KR100362683B1 - 유동환원로의 분산판 노즐막힘방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동환원 반응로에 설치되는 분산판의 노즐이 막히는 것을 방지하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 유동환원 반응로내에 설치되어 하부로부터 주입되는 고온의 환원성가스를 분산하도록 배치된 분산판의 노즐이 환원가스의 압력저하나 다른 가스로 치환시 유동광석이 분산판 하부로의 낙하를 방지하고, 광석이 노즐에 고착되는 것을 방지할수 있도록 개선한 유동환원 반응로의 분산판 노즐 막힘방지장치에 관한 것이다.

본 발명은 장입된 광석입자을 환원가스로서 환원반응시키는 내부공간에 복수개의 노즐(11)을 형성한 차단판(3)을 갖추어 광석을 환원시키는 반응로에 있어서, 상기 노즐(11)의 상단에 자중에 의해서 닫힘작동될수 있도록 회전축(23)을 중심으로 선회작동되는 역류방지판(21); 상기 역류방지판(21)의 개방이 작은 가스유량에 의해서도 용이하게 이루어지고, 개방되는 각도를 제어하도록 상기 역류방지판(21)의 후단에 장착되는 스토퍼(22)를 포함하는 유동환원로의 분산판 노즐막힘방지장치를 제공한다.

Description

유동환원로의 분산판 노즐막힘방지장치{device for preventing grid nozzle from blocking in fluidized bed reactor}

본 발명은 유동환원 반응로에 설치되는 분산판의 노즐이 막히는 것을 방지하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 유동환원 반응로내에 설치되어 하부로부터 주입되는 고온의 환원성가스를 분산하도록 배치된 분산판의 노즐이 환원가스의 압력저하나 다른 가스로 치환시 유동광석이 분산판 하부로의 낙하를 방지하고, 광석이 노즐에 고착되는 것을 방지할수 있도록 개선한 유동환원 반응로의 분산판 노즐 막힘방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 제철공정의 원료중 8mm 이하의 미분광석이 약 70%이상을 차지하고 있는데, 대부분이 소결공정을 거쳐 원료를 괴성화하고, 고로에서 이를 환원시켜 용선을 제조하고 있다.

그러나, 최근에 들어서는 이러한 소결과정을 거치지 않고 8mm 이하의 미분광석을 일정한 내용적을 가진 반응로내의 고온 환원성가스 기류중에 유동화시키고 일정시간동안 체류시켜 환원율 80% 이상의 미분 환원철(DRI)을 생산하여 이를 용융로에 직접 장입함으로서 용선을 제조하는 직접 제철법이 개발되고 있다.

이러한 유동환원 제철공정중, 유동환원층 반응로는 일정량의 고온의 환원성 가스를 상기 반응로내에 설치된 분산판의 노즐을 통과시키면서 가스의 흐름을 골고루 분산시켜 상부로부터 장입되는 광석을 유동화시키고, 일정시간동안 반응로 내에 체류시켜 환원시키는 것으로서, 상기 분산판에 갖추어지는 노즐의 형태나 직경, 가스의 흐름방향이 매우 중요한 역할을 한다.

이때, 무엇보다도 더욱더 중요한 것은 상기 분산판 상부에서 미분광석이 상하로 유동이 일어날 때 가스의 유속이 순간적으로 저하하거나 가스공급이 일시적으로 중단될 상부에서 유동하고 있던 광석이 가라앉으면서 일부는 분산판 노즐을 통하여 하부 도관쪽으로 낙하하여 도관의 곡관부에 쌓이면서 이것이 누적되어 고착되면 가스의 흐름을 방해하고, 일부는 상기 분산판의 노즐구멍에 고착되어 가스의 흐름을 차단시키게 되고 이로 인해 반응로 내부에 편류가 생겨 유동층 밸런스가 흐트러지고 가스가 흐르지 않는 부분에 광석이 쌓여 굳어버리면서 t아기 분산판 전단의 차압이 상승하여 결국은 조업을 중단하게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같이 유동층 반응로내에서 가스공급이 일시적으로 중단되거나 순간적인 압력 불균형이 유발될 때 발생되는 분산판 하부로의 광석 낙하 및 분산판 노즐 구멍의 막힘 현상 등을 방지하기 위한 종래의 방법으로는 여러 가지 많은 방법들이 제시되고 있지만 그 대표적인 예를 도 1(a)(b)(c)(d)에 도시하였다.

즉, 도 1(a)는 반응로(13)내에 설치되는 분산판(3)의 각 노즐(11) 상부에 다공성 내화재료로 이루어진 차단판(12a)을 설치한 것으로서, 이는 상부로부터 하부로 낙하하는 미분광석이 노즐(11)을 통하여 하부로 낙하하는 것을 방지할 수는 있지만, 상기 노즐(11)전단에서의 압손이 높아지게 되고, 특히 환원가스중에 함유된 다량의 더스트가 함유되어 있을 때는 노즐 기공이 금방 막혀버려 사용이 불가능하였다.

또한, 도1(b)(c)(d)는 다공성 내화재료의 차단판(12a)대신에 하부로부터의 환원가스를 수평방향으로 분산시킬 수 있도록 상기 노즐(11)상부에 또 하나의 다른 노즐형 차단부재(12b)(12c)(12d)를 사용한 것으로서, 이러한 종래의 방법은 상기 노즐(11)로부터 나오는 환원가스의 흐름이 수평방향으로 꺽여지게 되어 전체의 유동 형상이 흐트러질 수 있고, 상기 노즐형 차단부재(12b)(12c)(12d)들 또한 다량의더스트가 함유된 가스는 사용이 불가능할 뿐만 아니라, 수평방향으로 꺽여지는 환원가스에 의해서 상기 반응로(13)의 내측면에 축조된 내화재의 마모가 심해지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 그 목적은 유동 환원반응로내에 설치된 분산판의 각 노즐상부에서 미분광석이 유동하고 있을 때 순간적인 가스의 압력저하나 가스 공급의 일시적인 중단, 또는 가스 공급처의 사정으로 인하여 가스공급이 원활치 않아 환원가스를 질소가스로의 치환 등으로 인한 환원가스의 공급을 일시적으로 차단시켜야 할 때 이로 인해 발생되는 반응로 내부의 유동광석이 노즐하부로의 낙하를 방지하고, 노즐에 광석이 고착되는 것에 의한 노즐막힘 현상 등을 사전에 차단하여 보다 안정적인 조업에 기여할 수 있는 유동 환원반응로의 분산판 노즐 막힘방지장치를 제공하고자 한다.

도 1(a)(b)(c)(d)는 종래기술에 따른 분산판 노즐막힘 방지장치를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 유동환원 반응로의 분산판 노즐막힘방지장치를 도시한 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 유동환원 반응로의 분산판 노즐막힘방지장치에서 유동상태를 도시한 작동상태도,

도 4는 본 발명에 따른 유동환원로 반응로의 분산판 노즐막힘방지장치를 설치상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

3 ..... 분산판 11 .... 노즐

21 .... 역류방지판 22 .... 스토퍼

23 .... 회전축 32 .... 분광석

상기 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로써, 본 발명은

장입된 광석입자을 환원가스로서 환원반응시키는 내부공간에 복수개의 노즐을 형성한 차단판을 갖추어 광석을 환원시키는 반응로에 있어서,

상기 노즐의 상단부에 자중에 의해서 닫힘작동될수 있도록 회전축을 중심으로 선회작동되는 역류방지판과, 상기 역류방지판의 개방이 작은 가스유량에 의해서도 용이하게 이루어지고, 개방되는 각도를 제어하도록 상기 역류방지판의 후단에 장착되는 스토퍼를 포함함을 특징으로 하는 유동환원로의 분산판 노즐막힘방지장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명에 대해서 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 유동환원 반응로의 분산판 노즐막힘방지장치를 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 유동환원 반응로의 분산판 노즐막힘방지장치에서 유동상태를 도시한 작동상태도이며, 도 4는 본 발명에 따른 유동환원로 반응로의 분산판 노즐막힘방지장치를 설치상태도로서, 본 발명의 장치(1)는 도 2 내지 4에 도시한 바와같이, 하부로부터 공급된 환원가스를 상부로 고르게 분산공급하는 분산판(3)에 형성된 각 노즐(11)이 가스에 의해서 유동되는 장입광석에 의해서 막히는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 장치(1)는 역류방지판(21)과 스토퍼(22)로 구성된다.

즉, 상기 역류방지판(21)은 환원가스가 하부로부터 상부로 분사되는 상기 노즐(11)의 상단부 일측에 회전축(23)을 중심으로 하여 선회작동되는 판부재이며, 상기 판부재는 상기 회전축(23)을 선회축으로 하여 자중에 의하여 하강선회시 상기 노즐(11)의 상부를 닫을 수 있도록 상기 노즐(11)상부와 동일한 단면구조를 갖는 내열성 부재로 구성된다.

그리고, 상기 역류방지판(21)은 상기 노즐(11)내부로 삽입되지 않으면서 상기 노즐(11)을 통해 상부로 분산되는 가스흐름에 의하여 용이하게 열림작동되도록 상기 노즐(11)상단 내주면에 형성된 절개부(11a)와 면접하는 모따기부(21a)를 외주면에 형성한다. 또한, 상기 역류방지판(21)은 자중에 의한 닫힘작동시 수평선에 대하여 대략 5 °기울어지게 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 스토퍼(22)는 일정량의 무게를 갖는 중량추로 구성되어 노즐(11)을 통하여 하부로부터 분산공급되는 작은 가스유량에 의해서 상기 역류방지판(21)이 용이하게 개방되었다가 가스공급중단시 자중에 의해서 상기 역류방지판(21)이 다시 닫혀질수 있도록 상기 회전축(23)에 대하여 선회작동가능하게 조립되는 역류방지판(21)의 후단부근에 장착된다.

여기서, 상기 스토퍼(22)가 상기 역류방지판(21)의 개방각도(θ)를 75 내지 88 °로 제어할 수 있도록 상기 스토퍼(22)의 일단부와 면접하는 상기 노즐(11)의 외측면에 모따기부(11b)를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 역류방지판(21)은 개방시 상기 분산판(3)에 설치된 복수개의 노즐(11)을 통한 환원가스의 흐름이 원주방향(A)으로 동일하게 이루어지도록 상기 노즐(11)상단에 설치되어야 한다.

상술한 바와같은 본 발명의 작용 및 효과에 대해서 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 장치(1)는 환원가스가 분산공급되는 분산판(3)의 각 노즐(11)상단 일측에 선회작동가능하게 조립되는 역류 방지판(21)을 갖춤으로서 환원가스가 공급되지 않을 시에는 회전축(23)을 선회측으로 하여 노즐(11)측으로 자중에 의해서 닫혀 있다가 상기 분산판(3)의 하부로부터 환원가스가 공급이 되면 상기 노즐(11)을 통해 공급되는 환원가스의 유량에 의해서 일단 상방으로 선회작동되어 개방되고, 개방된 후에는 그 개방상태를 가스가 공급되는 동안 계속 지탱하여 정상적인 조업을 수행할수 있는 것이다.

그리고, 정상적인 조업중 전단의 순간적인 압력저하나 가스유량공급이 불안정 할 때 또는 기타 사유로 환원가스 공급을 차단시킬 때는 상기 노즐(11)을 통한 가스공급이 중단되면서 상기 스토퍼(22)에 의해서 개방상태가 수평선에 대하여 75 내지 88°로 있던 역류방지판(21)이 자중에 의해서 바로 닫혀지기 때문에, 상기 분산판(3)상부에서 유동하고 있던 상부의 광석이 상기 분산판(3)의 각 노즐(11)을 통하여 하부로 낙하되는 것을 차단할 수 있는 것이다.

즉, 상기 역류 방지판(21)은 상기 분산판(3)에 형성된 복수개의 각 노즐(11)을 통해 하부로부터 상부로 분산공급되는 가스의 유량으로 인하여 완전히 열렸다가 가스공급중단시 자체중력인 자중에 의해서 다시 닫히는 판부재이며, 회전축(23)을 중심으로 하여 수평선에 대하여 75 내지 88°로만 개방작동 될 수 있도록 회전축(23)에 조립되는 역류방지판(21)의 후단에 스토퍼(22)를 장착한 것이다.

이러한 스토퍼(22)는 상기 역류방지판(21)이 개방될 때 적정각도로만 열리게 할뿐 아니라 밸런싱 추 역할을 하여 적은 유량으로도 쉽게 열리고 닫힐 수 있는 역할을 하는 것이다.

한편, 도 3에 도시한 바와같이, 개방작동된 역류방지판(21)에 의해서 분광석(32)의 유동형상이 일측(역류방지판(21)이 개방되는 측)으로 약간 기울어지는 경향이 있으나 도 4에 도시한 바와같이, 상기 분산판(3)의 각 노즐(11)을 통해 분산공급되는 가스흐름이 원주방향을 이루도록 상기 역류방지판(21)을 노즐(11)상단에 장착하면, 가스흐르을 원주방향(A)으로 골고루 분산시킴으로서 전체적인 유동 밸런스를 깨뜨리지 않는 범위 내에서 상기 역류 방지판(21)의 영향없이 안정되게 조업할 수 있는 것이다.

상술한 바와같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 분광석의 유동환원 제철공정 중에서 유동상태의 광석이 가스공급 불안정, 순간적인 압력저하 또는 기타 부득이한 사정으로 인한 다른 가스로의 치환 등으로 환원가스를 차단할 때 분광석이 분산판에 형성된 각 노즐을 통하여 하부로 낙하되는 것을 차단시킬 수 있고, 미분 광석이 노즐 상단부에 누적, 또는 고착되어 노즐이 막히는 것을 사전에 예방할 수 가 있어 보다 안정적인 장기 조업을 달성할 수가 있다.

또한, 노즐전단의 과다 압손이나 유동밸런스의 흐트러짐, 분산판 내화재의 편마모 현상등을 동시에 예방할수 있는 효과가 얻어진다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (4)

1. 장입된 광석입자을 환원가스로서 환원반응시키는 내부공간에 복수개의 노즐(11)을 형성한 차단판(3)을 갖추어 광석을 환원시키는 반응로에 있어서,

   상기 노즐(11)의 상단에 자중에 의해서 닫힘작동될수 있도록 회전축(23)을 중심으로 선회작동되는 역류방지판(21);

   상기 역류방지판(21)의 개방이 작은 가스유량에 의해서도 용이하게 이루어지고, 개방되는 각도를 제어하도록 상기 역류방지판(21)의 후단에 장착되는 스토퍼(22)를 포함함을 특징으로 하는 유동환원로의 분산판 노즐막힘방지장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 역류방지판(21)은 상기 노즐(11)내부로 삽입되지 않으면서 상기 노즐(11)을 통해 상부로 분산되는 가스흐름에 의하여 용이하게 열림작동되도록 상기 노즐(11)상단 내주면에 형성된 절개부(11a)와 면접하는 모따기부(21a)를 외주면에 형성함을 특징으로 하는 유동환원로의 분산판 노즐막힘방지장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 역류방지판(21)의 개방각도(θ)가 75 내지 88 °로 제어할 수 있도록 상기 스토퍼(22)의 일단부와 면접하는 상기 노즐(11)의 외측면에 모따기부(11b)를 형성함을 특징으로 하는 유동환원로의 분산판 노즐막힘방지장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 역류방지판(21)은 개방시 상기 분산판(3)에 설치된 복수개의 노즐(11)을 통한 환원가스의 흐름이 원주방향(A)으로 동일하게 이루어지도록 상기 노즐(11)상단에 설치됨을 특징으로 하는 유동환원로의 분산판 노즐막힘방지장치.