KR100635420B1 - 석탄 연소 증진제 및 용광로에서 그의 사용 방법 - Google Patents

Abstract

제조시 코우크스 및 석탄을 용광로에 가하는 철의 제조 방법에 있어, 용광로 작업을 향상시키는 개선이 개시되어 있다. 지르코늄, 크롬, 몰리브데늄, 텅스텐, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 알루미늄, 주석 및 납으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 원소가 화합물 형태로 석탄에 첨가됨으로써 용광로에 가해지는 코우크스의 양을 감소시킬 수 있다.

철 광석, 코우크스, 석탄, 용광로, 연소 보조제.

Description

석탄 연소 증진제 및 용광로에서 그의 사용 방법 {Coal Combustion Enhancer and Method of Using in Blast Furnace}

철 광석으로부터 공업용 등급 철 또는 선철을 제조하기 위한 용광로 방법은 본질적으로 탄소를 사용한 산화철의 환원에 기초한다. 사용된 탄소는 일반적으로 코우크스 형태이다. 코우크스의 비용 및 이용가능성때문에, 이 물질은 종종 천연가스, 석탄, 연료 오일 등으로 부분적으로 대체된다. 미분쇄된 석탄, 가스 또는 액체 석유 제품을 용광로에 주입하여 간접 환원을 촉진하고, 용광로 산출량을 증가시키고, 생산하기에 고비용이며 대체하는 것이 바람직한 물질인 코우크스의 소비를 감소시키는 것이 가능하다. 용광로 기술에서 최근의 많은 개발은 값비싼 코우크스를 덜 비싼 대체물로 부분적으로 대체하는 방법에 중점을 두어왔다. 그러나, 현대 기술로는 코우크스를 조 오일, 타르, 잔류 오일 또는 연료 오일과 같은 액체 연료로 단지 소정량으로만 대체할 수 있다. 이러한 물질을 용광로에 도입하여 코우크스 소비를 감소시키는 것은 이러한 물질을 미립화하고 용광로중으로 취입 분사하는 것을 필요로 한다. 불행하게도, 이러한 유형의 과정은 종종 오염의 관점에서 바람직하지 못하며 용광로 공정의 평형을 불안정하게 하는 상당한 그을음 형성을 초래한다.

용광로 공정에서, 연료, 일반적으로 코우크스 및 플럭스, 석회석 또는 돌로 마이트와 함께 철 광석, 소결물, 스크랩 또는 다른 철 공급원을 포함하는 철 함유 물질을 상부로부터 용광로에 충전시킨다. 용광로는 연료의 일부를 연소시켜 철 광석을 용융시키는 열을 생성하고, 나머지 연료는 철 및 철과 탄소의 배합물을 환원시키는데 활용된다. 통상의 용광로에서 충전물은 제조된 선철 1톤당 철 또는 다른 철 함유 물질 약 1.7 톤, 코우크스 또는 다른 연료 0.5 내지 0.65 톤 및 석회석 및(또는) 돌로마이트 약 0.25 톤이다. 이외에, 공기 1.8 내지 2.0 톤이 상기 공정시 용광로중으로 송풍된다.

미분쇄된 석탄 주입은 수년동안 코우크스의 사용을 감소시키고 선철의 제조에 있어 용광로 조업 효율을 향상시키는데 이용되어왔다. 용광로에서 코우크스를 미분쇄된 석탄으로 대체할 수 있음으로 인해 오염을 감소시키고(코우크스가 덜 필요함), 철 제조와 관련된 비용을 감소시킬 수 있다.

실제로, 철 함유 원료(소결물, 철 광석, 펠렛 등), 연료(코우크스) 및 플럭스(석회석, 돌로마이트 등)를 용광로의 상부에 충전시킨다. 가열된 공기(돌풍)를 용광로의 바닥에 있는 풍구로서 공지된 개구를 통해 용광로에 송풍한다. 풍구 저장소에는 보충 연료(가스, 오일 및 미분쇄된 석탄)가 주입되는 주입 랜스(lance)가 장착되어 있다. 송풍 공기는 연료를 연소하고, 철을 제조하는 제련 화학을 용이하게 한다. 용광로부터의 연소 가스를 송풍 공기를 예열하는데 사용되는 스토브에서 또는 다른 용도, 예를 들어, 코우크스 오븐, 보일러 등에서 연소시키기 전에 스크러빙하여 입자 및 다른 유독 가스를 제거한다.

<바람직한 실시 양태의 상세한 설명>

미분쇄된 석탄의 사용은 용광로 작업에서 통상적이지만, 본 발명의 발명자들은 바람직하게는 석탄을 풍구에 주입하기 전에 연소 촉매/보조제를 석탄에 첨가하는 경우 코우크스를 석탄으로 대체할 수 있는 능력이 크게 향상될 수 있다는 것을 발견하였다. 연소 촉매/보조제의 사용으로부터 얻는 이점에는 저급 석탄을 사용할 수 있는 능력, 더 많은 코우크스를 석탄으로 대체할 수 있는 능력, "석탄 구름"(풍구에 주입된 미분쇄된 석탄이 용광로에서 어두운 구름으로서 보이는 가시적 효과)의 최소화, 점화열 손실(LOI)의 감소, 슬래그 함량의 감소, 미립자 방출의 감소 및 고품질 철 등이 있다.

석탄 연소 보조제는 지르코늄, 몰리브데늄, 텅스텐, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 알루미늄, 주석 및 납으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물 형태의 금속 원소이다. 본 발명의 바람직한 실시 양태에서, 금속 원소는 구리이다. 특히 바람직한 실시 양태에서, 황산구리 및 계면활성제(예를 들어, 론 앤드 하아스(Rohn & Haas)에서 시판되는 트리톤(Triton)(등록상표) 계열의 비이온계 계면활성제)의 배합물을 석탄에 첨가한다.

하기 실시예는 본 발명의 적용을 입증한다.

용광로 작업에 대한 미분쇄된 석탄 연소 촉매/보조제의 효과
파라미터	단위	연소 촉매/보조제가 없음	연소 촉매
코우크스 속도	Kg/thm	481	457
코우크스 회분	%	18.96	17.88
석탄 속도	Kg/thm	130	138
총 연료	Kg/thm	611	595
연소 첨가제	ml/ton 석탄	0	300-600
열풍 온도	℃	1160	1175
생산 속도	tpd	3466	3600
가스중 분진	mg/N㎥	19.34	15.51
thm: 용융 금속의 톤수, tpd: 1일당 톤수

표 1에 나타낸 바와 같이, 열풍 온도 1160℃로 충전되는 481 Kg/thm의 코우크스와 함께 130 Kg/thm의 미분쇄된 석탄을 풍구에 주입함으로써 총 연료 속도 611 Kg/thm 및 생산 속도 3,466 tpd를 얻었다. 또한, 연료 가스중에 미립자 물질은 19.34 mg/N㎥이었다.

석탄을 미분쇄하고 풍구에 주입하기 전에 석탄상에 수용액으로서 분무된 연소 촉매/보조제(19 중량%의 황산구리)를 첨가함으로써, 코우크스 속도가 481 Kg/thm에서 457 Kg/thm로 감소하였고, 석탄 속도는 130 Kg/thm에서 138 Kg/thm로 증가하였다. 연소 촉매의 존재하에, 총 연료 속도는 611 Kg/thm에서 595 Kg/thm로 감소하고, 열풍 온도는 1160℃에서 1175℃로 증가하고, 생산 속도는 3466 tpd에서 3600 tpd로 증가하였다. 오프 가스상에 함유된 분진이 19.34 mg/N㎥에서 15.51 mg/N㎥로 상당히 감소하였다. 분진 부가량에 있어 이러한 감소는 연소의 개선을 입증하고, "석탄 구름"이 연소 촉매/보조제 공급시 관찰되지 않았다는 가시적 관찰과 일치한다.

추가 평가를 수행하고, 결과를 하기 표 2에 요약하였다. 표에서 나타낸 바 와 같이, 연소 촉매/보조제의 첨가는 23 Kg/thm의 총 연료 속도의 실질적인 감소를 초래한다. 이러한 총 연료의 감소는 비촉매화된 시험의 기준 시간보다 생산 속도의 상당한 증가를 수반하였다.

용광로 작업에 대한 미분쇄된 석탄 연소 촉매/보조제의 효과
파라미터	기준 시간(촉매 없음)	촉매
코우크스 속도	470	459
코우크스 회분	17.71	17.91
석탄 속도	125	113
총 연료	595	572
연소 첨가제	0	300-600
열풍 온도	1164	1165
생산 속도	3428	3617
표 1에서 정의된 단위

상기 기재된 바와 같이, 연소 촉매/보조제는 황산구리를 함유하는 수용액이었다. 구리와 같은 전이금속은 "그을음" 또는 미연소된 탄소중에 흡장됨으로써 나중의 불꽃 대역에서 가장 활성일 것으로 믿어진다. 이어서, 금속의 흡장은 불꽃 대역에서 산화를 가속화시킨다.

다른 물질이 또한 본 발명의 목적에 효과적일 수 있다. 그러한 물질에는 구리, 바륨, 코발트, 망간의 다양한 염, 및 알칼리 및 알칼리 토금속의 질산염 및 탄산염이 포함된다. 또한, 무기(예를 들어, 염화물, 황산염, 탄산염, 산화물 등) 및 유기(예를 들어, 옥살레이트) 음이온과 결합한 상기 기재한 금속 이온뿐만 아니라 유기금속 화합물이 또한 효과적일 것으로 예측된다.

본 발명이 특정 실시 양태에 대해 기재되었지만, 본 발명의 많은 다른 형태 및 변형이 당업계의 숙련자에 명백하다. 첨부된 청구의 범위 및 본 발명은 일반적 으로 본 발명의 정신 및 범위에 있는 그러한 명백한 모든 형태 및 변형을 포함하는 것으로 이루어져야 한다.

Claims (12)

1. 제조시 석탄을 보조 연료로서 용광로에 가하는 철의 제조에 있어서, 지르코늄, 몰리브데늄, 텅스텐, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 알루미늄, 주석 및 납으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 원소의 황산염인 연소 보조제를 상기 용광로의 조업 효율을 향상시키며 용광로에 가해지는 코우크스의 양을 감소시키는데 유효한 양으로 석탄에 가하는 것을 포함하는, 상기 용광로 조업 효율의 향상 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 연소 보조제를 용광로에 첨가하기 전에 석탄과 배합하는 용광로 조업 효율의 향상 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 연소 보조제를 석탄 1톤당 300 내지 600 ml로 첨가하는 용광로 조업 효율의 향상 방법.
4. 제1항에 있어서, 계면활성제를 석탄에 첨가하는 것을 더 포함하는 용광로 조업 효율의 향상 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 금속 원소가 구리인 용광로 조업 효율의 향상 방법.
6. 제조시 석탄을 보조 연료로서 용광로에 가하는 철의 제조에 있어서, 구리, 바륨, 코발트, 망간 또는 이들의 혼합물의 황산염인 연소 보조제를 상기 용광로 조업 효율을 향상시키며 용광로에 가해지는 코우크스의 양을 감소시키는데 유효한 양으로 석탄에 가하는 것을 포함하는, 상기 용광로 조업 효율의 향상 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 연소 보조제를 용광로에 첨가하기 전에 석탄과 배합하는 용광로 조업 효율의 향상 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 연소 보조제를 석탄 1톤당 300 내지 600 ml로 첨가하는 용광로 조업 효율의 향상 방법.
9. 제6항에 있어서, 계면활성제를 석탄에 첨가하는 것을 더 포함하는 용광로 조업 효율의 향상 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 연소 보조제가 황산구리인 용광로 조업 효율의 향상 방법.
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