KR101629122B1

KR101629122B1 - 고로 조업 방법

Info

Publication number: KR101629122B1
Application number: KR1020147019597A
Authority: KR
Inventors: 아키노리 무라오; 다이키 후지와라; 시로 와타카베
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2016-06-09
Also published as: AU2012355193B2; EP2796565A4; TWI495729B; KR20140109963A; EP2796565B1; EP2796565A1; AU2012355193A1; WO2013094229A1; TW201326404A; IN2014KN01257A; CN104039985A

Abstract

풍구(3)로부터 연료를 취입하는 위한 랜스(4)를 이중관으로 하고, 2개의 이중관 랜스(4)의 내측관으로부터 미분탄을 취입하는 동시에, 2개의 이중관 랜스(4)의 외측관으로부터 산소를 취입하고, 미분탄의 반송 가스와 외측관으로부터 취입되는 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도를 35vol%이상으로 하는 것에 의해, 미분탄의 휘발분이 25mass%이하이고 또한 미분탄비가 150kg/t이상의 고미분탄비 조업이라도 연소 온도를 높일 수 있고, 그 결과, 배출 CO₂를 저감할 수 있다. 또, 미분탄비가 170kg/t이상인 경우에는 산소 농도를 70vol%미만으로 한다. 또, 2개의 이중관 랜스(4)로부터 취입되는 미분탄류가 겹치지 않도록 이중관 랜스(4)를 배치하는 것에 의해, 미분탄류의 농화를 방지하여 연소 효율을 확보할 수 있다.

Description

고로 조업 방법{BLAST FURNACE OPERATION METHOD}

본 발명은 고로 풍구로부터 미분탄을 취입하여, 연소 온도를 상승시키는 것에 의해 생산성의 향상 및 배출 CO₂의 저감을 도모하는 고로의 조업 방법에 관한 것이다.

근래, 탄산 가스 배출량의 증가에 의한 지구 온난화가 문제로 되고 있으며, 제철업에 있어서도 배출 CO₂의 억제는 중요한 과제이다. 고로는 주로 코크스 및 풍구로부터 취입하는 미분탄을 환원재로서 사용하고 있으며, 사전 처리에 의해 생기는 탄산 가스 배출량의 차로부터, 가능한 한 코크스보다 미분탄을 사용하는 것이 배출 CO₂의 억제로 이어진다. 예를 들면, 하기 특허문헌 1에서는 미분탄비가 150kg/t-선철 이상, 휘발분이 25mass%이하의 미분탄을 이용하고, 풍구로부터 연료를 취입하기 위한 랜스에 미분탄과 산소를 공급하고, 랜스 중의 산소 농도를 70vol%이상으로 함으로써, 연소 효율을 향상시킬 수 있다고 하고 있다. 또, 이 특허문헌 1에서는 랜스가 단일관인 경우에는 산소와 미분탄의 혼합물을 랜스로부터 취입하고 랜스가 이중관인 경우에는 이중관 랜스의 내측관으로부터 미분탄을 취입하고, 이중관 랜스의 외측관으로부터 산소를 취입하는 것도 제안되고 있다. 또한, 미분탄비는 선철 1t당 사용되는 미분탄의 질량이다.

또, 하기 특허문헌 2에서는 이중관 랜스의 외측관에 요철을 마련하여 미분탄을 분산시키고, 미분탄과 산소의 반응을 촉진하도록 하고 있다.

또, 하기 특허문헌 3에서는 내측관으로부터 미분탄을 취입하고, 외측관으로부터 산소를 취입하는 이중관 랜스를 2개 대향 배치해서 이용하고, 2개의 이중관 랜스의 중심축의 연장선이 교차하지 않고, 또한 송풍관(블로 파이프)의 중심과도 교차하지 않도록 함으로써, 연소성을 높이도록 하고 있다. 또, 외측관으로부터의 랜스 중심에 대한 산소의 취출 각도를 30° 이상으로 함으로써, 산소를 미분탄의 주류선에 근접하도록 하고도 있다. 또한, 랜스와 송풍관이 이루는 각도(송풍 방향에 대한 랜스의 취입 각도)는 45°보다 큰 각도로 되어 있다.

또, 하기 특허문헌 4에서는 내측관으로부터 미분탄을 취입하고, 외측관으로부터 산소를 취입하는 이중관 랜스를 2개 대향 배치해서 이용하며, 각각의 랜스의 선단부를 풍구 직경축소부의 소직경부보다 노 내측에 위치하도록 하고 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공보 제4074467호 [특허문헌 2] 한국 특허공개공보 제2002-00047359호 [특허문헌 3] 일본국 특허공개공보 평성10-251715호 [특허문헌 4] 일본국 특허공개공보 제2000-192119호

풍구에는 대량의 공기가 송풍되고 있지만, 랜스는 고온에 노출될 우려가 있고, 상기 특허문헌 1에 기재되는 바와 같이, 단일관 랜스에 고농도의 산소와 미분탄의 혼합물을 공급하는 것은 안전면에서 현실적이지 못하다. 또, 가일층의 배출 CO₂의 저감이 요구되고 있기 때문에, 예를 들면 미분탄비를 170kg/t-선철 이상으로 하는 것이 요망되고 있지만, 미분탄비가 170kg/t-선철 이상의 고 미분탄비에서는 상기 특허문헌 1에 기재되는 바와 같이, 단지 이중관 랜스의 내측관으로부터 미분탄을 취입하고, 외측관으로부터 산소를 취입해도, 연소 온도가 포화되어 버려 연소 효율이 높아지지 않는다.

또, 이중관 랜스의 외측관에 흐르는 가스는 해당 외측관의 냉각의 역할도 담당하고 있기 때문에, 상기 특허문헌 2에 기재되는 바와 같이, 외측관에 마련된 요철과 같이 가스의 흐름을 방해하는 것이 존재하는 경우, 흐름이 약한 부분에 열 부하가 가해지고, 균열이나 용손 등의 손모가 생길 가능성이 있다. 이러한 손모가 발생한 경우, 역화나 랜스의 막힘 등을 유발할 우려가 있다. 또, 미분탄량이 증가하면, 내측관으로부터 분출하는 미분탄에 의해 볼록부의 마모 발생을 피할 수 없는 문제가 있다.

또, 상기 특허문헌 3에 기재되는 바와 같이, 랜스와 송풍관이 이루는 각도(송풍 방향에 대한 랜스의 취입 각도)는 45°보다 큰 각도인 경우, 랜스를 따라 흐르는 열풍이 랜스 선단부에서 흐트러지고, 미분탄이 필요 이상으로 분산하며, 미분탄의 부착이나 충돌에 의해 풍구나 송풍관이 파손될 우려가 있다. 또, 외측관으로부터의 랜스 중심에 대한 산소의 취출 각도를 30°이상으로 하기 위해서는 랜스 선단부의 가공이 곤란하고, 또 미분탄의 부착이나 막힘에 기인하는 랜스의 용손이 생기기 쉽기 때문에 실용적이지는 않다.

또, 상기 특허문헌 4에 기재되는 바와 같이, 랜스의 선단부를 풍구 직경축소부의 소직경부보다 노 내측에 위치하면, 직경축소부를 통과한 열풍 흐름의 흐트러짐에 의해 미분탄이 필요 이상으로 분산하고, 풍구나 송풍관이 파손될 우려가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점에 착안해서 이루어진 것이며, 풍구나 송풍관을 파손하지 않고, 연소 온도를 향상시킬 수 있으며, 그 결과, 배출 CO₂의 저감을 가능하게 하는 고로 조업 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하기에 기재한 고로 조업 방법을 제공한다.

[1] 휘발분이 25mass%이하의 미분탄을 준비하고 풍구로부터 미분탄과 지연성 가스를 취입하고, 내측관과 외측관을 갖는 2개의 이중관 랜스를 준비하고, 상기 풍구에서 열풍을 취입하고, 상기 2개의 이중관 랜스의 내측관으로부터 150kg/t-선철 이상의 미분탄비로 상기 미분탄을 반송 가스와 함께 취입하고,

상기 2개의 이중관 랜스의 외측관으로부터 지연성 가스를 취입하고,

상기 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도는 35vol%이상인 고로 조업 방법.

[2] 상기 2개의 이중관 랜스로부터 취입되는 미분탄류가 겹치지 않도록 미분탄을 취입하는 [1]에 기재된 고로 조업 방법.

[3] 상기 2개의 이중관 랜스 선단부의 축선이 교차되지 않도록 한 [2]에 기재된 고로 조업 방법.

[4] 상기 이중관 랜스의 송풍관으로의 삽입 각도가 45°이하인 [1]에 기재된 고로 조업 방법.

[5] 상기 지연성 가스는 산소이고, 송풍에 부화하는 산소의 일부를 상기 이중관 랜스의 외측관으로부터 취입하는 [1]에 기재된 고로 조업 방법.

[6] 상기 미분탄은 3mass%이상 25mass%이하의 휘발분을 갖는 [1]에 기재된 고로 조업 방법.

[7] 상기 이중관 랜스의 외측관으로부터 취입되는 지연성 가스는 20∼120m/sec의 출구 유속을 갖는 [1]에 기재된 고로 조업 방법.

[8] 상기 미분탄비는 170kg/t-선철 이상인 [1]에 기재된 고로 조업 방법.

[9] 상기 미분탄비는 170kg/t-선철 이상이고, 상기 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도는 35vol%이상 70vol%미만인 [1]에 기재된 고로 조업 방법.

[10] 상기 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도는 40vol%이상 65vol%이하인 [9]에 기재된 고로 조업 방법.

[11] 상기 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도는 45vol%이상 60vol%이하인 [10]에 기재된 고로 조업 방법.

[12] 상기 미분탄비는 170kg/t-선철 이상 300kg/t-선철 이하인 [8]에 기재된 고로 조업 방법.

[13] 상기 미분탄비는 170kg/t-선철 이상 300kg/t-선철 이하인 [9]에 기재된 고로 조업 방법.

[14] 상기 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도는 35vol%이상 70vol%미만인 [1]에 기재된 고로 조업 방법.

[15] 상기 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도는 40vol%이상 65vol%이하인 [14]에 기재된 고로 조업 방법.

[16] 상기 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도는 45vol%이상 60vol%이하인 [15]에 기재된 고로 조업 방법.

[17] 상기 미분탄비는 150kg/t-선철 이상 300kg/t-선철 이하인 [1]에 기재된 고로 조업 방법.

[18] 상기 미분탄비는 150kg/t-선철 이상 170kg/t-선철 미만인 [1]에 기재된 고로 조업 방법.

[19] 상기 미분탄비는 150kg/t-선철 이상 170kg/t-선철 미만이고, 상기 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도는 35vol이상 70vol%미만인 [1]에 기재된 고로 조업 방법.

[20] 상기 미분탄에 폐플라스틱, 폐기물 고형 연료, 유기성 자원, 폐재, CDQ 집진 코크스로 이루어지는 그룹 중, 적어도 1개를 부가하는 [1] 내지 [19] 중의 어느 하나에 기재된 고로 조업 방법.

[21] 상기 미분탄의 비율을 80mass%이상으로 해서, 상기 폐플라스틱, 폐기물 고형 연료, 유기성 자원, 폐재, CDQ 집진 코크스를 사용하는 [20]에 기재된 고로 조업 방법.

이와 같이, 본 발명의 고로 조업 방법에 따르면, 풍구로부터 연료를 취입하기 위한 랜스를 이중관으로 하고, 2개의 이중관 랜스의 각각의 내측관으로부터 미분탄을 반송 가스와 함께 취입하는 동시에, 2개의 이중관 랜스의 각각의 외측관으로부터 지연성 가스를 취입하고, 이중관 랜스 중의 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도를 35vol%이상으로 하는 것에 의해, 미분탄의 휘발분이 25mass%이하이고 또한 미분탄비가 150kg/t이상의 고미분탄비 조업이라도 연소 온도를 높일 수 있고, 그 결과, 배출 CO₂를 저감할 수 있다. 또, 미분탄비가 170kg/t이상인 경우에는 이중관 랜스 중의 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도를 70vol%미만으로 하는 것에 의해, 산소 등의 지연성 가스의 원 단위를 억제할 수 있다.

또, 2개의 이중관 랜스의 내측관으로부터 취입되는 미분탄류가 겹치지 않도록 미분탄을 취입하는 것에 의해, 미분탄류의 농화를 방지하여 연소 효율을 확보할 수 있다.

또, 2개의 이중관 랜스 선단부의 축선이 교차하지 않도록 한 것에 의해, 2개의 이중관 랜스의 내측관으로부터 취입되는 미분탄류를 확실하게 겹치지 않도록 할 수 있다.

또, 이중관 랜스의 송풍관으로의 삽입 각도를 45°이하로 한 것에 의해, 랜스 선단으로부터 분출되는 분류의 흐트러짐을 억제할 수 있다.

또, 송풍에 부화하는 산소의 일부를 지연성 가스로 해서 이중관 랜스의 외측관으로부터 취입하는 것에 의해, 고로내의 가스 밸랜스를 해치는 일 없이, 산소의 과잉 공급을 회피할 수 있다.

도 1은 본 발명의 고로 조업 방법이 적용된 고로의 1실시형태를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 랜스로부터 미분탄만을 취입했을 때의 연소 상태의 설명도이다.
도 3은 도 2의 미분탄의 연소 메커니즘의 설명도이다.
도 4는 미분탄과 산소를 취입했을 때의 연소 메커니즘의 설명도이다.
도 5는 연소 실험 장치의 설명도이다.
도 6의 (a)∼(c)는 미분탄류의 농화의 설명도이다.
도 7은 도 1의 랜스의 취입 선단부의 상세도이다.
도 8은 도 7의 랜스 및 스트레이트관으로 이루어지는 랜스의 미분탄류의 설명도이다.
도 9는 미분탄비가 150kg/t이상 170kg/t미만일 때의 랜스 공급 가스 중의 산소 농도와 연소율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 미분탄비가 170kg/t이상일 때의 랜스 공급 가스 중의 산소 농도와 연소율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11의 (a)와 도 11의 (b)는 송풍관에 대한 랜스의 삽입 각도의 설명도이다.
도 12는 랜스 선단과 풍구 선단 내면의 직경 방향의 거리를 그래프화한 설명도이다.
도 13은 랜스의 출구 유속과 랜스 표면 온도의 관계를 나타내는 설명도이다.

다음에, 본 발명의 고로 조업 방법의 1실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 실시형태의 고로 조업 방법이 적용된 고로의 전체도이다. 도면에 나타내는 바와 같이, 고로(1)의 풍구(3)에는 열풍을 송풍하기 위한 송풍관(2)이 접속되고, 이 송풍관(2)을 관통해서 랜스(4)가 설치되어 있다. 풍구(3)의 열풍 송풍 방향 앞쪽의 코크스 퇴적층에는 레이스웨이(raceway)(5)로 불리는 연소 공간이 존재하고, 주로 이 연소 공간에서 환원제의 연소, 가스화가 실행된다.

도 2에는 랜스(4)로부터 고체 환원재로서 미분탄(6)만을 취입했을 때의 연소 상태를 나타낸다. 랜스(4)로부터 풍구(3)를 통과하고, 레이스웨이(5)내에 취입된 미분탄(6)은 코크스(7)와 함께 그 휘발분과 고정 탄소가 연소하고, 휘발분이 방출되고 남은 일반적으로 차(char)로 불리는 탄소와 회분의 집합체는 레이스웨이로부터 미연 차(8)로서 배출된다. 풍구(3)의 열풍 송풍 방향 앞쪽에 있어서의 열풍 속도는 약 200m/sec이며, 랜스(4)의 선단으로부터 레이스웨이(5)내에 있어서의 산소의 존재 영역은 약 0.3∼0.5m로 되어 있으므로, 실질적으로 1/1000초의 레벨로 미분탄 입자의 승온 및 산소와의 접촉 효율(분산성)의 개선이 필요하게 된다.

도 3은 랜스(4)로부터 송풍관(2)내에 미분탄(도면에서는 PC: Pulverized Coal)(6)만을 취입한 경우의 연소 메커니즘을 나타낸다. 풍구(3)로부터 레이스웨이(5)내에 취입된 미분탄(6)은 레이스웨이(5)내의 화염으로부터의 복사 전열에 의해서 입자가 가열되고, 또한 복사 전열, 전도 전열에 의해서 입자가 급격히 온도 상승하고, 300℃ 이상 승온한 시점부터 열 분해가 시작되고, 휘발분에 착화해서 화염이 형성되며, 연소 온도는 1400∼1700℃에 달한다. 휘발분이 방출해 버리면, 전술한 차(8)로 된다. 차(8)는 주로 고정 탄소이므로, 연소 반응과 함께, 솔루션 로스(solution-loss) 반응, 수소 가스 시프트 반응과 같은 탄소 용해 반응이라 불리는 반응도 생긴다.

도 4는 랜스(4)로부터 송풍관(2)내에 미분탄(6)과 함께 지연성 가스로서 산소(9)를 취입한 경우의 연소 메커니즘을 나타낸다. 미분탄(6)과 산소(9)의 취입 방법은 단순히 평행하게 취입한 경우를 나타내고 있다. 또한, 도면 중의 이점 쇄선은 도 3에 나타낸 미분탄만을 취입한 경우의 연소 온도를 참고로 나타내고 있다. 이와 같이 미분탄과 산소를 동시에 취입하는 경우, 랜스 근방에서 미분탄과 산소의 혼합이 촉진되어, 더욱 조기부터 미분탄의 연소가 시작하는 것으로 생각되어지며, 이에 따라 랜스에 가까운 위치에서 연소 온도가 더욱 상승한다.

이러한 지견에 의거하여, 도 5에 나타내는 연소 실험 장치를 이용해서 연소 실험을 실행하였다. 고로 내부를 모의해서 실험로(11)내에는 코크스가 충전되어 있고, 관찰창으로부터 레이스웨이(15)의 내부를 관찰할 수 있다. 송풍관(12)에는 랜스(14)가 끼워 넣어지고, 열풍로로부터 고로에 송풍하는 열풍으로서 연소 버너(13)에서 생긴 열풍을 실험로(11)내에 소정의 송풍량으로 송풍할 수 있도록 되어 있다. 또, 이 송풍관(12)에서는 송풍의 산소 부화량을 조정하는 것도 가능하다. 랜스(14)는 미분탄 및 산소의 어느 한쪽 또는 양쪽을 송풍관(12)내에 취입할 수 있다. 실험로(11)내에서 생긴 배기 가스는 사이클론(cyclone)이라 불리는 분리 장치(16)에서 배기 가스와 더스트로 분리되고, 배기 가스는 조연로 등의 배기가스 처리 설비에 송급되고, 더스트는 포집상자(17)에 포집된다.

미분탄의 제원은 고정 탄소(FC: Fixed Carbon) 71.4%, 휘발분(VM: Volatile Matter) 19.5%, 회분(Ash) 9.1%이다. 송풍 조건은 송풍 온도 1200℃, 유량 300N㎥/h, 풍구지 풍속 130m/s, 산소 부화 6%(산소 농도 27.0%, 공기 중 산소 농도 21%에 대해 6.0%의 부화)로 하였다. 미분탄 취입 조건으로서, 랜스(14)에는 이중관 랜스를 이용하고, 이중관 랜스의 내측관으로부터 미분탄을 취입하며, 이중관 랜스의 외측관으로부터 지연성 가스로서 산소를 취입하였다. 미분탄은 반송 가스와 함께 취입되고, 미분탄의 반송 가스에는 질소를 이용하였다. 또한, 미분탄과, 미분탄을 반송하는 반송 가스의 고기비(固氣比)는 적은 가스량으로 분체, 즉 미분탄을 수송하는 방식(고농도 반송)에서는 고기비 10∼25kg/N㎥, 다량의 가스로 수송하는 방식(저농도 반송)에서는 고기비 5∼10kg/N㎥이다. 반송 가스에는 질소 이외에, 공기를 이용할 수도 있다. 그리고, 미분탄비를 100kg/t∼180kg/t의 사이에서 각종 변경하여, 특히 미분탄류의 변화에 대해 실험하였다. 또한, 지연성 가스로서 산소를 취입하는 경우에는 송풍에 부화하는 산소의 일부를 이용하고, 노내에 취입되는 산소의 총량이 변화하지 않도록 하였다. 또, 지연성 가스로서는 산소 부화 공기를 이용할 수도 있다.

이 실험을 통해, 본 발명자 등은 또한 이하의 지식을 얻었다. 즉, 이중관 랜스의 내측관으로부터 미분탄을 취입하고, 외측관으로부터 지연성 가스, 즉 산소를 취입하는 경우, 미분탄의 휘발분이 25mass%이하에서도 미분탄비가 150kg/t미만의 낮은 미분탄비 조업이면, 산소 농도를 높임으로써 연소 온도가 높아진다. 그러나, 미분탄비가 150kg/t이상의 고미분탄비 조업에서는 산소 농도를 높여도 연소 온도가 높아지지 않는다. 미분탄비 150kg/t이상의 영역에서는 산소 농도 35vol%정도에서 연소 온도가 포화해 버린다. 이것은 후술하는 바와 같이, 이중관 랜스의 내측관으로부터 취입되는 미분탄이 취입류의 중앙 부분에 집중(농화라고도 함)하고, 이중관 랜스의 외측관으로부터 취입되는 산소와 접촉하기 어려워지거나, 혹은 접촉하지 않게 되기 때문이다. 그래서, 본 발명에서는 이중관 랜스를 2개 이용하고, 각각의 이중관 랜스의 내측관으로부터 취입되는 미분탄의 양을 적게 한다. 한편, 이중관 랜스를 2개 이용한 경우에도 미분탄비 170kg/t이상의 영역에서는 산소 농도 70vol% 정도로 연소 온도가 포화되어 버려 높아지지 않는다. 즉, 더 이상 산소 농도를 높여도 산소 원 단위가 증가할 뿐, 연소 효율은 높아지지 않는다.

도 6의 (a)에는 미분탄비가 150kg/t미만의 저미분탄비 조업 상태에 있어서의 미분탄류를 나타낸다. 실험에서는 랜스의 형상이 일정 직경의 스트레이트관이기 때문에, 미분탄의 분산 폭은 대략 일정하다. 이와 같이 미분탄비가 낮은 경우에는 분산폭 내에서 미분탄류는 대략 균일한 농도로 된다. 그러나, 미분탄비가 150kg/t이상의 고미분탄비 조업 상태에서는 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 분산폭 내의 중앙부가 농화되고, 특히 미분탄비가 170kg/t이상의 고미분탄비 조업 상태에서는 미분탄류의 중앙부가 현저히 농화된다. 산소는 이중관 랜스의 외측관으로부터 취입되므로, 미분탄류의 중앙부에 농화된 미분탄은 산소와 접촉하지 않고, 미연소인 채 노내에 반입되어, 고로 내의 통기를 악화시킨다. 산소와의 접촉을 촉진시키기 위해 산소의 취입량을 증가시켜도, 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 산소의 취입량이 일정량 이상으로 되면, 주위의 산소류의 중앙부에 한층 미분탄류가 농화할 뿐, 산소와의 접촉은 실질적으로 촉진되지 않고, 후술하는 바와 같이 연소 온도는 포화된다.

그래서, 본 실시형태에서는 도 7에 나타내는 바와 같이, 이중관 랜스(4)를 2개 이용하고, 그들 이중관 랜스(4)의 각각의 내측관으로부터 미분탄을 취입하고, 각각의 외측관으로부터 지연성 가스인 산소를 취입한다. 그 때 중요한 것은 2개의 이중관 랜스(4)로부터 취입되는 미분탄류가 겹치지 않도록 하는 것이다. 즉, 2개의 미분탄류가 겹치지 않도록 이중관 랜스(4)를 배치한다. 구체적으로는 도 7에 나타내는 바와 같이, 2개의 이중관 랜스(4)의 축선, 특히 그들 선단부의 축선이 교차하지 않도록 2개의 이중관 랜스(4)를 편심시켜 배치하면 좋다.

예를 들면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 2개의 미분탄류가 겹쳐 버리면, 겹친 부분에서 미분탄류가 농화되고 산소와의 접촉이 저해되며, 연소 온도가 포화하거나, 혹은 저하될 우려가 있다. 2개의 이중관 랜스(4)로부터 취입되는 2개의 미분탄류가 겹치지 않으면, 각각의 이중관 랜스(4)의 미분탄류의 미분탄량은 단일의 랜스에 의한 취입에 비해, 1/2의 미분탄 취입량으로 되기 때문에, 연소 온도가 포화되기 어렵고, 연소 온도를 향상시킬 수 있으며, 그 결과, 미분탄비를 높이고, 배출 CO₂를 저감할 수 있다.

단, 후술하는 바와 같이, 이중관 랜스(4)를 2개 이용한 경우에도 미분탄비가 170kg/t이상인 영역에서는 전술한 미분탄류의 농화를 억제 방지하는 것이 곤란하며, 특히 산소 농도가 70vol%이상에서 연소 온도가 포화되어 버린다.

도 9에는 미분탄비 150kg/t이상 170kg/t미만, 미분탄의 휘발분 25mass%이하, 송풍 조건 일정, 산소 부화율 일정으로, 이중관 랜스(4)를 1개만 이용한 경우와, 이중관 랜스(4)를 2개 이용한(편심 있음) 경우의 연소 온도를 연소율로 나타내었다. 어느 것도, 이중관 랜스(4)의 내측관으로부터 미분탄을 취입하고, 외측관으로부터 지연성 가스로서 산소를 취입하였다. 동일 도면으로부터 명백한 바와 같이, 이중관 랜스(4)를 1개만 이용한 경우에는 랜스 중의 미분탄을 반송하는 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도가 35vol%이상에서 연소 온도가 포화되어 버린다. 즉, 이중관 랜스(4)가 1개인 경우에는 산소 농도를 35vol%이상으로 해도 연소 온도는 높아지지 않는다. 이에 대해, 이중관 랜스(4)를 2개 편심해서 이용하는 경우에는 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도가 35vol%이상에서도 연소 온도가 높아진다. 이는 미분탄비 150kg/t이상 170kg/t미만의 영역에서는 각각의 이중관 랜스(4)로부터 취입되는 미분탄류가 농화되고 있지 않은 것을 의미한다.

그러나, 한편, 이중관 랜스(4)를 2개 이용한 경우에도 미분탄비가 170kg/t이상인 경우에는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 랜스 중의 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도가 70vol%이상으로 되면, 연소 온도가 포화되어 버려, 더 이상 산소 농도를 높여도 연소 온도는 높아지지 않다. 즉, 미분탄비 170kg/t이상의 영역에서는 랜스 중의 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도가 70vol%이상에서 산소 원 단위가 증가할 뿐, 연소 효율은 좋아지지 않는다. 따라서, 이중관 랜스(4)를 2개 이용하는 경우에도, 미분탄비가 170kg/t이상인 경우에는 랜스 중의 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도를 70vol%미만, 바람직하게는 40vol%이상 65vol%이하, 더욱 바람직하게는 45vol%이상 60vol%이하로 한다. 또한, 미분탄비의 상한은 300kg/t이하, 바람직하게는 250kg/t이하로 한다.

또한, 본 발명자 등은 랜스와 송풍관이 이루는 각도, 즉 송풍 방향에 대한 랜스의 삽입 각도에 대해, 랜스 선단과 풍구 선단 내면의 직경 방향 거리를 변경하면서 시험을 실행하였다. 이중관 랜스는 동축의 이중관이며, 전술한 바와 같이 직관(스트레이트관)이 바람직하다. 직관에서는 랜스와 송풍관이 이루는 삽입 각도, 즉 송풍 방향에 대한 랜스의 삽입 각도에 의해, 랜스 선단으로부터 분출되는 분류의 흐트러짐이 있기 때문에, 랜스와 송풍관의 삽입 각도를 규정할 필요가 있다. 예를 들면, 도 11의 (a)에서 나타내는 바와 같이, 랜스(4)와 송풍관(2)의 삽입 각도(송풍 방향에 대한 랜스(4)의 삽입 각도) θ가 작은 경우에는 랜스(4)를 따라 흐르는 열풍의 흐름의 변화가 완만하기 때문에, 랜스(4)를 따라 흐르는 열풍의 랜스 선단에서의 흐트러짐이 작고, 미분탄류의 분산 폭이 작다. 한편, 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 랜스(4)와 송풍관(2)의 삽입 각도(송풍 방향에 대한 랜스(4)의 삽입 각도) θ가 큰 경우에는 랜스(4)를 따라 흐르는 열풍의 흐름의 변화가 급하기 때문에, 랜스(4)를 따라 흐르는 열풍의 랜스 선단에서의 흐트러짐이 크고, 미분탄류의 분산 폭이 크다. 미분탄류는 연소하고나서 확산하면 연소 온도가 높아지지만, 연소 전에 분산하면 연소 온도가 높아지지 않고, 연소 효율이 좋지 않다.

이를 랜스 선단과 풍구 선단 내면의 직경 방향 거리의 매트릭스로서 그래프화한 것이 도 12이다. 랜스 선단과 풍구 선단 내면의 직경 방향의 거리는 랜스 선단이 풍구 선단 내면으로부터 직경 방향 외측에 위치하는 경우를 -(마이너스), 직경 방향 내측에 위치하는 경우를 +(플러스)로 나타내었다. 이 랜스의 선단과 풍구 선단 내면의 직경 방향 거리와, 랜스(4)와 송풍관(2)의 삽입 각도(송풍 방향에 대한 랜스(4)의 삽입 각도) θ와 매트릭스에서, 미분탄의 연소성이 양호한 경우를 ○, 양호하지 않은 경우를 ×로 나타내었다. 랜스(4)와 송풍관(2)의 삽입 각도(송풍 방향에 대한 랜스(4)의 삽입 각도) θ가 45°이하인 경우에는 랜스 선단이 풍구 선단 내면보다 직경 방향 내측에 있는 경우에는 연소성의 저하는 보이지만, 랜스(4)와 송풍관(2)의 삽입 각도(송풍 방향에 대한 랜스(4)의 삽입 각도) θ가 45°를 초과하면, 랜스 선단이 풍구 선단 내면보다 직경 내측에 있어도 연소성의 저하가 보인다. 이것으로부터, 랜스(4)와 송풍관(2)의 삽입 각도(송풍 방향에 대한 랜스(4)의 삽입 각도) θ는 45°이하로 하는 것이 좋다. 또, 랜스 선단이 풍구 선단 내면의 중심보다 아래쪽의 -(마이너스) 위치에서는 랜스로부터의 미분탄류가 풍구 내면에 닿기 때문에 ×로 나타내고 있다.

또한, 선단을 구부려 선단 부위가 송풍 방향을 따르도록 하면, 랜스 선단으로부터 분출되는 분류의 흐트러짐을 억제할 수 있다. 우곡(迂曲)시킨 선단 부위가 짧은 경우, 내측관으로부터 취입되는 미분탄류와, 외측관으로부터 취입되는 산소가 흐트러지기 쉽게 되기 때문에, 우곡시킨 선단 부위는 적어도 200㎜이상으로 할 필요가 있으며, 바람직하게는 300㎜이상으로 하는 것이 좋다.

그런데, 전술한 바와 같은 연소 온도의 상승에 수반해서, 이중관 랜스의 외측관은 고온에 노출되기 쉬워진다. 랜스는 예를 들면 스테인리스강 강관으로 구성된다. 랜스의 외측에는 소위 워터 재킷이라 불리는 수랭이 실시되어 있는 예도 있지만, 랜스 선단까지는 덮을 수 없다. 특히, 이 수랭이 미치지 않는 이중관 랜스의 외측관의 선단부가 열로 변형되기 쉬운 것을 알 수 있었다. 랜스가 변형하는 즉, 구부리면 원하는 부위에 가스나 미분탄을 취입할 수 없고, 소모품인 랜스의 교환 작업에 지장이 있다. 또, 미분탄의 흐름이 변화되어 풍구에 닿는 것도 고려되며, 그러한 경우에는 풍구가 손상될 우려가 있다. 또, 이중관 랜스의 외측관이 구부러지면, 내측관과의 간극이 폐색되고, 외측관으로부터 가스가 흐르지 않게 되면, 이중관 랜스의 외측관이 용손되고, 경우에 따라서는 송풍관이 파손될 가능성도 있다. 랜스가 변형되거나 손모되면, 전술한 바와 같은 연소 온도를 확보할 수 없게 되며, 더 나아가서는 환원재 원 단위를 저감할 수도 없다.

수랭할 수 없는 이중관 랜스의 외측관을 냉각하기 위해서는 내부에 흐르는 가스로 냉각할 수밖에 없다. 내부에 흐르는 가스에 방열해서 예를 들면 이중관 랜스의 외측관 자체를 냉각하는 경우, 가스의 유속이 랜스 온도에 영향을 준다고 고려된다. 그래서, 본 발명자 등은 이중관 랜스의 외측관으로부터 취입되는 가스의 유속을 다양하게 변경하여 랜스 표면의 온도를 측정하였다. 실험은 이중관 랜스의 외측관으로부터 산소를 취입하고, 내측관으로부터 미분탄을 취입해서 실행하며, 가스의 유속 조정은 외측관으로부터 취입되는 산소의 공급량을 가감하였다. 또한, 산소는 산소 부화 공기라도 좋고, 2%이상, 바람직하게는 10%이상의 산소 부화 공기를 사용한다. 산소 부화 공기를 사용하는 것에 의해서, 냉각 이외에, 미분탄의 연소성의 향상을 도모한다. 측정 결과를 도 13에 나타낸다.

이중관 랜스의 외측관에는 20A스케줄 5S로 불리는 강관을 이용하였다. 또, 이중관 랜스의 내측관에는 15A스케줄 90으로 불리는 강관을 이용하고, 외측관으로부터 취입되는 산소와 질소의 합계 유속을 다양하게 변경하여 랜스 표면의 온도를 측정하였다. 그리고, 「15A」, 「20A」는 JIS G 3459에 규정하는 강관 외경의 호칭 치수이며, 15A는 외경 21.7㎜, 20A는 외경 27.2㎜이다. 또, 「스케줄」은 JIS G 3459에 규정하는 강관의 두께의 호칭 치수이며, 20A스케줄 5S는 1.65㎜, 15A스케줄 90은 3.70㎜이다. 또한, 스테인리스강 강관 이외에, 보통 강도 이용할 수 있다. 그 경우의 강관의 외경은 JIS G 3452에 규정되고, 두께는 JIS G 3454에 규정된다.

동일 도면에 이점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 이중관 랜스의 외측관으로부터 취입되는 가스의 유속의 증가에 수반해서 랜스 표면의 온도가 반비례적으로 저하하고 있다. 강관을 이중관 랜스에 사용하는 경우, 이중관 랜스의 표면 온도가 880℃를 상회하면 크리프(creep) 변형이 일어나고, 이중관 랜스가 구부러져 버린다. 따라서, 이중관 랜스의 외측관에 20A스케줄 5S의 강관을 이용하며, 이중관 랜스의 표면 온도가 880℃ 이하인 경우의 이중관 랜스의 외측관의 출구 유속은 20m/sec이상으로 된다. 그리고, 이중관 랜스의 외측관의 출구 유속이 20m/sec이상인 경우에는 이중관 랜스에 변형이나 구부러짐은 생기지 않는다. 한편, 이중관 랜스의 외측관의 출구 유속이 120m/sec를 넘거나 하면, 설비의 운용 비용의 점에서 실용적이지 않으므로, 이중관 랜스의 외측관의 출구 유속의 상한을 120m/sec로 하였다. 또한, 단일관 랜스는 이중관 랜스에 비해 열 부하가 적기 때문에, 필요에 따라 출구 유속을 20m/sec이상으로 하면 좋다.

상기 실시형태에서는 미분탄의 평균 입자 직경은 10∼100㎛로 사용되지만, 연소성을 확보하고, 랜스로부터의 송급 및 랜스까지의 공급성을 고려했을 때, 바람직하게는 20∼50㎛로 하면 좋다. 미분탄의 평균 입자 직경이 20㎛ 미만에서는 연소성이 우수하지만, 미분탄 수송시(기체 수송)에 랜스가 막히기 쉽고, 50㎛를 넘으면 미분탄 연소성이 악화될 우려가 있다.

또, 이중관 랜스의 내측관으로부터 취입하는 미분탄으로서 사용할 수 있는 것은 25mass%이하의 휘발분을 갖는 석탄 이외에, 무연탄도 고체 환원재로서 사용해도 좋다. 무연탄은 3∼5mass%의 휘발분을 갖는다. 따라서, 본 발명에서 사용하는 미분탄은 무연탄을 포함하여, 3mass%이상 25mass%이하의 휘발분을 갖는 미분탄으로 표현한다.

또, 취입하는 고체 환원재에는 미분탄을 주로 하고, 그 중에 폐플라스틱, 폐기물 고형 연료(RDF), 유기성 자원(바이오매스), 폐재, CDQ 집진 코크스를 사용해도 좋다. CDQ 집진 코크스는 건식 소화 장치(CDQ)에서 집진된 코크스분이다. 사용시에는 미분탄의 전 고체 환원재에 대한 비는 80mass%이상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 미분탄과, 폐플라스틱, 폐기물 고형 연료(RDF), 유기성 자원(바이오매스), 폐재, CDQ 집진 코크스 등에서는 반응에 의한 열량이 다르기 때문에, 서로의 사용 비율이 가까워지면 연소에 편차가 생기기 쉬워지고, 조업의 불안정으로 되기 쉽다. 또, 미분탄에 비해, 폐플라스틱, 폐기물 고형 연료(RDF), 유기성 자원(바이오매스), 폐재 등은 연소 반응에 의한 발열량이 낮은 수준이므로, 다량으로 취입하면 노정으로부터 장입되는 고체 환원재에 대한 대체 효율이 저하하기 때문에, 또 CDQ 집진 코크스는 발열량은 높지만, 휘발분이 없기 때문에 착화되기 어렵고, 대체 효율이 저하하기 때문에, 미분탄의 비율을 80mass%이상으로 하는 것이 바람직한 것이다.

또한, 폐플라스틱, 폐기물 고형 연료(RDF), 유기성 자원(바이오매스), 폐재는 6㎜이하, 바람직하게는 3㎜이하의 미립으로서 미분탄과 사용할 수 있다. 또, CDQ 집진 코크스는 그대로 사용 가능하다. 미분탄과의 비율은 반송 가스에 의해 반송되는 미분탄과 합류시킴으로써 혼합 가능하다. 미리 미분탄과 혼합해서 사용해도 상관없다.

이와 같이, 본 실시형태의 고로 조업 방법에서는 풍구(3)로부터 연료를 취입하기 위한 랜스(4)를 이중관으로 하고, 2개의 이중관 랜스(4)의 각각의 내측관으로부터 미분탄을 취입하는 동시에, 2개의 이중관 랜스(4)의 각각의 외측관으로부터 산소(지연성 가스)를 취입하고, 미분탄을 반송하는 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도를 35vol%이상으로 하는 것에 의해, 미분탄의 휘발분이 25mass%이하이고 또한 미분탄비가 150kg/t이상의 고미분탄비 조업에서도 연소 온도를 높일 수 있고, 그 결과, 배출 CO₂를 저감할 수 있다. 또, 미분탄비가 170kg/t이상인 경우에는 미분탄을 반송하는 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도를 70vol%미만으로 하는 것에 의해, 산소 원 단위를 억제할 수 있다.

또, 2개의 이중관 랜스(4)의 내측관으로부터 취입되는 미분탄류가 겹치지 않도록 미분탄을 취입하는 것에 의해, 미분탄류의 농화를 방지하여 연소 효율을 확보할 수 있다.

또, 2개의 이중관 랜스(4) 선단부의 축선이 겹치지 않도록 편심한 것에 의해, 2개의 이중관 랜스(4)의 내측관으로부터 취입되는 미분탄류를 확실하게 겹치지 않도록 할 수 있다.

또, 이중관 랜스(4)의 송풍관(2)에의 삽입 각도를 45°이하로 한 것에 의해, 랜스 선단으로부터 분출되는 분류의 흐트러짐을 억제할 수 있다.

또, 송풍에 부화하는 산소의 일부를(지연성 가스로서) 이중관 랜스(4)의 외측관으로부터 취입하는 것에 의해, 고로내의 가스 밸랜스를 해치는 일 없이, 산소의 과잉 공급을 회피할 수 있는 동시에, 사용하는 산소의 원 단위를 저감할 수 있다.

1; 고로 2; 송풍관
3; 풍구 4;는 랜스
5; 레이스웨이 6; 미분탄
7; 코크스 8; 차
9; 산소

Claims

휘발분이 25mass%이하인 미분탄을 준비하고,
풍구로부터 미분탄과 지연성 가스를 취입하고, 내측관과 외측관을 갖는 2개의 이중관 랜스를 준비하고,
상기 풍구로부터 열풍을 취입하고,
상기 2개의 이중관 랜스의 내측관으로부터 150kg/t-선철 이상의 미분탄비로 상기 미분탄을 반송 가스와 함께 취입하는 것으로 하고, 상기 2개의 이중관 랜스로부터 취입되는 미분탄류가 겹치지 않도록 상기 미분탄을 취입하고,
상기 2개의 이중관 랜스의 외측관으로부터 지연성 가스를 취입하고,
상기 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도는 35vol%이상 70vol%미만인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 2개의 이중관 랜스 선단부의 축선이 교차하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 이중관 랜스의 송풍관으로의 삽입 각도가 45°이하인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 지연성 가스는 산소이고, 송풍에 부화하는 산소의 일부를 상기 이중관 랜스의 외측관으로부터 취입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 미분탄은 3mass%이상 25mass%이하의 휘발분을 갖는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 이중관 랜스의 외측관으로부터 취입되는 지연성 가스는 20∼120m/sec의 출구 유속을 갖는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 미분탄비는 170kg/t-선철 이상인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도는 40vol%이상 65vol%이하인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 반송 가스와 지연성 가스로 이루어지는 가스의 산소 농도는 45vol%이상 60vol%이하인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 미분탄비는 170kg/t-선철 이상 300kg/t-선철 이하인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 미분탄비는 150kg/t-선철 이상 300kg/t-선철 이하인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 미분탄비는 150kg/t-선철 이상 170kg/t-선철 미만인 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
삭제
제 1 항, 제 3 항 내지 제 8 항, 제 10 항 내지 제 12 항, 및 제 17 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 미분탄에 폐플라스틱, 폐기물 고형 연료, 유기성 자원, 폐재, CDQ 집진 코크스로 이루어지는 그룹 중, 적어도 1개를 부가하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 미분탄의 비율을 80mass%이상으로 해서, 상기 폐플라스틱, 폐기물 고형 연료, 유기성 자원, 폐재, CDQ 집진 코크스를 사용하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.