KR102255105B1 - 환원로 분진 재활용장치 - Google Patents

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Abstract

환원로 배가스 분진 재활용장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 재활용 장치는 환원철을 고열과 환원가스를 이용하여 환원, 용융함으로써 용선을 생산하는 용융로와, 용융로에서 발생한 배가스를 제공받아 환원가스와 분진을 분리하는 싸이클론과, 싸이클론에서 제공되는 환원가스를 이용하여 환원철을 제조하는 환원로와, 환원로에서 발생한 배가스를 제공받아 분진과 가스로 분리하고, 분리된 분진을 용융로에 제공하는 건식 집진기를 포함한다.

Description

환원로 분진 재활용장치{APPARATUS FOR RECYCLING AHS OF REDUCTION FURNACE}
본 발명은 환원로 분진 재활용장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환원로의 배가스에 포함된 분진을 재활용하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고로 방식은 예비처리 과정인 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, 전세계 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 공법은 지속적으로 요구되고 있다. 대체공법으로 수 mm이하의 분철광석을 직접 사용하는 유동층 또는 펠릿 형태로 고정층 반응기에서 환원하여 환원철을 생산하는 FINEX와 같은 상업적 기술이 개발되었다.
한국공개특허 제2003-0052345호(2003.06.27 공개)
본 발명의 실시 예들은 환원로에서 발생된 배가스를 재활용할 수 있는 환원로 배가스 분진 재활용장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 환원철을 고열과 환원가스를 이용하여 환원, 용융함으로써 용선을 생산하는 용융로와, 상기 용융로에서 발생한 배가스를 제공받아 환원가스와 분진을 분리하는 싸이클론과, 상기 싸이클론에서 제공되는 환원가스를 이용하여 환원철을 제조하는 환원로와, 상기 환원로에서 발생한 배가스를 제공받아 분진과 가스로 분리하고, 분리된 분진을 상기 용융로에 제공하는 건식 집진기를 포함하는 환원로 배가스 분진 재활용장치가 제공될 수 있다.
또한 상기 건식 집진기는 세라믹 필터를 포함한다.
또한 상기 싸이클론에서 분리된 분진을 저장하고, 저장된 분진을 상기 용융로에 제공하는 분진빈을 더 포함한다.
또한 상기 건식 집진기에서 분리된 분진을 저장하고, 저장된 분진을 상기 분진빈에 제공하는 집진빈을 더 포함한다.
또한 상기 집진빈에는 저장된 분진의 양을 계량하기 위한 계량기가 마련될 수 있다.
또한 상기 집진빈에는 배출되는 분진의 배출량을 조절할 수 있는 개페기가 마련될 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 환원로에서 배출된 배가스를 용융로에 재취입하는 경우 발생하는 에너지 소모 및 환경오염을 현저히 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 환원로 배가스 분진 재활용장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 환원로 배가스 분진 재활용장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 환원로 배가스 분진 재활용장치(10)는 환원철을 고열과 환원가스를 이용하여 환원, 용융함으로써 용선을 생산하는 용융로(20)와, 용융로(20)에서 발생한 배가스를 제공받아 환원가스와 분진을 분리하는 싸이클론(30)과, 싸이클론(30)에서 제공되는 환원가스를 이용하여 환원철을 제조하는 환원로(40)와, 환원로(40)에서 발생한 배가스를 제공받아 분진과 가스로 분리하고, 분리된 분진을 용융로(20)에 제공하는 건식 집진기(50)를 포함한다.
용융로(20)는 환원로(40)로부터 얻어진 환원철을 고열과 환원가스를 이용하여 환원, 용융함으로써 용선을 생산한다. 용융로(20)에는 코크스 대신에 분탄을 조개탄처럼 덩어리로 성형한 성형탄과, 소결광 대신해 환원된 분광석을 덩어리 형태로 압축한 HCI(Hot Compacted Iron)인 환원철이 장입되고, 순산소를 취입하여 고온의 환원조건을 발생시킴에 의해 환원철을 용융, 환원시켜 용선을 생산한다.
용융로(20) 내부는 고온, 환원성 분위기로서 용융로(20) 내부에 투입된 성형탄은 상온에서 제조되었기 때문에 고온에서 제조된 코크스에 비해 강도가 떨어져 용융로(20) 내에서 반응 시 분화되어 분진을 발생시킨다. 발생된 분진은 용융로(20)의 환원가스와 함께 배가스 배출관(21)을 통해 배출된다.
또한 용융로(20) 내부에 장입된 환원철도 환원가스와 용융로(20) 내의 기계적 충격과 화학적 충격에 의해 일부 분화되어 환원가스와 함께 배가스 배출관(21)을 통해 배출된다. 따라서 용융로(20)의 배가스 배출관(21)을 통해 배출되는 환원가스 중에 포함된 분진에는 철과 탄소성분이 높다.
싸이클론(30)은 배가스 배출관(21)을 통해 유입된 배가스에서 철과 탄소성분이 높은 분진과 환원가스를 분리한다.
싸이클론(30)에서 분리된 환원가스는 환원가스 공급관(31)을 통해 환원로(40)로 공급되고, 싸이클론(30)에서 분리된 분진은 분진 배출관(32)을 통해 배출되어 용융로(20)에 재취입된다.
용융로(20)와 싸이클론(30) 사이에는 분진 배출관(32)을 통해 배출되는 분진을 저장하는 분진빈(60)이 마련된다. 분진빈(60)에 저장된 분진은 분진 공급관(61)을 통해 용융로(20)에 설치된 더스트 버너(23)로 제공된다.
분진 공급관(61)은 이중관으로 구성되고, 분진은 중심관을 통해 공급되고 산소는 바깥쪽 관을 통해 취입된다. 분진 공급관(61)을 통해 더스트 버너(23)로 공급된 분진은 용해되고 응집되어 낙하된다.
환원로(40)는 용융로(20) 상부에 배치된 반응기로서, 싸이클론(30)에서 제공되는 고온의 환원가스를 이용하여 환원철을 생산하고, 생산된 환원철을 장입관(41)을 통해 용융로(20)에 투입한다.
환원로(40)에서 발생된 분진을 포함한 배가스는 환원로 배가스 배출관(42)을 통해 외부로 배출된다. 환원로 배가스 배출관(42)을 통해 배출되는 배가스는 건식 집진기(50)로 투입된다.
건식 집진기(50)는 환원로(40)에서 배출되는 배가스를 제공받아 가스와 분진을 분리하고, 분리된 분진은 용융로(20)에 재투입한다.
건식 집진기(50)는 고온에서 사용될 수 있는 세라믹 필터를 이용하여 분진과 가스를 분리하고, 분리된 가스는 가스 배출관(51)을 통해 외부로 배출하고, 분리된 분진은 분진 배출관(52)을 통해 집진빈(70)으로 공급한다.
이러한 건식 집진기(50)는 기존 환원로(40)에서 배기되는 배가스를 처리하기 위하여 스크러버(scrubber)로 배출되어 습식방식에 의해 슬러지로 처리하고, 처리된 슬러지를 재활용하기 위하여 추가적인 건조 공정이 필요함에 따른 에너지 소모 및 환경오염을 줄일 수 있게 된다.
구체적으로, 습식 제진 장치인 스크러버에서 물을 이용하여 환원로(40)의 배출가스를 제진하는 경우 발생된 슬러지는 수분이 매우 높기 때문에 건조 전에는 재활용이 어렵다. 또한 수분이 매우 높아 배관을 통한 이송이 어렵기 때문에 바로 분진빈(60)에 이송하기 어려우며, 설사 이송을 한다고 하더라도 분진빈(60)에 있는 분진은 싸이클론(30)에서 포집된 것들이기 때문에 온도가 높다. 따라서 분진과 슬러지가 만나게 될 경우 발화에 의한 폭발이 일어날 수 있는 문제가 발생한다. 그러나, 본 실시 예의 경우 환원로(40)에서 배출되는 배가스는 건식 집진기(50)에서 세라믹 필터와 같은 고온 필터를 이용하여 건식 분진을 포집하고, 포집된 분진을 분진빈(60)에 제공하여 용융로(20)에 투입시키도록 함에 따라 에너지 소모 및 환경오염을 줄일 수 있게 된다.
여기서, 건식 집진기(50)에 사용되는 세라믹 필터는 500도 이상의 온도를 가진 배가스에서 집진할 수 있는 실리콘카바이드(SiC), 알루미나/뮬리아트, 코디어라이트 등을 소재로 한 세라믹 캔들 필터를 포함한다.
건식 집진기(50)에서 분리된 분진은 분진 배출관(52)을 통해 집진빈(70)에서 중간 저장된다.
집진빈(70)에는 건식 집진기(50)에서 배출되는 분진을 저장한 양을 계량하기 위한 계량기(71)가 마련된다. 계량기(71)는 로드셀(Load Cell), 스트레인 게이지 또는 레벨러를 이용하여 그 양이 항상 계측될 수 있다.
집진빈(70)에 저장된 분진은 집진빈 배출관(73)을 통해 분진빈(60)에 공급된다. 집진빈(70)의 출구에는 정량을 배출하기 위한 개폐기(72)가 설치될 수 있다.
개폐기(72)는 집진빈(70)에서 일정량을 배출하기 위한 로터리 밸브나 슬라이드 게이트 등을 포함한다.
집진빈(70)에서 분진빈(60)으로 공급되는 분진과 싸이클론(30)에서 분진빈(60)으로 공급되는 분진은 분진 공급관(61)을 통해 용융로(20)에 취입되게 된다.
이러한 구성을 통하여, 환원로(40)에서 발생하는 철원이 함유된 분진을 재활용하기 위해 환원로 배가스를 건식 집진하여 건식분진을 포집하여 저장하고, 이를 용융로에 재취입함으로써 슬러지 발생을 줄이고, 재활용 시 에너지 소모를 줄일 수 있게 된다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
10: 배가스 분진 재활용장치, 20: 용융로,
23: 더스트 버너, 30: 싸이클론,
31: 환원가스 공급관, 40: 환원로,
41: 장입관, 50: 건식 집진기,
60: 분진빈, 61: 분진 공급관,
70: 집진빈, 71: 계량기,
72: 개폐기, 73: 집진빈 배출관.

Claims (6)

  1. 환원철을 고열과 환원가스를 이용하여 환원, 용융함으로써 용선을 생산하는 용융로;와,
    상기 용융로에서 발생한 배가스를 제공받아 환원가스와 분진을 분리하는 싸이클론;과,
    상기 싸이클론에서 분리된 분진을 저장하고, 저장된 분진을 상기 용융로에 제공하는 분진빈;과,
    상기 싸이클론에서 제공되는 환원가스를 이용하여 환원철을 제조하는 환원로;와,
    상기 환원로에서 발생한 배가스를 제공받아 분진과 가스로 분리하고, 분리된 분진을 상기 용융로에 제공하는 건식 집진기;와,
    상기 건식 집진기에서 분리된 상기 분진을 저장하고, 저장된 상기 분진을 상기 분진빈에 제공하는 집진빈;과,
    상기 환원로에서 발생한 배가스를 상기 건식 집진기로 제공하는 환원로 배가스 배출관;을 포함하고,
    상기 건식 집진기를 통해 분리된 상기 가스는 외부로 배출하고, 분리된 상기 분진은 상기 집진빈에 포집되어 상기 용융로에 재취입되는 환원로 배가스 분진 재활용장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 건식 집진기는 세라믹 필터를 포함하는 환원로 배가스 분진 재활용장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 집진빈에는 저장된 분진의 양을 계량하기 위한 계량기가 마련되는 환원로 배가스 분진 재활용장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집진빈에는 배출되는 분진의 배출량을 조절할 수 있는 개페기가 마련되는 환원로 배가스 분진 재활용장치.
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