고로 운전 성능 향상을 위한 기술

고로 작동 성능 개선을 위한 기술

고로(BF)는 미래에 대한 투자입니다. 따라서 모든 장비, 시스템 및 구성 요소의 적절한 치수 지정과 원하는 생산 및 품질을 보장하는 기술의 통합이 있어야 고로의 향상된 성능이 달성될 수 있습니다. 이것은 고로가 자본 수리를 위해 갈 때 특히 그렇습니다. 자본 수리 중 고로 작동 성능 개선을 위한 기술 통합은 또한 고로 성능, 인력 안전, 낮은 유지 관리 요구 사항 및 환경 규정 준수에 대한 새로운 요구 사항을 충족합니다.

용광로 운영자의 주요 과제는 항상 균일한 품질과 최저 비용으로 철강 용해 작업장에 지속적이고 신뢰할 수 있는 용선 공급을 보장하는 것이었습니다. 뜨거운 금속 생산이 중단되면 다운스트림 생산 및 처리 시설에서 잠재적인 정지가 발생할 수 있습니다. 가동 중지 시간은 최소로 유지되어야 하고 용광로 캠페인 수명은 가능한 한 오랫동안 연장되어야 합니다. 균일한 용선 품질을 위해서는 고로 작동 매개변수의 변동을 피해야 합니다. 이는 적절한 기술과 정교한 자동화 및 공정 제어 솔루션의 적용을 통해서만 가능합니다.

몇 가지 기술(그림 1)을 채택하면 고로 작동 성능이 크게 향상되고 생산성과 연료 소비 면에서 효율성이 모두 향상됩니다. 이는 고로 단위 부피당 용선 생산율을 개선하고 BF 코크스의 소비를 감소시키는 결과를 가져옵니다. 주요 기술 중 일부는 아래에 설명되어 있습니다.

그림 1 BF 운영 성능 향상을 위한 기술

로 내부 용적 증가

용광로 내화 라이닝 ​​및 용광로 냉각에 대한 고급 기술을 사용하여 용광로 캐피털 수리 중 용광로의 라이닝 두께를 줄이는 동시에 용광로 캠페인 수명을 늘릴 수 있습니다. 라이닝 두께의 감소는 고로 내부 용적의 증가로 이어져 용광로 생산 능력의 증가로 이어집니다. 이는 또한 퍼니스 캠페인 전반에 걸쳐 일관된 퍼니스 온도 프로파일을 제공합니다. 용광로의 내화 라이닝에 사용되는 개선된 내화물에는 상부 스택의 내식성 알루미나 내화물, 보쉬 및 벨리의 탄화규소 내화물, 세라믹 패드가 있는 내식성 탄소 노상 벽이 있습니다. 용광로 냉각을 위해 구리 막대는 열유속이 높은 구역에 사용되는 반면 주철 막대는 다른 구역에 사용됩니다. 주철 지팡이는 일반적으로 독립적인 냉각 기능이 있습니다.

철 부하의 품질

안정적인 작동에 필수적인 고로 투과성을 확보하기 위해서는 철 부하가 강하고 크기가 조밀하며 미세물을 제거하기 위해 효율적으로 선별되는 것이 중요합니다. 스택에서 과도하게 분해되어 추가 벌금이 발생하지 않아야 합니다. 재료가 연화 영역에 도달할 때까지 재료가 적절하게 감소될 수 있도록 충분히 다공성이고 환원 가능하며 적절한 크기여야 합니다. 이러한 방식으로 응집 영역은 FeO가 풍부한 슬래그가 적어 덜 제한적이며 노 하부 영역의 열 부하가 낮아 원활한 작동을 촉진합니다. 효율적인 작업을 위해 소결, 보정 괴광 및/또는 펠릿의 물리적 및 야금학적 특성에 대한 요구 사항을 충족해야 합니다. 철 성분의 연화 및 용융 특성은 고로 작동에 중요한 영향을 미칩니다. 응집 영역의 제한과 열악한 용융 특성은 불규칙한 하중 하강, 불안정한 작동 및 열 변동을 초래할 수 있습니다.

개별 부담 구성 요소를 선택할 때 고려해야 할 중요한 측면은 연화 및 용융 특성입니다. 고로를 가로지르는 압력 강하의 주요 부분은 철 부하가 연화되고 녹아서 가스가 상승하는 코크스 베드 아래로 떨어지는 영역에 있습니다. 용융 및 연화 범위가 넓기 때문에 압력 강하가 증가하고 하부 샤프트 벽돌에 큰 응집 영역 루트가 충돌합니다.

콜라의 품질

합리적인 생산성으로 안정적인 고로 가동을 위해서는 양질의 코크스가 필수적입니다. 운영 기간이 좋지 않은 가장 자주 인용되는 이유 중 하나입니다. 코크스는 최소한의 기계적 고장으로 짐의 무게를 지탱할 수 있도록 강하고 안정되어야 합니다. 상승하는 가스를 제한하지 않고 액체가 난로로 떨어질 수 있는 투과성 베드를 만들기 위해 최소한의 미세 입자로 충분히 크고 크기가 조밀해야 합니다. 투과성의 원치 않는 변화를 방지하고 방사형 가스 흐름을 제어하기 위해 노 반경에 걸쳐 코크스 층 두께를 변화시키는 개념을 지원하려면 일관된 크기가 필요합니다. 코크스는 용액 손실(코크스 반응성 지수, CRI, 정상값 20%~23%)에 대해 충분히 반응하지 않아야 하고, 이러한 조건(반응 후 코크스 강도, CSR, 정상값 65%~68%)에서 강도를 유지해야 하며, 코크스 분해에 해로운 영향을 미치는 궤도에서 알칼리 가스화를 최소화하기 위해 알칼리가 낮습니다. 뜨거운 금속 유황을 최소화하려면 낮은 유황 함량도 필요합니다. 코크스 수분 및 탄소 함량 변화는 공정의 열 상태에 미치는 영향을 최소화하기 위해 제어되어야 합니다.

퍼니스 센터의 코크스는 죽은 사람과 노의 코크스를 점차적으로 대체하며, 액체가 노의 중심을 가로질러 배수될 수 있도록 투과성을 유지해야 합니다. 이것은 난로에서 뜨거운 금속의 과도한 주변 흐름을 방지합니다. 노상 패드 중심 온도의 증가는 일반적으로 데드맨 코크스 크기의 증가와 함께 관찰되며, 이는 노상 중심 활동이 증가했음을 나타냅니다. 코크스 스크린의 구멍 크기는 난로 투과성을 유지하기 위한 중요한 매개변수입니다. 일반적으로 스크린 크기를 늘리고 철 부하와 혼합되어 발생하는 소량의 코크스를 로 중심선에서 멀리 장입하는 것이 좋습니다.

고품질 코크스를 지정하는 목적은 큰 코크스가 용광로의 하부에 도달하도록 하는 것입니다. 장기적으로 이 목표를 모니터링하기 위해 때때로 풍구 수준에서 코크스를 샘플링하여 노를 통한 코크스 분해를 평가하는 것이 좋습니다. 이것은 일반적으로 종종 송풍구 교체와 함께 계획된 유지 관리 중에 수행됩니다. 다량의 코크스 샘플을 송풍구에서 채취하여 해당 공급 코크스 샘플과 그 특성을 비교합니다.

열적 및 화학적 변화를 최소화하려면 균일한 부담이 바람직합니다. 부담 요소는 가능한 한 밀접하게 혼합되어야 합니다. 이는 부하 구성 요소의 수와 개별 장입 시스템에 따라 다르지만 일반적으로 저장 벙커의 선택과 물질 배출 순서를 통해 합리적인 수준으로 달성할 수 있습니다.

견과류 충전

유연한 충전 시스템으로 견과류 코크스를 사용할 수 있습니다. 장입할 수 있는 너트 코크스의 크기는 코크스로 배터리의 코크스 선별 장치에서 고로 코크스 스크린의 크기와 효율성에 따라 다르지만 일반적으로 10mm에서 25mm 범위입니다. 중간 반경을 따라 위치한 철 재료에 혼합된 너트 코크스의 장입은 응집대에서 광석 층의 환원 효율과 투과성을 향상시켜 작업을 개선합니다. 견과류 코크스 충전은 또한 배의 온도를 낮춥니다. 너트 코크스는 또한 벽에 장입되며, 두 개의 광석 장입물 사이에 끼워져 미세한 광석이 벽에 장전될 때 비활성 벽 영역을 방지합니다.

부담 분배

부하분포는 운전의 안정성에 영향을 미칠 뿐만 아니라 노내의 방사상 가스유량을 결정함으로써 노벽의 마모율을 제어하는 ​​주요인자 중 하나이다. 고로 굴뚝에서 부하 분포를 더 잘 제어하여 기체-고체 접촉 및 연료 효율성을 개선하기 위한 수단으로 최근 몇 년 동안 몇 가지 새로운 개발이 사용되었습니다. 높은 생산성을 위한 충분한 제어를 가능하게 하는 두 가지 유형의 분배 시스템은 틸트 가능한 회전 슈트를 사용하는 벨리스 탑과 이동식 스로트 아머가 있는 벨 차징 시스템입니다.

일반적으로 코크스는 크기가 훨씬 크기 때문에 방사형 가스 흐름은 코크스에 대한 철 함유량의 비율에 의해 제어됩니다. 이것은 개별 층에 재료를 충전하고 노 반경에 걸쳐 층 두께를 변경함으로써 가장 쉽게 달성됩니다. 따라서 노 벽의 보호는 벽에서 광석 층의 비율을 증가시켜 달성되며, 결과적으로 벽 냉각 시스템에 의해 제거되는 열의 양이 감소합니다. 그러나 노 벽에 가까운 철 재료의 비율에는 한계가 있습니다. 그렇지 않으면 비활성 층이 형성되어 벽 부착물의 형성을 조장하고 노 하부에 준비되지 않은 부담을 주고 송풍구 고장을 증가시킬 수 있습니다. 용해로 중앙에 있는 코크스의 비율은 원하는 생산 수준에서 안정적인 용해로 작동을 허용하기에 충분해야 합니다. 코크스의 많은 부분은 하강하는 액체가 적은 비교적 투과성 영역을 생성하여 폭발 압력의 큰 변동과 불규칙한 하중 하강 없이 최대 폭발 부피를 사용할 수 있도록 합니다.

노 중앙에 있는 코크스는 노의 코크스를 대체하고 코크스가 풍부한 투과성 센터는 노상을 가로지르는 액체 흐름과 관련된 투과성 노로를 장려합니다. 그러나 중앙 코크스 굴뚝은 불필요하게 넓지 않아야 하며, 그렇지 않으면 상승하는 가스의 열용량이 지나치게 높아서 노정의 특정 부분에 비효율적인 결과 및 손상이 발생할 수 있습니다.

재료의 분할 크기 충전

보다 정교한 분배 시스템은 주어진 재료의 하나 이상의 크기 범위를 활용하여 부담 분배의 추가 제어를 허용합니다. 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나는 종종 주요 철 부하의 스크리닝에서 미세한 철 재료를 장입하는 것입니다. 미분은 퍼니스 벽에 가까운 소량으로 별도로 충전되어 국소적으로 투과성을 감소시켜 벽을 보호합니다. 더 미세한 재료의 작은 배치를 별도로 장입하면 일반적으로 용광로의 장입 용량이 감소합니다. 벨과 이동식 스로트 아머 시스템으로 소규모 배치를 장전하면 배출 시간이 줄어들기 때문에 벨이 없는 상단보다 지연이 더 적습니다. 상단 호퍼 또는 대형 벨 호퍼에 먼저 장입하고 해당 초기 슈트 각도 또는 이동식 스로트 갑옷 설정을 사용하여 소량의 미세한 재료를 노 벽에 장입하는 것이 가능할 수 있습니다. 그러나 양은 호퍼 배출 특성에 의해 나머지 장입물과 혼합되지 않고 호퍼를 통과하는 양으로 제한됩니다. 재소결을 위해 반환하는 것과는 대조적으로 그러한 철 미분을 직접 사용하면 재정적 이점이 있습니다. 유사한 방식으로 철 부하를 크고 작은 크기로 분할한 다음 반경 방향 투과성을 제어하기 위해 용광로 반경의 다른 부분에 충전할 수 있습니다.

고압 작동

고로에서 고로 용적률을 높이려는 시도에서 제한 요소 중 하나는 부담을 통해 위로 분출되는 많은 양의 가스에 의해 발생하는 양력 효과입니다. 이러한 리프팅 효과(질량유량)는 부담이 정상적으로 하강하는 것을 방지하고 생산량 증가보다는 손실을 유발한다. 생산 속도를 정상 이상으로 높이기 위해 고로는 상부 가스 시스템에 격막 밸브가 장착되어 출구 가스 압력을 증가시킵니다. 이러한 압력 증가는 전체 시스템에 걸쳐 가스를 압축하고 더 많은 양의 공기 분사를 허용합니다. 분당 송풍되는 공기의 양이 증가함에 따라 그에 상응하는 생산 속도도 증가합니다. 또한, 이것은 또한 SiO의 형성을 억제하여 고온 금속 실리콘 함량을 낮춥니다.

상부 가스의 압력이 증가하면 입구 공기 분사의 압력도 비례하여 증가해야 합니다. 또한 상단 압력이 증가하면 더 높은 압력에서 증가된 분사량을 전달할 수 있는 더 큰 송풍기를 사용해야 합니다. 용광로 쉘, 스토브 쉘, 먼지 포집기, 1차 와셔 및 가스 본관도 증가된 압력을 견딜 수 있는 구조적 무결성이 필요합니다. 최고 압력을 높이는 데 사용되는 스로틀 밸브는 1차 가스 와셔 너머에 위치하며, 여기에서 가스가 퍼니스에서 운반하는 먼지의 많은 부분을 제거하여 가스의 샌드 블라스팅 효과가 감소합니다. 1차 와셔의 출구 수관에는 와셔 내의 가스 압력이 수밀을 파괴하지 않도록 조절기가 장착되어 있어야 합니다. 청정 가스 또는 질소는 노 장입 장비의 압력 균등화를 위해 사용됩니다. 최고 압력이 2 -2.5kg/sq cm인 퍼니스가 성공적으로 작동하고 있습니다. 이러한 용광로 중 일부에서는 최고 압력 회수 터빈을 사용하여 압축 에너지의 일부를 회수하고 전력을 생산합니다.

열풍 온도

열풍 온도는 고로의 연료 효율을 향상시키고 더 높은 노 온도를 허용하여 용광로의 용량을 증가시킵니다. 높은 열풍 온도는 고로 코크스 요구량을 상당히 줄이고 고로 코크스의 대체물로서 미분탄과 같은 보조 연료의 주입을 용이하게 하기 때문에 효율적인 고로 작동에 필수적입니다. 기술의 조합으로 가능한 총 에너지 절약은 0.12백만 kcal/열선 톤 정도입니다. 코크스 비율은 1000℃에서 1200℃ 사이로 유지될 때 폭발 온도가 100℃ 상승할 때마다 2.8% 감소하기 때문에 운영 비용이 낮아집니다. 많은 현대식 용광로는 1300℃보다 높은 열풍 온도에서 작동합니다. .

열풍의 산소 농축

폭발에 대한 산소 농축의 목적은 궤도 단열 화염 온도(RAFT), 노상 가스 생성 및 용융 강도를 제어하는 ​​것입니다. 폭발 공기에 산소가 풍부하면 RAFT가 증가합니다. 높은 화염 온도는 일반적으로 상대적으로 낮은 품질의 부담 재료와 양립할 수 없으며 올바른 품질의 부담 재료가 필요합니다. 산소 농축으로 인한 더 높은 화염 온도는 폭발 수분 및 연료 분사로 제어해야 합니다. 12% 이상의 산소 농축을 사용하는 용광로 작업이 있습니다. 일반 공기 분사(산소의 약 21%)보다 높은 모든 산소 비율에 대해 생산 속도는 약 2%에서 4% 증가합니다. 부하 물질의 환원성이 좋은 경우, 즉 빠르게 감소할 경우 화염 온도를 크게 높일 수 있고 연료 효율을 향상시킬 수 있습니다. 산소의 적절한 사용은 보쉬 가스 질량 유량을 제어하는 ​​수단을 제공하여 용광로 처리량이 최대화되는 동시에 뜨거운 금속 품질을 제어할 수 있습니다.

보조 연료 분사

열풍온도를 1000℃~1300℃ 범위로 높이는 기술의 발달과 사용하는 부하재의 종류에 따른 RAFT 제어의 필요성으로 인해 탄화수소 연료의 분사가 가능하게 되었다. 화염 온도를 제어하기 위해 송풍구를 통해 용광로를 통과하고 보쉬 가스의 환원력을 높이는 동시에 일부 용광로 코크스를 교체합니다. 다량의 코크스가 있는 경우 탄화수소 연료는 일산화탄소와 수소로만 연소될 수 있습니다. 결과적으로, 그들은 대체하는 코크스보다 열을 덜 생성하여 화염 온도를 제어하지만 생성하는 환원 가스는 코크스의 연소로 생성되는 것보다 더 효과적입니다.

천연 가스, 코크스 오븐 가스, 오일, 타르 및 미분탄, 심지어 기름에 석탄의 슬러리까지 다양한 연료가 시도되었습니다. 미분탄은 상대적으로 풍부하고 저렴한 비용으로 인해 현재 고로에서 가장 많이 사용되는 분사재입니다. 석탄이 사용될 때 그것은 또한 송풍관의 측면을 통해 공기 흐름에 들어가는 랜스에 의해 공기 분사로 도입됩니다. 주입된 석탄이 노 내부의 궤도를 떠나기 전에 완전히 가스화되고 연소되는 것이 가장 바람직합니다. 연료를 분사할 때 버슬 파이프 또는 블로우파이프에 연료가 축적되는 것을 방지하고 후속 연소를 방지하기 위해 특별한 예방 조치가 필요합니다. 미분탄 주입 공정은 다음과 같습니다.

석탄 공급원료는 스크리닝과 머리 위 자석에 의해 트램프 물질이 제거되는 석탄 준비 공장으로 운반됩니다. 그런 다음 석탄을 분쇄하고 동시에 고온 가스 스트림 또는 결합된 분쇄 장치/건조기에서 건조시킨 다음 유도 통풍 팬을 통해 시스템을 통해 추출합니다. 정확한 제품 크기 분포를 가진 석탄은 속도 분리기를 통해 끌어 당겨지고 백 필터 장치에 포착됩니다. 최종 제품은 저장 사일로로 이동하기 전에 스크리닝됩니다. 배기 가스의 일부는 분쇄 장치/건조기에서 고온 가스 발생기로 다시 재활용됩니다. 이 제어 기능은 석탄과 접촉하는 뜨거운 가스의 총 산소 함량을 12% 미만으로 유지하여 갈탄의 발화 가능성을 제거합니다. 석탄 분사 시스템은 잠금 호퍼와 분사 장치로 구성됩니다. 각 송풍구로의 석탄 유량은 기계식 공급 장치에 의해 독립적으로 제어될 수 있습니다. 또는 스플리터 기반 시스템을 사용하여 각 송풍구에 대한 유량 제어의 정확도가 낮은 더 간단한 시스템을 제공할 수 있습니다. PCI용 장비는 98% 이상의 가용성과 2% 이내의 정확한 석탄 주입률로 요즘 상당히 견고합니다.

자동화 및 제어

오늘날 자동화 및 제어 시스템은 용광로 작동의 모든 측면에 이상적인 솔루션을 제공합니다. 여기에는 (i) 복잡한 장입 패턴과 부담 분포가 있는 스킵 또는 벨트 장입 상단의 노 상단 제어, (ii) 장입할 수 있는 벌금 부분을 증가시키는 벨리스 상단을 위한 고유한 나선형 장입 시스템, (iii) 스톡 하우스가 포함됩니다. '비행 중' 계량 및 재료 레이어링을 통해 순차적으로 배치된 재료 제어, (iv) 가스 청소 제어, (v) 순환, 병렬, 중첩 병렬 및 지그재그 병렬 4개의 스토브 작동을 위한 스토브 제어, (vi) 석탄 주입 시스템 제어, (vii) 주조장 운영 및 통제, (viii) 슬래그 과립 공장 통제. 자동화 및 제어 외에도 공장 안전 및 종료 시퀀스에 대한 기능이 있습니다.

저비용으로 고성능 고로 운전을 보장하기 위해 요즘 고로에는 폐쇄 루프 최적화 시스템이 제공됩니다. 이 시스템은 고급 프로세스 모델, 인공 지능, 향상된 소프트웨어 응용 프로그램, 그래픽 사용자 인터페이스 및 운영 노하우를 기반으로 작동합니다. 폐쇄 루프 최적화 시스템이 있는 용해로에서 탁월한 공정 성능과 현저히 낮은 생산 비용이 달성되고 있습니다. 폐쇄 루프 전문가 시스템에서 제어할 고로의 주요 매개변수는 작업자 상호 작용 없이 수행됩니다. 예를 들어, 폐쇄 루프 모드에서 코크스 비율, 염기도, 증기 분사 비율 및 부담 분배까지 제어가 동시에 자동으로 실행되어 낮은 생산 비용으로 안정적이고 일관된 공정 운영을 보장할 수 있습니다. 고급 공정 모델을 기반으로 고로의 정밀한 제어가 이루어집니다.

현재의 고로에서 제공되는 공정 정보 관리 시스템은 차후 사용을 위해 모든 관련 데이터를 수집, 준비 및 저장합니다.