KR20020014444A

KR20020014444A - 전로정련시 배가스 회수방법

Info

Publication number: KR20020014444A
Application number: KR1020000047735A
Authority: KR
Inventors: 송인오; 홍순태; 장광일
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2002-02-25

Abstract

본 발명은 전로 정련시 배가스의 회수에 관한 것이며; 그 목적은 전로 정련과정에서 생기는 배가스의 열량을 향상시킬 수 있는 배가스 회수방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 전로에 장입된 원료에 부원료를 투입하여 전로정련하는 방법에 있어서, 전로 정련 개시이후 총 정련진행시간중 10%가 경과하는 시점에서 냉간펠릿을 용선중의 Si중량에 대하여 300~700kg의 범위에서 연속으로 투입하기 시작하여 25%가 경과하는 시점에서 완료하고, 총 정련시간중 25%가 경과하는 시점에서 냉간 집진펠릿과 소결광을 혼합한 냉각제를 용선중의 Si중량에 대하여 1000~4000kg의 범위에서 연속으로 투입하기 시작하여 90%가 경과하기 전에 투입을 완료하여 발생되는 배가스를 회수하는, 전로정련시 배가스의 회수방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

전로정련시 배가스 회수방법{A METHOD FOR RECOVERING CONVERTER GAS IN CONVERTER SYSTEM}

본 발명은 전로 정련시 발생되는 배가스의 회수에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전로 정련과정에서 생기는 배가스의 열량을 향상시킬 수 있는 배가스 회수방법에 관한 것이다.

일반적으로 전로조업은 주원료인 용선과 고철을 전로에 장입하여 송산과 동시에 부원료인 생석회, 경소백운석, 냉간펠릿(cold pellet; 주성분이 CaO) 및 소결광, 냉간 집진펠릿(cold bonded pellet; 주성분이 산화철), 형석(주성분이 CaF₂) 등을 투입하여 용선중 불순원소인 C, Si, Mn, P, S, Ti 등을 산화 정련에 의해 제거하는 일련의 작업을 통칭한다.

이와 같은 전로조업에서 용선중의 불순원소는 전로 정련중 랜스로부터 공급되는 산소에 의해 용철중 C, Si, Mn, P, S, Ti 등은 산화반응이 진행되며, 특히 용철중 탄소 거동은 화학식1 및 2와 같다.

[C] + [O] = CO(g)

[C] + (FeO) = CO(g) + Fe

화학식1, 2에 의해 일산화탄소 가스는 노구로 배출되며, 배가스 회수장치를 통해 배가스는 그대로 회수되어 연료가스로 재활용되고 있다. 회수장치를 통해 회수된 배가스의 주성분은 CO, CO₂, N₂, H₂로 이루어져 있다. 이때, 회수가스의 열량은 수학식1과 같이 계산될 수 있다.

수학식1에서와 같이, 전로 정련시 발생되는 배가스의 열량을 높이기 위해서는 일산화탄소와 수소의 농도를 늘리는 것이 필요함을 알 수 있다. 따라서, 종래에는 회수가스의 열량을 높이기 위해 일산화탄소의 발생량을 높이거나 수소의 발생량을 늘리는 조업을 하였다.

그 가운데 일산화탄소의 발생량을 높일 수 있는 기술로서, 전로 정련작업시 노구로 배출되는 배가스의 2차 연소를 방지하기 위해 스커트(skirt) 밀폐조업을 하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 취련초기에는 배가스 발생량이 적고, 취련 중기 이후에 슬로핑 발생시는 스커트를 상승하여 화학식3과 같이 일산화탄소의 2차 연소가 일어나 일산화탄소 농도가 증가되지 못하는 단점이 있다. 또한, 전로 정련작업시 폐기물 재활용 원료인 냉간펠릿과 냉간 집진펠릿 투입시 발생하는 화염과 가시분진 발생으로 후드(hood) 압력을 대기압력보다 낮게 유지함으로써 노구로 공기가 침입하여 수학식3과 같이 일산화탄소의 2차 연소가 일어나 일산화탄소의 농도가 낮아지는 문제가 있었다.

CO + O₂→CO₂

배가스의 수소농도를 증가시켜 열량을 높일 수 있는 다른 예로서, 일본 공개특허 평5-105929호에는 전로의 배가스 연도내에 스크랩을 장입함과 동시에 그 스크랩의 아래에서 노내 공급산소가스 1N㎥ 당 400g미만의 물을 분무하여 배가스중의 Fe 더스트 및 스크랩의 철분과 반응시켜 수소가스를 생성회수하는 전로 배가스회수방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 전로 조업시 연도내에서 분사되는 수분에 의한 폭발 위험성이 상존하여 조업이 불안정하다는 단점이 있다.

이에 본 발명은 전로 정련작업중 투입되는 폐기물 재활용 원료인 각종 펠릿의 투입방식을 적절히 조절하여 회수 가스의 열량을 높일 수 있는 배가스 회수방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 전로 정련시 종래 및 본 발명예에 따른 부원료 투입조건을 비교한 그래프

상기 목적달성을 위한 본 발명은 전로에 장입된 원료에 부원료를 투입하여 전로정련하는 방법에 있어서, 전로 정련 개시이후 총 정련진행시간중 10%가 경과하는 시점에서 냉간펠릿을 용선중의 Si중량에 대하여 300~700kg의 범위에서 연속으로투입하기 시작하여 25%가 경과하는 시점에서 완료하고, 총 정련시간중 25%가 경과하는 시점에서 냉간 집진펠릿과 소결광을 혼합한 냉각제를 용선중의 Si중량에 대하여 1000~4000kg의 범위에서 연속으로 투입하기 시작하여 90%가 경과하기 전에 투입을 완료하여 발생되는 배가스를 회수하는 전로정련시 배가스의 회수방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 전로 정련시 투입되는 부원료인 냉간펠릿과 냉간 집진펠릿, 소결광의 투입조건을 적절히 조절하여 여기서 발생되는 배가스의 수소농도를 높여 배가스의 열량을 향상시키는데 특징이 있다.

전로 정련시 투입되는 냉간펠릿과 냉간 집진펠릿은 최근 환경에 대한 규제가 엄격해지면서 제철소 조업중 발생되는 폐기물을 다시 가공하여 재활용되는 원료이다. 냉간펠릿은 생석회 제조시 발생되는 슬러지에 시멘트를 일부 첨가하여 펠릿으로 만들어 자연 건조한 것으로 수분이 6.5중량% 정도 함유되어 있다. 그리고, 냉간 집진펠릿은 고로와 제강의 집진장치에서 발생되는 슬러지에 시멘트를 일부 첨가하여 펠릿으로 만들어 자연 건조한 것으로 수분이 역시 6.5중량% 정도 함유되어 있다.

이러한 냉간펠릿과 냉간 집진펠릿을 취련중 적절히 투입하면 원료에 함유된 수분은 화학식4와 같이 반응한다.

H₂O →H₂+ ½O₂

화학식4와 같이 전로 정련중 원료에 함유된 수분은 수소와 산소로 분리된다. 본 발명은 전술한 회수가스 열량 계산식인 수학식1로부터 회수가스중 수소 농도가 향상되면 열량이 올라가는 조건을 최대한 활용하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 본 발명은 100톤 전로조업을 기준으로 할 때 전로 정련중 부원료 투입에 있어 전로 정련개시직후 500kg이하의 범위에서 일괄 투입하던 종래의 방식과는 달리, 우선 배가스 회수시점인 전로 정련 약 10% 경과 시점부터 용선중의 Si중량에 따라 300~700kg의 범위에서 연동 투입하여 취련이 약 25% 정도 경과하는 시점에서 완료한다. 이는 냉간펠릿중의 CaO가 취련 초기 불순물 제거를 위한 적정한 염기도를 가지는 슬래그 재화에 효과적일 뿐만 아니라 냉간펠릿중의 6.5중량% 정도의 수분이 화학식4와 같이 서서히 반응하여 수소와 산소가 발생하고, 이에 따라 노내 발생가스가 증대되어 노구에서 공기가 침입하여 화학식3과 같이 일산화탄소가 연소되는 2차 연소를 방지하고 회수가스중의 수소가 향상된다. 그러나, 냉간펠릿의 투입량이 300kg보다 적게 투입할 때는 전로 정련 초기 수소 발생량이 줄어드는 문제가 있고, 700kg보다 많게 투입할 때는 전로 정련 초기에 투입된 생석회가 있으므로 CaO가 과잉으로 공급되어 슬래그의 양이 증가하면서 송산량이 늘어나는 문제가 있어 바람직하지 않다. 더욱이, 전로 정련 약 10% 경과시점부터 약 25% 시점까지 냉간펠릿을 투입한 후, 25% 정도 경과시점부터 냉각제를 투입해야 하므로 냉간펠릿은 700kg까지만 투입하는 것이 바람직하다.

이와같이 냉간펠릿을 투입한 후 종래 전로 정련 25% 경과 시점부터 40% 경과시점까지 냉간 집진펠릿과 소결광을 단독으로 500kg 정도 투입하던 것을, 본 발명에서는 전로 정련 25% 정도 경과 시점부터 냉간 집진펠릿과 소결광을 혼합한 냉각제를 투입하기 시작한다. 전로 정련 약 25% 시점이후에 냉간 집진펠릿과 소결광을 혼합하여 투입하는 것은 냉간 집진펠릿만 전량 투입하였을 경우 냉간 집진펠릿의 투입으로 화학식4와 같이 반응하여 배가스량이 급격히 증가되어 노구로 화염이 다량 방출되면서 가시분진이 발생하거나 슬래그의 폼(foam)이 증가되어 슬로핑(slopping)의 원인이 되기 때문이다. 본 발명의 경우 상기 냉각제를 열원에 따라 100톤 전로 조업을 기준으로 할 때 1000~ 4000kg의 범위에서 투입하기 시작하여 배가스 방산 시점인 전로 정련 90% 정도 경과 시점까지 연속 투입한다. 이렇게 하면 냉간 집진펠릿중에 함유되어 있는 철분이 슬래그중에 균일하게 공급되도록 하여 취련 중기에서 말기까지 슬래그 재화를 촉진하고, 냉간 집진펠릿중의 수분이 화학식4와 같이 반응하여 수소와 산소가 발생한다. 그리고, 이에 따라 노내 발생가스가 증대되어 노구에서 공기가 침입하여 화학식4와 같이 일산화탄소가 연소되는 2차 연소를 방지하고 회수가스중의 수소 농도가 향상된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

100톤급 전로에서 표1과 같은 조성을 갖는 용선에 부원료를 투입하고 랜스를 통해 산소를 취련하면서 각 용선을 정련하였다. 이때, 부원료로서 사용된 냉간펠릿과 냉간 집진펠릿, 그리고 소결광의 조성은 표2와 같았으며, 각각의 부원료 투입량과 투입시점은 표1과 같았다. 구체적으로 종래 및 본 발명의 경우 부원료 투입조건을 도시하면 도1과 같다. 도1에서 보는 바와 같이, 종래에는 부원료를 일괄 투입하였으나 본 발명에서는 연속적으로 투입하였다.

구분	용선성분(중량%)	부원료 투입방법
	C	Si	Mn	P	S	냉간펠릿 투입조건	냉간 집진펠릿 투입조건
	C	Si	Mn	P	S	투입량(kg)	투입시점	투입량(kg)	투입시점
종래예1	4.32	0.44	0.29	0.098	0.004	400	개시직후	300	25~40%
종래예2	4.30	0.40	0.21	0.087	0.013	0		300
종래예3	4.31	0.38	0.29	0.099	0.004	500		100
종래예4	4.29	0.34	0.30	0.101	0.003	300		0
종래예5	4.30	0.49	0.29	0.099	0.007	300		500
발명예1	4.30	0.48	0.27	0.091	0.015	700	10~25%	2100	25~90%
발명예2	4.32	0.43	0.29	0.098	0.004	600		1500
발명예3	4.29	0.35	0.32	0.100	0.004	300		1100
발명예4	4.31	0.40	0.29	0.098	0.005	500		1300
발명예5	4.31	0.38	0.31	0.097	0.006	400		1200

부원료	화학조성(중량%)
부원료	CaO	MgO	T. Fe	MnO	SiO₂	C	수분	작열감량(%)
소결광	8.41	1.24	48.20	0.42	4.54	2.6	-	34.59
냉간펠릿	51	2	0.83	-	3.0	10.8	6.5	25.87
냉간 본드펠릿	10	-	62.0	-	3.0	-	6.5	18.5

이와같이 정련하였을 때 전로에서 발생되는 배가스를 홀더 후단에서 채취하여 분석하고, 그 결과를 표3에 나타내었다. 이때, 가시분진 발생정도는 육안으로 관찰하여 분진이 공장 전체를 덮었을 때를 "대"로, 전로 건물위 약 3~4m 정도 덮었을 때를 "중"으로, 그리고 전로 건물 위 약 1m 정도 올라올 때를 "소"로 구분하여 나타내었다.

구분	회수가스 성분(중량%)	열량(kcal/N㎥)	회수량 원단위(N㎥/T.S)	가시분진 발생정도
구분	H₂	열량(kcal/N㎥)	회수량 원단위(N㎥/T.S)	가시분진 발생정도	O₂	CO	N₂	CO₂
종래예1	0.97	0.46	51.67	29.84	17.06	1593.1	79.6	소
종래예2	0.66	0.96	51.05	31.15	16.08	1566.3	78.4	소
종래예3	1.00	0.47	46.80	31.97	19.76	1446.7	73.5	중
종래예4	1.02	0.19	44.89	34.38	19.52	1338.6	67.1	없음
종래예5	1.34	0.56	54.22	26.97	16.91	1680.0	84.5	대
발명예1	5.14	0.89	58.51	21.24	14.22	1907.9	95.6	없음
발명예2	3.02	0.41	59.01	21.28	16.28	1888.6	94.5	없음
발명예3	2.94	0.17	56.13	23.72	17.04	1794.3	89.9	없음
발명예4	3.77	0.23	57.16	21.58	17.26	1831.7	91.6	없음
발명예5	3.42	0.33	58.46	21.70	16.09	1862.2	91.4	없음

표3에 나타난 바와 같이, 종래방법에 따라 전로 정련한 경우 배가스중의 수소가 약 0.66~ 1.34중량%, 일산화탄소는 44.89~ 54.22중량% 정도이었으며, 이러한 배가스는 약 1338.6~1680kcal/N㎥ 정도의 열량을 갖으며, 그 결과 회수량 원단위는 약 67.1~ 84.5N㎥/ton- steel 정도를 보이고 있었다.

반면 본 발명에 따라 전로 조업이 이루어진 경우에는 배가스중의 수소가 약 2.94~ 5.14중량%, 일산화탄소는 56.13~ 59.01중량%로서 다량 발생하였으며, 이러한 배가스는 약 1794.3~ 1907.9kcal/N㎥ 정도의 높은 열량을 갖으며, 그 결과 회수량 원단위는 약 89.9~ 95.6 N㎥/ton- steel 정도로 매우 높음을 알 수 있었다.

즉, 본 발명에 의하면 종래에 비하여 배가스중의 수소는 2.28~ 3.8중량%, 일산화탄소는 4.79~ 11.24중량% 정도 높게 나타났고, 열량도 227.9~ 455.7kcal/N㎥ 정도 높게 나타났으며, 회수량 원단위는 11.1~ 22.8N㎥/ton- steel 정도로 높게 나타남을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 전로 정련과정에서 냉간펠릿과 냉간 집진펠릿 등의 재활용 원료를 적절히 투입하여 전로 정련중 회수 배가스중의 수소농도를 증가시켜 배가스의 열량과 원단위를 크게 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

전로에 장입된 원료에 부원료를 투입하여 전로정련하는 방법에 있어서, 전로 정련 개시이후 총 정련진행시간중 10%가 경과하는 시점에서 냉간펠릿을 용선중의 Si중량에 대하여 300~700kg의 범위에서 연속으로 투입하기 시작하여 25%가 경과하는 시점에서 완료하고, 총 정련시간중 25%가 경과하는 시점에서 냉간 집진펠릿과 소결광을 혼합한 냉각제를 용선중의 Si중량에 대하여 1000~4000kg의 범위에서 연속으로 투입하기 시작하여 90%가 경과하기 전에 투입을 완료하여 발생되는 배가스를 회수함을 특징으로 하는 전로정련시 배가스의 회수방법.