KR101797133B1

KR101797133B1 - 용철 제조장치 및 용철 제조방법

Info

Publication number: KR101797133B1
Application number: KR1020160099995A
Authority: KR
Inventors: 신명균; 이달회
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2017-11-13
Also published as: EP3495512A1; EP3495512A4; EP3495512B1; WO2018026054A1; CN109563558A; CN109563558B

Abstract

용철 제조 장치 및 용철 제조 방법에 관한 것으로, 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로; 상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 이용하여 분철광석을 분환원철로 제조하는 환원로; 상기 용융가스화로와 연결되어, 환원철을 용융가스화로로 제공하는 저장 빈; 및 상기 저장 빈에 설치되어 저장 빈 내부의 환원철에 열을 공급하는 열 공급 장치;를 포함하는, 용철 제조 장치 및 용철 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

용철 제조장치 및 용철 제조방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS AND METHOD FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS}

본 발명은 용철 제조장치 및 용철 제조방법에 관한 것이다.

현재, 전세계 철 생산량의 60% 정도가 14세기부터 개발된 고로법으로부터 생산되고 있다. 고로법은 소결 과정을 거친 철광석과 유연탄을 원료로 하여 제조한 코크스(Coke) 등을 고로에 함께 넣고 산소를 불어넣어 철광석을 철로 환원하여 용철을 제조하는 방법이다.

이처럼 용철생산설비의 대종을 이루고 있는 고로법은, 그 반응 특성상 일정 수준 이상의 강도를 보유하고 노내 통기성 확보를 보장할 수 있는 입도를 보유한 원료를 요구한다. 이에, 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로는 특정 원료탄을 가공처리한 코크스에 의존하며, 철원으로는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다.

이에 따라 현재의 고로법에서는 코크스 제조설비 및 소결설비 등의 원료예비처리설비가 반드시 수반되므로, 고로 이외의 부대설비를 구축해야 할 필요가 있을 뿐만 아니라 부대설비에서 발생하는 제반 환경오염물질에 대한 환경오염방지설비를 설치하여야 한다. 이에, 투자 비용이 다량으로 소모되어 제조원가가 급격히 상승하는 문제점이 있다.

이러한 고로법의 문제점을 해결하기 위하여, 세계 각국의 제철소에서는 연료 및 환원제로서 석탄을 직접 사용하고, 철원으로는 상기 소결광을 대체하여 분상 및 괴상 광석을 직접 사용하여 용철을 제조하는 용융환원제철법의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

이러한 용융환원제철법에서는, 환원로에서 배출되는 분환원철을 괴성화 한 후, 용융가스화로에 장입하여 용철을 제조한다. 이 때, 괴성화된 고온 괴성화 환원철(Hot Compacted Iron, HCI)가 이송장치 및 장입장치 등을 통해 용융가스화로로 장입되기 전까지 상당한 거리를 이동하여야 한다. 이에, 이동 중 주변으로의 상당한 열손실이 발생하게 된다. 조업결과에 따르면, 이송장치에 적재되는 HCI의 온도는 600 내지 700℃ 정도이며 상기 장입장치를 통해 상기 용융가스화로로 장입되기 전의 온도는 400 내지 500℃ 정도로서 약 200℃ 정도의 온도 저하가 발생하는 것으로 보고되고 있다. 이에 따라, 이러한 열손실에 의한 HCI 현열 손실을 보상하기 위해, 용융가스화로에 괴상 석탄을 추가적으로 장입해야하여 연료비가 증가하는 문제점이 발생하고 있다.

이에, 이러한 연료비 증가를 억제하기 위해서는 HCI 온도를 용융가스화로에 공급하기 전에 열손실을 보상하는 것이 필요하다.

본 발명의 일 구현예는, 용융가스화로 열효율을 향상시켜 석탄소모량을 저하시킴으로써 조업 효율을 개선하고 조업비용이 감소할 수 있는, 용철 제조장치 및 용철 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현예는, 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로; 상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 이용하여 분철광석을 분환원철로 제조하는 환원로; 상기 용융가스화로와 연결되어, 환원철을 용융가스화로로 제공하는 저장 빈; 및 상기 저장 빈에 설치되어 저장 빈 내부의 환원철에 열을 공급하는 열 공급 장치;를 포함하는, 용철 제조 장치를 제공한다.

상기 용철 제조 장치는, 상기 환원로에 연결되고, 상기 환원로에서 배출되는 분환원철을 괴성화하여 괴성화된 환원철을 상기 저장 빈으로 공급하는 괴성화 장치;를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 용철 제조 장치는, 일단이 상기 괴성화 장치와 연결되고, 타단이 상기 저장 빈과 연결되어, 상기 괴성화 장치로부터 상기 저장 빈으로 괴성화된 환원철을 이송하는 이송장치;를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 용철 제조 장치는, 상기 이송장치;와 연결되고, 상기 이송장치로 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질을 혼입하는 혼입장치;를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 열 공급 장치는, 유도가열을 통해 상기 저장 빈 내부의 환원철에 열을 공급하는 것일 수 있다.

상기 열 공급 장치는, 상기 저장 빈의 벽 내부에 매몰되어 있는 유도코일; 상기 유도코일로 인가되는 고주파 전력을 생산하는 고주파 발생기; 및 상기 유도코일과 상기 고주파 발생기를 전기적으로 연결하는 전기도선 및 커넥터;를 포함하는 것일 수 있다.

상기 열 공급 장치는, 상기 유도코일의 일단에 연결되는 냉각수 공급관; 및 상기 유도코일의 타단에 연결되는 냉각수 배출관;을 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 냉각수 공급관; 및 상기 냉각수 배출관;은 전기가 통하지 않는 재질로 이루어진 것일 수 있다.

상기 용철 제조 장치는, 상기 고주파 발생기와 연결되고, 상기 환원로 일단에서 배출되는 배가스의 에너지를 회수하여 전력을 생산하는 전력발생장치;를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 전력발생장치는, 상기 환원로 일단과 연결되어, 상기 배가스 내의 더스트를 제거하는 고온집진장치; 상기 고온집진장치와 연결되어, 상기 더스트가 제거된 배가스를 팽창시켜 회전력을 발생시키는 팽창터빈; 상기 팽창터빈과 연결되어, 상기 회전력을 전기에너지로 전환하는 발전기; 및 일단이 상기 발전기와 연결되고, 타단이 상기 고주파 발생기에 연결되어, 전압을 조절하여 상기 고주파 발생기로 전기에너지를 공급하는 변압기;를 포함하는 것일 수 있다.

상기 저장 빈은, 상기 이송장치와 연결되고, 상기 이송장치로부터 괴성화된 환원철을 공급받는 공급 빈; 상기 공급 빈과 연결되어 상기 공급 빈으로부터 괴성화된 환원철을 공급받는 균배압 빈; 및 일단이 상기 균배압 빈과 연결되고, 타단이 상기 용융가스화로와 연결되어, 상기 균배압 빈으로부터 공급받은 괴성화된 환원철을 용융가스화로로 공급하는 장입 빈;을 포함하는 것일 수 있다.

상기 열 공급 장치는, 상기 균배압 빈에 설치되어, 균배압 빈 내부의 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 것일 수 있다.

상기 균배압 빈은, 병렬로 위치하며, 각각의 일단이 상기 공급 빈과 연결되고 타단이 상기 장입 빈과 연결되는 복수의 균배압 빈으로 구성되는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예는, 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계; 상기 환원철을 괴성화 하여, 괴성화된 환원철을 제조하는 단계; 상기 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 단계; 및 상기 열이 공급된 괴성화된 환원철 및 괴상 탄재를 용융가스화로로 공급하여 용철을 제조하고, 발생하는 환원 가스를 환원로로 공급하는 단계;를 포함하는, 용철 제조 방법을 제공한다.

상기 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 단계;는, 유도가열을 통해 열을 공급하는 것일 수 있다.

상기 용철 제조 방법은, 상기 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 단계; 이전에, 상기 괴성화된 환원철에 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질을 혼입하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다.

상기 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질의 혼입량은, 상기 괴성화된 환원철의 총량 100중량%에 대하여, 5중량% 이하인 것일 수 있다.

상기 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 단계;는, 상기 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계;에서 발생한 배가스로부터 회수된 에너지를 에너지원으로 이용하는 것일 수 있다.

상기 배가스로부터 회수된 에너지는, 상기 배가스의 팽창에 의해 발생한 에너지를 회전력으로 전환한 후, 상기 회전력을 전기에너지로 전환하여 전기에너지로 회수된 것일 수 있다.

상기 회수된 전기에너지를, 유도가열을 위한 유도코일에 고주파 전력을 인가하는 고주파 발생기로 공급하는 것일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치의 유도가열 장치를 보다 상세하게 도시하고 있는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치에서, 균배압 빈이 병렬로 복수개 설치된 경우를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치의 유도가열 장치 구성에 의한 괴성화된 환원철의 승온 효과를 보여 주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치에 의해 괴성화된 환원철을 가열함에 따라 석탄 소모량이 저하되는 효과를 보여주는 그래프이다.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.

여기서 사용되는 전문 용어는 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 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치를 개략적으로 나타내는 모식도이다. 도 1의 용철 제조 장치의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 1의 용철 제조 장치를 다양한 형태로 변형할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치는, 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로(10); 상기 용융가스화로(10)에 연결되고, 상기 용융가스화로(10)에서 배출되는 환원가스를 이용하여 분철광석을 분환원철로 제조하는 환원로(20); 상기 용융가스화로(10)와 연결되어, 환원철을 용융가스화로(10)로 제공하는 저장 빈(40); 및 상기 저장 빈(40)에 설치되어 저장 빈(40) 내부의 환원철에 열을 공급하는 열 공급 장치(50);를 포함할 수 있다.

상기 열 공급 장치(50);를 통해, 저장 빈(40)으로 이송되는 동안 발생한 환원철의 열 손실을 보상할 수 있다. 이에, 전술한 바와 같은, 용융가스화로(10)에서 필요한 연료의 증가에 따른 연료비 증가를 방지할 수 있다. 이는, 용융가스화로(10)의 연료인 괴상 탄재(석탄 등) 등의 증가에 따른 비용 증가보다 저렴한 방법에 의해 열을 공급하는 장치일 수 있다. 비한정적인 일예로, 후술되는 유도가열을 통한 열 공급 장치(50)일 수 있다. 다만, 외부에서 공급된 에너지를 이용하여 저장 빈(40) 내의 환원철에 열을 공급할 수 있는 장치이면서, 공급된 에너지에 따라 발생하는 비용이, 열 공급이 없을 시 발생하는 연료비 증가에 따라 발생하는 비용보다 저렴한 경우이면 모두 채용이 가능하다.

상기 열 공급 장치(50)는, 상기 저장 빈에 최대한 인접하도록 설치되는 것이 바람직하다. 예시적으로, 저장 빈(40) 외부에 모든 구성이 설치될 수도 있고, 일부 구성이 저장 빈(40) 내부에 설치되거나 저장 빈(40) 벽 내부에 함몰된 형태이고, 나머지 일부 구성이 저장 빈(40) 외부에 설치되는 등의 방식으로 설치될 수 있다.

또한, 상기 환원로(20)는 유동층을 포함하는 유동 환원로일 수 있고, 2단 이상의 복수의 환원로를 포함하는 것일 수 있다.

상기 용철 제조 장치는, 상기 환원로(20)에 연결되고, 상기 환원로(20)에서 배출되는 분환원철을 괴성화여 괴성화된 환원철을 상기 저장 빈(40)으로 공급하는 괴성화 장치(30);를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 괴성화 장치에서 괴성화된 환원철이 저장 빈(40)으로 공급되고, 저장 빈(40) 내에서 상기 열 공급 장치에 의해 열을 공급받아, 이송 중 발생하는 열 손실을 보상받게 된다. 이후, 상기 저장 빈(40)으로부터 용융가스화로(10)로 장입되어, 용철이 제조될 수 있다. 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 용융가스화로(10)에서 용철을 제조하기 위한 괴상 석탄 등의 연료와 용융가스화로(10)에 장입 직전에 혼합되어 동시에 장입됨으로써, 열 손실이 더욱 저감될 수 있다.

상기 괴성화 장치(20)에서 괴성화된 환원철은, 일단이 상기 괴성화 장치(20)와 연결되고, 타단이 상기 저장 빈(40)과 연결되어, 상기 괴성화 장치(20)로부터 상기 저장 빈(40)으로 괴성화된 환원철을 이송하는 이송장치(70)를 통해 저장 빈(40)으로 이송될 수 있다. 이 때, 상기 용철 제조 장치는, 상기 이송장치(70)와 연결되고, 상기 이송장치(70)로 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질을 혼입하는 혼입장치(80)를 더 포함할 수 있다. 상기 혼입장치(80)는 이송장치(70)의 시작 부분에서 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질을 이송장치(70)내로 혼입시킬 수 있다. 이에, 전기전도성이 높은 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질이 괴성화된 환원철에 열을 가하는 과정에서 괴성화된 환원철과 함께 가열됨으로써 가열 효율 증대 및 가열시간 단축이 될 수 있다. 이러한 효과는, 후술할 바와 같이 상기 열 공급 장치(50)가 유도가열에 의해 열을 공급하는 장치인 경우에 더욱 극대화될 수 있다. 구체적으로, 전기전도성이 높은 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질이 괴성화된 환원철의 유도가열 과정에서 괴성화된 환원철과 함께 유도 가열됨으로써 유도 가열 효율이 증대되고, 가열 시간이 감축되는 효과가 구현될 수 있다.

이하, 상기 열 공급 장치(50)가 유도가열을 통해 상기 저장 빈(40) 내부의 환원철에 열을 공급하는 것인 경우에 대해 보다 자세히 설명한다.

도 2는 상기 열 공급 장치(50)가 유도가열을 통해 열을 공급하는 유도가열장치인 경우, 그 구성을 개략적으로 나타낸 모식도이다.

우선, 상기 저장 빈(40)은 보다 구체적으로, 상기 이송장치(70)와 연결되고, 상기 이송장치(70)로부터 괴성화된 환원철을 공급받는 공급 빈(41); 상기 공급 빈(41)과 연결되어 상기 공급 빈(41)으로부터 괴성화된 환원철을 공급받는 균배압 빈(42); 및 일단이 상기 균배압 빈(42)과 연결되고, 타단이 상기 용융가스화로(10)와 연결되어, 균배압 빈(42)으로부터 공급받은 괴성화된 환원철을 용융가스화로(10)로 공급하는 장입 빈(43);을 포함하는 균배압 장입장치인 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 열 공급 장치는, 상기 균배압 빈(42)에 설치될 수 있다. 구체적으로, 상기 균배압 빈(42)의 벽 내부에 매몰되어 있는 유도코일(3); 상기 유도코일(3)로 인가되는 고주파 전력을 생산하는 고주파 발생기(1); 및 상기 유도코일(3)과 상기 고주파 발생기(1)를 전기적으로 연결하는 전기도선(2) 및 커넥터(4);를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 열 공급 장치는, 균배압 빈(42) 내부의 괴성화된 환원철의 온도를 감시하기 위해 삽입된 온도계(7)를 더 포함할 수 있다.

상기 유도코일(3)은 동관을 코일 형태로 가공하여 마련된 것일 수 있으며, 상기 균배압 빈(42)의 내화재 벽 내부에 매몰하여 설치될 수 있다. 또한 상기 유도코일(3)의 한 쪽에서는 냉각수 공급관(5)을 통해 냉각수를 공급하고 또 다른 한 쪽에서는 냉각수 배출관(6)을 통해 배출하도록 할 수 있다. 이 때, 유도코일과(3) 상기 냉각수 공급관(5) 및 냉각수 배출관(6)은 고무 등의 전기가 통하지 않는 재질의 호스로 각각 연결할 수 있다.

상기 유도 가열을 통해 열을 공급하는 열 공급 장치를 이용한 열 공급 과정을 보다 상세히 설명하면 아래와 같다.

상기 공급 빈(41), 균배압 빈(42) 및 장입 빈(43)을 포함하는 균배압 장입장치에 있어서 상기 장입 빈(43)에 들어 있는 괴성화된 환원철의 양이 하한치에 도달하면, 상기 공급 빈(41)으로부터 상기 균배압 빈(42)으로 괴성화된 환원철이 장입 된다. 이 때, 상기 장입 빈(43)은 가압 상태이며 상기 공급 빈(41)은 상압 상태로 조절되며, 상기 공급 빈(41)로부터 상기 균배압 빈(42)으로 상압 상태에서 괴성화된 환원철을 장입한 후 상기 균배압 빈(42)을 밀폐하고 상기 균배압 빈(42) 내의 압력이 상기 장입 빈(43)의 압력에 도달할 때 까지 질소 등을 주입하여 가압한다. 한편, 상기 균배압 빈(42)이 밀폐되는 시점에 고주파발생기(1)로부터 발생되는 고주파 전력을 상기 유도코일(3)에 공급하게 되며, 상기 유도코일(3)을 흐르는 고주파 전력에 의해 상기 균배압 빈(42) 내에 장입되어 있는 괴성화된 환원철 내 금속철들에서 히스테리시스 손실 및 표면 와전류 손실 등에 의한 전기 저항 발열기구에 의해 괴성화된 환원철 자체가 가열된다. 이러한 괴성화된 환원철의 가열 상태는 상기 균배압 빈(42)에 설치되어 있는 온도계(7)에 의해 감시된다. 이에, 괴성화된 환원철의 온도가 일정 온도에 도달하였을 때 상기 고주파발생기(1)로부터 상기 유도코일(3)로의 고주파 전력 공급을 차단하고 상기 균배압 빈(42) 내 압력이 상기 장입 빈(43) 압력과 같아졌는가를 확인 한 후, 상기 균배압 빈(42)에서 가열된 괴성화된 환원철을 상기 장입 빈(43)으로 장입한다.

한편, 상기 유도 가열을 통해 열을 공급하는 열 공급 장치(50)가 설치되는 균배압 빈(42)는 도 3에 도시한 바와 같이 병렬로 복수개 구성할 수 있다. 이에, 용철 제조 장치의 생산량이 많을 경우에, 상기 열 공급 장치(50)이 설치되는 균배압 빈(42)을 병렬로 복수개 설치하여 다량의 괴성화된 환원철을 분산시켜 병렬로 가열함으로써 가열효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 상기 혼입장치(80)는 이송장치(70)의 시작 부분에서 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질을 이송장치(70)내로 혼입시킬 수 있다. 이에, 전기전도성이 높은 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질이 괴성화된 환원철의 유도가열 과정에서 괴성화된 환원철과 함께 유도 가열됨으로써 유도 가열 효율이 증대되고, 가열 시간이 감축될 수 있다.

상기 유도가열을 통해 열을 공급하는 열 공급 장치(50)에서 소요되는 전력은, 상기 환원로 일단에서 배출되는 고온, 고압의 배가스가 가지고 있는 에너지를 전력회수장치(60)를 이용하여 회수함으로써 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 전력발생장치(60)는 상기 환원로 일단과 연결되어, 상기 배가스 내의 더스트를 제거하는 고온집진장치(61); 상기 고온집진장치와 연결되어, 상기 더스트가 제거된 배가스를 팽창시켜 회전력을 발생시키는 팽창 터빈(62); 상기 팽창터빈과 연결되어, 상기 회전력을 전기에너지로 전환하는 발전기(63); 및 일단이 상기 발전기와 연결되고, 타단이 상기 고주파 발생기에 연결되어, 전압을 조절하여 상기 고주파 발생기로 전기에너지를 공급하는 변압기(64);를 포함하는 것일 수 있다.

이에, 상기 고온집진장치(61)에서, 상기 환원로 일단에서 에서 배출되는 고온, 고압의 배가스 내에 포함되어 있는 더스트를 제거한 후, 팽창터빈(62)에서 상기 더스트가 제거된 고온, 고압의 배가스를 팽창시켜 회전력을 발생시켜 회전력으로 전환시킬 수 있다. 이후, 상기 회전력을 상기 발전기(63)에서 전기에너지로 전화하여 전기에너지 형태로 회수될 수 있으며, 이를 상기 변압기(64)에서 압력을 조절하여 유도가열을 위한 유도코일(3)에 고주파 전력을 인가하는 고주파 발생기(1)로 공급할 수 있다.

상기와 같이 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 단계;를 통해, 괴성화된 환원철이 용철 제조 장치의 저장 빈(40) 및 용융가스화로(10)로 이송되는 동안 발생한 환원철의 열 손실을 보상할 수 있다. 이에, 전술한 바와 같은, 용융가스화로(10)에서 필요한 연료 증가에 따른 연료비 증가를 방지할 수 있다.

상기 열 공급은, 유도가열을 통해 열이 공급되는 것일 수 있다. 상기 유도가열 방식은, 고주파발생기(1)로부터 발생되는 고주파 전력을 유도코일(3)에 공급하여, 상기 유도코일(3)을 흐르는 고주파 전력에 의해 상기 괴성화된 환원철 내 금속철들에서 히스테리시스 손실 및 표면 와전류 손실 등에 의한 전기 저항 발열기구에 의해 괴성화된 환원철 자체가 가열될 수 있다.

또한, 상기 용철 제조 방법은, 상기 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 단계; 이전에, 상기 괴성화된 환원철에 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질을 혼입하는 단계;를 더 포함하는 것일 수 있다. 이에, 전기전도성이 높은 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질이 괴성화된 환원철의 유도가열 과정에서 괴성화된 환원철과 함께 유도 가열됨으로써 유도 가열 효율이 증대되고, 가열 시간이 감축될 수 있다.

여기서, 상기 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질의 혼입량은, 상기 괴성화된 환원철의 총량 100중량%에 대하여, 5중량% 이하인 것일 수 있다. 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질의 혼입량이 너무 많은 경우 괴성화 환원철의 공급량이 목표 용선 생산 필요량에 미달하는 문제가 발생할 수 있다.

상기 괴성화된 환원철에 유도가열을 통해 열을 공급하는 단계;는, 상기 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계;에서 발생한 배가스로부터 회수된 에너지를 에너지원으로 이용하는 것일 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 배가스로부터 회수된 에너지는, 상기 배가스의 팽창에 의해 발생한 에너지를 회전력으로 전환한 후, 상기 회전력을 전기에너지로 전환하여 전기에너지로 회수될 수 있다. 이후, 상기 회수된 전기에너지를, 유도가열을 위한 유도코일에 고주파 전력을 인가하는 고주파 발생기로 공급하여, 에너지원으로 사용할 수 있다.

도 4는, 약 10kW 용량의 유도가열로에서 출력을 조정하면서 2kg 의 괴성화된 환원철(HCI) 충진층을 가열한 결과를 보여주고 있다. 약 20 내지 30%의 출력 즉 2 내지 3kW 출력 범위에서 20분 내에 200℃ 정도의 승온이 이루어 지고 있음을 알 수 있다. 또한 이러한 승온 속도는 출력이 증가함에 따라 증가하고 있음을 보여주고 있다. 이러한 결과는 본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치 및 용철 제조 방법에 의해서 짧은 시간 내에 효과적으로 괴성화된 환원철를 가열할 수 있음을 보여주고 있다.

한편, 상기 유도가열에 필요한 전기에너지는 상기 유동로 일단에서 배출되는 고온, 고압의 배가스가 가지고 있는 에너지를 본 발명에 따른 장치에 의해 회수하여 공급하는 바, 외부 전력의 추가 공급 없이 괴성화된 환원철의 가열이 가능하다.

도 5는 상기한 바와 같이 괴성화된 환원철(HCI)을 가열하여 용융가스화로에 장입함에 따라, 용선 제조에 소요되는 석탄 소모량의 저감되는 것을 보여주고 있다, 이는 상기 용융가스화로에 대한 조업경험과 열분석에 의해 도출된 것으로서 괴성화된 환원철의 온도 100℃ 상승 당, 용선 1톤 생산시 소모되는 석탄 비가 20 kg 정도 저감되고 있음을 보여주고 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치 및 용철 제조 방법에 의하는 경우, 종래의 용철 제조 장치에 있어서는 폐기되고 있던 에너지를 회수, 및 사용하여 용융가스화로에서 석탄 소모량을 저감할 수 있게 된다.

이에 따라 분철광석을 직접 사용하는 용철 제조 장치의 조업 효율 개선 및 조업비용이 감소하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

1 : 고주파 발생기 2 : 전기도선
3 : 유도코일 4 : 커넥터
5 : 냉각수 공급관 6 : 냉각수 배출관
7 : 온도계 10 : 용융가스화로
12 : 환원가스라인 20 : 환원로
30 : 괴성화 장치 40 : 저장 빈
41 : 공급 빈 42 : 균배압 빈
43 : 장입 빈 50 : 유도가열장치
60 : 전력발생장치 61 : 고온집진장치
62 : 팽창터빈 63 : 발전기
64 : 변압기 70 : 이송장치
80 : 혼입장치

Claims

환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로;
상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 이용하여 분철광석을 분환원철로 제조하는 환원로;
상기 용융가스화로와 연결되어, 환원철을 용융가스화로로 제공하는 저장 빈; 및
상기 저장 빈에 설치되어 저장 빈 내부의 환원철에 열을 공급하는 열 공급 장치;를 포함하고,
상기 열 공급 장치는,
상기 저장 빈의 벽 내부에 매몰되어 있는 유도코일;
상기 유도코일로 인가되는 고주파 전력을 생산하는 고주파 발생기; 및
상기 유도코일과 상기 고주파 발생기를 전기적으로 연결하는 전기도선 및 커넥터;를 포함하는 것인,
용철 제조 장치.
제 1항에서,
상기 환원로에 연결되고, 상기 환원로에서 배출되는 분환원철을 괴성화하여 괴성화된 환원철을 상기 저장 빈으로 공급하는 괴성화 장치;를 더 포함하는 것인,
용철 제조 장치.
제 2항에서,
일단이 상기 괴성화 장치와 연결되고, 타단이 상기 저장 빈과 연결되어, 상기 괴성화 장치로부터 상기 저장 빈으로 괴성화된 환원철을 이송하는 이송장치;를 더 포함하는 것인,
용철 제조 장치.
제 3항에서,
상기 이송장치;와 연결되고, 상기 이송장치로 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질을 혼입하는 혼입장치;를 더 포함하는 것인,
용철 제조 장치.
삭제
삭제
제 1항에서,
상기 열 공급 장치는,
상기 유도코일의 일단에 연결되는 냉각수 공급관; 및
상기 유도코일의 타단에 연결되는 냉각수 배출관;을 더 포함하는 것인,
용철 제조 장치.
제 7항에서,
상기 냉각수 공급관; 및 상기 냉각수 배출관;은 전기가 통하지 않는 재질로 이루어진 것인,
용철 제조 장치.
제 1항에서,
상기 고주파 발생기와 연결되고,
상기 환원로 일단에서 배출되는 배가스의 에너지를 회수하여 전력을 생산하는 전력발생장치;를 더 포함하는 것인,
용철 제조 장치.
제 9항에서,
상기 전력발생장치는,
상기 환원로 일단과 연결되어, 상기 배가스 내의 더스트를 제거하는 고온집진장치;
상기 고온집진장치와 연결되어, 상기 더스트가 제거된 배가스를 팽창시켜 회전력을 발생시키는 팽창터빈;
상기 팽창터빈과 연결되어, 상기 회전력을 전기에너지로 전환하는 발전기; 및
일단이 상기 발전기와 연결되고, 타단이 상기 고주파 발생기에 연결되어, 전압을 조절하여 상기 고주파 발생기로 전기에너지를 공급하는 변압기;를 포함하는 것인,
용철 제조 장치.
제 3항에서,
상기 저장 빈은,
상기 이송장치와 연결되고, 상기 이송장치로부터 괴성화된 환원철을 공급받는 공급 빈;
상기 공급 빈과 연결되어 상기 공급 빈으로부터 괴성화된 환원철을 공급받는 균배압 빈; 및
일단이 상기 균배압 빈과 연결되고, 타단이 상기 용융가스화로와 연결되어, 상기 균배압 빈으로부터 공급받은 괴성화된 환원철을 용융가스화로로 공급하는 장입 빈;을 포함하는 것인,
용철 제조 장치.
제 11항에서,
상기 열 공급 장치는, 상기 균배압 빈에 설치되어, 균배압 빈 내부의 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 것인,
용철 제조 장치.
제 12항에서,
상기 균배압 빈은, 병렬로 위치하며, 각각의 일단이 상기 공급 빈과 연결되고 타단이 상기 장입 빈과 연결되는 복수의 균배압 빈으로 구성되는 것인,
용철 제조 장치.
철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계;
상기 환원철을 괴성화 하여, 괴성화된 환원철을 제조하는 단계;
상기 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 단계; 및
상기 열이 공급된 괴성화된 환원철 및 괴상 탄재를 용융가스화로로 공급하여 용철을 제조하고, 발생하는 환원 가스를 환원로로 공급하는 단계;를 포함하고,
상기 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 단계는
고주파 발생기로부터 발생되는 고주파 전력을 유도코일에 공급하여, 상기 유도코일을 흐르는 고주파 전력에 의해 환원철 자체가 가열되는 것인
용철 제조 방법.
삭제
제 14항에서,
상기 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 단계; 이전에,
상기 괴성화된 환원철에 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질을 혼입하는 단계;를 더 포함하는 것인,
용철 제조 방법.
제 16항에서,
상기 금속철 함유 물질 또는 탄소 함유 물질의 혼입량은,
상기 괴성화된 환원철의 총량 100중량%에 대하여, 5중량% 이하인 것인,
용철 제조 방법.
제 14항에서,
상기 괴성화된 환원철에 열을 공급하는 단계;는,
상기 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계;에서 발생한 배가스로부터 회수된 에너지를 에너지원으로 이용하는 것인,
용철 제조 방법.
제 18항에서,
상기 배가스로부터 회수된 에너지는,
상기 배가스의 팽창에 의해 발생한 에너지를 회전력으로 전환한 후, 상기 회전력을 전기에너지로 전환하여 전기에너지로 회수된 것인,
용철 제조 방법.
제 19항에서,
상기 회수된 전기에너지를, 유도가열을 위한 유도코일에 고주파 전력을 인가하는 고주파 발생기로 공급하는 것인,
용철 제조 방법.