KR20120120470A - 수직형 샤프트로, 페로 코크스 제조 설비, 및 페로 코크스의 제조 방법 - Google Patents

수직형 샤프트로, 페로 코크스 제조 설비, 및 페로 코크스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

설비가 단순화되고, 조업 조건도 복잡화하지 않는 수직형 샤프트로를 제공하는 것을 목적으로서, 본 발명에 관한 수직형 샤프트로(1)는 노정으로부터 장입된 장입물을 연소, 가스화, 건류 혹은 환원해서 목적으로 하는 제품을 연속적으로 제조하는 수직형 샤프트로로서, 노길이 방향의 중심 위치보다 아래쪽에 소정 길이의 고온 균열대를 형성하기 위해, 고온 가스 취입 풍구(11, 13)를 노길이 방향으로 2단 설치한 특징으로 하는 것이다.

Description

수직형 샤프트로, 페로 코크스 제조 설비, 및 페로 코크스의 제조 방법 {VERTICAL SHAFT FURNACE, FERRO-COKE PRODUCTION FACILITY, AND METHOD FOR PRODUCING FERRO-COKE}
본 발명은 노정(furnace top)으로부터 장입된 장입물을 연소, 가스화, 건류 혹은 환원해서 목적으로 하는 제품을 연속적으로 제조하는 수직형 샤프트로(vertical shaft furnace), 해당 수직형 샤프트로를 구비해서 페로 코크스(ferrocoke)를 제조하는 페로 코크스 제조 설비, 및 이 설비를 이용한 페로 코크스의 제조 방법에 관한 것이다.
고로 조업에 있어서, 석탄을 코크스로에서 건류해서 제조한 야금용 코크스가 일반적으로 이용되고 있다. 야금용 코크스에는 고로내의 통기를 좋게 하기 위한 스페이서의 역할, 환원재로서의 역할, 열원으로서의 역할 등이 있다.
최근, 코크스의 반응성을 향상시킨다고 하는 관점에서, 석탄에 철광석을 혼합해서 야금용의 페로 코크스를 얻는 기술이 알려져 있다. 석탄, 철광석 등의 철원(iron source)원료를 원료로 하여, 통상의 실로식(chamber-type) 코크스로에서 건류해서 페로 코크스를 제조하는 기술로서는, 1) 석탄과 분철광석(fine iron ore)의 혼합물을 실로식 코크스로에 장입하는 방법, 2) 석탄과 철광석을 냉간, 즉 실온에서 성형하고, 그 성형물을 실로식 코크스로에 장입하는 방법 등이 검토되어 왔다 (비특허문헌 1 참조).
한편, 실로식 코크스 제조 방법에 관한 코크스 제조 방법으로서, 연속식 성형 코크스 제조법이 개발되고 있다. 연속식 성형 코크스 제조법에서는 건류로로서, 규석 벽돌이 아니라 샤모트(chamotte) 벽돌로 구성되는 수직형 샤프트로를 이용해서, 석탄을 냉간에서 소정의 크기로 성형 후, 수직형 샤프트로에 장입하고, 순환 열매 가스를 이용해서 가열하는 것에 의해 성형탄을 건류하고, 성형 코크스를 제조한다. 수직형 샤프트로에서는 자원 매장량이 풍부하고 저렴한 비미점결탄 (non- or slightly-caking coal)을 다량으로 사용해도, 통상의 실로식 코크스로와 동등한 강도를 갖는 코크스가 제조 가능한 것이 확인되고 있다. 그러나, 사용하는 석탄의 점결성이 높을 경우에는, 샤프트로내에서 성형탄이 연화 융착하여, 샤프트로 조업이 곤란해지는 동시에 변형이나 깨짐 등의 코크스 품질 저하를 초래한다.
연속식 성형 코크스 제조법의 일예로서, 특허문헌 1에 기재된 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는 건류로의 건류실에 직결해서 냉각실을 설치하고, 건류로 노정 가스를 냉각용 가스로서 냉각실의 하부로 도입하며, 해당 냉각실을 통과한 가스의 대부분을 냉각실 상부에서 배출하고, 해당 배출한 가스를 가열용 열매체 가스로서 건류로 중간부의 도입구로 공급한다.
특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 냉각실내의 적열 코크스층을 통과한 가스를 건류로의 냉각실로부터 어떠한 수단으로 흡인하고, 유량과 온도를 조절하며, 또한 저온 건류실 풍구(tuyere) 취입에 필요한 압력으로 승압할 필요가 있다. 그래서, 이 승압을 경제적인 설비에서 실행하기 위해, 노정 가스의 일부를 블로어로 승압하고, 이것을 구동 가스로서 냉각실 출구 가스를 흡인하고, 토출 가스를 저온 건류실 풍구로 공급하는 이젝터(ejector)를 사용하는 방법도 제안되고 있다(특허문헌 2 참조).
도 5는 특허문헌 2에 기재된 제1도를 간략화해서 나타낸 도면이다. 특허문헌 2에 개시된 연속식 성형 코크스 제조법을 도 5에 의거해서 설명한다. 괴성탄(塊成炭)(101)은 저온 건류실(102), 고온 건류실(103), 및 냉각실(104)로 구성되어 있는 수직형 샤프트로(105)의 노정으로부터 노(爐)내에 장입되고, 노내를 강하하는 과정에서 풍구(106, 107)로부터 도입되는 가열용 열매체 가스에 의해 건류된다. 또한, 건류된 괴성탄(101)은 냉각 가스 도입구(108)로부터 도입되고, 배출구(109)로부터 배출되는 냉각용 가스에 의해 냉각되어, 성형 코크스(110)로서 건류로 하부로부터 배출된다.
한편, 노정으로부터 추출된 가스는 직접 쿨러(111) 및 간접 쿨러(112)에서 냉각되고, 도시하지 않는 블로어로 승압되어, 일부는 회수 가스로서 계외(系外)로 이끌어지고, 나머지는 순환 가스로서 계내(系內)를 순환한다. 순환 가스의 일부는 냉각용 가스로서 냉각 가스 도입구(108)로부터 냉각실(104)에 도입된다. 또, 순환 가스의 나머지의 일부는 도시하지 않는 블로어로 승압되고 가열 장치(115)에서 가열된 고온 건류용 열매체 가스로서 풍구(107)로부터 건류로내로 도입된다. 순환 가스의 나머지는 도시하지 않는 블로어, 가열 장치(117)에서 그 압력ㆍ유량ㆍ온도가 조절되고, 이젝터(118)로 그 구동 가스로서 이끌어진다. 이젝터(118)는 배출구 (109)로부터 냉각존(zone) 출구 가스를 흡인하고, 구동 가스와 혼합 후 필요 압력으로 승압하고, 저온 건류용 열매체 가스로서 풍구(106)로부터 건류로내로 도입한다.
일본국 특허공고공보 소56-47234호 일본국 특허공고공보 소60-6390호
연료협회 「코크스 기술 연보」 1958, p.33-51
페로 코크스의 제조 방법으로서, 비특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 괴성화하는 성형 공정과, 그 후, 괴성화된 성형물을 통상의 실로식 코크스로에서 건류해서 페로 코크스의 제품을 얻는 건류 공정을 구비해서 이루어지는 것이 검토되고 있었다.
그러나, 통상의 실로식 코크스로는 규석 벽돌로 구성되어 있으므로, 철광석을 장입한 경우에 철광석이 규석 벽돌의 주성분인 실리카와 반응하고, 저융점의 불빛이 생성되어 규석 벽돌의 손상을 초래한다. 이 때문에 실로식 코크스로에서 페로 코크스를 제조하는 기술은 공업적으로 실시되어 있지 않은 것이 실정이다.
특허문헌 2에 나타난 예는 성형 코크스를 연속적으로 제조할 때에 수직형 샤프트로를 이용한다고 하는 것이고, 페로 코크스를 제조하는 것이 아니다. 그러나, 상술한 바와 같이, 특허문헌 2에 개시된 바와 같은 수직형 샤프트로는 규석 벽돌이 아니라 샤모트 벽돌로 구성되어 있는 것으로부터, 페로 코크스 제조에 이용한 경우에서도 규석 벽돌을 이용하고 있는 통상의 실로식 코크스로와 같은 문제가 발생하지 않는다고 고려된다. 그래서, 페로 코크스를 제조할 때에, 건류 공정을 샤모트 벽돌로 구성되는, 예를 들면 특허문헌 2에 개시된 수직형 샤프트로를 이용하는 것이 고려된다. 그렇지만, 특허문헌 2에 개시된 수직형 샤프트로를 페로 코크스 제조에 적용할 경우에는, 이하에 나타내는 바와 같은 여러 가지의 과제가 남겨져 있다.
우선, 특허문헌 2의 수직형 샤프트로에서는 도 5에 나타내는 바와 같이, 수직형 샤프트로(105)의 본체 도중에 설치된 냉각 가스를 추출하는 배출구(109)로부터 가스를 추출하기 때문에, 이젝터(118) 등을 이용할 필요가 있어, 설비가 복잡해진다. 또, 배출구(109)로부터 배출되는 냉각 가스와, 배출구(109)의 상부에 위치하는 풍구(107)로부터 고온 건류실(103)로 공급되는 고온 건류용 열매체 가스의 가스 균형, 유량 제어 등의 조업 조건이 복잡해진다. 또, 배출구(109)로부터 추출하는 가스는 건류 종료 후의 고온 코크스와의 열교환에 의해서 승온된 고온의 가스이다. 한편, 특허문헌 2의 것에서는, 이 고온 가스를 저온 건류실(102)에 풍구(106)로부터 도입하는 것에 의해 재이용하고 있기 때문에, 그 과정에 있어서 열손실이 발생할 가능성이 있다. 향후의 제철 프로세스에 있어서 에너지 절약화는 불가피하고, 페로 코크스의 제조에 필요한 에너지를 극력 낮게 하는 설계 사상이 필요해지는 것으로부터도 열손실이 발생하는 것은 득책이 아니다.
페로 코크스 제조시에는 석탄의 건류에 더해 산화철의 환원도 실행할 필요가 있고, 성형 코크스 제조에 비해 산화철의 환원이 활발화하는 고온부에서 열량을 요한다. 그 때문에, 특허문헌 2의 성형 코크스 제조와 같이 고온의 가스를 일단, 노 (爐)외로 추출해서, 저온 건류실(102)(건류로 중간부)에서 재이용하는 것에서는 열수지 상, 득책이 아니라고 추측된다. 또, 페로 코크스 제조의 경우는 철함유 물질의 환원을 실행할 필요가 있고, 종래의 성형 코크스 제조 방법을 그대로 이용할 수 없어, 각 풍구의 가스량 분배 등의 조업 제원을 재고할 필요도 있다.
이상과 같이, 특허문헌 2에 개시된 수직형 샤프트로를 페로 코크스 제조시의 건류로로서 이용하기 위해서는 여러 가지의 과제가 남겨져 있다. 그리고, 이와 같은 과제의 일부는 페로 코크스 제조시에 건류로로서 이용하는 경우뿐만 아니라, 예를 들면 석탄, 폐기물 등의 장입물을 연소, 가스화시키는 연소ㆍ가스화 노(爐), 플라스틱이나 바이오매스 등을 가스화하는 가스화 노, 금속 산화물을 환원하는 환원로, 스크랩 등을 용융하는 용융로로서 이용하는 경우에도 공통하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 감안해서 실시된 것으로서, 그 목적은 설비가 단순화되고, 조업 조건도 복잡화하지 않는 수직형 샤프트로를 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은 수직형 샤프트로를 야금용의 페로 코크스의 건류로로서 이용할 때에, 설비나 조업의 간소화, 사용 에너지의 삭감이 가능해지는 페로 코크스 제조 설비 및 페로 코크스의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 수직형 샤프트로는 노정으로부터 장입된 장입물을 연소, 가스화, 건류 혹은 환원해서 목적으로 하는 제품을 연속적으로 제조하는 수직형 샤프트로로서, 노길이 방향의 중심 위치보다 아래쪽에 소정 길이의 고온 균열대를 형성하기 위해, 고온 가스 취입 풍구를 노길이 방향으로 복수단 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 페로 코크스 제조 설비는 상기 발명의 수직형 샤프트로를 구비하고, 해당 수직형 샤프트로의 노정부로부터 탄소함유 물질과 철함유 물질의 성형물을 장입해서, 제품으로서 페로 코크스를 연속적으로 제조하는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 페로 코크스의 제조 방법은 노길이 방향의 중심 위치보다 아래쪽에 소정 길이의 고온 균열대를 형성하기 위해, 노길이 방향으로 복수단 설치되고 고온 가스를 취입하는 고온 가스 취입 풍구와, 상기 노길이 방향의 중심 위치보다 위쪽에 설치되어 저온 가스를 취입하기 위한 저온 가스 취입 풍구와, 상기 고온 가스 취입 풍구의 아래쪽에 설치되어 냉각 가스를 취입하기 위한 냉각 가스 취입 풍구와, 노정부에 설치되고 노내 가스를 배출하는 노내 가스 배출구를 구비한 수직형 샤프트로를 이용해서 페로 코크스를 제조하는 방법으로서, 노정부로부터 탄소함유 물질과 철함유 물질의 성형물을 장입하고, 상기 저온 가스 취입 풍구로부터 성형물을 건류하기 위한 저온 가스를 취입하며, 해당 저온 가스보다 온도가 높은 가스를 고온 가스 취입 풍구로부터 취입하고, 제품으로서의 페로 코크스를 냉각하기 위한 냉각 가스를 냉각 가스 취입 풍구로부터 취입하며, 노정부의 노내 가스 배출구로부터 가스를 배출하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 관한 수직형 샤프트로에 의하면, 설비가 단순화되고, 조업 조건도 복잡화하지 않는 수직형 샤프트로를 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 관한 페로 코크스 제조 설비 및 페로 코크스의 제조 방법으로 의하면, 수직형 샤프트로를 야금용의 페로 코크스의 건류로로서 이용할 때에, 설비나 조업의 간소화, 사용 에너지의 삭감이 가능해지는 페로 코크스 제조 설비 및 페로 코크스의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 도달한 경위를 설명하기 위한 설명도로서, 고온 가스 취입 풍구를 2단으로 한 경우의 일차원 수식 모델에 의한 노내의 성형물의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 도달한 경위를 설명하기 위한 설명도로서, 고온 가스 취입 풍구를 1단으로 한 경우의 일차원 수식 모델에 의한 노내의 성형물의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 1실시의 실시형태에 관한 페로 코크스 제조 설비의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 이용한 페로 코크스 제조 시험 장치의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 5는 특허문헌 2에 개시된 수직형 샤프트로의 개요를 설명하는 설명도이다.
이하, 도면을 참조해서, 본 발명의 1실시형태의 수직형 샤프트로를 페로 코크스 제조 설비로서 사용한 경우를 예로 들어 설명한다.
[발명의 개요]
먼저, 본 발명에 도달한 경위를, 페로 코크스를 제조하는 경우를 예로 들어 이하에 상세하게 설명한다. 본 발명자들은 탄소함유 물질, 철함유 물질 및 바인더를 포함하는 원료를 성형물로 성형하고, 해당 성형물을 건류해서 페로 코크스를 제조할 때에는, 실로식 코크스로가 아니라 냉각 기능도 겸비한 수직형 샤프트로를 이용하는 것이 바람직하다고 고려하였다. 또한, 이하에 있어서는, 탄소함유 물질로서 탄재인 석탄을, 철함유 물질로서 철광석(광석)을 이용해서 설명한다.
페로 코크스 제조에 있어서는 석탄의 건류뿐만 아니라, 함유한 광석의 환원에 열량을 필요로 하고, 성형 코크스 제조의 조업 제원을 그대로 유용할 수 없다고 고려된다. 그래서, 본 발명자들은 건류ㆍ환원에 관한 기초 특성의 조사, 그것에 의거하는 건류로의 시뮬레이션에 의해, 페로 코크스 제조시의 수직형 샤프트로 조업 제원을 검토하였다.
우선, 본 발명자들은 기본적인 특성으로서, 성형물의 건류 과정에 있어서의 철광석의 환원 거동을 조사하였다. 페로 코크스 제조 과정에 있어서의 산화철의 환원은 고체 탄소에 의한 직접 환원(하기 식(1) 참조), 석탄으로부터 발생하는 H2가스 및 CO가스에 의한 가스 환원(하기 식(2), 식(3) 참조)으로 크게 나눌 수 있다.
Fe2O3+3C→2Fe+3CO-ΔH298=-676.1(㎉/㎏-Fe2O3) … (1)
Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O-ΔH298=-142.5(㎉/㎏-Fe2O3) … (2)
Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2-ΔH298=+42.0(㎉/㎏-Fe2O3) … (3)
식(1)의 직접 환원은 큰 흡열 반응을 수반한다. 배치(batch)식의 소형로에 있어서, N2를 유통시키면서 승온하는 것에 의해 석탄과 철광석의 성형물을 건류하고, 배기 가스 조성으로부터 상기의 환원 형태를 해석하였다. 그 결과, 성형물의 온도가 800℃이상에서는 C에 의한 직접 환원(식(1))의 비율이 급증하고, 환원시의 흡열량이 증대하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 페로 코크스 제조에 있어서는 성형물의 온도가 800℃이상의 흡열 반응을 보상하는 바와 같은 조업 설계가 필요해진다.
다음에, 일차원의 수식 모델에 의해 노내의 온도 분포를 추산하였다. 도 1에 냉각 가스 추출 풍구가 없고, 고온 가스 취입 풍구를 2단화 한 본 발명의 페로 코크스 제조 설비를 이용하는 케이스에 대한 계산 결과를 나타낸다. 또, 도 2에 냉각 가스 추출 풍구가 없는, 고온 가스 취입 풍구 1단만의 케이스에 대한 계산 결과를 나타낸다.
도 1 및 도 2는 성형물이 900℃로 되는 영역이 1?2시간으로 되는 목표 온도 분포를 만족시키는 가스 조건을 산출한 결과이다. 도 1에 있어서, A는 저온 가스 취입 풍구 위치이고, 600℃의 가스를 800N㎥/t 취입한다. B는 고온 가스 취입 풍구 위치이고, 990℃의 가스를 950N㎥/t 취입한다. C는 고온 가스 취입 풍구 위치이고, B와 마찬가지로 990℃의 가스를 950N㎥/t 취입한다. D는 냉각 가스 취입 풍구 위치이고, 35℃의 가스를 1987N㎥/t 취입한다. E는 페로 코크스 배출구의 위치이다. 도 2에 있어서, A는 저온 가스 취입 풍구 위치이고, 500℃의 가스를 1200N㎥/t 취입한다. B는 고온 가스 취입 풍구 위치이고, 980℃의 가스를 2400N㎥/t 취입한다. D는 냉각 가스 취입 풍구 위치이고, 35℃의 가스를 1983N㎥/t 취입한다. E는 페로 코크스 배출구의 위치이다.
고온 가스 취입 풍구 1단뿐인 설비의 케이스에 관해서는, 저온 가스 취입 풍구와 고온 가스 취입 풍구 사이에서 성형물이 900℃로 되는 영역에서 1시간 정도 홀딩 가능한 존이 존재한다. 그러나, 이 케이스에서는 고온 가스 취입 풍구에 다량의 가스가 필요해지고, 또한 노정 온도를 소정 온도로 낮추기 위해 저온 가스 취입 풍구로의 가스 공급도 필요해져서 노정 가스량이 많아진다. 이 때문에 노내 압력도 높아져서, 설비적으로도 경제적이라고는 말할 수 없다. 한편, 고온 가스 취입 풍구를 2단화 한 설비의 케이스에 관해서는, 각 풍구의 가스량도 적고, 노내 압력도 낮아져 있다.
이와 같이, 고온 가스 취입 풍구를 2단화해서 노내에 있어서의 고온 가스 취입 풍구 사이에 고온 균열대를 형성하는 것에 의해, 가스량을 적게 해서, 노내 압력을 낮게 억제할 수 있는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 실험 결과에 의해서 얻어진 지견에 의거해서 실시된 것이고, 구체적으로는 이하의 구성을 구비해서 이루어지는 것이다.
[페로 코크스 제조 설비의 구성]
본 실시형태에 있어서는, 수직형 샤프트로를 이용해서 탄소함유 물질과 철함유 물질의 성형물을 연속적으로 건류하고, 코크스중에 금속철을 생성시킨 페로 코크스를 제조한다. 이 페로 코크스 제조 설비는 수직형 샤프트로에 있어서의 노내 가스 배출구 아래쪽의 스톡 라인 레벨(원료 장입 기준 레벨) 이하의 대역이 저온 건류존, 고온 건류존, 냉각존으로 나뉘어 구성된다. 스톡 라인 레벨(원료 삽입 기준 레벨)로부터 저온 가스 취입 풍구까지의 사이를 저온 건류존, 저온 가스 취입 풍구로부터 노길이 방향으로 하단의 고온 가스 취입 풍구까지의 사이를 고온 건류존, 하단의 고온 가스 취입 풍구로부터 냉각 가스 취입 풍구까지의 사이를 냉각존이라고 한다. 이 페로 코크스 제조 설비는 저온 건류존의 하부, 고온 건류존의 중간부 및 하부, 냉각존의 하부의 4개소로부터 열매체 가스를 공급하고, 노내 가스는 노정부만으로부터 배출하는 구조로 한다. 이와 같이 해서, 이 페로 코크스 제조 설비는 종래의 성형 코크스 제조시에는 설치되어 있던 냉각 가스 추출 풍구를 없애는 것에 의해 설비를 간소화하였다.
도 3에 본 실시형태에 관한 페로 코크스 제조 설비의 구성을 예시한다. 본 실시형태에 관한 페로 코크스 제조 설비에 이용하는 수직형 샤프트로(1)는 샤프트로 본체(3)에 있어서의 저온 건류존(5a)과 고온 건류존(5b)으로 이루어지는 건류존(5)에서 성형물의 건류와 환원을 실행하고, 하부의 냉각존(7)에서 페로 코크스의 냉각을 실행한다. 수직형 샤프트로(1)는 샤프트로 본체(3)의 측쪽으로서, 저온 건류존(5a)의 하부에 상당하는 위치에 저온 가스 취입 풍구(9)를 갖는다. 수직형 샤프트로(1)는 샤프트로 본체(3)의 측쪽으로서, 고온 건류존(5b)의 중간부 및 하부에 상당하는 위치에 고온 가스 취입 풍구(11, 13)를 갖는다. 수직형 샤프트로(1)는 샤프트로 본체(3)의 측쪽으로서, 냉각존(7)의 하부에 상당하는 위치에 냉각 가스 취입 풍구(15)를 갖는다. 수직형 샤프트로(1)는 샤프트로 본체(3)의 노정부에 성형물의 장입구(17)와 노내 가스를 배출하는 노내 가스 배출구(19)를 갖는다. 수직형 샤프트로(1)는 샤프트로 본체(3)의 하부에 페로 코크스를 배출하는 페로 코크스 배출구(21)를 갖고 있다.
샤프트로 본체(3)의 위쪽에는 장입구(17)에 장입물을 장입하기 위한 성형물 장입 장치(23)가 설치되어 있다. 노내 가스 배출구(19)에 접속되는 배출 가스 배관에는 제 1 순환 가스 냉각 장치(25), 제 2 순환 가스 냉각 장치(27)가 접속되어 있다. 제 2 순환 가스 냉각 장치(27)에서 냉각된 순환 가스를 저온 가스로서 이용하기 위해 저온 가열하는 저온 가스 가열 장치(29)와, 제 2 순환 가스 냉각 장치 (27)에서 냉각된 순환 가스를 고온 가스로서 이용하기 위해 고온 가열하는 고온 가스 가열 장치(31)를 구비하고 있다.
[페로 코크스의 제조 방법]
상기와 같이 구성된 페로 코크스 제조 설비를 이용해서 페로 코크스를 제조하는 페로 코크스의 제조 방법에 대해 설명한다. 페로 코크스를 제조할 때에는 성형물 장입 장치(23)가, 탄소함유 물질과 철함유 물질로부터 생성된 성형물을 샤프트로 본체(3)의 장입구(17)로부터 장입한다. 장입된 성형물은 건류존(5)에서 건류된 후에 냉각존(7)에서 냉각되고, 샤프트로 본체(3) 하부의 페로 코크스 배출구 (21)로부터 페로 코크스로서 배출된다. 저온 가스 가열 장치(29)가 저온 가스 취입 풍구(9)로부터, 성형물을 건류하기 위한 가열 가스(저온 가스)를 취입한다. 고온 가스 가열 장치(31)가 고온 가스 취입 풍구(11, 13)로부터, 성형물을 건류하기 위한 가열 가스(고온 가스)를 취입한다. 고온 가스 취입 풍구(11, 13)로부터 취입되는 고온 가스는, 저온 가스 취입 풍구(9)로부터 취입되는 저온 가스보다 온도가 높은 가스로 한다. 고온 가스 취입 풍구(11, 13)로부터 취입되는 고온 가스는 대략 온도가 동일한 가스로 하는 것에 의해, 노내에 있어서의 고온 가스 취입 풍구 사이에 고온의 균열대를 형성한다. 제 2 순환 가스 냉각 장치(27)가, 페로 코크스를 냉각하기 위한 냉각 가스를 냉각 가스 취입 풍구(15)로부터 취입한다. 취입된 가스는 노정부의 노내 가스의 배출구만으로부터 배출된다. 저온 가스 취입 풍구(9)는 노길이 방향의 중심 위치보다 위쪽에 설치되고, 그 아래쪽에 고온 가스 취입 풍구(11, 13), 냉각 가스 취입 풍구(15)가 설치된다.
노내의 높이 방향에 있어서 소정의 길이를 갖는 고온 균열대(5c)를 형성하기 위한 고온 가스 취입 풍구(11, 13)는 노길이 방향의 중심 위치보다 아래쪽에 설치된다. 고온 가스 취입 풍구(11, 13)의 사이에 형성되는 고온 균열대(5c)의 소정의 길이는 스톡 라인 레벨(원료 장입 기준 레벨)로부터 페로 코크스 배출구(21)까지의 길이의 8?33%로 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 고온 균열대(5c)의 높이 방향에 있어서의 길이가 노길이의 8%미만의 경우, 석탄의 건류 및 광석을 환원하기 위해 필요한 열량이 얻어지지 않고 생산성이 나빠진다. 한편, 고온 균열대(5c)의 높이 방향에 있어서의 길이가 노길이의 33%를 초과하는 경우, 저온 건류존(5a)에서의 승온 속도가 급격히 커지기 때문에 열균열이 발생하고, 또한 냉각존(7)에서의 냉각이 불충분하게 되어, 페로 코크스 배출구(21) 이후에서의 냉각 설비가 별도로 필요해지기 때문에 경제적이지 않다.
저온 가스 취입 풍구(9)로부터 취입되는 저온 가스는 노정 가스 온도 및 샤프트로내의 고체의 승온 속도 조정을 위해 취입되는 가스이고, 400?700℃ 정도로 하는 것이 바람직하다. 고온 가스 취입 풍구(11, 13)로부터 취입되는 고온 가스는 고체의 최고 온도로의 승온을 위해 취입되는 가스이고, 800?1000℃ 정도로 하는 것이 바람직하다. 냉각 가스 취입 풍구(15)로부터 취입되는 냉각 가스는 노내에서의 건류에 의해 제조된 페로 코크스를 냉각하기 위해 취입되는 가스이고, 25?80℃ 정도로 하는 것이 바람직하다.
노정부의 노내 가스 배출구(19)로부터 배출된 노내 가스는 제 1 순환 가스 냉각 장치(25), 제 2 순환 가스 냉각 장치(27)에 의해 냉각되어, 일부는 저온 가스 가열 장치(29)에 의해 가열되고 저온 가스 취입 풍구(9)로부터 노내에 취입된다. 일부는 고온 가스 가열 장치(31)에 의해 가열되고 고온 가스 취입 풍구(11, 13)로부터 노내에 취입된다. 잔부는 냉각 가스 취입 풍구(15)로부터 노내에 취입된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는 높이가 다른 위치에 설치된 4단 풍구를 갖고, 노정부 이외에 가스의 배출구를 갖고 있지 않은 수직형 샤프트로(1)를 이용한다. 저온 건류존(5a)의 하부에 설치된 저온 가스 취입 풍구(9)로부터 저온 가스를 취입한다. 고온 건류존(5b)의 중간부 및 하부에 설치된 고온 가스 취입 풍구(11, 13)로부터 고온 가스를 취입한다. 냉각존(7)의 하부에 설치된 냉각 가스 취입 풍구(15)로부터 냉각 가스를 취입한다. 이와 같이 해서, 탄소함유 물질과 철함유 물질의 성형물을 연속적으로 건류해서 페로 코크스를 제조한다.
본 실시형태에서는 노내 가스의 배출은 노정부만으로 하고 있으므로, 특허문헌 2에 나타난 것과 같이 이젝터에서 추출한 가스와 노정으로부터의 가스를 혼합해서 가열용 열매체 가스로서 샤프트로내로 재차 되돌린다고 하는 복잡한 일을 할 필요가 없다. 노내의 가스의 흐름도 노(爐)하부에서 노상부로의 한방향으로 되어 설비적으로도 간편해지고, 냉각 가스 취입 풍구(15)의 가스 온도 조정을 위한 가스 유량 조정 등 복잡한 조업을 실행할 필요도 없다. 본 실시형태에서는 고온 가스 취입 풍구를 2단으로 하는 것에 의해서, 노내에 있어서의 고온 가스 취입 풍구 사이는 높이 방향으로 고온 균열대(5c)가 형성되고, 석탄의 건류에 더해 산화철의 환원도 실행할 필요가 있는 페로 코크스의 제조에 적합한 구조라고 말할 수 있다.
상기의 실시형태에서는, 고온 가스 가열 장치(31)에 의해서 가열된 고온 가스를 도중에서 분기(分岐)하여 고온 가스 취입 풍구(11, 13)의 각각에 공급하도록 하고 있다. 그 때문에, 각 고온 가스 취입 풍구(11, 13)에 공급되는 가스 온도는 대략 동일해지고, 노내에 있어서도 고온 가스 취입 풍구 사이에 고온 균열대(5c)를 용이하게 형성할 수 있다. 고온 가스 취입 풍구(11, 13)로부터 동일 온도의 가스를 취입했다고 해도, 장입물은 위쪽으로부터 열의 공급을 받으면서 아래쪽으로 이동하는 동시에, 철광석의 환원 반응이 생긴다. 그 때문에, 노내의 상부에서 하부의 쪽이 약간 고온이 되어, 엄밀하게는 노내의 상하에서 온도 구배가 생긴다. 따라서, 본 명세서에서 고온 균열대를 형성한다고 칭하고 있는 것은 엄밀하게 동일 온도 영역을 형성한다고 하는 취지가 아니고, 장입물의 최고 온도로의 승온을 위해 필요한 온도 영역으로서의 의의가 있는 온도 영역을 형성한다고 하는 취지이다. 예를 들면, 장입물의 온도가 800?1000℃ 정도의 범위에 있으면 좋다.
고온 가스 취입 풍구(11, 13)로부터 취입하는 고온 가스는 동일 온도일 필요는 없다. 예를 들면, 상측의 고온 가스 취입 풍구(11)로부터 취입하는 가스 온도를 하측의 고온 가스 취입 풍구(13)로부터 취입하는 가스 온도보다 고온으로 해도 좋다. 가스 온도의 조정 방법으로서는, 예를 들면 비교적 저온측의 풍구(13)측으로부터 취입하는 고온 가스에, 취입 전에 저온 가스를 혼입시켜 취입 온도를 조정하도록 하면 좋다. 구체적으로는, 저온 가스 가열 장치(29)로부터 토출되는 저온 가스의 일부를, 풍구(13)에 공급하는 고온 가스에 혼입하기 위한 배관을 설치하고, 해당 배관에 유량 조정 밸브를 설치하도록 하면 좋다. 이와 같은 유량 조정 밸브나 배관이 본 발명의 유량 조정 장치로서 기능한다.
고온 가스 취입 풍구(11, 13)로부터 취입하는 고온 가스의 유량도 동일할 필요는 없다. 소정의 온도 영역을 형성하기 위해 고온 가스 취입 풍구(11, 13)에 가스 유량 편차를 부착해도 좋다. 가스 유량 편차를 설치하는 방법으로서는 풍구(11, 13)에 고온 가스를 공급하는 배관에 유량 조정 밸브를 설치하도록 하면 좋다. 이 유량 조정 밸브가 본 발명의 유량 조정 장치로서 기능한다.
풍구(11, 13)로부터 취입하는 고온 가스의 유량이나 온도를 조정 가능하게 함으로써, 노내의 성형물의 온도 제어가 가능해진다. 온도 제어를 더욱 확실하게 실행하기 위해 풍구 사이에 가스 온도를 계측하는 온도 계측 장치를 설치하고, 해당 온도 계측 장치의 계측값에 의거해서 풍구(11, 13)로부터 취입하는 고온 가스의 유량이나 온도를 조정하도록 하는 것이 바람직하다. 성형물의 온도를 계측하는 온도 계측 장치의 예로서는, 장입물의 낙하에 의한 손상을 피하기 위해, 노벽 근방에 열전대 등을 삽입하도록 한 것을 들 수 있다.
가스 유량을 조정 가능하게 함으로써, 하기에 나타내는 바와 같은 조업이 가능해진다. 페로 코크스의 냉각을 촉진하기 위해, 하측의 고온 가스 취입 풍구 (13)에 취입하는 가스 유량을, 상측의 고온 가스 취입 풍구(11)에 취입하는 가스 유량보다 낮게 하고, 소정의 온도 영역을 위쪽에 형성시키며, 냉각존(7)을 노길이 방향으로 길게 취할 수도 있다. 고온 가스 취입 풍구를 2단으로 하는 것에 의해서, 결과적으로 취입하는 전체 가스 유량을 억제하고, 가스 처리계의 설비 규모를 작게 하는 것이 가능해진다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 관한 수직형 샤프트로는 노길이 방향의 중심 위치보다 아래쪽에 소정 길이의 고온 균열대를 형성하기 위해, 고온 가스 취입 풍구를 노길이 방향으로 복수단 설치하였다. 이것에 의해, 처리 대상으로 하는 장입물이 환원 등의 반응에 있어서 큰 흡열 반응을 수반하는 경우라도, 이와 같은 흡열 반응을 보상하는 열량을 공급할 수 있고, 목적으로 하는 제품을 안정되게 제조할 수 있다. 본 발명에 관한 페로 코크스 제조 설비에 의하면, 설비, 조업의 간략화 및 에너지 소비의 저감을 실현하고, 페로 코크스 제조를 연속적으로 실행할 수 있다. 이것에 의해 반응성이 높은 페로 코크스를 고로 조업에 이용할 수 있고, 환원재비(比) 저감의 효과가 있다.
[실시예]
본 발명의 효과를 확인하기 위해, 도 4에 나타낸 페로 코크스 제조 시험 장치를 이용해서, 고온 가스 취입 풍구가 2단일 경우와 1단일 경우에 대한 페로 코크스의 제조 시험을 실시하였다. 도 4에 있어서 도 1과 동일 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 도 4에 나타낸 수직형 샤프트로(1)는 전체 길이가 13.0m, 노 (爐)상단면으로부터 스톡 라인 레벨까지가 0.65m, 스톡 라인 레벨로부터 저온 가스 취입 풍구(9)의 중심까지가 3.5m, 저온 가스 취입 풍구(9)의 중심으로부터 상단의 고온 가스 취입 풍구(11)의 중심까지가 3.0m, 고온 가스 취입 풍구(11)의 중심으로부터 하단의 고온 가스 취입 풍구(13)의 중심까지가 2.0m, 하단의 고온 가스 취입 풍구(13)의 중심으로부터 냉각 가스 취입 풍구의 중심까지가 2.85m, 냉각 가스 취입 풍구의 중심으로부터 배출구(21)까지가 1.0m로 설정되어 있다. 수직형 샤프트로(1)의 단면적은 1.67㎡, 장입물의 강하 속도는 1.6m/h였다. 표 1에 페로 코크스 제조에 있어서의 조업 제원을, 표 2에 제조한 페로 코크스의 성상을 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
이번의 페로 코크스 제조 시험 장치에서의 온도, 강하 속도에서는 건류 후의 강도를 드럼 강도 지수로 나타내고, DI150/6(150 회전 후의 6㎜ 지수)의 목표값을 82로 하고 있다. 또, 환원율의 목표값은 80%로 하고 있다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 고온 가스 취입 풍구를 2단화 한 것에서는 강도, 환원율 모두 목표값을 초과하고 있지만, 고온 가스 취입 풍구가 1단에서는 강도에 관해서는 목표값을 초과하고 있지만, 환원율에서는 목표값에 이르고 있지 않다. 이것은 900℃의 온도역에서의 체류 시간이 충분히 확보될 수 없고, 그 결과, 환원율이 낮은 값에 그치는 것이라고 추측된다.
본 실험으로부터, 고온 가스 취입 풍구를 2단으로 해서, 고온 균열대를 노내에 형성함으로써, 큰 흡열 반응을 수반하는 페로 코크스 제조를 안정되게 실행할 수 있는 것이 확인되었다.
상기의 예에서는 고온 가스 취입 풍구를 2단으로 하는 예를 나타냈지만, 고온 가스 취입 풍구를 3단 이상 설치하도록 해도 좋다. 상기의 예에서는, 고온 균열대를 형성하기 위한 고온 가스 취입 풍구(11, 13)를 노길이 방향의 중심 위치보다 아래쪽에 설치하는 예를 나타냈지만, 고온 균열대가 노길이 방향 중심 위치보다 아래쪽에 형성되는 것이면, 예를 들면 고온 가스의 취입 방향을 제어하는 것에 의해, 상측의 고온 가스 취입 풍구(11)가 노길이 방향 중심 위치 이상의 높이에 있어도 좋다.
상기의 실시예의 결과로부터, 고온 가스 취입 풍구를 2단으로 해서 고온 균열대를 형성하는 것에 의한 효과는 수직형 샤프트로를 페로 코크스 제조시에 건류로로서 이용하는 경우에만 얻어지는 것이 아니다. 그 효과는 예를 들면 석탄, 폐기물 등의 장입물을 연소, 가스화시키는 연소ㆍ가스화 노, 플라스틱이나 바이오매스 등을 가스화하는 가스화 노, 금속 산화물을 환원하는 환원로, 스크랩 등을 용융하는 용융로로서 이용하는 경우에도 얻어지는 것이다.
이상, 본 발명자에 의해서 실시된 발명을 적용한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 실시형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 기술 및 도면에 의해 본 발명은 한정되는 일은 없다. 즉, 본 실시형태에 의거해서 당업자들에 의해 실시되는 다른 실시형태, 실시예 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은 노정으로부터 장입된 장입물을 연소, 가스화, 건류 혹은 환원해서 목적으로 하는 제품을 연속적으로 제조하는 수직형 샤프트로, 및 해당 수직형 샤프트로를 구비해서 페로 코크스를 제조하는 페로 코크스 제조 설비, 페로 코크스의 제조 방법에 적용할 수 있다.
1; 수직형 샤프트로 3; 샤프트로 본체
5; 건류존 5a; 저온 건류존
5b; 고온 건류존 5c; 고온 균열대
7; 냉각존 9; 저온 가스 취입 풍구
11, 13; 고온 가스 취입 풍구 15; 냉각 가스 취입 풍구
17; 장입구 19; 노내 가스 배출구
21; 페로 코크스 배출구 23; 성형물 장입 장치
25; 제 1 순환 가스 냉각 장치 27; 제 2 순환 가스 냉각 장치
29; 저온 가스 가열 장치 31; 고온 가스 가열 장치

Claims (10)

  1. 노정으로부터 장입된 장입물을 연소, 가스화, 건류 혹은 환원해서 목적으로 하는 제품을 연속적으로 제조하는 수직형 샤프트로로서,
    노길이 방향의 중심 위치보다 아래쪽에 소정 길이의 고온 균열대를 형성하기 위해, 고온 가스 취입 풍구를 노길이 방향으로 복수단 설치한 것을 특징으로 하는 수직형 샤프트로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수단 설치한 고온 가스 취입 풍구에 공급하는 고온 가스의 유량을 조정하는 유량 조정 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 수직형 샤프트로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수단 설치한 고온 가스 취입 풍구에 공급하는 고온 가스의 온도를 조정하는 가스 온도 조정 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 수직형 샤프트로.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 고온 균열대의 온도를 계측하는 온도 계측 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 수직형 샤프트로.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 노길이 방향의 중심 위치보다 위쪽에 저온 가스를 취입하기 위한 저온 가스 취입 풍구를 설치한 것을 특징으로 하는 수직형 샤프트로.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 고온 가스 취입 풍구의 단수를 2단으로 한 것을 특징으로 하는 수직형 샤프트로.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 고온 가스 취입 풍구의 아래쪽에 설치되어 냉각 가스를 취입하는 냉각 가스 취입 풍구와, 노정부에만 설치되어 노내 가스를 배출하는 노내 가스 배출구를 구비한 것을 특징으로 하는 수직형 샤프트로.
  8. 청구항 1 내지 7 중의 어느 한 항에 기재된 수직형 샤프트로를 구비하고, 해당 수직형 샤프트로의 노정부로부터 탄소함유 물질과 철함유 물질의 성형물을 장입하고, 제품으로서 페로 코크스를 연속적으로 제조하는 것을 특징으로 하는 페로 코크스 제조 설비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 노내 가스 배출구로부터 배출된 가스를, 저온 가스 취입 풍구와, 고온 가스 취입 풍구와, 냉각 가스 취입 풍구로부터 샤프트로내에 취입하도록 한 배출 가스의 순환 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 페로 코크스 제조 설비.
  10. 노길이 방향의 중심 위치보다 아래쪽에 소정 길이의 고온 균열대를 형성하기 위해, 노길이 방향으로 복수단 설치되고 고온 가스를 취입하는 고온 가스 취입 풍구와, 상기 노길이 방향의 중심 위치보다 위쪽에 설치되어 저온 가스를 취입하기 위한 저온 가스 취입 풍구와, 상기 고온 가스 취입 풍구의 아래쪽에 설치되어 냉각 가스를 취입하기 위한 냉각 가스 취입 풍구와, 노정부에 설치되고 노내 가스를 배출하는 노내 가스 배출구를 구비한 수직형 샤프트로를 이용해서 페로 코크스를 제조하는 페로 코크스의 제조 방법으로서,
    노정부로부터 탄소함유 물질과 철함유 물질의 성형물을 장입하고, 상기 저온 가스 취입 풍구로부터 성형물을 건류하기 위한 저온 가스를 취입하며, 해당 저온 가스보다 온도가 높은 가스를 고온 가스 취입 풍구로부터 취입하고, 제품으로서의 페로 코크스를 냉각하기 위한 냉각 가스를 냉각 가스 취입 풍구로부터 취입하며, 노정부의 노내 가스 배출구로부터 가스를 배출하도록 한 것을 특징으로 하는 페로 코크스의 제조 방법.
KR1020127024775A 2010-03-29 2011-03-28 수직형 샤프트로, 페로 코크스 제조 설비, 및 페로 코크스의 제조 방법 KR101475582B1 (ko)

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