KR20200065564A

KR20200065564A - 유동 환원 장치

Info

Publication number: KR20200065564A
Application number: KR1020180152148A
Authority: KR
Inventors: 김동원; 신명균
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2020-06-09
Also published as: KR102135819B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 유동 환원 장치는 분철광석을 저장하는 제1 저장조, 상기 분철광석을 직접 환원철로 환원시키는 유동로, 상기 제1 저장조와 상기 유동로 사이에 위치하며 상기 분철광석을 상기 유동로에 기송 장입하는 기송 장입 장치, 그리고 상기 유동로와 상기 기송 장입 장치를 서로 연결하는 순환 장치를 포함하고, 상기 순환 장치는 상기 유동로에서 이송된 상기 직접 환원철을 상기 기송 장입 장치 내부의 상기 분철광석과 혼합시킬 수 있다.

Description

유동 환원 장치{FLUIDIZED-BED REDUCTION REACTOR}

본 발명은 유동 환원 장치에 관한 것으로서, 파이넥스(FINEX) 공법에 사용되는 유동 환원 장치에 관한 것이다.

파이넥스(FINEX) 공법은 직접 제강법으로서, 용광로 공법과 달리 분 상태의 철광석, 즉 분철광석과 일반 유연탄을 사용해 쇳물을 양산하는 기술로, 원료 전처리 공정이 생략된다.

이러한 파이넥스(FINEX) 공법은 분철광석을 환원시키는 유동 환원 공정, 환원된 환원광을 괴성체로 만드는 괴성화 공정, 및 석탄 충진층을 구비하고 괴성화된 환원광을 제공받아 이를 용융로에서 용융시키는 용융로 공정을 포함한다.

유동 환원 공정이 진행되는 유동 환원 장치는 분철광석 건조 장치, 분철광석 저장조, 기송 장입 장치, 유동로 그리고 직접환원철 습식 처리 장치를 포함한다.

분철광석은 야드에 적치되어 있다가 원료 저장조(Stock House)에서 몇 종류의 분철광석과 분부원료를 일정 혼합 비율로 배합 후 유동로에 기송으로 장입하게 된다. 원활한 기송 장입을 위해 분철광석은 기송 전 분철광석 건조 장치에서 건조 공정을 거치게 된다.

유동로에 장입된 분철광석은 3단의 반응기를 거치며 고온의 환원 가스에 의해 직접 환원철(Direct Reduced Iron, DRI)로 변화된다. 원활한 설비 가동을 위해 주기적으로 유동로 비우기 및 청소 작업을 진행하며 이 때 배출된 직접 환원철은 습식 처리 장치를 통해 냉각 후 슬러지 형태로 공정 외부로 배출된다.

분철광석 건조 장치로 인입되는 분철광석 내에는 빗물을 포함하여 야드 내 비산 방지를 목적으로 살포된 수분이 평균 8% 이내로 포함되어 있다. 이 수분은 기송 장입 장치에서 분철광석을 기송 시 기송 배관을 막히게 하는 주된 요인으로 작용한다. 따라서, 분철광석 건조 장치에서 최대 수분 5% 이하로 건조되어야 한다. 분철광석 건조 장치는 파이넥스 공정의 배출 가스인 FOG(FINEX Off Gas)를 버너로 연소하여 가열된 공기를 이용하여 분철광석 내부의 수분을 건조하는 장치이다.

이 때, 배가스의 일부와 전력 등 에너지를 소모하게 되며 분철광석 건조 장치의 집진기를 통해 장입량의 약 3% 정도의 분철광석이 손실된다. 또한, 분철광석 건조 장치를 설치하기 위해서는 설비 투자 비용과 부지를 필요로 하며, 관련 설비들을 유지, 보수 등 관리하기 위한 인력도 필요로 한다.

본 발명에서는 별도의 분철광석 건조 장치를 사용하지 않고 분철광석을 건조하여 에너지를 절감하고 공정을 단순화할 수 있는 유동 환원 장치를 제공하고자 한다.

상기 순환 장치는 상기 직접 환원철을 저장하는 제2 저장조, 상기 제2 저장조의 하단에 연결되며, 상기 직접 환원철을 균일한 압력으로 배출하는 균배압 장치, 그리고 상기 균배압 장치의 하단에 연결되며 상기 직접 환원철을 일정한 압력으로 배출하는 배출조를 포함할 수 있다.

상기 배출조의 하단에 연결되며 상기 직접 환원철을 일정한 속도로 배출하는 배출 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 유동로와 상기 제2 저장소 사이에 설치되는 배출 배관, 그리고 상기 배출 배관에 설치되며 상기 직접 환원철의 배출량을 조절하는 배출 밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유동 환원 장치는 유동로에서 환원된 고온의 직접 환원철 중 일부를 순환시켜 분철광석 기송 장입 장치에 전달함으로써, 분철광석이 직접 환원철과 혼합되어 분철광석 내부의 수분을 건조시킬 수 있다. 따라서, 별도의 분철광석 건조 장치를 사용하지 않아도 되므로, 에너지를 절감하고, 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 종래의 분철광석 건조 장치의 건조 기능, 분철광석 기송 장입 장치의 이송 기능을 하나로 통합함으로써, 공정을 단순화할 수 있고, 설비 관리가 용이하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 환원 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 유동 환원 장치의 직접 환원철 순환 장치의 확대도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 환원 장치의 개략적인 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유동 환원 장치는 수직 이송 장치(100), 제1 저장조(200), 기송 장입 장치(300), 유동로(400), 그리고 순환 장치(500)를 포함한다.

수직 이송 장치(100)는 야드에서 반입된 분철광석을 제1 저장조(200)로 이송한다. 이 때, 분철광석은 약 8% 정도의 수분을 포함하고 있다.

제1 저장조(200)는 수직 이송 장치(100)로부터 이송된 분철광석을 저장할 수 있다. 제1 저장조(200)에 저장된 분철광석은 기송 장입 장치(300)으로 이송된다.

기송 장입 장치(300)는 분철광석을 유동로(400)에 기송 장입할 수 있다. 그리고 기송 장입 장치(300)는 순환 장치(500)와 연결될 수 있다.

유동로(400)는 복수개의 반응기(410, 420, 430)를 포함할 수 있다. 복수개의 반응기는 다단식으로 순차적으로 설치된 제1 반응기(410), 제2 반응기(420), 그리고 제3 반응기(430)를 포함한다. 본 실시예에서는 제1 내지 제3 반응기만을 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 반응기의 수는 증감이 가능하다.

각각의 반응기(410, 420, 430) 사이를 연결하는 가스 배관(31)을 통해 환원 가스가 전달된다. 이 때, 환원 가스는 제3 반응기(430), 제2 반응기(420), 그리고 제1 반응기(410)의 순서대로 역방향으로 전달된다.

따라서, 유동로(400)는 환원 가스를 이용하여 분철광석을 직접 환원철(Direct Reduced Iron, DRI)로 환원시킬 수 있다.

순환 장치(500)는 차례로 연결된 제2 저장조(510), 균배압 장치(520), 배출조(530), 그리고 배출 장치(540)를 포함할 수 있다. 순환 장치(500)의 제2 저장조(510)는 각각의 반응기(410, 420, 430)와 연결될 수 있다. 그리고, 순환 장치(500)의 배출 장치(540)는 기송 장입 장치(300)와 연결될 수 있다. 따라서, 순환 장치(500)는 유동로(400)로부터 전달받은 직접 환원철을 기송 장입 장치(300)로 순환시켜 고온의 직접 환원철을 분철광석과 혼합시킬 수 있다.

각각의 반응기(410, 420, 430)와 제2 저장소(510) 사이에는 각각의 반응기(410, 420, 430)와 제2 저장소(510)를 연결하는 배출 배관(41)이 설치될 수 있다. 따라서, 각각의 반응기(410, 420, 430)로부터 직접 환원철을 이송 받을 수 있다. 배출 배관(41)에는 배출 밸브(42)가 설치되어 배출 밸브의 개폐 시간을 조절함으로써, 직접 환원철이 제2 저장조로 배출되는 배출량을 조절할 수 있다.

제2 저장조(510)는 각각의 반응기(410, 420, 430)로부터 이송된 직접 환원철을 저장할 수 있다. 제2 저장조(510)의 압력은 각각의 반응기(410, 420, 430)의 압력보다 500mbar 정도 낮을 수 있다. 따라서, 각각의 반응기(410, 420, 430) 내부의 압력과 제2 저장조(510) 내부의 압력 차이에 의해 직접 환원철이 제2 저장조(510)로 이송될 수 있다.

균배압 장치(520)는 안정적인 균배압 제어가 이루어지도록 하여 제2 저장조(510)로부터 직접 환원철을 연속적으로 기송하게 한다.

균배압 장치(520)의 후단에 설치된 배출조(530)는 기송 장입 장치(300)와 동일한 압력을 유지할 수 있다. 따라서, 배출조(530)는 직접 환원철(2)을 일정한 압력으로 배출할 수 있다.

배출 장치(540)는 직접 환원철(61)을 기송 장입 장치(300)로 일정한 속도로 배출하여 고온의 직접 환원철(2)이 분철광석(1)과 혼합되도록 한다.

배출 장치(540)로부터 배출된 직접 환원철은 600도 이상의 고온이며, 불활성 가스인 질소에 의해 기송되어 분철광석과 혼합된다. 따라서, 직접 환원철의 온도에 의해 분철광석 내의 수분은 기화되며 함수율 5% 이내로 건조될 수 있다.

이와 같이, 기송 장입 장치(300)에서 유동로(400)로 분철광석이 이송되는 이송 배관(51)에 고온의 직접 환원철이 혼합되므로, 수분을 함유한 분철광석은 건조되어 유동로(400)로 이송될 수 있다. 따라서, 별도의 분철광석 건조 장치를 사용하지 않아도 되므로, 에너지를 절감하고, 제조 비용을 절감할 수 있다.

이 때 분철광석(1)을 이송하는 기송 가스와 직접 환원철(20)을 이송하는 가스가 만나는 지점에서 난류가 발생할 수 있다. 이러한 난류의 흐름에 의해 수분을 함유한 분철광석(1)과 고온의 직접 환원철(2)이 효율적으로 혼합될 수 있다.

이 때, 이송 배관(51)과 순환 배관(61)이 연결되는 연결부(LP)에서 이송 배관(51)과 순환 배관(61)의 방향은 서로 동일한 방향(X)일 수 있다. 따라서, 이송 배관(51) 및 순환 배관(61)의 마모를 최소화할 수 있다.

분철광석과 혼합되는 직접 환원철의 양은 분철광석 중량의 15 내지 20%일 수 있다. 직접 환원철의 중량이 분철광석 중량의 15% 미만일 경우에는 수분을 제어하기가 어려우며, 직접 환원철의 중량이 분철광석 중량의 20% 초과일 경우에는 직접 환원철의 순환량이 많아 공정의 효율 및 경제성이 저하될 수 있다.

한편, 원활한 설비 가동을 위해 유동로(400)에 잔류하는 직접 환원철은 외부로 주기적으로 배출된다.

유동 환원 장치가 동작 중인 경우에는 제2 반응기(420)에서 직접 환원철을 배출한다. 제2 반응기(420)는 제1 반응기(410)에 비해 분화 또는 과환원의 위험이 적기 때문이다.

유동 환원 장치가 정지 중인 경우에는 제1 반응기(410), 제2 반응기(420) 및 제3 반응기(430) 모두에 잔류하는 직접 환원철을 제2 저장조(510)에 저장한 후 유동 환원 장치를 재가동하는 경우 분철광석과 혼합하여 재장입한다.

제2 저장조(510)의 내부에는 단열재가 설치될 수 있다. 따라서, 유동 환원 장치가 정지 중인 기간 동안 직접 환원철의 온도의 저하를 방지할 수 있다.

본 개시를 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

100: 수직 이송 장치 200: 제1 저장조
300: 기송 장입 장치 400: 유동로
500: 순환 장치

Claims

분철광석을 저장하는 제1 저장조,
상기 분철광석을 직접 환원철로 환원시키는 유동로,
상기 제1 저장조와 상기 유동로 사이에 위치하며 상기 분철광석을 상기 유동로에 기송 장입하는 기송 장입 장치, 그리고
상기 유동로와 상기 기송 장입 장치를 서로 연결하는 순환 장치
를 포함하고,
상기 순환 장치는 상기 유동로에서 이송된 상기 직접 환원철을 상기 기송 장입 장치 내부의 상기 분철광석과 혼합시키는 유동 환원 장치.
제1항에 있어서,
상기 순환 장치는
상기 직접 환원철을 저장하는 제2 저장조,
상기 제2 저장조의 하단에 연결되며, 상기 직접 환원철을 균일한 압력으로 배출하는 균배압 장치, 그리고
상기 균배압 장치의 하단에 연결되며 상기 직접 환원철을 일정한 압력으로 배출하는 배출조
를 포함하는 유동 환원 장치.
제2항에 있어서,
상기 배출조의 하단에 연결되며 상기 직접 환원철을 일정한 속도로 배출하는 배출 장치를 더 포함하는 유동 환원 장치.
제3항에 있어서,
상기 유동로와 상기 제2 저장소 사이에 설치되는 배출 배관, 그리고
상기 배출 배관에 설치되며 상기 직접 환원철의 배출량을 조절하는 배출 밸브를 더 포함하는 유동 환원 장치.