KR20040056091A - 비상용 광석도관을 갖는 다단 유동반응로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비상용 사용되는 광석도관을 갖는 다단 유동반응로에 관한 것이다.

본 발명은 인접하는 반응로사이를 연결하고, 길이중간에 하부측 반응로로부터 전달되는 가스압력을 완화시키는 루프실을 형성한 도관부재; 상기 도관부재내부를 흐르는 광석흐름을 제어하도록 상기 루프실의 전, 후방에 각각 장착되는 상,하부개폐밸브;상기 루프실을 경유하는 광석흐름이 원활하도록 상기 루프실내로 불활성가스를 공급하는 불활성가스공급구; 상기 도관부재와 이에 대응배치된 광석도관의 내부온도를 검지하는 열전대로부터 측정값을 전송받아 상기 루프실 상,하부에 설치된 상,하부개폐밸브를 개폐작동하고, 상기 불활성가스공급구의 개폐밸브를 개폐작동하는 제어기;를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의하면, 기체압력에 영향을 받지 않도록 유동반응로사이에 배치된 별도의 비상 광석도관을 통하여 광석흐름을 안정적으로 유지하여 유동반응로의 조업중단사고를 방지할 수 있는 효과가 얻어진다.

Description

비상용 광석도관을 갖는 다단 유동반응로{A MULTI-FLUIDIZED BED REACOR HAVING A EMERGENCY STANDPIPE}

본 발명은 비상용 사용되는 광석도관을 갖는 다단 유동반응로에 관한 것으로, 보다 상세히는 다단 유동반응로에서 광석을 환원반응시키고 용융가스화로에서 환원된 광석을 용융시켜 용철을 제조하는 공정중 상부에서 하부로 흐르는 광석흐름을 안내하는 광석도관의 막힘시 기체압력에 영향을 받지 않도록 유동반응로사이에 배치된 별도의 비상 광석도관을 통하여 광석흐름을 안정적으로 유지하여 유동반응로의 조업중단사고를 방지할 수 있는 비상용 광석도관을 갖는 다단 유동반응로에 관한 것이다.

일반적으로 파이넥스(FINEX) 공정은 다단의 유동 반응로를 설치하여 광석을 예열하고, 예비환원하며, 최종환원하는 공정이 연속하여 수행되며, 다단 유동 반응로내에서 광석흐름은 인접하는 반응로사이에 설치된 스탠드파이프인 광석도관를 통해 이루어지며, 상기 광석을 유동화시키는 가스흐름은 광석흐름의 반대로 이루어진다.

즉, 도 1과 2에 도시한 바와같이, 예열로(2), 예비환원로(3) 및 최종환원로(4)등으로 이루어진 3단의 유동반응로와 석탄충진층이 형성되어 있는 용융가스화로(1)를 갖추어 최상단의 반응기인 예열로(2)에 연속적으로 광석장입관(10)을 통하여 장입되는 상온의 광석은 제 1,2 및 3광석도관(11)(12)(13)을 통하여 상기 3단의 유동환원로를 차례로 거치면서 상기 용융가스화로(1)로부터 제1,2 및 3가스도관(6)(7)(8)을 통해 공급되는 고온의 환원기류와 접촉함으로서 승온 및 80%이상의 환원이 이루어진 고온의 환원분광으로 전환되어 열간압착(Hot Compact Iron ; HCI)설비(5)로 배출된다.

그리고, 상기 유동반응로에서 환원되고, 상기 HCI설비에서 열간압착된 광석은 석탄충진층이 형성되어 있는 용융가스화로(1)내로 연속적으로 장입되어 상기 석탄충진층내에서 용융됨으로서 용철로 전환되어 슬래그와 더불어 외부로 배출되고, 상기 예열로(2)에서 배출되는 배가스는 배가스관(9)을 통하여 미도시된 습식제진기로 공급되어 분진을 제거한 다음, 스택을 통하여 외부로 배출되는 것이다.

이러한 다단 유동반응로에서 분체인 광석은 상부의 반응기인 예열로로부터 하부의 반응기인 예비환원로(3), 최종환원로(4)로 제 1,2및3광석도관(11)(12)(13)을 통하여 상부에서 하부로 흐르게 되고, 이와 반대로 광석의 환원에 사용되는 반응기체인 환원가스는 하부의 최종환원로(4)로부터 상부의 예비환원로(3), 예열로(2)로 제 1,2 및 3가스도관(6)(7)(8)을 통하여 하부에서 상부로 일방향 흐름을 가진다.

즉, 기체인 환원가스와 분체인 광석은 상호 역방향으로 흐르게 됨에 따라, 상기 제 1,2 및 3광석도관(11)(12)(13)을 통한 광석흐름은 압력이 낮은 유동반응로에서 압력이 높은 유동반응로로 자중에 의한 방향이기 때문에, 상기 제 1,2 및 3광석도관(11)(12)(13)에 영향을 미치는 환원가스의 역방향 흐름에 의해서 상기 광석의 자중방향 흐름은 방해를 받게 된다.

이는 상기 최종환원로(4)의 조업압력이 3.5 ~ 4.0 bar이고, 예비환원로(3)의 조업압력이 3.0 ~ 3.5 bar이며, 환원로(2)의 조업압력이 2.5 ~ 3.0 bar인 상태에서, 환원가스의 기체흐름은 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 형성되는 반면에, 광석의 분체흐름은 압력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 형성되기 때문이다.

따라서, 상기 용융가스화로(1)내의 압력헌팅(hunting)이 일어나는 경우, 상기 최종환원로(4), 예비환원로(3) 및 예열로(2)에 공급되는 환원가스의 압력헌팅( hunting)으로 인하여 이들 사이에 설치된 제 1,2광석도관(11)(12)을 통해서 흐르는 광석흐름에 방해를 주게 되는 현상을 유발하고, 그 정도가 심해지면 분체인 광석의 계속적인 장입이 어렵게 되어 조업이 중단되는 사고를 유발하였다.

또한, 상기 제 1,2광석도관(11)(12)이 고온,고압에서 운전되기 때문에 이를 통하여 하부로 배출되는 광석의 흐름을 제어하도록 상기 제 1,2광석도관(11)(12)에 설치된 볼밸브(19)의 작동불량도 가끔 발생하였다.

현재, 초기에 유동반응로를 스타트 업(start-up)하거나 광석도관(11)(12)의 분체 흐름이 불량한 경우, 고온밀폐용 밸브인 볼밸브(19)를 이용하여 싸이클모드로 분체흐름을 조절하여 조업을 진행하였다.

한편, 상기 광석도관(11)(12)의 광석흐름에 대한 조업 불안정은 상기 광석도관(11)(12)에 갖추어지는 볼밸브(19)의 상단에 설치된 열전대(17)와 차압계(18)에 의해서 간접적으로 확인할 수 있으며, 안정적인 조업에서 상기 광석도관(11)(12)내의 온도는 유동층 반응로의 온도에 의존하면서 500 내지 700℃ 사이로 유지하는 것이 바람직하다.

그러나, 상기 볼밸브(19)의 작동불량이나 반응로내 기체압력의 헌팅으로 인하여 상기 제 1,2광석도관(11)(12)을 통하여 광석흐름을 안내하는 운전이 중단되면, 전체적으로 분체의 흐름이 중단되기 때문에, 광석의 환원을 통한 직접환원철의 생산에 막대한 차질을 주게 되며, 최악의 경우 반응로 전체 조업을 중단해야 되는 경우가 발생하였다.

도 2에서 미설명 부호 2a,3a는 하부로부터 공급되는 환원가스를 통과시켜 장입된 분철광석을 유동화시킬 수 있도록 노즐공이 복수개 관통형성된 가스분산판이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 인접하는 유동반응로사이에 설치된 광석도관을 통한 광석흐름이 하부로부터 상부로 진행되는 가스흐름에 의한 장입불량시 역방향 가스흐름에 영향을 받지 않도록 유동반응로사이에 설치된 별도의 도관을 통하여 하부측 반응로내로 광석을 공급하여 조업을 안정적으로 수행할 수 있는 비상용 광석도관을 갖는 다단 유동반응로를 제공하고자 한다.

도 1은 종래기술에 따른 다단 유동반응로를 도시한 구성도,

도 2는 종래기술에 따른 다단 유동반응로에서 광석흐름을 도시한 작동도,

도 3은 본 발명에 따른 비상용 광석도관을 갖는 다단 유동반응로를 도시한 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 ...... 예열로 3 ........ 예비환원로

4 ...... 최종환원로 6,7,8 ... 제 1,2 및 3가스도관

10 ..... 광석장입관 11,12,13 ... 제 1,2 및 3광석도관

20 ..... 루프실 20a,20b ... 수직, 수평부

21 ..... 도관부재 22,23 ... 상,하부개폐밸브

24 ..... 불활성가스공급구 24a,24b ... 제 1,2가스라인

27 ..... 열전대

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로써, 본 발명은,

예열로, 예비환원로, 최종환원로로 이루어진 3단 유동반응로, 이와 연결되는 용융가스화로로 구성되고, 분철광석 및 환원가스의 흐름이 이루어지는 제 1,2,3광석도관, 제 1,2,3가스도관을 갖추어 용철을 제조하는 설비에 있어서,

인접하는 반응로사이를 연결하고, 길이중간에 하부측 반응로로부터 전달되는 가스압력을 완화시키는 루프실을 형성한 도관부재;

상기 도관부재내부를 흐르는 광석흐름을 제어하도록 상기 루프실의 전, 후방에 각각 장착되는 상,하부개폐밸브;

상기 루프실을 경유하는 광석흐름이 원활하도록 상기 루프실내로 불활성가스를 공급하는 불활성가스공급구;

상기 도관부재와 이에 대응배치된 광석도관의 내부온도를 검지하는 열전대로부터 측정값을 전송받아 상기 루프실 상,하부에 설치된 상,하부개폐밸브를 개폐작동하고, 상기 불활성가스공급구의 개폐밸브를 개폐작동하는 제어기;를 포함함을 특징으로 하는 비상용 광석도관을 갖는 다단 유동반응로를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 비상용 광석도관을 갖는 다단 유동반응로를 도시한 구성도로서, 본 발명의 다단 유동반응로(200)는 예열로(2), 예비환원로(3) 및 최종환원로(4)로 이루어진 3단 유동반응로와 용융가스화로(1)를 이용하여 용철을 제조하는 동안 유동반응로의 하부로 공급되는 환원가스의 역방향 흐름 및 하부측 유동반응로에서 전달되는 내부압력에 의해 유동반응로사이에 설치된 광석도관(11)(12)을 통한 광석흐름이 원활하게 수행되지 못할 때 이를 대신하여 환원반응된 광석을 안정적으로 하부로 유도할 수 있는 것으로써, 이러한 비상광석도관(200)은 도관부재(21), 상,하부개폐밸브(22)(23), 불활성가스공급구(24) 및 제어기로 구성된다.

즉, 상기 도관부재(21)는 인접하는 반응로인 예열로(2)와 예비환원로(3)사이, 상기 예비환원로(3)와 최종환원로(4)사이를 연결하고, 길이중간에 하부측 반응로로부터 전달되는 압력을 완화시키는 루프실(20)을 형성한 도관부재이다.

여기서, 상기 루프실(20)은 상기 도관부재(21)를 통하여 하부측 반응로로부터 상부측 반응로측으로 전달되는 가스압력을 완충시킬 수 있도록 수직부(20a)와 수평부(20b)를 'Ｊ'자형, 'Ｖ'자형 또는 'Ｌ'자형중 어느 하나의 형태로 구성하는것이 바람직하다.

그리고, 상기 상,하부개폐밸브(22)(23)는 상기 도관부재(21)를 통한 광석흐름을 제어할 수 있도록 상기 루프실(20)의 전, 후방에 해당되는 도관부재(21)의 외부면에 장착되는 밸브부재이다.

또한, 상기 불활성가스공급구(24)는 상기 도관부재(21)의 루프실(20)을 거쳐 하부로 흐르는 광석흐름이 원활하게 유지할 수 있도록 상기 루프실(20)내로 불활성가스인 질소가스를 공급하기 위해서 상기 루프실(20)을 구성하는 도관외부면에 설치되는 공급라인이며, 가스공급량을 조절할 수 있도록 개폐밸브가 각각 설치된다.

여기서, 상기 불활성가스공급구(24)는 상기 루프실(20)의 수직부(20a)에 불활성가스를 공급하는 제 1가스라인(24a)과 상기 루프실(20)의 수평부(20a)에 불활성가스를 공급하는 제 2가스라인(24b)으로 구성된다.

이때, 상기 루프실(20)내로 주입되는 불활성가스의 양이 너무 많으면, 상기 루프실(20)내에 큰 기포가 형성되어 광석의 흐름이 불안정하게 되며, 너무 작은 양의 불활성가스가 주입되면 광석의 유동이 발생되지 않아 광석입자가 전혀 흐르지 않게 된다. 이에 따라, 상기 루프실(20)내로 공급되는 불활성가스의 공급량은 광석의 최소유동화속도의 0.9 내지 1.3배 정도가 적합하다.

따라서, 비기계적인 밸브인 루프실(20)내로 주입되는 불활성가스의 주입량은 상기 루프실(20)을 구성하는 관직경이 제 1,2광석도관(11)(12)과 동일하게 0.125 m 인 경우, 상기 수직부(20a)에 주입되는 기체의 양은 25 ~ 35 Nm³/hr, 상기수평부(20b)에 주입되는 기체의 양은 100 ~ 140 Nm³/hr 범위내에서 조절하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 루프실(20) 상,하부에 설치된 상,하부개폐밸브(22)(23)를 개폐작동시키고, 상기 불활성가스공급구(20)의 개폐밸브를 개폐작동하는 신호를 발생하는 제어기는 상기 도관부재(21)와 이에 대응배치된 광석도관(11)(12)의 내부온도를 검지하는 열전대(17)(27)로부터 측정된 온도값을 전송받아 밸브의 개폐시기를 결정한다.

이하, 본 발명의 작용에 대해서 설명한다.

먼저, 일정량의 분철광석이 채워진 저장호퍼(미도시)에서 최상층 예열로(2)까지 광석장입관(10)을 통하여 광석을 장입하는 흐름은 록호퍼(lock hopper)와 로타리밸브를 사용하여 조절됨에 따라, 상기 저장호퍼에서 예열로(2)사이를 연결하는 광석입관(10)에서의 가스의 역흐름 및 분체흐름의 불량은 관찰되지 않는다.

또한, 최종환원로(4)와 열간압착설비(5)사이를 연결하는 제 3광석도관(13)을 통한 분체흐름의 경우에 있어서도 상기 최종환원로(4)의 조업압력이 열간압착설비(5)의 조업압력에 비하여 높게 형성되기 때문에 상부에서 하부측으로 자중에 의한 분체흐름은 아무런 문제가 발생되지 않았다.

그러나, 상기 예열로(2)와 예비환원로(3)사이를 연결하는 제 1광석도관(11)에서의 분체흐름과 상기 예비환원로(3)와 최종환원로(4)사이를 연결하는 제 2광석도관(12)에서의 분체흐름의 경우, 압력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 분체인 광석이일방향으로 자중에 의해서 흐르는 도중에 가스의 압력차가 분체의 중력차보다 크게 되면 상기 제 1,2광석도관(11)(12)내에서 분체흐름은 역방향으로 흐르는 가스흐름에 영향을 받아 원활하지 않게 된다.

즉, 용융가스화로(1)에서 압력의 헌팅으로 인하여 조업이 불안정하여 상기 제 1,2광석도관(11)(12)을 통한 분체흐름이 불안정하게 되면, 상기 제 1,2광석도관(11)(12)에 설치된 차압계(18)에 의해 측정되는 차압이 일정한 범위내에서 움직이다가 그 차압변동폭이 크게 되며, 열전대(17)에서 측정되는 관내부의 온도도 조금씩 하강하게 된다.

이때, 상기 제 1,2광석도관(11)(12)에 설치된 열전대(17)에서 가스온도가 수시로 측정되는데, 상기 제 1광석도관(11)내의 온도가 500℃ 이하로 내려가거나 제 2광석도관(12)내의 온도가 600℃ 이하로 내려가면, 상기 제 1광석도관(11)(12)과 각각 나란하게 설치된 도관부재(21)의 각 루프실(20)을 이용한 조업를 준비하게 된다.

연속하여, 상기 제 1광석도관(11)의 내부온도가 400℃ 이하로 내려가거나 상기 제 2광석도관(12)의 내부온도가 500℃ 로 내려가게 되면, 상기 제 1,2광석도관(11)(12)의 볼밸브(19)를 차단하여 상기 제 1,2광석도관(11)(12)을 통한 분체흐름을 일시 중단한 다음 상기 도관부재(21)의 루프실(20)을 통하여 하부측 반응로로 광석을 장입하게 된다.

이러한 도관부재(21)의 루프실(20)를 이용하여 광석을 장입하는 작업은, 상기 제 1,2광석도관(11)(12)을 통한 광석흐름이 차단된 상태에서 상기 루프실(20)상부에 설치된 상부개폐밸브(22)를 제어기로부터 전송되는 신호에 의해서 개방작동하는 반면에, 후방측 하부개폐밸브(23)는 닫힘상태를 그대로 유지하도록 한다.

그리고, 상부측 반응로의 분체가 상기 루프실(20)의 수직부(20a)내로 흐르게 되면, 불활성가스공급구인 제 1가스라인(24a)의 개폐밸브를 개방작동시켜 분체입자의 유동이 가능하도록 불활성가스인 질소가스를 공급한다.

또한, 상기 분체가 루프실(20) 하부인 수평부(20b)까지 완전히 차게 되면, 상기 루프실(20)후방에 설치된 또다른 하부개폐밸브(23)를 개방함과 동시에 상기 수평부(20b)에 설치된 제 2가스라인(24b)의 개폐밸브를 개방하여 상기 루프실(20)을 통한 분체흐름이 원활하도록 가스공급량을 조절하면서 가스를 공급한다.

이때, 상기 루프실(20)의 후방에 설치된 하부개폐밸브(23)를 상기 루프실(20)내에 분체가 충분히 채워지지 않은 상태에서 너무 빨리 개방하게 되면, 하부측 반응로의 가스역류로 상부측 반응로로로 분체가 역류할 수 있으므로, 루프실(20)내에 분체가 충분히 채워진 상태에서 후방의 하부개폐밸브(23)를 개방하여야 한다.

그리고, 상기 루프실(20)내에 분체가 채워지는 상태는 열전대(27)를 통하여 확인하는바, 분체가 차기 시작하면 도관부재(21)의 내부온도가 500 내지 600℃ 사이에 도달하게 되므로 상기 루프실(20)상부의 열전대(27)가 500℃ 이상이 될 때 상기 하부개폐밸브(23)를 개방작동한다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 인접하는 유동반응로사이에 설치된 광석도관을 통한 광석흐름이 하부로부터 상부로 진행되는 가스흐름에 의한 장입불량시 역방향 가스흐름에 영향을 받지 않도록 길이중간에 루프실을 형성한 별도의 도관을 통하여 하부측 반응로내로 광석을 공급함으로써, 용융가스화로 또는 최종환원로에서의 조업불안정으로 인하여 광석도관의 분체흐름이 불량하여 조업이 중단되는 것을 방지하고, 연속적인 분체흐름을 얻을 수 있기 때문에, 연속적으로 직접환원철을 안정적으로 생산하여 작업생산성을 향상시킬수 있는 효과가 얻어진다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 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 (3)

1. 예열로, 예비환원로, 최종환원로로 이루어진 3단 유동반응로, 이와 연결되는 용융가스화로로 구성되고, 분철광석 및 환원가스의 흐름이 이루어지는 제 1,2,3광석도관, 제 1,2,3가스도관을 갖추어 용철을 제조하는 설비에 있어서,

   인접하는 반응로사이를 연결하고, 길이중간에 하부측 반응로로부터 전달되는 가스압력을 완화시키는 루프실을 형성한 도관부재;

   상기 도관부재내부를 흐르는 광석흐름을 제어하도록 상기 루프실의 전, 후방에 각각 장착되는 상,하부개폐밸브;

   상기 루프실을 경유하는 광석흐름이 원활하도록 상기 루프실내로 불활성가스를 공급하는 불활성가스공급구;

   상기 도관부재와 이에 대응배치된 광석도관의 내부온도를 검지하는 열전대로부터 측정값을 전송받아 상기 루프실 상,하부에 설치된 상,하부개폐밸브를 개폐작동하고, 상기 불활성가스공급구의 개폐밸브를 개폐작동하는 제어기;를 포함함을 특징으로 하는 비상용 광석도관을 갖는 다단 유동반응로.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 루프실은 상기 도관부재를 통하여 하부측 반응로로부터 상부측 반응로측으로 전달되는 가스압력을 완충시킬 수 있도록 수직부와 수평부를 'Ｊ'자형, 'Ｖ'자형 또는 'Ｌ'자형중 어느 하나의 형태로 구성함을 특징으로 하는 비상용 광석도관을 갖는 다단 유동반응로.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 불활성가스공급구는 상기 루프실의 수직부에 불활성가스를 공급하는 제 1가스라인과 상기 루프실의 수평부에 불활성가스를 공급하는 제 2가스라인으로 구성됨을 특징으로 하는 비상용 광석도관을 갖는 다단 유동반응로.