KR100213327B1

KR100213327B1 - 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치

Info

Publication number: KR100213327B1
Application number: KR1019950065208A
Authority: KR
Inventors: 김행구; 이일옥; 정우창; 김용하
Original assignee: 이구택; 포항종합제철주식회사; 신현준; 재단법인포항산업과학연구원; 파투치 알렉산더, 토이플아르민; 뵈스트-알핀 인두스트리안라겐바우 게엠바하
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1999-08-02
Also published as: BR9607055A; CZ292497A3; CN1176666A; SK126397A3; WO1997024463A1; AU687138B2; US5897829A; EP0812364A1; RU2128713C1; AU1212297A; CA2213123C; CN1060813C; JPH10503244A; JP3180119B2; TW351730B; ZA9610910B; KR970043095A; CA2213123A1

Abstract

본 발명은 입도분포가 넓은 분철광석을 3단의 유동층로에서 단계적으로 환원시켜 용융로에 장입할 수 있도록 고체환원철을 제조할 수 있는 넓은 입도분포의 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치에 관한 것으로써, 환원율과 가스이용율 및 가스원단 위의 향상을 도모하고, 미립철광석 사이의 괴성화나 스팅킹현상 등으로 인한 비유동화를 억제하고, 철광석의 환원조업을 최적화시킬 수 있는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 분철광석의 유동층 환원장치에 있어서, 원료분철광석이 기포유동층을 형성하면서 건조/예열되도록 구성되는 싱글(single)형 제1유동층로(10); 상기 제1유동층로의 배가스에 함유된 미립철광석이 집진되도록 구성되는 제1사이클론(50); 고속영역(20A)과 저속영역(20B)으로 이루어져 제1유동층로(10)에서 건조/예열된 분철광석이 대립과 중/미립 광석으로 분급되어 각각 기포유동층을 형성하면서 예비 환원되도록 구성되는 시리얼 트윈형 제2유동층로(20); 상기 제2유동층로(20)의 배가스에 함유된 미립철광석이 집진되도록 구성되는 제2사이클론(60); 제1반응로(30) 및 제2반응로(40)로 이루어져 제2유동층로(20)에서 대립과 중/미립으로 분리되어 공급된 예비환원된 철광석을 각각 기포유동층을 형성하면서 최종 환원되도록 구성되는 트윈(twin)형 제3유동층로(340); 상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)의 배가스에 함유된 중/미립 철광석이 집진되도록 구성되는 제3사이클론(70); 상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)의 배가스에 함유된 극미립철광석이 집진되도록 구성되는 제4사이클론(80)을 포함하여 구성되는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치를 그 요지로 한다.

Description

분철광석의 3단 유동층로식 환원장치

제1도는 종래의 분철광석의 유동층식 환원로를 나타내는 구성도.

제2도는 본 발명에 부합되는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치의 일례를 나타내는 구성도.

제3도는 제2도의 A부분의 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 제1유동층로 13 : 제1배출구

14 : 제2도관 20 : 제2유동층로

20A : 고속영역 20B : 저속영역

21 : 제2배가스 공급구 24 : 제5도관

25 : 제2배출구 30 : 제3유동층의 제1반응로

34 : 제3배출구 30 : 제3유동층의 제2반응로

44 : 제5배출구 27a : 리듀싱핀

45 : 제4배출구 50 : 제1사이클론

60 : 제2사이클론 70 : 제3사이클론

80 : 제4사이클론

본 발명은 입도분포가 넓은 분철광석을 3단의 유동층로에서 단계적으로 환원시켜 용융로에 장입할 수 있도록 고체환원철을 제조하기 위한 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 철광석의 고온환원 및 분화특성을 충분히 고려하여 CO 및 H₂를 다량 함유한 고온의 환원성 가스의 환원력과 에너지를 최대한으로 이용하므로써 넓은 입도부포를 갖는 철광석의 유동을 안정화하고 철광석의 환원조업을 최적화시킬 수 있도록 한 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치에 관한 것이다.

종래의 용융환원법에 있어서는, 보통 환원로에서 환원된 철광석을 용융로에 장입하여 용철로 환원하는 방식이 채용되고 있다. 상기 환원로에서는 철광석의 용융전에 철광석을 고체상태에서 환원하는 것으로, 장입한 철광석을 용융로에서 발생한 고온의 환원성 가스와 접촉시켜 환원해야 한다. 이러한 환원공정은 철광석과 환원성 가스의 접촉상태에 따라 이동층 또는 유동층식으로 분류되는데, 입경 분포가 넓은 분림상의 철광석을 환원로에 장입하고 하부의 분산파을 통해 환원가스를 보내 철광석을 유동시키면서 환원하는 유동층식이 분철광석을 환원하는 가장 적절한 방법으로 알려지고 있다.

상기 유동층식 분철광석 환원로의 한 예로서는 일본공개실용신안공보 소 58-217615호에 개시된 유동층식 환원로를 들 수 있다.

상기한 일본 공개 실용신안공보 (소) 58-217615호에 제시된 유동층식 분철광석 환원로는 제1도에 나타난 바와 같이, 원통형의 환원로(111) 및 사이클론(115)을 포함하여, 이 원통형 환원로(111)에서는 철광석의 투입구(112), 고온환원가스의 도입관(113)과 환원된 철광석의 배출구(114)가 구비되어 있고, 상기 원통형 환원로(111)의 하부내에는 가스분산판(116)이 내장되어 있다.

상기한 유동층식 분철광석의 환원로를 사용하여 환원하는 방법은 다음과 같다.

즉, 상기 원통형 환원로(111)에 분철광석을 장입하고 가스분사판(116)을 통해 적당한 유속으로 환원가스를 공급하면 가스분사판(116)위의 분철광석은 유동층을 형성하면서 혼합 교반되며 이 상태에서 환원가스와 접촉, 반응하여 환원된다. 이때 형성된 유동층은 마치 유체가 비등하고 있는 것과 같이 가스가 기포로 되어 분립체층을 통과하면서 상승하는 기포유동층이 된다.

그리고, 환원된 철광석은 배출구(114)를 통해 배출된다.

제1도에서, 점선화살표는 가스흐름을 나타내고, 실선화살표는 광석흐름을 나타낸다.

통상, 유동층 환원로에서는 비산되는 철광석의 양을 줄이고 가스이용률을 높이기 위해서는 원활한 유동층을 형성하면서 가스유속은 최소화해야하는데 그러기 위해서 종래의 유동층 환원로에는 원료인 철강석의 입도가 엄격히 제한될 수 밖에 없다.

즉, 종래의 유동층 환원로의 경우에는 분립체가 적정한 유동층을 형성하기 위한 가스유속이 분립체의 크기에 따라 규제되기 때문에 넓은 입도분포를 갖는 철광석을 처리할 수 없는 문제점이 있다.

상기한 종래의 유동층 환원로에 장입되는 철광석의 입도는 일반적으로 1mm 이하로 제한되고 있지만, 실제로 재철원료로 사용되는 분철광석 중에는 1mm 이상이 50% 이상 포함되어 있다.

따라서, 종래의 유동층 환원로의 경우에는 장입하는 철광석을 미리 분급하여 대립 철광석은 사프트로에 사용하거나 규정 입경 이하로 분쇄되어 유동층에 사용하여 왔기 때문에 추가설비의 부담과 공정의 증가를 초래하게 되는 문제점이 있다.

상기한 종래의 유동층 환원로에 대한 제반문제점을 해결하기 위한 트윈(Twin)형 유동층 환원로가 대한민국 특허 제74056호에 제시되어 있다.

상기한 대한민국 특허에 제시되어 있는 유동층 환원로는 대립철광석과 중/미립 철광석을 유속으로 적절히 분급하여 환원시키도록 구성되므로써, 넓은 입도분포를 갖는 철광석의 유동을 안정시키고 철광석의 농도분포를 균일하게 유지하면서 비교적 환원율이 양호한 환원철을 얻을 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기한 트윈형 유동층 환원로는 두 환원로가 하나의 순환권을 매개로 연통되어 있어, 이 순환권을 통해 제1환원로 상부로부터 제2환원로 하부로, 대립철광석의 유동환원에 사용되어 가스산화도가 높아진 다량의 고온환원가스가 비말동반된 중/미립 철광석과 함께 넘어오도록 되어 있다.

따라서, 상기 산화된 다량의 고온환원가스가 제2환원로에서 이 환원로 하부에 따로 공급된 고온환원가스와 혼합되어 가스의 환원력을 떨어뜨리고 또한 제2환원로 상부에서의 가스유속을 2배 이상 증가시키므로써 많은 철광석 비산을 초래하게 되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 미립 철광석 사이의 괴성화(agglomeration) 등으로 제2환원로에서 비유동화 현상 등이 일어날 수 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래 유동층식 환원장치의 제반 문제점을 개선시키기 위하여 연구와 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 철광석이 고온유동 환원초기 단계에서 그 분화가 거의 완료된다는 사실과 대립철광석과 소립철광의 분급 유동환원으로 가스원단위를 향상시킬 수 있다는 사실과 미립 철광석 환원시 소량의 대립 철광석의 존재가 스티킹(sticking) 현상으로 억제하는데 도음이 된다는 사실에 착안하여 상기한 트윈형 유동층식 환원장치의 장점을 적절히 이용하고 종래 유동층식 환원장치의 문제점을 개선하면서 환원율과 가스 이용율 및 가스원 단위의 향상을 도모하며, 미립철광석 사이의 괴성화나 스티킹 현상 등으로 인한 비유동화 현상을 억제하고, 철광석의 환원조업을 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라 철광석의 분급조절이 가능한 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 철광석의 유동층로식 환원장치에 있어서, 원료분철광석이 기포유동층을 형성하면서 건조/예열되도록 구성되는 싱글(single)형 제1유동층로; 상기 제1유동층로의 배가스에 함유된 미립철광석이 집진되도록 구성되는 제1사이클론; 고속영역과 저속영역으로 이루어져 제1유동층로에서 건조/예열된 분철광석이 대립과 중/미립 광석으로 분급되어 각각 기포유동층을 형성하면서 예비 환원되도록 구성되는 시리얼 트윈형 제2유동층로; 상기 제2유동층로의 배가스에 함유된 미립철광석이 집진되도록 구성되는 제2사이클론; 제1반응로 및 제2반응로로 이루어져 제2유동층로에서 대립과 중/미립으로 분리되어 공급된 예비환원된 철광석을 각각 기포유동층을 형성하면서 최종 환원되도록 구성되는 트윈(twin)형 제3유동층로; 상기 제3유동층로의 제1반응로의 배가스에 함유된 중/미립 철광석이 집진되도록 구성되는 제3사이클론; 상기 제3유동층로의 제2반응로의 배가스에 함유된 극미립철광석이 집진되도록 구성되는 제4사이클론을 포함하여 구성되는 분철광석의 3단 유동츨로식 환원장치에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면에 의해 상세히 설명한다.

제2도에 나타난 바와 같이, 본 발명의 3단 유동층로식 분철광석의 환원장치(1)는 호퍼(90)로부터 장입된 원료 분철광석이 제2사이클론(60)의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 건조/예열되는 싱글형 제1유동층로(10); 상기 싱글형 제1유동층로(10)의 배가스에 함유된 미립철광석을 집진하도록 구성되는 제1사이클론(50); 고속영역(20A)과 저속영역(20B)으로 이루어져 상기 싱글형 제1유동층로(10)로 부터 예열되어 공급된철광석을 대립과 중/미립 광석으로 분급하여 각각 기포유동층을 형성하면서 예비 환원하는 시리얼 트윈형 제2유동층로(20); 상기 시리얼 트윈형 제2유동층로(20)의 배가스에 함유된 미립철광석이 집진하도록 구성되는 제2사이클론(60); 제1반응로(30) 및 제2반응로(40)로 이루어져 제2유동층로(20)에서 예비환원된 철광석을 대립과 중/미립으로부터 분리되어 공급된 예비환원된 철광석을 각각 기포유동층을 형성하면서 최종 환원되도록 구성되는 트윈형 제3유동층로(340); 상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)의 배가스에 함유된 중/미립 철광석이 집진되도록 구성되는 제3사이클론(70); 및 상기 제4반응로(40)의 배가스에 함유된 미립철광석이 집진되도록 구성되는 제4사이클론(80)을 포함하여 구성된다.

상기 제1유동층로(10)는 제1확대부(10a), 제1경사부(10b) 및 제1축소부(10c)로 이루어지고, 상기 제1축소부(10c)의 하단부에는 상기 제2사이클론(60)의 배가스를 공급받기 위한 제1배가스공급구(11)가 형성되고, 그 하부내에는 제1가스분산판(12)이 장착된다.

그리고, 상기 제1확대부(10a)와 제1축소부(10c)는 각각 제16도관(53) 및 제1도관(51)을 통해 상기 제1사이클론(50)에 연통되어 있다.

또한, 상기 제1축소부(10c)의 일측에는 제1배출구(13)가 형성되고, 그 타측에는 철광석 공급구(16)가 형성된다.

상기 철광석 공급구(16)에는 호퍼(90)와 관통연결되어 있는 제17도관(91)이 연결된다.

상기 제1사이클론(50)의 상단부에는 배가스를 최종적으로 배출시키기 위한 가스배출구(52)가 설치되어 있다.

상기 제2유동층로(20)는 원통형의 고속영역(20A)과 제2확대부(20a), 제2경사부(20b) 및 제2축소부(20c)로 이루어지는 저속영역(20B)을 포함하고, 상기 고속영역(20A)의 하단부에는 상기 제3사이클론(70)의 배가스를 공급받기 위한 제2배가스 공급구(21)가 형성되고, 그 하부내에는 제2분산판(22)이 장착된다.

상기 저속영역(20B)의 하단부에는 대립철광석을 배출하기 위한 제6배출구(27)가 형성되고, 그 하부내에는 원추형(conical)인 가스분산판(28)이 장착되어 있다.

또한, 상기 제2축소부(20C)의 하부 즉, 상기 원추형 가스 분산판(28)보다 하부에 있는 측벽에 제5배가스 공급구(24)가 형성되어 있고, 이 제5배가스 공급구(24)는 제12도관(82)을 통해 상기 제4사이클론(80)과 연통되어 있다.

상기 고속영역(20A)의 상부에는 가스유속을 증가시키도록 제3도에서와 같이 리듀싱 핀(reducing fin)(27a)을 설치시키는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 저속영역(20B)의 제2확대부(20a)와 고속영역(20A)은 각각 제18도관(62) 및 제4도관(61)을 통해 제2사이클론(60)에 연통된다.

상기 제2축소부(20c)의 일측에는 제2배출구(25)가 형성되고, 또한, 상기 제2축소부(20c)의 일측은 제2도관(14)을 통해 제1배출구(13)와 연통되어 있다.

그리고, 상기 제2사이클론(60)의 상부는 제3도관(15)을 통해 제1배가스 공급구(11)에 연통되어 있다.

상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)는 원통형상으로 이루어지고, 그 하단부에는 용융로(100)의 배가스를 공급받기 위한 제3배가스 공급구(31)가 형성되고, 그 하부내에는 제3가스분산판(32)이 장착된다.

사이 제1반응로(30)의 일측하부에는 제3배출구(34)가 형성되고, 이 제3배출구(34)는 제8도관(35)을 통해 용융로(100)의 상부와 연통되고, 그리고 제1반응로(30)의 일측은 제9도관(46)을 통해 제2반응로(40)와 연통되어 있다.

그리고, 상기 제1반응로(30)의 상부는 제19도관(33)을 통해 제3사이클론(70)과 연통되어 있고, 상기 제3사이클론(70)은 배출가스를 제2유동층로(20)로 공급하도록 그 상부가 제7도관(29)을 통해 제2배가스 공급부(21)와 연통되어 있다.

상기 제1반응로(30)는 제21도관(26a)을 통해 제2유동층로(20)의 고속영역(20A)과 연통되어 있다.

상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)는 제3확대부(40a), 제2경사부(40b) 및 제3축소부(40c)로 이루어지고, 상기 제3축소부(40c)의 하단부 중앙부에는 제5배출구(44)가 형성되고, 그 하부내에는 원추형(conical)인 가스분산판(42)이 장착되어 있다.

그리고, 상기 제3축소부(40c)의 일측에는 제4배출구(45)가 형성되어 있으며, 이 제4배출구(45)는 제12도관(49)을 통해 용융로(100)와 연통되어 있다.

상기 제3확대부(40a) 및 제3축소부(40c)는 각각 제20도관(83) 및 제14도관(81)을 통해 상기 제4사이클론(80)과 연통되어 있다.

상기 제3축소부(40c)의 타측에는 제2유동층로(20)의 제2배출구(25)와 연통되어 있는 제6도관(26)이 연결되어 있다.

또한, 상기 제3축소부(40c)의 타측에는 제4배가스 공급구(41)가 형성되어 있고, 이 제4배가스 공급구(41)는 제11도관(48)을 통해 용융로(100)에 연통되어 있으며, 상기 제4배가스 공급구(41)는 상기 제4분산판(42)보다 하부에 위치된다.

상기 제11도관(48)은 제10도관(47)과 연통되어 있고, 상기 제10도관(47)은 제9도관(46) 및 상기 제3사이클론(70)에 연통되어 있는 제13도관(71)과 연통되어 있다.

그리고, 상기 용융로(100)에는 선철 배출구(101)가 형성되어 있다.

그리고, 상기 제2도관(14), 제6도관(26), 제9도관(46) 및 제21도관(26a)에는 미량의 가스공급구(P)를 설치하여 이송되는 철광석의 막힘현상을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

제2도에서, 점선화살표는 가스흐름을 나타내고, 실선화살표는 광석흐름을 나타낸다.

한편, 제1유동층로(10), 제2유동층로(20)의 저속영역(20B) 및 제3유동층의 제2반응로(40)는 하부에서 철광석의 기포유동을 활발하게 하여 가스이용율을 높히는 한편, 가스원단위가 향상되고 극미립철광석의 비산이 억제되도록 로하부의 내경보다 상부의 내경을 크게 하여 로상부의 가스유속을 저하시킬 수 있는 팽창형 로체로 형성시켜야 한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 분철광석의 유동층로식 환원장치를 사용하여 분철광석을 환원하는 방법에 대하여 설명한다.

호퍼(90)로부터 제17도관(91)을 통해 제1유동층로(10)로 공급된 분철광석을 제3도관(15) 및 제1배가스공급구(11)를 통해 공급된 제2사이클론(60)의 배가스를 이용하여 기포유동상태에서 건조/예열한 다음, 제1배출구(13) 및 제2도관(14)을 통해 제2유동층로(20)의 저속영역(20B)에 공급한다.

상기와 같이 제2유동층로(20)의 저속영역(20B) 하부로 공급된 분철광석은 제7도관(29)을 통해 공급된 제3사이클론(70)의 배가스와 제15도관(82)을 통해 공급된 제4사이클론(80)의 배가스의 유속조절에 의해 중/미립 광석은 저속영역(20B)에 남아서 기포유동층을 형성하면서 예비환원되고, 대립 철광석은 제6배출구(27)를 통해 고속영역(20A)으로 내려가 따로 기포유동층을 형성하면서 예비환원된 다음, 중/미립 철광석은 제2배출구(25) 및 제6도관(26)을 통해 제3유동층로의 제2반응로(40)에 공급되고, 대립철광석은 제21도관(26a)을 통해 제3유동층로의 제1반응로(30)에 공급된다.

상기와 같이 제2반응로(40)에 공급된 중/미립 철광석은 제10도관(47) 및 제11도관(48)과 제4배가스 공급구(41)를 통해 공급된 용융로(100)의 배가스에 의해 최종 환원되고, 제1반응로(30)에 공급된 대립철광석은 제3배가스 공급구(31)를 통해 공급된 용융로(100)의 배가스에 의해 최종 환원된 다음, 제3배출구(34) 및 제8도관(35)을 통해 용융로(100)에 공급된다.

한편, 제2반응로(40)에서 최종환원된 중/미립 철광석은 제4배출구(45) 및 제12도관(49)을 통해 용융로(100)에 공급된다.

이때, 제2유동층로의 저속영역(20B)에서 예비환원되어 제2반응로(40)에 공급된 중/미립 광석 중에 섞어서 넘어온 소량의 대립 철광석이나 또한 최종환원시 미립철광석 사이의 괴성화로 대립철광석을 다시 한번 중/미립 광석과 분리하여 제5배출구(44)를 통해 제1반응로(40)로 순환시킴으로써, 대립철광석과 중/미립 철광석의 분급을 보다 완벽하게 할 수 있다.

즉, 대립철광석과 중/미립 철광석이 각각 제1반응로(30) 및 제2반응로(40)에서 두 흐름의 용융로(100)의 배가스에 의해 각기 다른 유속으로 기포 유동층을 형성하면서 최종 환원되어 각각 제3배출구(34) 및 제4배출구(45)를 통해 배출된 후 용융로(100)에 공급되어 용융환원된 후 환원철 배출구(101)를 통해 선철이 배출된다.

한편, 제1유동층로(10)에 공급된 환원가스와 함께 비말동반되는 미립철광석은 제1사이클론(50)에 의해 포집되어 제1도관(51)을 통해 제1유동층로(10)의 하부로 순환되고, 제2유동층로(20)에 공급된 환원가스와 함께 비말동반되는 미립철광석은 제2사이클론(60)에 포집되어 제4도관(61)을 통해 제2유동층로(20)의 고속영역(20D)으로 순환되고, 제1반응로(30)에 공급된 환원가스와 함께 비말동반되는 중/미립 철광석은 제3사이클론(70)에 포집되어 제13도관(71), 제10도관(47), 제5배출구(44) 및 제9도관(46)을 차례로 거쳐 제3반응로(30)로 순환되고, 그리고 제2반응로(40)에 공급된 환원가스와 함께 비말동반되는 극미립 철광석은 제4사이클론(80)에 포집되어 제2반응로(40)의 하부로 순환된다.

본 발명은 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치를 사용하여 분철광석을 환원하는 경우에는 제1유동층로(10), 제2유동층로(20)의 저속영역(20B) 및 제2반응로(40)의 가스유속은 각각 로내에 체류하는 철광석의 최소 유동화 속도의 1.5-3.0배가 되도록 선정하는 것이 바람직하고, 로 상부의 가스유속은 비산되는 철광석의 종말속도 이하가 되도록 선정하는 것이 바람직하며, 제2유동층로(20)의 고속영역(20A) 및 제1반응로(40)의 가스유속은 대립철광석의 최소 유동화속도의 1.5-3.0배가 되도록 선정하는 것이 바람직하다.

그리고, 제2, 6, 9 및 21도관(14,26,46,26a)에 형성되어 있는 미량의 가스공급구(P)를 통해 미량의 환원가스를 취입하여 이들 도관들이 막히지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 고온 유동환원 초기 단계, 즉 예열 및 예비환원단계에서 그 분화가 거의 완료된다는 사실과 대립 철광석가 소립의 철광석의 분급 유동환원으로 가스원단위를 향상시킬 수 있다는 사실을 적용하여 여기서는 예비환원단계에서 두개의 반응영역을 가진 시리얼 트윈형 유동층로(제2유동층로)를 사용해서 예비환원단계에서 대립과 중/미립 광석을 각각 분리하여 따로 기포유동층을 형성하면서 환원시킨다.

이 시리얼 트윈형 유동층로의 광석 공급구의 위치(고속 영역 혹은 저속 영역에서) 조절로 대립철광석과 중/미립 철광석의 분급을 조절할 수 있다. 시리얼 트윈형 제2유동층로의 저속 영역에서 예비환원되어 제2반응로로 공급되어지는 철광석은 중/미립이 거의 대부분이지만 이 시리얼 트윈형 유동층로의 저속 영역 광석 공급구의 위치조절로 대립철광석이 어느 정도 섞이게 하여 제3유동층로의 제2반응로에 공급함으로써, 이 대립광석이 다시 제1반응로로 순환되기 전에 제2반응로를 잠깐 스쳐 지나가게 하므로써 종래의 트윈형인 제2반응로에서 문제되었던 스티킹으로 인한 비유동화 현상을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 트윈형 유동층로의 제1반응로의 상부일측과 제2반응로의 하부일측을 도관으로 연통하고 제1반응로내에 환원가스 유속을 중립 철광석의 종말 속도 이상으로 유지하여 제1반응로에 공급된 철광석중 중/미립 철광석을 환원가스와 함께 제2반응로로 비말동반시켜 대립철광석으로부터 분급환원되도록 한 종래의 트윈형 유동층과는 달리, 제2반응로내에 원추형 가스분산판을 설치하고 환원가스 유속을 중/미립 철광석만이 유동할 수 있는 속도로 유지하여 그 공급된 철광석 중 일부 섞인 대립철광석은 낙하하여 다른 반응기로 순환되게 하여 대립철광석과 중/미립 철광석을 각각 다른 반응로에서 기포 유동층으로 최종 환원시키므로써, 반응된 가스와 미반응가스와의 혼합이 방지되도록 하여 종래 트윈형에서 가스혼합으로 야기된 문제점이 개선된다.

이하, 실시에를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같은 크기를 갖는 제2도의 환원장치를 사용하여 하기 표 2-4의 환원조건으로 분철광석을 환원하였다.

상기와 같이 분철광석을 환원한 후 평균가스 이용율 및 가스원단위를 조사한 결과 평균가스 이용율은 약 30%, 가스원단위는 약 1250Nm³/ton-ore였다. 또한, 제3배출구 및 제4배출구에서 각각 평균 환원율이 약 90%인 환원철이 철광석 개시후 60분 이내에 배출이 가능하였는 바, 이는 환원철의 생산속도가 우수함을 알 수 있다.

또한, 시리얼 트윈형인 제2유동층로(20)의 저속영역(20B)에서 예비환원되어 제3유동층로의 제2반응로(40)로 공급되어지는 철광석은 중/미립이 거의 대부분이지만, 제2유동층로의 저속영역(20B)의 광석공급구의 위치조절로 대립철광석이 10-20% 섞이게 하여 제2반응로(40)에 공급하고 대립광석이 다시 제2반응로(40)에서 설치된 원추형 가스분산판과 제5배출구를 통해 제1반응로(30)로 순환되기 전에 제2반응로(40)를 잠깐 스쳐지나가게 하므로써 종래의 트윈형 제2반응로에서 문제되었던 스티킹으로 인한 비유동화 현상을 억제할 수 있었다.

더우기, 제2반응로에 설치된 원추형 가스분산판과 제5배출구 공급된 일부 대립 철광석 뿐만 아니라 미립광석 사이의 괴성화로 괴성화된 대립철광석도 배출할 수 있어 대립과 중/미립 철광석의 분급을 완벽하게 할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 분철광석의 입경과는 관계없이 환원율이 비교적 균일한 환원철을 얻는 동시에 입경별로 분급된 환원철을 얻을 수 있어 용해로로 환원철의 투입시 투입설비와 투입위치별로 적정크기의 환원철 공급이 가능해지고, 환원가스의 공급유속에 따라 각각의 배출구를 통해 배출되는 환원철의 양과 입경조절이 가능하고, 철광석의 로내 체류시간을 제어함으로써 철광석의 환원율제어가 가능하고, 또한, 3단계 유동층로의 조업이 모두 기포유동으로 이루어지기 때문에 가스 이용율과 가스 원단위를 향상시킬 수 있음은 물론 장치 구조가 단순하기 때문에 장시간 조업에서도 도관의 폐쇄나 비유동화와 같은 현상이 방지될 뿐만 아니라 철광석이 분급 조절이 가능한 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치를 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

입도분포가 넓은 분철광석의 유동층 환원장치에 있어서, 원료분철광석이 기포유동층을 형성하면서 건조/예열되도록 구성되는 싱글(single)형 제1유동층로(10); 상기 제1유동층로의 배가스에 함유된 미립철광석이 집진되도록 구성되는 제1사이클론(50); 고속영역(20A)과 저속영역(20B)으로 이루어져 제1유동층로(10)에서 건조/예열된 분철광석이 대립과 중/미립 광석으로 분급되어 각각 기포유동층을 형성하면서 예비 환원되도록 구성되는 시리얼 트윈형 제2유동층로(20); 상기 제2유동층로(20)의 배가스에 함유된 미립철광석이 집진되도록 구성되는 제2사이클론(60); 상기 제2유동층로(20)에서 예비환원된 철광석 중 최종 환원되도록 구성되는 제2반응로(40)로 이루어져 있는 트윈(twin)형 제3유동층로(340); 상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)의 배가스에 함유된 중/미립 철광석이 집진되도록 구성되는 제3사이클론(70); 및 상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)의 배가스에 함유된 극미립철광석이 집진되도록 구성되는 제4사이클론(80)을 포함하고; 상기 제1유동층로(10)는 제1확대부(10a), 제1경사부(10b) 및 제1축소부(10c)로 이루어지고, 상기 제1축소부(10c)의 하단에는 제1배가스 공급구(11)가 형성되고, 상기 제1축소부(10c)내에는 제1분산판(12)이 장착되고, 상기 제1축소부(10c)의 일측에는 제1배출구(13)가 형성되고, 상기 제1확대부(10a)와 제1축소부(10c)는 각각 제16도관(53)과 제1도관(51)을 통해 제1사이클론(50)과 연통되고, 그리고 상기 제1축소부(10c)는 제17도관(91)을 통해 호퍼(90)에 연통되고; 상기 제2유동층로(20)는 원통형의 고속영역(20A)과 제2확대부(20a), 제2경사부(20b) 및 제2축소부(20c)로 이루어지는 저속영역(20B)으로 이루어지고, 상기 고속영역(20A)의 하단부에는 상기 제2배가스 공급구(21)가 형성되고, 그 하부내에는 제2분산판(22)이 장착되고, 상기 저속영역(20B)의 하단부에는 제6배출구(27)가 형성되고, 그 하부내에는 원추형인 가스분산판(28)이 장착되고, 상기 제2축소부(20C)의 하부에는 제5배가스 공급구(24) 및 제2배출구(25)가 형성되고, 상기 제2확대부(20a)와 제2축소부(20c)는 각각 제18도관(62)과 제4도관(61)을 통해 제2사이클론(60)과 연통되고, 제2축소부(20c)는 제2도관(14)을 통해 제1유동층로(10)의 축소부(10c)와 연통되고, 그리고 상기 제2사이클론(60)은 제3도관(15)을 통해 상기 제1배가스 공급구(11)와 연통되고; 상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)는 원통형상을 갖고, 그 하단에는 용융로(100)와 연통되어 있는 제3배가스 공급구(31)가 형성되고, 그 하부내에는 제3가스분산판(32)이 장착되고, 그 일측에는 제8도관(35)을 통해 용융로(100)에 연통되어 있는 제3배출구(34)가 형성되고, 그 상부에는 제19도관(33)을 통해 제3사이클론(70)과 연통되고, 상기 제3사이클론(70)의 상부는 제7도관(29)을 통해 제2배가스 공급부(21)와 연통되고, 그리고 상기 제1반응로(30)는 제21도관(26a)을 통한 제2유동층로(20)의 고속영역(20A)과 연통되고; 그리고 상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)는 제3확대부(40a), 제3경사부(40b) 및 제3축소부(40c)로 이루어지고, 상기 제3축소부(40c)의 하단에는 제5배출구(44)가 형성되고, 상기 제3축소부(40c)내에는 원추형인 제4분산판(42)이 장착되고 상기 제3축소부(40c)의 일측에는 제12도관(49)을 통해 용융로(100)에 연통되어 있는 제4배출구(45)가 형성되고, 상기 제3확대부(40a)와 제3축소부(40c)는 각각 제20도관(83) 및 제14도관(81)을 통해 상기 제4사이클론(80)과 연통되고, 상기 제3축소부(40c)는 제6도관(26)을 통해 제2유동층로(20)의 제2축소부(20c)와 연통되고, 상기 제4사이클론(80)의 상부는 제5도관(82)을 통해 제2유동층 저속영역(20B)과 연통되어 있고, 제4분산판(42)의 하부에 해당되는 제3축소부(40c)의 타측에는 제11도관(48)을 통해 용융로(100)에 연통되어 있는 제4배가스 공급구(41)가 형성되고, 상기 제5배출구(44)는 제9도관(46)을 통해 제3유동층로(30)와 연통되고, 상기 제9도관(46)과 상기 제11도관(48)이 각각 제10도관(47)과 연통되고, 그리고 상기 제3사이클론(70)의 하부는 제13도관(71)을 통해 제10도관(47)에 연통되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치.
제1항에 있어서, 상기 제2유동층로(20)의 고속영역(20A)의 상부에는 가스유속을 증가시키기 위한 리듀싱 핀(reducing fin)(27a)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치.