KR100723223B1 - 소결광의 예비 환원방법 - Google Patents

소결광의 예비 환원방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소결광의 예비환원방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 1차 파쇄된 소결광을 고로에 투입하기 전에 환원제와 반응시켜 예비환원하는 방법 및 1차 파쇄된 소결광을 환원로로 이송하는 단계 와 상기 환원로에서 상기 소결광을 환원제와 반응시켜 예비환원시키는 단계를 포함하는 소결광의 예비환원방법이 제공된다. 본 발명의 방법에 의하면 소결광의 현열을 이용하여 소결광이 예비환원되므로 에너지 사용면에서 효율적이다. 또한, 종래의 소결광 냉각과정을 필요로 하지 않으므로 냉각에 사용되던 에너지가 절약된다.
소결광, 환원제, 예비환원, 현열, 에너지 절약

Description

소결광의 예비 환원방법{Pre-reduction Method of Sintered Ore}
도 1은 일반적인 소결기의 구성을 나타낸 개략도이며,
도 2는 본 발명에 의한 소결광 예비환원 설비가 부착된 소결기의 구성을 나타낸 개략도이다.
　　　　　　　　　
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
　10 ... 장입기 11 ... 대차
12 ... 소결중 원료 13 ... 무한궤도
14 ... 풍상 15 ... 유인송풍기
16 ... 공기흡입관 17 ... 점화로
20 ... 케이크 21 ... 파쇄기
22 ... 소결광 23 ... 냉각기
30 ... 환원로 31 ... 환원가스예열기
32 ... 부분환원 소결광
본 발명은 소결광의 예비환원방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고로에 사용되는 환원제의 양을 감소시키기 위해 소결광을 고로에 투입하기전에 예비환원시키는 방법에 관한 것이다.
　　　　　　통상의 철광석 소결기에서는 무한궤도로 구성되는 대차위에 소결원료를 장입하고 점화로에서 소결원료층의 상부 표면을 점화하여 소결기를 가동하면 유인송풍기에 의해 흡인되는 외부공기가 소결원료층중의 코크스 등과 반응하여 발생하는 연소열에 의하여 소결이 이루어진다. 소결이 완료된 소결광 케이크(cake)는 파쇄기에서 1차 파쇄된 후 소결광냉각기로 배출된다. 그 후, 소결광 냉각기에서는 공기를 강제로 분사하여 소결광이 냉각되고 그 다음에 냉각된 소결광이 고로로 공급된다.
이러한 종래의 일반적인 소결기 구성을 도 1에 나타내었다. 도 1에 도시한 바와 같이, 소결원료인 철광석, 석회석, 분코크스 등은 적절히 배합되어 장입기(10)을 통하여 대차(11)에 장입된다. 대차(11)에 장입된 소결원료는 점화로(17)에서 표면이 착화되는데 소결대차(11)은 무한궤도(13)로 구성되어 연속하여 소결이 진행된다. 대차(11)에 장입된 소결중 원료(12)의 상부의 외부공기는 유인송풍기(15)의 흡인력에 의해 흡인되어 소결중원료(12)내의 코크스를 연소하게 되며 이 코크스의 연소열 에 의해 분광석이 고온으로 소결된다.
소결 후의 연소가스는 풍상(14)와 공기흡입관(16)을 통하여 유인송풍기(15)를 경유하여 연돌로 배출된다. 소결이 완료된 소결광은 온도가 1,200℃에 달하는데 소결광 케이크(20)은 파쇄기(21)에서 1차 파쇄된다. 1차 파쇄된 소결광(22)는 소결광 냉각기(23)으로 투입되는데 소결광 냉각기(23)에는 강제적으로 공기가 공급되어 소결광을 냉각시키게 된다. 이렇게 냉각된 소결광은 고로로 이송되어 고로의 원료로서 사용된다.
한편, 현재 제철소의 에너지절약은 거의 한계에 도달한 것으로 평가되고 있는데, 추가적인 에너지 절약을 위해서 고로에서 환원제로 사용되는 코크스 절감과 배열의 회수 이용이 유용한 것으로 파악되고 있다.
고로에서의 코크스 사용을 줄이는 방법으로는 고로에 코크스 대체재를 취입하는 방법과 예비 환원된 철광석을 공급하는 방법이 고려된다. 그러나, 현재 소결광은 냉각기에 의해 강제로 냉각되어 고로에 공급되므로 소결광이 가지고 있는 현열이 이용되지 못할 뿐만 아니라 완전 산화철의 형태로 고로에 공급되므로 고로에서 환원제인 코크스가 다량 사용된다.
한편, 고로에서의 에너지사용량이 제철소 전체의 55%를 점유하므로 고로에서 환원 제 사용양의 감소는 제철소 에너지 절약에 있어 매우 중요한 과제인 것이다.
이에 본 발명의 목적은 고로에 투입하기 전에 소결광을 예비환원시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 소결광의 고온을 이용하여 예비환원시킴으로써 제철소에서 에너지를 절약할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 고로에 투입되기 전에 소결광을 예비환원시키므로써 고로에서의 환원제의 사용양을 감소시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면,
1차 파쇄된 소결광을 고로에 투입하기 전에 환원제와 반응시키는 예비환원 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면,
1차 파쇄된 소결광을 환원로로 이송하는 단계; 및
환원로에서 상기 소결광을 환원제와 반응시켜 예비환원시키는 단계;
를 포함하는 소결광의 예비환원방법이 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 제철소에서의 에너지 절약방안 도출을 위한 연구과정 중에 소결광의 현열을 최대한 이용하여 소결광을 고로에 투입하기 전에 예비환원시킨 후, 고로에 투입하므로써 에너지를 절약할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 1차 분쇄된 소결광을 냉각하지 않고 고로에 투입하기 전에 고온인 상태에서 환원제와 접촉시켜 소결광을 예비환원시킴을 특징으로 한다. 도 2에 본 발명의 일 견지에 의한 소결광의 예비환원공정을 개략적으로 도시하였다.
상기한 바와 같이, 철광석, 석회석, 분코크스 등을 배합한 소결원료가 장입기(10)을 통하여 대차(11)에 장입된다. 대차(11)에 장입된 소결원료는 점화로(17)에서 표면이 착화된다. 또한, 소결대차(11)는 무한궤도(13)로 구성되어 연속적으로 소결이 진행하게 된다. 대차(11)에 장입된 소결중 원료(12) 상부의 외부공기는 유인송풍기(15)의 흡인력에 의해 흡인되어 소결중원료(12)내의 코크스를 연소하게 되며 이 코크스의 연소열에 의해 분광석이 고온으로 소결된다.
이와 같이 소결된 소결광은 온도가 약 1200℃에 달하는 고온으로서 종래에는 이를 파쇄하고 냉각하여 고로에 장입하여 왔다. 그러나, 본 발명에서는 상기 소결광을 1차 분쇄한 다음 냉각하지 않고, 소결광의 현열을 이용하여 소결광을 고로에 투입하기 전에 예비환원한다.
소결이 완료된 소결광은 폭 4m, 두께 50㎝ 정도의 소결기에서 소성되므로 괴상의 케이크 상태로서 이를 대략 25cm정도 크기로 1차 분쇄한 후 냉각하여 5cm 정도로 2차 파쇄후에 고로로 공급한다. 이는 일반적인 공정이다. 상기 1차 분쇄된 소결광은 온도가 약 800-900℃에 이르며 이러한 현열을 이용하여 상기 1차 분쇄된 소결광을 예비환원한다. 본 발명에 의하면, 소결광을 고로에 투입하기 전에 냉각할 필요가 없으므로 냉각에 소비되는 에너지가 절약된다. 또한, 소결광의 현열이 효율적으로 이용된다.
상기 1차 분쇄된 소결광을 환원제와 고온에서 반응시킴으로써 상기 소결광이 환원된다. 소결광은 화학식 Fe2O3인 완전 산화철 형태이며 이를 예비환원시켜 Fe, FeO나 Fe3O4가 부분적으로 존재하는 소결광으로 고로에 투입한다. 이와 같이 Fe2O3 소결광을 예비환원시켜 Fe, FeO나 Fe3O4가 부분적으로 존재하는 소결광으로 고로에 투입되므로써 종래 고로에서 Fe2O3 산화철중 산소를 격리시키기 위해 환원제로 사용되는 코크스의 사용양이 절감된다.
본 발명의 예비환원에서 환원제로는 기상, 액상 혹은 고상의 환원제가 사용될 수 있다. 기상 환원제로는 소결광을 환원시킬 수 있는 어떠한 환원제가 사용될 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니나, 전로가스, 전로가스에서 이산화탄소를 제거한 가스 혹은 천연가스를 개질한 환원가스등의 환원가스가 사용될 수 있다. 전로가스는 대개 CO 와 CO2 로 이루어지며, 천연가스를 개질한 환원가스는 H2와 CO가 약 3:1 부피비로 혼합된 가스이다. 이들 가스에서는 주로 CO 및 H2가 환원제로서 작용한다.
이와 같이 기상 환원제로는 CO 및/또는 수소를 포함하는 어떠한 가스가 사용될 수 있다.
고상 및 액상 환원제로는 이로써 제한하는 것은 아니나, 예를들어 석탄 또는 중질유가 또한 사용될 수 있다. 석탄 및 중질유에서는 탄소가 환원제로서 작용한다. 이와 같이 액상 또는 기상 환원제로는 탄소를 포함하는 것이 사용될 수 있다.
예를들어, 소결광의 CO에 의한 환원반응은 200℃ 이상에서는 Fe2O3가 Fe3O4로, 500℃ 이상에서는 Fe3O4가 FeO로, 700℃ 이상에서는 FeO가 Fe로 환원된다. 상기 1차 분쇄된 소결광은 온도가 800-900℃이며, 이는 소결광을 환원시키기에 충분한 온도이다.
한편, Fe2O3를 환원시키기 위해서는 상기와 같이 어느 정도의 온도를 필요로하므로, 상기 환원제를 환원시키고자 하는 소결광과 반응시키기전에 예비가열하는 것이 바람직하다. 상기 환원제의 예비가열온도는 환원반응 효율과 관련된 것으로 가열하지 않더라도 소결광 자체의 현열로 인하여 환원반응이 일어날 수는 있으나, 환원제를 예비가열하는 것이 환원반응의 효율면에서 바람직하다. 환원제를 바람직하게는 500℃ 이상, 보다 바람직하게는 800℃ 이상의 온도로 예비가열한다. 높은 온도로 예열할수록 환원반응의 효율면에서 바람직하나, 약 500℃, 바람직하게는 800℃이상으로 가열하므로써 원하는 환원반응이 충분히 일어나며, 에너지 및 비용면에서 이 기술분야의 기술자는 적합한 예비가열 온도를 선정할 수 있다.
상기 환원제의 예비가열은 제철소에서 발생하는 이용가능한 고온배열 혹은 환원가스에 산소를 부분반응시켜 행할 수 있다.
도 2를 참조하여 환원제로서 환원가스를 이용하는 경우를 예로들어 설명하면, 약 1200℃에 달하는 소결 케이크(20) 은 파쇄기(21)로 직경 약 25㎝로 1차 파쇄된다. 1차 파쇄된 소결광은 온도가 약 800-900℃이며, 이는 이송장치(도시하지 않음)에 의해 환원로(30)로 이송된다. 상기한 바와 같이, 환원가스로는 예를들어, 전로가스, 전로가스에서 이산화탄소를 제거한 가스 혹은 천연가스를 개질한 환원가스등의 환원가스가 사용될 수 있다. 또한, 환원제로서 석탄 또는 중질유와 같은 고상 또는 액상 환원제가 사용될 수 도 있다.
환원로(30)의 형태는 이로써 한정하는 것은 아니나, 고정식, 이동식 혹은 유동상식등일 수 있다.
한편, 환원가스는 예열기(31)에서 500℃이상, 바람직하게는 800℃ 이상으로 예열되어 환원로(30)에 도입될 수 있다. 환원로에서 소결광과 환원제가 최소 500℃ 이상의 온도에서 접촉되므로써 환원가스에 의해 소결광이 부분 환원된다. 환원로에서 배출되는 부분환원된 소결광(32)는 온간으로 혹은 추가적으로 냉각하여 냉간으로 고로에 투입된다. 상기 환원로에서 소결광이 적어도 일부라도 환원됨에 따라 후속고정인 고로에서 사용되는 환원제의 양을 감소시킬 수 있으며, 상기 소결광은 바람직하게는 20%이상, 보다 바람직하게는 70%이상 환원될 수 있다.
나아가, 상기 예비환원반응에 사용된 환원가스는 도 2에 라인(A)으로 나타낸 바와 같이 환원로(30)를 순환하면서 환원가스로 재사용될 수 있다. 또한, 상기 예비환원반응에 사용된 환원가스는 도 2에 라인(B)로 나타낸 바와 같이 소결기 상부에 분사하거나 혹은 고로가스에 혼입하는 등의 방법으로 후속공정 또는 타공정에서 연료로 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
실시예
철광석의 환원특성을 파악하기 위하여 열분석기를 이용하여 환원실험을 수행하였다. 개략적인 환원특성을 파악하기 위하여 10g의 철광석 시료를 열분석기에 장입하고 온도를 승온하는 과정에서는 질소를 투입하고 800℃로 가열하였다. 철광석 시료로는 Mt. Newman, Iscor ore 및 캐나다 IOC 펠릿의 3가지 종류를 사용하였다. 한편, 환원가스 (부피비로 CO 70%, H2 25%, CO2 5%)는 800℃로 예열하여 상기 각각의 철광석 시료에 분당 1리터 주입하면서 반응시간에 따른 환원율을 조사하였다. 이때 환원율은 철광석에서 산소의 이탈에 따른 질량감소를 측정하여 계산하였다. 반응온도를 800℃로 유지한 후 시간경과에 따라 환원이 진행되는데 반응시간 10분 경과 후 시험용 철광석 Mt. Newman은 38%, Iscor ore는 27%, 캐나다 IOC 펠릿은 종류에 따라 45-66%의 환원율을 나타내었다.
소결광과 성상이 가장 유사한 캐나다 IOC 펠릿은 반응시간 5분 경과 후 20-40%의 환원율을 보였다.
반응온도가 낮아지면 환원율은 감소하고 온도가 높으면 환원율은 증가하는데 반응시간 10분 경과후 Mt. Newman 광석의 경우 반응온도 700℃에서는 17%, 750℃에서는 24%, 850℃에서는 46%의 환원율을 보였다.
환원율은 반응온도, 반응시간, 환원가스의 조성 등에 따라 달라지나 적절한 설계에 의해 20% 이상의 예비환원을 달성하면 고로사용 코크스를 5% 이상 절감할 수 있다.
본 발명의 소결광 예비환원법에 의하면 소결광의 현열을 이용하여 소결광이 예비환원되므로 에너지 사용면에서 효율적이다. 또한, 종래의 소결광 냉각과정을 필요로 하지 않으므로 냉각에 사용되던 에너지가 절약된다. 또한, 소결광이 일부 환원된 상태로 고로에 투입되므로 고로에서의 환원제 사용량이 감소된다.

Claims (9)

1차 파쇄된 소결광을 고로에 투입하기 전에 최소 500℃로 예열된 환원제와 반응시키는 예비환원 방법.
1차 파쇄된 소결광을 환원로로 이송하는 단계; 및
상기 환원로에서 상기 소결광을 최소 500℃로 예열된 환원제와 반응시켜 예비환원시키는 단계;를 포함하는 소결광의 예비환원방법.
제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 환원제는 기상의 환원가스, 고상 또는 액상 환원제임을 특징으로 하는 방법.
삭제
삭제
제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 예열은 최소 800℃로 행함을 특징으로 하는 방법.
제 3항에 있어서, 추가로, 예비환원에 사용된 상기 환원가스는 환원로로 순환되어 환원제로 재사용됨을 특징으로 하는 방법.
제 3항에 있어서, 추가로, 예비환원에 사용된 상기 환원가스는 소결기 또는 타공정에 연료로 사용됨을 특징으로 하는 방법.
제 2항에 있어서, 상기 환원로는 고정식, 이동식 또는 유동상식임을 특징으로 하는 방법.
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