KR100276348B1 - 분철광석의유동층환원조업에있어서분철광석의비산손실저감방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분철광석을 유동층환원로에서 환원하는 방법에 있어서 분철광석의 비산손실을 저감시키는 방법에 관한 것으로서, 분철광석을 유동층식 환원로에서 환원하는 방법에 있어서 유동층식 환원로에 분철광석과 함께 첨가제를 장입하므로써 분철광석의 비산손실을 저감시킬 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 분철광석을 공급받아 하부에서 공급되는 환원가스에 의해 유동층을 형성하면서 분철광석을 환원시켜 환원된 분철광석을 배출하고,그리고 분철광석을 환원시킨 후의 환원가스를 외부로 배출하도록 구성되는 유동층식 환원로; 및 환원로에서 배출되는 배가스중에 함유되어 있는 미립광석을 포집하고 미립광석이 분리된 배가스는 외부로 배출하고 배가스로 부터 분리된 미립광석은 환원로로 순환시키도록 구성되는 사이클론을 포함하여 구성되는 유동층식 환원장치를 이용하여 분철광석을 환원하는 방법에 있어서,

상기 유동층식 환원로에 분철광석을 장입할 때 장입되는 분철광석의 장입량에 대해 3∼6%의 석회석(CaCO₃) 또는 백운석(CaCO₃·MgCO₃)을 분철광석과 함께 장입하여 분철광석의 비산손실을 저감시키는 방법을 그 요지로 한다.

Description

분철광석의 유동층환원조업에 있어서 분철광석의 비산손실저감방법{METHOD FOR REDUCING ELUTRIATION LOSS OF FINE IRON ORE IN THE FLUIDIZED BED REDUCTION PROCESS}

본 발명은 분철광석을 유동층환원로에서 환원하는 방법에 있어서 분철광석의 비산손실을 저감시키는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분철광석을 유동층환원로에서 환원하는 방법에 있어서 첨가제를 분철광석과 함께 장입함으로써 분철광석의 비산손실을 저감시키는 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 철광석을 환원하여 용철을 제조하는 방법으로는 고로를 사용하는 방법과 샤프트로를 사용하여 환원한 철광석을 전기로에서 용해하는 방법 등이 종래부터 채용되고 있다.

상기 고로공정에 의한 용철제조방법에 있어서는 열원 및 환원제로서 다량의 코크스를 사용하고, 철광석은 통기성과 환원성을 향상시키기 위하여 소결광의 형태로 고로에 장입하고 있다.

이 때문에 현재의 고로법은 강점결탄을 건류하기 위한 코크스 설비 및 소결광제조설비를 필요로 한다.

따라서, 고로법은 막대한 설비비와 함께 에너지 다소비 공정이며, 코크스 제조원료인 강점결탄은 세계적으로 부존량이 적고 지역적으로 편재되어 있으므로 철강수요의 증대에 따라 수급상의 문제가 심각한 실정이다.

한편, 샤프트로에 의한 철광석의 환원방법은 철광석을 펠레트화 하는 전처리 단계가 필요하고, 또한 환원제와 열원으로써 천연가스를 사용하는 관계로 천연가스의 공급이 용이한 지역에서만 상업화 운전이 가능한 결점 등이 있어 코크스를 사용하지 않고 일반탄을 사용하여 분상의 철광석으로부터 용철을 제조하는 용융환원방법이 새로운 제철법으로 주목받고 있는 실정이다.

이와 같은 용융환원법에 있어서는 보통 환원로에서 환원된 철광석을 용융로에 장입하여 용철을 환원하는 방식이 채용되고 있다.

상기 환원로에서는 철광석의 용융전에 철광석을 고체상태에서 환원하는 것으로, 장입한 철광석을 용융로에서 발생한 고온의 환원성가스와 접촉시켜 환원해야한다.

이러한 환원공정은 철광석과 환원성가스의 접촉상태에 따라 이동층 또는 유동층식으로 분류되는데, 입도분포가 넓은 분립상의 철광석을 환원로에 장입하고 하부의 분산판을 통해 환원가스를 보내 철광석을 유동시키면서 환원하는 유동층식이 분철광석을 환원하는 방법으로서 가장 적절한 프로세스로 평가되고 있다.

상기 유동층을 이용하여 분철광석을 환원하는 환원로의 일례로서는 일본공개실용신안공보 소 58-217615호의 유동층환원로를 들 수 있다.

상기 유동층식 분철광석 환원로는 도1에 나타난 바와 같이 구조상 크게 원통형환원로(91)와 사이클론(95)으로 나누어지고, 이 원통형 환원로(91)에는 원료 철광석 장입구(92)와 고온 환원가스를 도입하는 환원가스 도입구(93)및 환원가스에 의해 환원된 철광석을 배출하는 환원철 배출구(94)로 구성되며, 환원로의 하부내에는 가스분산판(96)이 내장되어 있다.

상기 원통형 환원로의 하부 가스 분산판을 통해 원하는 유량으로 환원가스를 공급하면서 장입구를 통해 분철광석을 보내면 고온의 환원가스와 혼합, 교반되며 반응한다.

이때 일정한 시간이 지난 후 환원된 분철광석은 배출구를 통해 배출된다.

이때 형성된 유동층의 형태는 원통형 환원로에서 공급되는 환원가스가 기포로 되어 환원로 상부의 입자층을 통과하면서 기포가 성장하는 기포유동층이다.

그러나, 상기한 유동층환원로에서는 환원초기 환원분화에 의한 미립의 증가로 인하여 조업시간의 경과에 따라 사이클론을 순환하는 미립의 양이 사이클론의 용량이상으로 증가하여 광석 반송관에서 분체의 고착현상이 일어나 사이클론의 막힘현상이 일어나고 이로 인하여 포집된 분철광석이 유동층으로 회수되지 못하고 외부로 나가버리는 문제가 종종 발생한다.

이 때문에 제품 실수율이 현저히 저하할 뿐만 아니라 가스청정설비 및 수처리설비에 과도한 부하를 주어 가스청정효율이 떨어져 환경을 오염시키고 2차 설비트러블을 유발하여 설비의 가동율이 저하되고 제품 제조코스트가 상승하는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기한 종래방법들의 제반 문제점을 개선하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 분철광석을 유동층식 환원로에서 환원하는 방법에 있어서 유동층식 환원로에 분철광석과 함께 첨가제를 장입함으로써 분철광석의 비산손실을 저감시킬 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도1은 종래의 분철광석의 유동층식 환원로를 나타내는 정단면 구조도

도2는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 실험에 사용되는 유동층식 환원로의 개략도

도3은 첨가제의 첨가량에 따른 비산율변화를 나타내는 그래프

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1...... 유동층식 환원로

2...... 사이클론

21......반송관(순환관)

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 분철광석을 공급받아 하부에서 공급되는 환원가스에 의해 유동층을 형성하면서 분철광석을 환원시켜 환원된 분철광석을 배출하고, 그리고 분철광석을 환원시킨 후의 환원가스를 외부로 배출하도록 구성되는 유동층식 환원로; 및 환원로에서 배출되는 배가스중에 함유되어 있는 미립광석을 포집하고 미립광석이 분리된 배가스는 외부로 배출하고 배가스로부터 분리된 미립광석은 환원로로 순환시키도록 구성되는 사이클론을 포함하여 구성되는 유동층식 환원장치를 이용하여 분철광석을 환원하는 방법에 있어서,

상기 유동층식 환원로에 분철광석을 장입할 때 장입되는 분철광석의 장입량에 대해 3∼6%의 석회석(CaCO₃) 또는 백운석(CaCO₃·MgCO₃)을 분철광석과 함께 장입하여 분철광석의 비산을 감소시키는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 사이클론을 포함하는 유동층식 환원로를 사용하여 분철광석을 유동상태에서 환원하는 방법에 적용되는 것으로서, 일단은 물론 다단식의 유동층식 환원로를 이용하여 분철광석을 환원하는 방법에 적용되는 것이다.

상기와 같이 사이클론을 포함하는 유동층식 환원로를 이용하여 분철광석을 유동상태에서 환원시키는 방법에 있어서는 분철광석을 환원로에 장입하고 저부로 환원가스를 도입시켜 유동층을 형성시키면서 분철광석을 환원시키게 되는데, 이 때 분철광석중 미립은 배기가스와 함께 사이클론으로 이동되고, 여기서 배가스로부터 분리된 후 환원로로 순환되며, 미립의 일부는 입도가 큰 다른 분체와 함께 배출구를 통하여 환원로 밖으로 배출되게 된다.

입도분포가 넓은 분철광석을 사용하여 유동층식 환원로에서 환원시키는 경우 환원반응초기에 일어나는 광석분화 때문에 배출되는 미립의 양보다 분화하여 새로 발생하는 미립의 양이 더 많은 경우가 있다.

이 때문에 순환하는 미립의 양은 조업시간의 경과와 함께 계속 증가한다.

만약, 순환 광석량이 사이클론의 용량보다 많아질 경우에는 사이클론의 효율이 급격하게 나빠지게 된다.

이러한 경우에는 사이클론을 통해 순환되어 환원로로 들어오는 양보다 사이클론을 통해 외부로 배출되는 비산손실량이 더 많아진다.

뿐만 아니라, 이 경우 반송관(순환관)등에서 막힘현상이 발생하여 순환미립의 전량이 환원로 밖으로 배출되는 경우도 있다.

이 경우 다음의 환원로, 가스청정설비 및 수처리계통에 2차트러블을 유발하여 조업중단으로 이어 질 수 있다.

따라서, 본 발명은 0.15mm이하의 석회석 또는 백운석을 첨가제로 분철광석과 함께 유동층식 환원로에 장입하여 장입되는 분철광석중의 미립광석 및 환원로 내에서의 분철광석의 분화현상에 의해서 발생되는 미립광석에 의해 야기되는 문제점을 개선시킨 것이다.

상기와 같이 분철광석과 함께 첨가되는 미립 첨가제는 같은 크기에서 겉보기 밀도가 철광석 보다 작기 때문에 전량 유동층을 빠져나가 미립 환원철광석과 함께 사이클론으로 이동하게 된다.

상기와 같이 사이클론으로 이동된 미립 첨가제와 미립 환원철광석은 사이클론 내에서 상호 작용하게 되고, 이 상호작용에 의해 첨가제의 표면에 미립광석이 부착되어 의사입도가 증가되고, 의사입도가 증가된 미립 철광석은 환원로로 재순환되게 되므로, 사이클론을 통해 재순환되는 미립 광석량을 줄여주게 된다.

이로 인하여 사이클론을 통해 순환하는 미립광석의 양이 일정수준으로 유지되어 사이클론의 고효율이 유지된다.

본 발명에 있어 분철광석과 함께 첨가되는 미립 첨가제는, 그 첨가량이 너무 적은 경우에는 그 첨가효과가 미흡하다.

상기 첨가제는 환원가스에 의해 분해반응을 일으키게 되는데, 이 분해반응은 흡열반응이다.

따라서, 상기 첨가제의 첨가량이 너무 많은 경우에는 환원가스에 의한 첨가제의 분해반응에 의해 환원로내의 온도강하가 일어날 우려가 있다.

따라서, 상기 미립첨가제의 첨가량은 분철광석 장입량의 3-6%가 바람직하다.

통상, 분철광석의 환원분화 후 0.1mm이하의 분율은 약 30%까지 증가된다.

본 발명자들의 연구 및 실험결과에 의하면, 환원분화 후 0.1mm이하의 분율이 30%까지 증가한다고 가정할 때 입도가 0.1mm이하인 분철광석의 중량에 대하여 10%내지 20%의 첨가제 첨가에 의해 분철광석의 비산손실이 가장 효과적으로 저감되는 것으로 확인되었다.

그리고, 상기 첨가제의 입도는 0.15mm이하인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 첨가제는 분철광석과 함께 유동층식 환원로에 장입된 다음 싸이클론으로 이동되어, 그 내부에서 미립 분철광석의 비산손실을 방지하는 역할을 하는데, 그 입도가 0.15mm 보다 크면 사이클론에서 포집될 수 없는 문제가 있다.

한편, 본 발명에 있어서는 분철광석 환원이 최초로 일어나는 환원로(예를 들면, 3단 유동층식 환원로의 경우에는 제1예열 또는 예비환원로)에 분철광석과 함께 첨가제를 장입하는 것이 환원초기분화에 효과적으로 대응할 수 있게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표1과 같은 크기를 갖는 도2의 환원장치를 이용하여 하기 표1에서 표6까지 나타낸 환원조건으로 환원을 행하였다.

이 때 분철광석은 분철광석 호퍼(3)를 통해, 그리고 첨가제는 첨가제 호퍼(4)를 통해 유동층 환원로(1)에 장입하였으며, 첨가제는 예비환원단계에 분철광석의 중량비로 1%에서 10%까지 그 양을 변화시켜 가면서 장입하였다.

그리고, 예비환원된 예비환원철은 이동빈(5)을 이용하여 분철광석 호퍼(3)에 다시 장입하여 최종환원을 실시하였다.

도2에서, 부호 2는 사이클론을, 11은 분산판을, 22는 반송관(순환관)을 나타낸다.

상기와 같은 조건으로 분철광석을 예비환원 및 최종환원한 후 첨가제의 첨가량에 따른 비산율변화를 조사하고, 그 결과를 도3에 나타내었다.

유동층 환원로 높이 및 내경

분산판경 : 0.3 m , 환원로 높이 : 6 m(분산판 부터)

원료분철광석의 화학적 성분 및 입도분포

화학적 조성(wt%)	T.Fe:62.17, FeO:0.51, SiO2:5.5, TiO2:0.11, Mn:0.05, S:0.012, P:0.65, 결정수:2.32
입도분포(wt%)	-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

석회석의 화학적 성분 및 입도분포

화학적 조성(wt%)	SiO2:2.27, Al2O3:0.58, CaO:53.28,MgO:0.71, Zn:0.12, Na2O3:0.01, 결정수:2.63
입도분포(wt%)	-0.05mm:60, 0.05-0.15mm:40

백운석의 화학적 성분 및 입도분포

화학적 조성(wt%)	SiO2:1.20, Al2O3:0.34, CaO:32.01, MgO:18.38, FeO:1.46 K2O:0.048, Na2O:0.010, 결정수:3.0
입도분포(wt%)	-0.05mm:47, 0.05-0.15mm:53

환원가스 성분,온도및 압력

1,가스조성(vol%)	예비환원:CO:40, H2:20, CO2:35, N2:5최종환원:CO:65,,H2:25, CO2:5, N2:5
2,반응시간	예열/예비환원:20분최종환원:30분
3,온도	예비환원:800℃최종한원:850℃
4,압력	예비환원:1.8kgf/㎠최종환원:2.0kgf/㎠

유동층 환원로내 가스유속

가스 유속

분산판 유속:2.0 mm

도3에 나타난 바와 같이, 첨가제의 첨가량이 너무 적은 경우에는 비산율이 크고, 본 발명에 부합되는 범위로 첨가제를 첨가하는 경우에는 비산율이 낮게 나타남을 알 수 있다.

그리고, 첨가제의 첨가량이 너무 많은 경우에는 오히려 증가됨을 알 수 있다.

한편, 첨가제를 첨가하지 않은 경우에는 약40%정도의 비산손실이 있었다.

또한, 첨가제의 첨가량이 6%미만인 경우에는 환원로의 온도강하량이 10℃미만이었으나, 6%를 초과하는 경우에는 환원로의 온도강하량이 10-20℃정도로 나타났다.

또한, 약 8시간 동안의 연속조업에서 3-6%의 첨가제(석회석 또는 백운석)를 첨가하였을 경우 사이클론의 막힘현상이 한 번도 없었으나, 철광석만으로 조업하는 경우 같은 시간동안 평균 3 내지 4회의 사이클론의 막힘현상이 있었다. 뿐만 아니라 장입구, 배출구 및 분산판 홀에서 발생할 수 있는 막힘현상도 개선되어 안정조업이 가능하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 분철광석의 유동층식 환원방법에 있어서 분철광석과 함께 석회석 또는 백운석을 첨가함으로써 미분으로 인한 사이클론 막힘 방지를 도모하여 비산으로 인한 광석의 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 이로 인한 가스청정설비 및 수처리설비의 부하가 줄어들게 되어 환경오염을 줄일 수 있고 부생가스의 청정도가 높아지는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 분철광석을 공급받아 하부에서 공급되는 환원가스에 의해 유동층을 형성하면서 분철광석을 환원시켜 환원된 분철광석을 배출하고, 그리고 분철광석을 환원시킨 후의 환원가스를 외부로 배출하도록 구성되는 유동층식 환원로; 및 환원로에서 배출되는 배가스중에 함유되어 있는 미립광석을 포집하고 미립광석이 분리된 배가스는 외부로 배출하고 배가스로부터 분리된 미립광석은 환원로로 순환시키도록 구성되는 사이클론을 포함하여 구성되는 유동층식 환원장치를 이용하여 분철광석을 환원하는 방법에 있어서,

   상기 유동층식 환원로에 분철광석을 장입할 때 장입되는 분철광석의 장입량에 대해 3∼6%의 석회석(CaCO₃) 또는 백운석(CaCO₃·MgCO₃)을 첨가제로 분철광석과 함께 장입하는 것을 특징으로 하는 분철광석의 유동층환원조업에 있어서 분철광석의 비산손실 저감방법
2. 제1항에 있어서, 상기 첨가제의 입도는 0.15mm이하인 것을 특징으로하는 분철광석의 유동층환원조업에 있어서 분철광석의 비산손실 저감방법