KR850001278B1 - 해면철 제조를 위한 회전로에 공기를 유입시키는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

해면철 제조를 위한 회전로에 공기를 유입시키는 방법

제1도는 종래의 해면철 생산용 직접 환원 공장의 공정도.

제2도는 본 발명에 의한 것으로서 제1도에 예시된 공장에서 사용되는 형식의 환원로의 개략도.

본 발명은 공기분사관이 있으며 가스와 장입물을 역류시키므로써 회전로에서 철광석을 환원시키는 직접 환원법에 관한 것으로서 특히 회전로에 공기를 유입하는 개량된 방법에 관한 것이다. 회전로에서 가열제 및 환원제로서 휘발성이 큰 석탄을 이용하여 직접 환원법을 실시하고자 여러가지 방법이 제안되어 사용되었다.

예를들자면 이들 방법중 어떤 것은 미국특허 제3,505,060호에 상술된 바와 같이, 기계적 장치 또는 압축공기식 장치에 의해 배출구를 통해 로속으로 석탄을 장입하고 있고 어떤 경우에서는 미국특허 제3,206,299호에 상술된 바와 같이 로를 따라 장입하거나 로중심에서 장입하고 있다. 그러나 배출구로 부터 로 속으로 휘발성이 큰 석탄을 모두 공기로 불어 넣는데 상당한 결점이 나타나고 있고 로 중심에서 석탄을 장입하는 데도 결점이 나타난다. 작업자가 방법을 바꾸지 않는 한 공기는 일정한 속도로 주입되고 실내의 가스조성 변동이 있으므로 환원 및 연소공정은 불균일하게 되며 공정제어도 부작용을 발생하게 된다. 품질 낮은 석탄의 경우에서와 같이, 휘발성이 높은 물질이나 수분을 가지고 있는 환원제를 사용할 경우, 회전로속의 압력은 전반적이고 국부적인 변동을 가지게 되어 공정제어에 영향을 주게되며 로에서 나오는 고체물질이 불균일하게 배출된다. 로속의 석탄의 분배가 극히 중요하기 때문에 배출구로 부터 모든 석탄을 장입해주면 공정은 단순한 기계적, 금속학적인 이유로해서 제어하기가 어렵게 된다.

더욱이 모든 연료와 환원제를 로의 배출구로 부터 휘발성이 큰 석탄의 형태로 장입해야할 경우 고정탄소 소비면에서 이익이지만, 고도의 환원을 시켜야 할 때는 연료의 분산이 극히 정확해야 하고, 장입되는 환원제와 연료가 다량으로 소요되므로 공정제어가 극히 어렵게 된다. 실제로 확인된 바에 의하면 연료 분포를 유지하기가 어렵고, 따라서 환원이 불균일하게 된다는 점이다. 또한 로의 배출구에서 로속으로 휘발성이 큰 석탄을 장입하게 되면 베드와 실내가스에서의 CO/CO₂비율이 불균일하게 되므로 로속에서의 환원능력이 감소되고, 이렇게 되면 금속화율은 실제생산성에서 요구되는 수준이하로 된다.

한편으로, 역류가 있는 장입구에서 휘발성이 큰 석탄을 장입하면로의 첫번째 영역, 즉 로의 예열대에서 휘발성 물질이 손실된다. 이들 휘발물질은 연소가스의 유동에 의해 제거되어 더이상 공정의 영향을 받지 않게 되고 로에서 배출되는 가스의 발열량이 커지며, 석탄의 저온 증류에서 나오는 가스의 일부만이 공정에 사용된다. 배출가스의 발열량이 커지면 배기작용이나 공정중에서의 조업이 더욱 어렵게 된다.

이들 여러가지 방법이 가지는 결점을 해결하고자, 로의 배출구에서 일부 석탄을 장입하여 로 전체의 온도분포를 조절하고 나머지 석탄을 장입구에서 장입하는 반면 배출구로 장입한 석탄을 로길이의 최종 15%선 이내에 있는 환원대에 석탄이 잔존하지 않도록 분산시키며 로의 장입 대중에 분산되게 한다. 회전로에서 길이방향으로 공기분사 장치를 구성하여 로속으로, 환원가스의 유동방향과 반대방향으로, 공기를 불어넣어 혼합가스가 생성되게 한다. 이러한 형식의 계통은 호킨(Hockin)의 특허 (미국특허 제3,890, 138호)에 상술되어 있고 특히 이것은 일메나이트(ilmenite)를 환원시키는데 사용된다. 그러나 이 방법은 직접 환원법에서 다른 석탄장입방법 보다 개선된 것이지만, 철광석을 해면철(海綿鐵)로 환원시키는데 사용할 경우 배기가스의 성분에 문제가 생기므로 배기공정이나 가스정화장치에 특별한 주의를 해야한다.

직접 환원법에서 종래부터 관행으로 되어 있는 것은 로의 길이방향을 따라 장입구쪽으로 로속에 공기를 공급하여 주는 것인데 이것은 미국특허 제2,829,042호와 제3,170,786호 및 제3,206,299호에 상술된 바 있다. 그러나 미국특허 제3,235,375호에 의하면 우선적으로 배출구쪽으로 또는 양쪽의 두방향 또는 양쪽중 어느 한방향으로 공기를 분사하여 열분산을 개선시켜 효과적으로 일산화탄소가 연소되게 하고 반면 벽면부착물 생성과 장입 혼합물의 국부적인 과열현상이 없도록 하고 있다. 미국특허 제3,890,138호에 의한 방법에 있어서, 철광석을 해면철로 환원시킬 경우 배출구쪽으로 공기를 보내서 환원가스와 역류시켜서 혼합이 잘 되게하고 있다. 이러한 방법은 공지기술로서 제1도에 예시되어. 있는데, 이 도면은 호킨의 방법에 따라 해면철을 제조하는 직접 환원 공장설비에 관한 것이다. 호킨의 방법을 사용하면 종래의 문제점을 해결할 수 있겠으나 앞서 나온 바와 같이 배기가스를 취급할 때 여러가지 어려움이 생긴다. 본 발명은 도면에예시된(제1도) 호킨의 방법을 이용한 공장조업시에 발견되는 난점을 해결하여 개선한 것이다.

본 발명에 의해 확인된 바에 의하면, 호킨식의 직접 환원법에 있어서 로속에 공기를 유입시킬 때 환원대로 부터 예열대로 유입하면, 즉 배출구쪽보다 장입구쪽으로 유입하면 예열대에 있는 가연성 성분과 공기가 완전히 반응하게 되어 배기가스의 조성이 상당히 개선되고 장입물의 예열이 개선됨과 아울러 불필요한 로의 부착물이 생성하지 않게 된다. 특히 과거의 경우와 같이 연소가스의 흐름과 역방향으로 모든 공기를 흐르게 하는 것보다는, 본 발명에서는 환원대 또는 작업대(working zone)에 있는 공기분사관을 조절하여 배출구쪽으로 공기를 불어넣는 반면에, 예열대에 있는 공기분사관중 한개이상을 조절하여 장입구쪽으로 공기를 불어 넣는다. 이러한 공기유입장치를 개선하므로써 배기가스 또는 폐가스의 상태가 개선되면 배기장치중 후기연소기(after-burner)를 사용할 필요가 없는데, 이 후기연소기는 모든 공기를 장입구쪽으로 불어 넣는 몇몇 다른 직접환원법에서 사용되어 왔다.

본 발명의 접근 방법은 미국특허 제3,235,375호에 상술된 것과는 상이하며, 미국특허 3,235,375에 기술된 방법은 유입된 공기를 반대쪽으로 흐르게 하는 동안 로의 각기 상이한 영역에서 공기를 반대쪽으로 흐르게 하는 것을 제한하고 있지 않다.

미국특허 제3,235,375호와는 달리, 본 발명에 의한 방법에서는 하등의 보충 연료를 사용하지 않으며, 장입구 또는 예열대에 있는 공기분사관을 반대방향으로 설치하여, 로전체에서 장입물의 온도분포에 영향을 주지 않고 회전로의 벽면에 장입물이 고착되거나 펠레트위에 맥석물질이 고착되지 않으면서, 비교적 다량의 공기를 불어 넣어 휘발물질을 연소시킨다.

본 발명을 첨부된 도면을 따라 상술하기로 한다. 호킨의 방법에 따라 조업되는 회전로를 이용하는 형식의 해면철 제조용 직접 환원 공장설비의 예가 제1도에 표시되어 있다. 이 공장설비는 일련의 저장고(bin)로 구성되어 있는데, 즉 산화철 펠레트(pellet) 형태의 광석을 공급하는 저장고 (1), 석회석 또는 백운석을 공급하는 저장고(2), 재순환 목탄을 공급하는 저장고(3) 및 직경이 1인치 이하인 석탄 형태의 탄소질환원제를 공급하는 저장고(4)로 되어 있다. 철광석, 석탄, 재순환목탄 및 백운석 또는 석회석을 정확히 측정하여 환원로(6)의 장입구(6a)에 연속 장입한다. 나머지 저장고(5)는 직경이 3/8인치 이하의 석탄을 회전로(6)의 장입구(6b)로 공급하는데, 적당한 공기 공급원(7)에 의해 생긴 운반공기와 함께 주입하여 양을 조절하여 석탄 투입관(8)을 통해 장입하는데 이 관은 석탄의 적정 투입을 할 수 있게 조절된 것이다.

환원로(6)는 외피의 직경이 11.5 피이트(3.5m)이고 길이가 148피이트(45m)되는 것으로 3% 기울기를 가진 것이다. 이로를 두개의 타이어 위에 지지시켜 200 마력의 변속 직류 모우터로 구동시키며, 로의 속을 내화벽돌 또는 캐스타블 내화물로 8인치 두께로 내장한다. 관(8)을 통해 들어가는 운반기체외에 로에 일련의 공기 분사관(9)을 장치하는 데 길이를 따라 일정 간격으로 로의 내부까지 배치되어 있으며, 외부에서 공기를 유입하여 로의 축방향에 따라 분산한다. 각 공기분사관(9)에는 팬(fan)과 모우터를 장치하여 분사속도를 로에 배치된 일정 간격의 위치에서 적절히 조절되도록 한다. 이러한 형식의 기존 공장에 있어서 관(9)의 공기 분사 구멍(9a)을 환원로의 배출구(6b) 쪽을 향하게 하여 이 방향으로 공기를 유동시키므로서 역방향으로 흐르는 연소 및 배기가스와 공기와의 혼합이 잘 되게 한다.

로의 장입구(6a)에서 나오는 고온의 폐가스는 폐가스 처리장치 또는 정화장치속으로 들어간다. 적절한 정화장치에서 가스를 먼저 내화물 두겹으로 내장된 사이클론(11)으로 통과시킨 후 내경이 11.5 피이트, 높이가 57 피이트되는 분무냉각탑(12)으로 보내서 여기서 500℉로 냉각한 후, 미세한 입자를 제거하기 위해 유리섬유 포대가 있는 포대통(bag-house)(13)으로 보낸다. 정화된 가스는 통풍 팬(draft fan)과 높이가 100 피이트인 굴뚝(stack)을 거쳐 배출된다.

환원로(6)의 배출구(6b)에서 배출된 물질은 해면철, 석탄, 목탄, 석탄재 및 탈황제의 혼합물로 되어 있다. 이 물질을 승강기가 달린 회전 냉각기(15)에서 냉각시키는데 이때 물로 외부를 냉각시키게 되어 있는 것이다. 이 냉각된 혼합물을 냉각기(15)로 부터 체질장치(screening system)(16)으로 보내 체질을 한다.

두 가지의 과대한 크기를 가진 물질을 각각 자력선광기(17, 18)에서 분리한다. 자력선광기(17)는 폐물질로 부터 해면철을 회수하여 이 해면철을 제품적재장으로 보낸다. 비자성 물질은 재순환 목탄 저장소(3)로 보낸다.

제1도와 함께 설명된 그와 같은 플랜트에서는, 로베드상의 연소 조건의 적절한 조절과 베드에서의 적절한 환원조건을 맞추어 주면 높은 열전도도와 로용량의 최적이용과 함께 90-95% 정도의 일관된 금속화율에 도달할 수 있다. 그러나 장입구와 배출구에서 휘발성이 큰 석탄을 사용하면 배기가스의 조건에 따라 여러가지 문제가 발생한다. 장입구에서 장입되는 고휘발성의 석탄을 로의 예열대에서 실온으로 부터 환원대의 조업온도까지 가열하면, 휘발성 탄화수소가 석탄으로 부터 가스상태의 혼합물로서 증류된다. 탄화수소 가스는 연소가스에 의해 장입구로 배출되어 가스 처리 및 정화장치로 들어가게 된다. 이 장치내에서, 공기가 우발적으로 유입되어 폭발 위험성을 초래하게 될 경우, 가스가 양적으로 농축되어 충분히 가연성 혼합물을 형성할 가능성도 있다. 공기가 없으면 가스는 연진제거 장치 즉, 포대통 내부에 응축하게 되어 성능저하를 일으키고, 인접한 주위공기에 부유된 비교적 안정한 에어로솔로 응축하여 굴뚝출구에서 나오는 전체 가스와 혼합되어 굴뚝가스가 투명하지 않게 되어 환경 규제법에서 허용되는 불투명도(opacity)를 초과하게 된다. 종래의 직접 환원법에 있어서 배기가스 장치중에 후기 연소장치를 설치하여 이러한 문제점을 해결해야 할 필요가 있었다. 그러나 이들 문제점들은 본 발명에 의한 공기 분사의 방향을 개선하므로서 후기 연소장치의 필요성이 없이 해결이 가능하게 되었다. 특히 본 발명에 따라 개선하여 변경된 회전로(6)의 그림이 제2도에 구체적으로 나와 있다.

10개의 공기 분사장치(9)가 있는 회전로(6)는 호킨의 방법에 따라서 조업되는데, 즉 고휘발성의 비점결탄(非粘結炭)을 환원제 및 연료로 사용하고 이 석탄의 일부를 로의 배출구(6b)에서 장입하므로서 로속의 최종 15% 정도 번위내에서는 석탄이 장입되지 않고(로 길이의 최종 20% 정도 범위내이면 좋음) 로의 배출구에서 장입되는 일부석탄은 로의 장입구에 분포되며, 나머지 석탄은 로의 장입구(6a)에서 장입되는 것이다.

적절하고 조절가능한 온도분포를 유지하기 위해 배출구(6b)에서 로속에 장입되는 석탄의 량은 전체 석탄 장입중량의 15-30% 범위내로하는 것이 좋다. 장입속도와 석탄의 입자크기를 적절히 조절하므로서 적절한 조업 조건을 만들 수 있다. 제2도에 예시된 바와 같이 로는 두부분으로 구분되는데, 즉 첫번째는 로의 장입구쪽으로 있는 예열대인데 이것은 로의 길이의 1/3 정도를 차지하지만 1/2 이상일 수도 있다. 두번째는 환원대로서 이것은 로의 나머지 부분으로서 배출구까지 이르는 부분이다. 예열대에서 철광석, 석회석 또는 백운석, 석탄 및 재순환되는 목탄을 서서히 약 1800-1950℉ 정도의 환원온도까지 예열한다. 석탄에서 나오는 휘발성분과 로에서 환원에 의해 생긴 일산화탄소는 로의 벽에 구성된 일정간격의 공기분사관(9)을 통해 로속으로 유입되는 공기에 의해 점차적으로 연소된다. 로속의 온도분포는 여러가지 인자에 따라 좌우되는데 사용되는 석탄의 종류, 석탄의 고정탄소함량, 휘발물질, 탄화온도 및 회분의 연화온도에 따라 각기 달라진다. 로의 온도는 로에 설치된 12개의 열전대(19)로 측정하며 로의 장입물의 온도와 가스온도를 별도로 측정하게 되어 있다.

모든 공기분사관(9)의 출구노즐(9a)의 방향을 로의 환원가스유동에 대해 역방향으로 하여 공기가 흐르게 하므로서, 즉 제1도에 예시한 로의 배출구(6b) 쪽으로 향하게 하므로서, 로의 장입구에서 배출되는 가스의 조성으로 인해서, 전기한 배기가스 정화장치에서 문제점을 초래한다. 그러나 제2도에 예시된 바와같이, 로의 예열대에 공기분사관(9')의 수를 셋이상으로 할 때 분사관의 노즐(9a)의 방향을 반대로 향하게 하므로서 배기가스 조성은 개선되어 배기가스 정화장치를 개선할 필요가 없게 되어 로내의 적정한 온도분포를 얻을 수 있게 된다.

특히 3개의 공기분사관(9')의 출구노즐(9a)을 모두 종래의 방법대로 로내의 연소가스유동에 대해 역방향으로 공기가 흐르게 하면, 즉 제1도에 예시된 바와 같이 로의 배출구(6b) 쪽을 향하게 하면, 3개의 공기분사관에서 나오는 공기의 유동량을 로에 있는 총 10개의 공기분사관에서 나오는 전체 공기의 유동량의 10-30% 범위로 제한하여야 한다. 이러한 제한은 휘발성 탄화수소가 완전 산화와 연소에 의해서 이산화탄소 및 수증기로 됨에 따라 로 내부표면이 과열되지 않도록 하기 위해서 필요하다. 산화 및 연소로 인해 생긴 휘발성 탄화수소와 수증기로 인해서 장입물 입자가 서로 부착되고 로의 내부표면에 부착된다. 또한 과열이 되면 로속으로 장입물을 장입하는 금속장치에 손상을 입히게 된다. 더욱이 예열대와 환원대의 첫번째 1/3 부분에서 로의 축방향으로 장입물이 적정한 온도분포를 갖도록 조절할 수 있게 해야한다. 그러나 제2도에 예시된 바와 같이, 본 발명에 의해 3개의 공기분사관(9')의 출구내즐(9a)의 방향을 장입구(6a) 쪽으로 향하게 하여, 로속에 연소가스유동에 대해 동방향으로 공기유동을 시키면, 3개의 공기분사관(9')에서 나오는 공기유동량은, 로에 있는 모두 10개의 공기분사관에서 나오는 전체 공기유동량의 65-85% 범위까지 유리하게 증가하여, 연소가스출구(6a)에서 전체가스와 공기의 온도가 예열대의 내부표면을 과열시키지 않을 정도로 휘발성 탄화수소가스를 부분적 내지 거의 모두 산화 및 연소시킨다. 더욱이 화원대의 첫번째 1/3 부분과 예열대에서 로의 축방향으로 장입물의 적정한 온도분포를 유지할 수 있게 된다. 로의 예열대 내부에서와 로의 장입구(6a) 외부에서 3개의 공기분사관(9')에서 나오는 공기에 의해 상기한 휘발성 탄화수소가스가 완전히 산화되고 연소되므로해서 탄화수소 가스는 상기한 가스정화 장치에서 문제를일으키지 않는다.

상술된 방법에 따라 조업되는 회전로의 예열대에 있는 한개 이상의 공기분사관의 공기 분사방향을 반대로 하므로서 배기가스의 조건을 상당히 개선하게 되고 환원대의 공정에 악영향을 주지 않으며 궁극적으로 최종생성물의 질에도 악영향을 주지 않게 된다.

Claims (1)

1. 회전로의 길이를 따라 축방향으로 공기를 분사하고, 최소한 예열대의 1차 부분으로 분사된 상기공기를 장입구 방향으로 향하게 하고, 반면에 회전로속으로 분사되는 상기공기의 나머지 공기는 배출구 방향으로 향하게 하는 것으로 구성되는, 장입구 방향으로 예열대가 있고 배출구 방향으로 환원대가 있으며, 고체탄소질 환원제와 공기를 이용하여 산화철을 함유한 물질을 직접 환원하기 위한 회전로 속으로 공기를 유입하는 방법.

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