KR100466634B1 - 용융선철또는용강중간제품을생산하는방법및그설비 - Google Patents

Abstract

최소한 미분이 일부 함유된 철광석(5) 및 플럭스를 포함하는 장입물질로부터 용융선철(43) 또는 용강 중간제품을 생산하는 방법에 있어서, 철광석이 환원스테이지(1, 2)에서 유동층법에 의하여 해면철로 직접 환원되고 상기 해면철은 탄소매체 및 산소함유가스의 공급 하에 용융가스화대에서 용융되며, CO- 및 H₂-함유 환원가스가 생산되어 환원스테이지(1, 2)의 환원대 내에 투입, 반응, 상단 가스로서 배출 및 선택적으로 소비기에 공급된다.

환원가스를 최적으로 사용하여 철광석의 균일한 환원을 달성하기 위하여,

- 제1 환원스테이지(1')에서, 철광석(5)은 환원가스의 도움으로 입경분포가 각각 상이한 최소한 2 개의 분급물로 분류되며,

- 각 분급물은 환원가스에 의하여 별개의 유동층(6, 15)에서 환원되며,

- 환원가스는 조입자 분급물을 포함하는 제1 유동층(6)을 형성하며 미립자 분급물을 상기 제1 유동층으로부터 분리시키고, 또한, 환원가스를 추가로 다른 유동층(15) 내에 직접 투입하고,

- 환원된 철광석(5)은 제1 유동층 및 추가의 유동층(6, 15) 양자로부터 배출되며,

- 제1 환원스테이지(1')에서 환원된 미립자 및 조입자 분급물은 제1 환원스테이지(1')에서와 동일한 방식으로 운전되는 최소한 하나의 추가의 환원스테이지(2')에서 더 환원되고, 마지막 환원스테이지(2')로부터 미립자 분급물은 산소의 공급으로 덩어리가 되면서 용융가스화대(39) 내로 투입되며 조입자 분급물은 용융가스화대(39) 내에 중력으로 직접 공급된다.

Description

용융선철 또는 용강 중간제품을 생산하는 방법 및 그 설비{METHOD OF PRODUCING LIQUID IRON OR LIQUID STEEL PRECURSORS}

본 발명은 최소한 미세한 부분이 일부 함유된 철광석 및 플럭스를 포함하는 장입물질로 용융선철 또는 용강 중간제품을 생산하는 방법 및 상기 방법을 실행하는 설비에 관한 것으로서, 철광석이 최소한 2 개의 환원스테이지에서 유동층법에 의하여 해면철로 직접 환원되고 해면철은 탄소매체 및 산소함유가스의 공급으로 용융가스화대에서 용융되며, CO- 및 H₂-함유 환원가스가 생산되어 환원스테이지의 환원대 내에 투입, 상기 환원대에서 반응, 상단 가스로서 배출 및 선택적으로 소비기에 공급된다.

이런 종류의 방법은, 예를 들어 유럽특허 EP-A- 0 594 557에 공지되어 있다. 상기 공지의 방법에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 환원은 직렬로 연결된 2 개의 위치상으로 분리된 환원대에서 행해지고, 제1 환원대에서 배출되는 환원가스는 분광석의 흐름방향으로 제1 환원대에 선행하여 연결된 제2 환원대에, 즉 역류로 공급된 후 상기 제2 환원대로부터 압축되어 예열대로 공급된다.

따라서, 싱글스테이지(single-stage) 직접환원, 즉 단지 하나의 환원대를 사용하는 직접환원과 비교하여, 상기 방법은 이른바 다음과 같은 이유, 즉 기술적 환원공정에는 최소한 750℃의 환원온도가 필요하여 환원가스의 최저온도가 - 환원대로부터 배출될 때 - 필연적으로 750°로 되기 때문에 환원가스가 적게 소모된다는 장점을 특히 포함한다.

기술적인 이유로 용융가스화로에서 배출되는 환원가스의 온도가 950℃를 초과할 수 없기 때문에, 대략 200℃의 온도구배만 이용할 수 있고 이것은 환원가스의 현열(顯熱) 중 대략 1/3만이 사용될 수 있다는 의미이다. 전술한 온도레벨이 유지될 수 있도록, 싱글스테이지 환원방법에서는 환원가스를 환원에 필요한 양의 몇 배를 사용하는 것이 필요할 수 있다. 이것은 환원가스의 부적당한 사용, 즉 용융가스화로에 석탄 소모가 많게 된다.

상기 공지의 방법은 그 유용성이 증명되었지만, 입경이 상이한 광석의 처리, 즉 분광석이 약간 많은 광석(예를 들면, 채굴한 상태의 광석)을 처리할 때는 상이한 환원온도로 인하여 철광석이 미립자 분급물 및 조입자 분급물로 될 수 있다. 상기 공지의 방법으로는 반응로에서 철광석의 미립자 분급물의 체류시간을 조입자 분급물의 체류시간과 별개로 조정할 수 없기 때문에 개선이 곤란하다.

상기 공지의 방법에서는, 완전하게 환원된 분광석 분급물은 조입자 분급물과분리되어 용융가스화대에 바로 선행하여 배열된 환원대로부터 용융가스화대, 이른바 용융가스화대의 고정층 위에 형성되는 유동층에 장입된다. 따라서, 미립자 분급물이 용융가스화대에 발생된 환원가스와 함께 이송되는 것이 방지된다. 유동층에 미립자 분급물이 너무 많이 장입되는 경우, 유동층이 파손되어 가스가 막힐 수 있다. 이로 인하여 가스가 돌발적으로 분출된다. 따라서, 탄소매체의 가스화공정 및 환원된 철광석, 즉 해면철의 용융화공정이 현저하게 방해를 받는다. 발생된 환원가스의 압력 및 양의 변동을 제어할 수 없고 환원공정에 바람직하지 않은 환원체 조성물을 가진 환원가스가 형성될 수 있다.

한국특허출원 제94-38980호에 전술한 종류의 방법이 공지되어 있으며, 이 방법에 의하면 예비환원된 분광석 분급물은 용융가스화대에 바로 선행하여 배열된 환원대에서 환원가스에 의하여 배출되어 별개의 분광석 환원대에 공급된다. 또한, 완전하게 환원된 분광석이 상기 별개의 분광석 환원대로부터, 유럽특허 EP-A- 0 594 557에서와 같이, 용융가스화로의 유동층대로 전달되고, 이로써 전술한 바의 장애(disturbances)가 용융가스화로 내에 일어날 수 있다.

한국특허출원 제94-38980호에 따르면, 광석은 제1 환원대에서 예비환원되며 미립자 분급물 및 조입자 분급물이 하나의 환원대에서 함께 환원된다. 이것은 유럽특허 EP-A- 0 594 557과 관련하여 개시된 이른바 상기 환원대에서는 미립자 분급물의 환원온도와 조입자 분급물의 환원온도가 균일하지 않다는 것이 단점이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 설비의 바람직한 실시예를 각각 나타낸 개략도이고,

도 4는 변형 실시예의 용융가스화로를 포함하는 예시적인 실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명의 목적은 이들 단점 및 곤란함을 회피하고 전술한 종류의 방법 및 상기 방법을 실행하는 설비를 제공하는 것으로서, 상기 방법에 의하면 광석의 미립자 분급물 및 조입자 분급물이 이른바 멀티플스테이지(multiple-stage), 즉 최소한 2-스테이지의 환원공정에서 균일하게 환원되어 환원가스를 유용하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 특히, 용융가스화대에서의 용융공정 및 환원가스의 생산공정의 장애 또한 본 발명에서는 방지된다.

상기 목적은 다음 특징이 결합된 본 발명에 따른 전술한 종류의 방법으로 달성된다.

- 제1 환원스테이지에서, 철광석은 환원가스의 도움으로 입경분포가 각각 상이한 최소한 2 개의 분급물, 이른바 최소한 하나의 조입자 분급물 및 최소한 하나의 미립자 분급물로 분류(分溜)되며,

- 각 분급물은 환원가스에 의하여 별개의 유동층에서 환원되며,

- 상기 환원가스는 조입자 분급물을 포함하는 제1 유동층을 형성하며 미립자 분급물을 상기 제1 유동층으로부터 분리시키고,

- 또한, 상기 유동층의 미립자 분급물이 소정시간 내에 소정의 금속화온도로 확실하게 환원될 수 있는 양 및/또는 화학조성물로 환원가스를 추가로 다른 유동층내에 직접 투입하고, 그리고

- 환원된 철광석은 제1 유동층 및 추가의 유동층 양자로부터 배출되며,

- 제1 환원스테이지에서 환원된 미립자 및 조입자 분급물은 제1 환원스테이지에서와 동일한 방식으로 운전되는 추가의 환원스테이지에서 더 환원되고, 마지막 환원스테이지로부터 미립자 분급물은 산소의 공급으로, 바람직하게 버너에 의하여 덩어리가 되면서 용융가스화대 내로 투입되며 조입자 분급물은 용융가스화대 내에 중력으로 직접 공급된다.

환원된 미립자 분급물을 버너에 의하여 용융가스화로에 장입하는 방법이 한국특허출원 제92-27502호 그 자체에 공지되어 있다. 그러나, 상기 특허출원에는 환원가스에 의한 환원은 싱글스테이지에서 행해지며 싱글스테이지 공정에서 예비환원된 광석만 소위 "in-bath"법에 의하여 용융된다. 상기 방법에 있어서는, 용융슬래그에 의하여 덮힌 용융금속만이 고정층 및 유동층이 없이 반응로에 존재한다. 장입된 석탄은, 장입된 예비환원 광석이 완전하게 환원되는 슬래그층에서 가스화된다. 그러나, 환원공정은 예비환원에서 CO 및/또는 H₂에 의한 Fe₂O₃의 환원이, 기껏해야, 단지 FeO스테이지로 행해진 다음 예비환원된 광석이 탄소에 의하여, 이른바 식 FeO + C = Fe + CO에 따라 용융가스화로에서 완전하게 환원되기 때문에 전술한 종류의 공정 및 본 발명에 따른 공정과 완전하게 상이한 과정으로 일어난다. 따라서, 이들 "in-bath" 용융공정은 환원가스에 의한 환원이 약간만, 즉 대략 30% 정도 환원되기 때문에 전술한 종류의 공정과 근본적으로 상이하다. 용융반응로에서의 완전 환원을 위하여, 본 발명에 따른 공정과 비교하는 경우 고비율의 탄소가 필요한 반면, 전술한 종류 및 본 발명에 따른 공정으로는 90%이상의 환원이 전적으로 환원가스에 의해서만 행해진다. "in-bath"법에서는 고정층 및 유동층이 없기 때문에, 본 발명에 있어서의 문제, 즉 유동층의 과부하가 발생하지 않는다.

바람직한 실시예에 있어서, 본 발명에 따라서 분리된 미립자 분급물의 환원스테이지 양자 모두에서의 입경분포는 제1 유동층에 단위시간당 공급된 환원가스량을 조정함으로써 전체 입경분포의 함수로서 조정되는 동시에, 미립자 분급물의 환원정도는 이 분급물에 추가로 직접 공급된 2차 환원가스량을 조정함으로써 조정된다.

본 발명에 따른 공정의 간단한 실시예에서는 제1 환원스테이지에서 환원된 미립자 분급물 및 조입자 분급물이 추가의 환원스테이지의 제1 유동층에서 함께 더 환원되며, 미립자 분급물은 다시 분리되어 추가의 유동층에 공급되고 거기에서 더 환원된다.

제1 환원스테이지에서 환원된 미립자 분급물은 추가의 환원스테이지의 추가의 유동층에 직접 공급되어 거기에서 더 환원되는 것이 적합하다.

본 발명에 따른 공정의 다른 간단한 공정 변형예는 미립자 분급물이 버너를 거치는 대신에 용융가스화대 내로 연통하는 산소공급수단에 매우 근접하여 용융가스화대 내로 장입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공정을 실행하는 설비는, 직렬로 배열된 최소한 2 개의 환원유닛, 상기 환원유닛으로부터 제1 반응로 내로 연통하는 철광석 및 플럭스를 포함하는 장입물질용 이송관, 환원가스용 가스공급관 및 상기 반응로에 형성된 환원제품을 반응로를 가진 추가의 환원유닛으로 연통시키는 이송관, 및 상단 가스용 가스배출관을 포함하고, 환원가스용 상기 가스공급관은 추가의 환원유닛으로부터의 환원가스용 가스배출관을 형성하며, 추가의 환원유닛에 형성된 환원제품용 다른 이송관은 산소함유가스 및 탄소매체용 공급관 및 선철 또는 용강 중간제품 및 슬래그용 출탕구가 제공된 용융가스화로 내로 연통하고, 추가의 환원유닛 내로 연통하는 용융가스화로에 형성된 환원가스용 환원가스공급관이 용융가스화로에서부터 분기되는 설비로서, 상기 각각의 환원유닛에는 광석 흐름방향으로 직렬로 배열된 최소한 2 개의 반응로가 제공되며, 상기 각각의 반응로와 연통하는 환원가스용 하나의 가스공급관이 평행으로 배열되고, 환원가스 배출수단이 철광석의 흐름방향으로 보아 맨 앞쪽에 있는 반응로에서부터 환원될 철광석의 미립자 분급물용의 동일 환원유닛 중 다른 반응로 내로 연통하며, 환원제품용 이송관이 각각의 반응로에서 분기되고, 또한 제1 환원유닛으로부터 유도된 2 개의 이송관은 추가의 환원유닛 내로 연통하며 추가의 환원유닛으로부터 분기되는 이송관은 - 이것이 최종 환원유닛을 형성하는 경우 - 용융가스화로에 별개로 통하고, 즉 최종 환원유닛의 제1 반응로에서 분기되는 이송관은 용융가스화로 내로 직접 연통하며 최종 환원유닛의 추가의 반응로에서 분기되는 이송관은 산소농축 사이트, 바람직하게는 버너를 거쳐 용융가스화로 내로 연통하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 제1 환원유닛에서부터 유도된 2 개의 이송관은 추가의 환원유닛에 함께 연통된다.

환원유닛의 추가의 환원반응로에서부터 유도된 이송관은 연속하여 배열된 환원유닛의 추가의 반응로 내로 직접 연통되는 것이 적합하다.

다른 바람직한 실시예는 제1 환원유닛에 선행하여 철광석용 예열로가 제공되며 상단 가스를 상기 제1 환원유닛으로부터 전달하는 가스관이 상기 예열로 내로 연통하는 것을 특징으로 한다.

다음에, 본 발명을 몇 가지 예시적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 따른 본 발명의 설비에는 직렬로 연속하여 연결된 2 개의 환원스테이지(1', 2'), 즉 환원유닛(1, 2)이 제공되어 있고, 최소한 미세한 부분(이하 미립자 분급물이라고 함) 및 굵은 부분(이하 조입자 분급물이라고 함)을 가지며 선택적으로 사전 예열된 철광석이 - 선택적으로 플럭스와 혼합되어 - 광석공급관(3)을 거쳐 제1 환원유닛(1)에 공급된다. 상기 제1 환원유닛에서는, 예비환원 및 - 철광석이 사전 예열되지 않은 경우 - 예열 또한 일어난다. 상기 제1 환원유닛(1)은 다음과 같이 구성된다.

제1 환원유닛(1)에는 제1 반응로(4)가 제공되어 철광석(5)으로 형성된 제1 유동층(6)을 수용한다. 유동층(6)은 제1 반응로(4)를 둘러싸는 원형관(8)으로부터 분기되는 가스공급관(7)을 거쳐 반경방향 대칭으로 공급된 환원가스에 의하여 유지된다. 광석공급관(3)은 반응로와 횡방향으로 연통한다.

원뿔대형(frustoconically)으로 좁아지는 제1 반응로(4)의 하측말단에는 예비환원된 철광석용 배출수단(10)이 제공된다. 단면(11)이 원형을 나타내는 것이 적합한 제1 반응로(4)의 상측말단에는, 반응로 단면(11)과 비교하여 단면(13)이 수축된, 바람직하게는 단면(13)이 또한 원형인 대략 수직으로 위치된 환원가스 배출수단(12)이 유동층(6)의 위에 거리를 두고 제공된다. 따라서, 배출수단(12)이 노즐형 수축부를 형성한다. 배출수단(12)이 수직으로 배치됨으로써, 상향으로 흐르는 환원가스에 때때로 동반되는 보다 큰 광석입자 또는 유동층(6) 내로 환원 중에 형성되는 덩어리의 재순환이 가능하다.

제1 반응로(4)의 바로 위에는 추가의 반응로(14)가 제공되어 추가의 유동층(15)을 수용한다. 제1 반응로(4)의 단면(11)보다 큰 원형의 단면(16)을 가진 상기 추가의 반응로(14) 내로, 제1 반응로(4)의 배출수단(12)이 반경방향 대칭으로 배열된, 즉 여기서는 중앙으로 배치된 가스공급구(17)를 거쳐 연통되며, 제1 반응로(4)에서 배출되는 철광석(5)의 일부, 이른바 입경분포 중 낮은범위의 입경(미립자 분급물)을 가진 부분을 동반하는 환원가스가 상기 가스공급구를 통하여 유동층(15)으로 투입되어 이 유동층을 형성한다. 추가의 반응로(14)의 하측말단도 마찬가지로 원뿔대형으로 구성되며, 제1 반응로(4)에 대하여 반경방향 외측으로 캔틸레버하는(cantilevering) 추가의 반응로(14)에는 원형링 형상, 즉 외측으로 연장되는 원형링 형상의 확장부(18)가 제공된다.

추가의 반응로(14)의 상기 확장부(18)에는 반경방향 대칭으로 배열된 가스분포바닥(19)이 제공되어, 가스공급관(20)을 거쳐 흘러드는 2차 환원가스를 직접 공급하며, 추가로 제1 반응로(4)에서부터 추가의 반응로(14) 내로 흘러드는 환원가스와 함께 추가의 반응로(14)에 유동층(15)을 형성할 뿐만 아니라 상기 유동층(15)에 존재하는 분광석을 충분하게 환원한다. 이 경우에, 제1 반응로(4)에서부터 흘러나오는 환원가스의 환원전위 또한 사용된다. 천공된 바닥(perforated bottom), 시브 바닥(sieve bottom), 밸브 트레이(valve tray) 또는 버블 플레이트(bubble plate)등으로 구성될 수 있는 가스분포바닥(19)은 중앙으로 배치된 가스공급구(17)를 향하여 뾰족하게(대략 원뿔대형으로) 설계되어 보다 큰 광석입자 또는 광석입자로 형성된 덩어리가 제1 반응로(4)의 유동층(6) 내로 낙하되어 상기 유동층에서 더 환원된다. 가스공급관(7, 20)은 가스흐름을 위하여 평행으로 배열되어 제공된다.

추가의 반응로(14)의 그 상측말단에는 반경방향 외측으로 향하는, 즉 외측으로 캔틸레버하는 확장부(21)가 제공되고, 그 결과 가스속도가 유동층(15) 위에서 현저하게 저하, 예를 들면 유동층(15) 내 속도의 대략 절반으로 저하되어 상단에서 배출관(22)을 거쳐 배출되는 사용된 환원가스와 함께 배출된 분진이 강렬하게 환원된다. 사용된 환원가스는 사이클론(23)에서 청정되며, 상기 사이클론에서 이렇게 분리된 미립자는 선택적으로 재순환관(24)을 거쳐 추가의 반응로(14)의 유동층(15) 내를 다시 통과한다. 추가의 반응로(14)에는 상기 반응로에서 환원된 분광석용의 이송관(25)으로 구성된 별개의 배출수단이 제공된다.

환원유닛 내부에서는, 광범위한 입경(예를 들어 0.01 ∼ 8 mm 범위의 크기)을 가진 장입된 철광석(5)이 환원가스에 의한 윈드시프팅(windsifting)으로 조입자 분급물 및 미립자 분급물, 즉 상이한 입경 분포를 가진 분급물로 분리된다. 따라서, 유동화를 위한 흐름조건 및 철광석의 입자 베이킹(baking)까지의 유지시간을 최적으로 조정할 수 있다.

제1 반응로(4)에서 배출된 미립자는, 미립자가 수축부(12)를 통하여 빠른 속도로 상향하여 흐르는 환원가스에 의하여 다시 상측으로 동반되기 때문에, 노즐형 수축부(12)로 인하여 상기 제1 반응로(4) 내로 다시 흘러 들어가는 것이 방지된다. 환원가스 공급관(8, 20)에 제공된 체적제어장치(volume controlling devices)(26)로 인하여 최적의 가스흐름 및 각각의 분급물, 즉 각각의 유동층(6, 15)에 대한 광석입자의 환원가스 내 최적의 유지시간을 확보할 수 있다. 따라서, 미립자 분급물 및 조입자 분급물 양자 모두를 가진 분광석의 금속화를 위한 소정의 온도를 환원가스는 가능한 적게 소모하면서 소정의 시간 이내에 정확하게 조정할 수 있다.

배출수단(10)에 의하여 제1 반응로(4)에서부터 배출된 철광석(5) 중 환원된 조입자 분급물은 이송관(27)으로 구성된 고체 배출수단을 거쳐 전방으로 이송된다. 사이클론(23)에 연결된 관(28)을 거쳐, 정화된 가스가 상기 배출된 가스에 포함된 잉여 분진과 함께 배출된다.

예비환원된 철광석이 해면철로 대부분 완전하게 환원되는 제2 환원유닛(2)에는 2 개의 반응로(29, 30)가 별개로, 즉 서로 분리되어 제공된다. 조입자 분급물용 이송관(27) 및 미립자 분급물용 이송관(25)은 함께, 직렬로 배열되어 환원될 물질을 수용하는 2 개의 반응로 중 제1 반응로(29)와 연통하고, 환원가스가 가스공급관(31)을 거쳐 상기 제1 반응로의 바닥을 통하여 공급된다. 제1 반응로에서도 윈드시프팅이 또한 일어나고, 여기에서 분리된 예비환원된 분광석, 즉 미립자 분급물은 제2 환원유닛(2)의 제1 반응로(29)의 상측말단에 배열된 가스배출수단(32)을 거쳐 상기 환원유닛(2)의 추가의 환원반응로(30)에 환원가스와 함께 공급된다.

변형예에 있어서, 배출수단을 거쳐 배출된 미립자 분급물은, 도 1에 쇄선으로 도시된 바와 같이, 이송관(25')을 거쳐 제2 환원유닛(2)의 추가의 반응로(30)에 직접 공급될 수도 있다.

상기 추가의 반응로(30)에는, 환원가스가 공급관(33)을 거쳐 상기 반응로의 바닥을 거쳐 공급되며, 이 환원가스는 상기 제2 환원유닛(2)의 제1 반응로(29)에서부터 가스배출관(32)을 통과해 온 환원가스와 함께 상기 추가의 반응로(30)의 상향으로 넓어지는 돔에서 제1 환원유닛(1)으로 공급된다.

제2 환원유닛(2)의 제1 반응로(29)에서 이송관(34)을 거쳐 배출되는 조입자 분급물은 중력의 영향으로 용융가스화로(35)에 전달되고, 제2 환원유닛(2)의 추가의 반응로(30)에서 배출관(36)을 거쳐 배출된 미립자 분급물은 용융가스화로(35)의 돔(37)에 배열된 버너(38)를 거쳐 용융가스화로(35)에 전달된다. 버너(38)로 인하여 미립자 분급물 입자가 덩어리로 되어 이들 입자가 중력의 영향으로 용융가스화대(39) 내를 통과한다.

용융가스화로(35) 내부의 용융가스화대(39)에는, 석탄 및 산소함유가스로부터 CO- 및 H₂-함유 환원가스가 생산되어 환원가스 공급관(40)을 거쳐 제2 환원유닛(2)의 2 개의 반응로(29, 30)에 전달된다.

용융가스화로(35)에는 고체 탄소매체용 공급관(41), 산소함유가스용 공급관(42) 및 선택적으로 실온에서 액체 또는 기체인 탄화수소와 같은 탄소매체 및 칼신화된 플럭스용 공급관들이 제공되어 있다. 용융가스화로(35) 내부의 용융가스화대(39) 하측에는, 용융선철(43) 또는 용강 중간제품 및 용융슬래그(44)가 포집되어 출탕구(45)를 통하여 배출된다.

슬래그(44) 위에는 탄소매체(코크스)로 형성된 고정층 I가 형성되고, 상기 고정층 위에는 탄소매체(코크스 입자) 조입자 및 그 위에 미립자로 형성된 유동층 II가 형성된다.

용융가스화로(35)에서 분기되어 2 개의 반응로(29, 30) 내로 연통하는 환원가스 공급관(40)에는 고온가스 사이클론과 같은 탈분진수단(46)이 제공되며, 상기 고온가스 사이클론(46)에서 분리된 분진입자는 질소를 이송수단으로 하여 복귀관(47)을 거치고 산소를 송풍하면서 버너(48)를 통과하여 용융가스화로(35)에 공급된다. 버너(48)는 유동층 II의 높이레벨 또는 유동층 II의 높이 위에 배열될 수 있다.

환원가스의 온도를 조정하기 위하여, 환원가스 공급관(40)에서 분기되며 스크러버(50) 및 컴프레서(51)를 거쳐 환원가스 중 일부를 환원가스 공급관(40) 내로 다시 공급하는 가스재순환관(49)을 이른바 고온가스 사이클론(46)의 선행 위치에 제공하는 것이 바람직하다.

도 2에 나타낸 실시예에 있어서, 제1 환원유닛(1)은 선행하여 위치된 예열스테이지(52)에 연결되어 있으며, 상기 예열스테이지 내에는 제1 환원유닛(1)으로부터 예열가스로서 배출되는 상단 가스 중 일부 및 공기공급관(53)을 거쳐 공기가 공급되고, 2 개의 환원유닛(1, 2)은 서로 동일한 설계, 이른바 도 1에 나타낸 실시예의 제1 환원유닛(1)과 동일한 방식으로 구성된다.

도 3에 있어서, 제1 환원유닛(1)은 도 1에 나타낸 실시예의 제2 환원유닛(2)과 대응하며 제2 환원유닛(2)은 도 1에 나타낸 실시예의 제1 환원유닛(1)과 대응한다.

도 4는 완전하게 환원된 미립자 분급물이 버너(38)를 거치지 않고 용융가스화로(35) 내로 직접 장입되는 변형예에 따른 설비의 상세를 나타낸다. 배출관(36)이 용융가스화로(35) 내부와 연통하는 입구사이트 근처에 산소공급관(42')이 통해 있어서, 상기 변형예에 있어서도 미립자 분급물 입자가 즉시 덩어리로 될 수 있으며 이 덩어리가 용융가스화로(35)에서부터 전달된 환원가스에 의하여 배출되는 것이 방지된다. 배출관(36)의 입구사이트는, 도 4에 쇄선으로 나타낸 관(36') 및 쇄선으로 나타낸 산소공급관(42")과 같이, 용융가스화로(35)의 하측 부분에 또한 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 공정기술 면에서 달성되는 장점은, 특히, 무엇보다도 조입자 분급물 및 미립자 분급물로의 분리가 비교적 예민하고 정확하게 조정될 수 있어서 가능한 많은 부분이 중력으로 직접 장입될 수 있고, 꼭 필요한 부분만이 버너(38) 또는 산소농축사이트를 거쳐 용융가스화로(35) 내에 장입된다는 것이 중요한 예이다. 그 결과, 버너가 많이 운전되지 않고, 즉 용융가스화로(35)의 돔(37)의 온도가 낮아져서 총 에너지 소모가 줄어들며 환원가스의 냉각이 상대적으로 거의 필요없게 된다. 또한, 이것은 점착위험을 감소시킨다. 미립자 분급물은 장입 중에 용융되므로 용융가스화로가 분진으로 채워지지 않는다. 미립자 분급물을 용융시키는 에너지는 다음의 화학반응, 즉 2Fe + O₂= 2FeO를 거쳐 릴리스되므로 버너는 추가의 탄소가 필요없이 운전가능하다.

본 발명은 도시된 예시적인 실시예에만 한정되는 것이 아니고 여러 가지 양태로 변형될 수 있다. 당해기술 분야의 숙련자는 환원스테이지 즉 환원유닛의 개수를 자유롭게 선택할 수 있다. 이들 개수는 원하는 공정 흐름에 따라서 장입물질의 함수로서 선택될 수 있다.

Claims (10)

1. 미세한 부분이 일부 함유된 철광석(5) 및 플럭스를 포함하는 장입물질로부터 용융선철(43) 또는 용강 중간제품을 생산하는 방법에 있어서,

   철광석이 환원스테이지(1', 2')에서 유동층법에 의하여 해면철로 직접 환원되고 상기 해면철은 탄소매체 및 산소함유가스의 공급으로 용융가스화대(39)에서 용융되며, CO- 및 H₂-함유 환원가스가 생산되어 환원스테이지(1', 2')의 환원대 내에 투입되어, 상기 환원대에서 반응된 다음, 상단 가스로서 배출 및 선택적으로 소비기에 공급되고,

   - 상기 환원스테이지(1', 2') 각각은 2개의 별개의 유동층(6,15)을 가지고, 제1 환원스테이지(1')에서, 철광석(5)은 환원가스의 도움으로 입경분포가 서로 상이한 조입자 분급물 및 미립자 분급물로 분류되며,

   - 각 분급물은 환원가스에 의하여 별개의 유동층(6, 15)에서 환원되며,

   - 상기 환원가스는 조입자 분급물을 포함하는 제1 유동층(6)을 형성하며 미립자 분급물을 상기 제1 유동층으로부터 분리시키고,

   - 또한, 상기 유동층(15)의 미립자 분급물이 환원되어 확실하게 금속화될 수 있는 양이나 화학적 조성, 또는 금속화될 수 있는 양과 화학적 조성으로 환원가스를 추가로 추가의 유동층(15)내에 직접 투입하고, 그리고

   - 환원된 철광석(5)은 제1 유동층 및 추가의 유동층(6, 15) 양자로부터 배출되며,

   - 제1 환원스테이지(1')에서 환원된 미립자 및 조입자 분급물은 제1 환원스테이지(1')에서와 동일한 방식으로 운전되는 추가의 환원스테이지(2')에서 추가로환원되고, 마지막 환원스테이지(2')로부터 미립자 분급물은 산소의 공급으로, 버너에 의하여 덩어리가 되면서 용융가스화대(39) 내로 투입되며 조입자 분급물은 용융가스화대(39) 내에 중력으로 직접 공급되는

   것을 특징으로 하는 용융선철 또는 용강 중간제품의 생산방법.
2. 제1항에서,

   상기 환원스테이지(1', 2') 양자 모두에서, 분리된 미립자 분급물의 입경분포는 제1 유동층(6)에 단위시간당 공급된 환원가스의 양을 조정함으로써 전체 입경분포의 함수로서 조정되는 동시에, 미립자 분급물의 환원온도는 상기 분급물에 추가로 직접 공급된 2차 환원가스의 양을 조정함으로써 조정되는 것을 특징으로 하는 용융선철 또는 용강 중간제품의 생산방법.
3. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 제1 환원스테이지(1')에서 환원된 미립자 분급물 및 조입자 분급물은 추가의 환원스테이지(2')의 제1 유동층(6)에서 함께 추가로 환원되며, 상기 미립자 분급물은 다시 한번 분리되어서 추가의 유동층(15)에 공급되어 추가로 환원되는 것을 특징으로 하는 용융선철 또는 용강 중간제품의 생산방법.
4. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 제1 환원스테이지(1')에서 환원된 미립자 분급물은 추가의 환원스테이지(2')의 추가의 유동층(15)에 공급되어 추가로 환원되는 것을 특징으로 하는 용융선철 또는 용강 중간제품의 생산방법.
5. 제1항 또는 제2항에서,

   상기 미립자 분급물은 버너(38)를 거치는 대신에, 용융가스화대 내로 연통하는 산소공급수단에 매우 근접하여 용융가스화대(39) 내로 투입되는 것을 특징으로 하는 용융선철 또는 용강 중간제품의 생산방법.
6. 직렬로 배열된 환원유닛(1, 2), 상기 환원유닛으로부터 제1 반응로(4, 29) 내로 연통하는 철광석(5) 및 플럭스를 포함하는 장입물질용 이송관(3), 환원가스용 가스공급관(7) 및 상기 반응로에 형성된 환원제품을 제1 반응로(29)를 가진 추가의 환원유닛(2)으로 연통시키는 이송관(27), 및 상단 가스용 가스배출관(22)을 포함하고, 환원가스용 가스공급관(7)은 추가의 환원유닛(2)으로부터의 환원가스용 가스배출관을 형성하며, 추가의 환원유닛(2)에 형성된 환원제품용 다른 이송관(34)은 산소함유가스 및 탄소매체용 공급관(41, 42) 및 선철(43) 또는 용강 중간제품 및 슬래그(44)용 출탕구(45)가 제공된 용융가스화로(35) 내로 연통하고, 추가의 환원유닛(2) 내로 연통하는 용융가스화로(35)에 형성된 환원가스용 환원가스공급관(40)이 상기 용융가스화로(35)에서부터 분기되는 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 실행하기 위한 설비로서,

   각각의 환원유닛(1, 2)에는 광석 흐름방향으로 직렬로 배열된 별개의 유동층(6,15)을 각각 가지는 반응로(4, 14; 29, 30)가 제공되며, 상기 각각의 반응로와 연통하는 환원가스용 하나의 가스공급관(7, 20; 31, 33)이 평행으로 배열되고, 환원가스 배출수단(12, 32)이 철광석의 흐름방향으로 보아 맨 앞쪽에 있는 제1 반응로(4, 29)에서부터 환원될 철광석(5)의 미립자 분급물용의 동일 환원유닛(1 또는 2) 중 추가의 반응로(14; 30) 내로 연통하며, 환원제품용 이송관(25, 27, 34, 36)이 각각의 반응로(4, 14; 29, 30)에서 분기되고, 또한 제1 환원유닛(1)으로부터 유도된 2 개의 이송관(25, 27)은 추가의 환원유닛(2) 내로 연통하며 추가의 환원유닛(2)으로부터 분기되는 이송관(25, 27)은, 상기 환원유닛(2)이 최종 환원유닛을 형성하는 경우, 용융가스화로(35)에 별개로 연통하여, 최종 환원유닛(2)의 제1 반응로(4; 29)에서 분기되는 이송관(34)은 용융가스화로(35) 내로 직접 연통하고, 최종 환원유닛(2)의 추가의 반응로(14; 30)에서 분기되는 이송관(36)은 산소농축 사이트에서 용융가스화로(35) 내로 연통하는 것을 특징으로 하는 용융선철 또는 용강 중간제품의 생산설비.
7. 제6항에서,

   제1 환원유닛(1)으로부터 유도된 2 개의 이송관(25, 27)은 추가의 환원유닛(2)에 함께 연통되는 것을 특징으로 하는 용융선철 또는 용강 중간제품의 생산설비.
8. 제6항에서,

   환원유닛의 추가의 반응로(14; 30)에서부터 유도되는 이송관(25)은 연속하여 배열된 환원유닛(2)의 추가의 반응로(14; 30) 내로 직접 연통하는 것을 특징으로 하는 용융선철 또는 용강 중간제품의 생산설비.
9. 제6항에서,

   제1 환원유닛(1)에는 철광석(5)용 예열로(52)가 선행하며, 상기 예열로 내에는 상기 제1 환원유닛으로부터 상단 가스를 전달하는 가스관이 연통하는 것을 특징으로 하는 용융선철 또는 용강 중간제품의 생산설비.
10. 제6항에서,

    상기 최종 환원유닛(2)의 추가의 반응로(14; 30)에서 분기되는 이송관(36)은 산소농축 사이트에서 버너(38)을 거쳐 용융가스화로(35) 내로 연통하는 것을 특징으로 하는 용융선철 또는 용강 중간제품의 생산설비.