KR20190064178A - 용선 제조장치 및 용선 제조방법 - Google Patents

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Abstract

제1코크스 및 상기 제1코크스보다 반응성이 낮고, 열간강도가 높은 제2코크스를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 코크스를 고로에 장입시키고, 철광석을 상기 고로에 장입시키는 단계; 및 상기 고로에서 용선을 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 제1코크스 및 제2코크스의 열간강도 차이는 10 내지 32CSR인 용선 제조방법이 소개된다.

Description

용선 제조장치 및 용선 제조방법{MANUFACTURING APPARATUS OF MOLTEN IRON AND MANUFACTURING METHOD OF MOLTEN IRON}
본 발명은 노심 통액성을 확보할 수 있는 용선 제조방법에 관한 것이다.
고로를 이용한 용선 제조 공정은 미분 철광석을 소결광의 형태로 사전 처리 한 후, 코크스와 함께 노상부로 장입하고, 풍구에서 연료 연소를 위한 고온의 공기를 송풍하여 용선을 생산하는 공정으로, 장입되는 코크스와 소결광의 냉간강도 및 열간강도 확보가 안정 조업 및 생산성에 필수적이다.
코크스는 연소를 통해 용선 생산에 필요한 열원을 제공하고, 환원가스를 생성함으로써 철광석을 철로 환원시키는 역할을 한다. 추가적으로, 노하부에서 용융되어 가스의 흐름을 방해하는 철광석과 달리 고체형태를 유지하여 공극을 제공하고, 가스의 유로를 확보하는데 중요한 역할을 한다.
하지만 노내 다량 존재하는 이산화탄소가 코크스와 반응할 경우 코크스의 강도가 저하하는 현상이 일어나는데 반응성이 높은 코크스 일수록 일반적으로 반응 후 강도저하가 심하게 일어난다. 만약 강도 저하에 따라 입도가 작은 코크스가 고로의 노심을 형성하는 경우 노심 공극저하로 인해 용융물이 원활하게 흐르지 못하게 되고, 노심 오염에 따른 조업 불안정을 야기할 수 있다.
한편, 전세계적인 조강생산량 증대 및 연원료 가격 상승에 따라 저가/저품위 연원료를 증사용하여 용선 생산원가를 저감하는 조업 기술이 필수적으로 요구되고 있다. 코크스 생산에 있어서 저가의 미점탄은 점결력이 낮아 코크스 제조 시, 강도를 저하시키는 것으로 알려져 있어 그 사용량이 제한된다.
미점탄 사용량이 늘어날 경우, 특히 반응 후 강도가 크게 저하하는 경향이 있는데 이는 반응성이 증대되는 현상과 함께 발생한다. 따라서 미점탄 배합비를 크게 증가시킬 경우 코크스의 이산화탄소 반응성이 향상되어 샤프트부에서 강도저하 및 분화가 평소보다 크게 발생하고, 노심을 형성하는 코크스의 입경이 줄어드는 현상이 발생할 수 있다. 따라서 미점탄을 다량 사용하는 코크스를 사용함에 있어서 노심 통액성을 확보할 수 있는 방법이 필수적이다.
열간강도 및 반응성이 서로 다른 두 종류의 코크스를 혼합 이용함으로써 고로 내에서 순차적으로 반응이 이루어지도록 하여 통액성을 확보할 수 있는 용선 제조방법을 제공하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 용선 제조방법은 제1코크스 및 상기 제1코크스보다 반응성이 낮고, 열간강도가 높은 제2코크스를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 코크스를 고로에 장입시키고, 철광석을 상기 고로에 장입시키는 단계; 및 상기 고로에서 용선을 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 제1코크스 및 제2코크스의 열간강도 차이는 10 내지 32CSR이다.
상기 혼합하는 단계 이전, 열간강도가 40CRS 이하인 제1코크스를 준비하는 단계; 및 열간강도가 55CRS 이상인 제2코크스를 준비하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1코크스의 반응성은 40CRI 이상이고, 상기 제2코크스의 반응성은 26CRI 이하일 수 있다.
상기 제1코크스 및 제2코크스의 열간강도 표준편차는 9 내지 14일 수 있다.
상기 혼합하는 단계에서, 상기 제1코크스가 15 내지 35 중량%이고, 상기 제2코크스가 65 내지 85 중량%가 되도록 혼합할 수 있다.
상기 제1코크스 및 제2코크스의 반응성 차이는 14CRI 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 용선 제조장치는 제1코크스가 저장되는 제1저장기; 상기 제1코크스보다 반응성이 낮고, 열간강도가 높은 제2코크스가 저장되는 제2저장기; 상기 제1저장기 및 제2저장기로부터 각각 공급되는 제1코크스 및 제2코크스의 혼합이 이루어지는 혼합기; 상기 혼합기로부터 공급되는 혼합된 코크스를 고로로 공급하는 코크스 공급기; 및 상기 고로로 철광석을 공급하는 철광석 공급기;를 포함한다.
열간강도 및 반응성이 서로 다른 두 종류의 코크스를 혼합 이용함으로써 고로 내에서 순차적으로 반응이 이루어지도록 하여 노심코크스의 입경을 확보할 수 있고, 이에 따라 노심 통액성을 확보할 수 있다.
또한, 저가의 미점탄을 활용할 수 있으므로 생산비 절감 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 용선 제조장치를 도식화하여 나타낸 도면이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 용선 제조방법은 제1코크스 및 제1코크스보다 반응성이 낮고, 열간강도가 높은 제2코크스를 혼합하는 단계, 혼합된 코크스를 고로에 장입시키고, 철광석을 고로에 장입시키는 단계 및 고로에서 용선을 제조하는 단계를 포함하며, 제1코크스 및 제2코크스의 열간강도 차이는 10 내지 30CSR이다.
먼저, 혼합하는 단계에서는 상대적으로 반응성이 높은 대신 열간강도가 낮은 제1코크스와, 제1코크스보다 반응성이 낮은 대신 열간강도가 높은 제2코크스를 혼합한다.
일반적으로, 제1코크스와 같이 반응성이 높은 코크스는 로내에서 반응 후, 강도저하가 급격하게 일어나므로 통액성이 저하될 수 있다. 이와 같은 현상을 방지하기 위해 반응성은 상대적으로 낮지만 열간강도가 높은 제2코크스를 혼합시킴으로써 순차적으로 반응이 이루어지도록 하게 하여 통액성을 확보할 수 있다.
반응성은 CSI 단위로 수치화되어 비교할 수 있으며, 열간강도는 CSR 단위로 수치화되어 비교할 수 있다.
제1코크스와 제2코크스의 열간강도 차이가 10 내지 32CSR이 되도록 조절한다. 만약, 제1코크스와 제2코크스의 열간강도 차이가 10 미만일 경우, 그 차이가 너무 작아 통액성의 확보 효과가 미미할 수 있다.
반면, 제1코크스와 제2코크스의 열간강도 차이가 32CSR를 초과할 경우, 제1코크스의 상대적으로 낮은 열간강도로 인해 마모에 의한 분발생이 지나치게 증가하여 고로내 통기성 및 노저 통액성이 악화되는 부작용이 있을 수 있다.
구체적으로, 혼합하는 단계 이전, 열간강도가 40CRS 이하인 제1코크스를 준비하는 단계 및 열간강도가 55CRS 이상인 제2코크스를 준비하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 제1코크스의 반응성은 40CRI 이상이고, 제2코크스의 반응성은 26CRI 이하일 수 있다. 일반적으로, 반응성이 높은 코크스는 반응 후, 강도가 열위한 경향을 보이기 때문이다.
제1코크스를 준비하는 단계에서 저가의 미점탄을 배합하여 반응성은 40CRI 이상이나 열간강도가 40CRS 이하가 되도록 조절할 수 있다. 저가의 미점탄을 활용할 수 있으므로 생산비 절감 효과를 기대할 수 있다.
제2코크스를 준비하는 단계에서 열간강도가 높은 고품위의 원료를 이용함으로써 반응성은 26CRI 이하이나 열간강도가 55CRS 이상이 되도록 조절할 수 있다.
이에 따라 제1코크스 및 제2코크스의 열간강도 표준편차는 9 내지 14일 수 있다. 열간강도 표준편차는 제1코크스 및 제2코크스의 CSR 값을 측정하고, 평균 값을 계산한 다음 각각의 CSR 값 및 평균 값의 차이를 제곱하여 표준편차를 구하는 방식으로 산출할 수 있다.
만약, 열간강도 표준편차가 9 미만일 경우, 편차가 너무 작아 노심 통액성의 확보 효과가 미미할 수 있다.
반면, 열간강도 표준편차가 14를 초과할 경우, 제1코크스의 상대적으로 낮은 열간강도로 인해 마모에 의한 분발생이 지나치게 증가하여 고로내 통기성 및 노저 통액성이 악화되는 부작용이 있을 수 있다.
제1코크스 및 제2코크스의 반응성 차이는 14CRI 이상일 수 있다. 제1코크스 및 제2코크스의 반응성 차이가 14CRI 미만일 경우, 반응성 차이가 크지 않아 고로 내에서 제1코크스와 제2코크스가 순차적으로 반응이 이루어지도록 하여 노심코크스의 입경을 확보하려는 효과가 크지 않을 수 있다.
또한, 제1코크스 및 제2코크스를 혼합하는 단계에서 제1코크스가 15 내지 35 중량%이고, 제2코크스가 65 내지 85 중량%가 되도록 혼합할 수 있다.
만약, 제1코크스가 15 중량% 미만이고, 제2코크스가 85 중량%를 초과할 경우, 제1코크스의 비율이 너무 적어 제2코크스의 CO2 반응이 활발해지므로 노심을 형성하는 제2코크스의 입경저하가 발생할 수 있다. 이에 따라 노저 통액성이 악화될 수 있다.
반면, 1코크스가 35 중량%을 초과하고, 제2코크스가 65 중량% 미만일 경우, 제2코크스의 비율이 너무 적어 노심 공극저하 문제가 발생할 수 있다.
한편, 제1코크스와 제2코크스의 혼합이 이루어지는 bin에 제1코크스 및 제2코크스를 장입하는 과정에서, 균일한 혼합이 이루어질 수 있도록 제1코크스와 제2코크스를 일정량씩 번갈아가면서 장입시킬 수 있다. 또한, 물리적 마모에 의한 분발생이 일어나기 않기 위해 물리적 교반은 수행하지 않는다.
다음으로, 혼합된 코크스를 고로에 장입시키고, 철광석을 고로에 장입시키는 단계에서는 코크스와 철광석을 고로에 장입시켜 고로 조업 준비를 완료한다. 코크스와 고로의 장입순서는 동시에 이루어질 수 있고, 순차적으로 이루어질 수 있으며, 교대로 번갈아 이루어질 수 있다. 그 순서에 구애 받지 않는다.
다만, 혼합된 코크스는 고로에 Stoke level 이하로 장입할 수 있다.
다음으로, 고로에서 용선을 제조하는 단계에서 가열을 통해 용선의 제조가 이루어진다.
용선 제조장치
도 1에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 용선 제조장치는 제1코크스가 저장되는 제1저장기(100), 제1코크스보다 반응성이 낮고, 열간강도가 높은 제2코크스가 저장되는 제2저장기, 제1저장기(100) 및 제2저장기(200)로부터 각각 공급되는 제1코크스 및 제2코크스의 혼합이 이루어지는 혼합기(300), 혼합기(300)로부터 공급되는 혼합된 코크스를 고로(10)로 공급하는 코크스 공급기(400) 및 고로(10)로 철광석을 공급하는 철광석 공급기(500)를 포함한다.
제1저장기(100)는 제1코크스가 저장되며, 제2저장기(200)는 제1코크스보다 반응성이 낮고, 열간강도가 높은 제2코크스가 저장된다. 제1코크스 및 제2코크스에 대한 설명은 상기의 용선 제조방법에 대한 설명으로 대신하기로 한다.
혼합기(300)는 제1저장기(100) 및 제2저장기(200)와 연결되어 제1저장기(100)로부터 제1코크스를 공급받고, 제2저장기(200)로부터 제2코크스를 공급받는다. 공급받은 제1코크스와 제2코크스의 혼합이 이루어지는 장소이다.
코크스 공급기(400)는 혼합기(300)와 연결되어 혼합기(300)로부터 혼합된 코크스를 공급받는다. 또한, 고로(10)와 연결되어 혼합기(300)로부터 공급받은 혼합된 코크스를 고로(10)로 장입시킨다.
철광석 공급기(500)는 고로(10)와 연결되어 철광석을 고로(10)로 장입시킨다. 여기서 철광석은 용선을 제조함에 있어서 원료가 되는 물질을 의미하며, 가공이 이루어지지 않은 철광석 자체만을 의미하는 것이 아니라, 소결광이나 환원철 등 가공이 이루어진 원료물질도 포함되는 개념이다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실험예
[코크스의 열간강도 차이에 따른 효과 상의 차이]
하기의 표 1과 같이 열간강도 차이를 달리하여 코크스를 마련하되, 평균입도 약 20mm의 코크스 200g을 마련하였다. 비교예 1은 열간강도 차이가 0인, 즉 한 종류의 코크스만을 이용하였다.
구분 Coke
열간강도		 Coke
혼합비(%)		 Coke
반응성(CRI)		 평균 CSR 열간강도
표준편차
비교예 1 52.93 100 29.77 52.93 0
실시예 1 36.35 25 40.79 52.75 9.5
58.22 75 25.49
실시예 2 30.02 25 43.75 53.68 13.7
61.57 75 25.42
비교예 2 29.02 25 44.56 54.09 14.5
상기 표 1과 같이 마련한 코크스를 혼합하였다. 이후, 1100℃의 분위기에서 2시간 동안 반응시켰다. CO2 반응 후, 잔존한 코크스를 I형 강도 측정기에서 600 회전하여 분화를 거친 코크스를 회수한 다음, 입도 선별을 통해 15mm 이상의 크기를 가지는 코크스의 무게비를 측정하였다. 무게비는 15mm 이상의 코크스 무게를 반응 후 코크스 전체 무게로 나누어 산출 하였다.
산출 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
구분 샘플 열간강도 표준편차 15mm이상 비율(%)
비교예 1 0 39.3
실시예 1 9.5 48
실시예 2 13.7 43.4
비교예 2 14.5 40.5
상기의 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 서로 다른 두 가지의 반응성과 열간강도를 가진 코크스를 혼합하되, 코크스 간의 열간강도 차이를 10 내지 32CSR로 제어한 실시예 1 및 실시예 2는 CO2 반응 후, 15mm 이상 입자가 큰 코크스 비율이 43% 이상인 것을 알 수 있다.
반면, 한 종류의 코크스만을 이용한 비교예 1이나 코크스 간의 열간강도 차이가 32CSR를 초과한 비교예 2의 경우, CO2 반응 후, 15mm 이상 입자가 큰 코크스 비율이 실시예들에 비해 낮은 것을 확인할 수 있었다.
이와 같은 실험예로부터 본 발명에 의해 고로내에서 노심을 형성하는 코크스의 입도를 증대시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 구현예 및/또는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 고로
100: 제1저장기 200: 제2저장기
300: 혼합기 400: 코크스 공급기
500: 철광석 공급기

Claims (7)

  1. 제1코크스 및 상기 제1코크스보다 반응성이 낮고, 열간강도가 높은 제2코크스를 혼합하는 단계;
    상기 혼합된 코크스를 고로에 장입시키고, 철광석을 상기 고로에 장입시키는 단계; 및
    상기 고로에서 용선을 제조하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1코크스 및 제2코크스의 열간강도 차이는 10 내지 32CSR인 용선 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계 이전,
    열간강도가 40CRS 이하인 제1코크스를 준비하는 단계; 및
    열간강도가 55CRS 이상인 제2코크스를 준비하는 단계;를 더 포함하는 용선 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1코크스의 반응성은 40CRI 이상이고, 상기 제2코크스의 반응성은 26CRI 이하인 용선 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1코크스 및 제2코크스의 열간강도 표준편차는 9 내지 14인 용선 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계에서,
    상기 제1코크스가 15 내지 35 중량%이고, 상기 제2코크스가 65 내지 85 중량%가 되도록 혼합하는 용선 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1코크스 및 제2코크스의 반응성 차이는 14CRI 이상인 용선 제조방법.
  7. 제1코크스가 저장되는 제1저장기;
    상기 제1코크스보다 반응성이 낮고, 열간강도가 높은 제2코크스가 저장되는 제2저장기;
    상기 제1저장기 및 제2저장기로부터 각각 공급되는 제1코크스 및 제2코크스의 혼합이 이루어지는 혼합기;
    상기 혼합기로부터 공급되는 혼합된 코크스를 고로로 공급하는 코크스 공급기; 및
    상기 고로로 철광석을 공급하는 철광석 공급기;를 포함하는 용선 제조장치.
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