KR100405516B1 - 샤프트형 환원로에서의 장입물 정체층 해소방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크류 형태의 배출장치를 갖는 샤프트형 환원로에서 형성되는 노하부의 벽부에 발생하는 장입물 정체층을 해소할 수 있는 방법에 관한 것으로, 스크류 형태의 배출 장치를 갖는 샤프트형 환원로에서 100% 괴광석 사용후 발생되는 노하부 벽부에 형성되는 정체층을 해소하는 방법에 있어서, 굴림성이 좋은 펠릿을 30%정도의 비율로 혼합장입하여 노하부 배출을 w형태로 부터 U형태로 변화시켜 장입물의 원활한 배출을 유도하도록 하여서 된 것이다.

Description

샤프트형 환원로에서의 장입물 정체층 해소방법

본 발명은 스크류 형태의 배출장치를 갖는 샤프트형 환원로에서 형성되는 노하부의 벽부에 발생하는 장입물 정체층을 해소할 수 있는 방법에 관한 것으로, 특히 샤프트형 환원로에서의 장입물 분포방법을 제어하여 노하부 벽부 장입물의 정체층을 해소시킴으로써 샤프트형 환원로 노황을 안정화시키고자 하는 것이다.

일반적으로 샤프트형의 환원로는 주로 직접 환원철 제조에 이용되는 반응로로서 용광로의 샤프트부만이 존재하는 고체-기체 간의 반응 및 열교환이 일어난다.

샤프트형 환원로의 역활은 광석을 가스로 환원시켜 적정 수준의 직접 환원철을 생산하는 것이며, 환원로 내에서의 가스 흐름은 광석의 환원 반응에 매우 중요하며, 균일한 가스류 분포는 효과적인 장입물 분포에 따른다.

효과적인 장입물 분포는 안정적인 장입물 강하 및 배출에 의존하므로 노하부 벽부에서의 정체층 형성은 원활한 장입물 배출에 영향을 미치게 된다.

샤프트형 환원로에서의 액체가 존재하지 않는 고체만의 운동이 고려되므로 용광로에 비해 장입물의 거동이 복잡하지 않고, 노내 반응면에서 가스와 고체만의 반응이 일어나므로 노황 해석을 위해서는 가스류와 고체류의 거동만을 파악하면 된다.

그러나 샤프트형 환원로에는 별도의 용융로에서 발생되는 환원가스가 취입되며, 통상 이 환원 가스에는 더스트류가 혼입되어 있어 특히 괴광석 장입시 빈번하게 발생하는 환원로의 하부 정체층에 취입된 가스중의 더스트가 퇴적되어 노내의 장입물 분포의 불균일이 초래된다.

이와 같이 일단 장입물 분포가 불균일해지면 미끄러짐(slippig), 얹힘 (hanging)등의 현상이 발생되어 조업 불안정이 원인이 된다.

샤프트형 환원로에서 발생되는 얹힘에 미치는 장입물 강하 속도의 영향과 정체층 형성에 따른 압력 손실등에 관한 모델이 山剛秀行(Tetsu-to-Hagane, vol, 77, 1991, page 1634)에 의해 제안되었으나, 얹힘의 해소 방안에 대해서는 적절한 방법이 제시되지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로, 샤프트형 환원로에서의 장입물 분포방법을 제어하며, 노하부 벽부 정체층을 감소시켜 샤프트형 환원로 노황을 안정화하는 방법을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명의 특징은 스크류형태의 배출 장치를 갖는 샤프트형 환원로에서 100% 괴광석 사용후 발생되는 노하부 벽부에 형성되는 정체층을 해소하는 방법에 있어서, 굴림성이 좋은 펠릿을 30%정도의 비율로 혼합장입하여 노하부 배출을 w형태로 부터 U형태로 변화시켜 장입물의 원활한 배출을 유도하도록 함에 의한다.

도 1은 100% 정립광 사용시 장입물 강하 및 정체층 형성을 나타내는 상태도

도 2는 100% 정립광 사용시 부위별 강하속도 비교그래프

도 3은 정립광-펠릿 혼합사용시 노내 장입물 분포 현상을 나타낸 상태도

도 4는 정립광-펠릿 혼합사용시 장입물 강하 거동을 나타낸 상태도

도 5는 정립광-펠릿 혼합사용시 부위별 강하속도 비교 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 스크류 20 : M형의 장입물 표면형상

30 : 가스주입구 40 : 정체역

먼저 도 1은 본 발명에서 사용된 축소 모형에서 불규칙한 형상을 갖는 괴광석이 장입될때 장입물의 강하 및 배출 양상을 나타낸 상태도이다. 환원로에서는 배출장치로서, 스크류(10)가 설치되었으며, 장입 장치로부터 낙하되어 형성된 M형의 장입물 표면 형상(20)은 샤프트 상부에서는 장입시 형태를 유지하면서 내려오다가 가스 취입구(30) 하부에서는 스크류 영향을 받아 배출 양상이 W형으로 변화한다.

이는 노하부 벽부에 강하되는 괴광석의 형태가 불규칙하고, 입도분포의 폭이 크므로 퇴적시 작은 입자가 큰 입자속으로 침투되어 공극율이 작아지면서 장입밀도가 큰 상태로 퇴적되어 정체역(40)이 발생되게 된다.

따라서 도 2에 나타나 있는 노반경 방향의 강하 속도 비교에서 보는 바와 같이 환원로 하부에서 스크류(10) 선단부위, 즉 중간부 쪽의 장입물 배출속도가 빠르고, 환원로 중심부 및 환원로 하부 벽부 영역에는 각각 노심 및 노벽 정체층의 영향을 받아 장입물 배출속도가 상대적으로 느려진다.

노중심부의 정체층인 노심은 스크류간의 간섭을 방지하기 위한 공간에 필연적으로 발생되나 노벽부에서의 정체층은 그 치환속도가 매우 느려서 일단 정체층이 노벽에 형성되면 계속된 환원 가스중의 미립의 입자 축적과 상부로부터 강하하는 분할된 장입물 입자의 퇴적으로 크게 성장하여 노벽에 부착물 형태로 존재하면서 장입물 강하가 불균일하게 되어 얹힘 현상으로 발전하게 되는바,

본 발명은 상기와 같은 환원로 조업에 악영향을 미치는 노벽부 정체층 해소 수단으로 장입물의 물리적 특성을 이용하여 장입물 분포 형태를 제어함으로써, 하부에서의 장입물 강하 형태를 변경시켜 노벽부 정체층을 해소시키는 방안이 제시된다.

즉, 광산에서 직접 채취되는 괴광석은 그 형상이 불규칙하고, 입도 분포폭이 커서 노내에 장입되면 공극율이 작게 충전되고 장입물 하중에 의해 장입 밀도가 큰 상태로 강하하여 노하부 벽부에 정체층을 크게 형성한다.

통상 샤프트형 환원로에서는 괴광 또는 펠릿이 단독적으로 사용된다. 펠릿의 형상은 구형이고, 입도가 비교적 균일하여 그 공극율이 괴광의 경우보다 크게 된다.

또한, 장입물 강하 속도 면에서 안식각이 작아 펠릿은 괴광보다 빠르게 강하하여 본 발명에서는 그 강하 형태를 굴림성(Rolling)이라 정의하였다.

본 발명에서는 상기와 같은 펠릿의 굴림성을 이용하여 괴광석 장입물에 펠릿을 일부 혼합 장입하여 노벽부에 굴림성이 좋은 펠릿을 안착시켜 노하부에 생성된 정체층을 펠릿에 의해 치환시켜 괴광과 펠릿을 함께 스크류를 통해 배출시켜 정체층을 해소시키는 방법을 제시하였다.

즉, 앞에서 언급된 바와 같이 환원로 상부의 장입물 분포 형상은 M형태의 산을 이루고 있으므로 굴림성이 좋은 펠릿이 노벽부로 굴러가 퇴적되게 하므로써, 상기한 본 발명의 목적을 구현할 수 있다. 도 3은 30% 펠릿이 괴광에 혼합 장입되었을때 환원로에서의 배출 거동을 모식적으로 나타낸 것이다.

도 3에 나타난 바와같이 펠릿은 굴림성이 좋아 노벽부에 편석되면서 노하부까지 강하하여 정체층을 서서히 치환하면서 배출되는 것이다.

도 4는 30% 펠릿 혼합장입시 정체층 해소후의 장입물 분포를 모사한 것으로 노벽부 정체층이 해소되면서 배출시의 양상이 도 1의 W형태로부터 U형태로 변화하는 것을 나타낸다.

도 5는 상기의 방법으로 장입물 강하가 이루어질때 노하부에서 반경 방향 강하 속도분포로서 노벽부 정체층이 해소됨에 따라 상대적으로 중간부에서의 강하 속도가 감소하는 반면에, 벽부에서의 강하 속도가 커짐을 확인할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

본 발명은 효과를 확인하기 위하여 내용적 2260㎥의 샤프트형 환원로에서 하기 표 1과 같은 동일 환원가스 유량 조건하에서 100% 괴광석 장입시 및 30% 펠릿-70% 괴광석 혼합 장입시 압손변화 및 얹힘 발생 빈도가 조사되었다.

100% 괴광석 사용시 노하부 벽부 정체층 발생으로 장입물 강하가 원활하지 못하여 압손이 증가하게 되고, 얹힘 현상이 빈번히 발생되었다. 반면에 30% 펠릿이 혼합되었을 때에는 상기에서 언급한 바와 같이 벽부로 강하하는 펠릿의 굴림성으로 인하여 정체층이 해소되어 원활한 장입물 강하가 이루어져 노내의 압손이 작게 나타나는 것이다.

표 1.

이상과 같은 본 발명은 샤프트형 환원로에서 장입물 분포 형태를 제어하여 100% 괴광석 사용시 형성되는 노하부 벽부 장입물 정체층을 효과적으로 해소시켜 하부 장입물 배출을 원활하게 하여 안정적인 샤프트형 환원로 조업이 가능한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 스크루형태의 배출 장치를 갖는 샤프트형 환원로에서 100% 괴광석 사용후 발생되는 노하부 벽부에 형성되는 정체층을 해소하는 방법에 있어서, 굴림성이 좋은 펠릿을 30%정도의 비율로 혼합장입하여 노하부 배출을 w형태로 부터 U형태로 변화시켜 장입물의 원활한 배출을 유도하도록 하여서 됨을 특징으로 하는 샤프트형 환원로에서의 장입물 정체층 해소방법.