KR20160006830A

KR20160006830A - 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치

Info

Publication number: KR20160006830A
Application number: KR1020140085938A
Authority: KR
Inventors: 한기원; 이상호; 김종련; 김승보; 이창민
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2016-01-20
Also published as: KR101598362B1

Abstract

본 발명은 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치를 개시한다. 개시된 본 발명에 따르면, 고로의 상부를 통해 원료 및 연료를 장입하여 용선을 제조하는 고로 조업에 있어서, 상기 용선의 제조시 발생하는 슬래그의 점도가 저하되도록 상기 고로의 풍구로 유동성 개선물질을 투입하는 고로 조업 방법 및 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 고로의 풍구를 통해 슬래그 유동성 개선물질(Na, K을 함유한 분말형태의 물질)를 직접 취입하여 슬래그에 직접 작용하도록 함으로써 슬래그 점도를 신속하게 10∼15% 낮출 수 있고 융점을 70∼100℃ 낮출 수 있다. 이와 같이 짧은 시간에 슬래그 점도 및 융점을 획기적으로 낮춤으로써 노내에 체류하는 슬래그의 양을 해소하여 출선 작업에 도움을 줄 수 있고, 상대적으로 노내 가스가 상승할 수 있는 유로를 확보함으로써 통기 저항을 줄여 노황 복구를 용이하게 할 수 있다.

Description

고로 조업 방법 및 고로 조업 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OPERATING BLAST FURNACE}

본 발명은 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로 조업시 발생하는 슬래그의 유동성을 높일 수 있도록 한 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치에 관한 것이다.

철강산업은 자동차, 조선, 가전, 건설 등의 전체 산업에 기초 소재를 공급하는 핵심 기간산업이다. 제철 공정에서 일반적으로 사용되는 공법으로는, 철광석(정립광, 소결광, 펠릿)과 코크스 등의 재료를 고로 내에 장입하고 풍구(風口)를 통해 1,150℃ 이상의 열풍(Hot Air), 산소 등의 기체를 주입한 후 철광석을 환원시킴으로써 용선(선철, pig iron)을 제조하는 고로 공정이 있다.

풍구로 취입된 열풍과 산소는 고로 내에서 코크스 등의 연료를 연소시켜 환원가스를 발생시키고, 발생한 고온의 환원가스는 고로 내부에서 상승하면서 철광석을 승열 및 환원시키며 높은 온도에 의해 하부에서 철광석이 용융된다. 이렇게 생성된 용선(선철, Pig Iron)과 슬래그는 일정한 시간마다 고로 하부의 출선구를 통해 외부로 배출된 후, 용선 운반차(TLC)에 의해 제강 공정으로 이송되는 것이다.

한편 양질의 용선을 생산하기 위해서는 철(Fe)의 함량이 높고 기타 불순물의 함량이 낮은 정립광을 사용하는 것이 좋지만, 지속적인 정립광의 소비로 인해 철의 함유량이 많은 양질의 정립광은 거의 고갈되었기 때문에 이를 대체하기 위해 최근의 고로 고정은 대부분 소결광에 의존하고 있다.

소결광은 분철광석을 소결(1,200∼1,300℃의 반 용융상태로까지 가열해서 재결정이나 용융 등으로 분광끼리 결합시켜 단광화)해서 만든 인조 광석을 말한다.

이러한 소결광을 제조하기 위해 가장 널리 사용되는 소결법은, 소결 배합원료로 사용되는 분철광석과 부원료 그리고 반광과 결합재를 여러 개의 원료저장조에서 정량 절출하여 벨트 컨베이어에 적층시켜 운송한 후, 1, 2차 믹서에서 물과 혼합 및 조립시켜 소결기에서 소성하여 소결광을 제조하는 것이다.

즉, 상술한 제조방법은 대량 생산에 적합한 방식으로서, 주원료인 8㎜ 이하의 분철광석과, 부원료인 석회석, 규사, 사문암 등의 융제와, 연료인 코크스, 무연탄 등을 일정한 비율로 배합하여 1차 믹서에서 충분히 혼합하고, 약 6∼7%의 수분을 맞추기 위해 물을 첨가하여 입경이 큰 입자의 주위에 미분의 입자가 부착, 조립(造立:0.2㎜ 이하의 미립자가 1∼3㎜의 핵입자에 부착하는 것)된 의사입자가 된다.

이와 같이 용선을 만드는 제선공정에서는 주원료로 철광석을 사용하는데, 최근에 들어서는 철(Fe) 함유비가 높은 고품위의 철광석이 고갈되고 있으므로, 저품위의 철광석을 사용할 수밖에 없기 때문에 철광석 중 불순물(SiO₂, Al₂O₃ 등) 함량이 점차 증가하고 있다. 더욱이, 철(Fe) 함유비가 높은 철광석은 철(Fe) 함유비가 낮은 철광석에 비해 현저히 높은 가격대를 형성하고 있는 추세이다.

한편, 제선공정은 양질의 용선을 후공정에서 소요되는 양만큼 저렴한 비용으로 생산하는 것을 목적으로 한다. 따라서 최근에는 정립광의 고갈 및 용선의 제조원가를 낮추기 위한 목적 등에 의해서 불순물(SiO₂, Al₂O₃ 등) 함량이 높은 저가의 철광석 사용량이 증가하고 있는데, 이에 따라 슬래그 중 불순물 특히, Al₂O₃ 함유비가 높아지면서 고로 내의 슬래그의 전체적인 절대량(부피)이 증가하고 있다. 이에 따라, 슬래그 용융온도가 증가하고 있고 슬래그 점도도 동반 상승하는 추세이다.

더욱이, Al₂O₃ 함유비가 높아지면서 슬래그의 점도가 급격히 증가하며, 이로 인해 용융물의 배출이 원활하지 않아 노황 불량 및 노내 통기성 악화를 야기할 우려가 있다.

도 1에는 1,450℃에서 고로 슬래그 중 Al₂O₃ 함유비 증가에 따른 슬래그 점도 변화를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.

통상적인 고로 조업에서의 슬래그 중 Al₂O₃ 함량은 약 13∼18%로서, 보통 18% 이하로 관리하고 있다.

고로 슬래그 중 Al₂O₃ 함유비가 증가할수록 동일한 염기도(CaO/SiO₂ 비율)에서 슬래그 점도가 높아지고, 슬래그가 고상으로 변하는 온도가 증가하여 노황 불안정으로 노열 저하시 슬래그가 노내에서 응고될 위험이 증가하게 된다.

이에 따라, 기존에는 슬래그의 유동성을 높여 원활한 배출을 위하여 용선 온도를 상향하거나, 슬래그 중 염기도를 낮추어서 슬래그의 응고 온도를 낮추는 방법이 사용되었다. 또는, 고로에서 사용하는 철광석인 소결광 제조시 석회석과 사문암을 사용하여 소결광이 슬래그 플럭스(flux)인 CaO와 MgO 성분을 함유하게 함으로써 노내에서 용융되어 슬래그 생성시 융점이 낮고 점성이 낮은 염기도(CaO/SiO₂) 1.0∼1.2 수준의 슬래그가 생성되도록 하였다.

슬래그 중 염기도(CaO/SiO₂ 비율)를 낮추면 낮은 온도에서도 슬래그가 액상 상태를 유지하여 노외로 배출할 수 있게 되는데, 염기도(CaO/SiO₂ 비율)를 낮추는 과정에서 고로에서 부원료(규석 등)를 다량 사용하여야 하므로 고로 하부에 적재되는 슬래그의 절대량을 증가시키게 되고 이로 인해 환원제비 및 통기저항 증가를 초래하게 된다.

즉, 슬래그 노외 배출을 용이하게 하기 위해서 자용성 소결광 제조시 추가로 투입하는 플럭스인 CaO와 MgO의 양만큼 고로 슬래그의 볼륨(volume)[kg/t-p]이 증가하여 용융물 배출 부하가 증가하고 슬래그를 녹이는데 추가적인 열원이 필요하여 환원제비가 증가하는 문제점이 있다.

결과적으로, 용선온도가 1,400℃ 이하로 하락하거나, 불순물(Al₂O₃) 함량이 높은 철광석 사용비 증가로 인한 슬래그 중 Al₂O₃ 함유비 증가시, 슬래그 점도가 급격히 증가하지만 종전의 방법으로는 슬래그 점도를 낮추어 노외 배출이 될 수 있을 만큼 낮추는데 한계가 있었다.

즉, 고로 노황 변동시 일반적으로 장입물이 노내에 체류하는 시간이 증가하여 용선 중에 규소(Si) 함유비가 높아짐으로 인해 슬래그 중 CaO/SiO₂가 급격히 상승하는 경향이 있고, 용선 온도가 하락하여 슬래그 배출이 어려워진다.

기존에도 Slag의 점도를 개선하고자 하는 연구는 지속되어 왔다. 그런데, 기존에는 고로 내에 미분탄과 슬래그 성분의 불순물을 함께 넣어줌으로써 슬래그의 성분 조정을 변화시킨 것으로서, 즉 슬래그를 구성하는 주요 성분의 비(그 중에서도 MgO 함량비, [CaO 함량비/SiO2 함량비]를 의미하는 염기도)를 조정함으로써 유동도를 개선하고 있다.

그러나, 이러한 경우 고로 내에 존재하는 슬래그의 전체적인 절대량은 감소하지 않고, 오히려 증가하게 되면서 단기적인 슬래그의 유동도 개선에는 효과가 있을 수 있으나, 장기적인 관점에서는 고로 조업 효율을 저해하는 원인이 될 수 있다.

본 발명은 슬래그의 주성분인 SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgO의 추가 투입 등을 통해 염기도를 조정, 슬래그의 점도를 개선하는 것이 아니고, 슬래그를 구성하는 주성분 이외의 성분(청구항에 포함되는 여러 물질들)을 이용하여 슬래그의 결합을 끊어 유동도를 개선하는 것이기 때문에 슬래그의 염기도(C/S)와 상관없이 고로 내에 존재하는 슬래그의 전체적인 절대량을 감소시킴으로써 슬래그의 유동성을 근본적으로 개선할 수 있다.

따라서, 본 발명은 슬래그 유동성 개선물질(Na, K을 함유한 분말 형태의 물질)을 고로의 상부 또는 풍구로 취입하여 슬래그에 직접 작용하도록 함으로써 단시간(2∼3시간) 내에 슬래그 점도를 10∼15% 낮출 수 있고 융점을 70∼100℃ 낮출 수 있어, 불순물(Al₂O₃)의 함유비가 높은 저가의 철광석을 사용하더라도 슬래그의 노외 배출을 원활하게 할 수 있어서 용선 원가를 감소시킬 수 있는 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치를 제공한다

일 실시예에 따른 고로 조업 방법은, 연료 및 원료를 정량 절출하여 고로 내에 공급하는 연ㆍ원료 공급단계; 슬래그의 유동성을 증가시키기 위한 유동성 개선물질을 공급하는 유동성 개선물질 공급단계;를 포함하며, 상기 유동성 개선물질은 알칼리 계열 화합물을 포함하며 산화물 형태로 고로에 투입되고, 고로 내에서 이온화된 산소 이온이 슬래그 구조를 해리시키는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 유동성 개선물질은 슬래그의 SiO₂와 Al₂O₃의 사면체 결합고리를 끊고, 알칼리 계열 원소로 치환되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 유동성 개선물질은 고로의 상부로 취입될 수 있으며,바람직하게는 고로의 풍구로 취입될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 설정 입자 이하로 연료를 파쇄하는 연료 파쇄단계; 파쇄된 미분 연료를 이송하여 고로의 풍구 측으로 공급하는 미분탄 공급단계; 미분탄의 이송시 미분탄에 혼합되도록 유동성 개선물질을 공급하는 유동성 개선물질 공급단계;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 연료 파쇄단계는 연료를 0.5mm 이하로 파쇄하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 유동성 개선물질 공급단계는 이송되는 미분탄 1~150t/hr당 유동성 개선물질 1~10t/hr가 공급되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 복수의 고로 풍구에 적어도 둘 이상의 분배기가 교호적으로 연결되는 단계; 및 각 분배기로부터 순차적으로 유동성 개선물질이 함유된 미분 연료를 고로 풍구로 투입하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 미분탄 및 유동성 개선물질을 고로 측으로 이송하기 위한 이송가스를 공급하는 이송가스 공급단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 이송가스는 Ar, He, N 가스 중 선택된 어느 하나의 비활성가스인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 이송가스 공급단계는 1∼20kg/㎠의 압력으로 비활성가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 알칼리 계열 화합물은 Na2CO3, Na2CO4, NaHCO3, (NaPO3)6, CaF2에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 유동성 개선물질은 분말 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른 고로 조업 장치는, 연료를 공급하는 연료호퍼; 연료를 설정 입자 이하로 파쇄하는 연료 파쇄기; 파쇄된 미분 연료를 저장하는 저장호퍼; 상기 저장호퍼로부터 미분 연료를 교대로 공급받는 복수의 피드탱크; 미분 연료에 유동성 개선물질을 혼합시키는 유동성 개선물질 공급부; 미분 연료 및 유동성 개선물질이 혼합된 물질을 복수의 고로 풍구로 분배하는 분배기;를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 분배기는 제1 분배기와 제2 분배기로 구분되며, 상기 제1 분배기와 제2 분배기는 각각 복수의 고로 풍구에 교호적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 피드 탱크와 분배기 사이에는 공정 재료를 이송하기 위한 이송가스를 투입하는 이송가스 공급부가 더 설치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 이송가스는 비활성가스인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 저장호퍼와 분배기 사이에는 교대로 미분탄을 공급할 수 있도록 복수의 미분탄 피드탱크가 설치되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 유동성 개선물질 공급부는 복수의 미분탄 피드탱크에 유동성 개선물질을 공급하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 연료 파쇄기와 저장호퍼 사이에는 사이클론이 설치되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 연료호퍼에 공급되는 연료를 일차로 저장하는 연료 사일로; 상기 연료호퍼에 공급되는 유동성 개선물질을 일차로 저장하는 유동성 개선물질 사일로;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고로의 풍구를 통해 슬래그 유동성 개선물질(Na, K, P, F, Mn을 함유한 분말형태의 물질)을 직접 취입하여 슬래그에 직접 작용하도록 함으로써 2∼3시간 내에 슬래그 점도를 10∼15% 낮출 수 있고 융점을 70∼100℃ 낮출 수 있다. 이와 같이 짧은 시간에 슬래그 점도 및 융점을 획기적으로 낮춤으로써 노내에 체류하는 슬래그의 양을 해소하여 출선 작업에 도움을 줄 수 있고, 상대적으로 노내 가스가 상승할 수 있는 유로를 확보함으로써 통기 저항을 줄여 노황 복구를 용이하게 할 수 있다.

기존에도 Slag의 점도를 개선하고자 하는 연구는 지속되어 왔다. 그런데, 기존에는 고로 내에 미분탄과 슬래그류를 함께 넣어줌으로써, 슬래그의 성분 조정을 바꿔 개선한 것으로서, 즉 슬래그를 구성하는 주요 성분의 비(그 중에서도 MgO 함량비, [CaO 함량비/SiO2 함량비]를 의미하는 염기도-줄여서 C/S)를 조정함으로써 유동도를 개선하고 있다.

도 1은 Al₂O₃ 함유비 증가에 따른 고로 슬래그의 점도 변화를 나타낸 그래프.
도 2는 유동성 개선물질의 첨가시 슬래그 중 Al₂O₃ 해리 메카니즘.
도 3은 유동성 개선물질의 첨가시 슬래그의 점도 변화를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 고로 조업 장치를 도시한 개략도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 의한 고로 조업 장치를 도시한 개략도.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 의한 고로 조업 장치를 도시한 개략도.
도 7은 Na₂CO₃를 사용했을 때 고로 슬래그 중 Al₂O₃ 함량과 슬래그 유동성의 길이 관계를 나타낸 그래프.
도 8은 Na₂CO₃를 사용했을 때 용선 온도와 슬래그 유동성의 길이 관계를 나타낸 그래프.

이하에서는, 본 발명에 의한 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다.

본 발명의 고로 조업 방법은 슬래그의 점도를 저하시켜 유동성을 증가시킬 수 있는 유동성 개선물질을 고로 내에 취입하여 슬래그의 점도 및 융점을 저감할 수 있도록 한다.

즉, 본 발명은 슬래그 중 유동성 개선물질을 함유한 불순물 함량이 증가하면 특정 염기도(CaO/SiO₂ 또는 CaO + MgO/SiO₂ + Al₂O₃) 및 Al₂O₃ 함유비 조건에서 슬래그의 점도 및 융점이 낮아지는 현상에 착안하였다. 유동성 개선물질을 함유한 불순물은 SiO₂와 Al₂O₃의 사면체결합 고리를 끊는 역할(breaker)을 수행하여 슬래그의 점도와 융점을 낮춘다.

도 2는 유동성 개선물질로 칼슘계 산화물 및 소듐계 산화물이 적용된 것을 보인 화학 반응도로서, 유동성 개선물질은 슬래그의 SiO₂와 Al₂O₃의 사면체결합 고리를 끊음으로써 슬래그 구조를 해리시킬 수 있는 알칼리족 원소(Na, K 등)를 함유한 불순물(이하, '알칼리계 원소의 화합물'로 통칭함)을 포함한다. 이때, 알칼리계 원소의 화합물은 SiO₂와 Al₂O₃의 사면체결합 고리를 끊을 수 있도록 산화물 형태로 고로 내에 유입되어야 한다.

즉, 산소는 다른 원자로부터 전자를 잘 빼앗아 산화시킨다. 그리고 알칼리 금속은 주기율표 왼쪽 끝 주기의 처음에 위치하는 것으로, 어느 것이나 반응성이 높은 연한 금속이다. 따라서, 알칼리계 원소 화합물 특히, 산화물 형태의 화합물에서 산소 이온은 슬래그를 이루는 SiO₂와 Al₂O₃과 화학반응을 일으켜 그 결합 고리를 끊게 되고, SiO₂와 Al₂O₃의 Si⁴ ⁺ 및 Al³ ⁺의 사면체 각 꼭지점에 결합된 4개의 O^-2이 알칼리계 원소와 치환된다. 그로 인해 고로 내에 존재하는 슬래그의 구조가 해리될 수 있고, 그 절대량 자체가 감소하게 되며, 결과적으로 슬래그의 유동성이 향상될 수 있다.

한편, 유동성 개선물질은 제철소에서 발생하는 폐기물을 재활용하여 환경오염 문제 등에 기여한다는 측면에서 Na₂O, Na₂CO₃, Na₂CO₄, NaHCO₃, (NaPO₃)₆을 포함할 수 있다.

도 2를 참고하면, Al₂O₃이 포함된 슬래그에 칼슘계 산화물이 투입된 경우 Al₂O₃의 산소 이온은 해리되어 사면체의 각 꼭지점이 칼슘으로 치환되어 페어(pair)로 거동하고, 소듐계 산화물이 투입된 경우 사면체의 각 꼭지점이 소듐 원소로 치환되어 하나의 유니트(unit)로 거동하게 된다. 즉, CaO와 같이 슬래그에 포함된 성분을 투입하여 슬래그의 구조를 해리할 경우 산화물이라 하더라도 페어(pair)로 거동하는 등 슬래그의 완전한 해리는 일어나지 않지만, 본 발명의 알칼리계 원소 화합물을 투입한 경우 슬래그 구조는 하나의 유니트(unit)로 완전하게 해리될 수 있다.

도 3은 유동성 개선물질의 첨가시 슬래그의 점도 및 융점 변화를 나타낸 그래프로서, 유동성 개선물질로 Na₂O를 투입한 경우의 일예를 보여준다.

유동성 개선물질의 첨가시 슬래그의 염기도에 상관없이 슬래그의 점도는 점차 감소되며, 특히 염기도가 낮을수록 슬래그의 점성 감소 폭이 큰 것을 알 수 있다.

또한, 유동성 개선물질의 첨가시 슬래그 융점이 큰 폭으로 감소되며, 특히 염기도가 낮을수록 슬래그의 융점 감소 폭이 큰 것을 알 수 있다.

이때, 염기도가 1.2를 초과할 경우, 유동성 개선물질에 따른 점성 감소 효과에 비해 슬래그 융점의 변화가 심하므로, 본원발명은 염기도가 0.8∼1.2일 때 적용되는 것이 바람직하다.

한편, 슬래그 유동성 개선물질을 고로 내에 취입하는 하나의 방법으로는, 고로의 상부로 연료 및 원료의 투입시 같이 투입되는 방법이 적용될 수 있다. 이 경우, 기존의 고로 조업에 따른 연ㆍ원료 이송루트를 따라 유동성 개선물질도 이송될 수 있으며, 고로 내에 투입됐을 때 풍구를 통해 유입된 열풍 등의 압력으로 인해 부유되지 않도록 적정한 입도 예컨대, 20∼45mm 입도의 괴(lump) 형태를 취할 필요가 있다.

다만, 고로 노황 변동시에는 고로 상부로 투입한 유동성 개선물질이 풍구까지 내려오는데 길게는 48시간 이상 소요되므로 슬래그 점도를 낮추는데 매우 긴 시간이 소요되고, 유동성 개선물질이 하강하여 슬래그 중 염기도(CaO/SiO₂ 비율)가 낮아지기 전까지는 슬래그 점도가 매우 증가하여 노내에 적체됨으로써 고로 풍구를 통해 역류할 가능성도 있다.

유동성 개선물질을 고로 내에 취입하는 또 다른 방법으로는, 고로의 풍구를 통해 유동성 개선물질을 직접 취입하는 방법이 적용될 수 있다.

고로의 풍구를 통해 유동성 개선물질을 직접 취입하면, 유동성 개선물질이 고로 내에 취입된 시점으로부터 슬래그에 도달하는 시간이 현저히 절약되고, 이로 인해 슬래그의 점도 및 융점을 단시간(2∼3시간)에 저감시킬 수 있으므로, 유동성 개선물질을 고로 상부로 투입하는 것보다 바람직하다.

즉, 고로의 풍구를 통하여 유동성 개선물질(Na, K)을 취입하면, 고로 상부에서 장입하는 방법 대비 분화에 의한 통기성 악화 없이 용융된 슬래그가 있는 위치에 직접 작용함으로써 슬래그의 점도 및 융점을 신속하게 저하시킬 수 있다.

한편, 고로의 하부에는 그 원주 방향으로 다수의 풍구가 일정 간격으로 형성되어 있는데, 풍구를 통하여 유동성 개선물질을 취입 시 고로의 원주 방향으로 모든 풍구에서 균일한 양 또는 비율로 끊김 없이 취입하여야 한다. 즉, 고로 원주 방향으로 모든 풍구에서 유동성 개선물질을 균일한 양 또는 비율로 끊김 없이 취입하여야 고로 조업변동 요인을 최소화할 수 있기 때문이다.

고로 풍구를 통한 유동성 개선물질 취입에 끊김 발생 및 원주 방향으로 취입량 편차 발생시 나타날 수 있는 부작용은 다음과 같다.

첫째, 이론 화염온도 변화로 열류비(장입물의 열용량/가스의 열용량)의 변동을 유발하여 연화융착대의 위치 불안정을 유발할 수 있다. 즉, 열류비 변화로 인한 노내 온도 분포 변화시 노내에서 통기 저항이 가장 큰 연화융착대의 위치가 위 아래로 움직이는 과정에서 연화융착대 폭이 증가하여 통기 저항이 악화될 수 있다.

둘째, 원주 방향으로 유동성 개선물질의 취입량 편차 발생시 풍구 선단에서 연소되는 미분탄 양에 차이가 발생하게 되고, 풍구 선단에서 소모되는 연료량에 차이가 생김으로 인해서 원주 방향별로 장입물 하강속도 차이로 인한 편감을 유발할 수 있다. 편감이 심화되면 고로 상부에 철광석이 최초로 장입되는 면에 기울기가 심화되어 원하는 위치에 원하는 양만큼의 철광석과 연료를 장입하기 어려워진다. 장입시 기울기로 인해 원하지 않는 위치로 흘러가기 때문이다.

또한, 풍구 선단에 소모되는 미분탄과 연료의 양이 달라지면 원주 방향에 따라 노내에 투입되는 열 및 발생하는 고온의 환원가스 양이 달라져서 국부적으로 가스의 상향력이 커지며, 이로 인해 날바람 및 행깅이 발생할 수 있는 위험을 증대시킨다.

따라서, 고로의 풍구를 통해 유동성 개선물질을 투입할 경우, 유동성 개선물질은 슬래그 전반적으로 고르게 분포될 수 있도록 분말 형태로 이루어지는 것이 좋다.

이하에서는, 유동성 개선물질을 고로의 풍구로 직접 취입하는 방법을 위주로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고로 조업 방법 및 장치를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 제1 실시예의 고로 조업 장치는, 연료를 공급하는 연료호퍼(10), 연료를 설정 입자 이하로 파쇄하는 연료 파쇄기(20), 파쇄된 미분 연료를 저장하는 저장호퍼(40), 저장호퍼(40)로부터 미분 연료를 교대로 공급받는 복수의 피드탱크, 미분 연료에 유동성 개선물질을 혼합시키는 유동성 개선물질 공급부(60), 미분 연료 및 유동성 개선물질이 혼합된 물질을 복수의 고로 풍구로 분배하는 분배기(70)를 포함한다.

연료호퍼(10)로부터 공급되는 연료로는 통상의 코크스가 사용될 수 있고, 연료 파쇄기(20)와 저장호퍼(40) 사이에는 연료 파쇄시 발생하는 분진을 집진할 수 있는 사이클론(30)이 더 설치될 수 있다.

분배기(70)는 복수 구비될 수 있다. 제1 실시예에서 분배기(70)는 제1 분배기와 제2 분배기로 구분되지만, 필요에 따라 그 이상의 개수로 배치될 수 있다. 즉, 고로(1)의 풍구(1a)로 슬래그 융점 및 점도를 저하시킬 수 있는 유동성 개선물질을 직접 취입하면서, 취입 중 끊김을 방지하고 원주 방향으로 취입량 편차를 최소화할 수 있도록 제1 분배기와 제2 분배기는 다수의 분배라인을 통해 각각 복수의 고로 풍구에 교호적으로 연결된다.

예컨대, 복수의 풍구를 홀수와 짝수로 구분한 후, 홀수 풍구에는 제1 분배기와 분배라인을 통해 연결하고, 짝수 풍구에는 제2 분배기와 분배라인을 통해 연결하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 분배기와 제2 분배기를 교대로 작동시켜 고로 풍구로 유동성 개선물질을 취입할 수도 있고, 또는 제1 분배기를 통해 고로 풍구로 유동성 개선물질을 취입하다 이상이 발생하면 제1 분배기의 동작을 정지시키고 제2 분배기를 가동시켜 고로 풍구로 유동성 개선물질을 취입할 수 있다.

피드 탱크와 분배기(70) 사이에는 공정 재료를 이송하기 위한 이송가스를 투입하는 이송가스 공급부(80)가 더 설치되며, 유동성 개선물질 공급부(60)는 이송가스 공급부(80)에 유동성 개선물질을 공급하도록 구성된다.

이송가스로는 고로(1) 내의 다른 물질들과 반응을 일으키지 않도록 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N) 등의 비활성가스가 사용될 수 있다.

이와 같이 구성된 제1 실시예의 고로 조업 장치를 이용한 고로 조업 방법은, 연료를 정량 절출하여 공급하는 연료 공급단계, 설정 입자 이하로 연료를 파쇄하는 연료 파쇄단계, 파쇄된 미분 연료를 고로 측으로 이송하는 미분탄 이송단계, 미분탄의 이송시 미분탄에 혼합되도록 유동성 개선물질을 공급하는 유동성 개선물질 공급단계, 복수의 고로 풍구로 미분탄을 분배하여 공급하는 분배단계를 포함한다.

연료 파쇄단계에서, 연료는 설정 입도 이하 예컨대, 0.5mm 이하로 파쇄되며, 그 설정 입도 이하일 경우 고로 조업 안정화에 기여할 수 있다.

유동성 개선물질 공급단계에서, 이송되는 미분탄 1∼150t/hr당 유동성 개선물질 1∼10t/hr가 공급될 수 있다.

분배단계는 복수의 고로 풍구에 적어도 둘 이상의 분배기가 교호적으로 연결되는 단계와, 각 분배기로부터 순차적으로 미분 연료를 고로 풍구로 투입하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 제1 실시예의 고로 조업 방법은 미분탄 및 유동성 개선물질을 고로 측으로 이송하기 위한 이송가스를 공급하는 이송가스 공급단계를 더 포함할 수 있다.

이때 이송가스는 Ar, He, N 가스 중 선택된 어느 하나의 비활성가스가 사용되며, 이송가스 공급단계에서 이송가스는 1∼20kg/㎠의 압력으로 공급된다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고로 조업 방법 및 장치를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 제2 실시예의 고로 조업 장치는 제1 실시예의 고로 조업 장치의 구성과 유사하다. 다만, 제2 실시예의 고로 조업 장치는 저장호퍼(40)와 분배기(70) 사이에 교대로 미분탄을 공급할 수 있도록 복수의 미분탄 피드탱크가 설치되며, 유동성 개선물질 공급부(60)는 복수의 미분탄 피드탱크에 유동성 개선물질을 공급하도록 구성된다.

즉, 제2 실시예에서는 유동성 개선물질 공급부로서 소형의 유동성 개선물질 피드탱크를 별도로 제작하여 미분탄 피드탱크로 미분탄을 취입할 때 미분탄 취입량 대비 일정한 양의 유동성 개선물질이 지속적으로 취입되게 하는 것이다.

제2 실시예에 적용되는 고로 조업 방법은 제1 실시예의 고로 조업 방법과 유사하므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고로 조업 방법 및 장치를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 제3 실시예의 고로 조업 장치는 연료를 저장하는 하나 이상의 연료 사일로(5), 유동성 개선물질을 저장하는 하나 이상의 유동성 개선물질 사일로(6), 상기 각각의 사일로로부터 정량 절출된 연료 및 유동성 개선물질을 공급받는 연료호퍼(10), 상기 연료호퍼(10)로부터 공급된 연료를 설정 입자 이하로 파쇄하여 고로 풍구로 공급하는 연료 파쇄기(20)를 포함한다.

즉, 제3 실시예의 고로 조업 장치는 미분탄 사일로 배합기능을 활용하는 것으로, Na, K을 함유한 물질을 유동성 개선물질 사일로에 채워넣고 미분탄 절출시 유동성 개선물질을 미분탄 절출량 대비 일정한 비율만큼 동시에 절출한 후 연료 파쇄기(20)에서 동시에 파쇄하면서 고르게 혼합될 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 구성된 제3 실시예의 고로 조업 장치를 이용한 고로 조업 방법은, 연료를 정량 절출하여 공급하는 연료 공급단계, 상기 공급되는 연료에 혼합되도록 유동성 개선물질을 공급하는 유동성 개선물질 공급단계, 상기 유동성 개선물질이 혼합된 연료를 설정 입자 이하로 파쇄하는 연료 파쇄단계, 파쇄된 미분 연료를 고로 풍구로 투입하는 미분탄 투입단계를 포함한다.

도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 실시예에 따라 유동성 개선물질을 풍구로 직접 취입한 경우 고로 슬래그 중 Al₂O₃ 함량과 슬래그 유동성의 길이 관계 및 용선 온도와 슬래그 유동성 길이 관계를 나타낸 표 및 그래프이다.

이에 따르면, 고로의 내부 특히, 고로의 풍구를 통해 슬래그 유동성 개선물질(Na, K을 함유한 분말 형태의 물질)을 직접 취입하면, 유동성 개선물질은 슬래그에 직접 작용함으로써, 유동성 개선물질을 취입하기 전보다 슬래그의 유동성 길이가 증가하게 되고, 이로 말미암아 슬래그의 점도가 감소함을 유추할 수 있다. 따라서, 유동성 개선물질을 취입한 후에는 2∼3시간 내에 슬래그 점도를 10∼15% 낮출 수 있고 융점을 70∼100℃ 낮출 수 있다.

즉, 짧은 시간에 슬래그 점도 및 융점을 획기적으로 낮춤으로써 슬래그 배출을 원활하게 하고, 상대적으로 노내 가스가 상승할 수 있는 유로를 넓혀줌으로써 통기저항을 줄여 노황 복구를 용이하게 할 수 있다. 노황 불안정으로 노황 복구시 노내 슬래그가 노외로 배출되지 않으면, 노내 잔류 슬래그량이 증가하여 풍구 용손 등으로 돌발 휴풍시 풍구로 역류하여 송풍지관을 막아 휴풍 시간을 늘림으로써 노열 저하를 가속화시킬 수 있다.

1; 고로 1a; 풍구
5; 사일로 10; 연료호퍼
20; 연료 파쇄기 30; 사이클론
40; 저장호퍼 50; 피드탱크
60; 유동성 개선물질 공급부 70; 분배기
80; 이송가스 공급부

Claims

연료 및 원료를 정량 절출하여 고로 내에 공급하는 연ㆍ원료 공급단계;
슬래그의 유동성을 증가시키기 위한 유동성 개선물질을 공급하는 유동성 개선물질 공급단계;를 포함하며,
상기 유동성 개선물질은 알칼리 계열 화합물을 포함하며 산화물 형태로 고로에 투입되고, 고로 내에서 이온화된 산소 이온이 슬래그 구조를 해리시키는 고로 조업 방법.
제1항에 있어서,
상기 유동성 개선물질은 슬래그의 SiO₂와 Al₂O₃의 사면체 결합고리를 끊고, 알칼리 계열 원소로 치환되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제1항에 있어서,
상기 유동성 개선물질은 고로의 상부로 취입되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제1항에 있어서,
상기 유동성 개선물질은 고로의 풍구로 취입되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제4항에 있어서,
설정 입자 이하로 연료를 파쇄하는 연료 파쇄단계;
파쇄된 미분 연료를 이송하여 고로의 풍구 측으로 공급하는 미분탄 공급단계;
미분탄의 이송시 미분탄에 혼합되도록 유동성 개선물질을 공급하는 유동성 개선물질 공급단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제5항에 있어서,
상기 연료 파쇄단계는 연료를 0.5mm 이하로 파쇄하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제5항에 있어서,
상기 유동성 개선물질 공급단계는 이송되는 미분탄 1~150t/hr당 유동성 개선물질 1~10t/hr가 공급되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제5항에 있어서,
복수의 고로 풍구에 적어도 둘 이상의 분배기가 교호적으로 연결되는 단계; 및
각 분배기로부터 순차적으로 유동성 개선물질이 함유된 미분 연료를 고로 풍구로 투입하는 단계;
를 더 포함하는 고로 조업 방법.
제5항에 있어서,
미분탄 및 유동성 개선물질을 고로 측으로 이송하기 위한 이송가스를 공급하는 이송가스 공급단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제9항에 있어서,
상기 이송가스는 Ar, He, N 가스 중 선택된 어느 하나의 비활성가스인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제10항에 있어서,
상기 이송가스 공급단계는 1∼20kg/㎠의 압력으로 비활성가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 계열 화합물은 Na2CO3, Na2CO4, NaHCO3, (NaPO3)6, CaF2에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제4항에 있어서,
상기 유동성 개선물질은 분말 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
연료를 공급하는 연료호퍼;
연료를 설정 입자 이하로 파쇄하는 연료 파쇄기;
파쇄된 미분 연료를 저장하는 저장호퍼;
상기 저장호퍼로부터 미분 연료를 교대로 공급받는 복수의 피드탱크;
미분 연료에 유동성 개선물질을 혼합시키는 유동성 개선물질 공급부;
미분 연료 및 유동성 개선물질이 혼합된 물질을 복수의 고로 풍구로 분배하는 분배기;
를 포함하는 고로 조업 장치.
제14항에 있어서,
상기 분배기는 제1 분배기와 제2 분배기로 구분되며, 상기 제1 분배기와 제2 분배기는 각각 복수의 고로 풍구에 교호적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 장치.
제14항에 있어서,
상기 피드 탱크와 분배기 사이에는 공정 재료를 이송하기 위한 이송가스를 투입하는 이송가스 공급부가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 장치.
제16항에 있어서,
상기 이송가스는 비활성가스인 것을 특징으로 하는 고로 조업 장치.
제14항에 있어서,
상기 저장호퍼와 분배기 사이에는 교대로 미분탄을 공급할 수 있도록 복수의 미분탄 피드탱크가 설치되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 장치.
제18항에 있어서,
상기 유동성 개선물질 공급부는 복수의 미분탄 피드탱크에 유동성 개선물질을 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고로 조업 장치.
제14항에 있어서,
상기 연료 파쇄기와 저장호퍼 사이에는 사이클론이 설치되는 것을 특징으로 하는 고로 조업 장치.
제14항에 있어서,
상기 연료호퍼에 공급되는 연료를 일차로 저장하는 연료 사일로;
상기 연료호퍼에 공급되는 유동성 개선물질을 일차로 저장하는 유동성 개선물질 사일로;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 장치.