KR100236198B1

KR100236198B1 - 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100236198B1
Application number: KR1019970072380A
Authority: KR
Inventors: 이일옥; 김행구; 정우창; 최낙준
Original assignee: 이구택; 포항종합제철주식회사; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원; 파투치 알렉산더, 토이플아르민; 뵈스트-알핀 인두스트리안라겐바우 게엠바하
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1997-12-23
Publication date: 1999-12-15
Also published as: KR19990052849A

Abstract

본 발명은 입도가 넓은 분철광석을 환원하는 유동층 환원로에서 고체상태의 분철광석을 환원시켜, 용융가스화로에서 녹여 최종산물인 선철을 만들 수 있도록 철광석이 85%이상 환원된 고체 환원철을 제조하기 위한 2단의 분철광석 유동층식 환원장치및 이를 이용한 환원방법에 관한 것이다.

본 발명은 종래 1단및 3단 유동층로의 단점을 보완하고 장점을 살려 2단 유동층로로 개선한 것으로, 제 1 유동층로에서는 분철광석을 환원성 분위기에서 건조,예열 및 예비환원 시키고 제 2 유동층로에서는 최종환원시키는 구성으로 이루어져 있으며, 각 유동층 하부에 중간 호퍼(Hopper)와 가스/고체 밀폐형 밸브로 이루어진 분체 이송장치를 설치하여 이상조업중에 가스분산판(Gas distributor) 홀(Hole)을 통해 분산판 하부로 떨어지는 분철광석을 다시 유동층로로 순환시켜 환원가스 흐름이 저지되는 현상이 없도록 한 2단의 분철광석 유동층식 환원장치및 이를 이용한 환원방법을 그 요지로 한다.

Description

2단의 분철광석의 유동층식 환원장치 및 그 방법

본 발명은 입도가 넓은 분철광석을 환원하는 2단의 분철광석 유동층식 환원장치및 이를 이용한 환원방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융가스화로에서 녹여 최종산물인 선철을 만들 수 있도록 철광석이 85%이상 환원된 고체환원철(DRI)을 제조하기 위한 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치및 이를 이용한 환원방법에 관한 것이다.

기존 고로법은 고체입자의 크기가 커서 고정층법으로 철광석 환원이 가능하지만, 미분 광석의 환원의 경우에는 고정층과 같이 유속이 낮을 경우 스티킹(sticking) 등으로 인해 조업중단이 발생할 우려가 있으므로 반응기내 통기성 확보를 위해 유속을 충분히 하여 고체입자의 움직임을 원활하게 하는 유동층법이 필수적으로 채택되고 있다.

상기 유동층을 이용하여 분철광석을 환원하는 환원로의 한 일례로서는 일본공개실용신안공보 소 58-217615의 유동층 환원로를 들 수 있다. 이 유동층식 분철광석 환원로는 도1에 나탄 바와 같이,구조상 크게 원통형 환원로(91)와 사이클론(95)으로 나누어지고, 이 원통형 환원로(91)에는 원료 철광석 장입구(92)와 고온환원가스의 도입구(93) 및 환원가스에 의해 환원된 철광석의 배출구(94)로 구성되며, 환원로의 하부 내에는 가스분산판(96)이 내장되어 있다. 상기 원통형 환원로(91)의 하부 가스분산판(96)을 통해 광석유동에 필요한 유량으로 환원가스를 공급하면서 장입구(92)를 통해 분철광석을 보내면 분철광석은 고온의 환원가스와 혼합, 교반되며 반응한다. 이때 일정한 시간이 지난 후 유동층 높이가 배출구(94)수준으로 올라오면 환원된 분철광석은 배출구(94)를 통해 배출된다. 이때 형성된 유동층의 형태는 원통형 환원로(91)에서 공급되는 환원가스가 기포로 되어 환원로 상부의 입자층을 통과하면서 기포가 성장하는 기포유동층이다.

그러나, 상기한 유동층 환원로에서는 생산성등 경제적인 측면을 고려하여 원활한 유동상태에서 환원로 외부로 비산되는 미립 철광석의 양을 줄이고, 환원 가스 소모량을 최소화하고, 가스이용율을 최대로 하기 위해서는 환원로에 장입되는 원료 철광석의 입도가 엄격히 제한되기 때문에 넓은 입도분포를 지니는 분철광석을 처리할 수 없는 문제점이 있다. 상기 유동층 환원로에 장입되는 철광석의 입도분포는 일반적으로 넓은 범위의 입도를 갖지 못하고 0-0.5mm, -1mm, 1-2mm 등으로 제한되어 있다. 그러나 실제로 존재하는 분철광석의 입도는 대부분이 8mm 이하이다. 따라서 상기 입도를 가지는 분철광석을 사용하기 위해서 장입하는 철광석을 미리 규정 입도로 체질하여 분급 사용하거나 규정입도 이하로 분쇄하여 사용함으로써 생산속도저하, 공정 및 추가설비부담으로 인하여 경제적인 면에서 손실을 초래하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 한 공정으로 대한민국 특허 제 117065(1997년)호에 도2와같은 원추(Taper)형 3단 유동층로가 제시되어 있다. 상기 유동층로를 이용한 환원공정은 넓은 입도분포를 갖는 분철광석을 안정되게 유동시킬 수 있도록 유동층의 형태를 상광하협(上廣下峽)형 즉 원추형으로 하고 환원율과 가스 이용율을 향상시키기 위해 철광석을 예열한 후 예비환원시킨 다음 최종환원시키는 3단 유동층 연속공정으로 구성하고 있다. 즉,상기 환원공정은 도2에 나타난 바와 같이 맨 상단 반응기(10)에서는 철광석이 기포유동상태에서 예열되고, 중앙 반응기(20)에서는 철광석이 기포유동상태에서 예비환원되고, 맨 하단 반응기(30)에서는 철광석이 기포유동상태에서 최종환원되는 3단 유동층 연속공정이다.

도2에서,미설명부호 40,50,및 60은 사이클론을, 70은 원료호퍼를,그리고 80은 용융가스화로를 각각 나타낸다.

상기한 원추형 3단 유동층 환원로는 종래의 1단 원통형 유동층로에 비해 넓은 입도분포를 갖는 분철광석을 안정되게 유동시킬 수 있고 또 환원율과 가스 이용율을 상당히 향상시킬 수 있으나, 3단으로 되어있어 설비 투자비가 많이 들고 어느 한 반응기에만 문제가 생겨도 그 영향이 다른 반응기 조업에도 영향을 미쳐 전공정에 차질을 빚을 수 있고, 유동층로 조업에서 빈번히 발생되는 비유동화현상(Defluidizing)이나 채널링 현상(Channelling)과 같은 이상현상이 있을 때 분철광석이 가스분산판(Gas distributor)홀(Hole)을 통해 그 분산판 하부로 떨어져 응집되어 환원가스 흐름을 방해하는 현상을 방지할 수가 없다.

본 발명은 고체 분철광석 입자의 반응성,가스이용율, 가스소모량등 에너지를 최대한 효율적으로 이용할 뿐만 아니라 입도분포가 넓은 분철광석을 환원함에 있어서 보다 경제적으로 환원할 수 있고, 또한, 이상조업중에 가스분판(Gas distributor) 홀을 통해 분산판 하부로 떨어지는 분철광석을 다시 유동층로로 순환시킬 수 있도록 구성되는 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치및 환원방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

도1은 종래 분철광석의 유동층 환원로를 나타낸 정단면 구조도

도2는 종래의 3단 원추형(Taper)형 분철광석의 유동층 환원로를 나타낸 구성도

도3은 본 발명에 부합되는 유동층식 분철광석의 환원장치를 나타낸 구성도

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

100… 제1 유동층로 101… 제1 가스 공급구

102… 제1분산판 106 ... 제1광석배출구

107… 제1가스배출구 200… 제2 유동층로

201… 제2 가스 공급구 202… 제2 분산판

206… 제2 광석 배출구 207… 제2 가스 배출구

300… 제1 사이클론(Cyclone) 400… 제2 사이클론(Cyclone)

500… 제1 중간 호퍼(Hopper) 600… 제2 중간 호퍼(Hopper)

700… 광석 장입 호퍼 900… 용융가스화로

(Melter Gasifier)

본 발명은 제 1 유동층로에서는 분철광석을 환원성 분위기에서 건조,예열 및 예비환원 시키고 제 2 유동층로에서는 건조,예열 및 예비환원된 분철광석을 최종환원시키는 구성으로 이루어진 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치에 있어서,

호퍼로부터 장입된 원료 분철광석을 기포 또는 난류 유동층을 형성하면서 건조,예열 및 예비환원하도록 구성된 원추(Taper)형 제1 유동층로;

상기 제 1 유동층로의 배가스에 함유된 미립철광석을 가스와 분리하여 제1 유동층로 하부로 재 순환하도록 구성된 제 1 사이클론;

상기 제 1 유동층로에서 예열 및 예비환원된 분철광석을 용융가스화로의 배가스를 환원가스로 하여 기포 또는 난류 유동층을 형성하면서 최종환원하도록 구성된 원추(Taper)형 제 2 유동층로;

제 2 유동층로의 배가스에 함유된 미립철광석을 가스와 분리하여 제 2 유동층로의하부로 재순환시키고 미립철광석이 분리된 제2유동층로의 배가스는 제1유동층로의 환원가스로 공급되도록 구성된 제 2 사이클론;

상기 제 1 유동층로와 상기 제 2 유동층로사이에 위치하며, 제 1 유동층로의 분산판의 홀(Hole)을 통해 낙하된 분철광석을 저장했다가 제 2 유동층로의 하부로 기송시키도록 구성되는 제 1 중간 호퍼;

제 2 유동층로의 하부에 위치하여, 제 2 유동층로의 분산판의 홀(nozzle; Hole)을 통해 낙하된 분철광석을 저장했다가 제 2 유동층로의 하부로 기송시키도록 구성되는 제 2 중간호퍼를 포함하여 구성되는 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치에 관한 것이다.

또한,본 발명은 상기한 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치를 이용하여 분철광석을 환원하는 방법에 관한 것으로서, 제 1 유동층로에서는 분철광석을 환원성 분위기에서 건조,예열 및 예비환원시키고 제 2 유동층로에서는 최종환원시키는 구성으로 이루어져 있으며, 각 유동층 하부에 중간 호퍼(Hopper)와 가스/고체 밀폐형 밸브로 이루어진 분체 이송장치를 설치하여 이상조업중에 가스분산판(Gas distributor) 홀을 통해 분산판 하부로 떨어지는 분철광석을 다시 유동층로로 순환시켜 환원가스 흐름이 저지되는 현상이 없도록 한 분철광석의 환원방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면에 의해 상세히 설명한다.

도3에 나타낸 바와같이, 본 발명의 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치는 호퍼(700)로부터 장입된 원료 분철광석을 하부로 공급된 환원가스에 의해 기포 또는 난류 유동층을 형성하면서 예열 및 예비환원하도록 구성된 원추(Taper)형 제1 유동층로(100);

제 1 유동층로(100)의 배가스에 함유된 미립철광석을 가스와 분리하여 1 유동층로(100)의 저부로 재 순환시키고, 미립철광석이 분리된 제1유동층로의 배가스는 외부로 또는 대기중으로 배출되도록 구성된 제 1 사이클론(300);

제 1 유동층로(100)에서 예열 및 예비환원된 분철광석을 용융가스화로(800)의 배가스(환원가스)에 의하여 기포 또는 난류 유동층을 형성하면서 최종환원하도록 구성된 원추(Taper)형 제 2 유동층로(200);

제 2 유동층로(200)의 배가스에 함유된 미립철광석을 가스와 분리하여 제 2 유동층로(200)의 저부로 재순환시키고, 미립철광석이 분리된 제2유동층로(200)의 배가스는 제1유동층로(100)의 환원가스로 공급되도록 구성된 제 2 사이클론(400);

제 1 유동층로(100)와 제 2 유동층로(200) 사이에 위치하여 제 1 유동층로(100) 분산판(102)의 홀을 통해 낙하된 분철광석을 저장했다가 제 2 유동층로(200) 하부로 기송시키도록 구성된 제 1 중간 호퍼(500);

제 2 유동층로(200) 하부에 위치하여 제 2 유동층로(200)의 분산판(202)의 홀을 통해 낙하된 분철광석을 저장했다가 제 2 유동층로(200) 하부로 기송시키도록 구성된 제 2 중간호퍼(600)를 포함하여 구성된다.

상기 제 1 유동층로(100)는 하부인 원추형부(100a)와 상부인 원통형부(100b)로 구성되며, 상기 원추형부(100a)의 하단부에는 환원가스를 공급받기 위한 제 1 가스공급구(101)가 형성되고, 그 하부내에는 제 1 가스분산판(102)이 장착된다. 그리고, 측벽에는 제 1 광석배출구(106)가 형성되어 있고, 이 제1광석배출구(106)은 제 2 도관(103)을 거쳐 제 2 유동층로(200)의 하부와 광석소통관계로 연통된다.

또한, 하부측벽에는 철광석 공급구(105)가 형성되며 이 철광석공급구(105)는 제 1 도관(701)를 통해 호퍼(700)에 연결되어 분철광석을 제1유동층로(100)의 내부로 유입하고, 그리고 상부에는 제 1 가스배출구(107)가 형성되어 있으며 이 제 1 가스배출구(107)는 제 3 도관(301)을 거쳐 제 1 사이클론(300) 상부와 연통되어있다.

상기 제 1 사이클론(300)은 제 1 유동층로(100)의 배가스에 함유된 미립철광석을 가스와 분리하도록 구성되고 상기 제 1 사이클론(300)의 저부에는 분리된 미립철광석을 제 1 유동층로(100)의 하부로 재순환시키기 위한 제 4 도관(302)이 연결되어 있고, 그 상부에는 청정된 제 1 유동층로(100)의 배가스를 최종적으로 배출시키기 위한 제 5 도관(303)이 연결되어 있다.

상기 제4도관(302)은 분리된 미립철광석을 제 1 유동층로(100)의 하부 깊숙히 공급하도록 그 일단을 제 1 유동층로(100)의 하부 깊숙히 위치시키는 것이 바람직하다.

상기 제 2 유동층로(200)는 하부인 원추형부(200a)와 상부인 원통형부(200b)로 구성되며, 상기 원추형부(200a)의 하단부에는 환원가스를 공급받기 위한 제 2 가스공급구(201)가 형성되고, 그 하부내에는 제 2 가스분산판(202)이 장착된다.

그리고, 측벽에는 제 2 광석배출구(206)가 형성되어 있고, 이 제2광석배출구(206)는 제 8 도관(203)을 거쳐 용융가스화로(800)의 하부와 광석소통관계로 연통된다.

또한, 하부측벽에는 예비환원광석공급구(205)가 형성되고,예비환원광석공급구(205)는 제 2도관(103)을 통해 제1유동층로(100)에 연결되어 건조,예열및예비환원된분철광석을 제2유동층로(200)의 내부로 유입하고, 그리고 상부에는 제 2 가스배출구(127)가 형성되어 있으며 이 제 2 가스배출구(207)는 제 10 도관(401)을 거쳐 제 2사이클론(400) 상부와 연통되어있다.

상기 제 2 사이클론(400)은 제 2 유동층로(200)의 배가스에 함유된 미립철광석을 가스와 분리하도록 구성되고 상기 제 2 사이클론(200)의 저부에는 분리된 미립철광석을 제 2 유동층로(200)의 하부로 재순환시키기 위한 제 9 도관(402)이 연결되어 있고, 그 상부에는 청정된 제 2 유동층로(200)의 배가스를 제1유동층로(100)로 공급하기 위한 제 6 도관(403)이 연결되어 있다.

상기 제9도관(402)은 분리된 미립철광석을 제 2 유동층로(200)의 하부 깊숙히 공급하도록 그 일단을 제 2유동층로(200)의 하부 깊숙히 위치시키는 것이 바람직하다.

상기 제 1 중간호퍼(500)은 제 1 유동층로(100)와 제 2 유동층로(200) 사이에 위치되며, 제 7 도관(502)을 통해 제 1 유동층로(100) 하단부와 연결되며 또한 제 11 도관(504)을 통해 제2 유동층로(200)와 연결된다.

상기 제 7 도관(502)과 제 11 도관(504) 즉,제 1 중간호퍼(500)의 전후단에는 각각 가스 및 고체 밀페형 고온용 밸브(501, 503)가 1개 이상 부착되어 있으며,이렇게 하므로써 조업중간 혹은 비상시에 제 1 유동층로(100) 분산판(102)의 노즐 (Hole)을 통해 낙하된 분철광석을 저장했다가 질소와 같은 비활성가스로 제 2 유동층로(200) 하부로 기송시킬 수 있게 된다.

상기 제11도관(504)은 제 1 유동층로(100) 분산판(102)의 노즐 (Hole)을 통해 낙하된 분철광석을 제 2 유동층로(200)의 하부 깊숙히 공급하도록 그 일단을 제 2유동층로(200)의 하부 깊숙히 위치시키는 것이 바람직하다.

상기 제 2 중간호퍼(600)는 제2유동층로(200)의 하부에 위치되며,제 13 도관(602)을 통해 제 2 유동층로(200) 하단부와 연결되고, 또한 제 12 도관(604)을 통해 제 2 유동층로(200)의 하부와 연결된다.

상기 제 13 도관(602)과 제 12 도관(604) 즉, 상기 제 2 중간호퍼(600)의 전후단에는 각각 가스 및 고체 밀폐형 고온용 밸브(601, 603)가 1개 이상 부착되어 있으며, 이렇게 하므로써 조업중간 혹은 비상시에 제 2 유동층로(200)의 분산판(202)의 노즐 (Hole)을 통해 낙하된 분철광석을 저장했다가 질소와 같은 비활성가스로 제 2 유동층로(200) 하부로 다시 기송시킬 수 있게 된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 2단 분철광석의 유동층식 환원장치를 사용하여 분철광석을 환원하는 방법에 대하여 설명한다.

제 1 유동층로(100)로 공급된 분철광석을 제 2 유동층로(200) 배가스(환원가스)로 기포 또는 난류 유동층을 형성하면서 예열 및 예비환원 환원시키고, 반응된 철광석은 제 2 도관(103)을 경유하여 제 2 유동층로(200) 하부로 기송시켜 제 2 배가스공급구(201)를 통해 공급된 환원가스(용융가스화로 배가스)를 이용하여 기포유동층을 형성하면서 최종환원시킨 다음, 제 2 광석배출구(206)를 통해 최종 배출한다. 제 1 유동층로(100)의 배가스에 함유된 극미립철광석은 제 1 사이클론(300)에서 가스와 분리시켜 제 1 유동층로(100) 하부에 재순환되도록 하며, 제 2 유동층로(200)의 배가스에 함유된 극미립철광석은 제 2 사이클론(400)에서 가스와 분리시켜 제 2 유동층로(200) 하부에 재순환되도록 한다.

본 발명에 있어서는 유동층로 조업에서 빈번히 발생되는 비유동화현상(Defluidizing)이나 채널링(Channelling)현상과 같은 이상현상이 있을 때 분철광석이 가스분산판(Gas distributor) 홀을 통해 그 분산판 하부로 떨어져 응집되어 환원가스 흐름을 방해하는 현상이 있으므로 조업 중간에 정기적으로, 그리고 가스공급차단과 같은 비상사태에 제 1 및 제 2 중간호퍼(500, 600)의 전단 고온용 밸브(501, 601)를 먼저 열어 제 1 및 제 2 유동층로(100, 200)의 가스분산판 밑에 쌓인 분철광석을 각각 제 1 및 제 2 중간호퍼(500, 600)에 저장한 다음 그 전단 고온용 밸브(501, 601)를 닫고 다시 제 1 및 제 2 중간호퍼(500, 600)의 후단 고온용 밸브(503, 603)를 열어 질소와 같은 비활성가스를 취입하여 각각 제 2 유동층로(200) 하부로 기송시키게된다.

본 발명에서와 같이 2단 유동층식 환원로를 사용하여 분철광석을 환원하는 경우에는, 제 1 유동층로(100)에서의 예열 및 예비환원은 700-850℃에서 그리고 제 2 유동층로(200)에서의 최종환원은 750-900℃에서 행함이 바람직하고, 조업압력은 절대압으로 1-5 기압에서 행하는 것이 바람직하다. 제 1 유동층로(100)와 제 2 유동층로(200)내의 분산판 바로 위에서 가스유속은 원활한 유동 및 비산량을 고려해 볼 때, 로내에 체류하는 분철광석의 최소유동화속도의 1.2-2.5배 이하가 되도록 선정하는 것이 바람직하며, 원추형부의 경사각은 수직선에서 5-20°가 바람직하고 원추형부(100a, 200a)의 분산판에서부터의 높이는 그 하부 분산판 내경의 5-10배이며 그리고 원통형부(100b, 200b) 높이는 그 내경의 3-5배로함이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

하기 표 1과 같은 크기를 갖는 제 3도의 환원장치를 이용하여 표 2에서 표 4까지 나타낸 환원조건으로 환원을 행했다.

유동층 환원로 높이 및 내정
제 1 유동층로	원추형부(분산판) 내경: 0.6m원추형부 경사각도: 5°원추형부 높이(분산판 표면에서): 3m원통형부 내경: 1.1m원통형부 높이: 3.5m
제 2 유동층로	원추형부(분산판) 내경: 0.6m원추형부 경사각도: 5°원추형부 높이(분산판 표면에서): 3m원통형부 내경: 1.1m원통형부 높이: 3.5m

원료 분철광석의 화학적 성분 및 입도분포
1. 화학적 성분	T.Fe: 62.17, FeO: 0.51, SiO₂: 5.5, TiO₂: 0.11, Mn: 0.05, SO.012,P: 0.65, 결정수: 2.32
2. 입도분포	-0.05mm: 4.6%, 0.05-0.15mm: 5.4%,0.15-0.5mm: 16.8%, 0.5-4.75mm: 59.4%4.75-8mm: 13.8%

환원가스 성분, 온도 및 압력
1. 가스조성	CO: 65%, H₂: 25, CO₂: 5%, N₂: 5%
2. 온도	예열 및 예비환원: 약 800℃최종환원: 약 850℃
3. 압력	예열 및 예비환원: 1.8kgf/㎠최종환원: 2.0kgf/㎠

유동층 환원로내 가스유속
제 1 유동층로	분산판 표면에서 유속: 1.4m/s원통형부(공탑)에서 유속: 0.4m/s
제 2 유동층로	분산판 표면에서 유속: 1.4m/s원통형부(공탑)에서 유속:0.4m/s

상기와 같이 분철광석을 환원한 후, 평균가스 이용율 및 가스원단위를 조사한 결과, 가스이용율은 약 30-35%, 가스원단위를 1200-1500N㎥/ton-ore이었다. 또한 제 1 배출구, 제 2 배출구에서 배출된 환원철은 그 환원율이 각각 30-40%와 85-95% 범위였으며, 광석호퍼로부터 광석투입 후 60분 이내에 광석배출이 가능하였으며, 이는 환원철의 생산속도가 우수함을 알 수 있었다.

상술한 바와같이, 본 발명은 각 유동층로(100, 200) 하부에 중간호퍼(Hopper)와 가스/고체 밀폐형 밸브로 이루어진 분체 이송장치를 설치하여 이상조업중에 가스분판(Gas distributor) 홀을 통해 분산판 하부로 떨어지는 분철광석을 다시 유동층로로 순환시켜 환원가스 흐름이 저지되는 현상이 없이 장기간 조업할 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한,본 발명은 2단 공정만으로도 대한민국 특허 제 117065(1997년)호에 제시한 3단 공정에 못지않은 환원률 및 가스원단위를 확보할 수 있음을 확인할 수 있어 설비투자면이나 생산비 면에서 3단 공정보다 우수한 효과가 있는것이다.

또한,본 발명은 분철광석의 입경과는 관계없이 환원율이 비교적 균일한 환원철을 얻는 동시에 입경별로 분급된 환원철을 얻을 수 있어 용해로로 환원철 투입시 투입설비와 투입위치별로 적정크기의 환원철 공급이 가능해지고, 환원가스의 공급유속에 따라 각각의 배출구를 통해 배출되는 환원철의 양과 입경조절이 가능하고, 철광석 로내 체류시간을 제어함으로써 환원율 제어가 가능한 효과가 있는 것이다.

Claims

제 1 유동층로에서는 분철광석을 환원성 분위기에서 건조,예열 및 예비환원 시키고 제 2 유동층로에서는 건조,예열 및 예비환원된 분철광석을 최종환원시키는 구성으로 이루어진 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치에 있어서,

호퍼(700)로부터 장입된 원료 분철광석이 제 1 가스공급구(101)을 통해 공급되는 제 2 유동층로(200) 배가스(환원가스)에 의하여 기포 또는 난류 유동층을 형성하면서 건조,예열 및 예비환원되고 제 1 광석 배출구(106)를 통하여 제 2 유동층로(200) 하부로 배출되도록 구성된 원추(Taper)형 제 1 유동층로(100);

제 1 유동층로(100)의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 1 유동층로(100) 하부 재순환되도록 구성된 제 1 사이클론(300);

예비환원광석공급구(205)를 통해 공급된 제 1 유동층로(100)에서 건조,예열 및 예비환원된 분철광석이 제 2 가스공급구(201)을 통해 공급되는 용융가스화로(800)의 배가스(환원가스)에 의하여 기포 또는 난류 유동층을 형성하면서 최종환원되고 제 2 광석배출구(206)를 통하여 배출되도록 구성된 원추(Taper)형 제 2 유동층로(200);

제 2 유동층로(200)의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 제 2 유동층로 (200)의 하부로 재순환되도록 구성된 제 2 사이클론(400);

제 1 유동층로(100)와 제 2 유동층로(200) 사이에 위치하며, 제 1 유동층로(100)의 분산판(102)의 홀(hole)을 통해 낙하된 분철광석을 저장했다가 불활성가스로 제 2 유동층로(200)의 하부로 기송시키도록 구성되는 제 1 중간호퍼(500);및

제 2 유동층로(200) 밑에 위치하며, 제 2 유동층로(200)의 분산판(202)의 홀 (hole)을 통해 낙하된 분철광석을 저장했다가 불활성가스로 제 2 유동층로(200) 하부로 기송시키도록 구성되는 제 2 중간호퍼(600)를 포함하고,

상기 제 1 광석 배출구(106)와상기 예비환원광석공급구(205)는 제2도관(103)에의해 광석소통관계로 연결되고,

상기 제1사이클론(300)은 제3도관(301)을 통해 제1유동층로(100)의 상부와 연결되고, 그리고 제4도관(302)을 통해 제1유동층로(100)의 하부와 연결되고,

상기 제2사이클론(400)은 제10도관(401)을 통해 제2유동층로(200)의 상부와 연결되고, 제9도관(402)을 통해 제2유동층로(200)의 하부와 연결되고,그리고 제6도관(403)을 통해 제1유동층로(100)의 하부와 연결되고,

상기 제1중간호퍼(500)은 제 7 도관(502)을 통해 제 1 유동층로(100) 하단부와 연결되고,그리고 제 11 도관(504)을 통해 제2 유동층로(200)의 하부와 연결되고,그리고

상기 제 2 중간호퍼(600)는 제 13 도관(602)을 통해 제 2 유동층로(200)의 하부와 연결되고, 그리고 제 12 도관(604)을 통해 제 2 유동층로(200)의 하부와 연결되어 구성됨을 특징으로 하는 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치.
제1항에 있어서, 상기 제4도관(302)은 분리된 미립철광석을 제 1 유동층로(100)의 하부 깊숙히 공급하도록 그 일단을 제 1유동층로(100)의 하부 깊숙히 위치시키고,

상기 제9도관(402)은 분리된 미립철광석을 제 2 유동층로(200)의 하부 깊숙히 공급하도록 그 일단을 제 2유동층로(200)의 하부 깊숙히 위치시키고,그리고

상기 제11도관(504)은 제 1 유동층로(100) 분산판(102)의 노즐 (Hole)을 통해 낙하된 분철광석을 제 2 유동층로(200)의 하부 깊숙히 공급하도록 그 일단을 제 2유동층로(200)의 하부 깊숙히 위치시키는 것을 특징으로 하는 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제 7 도관(502), 제 11 도관(504) , 제 13 도관(602)과 제 12 도관(604) 에는 각각 가스 및 고체 밀페형 고온용 밸브(501, 503 ,601, 603)가 1개 이상 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치.
제1항또는 제2항에 있어서,제 1 유동층로(100)와 제2유동층로(200)는 원추형부(100a)와 원통형부(100b)로 구성되며, 상기 원추형부의 경사각은 수직선에서 5-20°으로 하고, 원추형부(100a, 200a)의 분산판에서부터의 높이는 그 하부 분산판 내경의 5-10배이며 그리고 원통형부(100b, 200b)의높이는 그 내경의 3-5배로 함을 특징으로 하는 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치.
제3항에 있어서,제 1 유동층로(100)와 제2유동층로(200)는 원추형부(100a)와 원통형부(100b)로 구성되며, 상기 원추형부의 경사각은 수직선에서 5-20°으로 하고, 원추형부(100a, 200a)의 분산판에서부터의 높이는 그 하부 분산판 내경의 5-10배이고, 그리고 원통형부(100b, 200b)의높이는 그 내경의 3-5배로 함을 특징으로 하는 2단의 분철광석의 유동층식 환원장치.
제 1 유동층로에서는 분철광석을 환원성 분위기에서 예열 및 예비환원 시키고 제 2 유동층로에서는 건조,예열 및 예비환원된 분철광석을 최종환원시키는 분철광석의 환원방법에 있어서,제 1 유동층로(100)로 공급된 분철광석을 제 2 유동층로(200)의 배가스(환원가스)로 기포 또는 난류 유동층을 형성하면서 건조,예열 및 예비환원 환원시키고, 반응된 철광석은 제 2 도관(103)을 경유하여 제 2 유동층로(200) 하부로 기송시켜 제 2 배가스공급구(201)를 통해 공급된 환원가스(용융가스화로 배가스)를 이용하여 기포유동층을 형성하면서 최종환원시킨 다음, 제 2 광석배출구(206)를 통해 최종 배출하고;

제 1 유동층로(100)의 배가스에 함유된 극미립철광석은 제 1 사이클론(300)에서 가스와 분리시켜 제 1 유동층로(100) 하부에 재순환되도록 하며, 제 2 유동층로(200)의 배가스에 함유된 극미립철광석은 제 2 사이클론(400)에서 가스와 분리시켜 제 2 유동층로(200) 하부에 재순환되도록 하고; 그리고

조업 중간에 정기적으로, 그리고 비상사태가 발생한 경우 제 1 및 제 2 중간호퍼(500, 600)의 전단 고온용 밸브(501, 601)를 먼저 열어 제 1 및 제 2 유동층로(100, 200)의 가스분산판 밑에 쌓인 분철광석을 각각 제 1 및 제 2 중간호퍼(500, 600)에 저장한 다음 그 전단 고온용 밸브(501, 601)를 닫고 다시 제 1 및 제 2 중간호퍼(500, 600)의 후단 고온용 밸브(503, 603)를 열어 질소와 같은 비활성가스를 취입하여 저장된 분철광석을 각각 제 2 유동층로(200)의 하부로 기송시키도록 구성됨을 특징으로 하는 분철광석의 환원방법.
제 6항에 있어서, 제 1 유동층로(100)와 제 2 유동층로(200) 내의 분산판 바로 위에서의 가스유속이 로내에 체류하는 분철광석의 최소유동화속의 1,2-2.5배 이하가 되도록 선정하는 것을 특징으로 하는 분철광석의 환원방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 제 1 유동층로(100)에서의 예열 및 예비환원은 700-850℃에서 그리고 제 2 유동층로(200)에서의 최종환원은 750-900℃에서 행하고, 그리고 각 로에서의 조업압력은 절대압으로 1-5 기압인 것을 특징으로 하는 분철광석의 환원방법.