KR20210113339A - 벨리스 고로의 원료 장입 방법 및 고로 조업 방법 - Google Patents

Abstract

생산성을 저해하지 않고, 원료를 노 내의 소정 위치에 장입할 수 있는 벨리스 고로의 원료 장입 방법 및 당해 원료 장입 방법을 사용한 고로 조업 방법을 제공한다.
분배 슈트를 선회시켜, 고로 노 내에 철원 원료 및 탄재를 장입하는 벨리스 고로의 원료 장입 방법으로서, 분배 슈트는, 분배 슈트의 선단에 분배 슈트의 반송 방향보다 하향으로 경사지는 반발판을 갖고, 분배 슈트의 선회 속도는 10 rpm 보다 빠르다.

Description

벨리스 고로의 원료 장입 방법 및 고로 조업 방법

본 발명은, 고로의 환원재비 저감을 목적으로 한 벨리스 고로의 원료 장입 방법 및 원료 장입 방법을 사용한 고로 조업 방법에 관한 것이다.

고로 조업에 있어서는, 일반적으로, 고로의 노 상부로부터 장입물로서 코크스와 철원 원료가 교대로 장입된다. 코크스는 환원재 및 연료로서 이용된다. 철원 원료는 소결광, 펠릿, 괴광석 등의 철을 함유하는 산화물이다. 이하의 설명에서는, 이들 철원 원료를 총칭하여 「광석」 이라고 기재한다. 고로의 노 내에서는 코크스층과 광석층이 교대로 형성되어, 원료 퇴적층이 형성된다. 고로의 노 하부의 우구로부터는 열풍이 송풍됨과 동시에, 미분탄이나 타르 등의 보조 연료가 주입된다.

고로의 안정 조업을 유지하기 위해서는, 노 하부로부터 노 상부를 향하여 흐르는 가스에 대하여, 원료 퇴적층의 양호한 통기성을 확보하고, 노 내 가스 흐름을 안정화시킬 필요가 있다. 노 내 가스 흐름의 안정화는, 안정적인 중심 가스 흐름 및 노벽 가스 흐름의 확보에 의해 달성된다. 원료 퇴적층의 통기성은, 주로 코크스 및 광석의 성상, 입도 및 장입량에 의해 크게 영향을 받는다. 그리고, 추가로 노 정상으로부터의 장입물의 장입 방법, 요컨대, 노 내에 장입하는 장입물의 분포 상황에도 크게 영향을 받는다. 이하의 설명에서는, 이 장입물 분포 상황을 「장입물 분포」 라고 기재한다.

이 장입물 분포의 제어에 대해서는, 종래부터, 고로의 반경 방향에 있어서의 코크스층과 광석층의 질량비의 분포의 제어가 가장 잘 이용되고 있다. 이하의 설명에서는, 코크스층과 광석층의 질량비를 「[Ore/Coke]」 라고 기재한다. 고로는 원료 장입 장치의 형식에 따라, 벨리스 고로 또는 벨 고로로 분류된다. 벨리스 고로 또는 벨 고로의 어느 경우에도, 특히 안정적인 가스 흐름을 얻기 위해서는, 노 중심부에 있어서의 [Ore/Coke] 의 값을 작게 하는 것이 유효하다.

최근에는, 고출선비 그리고 고미분탄비, 저연료비 조업이 이루어지고 있다. 이와 같은 조업에서는, 장입되는 코크스량에 대하여 광석량이 많은 조업 조건이 된다. 이하의 설명에서는, 이와 같은 조업 조건을 「고 O/C 조건」 이라고 기재한다. 「고 O/C 조건」 의 고로 조업에서는, 원료 퇴적층 내에 통기 저항이 큰 광석층의 비율이 높아지기 때문에, 노 상부의 압손이 증가한다. 이 결과, 가스 채널링의 발생이나, 장입물이 안정적으로 강하하지 않고 언침이나 슬립 등이 발생하기 쉬워진다. 이와 같은 현상에 의해, 고로의 안정 조업이 크게 저해되어, 생산성이 현저하게 저하한다. 따라서, 고 O/C 조건하에서의 안정 조업을 실현하기 위해서는, (Ore/Coke) 를 보다 정밀하게 제어할 필요가 있다.

특허문헌 1 에는, 노 반경 방향에 있어서의 노 중심으로부터의 거리를 r (m), 노 입구부에서의 노 내 반경을 Rt (m) 라고 했을 경우에, 노 반경 방향에 있어서의 노 내 영역을, 노 중심측으로부터 순서대로, r/Rt ≤ 0.20 : 제 1 영역, 0.20 ＜ r/Rt ≤ 0.80 : 제 2 영역, 0.80 ＜ r/Rt : 제 3 영역으로 하고, [Lo/(Lc ＋ Lo)] (단, Lo : 광석층 두께, Lc : 코크스층 두께) 가 하기 (a) ∼ (d) 의 조건을 만족하는 장입 분포가 되도록 제어하는 방법이 개시되어 있다.

(a) 제 1 영역의 평균치 : 0.5 미만

(b) 제 2 영역의 평균치 : 0.6 이상 0.9 미만

(c) 제 3 영역의 평균치 : 0.4 이상 0.8 미만

(d) 제 1 영역의 평균치 ＜ 제 3 영역의 평균치 ＜ 제 2 영역의 평균치

이 방법에서는, 제 1 및 제 3 영역에서 고로 노 내의 통기성을 확보하면서, 제 2 영역의 [Lo/(Lc ＋ Lo)] 를 높게 함으로써, 고로 전체의 환원 효율을 높이고 있다.

그런데, 노 정상부로부터 원료를 장입하는 수단으로서, 분배 슈트를 구비한 벨리스 장입 장치가 널리 사용되고 있다. 이 벨리스 장입 장치는, 분배 슈트의 경동 각도와 선회 수를 바꿈으로써 노 반경 방향에서의 원료의 낙하 위치와 퇴적량을 조정할 수 있기 때문에, 이로써, [Ore/Coke] 를 제어할 수 있다. 분배 슈트의 경동 각도란, 연직 방향과 분배 슈트의 슈트면 상의 원료가 흐르는 각도가 이루는 각이다.

원료를 노 내의 소정 위치에 퇴적시키기 위해서는, 노 내에 장입한 원료의 퇴적 폭을 작게 하는 것이 유효하다. 특허문헌 2 에는, 분배 슈트 선단의 선 속도 V 를, 장입하는 원료의 성상으로부터 정해지는 소정치 이하로 하여, 퇴적물의 퇴적 폭을 작게 하는 방법이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2018-193579호 일본 공개특허공보 2003-328018호

최근의 고 O/C 조건하의 조업에서는, 단순히 중심부의 [Ore/Coke] 를 저감시켜, 역 V 자형의 융착대 형상을 형성시켜 통기의 안정을 도모하는 것만으로는 충분하지 않다. 노 벽부의 [Ore/Coke] 도 저감시켜 통기를 확보하면서, 중간부의 [Ore/Coke] 를 높여 노 전체의 환원 효율을 높일 필요가 있다. 이를 위해서는, 원료를 노 정상부로부터 분배 슈트를 통하여 노 내의 소정 위치에 안정 그리고 확실하게 퇴적시킬 필요가 있다.

원료를 노 내의 소정 위치에 퇴적시키기 위해서는, 특허문헌 2 에 개시된 바와 같은 원료의 퇴적 폭을 작게 할 뿐만 아니라, 소정 위치에 퇴적시킨 원료의 붕괴의 억제도 필요하게 된다. 따라서, 퇴적 폭을 작게 함과 함께, 소정 위치에 퇴적시킨 원료의 붕괴의 억제도 고려하면서, 원료 장입시의 분배 슈트의 선회 속도를 적정화할 필요가 있다.

특허문헌 2 에 개시된 분배 슈트의 선단 속도의 저감은, 장입 시간의 연장을 초래하기 때문에, 생산성을 저해할 가능성이 있다. 본 발명은, 상기의 과제를 해결하고, 생산성을 저해하지 않고, 원료를 노 내의 소정 위치에 장입할 수 있는 벨리스 고로의 원료 장입 방법 및 당해 원료 장입 방법을 사용한 고로 조업 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징은, 이하와 같다.

[1] 분배 슈트를 선회시켜, 고로 노 내에 철원 원료 및 탄재를 장입하는 벨리스 고로의 원료 장입 방법으로서, 상기 분배 슈트는, 상기 분배 슈트의 선단에 상기 분배 슈트의 반송 방향보다 하향으로 경사지는 반발판을 갖고, 상기 분배 슈트의 선회 속도는 10.0 rpm 보다 빠른, 벨리스 고로의 원료 장입 방법.

[2] 상기 분배 슈트의 선회 속도는 12.0 rpm 이상인, [1] 에 기재된 벨리스 고로의 원료 장입 방법.

[3] 상기 분배 슈트의 선회 중심으로부터 원료 장입 개시시의 노 내의 원료 퇴적 레벨까지의 거리 d, 노 입구 반경 Ro 및 하기 (1) 식으로 정해지는 각도 α 에 대하여 분배 슈트의 경동각을 1.36α 이상으로 하는, [2] 에 기재된 벨리스 고로의 원료 장입 방법.

tanα = Ro/d···(1)

[4] 상기 분배 슈트의 선회 속도는 14.0 rpm 이상인, [1] 에 기재된 벨리스 고로의 원료 장입 방법.

[5] 상기 분배 슈트의 선회 중심으로부터 원료 장입 개시시의 노 내의 원료 퇴적 레벨까지의 거리 d, 노 입구 반경 Ro 및 하기 (1) 식으로 정해지는 각도 α 에 대하여 분배 슈트의 경동각을 1.41α 이상으로 하는, [4] 에 기재된 벨리스 고로의 원료 장입 방법.

tanα = Ro/d···(1)

[6] [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 벨리스 고로의 원료 장입 방법으로, 상기 고로 노 내에 철원 원료 및 탄재를 장입하는, 고로 조업 방법.

본 발명에 관련된 벨리스 고로의 원료 장입 방법에서는, 분배 슈트의 선회 속도를 10.0 rpm 보다 빠르게 하여 광석 및 탄재를 고로 내에 장입한다. 이로써, 생산성을 저해하지 않고, 노 벽 주변부의 탄재의 퇴적각을 크게 할 수 있고, 그 퇴적 폭도 작게 할 수 있다. 이 결과, 노 벽부에 있어서 [Ore/Coke] 를 저감시키고 있는 영역의 면적을 작게 할 수 있기 때문에, 고로의 가스 이용률이 향상되어, 저환원재비 저코크스비 조업이 실현된다.

도 1 은, 모형 설비 (10) 의 개요를 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 반발판 (22) 을 포함하는 분배 슈트 (18) 의 선단부를 나타내는 사시도와 단면도이다.
도 3 은, 장입 실험에 의해 얻어진 중량 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 코크스의 퇴적각 측정 실험에 사용한 모형 설비 (30) 의 단면 모식도이다.
도 5 는, 원료의 장입을 개시했을 때의 노 내의 상황을 나타내는 모식도이다.

본 발명자들은, 벨리스 고로에 있어서의 분배 슈트로부터의 코크스의 낙하 거동을 확인하기 위하여, 내용적 5,005 ㎥ 이고 노 구경이 11.2 m 인 고로의 1/17.8 스케일의 모형 설비 (10) 를 사용하여 코크스의 장입 실험을 실시하였다. 도 1 은, 모형 설비 (10) 의 개요를 나타내는 모식도이다.

모형 설비 (10) 는, 노 정상 벙커 (12) 와, 집합 호퍼 (16) 와, 분배 슈트 (18) 와, 샘플링 박스 (24) 를 갖는다. 노 정상 벙커 (12) 는, 코크스나 광석을 수용하는 3 개의 호퍼 (14) 를 갖는다. 각 호퍼 (14) 의 하부에는, 수용된 원료의 배출을 허용하는 게이트가 형성되어 있다. 집합 호퍼 (16) 는, 노 정상 벙커 (12) 로부터 배출된 원료를 분배 슈트 (18) 에 공급한다. 분배 슈트 (18) 는, 슈트 (20) 와, 반발판 (22) 을 갖는다. 샘플링 박스 (24) 는, 분배 슈트 (18) 의 선회 중심에 대응한 위치를 중심으로 하여 방사상으로 4 방향으로 형성되어 있다. 각 샘플링 박스 (24) 는, 중심측으로부터 외측을 향하여 20 ㎜ 간격으로 분할된 복수의 수용부 (26) 를 갖는다.

샘플링 박스 (24) 를 설치한 높이는, 분배 슈트 (18) 의 경동·선회의 중심 위치로부터 연직 하방으로 424 ㎜ 의 레벨에, 샘플링 박스 (24) 의 상부의 개구가 오도록 정하였다. 이 레벨차는, 모형 설비 (10) 의 노 구경이 630 ㎜ 이기 때문에, 노 구경의 0.67 배에 상당한다.

도 2 는, 반발판 (22) 을 포함하는 분배 슈트 (18) 의 선단부를 나타내는 사시도와 단면도이다. 도 2(a) 는 사시도이고, 도 2(b) 는 단면도이다. 분배 슈트 (18) 의 반송 방향을 도 2(b) 의 화살표 (21) 방향으로 하면, 반발판 (22) 은, 분배 슈트 (18) 의 선단에 반송 방향보다 하향으로 경사져 형성된다.

반발판 (22) 은, 슈트 (20) 의 반송 방향을 수평과 평행하게 했을 경우에, 슈트 (20) 의 선단으로부터 반발판 (22) 까지의 수평 방향의 거리 (도 2(b) 의 L) 가 70 ㎜ 가 되도록 설치되어 있다. 반발판 (22) 의 경사 각도 (도 2 의 (b) 의 θ) 는, 수평 방향에 대하여 23°이다. 반발판 (22) 의 각도를 변경하는 경우에는, 슈트 (20) 로부터 반발판 (22) 까지의 수평 방향의 거리를 바꾸지 않도록, 반발판 (22) 의 길이를 조정하였다.

모형 설비 (10) 를 사용한 코크스의 장입 실험은, 이하의 순서로 실시하였다. 먼저, 입경 2.0 ㎜ 로부터 2.8 ㎜ 의 코크스 3 ㎏ 을 노 정상 벙커 (12) 에 장입하였다. 3 ㎏ 의 코크스를 17 초 동안 잘라낼 수 있도록 노 정상 벙커 (12) 의 게이트 개도를 조정하였다. 다음으로, 게이트를 열고, 코크스를 노 정상 벙커 (12) 로부터 집합 호퍼 (16) 로 잘라내어, 분배 슈트 (18) 를 통하여 코크스를 낙하시켰다. 분배 슈트 (18) 로부터 낙하한 코크스는, 샘플링 박스 (24) 의 수용부 (26) 에 수용하였다. 코크스는 탄재의 일례이다.

이 샘플링 박스 (24) 의 각 수용부 (26) 에 수용된 코크스의 중량을 측정하고, 낙하한 코크스의 반경 방향의 중량 분포를 산출하였다. 도 3 은, 장입 실험에 의해 얻어진 중량 분포를 나타내는 그래프이다. 도 3 의 가로축은, 중심으로부터 반경 방향의 위치 (㎜) 이고, 세로축은, 누적 중량 빈도 (％) 이다. 누적 중량 빈도란, 중심으로부터 소정 거리 떨어진 위치에 있어서, 그 위치로부터 중심측에 도달한 코크스 중량의 전체 코크스 중량에 대한 비율로 정의된다.

장입 실험에서는, 누적 중량 빈도가 50 ％ 인 위치를 주류 낙하 위치라고 정의하고, 누적 중량 빈도가 5 ％ 부터 95 ％ 까지의 반경 방향의 간격을 낙하 폭이라고 정의하였다. 분배 슈트 (18) 의 경동 각도는, 경동·선회의 중심으로부터 424 ㎜ 연직 하방에 있어서의 노 벽 위치가, 누적 중량 빈도 95 ％ 와 일치하는, 즉, 노 중심으로부터 315 ㎜ 가 되도록 조정하였다.

분배 슈트 (18) 의 슈트 (20) 길이를 240 ㎜ 로 하고, 분배 슈트 (18) 의 선회 속도를 42.2, 50.6, 59.1 rpm 으로 바꾸어 장입 실험을 실시하였다. 모형 설비 (10) 는 실기 고로의 1/17.8 스케일이기 때문에, 분배 슈트 (18) 로부터 낙하하는 원료의 궤적이 실기와 서로 유사해지는 조건으로 하여 프루드수가 일정한 것을 고려하면, 모형 설비 (10) 에 있어서의 선회 속도 42.2 rpm 은, 실기 고로의 선회 속도 10.0 rpm 에 상당한다. 모형 설비 (10) 에 있어서의 선회 속도 50.6 rpm 은, 실기 고로의 선회 속도 12.0 rpm 에 상당한다. 모형 설비 (10) 에 있어서의 선회 속도 59.1 rpm 은, 실기 고로의 선회 속도 14.0 rpm 에 상당한다. 이 장입 실험을, 반발판 (22) 을 장착했을 경우와 장착하지 않은 경우에서 실시하였다. 실험 조건 및 결과를 하기 표 1 에 나타낸다.

표 1 에 나타내는 바와 같이, 선단에 반발판 (22) 을 장착한 분배 슈트 (18) 를 사용한 경우, 선회 속도의 상승에 수반하여 코크스의 낙하 폭이 작아졌다. 한편, 선단에 반발판 (22) 을 장착하고 있지 않은 분배 슈트를 사용한 경우, 선회 속도의 상승에 수반하여 코크스의 낙하 폭은 커졌다. 이 결과로부터, 선단에 반발판 (22) 을 장착한 분배 슈트 (18) 를 이용하여, 분배 슈트 (18) 의 선회 속도를 42.2 rpm 보다 빠르게 하여 코크스를 장입함으로써, 코크스의 낙하 폭을 작게 할 수 있는 것이 확인되었다.

다음으로, 코크스의 퇴적각 측정 실험에 대하여 설명한다. 도 4 는, 코크스의 퇴적각 측정 실험에 사용한 모형 설비 (30) 의 단면 모식도이다. 모형 설비 (30) 는, 노 정상 벙커 (12) 와, 집합 호퍼 (16) 와, 분배 슈트 (18) 와, 노 구경 630 ㎜ 의 모형 노 (32) 를 갖는다. 노 정상 벙커 (12) 와, 집합 호퍼 (16) 와, 분배 슈트 (18) 는, 모형 설비 (10) 에서 사용한 것과 동일하다. 퇴적각 측정 실험에서는, 먼저, 모형 노 (32) 내에 경사각 16°의 퇴적면을 제작하였다. 그 후, 장입 실험과 동일한 순서로, 당해 퇴적면 상에 분배 슈트 (18) 를 통하여 코크스를 낙하시켜, 노 벽 근방에 퇴적한 코크스의 퇴적각을 측정하였다. 분배 슈트 (18) 의 경동 각도는, 경동·선회의 중심으로부터 424 ㎜ 연직 하방에 있어서의 주류 낙하 위치가, 노 중심으로부터 285 ∼ 325 ㎜ 가 되는 범위 내에서 조정하였다. 주류 낙하 위치는, 모형 설비 (10) 를 사용한 코크스의 장입 실험을 실시하여 측정하였다. 이 결과를 하기 표 2, 표 3 에 나타낸다.

표 2 에 나타내는 바와 같이, 선단에 반발판 (22) 을 장착한 분배 슈트 (18) 를 사용한 경우, 선회 속도가 동일한 조건에서는, 코크스의 퇴적각이 극대가 되는 경동 각도가 존재하였다. 주류 낙하 위치가 벽면으로부터 중심측으로 떨어져 있는 경우에는, 벽면에 충돌하는 코크스의 입자수가 적기 때문에 퇴적각이 작아진다. 주류의 낙하 위치가 벽면에 가까운 경우에 있어서도, 벽면에 충돌하는 코크스의 입자수가 많아, 벽면으로부터의 반발이 커져 코크스의 퇴적각이 작아진다. 이와 같이, 주류 낙하 위치가 벽면으로부터 떨어져 있어도 퇴적각이 작아지고, 주류 낙하 위치가 벽면에 가까워져도 코크스의 퇴적각이 작아지기 때문에, 이 사이에 코크스의 퇴적각이 극대가 되는 경사각이 존재한다.

분배 슈트 (18) 의 선회 속도가 고속이 되면, 퇴적각이 극대가 되는 경동 각도에 있어서의 주류 낙하 위치는 노 벽측으로 변화하였다. 선회 속도를 높게 했을 경우, 선회 속도가 낮은 경우와 비교하면, 분배 슈트 (18) 를 흐르는 코크스에 원심력이 작용하기 때문에, 보다 멀리 코크스가 낙하한다. 상기 서술한 바와 같이, 주류 낙하 위치가 동일했다고 해도, 선회 속도가 낮은 경우보다 선회 속도가 높은 경우가, 낙하 폭이 작아지기 때문에, 퇴적면에 도달하기 전에 노 벽에 충돌하는 코크스의 입자수가 감소한다. 이 때문에, 선회 속도가 낮은 경우보다 선회 속도가 높은 경우가, 코크스의 퇴적각이 극대가 되는 경동 각도에 있어서의 주류 낙하 위치는 노 벽측으로 변화한다.

선회 속도가 고속이 되면, 주류 낙하 위치가 노 중심측에 있어서도, 코크스의 퇴적각이 커져 있다. 이것은, 선회 속도를 고속으로 한 것에 의해, 코크스 입자의 수평 방향의 속도도 빨라져, 주류 낙하 위치가 노 중심측이어도, 퇴적면과 충돌한 코크스 입자가 노 벽측으로 이동하고, 이로써, 코크스의 퇴적각이 커진 것으로 생각된다. 선회 속도를 동일하게 한 조건에서의 코크스의 퇴적각의 극대치를 각각의 선회 속도에서 비교하면, 선회 속도의 상승에 수반하여 퇴적각의 극대치가 커졌다.

한편, 표 3 에 나타내는 바와 같이, 선단에 반발판 (22) 을 장착하고 있지 않은 분배 슈트를 사용한 경우, 선회 속도가 동일한 조건에서의 퇴적각의 극대치는 선회 속도의 상승에 수반하여 작아졌다. 이것은, 선회 속도의 상승에 의해, 반경 방향의 낙하 폭이 커져 코크스가 성기게 퇴적되었기 때문인 것으로 생각된다.

이와 같이, 선단에 반발판 (22) 을 장착한 분배 슈트 (18) 를 사용한 경우, 분배 슈트 (18) 의 선회 속도를 높임으로써, 코크스의 퇴적각을 크게 할 수 있는 것이 확인되었다. 이 결과로부터, 선단에 반발판 (22) 을 장착한 분배 슈트 (18) 를 이용하여, 분배 슈트 (18) 의 선회 속도를 42.2 rpm 보다 빠르게 하여 코크스를 장입함으로써 노 벽 근방의 코크스의 퇴적각을 크게 할 수 있는 것이 확인되었다.

노 벽 근방의 코크스의 퇴적각이 커진 이유는, 분배 슈트 (18) 의 선회 속도가 빨라진 것에 의해 반경 방향의 코크스의 낙하 폭이 작아져 코크스가 반경 방향의 특정한 영역에 조밀하게 퇴적된 것에 더하여, 선회 방향의 코크스의 낙하 속도가 상승한 것에 의해, 퇴적된 코크스가 무너지는 방향이, 선회 속도가 낮은 경우와 비교하여 노 중심 방향으로부터 선회 방향으로 변화하고, 이 결과, 퇴적된 코크스가 잘 무너지지 않게 된 것에 의한 것으로 생각된다.

다음으로, 분배 슈트 (18) 의 슈트 길이의 영향을 확인하는 것을 목적으로 하여, 동일한 장입 실험을 분배 슈트 (18) 의 슈트 길이를 변화시켜 실시하였다. 이 결과를 하기 표 4 에 나타낸다. 경동 각도는, 선회 및 경동 중심으로부터 424 ㎜ 연직 하방에 있어서의 주류 낙하 위치가 노 중심으로부터 285 ∼ 325 ㎜ 가 되는 범위 내에 있어서, 코크스의 퇴적각이 극대가 되는 조건에서 실시하였다.

표 4 에 나타내는 바와 같이, 분배 슈트의 슈트 길이를 240 ㎜ 로부터 220 ㎜ 로 단축하면, 표 1 에 나타낸 슈트 길이가 240 ㎜ 분배 슈트를 사용한 경우보다 코크스의 낙하 폭이 커지고, 코크스의 퇴적각은 작아졌다. 그러나, 슈트 길이가 220 ㎜ 인 분배 슈트를 사용한 경우에도, 분배 슈트의 선회 속도를 50.6 rpm 이상으로 함으로써, 선회 속도를 42.2 rpm 으로 했을 경우보다 코크스의 낙하 폭은 작아지고, 노 벽 근방의 코크스 퇴적각은 커졌다.

분배 슈트의 슈트 길이를 240 ㎜ 로부터 260 ㎜ 로 연장하면, 슈트 길이가 240 ㎜ 인 분배 슈트를 사용한 경우보다 코크스의 낙하 폭이 작아지고, 코크스의 퇴적각은 작아졌다. 슈트 길이가 260 ㎜ 인 분배 슈트를 사용한 경우에 있어서도, 분배 슈트의 선회 속도를 50.6 rpm 이상으로 함으로써, 선회 속도를 42.2 rpm 으로 했을 경우보다 코크스의 낙하 폭은 작아지고, 노 벽 근방의 코크스 퇴적각은 커졌다. 이 결과로부터, 코크스의 낙하 폭 및 코크스의 퇴적각은, 분배 슈트의 슈트 길이가 바뀜으로써 약간의 영향은 받기는 하지만, 선회 속도를 42.2 rpm 보다 빠르게 함으로써 코크스의 낙하 폭을 작게 하고, 코크스의 퇴적각을 크게 할 수 있다는 경향은 변하지 않는 것이 확인되었다.

본 발명에 관련된 벨리스 고로의 원료 장입 방법은, 상기 코크스의 장입 실험 결과에 기초하여 이루어진 것이다. 모형 설비 (10) 및 모형 설비 (30) 에 있어서의 분배 슈트 (18) 의 선회 속도 42.2 rpm, 50.6 rpm, 59.1 rpm 은, 실기 고로에 있어서의 분배 슈트의 선회 속도 10.0 rpm, 12.0 rpm, 14.0 rpm 에 상당한다. 따라서, 본 실시형태에 관련된 벨리스 고로의 원료 장입 방법에서는, 선단에 분배 슈트의 반송 방향보다 하향으로 경사지는 반발판을 갖는 분배 슈트를 이용하여, 당해 분배 슈트의 선회 속도를 10.0 rpm 보다 빠르게 하여 고로 노 내에 광석 및 탄재를 장입한다. 이로써, 생산성을 저해하지 않고, 고로의 노 벽부에 장입되는 탄재의 퇴적각을 크게 할 수 있고, 그 낙하 폭을 작게 할 수 있다. 이 결과, 고로의 노 벽부에 있어서 [Ore/Coke] 를 저감시키고 있는 영역의 면적을 작게 할 수 있고, 이로써, 고로의 가스 이용률이 향상되고, 고로에 있어서의 저환원재비 저코크스비 조업을 실현할 수 있다.

분배 슈트의 선회 속도는 12.0 rpm 이상인 것이 바람직하다. 이로써, 노 벽부의 코크스 퇴적각을, 선회 속도를 12.0 rpm 미만으로 했을 경우보다 크게 할 수 있고, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 고로 조업에 있어서의 환원재비 및 코크스비를 더욱 저감시킬 수 있다.

분배 슈트의 선회 속도는 14.0 rpm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이로써, 노 벽부의 코크스 퇴적각을, 선회 속도를 14.0 rpm 미만으로 했을 경우보다 크게 할 수 있고, 고로 조업에 있어서의 환원재비 및 코크스비를 더욱 저감시킬 수 있다.

또한, 분배 슈트의 경동·선회의 중심 위치로부터 원료 장입 개시시의 노 내의 원료 퇴적 레벨까지의 거리를 짧게 하면, 슈트 선단으로부터 퇴적면까지의 거리가 저감되고, 코크스의 낙하 폭이 더욱 작아진다. 그러나, 주류 낙하 위치를 노 벽에 도달시키기 위해서는, 경동 각도를 증가시킬 필요가 있다. 경동 각도를 증가시키면, 원료의 퇴적면이 강하했을 경우, 주류 낙하 위치의 노 벽측으로의 낙하 폭이 커진다. 이 때문에, 고로의 조업에 있어서 원료 장입 개시시의 노 내의 원료 퇴적 레벨이 변동했을 경우의 영향을 받기 쉬워진다고 할 수 있다. 이 관점에서, 분배 슈트의 경동·선회의 중심 위치로부터 원료 장입 개시시의 노 내의 원료 퇴적 레벨까지의 거리를 노 입구 반경의 0.60 배 이상으로 하는 것이 바람직하다. 여기서 원료 장입 개시시의 노 내의 원료 퇴적 레벨이란, 분배 슈트로부터 원료의 장입을 개시하는 시점에 있어서의 노 내의 원료의 퇴적 표면의 레벨이다.

도 5 는, 원료의 장입을 개시했을 때의 노 내의 상황을 나타내는 모식도이다. 도 5 를 사용하여, 원료 장입 개시시에 있어서의 노 내의 원료의 퇴적 표면 레벨을 설명한다.

고로 내에서는 원료의 퇴적 표면은 수평은 아니지만, 고로 조업에서는 원료 장입 개시의 타이밍을 결정하기 위해서, 예를 들어, 노벽 근방의 원료의 퇴적 표면 레벨을 검지하는 사운딩 등의 검지 수단을 사용하고 있다. 이 검지 수단으로 퇴적 표면 레벨이 일정한 레벨까지 강하한 것을 검지하고, 검지한 타이밍에서 소정량의 원료 장입을 개시한다. 이로써, 노 내의 퇴적 표면 레벨이 소정 범위가 되도록 관리되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 원료 장입 개시시에 있어서의 노 내의 원료의 퇴적 표면 레벨을, 검지 수단으로 검지되는 노 벽 근방의 원료의 퇴적 표면 레벨에 있어서의 수평면 (40) 이라고 정의한다. 또한, 다음에 설명하는 실시예에서는 분배 슈트 (18) 의 경동각을 분배 슈트의 경동·선회의 중심 위치 (42) 와 원료 장입 개시시에 있어서의 노 내의 원료의 퇴적 표면 레벨인 수평면 (40) 까지의 거리 d, 노 입구 반경 Ro 및 하기 (1) 식으로 정해지는 각도 α 를 사용하여 나타낸다. 또한, 본 실시예에 있어서의 분배 슈트의 경동각이란, 분배 슈트 (18) 에 의한 원료의 반송 방향과, 연직 하방 방향이 이루는 각이다.

tanα = Ro/d···(1)

실시예

다음으로, 실시예를 설명한다. 내용적 5,005 ㎥ 이고 노 구경이 11.2 m 인 고로를 사용하였다. 저광조로부터 광석을 잘라내어 노 정상 호퍼에 저장하고, 저해조로부터 코크스를 잘라내어 별도의 노 정상 호퍼에 저장하였다. 그리고, 광석과 코크스를 교대로 반발판을 갖는 분배 슈트에 잘라내고, 고로 노 내에 광석 및 코크스를 퇴적시켜, 고로 조업을 실시하였다.

비교예 1 에서는 반발판을 갖는 분배 슈트의 슈트 길이를 4.2 m 로 하고, 분배 슈트의 선회 및 경동 중심으로부터 7.55 m 연직 하방을 원료 장입 개시시의 노 내의 원료 퇴적 레벨로 하여, 고로 노 내에 광석 및 코크스를 퇴적시켰다. 이 때, 분배 슈트의 경동·선회의 중심 위치와 원료 장입 개시시에 있어서의 노 내의 원료의 퇴적 표면 레벨까지의 거리 d 와 노 입구 반경 Ro 및 상기 (1) 에서 정해지는 각도 α 는 36.6°가 된다.

코크스의 장입에 있어서는, 슈트의 경동 각도를 54.5°로 하고 나서 장입을 개시하고, 선회 속도를 10.0 ∼ 14.0 rpm 으로 하여 노 중심에 코크스가 퇴적될 때까지 경동 각도를 순차적으로 저감시켜 장입하였다.

발명예 1 ∼ 15 에서는, 반발판을 갖는 분배 슈트의 슈트 길이를 4.2 m 로 하고, 분배 슈트의 경동·선회의 중심 위치로부터 7.55 m 연직 하방을 원료 장입 개시시의 노 내의 원료 퇴적 레벨로 하고, 고로 노 내에 광석 및 코크스를 퇴적시켜, 고로 조업을 실시하였다.

발명예 1 ∼ 15 에 있어서도, 분배 슈트의 경동·선회의 중심 위치와 원료 장입 개시시에 있어서의 노 내의 원료의 퇴적 표면 레벨까지의 거리 d 와 노 입구 반경 Ro 및 상기 (1) 에서 정해지는 각도 α 는 36.6°가 된다.

코크스의 장입에 있어서는, 장입 개시시의 분배 슈트의 경동 각도를, 선회 속도의 상승에 맞추어 순차적으로 작게 하고, 장입 개시 후에는 노 중심에 코크스가 퇴적될 때까지 경동 각도를 순차적으로 작게 하여 장입을 실시하였다. 분배 슈트의 선회 속도는, 10.5 ∼ 14.0 rpm 으로 하였다. 이 발명예, 비교예의 조업 조건 및 조업 결과를 하기 표 5, 표 6 에 나타낸다. 노 벽부에서의 코크스 퇴적각은, 코크스 장입 후에 장입물의 프로필 데이터를 취득하고, 이 프로필 데이터에 있어서의 노 벽으로부터 1.8 m 까지의 경사각으로부터 산출하였다.

비교예 1 에서는, 원료 장입 개시시의 노 내의 원료 퇴적 레벨에 있어서의 코크스의 낙하 폭이 크고, 노 벽부의 코크스 퇴적각이 26.1°로 작았던 데에 반하여, 발명예 1 ∼ 15 에서는 노 벽부의 코크스 퇴적각이 26.5°이상이 되었다. 이 결과, 노 벽부에 있어서 [Ore/Coke] 를 저감시키고 있는 영역의 면적이 작아져, 노 내 전체의 가스 이용률이 향상되어, 발명예 1 ∼ 15 의 환원재비 및 코크스비는, 비교예 1 보다 저감되었다.

분배 슈트의 선회 속도가 12.0 rpm 이상이 되는 발명예 4 ∼ 15 에서는, 동일한 선회 속도이면, 분배 슈트의 경동 각도를 1.36α 미만으로 하는 것 보다 분배 슈트의 경동 각도를 1.36α 이상으로 함으로써 노 벽부의 코크스 퇴적각이 커지고, 환원재 비 및 코크스비가 작아졌다. 이 결과로부터, 분배 슈트의 선회 각도를 1.36α 이상으로 함으로써 고로 조업에 있어서의 환원재비 및 코크스비를 더욱 저감시킬 수 있는 것이 확인되었다.

또한, 분배 슈트의 선회 속도가 14.0 rpm 이상이 되는 발명예 13 ∼ 15 에서는, 분배 슈트의 경동 각도를 1.41α 미만으로 하는 것 보다 분배 슈트의 경동 각도를 1.41α 이상으로 함으로써, 노 벽부의 코크스 퇴적각이 커지고, 환원재비 및 코크스비가 작아졌다. 이 결과로부터, 분배 슈트의 선회 각도를 1.41α 이상으로 함으로써 고로 조업에 있어서의 환원재비 및 코크스비를 더욱 저감시킬 수 있는 것이 확인되었다.

10 ; 모형 설비
12 ; 노 정상 벙커
14 ; 호퍼
16 ; 집합 호퍼
18 ; 분배 슈트
20 ; 슈트
21 ; 화살표
22 ; 반발판
24 ; 샘플링 박스
26 ; 수용부
30 ; 모형 설비
32 ; 모형 노
40 ; 수평면
42 ; 중심 위치

Claims (6)

1. 분배 슈트를 선회시켜, 고로 노 내에 철원 원료 및 탄재를 장입하는 벨리스 고로의 원료 장입 방법으로서,
   상기 분배 슈트는, 상기 분배 슈트의 선단에 상기 분배 슈트의 반송 방향보다 하향으로 경사지는 반발판을 갖고,
   상기 분배 슈트의 선회 속도는 10.0 rpm 보다 빠른, 벨리스 고로의 원료 장입 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 분배 슈트의 선회 속도는 12.0 rpm 이상인, 벨리스 고로의 원료 장입 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 분배 슈트의 선회 중심으로부터 원료 장입 개시시의 노 내의 원료 퇴적 레벨까지의 거리 d, 노 입구 반경 Ro 및 하기 (1) 식으로 정해지는 각도 α 에 대하여 분배 슈트의 경동각을 1.36α 이상으로 하는, 벨리스 고로의 원료 장입 방법.
   tanα = Ro/d···(1)
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 분배 슈트의 선회 속도는 14.0 rpm 이상인, 벨리스 고로의 원료 장입 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 분배 슈트의 선회 중심으로부터 원료 장입 개시시의 노 내의 원료 퇴적 레벨까지의 거리 d, 노 입구 반경 Ro 및 하기 (1) 식으로 정해지는 각도 α 에 대하여 분배 슈트의 경동각을 1.41α 이상으로 하는, 벨리스 고로의 원료 장입 방법.
   tanα = Ro/d···(1)
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 벨리스 고로의 원료 장입 방법으로, 상기 고로 노 내에 철원 원료 및 탄재를 장입하는, 고로 조업 방법.

Images