KR100241009B1 - 용융환원공정에서의 미분광취입방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철광석을 이용하여 용선을 제조하는 용융환원공정에 있어서, 미분광을 취입하는 방법에 관한 것으로써, 용융가스화로에서 발생되는 배가스를 이용하여 미분광을 수송함으로써 미분광을 수송 또는 취입하기 위한 별도의 가스가 필요없을 뿐만 아니라 공정가스의 양 및 조성에도 전혀 변화없이 미분광을 용융가스화로에 취입할 수 있는 미분광취입방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 용융가스화로(11)에서 발생된 배가스를 이용하여 예비환원로(12)에서 철광석을 예비환원하고, 예비환원된 철광석을 용융가스화로(11)에서 용융환원하고, 용융가스화로(11)에서 배출되는 배가스는 상승관(13) 및 사이클론(14)을 거쳐 상기 예비환원로(12)에 공급되고, 사이클론(14)에서 포집된 미립광석은 리사이클링장치(15) 및 용융연소장치(16)를 통해 상기 용융가스화로(11)내에 분사되고, 상기 사이클론(14)을 통과한 배가스중의 일부는 수집진장치(17) 및 콤푸레샤(18)를 거쳐 가압가스 순환관(19)을 통해 상승관(13)내로 공급되도록 구성되어 용융선철을 제조하는 용융환원공정에 있어서, 상기 가압가스 순환관(19)을 지나는 가압가스의 일부를 제2콤푸레샤(21)에 의해 재가압하고, 이 재가압된 가압가스를 이용하여 미분광 압송장치(22)에 의해 미분광을 상기 상승관(13)내에 취입하도록 구성되는 용융환원공정에서의 미분광취입방법을 그 요지로 한다.
Description
제1도는 철광석을 이용하여 용선을 제조하는 종래의 용융환원장치를 나타내는 개략도.
제2도는 본 발명을 구현하기 위한 용융환원장치의 개략도.
제3도는 제2도의 용융환원장치에 있어 미분광압송장치의 상세도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 용융가스화로 12 : 예비환원로
13 : 상승관 16 : 용융연소장치
17 : 수집진장치 18,21 : 콤푸레샤
22 : 미분광압송장치
본 발명은 철광석을 이용하여 용선을 제조하는 용융환원공정에 있어서 미분광취입방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 용융가스화로에서 배출되는 배가스(환원가스)의 온도를 낮추기 위하여 순환되는 냉각가스의 일부를 수송가스로 사용하여 미분광을 취입하는 방법에 관한 것이다.
원료인 광석과 석탄을 전처리작업없이 직접사용하여 용선을 생산하는 대표적인 용융환원방법으로는 미국특허 제4,978,387호를 들 수 있다.
상기 미국특허 제4,978,387호에 제시된 방법은 원철광석과 일반석탄을 직접 사용하므로서 다른 제선 공정인 고로공정과 비교하여 볼 때 소결공정 및 코우킹공정등 원료 전처리공정을 생략하여 공정 및 설비의 단순화를 달성할 수 있는 것이다. 상기의 공정은 제1도에 나타난 바와같이, 석탄의 가스화와 환원광의 용융을 담당하는 용융가스화로(11), 용융가스화로에서 발생된 환원가스를 사용하여 철광석을 간접환원시키는 예비환원로(12) 및 기타부대설비로 구성되어 있다. 용융가스화로(11)의 조업온도가 석탄중 타르성분의 완전분해조건인 1050℃이상인 반면 예비환원로(12)의 조업온도는 철광석 간접환원의 최적조건인 850℃를 유지해야 하므로 용융가스화로(11)에서 생성된 고온의 가스를 850℃로 낮추기 위하여 용융가스화로에서 생성된 가스의 일부를 수집진장치(17)를 거쳐 집진 및 냉각후 콤푸레샤(18)를 통하여 승압후 상승관(13)으로 보낸다. 한편, 용융가스화로(11)에서 발생된 더스트는 사이클론(14)에서 분리된후 더스트 리사이클링 장치(15)를 거쳐 용융연소장치(16)에 의해 용융가스화로내로 재취입하여 연소 및 용락시키므로서 연,원료의 손실을 최적화한다.
그러나, 상기의 공정은 적정입도(8-35mm)의 정립광 및 정립탄만을 사용해야 하는 원료입도 규제의 단점이 있다. 이러한 광석의 입도규제를 완화시킬 수 있는 기술을 제안하여 대한민국 특허출원제 93-8750호로 특허출원한 바 있다.
상기 특허 출원에 제시된 기술은 미분의 철광석을 용융가스화로(11)의 상승관(13) 또는 리사이클링 장치(15)로 투입한후 사이클론(14)에서 분리된 더스트와 함께 용융연소장치(16)에 의해, 용융가스화로(11)내로 취입한 후 용해응집시키므로서 재분진화를 방지하고 미분광을 직접 조업에 사용하는 기술이다.
그러나, 상기한 특허출원에 제시된 기술에서는 미분광을 용융가스화로로 취입하는 개념만이 제시되어 있을뿐 어떤방법으로 미분광을 취입할지는 제시되어 있지 않다.
이에, 본 발명은 철광석을 사용하여 용선을 제조하는 용융환원 공정에 있어서 용융가스화로에서 발생하는 배가스를 이용하여 미분광을 수송하므로서 미분광을 수송 또는 취입하기 위한 별도의 가스가 필요없을 뿐만 아니라, 공정가스의 양 및 조성에도 전혀변화없이 미분광을 용융가스화로에 취입할 수 있는 미분광취입방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 용융가스화로에서 발생된 배가스를 이용하여 예비환원로에서 철광석을 예비환원하고, 예비환원된 철광석을 용융가스화로에서 용융환원하고, 용융가스화로에서 배출되는 배가스는 상승관 및 사이클론을 거쳐 상기 예비환원로에 공급되고, 사이클론에서 포집된 미립광석은 리사이클링장치 및 용융연소장치를 통해 상기 용융가스화로내에 분사되고, 상기 사이클론을 통과한 배가스중의 일부는 수집진장치 및 콤푸레샤를 거쳐 가압가스 순환관을 통해 상승관 내로 공급되도록 구성되어 용융선철을 제조하는 용융환원공정에 있어서, 상기 가압가스 순환관을 지나는 가압가스의 일부를 재가압하고, 이 재가압된 가압가스를 이용하여 미분광을 상기 상승관내에 취입하도록 구성되는 용융환원공정에서의 미분광취입방법에 관한 것이다.
이하, 도면을 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명을 구현할 수 있는 용융환원장치의 일례가 제2도에 나타나 있다.
제2도에 나타난 바와같이, 본 발명이 적용될 수 있는 용융환원장치(100)는 석탄의 가스화와 환원광석의 용융이 일어나는 용융가스화로(11), 용융가스화로(11)에서 발생된 배가스를 이용하여 철광석을 간접환원하는 예비환원로(12); 상승관(13)을 통해 용융가스화로(11)의 배가스를 공급받아 배가스중의 미분광석을 집진하여 리사이클링장치(15)로 보내고 미분광석과 분리된 배가스를 상기 예비환원로(12)에 공급하는 사이클론(14); 상기 용융가스화로(11)에 장착되어 사기 리사이클링장치(15)에서 받은 미분광석을 용융가스회로(11)에 분사시키는 용융연소장치( 16); 상기 사이클론(14)에서 배출되는 배가스의 일부를 공급받아 집진 및 냉각하는 수집진장치(17); 수집진장치(17)에서 냉각된 가스를 가압하여 가압가스순환관(19)을 통해 상기 상승관(13)으로 공급하는 콤푸레샤(18); 가압가스중의 일부를 재차가압하는 제2콤푸레샤(21); 및 제2콤푸레샤(21)에 의해 재차가압된 가스를 이용하여 미분광을 상기 상승관(13)에 공급하는 분광압송장치(22)를 포함하여 구성된다.
상기 용융가스화로(11)와 상기 예비환원로(12)는 환원광석배출관(5)을 통해 연통되어 있고, 상기 예비환원로(12)에는 배가스를 배출하기 위한 배가스 배출관(8)이 연결되어 있고, 또한 철광석을 공급받기 위한 광석공급관(2)이 연결되어 있다.
상기 예비환원로(12)는 제1배가스 순환관(3a)을 통해 사이클론(14)과 연통되어 있고, 상기 수집진장치(17)는 제2배가스 순환관(3b)을 통해 사이클론(14)과 연통되어 있다.
상기 수집진장치(17)는 냉각가스순환관(17a)을 통해 상기 콤푸레샤(18)에 연통되어 있고, 상기 콤푸레샤(18)는 가압가스 순환관(19) 및 제2가압가스 순환관(19a)을 통해 상승관(13) 및 제2콤푸레샤(21)에 연통되어 있고, 상기 제2콤푸레샤(21)는 제3가압가스 순환관(21a)을 통해 상기 분광 압송장치(22)와 연통되고, 이 미분광압송장치(22)는 분광공급관(22a)을 통해 상기 상승관(13)과 연통되어 있다.
상기 리사이클링장치(15)는 제1분광순환관(14a)을 통해 상기 사이클론(14)과 연통되고, 또한 제2분광순환관(15a)을 통해 상기 용융연소장치(16)에 연결된다.
상기한 분광압송장치(22)의 일례가 제3도에 나타나 있다.
제3도에 나타난 바와같이, 분광압송장치(22)는 원료저장조(221), 균압조(222), 적출조(223), 원료적출피더(224) 및 인젝터(225)를 포함하여 구성된다.
본 발명에서는 제2콤푸레샤(21)에 의해 재차 가압된 가스는 제3가스순환관(21a)을 통해 상기 인젝터(225)에, 그리고 제4가압가스 순환관(227)을 통해 상기 균압조(222)에 공급되도록 상기 분광압송장치(22)를 구성한다.
본 발명은 용융가스화로(11)에서 발생된 배가스를 이용하여 예비환원로(12)에서 철광석을 에비환원하고, 예비환원된 철광석을 용융가스화로(11)에서 용융환원하고, 용융가스화로(11)에서 배출되는 배가스는 상승관(13) 및 사이클론(14)을 거쳐 상기 예비환원로(12)에 공급되고, 사이클론(14)에서 포집된 미립광석은 리사이클링장치(15) 및 용융연소장치(16)를 통해 상기 용융가스화로(11)내에 분사되고 상기 사이클론(14)을 통과한 배가스중의 일부는 수집진장치(17) 및 콤푸레샤(18)를 거쳐 가압가스 순환관(19)을 통해 상승관(13)내로 공급되도록 구성되어 용융선철을 제조하는 용융환원공정에 적용될 수 있는 것이다.
즉, 본 발명에 따라 미분광을 취입하기 위해서는 상기 가압가스 순환관(19)을 지나는 가압가스의 일부를 제2콤푸레샤(21)에 의해 재가압하고, 분광압송장치(22)에 의해 재가압된 가압가스를 이용하여 미분광을 상기 상승관(13)내에 취입한다. 상기와 같이 상승관(13)내에 취입된 미분광은 사이클론(14), 리사이클링장치(15) 및 용융연소장치(16)를 거쳐 상기 용융가스화로(11)에 분사된다.
제3도와 같은 미분광압송장치(22)를 사용하는 경우에는 냉각용 환원가스를 승압시킨후 미분광압송장치(22) 하단의 인젝터(225)와 균압조(222)로 가스를 공급하고 이렇게 공급된 냉각용 환원가스를 수송매체로 하여 미분광을 3.0-3.5kg/cm2정도의 압력으로 조업중인 용융가스화로의 상승관(13)내로 취입하고 이렇게 취입된 미분광은 상승가스에 의하여 운송되면서 승온 및 일부환원이 일어난다. 미분광 및 더스트는 사이클론(14)에서 분리된 후 미분광 리사이클링장치(15)를 거쳐 용융연소장치(16)를 통하여 용융가스화로(11)내로 취입되며 더스트내의 탄소는 용융연소장치(16)로 함께 취입되는 산소와 반응하여 연소되고 이 연소열을 이용하여 예비환원된 미분광은 용융, 응집하여 용융가스화로(11) 하단으로 응락하여 석탄층에서 용융환원되어 용선이 생성된다.
상기 상승관내의 압력은 3.0-3.5kg/cm2이 되도록 선정되는 것이 바람직하다.
상기 콤푸레샤(18)에서는 가스의 압력을 3.7-4.2kg/cm2이 되도록 가압하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2콤푸레샤(21)에서는 가스의 압력을 5-10kg/cm2이 되도록 가압하는 것이 바람직하다.
상기 용융가스화로(11)의 배가스 조성의 일례는 CO:60-65%, H2:25-30%, CO2:3-5% 및 N2:2-4%를 함유하여 조성되는 것이다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
용융가스화로(11)에서 생성된 가스는 1000-1100℃의 고온이며 이는 석탄내에 함유되어 있는 다량의 휘발성 유기물질인 타르의 완전분해를 위한 것이다. 하지만 상부의 예비환원로(12)에서의 가스적정온도는 850℃이므로 생성된 환원가스의 약 20%에 해당되는 양을 수집진장치(17)에서 수집진, 냉각시켜 콤푸레샤(18)로 승압후 용융가스화로(11)의 상승관(13) 하부로 재순환시켜 가스온도를 조절한다.
본 발명은 용융환원공정에의 미분광취입에 있어서 재순환하는 냉각가스의 일부를 취하여 제2콤푸레샤(21)로 승압한후 이를 미분광압송장치(22)로 공급하여 미분광을 용융가스화로(11)의 상승관(13)에 운송하는 수송가스로서 사용하는 것이다.
미분광 운송에 필요한 수송가스로 사용 가능한 가스는 불화성 가스내지는 환원성 가스로서 공정내의 열 및 물질발란스에 영향을 끼치지 않도록 상승관내의 환원가스 내지는 수송중의 분체와 반응하지 않는 물질이어야 한다. 이러한 측면에서 불활성 가스인 질소등도 사용가능하다 하겠으나 질소를 사용할시 별도의 질소공급장치가 필요하며, 질소가 공급되므로서 환원가스의 조성에 질소의 양이 증가하게 된다. 환원성가스중의 질소농도가 약 10%를 초과하게 되면 상부의 환원로에서의 환원속도를 떨어뜨린다. 또한 불활성 가스는 에너지 원단위가 높은 가스이므로 별도의 소모비용이 들게 된다.
용융환원공정에서 미분공을 취입하는데 있어서 본 발명을 사용하게 되면 기존의 순환되는 환원가스 조성(약 65% CO-25%H2-5%CO2-3%N2)의 냉각가스의 일부를 수송가스로 사용하므로서 상승관에서의 전체가스수송량의 변화가 없을 뿐만 아니라 환원로로 공급되는 환원가스의 조성에도 변화가 없으므로 용융환원 공정에의 미분광 사용에 있어서 기존의 조업조건이 전혀 변하지 않은 상황에서 조업이 가능하다. 또한 별도의 소요비용이 들지 않는다는 장점이 있다.
이하, 실시에를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
COREX C-2000 Plant에 미분광사용 조업을 시험하기 위한 시험 설비를 준비하였다. 기존의 COREX C-2000의 Tower에는 미분광 압송장치를 설치할 공간이 없으므로 COREX Main Tower에서 약 10m 떨어진 위치에 미분광저장장치 및 압송장치가 설치된 미분광운송 Tower를 준비하였다. 미분광 압송거리를 수평거리 45m, 수직거리 40m이며, 미분광의 압송조건은 최소 압력 9kg/cm2이며 이는 수송거리에 따라 결정된다. 용융가스화로의 상승관으로 미분광을 압송하는 수송가스로는 제1콤푸레샤를 거쳐 가압가스 순환관을 지나는 65%CO-25%H2-5%CO2-3%N2의 조성을 가지는 가스의 일부를 공급받아 이를 제2콤푸레샤에서 10kg/cm2의 압으로 승압하였다.
승압된 가압가스의 일부는 균압조와 적출조로 공급되어 상기 미분광 압송조건을 유지시키고 나머지는 COREX C-2000 용융가스화로의 조업압력인 3.0-3.5kg/cm2보다 약 0.7kg/cm2높은 3.7-4.2kg/cm2의 압력으로 적출조에서 배출된 미분광을 기송하여 상승관내로 취입할 수 있다.
Claims (4)
- 용융가스화로(11)에서 발생된 배가스를 이용하여 예비환원로(12)에서 철광석을 예비환원하고, 예비환원된 철광석을 용융가스화로(11)에서 용융환원하고, 용융가스화로(11)에서 배출되는 배가스는 상승관(13) 및 사이클론(14)을 거쳐 상기 예비환원로(12)에 공급되고, 사이클론(14)에서 포집된 미립광석은 리사이클링장치(15) 및 용융연소장치(16)를 통해 상기 용융가스화로(11)내에 분사되고, 상기 사이클론(14)을 통과한 배가스중의 일부는 수집진장치(17) 및 콤푸레샤(18)를 거쳐 가압가스 순환관(19)을 통해 상승관(13)내로 공급되도록 구성되어 용융선철을 제조하는 용융환원공정에 있어서, 상기 가압가스 순환관(19)을 지나는 가압가스의 일부를 제2콤푸레샤(21)에 의해 재가압하고, 이 재가압된 가압가스를 이용하여 미분광 압송장치(22)에 의해 미분광을 상기 상승관(13)내에 취입하도록 구성되는 용융환원공정에서의 미분광취입방법.
- 제1항에 있어서, 상기 미분광압송장치(22)가 원료저장조(221), 균압조(222), 적출조(223), 원료적출용피더(224), 및 인젝터(225)를 포함하여 구성되고, 상기 제2콤푸레샤(21)에 의해 재가압된 가압가스를 상기 균압조(222) 및 인젝터(225)에 공급하는 것을 특징으로 하는 용융환원공정에서의 미분광취입방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2콤푸레샤(21)에 의해 재가압된 가스의 압력이 5-10kg/cm2인 것을 특징으로 하는 용융환원공정에서의 미분광취입방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 용융가스화로(11)에서 배출되는 배가스의 조성이 CO:60-65%, H2:25-30%, CO2:3-5% 및 N2:2-4%를 함유하여 조성되고, 상기 상승관(13)의 압력이 3.0-3.5kg/cm2이고, 그리고 콤푸레샤(18)에서 가압된 가스의 압력은 3.7-4.2kg/cm2인 것을 특징으로 하는 용융환원공정에서의 미분광취입방법.
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