KR101353464B1 - 유동 환원로의 환원가스 취입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동 환원로의 환원가스 취입장치에 관한 것으로, 통로가 형성된 분산판의 상부에 형성된 유동층에 환원가스를 공급하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치에 있어서, 상기 분산판의 상면에 부착되고 상기 통로와 연통되는 홀이 형성된 플랜지; 상측은 상기 플랜지에 결합되고, 하측은 상기 통로내에 위치하면서 환원가스를 상기 유동층으로 유도하는 노즐; 및 상기 노즐의 아래에 위치하고 상기 통로 내부에 밀착되어 환원가스를 상기 노즐로 유도하는 2 이상의 가스 유도관 단일체로 구성되는 가스 유도관 결합체를 포함하고, 상기 노즐의 외부는 상기 통로와 평행하게 형성되며, 상기 노즐의 내부는 상기 환원가스가 유입되는 방향으로 반경이 점점 작아지는 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치가 제공된다.

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 가스 유도관 결합체가 구비된 유동 환원로의 환원가스 취입장치에 관한 것이다.

일반적으로 파이넥스(FINEX) 용선 제조설비는 크게 철광석을 환원시키는 유동 환원로와, 내부에 석탄 충진층을 구비하고 환원된 철광석을 제공받아 이를 용융시키는 용융가스화로로 구성된다. 용융가스화로에는 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, 용융가스화로(10)의 상부는 대략 1,000℃ 이상의 고온 조업이 이루어지는 곳이므로 장입되는 석탄의 열분해 등에 의해 다량의 분진이 발생한다. 용융가스화로(10)의 환원가스는 핫 사이클론(45)에서 90% 이상 포집되어 용융가스화로(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)내 가스 통로(29)를 거쳐 유동층(27)으로 공급된다.(도 2 참조) 상기 분산판(26)에는 수백 개의 가스 통로(26)가 일정 간격으로 설치되어 환원가스를 유동층(27)으로 균일하게 분산시킨다. 그런데 분진을 함유한 환원가스가 분산판(26)내 가스 통로(29)을 통과하는 과정에서 고온에서 액상으로 존재하는 알칼리 염화물이 점착력을 지녀 가스 통로(29) 표면에 부착되게 된다. 상기 가스 통로(29) 표면에 부착된 이물질(60)은 조업이 진행되는 과정에서 점차 성장하여 가스 통로(29)를 막게 된다.(도 3참조)

가스 통로(29)가 막히면 환원가스의 흐름이 편중되어 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, 가스 통로(29)에 부착된 이물질을 제거하기 위해 상당량의 정비 기간이 소요된다. 또한, 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.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 유동 환원로의 분산판 가스 통로 막힘을 유발하는 점착력이 높은 물질이 가스 통로 표면에 부착하지 못하도록 통로 내에 형성되는 가스 유도관 결합체를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 통로가 형성된 분산판의 상부에 형성된 유동층에 환원가스를 공급하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치에 있어서, 상기 분산판의 상면에 부착되고 상기 통로와 연통되는 홀이 형성된 플랜지; 상측은 상기 플랜지에 결합되고, 하측은 상기 통로내에 위치하면서 환원가스를 상기 유동층으로 유도하는 노즐; 및 상기 노즐의 아래에 위치하고 상기 통로 내부에 밀착되어 환원가스를 상기 노즐로 유도하는 2 이상의 가스 유도관 단일체로 구성되는 가스 유도관 결합체를 포함하고, 상기 노즐의 외부는 상기 통로와 평행하게 형성되며, 상기 노즐의 내부는 상기 환원가스가 유입되는 방향으로 반경이 점점 작아지는 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치가 제공될 수 있다.

상기 가스 유도관 결합체는 그라파이트 재질이고, 상기 가스 유도관 단일체간의 결합은 끼움결합에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 가스 유도관 결합체는 상기 통로에 밀착형성되는 파이프 형상인 것을 특징으로 하며, 상기 노즐의 테이퍼 각도는 90°이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면 통로 내에 그라파이트 재질의 가스 유도관 결합체를 형성함으로써 고온 고압의 조건에 노출되어 있어도 유동 환원로의 환원가스 취입장치의 재료의 변형 및 손상을 방지할 수 있다.

이에 의하여 유동 환원로에서의 안정적인 조업이 가능해지며, 유동 환원로에 투입되는 환원가스의 온도를 높여 광석 환원률을 향상시킴으로써 연료비를 낮출 수 있다.

도 1은 일반적인 유동 환원로를 구비한 용선 제조설비의 개략도이다.
도 2는 도 1의 유동 환원로 중 하나의 확대도이다.
도 3은 부착물이 형성되어 있는 가스 통로의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스 유도관 결합체의 개략도이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 가스 유도관 결합체가 통로에 부착된 상태를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

먼저, 도 1은 일반적인 유동 환원로를 구비한 용선 제조설비의 개략도이고, 도 2는 도 1의 유동 환원로(21, 22, 23) 중 하나의 확대도이며, 도 3은 도 2에서의 노즐 부분을 확대도시한 것으로 부착물(60)이 형성되어 있는 가스 통로(29)의 개략도이다.

도 1을 참고하면, 파이넥스 용선 제조설비는 용융가스화로(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. 상기 최종 환원로(23)는 용융가스화로(10)와 연결되고, 용융가스화로(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 용융가스화로(10)의 순서로 이동한다. 그리고 용융가스화로(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(26) 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(26) 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(26) 상부에서 유동층(27)을 형성하면서 최종 환원된다. 상기 최종으로 환원된 환원광은 제4광석도관(34)을 통해 용융가스화로(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(26) 위에 분철광석의 유동층(27)이 위치한다. 상기 분산판(26)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 있어 노즐(51)로 가스를 유도한다.

또한, 도 3을 참조하면, 상기 분산판(26)의 상단에는 플랜지(50)가 밀착형성되어 있고, 상기 플랜지는 결합부(54)에 의해 노즐(51)과 단단히 결합되어 있으며, 상기 플랜지(50)에는 결합공(53)이 형성되어 볼트 등에 의해 플랜지(50)를 분산판(26)에 결합 또는 분리할 수 있도록 한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 환원가스 취입장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스 유도관 결합체의 개략도인데, 도 4를 참조하면 상기 가스 유도관 결합체(61)는 가스 통로(29)와 밀착될 수 있도록 파이프 형태로 되어 있다. 또한, 상기 가스 유도관 결합체(61)는 고온 고압 조건에 노출되기 때문에 변형 및 손상의 위험이 있다. 이를 방지하고자 가스 유도관 결합체(61)를 2 이상의 단계로 나누어 결합 후 사용하여 변형 및 손상을 최소화하도록 한다.

상기 가스 유도관 결합체(61)는 통로(29) 내에 알칼리 염화물의 부착을 억제하기 위해 그라파이트 재질의 결합체로 이루어져 있다.

이때, 가스 통로(29) 표면은 일반적으로 많은 더스트들이 있으므로 특정한 부착장치 및 물질 없이 쉽게 가스 유도관 결합체(61)를 가스 통로(29)에 부착시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가스 유도관 결합체가 통로에 부착된 상태를 나타낸 단면도인데, 도 5를 참조하면 상기 가스 통로(29)에 2 이상의 단일체(61a, 61b, 61c)로 이루어진 가스 유도관 결합체(61)가 설치되어 있는 모습을 보여준다. 상기 가스 유도관 결합체(61)를 부착함으로써 부착물(60)의 형성을 방지할 수 있다. 즉, 상기 가스 유도관 결합체(61)의 재질을 그라파이트로 함으로써 알칼리 염화물과 점착력이 약해져 부착물이 형성되지 않고 쉽게 제거될 수 있다.

상기와 같이 가스 유도관 결합체(61)를 2 이상의 단일체로 나누는 이유는 상기 통로(29) 내에 삽입이 용이할 뿐만 아니라 분리 및 결합이 용이해지기 때문이다. 즉, 상기 가스 유도관 결합체(61)를 통로(29) 내에 삽입시에 하나의 긴 파이프 형태라면 통로(29) 내의 표면 거칠기가 불균일하므로 삽입이 곤란한 경우가 발생할 수가 있으나, 2단 이상으로 나누어서 삽입하면 통로(29) 내의 표면 거칠기가 불균일하더라도 상대적으로 길이가 짧아 가스 유도관 결합체(61)의 삽입이 보다 용이하다.

본 발명의 실시예에 따르면 상기 가스 유도관 결합체(61)의 삽입은 외부에서 결합 후 통로(29)에 삽입할 수도 있으며, 각각의 가스 유도관 단일체(61a, 61b, 61c)를 순서대로 적층 결합하면서 삽입할 수도 있다. 이때, 상기 가스 유도관 단일체(61a, 61b, 61c)간의 결합은 나사결합에 의하거나 단순히 적층할 수도 있으나, 보다 바람직하게는 접촉 부위에서의 끼움결합에 의하는 것이 좋다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 유동 환원로의 환원가스 취입장치는 상기 분산판(26)의 상면에 부착되고 상기 통로(29)와 연통되는 홀(56)이 형성되는 플레이트 형상의 플랜지(50)와, 상기 홀(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 앞서 설명한 바와 같이 결합부(54)에서 나사결합에 의해 결합될 수 있다.

이때, 상기 노즐(51)의 외부는 상기 통로(29)와 평행하도록 원통형 모양을 가질 수 있고, 상기 노즐(51)의 내부는 상기 플랜지(50)로부터 멀어질수록 점진적으로 직경이 커지는 모양으로 형성된다. 즉, 상기 노즐(51)의 내부는 환원가스와 가장 먼저 접하는 하측 단부로부터 상기 플랜지(50)에 가까워질수록 내경이 점진적으로 작아지는 테이퍼(taper) 형상을 갖는다. 상기 노즐(51) 내부의 테이퍼 각도(도 5에서 점 O를 중심으로 한 부채꼴의 중심각)는 180°보다 작으면 되지만 상기 테이퍼 각도가 커지면 환원가스의 마찰 저항이 커진다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼 각도는 도 5에 도시된 바와 같이, 90°이하로 하여 내마모성을 증대시켰다. 상기 각도는 본 발명의 일실시예에 불과하므로 반드시 이에 한정할 것은 아니다.

또한, 플랜지(50)의 하단에는 상기 분산판(26)에 형성된 통로(29)의 상측에 밀착되도록 삽입되어 노즐(51)의 탈부착시 비틀림에 의한 노즐(51)의 파손을 방지하기 위하여 견고하게 분산판(26)에 결합될 수 있도록 보호턱(52)이 형성되어 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 용융가스화로 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
60: 부착물 61: 가스 유도관 결합체

Claims (5)

1. 통로가 형성된 분산판의 상부에 형성된 유동층에 환원가스를 공급하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치에 있어서,
   상기 분산판의 상면에 부착되고 상기 통로와 연통되는 홀이 형성된 플랜지;
   상측은 상기 플랜지에 결합되고, 하측은 상기 통로내에 위치하면서 환원가스를 상기 유동층으로 유도하는 노즐; 및
   상기 노즐의 아래에 위치하고 상기 통로 내부에 밀착되어 환원가스를 상기 노즐로 유도하는 2 이상의 가스 유도관 단일체로 구성되는 가스 유도관 결합체를 포함하고,
   상기 노즐의 외부는 상기 통로와 평행하게 형성되며, 상기 노즐의 내부는 상기 환원가스가 유입되는 방향으로 반경이 점점 작아지는 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스 유도관 결합체는 그라파이트 재질인 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가스 유도관 단일체간의 결합은 끼움결합에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가스 유도관 결합체는 상기 통로에 밀착형성되는 파이프 형상인 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 노즐의 테이퍼 각도는 90°이하인 것을 특징으로 하는 유동 환원로의 환원가스 취입장치.
   

Images