KR100321806B1 - 액상선철또는철강반제품생산용공정및공정실시용설비 - Google Patents

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펠릭스 발른너
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포항 아이런 앤드 스틸 씨오. 엘티디.
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Abstract

용융 가스화로(1)의 용융 가스화대에서 미분철 함유물(5)로부터 용융 선철(24) 또는 철강 반제품을 생산하기 위한 공정에 있어서, 고체 탄소 운반체(carrier)로 형성된 상(bed)(27)에서 환원 가스의 형성과 동시에, 탄소 함유물(19)(19')및 산소 함유 가스를 공급하면, 미분철 함유물(5)은 상(27)을 통과하면서 용융된다.
공급된 순광석이 배출되는 것을 신뢰있게 방지하면서, 순광석으로 된 장입물을 100% 처리하기 위하여, 석탄 분말 및/또는 휘발 성분을 포함하는 기타 탄소 함유물 등의 미분탄(19) 공급용 버너(18) 및 산소 함유 가스 공급용 덕트(21)가 용융 가스화로(1)의 환원 가스 배출 덕트(2) 및 개구(17) 근처에 설치되며, 미분탄(19) 및/또는 휘발 성분을 포함하는 기타 탄소 함유물은 용융 가스화로(1)에 장입되는 즉시 미분 코크스(19')로 반응 생성하여 이 미분 코크스(19')는 용융 가스화로(1)에서 나가는 환원 가스와 함께 배출되어 분리수단(3)에서 분리된다.

Description

액상 선철 또는 철강 반제품 생산용 공정 및 공정 실시용 설비{PROCESS FOR PRODUCING LIQUID PIG IRON OR INTERMEDIATE STEEL PRODUCTS AND INSTALLATION FOR IMPLEMENTING IT}
유럽 특허 제 0,010,627호는 용융 가스화로에서 미분철 함유물, 특히 예비 환원된 해면철로부터 환원 가스뿐만 아니라 용융 선철 또는 철강 반제품을 생산하기 위한 공정에 관한 것이다. 용융 가스화로 내의 유동상(fluidized bed)은 석탄을 장입하고 산소 함유 가스를 주입함으로써 코크스 입자로서 형성된다. 산소 함유 가스 또는 순수 산소는 상기 용융 가스화로의 하부에 주입된다. 미분철 함유물, 특히 예비 환원된 해면철과, 괴탄(lumpy coal)을 용융 가스화로의 후드에 설치한장입구를 통하여 상부 장입하며, 이러한 입자들을 낙하하다가 유동상에서 감속되며, 미분철 함유 입자들은 코크스 유동상을 지나면서 환원되고 용융된다. 슬래그로 덮인 용융 선철은 용융 가스화로의 하부에서 출서된다. 선철 및 슬래그는 서로 다른 출선구를 통하여 출선된다.
그러나 이러한 유형의 공정은, 용융 가스화로에서 지배적인 격렬한 가스 흐름으로 인하여 미세한 고상 입자들이 용융 가스화로로부터 즉시 배출되기 때문에, 미분 해면철 및 미분탄을 처리하는데 부적합하다. 용융 가스화로의 상부 영역에서 지배적인 온도가 너무 낮아 장입 영역에서의 해면철의 용융을 보장할 수 없기 때문에 미세한 고상 입자의 배출 현상이 더욱 두드러진다.
독일 특허 제 2,660,884호는 금속 산화물 함유 물질을 노(shaft)를 통하여 아래로 낙하시키면서 고온 연소 가스와 접촉시켜 녹이고, 이를 공급된 환원제와 접촉시켜, 노저에 연결된 반응로에서 완전 환원되고 용융되고 예비 환원 제품으로 변환시키는 것에 관한 것이다.
미국 특허 제 5,082,251호는 천연 가스로부터 생성된 환원 가스를 이용한 유동화에 의하여 철 함유 분광석(fine ore)을 직접 환원하는 것에 관한 것이다. 연속으로 배열된 유동상 반응로로 구성된 설비에서, 철이 풍부한 분광석을 고압하에 환원 가스를 이용하여 환원한다. 다음으로 제조된 해면철 분말을 열간 또는 냉간 압축한다. 해면철 분말을 후속 처리하기 위해서는 별도의 용융 응집제(melting aggregate)가 필요하다. 미분탄의 처리는 이 공정에서 불가능하다.
유럽 특허 제 0, 111 176호는 괴상의 철광석으로부터 해면철 입자 및 용융선철을 제조하는 것에 관한 것이며, 여기서 철광석은 직접 환원 응집물에서 직접 환원되며, 이러한 직접 환원 응집물에서 나온 해면철 입자는 조립자(組粒子)와 미립자(微粒子)로 나누어진다. 미립자는 용융 가스화로로 공급되며, 여기서 직접 환원 설비에 제공되는 가스와 해면철 용융에 필요한 열은 장입한 석탄과 주입한 산소 함유 가스로부터 생성된다. 이렇게 함으로써, 아직까지는 괴상의 석탄만이 장입 가능하며, 미립자 석탄은 용융 가스화로로부터 환원 가스를 따라 배출된다.
유럽 특허 제0,576,414호에 따른 공정에서, 괴상의 철함유 장입물은 용융 가스화대에서 형성된 환원로(reduction shaft furnace)에서 직접 환원된다. 이렇게 함으로써 얻어진 해면철은 상기 용융 가스화대에 공급된다. 이 공지된 방법에서는 제철 설비에서 발생하는 산화철 미립자 같은 미립광 및/또는 광분말(ore dust)을 부가적으로 사용할 수 있도록 코크스 분말과 함께 미립광 및/또는 광분말을 용융 가스화대에서 작동하는 분말 버너에 공급하며, 아화학량론(sub-stoichiometric)적 연소 반응으로 반응한다. 이러한 공정은 제철 설비에서 전체 장입량의 20% 내지 30%의 양까지 발생하는 미립광 및/또는 광분말의 효율적인 처리를 가능하게 하므로, 괴광과 조광의 결합 공정 및 코크스 분말의 처리를 할 수 있다. 그러나, 고온의 환원 광석에 의하여 운송 덕트 내에서 탈기체화, 타르 형성 및 이에 따른 경화 현상(caking)이 발생하기 때문에 석탄 분말을 사용하는 데는 문제점이 있다.
유럽 특허 제0,217,331호는 유동화에 의하여 순광석을 직접 예비환원하고 예비환원된 순광석을 용융 가스화로로 보내어, 탄소를 함유한 환원제를 공급하면서 플라스마 버너에 의하여 동일 순광석을 완전 환원하고 용융하는 것에 관한 것이다. 용융가스화로 내에서 유동상 및 이 위에 코크스 형태의 유동상이 형성된다. 예비환원된 순광석 또는 해면철 분말은 각각 용융 가스화로의 하부에 구비된 플라스마 버너에 공급된다. 하부 용융 영역, 즉 용융물이 출선되는 영역에서는 예비 환원된 순광석이 직접 공급되기 때문에, 완전 환원이 더 이상 보장되지 않으며 선철의 후속 공정에 필요한 화학 조성은 어떤 경우에도 달성 할 수 없다는 단점이 있다. 또한 플라스마 버너의 고온 영역으로부터 용융 제품을 충분하게 배출하는 것은 불가능하므로, 용융 가스화로의 노저에서 각각 석탄을 형성하는 유동상 및 고정상 때문에 다량의 예비환원된 순광석을 장입할 수 없다. 예비환원된 순광석의 양을 증가시켜 장입하면 곧바로 플라스마 버너가 열적 및 기계적으로 파손될 것이다.
본 발명은 용융 가스화로(melter gasifier)의 용융 가스화대(meltdown gasifying zone)에서, 미분철 함유물, 특히 환원된 해면철(reduced sponge iron)로부터 용융 선철(molten pig iron) 또는 철강 반제품을 생산하는 공정 및 이 공정을 실시하기 위한 설비에 관한 것으로서, 고체 탄소 운반체(carrier)로 형성된 상(bed)에서 환원 가스 배출 덕트를 통하여 배출되는 환원 가스의 형성과 동시에 철함유물을 공급하고, 별도의 공급로를 통하여 탄소 함유물 및 산소 함유 가스를 공급하면, 선별적으로 예비 완전 환원된 철 함유물은 상을 통과하면서 용융된다.
도 1은 본 발명에 따른 공정을 실시하기 위한 설비를 개략적으로 도시한 도면.
본 발명의 목적은 앞서 열거한 문제점 및 곤란함을 피하고, 미분탄 및 미분철 함유물을 처리할 수 있도록 하는 공정 실시용 설비뿐만 아니라 앞서 정의한 유형의 공정을 제공하는 것이다. 다른 한편으로, 공급된 미립자가 용융 가스화로에서 생산된 환원 가스로 인하여 배출되는 것을 신뢰성 있게 방지해야 하는 한편, 철 함유물의 완전 환원을 가능하면 필요로 한다. 특히, 본 발명의 목적은 용융 가스화로를 사용하여, 미분탄 장입시 미분철 함유물로 이루어진 장입물을 100% 선철 및/ 또는 철강 반제품으로 처리할 수 있는 공정을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 앞서 정의한 유형의 공정 목적은, 용융 가스화로의 환원 가스 배출 덕트 근처에 철 함유물 공급 덕트와는 별도로 석탄으로 쓰이는 것, 즉 미분탄(석탄 분말 및/ 또는 휘발 성분을 포함하는 기타 탄소 함유물 등)의 공급 버너와 산소 함유 가스 공급 덕트를 설치하여, 미분탄 및/또는 휘발 성분을 포함하는 기타 탄소 함유물이 용융 가스화로에 장입되는 즉시 미분 코크스로 반응 생성되어 이 미분 코크스는 용융 가스화로에서 나가는 환원 가스와 함께 배출된 후, 분리 장치에서 분리되는 과정에 의하여 구현된다. 본 발명에 따르면, 격렬한 환원 가스 유동으로 인한 배출 효과를 이용한 간단한 방법으로 이 미분탄을 코크스로 변화시킨다. 탈기체화 및 타르 형성을 더 이상 염려하지 않아도 되기 때문에, 차후 사용시 미분 코크스를 실제로 보다 쉽게 처리할 수 있다. 휘발 성분을 함유하는 기타 탄소 함유물은 예를 들어, 합성 분쇄 코크스 또는 미립 석유 코크스를 함유한다.
이러한 미분 코크스는, 환원 가스에 의하여 선별적으로 예열 및/또는 환원된 미분철 함유물을 따라 용융 가스화로에 공급되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 따르면, 산소의 직접 공급하에 용융 가스화로에 공급된 미분 코크스를 연소 및/ 또는 가스화함으로써 고온 연소 및/또는 가스화대가 상 위에 형성된 킬링 영역(killing zone)에서 형성되며, 여기에 미분철 함유물이 고온 연소 및/또는 가스화대로 직접 장입되어, 적어도 철 함유물의 표면 용융 및 응집(agglomerating)은 미분 코크스가 반응하는 동안의 방출열에 의하여 영향을 받는다.
이렇게 형성된 응집물은 질량이 증가하므로 수직으로 빠르게 낙하한다. 고속의 수직 낙하, 강화된 형태의 인자, 다시 말하면 대구형(大球形)형성으로 인한 바람직한 CW값에 의하여, 철 함유물이 용융 가스화로에서 나가는 환원 가스에 의하여 배출되는 것을 방지한다.
가능한한 균일하고 완전한 방법으로 공급된 고상물을 혼합하고 가공하기 위하여, 본 발명에 따른 고온의 연소 및/또는 가스화대를 용융 가스화로의 상부 중심에 형성하는 것이 이로우며, 원료의 공급은 아래 방향으로 향하며, 고온 연소 및/또는 가스화대에서 철 함유물을 교반하여 응집을 적당하게 가속화하고 강화하며, 또한 바람직하게는 이와 유사하게 고온 연소 및/또는 가스화대로 공급된 산소를 교반시킨다.
바람직한 본 발명의 변형 형태는 철 함유물을 미분 코크스와 혼합한 상태로 고온 연소 및/또는 가스화대에 장입하는 것이다.
또한 고온 연소 및/또는 가스화대에 대한 철 함유물의 장입 속도는 질소 또는 처리 가스 등의 추진제(propellant)로 증가시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 용융 가스화대에서 형성된 환원 가스는 철 함유물을 예비 처리할 예열대 및/또는 직접 환원 영역으로 공급되며, 예열 및/또는 환원된 철 함유물은 고온 상태로 고온 연소 및/또는 가스화대로 공급된다. 또한 미분 코크스를 예열 및/또는 직접 환원대로 공급하는 것이 바람직하다.
또한 고체 탄소 운반체로 이루어지는 상 형성을 위하여 괴상 석탄을 용융 가스화대에 장입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 변형예는, 예열 및/또는 직접 환원대에서의 철 함유물이 미립자(微粒子)및 조립자(祖粒子)로 분리되어, 조립자는 0.5mm~8mm 크기의 입자를 함유하는 것이 바람직하며, 미립자만이 고온 연소 및/또는 가스화대로 공급되고, 조립자는 직접 용융 가스화로에, 바람직하게는 킬링 영역에 공급된다는 특징을 가진다. 환원된 철광의 조립자는 중력에 의해서만 장입될 수 있고, 고온 연소 및/ 또는 가스화대에서 혼합되는 경우에 단지 열을 소비한다. 그 결과, 이 열은 미립자를 응집하는데 유용하다. 이로써 고온 연소 및/또는 가스화대를 형성하기 위하여 사용하는 버너가 보다 효율적으로 작동할 수 있고, 응집에 영향을 미치지 않으면서 임의로 작아질 수 있다.
또 다른 본 발명의 바람직한 변형예는 환원 가스를 정화하지 않은 상태로 예열 영역 및/또는 직접 환원대로 공급한다는 데 특징이 있다. 이로써, 예열 및/또는 직접 환원대에서 탄소 함유 분말을 용융 가스화로로부터 분리할 수 있다.
본 발명의 공정 실시를 위한 설비는 다음과 같이 이루어져 있다. 용융 가스화로는 미분 코크스 및 철 함유물을 공급하고, 생성된 환원 가스를 배출하며, 산소 함유 가스를 공급하기 위한 공급 및 배출 덕트, 용융 선철 및/또는 철강 예비제품 및 액상 슬래그를 출선하기 위하여 제공되는 슬래그 및 용융 출선구(tap) 및 용융 가스화로 하부, 그 위에 고체 탄소 운반체의 상을 수용하기 위하여 제공되는 중심부, 킬링 영역으로 제공되는 상부로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한 용융 가스화로는 미분 코크스 및 철 함유물, 산소 함유 가스 공급용 덕트 이외에 환원 가스 배출용 덕트 근처에 미분탄 및/또는 휘발 성분을 함유하는 기타 탄소 함유물을 공급하기 위한 버너를 포함한다. 철함유물 공급 덕트와는 별도로 환원 가스를 따라 배출되는 미분 코크스를 분리하기 위한 분리 수단이 환원 가스 배출용 덕트 및 분리 수단으로부터 용융 가스화로로 적절하게 통하는 미분 코크스 순환 덕트에 제공된다.
산소 함유 가스와 미분철 함유물을 공급하는 버너 및 미분 코크스를 공급하는 공급 수단은 킬링 영역의 상부 끝에 제공하는 것이 바람직하다.
1개의 버너가 중심에, 다시 말해 용융 가스화로의 수직 중심축에 배열되어 제공되며, 이 버너의 입구는 상의 표면을 향하는 것이 바람직하다.
마찬가지로 미분 코크스는 버너를 통하여 공급되며, 이 버너는 산소-탄소 버너로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같은 미분 코크스의 공급은 버너를 통하여 적당히 영향을 받으며, 이 버너는 산소-탄소 버너로 형성하면 바람직하다.
버너에 공급된 고상물의 고상물 상호간 및 공급된 산소 함유 가스와의 완전한 혼합물을 얻기 위하여, 버너는 자신을 경유하여 공급된 고상물을 교반하는 수단을 구비하는 것이 바람직하며, 또한 자신을 경유하여 공급된 산소 함유 가스를 교반하기 위한 추가적인 교반 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
미분철 함유물 및 미분 코크스를 공급하기 위한 혼합물 덕트가 버너와 연결 되는 경우, 간단하게 버너를 배치할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 환원 가스 배출 덕트는 용융 가스화로의 킬링 영역을 벗어나 미분철 함유물을 예열 및/또는 직접 환원용 수단과 연결된다.
예열 및/또는 직접 환원용 수단은 미분철 함유물을 조립자 및 미립자로 분리하는 분리 수단을 포함하며, 미립자는 덕트를 경유하여 버너로 인도되는 반면에, 조립자는 덕트를 경유하여 용융 가스화로에 직접 공급하는 것이 바람직하다.
환원 가스 배출 덕트는 예열 및/또는 직접 환원용 수단과 직접 연결되며 분말 분리 수단을 중간에 배치하지 않는다.
다음으로 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세하기 설명하면, 도면은 본 발명에 따른 공정을 실시하기 위한 설비를 도식적으로 나타낸다.
용융 가스화로를 도면 번호 1로 나타내며, 이 용융 가스화로에서 CO 및 H2함유 환원 가스가 석탄 및 산소 함유 가스로부터 생성된다. 이 환원 가스는 가스 정화 사이클론(3)으로 연결된 환원 가스 배출 덕트(2)를 통하여 용융 가스화로(1)에서 배출되며, 가스 정화 사이클론(3)으로부터 반응로(reactor)(4)에 공급된다. 이 반응로(4)는 예를 들면, 철 함유 분말, 특히 광석 분말, 해면철 분말 등의 미분철 함유물(5)을 예열 및/또는 환원하기 위한 장치이다. 환원 가스 배출 덕트(2)를 통하여 배출된 일부 환원 가스는, 반응로(4) 내에서 사용하는데 필요한 온도까지 냉각되도록, 스크러버(scrubber)(7) 및 압축기(8)를 경유하고 순환 덕트(6)에 의하여 환원 가스 배출 덕트(2)로 재순환된다.
반응로(4)로 고로(shaft furnace)로서 고안되는 것이 바람직하다. 또한 이고로는 드럼형 용광로 또는 회전식 용광로로 대치할 수 있다. 또한 1개의 반응로(4) 대신에 연속으로 배열된 다수의 유동상 반응로를 제공할 수 있으며, 유동상 반응로로부터 배출된 순광석은 미국 특허 제 5,082,251호에 기술된 방법과 유사한 방법으로 운송 덕트를 통하여 다른 유동상 반응로로 이동할 수 있다.
나중에 설명하겠지만, 실제 코크스 입자 또는 코크스 분말로 이루어진 가스 정화 사이클론(3)에서 분리된 미립자들은 수집 컨테이너(9)를 경유하여 순환 덕트(9')에 의하여 용융 가스화로(1)의 상단 중심 다시 말하자면, 최상부(10) 또는 후드에 배치된 버너(11)로 공급되며, 또한 이를 통하여 덕트(12)를 통하여 반응로(4)로부터 공급된 미분철 함유물(5)이 용융 가스화로(1)에 공급된다. 코크스 분말은 용융 가스화로(1)에 공급되기 전에 미분철 함유물(5)과 혼합되어 혼합물 덕트(13)를 통하여 버너(11)에 공급되며, 추진제 공급 덕트(14)는 버너(11)에 공급되는 고상물의 장입 속도를 증가시키도록 주입기(15)를 통하여 혼합물 덕트(13)에 연결된다. 예를 들면, 추진제로서 질소를 사용한다. 또한 산소 함유 가스 공급 덕트 (16)는 버너(11)에 연결한다.
예를 들면 버너 입구(11')를 유럽 특허 제0,481,955에 나타낸 것처럼 고안할수 있는데, 혼합물 덕트(13)는 버너(11)의 중심 내부 덕트와 연결되며, 이 중심 내부 덕트는 산소 함유 가스를 공급하는 환상 갭(annular gap)에 의해 둘러싸여 있다. 이론상 코크스는 개별 랜스(lance)를 통하여 버너 입구 (11')로 운송될 수 있다. 버너 (11)로 공급된 고상물은 버너(11)를 통과시, 비틀림(twisting) 수단(예를 들어, 나선형으로 설계된 배출 채널)에 의하여 버너(11)에 의하여 비트는 것이 바람직하다. 또한 환상 공간을 통하여 공급된 산소 제트의 비틀림에 영향을 줄 수 있어 특히 양호한 혼합을 보장한다.
환원 가스와 함께 용융 가스화로(1)로부터 배출된 미분 코크스 또는 코크스 분말을 다음과 같은 방법으로 형성한다.
미분탄(19) 및/또는 휘발성 성분을 가지는 기타 탄소 함유물을 공급하기 위한 버너(18)는 용융 가스화로(1)의 개구(開口)(17), 또는 다수의 개구(17), 환원 가스 배출 덕트(2)의 근처에 설치한다. 이 버너(18)는 예를 들면 합성 분쇄 쓰레기 또는 미립 석유 코크스를 포함할 수 있다. 이들은 주입기(20)를 통하여 공급되는 질소 등의 추진제에 의하여 버너(18)에 공급된다. 또한 산소 함유 가스를 공급하는 덕트(21)는 버너(18)에 연결된다.
공급된 미분탄(19)의 미분 코크스 또는 코크스 분말 (19')로의 반응이 부분연소로서 일어나며, 이 미분 코크스 또는 코크스 분말(19')은 환원 가스 배출 덕트(2)의 개구(17) 근처에 배치된 버너(18) 때문에 환원 가스와 함께 거의 완전히 배출되어 가스 정화 사이클론(3)에서 분리된다.
용융 가스화로(1)는 그 최상부(10)에 석탄 등의 괴상 탄소 운반체 공급 덕트 (22), 훨씬 밑에 배치된 산소 함유 가스 공급 덕트(23), 탄소 운반 액체용 또는 탄화 수소 등 상온 기체 및 연소 플럭스 공급 덕트를 선택적으로 포함할 수 있다.
용융 선철(24) 및/또는 용융 철강 반제품 및 액상 슬래그(25)는 용융 가스화로의 노저부(I)에 모여 출선구(26)를 통하여 출선된다.
용융 가스화로(1)의 노저부(I) 위의 중심부(II)는 고체 탄소 운반체 형태의 고정상 및/또는 유동상(27)이 차지한다. 산소 함유 가스 공급 덕트(23)는 중심부 (II)에 개방된다. 중심부(II)위에 형성된 상부(III)는 가스 유동과 동반되는 고상입자용뿐만 아니라 용융 가스화로(1)에서 형성되는 환원 가스용 킬링 영역으로 작용한다. 상부(III)에는 환원 가스 배출 덕트(2)에 개구(17)가 있고, 미분탄(19)를 공급하는 버너(18)가 설치되어 있다.
고온 연소 및/또는 가스화대(28)가 버너(11) 입구(11')에 형성되며, 여기서 미분철 함유물(5)의 입자가 완전히 녹거나 액정 형성하에 적어도 표면이 용융되어, 철 함유 미립자들을 응집시킨다. 따라서 용융 가스화로(1)로부터 배출된 환원 가스를 따라 미분철 함유물(5)이 배출되는 것을 효율적으로 방지한다.
형성된 액적 응집물은 미립자에 비하여 고수압 직경 및/또는 고밀도를 가지므로 하강 속도가 크다. 이 하강 속도는 강화된 형성 인자, 다시 말하면 액적 응집물 형성의 CW값에 의하여 보다 개선된다.
용융 가스화로(1)의 최상부(10) 중심부에 버너(11)를 배치하여 공급된 고상입자들을 균일하게 혼합하여 따라서 완전히 응집시킬 수 있다. 그 결과, 철 운반체는 고체 탄소 운반체의 용융 가스화로에 형성된 고정상 및/또는 유동상(27)에 균일하게 집적된다. 따라서, 순광석을 100% 용융 환원하는 공정을 실현할 수 있고, 고상 형태로 용융 가스화로(1)로부터 철 운반체가 배출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 공정에서 사용할 분탄의 입자 크기는 0~1cm의 범위이며, 미분철 함유물의 입자 크기는 0~8cm의 범위이다.
점선으로 표시한 덕트(2')[이 경우 가스 정화 사이클론(3)과 반응로(4) 사이의 덕트(2)는 생략 가능]를 통하여 반응로(4)로 공급된 분말은 상기 반응로(4)로부터 다시 배출되어 예열 및 선별적으로 예비환원된 고상물과 함께 버너(11)로 공급되어 고온 연소 및/또는 가스화대(28)에서 열적으로 활용될 수 있기 때문에, 도시한 가스 정화 사이클론(3)을 통하여 순환하는 분말은 완전히 환원되고 선별되어 제거된다. 이 경우, 환원 가스를 재순환시키기 위하여 가스 정화 사이클론(3)을 생략하거나 고안할 수 있다.
반응로(4)는 분리 수단을 구비할 수 있으며, 조립자(0.5~8mm 크기의 입자)는 예를 들면 덕트(12')를 통한 중력 장입에 의하여 용융 가스화로(1)에 직접 공급되며, 미립자는 덕트(12)를 통하여 고온 연소 및/또는 가스화대 (28)에 공급되는 것이 바람직하다.
이는 버너(11)를 도와서, 미립자가 응집되어 배출되는 것을 어떻게든 방지하도록 열이 초미립자에만 사용될수 있도록 한다. 조립자의 크기는 이 입자들의 낙하 속도가 용융 가스화로(1)의 상부(III)에서의 피상적인 속도보다 약간 빠르도록 하는 크기이어야 한다. 따라서 입자들의 배출을 방지한다.
예:
선철 1톤당 1,020kg 석탄, 따라서 선철 1톤당 340kg의 석탄 괴탄 및 선철 1톤당 1,460kg의 미분철 함유물이 장입되어 도면에 따른 설비에 의하여 시간당 40톤의 선철을 생산한다.
·석탄:
석탄의 화학 분석 [미분탄(19) 및 괴탄, 질량비, 건조 기준]
C 77.2%
H 4.6%
N 1.8%
O 6.8%
S 0.5%
재 9.0%
C-고정(fix) 63.0%
미분탄(19)의 입자 크기 분포
- 500㎛ 100%
- 250㎛ 85%
- 100㎛ 51%
- 63㎛ 66%
- 25㎛ 21%
·미분철 함유물:
화학 분석 (질량 부분):
Fetot66.3%
FeO0.4%
Fe20394.5%
연소 손실 1.0%
수분 1.0%
·입자 크기 분포
- 4000㎛ 100%
- 1000㎛ 97%
- 500㎛ 89%
- 250㎛ 66%
- 125㎛ 25%
·융제
화학 분석 (질량 부분):
CaO 34.2%
MgO 9.9%
SiO214.1%
Al2O30.3%
Fe2O31.1%
MnO 0.5%
연소 손실 39.1%
선철 1톤당 321N㎥의 산소가 석탄을 가스화하도록 송풍구로 고안된 산소 함유 가스 공급 덕트(23)을 통하여 상(27)으로 공급되고, 버너(11)에서는 선철 1톤당 255N㎥ 산소가 소비되며 버너(18)에서는 선철 1톤당 75N㎥의 산소가 소비된다.
·용융 선철 (24):
화학 분석 (질량 부분):
C 4.3%
Si 0.4%
Mn 0.09%
P 0.1%
S 0.05%
Fe 95.0%
·배출 가스:
양: 선철 1톤당 1,720 N㎥
분석 (부피비)
CO 38.7%
CO237.2%
H216.4%
H2O 2 %
N2+Ar 4.6%
CH41.1%
가열치: 7,060kJ/N㎥

Claims (25)

  1. 용융 가스화로(melter gasifier)(1)의 용융 가스화대(meltdown gasifying zone)에서 미분철 함유물(5)로부터, 특히 환원된 해면철로부터 용융 선철(24) 또는 철강 반제품을 생산하기 위한 공정으로서,
    고체 탄소 운반체(carrier)로 형성된 상(bed)(27)에서 환원 가스 배출 덕트(2) 및 개구(開口)(17)를 통하여 배출되는 환원 가스의 형성과 동시에, 철 함유물을 공급하고 별도의 공급 덕트로 탄소 함유물 및 산소 함유 가스를 공급하여, 선별 적으로 예비 완전 환원된 상기 미분철 함유물(5)을 상(27)을 통과하게 하여 용융시키며,
    상기 용융 가스 화로(1)의 상기 환원 가스 배출 덕트(2) 및 개구(17) 근처에 미분철 함유물(5) 공급과는 별도로 석탄으로 사용하는 미분탄(19)(석탄 분말 또는 휘발 성분을 포함하는 기타 탄소 함유물 등)을 공급하기 위한 버너(18) 및 산소 함유 가스 공급 덕트(21)를 설치하여, 상기 미분탄(19) 또는 휘발 물질을 포함하는 기타 탄소 함유물이 상기 용융 가스화로(1)에 장입되는 즉시 미분 코크스(19')로 반응 생성되어, 상기 미분 코크스(19')는 상기 용융 가스화로(1)에서 나가는 환원 가스와 함께 배출되어 분리되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제 품의 생산 공정.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 미분 코크스(19')는 상기 환원 가스에 의하여 선별적으로 예열 및 환원 공정을 거친 상기 미분철 함유물(5)과 함께, 상기 용융 가스화로(1)에 공급되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  3. 제 2항에 있어서,
    산소의 직접 공급하에, 상기 용융 가스화로(1)에 공급된 상기 미분 코크스 (19')가 연소 및 가스화 공정을 거침으로써, 고온 연소 및 가스화대(28)가 상기 상(27) 위에 형성된 킬링 영역(killing zone)(III)에서 형성되며,
    상기 미분철 함유물(5)이 상기 고온 연소 및 가스화대(28)에 직접 장입되어,
    적어도 상기 미분철 함유물(5)의 표면 용융 및 응집(agglomerating)은 상기 미분 코크스(19')가 반응하는 동안의 방출열로 인한 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 고온 연소 및 가스화대(28)는 상기 용융 가스화로(1)의 최상부(10) 중심에 형성되며 상기 미분철 함유물(5)이 아래를 지향하는 방법으로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 응집은 상기 고온의 연소 및 가스화대 영역(28)에서 상기 미분철 함유물(5)을 교반함으로써 가속화되고 강화되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고온 연소 및 가스화대(28)에 함께 공급되는 산소가 교반되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미분철 함유물(5)은 상기 미분 코크스(19')와 혼합된 상태로, 상기 고온 연소 및 가스화대(28)에 장입되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  8. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미분철 함유물(5) 및 상기 미분 코크스(19')가 상기 고온 연소 및 가스화대(28)로 장입하는 속도는 질소 또는 처리(in-process)가스 등의 추진제에 의하여 증가되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  9. 제3항 내지 제6항 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 가스화대에서 형성된 환원 가스는 상기 미분철 함유물(5)을 예비처리하기 위한 예열대 및 직접 환원대에 공급되며,
    예열 및 예비 환원 공정을 거친 미분철 함유물(5)은 고온 상태로 상기 고온 연소 및 가스화대에 공급되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 미분 코크스는 상기 예열대 및 직접 환원대에 추가로 공급되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    괴탄(lumpy coal)이 상기 용융 가스화대에 추가로 공급되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 예열대 및 직접 환원대에서 상기 미분철 함유물은 미립자(微粒子) 및 조립자(組粒子)로 분리되어,
    상기 조립자는 0.5mm~8mm 크기의 입자를 가지며, 상기 용융 가스화로의 상기 킬링 영역(III)에 직접 장입되고,
    상기 미립자만이 상기 고온 연소 및 가스화대(28)에 장입되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 환원 가스는 정화되지 않은 상태로 상기 예열대 및 직접 환원대에 공급되는 것을 특징으로 하느 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정.
  14. 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정을 실시하기 위한 장치에 있어서,
    용융 가스화로(1)는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품 및 액상 슬래그(25)를 출선하기 위하여 제공되는 슬래그 및 용융 출선구(tap)(26) 및 용융 가스화로(1) 하부(I) 상기 출선구(26) 위에 고체 탄소 운반체의 상(27)을 수용하기 위하여 제공되는 중심부(II), 및 킬링 영역으로 제공되는 상부(III)로 이루어지고,
    미분 코크스(19') 및 생성된 환원 가스의 배출 덕트(2), 미분 코크스 및 미분철 함유물(5)의 공급 덕트(13), 산소 함유 가스 공급 덕트(23) 및 환원 가스 배출 덕트(2)의 개구(17) 근처에 미분탄(19) 또는 휘발 성분을 포함하는 기타 탄소 함유물을 공급하기 위한 버너(18)를 구비하며,
    환원 가스를 따라 배출되는 미분 코크스(19')를 분리하기 위한 분리 수단(3)(4)을 별도로 환원 가스 배출 덕트(2)에 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정 실시용 설비.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 미분 코크스(19')용 순환 덕트는 상기 분리 수단(3)으로부터 상기 용융가스화로(1)에 연결된 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산공정 실시용 설비.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 산소 함유 가스 및 상기 미분철 함유물(5)을 공급하는 적어도 하나의 버너(11) 및 상기 미분 코크스(19')를 공급하기 위한 공급 수단은 상기 킬링 영역(III)의 상단에 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정 실시용 설비.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 용융 가스화로(1)의 수직 세로 중심축에 하나의 상기 버너(11)를 배치하고, 상기 버너의 입구(11')는 상기 (27)의 표면을 향하는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정 실시용 설비.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 버너(11)는 산소-탄소 버너로서 형성되며, 상기 미분 코크스(19')를 또한 공급하는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정 실시용 설비.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 버너(11)는 상기 버너(11)를 통하여 공급된 미분철 함유물(5) 및 미분코크스(19')를 교반하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정 실시용 설비.
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 버너(11)는 자신을 통하여 공급된 산소 함유 가스를 교반하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정 실시용 설비.
  21. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 미분철 함유물(5) 및 상기 미분 코크스(19')를 공급하기 위한 혼합물 덕트(13)는 상기 버너 쪽으로 개방되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정 실시용 설비.
  22. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환원 가스 배출 덕트(2)는, 상기 용융 가스화로(1)의 킬링 영역(III)과 상기 미분철 함유물(5)의 예열 및 직접 환원 공정을 실시하기 위한 수단(4)을 연결하는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정 실시용 설비.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 예열 및 직접 환원 공정을 실시하기 위한 수단(4)은 상기 미분철 함유물을 조립자 및 미립자로 분리하기 위한 분리수단을 함유하며,
    상기 미립자는 덕트(12)를 통하여 상기 버너(11)로 유도되며, 상기 조립자는 덕트(12')를 통하여 상기 용융 가스화로(1)에 직접 공급되는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정 실시용 설비.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 환원 가스 배출 덕트(2)는 상기 예열 및 직접 환원 공정을 실시하기 위한 수단(4)과 직접 연결되며, 분말 분리 수단(3)을 도중에 설치하지 않는 것을 특징으로 하는 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 공정 실시용 설비.
  25. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 용융 선철(24) 또는 철강 반제품의 생산 방법으로 생산한 선철 또는 철강 반제품으로 이루어진 롤링 제품(rolled stock)등의 상업 제품.
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