WO2019124856A1 - 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치 - Google Patents

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WO2019124856A1
WO2019124856A1 PCT/KR2018/015704 KR2018015704W WO2019124856A1 WO 2019124856 A1 WO2019124856 A1 WO 2019124856A1 KR 2018015704 W KR2018015704 W KR 2018015704W WO 2019124856 A1 WO2019124856 A1 WO 2019124856A1
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WO
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blast furnace
oxygen
containing material
hot air
tuyere
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/015704
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English (en)
French (fr)
Inventor
정진경
민병대
Original Assignee
주식회사 포스코
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/008—Composition or distribution of the charge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/16—Tuyéres

Definitions

  • the present invention relates to a blast furnace operating method and a blast furnace operating apparatus, and more particularly, to a blast furnace operating method and a blast furnace operating apparatus capable of stably removing a dense packed bed formed between a tuyere and a core during blast furnace operation.
  • carbon monoxide gas also referred to as “reducing agent” or “reducing gas”
  • blast furnace operation In order to smoothly move the carbon monoxide gas from the lower part to the upper part of the blast furnace, it is necessary to keep the state of the core and the loading platform in the blast furnace soundly during the blast furnace operation.
  • a dense packing layer formed by accumulating large amounts of fine unburned coke powder between the core and the tuyere ) was blown up with explosives, or a mixture of liquid oxygen or potassium nitrate and sugar was charged into a projectile or capsule, and the compacted layer was then blown by colliding with a dense packed bed to remove the dense packed bed.
  • the dense packed bed is not a single solid mass but is a cokes different from the cokes accumulated in the gap between the opposing cokes constituting the enemy base, the opposing cost is demolished at the time of explosion of the dense packed bed, , The contamination of the core and the loading zone may be deteriorated.
  • Patent Document 1 JP 03735184 B2
  • Patent Document 2 KR10-1203651 B1
  • the present invention provides a blast furnace operating method and a blast furnace operating apparatus capable of stably removing a dense packed bed between a tuyere and a core.
  • the present invention provides a blast furnace operation method and a blast furnace operation apparatus capable of improving the ventilation of a blast furnace and a drop-loading zone.
  • a blast furnace operating method is a blast furnace operating method comprising the steps of: preparing blast furnace charge in a blast furnace; Preparing an oxygen-containing material that is present in at least one of liquid and solid at room temperature and capable of generating heat and oxygen in a working atmosphere inside the blast furnace; A process of blowing hot air into the blast furnace to produce a molten iron; And a step of blowing the oxygen-containing material into the interior of the blast furnace.
  • the hot air is blown into the blast furnace through the tuyeres formed in the lower part of the blast furnace to produce molten iron, and the oxygen-containing material is blown through the tuyere at least at any time of blowing hot air through the tuyere .
  • the oxygen-containing material may be blown into the blast furnace to remove the dense packed bed formed between the tuyere and the core of the blast furnace.
  • the oxygen-containing material may include a compound of oxygen and hydrogen capable of decomposing in a high-temperature or basic atmosphere to produce oxygen molecules.
  • the oxygen-containing material may comprise a pure hydrogen peroxide liquid or a hydrogen peroxide solution which is a mixture of a pure hydrogen peroxide liquid in a solvent.
  • the blowing rate of the oxygen-containing material can be controlled by using at least one of the carrier gas and the hot air.
  • a blast furnace operation apparatus includes a blast furnace main body; A tuyere formed through a lower portion of the blast furnace main body; A hot air supply unit communicating with the lower portion of the blast furnace main body through the tuyere; A hot air supply unit extending from the hot air supply unit to the tuyere so as to discharge oxygen-containing material, which is capable of generating heat and oxygen in the internal working atmosphere of the blast furnace main body and in at least one of a liquid state and a solid state, And a removal part connected to a lower part of the blast furnace main body.
  • a fuel intake unit extending through the hot air supply unit to the tuyere, and the removal unit may extend through the inside of the fuel intake unit to the tuyere.
  • the removing part includes: a spraying tube having one side extending through the hot air supplying part; A lower portion connected to the other side of the injection tube and storing the oxygen-containing material therein; And a bogie on which the storage container is loaded; And a pressurized gas supply pipe connected to an upper portion of the storage container.
  • the removal unit may further include a carrier gas supply pipe connected to the injection pipe.
  • the spray tube comprises: a first spray tube having one end extending through the hot air supply part; And a second injection pipe having one end penetrated through the other end of the first injection pipe so as to be able to move back and forth, at least a part of which overlaps with the first injection pipe, and the other end thereof is connected to a lower part of the storage container,
  • the carrier gas supply pipe may be mounted through the first injection pipe so as to be located behind the opening of one end of the second injection pipe.
  • a hydrogen peroxide solution which is an oxygen-containing substance, can be stably removed from the dense packing layer formed between the tuyere and the core during the blast furnace operation. Therefore, the core of the blast furnace and the air permeability of the dropper can be improved.
  • a hydrogen peroxide solution is blown into the lower part of the blast furnace through a tuyere to supply a hydrogen peroxide liquid or solution to the burn nest, and then a catalytic cracking reaction of the hydrogen peroxide liquid or solution is induced near the burn nest,
  • the carbon in the fine coke can be reacted with the oxygen gas and the water to burn carbon into carbon monoxide gas and can be removed and the slag caused by the ash in the fine coke can be removed by using the heat generated by the combustion and the decomposition heat of the hydrogen peroxide It can be melted and removed.
  • the core since the state of the core and the dropping stand can be maintained soundly, the blowing pressure of the hot air can be lowered than the conventional one, the blowing amount can be prevented from lowering, the combustion depth and depth can be controlled easily, and the sulfur content can be stably maintained.
  • FIG. 1 is a view for explaining a blast furnace operation method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view for explaining a blast furnace operation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining a remover according to an embodiment of the present invention.
  • molten iron manufacturing process among various processes for manufacturing molten iron.
  • present invention can be variously applied to a process of charging various treatments into the interior of a treated vessel and then blowing a gas and treating the vessel in various ways.
  • a blast furnace operation method includes the steps of providing a blast furnace charge in a furnace, at least one of liquid and solid at normal temperature, A process of preparing an oxygen-containing material capable of generating heat and oxygen, a process of producing molten iron by blowing hot air into the inside of the blast furnace, and a process of blowing the oxygen-containing material into the inside of the blast furnace.
  • the order of preparing the blast furnace charge and preparing the oxygen-containing material is not particularly limited. In the embodiment, these two processes may be performed together or sequentially in any order.
  • FIG. 1 a blast furnace operation method according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to the structure of the blast furnace operating apparatus shown in FIG. 2 to FIG. 3 for better understanding of the embodiment.
  • blast furnace body 11 is furnished with blast furnace contents (S100). First, iron ore, sintered ores and coke are prepared as a blast furnace charge. Next, the blast furnace body 11 is charged with blast furnace contents through the furnace provided in the upper part of the blast furnace main body 11.
  • the blast furnace charge can be divided into small light and opaque light depending on the particle size.
  • the blast furnace body 11 is charged with the blast furnace body 11, It is charged mainly with small sintered ores and small iron ores in the peripheral part, and mainly sintered ores and opposed iron ores in the middle part.
  • charging methods can vary.
  • an oxygen-containing material which exists in at least one of liquid and solid state at normal temperature and is capable of generating heat and oxygen in a working atmosphere inside the blast furnace body 11 is prepared (S200).
  • the oxygen-containing material may include a compound of oxygen and hydrogen that can be decomposed in various ways in a high-temperature atmosphere, a basic atmosphere, or a high-temperature and basic atmosphere to generate heat and oxygen gas.
  • a compound of oxygen and hydrogen that can be decomposed in various ways in a high-temperature atmosphere, a basic atmosphere, or a high-temperature and basic atmosphere to generate heat and oxygen gas.
  • hydrogen peroxide in a liquid state at room temperature is exemplified as one of them. That is, the oxygen-containing material may include hydrogen peroxide.
  • the oxygen-containing material may further include various compounds in a liquid state which can react with oxygen and hydrogen in various ways in a high-temperature basic atmosphere to generate heat and oxygen gas.
  • Hydrogen peroxide is in a liquid state at room temperature and can actively generate heat and oxygen by catalysis in a high temperature basic atmosphere. Therefore, hydrogen peroxide can be directly injected into the dense filling layer 5 in the dropping bed 2 through the tuyeres 12 in a wide area, and the carbon in the fine coking oven in the dense filling layer 5 can be decomposed by catalytic decomposition of hydrogen peroxide It is possible to react with the oxygen generated by the reaction with water and burn it with carbon monoxide gas and to melt the fine slag resulting from the ash in the fine coke by heating with the heat of combustion of the fine coke and hydrogen peroxide.
  • the dense packing layer 5 is not removed by pressure blowing, Can be directly burned and melted to be removed.
  • the air permeability of the core 1 and the dropping base 2 can be improved more effectively while minimizing the interference between the blast furnace body 11 and the blast furnace gas flow during blast furnace operation.
  • the oxygen-containing material (L) may comprise a pure hydrogen peroxide liquid or a hydrogen peroxide solution which is a mixture of a pure hydrogen peroxide liquid in a solvent.
  • the pure hydrogen peroxide liquid may be a liquid in which the molar concentration of hydrogen peroxide is 100%
  • the hydrogen peroxide solution may be a solution in which the molar concentration of hydrogen peroxide in the solution is 50% or more and less than 100%, preferably 50% or more and 74% or less.
  • water can be used as a solvent present in the solution.
  • the hydrogen peroxide solution may be referred to as an aqueous hydrogen peroxide solution.
  • the numerical ranges for the molar concentration and the blowing amount are various operating conditions for the blast furnace operation such as the size of the blast furnace body, the amount of blast furnace charge, the blast furnace operation temperature, the range of the dense packed bed formation, The flow rate of the blast furnace gas in the main body, and the like.
  • the closer the molar concentration is to 100% the higher the rate of reaction due to the active decomposition of hydrogen peroxide.
  • careful handling is required. The closer the molarity is to 74%, the more easy the handling can be because the autoxidation of hydrogen peroxide is inhibited.
  • the oxygen-containing material exists in a liquid state at room temperature.
  • the oxygen-containing material may be pure hydrogen peroxide liquid, hydrogen peroxide solution alone, or hydrogen peroxide aqueous solution alone.
  • the oxygen-containing material is not prepared to be mixed with other materials, for example, in a blast furnace blowing material described later, and the oxygen-containing material itself is prepared.
  • the oxygen-containing material is not mixed with the blast furnace intake including the fuel material such as pulverized coal blown into the blast furnace body 11 through the tuyere 12 during the blast furnace operation.
  • the oxygen-containing material according to the embodiment is prepared with pure hydrogen peroxide liquid, hydrogen peroxide solution or hydrogen peroxide aqueous solution only.
  • an oxygen-containing material capable of generating heat and oxygen gas in a working atmosphere inside the blast furnace body 11 while being in a state where solid or solid and liquid coexist at room temperature is prepared.
  • the process of preparing an oxygen-containing substance which is present in at least one of liquid and solid state at normal temperature and capable of generating heat and oxygen in a working atmosphere inside the blast furnace body 11 is preferably a process wherein the oxygen- Containing substance capable of generating heat and oxygen gas in a working atmosphere inside the blast furnace main body 11 while being present in a state in which solid or solid and liquid coexist at room temperature when the solid and the liquid exist in coexistence with each other And dissolving or mixing an oxygen-containing substance, which is a solid or a solid-liquid state, in various solvents into a solution containing an oxygen-containing substance.
  • a charcoal S300
  • a combustion zone 4 is formed in front of the tuyere 12 by the hot air and the hot air passes through the combustion chamber 4 to the core 1 and uniformly flows in the radial direction and the height direction of the blast furnace body 11 Lt; / RTI >
  • a hot carbon monoxide gas is produced by burning the coke in the lower part of the blast furnace main body 11 by using hot air, and the carbon monoxide gas is raised from the lower part to the upper part of the blast furnace body 11 and brought into contact with iron ores and sintered ores, The iron component in the sinter ores is reduced and melted.
  • a fusible bar 3 is formed inside the blast furnace main body 11.
  • various kinds of slags originating from blast furnace contents except iron components and iron components in iron ores and sintered ores are melted Flows down to the lower portion of the blast furnace body 11 and forms a layer of the molten iron M and the molten slag S on the inner bottom of the blast furnace main body 11.
  • the charter line M can be discharged through the outlet 14, for example, at a high temperature (not shown).
  • the state of the core 1 and the enemy base 2 in the blast furnace main body 11 must be sound.
  • the fact that the core 1 and the enemy base 2 are in a sound condition means that a large amount of voids are secured in the filling layers of the charging materials of the blast furnace 1 and the charging base 2, It means that the flow of the melt is smooth, the flow of the hot air is smooth, and the flow of the blast furnace gas such as carbon monoxide gas is smooth.
  • the cause of the contamination is caused by a decrease in porosity due to a large amount of differential coke, a decrease in coke particle size, .
  • a large amount of differential coke is continuously supplied to the space between the combustion chamber 4 and the core 1 and between the core 4 and the core 1 while the hot air is blown into the blast furnace body 11, (1) and the enemy base (2).
  • a dense packing layer 5 of a predetermined shape is formed in the loading base 2 or a dense packing layer 5 of a predetermined shape is formed between the charging base 2 and the core 1. [ The dense packed bed 5 serves to prevent hot air and blast furnace gas from penetrating into the core 1 side.
  • core (1) is a zone through which blast furnace melt and hot blast and blast furnace gas pass, and the degree of core activation is determined by the amount accumulated in core (1). It is important that the dense packing layer 5 made of fine powder with a grain size of 3 mm is not generated in order to activate the core 1 and even if the dense packing layer 5 is produced, The generation of the filling layer 5 is advantageous for securing the flow path of the hot air, the blast furnace gas and the blast furnace melt.
  • the dense packed bed 5 is determined as one wall, It has been found that the dense packed bed 5 is not formed as a single rigid wall, except in the case of falling to this cooling level. Further, it has been found that in most cases, fine coke or coagulated molten iron or slag is accumulated in the form of powder in the voids of the enemy base 2, resulting in dense packed bed 5.
  • the front temperature of the tuyeres 12 is about 1700 to 2000 ⁇ ⁇ , but the temperature after the dense packing layer 5 is 1250 to 1450 ⁇ ⁇ or 1300 to 1500 ⁇ ⁇ .
  • the corresponding section usually shows a temperature of about 1200 to 1300 ° C.
  • the fines accumulated in the section generally consist of unburned fraction of slag powder, solidified charcoal and 70-80% burned coke.
  • the high-basic slag and part of the molten iron are melted and do not flow down, but remain in the form of a fine powder.
  • the unburned fine powder coke of the dense packed bed 5 is in a state in which the volatile components are almost or completely removed, and the properties thereof are different from those of the pulverized coal that is injected as fuel into the blast furnace main body 11 through the tuyeres 12 .
  • the unburned fine powdered coke (referred to as 'differential coke') and the highly basic slag powder of the dense packed bed 5 interfere with the flow of hot air, blast furnace gas and blast furnace melt, Of the aged.
  • the fine particles having a particle size of 3 mm or less present in the compacted packing layer 5 are composed of unburned fine coke having a carbon content of, for example, about 40% or less.
  • the compacted packing layer 5 is formed to have a height of about 0.7 m and a length of about 1 m do.
  • This dense packing layer 5 burns carbon in the fine coke and removes the slag powder due to the ash in the fine coke by the combustion heat of the unburned fine coke and the slag powder resulting from the ash cooling in the vicinity of the dense packing layer 5
  • the method of removing the dense packing layer 5 according to the embodiment of the present invention in which the molten iron is melted and removed to activate the core 1 is considerably effective.
  • the compacted packing layer 5 is removed by burning and melting unburned fine powdered coke as in the embodiment, and it is difficult to remove the compacted packing layer 5 except this method. It is very difficult to remove the dense packing layer 5 by, for example, a pressurizing blasting method. On the other hand, there is a possibility that a further fine coke having a particle size of 3 mm or less is further accumulated at the time of explosion and is further accumulated in the dense packed bed 5, and the differential coke having a particle size of 3 mm or less It is not easy to remove it by the blowing energy of the hot air when it moves to the vicinity of the combustion bed 4 and accumulates it, and therefore there is a possibility that the core inactivation is promoted.
  • the dense packed bed 5 can not be removed.
  • the specific heat of the low melting point flux is high, the ambient temperature of the dense packed bed 5 may be lowered, and the molten material such as slag may be solidified to aggravate the aging.
  • oxygen can be supplied to the dense packing layer 5 in such a manner that a large amount of hydrogen peroxide is directly injected into the dense packing layer 5 in a liquid or solution state, and oxygen is used to supply unburned fine coke
  • carbon monoxide and hydrogen can be produced from the carbon of the unburned fine powdered coke by using water and the slag produced by the coke oven ash and the solidified molten iron by the heat of combustion and the decomposition of hydrogen peroxide can be melted So that it can be smoothly discharged and removed. That is, hydrogen peroxide can be used as a remover for the dense packing layer 5.
  • liquid hydrogen peroxide as the oxygen supply source is most effective for mass supply of the oxygen gas to the dense packing layer 5 as in the embodiment of the present invention, and then the oxygen- It is efficient to melt and blow.
  • the oxygen-containing material L is blown into the interior of the blast furnace main body 11 through the tuyere 12 at least at any time during blowing hot air through the tuyere 12 (S400). At this time, only pure hydrogen peroxide solution, hydrogen peroxide solution or aqueous hydrogen peroxide solution is blown directly into the blast furnace main body 11 through the tuyeres 12 together with the hot air using the removal unit 20.
  • the supply amount and speed of the hot air supplied to the inside of the blast furnace main body 11 through the tuyeres 12 may be controlled during the blowing of the oxygen containing material or the blast furnace main body 11 11, the oxygen-containing substance is sent to the carrier gas, and the rate of blowing and the amount of blowing of the oxygen-containing substance can be controlled.
  • the blowing of the oxygen-containing material may be at any point during which the blown-in material is not blown into the interior of the blast furnace body 11 through the tuyeres 12.
  • various blast furnace blown materials containing fuel material such as pulverized coal are blown into the blast furnace main body 11 through the tuyeres 12, and blown blast furnace blown before or immediately before the blowing of the oxygen- Containing material L is blown into the blast furnace main body 11 for a predetermined period of time and the blowing of the oxygen-containing material L is completed, the blowing of the blown-blown material can be resumed.
  • the blowing of the blast-furnace blown and the blowing of the oxygen-containing material can be repeatedly carried out alternately during the blast furnace operation, wherein the blowing of the hot wind is continuously carried out independently of the blowing of the blast furnace blown and the blowing of the oxygen- .
  • the above process is not a method of mixing an oxygen-containing material with a blast-furnace blown material and then blowing the mixture, but only an oxygen-containing material is blown. Therefore, it is possible to supply the oxygen-containing substance to the dense packing layer 5 with a desired intake amount, and to prevent the oxygen-containing substance from being unnecessarily consumed by reacting with the blown- have.
  • Containing material is blown into the interior of the blast furnace main body 11 and the oxygen-containing material is used in the inside of the blast furnace main body 11 and the oxygen-containing material is introduced into the inside of the blast furnace 12 and the core 1 in the blast furnace main body 11
  • the dense packing layer 5 formed is removed. The process is explained in detail below.
  • the oxygen-containing material L is subjected to a catalytic decomposition reaction using a high-temperature and basic atmosphere inside the blast furnace body 11 to generate heat and oxygen in the blast furnace body 11. That is, the oxygen-containing substance reaches the dense packing layer 5 and is exposed to a basic substance (also referred to as an "alkaline substance") such as unburned fine powder coke present in a large amount in the dense packing layer 5 to perform a hydrogen peroxide catalytic cracking reaction . This reaction occurs very rapidly and generates 45 kcal of heat per gram of hydrogen peroxide as an exothermic reaction.
  • a basic substance also referred to as an "alkaline substance”
  • the carbon contained in the fine state is burned and removed in the dense packing layer 5 formed between the tuyere 12 and the core 1 by using oxygen generated in the catalytic cracking reaction. That is, oxygen gas and water are generated from hydrogen peroxide by the hydrogen peroxide catalytic cracking reaction, and oxygen gas is reacted with carbon in the fine powdered coke to generate carbon monoxide gas.
  • the carbon in the fine coke becomes a carbon monoxide gas and is removed from the dense packed bed 5 to be removed.
  • 21 kcal heat is generated per 1 gmole of oxygen gas.
  • water produced during the hydrogen peroxide catalytic cracking reaction can be reacted with the carbon of the fine powdered coke to produce carbon monoxide and hydrogen gas.
  • the reaction heat is sufficient in the hydrogen peroxide catalytic cracking reaction, and sufficient oxygen supply and water supply are sufficient. Is also significant. Therefore, a large amount of heat can be input to the core 1, and the solidification of the slag powder and the molten iron accumulated in the enemy base 2 and core 1 can be dissolved to improve the molten iron and slag fluidity, The gap between the core 2 and the core 1 can be ensured and the state can be maintained soundly.
  • the air gap between the core 1 and the drop rod 2 is ensured to form a passage through which the hot air and the blast furnace gas can flow smoothly, thereby improving the air permeability of the core 1 and the enemy base 2 It is possible to prevent deactivation of the core 1 and the enemy base 2 and to improve the aging of the blast furnace when operating the blast furnace.
  • the blast furnace operation method performed as described above can be implemented by using the blast furnace operation equipment described below.
  • FIG. 2 is a schematic view for explaining a blast furnace operation apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic view for explaining a removal section provided in the blast furnace operation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a blast furnace operation apparatus includes a blast furnace main body 11, a tuyeres 12 formed through a lower portion of the blast furnace main body 11, (13, 14) communicating with the lower part, an oxygen-containing material capable of generating heat and oxygen in the internal working atmosphere of the blast furnace main body (11) and being in a state of at least one of a liquid and a solid, And a removing unit 20 extending through the hot air supply unit to the tuyeres 12 and connected to the lower portion of the blast furnace body 11 so as to be sprayed.
  • the removal unit 20 is connected to the lower portion of the blast furnace main body 11 through the hot air supply unit.
  • the blast furnace main body 11 may have a refractory portion formed in a cylindrical shape having a space in the upper portion of the furnace and having a space therein, and a refractory portion built inside the furnace.
  • the blast furnace main body 11 is charged with furnace contents such as iron ore, sintered ores and coke, and then blows hot air to burn the coke, while using carbon monoxide gas generated by the combustion of the coke as a reducing agent, And is a high-temperature and high-pressure reactor which is capable of producing molten iron by reduction and melting.
  • the tuyeres 12 may be radially formed through a lower portion of the blast furnace body 11 at a plurality of radially spaced positions about the blast furnace body 11.
  • the tuyeres 12 can be connected to the hot air supply units 13 and 14.
  • the hot air supply units 13 and 14 can blow hot air into the blast furnace body 11 through the tuyere 12.
  • the hot air supply units 13 and 14 may be formed in a ring shape around the bottom of the blast furnace main body 11 from the outside of the blast furnace main body 11 and may be connected to the tuyeres 12, And can communicate with the lower portion of the main body 11.
  • the hot air supply units 13 and 14 may include an annular pipe 14 surrounding the periphery of the blast furnace main body 11 and a blower pipe 13 branching from the annular pipe 14 to the respective tuyeres 12 .
  • the annular tube 14 is connected to a hot air path (not shown) and can receive hot air. The hot air can flow through the air blowing tube 13, the plurality of tuyere 12, and evenly into the interior of the blast furnace main body 11.
  • the blast furnace operation device includes a plurality of outlets 15 spaced below the tuyeres 12 and communicating with the inside of the blast furnace main body 10 so as to allow a molten iron to collect on the bottom of the blast furnace main body 11, ) Of the furnace main body 11 or measuring the current returned by applying a current to the inside of the blast furnace main body 11 or the like so as to measure the height of the bath surface contained in the furnace body 11
  • a plurality of measuring instruments 16 and a fuel intake unit 17 installed to penetrate through the blower tube 13 of the hot air supply unit and extending to the tuyeres 12.
  • the fuel intake unit 17 may include a pulverized coal blowing lance.
  • the lower portion of the fuel intake unit 17 is mounted horizontally through the lower portion of the air supply pipe 13, but the mounting structure of the fuel intake unit 17 may be varied as follows.
  • the fuel intake unit 17 may be inclined downward to be mounted on the upper surface of the outer circumferential surface of one side of the blower tube 13 near the tuyeres 12 so as to be inclined downward from the outer side of the blast furnace body 11 toward the center have.
  • the fuel intake 17 may be connected to a fuel supplier (not shown) to receive, for example, pulverized coal as fuel.
  • the fuel intake unit 17 is capable of blowing pulverized coal into the inside of the tuyere 12 through the air blowing tube 13 toward the blast furnace main body 11 so as to control the temperature of the combustion chamber 4, Stabilize the operation and reduce fuel consumption.
  • the blast furnace main body 11, the tuyere 12, the hot air supply units 13 and 14, the outlet 15, the bath surface height measuring unit 16 and the fuel intake unit 17 are collectively referred to as a blast furnace facility 10,
  • the removal unit 20 may be referred to as a hydrogen peroxide blowing facility for removing burnt nest by being separated from the blast furnace facility 10.
  • the removing unit 20 may be provided in each of the plurality of blower tubes 13 or may be selectively provided in a part of the plurality of blower tubes 13. [ Also, the removal unit 20 may be arranged radially around the blast furnace body 11.
  • the removing unit 20 may be formed to extend through the hot air supply unit and extend to the tuyeres 12 so as to inject oxygen-containing materials. More specifically, the tuyeres 20 may be formed through the inside of the fuel intake unit 17, ).
  • the oxygen-containing substance may be an oxygen-containing substance present in at least one of liquid and solid at room temperature as described above, and capable of generating heat and oxygen in the internal working atmosphere of the blast furnace body 11.
  • the removing unit 20 serves to continuously blow a large amount of oxygen-containing material into the interior of the blast furnace body 11.
  • the removal unit 20 includes a discharge vessel 23 having one side extending through the hot air supply unit, a storage vessel 23 connected to the other side of the lower side of the discharge vessel 23, And a carrier gas supply pipe 27 connected to the discharge pipe 23 is connected to the upper portion of the storage container 23, . ≪ / RTI >
  • the spray tube has a first spray tube (21) having one end extending through the hot air supply part, one end of the first spray tube (21) passing through the other end of the first spray tube (21) And the other end of which is connected to the lower portion of the storage container 23.
  • the first injection pipe 21 is formed to extend in the extending direction of the lower portion of the fuel intake unit 17 and is mounted through the lower portion of the air supply pipe 13 so that one end thereof penetrates the inside of the fuel intake unit 17 And extends along the inside of the fuel intake 17 toward the tuyeres 12 and has an opening at one end of the fuel inlet 17 located at the tuyeres 12 side end opening of the fuel intake 17 And can be opened and closed in the interior of the blast furnace main body 11.
  • the first spray tube 21 is located inside the fuel intake 17, it is not directly exposed to the hot air passing through the blower tube 13, and can be thermally and physically protected. Since the first injection pipe 21 is not opened in the relatively large diameter blowing branch pipe 13 but is first opened in the end opening of the fuel intake unit 17 which is relatively small in diameter, The injection area of the oxygen-containing material does not increase sharply but increases stepwise and finally reaches the area of the tuyere, it is possible to prevent the spray pressure from dropping rapidly due to the stepwise diffusion of the oxygen-containing material.
  • the other end of the first spray tube 21 may be located outside the fuel intake 17.
  • One end of the second spray tube (21) can be slidably inserted through the other end of the first spray tube (21).
  • the position of the second spray tube 21 can be adjusted inside the first spray tube 21 with one end thereof being front and rear.
  • the first injection pipe 21 can be mounted on the other end with the first injection pipe valve 28a and the first injection pipe valve 28a is provided with a structure such as a ball valve, May pass through the first injection pipe valve 28a and enter the opening of one end of the first injection pipe 21.
  • the first spray tube 21 may include a rigid tube
  • the second spray tube 22 may include a soft tube such as a rubber hose or the like.
  • a carrier gas supply pipe 27 is mounted on the upstream side of the first injection pipe valve 28a at the other end of the first injection pipe 21 on the opposite side of the blast furnace body 11, for example, around the first injection pipe valve 28a . That is, one end of the carrier gas supply pipe 27 may be mounted through the first injection pipe 21 so as to be located behind the opening of one end of the second injection pipe 22. And the other end may be connected to a carrier gas supplier (not shown) to receive the carrier gas.
  • a carrier gas supply valve 28d may be mounted at one end of the carrier gas supply pipe 27.
  • the carrier gas can be injected into the first injection pipe 21 using the carrier gas supply pipe 27 and the injected carrier gas can be injected from the second injection pipe 22 into the first injection pipe 21
  • the oxygen-containing material to be injected can be moved toward the blast furnace body 11 side.
  • the carrier gas may include an inert gas such as argon gas or air.
  • the oxygen-containing substance can be blown into the blast furnace body 11 at a desired blowing rate by using the carrier gas. That is, the carrier gas can push the oxygen-containing material out and blow it into the interior of the blast furnace body 11 at a blowing rate.
  • the storage vessel 23 is a pressure vessel of a predetermined size and shape capable of containing an oxygen-containing substance therein, and the oxygen-containing material contained therein can be injected into the second injection pipe 22 at a predetermined pressure.
  • the storage container 23 may be provided with a filling port 23a at one side of the upper portion thereof and a filling valve 23d is mounted to the filling port 23a and the inside of the storage container 23 through the filling port 23a The oxygen-containing material can be charged.
  • the storage vessel 23 may be provided with a pressure gauge 23b and a vent valve 23c on the other side of the upper portion thereof. It is possible to confirm whether or not the pressurized gas for discharging the oxygen-containing substance is being filled in the storage container 23 at an appropriate pressure by using the pressure gauge 23b and pressurize the inside of the storage container 23 by using the vent valve 23c The pressure can be adjusted by multiplying the gas.
  • the oxygen-containing material can be charged into the storage container 23 several times by using the charging port 23a and the vent valve 23c and the oxygen-containing material can be supplied to the inside of the blast furnace main body 11 several times .
  • a pressurized gas supply pipe 26 may be mounted at the upper center of the storage container 23.
  • the pressurized gas supply pipe 26 supplies the pressurized gas to the interior of the storage container 23 and presses the oxygen-containing material smoothly into the second spray pipe 22 connected to the lower portion of the storage container 23 by using the pressure of the pressurized gas .
  • the pressurized gas may comprise high pressure air.
  • the pressurized gas supply pipe 26 may be provided with a pressure regulating valve 28c at the end of the storage container 23 and a quick joint 26a at the opposite end thereof.
  • the pressurized gas supply pipe 26 may be a structure having a detachable pipe detachably coupled to the quick joint 26a.
  • a pressure shutoff valve 28b can be mounted on the pressurized gas supply pipe 26 on the opposite side of the pressurized gas control valve 28c with respect to the quick joint 26a, .
  • the pressurized gas supply pipe 26 is connected to a pressurized gas feeder (not shown), from which pressurized gas can be supplied.
  • the storage container 23 is provided with a jig 24 at the lower portion thereof and can be smoothly loaded on the carriage 25 through the jig 24.
  • the bogie 25 is provided so as to be movable forward and backward with respect to the blast furnace body 11 and the second injection pipe 22 is slid back and forth inside the first injection pipe 21 by the forward and backward movement of the bogie 25 .
  • a separate driving unit (not shown) for forward and backward movement of the first injection pipe 21 may be further provided.
  • the first injection pipe 21 may be provided inside the fuel intake unit 17 using the driving unit. Can be slid forward and backward.
  • the oxygen-containing material is injected into the blast furnace body 11 in the form of a liquid or a solution by the removal unit 20 formed as described above to maintain the state and reach the dense packing layer 5 at a constant speed .
  • the rate of the oxygen-containing material can be maintained by controlling the use of the carrier gas, the amount of the carrier gas, and the pressure thereof. Therefore, even if the blowing amount of the oxygen-containing material is changed according to the state of the core 1, the blowing speed can be kept constant. Therefore, even when a small amount of the oxygen-containing substance is blown, the oxygen-containing substance can reach the dense packing layer 5 stably without being scattered by hot air.
  • the use efficiency of the carrier gas can be further improved by adjusting the position of the second injection pipe 22 with respect to the first injection pipe 21. At this time, the opening of one end of the second spray tube 22 is moved to the opening position of one end of the first spray tube 21, or the opening of one end of the second spray tube 22 is moved to the first spray tube 21,
  • the first injection area of the oxygen-containing substance in the fuel intake unit 17 can be variously selected. Thus, the injection area can be effectively determined according to the amount of the oxygen-containing substance.

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Abstract

본 발명은, 고로의 내부에 고로 장입물을 마련하는 과정, 상온에서 액체 및 고체 중 적어도 어느 한 상태로 존재하고, 고로의 내부 조업 분위기에서 열과 산소를 발생 가능한 산소 함유 물질을 준비하는 과정, 고로의 내부에 열풍을 불어넣으며 용선을 제조하는 과정, 고로의 내부에 산소 함유 물질을 취입하는 과정을 포함하는 고로 조업 방법과, 이를 구현하도록 마련된 고로 조업 장치로서, 풍구와 노심 사이에 형성되는 치밀 충전층을 안정적으로 제거할 수 있는 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치가 제시된다.

Description

고로 조업 방법 및 고로 조업 장치
본 발명은 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고로 조업 중에 풍구와 노심 사이에 형성된 치밀 충전층을 안정적으로 제거할 수 있는 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치에 관한 것이다.
일반적으로 고로를 이용한 용선 제조 공정(이하, '고로 조업'이라고 함)의 효율을 높이기 위해서는 고로의 내부에서 일산화탄소 가스('환원제'나 '환원 가스'라고도 함)를 원활하게 상승시켜야 한다. 일산화탄소 가스를 고로의 하부에서 상부까지 원활하게 이동시키기 위해서는 고로 조업 시 고로의 노심과 적하대의 상태를 건전하게 유지해야 한다.
열풍의 취입 방향을 기준으로 하여, 고로의 풍구 전방에는 고온 고속의 열풍에 의해 코크스가 유동화되어 공극률이 높아지거나 공동이 형성되는 소정의 영역이 존재하는데 이를 연소대라 한다. 노심과 적하대의 상태가 건전하면, 연소대에서 생성되거나 연소대를 통과한 고로 가스가 적하대를 통과하여 고로의 반경방향과 높이방향으로 고르게 분산될 수 있어 편류가 발생하지 않는다. 하지만 노심과 적하대가 오염되면 고로 가스가 고로의 반경방향으로 노심까지 침투해 들어가지 못함에 따라 노심의 온도가 저하되어 노심의 불활성화가 진행된다. 또한, 이러한 상황은 고로 가스의 이용률을 저하시킬뿐만 아니라, 용선의 흐름을 고로 내부의 벽측으로 치우치게 하여 고로 노벽을 급속 마모시키고, 고로 노벽 온도를 갑자기 상승시킨다.
노심과 적하대의 오염의 원인 중 하나인 다량의 코크스 미분에 의한 공극률 감소를 해소하기 위해, 종래에는 노심과 풍구 사이에 다량의 미연소 코크스의 미분이 쌓여 형성된 치밀 충전층('버드네스트'라고도 함)을 폭약으로 폭파시키거나, 또는, 발사체나 캡슐에 액체 산소 또는 질산칼륨과 설탕의 혼합물 등을 충전한 후 치밀 충전층에 충돌시켜 폭파시키는 방식으로 치밀 충전층을 제거하였다.
하지만 치밀 충전층은 하나의 고체 덩어리가 아니라, 적하대를 이루는 대립 코크스들 간의 공극에 축적된 무수한 코크스의 미분이기 때문에, 치밀 충전층의 폭파 시에 대립 코스트가 같이 폭파되어 미분이 더 발생할 수 있고, 노심과 적하대의 오염이 악화될 수 있다. 또한, 폭파 시 노심측의 미분이 풍구측으로 이동하면 열풍의 송풍에너지에 의해 제어되는 연소대 심도를 유지하기 어렵고, 연소대 심도가 축소되면서 고로 내부의 벽측에 연소대에서 생성된 고온의 고로 가스가 모여 고로의 노벽 온도를 갑자기 상승시킬 수 있다.
한편, 적하대나 치밀 충전층에 비하면 발사체나 캡슐의 크기가 매우 작기 때문에 발사체나 캡슐에 충전된 액체 산소를 고로 내부에서 기화시켜 미분 코크스에 반응시키는 것은 효과면에서 실용적이지 못하다. 또한, 발사체나 캡슐의 크기를 키우거나 개수를 증가시키는 것은 고로의 구조와 노심의 안정화 측면에서 현실적으로 어렵다. 또한, 액체 산소의 기화는 흡열 반응이므로 노심 온도 제어에 좋지 않다.
(선행기술문헌)
(특허문헌)
(특허문헌 1) JP03735184 B2
(특허문헌 2) KR10-1203651 B1
본 발명은 풍구와 노심 사이의 치밀 충전층을 안정적으로 제거할 수 있는 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치를 제공한다.
본 발명은 고로의 노심과 적하대의 통기성을 개선할 수 있는 고로 조업 방법 및 고로 조업 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 고로 조업 방법은, 고로의 내부에 고로 장입물을 마련하는 과정; 상온에서 액체 및 고체 중 적어도 어느 한 상태로 존재하고, 상기 고로의 내부의 조업 분위기에서 열과 산소를 발생 가능한 산소 함유 물질을 준비하는 과정; 상기 고로의 내부에 열풍을 불어넣으며 용선을 제조하는 과정; 및 상기 고로의 내부에 상기 산소 함유 물질을 취입하는 과정;을 포함한다.
상기 고로의 하부에 형성된 풍구를 통하여 상기 고로의 내부에 열풍을 불어넣으며 용선을 제조할 수 있고, 상기 풍구를 통하여 열풍을 불어넣는 중의 적어도 어느 한 시점에 상기 풍구를 통하여 상기 산소 함유 물질을 취입할 수 있다.
상기 고로의 내부에 상기 산소 함유 물질을 취입하여 상기 풍구와 상기 고로의 노심 사이에 형성되는 치밀 충전층을 제거할 수 있다.
상기 산소 함유 물질을 취입하는 과정 이후에, 상기 고로의 내부의 고온 및 염기성 분위기를 이용하여 상기 산소 함유 물질을 촉매분해 반응시키며 상기 고로의 내부에서 열과 산소를 발생시키는 과정; 상기 촉매분해 반응에서 발생하는 산소를 이용하여 상기 고로의 풍구와 노심 사이에 형성된 치밀 충전층 중에 미분 상태로 포함된 탄소를 연소시켜 제거하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 촉매분해 반응에서 발생하는 열과 상기 탄소의 연소 반응에서 발생하는 열을 이용하여 상기 고로의 풍구와 노심 사이에 형성된 치밀 충전층 중에 미분 상태로 포함된 회분 슬래그를 용융시켜 제거하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 산소 함유 물질은 고온 또는 염기성 분위기에서 분해되어 산소 분자를 생성할 수 있는 산소와 수소의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 산소 함유 물질은 순수 과산화수소 액체를 포함하거나, 순수 과산화수소 액체를 용매에 혼합한 혼합물인 과산화수소 용액을 포함할 수 있다.
상기 산소 함유 물질을 고로의 내부에 취입할 때, 캐리어 가스와 상기 열풍 중 적어도 하나를 이용하여 상기 산소 함유 물질의 취입 속도를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 고로 조업 장치는, 고로 본체; 상기 고로 본체의 하부를 관통하여 형성되는 풍구; 상기 풍구를 통하여 상기 고로 본체의 하부에 연통하는 열풍 공급부; 상기 고로 본체의 내부 조업 분위기에서 열과 산소를 발생할 수 있고 액체와 고체 중 적어도 어느 한 상태인 산소 함유 물질을 상기 고로 본체의 내부에 분사할 수 있도록, 상기 열풍 공급부를 관통하여 상기 풍구까지 연장되고, 상기 고로 본체의 하부에 연결되는 제거부;를 포함한다.
상기 열풍 공급부를 관통하여 상기 풍구까지 연장되는 연료 취입기;를 더 포함할 수 있고, 상기 제거부는 상기 연료 취입기의 내부를 관통하여 상기 풍구까지 연장될 수 있다.
상기 제거부는, 일측이 상기 열풍 공급부를 관통하여 연장되는 분사관; 하부가 상기 분사관의 타측에 연결되고, 내부에 상기 산소 함유 물질이 저장되는 저장용기; 및 상기 저장용기가 적재되는 대차; 상기 저장용기의 상부에 연결되는 가압 가스 공급관;를 포함할 수 있다.
상기 제거부는 상기 분사관에 연결되는 캐리어 가스 공급관;을 더 포함할 수 있다.
상기 분사관은, 일단이 상기 열풍 공급부를 관통하여 연장되는 제1 분사관; 일단이 상기 제1 분사관의 타단을 관통하여 전후진 가능하게 장착되고, 적어도 일부가 상기 제1 분사관에 중첩되며, 타단이 상기 저장용기의 하부에 연결되는 제2 분사관;을 포함하고, 상기 캐리어 가스 공급관은 제2 분사관의 일단의 개구 후방에 위치하도록 상기 제1 분사관을 관통하여 장착될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 산소 함유 물질인 과산화수소 용액을 이용하여 고로 조업 중에 고로의 풍구와 노심 사이에 형성되는 치밀 충전층인 버드네스트를 안정적으로 제거할 수 있다. 따라서, 고로의 노심과 적하대의 통기성을 개선할 수 있다.
예컨대 고로 조업을 수행하는 중에 풍구를 통하여 고로의 하부에 과산화수소 용액을 취입하여 버드네스트에 과산화수소 액체 또는 용액을 공급한 후 버드네스트 부근에서 과산화수소 액체 또는 용액의 촉매분해 반응을 유도하여 열과 산소 기체와 물을 생성할 수 있고, 미분 코크스 중의 탄소에 산소 기체와 물을 반응시켜 탄소를 일산화탄소 기체로 연소하여 제거할 수 있고, 연소에 의한 열과 과산화수소의 분해 열을 이용하여 미분 코크스 중의 회분에 기인한 슬래그를 용융시켜 제거할 수 있다.
이때, 과산화수소는 상온에서 액체로 존재하므로 고로 내부로 취입이 용이하고, 고로 내부의 고온 염기성 분위기에서 촉매분해 반응에 의하여 산소와 물로 분해되며 열을 방출하기 때문에 산소 기체와 물을 공급하면서, 동시에 열을 공급할 수가 있다. 또한, 과산화수소를 열과 산소의 공급원으로 하는 것은 예컨대 종래와 같이 산소를 기체 상태로 직접 취입하거나 액체 산소를 캡슐에 주입한 후 발사하는 것에 비하여 적하대의 온도 손실과 물리적 충격을 방지할 수 있고, 보다 많은 양의 산소를 충분히 공급할 수 있어서, 미연소 미분 코크스의 제거에 특히 효과적이다.
따라서, 고로 조업 시 버드네스트에 의하여 노심이 불활성화되는 것을 방지할 수 있고, 고로 가스의 이용률을 향상시킬 수 있어 생산량 감소를 막을 수 있다. 또한, 노심과 적하대의 상태를 건전하게 유지할 수 있기 때문에 열풍의 송풍압력을 종래보다 낮출 수 있고, 송풍량 저하를 막을 수 있고, 연소대 심도 제어가 용이하고, 노황을 안정적으로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고로 조업 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고로 조업 장치를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 제거부를 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하에서는 용선의 제조를 위한 여러 공정들 중 고로를 이용한 용선 제조 공정을 기준으로 실시 예를 설명한다. 그러나 본 발명은 처리물 용기 내부에 각종 처리물을 장입한 후 가스를 불어넣으며 다양한 방식으로 처리하는 공정에도 다양하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고로 조업 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고로 조업 방법은, 고로의 내부에 고로 장입물을 마련하는 과정, 상온에서 액체 및 고체 중 적어도 어느 한 상태로 존재하고 고로의 내부의 조업 분위기에서 열과 산소를 발생 가능한 산소 함유 물질을 준비하는 과정, 고로의 내부에 열풍을 불어넣으며 용선을 제조하는 과정, 및 고로의 내부에 상기 산소 함유 물질을 취입하는 과정을 포함한다.
이때, 고로 장입물을 마련하는 과정과 산소 함유 물질을 준비하는 과정은 그 순서를 특별히 한정하지 않는다. 실시 예에서 이들 두 과정은 함께 수행될 수도 있고, 임의의 순서로 순차 수행될 수도 있다.
이하에서, 실시 예의 이해를 돕기 위하여, 도 2 내지 도 3에 도시된 고로 조업 장치의 구조를 참조하여 도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 고로 조업 방법을 상세하게 설명한다.
우선, 고로 예컨대 고로 본체(11)의 내부에 고로 장입물을 마련(S100)한다. 먼저, 고로 장입물로서 철광석, 소결광 및 코크스를 준비한다. 다음으로, 고로 본체(11)의 상부에 마련된 노정을 통하여, 고로 본체(11)의 내부에 고로 장입물을 장입한다.
이때, 고로 장입물은 입도에 따라 소립광과 대립광으로 구분될 수 있고, 고로 본체(11)의 내부에 고로 장입물을 장입할 때, 고로 본체(11)의 내부의 중심부에 대립 코크스를 주로 장입하고, 주변부에 소립 소결광과 소립 철광석을 주로 장입하며, 중간부에 대립 소결광과 대립 철광석을 주로 장입할 수 있다. 물론, 장입 방식은 다양할 수 있다.
이후, 상온에서 액체 및 고체 중 적어도 어느 한 상태로 존재하고, 고로 본체(11)의 내부의 조업 분위기에서 열과 산소를 발생 가능한 산소 함유 물질을 준비한다(S200).
이하, 상온에서 액체 상태로 존재하면서 고로 본체(11)의 내부의 조업 분위기에서 열과 산소를 발생 가능한 산소 함유 물질을 기준으로 실시 예를 설명한다.
산소 함유 물질은 고온 분위기 또는 염기성 분위기 또는 고온의 염기성의 분위기에서 다양한 방식으로 분해되어 열과 산소 기체를 생성할 수 있는 산소와 수소의 화합물을 포함할 수 있다. 이를테면 상술한 조건을 만족하는 산소와 수소의 화합물은 여러 종류가 있을 수 있고, 실시 예에서는 그중 하나로서 상온에서 액체 상태인 과산화수소를 예시한다. 즉, 산소 함유 물질을 과산화수소를 포함할 수 있다.
물론, 산소 함유 물질은 산소와 수소의 화합물이 아니더라도 고온 염기성 분위기에서 각종 방식으로 반응하며 열과 산소 기체를 생성할 수 있는 액체 상태의 각종 화합물을 더 포함할 수도 있다.
과산화수소는 상온에서 액체 상태이며, 고온 염기성 분위기에서 촉매작용에 의해 활발하게 열과 산소를 생성할 수 있다. 따라서, 풍구(12)를 통하여 적하대(2) 중의 치밀 충전층(5)까지 과산화수소를 넓은 면적으로 직접 분사할 수 있고, 또한, 치밀 충전층(5)내의 미분 코크스 중의 탄소를 과산화수소의 촉매분해 반응에 의해 생성된 산소와 물에 반응시켜 일산화탄소 가스로 연소시킬 수 있고, 또한, 미분 코크스 중의 회분에서 기인한 미분 슬래그를 미분 코크스의 연소열과 과산화수소의 반응열로 가열하여 용융시킬 수 있다.
즉, 과산화수소를 고로 본체(11)의 내부로 취입하여 열과 산소 공급원으로 사용함에 따라, 예컨대 종래와 같이 치밀 충전층(5)을 직간접적으로 가압 폭파시켜 제거하는 것이 아니라, 치밀 충전층(5)을 직접적으로 연소 및 용융시켜 제거할 수 있다. 이에, 고로 조업 시에 고로 본체(11)의 내부 충격과 고로 가스 흐름에 대한 간섭을 최소화하면서 노심(1)과 적하대(2)의 통기성을 더욱 효과적으로 개선할 수 있다.
산소 함유 물질(L)은 순수 과산화수소 액체를 포함하거나, 순수 과산화수소 액체를 용매에 혼합한 혼합물인 과산화수소 용액을 포함할 수 있다. 순수 과산화수소 액체는 과산화수소의 몰농도가 100%인 액체일 수 있고, 과산화수소 용액은 용액 중의 과산화수소의 몰농도가 50% 이상 100% 미만, 바람직하게는 50% 이상 74% 이하인 용액일 수 있다. 이때, 용액 중에 존재하는 용매로 물을 사용할 수 있다. 용매로 물을 사용할 경우 과산화수소 용액을 과산화수소 수용액이라 지칭할 수도 있다.
상술한 몰농도의 수치 범위로 준비되는 1 내지 수㎏의 순수 과산화수소 액체 또는 과산화수소 용액 또는 과산화수소 수용액을 고로 본체(11)의 내부에 취입하면 충분한 양의 산소 분자를 적하대(2) 중의 치밀 충전층(4)에 공급할 수 있다.
반면, 몰농도가 50% 미만인 과산화수소 용액이나 수용액을 사용하면 치밀 충전층(4)에 충분한 양의 산소를 신속히 공급하기가 어렵다. 여기서, 상기 몰농도와 취입량에 대한 수치 범위는 고로 조업을 위한 각종 조업 조건 예컨대 고로 본체 크기, 고로 장입물 장입량, 고로 조업 온도, 치밀 충전층 형성 범위, 치밀 충전층의 미분 코크스 평균 입도, 고로 본체 내의 고로 가스 흐름분포 등을 고려하여 정한 값일 수 있다. 한편, 몰농도가 100% 에 가까울수록 과산화수소의 자가분해가 활발하여 반응속도를 높일 수 있으나, 취급에 상대적으로 주의가 필요하다. 몰농도가 74% 에 가까울수록 과산화수소의 자가분해가 억제되므로 취급이 상대적으로 용이할 수 있다.
산소 함유 물질은 상온에서 액체 상태로 존재한다. 이때, 산소 함유 물질은 순수 과산화수소 액체만으로 이루어지거나, 과산화수소 용액만으로 이루어지거나, 과산화수소 수용액만으로 이루어질 수 있다. 산소 함유 물질은 다른 물질에 예컨대 후술하는 고로 취입물에 혼합되어 준비되는 것이 아니며, 산소 함유 물질 그 자체가 준비되는 것이다.
특히, 실시 예에 따르면, 산소 함유 물질은 예컨대 고로 조업 시 풍구(12)를 통하여 고로 본체(11)의 내부에 취입되는 미분탄 등 연료 물질을 포함한 고로 취입물에 혼합되어 준비되는 것이 아니다. 실시 예에 따른 산소 함유 물질은 순수 과산화수소 액체, 과산화수소 용액 또는 과산화수소 수용액만으로 준비된다.
한편, 본 발명의 변형 예에서는 상온에서 고체나 고체와 액체가 공존하는 상태로 존재하면서 고로 본체(11)의 내부의 조업 분위기에서 열과 산소 기체를 발생할 수 있는 산소 함유 물질을 준비하고, 이후 과정에서 이를 사용할 수 있다. 이러한 경우에는, 상온에서 액체 및 고체 중 적어도 어느 한 상태로 존재하고, 고로 본체(11)의 내부의 조업 분위기에서 열과 산소를 발생 가능한 산소 함유 물질을 준비하는 과정은, 산소 함유 물질이 상온에서 고체나 고체와 액체가 공존하는 상태로 존재할 때, 상온에서 고체나 고체와 액체가 공존하는 상태로 존재하면서 고로 본체(11)의 내부의 조업 분위기에서 열과 산소 기체를 발생할 수 있는 산소 함유 물질을 준비하는 과정, 다양한 용매에 고체 또는 고체와 액체의 공존 상태인 산소 함유 물질을 녹이거나 혼합하여 산소 함유 물질을 포함한 용액으로 만드는 과정을 포함할 수 있다.
이후, 고로 본체(11)의 하부에 형성된 풍구(12)를 통해, 고로 본체(11)의 내부에 열풍을 불어넣으며 용선을 제조한다(S300). 열풍에 의하여 풍구(12)의 전방에는 연소대(4)가 형성되고, 열풍은 연소대(4)를 통과하여 노심(1)까지 도달하며, 고로 본체(11)의 반경 방향과 높이 방향으로 고르게 분산될 수 있다. 다음으로, 열풍을 이용하여 고로 본체(11)의 하부에서 코크스를 연소시켜 고온의 일산화탄소 기체를 생성하고, 일산화탄소 기체를 고로 본체(11)의 하부에서 상부까지 상승시키면서 철광석과 소결광에 접촉시켜 철광석과 소결광 중의 철 성분을 환원 및 용융시킨다. 이때, 고로 본체(11)의 내부에는 융착대(3)가 형성되는데, 이 융착대(3)에서 철광석과 소결광 중의 철 성분과, 철 성분을 제외한 고로 장입물로부터 기인하는 각종 슬래그가 용융된 후, 고로 본체(11)의 하부로 흘러 내리며 고로 본체(11)의 내부 바닥에서 용선(M)과 용융 슬래그(S)의 층을 형성한다. 용선(M)은 출구(14)를 통하여 예컨대 대탕도(미도시)로 배출될 수 있다.
고로 조업의 효율이 좋기 위해서는 고로 본체(11) 내의 노심(1)과 적하대(2)의 상태가 건전해야 한다. 이때, 노심(1)과 적하대(2)의 상태가 건전하다는 것은 노심(1)과 적하대(2)를 이루는 각 고로 장입물의 충진층에 많은 공극이 확보됨에 의해, 용선과 용융 슬래그 등 고로 용융물의 흐름이 원활하고, 열풍의 흐름이 원활하고, 일산화탄소 가스 등 고로 가스의 흐름이 원활한 것을 의미한다.
반면, 노심(1)과 적하대(2)가 건전하지 않은 상태를 오염이라 하는데, 이의 원인으로는 다량의 미분 코크스에 의한 공극률 감소, 코크스 입경의 감소, 고로 용융물의 점도 상승에 의한 체류량 증가 등이 있다.
고로 본체(11)의 내에 열풍을 불어넣으며 용선을 제조하는 중에 다량의 미분 코크스가 연소대(4)의 전방이나 연소대(4)와 노심(1) 사이에서 적하대(2)의 공극에 지속적으로 축적되면서 노심(1)과 적하대(2)를 오염시킨다.
이에, 적하대(2) 내에 소정 형상의 치밀 충전층(5)이 생성되거나, 적하대(2)와 노심(1) 사이에 소정 형상의 치밀 충전층(5)이 생성된다. 치밀 충전층(5)은 열풍과 고로 가스가 노심(1)측으로 침투하는 것을 방해하는 역할을 한다.
고로 조업 시 노심(1)은 고로 용융물과 열풍 및 고로 가스가 통과하는 구역으로 노심 활성화 정도는 노심(1)에 쌓이는 미분량에 의해 결정된다. 노심(1)이 활성화 되기 위해 노심에 3㎜ 입도의 미분으로 이루어진 치밀 충전층(5)이 생성되지 않는 것이 중요하며, 치밀 충전층(5)이 생성되더라도 가능한 풍구(12)에서 가장 먼곳에 치밀 충진층(5)이 생성되는 것이 열풍과 고로 가스와 고로 용융물의 유로 확보에 유리하다.
그러나 현실적으로 치밀 충전층(5)의 생성을 억제하는 것은 쉽지 않고, 따라서, 치밀 충전층(5)이 생성되면 이를 신속히 제거하는 방안이 필요하다. 종래에는 치밀 충전층(5)을 하나의 벽체로 판단하여 폭파 제거해왔으나, 각종 샘플링 기법이 발달함에 따라, 최근까지의 풍구(12)를 통한 고로 본체(11)의 내부의 샘플링 결과에 의하면, 노황이 냉입수준으로 빠지는 경우를 제외하고 치밀 충전층(5)이 하나의 딱딱한 벽체로 생성되는 경우는 없음을 알게 되었다. 또한, 대부분의 경우 적하대(2)의 공극에 미분 코크스나 응고된 용선이나 슬래그가 분말 상태로 축적되어 치밀 충전층(5)이 생성됨을 알게 되었다.
최근까지의 샘플링 결과를 종합하면, 일반적으로 풍구(12)에서 풍구(12)의 전방의 4m 까지의 샘플링 구간 중, 풍구(12)로부터 약 1 내지 1.5m 전방까지 구간에는 고로 가스나 열풍 등의 통과를 막는 3㎜ 이하 입도의 미분이 거의 없고, 노황에 따라서 풍구(12)의 전방 1 내지 2m 구간에 3㎜ 이하 입도의 미분이 약 20 내지 30% 정도 쌓인다. 이 구간이 치밀 충전층(5)이 된다.
열풍의 진행 방향을 기준으로, 풍구(12)의 전방 온도는 1700 내지 2000℃ 정도이나, 치밀 충전층(5)을 지난 후 온도는 1250 내지 1450℃ 또는 1300 내지 1500℃ 정도의 낮은 온도를 보인다. 특히, 노심(1)의 불활성화가 판단되는 시점에서, 해당 구간은 대개 1200 내지 1300℃ 정도의 온도를 보인다. 해당 구간에 쌓인 미분은 일반적으로 슬래그 분말, 응고된 용선 및 70 내지 80% 연소된 코크스의 미연소 미분으로 구성된다. 이때, 치밀 충전층(5)의 상술한 온도 범위에서는 고염기성의 슬래그와 용선 일부가 용융되어 흘러내리지 못하고 미분의 형태로 잔류된다. 한편, 치밀 충전층(5)의 미연소 미분 코크스는 휘발분이 거의 또는 완전히 제거된 상태이며 예컨대 풍구(12)를 통하여 고로 본체(11)의 내부에 연료로서 투입되는 미분탄과는 그 성질이 서로 다르다.
치밀 충전층(5)의 미연소 미분 코크스('미분 코크스'라고 함)와 고염기성의 슬래그 분말은 열풍과 고로 가스와 고로 용융물의 흐름을 방해하고, 고로 본체(11)의 하부에 풍압 상승 등의 노황 불안정화를 야기한다.
치밀 충전층(5)에 존재하는 3㎜ 이하 입도의 미분은 예컨대 탄소 함량이 약 40% 이하인 미연소된 미분 코크스로 이루어지며, 치밀 충전층(5)은 대략 높이 0.7m 정도에 길이 1m 정도로 형성된다.
이러한 치밀 충전층(5)은 미분 코크스 중의 탄소를 연소시켜 제거함과 함께, 미연소된 미분 코크스의 연소열로 미분 코크스 중의 회분에 기인하는 슬래그 분말과 낮은 온도에 의하여 치밀 충전층(5) 부근에서 냉각된 용선을 용융시켜 제거하여 노심(1)을 활성화 시키는 본 발명의 실시 예에 따른 치밀 충전층(5)의 제거 방식이 상당히 효과적임을 알 수 있다.
즉, 치밀 충전층(5)은 실시 예와 같이 미연소 미분 코크스를 연소 및 용융시켜 제거하는 것이 좋고, 이 방식 외에는 치밀 충전층(5)을 제거하는 것이 어렵다. 예컨대 가압 폭파 방식으로 치밀 충전층(5)을 제거하는 것은 매우 어렵다. 오히려, 폭파 시 추가적으로 3㎜ 이하 입도의 미분 코크스가 더 발생하여 치밀 충전층(5)에 더욱 축적될 가능성이 있으며, 또한, 폭파에 의해 노심(1) 깊은 곳에 있던 3㎜ 이하 입도의 미분 코크스가 연소대(4) 근처로 이동하여 쌓이면, 이를 열풍의 송풍 에너지에 의해 제거하는 것이 쉽지 않고, 따라서, 노심 불활성화가 조장될 가능성이 있다.
또한, 광석이나 산소 성분을 포함한 저융점 플럭스를 치밀 충전층(5)에 취입하여 제거하는 방식의 경우에도 치밀 충전층(5)의 제거가 불가능하다. 이를테면 저융점 플럭스의 비열이 높은 관계로 오히려 치밀 충전층(5)의 주변 온도를 떨어뜨려서 슬래그 등의 용융물을 응고시켜, 노황을 악화시킬 가능성이 있다.
이에, 본 발명의 실시 예에서는 다량의 과산화수소를 액체나 용액 상태로 치밀 충전층(5)에 직접 취입하는 방식으로 치밀 충전층(5)에 산소를 공급할 수 있고, 산소를 이용하여 미연소 미분 코크스의 탄소를 연소시켜 제거할 수 있고, 물을 이용하여 미연소 미분 코크스의 탄소로부터 일산화탄소와 수소를 생성할 수 있고, 연소 열과 과산화수소의 분해열로 코크스 중 회분에 의해 생성된 슬래그와 응고된 용선을 용융시켜 원활하게 배출 제거할 수 있다. 즉, 치밀 충전층(5)의 제거제로 과산화수소를 사용할 수 있다.
한편, 치밀 충전층(5) 중 3㎜ 이하 입도의 미분 코크스를 제거하여 노심(1)과 적하대(2)를 활성화 하기 위해서는 형성된 크기가 대략 높이 0.7m에 길이 1m 정도 되는 치밀 충전층(5)의 전면에 충분히 산소를 공급해야 하는데 이를 산소 기체만으로 충당하기 위해서는 상당량의 산소 기체 주입량이 필요하다.
따라서, 본 발명의 실시 예와 같이 산소 공급원으로서 액체인 과산화수소를 사용하는 것이 치밀 충전층(5)으로의 산소 기체 대량 공급에 가장 효율적이고, 그 다음으로 고체 상태의 산소 함유 물질을 직접 또는 용매에 녹여 취입하는 것이 효율적이다.
이후, 풍구(12)를 통하여 열풍을 불어넣는 중의 적어도 어느 한 시점에서 풍구(12)를 통하여 고로 본체(11)의 내부에 산소 함유 물질(L)을 취입한다(S400). 이때, 제거부(20)를 이용하여 순수 과산화수소 액체, 과산화수소 용액 또는 과산화수소 수용액만을 열풍과 함께 풍구(12)를 통하여 고로 본체(11) 내에 직접 취입한다.
이때, 캐리어 가스와 열풍 중 적어도 하나를 이용하여, 산소 함유 물질의 취입 속도와 취입량을 제어한다. 예컨대 산소 함유 물질의 취입 중에, 풍구(12)를 통하여 고로 본체(11)의 내부로 공급되는 열풍의 공급량 및 속도를 조절하거나, 제거부(20)에서 풍구(12)의 내부를 통하여 고로 본체(11)의 내부에 산소 함유 물질을 취입할 때, 캐리어 가스로 산소 함유 물질을 기송하며 산소 함유 물질의 취입 속도와 취입량을 제어할 수 있다.
한편, 산소 함유 물질의 취입은 풍구(12)를 통하여 고로 본체(11)의 내부에 고로 취입물이 취입되지 않는 어느 한 시점일 수 있다. 예컨대 고로 조업 중에 풍구(12)를 통하여 고로 본체(11)의 내부에 열풍과 함께 미분탄 등의 연료 물질을 포함한 각종 고로 취입물을 취입하는데, 산소 함유 물질의 취입 이전 또는 직전에 고로 취입물의 취입을 일시 정지한 후, 고로 본체(11)의 내부에 산소 함유 물질(L)을 소정 시간동안 소정량 취입하고, 산소 함유 물질(L)의 취입을 완료하면, 고로 취입물의 취입을 재개할 수 있다. 고로 취입물의 취입과 산소 함유 물질의 취입은 고로 조업을 수행하는 중에 번갈아 가며 반복하여 수행될 수 있고, 이때, 열풍의 취입은 고로 취입물의 취입 및 산소 함유 물질의 취입과는 독립적으로 지속적으로 수행될 수 있다.
상기의 과정은 이를테면 산소 함유 물질을 고로 취입물에 혼합한 후 그 혼합물을 취입하는 방식이 아니라, 산소 함유 물질만을 취입하는 방식이다. 따라서, 산소 함유 물질을 원하는 취입량으로 치밀 충전층(5)에 공급할 수 있고, 또한, 산소 함유 물질이 연소대(4)를 지나면서 고로 취입물과 반응하여 불필요하게 소모되는 것을 원천 방지할 수 있다.
상기와 같이 고로 본체(11)의 내부에 산소 함유 물질을 취입하면서, 고로 본체(11)의 내부에서 산소 함유 물질을 이용하여, 풍구(12)와 고로 본체(11) 내의 노심(1) 사이에 형성된 치밀 충전층(5)을 제거한다. 그 과정을 아래에서 자세하게 설명한다.
이후, 고로 본체(11)의 내부의 고온 및 염기성 분위기를 이용하여 산소 함유 물질(L)을 촉매분해 반응시키며, 고로 본체(11)의 내부에 열과 산소를 발생시킨다. 즉, 산소 함유 물질을 치밀 충전층(5)에 도달시키고, 치밀 충전층(5)에 다량 존재하는 미연소 미분 코크스 등의 염기성 물질('알카리류'라고도 함)에 노출시켜 과산화수소 촉매분해 반응을 유도한다. 이 반응은 매우 급격히 일어나며, 또한, 발열반응으로서 과산화수소 1gmole당 45kcal의 열을 발생시킨다.
이후, 상술한 촉매분해 반응에서 발생하는 산소를 이용하여 고로의 풍구(12)와 노심(1) 사이에 형성된 치밀 충전층(5) 중에 미분 상태로 포함된 탄소를 연소시켜 제거한다. 즉, 과산화수소 촉매분해 반응에 의해 과산화수소로부터 산소 기체와 물이 생성되는데, 그 중 산소 기체를 미분 코크스 중의 탄소에 반응시켜 일산화탄소 가스를 생성한다. 이에, 미분 코크스 중의 탄소가 일산화탄소 기체가 되며 치밀 충전층(5)에서 빠져나가 제거된다. 이때, 산소 기체 1gmole당 21kcal 열이 발생한다. 또한, 과산화수소 촉매분해 반응 시 생성된 물을 미분 코크스의 탄소와 반응시켜 일산화탄소와 수소 기체를 생성할 수 있다. 결국, 과산화수소 촉매분해 반응 시 생성된 산소 기체와 물을 모두 이용하여 미연소 미분 코크스의 탄소 성분을 제거할 수 있다. 이와 같은 작용으로 과산화수소 1gmole을 취입하여 2gmole의 탄소 성분을 소비할 수 있다. 즉, 치밀 충전층(5)의 미분을 신속하게 제거할 수 있다.
이후, 상술한 촉매분해 반응에서 발생하는 열과 치밀 충전층(5) 중의 탄소의 연소 반응에서 발생하는 열을 이용하여 고로의 풍구(12)와 노심(1) 사이에 형성된 치밀 충전층(5) 중에 미분 상태로 포함된 회분 슬래그를 용융시켜 제거한다.
이때, 실시 예에서는 농도 100%의 순수 과산화수소 액체나 농도 50% 이상의 과산화 수소 용액을 사용하기 때문에 과산화수소 촉매분해 반응 시 그 반응열이 충분하고, 또한, 산소의 공급과 물의 공급도 충분하므로 이에 따른 열의 발생도 상당하다. 따라서, 노심(1)에 다량의 열을 투입할 수 있고, 적하대(2)나 노심(1)에 쌓인 슬래그 분말과 용선의 응고분을 용해하여 용선과 슬래그 유동성을 개선할 수 있고, 적하대(2)와 노심(1)의 공극을 확보하여 그 상태를 건전하게 유지할 수 있다.
한편, 상술한 실시 예와 동일한 효과를 보기 위해 실시 예와 동일한 양 예컨대 1㎏의 산소 기체를 액체 상태로 취입하는 것은 실질적으로 어렵다. 예컨대 산소 기체를 캡슐 내에 액화시킨 후 투입하는 방식으로는 한계가 있다.
반면, 본 발명의 실시 예에서는 상온에서 액체이며 촉매분해 반응에 의해 많은 양의 산소를 생성할 수 있는 과산화수소를 이용하므로 쉽게 치밀 충전층(5)까지 다량의 산소와 많은 열을 공급하여, 치밀 충전층(5) 중에 축적된 다량의 미분 코크스의 탄소 성분과 미분의 고체 슬래그를 원활하게 연소 및 용융 제거할 수 있다.
이에, 노심(1)과 적하대(2)의 공극을 확보하여 열풍과 고로 가스가 원활하게 흐를 수 있는 통로를 형성함에 따라, 노심(1)과 적하대(2)의 통기 통액성을 개선할 수 있고, 노심(1)과 적하대(2)의 불활성화를 방지할 수 있고, 고로 조업 시 노황을 개선시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 수행되는 고로 조업 방법은 아래의 고로 조업 장치를 이용하여 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고로 조업 장치를 설명하기 위한 개략도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고로 조업 장치에 구비된 제거부를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고로 조업 장치는, 고로 본체(11), 고로 본체(11)의 하부를 관통하여 형성되는 풍구(12), 풍구를 통하여 고로 본체의 하부에 연통하는 열풍 공급부(13, 14), 고로 본체(11)의 내부 조업 분위기에서 열과 산소를 발생할 수 있고 액체와 고체 중 적어도 어느 하나의 상태인 산소 함유 물질을 고로 본체(11)의 내부에 분사할 수 있도록, 열풍 공급부를 관통하여 풍구(12)까지 연장되고, 고로 본체(11)의 하부에 연결되는 제거부(20)를 포함한다. 여기서, 제거부(20)는 열풍 공급부를 통하여 고로 본체(11)의 하부에 연결된다.
고로 본체(11)는 상부의 노정에 장입구가 구비되고 내부에 공간을 가지는 원통형의 형상으로 형성된 철피, 철피 내측에 구축된 내화물부를 구비할 수 있다. 고로 본체(11)는 내부에 고로 장입물 예컨대 철광석과 소결광과 코크스를 장입한 후 열풍을 불어넣어 코크스를 연소시키면서 코크스의 연소에 의해 발생하는 일산화탄소 가스를 환원제로 이용하여 철광석과 소결광의 철 성분을 환원 및 용융시켜 용선을 제조할 수 있도록 마련된 고온 고압의 반응기이다.
풍구(12)는 고로 본체(11)를 중심으로 방사상으로 이격된 복수의 위치에서 고로 본체(11)의 하부를 관통하여 방사상으로 형성될 수 있다. 풍구(12)는 열풍 공급부(13, 14)와 연결될 수 있다. 열풍 공급부(13, 14)는 풍구(12)를 통하여 열풍을 고로 본체(11)의 내부에 불어넣을 수 있다.
열풍 공급부(13, 14)는 고로 본체(11)의 외측에서 고로 본체(11)의 하부를 둘러 감아 링 형상으로 형성될 수 있고, 풍구(12)에 연결될 수 있으며, 풍구(12)를 통하여 고로 본체(11)의 하부에 연통할 수 있다.
열풍 공급부(13, 14)는 고로 본체(11)의 외측에서 둘레를 감싸는 환상관(14) 및 환상관(14)에서 각 풍구(12)로 각각 분기되는 송풍지관(13)을 포함할 수 있다. 환상관(14)은 열풍로(미도시)에 연결되어 열풍을 공급받을 수 있다. 열풍은 송풍지관(13)을 거쳐 복수의 풍구(12)를 통과하여 고로 본체(11)의 내부로 골고루 유입될 수 있다.
고로 조업 장치는, 고로 본체(11)의 바닥에 모이는 용선을 출선할 수 있도록 풍구(12)의 하측에 이격되어 고로 본체(10)의 내부에 연통하는 복수개의 출구(15), 고로 본체(11)의 철피에 전달되는 응력을 측정하거나 고로 본체(11)의 내부로 전류를 인가하여 되돌아오는 전류를 측정하는 등의 방식으로, 고로 본체(11)의 내부에 수용된 용선의 높이를 측정하는 탕면높이 측정기(16), 복수개 구비되고, 열풍 공급부의 송풍지관(13)을 각각 관통하여 장착되며, 풍구(12)까지 연장되는 연료 취입기(17)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 연료 취입기(17)는 미분탄 취입 랜스를 포함할 수 있다. 실시 예에서 연료 취입기(17)의 하부가 송풍지관(13)의 하부를 수평으로 관통하여 장착되는 것으로 예시하나, 연료 취입기(17)의 장착 구조는 아래와 같이 다양할 수 있다.
예컨대 연료 취입기(17)는 하부가 경사지게 연장되어, 풍구(12)에 가까운 송풍지관(13)의 일측 외주면의 상면을 관통하여 고로 본체(11)의 외측에서 중심을 향하도록 하향 경사지게 장착될 수도 있다. 연료 취입기(17)는 연료 공급기(미도시)에 연결되어 연료로서 예컨대 미분탄을 공급받을 수 있다. 연료 취입기(17)는 송풍지관(13)을 통하여 풍구(12)의 내부에 고로 본체(11)측으로 미분탄을 분사하여 취입할 수 있고, 이를 통하여, 연소대(4)의 온도 제어가 되어 고로 조업 안정화와 연료 절감을 할 수 있다.
한편, 고로 본체(11), 풍구(12), 열풍 공급부(13, 14), 출구(15), 탕면높이 측정기(16), 연료 취입기(17)를 통칭하여 고로 설비(10)라 하고, 고로 설비(10)와 구분하여 제거부(20)를 다른 명칭으로 버드네스트 제거용 과산화수소 취입 설비라 할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 제거부(20)는 복수개의 송풍지관(13)에 각각 마련되거나, 복수개의 송풍지관(13) 중 일부에 선택적으로 마련될 수 있다. 또한, 제거부(20)는 고로 본체(11)를 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다.
제거부(20)는 산소 함유 물질을 분사할 수 있도록 열풍 공급부를 관통하여 풍구(12)까지 연장되어 형성될 수 있는데, 더욱 상세하게는, 연료 취입기(17)의 내부를 관통하여 풍구(12)까지 연장될 수 있다. 이때, 산소 함유 물질을 앞서 설명한 대로 상온에서 액체 및 고체 중 적어도 한 상태로 존재하고, 고로 본체(11)의 내부 조업 분위기에서 열과 산소를 발생 가능한 산소 함유 물질일 수 있다.
제거부(20)는 고로 본체(11)의 내부로 다량의 산소 함유 물질을 연속 취입하는 역할을 한다. 이를 위하여, 제거부(20)는, 일측이 열풍 공급부를 관통하여 연장되는 분사관, 하부가 분사관의 타측에 연결되고, 내부에 산소 함유 물질이 저장되는 저장용기(23), 저장용기(23)가 적재되며, 고로 본체(11)에 대하여 전후진 가능하게 설치된 대차(25), 저장용기(23)의 상부에 연결되는 가압 가스 공급관(26), 분사관에 연결되는 캐리어 가스 공급관(27)을 포함할 수 있다.
분사관은 일단이 열풍 공급부를 관통하여 연장되는 제1 분사관(21), 일단이 제1 분사관(21)의 타단을 관통하여 전후진 가능하게 장착되고, 적어도 일부가 제1 분사관(21)에 중첩되며, 타단이 저장용기(23)의 하부에 연결되는 제2 분사관(22)을 포함할 수 있다.
제1 분사관(21)은 연료 취입기(17)의 하부의 연장 방향으로 연장되어 형성되며, 송풍지관(13)의 하부를 관통하여 장착되는데, 일단이 연료 취입기(17)의 내부를 관통하여 장착되고, 풍구(12)를 향해 연료 취입기(17)의 내부를 따라 연장되며, 일단의 개구가 풍구(12)의 내부에 위치한 연료 취입기(17)의 풍구(12)측 단부 개구에서 고로 본체(11)의 내부를 항해 개방될 수 있다.
제1 분사관(21)이 연료 취입기(17)의 내부에 위치하기 때문에, 송풍지관(13)을 지나는 열풍에 직접 노출되지 않아서, 열적 물리적으로 보호될 수 있다. 또한, 제1 분사관(21)이 상대적으로 대구경의 송풍지관(13)의 내부에서 개방되는 것이 아니라, 상대적으로 소구경인 연료 취입기(17)의 단부 개구 내에서 우선 개방되기 때문에, 산소 함유 물질의 분사 시 산소 함유 물질의 분사면적이 급격히 증가하는 대신에 단계적으로 증가하여 최종적으로 풍구 면적에 도달함에 따라, 산소 함유 물질이 단계적으로 확산됨에 의해 분사 압력이 급격히 강하되는 것을 방지할 수 있다.
제1 분사관(21)은 타단이 연료 취입기(17)의 외부에 위치할 수 있다. 제1 분사관(21)의 타단에는 제2 분사관(21)의 일단이 관통하여 슬라이드 가능하게 장착될 수 있다. 제2 분사관(21)은 일단이 전후진하며 제1 분사관(21)의 내부에서 그 위치가 조절될 수 있다.
제1 분사관(21)은 타단에 제1 분사관 밸브(28a)가 장착될 수 있고, 제1 분사관 밸브(28a)는 예컨대 볼 밸브 등의 구조로 마련됨에 따라, 제2 분사관(22)의 일단이 제1 분사관 밸브(28a)를 통과하여 제1 분사관(21)의 일단의 개구까지 진입할 수가 있다. 제1 분사관(21)은 강체관을 포함할 수 있고, 제2 분사관(22)은 예컨대 고무 호스 등과 같은 연성관을 포함할 수 있다.
제1 분사관 밸브(28a)의 상류측 예컨대 제1 분사관 밸브(28a)를 중심으로 고로 본체(11)의 반대측에서 제1 분사관(21)의 타단에는 캐리어 가스 공급관(27)이 장착될 수 있다. 즉, 캐리어 가스 공급관(27)은 제2 분사관(22)의 일단의 개구 후방에 위치하도록, 일단이 제1 분사관(21)을 관통하여 장착될 수 있다. 타단은 캐리어 가스 공급기(미도시)에 연결되어 캐리어 가스를 공급받을 수 있다. 캐리어 가스 공급관(27)의 일단에는 캐리어 가스 공급 밸브(28d)가 장착될 수 있다.
캐리어 가스 공급관(27)을 이용하여 제1 분사관(21)의 내부에 캐리어 가스를 주입할 수 있고, 주입된 캐리어 가스는 제2 분사관(22)에서 제1 분사관(21)의 내부로 분사되는 산소 함유 물질을 고로 본체(11)측으로 가압 이동시킬 수 있다. 캐리어 가스는 아르곤 가스 등의 불활성 가스 또는 공기를 포함할 수 있다. 이에 의하여, 예컨대 산소 함유 물질을 소량 주입하는 경우에도, 캐리어 가스를 이용하여 산소 함유 물질을 고로 본체(11) 내에 원하는 취입 속도로 취입시킬 수 있다. 즉, 캐리어 가스는 산소 함유 물질을 밀어 내어 고로 본체(11)의 내부에 윈하는 취입 속도로 취입시킬 수 있다.
저장용기(23)는 내부에 산소 함유 물질을 담을 수 있는 소정 크기와 형상의 압력 용기로서, 내부에 담긴 산소 함유 물질을 소정의 압력으로 제2 분사관(22)에 주입시킬 수 있다. 저장용기(23)는 상부 일측에 충전구(23a)가 구비될 수 있고, 충전구(23a)에 충전 밸브(23d)가 장착되며, 충전구(23a)를 통해 저장용기(23)의 내부에 산소 함유 물질을 충전시킬 수 있다.
또한, 저장용기(23)는 상부 타측에 압력계(23b) 및 벤트 밸브(23c)가 구비될 수 있다. 압력계(23b)를 이용하여 산소 함유 물질의 배출을 위한 가압 가스가 저장용기(23)에 적정한 압력으로 충전되고 있는지 확인할 수 있고, 벤트 밸브(23c)를 이용하여 저장용기(23)의 내부에서 가압 가스를 배가하며 압력을 조절할 수 있다.
충전구(23a)와 벤트 밸브(23c)를 이용하여 저장용기(23)에 산소 함유 물질을 여러 번 충전시킬 수 있고, 필요에 따라 고로 본체(11)의 내부에 산소 함유 물질을 여러 번 취입할 수 있다.
저장용기(23)의 상부 중앙에는 가압 가스 공급관(26)이 장착될 수 있다. 가압 가스 공급관(26)은 저장용기(23)의 내부에 가압 가스를 공급하면서 가압 가스의 압력을 이용하여 저장용기(23)의 하부에 연결된 제2 분사관(22)으로 산소 함유 물질을 원활하게 유입시킬 수 있다. 가압 가스는 고압의 공기를 포함할 수 있다.
가압 가스 공급관(26)은 저장용기(23)측 단부에 가압 조절 밸브(28c)가 장착될 수 있고, 그 반대측 단부에 퀵조인트(26a)가 설치된다. 가압 가스 공급관(26)은 퀵조인트(26a)를 중심으로, 서로 탈착 가능하게 결합된 분리형 관을 가지는 구조일 수 있다. 퀵 조인트(26a)를 중심으로 가압 가스 조절 밸브(28c)의 반대측에서 가압 가스 공급관(26)에 가압 차단 밸브(28b)가 장착될 수 있고, 이 밸브는 분리형 관이 서로 분리될 때, 가압 가스를 차단하는 역할을 한다. 가압 가스 공급관(26)는 가압 가스 공급기(미도시)에 연결되고, 이로부터 가압 가스를 공급받을 수 있다.
저장용기(23)는 하부에 지그(24)가 마련되고, 지그(24)를 통하여 대차(25)에 원활하게 적재될 수 있다. 대차(25)는 고로 본체(11)에 대하여 전후진 가능하도록 설치되며, 대차(25)의 전후진에 의하여 제2 분사관(22)이 제1 분사관(21)의 내부에서 전후진하며 슬라이드될 수 있다. 한편, 제1 분사관(21)의 전후진을 위한 별도의 구동부(미도시)가 더 구비될 수도 있고, 이 구동부를 이용하여, 연료 취입기(17)의 내부에서 제1 분사관(21)을 전후진으로 슬라이드시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 형성되는 제거부(20)에 의하여 산소 함유 물질을 액체 또는 용액의 상태로 고로 본체(11)의 내부로 분사하여 그 상태를 유지시키며 일정한 속도로 치밀 충전층(5)에 도달시킬 수 있다. 이때, 노심(1)의 상태에 따라 산소 함유 물질의 양을 조절하면, 캐리어 가스의 사용여부와 사용량과 그 압력을 조절하여 산소 함유 물질의 취입 속도를 유지시킬 수 있다. 이에, 노심(1)의 상태에 따라 산소 함유 물질의 취입량을 변화시키더라도 취입 속도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 산소 함유 물질을 소량 취입하더라도, 산소 함유 물질이 열풍에 의해 흩어지지 않고 치밀 충전층(5)에 안정적으로 도달시킬 수 있다. 또한, 제1 분사관(21)에 대한 제2 분사관(22)의 위치를 조절하여 캐리어 가스의 사용 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 제2 분사관(22)의 일단의 개구를 제1 분사관(21)의 일단의 개구 위치까지 이동시키거나, 제2 분사관(22)의 일단의 개구를 제1 분사관(21)의 내부에 위치시키는 등의 방식으로 연료 취입기(17) 내에서의 산소 함유 물질의 최초 분사 면적을 다양하게 선택할 수 있다. 이에, 산소 함유 물질의 양에 따라 효과적으로 분사 면적을 결정할 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 변형될 것이고, 이 같은 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 고로의 내부에 고로 장입물을 마련하는 과정;
    상온에서 액체 및 고체 중 적어도 어느 한 상태로 존재하고, 상기 고로의 내부의 조업 분위기에서 열과 산소를 발생 가능한 산소 함유 물질을 준비하는 과정;
    상기 고로의 내부에 열풍을 불어넣으며 용선을 제조하는 과정;
    상기 고로의 내부에 상기 산소 함유 물질을 취입하는 과정;을 포함하는 고로 조업 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고로의 하부에 형성된 풍구를 통하여 상기 고로의 내부에 열풍을 불어넣으며 용선을 제조하고,
    상기 풍구를 통하여 열풍을 불어넣는 중의 적어도 어느 한 시점에 상기 풍구를 통하여 상기 산소 함유 물질을 취입하는 고로 조업 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 고로의 내부에 상기 산소 함유 물질을 취입하여 상기 풍구와 상기 고로의 노심 사이에 형성되는 치밀 충전층을 제거하는 고로 조업 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 산소 함유 물질을 취입하는 과정 이후에,
    상기 고로의 내부의 고온 및 염기성 분위기를 이용하여 상기 산소 함유 물질을 촉매분해 반응시키며 상기 고로의 내부에서 열과 산소를 발생시키는 과정;
    상기 촉매분해 반응에서 발생하는 산소를 이용하여 상기 고로의 풍구와 노심 사이에 형성된 치밀 충전층 중에 미분 상태로 포함된 탄소를 연소시켜 제거하는 과정;을 포함하는 고로 조업 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 촉매분해 반응에서 발생하는 열과 상기 탄소의 연소 반응에서 발생하는 열을 이용하여 상기 고로의 풍구와 노심 사이에 형성된 치밀 충전층 중에 미분 상태로 포함된 회분 슬래그를 용융시켜 제거하는 과정;을 포함하는 고로 조업 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 산소 함유 물질은 고온 또는 염기성 분위기에서 분해되어 산소 분자를 생성할 수 있는 산소와 수소의 화합물을 포함하는 고로 조업 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 산소 함유 물질은 순수 과산화수소 액체를 포함하거나, 순수 과산화수소 액체를 용매에 혼합한 혼합물인 과산화수소 용액을 포함하는 고로 조업 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 산소 함유 물질을 상기 고로의 내부에 취입할 때,
    캐리어 가스와 상기 열풍 중 적어도 하나를 이용하여 상기 산소 함유 물질의 취입 속도를 제어하는 고로 조업 방법.
  9. 고로 본체;
    상기 고로 본체의 하부를 관통하여 형성되는 풍구;
    상기 풍구를 통하여 상기 고로 본체의 하부에 연통하는 열풍 공급부; 및
    상기 고로 본체의 내부 조업 분위기에서 열과 산소를 발생할 수 있고 액체와 고체 중 적어도 어느 한 상태인 산소 함유 물질을 상기 고로 본체의 내부에 분사할 수 있도록, 상기 열풍 공급부를 관통하여 상기 풍구까지 연장되고, 상기 고로 본체의 하부에 연결되는 제거부;를 포함하는 고로 조업 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 열풍 공급부를 관통하여 상기 풍구까지 연장되는 연료 취입기;를 더 포함하고,
    상기 제거부는 상기 연료 취입기의 내부를 관통하여 상기 풍구까지 연장되는 고로 조업 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제거부는,
    일측이 상기 열풍 공급부를 관통하여 연장되는 분사관;
    하부가 상기 분사관의 타측에 연결되고, 내부에 상기 산소 함유 물질이 저장되는 저장용기;
    상기 저장용기가 적재되는 대차;
    상기 저장용기의 상부에 연결되는 가압 가스 공급관;를 포함하는 고로 조업 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제거부는,
    상기 분사관에 연결되는 캐리어 가스 공급관;을 포함하는 고로 조업 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 분사관은,
    일단이 상기 열풍 공급부를 관통하여 연장되는 제1 분사관;
    일단이 상기 제1 분사관의 타단을 관통하여 전후진 가능하게 장착되고, 적어도 일부가 상기 제1 분사관에 중첩되며, 타단이 상기 저장용기의 하부에 연결되는 제2 분사관;을 포함하고,
    상기 캐리어 가스 공급관은 제2 분사관의 일단의 개구 후방에 위치하도록 상기 제1 분사관을 관통하여 장착되는 고로 조업 장치.
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