KR20050004890A - 산화철 함유 물질을 소결기에서 소결하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산화철 함유 물질을 소결기(sintering machine)에서 소결하는 방법에 관한 것으로, 여기에서는 고체 연료를 함유하는 소결 혼합물을 점화하고 산소 함유 가스를 소결 혼합물을 통해 유도하고 고온의 최종 소결물을 배출(throwing off) 후에 냉각하며, 배기 가스 일부를 재순환 가스(recycling gas)로서 소결기에 반송하고 배기 가스의 또 다른 일부를 잔류 가스로서 유도한다. 전체 배기량을 재순환 가스 및 잔류 가스로 나누는 것은 공정 표면(process surface)(소결 스트랜드(sintering strand))의 변화를 통해 이루어진다.

Description

산화철 함유 물질을 소결기에서 소결하는 방법 {METHOD FOR SINTERING MATERIALS CONTAINING IRON OXIDE IN A SINTERING MACHINE}

특히 철광(iron ore) 또는 철정광(iron ore concentrate)과 같은 산화철 함유 물질의 소결은 소결기에서 이루어진다. 철광, 순환물(returns), 고체 연료 및 플럭스 파우더(flux powder) 등으로 이루어지는 소결 혼합물은 소결 스트랜드에 장입되고, 연료는 점화로 아래의 재료층(material bed) 표면에서 점화된다. 이어서 신선한 공기가 소결층(sintering bed)에 의해 흡입되고, 소결 전면(sintering front)은 위에서 아래로 소결층을 지나간다. 소결층의 상부 구간 아래에 있는 흡입 박스(suction box)로부터 나오는 배기 가스는 가스 수집 시스템 내로 흡입되고, 정화 후에 대기로 유도된다. 소결 과정은 고온의 연소 가스 및 저온의 고체 연료 사이의 열 전달을 필요로 한다. 고체 연료량 및 공기량은 열에 있어서 대등하다. 이러한 열 교환은 상당한 공기량 및 배기량을 필요로 한다. 배기 가스는 소결 혼합물에서 나와 기화되는 수분, 연료의 연소 및 하소(calcination) 과정에서 나오는이산화탄소(CO₂), 유황의 연소, 주로 첨가 연료에서 나오는 아황산화물(sulfur oxide), 불완전 연소에서 나오는 일산화탄소(CO), 2차 공기(secondary air) 및, 팰릿(pallet)의 측벽에서 장입(charge) 중에 이용되지 않고 배기 가스에 도달하는 공기를 포함한다. 뿐만 아니라 배기 가스는 다이옥신(dioxin) 및 푸란(furan), 그리고 특히 소결 스트랜드 뒷부분에서 배출된 배기 가스도 포함한다. 또한 배기 가스는 반드시 제거되어야 하는 먼지를 수반한다.

이러한 소결기의 운영자들은 각각의 관청의 허가 조건이 점점 더 강화된다는 관점에서도 배기량을 줄이고, 굴뚝의 공기에 여전히 포함되어 있는 다이옥신과 푸란을 가능한 한 적게 유지하기 위해 한결같이 노력해왔다.

배기량을 줄이기 위해서는 배기 가스의 흐름을 나누어 부분적으로 순환시켜야 한다는 제안이 이미 있었다(JP-A-52116703, "강철과 철" 99(1979) 7호, 327-333쪽). 부분으로 나뉜 배기량을 특별하게 조절하는 것에 대해서는 EP 0535727A1이 제안하고 있다. 잘 알려져 있는 이러한 방법에서 잔류 가스(residual gas)로 배출되는 배기량은 소결 과정 중에 형성되는 가스에, 강화시키기 위해 첨가된 산소가 보다 풍부한 가스를 더하고 외부에서 스며드는 2차 공기를 더하며 소비된 산소를 뺀 것에 상응할 뿐이다. 배기 가스의 다른 부분 흐름은 재순환 가스(recycling gas)로 반송되고, 소결 혼합물의 작동 이전에 산소가 보다 풍부한 가스를 첨가함으로써 산소 함유량이 최대 24%로 강화된다.

"강철과 철" 115(1995) 11호(37-40쪽)에서는 "배기 가스 반송에 의한 철광소결 시설의 환경 보호"라는 제목 하에, EP 0535727 A1에 기재된 방법에 따라 구성된 시설이 소개된다.

배기 가스는 주로 부분적으로 파악되고, 재순환 가스로서 소결 스트랜드에 반송되며, 잔류 가스로 배출된다. 반송되는 배기 가스 흐름의 산소 함유량을 규정에 따라 조절할 수 있기 위해, 신선한 공기 공급관이 재순환관(recycling pipe)으로 통한다.

DE 196 23 981에서는 배기 가스에서 나오는 유독성 내용물을 소결 장치로부터 제거하기 위한 방법이 기재되어 있다. 잘 알려져 있는 이 방법의 경우, 분말 형태의 흡착제(sorbent)가 갈탄 코크스(brown coal coke) 형태로 배기 가스 흐름 내에 주어지고, 이어서 흡착제로 뒤덮인 배기 가스 흐름이 정전기식 집진기(electrostatic filter)에 의해 유도된다. 뒤덮인 흡착제는 여과된 후 소결 과정에 다시 공급된다. 배기 가스 흐름이 정전기식 집진기를 통과하기 전에 사전 분리기(pre-collector)에 의해 유도되면, 이 방법은 개선될 수 있다.

본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 소결 스트랜드(sintering strand), 흡입 박스(suction box) 및 점화로(ignition furnace)를 구비하는 소결기(sintering machine)에서 산화철 함유 물질을 소결하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 소결 장치의 개략적인 작업 흐름도이다.

도 2는 종래의 기술에 따른 방법의 도표이다.

도 3은 본 발명에 의한 방법의 도표이다.

도 4는 흡입 박스(suction box) 및 연도 가스 수집관(flue gas collecting pipe)의 배열을 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명의 목적은 소결 과정을 계속 효율화하여, 배기량은 훨씬 적고 소결의 특성은 양호한 상태에서 특히 잔류 가스에 포함되어 있는 다이옥신 및 푸란뿐만 아니라 먼지도 해당 관청이 정한 기준치 이하로 확실하게 유지하는 데 있다.

본 발명의 목적은 특허청구범위 제1항의 특징들에 의해 달성된다. 바람직한 개선 형태들은 각각 종속항들의 대상이 된다.

본 발명에 따르면 전체 배기 가스를 재순환 가스 및 잔류 가스로 나누는 것은 공정 표면(process surface)의 변화를 통해 이루어진다. 이때 재순환 가스용 흡입부 및 잔류 가스용 흡입부 사이의 교차 지점은 순환 중에 최대의 배기량이 유도되면서도 소결의 특성이나 효율을 손상시키지 않을 정도로 선택된다. 여기에서 잔류 가스는 오염물질 농도(pollutant concentration)가 비교적 작은 부분량을 나타내고, 재순환 가스는 오염물질 농도가 비교적 높은 부분량을 나타낸다. 또한 추출된 재순환 가스의 열량은 잔류 가스의 가열을 위해 이용된다. 이때 가열은 이슬점(dew point)에 미달하는 것을 방지하기 위한 온도로 이루어지지만, 이 온도는 전체 배기량을 배출할 때 확정되는 완전혼합 온도(consolute temperature)보다 낮다.

배기 가스와 연관하여서는 소결 스트랜드의 공정 표면을, 배기량이 재순환 가스로 유도되는 부분 섹션 및 배기 가스가 잔류 가스로 배출되는 부분 섹션으로 나누는 제안이 이루어지고 있다. 이러한 분할은 배기 가스 흐름을 오염물질 농도가 낮은 부분량 및 오염물질 농도가 높은 부분량으로 나누는 것을 목적으로 한다. 오염물질 농도가 낮은 부분량은 먼지 및 투입된 흡착제(adsorbent)-흡착제에 흡착되는 다이옥신 및 푸란도 포함된다-의 분리 후 및, 산 이슬점(acid dew point)을 방지하기 위한 가열 후에 잔류 가스로서 굴뚝을 통해 배출된다. 다이옥신 및 푸란과 연관하여 오염물질 농도가 낮은 부분량은 순환 중에 유도되고, 이 경우 뜨거운 소결 혼합물로 반송될 때 대부분의 다이옥신 및 푸란이 분할되고 이로써 해롭지 않게 되는 효과가 있다.

또한 배기 가스 흐름의 온도가 낮을 때 배기 가스 흐름에 삽입되는 흡착제는 특히 효과가 있다. 이것은 배기량을 재순환 가스 및 잔류 가스로 분할함으로써 달성된다.

잔류 가스는 공급 영역 및 그 다음 영역에 위치하는 소결 스트랜드 영역에서 추출된다. 이 영역의 온도는 H₂SO₄이슬점에 미달하는 것을 방지하기 위한 가열에도 불구하고 재순환 가스의 영역에 비해 낮다. 다음과 같이 제안되는 조합, 즉

- 배기량 분할

- 잔류 가스의 배출 전 가열

을 통해 다음의 목적들이 달성된다.

즉,

- 배출되는 배기량 전체가 적게 유지된다.

- 잔류 가스 내로 증발되는 흡착제는 잔류 가스의 온도가 낮기 때문에 특히 효과적이므로, 배출될 잔류 가스에 남아있는 오염물질은 해당 관청의 규정에 부합된다.

- H₂SO₄이슬점에 미달되는 것은 잔류 가스의 가열을 통해 방지된다.

- 잔류 가스의 가열을 위해 재순환 가스의 열 에너지가 에너지로 이용된다.

공정 표면의 분할을 제안하는 변화 형태는 공정을 효율화시키기 위해 대단히 간단하면서도 효과적인 수단이다. 이런 변화를 통해 한편으로는 산소 공급과 산소 소비의 비율이 이상적인 상태(1)에 근접하고, 이로써 배기량이 최소화될 수 있다. 다른 한편으로는 소결의 특성이 양호하게 그대로 유지되면서 설비의 효율에 영향을 미칠 수 있다. 공정을 조절하는 중요한 매개변수(parameter)의 변화를 통해, 배기량, 효율 및 특성에 관한 한 최상의 상태를 기대할 수 있다.

순환 중에 유도되는 배기량은 또한 필요한 산소 공급이 정상 공정(normal process)보다 낮다는 효과를 지닌다. 이로써 특수한 경우, 흡인되는 2차 공기에 의해 유도되는 산소로 필요량을 채울 수 있다. 그 결과 다른 경우에 추가로 필요한 별도의 2차 공기를 절약할 수 있다.

흡인되는 2차 공기를 보완하는 경우에 2차 공기가 추가로 필요하다면, 지금까지 흔히 흡인하던 주변 공기 대신 냉각 시브(cooling sieving) 영역에서 먼지를 제거하기 위해 발생하는 흡입 공기가 사용된다. 이와 같이 제안된 방법의 단계에서는 다시 다음의 두 개의 목적이 동시에 달성된다.

- 냉각 시브 영역에서 꼭 필요한 먼지 제거는 소결 과정을 위한 산화제(oxidant)로 이용된다.

- 소결 혼합물은 먼지로 뒤덮인 흡입 공기용 필터로 활용되므로, 별도의 필터가 반드시 필요하지는 않다.

본 발명의 기타 특징, 장점 및 개별 사항들은 도면에 도시된 실시예에 대한 다음의 설명에서 드러난다.

도 1은 본 발명에 의한 소결 설비의 개략적인 작업 흐름을 보여준다. 이 설비에서 가장 중요한 것은 소결 스트랜드(1)이다. 도 1에서는 소결 혼합물의 공급이 우측에서 이루어지고, 최종 소결물은 좌측으로 나온다. 최종 소결물의 운송 방향은 화살표(2)로 표시되어 있다. 소결 스트랜드(1) 좌우에 흡입 박스 및 이에 속하는 배기관(3, 4)이 배열된다. 여기에서 소결 스트랜드(1)의 시작 영역에서 추출된 배기 가스는 잔류 가스로 배출되고, 소결 스트랜드(1)의 단부 영역에서 추출된 배기 가스는 순환 중에 유도된다. 순환 중에 유도되는 배기 가스는 유도관(5)을 통해 열 교환기(heat exchanger)(6)에 공급되고, 그 다음에는 또 다른 유도관(7)을 통해 그 속에 배열되는 필터(8)에 공급된다. 필터는 배기 가스에서 먼지를 분리시키는 기능을 한다.

필터(8)를 지난 후 반송되는 가스는 송풍기(22)에 의해 유도관(9)을 통해 소결 스트랜드(1)에 공급되고, 소결 스트랜드(1) 상에 균등하게 분포된다. 표시된 화살표들은 반송되는 배기 가스의 소결 스트랜드(1)로의 공급을 분명히 보여준다. 배출될 잔류 가스는 유도관(10)을 통해 이미 언급된 열 교환기(6)에 공급된다. 이때 재순환 가스의 열은 잔류 가스의 가열을 위해 사용된다. 이로써 황산에 대해 이슬점에 미달되는 것이 방지된다. 열 교환기(6)를 지난 후 잔류 가스는 유도관(11)을 통해 비행 흐름 반응기(airborne stream reactor)(12)에 공급된다. 비행 흐름 반응기(12)에서 잘 알려져 있다시피 갈탄 코크스 분탄(brown coal coke slackcoal)이 흡착제로서 불어넣어져, 잔류 가스에 있는 다이옥신 및 푸란과 같은 오염물질이 갈탄 코크스 분탄에 결합될 수 있다. 비행 흐름 반응기(12)를 지난 후 잔류 가스는 유도관(14)을 통해 필터(14)에 공급되고, 필터에서 먼지 및 사전에 불어넣어진 흡착제가 분리된다. 그 다음에는 이런 식으로 정화된 잔류 가스가 송풍기(23)에 의해 유도관(15)을 지나 굴뚝(16)으로 이송되고, 주변으로 배출된다.

도 1에 도시된 선택적인 별도의 2차 공기 공급(21)은, 흡인된 2차 공기에 의해 넣어진 산소 공급이 너무 작을 때에만 반드시 필요하다.

최종 소결물은 소결 스트랜드(1)의 단부에서 나와 회전 냉각기(rotary cooler)(17, 18)에서 냉각된다. 회전 냉각기(17, 18)에 흡입되는 공기는 유도관(19)을 통해 필터(20)에 공급되어, 함께 휩쓸린 먼지를 분리한다.

소결 설비의 흡입되는 먼지뿐만 아니라 용광로의 발생하는 노 분진(furnace dust) 및 주입 베이 먼지(pouring bay dust) 역시 물과 함께 산화칼슘(quicklime)이 첨가되면서 원뿔형 입자(소팰릿)로 응집된다. 이러한 응집은 일명 "아이리히믹서(Eirich-Mixer)"라고도 불리는 기계적 와류 혼합기(mechanical swirling stream mixer)에서 이루어진다. 축축한 집괴암(agglomerate)이 시작 영역에서 계속 소결 혼합물에 공급된다.

도 2 및 도 3에서는 종래의 기술에 따른 소결 방법(도 2) 및 본 발명에 의한 소결 방법(도 3)이 서로 비교되어 있다.

이 두 개의 도표에서 가스량(kg/h/m)은 송풍 박스(blast box) 상에 부과된다. 검게 칠해진 사각형의 아래쪽 선은 소결 혼합물에서 연료용 산소 소모를 도시한다. 그 위에 검게 칠해진 마름모꼴의 선은 공급되는 소결 공기에 의한 산소의 공급을 보여준다. 여기에서는 흡인되는 2차 공기 및 공급되는 신선한 공기의 총계를 나타낸다. 맨 위에 그려진 삼각형의 선은 배기량의 추이를 보여준다.

두 개의 도표를 직접 비교함으로써 재순환 가스의 작용을 잘 알 수 있다. 필수적인 산소 공급이 줄어들므로, 두 번째 선은 오직 첫 번째 선 약간 위에서 연장된다. 적어도 첫 번째 송풍 박스 영역 내에서 연장되는 것이다.

도 3에 두껍게 표시된 선은 본 발명에 따라 소결 스트랜드(1)를 재순환 가스 영역 및 잔류 가스 영역으로 분리하는 것을 상징적으로 보여준다. 여기에서 이중 화살표는 분리 지점의 이동 가능성을 말해준다. 본 발명에 의한 분리 지점의 이동은 공정을 계속 효율적으로 만들어줄 수 있다.

분리 지점의 좌측 이동은, 재순환 가스량의 상승 때문에 산소 공급의 값이 계속 내려가는 것을 의미할 것이다. 이상적인 경우에는 산소 공급과 산소 소비가 같을 것이다. 산소 공급이 낮다는 것은 동시에 배기량이 작다는 것을 뜻한다. 산소 공급량과 배기량이 연소 과정을 통해 서로 연관되기 때문이다.

분리 지점이 우측으로 이동하면, 소결의 특성이 양호하게 그대로 머물면서 재순환 가스량이 줄어들고, 이로써 배기량이 약간 증가한다.

분리 지점의 이동 가능성 때문에, 공정 조건에 따라 최상의 상태를 간단한 방법으로 조절할 수 있다.

도 4는 흡입 박스(25) 및 연도 가스 수집관(5, 10)이 배열되는 부분 영역을 개략적으로 도시한다.

소결 스트랜드의 시작 영역에 위치하는 흡입 박스(25.1)는 재순환 가스(5) 반송관에 비해 고정 분리(26)를 나타낸다. 이 실시예에서는 그 다음에 전체적으로 네 개의 흡입 박스(25.2)가 나온다. 이 흡입 박스는 가변 분리(27)를 나타낸다. 가변 분리(27)는, 이러한 흡입 박스(25.2)가 재순환 가스 반송관(5)이나 잔류 가스 반송관(10) 중 하나에 맞추어질 수 있음을 의미한다. 이로써 얻어지는 효과는 서두에 상세히 설명되어 있다.

배출(throwing off)(28)까지 이어지는 나머지 흡입 박스(25.3)는 재순환 가스 반송관(5)에 고정적으로 맞추어져 있다.

잔류 가스 반송관(10)에 배열되는 고정 분리(29)는 비상시에 제거될 수 있는데, 이로써 발생하는 배기 가스 전체를 유도할 수 있다.

부호설명

1 소결 스트랜드

2 운송 방향

3 잔류 가스 배기관

4 재순환 가스 배기관

5 재순환 가스 반송관

6 열 교환기

7 유도관

8 필터

9 유도관

10 잔류 가스 반송관

11 유도관

12 비행 흐름 반응기

13 유도관

14 필터

16 굴뚝

17, 18 회전식 냉각기

19 유도관

20 필터

21 별도의 2차 공기 공급

22 송풍기

23 송풍기

24 기계적 와류 혼합기

25 흡입 박스

26 흡입 박스(25.1) 고정 분리

27 흡입 박스(25.2) 가변 분리

28 배출

29 잔류 가스 반송관 고정 분리

Claims (9)

1. 고체 연료를 함유하는 소결 혼합물(sintering mixture)을 점화하고 산소 함유 가스를 소결 혼합물을 통해 도입하고 고온의 최종 소결물을 배출한 후에 냉각하며, 배기 가스 일부를 오염물질 농도가 높은 재순환 가스로서 소결기에 반송하고 배기 가스의 또 다른 일부를 오염물질 농도가 낮은 잔류 가스로서 유도하며, 이때 상기 재순환 가스 및 상기 잔류 가스에 포함되어 있는 먼지를 유도하기 전에 가열할 뿐만 아니라, 설비실에서 발생하는 먼지 및 냉각 분리 때 발생하는 먼지도 흡입하고 제거하는

   산화철 함유 물질을 소결기에서 소결하는 방법으로서,

   전체 배기 가스를 재순환 가스 및 잔류 가스로 나누는 것이 공정 표면(소결 스트랜드)의 변화를 통해 이루어지고, 이때 상기 재순환 가스용 흡입라인과 상기 잔류 가스용 흡입라인 사이의 교차 지점은 최대 배기량이 순환 중에 유도되면서도 소결의 특성 및 효율을 손상시키지 않을 정도로 선택되고, 추출된 재순환 가스의 열 에너지가 잔류 가스의 가열을 위해 사용되며, 상기 가열은 H₂SO₄이슬점에 미달되는 것을 방지하는 온도에서 이루어지지만, 상기 온도는 전체 배기 가스의 배출 때 나타나는 완전혼합 온도(consolute temperature)보다 낮은 것을 특징으로 하는 소결 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 소결 혼합물을 통해 도입되는 산소 함유 가스는 흡인되는 2차 공기 및 별도로 공급되는 신선한 공기와 혼합되고, 이때 2차 공기에 의한 산소 공급이 충분하면 별도로 공급되는 신선한 공기량은 최저치에 이르는 것을 특징으로 하는 소결 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 최저치는 제로(0)와 같은 것을 특징으로 하는 소결 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 냉각 분리 영역의 흡입부 및 설비실의 흡입부는 별도로 제공되고, 신선한 공기가 별도로 공급되는 경우 냉각 분리 영역에서 흡입되는 가스는 산소 함유 가스로서 소결 혼합물 상에 유도되고 이때 소결 혼합물은 함께 유도되는 먼지를 제거하기 위한 필터로 이용되는 것을 특징으로 하는 소결 방법.
5. 제1항에 있어서,

   반송되는 재순환 가스량은 소결 스트랜드 전체에 걸쳐 균등하게 분배되는 것을 특징으로 하는 소결 방법.
6. 제1항에 있어서,

   최종 소결물의 배출 영역에서의 흡입라인은 설비실에서의 흡입라인과 연통되는 것을 특징으로 하는 소결 방법.
7. 제6항에 있어서,

   최종 소결물의 흡입 가스에 포함되어 있는 열 에너지가 에너지로 이용되는 것을 특징으로 하는 소결 방법.
8. 제1항에 따른 방법을 실행하기 위한 소결 스트랜드, 흡입 박스(suction box), 점화로, 최종 소결물을 위한 냉각기, 송풍기, 필터, 파이프 유도관으로 이루어지는 산화철 함유 물질을 소결하기 위한 소결기에 있어서,

   재순환 가스의 흡입과 잔류 가스의 흡입 사이의 교차 지점 영역에 흡입 박스(25.2)가 흡입 연결을 스위칭하기 위한 바(bar)를 구비하고, 재순환 가스용 반송관(5)에는 열 교환기(6)의 방출면이, 잔류 가스용 반송관(10)에는 열 교환기(6)의 흡입면이 배치되며, 상기 열 교환기 다음에 통상의 비행 흐름 반응기(airborne stream reactor)(12)가 연결되는 것을 특징으로 하는 소결기.
9. 제8항에 있어서,

   신선한 공기를 별도로 공급(21)하는 경우, 산소 함유 가스를 소결 혼합물에 도입시키기 위한 송풍기는 상기 냉각 분리 영역에서의 흡입을 위한 유닛으로 이용되는 것을 특징으로 하는 소결기.