KR101142720B1 - 파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너에 관한 것이다.

본 발명은, 화염온도를 제어하기 위해 외부로부터 공급되는 물의 이동로로 제공되는 물공급 파이프; 상기 물공급 파이프의 외주면을 감싸고, 외부로부터 공급되는 산소의 이동로로 제공되는 산소공급 파이프; 상기 물공급 파이프 및 산소공급 파이프의 일단에 장착되고, 상기 물공급 파이프를 통해 이동한 물과 상기 산소공급 파이프를 통해 이동한 산소를 부분 혼합하여 유동환원로의 내부로 공급하는 혼합부; 및 상기 물공급 파이프, 산소공급 파이프 및 혼합부를 수용하고, 상기 유동환원로에 장착되는 본체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너를 제공한다.

파이넥스, 유동환원로, 베드 버너, 산소, 물

Description

파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너{Bed bunner attached to fluidized reduction furnace of FINEX process}

본 발명은 베드 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파이넥스 공정에서 분철광의 환원을 위해 사용되는 유동환원로의 측면에 장착되어 상기 유동환원로의 내부를 분철광의 환원에 적합한 온도로 유지시키기 위한 파이넥스(FINEX) 공정의 유동환원로용 베드 버너에 관한 것이다.

자동차, 조선, 가전, 건설 등 대부분의 현대 산업에서 사용되고 있는 철강의제조는 일반적으로 제선공정, 제강공정, 연주공정 및 압연공정의 순으로 진행된다. 그리고, 제선공정에서는 고로법을 이용하여 용선이 제조된다. 고로법은 소결과정을 거친 철광석과, 유연탄을 원료로 하여 제조된 코크스를 고로에 투입한 후 산소를 불어넣어 용선을 제조하는 방법이다.

그러나, 상기 고로법에 의하면, 유연탄을 코크스로 제조하기 위한 코크스 제조설비, 철광석의 소결과정을 위한 소결설비 등의 부대설비가 마련되어야 한다. 또한, 상기 부대설비로부터는 환경오염물질이 배출되므로 고로법에 의하면 상기 부대설비들과 함께 환경오염물질을 정화시키기 위한 정화설비가 마련되어야 한다. 상기 부대설비와 정화설비의 설치에 따라 추가로 발생하는 비용은 철강의 제조원가에 그대로 반영되는바, 상기 고로법에 의하면 철강의 제조원가가 높은 문제가 발생한다. 따라서, 현재 철강업계에서는 고로법이 용융환원법으로 대체되고 있다. 상기 용융환원법은 파이넥스(FINEX)법이라고도 칭해진다.

고로법에서는 소결과정을 거친 덩어리 상태의 철광석(괴철광) 또는 자연상태의 괴철광이 사용되는 반면 파이넥스 공정에서는 가루형태의 철광석(분철광)이 사용된다. 또한, 고로법에서는 유연탄을 가공한 코크스가 사용되나 파이넥스 공정에서는 일반탄이 직접 사용된다. 이와 같은 파이넥스법은 코크스 제조설비, 철광석의 소결설비, 정화설비 등을 필요로 하지 않고, 괴철광에 비해 가격이 저렴한 분철광과 유연탄에 비해 가격이 저렴한 일반탄을 사용하기 때문에 철강의 제조원가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 파이넥스법은 고로법에 비해 매우 친환경적인 장점이 있다.

파이넥스 공정에서는 분철광을 환원시키는 유동환원로와, 환원된 분철광과 일반탄을 용융시켜 용선을 제조하는 용융가스화로가 사용된다. 분철광의 환원을 위해 유동환원로의 내부로는 가연성 가스와 산소가 공급된다. 가연성 가스는 유동환원로의 하단에 형성된 분산판을 통과하여 균일한 흐름으로 유동환원로의 내부로 유입된 후 분철광을 유동시킨다.

산소는 유동환원로의 측면에 장착된 베드 버너를 통해 유동환원로의 내부로 유입된 후 상기 가연성 가스와 반응하여 유동환원로의 내부온도를 분철광의 환원에 적합하게 형성시킨다. 그러나, 이와 같이 유동환원로 내부에 산소만을 공급할 경 우, 산소공급부위가 국부적으로 과도하게 가열되므로 산소공급부위 및 그 주위에 위치하는 입자들이 용융 및 합체되면서 분산판이 막히는 현상이 발생한다. 분산판이 막히게 되면 가연성 가스가 유동환원로 내부로 원활히 공급될 수 없으므로 유동 환원로 내부에 위치하는 분철광 등의 입자가 유동하지 못하게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 산소와 질소를 혼합한 혼합가스를 베드 버너를 통해 유동환원로 내부로 공급하는 방안이 제안되었다. 위 방안에 의하면 질소가 주위의 열을 흡수하므로 혼합가스의 공급부위가 국부적으로 과도하게 가열되는 현상은 어느 정도 방지될 수 있다.

그러나, 유동환원로로부터 배출되는 부생가스(finex off gas)에 다량의 질소가 포함되기 때문에 부생가스의 재활용 시 효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 상기 혼합가스에 다량으로 포함된 질소로 인해 유동환원로 내부의 온도가 환원에 적합한 온도를 하회하는 것을 방지하기 위해 산소량이 증가되어야 하는 문제가 있다.

또한, 유동환원로로부터 배출되는 이산화탄소에 다량의 질소가 포함되기 때문에 만일 이산화탄소의 순도를 높이기 위한 공정이 수행된다면 그 공정 수행에 비용 및 시간이 과다하게 소요되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유동 환원로로부터 배출되는 부생가스(finex off gas)의 재활용 시 효율이 저하되는 현상을 방지할 수 있고, 유동환원로 내부의 온도가 환원에 적합한 온도를 하회하는 것을 방지하기 위해 산소량이 증가되어야 하는 문제를 해결할 수 있으며, 이산화탄소의 순도를 높이기 위한 후속 공정이 수반되어야 하는 문제를 해결할 수 있는 파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너를 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 화염온도를 제어하기 위해 외부로부터 공급되는 물의 이동로로 제공되는 물공급 파이프; 상기 물공급 파이프의 외주면을 감싸고, 외부로부터 공급되는 산소의 이동로로 제공되는 산소공급 파이프; 상기 물공급 파이프 및 산소공급 파이프의 일단에 장착되고, 상기 물공급 파이프를 통해 이동한 물과 상기 산소공급 파이프를 통해 이동한 산소를 부분 혼합하여 유동환원로의 내부로 공급하는 혼합부; 및 상기 물공급 파이프, 산소공급 파이프 및 혼합부를 수용하고, 상기 유동환원로에 장착되는 본체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너를 제공한다.

바람직하게 외부로부터 공급되는 상기 물은 액체상태이다.

바람직하게 상기 혼합부의 내경은 상기 물공급 파이프 및 산소공급 파이프로부터 멀어질수록 작아진다.

본 발명에 따르면, 질소의 사용이 없이도 화염온도가 적절하게 제어될 수 있기 때문에 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 유동환원로로부터 배출되는 부생가스(finex off gas)에 질소가 포함되지 않기 때문에 상기 부생가스의 재활용 시 재활용 효율이 종래에 비해 향상될 수 있다.

둘째, 질소에 비해 가격이 매우 저렴한 물이 사용되고, 질소가 사용되는 경우에 비해 산소의 사용량이 감소되므로 유동환원로의 운전이 경제적으로 이루어질 수 있다.

셋째, 유동환원로로부터 배출되는 이산화탄소에 질소가 포함되지 않기 때문에 이산화탄소로부터 질소를 제거하기 위한 후속 공정이 불필요하다.

넷째, 혼합부의 내경이 점차 작아지므로, 화염의 길이가 적절하게 형성될 수 있고, 고온영역의 감소로 인해 용융 입자가 더욱 감소하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 대한 명확한 이해를 위해 본 발명의 설명에 앞서 일반적인 유동환원로와 이에 장착되는 배드 버너에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 유동환원로에 베드 버너가 부착된 상태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.

일반적으로 베드 버너(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 유동환원로(102)의 측면에 장착되어 유동환원로(102) 내부로 산소와 질소가 혼합된 혼합가스를 공급한다. 유동환원로(102)에는 환원의 대상인 분철광(104)이 수용되고, 유동환원로(102)의 하면에는 분산판(106)이 구비된다. 외부로부터 공급되는 가연성 가스는 분산판(106)을 통과하여 균일한 흐름으로 유동환원로(102) 내부로 유입된 후 분철광(104)을 유동시킨다. 상기 혼합가스는 유동환원로(102) 내부에서 화염(108)을 발생시키고, 이로써 유동환원로(102)의 내부 온도가 환원에 적합한 온도로 유지된다.

이하, 본 발명에 따른 베드 버너를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너의 단면도이다.

본 발명에 따른 베드 버너(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 물공급 파이프(16a), 산소공급 파이프(18a), 혼합부(20) 및 본체(10a)를 포함한다.

상기 물공급 파이프(16a)는 외부로부터 공급되는 물의 이동로로 제공되기 위한 것으로서, 상기 본체(10a)의 중심부에서 본체(10a)의 길이방향을 따라 연장되도록 설치된다. 물은 물공급 파이프(16a)의 일단에 형성된 물공급구(16)를 통해 물공급 파이프(16a)로 공급되어 상기 혼합부(20)까지 이동한다. 혼합부(20)로 이동한 물은 유동환원로(102) 내부로 유입된 후 주위의 열을 흡수하고, 이로써 유동환원 로(102)의 내부에 형성되는 화염의 온도가 분철광(104)의 환원에 적합한 온도로 형성됨과 동시에 유동환원로(102)의 내부가 국부적으로 과도하게 가열되는 현상이 발생하지 않게 된다. 유동환원로(102)의 내부가 국부적으로 과도하게 가열되는 현상이 방지되면 입자 용융 및 합체가 양적으로 감소하게 되므로 분산판(106)이 막히지 않게 되고, 이로써 가연성 가스가 유동환원로(102) 내부로 원활히 공급될 수 있다. 한편, 자신의 기능을 수행한 후 유동환원로(102)로부터 배출된 물은 냉각과정을 거쳐 회수될 수 있다.

여기서, 상기 물은 액체 상태 또는 기체 상태로 공급될 수 있다. 화염의 온도는 수천 ℃로 형성됨에 반해 기체 상태의 물은 100 ℃를 약간 상회하는바, 물이 기체 상태로 공급되더라도 화염 온도의 제어가 적절하게 이루어질 수 있다.

산소공급 파이프(18a)는 외부로부터 공급되는 산소의 이동로로 제공되기 위한 것으로서, 물공급 파이프(16a)의 외주면을 감싸도록 설치된다. 산소는 산소공급 파이프(18a)의 일단 측면에 형성된 산소공급구(18)를 통해 산소공급 파이프(18a)로 공급되어 상기 물과 분리된 상태로 상기 혼합부(20)까지 이동한다. 혼합부(20)를 통과한 물은 분산판(106)을 통과한 가연성 가스와 반응하여 화염을 발생시킨다.

상기 혼합부(20)는 물공급 파이프(16a)를 통해 이동한 물과 상기 산소공급 파이프(18a)를 통해 이동한 산소를 부분 혼합하여 상기 유동환원로(102)의 내부로 공급하기 위한 것이다.

이를 위해, 혼합부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 물공급 파이프(16a) 및 산소스공급 파이프(18a)의 일단에 장착된다. 물과 산소가 혼합부(20)로 유입되면, 산소와 물은 그 상호 경계면에서 부분적으로 혼합된 후 혼합부(20)로부터 배출된다. 혼합부(20)로부터 배출된 물 및 산소는 유동환원로(102)의 내부로 공급된다.

상기 본체(10a)는 물공급 파이프(16a), 산소공급 파이프(18a) 및 혼합부(20)를 고정적으로 수용하고, 유동환원로(102)의 측면에 장착된다. 본체(10a)와 유동환원로(102)의 결합은 본체(10a)의 외주면에 형성된 플랜지(22)를 통해 이루어진다.

상기 베드 버너(10)는 냉각수 공급구(12), 냉각수 배출구(14) 및 냉각수 파이프(15)를 포함한다. 냉각수 파이프(15)는 산소공급 파이프(18a)의 외주면을 감싸도록 본체(10a)의 내부에 구비된다. 냉각수는 냉각수 공급구(12)를 통해 외부로부터 유입된 후 냉각수 파이프(15)를 따라 이동하면서 베드 버너(10)의 온도가 과도하게 상승하는 현상을 방지한다. 냉각수 파이프(15)를 경유한 냉각수는 냉각수 배출구(14)를 통해 외부로 유출된다.

상기 베드 버너(10)는 질소를 전혀 사용하지 않고서도 유동환원로(102) 내부의 온도를 적절하게 유지시킴과 동시에 유동환원로(102) 내부에서 발생하는 입자용융을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 발생한다.

유동환원로(102)로부터 배출되는 부생가스(finex off gas)에 질소가 포함되지 않기 때문에 상기 부생가스의 재활용시 재활용 효율이 종래에 비해 향상될 수 있다. 또한, 질소에 비해 가격이 매우 저렴한 물이 사용되고, 질소가 사용되는 경우에 비해 산소의 사용량이 감소되므로 유동환원로(102)의 운전이 경제적으로 이루어질 수 있다.

또한, 유동환원로(102)로부터 배출되는 이산화탄소에 질소가 포함되지 않기 때문에 이산화탄소의 순도를 높이기 위해 질소를 제거하여야 하는 후속 공정이 수행될 필요가 없다.

한편, 상기 혼합부(20)의 내경은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 물공급 파이프(16a) 및 산소공급 파이프(18a)로부터 멀어질수록 작아지는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 물 및 산소에 소정의 압력이 가해지기 때문에 화염의 길이가 적절하게 형성될 수 있다. 또한, 화염의 평균 직경이 감소하기 때문에 고온영역이 더욱 감소되고, 이로 인해 용융 입자가 더욱 감소하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

도 1은 유동환원로에 베드 버너가 부착된 상태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너를 나타낸 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너의 단면도이다.

Claims (3)

1. 화염온도를 제어하기 위해 외부로부터 공급되는 물이 액상 상태로 이동로로 제공되는 물 공급 파이프;

   상기 물 공급 파이프의 외주면을 감싸고, 외부로부터 공급되는 산소의 이동로로 제공되는 산소 공급 파이프;

   상기 물 공급 파이프 및 산소 공급 파이프의 일단에 장착되고, 상기 물 공급 파이프를 통해 이동한 물과 상기 산소 공급 파이프를 통해 이동한 산소를 부분 혼합하여 유동환원로의 내부로 공급하는 혼합부;

   상기 물 공급 파이프, 산소 공급 파이프 및 혼합부를 수용하고 상기 유동환원로에 장착되는 본체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이넥스 공정의 유동환로용 베드 버너.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 혼합부의 내경은 상기 물공급 파이프 및 산소공급 파이프로부터 멀어질수록 작아지는 것을 특징으로 하는 파이넥스 공정의 유동환원로용 베드 버너.

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