KR20190084604A - 스크류형의 직접환원철법 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크류형의 직접환원철법 냉각장치에 관한 것으로, 직접환원철법(direct reduction iron) 공정을 통해 고품위광 철을 생산하는 과정에서 투입된 재료를 전기로에서 고온 가열한 후 생산하는 과정을 거쳐 해당 재료를 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서, 고온 가열후 공급되는 가공된 재료를 공급받는 호퍼부, 상기 호퍼부를 통해 공급된 재료를 냉각 과정을 거치기 위해 전달하는 전달 스크류, 상기 전달 스크류를 일정속도로 회전시키는 스크류 회전 수단, 상기 전달 스크류를 통해 이송하는 고품위 철을 냉각시키기 위해 냉각수를 상기 전달 스크류 표면으로 분사하는 냉각수 공급장치, 상기 전달 스크류 표면에서 발생되는 고온의 열기를 외부로 배기하여 냉각속도를 가속화하기 위해 마련되는 냉각팬 및 상기 전달 스크류 내로 냉각 가스를 공급하여 재료를 냉각시키는 냉각 가스 공급장치를 포함하여 구성된다.

Description

스크류형의 직접환원철법 냉각장치{Screw-type direct reduced iron cooling system}

본 발명은 스크류형의 DRI 냉각장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 직접환원철법(direct reduction iron) 공정에서 가공 단계를 거쳐 고온 상태로 유지되는 DRI 소재를 고속 냉각시킴으로써 재료의 변태 상태를 안정적으로 유지시킬 수 있는 스크류형의 DRI 냉각장치에 관한 것이다.

철의 제조방법은 철 품위가 60% 정도인 상대적 저품위의 일반 철광석을 원료로 하는 고로 제철법과 철 품위 68%이상의 고품위 철광석을 원료로 하는 직접 환원 제철법으로 대별된다. 직접 환원 제철법은 고품위 정광을 일산화탄소, 수소 등과 같은 환원가스를 이용하여 철광석을 환원시켜 철원 (환원철)을 제조한 후, 이 환원철을 전기로에서 녹여 고순도, 고품질의 쇳물을 만드는 공법이다.

한편, 전기로를 이용한 철강 생산은 주로 고철과 폐스크랩을 원료로 사용하는 것인데, 전기로는 고로에 비하여 초기 투자 및 설비 구축기간이 짧으므로 최근 신흥공업국을 중심으로 전기로 설비 도입이 증대되고 있다.

그러나, 고철과 폐스크랩의 공급은 안정적이지 않으며, 저급 고철에서 불순물을 제거하기 위한 인건비 및 기술상의 문제점이 야기되고 있다.

이렇게 전기로 생산설비 도입이 증가함에도 불구하고, 고철과 폐스크랩의 안정적 공급이 어려워짐으로써, 최근 신흥공업국이나 신흥 자원국을 중심으로 철강 수요에 대처하기 위하여 전기로를 사용하는 직접 환원 제철법을 통한 철강 제조가 증가하고 있다.

직접 환원철의 원료로는 천연으로 산출되는 적철광, 자철광 등의 철광석이 사용되는데, 철 품위 및 입자 크기에 있어서 엄격한 품질요건이 요구된다. 즉, 직접 환원철의 원료 조건을 만족하기 위해서는 철 품위가 68% 이상으로 불순 원소가 거의 혼입되지 않아야 하며, 입자 크기는 0.075mm의 체눈을 가지는 200 메쉬(mesh) 체를 80%이상 통과할 수 있는 입도 분포를 가져야 한다.

천연으로 산출되는 철광석은 고품위 원석이라고 하여도 철 품위가 60% 내외이고 괴상으로 산출되기 때문에 직접 환원철 원료로 이용하기 위해서는 파분쇄 및 철 품위 향상을 위한 선별 공정을 거처야 한다. 그러나 철광석으로부터 미립의 철 품위 68% 이상의 원료를 만드는 기존의 공정은 경제적이라는 문제점이 있었다. 특히 선광을 하기 앞서 철광석을 미립자로 파쇄 및 분쇄하는 단체분리 공정이 선행되어야 하는데, 이 공정이 비경제성을 초래하는 가장 큰 원인이었다.

이에 철광물과 불순광물의 광물학적 차이를 이용하여 철광석으로부터 단계별로 철광물만을 선택적으로 회수하는 경제적인 방법을 개발할 필요가 있다.

KR 10-1607255호 KR 10-1587199호 KR 10-1714931호 KR 10-1638447호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 직접 환원철 공법에서 가공된 철광을 고속으로 회수시킬 수 있는 공법의 프로세스 중 하나로써 가열 처리된 재료를 우수하고 효율적으로 급냉 냉각 처리함에 따라 물리적으로 안정적인 고품위광을 생산할 수 있는 DRI 고속 냉각장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

따라서, 본 발명은 경제성 높은 고품위광 직접 환원철 공법을 제공하고자 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 직접환원철법(direct reduction iron) 공정을 통해 고품위광 철을 생산하는 과정에서 투입된 재료를 전기로에서 고온 가열한 후 생산하는 과정을 거쳐 해당 재료를 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서, 고온 가열후 공급되는 가공된 재료를 공급받는 호퍼부, 상기 호퍼부를 통해 공급된 재료를 냉각 과정을 거치기 위해 전달하는 전달 스크류, 상기 전달 스크류를 일정속도로 회전시키는 스크류 회전 수단, 상기 전달 스크류를 통해 이송하는 고품위 철을 냉각시키기 위해 냉각수를 상기 전달 스크류 표면으로 분사하는 냉각수 공급장치, 상기 전달 스크류 표면에서 발생되는 고온의 열기를 외부로 배기하여 냉각속도를 가속화하기 위해 마련되는 냉각팬 및 상기 전달 스크류 내로 냉각 가스를 공급하여 재료를 냉각시키는 냉각 가스 공급장치를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 전달 스크류는, 원통형 구조를 갖는 스크류이며, 회전시 재료를 이송시키기 위해 내주면으로 이송리브가 일정간격으로 구성된다.

또한, 상기 이송리브는, 상기 전달 스크류가 회전시 재료를 전방으로 이송시키는 이송리브와, 회전에 따라 재료를 믹싱하는 믹싱리브를 포함한다.

또한, 기 이송리브가 배열되는 간격을 따라 믹싱리브가 소정의 간격을 가지고 배치 구성되며, 상기 전달 스크류의 속도 제어에 따라 상기 이송리브의 각도를 제어하여 냉각되는 재료의 이송 속도를 제어한다.

또한, 상기 냉각수 공급장치는, 상기 전달 스크류 길이에 대응하게 길이로 구성되어 회전하는 전달 스크류 표면 전체에 냉각수를 공급하며, 상기 냉각수 공급장치는 전달 스크류의 회전 속도에 따라 분사량을 제어한다.

또한, 상기 회전수단은, 상기 전달 스크류의 외측면을 감싸면서 회전하는 롤러가 양측으로 각각 마련되고, 상기 롤러의 구동을 통해 전달 스크류를 회전시키도록 일측에서 구동모터의 동력을 전달받아 회전된다.

또한, 상기 냉각팬은, 상기 전달 스크류를 감싸는 챔버가 더 마련되고 상기 챔버상에 설치되어 챔버 내에 위치한 전달 스크류의 온도를 외측으로 배기시키도록 구성된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 직접환원철법 공정에서 배출된 철광 원료의 산화를 방지하기 위하여 고온성형 DRI 산화방지를 위한 냉각장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법 냉각장치는 직원환원철법 공정에서의 재료의 산화방지를 위하여 신속하게 재료를 냉각시키기 위한 방법으로 냉각수 냉각, 풍력 냉각 그리고 환원가스 공급을 포함하는 3단계 공정을 통해 냉각함으로써 펠럿 원료화를 위한 냉각 효율성을 만족시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법 냉각장치의 개략적이 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법 냉각장치의 측단면도,
도 4는 본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법 냉각장치의 전달 스크류를 나타낸 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법 냉각장치의 전달 스크류를 전개도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스크류형의 DRI 냉각장치의 바람직한 실시예를 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 스크류형의 DRI 냉각장치는, 직접환원철법(direct reduction iron) 공정을 통해 고품위광 철을 생산하는 과정에서 투입된 재료를 전기로에서 고온 가열한 후 생산하는 과정을 거쳐 해당 재료를 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서, 고온 가열후 공급되는 가공된 재료를 공급받는 호퍼부, 상기 호퍼부를 통해 공급된 재료를 냉각 과정을 거치기 위해 전달하는 전달 스크류, 상기 전달 스크류를 일정속도로 회전시키는 스크류 회전 수단, 상기 전달 스크류를 통해 이송하는 고품위 철을 냉각시키기 위해 냉각수를 상기 전달 스크류 표면으로 분사하는 냉각수 공급장치, 상기 전달 스크류 표면에서 발생되는 고온의 열기를 외부로 배기하여 냉각속도를 가속화하기 위해 마련되는 냉각팬 및 상기 전달 스크류 내로 냉각 가스를 공급하여 재료를 냉각시키는 냉각 가스 공급장치를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 스크류형 직접환원철냉각장치 냉각장치는, 직접환원철법 공정에서 고온으로 성형 가공된 펠럿화 재료를 빠르게 냉각시켜 재료의 산화를 방지하고 안정화될 수 있도록 고속의 냉각 시스템을 적용하기 위하여 3단계 냉각 공정을 수행하게 되는데, 냉각수 공급장치400)를 이용한 냉각수를 이용한 스크류형 냉각과정과 재료가 냉각되면서 이동되는 전달 스크류의 표면 온도를 냉각시키기 위한 냉각팬(500), 그리고 스크류 내로 불활성 가스를 공급하여 산화방지 및 재료를 냉각시키는 냉각 가스 공급장치를 포함하여 구성된다.

도 1은 본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법의 전체 구성도이다. 본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법 냉각장치는 철강 제조에서 철 품위가 68% 이상에 해당하는 고순도의 철을 생산하기 위한 공법에서 전기로에서 가열된 펠럿화된 재료를 빠르게 냉각시켜 산화를 방지하기 위한 DRI 냉각장치를 구성하고자 하는데 큰 목적이 있다.

DRI 냉각장치를 구성하기 위하여 도 1의 개략적인 구성을 살펴보면, 고품위 철을 전기로 공정에서 용융하기 위한 전기로(10)와 여기서 배출되는 펠럿 구조의 재료를 급속 냉각시키기 위한 냉각장치(100)로 구성되며, 본 발명에서는 펠럿화된 고품질의 철을 고속으로 냉각시켜 산화를 방지하고 우수한 수준의 철 재료를 생산하고자 하는데 그 목적이 있으며, 이를 위하여 DRI 공정에서 중요한 냉각장치의 구성을 제공하고자 하는데 있다.

도 2는 본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법 냉각장치의 개략적이 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법 냉각장치의 측단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 냉각장치는 크게 전달 스크류(300), 냉각수 공급장치(400), 냉각팬(500) 및 냉각가스 공급장치(600)로 구성된다.

앞서 언급한 바와 같이 전기로에서 배출되는 펠럿화된 철 재료는 고온의 상태로 배출되면 이것을 매우 효율적인 급냉 공정을 거쳐 온도를 안정화시켜 재료의 물리적 특성을 안정화시켜야 한다. 특히, 고온 상태의 고품위 철재료는 산화를 쉽게 일으킬 수 있기 때문에 최적화된 급냉 조건으로 재료를 냉각시켜주어야 한다.

이를 위해서 본 발명에서는 3단계 공정을 통해 빠르게 냉각시킬 수 있는 냉각장치를 제안하는 것으로, 전달 스크류를 통해 이송되는 재료의 열기를 배출시키도록 기하학적으로 구성된 내주면을 가진다. 이것은 아래에서 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.

전달 스크류(300)는 중공 원통형 형상을 가지며 중공 내측으로 재료를 이송시킬 수 있도록 이송리브(310)와 믹싱리브(320)가 마련된다. 상기 전달 스크류는 회전을 하면서 재료를 앞으로 이동시킬 수 있도록 동작하게 되는데, 이때 회전수단(330)을 통해 회전을 한다. 상기 회전수단(330)은 상세히 도시하지는 않았지만, 동력을 공급하는 모터가 구비되고 전달 스크류 양쪽으로 회전 가능하도록 지지되는 롤러가 마련되어 있어 동력 전달에 의해 전달 스크류가 회전하면서 내부에 투입된 재료가 이송하게 된다.

여기서 상기 이송리브(310)의 재료가 이송되도록 소정의 각도를 가지고 마련되며, 믹싱리브(320)를 재료를 휘젓도록 하여 열기가 빠르게 배출될 수 있도록 한다.

상기 전달 스크류를 통해 재료가 이송할 때 전달 스크류 외측표면으로는 냉각수 공급장치(400)를 통해 전달 스크류으로 냉각수를 분사하여 펠럿이 빠르게 냉각될 수 있도록 한다. 상기 냉각수 공급장치는 외부로부터 냉각수를 공급받으며 전달 스크류의 길이에 대응하여 분사노즐을 마련하여 회전하는 스크류의 표면 전체에 냉각수가 분사될 수 있도록 한다.

이처럼 냉각수 공급장치에 의해 전달 스크류의 표면에 냉각수를 분사하여 냉각시킴에 따라 빠르게 재료를 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에서는 보다 신속한 냉각 제어를 위하여 냉각팬을 이용한 냉각 수단을 포함한다. 냉각팬(500)은 전달 스크류에서 발생되는 열기를 외측으로 배기시키기 위한 수단으로써 추가적으로 설명하자면, 앞서 설명한 전달 스크류는 별도의 챔버(미부호) 내에 위치하게 되고 전달 스크류 표면으로 발생한 열은 상기 냉각팬(500)을 통해 외부로 배출시키게 된다.

상기 냉각팬은 복수의 냉각팬으로 구성되는 것이 바람직하며, 챔버 표면에 설치되어 내부 열기는 외측으로 배기시키도록 구성한다.

본 발명에서 실시하고자 하는 직접환원철법은 고품위광 철 생산을 위한 공정으로써, 재료의 산화를 방지하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 빠른 냉각과 산화방지를 위하여 전달 스크류를 통해 이송하는 재료에 직접적으로 불활성 가스를 공급하면서 냉각 효율도 발생할 수 있도록 냉각가스 공급하는 공급장치(600)가 마련되어 있게 된다. 즉, 전달 스크류 내부측으로 불활성 가스가 공급될 수 있도록 가스를 공급함에 따라 매우 안정적인 냉각을 달성할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법 냉각장치의 전달 스크류를 나타낸 정면도, 도 5는 본 발명에 따른 스크류형의 직접환원철법 냉각장치의 전달 스크류를 전개도이다.

앞서 언급한 바와 같이 본 발명에 따른 전달 스크류는 재료를 잘 이송시키면서 높은 온도의 재료를 냉각 장치들이 빠르게 냉각시킬 수 있도록 재료의 유동을 제어하는 것이 특징에 해당한다. 이를 달성하기 위하여 원통형 구조의 전달 스크류 내측으로는 도시된 바와 같이 이송리브(310)와 믹싱리브(320)가 구성되어 있으며, 소정의 간격을 가지고 고정 설치되어 재료의 이송을 담당하고 믹싱리브(320)는 고온의 재료를 휘젓기 때문에 열기를 빠르게 배출되도록 제어할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 DRI(직접환원철법) 재료를 고속으로 냉각시키고자 할 때 재료를 고속으로 이송시킬 수 있는 전달 스크류와 여기에 냉각수와 냉각 가스를 공급시킬 수 있는 복합적인 냉각수단을 구비함여 물리적으로 빠른 냉각속도를 달성할 수 있도록 냉각 메카니즘을 가져 재료를 빠른 속도로 안정화시킬 수 있는 이점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 냉각장치
200 : 호퍼
300 : 전달 스크류
310 : 이송리브
320 : 믹싱리브
330 : 회전수단
400 : 냉각수 공급장치
500 : 냉각팬
600 : 냉각가스 공급장치

Claims (7)

1. 직접환원철법(direct reduction iron) 공정을 통해 고품위광 철을 생산하는 과정에서 투입된 재료를 전기로에서 고온 가열한 후 생산하는 과정을 거쳐 해당 재료를 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서,
   고온 가열후 공급되는 가공된 재료를 공급받는 호퍼부;
   상기 호퍼부를 통해 공급된 재료를 냉각 과정을 거치기 위해 전달하는 전달 스크류;
   상기 전달 스크류를 일정속도로 회전시키는 스크류 회전 수단;
   상기 전달 스크류를 통해 이송하는 고품위 철을 냉각시키기 위해 냉각수를 상기 전달 스크류 표면으로 분사하는 냉각수 공급장치;
   상기 전달 스크류 표면에서 발생되는 고온의 열기를 외부로 배기하여 냉각속도를 가속화하기 위해 마련되는 냉각팬; 및
   상기 전달 스크류 내로 냉각 가스를 공급하여 재료를 냉각시키는 냉각 가스 공급장치;를 포함하여 구성되는 스크류형의 직접환원철법 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전달 스크류는,
   원통형 구조를 갖는 스크류이며, 회전시 재료를 이송시키기 위해 내주면으로 이송리브가 일정간격으로 구성되는 스크류형의 직접환원철법 냉각장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 이송리브는,
   상기 전달 스크류가 회전시 재료를 전방으로 이송시키는 이송리브와, 회전에 따라 재료를 믹싱하는 믹싱리브를 포함하여 구성되는 스크류형의 직접환원철법 냉각장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 이송리브가 배열되는 간격을 따라 믹싱리브가 소정의 간격을 가지고 배치 구성되며,
   상기 전달 스크류의 속도 제어에 따라 상기 이송리브의 각도를 제어하여 냉각되는 재료의 이송 속도를 제어하는 스크류형의 직접환원철법 냉각장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 냉각수 공급장치는,
   상기 전달 스크류 길이에 대응하게 길이로 구성되어 회전하는 전달 스크류 표면 전체에 냉각수를 공급하며, 상기 냉각수 공급장치는 전달 스크류의 회전 속도에 따라 분사량을 제어하는 스크류형의 직접환원철법 냉각장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 회전수단은,
   상기 전달 스크류의 외측면을 감싸면서 회전하는 롤러가 양측으로 각각 마련되고, 상기 롤러의 구동을 통해 전달 스크류를 회전시키도록 일측에서 구동모터의 동력을 전달받아 회전하는 스크류형의 직접환원철법 냉각장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 냉각팬은,
   상기 전달 스크류를 감싸는 챔버가 더 마련되고 상기 챔버상에 설치되어 챔버 내에 위치한 전달 스크류의 온도를 외측으로 배기시키도록 구성되는 스크류형의 직접환원철법 냉각장치.

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