KR20010020393A - 환원전 입상 철광석의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

습윤 입상 철광석을 건조대를 통해 초기에 인도한다. 광석은 120 내지 400℃의 온도에서 건조대를 떠난다. 이어서 광석은 환원대로 운반되기에 앞서 고온 가스와 직접 접촉시켜 700 내지 1,100℃의 온도로 가열된다. 건조대에서 나오는 광석을 분리수단을 통해 전부 또는 부분적으로 인도하여 광석을 세립 및 조립 분획으로 분리한다. 세립 광석 분획을 제립장치로 운반하여 철광석 입상물을 생성시키고 이를 건조대로 인도한다. 조립 광석 분획을 이를 환원대로 인도하기에 앞서 700 내지 1,100℃의 온도로 가열한다.

Description

환원전 입상 철광석의 열처리 방법{METHOD FOR THERMAL TREATMENT OF GRANULATED IRON ORE BEFORE REDUCTION}

이러한 공정은 공지되어 있으며 예를 들면, 미국 특허 제5,527,379호; 제5,560,762호; 및 제5,603,748호에 기술되어 있다. 이 경우에, 열처리는 하나 이상의 유동층으로 작동하는 환원설비 중으로 충진될 광석의 제조에 도움이 된다. 유동가스로서 수소가 풍부한 가스가 사용되며, 가스는 추가 환원성분으로서 일산화탄소를 또한 함유할 수 있다. 현저한 세립(細粒)을 지닌 광석 성분은 환원공정을 교란하고 제품의 품질을 감소시키며, 그 이유가 이들 세립 성분이 유동층으로부터 손쉽게 분출되기 때문인 것으로 밝혀졌다. 결과적으로, 환원대 내 이들의 체류시간은 이들이 더 이상 충분히 환원되지 않도록 감소된다.

본 발명은 광석을 건조대를 통과시킨 다음, 120 내지 400℃ 범위 온도의 건조대로부터 나오는 광석을 이를 환원대에 충진하기에 앞서, 고온가스와 직접 접촉시켜 700 내지 1100℃의 온도로 가열시키는, 입상 함수 철광석의 열처리 방법에 관한 것이다.

본 발명의 근본 목적은 함철 광석 또는 광석 농축물의 열 예비처리 중에, 환원대에 도입된 광석이 어떠한 교란양의 세립도 함유하지 않도록 보장하는 것이다. 본 발명에 따라, 이러한 목적은 건조대로부터 나오는 광석을 전부 또는 부분적으로 분리수단을 통과시키고, 조립(粗粒) 광석 분획을 세립 광석 분획으로부터 분리해내며, 세립 광석 분획을 제립(製粒)수단에 충진시켜 철광석 입상물을 생성시키며, 이를 건조대에 도입하며, 조립 광석 분획을 이를 환원대에 도입하기에 앞서 700 내지 1100℃의 온도로 가열하는 전술한 공정으로 해결된다. 분리수단은 예를 들면, 스크린 또는 시프터(sifter)일 수 있다.

환원설비에서 바라지 않는 현저한 세립 광석은 수 종의 방법으로 수득된다. 한편, 미분(微粉)은 입상 광석의 건조 및 가열 중에 형성되며, 가열 중 조립의 스퍼터링으로 인하여 세립이 또한 형성된다. 또한, 유동층 내 환원을 위해 제공되는 원광(原鑛)을 건조시키기 바로 전에 약 0.1 내지 3 mm의 최적 입자크기로 분쇄시킨다. 이 때문에, 예를 들면, 공지된 압연 프레스가 사용될 수 있지만, 아울러 극세립 크기를 갖는 광석도 불가피하게 생성된다. 예를 들면, 미국 특허 제5,560,762호에 제안되어 있는 바와 같이, 건조에 앞서 세립 성분을 스크리닝하고 입상화하는 것으로는 세립 문제가 완전히 해결되지 않는 데, 그 이유는 세립이 마모 및 스퍼터링의 결과로서 건조 및 열 예비처리 중에 다시 형성되기 때문이다. 본 발명에 따른 공정에 의해, 어떠한 교란양의 세립도 환원설비에 들어갈 수 없도록 효율적이고 경제적으로 보장된다.

통상적으로, 세립 광석 분획을 분리하기 위해서는, 건조대로부터 나오는 광석을 적어도 50%는 분리수단으로 도입시키는 것이 규정되어 있다. 분리수단에 있어서, 분리된 세립 광석 분획이 적어도 80 중량%에 대해 0.2 mm 이하의 입자크기를 갖도록 보장하는 것이 상책이다. 바람직하게는, 제립 수단으로부터 취출된 광석 과립은 적어도 50 중량%에 대해 적어도 0.3 mm의 입자크기를 갖는다. 세립 분획이 건조 전에 이미 원광으로부터 체질될 때, 이러한 원분광(原粉鑛) 또한 기존 제립 수단에 충진된다. 원분광은 통상적으로 적어도 80 중량%에 대해 0.2 mm 이하의 입자크기를 가질 것이다.

환원설비에 충진된 광석은 통상적으로, 적어도 80 중량%에 대해 0.1 내지 3 mm 범위의 입자크기로 이루어질 것이다. 이러한 점은 특히 전술한 미국 특허의 공지 공정에서의 경우와 같이 제 1 환원 스테이지가 순환 유동층으로서 설계될 때 권장된다. 순환 유동층에서, 유동 및 환원 가스의 비교적 높은 가스속도가 사용되고, 가스의 빈-도관 속도는 통상적으로 3 내지 10 m/s 범위에 있다. 전술한 바와 같은 이러한 제 1 환원 스테이지 뒤에는 편의상 제 2 환원 스테이지가 따르며, 여기에서 유동층은 조밀상의 상태로 유지된다. 이 경우에, 유동 및 환원 가스의 빈-도관 속도는 0.3 내지 1 m/s 범위에 있다.

공정의 양태를 공정 흐름도를 나타내는 도면을 참조로 설명한다.

라인(1)을 통해, 입상 함수 철광석 또는 또한 광석 농축물이 공급되어 벤튜리 건조기(2)에 충진된다. 광석은 통상적으로 Fe 함량이 적어도 60 중량%이다. 예를 들면, 우선 도시되지 않은 분쇄장치를 통과한 광석은 10 mm 이하, 바람직하게는 6 mm 이하의 입자크기를 갖는다. 유리하게는, 라인(1)의 광석 중 적어도 80 중량%는 4 mm 이하의 입자크기를 갖는다. 광석이 상부로 운반되도록 고온가스를 라인(3)을 통해 건조기(2)에 공급하여 건조시키고 라인(5)을 통해 사이클론(4)에 충진시킨다. 수분과 분진을 함유하는 가스는 라인(4a)을 통해 취출되어 도시되지 않은 분진제거 유닛에 도입된다. 온도가 통상적으로 120 내지 400℃ 범위에 있는 건조된 광석은 라인(6)을 통해 사이클론(4)을 떠나 분리수단(본원에서는 시프터(7)로 표시)으로 들어간다. 조립 분획은 라인(10)을 통해 시프터(7)를 떠나고, 세립 광석 분획은 라인(11)을 통해 제립기(12)에 공급된다. 사이클론(4)으로부터의 건조된 광석 전부가 시프터(7)에 도입되지 않을 때, 이의 일부를 파선으로 표시한 바이패스 라인(14)을 통해 라인(10)의 조 분획과 직접 혼합시킬 수 있다.

필요에 따라, 벤토나이트 같은 결합제가 라인(15)을 통해 제립기(12)에 공급된다. 또한, 필터 케이크가 라인(16)을 통해 제립기에 충진될 수 있으며, 이러한 필터 케이크는 도시되지 않은 가스 소제 유닛으로부터 기원하고 세립 철광석이 풍부하다. 공지의 제립기(12)는 철광석 입상물을 생성하며, 여기에서 입상물의 적어도 50 중량%는 적어도 0.3 mm의 입자크기를 갖는다. 이러한 입상물은 경로(18) 상에서 건조기(2)에 도입된다.

라인(10)의 조 광석 분획을 700 내지 1100℃ 및 대부분 1000℃ 이하의 온도로 가열한다. 이러한 목적상 순환 유동층이 사용되며, 이의 반응기(20)에는 고체, 액체 또는 가스 연료가 라인(21)을 통해 공급되고, 공기가 라인(22)을 통해 공급된다. 고온 연소가스는 고체를 사이클론 분리기(23)로 상향 운반하며, 여기에서 고온의 분진-담지 가스는 라인(3)을 통해 건조기(2)에 공급된다. 가열된 조 광석은 라인(26)을 통해 사이클론(23)을 떠나고 라인(27)을 통해 챔버(20)의 하부로 부분 재순환된다. 가열 결과 경화된 잔류 광석은 라인(28)을 통해 환원설비로 공급된다.

도면에 개략적으로 도해된 환원설비는 제 1 환원 스테이지(30), 제 2 환원 스테이지(31) 및 가스 처리 유닛(32)을 포함한다. 제 1 스테이지(30)에서, 순환 유동층이 사용되고, 제 2 환원 스테이지(31)는 고정 유동층으로 설계된다. 이러한 환원설비의 세부사항은 미국 특허 제5,527,379호; 제5,560,762호; 및 제5,603,748호에 기술되어 있다. 고온 환원가스는 수소 외에 일산화탄소도 함유할 수 있으며, 이는 라인(33)을 통해 공급되며 유동가스로서 제 1 스테이지(30) 및 제 2 스테이지(31)에 부분적으로 공급된다. 제 2 스테이지(31)의 배기가스는 라인(34)을 통해 제 1 스테이지(30)에 공급된다. 증기와 분진을 함유하는 배기가스는 라인(35)을 통해 제 1 스테이지(30)를 떠나며, 처리 및 부분적인 재사용을 위해 설비(32)로 재순환되며, 이 설비에서 새로운 환원가스가 또한 생성된다. 제 1 스테이지(30)에서 부분적으로 환원된 광석은 라인(36)을 통해 추가 환원을 위한 제 2 스테이지(31)로 운반되며, 완제품은 라인(37)을 통해 취출되며 통상적으로는 도시되지 않은 단광(團鑛,briquetting) 및 냉각 유닛으로 공급된다.

또한 환원 중에 석탄을 처리하고자 하는 경우, 세립 석탄을 라인(39)으로부터의 O₂-함유 가스와 함께 라인(38)을 통해 공지의 석탄 기화 설비(40)에 충진시키며, 부분 산화를 통해 H₂및 CO를 함유하는 가스 산물이 생성된다. 이러한 가스 산물도 마찬가지로 파선으로 표시한 라인(41)을 통해 제 1 환원 스테이지(30)에 도입될 수 있다.

라인(14)과 환원설비가 없는 도면에 상응하는 설비에서, Fe 함량이 68.5 중량%인 적철광 세립 광석을 열처리한다. 광석은 함수율이 7 중량%이다. 이러한 광석 100 t/h을 벤튜리 건조기(2)에 충진하고, 여기에서 광석은 3 mm 이하의 입자크기로 분쇄된다. 달리 표시하지 않는 한 모든 양은 건조 고체를 의미한다. 900℃의 가스를 라인(3)을 통해 건조기(2)에 공급하고, 함수율이 8.5 중량%인 광석 입상물 26 t/h을 라인(18)을 통해 건조기에 공급한다. 건조된 광석을 온도가 250℃인 126 t/h의 양으로 라인(5)을 통해 취출한다. 풍력분급기(7)를 순환 공기로 작동시켜, 어떠한 가스 유입구 및 배출구도 존재하지 않게 한다. 0.1 mm의 좀더 낮은 입자 경계를 갖는 조립 분획이 106.5 t/h의 양으로 라인(10)을 통과하며, 세립 광석은 13 t/h의 양으로 제립기(12)에 공급된다. 동시에, 물 3100 kg/h, 벤토나이트 104 kg/h 및 필터 케이크 11.7 t/h을 제립기에 충진한다. 가스 소제 공정으로부터 기원하는 필터 케이크는 철광석 90 중량% 및 물 10 중량%를 포함한다. 제립기는 물 8.5 중량%, 최대 입자크기 3 mm, 평균 입자크기(d₅₀) 0.4 mm이고, 성분 5 중량%가 0.1 mm 이하인 마이크로펠릿 26 t/h을 생성한다. 이러한 마이크로펠릿은 경로(18) 상에서 건조기(2)에 공급된다.

반응기(20) 중으로, 천연가스 4536 Nm³/h 및 공기 46600 Nm³/h를 도입시켜, 반응기에 900℃의 온도가 존속하도록 한다. 라인(28)에서, 경화된 입상 철광석 106.5 t/h를 환원설비에 제공한다.

Claims (8)

1. 광석을 건조대를 통과시킨 다음, 120 내지 400℃ 범위 온도의 건조대로부터 나오는 광석을 이를 환원대에 충진시키기에 앞서, 고온가스와 직접 접촉시켜 700 내지 1100℃의 온도로 가열시키는, 입상 함수 철광석의 열처리 방법에 있어서, 건조대로부터 나오는 광석을 전부 또는 일부를 분리수단에 통과시키고, 조립 광석 분획을 세립 광석 분획으로부터 분리해내며, 세립 광석 분획을 제립 수단에 충진시키고 철광석 입상물을 생성시켜 이를 건조대에 도입시킨 다음, 조립 광석 분획을 이를 환원대에 도입시키기에 앞서 700 내지 1100℃의 온도로 가열시킴을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 건조대로부터 나오는 광석이 적어도 50%에 대해 분리수단으로 도입됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 조립 광석 분획 가열용 고온가스가 고체, 액체 또는 가스 연료의 연소를 통해 생성됨을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 함철 광석이 이를 건조대로 도입시키기에 앞서 먼저 분쇄됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 분리수단에서 분리된 세립 광석 분획이 적어도 80 중량%에 대해 0.2 mm 이하의 입자크기를 가짐을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 제립 수단으로부터 취출된 광석 입상물이 적어도 50 중량%에 대해 적어도 0.3 mm의 입자크기를 가짐을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 80 중량%에 대해 0.2 mm 이하의 입자크기를 갖는 함철 광석을 제립 수단에 직접 충진시킴을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 700 내지 1100℃로 가열한 철광석을 고온 환원 유동가스의 공급하에, 적어도 하나의 유동층을 구비하는 환원설비에 공급함을 특징으로 하는 방법.