KR20010045380A - 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서유동층붕괴 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동 환원로조업 중에 있어서 용융가스화로내의 조업상황 변동에 의해 상기 용융가스화로내에서 배출되어 유동환원로로 공급되는 고온의 환원가스 유량의 급격한 변동이 야기되는 상황에서 유동환원로내에 형성되어 있는 유동층의 일시적인 붕괴현상을 방지할 수 있는 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에서 유동층붕괴 방지장치에 관한 것이다.

본 발명은 수집진장치(19)의 후단에 배가스 일부를 분기시키도록 설치된 배가스도관(2a)과 연결되어 분기유입된 배가스를 압축하는 압축기(2);와, 상기 압축기(2)를 거쳐 압축된 배가스를 저장하기 위한 압축가스 저장조(3);와, 상기 압축가스 저장조(3)에 일단이 연결되어 압축가스가 흐르는 가스도관(4);과, 상기 가스도관(4)의 가스흐름을 개폐하는 조절밸브(5);와, 상기 최종환원로(13)의 환원가스 인입도관과 용용가스화로를 연결하고, 상기 가스도관(4)의 타단부가 연결되는 가스취입도관 (6);을 포함하는 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 유동층붕괴 방지장치를 제공한다.

Description

일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 유동층붕괴 방지장치{DEVICE FOR PREVENTING COLLAPSE OF THE FLUIDIZED BED IN THE COAL AND FINE ORE BASED IRONMAKING PROCESS}

본 발명은 유동 환원로조업 중에 있어서 용융가스화로내의 조업상황 변동에 의해 상기 용융가스화로내에서 배출되어 유동환원로로 공급되는 고온의 환원가스 유량의 급격한 변동이 야기되는 상황에서 유동환원로내에 형성되어 있는 유동층의 일시적인 붕괴현상을 방지할 수 있는 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에서 유동층붕괴 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 용철생산설비의 대중을 이루고 있는 고로법은 그 반응기 특성상 일정 수준이상의 강도를 보유하고 있으며 로내에서의 통기성 확보를 보장할 수 있도록 입도를 보유한 원료를 요구하는 바, 연료 및 환원제로 사용되는 탄소원으로서는 특정 원료탄을 가공처리한 코우크스에 의존하고 있으며, 철원으로서는 일련의 괴상화 공정를 거친 소결광에 주로 의존하고 있다. 이에 따라 현행 고로법은 코우크스 제조설비 등의 원료예비처리설비가 반드시 수반되고 있는바, 상기한 부대설비 구축에 필요한 제비용 및 상기 부대설비에서 발생하는 제반 환경오염물질에 대한 전세계적인 규젱를 극복하기 위한 막대한 환경오염방지설비에 대한 막대한 투자비용등에 의해 현행 고로법의 경쟁력은 급속히 잠식되고 있는 실정이다.

상기와 같은 상황에 대처하기 위하여 세계 각국은 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하며, 철원으로서는 전세계 광석생산량의 80% 이상을 점유하고 있는 분광을 직접사용하여 용철을 제조하는 신제선공정의 개발에 박차를 가하고 있다.

이와 같은 기술과 관련된 종래의 일반탄 및 분광읍 직접사용하는 용철제조설비에 있어서는, 오스트리아에서 특허출원중인 AT2096/92 등이 알려져 있다.

상기 공보에 따르면, 용철제조설비는 도 1에 도시한 바와같이, 예열로(11), 예비환원로(12) 및 최종환원로(13)등으로 이루어진 3단의 유동환원로(11)와 석탄충진층이 형성되어 있는 용융가스화로(14)로 구성되어 있다.

이에 따라, 최상단의 반응기에 연속적으로 잠입되는 상온의 광석은 상기한 3단의 유동환원로(10)인 예열로(11), 예비환원료(12), 최종환원로(13)를 차례로 거치면서 상기 용용가스화로(14)로부터 공급되는 고온환원기류와 접촉함으로서 승온및 90%이상의 환원이 이루어진 고온의 환원분광으로 전환됨 동시에, 상기와 같이 환원된 분광은 석탄층진층이 형성되어 있는 용융가스화로(14)내 연속적으로 장입되어 그 내부의 석탄층진층에서 용융됨으로서 용선으로 전환되어 상기 용융가스화로 (14)외부로 배출된다.

또한, 상기 용융가스화로(14)에 있어서는 로상부에서 괴상의 일반탄이 연속적으로 공급되어 로내부에 일정한 높이의 석탄충진층을 형성하게 되며, 상기 충진층내로 상기 충진층 외벽 하단에 형성되어 있는 복수개의 풍구를 통해 산소가 취입되어 충진층내 석탄이 연소되고 상기 연소가스가 충진층을 상승하면서 고온의 환원기류로 전환되어 3단의 유동환원로(10)측으로 공급되도록 용융가스화로(14)외로 배출된다.

한편, 상기 용융가스화로(14)로부터 3단의 유동환원로(10)내로 공급되는 고온환원가스는 일반탄의 연소 및 가스화에 의해 생성되고, 그 생성량은 원료석탄의 성상 및 조업이상에 따라 상당히 변동할 수 있는데. 현재까지의 조업결과에 따르면 상기한 고온환원가스량의 변동폭은 심한 경우에는 평균 가스생성량의 20~30% 정도에 이르며 이러한 극심한 가스변동이 수분 정도의 상당히 짧은 시간내에 일어나고 있다.

상기와 같은 현상은 통상적으로 압력피크(Pressure Peak)라고 통칭되며, 상기 압력피크가 발생한 경우에는 3단 유동환원로(10)로 공급되는 고온환원가스량이 단시간내에 급격하게 증가한 후 다시 급격하게 감소하게 되는 바, 급격하게 감소하는 단계에서 3단 유동환원로(10)의 각 예열로(11), 예비환원로(12)및 최종환원로 (13)내에 형성되는 고온환원가스의 유속이 급격하게 감소하게 되고, 이에 따라 상기 유동환원로(10)내에 형성되어 있는 광석유동층이 일시적으로 붕괴되는 현상이 야기될 수 있다.

즉, 3단 유동환원로(10)에서의 원활한 조업을 위해서는 로내에 일정수준 이상의 유속을 갖는 환원가스를 균일하게 공급하여 안정적인 유동층을 형성시키는 것이 필수적인데, 상기 환원가스화로(14)에서의 압력피크에 따른 일시적인 유동붕괴가 자주 발생하게 되면, 유동환원로(10)내에서의 균일한 유속확보를 위해서 로하부에 설치되는 가스분산판(미도시)에 상기한 일시적인 유동붕괴시 유동층으로부터 이탈된 일부 환원분광이 점차적으로 집적되면서 상기 가스분산판에 형성된 구멍을 부분적으로 막는 현상을 유발할수 있다.

따라서, 이러한 가스분산판의 부분적인 막힘현상은 유동환원로(10)내에 불균일한 가스유속분포를 야기하여 안정적인 유동층 확보를 어렵게 함은 물론, 궁극적으로는 유동환원로(10)내의 전반적인 유동상태의 불량을 초래함으로서 고로조업을 중단시키는 심각한 문제점을 유발하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 그 목적은 일반탄 및 분철광석을 직접사용하는 용철제조공정에 있어서 압력파크 발생시 야기되는 유동환원로내의 일시적인 유동붕괴 현상을 방지하여 유동환원로내에 안정적인 유동층을 형성시킬 수 있는 일반탄및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 유동층붕괴 방지장치를 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 유동층붕괴 방지장치를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 유동층붕괴 방지장치에 채용되는 압축가스도입관의 설치상태도,

도 3은 압력피크 현상 및 이에 따른 환원가스 유량변동 상황과 본 발명의 장치에 의한 환원가스 유량변동폭을 완화시키는 것을 도시하는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2 .... 압축기 3 .... 압축가스 저장조

4 .... 가스도관 5 .... 조절밸브

6 .... 압축가스 취입도관 7 .... 압력스위치

11 ... 예열로 12 ... 예비환원로

13 ... 최종환원로 19 ... 수집진장치

상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 기술적 수단으로서 본 발명은,

고온환원가스가 유입되도록 용융가스화로와 연결되는 예열로,예비환원로, 최종환원로등으로 이루어지는 3단의 유동환원로와 상기 예열로후단에 설치되는 수집진장치로 구성되는 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조설비에 있어서,

상기 수집진장치의 후단에 배가스 일부를 분기시키도록 설치된 배가스도관과 연결되어 분기유입된 배가스를 압축하는 압축기;와, 상기 압축기를 거쳐 압축된 배가스를 저장하기 위한 압축가스 저장조;와, 상기 압축가스 저장조에 일단이 연결되어 압축가스가 흐르는 가스도관;과, 상기 가스도관의 가스흐름을 개폐하는 조절밸브;와, 상기 최종환원로의 환원가스 인입도관과 용용가스화로를 연결하고, 상기 가스도관의 타단부가 연결되는 가스취입도관;을 포함함을 특징으로 하는 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 유동층붕괴 방지장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 유동층붕괴 방지장치를 도시한 개략도로서, 도시한 바와같이, 본 발명의 장치(1)는 예열로(11), 예비환원로(12), 최종환원로(13)등으로 이루어지는 3단 유동환원로 (10)측으로 고온환원가스를 공급하는 융융가스화로(14)내에서 압력피크가 발생할 경우에 상기 용융가스환원로(14)와 연통연결되는 유동환원로(10)내에서 발생되는 일시적인 유동붕괴를 방지하는 것이다.

즉, 상기 유동환원로(10)의 예열로(11)를 거치면서 장입된 광석을 환원시킨후 외부로 배기되는 배가스가 최종적으로 거치게 되는 수집진설비(19)의 후단에는 배가스 일부를 분기시킬수 있도록 배가스도관(2a)을 연결구성하고, 상기 배가스도관(2a)에는 이를 통해 분기유입된 배가스를 압축하는 압축기(2)를 갖추며, 상기 압축기(2)에는 이를 거치면서 압축된 배가스를 저장할수 있도록 압축가스 저장조(3)를 갖추어 구성한다.

여기서, 상기 압축가스 저장조(3)는 상기 용융가스화로(14)에서 발생되는 평균환원가스유량의 20 내지 30%를 차지하는 용적크기로 갖추어지며, 내부압력을 상기 용융가스화로(14)에 부과되는 압력에 대하여 1.5 내지 2배정도로 유지할수있도로 복수개의 압력스위치(7a)(7b)를 갖추어 구성한다.

한편, 상기 압축가스 저장조(3)에는 일단이 연결되어 압축가스가 흐르는 가스도관(4)을 갖추고, 상기 가스도관(4)의 길이중간에는 이를 통하여 흐르는 가스흐름을 미도시된 공정제어용 프로세스컴퓨터로부터 전송되는 신호에 의해서 적절히 개폐할수 있도록 조절밸브(5)를 장착한다.

그리고, 상기 가스도관(4)의 타단부에는 상기 최종환원로(13)의 환원가스 인입도관(13a)과 용용가스화로(14)사이를 연결하는 압축가스취입도관(6)을 갖추어 이를 통하여 상기 용융가스화로(14)에서 발생된 환원가스를 상기 최종환원로(13)측으로 공급하고, 상기 가스도관(4)으로부터 압축가스를 상기 최종환원로(13)측으로 고공급할수 있는 것이다.

여기서, 상기 압축가스취입도관(6)은 도 2에 도시한 바와같이, 상기 최종환원로(13)의 환원가스 인입도관(13a)으로의 균일한 가스취입을 위해 내주방향으로 연장되어 상기 환원가스 인입도관(13a)을 관통하는 복수개의 지관(6a)을 환상형으로 구성하며, 상기 환상형 압축가스 취입도관(6)으로 부터 다수개 분기된 6 ~ 8 개의 지관(6a)을 통해 상기 최종환원로(13)의 환원가스 인입도관(13a)내로 가스취입이 이루어진다.

이하, 본발명의 작용을 설명한다.

용융가스화로(14)에 생성된 고온환원가스는 최종환원로(13)로 일차 공급되어 예비환원로(12)및 예비로(11)를 차례로 거치면서 장입된 광석과 환원작용을 수행한 다음, 상기 예비로(11)에 연통연결된 수집진장치(19)을 거쳐 외부로 배기처리된다.

이때, 상기 수집진장치(19)의 후단에 장착된 가스도관(2a)을 통해 분기되는 다량의 배가스중 일부는 상기 가스도관(1)과 연결되어 있는 압축기(2)를 통해 압축되어 상기 압축가스 저장조(3)에 저장되며, 이때 상기 가스저장조내(3)의 압력은 2개의 압력스위치(7)와 상기 압축기(2)의 연동에 의해 일정하게 유지되는 한편, 용융가스화로(14)에서 발생하는 고온환원가스의 압력은 압력계를 통해 지속적으로 측정된다.

그리고, 상기 압력계로서 측정된 값은 미도시된 공정제어용 프로세스 컴퓨터로 전송되며, 이를 수신한 프로세스 컴퓨터는 시간에 따른 상기 3단 환원로(10)내에서의 압력변동속도를 연산하게 되며 상기 압력변동속도의 크기에 따라 압력피크 발생을 판단하게 되는 바, 그 값은 0.05 bar/sec 로 하는 것이 타당하다.

즉, 조업중에 압력피크가 발생할 경우, 상기 압축가스 저장조(3)와 최종환원로(13)의 환원가스 인입도관(13a)사이를 연결하는 가스도관(4)상에 마련되어 있는 조절밸브(5)를 개방작동한다. 이러한 조절밸브(5)의 개방에 의해서 상기 압축가스 저장조(3)에 저장된 압축가스는 상기 가스도관(4)을 거쳐 환상형 압축가스 도입관(6)으로 공급된 다음, 환원가스 인입도관(13a)에 관통삽입된되는 압축가스도입관(6)의 지관(6a)을 통하여 상기 최종환원로(13)내로 압축가스가 균일하게 공급된다.

이러한 압축가스의 취입은 환원로(10)내에서의 압력피크 발생 중에 있어서 압력이 급격하게 증가한 후 다시 급격하게 감소하기 시작하는 시점에 이루어지도록 하는 것이 바람직하며, 이때 취입되는 압축가스에 의해 상기 최종환원로(13)에 공급되는 가스유량의 급격한 감소를 방지하게 됨으로서, 압력피크 발생 직후 상기 최종환원로(13)내 가스유속의 급격한 감소에 의하여 이루어지는 3단 환원로(10)내에서 일시적으로 광석유동층이 붕괴되는 현상을 방지할 수 있는 것이다.

한편, 상기와 같은 압축가스의 취입을 위해서 개방된 조절밸브(5)는 상기 3단 환원로(10)내에서의 압력변동속도가 0.05 bar/sec 이하로 감소하게 되어 상기 압력피크가 해소되면 원상태로 폐쇄작동하여 압축가스 저장조(3)로 부터 압축가스가 최종환원로로 공급되는 것을 차단한다.

도 3도은 상기와 같은 압력피크가 발생하는 상황을 도시한 것으로서, 급격한 압력증가 후 또한 급격한 압력감소가 발생하는 상황을 보여주고 있으며, 이에 따라 환원가스의 유량 또한 급격하게 변동하고 있음을 보여주고 있는 데, 상기 환원가스유량이 급격하게 감소하는 시점에 본 발명에 의한 장치(1)에 의해 환원로(10)에 상기 압축저장조(3)로부터 압축가스를 취입함으로서 상기 최종환원로(13)후단에서의 유량변동폭이 전단의 유량변동폭보다 현저히 감소되고 있음을 보여주고 있다.

즉, 본 발명에 의한 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 유동층 붕괴 방지장치에 의해 압력피크 발생시 야기되는 상기 최종환원로(13)로 공급되는 가스유량의 급격한 감소를 방지할 수 있으며, 이에 따라 상기 최종환원로(13)내서 광석유동층이 일시적으로 붕괴되는 현상을 방지할 수 있는 것이다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 용융가스화로내의 조업상황 변동에 의해 상기 용융가스화로에서 배출되어 최종환원로로 공급되는 고온의 환원가스 유량의 급격한 변동이 야기되는 상황 즉, 압력피크 발생시 가스도관의 조절밸브를 개방하여 배가스가 압축저장된 압축가스 저장조로부터 압축가스를 상기 최종환원로내로 공급함으로서, 환원로내에 형성되는 광석유동층의 일시적인 붕괴현상을 방지할 수 있기 때문에, 환원로의 원활한 조업을 확보하여 안정적인 유동환원조업을 유지할 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (3)

1. 고온환원가스가 유입되도록 용융가스화로(14)와 연결되는 예열로(11), 예비환원로(12), 최종환원로(13)등으로 이루어지는 3단의 유동환원로(10)와 상기 예열로(11)후단에 설치되는 수집진 장치(19)로 구성되는 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조설비에 있어서,

   상기 수집진장치(19)의 후단에 배가스 일부를 분기시키도록 설치된 배가스도관(2a)과 연결되어 분기유입된 배가스를 압축하는 압축기(2);와, 상기 압축기(2)를 거쳐 압축된 배가스를 저장하기 위한 압축가스 저장조(3);와, 상기 압축가스 저장조(3)에 일단이 연결되어 압축가스가 흐르는 가스도관(4);과, 상기 가스도관(4)의 가스흐름을 개폐하는 조절밸브(5);와, 상기 최종환원로(13)의 환원가스 인입도관과 용용가스화로를 연결하고, 상기 가스도관(4)의 타단부가 연결되는 가스취입도관 (6);을 포함함을 특징으로 하는 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 유동층붕괴 방지장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 압축가스 저장조(4)는 상기 용융가스화로(14)에서 발생되는 평균환원가스유량의 20 내지 30%를 차지하는 용적크기로 갖추어지며, 내부압력을 상기 용융가스화로(14)에 부과되는 압력에 대하여 1.5 내지 2배정도로 유지할 수 있도록 복수개의 압력스위치(7a)(7b)를 갖추어 구성함을 특징으로 하는 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 유동층붕괴 방지장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 조절밸브(5)는 상기 용융가스화로(14)에서의 부과압력이 0,05bar/sec이상의 속도로 증가한 후 다시 급격하게 강하하는 압력피크의 발생시 급격한 압력강하가 시작되는 시점에 상기 압축가스저장조(3)의 압축가스가 가스도관(4)을 거쳐 상기 최종환원로(13)의 환원가스 인입도관(13a)으로 공급되도록 개방작동되며, 상기 용융가스화로(13)의 부과압력의 변동속도가 0.5bar/sec이하로 저하될때 상기 최종환원로(13)의 환원가스 인입도관(13a)으로의 압축가스공급을 중단하도록 폐쇄작동됨을 특징으로 하는 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 유동층붕괴 방지장치.