KR100654478B1

KR100654478B1 - 로타리 노상 노에 공급재료 환원 방법과 장치

Info

Publication number: KR100654478B1
Application number: KR1020017011741A
Authority: KR
Inventors: 링커프랭크린지.; 호르네디네에이.; 토른톤제임스알랜
Original assignee: 모미 리서치 앤드 엔지니어링 인코포레이티드
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2006-12-05
Also published as: AU768518B2; CA2366290A1; CN1338036A; WO2000055559A1; CA2366290C; KR20020001772A; AU3090899A; JP2002539415A; CN1175237C

Abstract

본원은 공급재료를 환원하기 위한 로타리 노상 노에 관한 것이다. 로타리 노상 노(10)는 회전운동을 위해 장착되고 포위체에 배치된 회전동작 노상(12)을 구비한다. 포위체는 환형상 내벽(14)과, 환형상 외벽(16) 및 천정(18)을 구비한다. 포위체는 노에 밀봉되며, 적어도 적재구역(28)과 처리구역(24)과 방출구역(22)을 구비하는 복수 구역으로 분할된다. 노는 부가로 공급재료의 처리공정으로 발생되는 가스와 버너로부터의 연소가스를 배기하도록 방출구역(22)과 예열구역(26)과의 사이에 노의 환원구역 내에 배치된 연도(30)와 로타리 노상 노 내에 제어온도를 제공하도록 포위체의 적어도 외벽에 배치된 복수 버너(20)를 부가로 구비한다. 상기 연도는 비연소된 미립물의 연소 및 침전용 공간을 갖고 있다. 물분무 냉각(water spray quench)은 공기 또는 산소의 유입으로 순차적으로 이어지는 연소가 상당한 산화질소를 생성하지 않도록 노 이탈-가스(furnace off-gas)의 온도를 저하 시킨다.

Description

로타리 노상 노에 공급재료 환원 방법과 장치{A METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING A FEED MATERIAL IN A ROTARY HEARTH FURNACE}

본 발명은 로타리 노상(爐床) 노와 로타리 노상 노에 공급재료를 환원하는 방법(a process of reducing a feed material)에 관한 것이다. 보다 특정적으로는, 본 발명은 개량된 연도(煙道) 시스템을 가진 로타리 노상 노와 로타리 노상 노에 공급재료를 환원하는 방법에 관한 것이다.

일반적인 로타리 노상 노는 환형상 내부 내화벽, 환형상 외부 내화벽 그리고 내외부 벽 사이에 배치된 환형상 노상(hearth)을 구비한다. 상기 노상은 그 원주부를 중심으로 배치된 롤러에 가동식으로 지지를 받고 있다. 고정 천정은 노상 위와 내외부 벽 사이에 배치된다. 내부 및/또는 외부 벽을 따라 배치된 복수개의 버너는, 고정 천정 내에서 회전동작 노상 위에 환형 공간 안으로 발화되어 다양한 구역, 예를 들면, 적재구역, 처리구역, 및 방출구역을 통해 회전동작 노상으로 전달된 공급재료를 가열한다.

운영 시에, 피가열 공급재료는 적재구역에 노상에 직접 배치되며, 여기서 공급재료는 공급재료의 노상 통로 둘레로의 반송으로 화학적 반응에 도움을 주는 처리가스와 복사 열을 받게 된다. 다음, 피처리 공급재료가 방출구역에 회전동작 노상에서 제거된다.

그 전체 내용이 참고로 본원에 기재된 미국특허 제4,597,564호와 제4,622,905호에 도시된 바와 같이 로타리 노상 노에서, 로타리 노상 노에서 생성되는 가스는 노의 방출구역으로부터 원격지고 적재구역에 인접하여 배치된 연도(flue)에서 배기된다. 상기 연도는 적재구역에 인접하고 노의 방출구역으로부터는 원격지게 배치되어, 방출구역으로부터 적재구역으로 가스를 인출하는 역류 유동 시스템, 예를 들면 피가열 공급재료에 대한 노출시간을 최대로 하기 위해 유출물이 노의 회전방향에 대해 역방향으로 흐르는 시스템을 생성한다. 상기 유동 시스템이 만족할 만하게 이행되어지더라도, 일반적인 역류 타입에서 방출구역 근처에 로타리 노상 노가 생성하는 가스는 수밀(水密) 터널을 통한 의도적인 가스 흐름의 방해로 연도로 직접흐르게 되어, 처리구역과 적재구역을 피해 흐르게 된다. 또한, 연도가 적재구역 또는 방출구역의 어느 하나에 인접하여 배치되면, 적재구역과 방출구역에서 압력차가 발생하여 적재구역과 방출구역을 통해 로타리 노상 노로부터 노 가스가 배출되는 것을 도와주게 됨을 예상할 수 있다.

또한, 철 공정의 직접환원법(the direct reduction of iron process)에서는, 노의 최종 구역에 고 CO/CO₂비율이 직접환원 철(DRI:the direct reduced iron)의 역산화를 방지하는데 필요하게 된다. 고 CO/CO₂비율을 유지하기 위해서, 버너는 상당히 낮은 공기 대 연료비(6.2 대 1이하)로 작동되어야 함을 예측할 수 있다. 이러한 낮은 공기 대 연료비는, 많은 연료사용으로 전환하는 6.12 공기/연료 비에서 예를 들면 84.5BTU/ft³ 천연가스의 수용할 수 없는 낮은 가연소 열 값(low available heat values)으로 변환한다. 열 문제를 향상하는 데에는 3개 대안을 활용하여 이용할 수 있다. 첫째는 연소공기를 예열하여 노 배기 가스로부터의 에너지를 회복하는 것, 둘째는 연소공기의 일부 또는 전부를 산소로 대체하는 것, 그리고 세째는 예열 연소공기와 산소 농축을 화합하는 것이다. 표1은 생성된 직접환원 철(DRI)의 1파운드 당 소모되는 천연가스의 파운드량과, 가연소 열에 대한 예열 연소 공기와 산소 농축에 대한 효과를 요약하여 나타낸 표이다.

표1: 약 2 CO/CO₂비에서 가연소 열과 산소 농축

상술된 견지에서, 종래기술의 문제에 직면하게 되는 개량된 로타리 노상 노의 필요의 증대성이 있음을 예상할 수 있다. 본 발명의 목적은 향상된 처리 가스흐름을 가진 로타리 노상 노를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 노의 방출구역 및/또는 적재구역의 어느 하나를 통하여 처리구역을 처리 가스가 피해지는 것을 방지하는 로타리 노상 노를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 로타리 노상 노에 공급재료를 환원하는데 유용한 에너지를 효율적으로 활용하는 로타리 노상 노를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 배기장비의 크기가 축소되게끔 로타리 노상 노의 연도를 빠져나가는 적층가스의 량을 효율적으로 저하시키는 로타리 노상 노를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 공급장치의 슬롯을 통하여 공급재료를 준비하는데 사용되는 유기질 또는 탄소질 접합재료에서 발생되는 잠재적 유독 증기의 방출이 없도록 적재구역으로부터 이격지게 통기장치를 제공하는 것이다. 이러한 사실은 처리 가스가 공기에서 산소와 결합되어 소각되어서 노의 예열구역 내에 열을 방출하게 허용하는 것을 기대할 수 있다. 본 발명의 다른 목적은 제조가 간단하고 경제적인 로타리 노상 노를 제공하는 것이다.

본 발명에 의거, 공급재료를 환원하는 로타리 노상 노가 제공된다. 본원의 로타리 노상 노는 회전이동을 할 수 있게 장착되고 내화 라인 포위체(refractory lined enclosure)에 배치된 회전동작 노상을 구비한다. 포위체는 환형상 내벽, 환형상 외벽 및 천정을 구비한다. 포위체는 노상에 밀봉된 상태로 조작가능하며, 적어도 적재구역, 예열구역, 처리구역 및 방출구역을 구비하는 복수의 구역으로 분할된다. 노는 부가적으로, 로타리 노상 노 내에 제어 온도를 제공하도록 포위체의 외벽에 배치된 복수개의 버너와, 공급재료를 처리하는 과정에서 발생되는 처리 가스와 버너에서 나오는 연소가스를 배기하도록 노의 처리구역과 예열구역 사이에 배치된 연도를 포함한다.

본 발명의 다른 특징 및 목적과 잇점을 첨부도면을 참고로 이하에 설명한다.

도1은 로타리 노상 노의 평면도.

도2는 도1의 2-2선을 따라 절취된 단면도.

도면에 나타낸 로타리 노상 노(10)에서 유사 특징부분에는 동일한 번호를 부여하였다. 도면에서, 당 분야의 기술인이 충분히 이해하고 있는 상세부분에 대해서는 본 발명의 로타리 노상 노(10)의 구조를 명료하게 설명할 목적으로 나타내지 않았다. 예를 들면, 기체성 및 특정한 고체성 물질을 조작하는데 소요되는 버너, 송풍기, 배관 및 덕트 작업과 같은 것은, 해당 성분이 당 분야의 기술인에 의해 본원에 기술된 본 발명의 전체 시스템에 필요에 따라 개조될 수 있는 것을 제외하고는 공지된 상용되는 성분이다. 참고자료로는, 1984년 미국 뉴욕주 맥그로우 힐 간행 화공 편람(the Chemical Engineer's Handbook, 7판); 1982년 죤 윌리 앤드 선스 인코포레이티드에서 켈리, 이. 지(Kelly,E.,G.,)의 미네널 프로세싱 안내서(Introduction To Mineral Processing)가 있으며, 다양한 장치와 공정 구조 및 상태를 상세하게 설명하는 화공산업 문헌들이다.

도면에 도시된 로타리 노상 노(10)는, 역시계방향으로 그 중심을 중심으로 회전운동하도록 장착된 노상(12)을 구비한다. 노상(12)은 당 기술분야에서 널리 공지된 바와 같이 그 원주부 둘레에 배열된 롤러에 지지를 받으며 도너츠 모양의 포위체에 배치된다. 상기 포위체는 환형상 외측벽(14)과 환형상 내측벽(16)을 구비한다. 환형상 측벽(14, 16)은 양호하게 수직적으로 배치되고 당 기술분야에서 널리 공지된 내화재료로 제작된다. 고정 천정(18)은 내외측벽(14, 16)의 최상부 단부 사이에 배치되어 연결 된다. 포위체는 당 기술분야에서 공지된 바와 같이 수밀체(도시 않음)에 의해 노상(12)에 밀봉되며, 조작 가능한 것이다.

종래 설계로 이루어진 적절한 버너(20)를 포위체의 수직 외측벽(14) 및/또는 내측벽(16)에 배치한다. 버너(20)에는 오일, 석탄분 및/또는 가스와 같은 적절한 연료를 공급하여, 공기와 함께 연소 한다. 상기 버너(20)를 발화하여, 로타리 노상 노(10) 내에서 공급재료를 환원시키는데 적절한 조절된 온도(controlled temperature)를 제공한다. 휘발성 석탄을 함유/방출하는 공급재료를 처리할 때에는, 선택된 버너가 노 포위체 내부에 주어지는 것 외에 가연성 가스를 소각할 목적으로 공기 유입구로서 이용된다. 본원에서 부가적으로 설명되는 바와 같이 처리구역의 최종 사분면에서 고 환원 가스로서 운영할 때에는, 공기만을 선택된 버너에 유입하여서 부분적으로 가연성 가스를 소각한다.

일반적으로, 로타리 노변 노(10)는 적어도 적재구역(28), 예열구역(26), 처리구역(24) 및 방출구역(22)을 구비하는 복수의 구역으로 분할된다. 각각의 구역은 당 기술분야에서 널리 공지된 바로서 상기 구역 내에서 고온과 부식 분위기에 대해 내성을 지닌 합금 또는 세라믹 섬유로 구성된 차단막(도시 않음)에 의해 인접구역으로부터 분리되는 것이다. 본원에 사용된 "구역(zone)"용어는, 발생하는 기본작용이 예를 들어 적재동작, 예열동작, 처리동작, 및 방출동작과 같이 노의 다른 구획에서 발생하는 기본작용이 서로 다른, 로타리 노상 노의 인위적 분할영역을 칭하는 것으로 한다. 각각의 구역은 부가로 순차적인 사분면으로 분할될 수 있다. 여기서 사용되는 "사분면(quadrant)"용어는 노의 각각의 구역의 분리영역을 칭하는 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 사분면은 동일한 크기의 것이다.

적재구역(28)에서는 환원되는 공급재료가 로타리 노상 노(10)의 회전동작 노상(12)에 배분된다. 공급재료는 가열에 의해 환원되거나 또는 조절된 분위기에서 처리 가스에 노출되기에 적절한 재료이다. 공급재료는 석탄재와 같이 탄소질 재료, 석탄재 함유 혼합물, 석유 코크 및/또는 석유 코크 함유 혼합물을 포함한다. 공급재료는 또한, 보통 금속 제조 또는 그 혼합의 결과로서 수집된, 적철광, 갈철광, 자철광, 타코나이트(taconite), 능철광, 황철광 및 크롬철광과 같은 미정제 ( 예를 들면, 다루어지지 않았거나 처리되지 않은) 산화금속 응축물 및 자연 광석 분광(natural ore fines) 그리고/또는 금속처리 연마 폐기물, 아크로 분말(electric arc furnace dust), 압연 연마 박편 또는 그와 같은 것들도 포함한다. 공급재료는 석탄재 또는 석탄재 함유 혼합물 및 그와 같은 종류의 휘발성 물질을 함유하거나 또는 공급재료는 코크재와 같이 무휘발성 일 수 있다. 공급재료는 당 기술분야에서 알려진 바와 같이 콤팩트하거나 알갱이(pellet) 형태의 미립체이다.

공급재료는 양호하게, 노상의 표면 위에서 적절한 거리로 노의 측벽(16)을 통하여 연장되는 별모양 휠(the profiled star wheel)에 전기 진동식 공급기와 같은 종래 공급기에 의해 로타리 노상 노(10)의 노상(12)에 균일하게 배분된다. 양호한 실시예에서는, 공급재료가 회전동작 노상(12)에 직접 일 층 깊이(one layer deep)로 배치되어 공급재료의 균일한 처리를 용이하게 하고, 많이 노출되는 공급재료와 보다 적게 노출되는 공급재료 사이에서 반응도가 변화는 것을 방지한다.

공급재료가 적재구역(28)에 충전된 후에, 공급재료는 노상 통로를 따라 형성된 포위체 내에서 예열구역(26)으로 반송되고, 다음, 처리구역(24)쪽으로 반송된다. 예열구역(26)은 처리구역(24)보다 낮은 온도에서, 예를 들면 1800℉와 2200℉ 대 2300℉과 2600℉ 작용하여서, 공급재료를 잘게 파쇄하게 다르게 유도하는 열전달 상태의 역작용을 최소로 한다. 도1에 도시된 바와 같이, 예열구역(26)은 적재구역(28)의 하류 단부로부터 처리구역(24)의 유입지대로 이어진다.

처리구역(24)은 1,2,3으로 인식되는 3개의 순차적 연속 사분면으로 다시 분할된다. 각각의 사분면은 유입지대와 유출지대를 구비한다. 제1사분면은 예열구역(26)의 하류 단부로부터 제2사분면의 상류 유입지대로 이어지고, 제2사분면은 제1사분면의 유출지대로부터 제3사분면의 유입지대로 이어지고, 그리고 제3사분면은 제2사분면의 유출지대로부터 방출구역의 상류 단부로 이어진다.

예열구역(26)에서, 버너(20)는, 주 연료원으로 공급재료에서 방출된 휘발성 유기물을 소각하기에 충분한 공기 대 연료 비율로 1800℉ 내지 2200℉ 사이에 바람직한 온도 영역을 얻도록 발화 된다. 처리구역(24)에서, 버너(20)는, 2300℉와 2600℉ 사이에서의 바람직한 노의 온도와 공급재료를 환원하는데 도움을 주는 분위기가 구해지게 발화 된다. 공급재료는, 공급재료가 버너(20)에서 나오는 복사 열과 연소가스의 작용을 받고 그리고, 공급재료에 따라서는, 노상 통로 주위를 이동하는 중에 공급재료를 처리하면서 방출되는 처리가스를 받아서 환원 된다. 또한, 공기는 필요에 따라 노의 처리구역(24)으로 도입되어, 연소과정에서 나온 과량의 일산화탄소 및 수소와 화학적 결합을 하여 이산화탄소와 수증기를 형성하고, 그리고 열을 방출하여 처리구역에서 공급재료를 처리하는데 바람직한 노상 온도를 유지한다.

공급재료가 처리구역(24)에서 환원된 후에, 환원된 공급재료는 방출구역(22)에 있는 회전동작 노상(rotating hearth)에서 제거된다. 예를 들어, 환원된 공급재료는 노상 위를 가로질러 이격 배치된 나선형 나사에 의해서 방출구역(22)에서 방출된다. 다음, 환원된 공급재료는 당 기술분야에서 공지된 바와 같이 추가 처리공정을 위해 균열로(soaking pit)로 방출된다.

다른 실시예에서, 로타리 노상 노(10)는 가온구역(warming zone)(도시 않음)도 포함한다. 로타리 노상 노(10)의 가온구역은 공급재료를 도입하기 위한 적재구역 바로 전에 배치된다. 공급재료가 없는 가온구역은 공급재료를 적재하기에 앞서 필요한 온도로 가열할 수 있다. 공급재료를 충전하기 바로 전에 공급재료가 없는 노상을 가온하는 것은, 노상 노의 전체 상부 표면을 가온(加溫)하는 동작과, 상부로부터 순차적으로 도입된 공급재료를 복사 가열하는 동작과, 저부로부터 공급재료를 전도 복사 가열하는 동작이 이루어지게 한다. 공급재료가 없는 로타리 노상 노의 구역에 가해지는 가온 동작은, 상기 노가 회전동작 노상에 열을 가하도록 하여, 노의 회전동작 노상에서 냉각 공급재료의 연속적인 충전동작으로 발생되는 냉각효과를 받게되는 로타리 노상 노에 반대하여 일정한 적재구역 온도를 이루게 함을 예상 할 수 있다.

로타리 노상 노(10)의 천정(18)은 예열구역(26)과 방출구역(22) 사이에 노의 처리구역(24)의 지대 내에 배치된 연도(30)를 구비한다. 처리구역(24) 내에 연도(30)를 배치하여, 공급재료, 처리가스 및 연소가스가 예열구역(26) 내에서 흐르고, 연소공기로부터의 산소와 화합하여 예열구역(26) 내에서 방출열을 연소시키며, 처리가스와 연소가스가 방출구역(22)으로부터 흐르게 하여 공기 및/또는 산소 농축 공기로부터의 산소와 화합하여 연소되어서 노(10) 내에서 열을 방출하기도 하는 것이다.

연도(30)는 처리구역의 제3사분면의 유입지대와 예열구역(26)의 유출지대와의 사이에 임의 위치에 배치된다. 본 발명의 양호한 실시예에서는, 로타리 노상 노(10)가 대략적으로 처리구역의 제2사분면의 유출지대 또는 예열구역(26)의 유출지대에 배치된 연도(30)를 구비한다. 대략적으로 예열구역(26)의 유출지대에 연도(30)를 배치하여, 노의 적재구역과 방출구역이 대기압과 같은 압력으로 유지되어 양압상황에서 적재 또는 방출 메카니즘을 통하여 노의 가스가 누설되는 것을 방지하고 그리고 음압상황에서 노에 불필요한 공기가 유입되는 것을 방지함을 예측할 수 있다.

도2에 도시된 바와 같이, 연도(30)는 일련의 상호접속된 수평적 연장 재연소버너(afterburner) 챔버(32)와 1개 이상의 수직 연장 스택(stack)(34)을 구비한다. 챔버(32)의 하부는 원추형태이며 부가로 후술되는 바와 같은 수집지대로 낙하시키는 챔버로서 동작 한다. 당 기술분야에서 공지된 타입의 이물질 제거밸브(36)는 각각의 챔버(32)의 하부에 연결되어 있고, 이를 조작하여 이물질을 제거한다. 이물질 제거밸브(36)는 재연소 챔버(32)에 수집된 이물질과 미립체의 접근 및 제거를 용이하게 한다.

연도(30) 내에 고온 배기 스택가스는 폐기물 민감 에너지와 화학 에너지를 함유하는 로타리 노상 노(10)에 남게 됨을 알 수 있다. 폐기물 민감 에너지는 가열 형태로 있으며, 화학에너지는 일산화탄소와 수소로 유기성 휘발 형태로 있다. 스택가스는 또한 미세한 산화금속 및/또는 탄소질 재료로 이루어진 미립체도 운반한다. 로타리 노상 노(10)로부터의 스택가스를 수용할 수 있는 표준 배기로 이루기 위해서는, 연소 공기 및/또는 산소를 공기 관(38)을 경유하여 재연소버너 챔버(32)에 유입시키어, 로타리 노상 노로부터의 유기 휘발물인 다른 연소가스와 탄소질 미립자와 연소되게 한다. 다음, 스택가스 내에 소각되지 않은 미립체는 이물질 제거 밸브(36)를 통해 제거하기 위해서 하류 재연소버너 챔버(32)의 수집지대 내에 침전시킨다.

상기 가스는 1800℉ 내지 2350℉ 범위에 온도로 로타리 노상 노(10)에 남으며, 연소공기 및/또는 산소의 화합 시에는 2500℉을 넘는 온도로 상승한다는 것을 예상할 수 있다. 2500℉를 초과하는 온도는 산화질소의 형성에 유리하다. 따라서, 저 미립자 이동, 허용가능한 탄화수소 배기, 허용가능한 일산화탄소 배기 및 허용가능한 저 NOx배기가 용이하도록 재연소버너 챔버(32) 내에 연소온도를 제어할 필요가 있다. 재연소버너 챔버(32)의 온도는 질소의 산화가 산화질소를 형성하는 것을 방지하도록 약1800℉ 미만으로 재연소공정을 위한 제어를 받게 된다. 재연소버너 챔버(32)에 온도는 물분사 냉각(water spray quench)으로 제어된다. 물분사 냉각은 수분(water droplets)을 분무(噴霧)하여 재연소버너 챔버(32)와 연도(30) 내에 온도를 냉각하여서 연소 공기 및/또는 산소의 스트림에 수분을 주사하는 것이다. 양호한 실시예에서는 수분이 연도(30) 내에 복수 유체 노즐(40)에 의해 주사된다. 유체 노즐(40)은 스프레잉 시스템 회사제 프로 막스(Flo Max) 공기분무 노즐과 같이 적절한 노즐이다.

일반적인 로타리 노상 노를 작동하는 경우에는 버너(20)로부터의 연소가스와 공급재료를 처리하면서 생성되는 가스가 노의 적재구역 근처에서 배기되어서 소비가스와 처리가스에 공급재료가 최대로 노출되도록 함을 예견할 수 있다. 그리고, 일반적인 로타리 노상 노에서 생성되는 배기가스와 가연성 농축 처리가스의 상당한 부분이 연도로 직접 흘러가 환원구역을 회피하는 성질이 있음이 발견되어져 있다.

본 발명의 다양한 면이 본 발명의 설명만을 목적으로 이루어진 다음의 예를 통해서 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

예

로타리 노상 노는 2개 구역, 즉 예열구역(26)과 처리구역(24)으로 다시 분할하였다. 로타리 노상 노의 처리구역(24)은 도1에 도시된 바와 같이 3개의 동일한 사분면(1,2,3)으로 다시 분할되어, 스택 가스 유동과 에너지 소비 시에 연도 위치의 영향을 수치로 나타내었다. 스택가스 흐름은 노로부터 방출되는 연소 및 처리가스 생성물의 계측된 유량이다. 에너지 소비는 공급재료를 환원하는데 소요되는 계량 에너지이다.

예에서는, 약 21중량% 저 휘발성 역청탄과 약 79중량% 덩어리 저 실리카 적철광 원광을 포함하는 공급재료의 약 105,032 lbs/hr. 이 로타리 노상 노에서 환원되는 것으로 나타난다. 로타리 노상 노는 노의 제3사분면 내에서 감소 기압을 유지하도록 약 2 내지 3사이에 작용 CO/CO₂비율과 약 2350℉ 온도의 일정한 작용온도로 유지된다. 전체 사분면에 배급되는 연소공기는 노 안으로 유입되기에 앞서 약1200℉로 예열된다.

2350℉의 일정한 노 온도를 유지하도록 로타리 노상 노에 공급되는 천연가스 연료의 량은 제1,2,3사분면의 유출지대에 예열구역(26)의 유출지대와 충전구역의 유출구역이 배치될 때에 연도 위치의 함수로서 정하였다. 표2는 이러한 결과를 나타내었다.

표2

표2에 나타낸 바와 같이, 최대 천연가스 소요량은 연도가 제3사분면의 유출지대에 배치될 때에 발생한 것이다. 또한, 최저 천연가스 소요량은 연도가 예열구역(26)의 유출지대에 배치될 때에 발생한 것이다.

로타리 노상 노에서의 스택가스의 량은, 제1,2,3사분면과 예열구역(26)의 유출지대에 연도의 위치와 충전지대의 직 하류부(immediately downstream)의 위치의 함수로서 정하였다. 표3 내지 표5는 그 결과를 나타낸 표이다.

표3

표4

표5

표5에 나타낸 바와 같이, 최대 스택가스의 유량비는 연도가 제3사분면의 유출지대에 위치할 때에 발생한 것이다. 또한, 최저 스택가스의 유량비는 예열지대(26)의 유출지대에 위치할 때에 발생한 것이다.

석탄 휘발은 미약한 금속성을 가진 노의 예열구역(26)에서 방출되어, 저 CO/CO₂비율로 연소된다. 제1 및 제2사분면에서는, CO/CO₂비율이 공급재료에 환원철의 재-산화를 제한하는데 보다 중요한 것이 된다. 제3사분면에서는, CO/CO₂비율이 약1.5 내지 3.5 사이에 있어서 환원철의 재-산화를 억제한다. 제3사분면에서 생성된 CO와 다른 환원가스는 제1 및 제2사분면에서 연소되어 환원공정에 에너지를 제공한다. 공기가 노에 첨가되어 CO와 H₂로 연소되어 스택가스의 량이 저하된다.

본 발명의 공정의 다른 실시예에서는, 제3사분면용 예열 연소 공기에 95%순 산소를 첨가하였다. 산소 내용물은 일반적으로 약 21%에서 30%만큼으로 증가된다. 이러한 증가는 가연소 열을 극소량의 218에서 265BTU/ft³까지 향상시킨다.

본원에 기재된 실시예는 참고로서 기재된 것이기에 첨부 청구범위의 범위 내에서 다르게 실시될 수 있는 것임을 이해하여야 한다.

Claims

공급재료를 환원하는 로타리 노상 노에 있어서, 상기 노는:

포위체에 배치되고 회전이동을 하게 배치된 회전동작 노상으로서, 상기 포위체는 환형상 내측벽과 환형상 외측벽 및 천정으로 이루어지고, 상기 포위체는 노상에 밀봉되며 적재구역, 예열구역, 처리구역 및 방출구역을 구비하는 복수 구역으로 분할된, 회전동작 노상과;

로타리 노상 노 내에 조절 온도를 제공하는, 상기 포위체의 내측벽 또는 외측벽에 위치한 복수개의 버너와;

처리구역의 제1사분면의 유입지대와 예열구역의 유출지대와의 사이에 위치하고, 로타리 노상 노로부터 연소가스를 배기하는 노 포위체용 연도를 포함하며;

상기 처리구역은, 각 사분면이 유입지대와 유출지대를 갖는, 3개의 순차적인 사분면(1,2,3)으로 분할되고;

상기 예열구역은 1800℉ 내지 2200℉ 범위의 온도에서 동작하고;

상기 처리구역은 2300℉ 내지 2600℉ 범위의 온도에서 동작하고;

상기 연도는 로타리 노상 노에서 나오는 미립자 수집 및 배기연소가스를 추가 연소하는 재연소버너 챔버를 구비하고;

상기 재연소버너 챔버는 NOx제어를 위해 연소온도를 저하시키는 물분사 냉각(water spray quench)을 구비하는 것을 특징으로 하는 로타리 노상 노.
제1항에 있어서, 공급재료는 미정제 산화금속 농축물, 자연 금속광 분광, 금속처리 연마 폐기물, 아크로 분말(electric arc furnace dust), 압연 연마 박편 및 그 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 로타리 노상 노.
제2항에 있어서, 공급재료는 탄소질 재료를 부가로 함유하는 것을 특징으로 하는 로타리 노상 노.
제3항에 있어서, 탄소질 재료는 석탄재료, 석탄재료 함유 혼합물, 석유 코크 및 석유코크 함유 혼합물에서 선택된 것을 특징으로 하는 로타리 노상 노.
제1항에 있어서, 공급재료는, 상기 공급재료가 용이하게 균등 처리되도록 1층 깊이(one layer deep)로 노상에 균일하게 배분되는 것을 특징으로 하는 로타리 노상 노.
제2항에 있어서, 공급재료는, 상기 공급재료가 복사 열과 버너에 의한 연소가스의 작용을 받아 환원되는 것을 특징으로 하는 로타리 노상 노.
제4항에 있어서, 공급재료는, 상기 공급재료가 복사 열과 버너에 의한 연소가스와 휘발물에서 방출된 처리가스의 작용을 받아서 환원되는 것을 특징으로 하는 로타리 노상 노.
제1항에 있어서, 버너는 포위체 내의 가연성 가스와 연소하게 공기를 유입시키는 공기 유입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 로타리 노상 노.
제1항에 있어서, 로타리 노상 노의 연도는 제1사분면의 유출지대에 위치된 것을 특징으로 하는 로타리 노상 노.
제1항에 있어서, 로타리 노상 노의 연도는 예열구역의 유출지대에 위치된 것을 특징으로 하는 로타리 노상 노.
로타리 노상 노에 공급재료를 환원하는 방법에서, 상기 로타리 노상 노는 포위체 내에 배치되고 회전이동을 위해 장착된 회전동작 노상을 포함하고, 상기 포위체는 환형상 내벽과 환형상 외벽 및 천정으로 이루어지고, 상기 포위체는 노상에 밀봉되며 적재구역, 예열구역, 처리구역 및 방출구역을 구비하는 복수 구역으로 분할되고, 상기 처리구역은, 각 사분면이 유입지대와 유출지대를 갖는, 3개의 순차적인 사분면(1,2,3)으로 분할되는, 로타리 노상 노에 공급재료를 환원하는 방법은:

공급재료를 로타리 노상 노의 적재구역에 충전시키는 단계와;

적재구역에서 처리구역을 통해, 포위체 내에 노상 통로를 따라 이루어진 방출구역으로 상기 공급재료를 반송시키는 단계와;

소망하는 노의 온도를 얻기 위해 버너를 발화하는 단계와;

로타리 노상 노 내의 공급재료를 환원시키는 단계와;

노로부터 환원된 공급재료를 제거하는 단계 및;

재연소버너 챔버 내에 물분사 냉각(water spray quench)을 분사하여 재연소버너 챔버 내의 연소온도를 저하하는 단계를 포함하며;

연소가스는 처리구역의 제2사분면의 유입지대와 예열구역의 유출지대와의 사이에 배치된 연도를 통해 버너에서 배기되고, 상기 연도는 로타리 노상 노에서 나오는 미립자를 수집하고 배기연소가스를 추가로 연소시키기 위한 재연소버너 챔버를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 공급재료는, 상기 공급재료가 복사 열과 버너에서 나오는 연소가스의 작용을 받아 환원되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 공급재료에 함유된 휘발성 물질과 연소공정에서 나온 과량의 일산화탄소 및 수소와 화학적 결합하여 이산화탄소를 형성하고 그리고 열을 방출하여 공급재료를 처리하는 노상 온도를 유지하도록, 상기 노의 예열구역으로 연소공기를 도입하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 부분적으로 가연성 가스를 소각하도록, 연소공기만을 처리구역의 제1사분면에서 버너를 통해 유입시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 연소공기는 800℉ 내지 1400℉로 예열되는 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 연소공기는 1200℉로 예열되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 연소공기에는 산소가 농축되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 연소공기는 산소로 대체되는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서, 제3사분면의 예열 연소공기에는 산소가 농축되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서, 예열 연소공기에 21%-30%산소를 농축하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 공급재료는 미정제 산화금속 농축물, 자연 금속광 분광(粉鑛), 금속처리 연마 폐기물, 아크로 분말(electric arc furnace dust), 압연 연마 박편, 석탄 재료, 석탄재료 함유 혼합물 및 그 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서, 상기 연도는 제1사분면의 유출지대에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서, 상기 연도는 예열구역의 유출지대에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.