KR100769794B1 - 고로에서 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 방법 및 플랜트 - Google Patents

고로에서 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 방법 및 플랜트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고로 내에서 선철 또는 액상의 강 예비 제품을 생성하기 위한 방법에 관한 것이며, 환원 샤프트로(1)로부터 상부 가스의 적어도 부분적인 흐름은 CO2로부터 상당히 해방되고, 산소와의 부분 연소에 의해 선택적으로 온난해지고, 환원 가스의 형태로 고로에 유입된다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하는 장치에 관한 것이며, 상부 가스가 고로의 샤프트의 하부에 유입되고 에너지 균형 및 상기 방법의 수행이 선행 기술과 비교할 때 개선된다.

Description

고로에서 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 방법 및 플랜트 {PROCESS AND PLANT FOR PRODUCING PIG IRON OR LIQUID PRIMARY STEEL PRODUCTS IN A BLAST FURNACE}
본 발명은 고로에서 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 플랜트에 관한 것이며, CO2는 환원 샤프트로(redcution shaft furnace)로부터 방출되는 상부 가스의 적어도 부분 스트림으로부터 실질적으로 제거되고, 상기 부분 스트림은 적합한 경우에 가열되어 환원 가스로서 고로에 유입된다.
이러한 형태의 공정은 DE 4421673A1에서 공지되어 있다. 상기 공정에서, CO2가 제거된 후, 상부 가스는 고온의 질소 또는 고온의 질소 함유 및 아르곤 함유 가스와 함께 혼합되어 800℃ 이상으로 가열된다. 상기 공정에서, CO2가 실질적으로 제거되는 가열된 상부 가스는 고온의 공기 분배 파이프를 통해 고로에 공급된다. 상부 가스의 가열은 버덜드(Boudouard) 평형에 따른 CO 가스의 반응 및 불균질 물 가스 반응(heterogeneous water gas reaction)에 따른 H2 가스의 반응을 피하면서 매우 신속히 수행되어야 하는데, 이러한 방법 및 플랜트 기술은 상당한 비용을 초래한다.
US 3,954,444 A1은 철광석의 직접 환원 공정에 관한 것이다. 상기 공정에서, 환원 가스의 일부는 샤프트로로부터 제거되고, 처리되어 샤프트로로 재공급된다. 이러한 경우에, 특정 실시예에서 환원 가스는 환원제로서 고로에 유입될 수 있다. 상기 공정에서 역시, 가스의 재생은 어렵고 이러한 공정 및 플랜트 기술에 상당한 비용을 초래한다.
선행 기술의 관점에서, 본 발명의 목적은 선행 기술과 비교할 때, 개선된 에너지 균형 및 개선된 공정 관리를 야기하는, 공정 및 상기 공정을 수행하기 위한 플랜트를 개발하는 것이다.
본 발명에 따라, 상기 목적은 본 발명에 따른 공정에 관한 청구항 제 1 항의 특징부, 및 본 발명에 따른 플랜트에 관한 청구항 제 5 항의 특징부에 의해 달성된다.
고로 높이의 거의 3/5을 형성하는 고로의 상부 절두 원추형 부분은 당업자에 의해 샤프트란 용어로 지칭된다.
가열된 상부 가스를 고로 샤프트 부분의 하부 영역에 유입시키는 본 발명에 따른 특징은 선행 기술과 비교할 때 공정 관리에서 상당히 유리하다.
본 발명은 특히 처리 공정중 샤프트로로부터 상부 가스의 완벽한 재활용을 가능케 한다. 샤프트로로부터의 상부 가스는 그 환원 특성의 이용 관점에서 재활용을 위해 공급된다. 본 발명에 따른 방법에 따라, 상부 가스의 부분 스트림은 고로에 유입될 수 있지만, 다른 부분 스트림은 예를 들어 에너지를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 예를 들어 선행 기술에서처럼, 부분 스트림이 샤프트로에서 분기(branched off)되기 보다는 상부 가스가 샤프트로를 통과한 후에 방출될 것이 요구된다. 선행 기술과 비교할 때, 본 발명에 따른 공정은 중요한 작업 기준을 나타내는 샤프트로에서의 장입물(burden)의 효과적인 가열을 야기한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 샤프트로로부터의 전체 상부 가스는 고로에 유입된다.
더욱이, 본 발명에 따라 벨리(belly) 위쪽에서 이루어지는 이러한 형태의 가스 공급은 벨리와 보쉬(bosh)에 대한 열 부하를 감소시키고 상기 영역의 가스 투과성과 액상 배출을 개선시킨다.
상부 가스가 고로 샤프트 부분의 하부 영역에 공급되는 위치는 의문시되는 공정의 상부 가스 조성에 의해 실질적으로 결정된다.
각각의 상부 가스는 그 조성이 유도되는 공정의 일반적인 특징이 되는 특정 조성을 갖기 때문에, 공지된 구성 조건은 고로가 최적의 작동 포인트에서 작동하도록 허용하는 고로의 샤프트에서 가스의 유입 포인트를 결정하는데 사용되어야 한다.
다음은 상부 가스가 고로에 유입되는 고로의 샤프트에서의 상기 포인트에 대해 기술된다.
유입 포인트는 일반적으로 응집 영역 또는 직접 환원 영역 상에서, 그러므로 고로의 샤프트에서 위치적 용어로 위치된다. 상부 가스가 고로 샤프트에 유입되는 위치는 한편으론 상부 가스의 온도와 조성에 의해 결정되고 다른 한편으론 고로의 작동에 의해 결정된다. 결정적인 인자는 상부 가스의 유입 결과로서 달성되는 효과이다.
상부 가스 조성의 매칭과 관련하여 결정적인 고로 공정의 장입 수단에 대한 상부 가스의 효과는 한편으론 환원 가스의 공급에 의해 간접 환원 비율의 증가와 동일한 방식으로 고로에서 바람직하지 못한 탄소 소모와 처리 공정의 일부에서 높은 에너지 소모를 야기하는 직접 환원 비율이 처리 공정에서 감소된다는 점과, 다른 한편으론 상당히 높은 가열 속도 및 그러므로 고로의 장입 영역 내의 보다 큰 반응 부피와 관련된 광석의 보다 작은 분해에 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상부 가스가 고로에 들어가기 전 상부 가스의 온도는 750℃ 보다 높으며, 바람직하게 750℃ 내지 1100℃ 범위이며, 유리하게 800℃ 내지 920℃ 범위이며, 특히 유리하게 820℃ 내지 880℃ 범위이며, 상기 가스는 위스타이트(wustite)를 환원시키기 위해 고로 샤트프의 하단부에서 고로에 유입된다.
상기 처리 공정에서, 종래 기술에 대응하는 종래의 고로 내에 가스가 유입되는 위치에서, 1100℃ 이하, 바람직한 실시예에서 1000℃ 미만, 보다 바람직한 실시예에서 900℃ 미만의 온도가 고로의 장입 영역의 외부 층에서 달성된다.
특히 바람직한 실시예에 따라, 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하는 본 발명에 따른 공정은 환원된 철 입자를 선철로 전환시키고, 상기 공정에서 환원 가스를 형성하는 용융 가스화로를 갖는다. 상기 환원 가스는 환원 샤프트로 내에서 연속적인 사용을 위해 특히 바람직하며, 본 발명의 목적을 위해 고로 샤프트 부분의 하부 영역에 유입되는 상부 가스용 기초 물질로서 작용한다.
본 발명의 또다른 특징에 따라, 실질적으로 CO2가 없는 상부 가스는 부분 연소에 의해 800℃ 이상으로 가열된다.
이러한 방식으로 전술한 것처럼 고로 내에 유입되는 상부 가스의 조성을 적합하게 조절하고 특히 고로 내에 탄소의 증착을 감소시키기 위해, 이러한 방식에서, 부분 연소는 상부 가스의 CO2 및 H2O의 함량을 조절한다. 이러한 형태의 미세하게 분포된 탄소의 발생을 감소시키면 처리 공정의 에너지 균형에 상당한 효과를 발생시킨다.
특정 처리 공정에 대해 일반적인 상부 가스 조성에 기초한 작용은 고로 샤프트 부분의 하부 영역 내에서 고로에 유입되는 상부 가스의 결과로서 환원되는(reduced) 코크스의 소모 뿐만 아니라, 유입된 상부 가스의 산화 정도는 상부 가스가 유입되는 고로의 특정 영역에서 조절되며, 이러한 방식으로 고로 유닛의 작용이 최적화된다.
지금까지 가열된 상부 가스가 종래의 고온 공기 라인을 통해 고로에 유입되어, 그 결과 특히 낮은 함량의 CO2 및 H2O를 갖는다면, 고로의 샤프트 상에서 종래의 고온의 공기 라인 보다 상당히 높은 위치에서 가스의 유입은 보다 많은 CO2 및 H2O 함량이 특히 바람직함을 의미한다.
부분 연소에 의해 실질적으로 CO2가 없는 상부 가스를 가열하는 본 발명에 따른 측정 방법은 상부 가스가 고온의 질소 또는 질소 함유 및 아르곤 함유 가스로 가열되도록 제공되는 선행 기술에 따른 공정을 대체하여, 보다 편리한 형태의 상부 가스 가열을 도입시킨다. 부분 산화에 의한 상부 가스의 적어도 부분적인 반응은 가스의 온도를 상당히 상승시킨다. 상부 가스의 CO2 및 H2O 함량이 선행 기술로부터 이미 공지된 상류 CO2 제거 후에 다시 증가할지라도, 이러한 증가는 가스 조성과 상부 가스가 고로의 샤프트에 유입되는 위치 사이의 상호작용에 의해 결정되는 범위 내에 있다. 더욱이, CO2 및 H2O 함량의 상승은 최신 종래 기술의 공정과 비교할 때 환원 작업에서 소정의 상당한 하락을 결정할 수 없을 정도로 충분히 낮다.
상기 방법의 또다른 장점은 다음과 같다.
가스가 고로에 공급되는 위치가 선행 기술과 비교할 때 수정된다는 사실로 인해 상부 가스를 단순한 수단인 부분 연소에 의해 소정의 온도로 가열할 수 있는데, 이는 원칙적으로 CO2 및 H2O의 함량 정도가 임의의 역효과를 갖지 않기 때문이다. 선행 기술에서 전술한 것처럼 상부 가스를 고온의 기상 질소 또는 아르곤과 혼합시킴으로써 가열하는 힘든 방법은 이러한 방식으로 극복된다. 고로 공정에서 간접 환원 정도의 증가로 인해 상당한 에너지를 절약할 수 있으며, 그 결과 고로는 에너지 및 가스 균형과 관련하여 상당히 개선된 작동 포인트에서 작동될 수 있다.
본 발명에 따른 또다른 특징에 따라, CO2가 제거되고 게다가 부분적으로 연소되는 상부 가스는 환열식 및/또는 재생식으로 재가열된다.
이러한 경우에, 환열식 및/또는 재생식 가열 및 부분 연소는 서로 및 전체 처리 공정에 대해 조절되어, CO2 및 H2O 함량이 특히 효과적이고 용이하게 설정될 수 있다.
환원 가스가 고로 내로 유입되는 위치가 결정되면, 환원 가스의 CO2 및 H2O 함량은 고로의 작동에 적절한 방식으로 CO2의 제거 및/또는 예열 및/또는 부분 산화의 변수를 제어되게 변화시킴으로써 설정된다.
환열식 및/또는 재생식 예열 및 연속적인 부분 연소를 포함하는 상부 가스의 두 단계 가열로 금속 분진의 발생과 고로 내에 탄소의 과잉 증착을 방지한다.
본 발명의 바람직한 특정 실시예에 따라, 상부 가스의 부분 연소 전에 CO2 및 H2O가 제거되는 상부 가스가 300℃ 내지 600℃ 범위의 온도, 바람직하게 400℃ 내지 500℃ 범위의 온도로 환열식 또는 재생식으로 예열된다.
이러한 측정 방법은 특히 부분 연소와 관련한 예열의 특히 유리한 조정에 의해 구별되는 공정의 특히 편리한 구성을 허용한다. 예열의 환열식 및/또는 재생식 본질(nature)은 상부 가스의 CO2 및 H2O 함량이 거의 증가하지 않거나 소량 증가하며, 이는 처리 공정이 계속됨에 따라 유리함을 증명하는 것으로 믿어진다.
본 발명의 비제한적인 실시예가 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 철광석을 함유하는 장입 재료로부터 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 본 발명에 따른 플랜트 및 방법을 개략적으로 도시한다.
환원 샤프트로로서 설계된 직접 환원 장치가 도면 부호 1로 정의되며, 그 환원 영역(2)은 적합한 경우에 공급 라인(4)을 통해 유입된 비연소 첨가제와 함께 상부로부터 공급 라인(3)을 통해 덩어리의 산화철 함유 장입 재료로 장입된다. 샤프트로(1)는 용융 가스화로(5)에 연결되며, 상기 용융 가스화로(5) 내에서 환원 가스가 탄소 캐리어 및 산소 함유 가스로부터 생성되며, 상기 환원 가스는 공급 라인(6)을 통해 샤프트로(1)에 공급되며, 가스 세정 및/또는 가스 냉각 장치(7)가 공급 라인(6)에 제공된다.
용융 가스화로(5)는 덩어리 형태의 고상 탄소 캐리어용 공급부(8), 회수 분진용 공급 라인(9), 및 산소 함유 가스용 공급 라인(10) 및 탄화수소와 같은 상온에서 액상 또는 기상인 탄소 캐리어 및 연소 첨가제용 공급 라인(11, 12)을 갖는다. 용융 가스화로(5)에서, 용융 선철(14) 및 용융 슬래그(15)는 용융/가스화 구역(13) 아래에 모여 탭(16, 17)을 통해 출탕된다.
샤프트로(1)에서 해면철을 형성하도록 환원되는 괴광은 환원 구역(2)에서 연소되는 첨가제와 함께 예를 들어 방출 웜(도시 않음)에 의해 샤프트로(1)를 용융 가스화로(5)에 연결시키는 라인(18)을 통해 용융 가스화로(5)에 전달(transfer)된다.
샤프트로(1)의 상부는 환원 구역(2)에서 형성되는 상부 가스를 위한 상부 가스 출구 라인(19)과 인접(adjoin)한다. 약 200℃ 내지 400℃ 범위의 온도인 상부 가스는 가스 세정 장치(20)를 통해 CO2 스크러버(21)에 공급되고, 유입시 상기 스크러버의 온도는 거의 상온이다. 상부 가스의 화학 조성은 실질적으로 다음과 같다.
CO2 CO H2 N2 + 나머지
부피% 35 40 20 5
상부 가스가 CO2 스크러버로부터 방출되면, 이제 실질적으로 CO2 없는 상부 가스는 실질적으로 다음의 화학 조성을 갖는다.
CO2 CO H2 N2 + 나머지
부피% 2 60 30 8
더욱이, 상부 가스는 환열기 또는 재생기(22)에 공급되고, 상기 환열기 또는 재생기(22) 내에서 상부 가스는 약 450℃로 가열된다. 그후, 실질적으로 CO2 없는 세정된 상부 가스는 반응로(23)로 통과하며, 상기 반응로(23)에서 상부 가스는 산소 함유 매체, 특히 순수 산소가 라인(33)을 통해 공급될 때 부분적으로 연소된다. 상기 공정에서, 가스의 온도는 거의 850℃이다. 부분적으로 연소된 가스는 실질적으로 다음의 화학 조성을 갖는다.
CO2 CO H2 N2 + 나머지
부피% 5 58 29 8
가열된 상부 가스는 그후 라인(24)을 통해 고로(26)의 링형 파이프 라인(25)에 공급되고 고로 내의 고로 샤프트 부분의 하부 영역에 유입된다. 코크스 및 첨가제와 함께 산화철은 상부로부터 공급 라인(27)을 통해 임의의 종래 형태일 수도 있는 고로에 공급된다. 용융 선철(28) 및 용융 슬래그(29)는 종래 방식으로 탭(30, 31)을 통해 방출된다. 고온 공기는 고온 공기 공급 라인(32)을 통해 공급된다.
본 발명에 따라, 이러한 형태의 공정 및 플랜트는,
직접 환원 처리 공정으로부터 발생된 상부 가스가 고로에서 유익하게 사용되고 이러한 방식으로 직접 환원 처리 공정 중에 발생된 상부 가스가 기존의 고로에서 선철의 부가적인 생산을 위해 이용됨으로 인해, 직접 환원 처리 공정에 의한 기존 고로에서 철 생산 성능의 현저한 상승,
장입물의 간접 가스 환원을 통해 환원 정도의 상승 결과로서 고로의 성능 상승 및 그로 인한 고로의 보쉬 및 화덕에서 열 균형의 향상,
덩어리 형태의 첨가제가 고로에 직접 사용된다면 덩어리 형태의 첨가제의 보다 효과적인 하소(calcination)와 같은 이점을 갖는다.

Claims (9)

  1. 환원 샤프트로(1)로부터 방출되는 상부 가스의 적어도 부분 스트림으로부터 CO2가 실질적으로 제거되고, 상기 부분 스트림은 적합한 경우에 가열되어 환원 가스로서 고로에 유입되는, 고로에서 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 방법에 있어서,
    실질적으로 상기 CO2가 없는 상부 가스가 상기 고로의 샤프트의 하부 영역으로 유입되며 상기 고로의 샤프트에 유입되기 전에 부분 연소에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는,
    고로에서 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    철광석 함유 장입 재료의 일부가 환원 가스에 의해 상기 환원 샤프트로(1)에서 환원되고, 그 결과 얻어진 환원된 철 입자가 용융 가스화로(5)에서 석탄(8) 및 산소 함유 가스(10) 공급하에서 용융되고, 환원 가스가 동시에 형성되며, 상기 환원 가스는 환원 샤프트로(1)의 환원 영역(2)에 공급되는 것을 특징으로 하는,
    고로에서 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    실질적으로 CO2가 없는 상기 상부 가스가 부분 연소에 의해 750℃ 이상으로 가열되는 것을 특징으로 하는,
    고로에서 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    부분 연소 전에, CO2가 제거되는 상기 상부 가스는 환열식과 재생식 중 어느 하나 이상의 방식으로 예열되는 것을 특징으로 하는,
    고로에서 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 방법.
  5. 선철 또는 액상의 1차 강 제품용의 하나 이상의 고로, 환원 샤프트로(1) 내에서 형성된 환원 제품용의 하나 이상의 배출 라인(18), CO2 제거 장치(21)에서 개방되는 하나 이상의 상부 가스 출구 라인(19), 및 가열된, 실질적으로 CO2가 없는 상부 가스를 상기 제공된 고로(26)에 유입시키는 하나 이상의 다른 라인(25)을 더 갖는 괴철 광석용의 하나 이상의 환원 샤프트로(1)를 갖는 제 1 항에 따른 방법을 수행하는 플랜트에 있어서,
    상기 고로의 샤프트의 하부 영역 내로, 그리고 라인에 의해 CO2 제거 장치 및 상기 고로의 샤프트에 연결되어 상기 상부 가스가 상기 고로의 샤프트 내에 유입되기 전에 상기 상부 가스를 부분 연소시키는 반응로 내로 가열된 상부 가스를 유입시키는 하나 이상의 라인(25)이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    플랜트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 환원 샤프트로(1)가 환원 가스용의 하나 이상의 공급 라인(6)을 구비하고, 하나 이상의 용융 가스화로(5)가 제공되며, 상기 환원 제품을 상기 환원 샤프트로 밖으로 수송하는 하나 이상의 라인(18)이 개방되며, 탄소 캐리어, 분진 및 산소 함유 가스용의 다수의 공급 라인(8, 9, 10)을 구비할 뿐만 아니라, 상기 환원 샤프트로 내로 개방되고 형성된 환원 가스용의 하나 이상의 출구 라인(6)을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    플랜트.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 상부 가스의 부분 연소용 산소 함유 매체를 공급하는 하나 이상의 라인(33)이 제공되는 것을 특징으로 하는,
    플랜트.
  8. 제 3 항에 있어서,
    부분 연소 전에, CO2가 제거되는 상기 상부 가스는 300℃ 내지 600℃ 범위의 온도로 예열되는 것을 특징으로 하는,
    고로에서 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 상부 가스의 부분 연소용 산소 함유 매체가 가열 반응로(23)로 공급되는 것을 특징으로 하는,
    플랜트.
KR1020027015283A 2000-05-15 2001-04-20 고로에서 선철 또는 액상의 1차 강 제품을 생산하기 위한 방법 및 플랜트 KR100769794B1 (ko)

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