KR20010032033A

KR20010032033A - 럼프 배출장치

Info

Publication number: KR20010032033A
Application number: KR1020007005152A
Authority: KR
Inventors: 게랄트 로젠펠러
Original assignee: 뵈스트-알핀 인두스트리안라겐바우 게엠베하 앤드 컴퍼니
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2001-04-16
Also published as: AT405765B; EP1029087A1; TW393515B; ZA9810206B; AU1336299A; JP2001523760A; PL340566A1; CN1278870A; WO1999025881A1; ATA192297A; BR9814191A; CA2310022A1

Abstract

본 발명은 럼프 물질, 특히 산화철 및/또는 스폰지철을 포함하며, 샤프트로 특히 직접환원로(direct reduction shaft furnace)로부터 오는 럼프 물질을 배출하는 장치이다. 배출장치는 샤프트로의 플로어(floor) 위에서 샤프트로 내로 돌출하는 웜 컨베이어(worm conveyor; 3, 4)로 이루어진다. 다수의 웜 컨베이어가 축을 따라 배열되며, 샤프트로의 수평 단면 영역으로의 이 축의 프로젝션(projection) 또는 이 프로젝션의 가상적인 연장은 샤프트로 수평 단면(horizontal cross-sectional surface)의 시칸트(secants)를 형성한다. 상기 축은 샤프트로 단면의 중심점으로부터 일정 거리 떨어져 연장된다.

Description

럼프 배출장치{DEVICE FOR WITHDRAWING LUMPY MATERIAL}

본 발명은 럼프 물질(lump material) 특히 샤프트로 예를 들어 직접환원로(direct reduction shaft furnace)에서 나오는 산화철 및/또는 스폰지철(sponge iron)을 배출하기 위한 장치로서, 샤프트로 저부 위에서 샤프트로로 돌출(projection)되는 스크류 컨베이어에 포함되는 배출장치(discharging device)를 포함하는 장치에 관한 것이다.

상술한 배출장치는 여러 종류가 공지되어 있다. 일반적으로 이들은 샤프트로 예를 들면 직접환원로로부터 럼프를 배출하기 위해 사용된다. 럼프(lump)란 완전히 또는 부분적으로 환원된 스폰지철을 말하며, 이에는 금속화 정도에 따라 여전히 약간의 산화철이 남아 있을 수 있다.

이러한 배출장치가 사용되는 샤프트로는 보통 본질적으로 실린더형 공동체(cylindrical hollow body)로 설계되며, 산화철 및/또는 스폰지철을 포함하는 럼프의 충진 베드(packed bed of lump material)를 포함하며, 이 럼프는 샤프트로 상부로 장입되는 산화철을 포함하며, 석회석이나 돌로마이트 같은 첨가제도 함께 포함할 수 있다. 환원가스 예를 들어 용융 가스화 장치(melter gasifier)로부터 오는 가스는 샤프트로의 아래쪽 1/3 영역에 샤프트로 둘레를 따라 배치된 수 개의 유입포트(inlet ports)를 통해, 샤프트로 내로, 따라서 고체 베드(solids bed)로 분사된다. 고온이며 먼지를 함유(dust-laden)할 수도 있는 환원 가스는 고체 베드를 지나 위쪽으로 유동하며 베드의 산화철을 완전히 스폰지철이 되도록 또는 부분적으로 환원시킨다.

완전히 또는 부분적으로 마무리 환원된(finish-reduced) 스폰지철은 샤프트로의 저부(bottom) 위에 위치한 배출장치를 통하여 샤프트로로부터 배출된다. 일반적으로 이 배출장치는 (샤프트로에 대해) 반경방향으로 이송하는 스크류 컨베이어인 반경방향 장치에 포함되며, 스크류 컨베이어의 축은 샤프트로의 수평 단면에 놓인다.

배출장치가 설치된 샤프트 저부 영역에 위치하는 존(zone)은, 벌크물질(bulk material)이 가능한 한 균일하게 내려와 반응 존에서 이 물질의 움직임 및 혼합이 연속적으로 될 수 있도록 하기 위한, 최대 활성 배출 영역(maximum active discharge area)에 포함된다.

그러나 반경방향 스크류 컨베이어 배치는 스크류 컨베이어면에서 벌크물질의 일부 영역이 컨베이어에 의해 커버될 수 없고, 따라서 매우 급격한 내부 안식각(angles of repose)을 가지는 움직이지 않는 존(unmoving zone)이 이들 비활성 영역 위에 형성된다는 점에서 불리하다. 활성 부피란 원하는 기체-고체 반응이 일어나는 샤프트로의 영역을 의미하는데, 상술한 ″데드맨(dead man)″이라 불리는 존은 반응 부피의 일정 비율(a percentage of the reaction volume)이 부분적으로 불활성으로 되는 단점이 있다. 따라서 거의 움직이지 않는 베드가 형성된다는 점에서 샤프트로 반응 부피의 일부가 손실된다.

그 결과 이 영역에서 광석 또는 환원광 각각의 존속시간(dwelling time)이 길어져 케이킹(caking) 및 응집체(agglomerates)가 형성될 수 있고 이는 물질의 유동에 좋지 않은 영향을 미치며 그 결과 물질의 반응 따라서 생산성을 낮춘다.

종래의 스크류 컨베이어 배치는 ″데드맨(dead man)″이 위에 형성되는 2개의 존 즉 반경 방향으로 배치된 스크류 컨베이어에 의한 커버가 불충분하게 되어 거의 움직이지 않는 상태로 남아 있는 중앙 영역과, 2개의 인접한 스크류 컨베이어 사이에 각각 위치하는 쐐기형 영역(wedge-shaped regions)에 의해 형성된 존(zone)을 특징으로 하며, 이들 비활성 존 위에 형성되는 벌크 피라미드는 한편으로는 고체 흐름을 방해하고, 환원가스 유입포트가 벌크물질의 축적에 의해 가려지는 수준까지 축적되어, 벌크물질에 퇴적된 환원가스의 먼지에 의해 상대적으로 가스 투과가 어려운 충진된 베드(packed bed)가 국부적으로 형성된다. 그 결과 샤프트로 내에 필요한 균질(homogeneous) 가스분포가 얻어지지 않는다.

종래 스크류 컨베이어 배치의 다른 불이익은 축 베어링의 허용 가능한 최대 하중이 스크류 컨베이어 축의 수평 배열로부터 기인한다는 점이다. 전형적인 샤프트로는 배출장치 부위에서의 지름이 예를 들어 3 내지 4 미터 정도이다. 보통 본질적으로 길이가 같고 캔틸레버식으로 된(cantilevered), 즉 샤프트로의 둘레에 지지되어 있는 스크류 컨베이어들은 20미터를 넘는 높이의 샤프트로에 위치한 충진된 베드의 대부분에 의해서 뿐만 아니라 그들 자신의 데드 웨이트(dead weight)에 의해 하중을 받는다.

바람직하지 않은 레버 액션에 의해 축의 베어링에 걸리는 하중이 매우 높아 베어링이 파괴되기 쉬우며 이에 따라 비싼 수리가 자주 필요하게 된다.

EP-B-0 166 679에는 고체 입자를 샤프트로 내로 또는 샤프트로로부터 밖으로 이동시켜 배출하기 위한 스크류 컨베이어가 개시되어 있다. 이들 스크류 컨베이어는 반경 방향으로 배치되며, 캔틸레버식으로 되어 있고, 그 길이가 같다. 비록 인접하는 스크류 사이의 데드 코너(dead corner)가 쐐기형 배플(wedge-shaped baffles)에 의해 최소화되어 있다고 해도 ″데드맨″의 축적을 막을 수는 없다. 스크류 컨베이어의 베어링에서 발생되는 파괴 용이성 관련 문제는 다루어지지 않는다.

EP-B-0 085 290은 짧은 원추형 스크류들의 배치를 나타내는데, 이들 스크류는 모두 샤프트로의 둘레 및 중심에 위치한 경사진 배플(tapered baffle)에 의해 지지된다. 중앙에 위치하는 경사진 배플은 중앙의 ″데드맨″ 형성을 방지하기 위한 것이다. 각 컨베이어가 일종의 홈통(trough)에 위치하도록, 위쪽으로 경사진 쐐기형 배플은 인접하는 스크류 컨베이어 사이에 위치한다.

그러나 벌크물질의 관점에서 샤프트로의 자유 단면의 감소를 형성하는 환원 샤프트로(reduction shaft furnace)에서 임의의 종류의 정지 배플은 브리징(bridging) 즉 벌크물질 내에서 인접하는 입자의 케이킹(caking) 및 부분적 소결을 촉진한다.

반면 스크류 컨베이어 바로 위 즉 스크류 컨베이어에 의해 이루어지는 배출에 의해 벌크물질의 침강속도(subsidence rate)가 특히 높은 영역에 채널(channels)이 형성될 수 있다. 환원가스는 이들 채널 내에서 우선적으로 흐르므로 샤프트로 내에 필요한 균일한 가스 분포는 더 이상 얻어지지 않는다.

그 결과 종래 기술에 공지된 스크류 컨베이어 및/또는 배플 장치 중 어느 것도, 각각 샤프트로의 내측 에지(inner edge)에 있는 2개의 인접하는 스크류 컨베이어 사이 및 샤프트로의 중심에 ″데드맨″으로 불리는 벌크 피라미드가 형성되는 것을 방지할 수 없거나, 이를 벌크물질이 대체로 균일하게 침강하는 정도까지 방지할 수 없다.

종래 기술에 따르면 스크류 컨베이어가 샤프트로의 중심과 둘레 모두에 지지될 때만이 스크류 컨베이어 베어링에 걸리는 과도한 스트레인(strain)이 감소될 수 있다. 그러므로 샤프트로의 중앙 영역은 더 이상 스크류 컨베이어에 의해 커버되지 않는다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래 기술의 단점을 회피할 수 있는, 샤프트로로부터 럼프물질을 배출하는 장치를 제공하는 것이다. 특히 한편으로는 각각 샤프트로 내측 에지 위에 위치하는 2개의 인접 스크류 컨베이어 사이 및 샤프트로 중앙에 형성되는 ″데드맨″이 환원가스 유입포트가 더 이상 가려지지 않을 정도로 감소 또는 회피되며, 다른 한편으로는 반응물질 대부분이 균일하게 침강된다. 동시에 스크류 컨베이어 축의 베어링에 걸리는 스트레인이 가능한 한 감소된다.

이 기술적 과제는 본 발명에 따른 장치에 의해 해결되는데, 이는 다수의 스크류 컨베이어가 축을 따라 배열되며, 이들 축의 샤프트로 수평 단면 영역 위로의 프로젝션 또는 이들 축의 프로젝션의 수학적 연장(mathematical production)이 샤프트로 수평 단면 영역의 시칸트(secants)를 형성하고, 이들 축은 노 단면의 중심에서 벗어나 연장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 배치된 스크류 컨베이어는 샤프트로 내측 에지에 벌크 피라미드가 축적되는 것을 효과적으로 방지한다. 따라서 반응물질이 균일하게 침강하며, 광석 또는 환원광 각각의 샤프트로 내 존속시간은 더 이상 다르지 않다. 더욱이 이 장치는 축의 베어링 하중을 감소시켜 수리 빈도를 줄여준다.

본 발명에 따르면 스크류 컨베이어는 그 축이 샤프트로의 중심에 배열되지 않는다. 즉 샤프트로 중심을 지난 점에 배열되도록 설치된다. 여기서 축이란 특별히 지시되지 않으면 스크류 컨베이어의 기하학적 중심선과, 샤프트로의 내부 생성면(inner generated surface)과의 교차점에 이르기까지의 이 선의 수학적 연장선 양자 모두를 가리킨다. 따라서 스크류 컨베이어의 축은 샤프트로를 통해 수직으로 연장되는 샤프트로 중심선에 대해 비스듬하다.

본 발명의 다른 장점은 비스듬한 스크류 컨베이어가 샤프트로 내에서 벌크물질에 토크를 가한다는 점이다. 따라서 스크류 컨베이어에 의해 이루어지는 배출에 의해, 샤프트로 내에서 벌크물질은 중력에 의해서 하강할 뿐만 아니라, 샤프트로 내의 비스듬한 스크류 컨베이어 영역 내에서 본질적으로 나선형으로 이동한다.

추가적인 나선운동은 벌크물질의 긴밀한 혼합(intimate mixing)으로 이어져 케이킹과 채널 형성을 효과적으로 방지한다.

샤프트로 중심선에 대한 축의 법선 거리(normal distance)는 하나의 스크류 컨베이어면의 모든 컨베이어에 대해 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 스크류 컨베이어가 이렇게 비스듬히 배치됨에 따라, 벌크 피라미드가 위에 축적될 수 있는 2개의 인접 스크류 컨베이어 사이 쐐기형 영역이 감소된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면 스크류 컨베이어의 축은 수평선에 대하여 위로 또는 아래로 기울어질 수 있다.

수평선과 스크류 컨베이어의 축 사이의 각도는 약 70˚까지 이르며 특히 30˚ 내지 50˚의 경사각이 바람직하다.

이는 한편으로 경사방향에 따라 스크류 컨베이어가 인장 또는 압축 스트레스보다 굽힘 스트레스를 덜 받는 장점이 있다. 더욱이 벌크 피라미드의 추가적인 부분이 제거된다.

바람직한 실시예에 따르면 본 발명에 따른 장치의 스크류 컨베이어는 2개의 중첩된 레벨 섹션(superposed level sections)에 배치되며, 이들 섹션 중 하나 예를 들어 하부 섹션은 사실상 공지된 스크류 컨베이어의 반경방향 수평 배치를 나타낸다. 두 번째 섹션에서 스크류 컨베이어는 본 발명에 따라 예를 들어 아래 또는 옆으로 기울어진다.

다른 실시예에 의하면 양 레벨 섹션은 동일하게 많은 수의 스크류 컨베이어를 가지며, 양 레벨 섹션의 스크류 컨베이어를 샤프트로 내에 삽입하기 위한 개구는 샤프트로 둘레를 따라 균일하게 배치되며, 상부 레벨 섹션의 스크류 컨베이어를 샤프트로 내에 삽입하기 위한 개구는 하부 레벨 섹션의 개구에 대하여, 둘레 방향으로 인접하는 두 개구 사이의 중앙각의 반(half) 정도까지 어긋나(offset) 있다.

이러한 배치는 스크류 컨베이어의 비스듬한 배치의 장점에 더하여 반경방향 배치의 장점을 결합시킨다. 스크류 컨베이어의 반경방향 배치는 물질을 샤프트로 중심으로부터 배출하는데는 적합하나 샤프트로 내측 에지 위의 벌크 피라미드에 관련된 공지의 문제가 있다. 위 또는 아래에 위치하는 스크류 컨베이어면은 이러한 샤프트로의 내측 에지 위의 벌크 피라미드를 제거하거나 그 형성을 방지하는데 적합하다.

본 발명에 따른 배치의 다른 실시예에 의하면 샤프트로 둘레 양쪽에 지지되는 2 또는 그 이상의 스크류 컨베이어는 나란하며 하나의 수평면에 배치된다. 그러나 평행한 스크류 컨베이어의 배치로는 전체 노 단면을 커버할 수 없다. 그러므로 적어도 2개의 스크류 컨베이어로 되는 한 그룹이 평행한 스크류 컨베이어의 양쪽에 설치되는 것이 바람직하며, 각 그룹의 스크류 컨베이어의 축은 노 단면의 중심과 어긋나는 교차점을 나타내도록 배치되며, 스크류 컨베이어 그룹의 축의 각 교차점은 그룹의 프로퍼(proper)의 스크류 컨베이어와 동일한 노 단면의 반(half)에 위치한다.

이러한 디자인의 스크류 컨베이어 배치에 의해 전체 노 단면을 커버할 수 있고 따라서 벌크물질을 균일하게 배출할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 배치를 도 1 내지 도 3에 나타난 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다.

도 1: 본 발명에 따라 스크류 컨베이어가 2 레벨 섹션으로 되어 있으며 상부 레벨 섹션의 스크류 컨베이어가 기울어져 있는 샤프트로의 개략도.

도 2: 샤프트로의 수평 단면에 따른 스크류 컨베이어의 평면도.

도 3: 다른 실시예: 평행 스크류의 양쪽에, 각각 3개씩의 스크류 컨베이어를 한 그룹에 가지는 결합식 연속 평행 스크류를 나타내는 평면도.

도 1은 럼프 물질로 충진된 베드(2)를 포함하는 샤프트로(1)의 수직 측단면도를 나타내며, 럼프 물질은 개략적으로 나타낸 스크류 컨베이어(3, 4)에 의해 샤프트로로부터 배출된다. 스크류 컨베이어(3, 4)는 2 레벨 섹션(5, 6)에 설치되며, 하부 레벨 섹션(6)의 스크류 컨베이어(4)는 공지의 반경방향 배치를 나타내며, 따라서 그 축은 하나의 평면에 위치한다. 상부 레벨 섹션(5)의 스크류 컨베이어(3)는 본 발명에 따라 위쪽으로 경사져 있으며, 스크류 컨베이어(3) 축과 수평선 사이에서 약 40˚의 각(α)을 포함한다.

도 2는 샤프트로(1)의 수평 평단면도로서 하부 레벨 섹션(6) 스크류 컨베이어(4)의 반경방향 배치를 나타낸다. 상부 레벨 섹션(5)의 스크류 컨베이어(3) 축은 반경방향으로 배치된 축에 대해 약 20˚의 각(β)만큼 옆으로 경사져 있다. 상부 레벨 섹션(5) 스크류 컨베이어(3)의 샤프트로(1) 삽입 개구(8)는 하부 레벨 섹션(6) 스크류 컨베이어(4)를 샤프트로(1) 내로 삽입하기 위한 개구(7)에 대해, 인접하는 두 개구 사이의 약 60˚인 중앙각(γ)의 약 1/3만큼 어긋나 있다.

도 3은 다른 실시예의 평면도를 나타내며 여기서 연속적인 세 평행 스크류 컨베이어(9)의 각각은 그 양쪽이 샤프트로(1)의 실린더 재킷(10)에 지지된다. 각각 짧은 스크류 컨베이어로 이루어지는 한 그룹(11, 12)이 평행하게 배치된 스크류 컨베이어(9)의 양쪽에 설치되며, 그 축은 샤프트로 중심을 벗어나 위치하는 하나의 교차점을 나타낸다. 스크류 컨베이어(9, 11, 12)가 이와 같이 배치됨에 따라 벌크물질은 샤프트로(1)로부터 균일하게 배출될 수 있다.

Claims

럼프 물질(2), 특히 산화철 및/또는 스폰지철을 포함하며 샤프트로(1) 특히 직접환원로(direct reduction shaft furnace)로부터 오는 럼프 물질을 배출하며, 본질적으로 원형인 수평단면을 가지는 본질적으로 실린더형 공동체(cylindrical hollow body)로 설계되며, 샤프트로의 저부 위에서 샤프트로 내로 돌출(projection)되는 스크류 컨베이어(3, 4)에 배출장치(discharging device)가 포함되는 럼프 물질 배출장치(arrangement)에 있어서, 다수의 스크류 컨베이어(3)가 축을 따라 배열되며, 샤프트로(1)의 수평 단면 영역으로의 이들 축의 프로젝션 또는 프로젝션의 수학적 연장(mathematical productions)이 샤프트로(1) 수평 단면 영역의 시칸트(secants)를 형성하며, 이들 축은 샤프트로 단면의 중심으로부터 벗어나 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서, 상기 스크류 컨베이어(3)의 축이 수평선에 대하여 위쪽으로 또는 아래쪽으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2항에 있어서, 스크류 컨베이어(3)의 축과 수평선 사이에 포함되는 각이 70˚까지에 이르는 것을 특징으로 하는 장치.
제 3항에 있어서, 스크류 컨베이어(3)의 축과 수평선 사이에 포함되는 각이 30˚내지 50˚인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 스크류 컨베이어(3, 4)가 2개의 중첩된 레벨 섹션(superposed level section; 5, 6)으로 배열되고, 레벨 섹션 중 하나(6)는 사실상 공지된 스크류 컨베이어(4)의 반경방향 수평배치를 나타내는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5항에 있어서, 상부 및 하부 레벨 섹션(5, 6) 양자가 동등하게 많은 수의 스크류 컨베이어(3, 4)를 가지는 것과, 양 레벨(5, 6)의 샤프트로(1) 내로 스크류 컨베이어(3, 4)를 삽입하기 위한 개구(8, 7)가 샤프트로(1)의 둘레를 따라 균일하게 분포되는 것과, 상부 레벨(5)의 스크류 컨베이어(3)를 샤프트로(1) 내로 삽입하기 위한 개구(8)가, 하부 레벨(6)의 개구(7)에 대해, 둘레 방향으로 인접하는 두 개구 사이의 중앙각의 절반까지 어긋나는(offset) 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서, 각각 샤프트로(1)의 실린더 재킷(10)에 양쪽이 지지되어 있는 둘 또는 그 이상의 스크류 컨베이어가 평행하게 수평면에 배치되는 것과, 각각 적어도 2개의 스크류 컨베이어를 가지는 그룹(11, 12) 각각이 평행한 스크류 컨베이어(9)의 양쪽에 설치되며, 각 그룹(11, 12)의 스크류 컨베이어의 축은 로 단면의 중심을 벗어난 교차점(point of intersection)을 나타내도록 정렬되며, 상기 한 그룹의 스크류 컨베이어(11, 12)의 축의 교차점 각각은 그룹 프로퍼(proper)의 스크류 컨베이어와 같은 로 단면의 절반에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.