KR100276324B1 - 용융환원 장치 및 이를 이용한 용융선철 제조방법 - Google Patents

용융환원 장치 및 이를 이용한 용융선철 제조방법 Download PDF

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Abstract

본발명은 철광석, 소결광, 또는 철팰렛을 사용하여 용융선철을 제조하는 용융환원장치 및 이를 이용하여 용융선철을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 예비환원로에서 용융가스화로로의 환원철 배출작업이 예비환원로의 조업에 영향을 주지 않도록 구성되는 용융환원장치 및 이를 이용한 용융선철의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 용융가스화로에서 발생된 배가스를 이용하여 예비환원로에서 철광석을 예비환원하고, 예비환원된 철광석을 용융가스화로에서 용융환원하고, 용융가스화로에서 배출되는 배가스는 상숭관 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 용융환원장치에 있어서, 상기 예비환원로와 용융가스화로 사이에 환원철 배출장치가 설치되어 구성되는 용융환원장치 및 이를 이용한 용융선철의 제조방법을 그 요지로 한다.

Description

용융환원장치 및 이를 이용한 용융선철 제조방법
제1도는 철광석을 이용하여 용선을 제조하는 종래의 용융환원장치를 나타내는 개략도.
제2도는 제1도의 종래 용융환원장치에 있어 환원철 배출장치의 단면 상세도.
제3도는 본 발명에 부합되는 용융환원장치의 개략도.
제4도는 제3도의 용융환원장치에 있어 환원철 배출장치의 단면상세도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 용융가스화로 12 : 예비환원로
13 : 상승관 16 : 용융연소장치
17 : 수집진장치 18 : 콤푸레샤
21 : 환원배출장치
본 발명은 철광석, 소결광 또는 철펫렛을 사용하여 용융선철을 제조하는 용융환원 장치 및 이를 이용하여 용융선철을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 예비환원로에서 환원철을 용융가스화로로 효율적으로 배출하도록 구성되는 용융환원장치 및 이를 이용한 용융선철의 제조방법에 관한 것이다.
원료인 광석과 석탄을 전처리작업없이 직접 사용하여 용선을 생산하는 대표적인 용융환원방법으로는 미국특허 제 4,978,387 호를 들 수 있다.
상기 미국특허 제 4,978,387 호에 제시된 방법은 원철광석과 일반석탄을 직접 사용하므로서 다른 제선공정인 고로공정과 비교하여 볼 때 소결공정 및 코우킹공정 등원료전처리 공정을 생략하여 공정 및 설비의 단순화를 달성할 수 있는 것이다. 상기 미국특허에서 제시된 용융환원장치는 제1도에 나타난 바와 같이, 석탄의 가스화와 환원광의 용융을 담당하는 용융가스화로(11), 용융가스화로에서 발생된 환원가스를 사용하여 철광석을 간접환원시키는 예비환원로(12) 및 기타부대실비로 구성되어 있다.
즉, 제1도에 나타난 바와 같이, 상기 용융환원장치는 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 구성된다.
상기 용융가스화로(11)에서는 석탄을 가스화하여 철광석의 간접환원에 필요한 환원성 가스를 제조하며 아울러 이때 발생한 열을 이용하여 예비환원로(12)에서 간접환원된 환원철을 용융시킨다. 한편, 예비환원로(12)는 용융가스화로에서 생성된 환원가스를 사용하여 원철광석 및 부원료를 간접환원시키고, 로하부에서는 제2도에 나타낸 바와 같이 배출용 스크류(111)가 구비되어 았는 환원철 배출관(111)이 원주방향으로 6개 장착되어 있어 배출용 스크류를 회전하여 환원철을 연속적으로 배출, 용융가스화로 상부로 환원철이 장입되도록 구성된다.
그러나, 상기의 환원철 배출방법은 배출용 스크류 중 1개라도 이상이 생겨 배출이 중지되거나 또는 기계적 및 공정조업상 원인에 의해 각 스크류에서 동일 회전속도에서도 배출량의 차이가 발생할 때 환원로 내 장입물이 불균일하게 분포되는 원인을 제공한다. 장입물 분포가 불균일해지면 환원가스의 흐름이 한곳으로 편중되게 흐르므로 철광석 환원효율은 급격하게 저하되고 미환원된 환원철이 용융가스화로에 장입되므로서 용융가스화로의 온도제어에 이상이 야기되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자는 상기한 종래기술의 문가점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 철광석, 철펠렛 및 소결광 등을 사용하여 용선을 제조함에 있어서, 예비환원로에서 용융가스화로로의 환원철 배출작업이 예비환원로의 조업, 즉 장입물분포에 영향을 주지않도록 구성되는 용융환원장치 및 이를 이용한 용융선철의 제조방법을 제긍하고자 하는데, 그 목적이 있다.
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 용융연속장치를 통해 상기 용융가스화로내에 분사되고, 상기 사이클론을 통과한 배가스중의 일부는 수집진장치 및 콤푸레샤를 거쳐 가압가스 순환관을 통해 상승관내로 공급되도록 구성되어 용융선철을 제조하는 용융환원장치에 있어서, 상기 예비환원로와 용융가스화로 사이에 환원철 배출장치가 설치되어 구성되는 용융환원장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 본 발명의 용융환원장치를 이용하여 용융선철을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 도면을 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 용융환원장치의 일례가 제3도에 나타나 있다.
제3도에 나타난 바와 같이, 본 발명의 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 배가스증의 미분광석을 집진하여 리사이클링장치(15)로 보내고 미분광석과 분리된 배가스를 상기 예비환원로(12)에 공급하는 사이클론(14); 상기 용융가스학로(11)에 장착되어 상기 리사이클링장치(15)에서 받은 미분광석을 응융가스화로(11)에 분사시키는 용융연소장치(16); 상기 사이클론(14)에서 배출되는 배가스의 일부를 공급받아 집진 및 냉각하는 수집진장치(17); 수집진장치(17)에서 냉각된 가스를 가압하여 가압가스 순환관(19)을 통해 상기 상승관(13)으로 공급하는 콤푸레샤(18); 상기 예비환원로(12)로부터 환원철을 배출받아 상기 용융가스화로(11)로 환원철을 장입하는 환원철 배출장치(21)를 포함하여 구성된다.
상기 예비환원로(12)는 철광석 등을 예비환원시키도록 구성되는 것으로써, 환원된 환원철은 상기 환원철 배출장치(21)로 배출된다.
또한, 상기 예비환원로(12)에는 배가스를 배출하기 위한 배가스 배출관(8)이 연결되어 있고, 또한 철광석을 공급받기 위한 광석공급관(2)이 연결되어 있다.
또한, 상기 예비환원로(12)에는 환원가스를 인입하기 위한 환원가스 인입구(7)가 형성되어 있으며, 이 환원가스 인입구(7)는 제1배가스 순환관(3a)을 통해 사이클론(14)과 연통되어 있고, 상기 수집진 장치(17)는 제1배가스 순환관(3b)을 통해 사이클론(14)가 연통되어 있다.
상기 예비환원로(12)는, 장입물의 하강에 있어 정체구간이 없도록 하기 위해, 상기 환원가스 인입구(7)를 기준으로 하여 그 하부를 상광하협 형상으로 형성시키는데, 그 경사각은 15-30˚로 설정하는 것이 바람직하다. 만일, 상기 상광하협 형상의 경사각이 15˚미만이면, 배출스크류가 설치되어 있는 로 하단의 출구까지의 길이가 너무 길어져 환원로가 비효율적인 모양이 되어 바람직하지 않고, 반대로 30˚보다 크면 환원광이 원활히 흘러 내려오지 못하고 정체하는 정체층이 생겨 환원로 내에서의 철광석 강하흐름에 악영향을 미치고 이로 인해 조업이 불안정해지기 때문이다.
상기 환원칠 배출장치(21)는 제4도에 나타난 바와 같이, 상기 예비환원로(12)의 저부에 환원철 소통관계로 연결되어 있는 제1환원철 배출관(221), 상기 제1환원철 배출관(221)과 환원철 소통관계로 연결되어 환원철을 상기 제1환원철 배출관(221)을 통해 공급받아 충진 및 배출하도록 구성되는 환원철 충진 및 배출조(222)와, 상기 용융가스화로(11)와 환원철충진 및 배출조(222)와 연통되어 상기 환원철층진 및 배출조(222)에 충진되는 환원철을 용융가스화로(11)에 공급하도록 구성되는 다수개의 제2환원철 배출관(223)을 포함하여 구성된다.
상기 제1환원철 배출관(221) 및 제2환원칠 배출관(223)에는 환원철을 배출시키도록 각각 제1환원철 배출스크류(221a) 및 제2환원철 배출 스크류(223a)가 구비되어 있다.
상기 제1환원철 배출관(221)은 상기 예비환원로(12)의 저부 중앙에 설치되는 것이 바람직하며, 상기 제2환원철 배출관(223)은 원주방향으로 등간격을 갖고 6개를 설치하는 것이 바람직하다.
한편, 도3에 나타난 바와 같이, 상기 수집진장치(17)는 냉각가스 순환관(17a)을 통해 상기 콤푸레샤(18)에 연통되어 있고, 상기 콤퓨레샤(18)는 가압가스 순환관(19)을 통해 상승관(13)에 연통되어 있다.
상기 리사이클링장치(15)는 제1분광순환관(14a)을 통해 상기 사이클론(14)과 연통되고, 또한 제2 분광순환관(15a)을 통해 상기 용융연소장치(16)에 연결된다.
본 발명은 용융가스화로(11)에서 발생된 배가스를 이용하여 예비환원로(12)에서 철광석 등을 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 리사이클링 장치(15) 및 용융연속장치(16)를 통해 상기 용융가스화로(11)내로 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 바람직하게 적용될 수 있는 것이다.
즉, 본 발명에 따라 예비환원로(12)에서 간접환원된 환원칠은 제1환원철 배출스크류(221a)에 의해 환원철 배출조(222)로 배출되고, 다시 제2환원철 배출스크류(223)에 의해 용융가스화로(11)내로 환원철이 연속장입된다. 이렇게 장입된 환원철은 용융가스화로(11)에서 석탄총진충을 통과하면서 용융환원되어 용선이 생성된다. 상기 제1환원철 배출스크류(221a)의 배출속도는 상기 제2환원철 배출스크류들(223a)의 배출속도와 동일하게 유지하여야 하고, 상기 환원철 충진 및 배출조(222)내에의 환원철 충진량은 충진 및 배출조 전채 부피의 80% 이하를 유지하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 환원철이 배출조에 80% 보다 많이 채워지게 되면, 환원로의 배출스크류가 공회전을 하여 기계에 무리를 주게 되기 때문이다. 따라서, 상기 환원철을 배출조 전체 부피의 80% 이하로 채우면, 하부의 막힘에 의한 환원철 장입불량이나 상부 환원로의 배출불량 등을 손쉽게 모니터링 할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
예비환원로(12)에는 8-35mm 입도범위 내의 철광석 또는 철펠렛이 석회석 또는 백운석 등의 부원료가 장입되어 충진층을 이루고 있고, 용융환원로에서 생성된 환원가스(CO 또는 H2)가 철광석 충진층을 통과하면서 광석중의 산소와 다음의 반응식과 같이 환원반응하여 철이 생성된다.
Fe2O3+ 3CO(3H2) --＞ 3CO2(3H2O)
따라서, 예비환원로(12)내에서 철광석의 환원반웅이 전영역에서 원활히 일어나기 위해서는 충진층 내로 환원가스가 편중되어 흐름이 없이 균일하게 통과되어야 한다. 환원가스의 균일한 통과를 위해서는 칠광석과 부원료 등 장입물이 균일하게 분포되는 것이 선결되어야 한다.
그런데, 제2도에 나타난 종래의 장치에서는 예비환원로(12)의 원주방향에서 6쌍의 환원철 배출스크류(111a)를 사용하여 환원철을 배출하는데 있어서, 장입초기에 장입물이 어느 한쪽으로 편중되게 장입되었을 때, 또는 어느 한 스크류에서 적출에 이상이 생겨 적출불능이 되었을 때, 또는 동일 스크류 회전속도에서도 적출량이 모든 방향으로 동일하지 않을 때 예비환원로내의 장입물 분포에 불균일이 발생한다. 이 결과 환원가스는 공간이 많은 방향으로 편중되게 흐르게 되고 상대적으로 공간이 적은 방향으로 흐르는 환원가스의 양은 크게 줄게 되므로 이 영역에서는 환원철이 적절하게 생산되지 않는다. 또한, 장입물의 배출이 순조롭지 못한 곳에서는 용융가스화로(11)로부터 들어오는 분더스트 또는 예비환원로(12)내에서 환원분화 또는 기계적 마모에 의해 발생된 분체가 축적되게 되므로 장입물의 hanging 또는 slipping의 원인이 된다. 또한, 미환원철이 용융가스화로(11) 내로 들어가면 이를 환원시키는데 다량의 열이 필요하므로 용융가스화로내의 온도를 떨어뜨리게 되어 결과적으로 용선의 온도가 저하되고, 슬래그내의 용융산화철 증가로 인한 철손실 및 내화물 손상을 심화한다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제4도에 나타난 바와 같이, 예비환원로(12)의 저부에 제1환원철 배출스크류(221a)를 구비한 제1환원철 배출관(221)을 위치시킴으로써 초기의 불균일한 장입시에도 장입물의 하강흐름이 중앙으로 향하게 하여 장입물이 하부로 내려갈수록 균일분포가 유도되도록 하였다. 용융가스화로(11)로 환원철을 장입할 때는 로의 상단중심부로 석탄이 장입되고 상단의 주변부로 골고루 환원철을 장입해야 한다. 이는 용융가스화로의 석탄충진층에서 연소가스의 흐름이 중심으로 향하게 하여 편류가 발생하지 않도록 유도하기 위해서이다. 용융가스화로(11)와 예비환원로(12) 사이에 위치한 환원철 충진 및 배출조(222)는 예비환원로(12)에서의 장입물 분포 및 가스류에 영향을 주지 않으면서 용융가스화로의 상단주변으로 균일하게 환원철을 장입하는 작용을 한다. 즉, 환원철 배출조(222)가 완층작용을 하기 때문에, 제2환원칠 배출스크류중의 어느 하나가 정지하거나 또는 배출스크류의 적출량이 서로 다르더라도 이러한 문제가 예비환원로(12)에서의 장입물 강하형상에 영향을 주지 않으며, 가스류분포를 항상 균일하게 유지할 수 있게 하는 장점이 있다. 이때, 환원철 배출조의 상단에는 어느 정도 공간을 유지하여야 하며 전체체적의 약 80% 이하만이 충진되어 있도록 조절하는 것이 바람직하다.

Claims (6)

  1. 용융가스화로(11)에서 발생된 배가스를 이용하여 예비환원로(12)에서 철광석을 예비환원하고, 예비환원된 철광석을 용융가스화로(11)에서 용융환원하고, 용융가스화로(11)에서 배출되는 배가스는 상승관(13), 사이클론(14) 및 환원가스 인입구(7)를 거쳐 상기 예비환원로(12)에 공급되고, 사이클론(14)에서 포집된 미립광석을 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 용융환원장치에 있어서, 상기 예비환원로(12)와 용융가스화로(11)사이에 환원철 배출장치(21)가 설치되고; 상기 환원철 배출장치(21)는 상기 예비환원로(12)의 저부에 환원철 소통관계로 연결되어 있는 제1환원철 배출관(221), 상기 제1환원철 배출관(221)과 환원철 소통관계로 연결되어 환원철을 상기 제1환원철 배출관(221)을 통해 공급받아 충진 및 배출하도록 구성되는 환원철 배출조(222), 및 용융가스화로(11)와 환원철 배출조(222)와 연통되어 상기 환원철 배출조(222)에 충진되는 환원철을 용융가스화로(11)에 공급하도록 구성되는 다수개의 제2환원철 배출관(223)을 포함하고; 상기 제1환원철 배출관(221) 및 제2환원철 배출관(223) 내에는 환원철을 배출시키도록 각각 제1환원철 배출스크류(221a) 및 제2환원철 배출스크류(223a)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 용융환원장치
  2. 제1항에 있어서, 예비환원로(12)는 상기 환원가스 인입구(7)를 기준으로 그 하부가 상광하협형상을 갖는 것임을 특징으로 하는 용융환원장치
  3. 제2항에 있어서, 상광하협형상의 경사도가 15-30˚인 것을 특징으로 하는 용융환원장치
  4. 제1항에서 제3항중의 어느 한항에 있어서, 제1환원철 배출관(221)이 예비환원로(12)의 저부 중앙에 설치되고, 그리고 제2환원철 배출관(223)이 원주방향으로 동간격을 갖고 6개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 용융환원장치
  5. 제1항의 용융환원장치를 이용하여 용융선철을 제조하는 방법에 있어서, 예비환원로(12)에서 예비환원된 환원철은 제1환원철 배출관(221)의 제1환원철 배출스크류(221a)에 의해 환원철 배출조(222)로 배출되어 환원철 배출조 전체부피의 80% 이하로 충진되고, 환원철 배출조(222)에 충진되 환원철은 제2환원철 배출관(223)의 제2환원철 배출스크류(223a)에 의해 용융가스화로(11)내로 연속장입되고, 장입된 환원철은 용융가스화로(11)에서 석탄층을 통과하면서 용융환원되어 용선이 제조되는 것을 특징으로 하는 용융선철의 제조방법
  6. 제5항에 있어서, 제1환원철 배출스크류(221a)의 배출속도는 제2환원철 배출스크류(223a)의 배출속도와 동일하게 유지하는 것을 특징으로 하는 용융선철의 제조방법
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