KR20040057191A - 일반탄을 이용한 용철 제조 공정에서 분환원철 및 분소성부원료의 괴성체를 이용한 용철제조방법 - Google Patents

일반탄을 이용한 용철 제조 공정에서 분환원철 및 분소성부원료의 괴성체를 이용한 용철제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 분 소성 부원료가 함유된 균일입도의 괴성체를 사용하여 용철생산량을 증대시킬 수 있도록 개선된 일반탄을 이용한 용철 제조 공정에서 분환원철 및 분 소성부원료의 괴성체를 이용한 용철제조방법에 관한 것이다.
본 발명은, 일반탄을 이용한 용철 제조 공정에서, 상기 환원철과 소성 부원료를 혼합 괴성화하여 30mm이하의 크기를 갖추고, 밀도는 3.5 내지 4.0Kg/cm³를 갖는 괴성체로 성형하여 상기 용융 가스화로에 투입하고, 용철제조을 실행하는 일반탄을 이용한 용철 제조 공정에서 분환원철 및 분 소성부원료의 괴성체를 이용한 용철제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 분 환원철과 분 소성 부원료를 혼합하여 괴상화하기 때문에 상당한 공극이 존재하게 되는데 이러한 이유로 괴성체는 석탄충진층내에서 쉽게 침탄되어 용융이 용이하게 이루어 지고, 그에 따라서 용철 생산량 향상이 기대될 수 있다.

Description

일반탄을 이용한 용철 제조 공정에서 분환원철 및 분 소성부원료의 괴성체를 이용한 용철제조방법{A METHOD FOR MAKING MOLTEN IRON BY USING HOT COMPACTION OF FINE DRI AND CALCINED ADDITIVES IN NON-COKING COAL BASED IRON MAKING PROCESS}
본 발명은, 일반탄을 이용한 용철제조공정에서 분 환원철 및 분 소성부원료의 괴성체를 사용하여 용철을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분 소성 부원료가 함유된 균일입도의 괴성체를 용철 제조설비인 용융가스화로에 사용하여 용철을 생산함에 있어, 생산량 제어, 노내 가스류 안정을 통한 통기성 향상, 노내 통액성을 향상시킬 수 있고, 슬래그의 조성 조정방법등을 개선할 수 있음으로서, 용철생산량을 증대시킬 수 있도록 개선된 일반탄을 이용한 용철 제조 공정에서 분환원철 및 분 소성부원료의 괴성체를 이용한 용철제조방법에 관한 것이다.
종래의 용철생산설비의 대중을 이루고 있는 고로법은 그 반응기 특성상 일정 수준이상의 강도를 보유하고 있으며, 로내 통기성 확보를 보장할 수 있는 입도를 보유한 원료를 요구하는 바, 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 소결설비등의 원료예비처리설비가 반드시 수반되고 있는바, 상기 고로법에서 사용되는 부대설비 구축에 필요한 제비용 및 상기 부대설비에서 발생하는 제반 환경오염물질에 대한 전 세계적인 규제를 극복하기 위한 환경오염방지설비가 필요하다. 따라서, 이에 대한 막대한 투자비용 등에 의해 현행 고로법의 경쟁력은 급속히 잠식되고 있는 상황이다.
이러한 문제 해결을 위해 80년대 후반부터 각국에서 고로대체 신공정 기술개발이 활발하게 추진되고 있으나, 그 중 코렉스(COREX)법이 유일하게 상업생산을 계속하고 있다. 도 1에는 종래의 기술에 따른 코렉스 공정이 간단히 제시되어 있다.
이는 고정층 환원로(200)의 상부로 장입된 괴광과 괴부원료가 노 하부로 강하되는 과정에서 용융가스화로(100)에서 발생된 환원가스에 의해 환원과 소성을 거치게 된다. 그리고, 상기 고정층 환원로(200)에서 환원, 소성된 괴 환원철과 괴 소성부원료는 그 하단에 위치한 장입기구(DRI Screw)(201)에 의해 용융가스화로(100)로 장입된 후, 석탄 충진층(101)의 하부로 하강하면서 풍구로 공급된 산소와 괴탄의 연소열에 의해 용융되어 용철을 생산하게 된다.
상기 과정에서 용융가스화로(100)로 장입되는 괴 환원철과 괴 소성부원료의 장입량 제어는 장입기구(DRI Screw)(201)의 스크류 회전수를 조정하여 장입량을 조절하게 된다.
그러나 상기와 같은 코렉스법도 연료,원료의 전처리공정을 생략할 수 있다는 장점은 있으나 분 상태의 연료및 원료를 사용하지 못하는 단점을 안고 있다.
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 분광을 직접사용하는 용철제조설비로서는, 미국 공보 특허 제 5,534,046호 등이 알려져 있다.
상기 공보에 따르면, 그 전체공정은 도 2 도시된 바와 같이, 예열로(300), 예비환원로(310) 및 최종환원로(320)등 3단의 유동환원로(330)와, 내부에 석탄충진층이 형성되어 있는 용융가스화로(340)로 구성되어 있는 바, 최상단의 예열로(300)에 연속적으로 장입되는 상온의 분광 및 부원료는 상기한 3단의 유동환원로(330)를 순차적으로 거치면서 고온환원기류와 접촉함으로서 승온이 이루어지고, 90%이상의 환원이 이루어지며, 30% 이상의 소성이 이루어진 고온의 환원분광 및 소성부원료로 전환되어 배출된다.
이러한 상기 환원분광은 석탄충진층이 형성되어 있는 용융가스화로(340)내로 연속적으로 장입되어 상기한 석탄충진층내에서 용융 및 슬래깅(slagging)됨으로서 용선 및 슬래그로 전환되어 상기한 용융가스화로(340)의 외부로 배출된다.
또한, 상기한 용융가스화로(340)에서는 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 전환된다.
이러한 환원가스는 상기 용융가스화로(340)의 외부로 배출되어 일부는 상기한 3단의 유동환원로(330)로 공급되며, 일부는 상기 용융가스화로(340)에 부과되는 압력이 일정하게 유지되도록 수처리 설비를 통해 공정외부로 배출된다.
상기한 3단의 유동환원로(330)를 통과하는 광석 및 부원료의 각 유동반응기간의 이동은 인접하는 상단 및 하단의 유동환원로(330)들을 서로 연결하고 있는 광석흐름도관(333)을 통해 이루어 지는 바, 상기 도관(333)내에서는 상하단의 압력차이에 의해 하단의 유동환원로(330)부터 상단의 유동환원로(330)로 형성되는 고온환원가스 흐름과 중력에 의해 상단의 유동환원로(330)부터 하단의 유동환원로(330)로 형성되는 광석흐름이 서로 교차되어 형성된다.
한편, 상기 용융가스화로(340)의 상부에는 상당한 속도의 고온 가스기류가 형성되고 있으며, 또한 용융 및 슬래깅은 용융가스화로(340) 내에 형성되어 있는 석탄충진층 내에서 고온가스와 접촉하면서 진행되고 있는 바, 상기한 고온 가스기류에 의한 비산 손실을 억제하며, 상기 석탄충진층의 통기성 및 통액성을 확보하기 위해서는 상기 유동환원로(330)에서 배출되는 분환원철 및 소성부원료를 소정의 강도 및 크기를 가지도록 고온상태에서 직접 괴성화 한 후, 상기 용융가스화로(340)내에 장입하게 된다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 해소하기 위하여 본 발명은, 그 목적으로서 분 소성부원료가 함유된 균일입도의 괴성체를 용철 제조설비인 용융가스화로에 사용하여 용철을 생산함에 있어, 생산량 제어, 노내 가스류 안정을 통한 통기성을 개선하고, 노내 통액성을 개선할 수 있는 슬래그의 조성을 조정하여 분 환원철 및 분 소성부 원료의 괴성체 사용시 원활한 조업을 할 수 있도록 개선된 용철제조방법을 제공하는 데 있다.
제 1도는 종래의 기술에 따른 코렉스(COREX) 조업법을 이용한 용철제조공정의 개략도;
제 2도는 종래의 기술에 따라서 분철광석을 환원시키는 유동환원로와, 일반탄 및 환원철을 장입하여 용선 및 슬래그를 제조하는 용융가스화로를 포함하고 있는 용철제조공정의 개략도;
제 3도는 본 발명에 따른 분환원철 및 분 소성부원료의 괴성체를 이용한 용철제조방법이 적용되는 일반탄을 이용한 용철 제조설비의 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
300.... 예열로 310.... 예비환원로
320.... 최종환원로 330.... 유동환원로
333.... 광석흐름도관 340.... 용융가스화로
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다단의 유동 환원로로 부터 제공된 분환원철 및 소성부원료를 상부측의 장입기구(DRI Screw)에 의해 용융가스화로에 장입시키고, 상기 용융 가스화로의 풍구로 부터 공급된 산소와 괴탄의 연소열에 의해 용융시켜 용철을 생산하는 일반탄을 이용한 용철 제조 공정에 있어서,
상기 환원철과 소성 부원료를 혼합 괴성화하여 30mm이하의 크기를 갖추고, 밀도는3.5 내지 4.0Kg/cm³를 갖는 괴성체로 성형하여 상기 용융 가스화로에 투입하고, 용철제조을 실행함을 특징으로 하는 일반탄을 이용한 용철 제조 공정에서 분환원철 및 분 소성부원료의 괴성체를 이용한 용철제조방법을 마련함에 의한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 용철제조방법에서 사용되어지는 환원철과 소성 부원료를 혼합 괴성화한 괴성체는 입도가 30mm이하의 크기를 갖추며, 밀도는 대략 3.5 내지 4.0Kg/cm³ 를 갖는다.
그리고, 상기 괴성체는 도 3에 도시된 바와 같이, 용융 가스화로(340)의 전방에서 임의의 성형장치(10)를 통하여 상기와 같은 30mm의 입도이하의 크기를 갖추며, 대략 3.5 내지 4.0Kg/cm³의 밀도를 갖는다.
상기와 같은 본 발명의 괴성체는 분 함량이 적고 강도가 높으며, 입자크기가 균일한 특징이 있어 용철제조설비인 용융가스화로(340)에서 사용시 석탄충진층을 통과하는 가스 흐름이 용이하게 되고 이런 결과로 인해 가스와 괴성체간의 원활한 열 교환이 이루어져 열 효율이 향상되게 된다.
또한, 분 환원철과 분 소성 부원료를 혼합하여 괴상화하기 때문에 상당한 공극이 존재하게 되는데 이러한 이유로 괴성체는 석탄충진층내에서 쉽게 침탄반응을 받아 용융되며, 내장된 소성부원료는 석탄회재와 반응하여 쉽게 슬래깅된다.
[표 1]과 [표 2] 에서는 본 발명에서 사용하고자 하는 분 환원철 및 분 소성 부원료 괴성화체의 기계적 성질과 화학성분을 보여 준다.
[표 1]
밀 도(Kg/cm³) 입 도(%) 분 율(1mm 이하,%)
20~30mm 10~20mm 0~10mm 계
3.5~4.0 35 47 18 100 5
[표 2] (단위:%)
Fe FeO C CaCO3 CaO MgO SiO2 Al2O3
54.1 20.2 1.6 12.6 1.8 3.2 2.9 1.8
본 발명에서 바람직하게 적용될 수 있는 분 환원철 및 분 소성부원료 괴성체는 입자의 크기가 최대 30mm 이하로서, 30mm 이상의 거대 입자는 가스의 흐름에는 유리하게 작용하나 용융에 소요되는 시간이 지나치게 길고 용융 자체가 용이하지 않기 때문에 적합하지 않다.
아울러 1mm 이하의 미립 입자가 많을 경우에는 가스의 흐름을 방해하고 상승 가스와 함께 노외로 배출되기 쉽기 때문에 최대 5%를 초과하지 않아야 한다.
상기 30mm 이하의 입도를 가지는 괴성체를 사용할 경우의 생산량 조정은, 장입기구의 스크류의 속도조정에 의하나, 괴성체의 밀도와 Fe 함량이 종래의 코렉스 조업에서 사용되는 원료 혼합체와 다르기 때문에 속도제어시, 이를 고려하여야 한다.
즉 괴성체의 밀도가 3.5~4 kg/cm³ 정도로 환원철 대비 높고, Fe 함량 또한 높기 때문에 환원철 및 소성부원료 괴성체를 사용할 경우에는 종래 코렉스 조업에 비해 약 0.23~0.38 rpm 정도의 속도를 낮추어야 한다.
[표 3]은 동일한 용철을 생산할 경우에 본 발명의 괴성화체 사용시와 종래의 코렉스에서 장입기구의 스크류 속도제어예를 나타내고 있다.
[표 3]
용철 생산량(톤/시간) 50 60 70 80
종래의 코렉스에서의 장입기구의스크류 속도(회전수/분) 0.74 0.91 1.09 1.26
본 발명의 괴성화체 사용시의장입기구의 속도(회전수/분) 0.51 0.63 0.75 0.88
한편, 상기 용융가스화로(340)에서 용융이 용이하고 유동성이 양호한 슬래그 조성을 만들기 위해서는 환원철과 혼합되는 소성부원료의 량이 적절이 제어되어야 한다.
즉, 용융가스화로(340)의 슬래그 성분조정을 위해서 괴성체 무게의 25% 까지 소성부원료를 혼합한 환원철 괴성체를 사용하여 용철을 제조하게 된다.
상기에서 소성 부원료의 량이 25%를 초과하게 되면, CaO와 MgO의 성분이 과대하여 슬래그 염기도가 과대하게 되어 슬래그 유동성이 저하된다.
따라서, 용융가스화로(340)의 정상적인 조업이 어려워지며, 용철 제조량이 감소되는 결과를 초래한다.
따라서, 환원철과 혼합되는 소성 부원료의 량은 환원철을 만들기 위해 사용되는 광석 종류나, 연료로 사용되는 석탄의 종류에 따라서 달라지나, 괴성체 전체무게의 약 25% 이하로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 소성 부원료량의 제어는 궁극적으로 슬래그중의 알루미나 함량을 제어하는 것으로서 슬래그의 노외 배출에 중대한 역할을 한다.
[표 4]에서는 사용광석의 알루미나 (Al2O3) 함량에 따라 첨가되어야 하는 소성부원료량을 보여주고 있다.
[표 4]
사용 광석의 알루미나 함량(wt%) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
괴성체의 소성부원료 함량(wt%) 17.4 19.3 21.2 23.1 25.0
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 분 환원철 및 분 소성부원료 괴성체는 분 함량이 적고 강도가 높으며 입자크기가 균일한 특징이 있어 용철제조설비인 용융가스화로(340)에서 사용시 석탄충전층을 통과하는 가스 흐름이 용이하게 되므로서 가스와 괴성체간의 원활한 열 교환으로 인해 연료 소모량이 낮아지게 된다.
또한 분 환원철과 분 소성 부원료를 혼합하여 괴상화하기 때문에 상당한 공극이 존재하게 되는데 이러한 이유로 괴성체는 석탄충진층내에서 쉽게 침탄되어 용융이 용이하게 이루어 진다. 이러한 현상으로 생산량 향상이 기대될 수 있다.

Claims (2)

  1. 다단의 유동 환원로로 부터 제공된 분환원철 및 소성부원료를 상부측의 장입기구(DRI Screw)에 의해 용융가스화로(340)에 장입시키고, 상기 용융 가스화로(340)의 풍구로 부터 공급된 산소와 괴탄의 연소열에 의해 용융시켜 용철을 생산하는 일반탄을 이용한 용철 제조 공정에 있어서,
    상기 환원철과 소성 부원료를 혼합 괴성화하여 30mm이하의 크기를 갖추고, 밀도는 3.5 내지 4.0Kg/cm³를 갖는 괴성체로 성형하여 상기 용융 가스화로(340)에 투입하고, 용철제조을 실행함을 특징으로 하는 일반탄을 이용한 용철 제조 공정에서 분환원철 및 분 소성부원료의 괴성체를 이용한 용철제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 용융가스화로(340)의 슬래그 성분조정을 위해서 괴성체 무게의 25% 까지 소성부원료를 혼합한 환원철 괴성체를 사용하여 용철을 제조하는 것을 특징으로 하는 일반탄을 이용한 용철 제조 공정에서 분환원철 및 분 소성부원료의 괴성체를 이용한 용철제조방법.
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