고로(BF)는 선철(HM) 생산을 위해 다음과 같은 원료가 필요합니다: (i) 소결광, 펠릿, 정광(크기 조정된 철광석) 등 철 함유 원료, (ii) 고로용 코크스, 너트 코크스, 분탄 등 연료 및 환원제, (iii) 석회석, 돌로마이트, 석영석 등 플럭스 재료, (iv) 망간광, 티탄철광 등 잡자재(첨가제). 이 중 분탄은 풍구 레벨에서 고로로 주입되며, 나머지 모든 원료는 고로 상부에서 장입되어 스톡하우스를 통해 취급됩니다.
고로 장입 시스템은 스톡하우스 시스템과 상부 장입 설비라는 두 가지 주요 영역으로 구성됩니다. 이 시스템의 목적은 원료를 정확하고 일관되게, 예측 가능하고 통제된 방식으로 고로 내부에 배치하는 것입니다. 스톡하우스에서는 원료의 계량 및 배칭이 이루어져 상부 장입 설비로 이송됩니다. 상부 장입 설비는 고로 원료를 고로 상부로 이송하고 이를 고로 내부에 분배하는 기능을 수행합니다. 스톡하우스의 목적은 코크스, 철 함유 원료, 플럭스 재료, 첨가제를 정확한 양으로 가능한 한 신속하게 고로에 공급하여 고로가 최적의 운전 성능을 유지하도록 하는 것입니다.
스톡하우스는 개별 원료 유형을 저장한 후 고로 상부로 이송하기 위해 정해진 순서대로 계량하는 구역입니다. 1900년대 초반의 일반적인 고로 스톡하우스는 땅속 깊은 구덩이 형태로 건설되었으며, 철도 차량이 위를 지나가며 원료를 저장 빈에 하역했습니다. 스톡하우스는 보통 코크스 빈, 철 함유 원료 빈, 플럭스 및 첨가제 빈의 세 구역으로 나뉩니다. 일반적으로 이러한 원료 빈 유형은 고로 중심선을 기준으로 양쪽에 대칭적으로 배치됩니다. 1920년대부터 1950년대까지 스톡하우스 규모가 확대되어 지상과 지하에 걸친 구조물로 건설되어 더 많은 원료 빈 유형과 더 많은 양을 수용할 수 있게 되었습니다.
1900년대 초반부터 원료를 계량하여 스킵카에 이송하는 방식은 원료 빈 아래를 이동하는 이동식 스케일카를 이용했습니다. 작업자가 수동으로 빈 도어를 열고 필요한 양의 원료를 계량한 후 다음 빈으로 이동하여 다음 원료를 채취했습니다. 1980년대 고로 생산 수요가 증가함에 따라 기존 스케일카 방식의 스톡하우스가 개선되어 원료 채취 시간을 단축했습니다. 빈 게이트 작동이 기계화되었고, 많은 경우 스케일카가 컴퓨터 시스템과 연동되어 중량 기준으로 원료를 추적함으로써 제어 정확도가 향상되고 육체 노동이 크게 줄어들었습니다. 스케일카와 스킵카 사이에 호퍼 빈이 추가되면서 스케일카 작업자가 스킵카 이동을 지연시키지 않고 다양한 원료를 채취할 시간이 더 확보되었습니다.
자동화 스톡하우스는 크게 두 가지 유형으로 나뉩니다.
원료 빈 아래의 스케일카를 피더와 컨베이어 벨트 시스템으로 대체하는 방식입니다. 원료 유형별(코크스, 철 함유 원료, 플럭스 및 첨가제 등)로 별도의 컨베이어가 설치되며, 그 위에 저장 빈 열이 장착되고 진동 피더가 저장 빈에서 컨베이어로 부담 원료를 배출합니다. 코크스와 철 함유 원료의 경우 각 컨베이어 배출구에 진동 스크린을 설치하여 원료를 선별한 후 계량 호퍼로 이송합니다. 이 시스템은 스킵카 앞단에서 계량 호퍼에 지속적으로 원료를 공급합니다. 스킵카 방식 고로의 일반적인 자동화 스톡하우스 배치는 그림 1과 같습니다.
그림 1: 스킵카를 갖춘 자동화 스톡하우스의 일반적인 배치
스킵카 대신 벨트 컨베이어로 부담 원료를 고로 상부로 이송하는 고로에 주로 적용됩니다. 대형 저장 빈 구조물이 고로에서 떨어진 지상 전체에 건설됩니다. 저장 빈 충전은 보통 컨베이어 벨트 시스템으로 이루어집니다. 원료는 진동 피더와 벨트 컨베이어를 통해 저장 빈에서 계량 호퍼로 이송되고, 계량 호퍼는 수집 컨베이어를 통해 메인 컨베이어에 원료를 배출합니다. 계량 호퍼는 정해진 순서대로 원료를 계량하여 메인 컨베이어 벨트를 통해 고로 상부로 이송하도록 프로그래밍됩니다.
스톡하우스 자동화는 생산 능력 향상, 운전 효율 개선, 작업자 및 설비에 의한 운전 편차 제거에 크게 기여했습니다. 그러나 실제 현대 자동화 스톡하우스는 상당히 복잡할 수 있습니다. 스톡하우스 자체는 컨베이어로 공급되며, 이는 다시 트리핑 컨베이어로 원료를 다양한 빈에 분배합니다. 스톡하우스 내 컨베이어와 설비 배치는 매우 다양한 방식으로 구성될 수 있습니다.
코크스와 철 함유 원료는 일반적으로 선별되며, 별도 컨베이어가 미분을 제거합니다. 원료는 컴퓨터로 시료 채취, 분석, 추적이 가능하여 작업자가 고로 장입 원료의 화학적 변화를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 코크스 수분을 모니터링하고 계량 보정을 통해 장입 시 원하는 건조 중량을 확보합니다. 탄소 함유 원료와 철 함유 원료 모두를 모니터링함으로써 고로의 열적 상태를 더 잘 제어하고 전체 연료율을 낮출 수 있습니다. 스톡하우스의 일반적인 간소화된 설비 배치는 그림 2와 같습니다.
그림 2: 스톡하우스 내 설비의 일반적인 간소화된 배치
스톡하우스의 일반적인 개략 흐름도는 그림 3과 같습니다.
그림 3: 스톡하우스의 개략 흐름도
스톡하우스는 고로 상부 장입 설비 시스템과 함께 현대 고로에서 원하는 부담 분포를 달성하는 핵심 설비입니다. 스톡하우스의 역할은 코크스와 철 함유 부담의 다분율 크기 조절(선별된 또는 선별되지 않은 미분 포함) 및 이러한 원료의 다양한 입자 크기를 유연하게 배분할 수 있도록 하는 것입니다. 이는 상부 장입 시스템의 효율적 적용 기반이 되며, 오늘날 고급 고로 운전의 전제 조건입니다.
계량된 원료는 장입 프로그램에 따라 배치 모드로 수집되어 스킵카 또는 컨베이어 벨트로 고로 상부에 공급됩니다. 고로 크기, 생산성 요구사항, 부지 여건에 따라 스킵카 또는 컨베이어 벨트 시스템 중 어떤 방식으로 원료를 고로 상부로 이송할지 결정됩니다. 원료는 장입 프로그램으로 제어되는 상부 장입 설비에 의해 고로 내부에 장입됩니다.
고로 스톡하우스는 고로의 효율적 운전에서 매우 중요한 역할을 합니다. 고로에서 원하는 수준의 선철 생산은 원료의 품질, 일관성, 양 및 장입 순서에 크게 의존하기 때문입니다.
부담 원료는 정션 하우스를 통해 스톡하우스로 이송됩니다. 고로용 코크스는 보통 필요 폭과 용량의 컨베이어 2대(1대 예비)로 이송됩니다. 철 함유 부담 원료도 마찬가지로 컨베이어 2대(1대 예비)로 이송됩니다. 플럭스 재료와 첨가제는 일반적으로 예비 1대를 포함한 컨베이어로 이송됩니다. 스톡하우스에는 각 부담 원료별로 필요한 총 용량의 다수 저장 빈이 있습니다.
코크스와 철 함유 원료는 미분 제거를 위해 필요한 용량의 스크린으로 선별합니다. 보통 진동 스크린을 사용합니다. 플럭스 재료와 첨가제의 경우 진동 스크린 없이 빈에서 배출하여 컨베이어에 적재하는 피더만 설치됩니다. 일부 고로에서는 코크스와 철 함유 원료에 이중 선별 설비를 갖추기도 합니다. 코크스 선별에는 보통 펀치 플레이트 체를 사용하고, 철 함유 원료 선별에는 그레이트 타입 체를 사용합니다.
선별된 원료는 수평 컨베이어를 거쳐 부담 이송용 경사 컨베이어로 공급됩니다. 각 원료는 2대의 호퍼 스케일로 동시에 예정된 고로 장입 프로그램에 따라 공급됩니다. 고로 상부로 부담을 이송하는 컨베이어 또는 스킵은 필요한 용량을 갖추고 연속 운전합니다. 컨베이어의 경우 원료가 프로그램에 따라 일정 간격과 순서로 별도 배치로 컨베이어 위에 위치합니다. 배칭, 계량, 고로 상부로의 부담 공급을 위한 자동 시스템이 일반적으로 설치됩니다. 스톡하우스의 모든 설비는 제어 철학과 타이밍 싸이클로그램 계산을 바탕으로 크기가 결정됩니다.
스톡하우스에는 오염 방지 기준에 맞춰 분진을 제어하기 위한 모든 필요한 집진 설비가 갖춰져 있습니다. 배기 공기는 보통 필요한 용량의 공기 정화 설비로 유도되어 정화 후 대기로 배출됩니다. 공기 정화 설비에는 보통 전기 집진기가 장착됩니다. 공기 중 분진 농도는 일반적으로 0.1 g/㎥ 이하로 낮춰집니다. 포집된 분진은 보통 과립화 공정에서 볼링되어 소결 공장에서 재사용됩니다.
스톡하우스 설비 크기 결정을 위해 다음과 같은 단계를 따릅니다.
현대 고로에서는 부담 원료의 변형이 많아 장입 시스템에 약 50가지 대체 원료 유형을 사용해야 할 때도 있습니다. 작업자는 플랜트 기반 규칙 세트를 애플리케이션 소프트웨어에 프로그래밍하여 장입 매트릭스를 구성해야 합니다.
스톡하우스 작업자 매트릭스의 복잡성은 일반적으로 활성 장입 프로그램에 다운로드하기 전에 다양한 검증 규칙으로 검증되어 잘못된 입력과 스톡하우스의 모든 비정상 상태를 방지합니다. 작업자 매트릭스는 운전 중 어느 단계에서든 활성 매트릭스로 다운로드 가능합니다. 여분의 코크스는 어느 운전 단계에서든 장입 가능합니다. 어떤 배치든 고로 내 11개 위치로 분배 가능하며, 이 분배는 스톡하우스 매트릭스 HMI 화면에서 작업자가 파라미터화합니다.
다양한 고로 상태에 대비한 여러 대기 매트릭스 세트가 소프트웨어에 내장되어 운전 유연성을 더합니다. 어떤 원료든 어떤 빈에서든 취할 수 있어 비활성 호퍼 상태에서도 활성 호퍼의 원료 투입량을 조정하여 스톡하우스 운전이 가능합니다. 계량 호퍼는 어떤 배치 실행 중에도 자동 선택 가능합니다. 원료 이송 시스템에 의한 완전 자동화된 스톡하우스 상부 충전 시스템은 고로 공급 시스템을 원활한 운전으로 만듭니다.
스톡하우스 설계에 따라 '계량 투입 철학(weigh in philosophy)' 또는 '계량 배출 철학(weigh out philosophy)'으로 운전 가능합니다. 소프트웨어는 특정 원료의 충전 순서에서 계량 오차를 바로 다음 배치에서 보정합니다. 작업자는 계량 호퍼에서 원료 배출 시 샌드위치 장입 철학을 선택할 수도 있습니다. 작업자가 정의한 두 연속 배치 간 간격 제어를 입력하여 장입 이송 시간을 최적화하고 메인 장입 컨베이어 트립을 방지할 수 있습니다.
제조공정
고로 제철 공정 내 알칼리 영향 고로(BF) 운전 주요 목적: 원하는 화학 조성 쇳물(HM) 최대 생산, 최소 비용. 고품위 원료 기반과 규칙적·안정적 고로 운전 필요. 부담 재료 품질 매우 중요해 공정 문제 유발 원치 않는 원소 유입 주의 필요. 입력 차지 원치 않는 원소 함량도 주의. 제거·고로 성능 측면서 곤란한 주요 원치 않는 원소: 칼륨(K), 나트륨(Na) 알칼리 화합물. 고로 공정 내 알칼리 존재 공정 부정적 영향 알려져 있음. 알칼리: 코크스 반응성 증가, 광석 차지 조기 연화, 소결광 분해, 펠릿 팽창, 고로 내화
고로(BF) 부담 제조 및 장입 개요 고로(BF)는 노 바닥(hearth)을 제외하면 기본적으로 가스와 부담 입자가 반대 방향으로 흐르는 통로입니다. 안정적인 고로 조업의 기본 요건은 변동이 적은 이동 부담층을 노 내에 유지하는 것입니다. 구체적으로 안정된 가스 흐름과 혼합 부담층이 없는 부담층 구조를 형성해야 하며, 이 둘은 밀접하게 연관됩니다. 가스 흐름 안정성은 거의 전적으로 부담 투과성(permeability)에 의존하는데, 이는 부담 충전 구조(입자 크기, 입도 분포, 미분 비율 등)와 부담 하강 거동(고체 흐름)에 의해
