KR20140129500A - 고로의 송풍 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고로의 송풍 제어 방법에 관한 것으로, 고로의 풍구 내로 공급되는 열풍에서 송풍 조건 중 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위를 설정하고, 이 기준 범위에 따라 송풍량과 산소 부화량을 제어하여 고로 조업 시 노황 이상에 따른 송풍 조건 변경 시 주요 조업 관리 지수들의 변동에 의한 2차적인 노열 저하 등의 문제점이 발생되는 것을 방지하고 안정적인 고로 조업으로 목표 생산성을 확보할 수 있게 한다.

Description

고로의 송풍 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING BLOW OF BLAST FURNACE}
본 발명은 고로의 송풍 제어 방법에 관한 것으로, 안정적인 고로 조업을 가능하게 하는 고로의 송풍 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고로는 연료인 코크스와 철광석을 반복 장입하면서 풍구를 통해 열풍을 불어넣어 장입된 철광석을 녹여 용선을 생산하는 설비이다.
고로는 풍구를 통해 미분탄 뿐 아니라 열풍이 고로 내부로 공급되고, 가스의 흐름이 제어된다.
관련 선행 기술로는 국내 특허등록 제0851879호 '고로 송풍 설비'(2008.08.06 등록)가 있다.
이러한 본 발명의 과제는, 고로의 풍구 내로 공급되는 열풍에서 송풍 조건 중 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위를 설정하는 단계;
상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위로 상기 열풍의 송풍량과 산소 부화량을 제어하는 단계를 포함한 고로의 송풍 제어 방법을 제공함으로써 해결된다.
이러한 본 발명의 과제는, 고로의 풍구 내로 공급되는 열풍에서 송풍 조건 중 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위를 설정하는 단계;
상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위로 상기 열풍의 송풍량과 산소 부화량을 제어하는 단계를 포함한 고로의 송풍 제어 방법을 제공함으로써 해결된다.
본 발명은 고로 조업 시 노황 이상에 따른 송풍 조건 변경 시 주요 조업 관리 지수들의 변동에 의한 2차적인 노열 저하 등의 문제점이 발생되는 것을 방지하고 안정적인 고로 조업이 이루어지게 하는 효과가 있다.
본 발명은 송풍 조건 변경에 따른 관련 조업 지수의 변동을 용이하게 관리하여 용선의 목표 생산량을 원활하게 생산할 수 있도록 하고, 환원제 투입량 증가로 인한 원가 상승을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고로의 송풍 제어 방법을 도시한 블럭도
도 2는 본 발명에 따른 고로의 송풍 제어 방법에서 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위를 가시화한 일 예를 도시한 그래프
도 3은 본 발명에 따른 고로의 송풍 제어 방법에서 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위를 가시화한 다른 예를 도시한 그래프
본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 고로의 송풍 제어 방법은, 고로의 풍구 내로 공급되는 열풍에서 송풍 조건 중 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S)를 설정하는 단계(100)와, 상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S)로 상기 열풍의 송풍량과 산소 부화량을 제어하는 단계(200)를 포함한다.
상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S)를 설정하는 단계(100)는, 복수의 조업 조건에서 송풍량과 산소 부화량에 따른 조업 조건별 선도를 도출하는 과정(110); 및
상기 조업 조건별 선도의 상부 또는 하부 방향 즉, 상기 각 조업 조건 선도를 기준으로 송풍량과 산소 부화량이 초과되는 범위 및 송풍량과 산소 부화량이 미만되는 범위에서 서로 중복되는 부분을 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S)로 설정하는 과정(120)을 포함한다.
상기 조업 조건별 선도를 도출하는 과정(110)은, X, Y축을 송풍량과 산소 부화량으로 하고, 조업 조건별 선도를 표시하여 그래프로 출력하여 조업자가 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 조업 조건별 선도가 표시된 그래프는 상기 조업 조건별 선도는 고로 조업 중 실시간으로 각 조업 조건 데이터를 전달받아 변경되며, 각 조업 조건별 선도의 변화에 따라 설정되는 상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S)도 변화되는 것이다.
고로 조업 시 용선의 목표 생산량을 제어하기 위해서는 즉, 계획된 목표 생산량으로 제어하기 위해서는 철광석을 환원시키는 산소 입량을 제어해야 한다. 산소 입량의 제어는 송풍 조건으로 조절하며, 송풍 조건은 송풍량, 산소 부화량, 조습량, 미분탄 취입량 등이 있다. 고로 조업 시 상기 송풍 조건은 이론 연소 온도와, 충진층 내 방출(Flooding), 과잉 산소비(적정 미분탄 취입량 대비 산소 입량)에 따라 조절되는 것이 바람직하다. 상기 이론 연소 온도와, 충진층 내 방출(Flooding), 과잉 산소비(적정 미분탄 취입량 대비 산소 입량)의 조건이 충분한 경우 즉, 기설정된 범위에 만족하는 경우에 고로 내에서 정상적으로 용선을 생산할 수 있고, 그렇지 않은 경우 고로 내 하부의 용해 능력이 부족해져 용선을 목표 생산량으로 생산할 수 없다.
상기 조업 조건은 목표 생산량, 방출(Flooding) 제한, 이론 연소온도 범위, 과잉산소비이고, 상기 조업 조건별 선도는 상기 송풍량과 상기 산소 부화량에 따른 목표 생산량 선도(A), 방출 제한 선도(B), 이론 연소온도 상한 선도(C), 이론 연소온도 하한 선도(D), 과잉 산소비 선도(E)인 것이 바람직하다.
상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S)는 상기 과잉 산소비가 기설정된 과잉 산소비 기준값보다 같거나 큰 범위를 만족한다.
또한, 상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S)는 상기 이론 연소온도의 상한 및 하한 사이의 범위를 만족한다.
상기 목표 생산량 선도(A)는 하기의 수학식1로 표시된다. 하기의 수학식은 고로 조업 중 송풍량과 산소부화량, 가스 이용율에 따른 실제 용선 생산량 데이터를 회귀분석하여 도출된 것이다.
[수학식 1]
Figure pat00001
Qs : 목표 생산량(ton/Day)
X1 : 송풍량(Nm3/min)
X2 : 산소 부화량(Nm3/hr)
X6 : 가스 이용율(%)
상기 방출(Flooding) 제한 선도는 하기의 수학식 2로 표시되며, 하부 압력 손실이 기설정된 기준값(C) 이하(Ploss ≤ C) 또는 미만(Ploss ＜ C) 의 범위 조건을 만족하면서 보쉬 가스량(BGV) 및 코크스 공극률이 변수인 식으로 표시된다.
상기 하부 압력 손실의 기설정된 값은 0.2Kg/Cm2 내지 0.5Kg/Cm2 의 범위에서 고로의 크기 및 형태에 따라 정해질 수 있다.
코크스 공극률과 코크스 하부 입경은 고로 조업 중 고로의 풍구 레벨에 위치한 코크스에서 샘플링 실시한 후 상수 입력되는 값이다.
[수학식 2]
Figure pat00002
Ploss(ΔP/L) : 하부 압력 손실( Kg/Cm2)
BGV : 보쉬 가스량 (Nm3/min)
Y1 : 코크스 공극률
Y2 : 코크스 하부 입경
상기 보쉬 가스량(BGV)는 하기의 수학식 3에 의해 산출된다.
[수학식 3]
Figure pat00003
BGV : 보쉬 가스량 (Nm3/min)
X1 : 송풍량(Nm3/min)
X3 : 조습량(g/Nm3)
RX1 / X2 : 부화산소(N㎥/min)
KPC : 미분탄 반응에 의해 생성되는 가스의 몰수(mol/g)
PCB : 송풍 중 미분탄 취입량(g/N㎥)
상기 BGV는 열풍시간+산소부화시간+조습시간+미분탄시간으로 표현된다.
상수 1.21은 아래의 반응식과 같이 열풍 연소로 부피가 증가한 것을 계산한 것이다. 반응식은 O2+2C →2CO이며 0.79+2×0.21로 계산된다.
RX1 / X2는 아래의 반응식과 같이 부화산소 연소로 부피가 증가한 것을 계산한 것이다. 반응식은 O2+2C →2CO이며 2×O2량으로 계산된다. 22.4/1000은 L단위를 N㎥단위로 단위 보정한 것이다.
X3는 아래의 반응식에 의한 분자량을 계산한 것이다.
반응식은 H2O+C→H2+CO이다.
RX1 / X2, PCB, KPC는 아래의 수학식 4, 수학식 5, 수학식 6으로 산출한다.
[수학식 4]
Figure pat00004
RX1 / X2 : 부화산소(N㎥/min)
X1 : 송풍량(Nm3/min)
X2 : 산소 부화량(Nm3/hr)
상기 산소 부화량은 송풍량에 포함된 산소부피이다. 산소량이 증가하면 노정온도가 상승하고 괴상영역이 줄어든다.
[수학식 5]
Figure pat00005
PCB : 송풍 중 미분탄 취입량(g/N㎥)
X1 : 송풍량(Nm3/min)
X4 : 미분탄 취입량(ton/hr)
[수학식 6]
Figure pat00006
수학식 6은 미분탄 사용에 따른 원소의 분석값을 계산하는 식이며, 여기서, H2OPC는 미분탄 내 습분이고, HPC는 미분탄 내 습분에 포함된 수소이고, NPC는 송풍에 포함된 질소이고, OPC는 미분탄내 산소연소로 증가한 부피이다.
한편, 상기 이론 연소온도 상한 선도(C)와 상기 이론 연소온도 하한 선도(D)는 하기의 수학식 7에 의해 산출되며, 상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S)는 상기 이론 연소온도(Tf)의 상한 기준값(T1)과 하한 기준값(T2)과 사이를 만족해야한다. 즉, 상기 이론 연소온도 상한 선도(C)는 상기 상한 기준값(T1)으로 도출되고, 상기 이론 연소온도 하한 선도(D)는 상기 하한 기준값(T2)으로 도출된다. 본 발명에서 상기 상한 기준값(T1)은 2250℃이고, 상기 하한 기준값(T2)은 2150℃인 것을 일 예로 한다. 즉, 본 발명에서, 상기 이론 연소온도(Tf)는 2150℃＜ Tf ＜ 2250℃의 범위를 만족하는 것을 일 예로 한다.
[수학식 7]
Figure pat00007
Tf : 이론 연소온도(℃)
X1 : 송풍량(Nm3/min)
X2 : 산소 부화량(Nm3/hr)
X3 : 조습량(g/Nm3)
X4 : 미분탄 취입량(ton/hr)
X5 : 송풍 온도(℃)
한편, 상기 과잉 산소비 선도(E)는 하기의 수학식 8에 의해 산출되며, 상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S)는 상기 과잉 산소비(μ)가 과잉 산소비 기준값(μs)보다 적어도 같거나 큰 범위를 만족해야 한다. 본 발명에서 상기 과잉 산소비 기준값(μs)은 0.7인 것을 일 예로 한다. 즉, 본 발명에서, 상기 과잉 산소비 기준값(μs)는 0.7＜μs의 범위를 만족하는 것을 일 예로 한다.
[수학식 8]
Figure pat00008
μ : 과잉 산소비
X1 : 송풍량(Nm3/min)
X2 : 산소 부화량(Nm3/hr)
X4 : 미분탄 취입량(ton/hr)
한편, 도 2는 본 발범위에서 상기 각 조업 조건 선도를 기준으로 송풍량과 산소 부화량이 초과되는 범위 및 송풍량과 산소 부화량이 미만되는 범위에서 서로 중복되는 부분인 것을 확인한다.
상기 조업 조건별 선도가 표시된 그래프는 상기 조업 조건별 선도는 고로 조업 중 실시간으로 각 조업 조건 데이터를 전달받아 변경되며, 각 조업 조건별 선도의 변화에 따라 설정되는 상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S)도 변화되어 조업자가 실시간으로 송풍량과 산소 부화량의 기준범위 변화를 확인하고, 이에 따라 고로 내로 공급되는 열풍의 송풍량과 산소 부화량을 제어한다.
본 발명은 상기한 그래프에서 고로 내로 공급되는 열풍의 송풍량과 산소 부화량의 값(P)을 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 고로 내로 공급되는 열풍의 송풍량과 산소 부화량을 상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S) 내로 조절하며, 고로 내로 공급되는 열풍의 송풍량과 산소 부화량이 상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위(S)를 벗어나는 경우 알림하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 고로 조업 시 노황 이상에 따른 송풍 조건 변경 시 주요 조업 관리 지수들의 변동에 의한 2차적인 노열 저하 등의 문제점이 발생되는 것을 방지하고 안정적인 고로 조업이 이루어지게 한다.
본 발명은 송풍 조건 변경에 따른 관련 조업 지수의 변동을 용이하게 관리하여 용선의 목표 생산량을 원활하게 생산할 수 있도록 하고, 환원제 투입량 증가로 인한 원가 상승을 방지한다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
100 : 기준 범위를 설정하는 단계
200 : 송풍량과 산소 부화량을 제어하는 단계

Claims (7)

  1. 고로의 풍구 내로 공급되는 열풍에서 송풍 조건 중 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위를 설정하는 단계;
    상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위로 상기 열풍의 송풍량과 산소 부화량을 제어하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 고로의 송풍 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위를 설정하는 단계는, 복수의 조업 조건에서 송풍량과 산소 부화량에 따른 조업 조건별 선도를 도출하는 과정; 및
    상기 조업 조건 선도별로 송풍량과 산소 부화량이 초과되는 범위 및 송풍량과 산소 부화량이 미만되는 범위에서 서로 중복되는 부분을 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위로 설정하는 과정을 포함한 것을 특징으로 하는 고로의 송풍 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 조업 조건별 선도를 도출하는 과정은, X, Y축을 송풍량과 산소 부화량으로 하고, 조업 조건별 선도를 표시하여 그래프로 출력하는 것을 특징으로 하는 고로의 송풍 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 그래프에서 고로 내로 공급되는 열풍의 송풍량과 산소 부화량의 값을 표시하는 단계를 더 포함한 것을 특징으로 하는 고로의 송풍 제어 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 조업 조건은 목표 생산량, 방출(Flooding) 제한, 이론 연소온도 범위, 과잉산소비이고, 상기 조업 조건별 선도는 상기 송풍량과 상기 산소 부화량에 따른 목표 생산량 선도, 방출 제한 선도, 이론 연소온도 상한 선도, 이론 연소온도 하한 선도, 과잉 산소비 선도인 것을 특징으로 하는 고로의 송풍 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위는 상기 과잉 산소비가 기설정된 과잉 산소비 기준값보다 같거나 큰 범위를 만족한 것을 특징으로 하는 고로의 송풍 제어 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 송풍량과 산소 부화량의 기준 범위는 상기 이론 연소온도의 상한 및 하한 사이의 범위를 만족한 것을 특징으로 하는 고로의 송풍 제어 방법.
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