KR100916114B1

KR100916114B1 - 부원료의 소성율을 제어할 수 있는 용선제조방법

Info

Publication number: KR100916114B1
Application number: KR1020020082909A
Authority: KR
Inventors: 최낙준; 김행구; 정선광
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2009-09-08
Also published as: KR20040056306A

Abstract

부원료의 소성율을 제어할 수 있는 용선제조방법이 제공된다.

본 발명은, 입도분포가 넓은 분철광석과 부원료를 유동환원시키는 1단 또는 2단 이상의 반응기로 구성된 유동층환원로(200), 상기 유동층환원로에서 환원되어 배출되는 부원료를 함유하는 분환원철을 저장하는 괴성화기 장입호퍼(300), 상기 장입호퍼 (300)으로부터 공급받은 분환원철로부터 단광으로 제조하는 괴성화기(310), 상기 괴성화기에서 괴성화된 다열의 단광을 개개의 단광으로 분리하는 분리기(320), 상기 분리기에서 분리된 단광을 용융시켜 용선을 생산하고 그 배가스를 상기 유동층환원로의 환원가스로 공급하는 용융로(500) 및 상기 용융로에서 발생하는 배가스를 포집하여 더스트는 용융로에 재공급하고 가스는 유동층환원로의 환원가스로 공급하는 용융로 사이클론(510)를 포함하여 구성되는 용선제조장치를 이용하는 용선제조공정에 있어서, 상기 유동층로부터 배출된 부원료를 함유한 분환원철을 질소가스 분위기와 650 ~ 800℃의 온도를 갖는 괴성화기 장입호퍼(300)내에서 30~60분 체류시킴을 특징으로 한다.

유동층환원로, 단광, 괴성화, 소성반응, 부원료

Description

부원료의 소성율을 제어할 수 있는 용선제조방법{Method for improving calcination degree of additives in ironmaking process with compaction facility}

도 1은 종래의 단광제조장치를 포함한 분철광석의 유동층식 환원로의 구성도

도 2는 본 발명에 따라 발생분진을 괴성화하여 원료로 이용하기 위한 유동층식 용융환원 제철공정의 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100..... 원료 장입호퍼 101..... 원료 장입관

200..... 유동층 환원로 201..... 환원철 배출관

203..... 제1스크러버 205..... 제1공정수 배출관

300..... 괴성화기 장입호퍼 310..... 괴성화기

320..... 분리기 321..... 단광 장입관

322..... 분진 배출관 323..... 제2스크러버

325..... 제2공정수 배출관 400..... 수처리장치

401..... 슬러지 배출관 402..... 제3공정수 배출관

410..... 슬러지 처리장치 411..... 슬러지 공급관

500..... 용융로 510..... 용융로 사이클론

511..... 환원가스 공급관

본 발명은 용융로에서 공급되는 고온의 환원가스로 석회석과 같은 부원료성분을 포함한 분철광석을 유동환원시키고, 환원된 분환원철을 고온에서 단광(브리켓)으로 제조하여 이를 용융로로 장입하여 용선을 생산하는 용융환원제철공정에서 첨가되는 부원료의 소성율을 제어할 수 있는 용선제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부원료를 함유한 분철광석을 단광제조공정에서 부원료의 소성율을 향상시켜 연료사용량을 줄일 수 있는 용선제조방법에 관한 것이다.

현재의 용선 생산공정은 고로공정이 주류를 이루고 있으며, 최근에 펠렛과 괴광석을 사용한 샤프트형 용융환원제철공정이 상업화되어 용선을 생산하고 있으나, 두 공정 모두 괴상화된 원료만을 사용해야하는 제약이 있다.

고로공정에서는 석탄을 가공한 코크스와 분상의 철광석과 부원료를 혼합하여 가공한 소결광을 사용하여 용선을 생산해야 함으로써 연/원료의 예비처리를 위한 설비투자비 증가와 예비처리과정에서 발생하는 공해문제가 심각하게 대두되고 있어 이에 따른 환경적인 규제가 강화되고 있는 실정이다. 한편, 샤프트형 용융환원 제철공정에서는 원료로 미분의 철광석을 펠렛으로 만들어 사용하거나 제한된 입도의 괴광석을 사용하여 용선을 생산하고 있다. 이와 같이 고로공정이나 샤프트형 용융 환원 제철공정에서는 분상의 철광석을 직접 사용할 수 없고 예비처리 과정을 거쳐야 되므로 매장량이 풍부하고 가격도 저렴한 분철광석을 예비처리 과정을 거치지 않고 바로 사용하여 용선을 생산할 수 있는 유동층식의 용융환원제철공정이 기존의 고로공정을 대체할 차세대 제철공정으로 주목받고 있으며, 선진 철강 생산국을 중심으로 활발한 연구가 진행되고 있다.

상술한 용융환원 제철공정은 일반적으로 예비환원공정과 최종환원공정으로 구분이 되는데, 구체적으로 예비환원단계에서는 환원로에서 원료광석을 고체상태로 예비환원시키고 최종환원단계에서는 이렇게 환원된 환원철을 용융로로 장입하여 용융시키면서 최종환원하여 용선을 생산하고 있다. 상기 예비환원공정은 일반적으로 원료광석의 입도에 따라 이동층식 및 유동층식으로 분류되는데 입도가 작고 입도분포가 넓은 분철광석의 경우는 원료광석을 환원로에서 환원가스로 유동시키면서 환원하는 유동층식이 통기성이나 가스이용율면에서 효율적인 것으로 알려져 있다.

이와 같이 분철광석을 원료로 사용하는 유동환원 공정에서 생산된 분환원철을 용융로에 장입하는 방법으로는 분환원철을 직접 장입하는 방법과 이를 단광으로 제조하여 장입하는 방법이 있다.

유동층식 예비환원로에서 생산된 분환원철을 단광으로 제조하고, 이를 용융로에 장입하여 용선을 생산하는 종래기술로서 대한민국 특허 제 117067호에 개시된 발명을 들 수 있으며 도 1에 그 장치의 개략도가 도시되어 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 공보에 개시된 발명은 제1유동층환원로(31)와 제2유동층환원로(32) 를 거쳐 환원된 분환원철 및 부원료를 괴성화기(36)에서 단광으로 제조하여 용융로(33)에 장입하여 용선을 생산하는 공정이다. 그러나 이러한 용선제조공정에서는 석회석(CaCO₃)이나 백운석(CaCO₃MgCO₃)등이 부원료로서 분철광석과 함께 유동층환원로로 장입되며, 유동층환원로에서는 분철광석의 환원반응과 더불어 장입된 부원료성분의 소성반응이 동시에 일어난다.

부원료로 첨가된 석회석이나 백운석의 소성반응은 아래 반응식으로 나타낼 수 있으며, 이러한 소성반응은 흡열반응으로써 추가적인 열원이 필요하다.

(반응식 1)

CaCO₃ = CaO + CO₂

(반응식 2)

CaCO₃MgCO₃ = CaO + MgO + 2(CO₂)

따라서 상기 용융로(500)로부터 유동층환원로(200)로 공급되는 환원가스 분위기에서는 부원료의 소성반응은 활발하지 못하는데, 예컨데, 석회석은 일반적으로 10-20%범위에 머무르며 백운석의 경우는 약 50%정도이며 나머지는 상기 용융로(500) 내에서 소성반응이 일어나게 된다. 즉 상기와 같은 용선제조공정에서는 부원료의 소성반응이 유동층환원로에서 일부만 일어나고 대부분이 용융로에서 일어나게 되므로, 용융로에서의 열원공급의 부담이 심화되는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으 로서, 유동층환원로에서 환원 및 소성된후 배출된 부원료를 함유하고 있는 분환원철을 용융로로 장입하기 위해 단광으로 제조하는 공정에서 부원료성분을 소성한후, 용융로로 장입함으로써 전체적인 용선제조공정의 연료사용량을 줄일 수 있는 유동층식 환원로를 이용한 용선제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명,

입도분포가 넓은 분철광석과 부원료를 유동환원시키는 1단 또는 2단 이상의 반응기로 구성된 유동층환원로(200), 상기 유동층환원로에서 환원되어 배출되는 부원료를 함유하는 분환원철을 저장하는 괴성화기 장입호퍼(300), 상기 장입호퍼 (300)으로부터 공급받은 분환원철로부터 단광으로 제조하는 괴성화기(310), 상기 괴성화기에서 괴성화된 다열의 단광을 개개의 단광으로 분리하는 분리기(320), 상기 분리기에서 분리된 단광을 용융시켜 용선을 생산하고 그 배가스를 상기 유동층환원로의 환원가스로 공급하는 용융로(500) 및 상기 용융로에서 발생하는 배가스를 포집하여 더스트는 용융로에 재공급하고 가스는 유동층환원로의 환원가스로 공급하는 용융로 사이클론(510)를 포함하여 구성되는 용선제조장치를 이용하는 용선제조공정에 있어서,

상기 유동층로부터 배출된 부원료를 함유한 분환원철을 질소가스 분위기와 650 ~ 800℃의 온도범위를 갖는 괴성화기 장입호퍼(300)내에서 30~60분 체류시킴을 특징으로 하는 용선제조방법에 관한 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 용선제조공정에 이용될 수 있는 단광제조장치를 구비하고 있는 용선제조장치의 구성된다.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 용선제조장치는, 분철광석과 부원료를 유동층환원로에 장입하기 위한 원료 장입호퍼(100), 상기 원료 장입호퍼로부터 원료 장입관(101)을 통해 공급된 원료를 유동환원시키는 2단 또는 3단의 반응기로 구성된 유동층환원로(200), 상기 유동층환원로에서 환원되어 배출되는 부원료를 함유한 분환원철을 저장하는 괴성화기 장입호퍼(300), 상기 괴성화기 장입호퍼에서 공급된 분환원철 및 부원료를 단광으로 제조하는 괴성화기(310), 상기 괴성화기에서 배출되는 다열의 단광을 개개의 단광으로 분리하기 위한 분리장치(320), 상기 분리장치에서 분리된 단광을 용융로에 장입하기 위한 단광장입관(321), 상기 단광장입관에서 공급되는 단광을 용융시켜 용선을 생산하는 용융로(500) 및 상기 용융로에서 발생하는 더스트를 포함한 환원가스 중 더스트와 가스를 분리하기 위한 용융로 사이클론(510)을 포함하여 구성되어 있다.

또한 본 발명의 용선제조장치에서는 상기 용융로 사이클론(510)과 유동층환원로(200)는 환원가스공급관(511)을 통해 환원가스 소통관계로 연결되어 있으며, 상기 용융로(500)와 용융로 사이클론(510)은 더스트순환관(502)을 통해 더스트 소통관계로 연결되어 있다.

한편, 본 발명에서는 도 2와 같이, 상기 유동층 환원로(200), 상기 괴성화기(310) 및 분리장치(320)에서 발생된 분진을 슬러지로 분리, 회수할 수 있는 설비 를 포함할 수도 있다.

구체적으로, 본 발명의 용선제조장치는, 상기 유동층 환원로(200), 괴성화장치(310) 및 분리장치(320)에서 발생되는 분진을 각각의 분진 배출관(202, 322)을 통하여 공급받아 공정수에 의해 가스와 분진을 분리시키고 분리된 가스는 가스배출관(204,324)를 통하여 배출시키는 제1스크러버(203)과 제2스크러버(323), 상기 제1 및 제2스크러버(203,323)에서 제1 및 제2 공정수배출관 (204,324)를 통하여 공정수와 함께 배출된 분진을 슬러지로 농축시키고 공정수는 제3공정수 배출관(402)으로 배출시키는 수처리장치(400) 및 상기 수처리장치(400)에서 배출된 슬러지를 슬러지 배출관(401)을 통하여 공급받아, 슬러지를 탈수 및 건조시키고 필요한 경우 건조된 슬러지를 분쇄한후 슬러지 공급관(411)을 통하여 상기 괴성화기(310)에 공급하는 슬러지 처리장치(410)를 포함하여 구성될 수도 있다.

이하, 상기 용선제조장치를 이용한 본 발명의 용선제조공정을 설명한다.

먼저, 원료장입호퍼(100)로부터 원료 장입관(101)을 통하여 유동층환원로 (200)로 장입된 분철광석과 부원료는 환원가스공급관(511)으로 유입되는 용융로 (500)의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 예비환원 및 소성된다. 상기 유동층환원로(200)는 필요에 따라 2개 또는 3개의 유동층로를 연속으로 연결하여 2단 또는 3단의 유동층환원로 시스템으로 구성할 수 있다.

상기 유동층환원로에서 예비환원 및 소성된 부원료를 포함한 분환원철은 환원철배출관(201)을 통해 괴성화기 장입호퍼(300)로 배출되고 괴성화기(310)로 공급 되어 단광으로 만들어진다.

본 발명에서는 이때, 유동층환원로(200)에서 배출된 부원료를 함유한 분환원철이 괴성화기(310)로 공급되기전에 잠시 머무르는 괴성화 장입호퍼(300)에서의 온도범위와 분위기가스를 적정하게 제어하여 분환원철중에 함유된 부원료성분의 소성반응을 진행시킴에 그 특징이 있다. 상술한 바와 같이, 종래에는 부원료로 첨가되는 석회석이나 백운석중 일부만 유동층환원로(200)에서 소성반응되었으며, 잔여분은 결국 용융로(500)에서 소성반응되었다. 그러나 이러한 소성반응은 흡열반응이므로 추가적인 열원이 필요하므로, 만일 용융로(500)내에서 그 대부분이 소성반응되면 용융로에서의 열원공급의 부담이 커질 수 밖에 없는 문제가 있었다.

따라서 본 발명에서는 유동층환원로에서 배출된 분환원철이 용융로로 장입되기 전단계인 단광제조공정에서 부원료성분의 소성반응을 활성화시키고, 이어, 이를 용융로에 장입시켜 상술한 문제점을 해결함에 그 특징이 있는 것이다.

구체적으로, 본 발명에서는 유동층로로 부터 배출된 부원료를 함유하고 있는 분환원철을 저장하는 상기 괴성화기 장입호퍼(300)의 분위기를 질소가스 분위기로 제어하며, 아울러 그 온도를 650-800℃로 제한한다. 만일 상기 장입호퍼(300)내의 온도가 650℃미만이면 부원료성분의 소성반응이 거의 일어나지 않으며, 800℃를 초과하면 분환원철 입자들이 서로 달라붙어 국부적인 브릿지 현상이 일어나 분환원철을 괴성화기(310)로 원활하게 장입할 수 없기 때문이다.

또한 본 발명에서는 상기 유동층로(200)으로 부터 배출된 부원료 함유 분환원철을 상기 장입호퍼(300)내에서 30~60분 동안 체류시킴이 바람직하다. 만일 그 체류시간이 너무 짧으면 부원료성분의 소성반응에 필요한 시간이 부족할 수 있으며, 너무 길어지면 상기에서 언급한 브릿지 현상이 일어날 수 있기 때문이다.

한편, 상기 소성반응을 거친 분환원철은 괴성화기(210)으로 공급되어 단광으로 제조되는데, 이때, 상기 슬러지 처리장치(410)에서 공급된 슬러지를 단광의 제조에 함께 이용할 수 있다. 그런데 상기 슬러지에 포함된 다량의 탄소성분은 분환원철을 단광화하는데 악영향을 미칠 수 있는 것으로 알려져 있기 때문에 첨가량을 조절할 필요가 있다.

따라서 본 발명에서는 상기 괴성화기로 공급되는 재활용 슬러지의 중량을 상기 장입호퍼(300)으로 부터 공급되는 분환원철 중량 대비 5%를 넘지 않도록 제어함이 바람직하다. 또한 건조된 슬러지는 고형화되어 크기가 일정하지 않기 때문에 최대 크기를 조절할 필요가 있는데, 이때에는 원료인 분철광석의 최대 크기와 같게 슬러지 처리장치(410)에서 분쇄함이 바람직하다.

그리고 상기 괴성화기(310)에서 제조된 단광은 이후, 그 하부의 분리장치 (320)를 통하여 개개의 단광으로 분리하고, 분리된 개개의 단광은 단광장입관(321)을 통하여 용융로(500)로 장입함으로써 용융로(500)에서의 열적부담을 효과적으로 해소할 수 있어, 전체적인 용선제조공정에서의 연료사용량을 저감시킬 수 있는 것 이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

유동층로(200)에서 배출된 부원료로서 석회석을 함유하는 분환원철을 마련하였으며, 이때, 유동층로에서의 석회석의 소성율은 약 20%정도 였다. 이렇게 마련된 분환원철을 이용하여 괴성화기(310)에서 단광을 제조하기 전에, 질소가스 분위기와 610~800℃의 온도로 제어되고 있는 괴성화기 장입호퍼(300)에 장입하여 60분간 유지시킨후, 그 부원료분의 소성반응율을 측정하여 하기 표 1에 정리하였다.

온도(℃)	610	700	750	800
소성율(%)	20~22	40~45	65~70	90

상기 표 1에 나타난 바와같이, 610℃ 에서는 추가적인 소성반응이 거의 일어나지 않음을 알 수 있으며, 700~800℃에서는 온도가 높을수록 소성율이 증가하는 것을 알 수 있다.

특히, 본 발명자의 실험에 의하면 상기 소성율이 70% 정도인 경우, 용융로에서의 연료사용량을 약 5% 내외로 줄일 수 있는 것으로 나타났다.

상술한 바와 같이, 발명의 용선제조방법에서는 부원료성분이 함유된 분환원철을 용융로로 장입하기 위해 단광으로 제조하는 공정에서 부원료성분의 소성율을 향상시켜 용선제조공정의 연료 사용량을 줄이는데 효과가 있다.

Claims

입도분포가 넓은 분철광석과 부원료를 유동환원시키는 1단 또는 2단 이상의 반응기로 구성된 유동층환원로(200), 상기 유동층환원로에서 환원되어 배출되는 부원료를 함유하는 분환원철을 저장하는 괴성화기 장입호퍼(300), 상기 장입호퍼 (300)으로부터 공급받은 분환원철로부터 단광으로 제조하는 괴성화기(310), 상기 괴성화기에서 괴성화된 다열의 단광을 개개의 단광으로 분리하는 분리기(320), 상기 분리기에서 분리된 단광을 용융시켜 용선을 생산하고 그 배가스를 상기 유동층환원로의 환원가스로 공급하는 용융로(500) 및 상기 용융로에서 발생하는 배가스를 포집하여 더스트는 용융로에 재공급하고 가스는 유동층환원로의 환원가스로 공급하는 용융로 사이클론(510)를 포함하여 구성되는 용선제조장치를 이용하는 용선제조공정에 있어서,

상기 유동층로부터 배출된 부원료를 함유한 분환원철을 질소가스 분위기와 650 ~ 800℃의 온도를 갖는 괴성화기 장입호퍼(300)내에서 30~60분 체류시킴을 특징으로 하는 용선제조방법