KR101269164B1

KR101269164B1 - 유동 환원로의 환원가스 취입장치

Info

Publication number: KR101269164B1
Application number: KR1020110125298A
Authority: KR
Inventors: 조민영; 김현수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-05-29

Abstract

본 발명은 유동 환원로의 환원가스를 취입하는 장치에 관한 것으로, 통로가 형성된 분산판의 상부에 형성된 유동층에 환원가스를 공급하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치에 있어서, 상기 분산판의 상면에 부착되고 상기 통로와 연통되는 연통구멍이 형성된 플랜지; 및 일단은 상기 플랜지에 결합되고, 타단은 상기 통로에 밀착 형성되어 환원가스를 상기 유동층으로 유도하는 그라파이트(graphite) 재질로 이루어진 노즐을 포함한다.

Description

유동 환원로의 환원가스 취입장치{BLOWING APPARATUS OF REDUCTION GAS FOR FLUIDIZED REDUCTION FURNACE}

본 발명은 유동 환원로 내에 환원가스를 공급하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용선 제조설비의 유동 환원로에서 용융 알칼리 염화물 부착을 억제하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치에 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 연료비가 적게 들고 환경 오염이 적은 장점이 있다.

도 1은 일반적인 파이넥스 용선 제조설비의 개략도인데, 용융로(10)의 상부는 대략 1,000℃ 이상의 고온 조업이 이루어지는 곳이므로 장입되는 석탄의 열분해 등에 의해 다량의 분진이 발생한다. 용융로(10)의 환원가스는 핫 사이클론(45)에서 90% 이상 포집되어 용융로(10)에 다시 투입되나, 포집되지 못한 분진은 유동 환원로(21, 22, 23)에 유입된다. 상기 유동 환원로(21, 22,23)에 유입되는 환원가스는 분진을 포함하고 있는데, 분진은 석탄의 열분해 잔류물과 함께 미립의 환원철 및 알칼리 염화물 등을 포함한다.

고온의 환원가스는 유동 환원로(21, 22, 23)에 설치된 분산판(26)을 거쳐 유동층(27)으로 공급된다(도 2 참조). 상기 분산판(26)에는 수백 개의 가스 통과용 노즐(51)이 일정 간격으로 설치되어 환원가스를 유동층(27)으로 균일하게 분산시킨다. 그런데 분진을 함유한 환원가스가 노즐(51)을 통과하는 과정에서 액상 또는 기상으로 존재하는 알칼리 염화물 등이 노즐 표면을 부식시켜 노즐 표면을 거칠게 함으로써 이물질 부착을 용이하게 한다.

또한, 알칼리 염화물은 고온에서 액상으로 존재하여 점착력을 지니므로 노즐 표면에 이물질로 부착된다. 상기 노즐(51) 표면에 부착된 이물질은 조업이 진행되는 과정에서 점차 성장하여 최악의 경우 노즐 막힘을 유발한다. 노즐(51)의 일부가 막히면 환원가스의 흐름이 일부 영역으로 집중되므로 환원가스가 공급되지 않는 영역에서 환원광이 누적되어 정체층을 형성하게 된다. 이때 유동 환원로(21, 22, 23)의 상하부의 압력 차이를 측정하는 차압계(28)가 설치되어 분산판(26)의 통로(29)가 막힌 상태인지를 판단한다(도 2 참조).

상기와 같이 유동 환원로(21, 22, 23)는 철광석을 유동시키면서 환원시키는 기능을 수행할 수 없는 경우 유동 환원로(21, 22, 23)의 조업을 중단하고, 이물질이 부착된 노즐을 교체해야 하는 불편함이 있다. 또한, 노즐에 알칼리 염화물이 액상으로 부착되는 것을 방지하기 위하여 유동 환원로(21, 22, 23)의 온도를 알칼리 염화물의 융점 이하로 낮게 유지하는 경우에는 광석 환원률이 낮아지는 문제가 있었다.

그러나, 용융로 조업의 불안정으로 인해 용융로 내부 편류가 발생하여 과도한 양의 더스트가 유동로 내부로 유입될 경우, 상기 더스트가 노즐의 하단부와 충돌하여 상기 노즐의 하단부를 마모 또는 파손시키는 문제점을 발생할 수 있고 이로 인해 그라파이트 노즐의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 유동 환원로의 분산판 노즐 막힘을 유발하는 점착력이 높은 용융 알칼리 염화물이 노즐 표면에 부착하지 못하게 함과 동시에 과도한 양의 더스트 유입에 의해 노즐의 하단부가 마모 또는 파손되는 현상을 방지할 수 있는 유동 환원로의 환원가스 취입장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 통로가 형성된 분산판의 상부에 형성된 유동층에 환원가스를 공급하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치에 있어서,

상기 분산판의 상면에 부착되고 상기 통로와 연통되는 연통구멍이 형성된 플랜지; 및

일단은 상기 플랜지에 결합되고, 타단은 상기 통로에 밀착 형성되어 환원가스를 상기 유동층으로 유도하는 그라파이트(graphite) 재질로 이루어진 노즐을 포함하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치가 제공될 수 있다.

상기 노즐의 하단부에는 상기 노즐의 하단부가 마모 또는 파손되는 것을 방지하기 위한 보호링이 구비될 수 있다.

상기 보호링과 상기 노즐은 나사 또는 볼트에 의해 결합될 수 있다.

상기 보호링에는 상기 나사 또는 볼트가 결합되기 위한 제1 결합구멍이 형성되고, 상기 노즐의 하단부에는 상기 나사 또는 볼트가 결합되기 위한 제2 결합구멍이 형성될 수 있다.

상기 보호링은 스테인레스 스틸 재질로 이루어질 수 있다.

상기 노즐의 내벽에는 상기 노즐의 내부에 부착물 형성을 억제하기 위한 딤플이 형성될 수 있다.

상기 딤플은 반원형상 또는 아치형상으로 형성될 수 있다.

상기 보호링의 하단부에는 이물질과 충돌시 충격을 완충하기 위한 완충부재가 구비될 수 있다.

상기 보호링은 상기 노즐의 하단부와 동일한 환형으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 환원가스에 포함된 용융 알칼리 염화물이 유동 환원로의 분산판 노즐 표면에 부착되는 것이 억제되고 더스트에 의한 노즐의 하단부의 마모 또는 파손을 방지함으로써, 노즐의 수명이 최대한 증대될 수 있다.

도 1은 일반적인 유동 환원로를 구비한 용선 제조설비의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유동 환원로의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 노즐의 확대 단면도이다.
도 5는 본 명의의 제1 실시예에 따른 노즐 하단부 보호링 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플랜지의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플랜지 및 노즐이 분산판에 부착된 상태를 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 위주로 설명하되, 종래기술에서와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다.

이러한 실시예는 본 발명에 따른 일실시예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다 할 것이다.

도 1은 일반적인 유동 환원로를 구비한 용선 제조설비의 개략도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유동 환원로 중 하나의 확대 단면도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐의 확대 단면도이다. 도 5는 본 명의의 제1 실시예에 따른 노즐 하단부 보호링 확대 단면도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플랜지의 평단도이다.

도 1을 참고하면, 파이넥스 용선 제조설비는 용융로(10)와 다단의 유동 환원로(21, 22, 23)를 포함한다. 유동 환원로(21, 22, 23)는 예열로(21), 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 제4광석도관(31, 32, 33, 34)을 따라 예열로(21), 예비 환원로(22), 최종 환원로(23) 및 용융로(10)의 순서로 이동한다. 그리고 용융로(10)의 환원가스는 핫 사이클론(45)을 거쳐 제1 내지 제4가스도관(41, 42, 43, 44)을 따라 최종 환원로(23), 예비 환원로(22) 및 예열로(21)를 거쳐 제조설비 외부로 배출된다.

이때, 상기 분철광석은 제1광석도관(31)을 통해 예열로(21)에 장입되고, 제3가스도관(43)으로부터 공급된 환원가스에 의해 예열로(21) 내의 분산판(50) 상부에서 유동층(27)을 형성하면서 예열된다. 분철광석은 이후 제2광석도관(32)을 통해 예비 환원로(22)에 장입되고, 제2가스도관(42)으로부터 공급된 환원가스에 의해 예비 환원로(22) 내의 분산판(50) 상부에서 유동층(27)을 형성하면서 예비 환원된다.

상기 예비 환원된 분철광석은 제3광석도관(33)을 통해 최종 환원로(23)에 장입되고, 제1가스도관(41)으로부터 공급된 환원가스에 의해 최종 환원로(23) 내의 분산판(50) 상부에서 유동층(27)을 형성하면서 최종 환원된다. 상기 최종으로 환원된 환원광은 제4광석도관(34)을 통해 용융로(10)에 장입되며, 석탄 충진층 내에서 용융되어 용선으로 전환된다. 이때, 예열로(21) 내부의 환원가스는 제4가스도관(44)을 거쳐 설비 외부로 배출된다.

도 2를 참조하면, 내화 벽돌로 이루어진 상기 분산판(50) 위에 분철광석의 유동층(27)이 위치한다. 상기 분산판(50)에는 수백 개의 환원가스 취입용 노즐(51)이 일정 간격으로 형성되어 가스도관(41, 42, 43)을 통해 유입되는 환원가스를 유동층(27)으로 균일하게 분산시킨다. 상기 분산판(26)은 환원가스가 유입되는 다수의 통로(29)가 형성되어 있으며, 상기 각각의 통로(29)와 연통되는 연통구멍(56)을 갖는 플랜지(50)가 상기 분산판(26)의 상면에 밀착 고정되도록 부착된다.

이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원가스 취입장치에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 제1 실시예에서의 상기 노즐(51)은 일단이 상기 플랜지(50)에 결합되고, 타단은 상기 통로(29)에 밀착형성되어 환원가스를 상기 유동층(27)으로 유도하며, 그라파이트(graphite) 재질로 되어 있다. 이때, 상기 각 노즐(51)과 연통되는 원통 모양의 통로(29)가 형성되어 노즐(51)을 개방시키도록 되어 있다.

즉, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유동 환원로의 환원가스 취입장치는 상기 분산판(26)의 상면에 부착되고 상기 통로(29)와 연통되는 연통구멍(56)이 형성되는 플레이트 형상의 플랜지(50)와, 상기 연통구멍(56)과 이어지면서 상기 플랜지(50)로부터 환원로 본체(25)의 하부를 향해 돌출되는 노즐(51)을 포함한다. 상기 플랜지(50)와 노즐(51)은 결합부(54)에 의해 이루어지며, 상기 결합부(54)는 일례로 나사결합을 들 수 있다.

상기 노즐(51)은 상기 플랜지(50)로부터 멀어질수록 내경과 외경이 점진적으로 커지는 모양으로 형성된다. 즉, 상기 노즐(51)은 환원가스와 가장 먼저 접하는 하측 단부로부터 상기 플랜지(50)에 가까워질수록 내경과 외경이 점진적으로 작아지는 테이퍼 형상을 갖는다. 상기 노즐(51)의 테이퍼 각도는 180°보다 작으면 되지만 상기 테이퍼 각도가 커지면 환원가스의 마찰 저항이 커진다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼 각도는 90°이하로 하여 내마모성을 증대시켰다. 상기 각도는 본 발명의 일실시예에 불과하므로 이에 한정할 것은 아니다. 또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 노즐(51)의 두께(t)는 약 10mm 정도이다(도 3 참조).

상기 환원로 본체(25)에 유입되는 환원가스에는 석탄의 열분해 잔류물과 미립의 환원철 및 알칼리 염화물 등의 분진이 포함되어 있다. 환원가스에 포함된 분진은 분산판(50)의 노즐(51)을 통과하면서 노즐(51) 내벽에 이물질로 부착된다. 특히 염화칼륨(KCl) 또는 염화나트륨(NaCl)과 같은 알칼리 염화물은 고온에서 액상으로 존재하여 점착력을 지니므로 노즐(51) 표면에 이물질로 부착될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 본 발명의 실시예에서는 노즐(51) 부분을 알칼리 염화물과 반응성 및 젖음성(Wettability)이 낮은 그라파이트(graphite)로 제작하여 염화물이 노즐(51)에 부착되는 것을 억제하였다.

도 3은 그라파이트 재질로 이루어진 노즐(51)과 스테린레스 스틸(예컨대, SUS 310) 재질로 이루어진 플랜지(50)의 결합부(54)를 나선형으로 만들어 노즐(51)과 플랜지(50)의 조립이 용이하도록 한 것을 나타낸 것이다. 이들은 고온에서 플랜지(50)와 노즐(51)의 침탄을 통해 결합력이 증대되도록 하였다.

또한, 플랜지(50)의 하단은 상기 분산판(26)의 통로(29)에 삽입되어 노즐(51)이 견고하게 분산판(26)에 결합될 수 있도록 보호턱(58)이 형성되며, 보호턱(58)에 의하여 노즐(51)과 분산판(26) 사이의 공간에 먼지 등의 이물이 쌓이는 것을 방지하였다. 보호턱(58)은 탈부착시 비틀림에 의한 노즐(51)의 파손을 방지하는 기능도 한다.

또한, 노즐(51)의 하단부에는 용융로의 불안정한 조업시 발생하는 다량의 더스트에 의해 노즐(51)의 하단부가 마모되거나 파손되는 것을 방지하기 위한 보호링(59)이 설치될 수 있다.

보호링(59)은 노즐의 하단부가 마모 또는 파손되는 것을 방지하면서 가스가 노즐을 통과할 때 마찰 저항을 최소활 수 있도록 노즐의 하단부와 동일한 환형으로 형성될 수 있다.

보호링(59)은 노즐(51)의 하단부의 마모 또는 파손을 방지할 수 있도록 일정한 크기의 강성을 갖는 재질, 예컨대, 스테인레스 스틸(SUS 310S) 재질 등으로 이루어질 수 있다.

보호링(59)은 노즐(51)의 하단부와 나사(60) 또는 볼트 등과 같은 고정수단에 의하여 고정 결합될 수 있다.

여기서, 보호링(59)은 노즐(51)과 나사(60)에 의하여 고정 결합되고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 접착제 또는 용접 등과 같은 결합수단에 의하여도 결합될 수 있다.

보호링(59)에는 도 5에 도시된 바와 같이 나사(60) 또는 볼트 등이 결합되기 위한 제1 결합구멍(61)이 일정한 간격으로 형성되고, 노즐(51)의 하단부에도 나사(60) 또는 볼트 등이 결합되기 위한 제2 결합구멍(62)이 일정한 간격으로 형성될 수 있다.

나사(60) 또는 볼트 등은 이물질과 충돌시 나사(60) 또는 볼트 등의 보호를 위하여 보호링과 결합시 보호링의 하단부 외측으로 돌출되지 않도록 결합되는 것이 바람직하다.

제1, 제2 결합구멍(61, 62)은 보호링(59)과 노즐(51)의 용이한 결합을 위하여 동일한 직경 중심을 가질 수 있다.

보호링(59)의 상단부는 노즐(51)과 용이하게 결합될 수 있도록 평면으로 형성되고, 노즐(51)의 하단부도 보호링(59)과 용이하게 결합될 있도록 평면으로 형성될 수 있다.

보호링(59)의 하단부에는 더스트와 이물질과 충돌시 충격을 완충하기 위한 고무 등과 같은 완충부재(미도시)를 접착제 등과 같은 결합수단에 의하여 결합할 수 있다.

상기와 같이, 그라파이트 재질로 이루어진 노즐(51)의 하단부에 예컨대, 스테인레스 스틸(예컨대, SUS310S) 재질로 이루어진 보호링(59)를 나사에 의하여 결합시킴으로써, 용융로 조업의 불안정으로 인해 용융로 내부 편류가 발생하여 과도한 양의 더스트가 유동로 내부로 유입될 경우, 더스트는 보호링(59)의 하단부에 충돌하게 된다.

따라서, 보호링(59)이 더스트가 노즐(51)의 하단부와 접촉되는 것을 차단할 수 있으므로, 보호링에 의하여 노즐(51)의 하단부가 마모되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 노즐의 확대 단면도이다.

도 4를 참고하면, 노즐(51)의 내벽에는 노즐의 내부에 부착물 형성을 억제할 수 있는 딤플(dimple)(63)이 형성될 수 있다.

딤플(63)은 노즐(51)의 내벽에 노즐(51)의 길이 방향 또는 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 형성될 수 있다.

딤플(63)의 형상은 노즐(51)의 내벽에 부착물 형성을 효과적으로 억제할 수 있도록 반원형상 또는 아치형상 등으로 형성될 수 있다.

상기와 같이 딤플(63)이 노즐(51)의 내벽에 일정한 간격으로 형성됨으로써, 환원가스가 노즐(51)을 통과할 때 일부 소량의 가스가 딤플(63) 내에서 와류를 형성하여 부착물이 노즐 내벽에 부착되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 상기 플랜지(50)의 가장자리 일측에는 결합구멍(53)이 형성되어 있어 볼트 등에 의해 플랜지(50)를 분산판(26)에 결합 또는 분리할 수 있도록 한다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 용융로 21: 예열로
22: 예비 환원로 23: 최종 환원로
25: 환원로 본체 26: 분산판
27: 유동층 28: 차압계
29: 통로 31,32,33,34: 광석도관
41,42,43,44: 가스도관 45: 핫 사이클론
50: 플랜지 51: 노즐
53: 결합구멍 54: 결합부
55: 딤플 56: 연통구멍
58: 보호턱 59: 보호링
60: 나사 61, 62: 결합구멍
63: 딤플

Claims

통로가 형성된 분산판의 상부에 형성된 유동층에 환원가스를 공급하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치에 있어서,
상기 분산판의 상면에 부착되고 상기 통로와 연통되는 연통구멍이 형성된 플랜지; 및
일단은 상기 플랜지에 결합되고, 타단은 상기 통로에 밀착 형성되어 환원가스를 상기 유동층으로 유도하는 그라파이트(graphite) 재질로 이루어진 노즐
을 포함하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐의 하단부에는 상기 노즐의 하단부가 마모 또는 파손되는 것을 방지하기 위한 보호링이 구비되는 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
제2항에 있어서,
상기 보호링과 상기 노즐은 나사 또는 볼트에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
제3항에 있어서,
상기 보호링에는 상기 나사 또는 볼트가 결합되기 위한 제1 결합구멍이 형성되고,
상기 노즐의 하단부에는 상기 나사 또는 볼트가 결합되기 위한 제2 결합구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보호링은 스테인레스 스틸 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
제5항에 있어서,
상기 노즐의 내벽에는 상기 노즐의 내부에 부착물 형성을 억제하기 위한 딤플이 형성되는 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
제6항에 있어서,
상기 딤플은 반원형상 또는 아치형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
제2항에 있어서,
상기 보호링의 하단부에는 이물질과 충돌시 충격을 완충하기 위한 완충부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
제5항에 있어서,
상기 보호링은 상기 노즐의 하단부와 동일한 환형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.