KR100688319B1 - 선철의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선철의 제조 방법에 관한 것이다. 철광석은 해면철의 형성을 위해 환원 샤프트(1)에서 환원되고 이것은 이어서 용융 가스화 장치(3)로 도입된다. 해면철은 용해 가스화 장치의 헤드로 도입되는 가스화 수단과 산소 함유 가스에 의해서 상기한 가스화 장치에서 확장 용해되고 용융되어 액체 선철을 형성하고, 그것에 의해 환원 가스가 동시에 제조된다. 상기 환원 가스는 용융 가스화 장치의 헤드로부터 방출되고 산화철의 환원을 위해서 환원 샤프트로 공급된다. 용융 가스화 장치의 작동은 일정한 조성을 갖고 일정한 양으로 존재하는 환원가스가 제조되는 방식으로 제어되어, 용융 가스화 장치로 도입되는 해면철에 높은 금속화도를 제공하도록 한다. 용융 가스화 장치의 작동은 또한 그안에 산화철을 도입함으로써 제어된다. 용융 가스화 장치안으로 도입되는 모든 철 운반체의 금속화도는 해면철의 금속화도에 관련하여 그리고 상기한 산화철에 의해 감소된다.

해면철, 철광석, 용해 가스화 장치, 환원, 산화철, 금속화, 환원가스

Description

선철의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING PIG IRON}

본 발명은 청구항 1항의 서문에 따른 방법에 관한 것이다.

철광석으로부터 선철을 제조하는 플랜트에서는 환원 샤프트 및 용해 가스화 장치가 서로 연결되어 있는데, 오직 환원 샤프트를 통해 환원된 철 운반체 및 하소된 장입 재료를, 그리고 석탄 라인을 통해 탄소 운반체를 용해 가스화 장치에 장입하는 동안, 그들이 부정적인 방식으로 서로 영향을 주지 않고 두 장치 모두를 작동하는 것은 오직 매우 드문 경우에만, 그리고 매우 짧은 시간동안에만 가능하다. 보통, 이러한 두 장치들은 전체 플랜트의 작동이 환원 샤프트에 유리한 시간 동안, 그리고 그 후에는 용해 가스화 장치에 유리한 시간 동안 교대로 바뀌는 방식으로 서로 연결되어 작동된다. 일정 시간 동안, 따라서 충분한 환원 가스가 용해 가스화 장치에서 제조되고, 이것에 의해 환원 샤프트가 높은 특정량의 환원 가스로 작동되고, 환원 샤프트로부터 용해 가스화 장치로 장입되는 철 운반체 및 장입 재료는 높은 금속화도(degree of metallisation) 및 하소도(degree of calcination)를 갖는다는 것을 의미한다. 결과적으로, 용해 가스화 장치에서의 에너지 요구량이 낮아지고, 선철, 슬래그 및/또는 돔(dome)의 온도가 오르고, 산소의 양이 줄어들고 용해 가스화 장치에서 생성된 환원 가스의 양이 더 작아진다. 차례로, 환원 샤프트를 위한 환원 가스의 부적당한 양은 용해 가스화 장치 안으로 도입된 장입물의 더 낮은 금속화도와 하소도를 초래하여, 용해 가스화 장치에서의 에너지 요구량이 다시 상승하고, 용해 가스화 장치에서 온도 수준이 떨어지고, 가스화 장치를 위한 특정 산소량이 증가되고 더 높은 에너지의 투입과 함께 새로운 사이클이 다시 새롭게 시작된다. 오직 서로 조화되는 원료의 선택을 통하여 그리고 대응책의 조기 도입에 의해서만, 너무 차갑거나 너무 뜨거운 선철, 선철의 규소, 탄소 및 황 함유량의 변동 등과 같은 모든 부정적 결과를 갖는 사이클의 형성을 피할 수 있다. 사용 가능한 선철을 연속적으로 제조하기 위해서, 플랜트는 두 장치가 서로 분리되어 작동되는 경우일 때보다 더욱 높은 특정 에너지 소비 및 선철의 질에 있어서 더 큰 변동을 가지고 작동된다.

이로부터 본 발명의 목적이 발생하며, 이것은 두 장치가 서로 분리되어 작동하고 그것들을 서로 부정적인 방식으로 영향을 주지않으면서 작동하는 데 있다.

이러한 목적은 본 발명에 따라 청구항 1항의 특징부에 인용된 특징들에 의해 달성된다. 본 발명에 따르는 방법의 유리한 개발은 종속항들로부터 발생한다.

용해 가스화 장치에, 서로 조화되는, 환원 샤프트로부터의 잘 환원된, 즉 고도의 금속화도를 갖는 해면철과, 바람직하게는 가스화제 라인을 통한 산화철을 조합 장입함으로써, 용해 가스화 장치 전체에 제어된 금속화를 갖는 철 운반체가 공급되는데, 이것은 상대적으로 해면철의 금속화에 독립적이고, 따라서 용해 가스화 장치의 작동이 최적화되도록 한다. 용해 가스화 장치의 헤드를 통한 산화철의 직접적인 도입을 통하여, 추가적인 산소가 후자에 공급되고, 여분의 양의 에너지를 이용하여 용해 가스화 장치의 돔에서 가스화제의 미립자들과 반응한다. 용해 가스화 장치의 돔에서 탄소의 부족을 피하고, 과잉의 산소에 의해 CO가 CO₂를 형성하는 산화를 방해하기 위해서, 산화철에 더하여, 가스화제 체통과물(gasification agent undersize)이 또한 가스화제 라인을 통해 용해 가스화 장치로 공급된다. 에너지의 관점에서 균형을 이룬 용해 가스화 장치를 통해, 그리고 환원 샤프트를 위한 적당량의 환원 가스를 통해, 두 장치는 따라서 서로 영향을 주지 않고 작동한다.

환원 샤프트로부터의 해면철의 고도하고 균일한 금속화는, 산화철을 첨가함으로써 용해 가스화 장치의 상부 영역에서의 과잉의 에너지에, 그리고 특히 가스화제와 같은 원료의 품질에 환원 샤프트가 적응될 수 있도록 한다.

환원 샤프트로부터의 해면철의 금속화도는 90% 이상, 바람직하게는 92% 이상으로 유지되어야 하고, 만일 과잉의 가스 제조가 경제적으로 실행 가능하면(예를 들어, 해면철을 제조하거나 전력을 발생시키기 위해) 산화철의 첨가에 의해 대략 88%로 또는 더 낮은 값으로 감소되어야 한다. 이러한 경우, 가스화제 체통과물을 도입하고 증가된 양의 산소를 용해 가스화 장치의 돔안으로 블로잉(blowing)하는 것은 충분히 기술적 및 경제적인 이치에 맞는다.

철 운반체의 체질시에 발생하는 모든 산화철과 가스화제 체통과물의 일부를 사용할 수 있기 위해서, 환원 샤프트로부터 해면철의 금속화 및 용해 가스화 장치의 돔을 위한 산소의 양은 상응하여 적합하게 된다.

장입 베드의 상부 영역과 용해 가스화 장치의 돔 영역에서 산화철 체통과물의 환원 및 가스화제 체통과물의 가스화를 위한 증가된 에너지 요구조건은 증가된 양의 산소를 용해 가스화 장치의 돔 안으로 블로잉함으로써 충족된다.

용해 가스화 장치의 돔 영역에서 탄소 운반체에 대한 증가된 요구조건을 충족하기 위해 그리고 CO가 CO₂로 연소되는 것을 방지하기 위해서, 가스화제 라인을 통해 탄소를 함유하는 체통과물을 용해 가스화 장치에 공급한다.

산화철, 가스화제 체통과물의 휘발성 성분들 및 가스상 산소의 형태로 용해 가스화 장치의 상부 영역안으로 산소를 추가 투입함으로써, 적당량의 환원 가스가 용해 가스화 장치에서 제조되고, 따라서 환원 샤프트는 가스화제의 휘발성 성분의 비율과 관계없이, 높고 균일한 특정 양의 환원 가스로 작동될 수 있다.

이러한 식으로 용해 가스화 장치의 작동으로부터 환원 샤프트의 작동을 분리함으로써 달성되는 것은 이들 두가지 주요 장치들이 서로 영향을 주지 않고 작동할 수 있다는 것이다.

본 발명은 도면에 나타낸 구체예의 도움으로 하기에서 더욱 자세히 설명된다. 후자는 본질적으로 철광석으로부터 선철을 제조하기 위한 환원 샤프트와 용해 가스화 장치를 포함하는 공장의 개략도를 나타낸다.

장입 장치(2)를 통해, 철광석 덩어리가, 아마도 연소되지 않은 장입 재료와 함께, 위로부터 환원 샤프트(1)안으로 장입된다. 환원 샤프트(1)는 용해 가스화 장치(3)와 연통되어있는데, 여기서 탄소를 함유하고 송출관로(4)를 통해 도입되는 가스화제와 가스관(5)을 통해 공급되는 산소 가스로부터 환원 가스가 생성된다. 이러한 환원 가스는 관로(6)를 통해 용해 가스화 장치의 헤드에서부터 나오는데, 고체 구성 성분, 특히 탄진 및 석탄 미립자는 고온 가스 사이클론(7)에 공급되고, 그후 관로(8)을 통해 환원 샤프트(1)에 도달한다. 이 샤프트에서, 환원 가스는 철광석의 컬럼을 통해 흐르고 장입 재료는 상기 컬럼에 대해서 반대로 흐르며 그렇게 함으로써 철광석을 해면철로 환원한다. 적어도 부분적으로 소비된 환원 가스는 환원 샤프트(1)의 상부 말단에서 톱 가스 관로(9)를 통해 끌어내어진다.

필요하지 않은 환원 가스는 관로(10)을 통해 다른 용도로 공급된다.

고온 가스 사이클론(7)에 쌓인 탄진은 수송 가스, 바람직하게는 질소에 의해 관로(11)를 통하여 용해 가스화 장치(3)으로 되돌아가고, 그것이 후자로 들어감에 따라, 용해 가스화 장치(3)의 벽에 배치된 더스트-버너에 의해 가스화되고 그곳으로 산소 가스가 또한 공급된다.

송출 웜(12) 및 내림-파이프(13)를 통해, 환원 샤프트(1)에서 제조된 해면철은 용해 가스화 장치(3)의 헤드로 도입된다.

용해 가스화 장치(3)의 바닥에서는, 액체 선철과 그 위에 액체 슬래그가 모이고, 이들은 배출구(14 또는 15)를 통해 각각 간헐적으로 끌어내어진다.

가스화제가 송출관로(4)를 통해 용해 가스화 장치(3)의 돔안으로 도입되기 전에, 산화철은 바람직하게는 체질된 철광석의 체통과물로 구성되는 후자 안으로 혼합되고, 그후 환원 샤프트 용광로 안으로 장입된다. 이는 그렇지 않으면 환원 과정을 위해 사용될 수 없다. 그러나, 용해 가스화 장치(3)에서 체통과물의 직접적인 사용과 함께, 만일 서로 분리된 환원 샤프트(1)와 용해 가스화 장치(3)를 작동하는데 필요한 양만큼만 체통과물을 첨가한다면, 공정에 있어서 염려되는 부정적인 영향은 없다.

송출관로(4)를 통해 공급된 가스화제는 용해 가스화 장치(3)의 돔 영역에서 환원 가스를 제조하기 위한 탄소 운반체에 대한 증가된 요구 조건을 충족하기 위하여 그리고 CO가 CO₂로 연소되는 것을 방지하기 위해서, 탄소를 함유하는 체통과물을 포함한다.

용해 가스화 장치(3)의 상부 영역안으로 산화철, 가스화제(석탄) 체통과물의 휘발성 성분 및 어쩌면 추가적인 가스상 산소의 형태로 산소의 도입이 일어나나, 단, 특히 낮은 CO₂ 및 H₂O 함유량 그리고 최대 CO 및 H₂ 함유량과 함께, 일정한 조성의, 그리고 일정 온도의 적당량의 환원 가스가 가스화제의 휘발성 성분의 비율과 상관없이 환원 샤프트(1)를 작동할 수 있기 위해 형성되고, 따라서 용해 가스화 장치(3)의 작동으로부터 분리된다.

환원 가스는 해면철의 높은 금속화가 달성되는 양으로 환원 샤프트(1)안으로 보내진다. 이것은 환원 샤프트(1)를 떠날때 90% 이상이어야 하고, 가능하다면 92%가 넘어야한다. 바람직하게는, 88% 이하의 효과적인 금속화도는 그후 송출관로(4)를 통해, 대응하여 계량된(metered) 산화철의 첨가에 의해 정해진다. 또한, 이 혼합물을 용해 가스화 장치(3)의 헤드 안으로 도입하기 전에, 환원 샤프트(1)로부터 나온 해면철과 산화철을 혼합하는 것이 가능하다. 산화철 첨가의 중지에 의해 용해 가스화 장치(3)에서의 현재 에너지 부족을 커버하는 것이 가능해야 하는 한에 있어서, 환원 샤프트(1)에서 제조된 해면철의 금속화도에 관련하여, 효과적인 금속화의 수준은 산화철을 첨가함으로써 낮아진다. 용해 가스화 장치(3)에서의 에너지 부족이 환원 샤프트(1)로부터 오는 해면철의 금속화도에서의 강하로부터 생기는 한에 있어서, 산화철 첨가 중지의 대안으로서 또는 그에 더하여, 가스화제 또는 에너지 운반체의 특정 비율을 증가시킬 수 있다. 이러한 수단에 의해, 환원 샤프트에 이용할 수 있는 추가의 환원 가스가 만들어지고, 따라서 금속화가 다시 증가된다.

Claims (11)

1. 환원 샤프트(1)에서 철광석이 해면철로 환원되고 이 해면철은 그후 용해 가스화 장치(3)로 도입되고 거기서, 또한 용해 가스화 장치(3)의 헤드로 도입된 가스화제 및 산소 가스의 도움으로 용해되어, 액체 선철을 형성하고, 동시에 환원 가스가 제조되며, 이것은 용해 가스화 장치(3)의 헤드로부터 나와서 환원 샤프트(1)로 공급되어 산화철을 환원하는 선철의 제조 방법에 있어서, 용해 가스화 장치(3)로 도입된 해면철은 90%가 넘는 높은 금속화도를 갖고, 금속화도를 감소시키기 위하여 산화철이 용해 가스화 장치(3)에 도입되는 것을 특징으로 하는 선철의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 철광석의 형태의 산화철 덩어리가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스화제 도입을 위한 송출관로(4)를 통해 산화철이 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 환원 샤프트(1)로부터 해면철의 금속화도가 92% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화철의 첨가를 통해, 용해 가스화 장치(3)로 도입된 철 운반체의 금속화도가 88% 또는 보다 낮은 값으로 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산소 가스의 적어도 일부를 용해 가스화 장치(3)의 돔 영역안으로 블로잉하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스화제는 탄소를 함유하는 체통과물을 포함하고, 체통과물은 송출관로(4)를 통해 돔 영역안의 용해 가스화 장치(3)로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화철과 상기 해면철은 용해 가스화 장치(3)의 헤드로 장입시키기 전에 혼합하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제2항에 있어서, 상기 산화철 덩어리는 산화철 체통과물의 형태로 용해 가스화 장치(3)로 장입되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제3항에 있어서, 산소 가스의 적어도 일부를 용해 가스화 장치(3)의 돔 영역안으로 블로잉하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제3항에 있어서, 상기 산화철 덩어리는 산화철 체통과물의 형태로 용해 가스화 장치(3)로 장입되는 것을 특징으로 하는 방법.

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