KR810000840B1 - 회전로 내에서 수행되는 직접 환원 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

회전로 내에서 수행되는 직접 환원 방법

제1도는 회전로의 횡단면도.

제1도는 회전로의 종단면도.

본 발명은 회전로 내에서 다량의 휘발성 연소성분을 가진 고체 탄소질환원제를 사용하여, 산화철 함유물질을 직접 환원시켜 스폰지철을 생성시키는 방법에 관한 것이다. 이 회전로에서는 산소함유가스가 조절된 속도로 쉘파이프를 통해 로의 빈공간으로 주입되며, 장입물은 로속의 분위기의 흐름에 역류하여 로를 통해 이동한다.

회전로내에서 철광을 감소시키기 위해, 회전로에 원광과 환원제의 혼합물이 장입되며 로의 경사 및 회전의 결과, 혼합물은 로의 분위기의 흐름에 역류하여 로를 통해 이동한다. 환원제는 사실상 무연탄 및 코우크스 부스러기에서 갈탄에 이르기까지, 어떤 고체탄소질 에너지 운반체로써도 구성될 수 있다.

사용 가능한 대부분의 고체탄소질 환원제는 연소성 휘발성분을 함유하는데 예를들면 갈탄에서 이러한 성분들은 에너지 함량의 실질적인 부분으로 생각된다. 종래에는 이런 연소성 휘발성분의 주부분은 장입물이 가열됨에 따라 장입물의 열-수용 표면으로 부터 회전로의 가스공간으로 직접 들어간다. 이런 성분의 일부분은 가스 공간내에서 완전히 연소할 수 있다. 이런 목적을 위해 공기를 로외 길이에 따라 간격을 두고 떨어진 쉘파이프를 통해 공급한다. 더 큰 로를 가지고 이러한 실험을 하면 로의 빈공간내의 조절되지 않은 고온을 초래하여 장입물의 표면과 로의 내부 표면이 과열되는데 이러한 과열은 방해가 되는 외피를 형성하는 결과를 초래할 수 있다. 그리고 휘발성분의 에너지 함량은 단지 로의 빈공간을 통해서 장입물로 이송될 수 있다. 장입물의 이동하는 표면의 한계열용량 때문에, 장입물의 증가되는 열 공급은 열 축적 결과를 가져오고 이것은 그대신 장입물의 표면에서 석탄의 가스화라는 결과를 가져온다. 그결과 연속되는 환원단계에서 산소화 결합시키는데 유용한 고체 환원제의 량이 감소하고 전체에너지 요구량은 증가하며 그 이유는 탄소결핍은 또 다른 새로운 석탄을 공급하여 보충해 주어야 하기 때문이다. 원치않는 가스화의 결과 사용도 못하고 실제로 장입된 탄소량의 20%만큼이나 손실될 수 있다는게 알려졌다.

장입물 위의 로의 빈공간으로 쉘파이프를 통해 공기를 주입시키는 것 대신에, 내화라이닝의 내부 표면과 수평이거나 상기표면으로 부터 약간 튀어나온 배출개구를 가지는 노즐블록을 통해 가스를 회전로에 주입시킨다는 것이 알려졌다. 탄화수소를 회전로의 환원대역에서 장입물에 주입시키는 것과 산화 가스를 회전로의 빈 공간으로 회절로를 따라서 간격을 두고 떨어진 노즐블록(nozzle block)을 통해 주입시키는 것이 공지되어 있다. 환원대의 초기온도는 적어도 약 975℃라는게 공지되어 있다. 장입물이 600-1000℃의 환원온도까지 가열되었을 때, 공기나 환원가스를 장입물에 주입시킨다는게 공지되어 있다. 공기를 노즐블록을 통해 충전물 및 미리 가열된 펠래트로 충전된 로의 빈공간으로 송풍시키는 것이 공지되어 있다.

회전로내에서의 장입물의 가열에 관한 수단은 전혀 알려져 있지 않다.

산소함유가스를, 그의 배기말단부로 부터 회전로로 고속의 흐름으로 쉘파이프가 더이상 필요하지 않게 대략 로의 종축에 평행하는 방향으로 주입시키는 것이 공지되어 있다. 필요로 하는 산소함유가스 부분을 장입물 및/ 또는 빈가스공간으로 장입 말단부 다음에 회전로 길이의 약 1/4되는 곳에서 주입시킬 수 있다는 것과 산소공급을 잘 분배하여 가열대역이 짧아지는 결과를 초래했다는 것이 또한 공지되어 있다. 이 방법은 비교적 적은 회전로에서 특히 이로우며 그 이유는 그 안에서의 유동조건이 쉘파이프를 제거함으로써 개선될 수 있는 반면에 더 큰 회전로에서의 유동조건은 쉘파이프에 의해 적게 영향을 받기 때문이다.

게다가, 적은 로에서는 , 배기말단부로부터의 공기의 주입은 주입된 공기의 긴 유로 및 기체역학적 요인에 의해 제한된다. 만약 산소함유가스가 가열대역에서 노즐블록에 의해서만 장입물을 통해 주입되면, 비교적 많은 수의 노즐블록이 필요하게 되어 결과적으로 로의 구조는 약화되고 분배하는데 많은 경비를 요하게 된다. 그렇지 않으면, 장입물내에서의 가스 유동의 고속으로 인한 많은 분진손실의 위험과 주입된 가스로 인한 국부적인 냉각 및 국부적인 과열의 위험이 있게 된다. 노즐블록을 통해 산소함유 가스를 가스 공간내로 주입시키면 가스가 잘 혼합되지 않고 온도가 계속 변하여 연소조절이 잘되지 않고 내화 라이닝이 과열된다.

고체 탄소질 환원제가 쓰이는 회전로 내에서 장입물의 가열을 촉진시키고 로내에서의 연소성 휘발성분을 최대한으로 이용하여 로내에 최적조건을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 이 목적은 산소함유 가스를 조절된 속도로 노즐블록을 통해 노즐블록위에 배치된 장입물에 주입시키고 산소함유가스를 조절된 속도로 쉘파이프를 통해, 고체 환원제의 점화성 입자가 처음으로 나타나는 지점에서 시작하여 환원대역전에 끝나는 가열대역내의 빈 공간으로 주입시킴으로써 달성된다. 환원제의 점화성 입자는 처음에 회전장입물의 표면의 하부에 나타난다. 각각의 입자가 회전배드 (bed)의 표면에 굴러 떨어짐에 따라, 입자가 회전 배드로 끌리기 바로전에, 입자는 장입말단부로부터 일정한 간격을 둔 곳에서 뜨거운 가스에 의해 가열되고 점화온도에 도달하게 된다. 그 지점에서 산소함유 가스를 장입물에 노즐블록을 통해 주입시키는 것을 시작한다. 그 결과 점화성이거나 점화된 고체연료의 입자는, 입자가 회전 배드의 찬 내부로 이끌리나 회전배드의 내부에서 계속 타기 때문에 점화온도 이하로는 냉각되지 않는다. 이제 장입물 내에서 발생한 연소는 연쇄반응 형태로 휘발성분의 추가량을 방출시키는 결과를 초래하고 곧 장입물의 단면에 걸쳐 퍼진다. 휘발성 연소성분의 열함량은 장입물을 가열시키는데 전부 쓰이고 열 전도에 이용되는 열교환 표면적은 매우 증가한다. 추가 노즐블록이 가열대에서 예컨대 2.5-3.5미터 떨어진 지점에서 제공된다. 이 간격은 일반적으로 로 구조를 약화시키지 않고서 충분히 고속도로 산소를 배드를 주입시키는데 충분한 간격이다.매 주입부위에 마련된 노즐블록은 환상의 시리즈를 형성하여 방사형으로 뻗으며 이것은 보통 2.5-3.5미터 간격으로 로의 주위에 간격을 두고 떨어져 있다. 노즐블록의 매 환상시리즈에서, 단지 장입물아래 배치된 노즐블록만 산소함유가스가 공급된다는 것을 확실히 하는 조절기구가 마련되어 있다. 산소함유가스로는 일반적으로 공기가 쓰인다. ＂노즐블록＂이라는 용어는, 로의 벽과 내화라이닝을 통해 뻗으며, 내화라이닝의 내부 표면과 수평이거나 또는 상기 표면으로부터 약간 돌출되었거나 들어가 있는 도관을 말한다. 노즐블록은 세라믹이나 금속물질로 구성될 수 있다. 회전로를 따라 간격을 두구 방사형으로 뻗은 쉘파이프는 가열대역내에서 로의 빈공간으로 산소함유 가스를 공급하는데 쓰인다. 쉘파이프의 배출개구는 대략 로의 단면 중앙에 배치되어 있으며, 그의 축은 로의 종축과 평행한다. 이러한 배치에 있어서 배출개구는 장입물로 덮히지 않아 오직 하나의 쉘파이프가 매 송풍부위에서 필요하다. 점화를 더 진행시키거나 점화를 촉진하기 위해 코우크스 오븐가스, 정유가스, 천연가스 또는 석유 같은 연소성 물질을, 노즐블록을 통해 주입된 산소함유가스에 가해줄 수 있다. 부가된 연소성 물질은 만약 휘발성 연소성분의 함량이 적으면, 고체 환원제의 연소성 휘발성분을 보충해 줄수 있다. 기름함유 회전 스케일을 로내로 장입시키고 상기 회전스케일의 기름성분을 장입물을 가열하기 위한 연소성 휘발유성분으로 사용하는 것이 가능하다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 가열대역의 상기 지역은 환원제가 약 300℃의 온도에 있는 지점에서 시작하여 장입물이 800-950℃의 온도에 있는 지점에서 끝난다. 상술한 바와 같이 환원제의 보다 낮은 온도는 연료입자가 회전배드로 끌리는 지점 바로 전에 장입물에 의해 형성된 회전배드의 표면의 하부에서 측정된다. 높은 온도는 장입물에 의해 형성된 전체 회전배드의 평균 온도이며 그 이유는 회전배드내의 온도는 그 온도에 도달했을때 상당한 정도까지 균등화되었기 때문이다. 온도 범위의 선택은 장입물이 낮은 온도 범위내에서 주입된 가스로 인해 냉각되지 않을 것이라는 것과 실제적으로 모든 휘발성분이 높은 온도 범위내에서 방출될 것이라는 것을 확실히 해 준다.

바람직하게는 회전로에 도입된 전체 산소의 40-70%를 가열대역의 상기지역에 주입시킨다. 이것은 특별히 우수한 가열속도를 초래했다.

바람직하게는, 가열대역의 상기지역으로 주입한 10-60%의 산소를 노즐블록을 통해 장입물에 송풍시키고 그 나머지를 쉘파이프를 통해 로의 빈 공간으로 주입시킨다. 그결과 빠른 가열 및 로의 빈공간내에서의 연소성 가스상 성분의 완전한 연소가 이루어졌다. 바람직하게는, 노즐블록을 통해 가열대역의 상기 범위의 처음 부분으로 주입된 산소 함유가스는 발생되어 처음부분에서 연소될 연소성 휘발성분에 대한 산소의 화학양론적 비율을 얻는 산소함량을 가지며, 가열대역의 상기 지역의 다음 부분으로 주입된 산소 함유가스는 보다 낮은 산소 함량을 가켜서 다음 부분에서는 화학양론적 비율보다 적은 것이 얻어진다. 온도 측정에 의존하여, 산소 함량이 감소하는 정도를 조절하여 탄소가 연소하지 않게 한다. 가열대역의 상기지역의 시작은 장입말단부에 더 가까운 상기지역 끝부분이다. 노즐블록을 통해 주입된 산소가 화학양론적 비율에 요하는 량 이하인 가열대역의 상기 지역의 부분은 600-700℃의 평균온도를 갖는 배드의 부분에 인접해 있다. 이것은 고체탄소의 직접적인 연소는 실제적으로 피하는 반면, 연소에 있어서 휘발성분의 고도의 이용을 확실하게 해 준다.

[실시예 1]

내경이 0.80m이고 길이가 12.00m인 회전로에 67%Fe를 함유하는 광석펠레트와 함께 수분함량이 20%인 갈탄을 장입했다. 고정 탄소의 Fe에 대한 비율은 0.42였다. 회전로를 외부열을 공급하지 않고 작동시켰다. 건조 기준으로, 석탄은 44% 고정탄소, 50%휘발성분 및 6%재의 분석치를 가졌다.

공기를 오직 공기파이프만을 통해 공급하여 작동함에 있어서, 시간당 500kg펠레트의 생신속소에서 94%의 금속화가 이루어졌다. 회전로로부터의 배기가스는 약 950℃의 온도 및 다음 조성을 가졌다 : 19%CO₂, 0.5%O₂, 6%CO, 5%H₂, 0.5%CH₄, 나머지 N₂.

가열대역의 길이는 로 길이의 약 25%이다. 전체공기의 50%분이 가열대역내에서 공급되고 노즐블록을 통해 상기분의 50%가 공급되고 그리고 공기파이프를 통해 상기분의 50%가 공급될 때, 동일한 금속화가 다음의 작동조건하에서 얻어졌다.

두 가지 경우 다, 가열대역의 길이는 로 길이의 약 25%이다.

[실시예 2]

내경 3.14m와 길이 50m의 회전가마를 수분함량 10%의 갈탄 및 광석 펠레트로 장입했다. 고정탄소/Fe 비율은 0.45였다. 건조기준으로 갈탄은 40% 고정탄소, 25% 휘발성분 및 35%재의 분석치를 가졌다. 처음 운전하는 동안 노즐블록을 통한 공기 공급없이 작동되었으며, 시간당 8톤의 펠레트가 공급되고, 금속화는 90% 이상이며, 특정 공기소모량은 광석펠레트 톤당 2100㎥이고, 가열대역내의 가스와 고체사이의 평균온도차이는 약 300℃이고, 로길이 30m후에서 얻어진 환원온도는 900℃였다. 로내의 탄소소모량은 약 15%였다.

두번째 운전에서는 노즐블록을 통해 공기를 공급하여 가열대역내로(로에 공급되는 전체공기의 10%) 도입된 공기의 25%는 노즐블록을 통해 가열대역내의 장입물로 공급된다. 시간당 10톤의 펠레트가 공급되고, 금속화는 90%이상이며, 특정공기소모량은 광석 펠레트 톤당 1850㎥이고, 가열대역내의 가스와 고체 장입물사이의 평균온도차이는 약 150℃이고, 로길이 200m후에서 얻어진 환원온도는 900℃였다. 로내의 탄소소모량은 약 7%였다.

제1도를 참조하면 회전로(1)이 회전운동을 위해 굽어진 레일(2)상에 현수되어 있다. 굽어진 레일(2)는 레일지지체(3)에 의해 지지된다. 회전로(1)은 모타와 링기어를 구성되는 구동기구(4)에 의해 회전된다.

산화철과 고체탄소질물질 및 황 결합 물질로 구성되는 장입물(5)이 공급도관(6)을 통해 로(1)의 장입말단부로 공급된다. 장입물의 배드(7)은 로(1)을 통해 이동하고 로와 헤드(8)의 방출말단부에서 방출된다. 로(1)의 가열대역에는 노즐블록(9)의 환상 시리즈가 마련되어 있다. 공기는 송풍기(10)에 의해 환상공급도관(11)을 거쳐 고체장입물(7)밑에 배치된 노즐블록(9)에 공급된다. 이 노즐블록(9)에 대한 공기공급은 각각의 밸브(12)를 열어서 수행된다. 고체장입물(7)밑에 배치되지 않은 노즐블록(9)의 밸브(12)는 잠겨진다. 노즐블록의 다른 환상 시리즈에 대한 공기공급은 도시되어 있지 않다. 가열대역에는 일정하게 송풍기(14)에 의해 공기를 공급하는 쉘파이프(13)이 부가적으로 마련되어 있다. 하나의 송풍기 및 공급만이 도시되어 있다. 환원대역에는 점선으로 도시된 더 이상의 쉘파이프들이 배치되어 있다. 로 분우기는 화살표(15)방향으로 흐른다. 쉘튜브(13)의 방출오리피스는 로 분위기의 흐름에 역행하거나 일치하는 방향으로 배치될 수 있다. 폐기가스(16)은 헤드(17)로 부터 흡입된다. 점화성 고체탄소질 환원제 입자가 가열대역내의 지점 A에서 나타난다. 대략 그 지점에서 배드(7)을 통한 공기주입이 시작되어 노즐블록의 첫번째 환상시리즈의 노즐블록(9)를 지나서 다음 노즐블록의 환상 시리즈로 계속된다. 환원대역은 노즐블록의 마지막 환상시리즈 뒤에 거리를 두고 시작한다.

제2도는 세개를 점선으로 표시한 네개의 노즐블록(9)을 보여주는 노즐블록(9)의 첫번째 환상시리즈를 지나는 도식적 단면을 보여준다. 이들 세개의 노즐블록(9)는 잠겨있고 로내로 공기를 공급하지 않는 반면 완전히 도시된 노즐블록(9)는 열려있고 배드(7)내로 공기를 공급한다. 고체 탄소질 환원제의 점화성입자는 먼저 회전배드(7)의 하부표면에 나타난다. 이지점은 A로 표시되었다.

본 발명에 의한 이점은 회전로의 가열대역의 길이가 매우 감소하는 것과, 그 결과 주어진 로의 생산율이 증가하거나 주어진 생산율을 우해 더 적은 로가 쓰일 수 있다는 점이다. 그리고, 가스온도와 배드온도의 차이가 최소한으로 줄어들며, 배기가스의 온도도 최소한으로 된다. 용적 단우당 낮은 열함량은 외피형성의 위험을 감소시키며 내화 라이닝의 내구성을 증가시킨다. 전체 에너지소비량은 고체연료의 휘발성 연소 성분의 열 함량이 고도로 이용되기 때문에 매우 감소하고, 로의 빈공간내의 가스 온도가 감소되고 따라서 배기가스내의 온도도 감소되며 열의 축적이 다른 방법에서는 가능하지만, 여기서는 회피되므로 배드상에서의 탄소의 직접적인 가스화는 감소된다.

Claims (1)

1. 산소 함유가스를 조절된 속도로 쉘파이프를 통해 로의 빈공간으로 주입시키고, 장입물을 회전로를 통해 로분우기의 흐름에 역류하에 이동시켜서, 회전로에서 휘발성 연소성분을 다량 함유하는 고체탄소질 환원제를 이용하여 산화철 함유물질을 직접 환원하여 스폰지철을 제조하는데 있어서, 산소 함유가스를 조절된 속도로 노즐블록을 통해 노즐불록위에 배치된 장입물에 주입시키고, 산소 함유가스를 조절된 속도로 쉘파이프를 통해 고체환원제의 점화성입자가 처음으로 나타나는 지점에서 시작하여 환원대역 전에 끝나는 그러한 가열대역의 지역내의, 로의 빈공간으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 회전로내에서 수행되는 직접 환원 방법.

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