KR101621057B1 - 장입 방법을 개선한 용철제조방법 및 이를 이용한 용철제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장입 방법을 개선한 용철제조방법 및 이를 이용한 용철제조장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 용철제조방법은 철함유물을 준비하는 단계, 철함유물을 환원로에서 환원체로 변환하는 단계, 환원로와 연결된 용융가스화로로 공급될 괴상 탄재를 준비하는 단계, 환원로에서 배출되어 용융가스화로에 장입될 환원체의 무게를 측정하는 단계, 환원체와 괴상 탄재를 용융가스화로에 장입하는 단계, 용융가스화로에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 단계를 포함한다.

Description

장입 방법을 개선한 용철제조방법 및 이를 이용한 용철제조장치 {METHOD FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS IMPROVING CHARGING METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS USING THE SAME}

장입 방법을 개선한 용철제조방법 및 이를 이용한 용철제조장치를 개시한다. 더욱 상세하게, 용융가스화로내로의 환원체와 괴상 탄재의 장입량을 제어하고 장입분포를 고르게 한 용철제조방법 및 이를 이용한 용철제조장치를 개시한다.

일반적으로, 철강 산업은 자동차, 조선, 가전, 건설 등의 전체 산업에 기초 소재를 공급하는 핵심기간산업으로서, 인류의 발전과 함께하여 온 가장 역사가 오래된 산업중의 하나이다. 철강 산업의 중추적인 역할을 담당하는 제철소에서는 원료로서 철광석 및 석탄을 이용하여 용융 상태의 선철인 용철을 제조한 다음, 이로부터 강을 제조하여 각 수요처에 공급하고 있다.

현재, 전세계 철생산량의 60% 정도가 14세기부터 개발된 고로법으로부터 생산되고 있다. 고로법은 소결 과정을 거친 철광석과 유연탄을 원료로 하여 제조한 코크스 등을 고로에 함께 넣고 열풍을 불어넣어 철광석을 철로 환원하여 용철을 제조하는 방법이다. 그러나 고로법은 코크스 및 소결광 제조를 위한 부대 설비가 필요할 뿐만 아니라 부대 설비로 인한 환경 오염이 심각한 문제점이 있다.

이러한 고로법의 문제점을 해결하기 위하여, 세계 각국은 용융환원제철법의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 용융환원제철법에서는 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하고, 철원으로는 광석을 직접 사용하여 용융가스화로에서 용철을 제조한다. 여기서는, 용융가스화로 외벽에 설치된 다수의 풍구를 통해 산소가 취입되어 용융가스화로내의 석탄충전층을 연소시킨다. 석탄충전층은 용융가스화로에 장입된 괴탄 또는 성형탄 등의 석탄에 의해 형성된다. 용융가스화로에 취입된 산소는 고온의 환원가스로 전환되어 환원로로 보내져서 분철광석 및 부원료를 환원 및 소성한 후 외부로 배출된다. 환원로에서 환원된 환원철은 용융가스화로로 이송되어 용융됨으로써 용철로 제조된다.

용융가스화로 조업은 용융가스화로로 장입되어 용융로 베드(bed)를 구성하는 석탄과 환원철의 분포에 영향을 많이 받는다. 용융로 베드를 구성하는 석탄과 환원철의 분포는 석탄과 환원철을 어떻게 장입하는가에 의해 결정된다. 용융가스화로에는 석탄과 환원철의 분포를 제어하면서 효과적으로 석탄과 환원철을 장입하기 위해 장입 장치(distributor)가 설치된다. 석탄과 환원철의 장입 방법은 석탄과 환원철을 각각의 장입장치로 장입하는 방식과, 석탄과 환원철을 혼합하여 하나의 장입장치로 장입하는 방식으로 나뉜다.

용융가스화로에 석탄 및 환원철을 각각의 장입장치로 장입하는 경우, 석탄 및 환원철은 서로 다른 장입구를 통하여 투입되어 각 장입구에 설치된 장입장치를 통해 장입된다. 따라서 장입물 분포를 제어하기 위해서는 각각의 낙하 위치를 조절할 수 있는 장치들이 필요하다. 그러므로 석탄은 복수의 석탄 장입장치들을 통하여 낙하 위치를 조절해 왔고, 환원철은 복수의 환원철 장입장치들을 통하여 낙하 위치를 조절해 왔다. 따라서 복수의 석탄 장입장치들 및 복수의 환원철 장입장치들이 필요하여 장치가 복잡할 뿐만 아니라 관리가 어려운 문제점이 있다. 또한 복수의 환원철 장입장치들을 통하여 환원철이 배출되므로 환원철의 배출량을 정확하게 계량하기 어렵다. 이에 용융가스화로로 장입되는 환원철의 양을 정확하게 알 수 없게 되며, 따라서 용선 생산 속도 제어가 어려운 문제점이 있었다.

하나의 분배기를 통한 혼합 장입 방식의 경우, 석탄과 환원철을 사전에 혼합한 후 하나의 장입장치를 통해 장입되어 분포가 제어된다. 그러나, 이러한 구조 역시 석탄이 환원철보다 용융가스화로 중심에서 더먼 위치로 낙하하면서 분포가 균일해지지 않는 문제가 발생된다.

환원철이 잘 용융되기 위해서는 가스 흐름을 안정시켜 환원철의 환원 반응과 열교환이 충분히 일어나게 하여 환원철이 쉽게 녹아 내릴 수 있게 해야 한다. 용융가스화로는 구조적으로 중심부로 가스가 흐르기 어렵다. 이에 더해 환원철이 중심부에 많이 장입되면 환원철이 녹으면서 가스가 흘러갈 수 있는 공극을 채워 가스가 더 흘러가기 어려워진다. 따라서 가스 흐름이 안정되지 않게 되고 중심부 환원철은 가열되지 않아 온도가 떨어지게 된다. 이에, 조업 효율이 떨어져 운전비용이 증가하는 문제가 발생된다.

또한, 환원로에서의 추가 환원과 예열을 위해 용융가스화로에서 발생된 환원가스는 환원로의 버스틀(bustle)을 통해 환원로로 공급된다. 그런데 종래에는 상기 버스틀이 환원로 하단이 아닌 환원철 장입 장치와 이격되어 위쪽에 설치된다. 이는 환원가스가 환원철 장입 장치를 통해 바로 환원로로 유입되는 것을 최소화하기 위함이다. 상기와 같이 버스틀이 환원로 하단에서 위쪽으로 이동되어 설치되므로, 환원가스에 의한 추가 환원과 열교환 효율이 저하되고 환원로의 크기를 크게 해야 하는 문제점이 발생된다.

용융가스화로내의 환원체 또는 석탄의 장입 량을 정확하게 계량할 수 있도록 된 용철제조방법 및 이를 이용한 용철제조장치를 제공하고자 한다.

또한, 용융가스화로내의 환원체와 석탄의 장입 분포를 보다 고르게 하기 위한 용철제조방법 및 이를 이용한 용철제조장치를 제공하고자 한다.

또한, 환원철 장입 장치를 통한 환원가스의 유입을 차단하고 환원가스에 의한 환원율을 개선할 수 있도록 된 용철제조방법 및 이를 이용한 용철제조장치를 제공하고자 한다.

또한, 환원로의 크기를 최소화할 수 있도록 된 용철제조방법 및 이를 이용한 용철제조장치를 제공하고자 한다.

또한, 장입 장치의 구조를 단순화시켜 제조비용 및 유지 비용을 줄일 수 있도록 된 용철제조방법 및 이를 이용한 용철제조장치를 제공하고자 한다.

본 구현예의 용철제조방법은, 철함유물을 준비하는 단계, 철함유물을 환원로에서 환원체로 변환하는 단계, 환원로와 연결된 용융가스화로로 공급될 괴상 탄재를 준비하는 단계, 환원로에서 배출되어 용융가스화로에 장입될 환원체의 무게를 측정하는 단계, 환원체와 괴상 탄재를 용융가스화로에 장입하는 단계, 용융가스화로에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 환원로에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 괴상 탄재를 용융가스화로에 장입하기 전에 장입될 괴상 탄재의 무게를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 환원체와 괴상 탄재를 장입 단계는, 환원체를 낙하시키는 단계, 괴상 탄재를 환원체보다 낮은 높이에서 낙하시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 환원체와 괴상 탄재 장입 단계는, 상기 환원체와 괴상 탄재를 교대로 낙하하여 용융가스화로에 장입할 수 있다.

상기 환원체와 괴상 탄재 장입 단계는, 환원체와 괴상 탄재가 혼합되어 용융가스화로에 장입될 수 있다.

한편, 본 용철제조장치는, 철함유물을 환원하여 환원체로 변환하는 환원로, 환원체를 장입시켜 용철을 제조하는 용융가스화로, 환원로에 연결되어 환원체를 수용하며 용융가스화로에 장입되는 환원체의 무게를 측정하는 환원체 호퍼, 상기 환원체 호퍼에서 환원체를 이송하는 환원체 배출관, 괴상 탄재를 수용하는 탄재 호퍼, 상기 탄재 호퍼에서 괴상 탄재를 이송하는 탄재 배출관, 상기 환원체 배출관과 탄재 배출관에 연결되고 상기 용융가스화로에 설치되어 환원체와 괴상 탄재를 용융가스화로로 공급하는 장입물 이송관, 상기 용융가스화로에 설치되고 장입물 이송관에 연결되어 환원체와 괴상 탄재를 용융가스화로 내에 장입하는 분배기를 포함할 수 있다.

상기 탄재 호퍼는 용융가스화로에 장입되는 괴상 탄재의 무게를 측정하는 구조일 수 있다.

상기 용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 유동환원로에 공급하는 환원가스 공급관을 더 포함한다.

상기 탄재 배출관은 환원체 배출관 아래에 배치될 수 있다.

상기 장입물 이송관은 수직방향으로 연장되고, 장입물 이송관의 상부에 상기 환원체 배출관이 연결되며, 환원체 배출관과 간격을 두고 장입물 이송관의 하부에 탄재 배출관이 연결될 수 있다.

상기 용철제조장치는 상기 환원체 호퍼의 환원체와 탄재 호퍼의 괴상 탄재를 장입물 이송관 내에서 혼합하여 분배기로 공급하는 구조일 수 있다.

상기 용철제조장치는 상기 환원체 호퍼의 환원체와 탄재 호퍼의 괴상 탄재를 교대로 장입물 이송관으로 이송하여 분배기로 공급하는 구조일 수 있다.

상기 환원체 호퍼는 적어도 두 개 이상 구비된 구조일 수 있다.

상기 탄재 호퍼는 적어도 두 개 이상 구비된 구조일 수 있다.

상기 환원로는 바닥면이 선단으로 갈수록 점차적으로 좁아지도록 경사면을 이루며, 상기 경사면에 환원가스 취입을 위한 버스틀(bustle)이 설치될 수 있다.

환원로는 충전층형 환원로일 수 있다. 철함유물은 철광석을 포함할 수 있다. 용철제조장치는 충전층형 환원로에 연결되어 충전층형 환원로에 철함유물을 공급하는 괴성체 제조 장치를 더 포함하고, 철함유물은 괴성체 제조 장치에 의해 괴성화될 수 있다.

용철제조장치는 괴성체 제조 장치에 연결되어 철함유물을 괴성체 제조 장치에 공급하는 유동층형 환원로를 더 포함하고, 유동층형 환원로는 철함유물을 예비 환원할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 장치에 의하면, 환원체와 괴상 탄재의 투입량을 정확하게 계량할 수 있게 되어 용선 생산 속도를 보다 용이하고 정확하게 제어할 수 있게 된다.

또한, 괴상 탄재를 환원체보다 용융로의 중심부에 더 가까운 위치로 낙하시켜 가스 흐름을 보다 안정화시키고 열교환 효율을 높여 생산성을 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 버스틀을 통한 환원가스의 원활한 취입으로 환원율을 개선시켜 환원로의 효율을 높이고 조업의 안정을 이룰 수 있게 된다.

또한, 버스틀을 환원로의 하단부에 위치시킬 수 있게 되어 환원로의 크기를 최소화할 수 있게 된다.

또한, 환원체 장입 장치의 구조를 단순화시켜 제조비용 및 유지 비용을 줄일 수 있게 된다.

또한, 필요에 따라 용융가스화로에 환원체와 석탄을 혼합하여 장입하거나 교대로 장입할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치를 도시한 개략적인 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 용철제조장치의 환원철과 괴상 탄재 장입 구조를 도시한 개략적인 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2의 용철제조장치의 용융가스화로 내부의 환원철과 괴상 탄재 장입 상태를 도시한 개략적인 도면이다.
도 5는은 도 1 및 도 2의 용철제조장치의 환원로에 대한 또다른 실시예를 도시한 개략적인 도면이다.

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.

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. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

철함유물은 철 그 자체일 수도 있고, 철을 포함하는 모든 물질일 수도 있다. 예를 들면, 철함유물은 부원료를 더 포함할 수 있다. 철함유물은 철광석을 포함한다. 또한, 철은 순철, 산화철 또는 환원철일 수 있다. 철함유물의 입도는 제한되지 않는다. 따라서 철함유물은 펠릿(pellet), 세립 철광석, 조립 철광석 및 괴성체 등을 포함할 수 있다.

환원로는 철함유물을 환원하여 제조하는 장치를 의미한다. 환원로는 유동층형 환원 또는 충전층형 환원로를 포함한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸다. 도 1에 도시한 용철제조장치(100)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 용철제조장치(100)를 다른 형태로 변형할 수 있다.

도 1에 도시한 본 용철제조장치(100)는 환원로(20) 및 용융가스화로(40)를 포함한다. 이외에 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다. 철함유물을 환원하기 위하여 환원로(20)에 철함유물을 장입한다. 환원로(20)에 장입할 철함유물은 사전 건조되어 준비된다. 필요에 따라 분원료를 혼합할 수 있다. 철함유물은 환원로(20)에서 환원체로 변환된다. 환원로(20)는 충전층형 환원로로서 내부에 충전층을 형성하고, 용융가스화로로(40)부터 환원가스를 공급받아 철함유물을 환원 및 소성한다. 이에 철함유물은 충전층을 통과하면서 환원체로 변환된다.

용융가스화로(40)는 환원체를 용철로 제조하게 된다. 용융가스화로(40)의 내부에 석탄충전층을 형성하기 위하여 괴상 탄재가 준비되어 용융가스화로 내부로 장입된다. 괴상 탄재로는 괴탄 또는 성형탄을 예로 들 수 있다. 성형탄은 미분탄을 가압 성형하여 제조한다. 이외에 필요에 따라 코크스를 장입할 수도 있다. 용융가스화로(40)는 외벽에 다수의 풍구를 설치한 구조로 되어 있다. 상기 풍구를 통해 용융가스화로(40)에 산소를 취입한다.

환원체 및 괴상 탄재는 용융가스화로(40)의 외부에서 투입되는 양이 정확하게 계량된 후에 용융가스화로(40)에 장입된다. 따라서 용융가스화로(40)의 내부로 장입되는 환원체의 양을 정확히 확인할 수 있다. 이에 용융가스화로에서 생산되는 용철의 생산 속도를 정확하고 용이하게 조절할 수 있다.

이를 위해, 본 용철제조장치는 도 1에 도시된 바와 같이 용융가스화로(40)로 장입되는 환원체 및 괴상 탄재의 장입량을 정확하게 계량하는 환원체 호퍼(50)와 탄재 호퍼(60)를 포함한다.

이하에서는 환원체 및 괴상 탄재를 용융가스화로로 장입하는 구조에 대해 보다 상세하게 설명한다.

환원로(20)에서 환원된 환원체는 환원체 배출 스크류(52)를 통하여 환원로로부터 배출된다. 환원체 배출 스크류(52)는 복수개가 구비될 수 있으며 각 환원체 배출 스크류(52)를 통과한 환원체는 환원체 이송관(54)을 통하여 환원체 호퍼(50)에 장입된다.

환원체 호퍼(50)는 환원로(20)에서 배출되어 내부로 장입되는 환원체의 무게를 측정하게 된다. 환원체의 무게 측정은 예를 들어, 환원체 호퍼(50)에 설치되는 로드셀을 이용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 이에 환원체 호퍼 내에 환원체의 장입이 완료되면 로드셀은 그 무게를 측정한다. 로드셀의 측정값을 통해 추후 환원체 호퍼로부터 용융가스화로로 공급되는 환원체의 양을 알 수 있게 된다.

본 실시예에서 환원체 호퍼(50)는 두 개가 구비되어 병렬 배치된다. 도 1에는 2개의 환원체 호퍼(50)를 도시하였지만, 한 개 또는 두 개 이상의 환원체 호퍼를 사용할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 환원체 호퍼(50)가 두 개 이상 구비된 경우, 일측 환원체 호퍼가 불량인 경우에도 나머지 환원체 호퍼를 통해 설비 운전을 연속적으로 수행할 수 있게 되어 안정성을 확보할 수 있다. 본 실시예에서 환원체 배출 스크류(52)에 연결되는 환원체 이송관(54)은 각각의 환원체 호퍼(50)로 분기되어 연결된다. 환원체 배출 스크류(52)를 통해 배출되는 환원체는 환원체 이송관(54)을 통해 각 환원체 호퍼(50)에 순차적으로 또는 동시에 장입될 수 있다.

환원체 호퍼(50)의 하단에는 무게 측정이 완료된 환원체가 이송되는 환원체 배출관(56)이 설치된다. 각 환원체 호퍼(50)에 연결된 각각의 환원체 배출관(56)은 용융가스화로(40) 상단에 설치되는 장입물 이송관(70)에 연결된다.

괴상 탄재는 괴상 탄재 이송 스크류(62))에 의해 이송되어 괴상 탄재 이송관(64)을 통하여 탄재 호퍼(60)에 장입된다. 본 실시예에서 탄재 호퍼(60)는 두 개가 구비되어 병렬 배치된다. 도 1에는 2개의 탄재 호퍼(60)를 도시하였지만, 한 개 또는 두 개 이상의 탄재 호퍼를 사용할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 탄재 호퍼가 두 개 이상 구비된 경우, 일측 탄재 호퍼가 불량인 경우에도 나머지 탄재 호퍼를 통해 설비 운전을 연속적으로 수행할 수 있게 되어 안정성을 확보할 수 있다. 본 실시예에서 괴상 탄재 이송 스크류(62)에 연결되는 괴상 탄재 이송관(64)은 각각의 탄재 호퍼(60)로 분기되어 연결된다. 괴상 탄재 이송 스크류(62)를 통해 배출되는 괴상 탄재는 괴상 탄재 이송관(64)을 통해 각 탄재 호퍼(60)에 순차적으로 또는 동시에 장입될 수 있다.

본 탄재 호퍼(60)는 괴상 탄재 이송 스크류(62)에서 배출되어 내부로 장입되는 괴상 탄재의 무게를 측정하게 된다. 괴상 탄재의 무게 측정은 예를 들어, 탄재 호퍼(60)에 설치되는 로드셀을 이용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 이에 탄재 호퍼 내에 괴상 탄재의 장입이 완료되면 로드셀은 그 무게를 측정한다. 로드셀의 측정값을 통해 추후 탄재 호퍼로부터 용융가스화로로 공급되는 괴상 탄재의 양을 알 수 있게 된다.

탄재 호퍼(60)의 하단에는 무게 측정이 완료된 괴상 탄재가 이송되는 탄재 배출관(66)이 설치된다. 각 탄재 호퍼(60)에 연결된 각각의 탄재 배출관(66)은 용융가스화로(40) 상단에 설치되는 장입물 이송관(70)에 연결된다.

장입물 이송관(70)의 상단부는 환원체 배출관(56) 및 탄재 배출관(66)과 연결된다. 따라서 환원체 배출관(56)을 통해 이송되는 환원체와 탄재 배출관(66)을 통해 이송되는 괴상 탄재를 장입물 이송관(70)에서 혼합할 수 있다. 장입물 이송관(70)의 하단은 용융가스화로(40)에 연결되어 있어서 환원체와 괴상 탄재를 용융가스화로에 장입할 수 있다. 장입물 이송관(70)의 하단에는 선회하면서 장입물을 용융가스화로(40) 내에 투입하는 분배기(72)가 설치된다. 분배기(72)는 장입물 이송관(70)을 통해 이송된 환원체와 괴상 탄재를 용융가스화로(40)의 전 방향으로 고르게 분배시키게 된다.

본 실시예에 따른 용철제조장치(100)는 상기와 같이 환원체와 괴상 탄재를 장입물 이송관(70)을 통해 혼합하여 용융가스화로(40)에 장입할 수 있다. 이와 달리 본 용철제조장치(100)는 환원체와 괴상 탄재를 교대로 용융가스화로(40)에 장입할 수 있다. 즉, 본 용철제조장치는 환원체와 괴상 탄재를 혼합 장입하거나 각각 장입할 수 있다. 이는 환원체와 괴상 탄재를 같이 장입물 이송관(70)으로 이송하거나 각각 교대로 이송하는 지에 따라 결정된다. 이를 위해 상기 환원체 배출관(56)과 탄재 배출관(66)에는 예를 들어, 관로를 개폐하는 게이트가 설치되거나 이송 스크류가 설치될 수 있다. 이에 각 환원체 배출관(56)과 탄재 배출관(66)에 설치된 게이트나 이송스크류를 제어함으로써 환원체 또는 탄재만을 장입물 이송관(70)으로 이송하거나 같이 이송하여 장입 형태를 선택적으로 변경할 수 있다.

환원체 배출관(56)과 탄재 배출관(66)을 통해 환원체와 괴상 탄재가 같이 장입물 이송관(70)으로 이송되면 장입물 이송관(70) 내에서 환원체와 괴상 탄재가 혼합되어 분배기(72)로 공급된다. 이와 달리 환원체 배출관(56)을 통한 환원체의 이송이 차단되고 탄재 배출관(66)을 통한 괴상 탄재의 이송만이 이루어지면 장입물 이송관(70)으로 괴상 탄재만이 공급된다. 따라서 분배기(72)는 괴상 탄재만을 용융가스화로 내에 장입하게 된다. 괴상 탄재의 장입이 설정값대로 완료되면 탄재 배출관(66)을 통한 괴상 탄재의 이송을 차단하고 환원체 배출관(56)을 통해 환원체를 이송한다. 이에 장입물 이송관(70)으로 환원체만 공급되어 분배기(72)는 환원체만을 용융가스화로 내에 장입하게 된다. 이와같이 환원체 배출관(56)과 탄재 배출관(66)을 제어하여 용융가스화내의 환원체와 배출관 장입 형태를 전환하게 된다.

이와 같이, 용융가스화로에 장입된 환원체는 석탄충전층을 통과하면서 용융된다. 용융가스화로(40)에 취입된 산소에 의해 연소대가 형성됨으로써, 환원체가 용융되어 용철을 제조할 수 있다. 용융가스화로(40)의 하부에는 출탕구가 설치되어 용철 및 슬래그를 외부로 배출시킨다.

용융가스화로(40) 내부에 형성된 석탄충전층으로부터 환원가스가 생성된다. 용융가스화로(40)에서 배출된 환원가스는 환원가스 공급관(42)을 통하여 환원로(20)에 공급된다. 환원로에는 환원가스 공급관(42)과 연결되는 버스틀(44)이 설치되어 있어서 환원가스는 버스틀(44)을 통해 환원로(20)로 취입된다. 따라서 분철광석 및 부원료를 환원가스에 의해 환원 및 소성할 수 있다.

여기서, 본 용철제조장치는 상기와 같이 환원체 호퍼(50)를 구비함으로써 용융가스화로 내부의 환원가스가 환원체 이송관(54)을 통해 환원로(20)로 직접 유입되는 것을 차단할 수 있게 된다. 따라서 버스틀(44)은 최대한 환원로(20) 하단쪽으로 이동되어 환원체 배출 스크류(52)에 근접하여 설치될 수 있다. 이에 환원로(20)의 크기를 최소화할 수 있으며, 환원가스에 의한 추가 환원과 열교환 효율을 극대화시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치를 나타낸다. 도 2에 도시한 용철제조장치(200)는 도 1에 도시한 용철제조장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하고 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 용철제조장치는 하나 이상의 유동층형 환원로(10), 괴성체 제조장치(30) 및 용융가스화로(40)를 포함한다. 이외에, 괴성체 제조장치(30)에서 제조한 괴성체를 용융가스화로(40)로 이송하기 위한 고온 균배압 장치(20,38)를 더 포함할 수 있다. 최하단의 고온 균배압 장치(20)는 환원로로 사용할 수도 있다. 고온 균배압 장치(38)는 괴성체 제조 장치(30)에서 제조한 괴성체를 용융가스화로(40)로 압송한다. 괴성체 제조 장치(30)와 고온 균배압 장치(38)는 필요에 따라 생략할 수 있다.

유동층형 환원로(10)는 그 내부로 공급된 철광석을 유동시킨다. 철광석으로는 입도가 작은 철광석을 사용할 수 있고, 필요시 부원료를 섞어서 사용할 수 있다. 유동층형 환원로(10)의 내부에는 유동층이 형성되어 철광석을 환원시킨다. 유동층형 환원로(10)는 제1 유동환원로(12), 제2 유동환원로(14), 제3 유동환원로(16), 및 제4 유동환원로(18)를 포함한다. 도 2에는 4개의 유동환원로를 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다 따라서, 3개나 4개 이상의 유동환원로를 사용할 수도 있다.

제1 유동환원로(12)는 제2 유동환원로(14)에서 배출되는 환원가스로 철광석을 예열한다. 제2 유동환원로(14) 및 제3 유동환원로(16)는 예열한 철광석을 예비 환원한다. 그리고 제4 유동환원로(18)는 예비 환원한 철광석을 최종 환원하여 환원철로 변환한다. 철광석은 유동환원로를 통과하면서 환원 및 가열된다. 이를 위하여, 용융가스화로(40)에서 생성된 환원가스가 환원가스 공급관(42)을 통하여 유동환원로에 공급된다. 환원철은 괴성체 제조장치(30)에 의해 괴성체로 제조된다.

괴성체 제조장치(30)는 장입 호퍼(32), 한 쌍의 롤들(34) 및 파쇄기(36)를 포함한다. 이외에, 괴성체 제조장치(30)는 필요에 따라 다른 장치를 더 포함할 수 있다. 장입 호퍼(32)는 환원철을 저장한다. 한 쌍의 롤들(34)은 장입 호퍼(32)로부터 장입되는 환원철을 압착 성형하여 스트립 형태의 괴성체를 제조한다. 괴성체는 파쇄기(36)에 의해 파쇄되어 고온 균배압 장치(38)로 이송된다.

고온 균배압 장치(38)는 그 양단간의 압력을 조절하여 괴성체를 충전층형 환원로(20)에 장입한다. 충전층형 환원로(20)를 통해 괴성체는 환원체로 변환된다.

전술한 환원체는 용융가스화로(40)에 장입된다. 한편, 철함유물을 용융할 열원으로서 휘발분을 함유한 괴상 탄재를 용융가스화로(40)에 장입한다. 용융가스화로내에서 괴상 탄재의 연소에 의해 환원철이 용융되면 용철이 제조되어 외부로 배출된다.

여기서 환원체 및 괴상 탄재는 용융가스화로(40)의 외부에서 투입되는 양이 정확하게 계량된 후에 용융가스화로(40)에 장입된다. 따라서 용융가스화로(40)의 내부로 장입되는 환원체의 양을 정확히 확인할 수 있다. 이에 용융가스화로에서 생산되는 용철의 생산 속도를 정확하고 용이하게 조절할 수 있다.

이를 위해, 본 용철제조장치는 도 2에 도시된 바와 같이 용융가스화로로 장입되는 환원체 및 괴상 탄재의 장입량을 정확하게 계량하는 환원체 호퍼(50)와 탄재 호퍼(60)를 포함한다. 도 2에서 환원체 호퍼(50)와 탄재 호퍼(60)를 포함하여 충전층형 환원로에서 용융가스화로로 환원체와 괴상 탄재를 장입하는 구조는 도 1의 환원체와 괴상 탄재 장입 구조와 동일하므로 이하 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 도 1 및 도 2의 용철제조장치에서 환원체와 괴상 탄재를 용융가스화로로 장입하는 또 다른 실시예를 도시하고 있다.

도 3에 도시된 부분은 환원체와 괴상 탄재를 포함하는 장입물을 용융가스화로에 장입하는 부분으로써, 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서 동일하게 적용된다.

도 3에 도시된 장입 형태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 환원체 및 괴상 탄재를 용융가스화로의 외부에서 다른 방법으로 장입할 수도 있다.

환원로에서 환원된 환원체는 환원체 호퍼(50)에 저장되어 환원체 배출관(56)을 통하여 용융가스화로(40)에 장입된다. 상기 환원체 호퍼(50)는 실질적으로 환원체 저장빈(501), 환원체 중간빈(502), 환원체 장입빈(503)이 순차적으로 연결된 구조로 되어 있다. 이에 환원체는 환원체 저장빈(501), 환원체 중간빈(502), 환원체 장입빈(503)을 차례로 거쳐서 환원체 배출관(56)을 통하여 용융가스화로(20)에 장입된다.

환원철 배출관(56)를 통과한 환원체는 장입물 이송관(70)을 통하여 낙하하면서 용융가스화로(60)에 장입된다. 장입물 이송관(70)이 수직 방향으로 설치되므로, 환원체를 큰 속도로 낙하시켜 분배기를 거쳐 용융가스화로(60)의 주변부에 위치시킬 수 있다. 환원체는 괴상 탄재와 비교하여 상대적으로 더 높은 위치에서 낙하한다.

괴상 탄재는 탄재 호퍼(60)에 저장되어 탄재 배출관(66)을 통하여 용융가스화로(40)에 장입된다. 상기 탄재 호퍼(60)는 실질적으로 괴상 탄재 저장빈(601), 괴상 탄재 중간빈(602), 괴상 탄재 장입빈(603)이 순차적으로 연결된 구조로 되어 있다. 이에, 괴상 탄재는 괴상 탄재 저장빈(601), 괴상 탄재 중간빈(602), 괴상 탄재 장입빈(603)을 차례로 거쳐서 탄재 배출관(66)에 의해 이송되어 장입물 이송관(70)을 거친 후 용융가스화로(40)로 장입된다. 환원체 배출관(56)과 탄재 배출관(66)은 장입물 이송관(603)과 수직으로 교차하면서 연결되므로 환원체와 괴상 탄재를 함께 혼합하여 낙하시키면서 장입하기에 용이하다.

본 실시예에서, 용융가스화로(40)에 수직으로 설치된 장입물 이송관(70)에 높이차를 두고 환원체 배출관(56)과 탄재 배출관(66)이 연결된다. 즉, 장입물 이송관(70)의 상부에 상기 환원체 배출관(56)이 연결되며, 환원체 배출관과 간격을 두고 장입물 이송관의 하부에 탄재 배출관(66)이 연결된다.

이에, 환원체 배출관(56)은 탄재 배출관(66)의 위에 위치하고 탄재 배출관(66)은 상대적으로 아래쪽에 위치하므로, 환원체와 비교하여 괴성 탄재를 보다 느린 속도로 용용가스화로(40)에 장입하여 중심부에 괴상 탄재를 분포시킬 수 있다.

즉, 환원체 배출관(56)을 통해 환원체가 낙하되는 시작 위치와 탄재 배출관(66)을 통해 괴성 탄재가 낙하되는 시작 위치가 차이가 나, 최종적으로 용융가스화로(40)의 중심부에 괴성 탄재를 더 많이 분포시킬 수 있게 된다.

분배기(72)는 최종적으로 환원체와 괴성 탄재를 용융가스화로 내부로 장입하게 되는 데, 회전하는 분배기에서 배출된 물체의 최종 낙하 지점은 분배기의 틸팅(tilting) 각도와 빠져나갈 때의 속도에 의해 결정된다. 분배기(72)는 용융가스화로의 중심에 설치되어 있고 틸팅 각도는 동일하므로, 괴성 탄재가 환원체보다 용융가스화로 중심에 더 가까운 지점으로 낙하하기 위해서는 분배기를 빠져나갈 때의 속도가 작아야 한다. 분배기를 빠져나갈 때의 속도를 작게 하기 위해서는 빠져나갈 때의 운동에너지를 작게 해야 한다. 수직으로 배치된 장입물 이송관을 따라 자유낙하하면서 위치에너지가 운동에너지로 전환되므로 운동에너지가 작으려면 낙하하기 전의 위치에너지가 작아야 한다.

본 실시예의 경우 언급한 바와 같이, 환원체 배출관보다 탄재 배출관의 위치가 상대적으로 낮아, 환원체의 낙하 위치가 상대적으로 높고 괴성 탄재의 낙하 위치는 상대적으로 낮다. 따라서, 괴성 탄재는 환원체보다 낮은 위치에서 낙하를 시작하게 되어, 괴성 탄재의 위치 에너지는 환원체의 위치 에너지보다 작게 된다.

이에 도 4에 도시된 바와 같이, 괴성 탄재의 위치 에너지가 상대적으로 작기 때문에, 최종적으로 분배기를 통해 낙하되는 괴성 탄재는 환원체보다 용융가스화로의 중심쪽에 더 가깝게 떨어지게 된다. 즉, 괴성 탄재가 보다 낮은 위치에 낙하를 시작하여 가속되면서 위치에너지가 운동에너지로 전환되므로 분배기를 빠져나갈 때의 속도는 환원체보다 상대적으로 더 느려지지게 되고 따라서 용융가스화로 중심에 더 가까운 위치에 낙하하게 되는 것이다.

이와 같이, 괴성 탄재와 환원체의 장입 분포를 제어함으로써, 용융가스화로의 중심부에 괴성 탄재가 보다 많이 분포하게 된다. 괴성 탄재가 용융가스화로 중심부에 보다 많이 분포함에 따라 가스 흐름이 안정되고 열교환 효율이 높아져 생산성은 향상되고 운전 비용은 줄어들게 된다.

한편, 도 5는 도 1 및 도 2의 용철제조장치에 도시된 환원로의 또 다른 실시예를 나타낸다.

도 5에 도시된 바와 같이 환원로(20)는 하부 바닥면이 선단으로 갈수록 점차적으로 좁아지도록 경사면(80)을 이룬다. 환원체 배출 스크류(52)는 환원로(20)의 최하단에 설치된다. 이에 환원체는 하나의 환원체 배출 스크류(52)를 통해 배출된다. 환원가스 취입을 위한 버스틀(bustle)(44)은 환원로 바닥의 경사면(80)에 설치된다.

본 실시예에 따른 환원로는 하나의 환원체 배출 스크류(52)만으로 환원체를 배출함으로써 환원체 배출 스크류의 설치 개수를 줄여 설비 제조비와 유지비를 대폭 줄일 수 있게 된다. 또한, 버스틀(44)이 경사면(80)에 설치됨으로서 환원가스에 의한 추가 환원과 열교환 효율을 더욱 높일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

10 : 유동층 환원로 20 : 충전층형 환원로
30 : 괴성체 제조장치 40 : 용융가스화로
42 : 공급관 44 : 버스틀
50 : 환원체 호퍼 52 : 환원체 배출 스크류
54 : 환원체 이송관 56 : 환원체 배출관
60 : 탄재 호퍼 62 : 괴상 탄재 이송 스크류
64 : 괴상 탄재 이송관 66 : 괴상 탄재 배출관
70 : 장입물 이송관 72 : 분배기
80 : 경사면

Claims (18)

1. 철함유물을 환원하여 환원체로 변환하는 환원로,
   환원체를 장입시켜 용철을 제조하는 용융가스화로,
   환원로에 연결되어 환원체를 수용하며 용융가스화로에 장입되는 환원체의 무게를 측정하는 환원체 호퍼,
   상기 환원체 호퍼에서 환원체를 이송하는 환원체 배출관,
   괴상 탄재를 수용하는 탄재 호퍼,
   상기 탄재 호퍼에서 괴상 탄재를 이송하는 탄재 배출관,
   상기 환원체 배출관과 탄재 배출관에 연결되고 상기 용융가스화로에 설치되어 환원체와 괴상 탄재를 용융가스화로로 공급하는 장입물 이송관, 및
   상기 용융가스화로에 설치되고 장입물 이송관에 연결되어 환원체와 괴상 탄재를 용융가스화로 내에 장입하는 분배기를 포함하고,
   상기 장입물 이송관은 수직방향으로 연장되고, 장입물 이송관의 상부에 상기 환원체 배출관이 연결되며, 환원체 배출관과 간격을 두고 장입물 이송관의 하부에 탄재 배출관이 연결되어, 환원체 배출관 아래에 탄재 배출관이 배치되는 용철 제조 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 환원로는 바닥이 선단으로 갈수록 점차적으로 좁아지도록 경사면을 이루며, 상기 환원로의 바닥의 선단에 환원체를 환원체 호퍼로 이송하는 환원체 이송관이 연결되는 용철 제조 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 경사면에 환원가스 취입을 위한 버스틀(bustle)이 설치되는 용철 제조 장치.
6. 제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 탄재 호퍼는 용융가스화로에 장입되는 괴상 탄재의 무게를 측정하는 구조의 용철 제조 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 환원체 호퍼 또는/및 상기 탄재 호퍼는 적어도 두 개 이상 구비된 구조의 용철 제조 장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 환원체 호퍼의 환원체와 탄재 호퍼의 괴상 탄재를 장입물 이송관 내에서 혼합하여 분배기로 공급하는 구조의 용철 제조 장치.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 환원체 호퍼의 환원체와 탄재 호퍼의 괴상 탄재를 교대로 장입물 이송관으로 이송하여 분배기로 공급하는 구조의 용철 제조 장치.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 환원로는 충전층형 환원로인 용철 제조 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 충전층형 환원로에 연결되어 상기 충전층형 환원로에 상기 철함유물을 공급하는 괴성체 제조 장치를 더 포함하고, 상기 철함유물은 상기 괴성체 제조 장치에 의해 괴성화된 용철 제조 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 괴성체 제조 장치에 연결되어 상기 철함유물을 상기 괴성체 제조 장치에 공급하는 유동층형 환원로를 더 포함하고, 상기 유동층형 환원로는 상기 철함유물을 예비 환원하는 용철 제조 장치.
13. 철함유물을 준비하는 단계,
    철함유물을 환원로에서 환원체로 변환하는 단계,
    환원로와 연결된 용융가스화로로 공급될 괴상 탄재를 준비하는 단계,
    환원로에서 배출되어 용융가스화로에 장입될 환원체의 무게를 측정하는 단계,
    환원체와 괴상 탄재를 용융가스화로에 장입하는 단계,
    용융가스화로에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 단계 및
    를 포함하고,
    상기 환원체와 괴상 탄재를 장입하는 단계는, 환원체를 낙하시키는 단계, 및 괴상 탄재를 환원체보다 낮은 높이에서 낙하시키는 단계를 포함하는 용철 제조 방법.
14. 삭제
15. 제 13 항에 있어서,
    용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 환원로에 공급하는 단계를 더 포함하는 용철 제조 방법.
16. 제 13 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 괴상 탄재를 용융가스화로에 장입하기 전에 장입될 괴상 탄재의 무게를 측정하는 단계를 더 포함하는 용철 제조 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 환원체와 괴상 탄재 장입 단계는 상기 환원체와 상기 괴상 탄재가 낙하하면서 상기 용융가스화로의 외부에서 사전 혼합되는 단계를 더 포함하는 용철 제조 방법.
18. 제 16 항에 있어서,
    상기 환원체와 괴상 탄재 장입 단계에서 상기 환원체와 괴상 탄재를 교대로 장입하는 용철 제조 방법.

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