KR20210022380A - 함수소 가스 취입에 따른 고로 조업 예측모델 생성 방법 및 이를 수행하는 시스템 - Google Patents

함수소 가스 취입에 따른 고로 조업 예측모델 생성 방법 및 이를 수행하는 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 함수소 가스 취입에 따른 고로 조업 예측모델 생성 시스템은, 수소 포함 환원가스와 철광석이 반응하여 환원철로 환원되는 환원반응이 이루어지는반응관, 함수소 가스 미취입 시의 고로조업조건 및 설정된 수소 취입량에 기초하여, 상기 반응관에 대한 상기 연원료의 장입 및 상기 환원가스의 취입량을 제어하며, 환원반응이 진행 중인 상기 반응관 내부의 서로 다른 높이에 대응하는 온도정보들 및 가스조성정보들을 획득하고, 상기 온도정보들 및 상기 가스조성정보들을 분석하여 상기 반응관 내에서의 환원효율, 물질 밸런스 및 열 밸런스를 산출하고, 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스에 기초하여, 상기 수소 취입량에 대응하는 적정 풍구 취입조건 및 환원지표를 예측하는 환원반응 분석장치, 및 상기 수소 취입량에 대응하는 상기 적정 풍구 취입조건 및 상기 환원지표에 기초하여, 고로 조업 시 수소 취입량 별 적정 풍구 취입 조건 및 환원지표 변화를 가이드하는 예측모델을 생성하는 예측모델 생성장치를 포함할 수 있다.

Description

함수소 가스 취입에 따른 고로 조업 예측모델 생성 방법 및 이를 수행하는 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR GENERATING BLAST FURNACE OPERATING PREDICTION MODEL ACCORDING TO HYDROGEN-CONTAINING GAS INJECTION}
본 발명의 실시 예는 함수소 가스 취입에 따른 고로 조업 예측모델 생성 방법 및 이를 수행하는 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 고로(blast furnace) 조업을 통해 생성되는 용선은 고로 내에서 연료인 코크스(cokes)와 산소의 반응을 통해 생산된 일산화탄소(CO)를 이용하여 자연산의 철광석을 환원시킴으로써 만들어진다. 즉, 고로의 하부에서 코크스와 산소의 반응으로 발생한 환원가스는 노 내를 상승하면서 장입된 철광석과 접촉하고, 환원가스와의 접촉으로 열을 전달 받은 철광석은 용선으로 용융 및 환원된다.
최근, 코크스로가스(coke oven gas, COG), 천연가스(natural gas, NG) 등 수소를 함유한 가스(이하, '함수소 가스'라 명명하여 사용함)를 고로의 풍구를 통해 취입하여 새로운 환원제로 사용하는 방식이 제안되었다. 함수소 가스를 환원제로 사용할 경우, 고로 내 보쉬(bosh) 영역의 가스 조성 중 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 함량 변화를 야기하여 종래 대비 고로 내부의 주요 반응이 크게 변화한다. 특히, 고로 내 철광석의 간접환원반응에 수소가 첨가되는 경우, 괴상대(lump zone) 장입물 전체의 간접환원반응 속도가 변화하고, 이로 인해 간접환원대를 통과(하강)하는 장입물의 환원율이 변화하여 고로 내 전체 열 및 물질 밸런스에 영향을 미치게 된다.
함수소 가스의 취입량에 따른 괴상대에서의 간접/직접환원효율은, 노내 물질(탄소, 수소, 산소 등), 열 수지 결정에 중요한 영향을 미치는 인자이다. 함수소 가스의 취입량에 따른 고로 내 열 및 물질 밸런스의 변화를 예측하는 것은, 고로 조업에서의 적정 취입조건(수소 취입량별 필요한 송풍량, 산소 부화량, 미분탄 취입량 등)을 결정하는데 필요한 지침을 제공할 수 있으며, 환원지표 변화를 조기에 예측할 수 있도록 하여 수소계와 탄소계 환원제 간의 적정 사용량을 도출하고, 안정적인 조업을 위해 조업자들이 능동적인 의사결정을 할 수 있도록 도움을 줄 수 있다.
따라서, 안정적인 고로 조업을 위해서는 함수소 가스의 취입량에 따른 괴상대에서의 간접/직접환원효율을 정확하게 예측할 필요가 있으나, 다양한 문제로 인해 아직까지 함수소 가스의 취입량에 따른 괴상대에서의 환원효율을 예측하기 위한 방법이 제시되지 못한 상태이다.
본 발명의 실시 예를 통해 해결하려는 과제는 함수소 가스 취입 시 수소 취입량 별로 고로 조업에 필요한 송풍량, 산소 부화량, 미분탄 취입량 등을 도출하고, 환원지표 변화를 예측할 수 있는 예측모델을 제공하는 고로 조업 예측모델 생성 방법 및 이를 수행하는 시스템에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 함수소 가스 취입에 따른 고로 조업 예측모델 생성 시스템은, 수소 포함 환원가스와 철광석이 반응하여 환원철로 환원되는 환원반응이 이루어지는반응관, 함수소 가스 미취입 시의 고로조업조건 및 설정된 수소 취입량에 기초하여, 상기 반응관에 대한 연원료의 장입 및 상기 환원가스의 취입량을 제어하며, 환원반응이 진행 중인 상기 반응관 내부의 서로 다른 높이에 대응하는 온도정보들 및 가스조성정보들을 획득하고, 상기 온도정보들 및 상기 가스조성정보들을 분석하여 상기 반응관 내에서의 환원효율, 물질 밸런스 및 열 밸런스를 산출하고, 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스에 기초하여, 상기 수소 취입량에 대응하는 적정 풍구 취입조건 및 환원지표를 예측하는 환원반응 분석장치, 및 상기 수소 취입량에 대응하는 상기 적정 풍구 취입조건 및 상기 환원지표에 기초하여, 고로 조업 시 수소 취입량 별 적정 풍구 취입 조건 및 환원지표 변화를 가이드하는 예측모델을 생성하는 예측모델 생성장치를 포함할 수 있다.
상기 시스템에서, 상기 고로조업조건은, 고로 내로 장입되는 연원료의 장입조건, 상기 고로의 용선 생산과 관련된 생산조건, 및 상기 고로의 풍구에 대한 풍구 취입조건을 포함할 수 있다.
상기 환원가스 취입량은, 상기 풍구를 통해 상기 수소 취입량이 추가 투입되는 경우에 대해, 상기 고로의 보쉬(bosh)부에서의 가스 조성 범위를 고려하여 산출될 수 있다.
상기 환원반응 분석장치는, 상기 가스조성정보들을 분석하여 상기 반응관 내에서의 환원가스 이용률을 획득하고, 상기 환원가스 이용률, 상기 환원가스의 조성, 및 상기 환원가스 취입량에 기초하여 상기 반응관 내에서의 간접환원효율 및 직접환원효율을 획득할 수 있다.
상기 환원반응 분석장치는, 상기 간접환원효율 및 상기 직접환원효율에 기초하여 상기 반응관 내에서의 물질 밸런스를 획득할 수 있다.
상기 환원반응 분석장치는, 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스가 경계조건을 만족하지 못하면, 상기 풍구 취입조건을 조정하여 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스를 재산출하며, 재산출된 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스가 상기 경계조건을 만족하면, 조정된 상기 풍구 취입조건을 상기 적정 풍구 취입조건으로 설정할 수 있다. 상기 풍구 취입조건은, 송풍량, 산소 부화량, 및 미분탄 취입량을 포함할 수 있다.
상기 환원반응 분석장치는, 상기 수소 취입량의 설정이 변경될 때마다, 상기 반응관 내로 취입되는 환원가스 취입량을 조정하고, 상기 반응관 내부로 취입되는 환원가스 취입량이 변경될 때마다, 상기 온도정보들 및 상기 가스조성정보들을 분석하여 상기 변경된 수소 취입량에 대응하는 상기 적정 풍구 취입조건 및 상기 환원지표를 획득할 수 있다. 상기 예측모델 생성장치는, 상기 분석부로부터 수소 취입량 별로 상기 적정 풍구 취입조건 및 상기 환원지표를 수신하여 상기 예측모델을 생성할 수 있다.
상기 환원반응 분석장치는, 상기 온도정보들 및 상기 가스조성정보들로부터 상기 수소 취입량에 대응하는 환원효율, 물질 밸런스 및 열 밸런스를 산출하는 계산 모델을 수립하고, 상기 계산 모델을 이용하여 수소 취입량 별로 적정 풍구 취입 조건 및 환원지표를 획득할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 함수소 가스 취입에 따른 고로 조업 예측모델 생성 방법은, 함수소 가스 미취입 시의 고로조업조건 및 설정된 수소 취입량에 기초하여, 환원가스 취입량을 결정하는 단계, 상기 고로조업조건 및 상기 환원가스 취입량을 토대로 반응관 내부로 연원료 및 환원가스를 공급하여, 상기 반응관의 내부에서 환원반응을 발생시키는 단계, 상기 반응관 내부의 서로 다른 높이에 설치된 복수의 온도센서를 통해, 상기 반응관 내부의 온도 프로파일을 획득하는 단계, 상기 반응관 내부의 서로 다른 높이의 가스조성정보들을 획득하는 단계, 상기 온도 프로파일 및 상기 가스조성정보들을 분석하여 상기 반응관 내에서의 환원효율, 물질 밸런스 및 열 밸런스를 산출하는 단계, 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스에 기초하여, 상기 수소 취입량에 대응하는 적정 풍구 취입조건 및 환원지표를 예측하는 단계, 및 상기 수소 취입량에 대응하는 상기 적정 풍구 취입조건 및 상기 환원지표에 기초하여, 고로 조업 시 수소 취입량 별 적정 풍구 취입 조건 및 환원지표 변화를 가이드하는 예측모델을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법에서, 상기 고로조업조건은, 고로 내로 장입되는 연원료의 장입조건, 상기 고로의 용선 생산과 관련된 생산조건, 및 상기 고로의 풍구에 대한 풍구 취입조건을 포함할 수 있다.
상기 결정하는 단계는, 상기 풍구를 통해 상기 수소 취입량이 추가 투입되는 경우에 대해, 상기 고로의 보쉬(bosh)부에서의 가스 조성 범위를 고려하여 상기 환원가스 취입량을 결정할 수 있다.
상기 산출하는 단계는, 상기 가스조성정보들을 분석하여 상기 반응관 내에서의 환원가스 이용률을 획득하는 단계, 및 상기 환원가스 이용률, 상기 환원가스의 조성, 및 상기 환원가스 취입량에 기초하여 상기 반응관 내에서의 간접환원효율 및 직접환원효율을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산출하는 단계는, 상기 간접환원효율 및 상기 직접환원효율에 기초하여 상기 반응관 내에서의 물질 밸런스를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 예측하는 단계는, 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스가 경계조건을 만족하지 못하면, 상기 풍구 취입조건을 조정하여 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스를 재산출하는 단계, 및 재산출된 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스가 상기 경계조건을 만족하면, 조정된 상기 풍구 취입조건을 상기 적정 풍구 취입조건으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 풍구 취입조건은, 송풍량, 산소 부화량, 및 미분탄 취입량을 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 예측모델에 포함되는 수소 취입량 별 적정 풍구 취입 조건 및 환원지표 변화를 획득하기 위해, 상기 수소 취입량을 변경하며, 상기 환원가스 취입량을 결정하는 단계, 상기 반응관의 내부에서 환원반응을 발생시키는 단계, 상기 온도 프로파일을 획득하는 단계, 상기 가스조성정보들을 획득하는 단계, 상기 반응관 내에서의 환원효율, 물질 밸런스 및 열 밸런스를 산출하는 단계, 및 상기 적정 풍구 취입조건 및 환원지표를 예측하는 단계를 재수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 산출하는 단계, 및 상기 예측하는 단계를 수행하는 과정에서, 상기 반응관으로부터 획득된 상기 온도 프로파일 및 상기 가스조성정보들로부터 상기 수소 취입량에 대응하는 환원효율, 물질 밸런스 및 열 밸런스를 산출하는 계산 모델을 수립하는 단계, 및 상기 계산 모델을 이용하여 상기 예측모델에 포함되는 수소 취입량 별로 적정 풍구 취입 조건 및 환원지표를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 고로 조업에서 함수소 가스 취입 시 수소 취입량 별로 적정 취입조건(수소 취입량별 필요한 송풍량, 산소 부화량, 미분탄 취입량 등)을 결정하는데 필요한 지침을 제공할 수 있으며, 환원지표 변화를 조기에 예측할 수 있도록 하여 수소계와 탄소계 환원제 간의 적정 사용량을 도출하고, 안정적인 조업을 위해 조업자들이 능동적인 의사결정을 할 수 있도록 도움을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 함수소 가스 취입 시뮬레이션 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반응기를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 환원반응 분석장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 실시 예에 따른 환원반응 분석장치에 의해 획득된 반응관 내부의 온도 프로파일의 일 예를 도시한 것이다.
도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 환원반응 분석장치에 의해 획득된 반응관 내부의 가스 조성의 일 예를 도시한 것이다.
도 4c는 본 발명의 실시 예에 따른 환원반응 분석장치에 의해 획득된 반응관 내부의 노정가스 이용률의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 함수소 가스 취입 시물레이션 시스템의 함수소 가스 취입에 따른 고로 조업 예측모델 생성 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 함수소 가스 취입 시뮬레이션 시스템 및 그 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 함수소 가스 취입 시뮬레이션 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 함수소 가스 취입 시뮬레이션 시스템(1)은, 반응기(reaction tube, 10), 환원반응 분석장치(20), 예측모델 생성장치(30), 및 예측모델 데이터베이스(40)를 포함할 수 있다.
반응기(10)는 고로의 괴상대(lump zone)에서의 환원반응을 모사하기 위한 것이다. 괴상대는, 고로의 상부로부터 장입된 연원료(철광석(소결광), 코크스(cokes))가 입자 사이를 상승하는 환원가스(일산화탄소 및 수소)에 의해 가열되면서 아래로 이동하는 영역이다. 괴상대에서는 철광석이 환원가스(일산화탄소 및 수소)에 의해 금속철(환원철)로 환원된다.
도 2는 도 1의 반응기를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 반응기(10)는 내부에 환원반응이 이루어지는 공간이 형성된 반응관(11)을 포함할 수 있다. 반응관(11)의 상부로는 연원료(철광석(소결광), 코크스(cokes))가 장입되어, 반응관(11) 내부의 공간으로 유동할 수 있다. 또한 반응관(11)의 하부에 위치하는 가스 취입구(12)를 통해서는 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함하는 환원가스가 반응관(11) 내부로 취입될 수 있다.
반응관(11) 내부로 취입된 환원가스는 반응관(11) 내에서 상승하며 반응관(11)으로 장입된 철광석과 접촉하고, 고온의 환원가스와의 접촉으로 열을 전달 받은 철광석은 금속철(환원철)로 환원된다.
반응관(11) 내에서 환원된 고체 상태의 금속철(환원철)은 반응관(11) 하부의 배출구(14)를 통해 반응관(11) 외부로 연속 배출될 수 있다. 반응관(11)은 고로의 괴상대를 모사한 것인 바, 반응관(11) 외부로 배출되는 것은 용선이 아닌 고체 상태의 금속철(환원철)일 수 있다.
반응관(11) 내부에는 복수의 온도센서(13a)가 설치될 수 있다. 복수의 온도센서(13a)는 반응관(11) 내부에서 수직방향의 온도 프로파일(profile)을 획득하기 위한 것으로서, 반응관(11) 내부의 서로 다른 높이에 설치될 수 있다.
한편, 복수의 온도센서(13b)가 반응관(11) 외부에도 배치될 수 있다. 복수의 온도센서(13b)는 반응관(11) 외벽의 온도를 측정하기 위한 것으로서, 서로 다른 높이에 설치될 수 있다. 복수의 온도센서(13b) 중 일부는 그 설치 높이가 반응관(11) 내부의 온도센서들(13a)의 설치 높이에 각각 대응할 수 있다.
반응관(11) 외부에는 반응관(11)의 열 제어를 위한 히터(15)가 배치되며, 반응관(11)의 외벽과 히터(15) 사이에는 단열을 위한 단열재(insulator, 16)가 추가로 배치될 수 있다.
히터(15) 및 단열재(16)는 반응관(11) 내부를 단열상태와 유사하게 유지하기 위한 것이다. 단열재(16)는 반응관(11) 내부의 열이 반응관(11) 외부로 발산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 히터(15)는 온도센서들(13a, 13b)의 측정 결과에 기초하여 반응관(11)의 내부 온도와 외벽 온도 간의 차이가 소정치 이상이면, 특히, 반응관(11) 내부 온도가 반응관(11) 외벽 온도에 비해 소정치 이상 높으면, 반응관(11) 외벽을 가열하여 온도 차를 보상해줄 수 있다. 반응관(11) 외벽의 온도가 반응관(11) 내부 온도보다 소정치 이상 낮은 경우, 온도 차로 인해 반응관(11) 내부의 열이 반응관(11) 외부로 빠져나갈 수 있다. 따라서, 히터(15)는 반응관(11) 내부를 단열상태와 유사하게 유지하기 위해, 반응관(11) 내부 온도가 반응관(11) 외벽 온도에 비해 소정치 이상 높으면, 반응관(11) 외벽을 가열하여 온도 차를 보상해 준다.
반응관(11)은 서로 다른 높이에서 반응관(11) 내부의 가스를 샘플링하기 위한 복수의 가스 샘플링 관(17)을 더 포함할 수 있다. 가스 샘플링 관(17)은 반응관(11)의 외벽을 관통하도록 설치되어, 반응관(11) 내부의 가스를 반응관(11)의 외부의 가스정보 획득부(도 2의 도면부호 24 참조)로 전달할 수 있다.
다시, 도 1을 보면, 환원반응 분석장치(20)는 반응기(10)를 이용한 괴상대 시뮬레이션을 제어하고, 반응기(10)로부터 획득되는 정보들을 이용하여 고로조업조건에 따른 환원가스 취입량, 특히 수소가스 취입량을 획득할 수 있다.
도 3은 도 1의 환원반응 분석장치를 개략적으로 도시한 것이다. 또한, 도 4a는 도 3의 환원반응 분석장치(20)에 의해 반응기(10)의 반응을 분석하여 획득된 온도 프로파일의 일 예를 도시한 것이고, 4b는 도 3의 환원반응 분석장치(20)에 의해 반응관(11) 내부의 환원반응을 분석하여 획득된 가스 조성의 일 예를 도시한 것이며, 도 4c는 도 3의 환원반응 분석장치(20)에 의해 반응관(11) 내부의 환원반응을 분석하여 획득된 노정가스 이용률의 일 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 환원반응 분석장치(20)는, 설정부(21), 시뮬레이션 제어기(22), 온도정보 획득부(23), 가스정보 획득부(24), 및 분석부(25)를 포함할 수 있다.
설정부(21)는 초기 고로조업조건을 설정하고, 이를 토대로 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)가 포함된 환원가스의 반응관(11) 내 취입량을 설정할 수 있다.
설정부(21)는 함수소 가스가 미취입되는 통상적인 고로 조업의 고로조업조건(이하, STD 조업조건이라 명명하여 사용함)을 초기 고로조업조건으로 설정할 수 있다. STD 조업조건은, 연원료 장입조건을 포함할 수 있다. 연원료 장입조건은, 철광석, 코크스, 부원료 등 고로 상부로 장입되는 연원료의 장입조건을 나타내며, 철광석량(철광석비), 코크스량(코크스비) 등을 포함할 수 있다. STD 조업조건은, 용선의 생산과 관련된 생산조건을 더 포함할 수 있다. 생산조건은, 용선의 출선량(출선비), 슬래그 발생량, 더스트 배출량 등을 포함할 수 있다. STD 조업조건은, 풍구 취입조건을 더 포함할 수 있다. 풍구 취입조건은, 송풍량, 풍온, 산소 부화량, 미분탄 취입량(미분탄비), 조습량 등을 포함할 수 있다.
설정부(21)는 초기 고로조업조건으로 STD 조업조건이 설정되면, 이에 기초하여 성분별 입량 및 출량, 및 원소별 물질 밸런스를 산출하고, 주요 반응(3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2, Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2, FeO + CO → Fe + CO2)을 고려한 고로 내 열 밸런스를 산출할 수 있다. 그리고, 이에 기초하여, 함수소 가스가 풍구를 통해 추가 취입되는 경우에 대해, 풍구를 통해 고로 내로 추가 투입할 수소 취입량을 결정하고, 이에 대응하는 함수소 가스 예를 들어, COG 가스, NG 가스 등) 취입량을 절정할 수 있다. 설정부(21)는 함수소 가스 취입량이 결정되면, 이로부터 함수소 가스에 포함된 원소별(탄소(C) 가스, 수소(H) 가스, 산소(O) 가스, 및 질소(N)) 취입량을 각각 획득할 수 있다. 그리고, 설정된 함수소 가스 취입량이 전술한 STD 조업조건에서 고로의 송풍구로 추가 취입되는 경우에 대해, 보쉬(bosh)부에서의 가스 조성 범위를 추정하고, 이에 기초하여 고로 내 괴상대로 유입되는 환원가스(CO+H2)의 량을 추정할 수 있다.
설정부(21)는 이렇게 추정된 환원가스(CO+H2) 량에 기초하여, 반응관(11) 하부의 가스 취입구(12)를 통해 취입될 환원가스 취입량을 설정할 수 있다.
시뮬레이션 제어기(22)는 반응기(10)를 이용한 시뮬레이션이 개시되면, 연원료(철광석 및 코크스)가 반응관(11) 상부로 연속 장입되도록 연원료 호퍼(미도시) 등을 제어할 수 있다. 이 때, 연원료의 장입은 전술한 STD 조업조건에 포함된 장입조건에 기초하여 제어될 수 있다.
시뮬레이션 제어기(22)는 반응기(10)를 이용한 시뮬레이션이 개시되면, 설정부(21)에 의해 설정된 환원가스(CO+H2) 취입량에 기초하여, 환원가스를 반응관(11) 내부로 전달하는 밸브(미도시) 등을 조절함으로써 반응관(11) 내부로 취입되는 환원가스량을 조절할 수 있다.
시뮬레이션 제어기(22)는 반응기(10)를 이용한 시뮬레이션이 개시되면, 시뮬레이션 초기에는 반응관(11) 내부의 온도가 원하는 온도 조건을 만족하도록 히터(15)를 제어하여 반응관(11)을 가열할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 중에는 반응관(11) 내/외부에 배치된 온도센서(13a, 13b)들의 온도측정결과에 기초하여, 반응관(11)이 단열상태를 유지하도록 히터(15)의 동작을 제어할 수도 있다.
온도정보 획득부(23)는 시뮬레이션 제어기(22)에 의해 반응기(10)를 이용한 시뮬레이션이 개시되면, 반응관(11) 내부에 설치된 온도센서(13a)들을 통해 반응관(11) 내부의 높이에 따른 온도정보를 지속적으로 획득하고, 이들을 이용하여 도 4a에 일 예로 도시한 바와 같이, 반응관(11)의 수직방향 즉, 높이에 따른 온도정보를 포함하는 온도 프로파일을 획득할 수 있다.
가스정보 획득부(24)는 가스 샘플링 관(17)을 통해 반응관(11) 내부의 가스를 위치 별로(상부, 중부, 하부) 샘플링하고, 샘플링된 가스의 조성을 분석하여, 도4b에 일 예로 도시한 바와 같이, 반응관(11) 내부의 높이에 따른 가스조성정보를 획득할 수 있다. 도 4b는 반응관(11) 상부에서 획득되는 가스조성의 일 예를 도시한 것이다.
분석부(25)는 가스정보 획득부(24)를 통해 획득된 반응관(11) 내부의 위치별(상부, 중부, 및 하부의) 가스정보(가스조성정보)에 기초하여, 간접환원 반응 후 노정가스로 배출되는 잔여 가스(CO+H2)량(이하, '노정가스 발생량'이라 명명하여 사용함)을 도출할 수 있다.
반응관(11) 내에 취입된 환원가스(CO+H2)는 철광석(철산화물)(FeO)과 만나 간접환원에 이용되고, 간접환원 반응 후 남은 잔여 가스(노정가스)는 상부로 배출된다. 이때, 간접환원 반응에 의해 환원가스에 포함된 일산화탄소(CO) 가스 및 수소(H2) 가스가 얼만큼 이산화탄소(CO2) 가스와 수증기(H2O) 변환되는지는, 반응관(11) 내부의 가스조성을 분석하여 알 수 있다.
따라서, 분석부(25)는 가스정보 획득부(24)에 의해 획득된 가스조성정보들을 분석하여 반응관(11) 내부에서의 노정가스 이용률을 도출할 수 있다. 도 4c는 분석부(25)가 반응관(11) 내부의 가스조성정보로부터 도출한 노정가스 이용률의 일 예를 도시한 것이다. 즉, 분석부(25)는 가스조성정보들을 분석하여, 일산화탄소 가스(CO), 수소 가스(H2), 및 환원가스(CO+H2) 이용률을 아래와 같이 산출할 수 있다.
일산화탄소(CO) 가스이용률(%) = CO2/(CO+CO2) ×100
수소(H2) 가스이용률(%)= H2O/(H2+H2O) ×100
환원가스(CO+H2) 이용률(%)= (CO2+H2O)/(CO+CO2+H2+H2O) ×100
또한, 분석부(25)는 전술한 바와 같이 획득된 노정가스 이용률과 반응관(11) 내부로 취입된 환원가스의 조성 및 전체 취입량에 기초하여, 반응관(11) 내부에서의 환원효율(직접/간접환원효율)을 획득할 수 있다. 여기서, 반응관(11) 내부로 취입되는 환원가스의 조성 및 전체 취입량은 반응기(10)의 시뮬레이션 제어 과정에서 시뮬레이션 제어기(22)에 의해 획득이 가능하다.
분석부(25)는 노정가스 이용률에 기초하여 반응관(11) 내부로 장입된 환원대상 즉, 철광석(FeO)들에 포함된 산소의 총량으로부터 환원가스에 의해 간접환원된 산소량을 산출하고, 이에 기초하여 간접환원효율을 도출할 수 있다. 분석부(25)는 반응관(11) 내로 장입되는 철광석들의 총 장입량으로부터 철광석들에 포함된 산소의 총량을 도출할 수 있다. 또한, 분석부(25)는 철광석에 포함된 산소의 총량과 노정가스 이용률에 기초하여, 철광석에 포함된 산소들 중 반응관(11) 내부로 취입된 환원가스와 반응한 양을 추정할 수 있으며, 이로부터 간접환원효율을 도출할 수 있다. 간접환원효율을 도출하는 과정에서, 분석부(25)는 수소 밸런스를 도출할 수도 있다.
또한, 분석부(25)는 반응관(11) 내부로 장입된 철광석의 장입량 및 노정가스 이용률에 기초하여 직접환원효율을 도출할 수도 있다. 철광석의 직접환원은 FeO+C=Fe+CO와 같이, 탄소의 직접 접촉에 의한 환원반응과, C+CO2=2CO 및 FeO+CO=Fe+CO2의 동시 발생에 의한 총괄 반응으로 이해될 수 있다. 따라서, 분석부(25)는 반응관(11)으로 장입된 철광석에 포함된 산소의 총량과, 이 중 간접환원에 의해 제거된 산소량에 기초하여 직접환원에 의해 제거된 산소량을 도출할 수 있으며, 이에 기초하여 직접환원효율을 도출할 수 있다.
분석부(25)는 직접환원효율이 획득되면, 이에 기초하여 반응관(11) 내부에서 직접환원반응에 의해 손실된 탄소량(솔루션 손실(solution loss)된 탄소량)을 산출할 수 있다. 분석부(25)는 직접환원에 의해 손실된 탄소량이 산출되면, 이에 기초하여 반응(3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2, Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2, FeO + CO → Fe + CO2) 별로 반응관(11) 내에서 가스화된 탄소량을 산출하고, 이로부터 탄소 밸런스를 도출할 수 있다.
분석부(25)는 탄소 밸런스를 도출하는 과정에서, 각 반응 별 가스화된 탄소량으로부터, 송풍 및 산소 부화에 의해 가스화된 탄소량을 도출할 수 있으며, 이로부터 송풍 및 산소 부하량에 의해 공급되어야 하는 산소량 및 산소 밸런스가 도출될 수 있다.
또한, 분석부(25)는 전술한 분석 과정에서 반응관(11) 내부의 주요 반응에 대한 주요 반응열, 현열 등을 산출하고, 이를 토대로 고로 전체에 대한 열 밸런스(입/출열 밸런스)를 도출할 수도 있다.
분석부(25)는 전술한 바와 같이 반응관(11) 내에서의 환원반응을 분석하여 노정가스 이용률, 간접/직접환원효율, 물질(수소/탄소/산소) 밸런스가, 및 열 밸런스가 정량화되면, 이로부터 고로 내 환원지표(노정가스 이용률, 간접/직접환원효율, 물질(수소/탄소/산소) 밸런스가, 및 열 밸런스)를 예측할 수 있다. 즉, 분석부(25)는 반응관(11) 내부의 환원반응을 분석하여 고로 내 환원지표(노정가스 이용률, 간접/직접환원효율, 물질(수소/탄소/산소) 밸런스가, 및 열 밸런스)를 정량화할 수 있다.
분석부(25)는 환원지표가 정량화되면, 환원지표가 경계조건을 만족하는지 판단할 수 있다. 여기서, 경계조건은, 케이스 별로 달라질 수 있다. 예를 들어, 경계조건은 보쉬에서의 가스 체적(gas volume)이 전술한 STD 조업조건으로 고로 조업 시의 보쉬에서의 가스 체적과 유사하게 유지될 것, 보쉬 가스 중 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)의 함량이 STD 조업조건으로 고로 조업 시의 함량 이상을 유지할 것, 풍구의 이론연소온도가 설정치(예를 들어, 2150℃) 이상일 것, 입/출열 열 밸런스가 정해진 범위 내에 있을 것 등을 포함할 수 있다.
분석부(25)는 정량화된 환원지표가 경계조건을 만족하지 못할 경우, 이전에 설정된 조업조건(STD 조업조건) 중 풍구 취입조건을 조정하며 경계조건을 만족시키는 풍구 취입조건(송풍량, 산소 부화량, 미분탄 취입량 등)을 도출하는 과정을 수행할 수 있다. 즉, 분석부(25)는 풍구 취입조건을 조정하고, 조정된 풍구 취입조건에 따라 환원지표를 다시 산출하며, 다시 산출된 환원지표가 경계조건을 만족시키는지 확인하는 과정을 반복적으로 수행함으로써, 경계조건을 만족시키는 풍구 취입조건을 도출할 수 있다.
분석부(25)는 경계조건을 만족시키는 풍구 취입조건이 도출되면, 이를 위에서 설정된 수소 취입량에 대응하는 적정 풍구 취입조건으로 최종 결정할 수 있다.
분석부(25)는 수소 취입량(함수소 가스 취입량)을 조정해가며 전술한 분석 과정을 재수행함으로써, 수소 취입량(함수소 가스 취입량) 별로 적정 풍구 취입조건 및 환원지표 변화를 포함하는 분석 결과를 획득할 수 있다. 이 때, 환원반응 분석장치(20)는 수소 취입량(함수소 가스 취입량)이 조정될 때마다, 이에 맞춰 반응관(11) 내로 취입되는 환원가스 취입량 및 조성을 실제 변경해가며 반응관(11) 내부의 환원반응을 분석함으로써 대응하는 적정 풍구 취입조건 및 환원지표 변화를 획득할 수 있다. 또한, 환원반응 분석장치(20) 즉, 분석부(25)는 최초로 환원지표를 정량화하는 과정에서 기 설정된 조업조건(풍구 취입조건)으로부터 환원지표를 정량화하는 계산 모델을 수립하고, 이후에는 반응기(10)의 환원반응을 분석할 필요 없이, 수립된 계산 모델을 이용하여 조정된 수소 취입량(함수소 가스 취입량)에 따른 적정 풍구 취입조건 및 환원지표 변화를 도출할 수도 있다.
다시, 도 1을 보면, 예측모델 생성장치(30)는 분석부(25)로부터 수소 취입량 별로 분석결과(적정 풍구 취입조건 및 환원지표)를 수신하고, 이를 토대로 수소 취입량(함수소 가스 취입량)에 따른 적정 풍구 취입조건 및 이에 따른 환원지표 변화를 예측할 수 있는 예측모델을 생성할 수 있다.
예측모델 생성장치(30)에 의해 생성된 예측모델은, 추후 함수소 가스를 이용한 고로 조업 시 수소 취입량(함수소 가스 취입량) 또는 풍구 취입조건의 제어를 위해 사용될 수 있으며, 수소 취입량(함수소 가스 취입량)에 따른 환원지표 예측을 가능하게 하여 조업자들의 의사 결정에 가이드라인을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 함수소 가스 취입 시물레이션 시스템(1)의 함수소 가스 취입에 따른 고로 조업 예측모델 생성 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 환원반응 분석장치(20)는 반응기(10)의 환원반응 시뮬레이션을 위한 초기 고로조업조건과, 함수소 가스 취입량을 결정한다(S10).
상기 S10 단계에서, 환원반응 분석장치(20)는 함수소 가스가 미취입되는 통상적인 고로 조업의 고로조업조건인 STD 조업조건을 초기 고로조업조건으로 설정할 수 있다.
초기 고로조업조건 및 함수소 가스 취입량이 결정되면, 환원반응 분석장치(20)는 반응기(10)를 제어하여 환원반응 시뮬레이션을 실시한다(S11).
상기 S11 단계에서, 환원반응 분석장치(20)는 반응기(10)를 이용한 시뮬레이션이 개시되면, 초기 고로조업조건 및 함수소 가스 취입량에 기초하여, 연원료의 반응관(11) 내부로의 장입, 반응관(11) 내부 온도, 반응관(11) 내부로 취입되는 환원가스 취입량 등을 제어할 수 있다.
반응기(10)를 통해 환원반응 시뮬레이션이 실시되면, 환원반응 분석장치(20)는 반응관(11) 내부의 온도 프로파일 및 가스조성정보를 획득한다(S12).
상기 S12 단계에서, 환원반응 분석장치(20)는 반응관(11) 내부에 설치된 온도센서(13a)들을 통해 반응관(11) 내부의 높이에 따른 온도정보를 지속적으로 획득하고, 이들을 이용하여 반응관(11)의 수직방향 즉, 높이에 따른 온도정보를 포함하는 온도 프로파일을 획득할 수 있다.
상기 S12 단계에서, 환원반응 분석장치(20)는 가스 샘플링 관(17)을 통해 반응관(11) 내부의 가스를 위치 별로(상부, 중부, 하부) 샘플링하고, 샘플링된 가스의 조성을 분석하여, 반응관(11) 내부의 높이에 따른 가스조성정보를 획득할 수 있다.
이후, 환원반응 분석장치(20)는 단계 S12를 통해 획득된 가스조성정보를 분석하여 노정가스 이용률을 획득하며(S13), 이를 토대로 직접환원효율 및 간접환원효율을 획득한다(S14). 또한, 환원반응 분석장치(20)는 반응관(11) 내 환원반응을 분석하여 물질(수소, 탄소, 산소) 밸런스 및 열 밸런스를 획득한다(S15).
상기 S14 단계에서, 환원반응 분석장치(20)는 노정가스 이용률에 기초하여 반응관(11) 내부로 장입된 환원대상 즉, 철광석(FeO)들에 포함된 산소의 총량으로부터 환원가스에 의해 간접환원된 산소량을 산출하고, 이에 기초하여 간접환원효율을 도출할 수 있다. 간접환원효율을 도출하는 과정에서, 환원반응 분석장치(20)는 수소 밸런스를 도출할 수도 있다.
상기 S14 단계에서, 환원반응 분석장치(20)는 반응관(11) 내부로 장입된 철광석의 장입량 및 노정가스 이용률에 기초하여 직접환원효율을 도출할 수도 있다.
상기 S14 단계에서, 환원반응 분석장치(20)는 직접환원효율에 기초하여 반응관(11) 내부에서 직접환원반응에 의해 손실된 탄소량(솔루션 손실(solution loss)된 탄소량)을 산출하고, 이를 토대로 반응(3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2, Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2, FeO + CO → Fe + CO2) 별로 반응관(11) 내에서 가스화된 탄소량을 도출하여 탄소 밸런스를 획득할 수 있다.
상기 S14 단계에서, 환원반응 분석장치(20)는 각 반응 별 가스화된 탄소량으로부터, 송풍 및 산소 부화에 의해 가스화된 탄소량을 도출할 수 있으며, 이로부터 송풍 및 산소 부하량에 의해 공급되어야 하는 산소량 및 산소 밸런스가 도출될 수 있다.
상기 S14 단계에서, 환원반응 분석장치(20)는 주요 반응열, 현열, 그리고 반응관(11) 내부의 온도 프로파일 등을 고려하여 고로 전체에 대한 열 밸런스(입/출열 밸런스)를 도출할 수도 있다.
환원반응 분석장치(20)는 상기 S13 단계 내지 S15 단계를 통해 고로 내 환원지표(노정가스 이용률, 간접/직접환원효율, 물질(수소/탄소/산소) 밸런스가, 및 열 밸런스)가 정량화되면, 환원지표가 경계조건을 만족시키는지 판단한다(S16). 그리고, 정량화된 환원지표가 경계조건을 만족하지 못할 경우, 이전에 설정된 조업조건(STD 조업조건) 중 풍구 취입조건을 조정(S17)하며 경계조건을 만족시키는 풍구 취입조건(송풍량, 산소 부화량, 미분탄 취입량 등)을 도출하는 과정을 수행한다. 즉, 환원반응 분석장치(20)는 풍구 취입조건을 조정하고(S17), 조정된 풍구 취입조건에 따라 환원지표를 다시 산출하며(S13 내지 S15 단계), 다시 산출된 환원지표가 경계조건을 만족시키는지 확인(S16)하는 단계를 반복적으로 수행함으로써, 경계조건을 만족시키는 풍구 취입조건을 도출할 수 있다.
환원반응 분석장치(20)는 경계조건을 만족시키는 풍구 취입조건이 도출되면, 이를 상기 S10 단계에서 설정된 함수소 가스 취입량(또는 함수소 가스 취입량에 포함된 수소 취입량)에 대응하는 적정 풍구 취입조건으로 최종 결정한다(S18). 그리고, 최종 결정된 풍구 취입조건 및 이에 대응하는 환원지표를 반영하여, 고로 조업 시 함수소 가스 취입량(또는 수소 취입량)에 따른 적정 풍구 취입조건 및 이에 따른 환원지표 변화를 예측할 수 있는 예측모델을 생성한다(S19). 이렇게 생성된 예측모델은, 추후 함수소 가스를 이용한 고로 조업 시 함수소 가스의 취입량 또는 풍구 취입조건의 제어를 위해 사용될 수 있으며, 함수소 가스 취입량에 따른 환원지표 예측을 가능하게 하여 조업자들의 의사 결정에 가이드라인을 제공할 수 있다.
10: 반응기
11: 반응관
12: 가스 취입구
13a, 13b: 온도 센서
14: 배출구
15: 히터
16: 단열재
17: 가스 샘플링 관
20: 환원반응 분석장치
21: 설정부
22: 시뮬레이션 제어기
23: 온도정보 획득부
24: 가스정보 획득부
25: 분석부
30: 예측모델 생성장치
40: 예측모델 데이터베이스

Claims (16)

  1. 함수소 가스 취입에 따른 고로 조업 예측모델 생성 시스템에 있어서,
    수소 포함 환원가스와 철광석이 반응하여 환원철로 환원되는 환원반응이 이루어지는 반응관,
    함수소 가스 미취입 시의 고로조업조건 및 설정된 수소 취입량에 기초하여, 상기 반응관에 대한 연원료의 장입 및 상기 환원가스의 취입량을 제어하며, 환원반응이 진행 중인 상기 반응관 내부의 서로 다른 높이에 대응하는 온도정보들 및 가스조성정보들을 획득하고, 상기 온도정보들 및 상기 가스조성정보들을 분석하여 상기 반응관 내에서의 환원효율, 물질 밸런스 및 열 밸런스를 산출하고, 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스에 기초하여, 상기 수소 취입량에 대응하는 적정 풍구 취입조건 및 환원지표를 예측하는 환원반응 분석장치, 및
    상기 수소 취입량에 대응하는 상기 적정 풍구 취입조건 및 상기 환원지표에 기초하여, 고로 조업 시 수소 취입량 별 적정 풍구 취입 조건 및 환원지표 변화를 가이드하는 예측모델을 생성하는 예측모델 생성장치를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고로조업조건은, 고로 내로 장입되는 연원료의 장입조건, 상기 고로의 용선 생산과 관련된 생산조건, 및 상기 고로의 풍구에 대한 풍구 취입조건을 포함하는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 환원가스 취입량은, 상기 풍구를 통해 상기 수소 취입량이 추가 투입되는 경우에 대해, 상기 고로의 보쉬(bosh)부에서의 가스 조성 범위를 고려하여 산출되는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 환원반응 분석장치는, 상기 가스조성정보들을 분석하여 상기 반응관 내에서의 환원가스 이용률을 획득하고,
    상기 환원가스 이용률, 상기 환원가스의 조성, 및 상기 환원가스 취입량에 기초하여 상기 반응관 내에서의 간접환원효율 및 직접환원효율을 획득하는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 환원반응 분석장치는, 상기 간접환원효율 및 상기 직접환원효율에 기초하여 상기 반응관 내에서의 물질 밸런스를 획득하는, 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 환원반응 분석장치는, 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스가 경계조건을 만족하지 못하면, 상기 풍구 취입조건을 조정하여 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스를 재산출하며, 재산출된 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스가 상기 경계조건을 만족하면, 조정된 상기 풍구 취입조건을 상기 적정 풍구 취입조건으로 설정하며,
    상기 풍구 취입조건은, 송풍량, 산소 부화량, 및 미분탄 취입량을 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 환원반응 분석장치는, 상기 수소 취입량의 설정이 변경될 때마다, 상기 반응관 내로 취입되는 환원가스 취입량을 조정하고, 상기 반응관 내부로 취입되는 환원가스 취입량이 변경될 때마다, 상기 온도정보들 및 상기 가스조성정보들을 분석하여 상기 변경된 수소 취입량에 대응하는 상기 적정 풍구 취입조건 및 상기 환원지표를 획득하며,
    상기 예측모델 생성장치는, 상기 환원반응 분석장치로부터 수소 취입량 별로 상기 적정 풍구 취입조건 및 상기 환원지표를 수신하여 상기 예측모델을 생성하는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 환원반응 분석장치는, 상기 온도정보들 및 상기 가스조성정보들로부터 상기 수소 취입량에 대응하는 환원효율, 물질 밸런스 및 열 밸런스를 산출하는 계산 모델을 수립하고, 상기 계산 모델을 이용하여 수소 취입량 별로 적정 풍구 취입 조건 및 환원지표를 획득하는, 시스템.
  9. 함수소 가스 취입에 따른 고로 조업 예측모델 생성 방법에 있어서,
    함수소 가스 미취입 시의 고로조업조건 및 설정된 수소 취입량에 기초하여, 환원가스 취입량을 결정하는 단계,
    상기 고로조업조건 및 상기 환원가스 취입량을 토대로 반응관 내부로 연원료 및 환원가스를 공급하여, 상기 반응관의 내부에서 환원반응을 발생시키는 단계,
    상기 반응관 내부의 서로 다른 높이에 설치된 복수의 온도센서를 통해, 상기 반응관 내부의 온도 프로파일을 획득하는 단계,
    상기 반응관 내부의 서로 다른 높이의 가스조성정보들을 획득하는 단계,
    상기 온도 프로파일 및 상기 가스조성정보들을 분석하여 상기 반응관 내에서의 환원효율, 물질 밸런스 및 열 밸런스를 산출하는 단계,
    상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스에 기초하여, 상기 수소 취입량에 대응하는 적정 풍구 취입조건 및 환원지표를 예측하는 단계, 및
    상기 수소 취입량에 대응하는 상기 적정 풍구 취입조건 및 상기 환원지표에 기초하여, 고로 조업 시 수소 취입량 별 적정 풍구 취입 조건 및 환원지표 변화를 가이드하는 예측모델을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고로조업조건은, 고로 내로 장입되는 연원료의 장입조건, 상기 고로의 용선 생산과 관련된 생산조건, 및 상기 고로의 풍구에 대한 풍구 취입조건을 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 풍구를 통해 상기 수소 취입량이 추가 투입되는 경우에 대해, 상기 고로의 보쉬(bosh)부에서의 가스 조성 범위를 고려하여 상기 환원가스 취입량을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 가스조성정보들을 분석하여 상기 반응관 내에서의 환원가스 이용률을 획득하는 단계, 및
    상기 환원가스 이용률, 상기 환원가스의 조성, 및 상기 환원가스 취입량에 기초하여 상기 반응관 내에서의 간접환원효율 및 직접환원효율을 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    상기 간접환원효율 및 상기 직접환원효율에 기초하여 상기 반응관 내에서의 물질 밸런스를 획득하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 예측하는 단계는,
    상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스가 경계조건을 만족하지 못하면, 상기 풍구 취입조건을 조정하여 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스를 재산출하는 단계, 및
    재산출된 상기 환원효율, 상기 물질 밸런스 및 상기 열 밸런스가 상기 경계조건을 만족하면, 조정된 상기 풍구 취입조건을 상기 적정 풍구 취입조건으로 설정하는 단계를 포함하며,
    상기 풍구 취입조건은, 송풍량, 산소 부화량, 및 미분탄 취입량을 포함하는, 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 예측모델에 포함되는 수소 취입량 별 적정 풍구 취입 조건 및 환원지표 변화를 획득하기 위해, 상기 수소 취입량을 변경하며, 상기 환원가스 취입량을 결정하는 단계, 상기 반응관의 내부에서 환원반응을 발생시키는 단계, 상기 온도 프로파일을 획득하는 단계, 상기 가스조성정보들을 획득하는 단계, 상기 반응관 내에서의 환원효율, 물질 밸런스 및 열 밸런스를 산출하는 단계, 및 상기 적정 풍구 취입조건 및 환원지표를 예측하는 단계를 재수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 산출하는 단계, 및 상기 예측하는 단계를 수행하는 과정에서, 상기 반응관으로부터 획득된 상기 온도 프로파일 및 상기 가스조성정보들로부터 상기 수소 취입량에 대응하는 환원효율, 물질 밸런스 및 열 밸런스를 산출하는 계산 모델을 수립하는 단계, 및
    상기 계산 모델을 이용하여 상기 예측모델에 포함되는 수소 취입량 별로 적정 풍구 취입 조건 및 환원지표를 획득하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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