KR101054472B1 - 철광석 및 부원료를 건조 기송하는 용철제조장치 및 그용철제조방법 - Google Patents

철광석 및 부원료를 건조 기송하는 용철제조장치 및 그용철제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철광석 및 부원료를 건조 기송하는 용철제조장치 및 그 용철제조방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 용철제조방법은, 철광석 및 부원료를 건조 및 혼합하여 철함유 혼합체를 제공하는 단계, 철함유 혼합체를 순차적으로 연결한 하나 이상의 기포유동층을 통과시키면서 환원 및 소성하여 환원체로 변환하는 단계, 환원체를 용융시킬 열원인 석탄충진층을 형성하는 단계, 환원체를 석탄충진층에 장입하고 여기에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 단계, 그리고 석탄충진층에서 배출되는 환원가스를 기포유동층에 공급하는 단계를 포함하며, 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 기포유동층으로부터 배출되는 배가스를 분기하여 철광석 및 부원료 중 적어도 하나를 건조하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 용철제조장치는 이러한 용철제조방법을 사용한다. 이러한 본 발명을 통하여 철광석 및 부원료 중 적어도 하나를 건조 기송함으로써, 에너지 이용 효율을 높이면서 장치를 최소화할 수 있다.

Description

철광석 및 부원료를 건조 기송하는 용철제조장치 및 그 용철제조방법{AN APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS TO DRY AND CONVEY IRON ORES AND ADDITIVES AND MANUFACTURING METHOD USING THE SAME}
발명에 대한 배경
(a) 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 용철제조장치 및 그 용철제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유동환원로의 배가스를 철광석 및 부원료를 기송하면서 그 현열로 철광석과 부원료를 건조한 후 유동환원로에 장입하여 용철을 제조하는 용철제조장치 및 용철제조방법에 관한 것이다.
(b) 종래기술
철강산업은 자동차, 조선, 가전, 건설 등의 전체 산업에 기초 소재를 공급하는 핵심기간산업으로서, 인류의 발전과 함께하여 온 가장 역사가 오래된 산업중의 하나이다. 철강산업의 중추적인 역할을 담당하는 제철소에서는 원료로서 철광석 및 석탄을 이용하여 용융 상태의 선철인 용철을 제조한 다음, 이로부터 강을 제조하여 각 수요처에 공급하고 있다.
현재, 전세계 철생산량의 60% 정도가 14 세기부터 개발된 고로법으로부터 생산되고 있다. 고로법은 소결 과정을 거친 철광석과 유연탄을 원료로 하여 제조한 코우크스 등을 고로에 함께 넣고 산소를 불어넣어 철광석을 철로 환원하여 용철을 제조하는 방법이다. 용철생산설비의 대종을 이루고 있는 고로법은 그 반응 특성상 일정 수준 이상의 강도를 보유하고 노내 통기성 확보를 보장할 수 있는 입도를 보유한 원료를 요구하므로, 전술한 바와 같이, 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로는 특정 원료탄을 가공처리한 코우크스에 의존하며, 철원으로는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다. 이에 따라 현재의 고로법에서는 코우크스 제조설비 및 소결설비 등의 원료예비처리설비가 반드시 수반되므로, 고로 이외의 부대설비를 구축해야 할 필요가 있을 뿐만 아니라 부대설비에서 발생하는 제반 환경오염물질에 대한 환경오염방지설비의 설치 필요로 인하여 투자 비용이 다량으로 소모되어 제조원가가 급격히 상승하는 문제점이 있다.
이러한 고로법의 문제점을 해결하기 위하여, 세계 각국의 제철소에서는 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하고, 철원으로는 전세계 광석 생산량의 80% 이상을 점유하는 분광을 직접 사용하여 용철을 제조하는 용융환원제철법의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
용융환원제철법은 예비환원과 최종환원의 2단계 환원법이 주류를 이루고 있다. 종래의 용철제조장치는 기포유동층이 형성되는 유동한원로와 여기에 연결되어 석탄충진층이 형성되는 용융가스화로로 이루어져 있다. 상온의 철광석 및 부원료는 유동환원로에 장입되어 예비 환원된다. 유동환원로에는 용융가스화로로부터 고온의 환원가스가 공급되므로, 상온의 철광석 및 부원료가 고온환원가스와 접촉하여 승온된다. 이와 동시에, 상온의 철광석 및 부원료는 90% 이상 환원되고, 30% 이상 소성 되어 용융가스화로내로 장입된다.
용융가스화로내에는 석탄이 공급되어 석탄충진층이 형성되어 있어서, 상온의 분광 및 부원료가 석탄충진층내에서 용융 및 슬래깅(slagging)되어 용철 및 슬래그로 배출된다. 용융가스화로 외벽에 설치된 다수의 풍구를 통해 산소가 취입되어 석탄충진층을 연소하면서 고온의 환원가스로 전환된다. 고온의 환원가스는 유동환원로로 보내져 상온의 철광석 및 부원료를 환원한 후 외부로 배출된다. 이 때, 배출되는 배가스의 온도는 대략 680℃이고, 압력은 1.7~2.5bar이다.
특히, 철광석을 유동환원로에 장입하여 환원철로 환원하는 경우, 유동환원로에 환원철이 고착(sticking)되는 것을 방지하고, 용융가스화로에서의 열적 부담을 줄이기 위하여 석회석과 백운석 등의 부원료를 철광석과 함께 유동환원로에 장입한다. 이 경우, 부원료는 장입되는 원료 전체량의 약 15~20％정도를 사용한다.
철광석 및 부원료는 유동환원로에 장입하기 전에 유동환원로에서의 흐름을 좋게 하기 위하여 건조장치에서 건조된다. 이 경우, 더운 공기를 건조장치에 주입하여 철광석 및 부원료를 건조하는 데, 철광석이 80% 이상을 차지하므로 철광석을 기준으로 전체 조업 조건이 정해지게 된다. 그러나 부원료는 철광석에 비하여 입도와 밀도가 작으므로, 동일한 조건에서 건조를 하는 경우 미분 손실이 대량으로 발생한다. 또한, 건조가 잘 이루어지도록 건조장치에 부하를 크게 걸게 되므로 건조장치의 고장이 잦게 된다. 이외에, 철광석도 1mm 이하의 미분이 50% 이상으로 되어 건조장치가 막혀서 가끔씩 조업이 중단되는 문제점이 있다.
발명에 대한 요약
본 발명은 진술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유동환원로의 배가스를 철광석과 부원료를 이송하기 위한 이송가스로 사용하는 동시에 현열로 철광석과 부원료를 건조함으로써, 건조에 드는 비용을 절감할 수 있는 용철제조장치 및 그 용철제조방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여 본 발명의 용철제조방법은, 철광석 및 부원료를 건조 및 혼합하여 철함유 혼합체를 제공하는 단계, 철함유 혼합체를 순차적으로 연결한 하나 이상의 기포유동층을 통과시키면서 환원 및 소성하여 환원체로 변환하는 단계, 환원체를 용융시킬 열원인 석탄충진층을 형성하는 단계, 환원체를 석탄충진층에 장입하고 여기에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 단계, 그리고 석탄충진층에서 배출되는 환원가스를 기포유동층에 공급하는 단계를 포함하며, 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 기포유동층으로부터 배출되는 배가스를 분기하여 철광석 및 부원료 중 적어도 하나를 건조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 철광석 및 부원료 중 적어도 하나를 기포유동층에 공급하기 직전에 건조할 수 있다.
그리고 전술한 철함유 혼합체를 제공하는 단계는, 저장된 철광석 및 부원료를 배출하는 단계, 철광석 및 부원료를 진동시키면서 별도의 가열 공기로 건조하는 단계, 건조한 철광석 및 부원료를 저장하는 단계, 그리고 저장한 철광석 및 부원료를 기포유동층에 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 분기한 배가스의 양은 기포유동층으로부터 배출하는 배가스량의 20∼40%인 것이 바람직하다.
그리고 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 철광석 및 부원료 중 적어도 하나를 건조하는 동시에 기송하는 것이 바람직하다.
또한, 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 철광석을 기송하는 경우에 배가스의 유속은 20~30m/s인 것이 바람직하다. 한편, 부원료를 기송하는 경우에 배가스의 유속은 10∼20m/s인 것이 바람직하다.
그리고 기송관은 상하 방향으로 뻗어 있고, 기송관의 하부로 배가스를 공급하며, 철광석 및 부원료를 배가스 공급 위치인 상기 이송관 하부보다 1~2m 높은 위치에서 기송관에 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명의 용철제조장치는, 철광석 및 부원료를 건조 기송하는 기송관, 기송관에서 공급하는 철광석 및 부원료를 환원 및 소성하여 환원체로 변환하는 하나 이상의 유동환원로, 환원체를 장입하고 내부로 산소를 취입하여 용철을 제조하는 용융가스화로, 용융가스화로에서 배출하는 환원가스를 유동환원로에 공급하는 환원가스 공급관, 그리고 유동환원로로부터 배출하는 배가스를 분기하여 기송관에 공급하는 배가스 분기관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 용철제조장치는 철광석 및 부원료를 저장하는 각각의 호퍼, 그리고 호퍼에 연결되어 기송관에 상기 철광석 및 부원료를 공급하는 바이패스(bypass)관을 더 포함할 수 있다.
그리고 호퍼에서 공급하는 상기 철광석 및 부원료를 건조하는 건조 장치, 건조 장치와 연결되어 건조된 철광석 및 부원료를 저장하는 저장빈, 그리고 저장빈과 연결되어 저장된 철광석 및 부원료를 유동환원로에 제공하는 컨베이어 벨트를 포함할 수 있다.
그리고 기송관은 상하 방향으로 뻗어 있고, 기송관의 하부로 배가스를 공급하며, 철광석 및 부원료를 배가스보다 1∼2m 높은 위치에서 기송관에 공급하는 것이 바람직하다.
한편, 기송관에서의 배가스의 유속은 10~30m/s인 것이 바람직하다.
그리고 분기한 배가스의 양은 유동환원로에서 배출하는 배가스량의 20~40%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 용철제조장치에 사용하는 철광석은 입도가 8mm 이하의 분광인 것이 바람직하다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용철제조장치의 개략적인 도면이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용철제조장치의 개략적인 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 이용하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용철제조장치의 개략적인 도면으로서, 철광석 및 부원료를 건조 기송하여 유동환원로에 공급하는 용철제조장치를 나타낸다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치(100)는 크게 유동환원로 유닛(20), 용융가스화로(10), 원료공급유닛(60), 및 기타 부대설비로 나누어진다. 유동환원로 유닛(20)은 내부에 기포유동층을 가진 하나 이상의 유동환원로를 포함하며, 철광석 및 부원료를 환원 및 소성하여 환원체로 변환한다. 내부에 석탄충진층을 가진 용융가스화로(10)는 환원체를 장입하고 그 내부로 산소를 취입하여 용철을 제조한다. 용융가스화로(10)에서 배출하는 환원가스는 유동환원로를 거쳐서 철광석 및 부원료를 환원 및 소성하는 데 사용된 후, 외부로 배출된다.
본 발명의 용철제조장치를 구성하는 각각의 구성요소를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
유동환원로 유닛(20)은 건조된 철광석 및 부원료가 혼합된 철함유 혼합체가 장입되는 락호퍼(21)와, 내부에 기포유동층을 가진 1개 이상의 유동환원로를 포함한다. 도 1에 도시한 락호퍼(21)에는 균배압 장입 수단이 마련되어, 철광석 및 부원료가 상압 상태에서 1.5~3.0기압으로 유지되는 유동환원로에 장입할 수 있도록 해준다.
유동환원로는 장입한 철함유 혼합체를 예열하기 위한 예열로(23), 예열로(23)에서 예열한 철함유 혼합체를 예비 환원하는 예비 환원로(25), 그리고 예비 환원로(25)에서 예비 환원한 철함유 혼합체를 최종 환원하는 최종 환원로(27)를 포함한다. 도 1에는 유동환원로를 3단으로 도시하였지만, 이는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 유동환원로를 다양한 단수로 사용할 수 있다. 유동환원로에 공급되는 철광석 및 부원료는 고온의 환원가스기류와 접촉하여 기포유동층을 형성하며, 80℃ 이상 승온, 80%의 환원 및 30% 이상의 소성이 이루어진 고온의 환원체로 전환된다.
도 1에는 도시하지 않았지만, 유동환원로에서 배출되는 환원체를 바로 용융가스화로(10)에 바로 장입하는 경우의 비산 손실을 막기 위하여 고온 괴성화 장치를 사이에 설치할 수 있다. 한편, 유동환원로로부터 배출되는 환원체를 용융가스화로(10)에 투입하기 위하여 고온 균배압 장치(12)를 마련함으로써, 용융가스화로(10)에 환원체를 투입하기 용이하게 해준다.
유동환원로에서 배출되는 배가스를 이용하는 원료공급유닛(60)은 철광석 호퍼(30), 부원료 호퍼(40) 및 기송관(L57) 등을 포함하며, 철광석 및 부원료를 건조 기송하여 유동환원로 유닛(20)에 공급한다. 철광석 호퍼(30) 및 부원료 호퍼(40)로부터 각각 배출하는 철광석 및 부원료는 철광석 공급관(L30)과 부원료 공급관(L40)과 연결된 기송관(L57)을 통하여 락호퍼(21)로 공급한다. 유동환원로 중 예열로(23)로부터 나오는 배가스를 분기한 배가스 분기관(L55)을 통하여 기송관(L57)에 배가스 일부를 공급한다. 여기서, 기송관(L57)은 상하 방향으로 뻗어 있고, 철광석 및 부원료를 배가스 공급 위치인 상기 이송관 하부보다 1~2m 높은 위치에서 기송관(L57)에 공급한다. 철광석 및 부원료를 배가스 공급 위치보다 1~2m 높은 위치에서 공급하는 경우, 건조 기송에 따른 철광석 및 부원료의 비산 손실을 최소화하면서도, 유속에 따른 배가스와의 접촉 면적을 최대로 넓힐 수 있어서 건조 기송이 가장 효율적으로 이루어진다. 도 1에 도시한 기송관(L57)에서의 철광석 및 부원료의 공급 위치는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 전술한 조건을 만족하기만 하면 된다.
용융가스화로(10)의 충진층 상부에는 돔(dome) 형태의 빈 공간이 형성되어 있다. 이것으로 가스유속을 감소시킴으로써, 장입되는 환원체내에 포함되어 있는 미분과 용융가스화로(10)내에 장입되어 있는 석탄의 급속한 승온에 따라 발생하는 미분들이 노외로 다량 방출되는 것을 방지한다. 또한, 석탄을 직접 사용함에 따라 야기되는 가스발생량의 불규칙한 변동에 따른 용융가스화로(10)내의 압력 변동을 흡수한다. 충진층내에서 석탄은 하부로 강하하면서 탈휘 및 가스화되며, 궁극적으로는 노하부에 있는 풍구를 통하여 취입되는 산소에 의하여 연소된다. 이 때의 연소가스는 충진층을 상승하면서 고온 환원가스로 전환되어 용융가스화로(10) 외부로 배출되며, 일부는 용융가스화로(10)에 부과되는 압력이 3.0∼3.5 기압의 범위내에서 일정하게 유지되도록 수집진장치(51, 53)를 거치면서 제진 및 냉각된다. 또한, 일부는 환원가스 분기관(L55)을 통하여 철광석 및 부원료를 건조 기승하는 데 사용한다.
싸이클론(cyclone)(14)은 용융가스화로(10)에서 발생하는 배가스를 포집하여 더스트는 용융가스화로(10)에 다시 공급하고, 가스는 유동환원로에 환원가스 공급관(L59)을 통하여 환원가스로 공급한다.
환원철은 석탄과 함께 충진층내를 강하하면서 석탄 가스화 및 연소에 의하여 발생하는 환원가스 및 연소열에 의하여 최종 환원 및 용융되어 외부로 배출된다.
유동환원로에서 배출되는 배가스를 이용하는 원료공급유닛(60)은 철광석 호퍼(30), 부원료 호퍼(40) 및 기송관(L57) 등을 포함하며, 철광석 및 부원료를 건조 기송하여 유동환원로 유닛(20)에 공급한다. 철광석 호퍼(30) 및 부원료 호퍼(40)로부터 각각 배출하는 철광석 및 부원료는 철광석 공급관(L30)과 부원료 공급관(L40)과 연결된 기송관(L57)을 통하여 락호퍼(21)로 공급한다. 유동환원로 중 예열로(23)로부터 나오는 배가스를 분기한 배가스 분기관(L55)을 통하여 기송관(L57)에 배가스 일부를 공급한다. 여기서, 기송관(L57)은 상하 방향으로 뻗어 있고, 철광석 및 부원료를 배가스보다 1~2m 높은 위치에서 기송관(L57)에 공급한다. 철광석 및 부원료를 배가스보다 1~2m 높은 위치에서 공급하는 경우, 건조 기송에 따른 철광석 및 부원료의 비산 손실을 최소화하면서도, 유속에 따른 배가스와의 접촉 면적을 최대로 넓힐 수 있어서 건조 기송이 가장 효율적으로 이루어진다. 도 1에 도시한 기송관(L57)에서의 철광석 및 부원료의 공급 위치는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 전술한 조건을 만족하기만 하면 된다.
기송관(L57) 하부에 연결되어 있는 배가스 분기관(L55)으로부터 나오는 배가스로 철광석 및 부원료를 건조 기송하여 락호퍼(21)에 장입한다. 분기되어 건조기송에 사용하는 배가스의 양은 유동환원로에서 배출하는 배가스량의 20∼40%인 것이 바람직하다. 이 정도 양의 배가스를 사용하면, 용철제조에 필요한 충분한 양의 철광석 및 부원료를 건조 기송할 수 있다.
철광석은 입도가 8mm 이하인 분광을 사용하면 비교적 부피와 밀도가 가벼워서 락호퍼(21)에 원활한 공급이 가능하다. 또한, 기송관(L57)에서의 배가스의 유속은 10∼30m/s가 적당하다. 배가스의 유속이 10m/s 미만인 경우, 기송관(L57) 하부의 압력이 증가하여 배가스 흐름이 불안정해지고, 배가스의 유속이 30m/s를 초과하는 경우 비산 손실이 일어날 우려가 높다.
이와 같이, 배가스를 철광석 및 부원료의 수송가스로 이용하면서 현열로 건조시키므로, 배가스를 재활용할 수 있어서 에너지가 절감되고, 건조가 안정적으로 이루어지는 이점이 있다. 기송관(L57)을 통하여 건조 및 기송이 동시에 이루어지므로 건조 및 기송에 필요한 장치의 수를 대폭 절감할 수 있다. 특히, 기송관(L57)에 공급하는 철광석 및 부원료는 밸브(V30, V40)를 통하여 각각 그 양을 조절할 수 있고, 기송관(L57)에 공급하는 배가스는 밸브(V55)를 통하여 그 양을 조절할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치에서는 조업 조건에 따라 철광석 및 부원료를 선택적으로 기송관(L57)에 공급하여 건조 기송할 수 있다. 부원료를 기송관(L57)에 공급하여 건조 기송하는 경우에는 밸브(V40)을 열고 밸브(V30)을 닫아서 부원료만을 건조 기송할 수 있다. 이 경우, 기송관(L57)에 취입하는 배가스의 유속은 10∼20m/s가 바람직하다. 배가스의 유속이 10m/s미만이면 기송관(L57) 하부로 장입된 부원료들이 기송관(L57)내에서 완전히 수송되지 못하고, 일부 입자들이 기송관(L57) 하부에 축적될 수 있다. 따라서 기송관(L57) 하부 압력이 크게 증가하여 기송관(L57)내의 흐름을 불안정하게 만들 수 있다. 이와는 반대로 배가스의 유속이 20m/s를 초과하는 경우에는 부원료의 입도가 너무 작으므로 적당하지 않다. 여기서, 철광석의 처리량은 대략 100~130ton/day이고, 부원료의 처리량은 대략 15∼30ton/day이다.
또한, 철광석을 기송관(L57)에 공급하여 건조 기송하는 경우에는 밸브(V30)을 열고 밸브(V40)을 닫아서 철광석만을 건조 기송할 수 있다. 이 경우, 기송관(L57)에 취입하는 배가스의 유속은 부원료보다는 좀더 크게 하는 것이 바람직하다. 이는 철광석이 부원료에 비하여 입자 크기 및 밀도가 더 큰 것에 기인하는 데, 배가스 유속을 20∼30m/s로 하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는 철광석과 부원료를 각각 따로 건조 기송할 수도 있고, 혼합하여 건조 기송할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시한 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치(200)는 원료공급유닛(65)을 제외하고는 전술한 제1 실시예와 동일하다. 따라서, 이하에서는 용철제조장치(200) 중 제1 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고 원료공급유닛(65)을 위주로 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 원료공급유닛(65)은 철광석 호퍼(30), 부원료 호퍼(40), 건조장치(61), 철광석 저장빈(34), 부원료 저장빈(44) 그리고 컨베이어 벨트(63, 65) 등을 포함한다.
철광석 호퍼(30)에 연결된 철광석 공급관(L31)과 부원료 호퍼(40)에 연결된 부원료 공급관(L41)은 건조장치(61)에 연결되어 철광석 및 부원료를 건조장치(61)에 공급한다. 건조장치(61)는 별도의 가열 공기를 분산판 하부에 주입하여 유동층 형태로 철광석 및 부원료를 진동시키면서 건조한다. 건조장치(61)에서 건조한 철광석 및 부원료는 각각 철광석 저장빈(34) 및 부원료 저장빈(44)에 저장한다. 이와 같이, 건조되어 저장된 철광석 및 부원료를 제1 컨베이어 벨트(63)를 통하여 이송한다. 제1 컨베이어 벨트(63)는 수직형인 제2 컨베이어 벨트(65)와 연결되어, 건조된 철광석 및 부원료를 락호퍼(21)에 장입한다.
본 발명의 제2 실시예에서는 전술한 장치에 기송관(L57)을 결합하여 사용한다. 철광석은 철광석 공급관(L31)에 연결된 철광석 바이패스관(L33)을 통하여 기송관(L57)에 공급되고, 부원료는 부원료 공급관(L41)에 연결된 부원료 바이패스관(L43)을 통하여 기송관(L57)에 공급된다. 이에 따라 철광석 및 부원료는 철함유 혼합체로 되어 기포유동층을 가진 유동환원로에 공급하기 직전에 건조된다.
특히, 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치(200)는 건조장치(61)가 고장나거나 건조장치(61)에 부하가 많이 걸리는 경우, 바이패스관(L33, L43)을 이용하면 편리하다.
즉, 건조장치(61)가 고장나는 경우, 건조장치(61)로 통하는 밸브(V31, V41)를 닫고, 바이패스관(L33, L43)에 각각 설치된 밸브(V33, V43)를 열어서 철광석 및 부원료를 바로 기송관(L57)에 공급한다. 또한, 밸브(V55)를 열어서 환원가스 분기관(L55)을 통하여 배가스를 기송관(L57)에 공급하여 철광석 및 부원료를 락호퍼(21)로 건조 기송한다. 따라서 철광석 및 부원료를 연속적으로 건조 기송하여 유동환원로에 장입할 수 있으므로, 용철제조공정을 좀더 탄력적으로 운영할 수 있다.
한편, 건조장치(61)에 부하가 많이 걸리는 경우에는 건조장치(61)로 통하는 밸브(V31, V41)를 모두 연 상태에서, 밸브(V33, V43)를 열어서 건조장치로 공급하는 철광석 및 부원료 중 일부를 기송관(L57)으로 공급한다. 따라서 건조장치(61)에 걸리는 부하를 경감시킬 수 있다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예
철광석과 부원료로 석회석을 사용하여 기송관을 통해 건조 기송하였다. 이 경우, 사용한 철광석과 부원료의 물성을 표 1에 나타낸다.
표 1
Figure 112005032169808-pct00001
유동환원로로부터 배출되는 배가스 중 20~40%를 분기하여 기송관에 공급하였으며, 기송관에 공급된 배가스의 내역은 다음의 표 2와 같다.
표 2
Figure 112005032169808-pct00002
철광석과 부원료인 석회석을 기송관에 각각 공급하는 경우, 상하로 뻗은 기송관의 크기와 기송관내의 기체유속 및 압력강하는 다음의 표 3과 같다.
표 3
Figure 112005032169808-pct00003
상기한 철광석 및 부원료를 기송관에서 건조 기송한 다음의 수분함량을 측정하여, 건조전 수분함량과 비교한 결과를 다음의 표 4에 나타낸다.
표 4
Figure 112005032169808-pct00004
표 4에 나타낸 바와 같이, 기송관을 통하여 철광석 및 부원료를 건조 기송하는 경우, 수분함량이 대폭 감소하는 등 기송 및 건조가 효율적으로 이루어진다는 것을 알 수 있었다.
본 발명은 특히 분광 및 미분인 부원료를 사용할 수 있는 이점이 있다. 즉 입도가 작은 철광석 및 부원료를 사용하므로, 배가스를 이용하여 이들을 기송할 수 있는 동시에 건조시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 기포유동층으로부터 배출되는 배가스를 분기하여 사용하므로, 폐가스양을 저감할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 재활용이 가능하다.
특히, 철광석 및 부원료를 기포유동층에 공급하기 직전에 건조함으로써 기포유동층에서의 예열 및 환원율을 더욱 높일 수 있다.
본 발명은 또한 일반적인 건조 장치에 적용할 수 있으므로, 건조장치의 이상에 대비할 수 있고, 건조장치에 걸리는 부하를 분산할 수 있으므로, 용철제조공정을 좀더 탄력적으로 운영할 수 있다.
본 발명에서는 철함유 혼합체를 다단의 기포유동층을 사용하여 환원하므로, 환원 및 소성이 잘 이루어진 환원체를 얻을 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (15)

  1. 철광석 및 부원료를 건조 및 혼합하여 철함유 혼합체를 제공하는 단계, 상기 철함유 혼합체를, 순차적으로 연결한 하나 이상의 기포유동층을 통과시키면서 환원 및 소성하여 환원체로 변환하는 단계, 상기 환원체를 용융시킬 열원인 석탄충진층을 형성하는 단계, 상기 환원체를 상기 석탄충진층에 장입하고 상기 석탄충진층에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 단계, 및 상기 석탄충진층에서 배출되는 환원가스를 상기 기포유동층에 공급하는 단계를 포함하며,
    상기 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 상기 기포유동층으로부터 배출되는 배가스를 분기하여 상기 철광석 및 부원료 중 적어도 하나를 건조하고,
    상기 철함유 혼합체를 제공하는 단계는, 저장된 상기 철광석 및 부원료를 배출하는 단계, 상기 철광석 및 부원료를 진동시키면서 별도의 가열 공기로 건조하는 단계, 상기 건조한 철광석 및 부원료를 저장하는 단계, 및 상기 저장한 철광석 및 부원료를 상기 기포유동층에 공급하는 단계를 포함하는 용철제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 상기 철광석 및 부원료 중 적어도 하나를 상기 기포유동층에 공급하기 직전에 건조하는 용철제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 상기 분기한 배가스의 양은 상기 기포유동층으로부터 배출하는 배가스량의 20~40%인 용철제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 상기 철광석 및 부원료 중 적어도 하나를 건조하는 동시에 기송하는 용철제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 상기 철광석을 기송하는 경우, 상기 배가스의 유속은 20∼30m/s인 용철제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 상기 부원료를 기송하는 경우, 상 기 배가스의 유속은 10~20m/s인 용철제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 철함유 혼합체를 제공하는 단계에서, 상기 철광석은 입도가 8mm 이하의 분광인 용철제조방법.
  9. 철광석 및 부원료를 건조 기송하는 기송관, 상기 기송관에서 공급하는 상기 철광석 및 부원료를 환원 및 소성하여 환원체로 변환하는 하나 이상의 유동환원로, 상기 환원체를 장입하고, 내부로 산소를 취입하여 용철을 제조하는 용융가스화로, 상기 용융가스화로에서 배출하는 환원가스를 상기 유동환원로에 공급하는 환원가스 공급관, 및 상기 유동환원로로부터 배출하는 배가스를 분기하여 상기 기송관에 공급하는 배가스 분기관을 포함하고,
    상기 철광석 및 부원료를 저장하는 각각의 호퍼, 및 상기 호퍼에 연결되어 상기 기송관에 상기 철광석 및 부원료를 공급하는 바이패스(bypass)관을 더 포함하는 용철제조장치.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 호퍼에서 공급하는 상기 철광석 및 부원료를 건조하는 건조 장치,
    상기 건조 장치와 연결되어 건조된 상기 철광석 및 부원료를 저장하는 저장빈, 및
    상기 저장빈과 연결되어 상기 저장된 상기 철광석 및 부원료를 상기 유동환원로에 제공하는 컨베이어 벨트
    를 포함하는 용철제조장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 기송관은 상하 방향으로 뻗어 있고, 상기 기송관의 하부로 상기 배가스를 공급하며, 상기 철광석 및 부원료를 배가스 공급 위치인 상기 이송관 하부보다 1~2m 높은 위치에서 상기 기송관에 공급하는 용철제조장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 기송관에서의 상기 배가스의 유속은 10∼30m/s인 용철제조장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 분기한 배가스의 양은 상기 유동환원로에서 배출하는 배가스량의 20∼40%인 용철제조장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 철광석은 입도가 8mm 이하의 분광인 용철제조장치.
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