KR100241616B1 - 용융 선철 또는 강 시제품의 제조방법 및 이를 수행하기 위한 플랜트 - Google Patents

용융 선철 또는 강 시제품의 제조방법 및 이를 수행하기 위한 플랜트 Download PDF

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펠릭스 발너
요하네스 쉥크
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이구택
포항종합제철주식회사
신현준
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파투치 알렉산더
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Abstract

본 발명은 용융 선철 또는 강 시제품의 제조 공정 및 이러한 공정을 수행하기 위한 플랜트에 관한 것으로, 용융실 기화기(1)의 용융 기화 영역에서 미립자 철 함유 재료로부터 용융 선철(23) 또는 강 시제품의 제조 공정에 있어서, 고체 탄소 운반체로 이루어진 층(26)에 탄소 함유 재료 및 산소 함유 가스를 공급하면서 동시에 환원가스의 형성으로, 철 함유 재료는 상기 층(26)을 통과할때 용융된다.
공급된 분광의 배출을 확실하게 피하면서, 분광으로 100%까지 구성되는 장입물을 사용하게 할 수 있도록, 고온 연소 및/또는 기화 영역(27)은 층(26) 상부에 형성된 진정공간(III)에서 산소의 직접 공급하에 탄소 함유 재료(16′16″)를 연소 및/또는 기화시켜 형성되고, 미립자 철 함유 재료(15)는 직접 고온 연소 및/또는 기화 영역으로 유입되고, 여기서 철 함유 재료(15)의 적어도 초기 표면 용융 및 응집이 탄소 함유 재료(16′,16″)의 반응 동안에 방출된 열에 의해 수행되는 기술에 관한 것이다.

Description

용융 선철 또는 강 시제품의 제조방법 및 이를 수행하기 위한 플랜트
유럽 특허공보 제0 010 627호는 석탄의 부가 및 산소-함유가스를 송풍하여 유동층이 코우크스 입자로 형성되는, 입자철-함유재료, 특히 선환원된 해면철로부터 용융된 선철 또는 강 시제품의 제조 및 용융실 기화기에서 환원가스의 제조방법을 제시하였다. 상기 문헌에서, 산소-함유가스 또는 순수한 산소는 각각 용융실 기화기의 하부로 주입된다. 입자철-함유재료, 특히 선환원된 해면철 및 괴탄은 용융실 기화기의 후드에 배열된 장입구멍을 통해 상부로부터 공급되고, 하강입자들은 유동층에서 감속되고, 철-함유입자들은 코우크스 유동층을 통해 하강할 동안 환원되고 용융된다. 용융된 슬랙이 덮혀진 금속은 용융실 기화기의 바닥에서 회수되며 금속 및 슬랙은 분리된 탭입구를 통해 배출된다.
그러나, 이러한 종류의 공정은 용융실 기화기 내에 존재하는 명백한 가스유동으로 인해 미세입자 해면철이 용융실 기화기로부터 즉시 배출됨으로써 미세입자 해면철을 처리하기에는 적합하지 않다. 한편, 상기 배출은 용융실 기화기 상부의 온도에 의해 더욱 촉진되는 바, 이는 상기 온도가 너무 낮아 장입부위에서 해면철의 용융되지 않기 때문이다.
미합중국 특허 제5,082,251호에는 천연가스로부터 제조된 환원가스를 이용하여 유동층 공정(fluidized bed process)에 따라 철-함유 미세광석을 직접 환원시키는 공정이 알려져 있다. 이 공정에서, 철이 풍부한 분광은 일련의 배열된 유동층반응기의 시스템에서, 증가된 압력으로 환원가스에 의해 환원된다. 상기 얻어진 해면철은 계속하여 가열 또는 냉각 단광처리한다. 해면철 분말을 더욱더 처리하기 위해, 별도의 용융설비가 구비되어야 한다.
유럽 특허공개공보 제0 217 331호에는 유동층 공정으로 분광을 직접 선환원시키고, 용융실 기화기로 선환원된 분광을 공급하고,탄소-함유 환원제의 공급하에 플라즈마 버너에 의해 이를 완전히 환원시키고, 그리고 분광을 용융시키는 공정이 제시되어 있다. 용융실 기화기내에서 유동층이 형성되고, 상기 유동층 위에는 코우크스의 유동층이 형성된다. 선환원된 분광 또는 해면철 분말은 각각 용융실 기화기의 하부에 제공된 플라즈마 버너로 공급된다. 상기 발명의 한가지 단점은 낮은 용융지역 즉, 용융물이 회수되는 지역에서 선환원된 분광을 즉시 공급하여 완전한 환원이 더이상 보장되지 않고, 선철의 추가 처리를 위해 요구되는 화학조성이 적어도 달성될 수 없다는 것이다. 더욱이, 플라즈마 버너의 높은 온도지역으로부터 용융생성물이 많은 부분이 배출될 수 없는 것처럼, 용융실 기화기의 하부에서 석탄으로부터 형성되는 각각의 유동층 또는 고정층으로 인해 선환원된 분광의 실질적인 양의 장입이 실행될 수 없다. 선환원된 분광의 실질적인 양의 충전은 즉시 플라즈마 버너의 열적 및 기계적 고장을 야기할 것이다.
유럽 특허공보 제0 111 176호에는 괴철광으로부터 해면철 입자 및 용융선철을 제조하는 방법이 개시되어 있는 바, 상기 철광석은 직접-환원 괴상체내에서 직접적으로 환원되고, 상기 직접-환원 괴상체로부터 배출되는 해면철 입자는 거친-입자와 미세한 입자로 나누어진다. 상기 미세-입자 분획은 용융실 기화기로 공급되고, 상기 용융실 기화기내에서 해면철을 용융시키기 위해 필요한 열 및 직접-환원괴상체로 공급되는 환원가스는 장입된 석탄 및 공급된 산소-함유가스로부터 생성된다.
미립자 파편은 용융실 기화기의 두부로부터 돌출된 수직파이프를 경유하여 석탄의 유동층의 근처까지 인도된다. 수직파이프의 단부에는 미립자의 파편의 속도를 최소화하기 위하여 완충판이 구비되어 있고, 따라서 수직파이프를 이탈하는 미립자의 파편의 배출속도는 매우 낮게 되므로 공급된 미립자 파편의 용융은 즉시 일어나지 않는다. 이것과 용융실 기화기로부터의 낮은 배출 속도는 공급된 미립자파편의 많은 부분이 용융실 기화기로부터 배출되게 인도하고 이어서 생산된 환원가스와 함께 배출되게 한다. 이러한 공정에 따라서 더욱 더 많은 양의 미립자 장입이 불가능하거나 또는 미립자의 장입만이 가능하다.
유럽 특허공보 제0 578 414호에 따른 공정에서는, 괴철광석 함유 장입물은 용융 기화 영역내에서 형성된 환원가스에 의해 환원축로 내에서 직접 환원된다. 그러므로, 해면철은 용융 기화 영역으로 연속적으로 공급되어 얻어진다. 이러한 공지의 공정으로써, 야금 공장에서 발생하는 산화철 미세 분진과 같은 미세 광석 및/또는 광석분진을 부가적으로 이용하기 위해서는, 미세 광석 및/또는 고체 탄소 캐리어와 함께 광석분진은 용융기화 영역내에서 작용하는 분진버너로 공급되고, 화학량론적 연소반응실에서 반응한다. 이러한 종류의 공정은 야금공장에서 일어나는 광석분진 및/또는 미세광석을 효율적으로 처리할 수 있는데 전체 광석장입량의 20 내지 30%의 양까지 처리할 수 있으므로 괴광석과 미세광석을 복합적으로 처리할 수 있다.
본 발명은 용융실 기화기의 용융(Meltdown) 기화 영역에서 미세입자철-함유재료, 특히 환원된 해면철로부터 용융 선철(Molten pig iron) 또는 강 시제품(Steel pre-products)의 제조 방법 및 이러한 방법을 수행하기 위한 플랜트에 관한 것으로, 고체 탄소 운반체로 이루어진 층에 탄소함유재료 및 산소함유가스를 공급하면서 동시에 환원가스의 형성으로, 임의로 사전에 완전한 환원시, 철함유재료가 상기 층을 통과할때 용융되는 기술이다.
본 발명은 이러한 단점 및 어려움을 해결하는 것이 목적이며, 그 목적은 단광에 대한 요구없이 미세-입자 철-함유재료의 처리를 실현할 수 있는 서두에서 설명한 종류의 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 플랜트를 제공하는 것이고, 한편으로는 임의로 선환원 또는 완전 환원된 상태에서 공급되는 미립자 즉 철-함유재료의 배출을 용융실 기화기에서 생성되는 환원가스에 의해 확실하게 피할 수 있고, 다른 한편으로는 가능한한 요구되는 완전 환원이 보장된다. 본 발명의 다른 하나의 특정목적은 용융실 기화기를 이용할 동안 선철 및/또는 강 시제품을 얻기 위해 미립철-함유재료를 100% 장입시켜 공정을 실현할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
서두에 설명한 종류의 제조방법에서, 상기한 목적은 본 발명에 의해 달성되는 바 본 발명에 따르면, 상기 층 위에 형성된 진정공간(killing space)내로 산소의 직접 공급하에서 탄소 함유 재료의 연소, 기화, 또는 연소 및 기화에 의해 고온 연소 및 기화 영역이 형성되고, 상기 미립자 철 함유 재료는 고온 연소 및 기화 영역으로 직접 유입되며, 상기 철 함유 재료의 적어도 초기 표면 용융 및 응집이 탄소 함유 재료가 반응하는 동안에 방출된 열에 의해 일어난다.
즉, 형성된 괴상체는 큰 수화 직경 및/또는 높은 밀도를 나타내며, 하강시 속도가 증가된다. 이러한 이유 그리고 개선된 형태 인자, 즉 거대한 구형형태로부터 야기되는 보다 양호한 CW값(물체에 접근하는 유체의 동압에 대한 물체의 유체 저항성을 나타낸다) 때문에 철함유재료는 용융실 기화기로부터 배출되는 환원가스에 의한 배출이 방지된다.
유럽 공개특허공보 제0 174 291호로부터 분진상태의 황화비철금속광석, 특히 비철금속광석을 용융실버너를 통해 용융실 기화기로 공급하는 것이 알려져 있다. 여기서 더 많은 양의 황화비철금속광석이 처리될 수 있어도, 광석입자를 용융하기 위해 필요한 열은, 다음 반응식에 따라 버너에서 산소와 황화철의 발열반응에 의해 얻어진다.
Cu2S+3/2O2=CU2O+SO2
이러한 공지의 공정으로서, 탄소의 유동층을 형성하기 위한 석탄은 별도로 용융 기화영역내로 장입된다. 이러한 종류의 공정으로는 산화 미세 광물에는 실행할 수 없고, 이들 산화 미세 광물을 용융하기 위한 열은 여기에서는 이용할 수 없다. 그 결과로써, 미세 광물 공급 덕트가 용융실 기화기의 상부 단부에 배열되어 있기 때문에 이들 미세 광물은 용융 기화영역으로부터 나오는 환원가스에 의해 배출되고 용융기화기로부터 배출된다. 공급된 고체중에서 가능한 가장 일정하고 완전한 혼합 및 처리를 달성하기 위해, 고온 연소 및 기화 영역은 양호하게는 용융실 기화기의 상단위에 원형으로 형성되고, 상기 재료의 공급은 하강방향으로 수행되고, 여기서 적절한 응집화는 고온 연소 및 기화 영역에서 철 함유 재료의 와류하에 가속되고 강하되고, 더욱 더 양호하게는 고온 연소 및 기화 영역으로의 산소의 공급은 와류하에서 수행된다.
바람직한 구현에 따라 철-함유 재료는 고체의 미립자 탄소함유재료와 혼합된 후 고온 연소 및 기화 영역으로 유입되고, 특히 고온-장입 조작시에 단지 미립코우크스와 더불어 가능하다.
또한, 고온 연료 및 기화 영역으로 철 함유 재료의 유입속도는 질소 또는 중간 가스와 같은 추진제에 의해 증가시키는 것이 양호하다.
바람직한 구현에 따라 용융-기화 영역에 형성된 환원가스는 철 함유 재료를 예열하기 위해 예열 영역 및 직접 환원 영역으로 공급되고, 예열, 환원 또는 예열 또는 환원된 철 함유재료는 열간 상태로 고온 연소 및 기화 영역으로 공급된다. 여기서 양호하게는 코우크스 분진은 예열 영역 및 직접 환원영역으로 추가 공급된다. 다른 바람직한 구현은 산소 함유 가스와 더불어 휘발성분을 갖는 미분탄, 다른 탄소 함유 재료, 또는 미분탄 및 다른 탄소 함유 재료가 환원가스 배출덕트의 부근에서 용융실 기화기로 유입되고, 휘발성분을 갖는 미분탄, 다른 탄소-함유재료 또는 미분탄 및 다른 탄소-함유재료는 미세한 코우크스와 반응하고, 그리고 미세한 코우크스는 환원가스와 함께 용융실 기화기로부터 배출 및 분리되어 고온 연소 및 기화영역으로 공급된다. 이 공정에 적합한 다른 탄소함유재료는 플라스틱 및 미립자 석유 코우크스를 분해할 것이다.
여기서 바람직하게는 열간 미세 코우크스는 열간 철 함유 재료와 혼합된 후 고온 연소 및 기화 영역으로 공급된다.
휘발성 성분을 갖는 미분탄, 다른 탄소 함유 재료, 또는 미분탄 및 다른 탄소 함유 재료가 고온 연소 및 기화 영역으로 공급되고, 특히 기화 영역이 이미 예열되어 있다면, 열간 해면철과 미분탄의 접촉이 석탄의 탈가스화 및 타르형성을 일으키므로, 고온 연소 영역까지의 공급이 철 함유 재료로부터 별개로 수행된다. 그다음 전달 덕트에서 케이크화 되어, 그 결과 중요 조작의 어려움을 수반할 것이다.
고체 탄소 운반체로 형성된 층을 만들기 위해, 바람직하게는 괴탄이 용융 기화 영역으로 추가 유입된다.
바람직한 변형은 예열 영역 및 직접 환원 영역에서, 미세-입자 분획 및 거친-입자 분획으로 철 함유재료의 분리가 수행되고, 거친-입자분획은 바람직하게는 0.5 내지 8mm의 입자크기를 갖고, 미세-입자 분획만이 고온 연소 및 기화 영역(27)으로 유입되고, 그리고 거친-입자분획은 용융실 기화기(1), 바람직하게는 용융실 기화기의 진정공간(III)으로 직접 유입됨을 특징으로 한다. 이들을 고온 연소 및 기화 영역으로 공급된다면, 단지 열을 소비할 것이다. 상기 열은 응집화를 위해 미세입자를 이용될 수 있다. 즉 고온 연소 및 기화 영역의 형성을 위해 작용하는 버너는 더 효율적으로 작용할 수 있고, 임의로 역효과를 주는 응집현상없이 작은 스케일로 형성될 수 있다.
다른 바람직한 구현으로, 환원가스는 사전의 정화공정 없이 예열 영역 및 직접 환원 영역으로 공급된다. 그 결과 용융실 기화기로부터 탄소-함유 분진은 예열 및 직접 환원 영역에서 분리 및 배출될 수 있으며, 직접 고온 연소 및 기화 영역으로 공급되고, 열적으로 이용될 수 있다.
본 발명의 플랜트는 생성된 환원가스의 배출, 탄소 함유 재료와 철 함유 재료의 첨가, 산소 함유 가스와 함께 슬랙 및 철-용융 탭의 공급을 위한 공급 및 배출덕트를 포함하는 용융실 기화기를 포함하고, 상기 용융실 기화기의 하부는 용융 선철 또는 강 선재료 및 액체 슬랙을 회수하기 위해 제공되며, 중첩된 중심부는 고체탄소 운반체의 층을 수용하는 데 제공되고, 계속하여 상부는 진정공간으로서 제공되는, 미립자 철 함유 재료로부터 용융 선철 또는 강 제품의 제조방법을 수행하기 위한 플랜트로서, 산소 함유 가스 및 미립자 철-함유 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 버너, 그리고 고체의 미립자 탄소 운반체를 공급하기 위한 공급수단이 진정공간의 상부 말단 위에 제공되며, 가운데에 배열된 단일 버너는 바람직하게는 용융실 기화기의 수직 세로 중심축상에 배열되어 제공되고, 상기 버너의 입구는 층의 표면을 향하도록 배열된 것을 특징으로 한다.
또한, 적절하게는 고체의 미세-입자 탄소운반체는 버너를 통해 공급되고, 양호하게는 버너는 산소-탄소 버너로서 설계된다.
그리고, 각각 공급된 산소 함유 가스와 함께 버너에 공급되는 고체의 고도의 혼합을 달성하기 위해, 바람직하게는 버너는 버너를 통해 공급되는 고체를 위한 와류 수단과 함께 제공되고, 더욱 나아가 버너를 통해 제공되는 산소 함유 가스를 위한 와류 수단과 함께 버너가 알맞게 제공된다.
단일 버너 구성은 미립자 철-함유재료 및 고체 미립자 탄소 운반체를 제공하기 위한 혼합-스톡 덕트가 버너에 연결되게 한다. 특히 이러한 구현은 미립 코우크스를 장입하기 위해 적합하다.
하나의 바람직한 구현예는 열간 미립자 철 함유 재료를 공급하는 덕트는 버너에 연결되어 있고, 상기 물질은 별개의 덕트 및 추가적 별개의 덕트를 통하여 버너 입구까지 이송되며, 상기 버너 입구는 석탄을 포함하는 고체 미립자 탄소운반체의 공급 덕트가 연결된 상기 버너내에 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현에 따라, 환원 가스 배출 덕트는 용융실 기화기의 진정공간으로부터 미립자 철-함유재료를 예열 및 직접 환원시키기 위한 수단에 연결되고, 양호하게는 분진분리기는 환원 가스 배출 덕트의 중간에 배열되고, 상기 분진분리기로부터 분진 재순환 덕트가 진정공간의 레벨 위에 배열된 분진 버너에 연결된다.
더욱더, 양호하게는 예열 및 직접 환원하기 위한 수단은 미립자 철-함유재료와 혼합된 코우크스 분진을 예열하기 추가적으로 작용하고, 예열 및 선환원 수단으로부터 나온 혼합 스톡 덕트는 버너에 연결된다.
더 바람직한 구현은 상기 용융실 기화기는 휘발성분을 갖는 미분탄, 다른 탄소 함유 재료, 또는 미분탄 및 다른 탄소 함유 재료를 공급하기 위해 환원 가스 배출 덕트 입구의 근처에 버너를 포함하고, 환원 가스와 더불어 배출된 미립자 코우크스를 분리하기 위한 분진 분리기는 환원 가스 배출 덕트내에 제공되며, 분진분리기로부터 나오는 분진 재순환 덕트는 버너에 미립자 철 함유 재료를 공급하는 덕트에 연결됨을 특징으로 한다.
바람직하게, 예열 및 직접 환원을 위한 수단은 철 함유 재료를 거친-입자 및 미세-입자 분획으로 분리하기 위한 분획 수단과 함께 제공되고, 미세-입자 분획은 혼합-스톡 덕트 또는 덕트 각각을 통해 버너로 이송되고, 반면에 거친 입자 분획은 덕트를 경유하여 직접 용융실 기화기로 공급된다.
양호하게는, 환원-가스 배출 덕트는 중간에 배열된 분진 분리기 없이 예열 및 직접 환원 수단과 연결된다.
하기에서, 본 발명은 여러 예시한 구현을 참고로 더 상세히 설명하였고, 제1도 내지 제4도는 각각의 구현예에 따라 개략적으로 나타낸 공정을 수행하기 위한 플랜트를 나타내고, 제5도는 제3도를 확대하여 상세히 설명한다.
도면부호(1)은 CO-및 H2-함유 환원가스가 석탄 및 산소-함유가스로부터 제조되는 용융실 기화기(1)를 나타낸다. 이러한 환원가스는 가스 정화 사이클론(3)으로 열린 환원 가스 배출 덕트(2)를 통해 용융실 기화기(1)로부터 배출되고, 사이클론(3)으로부터 배출 가스 덕트(4)를 통해 소비자에게 공급된다. 배출 가스 덕트(4)를 통해 배출된 환원가스의 일부는 환원 가스를 냉각시키기 위해 세정기(6) 및 압축기(7)를 통해 귀환 파이프(5)에 의해 환원 가스 배출 덕트(2)로 역으로 재순환된다.
분진 회수 용기(8)를 통해 사이클론(3)에서 분리된 분진은 주입기(10)를 통해 공급된 추진제(즉, 질소)의 수단에 의해 분진 재순환 덕트(11)를 통해 분진 버너(9)로 공급되고, 그리고 분진 버너(9)에서 산소 공급 덕트(12)를 통해 공급된 산소 또는 산소 함유 가스와 더불어 연소된다.
용융실 기화기(1)의 상단 즉, 그의 헤드(13) 또는 그의 후드에, 예를들면 철함유 분진, 특히 광석 분진, 해면 철 분진 등과 같은 미립 철-함유 재료(15) 및 코우크스 분진(16′), 코우크스 분진(16″), 분쇄한 플라스틱, 석유 코우크스등과 같은 고체 미립 탄소 운반체가 용융실 기화기(1)로 장입되는 수단에 의해 중심으로 배열된 버너(14)를 구비한다. 제1도에 설명한 구현에 따라, 미립 고체 탄소 운반체(16′)(16″)는 미립 철-함유 재료와 혼합되고, 혼합된 스톡 덕트(17)를 통해 버너(14)로 공급되고, 버너(14)로 공급된 고체(15)(16′)(16″)의 유입속도를 증가시키기 위해 추진제 덕트(18)는 주입기(19)를 통해 혼합된 스톡 덕트(17)와 연결된다. 예를들면, 질소는 추진제로서 사용할 수 있다. 더욱더, 산소 함유가스를 공급하는 덕트(20)는 버너(14)로 개방되어 있다.
버너 입구(14′)는 예를들면 유럽 특허공개공보 제0 481 955호에 설명된 것처럼, 산소 함유 가스를 공급하는 환상간극에 의해 둘러싸인 버너(14)의 중심 내부 파이프 속으로 연결되는 혼합된-스톡 덕트(17)로 구성될 수 있다. 본래 미립 고체 탄소 운반체는 별개의 통로를 통해 버너 입구(14′)로 전달될 수 있다. 양호하게는, 버너(14)를 떠날때 버너(14)로 공급된 고체는 꼬임 수단에 의해 꼬여진다(즉, 나선상 모양을 갖는 출구채널). 부가하여 환상공간을 통해 공급된 산소 제트의 꼬임이 수행될 수 있어 그 결과 특히 효율적인 혼합을 달성할 수 있다.
더욱더, 용융실 기화기(1)의 상부(13)에 석탄과 같은 과립탄소운반체용 공급덕트(21), 산소 함유 가스를 위한 아래에 배열된 공급 덕트(22) 뿐만 아니라 실온에서 액체 또는 기체인 탄화수소와 같은 탄소 운반체 및 연소된 융제용의 임의의 공급덕트가 제공된다.
용융실 기화기(1)의 하부단면(1)에서, 용융선철(23) 또는 용융 강 시제품 및 용융슬랙(24) 각각은 회수되고, 탭(25)를 통해 배출 회수된다.
하부 단면(1) 위에 배열된 용융실 기화기의 단면(II)에서 고정층 및/또는 유동층(26)은 고체 탄소 운반체로 이루어져 있다. 산소 함유 가스용 공급덕트(22)는 중심 단면(II)으로 연결되어 있다. 중심 단면(II)위에 제공된 상부 단면(III)은 용융실 기화기(1)에 형성되는 환원 가스 뿐만 아니라 가스 흐름에 의해 동반한 고체입자를 위한 진정 공간으로서 작용한다. 재순환 분진을 위해 작용하는 분진 버너(9)는 이러한 상부 단면(III) 속으로 연결된다.
버너 입구(14′)에서, 철 함유 재료(15)의 미립자가 소적의 형태로 용융되거나 또한 재료의 적어도 최초 표면 용융이 철-함유 미립자의 응집이 발생하는 결과로서 수행되는 고온 연소 및 기화 영역(27)이 형성되어 있다. 이것은 미립 철-함유 재료가 용융실 기화기(1)로부터 배출된 환원 가스와 더불어 수행되는 것을 효과적으로 방지한다.
소적 괴상체 성형은 미립자보다 더 큰 수화 직경 및/또는 더 높은 밀도, 즉 더 큰 하강속도를 나타낸다. 이러한 하강 속도는 보다 개선된 성형인자, 즉 소적괴상체 성형의 CW값으로 인해 더욱 더 증가한다.
용융실 기화기(1)의 헤드(13)에서 중심영역의 버너(14)를 배열하여, 공급된 고체 입자의 일정한 혼합, 즉 완전한 괴상화를 달성하는 것이 가능하게 되었다. 이것은 용융실 기화기(1)에서 고체 탄소 운반체로 성형된 고정 또는 유동층(26) 각각철 운반체(15)의 균일한 집적을 초래한다. 이로서 100% 분광을 이용할 동안 용융환원 공정을 실현하고, 고체 상태에서 용융실 기화기(1)로부터 철 운반체(15)의 배출을 피하는 것이 가능하게 되었다.
제2도에 설명한 구현에 따라, 환원가스는 분광 또는 해면철 분진과 같은 코우크스 분진(16′) 및 미립 철-함유재료(15) 모두가 반응기속에 공급되는 배출가스 덕트(4)를 경유하여 예열 및/또는 선 환원 및/또는 완전한 환원 반응기(28)로 공급된다. 장입된 고체로 이 반응기(28)를 통해 역류로 흐르게 한 후, 임의로 부분적으로 소비된 환원가스는 덕트(29)를 통해 배출가스로서 배출시켰다. 반응기의 하단에서 반응기(28)로부터 배출되는 고체재료, 즉 예열, 선택적 선환원 또는 균일하게 완전 환원된 고체재료가 혼합된 스톡 덕트(17)을 통해 버너(14)에 도달하고, 여기서 배출속도는 주입기(19)를 통해 공급된 질소와 같은 추진제에 의해 증가한다. 코우크스 분진 입자의 크기는 너무 커서 코우크스 분진 입자의 하강 속도가 반응기(28)에서 표면 속도를 약간 초과한다.
양호하게는 각각 예열 또는 환원을 위해 작용하는 반응기(28)는 축로로서 구성된다. 축로(28) 대신에, 회전 관상 킬른(TUBLAR KILN)또는 회전 킬른이 제공될 수 있다. 더욱더, 단일 반응기(28) 대신에 일련의 연속적으로 배열된 여러 유동층 반응기가 제공될 수 있고, 분광은 미합중국 특허 제5,082,251호에 설명한 것과 유사한 방법으로 역류 흐름의 전달 덕트를 통해 유동층 반응기로부터 유동층 반응기까지 환원가스로 연결된다.
제2도에 설명한 도면부호(3),(8),(9),(11)를 통한 분진 재순환은 파선에 설명한 덕트(4′)를 통해 반응기(28)로 공급된 분진｛덕트(4)는 이 경우에 제외될 수 있음｝이 예열되거나 또는 임의로 선 환원된 고체와 더불어 다시 반응기(28)로부터 배출되고, 버너(14)로 공급되며, 그리고 고온영역(27)에서 열적으로 폭발할 수 있으므로 현저하게 감소시키고, 임의로 모두 함께 균일하게 저하시킬 수 있다. 그러므로 이 경우에 사이클론(3)은 제외되거나 또는 그밖에도 단지 환원가스의 재순환된 양을 위해 조절될 수 있다(이것은 제3도 및 제4도에도 적용된다). 계속하여, 분진의 환원된 양은 제2도 및 제3도에 설명한 구현과 더불어 분진 버너(9)를 위해 이용할 수 있다.
제3도에 설명한 구현에 따라, 유일한 미립 철 함유 재료(15)는 환원 가스 흐름을 통해 반응기(28)로 공급된다. 미분탄(16″)은 고체 탄소 운반체로서 버너(14)로 공급되고, 이 경우에 미분탄(16″)은 석탄의 탈가스 및 타르형성을 방지하기 위해 반응기(28)로부터 발생되는 재료, 즉 예열 또는 선 환원된 재료로부터 별도의 버너입구(14′)까지 연결되고 덕트(17′)를 통해 공급된다.
제5도는 본 발명의 경우에 이용할 수 있는 버너(14)를 설명하였다. 버너(14)의 중심파이프(30)를 통해 공급되고, 그리고 중심파이프(30)를 둘러싸는 환상 캡(31)을 통해, 각각의 예열된 해면철 또는 예열된 분광(15)은 미분탄(16″″)으로부터 별도로 공급된다. 이러한 환상 갭(31)은 산소 함유 가스를 공급하기 위해 추가의 환상 갭(32)에 의해 둘러싸여 있다.
제4도에 설명한 구현에 따라, 미분탄(16″)을 공급하기 위한 버너(14)는 환원 가스 배출 덕트(2)의 입구(33)의 근처에서 용융실 기화기(1)로 연결된다. 이러한 미분탄(16″)은 주입기를 통해 공급된 질소와 같은 추진제에 의해 버너(34)로 공급된다. 산소 함유 가스를 공급하는 덕트(36)는 버너(34)에 연결된다. 미분탄(16″) 대신에 또는 부가하여, 또한 분쇄된 플라스티, 석유 코우크스 등과 같은 휘발성분을 갖는 다른 탄소 함유 재료가 장입될 수 있다.
코우크스 분진(16′)에 대하여 공급된 미분탄(16″)의 부분-연소반응이 발생한다. 코우크스 분진(16′)은 버너(34)가 환원 가스 배출 덕트(2)의 입구(33)의 근처에 배열되고, 그리고 환원 가스 배출 덕트(2)가 연결되는 사이클론(3)에서 분리되기 때문에 환원 가스와 더불어 거의 완전히 배출된다. 분진 재순환 덕트(11)를 경유하여 코우크스 덕트(16′)는 반응기(28)에서 예열되거나 또는 선 환원되는 미립 철 함유 재료(15)와 혼합되고, 그리고 질소와 같은 추진제의 수단에 의해 혼합된 스톡 덕트(17)를 통해 버너(16)로 공급된다.
제2도 내지 제4도에 따른 구현과 더불어, 반응기(28)는 분획장치, 장입하는 중력에 의해 덕트(17″)를 통해 직접 용융실 기화기(1)로 공급되는 거친 입자 분획(0.5 내지 8mm 범위의 입자), 및 고온 연소 및 기화 영역(27)으로 공급되는 미립자와 더불어 제공될 것이다. 그 결과, 장입물질이 버너(14)를 벗어나, 그 열의 배출을 방지하기 위해 모든 수단에 의해 괴상화되어야 하는 미립자에 예외적으로 이용될 것이다.
본 발명에 따른 공정에 이용된 분광의 입자크기는 바람직하게는 8mm이하이다.
제1도에 따른 플랜트에서 40톤 선철/시간의 생산을 위해, 1.970kg 석탄/톤 PI(선천), 즉 250kg 분탄/톤 PI(16″) 및 괴탄(21에서) 형태의 나머지 및 1.134kg의 미립자 철 함유 재료 15/톤 PI가 용융실 기화기로 장입된다.
석탄:
석탄의 화학분석 [분탄(16″) 및 괴탄, 중량 퍼센트, 건조기준)]
Figure kpo00001
분탄(16″)의 입자크기분포
Figure kpo00002
미립자 철 함유재료(15)(야금 공장으로부터 재순환):화학분석(중량%)
Figure kpo00003
입자크기분포
Figure kpo00004
융제
화학분석(중량%)
Figure kpo00005
블로잉 몰드로서 구성된 공급 덕트(22)를 통해, 석탄의 기화를 위해 347Nm3O2/톤 PI를 층(26)에 유입시키고, 버너(14)의 소비는 247Nm3O2/톤 PI에 달한다.
선철 23
화학분석(중량%)
Figure kpo00006
Figure kpo00007
배출가스
양:1640Nm3/톤 PI
분석(부피%)
Figure kpo00008
[실시예 2]
제2도에 따라 플랜트에서 40톤 선철/시간의 제조를 위해, 758kg 괴탄/톤 PI(21에서)을 용융실 기화기에 장입하고, 222kg 코우크스 분진/톤 PI(16′) 및 1,457kg 미립자 철 함유재료 15/톤PI를 반응기(28)에 장입하였다.
괴탄
석탄의 화학분석(중량%, 건조기준)
Figure kpo00009
코우스크 분진(16′)
화학분석(중량%, 건조기준)
Figure kpo00010
코우스크 분진(16′)의 입자크기분포
Figure kpo00011
미립자 철 함유재료(15):
Figure kpo00012
입자크기분포
Figure kpo00013
융제
화학분석(중량%)
Figure kpo00014
Figure kpo00015
블로잉 몰드로서 구성된 공급 덕트(22)를 통해 석탄을 기화하기 위한 416Nm3O2/톤 PI를 층(26)에 유입하였고, 버너(14)의 소모는 236Nm3O2/톤 PI에 달한다.
선철(23)
화학분석(중량%)
Figure kpo00016
[실시예 3]
제4도에 따른 플랜트에서 40톤 선철/시간의 제조를 위해, 1,020kg 석탄/톤 PI, 즉 340kg 분탄/톤PI(16′) 및 괴탄(21에서) 형태의 나머지 및 1,460kg의 미립자 철 함유 재료/톤PI를 장입하였다.
석탄:
석탄의 화학분석(분탄 16″ 및 괴탄, 중량%, 건조기준)
Figure kpo00017
분탄(16″)의 입자크기분포
Figure kpo00018
미립자 철 함유재료(15):
화학분석(중량%)
Figure kpo00019
입자크기분포
Figure kpo00020
융제
화학분석(중량%)
Figure kpo00021
블로잉 몰드로서 구성된 공급 덕트(22)를 통해 석탄의 기화를 위해 321Nm3O2/톤 PI를 층(26)으로 유입하였다. 버너(14)는 255Nm3O2/톤 PI 및 버너(34)는 75Nm3O2/톤 PI를 소비한다.
선철(23)
화학분석(중량%)
Figure kpo00022
배출가스
양:1,720Nm3/톤PI
분석(중량%)
Figure kpo00023

Claims (30)

  1. 탄소 함유 재료 및 산소 함유 가스를 공급하고 동시에 환원가스가 형성되면서, 철 함유 재료(15)가 임의로 사전에 완전 환원되면서 탄소 운반체로 이루어진 층(26)을 통과할 때 용융되는 용융실 기화기(1)의 용융 기화영역에서의 미립자 철 함유 재료(15)로부터 용융선철(23) 또는 강 시제품의 제조방법에 있어서, 고온 연소 및 기화 영역(27)은 상기 층(26) 위에 형성된 진정공간(III) 내에서 산소의 직접 공급하에 탄소 함유 재료(16′,16″)의 연소, 기화, 또는 연소 및 기화에 의해 형성되고, 미립자 철 함유 재료(15)는 고온 연소 및 기화 영역으로 직접 유입되며, 상기 철 함유 재료(15)의 적어도 초기 표면 용융 및 괴상화는 탄소 함유 재료(16′,16″)가 반응하는 동안에 방출된 열에 의해 수행됨을 특징으로 하는 미립자 철함유 재료로부터 용융 선철 또는 강 시제품의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고온 연소 및 기화 영역(27)은 용융실 기화기(1) 상단(13)의 중심에 형성되고, 상기 재료(15,16′,16″)의 공급은 하류방향으로 수행됨을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 괴상화는 고온 연소 및 기화 영역(27)내 철 함유 재료(15)의 와류하에서 가속되고, 강화됨을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고온 연소 및 기화 영역(27)으로의 산소 공급은 와류하에 수행됨을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 철 함유 재료(15)는 고체 미립자 탄소 함유재료(16′,16″)와 혼합된 후 상기 고온 연소 및 기화 영역(27)내로 유입됨을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고온 연소 및 기화 영역(27)내로 철 함유 재료(15)의 유입속도는 질소 또는 중간 가스를 포함하는 추진제에 의해 증가됨을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 용융기화 영역에 형성된 환원가스는 철함유 재료의 전처리를 위한 예열 영역 및 직접 환원 영역으로 공급되고, 예열, 선환원, 또는 예열 및 선 환원된 철 함유 재료(15)는 열간 상태에서 고온 연소 및 기화 영역(27)으로 공급됨을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 예열 영역 및 직접 환원 영역으로 코우크스 분진(16′)이 추가로 공급됨을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 산소 함유 가스와 더불어 휘발성분을 갖는 미분탄(16″), 다른 탄소 함유 재료, 또는 미분탄(16″) 및 다른 탄소 함유 재료가 환원 가스 배출 턱트(2)의 근처에서 용융 기화기(1)로 유입되고, 상기 휘발성분을 갖는 미분탄(16″),다른 탄소 함유 재료, 또는 미분탄(16″) 및 다른 탄소 함유 재료는 미세한 코우크스(16′)와 반응하고, 상기 미세한 코우크스는 환원가스와 함께 용융실 기화기(1)로부터 배출 및 분리되어 고온 연소 및 기화 영역(27)으로 공급됨을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 열간 미세 코우크스(16′)는 열간 철 함유 재료(15)와 혼합된 후 고온 연소 및 기화 영역으로 공급됨을 특징으로 하는 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 휘발성분을 갖는 미분탄(16″), 다른 탄소 함유 재료 또는 미분탄(16″) 및 다른 탄소 함유 재료는 철 함유 재료(15)로부터 분리되어 고온 연소 및 기화 영역(27)으로 공급됨을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 괴탄이 상기 용융 기화 영역으로 추가로 유입됨을 특징으로 하는 제조방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 예열 영역 및 직접 환원 영역에서 상기 철 함유 재료가 미세한 입자와 거친 입자로 분리되고, 상기 미세한 입자만이 고온 연소 및 기화 영역(27)으로 유입되며, 상기 거친 입자는 용융실 기화기(1)로 직접 유입됨을 특징으로 하는 제조방법.
  14. 제7항에 있어서, 상기 환원가스는 비정제된 예열 영역 및 직접 환원 영역으로 공급됨을 특징으로 하는 제조방법.
  15. 생성된 환원가스의 배출, 탄소 함유 재료(16′,16″)와 철 함유재료(15)의 첨가, 산소 함유 가스와 함께 슬랙 및 철-용융 탭(25)의 공급을 위한 공급 및 배출 덕트(2,12,20,17,30,31)를 포함하는 용융실 기화기(1)를 포함하고, 상기 용융실 기화기(1)의 하부(I)는 용융 선철(23) 또는 강 선재료 및 액체 슬랙(24)을 회수하기 위해 제공되며, 중첩된 중심부(II)는 고체 탄소 운반체의 층(26)을 수용하는 데 제공되고, 계속하여 상부(III)는 진정공간으로서 제공되는, 미립자 철함유 재료로부터 용융 선철 또는 강 시제품의 제조방법을 수행하기 위한 플랜트에 있어서, 산소 함유 가스 및 미립자 철-함유 재료(15)를 공급하기 위한 적어도 하나의 버너(14), 그리고 고체의 미립자 탄소 운반체(16′,16″)를 공급하기 위한 공급수단(14)이 진정공간의 상부 말단 위에 제공됨을 특징으로 하는 플랜트.
  16. 제15항에 있어서, 가운데에 배열된 단일 버너(14)는 용융실 기화기(1)의 수직 세로 중심축상에 배열되어 제공되고, 상기 버너의 입구(14′)는 층(26)의 표면을 향하도록 배열된 것을 특징으로 하는 플랜트.
  17. 제15항에 있어서, 상기 버너(14)는 고체 미립자 탄소 운반체(16′,16″)의 공급을 지원하도록 산소-탄소-버너로서 설계됨을 특징으로 하는 플랜트.
  18. 제15항에 있어서, 상기 버너(14)는 버너(14)를 통해 공급되는 고체에 대한 와류 수단과 함께 제공됨을 특징으로 하는 플랜트.
  19. 제15항에 있어서, 상기 버너(14)가 버너(14)를 통해 공급되는 산소 함유 가스에 대한 와류 수단과 함께 제공됨을 특징으로 하는 플랜트.
  20. 제15항에 있어서, 미립자 철 함유 재료(15) 및 고체 미립자 탄소운반체(16′,16″)의 공급을 위한 혼합-스톡 덕트(17)가 상기 버너에 연결됨을 특징으로 하는 플랜트.
  21. 제15항에 있어서, 열간 미립자 철 함유 재료(15)를 공급하는 덕트(17′)는 버너(14)에 연결되어 있고, 상기 물질은 별개의 덕트(31) 및 추가적 별개의 덕트(30)를 통하여 버너 입구(14′)까지 이송되며, 상기 버너 입구는 석탄(16″)을 포함하는 고체 미립자 탄소운반체의 공급 덕트가 연결된 상기 버너(14)내에 제공되는 것을 특징으로 하는 플랜트.
  22. 제15항에 있어서, 환원 가스 배출 덕트(2)는 상기 용융실 기화기(1)의 진정공간(III)으로부터 미립자 철 함유 재료(15)를 예열 및 직접 환원시키기 위한 수단(28)에 연결됨을 특징으로 하는 플랜트.
  23. 제22항에 있어서, 상기 환원 가스 배출 덕트(2)의 중간에 분진분리기(3)가 배열되고, 상기 분진 분리기로부터 분진 재순환 덕트(11)가 진정공간(III)의 레벨 위에 배열된 분진 버너(9)로 연결됨을 특징으로 하는 플랜트.
  24. 제22항에 있어서, 상기 예열 및 직접 환원을 위한 수단(28)은 미립자 철 함유 재료(15)와 혼합된 코우크스 분진(16′)을 예열하기 위해 추가적으로 작용하고, 상기 예열 및 선환원 수단(28)으로부터 나온 혼합 스톡 덕트(17)는 버너로 연결됨을 특징으로 하는 플랜트.
  25. 제15항에 있어서, 상기 용융실 기화기(1)는 휘발성분을 갖는 미분탄(16″), 다른 탄소 함유 재료 또는 미분탄(16″) 및 다른 탄소 함유 재료를 공급하기 위해 환원 가스 배출 덕트(2) 입구(33)의 근처에 버너(34)를 포함하고, 환원가스와 더불어 배출된 미립자 코우크스(16′)를 분리하기 위한 분진 분리기(3)는 환원 가스 배출 덕트(2)내에 제공되며, 분진 분리기(3)로부터 나오는 분진 재순환 덕트(11)는 버너에 미립자 철 함유 재료를 공급하는 덕트에 연결됨을 특징으로 하는 플랜트.
  26. 제22항에 있어서, 예열 및 직접 환원을 위한 수단(28)은 철함유재료를 거친 입자 및 미립자로 분리하기 위한 분획수단과 함께 제공되고, 상기 미립자는 혼합-스톡 덕트(17) 또는 덕트(17′) 각각을 통해 버너(14)로 이송되고, 상기 거친 입자는 덕트(17″)를 통해 직접 용융실 기화기(1)로 공급됨을 특징으로 하는 플랜트.
  27. 제22항에 있어서, 상기 환원 가스 배출 덕트(2)는 중간에 배열된 분진 분리기(3) 없이 직접 예열 및 직접 환원 수단(28)으로 연결됨을 특징으로 하는 플랜트.
  28. 제1항에 있어서, 상기 미립자 철 함유 재료(15)는 환원된 해면철인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  29. 제13항에 있어서, 상기 거친 입자 분획의 크기는 0.5 내지 8mm인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  30. 제13항 또는 제29항에 있어서, 상기 거친 입자는 용융실 기화기(1)의 진정공간(III)으로 직접 유입됨을 특징으로 하는 제조방법.
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