KR20170064815A

KR20170064815A - 탄재 내장 괴성광, 탄재 내장 괴성광 제조 방법 및 그 제조 장치

Info

Publication number: KR20170064815A
Application number: KR1020150170752A
Authority: KR
Inventors: 손상한; 곽성대
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-12
Also published as: CN106967877A; JP2017101323A; JP6374468B2

Abstract

본 발명은 탄재 내장 괴성광, 탄재 내장 괴성광 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것으로, 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물로 성형탄을 제조하는 과정; 상기 성형탄을 대차에 장입하여 원료층을 형성하는 과정; 및 상기 대차를 소성로 내부로 이동시켜 열처리하는 과정;을 포함하고, 상기 열처리하는 과정은 상기 소성로 내부에서 발생하는 배가스 중 일부를 수집하는 과정; 상기 수집된 배가스를 연소시켜 열풍을 생성하는 과정; 및 상기 열풍을 상기 소성로의 적어도 일부 영역에 공급하는 과정;을 포함하여, 탄재 내장 괴성광의 강도를 향상시킬 수 있다.

Description

탄재 내장 괴성광, 탄재 내장 괴성광 제조 방법 및 그 제조 장치{Carbon composite metal oxide briquette, method for manufacturing carbon composite metal oxide briquette and manufacturing apparatus thereof}

본 발명은 탄재 내장 괴성광, 탄재 내장 괴성광 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강도를 향상시킬 수 있는 탄재 내장 괴성광, 탄재 내장 괴성광 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것이다.

전세계 철 생산량의 60% 정도가 14세기부터 개발된 고로법으로부터 생산되고 있다. 고로법은 소결 과정을 거친 철광석과 유연탄을 원료로 하여 제조한 코크스 등을 고로에 함께 넣고 고온의 공기를 불어넣어 철광석을 철로 환원하여 용철을 제조하는 방법이다.

용철 생산설비의 대종을 이루고 있는 고로법은 그 반응 특성상 일정 수준 이상의 강도를 보유하고 노내 통기성 확보를 보장할 수 있는 입도를 보유한 원료를 요구하므로, 전술한 바와 같이, 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로 특정 원료탄을 가공 처리한 코크스에 의존하며, 철원으로는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다.

고로에는 환원가스의 흐름을 원활히 하기 위하여 분 철광석을 덩어리 상태로 만든 소결광과 분석탄을 건류하여 덩어리 상태로 만든 코크스를 장입한다.

그런데 덩어리 상태인 소결광은 분철광석의 경우에 비하여 단위 부피당 원가스의 접촉면적이 극히 작고, 고로 내에서 환원이 완료된 이후에도 탄소와의 접촉 면적이 작아 환원된 철 내부로의 탄소 침투가 어렵다. 따라서 소결광은 용융 온도가 높으므로 용융시키는 데 에너지가 많이 소모되고, 용선의 생산속도가 늦은 근원적인 문제점을 내포하고 있다.

이에 극미분 철광석과 탄재를 혼합하여 브리켓이나 펠렛 등과 같은 탄재 내장 괴성광(이하, 성형탄이라 한다)을 제조한 후 RHF(Rotary Hearth Furnace)에서 환원을 유도함으로써 직접환원철을 제조하는 공정이 개발되어 있다.

환원철을 제조하는데 있어서 고로에서 사용 가능한 상온, 열간강도를 확보하는 것이 매우 중요하다. 기존에는 시멘트와 같은 무기바인더를 사용하여 양생에 의해 강도를 확보하였으나, 고로 내에서 요구되는 열간강도를 확보하기 어려운 문제점이 있었다.

이를 극복하기 위해 부분 환원철을 제조 시 사용되는 탄재를 바인더로서 이용하는 기술이 개발되었다. 이 기술은 석탄이 약 300~500℃ 정도의 온도에서 연화용융이 되며 그 이상의 온도에서는 고화가 되는 특성을 이용하여 탄재가 혼합된 성형탄을 연화용융 온도에서 소성함으로써 탄재의 연화용융 및 고화를 유도하여 성형탄 내 바인더로 활용하여 상온강도를 확보하는 기술이다. 탄재의 연화용융 현상은 탄재의 가열속도가 빠를수록 그 효과가 큰 것으로 알려져있으므로 소성로 내 성형탄의 가열속도를 가급적 빠르게 하는 것이 성형탄의 상온강도 향상에는 더 효과적이다. 그러나 킬른과 같이 밀폐된 소성로는 버너로 직화하여 성형탄을 승온시킬 때 성형탄의 온도 관리가 어려우며 킬른 외부에서 열을 공급하는 간접 가열 방식의 경우 괴성광의 승온속도가 느린 문제가 있다. 또한, 소성로 내에서 성형탄 내 석탄 휘발분의 휘발이 일어나는데 휘발분을 처리하기 어려운 문제점이 있다.

KR1448083B

본 발명은 강도를 향상시킬 수 있는 탄재 내장 괴성광, 탄재 내장 괴성광 제조 방법 및 그 제조 장치를 제공한다.

본 발명은 환경 오염을 저감시킬 수 있는 탄재 내장 괴성광, 탄재 내장 괴성광 제조 방법 및 그 제조 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 방법은, 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물로 성형탄을 제조하는 과정; 상기 성형탄을 대차에 장입하여 원료층을 형성하는 과정; 및 상기 대차를 소성로 내부로 이동시켜 열처리하는 과정;을 포함하고, 상기 열처리하는 과정은 상기 소성로 내부에서 발생하는 배가스 중 일부를 수집하는 과정; 상기 수집된 배가스를 연소시켜 열풍을 생성하는 과정; 및 상기 열풍을 상기 소성로의 적어도 일부 영역에 공급하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 소성로는 건조영역, 석탄가스화영역, 소성영역 및 냉각영역으로 구분되고, 상기 배가스 중 일부를 수집하는 과정은 상기 소성로의 석탄가스화영역에서 휘발가스를 수집할 수 있다.

상기 열풍을 생성하는 과정은 상기 휘발가스를 연소시켜 800 내지 900℃의 열풍을 생성할 수 있다.

상기 열풍을 상기 소성로의 적어도 일부 영역에 공급하는 과정에서, 상기 열풍은 500 내지 600℃로 온도를 조절하여 공급할 수 있다.

상기 열풍의 온도가 500℃보다 낮은 경우, 상기 소성로에 열풍을 공급하기 전 열풍로에서 상기 열풍을 가열한 후 공급할 수 있다.

상기 열풍로에서 상기 열풍을 가열하는 과정에서 상기 열풍로에 외기를 공급할 수 있다.

상기 열풍의 온도가 600℃보다 높은 경우, 상기 열풍로에서 상기 열풍에 외기를 혼합하여 냉각시킬 수 있다.

상기 소성로에 공급되는 열풍은 1 내지 5%의 산소 농도를 가질 수 있다.

상기 열풍은 상기 소성로의 소성영역에 공급될 수 있다.

상기 소성영역의 온도는 300 내지 700℃ 범위로 제어할 수 있다.

상기 소성영역에서 상기 성형탄의 승온 속도를 50 내지 60℃로 조절할 수 있다.

상기 소성영역에서 상기 탄재를 연화용융시킬 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 탄재 내장 괴성광 제조방법으로 제조된 탄재 내장 괴성광은 140 내지 160kgf/p의 상온 강도를 가질 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 장치는, 철원료 및 탄재가 수용되는 복수의 호퍼; 상기 호퍼와 연결되고, 상기 철원료와 탄재를 공급받아 혼합하는 혼합기; 상기 혼합기로부터 혼합물을 공급받아 성형탄을 압축하는 압축부재를 구비하는 성형기; 성형탄이 장입된 대차가 이동하는 경로를 형성하는 소성로; 상기 소성로에서 발생하는 배가스 중 적어도 일부를 연소시켜 열풍을 생성하는 연소로; 및 상기 연소로와 상기 소성로를 연통시키고, 상기 열풍 중 적어도 일부를 상기 소성로에 공급하는 가스공급배관;을 포함할 수 있다.

상기 소성로는 건조영역, 석탄가스화영역, 소성영역 및 냉각영역을 포함하고, 상기 연소로는 상기 석탄가스화영역과 연통될 수 있다.

상기 가스공급배관에는 상기 열풍을 상기 소성로로 유도하는 송풍기가 구비될 수 있다.

상기 가스공급배관은 상기 열풍을 외부로 배출시키기 위한 분기관이 연결되고, 상기 분기관에는 상기 분기관을 선택적으로 개폐하는 밸브와, 탈황장치가 구비될 수 있다.

상기 가스공급배관에는 온도측정기가 구비될 수 있다.

상기 가스공급배관은 상기 소성영역과 연통될 수 있다.

상기 가스공급배관과 상기 소성로 사이에 열풍로가 구비될 수 있다.

상기 열풍로에는 외기를 유입시키기 위한 도입구와, 버너가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시 형태들에 의하면, 극미분 철광석과 탄재를 이용하여 제조된 성형탄을 소성하는 과정에서 발생하는 배가스 중 일부를 활용하여 소성로 내 온도 및 산소 농도를 제어할 수 있다. 이에 탄재가 연소되는 것을 억제하면서 성형탄을 소성시킴으로써 성형탄의 강도를 증대시킬 수 있다. 즉, 소성 과정에서 발생하는 배가스 중 일부, 예컨대 휘발가스를 연소시켜 열풍을 생산하고, 이렇게 생산된 열풍을 소성로에 순환시켜 소성로 내 온도 및 산소 농도를 제어할 수 있다. 따라서 소성과정에서 성형탄을 급속 가열하여 성형탄 내 탄재의 연소를 억제하는 동시에 연화용융시켜 성형탄 내 기공 발생을 억제함으로써 성형탄의 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 소성과정에서 발생하는 배가스를 소성로 내로 순환시킴으로써 배가스에 의한 환경 오염을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탄재 내장 괴성광의 제조 방법을 순서적으로 도시한 순서도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 방법으로 탄재 내장 괴성광을 제조하는 과정에서 배가스를 처리하는 과정을 보여주는 순서도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 장치의 구성을 보여주는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 방법을 개념적으로 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 방법을 개념적으로 보여주는 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 요소를 명확하게 표현하기 위하여 크기를 과장하거나 확대하여 표현하였으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 방법을 순서적으로 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 방법으로 탄재 내장 괴성광을 제조하는 과정에서 배가스를 처리하는 과정을 보여주는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시 예에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 방법은 철원료 및 탄재를 준비하는 과정(S100, S200), 철원료와 탄재를 혼합하는 과정(S300), 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 과정(S400), 대차에 성형탄을 장입하여 원료층을 형성하는 과정(S500), 대차를 소성로 내부로 이동시키면서 성형탄을 열처리하여 탄재 내장 괴성광을 제조하는 과정(S600)을 포함한다. 그리고 도 2를 참조하면, 성형탄을 열처리하는 과정에서 성형탄이 열처리, 즉 소성되면서 발생하는 배가스 중 일부를 연소시켜 열풍을 제조하고 이 열풍을 소성로 내부에 순환시키는 더 포함할 수 있다. 이 과정은 배가스를 수집하는 과정(S610)과, 배가스를 가열하여 열풍을 제조하는 과정(S620)과, 열풍을 소성로(400)에 공급하는 과정(S640)을 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라 열풍을 소성로(400)에 공급하기 전에 열풍을 다시 가열하는 과정(S630)을 포함할 수 있다.

여기서, 철원료는 철성분을 함유하는 물질이며, 피환원제로서 철광석, 철 산화물, 제강 공정 중에 발생된 함철 더스트 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 탄재는 철원료를 환원시키는 환원제로서, 석탄 및 제강 공정에서 발생하는 함탄 더스트 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.

이러한 과정으로 탄재 내장 괴성광을 제조하기 위한 탄재 내장 괴성광 제조 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 철원료와 탄재가 각기 수용되는 복수의 호퍼(100, 110), 각 호퍼(100, 110)와 연결되고 철원료 및 탄재를 공급받아 혼합하는 혼합기(200), 혼합기(200)에서 혼합된 혼합물을 압축하는 압축부재를 구비하는 성형기(300), 성형기(300)에서 제조된 탄재 내장 괴성광, 즉 성형탄을 내부에 장입시키도록 형성되고 가열부재를 구비하고, 성형탄을 열처리하여 탄재 내장 괴성광을 제조하는 소성로(400) 및 소성로(400)에서 제조된 성형탄을 입도 분리하는 선별기(700)를 포함할 수 있다. 이때, 호퍼(100, 110)로부터 철원료 및 탄재 각각을 공급받아 파쇄하는 파쇄기(미도시)를 더 구비하여, 파쇄기를 이용하여 철원료 및 탄재를 각각 파쇄한 후에 혼합기(200)에 파쇄물을 주입할 수도 있다.

성형기(300)는 도시되지는 않았지만, 압축부재를 구비한다. 예를 들면, 상호 마주보도록 설치된 한 쌍의 롤을 구비하는 성형기 즉, 쌍롤식 성형기를 사용할 수 있다. 이에, 한 쌍의 롤 사이에 혼합물이 장입되면, 상기 한 쌍의 롤의 회전으로 인한 압출에 의해 성형탄이 제조될 수 있다.

소성로(400)는 성형기(300)에서 제조된 성형탄을 열처리하기 위한 것으로, 내부 공간을 가지며, 소성로(400)를 가열하는 가열 수단(미도시)이 마련된다. 가열 수단은 버너(burner)일 수 있으며, 가열을 위한 연료로 LPG 및 공기(air)를 이용한다. 그리고, 버너(burner)에 의해 발생된 가열 가스는 소성로(400) 내부를 가열하며, 이로 인해 소성로(400) 내에 장입된 성형탄의 열처리가 진행된다. 물론, 소성로(400)를 가열하기 위한 수단으로 버너(burner) 이외에 다양한 수단이 사용 가능하며, 연료 또한 LPG 및 공기(air) 이외의 다양한 재료의 원료가 사용 가능하다.

또한, 소성로는 내부에 성형탄을 저장한 대차가 이동할 수 있는 경로를 구비할 수도 있고, 경로 상의 각 영역별로 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같이, 소성로(400)는 건조영역(401), 석탄가스화영역(402), 소성영역(403) 및 냉각영역(404)을 포함할 수 있다. 물론 이들에 열풍을 공급하기 위한 버너(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 이로부터 소성로(400) 내부에 대차가 투입되고, 대차가 소성로의 각 영역을 연속적으로 이동하면서 건조, 석탄가스화(또는 예열), 소성, 냉각 등의 과정이 진행될 수 있다. 성형탄은 성형된 후 수분을 다량 함유하고 있는데, 이는 브리켓 혹은 괴상물 형상이라 열이 공급되면 열 충격으로 인한 파열이 일어날 수도 있다. 이에 소성 전에 성형탄이 저장된 대차가 건조영역(401)를 통과하도록 하여 성형탄을 건조시킨다. 건조영역(401)을 통과한 후 소성을 돕기 위해서 대차가 석탄가스화영역(402)을 통과하도록 하며, 이후 소성영역(403)에서 성형탄의 열처리, 즉 소성이 이루어진 후 냉각영역(404)에서 냉각된다.

종래에는 성형탄을 소성로에서 1000℃ 이상으로 열처리하여 환원반응을 일으켜 환원철을 제조하였다. 그러나 이와 같은 고온에서 환원철을 제조하면 성형탄 내 탄재가 연소되면서 성형탄 내 기공이 발생하여 이후 제조되는 환원철의 강도가 저하되는 문제점이 있었다. 이에 본원 발명에서는 종래보다 비교적 낮은 300 내지 700℃에서 성형탄을 열처리하여 성형탄 내 탄재의 연소를 억제하고 탄재를 연화용융시킴으로써 제조되는 탄재 내장 괴성광의 강도를 향상시킬 수 있다. 이렇게 제조된 탄재 내장 괴성광을 소성로에서 환원시키거나, 또는 탄재 내장 괴성광이 필요한 다른 조업에 사용할 수 있다. 이때, 성형탄을 소성로에서 환원시키는 경우 탄재가 연화용융되어 탄재 내장 괴성광 내 밀도가 높아져 제조되는 환원철 내 기공률을 저감시켜 환원철의 강도가 저하되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.

이를 위해 본원발명에서는 버너(burner)에 의해 발생된 가열 가스는 소성로(400) 내부를 가열하는 동시에, 소성과정에서 발생하는 배가스, 예컨대 석탄가스화영역(402)에서 발생하는 휘발가스를 수집(S610)하고, 이 휘발가스를 연소시켜 열풍을 제조(S620)한 후, 열풍을 소성로에 공급(S640)하여 성형탄의 소성에 필요한 열원으로 사용하였다. 이때, 열풍을 다시 재가열하는 과정(S630)를 더 포함할 수도 있다. 이렇게 제조되는 탄재 내장 괴성광 내에는 탄재가 포함할 수 있으며, 140 내지 160kgf/p의 상온 강도를 가질 수 있다.

도 3을 참조하면, 탄재 내장 괴성광 제조 장치는 소성로(400)에서 발생하는 배가스를 수집하기 위한 제1가스공급배관(20)과, 내부에 제1가스공급배관(20)을 통해 수집된 배가스를 수용하여 연소시켜 열풍을 제조하기 위한 연소로(500)와, 연소로(500)와 소성로(400)를 연통시키는 제2가스공급배관(22)을 포함할 수 있다. 이때, 제1가스공급배관(20)에는 소성로(400) 내 배가스를 연소로(500)로 유도하기 위한 제1송풍기(10)가 구비될 수 있으며, 연소로(500)에는 배가스를 점화시키기 위한 제1버너(510)가 구비될 수 있다.

제1가스공급배관(20)은 소성로(400)의 일부 영역, 예컨대 석탄가스화영역(402)에서 발생하는 배가스인 휘발가스를 수집한다. 이에 제1가스공급배관(20)은 석탄가스화영역(402)으로부터 휘발가스를 수집할 수 있도록 석탄가스화영역(402)을 커버할 수 있도록 덕트 형상으로 형성될 수 있다. 통상 소성로(400)에서는 성형탄을 소성시키기 위한 가스가 소성로(400)의 상부측에서 하부측, 예컨대 대차의 상부에서 하부로 이동하므로 제1가스공급배관(20)은 소성로(400)의 하부측에 연결될 수 있다.

제2가스공급배관(22)은 열풍이 이동하는 경로로 사용되며, 연소로(500)와 소성로(400)를 상호 연통시킬 수 있다. 이때, 제2가스공급배관(22)의 일측은 연소로(500)에 연결되고, 타측은 소성로(400)의 소성영역(403)에 연결될 수 있다. 제2가스공급배관(22)에는 열풍을 소성로(400) 측으로 유도하기 위한 제2송풍기(12)가 구비될 수 있고, 열풍의 온도를 측정하기 위한 온도측정기(30)가 구비될 수 있다. 또한, 제2가스공급배관(22)에는 스택(900)과 연결되는 분기관(24)이 연결될 수 있으며, 분기관(24)에는 필요에 따라 열풍을 스택(900)으로 배출시킬 수 있도록 분기관(24) 내부 유로를 개폐하는 밸브(26)가 구비될 수 있다. 그리고 분기관(24)에는 열풍 내 함유되는 불순물, 예컨대 황성분을 제거하기 위한 탈황장치(800)가 구비될 수 있다. 이에 열풍이 스택(900)을 통해 외부로 배출될 때에는 황성분이 제거된 상태로 배출되어 환경오염을 저감시킬 수 있다.

또한, 제2가스공급배관(22)을 따라 이동하는 열풍이 냉각되는 경우 이를 목표하는 온도로 가열하기 위한 열풍로(600)를 더 포함할 수 있다. 열풍로(600)는 다시 가열된 열풍의 온도가 저하되는 것을 억제하기 위하여 소성로(400)에 인접하여 구비될 수 있다. 열풍로(600)에는 내부로 외기를 유입시키기 위한 도입구(602)가 형성될 수 있으며, 필요에 따라 열풍을 다시 가열하기 위한 제2버너(610)가 구비될 수 있다.

또한, 탄재 내장 괴성광 제조 장치는 상기에서 설명한 구성 및 구조에 한정되지 않고, 다양하게 변경 가능하다.

이와 같은 구성을 통해 소성로(400)에서 발생하는 배가스 중 일부, 예컨대 휘발가스를 연소시켜 제조되는 열풍을 소성로(400) 내부로 공급하고, 이 열풍을 탄재 내장 괴성광, 즉 성형탄을 열처리하는데 열원으로 사용할 수 있다. 이렇게 열풍을 이용하여 성형탄을 열처리하는 경우 성형탄의 급속 가열을 유도할 수 있는 동시에, 비교적 낮은 온도에서 열처리가 가능하므로 탄재를 연화용융시키는 동시에 연소를 억제할 수 있어 제조되는 탄재 내장 괴성광의 강도를 향상시킬 수 있다.

하기에서는 도 1 내지 5를 참조하여, 탄재 내장 괴성광을 제조하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 철원료를 마련하고(S100), 환원제로 사용될 탄재를 마련하며(S200), 이들을 별도로 마련된 각각의 호퍼(100, 200)에 저장한다. 그리고 각각의 호퍼(100, 200)에 저장된 철원료 및 탄재를 파쇄기(미도시)에 장입하여 파쇄하는데, 철원료의 입도는 0.1 mm 이하가 되도록 파쇄하고, 탄재의 입도는 1mm 이하가 되도록 파쇄할 수 있다.

파쇄기에서 철원료 및 탄재 각각의 파쇄가 종료되면, 상기 철원료 및 탄재를 혼합기(200)로 장입하여 혼합한다(S300). 이때 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물 전체를 기준으로 탄재가 전체 중량에 대하여 15 중량% 이상 함유되도록 혼합하는 것이 바람직하다. 이때, 철원료 및 탄재 외에 바인더를 추가로 혼합할 수도 있으나, 본원발명에서는 소성과정 중 탄재를 연화용융시킴으로써 철원료, 예컨대 극미분 철광석을 상호 결합시키는 바인더로 사용할 수 있다. 탄재가 연화용융되면 점도 및 점착성이 증가하여 철원료를 용이하게 결합시킬 수 있다. 물론 혼합물에는 철원료, 탄재, 바인더 외에 불가피한 성분이 혼합될 수도 있다.

이후, 혼합물은 성형기(300)로 장입되어 성형되며(S400), 예를 들면 성형탄은 탄재를 내장하는 브리켓(briquette)일 수 있다.

성형탄이 제조되면, 성형탄을 대차에 투입(S500)하고 성형탄이 장입된 대차를 소성로(400) 내로 이동시킨다. 대차는 소성로(400)의 건조영역(401), 석탄가스화영역(402), 소성영역(403) 및 냉각영역(404)을 순차적으로 이동하게 되고, 이에 대차에 투입된 성형탄의 열처리가 이루어진다(S500).

소성로(400)에서는 성형탄의 소성, 즉 열처리가 실시되며, 성형탄에 함유되는 탄재의 연소를 억제하기 위하여 소성로(400) 내부 분위기를 제어할 수 있다. 즉, 소성로(400) 내부의 산소 농도가 높으면 탄재가 연소될 수 있으므로 소성로(400) 내의 산소 농도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 소성로(400) 내의 산소 농도가 15% 이하가 되도록 조절하여 탄재의 연소를 억제할 수 있다. 산소 농도의 조절을 위해, 소성로(400) 내부로 불활성 가스 예컨대 질소(N₂), 아르곤(Ar) 등을 공급할 수 있다.

이와 같이 열처리가 이루어지면서 소성로(400) 내부에서는 배가스가 발생하게 된다. 배가스는 소성로(400) 전역에 걸쳐 발생할 수 있으며, 특히 석탄가스화영역(402)에서는 탄재 내 타르, 피치 등과 같은 휘발성분이 휘발하면서 발생하는 휘발 가스가 발생하게 된다.

이렇게 발생하는 휘발 가스는 제1송풍기에 의한 흡인력에 의해 제1가스공급배관(20)을 통해 수집되어 연소로(500)로 공급될 수 있다. 이때, 석탄가스화영역(402)의 온도는 300 내지 800℃ 정도로 제어되고, 여기에서 발생하는 휘발가스의 온도는 약 300 내지 500℃ 정도이다.

연소로(500)에서는 제1버너(510)를 이용하여 연소로(500) 내에 공급된 휘발 가스를 점화시켜 연소시킨다. 이에 연소로(500)에서는 휘발 가스가 연소되어 열풍이 발생하게 된다. 이때, 연소로(500)에 외기를 유입시켜 열풍량이나 온도를 조절할 수 있다. 연소로(500)에서는 휘발 가스를 연소시켜 800 내지 900℃ 정도의 열풍을 제조할 수 있다.

열풍이 제조되면, 열풍을 제2가스공급배관(22)으로 이송하여 소성로(400)에 공급한다. 열풍은 제2가스공급배관(22)에 구비되는 제2송풍기(12)에 의해 소성로(400) 측으로 유도되어 소성로(400)의 소성영역(403)으로 공급된다. 이때, 열풍은 500 내지 600℃ 정도의 온도를 갖도록 조절된 후 소성로(400)에 공급될 수 있다. 연소로(500)에서 제조된 열풍의 온도가 소성로(400)까지 도달할 때 500 내지 600℃ 정도를 유지하는 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 소성로(400)의 소성영역(403)에 그대로 공급할 수 있다. 그러나 연소로(500)에서 제조된 열풍의 온도가 500 내지 600℃ 정도에 이르지 못하는 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 열풍로(600)에서 열풍을 다시 가열하여 500 내지 600℃ 정도로 조절한 후 소성로(400)의 소성영역(403)에 공급할 수 있다.

이는 제2가스공급배관(22)을 통해 열풍을 이송하는 과정에서 온도측정기(30)를 이용하여 열풍의 온도를 측정하고, 그 측정 결과에 따라 열풍을 냉각 또는 가열하여 열풍의 온도를 조절할 수 있다. 온도측정기(30)는 제2송풍기(12)의 전단에 구비되어 열풍이 제2송풍기(12)를 통과하기 이전에 그 온도를 측정할 수 있다.

온도측정기(30)에 의해 측정된 열풍의 온도가 600℃ 이상인 경우, 제2가스공급배관(22)으로 외기를 유입시켜 열풍의 온도를 저하시킬 수 있다. 또는, 열풍로(600)의 도입구(602)를 통해 외기를 유입시켜 열풍의 온도를 저하시킬 수도 있다.

또한, 온도측정기(30)에 의해 측정된 열풍의 온도가 500℃ 이하인 경우, 열풍로(600)에서 제2버너(610)를 이용하여 열풍을 가열하여 500 내지 600℃ 정도로 승온시킨 후 소성로(400)에 공급할 수 있다. 이때, 열풍로(600)에서 열풍을 가열하는 과정에서 열풍로(600)의 도입구(602)를 통해 열풍로(600) 내로 외기를 유입시킬 수도 있다. 이는 소성로(400)로 공급되는 열풍의 유량이 충분하지 않거나 열풍로(600)에서 가열된 열풍의 온도가 지나치게 높은 경우, 예컨대 600℃보다 높은 경우 외기를 혼합하여 열풍의 온도를 500 내지 600℃ 정도로 조절할 수 있다.

이와 같이 소성로(400)에 공급되는 열풍의 온도를 500 내지 600℃ 정도로 조절하는 이유는 성형탄 내 탄재가 300 내지 500℃ 정도에서 연화용융되기 때문이며, 이러한 과정은 약 5 내지 10분 정도 수행할 수 있다.

종래에는 성형탄을 1000℃ 이상의 온도에서 직접 환원시켰으나, 이 온도는 매우 고온으로 성형탄에 함유되는 탄재를 연소시킬 수 있는 온도이다. 성형탄의 환원을 이와 같이 높은 온도에서 수행하면 성형탄 내 탄재가 연소되면서 기공을 형성하기 때문에 소성 후 제조되는 환원철의 강도가 저하되는 문제점이 있다. 따라서 성형탄을 환원 온도보다 비교적 저온, 예컨대 300 내지 700℃로 미리 열처리하여 탄재의 점성과 점착력을 증대시켜 철원료 간의 결합력이 향상된 탄재 내장 괴성광을 제조하고, 이후 필요에 따라 환원공정을 다시 수행함으로써 환원철의 강도 저하를 방지할 수 있다.

소성로(400)의 소성영역(403)에 열풍이 공급되면, 50 내지 60℃/분 정도의 속도로 성형탄이 승온된다. 성형탄의 승온 속도는 코크스를 제조할 때 승온속도(약 4℃/분)보다 상당히 빠르며, 이러한 승온 속도는 탄재의 연화용융을 촉진시킬 수 있다.

또한, 소성로(400)에 열풍을 공급할 때 열풍 중 산소 농도는 5% 이하, 바람직하게는 1 내지 5% 정도로 조절하는 것이 좋다. 열풍 중 산소 농도가 적을수록 좋지만, 소성로(400)가 완전히 폐쇄된 상태가 아니므로 제시된 범위보다 낮게 조절하는 것은 불가능하다. 또한, 열풍 중 산소 농도가 제시된 범위보다 높은 경우에는 환원반응 중 탄재가 연소되는 문제점이 있다.

한편, 소성로(400)에 문제가 발생하거나 열풍로(600)에 문제가 발생하는 경우, 제2가스공급배관(22)을 통해 이송되는 열풍은 제2가스공급배관(22)에 연결되는 분기관(24)을 거쳐 스택(900)을 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 이때, 분기관(24)에 구비되는 밸브(26)를 통해 분기관(24) 내부 유로를 개방하여 열풍을 분기관(24) 측으로 유입시키고, 탈황처리장치(800)에서 열풍 중 황성분을 제거한 후 스택(900)을 통해 외부로 배출시킬 수 있다.

이처럼 소성로(400)에서 발생하는 배가스 중 일부, 예컨대 휘발가스를 연소시켜 열풍을 제조하고, 이를 소성로(400)로 순환시켜 성형탄을 열처리하는데 필요한 열원으로 사용함으로써 제조되는 성형탄의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 에너지 비용을 절감할 수 있는 이점도 있다.

본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100, 110: 호퍼 200: 혼합기
300: 성형기 400: 소성로
500: 연소로 600: 열풍로
700: 선별기 800: 탈황장치
900: 스택

Claims

철원료와 탄재가 혼합된 혼합물로 성형탄을 제조하는 과정;
상기 성형탄을 대차에 장입하여 원료층을 형성하는 과정; 및
상기 대차를 소성로 내부로 이동시켜 열처리하는 과정;을 포함하고,
상기 열처리하는 과정은 상기 소성로 내부에서 발생하는 배가스 중 일부를 수집하는 과정;
상기 수집된 배가스를 연소시켜 열풍을 생성하는 과정; 및
상기 열풍을 상기 소성로의 적어도 일부 영역에 공급하는 과정;
을 포함하는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 소성로는 건조영역, 석탄가스화영역, 소성영역 및 냉각영역으로 구분되고,
상기 배가스 중 일부를 수집하는 과정은 상기 소성로의 석탄가스화영역에서 휘발가스를 수집하는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 열풍을 생성하는 과정은 상기 휘발가스를 연소시켜 800 내지 900℃의 열풍을 생성하는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 열풍을 상기 소성로의 적어도 일부 영역에 공급하는 과정에서,
상기 열풍은 500 내지 600℃로 온도를 조절하여 공급하는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 열풍의 온도가 500℃보다 낮은 경우, 상기 소성로에 열풍을 공급하기 전 열풍로에서 상기 열풍을 가열한 후 공급하는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 열풍로에서 상기 열풍을 가열하는 과정에서 상기 열풍로에 외기를 공급하는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 열풍의 온도가 600℃보다 높은 경우, 상기 열풍로에서 상기 열풍에 외기를 혼합하여 냉각시키는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 소성로에 공급되는 열풍은 1 내지 5%의 산소 농도를 갖는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 열풍은 상기 소성로의 소성영역에 공급되는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 소성영역의 온도는 300 내지 700℃ 범위로 제어하는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 소성영역에서 상기 성형탄의 승온 속도를 50 내지 60℃로 조절하는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 소성영역에서 상기 탄재를 연화용융시키는 탄재 내장 괴성광 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 의해 제조된 탄재 내장 괴성광.
청구항 13에 있어서,
140 내지 160kgf/p의 상온 강도를 갖는 탄재 내장 괴성광.
철원료 및 탄재가 수용되는 복수의 호퍼;
상기 호퍼와 연결되고, 상기 철원료와 탄재를 공급받아 혼합하는 혼합기;
상기 혼합기로부터 혼합물을 공급받아 성형탄을 압축하는 압축부재를 구비하는 성형기;
성형탄이 장입된 대차가 이동하는 경로를 형성하는 소성로;
상기 소성로에서 발생하는 배가스 중 적어도 일부를 연소시켜 열풍을 생성하는 연소로; 및
상기 연소로와 상기 소성로를 연통시키고, 상기 열풍 중 적어도 일부를 상기 소성로에 공급하는 가스공급배관;
을 포함하는 탄재 내장 괴성광 제조 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 소성로는 건조영역, 석탄가스화영역, 소성영역 및 냉각영역을 포함하고,
상기 연소로는 상기 석탄가스화영역과 연통되는 탄재 내장 괴성광 제조 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 가스공급배관에는 상기 열풍을 상기 소성로로 유도하는 송풍기가 구비되는 탄재 내장 괴성광 제조 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 가스공급배관은 상기 열풍을 외부로 배출시키기 위한 분기관이 연결되고,
상기 분기관에는 상기 분기관을 선택적으로 개폐하는 밸브와, 탈황장치가 구비되는 탄재 내장 괴성광 제조 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 가스공급배관에는 온도측정기가 구비되는 탄재 내장 괴성광 제조 장치.
청구항 19에 있어서,
상기 가스공급배관은 상기 소성영역과 연통되는 탄재 내장 괴성광 제조 장치.
청구항 20에 있어서,
상기 가스공급배관과 상기 소성로 사이에 열풍로가 구비되는 탄재 내장 괴성광 제조 장치.
청구항 21에 있어서,
상기 열풍로에는 외기를 유입시키기 위한 도입구와, 버너가 구비되는 탄재 내장 괴성광 제조 장치.