KR101220554B1

KR101220554B1 - 용선제조장치 및 이를 이용한 용선제조방법

Info

Publication number: KR101220554B1
Application number: KR1020100137282A
Authority: KR
Inventors: 김성연; 김희원; 백찬준; 최진식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2013-01-10
Also published as: JP2014505169A; CN103261445B; WO2012091407A3; WO2012091407A2; KR20120075226A; CN103261445A

Abstract

본 발명은 용선을 제조하는 용선제조장치및 이를 이용한 용선제조방법에 관한 것으로서,저비용으로 저급원료를 사용하여 용선을 제조할 수 있는 용선제조장치 및 이를 이용한 용선제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일측면에 의하면, 철광석을 환원하여 환원철을 제조하도록 구성되는 로터리 킬른 및 이 로터리 킬른에서 환원하여 제조된 환원철을 공급받아 용선을 제조하는 전기로를 포함하고, 상기 로터리 킬른은 내부에서 철광석이 이동하면서 환원되도록 구성되는 몸체부를 포함하고, 이 몸체부의 한쪽에는 원료 및 연료들을 내부로 장입시키는 장입구, 가스를 배출하는 가스배출구가 구비되어 있고, 반대쪽에는 환원철을 배출하는 배출구 및 미분탄분사 및 연소를 실시할 수 있는 연소부가 구비되어 있고, 그리고 내부로 공기를 도입하는 다수개의 공기도입구가 구비되어 있는 용선제조장치 및 이를 이용한 용선제조방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 저비용이고 친환경적으로 저급원료를 사용하여 용선을 제조할 수 있다.

Description

용선제조장치 및 이를 이용한 용선제조방법{Apparatus for Manufacturing Molten Iron and Method for Manufacturing Molten Iron Using the Apparatus}

본 발명은 용선을 제조하는 용선제조장치 및 이를 이용한 용선제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로터리 킬른에서 제조된 환원철을 전기로에서 용융및 환원시켜 용선을 제조하는 용선제조장치 및 이를 이용한 용선제조방법에 관한 것이다.

현재 용선제조에 있어서 에너지 효율면이나 생산성 측면에서 고로공정을 능가하는 제선공정은 개발되지 않고 있다.

이와 같은 고로공정에서는 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로서 특정 원료탄을 가공처리한 코크스에 의존하고, 그리고 철원으로서는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다.

따라서, 현재의 고로공정은 코크스 제조설비 및 소결설비 등의 원료예비처리설비를 반드시 수반하여야 하며, 이는 결국 고로설비이외에 추가적인 부대설비의 구축이 필수적으로 필요하여 설비를 위한 막대한 비용이 소요된다.

또한, 상기와 같은 원료예비처리설비에서는 SOx, NOx 또는 분진과 같은 환경오염물질이 상당히 발생되기 때문에, 이의 정화처리를 위한 별도의 설비가 필요하고, 특히 현재 세계적으로 환경오염에 대한 규제가 엄격해져 가고 있어 이를 극복하기 위한 막대한 처리설비 투자비용 등으로 현재의 고로공정을 통한 용선의 생산에서는 그 경쟁력은 저하되고 있는 실정이다.

따라서, 이러한 고로공정에서 발생되는 문제를 해결하기 위하여 많은 다른 공정의 연구 및 개발이 진행되고 있다.

본 발명은 저비용이고 친환경적으로 저급원료를 사용하여 용선을 제조할 수 있는 용선제조장치 및 이를 이용한 용선제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명의 일측면에 의하면, 철광석을 환원하여 환원철을 제조하도록 구성되는 로터리 킬른 및 이 로터리 킬른에서 환원하여 제조된 환원철을 공급받아 용선을 제조하는 전기로를 포함하고,

상기 로터리 킬른은 내부에서 철광석이 이동하면서 환원되도록 구성되는 몸체부를 포함하고, 이 몸체부의 한쪽에는 원료 및 연료들을 내부로 장입시키는 장입구, 가스를 배출하는 가스배출구가 구비되어 있고, 반대쪽에는 환원철을 배출하는 배출구 및 미분탄분사 및 연소를 실시할 수 있는 연소부가 구비되어 있고, 그리고 내부로 공기를 도입하는 다수개의 공기도입구가 구비되어 있는 용선제조장치가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 로터리 킬른에서 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 단계; 및 상기와 같이 제조된 환원철을 전기로에 공급하여 용선을 제조하는 단계를 포함하고,

상기 환원철 제조단계가 로터리 킬른의 몸체부의 한 쪽에서 철광석, 석탄 및 석회석을 내부로 공급하여 반대쪽으로 이동시키고, 반대쪽에서는 미분탄 분사 및 연소를 실시하고, 몸체부 내부로 공기를 공급하여 철광석이 이동하면서 환원되어 환원철로 된 후 배출되도록 구성되는 용선제조방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 저비용이고 친환경적으로 저급원료를 사용하여 용선을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 부합되는 용선제조장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 용선제조장치의 로터리 킬른의 일례를 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 철광석을 환원하여 환원철을 제조하도록 구성되는 로터리 킬른 및 이 로터리 킬른에서 환원하여 제조된 환원철을 공급받아 용선을 제조하는 전기로를 포함하는 용선제조장치 및 이를 이용한 용선제조방법에 관한 것이다.

이하, 도면을 통하여 본 발명을 설명한다.

도 1에는 본 발명에 부합되는 용선제조장치의 일례가 도시되어 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 용선제조장치(1)은 철광석을 환원하여 환원철을 제조하도록 구성되는 로터리 킬른(10) 및 이 로터리 킬른(10)에서 환원하여 제조된 환원철을 공급받아 용선을 제조하는 전기로(20)를 포함한다.

본 발명의 로터리 킬른의 일례를 도시한 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 로터리 킬른(20)은 내부에서 철광석이 이동하면서 환원되도록 구성되는 몸체부(11)를 포함하고, 이 몸체부(11)의 한쪽에는 원료 및 연료들을 내부로 장입시키는 장입구(111), 가스를 배출하는 가스배출구(112)가 구비되어 있고, 반대쪽에는 환원철을 배출하는 환원철 배출구(113) 및 미분탄분사 및 연소를 실시할 수 있는 연소부(114)가 구비되어 있다.

상기 로터리 킬른의 몸체부(11)에는 내부로 공기를 도입하는 다수개의 공기도입구(115)가 구비되어 있다.

상기 로터리 킬른의 몸체부(11)의 길이방향으로 대략 중앙부에는 석탄을 장입하기 위한 석탄장입구(1111)가 구비되어 있다.

상기 석탄장입구(1111)는 몸체부내의 중앙부와 선단부 사이에 환원가스를 공급하기 위한 것이다.

상기 로터리 킬른의 길이는 130m이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 로터리 킬른의 길이가 짧을 경우에는 즉, 상기 장입구(111)로 공급되는 석탄에 의해 환원가스를 충분히 공급해 줄 수 있는 경우에는 석탄장입구(1111)를 구비시키지 않을 수도 있다.

상기 용선제조장치(1)는 철광석을 수용하고 절출하는 절출기(30)를 포함하며, 상기 절출기(30)는 원료공급관(31)을 통해 장입구(111)에 철광석 소통관계로 연결되어 있다.

상기 원료공급관(31)에는 석회석 저장원(도시도어 있지 않음)에 석회석 소통관계로 연결되어 있는 석회석 공급관(41) 및 석탄을 저장하는 석탄저장호퍼(50)와 석탄 소통관계로 연결되어 있는 석탄공급관(51)이 연결되어 있다.

상기 석탄저장호퍼(50)와 원료공급관(31)사이의 석탄공급관(51)에는 석탄괴상화장치(511)가 구비되어 있다.

상기 가스배출구(112)에는 배가스를 외부로 배출하기 위한 가스배출관(131)이 가스소통관계로 연결되어 있으며, 이 가스배출관(131)에는 제1송풍기(1311), 제1집진기(1312), 탈질탈황장치(1313), 제2집진기(1314) 및 제2송풍기(1315)들이 구비될 수 있다.

상기 가스배출구(131)의 말단은 연돌(1316)과 연결되어 있다.

상기 전기로(20)에는 전극봉(21) 및 전기로 배가스 배출관(22)이 구비되어 있다.

상기 전극봉(21)으로는 예를 들면, 3쌍의 전극봉을 사용할 수 있다.

상기 전기로 배가스 배출관(22)은 절출기(30)에 연결되어 있으며, 상기 전기로(20)와 절출기(30)사이의 전기로 배가스 배출관(22)에는 제3집진기(221)가 구비되어 있다.

상기 전기로(20)에는 슬래그를 배제하는 출재구 및 용선을 배출하는 출선구가 구비되어 있으며, 예를 들면, 상부 출재구 및 하부 출선구 각 2개씩 구비시키는 것이 바람직하다.

상기 로터리 킬른(10)과 전기로(20)는 환원철 공급관(116)을 통해 환원철 소통관계로 연결될 수 있으며, 이러한 경우에는 상기 환원철 공급관(116)에는 환원철 괴상화장치(1161)을 구비시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따라 용선을 제조하는 방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

본 발명에서는 도 1에 나타난 바와 같이 용선을 제조하기 위하여 먼저 로터리 킬른(10)에서 철광석을 환원하여 환원철을 제조한다.

즉, 상기 로터리 킬른(10)의 몸체부(11)의 장입구(111)를 통해 철광석, 석탄 및 석회석을 내부로 공급하여 이동시키고, 연소부(114)에서 미분탄 분사 및 연소를 실시하고, 공기도입구(115)를 통해 몸체부 내부로 공기를 공급하여 철광석이 이동하면서 환원되어 환원철이 제조된다.

이 때, 상기 로터리 킬른의 길이가 긴 경우에는 몸체부(11)의 길이방향으로 대략 중앙부에 구비되어 석탄장입구(1111)를 통해 석탄을 장입할 수 있다.

상기와 같이, 석탄장입구(1111)를 석탄을 장입하는 경우에는 몸체부내의 중앙부와 선단부 사이에 환원가스를 공급하게 되므로 환원율을 높일 수 있다.

상기 철광석으로는 분철광 또는 괴광 또는 이들의 혼합광을 사용할 수 있다.

예를 들면, 입도 8~22mm의 철광석을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 입도 8~12mm의 사용하는 경우에는 금속화율 94% 이상 조업을 할 수 있다.

상기 철광석으로는 예를 들면, T.Fe: 66.3중량%, SiO₂: 3.15중량%, Al₂O₃: 1.20중량%, K₂O: 0.09중량%, P: 0.06중량% 및 S: 0.019중량%를 함유하는 철광석을 사용할 수 있다.

상기 석탄은 광석 환원 등 탄소 공급원 역할을 하는 것으로서 그 입도는 대략 6~16mm 정도가 바람직하며, 로터리 킬른 입구에서 광석과 혼합하여 장입된다.

상기 미분탄은 로터리 킬른 하단에서 취입하여 로터리 킬른의 프리 스페이스 죤 (Free Space Zone)의 온도를 유지하기 위해 취입하는 것으로, 그 입도는 6mm 이하가 바람직하며, 보다 바람직하게는 2~6mm가 70~80%이고, 2mm이하가 20~30% 정도인 입도를 갖는 것이다.

상기 연소부에서의 미분탄 사용량은 프리 스페이스 죤의 온도에 따라 변화될 수 있다.

상기 석회석은 석탄의 탈황을 위하여 공급되는 것으로서, 예를 들면, 1~3mm의 돌로마이트를 로터리 킬른 입구측에서 광석, 석탄과 혼합하여 장입한다.

상기 석회석은 생석회로 변환되어(CaCO₃ + 열 → CaO + CO₂), 전기로에서 용융과정중 용선 중 S를 저감시키는데 기여한다.

상기 로터리 킬른의 몸체부 내의 광석 + 석탄베드(Coal Bed)내 주요 반응 메카니즘(Mechanism)은 다음과 같다.

C + CO₂ → 2CO

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂

FeO + CO → Fe + CO₂

프리 스페이스 죤(Free Space Zone)은 공기(Air) 투입에 의해 CO 가스가 연소하면서 발열반응에 의해 열을 공급하는 영역으로서, 온도를 900 ~ 1200 ℃ 유지하여 CO가스에 의한 철광석 간접환원 분위기를 유지한다.

배가스가 배출되는 후단부의 프리 스페이스 죤의 온도는 900 ~ 1000 ℃로 유지하는 것이 바람직하고, 미분탄이 공급되는 선단부의 프리 스페이스 죤의 온도는 900 ~ 1200 ℃로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 베드내 광석의 환원은 분위기 온도 분포상 탄소에 의한 직접환원 보다 CO 가스에 의한 간접환원이 집중적으로 일어나며, C+CO₂ → 2CO 반응이 활성화되도록 분위기 온도는 1,000 ~1,100 ℃ 정도로 유지되는 것이 바람직하다

상기 환원철 제조시 발생되는 배가스는 가스배출구(112),가스배출관(113), 제1송풍기(1311), 제1집진기(1312), 탈질탈황장치(1313), 제2집진기(1314), 제2송풍기(1315) 및 연돌(1316)을 거쳐 대기로 배출된다.

다음에, 상기와 같이 제조된 환원철을, 예를 들면, 환원철 공급관(116)을 통해 전기로(20)에 공급하여 용선을 제조한다. 이때, 환원철은 환원철 괴상화장치(1161)에 의해 괴상화되어 전기로(20)에 장입될 수 있다.

상기 전기로(20)에서는 950~1000℃ 수준의 고온의 환원철을 공급받아 용융하고 추가 환원하여 용선을 제조한다.

전기로(20)의 슬래그 층에 잠긴 전극봉(21), 예를 들면, 3쌍의 전극봉을 통해 환원철을 용융하고, 용융과 동시에 환원철내부의 일정량의 석탄에 의해 잔류 철산화물이 환원되고, 환원철에 함유된 CaO에 의해 용선 중 S를 제거한다(CaO + FeS + C → CaS + Fe + CO).

1: 용선제조장치
10: 로터리 킬른
20: 전기로
30: 절출기
50: 석탄저장호퍼
11: 몸체부
111: 장입구
112: 가스배출구
113: 환원철 배출구
114: 연소부
115: 공기도입구
21: 전극봉
22: 전기로배가스배출관

Claims

철광석을 환원하여 환원철을 제조하도록 구성되는 로터리 킬른 및 이 로터리 킬른에서 환원하여 제조된 환원철을 공급받아 용선을 제조하는 전기로를 포함하고,
상기 로터리 킬른은 내부에서 철광석이 이동하면서 환원되도록 구성되는 몸체부를 포함하고, 이 몸체부의 한쪽에는 원료 및 연료들을 내부로 장입시키는 장입구 및 가스를 배출하는 가스배출구가 구비되어 있고, 반대쪽에는 환원철을 배출하는 배출구 및 미분탄분사 및 연소를 실시할 수 있는 연소부가 구비되어 있고, 그리고 내부로 공기를 도입하는 다수개의 공기도입구가 구비되어 있는 용선제조장치.
제1항에 있어서, 상기 몸체부의 길이방향 중앙부에는 석탄을 장입하기 위한 석탄장입구가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 용선제조장치.
로터리 킬른에서 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 단계; 및 상기와 같이 제조된 환원철을 전기로에 공급하여 용선을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 환원철 제조단계가 로터리 킬른의 몸체부의 한 쪽에서 철광석, 석탄 및 석회석을 내부로 공급하여 반대쪽으로 이동시키고, 반대쪽에서는 미분탄 분사 및 연소를 실시하고, 그리고 몸체부 내부로 공기를 공급하여 철광석이 이동하면서 환원되어 환원철로 된 후 배출되도록 구성되는 용선제조방법.
제3항에 있어서, 상기 몸체부의 길이방향 중앙부에서 석탄을 공급하는 것을 특징으로 하는 용선제조방법.
제3항에 있어서, 상기 철광석이 분철광, 괴광 또는 이들의 혼합광인 것을 특징으로 하는 용선제조방법.
제3항에 있어서, 상기 철광석의 입도가 8~22mm이고, 상기 석탄의 입도는 6~16mm이고, 그리고 상기 미분탄의 입도는 6mm이하인 것을 특징으로 하는 용선제조방법.
제3항에 있어서, 상기 몸체부의 내부에는 공기의 투입에 의해 CO 가스가 연소하면서 발열반응에 의해 열을 공급하는 프리 스페이스 죤(Free Space Zone)을 포함하고, 상기 프리 스페이스 죤(Free Space Zone)의 온도가 900 ~ 1200℃ 인 것을 특징으로 하는 용선제조방법.
제7항에 있어서, 배가스가 배출되는 몸체부의 후단부의 프리 스페이스 죤의 온도는 900 ~ 1000℃이고, 그리고 미분탄이 공급되는 몸체부의 선단부의 프리 스페이스 죤의 온도는 900 ~ 1200℃인 것을 특징으로 하는 용선제조방법.
제3항에서 제8항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전기로(20)에 공급되는 환원철의 온도가 950 ~ 1000℃인 것을 특징으로 하는 용선제조방법.