KR101245326B1

KR101245326B1 - 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템 및 저감 방법

Info

Publication number: KR101245326B1
Application number: KR1020110071019A
Authority: KR
Inventors: 조민영; 김현수; 이상대; 장영재
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-03-19
Also published as: KR20130010304A

Abstract

파이넥스(FINEX) 용선 제조설비 중 가스도관을 통해 유동 환원로에 투입되는 환원가스에 포함된 알칼리 염화물을 저감시키는 알칼리 염화물 저감 시스템을 제공한다. 알칼리 염화물 저감 시스템은 가스도관에 연결 설치되며 알칼리 염화물 흡착을 위한 미분광석을 저장하는 장입 빈과, 가스도관을 향한 장입 빈의 출구에 설치되어 가스도관으로의 미분광석 배출을 제어하는 제어 밸브와, 가스도관 상에서 장입 빈과 유동 환원로 사이에 설치되며 환원가스에 포함된 알칼리 염화물 흡착 미분광석을 분리 제거하는 싸이클론을 포함한다.

Description

환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템 및 저감 방법 {REDUCTION SYSTEM AND REDUCTION METHOD FOR ALKALI CHLORIDE IN REDUCING GAS}

본 발명은 용선 제조설비의 유동 환원로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유동 환원로에 투입되는 환원가스에 포함된 알칼리 염화물을 저감하는 시스템 및 이를 이용한 알칼리 염화물의 저감 방법에 관한 것이다.

파이넥스(FINEX) 용선 제조설비는 크게 철광석을 환원시키는 유동 환원로와, 내부에 석탄 충진층을 구비하고 환원된 철광석을 제공받아 이를 용융시키는 용융로로 구성된다. 용융로에는 석탄의 연소에 의해 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)를 주성분으로 하는 환원력이 강한 가스가 발생하므로 이를 유동 환원로에 환원가스로서 공급한다.

이러한 파이넥스 공정은 일반탄과 철광석을 최초 채광한 상태에서 입도만 분리하여 그대로 사용하므로 종래 제철법인 고로법에 비해 연료가 적게 들고 환경 오염이 적은 장점이 있다.

용융로의 상부는 대략 1,000℃ 이상의 고온 조업이 이루어지는 곳이므로 장입되는 석탄의 열분해 등에 의해 다량의 분진이 발생한다. 용융로의 환원가스는 핫 싸이클론에서 90% 이상 포집되어 용융로에 다시 투입되나, 포집되지 못한 분진은 유동 환원로에 유입된다. 유동 환원로에 유입되는 환원가스는 1Nm³당 대략 10~20g의 분진을 포함하고 있다. 분진은 석탄의 열분해 잔류물과 함께 미립의 환원철 및 알칼리 염화물 등을 포함한다.

고온의 환원가스는 유동 환원로에 설치된 분산판의 노즐을 거쳐 유동층으로 공급된다. 분산판에는 수백개의 가스 통과용 노즐이 일정 간격으로 설치되어 환원가스를 유동층으로 균일하게 분산시킨다. 그런데 분진을 함유한 환원가스가 노즐을 통과하는 과정에서 알칼리 염화물 등이 노즐 표면을 부식시켜 노즐 표면을 거칠게 함으로써 이물질 부착을 용이하게 한다.

또한, 알칼리 염화물은 고온에서 액적 상태로 존재하여 점착력을 지니므로 노즐 표면에 이물질로 부착된다. 노즐 표면에 부착된 이물질은 조업이 진행되는 과정에서 점차 성장하여 최악의 경우 노즐 막힘을 유발한다. 노즐의 일부가 막히면 환원가스의 흐름이 일부 영역으로 집중되므로 환원가스가 공급되지 않는 영역에서 환원광이 누적되어 정체층을 형성하게 된다.

따라서 유동 환원로는 철광석을 유동시키면서 환원시키는 제 기능을 수행할 수 없게 된다. 이 경우 유동 환원로의 조업을 중단하고, 이물질이 부착된 노즐을 교체해야 하는 불편함이 있다. 또한, 노즐에 알칼리 염화물이 액상으로 부착되는 것을 억제하기 위하여 유동 환원로의 온도를 알칼리 염화물의 융점 이하로 낮게 유지해야 하므로 광석 환원률이 낮은 실정에 있다.

본 발명은 환원가스가 유동 환원로에 투입되기 전 환원가스에 포함된 알칼리 염화물을 저감시켜 분산판 노즐의 부식과 막힘을 방지함으로써 안정적인 조업을 가능하게 하며, 유동 환원로에 투입되는 환원가스의 온도를 높여 광석 환원률을 향상시킴으로써 연료비를 낮출 수 있는 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템 및 저감 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스도관을 통해 유동 환원로에 투입되는 환원가스에 포함된 알칼리 염화물을 저감시키는 알칼리 염화물 저감 시스템에 있어서, 가스도관에 연결 설치되며 알칼리 염화물 흡착을 위한 미분광석을 저장하는 장입 빈과, 가스도관을 향한 장입 빈의 출구에 설치되어 가스도관으로의 미분광석 배출을 제어하는 제어 밸브와, 가스도관 상에서 장입 빈과 유동 환원로 사이에 설치되며 환원가스에 포함된 알칼리 염화물 흡착 미분광석을 분리 제거하는 싸이클론을 포함한다.

장입 빈에 저장된 미분광석은 철광석을 포함할 수 있다. 장입 빈에 저장된 미분광석은 0 초과 8mm 이하의 범위에 속하는 입도를 가질 수 있다.

싸이클론은 원통 영역과 콘 영역으로 구성된 본체를 포함하고, 원통 영역의 본체 측면에 장입 빈과 이어진 가스도관이 연결되며, 원통 영역의 본체 상부에 유동 환원로와 이어진 가스도관이 연결될 수 있다.

콘 영역의 하측 단부는 배출관과 연결되고, 싸이클론에 의해 분리된 알칼리 염화물 흡착 미분광석은 배출관을 통해 설비 외부로 배출될 수 있다.

다른 한편으로, 콘 영역의 하측 단부는 도입관을 통해 유동 환원로의 유동층과 연결되고, 싸이클론에 의해 분리된 알칼리 염화물 흡착 미분광석은 도입관을 통해 유동 환원로의 유동층으로 배출될 수 있다.

유동 환원로는 예열로와 예비 환원로 및 최종 환원로를 포함하며, 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템은 최종 환원로에 환원가스를 공급하는 가스도관 상에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 환원가스의 알칼리 염화물 저감 방법은, 가스도관을 통해 유동 환원로의 분산판을 향해 알칼리 염화물이 포함된 환원가스를 공급하는 단계와, 가스도관 상에 미분광석을 저장하는 장입 빈을 설치하고, 가스도관으로 미분광석을 배출하여 고온의 알칼리 염화물을 저온의 미분광석 표면에 흡착시키는 단계와, 알칼리 염화물을 흡착한 미분광석이 포함된 환원가스를 싸이클론에 통과시켜 환원가스로부터 알칼리 염화물 흡착 미분광석을 분리 제거하고, 환원가스를 유동 환원로의 분산판으로 제공하는 단계를 포함한다.

미분광석으로 0 초과 8mm 이하의 범위에 속하는 입도를 가진 철광석을 사용할 수 있다.

장입 빈의 출구에 제어 밸브가 설치되며, 제어 밸브는 환원가스에 포함된 알칼리 염화물의 함량이 높은 조건에서 미분광석을 주기적으로 배출할 수 있다.

본 실시예에 따르면 유동 환원로의 분산판은 알칼리 염화물에 의한 부식이 발생하지 않으며 알칼리 염화물에 의해 노즐 막힘이 생기지 않으므로 유동 환원로를 장시간 원활하게 가동할 수 있다. 또한, 환원가스의 온도를 높일 수 있으므로 유동 환원로의 광석 환원률을 높이고, 연료비를 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템을 구비한 용선 제조설비의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 알칼리 염화물 저감 시스템의 확대도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템을 구비한 용선 제조설비의 개략도이다.

도 1을 참고하면, 파이넥스(FINEX) 용선 제조설비는 용융로(10)와 다단의 유동 환원로(21, 22, 23)를 포함한다. 유동 환원로(21, 22, 23)는 예열로(21)와 예비 환원로(22) 및 최종 환원로(23)의 3단으로 구성될 수 있다. 최종 환원로(23)는 용융로(10)와 연결되고, 용융로(10)의 내부에는 석탄 충진층이 형성된다.

분철광석은 제1 내지 제4 광석도관(31, 32, 33, 34)을 따라 예열로(21), 예비 환원로(22), 최종 환원로(23), 및 용융로(10)의 순서대로 이동한다. 그리고 용융로(10)의 환원가스는 핫 싸이클론(15)을 거쳐 제1 내지 제4 가스도관(41, 42, 43, 44)을 따라 최종 환원로(23), 예비 환원로(22), 및 예열로(21)를 거쳐 설비 외부로 배출된다.

분철광석은 제1 광석도관(31)을 통해 예열로(21)에 장입되고, 제3 가스도관(43)으로부터 공급된 환원가스에 의해 예열로(21) 내의 분산판(50) 상부에서 유동층을 형성하면서 예열된다. 분철광석은 이후 제2 광석도관(32)을 통해 예비 환원로(22)에 장입되고, 제2 가스도관(42)으로부터 공급된 환원가스에 의해 예비 환원로(22) 내의 분산판(50) 상부에서 유동층을 형성하면서 예비 환원된다.

예비 환원된 분철광석은 제3 광석도관(33)을 통해 최종 환원로(23)에 장입되고, 제1 가스도관(41)으로부터 공급된 환원가스에 의해 최종 환원로(23) 내의 분산판(50) 상부에서 유동층을 형성하면서 최종 환원된다. 환원광은 제4 광석도관(34)을 통해 용융로(10)에 장입되며, 석탄 충진층 내에서 용융되어 용선으로 전환된다. 예열로(21) 내부의 환원가스는 제4 가스도관(44)을 거쳐 설비 외부로 배출된다.

파이넥스 용선 제조설비는 유동 환원로(21, 22, 23)에 공급되는 환원가스에 대해 알칼리 염화물을 저감시키는 알칼리 염화물 저감 시스템(60)을 구비한다. 알칼리 염화물 저감 시스템(60)은 열영동(thermo-phoresis) 현상을 이용하여 환원가스에 포함된 알칼리 염화물을 저감시킨다.

도 1에서는 최종 환원로(23)와 연결된 제1 가스도관(41)에 알칼리 염화물 저감 시스템(60)이 구비된 경우를 예로 들어 도시하였으나, 알칼리 염화물 저감 시스템(60)은 예비 환원로(22)와 연결된 제2 가스도관(42) 또는 예열로(21)와 연결된 제3 가스도관(43)에도 구비될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시한 알칼리 염화물 저감 시스템의 확대도이다. 도 2에서는 편의상 제1 가스도관의 배치 상태를 도 1과 다르게 도시하였다.

도 1과 도 2를 참고하면, 알칼리 염화물 저감 시스템(60)은 제1 가스도관(41)에 연결 설치되며 알칼리 염화물 흡착용 미분광석(70)을 저장하는 장입 빈(61)과, 장입 빈(61)의 출구에 설치되어 미분광석(70)의 배출을 제어하는 제어 밸브(62)와, 제1 가스도관(41) 상에서 장입 빈(61)과 최종 환원로(23) 사이에 설치되는 싸이클론(63)을 포함한다.

최종 환원로(23)는 환원로 본체(25)와, 환원로 본체(25)의 내부에 위치하는 분산판(50) 및 지지체(51)를 포함한다. 제1 가스도관(41)은 환원로 본체(25)의 하단 중앙에 연결되며, 분산판(50) 위에 분철광석의 유동층(26)이 형성된다. 분산판(50)은 수백개의 가스 통과용 노즐을 형성하여 제1 가스도관(41)을 통해 유입되는 환원가스를 유동층(26)으로 균일하게 분산시킨다. 지지체(51)는 분산판(50)의 각 노즐에 대응하는 공간부를 형성하여 노즐을 개방시킨다.

예열로(21)와 예비 환원로(22)의 내부 구조도 전술한 최종 환원로(23)의 구조와 동일하게 이루어진다.

장입 빈(61)은 알칼리 염화물 흡착용 미분광석(70)을 저장한다. 미분광석(70)은 최종 환원로(23)의 유동층(26)과 동일한 철광석으로 이루어진다. 미분광석(70)의 입도는 0 초과 8mm 이하의 범위에 속할 수 있다.

미분광석(70)의 입도가 전술한 조건을 만족함으로써 미분광석(70)을 별도로 준비하지 않고 파이넥스 용선 제조설비의 원재료인 분철광석을 그대로 사용할 수 있다. 또한, 다음에 설명하는 알칼리 염화물 저감 시스템(60)의 작동 과정에서 알칼리 염화물이 흡착된 미분광석(70)을 최종 환원로(23)의 유동층(26)으로 공급하여 환원시킴으로써 환원철을 제조하는 데 재사용될 수 있다.

제어 밸브(62)는 파이넥스 용선 제조설비 가동시 항상 개방되어 제1 가스도관(41)으로 미분광석(70)을 지속적으로 배출할 수 있다. 다른 한편으로, 제어 밸브(62)는 환원가스에 포함된 알칼리 염화물의 함량이 높은 조건에서 선택적으로 개방되어 제1 가스도관(41)으로 미분광석(70)을 주기적으로 배출할 수 있다.

장입 빈(61)에서 제1 가스도관(41)으로 미분광석(70)이 배출되면, 환원가스에 포함된 고온의 용융 알칼리 염화물은 미분광석(70) 표면과의 직접적인 접촉에 의해, 그리고 고온 입자(알칼리 염화물)가 저온 입자(미분광석)를 향해 힘을 받는 열영동(thermo-phoresis) 현상에 의해 미분광석(70)에 흡착된다.

열영동 현상은 미소 입자들이 포함되어 있는 유동장 내에 온도구배가 있을 경우 미소 입자들이 기체 분자들의 운동량 차이로 인해 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 힘을 받아 흘러가는 현상을 의미한다.

장입 빈(61)에 저장되어 있던 미분광석(70)은 고온의 알칼리 염화물보다 낮은 온도를 가지므로 환원가스에 포함된 고온의 알칼리 염화물은 저온의 미분광석(70)을 향해 힘을 받아 미분광석(70)의 표면에 흡착된다. 도 2의 확대도에서 부호 '72'는 미분광석(70)에 흡착된 용융 알칼리 염화물을 나타낸다.

제1 가스도관(41) 중 장입 빈(61)의 후단에 위치하는 제1 가스도관(41)의 내부에는 환원가스와 함께 알칼리 염화물을 흡착한 미분광석(70)이 존재한다. 싸이클론(63)은 장입 빈(61)과 최종 환원로(23) 사이에 설치되어 환원가스에 포함된 고체상 물질, 즉 알칼리 염화물을 흡착한 미분광석(70)을 분리 및 제거한다.

싸이클론(63)은 원통 영역(641)과 그 하부의 콘 영역(642)으로 구성된 본체(64)를 포함한다. 원통 영역(641)의 측벽에 장입 빈(61)과 이어진 제1 가스도관(41)이 연결되고, 원통 영역(641)의 상부에 최종 환원로(23)와 이어진 제1 가스도관(41)이 연결된다.

싸이클론(63)의 내부로 미분광석(70)을 포함한 환원가스가 유입되면 환원가스는 원통 영역(641)의 내벽을 따라 돌며 선회유동을 형성한다. 선회유동은 콘 영역(642)까지 유지되면서 고체 입자들을 원심력에 의해 벽면 쪽으로 밀어내어 기체로부터 분리시킨다. 미분광석(70)이 분리된 기체는 위로 상승하여 제1 가스도관(41)을 통해 최종 환원로(23)에 공급된다. 그리고 미분광석(70)은 본체(64) 내벽을 타고 내려와 쌓인다.

싸이클론(63)의 하측 단부에는 제1 밸브(65)가 설치되어 싸이클론(63)에 의해 분리된 미분광석(70)의 배출을 제어한다. 싸이클론(63)의 하측 단부는 배출관(66)과 연결되며, 배출관(66)과 최종 환원로(23)의 유동층(26) 사이에 이들을 연결하는 도입관(67)이 위치한다. 배출관(66)에는 제2 밸브(68)가 설치되고, 도입관(67)에는 제3 밸브(69)가 설치된다.

제1 밸브(65)와 제2 밸브(68)를 열고 제3 밸브(69)를 닫으면 싸이클론(63)에 의해 분리된 미분광석(70)은 용선 제조설비의 외부로 배출된다.

다른 한편으로, 제1 밸브(65)와 제3 밸브(69)를 열고 제2 밸브(68)를 닫으면 싸이클론(63)에 의해 분리된 미분광석은 도입관(67)을 통해 최종 환원로(23)의 유동층(26)으로 공급된다. 미분광석(70)은 최종 환원로(23)의 유동층(26)과 같은 성분이고, 미분광석(70)에 흡착된 알칼리 염화물은 유동층(26)에서 필터링되므로 유동층(26)에 영향을 미치지 않는다.

본 실시예의 알칼리 염화물 저감 시스템(60)은 환원가스가 이동하는 제1 가스도관(41)으로 미분광석(70)을 배출하여 미분광석(70)에 알칼리 염화물을 흡착시키며, 싸이클론(63)을 이용하여 환원가스로부터 알칼리 염화물을 흡착한 미분광석(70)을 분리시켜 최종 환원로(23)에 알칼리 염화물이 저감된 환원가스를 공급한다.

따라서 최종 환원로(23)의 분산판(50)은 알칼리 염화물에 의한 부식이 발생하지 않으며 알칼리 염화물에 의해 노즐 막힘이 생기지 않으므로 최종 환원로(23)를 장시간 원활하게 가동할 수 있다. 또한, 종래에는 환원가스의 온도를 알칼리 염화물의 융점 이하로 낮게 유지하였으나, 본 실시예에서는 환원가스의 온도를 높일 수 있으므로 최종 환원로(23)의 광석 환원률을 높이고, 연료비를 저감시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 용융로 15: 핫 싸이클론
21: 예열로 22: 예비 환원로
23: 최종 환원로 31, 32, 33, 34: 제1~제4 광석도관
41, 42, 43, 44: 제1~제4 가스도관
50: 분산판 60: 알칼리 염화물 저감 시스템
61: 장입 빈 62: 제어 밸브
63: 싸이클론 65: 제1 밸브
66: 배출관 67: 도입관
68: 제2 밸브 69: 제3 밸브

Claims

가스도관을 통해 유동 환원로에 투입되는 환원가스에 포함된 알칼리 염화물을 저감시키는 알칼리 염화물 저감 시스템에 있어서,
상기 가스도관에 연결 설치되며 알칼리 염화물 흡착을 위한 미분광석을 저장하는 장입 빈;
상기 가스도관을 향한 상기 장입 빈의 출구에 설치되어 상기 가스도관으로의 미분광석 배출을 제어하는 제어 밸브; 및
상기 가스도관 상에서 상기 장입 빈과 상기 유동 환원로 사이에 설치되며 상기 환원가스에 포함된 알칼리 염화물 흡착 미분광석을 분리 제거하는 싸이클론
을 포함하는 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템.
제1항에 있어서,
상기 장입 빈에 저장된 미분광석은 철광석을 포함하는 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템.
제2항에 있어서,
상기 장입 빈에 저장된 미분광석은 0 초과 8mm 이하의 범위에 속하는 입도를 가지는 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템.
제1항에 있어서,
상기 싸이클론은 원통 영역과 콘 영역으로 구성된 본체를 포함하고,
상기 원통 영역의 본체 측면에 상기 장입 빈과 이어진 가스도관이 연결되며,
상기 원통 영역의 본체 상부에 상기 유동 환원로와 이어진 가스도관이 연결되는 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템.
제4항에 있어서,
상기 콘 영역의 하측 단부는 배출관과 연결되고,
상기 싸이클론에 의해 분리된 알칼리 염화물 흡착 미분광석은 상기 배출관을 통해 설비 외부로 배출되는 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템.
제4항에 있어서,
상기 콘 영역의 하측 단부는 도입관을 통해 상기 유동 환원로의 유동층과 연결되고,
상기 싸이클론에 의해 분리된 알칼리 염화물 흡착 미분광석은 상기 도입관을 통해 상기 유동 환원로의 유동층으로 배출되는 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 환원로는 예열로와 예비 환원로 및 최종 환원로를 포함하며,
상기 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템은 상기 최종 환원로에 환원가스를 공급하는 가스도관 상에 설치되는 환원가스의 알칼리 염화물 저감 시스템.
가스도관을 통해 유동 환원로의 분산판을 향해 알칼리 염화물이 포함된 환원가스를 공급하는 단계;
상기 가스도관 상에 미분광석을 저장하는 장입 빈을 설치하고, 상기 가스도관으로 미분광석을 배출하여 고온의 알칼리 염화물을 저온의 미분광석 표면에 흡착시키는 단계; 및
상기 알칼리 염화물을 흡착한 미분광석이 포함된 환원가스를 싸이클론에 통과시켜 상기 환원가스로부터 상기 알칼리 염화물 흡착 미분광석을 분리 제거하고, 상기 환원가스를 상기 유동 환원로의 분산판으로 제공하는 단계
를 포함하는 환원가스의 알칼리 염화물 저감 방법.
제8항에 있어서,
상기 미분광석으로 0 초과 8mm 이하의 범위에 속하는 입도를 가진 철광석을 사용하는 환원가스의 알칼리 염화물 저감 방법.
제8항에 있어서,
상기 장입 빈의 출구에 제어 밸브가 설치되며, 상기 제어 밸브는 상기 환원가스에 포함된 알칼리 염화물의 함량이 높은 조건에서 상기 미분광석을 주기적으로 배출하는 환원가스의 알칼리 염화물 저감 방법.