KR20030032319A - 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치와, 이를이용한 미환원 분환원철의 재순환방법 및, 비상시 그처리방법 - Google Patents

Abstract

일반탄과 분철광석을 사용하는 용철제조공정의 조업효율 및 생산성을 높인 유동성 환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치와, 이를 이용한 미환원 분환원철의 재순환방법 및 비상시 그 처리방법을 제공한다.

상기 재순환장치(1)는, 최종환원로(30)의 중간부에 연결되는 제 5 광석도관 (35a)을 갖추어 조업초기 미완전 환원된 분환원철을 상기 최종환원로(30)에서 부터 배출시키는 제 1 배출라인(2);과, 상기 최종환원로(30)의 하부에 연결되는 제 6 광석도관(35b)를 갖추어 조업이상시 미완전환원 분환원철을 상기 최종환원로(30)에서 부터 배출시키는 제 2 배출라인(3):과, 상기 각 배출라인(2)(3)이 연결되어 미완전 환원된 분환원철을 저장하는 저장조(50); 및, 상기 저장조(50)에서 최종환원로 (30)에 연결되어 미완전환원 분환원철을 재순환하여 최종환원로(30)에 장입시키는 기송도관(53);으로 구성되어 있다.

따라서, 이와 같은 본 발명에 의하면, 미완전 환원 분환원철을 재순환시킴으로서, 재차 완전 환원상태의 분환원철로서 유동환원공정을 수행하기 때문에 유동환원공정의 효율성을 증대시키는 것은 물론, 공정의 유지비용도 절감시키어 전체 생산성을 향상시키는 우수한 효과를 제공한다.

Description

유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치와, 이를 이용한 미환원 분환원철의 재순환방법 및, 비상시 그 처리방법{AN APPARATUS FOR RECYCKING INCOMPLETELY-REDUCED FINE IRON ORE AND, A METHOD FOR RECYCLING AND TREATING AT EMERGENCY THE INCOMPLETELY-REDUCED FINE IRON ORE BY USING THE SAME APPARATUS IN A FLUIDIZED-BED REDUCTION PROCESS}

본 발명은 일반탄 및 분철광석을 이용한 용철제조공정에 있어서 조업효율 및 생산성을 높이기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서 보다 상세히는, 일반탄 및 미분 철광석을 이용하여 용선을 제조하는 유동환원공정에서 조업 초기에 손쉽게 발생되는 저(低) 환원률의 미완전 환원된 분환원철이나 또는 비정상조업으로 인한 비상시 반응로를 비우는 경우 미완전 환원상태로 배출되는 미완전 환원 분환원철을 재순환시킴으로서, 재차 완전 환원상태의 분환원철로서 유동환원공정을 수행하기 때문에 유동환원공정의 효율성을 증대시키는 것은 물론, 공정의 유지비용도 절감시키어 전체 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 유동성 환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치와, 이를 이용한 미환원 분환원철의 재순환방법 및 비상시 그 처리방법에 관한 것이다.

현재 용철생산에 있어서 에너지 효율면이나 생산성 측면에서 고로공정을 능가하는 제선공정은 개발되지 않았으나, 이와 같은 고로공정에서는 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로서 특정 원료탄을 가공처리한 코크스에 의존하여야 하기 때문에, 철원으로서는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다.

즉, 현재의 고로공정은 코크스 제조설비 및 소결설비 등의 원료예비처리설비가 반드시 수반되고 있고, 이는 결국 고로설비이외에 추가적인 부대설비의 구축이 필수적으로 필요하여 설비를 위한 막대한 비용이 필요한 것이다.

또한, 상기와 같은 원료예비처리설비에서는 SOx, NOxe 또는 분진과 같은 환경오염물질이 상당히 발생되기 때문에, 이의 정화처리를 위한 별도의 설비가 필요하고, 특히 현재 세계적으로 환경오염에 대한 규제가 엄격해져 가고 있어 이를 극복하기 위한 막대한 처리설비 투자비용 등으로 현재의 고로공정을 통한 용선의 생산에서는 그 경쟁력은 저하되고 있는 실정이다.

한편, 상기와 같은 고로공정에서 발생되는 문제를 해결하기 위하여 많은 다른 공정의 연구 및 개발이 있었는데, 현재 개발되고 있는 제선공정중 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하며, 철원으로서는 전세계 광석생산량의 80% 이상을 점유하고 있는 분철광석을 직접 사용할 수 있도록 하여 용철을 제조하는 석탄계 용융환원공정이 우수한 생산공정이다.

한편, 이와 같은 용융환원공정에 따른 종래의 일반탄 및 분철광석을 직접사용하는 용철제조설비는 미국 특허 제 5,785,733호(1998.7.28)에서 알려져 있는데, 도 1 에서는 이를 개략적으로 도시하고 있다.

즉, 도 1에서 도시한 바와 같이, 전체공정은 예열로(10), 예비환원로(20) 및 최종환원로(30)의 3단으로 된 유동환원로(10)(20)(30)가 마련되고, 상기 최종환원로 (30)와 연결되고 석탄충진층이 형성되는 용융가스화로(40)로 구성되어 있다.

한편, 이와 같은 유동환원공정에서는 분철광석이 연속적으로 제 1 광석도관 (12)를 거쳐 예열로(10)에 장입되고, 이때 제 3 가스도관(21)으로 공급된 환원가스에 의해 상기 예비환원로(10)내의 제 1 가스분산판(14) 상부에서 기포유동 혹은 난류유동층을 형성하면서 예열되고 그 다음, 제2 광석도관(22)를 통해 배출되어 예비환원로(20)에 장입되면서 제 2 가스도관(31)으로 공급된 환원가스에 의해 예비환원로(20)내의 제 2 가스분산판(24) 상부에서 기포유동 혹은 난류유동층을 형성하면서 예비환원된다.

다음, 상기 예비환원로(20)와 최종환원로(30)사이에 설치된 제3 광석도관 (32)를 통해 배출되어 최종환원로(30)에 장입되어 제 1 가스도관(41)으로 공급된 환원가스에 의해 상기 최종환원로(30)내의 제3 가스분산판(34) 상부에서 기포유동 혹은 난류유동층을 형성하면서 최종환원되고 다시 제4 광석도관(42)를 통해 배출된 후, 다시 석탄충진층이 형성되어 있는 용융가스화로(40)내로 장입되어 상기 가스화로(40)내의 석탄충진층내에서 용융됨으로서 용선으로 전환된 후 상기 용융가스화로(40)에서 외부로 배출되는 것이다.

이때, 상기 제1 내지 제 4 광석도관(12)(22)(32)(42)에는 각각 밀폐밸브 (13)(23)(33)(43)가 설치되어 있어 필요시 광석 흐름을 차단 할 수 있고, 또한 환원가스에 있어서는 상기 용융가스화로(40)의 로상부에서 괴상의 일반탄이 연속적으로 공급되어 로내부에 일정한 높이의 석탄충진층을 형성하게 되며, 도면에서는 도시하지 않았지만, 충진층내로 충진층 외벽 하단에 형성되어 있는 복수개의 풍구를 통해 산소가 취입되어 충진층내 석탄이 연소되고 이때, 연소된 가스가 충진층을 통하여 상승하면서 고온의 환원가스로 전환되어 상기 용융가스화로(40)의 외부로 배출되면 상기 제1 내지 제 3 가스도관(41)(31)(21)을 차례로 거치면서 3단의 각 유동환원로 (10)(20)(30)내로 공급되고, 최종적으로는 제 4 가스도관(11)을 통해 공정외로 배출되어 수처리되는 것이다.

그런데, 이와 같은 기존의 일반탄 및 분철광석을 직접 원료로 사용하는 용철제조공정에서 상기 분철광석은 상기 예열로(10), 예비환원로(20) 및 최종환원로 (30)를 거치면서 적어도 80%이상 환원된 분환원철로 변환된 다음 용융가스화로(40)에 장입되어야 한다.

그러나, 상기 유동환원공정의 조업초기 또는 조업이 개시된후 만들어지는 분환원철의 환원률은 대략 40~60% 정도밖에 되지 않으며 정상적인 환원률을 얻으려면 상당한 시간을 기다려야 한다.

따라서, 이와 같은 정상적인 환원율을 얻기위한 시간동안에는 상기 제 4 광석도관(42)로 배출되는 저 환원률의 분환원철이 용융가스화로(40)에 그대로 장입될수 밖에 없고, 결국 원료(Coke) 사용비의 증대되고, 철(FeO) 함량의 과다로 인하여 발생되는 슬랙에 의한 내화재의 손상이 발생되는 문제점이 있는데, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 초업초기 미완전 환원된 분환원철을 그냥 버리기에는 자원 및 에너지측면에서 낭비가 큰 것이다.

동시에, 유동환원공정에서는 조업이상으로 상기 유동환원로(10)(20)(30)들을 긴급하게 비워야 하는 즉, 비상시 긴급하게 내부의 분환원철을 배출시켜야 하는 상황이 자주 발생하는데, 이때에도 최종환원로(30)에서부터 비워지는 분환원철의 환원률도 40~50% 정도 되어 그냥 버리기에는 여러가지 낭비가 되는 문제가 있는 것이다.

따라서, 유동환원공정에서 조업초기의 저 환원율을 갖는 미완전 분환원철이나 비상시 환원로내의 분화원철을 외부고 긴급 배출시키는 경우에, 이 미완전 분환원철을 임시 저장하여 필요시 이를 다시 환원로내에 재순환 장입시킨다면 원료의 보다 효율적인 사용이 가능하기 때문에 상당히 바람직할 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 문제점들을 개선시키기 위하여 안출된 것으로서 그 제 1 목적은, 일반탄 및 분철광석을 직접 사용하는 유동환원공정에서 최종환원로의 미완전환원 분환원철을 조업초기 또는 비상기 배출 저장시키어 이를 최종환원로 다시 기송 재순환시켜 충분하게 환원시킨 후 용융가스화로내로 장입시킴으로서 유동환원공정의 자원 및 에너지 낭비를 해결토록 한 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 제 2 목적은, 최종환원로에서 완전하게 환원되지 않은 미환원 분환원철을 조업초기와 비상시에 따라 별도로 배출시키어 저장 및 기송으로서 재순환하여 최종환원로에 장입시킴으로서, 조업초기 및 비상시 미완전 환원된 분환원철의 환원율을 높인 상태에서 융용가스화로내로 투입할 수 있어 유동환원공정의 조업생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치를 이용한 미환원 분환원철의 재순환방법 및, 비상시 그 처리방법을 제공하는 데에 있다.

도 1은 일반적인 3단의 분철광석 유동층환원로와 일반탄의 용융가스화로로 구성된 용철제조공정을 도시한 개략도

도 2는 본 발명에 따른 3단의 분철광석 유동층환원로와 일반탄의 용융가스화로로 구성된 용철제조공정에서 미완전 환원된 분환원철의 재순환장치를 도시한 개략도

도 3은 본 발명인 미완전 환원된 분환원철의 재순환장치에서 광석도관 및 기송도관의 최종환원로 연결구성을 도시한 것으로서,

(a)는 제 5,6 광석도관의 최종환원로 연결구조를 도시한 요부도

(b)는 기송도관의 최종환원로 연결구조를 도시한 요부도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1.... 재순환장치2,3.... 제 1,2 배출라인

10.... 예열로11,21,31,41,57.... 가스도관

12,22,32,35.... 광석도관13,23,33,36.... 밸브

14,24,34.... 가스분산판20.... 예비환원로

30.... 최종환원로37,39.... 신축관

40.... 용융가스화로50..... 저장조

51.... 차단변52.... 회전식 적출장치

53.... 기송도관54.... 중량측정장치

55.... 레벨측정장치PT.... 기송 가스

P.... 불활성 퍼징 가스

상기 제 1 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 예열로, 예비환원로 및 최종환원로등의 유동환원로들;과 용융가스화로;와, 각 환원로와 용융가스화로에 원료장입을 위하여 연결되는 광석도관들; 및, 상기 용융가스화로와 각 환원로에 원료의 환원을 위하여 연결되는 가스도관들;을 갖춘 용철제조장치에 있어서, 상기 최종환원로의 중간부에 연결되는 제 5 광석도관을 갖추어 조업초기 미완전 환원된 분환원철을 상기 최종환원로에서 부터 배출시키는 제 1 배출라인;과,

상기 최종환원로의 하부에 연결되는 제 6 광석도관을 갖추어 조업이상시 미완전환원 분환원철을 상기 최종환원로에서 부터 배출시키는 제 2 배출라인:과,

상기 각 배출라인이 연결되어 미완전 환원된 분환원철을 저장하는 저장조;및,

상기 저장조에서 최종환원로에 연결되어 미완전환원 분환원철을 재순환하여 최종환원로에 장입시키는 기송도관;으로 구성된 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치를 마련함에 의한다.

또한, 상기 제 2 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 장입된 분철광석이 예열로, 예비환원로 및, 최종환원로에 그 내부의 유동층높이가 목표치에 도달하는 때에 개방되는 고온밀폐밸브을 통하여 분철광석이 예열되고 예비환원되어 용융가스화로에 장입되고 일반탄과 분철광석을 직접 사용하는 유동환원공정에 있어서, 저장조에 불활성퍼징가스를 공급하여 저장조의 내부 압력을 최종환원로의 내부 압력과 같도록 조정하는 단계;

조업 초기 제 4 고온밀폐밸브는 밀폐시키고 제 1 배출라인의 제 5 고온밀폐밸브를 개방시키고, 제 2 배출라인의 제 6 고온밀폐밸브는 밀폐시키어 조업초기 최종환원로에서 배출되는 미완전환원 분환원철을 저장조에 유입시키는 단계;

상기 저장조로 유입된 분환원철의 환원율이 목표치에 도달되면 차단변을 열고 회전식 적출기를 가동시키며 기송가스를 공급하여 기송도관을 통하여 최종환원로로 재순환 장입시키는 단계; 및,

상기 제 4 고온밀폐밸브를 개방시키고 제 1 배출라인의 제 5 고온밀폐밸브는 밀폐시키어 정상적으로 분환원철을 용융가스화로에 장입하는 단계;로 구성된 유동환원공정의 미환원 분환원철 재순환장치를 이용한 미환원 분환원철의 재순환방법을 마련함에 의한다.

또한, 상기 제 2 목적을 달성하기 위한 다른 기술적인 구성으로서 본 발명은, 장입된 분철광석이 예열로, 예비환원로 및, 최종환원로에 그 내부의 유동층높이가 목표치에 도달하는 때에 개방되는 고온밀폐밸브를 통하여 분철광석이 예열되고 예비환원되어 용융가스화로에 장입되고 일반탄과 분철광석을 직접 사용하는 유동환원공정에 있어서, 상기 저장조에 불활성퍼징가스를 공급하여 저장조의 내부 압력을 상기 최종환원로의 내부 압력과 같도록 조정하는 단계;

조업중 비상시 제 4 고온밀폐밸브와 제 1 배출라인의 제 5 고온밀폐밸브도 밀폐시키고, 제 2 배출라인의 제 6 고온밀폐밸브는 개방시키어 미완전환원 분환원철을 저장조에 유입시키는 단계;

저장조내로 미완전환원 분환원철의 유입완료후, 제 6 고온밀폐밸브를 밀폐시키고, 조업이 재개되어 정상적인 유동환원공정을 통하여 최종환원로에서 유동층 높이가 목표치에 도달되면 제 4 고온밀폐밸브는 닫고 제 1배출라인의 제 5 고온밀폐밸브를 개방시키어 조업재개후 조업초기에 배출되는 미완전환원 분환원철을 저장조에 유입시켜 비상시 유입된 미완전환원 분환원철과 함께 저장하는 단계; 및,

비상시 및 조업초기시 유입된 저장조내의 분환원철의 환원율이 목표치에 도달되면 차단변을 열고 회전식 적출기를 가동시키고 기송가스를 공급하여 저장조에 저장된 두 종류의 미완전환원 분환원철을 최종환원로에 기송도관을 통하여 재순환 장입시키고, 제 4 고온밀폐밸브를 열고 제 5 고온밀폐밸브를 닫아 정상적으로 분환원철을 용융가스화로에 장입하는 단계;로 구성된 유동환원공정의 미환원 분환원철 재순환장치를 이용한 미환원 분환원철의 비상시 처리방법을 마련함에 의한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명인 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 3단의 유동층환원로와 일반탄의 용융가스화로로 구성된 용철제조공정에서 미완전 환원된 분환원철의 재순환장치를 도시한 개략도이고, 도 3은 본 발명인 미완전 환원된 분찰광석의 재순환장치에서 광석도관 및 기송도관의 최종환원로 연결구성을 도시한 요부도이다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명인 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치(1)는 크게 와, 조업초기 미완전 환원 분환원철을 최종환원로(30)로부터 배출시키기 위한 제 1 배출라인(2)과, 조업이상시 즉 비상시 상기 최종환원로(30)로 부터 미완전환원 분환원철을 배출시키기 위한 제 2 배출라인(3)과, 상기 라인으로 부터 배출된 미완전환원 분환원철을 저장하는 저장조(50) 및, 상기 저장조(50)와 최종환원로(30)사이에 연결되어 미완전환원 분환원철을 재순환시키는 기송도관(53)으로 나누어 지는데, 이들 각 구성요소(2)(3)(50)(53)들을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 관련된 용철제조장치는 일반탄 및 분철광석을 직접 사용하는데, 내부에 제 1-3 분산판(14)(24)(34)이 설치되는 예열로(10), 예비환원로(20) 및 최종환원로(30)의 3단 유동환원로들과 내부에 석탄충진층이 형성되는 용융가스화로 (40)로 크게 구성된다.

그리고, 상기 각 환원로(10)(20)(30)들과 용융가스화로(40)에는 원료장입을 위하여 연결되는 제 1-4 광석도관(12)(22)(32)(42)이 갖추어 지고, 또한 상기 용융가스화로(40)와 각 환원로(10)(20)(30)에 원료의 환원을 위하여 환원가스가 공급되도록 연결되는 제 1-3 가스도관(41)(31)(21) 및 예열로(10)에 연결되어 배가스처리를 위하여 연결되는 제 4 가스도관(11)을 갖추고 있다.

한편, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명인 상기 제 1 배출라인(2)은 상기 최종환원로(30)의 중간부에 연결되는 제 5 광석도관(35a)을 갖추어 조업초기 미완전 환원된 분환원철을 최종환원로(30)에서 부터 배출시키도록 구성되어 있다.

그리고, 도 3a에서 도시한 바와 같이, 상기 최종환원로(30)에 관통 삽입되는 상기 제 5 광석도관(35a)의 상단부(35a') 높이(H5)는 도 2에서 도시한 제 4 광석도관(42)과 마찬가지로, 상기 최종환원로(30)내에 설치된 제 3 가스분산판(34)의 상부표면에 형성되는 유동층(T) 높이와 같도록 구성되는데, 이는 조업초기 미완전 환원된 분환원철의 배출을 원활하게 하기 위해서이다.

또한, 상기 제 5 광석도관(35a)의 최종환원로(30) 삽입각도(S5)는 안식각 즉, 유체의 흐름을 원활하게 유지시키는 각도인 30°보다는 큰 40-70 °로 형성시키는 것이 바람직한데, 이와 같은 제 5 광석도관(35a)의 최종환원로(30) 삽입각도가 40°보다 작거나 70° 보다 크면 분환원철의 원활한 배출을 방해하는 문제가 있다.

다음, 본 발명인 상기 제 배출라인(3)은 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 최종환원로(30)의 하부에 연결되는 제 6 광석도관(35b)를 갖추어 조업이상 즉, 비상적으로 미완전 환원된 분환원철을 최종환원로(30)에서 부터 배출시키도록 구성되어 있다.

한편, 도 3a에서 도시한 바와 같이, 상기 제 6 광석도관(35b)은 상기 최종환원로(30)내에 관통 삽입되는 그 상단부(35b')가 상기 최종환원로(30)의 내부에 설치된 제 3 가스분산판(34)의 표면상에 형성되는 제트층(j) 영역내로 배치되도록 설치되는데, 대략 상기 제 3 가스분산판(34)에서 부터 50cm정도의 높이이고, 이는 비상시 최종환원로(30)내부의 분환원철을 신속하고 원활하게 배출토록 하기 위한 것이다.

또한, 상기 제 5 광석도관(35a)과 마찬가지로 상기 제 6 광석도관(35b)의 최종환원로(30) 삽입각도(S6)는 안식각 즉, 유체의 흐름을 원활하게 유지시키는 각도인 30°보다는 큰 40-70 °로 형성시키는 것이 바람직한데, 이와 같은 제 6 광석도관(35b)의 최종환원로(30) 삽입각도가 40°보다 작거나 70° 보다 크면 분환원철의 원활한 배출을 방해하는 문제가 있는 것이다.

그리고, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 제 1,2 배출라인(2)(3)의 제 5 광석도관(35a) 및 제 6 광석도관(35b)에는 미완전환원 분환원철의 흐름을 제어하기 위한 제 5,6 고온밀폐밸브(36a)(36b)이 설치되어 제 1,2 신축관(37a)(37b)과 각각 연결되는데, 이와 같은 제 1,2 신축관(37a)(37b)은 하나의 제 3 신축관(39)으로서 다음에 설명하는 저장조(50)와 연결된다.

다음, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명인 상기 저장조(50)는 상기 각 배출라인(2)(3)이 제 3 신축관(39)으로서 최종적으로 연결되어 유입된 미완전 환원된 분환원철을 저장하는데, 이와 같은 저장조(50)는, 그 용량이 최종환원로(30)의 용량의 1-2 배로 형성되는데, 이는 충분한 미완전 환원된 분환원철을 저장할 수 있는용량을 갖추기 위한 것이고, 다음에 설명하듯이 조업초기 및 비상시 유입되는 븐화원철이 함께 제순화되기도 하기 때문이다.

그리고, 상기 저장조(50)에는 그 내부로 장입되는 미완전환원 분환원철의 양을 감지하는 레벨측정장치(55)와 저장조(50) 전체의 중량변화를 연속 측정하는 중량측정장치(54)가 각각 연결 설치되는데, 이와 같은 측정장치들은 도면에서는 도시하지 않았지만 용철제조장치의 제어시스템에 전기적으로 연결되어 다음에 설명하는 차단변(52)과 회전 적출기(52)를 연동시킨다.

그리고, 상기 저장조(50)에는 내부에 불활성 퍼징가스를 공급하여 장입된 분환원철의 고착을 방지시키는 불활성가스공급관(P)이 연결되는데, 이와 같은 불활성 퍼징가스의 공급은 최종환원로(30)와 저장조(50)의 내부 압력을 조정하는데에 필요하다.

또한, 상기 저장조(50)에는 그 내부의 압력유지를 위한 가스배출용 제 5 가스도관(57) 및 이의 밀폐를 위한 제 7 밸브(56)가 설치되는데, 이와 같은 제 5 가스도관(57)은 상기 제 4 가스도관(11)과 마찬가지로 배가스 처리되도록 수처리설비와 연결된다.

다음, 도 2에서 도시한 바와 같이 본 발명인 상기 기송도관(53)은 상기 저장조(50)에서 상기 최종환원로(30)에 연결되어 미완전환원 분환원철을 재순환하여 최종환원로(30)에 장입시키도록 구성되어 있다.

한편, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 기송관(53)과 저장조(50)사이에는 필요시 분환원철의 공급 및 기송을 차단하기 위한 차단변(51) 및, 중량측정장치(54)의 신호에 따라 회전수를 조절함으로서 분환원철의 재순환량을 제어하는 회전적출기(52)가 설치되고, 동시에 상기 기송관(53)에는 상기 최종환원로(30)에 분환원철을 원활하게 기송시키도록 불활성가스를 기송관(53)내에 공급하는 기송장치 (PT)가 연결된다.

한편, 도 3b에서 도시한 바와 같이, 상기 최종환원로(30)에 관통 삽입되는 상기 기송도관(53)의 말단부(53a)는 상기 환원로(30)내의 유동층(T)내로 삽입되도록 구성되는데, 대략 그 높이는 제 3 분산판(34)으로 부터 70cm정도이고, 이때 상기 기송도관(53)의 최종환원로(30) 삽입각도(S7)는 20-60 °로 형성되는 것이 바람직한데, 이경우에도 상기 기송도관(53)을 통한 재순환 분환원철이 최종환원로(30)내에 보다 원활하게 유입되도록 하기 위한 것이다.

한편, 상기 불활성 퍼징(purging)가스(P)나 기송가스(PT)로는 질소(N2), 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 등의 가스를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 상기와 같은 구성으로 된 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치(1)를 이용하여 미환원 분환원철의 재순환방법과 비상시 상기 미완전 환원 분환원철을 처리하는 방법을 상세하게 설명하면 다음과 같은데, 이들 각각의 방법은 분리하여 설명한다.

먼저, 본 발명인 유동환원공정을 개략적으로 설명하면, 일반탄 및 분철광석을 직접 사용하는 용철제조공정에서, 초기 조업개시시 제 1 고온밀폐밸브(13)를 개방시키면 분철광석은 예열로(10)에 제 1 광석도관(12)을 통하여 장입되어 유동상태로 되고, 일정시간이 지나서 상기 예열로(10)에서의 유동층 높이가 목표치에 도달되면, 제 2 고온밀폐밸브(23)를 열어서 예열된 분철광석을 예비환원로(20)에 장입시킨다.

다음, 예비환원로(20)에 장입되어 분환원철이 유동상태로 되고, 또 다시 일정시간이 지나 예비환원로(20)에서의 유동층 높이가 목표치에 도달되면 제 3 고온밀폐밸브(33)를 열어서 예비환원로(20)에서 예비환원된 분철광석을 최종환원로(30)에 장입시키고, 또 유동상태로 되고 시간이 지나 최종환원로(30)에서 유동층 높이가 목표치에 도달되어 진다.

그런데, 실제로 조업 초기에는 제 4 고온밀폐밸브(43)를 열어서 배출되는 최종환원로(30)에서 최종환원된 분철광석 즉, 분환원철은 그 환원률이 40~60% 정도에 불과하므로, 이와 같은 미완전 환원된 분환원철을 용융가스화로(40)에 그대로 장입시키면 공정효율을 저하시키는 등의 여러 문제가 발생되므로, 이하에서 설명하는 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환방법을 수행한다.

즉, 도 2에서 도시한 바와 같이, 먼저 저장조(50)에 불활성퍼징가스(P)를 공급하여 저장조(50)의 내부 압력을 상기 최종환원로(30)의 내부 압력과 같도록 조정한 다음, 최종환원로(30)와 융용가스화로(40)의 흐름을 제어하는 제 4 고온밀폐밸브 (43)를 밀폐시킴과 동시에, 상기 제 1 배출라인(2)의 제 5 고온밀폐밸브(36a)를 개방시키고, 그 하측의 제 2 배출라인(3)의 제 6 고온밀폐밸브(36b)를 밀폐시키면 조업초기 최종환원로(30)에서 배출되는 미완전환원 분환원철은 저장조(50)에 유입된다.

다음, 상기 저장조(50)로 유입된 분환원철의 환원율이 목표치에 도달되면 차단변(51)을 열고 회전식 적출기(52)를 가동시키고 기송가스(PT)를 공급하여 저장조 (50)에 저장된 미완전환원 분환원철을 기송도관(53)을 통하여 최종환원로(30)로 재순환 장입시킨다.

그리고, 상기 제 4 고온밀폐밸브(43)를 개방시키고 제 1 배출라인(2)의 제 5 고온밀폐밸브(36a)는 밀폐시키어 저장조(50)를 거치면서 재환원된 분환원철을 정상적으로 용융가스화로(40)에 장입시키어 용철을 제조한다.

다음, 유동환원공정에서 조업중 이상이 발생된 경우에 상기 최종환원로(30)의 내부에 있는 분환원철을 비워야 하는데, 이와 같은 비상시의 미완전 환원된 분환원철의 처리방법은 다음과 같다.

도 2에서 도시한 바와 같이, 먼저 저장조(50)에 불활성퍼징가스(P)를 공급하여 저장조(50)의 내부 압력을 상기 최종환원로(30)의 내부 압력과 같도록 조정하고, 조업중 이상이 발생된 비상상황이 발생되면, 상기 제 4 고온밀폐밸브(43)는 밀폐시키고 제 1 배출라인(2)의 제 5 고온밀폐밸브(36a)도 밀폐시키고, 제 2 배출라인(3)의 제 6 고온밀폐밸브(36b)를 개방시키어 조업비상시 최종환원로(30)에서 배출되는 미완전환원 분환원철을 저장조(50)에 유입시킨다.

다음, 저장조(50)내로의 미완전환원 분환원철의 유입이 완료되면, 상기 제 6 고온밀폐밸브(36b)를 밀폐시키고, 시간이 지나 유동환원공정의 조업이 재개되었을때 앞에서 설명한 유동환원공정의 정상적인 공정 즉, 분철광석이 예열로(10)에 장입되어 유동상태로 되고, 상기 예열로(10)에서 유동층 높이가 목표치에 도달되면제 2 고온밀폐밸브(23)를 열어 예열된 분철광석을 예비환원로(20)에 장입시키어 유동상태로 되고, 상기 예비환원로(20)에서 유동층 높이가 목표치에 도달되면 제 3 고온밀폐밸브(33)를 열어 예비환원된 분철광석을 최종환원로(30)에 장입시키고, 상기 최종환원로(30)에서 유동층 높이가 목표치에 도달되어지면 용융가스화로(40)의 석탄충진층에 장입시키는 정상적인 공정을 수행한다.

한편, 최종환원로(30)에서 유동층 높이가 목표치에 도달되면 제 4 고온밀폐밸브(43)는 닫고 제 1 배출라인(2)의 제 5 고온밀폐밸브(36a)를 개방시키어 조업재개후 조업초기 배출되는 미완전환원 분환원철을 저장조(50)에 다시 유입시켜 비상시 유입된 미완전환원 분환원철과 함께 저장한다.

비상시 및 재개된 조업초기시 유입된 저장조(50)내의 분환원철의 환원율이 목표치에 도달되면 즉, 완전 환원된 분환원철을 차단변(51)을 열고 회전식 적출기 (52)를 가동시키고 기송가스(PT)를 공급하여 저장조(50)에 저장된 두 종류의 미완전환원 분환원철을 최종적으로 기송도관(53)을 통하여 최종환원로(30)에 재순환 장입시키고, 다시 제 4 고온밀폐밸브(43)를 열고 제 5 고온밀폐밸브(36a)를 닫아 정상적으로 분환원철을 용융가스화로(40)에 장입시킨다.

따라서, 도 1에서 도시한 종래의 분철광석이 유입되는 3단의 유동층환원로 (10)(20)(30)와 일반탄이 충진되는 용융가스화로(40)로 구성되어 일일에 대략 150톤정도의 분철광석 즉, 입도가 8mm 이하인 분철광석을 처리할 수 있는 규모의 용철제조공장에서는 조업 개시후 최종환원로(30)에서 배출된 미완전 환원 분환원철의 평균환원율은 40 - 70% 였으며, 이를 정상적인 환원율을 얻는데는 2시간이상이 걸렸다.

그리고, 마찬가지로 이와 같은 규모의 용량을 가진 경우에 조업이상으로 비상시 배출되는 미완전환원 분환원철의 평균환원률도 대략 40 - 50% 였는데, 이와 같은 미완전환원 분환원철의 환원율은 정상조업시 예비환원로(20)에서 최종환원로(30)에 장입되는 예비환원된 분철광석의 환원률인 대략 30-40%보다는 높기 때문에 최종환원로(30)에 재순환시키어 재장입하는 경우에는 80% 이상의 정상적인 환원율을 얻을 수 있는 것이다.

즉, 일일 15톤을 처리할 수 있는 최종환원로(30)에 환원율 40 - 50%의 미완전 환원된 분환원철을 장입하여 80%이상의 환원율을 갖는 분환원철을 공정에 재순환 투입하기 때문에, 유동환원공정의 생산성을 높이는 것이다.

이와 같이 본 발명인 유동환원공정의 미환원 분환원철 재순환장치와, 이를 이용한 미환원 분환원철의 재순환방법 및, 비상시 처리방법에 의하면, 일반탄 및 분철광석을 직접 사용하는 용철제조공정에서, 조업 개시후 또는 재개 후 초기배출되는 미완전 환원된 분환원철 또는 조업 이상으로 최종환원로에서 비상 배출되는미완전 환원된 분환원철을 임시 저장하고 재순환하여 완전하게 환원된 상태의 분환원철을 생산함으로써, 용선 품질을 유지하게 하고, 조업이상 시에도 융통성 있는 조업을 꾀할 수 있게 하며 특히, 미완전환원된 분환원철의 재활용으로 공정의 자원 및 에너지 절감이 가능한 우수한 효과를 제공하는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (6)

1. 예열로, 예비환원로 및 최종환원로등의 유동환원로(10)(20)(30)들;과 용융가스화로(40);와, 각 환원로와 용융가스화로에 원료장입을 위하여 연결되는 광석도관 (12)(22)(32)(42)들; 및, 상기 용융가스화로와 각 환원로에 원료의 환원을 위하여 연결되는 가스도관(41)(31)(21)(11)들;을 갖춘 용철제조장치에 있어서,

   상기 최종환원로(30)의 중간부에 연결되는 제 5 광석도관(35a)을 갖추어 조업초기 미완전 환원된 분환원철을 상기 최종환원로(30)에서 부터 배출시키는 제 1 배출라인(2);과,

   상기 최종환원로(30)의 하부에 연결되는 제 6 광석도관(35b)를 갖추어 조업이상시 미완전환원 분환원철을 상기 최종환원로(30)에서 부터 배출시키는 제 2 배출라인(3):과,

   상기 각 배출라인이 연결되어 미완전 환원된 분환원철을 저장하는 저장조 (50); 및,

   상기 저장조(50)에서 최종환원로(30)에 연결되어 미완전환원 분환원철을 재순환하여 최종환원로(30)에 장입시키는기송도관(53);으로 구성된 것을 특징으로 하는 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 5,6 광석도관(35a)(35b)에는 미완전환원 분환원철의 흐름을 제어하기 위한 제 5,6 고온밀폐밸브(36a)(36b)와 제 1,2 신축관(37a)(37b)이 각각 연결되고, 상기 제 1,2 신축관(37a)(37b)은 제 3 신축관(39)으로서 상기 저장조(50)와 연결되며,

   최종환원로(30)에 관통 삽입되는 상기 제 5 광석도관(35a)의 상단부 (35a')의 설치높이(H5)는 최종환원로내의 제 3 가스분산판(34)상에서 형성되는 유동층(T)의 높이와 같도록 구성되고, 상기 최종환원로(30)내에 관통 삽입되는 상기 제 6 광석도관(35b)의 상단부(35b')는 상기 제 3 가스분산판(34)상에 형성되는 제트층 (j) 영역내로 배치되도록 구성되고,

   상기 제 5,6 광석도관(35a)(35b)의 최종환원로(30) 삽입각도(S5)(S6)는 40-70 °로 형성된 것을 특징으로 하는 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치
3. 제 1항에 있어서, 상기 저장조(50)는 그 용량이 최종환원로(30)의 용량의 1-2 배로 구성되고, 상기 저장조(50)에는 그 내부로 장입되는 미완전환원 분환원철의 양을 감지하는 레벨측정장치(55)와 저장조(50) 전체의 중량변화를 연속 측정하는 중량측정장치(54)가 각각 연결 설치되고,

   상기 저장조(50)에는 내부에 불활성 퍼징가스를 공급하여 장입된 분환원철의 고착을 방지시키는 불활성가스공급관(P)이 연결되며,

   상기 저장조(50)에는 그 내부의 압력유지를 위한 가스배출용 제 5 가스도관 (57) 및 제 7 밸브(56)가 설치된 것을 특징으로 하는 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치
4. 제 1항에 있어서, 상기 기송관(53)과 저장조(50)사이에는 필요시 분환원철의 공급 및 기송을 차단하기 위한 차단변(51) 및, 중량측정장치(54)의 신호에 따라 회전수를 조절함으로서 분환원철의 재순환량을 제어하는 회전적출기(52)가 설치되고,

   상기 기송관(53)에는 상기 최종환원로(30)에 분환원철을 원활하게 기송시키도록 불활성가스를 기송관(53)내에 공급하는 기송장치(PT)가 연결되며,

   상기 최종환원로(30)에 관통 삽입되는 상기 기송도관(53)의 말단부(53a)는 상기 환원로(30)내의 유동층(T)내로 삽입되도록 구성되고, 상기 기송도관(53)의 환원로(30) 삽입각도(S7)는 20-60°로 형성된 것을 특징으로 하는 유동환원공정의 미환원 분환원철의 재순환장치
5. 장입된 분철광석이 예열로(10), 예비환원로(20) 및 최종환원로(30)에 그 내부의 유동층높이가 목표치에 도달하는 때에 개방되는 고온밀폐밸브(23)(33)(43)을 통하여 분철광석이 예열되고 예비환원되어 용융가스화로(40)에 장입되고 일반탄과 분철광석을 직접 사용하는 유동환원공정에 있어서,

   저장조(50)에 불활성퍼징가스(P)를 공급하여 저장조(50)의 내부 압력을 최종환원로(30)의 내부 압력과 같도록 조정하는 단계;

   조업 초기 제 4 고온밀폐밸브(43)는 밀폐시키고 제 1 배출라인(2)의 제 5 고온밀폐밸브(36a)를 개방시키고, 제 2 배출라인(3)의 제 6 고온밀폐밸브(36b)는 밀폐시키어 조업초기 최종환원로(30)에서 배출되는 미완전환원 분환원철을 저장조 (50)에 유입시키는 단계;

   상기 저장조(50)로 유입된 분환원철의 환원율이 목표치에 도달되면 차단변 (51)을 열고 회전식 적출기(52)를 가동시키며 기송가스(PT)를 공급하여 기송도관 (53)을 통하여 최종환원로(30)로 재순환 장입시키는 단계; 및,

   상기 제 4 고온밀폐밸브(43)를 개방시키고 제 1 배출라인(2)의 제 5 고온밀폐밸브(36a)는 밀폐시키어 정상적으로 분환원철을 용융가스화로(40)에 장입하는 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 유동환원공정의 미환원 분환원철 재순환장치를 이용한 미환원 분환원철의 재순환방법
6. 장입된 분철광석이 예열로(10), 예비환원로(20) 및 최종환원로(30)에 그 내부의 유동층높이가 목표치에 도달하는 때에 개방되는 고온밀폐밸브(23)(33)(43)을 통하여 분철광석이 예열되고 예비환원되어 용융가스화로(40)에 장입되고 일반탄과 분철광석을 직접 사용하는 유동환원공정에 있어서,

   상기 저장조(50)에 불활성퍼징가스(P)를 공급하여 저장조(50)의 내부 압력을 상기 최종환원로(30)의 내부 압력과 같도록 조정하는 단계;

   조업비상시 제 4 고온밀폐밸브(43)와 제 1 배출라인(2)의 제 5 고온밀폐밸브 (36a)도 밀폐시키고, 제 6 고온밀폐밸브(36b)는 개방시키어 미완전환원 분환원철을 저장조(50)에 유입시키는 단계;

   저장조(50)내로 미완전환원 분환원철의 유입완료후, 제 6 고온밀폐밸브(36b)를 밀폐시키고, 조업이 재개되어 정상적인 유동환원공정을 통하여 최종환원로(30)에서 유동층 높이가 목표치에 도달되면 제 4 고온밀폐밸브(43)는 닫고 제 5 고온밀폐밸브(36a)를 개방시키어 조업재개후 조업초기에 배출되는 미완전환원 분환원철을 저장조(50)에 유입시켜 비상시 유입된 미완전환원 분환원철과 함께 저장하는 단계; 및,

   비상시 및 재개된 조업초기시 유입된 저장조(50)내의 분환원철 환원율이 목표치에 도달되면 차단변(51)을 열고 회전식 적출기(52)를 가동시키고 기송가스(PT)를 공급하여 저장조(50)에 저장된 두 종류의 미완전환원 분환원철을 최종환원로 (30)에 기송도관(53)을 통하여 재순환 장입시키고, 제 4 고온밀폐밸브(43)를 열고 제 5 고온밀폐밸브(36a)를 닫아 정상적으로 분환원철을 용융가스화로(40)에 장입하는 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 유동환원공정의 미환원 분환원철 재순환장치를 이용한 미환원 분환원철의 비상시 처리방법