KR20150059784A

KR20150059784A - 소결기의 산소-기체 연료 공급 장치

Info

Publication number: KR20150059784A
Application number: KR1020157010483A
Authority: KR
Inventors: 유지 이와미; 카츠히로 이와사키
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2015-06-02
Also published as: EP2924132A1; AU2012395098B2; PH12015501006A1; CN104797720B; CN104797720A; AU2012395098A1; WO2014080450A1; EP2924132B1; EP2924132A4

Abstract

점화로 하류의 원료 장입층 상방에 설치된 후드 내의 대기 중에 산소를 분출하여 부화(富化)하고, 또한, 연소 하한 농도 이하로 희석한 기체 연료를 공급하여 이루어지는 공기를 펠릿하에 배치한 윈드 박스에서 흡인하여 장입층 내에 도입하고, 장입층 내에 있어서 상기 기체 연료와 탄재를 연소시켜 소결광을 제조하는 소결기의 산소-기체 연료 공급 장치로서, 상기 후드 내에는, 후드의 높이 방향 중간부에, 산형(chevron) 형상의 판재를 수평 방향으로 간극을 갖고 복수열, 또한 수직 방향으로 상기 간극이 지그재그 형상이 되도록 복수단 배열한 방해판이 배치되어 이루어지며, 상기 방해판의 하방에는, 기체 연료를 공기 중에 공급하는 기체 연료 공급 배관이 배치되고, 상기 방해판의 상방에는, 적어도 후드 내에 배치되어 이루어지는 부분이 구리 합금제 및/또는 Ni 합금제의 산소 공급 배관이 배치되어 이루어지는 산소-기체 연료 공급 장치.

Description

소결기의 산소-기체 연료 공급 장치{OXYGEN-GAS FUEL SUPPLY DEVICE FOR SINTERING MACHINE}

본 발명은, 산소를 부화(富化)하고, 기체 연료를 공급함으로써, 고품질의 고로(高爐) 원료용 소결광을 제조하는 하방 흡인식의 드와이트로이드 소결기에 있어서의 산소-기체 연료 공급 장치에 관한 것이다.

고로 제선법의 주원료인 소결광은, 일반적으로, 도 1에 나타내는 바와 같은 공정을 거쳐 제조된다. 소결광의 원료는, 철광석분(粉)이나 소결광 체하분, 제철소 내에서 발생한 회수분, 석회석 및 드로마이트 등의 CaO계 함유 부(副)원료, 생석회 등의 조립 조제(granulation auxiliary agent), 코크스분이나 무연탄 등이며, 이들 원료는, 호퍼(1…)의 각각으로부터, 컨베이어 상에 소정의 비율로 절출된다. 절출된 원료는, 드럼 믹서(2 및 3) 등에 의해 적당량의 물이 더해져, 혼합, 조립되어, 평균 지름이 3∼6㎜의 의사 입자인 소결 원료가 된다. 이 소결 원료는, 그 후, 소결기 상에 배치되어 있는 서지 호퍼(4, 5)로부터 드럼 피더(6)와 절출 슈트(7)를 통하여, 무단(無端) 이동식의 소결기 펠릿(8) 상에 400∼800㎜의 두께로 장입되어, 소결 베드라고도 불리는 장입층(9)을 형성한다. 그 후, 장입층(9)의 상방에 설치된 점화로(10)에서 장입층 표층의 탄재에 점화됨과 함께, 펠릿(8)의 바로 아래에 배치된 윈드 박스(11)를 통하여 장입층 상방의 공기를 하방으로 흡인함으로써, 장입층 내의 탄재를 순차 연소시키고, 이때에 발생하는 연소열로 상기 소결 원료를 용융하여 소결 케익을 얻는다. 이와 같이 하여 얻은 소결 케익은, 그 후, 파쇄, 정립(整粒)되어, 약 5mm 이상의 괴성물이, 성품(成品) 소결광으로서 회수되어, 고로에 공급된다.

상기 제조 프로세스에 있어서, 점화로(10)에 의해 점화된 장입층 내의 탄재는, 그 후, 장입층 내를 상층으로부터 하층을 향하여 흡인되는 공기에 의해 연소를 계속하고, 두께 방향으로 폭을 가진 연소·용융대(이후, 단순히 「연소대」라고도 함)를 형성한다. 이 연소대의 용융 부분은, 상기 흡인되는 공기의 흐름을 저해하기 때문에, 소결 시간이 연장되어 생산성이 저하되는 요인이 된다. 또한, 이 연소대는, 펠릿(8)이 하류측으로 이동함에 수반하여 점차 장입층의 상층으로부터 하층으로 이행하고, 연소대가 통과한 후에는, 소결 반응이 완료된 소결 케익층(이후, 단순히 「소결층」이라고도 함)이 생성된다. 또한, 연소대가 상층으로부터 하층으로 이행하는 데에 수반하여, 소결 원료 중에 포함되는 수분은, 탄재의 연소열로 기화되어, 아직 온도가 상승되어 있지 않은 하층의 소결 원료 중에 농축되어, 습윤대를 형성한다. 이 수분 농도가 어느 정도 이상이 되면, 흡인 가스의 유로가 되는 소결 원료의 입자 간의 공극이 수분으로 메워져, 용융대와 동일하게, 통기 저항을 증대시키는 요인이 된다.

도 2는, 두께가 600㎜인 장입층 안을 이동하는 연소대가, 장입층 내의 펠릿 상 약 400㎜의 위치(장입층 표면으로부터 200㎜ 아래)에 있을 때의, 장입층 내의 압손과 온도의 분포를 나타낸 것이며, 이때의 압손 분포는, 습윤대에 있어서의 것이 약 60％, 연소대에 있어서의 것이 약 40％인 것을 나타내고 있다.

그런데, 소결기의 생산량(t/hr)은, 일반적으로, 생산율(t/hr·㎡)×소결기 면적(㎡)에 의해 결정된다. 즉, 소결기의 생산량은, 소결기의 기폭(機幅)이나 기장(機長), 원료 장입층의 두께, 소결 원료의 부피 밀도, 소결(연소) 시간, 수율 등에 따라 변화한다. 따라서, 소결광의 생산량을 증가하려면, 장입층의 통기성(압손)을 개선하여 소결 시간을 단축하거나, 혹은, 파쇄 전의 소결 케익의 냉간 강도를 높여 수율을 향상하는 것 등이 유효하다고 생각되고 있다.

도 3은, 소결광의 생산성이 높을 때와 낮을 때, 즉, 소결기의 펠릿 이동 속도가 빠를 때와 늦을 때의 장입층 내의 어느 점에 있어서의 온도와 시간의 추이를 나타낸 것이다. 소결 원료의 입자가 용융되기 시작하는 1200℃ 이상의 온도로 보존유지되는 시간은, 생산성이 낮은 경우는 T₁, 생산성이 높은 경우는 T₂로 나타나 있다. 생산성이 높을 때는 펠릿의 이동 속도가 빠르기 때문에, 고온영역 보존유지 시간 T₂가, 생산성이 낮을 때의 T₁과 비교하여 짧아진다. 그러나, 1200℃ 이상의 고온에서의 보존유지 시간이 짧아지면 소성 부족이 되어, 소결광의 냉간 강도가 저하되며, 수율이 저하되어 버린다. 따라서, 고강도의 소결광을, 단시간에 또한 고수율로, 생산성 좋게 제조하기 위해서는, 어떠한 수단을 강구하여, 1200℃ 이상의 고온에서 보존유지되는 시간을 연장하고, 소결광의 냉간 강도를 높여줄 필요가 있다.

도 4는, 점화로에서 점화된 장입층 표층의 탄재가, 흡인되는 공기에 의해 연소를 계속하여 연소대를 형성하고, 이것이 장입층의 상층으로부터 하층으로 순차 이동하여, 소결 케익이 형성되어 가는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 또한, 도 5(a)는, 상기 연소대가, 도 4에 나타낸 굵은 틀 내에 나타낸 장입층의 상층부, 중층부 및 하층부의 각 층 내에 존재하고 있을 때의 온도 분포를 개략적으로 나타낸 것이다. 소결광의 강도는, 1200℃ 이상의 온도로 보존유지되는 온도와 시간의 곱에 영향을 받고, 그 값이 클수록 소결광의 강도는 높아진다. 그 때문에, 장입층 내의 중층부 및 하층부는, 장입층 상층부의 탄재의 연소열이 흡인되는 공기에 의해 운반되어 예열되기 때문에, 고온도로 장시간에 걸쳐 보존유지되는 것에 대하여, 장입층 상층부는, 예열되지 않는 만큼, 연소열이 부족하여, 소결에 필요한 연소 용융 반응(소결 반응)이 불충분해지기 쉽다. 그 결과, 장입층의 폭방향 단면 내에 있어서의 소결광의 수율 분포는, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 장입층 상층부일수록 수율이 낮아진다. 또한, 펠릿 양(兩) 폭 단부도, 펠릿 측벽으로부터의 방열이나, 통과하는 공기량이 많은 것에 따른 냉각에 의해, 소결에 필요한 고온영역에서의 보존유지 시간을 충분히 확보하지 못하여, 역시 수율이 낮아진다.

이들 문제에 대하여, 종래는, 소결 원료 중에 첨가되어 있는 탄재(분 코크스)량을 증량하는 것이 행해져 왔다. 그러나, 코크스의 첨가량을 증가시킴으로써, 도 6에 나타낸 바와 같이, 소결층 내의 온도를 높여 1200℃ 이상으로 보존유지되는 시간을 연장할 수 있기는 하지만, 그와 동시에, 소결시의 최고 도달 온도가 1400℃를 초과하게 되어, 이하에 설명하는 이유에 의해, 소결광의 피환원성(reducibility)이나 냉간 강도의 저하를 초래하게 된다.

비특허문헌 1에는, 소결 과정에서 소결광 중에 생성되는 각종 광물의 인장 강도(냉간 강도)와 피환원성에 대해서, 표 1과 같이 나타나 있다. 그리고, 소결 과정에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 1200℃에서 융액이 생성되기 시작하여, 소결광의 구성 광물 중에서 가장 고강도이고, 피환원성도 비교적 높은 칼슘 페라이트가 생성된다. 이것이, 소결 온도로서 1200℃ 이상을 필요로 하는 이유이다. 그러나, 더욱 승온이 진행되어 1400℃를 초과하고, 정확하게는 1380℃를 초과하게 되면, 칼슘 페라이트는, 냉간 강도와 피환원성이 가장 낮은 비정질 규산염(칼슘 실리케이트)과, 환원분화되기 쉬운 해정 형상(skeleton-crystal form) 2차 헤마타이트로 분해되기 시작한다. 또한, 소결광의 환원분화의 기점이 되는 2차 헤마타이트는, 광물 합성 시험의 결과로부터, 도 8의 상태도에 나타낸 바와 같이, Mag.ss＋Liq.영역까지 승온하고, 냉각했을 때에 석출되기 때문에, 상태도 상에 나타낸 (1)의 경로가 아니라, (2)의 경로를 통하여 소결광을 제조하는 것이, 환원분화를 억제함에 있어서 중요하다고 하고 있다.

즉, 비특허문헌 1에는, 소결광의 품질을 확보함에 있어서, 연소시의 최고 도달 온도나 고온영역 보존유지 시간 등의 제어가 매우 중요한 관리 항목이며, 이들 제어 여하에 따라 소결광의 품질이 거의 결정되는 것이 개시되어 있다. 따라서, 환원분화성(RDI)이 우수하고 또한 고강도이고 피환원성이 우수한 소결광을 얻기 위해서는, 1200℃ 이상의 온도에서 생성한 칼슘 페라이트를, 칼슘 실리케이트와 2차 헤마타이트로 분해시키지 않는 것이 중요하고, 그러기 위해서는, 소결시에 있어서의 장입층 내의 최고 도달 온도를 1400℃ 초과, 바람직하게는 1380℃ 초과로 하는 일 없이, 장입층 내의 온도를 1200℃(칼슘 페라이트의 고상선(固相線) 온도) 이상으로 장시간 보존유지하는 것이 필요하다. 이후, 본 발명에서는, 상기 1200℃ 이상 1400℃ 이하의 온도영역에 보존유지되는 시간을, 「고온영역 보존유지 시간」이라고 칭하는 것으로 한다.

또한, 전술한 장입층 상층부의 수율 저하를 개선하여, 생산성을 향상하고자 하는 기술에 대해서는, 종래부터 몇 가지 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 소결광을 제조할 때에 있어서, 소결 원료 중에 첨가한 코크스에 더하여, 소결 원료에 흡인되는 공기 중에 발열성 가스를 첨가하고, 이것을 소결대에서 연소시킴으로써, 소결광의 강도나 생산율, 성품 수율의 향상을 도모하는 기술이 제안되고 있다. 그러나, 이 특허문헌 1의 기술은, 코크스와 기체 연료를 연소시킴으로써 소결시의 최고 도달 온도를 높여, 소결광의 강도나 생산율, 수율의 향상을 도모하고 있기 때문에, 성품 소결광의 피환원성(RI)의 악화를 초래한다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 장입층 상층부를 충분히 소성한 시점에서, 장입층에 공급하는 산소 함유 가스의 질량 유량을, 장입층 상층부를 소성하는 범위에 있어서 공급하는 산소 함유 가스의 질량 유량의 1.01∼2.6배로 하여, 장입층 내의 차압을 증가시키고, 연소 용융대의 이행 속도를 극단으로 가속하여, 생산율을 증대함과 함께 제품 수율 및 품질이 우수한 제품을 얻는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 이 특허문헌 2의 기술은, 장입층의 층두께의 증가나 펠릿 이동 속도의 증가가 가능해져, 소결기의 생산율을 향상시킬 수 있지만, 그것은, 연소 용융대의 이동 속도와 최고 도달 온도를 높이는 것으로도 되기 때문에, 역시, 성품 소결광의 피환원성의 악화를 초래한다는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 펠릿 상의 장입층의 상층부가 소결하는 동안에, 장입층에 흡인되는 연소용 공기 중의 산소 농도를 35％ 이상으로 부화하여 소결함으로써, 생산성 및 성품 수율을 향상시키는 산소 부화 조업 방법이 제안되고 있다. 그러나, 이 특허문헌 3의 기술은, 연소 공기 중의 산소 농도를 35％ 이상으로 부화함으로써, 코크스의 연소성을 향상하여, 최고 도달 온도의 상승을 도모하고 있기는 하지만, 연소성이 향상되는 만큼, 소결에 필요한 1200℃ 이상의 고온영역 보존유지 시간이 부족해진다는 문제가 있다.

그래서, 발명자들은, 상기 문제점을 해결하는 기술로서, 소결 원료 중으로의 탄재 첨가량을 삭감한 후에, 소결기의 점화로의 하류에 있어서, 연소 하한 농도 이하로 희석한 각종 기체 연료를, 펠릿 상방으로부터 장입층 내에 도입하고, 그 기체 연료를 장입층 내에서 연소시킴으로써, 장입층 내의 최고 도달 온도 및 고온영역 보존유지 시간의 양쪽을 적정 범위로 제어하는 기술을 특허문헌 4∼6 등에 제안하고 있다.

상기 특허문헌 4∼6의 기술을 적용하여, 소결 원료 중으로의 탄재 첨가량을 삭감한 후에, 연소 하한 농도 이하로 희석한 기체 연료를 장입층 내에 도입하고, 기체 연료를 장입층 내에서 연소시킨 경우에는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 기체 연료는, 탄재가 연소한 후의 장입층 내(소결층 내)에서 연소하기 때문에, 연소·용융대의 최고 도달 온도를 1400℃ 초과로 하는 일 없이, 연소·용융대의 폭을 두께 방향으로 확대시킬 수 있어, 효과적으로 고온영역 보존유지 시간의 연장을 도모할 수 있다.

일본특허공고공보 소46-027126호 국제공개공보 WO98/07891호 일본공개특허공보 평02-073924호 일본공개특허공보 2008-095170호 일본공개특허공보 2010-047801호 일본공개특허공보 2008-291354호

「광물 공학」；이마이, 타케우치, 후지키편, (1976), p.175, 아사쿠라 서점

그러나, 상기 특허문헌 4∼6의 종래 기술에 있어서는, 고강도이고 또한 피환원성이 우수한, 고품질의 소결광을 얻기 위해서는, 1200℃ 이상 1400℃ 이하의 고온영역으로 어느 정도의 시간을 보존유지할 필요가 있는지, 또한, 그러기 위해서는 희석한 기체 연료를 어느 영역에 공급하면 좋은 것인지, 충분히 밝혀져 있지는 않았다.

또한, 상기 특허문헌 4∼6의 기술에서 주의하지 않으면 안 되는 것은, 소결에 있어서 바람직한 최고 도달 온도나 고온영역 보존유지 시간의 범위를 결정할 때에 있어서, 탄재나 기체 연료를 연소시키는 지연성 가스로서 산소를 21vol％ 함유하는 공기를 그대로 이용하고 있는 것이다. 그 말인 즉슨, 실제의 소결 중의 장입층 내는, 탄재나 기체 연료의 연소 반응에 의해, 대기와는 상이한 분위기가 되어 있을 것이며, 또한, 지연성 가스의 성분이나 조성이 바뀌면, 장입층 내의 가스 분위기도 변화하여, 소결시의 최고 도달 온도나 고온영역 보존유지 시간도, 당연히, 변화할 것이다. 따라서, 지연성 가스의 특성에 따라서, 소결기의 조업 조건을 바꾸어 줄 필요가 있다. 그러나, 종래 기술에서는, 지연성 가스의 특성, 특히 공기 중에 포함되는 산소량이, 소결성이나 소결광의 품질에 미치는 영향에 대해서는, 거의 검토가 이루어져 있지 않다.

그래서, 발명자들은, 소결에 필요한 고온영역 보존유지 시간을 분명하게 하여, 기체 연료를 공급해야 할 적정 영역을 결정함과 함께, 소결시의 최고 도달 온도나 고온영역 보존유지 시간에 대한 지연성 가스의 영향을 조사하고, 탄재의 연소열로 소결할 때의 고온영역 보존유지 시간이 150초 미만이 되는 영역에 기체 연료를 공급하여 고온영역 보존유지 시간을 연장함과 함께, 상기 기체 연료 공급 영역에서 공기 중의 산소 농도를 21vol％ 초과 35vol％ 미만으로 부화함으로써, 고강도이고 피환원성이 우수한 소결광을 제조하는 방법을 개발하여, 일본특허출원 2011-058651로서 출원했다.

상기 일본특허출원 2011-058651에 제안한 기술에서는, 기체 연료를 공급하는 영역의 장입층 상방에 설치한 후드 내에 산소 공급 배관을 배치하여, 산소를 대기 중에 분출시킴으로써 산소를 부화하고 있다. 그러나, 후드 내에 있어서 산소를 어떻게 공급하면, 외부로의 누설을 방지하여 효율 좋게 또한 안전하게 산소를 부화할 수 있는가 하는 점에 대해서는, 충분히 밝혀졌다고는 말하기 어렵다.

또한, 상기 산소 공급 배관에 대해서는 특별한 제한은 이루어져 있지 않기 때문에, 산소 공급 배관으로서, 예를 들면, 일반의 도시 가스 배관으로서 이용되고 있는 일반 구조용 압연 강재(SS강)로 이루어지는 배관을 이용한 경우, 어떠한 원인으로 산소 공급 배관의 산소 분출구(노즐 혹은 개구부)에 착화했을 때에는, 그 배관은, 배관 내를 흐르는 고순도의 산소에 의해 순식간에 소손(burnout)되어, 중대한 조업 트러블을 일으킬 우려가 있다.

그래서, 본 발명의 목적은, 기체 연료를 공급함과 동시에 산소를 부화하는 소결 조업을 행하는 소결기에 이용하기에 적합하고 또한 산소에 의한 소손의 우려가 없는 산소-기체 연료 공급 장치를 제공하는 것에 있다.

발명자들은, 상기 과제의 해결을 위해 예의 연구를 거듭했다. 그 결과, 기체 연료를 공급하는 장치에 설치된 후드 내의 높이 방향 중단(中段)에, 간극을 형성하여 수평 방향으로 복수열 및 수직 방향으로 복수단의 방해판을 배치하고, 또한, 상기 방해판의 하방에 기체 연료 공급 배관을 배치하여 기체 연료를 공급함과 함께, 상기 방해판의 상방에 산소 공급 배관을 배치하고, 수평 방향으로부터 하향으로 하여 산소를 공기 중에 분출해 주는 것이 가장 바람직한 것, 또한, 소결기에 산소를 공급하는 산소 공급 배관의 산소에 의한 소손을 방지하려면, 소손의 우려가 있는 부분을, 구리 합금제 및/또는 Ni 합금제의 배관으로 구성해 주는 것을 인식하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 점화로 하류의 원료 장입층 상방에 설치된 후드 내의 대기 중에 산소를 분출하여 부화하고, 또한, 연소 하한 농도 이하로 희석한 기체 연료를 공급하여 이루어지는 공기를 펠릿하에 배치한 윈드 박스에서 흡인하여 장입층 내에 도입하고, 장입층 내에 있어서 상기 기체 연료와 탄재를 연소시켜 소결광을 제조하는 소결기의 산소-기체 연료 공급 장치에 있어서, 상기 후드 내에는, 후드의 높이 방향 중간부에, 산형(chevron) 형상의 판재를 수평 방향으로 간극을 갖고 복수열 또한 수직 방향으로 상기 간극부가 지그재그 형상이 되도록 복수단 배열한 방해판이 배치되어 이루어짐과 함께, 상기 방해판의 하방에는, 기체 연료를 공기 중에 공급하는 기체 연료 공급 배관이 배치되고, 또한, 상기 방해판의 상방에는, 산소를 공기 중에 분출하는 산소 공급 배관이 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결기의 산소-기체 연료 공급 장치이다.

본 발명의 산소-기체 연료 공급 장치에 있어서의 상기 산소 공급 배관은, 산소의 분출 방향을 수평 방향으로부터 하향으로 하여 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 산소-기체 연료 공급 장치에 있어서의 상기 산소 공급 배관은, 방해판과 방해판의 간극의 상방에, 산소의 분출 방향을 방해판과 방해판의 극간을 향하여 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 산소-기체 연료 공급 장치에 있어서의 상기 산소 공급 배관은, 방해판의 정부(頂部)의 상방에, 산소의 분출 방향을 방해판과 방해판의 극간을 향하여 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 산소-기체 연료 공급 장치에 있어서의 상기 산소 공급 배관은, 적어도 후드 내에 배치되어 이루어지는 부분은, 구리 합금제 및/또는 Ni 합금제인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 산소-기체 연료 공급 장치에 있어서의 상기 산소 공급 배관은, 적어도 후드 내에 배치되어 이루어지는 부분은, 구리를 60mass％ 이상 함유하는 구리 합금제 및/또는 Ni를 60mass％ 이상 함유하는 Ni 합금제인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 산소-기체 연료 공급 장치에 있어서의 상기 산소 공급 배관은, 후드 밖 또한 후드의 근방에 역화(逆火) 방지기를 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 하방 흡인식의 드와이트로이드 소결기를 이용하여 기체 연료를 공급하여 소결광을 제조할 때에 있어서, 산소에 의한 산소 공급 배관의 소손을 방지한 후에, 산소를 외부로 누설시키는 일 없이, 기체 연료 공급 장치의 후드 내의 공기 중에 산소를 공급하여 부화할 수 있기 때문에, 고강도이고 피환원성이 우수한 고품질의 고로 원료용 소결광을 안전하고 또한 안정되게 제조하는 것이 가능해진다.

도 1은 소결 프로세스를 설명하는 개요도이다.
도 2는 소결층 내에 있어서의 온도 분포와 압손 분포를 설명하는 그래프이다.
도 3은 고생산시와 저생산시에 있어서의 장입층 내의 온도 분포를 설명하는 도면이다.
도 4는 소결 진행에 수반하는 장입층 내의 변화를 설명하는 개략도이다.
도 5는 연소대가 장입층의 상층부, 중층부 및 하층부의 각 위치에 존재하고 있을 때의 온도 분포와, 장입층의 폭방향 단면 내에 있어서의 소결광의 수율 분포를 설명하는 도면이다.
도 6은 탄재량의 변화(증량)에 의한 장입층 내의 온도 변화를 설명하는 도면이다.
도 7은 소결 반응을 설명하는 도면이다.
도 8은 해정 형상 2차 헤마타이트가 생성하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 9는 기체 연료 공급에 의한 소결층 내의 온도 분포의 변화를 설명하는 도면이다.
도 10은 기체 연료와 산소를 공급하는 산소-기체 연료 공급 장치의 일 예를 설명하는 도면이다.
도 11은 산소의 분출 방향이, 산소의 누설에 미치는 영향을 해석한 도면이다.
도 12는 산소를 공급하는 방법의 구체예를 설명하는 도면이다.
도 13은 산소를 공급하는 방법의 다른 구체예를 설명하는 도면이다.
도 14는 산소 농도와 유속이 산소 공급 배관의 소손에 미치는 영향을 정성적으로 설명하는 도면이다.
도 15는 기체 연료와 산소를 공급하는 산소-기체 연료 공급 장치의 배관 계통을 설명하는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 기술을 적용하는 소결광의 제조 방법은, 하방 흡인식의 소결기를 이용하여, 순환 이동하는 펠릿 상에 분광석과 탄재를 포함하는 소결 원료를 장입하여 장입층을 형성하고, 점화로에서 그 장입층 표면의 탄재에 점화함과 함께, 점화로 하류의 장입층 상방에 설치된 후드 내의, 연소 하한 농도 이하로 희석한 기체 연료를 포함하는 공기를, 펠릿하에 배치된 윈드 박스에서 흡인하여 장입층 내에 도입하고, 그 장입층 내에 있어서 상기 기체 연료와 탄재를 연소시켜 소결광을 제조하는 점에서, 특허문헌 4∼6에 개시된 기술과 동일하다.

따라서, 기체 연료를 공급하는 경우에는, 탄재의 연소열로 소결할 때에 1200℃ 이상으로 보존유지되는 고온영역 보존유지 시간이 부족한 영역에 있어서 공급함과 함께, 최고 도달 온도가 1400℃를 초과하지 않도록, 공급하는 기체 연료의 양에 따라서, 소결 원료 중에 첨가하는 탄재량을 삭감하는 것이 바람직하다.

여기에서, 장입층 내에 공급하는 기체 연료는, 예를 들면, 고로 가스(B가스), 코크스로 가스(C가스), 고로 가스와 코크스로 가스와의 혼합 가스(M가스) 등의 제철소 부생 가스(by-product gas) 외에, LNG(천연 가스), 도시 가스, 메탄 가스, 에탄 가스, 프로판 가스 등의 가연성 가스 및 이들의 혼합 가스도 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 혈암(셰일)층으로부터 채취되는, 종래의 천연 가스와는 상이한 비재래형의 천연 가스(셰일 가스)도 LNG와 동일하게 이용할 수 있다.

또한, 장입층 내에 공급하는 상기 기체 연료는, 그 기체 연료의 연소 하한 농도 이하로 희석한 것이 바람직하다. 희석 기체 연료의 농도가 연소 하한 농도보다 높으면, 장입층 상방에서 연소해버려, 기체 연료를 공급하는 효과가 사라져버리거나, 폭발을 일으키거나 할 우려가 있다. 또한, 희석 기체 연료가 고농도이면, 저온도영역에서 연소해버리기 때문에, 고온영역 보존유지 시간의 연장에 유효하게 기여할 수 없을 우려가 있기 때문이다. 따라서, 희석한 기체 연료의 농도는, 바람직하게는 대기 중의 상온에 있어서의 연소 하한 농도의 3/4 이하, 보다 바람직하게는 연소 하한 농도의 1/5 이하, 더욱 바람직하게는 연소 하한 농도의 1/10 이하이다. 단, 희석 기체 연료의 농도가, 연소 하한 농도의 1/100 미만에서는, 연소에 의한 발열량이 부족하여, 소결광의 강도 향상과 수율의 개선 효과가 얻어지지 않기 때문에, 하한은 연소 하한 농도의 1％로 한다. 이것을, 천연 가스(LNG)에 대해서 보면, LNG의 실온에 있어서의 연소 하한 농도는 4.8vol％이기 때문에, 희석 기체 연료의 농도는 0.05∼3.6vol％의 범위가 바람직하고, 0.05∼1.0vol％의 범위가 보다 바람직하고, 0.05∼0.5vol％의 범위가 더욱 바람직한 것이 된다.

또한, 본 발명의 기술을 적용하는 소결광의 제조 방법은, 일본특허출원 2011-058651과 동일하게, 기체 연료를 공급함과 함께 산소를 부화하는 데에 특징이 있다. 그 이유는, 산소를 부화함으로써, 소결시의 가스 분위기가 산화 방향으로 이행하는 결과, 소결에 의해 소결광 중의 생성되는 칼슘 페라이트의 생성 비율이 증대하고, 칼슘 실리케이트의 생성 비율이 저감하기 때문에, 고강도이고 또한 환원성이 우수한 소결광을 얻을 수 있는 것, 또한, 기체 연료의 공급과 산소 부화를 동시에 행함으로써, 소결 반응을 높여 소결 시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 기체 연료와 소결 원료 중의 탄재의 연소 위치를 보다 저온도측으로 이행시켜 장입층 내의 온도 분포 곡선을 폭넓게 하여, 고온영역 보존유지 시간을 연장할 수 있기 때문에, 생산율을 상승시킨 후에, 소결광의 품질 개선을 도모할 수 있기 때문이다.

상기 산소 부화에 의한 효과는, 장입층 내의 흡인하는 공기 중에 포함되는 산소 농도를, 대기 중의 산소 농도(21vol％) 초과로 해 주면 소량이라도 얻을 수 있지만, 24.5vol％ 이상으로 부화해 주는 것이 바람직하다. 한편, 공기 중의 산소 농도가 35vol％ 이상이 되면, 산소 부화에 필요로 하는 비용이, 향수(享受)하는 이익을 상회하게 된다. 따라서, 부화하는 산소량은, 공기 중의 산소 농도가 21vol％ 초과 35vol％ 미만의 범위가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 24.5∼30vol％, 더욱 바람직하게는, 24.5∼28vol％의 범위이다.

상기와 같이 산소를 부화하는 방법(장치)으로서는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 기체 연료를 공급하는 원료 장입층의 상방에 설치된 후드의 높이 방향 중간부에, 수평 방향으로 간극을 갖고 복수열, 또한 수직 방향으로 상기 간극부가 지그재그 형상이 되도록 복수단 배열한 방해판을 배치하고, 상기 방해판의 하방에 기체 연료를 공기 중에 공급하는 기체 연료 공급 배관을 배치하고, 가공하지 않은 기체 연료를 블로-아웃(blow-out) 현상이 일어나는 고속으로 공기 중에 분출시켜 순간적으로 연소 하한 농도 이하의 희석 기체 연료로 하거나, 혹은, 미리 연소 하한 농도 이하로 희석한 기체 연료를 공기 중에 분출시켜 공기 중에 기체 연료를 공급함과 함께, 상기 방해판의 상방에 산소 공급 배관을 배치하고, 산소를 공기 중에 분출하여, 부화하는 것일 필요가 있다.

여기에서, 상기와 같이 방해판의 하부에 기체 연료를 공급하는 이유는, LNG 등의 기체 연료는 일반적으로 공기보다 가볍기 때문에, 방해판을 형성함으로써, 또한, 방해판의 간극을 상방으로부터 하방을 향하여 흐르는 공기를 압축하여, 유속을 높임으로써, 기체 연료가 후드 상방으로 누설되는 것을 방지하기 때문이다.

또한, 상기 방해판에 대해서는, 그 하부에 있어서 공급된 기체 연료의 상방으로의 누출을 방지하고, 또한, 그 상방에 있어서 산소가 부화된 공기를 원활하게 하방으로 흘릴 수 있으면 특별히 제한은 없지만, 도 10에 나타낸 바와 같이, へ자 형상(산형 형상)으로 가공한 판재를, 수평 방향으로 간극을 두고 복수 배열함과 함께, 그 간극부가 수직 방향으로 지그재그 형상(토너먼트 형상) 혹은 미로 형상이 되도록, 복수단 배열한 것이 바람직하다. 또한, 방해판의 사양에 대해서는, 예를 들면, 기폭이 6m인 소결기의 경우, 방해판의 폭은 200∼500㎜ 정도, 방해판끼리의 간극은 수평 방향으로 50∼200㎜ 정도, 수직 방향으로 50∼200㎜ 정도로 하고, 방해판의 단수는, 2∼5단 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 방해판은, 기체 연료의 후드 상부로의 누출을 방지하는 관점에서, 개구부의 압손이 10㎜Aq 이하가 되도록 배치하는 것이 바람직하다.

도 10에는, 기체 연료를 기체 연료 배관으로부터 분출시키는 방향을 수평 방향으로 한 예를 나타냈지만, 기체 연료가 장입층에 도입될 때까지의 사이에 공기와 균일하게 혼합하여, 연소 하한 농도 이하로 희석되는 한, 수평 방향이라도 하향이라도 좋으며, 특별히 제한은 없다.

한편, 방해판의 상부에서 산소를 분출시키는 이유는, 산소는 공기보다 비중이 크기 때문에, 후드 밖으로 누설되는 비율이 낮다는 것, 또한, 가령 누설했다고 해도 산소는 기체 연료와 같은 위험성이 없다는 것 및, 공급 배관으로부터 분출된 산소는, 방해판의 간극을 통과하는 동안에 목표 농도까지 균일하게 희석되고, 그 후, 기체 연료와 혼합하기 때문에, 고농도의 산소와 기체 연료가 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

또한, 공급 배관으로부터 공급하는 산소는 반드시 순(純)산소가 아니라도 좋지만, 공급하는 산소량은, 기체 연료와 비교하여 현격하게 많기 때문에, 산소 농도가 저하되면 배관으로부터 분출시키는 양이 증가하기 때문에 바람직하지는 않다.

단, 산소를 산소 공급 배관으로부터 분출시키는 방향에 대해서는, 후드 밖으로의 산소의 누설을 방지하는 관점에서, 수평 방향보다도 하향으로 하는 것이 바람직하다. 도 11은, 후드 내의 방해판 상부의 공기 중에 산소 공급 배관으로부터 산소를 분출하여 산소 농도를 21vol％에서 27vol％까지 농화시키는 경우에 있어서, 풍속 10m/초의 횡풍을 받았을 때에 후드 밖으로 누출되는 산소량을, 산소를 수평 방향으로 분출시켰을 때와, 하방을 향하여 분출시켰을 때와 비교한 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. 이 도면으로부터, 수평 방향으로 산소를 분출시킨 경우, 산소가 누설되기 쉬운 경향이 있는 것을 알 수 있다.

또한, 산소 공급 배관으로부터 분출시키는 산소의 방향을 하향으로 하는 경우, 구체적으로는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 산소 공급 배관을 방해판과 방해판의 간극의 상방에 배치하고, 산소를 방해판과 방해판의 극간을 향하여 분출하도록 해도 좋다. 이 산소 분출 방법에서는, 방해판과 방해판의 사이에 산소의 분류를 직접 취입하기 때문에, 산소가 원활하게 흡인되어, 상방으로의 누설을 억제할 수 있다는 장점이 있다.

혹은, 도 13에 나타낸 바와 같이, 산소 공급 배관을 방해판의 정부의 상방에 배치하고, 산소를 방해판과 방해판의 극간(간격부)을 향하여 분출하도록 해도 좋다. 이 산소 분출 방법에서는, 1개의 기체 연료 공급 배관으로부터 2개의 간극을 향하여 산소를 공급할 수 있기 때문에, 조건에 따라서는, 기체 연료 공급 배관의 개수를 삭감할 수 있다는 장점이 있다.

다음으로, 상기 기체 연료 공급 장치에 있어서의 산소 공급 배관의 산소에 의한 소손 방지에 대해서 설명한다.

전술한 바와 같이, 도 10에 나타낸 산소-기체 연료 공급 장치는, 기체 연료를 공급하는 영역의 장입층 상방에 설치된 후드의 높이 방향 중간부에, 간극을 갖고 1단 이상의 방해판을 배치하고, 그 방해판의 하방에 기체 연료 공급 배관을 배치하고, 가공하지 않은 기체 연료를 블로-아웃 현상이 일어나는 고속으로 수평 방법으로 분출하여 순간적으로 연소 하한 농도 이하의 희석 기체 연료로 함과 함께, 상기 방해판의 상방에 산소 공급 배관을 배치하고, 산소를 방해판의 방향을 향하여 공급하는 것이다. 그리고 이 장치에서는, 산소 공급 배관으로부터 공급되는 산소는, 방해판의 간극을 통과하는 동안에, 부화하는 목표 농도까지 균일하게 희석된 후, 기체 연료와 합류하기 때문에, 고농도의 산소와 기체 연료가 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있도록 설계되어 있다. 또한, 상기 배관으로부터 공급하는 산소는 순산소가 아니라도 좋다.

여기에서, 기체 연료 공급 배관의 상방에 배치되어 있는 방해판은, LNG 등의 기체 연료가 공기보다 가볍기 때문에, 후드 상방으로 누설 산실되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 산소는, 기체 연료보다 비중이 크기 때문에, 강풍이 불지 않는 한, 후드 밖으로 확산될 우려는 적다.

그러나, 상기 산소 부화 장치에 있어서 우려되는 점은, 소결기는 코크스와 기체 연료를 연소시킨 연소열로 소결 원료를 소결하는 것이기 때문에, 화종(fire-source)이 항상 존재하고 있다는 것이다. 그 때문에, 예를 들면, 산소 공급 배관이, 일반적으로 도시 가스의 배관에 이용되고 있는 일반 구조용 압연 강재(SS강) 등이었던 경우에는, 가령, 금유(禁油) 처리가 행해지고 있었다고 해도, 어떠한 원인으로 산소 공급 배관의 산소 분출구(노즐 혹은 개구부)에 착화했을 때에는, 철과 산소와의 반응열에 의해, 순식간에 밸브 스탠드까지의 산소 공급 배관이 소손되어버릴 우려가 있다.

또한, 기체 연료 공급 배관으로부터 분출되는 기체 연료는, 분출구로부터 블로-아웃 현상이 일어나는 고속으로 분출시키기 때문에, 착화를 방지할 수 있다. 또한, 착화했다고 해도, 거기서 연소하는 것뿐이며, 배관 자체가 소손되어버릴 일은 없다. 또한, 산소는, 기체 연료와 비교하여 공급량이 다량이기 때문에, 고농도의 산소를 큰 분출구로부터 10m/초 이상의 고속으로 분출시키고 있다. 그러나, 산소에 의한 소손은, 일반적으로, 도 14에 나타내는 바와 같이, 산소 농도가 높을수록, 또한, 유속이 클수록 일어나기 쉽다고 여겨지고 있기 때문에, 배관의 소손 대책이 중요해진다.

그래서, 본 발명에서는, 상기와 같은 산소 공급 배관의 소손을 방지하기 위해, 산소 공급 배관의 적어도 화종이 존재하는 후드 내(헤더, 분기관 및 노즐 등)에 배치되어 있는 부분을, 구리 합금제 및/또는 Ni 합금제의 배관으로 하는 것으로 했다. 이것은, 구리 합금 혹은 Ni 합금은, 철보다도 이온화 경향이 작기 때문에, 배관 내에 착화원이 되는 녹이 생성되기 어려운 것, 또한, 이들 합금은, 표면에 산소를 투과시키기 어려운 치밀한 산화막을 형성하기 때문에, 그 이상의 산화의 진행을 억제하여 소손이 일어나기 어렵기 때문이다.

상기의 관점에서, 상기 구리 합금은 Cu를 60mass％ 이상 함유하는 것이 바람직하고, 예를 들면, Cu를 60∼70％ 함유하는 Cu-Zn 합금(황동), Cu를 70∼90％ 함유하는 Cu-Ni 합금(백동, 큐프로니켈), Cu를 65∼98％ 포함하는 Cu-Sn 합금(청동), Cu: 60mass％-Ni: 20mass％-Fe: 20mass％의 큐니페나 Cu에 2mass％ 정도의 Be를 포함하는 Be 구리 등을 들 수 있다. 또한, Ni 합금으로서는, Ni를 60mass％ 이상 함유하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 인코넬, 모넬, 니크롬 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 구리나 순Ni는, 내산화성이 우수하기 때문에 보다 바람직하다. 참고로서, 표 2에, 각종 합금의 500℃ 이상의 고온 산화 분위기에 있어서의 내산화성을 나타냈다.

도 15는, 도 10의 기체 연료 공급 장치의 기체 연료와 산소의 공급 배관 계통을 나타낸 개략도이며, 예를 들면, 산소의 경우에 대해서 설명하면, 산소는, 산소 공급 본관에 의해 헤더까지 공급되고, 또한, 헤더에 부착된 복수의 분기관에 공급되어, 분기관에 복수 부착된 노즐 혹은 복수 부착된 개구부로부터 분출되는 것을 나타내고 있다. 본 발명에서는, 상기 산소 공급 배관의 전부를 구리 합금 혹은 Ni 합금으로 이루어지는 것으로 할 필요는 없지만, 적어도 화종에 가까운 후드 내의 배관(분기관 및 노즐 등)에 대해서는, 구리 합금제 혹은 Ni 합금제로 할 필요가 있다. 안전성을 보다 높이기 위해서는, 헤더나 산소 공급 본관에 대해서도, 구리 합금제 혹은 Ni 합금제로 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 15에 나타낸 바와 같이, 산소 공급 본관의 후드 밖이면서 후드 근방의 위치에, 역화 방지기(프레임 어레스터)를 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 더욱 안전성을 높일 수 있다. 이 역화 방지기에 대해서는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들면, 역화 밸브나 건식 안전기 등을 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 가연성 가스에 이용되는 역화 방지기를 이용해도 좋다. 이 경우, 역화 방지기로부터 헤더 사이도 구리 합금제 혹은 Ni 합금제로 하는 것이 바람직하다.

또한, 역화 방지기보다 상류측의 산소 공급 배관에 대해서는, 통상의 강제 가스 배관을 이용할 수 있지만, SUS제이고 또한 금유 처리를 행한 것을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 소결 기술은, 제철용, 특히 고로용 원료로서 사용되는 소결광의 제조 기술로서 유용할 뿐만 아니라, 그 외 광석의 괴성화 기술로서도 이용할 수 있다.

1 : 원료 호퍼
2 : 드럼 믹서
3 : 로터리 킬른
4, 5 : 서지 호퍼
6 : 드럼 피더
7 : 절출 슈트
8 : 펠릿
9 : 장입층
10 : 점화로
11 : 윈드 박스
12 : 컷오프 플레이트

Claims

점화로 하류의 원료 장입층 상방에 설치된 후드 내의 대기 중에 산소를 분출하여 부화(富化)하고, 또한, 연소 하한 농도 이하로 희석한 기체 연료를 공급하여 이루어지는 공기를 펠릿하에 배치한 윈드 박스에서 흡인하여 장입층 내에 도입하고, 장입층 내에 있어서 상기 기체 연료와 탄재를 연소시켜 소결광을 제조하는 소결기의 산소-기체 연료 공급 장치에 있어서,
상기 후드 내에는, 후드의 높이 방향 중간부에, 산형(chevron) 형상의 판재를 수평 방향으로 간극을 갖고 복수열 또한 수직 방향으로 상기 간극부가 지그재그 형상이 되도록 복수단 배열한 방해판이 배치되어 이루어짐과 함께,
상기 방해판의 하방에는, 기체 연료를 공기 중에 공급하는 기체 연료 공급 배관이 배치되고, 또한, 상기 방해판의 상방에는, 산소를 공기 중에 분출하는 산소 공급 배관이 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결기의 산소-기체 연료 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 산소 공급 배관은, 산소의 분출 방향을 수평 방향으로부터 하향으로 하여 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소-기체 연료 공급 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 산소 공급 배관은, 방해판과 방해판의 간극의 상방에, 산소의 분출 방향을 방해판과 방해판의 극간을 향하여 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소-기체 연료 공급 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 산소 공급 배관은, 방해판의 정부(頂部)의 상방에, 산소의 분출 방향을 방해판과 방해판의 극간을 향하여 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소-기체 연료 공급 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산소 공급 배관은, 적어도 후드 내에 배치되어 이루어지는 부분은, 구리 합금제 및/또는 Ni 합금제인 것을 특징으로 하는 산소-기체 연료 공급 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산소 공급 배관은, 적어도 후드 내에 배치되어 이루어지는 부분은, 구리를 60mass％ 이상 함유하는 구리 합금제 및/또는 Ni를 60mass％ 이상 함유하는 Ni 합금제인 것을 특징으로 하는 산소-기체 연료 공급 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산소 공급 배관의 후드 밖이면서 후드의 근방에 역화(flashback) 방지기를 설치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소-기체 연료 공급 장치.