KR101220544B1 - 소결광의 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결광의 냉각 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 냉각이 이루어지는 전 영역에 걸쳐서 상하방향을 따라 선형적으로 서냉을 실시하여 소결광의 강도를 높일 수 있는 소결광의 냉각 장치에 관한 것이다.

Description

소결광의 냉각 장치{Apparatus for cooling sinter}

본 발명은 소결광의 냉각 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 냉각이 이루어지는 전 영역에 걸쳐서 상하방향을 따라 선형적으로 서냉을 실시하여 소결광의 강도를 높일 수 있는 소결광의 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 철광석은 보통 30 ~ 70%의 철분을 함유한 광석을 의미한다. 좋은 철광석이란 철분이 풍부하고 황, 인, 동과 같은 유해성분이 적으며 크기가 일정한 것을 들 수 있는데 이와 같은 이상적인 철광석은 그리 흔하지 않고 원산지에 따라 품질, 성분, 형상이 각기 다르므로 그대로 고로에 투입할 수는 없다.

따라서 고로조업에 투입하기 전에 품질을 고르게 하고 철광석 가루를 일정한 크기로 만들어 내는데, 이를 소결공정이라 한다.

고로에 장입되는 소결광을 생산하는 공정을 구체적으로 살펴보면, 철광석과 부원료 및 분코크스로 이루어진 소결원료는 배합된 후, 소결 베드에 장입된 후 버너에 의해 점화가 이루어진다. 이때 분코크스가 타면서 생성되는 열에 의하여 소결이 이루어지게 되고, 소결 원료의 장입에서부터 소결이 완료될 때까지 약 30분 정도가 소요된다.

소결이 끝난 소결광은 파쇄기를 거치면서 1차 파쇄가 이루어지고, 파쇄된 소결광은 소결광 냉각기에 장입된 후, 공기에 의하여 강제 냉각된다.

종래 소결광 냉각기는 원형 레일 및 상기 원형레일을 따라 안내되는 복수의 대차로 구성된 원형 냉각기 구조를 갖는다. 상기 대차 상에 원료가 장입되고, 상기 원형레일을 따라 순환되는 과정에서 하부로부터 상부로 유동되는 공기에 의해서 강제 냉각된다.

종래 구조에 따르면, 원형 레일을 1회 순환하는 과정에서 소결광의 냉각이 이루어지며, 이때 상기 소결광 냉각기는 장입 영역에서 가장 높은 온도를 갖고, 배출 영역에서 가장 낮은 온도를 가지며, 원형 레일의 특성상 장입 영역과 배출 영역은 인접하게 된다.

이러한 구조에서는 일부 영역에서 소결광의 급냉이 이루어지며, 이러한 급냉에 의하여 소결광의 표면에 크랙이 발생하게 되고, 차후 공정인 2차 파쇄 및 3차 파쇄 등의 공정을 거치면서 부셔지는 경우가 발생되어 수율이 떨어지게 된다.

또한, 소결광의 배광부 평균온도는 약 550℃로 고온이므로, 소결광으로부터 열을 회수하여 다른 장치로 공급하는 경우에는 상당한 에너지 절약이 이루어질 수 있다.

그러나, 종래의 냉각기는 개방형으로 이루어지기 때문에 열회수율이 약 20% 정도에 지나지 않으며, 따라서 소결광의 냉각 시 열의 회수율을 높이고, 소결광의 강도를 높이고, 비산을 방지할 수 있는 노력이 요구되고 있다.

본 발명은 냉각이 이루어지는 전 영역에 걸쳐서 상하방향을 따라 선형적으로 서냉을 실시하여 소결광의 강도를 높일 수 있는 소결광의 냉각 장치를 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 냉각 과정에서 비산을 방지할 수 있는 밀폐형의 냉각 장치를 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 냉각 과정에서 열회수율을 높일 수 있는 소결광의 냉각 장치를 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 소결광의 냉각 장치는 상부로 소결광이 투입되기 위한 투입구를 가지며, 투입된 소정 량의 소결광을 저장하기 위한 프리 챔버와 상기 프리 챔버로부터 소결광이 공급되며, 하부로 소결광을 배출시키기 위한 배출구를 갖는 냉각 챔버 및 상기 냉각 챔버 내부에 배치되며, 냉각 챔버 하부에 수용된 소결광으로부터 상부에 수용된 소결광까지 차례로 냉각시키기 위한 공기를 냉각 챔버의 상부로 분사시키는 냉각 노즐을 포함한다.

여기서, 상기 프리 챔버에는 소결광과 열교환을 마친 공기를 외부로 배출시키기 위하여 상하 방향을 따라 배출 가이드가 마련된다.

또한, 상기 냉각 챔버는 상기 프리 챔버의 하방에 상기 프리 챔버보다 큰 직경을 갖도록 일체로 형성되며, 상기 냉각 챔버의 둘레부의 상부에는 상기 프리 챔버의 배출 가이드로 공기를 토출시키기 위한 토출구가 마련될 수 있다.

또한, 상기 냉각 노즐은, 상기 냉각 챔버에 수용된 소결광에 의한 간섭을 방지하기 위하여 둘레부가 하방으로 경사진 하나 이상의 커버부재를 포함하며, 상기 커버부재는 측면 하방으로 경사지게 냉각 공기가 배출되는 분사홀을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 소결광의 냉각 장치는 일정량의 소결광이 충진되는 호퍼 및 상기 호퍼에 충진된 소결광을 상기 프리 챔버로 공급하기 위한 투입기를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 프리 챔버의 투입구에는 상기 소결광이 투입되는 경우에 상기 투입구를 선택적으로 개폐하기 위한 개폐기가 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 소결광의 냉각 장치는 상기 배출 가이드를 통해 외부로 배출되는 열교환된 공기가 공급되는 발전기의 터빈 또는 난방장치를 추가로 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 소결광의 냉각 장치는 냉각이 이루어지는 전 영역에 걸쳐서 상하방향을 따라 선형적으로 서냉을 실시하여 소결광의 강도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 소결광의 냉각 장치는 냉각 과정에서 비산을 방지할 수 있고, 열회수율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 소결광의 냉각 및 열회수 공정을 설명하기 위한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 냉각 장치를 나타내는 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 냉각 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 냉각 장치를 구성하는 냉각 노즐을 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명과 관련된 냉각 장치에서의 소결광의 냉각 온도 분포를 설명하기 위한 그래프.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광의 냉각 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

한편, 제 1 또는 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 소결광의 냉각 및 열회수 공정을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 냉각 장치를 나타내는 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 냉각 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 냉각 장치를 구성하는 냉각 노즐을 나타내는 단면도이다.

본 발명의 일 실시예와 관련된 냉각 장치(100)는 상부로 원료가 투입되기 위한 투입구(111c)를 가지며, 소정 량의 원료를 저장하기 위한 프리 챔버(111a)와 상기 프리 챔버(111a)로부터 원료가 공급되며, 하부로 원료를 배출시키기 위한 배출구를 갖는 냉각 챔버(111b) 및 상기 냉각 챔버(111b) 내부에 배치되며, 상기 원료를 냉각시키기 위한 공기를 상부로 분사시키는 냉각 노즐(114)을 포함하며, 상기 프리 챔버(111a)에는 냉각 노즐(114)로부터 분사된 공기를 외부로 배출시키기 위하여 상하 방향을 따라 배출 가이드(113)가 마련된다.

또한, 본 발명과 관련된 냉각 장치(100)는 다양한 원료의 냉각 공정에 적용될 수 있으나, 설명의 편의를 위하여, 이하 상기 원료는 소결광인 것으로 한정하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 관련된 소결광의 냉각장치(100)는 상부로 소결광이 투입되기 위한 투입구(111c)를 가지며, 투입된 소정 량의 소결광을 저장하기 위한 프리 챔버(111a)와 상기 프리 챔버(111a)로부터 소결광이 공급되며, 하부로 소결광을 배출시키기 위한 배출구(111d)를 갖는 냉각 챔버(111b) 및 상기 냉각 챔버(111b) 내부에 배치되며, 냉각 챔버(111b) 하부에 수용된 소결광으로부터 상부에 수용된 소결광까지 차례로 냉각시키기 위한 공기를 냉각 챔버(111b)의 상부로 분사시키는 냉각 노즐(114)을 포함한다.

여기서, 상기 프리 챔버(111a)에는 소결광과 열교환을 마친 공기를 외부로 배출시키기 위하여 상하 방향을 따라 배출 가이드(113)가 마련된다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치(100)는 소결광 공급 유닛(120)로부터 고온의 소결광 입자(1b)가 투입되며, 소결광(1b)과 공기와의 열교환을 통해 소결광(1b)의 냉각이 이루어지는 열교환 유닛(110)을 포함한다.

소결기(10)로부터 공급된 고온의 소결광(1)은 파쇄기(20)를 거치면서 고온의 소결광 입자(1a)로 파쇄되며, 파쇄된 고온의 소결광 입자(1b)는 상기 소결광 공급 유닛(120)으로 장입될 수 있다.

이때, 상기 소결광 공급 유닛(120)은 고온의 소결광 입자(1b)를 상기 열교환 유닛(110)으로 일정 량씩 공급할 수 있다.

또한, 상기 열교환 유닛(110)에서는 상기 소결광 공급 유닛(120)으로부터 공급된 소결광 입자(1b)가 소정의 량만큼 적층된 상태가 유지되며, 상기 냉각 노즐(114)을 통한 소결광 입자(1b)의 냉각이 이루어진다.

또한, 상기 소결광 공급 유닛(120)은 일정량의 원료가 충진되는 호퍼 (121) 및 상기 호퍼(121)에 충진된 원료를 상기 프리 챔버(111a)로 공급하기 위한 투입기(122)를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 호퍼(121)의 일 단부에는 상기 투입기(122)가 마련될 수 있으며, 상기 투입기(122)는 상기 호퍼(121)에 충진된 일정량의 적열상태인 소결광 입자(1b)를 주기적으로 상기 열교환 유닛(110)으로 공급할 수 있다.

상기 투입기(122)는 일반적으로 알려진 컨베이어 장치를 이용하여 구성될 수도 있고, 또는 이송 스크류 등과 같은 장치를 이용하여 구성될 수도 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 열교환 유닛(110)은 일정량의 소결광 입자(1b)가 적층된 상태를 유지할 수 있도록 수용공간이 구비된 챔버(111)를 포함한다.

또한, 상기 챔버(111)는 상부로 소결광이 투입되기 위한 투입구(111c, 이하, 소결광 투입구)를 가지며, 소정 량의 소결광을 저장하기 위한 프리 챔버(111a)와 상기 프리 챔버(111a)로부터 소결광이 공급되며, 하부로 소결광을 배출시키기 위한 배출구(111d, 이하 소결광 배출구)를 갖는 냉각 챔버(111b)를 포함한다.

또한, 상기 냉각 챔버(111b)는 상기 프리 챔버(111a)의 하방에 상기 프리 챔버(111a)보다 큰 직경을 갖도록 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 챔버(111)의 상부 위치에는 상기 소결광 공급 유닛(120)으로부터 공급되는 소결광 입자(1b)의 유입이 가능하도록 소결광 투입구(111a)가 형성될 수 있고, 챔버(111)의 하부 위치에는 열교환을 냉각이 이루어진 소결광 입자(1b)의 배출이 이루어질 수 있도록 소결광 배출구(111b)가 형성될 수 있다.

한편, 수용공간이 형성되는 챔버(111)의 내부에는 적열상태의 소결광 입자(1b)로부터 회수된 열을 배출시키기 위한 배출 가이드(113)가 마련될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 배출 가이드(113)는 상기 프리 챔버(111a)의 둘레부에 마련될 수 있으며, 상기 냉각 챔버(111b)의 둘레부(프리 챔버와 중첩되지 않는 영역)의 상부에는 상기 프리 챔버(111a)의 배출 가이드(113)로 열교환된 공기를 토출시키기 위한 토출구(미부호)가 마련될 수 있다.

상기 배출 가이드(113)는 프리 챔버(111a)의 내경 보다 작은 내경을 갖는 관 구조를 가질 수 있고, 프리 챔버(111)의 수용공간의 둘레부에 배치될 수 있으며, 그 상부는 밀폐되고, 하부가 개방된 구조로 이루어질 수 있다.

따라서, 상기 프리 챔버(111a)는 배출 가이드(113)를 통해 수용공간이 이중으로 형성되는 구조를 가질 수 있다.

그리고, 상기 배출 가이드(113)의 어느 일 측에는 소결광 입자(1b)로부터 회수된 열을 외부로 방출시키기 위한 회수열 배출구(112)가 형성될 수 있다.

상기 냉각 노즐(114)로부터 공기가 분사된 공기는 소결광 입자(1b)와 열교환을 통해 고온의 공기가 되며, 이러한 고온의 공기(스팀)는 상기 배출 가이드(113) 및 상기 회수열 배출구(112)를 통해 차기 공정(예를 들어, 열회수 공정)으로 공급될 수 있다.

이와 같은 구조를 통해 상기 챔버(110)에는 상기 배출 가이드(113)를 통해 냉각 챔버(111b)의 내부와 토출구(미부호)와 배출 가이드(113) 및 회수열 배출구(112)에 이르는 유로가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 냉각 장치(100)는 상기 챔버(111)의 소결광 투입구(111c)에 마련된 개폐기(115)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 개폐기(115)는 소결광 입자(1b)로부터 회수된 열이 소결광 투입구(111c)를 통해 배출되는 것을 방지하여 회수열 배출구(112)를 통해 최대한 회수 가능하도록 소결광 투입구(111a)를 선택적으로 개폐하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 챔버(111)의 내측 하부 영역, 구체적으로 냉각 챔버(111b)에는 상기 냉각 챔버(111b)의 내부에 충진된 소결광 입자(1b)를 냉각시키기 위한 공기를 냉각 공기를 냉각 챔버(111b)의 상부로 분사시키기 위한 냉각노즐(114)이 마련된다.

상기 냉각노즐(114)은 상기 열교환 유닛(110)의 외부에 마련된 펌프(140)와 연결될 수 있고, 상기 펌프(140)로부터 냉각공기가 공급되면 상기 냉각 챔버(111b)의 내부로 냉각공기를 분사시켜 소결광 입자(1b)의 냉각이 수행되도록 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 냉각 노즐(114)은 상기 냉각 챔버(111b)에 수용된 소결광에 의한 간섭을 방지하기 위하여 둘레부가 하방으로 경사진 하나 이상의 커버부재(미부호)를 포함하며, 상기 커버부재는 측면 하방으로 경사지게 냉각 공기가 배출되는 분사홀(114b)을 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 냉각노즐(114)은 적층된 소결광 입자(1b)에 의해 분사홀(114b)이 막히지 않도록 내부에 유로(114a)가 형성되는 삿갓(또는 버섯)과 같은 형상의 커버부재가 적층된 구조를 가질 수 있다.

또한, 냉각공기가 배출되는 복수의 분사홀(114a)은 삿갓 형상을 갖는 커버부재의 둘레를 따라 측면 하방으로 경사지도록 형성될 수도 있다.

또한, 냉각노즐(114)은 삿갓이 겹쳐진 구조로 이루어질 수도 있다. 이 경우 삿갓 모양의 둘레 테두리를 따라 복수의 분사홀(114b)이 형성되어 냉각공기가 여러 층으로 분사 가능하도록 구성될 수도 있다.

이러한 구조를 갖는 냉각 노즐(114)에서는 냉각공기가 배출되는 분사홀(114b)이 하방을 향하도록 형성되므로 소결광 입자(1b)에 의해 분사홀(114b)이 막히는 현상이 최소화할 수 있다.

또한, 냉각노즐(114)로부터 분사되는 냉각공기는 하방으로 경사지게 배출되면서 소결광 입자(1b)와 충돌하거나 소결광 입자(1b)와의 열교환에 의해 온도가 상승되고, 이에 따라 상승기류가 형성되며, 냉각 챔버(111b)의 상부 영역으로 이동하여 배출가이드(113)를 따라 안내된 후, 회수열 배출구(112)를 통해 차기 공정으로 배출될 수 있다.

한편, 상기 소결광 배출구(111d)의 하부 영역에는 배출량 조절 유닛(130)이 마련될 수 있다. 상기 배출량 조절 유닛(130)은 소결광 배출구(111d) 영역에 위치된 소결광 입자(1b)에 진동을 가하며, 소결광 배출구(111d)를 통해 배출되는 소결광 입자(1b)의 양이 조절되도록 할 수 있다.

즉, 배출량 조절 유닛(130)은 수평, 수직 또는 사선 방향의 진동을 발생시키고, 소결광 배출구(111d)로부터 배출되는 소결광 입자(1b)에 충격을 가하며, 배출 속도를 조절하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 냉각 장치(100)는 상기 배출 가이드(113)를 통해 외부로 배출되는 고온의 공기를 통해 열회수를 하기 위한 외부 장치를 포함할 수 있다.

상기 외부 장치는 발전기의 터빈 또는 난방장치 등일 수 있으며, HRSG(heat recovery steam generator, 폐열회수 보일러)일 수 있으며, 생산된 스팀은 발전에 이용하거나 지역난방과 같은 다른 용도로 사용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 열교환 유닛(110)에는 회수열 사용장치(150)가 직접 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 회수열 배출구(112)로부터 토출된 공기는 회수열 사용장치(150)의 열교환기(151)로 공급될 수 있도록 구성될 수 있다.

한편, 회수열 사용장치(150)는 열교환기(151)로부터 얻은 열에너지를 이용하여 발전기 등의 터빈(152)을 구동시키는 장치로 구성될 수도 있다. 이와 달리, 도시되지는 않았지만 난방장치가 상기 회수열 배출구(112)와 연결되는 경우에, 회수된 열은 난방 에너지로 이용될 수 있다.

도 5는 본 발명과 관련된 냉각 장치에서의 소결광의 냉각 온도 분포를 설명하기 위한 그래프이다.

도 5를 참조하면, G1은 종래 냉각 장치 내부의 냉각 온도 분포를 나타내는 그래프이고, G2는 본 발명과 관련된 냉각 장치 내부(챔버)의 냉각 온도 분포를 나타내는 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 종래 냉각 장치에서는 소정의 높이에서 급냉이 발생하지만, 본 발명과 관련된 냉각 장치에서는 챔버의 상하방향(높이) 전 영역에 걸쳐 서냉이 이루어지므로, 소결광의 강도를 높일 수 있고, 냉각 효율을 높일 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 냉각 장치는 냉각이 이루어지는 전 영역에 걸쳐서 선형적으로 서냉을 실시하여 소결광의 강도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 냉각 장치는 냉각 과정에서 비산을 방지할 수 있고, 열회수율을 높일 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100: 냉각 장치110: 열교환 유닛
111: 챔버111a: 프리 챔버
111b: 냉각 챔버114: 냉각 노즐

Claims (5)

1. 상부로 소결광이 투입되기 위한 투입구를 가지며, 투입된 소정 량의 소결광을 저장하기 위한 프리 챔버; 상기 프리 챔버로부터 소결광이 공급되며, 하부로 소결광을 배출시키기 위한 배출구를 갖는 냉각 챔버; 및 상기 냉각 챔버 내부에 배치되며, 냉각 챔버 하부에 수용된 소결광으로부터 상부에 수용된 소결광까지 차례로 냉각시키기 위한 공기를 냉각 챔버의 상부로 분사시키는 냉각 노즐을 포함하며,
   상기 프리 챔버에는 소결광과 열교환을 마친 공기를 외부로 배출시키기 위하여 상하 방향을 따라 배출 가이드가 마련되고, 상기 냉각 노즐은 상기 냉각 챔버에 수용된 소결광에 의한 간섭을 방지하기 위하여 둘레부가 하방으로 경사진 하나 이상의 커버부재를 포함하며, 상기 커버부재는 측면 하방으로 경사지게 냉각 공기가 배출되는 분사홀을 갖으며,
   일정량의 소결광이 충진되는 호퍼; 및 상기 호퍼에 충진된 소결광을 상기 프리 챔버로 주기적으로 공급하기 위해 컨베이어 벨트구조의 투입기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광의 냉각 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각 챔버는 상기 프리 챔버의 하방에 상기 프리 챔버보다 큰 직경을 갖도록 일체로 형성되며,
   상기 냉각 챔버의 둘레부의 상부에는 상기 프리 챔버의 배출 가이드로 공기를 토출시키기 위한 토출구가 마련된 것을 특징으로 하는 소결광의 냉각 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 프리 챔버의 투입구에는 상기 소결광이 투입되는 경우에 상기 투입구를 선택적으로 개폐하기 위한 개폐기가 마련된 것을 특징으로 하는 소결광의 냉각 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 배출 가이드를 통해 외부로 배출되는 열교환된 공기가 공급되는 발전기의 터빈 또는 난방장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광의 냉각 장치.

Images