KR910000483B1 - 고로 조업법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 따른 고로 조업법의 일예를 도시하는 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 코크스에 대한 미분탄의 최대치환량과 연료비(kg/톤., 용융선철)의 관계를 예시하는 그래프.
제3도는 본 발명에 일치하는 고로 상부 가스온도와 연료비(kg/톤., 용융선철)의 관계를 예시하는 그래프.
제4도는 고로 상부 가스를 150℃로 유지하기 위해 필요한 본 발명에 일치하는 예열 가스량을 예시하는 그래프.
제5도는 본 발명에 일치하는, 코크스에 치환되는 미분탄의 최대 치환량과 산소 온도의 관계를 예시하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 고로 4 : 풍구
5 : 순산소 6 : 미분탄
8 : 가스청정설비 9 : 예열가스 발생설비
11 : 가스송풍구 13 : 가스홀더
본 발명은 고로 조업법에 관한 것이며, 특히 고로의 풍구를 통하여 미분탄을 송풍하는 방식의 고로 조업법에 관한 것이다.
고로의 풍구를 통하여 열풍공기와 함께 미분탄을 송풍하는 방법은 고로 상부를 통하여 고로속으로 장입되는 코크스를 부분적으로 대체하기 위하여 관례적으로 실시되고 있다. 그러나, 조업이 아래와 같이 이루어지기 때문에 코크스를 대한 치환량은 용융선철통당 50 내지 60kg 이다.
(a) 풍구 노우즈에서의 화염온도는, 미분탄내에 포함된 휘발성 물질의 흡열반응이 미분탄의 연소를 앞지르는 휘발성 물질의 분해에 의해 발생하기 때문에, 하강한다.
(b) 미분탄은 풍구 노우즈 부근에서 완전 연소되도록 송풍된다.
또한, 최근에는 고로 출선비를 개선하기 위하여, 풍구를 통해 송풍되는 열풍가스를 주로 산소로만 구성되도록 하는 다양한 연구의 결과가 보고 되고 있다. 예를들면, 일본국 특허 공개 제85-159104호에는 다음과 같은 방법이 개시되고 있다.
(1) 철광석과 코크스등으로 구성된 장입물을 고로 상부를 통해 용광로 속으로 장입한다.
(2) 순산소, 미분탄 및, 풍구노우즈에서 화염온도가 상승하는 것을 제한하는 온도 조정가스를 풍구를 통해 송풍한다.
(3) 장입물을 예열하기 위하여 고로의 중간 부분에서 실질적으로 질소를 포함하지 않는 예열 가스를 송풍한다.
(4) 장입된 철광석을 용융 환원하고 고로 상부에서 질소를 포함하지 않는 고로 가스를 배출하도록 장입물내에 포함된 코크스는 송풍되는 순산소에 의해 연소된다.
그러나, 위와같은 방법은 장기간 동안 안정한 고로 조업을 유지하기가 어렵다.
본 발명의 목적은 장기간 동안 고로를 안정하게 조업할 수 있도록 하기 위한 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 방법에 따르면, 철광석과 코크스를 고로 상부를 통해 고로속으로 장입하는 단계와, 미분탄과 40용적% 또는 그 이상의 산소를 포함하는 가스를 풍구를 통해 고로 속으로 송풍하는 단계와, 연료비를 500내지 930kg/톤., 용융선철의 범위로 조절하고, 풍구를 통해 송풍되는 미분탄비를 다음식, 즉
(여기서 x 는 연료비를 나타냄)
를 만족시키는 범위로 조절하는 단계와, 고로속에 장입된 장입물을 예열하도록 예열가스를 고로 샤프트부에 위치하는 가스송풍구를 통하여 고로 속으로 송풍하는 단계로 구성되는 고로 조업법이 제공된다.
본 발명의 목적 및 장점은 첨부도면에 관한 다음 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
지금부터, 도면의 제1도에 관하여 본 발명에 일치하는 고로 조업법의 양호한 실시예가 서술될 것이다.
제1도는 발명에 일치하는 고로 조업법의 일예를 개략적으로 예시한다. 철광석(2)과 코크스(3)는 고로 상부를 통하여 고로(1) 내부에 장입된다. 순산소(5), 미분탄(6), 및 온도 조정가스와 같은 고로 배기가스(12)는 풍구(4)를 통하여 송풍된다.
예열가스 발생설비(9)에서 발생된 예열가스(10)는 고로 장입물을 예열하기 위하여 고로의 샤프트부에 위치하는 가스 송풍구(11)를 통하여 용광로속으로 들어간다.
이 방법에 있어서, 코크스비와 미분탄비를 합한 연료비는 500 내지930kg/톤., 용융선철의 범위를 갖는 것으로 정해지며, 미분탄비는 다음에 주어진 식을 만족하는 범위를 갖는 것으로 정해진다.
여기에서 x 는 연료비를 나타냄.
상술한 방법에 따라, 코크스(3)와 미분탄(6)은 풍구를 통하여 순산소(5)에 의해 완전히 연소될 수 있으며, 철광석(2)은 고온의 환원가스에 의하여 용융선철 및 슬랙으로 용융 및 환원한다. 실질적으로 질소가 배제된 고로 배기가스(7)는 고로 상부를 통하여 배출된다.
고로 배기가스는 가스청정 설비(8)를 통하여 가스 홀더(13)로 보내지만, 고로 배기가스의 일부는 가스 청정설비에서 가스 홀더로 가는 도중에 온도 조절가스(12)로서 고로속에 송풍하기 위하여 풍구나 예열가스 발생장치(9)로 보내진다.
[미분탄의 송풍]
고로 상부를 통하여 장입되는 코크스(3)를 풍구(4)를 통해 송풍되는 미분탄(6)으로 효율성있게 치환하기 위해서는 다음과 같은 것이 중요한 것으로 밝혀졌다.
(a) 풍구를 통하여 송풍되는 미분탄은 미분탄이 완전히 연소하기전에 휘발하며, 미분탄내의 휘발성 물질이 분해될때의 흡열 반응 때문에 화염 온도는 종종 풍구의 노우즈에서 강화된다. 그러므로, 풍구 노우즈에서 화염온도를 2000℃이하로 하강시킬만큼의 양의 미분탄을 송풍하는 것을 피하는 것이 바람직하다.
(b) 미분탄은 송풍된 직후 완전히 연소되어져야 하고, 연소속도를 능가하는 양의 미분탄의 송풍을 피하는 것이 바람직하다.
(c) 고로내의 가수 유동을 최적화하기 위하여, 코크스는 가스 유동에 필요한 공간을 제공하도록 고로 장입물내에서 최적량으로 존재해야 한다.
이러한 인식을 토대로, 코크스에 대한 미분탄의 치환량은 다음과 같은 식으로 주어진다.
여기에서 x 는 연료비를 나타냄.
연료비와 치환량의 관계는 연료비의 증가에 비례하여 치환량이 증가하는 선형 그래프로 나타난다.
치환량의 하한이 100인 이유는 하한이 너무 작으면 본 발명의 효과가 얻어질수 없기 때문이다. 또한, 치환량이 상한을 초과하면, 미분탄의 연소는 불완전해지고, 고로 가동이 저하한다. 연료비는 500 내지 930kg/톤., 용융선철 범위를 갖는 것이 바람직하다. 연료비가 500kg/톤., 용융선철을 초과하면, 가동이 안정되지 않는데 반하여, 930kg/톤., 용융선철을 초과하면, 용광로 배기가스의 온도가 고로 상부설비를 보호하지 못하도록 400℃를 초과한다.
제2도는 연료비(kg/톤., 용융선철)와 미분탄의 최대 치환량의 관계를 그래프로 도시한다. 예를 들면 연료비가 500kg/톤., 용융선철인 경우에 미분탄의 송풍량은 300kg/톤., 용융선철이다. 또한, 그래프는 연료비가 800kg/톤., 용융선철인 경우에, 코크스에 대해 치환되는 미분탄은 460kg/톤., 용융선철이 송풍되고 코크스는 340kg/톤., 용융선철이 용광로 상부를 통해 장입된다는 것을 보여준다.
제3도는 연료비(kg/톤., 용융선철)와 고로 상부가스 온도의 관계를 그래프로 예시한다.
연료비가 500 내지 830kg/톤., 용융선철의 범위를 갖는 경우, 고로 상부 가스 온도는 점선으로 표시된 150℃로 유지된다.
위와같은 온도로 유지되는 이유는 고로 상부가스를 150℃로 유지하도록 고로의 샤프트부에 배치된 가스송풍구를 통하여 예열가스를 주입했기 때문이다. 연료비가 830kg/톤., 용융선철 이상이면, 예열가스의 송풍은 필요하지 않으며, 용광로 상부 가스 온도는 150℃ 또는 그 이상이 유지된다.
그러나, 연료비가 930kg/톤., 용융선철이상이면, 고로 상부가스온도는 400℃를 초과하며, 이것은 고로 상부설비의 보호 관점에 비추어 바람직하지 못하다.
제4도는 고로 상부가스를 150℃로 유지하기 위해 필요한 예열가스 칼로리를 예시한다.
[코크스]
가 80.0% 이하이면, 코크스는 분쇄되기 쉬우므로 분진이 증가하고 바람직하지 못한 불안정한 고로 조건이 발생한다.가 90.0%를 초과하면, 고로 조업의 불편은 발생하지 않지만, 비경제적인 작업, 예를 들면 코우킹 공정시탄을 연탄화하는 작업과 점결탄을 더욱 엄격하게 선별하는 작업이 추가적으로 요구된다.
관례적으로 고로조업에 있어서, 코크스의 물리적인 성질은 통상적으로 다음과 같은 조건을 만족시키도록 요구되고 있다.
(1) 고로속에 장입된 코크스는 층을 형성하고 있는 장입물의 중량에 의하여 분쇄되지 않아야 하고, 가스와 함께 고로 밖으로 배출되지 않아야 한다.
(2) 고로내에서, 환원은 약 700℃에서부터 시작하고, 코크스의 조직이 고로 저부에서 활성화되는 탄소 솔루션로스 반응 때문에 취성을 갖게 되므로, 상기 반응은 가능한한 억제되어야 한다.
지금부터, 주로 열풍공기를 사용하는 통상적인 고로 조업과 본 발명의 조업을 비교하여 저드럼인덱스, 즉 80 내지 90%의를 갖는 코크스를 사용할 수 있는 이유가 상세하게 서술될 것이다. 통상적인 고로 조업에 있어서, 풍구 높이에서 장입기준선까지 분포하는 가스의 질소 함량은 거의 일정하게 57 내지 60용적%의 범위를 갖는다.
고형 장입물이 1300℃의 온도를 나타내는 샤프트 높이에서, 노내가스, 철광석 및 코크스는 다음과 같은 특징을 갖는다.
(a-1) 노내가스: N2는 약 64%, CO는 약 35용적% 및 잔량은 소량의 H2,(b-1) 철광석: 금속화 정도가 약 56%, (c-1) 코크스 : 5내지 7%가 반응됨.
본 발명의 조업에 있어서, 풍구 높이에서 장입기준선까지 분포하는 가스의 질소함량은 단지 2 내지3 용적%이다. 고형장입물이 1300℃의 온도를 나타내는 샤프트 높이에서, 노내가스, 철광석 및 코크스는 다음과 같은 특징을 나타낸다.
(a-2) 노내가스 : N2는 약 2용적%, CO는 약 80용적% 및 H2는 1.8용적%, (b-2) 철광석 : 금속화 정도가 약 85%, (c-2) 코크스는 약 3%가 반응됨.
또한, 풍구 노우즈까지 하강된후 연소하는 코크스량에 있어서, 본 발명의 코크스량은 91%에 달하는데 반하여, 통상적인 고로 조업의 코크스량은 79%이다.
본 발명의 조업에 일치하는 위와같은 결과로부터 명백히 알 수 있는 것은 가스 환원 잠재력이 현저하게 개선되었으며, 반응의 관점에서, 간접환원율이 개선되었고 솔루션로스 반응이 감소되었다는 것이다.
고로 본체 구조 설계의 관점에서, 고로 샤프트부는 단축될수 있으며 통상적인 고로 샤프트의 거의 2/3 정도로 낮아질 수 있다. 통상적인 고로 조업에서 요구되는 물리적 성질의 두 조건은 솔루션로스 반응의 감소, 솔루션로스 반응을 위해 필요한 시간의 단축 및 샤프트 길이 축소에 따른 장입물 무게의 감소등에 의해 배제될 수 있다. 바꾸어 말하면, 관례적인 고로 조업을 위해 통례적으로 요구되던 92% 또는 그 이상의의 드럼인덱스는 본 발명의 조업에서 80.0 내지 90.0%의의 드럼인덱스로 대체할 수 있다.
[표 1]
[산소]
40용적% 또는 그 이상의 산소 가스가 고로 풍구(4)를 통하여 고로속으로 투입된다. 산소 함량이 40용적% 또는 그 이상이면, 100kg 톤., 용융선철 또는 그 이상의 미분탄이 풍구를 통하여 송풍될 수 있다. 결과적으로, 이것은 코크스 소비를 감소시키며 이에 따라 생산비가 절감된다. 한편, 산소함량이 증가할 때, 화염온도는 높아지며, 샤프트부에서 온도가 하강한다. 샤프트부에서 온도가 하강하는 것을 방지하기 위하여, 예열가스는 샤프트에 위치한 가스송풍구를 통하여 주입된다. 예열가스는 고로 배기가스온도가 150℃ 또는 그 이상으로 유지될 수 있도록 송풍된다. 예열가스는 700 내지 1300℃까지 가열된다.
풍구를 통한 송풍가스는 정상온도의 가스나 가열가스를 포함할 수 있다. 이 가스는 130-700℃로 가열되었다. 상기 가스는 130 내지 700℃ 로 가열된 순산소로 대체될 수 있다.
제5도는 고로속으로 송풍될 수 있는, 코크스에 대한 미분탄의 최대 치환량과 산소 온도의 관계를 그래프로 도시한다. 그래프는 연료비가 550kg/톤., 용융 선철이고 화염온도가 풍구 노우즈에서 2,600℃인 조건에 관한 관계를 예시한다. 산소 온도가 높으면 높을수록 미분탄의 송풍량을 더욱더 증가시킬 수 있다는 것은 그래프로부터 명백하다. 산소 온도는 상당한 고온으로 상승될 수 있지만, 허용안전도를 고려한 가동온도는 130-700℃의 범위이다.
그래프는 상기 범위에서 매우 만족할만한 결과를 얻을수 있음을 보여 준다. 열원으로서 폐열을 사용하는 것이 바람직하다.
[예 1]
시험번호 1과 2는 본 발명의 방법에 따라 수행되었다.
시험번호 1의 조업에서, 저연료비 뿐만아니라 가능한 고로 배기가스 발생의 제한이 조사되었다. 고로 상부를 통하여, 1600kg/톤., 용융선철의 철광석과 250kg/톤., 용융선철의 코크스가 장입되었고, 풍구의 노우즈에서 화염온도를 조절하기 위하여 고로의 풍구를 통해 330Nm3/톤.,용융선철의 산소, 300kg/톤., 용융선철의 미분탄 및 90Nm3/톤., 용융선철의 고로 배기가스가 송풍되었다.
연료비는 250kg/톤., 용융선철의 코크스비와 300kg/톤., 용융선철의 미분탄비의 합인 550kg/톤., 용융선철이었다. 풍구의 노우즈에서 화염온도는 2600℃였다. 샤프트의 중간 높이에 있는 가스 송풍구를 통하여, 1000℃ 및 290Nm3/톤., 용융선철의 예열가스가 주입되었다. 고로 상부에서 18450Kcal/톤., 용융선철 및 1059Nm3/톤., 용융선철의 고로 상부가스가 배출되었다.
시험번호 1의 조업에서 사용한 코크스는 92.6%의의 드럼인덱스로 구성되었다. 풍구를 통하여 송풍된 미분탄은 최대 입자크기 0.2mm 였으며, 200메쉬 또는 그 이하의 미분탄을 70 내지 80% 포함하였다. 미분탄의 화학적인 조성은 아래 표 2에 도시되어 있다.
[표 2]
시험번호 2의 가동에서, 풍구 노우즈에서 화염온도는 감소되었고, 고로 배기가스는 더 한층 증가되었다. 고로 상부를 통하여, 1600kg/톤., 용융선철의 철광석과 400kg/톤., 용융선철의 코크스가 장입되었다.
풍구 노우즈에서 화염온도를 조절하기 위하여 풍구를 통해, 472Nm3/톤., 용융선철의 산소, 500kg/톤., 용융선철의 미분탄 및 420Nm3/톤., 용융선철의 고로 배기가스가 송풍되었다. 연료비는 400kg/톤., 용융선철의 코크스와 500kg/톤., 용융선철의 미분탄의 합인 900kg/톤., 용융선철이었다. 풍구의 노우즈에서 화염온도 2200℃였다. 샤프트의 중간 높이에 있는 가스송풍구를 통하여 예열가스를 주입하지 않았다.
고로 상부에서부터 36210Kcal/톤., 용융선철 및 1532Nm3/톤., 용융선철의 고로상부 가스가 배출되었다. 시험번호2의 조업에서 사용한 코크스는 시험번호 1에서 사용한 것과 동일하였다.
[예 2]
시험 번호 3 내지 5는 본 발명에 따라 조업되었고, 조업 결과는 아래 표 3에 예시되어 있다.
[표 3]
시험번호 3에서, 코크스비는 350kg/톤., 용융선철이고, 미분탄비는 300kg/톤., 용융선철이며, 연료비는 코크스비와 미분탄비를 합한 650kg/톤., 용융선철이었다.
시험번호 4에서, 코크스비는 353kg/톤.,용융선철이고, 미분탄비는 300kg/톤., 용융선철이며, 연료비는 코크스와 미분탄비의 합인 653kg/톤.,용융선철이었다.
사용한 코크스는 85.0%의 코크스비의 30중량%와 92.6%의 코크스의 잔량으로 구성되었다. 85.0%를 갖는 코크스는 아래와 같은 조성 중량%를 갖는 석탄으로 만들어졌다. 조업은 단시간 동안 슬립핑이 발생하고 소량의 분진이 발생하였지만 안정하였다.
[표 4]
시험번호 5에서, 코크스비는 355kg/톤.,용융선철이고 미분탄비는 300kg/톤.,용융선철이며, 연료비는 코크스와 미분탄비의 합인 655kg/톤.,용융선철이었다.
사용 코크스는 80.0%의 코크스의 80중량%와 92.6%의 코크스의 잔량으로 구성되었다. 80.0%의의 코크스의 80중량%는 조업의 출선비에 거의 아무런 영향을 미치지 않았다. 조업은 슬립핑 및 분진 발생의 미소 증가와 더불어 안정하였다.
[예 3]
연료비가 550kg/톤.,용융선철이고 풍구 노우즈에서 화염온도가 2600℃인 조건에서, 본 발명의 방법에 따라 시험번호 6은 400℃로 가열된 산소를 풍구를 통하여 송풍하였고, 시험번호 7은 25℃의 산소를 송풍하였다. 결과는 표 5에 예시되어 있다.
시험번호 6에서는 값비싼 코크스 대신 경제적인 미분탄을 더욱 많이 사용할 수 있었다.
[표 5]
Claims (7)
- 제2항에 있어서, 저드럼인덱스를 갖는 코크스는 고로속에 장입되는 코크스의 100중량%를 구성하는 것을 특징으로 하는 고로 조업법.
- 제2항에 있어서, 저드럼인덱스를 갖는 코크스는 혼합탄의 반사율이 0.800 내지 0.950의 범위를 갖도록 고려하여 제조한 코크스로 구성되는 것을 특징으로 하는 고로 조업법.
- 제1항에 있어서, 풍구(4)를 통해 송풍되는 가스는 순산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 조업법.
- 제1항에 있어서, 풍구(4)를 통해 송풍되는 가스는 130 내지 7000℃로 가열한 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 조업법.
- 제6항에 있어서, 풍구(4)를 통해 송풍되는 가스는 130 내지 700℃로 가열한 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 고로 조업법.
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