KR100187693B1

KR100187693B1 - 고철 용해 방법

Info

Publication number: KR100187693B1
Application number: KR1019950038675A
Authority: KR
Inventors: 다쓰로 아리야마; 다카노리 이노구치; 마사히로 마쓰우라; 히데토시 노다; 다카시 스미가마; 노보루 사카모토
Original assignee: 야마오카 요지로; 닛폰 고칸 가부시키가이샤
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1999-06-01
Also published as: AU3458195A; DE69518297T2; JPH08188811A; AU691663B2; TW404983B; DE69518297D1; EP0710726A1; US5698010A; JP3523716B2; KR960017879A; EP0710726B1

Abstract

용광로내에 철원인 고철과 코크스를 장입함과 동시에 송풍구부에 설치된 연소버너에서 미분탄과 산소를 로내로 취입하고, 이 미분탄과 산소의 취입에 있어서는 연소버너의 직경방향중심 또는 그 근방에서 미분탄을 취입함과 동시에 그 주위에서 산소를 취입하여 양자를 혼합시킴으로써 미분탄을 송풍처에 형성되는 연소대에 급속연소시키고 이 연소가스의 현열로 고철을 용해하여 용선을 제조함과 동시에 연소가스를 유의하여 2차 연소시키지 않고 연료용 가스로서 회수한다.

Description

고철 용해 방법

제1도는 본 발명의 고철 용해 방법에 사용되는 용광로의 개념도.

제2도는 제1도의 용광로의 송풍구부를 도시하는 설명도.

제3도는 제2도에 도시되는 연소버너에 있어서 미분탄과 산소취입(吹入) 형태를 도시하는 설명도.

제4도는 제2도에 도시되는 연소버너에 있어서 미분탄과 산소취입의 다른 형태를 도시하는 설명도.

제5도는 제3도의 용광로의 다른 송풍구부를 도시하는 설명도.

제6도는 제5도에 도시되는 연소버너에 있어서 미분탄과 산소취입 형태를 도시하는 설명도.

제7도는 제5도에 도시되는 연소버너에 있어서 미분탄과 산소 취입의 다른 형태를 도시하는 설명도.

제8도는 제5도에 도시되는 연소버너에 있어서 미분탄과 산소 취입의 다른 형태를 도시하는 설명도.

제9도는 종래 기술의 송풍구부의 단면구조를 도시하는 설명도.

제10도는 본 발명 방법에 있어서 미분탄량/산소유량과 로정건조(爐頂乾燥) 분진중의 C농도와의 관계를 도시하는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 용광로 12 : 송풍구부

13 : 연소버너 14 : 연소대

15 : 궤도 16 : 장입장치

18 : 개폐장치

본 발명은 고철을 용해하는 방법에 관한 것이다. 특히, 고철을 철원(鐵源)으로 하여 용선(鎔銑)을 제조함과 동시에 연료가스로서 높은 이용가치가 있는 고칼로리 배기가스를 얻을 수 있는 고철을 용해하는 방법에 관한 것이다.

최근 고철(선철조각 등)의 공급이 증가 일로에 있으며 그 재생이 자원의 유효이용면에서 중요한 과제가 되고 있다. 이 때문에 고철을 원료로하여 저코스트로 높은 생산성으로 용선을 제조할 수 있는 기술 개발이 강하게 요구되고 있다.

종래, 고철에서 용선을 제조하기 위해 전기로가 이용되고 있지만 전지로법은 막대한 전기를 필요로 하기 때문에 코스트가 높고 제조코스트면에서의 요구를 만족할 수 없다.

또, 큐폴라법에 의해 고철을 원료로 한 주물선의 제조가 실행되고 있지만 이 큐폴라법으로는 연료로서 주물용 고품위 대괴 코크스를 사용할 필요가 있고, 이 주물용 코크스는 고로용 코크스의 4배정도의 가격이므로 제조코스트면에서 범용화는 어렵다. 큐폴라법에서는 고철의 원활한 용해를 촉진하기 위해 송풍구에서 송풍된 열풍중의 산소를 송풍처의 코크스에 의해 급속히 소비시키지 않고 로의 하부에 형성되는 코크스 벳 상부의 고철 용해대 부근에서 소비시키도록 하고 이 부분에서 최고온도가 되는 온도분포로 하는 것이 필요하며 이 때문에 코크스는 고로용 코크스보다도 반응성이 낮고 연소하기 어려운 것을 사용할 필요가 있다. 이 때문에 고로용 코크스보다도 입도가 크고 반응성이 낮은 특수한 주물용 코크스를 이용하는 것이 불가결하다.

이상과 같은 종래의 전기로법이나 큐폴라법에 대하여 용광로를 이용한 고철 용해법으로서 용광로내에 철원인 고철과 고로용 코크스를 장입함과 동시에 송풍구부에서 상온(常溫)의 고산소농축공기와 미분탄을 취입하여 연소시키고 이 연소가스의 현열(顯熱)에 의해 고철을 용해함과 동시에 용광부에서 공기를 취입하는 것으로 연소가스를 2차 연소시켜서 고철의 용해를 촉진시키도록 한 고철 용해법이 제안되어 있다(철과 강 Vol. 79, No.2, P.139∼146).

또, 다른 방법으로서 용광로의 외부에 미분탄 연소용의 연소로를 설치하여 이 연소로에서 미분탄을 다량으로 연소시키고 발생한 고온의 연소가스를 고철과 코크스가 장입된 용광로에 도입함과 동시에 이 도입시에 산소함유가스를 보급하여 연소가스를 2차연소시키고 이 연소가스의 현열에 의해 고철을 용해하도록 한 고철 용해법이 제안되어 있다(특개평 1-195225호 공보).

이들의 제안에 의한 고철 용해법은 열원의 일부로서 미분탄을 사용하되 로내에 장입하는 코크스로서 저렴한 고로용 코크스를 사용할 수 있기 때문에 경제적인 조업을 실현할 수 있는 가능성이 있다.

그러나 상술한 2개의 고철 용해법은 모두 저연료비에 의한 에너지 미니멈을 지향한 기술이며, 이 때문에 연료비를 낮게 억제한 조업(연료비 : 300kg/t 미만)을 실행하고 또 미분탄의 연소에 의해 생성한 연소가스에 더욱 공기 등의 산소함유가스를 취입하여 2차 연소시킴으로써 저연료비하에서의 고철용해의 촉진을 꾀하고 있다. 즉, 이들 종래의 고철 용해법의 목표는 연료비의 저감화와 열원의 일부로서 미분탄을 사용함으로써 고철 용해의 저코스트화를 실현하고자 하는 것이며, 따라서 미분탄의 대량공급을 실행하여 고연료비의 조업을 실행하고 대량공급된 미분탄을 적극적으로 연소가스화하여 대량의 배기가스(연료가스)를 얻는다는 의도는 없고, 또 이것이 가능하게 되는 조업조건이나 수단을 구비하고 있지 않다.

또, 상기 고철용해법에서는 제조코스트의 저감화를 위해 열원의 일부로서 미분탄을 이용하고 있지만 그 공급량은 미분탄비/코크스비로 1.0에 만족하지 않고 (기껏 높아도 0.9 정도), 연료비를 낮게 억제하고는 있지만 미분탄비에 대하여 코크스비가 상대적으로 높다는 의미로 저코스트화가 충분히 꾀해지고 있다고는 말하기 어렵다.

또, 이들 고철 용해법에서는 저연료비에 의한 조업을 가능하게 하기 위해 미분탄의 연소가스에 다시 공기 등의 산소함유가스를 취입하여 2차연소시키고 있고 또, 미분탄의 연소나 2차연소를 위해 공기 혹은 산소농축된 공기를 이용하고 있기 때문에 배출되는 배기가스에는 필연적으로 질소나 CO₂등이 다량으로 함유되게 된다. 따라서 이들 종래기술의 고철 용해법에 있어서 로에서 배출되는 배기가스는 연료가스로서 그 나름의 이용가치는 있지만 예를 들면 고효율적인 발전을 실행하기 위한 연료가스나 가열로용 연로가스로서 이용되는 열량을 갖는 고칼로리 가스는 아니다.

예를 들면 전자의 종래기술을 서술한 문헌 (철과 강 Vol.79, No.2, P.139∼146)에서는 큐폴라법에 비해 고칼로리의 배기가스가 얻어지고 이것을 연료가스로서 유효이용되는 것으로 하고 있지만 그 배기가스 칼로리는 약 2000kcal/Nm³(약 8400kJ/N

m³)정도에 지나지 않는다. 또, 동 문헌에서는 시험적으로 2차연소를 실시하지 않고 실행한 실험예의 데이터도 나타나 있지만 본 발명자들이 시사한 결과에서는 이 경우에도 배기가스의 칼로리는 기껏해야 2300kcal/Nm³정도에 지나지 않는다. 일반적으로 가열로용이나 고효율발전용 연료가스로서는 2500kcal/Nm³이상의 고칼로리가스가 사용되고 있고, 따라서 종래기술에서 얻어지는 배기가스는 가열로용이나 고효율발전용으로서 적합하지 않고 이용가치가 낮은 것이라고 말하지 않을 수 없다. 또, 저연료비에서의 조업이기 때문에 발생하는 배기가스량도 적고 배기가스칼로리가 낮으므로 고품질의 연료가스를 대량으로 안정공급할 수 있는 기술은 아니다.

또, 후자의 종래기술(특개평 1-195225호 공보)에서는 용해로와는 별도로 미분탄 연소용의 연소로가 필요하기 때문에 설비코스트가 높고 또, 연소로에서 생성한 고온가스를 가스도관에 의해 용광로로 유도하는 도중에서 가스현열의 일부가 없어지기 때문에 경제성면에서도 문제가 있다.

또, 앞서 서술한 큐폴라법의 개량기술로서 송풍구에서 산소농축열풍을 미분탄과 함께 취입하도록 한 방법도 제안 (시딩 클라우스 : 1993년 10월 6,7일 제8차 일본-독일 세미나책자 P.22 고철, 석탄, 산소를 기초로 한 금속고열제조방법 )되어 있지만 이 방법에서는 고로용 코크스중에서도 대경의 코크스를 사용해야하며 제조코스트가 높아지는 문제가 있다. 또 앞서 서술한 종래기술과 마찬가지로 이 기술에도 미분탄을 대량으로 공급하여 그 연소가스화를 꾀한다는 의도는 없고, 또 이것이 가능하게 되는 조업조건이나 수단을 구비하고 있지 않고 또 질소를 포함하는 열풍의 취입을 실행하고 있는 것 등으로 해도 고칼로리의 배기가스를 얻는 것은 도저히 바랄 수 없다.

이처럼 종래 제안되어 있는 고철 용해기술은 기본적으로 연료비의 저감화에 의한 에너지 최소화를 지향하고 있기 때문에 그 배기가스는 열량이 작고 또 배출량도 적고 이용가치가 낮은 것이었다. 또 열원의 일부로서 미분탄을 이용하고 있지만 미분탄의 고효율적인 연소를 실험할 수 없기 때문에 코크스비에 대하여 미분탄비를 충분히 높일 수 없고 미분탄 사용에 의한 저코스트화가 충분히 도모되어 있지 않다.

본 발명은 고철을 고효율로 용해하여 용선을 제조할 수 있을 뿐 아니라 연료용 가스로서 이용가치가 높은 고칼로리 배기가스를 대량으로 제조할 수 있고, 더구나 고칼로리 배기가스의 이용가치를 고려한 경우에 낮은 제조코스트로 조업을 실행할 수 있는 고철 용해방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 이하의 공정으로 구성되는 고철의 용해방법을 제공한다.

송풍구부를 갖는 용광로내에 고철과 코크스를 장입하는 공정 ;

송풍구부에 설치된 연소버너의 직경방향 중심 혹은 그 근방의 미분탄 취입부에서 미분탄을, 이 미분탄 취입부의 외측의 산소취입부에서 산소를 용광로내로 취입하는 공정 ; 이 미분탄과 산소는 혼합하고 미분탄은 송풍처에 형성되는 연소대에서 급속 연소하고, 연소가스를 생성시킨다. 그에 따라 이 연소가스의 현열로 고철은 용해하고 용선이 제조되고 또 이 연소가스는 용광로내에서 2차 연소하지 않고 연료용 가스로서 회수된다.

본 발명은 미분탄의 대량취입에 의한 고연료비, 고미분탄비에서의 조업하에서 하기 (1)∼(3)의 수단에 의해 달성하는 것을 특징으로 하고 있다.

(1) 송풍구부의 연소버너에서 미분탄과 함께 산소를 취입한다.

(2) 미분탄과 산소를 양자가 송풍처에서 신속히 접촉하여 혼합하는 특정의 방법에 의해 취입함으로써 미분탄의 급속연소를 실현시킨다.

(3) 미분탄의 연소에 의한 연료가스를 유의하여 2차연소시키지 않는다.

즉, 본 발명은 용광로내에 철원인 고철과 코크스를 장입함과 동시에 송풍구부에 설치된 연소버너에서 미분탄과 산소를 로내에 취입하고 이 미분탄과 산소의 취입에 있어서는 연소버너의 직경방향 중심 혹은 그 근방에서 미분탄을 취입함과 동시에 그 주위에서 산소를 취입하여 양자를 혼합시킴으로써 미분탄을 송풍처에 형성되는 연소대에서 급속연소시키고, 이 연소가스의 현열로 고철을 용해하여 용선을 제조함과 동시에 연소가스를 유의하여 2차연소 시키지 않고 연료용 가스로서 회수하는 것을 특징으로 하는 고철 용해법이다.

본 발명의 고철 용해법에서는 연소버너에 있어서 미분탄의 취입부의 내측에서 다시 산소를 취입할 수 있다. 따라서 이 경우에는 연소버너의 직경방향중심 혹은 그 근방에서 산소를 취입함과 동시에 그 주위에서 미분탄을 취입하고 다시 그 주위에서 산소를 취입하게 된다.

본 발명에서는 용광로에 장입되는 코크스로서 고로용 코크스를 이용할 수 있다. 또, 미분탄의 대량취입과 그 고효율연소를 의도하는 본 발명에 있어서는 연소버너에서 하부 취입하는 미분탄량PC(kg/h)와 산소유량 O²(Nm³/h)와의 비[PC/O₂]를 0.7kg/Nm³이상으로 하는 것이 바람직하다.

또 본 발명에서는 연료비를 300kg/t이상, 미분탄비(kg/t)와 코크스비(kg/t)의 중량비 [미분탄비/코크스비]를 1.0 이상으로 하는 것이 바람직하고, 이에 의해 고철을 고효율로 용해할 수 있음과 동시에 대량의 고칼로리 배기가스의 안정된 제조·공급이 가능하게 된다.

연소버너에 의해 미분탄의 주위에서 산소를 취입하는 데에 있어서는 미분탄 취출부(吹出部)의 둘레를 환상으로 둘러싸는 산소취출부에서 산소를 취입하도록 해도 좋고, 혹은 미분탄 취출부의 둘레에 적절한 간격을 두고 배치된 복수의 산소취출부에서 산소를 취입하도록 해도 좋다. 또 연소버너에 있어서 미분탄의 취출위치는 버너의 중심에서 어느정도 편위하고 있어도 좋고, 요는 버너직경방향의 중심 혹은 그 근방에서 미분탄이 취출되고 그 주위에서 산소가 취출되도록 하면 된다.

또 미분탄의 취입부의 내측에서 다시 산소를 취입하는 방법에 있어서는 산소취출부의 둘레를 환상으로 둘러싸는 미분탄 취출부에서 산소를 취입하도록 해도 좋고, 혹은 산소취출부의 둘레에 적당한 간격을 두고 배치된 복수의 미분탄 취출부에서 미분탄을 취입하도록 해도 좋다. 또, 미분탄의 주위에서 산소를 취입하는 방법에 대해서는 상술한 대로이다. 또 이처럼 미분탄 취출부의 내측에서 산소를 취입하는 경우의 산소취출위치도 버너의 중심에서 어느 정도 편위하고 있어도 좋다.

또 본 발명에 있어서는 로내에 고철과 함께 다른 철원 및 장입물을 장입하는 것을 방해하는 것은 아니다.

본 발명은 고철 용해에 있어서 고칼로리 배기가스를 적극적으로 얻기 위해 미분탄의 대량취입에 의해 연료비를 높이고 또 코크스비에 대하여 미분탄비를 높인 조업을 실행하는 것을 전제로 하고 로내에 대량으로 취입된 미분탄을 효율적으로 연소시키고 또 배가가스중의 저칼로리 성분을 저감시키기 위해 송풍구부의 연소버너에서 미분탄과 함께 산소를 취입함과 동시에 미분탄과 산소가 송풍처에서 신속하게 접촉하여 혼합하는 특정의 취입방법을 이용함으로써 취입된 미분탄을 송풍처에서 급속 연소시켜서 효율적으로 연소가스화하고, 또, 이 연소가스를 2차연소 시키지 않고 로외로 배출함으로써 고철의 용해와 고칼로리 배기가스의 회수를 저코스트로 실현시키는 고철용해법이다.

이하 본 발명을 자세히 설명한다.

용광로의 로정부(爐頂部)에서는 철원인 고철과 코크스가 장입된다. 크코스로서는 일반의 고로용 코크스(통상, 입도가 20∼80mm)를 이용할 수 있다. 로내에 장입된 코크스는 로내에 충전된 고철을 보유하는 작용을 함과 동시에 고철 용해를 위한 열원의 일부가 된다. 단, 본 발명에서는 송풍구부에서 취입되는 미분탄이 열원으로서 보다 큰 비중을 차지하고 있다.

송풍구부에 설치된 연소버너에서는 미분탄과 산소(냉산소라도 상관없다)가 로내에 취입되지만 이 때 미분탄이 그 주위를 산소로 둘러싸도록하여 취입되기 때문에 미분탄과 산소의 접촉이 극히 양호하게 되고 양자는 송풍처에서 신속하게 혼합하여 미분탄이 급속연소한다. 따라서 단위산소량당 대량의 미분탄을 취입해도 미분탄은 고효율로 연소하여 연소가스화 한다. 즉, [PC/O₂]를 충분히 높게 해도 미분탄이 고효율로 연소가스화하여 연소하지 않고 로정분진으로서 로외로 배출되는 미분탄의 양도 극히 낮게 억제할 수 있다.

이에 대하여 공지의 랜스방식(제9도 참조)으로 미분탄을 취입하는 경우나 산소가스가 아니고 열풍이나 산소농축공기를 취입하는 경우에는 산소와 미분탄과의 접촉이 충분히 확보되지 않기 때문에 미분탄을 고효율로 연소시킬 수 없고 미분탄의 대량취입(고미분탄비)이 실현되지 않는다.

산소와 함께 취입된 미분탄의 급속연소에 의해 송풍처에는 약 2000℃ 정도의 고온의 연소대가 형성되고 그 열로 고철이 용해하고 용선으로서 로외로 취출된다. 미분탄의 급속연소에 의해 생성된 환원성의 연소가스는 그 현열로 고철을 예열하면서 용광로를 상승하고 배기가스로서 로상부에서 배출되지만 본 발명에서는 미분탄의 연소에 의해 생성된 연소가스를 유의하여 2차연소시키지 않고 로에서 배출한다. 즉, 종래 기술과 같이 용광부에 공기나 산소농축공기를 공급하여 연소가스를 2차 연소시키지는 않는다.

본 발명에서는 송풍구부에서 연소용으로 취입되는 가스가 산소이며, 또 앞서 서술한 바와 같이 단위산소량당 대량의 미분탄을 효율적으로 연소가스화할 수 있고, 또 상기와 같이 연소가스를 2차연소시키지 않음으로서 CO와 H₂의 함유율이 극히 높은(따라서 CO₂나 N₂의 함유율이 매우 적다)고칼로리 배기가스(2700kcal/Nm³이상)가 얻어진다.

본 발명에서는 미분탄을 고효율로 연소시킬 수 있기 때문에 [PC/O₂] : 0.7kg/Nm³이상(바람직하게는 1.0kg/Nm³이상)에 있어서도 안정된 조업이 가능하며 대량공급된 미분탄을 효율적으로 연소시켜서 대량의 고칼로리 배기가스를 얻을 수 있다.

또, 미분탄의 취입부의 내측에서 다시 산소를 취입하는 방법 즉, 버너의 직경방향중심 혹은 그 근방에서 산소를, 그 주위에서 미분탄을 또 그 주위에서 산소를 취입하는 방법으로는 미분탄이 그 내측과 외측을 산소로 샌드위치 되도록하여 취입하기 때문에 미분탄과 산소의 접촉이 보다 양호하게 되고 이에 의해 미분탄의 연소효율을 보다 높일 수 있다. 이 때문에 연소하지 않고 로정분진으로서 로외로 배출되는 미분탄의 양을 보다 저감시킬 수 있다.

앞서 서술한 바와 같이 본 발명은 종래법에 비해 연료비를 높게 하고 또 미분탄의 대량취입을 실행하는 것을 전제로 하고 있지만 그 목표로 하는 범위는 실제조업베이스로 연료비 : 300kg/t이상, 미분탄비(kg/t)와 코크스비(kg/t)의 중량비[미분탄비/코크스비] : 1.0 이상이며, 이에 의해 용선을 고효율로 제조할 수 있음과 동시에 상술한 바와 같은 고칼로리 배기가스를 대량으로 안정공급하는 것이 가능하게 된다. 또 이들의 상한은 조업도, 연료코스트와 필요회수(回收) 가스 발란스 등에 의해 결정되지만 일반적으로는 연료비 : 500kg/t, [미분탄비/코크스비] : 2.5 정도가 실질적인 상한이 된다고 생각된다.

이러한 본 발명에서는 종래법에 비해 연료비를 상대적으로 높인 조업을 실행하는 것을 전제로 하고 있기 때문에 종래법에 비해 연료비 자체는 높아지지만 한편으로 코크스에 비해 훨씬 저렴한 미분탄을 대량으로 사용하는 것으로 코크스비를 상대적으로 저감시킬 수 있고, 더구나 이용가치고 높은 고칼로리 배기가스를 대량으로 제조할 수 있기 때문에 전체적으로는 종래법에 비해 상당한 정도로 낮은 제조·조업코스트로 실시할 수 있다.

또, 미분탄과 산소를 본 발명과 같은 방식으로 동시에 취입하는 것은 용선의 제품수율 및 품질을 확보하는 것에도 도움이 된다. 즉, 열원으로서 코크스만을 로내에 장입하여 송풍구부에서 산소만을 취입하는 방법을 예상한 경우, 송풍처에 산소대가 안쪽으로 길게 형성되고 그 근방을 흐르는 용선이 산화되기 쉽기 때문에 철이 FeO로서 슬랙중에 이행하여 철의 제품수율을 저하시키고 또 용선의 성분중에 산화물을 현탁시킴으로서 용선의 품질을 약화시키게 된다. 이에 대하여 본 발명에서는 미분탄이 급속히 산소를 소비하기 때문에 산화대가 충분히 작고, 이 때문에 상기와 같은 용선의 산화는 거의 문제가 되지 않는다. 또, 이러한 작용은 특히 [PC/O₂]를 0.7kg/Nm³이상, 보다 바람직하게는 1.0kg/Nm³이상으로 함으로써 효과적으로 얻어진다.

또 본 발명법에서는 송풍처에서 미분탄을 급속히 연소시킴으로서 형성되는 연소대에 의해 고철이 원할하게 용해되기 때문에 큐폴라법과 같은 로내의 온도분포제어를 위한 특수한 주물용 코크스를 필요로 하지 않는다. 본 발명법에서는 용해대 하부에 궤도라 불리우는 연소대를 만들고 충전된 고철을 유지하기 위해 코크스가 필요하지만 이것에는 고로용 코크스를 이용할 수 있다. 그리고 미분탄이 궤도내에서 급속 연소하여 산소가 급속히 소비되고 로내가 환원분위기가 되기 때문에 용해한 철의 산화가 효과적으로 억제되고 슬랙중의 FeO가 미량으로 철 제품수율이 높다.

또, 미분탄의 연소가스화에 따라 발생하는 주로 선탄회분으로 구성되는 슬랙은 용이하게 용융하여 로하부의 용선과 분리하여 그 상부에 축적하고 출선(出銑)과 함께 용이하게 로외로 배출되고 조업에 지장을 주지 않는다.

또, 본 발명법에서는 연소버너에 의한 미분탄과 산소의 취입에 더하여 같은 연소버너 등을 통하여 연소온도조정용 수증기나 질소 등을 냉각제로서 적절히 취입할 수 있다. 단, 이러한 연소온도조정용 유체는 앞서 서술한 바와 같은 미분탄과 산소와의 접촉을 항해하지 않도록 하기 위해 미분탄 취출부의 둘레에 배치되는 산소취출부의 또한 외측위치에서 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 연소버너에서 취입되는 산소가스의 순도는 가능한 한 높은 쪽이 바람직하지만 일반적으로 공업용으로서 사용되고 있는 산소가스의 순도는 99% 이상(통상, 일반에 판매되고 있는 공업용산소가스의 순도는 99.8%∼99.9% 정도, 제철소의 산소플랜트에서 얻어지는 산소가스의 순도는 99.5% 전후이다)이며, 이 정도의 순도가 있다면 충분하다. 또, 본 발명에 의해 얻어지는 작용효과면에서 말하면 순도가 95% 미만의 산소가스에서는 송풍구에서 취입되는 미분탄과 산소와의 접촉이 충분히 확보되지 않기 때문에 미분탄의 연소효율이 나빠지고 또 배기가스중의 저칼로리가스성분도 증가하게 되고 본 발명의 목적을 달성하는 것이 곤란하게 된다. 따라서 본 발명에서 송풍구에서 취입되는 산소란 순도가 95% 이상인 산소가스를 가리키는 것으로 한다.

또 로내에 취입되는 미분탄의 입도등은 특히 한정하지 않지만 예를 들면 입도 74μm 이하가 80% 이상 포함되는 미분탄이 적합하다.

제1도는 본 발명의 고철 용해법에 사용되는 용광로의 1 구성예를 나타내는 개념도이다. 이 용광로(10)의 로정부에 설치된 원료장입장치(16)는 개폐장치(18)에 의해 대기와 로내를 차단할 수 있는 구조로 하고, 고온의 로정가스를 완전히 회수되도록 하고 있다.

제2도는 용광로(10)의 송풍구부(12)의 1 구성예(단면구조)를 도시하는 설명도이다. 이 송풍구부(12)에는 연소버너(13)가 설치되어 있고, 이 연소버너(13)의 직경방향중심 혹은 그 근방에서 미분탄(PC)이 취입됨과 동시에 그 주위에서는 냉산소(O₂)가 취입되고 양자는 급속 혼합하여 미분탄이 송풍구 선단에 형성되는 연소대(14)에서 급속연소하고, 고철을 용해시킨다. 이때의 연소대(14) 및 궤도(15)는 도시하는 바와 같은 송풍구부(12)의 선단근방에 형성된다. 또, 연소버너(13)에서는 연소온도조정용으로 수증기나 질소등이 냉각제로서 송풍처에 취입된다.

제3도 및 제4도는 연소버너 직경에 있어서 미분탄(PC)과 냉산소(O₂)의 취입의 형태를 도시하고 있고, 이중 제 3도는 미분탄 취출부(a)의 둘레를 환상으로 둘러싸는 산소취출부(b)에서 냉산소(O₂)를 취입하도록 한 예이다. 또 제3도 및 제4도의 c는 연소온도조정용 냉각제의 취출부이다.

제5도는 미분탄의 취입부의 내측에서 다시 산소를 취입하는 방법에 있어서 송풍구부(12)의 1구성예(단면구조)를 도시하는 것으로 이 송풍구부(12)에 설치되는 연소버너(13)에서는 그 직경방향중심 혹은 그 근방에서 냉산소(O₂)가 취입됨과 동시에 그 주위에서 미분탄(PC)이 취입되고 또 그 주위에서 냉산소(O2)가 취입된다. 즉, 미분탄(PC)은 그 내측과 외측을 냉산소(O₂)로 샌드위치되도록하여 취입되고 미분탄(PC)과 냉산소(O₂)는 급속혼합하여 미분탄이 송풍구 선단에 형성되는 연소대(14)에서 급속연소하고 고철을 용해시킨다. 이 방식에서는 미분탄(PC)과 냉산소(O₂)의 접촉이 보다 양호하게 되기 때문에 미분탄의 연소효율이 보다 높아지는 이점이 있다.

제6도 내지 제8도는 제5도에 도시하는 연소버너의 직경방향에 있어서 미분탄(PC)과 냉산소(O₂)의 송풍형태를 도시하고 있고, 이중 제6도는 버너직경방향중심 혹은 그 근방의 산소취출부(b')의 둘레를 환상으로 둘러싸는 미분탄취출부(a)에서 미분탄(PC)을 취입하고 또 그 주위를 환상으로 둘러싸는 산소취출부(b)에서 냉산소(O₂)를 취입하도록 한 예이다. 또, 제7도는 버너의 직경방향중심 혹은 그 근방의 산소취출부(b')의 둘레를 환상으로 둘러싸는 미분탄 취출부(a)에서 미분탄(PC)을 송풍하고 또 미분탄 취출부(a)의 둘레에 적당한 간격을 두고 배치된 복수의 산소취출부(b)에서 냉산소(O₂)를 취입하도록 한 예이다. 또 제8도는 버너직경방향중심 혹은 그 근방의 산소취출부(b')의 둘레에 적절한 간격을 두고 배치된 복수의 미분탄 취출부(a)에서 미분탄(PC)을 송풍하고 또 이 미분탄 취출부(a)의 둘레에 적절한 간격을 두고 배치된 복수의 산소취출부(b)에서 냉산소(O₂)를 취입하도록 한 예이다.

[실시예 1]

제1도의 로체에 제2도에 도시하는 구조의 송풍구부를 갖는 고철용해용 시험로(로내용적 : 2.5m³, 생산량 : 10t/일) 및 제1도의 로체에 제5도에 도시하는 구조의 송풍구부를 갖는 고철 용해용 시험로(로내용적 : 2.5m³, 생산량 : 10t/일)를 이용하여 본 발명법에 의해 [PC/O₂]를 변화시켜서 고철을 용해하고 용선을 제조했다. 본 실시예에서는 연소버너(13)에서 미분탄과 함께 상온의 산소(냉산소)를 취입함과 동시에 송풍처의 연소온도를 2000℃로 조정하기 위해 질소 및 수증기를 냉각제로서 취입했다.

또 비교법으로서 제1도의 로체에 제9도에 도시하는 송풍구부를 구비한 시험로를 이용하여 [PC/O₂]를 변화시켜서 고철을 용해하고 용선을 제조했다. 제9도는 공지의 큐폴라법에 의거하여 산소농축한 열풍에 랜스(20)를 통하여 미분탄을 취입하는 방식이며, 온도 800℃의 열풍을 이용하여 산소농축량 및 미분탄량을 조정하여 [PC/O₂]를 변화시켰다.

또, 본 실시예에 있어서는 입도가 74μm이하, 75%, 표 1에 나타나는 공업분석치를 갖는 미분탄을 취입용으로서 이용하고 또 코크스로서는 고로용 코크스를 이용했다.

본 발명법 및 비교법에 있어서 미분탄의 취입한계를 보기 위해 로정가스중의 분진을 순서대로 채취하고, 분진중의 C농도(%)를 측정했다. 그 결과를 제 10도에 도시한다.

제10도는 투입미분탄량(PC)(kg/h)과 산소유량(O)(Nm/h)의 비[PC/O]와 로정건조 분진중의 C농도와의 관계를 도시한 것이며, 비교법에서는 [PC/O]의 값이 0.7kg/Nm이상이 되면 로정 분진중에 C농도가 급증하고 있다. 이것은 [PC/O]가 이 영역이 되면 미분탄이 송풍처에서 충분히 연소되지 않고 로정에서 미연소인채 배출되고 있는 것을 나타내고 있고, 취입된 미분탄이 연료로서 충분히 이용되지 않게 된다.

한편, 제2도의 방식에 의한 본 발명법 ①에 있어서는 [PC/O]가 1.4kg/Nm의 근방까지 로정건조가스중의 C농도는 낮고, 미분탄을 대량으로 취입해도 고효율로 연소하여 로내에서 연소가스화되어 있는 것이 판단된다. 또, 제5도의 방식에 의한 본 발명법②에 있어서는 미분탄이 보다 고효율로 연소하고 있는 것을 알 수 있다. 또, [PC/O]는 화학양론비 1.4kg/Nm이 거의 상한이며, 본 발명법에 있어서, [PC/O] : 1.4kg/Nm근방에서 로정건조 가스중의 C농도가 급증하고 있는 것은 본 발명법의 한계를 나타내는 것은 아니다.

본 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명법에 의하면 송풍구부에서 취입된 미분탄과 산소가 송풍처에서 급속히 혼합하여 미분탄이 급속연소하기 때문에 [PC/O]를 충분히 높여도 미분탄을 효율적으로 연소시키고 연소가스화시킬 수 있다. 또, 본 발명법에서는 고철의 용해 및 용선의 생산에 관해서도 전혀 지장이 없는 것이 확인되었다.

[실시예 2]

실시예1과 같은 제2도에 도시하는 송풍구부를 구비한 시험로와 제9도에 도시하는 송풍구부를 구비한 시험로를 각각 이용하여 고철을 용해하고 용선을 제조했다. 미분탄 및 코크스는 실시예1과 같은 것을 이용했다. 또 이 실시예에서는 일부 비교예에 있어서 용광부에 2차연소용 공기를 도입하고 연소가스를 2차연소시켰다. 각 실시예의 제조조건 및 그 결과를 표 2 및 표 3에 나타낸다.

표 2 및 표 3에 있어서 케이스2∼4가 본 발명예, 그 이외가 비교예이며, 또 케이스1 이외의 조업예는 모두 송풍구부에서의 미분탄 취입을 실시하고 있다. 또 케이스1∼4, 8∼11은 제2도에 도시하는 송풍구부를 구비한 시험로를 이용한 예, 케이스 5∼7은 제9도에 도시하는 송풍구부(랜스방식에 의한 미분탄의 취입)를 구비한 시험로를 이용한 예이며, 어떤 경우도 송풍처 온도는 2200℃에서 일정하게 유지되었다.

본 실시예에서는 어느 케이스에서도 조업자체는 전혀 지장이 없었다.

케이스1은 미분탄을 취입하지 않고(송풍구에서는 산소만을 취입), 열원을 모두 코크스로 한 조업예(미분탄비:0)이며, 한편 케이스2,3,4는 연소버너에서 산소와 함께 미분탄의 취입을 실시하고 케이스 2,3,4의 순으로 미분탄비를 증가시킨 조업예이다.

미분탄 취입을 실행하지 않는 케이스1에서는 궤도내의 산화대가 확대한 영향에 의해 슬랙중의 FeO가 높아지고 용선의 품질저하 및 철제품수율의 저하를 생기게 하고 있다. 또 이 케이스1은 열원을 모두 코크스로 하고 있기 때문에 당연히 제조코스트가 높다.

케이스2는 미분탄 취입을 실행하고는 있지만 [PC/O]가 낮기 때문에 케이스1 정도는 아니지만 슬랙중의 FeO가 높아져 있다. 또, 이 조업예에서는 미분탄비/코크스비가 0.35 정도이며 코크스비가 상대적으로 높기 때문에 제조코스트면에서 문제가 있다.

이에 대하여 본 발명의 바람직한 실시예인 케이스3, 케이스4에 있어서는 슬랙중의 FeO가 낮고 용선의 품질 및 철제품수율은 양호아다.

또 이들 케이스3, 케이스4에서는 코크스비를 넘는 대량의 미분탄을 취입하고 있음에도 불구하고 미분탄의 연소가 효율적으로 실행되고 있기 때문에 2700kcal/Nm이상의 고칼로리 배기가스가 대량으로 얻어지고 있다.

케이스5는 종래형의 취입송풍구를(제9도참조) 이용하여 미분탄과 산소를 취입한 조업예이며, 미분탄의 연소효울이 낮기 때문에 [PC/O]가 상승하지 않고, 이 때문에 미분탄에 비해 대량의 코크스를 필요로 하고 제조코스트가 높다. 또, 송풍처에 있어서 미분탄과 산소와의 접촉이 충분히 확보되어 있지 않기 때문에 슬랙중의 FeO가 높고 용선의 품질저하 및 철제품수율의 저하를 생기게 하고 있다.

케이스6은 종래형의 취입송풍구(제9도참조)를 이용하여 산소농축된 공기를 미분탄과 함께 취입한 조업예이며, 이 조업예에서는 종래형의 취입송풍구를 이용하는 것에 더하여 취입가스로서 산소농축된 공기를 이용하고 있기 때문에 산소와 미분탄과의 접촉이 충분히 확보되지 않고 이 때문에 미분탄의 연소효율이 케이스5보다도 더욱 낮고 따라서 코크스비를 높이지 않을 수 없기 때문에 제조코스트가 높다.또, 산소농축된 공기(66%O)를 사용하고 있기 때문에 배기가스의 칼로리도 낮고(2500kcal/Nm미만), 또 상기와 같이 산소와 미분탄과의 접촉이 충분히 확보되지 않기 때문에 슬랙중의 FeO가 높고 용선의 품질저하 및 철제품수율의 저하를 생기게 하고 있다.

케이스7은 종래형의 취입송풍구(제9도참조)를 이용하여 산소농축된 공기를 미분탄과 함께 취입함과 동시에 용광부에 2차연소용의 공기를 도입한 조업예이며, 이 조업예에서는 케이스 6에 비해 연료비는 낮게 할 수 있지만 케이스 6과 같은 이유에 의해 미분탄의 연소효율이 낮고, 코크스비가 높기 때문에 제조코스트가 높다. 또, 산소농축된 공기(66%O)를 사용하고, 또, 미분탄의 연소에 의해 생긴 연소가스를 2차연소시키고 있기 때문에 배기가스의 칼로리가 극히 낮다(1800kcal/Nm미만). 또, 케이스6과 마찬가지로 산소와 미분탄과의 접촉이 충분히 확보되지 않기 때문에 슬랙중의 FeO가 높고 용선의 품질저하 및 철제품수율의 저하를 생기게 하고 있다.

케이스8은 본 발명에 상당하는 소풍구 취입방식을 채용하여 미분탄의 주위에서 산소농축된 공기를 취입한 조업예이며, 이 조업예에서는 취입가스로서 산소농축된 공기를 이용하고 있기 때문에 산소와 미분탄과의 접촉이 충분히 확보되지 않고, 이 때문에 미분탄의 연소효율이 낮고, 따라서 코크스비를 높이지 않을 수 없기 때문에 제조코스트가 높다. 또, 산소농축된 공기(69%O)를 사용하고 있기 때문에 배기가스의 칼로리가 극히 낮다(2400kcal/Nm미만). 또, 산소농축된 공기를 이용하고 있기 때문에 산소와 미분탄의 접촉이 충분히 확보되지 않기 때문에 슬랙중의 FeO가 케이스3, 케이스4에 비해 높고 용선의 품질저하 및 철제품수율의 저하를 생기게 하고 있다.

케이스9는 본 발명에 상당하는 송풍구 취입방식을 채용하여 미분탄의 주위에서 산소농축된 공기를 취입함과 동시에 용광부에 2차연소용 공기를 도입한 조업예이며, 이 조업예에서는 케이스8에 비해 연료비는 낮게 할 수 있지만 케이스8과 같은 이유에 의해 미분탄의 연소효율이 낮고, 코크스비가 높기 때문에 제조코스트가 높다. 또, 산소농축된 공기(62%O)를 사용하고 또, 미분탄의 연소에 의해 생긴 연소가스를 2차연소시키고 있기 때문에 배기가스의 칼로리가 극히 낮다(1800kcal/Nm미만). 또, 케이스8과 마찬가지로 산소와 미분탄과의 접촉이 충분히 확보되지 않기 때문에 슬랙중의 FeO가 케이스3, 케이스4에 비해 높고 용선의 품질저하 및 철제품수율의 저하를 생기게 하고 있다.

케이스10과 케이스11은 저연료비에 의한 조업예이며, 이 중, 케이스10은 본 발명에 상당하는 송풍구 취입방식을 채용하고 미분탄의 주위에서 산소농축된 공기를 취입한 조업예이다. 이 조업예에서는 취입가스로서 산소농축된 공기를 이용하고 있기 때문에 산소와 미분탄과의 접촉이 충분히 확보되지 않고 이 때문에 미분탄의 연소효율이 낮고, 따라서 코크스비를 높게 하지 않을 수 없기 때문에 제조코스트가 높다. 또, 산소농축된 공기(63%O)를 사용하고 있기 때문에 배기가스의 칼로리도 낮고(2300kcal/Nm미만), 또, 저연소비의 조업이기 때문에 배기가스량도 적다. 또, 산소농축된 공기를 이용하고 있기 때문에 산소와 미분탄과의 접촉이 충분히 확보되지 않기 때문에 슬랙중의 FeO가 케이스3, 케이스4에 비해 높고 용선의 품질저하 및 제품수율의 저하를 생기게 하고 있다.

케이스11은 본 발명에 상당하는 송풍구취입방식을 채용하고 미분탄의 주위에서 산소농축된 공기를 취입함과 동시에 용광부에 2차연소용 공기를 도입한 조업예이며, 이 조업예에서는 케이스10에 비해 연료비는 낮게 할 수 있지만, 케이스10과 같은 이유에 의해 미분탄의 연소효율이 낮고, 코크스비가 높기 때문에 제조코스트가 높다. 또, 산소농축된 공기(63%O)를 사용하고, 또, 미분탄의 연소에 생긴 연소가스를 2차 연소시키고 있기 때문에 배기가스의 칼로리가 극히 낮고(1800kcal/Nm미만), 또, 저연소비에서의 조업이기 때문에 배기가스량도 적다. 또, 케이스10과 마찬가지로 산소와 미분탄과의 접촉이 충분히 확보되지 않기 때문에 슬랙중의 FeO가 케이스3, 케이스4에 비해 높고 용선의 품질저하 및 철제품수율의 저하를 생기게 하고 있다.

이상의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 고연료비 및 고미분탄미에 의한 조업하에서 고철을 효율적으로 용해하고 또 고칼로리 배기가스를 대량으로 얻음으로써 저코스트 조업을 실현하기 위해서는 ①송풍구부의 연소버너에서 미분탄과 함께 산소를 취입한다. ②미분탄과 산소를 양자가 송풍처에서 신속히 접촉하여 혼합하는 특정한 방법에 의해 취입함으로써 미분탄의 급속연소를 실현시킨다. ③미분탄의 연소에 의한 연소가스를 유의하여 2차연소시키지 않는다는 본발명법의 조건을 모두 만족시킬 필요가 있는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 고철을 용해하여 용선을 효율적으로 제조할 수 있을 뿐 아니라 연료용 가스로서 이용가치가 높은 고칼로리의 배기가스를 대량으로 얻을 수 있고 더구나 주요 열원으로서 일반탄을 분쇄한 저렴한 미분탄을 사용할 수 있는 것, [PC/O]를 높일 수 있기 때문에 적은 산소량으로 대량의 미분탄을 연소가스화 할 수 있는 것, 간단한 설비로 실시할 수 있는 것 등에서 고철과 미분탄을 주원료로 한 용선 및 고칼로리 연료용 가스의 제조를 저코스트로 실시할 수 있다. 특히, 미분탄비를 높일 수 있고 또 이용가치가 높은 고칼로리 배기가스를 대량으로 제조할 수 있는 것을 고려한 경우에, 종래 기술에 비해 상당한 정도로 낮은 제조·조업코스트로 실시할 수 있다는 우수한 효과가 있다.

Claims

용광로(10)의 상부로부터 용광로(10)내로 고철과 코크스를 장입하는 단계와, 상기 코크스는 20내지 80mm의 크기를 가진 고로용 코크스이며, 상기 용광로는 버너를 구비한 송풍구부(12)를 포함하며; 송풍구부(12)앞에서 연소대(14)를 형성하기 위해, 미분탄 및 95% 이상의 순도를 가지는 산소를 각각 미분탄 취입부 및 산소 취입부를 통하여 용광로 내로 취입하는 단계와, 미분탄 취입부는 버너의 직경방향에 있는 산소취입부 내부에 위치되며, 미분탄과 산소는 혼합되고 미분탄은 연소대에서 연소되어 연소가스를 발생하며; 용선이 제조되도록 연소가스의 현열로 고철을 용융시키고, 용광로내에서 2차 연소가 실제 일어나지 않도록 연소가스를 연료 가스로서 회수하는 단계를 포함하며, 연료비는 300 - 500kg/용선톤이고, 코크스비(kg/용선톤)에 대한 미분탄비(kg/용선톤)의 중량비는 1 - 2.5인 것을 특징으로 하는 고철 용해방법.
제1항에 있어서, 이 연소버너는 미분탄 취입부의 내측에 제2의 산소취입부를 갖고, 산소는 미분탄 취입부의 외측의 산소취입부와 이 제2산소취입부에서 취입되는 것을 특징으로 하는 고철용해방법.
제2항에 있어서, 상기 미분탄 취입은 제2산소취입부의 둘레를 환상으로 둘러싸는 미분탄 취입부를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고철용해방법.
제2항에 있어서, 상기 미분탄 취입은 제2산소취입부의 둘레에 간격을 두고 배치된 미분탄 취입부를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고철 용해방법.
제1항에 있어서, 이 연소버너에서 취입되는 미분탄량(PC)(kg/hour)과 산소유량(O₂)(Nm³/hour)은 적어도 0.7kg/Nm³이상의 [PC/O₂]비를 갖는 것을 특징으로 하는 고철 용해방법.
제5항에 있어서, 이 [PC/O₂]비는 적어도 1kg/Nm³이상인 것을 특징으로 하는 고철 용해방법.
제 1항에 있어서, 이 미분탄은 입자직경 74μm이하를 80% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 고철 용해방법.
제 1항에 있어서, 이 산소의 취입은 미분탄 취입부의 둘레를 환상으로 둘러싸는 산소취입부를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고철 용해방법.
제1항에 있어서, 이 산소의 취입은 미분탄 취입부의 둘레에 간격을 두고 배치된 복수의 산소취입부를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고철용해방법.