KR100332927B1 - 유동환원로의 백업가스 공급장치 - Google Patents
유동환원로의 백업가스 공급장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 광석의 공급흐름을 제어할수 있도록 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)를 갖는 제 1,2및 3광석배출관(23)(33)(43)에는 입구단과 출구단사이의 압력차를 검출하는 제 1,2 및 3배출관차압계(25)(35)(45)와, 가스역류시 역류된 환원가스온도를 검출하는 제 1,2및 3온도계(26)(36)(46)가 각각 장착되며, 상기 제 1,2및 3분산판(24)(34)(44)의 상,하부 압력차를 검출하는 제 1,2및 3로차압계(27)(37)(47)를 각각 갖추고, 상기 상승관(11), 제 1,2가스배출관(22)(32)에는 비정상적인 온도상승변화 및 압력차를 검지한 상기 제 1,2 및 3온도계(26)(36)(46)와 제 1,2 및 3배출관차압계(25)(35)(45)와 제 1,2 및 3로차압계(27)(37)(47)의 검지신호에 의해서 개방작동되어 질소가스를 상기 예열로(40), 예비환원로(30) 및 최종환원로(20)내로 공급할수 있도록 제 1,2 및 3개폐밸브(28)(38)(48)를 갖는 제 1,2 및 3질소가스라인(29)(39)(49)을 연결구성하는 유동환원로의 백업가스 공급장치를 제공한다.
Description
본 발명은 입도 범위가 넓은 분철광석을 이용하여 용선을 제조하는 다단 유동환원로의 용융환원공정에 있어서 유동층 환원로의 비정상적인 조업시 신속히 이를 해결함으로서 안정적인 정상조업으로 신속하게 전환하여 장시간 조업을 수행하기 위한 것으로, 보다 상세히는 다단 유동환원로에서 철광석은 상부의 광석장입빈에서 예열로, 예비환원로 및 최종환원로 거치면서 용융가스화로로 광석이 최종장입되는 공정에서 각 반응기의 측벽으로 차례로 장입 및 배출되고, 반면에 환원가스는 용융가스화로에서 발생되어 최종환원로, 예비환원로 및 예열로로 연결된 가스배출관을 통하여 각 반응기의 하부로 공급되어 분산판을 통과하여 장입된 광석과 상호 교류하면서 환원반응을 연속적으로 진행시킨 후 최종환원 생성물인 환원철을 생산하여 용융가스화로로 장입하는 공정에서 각 반응기의 분산판차압의 증가로 정상적인 반응기내에서의 유동층 형성 및 광석흐름을 이루지 못할 경우 이를 신속히 해결하여 정상조업인 조업으로 전환하여 장시간 조업이 가능하게 할 수 있도록 개선된 유동환원로의 백업가스 공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 지금까지 철광석을 환원하여 용선을 생산하는 방법으로는 고로를 이용하는 방법이 주로 이용되었다. 그러나 이러한 고로법은 제조공정의 효율성을 위하여 원료를 전처리하여 사용되고 있다.
즉, 철광석은 통기성과 환원성을 향상시키기 위하여 소결공정을 거쳐 생산된 소결광의 형태로 고로에 장입되며, 열원인 동시에 환원제로서 사용되는 코크스는 강점결탄의 건류하기 위한 코킹공정이 필수적이다.
이에 따라, 이러한 원료의 전처리 공정은 막대한 투자비용이 필요한 부대설비를 갖추어야 할뿐만 아니라 전세계적으로 강화되고 있는 환경규제와 관련하여 많은 문제에 직면하고 있다. 아울러 세계 철광석 매장량의 70%이상을 차지하는 미분 철광석의 효과적인 활용이 요구되며, 코크스 제조원료인 강점결탄은 그 부존량이 적을 뿐만 아니라 지정학적으로 편재되어 있으므로 철강수요의 증대에 따른 수급상의 문제가 날로 심각해지고 있다.
이러한 고로법의 문제를 극복하고 분철광석과 일반탄의 사전처리 없이 직접 사용하는 새로운 용선제조 방법으로 근래에 용융환원법이 대두되고 있으며 그 대표적인 예가 미국특허 제 4,978,378호를 들수 있다.
상기 미국특허 제 4,978,378호에 제시된 방법은 원철광석과 일반탄을 직접 사용하므로써 기존의 고로법과 비교하여 소결공정 및 코킹공정등 원료의 전처리 생략으로 공정 및 설비의 단순화를 달성할 수 있었다.
상기 공정은 도 1에 나타난 바와 같이 장입된 석탄의 가스화에 의한 환원가스제조와 환원광의 용융을 담당하는 용융가스화로(10)와 상기 용융가스화로(10)에서 발생한 환원가스를 사용하여 철광석을 간접환원 시킬수 있도록 예열로(40), 예비환원로(30) 및 최종환원로(20)로 이루어진 다단 유동환원로(100) 및 그 부대시설로 구분할 수 있다.
즉, 이러한 다단 유동환원로(100)에서는 장입빈(60)내의 광석이 광석장입관(63), 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)을 통하여 예열로(40), 예비환원로(30) 및 최종환원로(20)를 거치면서 유동환원되어 용융가스화로(10)로 장입되고, 상기 용융가스화로(10)에서 생성된 환원가스는 상승관(11),제1,2가스배출관(22)(32)을 통하여 최종환원로(20), 예비환원로(30)및 예열로(40) 하부로 통입되어 각 반응기(20)(30) (40)의 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)을 통하여 유동층으로 공급되어 용철을 제조하고, 환원공정을 마친 가스는 가스배출관(42),습식제진기(50),배가스관(51)및 플레어스택(flare stack)를 통하여 외부로 배출된다.
이러한 유동환원로(100)를 이용한 환원공정은 철광석과 환원가스의 접촉상태에 따라 이동층 및 유동층식으로 구분할 수 있는데, 입도분포가 넓은 철광석은 유동환원로에 장입하고 환원가스는 각 반응기(20)(30)(40)하부의 분산판(44)(34)(24)을 통하여 보내어 철광석을 유동시키면서 환원하는 유동층식이 이러한 분철광석을 환원하는 적절한 방법으로 알려져 있다.
이와 같은 입도분포가 넓은 철광석을 효과적으로 환원한 후 용융가스화로 (10)로 장입시키기 위해서는 다수개의 원추형 유동환원로인 예열로(40), 예비환원로 (30)및 최종환원로(20)를 거치는 것이 주로 이용되었다.
그러나, 상기 용융가스화로(10)에서 생성된 환원가스는 다량의 더스트(Dust)를 함유하여 각 반응기(40)(30)(20)의 분산판(44)(34)(24)을 통과하도록 각 반응기(40)(30)(20)내로 공급되는 과정에서 상기 분산판(44)(34)(24)에 형성된 노즐에 점차 더스트가 축적될 뿐만 아니라 조업불안정으로 광석의 비유동화로 낙광이 발생하여 극심한 경우 상기 분산판(44)(34)(24)의 노즐막힘으로 정상적인 가스흐름이 불가능하여 극단적인 경우는 조업을 중단되어야만 하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 일본 특개평 9-157719에서는 낙광탱크를 설치하여 조업불안정으로 발생된 분산판하부로 떨어진 낙광을 처리하였다.
그러나 다단으로 이루어진 유동환원로에서 조업 불안정에 따른 광석장입 및 배출과 각 반응기내 광석 유동문제는 조업의 안정성과 효율성이 저하될 뿐만 아니라 조업중단도 발생할 수 있는 것이었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 그 목적은, 정상적인 유동층형성 및 광석흐름이 이루어지도록 노즐막힘시 발생되는 차압, 온도변화를 검지하여 질소가스를 반응기 하부로 백업공급함으로서 비유동화현상을 간단하고 안정적으로 해결하여 신속한 조업정상화 및 안정적인 장기간 조업을 수행할수 있는 유동환원로의 백업가스 공급장치를 제공하고자 한다.
도 1은 일반적인 유동환원로를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 백업가스 공급장치를 채용한 유동환원로를 도시한 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 .... 용융가스화로 20 ..... 최종환원로
30 .... 예비환원로 40 ..... 예열로
50 .... 습식제진기 60 ..... 광석장입빈
11 .... 환원가스 상승관 51 ..... 배가스관
21,31,41 .... 제 1,2및 3조절밸브 22,32 ..... 제 1,2가스배출관
23,33,43 .... 제 1,2및 3광석배출관 24,34,44 .... 제 1,2및 3분산판
25,35,45 .... 제 1,2및 3배출관차압계 26,36,46 .... 제 1,2및 3온도계
27,37,47 .... 제 1,2및 3로차압계 29,39,49 .... 제 1,2및 3질소가스라인
상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은,
장입빈내의 광석은 광석장입관, 제 1,2 및 3광석배출관을 통하여 예열로, 예비환원로 및 최종환원로를 거치면서 유동환원되어 용융가스화로로 장입되고, 용융가스화로에서 생성된 환원가스는 상승관, 제 1,2가스배출관을 통하여 최종환원로, 예비환원로 및 예열로 하부로 통입되어 각 반응기의 제 1,2 및 3 분산판을 통하여 유동층으로 공급되어 용철을 제조하고, 환원공정을 마친 가스는 습식제진기를 통하여 배출되는 유동환원로설비에 있어서,
상기 광석의 공급흐름을 제어할수 있도록 제 1,2 및 3조절밸브를 갖는 제 1,2및 3광석배출관에는 입구단과 출구단사이의 압력차를 검출하는 제 1,2 및 3배출관차압계와, 가스역류시 역류된 환원가스온도를 검출하는 제 1,2및 3온도계가 각각 장착되며, 상기 제 1,2및 3분산판의 상,하부 압력차를 검출하는 제 1,2및 3로차압계를 각각 갖추고, 상기 상승관, 제 1,2가스배출관에는 비정상적인 온도상승변화 및 압력차를 검지한 상기 제 1,2 및 3온도계와 제 1,2 및 3배출관차압계와 제 1,2 및 3로차압계의 검지신호에 의해서 개방작동되어 질소가스를 상기 예열로, 예비환원로 및 최종환원로내로 공급할수 있도록 제 1,2 및 3개폐밸브를 갖는 제 1,2 및 3질소가스라인을 연결구성함을 특징으로 하는 유동환원로의 백업가스 공급장치를 마련함에 의한다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 유동환원로의 백업가스 공급장치를 도시한 구성도로서, 본 발명의 백업가스공급장치(1)는 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)의 노즐막힘, 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)을 통한 환원가스의 역류 및 비유동화발생을 억제할수 있도록 질소가스를 유동환원로(100)를 구성하는 예열로(40), 예비환원로(30) 및 최종환원로(20)의 하부측으로 백업공급하여 비유동화를 방지하는 것이다. 즉, 광석이 장입된 광석장입빈(60)으로부터 공급된 광석을 예열로(40), 예비환원로(30), 최종환원로(20) 및 용융가스화로(10)측으로 연속적으로 공급하는 제 1,2및 3광석배출관(23)(33)(43)에는 상기 예열로(40)에서 예비환원로(30)측으로, 상기 예비환원로(30)에서 최종환원로(20)측으로, 상기 최종환원로(20)에서 용융가스화로(10)측으로의 광석흐름을 적절히 제어할수 있도록 제 1,2및 3조절밸브(21)(31)(41)가 장착된다.
그리고, 상기 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)에는 각 관내부의 입구단과 출구단사이에서의 압력차를 검출할 수 있도록 제 1,2및 3배출관차압계(25)(35)(45)를 갖추고, 상기 제 1,2및 3조절밸브(21)(31)(41)의 전단에는 상기 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(34)에 형성된 노즐막힘시 환원가스가 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33) (43)을 통하여 역류할 때 이를 통하여 역류되는 환원가스의 급격한 온도변화를 검출할수 있도록 제 1,2 및 3온도계(26)(36)(46)가 각각 장착된다.
또한, 노즐막힘에 의한 상기 예열로(40), 예비환원로(30) 및 최종환원로(20)내에서 비유동화가 발생될 때 상기 제 1,2및 3분산판(24)(34)(44)의 상하부에서의 압력차를 검출할 수 있도록 제 1,2 및 3로차압계(27)(37)(47)를 각각 갖추어 구성한다.
한편, 상기 용융가스화로(10)의 환원가스가 공급되는 상기 상승관(11), 제 1,2가스배출관(22)(32)에는 상기 제 1,2 및 3온도계(26)(36)(46)와 제 1,2 및 3배출관차압계(25)(35)(45)에 의하여 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)내에서 비정상적인 온도상승이 검출되고, 설정이상의 압력차가 검출되고, 상기 제 1,2 및 3로차압계(27)(37)(47)에 의해서 상기 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)에서 설정이상의 압력차가 검출될 때 발생하는 검출신호에 의해서 개방작동되는 제 1,2 및 3개폐밸브(28)(38)(48)을 갖는 제 1,2 및 3질소가스라인(29)(39)(49)을 갖추어 구성한다.
이에 따라, 상기 개폐밸브(28)(38)(48)의 개방작동시 질소가스는 상기 예열로(40), 예비환원로(30) 및 최종환원로(20)의 하부측으로 백업(back-up)공급되면서 막혀진 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)의 노즐공을 뚫어 로내부에서의 비유동화를해결하여 정상적인 조업을 가능하게 한다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 이하 설명한다.
먼저, 유동환원로(100)에서의 용철제조공정은 도 2에 도시한 바와같이 장입빈(60)으로부터 광석장입관(63)을 통하여 광석이 예열로(40), 예비환원로(30) 및 최종환원로(20)를 거치면서 유동환원되어 용융가스화로(10)로 장입되고, 상기 용융가스화로(10)에서 생성된 환원가스가 상승관(11)을 통하여 최종환원로(20), 예비환원로(30) 및 예열로(40) 하부로 통입되어 각 반응기(20)(30)(40)내에 설치된 제 1, 2, 3 분산판(24)(34)(44)을 통하여 유동층을 형성하도록 하부에서 상부로 고르게 분산되면서 장입된 광석은 환원가스에 의해서 환원반응되는 것이다.
상기 예열로(40)측으로 광석장입을 시작할 경우 제 3광석배출관(43)의 제 3개폐밸브(41)는 개방되어 있기 때문에 환원가스의 흐름은 제 2가스배출관(32)을 통하여 상기 예열로(40)하부로 공급됨과 동시에 상기 제 3광석배출관(43)을 통하여 다량의 가스가 흐르게 된다.
이에 따라, 상기 예열로(40)에서는 장입된 광석이 원활하게 유동되지 못하고 제 3분산판(44)위로 광석이 가라앉아 상기 제 3분산판(44)의 노즐을 막아 버리게 되고, 상기 제 3분산판(44)에서의 차압이 증가하는 비유동화 현상이 발생하여 광석의 효과적인 예열이 불가능하며, 더욱이 상기 분산판(44)차압의 증가는 이곳에서의 광석밀도의 증가를 의미하게 된다. 이로 인하여 광석장입빈(60)에서 예열로(40)측으로 광석을 투입하는 광석장입관(63)의 출구가 막힘으로서 더 이상의 광석장입은 이루어지지 못하고, 이로 인하여 조업을 진행을 시킬수 없는 중대한 문제점을 야기하게된다.
따라서, 초기에 상기 예열로(40)에 광석을 채울 때는 환원가스가 상기 예열로(40)의 제 3분산판(44)하부로만 흐를 수 있도록 제 3 광석배출관(43)의 제 3조절밸브(41)를 닫은 상태에서 광석을 상기 예열로(40)로 장입하여 원활한 유동층이 형성되도록 하고, 상기 예열로(40)에서의 유동층의 높이가 점차 증가하여 제 3광석배출관(43)입구단까지 상승할 때, 상기 제 3조절밸브(41)를 점차 개방하여 광석을 제 3광석배출관(43)을 통해 배출시켜 상기 예비환원로(30)의 유동층을 확보한다.
그리고, 상기 유동층높이가 제 3광석배출관(43)의 출구단 보다 높게 형성되면 상기 제 3조절밸브(41)를 개방하여도 예열로(40)에서 제 3광석배출관(43)을 통하여 광석이 원활히 배출되면서 환원가스가 역류하지 않는 상태가 되기 때문에 그 이후에는 지속적으로 제 3조절밸브(41)를 개방하여 예열로(40)에서 예비환원로(3)로 연속적인 광석의 배출과 장입이 이루어지게 된다.
상기와 같이 조업을 수행하여 상기 예비환원로(30)의 유동층 높이가 제 2광석배출관(33)의 입구단 높이까지 증가하면 제 2조절밸브(31)를 점차 개방하여 예비환원로(30)내에 유동층을 형성시키고, 상기 예비환원로(20)의 유동층 높이가 제 2 광석배출관(33)의 출구단보다 높게 증가되어 제 2 조절밸브(31)를 개방하여도 제 2 광석배출관(33)을 통하녀 환원가스의 역류없이 지속적으로 광석배출이 가능할 경우 상기 제 2조절밸브(31)를 개방하여 연속적으로 원활한 광석 배출/장입이 이루어지도록 한다.
상기와 같이 조업을 수행하여 최종환원로(20)의 유동층 높이가 제 1광석배출관(21)입구단 높이까지 증가하고 제 1광석배출관(23)입구단까지 유동층이 형성되면 제 1조절밸브(21)를 주기적으로 개방하여 용융가스화로(10)로 광석을 배출하는 과정에서 상기 최종환원로(20)의 유동층 높이가 제 1광석배출관(23)출구단 보다 높게 증가되어 제 1조절밸브(21)를 개방하여도 광석의 배출 및 가스의 역류 없이 지속적으로 배출이 가능할 경우 제 1조절밸브(21)를 개방하여 연속적으로 원활한 광석 배출이 이루어지도록 한다.
상기와 같은 조업초기에서 각 반응기(20)(30)(40)로 광석을 장입/배출시키는 과정 및 각 광석배출관(23)(33)(43)의 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)를 개방하여 정상적인 조업을 수행하는 과정에서 환원가스내에 포함된 다량의 더스트나 반응기(20)(30)(40)내에 장입된 광석의 유동현상이 불안하여 이때 생성된 낙광에 의해 각 반응기(20)(30)(40)의 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)에 형성된 노즐이 점차 폐쇄되면, 상기 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)을 경계로 그 상,하부의 압력차인 차압이 증가함을 제 1,2 및 3차압계(27)(37)(47)에 의해서 검출된다.
상기와 같이, 상기 제 1,2 및 3차압계(27)(37)(47)에서 검출된 차압값이 일정값 이상으로 증가하면, 상기 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44) 상부에서의 광석유동현상이 불안정하고 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(3)을 통한 광석의 배출 및 장입도 매우 불안정하기 때문에 정상적인 조업이 불가능하고, 심한 경우는 환원가스의 흐름이 각 반응기(20)(30)(40) 하부로 통입되어 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)을 거쳐 유동층으로 공급되지 않고 각 광석배출관(23)(33)(43)을 통한 환원가스의 흐름이 발생하여 광석의 배출 및 장입은 물론 상부 유동층에서 유동에 필요한 환원가스가 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)을 통하지 않고 공급되므로 비유동화 현상이 발생하게 된다.
결국에는 각 반응기(20)(30)(30)의 하부인 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44) 직상부에서만 유동층을 형성하여 분산판의 노즐 막힘을 가속화시키게 되며, 심할 경우 광석이 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(34)을 통하여 상부의 광석장입빈(60), 반응기(20)(30)측으로 환원가스와 같이 역류하여 하부 반응기(20)(30)(40)의 유동층은 소멸되는 반면에, 상부 반응기(20)(30)(40)의 유동층량은 급증하지만 광석유동은 원활하지 못하여 정상적인 조업이 불가능하게 되고, 조업중단의 심각한 상황까지 발전하는 경우가 발생하게된다.
따라서, 조업중 각 광석배출관(23)(33)(43)으로 환원가스의 흐름이 발생되면 이에 장착된 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)를 닫아 이를 통한 환원가스 및 광석의 역류를 방지하는 것이 가능하지만 일반적으로 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)으로의 환원가스 역류가 발생하면 그 환원가스는 고온이므로 갑작스런 온도증가를 수반하고, 이에 따라 상기 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)의 작동이 원활히 이루어지지 않아 환원가스의 역류를 차단하지 못하고 그대로 방치하여 결국에는 조업을 중단해야하는 경우가 발생할수 있다.
상기와 같이, 상기 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)의 노즐이 더스트 및 낙광에 의해서 막히면서 정상조업시 상기 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)의 상,하부에서의 압력차가 100 내지 300mmbar를 유지하던 압력차가 300mmbar 이상으로 급격히증가하면, 이는 상기 제 1,2 및 3로차압계(27)(37)(47)에서 검지하게 되고, 검지된 검출신호에 의해서 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)는 닫힘작동되어 광석장입이 이루어지는 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)의 통로는 폐쇄됨으로서 이를 통한 광석장입 및 가스공급은 이루어지지 않는다.
이와 동시에, 설정된 압력차이상을 검지한 제 1,2 및 3차압계(27)(37)(47)의 검지신호에 의해서 상기 제 1,2 및 3질소가스라인(29)(39)(49)에 장착된 제 1,2 및 3개폐밸브(28)(38)(48)가 개방되기 때문에, 개방된 제 1,2 및 3질소가스라인(29)(39)(49)을 통하여 질소가스를 각 반응기(20)(30)(40)측으로 백업공급하여 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)을 퍼지(Purge)하면서 차압을 저하시킨다. 이때, 유동에 필요한 가스가 공급되어 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)의 막힘현상이 해소되고, 최소한의 유동상태가 유지된 후에는 해당하는 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)를 닫고, 질소공급을 중단하여 정상적인 환원가스흐름을 유지하면서 다시 정상적인 조업을 수행한다.
또한, 조업중 상기 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)의 노즐 막힘현상에 의해서 비유동화가 발생하면서 상기 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(34)을 통한 환원가스의 역류현상이 발생하면, 하부측 반응기로부터 역류하는 환원가스에 의해서 상기 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)내 입구단과 출구단사이의 압력차가 발생하게 된다. 이때, 상기 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)에 장착된 제 1,2 및 3배출관차압계(25)(35)(45)에 의해서 상기 관내에서의 입구단과 출구단사이의 압력차가 100mmbar이하로 급격히 저하됨을 검지하면, 상기 제 1,2 및3배출관차압계(25)(35)(45)의 검출신호에 의해서 해당하는 제 1,2및 3조절밸브(21)(31)(41)는 즉시 닫아야 하지만 정상적인 작동이 불가능할 경우 제 1,2 및 3개폐밸브(28)(38)(38)가 개방되어 상기 예열로(40), 예비환원로(30) 및 최종환원로(20)의 하부측으로 질소가스가 퍼징공급된다. 그리고, 유동에 필요한 가스가 반응기(20)(30)(40)하부측으로 공급되어 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)의 막힘현상이 해소되고, 최소한의 유동상태가 유지되면서 상기와 마찬가지로 해당하는 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)가 닫아지면 질소가스의 공급을 중단하여 정상적인 환원가스흐름을 유지하면서 다시 정상적인 조업을 수행한다.
그리고, 조업중 상기 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)을 통한 환원가스의 역류가 발생되면서 상기 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)내에 장착된 제 1,2 및 3온도계(26)(36)(46)에 의해서 검지되는 가스온도가 설정된 온도변화값 50℃이상으로 급격히 증가됨이 검지되면, 이를 검지한 상기 제 1,2 및 3온도계(26)(36)(46)의 검출신호에 의해서 해당하는 제 1,2 및 3개폐밸브(28)(38)(38)가 개방되어 상기 예열로(40), 예비환원로(30) 및 최종환원로(20)의 하부측으로 질소가스가 퍼징공급된다.
그리고, 유동에 필요한 가스가 반응기(20)(30)(40)하부측으로 공급되어 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)의 막힘현상이 해소되고, 최소한의 유동상태가 유지된 후에는 상기와 마찬가지로 해당하는 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)를 닫아 질소가스의 공급을 중단하여 정상적인 환원가스흐름을 유지하면서 다시 정상적인 조업을 수행한다.
상기와 같이 하여 각 반응기(20)(30)(40)내로 정상적으로 환원가스흐름이 이루어지고, 상기 분산판(24)(34)(44)의 상하부에서 차압값, 상기 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)내에서의 차압값 및 온도변화가 정상적으로 복귀되고, 유동층높이가 정상화되면, 상기 제 1, 2, 3 광석배출관(23)(33)(43)에 설치된 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)를 모두 개방하여 각 반응기(10)(20)(30)(40)로의 광석 장입과 배출을 연속적이고 원활한 정상상태로 하여 조업을 안정적으로 수행할 수 있다.
<실시예>
1) 유동환원로의 사양 및 조건
가. 예열로(40), 예비환원로(30), 최종환원로(20)
- 축소부(분산판(24)(34)(44)) 내경 : 0.3m
- 확대부 내경 : 0.7m
- 원추형 하부 각도 : 4도
- 경사부 높이(분산판 표면에서) : 4.0m
- 원통형 상부 높이 : 2.5m
- 분산판 하부 깊이 : 3.0m
나. 원료
a) 분철광석(-8mm)
- 화학적 조성 : 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%
- 입도 분포 : -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%
b)가스
- 화학조성 : CO : 65%, H2 : 25%, CO2 : 5%, N2 : 5%
- 유동환원로내 온도 : 최종환원로(20): 850℃,
예비환원로(30) : 800℃,
예열로(40) : 750℃
- 유속 : 정상상태: 1.7 m/s(분산판)
- 압력 : 2.5∼3.0 bar,g
| 실험조건 | 평균정상조업시(hr) | 정상조업재개시간(hr) | |
| 실험 1 | 종래 | 60 | 120 |
| 실험 2 | 본 발명 | 240 | 5 |
상기와 같은 유동환원로(100)의 사양, 조건및 실험조건으로 분체광석을 환원반응하여 조사한 결과, 초기 각 반응기로의 광석장입과 각 반응기에서 유동층 높이를 일정하게 유지하고, 제 1,2및 3광석배출관(23)(33)(43)의 각 조절밸브(21)(31) (41)를 개방하여 연속적인 장입/배출이 이루어지는 과정에서 발생하는 제 1,2및 3분산판(24)(34)(44)에서의 차압증가와 제 1,2및 3광석배출관(23)(33)(43)을 통한 환원가스 및 광석의 역류가 발생하여 반응기(20)(30)(40)내에서 비유동화가 발생할때, 상기 제 1,2및 3광석배출관(23)(33)(43)내에서의 온도변화, 차압변화를 검출하는 제 1,2및 3온도계(26)(36)(46), 제 1,2및 3배출관차압계(25)(35)(45)와, 상기 제 1,2및 3분산판(24)(34)(44)의 상,하부차압값을 검지하는 제 1,2및 3로차압계(27)(37)(47)의 검지신호에 의해서 해당하는 질소가스라인(29)(39)(49)의 개폐밸브(28)(38)(48)를 개방하여 상기 각 반응기(20)(30)(40)의 하부측으로 질소가스를 백업공급하여 지속적인 유동층을 형성 유지하면서 정상조업을 재개할수 있는 것이다.
따라서, 조업불안정 발생시 상기와 같은 신속한 대처로 상기한 표 1에 도시한 바와같이, 조업지속시간이 대폭 연장되는 반면에, 조업재개 시간이 획기적으로 감소하여 전체적으로는 정상조업을 안정적으로 장시간동안 수행하여 설비 가동율 및 조업생산성을 크게 향상시킬수 있는 것이다.
이때, 가스이용율은 약 30∼35%, 가스원단위는 1300∼1500 N㎥/ton-ore이고, 예열로(40)에서 예비환원로(30)로 장입되는 철광석의 환원율은 10∼15%이고, 상기 예비환원로(30)에서 배출되어 최종환원로(20)로 장입되는 철광석의 환원율은 30∼40%이고, 상기 최종환원로(20)에서 용융가스화로(10)로 장입되는 환원철의 환원율은 85∼90%로 나타나고, 일시적인 조업불안정도 신속히 대처하여 해결함으로써 유동환원로는 안정적이고 장시간동안의 조업이 가능해지는 것이다.
상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 철광석을 상부의 광석장입빈에서 예열로, 예비환원로 및 최종환원로를 거치면서 용융가스화로로 최종장입하고, 용융가스화로에서 발생된 환원가스를 최종환원로, 예비환원로 및 예열로의 분산판으로 통과시켜 장입된 광석과 상호 교류하면서 환원반응을 연속적으로 진행시킨 후 최종환원 생성물인 환원철을 생산하여 용융가스화로로 장입하는 공정에서 각 반응기에 장착된 분산판의 노즐막힘으로 인하여 차압이 증가하고, 이로 인하여 정상적으로 반응기내에서의 유동층 형성 및 광석흐름을 이루지 못하는 경우, 차단판 상하부에서의 차압변화, 광석배출관에서의 온도,차압변화를 검출하는 각 반응기에 해당하는 로차압계, 배출관차압계및 온도계를 갖추어 설정값이상의 차압,온도변화시 해당하는 질소가스라인을 개방하여 해당하는 각 반응기의 하부측으로 질소가스를 백업공급함으로서, 각 반응기내에서의 분산판 막힘현상, 환원가스의 역류및 비유동화를 신속히 해결할수 있기 때문에, 조업불안정을 효과적으로 방지하고, 정상조업인 조업으로 신속하게 전환할 수 있으며, 장시간 조업이 가능하게 할 수 있어 작업생산성을 현저히 향상시킬수 있는 효과가 얻어진다.
Claims (5)
- 장입빈(60)내의 광석은 광석장입관(63), 제 1,2 및 3광석배출관(23)(33)(43)을 통하여 예열로(40), 예비환원로(30) 및 최종환원로(20)를 거치면서 유동환원되어 용융가스화로(10)로 장입되고, 용융가스화로(10)에서 생성된 환원가스는 상승관(11), 제1,2가스배출관(22)(32)을 통하여 최종환원로(20), 예비환원로(30)및 예열로(40) 하부로 통입되어 각 반응기(20)(30)(40)의 제 1,2 및 3 분산판(24)(34)(44)을 통하여 유동층으로 공급되어 용철을 제조하고, 환원공정을 마친 가스는 습식제진기(50)를 통하여 배출되는 유동환원로설비에 있어서,상기 광석의 공급흐름을 제어할수 있도록 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)를 갖는 제 1,2및 3광석배출관(23)(33)(43)에는 입구단과 출구단사이의 압력차를 검출하는 제 1,2 및 3배출관차압계(25)(35)(45)와, 가스역류시 역류된 환원가스온도를 검출하는 제 1,2및 3온도계(26)(36)(46)가 각각 장착되며, 상기 제 1,2및 3분산판(24)(34)(44)의 상,하부 압력차를 검출하는 제 1,2및 3로차압계(27)(37)(47)를 각각 갖추고, 상기 상승관(11), 제 1,2가스배출관(22)(32)에는 비정상적인 온도상승변화 및 압력차를 검지한 상기 제 1,2 및 3온도계(26)(36)(46)와 제 1,2 및 3배출관차압계(25)(35)(45)와 제 1,2 및 3로차압계(27)(37)(47)의 검지신호에 의해서 개방작동되어 질소가스를 상기 예열로(40), 예비환원로(30) 및 최종환원로(20)내로 공급할수 있도록 제 1,2 및 3개폐밸브(28)(38)(48)를 갖는 제 1,2 및 3질소가스라인(29)(39)(49)을 연결구성함을 특징으로 하는 유동환원로의 백업가스 공급장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1,2및 3로차압계(27)(37)(47)는 상기 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)의 노즐이 더스트 및 낙광에 의해서 막히는 노즐막힘시 상기 제 1,2 및 3분산판(24)(34)(44)의 상,하부에서의 압력차가 300mmbar 이상으로 급격히 증가함을 검지할때, 해당하는 각 반응기(20)(30)(40)하부측으로 제 1,2및 3질소가스라인 (29)(39) (49)를 통하여 질소가스를 공급하도록 상기 제 1,2및 3개폐밸브(28)(38)(48)을 개방작동하고, 상기 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)를 닫힘작동하는 검출신호를 발생함을 특징으로 하는 유동환원로의 백업가스 공급장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1,2 및 3배출관차압계(25)(35)(45)는 환원가스 역류시 상기 제 1,2및 3광석배출관(23)(33)(43)에서의 입구단과 출구단사이의 압력차가 100mmbar이하로 급격히 저하됨을 검지할때, 해당하는 각 반응기(20)(30)(40)하부측으로 제 1,2및 3질소가스라인 (29)(39) (49)를 통하여 질소가스를 공급하도록 상기 제 1,2및 3개폐밸브(28)(38)(48)을 개방작동하고, 상기 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)를 닫힘작동하는 검출신호를 발생함을 특징으로 하는 유동환원로의 백업가스 공급장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1,2 및 3온도계(26)(36)(46)는 환원가스 역류시 상기 제 1,2및 3광석배출관(23)(33)(43)에서 검지되는 가스온도가 설정된 온도변화값 50℃이상으로 급격히 증가될때, 해당하는 각 반응기(20)(30)(40)하부측으로 제 1,2및 3질소가스라인 (29)(39) (49)를 통하여 질소가스를 공급하도록 상기 제 1,2및 3개폐밸브(28)(38)(48)을 개방작동하고, 상기 제 1,2 및 3조절밸브(21)(31)(41)를 닫힘작동하는 검출신호를 발생함을 특징으로 하는 유동환원로의 백업가스 공급장치.
- 제 1항에 있어서상기 제 1,2및 3조절밸브(21)(31)(21)는 초기에 상기 예열로,예비환원로및 최종환원로(20)(30)(40)에 광석을 채울 때는 환원가스가 각 반응기(20)(30)(40)의 제 1,2및 3분산판(24)(34)(44)하부로만 흐를 수 있도록 닫힘상태를 유지하여 광석을 각 반응기(20)(30)(40)로 장입하여 원활한 유동층이 형성되도록 하고, 상기 예열로, 예비환원로, 최종환원로(20)(30)(40)에서의 유동층의 높이가 점차 증가하여 제 1,2및 3광석배출관(23)(33)(43)입구단까지 상승할 때는 점차 개방되어 광석을 배출시켜 상기 예열로, 예비환원로및 최종환원로(20)(30)(40)의 유동층을 확보함을 특징으로 하는 유동환원로의 백업가스 공급장치.
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