온ㆍ고압의 가스가 장입물 층을 뚫고 노상부로 직접 전달되는 취발이 일어나게 된다. 이 경우 고온ㆍ고압의 노내 가스와 분출 광석이 노정 설비에 접촉하므로 화재를 유발하고, 순간적으로 노상부의 압력이 증가하여 노정 블리더(bleeder)가 개방된다. 따라서 노열이 급격하게 저하되고 노내 장입층이 교란되어 환원 및 용융되지 않은 광석이 노하부로 전달됨으로써 용융물이 굳어버리는 냉입 사고가 발생한다.
본 발명은 용광로 조업 과정에서 노정 상승관으로 올라오는 노내 가스의 유량 및 유속으로부터 취발을 예측하고, 취발 예상시 송풍기를 제어하여 취발에 따른 사고를 미연에 방지할 수 있는 용광로의 취발 감지 장치 및 이를 이용한 취발 억제 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용광로의 취발 감지 장치는, ⅰ) 복수의 블레이드를 포함하며 용광로의 노정 상승관 내부에 설치되어 노내 가스의 유량 및 유속에 비례하는 속도로 회전하는 프로펠러와, ⅱ) 노정 상승관의 외부에 위치하며 프로펠러의 회전축에 결합되어 프로펠러의 회전 속도에 비례하는 출력 전압을 생성하는 발전기와, ⅲ) 발전기와 전기적으로 연결되어 출력 전압을 전송받으며 출력 전압의 변동값을 설정값과 비교 연산하여 플러딩을 감지하는 운전실 컴퓨터를 포함한다.
용광로의 취발 감지 장치는, ⅳ) 운전실 컴퓨터 및 송풍기와 전기적으로 연결되어 운전실 컴퓨터에서 출력되는 제어 신호에 따라 송풍기의 풍량을 조절하는 송풍기 제어부를 더 포함할 수 있다.
회전축은 노정 상승관의 내부와 외부에 걸쳐 위치하고, 회전축과 노정 상승관 사이에 구동부 베어링이 설치될 수 있다. 발전기는 전압 표시기와 연결되어 전압 표시기에 출력 전압이 표시될 수 있다.
운전실 컴퓨터는 표시 장치와 연결되어 표시 장치에 출력 전압이 실시간 그래프로 표시될 수 있다. 운전실 컴퓨터는 출력 전압의 변동값에 비례하는 양으로 송풍기의 풍량을 저감시키는 제어 신호를 송풍기 제어부로 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용광로의 취발 억제 방법은, ⅰ) 용광로 조업 중 프로펠러와 발전기를 구동시켜 노내 가스의 유량 및 유속에 비례하는 출력 전압을 발생시키는 제1 단계와, ⅱ) 운전실 컴퓨터에서 출력 전압의 변동값을 설정값과 비교 연산하는 제2 단계와, ⅲ) 출력 전압의 변동값이 설정값 이상일 때 송풍기 제어부로 제어 신호를 출력하여 송풍기의 풍량을 저감시키는 제3 단계를 포함한다.
운전실 컴퓨터는 출력 전압의 변동값이 설정값 이상일 때 경고 신호를 발생할 수 있다.
운전실 컴퓨터는 출력 전압의 변동값이 제1 설정값과 제2 설정값 사이일 때 송풍기 제어부로 제1 제어 신호를 출력하여 송풍기의 풍량을 제1 설정량만큼 감소시키고, 출력 전압의 변동값이 제2 설정값을 초과할 때 송풍기 제어부로 제2 제어 신호를 출력하여 송풍기의 풍량을 제1 설정량보다 높은 제2 설정량만큼 감소시킬 수 있다.
제1 제어 신호의 출력 회수와 제2 제어 신호의 출력 회수는 운전자 지시에 따라 조절될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 프로펠러와 발전기를 이용하여 노내 가스의 유량ㆍ유속에 대응하는 출력 전압을 생성하고, 출력 전압의 변동값으로부터 플러딩을 검출할 수 있다. 따라서 취발을 사전에 예측하여 신속한 조치를 가능하게 한다. 또한, 출력 전압의 변동값만큼 송풍기의 풍량을 저감시킴으로써 용광로 내부에서 취발이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 취발 감지 장치가 설치된 용광로의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 취발 감지 장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 취발 억제 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 취발 감지 장치가 설치된 용광로의 개략도이도, 도 2는 도 1에 도시한 취발 감지 장치의 모식도이다.
먼저 도 1을 참고하면, 용광로(10)의 노체(11)에는 풍구(12)가 형성되어 송풍기(20)와 열풍로(21) 및 열풍 라인(22)을 거친 고온의 열풍이 취입된다. 그리고 노체(11)의 상부에는 노정 호퍼(13)가 설치되어 노체(11) 내부로 연료인 코크스와 원료인 철광석을 순차적으로 낙하시킨다.
노체(11) 내부에는 철광석과 코크스가 층층이 쌓인 장입물(14)이 형성되고, 사운딩(15)은 장입물(14)의 높이 레벨을 검출하는데 사용된다. 풍구(12)로 취입된 열풍은 연화 융착대(16)에서 코크스 슬리트층을 통과하면서 가스화되어 환원 및 용융 반응을 일으키며 그 결과로 용선(17)이 생성된다. 용선(17)은 용광로(10)의 바닥부로 모이고 출선구를 통해 용광로(10) 외부로 배출된다.
용광로(10)의 사용 경력이 늘어나고 저렴한 미분탄과 저품위 철광석의 사용 증가로 장입물(14)의 통기 저항이 높아지면 국부적으로 장입물(14)이 강하하지 않고 노벽에 부착된다. 도 1에서 부호 18이 노벽에 부착된 부착광을 나타낸다. 부착광(18)으로 인해 장입물(14)의 분포가 부분적으로 흐트러져 용광로(10) 내부의 균일한 가스 흐름을 방해한다.
따라서 고온ㆍ고압의 노내 가스가 장입물(14) 층을 뚫고 노상부로 직접 전달되는 취발이 일어나며, 취발의 사전 단계로서 가스 유속의 상승으로 장입물(14)이 부상하는 플러딩(flooding)이 발생한다. 도 1에서 부호 25는 국부적인 취발을 나타내고, 부호 26은 분출 광석(플러딩)을 나타낸다.
본 실시예의 취발 감지 장치(100)는 노정 상승관(19)으로 올라오는 노내 가스의 유량 및 유속으로부터 플러딩을 감지하여 취발을 예측하고, 취발 예상시 송풍기(20)를 제어하여 취발 발생을 억제하는 구성으로 이루어진다.
도 2를 참고하면, 본 실시예의 취발 감지 장치(100)는 프로펠러(31), 발전기(32), 운전실 컴퓨터(33), 및 송풍기 제어부(34)를 포함한다.
프로펠러(31)는 회전축(35)에 설치된 복수의 블레이드(36)를 포함하며, 용광로(10)의 노정 상승관(19) 내부에 설치된다. 프로펠러(31)의 회전축(35)은 노정 상승관(19)의 내부와 외부에 걸쳐 위치하고, 노정 상승관(19)과 회전축(35) 사이에 회전축(35)의 회전을 지지하는 구동부 베어링(37)이 설치된다.
프로펠러(31)는 노정 상승관(19)으로 올라오는 노내 가스에 의해 회전하며, 프로펠러(31)와 회전축(35)의 회전 속도는 노내 가스의 유량 및 유속에 비례한다. 프로펠러(31)의 블레이드(36)와 회전축(35)은 노내 가스의 고온에 의해 변형이 일어나지 않도록 내열성이 우수한 금속으로 제조된다.
발전기(32)는 노정 상승관(19)의 외부에서 회전축(35)에 연결 설치된다. 발전기(32)는 통상의 발전기 구성으로서 영구 자석(321), 고정자(정류자)(322), 및 브러쉬(도시하지 않음) 등을 포함할 수 있다. 발전기(32)는 프로펠러(31)의 회전력을 전기적 에너지로 변환시키며, 발전기(32)에 전압 표시기(38)가 연결되어 고정자(322)와 브러쉬에 의해 생성된 출력 전압을 표시할 수 있다.
프로펠러(31)와 회전축(35)의 회전 속도가 노내 가스의 유량 및 유속에 비례하므로 발전기(32)의 출력 전압 또한 노내 가스의 유량 및 유속에 비례한다. 따라서 발전기(32)의 출력 전압으로부터 노내 가스의 유량 및 유속을 파악할 수 있으며, 이를 통해 취발의 사전 단계인 플러딩을 감지할 수 있다.
운전실 컴퓨터(33)는 발전기(32)와 전기적으로 연결되어 발전기(32)의 출력 전압을 실시간으로 전송받으며, 출력 전압의 변동을 지속적으로 감지한다. 운전실 컴퓨터(33)는 표시 장치(39)와 연결되고, 표시 장치(39)에 발전기(32)의 출력 전압이 실시간 트랜드 그래프로 표시될 수 있다.
운전실 컴퓨터(33)는 출력 전압의 변동값을 설정값과 지속적으로 비교 연산하여 출력 전압의 변동이 설정값을 초과할 때 경고 신호를 발생할 수 있다. 따라서 작업자는 노내 가스의 유량ㆍ유속 급변동에 의한 플러딩, 즉 취발 발생 징후를 사전에 감지하여 실제 취발이 일어나기 전 신속하게 대처할 수 있다.
또한, 운전실 컴퓨터(33)는 송풍기(20)의 작동을 제어하는 송풍기 제어부(34)와 전기적으로 연결된다. 운전실 컴퓨터(33)는 출력 전압의 변동이 설정값을 초과하면 송풍기 제어부(34)로 제어 신호를 출력하고, 송풍기 제어부(34)는 전송받은 제어 신호에 따라 송풍기(20)의 풍량을 저감시킨다.
따라서 용광로(10) 내부로 저감된 풍량의 열풍이 취입되므로 노내 가스의 유량 및 유속을 낮추어 취발 및 이에 따른 사고를 미연에 방지할 수 있다. 이 과정에서 출력 전압의 변동값에 따라 송풍기(20)의 풍량 저감 정도를 단계별로 조절할 수 있다.
예를 들어, 출력 전압의 변동값이 제1 설정값(5V) 미만이면 송풍기 제어부(34)로 제어 신호를 출력하지 않고, 제1 설정값(5V)과 제2 설정값(10V) 사이이면 송풍기 제어부(34)로 제1 제어 신호를 출력하여 송풍기(20)의 풍량을 제1 설정량(예를 들어 500Nm3/min)만큼 감소시킨다.
또한, 출력 전압의 변동값이 제2 설정값(10V)을 초과하면 송풍기 제어부(34)로 제2 제어 신호를 출력하여 송풍기(20)의 풍량을 제1 설정량보다 높은 제2 설정량(예를 들어 1,000Nm3/min)만큼 감소시킨다. 이때 제1 설정값과 제2 설정값 및 송풍기의 풍량 저감량(제1 설정량 및 제2 설정량)은 전술한 예로 한정되지 않으며, 용광로(10)의 조건에 따라 다양하게 설정 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 취발 억제 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참고하면, 본 실시예의 취발 억제 방법은 용광로 조업 중 프로펠러와 발전기를 구동시켜 노내 가스의 유량ㆍ유속에 비례하는 출력 전압을 발생시키는 제1 단계(S10)와, 운전실 컴퓨터에서 출력 전압의 변동값을 설정값과 비교 연산하는 제2 단계(S20)와, 출력 전압의 변동값이 설정값 이상일 때 송풍기 제어부로 제어 신호를 출력하여 송풍기의 풍량을 저감시키는 제3 단계(S30)를 포함한다.
제1 단계(S10)에서, 프로펠러(31)와 회전축(35)은 노정 상승관(19)으로 올라오는 노내 가스에 의해 회전하므로 발전기(32)의 출력 전압은 노내 가스의 유량ㆍ유속에 비례한다.
제2 단계(S20)에서, 운전실 컴퓨터(33)는 발전기(32)와 전기적으로 연결되어 출력 전압을 지속적으로 전송받으며, 출력 전압의 변동값을 설정값과 비교 연산하여 출력 전압의 변동값이 설정값 이상일 때 경고 신호를 발생할 수 있다.
제3 단계(S30)에서, 운전실 컴퓨터(33)는 출력 전압의 변동값이 제1 설정값(예를 들어 5V) 미만일 때 운전자 감시 신호를 출력한다. 출력 전압의 변동값이 제1 설정값과 제2 설정값(예를 들어 10V) 사이이면 송풍기 제어부(34)로 제1 제어 신호를 출력하여 송풍기(20)의 풍량을 제1 설정량(예를 들어 500Nm3/min)만큼 감소시킨다. 이때 운전자 지시에 따라 제1 제어 신호의 출력 회수를 조절하여 송풍기(20)의 풍량 저감 정도를 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 운전실 컴퓨터(33)는 출력 전압의 변동값이 제2 설정값을 초과하면 송풍기 제어부(34)로 제2 제어 신호를 출력하여 송풍기(20)의 풍량을 제1 설정값보다 높은 제2 설정값(예를 들어 1,000Nm3/min)만큼 감소시킨다. 이때에도 운전자 지시에 따라 제2 제어 신호의 출력 회수를 조절하여 송풍기(20)의 풍량 저감 정도를 용이하게 제어할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 프로펠러(31)와 발전기(32)를 이용하여 노내 가스의 유량ㆍ유속에 대응하는 출력 전압을 생성하고, 출력 전압의 변동값으로부터 플러딩을 검출할 수 있다. 이로써 취발을 사전에 예측하여 신속한 조치를 가능하게 한다. 또한, 출력 전압의 변동값만큼 송풍기(20)의 풍량을 저감시킴으로써 용광로(10) 내부에서 취발이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 용광로 11: 노체
12: 풍구 13: 노정 호퍼
14: 장입물 15: 사운딩
16: 연화 융착대 17: 용선
20: 송풍기 100: 취발 감지 장치
31: 프로펠러 32: 발전기
33: 운전실 컴퓨터 34: 송풍기 제어부

Claims (10)

  1. 복수의 블레이드를 포함하며 용광로의 노정 상승관 내부에 설치되어 노내 가스의 유량 및 유속에 비례하는 속도로 회전하는 프로펠러;
    상기 노정 상승관의 외부에 위치하며 상기 프로펠러의 회전축에 결합되어 상기 프로펠러의 회전 속도에 비례하는 출력 전압을 생성하는 발전기;
    상기 발전기와 전기적으로 연결되어 상기 출력 전압을 전송받으며 상기 출력 전압의 변동값을 설정값과 비교 연산하여 플러딩을 감지하는 운전실 컴퓨터
    를 포함하는 용광로의 취발 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 운전실 컴퓨터 및 송풍기와 전기적으로 연결되어 상기 운전실 컴퓨터에서 출력되는 제어 신호에 따라 상기 송풍기의 풍량을 조절하는 송풍기 제어부를 더 포함하는 용광로의 취발 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 노정 상승관의 내부와 외부에 걸쳐 위치하고,
    상기 회전축과 상기 노정 상승관 사이에 구동부 베어링이 설치되는 용광로의 취발 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발전기는 전압 표시기와 연결되어 상기 전압 표시기에 상기 출력 전압이 표시되는 용광로의 취발 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 운전실 컴퓨터는 표시 장치와 연결되어 상기 표시 장치에 상기 출력 전압이 실시간 그래프로 표시되는 용광로의 취발 감지 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 운전실 컴퓨터는 상기 출력 전압의 변동값에 비례하는 양으로 상기 송풍기의 풍량을 저감시키는 제어 신호를 상기 송풍기 제어부로 출력하는 용광로의 취발 감지 장치.
  7. 제2항에 따른 취발 감지 장치를 이용한 취발 억제 방법에 있어서,
    용광로 조업 중 상기 프로펠러와 상기 발전기를 구동시켜 노내 가스의 유량 및 유속에 비례하는 출력 전압을 발생시키는 제1 단계;
    상기 운전실 컴퓨터에서 상기 출력 전압의 변동값을 설정값과 비교 연산하는 제2 단계; 및
    상기 출력 전압의 변동값이 설정값 이상일 때 상기 송풍기 제어부로 제어 신호를 출력하여 상기 송풍기의 풍량을 저감시키는 제3 단계
    를 포함하는 용광로의 취발 억제 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 운전실 컴퓨터는 상기 출력 전압의 변동값이 설정값 이상일 때 경고 신호를 발생하는 용광로의 취발 억제 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 운전실 컴퓨터는,
    상기 출력 전압의 변동값이 제1 설정값과 제2 설정값 사이일 때 상기 송풍기 제어부로 제1 제어 신호를 출력하여 상기 송풍기의 풍량을 제1 설정량만큼 감소시키고,
    상기 출력 전압의 변동값이 제2 설정값을 초과할 때 상기 송풍기 제어부로 제2 제어 신호를 출력하여 상기 송풍기의 풍량을 상기 제1 설정량보다 높은 제2 설정량만큼 감소시키는 용광로의 취발 억제 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 제어 신호의 출력 회수와 상기 제2 제어 신호의 출력 회수는 운전자 지시에 따라 조절되는 용광로의 취발 억제 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101412355B1 (ko) * 2013-04-30 2014-06-25 현대제철 주식회사 고로 조업 시험 장치
KR101424932B1 (ko) * 2013-05-31 2014-08-04 현대제철 주식회사 고로 조업 시험 장치
KR101540248B1 (ko) * 2013-12-26 2015-07-29 주식회사 포스코 고로용 취발 징후 감지장치 및 감지방법
KR102430504B1 (ko) * 2021-07-13 2022-08-08 (주)브이엠에스 자가 발전 방식을 이용한 유속 표시 장치

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