고로 조업에서 코크스 소비량에 영향을 미치는 핵심 요인

고로 내 코크스율에 영향을 미치는 요인

고로(BF)는 하부 취입구(tuyere)를 통해 주입되는 열풍의 산소와 고로 코크스 탄소의 가스화로 환원 가스가 생성되는 역류 반응기입니다. 환원 가스는 상향 흐르며 로 상부에서 투입되는 철 함유 부담재(burden materials)를 환원시킵니다.

코크스율은 고로 코크스 소비를 측정하는 파라미터로, 생산된 용선 1톤당 소비된 고로 코크스 킬로그램으로 측정됩니다.

고로 코크스의 역할과 중요성

고로(BF) 코크스는 주요 에너지원(연료), 환원제, 침탄제, 투과성 구조 지지체로서 고로 제선에 핵심 소재입니다. 고로 장입물의 투과성 지지로서 고로 코크스를 완전 또는 부분적으로 대체할 수 있는 다른 만족스러운 소재는 없습니다.

고로 코크스는 고로 조업과 용선 품질에 미치는 영향 측면에서 고로에 투입되는 가장 중요한 원자재입니다. 고품질 고로 코크스는 고로 부담재의 원활한 하강을 최소한의 열화로 지지하면서 최소 불순물, 최고 열에너지, 최고 금속 환원, 기체 및 용융 생성물 흐름을 위한 최적 투과성을 제공합니다. 고품질 고로 코크스 도입은 코크스율 저감, 생산성 향상, 용선 원가 절감으로 이어집니다. 코크스의 고로 성능 개선 역할은 그림 1에 나와 있습니다.

주입 기술 유무에 관계없이 고로에서 운전되는 코크스의 예상 성능에 대한 현실적 평가는 고로의 화학적, 열적 환경 하에서 열화 저항성을 반영하는 코크스 특성을 포함합니다. 이러한 특성은 코크스 사용 지침을 제공하며, 덩어리 크기, 형상 및 크기 균일성, 화학 조성, 기계적 강도, 열적 및 화학적 안정성과 관련됩니다. 따라서 고로용 코크스는 구조와 특성 사이의 성공적인 타협이어야 합니다. 좋은 고로 성능을 보장하기 위해 코크스는 적당히 크고, 좁은 크기 분포를 가지며, 고로 내 이산화탄소 및 알칼리와의 약화 반응, 마모, 열충격을 견딜 수 있는 높은 기계적 강도를 가져야 합니다. 많은 미지 요인으로 인해 모든 고로에 공통적인 보편적 품질 지수를 수립하는 것은 달성 불가능하지만, 고로 코크스 품질에 대한 일반적인 사양은 존재합니다.

고로 코크스에 존재하는 불순물은 직접 및 간접 환원 역할을 위한 가용 탄소량과 투과성 지지체로서의 역할을 감소시킴으로써 고로 내 성능에 영향을 미칩니다. 이러한 불순물은 수분, 휘발분, 회분, 황, 인, 알칼리 함량입니다. 이들의 수준은 가능한 한 낮게 유지되어야 합니다.

수분 함량은 코크스 담금질 공정의 직접적 결과이며 크기에 따라 다소 의존합니다. 높고 가변적인 수분 함량은 코크스율과 고로 내 수지 모두에 영향을 미치며, 높은 휘발분 함량은 고로 가스 정제에 운영상 문제를 야기합니다.

다른 화학적 특성으로는 황과 회분(함량 및 화학)이 특히 중요합니다. 이들이 증가하면 고로 내 코크스 생산성이 감소합니다. 코크스 회분은 고로 코크스의 비생산적 부분으로 슬래그 부피와 조성에 영향을 미칩니다.

고로 코크스 물리적 특성의 중요성은 페로스 부담재를 지지하고 환원 가스가 흐르고 용융 물질이 하부 고로 영역에서 침투할 수 있는 투과성 매트릭스를 제공해야 할 필요성과 연결됩니다. 이러한 물리적 특성은 크기(평균 및 분포)와 파손 및 마모 저항성과 관련됩니다. 고로 코크스 크기는 주로 스크리닝으로 제어됩니다. 좁은 크기 분포를 가진 큰 평균 크기가 적절한 투과성을 유지합니다.

고로 코크스 기계적 강도 지수가 고로 운전원에게 유용한 성능 평가를 제공하지만, 전체 그림의 일부만 형성합니다. 고로 코크스 기계적 강도 평가에 사용되는 시험은 상온에서 수행되므로 고로 내 코크스 공정 조건을 고려하지 못합니다. 따라서 고로 코크스의 CSR(반응 후 코크스 강도)과 CRI(코크스 반응성 지수) 시험이 더 나은 강도 지수를 제공합니다.

고로 코크스는 고로 하강 중 열화됩니다. 열화는 기계적 하중, 마모, 열응력, 가스화 반응, 고로 가스 내 무기 화합물, 흑연화에 의해 발생합니다. 고로 코크스 내 광물질은 이러한 열화 경로의 성격과 정도에 직접적, 간접적으로 주요 역할을 합니다.

고로에서의 제선 공정은 고로 코크스 소비에 영향을 미치는 수많은 상호 영향 변수에 노출된 다변량 시스템으로 구성됩니다. 제선 중 코크스율에 각 변수가 미치는 역할을 이해하기 위해 변수 간 상호 영향을 분리할 필요가 있습니다.

효율적인 고로는 낮은 코크스율로 운전됩니다. 효율적인 고로 조업은 가스 처리량 증가를 요구하며, 이는 로 투과성 개선을 의미하고, 다른 한편으로는 비가스 소요량 감소를 의미하며, 이는 고로 코크스 비소비 저감을 의미합니다. 고로 코크스율에 영향을 미치는 많은 요인이 있습니다. 주요 요인들은 아래에 설명되어 있습니다.

연료/환원제

고로에서는 두 종류의 연료/환원제가 사용됩니다. 상부에서 장입되는 고로 코크스와 취입구 레벨에서 주입되는 분탄/천연가스/코크스 오븐 가스/오일/석탄 타르입니다.

1. 고로 코크스: 용선 생산 중 고로 코크스율은 여러 방식으로 영향을 받습니다. 고로 코크스의 높은 회분 함량은 더 많은 슬래그 형성 물질을 고로에 장입하게 되어 플럭싱하여 슬래그를 형성해야 합니다. 이는 더 높은 슬래그 부피로 이어집니다. 경험칙에 따르면 고로 코크스 회분 함량 1% 감소 시 코크스율이 1~1.5% 감소합니다. 코크스율에 영향을 미치는 고로 코크스의 기타 특성은 CSR, CRI, 미쿰 지수(M40 또는 I40, M10 또는 I10)입니다. 이 파라미터들은 스택 내 투과성과 취입구 레벨에서 코크스 기계적 강도에 영향을 미칩니다. M40은 코크스 파쇄성을, M10은 마모성을 나타냅니다. 높은 CSR과 M40 값, 낮은 CRI와 M10 값은 코크스율 개선에 기여합니다. 고로 코크스 황 함량도 코크스율에 영향을 미칩니다. 고로 코크스 황 함량 0.1% 감소 시 고로 생산성이 약 1.0% 향상됩니다.
2. 취입구 주입 연료(분탄/천연가스/코크스 오븐 가스/오일/석탄 타르): 취입구 레벨에서 주입되는 연료는 일반적으로 열풍의 산소 농축을 동반합니다. 열풍에 산소 주입은 가스 비유량을 감소시켜 상부 온도 감소와 취입구에서 단열 화염 온도(RAFT) 증가를 초래합니다. 이러한 효과는 대체 연료 주입에 의해 보상됩니다. 따라서 취입구 레벨에서 산소와 연료의 병합 주입은 고로 코크스율을 감소시킵니다. 분탄 1톤 주입은 약 0.9~1.0톤 고로 코크스를 대체합니다. 다른 연료 주입에서도 유사한 고로 코크스율 감소가 발생합니다. 단독 산소 주입은 고로 코크스율을 감소시키지 않지만 고로 생산성을 향상시킵니다.

원자재

고로에 장입되는 두 가지 주요 원자재 유형이 있습니다.

1. 철 함유 원료: 소결광, 펠렛, 정광 철광석(CLO). 이들 원료의 철(Fe) 함량이 높으면 로 내로 들어가는 강유 물질이 적어져 슬래그 형성을 위한 플럭싱이 덜 필요합니다. 따라서 높은 Fe 함량은 슬래그 부피와 코크스율 감소에 도움이 됩니다. 경험칙에 따르면 Fe 함량 1% 증가 시 코크스율이 0.8~1.2% 감소합니다.
2. 플럭스류(석회석, 돌로마이트, 석영석 등): 석회석과 돌로마이트를 고로에 장입하면 고로 내부에서 소성 반응이 일어납니다. 이 소성 반응에는 열이 필요하여 코크스 소비가 증가합니다. 이들 플럭스를 소결광이나 펠렛을 통해 장입하면 소성 반응이 고로 외부에서 일어나 고로 유효 체적이 철 함유 원료에 의해 더 효과적으로 사용됩니다. 이는 고로 코크스율을 감소시킵니다. 일반적으로 부담재 내 플럭스 100kg 감소 시 코크스율이 20~35 kg/tHM 개선됩니다.
3. 고로에서 낮은 코크스율을 달성하려면 부담재가 모든 로 온도 및 반응 존에서 높은 투과성과 균일성을 제공하는 것이 필수적입니다. 또한 부담재는 짧은 체류 시간을 촉진하기 위해 높은 환원성을 가져야 합니다. 부담재는 아연, 납, 알칼리 같은 유해 원소 함량이 낮아 공정 교란을 피해야 합니다.
4. 코크스율은 소결광 품질에도 의존합니다. 소결광은 최적 입도 분포, 높은 강도, 높은 환원성, 높은 다공도, 1,250°C 이상의 연화 온도, 7~8% 범위의 일정한 FeO 함량, 일정한 염기도를 가져야 합니다.

기타 요인들

• 부담재 분포 제어는 고로 코크스율 감소에 중요한 역할을 합니다. 부담재 분포 제어는 안정적인 부담재 하강을 보장하고, 벽면 가스 흐름 조절(비활성 존 생성 없이 고열 부하 회피), 양호한 고체-가스 접촉 달성에 도움이 됩니다.
• 용선 내 실리콘 함량 감소는 코크스율에 긍정적 효과가 있습니다. 실리콘 함량 감소는 더 나은 광석-코크스 관계와 응집 존 하향 이동으로 달성됩니다. 이는 용선으로의 실리콘 전달 부피를 낮춥니다. 용선 내 실리콘 함량 1% 감소 시 코크스율이 5~15% 개선됩니다.
• 슬래그 특성은 코크스율에 상당한 영향을 미칩니다. 낮은 점도의 낮은 비체적 슬래그는 고로 코크스율을 개선합니다.
• 탭핑 관행도 고로 코크스율 감소에 중요한 역할을 합니다. 좋은 탭핑 관행에는 적절한 탭홀 길이, 적시 탭핑 개방, 탭핑 속도 제어, 적절한 허스 배수, 로가 건조 상태가 된 후 탭핑 마감이 포함됩니다. 탭홀 매스 품질은 좋은 탭핑 관행에 매우 중요합니다.
• 자동 공정 제어는 환원제 소비 최소화, 행잉, 슬리핑, 스캐폴딩, 가스 채널링 등 로 공정 교란을 시스템의 즉각적인 대처로 회피, 용선 및 슬래그 파라미터 안정화 등을 통해 로 생산성을 향상시킵니다. 자동 공정 제어가 고로 코크스율에 미치는 영향은 3~5% 범위입니다.
• 열풍 온도는 고로 코크스율에 영향을 미치는 또 다른 파라미터입니다. 고로 코크스율은 열풍 온도 100°C 상승 시 약 2% 감소합니다.
• 높은 상부 압력도 고로 코크스율을 감소시킵니다. 고로 상부 압력이 0.1 kg/cm² 증가할 때마다 코크스율이 약 0.1% 감소합니다.
• 장입물 미분 함량 감소는 고로 코크스율을 0.4~0.7% 범위에서 개선합니다.