KR20000076141A - 광석을 환원하기 위한 환원가스의 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 정해진 품질의 광석으로 환원공정을 최상으로 하는 방법을 제공하는 것이다.

공급라인(7)을 통해 흐르는 환원가스는 가스 센서(1)에 의해 분석되어 두개의 부분 흐름으로 나누어진다. 산화되어진 부분 흐름의 처리량은 조절 밸브(3)에 의해 조절되고 그 다음 산화되어지는 버너(4)로 보내진다. 환원가스의 다른 부분 흐름은 샤프트내의 필요한 량의 가스에 따라서 조절밸브(2)에 의해 조절되고 그런 후 열교환기(11)에서의 필요한 온도로 되고 환원가스의 산화된 부분 흐름과 혼합된다. 가스 센서(13)에 의해서, 가스 성분은 결정되고, 필요시 공급 라인(14)을 통해서 추가의 가스는 수식에 따라서 조정된다.

본 발명에 따라서, 정해진 품질의 광석을 사용해서 화학량론적 최상의 방향으로 환원 공정을 실행할 수 있게 한다. 추가의 장점은 가스 분석이 넓은 범위에서 조정될 수 있도록 매우 낮은 산화부분을 유지하면서 환원가스가 소망의 온도로 가열될 수 있다는 사실에 있다.

Description

광석을 환원하기 위한 환원가스의 처리 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PROCESSING REDUCING GAS FOR REDUCING ORES}

DE 40 30 093 A1은 환원가스가 탄소와 일산화탄소를 포함하는, 샤프트 로내의 철과석의 직접 환원용 방법을 개시한다. 샤프트 로로부터 추출된 상부 가스는 계속해서 메탄 농후 가스와 혼합되고, 혼합가스는 그 다음 리포머(reformer)내의 환원가스로 변환된다.

US 4, 537,626는 강 전로를 빠져나온 환원가스가 탄소함유 재료와 함께 열교환기내에서 가열되고 계속해서 금속학적 환원로로 들어가는 방법을 개시한다. 이 방법은 전로(converter)를 나온 후 환원가스의 품질에 영향을 줄수 없다는 특별한 단점을 가진다. 환원로내의 균일한 환원 공정이 보장되지 않고 결국 제품의 품질은 매우 변동이 심하다.

US 4,175,951는 예열 환원가스 스트림이 가스성 탄화수소 재료의 연소 생성물과 혼합되는 고온 환원 가스 스트림의 생성 방법을 개시한다. 연료의 외부 소오스가 환원가스를 예열하기 위해서 뿐만 아니라 환원가스를 소망의 최종 온도까지 가열하기 위해서 이용되어야 하기 때문에, 이 방법은 작동비용이 계속 든다는 단점을 가진다.

EP-A 004 1861는 고체 연료로 가스를 가열하기 위한 가열된 열교환기를 개시하며, 이 방법을 통해서 연소 가스가 가열될 가스와 혼합하게 된다. 그러나 이 방법에서는 가스들이 혼합되는 것이 불량하다.

EP-A O 663 445는 고온용 가스-가스, 튜브 묶음 열교환기를 개시한다. 이 열교환기에서, 튜브 묶음은 캡을 제거한 후 교체할 수 있다. 또한 이 시스템에서 가스들이 혼합되는 것이 불량하다.

WO 94/10512는 특수한 윤곽을 가스의 틈새를 유지할 때 위치시키는 가스 가열기를 기술한다. 가스들의 가열은 온도에 의해 조절될 수 있도록 설계되어 있는 가열식 천공 충돌판에 의해 이루어진다.

EP-A 0 056 603는 용광로법용 쿠퍼(Cowper)를 기술한다. 쿠퍼는 높은 화학과 열적 강도를 특징으로 하는 세라믹 내화재와 정렬된다. 이 시스템은 쿠퍼가 쿠퍼의 구조에 의해 높은 열적 관성을 소유하는 한 불량하다.

DE-C 3 213 204는 길이방향으로 배열되어 있는 교체 파이프를 가진 내고온성 파이프와 헤드를 가진, 특히 연도 가스를 냉각하기 위한 열교환기를 개시한다. 지지 헤드는 콘크리트로 되어 있고, 파이프는 길이방향으로 이동가능한 헤드 내에 위치설정되어 있다. 열교환기는 역류로 작동되며, 가이드 헤드는 온도 변화에 의한 파이프의 열 팽창에 따라서 이동가능하다. 이 구조는 매우 튼튼하지만, 재료가 철을 포함하기 때문에, 재료들은 부식 및 마모의 대상이 되기 쉽다.

DE-C 3 142 485는 공격적이고 고온의 연도 가스를 냉각하기 위한 유리관 열교환기를 개시한다. 이 시스템에서, 유리관 묶음은 측면 슬릿들로부터 관에 공급되는 가스의 흐름에 수직으로 위치설정된다. 출입 슬릿의 단면은 가변적이지만, 이 시스템을 상술한 가스를 가열하는데 사용하는 것은 다소 힘들다.

DE-C 3 333 057는 또한 하우징이 덮어싸여 있고 가스가 측면으로부터 불어지는 유리관으로 이루어진 열교환기를 권하고 있다. 가열 요소는 하우징 벽내의 중공 공간에 설치되며 높은 휘발성 성분의 응축을 최소화한다. 그러나 이 시스템은 필요한 영역에서의 가스의 가열을 고려하지 않고 있다.

현 공정중 하나에서, 환원가스는 환원 용기로 공급되기 전에 요구된 반응 온도로 되어진다. 현재에, 이것은 금속 열교환기에 의해서 이루어지며, 열교환기중 약간은 쓰고 버리는 열교환기로서 이용가능하다. 높은 CO함량의 경우에, 종래의 디자인은 CO의 분리에 의해 재료내에 탄화물이 생긴다는 문제점을 가진다. 이들 탄화물은 포화점을 초과하자 마자 재료의 분해를 야기한다. 높은 농도의 H₂를 함유하는 환원가스의 경우에도, 마찬가지로 재료의 분해가 있다. 다양한 시스템의 종래의 디자인에서는, 이들 문제점은 환원가스의 부분적인 연소에 의해서 해결된다. 이렇게 하면 환원가스의 품질을 손상하게 된다.

그러므로, 열교환기의 마찰이 산업상 허용범위에 일치하지 않기 때문에, 철 재료로 만든 열교환기가 어떤 온도 영역을 대체하고, 산화의 포텐셜을 떨어뜨리는 것을 거의 불가능하게 만든다. 더욱이, 현 열교환기는 안전상 문제점을 나타낸다.

본 발명은 고온에서 적합하게 탄소함유 가스인 환원제와 접촉하게 해서, 광석, 특히 철광석을 철로 환원하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 공정 흐름을 도시하는 도면.

그러므로, 본 발명의 목적은 특정 품질의 광석이 주어질 때 상술한 시스템의 문제점을 피하고 환원공정을 최상으로 하는 방법을 제공하는 것이다.

상술한 종래 문제점은 광석과 환원가스를 접촉시키기 전에 환원가스의 제 1 부분 흐름을 분리 및 산화하는 단계와, 제 1 부분 흐름의 온도를 소망의 레벨로 조정하는 단계와, 상기 양 부분 흐름을 조합하는 단계와, 선택적으로 환원가스와 광석을 접촉하기전에 상기 조합된 부분 흐름에 추가 가스를 추가하는 단계에 의해서 해결된다.

본 발명은 먼저 정해진 품질의 광석을 사용해서 화학량론적 최상의 방향으로 환원 공정을 실행할 수 있게 한다. 하나의 결정적인 중요 기술은 표면의 촉매 작용이 나쁜 효과를 줄 수 있기 때문에 열교환기의 재료 기술에 있다. 올바른 재료가 선택되면, 생산 능력은 최대로 30%까지 증가될 수 있다. 추가의 장점은 가스 분석이 넓은 범위에서 조정될 수 있도록 매우 낮은 산화부분을 유지하면서 환원가스가 소망의 온도로 가열될 수 있다는 사실에 있다.

본 발명의 다른 특성은 부분 흐름과 추가 가스의 처리량은 제각기 0 - 100%의 범위로 제어된다. 이 범위는 사용된 가스 품질의 전체 변동에 최상의 반응을 허용한다.

본 발명의 다른 특성에 따라, 본 발명은 환원 용기, 적합하게 샤프트 환원로와, 상기 환원로에 환원가스를 제공하는 공급라인과, 조절밸브와 상기 환원가스를 가열하기 위한 비철계 금속으로 만든 열교환기를 가지는 것을 특징으로 한다. 제 1 가스 센서의 공급라인 상류와 열교환기의 공급라인 하류를 연결하는 바이패스 라인은 환원가스의 부분 흐름을 산화하기 위한 버너와 조절밸브를 가진다. 환원가스용 공급라인은 바이 패스 라인의 삽입부분의 하류에서 제 2 가스 센서를 가지며, 상기 제 2 가스 센서의 하류에 추가 가스의 추가를 위한 추가의 공급라인을 가진다. 선택적으로, 환원가스용 공급라인은 상기 추가의 공급라인의 상류이든지 하류에 위치될 수 있는 제 2 가스 센서를 가진다. 이러한 배열은 온-라인 모니터링에 의해서 공정의 최상의 조절을 허용한다.

본 발명의 다른 특징은 환원가스와 접촉하게 되는 열교환기의 부품들의 유리 구조물이다. 유리로 열교환기를 설계하면 재료의 현저한 마찰이든지 또는 표면의 교란 촉매 작용이 예상되어지지 않게 보장한다. 약간의 표면-코팅 재료는 비철계 재료로서 간주될 수 있으며, 즉 이들 재료는 금속 가루에 대한 산화 포텐셜의 차이에 대응한다. 본 발명에 따라서, 환원가스의 처리량 및/또는 환원 포텐셜은 가스 센서들에 의해 조절될 수 있다. 본 발명의 이러한 특성은 최상으로 하는데 큰 장점이 된다. 상술한 환원가스 분석과 가스 센서들은 필요에 따라 환원가스 온도와 환원가스 합성, 즉 환원 포텐셜의 조정을 허용한다.

본 발명은 정확하게 공정 흐름을 도시하는 도면을 참고로 상세히 설명되어 있다.

공급라인(7)을 통해 흐르는 환원가스는 가스 센서(1)에 의해 분석되어 두개의 부분 흐름으로 나누어진다. 산화되어진 제 1 부분 흐름의 처리량은 조절 밸브(3)에 의해 조절되고 그 다음 산화되어지는 버너(4)에 도달한다. 환원가스의 제 2 부분 흐름은 환원 용기(6)내의 필요한 량의 가스에 따라서 조절밸브(2)에 의해 조절되고 그리고 나서 열교환기(11)에서의 필요한 온도로 되고 환원가스의 산화된 부분 흐름과 혼합된다. 가스 센서(13)에 의해서, 가스 성분은 결정되고, 필요시 공급 라인(14)을 통해서 추가의 가스는 수식에 따라서 조정된다.

온도는 가스 센서(5)에 의해 측정되며 따라서 가스 센서(5)와 조절밸브(3)을 이루는 제어 회로는 조정된다. 그리고 나서 환원가스는 환원 용기(6)에 전달된다. 쓰여진 환원가스(8)는 환원 용기(6)의 상단부에서 나온다. 광석(9)은 환원 용기(6)내의 최상의 환원 가스와 밀접하게 접촉하게 되고 반응된 광석(10) 또는 해면철로 회수된다.

선택적으로, 가스 센서(13)는 가스 공급라인(14)의 하류에 위치될 수 있으며, 이 경우에, 가스 공급라인(14)은 측정된 조성물을 근거로 조정된다.

Claims (5)

1. 고온에서 환원가스와 접촉하여 광석, 특히 철광석을 철로 환원하는 공정에서의 환원가스의 처리 방법에 있어서,

   상기 광석과 환원가스를 접촉시키기 전에 환원가스의 제 1 부분 흐름을 분리 및 산화하는 단계와, 상기 제 1 부분 흐름의 온도를 소망의 레벨로 조정하는 단계와, 상기 양 부분 흐름을 조합하는 단계와, 선택적으로 상기 환원가스와 광석을 접촉하기전에 상기 조합된 부분 흐름에 추가 가스를 추가하는 단계를 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 부분 흐름과 추가 가스의 처리량을 제각기 0 - 100%의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 따른 방법을 실행하기 위한 장치로서, 광석을 환원하기 위한, 특히 철광석을 철로 환원하기 위한, 환원 용기(6), 적합하게 샤프트 환원로와, 상기 환원 용기(6)에 환원가스를 제공하며 가스 센서(1)를 가지는 공급라인(7)과, 조절밸브(2)와 상기 환원가스를 가열하기 위한 열교환기(11)와, 상기 가스 센서(1)의 공급라인(7) 상류와 열교환기(11)의 공급라인(7) 하류를 연결하는 바이패스 라인(12)을 포함하며,

   상기 바이 패스 라인(12)가 상기 환원가스의 부분 흐름을 산화하기 위한 버너(4)와 조절밸브(3)를 가지며, 상기 공급라인(7)이 바이 패스 라인(12)의 삽입부분의 하류에서 가스 센서(5)를 가지며, 상기 가스 센서(5)의 하류에 추가 가스의 추가를 위한 공급라인(15)을 가지는 장치에 있어서,

   상기 열교환기(11)은 비철계 재료로 만들어져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 환원가스와 접촉하게 되는 상기 열교환기(11)의 부품들은 유리로 디자인되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 환원가스의 처리량 및/또는 환원 포텐셜은 상기 가스 센서(1) 및/또는 가스 센서(5)에 의해 제어가능한 것을 특징으로 하는 장치.