KR850001831B1 - 직립로에서 철광석을 해면철로 환원하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

직립로에서 철광석을 해면철로 환원하는 방법

첨부도면은 본 발명에 따른 공정도이다.

본 발명은 직립로중에서 철광석을 가스로 환원하여 해면철을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 탄화수소를 함유하는 가스, 특히 코우크스로가스(coke oven gas)를 가스환원법의 환원물질로 사용한 신규의 방법에 관한 것이다. 직립로에서 철광석을 가스환원하는 방법에 대해서는 미국특허 제3,765,872호, 제3,770,421호, 제3,779,741호 및 제3,816,102호에 상술되어 있다. 이 방법에 있어서, 철광석의 환원은 보통 천연가스와 수증기의 혼합물을 촉매 개질(改質)시키는 적당한 방법으로 제조한 주로 수소 및 일산화탄소로 된 환원가스를 사용하여 실시하고 있다. 이러한 방법은 대개 상부에 환원대(還元帶)가 있고 하부에 냉각대(冷脚帶)가 있는 직립로로 되어 있다.

환원되는 철광석은 직립로의 상부로 공급되어 직립로 속에서 강하하는데 먼저 환원대를 통과하면서 가열된 한원가스와 접촉한 후, 냉각대를 통과하면서 여기서 가스 냉각제에 의해 냉각되고 직립로의 하부에서 제거된다.

환원대에서 나오는 유출가스는 냉각되어 물을 제거하게 되고 대부분의 경우에 있어서 냉각된 유출가스의 대부분이 재가열되어 환원대로 재순환 된다. 마찬가지로 냉각대에서 나온 냉각가스의 최소한 일부는 냉각된 후 냉각대로 재순환되는 것이 보통이다. 직립로의 아래쪽 끝에는 직립로에서 나오는 냉각된 해면철의 배출을 조절하는 장치, 즉 회전식 배출 밸브, 진동식 슈우트(chute), 콘베이어 밸브 등이 구성되어 있다.

최근에 이러한 직립로에서 제조된 해면철을 용광로 장입물의 일부로서 사용하는 것이 유익하다는 것이 밝혀졌다. 해면철을 용광로 장입물의 일부로 사용하므로써 생산성이 증가되며 로의 코우크스 소요량을 감소시킬 수 있다. 따라서 이와 같은 방법으로 용광로 조업에서 경제성을 상당히 나타낼 수 있는 것이다. 용광로에서는 코우크스를 연료 빛 환원계로서 상당량 사용하기 때문에, 용광로는 환원성 성분을 함유한 바이프로덕트(by-product)식 코크스로가스 및 코우크스를 제조할 수 있는 한벌의 코우크스로 가까이 위치하는 것이 보통이다.

해면철을 용광로 장입물의 일부로서 사용해야 하는 경우에 있어서, 해면철공장과 용광로 및 코우크스 제조공장을 일원화시키는 것, 즉 용광로 가까이 해면철 제조설비를 설치하는 것이 경제적으로 유리하다. 해면철공장과 용광로를 이러한 병렬배치로 하면 여러 가지 장점이 있다. 따라서 생산된 해면철의 취급량과 해면철 냉각의 필요성이 감소된다. 이러한 일관된 공장에서 나타나는 장점으로는 바이프로덕트식 코우코스로 가스를 철광석을 가스로 환원시키는 로에 대해서 환원성 성분의 일부로서 사용할 수 있다는 점이다. 이러한 방법에서 개재되는 한가지 문제점은 미가공의 코우크스로 가스는 철광석을 효과적으로 환원시킬 수 있는 환원제가 되지 못하다는 것이다. 우크스로가스를 처리하여 예를들면 촉매개질법에 의해서 환원효율을 개선할 수 있는 반면, 기존의 촉매개질로(改質爐)는 대규모의 지본투자를 필요로 하므로서 가스를 처리하는 데에 소요되는 경비투자가 증가된다. 또한 코우크스로 가스는 비교적 황함량이 크므로 공지의 촉매개질로에 보통 사용되는 촉매에 악영향을 초래한다. 그러므로 공지의 촉매개질로에서 코우크스로 가스를 개질해야 할 경우에는 먼저 가스중의 황함량을 매우 낮은 수준으로 감소시켜야 한다. 이러한 점에서 미가공 코우크스로 가스의 환원효율을 향상시킬 수 있는 개선된 방법에 있어야 하는 것이다.

본 발명의 목적은 코우크스로 가스 같은 탄화수소량이 많은 가스를 개질시켜 환원제로서의 효율성을 증가시키며, 코우크스로 가스 같은 탄화수소를 함유한 가스를 개질시켜 상당량의 일산화탄소와 수소로된 혼합물을 제조하는 신규방법을 강구함에 있다. 또한 전반적으로 용광로의 생산성과 연료절약을 크게하기 위아여 한벌의 코우크스로와 1기(基) 이상의 용광로를 해면철 생산공장과 일관성 있게 연결하므로서 철광석 환원을 용이하게 할 수 있는 방법을 강구하며, 탄화수소가스, 특히 코우크스로 가스의 환원효율을 증가시키기 위한 별도의 촉매 가스개질로를 필요로 하지 않는 방법을 제시함에 있다.

본 발명의 목적은 직립로를 사용하므로서 달성될 수 있는데, 이러한 직립로중의 냉각대에서는 종래의 직립로에서와 같이 해면철을 냉각 및 침탄시킬 뿐만 아니라 수증기와 탄화수소 함유가스로 된 혼합물을 개질시키게 된다. 본 발명에 의하여 냉각 루우프(loop)를 직립로의 냉각대에 포함시켜 설치하고, 수증기 및 탄화수소 함유가스, 보통 메탄 함유가스를 공급하여 냉각루우프 중에서의 각 부분으로 분리되거나, 냉각루우프에 혼합물로 예비 혼합하여 공급하게 된다. 냉각대내의 해면철을 촉매로 사용하여 가스 수증기 혼합물 중의 탄화수소 가스를 개질시키며, 개질된 가스를 직립로의 환원대의 환원가스로 사용하게 된다. 냉각대 중에서 해면철에 부착된 황은 그 활성에 악영향을 미치지 않으며, 어떤 경우에도 배면철은 재생된 촉매를 계속적으로 형성하기 때문에, 본 발명의 방법에서는 공급물인 코우크스로 가스를 완전히 탈황(脫黃)시킬 필요가 없다.

해면철에 부착된 황의 양을 그 뒤에 계속되는 제철과정에서 점차로 조절할 수 있다. 본 발명의 방법에 따르면 탈황비용이 절감된다.

수증기와 혼합된 가스 중의 메탄 또는 기타 탄화수소 가스의 양은 부피로 약 30vol.% 정도까지가 바람직하다. 이보다 더 많은 양의 탄화수소사 사용되면, 해면철에 과잉량의 탄소가 석출된다. 본 발명을 첨부된 도면에 따라 상술하기로 한다.

도면에 있는 바와 같이 직립로(10)에는 상부에 환원대(12)가 있고 하부에는 냉각대(14)가 있는 데, 이 냉각대는 다시 상부(14a)와 하부(14b)로 구분된다. 환원이 될 철광석은 장입구(16)를 통해 직립로의 상부에서 공급되어 환원대(12)를 통해 하강하게 되고, 환원대(12)에서 철광석이 상승하는 고온가스에 의해 환원된 후 냉각대(14)를 통과하여 배출구(18)를 통해 직립로에서 배출된다.

철광석의 환원은, 가열장치(20)에서 750℃-1,000℃까지 가열되고 파이프(22)를 통하여 내부원형 배플(baffle)(26)과 직립로의 벼으로 형성된 플리넘 체임버(plenum chamber)(24)로 유동하는 일산화탄소와 수소로 구성된 환원가스에 의해서 이루어진다.

환원가스가 플리넘 체임버(24)로 부터 배플(26) 하부주위를 지나서 환원대(12)에 있는 철광석 입자속을 통하여 상승하여 철광석을 해면철로 환원시키게 된다. 환원대에 있는 철광석층의 상부에서 나가는 가스는 파이프(28)를 통래 직립로를 빠져나가 냉각장치(30)로 유동하는 데, 이 냉각장치(30)에서 가스가 냉각수와 직접접촉하므로서 냉각되어 탈수된다. 냉각 및 탈수된 환원가스는 파이프(32)를 통해 냉각장치(30)를 나가서 파이프(34)를 통하여 적당한 저장장소로 가거나 연료가스로 사용되는 지점까지 이동한다. 파이프(32)를 통과하는 환원가스 중의 나머지는 파이프(36)를 통해 펌프(38)로 가서 여기서 펌핑되어 파이프(40)를 통해 다시 가열장치(20)로 들어가게 된다. 따라서 환원가스 중의 상당부분은 환원대(12), 파이프(28), 냉각장치(30), 파이프(32,36), 펌프(38), 파이프(40), 가열장치(20) 및 파이프(32)로 구성된 포쇄루우프속을 이동하게 된다. 도면에 예시된 바와 같이 파이프(34)에는 배압(背壓) 조절기(42)가 있어서 직립로내의 압력을 일정수준으로 유지한다.

보충환원가스가 파이프(44)로 부터 환원가스 루우프로 공급된다.

환원대(12)와 같이 냉각대(14)도 가스이동 루우프의 일부를 형성한다. 냉각가스는 파이프(46)를 통해 냉각대의 하부로 들어가서 직립로의 벽과 내부 절두체(截頭體) 모양의 배플(50)로 형성된 플리넘 체임버(48) 속으로 들어간다. 플리넘(48)으로 부터는 냉각가스가 배플(50) 하부 주위를 지나서 냉각대의 각 부분(14b,14a)을 통하여 상승하여 직립로의 벽과 절두체 모양의 배플(54)로 형성된 플리넘(52)으로 이동한다. 플리넘(52)으로 부터 냉각가스가 파이프(56)를 통해 냉각장치(58)로 이동하여 이 냉각장치에서 냉각 및 탈수된 후 파이프(60)를 통하여 순환펌프(62)로 들어가서 이 펌프에서 펌핑되어 파이프(64)를 통해 파이프(64)로 이동한다.

본 발명에 의하여 파이프(46)를 통해 냉각대의 하부로 공급된 냉각가스도 환원가스인데, 이것은 상당량의 일산화탄소 및 수소를 함유하고 있다는 점에서 환원대(12)로 공급된 가스와 유사하다. 유동 조절장치(68)를 조절하여 파이프(66)를 통해 적절한 공급원으로 부터 루우프로 공급되는 보충 가스가 냉각루우프로 공급된다.

보충가스 중에는 상당량의 탄화수소 가스, 즉 메탄 또는 코우크스로 가스를 약 30vol.%까지 함유하는 가스가 있는 데 메탄량이 훨씬적다. 어느 경우에 있어서나 파이프(46)로 부터 냉각대 하부로 들어가는 가스중에는 상당량의 탄화수소가 함유된다. 냉각대(14)를 통해서 상승하는 냉각된 환원가스는 최소한 세가지 기능을 수행한다. 이들 기능중의 두 가지는 공지의 직립 로에 있는 냉각대에서 나타나는 데, 즉 환원된 철광석의 냉각과 다음과 같은 반응식에 따른 해면철의 침탄이 일어나는 것이다.

2CO → C+CO₂

냉각대에 설정된 조건하에서, 침탄반응에서 생성된 대부분의 탄소는 해면철과 반응하여 탄화철을 형성하며 이 탄화철은 배출구(18)를 통하여 직립로를 나가는 해면철 입자속으로 분산된다. 배출된 해면철 중에는 비교적 소량의 원소 탄소만이 함유된다.

본 발명에 의한 방법에 따라 냉각대는 제3의 기능을 하게 되는데, 즉 이것은 다음과 같은 반응식에 따라 상승하는 가스중의 탄화수소를 일산화탄소와 수소로 변환시킨다.

CH₄+H₂O → CO+3H₂

물을 공급하여 이 반응을 진행시키자면, 수증기를 직립로 중에 공급하는 데, 즉 냉각대중의 상부(14a)와 하부(14b) 사이로 공급하는 것이 바람직하다. 특히 유동조절장치(72)를 가진 파이프(70)를 통해 적절한 공급원으로 부터 수증기를 공급한 후 차단밸브(76)를 가진 파이프(74)를 통과시켜 플리넘(78)으로 보내고, 이 플리넘에서 부터는 원주상에 배열된 일련의 구멍(80)을 통해 냉각대의 내부로 유동한다.

수증기는 상승하는 탄화수소함유가스와 혼합되어 위의 반응식에 따라 반응한다. 수증기와 탄화수소와의 반응은 냉각대의 상부(14a)에서 고온의 해면철에 의해 촉진되어, 순환되는 냉각가스중의 일산화탄소와 수소의 함량이 상당히 증가된다. 따라서 화학양론족으로 과잉의 수증기를 사용하여 직립로에 불필요한 탄소석출이 일어나지 않도록 하는것이 바람직하다. 대표적인 예로서 증기와 메탄 또는 기타 탄화수소와의 몰비는 1.0 : 1-1.5 : 1 의 범위에 있다. 개질반응은 흡열반응이므로 이 반응에 필요한 열을 고온의 해면철에서 흡수하여 해면철을 냉각시키도록 한다.

도면에 예시된 바와 같이, 파이프(70)를 통하여 공급된 수증기도 차단밸브(84)를 가진 파이프(82)를 통해서 이동하여 파이프(46)를 통과하는 재순환 가스로 공급된다.

따라서 수증기를 재순환가스(46)로 공급하거나, 냉각대의 각 부분(14a,14b) 사이의 지점으로 공급하거나 또는 두 방향으로 모두 공급할 수도 있다.

냉각대를 통하여 상승하는 가스 중에는 일산화탄소와 수소가 상당히 많이 함유되어 있으므로. 환원대에서 환원가스로 사용할 수 있다. 따라서 냉각 루우프를 통해 이동하는 재순환 가스의 일부를 유동조절장치(88)를 가진 파이프(86)를 통해 배출시켜 파이프(44)를 통하여 환원가스 루우프에 보충가스로 이동시키게 된다.

전술한 설명에서, 본 발명은 위에서 나열한 여러 가지 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 방법을 명백히 제시한다.

그러므로 본 발명은, 상당량의 탄화수소 성분 즉, 코크스로가스 혹은 탄화수소를 30vol.%까지 함유하는 기타 가스로 구성되는 가스를 개질시켜 이러한 가스의 환원효율을 향상시키는 신규하고 예외적으로 효율적인 방법을 제시하는 것이다. 또한 앞서 지적한 바 있는 상당한 경비부담을 가진 별도의 촉매에 의한 가스개질 장치를 사용하지 않고서도 가스질의 향상을 이룩할 수 있는 것이다. 따라서 예외적으로 효과적인 환원방법이 제공되는 것이다.

전술한 설명은 단지 설명을 하기 위한 것이었고, 청구범위에 정의된 본 발명의 정신에 어긋남이 없이 조업조건과 상기한 방법의 구조에서 여러 가지 변화가 가능한 것이다.

Claims (1)

1. 고온의 환원가스를 수직으로 이동하는 배드의 일부를 통하여 이동시키므로서 철광석을 해면철로 환원시키는 환원대가 상부에 있고, 상기 해면철을 냉각시키는 냉각대가 하부에 있는 직립로에서 철광석 입자를 해면철입자로 환원시키는데 있는서, 탄소를 함유하는 냉각가스를 냉각대의 한쪽끝 각까운 지점으로 공급하여 상기 냉각가스가 상기 냉각대를 통하여 이동하면서 해면철과 접촉하여 해면철을 침탄시키며, 상기 냉각가스를 상기 냉각대의 다른쪽 끝 가까운 지점에서 제거하고, 제거된 가스를 냉각시키고, 냉각된 가스를 상기 냉각대로 재순환시켜서 포쇄 냉각가스 루우프를 형성하고, 상기 루우프에 30vol.% 까지의 양으로 탄화수소가스를 함유한 보충가스를 공급하고, 상기 루우프에 수증기를 공급하여 상기 수증기와 탄화수소가스가 상기 냉각대내에서 반응하여 일산화탄소와 수소를 형성하고, 상기 루우프에서 나오는 가스의 일부를 이용하여 상기 환원대에서 철광석을 환원시키는 것으로 구성되는, 직립로에서 철광석을 해면철로 환원하는 방법.

Images