KR100332078B1 - 금속제조설비및공기가스분리설비의결합설비 - Google Patents

금속제조설비및공기가스분리설비의결합설비 Download PDF

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레르 리뀌드, 소시에떼 아노님 뿌르 레뛰드 에 렉스쁠로와따시옹 데 프로세데 죠르쥬 끌로드
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Abstract

복합 장치는 적어도 하나 그리고 통상 일련의 금속 제조 또는 처리 유니트(1-6)을 갖는 적어도 하나의 금속 제조 유니트(II)와, 적어도 한의 공기 가스용으로 적어도 하나의 배출구(14-18)을 갖는 적어도 하나의 공기 가스 분리 유니트(Ⅰ)에 의해 적은 수증기 함유량을 갖는 압축 공기가 공급되며, 상기 분리 유니트(III)으로 부터의 가스 배출구(14-18)중 적어도 하나는 발생 유니트의 장치 (1-6)중 적어도 하나에 연결되어 가스를 공급한다.

Description

금속 제조 설비 및 공기 가스 분리 설비의 결합 설비
본 발명은 하나 이상의 금속 제조 또는 처리 설비로 이루어지고, 공기로부터 1종 이상의 가스를 하나 이상의 출구를 통해 분리하는 하나 이상의 공기 가스 분리 설비를 포함하는 결합 설비에 관한 것이다.
오늘날, 금속, 특히 강의 제조 설비에는 필요하다면 원료 광석의 처리로부터 판매 가능한 최종 제품의 제조에 이르는 완전한 제조 라인으로 재편성한 몇 개의 금속 제조 또는 처리 설비가 통합되어 있다. 이들 금속 제조 또는 처리 설비의 대부분은 다량의 압축 공기(금속 1t당 100 Nm3를 초과) 및/또는 공기로부터의 가스, 특히 산소(금속 1t당 50 Nm3를 초과) 및/또는 중성 가스(금속 1t당 10 Nm3를 초과)를 소비한다. 이들 공기 가스는 일반적으로 액화 가스 용기로부터, 또는 가스 공급 관로에 의해 공급된다. 또한, 이들 공기 가스는 특히 저온식인 공기 가스 분리 설비에 의해 제조되며, 이들 공기 가스 분리 설비에는 압축 공기도 공급된다. 금속 제조 또는 처리 설비용으로, 또는 공기 가스 분리 설비용으로 사용되는 공기 압축기는 전기 에너지를 대량 소비하여 그러한 설비의 제조 비용을 현저히 증가시키는 장비의 특히 중요한 품목이다.
본 발명의 목적은 하나 이상의 금속 제조 설비와 하나 이상의 공기 가스 분리 설비를 포함하고, 특히 압축 공기 제조 설비를 공유하고, 금속 제조 또는 처리설비를 공기 가스 분리 설비에 의해 공급되는 공기 가스원과 현장에서 직접 결합시킴으로써 이들 설비 사이의 상승 효과를 최적화하는 결합 설비를 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 가지 특징에 따르면, 상기 결합 설비는 하나 이상의 출구가 공기 가스 분리 설비와 금속 제조 또는 처리 설비에 연결되어 이들 설비에 공기를 공급하는 압축 공기 제조 설비를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 결합 설비는 공기 가스 분리 설비의 출구를 상기 설비에 연결하여 상기 설비에 기상 또는 액상 형태의 1종 이상의 공기 가스를 공급하는 하나 이상의 유체 공급 관로를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 2종 설비 간의 열적 상승 효과, 특히 저온식인 공기 가스 분리 설비에 의해 제공되는 냉각력도 이용하는 전술한 형태의 결합 설비를 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 가지 특징에 따르면, 상기 금속 제조 또는 처리 설비는 하나 이상의 냉각 회로를 포함하고, 이 냉각 회로의 적어도 일부는 저온식 공기 가스 분리 설비의 하나 이상의 유체 회로와 기능적으로 관련된다.
본 발명의 또 다른 목적은 과잉의 압축 공기를 공급받는 저온식 분리 설비를 최적화하는 것이다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하여, 제한을 위한 것이 아닌 예시를 위해 주어진 이하의 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하의 설명 및 도면에서, 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 나타내었다(필요하다면 첨자를 붙였음).
제1도에 개략적으로 도시된 한 가지 실시예에서는, 3개의 서로 협동하는 주그룹, 즉 압축 공기 제조용의 고압 및 중압 그룹(I), 제강 라인(II), 이 경우에는 저온식인 공기 가스 분리 설비(III)가 도시되어 있다.
도시된 실시예에서, 제강 라인(II)은 전형적으로는 EA로(아크로) 또는 송풍구·버너식 EO로인 강 용융로(1)를 포함하며, 용융 금속은 전형적으로는 AOD(아르곤 산소 탈탄) 장치 또는 BO로(염기성 산소로)인 용융 강의 처리 또는 성분 조정을 위한 전로식 장치(2)로 이송되고, 이어서 연속 주조 장치(3) 및 연속 재가열로(4)를 경유해서 압연기(5)로 이송된다. 강 용융로(1)에는 고로식, 또는 COREX, 또는 철광석의 환원 또는 예비 환원용의 DRI 직접 환원식 장치(6)로부터 강이 직접 장입되거나, 스크랩 선별 장치(7)로부터 스크랩 철이 장입된다. 저온식 공기 가스 분리 설비(III)는 전형적으로는 제2도에 도시된 바와 같이 중압탑(10) 및 저압탑(11)과, 유리하게는 아르곤 혼합탑(도시하지 않았음)을 포함하는 하나 이상의 이중 증류탑(9)을 포함하며, 이 이중 증류탑에는 흡착식 정화 장치(13)를 포함한 압축 공기 공급 관로(12)에 의해 적어도 4 ×105Pa, 전형적으로는 6~35 ×105Pa의 압력 하에서 압축 공기가 공급된다. 도시된 실시예에서, 공기 가스 분리 설비는 하나 이상의 순수 산소용 출구(14)와, 거의 순수한 질소용 출구(15)와, 거의 순수한 아르곤용 출구(16)와, 잔류 가스(일반적으로는 불순 질소)용 출구(17)와, 예를 들면 액체 또는 기체 절소나 액체 공기와 같은 저온 유체용의 추가 출구(18)를 포함한다.
본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 그룹(II) 및 그룹(III)에는 몇 개의 출구가 있는 압축기 라인(19)을 포함하는 공통의 압축기 그룹(I)에 의해 압축된 공기가 공급되고, 상기 출구 중 적어도 일부는 적어도 고압(전형적으로는 6 × 105Pa를 초과)으로 압축된 공기를 하나 이상의 공급 관로(21)에 공급하며, 유리하게는 적어도 중압(3~6 ×105Pa)으로 압축된 공기를 일련의 공급 관로(22)에 공급하는 오일 침적·건조 그룹(20)에 연결된다.
공급 관로(21)는 압축 공기 공급 관로(12)에 직접 연결되며, 공급 관로(22)는 제어 장치와, 필요에 따라 감압 장치(23)를 경유해서 강 용융로(1)에 연결되어 그 버너 또는 송풍구에 공급하고, 용융 강 처리 장치(2)에 연결되어 그 송풍구 또는 버너에 공급하며, 연속 재가열로(4)에 연결되어 그 버너에 공급하고, 그리고 압연기(5)에 연결되어 냉각수 증발용 공기를 제공하며, 이들 장치와 조합된, 예를 들면 온도 프로브나 텔레비젼 카메라와 같은 제어 및 감시 장치의 보호 또는 차폐를 위한 "계장용 공기(instrument air)"로 알려진 중압 건조 공기를 이들 장치 모두에 공급한다. 중압 공기는 선별 장치(7)에도 공급되어 그 선별 공기 분사 노즐에 공급된다. 그리고, 중압 및/또는 고압 공기는 강의 환원 또는 예비 환원 장치(6)에도 도입되어 그 송풍구 또는 버너에, 그리고/또는 계장용 공기로서 공급된다. 또한, 중압 건조 압축 공기는 감압 장치(23)의 출구(24)로부터 설비 내에서 또는 부근에서 사용되는 다른 장치용의 압축 공기 회로망에도 공급될 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명의 한 가지 양태에 따르면 그룹(III)에 의해 공급된 산소는 강의 환원 또는 예비 환원 장치(6)로 도입되어 그 버너 또는 주입기로 공급되고, 강 용융로(1)로 도입되어 후연소 버너 또는 송풍구로 공급되며, 용융 강 처리 장치(2)로 도입되어 그 송풍구 또는 버너로 공급되고, 연속 재가열로(4)로 도입되어 그 버너로 공급된다. 유사하게, 질소 및/또는 아르곤은 강 용융로(1)로 도입되어 탄소 입자를 운반하고, 용융 강 처리 장치(2)로 도입되어 거품을 발생시키며, 장치(3~5)로 도입되어 이들 장치를 불활성으로 만들고 특정 구역으로 분할한다.
이상의 설명으로부터, 그룹(II) 및 그룹(III)의 작동에 필요한 주요 가스는 그룹(I)으로부터 공급되며, 실제로 이 그룹(I)은 관로(25)에 의해 도입된 전기 에너지를 다용도로 사용되는 공압 에너지로 변환함으로써, 상기 각 그룹용의, 또는 최근 자주 있는 일이지만, 그룹(II)의 각 장치용의 개별적인 압축기의 수율보다 수율이 높은 대규모 압축 그룹과, 유리한 전기 에너지 계약에 의해 제조 비용을 절감할 수 있게 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 그룹(III)에서 입수할 수 있는 열 용량 또는 포화 가능한 가스를 그룹(II)과, 필요하다면 그룹(I)의 구성 요소를 냉각하는 데에 이용할 수도 있다. 제1도에 도시된 바와 같이, 직접 또는 간접 열교환기로서 작용하는 냉각수 입구 관로(26)는 이중 증류탑(9)의 출구(17) 및/또는 출구(18)에서 입수 가능하고, 관로(170)에 의해 도입되는 잔류 가스 또는 포화 가능한 가스의 흐름과 함께 열교환기(27) 내에 배치되며, 이렇게 해서 냉각된 물은 강 용융로(1)의 냉각수 회로의 입력부(A)로, 또는 가장 고온인 구역에서 작동하는 강 용융로(1)용 냉각수 회로 부분으로, 압축기 라인(19)의 하나 이상의 압축단용 냉각수 입력부(B)로, 그리고/또는 강의 환원 또는 예비 환원 장치(6)용 냉각수 회로의 입력부(C)로 도입된다. 그룹(II)과 그룹(III)의 상승 효과는 강 용융로(1)의 냉각수 회로(A)로부터, 강의 환원 또는 예비 환원 장치(6)의 냉각수 회로(C)로부터, 그리고/또는 압축기 라인의 냉각수 회로(B)로부터 열수 또는 수증기를 회수함으로써, 그리고 그 열수 또는 수증기를 흡착 매체의 재생을 위해 정화 장치(13)에 도입함으로써 더욱 개선할 수 있다.
냉각수 회로(A~C)로부터 발생하는 열수 또는 수증기 및/또는 압축기 라인(19)의 압축단으로부터 발생하는 고온의 압축 공기는 공기 가스 분리 설비(III)의 출구에서 입수할 수 있는 저온 액체나, 특히 반드시 공기 가스 분리 설비(III)에 의해 제조될 필요는 없는 아르곤의 경우에는, 저장조로부터 공급되는 저온 액체를 증발시키는 데에 이용할 수 있고, 그 결과 발생한 가스는 적어도 일부가 그룹(II)의 장치로 공급된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 압축기 라인(19)의 적어도 일부가 압축 수증기 증류형이고, 수증기는, 적어도 일부가 금속 제조 설비(II)의 장치(1~6) 중 적어도 하나와 열교환되는 수증기 회로망(E)에 의해 제공되는 것이 바람직하다.
이렇게 함으로써, 상기 장치(1~6)에 의해 생성된 에너지를 종래의 방식으로 수증기를 형성하는 데에 이용할 수 있다. 이를 위해서, 수증기 회로망(E)은 보다 상세히 말하면 금속 용융로(1)와, 연속 재가열로(4)와, 광석의 환원 또는 예비 환원 장치(6) 중 적어도 하나와 연결된다.
제2도에는 적어도 중압의 질소 및 산소와, 적어도 중압의 건조·정화된 공기를 생성해서 적어도 그룹(II)의 여러 장치에 공급하기 위해 사용되는, 대용량 압축기 라인의 출구로부터 다량의 고압 공기를 이용하는 그룹(III)의 특정 실시예가 도시되어 있다. 제2도에는 정화 장치(13)의 상류에 기계식 또는 흡수식 냉동 장치(28)를 포함하는 압축 공기 공급 관로(12)가 도시되어 있다. 냉각·정화된 공기는 과압축된 공기의 일부를 팽창시킬 수 있는, 클로드식 터빈으로 알려져 있는 팽창 터빈(30)에 의해 구동되는 팬(29)에 의해 과압축되고 제1 열교환 라인(31)에서 냉각되며, 이어서 중압탑(10)의 본체 내로 이송된다. 과압축된 냉각 공기의 일부는 제 2 저온 열교환 라인(32) 및 팽창 밸브를 경유해서 중압탑(10)의 중간부로 도입되어 과냉각된 후 저압탑(11)의 상부로 도입된다. 이 실시예에서는, 액체 산소가 중압탑(10)의 본체로부터 도면 부호 33 지점에서 취출되고, 기상 질소가 중압탑(10)의 정상부의 도면 부호 36 지점으로부터 취출되며, 액체 질소가 중압탑(10)의 정상부에서 취출된다. 본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 전형적으로는 터빈(30)의 출구에서 5~7 × 105Pa의 압력인 팽창 공기가 수집되어 열교환 라인(32, 31)을 가로지르는 관로(34)에 의해 분배 장치(23)로, 또는 그룹(II)의 몇몇 장치로 직접 도입된다. 이중 증류탑(9) 내로 도입되지 않는 이 보충 공기의 팽창으로 인해서 추가적인 냉각이 이루어질 수 있는데, 이 냉각은 대용량 압축기 그룹(I)에 의한 압축 공기의 제공에 의해 특히 적은 비에너지로, 이중 증류탑(9) 내에서의 저온 액체의 생성을 증가시키는 데에 이용된다. 결과적으로, 설비(II)의 장치로의가스 공급 이외에, 저온 설비(III)는 도 1의 회로망(E)에 도시된 바와 같이, 이들 유체의 적어도 일부를, 증발 후에 공급 관로를 통해서, 또는 벌크 형태로 이들이 사용되는 다른 지역에 공급할 수 있다. 변형례로서, 제2도에도 도시된 바와 같이, 과압축 공기는 제1 열교환 라인(31)의 상류로부터 압축기 팬(29)을 팽창 터빈(30)에 연결시키는 관로로부터 직접 취출되어, 관로(35)를 통해 분배 장치(23)로, 또는 그룹(II)의 적어도 몇몇 장치로 직접 공급된다.
본 발명에 따른 설비는 에너지, 투자 및 작동 비용을 감소시키는 것 외에도, 점유 구역을 축소시키고, 설비에 의해 발생하는 문제, 특히 전체적인 소음 수준을 감소시키도록 금속 제조 설비 내에서 그룹(I, II 및 III)을 각각 최적화할 수 있게 한다. 실제로, 본 발명의 설비는 일반적으로 소음이 심한 그룹(I)을 그 목적을 위해 선택된 장소 중 단 한 곳에 국소화시킬 수 있다.
비록 본 발명을 특정 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 그러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 오히려 당업자에게 명백하다고 생각되는 모든 방식으로 개량 및 변형할 수 있다. 특히, 설비의 통합은 이중 증류탑(9)과 같은 저온 설비 대신에, 또는 그와 병렬로, 이 경우에는 거의 순수한 산소 및/또는 거의 순수한 질소를 제조하는 흡착식 또는 침투식 공기 가스 분리 설비를 대신해서, 또는 이와 함께 유사한 방식으로 이루어질 수 있으며, 후자의 경우에는 2개의 공기 가스 분리 설비가, 특히 구리, 니켈, 아연 또는 납과 같은 비철 금속 제조 설비와 함께 동일한 설비(Ⅰ)로부터 공급받는다. 마찬가지로, 도가니로, 가스제거 장치, 표면 처리 장치, 탈인 처리 장치 또는 탈황 처리 장치와 같은 다른 형태의 금속 제조 또는 처리 장치(1~6)를 합체시킬 수 있다.
제1도는 제강 라인의 저온식 공기 가스 분리 설비를 일체화한 본 발명에 따른 결합 설비의 한 가지 실시예의 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 결합 설비에 사용하기 적절한 저온식 공기 가스 분리 설비의 한 가지 실시예의 개략도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1: 강 용융로
2: 용융 강 처리 장치
3: 연속 주조 장치
4: 연속 재가열로
5: 압연기
10: 중압탑
11: 저압탑
12: 압축 공기 공급 관로
Ⅰ: 압축 공기 제조용 고압 및 중압 그룹
II: 제강 라인
III: 저온식 공기 가스 분리 설비

Claims (22)

  1. 하나 이상의 공기 입구와 하나 이상의 가스 입구가 있는 하나 이상의 금속 처리 설비와,
    하나 이상의 공기 입구와 하나 이상의 가스 출구가 있는 하나 이상의 공기 분리 설비와,
    하나 이상의 압축 공기 출구가 있는 공기 압축 설비와,
    상기 공기 압축 설비로부터 압축 공기를 상기 금속 처리 설비로 공급하기 위해 상기 압축 공기 출구로부터 상기 금속 처리 설비의 공기 입구까지 연장되는 제1 공기 도관 수단과,
    상기 공기 압축 설비로부터 압축 공기를 상기 공기 분리 설비로 공급하기 위해 상기 압축 공기 출구로부터 상기 공기 분리 설비까지 연장되는 제2 공기 도관 수단
    을 포함하는 결합 설비.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공기 압축 설비는 압축 공기를 건조시키기 위한 하나 이상의 건조 장치를 포함하는 것인 결합 설비.
  3. 제1항에 있어서 상기 금속 처리 설비는 금속 선별 장치를 포함하는 것인 결합 설비.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속 처리 설비는 금속 용융로를 포함하는 것인 결합 설비.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속 처리 설비는 용융 금속 처리 장치를 포함하는 것인 결합 설비.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속 처리 설비는 압연기를 포함하는 것인 결합 설비.
  7. 제6항에 있어서, 상기 금속 처리 설비는 상기 압연기에 금속을 공급하는 금속 공급 장치를 추가로 포함하는 것인 결합 설비.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속 처리 설비는 광석의 환원 또는 예비 환원 장치를 포함하는 것인 결합 설비.
  9. 제1항에 있어서, 상기 공기 압축 설비는 압축기 라인을 포함하고, 이 압축기 라인의 적어도 일부가 수증기에 의해 작동되는 구동 장치에 의해 구동되는 것인 결합 설비.
  10. 제1항에 있어서, 적어도 일부가 상기 금속 처리 설비와 열교환 관계에서 작동하는 수증기 관로망을 추가로 포함하는 것인 결합 설비.
  11. 제1항에 있어서, 상기 공기 분리 설비 내에서 공기로부터 분리된 1종 이상의 가스를 상기 금속 처리 설비에 공급하기 위해, 상기 공기 분리 설비의 하나 이상의 가스 출구로부터 상기 금속 처리 설비의 가스 입구까지 연장되는 하나 이상의 가스 회로 수단을 추가로 포함하는 것인 결합 설비.
  12. 제11항에 있어서, 상기 금속 처리 설비의 가스 입구는 산소 공급원과 유체 연통하는 것인 결합 설비.
  13. 제11항에 있어서, 상기 금속 처리 설비의 가스 입구는 질소 공급원과 유체 연통하는 것인 결합 설비.
  14. 제11항에 있어서, 상기 금속 처리 설비의 가스 입구는 아르곤 공급원과 유체 연통하는 것인 결합 설비.
  15. 제11항에 있어서, 상기 금속 처리 설비와 공기 압축 설비 중 하나 이상의 설비의 적어도 일부를 냉각하기 위한 하나 이상의 냉각 회로를 추가로 포함하고, 이 냉각 회로의 적어도 일부가 상기 가스 회로 수단의 일부와 열교환 관계에 있는 것인 결합 설비.
  16. 제1항에 있어서, 상기 공기 분리 설비에는, 공기 입구가 있고 상기 제2 공기 도관 수단에 연결된 흡착식 정화 장치와 저온식 설비가 직렬로 배치되어 있는 것인 결합 설비.
  17. 제16항에 있어서, 상기 공기 분리 설비는 터빈 내에서 팽창한 과압축 공기가 공급되는 중압탑을 포함하는 것인 결합 설비.
  18. 제17항에 있어서, 사용자에게 공급하기 위해 상기 터빈의 하류로부터 취출되는 중압으로 압축된 공기 관로를 추가로 포함하는 것인 결합 설비.
  19. 제16항에 있어서, 하류측 부분이 상기 흡착식 정화 장치에 연결되어 그 흡착 매체를 재생시키는 냉각 회로를 추가로 포함하는 것인 결합 설비.
  20. 제1항에 있어서, 상기 압축 공기 출구로부터 상기 공기 분리 설비로 이어지며, 상기 공기 분리 설비에 공급되는 공기의 적어도 일부를 과압시키기 위한 공기 압축 수단이 있는 하나 이상의 제1 공기 도관 수단을 포함하는 것인 결합 설비.
  21. 제2항에 있어서, 상기 제2 공기 도관 수단은 2개 이상의 지관이 있고, 이들 지관 중 하나가 상기 공기 분리 설비에 공급되는 공기를 승압시키기 위한 승압 장치를 추가로 포함하는 것인 결합 설비.
  22. 하나 이상의 공기 플럭스를 이용하는 하나 이상의 금속 처리 설비와, 공기 중에 존재하는 1종 이상의 가스를 하나 이상의 상기 금속 처리 설비에 공급하는 하나 이상의 공기 분리 설비를 포함하는 금속 처리 플랜트를 조작하는 방법으로서,
    제1 공기 플럭스를 압력 하에 상기 금속 처리 설비에 공급하고 제2 공기 플럭스를 상기 공기 분리 설비에 공급하는 하나 이상의 공기 압축기 설비를 마련 및 조작하는 공정과,
    상기 제2 공기 플럭스를 과압시키기 위한 하나 이상의 압축 수단을 마련 및 조작하는 공정과,
    과압된 상기 제2 공기 플럭스를 2개 이상의 분리된 공기 흐름으로 분할하는 공정을 포함하는 것인 금속 처리 플랜트 조작 방법.
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