KR20150004879A - 고로로의 원료 장입 방법 - Google Patents

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KR20150004879A
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시로 와타카베
준 이시이
토시유키 히로사와
카즈히라 이치카와
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

소결광, 펠렛, 괴상(lump) 광석 등의 광석류 원료 및 코크스의 고로(blast furnace) 장입 원료를, 선회 슈트를 이용하여 고로 내로 장입하는 고로 조업 방법에 있어서, 상기 고로 장입 원료를 고로 내에 장입함에 있어서, 고로의 축심부에 중심 코크스층을 형성하고, 이 중심 코크스층의 외측에 광석류 원료와 코크스와의 혼합층을 형성하는 것으로 하고, 그때, 고로의 축심으로부터 로벽을 향하여 고로 반경 방향으로 코크스의 혼합률을 연속적 또는 단계적으로 변화시킴으로써, 미분탄의 대량 취입 조업을 실시하는 경우라도 통기성을 확보하여, 고로 조업의 안정화 및 열효율의 향상을 달성한다.

Description

고로로의 원료 장입 방법{METHOD FOR CHARGING STARTING MATERIAL INTO BLAST FURNACE}
본 발명은, 로(furnace) 내로의 원료 장입을 선회 슈트로 행하는 고로로의 원료 장입 방법에 관한 것이다.
고로는, 일반적으로 소결광, 펠렛, 괴상(lump) 광석 등의 광석류 원료와 코크스를 로정(furnace top)으로부터 층 형상으로 장입하고, 트위어(tuyere)로부터 연소 가스를 흘려, 선철(pig iron)을 얻는다. 장입된 고로 장입 원료인 코크스와 광석류 원료는 로정으로부터 로 하부로 강하되고, 광석의 환원과 원료의 승온(昇溫)이 일어난다. 광석류 원료층은, 승온과 상방으로부터의 하중에 의해 광석류 원료 간의 공극을 메우면서 서서히 변형되어, 고로의 샤프트부의 하방에 있어서는 매우 통기 저항이 커 가스가 거의 흐르지 않는 융착층을 형성한다.
종래, 고로로의 원료 장입은, 광석류 원료와 코크스를 교대로 장입하고 있으며, 로 내에서는 광석류 원료층과 코크스층이 교대로 층 형상으로 되어 있다. 또한, 고로 내 하부에는, 융착대라고 불리는, 광석이 연화 융착한 통기 저항이 큰 광석류 원료층과 코크스 유래의 비교적 통기 저항이 작은 코크스 슬릿이 혼재하는 영역이 존재한다.
이 융착대의 통기성이 고로 전체의 통기성에 크게 영향을 미치고 있고, 고로에 있어서의 생산성을 율속하고 있다. 저(低)코크스 조업을 행하는 경우, 사용되는 코크스량이 감소하는 점에서 코크스 슬릿이 매우 얇아지는 것을 생각할 수 있다.
융착대의 통기 저항을 개선하기 위해서는, 광석류 원료층에 코크스를 혼합하는 것이 유효하다는 것이 알려져 있으며, 적절한 혼합 상태를 얻기 위해 많은 연구가 보고되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 있어서는, 벨리스(bell-less) 고로에 있어서, 광석 호퍼 중 하류측의 광석 호퍼에 코크스를 장입하고, 컨베이어 상에서 광석의 위에 코크스를 적층하고, 로정 벙커에 장입하고, 광석과 코크스를 선회 슈트를 통하여 고로 내에 장입하도록 하고 있다.
또한, 특허문헌 2에서는, 로정의 벙커에 광석과 코크스를 따로 따로 저장하고, 코크스와 광석을 동시에 혼합 장입함으로써, 코크스의 통상 장입용 배치(batch), 코크스의 중심 장입용 배치 및 혼합 장입용 배치의 세가지를 동시에 행하도록 하고 있다.
또한, 특허문헌 3에서는, 고로 조업에 있어서의 융착대 형상의 불안정화 및 중심부 부근에 있어서의 가스 이용률의 저하를 방지하고, 안전 조업과 열효율의 향상을 도모하기 위해, 고로에 있어서의 원료 장입 방법에 있어서, 전체 광석과 전체 코크스를 완전 혼합한 후, 로 내로 장입하도록 하고 있다.
일본공개특허공보 평3-211210호 일본공개특허공보 2004-107794호 일본특허공고공보 소59-10402호
융착대의 통기 저항을 개선하기 위해서는, 전술한 특허문헌 3에 기재된 종래 예와 같이, 광석층에 코크스를 혼합하는 것이 유효하다는 것이 알려져 있다.
그러나, 고로 내의 통기성을 개선하기 위해 광석류 원료층에 혼합하는 코크스량을 증가해 가면, 코크스 슬릿이 감소하여, 최종적으로는 국소적으로 코크스 슬릿이 없는 상황이 된다. 이러한 코크스 슬릿이 국소적으로 존재하지 않는 상황을 고려에 넣어도, 연화시의 광석류 원료층에 있어서의 통기성의 개선 효과가 크기 때문에, 융착대 전체의 통기성은 향상된다.
그런데, 고로 조업에 있어서는, 환원 가스에 의한 광석류 원료의 환원 효율과 환원 가스의 통기성을 밸런스시키는 것이 중요하다. 그 때문에, 종래의 고로 조업에서는, 광석류 원료층과 코크스층의 두께비(比)(이하, LO/LC라고 함; 여기에서, LO는 광석류 원료층의 두께, LC는 코크스층의 두께)를 고로 반경 방향에서 변화시켜 고로 내의 가스 흐름을 제어하고 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 코크스 슬릿이 매우 얇거나 국소적으로 존재하지 않는 상황에서는, LO/LC를 고로 반경 방향으로 제어하는 것이 불가능해진다.
본 발명은, 상기의 현상을 감안하여 개발된 것이며, 코크스 슬릿을 존재시킬 필요없이, 고로 내의 가스 흐름을 제어하여, 고로 조업의 안정화 및 열효율의 향상을 달성할 수 있는 고로로의 원료 장입 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
1. 소결광, 펠렛, 괴상 광석 등의 광석류 원료 및 코크스의 고로 장입 원료를, 선회 슈트를 이용하여 고로 내로 장입하는 고로 조업 방법에 있어서,
상기 고로 장입 원료를 고로 내에 장입함에 있어서, 고로의 축심부에 중심 코크스층을 형성하고, 이 중심 코크스층의 외측에 광석류 원료와 코크스와의 혼합층을 형성하는 것으로 하고, 그때, 코크스의 혼합률을 고로의 반경 방향으로 연속적 또는 단계적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 고로로의 원료 장입 방법.
2. 상기 고로의 로정에 적어도 2개의 로정 벙커를 구비하고, 상기 로정 벙커 중 1개 또는 2개에, 상기 광석류 원료 또는 상기 광석류 원료와 상기 코크스를 당해 코크스량이 전체 코크스량의 30질량％ 이하가 되도록 혼합시킨 혼합 원료 중 어느 하나 또는 양자를 각각 저장하고, 나머지의 로정 벙커 중 1개에 상기 코크스를 저장하고, 각 로정 벙커로부터 배출한 원료를, 일단 집합 호퍼에 수용한 후, 상기 선회 슈트에 공급함으로써, 고로 내에 상기 고로 장입 원료를 장입할 때에 있어서,
(1) 우선, 상기 선회 슈트의 원료 장입처를 고로의 축심부로 하고, 코크스만을 장입한 로정 벙커로부터 코크스만을 배출함으로써, 고로의 축심부에 중심 코크스층을 형성하고,
(2) 이어서, 상기 선회 슈트의 원료 장입처를 상기 중심 코크스층의 외측으로 하고, 각 로정 벙커로부터 동시에, 코크스와 광석류 원료 및/또는 혼합 원료를 배출 속도를 조정하면서 배출하고, 집합 호퍼에서 혼합한 후, 선회 슈트에 공급함으로써, 상기 중심 코크스층의 외측에, 코크스의 혼합률을 고로의 반경 방향으로 연속적 또는 단계적으로 변화시킨 혼합층을 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 고로로의 원료 장입 방법.
본 발명에 의하면, 코크스 슬릿을 없애도 고로 내의 가스 흐름을 제어할 수 있어, 양호한 고로 통기성의 유지가 가능하기 때문에, 고로 조업이 안정화되고, 환원 효율도 개선되기 때문에, 고생산성 및 저환원재비 조업이 가능해진다. 그 결과, CO 발생량의 삭감이 가능해져, 지구 환경 문제의 개선에도 공헌할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 로정 벙커 내에서의 혼합 원료의 편석에 기인하여, 고로 반경 방향의 혼합층 중의 코크스 분포가 적정 범위로부터 일탈하여, 고로 내의 가스 흐름에 이상이 발생한 경우라도, 그 위로부터, 일탈한 코크스 분포를 보상하는 코크스비가 되는 혼합층을 형성함으로써, 고로 내의 가스 흐름의 악화를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 고로로의 원료 장입 방법의 일 실시 형태를 나타내는 개략도이다.
도 2는 로정 벙커로부터의 원료 배출 순서를 나타내는 설명도이다.
도 3은 로정 벙커를 포함하는 원료 장입 상태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 광석류 원료의 고온 성상(性狀)을 측정하는 실험 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 5는 광석류 원료에 대한 혼합 코크스비와 최대 압력 손실과의 관계를, 소결광비를 파라미터로 하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 혼합 코크스비와 코크스 혼합 충전층의 통기 저항(ΔP/V)과의 관계를, 코크스와 소결광의 입경(particle diameter)비를 파라미터로 하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라, 코크스와 광석류 원료의 배출 속도를 시간 경과에 따라 변화시키고, 고로의 반경 방향에 걸쳐 혼합 코크스비를 변화시킨 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 실시예 1에 있어서의, 코크스와 광석류 원료의 배출 속도의 시간 경과에 따른 변화를 나타낸 도면이다.
도 9는 실시예 2에 있어서의, 코크스와 광석류 원료의 배출 속도의 시간 경과에 따른 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시예 3에 있어서의, 코크스와 광석류 원료의 배출 속도의 시간 경과에 따른 변화를 나타낸 도면이다.
도 11은 실시예 4에 있어서의, 코크스와 광석류 원료의 배출 속도의 시간 경과에 따른 변화를 나타낸 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 일 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은, 본 발명에 의한 고로로의 원료 장입 방법의 일 실시 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도면 중, 부호 1은, 소결광, 펠렛 및 괴상 광석 중 적어도 하나로 이루어지는 광석류 원료(2)를 저장하는 광석류 원료 호퍼, 3은 코크스(4)를 저장하는 코크스 호퍼이다. 이들 광석류 원료 호퍼(1) 및 코크스 호퍼(3)로부터 소정 비율로 절출된 광석류 원료(2) 및 코크스(4)는 광석 컨베이어(5)에 의해 상방으로 반송되어 리저빙 호퍼(reserving hopper; 6)에 광석류 원료(2) 및 코크스(4)가 혼합되어 고로 장입 원료(7)로서 저장된다. 이 리저빙 호퍼(6)로부터 절출된 고로 장입 원료(7)는 장입 컨베이어(8)에 의해 고로(10)의 로정으로 반송되며, 리시빙 슈트(11)를 통하여 복수, 예를 들면 3개의 로정 벙커(12a∼12c) 중 1개, 예를 들면 12b에 투입되어 저장된다. 또한, 로정 벙커(12b)에 저장되는 광석류 원료 및 코크스의 혼합 원료는, 코크스량이 전체 코크스량의 30질량％ 이하가 되도록 조정되어 있다.
여기에서, 코크스량을 전체 코크스량의 30질량％ 이하로 조정하는 이유는 이하와 같다. 광석류 원료 호퍼(1) 및 코크스 호퍼(3)로부터 절출된 광석류 원료(2) 및 코크스(4)는, 광석 컨베이어(5)로, 광석류 원료(2) 상에 코크스(4)가 적층된 상태에서, 리저빙 호퍼(6)에 투입됨으로써, 이 리저빙 호퍼(6)에서 광석류 원료(2)와 코크스(4)가 혼합되어 혼합 원료가 된다. 그러나, 코크스(4)와 광석류 원료(2)에서 비중 차이 및 입자경(particle diameter)차가 있기 때문에, 리저빙 호퍼(6)에 저장된 혼합 원료가 장입 컨베이어(8)에서 리시빙 슈트(11)까지 반송되는 동안에, 장입 컨베이어(8) 상에서 편석될 우려가 있고, 또한 리시빙 슈트(11)를 통하여 로정 벙커(12b)에 투입될 때에도, 편석될 우려가 있다.
이때, 혼합시키는 코크스량이 전체 코크스량의 30질량％ 이하이면, 로정 벙커(12b)에 저장된 시점에서, 코크스와 광석류 원료로 큰 편석을 발생시킬 일은 없어, 선회 슈트(16)에 의해 형성되는 광석류 원료와 코크스와의 혼합층의 혼합률을 대략 균일하게 할 수 있다.
이에 대하여, 코크스량이 전체 코크스량의 30질량％를 초과하면, 비중차 및 입자경차에 의한 편석이 일어나기 쉬워지고, 로정 벙커(12b)에 저장된 시점에서 코크스와 광석류 원료와의 편석이 커져, 국소적으로 광석류 원료만이나 코크스만이 존재하는 영역이 발생해 버린다.
게다가, 로정 벙커(12b)로부터 혼합 원료를 배출할 때의 배출 순서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 고로의 중심축에 가깝고 배출구(12g)에 가까운 위치로부터 상방으로 순차 이동하고, 그 후 고로의 중심축으로부터 외측으로 멀어지는 방향으로 이동하며, 마지막에 경사 측벽(12h)의 상단측이 배출된다.
이 때문에, 배출구(12g)의 직상부나 경사 측벽(12h)의 상단측에 광석류 원료만이나 코크스만이 존재하는 경우에는, 광석류 원료만 또는 코크스만이 배출되게 된다. 또한, 이러한 경우라도, 후술하는 집합 호퍼(14)에서, 다른 로정 벙커(12a 및 12c)로부터 배출되는 코크스 및 광석류 원료와 혼합되기는 되지만, 광석류 원료 또는 코크스의 비율이 증가하여, 선회 슈트(16)에 의해 형성되는 광석류 원료 및 코크스의 혼합층의 혼합률이 불균일해진다.
다음으로, 고로 내에, 광석류 원료 및 코크스를 장입하는 구체적인 장입 요령을, 도 3에 기초하여 설명한다.
또한, 이 예에서, 로정 벙커(12b)에는 광석류 원료 및 코크스의 혼합 원료가, 또한 로정 벙커(12a)에는 코크스만이, 또한 로정 벙커(12c)에는 광석류 원료만이, 각각 저장되어 있다.
또한, 선회 슈트(16)는, 고로(10)의 축심을 중심으로 선회함과 동시에 고로(10)의 축심부로부터 로벽측을 향하여 경동(tilting)하도록 역경동 제어되는, 소위 역경동 제어 방식으로 원료 장입을 행하는 경우에 대해서 설명한다.
그러면, 로정 벙커로부터의 원료 장입 순서로서는, 우선, 선회 슈트(16)의 원료 장입처를 고로의 축심부로 하고, 코크스만을 장입한 로정 벙커(12a)로부터 코크스만을 배출함으로써, 고로의 축심부에 중심 코크스층(12d)을 형성한다.
즉, 선회 슈트(16)가 대략 수직 상태로 경동하고 있는 상태에서는, 로정 벙커(12b 및 12c)의 유량 조정 게이트(13)를 닫고, 로정 벙커(12a)만의 유량 조정 게이트(13)를 열고, 이 로정 벙커(12a)에 저장되어 있는 코크스만을 선회 슈트(16)에 공급함으로써, 도 3에 나타내는 바와 같이, 축심부에 중심 코크스층(12d)을 형성한다.
이때, 원료 스톡 라인 높이(raw material stock line level)에 있어서의 코크스의 낙하 위치는, 고로 축심부를 0, 로벽부를 1로 하는 고로 무차원 반경에 있어서 0 이상, 0.3 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 이유는, 코크스의 일부를 로축심부에 모음으로써, 축심부에서의 통기성 나아가서는 고로 전체의 통기성을 효과적으로 개선할 수 있기 때문이다.
또한, 중심 코크스층을 형성하기 위해 장입되는 코크스량은, 1차지당의 코크스 장입량의 5∼30질량％ 정도로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 축심부로의 코크스 장입량이 5질량％에 못 미치면 축심부 주변의 통기성의 개선이 충분하지 않고, 한편 30질량％보다 많은 코크스를 축심부에 집중시킨 경우에는, 혼합층에 사용하기 위한 코크스량이 저하될 뿐만 아니라, 축심부를 가스가 지나치게 흘러 예상대로 로체로부터의 발열량(拔熱量)이 증가되기 때문이다. 바람직하게는 10∼20질량％이다.
이어서, 중심 코크스층(12d)의 형성 후, 선회 슈트(16)를 서서히 수평 방향 측으로 경동시키면서, 각 로정 벙커로부터 동시에, 코크스와 광석류 원료 및/또는 혼합 원료를 배출하여, 집합 호퍼(14)에서 혼합한 후, 선회 슈트(16)에 공급함으로써, 중심 코크스층(12d)의 외측에 광석류 원료와 코크스와의 혼합층(12e)을 형성한다.
즉, 선회 슈트의 원료 장입처가 중심 코크스층의 외측에 있는 경우에는, 로정 벙커(12a)뿐만 아니라, 나머지 2개의 로정 벙커(12b 및 12c)의 유량 조정 게이트(13)를 소정의 개도로 열고, 로정 벙커(12a)로부터 배출되는 코크스와, 로정 벙커(12b)로부터 배출되는 혼합 원료와, 로정 벙커(12c)로부터 배출되는 광석류 원료를 동시에 집합 호퍼(14)로 공급하고, 이 집합 호퍼(14)에서 코크스와 광석류 원료를 완전하게 혼합하고 나서 선회 슈트(16)에 공급한다. 그 결과, 고로(10) 내의 중심 코크스층(12d)의 외측에는, 코크스와 광석류 원료가 대략 균일한 혼합률이 되어 코크스 슬릿을 발생시키지 않는 혼합층(12e)이 형성되는 것이다.
여기에, 혼합층 중에 있어서의 코크스의 비율은, (코크스량/광석류 원료량) 비로 7∼25질량％ 정도, 보다 바람직하게는 10∼15질량％ 정도로 하는 것이 바람직하다. (코크스량/광석류 원료량)비가 상기의 범위를 일탈하면, 어느 경우도 혼합층 중의 통기성은 악화된다. 또한, 혼합층 중에 있어서의 코크스의 적합 비율을 전체 코크스량에 대한 비율로 환산하면 약 20∼95％가 된다.
또한, 광석류 원료의 입경은 5∼35㎜, 바람직하게는 10∼30㎜, 한편 코크스의 입경은 10∼60㎜, 바람직하게는 30∼55㎜로 하는 것이 바람직하고, 추가로 이들의 입경비(코크스의 입경/광석류 원료의 입경)를 1.0∼5.5 정도로 하는 것이 적합하다.
그런데, 종래의 고로 조업의 경우에 있어서도 서술한 바와 같이, 환원 가스에 의한 광석류 원료의 환원 효율과 환원 가스의 통기성을 밸런스시키기 위해서는, 광석류 원료량과 코크스량의 비율을 고로 반경 방향에서 적정하게 변화시켜, 고로 내의 가스 흐름을 제어하는 것이 중요하다.
그래서, 본 발명에서는, 종래의 광석류 원료층과 코크스층의 두께비(LO/LC)의 조정을 대신하여, 혼합층 중의 광석류 원료량과 코크스량의 비율을 고로 반경 방향에서 적정하게 조정함으로써 고로 내의 가스 흐름을 제어하는 것이다.
즉, 본 발명에서는, 로정 벙커로서, 적합하게는, 코크스를 저장하는 로정 벙커(12a), 광석류 원료를 저장하는 로정 벙커(12c) 및 광석류 원료와 코크스의 혼합 원료를 저장하는 로정 벙커(12b)를 구비하고, 또한 각 로정 벙커로부터의 원료 배출 속도는, 각 로정 벙커(12)의 저부에 설치된 유량 조정 게이트(13)의 개도를 조정함으로써 어떠한 방식으로도 변경 가능하다.
따라서, 이들 유량 조정 게이트(13)의 개도 조정에 의해, 코크스 및 광석류 원료의 배출 속도를 조정할 수 있고, 나아가서는 로 내에 퇴적되는 혼합층 중에 있어서의 광석류 원료량과 코크스량의 비율을, 고로의 반경 방향에서 연속적 또는 단계적으로 변화시키는 것이 가능해진다.
일반적으로, 고로 반경 방향의 가스 흐름은, 로 내 충전층과 융착대의 반경 방향의 통기 저항의 비율에 의해 분배되고, 이 통기 저항은 그 층을 구성하는 입자의 입자 지름 및 입자 간의 공극률에 의해 결정되며, 혼합층의 그들은 주로 혼합한 코크스의 양에 의해 결정된다.
따라서, 고로 반경 방향의 가스 흐름은, 혼합층 중에 포함되는 코크스량을 조정함으로써 제어할 수 있다.
도 4에 나타내는 실험 장치를 이용하여, 고로 내에서의 원료 환원, 승온(昇溫) 과정을 모의하고, 그 통기 저항의 변화를 조사했다.
이 실험 장치는, 원통 형상의 로체(31)의 내주면에 로심관(32)을 배치하고, 이 로심관(32)의 외측에 원통 형상의 가열용 히터(33)를 배치한다. 로심관(32)의 내측에는 내화물(refractory material)로 구성된 원통체(34)의 상단에 흑연제 도가니(35)를 배치하고, 이 도가니(35) 내에 장입 원료(36)가 장입되어 있다. 이 장입 원료(36)에는, 고로 하부의 융착층과 동일한 정도의 상태가 되도록, 펀치 막대(37)를 개재하여 연결한 하중 부하 장치(38)에 의해 상부로부터 하중을 부하한다. 원통체(34)의 하부에는, 적하물 샘플링 장치(39)가 설치되어 있다.
도가니(35)에는, 그 하부의 원통체(34)를 개재하여 가스 혼합 장치(40)에 의해 조정한 가스를 이송하고, 도가니(35) 내의 장입 원료(36)을 통과한 가스는 가스 분석 장치(41)로 분석된다. 가열용 히터(33)에는 가열 온도 제어용의 열전대(熱電對; 42)가 설치되고, 이 열전대(42)로 온도를 측정하면서 도시하지 않는 제어 장치로 가열용 히터(33)를 제어함으로써, 도가니(35)를 1200∼1500℃로 가열한다.
여기에서, 장입 원료(36)로서는, 소결광과 철광석을 소정의 비율로 혼합한 광석류 원료에, 코크스를 여러 가지의 비율로 혼합한 시료를 이용했다.
도 5는, 상기의 실험 결과로서, 광석류 원료에 대한 혼합 코크스비와 최대 압력 손실과의 관계를, 소결광비를 파라미터로 하여 나타낸 그래프이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 최대 압력 손실은, 광석류 원료의 종류에 의하지 않고 혼합 코크스비의 증가에 수반하여 현저하게 저하되는 것을 알 수 있다.
이 이유는, 코크스를 혼합함으로써 광석의 변형이 억제되고, 또한 혼합 코크스 근방의 공극이 유지되기 때문에, 광석의 변형에 의해 입자 간의 공극이 감소하여 통기 저항이 상승하는 현상이 억제된 것이라고 생각할 수 있다.
또한, 도 6에는, 별도로, 혼합 코크스비와 코크스 혼합 충전층의 통기 저항(ΔP/V)과의 관계에 대해서 조사한 결과를, 코크스와 소결광의 입경비를 파라미터로 하여 나타낸다.
또한, ΔP/V는 고로 내에서의 통기 저항을 지수화한 지표이며, 다음식에 의해 산출한다.
ΔP/V＝(BP－TP)/BGV
여기에서, BP는 송풍 압력[㎩]
　　　　　TP는 로정 압력[㎩]
　　　　　BGV는 보쉬(Bosch) 가스량[㎥(표준 상태)/min]
도 6에 나타낸 바와 같이, 혼합 코크스비의 증가에 수반하여 코크스 혼합 충전층의 통기 저항은 상승한다. 또한, 이 경향은 코크스와 소결광의 입경비가 클수록 현저해지는 것을 알 수 있다.
단, 융착대에서는, 혼합 코크스비의 증가, 나아가서는 코크스와 소결광의 입경비의 증가에 수반하여 통기 저항은 대폭으로 경감된다. 따라서, 코크스량의 증가는, 충전층에서는 통기 저항을 높이기는 하지만, 융착대에서는 그 마이너스를 빼고 우수리가 있는 플러스가 얻어지기 때문에, 토털로서는 통기 저항을 낮추는 효과가 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 광석류 원료에 대한 혼합 코크스비, 나아가서는 코크스와 소결광의 입경비를 조정함으로써, 고로의 반경 방향에 걸친 혼합 코크스비를, 미리 정한 값으로 적정하게 제어할 수 있고, 그 결과, 고로 내의 가스 흐름을 적정하게 유지할 수 있다.
또한, 앞에서 게시된 도 2에 나타낸 바와 같이, 로정 벙커(12b) 내에서 발생한 혼합 원료의 편석에 기인하여, 고로 반경 방향의 혼합층 중의 코크스 분포가 적정 범위로부터 일탈하여, 고로 내의 가스 흐름에 이상이 발생한 경우에는, 그 위로부터, 상기한 코크스 분포의 흐트러짐을 보상하는 코크스비가 되는 혼합층을 형성함으로써, 고로 내의 가스 흐름의 악화를 개선할 수 있다.
다음으로, 도 7에, 코크스를 저장하는 로정 벙커(12a) 및 광석류 원료를 저장하는 로정 벙커(12c)로부터의 원료 배출 속도를 시간 경과에 따라 변화시키고, 고로의 반경 방향에 걸쳐 혼합 코크스비를 변화시킨 예를 나타낸다.
이 예에서는, 고로 무차원 반경: 0∼0.4까지의 영역은, 배출 속도: 0.10t/s로 코크스만을 장입하여 중심 코크스층(12d)을 형성하고, 이어서 그 주위에 혼합층을 형성할 때에 있어서, 광석류 원료의 배출 속도는 1.75t/s로 일정하게 하지만, 코크스의 배출 속도에 대해서는 고로 무차원 반경: 0.4∼0.7의 영역에 대해서는 배출 속도: 0.08t/s로 하고, 계속되는 고로 무차원 반경: 0.7∼1.0의 영역에 대해서는 배출 속도를 상승시켜 0.12t/s로 한 경우이다.
또한, 고로 내로의 원료 장입에 대해서는, 상기한 바와 같은 중심 코크스층(12d)과 혼합층(12e)으로 구성되는 층을 순차, 고로(10) 내에 하부에서 상부까지 형성해 간다.
이와 같이, 중심 코크스층(12d) 및 혼합층(12e)으로 구성되는 층을 순차 적층함으로써, 고로(10) 내의 축심부에는 통기 저항이 작은 중심 코크스층(12d)이 고로 하부로부터 고로 상부를 향하여 형성되고, 그 외측에는 코크스와 광석류 원료가 완전 혼합된 혼합층(12e)이 형성된다.
이 때문에, 고로(10)의 하부에 있어서의 탕고임부(basin)에 형성한 트위어의 송풍관으로부터 CO를 주체로 하는 고온 가스를 로 내에 취입함으로써, 축심부의 중심 코크스층(12d)을 통과하여 상승하는 가스류가 형성됨과 함께, 혼합층(12e)을 통과하여 상승하는 가스류가 형성된다. 그리고, 이 트위어 송풍관으로부터 취입하는 고온 가스에 의해, 코크스를 연소시켜, 광석류 원료를 환원 용융시키기 때문이다.
이에 따라, 고로(10)의 하부에 있어서의 광석류 원료가 용융됨으로써, 고로(10) 내에 장입된 코크스와 광석류 원료는 로정으로부터 로 하부로 강하하여, 광석류 원료의 환원과 광석류 원료의 승온이 일어난다.
이 때문에, 용융층의 상부측에 광석류 원료가 연화된 융착대가 형성되고, 이 융착대의 상부측에서 광석류 원료의 환원이 행해진다.
이때, 고로(10)의 하부에서는, 혼합층(12e)에 있어서, 광석류 원료와 코크스가 완전 혼합되어, 광석류 원료 간에 코크스가 인입된 상태가 되고, 코크스 슬릿이 없기 때문에, 통기성이 개선됨과 함께, 고온 가스가 직접 광석류 원료 간을 통과하기 때문에 전열 지연이 없이 전열 특성을 개선할 수 있다.
이 때문에, 고로(10)의 융착대의 하부에서는, 광석류 원료와 고온 가스의 접촉 면적이 확대되어, 침탄을 촉진할 수 있다. 또한, 융착대 내에서는, 통기성 및 전열성을 개선할 수 있다. 또한, 고로(10)의 상부에서도, 광석류 원료와 코크스가 근접하여 배치되어 있기 때문에, 광석류 원료의 환원 반응과 가스화 반응(카본 솔루션 로스(carbon solution loss) 반응)과의 상호 활성화 현상인 커플링 반응에 의해 환원 지연을 발생시키는 일 없이 양호한 환원이 행해진다.
이때의 환원 반응은, FeO＋CO＝Fe＋CO2로 나타난다.
또한, 가스화 반응은, C＋CO2＝2CO로 나타난다.
한편, 전술한 광석과 코크스를 층 형상으로 적층하는 종래예에서는, 고로 내에 광석과 코크스를 교대로 장입하여, 고로 내에 광석층과 코크스층이 층 형상이 되도록 장입한다. 이 경우에는, 트위어의 송풍관으로부터 CO 주체의 고온 가스를 유입시켰을 때에, 융착대의 하부에서, 코크스 슬릿 감소에 의해 통기가 제한되어 압손이 상승함으로써, 광석의 고온 가스와의 접촉 면적이 작아져 침탄이 제한된다는 문제가 있다.
또한, 융착대의 상부측에서는, 코크스 슬릿이 형성되고, 주로 이 코크스 슬릿을 통하여 광석에 열전도되기 때문에, 전열 지연이 발생하여 전열 부족이 됨과 함께, 고로(10)의 상부에서는, 통기성이 좋은 코크스층과 통기성이 나쁜 광석층이 적층되어 있기 때문에, 승온 속도가 저하될 뿐만 아니라, 환원 반응만이 행해져, 상기한 커플링 반응을 요망할 수 없기 때문에, 환원 지연이 발생한다는 문제가 있다.
그러나, 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 코크스만의 중심 코크스층(12d)과 그 주위에 코크스와 광석류 원료를 완전 혼합한 혼합층(12e)으로 형성되는 장입층을 적층했기 때문에, 혼합층(12e)에서 코크스 슬릿이 형성되는 일이 없으며, 또한 혼합층(12e) 중의 코크스의 혼합률을 고로의 반경 방향으로 적정하게 조정함으로써, 로 내 반경 방향의 가스 흐름을 정밀도 좋게 제어할 수 있기 때문에, 고로 내의 가스 흐름이 안정되어, 양호한 전열성을 확보하여 안정적인 통기 개선이 가능해져, 상기 종래예의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 도 7에서는, 코크스의 배출 속도의 전환을 1단으로 행하는 경우에 대해서 나타냈지만, 이 배출 속도의 전환은 2단 이상이라도 좋고, 나아가서는 연속적으로 변화시키도록 해도 좋다.
예를 들면, 배출 속도의 2단계 전환을 행하는 경우의 일 예에 대해서 서술하면 다음과 같다.
이 경우도, 고로 무차원 반경: 0∼0.4까지의 영역은, 배출 속도: 0.10t/s로 코크스만을 장입하여 중심 코크스층을 형성한다. 이어서, 혼합층을 형성할 때에 있어서, 광석류 원료의 배출 속도는 1.75t/s로 일정하게 하기는 하지만, 코크스의 배출 속도에 대해서는 고로 무차원 반경: 0.4∼0.6의 영역에 대해서는 배출 속도: 0.2t/s로 하고, 고로 무차원 반경: 0.6∼0.8의 영역에 대해서는 배출 속도: 0.17t/s로 하고, 고로 무차원 반경: 0.8∼1.0의 영역에 대해서는 배출 속도를 0.15t/s로 하면 좋다.
또한, 고로 조업 중은 샤프트 압력을 주시하여, 본 발명에 따른 고로 장입을 계속하여 행하고 있을 때에, 샤프트 압력에 이상이 검지되었을 때는, 원료의 장입 방식을, 통상의 광석류 원료층과 코크스 슬릿을 개별적으로 형성하는 방식으로 전환하고, 그 후, 샤프트 압력의 이상이 해소되면, 재차, 본 발명에 따른 장입 방식으로 전환하여 조업을 행하도록 하는 것이 유리하다.
실시예
본 실시 형태의 혼합층(12e)에 대해서, 전체 코크스량에 대한 혼합층(12e)에 혼합하는 코크스량을 나타내는 코크스의 혼합률을 40질량％로 하고, 고로의 하루의 출선량(productivity)(t/d)을 로 내 용적(㎥)으로 나눈 수치인 출선비를 2.2로 한 실시예 1, 코크스의 혼합률을 69질량％로 하고, 상기 출선비를 2.2로 한 실시예 2, 코크스의 혼합률을 84질량％로 하고, 상기 출선비를 2.2로 한 실시예 3 및 코크스의 혼합률을 84질량％로 하고, 출선비를 2.6으로 한 실시예 4와, 비교예로서, 코크스의 혼합률을 0질량％로 하고, 출선비를 2.2로 한 비교예 1, 코크스의 혼합률을 32질량％로 하고, 출선비를 2.2로 한 비교예 2, 코크스의 혼합률을 32질량％로 하고, 출선비를 2.6으로 한 비교예 3 및 코크스의 혼합률을 84질량％로 하고, 출선비를 2.6으로 한 비교예 4로 했다.
또한, 실시예 1∼4에 대해서는, 도 8∼도 11에 나타내는 바와 같이, 혼합층 중의 코크스비를 고로의 반경 방향으로 단계적으로 변화시키고, 원료의 장입을 행했다.
각 조업 조건으로 실시한 조업 결과를, 표 1에 비교하여 나타낸다.
Figure pct00001
이 표 1에서, 코크스비 및 미분탄비는, 용선 1t을 제조할 때에 사용한 코크스량 및 미분탄량(㎏)이다.
환원재비는, 코크스비와 미분탄비의 총합이다.
가스 이용률은, 로정에 있어서의 CO2와 CO와의 농도의 비이며, 다음식에 의해 산출한다.
가스 이용률＝CO2/(CO2＋CO)×100
여기에서, CO2는 로정 CO2 농도[％]
　　　　　CO는 로정 CO 농도[％]
또한, ΔP/V는 고로 내에서의 통기 저항을 지수화한 지표이며, 다음식에 의해 산출한다.
ΔP/V＝(BP－TP)/BGV
여기에서, BP는 송풍 압력[㎩]
　　　　　TP는 로정 압력[㎩]
　　　　　BGV는 보쉬 가스량[㎥(표준 상태)/min]
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼4는 모두, 비교예 1∼4에 비교하여, 코크스비와 미분탄비의 총합인 환원재비가 대폭으로 저하될 뿐만 아니라, 가스 이용률도 향상되고 있다. 또한, 통기 저항의 지표인 ΔP/V는 현격하게 저하되고 있어, 로 내 통기성이 대폭으로 개선된 것을 알 수 있다.
1 : 광석류 원료 호퍼
2 : 광석류 원료
3 : 코크스 호퍼
4 : 코크스
5 : 광석 컨베이어
6 : 리저빙 호퍼
7 : 고로 장입 원료
8 : 장입 컨베이어
10 : 고로
11 : 리시빙 슈트
12a∼12c : 로정 벙커
12d : 중심 코크스층
12e : 혼합층
12g : 로정 벙커의 배출구
12h : 로정 벙커의 경사 측벽
13 : 유량 조정 게이트
14 : 집합 호퍼
15 : 벨리스식 장입 장치
16 : 선회 슈트
31 : 원통 형상의 로체
32 : 로심관
33 : 원통 형상의 가열용 히터
34 : 원통체
35 : 흑연제 도가니
36 : 장입 원료
37 : 펀치 막대
38 : 하중 부하 장치
40 : 혼합 장치
41 : 가스 분석 장치
42 : 열전대

Claims (2)

  1. 소결광, 펠렛, 괴상(lump) 광석 등의 광석류 원료 및 코크스의 고로(blast furnace) 장입 원료를, 선회 슈트를 이용하여 고로 내로 장입하는 고로 조업 방법에 있어서,
    상기 고로 장입 원료를 고로 내에 장입함에 있어서, 고로의 축심부에 중심 코크스층을 형성하고, 이 중심 코크스층의 외측에 광석류 원료와 코크스와의 혼합층을 형성하는 것으로 하고, 그때, 코크스의 혼합률을 고로의 반경 방향으로 연속적 또는 단계적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 고로로의 원료 장입 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고로의 로정(furnace top)에 적어도 2개의 로정 벙커를 구비하고, 상기 로정 벙커 중 1개 또는 2개에, 상기 광석류 원료 또는 상기 광석류 원료와 상기 코크스를 당해 코크스량이 전체 코크스량의 30질량％ 이하가 되도록 혼합시킨 혼합 원료 중 어느 하나 또는 양자를 각각 저장하고, 나머지의 로정 벙커 중 1개에 상기 코크스를 저장하고, 각 로정 벙커로부터 배출한 원료를, 일단 집합 호퍼에 수용한 후, 상기 선회 슈트에 공급함으로써, 고로 내에 상기 고로 장입 원료를 장입할 때에 있어서,
    (1) 우선, 상기 선회 슈트의 원료 장입처를 고로의 축심부로 하고, 코크스만을 장입한 로정 벙커로부터 코크스만을 배출함으로써, 고로의 축심부에 중심 코크스층을 형성하고,
    (2) 이어서, 상기 선회 슈트의 원료 장입처를 상기 중심 코크스층의 외측으로 하고, 각 로정 벙커로부터 동시에, 코크스와 광석류 원료 및/또는 혼합 원료를 배출 속도를 조정하면서 배출하고, 집합 호퍼에서 혼합한 후, 선회 슈트에 공급함으로써, 상기 중심 코크스층의 외측에, 코크스의 혼합률을 고로의 반경 방향으로 연속적 또는 단계적으로 변화시킨 혼합층을 형성하는 것을 특징으로 하는 고로로의 원료 장입 방법.
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