KR20000069180A - 산화물의 환원용 회전 노상로의 조업방법 - Google Patents

Abstract

분광석과 석탄챠의 혼합층과 분석탄층을 각각 수평하게 이동하는 노상 위에 적층하고, 분석탄의 환원을 실시함과 동시에 분석탄을 열분해하여 석탄챠로 한다. 그리고, 얻어진 석탄챠를 반복해서 사용한다.

Description

산화물의 환원용 회전 노상로의 조업방법 {METHOD OF OPERATING ROTARY HEARTH FURNACE FOR REDUCING OXIDES}

조강의 생산은 크게 고로-전로법, 전기로법으로 나누어진다. 이 중, 전기로법은 스크랩이나 환원철을 철원료로 해서 이들을 전기에너지로 가열용해시키고, 경우에 따라서는 정련하여 강으로 하고 있다. 현 상황에서는 스크랩을 주요 원료로 하고 있으나, 최근 스크랩 수급의 곤란, 전로법으로의 고급제품 제조의 흐름에서 환원철의 수요가 계속 증가하고 있다.

환원철을 제조하는 공정의 하나로서 일본 공개특허공보 소63-108188 호에 개시되어 있는 바와 같이, 수평방향으로 회전하는 노상에 철광석과 고체 환원재로 이루어지는 층을 적층하고, 상부로부터 복사전열에 의해 가열해서 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 방법이 있다. 대부분의 경우, 수평하게 이동하는 노상이란, 도 1 의 회전 노상로의 설명도와 같은 형태를 취하고 있다. 이 이동 (회전) 노상 (6) 위에 철광석과 고체 환원재로 이루어지는 층 (16) 을 장입장치 (12) 에 의해 적층한다. 이동 노상 (6) 은 내화물이 입혀진 노체 (13) 로 덮혀 있다. 노의 상부에는 버너 (14) 가 설치되어 있어서 이것을 열원으로 하여 이동 노상 (6) 위의 철광석을 환원한다. 노내 온도는 1300 ℃ 전후로 되어 있는 것이 통상적이다. 또한, 환원조작 종료후에는 노의 밖에서의 산화방지, 핸들링을 용이하게 하기 위하여 회전 노상 위에서 냉각기에 의해 환원철을 냉각한 후, 회수하는 것이 보통이다. 이와 같은 방법은 조업시의 트러블이 비교적 적다는 등의 뛰어난 점이 있다.

그런데, 노내 온도를 일정하게 하여 생산성을 향상시키고자 하는 경우, 이 방법에 있어서의 환원철의 생산성은 노상 단위면적당 적층하는 광석의 양, 광석의 노내에서의 체류시간, 노상 면적에 의해 크게 지배된다. 여기서, 노상 단위면적당 적층하는 광석의 양을 많게 한다. 즉, 층두께를 증대시킬 수 있으면 생산량을 증대시키게 되는데, 본 방식과 같이 층의 상면에서만 가열하는 경우에는 최하부까지 가열시키기 위해서 매우 긴 시간을 요하게 되며, 결과적으로 생산성을 증가시킬 수 없다. 또한, 광석의 노내에서의 체류시간을 짧게 할 수 있으면 생산량을 증대시킬 수 있는데, 단순히 짧게 하면 광석의 환원이 불충분해져서 환원철로 되지 않는다. 이와 같은 점에서 1 장치당 생산량의 증대를 도모하기 위해서는, 상당히 넓은 노상 면적이 필요해져서 장치의 규모가 대형화된다는 문제가 있었다.

발명의 개시

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분광석과 분석탄 및 석탄챠 (coal char) 를 사용하고, 이들 원료 (원료란, 노로 공급하는 광석 및 석탄, 석탄챠를 말한다) 를 층으로 수평하게 이동하는 노상에 적층하고, 그 상측으로부터 복사전열에 의해 철광석의 환원을 실시하는 방법에 있어서, 이 방법을 실시하는 장치의 규모를 가능한 작게 하거나, 또는 동일규모의 장치에 있어서 생산량을 증대시킬 수 있는, 즉 생산성, 경제성이 우수한 이동형 노상로의 조업방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 이동형 노상로를 사용하여 철광석으로부터 환원철을 제조하는 기술에 관한 것이다.

도 1 은 회전 노상로의 설명도.

도 2 는 본 발명의 전체적인 플로우를 도시한 설명도.

도 3 은 실시예에서 사용한 회전 노상로의 설명도.

도 4의 (a) 는 적층상태의 수직단면을 도시한 도면, 도 4의 (b) 는 그 사시도. (조건 1)

도 5의 (a) 는 적층상태의 수직단면을 도시한 도면, 도 5의 (b) 는 그 사시도. (조건 2)

도 6의 (a) 는 적층상태 (조건 3) 의 수직단면을 도시한 도면, 도 6의 (b) 는 적층상태 (조건 4) 의 수직단면을 도시한 도면, 도 6의 (c) 는 적층상태 (조건 5) 의 수직단면을 도시한 도면.

도 7의 (a) 는 적층상태 (조건 6) 의 수직단면을 도시한 도면, 도 7의 (b) 는 적층상태 (조건 7) 의 수직단면을 도시한 도면, 도 7의 (c) 는 적층상태 (조건 8) 의 수직단면을 도시한 도면, 도 7의 (d) 는 적층상태 (조건 9) 의 수직단면을 도시한 도면, 도 7의 (e) 는 적층상태 (조건 10) 의 수직단면을 도시한 도면.

도 8 은 실시예에서 사용한 스크루형 배출장치의 설명도.

부호의 설명

1 : 분광석과 분석탄챠의 혼합층 2 : 분석탄의 층

3 : 분석탄과 분석탄챠의 혼합층 4 : 분광석과 분석탄의 혼합층

5 : 분광석과 분석탄 및 분석탄챠의 혼합층

6 : 이동 노상 (회전 노상) 7 : 배출장치

8 : 환원철 9 : 분석탄챠

10 : 분석탄 11 : 분광석

12 : 장입장치 (노상으로의 원료적층장치) 13 : 노체

14 : 버너 15 : 냉각기

16 : 철광석과 고체 환원재로 이루어지는 층

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

석탄에는 그 종류에 따라 달라지는 통상 15 ∼ 45 % 정도의 휘발분이 함유되어 있다. 석탄을 공기를 차단하여 가열승온하면, 300 ℃ 부근의 온도에서 열분해가 시작되어 CH₄와 그 동족체를 주체로 하는 가스가 발생하여 연화용융된다. 500 ℃ 부근의 온도가 되면 대부분이 고화되어 다공질 덩어리 형상의 석탄챠로 된다. 열분해는 그 후의 승온에 의해서도 계속되어, 700 ℃ 의 온도 부근에서는 발생가스가 H₂로 변하고, 900 ℃ 이상의 온도에서는 열분해는 거의 종료된다. 이 석탄의 열분해는 흡열반응으므로, 반응을 진행시키기 위해서는 외부로부터의 열공급이 필요하다.

한편, 분광석과 고체탄재 (고체 환원재) 를 혼합한 것을 외부가열에 의해 환원시키는 경우, 분광석의 환원은 대략 1000 ℃ 이상의 온도에서 직접환원의 형태로 진행된다. 이 환원반응도 흡열반응이므로, 반응을 진행시키기 위해서는 역시 외부로부터의 열공급이 필요하다. 따라서, 환원철의 생산성을 높이려면, 환원이 진행되는 온도 (약 1000 ℃ 이상) 에 어떻게 빨리 도달시키는가가 중요해진다.

여기서 분광석과 분석탄의 혼합층을 수평하게 이동하는 노상에 적층하고, 노상 상부로부터 복사전열에 의해 광석의 환원을 실시하는 경우를 생각할 수 있다. 노내 상측으로부터의 가열은 광석을 환원시키는, 즉 분광석과 분석탄의 혼합층을 광석의 환원이 진행되는 1000 ℃ 온도 이상으로 하는 것이 목적이다. 그러나, 혼합층에는 석탄이 존재하기 때문에, 1000 ℃ 의 온도에 도달하기 전에 석탄의 열분해가 시작된다. 이 열분해는 상술한 바와 같이 흡열반응이며, 따라서 1000 ℃ 의 온도에 도달할 때까지의 시간이 많이 필요하며, 생산성이 저하된다. 따라서, 광석을 환원하는 곳에서는 석탄의 열분해에 의한 흡열의 영향이 없도록 하면, 생산성의 저하를 피할 수 있다.

이와 같은 판단하에, 본 발명은 광석의 환원이 진행되는 곳과 석탄의 열분해가 진행되는 곳을 별도로 하는 것을 기본으로 하는 것이다. 즉, 분광석과 열분해를 마친 석탄챠의 혼합층과 분석탄의 층을 각각 별도의 층으로 노상 위에 적층하고, 분광석의 환원을 석탄챠로 실시함과 동시에 분석탄을 열분해하여 석탄챠로 하는 것, 또한 얻어진 석탄챠를 이후의 분광석의 환원조업에 이용하고자 하는 것이다.

도 2 에 본 발명의 전체적인 플로우의 설명도를 도시하였다. 도 2 에 있어서, 분광석 (11) 과 석탄챠 (9) 의 혼합층 (1) 은 분석탄 (10) 의 층 (2) 위에 있으며, 각각 별도의 층으로 회전하는 이동 노상 (6) 에 적층되어 있다. 그리고, 환원에 의해 얻어진 환원철 (8) 과 열분해된 석탄챠 (9) 는 모두 배출장치 (7) 에 의해 배출되어 회수되는데, 그 중 석탄챠 (9) 는 분광석 (11) 과 혼합하여 혼합층 (1) 의 석탄챠 (9) 로서 재순환한다. 이와 같이 광석의 환원이 진행되는 곳과 석탄의 열분해가 진행되는 곳을 별도로 하기 위하여, 우선 분석탄 (10) 을 분광석에는 혼합시키지 않고, 별도의 층 (분석탄층 (2)) 으로 하여 노상 (6) 에 적층한다. 분석탄 (10) 은 노내에서 가열되어 열분해되는데, 분광석 (11) 과는 혼합시키지 않기 때문에 열분해의 흡열의 영향은 분광석 (11) 의 승온에는 영향을 미치지 않거나 영향이 있어도 매우 작아진다.

한편, 분광석 (11) 의 환원에는 약간의 고체탄재를 혼합시킬 필요가 있다. 따라서, 이 고체탄재로서 열분해가 종료된 석탄챠 (9) 를 사용하여 분광석 (11) 과 혼합해서 사용하면 (분광석과 석탄챠의 혼합층 (1)), 석탄챠 (9) 는 이미 열분해가 종료되어 있기 때문에 흡열반응은 없으므로, 분광석 (11) 과 석탄챠 (9) 의 혼합층의 승온을 늦추는 일이 없다. 또한, 최초의 조업에서 석탄 (10) 을 열분해하여 얻어진 석탄챠 (9) 를 재순환하는, 즉 이후의 조업에서 사용하는 석탄챠 (9) 로서 유리하게 이용할 수 있다.

또한, 당연히 분광석에 혼합하는 석탄챠는 충분히 건류되어 있어서, 분광석과 석탄챠의 혼합층으로 하였을 때에 열분해에 의한 흡열이 가능한 한 적은 편이 보다 바람직하다. 따라서, 분석탄층에 석탄챠를 혼입시켜 사용하는, 그리고 이 석탄챠를 노내에서 열분해시킨 석탄챠의 일부로서 재순환시킨다. 분석탄층에 석탄챠를 혼입시키지 않을 때에 비하여, 노내에서의 석탄 단위중량당 체류시간이 길어져서 열분해가 충분히 된 석탄챠를 얻을 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 환원금속과 석탄챠의 제조를 동일한 노내에서 실행시킨다. 따라서, 석탄에서 발생하는 휘발분은 버너에서 공급되는 공기 등의 보조 연소재와 반응하여 열원으로서 효율적으로 활용된다. 또한, 노외의 별도의 장치를 사용해서 석탄챠를 제조하는 것에 비하여 설비비를 저감할 수 있는 점, 종합적인 열손실을 저감할 수 있는 점, 휘발분을 효율적으로 활용할 수 있는 점 등의 효과가 얻어진다.

회전하는 직경 2.2 m 의 노상과 노내 상측에 버너가 있고, 이들 전체를 노체로 덮은 도 3 에 도시된 회전 노상로를 사용하여, 이하의 조업을 시험적으로 실시한다. 여기서 도 3 에 있어서, 6 은 이동 (회전) 노체, 7 은 배출장치, 12 는 장입장치, 13 은 노체, 14 는 버너이고, 15 는 제품을 냉각하여 꺼내기 위해 배출구 앞에 배치한 냉각기이다.

공급구에 있어서의 원료의 적층은, 장입장치 (12) 에 의해 분광석이나 분고체 환원재를 도 4 ∼ 도 7 의 적층조건의 설명도에 도시한 바와 같이 10 종의 조건으로 이동 노상 (6) 위에 적층한다. 이들 도 4 ∼ 도 7 에 있어서, 1 은 분광석과 분석탄챠의 혼합층, 2 는 분석탄의 층, 3 은 분석탄과 분석탄챠의 혼합층, 4 는 분광석과 분석탄의 혼합층, 5 는 분광석과 분석탄 및 분석탄챠의 혼합층 그리고 6 은 이동 노상이다.

또한 배출장치 (7) 는, 이들 적층조건에 대응하여 도 8a, 도 8b 에 도시한 바와 같은 2 종류의 스크루형 배출장치를 사용한다. 즉, 적층조건 2 및 5 의 경우, 길이가 다른 2 개의 스크루를 갖는 도 8b 를 사용하고, 그 외에는 도 8a 를 사용한다.

분광석에는 표 1 에 나타내는 성분조성의 것을 사용하고, 분석탄에는 휘발분 : 44 %, 회분 : 10.2 % 의 것을 사용하며, 그리고 이들과 분석탄챠는 체의 크기를 3 ㎜ 이하로 조정하여 사용한다. 환원조업은 노의 온도를 버너의 연소제어로 모든 조건에서 1300 ℃ 의 일정온도로 제어하고, 제품의 금속화율이 92 ∼ 93 % 로 되도록 노상 (6) 의 회전수를 변경하여 노내 체류시간을 조정한다.

실험조건 (적층조건) 과 조업결과를 정리하여 표 2 에 나타낸다. 표 2 에 있어서 본 발명의 적합예에서는, 얻어진 석탄챠를 반복해서 사용하는 것으로 하고 있다. 그리고 실험번호 1, 3 및 4 의 적합예에서는, 환원철과 석탄챠는 혼합하여 회수되는데, 자석으로 선택해서 양자를 분리하여, 석탄챠는 반복해서 사용한다. 또한 실험번호 2 및 5 의 적합예에서는, 환원철과 석탄챠는 별도로 회수되기 때문에 석탄챠는 그대로 반복해서 사용한다.

한편, 실험번호 6 ∼ 9 의 비교예는, 원료의 적층조건의 차이, 석탄챠도 혼합되어 있는 점의 차이는 있으나, 모두 분광석의 층중에 분석탄이 혼합되어 있는 것이다. 이 중 실험번호 8, 9 와, 그리고 실험번호 11 의 비교예의 석탄챠는 미리 별도의 장치를 이용해서 제조한 것을 사용한 것이다. 표 2 에서 알 수 있는 바와 같이, 실험번호 6 ∼ 9 의 비교예는, 모두 제품금속화율을 92 ∼ 93 % 범위로 확보하였을 때의 생산속도가 3.5 ∼ 3.9 t/d 범위에 있다. 실험번호 10 의 비교예는, 실험번호 6 에 비하여 노내에서의 체류시간을 짧게 하여 강제적으로 생산속도를 4.3 t/d 로 빠르게 한 것인데, 제품의 금속화율이 82 % 로 목표치에 도달하지 못했다.

한편, 실험번호 1 ∼ 3 의 적합예는, 회전 노상으로의 원료의 적층조건의 차이는 있으나, 모두 노내에서 제조한 석탄챠를 전량 반복 사용해서 분광석의 층중에 혼합하고, 분석탄은 분광석에는 혼합시키지 않고, 별도의 층으로서 공급하고 있다. 이들의 생산속도는 4.4 ∼ 4.5 t/d 로 상기한 비교예에 비하여 20 ∼ 30% 생산성이 향상되어 있다. 또한, 이 때의 제품의 금속화율은 92 ∼ 93 % 로서 목표범위내이다. 실험번호 4 및 5 의 적합예도 노내에서 제조한 석탄챠를 전량 반복 사용해서 분광석의 층과 고체탄재의 층에 각각 혼합한 것이다. 실험번호 1 ∼ 3 에 비하여 분광석에 혼합하는 석탄챠가 충분히 건류되어 있는 점에서 분광석과 석탄챠의 혼합층에서의 흡열의 영향이 보다 작아지고, 생산속도는 더욱 향상되어 4.6 ∼ 4.7 t/d 로 높일 수 있었다.

실험번호 11 은 석탄챠를 미리 별도의 장치를 사용해서 제조하고, 이 석탄챠를 적층조건 10 의 분광석에 혼합해서 적층하여 환원철을 제조한 것으로 분광석에 혼합되어 있는 탄재는 석탄챠이기 때문에 생산성은 본 발명에 비하여 손색이 없으나, 석탄챠 생산장치의 건설비용이나 생산비용 등의 비용상승 요인을 갖고 있다.

결정수%	T. Fe%	FeO%	SiO2%	Al2O3%	CaO%	MgO%	P%	S%
3.25	62.30	0.11	4.31	2.60	0.04	0.05	0.075	0.014

본 발명은 이동형 노상로에서의 광석의 환원에 있어서, 분광석과 석탄챠의 혼합층과 분석탄을 갖는 탄재의 층을 각각 별도의 층으로 노상 위에 적층해서, 광석을 환원함과 동시에 분석탄을 열분해하여 석탄챠로 하는 것, 나아가서는 얻어진 석탄챠를 반복해서 사용하는 것이다.

본 발명에 의하면, 동일 규모의 장치에 있어서 생산성을 증대시킬 수 있는, 다시 말해서 생산성을 동일하게 하면 장치를 작게 할 수 있는 것으로서, 생산성의 향상과 함께 비용저감에 크게 공헌할 수 있다.

Claims (5)

1. 분광석과 분석탄 및 석탄챠 (coal char) 를 원료로 하여, 이들 원료를 수평하게 이동하는 노상 위로 공급하여 층 형상으로 적층하고, 노내 상측으로부터의 복사전열에 의해 광석의 환원을 실시함에 있어서,

   분광석과 석탄챠의 혼합층과 분석탄층을 각각 별도의 층으로 적층하고, 분광석의 환원을 실시함과 동시에 분석탄을 열분해하여 석탄챠로 하는 것을 특징으로 하는 이동형 노상로의 조업방법.
2. 제 1 항에 있어서, 이동형 노상이 회전형 노상인 것을 특징으로 하는 이동형 노상로의 조업방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 석탄챠를 회수하고, 분광석과 석탄챠의 혼합층의 석탄챠로서 반복해서 사용하는 것을 특징으로 하는 이동형 노상로의 조업방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 분광석과 석탄챠의 혼합층과 분석탄과 분석탄챠의 혼합층을 각각 별도의 층으로 적층하고, 분광석의 환원을 실시함과 동시에 분석탄과 석탄챠의 혼합층의 분석탄을 열분해하여 석탄챠로 하는 것을 특징으로 하는 이동형 노상로의 조업방법.
5. 제 4 항에 있어서, 석탄챠를 회수하고, 분광석과 석탄챠의 혼합층의 석탄챠 및/또는 분석탄과 석탄챠의 혼합층의 석탄챠로서 반복해서 사용하는 것을 특징으로 하는 이동형 노상로의 조업방법.