KR20230150992A

KR20230150992A - 선철 제조 방법

Info

Publication number: KR20230150992A
Application number: KR1020237032801A
Authority: KR
Inventors: 아키토 가사이; 마사히로 야케야
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2023-10-31
Also published as: US20240167111A1; WO2022208902A1; JP2022157040A; CN116997666A; EP4317462A1

Abstract

본 발명의 일 태양에 따른 선철 제조 방법은, 풍구를 갖는 고로를 이용하여 선철을 제조하는 선철 제조 방법으로서, 상기 고로 내에 광석 원료를 포함하는 제1층과 코크스를 포함하는 제2층을 교대로 적층하는 공정과, 상기 고로의 중심부에 코크스를 장입하는 공정과, 상기 풍구로부터 송풍하는 열풍에 의해 보조 연료를 고로 내에 취입하면서, 적층된 상기 제1층의 상기 광석 원료를 환원 및 용해하는 공정을 구비하고, 상기 적층하는 공정에서, 1개의 상기 제1층 및 1개의 상기 제2층을 합친 적층 단위를 적층하는 1차지 사이에, 1 또는 복수회의 상기 장입하는 공정이 행해지고, 상기 1차지에서, 장입하는 광석 원료의 질량(ton/ch)에 대한 상기 중심부에 퇴적되는 코크스의 질량(ton/ch)의 비율 R을 소정값 α 이상으로 한다.

Description

선철 제조 방법

본 발명은, 선철 제조 방법에 관한 것이다.

고로 내에 광석 원료를 포함하는 제1층과 코크스를 포함하는 제2층을 교대로 적층하고, 풍구(tuyere)로부터 송풍하는 열풍에 의해 보조 연료를 고로 내에 취입하면서, 상기 광석 원료를 환원하고, 용해함으로써 선철을 제조하는 방법이 공지이다. 이때, 상기 코크스는, 광석 원료의 용해를 위한 열원, 광석 원료의 환원재, 용철에 침탄하여 융점을 저하시키기 위한 가탄재, 및 고로 내의 통기성을 확보하기 위한 스페이서의 역할을 하고 있다. 이 코크스에 의해 통기성을 유지함으로써, 상기 제1층 및 상기 제2층으로서 장입된 장입물의 짐 하강을 안정시켜, 고로의 안정 조업을 도모하고 있다.

고로 내로의 열풍의 취입은, 고로의 외주로부터 행해지는 것이 일반적이다. 이 열풍은, 고로의 중심부까지 도달하면, 고로의 중심부를 상승한다. 이 중심부를 상승하는 열풍의 흐름이 방해되면, 통기성이 악화되기 쉽다. 이 중심부의 통기성을 확보하는 방법으로서, 고로의 중심부에 집중적으로 코크스를 장입하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면 일본 특허공개 소60-56003호 공보).

일본 특허공개 소60-56003호 공보

요즘의 CO₂ 배출량 삭감의 요구로부터, 고로 조업에 있어서 코크스의 사용량의 추가적인 삭감이 요구되고 있다. 전술한 고로의 중심부에 집중적으로 코크스를 장입하는 방법으로 통기성은 개선되지만, 더 적은 양의 코크스로 통기성을 유지하는 방법이 요망되고 있다.

본 발명은, 전술한 바와 같은 사정에 기초하여 이루어진 것으로, 고로의 중심부에 있어서의 열풍의 흐름을 확보하면서 코크스의 사용량을 더 저감할 수 있는 선철 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 일 태양에 따른 선철 제조 방법은, 풍구를 갖는 고로를 이용하여 선철을 제조하는 선철 제조 방법으로서, 상기 고로 내에 광석 원료를 포함하는 제1층과 코크스를 포함하는 제2층을 교대로 적층하는 공정과, 상기 고로의 중심부에 코크스를 장입하는 공정과, 상기 풍구로부터 송풍하는 열풍에 의해 보조 연료를 고로 내에 취입하면서, 적층된 상기 제1층의 상기 광석 원료를 환원 및 용해하는 공정을 구비하고, 상기 적층하는 공정에서, 1개의 상기 제1층 및 1개의 상기 제2층을 합친 적층 단위를 적층하는 1차지(charge) 사이에, 1 또는 복수회의 상기 장입하는 공정이 행해지고, 상기 1차지에서, 장입하는 광석 원료의 질량(ton/ch)에 대한 상기 중심부에 퇴적되는 코크스의 질량(ton/ch)의 비율 R을 소정값 α 이상으로 한다.

당해 선철 제조 방법에서는, 적층하는 공정의 상기 제1층 및 상기 제2층을 합친 적층 단위를 적층하는 1차지마다 고로의 중심부에 코크스를 장입함으로써, 고로의 중심부에 있어서의 열풍의 흐름을 용이하게 확보한다. 또한, 상기 1차지에서, 장입하는 광석 원료의 질량(ton/ch)에 대한 상기 중심부에 퇴적되는 코크스의 질량(ton/ch)의 비율 R을 소정값 α 이상으로 함으로써, 상기 열풍의 통기성이 개선된다. 이 때문에, 코크스의 사용량을 저감하더라도, 필요한 통기성을 확보할 수 있기 때문에, 코크스양을 더 저감할 수 있다.

상기 소정값 α가 0.017이면 된다. 이와 같이 상기 소정값 α를 상기 값으로 함으로써 용이하게 통기성을 확보할 수 있다.

상기 제1층의 광석 원료가, 철광석 펠릿을 포함하고, 상기 제1층의 상기 광석 원료에 있어서의 상기 철광석 펠릿의 비율을 P(질량%)로 할 때, 상기 소정값 α가 하기 식 1로 산출되면 된다. 중심부에 장입되는 코크스의 필요량은, 제1층의 광석 퇴적 경사각에 따라서도 바뀔 수 있다. 특히 제1층의 철광석 펠릿의 비율 P와 제1층의 광석 퇴적 경사각은 일정한 상관이 있기 때문에, 제1층의 철광석 펠릿의 비율 P를 고려하여 상기 소정값 α를 결정함으로써, 높은 정밀도로 통기성의 개선 효과를 얻을 수 있다.

α=0.017×(0.001×P+0.97) ···1

상기 중심부에 퇴적되는 코크스의 강도가, 상기 제2층에 포함되는 코크스의 강도 이상이면 된다. 통기성의 관점에서는 코크스의 강도가 높은 편이 바람직하지만, 한편으로 강도가 높은 코크스는 일반적으로 고가여서, 제조 비용의 상승으로 이어진다. 이 때문에, 강도가 높은 코크스를 중심 장입에만 이용함으로써, 제조 비용의 상승을 억제하면서, 통기성의 개선을 도모할 수 있다.

상기 중심부에 퇴적되는 코크스의 평균 입경이, 상기 제2층에 포함되는 코크스의 평균 입경 이상이면 된다. 통기성의 관점에서는 코크스의 평균 입경이 큰 편이 바람직하지만, 한편으로 평균 입경이 큰 코크스는 일반적으로 고가여서, 제조 비용의 상승으로 이어진다. 이 때문에, 평균 입경이 큰 코크스를 중심 장입에만 이용함으로써, 제조 비용의 상승을 억제하면서, 통기성의 개선을 도모할 수 있다.

기준 시각보다 과거의 시각부터 상기 기준 시각까지의 소정 기간의 적어도 상기 열풍의 온도 및 송풍량, 솔루션 로스 반응량, 노 벽 발열(拔熱)량, 잔선(殘銑)량, 용선의 온도, 및 상기 비율 R을 포함하는 입력 데이터군과, 상기 기준 시각보다 미래의 상기 환원 및 용해하는 공정에서 얻어지는 용선의 온도 데이터를 포함하는 출력 데이터군의 실적값을 학습 데이터로서 인공지능 모델에 입력하고, 상기 입력 데이터군으로부터 상기 기준 시각보다 미래의 상기 용선의 온도 데이터를 예측하도록 인공지능 모델에 학습시키는 공정과, 현재 시각을 상기 기준 시각으로 하여 상기 입력 데이터군을 취득하는 공정과, 상기 취득하는 공정에서 취득한 상기 입력 데이터군을, 학습 완료된 상기 인공지능 모델에 현재 시각을 기준 시각으로 하여 입력하는 공정과, 학습 완료된 상기 인공지능 모델에 미래의 상기 용선의 온도를 추정시키는 공정을 구비하고, 상기 취득하는 공정에서 취득한 상기 입력 데이터군과, 이 입력 데이터군에 대응하는 상기 출력 데이터군의 실적값을 상기 학습시키는 공정의 입력에 이용하면 된다. 이와 같이 학습 완료된 인공지능 모델을 이용하여 용선의 온도를 추정함과 함께, 취득하는 공정에서 취득한 입력 데이터군과 이 입력 데이터군에 대응하는 출력 데이터군의 실적값을 이용하여 추가 학습함으로써, 상기 비율 R에 기초하여 높은 정밀도로 용선의 온도를 관리할 수 있다.

여기에서, 고로의 「중심부」란, 노구(爐口)부의 반경을 Z로 할 때, 고로의 중심축으로부터의 거리가 0.20Z 이하인 영역을 가리킨다. 코크스의 「강도」란, JIS-K-2151:2004에 규정되는 드럼 강도를 가리킨다. 또한, 「평균 입경」이란, 산술 평균 직경을 의미한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 선철 제조 방법을 이용함으로써, 고로의 중심부에 있어서의 열풍의 흐름을 확보하면서 코크스의 사용량을 더 저감할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 선철 제조 방법을 나타내는 플로도이다.
도 2는, 도 1의 선철 제조 방법에서 사용하는 고로 내부를 나타내는 모식도이다.
도 3은, 도 2의 융착대로부터 적하대 부근의 모식적 부분 확대도이다.
도 4는, 실시예에 있어서의 비율 R과 보정 K값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 실시예에 있어서의 코크스비와 K값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 실시예에서 이용한 고로 장입물 분포 실험 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7은, 실시예에 있어서의 철광석 펠릿의 비율 P(알루미나 볼 비율)와 광석 퇴적 경사각 θ의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 실시예에 있어서의 철광석 펠릿의 비율 P에 의해 분류한 코크스비와 K값의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 각 실시형태에 따른 선철 제조 방법에 대하여 설명한다.

[제1 실시형태]

도 1에 나타내는 선철 제조 방법은, 도 2에 나타내는 고로(1)를 이용하여 선철을 제조하는 선철 제조 방법으로서, 적층 공정(S1)과, 중심부 장입 공정(S2)과, 환원 용해 공정(S3)을 구비한다.

<고로>

고로(1)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 노 하부에 마련된 풍구(1a)와, 출선구(1b)를 갖는다. 풍구(1a)는 통상 복수 마련된다. 고로(1)는, 고기향류형(固氣向流型)의 샤프트 노이고, 고온의 공기에, 필요에 따라서 고온 또는 상온의 산소를 가한 열풍을 풍구(1a)로부터 노 내에 취입하고, 후술하는 광석 원료(11)의 환원 및 용융 등의 일련의 반응을 행하여, 출선구(1b)로부터 선철을 취출할 수 있다. 또한, 고로(1)에는, 벨·아머 방식의 원료 장입 장치(2)가 장비되어 있다. 이 원료 장입 장치(2)에 대해서는, 후술한다.

<적층 공정>

적층 공정(S1)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 고로(1) 내에 제1층(10)과 제2층(20)을 교대로 적층한다. 즉, 제1층(10) 및 제2층(20)의 층수는, 각각 2 이상이다.

(제1층)

제1층(10)은, 광석 원료(11)를 포함한다. 광석 원료(11)는, 환원 용해 공정(S3)에서 풍구(1a)로부터 취입되는 열풍에 의해 승온 환원되어 용선(F)이 된다.

광석 원료(11)는, 철 원료가 되는 광석류를 가리키고, 주로 철광석을 함유한다. 광석 원료(11)로서는, 소성광(철광석 펠릿, 소결광), 괴광석, 탄재 내장 괴성광, 메탈 등을 들 수 있다. 또한, 광석 원료(11)에는, 골재(11a)가 포함되어 있으면 된다. 이하, 광석 원료(11)에 골재(11a)가 혼합되어 있는 경우를 설명하지만, 골재(11a)는 필수의 구성 요소는 아니고, 광석 원료(11)는 골재(11a)를 포함하지 않아도 된다.

골재(11a)는, 후술하는 융착대(D)의 통기성을 개선하여, 상기 열풍을 고로(1)의 중심부(M)까지 통기시키기 위한 것이다. 골재(11a)는, 환원철을 압축 성형한 환원철 성형체(HBI, Hot Briquette Iron)를 포함하는 것이 바람직하다.

HBI는, 환원철 DRI(Direct Reduced Iron)를 열간 상태에서 성형한 것이다. DRI가, 기공률이 높아, 해상 운송이나 옥외 보존 시에 산화 발열하는 결점을 갖는 데 비해, HBI는 기공률이 낮아, 재산화하기 어렵다. 골재(11a)는, 제1층(10)의 통기성의 확보를 한 후는, 메탈로서 기능하여, 용선이 된다. 골재(11a)는 금속화율이 높아 환원의 필요가 없으므로, 이 용선이 될 때에 환원재를 그다지 필요로 하지 않는다. 따라서, CO₂ 배출량을 삭감할 수 있다. 한편, 「금속화율」이란, 전체 철분에 대한 금속철의 비율[질량%]을 말한다.

상기 환원철 성형체의 장입량의 하한으로서는, 선철 1톤당 100kg이고, 150kg이 보다 바람직하다. 상기 환원철 성형체의 장입량이 상기 하한 미만이면, 환원 용해 공정(S3)에서, 융착대(D)에서의 골재(11a)의 통기성 확보 기능이 충분히 작용하지 않을 우려가 있다. 한편, 상기 환원철 성형체의 장입량의 상한은, 골재 과다가 되어 골재 효과가 작아지지 않는 범위에서 적절히 결정되지만, 상기 환원철 성형체의 장입량의 상한은, 예를 들면 선철 1톤당 700kg이 된다.

골재(11a)를 제외한 광석 원료(11b)의 평균 입경에 대한 상기 환원철 성형체의 평균 입경의 비의 하한으로서는, 1.3이 바람직하고, 1.4가 보다 바람직하다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1층(10)의 골재(11a)를 제외한 광석 원료(11b)의 일부가 용해되어 적하 슬래그(12)로서 고로(1)의 하방으로 이동하고, 이 골재(11a)를 제외한 광석 원료(11b)가 연화 수축했을 때에도, 고융점의 상기 환원철 성형체는 연화되지 않는다. 골재(11a)를 제외한 광석 원료(11b)에 대해서 일정 이상 큰 상기 환원철 성형체를 골재(11a)로서 혼합시키면, 상기 환원철 성형체의 골재 효과가 발현되기 쉬워, 제1층(10) 전체가 층 수축하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 평균 입경의 비를 상기 하한 이상으로 함으로써, 도 3의 화살표로 나타내는 열풍의 유로를 확보할 수 있으므로, 환원 용해 공정(S3)에서의 통기성을 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 평균 입경의 비의 상한으로서는, 10이 바람직하고, 5가 보다 바람직하다. 상기 평균 입경의 비가 상기 상한을 초과하면, 상기 환원철 성형체를 제1층(10)에 균일하게 혼합시키기 어려워져 편석이 증대될 우려가 있다.

또한, 상기 환원철 성형체가 산화알루미늄을 포함하는 경우, 상기 환원철 성형체 중의 상기 산화알루미늄의 함유량의 상한으로서는, 1.5질량%가 바람직하고, 1.3질량%가 보다 바람직하다. 상기 산화알루미늄의 함유량이 상기 상한을 초과하면, 슬래그 융점의 고온화나 점도의 증가에 의해 노 하부에서의 통기성의 확보가 곤란해질 우려가 있다. 이 때문에, 환원철 성형체 중의 산화알루미늄의 함유량을 상기 상한 이하로 함으로써, 코크스(21)의 사용량이 증대되는 것을 억제할 수 있다. 한편, 상기 산화알루미늄의 함유량은 0질량%, 즉 상기 환원철 성형체가 산화알루미늄을 포함하지 않는 것이어도 되지만, 상기 산화알루미늄의 함유량의 하한으로서는, 0.5질량%가 바람직하다. 상기 산화알루미늄의 함유량이 상기 하한 미만이면, 환원철 성형체가 고가의 것이 되어, 선철의 제조 비용이 높아질 우려가 있다.

제1층(10)에는, 광석 원료(11)에 더하여, 석회석, 돌로마이트, 규석 등의 부원료를 함께 장입해도 된다. 또한, 제1층(10)에는, 광석 원료(11)에 더하여, 코크스를 체분리한 체 하의 소립 코크스를 혼합 사용하는 것이 일반적이다.

(제2층)

제2층(20)은 코크스(21)를 포함한다.

코크스(21)는, 광석 원료(11)의 용해를 위한 열원, 광석 원료(11)의 환원에 필요한 환원재인 CO 가스의 생성, 용철에 침탄하여 융점을 저하시키기 위한 가탄재, 및 고로(1) 내의 통기성을 확보하기 위한 스페이서의 역할을 한다.

(적층 방법)

제1층(10) 및 제2층(20)을 교대로 적층하는 방법은, 여러 가지 방법을 이용할 수 있다. 여기에서는, 도 2에 나타내는 벨·아머 방식의 원료 장입 장치(2)(이하, 간단히 「원료 장입 장치(2)」라고도 한다)를 탑재한 고로(1)를 예로 들어, 그 방법에 대하여 설명한다.

원료 장입 장치(2)는, 노 정상부에 구비되어 있다. 즉, 제1층(10) 및 제2층(20)은, 노 정상으로부터 장입된다. 원료 장입 장치(2)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 벨 컵(2a)과, 하부 벨(2b)과, 아머(2c)를 갖는다.

벨 컵(2a)은, 장입하는 원료를 충전한다. 제1층(10)을 장입할 때는, 제1층(10)을 구성하는 원료를 벨 컵(2a)에 충전하고, 제2층(20)을 장입할 때는, 제2층(20)을 구성하는 원료를 충전한다.

하부 벨(2b)은 하방으로 퍼지는 원뿔 형상이며, 벨 컵(2a) 내에 배설(配設)된다. 하부 벨(2b)은 상하로 이동 가능하다(도 2에서, 상방으로 이동한 상태를 실선, 하방으로 이동한 경우를 파선으로 나타내고 있다). 하부 벨(2b)은, 상방으로 이동한 경우, 벨 컵(2a)의 하부를 밀폐하고, 하방으로 이동한 경우 벨 컵(2a)의 측벽의 연장 상에 극간이 구성되도록 되어 있다.

아머(2c)는, 하부 벨(2b)보다 하방이고, 고로(1)의 노 벽부에 마련되어 있다. 하부 벨(2b)을 하방으로 이동했을 때, 상기 극간으로부터 원료가 낙하하지만, 아머(2c)는, 이 낙하하는 원료를 반발시키기 위한 반발판이다. 또한, 아머(2c)는, 고로(1)의 내부를 향하여 출퇴 가능하게 구성되어 있다.

이 원료 장입 장치(2)를 이용하여, 이하와 같이 해서, 제1층(10)을 적층할 수 있다. 한편, 제2층(20)에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 제1층(10) 및 제2층(20)의 적층은, 교대로 행해진다.

우선, 하부 벨(2b)을 상방에 위치시키고, 제1층(10)의 원료를 벨 컵(2a)에 장입한다. 하부 벨(2b)이 상방에 위치하는 경우, 벨 컵(2a)의 하부는 밀폐되므로, 벨 컵(2a) 내에 상기 원료가 충전된다. 한편, 그 충전량은, 각 층의 적층량으로 한다. 벨 컵(2a)의 용량이 각 층의 적층량에 미치지 않는 경우는, 복수회로 나누어 제1층(10)을 적층해도 된다. 이 1회의 충전에서의 적층을 「1배치」라고도 한다.

다음으로, 하부 벨(2b)을 하방으로 이동시킨다. 그렇게 하면, 벨 컵(2a)과의 사이에 극간이 생기므로, 이 극간으로부터 상기 원료는 노 벽 방향으로 낙하하여, 아머(2c)에 충돌한다. 아머(2c)에 충돌하여, 반발된 상기 원료는, 노 내에 장입된다. 상기 원료는, 아머(2c)에서의 반발에 의해 노 내 방향으로 이동하면서 낙하하므로, 낙하한 위치에서 노 내의 중심측을 향하여 유입되면서 퇴적된다. 아머(2c)는, 고로(1)의 내부를 향하여 출퇴 가능하게 구성되어 있기 때문에, 상기 원료의 낙하 위치는, 아머(2c)를 출퇴시키는 것에 의해 조정할 수 있다. 이 조정에 의해 제1층(10)을 원하는 형상으로 퇴적시킬 수 있다.

<중심부 장입 공정>

중심부 장입 공정(S2)에서는, 고로(1)의 중심부(M)에 코크스(31)를 장입한다. 이 코크스(31)의 장입에 의해, 도 2에 나타내는 바와 같이 중심층(30)이 형성된다. 한편, 중심부(M)에는 코크스(31)만은 아니고, 예를 들면 소량의 광석 원료 등을 혼합해서 장입해도 된다.

중심부 장입 공정(S2)(장입하는 공정)은, 적층 공정(S1)(적층하는 공정)에서, 1개의 제1층(10) 및 1개의 제2층(20)을 합친 적층 단위를 적층하는 1차지 사이에, 1 또는 복수회 행해진다. 여기에서 1차지란, 제1층(10) 및 제2층(20)을 각각 1층씩 적층하는 1사이클이며, 예를 들면 제1층(10) 및 제2층(20)이 2배치 처리되고 있는 경우는, 제1층(10)의 1배치째, 제1층(10)의 2배치째, 제2층(20)의 1배치째 및 제2층(20)의 1배치째의 4개의 처리를 합쳐 1차지가 된다.

1차지 내에서 중심부 장입 공정(S2)을 행하는 순서는, 여러 조건에 따라서 적절히 결정할 수 있다. 예를 들면 중심부 장입 공정(S2)은, 예를 들면 1차지의 최초의 공정으로서 행해도 되고, 제1층(10) 및 제2층(20)을 적층하기 직전에 2회로 나누어 행해도 된다. 또한, 제1층(10) 및 제2층(20)이 2배치 처리되고 있는 경우, 제1층(10)의 1배치째와 제1층(10)의 2배치째 사이, 및 제2층(20)의 2배치째와 제1층(10)의 1배치째 사이의 2회로 나누어 행할 수도 있다.

(코크스)

코크스(31)는, 제2층(20)의 코크스(21)와 동일한 성상을 가지는 것을 사용할 수도 있지만, 상이한 성상을 가지는 것을 사용할 수도 있다. 상이한 성상의 것을 사용하는 경우, 중심부(M)에 퇴적되는 코크스(31)의 강도가, 제2층(20)에 포함되는 코크스(21)의 강도 이상인 것이 바람직하다. 통기성의 관점에서는 코크스의 강도가 높은 편이 바람직하지만, 한편으로 강도가 높은 코크스는 일반적으로 고가여서, 제조 비용의 상승으로 이어진다. 이 때문에, 강도가 높은 코크스를 주로 중심 장입에 이용함으로써, 제조 비용의 상승을 억제하면서, 통기성의 개선을 도모할 수 있다. 한편, 「중심부에 퇴적되는 코크스」는, 주로 중심부 장입 공정(S2)에서 장입되는 코크스이지만, 예를 들면 제2층을 적층했을 때에, 전동 등에 의해 코크스가 중심부에 퇴적된 경우, 이 코크스는 중심부에 퇴적되는 코크스에 포함시킨다. 즉, 「중심부에 퇴적되는 코크스」는, 1차지의 장입 후에 중심부에 퇴적된 코크스이며, 그 기원은 묻지 않는다. 여기에서, 중심부(M)에 퇴적되는 코크스(31)의 강도가, 제2층(20)에 포함되는 코크스(21)의 강도 이상이기 위해서는, 중심부 장입 공정에서 장입되는 코크스(31)가 제2층(20)에 포함되는 코크스(21)보다 강도가 큰 것과 동등하다. 제2층(20)의 코크스(21)가 전동 등에 의해 중심부(M)에 퇴적된 경우, 이 코크스는 제2층(20)의 코크스(21)와 강도가 동일하다고 간주할 수 있다.

또한, 중심부(M)에 퇴적되는 코크스(31)의 평균 입경이, 제2층(20)에 포함되는 코크스(21)의 평균 입경 이상인 것이 바람직하다. 통기성의 관점에서는 코크스의 평균 입경이 큰 편이 바람직하지만, 한편으로 평균 입경이 큰 코크스는 일반적으로 고가여서, 제조 비용의 상승으로 이어진다. 이 때문에, 적층 공정(S1)에서 이용하는 코크스보다 평균 입경이 큰 코크스를 주로 중심 장입 공정(S2)에서 이용함으로써, 제조 비용의 상승을 억제하면서, 통기성의 개선을 도모할 수 있다.

한편, 중심부(M)에 퇴적되는 코크스(31)의 강도가, 제2층(20)에 포함되는 코크스(21)의 강도 이상이고, 또한 중심부(M)에 퇴적되는 코크스(31)의 평균 입경이, 제2층(20)에 포함되는 코크스(21)의 평균 입경 이상인 것이 특히 바람직하다.

(적층 방법)

중심층(30)의 적층은, 여러 가지 방법을 이용할 수 있고, 후술하는 비율 R을 소정값 α 이상으로 할 수 있는 한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 제1층(10) 및 제2층(20)과 마찬가지로 벨·아머 방식의 원료 장입 장치(2)를 이용하여 행할 수 있다. 구체적으로는, 원료 장입 장치(2)를 이용하여 고로(1)의 중심부(M)에 중심층(30)의 일부(직후에 적층하는 제1층(10) 또는 제2층(20)의 두께에 상당하는 두께분)를 적층하면 된다.

당해 선철 제조 방법에서는, 1차지에서, 장입하는 광석 원료(11)의 질량(ton/ch)에 대한 중심부(M)에 퇴적되는 코크스(31)의 질량(ton/ch)의 비율 R을 소정값 α 이상으로 한다. 한편, 예를 들면 1차지 내에서 복수회의 중심부 장입 공정(S2) 등이 행해지는 경우는, 비율 R은, 1차지 내에서 장입되는 광석 원료(11)의 합계량에 대한 코크스(31)의 합계량의 비를 가리키게 된다. 또한, 「장입하는 광석 원료의 질량」은, 주로 적층 공정(S1)에서 장입되는 제1층(10)의 광석 원료(11)이지만, 다른 층이 광석 원료를 포함하는 경우, 그 광석 원료도 포함한다. 즉, 「장입하는 광석 원료의 질량」은, 1차지에서 장입되는 광석 원료의 전체 질량이고, 그 기원은 묻지 않는다.

상기 소정값 α는, 0.017로 할 수 있다. 이와 같이 상기 소정값 α를 상기 값으로 함으로써 용이하게 통기성을 확보할 수 있다.

제1층(10)의 광석 원료(11)가 철광석 펠릿을 포함하고 있는 경우, 상기 소정값 α로서 0.017을 이용할 수도 있지만, 제1층(10)의 광석 원료(11)에 있어서의 상기 철광석 펠릿의 비율을 P(질량%)로 할 때, 소정값 α가 하기 식 1로 산출되는 것이 바람직하다. 여기에서, 「철광석 펠릿」이란, 수십 μm의 철광석 미분을 원료로 하여, 고로용으로 적합한 성상(예를 들면 사이즈, 강도, 피환원성 등)으로, 품질을 향상시켜 만들어 넣은 것이다.

α=0.017×(0.001×P+0.97) ···1

통기성의 개선을 위해서는, 고로(1)의 중심부(M)에 코크스(31)에 의한 중심 칼럼을 형성할 것이 요망된다. 즉, 1차지에서 장입되는 광석 원료(11)의 장입 질량이나 광석 퇴적 경사각에 의해 정해지는 중심 근방의 제1층(10)의 두께보다 상기 중심 칼럼이 높아지도록, 즉 제1층(10)으로부터 중심부(M)의 코크스(31)가 돌출하도록 중심부 장입 공정(S2)에서 코크스(31)를 장입하는 것이 바람직하다. 한편, 「광석 퇴적 경사각」이란, 광석 퇴적층(제1층(10) 등)의 경사면의 수평으로부터의 각도를 말한다.

제1층(10)은, 일반적으로 중심부(M)가 낮아지도록 경사져서 적층된다. 여기에서, 소결광이나 괴광석은, 부정형이고 비교적 넓은 입도 분포를 갖고 있는 데 비해, 철광석 펠릿은, 구상이고 입도가 비교적 갖추어져 있다. 이 때문에, 철광석 펠릿은 소결광이나 괴광석에 비해 중심부(M)로 굴러가기 쉽다. 철광석 펠릿의 비율을 증가시키면, 광석 퇴적 경사각이 작아지기 쉽다. 이때, 제1층(10)은 평탄화되는 경향이 되어, 중심부(M)가 상대적으로 두꺼워진다. 따라서, 철광석 펠릿의 비율이 증가하면, 제1층(10)의 광석 원료(11)(ton/ch)에 대해서 중심 장입하는 코크스(31)(ton/ch)의 비율을 높여, 상대적으로 코크스(31)를 많게 하면 된다. 본 발명자들이, 제1층(10)의 철광석 펠릿의 비율 P와 제1층(10)의 광석 퇴적 경사각의 상관에 대하여 검토한 결과, 제1층(10)의 철광석 펠릿의 비율 P를 고려해서 상기 소정값 α를 상기 식 1에 기초하여 결정함으로써, 높은 정밀도로 통기성의 개선 효과를 얻을 수 있다고 결론지었다.

<환원 용해 공정>

환원 용해 공정(S3)에서는, 풍구(1a)로부터 송풍하는 열풍에 의해 보조 연료를 고로 내에 취입하면서, 적층된 제1층(10)의 광석 원료(11)를 환원 및 용해한다. 한편, 고로 조업은 연속 조업이어서, 환원 용해 공정(S3)은 연속해서 행해지고 있다. 한편, 적층 공정(S1) 및 중심부 장입 공정(S2)은 간헐적으로 행해지고 있고, 환원 용해 공정(S3)에서 제1층(10) 및 제2층(20)의 환원 및 용해 처리의 상황에 따라서, 새롭게 환원 용해 공정(S3)에서 처리해야 할 제1층(10), 제2층(20) 및 중심층(30)이 추가되어 간다.

도 2는, 환원 용해 공정(S3)에서의 상태를 나타내고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 풍구(1a)로부터의 열풍에 의해 풍구(1a) 부근에는, 코크스(21)가 선회하여 현저하게 드문드문한 상태로 존재하는 공동 부분인 레이스웨이(A)가 형성되어 있다. 고로(1) 내에서는, 이 레이스웨이(A)의 온도가 가장 높아 2000℃ 정도이다. 레이스웨이(A)에 인접하여, 고로(1)의 내부에 있어서 코크스의 의(擬)정체역인 노심(B)이 존재한다. 또한, 노심(B)으로부터 상방에 적하대(C), 융착대(D) 및 괴상대(E)가 이 순서로 존재한다.

고로(1) 내의 온도는 정상부로부터 레이스웨이(A)를 향하여 상승한다. 즉, 괴상대(E), 융착대(D), 적하대(C)의 순서로 온도가 높고, 예를 들면 괴상대(E)에서 20℃ 이상 1200℃ 이하 정도인 데 비해, 노심(B)은 1200℃ 이상 1600℃ 이하 정도가 된다. 한편, 노심(B)의 온도는 직경 방향으로 상이하며, 노심(B)의 중심부에서는 적하대(C)보다 온도가 낮아지는 경우도 있다. 또한, 노 내의 중심부(M)에 열풍을 안정적으로 유통시킴으로써, 단면이 역 V자형인 융착대(D)를 형성시켜, 노 내의 통기성과 환원성을 확보하고 있다.

고로(1) 내에서는, 철광석 원료(11)는, 우선 괴상대(E)에서 승온 환원된다. 융착대(D)에서는, 괴상대(E)에서 환원된 광석이 연화 수축한다. 연화 수축한 광석은 강하하여 적하 슬래그가 되어, 적하대(C)로 이동한다. 환원 용해 공정(S3)에서, 광석 원료(11)의 환원은, 주로 괴상대(E)에서 진행되고, 광석 원료(11)의 용해는, 주로 적하대(C)에서 일어난다. 한편, 적하대(C)나 노심(B)에서는, 강하해 온 액상의 산화철 FeO와 코크스(21)의 탄소가 직접 반응하는 직접 환원이 진행된다.

환원철 성형체를 포함하는 골재(11a)는, 융착대(D)에서 골재 효과를 발휘한다. 즉, 광석이 연화 수축한 상태에서도, 고융점의 상기 환원철 성형체는 연화되지 않아, 상기 열풍을 고로(1)의 중심부까지 확실히 통기시키는 통기로가 확보된다.

또한, 노상부에는, 환원된 철이 용융된 용선(F)이 퇴적되어 있고, 그 용선(F)의 상부에 용융 슬래그(G)가 퇴적되어 있다. 이 용선(F) 및 용융 슬래그(G)는, 출선구(1b)로부터 취출할 수 있다.

풍구(1a)로부터 취입하는 보조 연료로서는, 석탄을 입경 50μm 정도로 미분쇄한 미분탄, 중유나 천연 가스 등을 들 수 있다. 상기 보조 연료는, 열원, 환원재 및 가탄재로서 기능한다. 즉, 코크스(21)가 하는 역할 중, 스페이서 이외의 역할을 대체한다.

<이점>

당해 선철 제조 방법에서는, 적층 공정(S1)의 제1층(10) 및 제2층(20)을 합친 적층 단위를 적층하는 1차지마다 고로(1)의 중심부(M)에 코크스(31)를 장입함으로써, 고로(1)의 중심부(M)에 있어서의 열풍의 흐름을 용이하게 확보한다. 또한, 상기 1차지에서, 광석 원료(11)의 질량(ton/ch)에 대한 중심부(M)에 퇴적되는 코크스(31)의 질량(ton/ch)의 비율 R을 소정값 α 이상으로 함으로써, 상기 열풍의 통기성이 개선된다. 이 때문에, 코크스의 사용량을 저감하더라도, 필요한 통기성을 확보할 수 있기 때문에, 코크스양을 더 저감할 수 있다.

[제2 실시형태]

본 발명의 다른 실시형태에 따른 선철 제조 방법은, 도 2에 나타내는 풍구(1a)를 갖는 고로(1)를 이용하여 선철을 제조하는 선철 제조 방법으로서, 고로(1) 내에 광석 원료(11)를 포함하는 제1층(10)과 코크스(21)를 포함하는 제2층(20)을 교대로 적층하는 공정(적층 공정)과, 고로(1)의 중심부(M)에 코크스(31)를 장입하는 공정(중심부 장입 공정)과, 풍구(1a)로부터 송풍하는 열풍에 의해 보조 연료를 고로(1) 내에 취입하면서, 적층된 제1층(10)의 광석 원료(11)를 환원 및 용해하는 공정(환원 용해 공정)을 구비하고, 상기 적층 공정에서, 1개의 제1층(10) 및 1개의 제2층(20)을 합친 적층 단위를 적층하는 1차지 사이에, 1 또는 복수회의 상기 중심부 장입 공정이 행해지고, 상기 1차지에서, 광석 원료의 질량(ton/ch)에 대한 중심부(M)에 퇴적되는 코크스(31)의 질량(ton/ch)의 비율 R을 소정값 α 이상으로 한다. 또한, 당해 선철 제조 방법은, 학습 공정과, 취득 공정과, 입력 공정과, 추정 공정과, 제어 공정을 구비한다.

상기 적층 공정, 상기 중심부 장입 공정 및 상기 환원 용해 공정은, 제1 실시형태의 적층 공정(S1), 중심부 장입 공정(S2) 및 환원 용해 공정(S3)과 마찬가지이므로, 상세 설명을 생략한다.

(학습 공정)

상기 학습 공정은, 기준 시각보다 과거의 시각부터 상기 기준 시각까지의 소정 기간의 적어도 상기 열풍의 온도 및 송풍량, 노 벽으로부터 방사되는 열의 열량인 노 벽 발열량, 솔루션 로스 반응에 의한 열량인 솔루션 로스 반응량, 잔선량, 용선(F)의 온도, 및 상기 비율 R을 포함하는 입력 데이터군과, 상기 기준 시각보다 미래의 상기 환원 및 용해하는 공정에서 얻어지는 용선(F)의 온도 데이터를 포함하는 출력 데이터군의 실적값을 학습 데이터로서 인공지능 모델에 입력하고, 상기 입력 데이터군으로부터 상기 기준 시각보다 미래의 상기 용선(F)의 온도 데이터를 예측하도록 인공지능 모델에 학습시키는 공정이다.

상기 입력 데이터군은, 상기 열풍의 온도 및 용선(F)의 온도에 더하여, 예측 정밀도 향상의 관점에서, 상기 열풍의 습분, 코크스비, 보조 연료비(상기 보조 연료가 미분탄을 포함하는 경우는 미분탄비가 바람직하다) 등이 포함되면 된다.

상기 학습 공정에 있어서, 상기 기준 시각은 과거의 어떤 일점이며, 상기 기준 시각보다 과거의 시각은, 상기 기준 시각보다 과거인 한, 어느 시점이어도 된다. 또한, 상기 기준 시각보다 미래의 시각은, 적어도 현재 시각보다 전의 시각이다. 따라서, 상기 입력 데이터군 및 상기 출력 데이터군의 수치는, 모두 실측값으로 할 수 있다. 또한, 상기 과거의 시각부터 상기 미래의 시각까지의 일련의 시계열 데이터에 대해서, 상기 기준 시각을 변화시켜, 즉 과거의 데이터와 미래의 데이터를 구분짓는 시각을 바꾸어 이용할 수도 있다.

또한, 상기 입력 데이터군에는, 상기 기준 시각보다 미래의 시각(단 현재보다 과거의 시각)의 데이터도 포함되는 것이 바람직하다. 예측의 대상이 되는 상기 기준 시각 이후의 용선(F)의 온도는, 상기 기준 시각 이후의 상기 입력 데이터군의 특히 의도적인 제어에 의해 바뀔 수 있다. 그래서, 이들 데이터도 인공지능 모델의 학습에 이용함으로써, 정밀도가 높은 예측 모델을 만들 수 있다.

상기 입력 데이터군 및 상기 출력 데이터군은, 고로(1)에 설치된 센서 등에 의해 취득할 수 있다. 이때, 예를 들면 동일한 입력 데이터의 종류에 대해, 상이한 위치에 센서를 설치하여, 위치 의존의 데이터로서 취득해도 된다.

실적값인 상기 입력 데이터군 및 상기 출력 데이터군은, 학습 데이터로서 인공지능 모델에 입력된다. 그리고, 상기 입력 데이터군으로부터 상기 기준 시각보다 미래의 용선(F)의 온도 데이터를 예측하도록 인공지능 모델에 학습시킨다. 구체적으로는, 용선(F)의 온도 데이터를 예측하는 추정 모델이 구축된다. 상기 추정 모델의 구축에는, 기계 학습(AI)에 관한 공지된 추정 기술을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 상기 입력 데이터군 및 상기 출력 데이터군을 이용하여, 구축 수단이 상기 입력 데이터군과 상기 출력 데이터군의 상관을 학습하여, 추정 모델을 구축할 수 있다. 그 중에서도 기계 학습으로서, 다층 구조의 뉴럴 네트워크를 이용한 딥 러닝(심층 학습)을 이용하는 것이 바람직하다.

당해 선철 제조 방법에서는, 후술하는 취득 공정에서 취득한 상기 입력 데이터군과, 이 입력 데이터군에 대응하는 상기 출력 데이터군의 실적값을 상기 학습 공정의 입력에 이용한다. 미리 학습시킨 인공지능 모델을 이용하여 예측을 행함과 동시에, 고로(1)의 조업에 의해 축차적으로 생성되는 입력 데이터군 및 출력 데이터군을 이용하여 계속적으로 학습시킴으로써, 상기 인공지능 모델의 예측 정밀도를 높일 수 있다.

(취득 공정)

상기 취득 공정에서는, 현재 시각을 상기 기준 시각으로 하여 상기 입력 데이터군을 취득한다. 구체적으로는, 상기 학습 공정에서 이용한 상기 입력 데이터군을 취득한 방법과 동일한 방법, 예를 들면 동일한 센서를 이용하여 상기 입력 데이터군을 취득할 수 있다.

(입력 공정)

상기 입력 공정에서는, 상기 취득 공정에서 취득한 상기 입력 데이터군을, 학습 완료된 상기 인공지능 모델에 현재 시각을 기준 시각으로 하여 입력한다. 상기 입력 공정에서는, 그 기준 시각을 현재 시각으로 하여 상기 인공지능 모델을 이용하므로, 상기 기준 시각보다 미래의 시각은, 현실의 세계에 있어서도 미래의 시각이며, 후술하는 추정 공정에서 예측되는 용선(F)의 온도는, 다가올 미래의 온도가 된다.

(추정 공정)

상기 추정 공정에서는, 학습 완료된 상기 인공지능 모델에 미래의 용선(F)의 온도를 추정시킨다. 상기 인공지능 모델은 학습 완료된 모델이기 때문에, 미래의 용선(F)의 온도를 정밀도 좋게 추정할 수 있다.

(제어 공정)

상기 제어 공정에서는, 상기 추정 공정에서 추정한 용선(F)의 온도에 기초하여, 상기 입력 데이터군에 포함되는 항목의 설정값을 변경한다. 특히 당해 선철 제조 방법에서는, 비율 R을 지나치게 크게 취하면, 용선 온도가 저하되어 냉각이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 미래의 용선(F)의 온도를 추정시켜, 냉각을 피하도록 적절히 제어하는 것이 중요하다.

구체적으로는, 상기 추정 공정에서, 용선(F)의 온도의 저하가 예측되는 경우, 예를 들면 상기 열풍의 온도, 송풍량 및 습분, 코크스비, 미분탄비, 및 상기 비율 R 등으로부터, 용선(F)의 온도의 저하(냉각)를 효과적으로 회피할 수 있는 파라미터를 상기 인공지능 모델에 추정시켜, 제어할 수 있다. 특히 비율 R이 지나치게 높아지지 않도록 제어하면 된다.

한편, 상기 제어 공정은 필수의 공정은 아니고, 생략할 수도 있다. 이 경우, 인공지능 모델은, 용선(F)의 온도의 추정만을 행한다. 그리고, 그 추정 결과로부터 작업자가 구체적인 대응책을 검토하여 실행하게 된다.

<이점>

당해 용선 제조 방법에서는, 이와 같이 학습 완료된 인공지능 모델을 이용하여 용선(F)의 온도를 추정함과 함께, 취득하는 공정에서 취득한 입력 데이터군과 이 입력 데이터군에 대응하는 출력 데이터군의 실적값을 이용하여 추가 학습함으로써, 상기 비율 R에 기초하여 높은 정밀도로 용선(F)의 온도를 관리할 수 있다. 따라서, 고로 조업을 안정적으로 계속할 수 있다.

[그 밖의 실시형태]

한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다.

상기 실시형태에서는, 당해 선철 제조 방법은, 다른 공정을 포함해도 된다. 예를 들면 당해 선철 제조 방법은, 환원철 성형체에서 유래하는 분체 및 석탄을 미분쇄하는 공정을 구비해도 된다. 이 경우, 상기 보조 연료로서 상기 미분쇄 공정에서 얻어지는 미분체를 포함시키는 것이 바람직하다. 환원철 성형체는, 반송 과정 등에 의해 일부가 파쇄되어 분체가 된다. 이와 같은 분체는 고로 내의 통기성을 저하시키기 때문에, 제1층으로서 사용하는 것은 적당하지는 않다. 또한, 이 분체는 비표면적이 크기 때문에, 산화철로 재산화한다. 이 산화철을 포함하는 보조 연료를 풍구로부터 취입하면 통기성을 개선할 수 있다. 따라서, 환원철 성형체에서 유래하는 분체를 석탄과 함께 미분쇄하고, 미분쇄한 상기 분체 및 상기 석탄을 포함하는 미분체를 풍구로부터 취입하는 보조 연료로서 이용함으로써, 환원철 성형체의 유효 이용을 도모할 수 있음과 함께, 고로 내의 통기성을 개선할 수 있다.

상기 실시형태의 적층 공정으로서, 벨·아머 방식을 이용하는 경우를 설명했지만, 다른 방식을 이용할 수도 있다. 이와 같은 다른 방식으로서는 벨리스(bell-less) 방식을 예로 들 수 있다. 벨리스 방식으로는, 선회 슈트를 이용하여, 그 각도를 조정하면서 적층을 행할 수 있다. 이 경우, 중심부 장입 공정은, 제2층의 적층의 전후에 이어서 연속적으로 행해도 된다. 예를 들면 제2층의 적층으로 중앙부에 가까워짐에 따라, 코크스의 양을 서서히 증가시켜 중심부 장입 공정을 연속적으로 행하는 방법이나, 중심부 장입 공정에 이어서 코크스의 양을 서서히 감소시켜 제2층의 적층을 연속적으로 행하는 방법 등을 채용해도 된다.

상기 제2 실시형태에서는, 취득 공정에서 취득한 입력 데이터군과, 이 입력 데이터군에 대응하는 출력 데이터군의 실적값을 학습 공정의 입력에 이용하는 경우에 대하여 설명했지만, 이들 실적값을 학습 공정의 입력에 이용하지 않는 구성으로 할 수도 있다. 즉, 학습 공정에서 한번 구축한 인공지능 모델에 추가 학습을 시키는 일 없이, 그대로 계속해서 이용해도 된다.

또한, 상기 제2 실시형태에서는, 제어 공정에서 비율 R이 지나치게 높아지지 않도록 제어하면 되는 것을 기술했다. 상기 제어 공정에서는, 추정 공정에서 추정되는 미래의 용선(F)의 온도에 기초하여 제어하는 방법을 설명했지만, 다른 파라미터, 예를 들면 리얼타임의 용선(F)의 온도에 기초해도 된다. 즉, 선철 제조 방법은, 용선의 온도의 저하를 회피할 수 있도록 비율 R을 제어하는 제어 공정을 구비하는 것이어도 된다. 상기 제어 공정에 의해 비율 R이 지나치게 높아지는 폐해를 억제할 수 있다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<비율 R>

조업 중의 고로의 조업 데이터를 이용하여, 고로의 1차지에서의 광석 원료의 질량(ton/ch)에 대한 상기 중심부에 퇴적되는 코크스의 질량(ton/ch)의 비율 R과, 전체 K값의 관계를 조사했다.

전체 K값은, 노 정상압 P₁(kPa), 송풍압 P₂(kPa), 보시 가스양 BOSH(Nm³/min)로 할 때, 이하의 식 2로 표시된다. 전체 K값은 낮을수록 통기에 여유가 있는 것을 나타내고, 반대로 말하면 코크스비를 저감한 조업을 가능하게 한다.

전체 K값과 괴코크스비 사이에는,

전체 K값=-0.0042×괴코크스비+3.8054 ···3

의 관계가 있기 때문에, 이 식 3에 따라, 괴코크스비=270kg/tp일 때의 값으로 전체 K값을 보정하여(보정 전체 K값), 이 보정 전체 K값과 비율 R의 관계를 구했다. 결과를 도 4에 나타낸다. 한편, 「괴코크스」란, 통기성 확보를 목적으로 하는 체 상의 대립경의 코크스를 가리킨다.

도 4의 결과로부터, 비율 R이 증가하면 보정 전체 K값이 저하되고 있고, 특히 비율 R이 소정값 α=0.017보다 클 때에 보정 전체 K값이 저값이 되는 것을 알 수 있다. 그래서, 각 조업 데이터를 R<0.017과 R≥0.017로 나누어, 코크스비와 전체 K값의 관계를 플롯했다. 결과를 도 5에 나타낸다.

도 5로부터, R≥0.017로 함으로써, 전체 K값이 저하되어, 통기성이 개선되고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 전체 K값이 조업 상한값이 될 때까지 코크스비를 저감할 수 있다.

<철광석 펠릿의 비율 P와의 관계>

우선, 철광석 펠릿의 비율 P가 광석 퇴적 경사각 θ에 주는 영향을 실험했다.

도 6에, 이 실험에 이용한 고로 장입물 분포 실험 장치(8)를 나타낸다. 도 6에 나타내는 고로 장입물 분포 실험 장치(8)는, 스케일 1/10.7이고 벨·아머 방식의 원료 장입 장치를 모의한 2차원 슬라이스 냉간 모형이다. 고로 장입물 분포 실험 장치(8)의 크기는, 높이 1450mm(도 8의 L1의 길이), 폭 580mm(도 8의 L2의 길이), 깊이 100mm(도 8에서 지면에 수직 방향의 길이)이다.

고로 장입물 분포 실험 장치(8)의 각 구성 요소는, 도 2의 벨·아머 방식의 원료 장입 장치(2)의 대응하는 동일 기능의 구성 요소와 동일 번호를 붙였다. 기능은 동일하므로, 상세 설명은 생략한다. 또한, 고로 장입물 분포 실험 장치(8)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 중심 장입을 모방한 코크스를 장입하기 위한 중심 장입 슈트(8a)를 갖는다.

이 고로 장입물 분포 실험 장치(8)에 하지(下地)가 되는 코크스층(81), 중심 장입 코크스층(82) 및 광석층(83)을 순서대로 장입한 후, 광석층인 실험층(84)을 장입했다.

실험층(84)의 장입에 이용한 원료는, 소결광 및 괴광석을 모의한 소결광(입경 2.8∼4.0mm), 철광석 펠릿을 모의한 알루미나 볼(φ2mm), 괴코크스를 모의한 코크스(입경 8.0∼9.5mm)이다. 원료는, 2/11.2 축척으로 했다.

전술한 조건에서, 철광석 펠릿을 모의한 알루미나 볼의 비율을 바꾸어 광석 퇴적 경사각 θ를 측정했다. 한편, 광석 퇴적 경사각 θ의 대상 범위는, 무차원 반경(노 벽측=0.00, 중심측=1.00)으로, 0.32 이상 0.71 이하의 범위로 했다. 결과를 도 7에 나타낸다.

도 7의 결과로부터, 철광석 펠릿의 비율(알루미나 볼의 비율)이 10% 증가하면 광석 퇴적 경사각 θ가 약 1도 저하되는 경향이 확인되었다.

다음으로, 조업 중의 고로의 조업 데이터를 이용하여, 각 조업 데이터를 R<0.017×(0.001×P+0.97)과 R≥0.017×(0.001×P+0.97)로 나누어, 코크스비와 전체 K값의 관계를 플롯했다. 결과를 도 8에 나타낸다.

도 8의 결과로부터, 철광석 펠릿의 비율 P를 고려함으로써, 높은 정밀도로 통기성의 개선 효과를 판단할 수 있는 것을 알 수 있다.

본 발명의 선철 제조 방법을 이용함으로써, 고로의 중심부에 있어서의 열풍의 흐름을 확보하면서 코크스의 사용량을 더 저감할 수 있다.

1 고로
1a 풍구
1b 출선구
2 원료 장입 장치
2a 벨 컵
2b 하부 벨
2c 아머
10 제1층
11 광석 원료
11a 골재
11b 골재를 제외한 광석 원료
12 적하 슬래그
20 제2층
21 코크스
30 중심층
31 코크스
8 고로 장입물 분포 실험 장치
8a 중심 장입 슈트
81 코크스층
82 중심 코크스층
83 광석층
84 실험층
A 레이스웨이
B 노심
C 적하대
D 융착대
E 괴상대
F 용선
G 용융 슬래그
M 중심부

Claims

풍구(tuyere)를 갖는 고로를 이용하여 선철을 제조하는 선철 제조 방법으로서,
상기 고로 내에 광석 원료를 포함하는 제1층과 코크스를 포함하는 제2층을 교대로 적층하는 공정과,
상기 고로의 중심부에 코크스를 장입하는 공정과,
상기 풍구로부터 송풍하는 열풍에 의해 보조 연료를 고로 내에 취입하면서, 적층된 상기 제1층의 상기 광석 원료를 환원 및 용해하는 공정을 구비하고,
상기 적층하는 공정에서, 1개의 상기 제1층 및 1개의 상기 제2층을 합친 적층 단위를 적층하는 1차지(charge) 사이에, 1 또는 복수회의 상기 장입하는 공정이 행해지고,
상기 1차지에서, 장입하는 광석 원료의 질량(ton/ch)에 대한 상기 중심부에 퇴적되는 코크스의 질량(ton/ch)의 비율 R을 소정값 α 이상으로 하는 선철 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 소정값 α가 0.017인 선철 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제1층의 광석 원료가, 철광석 펠릿을 포함하고,
상기 제1층의 상기 광석 원료에 있어서의 상기 철광석 펠릿의 비율을 P(질량%)로 할 때,
상기 소정값 α가 하기 식 1로 산출되는 선철 제조 방법.
α=0.017×(0.001×P+0.97) ···1
제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 중심부에 퇴적되는 코크스의 강도가, 상기 제2층에 포함되는 코크스의 강도 이상인 선철 제조 방법.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 중심부에 퇴적되는 코크스의 평균 입경이, 상기 제2층에 포함되는 코크스의 평균 입경 이상인 선철 제조 방법.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
기준 시각보다 과거의 시각부터 상기 기준 시각까지의 소정 기간의 적어도 상기 열풍의 온도 및 송풍량, 솔루션 로스 반응량, 노 벽 발열(拔熱)량, 잔선(殘銑)량, 용선의 온도, 및 상기 비율 R을 포함하는 입력 데이터군과, 상기 기준 시각보다 미래의 상기 환원 및 용해하는 공정에서 얻어지는 용선의 온도 데이터를 포함하는 출력 데이터군의 실적값을 학습 데이터로서 인공지능 모델에 입력하고, 상기 입력 데이터군으로부터 상기 기준 시각보다 미래의 상기 용선의 온도 데이터를 예측하도록 인공지능 모델에 학습시키는 공정과,
현재 시각을 상기 기준 시각으로 하여 상기 입력 데이터군을 취득하는 공정과,
상기 취득하는 공정에서 취득한 상기 입력 데이터군을, 학습 완료된 상기 인공지능 모델에 현재 시각을 기준 시각으로 하여 입력하는 공정과,
학습 완료된 상기 인공지능 모델에 미래의 상기 용선의 온도를 추정시키는 공정
을 구비하고,
상기 취득하는 공정에서 취득한 상기 입력 데이터군과, 이 입력 데이터군에 대응하는 상기 출력 데이터군의 실적값을 상기 학습시키는 공정의 입력에 이용하는 선철 제조 방법.