KR20150072935A - 용철 제조 방법 및 용철 제조 설비 - Google Patents

Abstract

용융로 내의 슬래그 유동성을 향상시켜 용융로 출선 불량을 개선할 수 있고, 보다 용이하게 슬래그의 유동성을 높일 수 있도록, 용융로의 풍구를 통해 슬래그의 융점을 저하시키는 분체를 용융로 내에 투입하는 단계를 포함하여, 슬래그의 유동성을 높이는 용철 제조 방법을 제공한다.

Description

용철 제조 방법 및 용철 제조 설비{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON}

본 발명은 용철 제조를 위한 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 용융로 내 슬래그의 유동성 저하에 따른 출선 불량을 개선한 용철 제조 방법 및 용츨 제조 설비에 관한 것이다.

최근들어, 고로법의 문제점을 해결하기 위하여, 세계 각국의 제철소에서는 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하고, 철원으로는 전세계 광석 생산량의 80% 이상을 점유하는 분광석을 직접 사용하여 용철을 제조하는 용융환원제철법의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

분광석을 직접 사용하여 용철을 제조하는 용융환원 제철 공정은 분광석을 환원시키는 환원공정과, 환원된 분광석을 용융로에서 용융시키는 용융 공정을 포함한다. 용융환원제철설비는 환원공정에 따라 대표적으로 파이넥스(FINEX) 설비와 코렉스(COREX)설비가 알려져 있다.

파이넥스 설비는 다단의 유동환원로와 괴성화 설비 및 여기에 연결된 용융가스화로(이하 용융로라 한다)를 포함한다. 상온의 분광석 및 부원료는 복수개의 유동환원로를 차례로 거치며 환원된다. 환원철은 괴성화 설비를 거쳐 괴성체로 압착되어 용융로로 장입된다. 용융로는 환원된 철광석을 용융하여 용철을 제조하게 된다. 용융로에는 석탄의 연소에 의해 다량의 일산화탄소가 발생하며, 이 일산화탄소가 유동환원로에 환원가스로서 투입된다.

코렉스 설비는 환원로와 용융로를 포함한다. 환원로에는 괴광 분광을 포함하는 철광석, 펠릿 등의 주원료와 석회석, 백운석 등의 부원료가 장입되어 환원된다. 용융로는 환원된 철광석을 용융하여 용철을 제조하게 된다. 상기 용융로의 풍구를 통해 취입된 산소에 의한 연소과정에서 발생되는 일산화탄소 및 수소가 주성분인 환원가스는 환원로 내로 취입된다.

상기 용융로 내에서는 환원철과 부원료가 연료인 석탄의 연소에 의해 발생된 고열에 의해 용융되어 용선과 슬래그로 생성된다. 상기 슬래그는 용융로 내에서 유동성이 저하되는 경우 용융로의 출선구를 통해 용선의 나오는 것을 방해한다.

슬래그의 유동성을 결정하는 중요 인자(cricical factor)는 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO)이며, 이들의 조성비가 불량한 경우 슬래그 유동성이 저하된다.

또한, 노열 제어 불량으로 용선 온도가 1450℃ 이하로 저하된 경우, 슬래그 융점 대비 슬래그 온도가 낮아 유동성이 저하된다.

이에, 종래에는 광석 및 석탄, 부원료의 투입량 조정을 통해 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO)의 조성비를 최적화하는 작업을 수행하거나, 용선 온도를 제어하여 슬래그의 융점을 조절함으로써 슬래그의 유동성 저하를 방지하고자 하였다.

그러나, 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO)을 조성비에 맞춰 정확한 투입량으로 공급하는 것은 대단히 어려우며, 용선 온도 역시 정확한 제어가 어려운 문제가 있다.

이에, 용융로 내의 슬래그 유동성을 향상시켜 용융로 출선 불량을 개선할 수 있도록 된 용철 제조 방법 및 용철 제조 설비를 제공한다.

또한, 보다 용이하게 슬래그의 유동성을 높일 수 있도록 된 용철 제조 방법 및 용철 제조 설비를 제공한다.

본 실시예의 용철 제조 방법은 슬래그의 융점 저하를 유도하여 슬래그의 유동성을 높이는 방법일 수 있다.

상기 용철 제조 방법은 용융로의 풍구를 통해 슬래그의 융점을 저하시키는 분체를 용융로 내에 투입하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 분체는 용융로의 풍구에 미분탄 투입시 미분탄과 같이 투입될 수 있다.

상기 분체 투입 단계는 분체가 저장된 분체저장빈에서 분체를 이송하는 단계와, 이송된 분체를 미분탄이 저장된 미분탄저장빈에 투입하는 단계, 미분탄과 분체를 혼합하는 단계, 분체가 혼합된 미분탄을 용융로의 풍구로 취입하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 분체의 투입량은 용융로 슬래그 생성량의 0.5 ~ 1%로 설정될 수 있다.

본 실시예의 용철 제조 장치는 용융로의 풍구로 슬래그 융점 저하용 분체를 투입하기 위한 분체 투입부를 포함할 수 있다.

상기 용철 제조 설비는 용융로의 풍구에 연결되는 미분탄 취입라인과, 상기 미분탄 취입라인과 연결되어 미분탄을 공급하는 미분탄저장빈을 더 포함하고, 상기 분체 투입부는 상기 미분탄저장빈에 연결되어 분체를 미분탄저장빈 내부로 공급하는 구조일 수 있다.

상기 분체 투입부는 분체가 저장되는 분체저장빈과, 분체저장빈 하부와 미분탄저장빈 사이에 연결되어 분체를 이송하는 이송라인, 이송라인에 연결되어 분체 이송을 위한 이송가스를 공급하는 가스공급부를 포함할 수 있다.

상기 분체는 경소다회(Na₂CO₃)일 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 경소다회를 투입하여 슬래그의 융점 저하를 유도함으로서, 슬래그의 유동성을 높일 수 있게 된다. 이에, 슬래그의 유동성 저하로 인해 발생되는 용융로의 출선 불량 문제를 해소하고 보다 원활한 출선 작업이 이루어질 수 있게 된다.

또한, 용융로로 미분탄과 같이 경소다회를 투입하는 구조로 작업이 용이하고, 보다 간편하게 슬래그의 유동성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 용철 제조 설비를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 용철 제조 공정을 도시한 개략적인 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 용철 제조 설비를 도시한 개략적인 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 용철 제조 설비는 철함유물 및 석탄을 이용하여 용철을 제조한다. 용철 제조 설비는 분광을 환원하여 분환원철을 제조하는 하나 이상의 유동층형 환원로를 통해 환원된 환원철이나, 분광은 물론 입도가 8mm 이상인 조립 철광석, 펠릿(pellet) 등의 철함유물을 환원하는 충전층형 환원로를 통해 환원된 환원철을 용융하여 용철을 제조하는 용융로(100)를 포함한다.

환원철은 용융로(100)에 장입되어 괴상 탄재에 의해 형성된 석탄충전층의 연소에 의해 용융되어 용철로 제조된다. 상기 용융로(100)에는 연료인 괴상 탄재와 환원철을 괴성화한 괴성체가 연속으로 공급되며, 외벽에 형성된 풍구(102)를 통해 산소가 취입되어 석탄이 연소한다. 용융로(100) 내부에서 석탄의 연소가스가 상승하면서 고온의 환원기류로 전환된다. 용융로(100)에서 배출되는 환원가스는 가스 배출구에 연결된 배출관을 통해 사이클론으로 이송되며 사이클론을 거쳐 환원로에 공급된다.

또한, 상기 용철 제조 설비는 용융로(100)의 풍구(102)를 통해 미분탄을 투입하기 위한 미분탄 취입설비(200)를 더 포함한다. 미분탄은 연소 심도내 온도 제어에 의한 용융로 조업 안정화와 연료 절감을 위해 사용된다.

상기 미분탄 취입설비(200)는 보조 연료로써 미분탄을 산소와 함께 용융로(100) 풍구(102)로 공급한다. 상기 미분탄 취입설비(200)는 석탄을 미분 상태로 파쇄하기 위한 그라인딩밀(202)과, 그라인딩밀(202)에서 파쇄된 미분탄을 입도 선별하는 백필터(204), 백필터(204)를 거친 미분탄이 저장되는 미분탄저장빈(206), 미분탄저장빈(206)에 저장된 미분탄을 용융로(100)의 풍구(102)로 공급하는 미분탄 취입라인(208)을 포함한다.

이에, 그라인딩밀(202)에서 제조된 미분탄은 백필터(204)를 거쳐 미분탄저장빈(206)에 저장된 후 미분탄 취입라인(208)을 통해 용융로(100)의 풍구(102)로 공급된다. 풍구(102)를 통해 산소와 함께 용융로(100)로 취입된 미분탄은 보조연료로써 환원철을 용융시키게 된다.

여기서, 상기 용철 제조 장치는 용융로(100)의 풍구(102)를 통해 슬래그 융점을 저하시키기 위한 분체를 용융로(100) 내부로 투입하기 위한 분체 투입부(300)를 더 포함한다.

본 실시예에서, 상기 분체는 경소다회(Na₂CO₃)를 포함할 수 있다. 상기 경소다회는 용융로(100) 내에 투입되어 슬래그의 성분 중 Na2O 성분을 증가시켜 슬래그의 융점의 저하를 유도하게 된다. 이에, 슬래그의 융점이 낮아져 슬래그의 유동성이 증가하게 된다.

통상, 슬래그의 유동성은 점도와 염기도 및 용융온도에 따라 달라진다. 슬래그의 융점이 낮아지게 되면 유동성이 양호하게 되어, 용융로(100) 내에서 쉽게 반응하고, 선철보다 비중이 가벼워서 선철 위로 떠올라 분리가 용이하다.

상기 분체 투입부(300)는 상기 미분탄저장빈(206)에 연결되어 분체를 미분탄저장빈(206) 내부로 공급하여 미분탄과 함께 용융로(100)로 투입하는 구조로 되어 있다.

이를 위해, 상기 분체 투입부(300)는 분체가 저장되는 분체저장빈(302)과, 분체저장빈(302) 하부와 미분탄저장빈(206) 사이에 연결되어 분체를 이송하는 이송라인(304), 이송라인(304)에 연결되어 분체 이송을 위한 이송가스를 공급하는 가스공급부(306)를 포함한다.

상기 분체저장빈(302)은 내부에 분체가 저장되는 용기로 하단에는 분체가 배출되는 출구가 형성된다. 상기 분체저장빈(302)의 출구는 이송라인(304)과 연결된다. 상기 분체 투입부(300)는 가스를 이용하여 분체를 이송하는 구조로 되어 있다. 상기 이송라인(304)의 일측 선단은 가스공급부(306)와 연결되어 분체 이송용 가스를 공급받고, 타측 선단은 상기 미분탄저장빈(206)으로 연결된다. 이에, 분체저장빈(302)의 분체는 출구를 통해 이송라인(304)으로 배출되고 이송라인(304)을 따라 흐르는 가스에 의해 이송되어 미분탄저장빈(206) 내에 투입된다.

상기 가스공급부(306)는 불활성가스를 이송라인(304)에 공급하여 분체를 이송한다. 본 실시예에서 상기 가스공급부(306)를 통해 공급되는 가스는 질소(N2)일 수 있다.

여기서, 분체라 함은 입자 크기가 작은 가루 형태를 의미한다. 본 실시예에서 상기 분체는 미분탄과 혼합하여 용융로 내에 투입되므로, 미분탄에 대응되는 크기와 밀도로 형성될 수 있다. 미분탄의 경우 70㎛의 비율이 대략 90% 이상 되도록 관리하는 데, 상기 분체 역시 미분탄과 동일하게 관리된다. 상기 분체의 입도가 미분탄의 입도보다 크게 되면 용융로 내 반응성이 저하되고, 너무 작은 경우에는 수송성이 저하되는 문제가 발생된다.

상기 미분탄저장빈(206) 내부로 공급된 분체는 미분탄과 혼합되어 용융로(100)의 풍구(102)를 통해 용융로(100) 내부로 투입된다. 분체와 미분탄의 혼합은 미분탄저장빈(206) 내에서 이루어질 수 있다. 언급한 바와 같이, 상기 분체와 미분탄은 그 입도와 비중이 유사하여 미분탄저장빈 내에서 쉽게 혼합이 이루어진다. 즉, 미분탄과 분체는 각각 별도의 투입구를 통해 미분탄저장빈 내로 투입되어 미분탄저장빈의 세틀링(settling) 과정에서 자연스럽게 혼합된다.

용융로(100)로 투입된 분체는 언급한 바와 같이 슬래그의 융점을 저하시켜 슬래그의 유동성을 높이는 역할을 수행하게 된다. 따라서 용융로(100) 출선구(104)를 통한 출선 작업시 슬래그로 인한 출선 불량을 방지할 수 있게 된다.

이하, 도 2를 참조하여 본 실시예의 용철 제조 공정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 용융로(100)를 통한 용철 제조 공정을 살펴보면, 환원로를 거쳐 환원된 환원철과 연료인 석탄이 용융로(100) 내에 장입된다. 용융로(100)의 풍구(102)를 통해 산소와 미분탄이 취입되어 석탄이 연소되고 이 연소열에 의해 환원철이 용융된다. 용융로(100) 내에서 생성된 선철과 슬래그는 비중차에 의해 분리되며 선철은 용융로(100) 하부에 형성된 출선구(104)를 통해 추출된다.

이 과정에서 본 실시예에 의한 용철 제조 방법은 슬래그의 융점 저하를 유도하여 슬래그의 유동성을 높임으로써, 원활한 출선을 가능하게 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 제조 방법은 용융로의 풍구를 통해 산소와 미분탄을 취입하는 과정에서 슬래그의 융점을 저하시키는 분체를 용융로 내에 투입하는 단계를 포함한다.

본 실시예에서, 상기 분체는 미분탄과 같이 용융로의 풍구를 통해 투입된다.

이를 위해, 상기 분체 투입 단계는 분체가 저장된 분체저장빈에서 분체를 이송하는 단계(S100)와, 이송된 분체를 미분탄이 저장된 미분탄저장빈에 투입하는 단계(S120), 미분탄과 분체를 혼합하는 단계(S140), 분체가 혼합된 미분탄을 용융로의 풍구로 취입하는 단계(S160)를 포함한다.

상기한 공정을 거쳐 분체저장빈 내에 수용된 분체는 미분탄저장빈으로 공급되어 혼합되며, 미분탄을 용융로 내부로 취입시 미분탄과 함께 용융로 내부로 투입된다.

본 실시예에서, 상기 분체는 경소다회(Na₂CO₃)로 이루어진다.

용융로 내부로 투입된 경소다회는 아래 반응식 1에 따라 Na2O를 생성한다.

Na₂CO₃ -> Na₂O + CO₂ ----------- 반응식 1

Na와 같은 알칼리 물질이 슬래그에 혼입되면 슬래그의 융점이 저하된다. 용융로 내에 취입된 Na₂CO₃는 열분해 되어 Na₂O 와 CO₂ 로 분해된다. 즉, 알칼리 물질인 Na₂O 가 슬래그의 SiO₂ 사슬고리를 파괴하여 슬래그가 쉽게 용해할 수 있게 도와주는 작용을 한다.

이에, 용융로 내에서 슬래그의 성분 중 Na₂O의 성분이 증가되어 슬래그의 융점이 낮아지게 된다. 슬래그의 융점이 낮아짐에 따라 슬래그의 유동성이 증가하게 된다.

따라서, 선철과 슬래그의 분리가 제대로 이루어져, 선철의 출선시 슬래그에 의한 출선불량을 최소화할 수 있다.

본 실시예에서 상기 분체인 경소다회의 투입량 용융로 슬래그 생성량의 0.5 ~ 1%의 범위 내에서 설정될 수 있다. 실험결과, 상기 범위 내의 투입량으로 경소다회를 투입하는 경우 슬래그의 융점은 30 ~ 40도 정도 저하되는 것으로 나타났다. 이에, 용융로 출선 조업시 출선구 막힘의 문제를 해소할 수 있게 된다. 경소다회의 투입량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 투입량 대비 효과가 저하되며 노내 순환 알칼리량이 증가하여 배관 등 설비에 이상을 일으킬 우려가 있다.

이와 같이, 용융로 내에 경소다회를 투입함으로써 슬래그의 유동성을 높여 보다 원활한 출선 작업이 이루어질 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100 : 용융로 102 : 풍구
104 : 출선구 200 : 미분탄 취입설비
202 : 그라인딩밀 204 : 백필터
206 : 미분탄저장빈 208 : 취입라인
300 : 분체투입부 302 : 분체저장빈
304 : 이송라인 306 : 가스공급부

Claims (9)

1. 철함유물을 환원하여 환원철을 제조하는 환원로와, 환원철을 용융하여 용철을 제조하는 용융로를 포함하는 용철 제조 설비로 용철을 제조하는 용철 제조 방법에 있어서,
   용융로의 풍구를 통해 슬래그의 융점을 저하시키는 분체를 용융로 내에 투입하는 단계를 포함하여, 슬래그의 유동성을 높이는 용철 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 분체는 용융로의 풍구에 미분탄 투입시 미분탄과 같이 투입되는 용철 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 분체를 투입하는 단계는 분체가 저장된 분체저장빈에서 분체를 이송하는 단계와, 이송된 분체를 미분탄이 저장된 미분탄저장빈에 투입하는 단계, 미분탄과 분체를 혼합하는 단계, 분체가 혼합된 미분탄을 용융로의 풍구로 취입하는 단계를 포함하는 용철 제조 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,
   상기 분체는 경소다회(Na₂CO₃)인 용철 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 분체의 투입량은 용융로 슬래그 생성량의 0.5 ~ 1% 인 용철 제조 방법.
6. 철함유물을 환원하여 환원철을 제조하는 환원로와, 환원철을 용융하여 용철을 제조하는 용융로를 포함하는 용철 제조 설비에 있어서,
   상기 용융로의 풍구로 슬래그 융점 저하용 분체를 투입하기 위한 분체 투입부를 포함하는 용철 제조 설비.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 용철 제조 설비는 용융로의 풍구에 연결되는 미분탄 취입라인과, 상기 미분탄 취입라인과 연결되어 미분탄을 공급하는 미분탄저장빈을 더 포함하고,
   상기 분체 투입부는 상기 미분탄저장빈에 연결되어 분체를 미분탄저장빈 내부로 공급하는 구조의 용철 제조 설비.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 분체 투입부는 분체가 저장되는 분체저장빈과, 분체저장빈 하부와 미분탄저장빈 사이에 연결되어 분체를 이송하는 이송라인, 이송라인에 연결되어 분체 이송을 위한 이송가스를 공급하는 가스공급부를 포함하는 용철 제조 설비.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 분체는 경소다회(Na₂CO₃₎인 용철 제조 설비.

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