KR20160129032A - 고로에의 원료 장입 방법 - Google Patents

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KR20160129032A
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가즈히라 이치카와
도시유키 히로사와
시로 와타카베
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

광석류 원료 및 코크스의 고로 장입 원료를, 선회 슈트를 이용해서 고로내에 장입하는 고로에의 원료 장입 방법으로서, 고로내에 장입되는 코크스를 광석류 원료와 혼합하지 않고 코크스층 및 광석층으로 하거나, 또는 고로내에 장입되는 코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하여, 코크스층 및 코크스와 광석류 원료의 혼합층으로 해서, 해당 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 것으로 하고, 1챠지당 노내에 장입되는 코크스층이 고로 노복부에 도달했을 때, 해당 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비를 적정하게 제어하는 동시에, 해당 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 평균 층 두께를 190㎜이하로 제어하는 것에 의해, 안정된 고로 조업과, 광석층의 박층화에 의한 환원 효율의 향상을 동시에 실현한다.

Description

고로에의 원료 장입 방법{METHOD FOR CHARGING RAW MATERIAL INTO BLAST FURNACE}
본 발명은 고로에의 원료 장입 방법에 관한 것이다.
근래, 지구 온난화 방지의 관점에서, CO2 삭감이 요구되고 있다. 특히, 철강업에 있어서는 CO2 배출량의 약 70%가 고로에 의한 것이기 때문에, 고로에 있어서의 CO2 배출량의 저감이 요구되고 있다.
고로에서는 일반적으로, 소결광, 펠릿, 괴상 광석 등의 광석류 원료와 코크스를 노정(노 꼭대기)으로부터 교대로 층상으로 장입하고, 풍구로부터 연소 가스를 흘려, 선철을 얻는다. 장입된 고로 장입 원료인 코크스와 광석류 원료는 노정으로부터 고로 노복부로 강하하고, 광석의 환원과 원료의 승온이 일어난다. 그리고, 광석류 원료층은 승온과 위쪽으로부터의 하중에 의해 광석류 원료간의 공극을 메우면서 서서히 변형되며, 고로 노복부에 있어서는 통기 저항이 매우 커 가스가 거의 흐르지 않는 소위 융착층을 형성한다.
여기서, 고로에 있어서의 CO2 삭감은 고로에서 사용하는 환원재(코크스, 미분탄, 천연가스 등)의 삭감에 의해 실현할 수 있지만, 그 경우에는 광석층의 환원 효율을 향상시키는 것이 중요하게 된다.
이러한 광석층의 환원 효율을 향상시키는 방법으로서, 예를 들면 비특허문헌 1에 나타나는 바와 같이, 광석층의 층 두께를 저감하여, 미환원의 광석을 감소시키는 것이 알려져 있다.
한편, 광석층의 층 두께를 저감하는 경우에는 코크스층의 층 두께도 동시에 감소하게 된다. 그러나, 코크스층의 층 두께가 감소하면, 광석이 연화 용융하는 융착대에 있어서, 통기 저항이 상승한다. 여기서, 융착대의 통기 저항은 고로 전체의 통기성에 크게 영향을 주고 있으며. 이 융착대의 통기 저항이 상승하면, 고로의 안정 조업이 저해되는 것이 경험적으로 알려져 있다.
그래서, 고로내, 특히 융착대의 통기 저항의 상승을 방지하여, 고로의 안정 조업을 실현하기 위해, 코크스층의 하한 층 두께에 대해서도 각종 검토가 실행되고 있다.
예를 들면, 비특허문헌 2에는 코크스층의 하한 층 두께를 고로 노복부에 있어서의 평균값으로 190㎜ 정도로 하는 것이 나타나 있고, 그 이하의 층 두께에서는 융착대의 통기 저항이 상승하여, 고로의 안정 조업이 저해되는 것이 나타나 있다.
또, 특허문헌 1에는 고로 노구부에서의 1층당 코크스층의 평균 층 두께가 60㎝(600㎜)이상으로 되도록 코크스 장입량을 조정하여, 코크스층의 국소적인 박층화를 회피하는 고로 장입물 분포 제어 방법이 개시되어 있다.
또한, 원료를 장입하는 고로 노구부와 융착대가 형성되는 고로 노복부에서는 내경이 다르기 때문에, 고로 노구부에 있어서의 코크스층의 층 두께는 일반적으로, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 층 두께의 2.2배 정도로 된다.
또한, 특허문헌 2에는 융착대에 있어서의 통기 저항 상승을 방지하기 위해, 고로 노복부에 있어서의 코크스층 두께를 250㎜이상으로 하는 고로 조업법이 개시되어 있다.
이상 기술한 바와 같이, 안정된 고로 조업을 실행하기 위해서는 고로 노복부에 있어서의 평균 코크스층 두께를 일정 이상으로 할 필요가 있다고 고려되고 있으며, 실제의 고로 조업에 있어서도, 고로 노복부에 있어서의 평균 코크스층 두께를 적어도 190㎜ 정도, 조건에 따라서는 250㎜이상 확보하여, 코크스의 장입을 실행하고 있는 것이 현상이다.
한편, 융착대의 통기 저항을 개선하기 위해서는 광석류 원료층에 코크스를 혼합하는 것이 유효한 것도 알려져 있으며, 적절한 혼합 상태를 얻기 위해 많은 연구가 보고되고 있다.
예를 들면, 특허문헌 3에 있어서는 벨리스 고로에 있어서, 광석 호퍼 중 하류측의 광석 호퍼에 코크스를 장입하고, 컨베이어상에서 광석의 위에 코크스를 적층하며, 노정 뱅커에 장입하여, 광석과 코크스를 선회 슈트를 통해 고로내에 장입하도록 하고 있다.
또, 특허문헌 4에서는 노정의 뱅커에 광석과 코크스를 따로따로 저장하여, 코크스와 광석을 동시에 혼합 장입함으로써, 코크스의 통상 장입용 배치(batch), 코크스의 중심 장입용 배치 및 혼합 장입용 배치의 3가지를 동시에 실행하도록 하고 있다.
또한, 특허문헌 5에서는 고로 조업에 있어서의 융착대형상의 불안정화 및 중심부 부근에 있어서의 가스 이용률의 저하를 방지하고, 안전 조업과 열 효율의 향상을 도모하기 위해, 고로에 있어서의 원료 장입 방법에 있어서, 전체 광석과 전체 코크스를 완전 혼합한 후, 노내에 장입하도록 하고 있다.
이에 부가해서, 특허문헌 6에서는 혼합 코크스에 의한 반응성 향상 효과를 누리는 수단으로서, 고반응 코크스와, JIS M 8713에 의해 측정되는 환원율, 소위 JIS 환원율이 낮은 광석을 혼합함으로써, 저반응성 광석을 고효율로 반응시켜 고로의 반응성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
이와 같이, 광석층에 코크스를 혼합하는 기술은 많이 보고되고 있다. 그러나, 광석층에 코크스를 혼합하는 경우에 있어서도, 융착대의 통기 저항을 확보하기 위해 필요하게 되는 코크스층의 층 두께에 대해서는 반드시 명확하다고는 되어 있지 않은 것이 현상이다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 평성7-18310호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 평성6-136414호 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 평성3-211210호 특허문헌 4: 일본국 특허공개공보 제2004-107794호 특허문헌 5: 일본국 특허공개공보 소화55-079810호 특허문헌 6: 일본국 특허공개공보 소화64-036710호 특허문헌 7: 일본국 특허출원 제2013-264319호 명세서 특허문헌 8: 일본국 특허공개공보 평성8-189926호
비특허문헌 1: 재료와 프로세스 63권 894쪽(2000년) 비특허문헌 2: 철과 강 87권 5호 342-349쪽(2001년) 비특허문헌 3: 철과 강 79권 8호 927-933쪽(1993년)
그런데, 전술한 고로 노복부에 있어서의 융착대의 통기 저항을 실제의 조업시에 측정하는 것은 극히 곤란하기 때문에, 그 평가에는 고로 융착대를 모의한 장치에 있어서, 고로내의 가스 흐름을 정확히 재현할 필요가 있다.
여기서, 고로 융착대는 연화 수축하기 때문에 통기 저항이 매우 큰 광석 융착층과, 연화 수축하지 않아 통기 저항이 작은 코크스층의 2층으로 구성된다. 따라서, 융착대를 흐르는 가스는 코크스층을 횡방향으로 흐른다. 그러므로, 고로 융착대에 있어서의 가스 흐름을 모의하기 위해서는 횡방향의 가스 흐름을 재현할 필요가 있다.
이것을 달성하는 것으로서, 발명자들은 먼저, 특허문헌 7에 있어서 「철광석 및/또는 소결광과 코크스를 충전할 수 있는 시료 충전 용기를 내부에 갖는 시로 가열로와 기체 가열로를 병렬 배치로 하고, 해당 기체 가열로에 있어서 가열된 기체를 해당 시료 충전 용기내의 시료 충전층에 대해 횡방향으로부터 수평으로 유통하는 구조가 되는 고로 융착대를 모의한 반응 장치.」를 개시하였다.
이 고로 융착대를 모의한 반응 장치는 시료 충전층에 대해 수평 방향으로부터 가스를 유통하는 동시에, 광석에 대해서는 연직 방향으로 하중을 부가하는 구조로 되어 있다. 그리고, 이러한 구조로 함으로써, 종래의 고로 융착대를 모의한 장치(예를 들면, 특허문헌 8이나 비특허문헌 3)에서는 재현할 수 없던 고로 융착대에 있어서의 횡방향의 가스 흐름, 즉 융착대 근방의 가스 흐름을 정밀도 좋게 재현하는 것이 가능하게 되고, 이것에 의해, 실기에 준거한 고로 융착대의 통기 저항의 측정이 가능하게 되었다.
본 발명은 상기의 반응 장치를 활용하여, 종래 해명할 수 없던 고로 노복부에 있어서의 융착대의 가스 통기성 지배 인자를 해명하고, 최적의 층구조 설계를 실행하는 것에 의해, 안정된 고로 조업과, 광석층의 박층화에 의한 환원 효율의 향상을 동시에 실현할 수 있는 고로에의 원료 장입 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 발명자들은 상기의 목적을 달성하기 위해, 특허문헌 7에서 개시한 고로 융착대를 모의한 반응 장치를 이용하고, 코크스를 광석류 원료와 혼합하지 않고 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우에 대해, 코크스층 및 광석층의 층 두께를 각종 변화시켜, 융착대 근방에 있어서의 가스 흐름, 더 나아가서는 해당 융착대의 통기 저항에 대해, 예의 검토를 거듭하였다.
또, 코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하여 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우에 대해서도, 코크스층 및 코크스와 광석류 원료의 혼합층(이하, 혼합층이라고도 함)의 층 두께를 각종 변화시켜, 융착대 근방에 있어서의 가스 흐름, 더 나아가서는 해당 융착대의 통기 저항에 대해, 예의 검토를 거듭하였다.
그 결과, 종래 하한으로 고려되고 있던 코크스층의 평균 층 두께를 하회하는 경우에도, 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비를 조정하여, 최저한의 층 두께를 확보해 주면, 융착대에 있어서의 가스의 통기성은 확보되고, 고로의 안정 조업이 가능하게 된다는 지견을 얻었다. 또, 상기와 같이 코크스층의 층 두께를 저감함으로써, 광석층이나 혼합층도 박층화되고, 결과적으로, 환원 효율의 향상도 동시에 실현할 수 있다는 지견을 얻었다.
또한, 코크스의 일부를 광석류 원료와의 혼합층으로서 장입하는 경우에 있어서의 융착대의 가스 통기성은 혼합층 중에 있어서의 코크스 혼합비와, 코크스층의 층 두께에도 영향을 받고 있으며, 이들 관계를 적정히 제어하는 것에 의해서, 더욱 안정된 고로 조업과 코크스량의 저감을 동시에 실현할 수 있다는 지견을 얻었다.
본 발명은 상기의 지견에 의거하여, 더욱 검토를 가한 끝에 완성된 것이다.
즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
１．광석류 원료 및 코크스의 고로 장입 원료를, 선회 슈트를 이용해서 고로내에 장입하는 고로에의 원료 장입 방법으로서, 고로내에 장입되는 코크스를 광석류 원료와 혼합하지 않고 코크스층 및 광석층으로 하거나, 또는 고로내에 장입되는 코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하여, 코크스층 및 코크스와 광석류 원료의 혼합층으로 해서, 해당 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 것으로 하고, 1챠지당 노내에 장입되는 코크스층이 고로 노복부에 도달했을 때, 해당 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비를 다음 식(1) 또는 (2)에 나타내는 범위로 제어하는 동시에, 해당 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 평균 층 두께를 190㎜이하로 제어하는 고로에의 원료 장입 방법:
코크스와 광석류 원료를 혼합하지 않고, 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우：
Lcmin/Dc≥2　　　　　　　　　(1)
코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하여, 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우：
Lcmin/Dc≥-0.0063Cmix+2 (2)
여기서, Cmix는 혼합층 중의 코크스 혼합비(㎏/t), Lcmin은 1챠지당 노내에 장입되는 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 최소 층 두께(㎜), Dc는 코크스의 산술 평균 입경(㎜)이다.
2．상기 1에 기재된 고로에의 원료 장입 방법으로서, 고로내에 장입되는 코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하여, 코크스층 및 코크스와 광석류 원료의 혼합층으로 해서, 상기 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우에, 1챠지당 노내에 장입되는 상기 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 평균 층 두께를, 해당 혼합층 중에 있어서의 코크스 혼합비에 따라, 다음 식(3)에 나타내는 범위로 제어하는 고로에의 원료 장입 방법.
Lcave≥50×(-0.0063Cmix+2)+80 (3)
여기서, Cmix는 코크스 혼합비(㎏/t), Lcave는 1챠지당 노내에 장입되는 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 평균 층 두께(㎜)이다.
3．상기 코크스 혼합비 Cmix는 80㎏/t이상인 상기 2에 기재된 고로에의 원료 장입 방법.
본 발명에 따르면, 안정된 고로 조업과, 환원 효율의 향상을 동시에 달성하는 것이 가능하게 된다. 또, 코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하여 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우에는 코크스량이 저감되고, CO2 배출량의 삭감도 가능하게 된다.
도 1은 고로 융착대를 모의한 반응 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 코크스와 광석류 원료를 혼합하지 않고 코크스층 및 광석층으로 해서, 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우의 1400℃에 있어서의 통기 저항을 코크스층 두께 Lc와 코크스의 산술 평균 입경 Dc의 비(Lc/Dc)에 대해 플롯한 것이다.
도 3은 융착대에 있어서의 코크스층에의 용융된 광석의 침입 형태를 나타내는 모식도로서, (a)는 코크스층의 층 두께가 두꺼운 경우, (b)는 코크스층의 층 두께가 얇은 경우이다.
도 4는 각 코크스 혼합비에 있어서의 1400℃에서의 통기 저항을 코크스층 두께 Lc와 코크스의 산술 평균 입경 Dc의 비(Lc/Dc)에 대해 플롯한 도면이다.
도 5는 기준으로 되는 통기 저항값에 도달할 때의 코크스층 두께 Lc와 코크스의 산술 평균 입경 Dc의 비(Lc/Dc)를 코크스 혼합비 Cmix에 대해 플롯한 도면이다.
도 6은 고로 실기에 있어서의 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께 Lcmin과 코크스의 산술 평균 입경 Dc의 비(Lcmin/Dc)와, 고로 노복부의 코크스층의 평균 층 두께 Lcave의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 고로내에서의 원료 장입 상태를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
우선, 코크스와 광석류 원료를 혼합하지 않고 코크스층 및 광석층으로 해서, 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우에, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비를 적정하게 하는 필요성을 알기에 이른 실험(실험 1)에 대해, 설명한다.
(실험 1)
도 1에, 이 실험에 이용한 장치의 개략도를 나타낸다. 도면 중, '1'은 시료 가열로이며, 이 시료 가열로(1)는 그 내부에 시료 충전 용기(2) 및 가열 장치(3)를 구비하고 있다. 또, 시료 충전 용기(2)내에는 코크스층(4) 및 광석층(5)을 층상으로 충전한 시료 충전층(6)이 형성되어 있다. 그리고, 시료 충전층(6)의 온도는 가열 장치(3)에 의해 컨트롤할 수 있다.
'7'은 기체 가열로이며, 이 기체 가열로(7)도 그 내부에 가열 장치(8)를 구비하고 있다. 또한, '9'는 가스 혼합기, '10'은 가스 유통용의 배관, '11'은 압력계, '12'는 열전대, '13'은 누름판, '14'는 대좌, '15'는 접속봉이며, 이 접속봉은 흑연 또는 금속제이다. 그리고, '16'이 부하 수단이며, 여기서는 추를 이용하고 있다. 그리고, 이 추(16)에 의해, 고로내를 모의한 하중을 시료 충전층(6)에 부가하고 있다.
또, 이 측정 장치는 도시한 바와 같이, 시료 가열로(1)와 기체 가열로(7)를 병렬 배치로 한 점에 최대의 특징이 있다. 즉, 병렬 배치로 했기 때문에, 기체 가열로(7)에서 가열된 기체는 시료 가열로(1)내에 횡방향으로부터 침입하게 되고, 그 결과, 침입한 가열 기체는 시료 충전 용기(1)내의 시료 충전층(6)을 수평으로 흐르기 때문에, 고로 융착대에 있어서의 횡방향의 가스 흐름을 재현할 수 있는 것이다.
또한, 이 측정 장치에서는 대좌(14)상에 추(16)를 싣는 것에 의해, 접속봉(15) 및 누름판(13)을 통해, 조업 조건에 따른 일정한 하중을 시료 충전층에 부가할 수 있고, 이 때문에, 상기한 수평 방향의 가스 흐름과 함께, 고로 융착대에 있어서의 층 구조를 반영한 통기 저항의 평가가 가능하게 되는 것이다.
여기서, 이 실험에서는 상기의 장치를 이용하고, 코크스층 및 광석층의 층 두께를 각종 변화시켜, 융착대의 통기 저항을 측정하였다. 실험 조건을 표 1에 나타낸다.
또한, 코크스층의 층 두께를 바꾼 경우에는 초기의 단위체적당 가스 유통량이 일정하게 되도록 가스 유량도 아울러 변경하였다. 또, 각 층의 두께를, 장소에 관계없이 대략 일정하게 되도록 조정하였다.
[표 1]
Figure pct00001
도 2에, 1400℃에서의 통기 저항의 측정 결과를, 코크스층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비에 대해 플롯해서 나타낸다. 여기서, 코크스층 두께를 Lc(㎜), 코크스의 산술 평균 입경을 Dc(㎜)로 한다. 또한, 1400℃는 조업중의 고로에 있어서의 융착대의 대표적인 온도이다.
동일 도면으로부터, 코크스층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비(Lc/Dc)가 2미만이 되면, 통기 저항이 급격히 상승하는 것을 알 수 있다.
여기서, 코크스층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비가 2미만이 되면, 통기 저항이 급격히 상승하는 이유에 대해, 발명자들은 다음과 같이 생각하고 있다.
즉, 도 3의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 융착대에서는 코크스층(4)의 층 두께가 두꺼운 경우에 비해, 코크스층(4)의 층 두께가 얇아지면, 단위 두께당, 용융 광석층(21a)과 코크스층(4)이 접하는 계면 수가 증가한다. 여기서, 용융된 광석은 각각의 계면으로부터 코크스층에 침입해 가기 때문에, 코크스층이 얇은 경우, 용융된 광석의 코크스층에의 상대적인 침입 두께가 증가한다. 이 때문에, 코크스층 중에 가스가 용이하게 흐르는 부분이 감소하여, 통기 저항이 상승한다. 도 3 중, '21b'는 용융된 광석의 침입층이다.
특히, 코크스층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비가 2미만인 경우, 코크스층은 코크스 입자 2개분 미만의 층 두께로 되며, 코크스 입자가 1개밖에 존재하지 않는 부분이 생기게 된다. 이 경우, 이 코크스 입자가 상하로부터 용융된 광석에 의해서 포위되기 때문에, 이 부분에서 횡방향의 가스 흐름이 폐색되게 된다.
그러므로, 코크스층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비가 2미만이 되면, 통기 저항이 급격히 상승하는 것으로 발명자들은 생각하고 있다.
이상의 실험 결과로부터, 본 발명에서는 코크스와 광석류 원료를 혼합하지 않고 코크스층 및 광석층으로 해서 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우, 1챠지당 노내에 장입되는 코크스층이 고로 노복부에 도달했을 때, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비가 다음 식(1)의 관계를 만족시키도록 장입하는 것으로 한 것이다.
Lcmin/Dc≥2　　　(1)
여기서, Lcmin은 1챠지당 노내에 장입되는 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 최소 층 두께(㎜), Dc는 코크스의 산술 평균 입경(㎜)이다.
또, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비의 상한은 특히 한정되는 것은 아니지만, 코크스층의 평균 층 두께를 극력 저감하는 관점에서는 4이하로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에서는 상기한 (1)식의 범위로 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비를 제어함으로써, 코크스와 광석류 원료를 혼합하지 않고 장입하는 경우에, 종래 하한으로 고려되고 있던 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 평균 층 두께를 더욱 저감하는 것, 구체적으로는 190㎜이하로 하는 것이 가능하게 된다.
단, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비를 2이상으로 할 필요가 있기 때문에, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 평균 층 두께의 하한값으로서는 180㎜ 정도가 현실적이다.
또한, 코크스의 산술 평균 입경은 특히 한정되는 것은 아니지만, 20∼60㎜의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또, 여기서 말하는 코크스의 산술 평균 입경은 무작위로 추출한 일정량의 코크스를 체눈이 큰 순으로 체로 치고, 각각의 체에 잔류한 코크스 질량과 그 체눈의 곱을 구하고, 구한 곱의 합을 체로 친 코크스의 전체 질량으로 나누는 것에 의해 구하였다.
즉, 코크스의 산술 평균 입경을 D(m), 체로 친 코크스의 전체 질량을 M(㎏), i번째의 체의 체눈을 di(m), i번째의 체에 잔류한 코크스 질량을 mi(㎏), 체의 수를 n으로 하면, 코크스의 산술 평균 입경 D는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[식 1]
Figure pct00002
다음에, 코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하여 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우에, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비를 적정하게 하는 필요성을 알기에 이른 실험(실험 2)에 대해 설명한다. 또, 이 경우에, 융착대의 가스 통기성을 지배하는 혼합층 중에 있어서의 코크스 혼합비와 코크스층의 층 두께의 관계, 구체적으로는 혼합층 중에 있어서의 코크스 혼합비와, 1챠지당 노내에 장입되는 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 평균 층 두께의 관계를 알아내기에 이른 점에 대해서도 설명한다.
또한, 여기서는 코크스 혼합비를 Cmix(㎏/t), 1챠지당 노내에 장입되는 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 평균 층 두께를 Lcave(㎜)로 한다. 또, 여기서 말하는 코크스 혼합비 Cmix(㎏/t)는 용선 1t를 제조할 때의 혼합층 중에 있어서의 코크스량(㎏)을 의미한다. 또한, 이 실험에서도, 상술한 도 1의 장치와 동일한 것을 이용하였다.
(실험 2)
이 실험에서는 코크스층과, 코크스와 광석류 원료를 혼합한 혼합층을 형성하고, 상기의 장치를 이용하여, 융착대의 통기 저항을 측정하였다. 이 때, 코크스 혼합비는 0㎏/t(광석류 원료와 코크스의 혼합 없음), 80㎏/t, 160㎏/t, 230㎏/t로 하고, 각 코크스 혼합비로, 코크스층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비를 각종 변화시켰다. 여기서, 코크스층 두께를 Lc(㎜), 코크스의 산술 평균 입경을 Dc(㎜)로 한다. 또, 각 층의 두께를, 장소에 관계없이 대략 일정하게 되도록 조정하였다.
또한, 이 실험에서는 용선 1t를 제조할 때에 필요하게 되는 코크스량, 소위 코크스비는 일정(320㎏/t)으로 하였다. 또, 사용한 코크스의 산술 평균 입경은 모두 10㎜이었다. 또한, 코크스층의 층 두께를 바꾼 경우에는 초기의 단위 체적당 가스 유통량이 일정하게 되도록 가스 유량도 아울러 변경하였다.
도 4에, 각 코크스 혼합비에 있어서의 1400℃에서의 통기 저항의 측정 결과를, 코크스층의 층 두께 Lc와 코크스의 산술 평균 입경 Dc의 비(Lc/Dc)에 대해 플롯해서 나타낸다.
동일 도면으로부터, 어느 코크스 혼합비라도, 코크스층의 층 두께 Lc와 코크스의 산술 평균 입경 Dc의 비(Lc/Dc)가 작아짐에 따라, 통기 저항이 상승하는 것을 알 수 있다.
특히, 광석류 원료와 코크스의 혼합을 실행하지 않는 경우(혼합비가 0㎏/t의 경우)에는 실험 1에서도 나타낸 바와 같이, 코크스층의 층 두께 Lc와 코크스의 산술 평균 입경 Dc의 비(Lc/Dc)가 2미만이 되면, 통기 저항이 급격히 상승하는 것을 알 수 있다.
그래서, 광석류 원료와 코크스의 혼합을 실행하지 않는 경우에 있어서의, 코크스층 두께 Lc와 코크스의 산술 평균 입경 Dc의 비(Lc/Dc)가 2일 때의 통기 저항의 값(약 22kPa/m)을 기준으로 해서, 이 통기 저항값에 도달할 때의 Lc/Dc의 값을 각 코크스 혼합비에 대해 구하였다. 구한 Lc/Dc의 값을 코크스 혼합비 Cmix에 대해 플롯해서, 도 5에 나타낸다.
동일 도면으로부터 기준으로 되는 통기 저항값에 도달할 때의 코크스층 두께 Lc와 코크스의 산술 평균 입경 Dc의 비(Lc/Dc)는 코크스 혼합비 Cmix에 대해, 직선으로 근사할 수 있는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 코크스층 두께 Lc와 코크스의 산술 평균 입경 Dc의 비(Lc/Dc)를, 코크스 혼합비 Cmix에 대해, 하기 식(2a)와 같이 제어함으로써, 소기한 통기 저항을 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.
Lc/Dc≥-0.0063Cmix+2 (2a)
단, 실기의 고로에서는 동일 챠지로 퇴적된 코크스층이라도, 위치에 따라 층 두께가 다르다. 이 때문에, 실기의 고로에 있어서 충분한 통기 저항을 확보하기 위해서는 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께가 상기한 (2a)식의 관계를 만족시키는 것이 중요하게 된다. 여기서, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께를 Lcmin(㎜)로 하면, 이 관계는 다음 식(2)와 같이 나타낼 수 있다.
Lcmin/Dc≥-0.0063Cmix+2 (2)
또한, 코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합해서 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우에, 코크스층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비가 2미만으로 되어도, 상기 식(2)의 범위이면, 통기 저항이 확보되는 것은 혼합 코크스에 의한 골재 효과에 의해 연화 광석층의 수축이 억제되기 때문에, 용융 슬래그의 광석층에의 침투가 완화되므로, 통기성이 개선하기 때문으로 발명자들은 생각하고 있다.
또, 도 6에 나타내는 바와 같이, 실기 고로에 있어서의 고로 노복부의 코크스층의 평균 층 두께 Lcave를, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께 Lcmin 및 코크스의 산술 평균 입경 Dc의 관계에서 정리하면, Lcave와 Lcmin/Dc의 사이에는 상관성이 보이며, 이들 관계는 다음 식(3a)와 같이 나타낼 수 있다.
Lcave=50(Lcmin/Dc)+80 (3a)
상기한 (2)식 및 (3a)식으로부터, 코크스 혼합비 Cmix와, 1챠지당 노내에 장입되는 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 평균 층 두께 Lcave의 관계식(3)이 얻어진다.
Lcave≥50(-0.0063Cmix+2)+80 (3)
이상의 실험 결과로부터, 코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하여 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우에 있어서의, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비의 적정한 관계, 더 나아가서는 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 평균 층 두께의 바람직한 관계를 알아내기에 이른 것이다.
또한, 이 경우에 대해서도, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 평균 층 두께 Lcave의 상한은 코크스량을 저감하는 관점에서 190㎜이하로 한다.
또, 광석류 원료와 혼합하는 코크스 혼합비로서는 80㎏/t이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, 광석류 원료와 혼합하는 코크스 혼합비의 상한으로서는 230g/t 정도이다.
다음에, 본 발명의 원료 장입 방법을, 실기의 선회 슈트 방식의 고로에 적용하는 경우의 예에 대해, 도 7에 의거하여 설명한다.
도면 중, '22'는 고로, '22a'는 고로 노구부, '22b'는 고로 노복부, '23a∼23c'는 노정 뱅커, '23d'는 중심 코크스층, '23e'는 주변 코크스층, '23f'는 경계부, '24'는 집합 호퍼, '25'는 벨리스식 장입 장치, '26'은 선회 슈트, '27'은 풍구의 송풍관이다.
또한, 이 예에서는 노정 뱅커(23a)에는 코크스만이, 또한 노정 뱅커(23c)에는 광석류 원료만이 각각 저장되어 있다.
코크스를 광석류 원료를 혼합하지 않고 장입하는 경우의 선회 슈트 방식의 고로에 있어서의 원료 장입은 선회 슈트(26)에 의해서 광석류 원료와 코크스를 교대로 장입하는 것에 의해 실행하고 있고, 노내에서는 코크스층(4)과 광석층(5)이 교대로 층상으로 되어 퇴적되어 있다.
여기서, 구체적인 코크스층의 장입 수순의 예로서는 소위 순(順) 경동 방식에 의해, 우선, 선회 슈트(26)의 원료 장입처를 고로(22)의 노벽 내주부로 하고, 코크스만을 장입한 노정 뱅커(23a)로부터 코크스를 장입하는 것에 의해서, 노벽 내주부에 주변 코크스층(23e)을 형성하고, 다음에 선회 슈트(26)의 원료 장입처를 고로의 축심부로 하여, 노정 뱅커(23a)로부터 코크스를 장입하는 것에 의해, 고로의 축심부에 중심 코크스층(23d)을 형성하는 방법을 들 수 있다.
이와 같이 해서 중심 코크스층(23d)과 주변 코크스층(23e)으로 이루어지는 코크스층(4)을 형성하는 경우, 통상, 도 7에 나타내는 바와 같이, 중심 코크스층(23d)과 주변 코크스층(23e)의 경계부(23f)에 있어서, 코크스층(7)의 층 두께가 최소(tmin)가 된다.
여기서, 원료를 장입하는 고로 노구부(22a)와 융착대가 형성되는 고로 노복부(22b)에서는 내경이 다르기 때문에, 고로 노구부(22a)에 있어서의 코크스층의 층 두께는 일반적으로, 고로 노복부(22b)에 있어서의 코크스층의 층 두께의 2.2배 정도로 된다.
따라서, 목표로 하는 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 평균 층 두께로부터 1챠지당 노내에 장입하는 코크스량을 결정하고, 코크스층의 층 두께가 최소로 되는 중심 코크스층과 주변 코크스층의 경계부에 있어서, 고로 노복부에서 목표로 하는 코크스층 두께의 2.2배 정도로 되도록 장입량을 조정해 주면, 고로 노복부에 있어서 목표로 하는 코크스층의 층 두께가 얻어지는 것이다.
또, 코크스의 일부를 광석류 원료와의 혼합층으로서 장입하는 경우에 있어서의 선회 슈트 방식의 고로에의 원료 장입은 예를 들면, 노정 뱅커(23a)로부터의 코크스만의 장입과, 노정 뱅커(23a 및 23c)로부터의 코크스 장입과 광석 장입의 동시 잘라냄을 교대로 실행하는 것에 의해 실시하고 있으며, 노내에서는 코크스층(4)과 코크스와 광석류 원료가 혼합된 혼합층(5)이 교대로 층상으로 되어 퇴적되어 있다.
여기서, 코크스층의 구체적인 장입 수순의 예로서는 소위 순 경동 방식에 의해, 우선, 선회 슈트(26)의 원료 장입처를 고로(22)의 노벽 내주부로 하고, 코크스만을 장입한 노정 뱅커(23a)로부터 코크스를 장입하는 것에 의해서, 노벽 내주부에 주변 코크스층(23e)을 형성하고, 다음에 선회 슈트(26)의 원료 장입처를 고로의 축심부로 하여, 노정 뱅커(23a)로부터 코크스를 장입하는 것에 의해, 고로의 축심부에 중심 코크스층(23d)을 형성하는 방법을 들 수 있다.
또한, 이러한 장입 수순으로 코크스층의 장입을 실행한 경우, 역시 도 7에 나타내는 바와 같이, 중심 코크스층(23d)과 주변 코크스층(23e)의 경계부(23f)에 있어서, 코크스층(4)의 층 두께가 최소(tmin)가 된다.
또, 일반적으로, 원료를 장입하는 고로 노구부(22a)와 융착대가 형성되는 고로 노복부(22b)에서는 내경이 다르기 때문에, 고로 노구부(22a)에 있어서의 코크스층의 층 두께는 고로 노복부(22b)에 있어서의 코크스층의 층 두께의 2.2배 정도로 된다.
따라서, 광석류 원료와 혼합하는 코크스 혼합비로부터, 목표로 하는 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 평균 층 두께를 설정하고, 고로 노구부에 있어서의 코크스층의 층 두께가 설정한 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 평균 층 두께의 2.2배 정도로 되도록 코크스 장입량을 조정해 주는 것에 의해, 본 발명의 원료 장입 방법을 고로 실기에 적용할 수 있다.
실시예
(실시예 1)
이 예는 고로내에 장입되는 코크스를 광석류 원료와 혼합하지 않고 코크스층 및 광석층으로 해서 노내에 장입한 경우이다.
도 7에 나타낸 바와 같은 선회 슈트 방식의 고로 실기에 있어서, 동일 출선비로, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비를 각종 변화시켜, 각각의 경우에 있어서의 조업 성적을 비교하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
여기서, 출선비는 고로의 1일당 출선량(t/d)을 노내 용적(㎥)으로 나눈 값이다. 또, 환원재비, 코크스비 및 미분탄비는 용선 1t를 제조할 때에 사용한 환원재량, 코크스량 및 미분탄량(㎏/t)이다.
[표 2]
Figure pct00003
동일 표로부터, 발명예 1에서는 압력 손실이 종래예와 동등 정도이며, 통기 저항의 상승은 보이지 않은 것을 알 수 있다. 또, 발명예 1에서는 종래예에 비해, 코크스층의 평균 층 두께, 더 나아가서는 광석층의 층 두께도 대폭 저감되어 있으며, 환원재비의 저감에 의한 환원 효율의 향상도 동시에 실현할 수 있었다.
한편, 비교예 1은 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비가 2미만이기 때문에, 종래예에 비해 압력 손실이 증가하여, 통기 저항이 상승하였다.
(실시예 2)
이 예는 고로내에 장입되는 코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하고, 코크스층 및 코크스와 광석류 원료의 혼합층으로서 노내에 장입한 경우이다.
도 7에 나타낸 바와 같은 선회 슈트 방식의 고로 실기에 있어서, 동일 출선비로 광석류 원료와 혼합하는 코크스 혼합비와, 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 평균 층 두께를 각종 변화시켜, 각각의 경우에 있어서의 조업 성적을 비교하였다. 얻어진 결과를 표 3에 나타낸다.
여기서, 출선비는 고로의 1일당 출선량(t/d)을 노내 용적(㎥)으로 나눈 값이다. 또, 환원재비, 코크스비 및 미분탄비는 용선 1t를 제조할 때에 사용한 환원재량, 코크스량 및 미분탄량(㎏/t)이다.
[표 3]
Figure pct00004
동일 표로부터, 발명예 2 및 3에서는 압력 손실이 작고, 충분한 통기성을 확보할 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 코크스비도 저감되어 있으며, 환원재비의 저감도 아울러 실현할 수 있었다.
한편, 비교예 2에서는 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 평균 층 두께가 상기 (1)식에서 규정한 하한 미만이기 때문에, 압력 손실이 증가하여, 통기성이 악화되었다. 또, 비교예 2는 통기성의 악화에 수반하여, 코크스비도 증대하였다.
(실시예 3)
표 4의 조건으로 코크스 혼합비를 각종 변화시켜, 각각의 경우에 있어서의 조업 성적을 비교하였다. 얻어진 결과를 표 4에 나타낸다. 또한, 표 4에 나타내는 조건 이외는 실시예 2의 발명예 2와 동일한 조건이다.
[표 4]
Figure pct00005
동일 표로부터, 코크스 혼합비를 80㎏/t이상으로 한 발명예 5 및 6에서는 코크스 혼합비를 60㎏/t로 한 발명예 4에 비해, 압력 손실이 한층 저하하고, 더욱 양호한 통기성이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 또, 코크스비도 저감되며, 환원재비의 한층의 저감도 실현할 수 있었다.
1; 시료 가열로 2; 시료 충전 용기
3; 가열 장치 4; 코크스층
5; 광석층 6; 시료 충전층
7; 기체 가열로 8; 가열 장치
9; 가스 혼합기 10; 가스 유통용의 배관
11; 압력계 12; 열전대
13; 누름판 14; 대좌
15; 접속봉 16; 부하 수단(추)
21a; 용융 광석층 21b; 용융된 광석의 침입층
22; 고로 22a; 고로 노구부
22b; 고로 노복부 23a∼23c; 노정 뱅커
23d; 중심 코크스층 23e; 주변 코크스층
23f; 경계부 24; 집합 호퍼
25; 벨리스식 장입 장치 26; 선회 슈트
27; 풍구의 송풍관

Claims (3)

  1. 광석류 원료 및 코크스의 고로 장입 원료를, 선회 슈트를 이용해서 고로내에 장입하는 고로에의 원료 장입 방법으로서,
    고로내에 장입되는 코크스를 광석류 원료와 혼합하지 않고 코크스층 및 광석층으로 하거나, 또는 고로내에 장입되는 코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하여, 코크스층 및 코크스와 광석류 원료의 혼합층으로 해서, 해당 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 것으로 하고,
    1챠지당 노내에 장입되는 코크스층이 고로 노복부에 도달했을 때, 해당 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 최소 층 두께와 코크스의 산술 평균 입경의 비를 다음 식(1) 또는 (2)에 나타내는 범위로 제어하는 동시에, 해당 고로 노복부에 있어서의 코크스층의 평균 층 두께를 190㎜이하로 제어하는 고로에의 원료 장입 방법:
    코크스와 광석류 원료를 혼합하지 않고, 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우：
    Lcmin/Dc≥2 (1)
    코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하여, 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우：
    Lcmin/Dc≥-0.0063Cmix+2 (2)
    여기서, Cmix는 혼합층 중의 코크스 혼합비(㎏/t), Lcmin은 1챠지당 노내에 장입되는 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 최소 층 두께(㎜), Dc는 코크스의 산술 평균 입경(㎜)이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    고로내에 장입되는 코크스의 일부를 광석류 원료와 혼합하여, 코크스층 및 코크스와 광석류 원료의 혼합층으로 해서, 상기 고로 장입 원료를 고로내에 장입하는 경우에,
    1챠지당 노내에 장입되는 상기 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 평균 층 두께를, 해당 혼합층 중에 있어서의 코크스 혼합비에 따라, 다음 식(3)에 나타내는 범위로 제어하는 고로에의 원료 장입 방법:
    Lcave≥50×(-0.0063Cmix+2)+80 (3)
    여기서, Cmix는 코크스 혼합비(㎏/t), Lcave는 1챠지당 노내에 장입되는 코크스층의 고로 노복부에 있어서의 평균 층 두께(㎜)이다.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코크스 혼합비 Cmix는 80㎏/t이상인 고로에의 원료 장입 방법.
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