KR100276346B1 - A method for reducing the fine iron ore utilizing the device of fluidized bed type - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유동층식 환원장치를 이용하여 분철광석을 환원시키는 환원방법에 관한 것으로서, 용융환원 용철제조공정에서 폐기물로 발생하는 슬러지를 분철광석에 혼합, 피복 및 건조하여 유동층식 환원로에 장입함으로써, 분철광석의 분화, 비산 및 스티킹(sticking)을 방지하고 그 환원율을 향상시킬 수 있는 환원방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention relates to a reduction method for reducing iron ore using a fluidized bed reduction apparatus, by mixing, coating, and drying sludge generated as waste in a molten reduction molten iron manufacturing process, and charging the molten iron ore into a fluidized bed reduction furnace, It is an object of the present invention to provide a reduction method for preventing the differentiation, scattering and sticking of the iron ore and improving the reduction rate thereof.
본 발명은 분철광석을 유동층식 환원로에 장입하여 유동상태에서 분철광석을 환원하는 방법에 있어서, 유동층식 환원로에 장입될 원료 분철광석에 슬러지(sludge)를 분철광석 중량에 대하여 0.2-5.0%를 첨가하여 혼합 및 피복한 후, 105-800℃의 온도에서 1-24시간동안 건조하여 그 표면에 슬러지가 피복된 분철광석을 유동층식 환원로에 장입하는 유동층식 환원장치를 이용한 환원방법을 그 요지로 한다.The present invention is a method of reducing the iron ore in the fluidized state by charging the iron-iron ore in a fluidized bed reduction furnace, sludge (sludge) in the raw iron ore to be charged in the fluidized-bed reduction furnace 0.2 to 5.0% by weight of the iron ore After mixing and coating by addition, it is dried for 1-24 hours at a temperature of 105-800 ℃ and the reduction method using a fluidized bed reduction apparatus for charging the ferrous ore coated with sludge on the surface into a fluidized bed reduction reactor Make a point.
Description
본 발명은 유동층식 환원장치를 이용하여 분철광석을 유동상태에서 환원하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 슬러지를 분철광석에 피복시킨 후 유동층식 환원로에 장입함으로써 분철광석의 분화억제, 스티킹(sticking)방지 및 환원율을 향상시킬 수 있는 분철광석의 환원방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for reducing iron ore in a fluidized state using a fluidized bed reduction apparatus, and more particularly, to coat sludge with iron ore and to charge it in a fluidized bed reduction furnace to suppress the differentiation of iron ore, It relates to a method of reducing iron ore that can improve sticking prevention and reduction rate.
현재, 철의 원료인 철광석은 매장량의 약 80%가 8mm이하의 분철광석 상태로 존재하며, 이러한 분철광석과 분탄을 직접 사용할 수 있는 유동층을 이용한 용융환원제철법이 차세대 제철공정으로 크게 각광을 받으며, 최근 구미, 일본 및 우리 나라 등 전세계적으로 국가 프로젝트로 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.Currently, about 80% of the reserves of iron ore, which is a raw material of iron, exist in the state of iron ore of less than 8mm, and the molten steel reduction method using the fluidized bed which can directly use the iron ore and coal powder is greatly attracted by the next generation steelmaking process. In recent years, R & D has been actively conducted as national projects all over the world such as Europe, Japan and Korea.
기존의 고로법은 고체입자의 크기가 커서 고정층법으로 철광석환원이 가능하지만, 미분광석을 환원하는 경우에는 고정층과 같이 유속이 낮을 경우 스티킹 등으로 인해 조업중단이 발생될 우려가 있으므로 반응기내 통기성확보를 위해 유속을 충분히 하여 고체입자의 움직임을 원활하게 하는 유동층법이 필수적으로 채택되고 있다.Conventional blast furnace method is possible to reduce the iron ore by the fixed bed method due to the large size of the solid particles, but in the case of reducing the fine ore, if the flow rate is low, such as the fixed bed, there is a possibility of operation interruption due to sticking, etc. In order to secure the flow rate, the fluidized bed method that smoothly moves the solid particles is essential.
한편, 용융환원법은 철광석을 고체상태에서 천연가스 혹은 석탄가스화 성분인 CO + H2의 환원성 가스로 환원하는 예비환원공정과 예비환원된 광석을 용융하여 최종환원하는 용융환원공정으로 구성된다.On the other hand, the melt reduction method consists of a preliminary reduction process for reducing iron ore to a reducing gas of natural gas or coal gasification component CO + H 2 in a solid state and a melt reduction process for melting the final reduced ore to the final reduction.
이중 예비환원공정으로는 입도분포가 넓은 분철광석을 기존 고로공정에서 철의 원료로 사용하는 소결광 및 펠렛광 등과 같이 사전처리없이 직접 사용함으로써 궁극적으로 소결공정의 생략이 가능토록 하기 위한 공정이 요구되어 진다.In the preliminary reduction process, a process to enable the omission of the sintering process is ultimately possible by directly using the ferrous ore having a wide particle size distribution without pretreatment such as sintered or pelletized ore which is used as raw material of iron in the existing blast furnace process. Lose.
따라서, 원료의 제약성을 극복하고 괴상화하는 중간공정단계의 부대설비를 생략하고 분철광석을 직접 사용함으로써 상당한 원가절감을 가져올 수 있을 것으로 예상된다.Therefore, it is expected that significant cost savings can be achieved by eliminating the auxiliary equipment in the intermediate process step to overcome the bulking of raw materials and directly using the iron ore.
이러한 분철광석의 가스환원에 있어서는 통기성 확보, 반응기내 균일한 온도분포 및 가스와 고체의 접촉면적을 크게 하여 반응성을 좋게 하기 위해 유동층법이 필수적이다.In the gas reduction of such iron ore, the fluidized bed method is essential to ensure breathability, uniform temperature distribution in the reactor, and to increase reactivity by increasing the contact area of gas and solid.
현재까지 상업화공정으로 개발중인 유동층을 이용하여 철광석을 환원하는 대표적인 공정으로서는 일본의 DIOS, 호주의 HISMELT, FIOR Process등이 있다.Representative processes for reducing iron ore using a fluidized bed currently being developed as a commercialization process include DIOS in Japan, HISMELT in Australia, and FIOR Process.
상기한 공정들에 있어서는 환원중 입자 상호간의 스티킹(sticking) 및 분화 발생으로 미분입자가 비산되고 이에 따른 환원철 회수율 저하가 현안 문제가 되고 있다.In the above processes, fine particles are scattered due to sticking and differentiation of particles during reduction, and thus, reduced iron recovery is a problem.
상기와 같이 유동층을 이용하여 분철광석을 환원하는 환원로의 일례로서 일본 특개평6-306432호에 제시되어 있는 유동층식 환원로를 들 수 있다.As an example of the reduction furnace which reduces the iron-iron ore using a fluidized bed as mentioned above, the fluidized-bed reduction furnace currently disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 6-306432 is mentioned.
상기 일본특허공개공보에 제시되어 있는 유동층식 환원로는 도 1에 도시된 바와 같이, 구조상으로 크게 원통형 환원로(111)와 사이클론(114,115)로 이루어져 있으며, 원통형 환원로의 하부 가스공급구(113)를 통해 환원가스를 원하는 유속으로 가스 분산판(116)위로 공급하면서 광석장입구(112)를 통해 분철광석을 장입하면, 분철광석이 고온의 환원가스와 반응하면서 환원되며 일정시간이 지난 후 환원된 분철광석은 광석배출구(117)를 통해 배출된다.As shown in FIG. 1, the fluidized-bed reduction furnace shown in the Japanese Patent Laid-Open Publication is composed of a cylindrical reduction furnace 111 and a cyclone 114 and 115 in structure, and has a lower gas supply port 113 of a cylindrical reduction furnace. If the charged iron ore is charged through the ore entrance 112 while supplying the reducing gas to the gas distribution plate 116 at a desired flow rate, the iron ore reacts with the reducing gas of high temperature and is reduced after a certain time. The prepared iron ore is discharged through the ore outlet 117.
그러나 상기 유동층 환원로에서는 입자가 유동층내에서 교반하면 입자 상호간 및 입자와 유동층 벽면과의 마찰에 의하여 분화가 발생하여 초기보다 작아지며, 이러한 현상은 고온에서 반응이 진행될수록 열충격 및 환원에 의한 내부구조 변화로 인하여 그 정도가 심해진다.However, in the fluidized-bed reduction furnace, when the particles are stirred in the fluidized bed, differentiation occurs due to friction between the particles and the particles and the wall of the fluidized bed, which becomes smaller than the initial stage. This phenomenon is caused by thermal shock and reduction as the reaction proceeds at a high temperature. The change is exacerbated.
Satou 등의 실험에 의하면 순환유동층에서 분철광석이 고온에서 환원될 때 이러한 분화가 진행하며 초기입경의 수분의 1 내지 수십 분의 1의 크기로 깨어지면서 미립분이 증가한다고 보고하고 있다. 이러한 분화에 의해 발생한 미립분은 유동층로 외부로 빠져나가 사이클론을 통해 재순환이나 집진설비에서 포집된 후 유동층로내로 재투입되거나, 또는 용융환원로에 재투입하여 직접 환원된다. 그러나 이때 극미분의 경우는 사이클론에서 포집하지 못하고 최종 비산되어 손실을 가져온다. 현재 DIOS공정에서는 비산율이 10 ~ 20%로 이를 실제 상업설비에 적용시킬 경우 상당한 문제점이 있으며, 통상 상업화 설비에 생산성을 고려하여 요구되는 비산손실 양은 기존 고로 수준의 5%이하이다.According to the experiments of Satou et al., When the iron ore is reduced at high temperatures in the circulating fluidized bed, such differentiation proceeds, and the fine powder increases as it breaks to 1 to several tenths of the initial particle diameter. The fines generated by this differentiation are discharged to the fluidized bed and collected by recirculation or cyclone through cyclone and then re-introduced into the fluidized-bed, or directly reduced by re-introduction into the molten-reduction furnace. In this case, however, the ultrafine case is not captured by the cyclone and finally scattered, resulting in loss. In the current DIOS process, the scattering rate is 10 to 20%, which is a significant problem when applied to actual commercial facilities. Usually, the amount of scattering loss required in consideration of productivity in commercialized facilities is less than 5% of the existing blast furnace level.
또한, 유동화를 위한 가스유속이 너무 높으면 유동층로 외부로 입자의 비산량이 많아 회수율이 떨어지며, 너무 낮으면 조립 철광석이 분산판 직상부에서 편석하므로 입자의 유동이 원할하지 않아 가스흐름을 방해하고, 이것이 불균일 환원 및 환원반응시 스티킹(sticking)을 야기하여 조업 중단을 초래한다. 이러한 현상은 실조업에 있어서 입도분포가 넓은 분철광석을 장시간 환원시키는 경우에 대립입자의 스티킹으로 큰 문제점으로 대두되어 왔으며, 이를 방지하기 위한 방법으로 광석표면에 부원료 또는 탄소를 코팅하는 방법이 있으나 추가공정이 필요하고 부원료추가 등의 비용손실을 초래한다는 문제가 있었다.In addition, if the gas flow rate for fluidization is too high, the recovery rate decreases due to the large amount of particles scattered to the outside of the fluidized bed. If the gas flow rate is too low, the granulated iron ore segregates directly above the dispersion plate, thus preventing the flow of particles, which interferes with the gas flow. Inhomogeneous reduction and reduction leads to sticking, leading to shutdowns. This phenomenon has been a big problem due to the sticking of alleles when reducing the iron ore having a large particle size distribution for a long time in the real industry, and there is a method of coating the raw material or carbon on the surface of the ore as a way to prevent this. There is a problem that additional processes are required and cost loss such as adding additional raw materials.
본 발명자들은 상기한 종래방법의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고. 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 일반탄을 이용한 유동층식 환원공정에서 폐기물로 발생하는 슬러지를 분철광석의 표면에 피복한 후 슬러지가 피복된 분철광석을 유동층식 환원로에 장입함으로써 분철광석의 분화, 비산 및 스티킹을 방지하고 그 환원율을 향상시킬 수 있는 분철광석의 환원방법을 제공하고자 하는 데, 그 목적이 있다.The present inventors conduct research and experiment to solve the above-mentioned problems of the conventional method. Based on the results, the present invention has been proposed, and the present invention is to cover sludge generated as waste in the fluidized bed reduction process using ordinary coal on the surface of the iron ore, and then the sludge coated iron ore is fluidized bed reduction furnace. The purpose of the present invention is to provide a method for reducing iron ore, which can prevent the differentiation, scattering and sticking of iron ore and improve its reduction rate.
도 1은 종래의 분철광석의 유동층식 환원로를 개략적으로 도시한 구성도1 is a schematic view showing a fluidized bed reduction furnace of a conventional iron ore
도 2는 종래의 3단 유동층식 환원장치에 로타리 킬른로(Rotary Kiln)가 부착된 분철광석의 3단 싱글형 유동층 환원장치를 개략적으로 도시한Figure 2 schematically shows a three-stage single-type fluidized bed reduction device of iron ore with a rotary kiln attached to a conventional three-stage fluidized bed reduction device
구성도Diagram
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10......제 1유동층로 20......제 1유동층로10 ...... 1 fluidized bed furnace 20 ...... 1 fluidized bed furnace
30......제 3유동층로 40......로터리 킬른로30 ...... 3rd fluidized bed furnace 40 ...... Rotary kiln furnace
41,42...... 더스트 집진기41,42 ...... dust dust collector
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated.
본 발명은 분철광석을 유동층식 환원로에 장입하여 유동상태에서 분철광석을 환원하는 방법에 있어서, 유동층식 환원로에 장입될 원료 분철광석에 슬러지(sludge)를 분철광석 중량에 대하여 0.2-5.0%를 첨가하여 혼합 및 피복한 후, 105-800℃의 온도에서 1-24시간동안 건조하여 그 표면에 슬러지가 피복된 분철광석을 유동층식 환원로에 장입하는 유동층식 환원장치를 이용한 환원방법에 관한 것이다.The present invention is a method of reducing the iron ore in the fluidized state by charging the iron-iron ore in a fluidized bed reduction furnace, sludge (sludge) in the raw iron ore to be charged in the fluidized-bed reduction furnace 0.2 to 5.0% by weight of the iron ore After the addition and mixing, coating, and then dried for 1-24 hours at a temperature of 105-800 ℃ and the reduction method using a fluidized bed reduction device to charge the sludge coated iron ore in the fluidized bed reduction reactor will be.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명은 일단방식 뿐 아니라 다단식의 유동층식 환원로를 이용하여 분철광석을 환원하는 방법에 적용된다.The present invention is applied to a method of reducing iron ore using a single-stage as well as a multistage fluidized bed reduction furnace.
본 발명에 적용될 수 있는 슬러지는, 분철광석을 유동층환원로에서 예비환원한 후 용융로에서 용융환원하는 용철제조공정에 있어서, 용융로에서 발생하는 배가스중에 함유된 더스트를 물로 포집하여 형성된 용융로 슬러지 또는 유동층식 환원로에서 발생하는 배가스중에 함유된 더스트를 물로 포집하여 생성된 슬러지가 바람직하다. 이 때, 대표적인 용철제조공정으로는 코렉스(COREX)공정과 FINEX공정이 있다.Sludge which can be applied to the present invention is molten furnace sludge or fluidized bed formed by collecting dust contained in the flue gas generated in the molten furnace in water in a molten iron manufacturing process of preliminarily reducing the iron ore in the fluidized-bed reduction reactor and then reducing the molten iron in the molten furnace. Sludge produced by collecting dust contained in the flue-gas generated in the reduction furnace with water is preferable. At this time, the typical molten iron manufacturing process is the Corex process and the FINEX process.
본 발명에 보다 바람직하게 적용될 수 있는 슬러지는, 중량%로 T.Fe:5 ~ 50%, SiO2:2 ~ 20%, CaO:3 ~ 30%, Al2O3: 2 ~ 11.5%, MgO:1 ~ 3.5%, C:2 ~ 9%, TiO2:1% 이하, P2O5:1% 이하, K2O:1.5% 이하, Na2O:1% 이하, 및 S:1% 이하를 함유하는 슬러지이다.Sludge which can be more preferably applied to the present invention is T.Fe: 5 to 50%, SiO 2 : 2 to 20%, CaO: 3 to 30%, Al 2 O 3 : 2 to 11.5%, MgO by weight : 1 to 3.5%, C: 2 to 9%, TiO 2 : 1% or less, P 2 O 5 : 1% or less, K 2 O: 1.5% or less, Na 2 O: 1% or less, and S: 1% It is a sludge containing the following.
상기 슬러지 조성 중 CaO, MgO, Al2O3및 C은, 고온에서 환원철 표면에 부착하여 섬유상 금속철의 성장 및, 입자상호간의 결합으로 야기되는 스티킹을 효과적으로 방지하는 역할을 하는 성분이고, 특히 상기 CaO 및 MgO는 분철광석의 분화를 막아 미분입자의 비산을 줄여 철 회수율을 향상시키는 역할을 한다.CaO, MgO, Al 2 O 3 and C in the sludge composition are components that serve to effectively prevent sticking caused by growth of fibrous metal iron and bonding between grains by adhering to the surface of reduced iron at a high temperature. The CaO and MgO serves to prevent the differentiation of the iron ore to reduce the scattering of fine particles to improve the iron recovery.
그러나, 상기 CaO, MgO, Al2O3및 C의 함량이 각각의 하한치 보다 적게 되면, 분철광석의 분화 및 스티킹 방지효과가 없고, 반대로 그 함량이 각각의 상한치 보다 많으면 분화 및 스티킹에 대한 효과는 증가하지만, 최종산물인 환원철 내지 용선의 품위가 저하하므로 바람직하지 않다.However, when the content of CaO, MgO, Al 2 O 3 and C is less than the lower limit of each, there is no effect of preventing the differentiation and sticking of iron ore, on the contrary, if the content is higher than the respective upper limit, Although the effect increases, it is not preferable because the grade of reduced iron or molten iron which is a final product falls.
특히, 상기 C는 강력한 스티킹 방지제로서 그 함량이 많을수록 효과가 큰 원소인데, 환원가스 발생(C + CO2⇒ 2CO)으로 인한 환원력 증대 및 환원철을 용융로에서 용해시 열원 및 환원가스로 작용하여 여분의 석탄량을 줄일 수 있는 효과를 발휘하기 위해서는, 그 함량을 상기와 같이 2~9중량%로 설정하는 것이 바람직하다.In particular, the C is a strong anti-sticking agent, the greater the content of the element is more effective, the reducing power generated by reducing gas generation (C + CO 2 ⇒ 2CO) and the reduction of the reduced iron in the melting furnace to act as a heat source and reducing gas In order to exert the effect of reducing the amount of coal, it is preferable to set the content to 2 to 9% by weight as described above.
또한, 상기 슬러지 조성 중 TiO2, P2O5, K2O 및 Na2O는 다량 함유되면 용선에 악영향을 미치기 때문에, 각각의 상한치 이하로 관리해야 한다. 상기 SiO2도 용선에 영향을 미치지 않는 범위인 2~20중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.In addition, since a large amount of TiO 2 , P 2 O 5 , K 2 O, and Na 2 O in the sludge composition adversely affects the molten iron, it must be managed below each upper limit. The SiO 2 is also preferable to add to a 2 to 20% by weight does not influence the molten iron.
특히, 상기 S는 스티킹을 촉진하는 성분이므로, 그 함량은 1%이하로 관리하는 것이 바람직하다.In particular, since S is a component that promotes sticking, the content thereof is preferably managed at 1% or less.
한편, 본 발명에 있어서 분철광석 표면에 피복되는 슬러지양은 분철광석의 중량기준으로 0.2 ~ 5.0% 범위로 선정하는 것이 바람직하다. 만일 상기 슬러지의 양이 0.2%미만인 경우에는 앞서 상술한 스티킹 및 분화억제제로서의 역할이 미비하며, 5.0%이상일 경우에는 미분화되어 반응기 외부로 비산되어 분화억제제로서의 역할이 저조하며 가스편류 등 조업 저해요소로 작용한다.On the other hand, in the present invention, the amount of sludge coated on the surface of the iron ore is preferably selected in the range of 0.2% to 5.0% by weight of the iron ore. If the amount of sludge is less than 0.2%, the above-mentioned role as a sticking and differentiation inhibitor is insufficient. If the amount of sludge is more than 5.0%, it is micronized and scattered to the outside of the reactor and thus serves as a differentiation inhibitor. Acts as.
본 발명에서는 로타리 킬른 장치 등을 이용하여 원료 분철광석에 상기한 첨가량만큼의 슬러지(sludge) 현탁액을 혼합하고, 분철광석 입자 표면을 슬러지로 피복 및 건조하여 유동층식 환원로에 장입한다.In the present invention, a sludge suspension of the above-described addition amount is mixed with raw iron ore using a rotary kiln apparatus, and the surface of the iron ore particles is coated with sludge and dried, and charged into a fluidized bed reduction furnace.
본 발명에 있어 슬러지가 혼합된 분철광석의 건조는 105-800℃에서 1-24시간동안 행하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable to dry the ferrous ore mixed with sludge for 1-24 hours at 105-800 ° C.
상기 건조시간이 1시간 미만인 경우에는 건조가 충분히 이루어지지 않아 호퍼 등에 저장할 경우 광석과 슬러지가 응집되어 유동층환원로내로의 장입이 원활치 않을 뿐만 아니라 배관 등에 막힘현상 혹은 유동층환원로 내에서 광석이 응집되어 유동이 활발치 않아 조업중단이 야기되는 등의 문제점이 있게 된다. 반면에, 상기 건조시간이 24시간 보다 길면 건조효과가 더 이상 나타나지 않기 때문에, 설비 및 전기 등을 낭비하게 된다.If the drying time is less than 1 hour, the drying is not sufficient, so when stored in the hopper or the like ore and sludge agglomerated into the fluidized bed reduction reactor is not smoothly charged, or clogged or the like ore in the fluidized bed reduction reactor There is a problem that the flow is not active, causing downtime. On the other hand, if the drying time is longer than 24 hours, since the drying effect no longer appears, it wastes equipment and electricity.
또한, 상기 건조온도가 105℃ 미만이면, 상대적으로 건조시간이 길어지는 문제가 있고, 반대로 상기 건조온도가 800℃ 보다 높으면, 상대적으로 건조시간이 지나치게 짧아져, 상기한 바와 같이, 배관 등의 막힘 현상이나 유동층환원로 내에서 광석이 응집되어 유동이 활발치 않아 조업중단이 야기되는 등의 문제가 생기게 된다.In addition, if the drying temperature is less than 105 ℃, there is a problem that the drying time is relatively long, on the contrary, if the drying temperature is higher than 800 ℃, the drying time is too short, as described above, clogging the piping Occurrence of ore in the fluidized-bed reduction reactor causes problems such as unstable flow, causing downtime.
상기와 같이, 슬러지를 분철광석에 피복함으로써 유동층환원로에 장입된 분철광석이 기계적 충격이나 열적 충격에 의해 분화되는 것을 방지하는데 효과적이며, 이에 따라서 가스분산판 위에서 야기될 수 있는 스티킹 현상도 효과적으로 막을 수 있을 뿐만 아니라 분철광석의 비산에 따른 생산성 손실도 예방할 수 있게 된다.As described above, it is effective to prevent the powdered iron ore charged into the fluidized-bed reduction furnace from being differentiated by mechanical shock or thermal shock by covering the sludge with the powdered iron ore, and thus, the sticking phenomenon which may be caused on the gas dispersion plate is also effectively In addition to preventing the loss of productivity due to the scattering of the iron ore.
즉, 본 발명에 따라 슬러지를 분철광석에 피복한 후, 유동층 환원로에 장입하므로서, 슬러지중의 탄소(C), 석회석(CaO), 알루미나(Al2O3)성분에 의해 분철광석의 분화, 분화에 의한 미분입자의 비산 및 환원도중 철 표면입자 상호간의 스티킹을 방지하고, 또한, 탄소(C)에 의한 환원가스(C + CO2→2CO)발생으로 인한 고체 분철광석 입자의 우수한 반응성 및 환원 후 환원입자중의 탄소성분에 의해 용융가스화로에 장입시 석탄양을 줄일 수 있어 경제성 측면에서도 유리한 것이다.That is, according to the present invention, the sludge is coated on the iron-iron ore, and charged into a fluidized-bed reduction furnace, whereby the differentiation of the iron-iron ore by the carbon (C), limestone (CaO) and alumina (Al 2 O 3 ) components in the sludge, It prevents the sticking of finely divided particles due to differentiation and the sticking of iron surface particles during reduction, and also the excellent reactivity of solid iron ore particles due to the generation of reducing gas (C + CO 2 → 2CO) by carbon (C) and The carbon content in the reduced particles after reduction reduces the amount of coal when charged into the melt gasifier, which is advantageous in terms of economics.
이하, 분철광석의 싱글형 3단 유동층식 환원장치를 이용하여 분철광석을 환원한 후, 용융로에서 용융환원하여 용철을 제조하는 방법에 본 발명을 적용한 예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by using an example of applying the present invention to a method for producing molten iron by reducing the iron ore by using a single three-stage fluidized bed reduction device of iron ore and then melting and reducing the molten iron in a melting furnace.
도 2에는 분철광석의 싱글형 3단 유동층식 환원장치의 일례가 제시되어 있는데, 이를 참조하여 본 발명을 설명한다.Figure 2 shows an example of a single three-stage fluidized bed reduction device of the iron ore, the present invention will be described with reference to this.
로타리 킬른(40)에서 원료 분철광석과 슬러지를 혼합, 피복 및 건조하여 광석 호퍼(50)로부터 제 1장입관(51)을 통해 제 1유동층로(10)에 공급된다. 공급된 분철광석은 제 1배가스공급관(16)을 통해 공급된 제 2사이클론(70)의 배가스를 이용하여 대립철광석(1~8㎜)은 제1유동층 축소부(10c), 미립철광석(1㎜이하)은 제 1유동층 확대부(10a) 및 경사부(10b)에서 기포유동층 상태를 형성하여 각각 건조, 예열 및 예비환원하여 Fe3O4단계까지 환원한다. 이때 제 1유동층 확대부(10a) 상부로 비산된 미립은 제 1사이클론(60)에서 포집하여 제 1장입관(51)을 통해 제 1유동층로(10)로 재순환된다.In the rotary kiln 40, raw iron powder ore and sludge are mixed, coated and dried, and are supplied from the ore hopper 50 to the first fluidized bed furnace 10 through the first charging pipe 51. The supplied iron-iron ore is the exhaust gas of the second cyclone 70 supplied through the first exhaust gas supply pipe 16, so that the allele iron ore (1 to 8 mm) is the first fluidized layer reduction part 10c and the fine iron ore (1 mm). Or less) forms the bubble fluidized bed state in the first fluidized bed enlarged part 10a and the inclined part 10b, followed by drying, preheating and pre-reduction, respectively, to reduce the Fe 3 O 4 step. At this time, the fine particles scattered to the upper portion of the first fluidized bed expanding portion 10a are collected in the first cyclone 60 and recycled to the first fluidized bed furnace 10 through the first charging pipe 51.
상기 제 1유동층로(10) 에서 환원된 대립철광석과 미립철광석은 제 1배출관(11)및 제 2배출관(12)과 연결된 제 2장입관(13)을 통해 제 2유동층로(20)의 축소부(20c)에 장입되고, 장입된 철광석은 제 2배가스공급구(26)를 통해 공급된 제 3사이클론(80)의 배가스를 이용하여 대립철광석은 제 2유동층로 축소부(20c), 미립철광석은 제 2유동층로 확대부(20a) 및 경사부(20b)에서 기포유동층 상태를 형성하면서 각각 FeO단계까지 환원한다. 이때 제 2유동층로 확대부(20a) 상부로 비산된 미립철광석은 제 2사이클론(70)에서 포집되어 제 3장입관(71)을 통해 제 2유동층로(20)로 재순환된다.The reduction of the second fluidized bed furnace 20 through the second charging pipe 13 connected to the first discharge pipe 11 and the second discharge pipe 12 is reduced to the allele ore and fine iron ore reduced in the first fluidized bed (10). The iron ore charged in the part 20c and the charged iron ore are reduced to the second fluidized bed by using the exhaust gas of the third cyclone 80 supplied through the second exhaust gas supply port 26. Is reduced to the FeO step while forming a bubble fluidized bed state in the expanded portion 20a and the inclined portion 20b in the second fluidized bed. At this time, the fine iron ore scattered to the upper portion of the second fluidized bed expansion portion 20a is collected in the second cyclone 70 and recycled to the second fluidized bed furnace 20 through the third charging pipe 71.
상기 제 2유동층로(20)에서 환원된 대립철광석과 미립철광석은 제 3배출관(21)및 제 4배출관(22)과 연결된 제 3유동층로(30)의 제 4장입관(23)을 통해 제 3유동층로 축소부(30c)로 장입되고, 장입된 철광석과 제 3사이클론(80)에 의해 포집되어 재장입된 미립철광석은 제 3배가스공급구(36)를 통해 공급되는 용융로(100)의 배가스에 의해 최종환원 된다. 그리고 환원된 대립철광석은 제 5배출관(31), 미립철광석은 제 6배출관(32)를 통해 용융가스화로(100)에 공급되어 선철(101)을 제조한다.The allele ore and the fine iron ore reduced in the second fluidized bed 20 are formed through the fourth charged pipe 23 of the third fluidized bed 30 connected to the third discharge pipe 21 and the fourth discharge pipe 22. Charged into the reducing section 30c into the three fluidized bed, the charged iron ore and the fine iron ore collected and reloaded by the third cyclone 80 is the exhaust gas of the melting furnace 100 supplied through the third exhaust gas supply port 36. Final reduction by The reduced allele ore is supplied to the molten gasifier 100 through the fifth discharge pipe 31 and the fine iron ore through the sixth discharge pipe 32 to manufacture pig iron 101.
한편, 제 1유동층로(10)의 배가스중에 함유된 미립자의 일부와 용융가스화로(100)의 배가스중에 함유된 미립자의 알부는 각각 더스트 집진기(41)및(42)에서 물에 의해 슬러지 형태로 포집되어 로터리 킬른로(40)에 투입되어 분철광석을 피복하게 된다.On the other hand, a part of the fine particles contained in the exhaust gas of the first fluidized bed furnace 10 and the egg portion of the fine particles contained in the exhaust gas of the molten gasifier 100 in the form of sludge by water in the dust collectors 41 and 42, respectively. It is collected and put into the rotary kiln 40 to cover the iron ore.
도 2에서, 미설명부호 15, 25, 35는 가스분산판을, 110은 제 4사이클론을 나타낸다.In FIG. 2, reference numerals 15, 25 and 35 denote gas distribution plates and 110 denotes a fourth cyclone.
상기한 분철광석의 싱글형 3단 유동층식 환원장치를 이용하여 분철광석을 환원하는 경우에 있어서, 원활한 유동 및 비산량을 고려하여 대립이 존재하는 제1 유동층로(10)의 축소부(10c)의 가스유속은 로내에 체류하는 분철광석의 최소유동화속도의 1.2-2.5배 이하, 미립이 존재하는 제1 유동층로(10)의 확대부(10a)의 가스유속은 최소유동화속도의 1.2-2.0배 이하가 되도록 선정하는 것이 바람직하다.In the case of reducing the iron ore using the single-stage three-stage fluidized bed reduction apparatus of the iron ore, the reduction part 10c of the first fluidized bed furnace 10 in which the confrontation exists in consideration of the smooth flow and the amount of scattering is present. The gas flow rate is 1.2-2.5 times or less of the minimum fluidization rate of the iron ore staying in the furnace, and the gas flow rate of the enlarged portion 10a of the first fluidized bed furnace 10 in which particulates exist is 1.2-2.0 times or less of the minimum fluidization rate. It is preferable to select so as to be.
또한, 제2 유동층로(20)및 제3 유동층로(30)의 유속은 제1 유동층로(10)에서 분화되어 입경이 감소하고, 환원에 의한 밀도감소에 의해 분철광석의 유동이 더욱 원활하여 미분의 비산이 증가하는 것을 고려하여 제2 유동층로(20)의 축소부(20c)와 확대부(20a)의 가스유속은 로내에 체류하는 분철광석의 최소유동화속도의 1.2-1.8배 이하, 제3 유동층로(30)의 축소부(30c)와 확대부(30a)의 가스유속은 로내에 체류하는 분철광석의 최소유동화속도의 1.2-1.5배 이하가 되도록 예열/예비환원단계 보다 조금 낮게 선정하는 것이 바람직하다.In addition, the flow rates of the second fluidized bed furnace 20 and the third fluidized bed furnace 30 are differentiated in the first fluidized bed furnace 10 to reduce the particle size, and the flow of the iron ore is more smoothly due to the decrease in density due to reduction. In consideration of the increase in the scattering of the fine powder, the gas flow rates of the reduced part 20c and the expanded part 20a of the second fluidized bed furnace 20 are 1.2-1.8 times or less the minimum fluidization rate of the iron ore staying in the furnace. 3 The gas flow rate of the reduced portion 30c and the expanded portion 30a of the fluidized bed furnace 30 is selected to be slightly lower than the preheating / preliminary reduction stage so as to be 1.2-1.5 times or less the minimum fluidization rate of the iron ore staying in the furnace. It is preferable.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
〔실시예〕EXAMPLE
도 2에 도시된 바와 같은 환원장치를 이용하여 슬러지와 원료 분철광석을 로타리 킬른로(40)에서 혼합, 피복 및 건조하여 호퍼(50)를 통해 제 1유동층로(10)에 장입하여, 장입한 분철광석을 기포유동층 상태를 형성하면서 건조, 예열 및 예비환원시켜 Fe3O4단계까지 환원하고, 제 2유동층로(20)에서는 상기 제 1유동층로에서 Fe3O4단계까지 환원된 분철광석을 기포유동층 상태를 형성하면서 FeO단계까지 환원하며, 제 3유동층로(30)에서는 제 2유동층로에서 FeO단계까지 환원된 분철광석을 기포유동층 상태에서 최종환원 시켰다.2, the sludge and the raw powdered iron ore are mixed, coated and dried in the rotary kiln furnace 40 by using a reducing device as shown in FIG. 2, charged into the first fluidized bed furnace 10 through the hopper 50, and charged. Dry, preheat and pre-reduce the reduced iron ore while forming a bubble fluidized bed state, and reduce to Fe 3 O 4 step. In the second fluidized bed furnace 20, the reduced iron ore is reduced to the Fe 3 O 4 step in the first fluidized bed furnace. While forming the bubble fluidized bed state, it is reduced to the FeO stage, and in the third fluidized bed (30), the reduced iron ore reduced from the second fluidized bed furnace to the FeO stage was finally reduced in the bubbled fluidized bed state.
여기서, 슬러지의 혼합량은 광석중량에 대하여 2.5%이었으며, 로터리 킬른로에서의 건조온도는 550℃이었다.Here, the amount of sludge mixed was 2.5% by weight of the ore, and the drying temperature in the rotary kiln was 550 ° C.
본 실시예에서 사용한 슬러지 조성, 환원장치 및 기타 조업조건은 아래의 표와 같다.The sludge composition, reduction apparatus and other operating conditions used in this embodiment are shown in the table below.
상기와 같은 장치와 조업조건하에서 실험을 행한 후, 사이클론 및 후단 포집기에서 포집된 입자의 입도분포를 측정하고, 그 결과를 하기 표7에 나타내었다.After the experiment was carried out under the above conditions and operating conditions, the particle size distribution of the particles collected in the cyclone and the rear stage collector was measured, and the results are shown in Table 7 below.
또한, 슬러지 피복전,후에 대한 비산율 및 비산 손실을 측정하고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.In addition, the scattering rate and the scattering loss before and after the sludge coating was measured, and the results are shown in Table 7 below.
또한, 슬러지 피복전,후에 대한 스티킹 발생유무, 평균환원율, 환원철 중 탄소량을 조사하고, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.In addition, the presence or absence of sticking before and after the sludge coating, the average reduction rate, the amount of carbon in the reduced iron was investigated, and the results are shown in Table 8 below.
상기 표7에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 사이클론(60)에서 입도분포에 따른 비산율을, 후단 포집기에서 비산율을 측정한 결과, 유동층로에서 비산되어 사이클론에서 검출된 철광석의 입도는 슬러지 혼합여부에 관계없이 500㎛이하의 입도였다. 그러나 유동층로 외부로 비산된 양은 슬러지를 혼합하지 않는 경우는 40~45%비산되었으나, 슬러지를 혼합한 경우에는 1.0㎜이하로 분화된 양이 줄어들어 30~35%로 비산율이 낮았으며, 이에 따른 손실율도 슬러지 혼합전의 15~25%보다 3~8%로 상당히 줄어듦을 알 수 있다.As can be seen in Table 7, as a result of measuring the scattering rate according to the particle size distribution in the first cyclone 60, the scattering rate in the rear stage collector, the particle size of the iron ore detected in the cyclone was scattered in the fluidized bed is sludge mixed It was a particle size of 500 µm or less regardless of whether or not. However, the amount scattered to the outside by the fluidized bed was 40 to 45% when the sludge was not mixed, but when the sludge was mixed, the amount differentiated to 1.0 mm or less was reduced to 30 to 35%. It can be seen that the loss ratio is considerably reduced to 3-8% from 15-25% before the sludge mixing.
또한, 상기 표8에서는 슬러지를 혼합하지 않은 경우는 환원실험 1시간 후에 입자 상호간의 응집현상이 발생하여 유동층내 입자의 유동 불균일과 압력변화가 심해 안정적 조업을 할 수 없음을 나타내고 있는데 반해, 슬러지를 혼합한 경우에는 입자 상호간의 응집없이 원할한 유동으로 안정적 조업이 가능하며 각 단계에서의 환원율도 상당히 향상됨을 알 수 있다.In addition, in Table 8, when the sludge is not mixed, the coagulation phenomenon between the particles occurs after 1 hour of the reduction experiment, and the flow unevenness and pressure change of the particles in the fluidized bed are severe, and thus, the sludge cannot be operated. In the case of mixing, stable operation is possible with a smooth flow without agglomeration of the particles, and the reduction rate at each step is also significantly improved.
그리고, 실험 후 환원시료중의 탄소량을 조사한 결과 슬러지를 혼합한 경우가 함유치 않은 경우보다 탄소량이 30~40배정도 증가함을 보이는데, 이는 용융로 장입시 탄소량을 절약할 수 있는 이점이 있는 것이다.In addition, after examining the carbon content in the reducing sample after the experiment, the carbon content is increased by 30 to 40 times than when the sludge is mixed, which has the advantage of saving the carbon amount when charging the furnace. .
상술한 바와 같이, 본 발명은 일반탄을 이용한 유동층식 환원공정에서 폐기물로 발생하는 슬러지를 분철광석에 피복한 후, 슬러지가 피복된 분철광석을 유동층식 환원로에 장입하여 환원가스와 반응시킴으로써 분철광석의 분화, 비산 및 스티킹을 방지하고 그 환원율을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.As described above, the present invention is to cover the sludge generated as waste in the fluidized bed reduction process using the coal coal, and then to the powdered ore coated with the sludge in a fluidized bed reduction reactor to react with the reducing gas It is effective to prevent differentiation, scattering and sticking of iron ore and to improve its reduction rate.
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