KR102121909B1 - Method for preventing cohesion of ore in fluidized-bed reduction reactor, and the device - Google Patents

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Abstract

유동환원로 내 광석 응집 방지 장치 및 그 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치는, 분광을 환원가스와 접촉시켜 환원하는 다단의 유동환원로, 및 최종 유동환원로 내의 광석 입자의 표면에 광석 응집 방지 가스를 취입하기 위한 가스 취입관을 포함한다.Provided is an apparatus for preventing ore agglomeration in a flow reduction furnace and a method therefor. The apparatus for preventing ore agglomeration in a flow reduction furnace according to the present invention is a multi-stage flow reduction reactor that reduces spectroscopy by contacting with a reducing gas, and a gas blowing for blowing ore aggregation prevention gas to the surface of ore particles in the final flow reduction furnace Includes coffin.

Description

유동환원로 내 광석 응집 방지 방법 및 그 장치{METHOD FOR PREVENTING COHESION OF ORE IN FLUIDIZED-BED REDUCTION REACTOR, AND THE DEVICE}METHOD FOR PREVENTING COHESION OF ORE IN FLUIDIZED-BED REDUCTION REACTOR, AND THE DEVICE}

본 발명은 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for preventing ore agglomeration in a flow reduction reactor.

현재 전세계 철 생산량의 70% 정도가 14세기부터 개발된 고로법에 의해 생산되고 있다. Currently, about 70% of the world's iron production is produced by the blast furnace method developed since the 14th century.

고로 제선법은 소결공정을 거친 철광석과 유연탄을 원료로 하여 제조된 코크스 등을 고로에 같이 넣고 열풍을 불어 넣어 철광석을 환원 및 용융하여 용철을 제조하는 방법이다. The blast furnace manufacturing method is a method of manufacturing molten iron by reducing and melting iron ore by blowing hot air by putting coke, etc., made from iron ore and bituminous coal, which have undergone a sintering process, into a blast furnace.

현재까지도 용철생산 설비의 대부분을 차지하고 있는 고로 제선법은 반응형태와 특성상 일정 수준의 강도와 로 내의 통기성을 확보할 수 있는 입도를 가진 원료를 사용해야 한다.The blast furnace manufacturing method, which still occupies most of the molten iron production facilities, requires the use of raw materials having a certain level of strength and particle size to ensure air permeability in the furnace due to the reaction type and characteristics.

그러므로, 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로 특정 원료탄을 가공 처리한 코크스를, 철원으로 소결이라는 괴상화 공정을 거친 소결광에 대부분 의존하고 있다. Therefore, most of the coke treated with a specific raw coal as a carbon source used as a fuel and a reducing agent relies on a sintered ore that has undergone a lumping process called sintering with an iron source.

이에 따라, 고로 제선법은 고로 본체 이외에 코크스 제조설비 및 소결광 제조설비 등의 원료 예비처리설비가 반드시 동반되어야 한다. Accordingly, the blast furnace manufacturing method must be accompanied by raw material pretreatment facilities such as coke production facilities and sintered ore production facilities in addition to the blast furnace body.

또한, 상기 코크스 및 소결광 제조설비에서 발생하는 제반 환경오염 물질에 대한 환경오염 방지 시설의 설치가 필요하기 때문에 높은 투자비용을 필요로 하며 제조원가가 급격히 상승하는 문제점이 있다.In addition, since it is necessary to install an environmental pollution prevention facility for all environmental pollutants generated in the coke and sintered ore manufacturing facilities, there is a problem in that a high investment cost is required and manufacturing costs increase rapidly.

전술한 고로 제선법의 문제점 때문에 세계 각국에서는 연료 및 환원제로 일반탄을 사용하고, 철원으로는 전세계 광석 생산량의 80% 이상을 점유하는 분철광석을 직접 사용하여 용철을 제조하는 신제선 공정이 개시되어 있다. Due to the above-described problems of the blast furnace manufacturing method, a new manufacturing process for manufacturing molten iron is started in countries around the world using ordinary coal as a fuel and a reducing agent, and iron ore directly occupying 80% or more of the world's ore production as an iron source. have.

이러한 신제선 공정의 한 예로, 분상 및 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석을 직접 사용하는 용철제조장치 및 그 용철제조방법이 개시되어 있으며, 파이넥스(FINEX) 공정이라고도 한다. As an example of such a new steelmaking process, an apparatus for manufacturing molten iron directly using powdered and lumped ordinary coal and iron-containing ore and a method for manufacturing the molten iron are disclosed, and also referred to as a FINEX process.

용철제조장치는 분상의 철함유 광석 및 부원료를 고온의 환원가스와 접촉시켜 환원 및 소성하는 다단의 유동환원로; 유동환원로에서 배출되는 분 환원철을 괴성화하여 환원괴성체를 제조하는 괴성화 장치, 용융가스화로 등을 포함한다. The molten iron manufacturing apparatus includes a multi-stage flow reduction furnace for reducing and calcining the powdered iron-containing ore and auxiliary materials by contact with a hot reducing gas; It includes a compacting device for compacting the reduced iron discharged from the flow reduction furnace to produce a reduced agglomerate, a melt gasifier, and the like.

용융가스화로는 환원괴성체와 환원괴성체와 함께 석탄 충진층 상부로 장입되는 부원료를 가열, 용융 및 슬래깅화하여 용철 및 슬래그를 제조하고, 다단의 유동환원로에 분상의 철함유 광석 환원에 소요되는 환원가스로서 공급한다. The molten gasifier produces molten iron and slag by heating, melting and slagging the reduced agglomerate and the auxiliary material charged to the upper portion of the coal filling layer together with the reduced agglomerate to produce iron ore containing powdered iron in a multi-stage flow reduction furnace. Is supplied as reducing gas.

다단 유동환원로에서 배출되는 가스는 수집진 설비를 거쳐 냉각한 후, 일부를 분기하여 압축하고 CO2를 제거한 후, 용융가스화로에서 배출되는 고온의 환원가스와 혼합하여 다단의 유동환원로에 환원가스를 추가로 공급하기 위한 배가스 개질순환 장치가 마련되어 있다. After the gas discharged from the multi-stage flow reduction furnace is cooled through a collection facility, a portion is branched, compressed, and CO 2 is removed, and then mixed with a high-temperature reducing gas discharged from the melt gasification furnace and reduced to a multi-stage flow reduction furnace. Exhaust gas reforming circulation device for additional gas supply is provided.

배가스 개질순환 장치에서 CO2가 제거된 가스는 다단의 유동환원로에서 최 후단부에 해당하며 또한 환원가스가 직접 공급되는 최종환원로 전단에 공급되도록 구성된다. The gas from which CO 2 has been removed from the flue gas reforming circulation device is configured to be supplied to the front end of the final reduction reactor where the reducing gas is directly supplied to the rear end of the multi-stage flow reduction furnace.

이러한 파이넥스 공정은 원료 및 환경 측면에서 고로법의 당면한 문제들을 상당히 해결할 수 있지만 기술적 성숙도, 에너지효율 및 생산용량 측면에서 고로법에 비해 아직 상대적으로 열위하므로 지속적인 공정 및 설비기술 개선이 필요하다.Although this FINEX process can significantly solve the problems of the blast furnace method in terms of raw materials and the environment, it is still relatively inferior to the blast furnace method in terms of technical maturity, energy efficiency, and production capacity, so continuous process and facility technology improvement is needed.

다단의 유동환원로는 파이넥스 공정의 광석 예비환원의 역할을 담당하고 있는데, 용융가스화로의 원활한 조업 및 환원제 비용의 저감을 위해서는 유동환원로에서 약 70~80%의 예비 환원을 거친 후 용융가스화로에 공급되어야 한다. The multi-stage flow reduction reactor plays the role of preliminary reduction of the ore in the FINEX process. For smooth operation of the molten gasification furnace and reduction of the reducing agent cost, after approximately 70-80% of preliminary reduction in the flow reduction furnace, the molten gasification furnace Should be supplied to

그러나, 현재까지는 고환원율 조업에 따르는 유동환원로 분산판 막힘 현상이 발생하기 때문에 약 60% 및 그 이하의 환원율을 갖도록 조업 중에 있다.However, up to now, the flow reduction due to the high reduction rate operation causes a dispersion plate clogging phenomenon, and thus is in operation to have a reduction rate of about 60% or less.

고온 고환원율 조업 시 발생하는 유동환원로 분산판 막힘 현상은, 파이넥스 공정에서 사용하는 성형탄의 바인더 내 포함된 칼륨(K) 성분이 염소(Cl) 성분과 결합하여 생성되는 염화칼륨(KCl)에 의해 발생하는 것으로 파악되고 있다. The clogging of the dispersion plate due to the flow reduction that occurs during high-temperature high-reduction ratio operation is caused by potassium chloride (KCl) generated by the potassium (K) component contained in the binder of the coal briquettes used in the FINEX process combined with the chlorine (Cl) component. It is understood that.

염화칼륨(KCl)은 용융온도가 약 770℃로, 최종 유동환원로의 조업온도인 약 800℃를 달성하기 위한 가스 공급온도보다 낮아 환원가스 내에서 점성을 가진 액상으로 존재하며 최종 유동환원로의 분산판을 거치면서 광석입자와 함께 분산판 노즐을 막는 역할을 한다. Potassium chloride (KCl) has a melting temperature of about 770°C and is lower than the gas supply temperature to achieve the operating temperature of the final flow reduction furnace, which is lower than the gas supply temperature, and exists as a viscous liquid in the reducing gas and dispersed in the final flow reduction furnace. As it passes through the plate, it serves to block the nozzle of the dispersion plate with the ore particles.

따라서, 염화칼륨(KCl)에 의한 분산판 노즐 막힘 현상을 방지하기 위하여 유동환원로에 공급되는 환원가스의 온도를 750℃ 이하로 낮추어 조업하고 있으며, 안정적인 조업을 위해 최근까지는 690℃ 정도의 저온 환원가스를 공급하고 있다. Therefore, in order to prevent clogging of the nozzle of the dispersion plate due to potassium chloride (KCl), the temperature of the reducing gas supplied to the flow reduction furnace is lowered to 750°C or lower, and until a stable operation, until recently, a low temperature reducing gas of about 690°C Supply.

이러한 저온 환원가스로 인하여 최종 유동환원로의 로 내 온도도 함께 저하되어 초기의 로 내 온도는 800℃를 유지하였으나 최근에는 약 730~740℃ 정도의 조업을 통하여 약 55~60%의 환원율을 가지는 조업을 지속해오고 있었다. Due to this low-temperature reducing gas, the temperature in the furnace of the final flow reduction furnace was also lowered to maintain the initial furnace temperature of 800°C, but recently it has a reduction rate of about 55 to 60% through operation at about 730 to 740°C. The operation had continued.

지금까지도 유동환원로의 환원율을 올리기 위한 노력은 예비환원로의 베드 버너(bed burner) 가동 등으로 분산판 하부 온도를 올리지 않으면서 최종 유동환원로의 로 내 온도를 올리기 위한 방향으로 지속되어 왔으나 그 효과가 미미하다.Until now, efforts to increase the reduction rate of the fluidized-reduction furnace have been continued in the direction of raising the temperature in the furnace of the final fluidized-reduction furnace without raising the temperature of the lower portion of the dispersion plate by operating the bed burner of the preliminary reduction furnace. The effect is minimal.

최근 파이넥스 공정에서 사용하는 성형탄의 바인더 시스템을 개선하여 칼륨(K)의 함량을 극적으로 낮추는 것이 가능하여 유동환원로로 공급되는 환원가스의 온도를 서서히 상승시키고자 하는 시도가 이루어지고 있다. Recently, by improving the binder system of coal briquettes used in the FINEX process, it is possible to dramatically lower the content of potassium (K), and attempts have been made to gradually increase the temperature of the reducing gas supplied to the flow reduction furnace.

그러나, 광석의 환원율을 상승시키는 경우는 고온에 의해 유동환원로의 분산판 노즐이 막히는 현상 이외에 아래의 2가지 현상에 의한 또 다른 조업상의 문제점을 야기시킬 수 있다.However, when the reduction rate of the ore is increased, in addition to the phenomenon that the dispersion plate nozzle of the flow reduction furnace is blocked by high temperature, another operation problem may be caused by the following two phenomena.

첫번째 섬유상 금속철 및 광석입자 표면의 철층 성장에 의한 광석입자간 응집현상이 발생되며, 두번째 환원되는 금속에서 배출되는 산소에 의한 철피의 표면 부식층 형성 및 이에 따른 철피와 광석 입자 간 결합 현상이 발생된다. Agglomeration between ore particles occurs due to the growth of the iron layer on the surface of the fibrous metal iron and ore particles, and the formation of a surface corrosion layer of the iron shell by oxygen discharged from the metal to be reduced and the binding phenomenon between the iron shell and the ore particles. .

위 2가지 중 첫번째 문제점은 섬유상 금속철이 과도하게 생성되었을 경우 입자간의 응집현상이 발생하여 유동환원층 내 비유동화 현상을 야기할 수 있는 문제이다. The first problem among the above two is that when the fibrous metal iron is excessively formed, agglomeration between particles occurs, which may cause a non-fluidization phenomenon in the flow reduction layer.

두번째 문제점은 유동환원로 내 내화물로 덮이지 않은 철피 부분(분산판 상부 및 유동환원로 내부 싸이클론)에 먼저 광석이 결합되고, 결합된 이후에는 첫번째 문제점에서의 섬유상 금속철에 의한 입자간 결합이 일어나는 문제점이다. The second problem is that the ore is first bonded to the part of the shell that is not covered with refractory material in the flow reduction furnace (the upper part of the scattering plate and the cyclone inside the flow reduction furnace), and after bonding, the interparticle bonding by fibrous metal iron in the first problem It is a problem that occurs.

즉, 두번째 문제점은 철피 부분의 부착층 형성 및 성장의 문제점으로 볼 수 있다.That is, the second problem can be seen as a problem of formation and growth of the adhesion layer of the skin part.

이러한 이유 등으로 인하여 유동환원로 내 광석 입자간 및 철피와 광석입자 간 응집을 억제할 수 있는 방법이 절실히 필요한 상황이다. For this reason, there is an urgent need for a method of suppressing aggregation between ore particles and iron shells and ore particles in a flow reduction furnace.

본 발명은 기포 유동층 내 메탄(CH4) 가스를 취입하여 유동환원로 내부의 광석입자 간 응집을 방지할 수 있는 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.The present invention is to provide a method and apparatus for preventing ore agglomeration in a flow reduction reactor capable of preventing agglomeration between ore particles inside a flow reduction furnace by blowing methane (CH 4 ) gas in a bubble fluidized bed.

본 발명의 일 구현예에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치는, 일반탄 또는 분철광석을 이용한 용철 제조장치에서 분광을 환원가스와 접촉시켜 환원하는 다단의 유동환원로를 포함할 수 있다. The apparatus for preventing ore agglomeration in a flow reduction furnace according to an embodiment of the present invention may include a multi-stage flow reduction reactor that reduces spectroscopy by contacting with a reducing gas in a molten iron manufacturing apparatus using ordinary coal or iron ore.

또한, 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치는, 다단의 유동환원로 중 최종 유동환원로 내의 광석 입자의 표면에 광석 응집 방지 가스를 취입하기 위한 가스 취입관을 포함할 수 있다. In addition, the apparatus for preventing ore agglomeration in a flow reduction furnace may include a gas injection pipe for blowing ore agglomeration prevention gas to the surface of the ore particles in the final flow reduction furnace among the multi-stage flow reduction furnaces.

광석 응집 방지 가스는 메탄(CH4) 가스로 이루어지는 것일 수 있다. The ore agglomeration prevention gas may be made of methane (CH 4 ) gas.

광석 응집 방지 가스는 메탄 가스를 포함하고 있는 액화천연가스(LNG)로 이루어지는 것일 수 있다. The ore aggregation prevention gas may be made of liquefied natural gas (LNG) containing methane gas.

액화천연가스의 취입량은 최종 유동환원로 내에서 분해되어 발생되는 탄소의 양이 최종 유동환원로 내 광석량 대비 2wt% 이상이 되도록 설정되는 것일 수 있다. The intake amount of liquefied natural gas may be set such that the amount of carbon generated by decomposition in the final flow reduction furnace is 2 wt% or more compared to the amount of ore in the final flow reduction furnace.

가스 취입관은 다단의 유동환원로에서 최종 유동환원로에 광석을 이송하는 이송배관에 연결되는 것일 수 있다. The gas intake pipe may be connected to a transfer pipe for transporting ore from a multi-stage flow reduction furnace to a final flow reduction furnace.

가스 취입관은 최종 유동환원로 내에 직접 연결되는 것일 수 있다. The gas intake pipe may be directly connected to the final flow reduction furnace.

가스 취입관은 이송배관 하부에 연결되는 것일 수 있다. The gas injection pipe may be connected to the lower portion of the transfer pipe.

가스 취입관은 상기 최종 유동환원로에 방사상으로 복수개 연결되는 것일 수 있다. The gas injection pipe may be a plurality of radially connected to the final flow reduction furnace.

본 발명의 일 구현예에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법은, 일반탄 또는 분철광석을 이용한 용철제조방법에서 다단의 유동환원로를 이용하여 분광을 환원가스와 접촉시켜 환원하는 환원단계를 포함할 수 있다. The method for preventing ore agglomeration in a flow reduction furnace according to an embodiment of the present invention includes a reduction step of reducing spectroscopy by contacting with a reducing gas using a multi-stage flow reduction furnace in a molten iron manufacturing method using ordinary coal or iron ore can do.

또한, 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법은, 환원 단계의 다단의 유동환원로 중 최종 유동환원로 내의 광석 입자의 표면에 광석 응집 방지 가스를 취입하기 위한 가스 취입 단계를 포함할 수 있다. In addition, the method for preventing ore agglomeration in a fluidized-reduction furnace may include a gas injection step for injecting ore-agglomeration-preventing gas to the surface of the ore particles in the final fluidized-reduction furnace among the multi-stage flow reduction furnaces of the reduction step.

광석 응집 방지 가스는 메탄(CH4) 가스로 이루어지는 것일 수 있다. The ore agglomeration prevention gas may be made of methane (CH 4 ) gas.

광석 응집 방지 가스는 메탄 가스를 포함하고 있는 액화천연가스(LNG)로 이루어지는 것일 수 있다. The ore aggregation prevention gas may be made of liquefied natural gas (LNG) containing methane gas.

액화천연가스의 취입량은 최종 유동환원로 내에서 분해되어 발생되는 탄소의 양이 최종 유동환원로 내 광석량 대비 2wt% 이상이 되도록 설정되는 것일 수 있다. The intake amount of liquefied natural gas may be set such that the amount of carbon generated by decomposition in the final flow reduction furnace is 2 wt% or more compared to the amount of ore in the final flow reduction furnace.

가스 취입 단계는 다단의 유동환원로에서 최종 유동환원로로 광석을 이송하는 이송배관에 광석 응집 방지 가스를 취입하는 이송배관 내 취입 단계를 포함할 수 있다. The gas blowing step may include a blowing step in the transfer pipe for injecting ore agglomeration preventing gas into the transfer pipe for transferring the ore from the multi-stage flow reduction furnace to the final flow reduction furnace.

가스 취입 단계는 최종 유동환원로 내에 직접 광석 응집 방지 가스를 취입하는 유동환원로 내 취입 단계를 포함할 수 있다. The gas blowing step may include a blowing step in the flow reducing furnace that blows the ore agglomeration preventing gas directly into the final flow reducing furnace.

이송배관 내 취입 단계는 이송배관 하부에 가스를 취입하여 이루어지는 것일 수 있다. The injection step in the transfer pipe may be made by blowing gas under the transfer pipe.

유동환원로 내 취입 단계는 최종 유동환원로에 방사상으로 가스를 취입하여 이루어질 수 있다. The injection step in the fluidized-reduction furnace may be achieved by radially blowing gas into the final fluidized-reduction furnace.

본 발명의 구현예에 따르면, 고환원율 조업에 의한 최종 유동환원로 내 광석 입자간 응집 및 철피-입자간 응집은 최종 유동환원로 내부로 취입되는 천연가스의 메탄가스의 분해에 의한 입자표면에 약 2wt.% 정도의 탄소 도포로 억제할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the aggregation between ore particles and the iron-particle intergranularity in the final flow reduction furnace by the high reduction ratio operation is about the particle surface by the decomposition of methane gas of natural gas blown into the final flow reduction furnace. It can be suppressed by applying 2 wt.% of carbon.

또한, 원활한 고환원율 유동로 조업을 꾀할 수 있으며, 탄소도포를 목적으로 한 메탄(CH4) 가스의 분해 과정에서 발생하는 수소로 추가 환원을 얻을 수 있다. In addition, it is possible to operate a smooth high reduction rate flow furnace, and further reduction can be obtained with hydrogen generated in the decomposition process of methane (CH 4 ) gas for carbon application.

또한, 환원광 내 도포된 탄소로 인해 용융가스화로 내에서 직접 환원을 추가로 기대할 수 있으며, 환원 제비용의 저감에도 기여할 수 있다. In addition, due to the carbon applied in the reducing ore, it is possible to expect additional reduction directly in the molten gasifier, and also contribute to reduction of the reducing agent cost.

도 1은 일반적인 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철 제조 장치의 개략적인 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2의 일부 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법의 개략적인 구성도이다.
도 5는 광석이 환원되는 도중 발생되는 팽창(swelliing) 변화추이를 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 5에서 나타낸 팽창(Swelling)의 원인으로 파악되는 섬유상 금속철의 발생인자를 정리한 표이다.
도 7은 740℃ 분위기에서 분광석의 환원율에 따른 고온 전단력의 차이를 나타낸 그래프이다.
도 8은 740℃ 분위기에서 환원율 80%인 분광석 중 탄소함량에 따른 고온 전단력의 차이를 나타낸 그래프이다. 1 is a schematic overall configuration diagram of an apparatus for manufacturing molten iron using common general coal and iron ore.
2 is a schematic configuration diagram of a device for preventing ore aggregation in a flow reduction furnace according to an embodiment of the present invention.
3 is a partial plan view of FIG. 2.
4 is a schematic configuration diagram of a method for preventing ore aggregation in a flow reduction furnace according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a change in swelliing change that occurs during ore reduction.
FIG. 6 is a table summarizing the generation factors of the fibrous metal iron identified as the cause of swelling shown in FIG. 5.
7 is a graph showing the difference in the high temperature shear force according to the reduction rate of spectral stone in an atmosphere of 740°C.
8 is a graph showing the difference in high temperature shear force according to the carbon content in the spectral stone having a reduction rate of 80% in an atmosphere of 740°C.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. As those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can readily understand, the embodiments described below may be modified in various forms without departing from the concept and scope of the present invention. Where possible, the same or similar parts are indicated by the same reference numerals in the drawings.

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.The terminology used hereinafter is for reference only to specific embodiments and is not intended to limit the invention. The singular forms used herein also include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the meaning of “comprising” embodies certain properties, regions, integers, steps, actions, elements, and/or components, and other specific properties, regions, integers, steps, actions, elements, components, and/or groups It does not exclude the existence or addition of.

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.All terms including technical terms and scientific terms used hereinafter have the same meaning as those generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having meanings consistent with related technical documents and currently disclosed contents, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치의 개략적인 구성도이고, 도 3은 도 2의 일부 평면도이다.2 is a schematic configuration diagram of an apparatus for preventing ore aggregation in a flow reduction furnace according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a partial plan view of FIG. 2.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치는 일반탄 또는 분철광석을 이용한 용철 제조장치의 다단 유동환원로 내 고환원율 조업시 입자간 또는 철피와 입자간 응집을 억제하기 위한 것이다. 2 and 3, a device for preventing ore agglomeration in a flow reduction furnace according to an embodiment of the present invention is a particle-to-particle or steel shell during high reduction ratio operation in a multi-stage flow reduction furnace of a molten iron manufacturing apparatus using ordinary coal or powdered iron ore. To suppress aggregation between and particles.

이러한 광석 응집 방지 장치는, 분상의 철함유 광석 및 부원료를 고온의 환원가스와 접촉시켜 환원 및 소성하는 다단의 유동환원로(2a, 2b, 2c)를 포함할 수 있다. The apparatus for preventing ore agglomeration may include multi-stage flow reduction furnaces 2a, 2b, and 2c for reducing and calcining the powdered iron-containing ore and auxiliary materials by contact with a hot reducing gas.

다단의 유동환원로(2a, 2b, 2c) 중 최종 유동환원로(2a) 내의 광석 입자의 표면에 광석 응집 방지 가스를 취입하기 위한 가스 취입관(20a, 20b)을 포함할 수 있다. Gas injection pipes 20a and 20b for blowing ore agglomeration preventing gas to the surface of the ore particles in the final flow reduction furnace 2a of the multi-stage flow reduction furnaces 2a, 2b, and 2c may be included.

가스 취입관(20a, 20b)에 취입되는 광석 응집 방지 가스는 최종 유동환원로(2a) 내의 광석 입자의 표면에 크래킹(cracking) 현상에 의해 발생되는 고체 탄소를 도포할 수 있도록 메탄(CH4) 가스 등으로 이루어질 수 있다. The gas for preventing ore aggregation from being blown into the gas injection pipes 20a and 20b is methane (CH 4 ) so that solid carbon generated by cracking may be applied to the surface of the ore particles in the final flow reduction furnace 2a. Gas or the like.

가스 취입관(20a, 20b)에 취입되는 광석 응집 방지 가스는, 메탄 가스를 포함하고 있는 액화천연가스(LNG) 등으로 이루어질 수 있다. The ore agglomeration prevention gas injected into the gas injection pipes 20a and 20b may be made of liquefied natural gas (LNG) or the like containing methane gas.

광석 응집 방지 가스가 액화천연가스로 이루어지는 경우, 최종 유동환원로 내에서 분해되어 발생되는 탄소의 양이 최종 유동환원로 내 광석량 대비 2wt% 이상이 되도록 액화천연가스의 취입량이 설정될 수 있다. When the ore agglomeration prevention gas is made of liquefied natural gas, the amount of liquefied natural gas can be set so that the amount of carbon generated by decomposition in the final flow reduction furnace is 2 wt% or more compared to the amount of ore in the final flow reduction furnace.

가스 취입관(20a)은 예비 유동환원로(2b)에서 최종 유동환원로(2a)로 광석을 이송하는 이송배관(5c)에 연결될 수 있다. The gas intake pipe 20a may be connected to a transfer pipe 5c for transporting ore from the preliminary flow reduction path 2b to the final flow reduction path 2a.

도 2에서 이송배관(5c)은 예비 유동환원로(2b)와 최종 유동환원로(2a) 사이에 1개만 도시되어 있지만, 2개 이상 연결될 수 있음은 물론이다. In FIG. 2, only one transfer pipe 5c is shown between the preliminary flow reduction path 2b and the final flow reduction path 2a, but it can be connected to two or more.

가스 취입관(20b)은 최종 유동환원로(2a) 내 광석의 표면에 균일한 탄소 도포가 이루어질 수 있도록 다단의 유동환원로 중 최종 유동환원로(2a) 내에 직접 연결될 수 있다. The gas inlet pipe 20b may be directly connected in the final flow reduction path 2a among the multi-stage flow reduction paths so that uniform carbon coating may be applied to the surface of the ore in the final flow reduction path 2a.

또한, 가스 취입관(20a, 20b)은 예비 유동환원로(2b)에서 최종 유동환원로(2a)로 광석을 이송하는 이송배관(5c), 및 최종 유동환원로(2a) 내에 모두 연결될 수 있다. In addition, the gas injection pipes 20a and 20b may be connected to both the transfer pipe 5c for transporting ore from the preliminary flow reduction path 2b to the final flow reduction path 2a, and the final flow reduction path 2a. .

가스 취입관(20a)은 최종 유동환원로(2a) 내 광석의 표면에 균일한 탄소 도포가 이루어질 수 있도록 이송배관(5c) 하부에 연결될 수 있다. The gas injection pipe 20a may be connected to the lower portion of the transfer pipe 5c so that uniform carbon coating may be applied to the surface of the ore in the final flow reduction furnace 2a.

또한, 가스 취입관(20b)은 최종 유동환원로(2a) 내 광석 응집 방지 가스가 균일하게 취입될 수 있도록 최종 유동환원로(2a)에 방사상으로 복수개 연결될 수 있다. Further, the gas inlet pipe 20b may be radially connected to the final flow reducing furnace 2a so that the ore agglomeration preventing gas in the final flow reducing furnace 2a can be uniformly blown.

가스 취입관(20b)은 최종 유동환원로(2a) 내 광석 응집 방지 가스가 보다 균일하게 취입될 수 있도록 최종 유동환원로(2a) 하부에 일정한 간격으로 연결될 수 있다. The gas intake pipe 20b may be connected at regular intervals below the final flow reduction furnace 2a so that the ore aggregation prevention gas in the final flow reduction furnace 2a can be more uniformly blown.

도 3에서 가스 취입관(20b)은 최종 유동환원로(2a) 하부 외측면에 방사상으로 4개가 설치된 경우를 도시하고 있지만, 4개 이하 또는 4개 이상 설치될 수 있음은 물론이다. In FIG. 3, the gas inlet pipe 20b shows a case in which four are installed radially on the lower outer surface of the final flow reduction furnace 2a, but it is of course possible to install four or less or four or more.

도 1을 참고하면, 용융가스화로(1)에서 발생된 고온의 환원가스는 환원가스 공급용 도관(3a, 3b, 3c)을 통해 최종 유동환원로(2a), 예비 유동환원로(2b), 및 예열 유동환원로(2c)를 거쳐 배출 가스로서 공정을 빠져나간다. Referring to Figure 1, the high-temperature reducing gas generated in the molten gasification furnace 1 is a final flow reduction path 2a, a preliminary flow reduction path 2b through conduits 3a, 3b, and 3c for reducing gas supply, And exiting the process as exhaust gas via a preheating flow reduction furnace 2c.

이와 동시에 기송설비(4)에 의해 공정 내로 장입되는 원료는 기송(pneumatic conveying) 방식의 원료 장입 도관(5a, 5b, 5c)을 통하여 예열 유동환원로(2c), 예비 유동환원로(2b), 및 최종 유동환원로(2a)를 통과하면서 분환원철로 환원된다. At the same time, the raw materials charged into the process by the air transport facility 4 are preheated flow reduction paths 2c, preliminary flow reduction paths 2b, through pneumatic conveying raw material charging conduits 5a, 5b, 5c. And reduced to reduced iron while passing through the final flow reduction furnace 2a.

그리고, 최종 유동환원로(2a)에서 생산된 분환원철은 괴성화 설비(7, 8)를 통해 용융가스화로(1)에 장입가능한 입도로 괴성화된 후, 성형탄과 괴성광의 혼합장입 설비(9)를 거쳐 용융가스화로(1)로 장입된다. Then, the powdered iron produced in the final flow reduction furnace 2a is compacted to a particle size that can be charged to the molten gasification furnace 1 through the compacting facilities 7 and 8, and then a mixed charging facility for coal briquettes and compacted light (9 ) And charged to the molten gasifier (1).

용융가스화로(1)에서 발생된 환원가스는 최종 유동환원로(2a)를 제외한 나머지 유동환원로(2b, 2c)에 공급되기 전 잃어버린 열을 보상받기 위해 가스 승온용 버너(6)를 통해 승온된다. The reducing gas generated in the molten gasification furnace 1 is heated through the gas heating burner 6 to compensate for the heat lost before being supplied to the remaining fluidization reactors 2b and 2c except for the final flow reduction furnace 2a. do.

유동환원로(2c)에서 배출된 배출 가스는 배출관(3d)를 통하여 열교환기(16)로 배출되고, 배출 가스의 열을 이용하여 스팀을 생산하는 열교환기(16)와 건식집진 설비(17)를 거쳐 수집진 설비(13)를 통해 제진 및 냉각을 거쳐 배출된다. The exhaust gas discharged from the flow reduction furnace 2c is discharged to the heat exchanger 16 through the discharge pipe 3d, and the heat exchanger 16 and the dry dust collecting facility 17 to produce steam by using heat of the exhaust gas It is discharged through dust removal and cooling through the collected equipment 13 through.

이와 같이 제진 및 냉각된 배출 가스는 계외로 배출되기 전 일부 가스를 CO2 제거기(14)를 통과시켜 CO2를 제거하고, CO2가 제거된 가스는 용융가스화로(1)에 다시 공급하고, 제거된 CO2(15)는 외부로 배출한다. The exhaust gas cooled and dedusted as described above removes CO 2 by passing some gas through the CO 2 remover 14 before being discharged out of the system, and the CO 2 removed gas is supplied to the molten gas furnace 1 again, The removed CO 2 (15) is discharged to the outside.

CO2 제거기(14)을 통과하지 않고 계외로 배출되는 배출 가스는 배출 가스가 가진 압력을 이용한 노정압발전기(18)를 통해 전력을 생산한 후 발전소(19)에서 연소된다.The exhaust gas discharged to the outside of the system without passing through the CO 2 eliminator 14 is burned in the power plant 19 after producing electric power through the steady pressure generator 18 using the pressure of the exhaust gas.

도 1에서 미설명된 도면부호 10은 용융가스화로(1)에 투입되는 산소를 가리키며, 도면부호 10은 용융가스화로(1)에서 배출되는 용선을 가리키며, 도면부호 12는 용융가스화로(1)에 장입되는 성형탄을 가리킨다. Reference numeral 10 not described in FIG. 1 denotes oxygen input to the molten gasifier 1, reference numeral 10 denotes molten iron discharged from the molten gasifier 1, reference numeral 12 denotes a molten gasifier 1 It refers to the briquettes that are charged to.

또한, 도 5는 환원되는 광석입자의 팽창 정도를 도시하고 있다. In addition, Figure 5 shows the degree of expansion of the ore particles to be reduced.

광석입자는 환원되면서 부피팽창을 하게 되는데, 이 부피팽창은 열에 의한 팽창 및 섬유상 금속철의 생성에 의한 팽창으로 구분할 수 있다. CO 가스에 의한 일반적인 철광석의 환원반응은 아래와 같다.The ore particles undergo volume expansion as they are reduced, and this volume expansion can be divided into expansion due to heat and generation of fibrous metallic iron. The reduction reaction of common iron ore by CO gas is as follows.

Step 1: 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2 Step 1: 3Fe 2 O 3 + CO → 2Fe 3 O 4 + CO 2

Step 2: Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2Step 2: Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2

Step 3: FeO + CO → Fe + CO2 Step 3: FeO + CO → Fe + CO 2

위의 반응은 순서대로 일어나기는 하지만, 광석입자의 표면 및 내부에 따라 환원 정도가 다르기 때문에 정확히 순서대로 발생하는 것은 아니다. Although the above reactions occur in order, they do not occur in exactly order because the degree of reduction varies depending on the surface and inside of the ore particles.

일반적으로 헤머타이트[hematite(Fe2O3)]에서 마그네타이트[magnetite(Fe3O4)]로의 환원율은 약 11%에 이르며, 마그네타이트에서 위스타이트[wustite(FeO)]로의 환원율은 약 33%까지 이른다. In general, the reduction rate from hematite [hematite(Fe 2 O 3 )] to magnetite [magnetite(Fe 3 O 4 )] reaches about 11%, and the reduction rate from magnetite to wustite (FeO) up to about 33%. To come.

또한, 33% 이상의 환원율에서는 금속화가 진행되게 된다(FeO → metallic Fe). In addition, metalization proceeds at a reduction rate of 33% or more (FeO → metallic Fe).

즉, 환원율 33%가 금속화율 0%에 해당하며 환원율 100%는 금속화율 100%와 같다.That is, a reduction rate of 33% corresponds to a metallization rate of 0%, and a reduction rate of 100% is equal to a metallization rate of 100%.

전술한 섬유상 금속철은 광석이 금속화 될 때 발생하는 것으로 환원율 33% 이하에서는 생성되지 않는다. The above-mentioned fibrous metal iron is generated when the ore is metallized, and is not generated at a reduction rate of 33% or less.

파이넥스 공정에서 분광석의 금속화는 최종 유동환원로에서 대부분 발생하고 있으며, 로 내 온도가 일정하게 유지되고 있기 때문에 분광석이 예비 유동환원로에서 최종 유동환원로로 장입된 직후를 제외하고는 광석온도가 일정하게 유지된다. In the FINEX process, the metallization of the spectral ore occurs mostly in the final flow reduction furnace, and since the temperature in the furnace is kept constant, the ore is excluded immediately after being charged from the preliminary flow reduction furnace to the final flow reduction furnace. The temperature is kept constant.

이 때문에 도 5에서 부피 팽창곡선은 온전히 섬유상 금속철에 의한 부피팽창으로 봐도 무방하다.For this reason, the volume expansion curve in FIG. 5 may be viewed entirely as volume expansion by fibrous metal iron.

도 5에 도시된 바와 같이, 광석입자의 환원 중 부피팽창(=섬유상 금속철 생성)은 점차 증가하다가 약 60~70%의 환원율 구간에서 최대로 팽창하고 그 이후 수축하는 것을 볼 수 있다. As shown in FIG. 5, it can be seen that during the reduction of ore particles, the volume expansion (=fibrous metallic iron) gradually increases, and then expands to a maximum in a reduction rate section of about 60 to 70% and contracts thereafter.

이는 약 60~70%의 환원율일 때 섬유상 금속철이 최대 성장한다고 볼 수 있으며, 이 환원율 구간에 있는 광석이 가장 응집력이 높다고 할 수 있다. It can be seen that the fibrous metal iron grows maximum when the reduction rate is about 60-70%, and it can be said that the ore in this reduction rate section has the highest cohesion.

단, 응집 강도에 있어서는 이후 발생되는 수축구간에서 섬유상 금속철 간 금속철의 상호확산으로 인해 소결(Sintering) 강도가 발현된다고 할 수 있다. However, in the cohesive strength, it can be said that the sintering strength is expressed due to the mutual diffusion of the metallic iron between the fibrous metallic iron in the shrinkage section that is generated later.

조업에서 목표로 하고 있는 환원율은 약 65% 수준으로 섬유상 금속철이 최대한 성장하는 범위에 있다.The reduction rate targeted for the operation is about 65%, which is within the range where the fibrous metallic iron grows as much as possible.

도 6은 전술한 섬유상 금속철의 생성 정도에 영향을 주는 인자들을 정리한 표이다. 6 is a table summarizing the factors affecting the degree of formation of the fibrous metal iron described above.

표에 나타낸 바와 같이, 환원온도가 높을수록, 환원가스 조성 중 황(sulfur) 함량이 높을수록, 환원속도가 빠를수록, 외부 양이온 중 Ca2+, Na2+, K+의 첨가량이 높을수록, Grain 입경이 작을수록, 가스산화도가 낮을수록 섬유상 금속철의 생성이 촉진된다.As shown in the table, the higher the reduction temperature, the higher the sulfur content in the composition of the reducing gas, the faster the reduction rate, the higher the amount of Ca2+, Na2+, K+ in the external cations, the smaller the grain size , The lower the gas oxidation degree, the more the production of fibrous metallic iron is promoted.

전술한 고환원율에 의한 입자간 응집을 방지하는 방법은 유동환원로 내 MgO 또는 CaO 등의 불활성(Inert) 물질을 혼합하는 방법, 및 고체탄소분말을 혼합하는 방법이 가장 널리 알려진 방법이다. The above-described method for preventing intergranular aggregation due to the high reduction rate is a method of mixing an inert material such as MgO or CaO in a flow reduction furnace, and a method of mixing a solid carbon powder.

이 때문에 MgO, CaO 파우더(powder)를 마이크로피딩(microfeeding) 방식으로 유동환원로에 투입하거나, 환원가스 배관에 CDQ(Coke Dry Quenching) 분말을 기송장입하여 유동환원로에 투입하는 방법 등을 시도해왔다.For this reason, attempts have been made to inject MgO and CaO powder into the flow reduction furnace by microfeeding, or to input CDQ (Coke Dry Quenching) powder into the reduction gas piping into the flow reduction reactor. .

그러나, 극미분 물질의 특성상 정량투입이 곤란했고, 환원가스 공급배관을 통해 CDQ를 기송취입하는 방법은 염화칼륨(KCl)의 점착 특성에 의해 유동환원로 분산판 노즐을 통과하는 극미분 물질의 양이 늘어나 분산판 노즐 막힘 현상을 가중시키는 역효과가 발생하였다. However, due to the nature of the extremely fine material, it was difficult to quantitatively inject, and the method of feeding and transporting CDQ through the reducing gas supply pipe is due to the adhesion property of potassium chloride (KCl), which causes the amount of the ultrafine material to pass through the dispersion plate nozzle to flow reduction. The adverse effect of increasing the weight of the dispersion plate nozzle clogging occurred.

그 외에, 유동환원로 내 극미분 함량이 증가함에 따른 재비산율 증가, 유동성 악화 등도 전술한 시도를 지속하지 못하게 한 원인이 되었다.In addition, an increase in the re-scattering rate and deterioration of fluidity due to the increase in the amount of ultrafine powder in the fluidized-reducing furnace also contributed to the failure to continue the aforementioned attempts.

도 7은 환원율에 따른 입자의 고온전단력 변화를 보여주고 있다. 도 7에서 가로축의 σc는 하중(load)을 가리키고, 세로축의 σ1은 마찰력을 가리킨다. Figure 7 shows the change in the high-temperature shearing force of the particles according to the reduction rate. In FIG. 7, σ c on the horizontal axis indicates load, and σ 1 on the vertical axis indicates friction.

도 5에서 이미 설명한 바와 같이, 광석 입자간 응집은 금속화 중 발생하는 섬유상 금속철에 의해 발생하는데, 입자 표면에 미세한 섬유상 금속철이 생성되면 입자 간 마찰력이 증가하게 된다. As already described in FIG. 5, agglomeration between ore particles is caused by fibrous metal iron generated during metallization. When fine fibrous metal iron is formed on the particle surface, friction between particles increases.

도 7에 나타낸 바와 같이, 환원율이 높은 경우(RD 73%)에는 그 전단력이 도표상의 Cohesive 영역에 있으며, 환원율이 낮아짐에 따라 전단력이 낮아져 환원된 광석입자가 환원율에 따라 cohesive에서 easy-flowing, free-flowing 영역에 가까워짐을 보여주고 있다. As shown in FIG. 7, when the reduction rate is high (RD 73%), the shear force is in the cohesive region of the diagram, and the shear force is lowered as the reduction rate decreases, so that the reduced ore particles are easy-flowing, free in cohesive according to the reduction rate. -It shows that it is getting closer to the flowing area.

측정에 사용된 다양한 환원율의 입자 중 환원율 60%에 해당하는 입자가 현재 파이넥스의 최종 유동환원로에서 얻을 수 있는 환원율임을 감안한다면 환원율이 더 증가했을 때도 60% 환원율의 입자가 보여주는 전단력 범위를 넘어서지 않는다면 현재 수준의 조업이 가능하다는 점을 알 수 있다.Considering that the particles corresponding to the reduction rate of 60% among the particles of various reduction rates used in the measurement are the reduction rates that can be obtained in the final flow reduction furnace of FINEX, if the reduction rate is further increased, it does not exceed the shear force range indicated by the particles of the 60% reduction rate. It can be seen that the current level of operation is possible.

도 8에서 가로축의 σc는 하중(load)을 가리키고, 세로축의 σ1은 마찰력을 가리킨다.In FIG. 8, σ c on the horizontal axis indicates load, and σ 1 on the vertical axis indicates friction.

도 8은 환원율 80%를 보이는 분광석 중 탄소함량의 변화에 따른 전단력 변화를 보여주고 있다. 8 shows a change in shear force according to a change in the carbon content in the spectral stone showing a reduction rate of 80%.

도 8에서 Standard로 표시된 입자는 도 7에서 설명했던 환원율 60% 광석입자의 데이터와 같은 데이터이며, 탄소함량에 따른 광석입자의 전단력으로 조업상황을 가늠해 볼 수 있는 기준 데이터로 설정되었다. The particles marked as Standard in FIG. 8 are the same data as the reduction rate of 60% ore particles described in FIG. 7, and were set as reference data to measure the operation status by shear force of the ore particles according to the carbon content.

도 8에 도시된 바와 같이, 탄소함량 1%는 very cohesive 영역에 있으며, 탄소함량 2% 이상부터 기준을 삼은 환원율 60% 입자의 전단력에 근접함을 알 수 있다.As shown in FIG. 8, it can be seen that 1% of the carbon content is in a very cohesive region, and close to the shearing force of the 60% particles based on a reduction rate from 2% or more of the carbon content.

탄소함량이 그 이상 증가하게 되면 환원율이 낮은 광석입자의 전단력을 측정했을 때와 마찬가지로 전단력이 점차 감소함을 알 수 있다. It can be seen that when the carbon content increases further, the shear force gradually decreases as in the case of measuring the shear force of the ore particles having a low reduction rate.

즉, 탄소함량에 따라 광석 입자 간 마찰력이 감소하고 있다고 볼 수 있다.That is, it can be seen that the friction between ore particles is decreasing according to the carbon content.

이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치의 작동에 대해서 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 2 and 3, the operation of the apparatus for preventing ore aggregation in a flow reduction furnace according to an embodiment of the present invention will be described.

액화천연가스(LNG)는 가스상으로 최종 유동환원로(2a)에 취입되기 때문에 고체분말을 유동환원로에 취입하는 경우처럼 록 호퍼(Lock Hopper) 시스템 또는 마이크로피딩(microfeeding) 장치를 갖추지 않아도 용이하게 로 내 취입이 가능하다. Because liquefied natural gas (LNG) is blown into the final flow reduction furnace 2a in the gas phase, it is easy to install a solid powder into the flow reduction furnace without having a lock hopper system or a microfeeding device. As I can blow it.

도 2에 도시된 바와 같이, 액화천연가스(LNG)를 최종 유동환원로(2a) 내부의 광석 표면에 탄소석출이 용이하도록 두 가지 취입 경로를 마련하고 있다. As shown in FIG. 2, two blow paths are provided to facilitate the precipitation of liquefied natural gas (LNG) on the surface of the ore inside the final flow reduction furnace 2a.

즉, 첫번째 취입 경로는 가스 취입관(20a)을 이용하여 예비 유동환원로(2b)에서 최종 유동환원로(2a)로 광석의 이송배관(5c) 내 액화천연가스(LNG)를 투입하는 경우이다. That is, the first blowing path is a case in which liquefied natural gas (LNG) in the ore transfer pipe 5c is introduced from the preliminary flow reduction path 2b to the final flow reduction path 2a using the gas injection pipe 20a. .

이 경우 석출된 탄소가 광석 입자에 고루 도포될 가능성이 높지만 최종 유동환원로(2a)의 압력이 예비 유동환원로(2b)의 압력보다 높기 때문에 취입된 액화천연가스가 분해되기 전 예비 유동환원로(2b)로 흘러 들어가는 현상이 발생될 수 있다. In this case, the precipitated carbon is more likely to be evenly applied to the ore particles, but the pressure of the final flow reduction furnace 2a is higher than that of the preliminary flow reduction furnace 2b, so that the blown liquefied natural gas is decomposed before it is decomposed. The phenomenon of flowing into (2b) may occur.

이러한 현상이 발생되지 않도록 하기 위하여, 가스 취입관(20a)은 광석의 이송배관(5c) 중 광석이 흐르는 이송배관(5c) 하부에 연결하여 최종 유동환원로(2a) 근처에서 액화천연가스(LNG)를 취입하는 것이다. In order to prevent this phenomenon from occurring, the gas intake pipe 20a is connected to the lower portion of the transfer pipe 5c through which the ore flows among the transfer pipes 5c of the ore to liquefy natural gas (LNG) near the final flow reduction path 2a. ).

또한, 두번째 취입 경로는 가스 취입관(20b)를 이용하여 최종 유동환원로(2a) 내 유동층에 직접 액화천연가스(LNG)를 취입하는 경우이다. In addition, the second injection path is a case in which liquefied natural gas (LNG) is directly injected into the fluidized bed in the final flow reduction furnace 2a using the gas injection pipe 20b.

가스 취입관(20a)을 이용하는 첫번째 경우와 마찬가지로, 균일한 탄소석출 및 도포를 기대할 수 있지만, 액화천연가스(LNG) 취입에 의한 유동 방해를 일으킬 수 있다. As in the first case using the gas injection pipe 20a, uniform carbon deposition and application can be expected, but it may cause flow disturbance due to the injection of liquefied natural gas (LNG).

그러나, 환원율 증대 효과를 얻기 위해 예비 유동환원로(2b)에 마련된 베드 버너(bed burner)의 조업 실적 등을 고려했을 때 가스 취입관(20a)과 가스 취입관(20b)의 2군데 모두에서 액화천연가스를 취입할 수 있다. However, considering the operating performance of the bed burner provided in the preliminary flow reduction furnace 2b in order to obtain an effect of increasing the reduction rate, liquefaction occurs in both of the gas intake pipe 20a and the gas intake pipe 20b. Natural gas can be blown.

가스 취입관(20b)은 최종 유동환원로(2a)의 외측면에 일정한 간격으로 방사상으로 연결하여 최종 유동환원로(2a) 내에 액화천연가스를 균등하게 취입할 수 있다.The gas inlet pipe 20b may be radially connected to the outer surface of the final flow reduction furnace 2a at regular intervals to equally blow liquefied natural gas into the final flow reduction furnace 2a.

또한, 광석 입자간 응집 방지 방법 중 하나인 극미분 불활성(inert) 물질 또는 CDQ(Coke Dry Quenching) 분말 등의 유동환원로 투입은 설비 및 조업상 어려움이 따르므로 본 발명에서는 가스상으로 존재하는 메탄(CH4)을 유동환원로 내 직접 투입한다. In addition, since the introduction of a flow reduction furnace such as an extremely fine inert material or a CDQ (Coke Dry Quenching) powder, which is one of methods for preventing aggregation between ore particles, is difficult in terms of equipment and operation, the present invention provides methane (Gas) in the gas phase. CH 4 ) is injected directly into the flow reduction reactor.

즉, 본 발명의 실시예는 온도에 의한 메탄(CH4) 가스 분해 시 발생하는 고체탄소의 광석 표면 흡착효과를 유발하여 입자 간 응집을 억제하기 위한 것이다. That is, the embodiment of the present invention is to suppress the aggregation between particles by inducing the ore surface adsorption effect of solid carbon generated when decomposing methane (CH 4 ) gas by temperature.

메탄(CH4) 가스가 온도에 의해 분해되는 반응은 아래와 같다.The reaction in which methane (CH 4 ) gas is decomposed by temperature is as follows.

CH4(g)→ C(s) + 2H2(g)CH 4 (g)→ C(s) + 2H 2 (g)

위 분해 반응에서 발생되는 고체탄소는 최종 유동환원로(2a) 내부의 광석입자 표면 및 철피 표면을 매개로 하여 발생되기 때문에, 입자 표면에 균일하게 도포되는 효과를 가지고 있다.Since the solid carbon generated in the above decomposition reaction is generated through the ore particle surface and the iron surface inside the final flow reduction furnace 2a, it has the effect of being uniformly applied to the particle surface.

또한, 실제 투입되는 가스는 메탄(CH4) 가스가 아니라 메탄(CH4) 가스를 다량 함유하고 있는 천연가스를 투입하게 되는데, 투입대상이 되는 천연가스(LNG)의 조성은 아래 표와 같다.In addition, the composition of the actual to be introduced gas is methane (CH 4) gas as methane (CH 4) natural gas (LNG) that there is to contain a gas large quantities and added to the natural gas which, In the target is shown in the table below.

CH4 CH 4 C2H6 C 2 H 6 C3H8 C 3 H 8 i-C4H10 iC 4 H 10 n-C4H10 nC 4 H 10 i-C5H12 iC 5 H 12 N2 N 2 96.538wt.%96.538wt.% 2.431wt.%2.431wt.% 0.577wt.%0.577wt.% 0.105wt.%0.105wt.% 0.130wt.%0.130wt.% 0.020wt.%0.020wt.% 0.198wt.%0.198wt.%

참고로 위 성분 데이터는 본 발명의 실시예에 사용되는 천연가스(LNG)를 분석한 결과이다. For reference, the above component data is a result of analyzing natural gas (LNG) used in the examples of the present invention.

도 8의 그래프에서 보듯이 천연가스(LNG) 중 메탄(CH4) 가스의 열 분해에 의한 탄소석출량이 유동환원로 내 광석 대비 2 wt.% 이상이 되면 최소한의 조업을 위한 입자간 마찰력을 보일 것으로 예상된다. As shown in the graph of FIG. 8, when the carbon precipitation amount by thermal decomposition of methane (CH 4 ) gas in natural gas (LNG) becomes 2 wt.% or more compared to the ore in the flow reduction furnace, the friction between particles for minimal operation is shown. Is expected.

발명예 1과 발명예 2의 생산량이 서로 다르기 때문에 2wt.%에 해당하는 탄소량도 서로 다르므로, 탄소함량에 따른 발명예 1과 발명예 2의 천연가스 취입량은 [표 2]와 같다.Since the production amounts of Inventive Example 1 and Inventive Example 2 are different, the amount of carbon corresponding to 2 wt.% is also different, so the natural gas injection amount of Inventive Example 1 and Inventive Example 2 according to the carbon content is shown in [Table 2].

Figure 112017129339717-pat00001
Figure 112017129339717-pat00001

소요 천연가스(LNG)량은 탄소석출량 2wt.%를 기준으로 했을 때 발명예 1의 경우 시간 당 약 8,000m3, 발명예 2의 경우 시간 당 약 11,000m3의 천연가스(LNG)가 소요된다. The amount of natural gas (LNG) required is about 8,000 m 3 per hour for Inventive Example 1 , and about 11,000 m 3 per hour for Inventive Example 2 , based on the carbon deposition amount of 2 wt.%. do.

천연가스(LNG)를 하나의 취입구로 취입할 경우에는 취입량이 과다한 면이 있으므로, 가스 취입관(20a)을 이용하는 취입하는 경우에는 2개 마련되어 있는 광석의 이송배관(5c)에 분배하여 취입을 행할 수 있다. When the natural gas (LNG) is blown through a single inlet, there is an excessive amount of blown in. In case of blowing in using the gas blown pipe 20a, it is distributed to two ore transport pipes 5c provided to perform blowing. Can be.

또한, 가스 취입관(20b)을 이용하여 최종 유동환원로(2a)에 직접 취입하는 경우에는, 방사형으로 4군데 이상 분배하여 취입할 수 있다.In addition, in the case of directly blowing into the final flow reduction furnace 2a using the gas blowing pipe 20b, it can be injected by dispensing four or more radially.

그리고, 탄소도포에 의한 응집방지 효과 이외에 메탄(CH4) 가스가 탄소와 수소로 분리됨에 따라 발생되는 수소에 의한 추가 환원증대도 기대할 수 있다. In addition, in addition to the effect of preventing agglomeration due to carbon coating, additional reduction by hydrogen generated as methane (CH 4 ) gas is separated into carbon and hydrogen can be expected.

또한, 탄소가 도포된 광석으로 제조되는 염화수소(HCI)의 탄재 내장 효과로 용융환원로에서의 직접 환원을 기대할 수 있다. In addition, direct reduction in a molten reduction furnace can be expected due to the carbonaceous material embedding effect of hydrogen chloride (HCI) made of ore coated with carbon.

이와 같은 효과로 인하여, 파이넥스 공정의 환원 제비용도 저감할 수 있다.Due to this effect, the cost of the reducing agent in the FINEX process can also be reduced.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법의 개략적인 구성도이다.4 is a schematic configuration diagram of a method for preventing ore aggregation in a flow reduction furnace according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법은 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치에서 설명한 사항과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.The method for preventing ore agglomeration in a flow reduction furnace according to an embodiment of the present invention is the same as that described in the apparatus for preventing ore agglomeration in a flow reduction furnace according to an embodiment of the present invention, except as specifically described below. It will be omitted.

도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법은, 일반탄 또는 분철광석을 이용한 용철 제조장치의 다단의 유동환원로 내 고환원율 조업 시 입자간 또는 철피와 입자간 응집을 억제하기 위한 방법이다. Referring to FIG. 4, a method for preventing ore agglomeration in a flow reduction furnace according to an embodiment of the present invention includes interparticles or iron shells during high reduction ratio operation in a multi-stage flow reduction furnace of a molten iron manufacturing apparatus using ordinary coal or powdered iron ore. It is a method for suppressing intergranular aggregation.

이러한 광석 응집 방지 방법은, 다단의 유동환원로(2a, 2b, 2c)를 이용하여 분상의 철함유 광석 및 부원료를 고온의 환원가스와 순차적으로 접촉시켜 환원 및 소성하는 환원 단계(S10), 및 The method for preventing ore aggregation is reduced by reducing and firing by sequentially contacting the powdery iron-containing ore and auxiliary materials with a high-temperature reducing gas using a multi-stage flow reduction furnace (2a, 2b, 2c), and

환원 단계(S10)의 다단의 유동환원로(2a, 2b, 2c) 중 최종 유동환원로(2a) 내의 광석 입자의 표면에 광석 응집 방지 가스를 취입하기 위한 가스 취입 단계(S20)를 포함할 수 있다. A multi-stage fluidized-bed reactors in the reduction step (S10) (2a, 2b, 2c) to one comprising a gas blowing step (S20) for accepting an ore agglomeration prevention gas to the surface of the ore particles in the final fluidized-bed reactor by (2a) have.

가스 취입 단계(S20)에 취입되는 광석 응집 방지 가스는 최종 유동환원로(2a) 내의 광석 입자의 표면에 크래킹(cracking) 현상에 의해 발생되는 고체 탄소를 도포할 수 있도록 메탄(CH4) 가스 등으로 이루어질 수 있다. The ore agglomeration prevention gas blown in the gas blowing step (S20) is methane (CH 4 ) gas or the like so that solid carbon generated by cracking can be applied to the surface of the ore particles in the final flow reduction furnace 2a. It can be made.

또한, 가스 취입 단계(S20)에 취입되는 광석 응집 방지 가스는, 메탄 가스를 포함하고 있는 액화천연가스(LNG) 등으로 이루어질 수 있다. In addition, the ore aggregation prevention gas blown in the gas blowing step (S20) may be made of liquefied natural gas (LNG) or the like containing methane gas.

광석 응집 방지 가스가 액화천연가스로 이루어지는 경우, 최종 유동환원로 내에서 분해되어 발생되는 탄소의 양이 최종 유동환원로 내 광석량 대비 2wt% 이상이 되도록 액화천연가스의 취입량이 설정될 수 있다. When the ore agglomeration prevention gas is made of liquefied natural gas, the amount of liquefied natural gas can be set so that the amount of carbon generated by decomposition in the final flow reduction furnace is 2 wt% or more compared to the amount of ore in the final flow reduction furnace.

가스 취입 단계(S20)는 예비 유동환원로(2b)에서 최종 유동환원로(2a)로 광석을 이송하는 이송배관(5c)에 광석 응집 방지 가스를 취입하는 이송배관 내 취입 단계(S21)를 포함할 수 있다. The gas injecting step (S20) includes an injecting step (S21) in the conveying pipe for injecting ore agglomeration prevention gas into the conveying pipe (5c) for transferring the ore from the preliminary flow reducing furnace (2b) to the final flow reducing furnace (2a). can do.

가스 취입 단계(S20)는 최종 유동환원로(2a) 내 광석의 표면에 균일한 탄소 도포가 이루어질 수 있도록 최종 유동환원로(2a) 내에 직접 광석 응집 방지 가스를 취입하는 유동환원로 내 취입 단계(S22)를 포함할 수 있다. The gas blowing step (S20) is a step of blowing in the flow reducing furnace for directly blowing ore aggregation preventing gas into the final flow reducing furnace 2a so that uniform carbon coating may be applied to the surface of the ore in the final flow reducing furnace 2a ( S22).

또한, 가스 취입 단계(S20)는 이송배관 내 취입 단계(S21)와 유동환원로 내 취입 단계(S22)를 동시에 행하거나, 이 단계들을 각각 행할 수 있다. In addition, the gas injection step (S20) may be performed simultaneously with the injection step (S21) in the transfer pipe and the injection step (S22) in the flow reduction furnace, or each of these steps.

이송배관 내 취입 단계(S21)는 최종 유동환원로(2a) 내 광석의 표면에 균일한 탄소 도포가 이루어질 수 있도록 이송배관(5c) 하부에 가스를 취입할 수 있다. The injection step (S21) in the transfer pipe may blow gas into the lower portion of the transfer pipe (5c) so that uniform carbon coating is applied to the surface of the ore in the final flow reduction furnace (2a).

또한, 유동환원로 내 취입 단계(S22)는 유동환원로 내에 광석 응집 방지 가스가 균일하게 취입될 수 있도록 최종 유동환원로(2a)에 방사상으로 가스를 취입할 수 있다. In addition, in the step S22 of the flow reduction furnace, the gas can be radially blown into the final flow reduction furnace 2a so that the ore aggregation prevention gas can be uniformly blown in the flow reduction furnace.

유동환원로 내 취입 단계(S22)는 유동환원로 내에 광석 응집 방지 가스가 보다 균일하게 취입될 수 있도록 최종 유동환원로(2a) 하부에 일정한 간격으로 가스를 취입할 수 있다. In the flow reduction reactor, the injection step S22 may blow gas at regular intervals under the final flow reduction furnace 2a so that the ore aggregation prevention gas can be more uniformly blown in the flow reduction furnace.

1: 용융가스화로
2a, 2b, 2c: 유동환원로
3a: 환원가스 공급용 도관
5c: 원료장입도관
20a, 20b: 가스 취입관1: Molten gasifier
2a, 2b, 2c: flow reduction furnace
3a: Conduit for reducing gas supply
5c: Raw material loading pipe
20a, 20b: gas intake pipe

Claims (16)

일반탄 또는 분철광석을 이용한 용철 제조장치에서 분광을 환원가스와 접촉시켜 환원하는 다단의 유동환원로, 및
상기 다단의 유동환원로 중 최종 유동환원로 내의 광석 입자의 표면에 광석 응집 방지 가스를 취입하기 위해, 상기 최종 유동환원로의 하부에 직접 연결되어 상기 광석 응집 방지 가스가 상기 최종 유동환원로의 유동층에 직접 취입되도록 하는 가스 취입관
을 포함하고,
상기 가스 취입관은, 예비 유동환원로와 상기 최종 유동환원로 사이에 배치되는 이송배관에 연결되어 상기 최종 유동환원로에 연결되는 제1 가스 취입관과, 상기 최종 유동환원로에 직접 연결된 제2 가스 취입관을 포함하고,
상기 제1 가스 취입관은 상기 이송배관 하부에 연결되며,
상기 제2 가스 취입관은 상기 최종 유동환원로 하부 외측면에 방사상으로 복수개 연결되는 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치.In a molten iron manufacturing apparatus using ordinary coal or iron ore, a multi-stage flow reduction furnace for reducing spectroscopy by contact with a reducing gas, and
In order to inject ore agglomeration prevention gas into the surface of the ore particles in the final flow reduction furnace among the multi-stage flow reduction furnaces, the ore agglomeration prevention gas is directly connected to a lower portion of the final flow reduction furnace so that the ore agglomeration prevention gas is a fluidized bed of the final flow reduction furnace. Gas inlet pipe allowing direct injection into the
Including,
The gas intake pipe is connected to a transfer pipe disposed between the preliminary flow reduction path and the final flow reduction path, the first gas injection pipe connected to the final flow reduction path, and the second directly connected to the final flow reduction path Gas inlet pipe,
The first gas injection pipe is connected to the lower portion of the transfer pipe,
The second gas injection pipe is a device for preventing ore agglomeration in a flow reduction furnace that is radially connected to a plurality of lower outer surfaces of the final flow reduction furnace. 제1항에 있어서,
상기 광석 응집 방지 가스는 메탄(CH4) 가스로 이루어지는 것인, 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치.According to claim 1,
The ore agglomeration prevention gas is made of methane (CH 4 ) gas, a device for preventing ore aggregation in a flow reduction furnace. 제2항에 있어서,
상기 광석 응집 방지 가스는 메탄 가스를 포함하고 있는 액화천연가스(LNG)로 이루어지는 것인, 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치.According to claim 2,
The ore aggregation prevention gas is made of liquefied natural gas (LNG) containing methane gas, ore aggregation prevention device in a flow reduction furnace. 제3항에 있어서,
상기 액화천연가스의 취입량은 상기 최종 유동환원로 내에서 분해되어 발생되는 탄소의 양이 상기 최종 유동환원로 내 광석량 대비 2wt% 이상이 되도록 설정되는 것인, 유동환원로 내 광석 응집 방지 장치.According to claim 3,
The amount of liquefied natural gas blown is set in such a way that the amount of carbon generated by decomposition in the final flow reduction furnace is set to be 2 wt% or more compared to the amount of ore in the final flow reduction furnace, ore aggregation prevention device in the flow reduction furnace . 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 일반탄 또는 분철광석을 이용한 용철제조방법에서 다단의 유동환원로를 이용하여 분광을 환원가스와 접촉시켜 환원하는 환원단계,
상기 환원 단계의 다단의 유동환원로 중 최종 유동환원로 내의 광석 입자의 표면에 광석 응집 방지 가스를 취입하기 위한 가스 취입 단계
를 포함하고,
상기 가스 취입 단계는 상기 최종 유동환원로 내에 직접 연결된 가스 취입관을 통하여 상기 광석 응집 방지 가스를 상기 최종 유동환원로의 유동층에 직접 취입되도록 하는 유동환원로 내 취입 단계를 포함하고,
상기 가스 취입 단계는,
예비 유동환원로와 상기 최종 유동환원로 사이에 배치되는 이송배관에 연결되어 상기 최종 유동환원로에 연결되는 제1 가스 취입관을 통하여 상기 이송배관에 상기 광석 응집 가스를 취입하는 이송배관 내 취입 단계와,
상기 최종 유동환원로에 직접 연결된 제2 가스 취입관을 통하여 상기 최종 유동환원로 내에 직접 상기 광석 응집 가스를 취입하는 유동환원로 내 취입 단계를 포함하며,
상기 이송배관 내 취입 단계는 상기 제1 가스 취입관에 의하여 상기 이송배관 하부에 가스를 취입하여 이루어지며,
상기 유동환원로 내 취입 단계는 상기 제2 가스 취입관에 의하여 상기 최종 유동환원로 하부에 방사상으로 가스를 취입하여 이루어지는 것인, 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법.In the method of manufacturing molten iron using ordinary coal or iron ore, a reduction step of reducing spectroscopy by contacting with a reducing gas using a multi-stage flow reduction furnace,
A gas blowing step for blowing ore aggregation preventing gas to the surface of the ore particles in the final flow reduction furnace among the multi-stage flow reduction furnaces of the reduction step
Including,
The gas blowing step includes a blowing step in a flow reducing furnace that allows the ore agglomeration prevention gas to be blown directly into the fluidized bed of the final flow reducing furnace through a gas blowing pipe directly connected to the final flow reducing furnace,
The gas blowing step,
Blowing step in the transfer pipe for injecting the ore aggregated gas into the transfer pipe through a first gas injection pipe connected to the transfer pipe disposed between the preliminary flow reduction path and the final flow reduction path and connected to the final flow reduction path. Wow,
And a blow-in step in a flow-reducing furnace that blows the ore coagulation gas directly into the final flow-reducing furnace through a second gas injection pipe directly connected to the final flow-reducing furnace,
The step of blowing in the transfer pipe is made by blowing gas under the transfer pipe by the first gas blow pipe,
The step of blowing in the flow reduction furnace is a method for preventing ore agglomeration in the flow reduction furnace, which is achieved by radially blowing gas under the final flow reduction furnace by the second gas injection pipe. 제9항에 있어서,
상기 광석 응집 방지 가스는 메탄(CH4) 가스로 이루어지는 것인, 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법.The method of claim 9,
The ore agglomeration prevention gas is made of methane (CH 4 ) gas, a method for preventing ore aggregation in a flow reduction furnace. 제10항에 있어서,
상기 광석 응집 방지 가스는 메탄 가스를 포함하고 있는 액화천연가스(LNG)로 이루어지는 것인, 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법.The method of claim 10,
The ore aggregation prevention gas is made of liquefied natural gas (LNG) containing methane gas, a method for preventing ore aggregation in a flow reduction furnace. 제11항에 있어서,
상기 액화천연가스의 취입량은 상기 최종 유동환원로 내에서 분해되어 발생되는 탄소의 양이 상기 최종 유동환원로 내 광석량 대비 2wt% 이상이 되도록 설정되는 것인, 유동환원로 내 광석 응집 방지 방법.The method of claim 11,
The amount of liquefied natural gas blown is set in such a way that the amount of carbon generated by decomposition in the final flow reduction furnace is set to be 2 wt% or more relative to the amount of ore in the final flow reduction furnace, ore aggregation in the flow reduction furnace . 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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