KR19990011168A - 적열코크스의 자동소화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소의 고로 또는 소결기에 장입되는 코크스(coke)의 소화방법에 관한 것이며, 그 목적은 적열된 코크스(hot coke)의 자동소화방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 유연탄을 일정주기로 장입하여 코크스로 탄화하고, 탄화된 적열코크스를 배출한 다음, 배출된 적열코크스를 일정온도로 소화하는 과정에 있어, 코크스오븐으로부터 배출된 적열코크스의 온도(T)와 장입량(W)에 따른 적열코크스의 총열량(H)에 기초한 전단계와 현재의 적열코크스 데이타를 비교하여 현재 적열코크스의 살수시간을 자동적으로 간단히 설정하는 적열코크스의 소화방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

적열코크스의 자동소화방법

본 발명은 제철소의 고로 또는 소결기에 장입되는 코크스(coke)의 소화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적열된 코크스(hot coke)의 자동소화방법에 관한 것이다.

제철소 고로조업 또는 소결조업의 열원으로 사용되는 코크스는 코크스공장의 코크스오븐(coke oven)에서 제조된다. 코크스의 제조과정을 도 1 내지 도 3과 같은 제조장치를 통해 설명하면 다음과 같다. 도 1은 코크스를 제조하기 위한 코크스오븐(coke oven)(10) 및 소화장치(50)을 포함한 일련의 코크스제조장치(1)의 평면도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 A-A' 단면도이며, 도3은 적열코크스를 소화하는 장치의 개략도를 나타낸다. 먼저, 코크스(2)를 제조하기 위한 유연탄이 일시적으로 저장되는 유연탄저장조(coal bin)(62)로부터 유연탄이 채탄되어 장입차(charge car)(60)에 장입되면, 장입차(60)는 코코스오븐(10)상에 설치된 레일(rail)(6)을 따라 이송되면서 코크스오븐의 각 탄화실(11)상에 마련된 다수개의 장입구(61)를 통해 각 탄화실(11)내로 장입된다. 그리고, 상기 탄화실(11)에 장입된 유연탄들은 탄화실의 양측에 설치된 연소실(13)의 버너(burner)(14)로부터 발생되는 열에 의해 가열된다. 상기 탄화실의 경우 코크스제조장치에 따라 다르나 보통 코크스오븐에 대략 66개 정도, 그리고, 연소실의 경우 약 67개 정도 설치되어 있다. 그리고, 탄화실상의 장입구(61)는 보통 각 탄화실마다 4개정도 설치되며, 장입시이외에는 항상 닫혀져 있다. 또한, 상기 버너의 경우는 각 연소실마다 적어도 34개 정도 설치되어 있다. 탄화실(11)내에서 가열된 유연탄은 공기가 차단된 상태에서 가열되어 탄화반응에 의해 코크스(2)가 만들어진다. 이때, 탄화후 발생되는 휘발물질과 분해물들은 각 탄화실(11)상에 설치된 상승관(12)를 통해 배출되며, 배출된 가스는 가스정제공정인 화성공정으로 공급되어 이용된다. 적절한 코크스의 제조를 위해서는 상기 압출대(21)에 다수개의 온도측정계(pyrometer)(22)에 의해 연속적으로 노벽의 온도가 측정되면서 탄화실내에 코크스가 일정시간 유지된다. 이렇게 일정시간동안 약 1000℃이상으로 가열되어 제조되는 코크스는, 도2와 같이, 압출대(pusher ram)(21)가 장착된 압출기(pusher car)(20)에 의해 압출되어 코크스오븐(10)의 측면에 설치된 소화차(quenching car)(40)로 배출되며, 소화차(40)에 적재된 코크스는 소화차가 레일(3)을 따라 소화탑(quenching tower)(50)으로 이동된 후 상기 소화탑(50)내에서 살수되는 물에 의해 일정온도이하로 소화(消火)된다. 이때, 코크스의 배출시 소화차(40)내로 코크스가 정확히 배출되도록 하기 위해 이송대차(transfer car)(30)는 코크스의 배출을 정확히 유도한다. 상기 이송대차는 레일(4)에 의해 각 탄화실(11)로 임의로 이동될 수 있도록 구성되어 있다.

상기와 같은 코크스 제조과정중 적열코크스를 소화하는 과정에서 소화가 불충분한 경우 화재의 위험성이 있고, 반대로 과다한 소화는 코크스내에 수분함량을 높이기 때문에 코크스의 소화과정을 정확히 수행함이 매우 중요하다. 특히, 코크스는 다음공정인 고로조업 또는 소결조업에서 연료로 사용되기 때문에 코크스의 적절한 수분관리는 매우 중요하다. 그런데, 상기 소화는 보통 소화탑에서 적열코크스에 물을 살수하여 이루어지므로 결국 코크스내의 수분의 양은 살수시간에 의해 좌우된다고 해도 과언이 아니다. 그러나, 종래의 적열코크스에 대한 살수방법은 도3과 같이, 소화수탱크(51)로부터 인입되는 살수량을 작업자가 임의로 필요에 따라 타이머(53)에서 살수시간을 설정하여 살수조절밸브(54)를 조작하므로써 결정하였다. 하지만, 코크스오븐의 조업여건과 소화후의 진화상태를 보아가며 작업자가 살수시간을 수동적으로 결정함에 따라 코크스내의 수분을 일정 목표치로 관리하기 곤란한 단점이 있다.

이에 본 발명은 코크스 제조시 적열코크스의 상태에 따라 자동적으로 살수시간을 설정하므로써 적열코크스의 잔화(殘火)발생을 없애고 적열코크스의 수분을 일정하게 관리할 수 있는 자동습식소화방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반 코크스 제조장치의 평면도

도 2는 도 1의 A-A' 단면도

도 3은 일반 코크스 제조장치중 소화장치의 개략구성도

도 4는 본 발명에 의한 적열코크스의 소화과정을 보이는 흐름도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 코크스 제조장치 10 : 코크스오븐

11 : 탄화실 13 : 연소실

14 : 버너 20 : 압출기

30 : 이송대차 40 : 소화차

50 : 소화탑 60 : 코크스저장조

상기 목적달성을 위한 본 발명은 유연탄을 일정주기로 장입하여 코크스로 탄화하는 공정, 탄화된 적열코크스를 배출하는 공정 및 배출된 적열코크스를 일정온도로 소화하는 공정을 포함하여 구성되는 코크스의 제조방법에 있어서, 최초로 장입되어 적열된 코크스의 살수시간을 설정하고, 조업중 관리하고자 하는 적열코크스의 목표수분량(γ_O)을 설정하는 단계, 사전에 장입되는 유연탄의 수분(γ) 및 휘발분(v)을 분석하는 단계, 장입된 유연탄이 존재하는 탄화실노벽온도(Tf)를 탄화실의 압출기에 부착된 온도측정계로 실측하는 단계, 상기 측정된 유연탄의 수분과 탄화실내의 노벽온도를 식(1)에 대입하여 유연탄이 존재하는 탄화실의 버너위치별 온도(Ti)를 산출하는 단계,

Ti = Tf -α×(ts)/(ta)-β×{γ-(γs)} .....(1)

단, α는 장입되는 유연탄의 건류시간계수

ts는 유연탄의 표준건류시간(초)

ta는 장입되는 유연탄의 실건류시간(초)

β는 장입되는 유연탄의 수분계수

γs 는 장입되는 유연탄의 표준수분치(%)

계산된 탄화실의 버너위치별 온도(Ti)를 식(2)에 대입하여 압출되는 적열코크스의 평균온도(Tm)를 수치해석으로 산출하는 단계,

단, Li 는 i번째 버너에 대응되는 탄화실내부의 폭

n 은 버너의 수

계산된 적열코크스의 평균온도(Tm)를 식(3)에 대입하여 적열코크스의 총열량(Hc)을 계산하는 단계,

Hc = Tm×C×W×(1-v) ........식(3)

단, C는 코크스의 비열

W는 장입된 유연탄의 장입량

상기 적열코크스가 최초로 장입되는 코크스이면 최종살수시간은 초기살수시간(to)으로 정하고, 상기 적열코크스가 최초 장입된 적열코크스가 아니면 식(4)에 의해 현재 적열코크스에 대한 예측살수시간(t')을 산출한 다음,

t' = (t_N-1)×(Hc_N)/(Hc_N-1)........식(4)

단, t_N-1는 (N-1)번째 적열코크스에 대한 살수시간

Hc_N-1은 (N-1)번째 적열코크스의 총열량

Hc_N은 N번째 적열코크스의 총열량

상기 현재 적열코크스에 대한 예측살수시간을 식(5)에 의해 보정하여 현재 적열코크스에 대한 최종살수시간(t)으로 정하는 단계,

t = t' + γm×{γ_O-(γp_N-1)}........식(5)

단, γm은 수분관리계수

상기와 같이 정해진 최종살수시간(t)동안 적열코크스에 물을 살수하는 단계 및

살수된 코크스의 수분을 측정하고, 다음에 장입되는 장입유연탄에 대해서 상기와 같이 살수시간을 정하여 적열코크스에 살수하는 단계, 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 적열코크스의 자동소화방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 부합되는 코크스 제조방법은, 도 1 내지 도 3과 같은 통상의 코크스 제조장치(1)에 프로세스컴퓨터(미도시됨)가 연결된 코크스 제조장치를 이용한다. 이러한 코크스 제조장치에서의 코크스는, 통상의 제조방법과 같이, 먼저 유연탄을 일정주기로 장입하여 코크스로 탄화하고, 탄화된 적열코크스를 배출한 다음, 배출된 적열코크스를 일정온도로 소화하는 과정을 통해서 제조된다. 이때, 코크스오븐으로부터 배출된 적열코크스에 대한 소화는 적열코크스에 대한 살수시간에 크게 의존하며, 이 살수시간은 주로 적열코크스의 온도(T)와 장입량(W)에 의한 총열량(H)에 의존한다. 본 발명은 이러한 살수시간을 자동적으로 적정 설정함에 그 특징이 있다. 도4는 본 발명에 의한 적열코크스의 소화과정을 보이고 있는 흐름도이다.

본 발명의 소화방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 우선 최초로 장입되어 적열된 코크스의 살수시간을 설정하고, 그리고 조업중 관리하고자 하는 적열코크스의 목표수분량(γ_O)을 설정함이 요구된다. 통상 물이 살수된 적열코크스내의 수분함량은 약 4%로 하여 관리함이 적절하다. 그리고, 사전에 장입되는 유연탄의 수분(γ) 및 휘발분(v)을 분석함이 필요하다. 유연탄의 수분과 휘발분은 일반적인 공업분석을 통해 얻어질 수 있는 데이타이다.

그 다음, 상기와 같이 장입된 유연탄이 존재하는 탄화실내의 노벽온도(Tf)를 탄화실의 압출기에 부착된 온도측정계(22)로 실측하고, 이를 기초로 탄화실내의 버너위치별 온도(Ti)를 구한다. 즉, 탄화실내의 노벽온도(Tf)는 탄화실의 양측에 마련된 연소실내의 버너에 따라 그 온도가 다르고, 또한 유연탄이 탄화되어 압출되기까지의 총건류시간(total coking time)과 유연탄의 수분량에 의해 좌우되기 때문에 압출되는 코크스의 온도와 약간의 차이가 있다. 따라서, 본 발명은 여러가지 제조과정의 경우에서 다음과 같은 요소들을 고려하여 열전달방정식을 이용하므로써 하기식(1)과 같은 버너위치별 탄화실내의 온도(Ti)를 구했다.

Ti = Tf -α×(ts)/(ta)-β×{γ-(γs)} .....(1)

여기서, ts는 유연탄의 표준건류시간은 이미 코크스 생산계획에 의하여 이론적으로 계산되어 설정된 임의의 건류시간을 의미한다. 또한, α는 장입되는 유연탄의 건류시간계수로서, 이는 유연탄의 건류시간과 온도추정에 사용되며, 약 38~43 정도의 값을 갖게 된다. 또한, ta는 장입되는 유연탄의 실건류시간을 의미한다. 그리고, β는 장입되는 유연탄의 수분계수로서, 장입되는 유연탄과 건류시간에 의존하며 약 3~8 정도의 값이 적용된다. 그리고, γs 는 장입되는 유연탄의 표준수분치(%)로 설정된 값이다.

그러나, 상기 탄화실의 버너위치별 온도(Ti)는 탄화실내에 있는 전체 코크스의 온도를 표현하지 못하므로 버너부위별를 온도를 고려하여 탄화실내의 전체 평균온도(Tm)을 구할 필요가 있다. 특히, 탄화실내부는 코크스의 압출을 용이하도록 하기 위해 압출측에서 배출측으로 갈수록 넓게 구성되어 있어 연소실내의 버너 연관(burner flue)의 크기도 다르기 때문에 탄화실의 폭을 고려한 탄화실내의 전체평균온도가 필요하다. 본 발명에서는 탄화실내의 크기를 고려하여 Crank-Nicolson 수치해석을 이용하여 압출되는 적열코크스의 평균온도(Tm)를 하기식(2)와 같이 산출하였다.

여기서, Li 는 i번째 버너에 대응되는 탄화실내부의 폭을 나타내며, n 은 연소실내의 버너의 갯수이다.

한편, 적열코크스를 소화하기 위한 살수량은 압출된 적열코크스의 총열량(H)에 의존하고, 적열코크스의 총열량은 압출 코크스의 양과 온도에 의존한다. 따라서, 상기식(2)로부터 구한 적열코크스의 평균온도와 압출 코크스의 양으로부터 적열코크스의 총열량을 구할 수 있다. 즉, 적열코크스의 총열량(Hc)은 다음과 같이 표현될 수 있다.

Hc = Tm×C×W×(1-v) ........식(3)

상기식(3)에서 C는 온도에 따른 코크스의 비열로서, 보통 0.37~0.45의 값이 적용된다. 그리고, W는 장입된 유연탄의 장입량으로서, 고온에서 탄화반응에 의하여 휘발된 량을 뺀 양이다. 코크스의 휘발분은 공업분석에 의해 구할 수 있는데, 보통 0.24~0.80 정도의 범위를 갖는다. 결국 상기식(3)은 휘발된 양을 뺀 장입 유연탄의 양에 평균온도의 비열을 고려하여 총열량을 계산한 것이다.

이와같이, 구한 적열코크스의 총열량으로부터 적열코크스에 대한 예측살수시간(t')을 결정한다. 그러나, 살수시간은 많은 요인에 의해 좌우되기 때문에 상기식(3)으로부터 직접 계산된 열량으로부터 살수시간을 계산함은 불가능하다. 즉, 압출되어 소화탑으로 이동하는 시간에 전(前)단계에서 구한 열량과 살수시간을 비교하는 방법이 적절하다. 그러나, 상기 적열코크스가 최초로 장입되는 코크스이면 최종살수시간은 초기 단계에서 설정된 살수시간(to)을 바로 최종살수시간으로 정한다.

반면 상기 적열코크스가 최초 장입된 적열코크스가 아니면 다음과 같은 식(4)에 의해 현재 적열코크스에 대한 예측살수시간(t')을 산출한다. 즉, 본 발명에서는 현재까지 살수되는 시간과 총열량을 비교하여 예측살수시간을 결정할 수 있다.

t' = (t_N-1)×(Hc_N)/(Hc_N-1)........식(4)

단, t_N-1는 (N-1)번째 적열코크스에 대한 살수시간

Hc_N-1은 (N-1)번째 적열코크스의 총열량

Hc_N은 N번째 적열코크스의 총열량

그리고, 현재 적열코크스가 최초 장입된 적열코크스가 아니면 상기식(4)에 의해 우선 예측살수시간(t')을 구하고, 전단계에서 분석된 코크스의 수분함량을 고려하여 목표하는 코크스 수분(γ)과 실적을 비교하므로써 최종적으로 살수시간(t)을 정확히 설정할 수 있다. 즉, 코크스의 수분량을 고려하여 현재 적열코크스에 대한 예측살수시간을 다음과 같이 보정하면 현재 적열코크스에 대한 최종살수시간(t)이 얻어진다.

t = t' + γm×{γ_O-(γp_N-1)}........식(5)

단, γm은 수분관리계수

따라서, 본 발명에 의한 적열코크스의 소화는 프로세스컴퓨터에 의해 상기와 같이 정해진 최종살수시간(t)동안 현재 적열코크스에 물을 살수하면 된다. 결국 본 발명의 경우 최초 장입 적열코크스를 초기살수시간으로 살수한 다음에는 살수된 코크스의 수분을 측정하고, 이후 다음에 장입되는 장입유연탄에 대해서 상기와 같은 과정을 반복하면서 살수시간을 정하여 프로세스컴퓨터에 의해 살수시간을 지시하면 자동적으로 목표로 하는 수분을 유지하면서 적열코크스을 적절히 살수할 수 있다. 이와같이 소화된 코크스는 보통 약 100℃이하로 유지되어 제철소의 열원으로 이용된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 적열코크스의 상태에 따라 자동적으로 살수시간을 설정하는 자동습식소화방법을 제공하므로써 기존에 조업자 임의로 살수시간을 설정으로 인하여 소화후 코크스의 수분함량이 높거나 낮은 현상과 미소화에 의한 화재의 발생을 사전에 방지할 수 있으며, 더욱이 소화공정을 간단한 방식으로 전부 자동화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 유연탄을 일정주기로 장입하여 코크스로 탄화하는 공정, 탄화된 적열코크스를 배출하는 공정, 및 배출된 적열코크스를 일정온도로 소화하는 공정,을 포함하여 구성되는 코크스의 제조방법에 있어서, 최초로 장입되어 적열된 코크스의 살수시간을 설정하고, 조업중 관리하고자 하는 적열코크스의 목표수분량(γ_O)을 설정하는 단계, 사전에 장입되는 유연탄의 수분(γ) 및 휘발분(v)을 분석하는 단계, 장입된 유연탄이 존재하는 탄화실노벽온도(Tf)를 탄화실의 압출기에 부착된 온도측정계로 실측하는 단계, 상기 측정된 유연탄의 수분과 탄화실내의 노벽온도를 식(1)에 대입하여 유연탄이 존재하는 탄화실의 버너위치별 온도(Ti)를 산출하는 단계,

   (Ti) = (Tf)-α×(ts)/(ta)-β×{(γ)-(γs)} .....(1)

   단, α는 장입되는 유연탄의 건류시간계수

   ts는 유연탄의 표준건류시간(초)

   ta는 장입되는 유연탄의 실건류시간(초)

   β는 장입되는 유연탄의 수분계수

   γs 는 장입되는 유연탄의 표준수분치(%)

   계산된 탄화실의 버너위치별 온도(Ti)를 식(2)에 대입하여 압출되는 적열코크스의 평균온도(Tm)를 수치해석으로 산출하는 단계,

   단, Li 는 i번째 버너에 대응되는 탄화실내부의 폭

   n 은 버너의 수

   계산된 적열코크스의 평균온도(Tm)를 식(3)에 대입하여 적열코크스의 총열량(Hc)을 계산하는 단계,

   (Hc) = (Tm)×C×W×{1-(v)} ........식(3)

   단, C는 코크스의 비열

   W는 장입된 유연탄의 장입량

   상기 적열코크스가 최초로 장입되는 코크스이면 최종살수시간은 초기살수시간(to)으로 정하고, 상기 적열코크스가 최초 장입된 적열코크스가 아니면 식(4)에 의해 현재 적열코크스에 대한 예측살수시간(t')을 산출한 다음,

   t' = (t_N-1)×(Hc_N)/(Hc_N-1)........식(4)

   단, t_N-1는 (N-1)번째 적열코크스에 대한 살수시간

   Hc_N-1은 (N-1)번째 적열코크스의 총열량

   Hc_N은 N번째 적열코크스의 총열량

   상기 현재 적열코크스에 대한 예측살수시간을 식(5)에 의해 보정하여 현재 적열코크스에 대한 최종살수시간(t)으로 정하는 단계,

   t = t' + γm×{γ_O-(γp_N-1)}........식(5)

   단, γm은 수분관리계수

   상기와 같이 정해진 최종살수시간(t)동안 적열코크스에 물을 살수하는 단계 및 살수된 코크스의 수분을 측정하고, 다음에 장입되는 장입유연탄에 대해서 상기와 같이 살수시간을 정하여 적열코크스에 살수하는 단계, 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 적열코크스의 자동소화방법
2. 제1항에 있어서, 상기 유연탄의 휘발분(v)은 0.24~0.80%이고, 건류시간계수(α)는 38~43, 그리고 유연탄의 표준수분치(γs)는 8%임을 특징으로 하는 자동소화방법
3. 제1항에 있어서, 상기 식(2)에서 버너의 수(n)은 34개임을 특징으로 하는 자동소화방법
4. 제1항에 있어서, 상기 식(2)에서 i번째 버너에서의 탄화실내부의 폭(Li)는 412+2.23529i로 표현됨을 특징으로 하는 자동소화방법
5. 제1항에 있어서, 상기 식(3)에서 적열코크스의 비열(C)는 0.37~0.45의 범위임을 특징으로 하는 자동소화방법
6. 제1항에 있어서, 상기 식(5)에서 수분관리계수(γm)은 0.4~0.6의 범위임을 특징으로 하는 자동소화방법
7. 제1항에 있어서, 상기 조업중 적열코크스의 목표관리수분치(γ_O)는 4%로 설정함을 특징으로 하는 자동소화방법