KR101410064B1 - 용선의 제조 방법 및 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용선의 제조에 관한 것으로, 산화철을 함유한 입상 원료는 적어도 850 ℃ 의 온도로 유동층 반응기에서 탄소질 환원제를 가지고 환원 혼합물로 부분적으로 환원되고, 배출 시스템을 통하여, 가능하다면 고온 자기 분리에 의한 자기 및 비자기 성분의 분리 후, 환원 혼합물은 용련 환원 유닛으로 공급된다. 에너지 소비를 최적화하기 위해서, 용련 유닛으로 공급되기 전 환원 혼합물은 열교환기 장치에서 600 ℃ ~ 800 ℃ 로 냉각되고, 예열 프로세스 가스는 냉각 매체로서 사용된다.

Description

용선의 제조 방법 및 설비 {PROCESS AND PLANT FOR PRODUCING HOT METAL}
본 발명은 환원 광석이 중간 생성물로서 사용되는 용선 (hot metal) 의 제조에 관한 것이다.
산화철, 예컨대 철광석을 함유한 양질 (fine) 원료로부터 용선의 회수는, 괴성화 (소결, 펠릿화) 및 뒤이어 (예컨대, 용광로에서) 용련 환원에 의해 주로 달성된다. 괴성화는 환원 광석으로 양질 원료의 예비 환원 및 용선으로 이 환원 광석의 후속 용련에 의해 피할 수 있다. 예를 들어, 출원인은 해면철 (WO 2005/116275 A 및 WO 2005/116273 A 참조) 을 얻기 위해서 고체 상태의 철광석이 예컨대 850 ~ 950 ℃ 및 예컨대 4 바의 압력으로 석탄과 함께 직접 환원되는 소위 "Circofer" 프로세스를 개발하였다. 직접 환원 생성물은 보통 자기 분리에 의해 특히 석탄 부산물의 비자기 분획물 및 철을 함유한 자기 분획물로 분리된다. 그 후, 용선을 얻기 위해서, 중간 생성물로서 철 함유 자기 분획물, 즉 환원 광석이 예를 들어 출원인의 소위 "Auslron" 프로세스에 의한 용련 환원 프로세스로 또는 서브머지드 (submerged) 아크로에서 추가 처리된다.
(고온) 자기 분리 전, 중간 생성물로서 직접 환원으로 인출되는, 한편으로는 환원 광석 및 다른 한편으로는 석탄 회분과 잔류 탄소 (숯) 의 환원 혼합물이, 용련 전 비자기 부산물의 효율적인 분리를 달성하도록, 768 ℃ 의 철의 퀴리 온도 미만으로 적어도 냉각되어야 한다. 지금까지, 단지 몇 가지 개념만 환원 혼합물을 냉각하는데 이용할 수 있다. 예를 들어, 물에 의한 간접 냉각이 제안된다. 하지만, 이 경우에, 직접 환원으로부터 환원 혼합물의 열에너지의 상당 부분이 손실된다. US 4,073,642 에 따르면, 중간 생성물은 전형적 유동층에서 공기로 간접 냉각된다. 이 경우에도 역시, 냉각에 사용된 공기는 "Circofer" 프로세스로 재순환될 수 없으므로 열에너지의 상당 부분이 손실된다. 많은 다른 특허 공개는 냉각 개념을 전혀 제안하지 않는다.
"Circofer" 프로세스에 의한 철광석의 직접 환원에서, 고온을 갖는 환원 유동화 가스는 직접 환원을 위해 유동층으로 공급된다. 450 ℃ ~ 800 ℃ 사이의 온도 범위에서 높은 침탄 분위기 (높은 CO 함유량을 가지는 분위기) 를 이용할 때, 소위 "금속 더스팅 (metal dusting)" 에 의한 설비 재료의 고온 부식의 위험이 있다. 이 유형의 손상은 균일하게 나타나지 않고 전반적 공격으로부터 피팅 공격 (pitting attack) 까지 이른다. 부식 생성물은 실질적으로 흑연 및 미세한 금속 입자로 이루어진다. "금속 더스팅" 은 설비 재료의 빠른 재료 이상 (failure) 을 초래할 수 있다. 이러한 고온 부식을 피하도록, 니켈, 크롬, 알루미늄 및/또는 실리콘의 높은 함유량을 가지는 고가의 고합금강은 특히 가스 가열기와 같은 고온 유동화 가스와 접촉하는 모든 부품에 사용되어야 한다.
그러므로, 전술한 기술의 단점은 철 함유 중간 생성물의 냉각에 기인한 상당한 에너지 손실 및 사용되는 가스 가열기 재료의 높은 비용에 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하고 에너지 최적화된 용선 제조를 위한 프로세스 및 설비를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 독립항 1 및 독립항 12 각각의 특징을 갖는 프로세스 및 설비에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 양태는 종속항으로부터 취할 수 있다.
입상 철광석이 적어도 850 ℃ 의 온도로 유동층 반응기에서 환원제로 부분적으로 환원되고 특히 환원 혼합물의 자기 부분이 용련 환원 유닛에서 용선으로 용융되는 용선을 제조하기 위한 본 발명의 프로세스에서, 용련 환원 유닛으로 공급되기 전 환원 혼합물은 열교환기 장치에서 700 ℃ ~ 800 ℃, 바람직하게 740 ℃ ~ 760 ℃ 로 냉각되고, 예열된 프로세스 가스는 냉각 매체로서 사용된다.
놀랍게도, 본 발명에 따라, 열교환기 장치에서 단지 약간 냉각한 후, 예비 환원으로 얻어진 환원 혼합물이, 비자기 분획물이 용련 전 분리되는 고온 자기 분리기로 공급될 때, 용선의 회수를 위한 에너지 요구를 뚜렷이 낮출 수 있다는 것을 알 수 있다. 고온 자기 분리기에서 얻어진 환원 광석은 650 ℃ ~ 750 ℃ 의 충분히 높은 온도를 여전히 가져서, 후속 용련 환원을 위한 에너지 소비가 뚜렷이 감소될 수 있다.
게다가 순환 유동층은 바람직하게 예비 환원에 사용되므로, 최소 에너지 소비하에 사용된 재료의 균일한 환원은 유동층에서 높은 질량 및 열 전달로 인해 달성될 수 있다.
특히 효율적 절차를 달성하기 위해서, 프로세스 가스를 순환시키는 것이 제안된다. 바람직한 실시형태에 따르면, 따라서 프로세스 가스는 환원 반응기에서 인출, 제진 (dedust), 냉각되고 환원 생성물, 수증기 (H2O) 와 이산화탄소 (CO2) 로부터 다량 유리되는 일산화탄소 (CO) 및 원소 수소 (H2) 를 바람직하게 함유하는 재순환 가스이다.
바람직하게, 프로세스 가스는 300 ℃ ~ 500 ℃, 바람직하게 350 ℃ ~ 450 ℃ 및, 특히 390 ℃ ~ 410 ℃ 로 예열된다.
고온 부식에 대한 임계 온도 범위 미만인 온도로 프로세스 가스를 적당히 예열함으로써, 심지어 프로세스 가스 가열기를 위한 고가의 고합금강을 사용하지 않으면서 설비 재료의 침탄 ("금속 더스팅") 을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 프로세스 가스는 열교환기 장치에서 환원 혼합물에 의해 700 ℃ ~ 800 ℃, 바람직하게 740 ℃ ~ 760 ℃ 로 가열된다.
프로세스의 개선예에 따르면, 환원 혼합물은 열교환기 장치 다음에 가열된 프로세스 가스로부터 분리되고, 가열된 프로세스 가스는 리사이클링 덕트를 통하여 유동화 가스로서 유동층 반응기로 공급되고, 환원 스테이지의 초과 압력을 감소시킨 후 고체는 출원인에 의해 개발된 배출 시스템 (WO 02/081074 A1 참조) 을 통하여 고온 자기 분리기 (도 3 의 바람직한 실시형태) 로, 용련 환원 유닛 (도 3 의 특례 1) 으로 직접, 또는 압축 유닛 (도 3 의 특례 2) 으로 공급된다.
본 발명의 이 개선예는, 한편으로는 환원 혼합물이 철의 퀴리 온도 미만인 온도로 예열된 프로세스 가스에 의해 냉각되어서, 효율적 고온 자기 분리가 가능하게 되고, 다른 한편으로는 예열된 프로세스 가스에 의해 흡수된 열 에너지가 유동층 반응기에서 환원 반응으로 다시 제공되는 장점을 포함한다. 그 결과, 본 발명에 따른 절차에 의해 어떠한 열에너지도 손실되지 않고, 시스템에서 발생되어 존재하는 열에너지는 보다 효율적으로 이용된다.
게다가, 열교환기 장치 내 환원 혼합물을 배출 시스템으로 공급하는데 요구되는 높이까지 이송하는 것이 유리한 것으로 발견되었고, 배출 시스템의 높이는 고온 자기 분리기, 압축 유닛 및/또는 용련 유닛과 같은 다음의 장치에 의해 또한 결정된다. 환원 혼합물을 이송하기 위한 열교환기 장치의 역학을 이용함으로써, 철 함유 고체를 요구되는 높이까지 수송하기 위한 별도의 프로세스 단계가 생략될 수 있다.
간단한 방식으로, 절차는 또한 유동층 반응기를 이탈한 환원 혼합물의 온도에 대응하여 가스 가열기에서 프로세스 가스의 온도를 조절함으로써 퀴리 온도 미만의 값으로 고온 자기 분리기에서 유동 온도를 조절한다. 그러므로, 더 많은 비용이 드는 프로세스 단계가 생략될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 유동층 반응기 및 열교환기 장치에 존재하는 설비 압력은, 상승 도관 및 수용 용기를 통하여 열교환기 장치 다음에 제공되는 배출 시스템에서 완전히 감소된다.
예컨대 과도한 더스트 손실로 인해 용련 환원이 공급물에서 미세 재료를 허용하지 않을 때, 또는 안전성 또는 지리학적 이유 때문에 프로세스 스테이지의 디커플링 (decoupling) 이 바람직할 때, 본 발명에 따르면, 환원 혼합물은 배출 시스템 (도 3 의 특례 2) 뒤 고온 압축 또는 고온 단광 유닛으로 공급될 수 있거나 고온 환원 광석은 고온 자기 분리 (도 3 의 특례 3) 뒤 고온 압축 또는 고온 단광 유닛으로 공급될 수 있다.
특히 전술한 프로세스를 수행하기에 적합한 본 발명에 따른 용선 제조 설비는 철광석 및 환원제를 위한 장입 장치, 철광석의 부분 환원을 위한 유동층 반응기, 가능하다면 고온 자기 분리기, 가능하다면 압축 유닛 및 용련 환원로를 포함한다. 설비는, 유동층 반응기와 용련 유닛 또는 고온 자기 분리기 또는 압축 유닛 사이에, 유동층 반응기로부터 환원 혼합물이 공급되는 열교환기 장치가 제공되고, 열교환기 장치는 예열된 프로세스 가스를 위한 덕트와 연결되고, 열교환기 장치는 고온 자기 분리기, 압축 유닛과 연결되거나 배출 시스템을 통하여 용련 환원 유닛과 직접 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 설비에서, 놀랍게도, 열교환기 장치를 제공함으로써 추가 냉각 스테이지 및 따라서 보다 복잡한 설비 구성이 생략될 수 있음을 발견하였다. 전술한 대로, 설비에서 제조된 환원 혼합물은 그럼에도 불구하고 상당한 열에너지 손실을 일으키지 않으면서 고온 자기 분리기에 필요한 퀴리 온도 미만으로 냉각될 수 있다.
특히 바람직한 실시형태에 따르면, 열교환기 장치는 바람직하게 환형 유동층을 포함하는 순간 냉각기이다. 본 발명의 의미에서 순간 냉각기는 한편으로는 냉각될 고온 매체가 도입되고 다른 한편으로는 냉각 매체가 유입되는 장치로 이해되는데, 장치의 조절된 속도는 두 매체 간의 철저한 혼합에 기여한다. 본 발명의 의미에서 순간 냉각기 때문에, 환원 혼합물은 결과적으로 냉각제로서 사용되는 프로세스 가스와 매우 빠르게 효율적으로 혼합될 수 있다. 게다가 순간 냉각기에서 높은 속도는, 환원 혼합물이 출구의 높이까지 이송된다는 사실에 기여한다.
본 발명의 개선예에 따르면, 열교환기 장치 다음에 예열된 프로세스 가스로부터 환원 혼합물을 분리하기 위해 사이클론이 제공되고, 예열된 프로세스 가스를 위한 리사이클링 덕트는 사이클론 밖으로 나와 유동층 반응기 안으로 이어지고, 고체 슈트는 사이클론 밖으로 나와 고온 자기 분리기, 압축 유닛 또는 용련 유닛 앞 배출 시스템으로 이어지는 것을 제안한다.
열교환기 장치에서 환원 혼합물 및 예열 프로세스 가스의 철저한 혼합 후, 냉각된 환원 혼합물은 사이클론에서 운반 가스로부터 분리되고 배출 시스템으로 공급된다. 사이클론 대신에 그 밖의 적합한 분리 수단이 물론 또한 사용될 수 있다. 사이클론에서 분리되는 가열된 프로세스 가스는 바람직하게 중심 노즐에 의하여 리사이클링 덕트를 통하여 유동층 반응기로 공급되어서, 프로세스 가스의 열에너지는 환원에 이용할 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태에 따르면, 배출 시스템은 센딩 (sending) 용기로 이어지는 하향 유로 (downcomer) 를 포함하는 설비 압력 하의 버퍼 호퍼로 이루어진다. 거기서부터, 환원 혼합물은 라이저 (riser) 를 통하여 불활성 캐리어 가스에 의해 위로 이송되고 오버플로우 호퍼 뒤에 경사 슈트를 통하여 분배 호퍼로 공급된다. 이 배출 시스템 때문에 고온, 세립 (fine-grain) 환원 혼합물의 연속 수송이 가능하고, 동시에 라이저의 길이를 따라 초과 설비 압력을 완전히 감소시킨다.
추가 개선점, 장점 및 가능한 응용은 또한 본 발명의 실시형태에 대한 다음 설명과 도면으로부터 알 수 있다. 설명 및/또는 도시된 모든 특징들은, 또한 청구항 또는 그것의 역참조 (back-reference) 에 포함된 바와 독립적으로, 발명 자체 또는 임의의 조합 주제를 형성한다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 프로세스와 설비의 공정도를 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 추가 바람직한 실시형태에 따른 프로세스와 설비의 공정도를 나타낸다.
도 3 은 다양한 절차를 갖는 본 발명의 프로세스 흐름도를 개략적으로 나타낸다.
도 1 에 나타난 것과 같은 용선의 제조 설비에서, 입상 철광석은 저장통 (2) 으로부터 고체 공급 슈트 (1) 를 통하여 연속적으로 인출되고, 선택적으로 혼합 탱크 (3) 에서 추가 매체와 혼합되고 제 1 예열 스테이지의 현탁액 열교환기 (4) 로 장입되는데, 제 1 예열 스테이지에서 재료는 바람직하게 현탁되고 제 2 예열 스테이지로부터 인출된 폐가스에 의해 예열된다. 그 후, 입상 철광석은 고체가 가스로부터 분리되는 사이클론 (5) 으로 가스 스트림에 의해 이송된다. 분리된 고체는 고체 슈트 (6) 를 통하여 제 2, 예컨대 벤투리형 현탁액 열교환기 (7) 로 이송되는데, 이 열교환기에서 분리된 고체는 약 800 ℃ 의 온도까지 추가 가열되고 하류 사이클론 (8) 에서 가스 스트림으로부터 다시 분리된다.
이렇게 예열된 광석은 고체 슈트 (6') 를 통하여 반응기 (9) 로, 예를 들어 열 발생기로 이송된다. 저장통 (10) 으로부터, 산소뿐만 아니라 예컨대 5 ㎜ 미만의 입도를 갖는 예컨대 석탄 형태의 환원제가 고체 도관 (6") 을 통하여 열 발생기 (9) 로 부가적으로 공급된다. 선택적으로, 석탄을 크러싱해서 건조하기 위한 장치 (분쇄기, 10a) 는 저장통 (10) 의 하류에 제공될 수 있다.
고체 공급 슈트 (1), 저장 탱크 (2, 10), 혼합 탱크 (3), 장치 (10a) 및 고체 도관 (6', 6") 은 장입 기기를 형성한다.
또한, 프로세스 가스, 특히 CO/H2 로 이루어진 재순환 가스는, 유동층을 형성함으로써 열 발생기 (9) 에서 고체를 유동화하는 300 ℃ ~ 500 ℃, 바람직하게 약 400 ℃ 의 온도를 갖는 유동화 가스로서 가스 덕트 (11) 를 통하여 열 발생기 (9) 로 공급된다.
가열된 고체-가스 혼합물은 부분 환원을 위해 열 발생기 (9) 로부터 연결 통로 (12) 를 통하여 반응기 (13) 안으로 연속적으로 공급되는데, 고체는 순환 유동층을 형성함으로써 가스 도관 (11) 을 통하여 공급된 유동화 가스에 의하여 유동화되고, 입상 철광석은 그것의 철 함유량을 기초로 적어도 50 %, 바람직하게 약 70 % 의 금속화 정도까지 환원제, 특히 일산화탄소에 의하여 환원된다.
철광석의 부분 환원을 위한 환원제로서, 이 목적으로 당업자에게 알려진 모든 물질들이 원칙적으로 사용될 수 있는데, 특히 석탄, 반성 코크스/숯, 분자 수소, 분자 수소와 일산화탄소를 함유한 가스 혼합물 및, 일산화탄소, 예를 들어 개질 가스를 함유한 가스 혼합물이 적합한 것으로 알려졌다. 환원제로서, CO/H2 를 함유한 가스 혼합물, 바람직하게 60 ~ 80 vol% CO 및 20 ~ 40 vol% H2 의 가스 혼합물이 바람직하게 숯과 결합하여 사용된다.
열 발생기 (9) 다음에, 현탁액은 가스 스트림에 의해 유동층 반응기 (13) 의 하류의 사이클론 (14) 으로 이송되는데, 사이클론에서 고체는 가스로부터 분리된다. 그 결과, 분리된 고체는 리사이클링 슈트 (15) 를 통하여 열 발생기 (9) 로 재순환되고, 반면에 적어도 850 ℃ 의 온도를 가지는 CO, H2, CO2 및 H2O 를 함유한 폐가스는 먼저 가스 덕트 (16) 를 통하여 제 2 예열 스테이지의 현탁액 열교환기 (7) 로 그리고 거기에서 사이클론 (8) 및 가스 덕트 (16') 를 통하여 제 1 예열 스테이지의 현탁액 열교환기 (4) 로 이송되고, 여기에서 폐가스는 약 500 ℃ 로 냉각된다. 가스 덕트 (16") 를 통하여, 먼저 현탁액 열교환기 (4) 의 하류의 사이클론 (5) 에서 분리된 폐가스는, 그것이 사이클론 (17b; 멀티클론) 및 벤투리 스크러버 (17c) 로 이루어진 장치에서 더스트 및 물로부터 유리되어 약 30 ℃ 로 추가 냉각되기 전, 스팀 (약 4 바) 을 발생시킴으로써 폐가스가 대략 200 ℃ 로 냉각되는 폐열 보일러 (17a) 를 통과한다. 그 후, 이산화탄소는 CO2 흡수기 (18) 에서 폐가스로부터 제거되고, 이렇게 정화된 가스 혼합물은 그것이 유동화 가스로서 도관 (11) 을 통하여 열 발생기 (9), 유동층 반응기 (13) 및 순간 냉각기 (WO 2004/056462 A1 참조) 로서 설계된 열교환기 (21) 로 도입되기 전 가스 가열기 (19) 에서 약 400 ℃ 로 가열된다.
냉각 매체는 순간 냉각기 (21) 의 원통형 반응기의 하부로 도입된다. 냉각 매체의 일부는 중심 노즐을 통하여 순간 냉각기로 장입되고, 나머지는 반응기의 하부에서 환형 유동층을 유동화시키는 역할을 한다. 바람직하게 가스 속도는, 중심 노즐에서는 1 ~ 100 사이의 입자 프루드 수 (Particle Froude Numbers) 가 우세하고, 환형 유동층에서는 0.02 ~ 2 사이의 입자 프루드 수가 우세하며, 중심 노즐과 환형 유동층 위의 반응기 공간에서는 0.3 ~ 30 사이의 입자 프루드 수가 우세하도록 조절된다. 입자 프루드 수는 다음과 같이 정의된다:
Figure 112013000990983-pct00001

여기에서,
u = 가스 유동의 유효 속도 (단위 m/s)
ρs = 고체 입자의 밀도 (단위 ㎏/㎥)
ρf = 유동화 가스의 유효 밀도 (단위 ㎏/㎥)
dp = 반응기 (또는 형성된 입자) 의 작동 중 존재하는 반응기 인벤토리의 입자의 평균 직경 (단위 m)
g = 중력 상수 (단위 m/s²).
냉각될 매체는 바람직하게 환형 유동층 바로 위, 순간 냉각기 (21) 의 하부로 장입된다. 환형 유동층에서 냉각될 미세립 매체는 이완점 (loosening point) 위에서 유동화된다. 냉각될 매체가 중심 노즐의 가장자리 너머로 흐르자마자, 이것은 거기에 들어온 냉각 매체에 의해 운반 (entrain) 되고, 냉각 매체와 혼합되며 상단으로 이송된다.
유동층 반응기 (13) 로부터 약 950 ℃ 의 온도로 환원 광석 및 숯의 혼합물은 바람직하게 공압 고체 도관 (20) 을 통하여 연속적으로 인출되고 순간 냉각기 (21) 의 하부 영역으로 공급된다. 순간 냉각기 (21) 에서, 고체 혼합물은 약 400 ℃ 까지 예열된 재순환 가스와 혼합되고 고속으로 상단으로 이송되는데, 재순환 가스는 약 750 ℃ 로 고체 혼합물을 냉각시키고 그 자체는 약 750 ℃ 로 고체 혼합물에 의해 가열된다.
순간 냉각기 (21) 의 상부 영역에서, 고체 혼합물 및 재순환 가스의 현탁액은, 배출 도관 (22) 을 통하여, 고체 혼합물을 재순환 가스로부터 분리하는 사이클론 (23) 으로 공급된다. 리사이클링 덕트 (24) 를 통하여, 약 750 ℃ 의 온도인 분리된 재순환 가스는, 그것의 열에너지가 입상 철광석의 환원에 이용할 수 있는 환형 유동층으로서 실행되는 유동층 반응기 (13) 의 중심 노즐로 공급된다.
약 750 ℃ 의 온도인 분리된 고체 혼합물은 고체 슈트 (25) 를 통하여 배출 시스템으로 공급된다. 이 시스템은 하향 유로 (25') 를 통하여 센딩 용기 (27) 와 연결되는 버퍼 호퍼 (26) 로 실질적으로 이루어진다. 설비에 존재하는 예컨대 4 바의 압력은 연결된 라이저 (25") 를 통하여 감소된다. 상단으로 리프팅된 환원 혼합물 (석탄 회분 및 잔류 탄소로 이루어진 숯뿐만 아니라 환원 광석) 은 오버플로우 호퍼 (28) 로부터 경사 슈트 (25'") 를 통하여 분배 용기 (29) 로 이송되고 거기에서 자기 분리기 (30, WO 2008/142191 A1 참조) 로 장입되는데, 자기 분획물이 용련 환원로 (31) 로 장입되기 전 환원 광석은, 650 ℃ ~ 750 ℃ 에서 철의 퀴리 온도 (768 ℃) 미만으로, 실질적으로 회분과 탄소를 포함하는 비자기 숯 분획물로부터 자기 분획물로서 분리된다. 도 1 에, 바람직한 서브머지드 아크로 (SAF) 가 나타나 있다. 하지만, 용련 환원은 Auslron (도 2 참조) 또는 Hlsmelt 와 같은 용광로 또는 욕 용련 프로세스에서 또한 일어난다.
약 1,450 ~ 1,600 ℃ 로 작동되는 용련 환원로 (31) 에서, 94 중량% 초과의 금속성 철을 갖는 용선이 제조된다. 서브머지드 아크로 (31) 로부터 폐가스는 90 vol% 초과 CO 를 함유하고 후기 연소 챔버 (미도시) 또는 바람직하게 재순환 가스를 가열하기 위한 가스 가열기 (19) 에서 제진 후 연소된다. 도 2 의 Auslron 노로부터 폐가스는 노에서 거의 완전히 연소되고 폐열 보일러 (미도시) 에서 냉각되고, 그리하여 발생된 스팀은 기술한 프로세스의 CO2 흡수 및 전기 발생에 사용된다.
본 발명은 용선의 제조를 위해 중간 생성물로서 환원 광석을 참조하여 실질적으로 설명되었다. 하지만, 이것은 일반적으로 용선의 회수 중 금속화된 중간 물질을 제조하기 위한 프로세스 및 설비에 일반적으로 적용할 수 있고, 고온 자기 분리에 의한 비금속 분획물의 분리는 용련 중 에너지를 절약하기 위해서뿐만 아니라 예컨대 불순물을 제거하기 위해 유리하다. 따라서, 본 발명은 출원인의 DE 10 2004 053 676 A1 에 기술한 대로 예를 들어 티탄철광으로부터 티타늄 슬래그의 제조에 또한 사용될 수 있다.
환원 광석이 용련 환원 유닛에서 추가 처리되기 전 환원 광석이 고온 단광화 또는 고온 압축되어야 할 때 고온 자기 분리에 의한 비금속 분획물의 분리가 또한 유리할 수 있다.
본 발명은 원료의 예비 환원 ("Circofer" 프로세스) 및 후속 용련 환원 (특히 서브머지드 아크로에서, 또한 예컨대 "Auslron" 프로세스로) 의 조합에 의해 철광석으로부터 용선의 에너지 효율적인 회수를 제공하는데, 중간 생성물로서 예비 환원된 재료는 고온 자기 분리 전 예열된 프로세스 가스로 냉각된다. 회수된 에너지는 다시 프로세스 가스에 의해 예비 환원으로 공급될 수 있어서, "금속 더스팅" 에 대한 임계 온도 범위의 온도 미만인 약 400 ℃ 의 온도로 전체 프로세스 가스를 가열하기에 충분하다. 본 발명으로 인해, 한편으로는 덜 비싼 설비 재료가 가스 가열기를 위해 사용될 수 있고 다른 한편으로는 중간 생성물의 냉각시 에너지 손실을 최소화할 수 있다.
본 발명은 또한 용련 (예컨대 용광로, Auslron 또는 Hlsmelt) 을 위한 주 에너지 캐리어로서 탄소를 이용하는 용련 환원 프로세스에서 용선의 효율적 회수를 제공하고 고온 자기 분리는 비금속성 숯 조성물로 인해 불리하다. 이것은 예컨대 적은 회분 함유량을 갖는 고급 탄소 캐리어가 환원에 사용될 때 적용된다. 이 경우에, 도 2 에 나타난 것처럼, 환원을 위해 400 ℃ 로부터 재순환 가스를 대부분 가열하고 환원된 혼합물을 용련 환원 (31), 고온 단광이나 고온 압축 (32) 또는 고온 운반 시스템에 요구되는 높이로 이동시키기 위해서 순간 냉각기 (21) 가 사용된다. 고체 냉각으로 인한 에너지는 차례로 환원에 공급되고, 가스 가열기는 "금속 더스팅" 미만의 온도 범위에서 다시 작동될 수 있다. 고온 자기 분리기를 생략하고 도 1 의 실시형태에서 또한 가능한 고온 압축 (32) 을 나타낸 것 이외에, 절차는 도 1 에 나타낸 실시형태에 대응한다. 부가적으로, Auslron 프로세스에 따른 석탄 조성물을 기초로 한 용련 환원로 (31) 가 서브머지드 아크로 대신에 나타나 있다. 게다가, 도 1 에 대한 위의 설명이 참조된다.
도 3 은, 배출 시스템 또는 고온 자기 분리로부터 인출된 환원 광석을 압축한 변형예와 압축하지 않은 변형예 뿐만 아니라 고온 자기 분리 없이 배출 시스템으로부터 용련 유닛으로 환원 혼합물을 직접 공급하는 변형예를 개략적으로 나타낸다.
본 발명에서 고려되는 다음 조치,
· 용융 온도 미만의 온도로 직접 환원
· 용련 전 부산물의 분리 및,
· 용련 유닛으로 환원 광석의 고온 장입에 의해,
용련 환원 중 상당한 에너지 절감이 달성된다.
1 고체 공급 슈트
2 입상 철광석용 저장통
3 혼합 탱크
4 제 1 예열 스테이지의 열교환기
5 제 1 예열 스테이지의 사이클론
6, 6', 6" 고체 슈트
7 제 2 예열 스테이지의 열교환기
8 제 2 예열 스테이지의 사이클론
9 열 발생기
10 석탄용 저장통
10a 분쇄 및 건조 장치
11 재순환 가스용 가스 덕트
12 연결 통로
13 유동층 반응기
14 유동층 반응기의 사이클론
15 고체 복귀 슈트
16, 16’, 16" 가스 덕트
17a 폐열 보일러
17b 사이클론
17c 스크러버
18 CO2 흡수기
19 가스 가열기
20 고체 도관
21 순간 냉각기 (열교환기 장치)
22 배출 슈트
23 순간 냉각기의 사이클론
24 리사이클링 덕트
25, 25', 25", 25"' 고체 슈트
26 버퍼 호퍼
27 센딩 용기
28 오버플로우 호퍼
29 분배 호퍼
30 고온 자기 분리기
31 용련 환원로
32 고온 압축 유닛

Claims (17)

  1. 용선 (hot metal) 의 제조 방법으로서,
    산화철을 함유한 입상 원료는 환원 혼합물을 얻기 위해서 적어도 850 ℃ 의 온도로 유동층 반응기에서 탄소질 환원제로 부분 환원되고 상기 환원 혼합물은 배출 시스템을 통하여 용련 환원 유닛으로 공급되고,
    상기 용련 환원 유닛으로 공급되기 전, 상기 환원 혼합물은 예열된 프로세스 가스가 냉각 매체로서 사용되는 열교환기 장치에서 600 ℃ ~ 800 ℃ 로 냉각되고,
    상기 프로세스 가스는 상기 열교환기 장치로 도입되기 전 300 ℃ ~ 500 ℃ 로 예열되는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 가스는 상기 유동층 반응기로부터 인출된 재순환 가스인 것을 특징으로 하는 용선의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세스 가스는 일산화탄소 (CO) 및/또는 원소 수소 (H2) 를 함유하는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세스 가스는 상기 열교환기 장치에서 상기 환원 혼합물에 의해 600 ℃ ~ 800 ℃ 로 예열되는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환기 장치 다음에, 상기 환원 혼합물은 가열된 상기 프로세스 가스로부터 분리되고, 가열된 상기 프로세스 가스는 유동 또는 환원 가스로서 상기 유동층 반응기로 공급되고, 상기 환원 혼합물은 상기 용련 환원 유닛으로 공급되는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환기 장치 및 상기 배출 시스템을 지난 후, 상기 환원 혼합물은 비자기 물질이 분리되는 고온 자기 분리기로 공급되는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환기 장치에서 상기 환원 혼합물은 상기 배출 시스템 또는 후속의 장치에 요구되는 높이로 이송되는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 고온 자기 분리기의 유동 온도는 상기 예열 프로세스 가스의 온도를 통하여 제어되는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환기 장치 다음에 구비된 배출 시스템에서 상기 유동층 반응기 및 상기 열교환기 장치에 존재하는 설비 압력은 라이저와 오버플로우 호퍼를 통하여 완전히 감소되는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 배출 시스템 이후의 상기 환원 혼합물 또는 상기 고온 자기 분리기 이후의 고온 환원 광석이 고온 단광 또는 고온 압축 유닛으로 공급되는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 방법.
  11. 용선의 제조 설비로서,
    철광석 및 환원제를 위한 장입 기기, 철광석의 부분 환원을 위한 유동층 반응기 (13) 및 용선을 제조하기 위한 용련 환원 유닛 (31) 을 구비하고,
    상기 유동층 반응기 (13) 와 상기 용련 환원 유닛 (31) 사이에, 상기 유동층 반응기 (13) 로부터 환원 혼합물이 공급되는 열교환기 장치 (21) 가 제공되고, 상기 열교환기 장치 (21) 는 예열된 프로세스 가스를 위한 덕트 (11) 와 연결되고, 상기 열교환기 장치 (21) 는 배출 시스템 (25 ~ 29) 을 통하여 상기 용련 유닛 (31) 과 연결되고,
    상기 열교환기 장치 (21) 는 순간 냉각기인 것을 특징으로 하는 용선의 제조 설비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 순간 냉각기는 환형 유동층을 포함하는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 설비.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 열교환기 장치 (21) 다음에, 상기 프로세스 가스로부터 철 함유 고체를 분리하기 위해 사이클론 (23) 이 제공되고, 리사이클링 덕트 (24) 는 상기 사이클론 (23) 밖으로 나와 상기 유동층 반응기 (12) 안으로 이어지고, 고체 슈트 (25) 는 상기 사이클론 (23) 밖으로 나와 배출 시스템 (26 ~ 29) 으로 이어지는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 설비.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 배출 시스템 (25 ~ 29) 다음에, 고온 자기 분리기 (30) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 설비.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 배출 시스템 (25 ~ 29) 다음에, 고온 단광 또는 압축 유닛 (32) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 설비.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 고온 자기 분리기 (30) 다음에, 고온 단광 또는 압축 유닛 (32) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 설비.
  17. 삭제
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