KR850000823B1 - Method for producing molten iron from iron oxide with coal & oxygen - Google Patents

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Abstract

Production of molten iron (35) comprises chemically reducing particulate iron oxide with hot reducing gas containing carbon monoxide and hydrogen and discharging the product (18) into a sumerged combustion melter-gasifier chamber (30). Fossil fuel (coal) is injected into the melt together with oxygen to gasify the fuel, melt the iron and form hot gas in the chamber. The hot gases are removed, humidified by injection of water, and cleared to give a hot reducing gas which can be recycled to reduce further iron oxide. Molten iron is continuously recovered from the melter-gasifier. The method allows solid fuels to be used for the production of iron melts.

Description

석탄과 산소를 사용하여 산화철로 용선을 제조하는 방법How to make molten iron from iron oxide using coal and oxygen

제1도는 고형 연료와 산소의 주입장치를 포함한 부대 장치를 가진 수형로 용융실의 구조도.1 is a structural diagram of a water furnace melting chamber having an auxiliary device including an injection device of solid fuel and oxygen.

제2도는 제1도의 부대장치에서 고형연료와 산소가 용융 실내의 용탕 표면 이하로 주입되게 한 구조도.FIG. 2 is a structural diagram in which solid fuel and oxygen are injected below the molten surface of the molten room in the auxiliary device of FIG.

제3도는 하나의 용융실에 연통하고 그 용융실내에 충격받이 화상대를 설치하고 부대장치를 가지게한 수형로의 구조도.3 is a structural diagram of a waterway in communication with one melting chamber, and having an image receiving table mounted thereon with an impact device therein.

본 발명은 고형연료를 환원제의 공급원으로 이용하여 분말(입자형) 산화철을 환원처리하여 용선으로 직접제조하는 방법에 관한 것이다. 종래 산화철을 금속철로 직접 환원하는 방법은 범세계적으로 실용화되어서, 그러한 방법으로 직접 환원한 금속철은 제강업에서 상업화된 원료로 사용하게 되었다. 직접 환원철(또는 해면철이라고도 함)은 전기아크로 용으로는 특히 적합하지만, 저부송풍 산소공법에서와 같이 공급원료로서 고온의 금속이나 용선을 필요로하는 기타 제강용로에는 주공급원료로서 부적합한 것이 흠이었다. 현재 그러한 용도의 고온 금속은 용광로를 이용해야만 실용가격으로 생산할 수 있으나, 이로에는 필연적으로 점결탄을 사용해야 하고 일관공정의 제강시설이 뒤따라야 하는 제한 조건이있다. 따라서 소규모 제강공장에도 경제성 있게 사용할 수 있고, 점결탄을 사용해야 하는 제한도 받지 않는 직접 환원법이 용선생산에 필요하게 되었다.The present invention relates to a method of directly producing a molten iron by reducing powder (particulate) iron oxide using solid fuel as a source of reducing agent. Conventionally, the method of directly reducing iron oxide to metal iron has been put to practical use worldwide, and the metal iron directly reduced by such a method has been used as a commercialized raw material in the steelmaking industry. Direct reduced iron (also called sponge iron) is particularly suitable for use in electric arcs, but it is not suitable as a main feedstock for other steelmaking furnaces that require hot metals or molten iron as feedstocks, such as in low-blowing oxygen processes. It was. At present, high-temperature metals for such applications can be produced at utility prices only by using furnaces, but there are inevitably limited conditions that require coking coal and followed by an integrated steelmaking facility. Therefore, a direct reduction method that can be used economically even in small steel mills and is not limited to the use of coking coal is required for the production of molten iron.

그러한 필요에 대처하여 본 발명은 효율적인 역류 수형로에서 입자 산화철로부터 직접환원한 고온의 입자 철을 생성하여, 그 고온 입자철을 용선탕이 있는 용융실로 토출하게하고, 그 용융실에 탄과 산소를 주입, 연소시켜 열을 가해 입자철을 녹이고 탄을 가스화시켜, 그 고온의 발생가스를 수형로에 도입케하여 산화철을 환원시킴으로서 요구되는 목적을 성취한 것이다. 본 발명의 첫째 목적은 고형 연료를 환원제의 공급원으로 이용하여 입자산화철을 용선로 직접 환원하는 방법을 제공하는 데 있으며, 다른 목적으로는 고형 연료와 산소를 발생시킨 가스환원제를 역류 반응시켜 열교환함으로서 입자 산화철을 용선으로 변환시키는 에너지로 효율성 공법과 가스 환원제에서 이산화탄소와 유황 성분을 제거하지 않고도 간단한 일관 공정으로 입자 산화철로부터 용선을 생산해내는 공법과 고열을 발생시킬 수 있는 청정가스연료와 용선을 동시에 생산하는 공법 및 상기 방법을 실시할 수 있는 장치등을 제공하는 것이다.In response to such a need, the present invention produces high-temperature granulated iron directly reduced from granular iron oxide in an efficient counter flow furnace, and discharges the hot granular iron into a molten chamber having a molten metal, and discharges carbon and oxygen into the molten chamber. The required object is achieved by injecting, burning, applying heat to melt granular iron, gasifying carbon, and introducing the hot gas into a water furnace to reduce iron oxide. It is a first object of the present invention to provide a method for directly reducing particulate iron oxide to molten iron using a solid fuel as a source of a reducing agent, and another object of the present invention is to exchange heat by reacting a gas-reducing agent that generates solid fuel with oxygen in a heat exchange reaction. It is an energy that converts iron oxide to molten iron. It is a method of producing molten iron from granular iron oxide in a simple and consistent process without removing carbon dioxide and sulfur components from the gas reduction agent and gas reducing agent, and simultaneously producing clean gas fuel and molten iron that can generate high heat. It is to provide a construction method and an apparatus capable of performing the method.

본 발명을 도면과 함께 상세히 설명하면 다음과 같다. 제1도에서 철피(11)를 가진 수형로(10)는 내화제(12)로 라이닝하고 로(10)의 상부에는 고체입자공급원료(15)를 로에 장입하는 원료공급호퍼(14)를 장착하였다. 공급원로는 펠릿이나 괴형으로 형성한 산화철로 구성되어 있으며, 하나 또는 그이상의 공급관(16)을 통하여 중력하강하여 로(10) 내에서 분말 고체입자공급원료의 장입물(18)을 형성하게 된다. 환원된 입자 원료(21)는 로(10)에서 로 배출관(22)을 통하여 기밀실(23)로 토출하고, 다시 배출관(25)을 통하여 배출컨베이어(28)의 작용으로 컨베 이어실(26)로 토출하게 한다. 이때 콤베이어의 속도가 로(10) 내 장입체의 하강 속도를 좌우 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1, the male furnace 10 having the iron shell 11 is lined with the refractory agent 12, and the raw material supply hopper 14 for charging the solid particle feedstock 15 into the furnace is mounted on the upper portion of the furnace 10. It was. The feed source is composed of iron oxide formed into pellets or pellets, and gravity is lowered through one or more feed pipes 16 to form a charge 18 of powdered solid particle feedstock in the furnace 10. The reduced particle raw material 21 is discharged from the furnace 10 to the airtight chamber 23 through the furnace discharge pipe 22 and again to the conveyor chamber 26 by the action of the discharge conveyor 28 through the discharge pipe 25. Let it discharge. At this time, the speed of the conveyor determines the descending speed of the charging body in the furnace (10).

배출 컨베이어(28)는 본 발명의 공정에서 공급원료의 일차적인 계량기 역할을한다. 환원된 입자원료(21)는 배출컨베이어(28)로부터 단열관로(29)를 통하여 철피(32)와 함께 내화재(34)로 라이닝한 용융-기화실(30)로 자유 낙한하다. 단열관로(29)는 온도가 약 1200℃인 용융-기화실(30) 내부로 부터의 열이 약 800℃인 배출 컨베이어실(28)로 방열하는 것을 최소화하는 역할을 한다.The discharge conveyor 28 serves as the primary meter of feedstock in the process of the present invention. The reduced particle raw material 21 is freely dropped from the discharge conveyor 28 to the melt-vaporization chamber 30 lining the fireproof material 34 together with the shell 32 through the insulated pipe line 29. The heat insulated pipe 29 serves to minimize heat dissipation from the inside of the melt-vaporization chamber 30 having a temperature of about 1200 ° C. to the discharge conveyor chamber 28 having about 800 ° C.

이렇게 하므로서 환원된 입자 원료가 과열하여 끈적하게 엉겨자유 유동을 못하게되는 것을 방지하게 한다. 환원된 입자 원료(21)는 용탕(35)에 낙하하여 용융한다. 환원된 용융실(30)에서 쇳물 배출노치(37)를 통하여 토출한다. 용융실(30)로 부터의 쇳물 인출은 단속적 또는 연속적으로 할 수 있으나, 용융실(30)의 용탕 표면(38)의 높이를 탄과산소의 주입관(40)(도면에는 하나만 도시했음)과 물 주입관(42)(도면에는 하나만 도시)의 밑으로 유지하기 위해, 로(10)로 부터 환원연료(21)를 통상 연속적으로 배출하는 토출량에 맞추어서 조정한다.This prevents the reduced raw material from overheating and sticking together to prevent free flow. The reduced particle raw material 21 falls and melts in the molten metal 35. In the reduced melting chamber 30, it is discharged through the waste water discharge notch 37. Withdrawal of the molten metal from the melting chamber 30 may be intermittently or continuously, but the height of the molten surface 38 of the melting chamber 30 may be increased with the injection tube 40 of carbon peroxygen (only one is shown in the drawing). In order to keep it below the water injection pipe 42 (only one is shown in figure), it adjusts according to the discharge amount which discharge | emits the reducing fuel 21 from the furnace 10 normally continuously.

상기한 바와 같이 모든 철함유 원료는 공급호퍼(14)로 부터 쇳물노치(37)까지 중력으로 하강 유동한다. 모 든 철비함유 원료(탄과 산소등)는 철함유 원료의 하강 방향과는 반대로 용융-기화실(30)과 수형로(10)를 통하여 상술한다. 이렇게 함으로서 탄과 산소를 사용하여 간단한 방법으로 용선을 생산하는데 에너지를 가장 효율적으로 사용할 수 있다.As described above, all the iron-containing raw materials flow down by gravity from the feed hopper 14 to the water notch 37. All of the iron-containing raw materials (coal and oxygen, etc.) are described in detail through the melting-vaporization chamber 30 and the water reactor 10 as opposed to the downward direction of the iron-containing raw materials. This is the most efficient use of energy to produce molten iron in a simple way using carbon and oxygen.

각 주입관(40)은 이중 도입관으로 되어 있고 내부 중앙에는 화석연료원(44)과 관(45)으로 연통하는 도입관로가 있고, 관(48)을 통하여 산소원(47)과 연통하는 산소의 환상관로가 있다. 분쇠된 석탄이나 기타 탄소질 원료는 관(51)으로 부터 공급하는 압축가스의 분류의 힘으로 관(45)을 통해 주입관(40)으로 반송한다. 주입관(40)은 용융-기화실(30)의 측면벽 구멍(50)을 통해외부로 연장되게 한다. 가급적이면, 공정에 사용하는 가스를 콤프레서(52)로 압축하여 반송매체로 이용한다. 반송된 분말 석 탄은 주입관(400의 중앙 관로를 통해 용탕(35)의 표면(38)의 약간 상부에서 그 표면을 향해 주입한다.Each inlet tube 40 is a double inlet tube and has an inlet line communicating with the fossil fuel source 44 and the tube 45 at the center of the inner part, and oxygen communicating with the oxygen source 47 through the tube 48. There is an annular pipeline. The pulverized coal or other carbonaceous raw material is returned to the injection pipe 40 through the pipe 45 with the force of the fractionation of the compressed gas supplied from the pipe 51. The injection tube 40 allows it to extend outward through the side wall holes 50 of the melt-vaporization chamber 30. Preferably, the gas used for a process is compressed with the compressor 52, and is used as a conveying medium. The conveyed powdered coal is injected toward the surface slightly above the surface 38 of the molten metal 35 through the central pipe of the injection pipe 400.

가급적이면, 용액표면 높이는 주입관(40) 보다 약간 밑으로 유지하여 석탄과 산소의 분류가 쇳물의 표면에 부딪 치게해서 열전달과 석탄연소의 안정을 이루도록 한다. 공급원(47)으로 부터의 산소는 적당한 압력으로 압축하여 주입관(40)의 환상관을 통하여 주입케하여 산소와 분말 석탄의 분류가 주입관(40)에서 유 출할 때 관 각각의 토출구에서 서로 부딪히게 해서 석탄이 용탕(35)의 표면(38)과 그 위에서 산소와 함께 연소하게 한다.Preferably, the solution surface height is kept slightly below the injection tube 40 so that the fractionation of coal and oxygen strikes the surface of the molten metal to achieve heat transfer and coal combustion stability. Oxygen from the source 47 is compressed to an appropriate pressure and injected through the annular tube of the inlet tube 40 so that the fraction of oxygen and powder coal collide with each other at each outlet when the outlet of the inlet tube 40 flows out from the inlet tube 40. This causes the coal to burn with oxygen on and above the surface 38 of the melt 35.

석탄과 산소의 연소는 발열반응으로서 충분한 열을 방출하여 용융실(3) 내의 고온입자 원료(21)를 용융 시킨다. 산소 대 석탄의 비율은 단열 불꽃 온도이론치 약1950℃에서 연소가 일어나도록 조절한다.The combustion of coal and oxygen releases sufficient heat as an exothermic reaction to melt the hot particle raw material 21 in the melting chamber 3. The ratio of oxygen to coal is controlled so that combustion occurs at about 1950 ° C of the adiabatic flame temperature theory.

연소 석탄의 량은 토출 컨베이어(28)를 이용하여 계량한 환원된 입자 원료의 량에 따라 조정한다. 환원된 입자 원료에 대한 석탄의 비율은 용융실기화 가스의 량을 적당하게 유지하는 선으로조 정하여 로(10) 내에서 산화철 전량을 금속철로 환원하게 한다.The amount of combustion coal is adjusted in accordance with the amount of reduced particle raw material measured using the discharge conveyor 28. The ratio of coal to the reduced particle raw material is adjusted to a line that properly maintains the amount of molten vaporization gas to reduce the total amount of iron oxide to metal iron in the furnace 10.

환원제를 다량 함유하고 약 1400℃의 고온으로 용선탕(35)의 표면(38)을 떠나는 발생가스(54)는 그 질(산소에 대한 환원제의 비율)과 온도가 모두 수형로에서 필요로 하는 정도 이상으로 높기 때문에 물을 공급원(55)으로 부터 물노즐(42)을 통하여 주입하여 발생가스의 온도를 약 1200℃로 내리고 고온의 발생가스에 가습을 하여 환원처리에 적합한 가스의질을 가지게 한다.The generated gas 54 containing a large amount of reducing agent and leaving the surface 38 of the molten iron bath 35 at a high temperature of about 1400 ° C. has a quality (a ratio of reducing agent to oxygen) and a temperature that is required in a water reactor. Since the water is injected from the source 55 through the water nozzle 42, the temperature of the generated gas is lowered to about 1200 ° C and humidified to a high temperature generated gas so as to have a gas quality suitable for the reduction treatment.

가습한 발생가스는 용융-기화실(30) 상부에서 도출관(56)을 통하여 도출하고 그 가스가 함유한 고온의 고형물은 사이클론 분리기(57)로 분리한다. 분리된 고형물은 관(58)을 통하여 분말탄의 공급관(45)에 주입하여 탄과 함께 용융-기화실(30)로 재순환 시킬 수도 있다. 사이클론 분리기(57)에서 관(60)을 통하여 도출되는 가습된 발생가스는 환원처리에 적합한 온도로 내리기 위해 더 냉각한다.The humidified generated gas is led through the outlet pipe 56 above the melt-vaporization chamber 30, and the hot solids contained in the gas are separated by a cyclone separator 57. The separated solid may be injected into the supply pipe 45 of the powdered coal through the pipe 58 and recycled together with the coal to the melt-vaporization chamber 30. The humidified offgas derived from the cyclone separator 57 through the tube 60 is further cooled to bring it down to a temperature suitable for the reduction treatment.

고온의 발생가스는 일정하게 제한된 구멍(62)을 통하여 일정한 량의 가스만 통과 하게하고 나머지 가스는 관(64)으로 우회시켜 수냉 식 열교환기(66)를 통과하게 하여 냉각한다. 냉각한 가스의 일부는 관(51)으로 도출하여 석탄 주입관(45)에 압축가스를 공급하는 데 사용한다. 나머지 냉각가스는 관(68)을 통과시켜, 관(69)의 고온가스 분류에 합류시킨다. 관(69) 내에 환원가스 온도는 관(68)으로 부터 유입되는 우회냉각가스의 유량의 자동조절로서 조정할 수 있다.The high temperature generated gas is allowed to pass only a certain amount of gas through a constant confined hole 62 and the remaining gas is diverted to the tube 64 to pass through the water-cooled heat exchanger 66 to cool. A part of the cooled gas is led to the pipe 51 and used to supply compressed gas to the coal injection pipe 45. The remaining cooling gas passes through the tube 68 to join the hot gas fraction of the tube 69. The reducing gas temperature in the tube 69 can be adjusted by automatically adjusting the flow rate of the bypass cooling gas flowing from the tube 68.

본 발명의 환원공정에는 증기를 필요로 하지 않으므로 열교환기(66)에는 집접형 또는 간접형중 어느 형태의 열교환기도 사용할 수가 있다. 그러나 다른곳의 용도로 증기가 필요하면, 폐열회수 보일러를 사용할 수도 있고, 증기가 필요 없으면 간단한 직접형 물 냉각기를 열교환기(66)로 사용할 수 있다. 환원처리에 적합한 온도, 질, 량을 가진 합류환원가스는 로의 환상송풍장치(70)를 통하여 로(10) 내로 송풍한다.Since no steam is required in the reduction process of the present invention, any type of heat exchanger, lumped or indirect, can be used for the heat exchanger 66. However, if steam is needed elsewhere, a waste heat recovery boiler may be used, or a simple direct water cooler may be used as the heat exchanger 66 if steam is not needed. The combined reduction gas having a temperature, quality and quantity suitable for the reduction treatment is blown into the furnace 10 through the annular blower 70 of the furnace.

환원가스는 하강하는 장입물(18)을 통과하여 내부와 상부쪽으로 유동하면서 입자 산화철을 가열하여 금속철로 환원시킨다. 산화철을 철로 환원하는 반응에서 환원가스는 부분적으로 산화하게 되어 냉각이 이루어 진다. 그렇게 부분 산화하고 냉각한 가스는 수형의 환원로(10)로 부터 가스 배출관(72)을 통하여 수냉 세정기(73)로 배출하여 냉각과 분진세정을 하게 한다. 관(75)으로 배출하는 냉각 세정한 폐가스는 CO와 H2를 함유하고 있으므로 약 1900kcal/Nm3의 가용 열량을 보유하고 있어, 제강공정이나 기타의 용도로 쓸 수 있는 귀중한 가스 연료가 된다.The reducing gas flows through the descending charge 18 and flows inward and upward, thereby heating the particle iron oxide to reduce the metal iron. In the reaction of reducing the iron oxide to iron, the reducing gas is partially oxidized to cool. The gas which has been partially oxidized and cooled is discharged from the water reducing reactor 10 to the water-cooled scrubber 73 through the gas discharge pipe 72 for cooling and dust cleaning. The cool-cleaned waste gas discharged to the pipe 75 contains CO and H 2 , and thus has an available heat of about 1900 kcal / Nm 3 , making it a valuable gas fuel that can be used for steelmaking processes or other purposes.

산소와 석탄은 충분한 압력으로 용융-기화실(30)에 도입하여, 용융-기화실과 수형로를 통한 가스의 유동으로 인해 생기는 압 손실을 보충하고도 일정한 사용압으로 발생가스를 발송하게 한다. 용융-기화실(30) 내의 가스압은 로(10) 내 가스압 보다 높으므로, 일정한 량의 불활성 가스를 도입관(77)을 통해로의 토출관(22)과 기밀실 토출관(25) 사이의 급기실(給氣室)(23)로 도입하여, 급기실(23) 내의 압을 로(10)의 저부와 토출 컨베이어실(26) 내의 압보다 약간 높게 유지하여, 차가운 불활성 기밀 가스의 일부가 수형로(10) 내로 상향 유입하기도 하고 일부는 토출 컨베이어실(26)로 하향 유입하기도 한다.Oxygen and coal are introduced into the melt-vaporization chamber 30 at a sufficient pressure, so as to compensate for the pressure loss caused by the flow of gas through the melt-vaporization chamber and the water reactor, and to send the generated gas at a constant working pressure. Since the gas pressure in the melt-vaporization chamber 30 is higher than the gas pressure in the furnace 10, a certain amount of inert gas is supplied between the discharge pipe 22 and the hermetic chamber discharge pipe 25 through the introduction pipe 77. Introduced into the gas chamber 23, and the pressure in the air supply chamber 23 is kept slightly higher than the pressure in the bottom of the furnace 10 and the discharge conveyor chamber 26, so that a part of the cold inert gas is cooled. Some may flow upward into the furnace 10 and some may flow downward into the discharge conveyor chamber 26.

이렇게 하므로서 용융-기화실(30)로 부터의 1200℃ 가스가 수형로의 저부로 직접 상향 유입하는 것을 방지한다. 상술한 바와 같이 본 발명은 비점결 고형연료를 가장 효율적으로 사용하고 전체적으로는 원료가 연속 역류 유동하게 하는 방법을 써서 분말 산화철에서 용선을 생산하고 동시에 귀중한 가스 연료를 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명 공법의 실용성은 보이기 위해, 다음의 표 1, 2, 3에 요약한 바와 같은 공정 분석을 실시하였다. 본 분석은 탄화공급재로서 미국 서부의 전형적인 아역청탄의 사용을 근거로 한 것이다.In this way, 1200 ° C. gas from the melt-vaporization chamber 30 is prevented from flowing upward directly to the bottom of the water furnace. As described above, the present invention relates to a method for producing molten iron from powdered iron oxide and at the same time producing valuable gaseous fuel by using a non-caking solid fuel most efficiently and as a whole a continuous countercurrent flow of raw materials. In order to show the practicality of the method of the present invention, process analysis as summarized in the following Tables 1, 2 and 3 was conducted. This analysis is based on the use of a typical sub-bituminous coal in the western United States as a carbon feedstock.

환원가스의 질도(質度)는 혼합가스중의 산화제(CO2및 H2O)에 대한 환원제(CO 및 H2)의 비율로 정한다. 역류 환원식 수형로의 고유한 화학반응 효율을 최대로 이용하기 위하여 고온 환원가스의 질도는 최소 8로 해야 한다. 수형로 내의 작업온도는 760℃와 900℃ 사이의 온도이며, 환원하는 특정입자 환원철 원료에 따라 다르지만, 대개의 원료에 대한 실제 작업온도는 815℃이다.The quality of the reducing gas is determined by the ratio of the reducing agents (CO and H 2 ) to the oxidizing agents (CO 2 and H 2 O) in the mixed gas. The quality of the hot reducing gas should be at least 8 in order to make the best use of the intrinsic chemical reaction efficiency of the countercurrent type reactor. The working temperature in the furnace is between 760 ° C and 900 ° C and depends on the specific particle reduced iron raw material to be reduced, but the actual working temperature for most raw materials is 815 ° C.

[표 1]TABLE 1

가스 유량과 온도Gas flow rate and temperature

Figure kpo00001
Figure kpo00001

*Nm3-노르말 입방미터* Nm 3 -normal cubic meters

[표 2]TABLE 2

공급과 에너지 요구량Supply and energy requirements

Figure kpo00002
Figure kpo00002

* 30%효율로 576Nm3O2를 생산하는데 소요되는 석탄에너지(HHV)* Coal energy (HHV) required to produce 576Nm 3 O 2 with 30% efficiency

산화철을 금속철로 환원하는 과정에서 화학 열역학의 작용 때문에 산화제(CO2및 H2O)가 환원반응을 중단시키기 전에 초기 환원제(CO 및 H2)는 부분적으로 만이 반응을 일으킬 수 있다. 그러한 반응 결과로 수형로의 배출구(72)로 배출하는 폐 환원가스에는 약 1.5의 질도로 환원제가 남아 있게되어, 결국환 원가스는 환원공정에서 8에서 1.5의 질도로 산화하게 된다. 이렇게 해서 소모된 CO와 H2의 량으로 환원가스의 소요량을 결정한다. 작업효율상 환원가스의 실용적 소요량은 환원철 생산량 1톤에 대하여 1800-2100Nm3이다.Due to the action of chemical thermodynamics in the process of reducing iron oxide to metal iron, the initial reducing agents (CO and H 2 ) can only partially react before the oxidizing agents (CO 2 and H 2 O) stop the reduction. As a result of such a reaction, a reducing agent remains in a quality of about 1.5 in the waste reducing gas discharged to the outlet 72 of the water reactor, so that the reducing gas is oxidized to a quality of 8 to 1.5 in the reduction process. The required amount of reducing gas is then determined by the amount of CO and H 2 consumed. The practical requirement of reducing gas for working efficiency is 1800-2100Nm 3 for 1 ton of reduced iron production.

용융-기화실(30)에서 토출하는 용선산출량 메톤당 소요되는 직접환원한 분말 원료의 용융-기화실 투입량은 1. 035톤 이며, 직접 환원한 원료의 기준 금속화율은 92%이다.The molten-vaporization chamber input amount of the directly reduced powder raw material consumed per ton of molten iron output from the melt-vaporization chamber 30 is 1.035 tons, and the reference metallization rate of the directly reduced raw material is 92%.

용융-기화실로 반송한 원료의 온도는 700℃ 이며, 토출하는 용선의 온도는 1350℃ 이므로, 용융-기화실에서 충분한 량의 열을 발생시켜야만 700℃의 원료를 1350°로 가열하고, 잔류 FeO를 철로 환원하며, 또 SiO2, MnO P2O5등도 환원 하고, 탄소도 증가시키고, 슬랙물질을 1350℃로 가열하며, 장치의 열 손실까지도 보충할 수가 있게된다. 그러한 과정에서 소요되는 열량은 용선 산출톤당 403, 000Kcal 이며, 그 열은 용융-기화실 내에서 탄과 산소의 발열반응과 연소생성물이 1400℃로 냉각되는 과정에서 얻어진다.The temperature of the raw material returned to the melt-vaporization chamber is 700 ° C, and the temperature of the molten iron to be discharged is 1350 ° C. It can reduce to iron, reduce SiO 2 , MnO P 2 O 5 , increase carbon, heat the slack to 1350 ° C, and compensate for the heat loss of the device. The amount of heat required in such a process is 403, 000 Kcal per tonne of molten iron, which is obtained from the exothermic reaction of carbon and oxygen in the melt-vaporization chamber and the combustion product cooling to 1400 ° C.

표 3은 공정의 지정된 위치에서 실시한 가스 분석치를 보여주는 것이다.Table 3 shows the gas analysis performed at the designated locations in the process.

[표 3]TABLE 3

전공정을 통한 가스 분석치Gas analysis value through the whole process

Figure kpo00003
Figure kpo00003

공급관(45)으로 주입하는 석탄 연료로는 비점결탄 또는 갈탄이 좋지만 점결탄, 목탄, 또는 코오크스를 사용할 수도 있다. 주입하는 석탄연료는 1/4인치 직경 이하의 미세한 입자로 분쇠하여 사용한다. 또한 석탄에서 추출한 액화 석유나 천연가스를 석탄대신 사용할 수도 있다. 본 발명의 또 다른 실시예를 제2도와 함께 설명하면 다음과 같다.Coal fuel injected into the supply pipe 45 is preferably coking coal or lignite, but coking coal, charcoal, or coke may be used. The injected coal fuel should be ground into fine particles of 1/4 inch diameter or less. It is also possible to use liquefied petroleum or natural gas extracted from coal instead of coal. Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

탄과 산소를 용탕(35)의 표면(38) 밑에서 용융-기화실(30)에 주입하며, 표면(38)을 탄과 산소 주입관(80)(하나만 도지했음)의 토출구 위에 그러나 물주입관(42)(하나만 도시했음) 보다는 아래에 있게 유지할 수 있게, 용선과 슬랙은 용융-기화실에서 간헐적으로 배출 하도록 한다. 용탕표면(38)의 높이가 중요한 것은 아니 지만, 용융-기화실(30)의 설계구조와 관(80)과 관(42) 사이의 수직거리에 따라 다르게 정할 수 있다.Carbon and oxygen are injected into the melt-vaporization chamber 30 below the surface 38 of the melt 35, and the surface 38 is above the discharge port of the carbon and oxygen injection tube 80 (only one is shown). 42) Allow molten iron and slag to be discharged intermittently from the melt-vaporization chamber to keep it below (only one shown). Although the height of the molten surface 38 is not important, it may be determined differently depending on the design structure of the melt-vaporization chamber 30 and the vertical distance between the tube 80 and the tube 42.

그러나 그 표면(38)의 높이는 탄과 산소의 주입을 될 수 있는 데로 저압에서 할 수 있게 관(80)의 토출구 바로 위로 정하는 것이 좋다. 그렇게 해서, 분말탄은 이중 주입관(80)의 내부 중심관로를 통하여 표면(38)의 바로 밑에서 용탕(35) 내로 주입하게 된다. 공급원(47)으로 부터의 산소는 적당한 압으로 압축하여 이중 주입관(80)의 환상관(82)로를 통해 주입하며, 산소와 분탄의 주입분류가 주입관(80) 및 (82)의 각기 토출구에서 서로 접촉하게 하여, 용탕(35) 내에서 탄과 산소가 연소하게 한다. 탄 과 산소는 발열반응으로 연소하며, 충분한 열을 발생시켜 용탕 내에서 고온의 분말 연료(21)를 용융하게 한다. 산소에 대한 탄의 비율은 단열불꽃 온도의 이론치 약 1950℃에서 연소가 일어나도록 조절한다. 탄의 연소량은 토출 콤베이어(28)로 계량한 분말환원 연료의 량에 따라 조절한다.However, the height of the surface 38 is preferably set just above the outlet of the tube 80 to allow injection of carbon and oxygen at low pressure. In this way, the powdered coal is injected into the molten metal 35 directly under the surface 38 through the inner center pipe of the double injection pipe 80. Oxygen from the source 47 is compressed to a suitable pressure and injected through the annular tube 82 of the double inlet tube 80, and the injection classification of oxygen and coal is respectively applied to the inlet tube 80 and 82, respectively. In contact with each other at the discharge port, carbon and oxygen are burned in the molten metal 35. Carbon and oxygen are burned by an exothermic reaction and generate sufficient heat to melt the hot powder fuel 21 in the molten metal. The ratio of carbon to oxygen is adjusted to allow combustion to occur at about 1950 ° C. of the adiabatic flame temperature. The combustion amount of coal is adjusted in accordance with the amount of powder reduction fuel measured by the discharge conveyor 28.

본 발명의 또 다른 실시예를 제3도와 함께 설명한다. 철피를 가진 용융-기화실(110)의 상부는 내화 벽돌(112)로 라이닝하고 하부는 탄소벽돌 내화재(114)로 라이닝하면, 형태는 대체로 원형의 평단면을 가지게 한다. 용융실(110)의 저부에는 돌출한 용융화 상대를 설치하여, 용선(119)와 슬랙(120)을 축적하는 용선-슬랙저류실(118)을 주위에 형성하게 하고, 철-슬랙노치(37)를 설치하여 일정한 시간 간격으로 저류실(118)에서 고온의 용액을 인출한다. 화상대(116)는 가급적으로 바닥 중앙부에 직립대좌로 돌출하게 하여 주위에 용융 금속의 환상 푸울을 형성하게 하지만 다른 방법으로는 페릿 또는 기타물질을 쌓은 더미로 화상대를 대신하게 할 수도 있다.Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. If the upper part of the molten-vaporization chamber 110 with the iron lining with the refractory brick 112 and the lower part with the carbon brick refractory material 114, the shape has a generally circular flat cross section. The bottom part of the melting chamber 110 is provided with a protruding melting counterpart to form the molten iron 119 and the molten iron slack storage chamber 118 for accumulating the slag 120, and the iron-slack notch 37 ) And withdraw the hot solution from the storage chamber 118 at regular time intervals. The imaging stand 116 preferably protrudes to an upright pedestal at the bottom center to form an annular pool of molten metal around it, but may alternatively replace the imaging stand with a pile of ferrets or other materials.

용융-기화실(110)의 벽에는 복수의 수냉식 송풍장치(123)를 화상대(116)의 상부에 하향으로 경사 되게 설치한다. 또 용융-기화실(110)의 상부에는 물노즐(42)를 설치하여 물을 실내로 살 수하게 하고 정상부에는 가스 배출관(56)과 고온의 환원철 페릿 도입구(128)를 설치한다. 그리고 용융-기화실(110)의 상부에 직접환원처리를 하는 수형로(10)를 연통하게 한다. 작업공정과 작용을 설명하면 다음과 같다. 고온의 환원철 페릿을 로의 토출관(22)에서 토출 송급기(130)를 이용하여 일정한 조정속도로 인출하여 로내 장입물(18)의 중력 하강을 이루게 한다.A plurality of water-cooled blowers 123 are installed on the wall of the melt-vaporization chamber 110 so as to be inclined downward on the upper portion of the image table 116. In addition, the water nozzle 42 is installed in the upper portion of the melt-vaporization chamber 110 to allow the water to be sprayed indoors, and the gas discharge pipe 56 and the high temperature reduced iron ferret inlet 128 are installed at the top. And the upper part of the melt-vaporization chamber 110 to communicate with the water reactor 10 for direct reduction treatment. The working process and operation are described as follows. The high-temperature reduced iron ferret is drawn from the discharge pipe 22 of the furnace at a constant adjustment speed by using the discharge feeder 130 to achieve the gravity lowering of the furnace charge 18.

여기서 토출 송급기(130)는 내열성 합금으로 된 왕복식 와이퍼바아(wiper bar)나 애포롬(aprom) 송급기와 같은 재래식 고온 토출 송급기면 족하다. 그러한 송급기(130)로 토출하는 고온의 환원철 페릿은 중력으로 화상대(116)에 낙하하여 자연 적체의 더미(132)를 형성한다. 호퍼(14)로 공급하는 산화철 페릿에 소량의 괴형 코오크스를 첨가하여, 충격받이 화상대(116)에서 용융한 고온의 환원철과 혼합된 고정탄소(fixed carb n)의 희생용 공급원 역할을 하게 할 수도 있다.Here, the discharge blower 130 may be a conventional hot discharge blower such as a reciprocating wiper bar or an aporom blower made of a heat resistant alloy. The high-temperature reduced iron ferret discharged to the feeder 130 falls on the image table 116 by gravity to form a pile 132 of natural accumulation. A small amount of lumped coke is added to the iron oxide ferret supplied to the hopper 14 to serve as a sacrificial source of fixed carbon mixed with the high temperature reduced iron melted in the impact receiving bed 116. It may be.

이 코오크스는 반응없이 환원로(10)을 통과하여, 용융-기화실(110)의 바닥(이 경우 돌출화상대는 없어도 됨)에 떨어져서 환원철 페릿과 함께 바닥에 쌓여 충격받이 돌출 화상대를 형성하게 된다. 이렇게 쌓인 코오크스는 용융이 일어나는 곳에서 더 풍부한 탄소를 보유하는 환경을 제공한다.This coke passes through the reduction furnace 10 without reaction, falling to the bottom of the melt-vaporization chamber 110 (in this case, no need for a protruding image) and piled on the floor together with the reduced iron ferret to form an impacted protruding burn zone. do. The stacked coke provides a richer carbon environment where melting takes place.

용융-기화실(110)에서 기화될 분말탄은 탄공급원(44)으로 부터 그리고 기화시키는 산소는 공급원(47)으로 부터 각각 송 풍장치(123)를 통하여 실(110) 내로 송출하여 화상대(116) 위에 쌓인 고온의 환원철 페릿 더미의 표면에 부딪치게하며, 이렇게 하는 충돌 효과는 기화연소를 가속화 할 뿐만 아니라 페릿의 용융까지 가속시킨다.The powdered coal to be vaporized in the melt-vaporization chamber 110 is discharged from the carbon supply source 44 and the oxygen vaporizing gas is supplied from the supply source 47 into the chamber 110 through the blower 123, respectively. 116) hits the surface of a pile of hot iron ferrite piles stacked on top of it, and this collision effect not only accelerates the combustion of gas but also the melting of the ferret.

페릿이 용융함에 따라, 초고온의 용선과 슬랙은 환상대(116)의 언저리에서 연속적으로 흘러 떨어져 환상의 용선-슬랙저류실(118)에 고이게 되며, 쇳물노치(37)를 통하여 일정한 시간간격으로 인출하여 받아낸다. 페릿더미(132)가 녹으면서 량이 적어지면, (도시하지 않음) 중심부의 계량 탐침이 감지하여 환원로의 토출 송급기(130)을 작동시켜 환원로로 부터 고온의 페릿을 토출케하여 녹아서 줄어든 페릿을 보충하게 한다.As the ferret melts, the ultra-high temperature molten iron and slag flows continuously from the edge of the annular table 116 and accumulates in the annular molten iron-slack storage chamber 118, and is withdrawn at a predetermined time interval through the water notch 37. Take it out. When the ferret pile 132 melts and the volume decreases, the metering probe in the center (not shown) is sensed to operate the discharge feeder 130 of the reduction furnace to discharge the hot ferret from the reduction furnace to melt and reduce the ferret. Have them replenish.

도관(60)으로 부터 우회 냉각기(66)를 통과하는 고온가스의 량을 조정하기 위하여, 가스 온도 감지기(142)에 대하여 (도시하지 않음) 재래식 장치로 반응하는 유량 제어변(140)을 설치하여 도입관(70)을 통에 유입하는 가스의 온도도 조정한다. 재래식 용광로에서 이용하는 것과 같이, 용융 슬랙의 공칭 유동도와 철 탈황제에 대처하기 위해, 괴상의 석회석이나 백운석을 산화철 페릿과 함께 장입호퍼(14)를 통해 로에 공급하는 것도 바람직하며, 공급방법을 바꾸어 석회석이나 백운석을 분쇠하여 송풍장치(123)를 통하여 주입할 수도 있다.In order to adjust the amount of hot gas passing from the conduit 60 to the bypass cooler 66, a flow control valve 140 is installed to react with the conventional apparatus (not shown) to the gas temperature sensor 142. The temperature of the gas flowing into the cylinder through the introduction pipe 70 is also adjusted. As with conventional furnaces, in order to cope with the nominal flow of molten slack and iron desulfurizing agent, it is also preferable to supply the bulky limestone or dolomite to the furnace through the charging hopper 14 together with the iron oxide fertilizer. Dolomite may be crushed and injected through the blower 123.

본 발명의 효과는 상술한 바와 같이 연속 역류공법을 이용하여 환원주제로서 세계 어디서나 구하기 쉬운 비점결탄을 효율적으로 사용하여 분말 산화철을 용선으로 직접 환원 처리 하여, 소규모 제강 공장에서도 단순하고, 효율적이며, 공해물 배출 없이 경제적으로 용선을 생산할 수 있게하고, 동시에 기타의 용도로 쓸 수 있는 귀중한 가스 연료를 생산하는 공법을 제공하게 한 것이다.As described above, the effect of the present invention is a simple, efficient and empty process even in a small steel mill by directly reducing powder iron oxide to molten iron by efficiently using non-caking coal, which is easily available anywhere in the world, as a reducing agent using a continuous countercurrent method. It would allow for the production of molten iron economically without seafood release, while at the same time providing a process for producing valuable gas fuel for other uses.

Claims (1)

입자 산화철을 환원하여 용선을 제조하는 방법에 있어서, 주로 일산화탄소와 수소로 조성되는 고온의 환원가스의 화학반응을 통해 수형로(10) 내에서 입자 산화철을 고형의 입자 금속철로 환원시키고, 그 생성된 고온의 입자 금속철을 용융 금속탕을 보유하는 용융실(30)로 토출시키고, 상기 용융실(30)에 석탄과 산소를 주입하여 철을 녹이고 석탄을 기화해서 고온의 가스를 발생시키고, 상기 용융 실(30) 내의 상기 고온의 발생가스를 냉각가습하여 고온의 환원가스를 조성하여 상기 고온 환원가스를 용융실에서 도출하여 환원제로 수형로(10)에 송입하여 입자 선화철과 반응시켜 입자철로 환원하고, 그렇게 하여 생산한 용선을 용융실(30)에서 인출하게 하는 것을 특징으로 하는 산화철을 용선으로 환원하는 방법.In the method for producing molten iron by reducing the particle iron oxide, the particle iron oxide is reduced to solid particle metal iron in the water furnace 10 through a chemical reaction of a high temperature reducing gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen, The hot particle metal iron is discharged into a melting chamber 30 having a molten metal bath, coal and oxygen are injected into the melting chamber 30 to melt iron and vaporize coal to generate a hot gas, and the melting Cooling and humidifying the high temperature generated gas in the chamber 30 to form a high temperature reducing gas, and extracting the high temperature reducing gas from the melting chamber and feeding it into the water furnace 10 with a reducing agent to react with the grain iron iron to reduce it to granular iron. And the molten iron produced in this way is taken out of the melting chamber (30).
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