KR20010041710A - 액체 선철 및/또는 강 블랭크 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 바람직하게는 피스(pieces) 및/또는 펠렛 형태인 철산화물 함유 재료와 필요할 경우 첨가제(additions)에 의해 형성된 장입물로부터, 액체 선철 및/또는 주요 강제품을 생산하는 방법에 대한 것으로서, 장입물은 환원영역에서 철 스폰지로 환원되고, 이 철 스폰지가, 건조 고체 탄소 캐리어와 산소 함유 가스의 공급에 의해 용융가스화 영역(fusion gasifying zone)에서 용융(semlting)되고, CO- 및 H2-함유 환원가스(CO- and H2-containing reduction gas)가 발생되고, 이들 가스는 환원 영역으로 도입되어, 이 영역에서 변환되고 상부가스로서 환원영역으로부터 취출되어 가스 스크러빙(gas scrubbing)되며, 필요하다면 배기가스(export gas)로서 사용자에게 공급된다. 본 발명은 또 상기 방법을 수행하기 위한 설비에 관련된다. 환원영역으로부터 취출된 상부가스는 그 현열을 활용함으로써, 스크러빙되기 전에 열교환유체와 열교환을 하며, 용융가스화 영역에 공급될 고체 탄소 캐리어는 가열된 열교환유체에 의해 건조된다. 본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 설비에도 관련된다.

Description

액체 선철 및/또는 강 블랭크 제조방법{METHOD FOR PRODUCING LIQUID PIG IRON AND/OR STEEL BLANKS}
본 발명은, 바람직하게는 피스(pieces) 및/또는 펠렛 형태인 철산화물 함유 재료와, 필요할 경우 첨가제(additions)에 의해 형성된 장입물로부터, 액체 선철 및/또는 주요 강 제품을 생산하는 방법에 대한 것으로서, 장입물은 환원영역에서 철 스폰지로 환원되고, 이 철 스폰지가, 건조 고체 탄소 캐리어와 산소 함유 가스의 공급에 의해 용융가스화영역(fusion gasifying zone)에서 용융(smelting)되고, CO- 및 H2-함유 환원가스(CO- and H2-containing reduction gas)가 발생되고, 이들 가스가 환원 영역으로 도입되며, 이 영역에서 변환되고 상부가스로서 환원영역으로부터 취출되어 가스 스크러빙(gas scrubbing)되며, 필요하다면 배기가스(export gas)로서 사용자에게 공급된다. 본 발명은 또 상기 방법을 수행하기 위한 설비에 관련된다.
용융가스화로에서의 가스화에 대해, 에너지 균형을 개선하기 위해서는 카본 캐리어는 평균 수분 함유량(≤15%)으로부터 건조되어야 한다. 건조하지 않으면, 카본 캐리어의 수송에 지장이 생기며, 수분에 의한 흡열효과에 의해 에너지 균형 및 발생되는 가스의 조성에 악영향을 미치게 된다. 가스화될 카본 캐리어를 건조하지 않으면, 생성된 가스 중의 환원 성분은 단지 에너지 입력 분만큼만 증가된다. 즉 용융가스화로 내로 취입되어야 할 산소량이 증가된다.
오스트리아 특허 380 697에는, 배출된 고로가스로 석탄(coal)을 예열하는 기술이 개시되어 있다. 이러한 설비에서는 용융가스화로 및 환원로를 작동시키는 동안 추가적인 영향이 고려되어야 하기 때문에, 건설 및 운영비용이 증가된다. 게다가 고로가스 에너지의 일부는 석탄을 건조하는데 사용되고 따라서 설비의 효율을 낮춘다.
EP 0 498 289 A1에는, 가스 및 스팀 터빈 발전소에서 발생된 과잉의 에너지를 사용하여 용융가스화로 또는 석탄 가스화로에 공급된 석탄을 건조하기 위한 공정이 설명되어 있다. 이를 위하여, 열추출에 의해, 과잉의 에너지가 보조 유닛으로부터 취해져 유체를 경유하여 석탄 건조기로 공급된다. 과잉 에너지는 이 경우 특히 환원로의 상부가스로부터도 취해질 수 있다. 이 공정은, 과잉 에너지 예를 들어 상부가스가 이중 열교환을 통해 실제적인 건조 매체(actual drying medium)에 공급되는 점에서 불리하다. 이에 따라 이러한 설비를 세팅하여 운영하는데 필요한 비용이 증가되며, 열교환시에 불가피하게 생기는 열 손실에 의해 효율이 감소된다. 이 공정은 석탄을 건조시키기 위해 건조기가 사용되기 때문에 더욱 불리하다. 한편으로 이는 석탄을 건조기로부터 가스화로로 이동시키는 동안 건조 및 예열되는 석탄의 열 손실이 관련된다.
따라서 본 발명의 목적은 서두에서 언급된 바와 같이, 상술한 종래 기술의 단점을 회피하거나 현저하게 감소시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
특히 이 방법은 효과적이며, 에너지를 활용하는 석탄 건조 및 예열이며, 동시에 설비 및 작동 양면에 있어 필요한 비용이 적다. 건조 및 가열된 카본 캐리어의 현열(sensible heat)은, 이 경우 용융가스화로의 에너지 균형을 개선하기 위해 사용된다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 가스상태의 열교환 유체와, 이 가스가 스크러빙되기 전에 열교환이 이루어지는 환원 영역으로부터 취출되는 상부가스와, 고체 카본 캐리어에 의해 열교환이 이루어지는데, 이 캐리어는 용융 가스화 영역 내로 공급하기 위한 것이며, 가열된 열교환 유체에 의해 건조된다.
가열된 열교환 유체는 건조될 카본 캐리어와 직접 접하므로, 에너지 활용이 최적으로 보장된다. 열교환 및 건조 작업을 서로 근접하도록 적절히 배치함으로써, 라인 손실이 적어질 수 있다.
카본 캐리어의 건조 조건하에서 이 캐리어 및 환원 가스에 대해 화학적으로 불활성으로 거동하는 불활성가스 또는 그 혼합물이 열교환 유체로서 사용되는 것이 유리하다.
이를 위해 바람직한 실시예에서 질소 특히 공기 분리 설비로부터 얻어진 대로의 공업용 질소가 사용된다. 이러한 공업용 질소는 산소 함량이 무시할 수 있을 만큼 적어서 보다 높은 건조 온도를 얻을 수 있고 따라서 필요한 열교환 유체량이 적기 때문에 선호된다. 게다가 어떤 경우의 용융환원에도 다량의 산소, 따라서 공기 분리 설비가 일반적으로 필요하다. 그러므로 질소는 입수하기가 쉽고 비용도 저렴하다.
더욱 바람직한 실시예에 따르면, CO- 및 H2-환원가스를 함유하는 환원가스 예를 들어 배기가스의 부분적인 유동(partial flow)으로부터 형성되는 것이 유리한, 냉각 및 정화된 프로세스 가스가 열교환 유체로서 사용된다.
본 발명에 따른 공정은 따라서 열교환 유체로서 산소 또는 배기가스를 사용하는 것에 한정되지 않는다. 원칙적으로 모든 프로세스에서 얻어진 가스는 상술한 바와 같이 적절히 비활성이면 열교환 유체로 사용될 수 있다. 게다가 열교환 유체로 사용될 가스는 깨끗하여야 하며 특히 먼지가 없어야 한다.
고체 탄소의 건조는 대향류 프로세스에 의해 알려진 방식으로 일어나는 것이 유리하다. 이러한 방식으로 열교환 유체에 함유된 열은 특히 에너지가 절약되는 방식으로 사용될 수 있다. 그러나 다른 건조 프로세스, 예를 들어 교차 또는 단일류 공정(cross or uniflow process)으로 이루어지는 공정도 사용될 수 있다.
건조될 고체 카본 캐리어에의 사용 또는 용융가스화로 영역에의 사용에 유리한 것은, 피스(piece) 형태 및/또는 카본 함유 펠렛 및/또는 카본 함유 브리켓 형태의 카본 캐리어이다.
카본 캐리어 피스의 크기는 이 경우 약 8 내지 50mm이다. 한편 피스 크기가 이보다 작거나 크면, 용융가스화로 영역의 요구에 적합하지 않으며, 특히 작은 크기의 피스는 카본 캐리어의 가스 투과성(permeability)에 적합하지 않고, 피스 크기가 크면 본 발명에 따른 균질한 건조효과가 보장되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열교환유체는 열교환 작업과 건조작업 사이에서 순환된다. 카본 캐리어의 건조로부터 합류되는 열교환 유체는, 먼지가 있기 때문에 건조 단계 이후에 가스 스크러빙을 하는 것이 유리하다.
건조작업 또는 가스 스크러빙 작업 중 어느 한 작업으로부터 손실되는 열교환 유체량은, 사이클 내로 연속적으로 공급되는 열교환 유체에 의해 대체된다.
본 발명의 더욱 유리한 실시예에 따르면, 상부가스는 고온 상태에서 그 먼지가 제거되며, 특히 열교환유체와 열교환을 하기 전에 고온 필터링된다(hot-filtered). 환원영역으로부터 들어오는 상부가스는 먼지가 많으므로, 이로부터 공지의 클로깅(clogging) 및 플러깅(plugging) 문제가 생길 수 있다. 이들 문제는 상부가스의 먼지를 고온제거(hot dedusting)함으로써 피할 수 있다.
상부가스와 열교환을 한 뒤의 열교환 유체 온도는 허용 가능한 온도 영역으로 조정되는 것이 유리하다. 이 온도 범위는 사용되는 석탄의 유형에 의존하며 약 100∼200℃이다.
이 온도 범위의 조정은, 열교환이 이루어지지 않은 열교환 유체의 흐름 중 일부는 가열된 열교환 유체에 공급함으로써 이루어지며, 그 결과로 생기는 혼합가스의 온도가 측정되며 열교환이 이루어지지 않은 열교환 유체의 공급은 이에 의존하여 제어된다.
본 발명은 또 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 설비에도 관련된다.
산화철 함유 물질 그리고 필요할 경우 첨가제로 이루어지며, 바람직하게는 피스 및/또는 펠렛의 형태로 된 장입물로부터 액체 선철 및/또는 주로 강제품을 생산하며, 산화물 함유 물질을 위한 환원 리액터, 용융가스화로, 이 용융가스화로에서 형성된 환원가스를 위해 용융가스화로를 환원 리액터에 연결하며 가스 정화장치가 설치되는 공급라인과, 환원 리액터에서 형성된 환원 생성물을 위해 환원 리액터를 용융가스화로에 연결시키는 피드라인(feed line)과, 환원 리액터로부터 이어지며 스크러버가 설치된 상부가스 제거 라인과, 고체 탄소 캐리어를 위한 장입 벙커(charging bunker)와, 고체 탄소 캐리어를 위해 장입 벙커를 용융가스화로에 연결하는 피드라인과, 용융가스화로 내로 개방되는 산소 함유 가스를 위한 공급라인과, 선철과 슬래그를 위해 용융가스화로 위에 설치되는 런오프(run-off)를 가지는 이러한 설비는, 상부가스 제거라인에 열교환기가 설치되며 이 열교환기는 가열된 열교환 유체를 위한 라인을 통해 장입 벙커에 출력 쪽에서 연결되며, 이 열교환기의 입력 쪽에는 열교환 유체를 위한 공급라인이 설치된다.
본 발명에 따른 설비에 따라, 용융가스화로를 위한 고체 탄소 캐리어를 건조하는데 상부가스의 현열을 그 상당량을 손실하지 않고 이용하는 것이 최초로 가능하게 되었다. 게다가 본 발명에 따른 설비는 최초로, 고체 탄소 캐리어를 위한 별도의 건조기가 없어도 되는데, 이는 건조가 장입 벙커에서 직접 이루어지기 때문이다. 이에 따라 에너지 밸런스를 위해 용융가스화로의 건조 및 가열된 탄소 캐리어의 현열을 최초로 사용할 수 있게 되는데, 이는 건조기로부터 장입 벙커로의 이송시 일어나는 열 손실 등이 더 이상 발생되지 않기 때문이다.
본 발명의 바람직한 설비에 대한 실시예에 따르면, 장입 벙커는 복귀 라인에 의해 열교환유체 공급라인에 연결된다. 이에 따라 열교환 유체를 큰 부피손실 없이 순환시킬 수 있다.
장입 벙커를 공급라인에 연결하는 복귀라인은 가스정화장치, 특히 가스 스크러버를 가진다. 장입벙커를 떠나는 열교환유체는 먼지와 수분을 포함하므로, 열교환유체를 열교환기에 들어가기 전에, 사이클로부터 먼지 및 수분을 제거하는 것이 유리하다. 이에 따라 포획된 먼지에 의해 이 라인에 배치된 블로어가 마모되는 것을 방지하는 효과도 가진다.
본 발명에 따른 설비의 추가적인 특징에 의하면, 상부가스 제거라인의 열교환기 상류에 고온가스 필터가 설치되어, 상부가스가 열교환기에 들어가기 전에 그로부터 먼지를 제거하여, 열교환기가 플러깅(plugging)되거나 막히는 먼지에 의한 문제를 피한다.
본 발명에 따른 설비는, 제어밸브를 가지며 열교환될 열교환유체를 위한 라인을 열교환이 끝난 열교환유체에 연결할, 온도 바이패스 라인을 가지는 것이 좋다. 요구되는 열교환유체의 최종 온도에 따라, 2가지 열교환 유체의 혼합물의 흐름이 제어밸브에 의해 제어된다.
본 발명에 의한 프로세스 및 설비를, 도 1에 개략적으로 나타난 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명한다.
고로로서 설계된 환원 리액터 즉 그 환원 영역(2)에는, 광석(4)과 같이 산화철을 함유하는 피스 형태의 장입물이, 그리고 필요할 경우 하소되지 않은 첨가제(uncalcined additions; 5)가 공급라인(3)을 통해 위로부터 장입된다. 고로(1)는 용융가스화로(6)와 연결되어 있으며, 용융가스화로에서는 탄소 캐리어 및 산소함유가스로부터 환원가스가 생성되고 이 가스가 공급라인(7)을 통해 고로(1)로 공급되며 고로를 통해 장입물(4, 5)에 대해 반대방향으로 유동한다. 공급라인(7)에는 가스 정화장치(8)가 설치된다. 온도 조정을 위해, 환원가스에는 냉각된 환원가스가 첨가된다(미도시).
피스 형태의 건조되지 않은 고체 탄소 캐리어(10)가 저장 벙커(9)로부터 장입벙커(11)로 공급되어 그곳에서 건조된다. 건조 탄소 캐리어(12)는 피딩수단(13)에 의해 용융가스화로(6) 또는 용융가스화로의 용융가스화 영역(14) 내로 공급된다.
용융가스화로(6)는 산소 함유 가스를 위한 공급라인(15)을 가진다. 용융가스화로(6)에서, 용융 선철(16) 및 용융 슬래그(17)는 용융가스화 영역(14)의 아래에 모여 런오프(run-off; 18)를 통해 취출된다.
고로(1)의 환원영역(2)에서 전부 또는 일부가 스폰지철로 환원된 장입물(4, 5)은 하나 이상의 피드라인(19)을 통해 용융가스화로(6)로, 예를 들어 피드 스크류(fee screws)에 의해 공급된다. 고로(1) 상부에는 환원영역에서 생성된 상부가스를 위한 제거라인(20)이 인접하고 있다. 이 상부가스는, 잔류하는 먼지 및 수증기를 제거하기 위해 스크러버(21)로서 설계된 가스정화수단으로 안내된다.
스크러버(21)에서 정화된 상부가스는, 필요할 경우 CO2가 제거된 뒤(미도시), 배기가스로서 사용자에게 제공될 수 있다.
상부가스 제거라인(20) 내 스크러버(21)의 상부에는 열교환기(22)가 설치되며, 여기에 설치된 블로어(24)에 의해 공급라인(23)을 통해 열교환유체가 이 열교환기(22)로 공급된다. 상부가스 제거라인(20)의 열교환기(22) 상류에는 고온 가스 필터(25)가 설치되며, 이에 의해 상부가스는 열교환기(22)로 들어가기 전에 먼지가 제거된다.
가열된 열교환유체는 라인(26)을 통해 장입 벙커(11)의 하부로 공급된다. 냉각된 열교환유체가 장입벙커(11)로부터 복귀라인(27)을 통해 취출되어, 가스 스크러버(28)로 공급되고, 이로부터 취출되어 공급라인(23)으로 다시 도입된다.
공급라인(23)으로부터 온도 바이패스라인(29)이 분기되며, 이를 통해 라인(26)으로의 차가운 열교환유체가 상기 바이패스라인에 위치한 제어밸브(30)에 의해 제어된다.
본 발명은 도 1에 나타난 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명을 수행하는데 사용되는 당업자에 공지된 모든 수단을 망라한다.

Claims (18)

  1. 바람직하게는 피스(pieces) 및/또는 펠렛 형태인 철산화물 함유 재료와 필요할 경우 첨가제(additions)에 의해 형성된 장입물로부터 액체 선철 및/또는 주요 강제품을 생산하는 방법으로서, 장입물이 환원영역에서 철 스폰지로 직접 환원되고, 이 철 스폰지가 건조 고체, 필요할 경우 액체 및/또는 가스 탄소 캐리어와 산소함유 가스가 공급되는 용융가스화 영역에서 용융(smelting)되어, CO- 및 H2-함유 환원가스(CO- and H2-containing reduction gas)가 생성되며, 이 가스는 상기 환원영역으로 도입되어, 여기서 변환되고 환원영역으로부터의 상부가스로서 취출되어 가스 스크러빙(gas scrubbing)을 거치며 필요할 경우 배기가스로서 소비자에게 공급되는 방법에 있어서, 상기 환원영역으로부터 취출된 상부가스는, 스크러빙되기 전에 가스상태의 열교환유체 및, 용융가스화 영역에 공급되어 가열된 열교환유체에 의해 건조되는 고체 탄소 캐리어와 열교환을 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 탄소 캐리어의 건조 상태에서, 이 캐리어 및 환원가스에 대해 화학적으로 반응하지 않도록 거동하는 가스 또는 가스 혼합물이 열교환유체로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 질소, 특히 공기분류 설비로부터 얻어진 상태의 공업용 질소가 상기 열교환유체로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 냉각 및 정화된 프로세스 가스가 열교환유체로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 냉각 및 정화된 프로세스 가스는, CO- 및 H2-함유 환원가스, 예를 들어 배기가스의 유동의 일부로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 고체 탄소 캐리어의 건조는 대향류 건조(counterflow drying)인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 피스 형태의 탄소 캐리어 특히 피스 형태의 석탄 및/또는 코크스 및/또는 탄소 함유 펠렛 및/또는 탄소 함유 브리켓(briquettes)이, 건조될 고체 탄소 캐리어로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열교환유체가 순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소의 건조로부터 나타나는 열교환유체가 가스 스크러빙되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 순환된 열교환유체의 손실된 부피가, 사이클 내로 연속적으로 공급되는 열교환유체에 의해 교체되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상부가스는, 열교환유체와 열교환하기 전에, 고온 상태에서 먼지제거 특히 고온 필터링되는(hot-filtered) 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상부가스와 열교환하고 난 뒤의 열교환유체의 온도가, 허용 가능한 온도 범위로 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 열교환되지 않은 열교환유체를 공급함으로써 상기 가열된 열교환유체의 온도가 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 바람직하게는 피스 및/또는 펠렛 형태인 철산화물 함유 재료(4)와 필요할 경우 첨가제(5)에 의해 형성된 장입물로부터 액체 선철 및/또는 주요 강제품을 생산하는 설비로서, 상기 철산화물 함유 재료를 위한 환원 리액터(1), 용융가스화로(6), 용융가스화로(6)에서 형성된 환원가스를 위해 용융가스화로(6)를 환원 리액터(1)에 연결하는 공급라인(7)을 가지며, 공급라인(7)에는 가스정화장치(8)가 설치되며, 환원 리액터(1)에서 형성된 환원 생성물을 위해 환원 리액터(1)를 용융가스화로(6)에 연결하는 피드라인(feel line; 19)을 가지며, 환원 리액터(1)로부터 도출되며 스크러버(21)가 설치된 상부가스 제거라인(20)을 가지며, 고체 탄소 캐리어(12)를 위한 장입벙커(charging bunker; 11)를 가지며, 장입벙커(11)를 용융가스화로(6)에 연결하는 피딩수단(13)을 가지며, 용융가스화로 내로 개방되는 산소함유가스를 위한 공급라인(15)과 용융가스화로(6)에 설치되는 선철(16) 및 슬래그(17)를 위한 런오프(18)를 가지는 설비에 있어서, 상부가스 제거라인(20)에 열교환기(22)가 설치되며 열교환기(22)는 가열된 열교환유체를 위한 라인(26)을 통해 출력 쪽에서 장입벙커(11)에 연결되며 열교환기(22)의 입력 쪽에는 열교환유체를 위한 공급라인(23)이 설치되는 것을 특징으로 하는 설비.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 장입벙커(11)가 열교환유체를 위한 공급라인(23)에 복귀라인(27)을 통해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 설비.
  16. 제 15항에 있어서, 가스정화장치(28) 특히 가스 스크러버(gas scrubber)가 장입벙커(11) 하류의 복귀라인(27)에 설치되는 것을 특징으로 하는 설비.
  17. 제 14항 또는 제 16항에 있어서, 열교환기(22) 상류의 제거라인(20)에 고온가스필터(25)가 설치되는 것을 특징으로 하는 설비.
  18. 제 14항 또는 제 17항에 있어서, 제어밸브(30)를 포함하는 온도 바이패스라인(temperature bypass line; 29)을 통해 열교환기(22)를 떠나는 라인(26)에 공급라인(23)이 연결되는 것을 특징으로 하는 설비.
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