KR20170128554A - 고로에 대한 원료 장입 방법 - Google Patents

Abstract

고로 내의 통기성을 확보하여, 고로 조업의 안정화 및 열 효율의 향상을 달성할 수 있는, 고로에 대한 원료 장입 방법에 대해 제안한다. 광석류 원료 및 코크스를 혼합한 장입 원료를, 고로 내에 선회 슈트를 통해 장입할 때에, 상기 선회 슈트를 상기 고로의 축 방향에 대해 평균 각도 θ1 로 기울여서 장입 원료 O1 을 공급하고, 이어서 상기 선회 슈트를 상기 평균 각도 θ1 보다 큰 평균 각도 θ2 로 기울여서, 상기 장입 원료 O1 에 혼합시키는 코크스의 입경의 1.1 ∼ 3.0 배의 입경을 갖는 코크스가 혼합된 장입 원료 O2 를 공급하여 원료 장입층을 형성한다.

Description

고로에 대한 원료 장입 방법 {METHOD FOR CHARGING FEEDSTOCK INTO BLAST FURNACE}

본 발명은, 고로 내에 선회 슈트를 통해 원료의 장입을 실시하는, 고로에 대한 원료 장입 방법에 관한 것이다.

고로는, 일반적으로 소결광, 펠릿, 괴상 광석 등의 광석류 원료와 코크스를, 고로의 정상 부근에서부터 노 축 방향으로 적층시켜 장입하고, 고로의 우구 (羽口) 로부터 연소 가스를 흘려 코크스를 연소시켜 광석으로부터 선철을 얻기 위한 설비이다. 고로 내에 장입된 고로 장입 원료인 코크스와 광석류 원료는 노정 (爐頂) 으로부터 노 하부로 강하하여, 광석의 환원과 원료의 승온이 일어난다. 광석류 원료층은, 승온과 상방으로부터의 하중에 의해 광석류 원료 사이의 공극을 메우면서 서서히 변형되어, 고로의 샤프트부의 하방에 있어서는, 매우 통기 저항이 크고 가스가 거의 흐르지 않는 융착층을 형성한다.

종래, 고로에 대한 원료 장입은, 광석류 원료와 코크스를 교대로 장입하고 있으며, 노 내에서는 광석류 원료층과 코크스층이 교대로 층상으로 되어 있다. 또, 고로 내 하부에는 융착대 (融着帶) 라고 불리는, 광석류가 연화 융착된 통기 저항이 큰 광석류 원료층 및 코크스 유래의 비교적 통기 저항이 작은 코크스 슬릿이 존재한다.

이 융착대의 통기성이 고로 전체의 통기성에 크게 영향을 미치고 있으며, 고로에 있어서의 생산성을 율속 (律速) 하고 있다. 코크스 사용량을 억제하는, 저 (低) 코크스 조업을 실시하는 경우에는, 사용되는 코크스량이 감소하기 때문에, 코크스 슬릿이 무한하게 얇아지는 것이 생각되며, 융착대의 통기성을 확보하는 것이 중요해진다.

융착대의 통기성을 개선하기 위해서는, 광석류 원료층에 코크스를 혼합하는 것이 유효한 것이 알려져 있다. 그래서, 코크스의 적절한 혼합 상태를 얻기 위해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에 있어서는, 벨 레스 고로에 있어서, 광석 호퍼 중 하류측의 광석 호퍼에 코크스를 장입하고, 컨베이어 상에서 광석 위에 코크스를 적층한 상태로, 노정 벙커에 장입하여, 선회 슈트를 통해 광석과 코크스를 고로 내에 장입하도록 하고 있다.

또, 특허문헌 2 에서는, 노정의 벙커에 광석과 코크스를 따로 저류시키고, 코크스와 광석을 동시에 혼합 장입함으로써, 코크스의 통상 장입용 배치, 코크스의 중심 장입용 배치 및 혼합 장입용 배치의 세 종류를 동시에 실시하도록 하고 있다.

또한, 특허문헌 3 에서는, 고로 조업에 있어서의 융착대 형상의 불안정화 및 중심부 부근에 있어서의 가스 이용률의 저하를 방지하고, 안전 조업과 열 효율의 향상을 도모하기 위해서, 고로의 원료 장입 방법에 있어서, 전체 광석과 전체 코크스를 완전 혼합한 후 노 내에 장입하도록 하고 있다.

일본 공개특허공보 평3-211210호 일본 공개특허공보 2004-107794호 일본 특허공보 소59-10402호

그런데, 융착대의 통기 저항을 개선하기 위해서는, 전술한 특허문헌 3 에 기재된 기술과 같이, 광석층에 코크스를 혼합해 두는 것이 유효하다.

그러나, 특허문헌 3 에 기재된 대표적인 코크스의 평균 입경은 약 40 ㎜ 및 광석의 평균 입경은 약 15 ㎜ 로, 양자의 입경은 대폭적으로 상이하기 때문에, 단순히 혼합한 것만으로는 코크스 사이에 광석이 비집고 들어가 공극률이 대폭적으로 저하되고, 노 내에 있어서 통기성이 악화되어, 가스의 블로아웃이나 원료의 강하 불량 등의 트러블을 발생시킬 가능성이 있다.

이들 트러블을 회피하기 위해서는, 노 축심부 (軸心部) 에 코크스만의 층을 형성하는 방법을 생각할 수 있다. 이 방법에 의하면, 노 축심부에 코크스층에 의한 가스의 통로가 확보되기 때문에, 통기성의 개선이 가능해진다.

그러나, 고로 환원재로서, 우구로부터 미분탄을 대량으로 취입한 조업을 실시하는 경우에는, 미분탄 미연소분량 및 Ore/Coke 비 (광석과 코크스의 질량비) 의 증가에 의해 통기성이 저해되기 때문에, 특히 노벽 주변의 통기성이 대폭적으로 악화되게 되어, 노 축심부만 통기성을 확보해도 노 전체의 통기성은 충분하다고는 할 수 없다. 또, 상기한 바와 같은 저코크스 조업을 실시하는 경우에는, 노 축심부의 코크스층 자체의 형성이 부족한 경우도 있다.

본 발명은, 상기 현상황을 감안하여 개발된 것으로, 비록, 코크스량이 적거나, 미분탄의 대량 취입 조업을 실시하거나 하는 경우에도, 고로 내의 통기성을 확보하여, 고로 조업의 안정화 및 열 효율의 향상을 달성할 수 있는, 고로에 대한 원료 장입 방법에 대해 제안하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 광석류 원료 및 코크스를 혼합한 장입 원료를, 고로 내에 선회 슈트를 통해 장입할 때에,

상기 선회 슈트를 상기 고로의 축 방향에 대해 평균 각도 θ1 로 기울여서 장입 원료 O1 을 공급하고, 이어서 상기 선회 슈트를 상기 평균 각도 θ1 보다 큰 평균 각도 θ2 로 기울여서, 상기 장입 원료 O1 에 혼합시키는 코크스의 입경의 1.1 ∼ 3.0 배의 입경을 갖는 코크스가 혼합된 장입 원료 O2 를 공급하여 원료 장입층을 형성하는 고로에 대한 원료 장입 방법.

여기서, 상기 광석류 원료는, 소결광, 펠릿 및 괴상 광석 등의 총칭이다. 또, 상기 평균 각도는, 다음 식으로 정의된다.

단, θk, i 는 i 바퀴째의 선회 슈트의 고로의 축 방향에 대한 각도이며, k ＝ 1 이 θ1 및 k ＝ 2 가 θ2 를 각각 나타내고 있다.

또한, 상기 1 에서는, 원료 장입층의 형성에 대해 규정하고 있는데, 고로의 전체에 걸친 적층은 코크스층과 장입 원료층을 교대로 겹쳐 쌓아 고로 조업을 실시한다. 또한, 고로 중심부에는, 축 방향으로 연장되는 코크스층을 형성해도 된다.

2. 상기 장입 원료 O2 에 혼합시키는 코크스의 입경은, 상기 장입 원료 O1 에 혼합시키는 코크스의 입경의 1.5 배 이상인 상기 1 에 기재된 고로에 대한 원료 장입 방법.

3. 상기 장입 원료 O1 에 혼합시키는 코크스의 입경은, 동 장입 원료 O1 에 혼합시키는 광석류 원료의 입경의 0.5 ∼ 1.5 배인 상기 1 또는 2 에 기재된 고로에 대한 원료 장입 방법.

본 발명에 의하면, 저코크스량에 의한 조업 및 미분탄의 대량 취입에 의한 조업에 있어서도, 고로 내의 통기성을 확실하게 확보할 수 있기 때문에, 높은 열 효율하에 안정적인 고로 조업이 실현된다.

도 1 은 선회 슈트 방식의 고로를 나타내는 모식도이다.
도 2 는 종래의 원료 장입 상태를 나타내는 모식도이다.
도 3 은 본 발명에 따르는 원료 장입 상태를 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 원료 장입 방법을, 실기 (實機) 의 선회 슈트 방식의 고로에 적용하는 경우의 예에 대해, 도 1 내지 도 3 에 기초하여 설명한다.

도 1 중, 부호 1 은 고로, 2 는 고로 노구부 (爐口部), 3 은 고로 노복부 (爐腹部), 4a ∼ 4c 는 노정 벙커, 5 는 코크스층, 5a 가 중심 코크스층 및 5b 가 주변 코크스층, 6 은 광석류 원료 및 코크스를 혼합한 장입 원료층, 7 은 집합 호퍼, 8 은 벨 레스식 장입 장치, 9 는 선회 슈트, 10 은 우구의 송풍관이다.

또한, 이 예에서는, 노정 벙커 (4a 및 4b) 에는 코크스만이, 또한 노정 벙커 (4c) 에는 광석류 원료만이, 각각 저류되어 있다. 또, 코크스만을 장입한 4a 및 4b 에는, 입경이 상이한 코크스를 저류한다. 그리고, 노정 벙커 (4a 와 4c) 로부터 동시에 내보내고, 동일하게 노정 벙커 (4b 와 4c) 로부터 동시에 내보냄으로써, 광석류 원료 및 코크스를 혼합한 공급을 실시한다. 또한, 코크스 입경이 상이한 혼합층을 형성하는 수법은 상기에 한정되지 않고, 예를 들어 노정 벙커에 원료 등을 운반하는 컨베이어 상에, 미리 광석류 원료 및 코크스를 혼합한 것을 실어 노정 벙커까지 운반하고, 그 혼합물을 1 개의 노정 벙커로부터 공급해도 상관없다.

선회 슈트 방식의 고로에 있어서의 원료 장입은, 선회 슈트 (9) 에 의해 장입 원료와 코크스를 교대로 장입함으로써 실시하고 있고, 노 내에서는 코크스층 (5) 과 장입 원료층 (6) 을 교대로 층상으로 퇴적한다.

여기서, 구체적인 코크스층의 장입 순서의 예로는, 이른바 순 (順) 경동 방식에 의해, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 선회 슈트 (9) 의 원료 장입처를 고로 (1) 의 노벽 내주부로 하고, 코크스만을 장입한 노정 벙커 (4a 또는 4b) 로부터 코크스를 장입함으로써, 노벽 내주부에 주변 코크스층 (5b) 을 형성한다. 이어서, 선회 슈트 (9) 의 원료 장입처를 고로의 축심부로 하여, 노정 벙커 (4a 또는 4b) 로부터 코크스를 장입함으로써, 고로의 축심부에 중심 코크스층 (5a) 을 형성한다.

이렇게 형성한 코크스층 (5) 상에, 장입 원료층 (6) 을 겹쳐 쌓아 형성한다. 종전에는 이 도 2 에 나타내는 바와 같이, 단일한 장입 원료층 (6) 을 형성하고 있었다.

이에 대하여, 본 발명에서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 노정 벙커 (4c) 로부터의 광석류 원료와 노정 벙커 (4a) 로부터의 소입경의 코크스를 동시에 내보냄으로써 혼합한, 장입 원료 O1 을, 노심 (爐心) 측에 공급하여 내측 장입 원료층 (6a) 을 형성한다. 나아가, 노정 벙커 (4c) 로부터의 광석류 원료와 노정 벙커 (4b) 로부터의 장입 원료 O1 의 코크스보다 대입경의 코크스를 동시에 내보냄으로써 혼합한, 장입 원료 O2 를 노벽측에 공급하여 외측 장입 원료층 (6b) 을 형성한다. 이들 내측 장입 원료층 (6a) 및 외측 장입 원료층 (6b) 의 적층으로 장입 원료층 (6) 을 구성한다. 그 때, 상기 장입 원료 O2 에 혼합시키는 코크스의 입경 (DpC2) 과, 장입 원료 O1 에 혼합시키는 코크스의 입경 (DpC1) 의 비 (DpC2/DpC1) 를 1.1 ∼ 3.0 으로 하는 것이 중요하다.

즉, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 선회 슈트 (9) 의 고로의 축 (L) 에 대한 각도를 θ 로 했을 때, 먼저, 선회 슈트 (9) 를 평균 각도 θ1 로 기울여서 노심측에 장입 원료 O1 을 공급하여 내측 장입 원료층 (6a) 을 형성한다. 이어서, 선회 슈트 (9) 를 상기 평균 각도 θ1 보다 큰 평균 각도 θ2 로 기울여서, 혼합 코크스의 입경이 큰 장입 원료 O2 를 공급하여 외측 장입 원료층 (6b) 을 형성한다.

여기서, 선회 슈트 (9) 의 상기 평균 각도 θ1 및 θ2 는, 장입 원료층의 통기성 및 반응성을 확보하는 관점에서, θ2/θ1 을 1.1 ∼ 2.0 으로 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 적층한 장입 원료층 (6) 을 코크스층 (5) 과 교대로 적층 배치함으로써, 고로 내의 통기성을 확실하게 확보할 수 있다. 왜냐하면, 고로 내의 가스 유속은, 노의 중심에서부터 노벽까지 균일하지 않고 분포를 갖고 있기 때문에, 입경이 상이한 코크스를 장입함으로써 통기성을 확보할 수 있기 때문이다. 즉, 고로 우구와 노구를 연결하는 최단 경로에 있는 노벽부는 가스가 흐르기 쉽기 때문에, 그 가스 흐름을 저해하지 않도록, 통기성이 좋은 대입경의 코크스를 장입한다.

특히, 장입 원료 O2 에 혼합시키는 코크스의 입경 (DpC2) 과, 장입 원료 O1 에 혼합시키는 코크스의 입경 (DpC1) 의 비 (DpC2/DpC1) 를 1.1 ∼ 3.0 으로 함으로써, 노심측에 배치되는 장입 원료 O1 에는, 광석의 환원성을 확보하기 위해서 반응성이 높은 작은 입경의 코크스를 퇴적 및 혼합시키는 한편, 장입 원료 O2 에는, 통기성을 향상시키기 위해서 통기 저항이 작은 입경이 큰 코크스를 퇴적 및 혼합시키게 되어, 환원성 및 통기성을 높은 차원으로 양립시킬 수 있다.

즉, 비 (DpC2/DpC1) 가 1.1 미만에서는, 통기 저항이 작은 입경이 큰 코크스를 퇴적 및 혼합할 수 없기 때문에 통기성의 향상 효과가 얻어지지 않는다. 바람직하게는 1.5 이상이다. 한편, 비 (DpC2/DpC1) 가 3.0 을 초과하면, 통기 저항은 작아지지만, 반응성이 더욱 저하되기 때문에, 환원성 향상의 효과가 얻어지지 않는다. 바람직하게는 2.0 이하이다.

또한, 장입 원료 O1 에 혼합시키는 광석류 원료의 입경 (DpO1) 에 대한 장입 원료 O1 에 혼합시키는 코크스의 입경 (DpC1) 의 비 (DpC1/DpO1) 가 0.5 ∼ 1.5 인 것이 바람직하다.

즉, 비 (DpC1/DpO1) 가 0.5 미만에서는, 노 중심부 근방에 작은 입경의 코크스가 혼합되어 통기 저항이 높아지고 고로의 중심부 근방을 흐르는 가스류를 저해할 우려가 있기 때문이다. 한편, 비 (DpC1/DpO1) 가 1.5 를 초과하면, 노심측에 배치되는 장입 원료 O1 에 있어서의 반응성이 작아져 환원성의 향상 효과를 얻는 것이 어려워지기 때문이다. 보다 바람직하게는 1.0 ∼ 1.2 이다.

실시예

도 1 에 나타낸 선회 슈트 방식의 고로 실기에 있어서, 동일 출선비 (出銑比) 로 광석류 원료와 혼합하는 코크스 혼합비를 동일하게 한 후, 장입 원료 O1 및 O2 에서의 DpC2/DpC1, 장입 원료 O1 에서의 DpC1/DpO1 을 표 1 에 나타내는 바와 같이 다양하게 변화시킨 장입 원료 O1 및 O2 를 준비하고, 그것들을 표 1 에 나타내는 선회 슈트의 평균 각도 θ1 및 θ2 로 정하여 고로 내에 장입하는, 각 조업을 실시하였다. 각각의 경우에 있어서의 조업 성적을 조사하였다. 그 조사 결과를 표 1 에 병기한다.

여기서, 출선비는, 고로의 1 일당 출선량 (t/d) 을 노 내 용적 (㎥) 으로 나눈 값이다. 또, 환원재비, 코크스비 및 미분탄비는, 용선 1 t 를 제조할 때에 사용한 환원재량, 코크스량 및 미분탄량 (㎏/t) 이다.

표 1 에 나타내는 바와 같이, 발명예 1 ∼ 9 는, 코크스비가 339 ∼ 353 ㎏/t 의 범위이고, 비교예 1 ∼ 3 의 코크스비 356 ∼ 360 ㎏/t 와 비교하여 저코크스비로 되어 있다. 그러나, 이와 같은 저코크스비의 조업이어도, 통기 저항의 지표인 ΔP/V 를, 비교예 1 ∼ 3 에 있어서의 20.9 ∼ 23.1 의 범위보다, 더욱 낮은 18.3 ∼ 20.8 의 범위로 억제할 수 있었다.

1 : 고로
2 : 고로 노구부
3 : 고로 노복부
4a ∼ 4c : 노정 벙커
5 : 코크스층
5a : 중심 코크스층
5b : 주변 코크스층
6 : 장입 원료층
6a : 내측 장입 원료층
6b : 외측 장입 원료층
7 : 집합 호퍼
8 : 벨 레스식 장입 장치
9 : 선회 슈트
10 : 우구의 송풍관

Claims (3)

1. 광석류 원료 및 코크스를 혼합한 장입 원료를, 고로 내에 선회 슈트를 통해 장입할 때에,
   상기 선회 슈트를 상기 고로의 축 방향에 대해 평균 각도 θ1 로 기울여서 장입 원료 O1 을 공급하고, 이어서 상기 선회 슈트를 상기 평균 각도 θ1 보다 큰 평균 각도 θ2 로 기울여서, 상기 장입 원료 O1 에 혼합시키는 코크스의 입경의 1.1 ∼ 3.0 배의 입경을 갖는 코크스가 혼합된 장입 원료 O2 를 공급하여 원료 장입층을 형성하는 고로에 대한 원료 장입 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 장입 원료 O2 에 혼합시키는 코크스의 입경은, 상기 장입 원료 O1 에 혼합시키는 코크스의 입경의 1.5 배 이상인 고로에 대한 원료 장입 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 장입 원료 O1 에 혼합시키는 코크스의 입경은, 동 장입 원료 O1 에 혼합시키는 광석류 원료의 입경의 0.5 ∼ 1.5 배인 고로에 대한 원료 장입 방법.

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