KR20030018318A - 잔유분철광석의 손실이 적은 일반탄을 이용한 용철제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반탄과 분철광석을 이용한 용철제조공정의 조업종료방법에 관한 것으로, 그 목적은 일반탄 및 분철광석을 직접 사용하는 용철제조공정의 조업 종료시점에서 환원로의 잔유분철광석을 최종환원하여 용융가스화로에 공급함으로써 손실되는 분철광석의 양을 최대한 억제하여 원료광석의 사용효율성을 도모하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 장입된 분철광석을 환원하도록 구성되는 1개이상의 예비환원로(3, 4···)와 최종환원로(2),

상기 최종환원로(2)에서 분환원철을 공급받아 용융환원하여 용선을 제조하도록 구성되는 용융가스화로(1)를 포함하고,

상기 용융가스화로(1)는 배가스를 환원가스공급관(6)을 통해 환원로(2, 3, 4)의 환원가스로 공급하고, 상기 환원로(2, 3, 4)는 광석장입관(5c, 5b, 5a)을 통해 광석소통관계로 용융가스화로(10)와 연결되어 구성되는 용융환원장치를 이용한 용철제조방법에 있어서,

상기 환원로(2, 3, 4)는 잔유분철광석 배출관(7c, 7b, 7a)을 통해 잔유분철광석 소통관계로 용융가스화로(10)에 연결되도록 구성되며,

조업종료시 상기 제1예비환원로(4)에 분철광석의 장입을 중단하는 단계,

상기 제1예비환원로(4)의 광석장입관(5c)을 폐쇄하고 상기 잔유분철광석배출관(7c)을 개방하여 잔유분철광석을 제2예비환원로(3)에 배출하여 환원하는 단계,

상기와 같이 예비환원로의 잔유분철광석을 순차적으로 배출하여 최종환원로(2)에서 최종환원하고 용융가스화로(1)에 공급하는 단계,

상기 최종환원로(2)의 잔유분철광석의 공급이 완료되면 환원로에 환원가스 공급을 중단하여 조업을 종료하는 단계를 포함하여 이루어지는 잔유분철광석의 손실이 적은 일반탄을 이용한 용철제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

잔유분철광석의 손실이 적은 일반탄을 이용한 용철제조방법{Process for coal based ironmaking to reduce loss of fine ore}

본 발명은 일반탄과 분철광석을 이용한 용철제조공정의 조업종료방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조업종료시에 반응기의 잔유분철광석의 배출경로를 변경하여 분철광석의 손실을 최대한 억제하여 생산성을 향상시킬 수 있는 용철제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 용철생산설비의 대종을 이루고 있는 고로법에서는 그 반응기 특성상 일정 수준이상의 강도와 로내 통기성 확보를 보장할 수 있는 입도를 보유한 원료가 요구된다. 따라서, 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로서는 특정 원료탄을 가공처리한 코우크스에 의존하고 있으며, 철원으로서는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다. 이에 따라 현행 고로법은 코우크스 제조설비 및 소결설비 등의 원료예비처리설비가 반드시 수반되어야 한다. 이러한 부대설비 구축에 필요한 제비용 및 상기 부대설비에서 발생하는 제반 환경오염물질에 의한 환경오염을 방지하기 위한 막대한 설비투자비용 등에 의해 현행 고로법의 경쟁력은 급속히 잠식되고 있는 상황이다.

따라서, 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 분광을 직접사용하는 용철제조설비는 오스트리아 특허출원번호 AT2096/92 등이 제시되어 있다.

일반탄 및 분광을 직접사용하는 용철제조설비의 대표적인 예가 도 1에 나타나 있다. 이 용철제조설비는 유동층을 형성하면서 분철광석을 환원하는 3단 유동층의 환원로(2, 3, 4)와 석탄충진층이 형성되어 있는 용융가스화로(1)로 구성되어 있다. 최상단의 제1예비환원로(4)에 장입되는 상온의 분광은 상기한 3단의 유동환원로를 거치면서 상기 용융가스화로로부터 공급되는 고온환원기류와 접촉함으로써 승온 및 90%이상의 환원이 이루어진 고온의 환원분광으로 전환되어 배출된다.

환원분광은 석탄충진층이 형성되어 있는 용융가스화로(1)내 연속적으로 장입되어 석탄충진층내에서 용융됨으로서 용선으로 전환되어 상기한 용융가스화로 외로 배출된다. 용융가스화로에는 로상부에서 괴상의 일반탄이 연속적으로 공급되어 로내부에 일정한 높이의 석탄충진층을 형성하게 되며, 상기 충진층내에는 충진층 외벽 하단에 형성되어 있는 복수개의 풍구를 통해 산소가 취입되어 충진층내 석탄이 연소되어 발생하는 연소가스가 충진층을 상승하면서 고온의 환원기류로 전환되어 용융가스화로외로 배출되어 상기한 3단의 유동환원로로 공급된다.

3단의 유동환원로를 통과하는 광석의 각 유동반응기간의 이동은 인접하는 상단 및 하단의 유동환원로들을 서로 연결하고 있는 광석장입관(5a, 5b, 5c)을 통해 이루어 진다. 상기 장입관내에서는 상하단의 압력차이에 의해 하단의 유동환원로부터 상단의 유동환원로로 형성되는 고온환원가스 흐름과 중력에 의해 상단의 유동환원로부터 하단의 유동환원로로 형성되는 광석흐름이 서로 교차되어 형성되게 된다. 한편, 최종환원로에서 연속적으로 배출되는 미분 환원광은 광석장입관(5a)을 통해 배출되며, 배출되는 미분환원광은 상기 최종환원로 배출위치와 상기 용융로 상부위치 사이에 형성되는 높이 차이에 따라 상기 최종환원로 배출위치가 낮을 경우에는 상기 3단의 유동환원로로 공급되는 고온의 환원가스의 일부에 의한 기송에 의해 상기 용융로로 장입된다. 한편, 상기 상기 최종환원로 배출위치가 높을 경우에는 미분 환원광의 자체 중력에 의해 상기 용융로 내부로 장입된다.

상기 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정이 기존 공정과 비교하여 유리하다고 생각되는 점은 괴광 대신 분철광석을 사용한다는 점, 코크스 대신 일반탄을 사용한다는 점도 있지만, 공정의 특성상 설비의 휴지 및 재가동이 간편하다는 점을 들 수 있다. 그러나, 분철광석을 원료로 사용한다는 상기 공정의 특성상 설비의 휴지에는 세심한 주의가 요구된다. 그것은 각 반응기 하부에서 공급되는 환원가스에 의해 유동층을 형성한 상태로 수행되는 조업상황에서 조업 종료시 유동층의 유동화를 계속 유지하여야 한다는 점이다.

만약 조업 종료시 환원가스의 공급을 차단하여 유동화 되어 있던 분철광석이 그대로 반응기 하부로 내려앉았을 경우에는 반응기 하부에 균일한 가스흐름을 목적으로 설치되어 있는 가스분산판의 노즐을 막는 상황이 발생하여 대규모의 정비작업 없이는 재가동이 곤란한 상태에 이르게 된다. 그리고, 각 반응기의 분철광석 배출구는 유동층의 상부에 위치하고 있으므로 분철광석 배출구로부터 분철광석의 배출은 그 한계가 있으며, 분철광석 배출구로부터 더 이상 분철광석이 배출되지 않을 때까지 배출을 완료하였다 하더라도 반응기 내부의 가스분산판 상부로부터 분철광석 배출구까지는 아직도 상당한 양의 분철광석이 남아 있게 되고, 잔류 분철광석 역시 그 상태에서 유동화를 중지하면 상기의 가스분산판 막힘의 문제점이 그대로 나타나게된다.

따라서 현재는, 환원가스의 흐름을 계속 유지한 채 각 반응기에서 분철광석의 유동화 상태를 유지한 상태에서 기존의 분철광석 배출구가 아닌 가스 분산판 바로 직상의 잔유분철광석 배출관을 통하여 반응기에서 더 이상 분철광석이 배출되지 않을 때까지 분철광석을 배출시키는 형태를 취하고 있다. 이 때 조업상에서는 항상 열린 채로 조업되던 광석장입관은 밸브에 의해 닫히게 되며, 각 반응기에서 유동층을 형성하며 조업중이던 광석들은 다른 반응기로 이동하지 못하고 그냥 그대로 바깥으로 배출된다. 이 때 배출된 분철광석은 아직 환원반응을 다 마치지 못한 광석이므로 하부공정인 용융가스화로로 장입되지 못하고 폐기처분되고 있다. 이때 폐기처분되는 분철광석의 양은 연산 3만톤의 실험용 설비의 경우 반응기 당 약 5톤 가량이며, 현재 검토중에 있는 연산 60만톤 설비의 경우 반응기당 100톤에 달하는 양이다.

상기 일반탄 및 분철광석을 직접 사용하는 용철제조공정에서는 기타 다른 용철제조공정에서와 달리 조업 종료 및 재가동이 빈번하게 일어날 것으로 예상되므로, 종료 시 배출되어 폐기처분되는 미환원 분철광석의 양도 종료 및 재가동 횟수에 비례하여 늘어날 것으로 생각된다.

본 발명은 일반탄 및 분철광석을 직접 사용하는 용철제조공정의 조업 종료시점에서환원로의 미환원 잔유분철광석을 폐기처분하지 않고 예비환원로와 최종환원로에서 순차적으로 환원하여 용융가스화로에 공급함으로써 손실되는 분철광석의 양을 최대한 억제하여 원료광석의 사용효율성 및 상기 공정의 생산성 증대를 도모하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반탄을 이용하는 용철제조공정의 개략도이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 용철제조공정의 일례도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1..... 용융가스화로 2..... 최종환원로

3, 4..... 예비환원로 5..... 광석장입관

6..... 환원가스공급관 7..... 잔유분철광석 배출관

8..... 가스 배출관

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용철제조방법은, 장입된 분철광석을 환원하도록 구성되는 1개이상의 예비환원로와 최종환원로, 상기 최종환원로에서 분환원철을 공급받아 용융환원하여 용선을 제조하도록 구성되는 용융가스화로를 포함하고, 상기 용융가스화로는 배가스를 환원가스공급관을 통해 환원로의 환원가스로 공급하고, 상기 환원로는 광석장입관을 통해 광석소통관계로 용융가스화로와 연결되어 구성되는 용융환원장치를 이용한 용철제조방법에 있어서,

상기 환원로는 잔유분철광석 배출관을 통해 잔유분철광석 소통관계로 용융가스화로에 연결되도록 구성되며,

조업종료시 상기 예비환원로중에서 제1예비환원로에 분철광석의 장입을 중단하는 단계,

상기 제1예비환원로의 광석장입관을 폐쇄하고 상기 잔유분철광석 배출관을 개방하여 잔유분철광석을 제2예비환원로에 배출하여 환원하는 단계,

상기와 같이 예비환원로의 잔유분철광석을 순차적으로 배출하여 최종환원로에서 최종환원하고 용융가스화로에 공급하는 단계,

상기 최종환원로의 잔유분철광석의 공급이 완료되면 환원로에 환원가스 공급을 중단하여 조업을 종료하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 도 2를 참고로 상세히 설명한다.

본 발명에서는 도 1과 같이 일반탄 및 분철광석을 이용하는 용철제조설비에서 예비환원로와 최종환원로의 잔유분철광석을 폐기하지 않고 예비환원로와 최종환원로를 거쳐 용융가스화로(1)로 장입하여 유효하게 재이용하는데, 특징이 있다.

본 발명은 2단이상의 유동층환원로에 적용될 수 있는데, 여기서는 도 2와 같은 3단유동층 환원로에 적용되는 경우에 대해서 설명한다.

도 2는 도 1에서 환원로(2, 3, 4)의 잔유분철광석 배출관(7c, 7b, 7a)을 다음의 반응기에 연결하여 광석소통관계로 연결되도록 한 점에 차이가 있다. 제1예비환원로(4)의 잔유분철광석배출관(7c)은 제2예비환원로의 분산판(미도시)의 직상부 근처에 연결되어 잔유분철광석을 배출한다. 제2환원로 또한 마찬가지이다. 이들 잔유분철광석 배출관(7c, 7b)이 광석장입관의 공급구와 비슷한 높이에 위치하는 것이 보다 바람직하다. 그 이유는 상대적으로 분철광석의 밀도가 높은 분산판 직상보다는 광석장입관(5b, 5a)의 공급부 위치에서 광석 밀도가 낮으므로 원활한 광석공급을 할 수 있다. 물론, 잔유분철광석 배출관(7c, 7b)을 광석장입관(5b, 5a)에 연결하는 것도 가능하다. 최종환원로(2)의 잔유분철광석배출관(7a)은 광석장입관(5a)에 연결되는 것이 가장 바람직하다.

본 발명에 따라 상기 용융환원장치를 이용한 용철제조방법의 실시예를 도 2를 통해 상세히 설명한다.

조업종료시 먼저 제1예비환원로(4)에 분철광석의 장입을 중단한다. 이어 제1예비환원로(4)의 제1광석장입관(5c)을 폐쇄하고 제1잔유분철광석배출관(7c)을 개방하여 잔유분철광석을 제2예비환원로(3)에 배출하여 환원한다. 이때 제1예비환원로(4)의 잔유분철광석의 배출이 완료되면 제1 잔유분철광석배출관(7c)를 폐쇄한다.

제2예비환원로(3)에서 잔유분철광석의 환원이 완료되면, 제2광석장입관(5b)을 폐쇄하고 제2 잔유분철광석배출관(7b)을 개방하여 환원된 잔유분철광석을 최종환원로(2)에 배출하여 환원한다. 마찬가지로 제2예비환원로(3)의 잔유분철광석의 배출이 완료되면 제2 잔유분철광석배출관(7b)을 폐쇄한다.

상기와 같이 최종환원로(2)의 잔유분철광석의 공급이 완료되면 제 3잔유분철광석 배출관(7a)을 폐쇄하고 환원로에 환원가스 공급을 중단하여 조업을 종료한다.

이와 같이 본 발명에서는 제1예비환원로(4), 제2예비환원로(3), 최종환원로(2)의 순서로 잔유분철광석의 배출이 이루어진다. 이러한 배출과정을 거치면 최종환원로(2)에서 배출된 잔유분철광석은 정상 조업일 때 최종환원로(2)에서 용융가스화로(1)로 공급된 분환원철과 유사한 환원정도를 나타낸다. 정상적인 조업상황에서 최종환원로 배출 분환원광의 환원율은 약 85%이므로 잔유분철광석의 환원율이80% 정도의 환원율을 가진다 하더라도 용융가스화로에서 충분히 사용가능하며, 기타 HBI 등의 중간 가공물을 만드는 원료로서도 부족하지 않다.

본 발명은, 상기 도 2의 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이고, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 유사한 작용효과를 제공하는 것은, 어느 것에 있어서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 3단 유동층 환원로에서 잔유분철광석을 환원하는 경우에 대한 예를 들어 설명했지만, 본 발명은 이것에만 한정되지 않고 2단 유동층 환원로 또는 그 이상의 유동층 환원로에서 조업하는 경우에 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 일반탄 및 분철광석을 직접 사용하는 용철제조공정의 조업 종료시점에서 미환원 분철광석을 최종환원하여 용융가스화로에 취입함으로써 손실되는 분철광석의 양을 최대한 억제할 수 있고, 원료광석의 사용효율성 및 상기 공정의 생산성 증대를 도모할 수 있게 되는 것이다.

Claims (2)

1. 장입된 분철광석을 환원하도록 구성되는 1개이상의 예비환원로(3, 4‥)와 최종환원로(2), 상기 최종환원로(2)에서 분환원철을 공급받아 용융환원하여 용선을 제조하도록 구성되는 용융가스화로(1)를 포함하고,

   상기 용융가스화로(1)는 배가스를 환원가스공급관(6)을 통해 환원로(2, 3, 4‥)의 환원가스로 공급하고, 상기 환원로(2, 3, 4)는 광석장입관(5c, 5b, 5a)을 통해 광석소통관계로 용융가스화로(10)와 연결되어 구성되는 용융환원장치를 이용한 용철제조방법에 있어서,

   상기 환원로(2, 3, 4‥)는 잔유분철광석 배출관(7c, 7b, 7a)을 통해 잔유분철광석 소통관계로 용융가스화로(10)에 연결되도록 구성되며,

   조업종료시 상기 제1예비환원로(4)에 분철광석의 장입을 중단하는 단계,

   상기 제1예비환원로(4)의 광석장입관(5c)을 폐쇄하고 상기 잔유분철광석배출관(7c)을 개방하여 잔유분철광석을 제2예비환원로(3)에 배출하여 환원하는 단계,

   상기와 같이 예비환원로의 잔유분철광석을 순차적으로 배출하여 최종환원로(2)에서 최종환원하고 용융가스화로(1)에 공급하는 단계,

   상기 최종환원로(2)의 잔유분철광석의 공급이 완료되면 환원로에 환원가스 공급을 중단하여 조업을 종료하는 단계를 포함하여 이루어지는 잔유분철광석의 손실이 적은 일반탄을 이용한 용철제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 최종환원로(2)의 잔유분철광석배출관(7a)은 광석장입관(5a)에 연결되는 것을 특징으로 하는 잔유분철광석의 손실이 적은 일반탄을 이용한 용철제조방법.