KR101539748B1 - 용철 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

용철 제조 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 환원철을 고열과 환원가스를 이용하여 환원, 용융함으로써 용융철을 생산하는 용융환원가스화로, 상기 용융환원가스화로로부터 상승하는 고온의 환원가스를 이용하여 철광석으로부터 산소를 제거하여 환원철을 생산하는 철광석 환원로, 상기 용융환원가스화로로부터 배출되는 공정가스 중의 고체 성분과 기체 성분을 분리하는 더스트 분리 장치, 상기 철광석 환원로로부터 얻어진 환원철과 상기 더스트 분리장치로부터 분리된 미분 환원철을 재순환하여 괴성체(Compact iron)로 전환하는 고온 괴성체(HCI) 제조 장치, 및 상기 더스트 분리 장치로부터 고온의 미분 환원철을 공급받아 상기 고온 괴성체 제조 장치 또는 상기 철광석 환원로로 재순환시키는 함철부산물 재순환 장치를 포함한다.

Description

용철 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON}
본 발명은 용철 제조 공정에서 발생되는 함철, 함탄 부산물을 처리하는 용철 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용철 제조 장치인 용융환원가스화로, 철광석 환원로, HCI 제조장치와 더스트 분리 장치, 함철부산물 재순환장치 등으로 구성되며, 용철 제조 공정에서 발생된 공정 가스 중에 부유되어 있는 미분 환원철과 미분 석탄을 더스트 분리장치에 의해 분리하고, 이들을 용융환원가스화로, HCI 제조장치, 철광석 환원로로 재순환, 재활용함으로써 효율적으로 용선을 생산할 수 있는 용철 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 철광석으로부터 용선을 생산하는 기술은 현재까지 19세기에 개발된 고로방식에 의존하고 있다. 고로방식은 예비처리과정인 철광석의 소결광화, 석탄의 코크스화를 거쳐 고로 상부로 투입하고 고온의 공기를 고로 하부로 주입함으로써 코크스를 열원 및 환원가스로 활용하고 소결광을 환원, 용융하여 대량의 용선을 생산하는 기술이다. 이는 고급 철광석과 점결탄을 사용하여 고로 내 통기성과 환원제의 균일가스 분포를 획득함에 의해 오늘날의 대형화된 고로 방식에 성공하였다.
그러나, 전세계의 증가하는 용선 수요에 대응한 고급 철광석 및 석탄 매장량은 점차적으로 고갈되고 철광석의 품위 및 점결탄의 비중은 점차적으로 낮아짐으로써 미래 철강산업의 지속적 경쟁력은 상실되고 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 저품위 철광석 및 미첨탄 사용의 대체 공법이 지속적으로 요구되고 있다. 대체 공법으로 수 mm이하의 분철광석을 직접 사용하는 유동층 또는 펠릿 형태로 고정층 반응기에서 환원하여 환원철을 생산하는 FINEX, COREX, FINMET, Circored와 같은 상업적 기술은 발전하였다(J. Feinman and D.R. Mac Rae, Direct Reduction Iron, ISS, 1999). 이러한 공법의 문제점 중의 하나는 아주 작은 미립자가 예비처리 과정이나 환원 또는 용융 반응기에서 이탈하여 배기가스와 함께 배출된다는 것이다. 따라서, 기존의 고로 방식보다도 미립자 발생이 많아 용선 생산성을 저해한다.
따라서, 기존의 고로방식보다도 미립자 발생이 많아 용선 생산성을 저해한다. 이를 해결하기 위한 방법으로 본 발명은 용선 제조 공정 중에 미립자를 포집하여 재순환, 재활용하는 방법을 제안하고 있다.
예컨대, 미국 특허 US 5,431,711호는 용선 제조 과정에서 발생한 부산물 처리기술 중 하나로 미분체 형태로 버려지는 철광석을 포집한 후, 이를 순환유동층(Circuating Fluidized Bed)에서 환원시키는 방법을 개시하고 있다. 또한, 미국특허 US7,767,191호에 따르면 철산화물은 반복적인 산화-환원 반응(redox)이 가능한 금속 매개체로써 공정 배출 가스 중 원하는 물질과 원하지 않는 물질의 분리에 이용된다. 본 발명에서는 용선제조 과정에서 공정가스 중에 부유되어 부산물로 처리되는 미립자 환원철을 분리하여 공정에 재활용하거나 또는 분리된 미립자 철광석을 재산화시켜 공정에 재활용함으로써 용선제조공정으로부터의 부산물 배출을 최소화 하고자 한다.
본 발명은 수 mm이하의 분철광석을 직접 사용하는 FINEX, COREX 공정 등의 용융가스화로에서 발생하는 공정가스 중에 부유되어 있는 미분 환원철과 미분 석탄을 더스트 분리장치에 의해 분리, 분급하고, 분리된 미분탄은 산소와 연소시켜 용융환원가스화로에 열량을 공급하고, 분리된 미분 환원철은 HCI 제조장치로 순환시키거나 자철광과 함께 산화시켜 철광석 환원로로 재순환함으로써 효율적으로 용선을 생산할 수 있는 용철 제조 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 환원철을 고열과 환원가스를 이용하여 환원, 용융함으로써 용융철을 생산하는 용융환원가스화로,
상기 용융환원가스화로로부터 상승하는 고온의 환원가스를 이용하여 철광석으로부터 산소를 제거하여 환원철을 생산하는 철광석 환원로,
상기 용융환원가스화로로부터 배출되는 공정가스 중의 고체 성분과 기체 성분을 분리하는 더스트 분리 장치,
상기 철광석 환원로로부터 얻어진 환원철과 상기 더스트 분리장치로부터 분리된 미분 환원철을 재순환하여 괴성체(Compact iron)로 전환하는 고온 괴성체(HCI) 제조 장치, 및
상기 더스트 분리 장치로부터 고온의 미분 환원철을 공급받아 상기 고온 괴성체 제조 장치 또는 상기 철광석 환원로로 재순환시키는 함철부산물 재순환 장치를 포함하는 용철 제조 장치가 제공될 수 있다.
상기 더스트 분리 장치는 용융환원가스화로로부터 배출되는 고온의 공정가스 중에 부유되어 있는 고체 성분과 기체 성분을 분리하기 위한 사이클론과, 상기 사이클론으로부터 분리된 고체 성분을 미분환원철과 미분 석탄으로 분리하는 고체 분급 장치로 이루어질 수 있다.
상기 철광석 환원로로 투입되는 철광석이 펠릿 또는 브리켓으로 존재할 시 상기 철광석 환원로의 전단에 펠릿 제조 장치가 설치될 수 있다.
상기 함철부산물 재순환 장치는 상기 더스트 분리 장치로부터 고온의 미분 환원철을 공급받아 상기 펠릿 제조 장치로 재순환시킬 수 있다.
상기 함철부산물 재순환 장치는 상기 고체 분급 장치로부터 공급되는 고온의 미분 환원철을 고온 괴성체 제조 장치로 이송하기 위한 미분환원철 이송관을 포함할 수 있다.
상기 함철부산물 재순환 장치는 상기 고체 분급 장치로부터 공급되는 미분 환원철을 공기와 함께 투입하여 재산화시키기 위한 철광석 산화로 상승관, 및
상기 철광석 산화로 상승관에서 재산화된 산화철 광석을 분리하여 철광석 환원로로 재투입하기 위한 사이클론 또는 필터를 포함할 수 있다.
상기 함철부산물 재순환 장치는 상기 철광석 산화로 상승관으로 투입되는 자철광을 예열하기 위해 자철광 예열기를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, FINEX, COREX 등의 용철 제조 공정에서 발생된 공정가스 중의 함철, 함탄 부산물을 재활용하여 용선 생산성을 증가시키는 부산물 처리 장치에 관한 것으로, 용융가스화로에서 발생하는 공정가스 중에 부유되어 있는 미분 환원철과 미분 석탄을 더스트 분리장치에 의해 분리, 분급하고, 분리된 미분탄은 산소와 연소시켜 용융환원가스화로에 열량을 공급하고, 분리된 미분 환원철은 HCI 제조장치로 순환시키거나 자철광과 함께 산화시켜 철광석 환원로로 재순환함으로써 효율적으로 용선을 생산할 수 있으며, 이에 따라 용철 제조 공정에서 발생한 함탄, 함철 더스트(dust)를 최소화하여 용선 생산량을 늘리고, 경제적으로 용철을 생산하기 위한 하나의 수단으로 저환원성 자철광 사용성을 확보하는 효율적 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철 제조 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철 제조 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철 제조 장치의 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 제철공정의 공정가스 중에 부유되어 있는 미분 환원철과 미분 석탄을 분리, 분급하여 공정 중에 재활용하는 장치에 관한 것으로 용융환원가스화로(1), 철광석 환원로(2), HCI 제조 장치(3), 더스트 분리 장치, 함철부산물 재순환 장치 등으로 이루어진다.
상기 용융환원가스화로(1)는 환원철(11) 또는 환원철을 고온 괴성화(HCI: Hot Compacted Iron) 제조 장치(3)에서 괴성체(compact iron)로 만들어 고열과 환원가스를 이용하여 환원, 용융함으로써 용융철(8)을 생산하는 장치이다. 사용되는 환원철은 철광석 환원로(2)에서 환원된 철광석으로 이루어진다. 고열과 환원가스는 공기 또는 산소(9)와 석탄(10), 미분탄(8)의 연소에 의해 반응기내에서 생성되며 반응기내에 열량을 공급하고 환원철에 작용하여 산소를 제거하는 환원과 용융을 통하여 용융철과 기타물질의 슬래그(slag)로 분리가 가능하도록 한다.
상기 철광석 환원로(2)는 용융환원가스화로(1)로부터 상승하는 고온의 환원가스를 더스트 분리 장치에서 고온의 환원가스 중에 부유되어 있는 미분 환원철과 미분 석탄등을 제거한 후, 철광석 환원로(2)로 투입하여 철광석으로부터 산소를 제거하는 환원 장치이다. 철광석 또는 예비 처리된 철광석은 환원가스와 반응하여 산소를 제공하고 자신은 산소를 적게 포함하는 환원철 상태(FeOx, Fe)로 전환된다. 이 때, 철광석은 수분을 제거하기 위해 건조과정 또는 펠릿 제조 공정을 거쳐 환원로에 투입 될 수 있으며, 환원철은 HCI 제조 장치로 투입되어 괴성체(Compact iron)로 전환될 수도 있다. 고온의 환원가스는 반응기 내 물질의 열량을 조절함과 동시에 철광석의 산소를 제거하는 것으로 주로 CO, H2, CO2, 또는 N2 및 기타 미량의 H2O, CH4, O2 등으로 이루어져 있으며, CO, H2 또는 미량의 CH4 가스는 철광석에 작용하여 산소를 제거하고 CO2, H2O로 전환된다. 이 때, 환원로로부터 배출되는 가스는 배출가스 처리 장치를 거쳐 전력을 생산하는데 사용되거나 공정으로 재순환되어 사용될 수 있다.
HCI 제조 장치(3)는 철광석 환원로(2)로부터 얻어진 환원철과 더스트 분리장치로부터 분리된 미분 환원철을 재순환하여 괴성체(Compact iron)로 전환하는 장치이다. 미분 환원철은 고온의 환원가스 중에 부유되어 있는 미분 환월철을 더스트 분리 장치에 의해 분리, 분급한 것으로 질소나 공정가스에 의해 HCI 제조 장치로 이송된다. 펠릿 제조 장치(29)는 HCI 제조 장치 대신 철광석 환원로(2) 전단에 철광석(13)을 펠릿으로 예비 처리하는 장치이다.
더스트 분리 장치는 용융환원가스화로(1)로부터 배출되는 공정가스 중의 고체성분과 기체성분을 분리하여 전단 또는 후단의 반응기 또는 장치에 제공하는 장치이다.
용융환원가스화로(1)에서 배출되는 고온의 환원가스 중에 부유되어 있는 미분 환원철과 미분 석탄 등은 사이클론(Cyclone)(4)에 의해 고온의 기체 성분으로부터 분리된 후, 고체 분급 장치(5)에서 미분 환원철과 미분석탄으로 분급되어 미분 환원철은 함철부산물 재순환 장치를 거쳐 HCI 제조 장치(3) 또는 펠릿 제조 장치(29), 철광석 환원로(2)로 재순환 된다. 미분석탄은 버너(burner)(6)로 이송되어 산소와 함께 연소된 후, 용융환원가스화로(1)에 열량을 제공한다. 용융환원가스화로(1)의 공정가스 중 고온의 기체 성분은 사이클론(4)을 통과하여 철광석 환원로(2)로 투입된다.
함철부산물 재순환 장치는 더스트 분리 장치로부터 고온의 미분 환원철을 공급받아 HCI 제조 장치(3) 또는 펠릿 제조 장치(29), 철광석 환원로(2)로 재순환시키는 장치이다.
고온의 미분 환원철은 질소 또는 공정가스에 의해 가공함이 없이 HCI 제조 장치(3)로 이송될 수 있다. 또한, 고온의 미분 환원철은 자철광(26)과 함께 공기(27)와 재산화되어 철광석 환원로(2) 또는 펠릿 제조 장치(29)로 이송될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 철광석(13)은 수 마이크론에서 수천 마이크론의 미분 철광석, 또는 수 밀리미터에서 수백 밀리미터의 펠릿 또는 브리켓으로 존재하는 것이 가능하다. 철광석 환원로(2)는 처리되는 철광석 입자 크기에 의존하여 고정층, 이동층(moving bed), 유동층 등 다양한 반응기가 사용될 수 있다.
[제1 실시예 ]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철 제조 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철 제조 장치는, 용융환원가스화로(1), 철광석 환원로(2), HCI 제조 장치(3), 더스트 분리 장치, 함철부산물 재순환 장치(17)로 구성되며, 용융환원가스화로(1), 환원로(2), HCI 제조 장치(3)로 이루어진 용철 제조 장치의 용융가스화로(1)에서 발생하는 공정가스 중에 부유되어 있는 미분 환원철과 미분 석탄을 더스트 분리장치에 의해 분리, 분급하고, 분리된 미분탄은 산소와 연소시켜 용융환원가스화로에 열량을 공급하고, 분리된 미분 환원철은 HCI 제조 장치(3)로 순환시켜 효율적으로 용선을 생산하는 장치이다. 따라서, 본 발명은 용융가스화로(1)의 배출 공정가스 중 부유되어 있는 고체 부산물을 처리하는 장치를 주요 구성성분으로 이루어지나 이것으로 한정되지 않는다.
용융환원가스화로(1)는 환원철을 HCI 제조 장치(3)에서 괴성체(compact iron)로 만들어 고온에서 환원, 용융하여 용철(8)을 생산하는 장치이다. 사용되는 환원철은 철광석 환원로(2)에서 환원된 철광석으로 이루어진다. 용융환원가스화로(1)내 1400 ~ 1600℃ 고열과 CO, H2를 주성분으로 하는 철광석 환원가스는 산소(9), 석탄(10), 미분탄(8) 등의 연소에 의해 생성되며 반응기 내에 열량을 공급하고 환원철(11)의 괴성체(Compact iron)에 작용하여 산소를 제거하는 환원과 용융을 통하여 용융철(7)과 철광석 내에 포함된 맥석 성분과 석탄 미분탄 등에 포함된 애쉬(Ash) 및 기타 물질의 슬리그(slag)로 분리된다. 석탄(10)은 사전 처리 과정을 거쳐 코크스, 또는 브리켓 형태 석탄 덩어리(성형탄)로 존재할 수 있으며, 철강 공정 이산화탄소 저감 측면에서 공정가스로부터 이산화탄소 분리를 용이하게 하기 위해 FINEX, COREX 공정처럼 공기보다는 순산소(9)를 이용하는 것이 바람직하다.
철광석 환원로(2)는 건조 또는 가열에 의해 예비 처리된 철광석(13)을 사이클론(Cyclone)(4)에서 미분 환원철과 미분 석탄 등을 제거한 CO, H2를 주성분으로 하는 고온의 용융환원가스(12)와 반응하여 방정식(1, 2)에서 보는 바와 같이 산소가 제거된 환원철 상태인 FeOx 또는 Fe 형태로 전환한다. 여기서, 환원가스는 CO2, H2O로 전환되고 환원철의 x는 0 ~ 1.3 사이에 존재한다. 이 때, 반응기 내 고온의 가스는 방정식(3)에서 보는 바와 같이 수증기-기체 전이 반응(Water-Gas Shift Reaction)이 발생될 수 있다.
1/3 Fe2O3 + CO/H2 -> 2/3 Fe + CO2/H2O (1)
1/4 Fe3O4 + CO/H2 -> 3/4 Fe + CO2/H2O (2)
CO + H2O -> CO2 + H2 (3)
철광석 환원로(2)에서 환원된 철광석은 HCI 제조 장치(3)로 투입되어 괴성체(Compact iron)로 전환된다. 환원로로부터 배출되는 환원로 배출가스(14)는 배출가스 처리 장치를 거쳐 전력을 생산하는데 사용되거나 공정으로 재순환되어 사용될 수 있다. 공정으로 재순환되는 배출가스는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 또는 수증기-기체 전이 반응을 이용한 수소 제조 장치 등을 거쳐 철광석 환원로(2)로 재순환되거나 더스트 분리 장치를 거쳐 분리된 미분 환원철(16)과 미분 석탄(18)을 공정으로 재순환하는데 사용하는 것도 가능하다. 철광석 환원로(2)는 2개 이상의 유동층 환원로로 존재할 수 있으며, 반응 온도 및 압력은 용융가스화로(1)의 배출가스 온도 및 압력에 의존하여 반응온도는 400℃ 이상 1000℃ 이하, 반응기 압력은 상온에서 10 bar 이하가 바람직하지만 이에 한정되지 않는다.
HCI 제조 장치(3)는 철광석 환원로(2)로부터 얻어진 환원철과 더스트 분리 장치로부터 분리된 미분 환원철을 재순환하여 브리켓과 같은 평균 지름 3cm ~ 10cm 크기의 괴성체(Compact iron)로 전환하는 장치이다. 미분 환원철(16)은 고온의 용융환원가스(12) 중에 부유되어 있는 미분 환월철을 더스트 분리 장치에 의해 분리, 분급한 것으로 질소나 환원로 배출가스(14) 또는 일부의 용융환원가스(12)등의 공정가스에 의해 HCI 제조 장치(3)로 이송하는 것이 가능하다.
더스트 분리 장치는 용융환원가스화로(1)로부터 배출되는 고온의 공정가스(12) 중에 부유되어 있는 고체 성분과 기체 성분을 분리하기 위한 사이클론(Cyclone)(4)과, 상기 사이클론(4)으로부터 분리된 고체 성분을 미분환원철(16)과 미분 석탄(18)으로 분리하는 고체 분급 장치(5)로 이루어진다. 사이클론(Cyclone)(4)은 고온의 공정가스 중 부유되어 있는 미립자를 기체 흐름으로부터 분리하기에 적합한 장치로 1개 이상을 연결할 경우 미립자 포집 효율이 99% 이상으로 향상될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 1개 이상의 사이클론으로 이루어진 멀티-사이클론(Multi-cyclone)을 용융환원가스화로(1) 후단에 설치하여 함탄 미분환원철(15)을 고온의 용융환원가스(12) 흐름으로부터 제거함으로써 철광석 환원로(2)로 이송되는 고온의 가스 흐름을 원활하게 하는 것이 가능하다. 사이클론으로부터 분리된 함탄 미분환원철(15)은 고체 분급 장치(5)로 이송되어 미분환원철(16)과 미분 석탄(18)으로 분급되는 것이 가능하다. 환원철과 석탄의 밀도차는 약 3000Kg/m3 이상으로 기울어진 진동 스크린 위에서 밀도차에 의해 1차적으로 환원철과 석탄을 분리하고 미분탄을 이송할 수 있는 질소 또는 공정가스를 불어넣어 2차적으로 환원철과 석탄을 분리할 수 있다.
또한, 진동 스크린의 한쪽 끝에 자기장을 형성하게 함으로써 3차적으로 환원철이 자성에 이끌려 분리되는 환원철 자성분리가 가능하게 할 수 있다. 고체 분급 장치(5)는 미분 석탄(18)의 최소 유동화 속도를 이용한 수평 유동층을 활용하여 미분환원철(16)과 미분 석탄(18)을 분급하는 것도 가능하다. 함탄 미분환원철(15)이 수평 유동층으로 장입되면 밀도가 낮은 미분석탄은 질소 또는 재순환 공정가스의 유동화에 의해 위층으로 분리되고 버너(burner)(6)로 이송하는 것이 가능하다. 유동층 아래의 미분환원철(16)은 수평 유동층 아래 부분에서 방출되어 미분환원철 상승관(17)으로 이송 될 수 있다. 이 때, 미분환원철 상승관(17)으로 이송되는 미분환원철(16)에 자기장을 형성하게 함으로써 환원철 자성분리에 의해 분리를 강화시킬 수 있다. 고체 분급 장치(5)에서 분급된 미분석탄(18)은 버너(burner)(6)로 이송되어 산소(9)와 함께 연소된 후, 용융환원가스화로(1)에 열량을 제공하고, 분급된 미분 환원철(16)은 미분환원철 상승관(17)로 이송되어 HCI 제조 장치(3)로 투입된다. 용융환원가스화로(1)의 공정가스 중 고온의 기체성분은 사이클론(4)을 통과하여 철광석 환원로(2)로 투입된다.
함철부산물 재순환 장치는 고온의 미분 환원철(16)을 고체 분급 장치(5)로부터 공급받아 HCI 제조 장치(3)로 재순환시키는 장치이다.
함철부산물 재순환 장치는 고체 분급 장치(5)로부터 공급되는 고온의 미분 환원철(16)을 HCI 제조 장치(3)로 이송하기 위한 미분환원철 이송관(17)을 포함할 수 있다. 고온의 미분 환원철은 질소 또는 공정가스에 의해 가공함이 없이 라이저(riser) 이송관을 통하여 HCI 제조 장치(3)로 이송될 수 있다. 라이저(riser) 이송관은 이송가스와 미분환원철을 분리하기 위해 사이클론(Cyclone)이나 필터 등을 가질 수 있다.
[제2 실시예 ]
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철 제조 장치의 개략적인 구성도로서, 기본적인 구성은 제1 실시예와 동일하며 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철 제조 장치와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 용철 제조 장치는, 함철부산물 재순환장치에서의 미분 환원철을 처리하는 장치 및 방법에 따라 발명의 구성은 변형되고 추가로 부가장치가 설치되었다. 보다 구체적으로, 함철부산물 재순환 장치는 고체 분급 장치(5)로부터 공급되는 미분 환원철(16)을 공기(27)와 함께 투입하여 재산화시키기 위한 철광석 산화로 상승관(20), 및 상기 철광석 산화로 상승관(20)에서 재산화된 산화철 광석(22)을 분리하여 철광석 환원로(2)로 재투입하기 위한 사이클론(21) 또는 필터를 포함할 수 있다.
또한, 함철부산물 재순환 장치는 철광석 산화로 상승관(20)으로 투입되는 자철광(26)을 예열하기 위해 자철광 예열기(24)를 포함할 수 있다.
미분환원철(16)은 공기(27)와 함께 철광석 산화로 상승관(20)에 투입되어 방정식(4)에서 나타낸 바와 같이 재산화되고 사이클론(cyclone)(21) 또는 필터에서 분리되어 산화철 광석(22)으로 철광석 환원로(2)로 재투입될 수 있다. 철광석 산화로 상승관(20)에 투입된 미분 환원철은 재산화시 많은 양의 열을 방출하게 된다. 또한, 고체 분급 장치(5)에서 완전히 분급되지 않은 미분 석탄(18)도 미분환원철(16) 흐름에 포함될 수 있으며, 이러한 미분 석탄은 철광석 산화로 상승관 내에서 공기 중 산소와 연소되어 반응기에 열량을 공급하는데 유용하다.
FeOx + yO2 -> Fe2O3 (4)
공기(27) 중 산소는 미분 환원철과 반응하여 700℃ 이상, 바람직하게는 800℃ 이상의 고온 산소 결핍 공기로 사이클론(21)으로부터 방출되어 전력이나 스팀을 생산하는데 사용되거나 일부는 철광석 산화로 상승관(20)으로 투입되는 자철광(26)을 예열하기 위해 자철광 예열기(24)로 재투입되는 것도 가능하다. 이 때, 자철광 예열은 고온의 산소 결핍 공기와 열교환기에 의한 간접접촉이나 유동층과 같은 반응기에서 고온의 산소 결핍 공기와 자철광의 직접 접촉에 의해 열을 전달하는 것이 가능하다. 자철광 예열기(24)에서 방출된 예열된 자철광은 철광석 산화로 상승관(20)에 투입되어 미분환원철(16)의 재산화시 발생한 열을 흡수하고 공기중 산소와 반응하여 재산화되는 것이 가능하다. 자철광 예열기(24)로부터 배출된 산소 결핍 공기는 철광석 산화로 상승관(20)에 재투입하거나 일부는 공기 또는 산소부하 공기를 예열하고 폐가스(28)로 방출되는 것이 가능하다. 이 때, 철광석 산화로 상승관(20)으로 투입되는 공기 또는 산소부하 공기(27)를 예열하기 위해 산화철광석(22)과의 열교환도 가능하다.
철광석 산화로 상승관(20)의 형태는 고정층 또는 이동층(moving bed) 보다는 유동층을 선호하며, 특히 유동층의 난류 버블링 & 라이저(turbulent bubbling & riser)를 사용하는 것이 매우 바람직하다. 반응기 온도는 700℃ ~ 1200℃를 유지하는 것이 바람직하며, 반응기 압력은 상온에서 10 bar 사이가 바람직하며, 이 때, 압력은 투입되는 압축 공기 또는 압축 산소부하 공기에 의해 조절하는 것이 가능하다.
[제3 실시예 ]
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철 제조 장치의 개략적인 구성도로서, 기본적인 구성은 제2 실시예와 동일하며 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철 제조 장치와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 용철 제조 장치는, 철광석 환원로(2)로 투입되는 철광석(13)이 펠릿 또는 브리켓으로 존재할 시 HCI 제조 장치(3) 대신 철광석 환원로(2)의 전단에 펠릿 제조 장치(29)를 설치하는 것으로 본 발명의 구성은 변형되고 추가로 부가장치가 설치 될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 제3 실시예는 철광석 산화로 상승관(20)에서 재산화된 미분환원철(16)은 사이클론(cyclone)(21) 또는 필터에서 분리된 후 산화철 광석(22)으로 전환되어 펠릿 제조 장치(29)로 투입되어 펠릿으로 제조된다. 이와 같이 제조된 펠릿은 철광석 환원로(2)로 재투입되어 환원되는 것이 가능하다. 이 때, 고온의 산화철 광석(22)은 공기 또는 산소부하 공기(27)와 열교환 후 냉각되어 펠릿 제조 장치(29)로 투입되며, 공기 또는 산소부하 공기(27)는 열을 회수하여 고온의 상태로 철광석 산화로 상승관(20)으로 투입될 수 있다.
또한, 제1 실시예에서와 같이 함철부산물 재순환 장치가 미분환원철 상승관(17)일 때, 미분환원철을 철광석(13)을 위한 펠릿 또는 브리켓을 만드는 장치에 함께 투입하여 제조한 후 철광석 환원로(2)로 투입하는 것도 가능하다. 또한, 미분환원철 상승관(17)으로부터 배출된 미분환원철을 펠릿 제조 장치(29)에 투입하여 펠릿 또는 브리켓으로 제조하여 용융환원가스화로(1)에 고온으로 직접 투입하는 것도 가능하다. 또한, 고체 분급 장치(5)에서 분급된 미분 석탄(18)은 미분탄으로 산소와 함께 용융환원가스화로(1)로 재투입하는 것도 가능하다. 그러나 상기에 언급한 변형만으로 한정되지 않는다.
1: 용융환원가스화로 2: 철광석 환원로
3: HCI 제조 장치 4: 사이클론
5: 고체 분급 장치 6: 버너(Burner)
7: 용선 8: 미분탄
9: 산소 10. 석탄
11: 환원철 12: 용융환원가스
13: 철광석 14: 환원로 배출가스
15: 함탄 미분환원철 16: 미분환원철
17: 미분환원철 상승관 18: 미분 석탄

Claims (7)

  1. 환원철을 고열과 환원가스를 이용하여 환원, 용융함으로써 용융철을 생산하는 용융환원가스화로,
    상기 용융환원가스화로로부터 상승하는 고온의 환원가스를 이용하여 철광석으로부터 산소를 제거하여 환원철을 생산하는 철광석 환원로,
    상기 용융환원가스화로로부터 배출되는 공정가스 중의 고체 성분과 기체 성분을 분리하는 더스트 분리 장치,
    상기 철광석 환원로로부터 얻어진 환원철과 상기 더스트 분리장치로부터 분리된 미분 환원철을 재순환하여 괴성체(Compact iron)로 전환하는 고온 괴성체(HCI) 제조 장치, 및
    상기 더스트 분리 장치로부터 고온의 미분 환원철을 공급받아 상기 고온 괴성체 제조 장치 또는 상기 철광석 환원로로 재순환시키는 함철부산물 재순환 장치
    를 포함하는 용철 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 더스트 분리 장치는 용융환원가스화로로부터 배출되는 고온의 공정가스 중에 부유되어 있는 고체 성분과 기체 성분을 분리하기 위한 사이클론과, 상기 사이클론으로부터 분리된 고체 성분을 미분환원철과 미분 석탄으로 분리하는 고체 분급 장치로 이루어지는 용철 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 철광석 환원로로 투입되는 철광석이 펠릿 또는 브리켓으로 존재할 시 상기 철광석 환원로의 전단에 펠릿 제조 장치가 설치되는 용철 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 함철부산물 재순환 장치는 상기 더스트 분리 장치로부터 고온의 미분 환원철을 공급받아 상기 펠릿 제조 장치로 재순환시키는 용철 제조 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 함철부산물 재순환 장치는 상기 고체 분급 장치로부터 공급되는 고온의 미분 환원철을 고온 괴성체 제조 장치로 이송하기 위한 미분환원철 이송관을 포함하는 용철 제조 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 함철부산물 재순환 장치는 상기 고체 분급 장치로부터 공급되는 미분 환원철을 공기와 함께 투입하여 재산화시키기 위한 철광석 산화로 상승관, 및
    상기 철광석 산화로 상승관에서 재산화된 산화철 광석을 분리하여 철광석 환원로로 재투입하기 위한 사이클론 또는 필터를 포함하는 용철 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 함철부산물 재순환 장치는 상기 철광석 산화로 상승관으로 투입되는 자철광을 예열하기 위해 자철광 예열기를 포함하는 용철 제조 장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100241009B1 (ko) * 1995-12-29 2000-03-02 이구택 용융환원공정에서의 미분광취입방법
KR100360109B1 (ko) * 2000-12-19 2002-11-07 주식회사 포스코 미분을 재활용하는 분철광석의 유동층식 용융환원장치 및이를 이용한 용융환원방법
KR20030048809A (ko) * 2001-12-13 2003-06-25 주식회사 포스코 코렉스 공정을 이용한 제철소 발생 함철분진의 처리방법
KR20040056306A (ko) * 2002-12-23 2004-06-30 주식회사 포스코 부원료의 소성율을 제어할 수 있는 용선제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100241009B1 (ko) * 1995-12-29 2000-03-02 이구택 용융환원공정에서의 미분광취입방법
KR100360109B1 (ko) * 2000-12-19 2002-11-07 주식회사 포스코 미분을 재활용하는 분철광석의 유동층식 용융환원장치 및이를 이용한 용융환원방법
KR20030048809A (ko) * 2001-12-13 2003-06-25 주식회사 포스코 코렉스 공정을 이용한 제철소 발생 함철분진의 처리방법
KR20040056306A (ko) * 2002-12-23 2004-06-30 주식회사 포스코 부원료의 소성율을 제어할 수 있는 용선제조방법

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