고로 설계 최적화: 우수한 성능과 장수명 달성

고로(BF)의 설계는 신뢰성 있는 운전, 야금적 성능, 지속적인 고생산성, 긴 캠페인 수명에 근본적인 역할을 합니다.

현대 고로의 설계는 일반적으로 주변 건물 구조를 갖춘 독립형 유닛 개념을 기반으로 하며, 로에 대한 접근과 BF 가스 시스템 지원을 제공합니다. BF 설계는 잠재적 원료와 로의 캠페인 전반에 걸친 운전 조건을 고려하여 부담과 가스 흐름의 최적화를 제공해야 합니다.

BF 설계는 쉘, 냉각 요소, 내화물 라이닝의 특성을 통합하여 BF 복합체의 균형 잡힌 전반적 운전을 보장해야 합니다. BF의 각 구역에서 적절한 내화물과 냉각 시스템 선택은 성공적이고 경제적이며, 무엇보다 안전한 BF 운전에 필수적입니다.

고로 설계 통합 요소

원활한 BF 운전에 필요한 모든 장비는 고로 설계 시 통합되어야 합니다. 주요 장비로는 상부 장입 설비, 주조장 설비(클레이 건, 탭홀 드릴, 트러프 커버 조작기, 선철 및 슬래그용 틸팅 러너, 바 체인저, 잭 댐 드릴 등), 튜이어 스톡, 다양한 밸브(열풍 밸브, 스노트 밸브, 블리더 밸브, 이퀄라이징/릴리프 밸브, 유량 제어 밸브, 격리 밸브 등), 다양한 프로브(부담 상부 온도 프로브, 서브-부담 가스 프로브 등), 기계적 스톡 라인 기록기, 이동식 및 고정식 목 아머, 스톡 라인 점화 랜스, 프로파일 미터 등이 있습니다.

BF 설계는 열악한 BF 환경에서 신뢰성, 내구성, 고성능에 대한 입증된 평판을 가진 장비를 제공해야 합니다.

현대 BF의 운전은 꽤 복잡하며 다양한 제어 파라미터 모니터링을 위한 필요한 자동화와 제어 장비가 필요합니다. 이는 현대 로에서 기대되는 높은 생산성 수준을 달성하는 데 매우 필요합니다.

BF 설계는 또한 신속하고 정확한 시공성을 지원해야 합니다.

고로 프로파일

BF 프로파일은 원통과 절단 원뿔이 결합된 복잡한 구성으로, 노심, 보시, 벨리, 스택의 여러 구역으로 구성됩니다. 스택은 하부 스택과 상부 스택으로 더 나뉩니다. 노심에는 데드맨 존으로 알려진 액체 금속의 데드 레이어가 있습니다. 각 구역에는 쉘, 냉각 요소, 내화물이 있습니다. 로 작업 프로파일은 일정 부피의 라이닝이 마모된 후 설정됩니다. 이 구역들 내에서 다양한 물리화학적 공정이 일어납니다. 다른 구역의 크기 비율은 로 유효 부피에 따라 달라지지만 보통 허용 범위 내에 있습니다.

중대형 고로의 전체 로 높이 대 벨리 직경 비율은 로 유효 부피가 1000㎥에서 5500㎥로 증가함에 따라 약 3에서 2.00으로 감소합니다. 로 벨리 직경 대 로 노심 직경 비율은 1.09~1.13 범위에서 변합니다(이상적으로는 1.05~1.10). 로 상단 직경 대 벨리 직경 비율은 보통 0.62~0.71 범위에서 변합니다.

마찬가지로 중대형 로의 각 구역 높이는 유효 부피에 따라 달라지지만 보통 범위 내에서 변합니다. 데드 레이어 높이는 600mm~1700mm 범위에서 변합니다. 노심 높이는 로 유효 부피에 따라 증가하며 3200mm~5700mm 범위입니다. 보시 높이는 보통 3000mm~4000mm 범위입니다. BF에서 벨리 높이는 다른 높이에 비해 최소이며 보통 2000mm~3000mm 범위입니다. BF에서 스택 높이는 최대이며 보통 15m~20.7m 범위에서 변합니다. 스택 상부 원통 부분 높이는 2.5m~3m에서 변합니다. 전체 로 높이는 26m~36m에서 변합니다. 유효 로 높이는 스택 상부 원통 부분 높이를 제외하며 보통 23m~33.5m 범위입니다.

스택이 벨리와 이루는 경사각과 보시가 벨리와 이루는 경사각은 중요한 파라미터이며 보통 각각 82.5~85.5도, 79.2~80.5도 범위에서 변합니다.

유효 로 높이는 사용 가능한 코크스 품질(강도)에 의존합니다. 33.5m의 BF 높이는 사용 가능한 일반 코크스 강도를 고려할 때 거의 실용적 한계입니다. 따라서 유효 부피 증가는 로 높이를 실질적으로 동일하게 유지하면서 로 단면 치수 증가를 통해 달성되어야 합니다. 이는 전체 높이 대 벨리 직경 비율 감소를 의미합니다. 이는 또한 스택과 벨리 사이의 경사각 감소를 의미합니다. 스택과 벨리 사이의 경사각은 부담 재료의 온도 증가에 따른 선형 팽창을 방해하지 않는 정도까지 감소시킬 수 있습니다.

또한 노심 단면적은 탄소 연소 강도에 의존합니다. 이는 코크스(고로 코크스와 너트 코크스 모두)와 보조 연료에 포함된 탄소이며, 하루 총 연료 투입량의 탄소 함량을 로 부피로 나눈 값으로 결정됩니다.

로 직경 증가에 따라 로 중심부 작동을 보장하기 위해 열풍 압력의 상응하는 증가가 필요합니다. 이는 로 내부에서 부담의 원활한 이동을 위한 합리적인 압력 차이를 유지하기 위해 로 상단에서 더 높은 압력을 필요로 합니다.

BF의 튜이어 수는 보통 중소형 로에서 노심 직경의 2배이며, 로 부피가 증가함에 따라 노심 직경의 2배를 초과하여 더 많아집니다.

몇몇 러시아 고로의 설계 프로파일은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 러시아 고로 설계 프로파일

BF 구역 특성

BF의 각 구역 특성은 중요하며 BF 설계 시 고려되어야 합니다. 이 특성은 아래에 설명되어 있습니다.

• 데드맨 존 - 액체 용융 생성물과 로 가스로부터의 높은 온도와 압력
• 노심 존 - 높은 주변 온도, 액체 용융 생성물의 지속적 이동, 생성물로부터의 화학적 활성, 가스로부터의 압력과 화학적 활성, 노심으로의 수분 유입
• 보시 존 하부 - 높은 주변 온도, 장입 재료, 가스, 슬래그, 액체 철의 지속적 이동, 슬래그로부터의 화학적 활성, 장입물과 가스로부터의 압력
• 보시 존 상부 - 장입 재료와 가스의 지속적 이동, 아연(Zn)과 알칼리 금속 화합물의 작용, 높은 온도
• 스택 존 하반부 - 장입 재료와 가스의 지속적 이동, Zn, 알칼리 금속 화합물의 작용, 높은 온도
• 스택 존 상반부 - 가스와 장입 재료의 지속적 이동, 그을음 탄소와 Zn의 작용

BF 내화물 설계는 BF의 각 구역에 존재하는 이러한 조건을 고려해야 합니다.

열풍은 노심과 보시 경계 근처에서 로로 들어가 장입물 내 코크스가 연소하는 구역을 형성합니다. 코크스 탄소 연소는 노심의 제한된 부피 내에서 일어납니다. 이 공정에서 가장 강렬한 단계에서 생성된 열의 대부분은 로 벽 근처에 집중됩니다. 이 구역 아래 영역의 온도는 로 주변부에서 1500°C~1650°C이며, 이 부분에 축적된 액체 철과 슬래그 양과 통과 시간에 대한 관계는 중요한 특성입니다. 그러나 바닥의 냉각 효과로 인해 주변부 온도는 로 중심부보다 다소 낮습니다.

노심 튜이어 영역을 떠나는 가스 온도는 최대 2000°C인 반면, 보시 위아래 하강 재료는 약 500°C 이하입니다. 이 차이가 이 영역에서 일어나는 집중적인 열전달의 이유이며, 급격한 온도 변화가 수반됩니다. 이러한 집중적인 가열은 보시 상부와 샤프트에서는 불가능합니다. 모든 가용 에너지가 직접 환원에 사용되기 때문입니다. 결과적으로 높이 방향의 온도 변화는 보시에 비해 샤프트 하부에서 상대적으로 적습니다. 집중적인 가열이 발생하는 상부 영역은 원통형 로 상부 하부와 샤프트 위입니다. 로에 장입되는 재료는 약 30°C 온도를 가지며, 이 재료 운동과 반대 방향으로 상승하는 로 내 가스는 이보다 여러 배 더 높은 온도를 가집니다.

노심과 고로 다른 부분 모두에서 가스 온도는 벽에서 중심부 방향으로 100°C~250°C 감소합니다.

노심과 보시의 수평 치수 증가는 최대 가스 속도를 로 중심으로 이동시켜 주변 영역의 가스 속도를 낮춥니다. 결과적으로 이 영역의 온도가 감소하고 노심 가스가 라이닝에 미치는 영향이 줄어듭니다.

또한 고로가 원활하게 생산하려면 주변 설비와 시설의 설계와 생산성이 고로 요구 사항과 일치하고 그것과 통합되어야 합니다. 주요 주변 설비와 시설에는 BF 부담 재료 취급, 공급 및 장입 설비, 적절한 온도와 압력에서 열풍 공급을 위한 송풍기와 열풍로, BF 가스 취급 및 정제 시설, 선철과 액체 슬래그 배출을 위한 주조장, 선철 취급 설비, 액체 슬래그 과립화 및 과립 슬래그 취급, 수처리 시설이 포함됩니다.