전로 조업에서 O2 가스 취입에 따른 2차연소 거동 해석

초록

세계 조강생산량의 70%를 차지하는 전로공정에서 배가스에 포함된 CO 함유량이 높은 것으로 알려져 있다. 또한, 배가스는 많은 양의 현열을 갖고 있기 때문에 이를 재사용하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 그 중 CO 가스의 연소열을 통해 노내 열량을 증가시키는 2차 연소에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 연소가 노 상부에서 발생할 경우, 고온에 의한 벽부 내화물 손상과 같은 문제를 야기시킨다. 따라서 2차 연소에 의한 효과적인 노 하부 열 전달 조건에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 O2 가스 취입에 따른 전로 내 가스 유동 및 온도 분포 해석을 실시했다. 전로 상부의 랜스에서 상온의 O2 가스를 취입하고, 하부에서 1250oC의 CO 가스를 취입했다. 해석은 완전 연소하는 조건으로, O2 가스는 150 L/min, CO 가스는 300 L/min의 유량으로 설정했다. 연소 반응은 반응물 혼합에 의해 속도가 제어되는 eddy dissipation model을 사용하여 계산했다. 노즐 형상 및 노즐 팁의 위치가 계산 변수로 고려되었다. 노즐 형상은 노즐의 exit/throat 직경비가 1.0, 1.15, 1.3 인 경우를 비교·해석했으며, 노즐 팁의 위치는 전로 바닥에서 250, 380, 530 mm 떨어진 위치로 설정되었다. 2차연소에 의한 거동 해석 결과, 노즐 팁의 위치가 높을수록 노 하부에서 낮은 유동속도를 보이며 상대적으로 고온부가 넓게 분포한다.