KR20170109043A

KR20170109043A - 고로 조업 방법

Info

Publication number: KR20170109043A
Application number: KR1020177024451A
Authority: KR
Inventors: 아키노리 무라오; 나오키 야마모토; 토모유키 가와시마; 노부유키 오오야마
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2017-09-27
Also published as: WO2016139912A1; EP3266882B1; JP2016160483A; EP3266882A4; AU2016227283B2; CN107406894B; AU2016227283A1; RU2017129914A; CN107406894A; US10400292B2; EP3266882A1; CA2976883A1; KR102021871B1; JP6269532B2; RU2017129914A3; CA2976883C; TR201906862T4; US20180023152A1; RU2695842C2

Abstract

미분탄 등의 고체 연료의 연소 효율을 향상시킴으로써, 생산성 향상 및 배출 CO₂의 저감을 가능하게 하는 고로 조업 방법을 제공한다. 이중관으로 구성되는 상류측 랜스(4)로부터 미분탄 및 산소를 취입하고, 그 열풍 송풍 방향 하류측의 하류 측 랜스(6)로부터 LNG를 취입함으로써, LNG의 연소로 사용되는 산소가 상류측 랜스(4)로부터 보급되고, LNG의 연소에 의해 승온한 미분탄이 공급된 산소 또는 송풍 내의 산소와 함께 연소한다. 열풍의 송풍 방향에 대하여 수직인 방향을 0 °로 하고, 그보다도 열풍 송풍 방향 하류 방향을 정, 상류 방향을 부로 한 경우에, 하류측 랜스(6)로부터의 LNG의 송풍 방향에 대한 취입 방향을 －30°∼＋45°의 범위로 하고, 상류측 랜스(4)가 송풍관(2)에 꽂아넣어져 있는 위치를 기준으로 하여, 하류측 랜스(6)로부터의 LNG의 취입 위치를, 송풍관 원주 방향 각도로 160°∼200°의 범위로 한다.

Description

고로 조업 방법{METHOD FOR OPERATING BLAST FURNACE}

본 발명은, 고로 송풍구(blast furnace tuyere)로부터 미분탄을 취입하여 연소 온도를 상승시킴으로써, 생산성의 향상 및 배출 CO₂의 저감을 도모하는 고로의 조업 방법에 관한 것이다.

최근, 탄산 가스 배출량의 증가에 의한 지구 온난화가 문제가 되고 있고, 제철업에 있어서도 배출 CO₂의 억제는 중요한 과제이다. 이를 받아, 최근의 고로 조업에서는, 저환원재비(저 RAR：Reduction Agent Ratio의 약어로, 선철 1t 제조당에 있어서의 송풍구로부터의 취입 환원재와 노정(爐頂)으로부터 장입되는 코크스의 합계량) 조업이 강력하게 추진되고 있다. 고로는, 주로 노정으로부터 장입되는 코크스 및 송풍구로부터 취입하는 미분탄을 환원재로서 사용하고 있고, 저환원재비, 나아가서는 탄산 가스 배출 억제를 달성하기 위해서는, 코크스 등을 LNG(Liquefied Natural Gas: 액화 천연 가스)나 중유 등, 수소 함유율이 높은 환원재로 치환하는 방책이 유효하다. 하기 특허문헌 1에서는, 송풍구로부터 연료를 취입하는 랜스를 삼중관으로 하고, 삼중관 랜스의 내측관으로부터 미분탄을 취입하고, 내측관과 중간관의 간극으로부터 LNG를 취입하고, 중간관과 외측관의 간극으로부터 산소를 취입하고, LNG를 먼저 연소시킴으로써 미분탄의 온도를 상승시켜, 미분탄의 연소 효율을 개선하고 있다. 또한, 하기 특허문헌 2에서는, 송풍관(블로우 파이프)에 설치한 단관 랜스로부터, 송풍관을 흐르는 고온 공기의 중심부에 산소를 취입하고, 그 산소를 수백도까지 승온시킴과 함께, 송풍구를 관통하도록 설치한 랜스로부터 미분탄을 취입하고, 취입된 미분탄을 수백도의 열 산소와 접촉시킴으로써 미분탄의 승온을 개선하여, 미분탄의 연료 효율을 개선하고자 하고 있다.

일본공개특허공보 2011-174171호 일본공표특허공보 2013-531732호

그러나, 특허문헌 1에 기재되는 바와 같이, 삼중관 랜스로부터 미분탄과 LNG와 산소를 취입하는 경우, LNG는 연소하기 쉬운, 소위 이(易)연성인 점에서 미분탄보다도 LNG가 먼저 연소하고, 랜스로부터 취입한 산소가 LNG의 연소에 의해 사용되어 버려, 산소와 미분탄의 접촉성이 악화되어 연소 효율이 저하할 가능성이 있다. 또한, 삼중관 랜스는 외경이 커지기 때문에, 기존의 랜스 삽입 통과구멍에서는 삼중관 랜스를 삽입 통과시킬 수 없는 경우가 있고, 그러한 경우에는 랜스 삽입 통과구멍의 내경을 크게 할 필요가 발생한다. 또한, LNG는 이연성이고, 급속히 연소하기 때문에, 랜스 선단에 있어서 LNG가 급속히 연소하면, 랜스 선단의 온도가 상승하여, 랜스 선단에 균열이나 용손 등의 손모(損耗)가 발생할 가능성이 있다. 그리고, 이러한 손모가 랜스 선단에 발생한 경우, 역화(逆火)나 랜스의 막힘 등을 유발할 우려가 있다. 또한, 특허문헌 2에 기재되는 바와 같이, 송풍구 선단으로부터 미분탄을 취입하고, 미분탄을 열 산소에 접촉시키는 경우에는, 미분탄의 승온은 개선되어도, 미분탄은 곧장 레이스웨이(raceway) 내로 취입되어 버리기 때문에, 미분탄이 송풍관 내나 송풍구 내에서 연소할 시간이 없어, 결과적으로 미분탄의 연소 효율이 향상하지 않을 가능성이 있다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 미분탄 등의 고체 연료의 연소 효율을 향상시킴으로써, 생산성의 향상 및 배출 CO₂의 저감을 가능하게 하는 고로 조업 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 송풍관으로부터 송풍구를 거쳐 고로 내로 열풍을 취입하는 경우에, 송풍관의 내부로 고체 연료를 취입하기 위한 상류측 랜스를 이중관으로 하고, 상류측 랜스의 내측관 및 내측관과 외측관의 간극 중 어느 한쪽으로부터 고체 연료 및 지연성 가스 중 어느 한쪽을 취입함과 함께 내측관 및 내측관과 외측관의 간극 중 어느 다른 한쪽으로부터 고체 연료 및 지연성 가스 중 어느 다른 한쪽을 취입하고, 상류측 랜스의 취입 선단부보다도 열풍의 송풍 방향 하류측에 하류측 랜스를 배치하고, 하류측 랜스로부터 이연성 가스를 취입하는 고로 조업 방법이 제공된다.

본 발명의 고체 연료란, 예를 들면 미분탄을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 지연성 가스란, 적어도 50vol％ 이상의 산소 농도를 갖는 가스로 정의한다.

또한, 본 발명에서 이용하는 이연성 가스란, 문자 그대로, 미분탄보다도 연소성이 좋은 가스이고, 예를 들면 수소를 주요 성분으로서 함유하는 수소, 도시 가스, LNG, 프로판 가스의 외, 제철소에서 발생하는 전로 가스(converter gas), 고로 가스(blast gas), 코크스로 가스(coke-oven gas) 등이 적용 가능하다. 또한, LNG와 등가로서 셰일 가스(shale gas)도 이용할 수 있다. 셰일 가스는 혈암(셰일)층으로부터 채취되는 천연 가스이고, 종래의 가스전이 아닌 장소로부터 생산되는 점에서, 비재래형 천연 가스 자원으로 불리고 있는 것이다. 도시 가스 등의 이연성 가스는, 착화·연소가 매우 빠르고, 수소 함유량이 많은 것에서는 연소 칼로리도 높고, 또한 이연성 가스는, 미분탄과 달리, 회분을 포함하고 있지 않는 것도 고로의 통기성, 열 밸런스에 대하여 유리하다.

본 발명의 고로 조업 방법에서는, 이중관으로 구성되는 상류측 랜스로부터 고체 연료 및 지연성 가스를 취입하고, 그 열풍 송풍 방향 하류측의 하류측 랜스로부터 이연성 가스를 취입함으로써, 이연성 가스의 연소로 사용되는 산소가 상류측 랜스로부터 공급되고, 이연성 가스의 연소에 의해 승온한 고체 연료가 공급된 산소 또는 송풍 중의 산소와 함께 연소한다. 따라서, 고체 연료의 연소 효율이 향상하고, 결과적으로 생산성의 향상 및 배출 CO₂의 저감을 효율적으로 도모하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 고로 조업 방법이 적용된 고로의 일 실시 형태를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 송풍관 및 송풍구에 있어서의 상류측 랜스 및 하류측 랜스의 각도 상태를 설명하는 종단면도이다.
도 3은 도 1의 송풍관 및 송풍구에 있어서의 상류측 랜스 및 하류측 랜스의 위치를 설명하는 종단면도이다.
도 4는 도 2의 상류측 랜스 및 하류측 랜스의 작용의 설명도이다.
도 5는 LNG 몰 분율의 설명도이다.
도 6은 이연성 가스의 취입 위치를 송풍관 원주 각도 방향으로 변화시켰을 때의 LNG 몰 분율의 설명도이다.
도 7은 하류측 랜스로부터 취입되는 이연성 가스의 송풍 방향에 대한 취입 방향의 설명도이다.
도 8은 하류측 랜스로부터 취입되는 이연성 가스의 송풍 방향에 대한 취입 방향의 설명도이다.
도 9는 하류측 랜스로부터 취입되는 이연성 가스의 송풍 방향에 대한 취입 방향의 설명도이다.
도 10은 송풍 방향에 대하여 이연성 가스의 취입 방향을 변화시켰을 때의 LNG 몰 분율의 설명도이다.
도 11은 하류측 랜스의 상류측 랜스로부터의 거리를 변화시켰을 때의 LNG 몰 분율의 설명도이다.
도 12는 하류측 랜스로부터의 가스 취입 유속을 변화시켰을 때의 LNG 몰 분율의 설명도이다.

다음으로, 본 발명의 고로 조업 방법의 일 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 이 실시 형태의 고로 조업 방법이 적용된 고로의 전체도이다. 도면에 나타내는 바와 같이, 고로(1)의 송풍구(3)에는, 열풍을 송풍하기 위한 송풍관(2)이 접속되고, 이 송풍관(2)을 관통하여 랜스(4)가 설치되어 있다. 열풍에는 대기를 이용했다. 송풍구(3)의 열풍 송풍 방향 선방의 코크스 퇴적층에는, 레이스웨이(5)로 불리는 연소 공간이 존재하고, 주로, 이 연소 공간에서 철광석의 환원, 즉 조선(造銑)이 행해진다. 도면에서는, 도시 좌방의 송풍관(2)에 랜스(4)가 1개만 삽입되어 있지만, 주지와 같이, 노벽을 따라서 원주 형상으로 배치된 송풍관(2)및 송풍구(3)의 어디에나 랜스(4)를 삽입 설정하는 것은 가능하다. 또한, 송풍구당의 랜스의 수도 1개에 한정되지 않고, 2개 이상을 삽입하는 것이 가능하다. 또한, 랜스의 형태도, 단관 랜스를 비롯하여, 이중관 랜스나 복수의 랜스를 묶은 것도 적용 가능하다. 단, 현상태의 송풍관(2)의 랜스 삽입 통과구멍에서는, 삼중관 랜스를 삽입하는 것은 곤란하다. 또한, 이하의 설명에서는, 송풍관(2)에 관통하는 랜스(4)를 상류측 랜스라고도 부른다.

예를 들면 고체 연료로서 미분탄을 랜스(4)로부터 취입하는 경우, 미분탄은, N₂등의 캐리어 가스(반송 가스)와 함께 취입된다. 랜스(4)로부터 고체 연료로서 미분탄만을 취입하는 경우, 랜스(4)로부터 송풍구(3)를 통과하여 레이스웨이(5) 내에 취입된 미분탄은, 코크스와 함께, 그 휘발분과 고정 탄소가 연소하고, 다 연소되지 못하고 남은, 일반적으로 차(char)로 불리는 탄소와 회분의 집합체는, 레이스웨이(5)로부터 미연 차로서 배출된다. 미연 차는 노 내에 축적되어, 노 내 통기성을 악화시키기 때문에, 레이스웨이(5) 내에서 미분탄을 가능한 한 연소시키는, 즉 미분탄의 연소성 향상이 요구된다. 송풍구(3)의 열풍 송풍 방향 선방에 있어서의 열풍 속도는 약 200m/sec이고, 랜스(4)의 선단으로부터 레이스웨이(5) 내에 있어서의 산소의 존재 영역은 약 0.3∼0.5m로 되어 있기 때문에, 실질적으로 1/1000초의 레벨로 미분탄 입자의 승온 및 산소와의 접촉 효율(분산성)의 개선이 필요해진다.

송풍구(3)로부터 레이스웨이(5) 내로 취입된 미분탄은, 우선 송풍으로부터의 대류 전열에 의해 가열되고, 추가로 레이스웨이(5) 내의 화염으로부터의 복사 전열, 전도 전열에 의해 급격하게 입자 온도가 상승하고, 300℃ 이상 승온한 시점으로부터 열 분해가 개시되고, 휘발분에 착화하여 화염이 형성되고, 연소 온도는 1400∼1700℃에 이른다. 휘발분이 방출되어 버리면, 전술한 차가 된다. 차는, 주로 고정 탄소이기 때문에, 연소 반응과 함께, 탄소 용해 반응으로 불리는 반응도 발생한다. 이 때, 랜스(4)로부터 송풍관(2) 내로 취입되는 미분탄의 휘발분의 증가에 의해, 미분탄의 착화가 촉진되어, 휘발분의 연소량 증가에 의해 미분탄의 승온 속도와 최고 온도가 상승하고, 미분탄의 분산성과 온도의 상승에 의해 차의 반응 속도가 상승한다. 즉, 휘발분의 기화 팽창에 수반하여 미분탄이 분산하고, 휘발분이 연소하고, 이 연소열에 의해 미분탄이 급속히 가열, 승온한다고 생각된다. 한편, 랜스(4)로부터 송풍관(2) 내에 미분탄과 함께 예를 들면 이연성 가스로서 LNG를 취입하는 경우, LNG가 송풍 중의 산소와 접촉하여 LNG가 연소하고, 그 연소열에 의해 미분탄이 급속히 가열, 승온된다고 생각되고, 이에 따라 미분탄의 착화가 촉진된다.

이 실시 형태에서는, 고체 연료로서 미분탄을, 지연성 가스로서 산소(순산소)를 이용했다. 또한, 상류측 랜스(4)에는, 이중관 랜스를 이용하여, 이중관 랜스로 이루어지는 상류측 랜스(4)의 내측관으로부터 미분탄 및 산소 중 어느 한쪽을, 내측관과 외측관의 간극으로부터 미분탄 및 산소의 어느 다른 한쪽을 각각 취입한다. 이중관 랜스로부터의 취입은, 내측관으로부터 미분탄을 취입하고 또한 내측관과 외측관의 간극으로부터 산소를 취입해도, 내측관으로부터 산소를 취입하고 또한 내측관과 외측관의 간극으로부터 미분탄을 취입해도 좋다. 여기에서는, 이중관 랜스로 구성되는 상류측 랜스(4)의 내측관으로부터 미분탄을 취입하고, 내측관과 외측관의 간극으로부터 산소를 취입했다.

이 실시 형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상류측 랜스(4)에 대하여, 열풍의 송풍 방향 하류측에 하류측 랜스(6)를 배치하고, 그 하류측 랜스(6)로부터 이연성 가스로서 LNG를 취입한다. 구체적으로, 하류측 랜스(6)는, 송풍구(부재)(3)를 관통하도록 하여 배치되어 있다. 전술한 상류측 랜스(4)의 취입 선단부 중심 위치는, 송풍구(3)의 송풍 방향 선단부로부터 송풍 방향과 역방향으로 예를 들면 100㎜의 위치로 하고, 상류측 랜스(4)의 취입 선단부 중심 위치로부터 하류측 랜스(6)의 송풍구 관통부 중심 위치까지의 거리를 예를 들면 80㎜로 했다. 또한, 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 이 실시 형태의 상류측 랜스(4)는 송풍관(2)의 최상부를 관통하여 송풍관(2)의 중심축을 향하도록 배치되어 있다. 이에 대하여, 하류측 랜스(6)는, 도 3에 명시하는 바와 같이, 상류측 랜스(4)의 배치 위치로부터 송풍관(2)의 원주 방향 각도 θ로 160°∼200°의 위치에서 송풍구(3)를 관통하도록 했다. 즉, 하류측 랜스(6)를 상류측 랜스(4)에 대향하는 위치에 배치했다. 또한, 하류측 랜스(6)의 송풍구 관통부 중심 위치로부터의 꽂아넣음 길이는 10㎜로 했다.

여기에서, 사용하는 미분탄의 밀도는 1400kg/㎥이고, 캐리어 가스에 N₂를 이용하고, 미분탄의 취입 조건은 1100kg/h로 했다. 또한, 산소의 취입 조건은 100N㎥/h이고, 송풍관(2)으로부터의 송풍 조건은, 송풍 온도 1200℃, 유량 12000N㎥/h, 유속 150m/s로 대기를 이용했다. LNG의 취입 조건은, 유량 350N㎥/h, 유속 146m/s로 했다.

상류측 랜스(4)로부터 취입되는 미분탄(산소나 캐리어 가스를 포함함)의 주류는, 열풍의 송풍에 의해 도 4에 실선으로 나타내는 바와 같이 흐른다. 그러나, 미분탄 중에는, 질량이 큰, 즉 관성력이 큰 분립도 존재하고, 그러한 질량이 큰 미분탄은, 도 4에 파선(파선 화살표)으로 나타내는 바와 같이, 미분탄의 주류로부터 떨어지도록 하여 취입 방향 선방으로 흐른다. 이와 같이 미분탄의 주류로부터 떨어지는 미분탄에 대하여, LNG의 연소에 의한 승온 효과를 확보하기 위하여, 하류측 랜스(6)가 상류측 랜스(4)에 대향하도록, 상류측 랜스(4)의 위치에 대한 하류측 랜스(6)의 위치를 송풍관 원주 방향 각도 θ로 160°∼200°로 했다.

이를 증명하기 위하여, 하류측 랜스(6)의 상류측 랜스(4)에 대한 송풍관 원주 방향 각도를 여러 가지로 변경하고, 범용 유체 소프트를 이용하여, 컴퓨터에 의해 레이스웨이(5) 내의 유체 해석을 행하여 미분탄의 주변의 LNG 몰 분율을 평가했다. LNG 몰 분율의 평가 위치는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상류측 랜스(4)의 취입 선단부 중심 위치로부터 열풍의 송풍 방향으로 300㎜의 위치, 즉 송풍구(3)의 송풍 방향 선단부로부터 레이스웨이(5) 내 200㎜의 위치로 했다. 컴퓨터에 의한 유체 해석에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 유체 시뮬레이션에 메쉬를 형성하고, 미분탄 입자가 존재하는 메쉬의 가스 중의 LNG의 몰 분율을 미분탄 입자와 접촉하고 있는 LNG 몰 분율로 정의했다. 그리고, 상류측 랜스(4)의 취입 선단부 중심 위치로부터 송풍 방향 300㎜의 평가 지점에 있는 모든 미분탄 입자에 접촉하고 있는 가스 중의 LNG 몰 분율의 평균값으로 평가했다.

도 6에는, 하류측 랜스(6)의 상류측 랜스(4)에 대한 송풍관 원주 방향 각도를 변경했을 때의 미분탄 입자에 접촉하고 있는 가스 중의 LNG 몰 분율을 나타낸다. 이 때, 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG의 취입 방향은, 송풍구(3)(또는 송풍관(2))의 반경 방향 중심을 향하고 또한 열풍의 송풍 방향과 수직(후술하는 열풍 송풍 방향에 대하여 0°)이 되도록 설정했다. 또한, 비교예로서, 하류측 랜스로부터는 LNG를 취입하지 않고, 대기에 LNG를 350N㎥/h 첨가하여 송풍하고, 그 결과, 미분탄 입자에 접촉하고 있는 가스 중의 LNG 몰 분율이 일정하게 된 곡선(직선)을 하류측 랜스(6)로부터의 LNG 취입 없음으로 하여 도면에 병기했다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 하류측 랜스(6)의 상류측 랜스(4)에 대한 위치는, 송풍관 원주 방향 각도 θ로 160°∼200°의 범위에서 미분탄 입자에 접촉하고 있는 가스 중의 LNG 몰 분율이 증대하고, 송풍관 원주 방향 각도 θ로 180°일 때, 최대가 된다. 이는, 전술과 같이, 상류측 랜스(4)와 대향하도록 하류측 랜스(6)를 배치함으로써, 주류로부터 떨어지는 미분탄을 포함하고, 상류측 랜스(4)로부터 취입되는 미분탄류에 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG가 충분히 공급되는 것을 의미하고, 결과적으로 레이스웨이(5) 내에서의 미분탄의 연소성이 향상된다고 생각된다.

또한, 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG의 송풍 방향에 대한 취입 방향도 미분탄 입자에 접촉하고 있는 가스 중의 LNG 몰 분율, 즉 레이스웨이(5) 내에서의 미분탄의 연소성에 영향을 준다고 생각된다. 예를 들면 열풍의 송풍 방향에 대하여, 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG의 취입 방향이 열풍 송풍 방향과 수직일 때를 0°로 하고, 그보다도 LNG의 취입 방향(도 2의 각도 γ)이 열풍 송풍 방향 하류 방향을 정(正), 상류 방향을 부(負)로 한 경우, 도 7에 나타내는 바와 같이, 송풍 방향에 대한 LNG의 취입 방향이 부, 즉 상류 방향인 경우에는, LNG류가 열풍 송풍에 흐르게 되어 상류측 랜스(4)로부터 취입되는 미분탄류에 닿지 않을 가능성이 있다. 또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG의 송풍 방향에 대한 취입 방향이 정, 즉 하류 방향인 경우에도, LNG류가 열풍 송풍에 흐르게 되어 상류측 랜스(4)로부터 취입되는 미분탄류에 닿지 않을 가능성이 있다. 따라서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG의 송풍 방향에 대한 취입 방향을 0°, 즉 열풍 송풍 방향과 수직 또는 그 근방으로 하면, 열풍 송풍에 저항하여, 상류측 랜스(4)로부터 취입되는 미분탄류에 LNG류를 닿게 할 수 있다. 따라서, 열풍 송풍 방향에 대한 LNG의 취입 방향은, 송풍 방향과 수직을 중심으로 하여, 정부 양방향으로 조금만 향하게 해도 좋다고 생각된다.

이를 증명하기 위하여, 하류측 랜스(6)으로부터 취입되는 LNG의 열풍 송풍 방향에 대한 취입 방향을 여러 가지로 변경하고, 전술과 동일하게, 범용 유체 소프트를 이용하여, 컴퓨터에 의해 레이스웨이(5) 내의 유체 해석을 행하여 미분탄의 주변의 LNG 몰 분율을 평가했다. LNG 몰 분율의 평가 위치는, 동일하게 상류측 랜스(4)의 취입 선단부 중심 위치로부터 열풍의 송풍 방향으로 300㎜의 위치, 즉 송풍구(3)의 송풍 방향 선단부로부터 레이스웨이(5) 내 200㎜의 위치로 했다. 또한, 컴퓨터에 의한 유체 해석도, 전술과 동일하게, 미분탄 입자가 존재하는 메쉬의 가스 중의 LNG의 몰 분율을 미분탄 입자와 접촉하고 있는 LNG 몰 분율로 정의하고, 상류측 랜스(4)의 취입 선단부 중심 위치로부터 송풍 방향 300㎜의 평가 지점에 있는 모든 미분탄 입자에 접촉하고 있는 가스 중의 LNG 몰 분율의 평균값으로 평가했다.

도 10에는, 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG의 열풍 송풍 방향에 대한 취입 방향을 변경했을 때의 미분탄 입자에 접촉하고 있는 가스 중의 LNG 몰 분율을 나타낸다. 이 때, 상류측 랜스(4)에 대한 하류측 랜스(6)의 위치는 송풍관 원주 방향 각도로 180°, 즉 상류측 랜스(4)와 하류측 랜스(6)가 대향하도록 배치했다. 또한, 하류측 랜스(6)로부터의 LNG는, 송풍구(3)(또는 송풍관(2))의 지름 방향 중심을 향하여 취입했다. 또한, 비교예로서, 하류측 랜스로부터는 LNG를 취입하지 않고, 대기에 LNG를 350N㎥/h 첨가하여 송풍하고, 그 결과, 미분탄 입자에 접촉하고 있는 가스 중의 LNG 몰 분율이 일정하게 된 곡선(직선)을 하류측 랜스(6)로부터의 LNG 취입 없음으로 하여 도면에 병기했다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG의 열풍 송풍 방향에 대한 취입 방향은, 송풍 방향과 수직, 즉 0°를 최대로 하여, 부측, 즉 송풍 방향 상류 방향으로 －30°로부터 정측, 즉 송풍 방향 하류 방향으로 45°의 범위에서 미분탄 입자의 LNG 몰 분율이 증대하고 있다. 이는, 전술과 같이, LNG의 취입 방향을 열풍 송풍 방향과 수직 방향 또는 그 근방으로 설정함으로써, 상류측 랜스(4)로부터 취입되는 미분탄류에 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG가 충분히 공급되는 것을 의미하고, 결과적으로 레이스웨이(5) 내에서의 미분탄의 연소성이 향상된다고 생각된다.

다음으로, 도 4에서 고찰한 바와 같은 미분탄류와 LNG류의 혼합성을 확인하기 위해, 하류측 랜스(6)의 상류측 랜스(4)로부터의 거리를 여러 가지로 변경하고, 전술과 동일하게, 범용 유체 소프트를 이용하여, 컴퓨터에 의해 레이스웨이(5) 내의 유체 해석을 행하여 미분탄의 주변의 LNG 몰 분율을 평가했다. LNG 몰 분율의 평가는, 전술과 동일하고, 상류측 랜스(4)에 대한 하류측 랜스(6)의 위치는 송풍관 원주 방향 각도로 180°, 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG의 열풍 송풍 방향에 대한 취입 방향은 송풍 방향과 수직, 즉 0°, 그 외의 조건은, 전술과 동일하다. 도 11에 시험의 결과를 나타낸다. 도면에는, 비교예로서, 하류측 랜스로부터는 LNG를 취입하지 않고, 대기에 LNG를 350N㎥/h 첨가하여 송풍하고, 그 결과, 미분탄 입자에 접촉하고 있는 가스 중의 LNG 몰 분율이 일정하게 된 곡선(직선)을 하류측 랜스(6)로부터의 LNG 취입 없음으로 하여 병기했다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 하류측 랜스(6)의 상류측 랜스(4)로부터의 거리가 27㎜ 이상이고, 하류측 랜스(6)로부터 LNG를 취입한 경우의 LNG 몰 분율이 하류측 랜스(6)로부터 LNG를 취입하지 않는 경우의 LNG 몰 분율을 상회하고, 거리가 커질수록 LNG 몰 분율은 리니어로 증가하고 있다. 이는, 하류측 랜스(6)를 상류측 랜스(4)로부터 어느 정도 떨어트림으로써, 상류측 랜스(4)로부터의 미분탄류와 하류측 랜스(6)로부터의 LNG류가 혼합되었기 때문이라고 생각된다. 단, 조업상에서는, 하류측 랜스(6)의 상류측 랜스(4)로부터의 거리가 80㎜를 초과하면, 하류측 랜스(6)가 송풍구에 접근하여 용손해 버리는 것이나, 하류측 랜스(6)의 위치까지 도달하기 전에 미분탄이 연소하여 송풍관(2) 내의 압력이 증가하여, 하류측 랜스(6)로부터 LNG를 취입할 수 없게 된다는 문제가 발생한다. 그 때문에, 하류측 랜스(6)의 상류측 랜스(4)로부터의 거리는 27㎜∼80㎜가 적합하고, 최적값은 80㎜이다.

마찬가지로, 하류측 랜스(6)로부터의 가스 취입 유속을 여러 가지로 변경하고, 전술과 동일하게, 범용 유체 소프트를 이용하여, 컴퓨터에 의해 레이스웨이(5) 내의 유체 해석을 행하여 미분탄의 주변의 LNG 몰 분율을 평가했다. LNG 몰 분율의 평가는, 전술과 동일하고, 상류측 랜스(4)에 대한 하류측 랜스(6)의 위치는 송풍관 원주 방향 각도로 180°, 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG의 열풍 송풍 방향에 대한 취입 방향은 송풍 방향과 수직, 즉 0°, 그 외의 조건은, 전술과 동일하다. 도 12에 시험의 결과를 나타낸다. 도면에는, 비교예로서, 하류측 랜스로부터는 LNG를 취입하지 않고, 대기에 LNG를 350N㎥/h 첨가하여 송풍하고, 그 결과, 미분탄 입자에 접촉하고 있는 가스 중의 LNG 몰 분율이 일정하게 된 곡선(직선)을 하류측 랜스(6)로부터의 LNG 취입 없음으로 하여 병기했다. 도면으로부터 명백한 바와 같이, 하류측 랜스(6)로부터의 가스 취입 유속 50m/s 이상이고, 하류측 랜스(6)로부터 LNG를 취입한 경우의 LNG 몰 분율이 하류측 랜스(6)로부터 LNG를 취입하지 않은 경우의 LNG 몰 분율을 상회하고, 유속이 커질수록 LNG 몰 분율은 리니어로 증가하고, 유속 146m/s 이상으로 포화하고 있다. 이는, 하류측 랜스(6)로부터의 가스 취입 유속을 어느 정도 크게 함으로써, 상류측 랜스(4)로부터의 미분탄류와 하류측 랜스(6)로부터의 LNG류가 송풍관의 중앙 부근에서 혼합하게 되었기 때문이라고 생각된다. 단, 하류측 랜스(6)로부터의 가스 취입 유속이 커지면, 압력 손실, 비용의 증가 등 조업상 바람직하지 않기 때문에, 하류측 랜스(6)로부터의 가스 취입 유속은 50m/s∼146m/s가 적합하고, 최적값은 146m/s이다.

따라서, 이들 조건을 만족함으로써, 랜스 선단에서 미분탄이 산소와 접촉함으로써 연소가 어느 정도 진행되고, 추가로 하류측 랜스(6)로부터의 LNG 취입으로 미분탄과 LNG가 접촉하여 미분탄의 승온이 빨라져, 미분탄의 연소성을 향상할 수 있다. 또한, 랜스 선단에서의 미분탄의 급속한 연소는 억제되기 때문에, 열에 의한 랜스 선단의 균열이나 용손을 방지할 수 있다.

이 고로 조업 방법의 효과를 확인하기 위해서, 송풍구를 38개 갖는 내용적 5000㎥의 고로에 있어서, 목표 용선 생산량 11500t/day, 미분탄비 150kg/t－용선, 하류측 랜스(6)의 상류측 랜스(4)로부터의 거리 80㎜, 하류측 랜스(6)로부터의 가스 취입 유속 146m/s 및, 전술의 송풍 조건, 미분탄 취입 조건, 산소 취입 조건으로 하고, 하류측 랜스(6)로부터 LNG를 취입한 경우와 하류측 랜스를 사용하지 않는 경우(대기 송풍에 LNG를 첨가)의 2가지로 각각 3일간 조업을 실시하고, 평균 코크스비(kg/t－용선)의 변화를 기록하여 효과를 확인했다. 또한, 하류측 랜스(6)로부터 취입되는 LNG의 열풍 송풍 방향에 대한 취입 방향은 열풍 송풍 방향과 수직, 하류측 랜스(6)의 상류측 랜스(4)에 대한 위치는, 송풍관 원주 방향 각도로 180°로 했다. 그 결과, 하류측 랜스를 사용하지 않는 경우의 코크스비는 370kg/t－용선이었던 것에 대하여, 하류측 랜스(6)로부터 LNG를 취입한 경우의 코크스비는 368kg/t－용선이 되었다. 이 점에서, 하류측 랜스(6)로부터 LNG를 취입함으로써, 미분탄의 연소 효율이 향상하여, 코크스비를 저감할 수 있었다. 또한, 이중관 랜스로 구성되는 상류측 랜스(4)의 선단부에, 균열이나 용손 등의 손모가 없는 것도 확인되었다.

이와 같이, 이 실시 형태의 고로 조업 방법에서는, 이중관으로 구성되는 상류측 랜스(4)로부터 고체 연료로서 미분탄 및 지연성 가스로서 산소를 취입하고, 그 열풍 송풍 방향 하류측의 하류측 랜스(6)로부터 이연성 가스로서 LNG를 취입함으로써, LNG의 연소로 사용되는 산소가 상류측 랜스(4)로부터 공급되고, LNG의 연소에 의해 승온한 미분탄이 공급된 산소 또는 송풍 중의 산소와 함께 연소된다. 따라서, 미분탄의 연소 효율이 향상하고, 결과적으로 생산성의 향상 및 배출 CO₂의 저감을 효율적으로 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 열풍의 송풍 방향에 대하여 수직인 방향을 0°로 하고, 그보다도 열풍 송풍 방향 하류 방향을 정, 상류 방향을 부로 한 경우에, 하류측 랜스(6)로부터의 LNG의 송풍 방향에 대한 취입 방향을 －30°∼＋45°의 범위로 했다. 이에 따라, 미분탄의 연소 효율이 확실히 향상된다.

또한, 상류측 랜스(4)가 송풍관(2)에 꽂아넣어져 있는 위치를 기준으로 하여, 하류측 랜스(6)로부터의 LNG의 취입 위치를, 송풍관 원주 방향 각도로 160°∼200°의 범위로 했다. 이에 따라, 미분탄의 연소 효율이 확실히 향상된다.

또한, 하류측 랜스의 상기 상류측 랜스로부터의 거리를 27㎜∼80㎜로 함으로써, 미분탄의 연소 효율이 확실히 향상된다.

또한, 하류측 랜스로부터의 가스 취입 유속을 50m/s∼146m/s로 함으로써, 미분탄의 연소 효율이 확실히 향상된다.

1: 고로
2: 송풍관
3: 송풍구
4: 상류측 랜스
5: 레이스웨이
6: 하류측 랜스

Claims

송풍관으로부터 송풍구를 거쳐 고로 내로 열풍을 취입하는 고로 조업 방법에 있어서, 상기 송풍관의 내부로 고체 연료를 취입하기 위한 상류측 랜스를 이중관으로 하고, 상기 상류측 랜스의 내측관 및 내측관과 외측관의 간극 중 어느 한쪽으로부터 상기 고체 연료 및 지연성(支燃性) 가스 중 어느 한쪽을 취입함과 함께 상기 내측관 및 내측관과 외측관의 간극 중 어느 다른 한쪽으로부터 상기 고체 연료 및 지연성 가스 중 어느 다른 한쪽을 취입하고, 상기 상류측 랜스의 취입 선단부보다도 상기 열풍의 송풍 방향 하류측에 하류측 랜스를 배치하고, 상기 하류측 랜스로부터 이연성(易燃性) 가스를 취입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제1항에 있어서,
상기 열풍의 송풍 방향에 대하여 수직인 방향을 0°로 하고, 그 보다도 상기 열풍의 송풍 방향 하류 방향을 정(正), 상류 방향을 부(負)로 한 경우에, 상기 하류측 랜스로부터의 이연성 가스의 상기 송풍 방향에 대한 취입 방향을 －30°∼＋45°의 범위로 한 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상류측 랜스가 상기 송풍관에 꽂아넣어져 있는 위치를 기준으로 하여, 상기 하류측 랜스로부터의 이연성 가스의 취입 위치를, 상기 송풍관의 원주 방향 각도로 160°∼200°의 범위로 한 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하류측 랜스의 상기 상류측 랜스로부터의 거리를 27㎜∼80㎜로 한 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하류측 랜스로부터의 가스 취입 유속을 50m/s∼146m/s로 한 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.