KR19990077105A - 철함유 물질로부터 액체선철 즉 철강반제품을 생산하는 방법 - Google Patents

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Abstract

미립자 철함유 물질(4)로부터 액체선철(9) 즉 철강시제품을 용융가스화로(1)에서 생산하는 방법으로서, 철함유 물질(4)이 탄소함유 물질(2) 및 산소함유가스의 공급으로 고체 탄소매체층에서 용융되는 동시에 환원가스가 형성되고, 상기 미립자 환원물질(4) 및 산소는 측면으로부터 층(20, 21)내로 도입된다.
미립자 철함유 물질을 연탄화할 필요없고, 이렇게 함으로써 상기 미립자 철함유 물질(4)이 용융가스화로(1)에 형성된 환원가스에 의한 배출이 방지되면서 용융가스화로(1)내로의 장입을 가능하게 하기 위하여, 미립자 고체 탄소매체(2) 및 미립자 철함유환원물질(4)의 유동층(21)을 고체 탄소매체(2)로 형성된 고정층(20) 위에 유지하고, 상기 미립자 환원물질(4)은 산소와 바로 접하여, 링형상의 단면을 가지고 산소제트를 원주상으로 둘러싸고 산소를 엔클로우즈하는 스트랜드형태가 바람직한 유동층(21)내로 직접 장입되고, 이로써 산소는 상기 공급된 미립자 환원물질(4)에 의하여 엔클로우즈되고, 상기 미립자 환원물질(4)은 상기 유동층에서 용융된다.

Description

철함유 물질로부터 액체선철 즉 철강반제품을 생산하는 방법
EP-B-0 010 627에는 철입자함유 물질로부터 액체선철 즉 철강반제품, 특히 미리 환원된 해면철 및 환원가스를 용융가스화로에서 생산하는 공정에 대하여 개시되어 있고, 여기에는 석탄의 추가 공급 및 산소함유가스의 취입으로 코크스 입자의 유동층이 형성된다. 산소함유가스 또는 순산소를 용융가스화로의 하부영역에 각각 주입한다. 철입자함유 물질, 특히 미리 환원된 해면철 및 괴상탄은 용융가스화로의 덮개에 배열된 장입구를 통하여 위로부터 공급되고, 하강하는 입자는 유동층에서 저속으로 되고, 철함유입자는 코크스유동층을 통하여 하강하는 동안 환원 및 용융된다. 용융되어 슬래그로 덮힌 금속이 용융가스화로의 바닥에 포집된다. 금속 및 슬래그는 별개의 출탕구를 통하여 배출된다.
그러나, 이러한 종류의 방법은 미립자 해면철이 용융가스화로내에 존재하는 뚜렷한 상향하는 가스흐름으로 인하여 용융가스화로에서 부터 즉시 배출될 수 있기 때문에 미립자 해면철의 공정에는 적합하지 않다. 이러한 미립자 금속매체의 배출은 용융가스화로의 상부영역, 즉 용융가스화대 위의 영역에 분포되어 있는 온도에 의하여 더 촉진되고, 이 온도는 너무 낮아서 용융, 즉 장입위치에서 미립자의 괴상화가 확보될 수 없어 보다 큰 입자가 형성되고, 이것은 가스의 상승흐름에도 불구하고 용융가스화대내로 가라 않을 수 있다.
EP-A-0 217 331에는 분광을 유동층공정으로 직접 사전환원 시키고, 사전 환원된 분광을 용융가스화로에 공급하고, 이것을 탄소함유 환원매체를 공급하면서 플라즈마버너에 의하여 완전하게 환원 및 용융하는 것이 공지되어 있다. 용융가스화로에는, 유동층이 형성되고 그 위에 코크스유동층이 형성된다. 사전 환원된 분광 또는 해면철분말은 용융가스화로의 하부에 배설된 플라즈마버너에 각각 공급된다. 여기서의 한 가지 단점은, 사전 환원된 분광이 하부 용융영역, 즉 용융물이 포집되는 영역에 즉시 공급됨으로써, 완전환원이 확실하지 않게 되고 선철의 추가 공정에 필요한 화학성분이 어떤 경우에도 달성될 수 없다는 것이다. 또한, 유동층 또는 고정층이 용융가스화로의 하부영역에 석탄으로 각각 형성됨으로 인하여, 플라즈마버너의 고온대로부터 용융제품을 충분하게 배출할 수 없으므로 상당량의 사전 환원된 분광을 장입하는 것이 불가능하다. 사전 환원된 분광을 보다 많이 장입하게 되면 플라즈마버너의 열적 및 기계적 손상을 즉시 야기할 수 있다.
EP-B-0 111 176에는, 괴상광으로부터 해면철입자 및 액체선철을 생산하는 것이 공지되어 있고, 철광석은 직접환원 혼합재로 직접 환원되고, 직접환원 혼합재로부터 배출된 해면철입자는 조(粗)입자 및 미립자 조각으로 분리된다. 미립자 조각은 용융가스화로에 공급되고, 여기에서는 직접환원 혼합재에 공급된 해면철을 용융하는데 필요한 열 및 환원가스가 장입된 석탄으로부터 생성되어 산소함유가스로 공급된다. 미립자 조각은 용융가스화로의 헤드로부터 돌출되는 하향파이프를 거쳐 용융가스화로내 석탄 유동층 근처까지 이송된다. 하향파이프의 단부에는, 배플플레이트가 배설되어 미립자 조각의 속도를 최소화시키고, 따라서 하향파이프를 떠날 때의 미립자 조각의 속도는 매우 느리다. 장입위치에서, 용융가스화로내에 영향을 미치는 온도는 매우 낮고, 따라서 공급된 미립자 조각의 즉시 용해는 일어날 수 없다. 이것 즉 하향파이프로부터의 배출속도가 낮아서 공급된 미립자 조각의 상당부분이 용융가스화로에 생성된 환원가스를 따라 용융가스화로부터 배출된다. 이 공정에 있어서, 상당량의 미립자를 더 장입하거나 또는 미립자만 전적으로 장입하는 것이 불가능하다.
EP-A-0 576 414에 따른 공정에 있어서, 괴상광함유 장입물질은 용융가스화로에 형성된 환원가스에 의하여 환원샤프트로에서 직접 환원된다. 이렇게 얻어진 해면철은 그 후 용융가스화로에 공급된다. 이 공지의 공정에서, 금속설비에서 발생되는 산화철 분진과 같은 분광 및/또는 광석 분진을 추가로 사용할 수 있게 하기 위하여, 분광 및/또는 광석 분진은 용융가스화로내로 작용하는 분진버너에 고체 탄소매체와 함께 공급되어 서브화학양론(substoichiometric)연소반응으로 반응된다. 이러한 종류의 공정은 금속설비에서 발생하는 분광 및/또는 광석 분진의 효과적인 공정처리가 전체 장입 광석의 20 ∼ 30%의 10배까지 가능하고, 따라서 괴상광과 분광의 결합 공정처리가 가능하다. 이 공정에 관련된 단점은, 금속 과잉영역 및 탄소 과잉영역이 용융가스화대에 야기될 수 있다는 것이다.
EP-A-0 493 752에는, 용융가스화로와 같은 가스화반응로에서 부터의 고온 분진이 사이클론에서 분리되고, 사이클론과 가스화로 사이의 압력차를 극복하기 위하여 그들을 슬러스 시스템, 즉 버너를 거쳐 재순환시키는 것이 공지되어 있다. 공지의 슬러스시스템은 건조하는 데 비용이 많이 들고, 또한 기계적으로 가동되는 슬러스가 분진형 고체에 의하여 상당히 마모된다.
EP-A-0 594 557에는, 전술한 종류의 방법이 공지되어 있고, 여기에는 해면철 미립자 조각이 이송가스에 의하여 용융가스화로의 용융가스화대에 의하여 형성된 유동층내에 직접 장입된다. 그러나, 이것은 유동층이 들어 붙을 수 있어서 가스가 충분하게 순환되지 못하고 선택적으로 가스가 막힌 다음에 가스의 폭발을 야기하게 되고, 이로써 들러붙은 유동층이 파손된다는 것이 단점이다. 따라서, 탄소매체의 가스화공정 및 환원철광석의 용융공정 또한 상당히 방해받는다.
본 발명은 미립자 철함유 물질로부터 액체선철 즉 철강반제품, 특히 환원된 해면철을 용융가스화로에서 생산하는 방법 및 이 방법을 행하는 설비에 관한 것으로서, 여기에는 탄소함유 물질 및 산소의 공급으로 환원가스가 형성되는 동시에, 철함유 물질은 고체 탄소매체로 형성된 층에 용융되고, 선택적으로 사전 완전환원 시에, 미립자 환원물질 및 산소가 측면으로부터 층에 장입된다.
도 1 및 2는 용융가스화로의 수직단면 개략도이다.
본 발명은 이들 단점 및 곤란함을 회피하고, 전술한 종류의 방법 및 상기 방법을 행하는 설비를 제공하는 것으로서, 상기 방법 및 설비로 미립자 철을 함유하는 최소한 부분적으로 환원된 물질을 연탄화할 필요없이 공정 처리할 수 있고, 한 편으로는 용융가스화대에서 발생된 환원가스에 의하여 공급된 미립자의 배출이 확실하게 방지되고, 다른 한 편으로는, 장입된 미립자 환원물질에 의하여 가스화 공정이 문제없이 처리될 수 있다. 이것은 미립자철함유 환원물질이 용융가스화로내에 100% 장입되는 경우에도, 용융가스화대에 미립자철함유 환원물질이 적층되는 것이 방지된다.
본 발명에 있어서, 상기 목적은 고체 탄소매체로 형성된 고정층 위에, 미립자 고체 탄소매체 및 미립자철함유 환원물질의 유동층이 지지되고, 미립자 환원물질이 유동층에 산소와 즉시 접하면서, 바람직하게는 단면이 링형상이고 산소제트를 원주상으로 둘러싸고 산소를 수용하는 스트랜드(strand)형태로 직접 장입되고, 미립자 환원물질은 유동층에서 용융되는 것으로 달성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 미립자 환원물질은 유동가스, 바람직하게는 취입에 의하여 유동층내에 장입된다.
유동층의 중앙을 용융대로 사용하기 위하여, 산소를 용융대 중앙영역의 유동층(21)내에, 바람직하게는 위로부터 추가로 취입하는 것이 바람직하다.
특히 미립자 환원물질을 단위시간 당 보다 많은 양을 공정처리 하여야 할 때, 미립자 환원물질이 이송가스의 압력으로 유동층내로 취입되는 경우, 유동층으로의 출구에 미립자 환원물질이 막히지 않는 중공공간을 형성하는 것이 바람직하다.
미립자 환원물질의 공급부와 용융가스화대 사이의 압력차의 균형을 이루기 위하여, 미립자 환원물질이 유동층(21)내에 장입되기 전에 유동층이 형성되면서 로(爐)에 포집되고, 이송 및/또는 유동가스에 의하여 유동층으로부터 유동층내의 전방으로 이송되는 것이 바람직하다.
여기에, 미립자 환원물질용 이송가스는, 바람직하게는 유동층내의 압력을 초과하는 압력으로 유동층내에 공급되는 것이 바람직하다.
상기 방법을 행하는 설비에 있어서, 탄소함유 물질, 철함유 환원미립자물질을 가하고, 생성된 환원가스를 회수하고, 산소를 공급하는 공급 및 배출관을 가진 용융가스화로를 포함하고, 슬래그 및 용선용 출탕구를 더 포함하는 설비로서, 용융가스화로의 하단부는 용융선철 및 액체슬래그를 포집하고, 중첩된 중앙부는 고체 탄소매체의 고정층을 수용하고, 이어서 상단부는 유동층을 수용하고, 그 위에는 안정공간(calming space)이 배설되어 있고, 유동층레벨에는 미립자 환원물질용 최소한 하나의 이송관 마우스가 용융가스화로의 측벽에 배설되어 있고, 산소공급관이 미립자 환원물질용 이송관을 중앙으로 관통하여 용융가스화내로 연통되어 미립자 환원물질용 링형상 이송공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.
미립자 환원물질용 유동가스는 이송관을 통할 수 있는 것이 바람직하다.
유동층내에서 환원물질이 용융되는 효과를 강화하기 위하여, 산소용 출구가 유동층레벨 및 단면에 대하여 중앙에 위치된 산소공급랜스를 용융가스화로내로 돌출시키는 것이 바람직하다.
미립자 환원물질의 공급부와 용융가스화로 사이의 압력차를 유지하기 위하여, 미립자 환원물질용 이송관을 유동층 슬러스를 거쳐 용융가스화로에 연통시키는 것이 바람직하다.
미립자 환원물질용 이송가스 공급관은 유동층 슬러스내로 연통되는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명을 도면에 나타낸 2가지 예시적인 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다.
용융가스화로 1에 있어서, 환원가스는 석탄과 같은 고체 탄소함유 물질 2 및 석탄 2의 가스화에 의한 산소함유가스로부터 생성되고, 이 환원가스는 배출관 3을 통하여 분광이 해면철 4로 환원되는 유동층 반응로(상세하게 도시되지 않음)에 이송된다. 용융가스화로 1에는 고체 탄소매체 2용 공급관 5, 산소함유가스용 공급관 6, 해면철용 공급관 7은 물론 선택적으로 탄화수소와 같은 실온에서 액체 또는 가스질인 탄소매체 및 연소된 플럭스용 공급관이 배설되어 있다. 용융가스화로 1에서, 용융선철 9 및 용융슬래그 10은 바닥 8에 포집되어 출탕구 11을 통하여 배출된다.
유동층 반응로에서 해면철 4로 환원된 철광석은 유동층 반응로로부터 - 선택적으로 연소된 플럭스와 함께 - 이송수단, 예를 들면 배출웜(discharge worms)을 거쳐 배출되어 용융가스화로 1에 공급된다. 고체 탄소매체 2용 공급관 5 및 환원가스용 배출관 3 양자 모두, 즉 복수개가 용융가스화로 1의 돔영역 12에 대체로 반경방향 대칭으로 배설되어 있다.
배출관 3은 고온사이클론으로 구성된 고체분리기 13으로 통한다. 이 고온사이클론 13에서는, 석탄 및 해면철과 같은 환원가스에 동반된 미립자 14가 분리되어 수직관(down pipe) 15를 거쳐 유동층 슬러스 16내로 유입된다. 이 유동층 슬러스 16내에는, 환원 미립자물질, 이른 바 분광으로부터 형성되어 유동층 반응로로부터 배출된 해면철 4용 공급관 17이 연통된다.
유동층 18은 고온사이클론의 하부영역으로부터 유동층 슬러스 16에 형성되고, 공급된 미립자 해면철 4는 풍구바닥 19를 거쳐 유동층 슬러스 16에 공급된 유동가스에 의하여 유지된다.
해면철 4용 공급관 7은 유동층 슬러스 16으로부터 탄소함유 물질의 고정층 20 위의 용융가스화로 1에 형성된 유동층 21의 높이레벨에서 용융가스화로 1내로 연통된다. 상기 유동층 21은 미립자 탄소함유 물질 2 및 해면철 4로 형성되어 있다. 유동층 21을 유지하는 캐리어가스는 고정층 20으로부터 빠져 나오는 환원가스에 의하여 형성되고, 이 환원가스는 탄소함유 물질 2의 가스화에 의하여 생성된다.
해면철 4용의 이송관으로 건조된 공급관 7에는, 해면철 4를 용융가스화로 1에 이송하는 유동가스가 최소한 출구영역 22에 수용되어 있다. 이송관 7내의 중앙위치에는, 출구 24가 이송관 7의 링형상 출구 25를 바로 지나 용융가스화로 1내로 돌출하는 산소공급관 23이 이와 동축으로 배설되어 있다. 산소공급관 23을 통하여 공급된 산소제트(oxygen jet)는 공급된 해면철 4에 의하여 원주상으로 둘러싸여 있고, 즉 엔클로우저 되어 있다. 따라서, 해면철 4의 용융이, 조정된 고온 때문에 유동층 21에서 직접 일어난다.
바람직하게는, 수개의 유동층 슬러스 16이 용융가스화로 1의 둘레에 분포되어 있어서, 해면철 4는 반경방향 대칭으로 및 용융가스화로 1의 단면을 통하여 균일하게 공급된다. 해면철 공급관 7의 출구 25 사이에는, 다른 산소공급관 26이 추가로 용융가스화로 1내로 통할 수 있고, 이것은 용융가동의 효과를 강화한다. 유동층 21의 중앙을 용융대로 또한 사용하기 위하여, 대략 중앙에 위치되고, 유동층 21의 고정층 20의 바로 위에 제공된 출구 28을 가지는 산소랜스 27이 배설되어 있다. 산소랜스 27은 위로부터 중앙으로 용융가스화로 1내로 돌출되도록 배열되는 것이 바람직하다.
고정층 20 및 유동층 21의 총 높이를 조정함으로써, 약 1050℃의 환원가스온도가 유동층 21 위에 배설된 안정공간 30에서 조정된다. 고정층 표면의 위치는 공급되는 석탄의 입경 선택 및/또는 고정층 20 및 유동층 21내의 총 산소함유량의 분포로 영향을 받을 수 있다.
도 2에 나타낸 실시예에 있어서, 공급은 이송가스, 예를 들어 냉각환원가스에 의하여 관 31을 거쳐 유동층 슬러스 16의 상단부로, 그리고 출구 25에는 유입가스의 임펄스로 인하여 유동층 21에 중공공간 32가 형성되는 양으로 행해진다.
본 발명은 도시된 실시예에만 한정하는 것이 아니라 여러 가지 양태로 변형될 수 있다. 예를 들면, 산소공급관 23은 공급관 7내에 동축으로 배설될 필요는 없다. 중요한 것은, 해면철 4가 용융가스화로 1내로 장입된 후 산소와 직접 접하게 하는 것이며, 이로써 해면철 4의 용융공정이 유동층 21내에서 완전히 일어날 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 해면철 4가 최소한 출구 25 영역에 산소제트를 엔클로우즈하는 경우 최적의 결과를 얻게 되지만, 공급관 7과 산소공급관 23을 밀착되게 배열하는 것이 가능하다.

Claims (11)

  1. 미립자 철함유 물질(4)로부터 액체선철(9) 즉 철강시제품, 특히 환원해면철을 용융가스화로(1)에서 생산하는 방법에 있어서, 탄소함유 물질(2) 및 산소의 공급으로 철함유 물질(4)이 고체 탄소매체(2)로 형성된 층(20, 21)에서 용융되는 동시에 환원가스가 형성되고, 선택적으로 사전 완전환원 시에, 미립자 환원물질(4) 및 산소를 측면으로부터 층(20, 21)내로 도입하는 방법으로서, 고체 탄소매체(2)로 형성된 고정층(20)위에 미립자 고체 탄소매체(2)의 유동층(21) 및 미립자 철함유 환원물질(4)이 유지되고, 미립자 환원물질(4)은 산소와 바로 접하여, 링형상의 단면을 가지고 산소제트를 원주상으로 둘러싸고 산소를 엔클로우즈하는 스트랜드형태가 바람직한 유동층(21)내로 직접 장입되고, 미립자 환원물질(4)이 유동층에서 용융되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미립자 환원물질(4)은 유동가스에 의하여, 바람직하게는 취입으로 유동층(21)내로 장입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유동층(21)의 중앙영역내로 산소가 추가로, 바람직하게는 상기와 같이 취입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 환원물질(4)은 이송가스에 의한 압력으로 유동층(21)내로 장입되고, 이로써 상기 유동층(21)으로 통하는 출구에는 상기 미립자 환원물질(4)이 없는 중공공간(32)이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 환원물질(4)은 유동층(21)내로 장입되기 전에 유동층(18)이 형성된 용기(16)내에 포집되고, 이송 및/또는 유동가스에 의하여 상기 유동층(18)으로부터 유동층(21)내의 전방으로 이송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 유동층(18)내에는, 상기 미립자 환원물질(4)용 이송가스가 가압상태, 바람직하게는 상기 유동층(21)에 유포되어 있는 압력을 초과하는 압력으로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법,
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 행하는 설비에 있어서, 탄소함유 물질(2), 철함유 환원미립자물질(4)을 가하고, 생성된 환원가스를 회수하고, 산소를 공급하는 공급 및 배출관(3, 5, 6, 7)을 가진 용융가스화로(1)를 포함하고, 슬래그 및 용선용 출탕구를 더 포함하는 설비로서, 용융가스화로(1)의 하단부에는 용융선철(9) 및 액체슬래그(10)가 포집되고, 중첩된 중앙부는 고체 탄소매체의 고정층(20)을 수용하고, 이어서 상단부는 유동층(21)을 수용하고, 그 위에는 안정공간(calming space)이 배설되어 있고, 유동층(21)레벨에는 미립자 환원물질(4)용 최소한 하나의 이송관 마우스가 용융가스화로(1)의 측벽에 배설되어 있고, 산소공급관(23)이 미립자 환원물질(4)용 이송관(7)을 중앙으로 관통하여 용융가스화로(1)내로 연통되어 미립자 환원물질(4)용 링형상 이송공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 설비.
  8. 제7항에 있어서, 상기 미립자 환원물질(4)용 상기 이송관(7)에는 유동가스가 통할 수 있는 것을 특징으로 하는 설비.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 또한, 상기 용융가스화로(1)에는 산소용 출구(28)가 상기 유동층(21)레벨 및 상기 단면에 대하여 중앙에 대략 위치되는 산소공급랜스(27)가 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 설비.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 환원물질용 상기 이송관은 유동층 슬러스를 거쳐 상기 용융가스화로와 연통되는 것을 특징으로 하는 설비,
  11. 제10항에 있어서, 상기 미립자 환원물질(4)용 이송가스를 공급하는 관(31)이 상기 유동층 슬러스(16)와 연통되는 것을 특징으로 하는 설비.
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