KR860000140B1 - Apparatus for manufacturing sponge iron - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시를 도시한 공정 계략도.Process schematic showing the practice of the present invention.
본 발명은 해면철의 제조장치에 관한 것으로서 특히 본 발명은 산화철을 재순환 가스를 사용하여 축도내에서 연속적으로 환원시켜 해면철 제조를 위한 환원가스의 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing spongy iron, and in particular, the present invention relates to an apparatus for producing reduced gas for the production of spongy iron by continuously reducing iron oxide in a shaft using a recycle gas.
현재, 석탄은 가장 풍부하고 값싼 에너지원임에도 불구하고 해면철의 제조시 환원제로서 극히 제한된 정도로만 지금까지 사용되어 오고 있다. 이러한 상황은 석탄에 대한 가격과 에너지 함량간의 긴밀한 관계에도 불구하고 지속되고 있다.At present, although coal is the most abundant and inexpensive source of energy, it has been used only to a very limited extent as a reducing agent in the manufacture of sponge iron. This situation persists despite the close relationship between price and energy content for coal.
종래, 환원제로서 석탄을 사용하는 통상적인 해면철의 제조장치는 부분 연소를 기준으로 한 석탄 가스와 장치가 결합된 축로를 사용하는 것으로써 이 장치의 단점은 가스화 장치에 대한 매우 높은 시설비와 예외적으로 에너지 소모가 많은 데 있다.Conventionally, a conventional apparatus for producing sponge iron using coal as a reducing agent uses a coal combined with coal gas on the basis of partial combustion, and the disadvantage of this apparatus is that it has a very high facility cost for gasifiers and exceptionally low. There is a lot of energy consumption.
상기 장치에 있어서의 단점 및 제반문제점은 본 발명에 따른 장치에 의하여 해결 및 보완할 수 있다. 즉, 발명에 의한 장치는 산화철을 주로 CO 몇 H2로 이루어진 환원가스와 반응 시키는 축로, 축로에서 나오는 반응 가스를 제거하기 위한 축로의 상부에 연결된 기구, 위의 반응 가스에서 나오는 CO2를 제거하기 위한 세정기구, 세정된 가스를 최소한 두 흐름부중 최소한 한 흐름부를 분리시키는 기구, 플라즈마버너 및 주로 CO 및 H2로 이루어진 중간체 가스 혼합물을 제조하기 위해 고체환원제 및 산화제를 플라즈 마버너에 의해 가열된 가스내로 주입시키는 기구로 국성된, 위의 두 흐름부중 최소한 한 흐름부를 받아들이는 가스 발생기, 중간체 가스 혼합물을 위의 두 흐름부중 최소한 다른 한 흐름부의 반응 가스로 제어혼시켜 환원가스를 얻기 위한 혼합기구, 및 환원가스를 축로의 하부에 도입시키는 기구로 이루어짐을 특징으로 하는 산화철의 연속적 환원에 의한 해면철 제조를 위한 환원가스의 제조장치이다.Disadvantages and various problems in the apparatus can be solved and complemented by the apparatus according to the present invention. In other words, the apparatus according to the invention is a reactor for reacting iron oxide with a reducing gas mainly composed of several CO 2 H 2 , an apparatus connected to the upper part of the shaft for removing the reactive gas from the shaft, and removing the CO 2 from the above reactive gas A scrubbing mechanism, a gas separating the scrubbed gas from at least one of the two flows, a plasma burner and a gas heated by a plasma burner with solid reducing agents and oxidants to produce an intermediate gas mixture consisting mainly of CO and H 2 . A gas generator, which receives at least one of the two flows, localized by an injecting mechanism, a mixing mechanism for controlling mixing the intermediate gas mixture with the reaction gas of at least one of the two flows above to obtain a reducing gas, And a mechanism for introducing reducing gas into the lower part of the shaft. An apparatus for manufacturing a reducing gas for the sponge iron produced by the reduction.
상기 장치에 있어서, 환원가스는 주로 CO와 H2로 이루어져 있으며, 산화철에 향류로 보내지고 축로에서 나오는 반응가스외에도 고체환원제[예 : 석탄, 바람하게는 피트코올(pit cool)]에서 생성된 어분의 가스와 같은 재순환 가스로부터 플라즈마 발생기의 도움으로 생성된다. 재순환 가스는 먼저 CO2및 H2O로부터 거의 세정되며 다음에 세정된 가스는 두 부분으로 나뉘어지는 데 이중 한 부분은 플라즈마 발생기로 보내진다. 환원제는 플라즈마 발생기에서 나오는 뜨거운 가스 흐름내로 물과 함께 주입되는 물이 환원제와 반응함으로써 CO와 H2와의 혼합물이 형성된다. 생성된 가스의 온도는 고체환원제내에 포함되어 있는 재가 슬래그로 형성될 수 있는 범위내로 유지시킨다. 가스 발생기에서 나오는 뜨거운 CO-H2혼합물은 최종 가스 혼합물의 온도가 환원공정에 대해 적합할 수 있는 비율로, 세정된 재순환 가스의 최소한 다른 흐름부와 혼합된다.In the apparatus, the reducing gas is mainly composed of CO and H 2 , and in addition to the reaction gas from the furnace sent countercurrent to the iron oxide and produced from a solid reducing agent (eg coal, pit cool). It is generated from the recycle gas as the gas of the plasma generator with the help of. The recycle gas is first washed almost from CO 2 and H 2 O and then the cleaned gas is divided into two parts, one of which is sent to the plasma generator. The reducing agent reacts with the reducing agent to form a mixture of CO and H 2 with water injected into the hot gas stream exiting the plasma generator. The temperature of the gas produced is kept within a range in which the ash contained in the solid reducing agent can form slag. The hot CO-H 2 mixture exiting the gas generator is mixed with at least another stream of cleaned recycle gas at a rate such that the temperature of the final gas mixture may be suitable for the reduction process.
본 발명의 장치에 의한 공정에 있어 한 특징으로는 가스 발생기에서 생성된 가스의 온도를 1,300내지 1,500℃의 범위로 조절하는 것이다. 또한 최종 가스 혼합물을 축로의 하부에 공급하기 전에 두번째 흐름부와 혼합시켜 그의 온도를 700내지 1,000℃의 범위내로 하는 것이 바람직하다.One feature of the process of the device of the present invention is to control the temperature of the gas produced in the gas generator in the range of 1,300 to 1,500 ° C. It is also preferred to mix the final gas mixture with the second stream prior to feeding the bottom of the shaft to bring the temperature within the range of 700 to 1,000 ° C.
본 발명의 장치에 의한 공정에 있어 또 다른 한 특징으로는 재순환 가스를 CO2의 함량이 바람직하게 2%이하로 될 때까지 가스 산기내에서 세징시키는 것이다.Another feature of the process of the device of the present invention is that the recycle gas is washed in a gas acidizer until the content of CO 2 is preferably below 2%.
본 발명의 장치에 의한 공정의 흐름을 다음의 도면을 통해 설명하면 다음과 같다.Referring to the flow of the process by the apparatus of the present invention through the following drawings as follows.
산화될 덩어리의 환원은 축로(1)에서 수행된다. 산화철 덩어리는 슬루우수(sluice) 벨브 (3)을 통해 축로내로 공급되어 축로(1)의 하부(1)에서 공급되는 일산화탄소 및 수소가스로 주로 이루어진 뜨거운 환원가스의 향유 흐름에 의해 처리된다. 해면철 제품은 축로(4)의 하부(1)에 있는 출구(4)를 통해 배출되며, 30내지 50%정도가 반응한 환원가스는 축로(1)의 상부에 있는 출구(6)을 통해 배출된다.Reduction of the mass to be oxidized is carried out in the shaft 1. The iron oxide mass is fed into the shaft via a sluice valve 3 and is treated by a scented flow of hot reducing gas consisting primarily of carbon monoxide and hydrogen gas supplied from the bottom 1 of the shaft 1. Sponge iron products are discharged through the outlet (4) in the lower part (1) of the shaft (4), the reducing gas reacted by 30 to 50% is discharged through the outlet (6) in the upper part of the shaft (1) do.
이렇게 하여 축로(1)에서 배출된 가스에는 50내지 70%정도의 미반응 CO 및 H2가 함유되었을 뿐 아니라 반응 생성물 CO2및 H2O가 함유되어 있다. 이러한 가스에는 아직도 CO 및 H2의 함유물이 비교적 높기 때문에 재 사용할 수 있지만, 환원가스로서 재사용하기에는 CO2및 H2O의 함량을 5%이하로 줄이야 한다. 이는 가스를 세정기(7)로 보냄으로써 달성할 수 있다(CO2/H2O세정). 가스가 이러한 세정기를 통과할시 반응 생성물 CO2및 H2O가 제거되며 또한 실제 세정시 가스의 양이 균형을 이루어 가스가 발화되는 것을 피할 수 있다. 또한 세정기(7)에는 활성물질로서 모노에탄올아민을 함유시킬 수 있으며, 가스내 CO2함량은 세정기를 통과할시 2%이하로 적절히 감소시킬 수 있다.In this way, the gas discharged from the reactor 1 contained not only 50 to 70% of unreacted CO and H 2 but also reaction products CO 2 and H 2 O. These gases can still be reused because of the relatively high content of CO and H 2 , but the content of CO 2 and H 2 O should be reduced to less than 5% for reuse as reducing gas. This can be achieved by sending gas to scrubber 7 (CO 2 / H 2 O cleaning). When the gas passes through this scrubber, the reaction products CO 2 and H 2 O are removed and the amount of gas in the actual scrubbing is balanced to avoid ignition of the gas. In addition, the scrubber 7 may contain monoethanolamine as an active substance, and the CO 2 content in the gas may be appropriately reduced to 2% or less when passing through the scrubber.
가스가 세정기(7)을 통과한 다음에는 압축기(8)로 들어가고 압력이 공정수행에 필요한 정도로 증가되어 적어도 두 흐름부(9,10)으로 나눈다.After the gas has passed through the scrubber 7 it enters the compressor 8 and the pressure is increased to the extent necessary to carry out the process and divided into at least two
흐름부(9)는 그의 온도가 실긍이며, 가스 발생기(11)로 들어가게 되는 데 여기서는 고체환원제 바람직하게는 석탄 및 물로부터 어분의 가스가 발생한다. 가스 흐름(9)는 가스 발생기(11)에서 플라즈마가스로서 사용되며, 가스 발생 공정시 필요한 양의 에너지는 플라즈버너(12)에 의해 공급된다. 에너지원의 대부분 즉, 석탄가스는 산화제 바람직하게는 물로 처리하여 젯트(13)을 통해 가스 발생기(11)로 공급하는 데 석탄가루와 산화제가 반응하여 CO 및 H2를 형성할 수 있도록 플라즈마버너(12)에서 나오는 뜨거운 가스 흐름내로 침투된다. 반응이 충분히 일어나도록 하기 위해서는 석탄가루의 입자 크기가 20메쉬, 바람직하게는 100메쉬인 것이 좋다.The flow section 9 is known to have its temperature and enters the
가스 발생기(11)내로 에너지를 공급할 때는 석탄가루내에 존재하는 재가 가스 발생기(11)의 하부에서 액체 또는 고체 형태로 제거될 수 있는 슬래그(14)를 응용시킬 수 있도록 공급량을 조절한다. 한편 재가 존재하기 때문에 온도 범위는 1,300내 1,500℃지로 선택함이 바람직하다.When supplying energy into the
장치내에서 발생하는 환원가스 CO 및 H2를 함유하고 있음을 제외하고 석탄내에 포함된 황을 함유할 수 있다. 그러므로 이러한 중간체 가스 혼합물은 황함량을 해면철의 제조에 적합한 수준으로 바람직하게는 75ppm이하로 감소시키는 황여과기(15)에 통과시킨다.It may contain sulfur contained in coal except that it contains reducing gases CO and H 2 generated in the apparatus. This intermediate gas mixture is therefore passed through a sulfur filter 15 which reduces the sulfur content to a level suitable for the production of sponge iron, preferably below 75 ppm.
황 여과기(15)에서 나오는 가스는 실질적으로 그 온도가 해면철의 제조에 필요한 온도보다 높기 때문에 흐름부(10)에서 냉각, 세정된 적당한 비율의 가스와 혼합시켜 온도를 제조에 적당한 온도, 즉 750내지 1,000℃ 바람직하게 825℃로 조절한다.Since the gas from the sulfur filter 15 is substantially higher than the temperature required for the production of sponge iron, the gas is mixed with a suitable proportion of the gas cooled and washed in the
실질적인 기술상의 장점은 본 발명의 장치에 따른 방법을 이용함으로써 얻어진다. 이점에 관해서 가스 발생은 재가 취급하기 쉽고 공정의 중단을 야기함이 없이 꺼낼 수 있는 슬래그를 형성할 수 있는 온도에서 일어날 수 있다. 환원가스내의 수소함량은 물을 가스 발생기에 계속 주입시킴으로써 환원공정에 적절한 양으로 조절할 수 있다. 또한 증가된 온도에성 세정과 가스 발생의 조합은 시스템내 가스의 양을 균형있게 하고 환원온도를 조절할 수 있는 높은 가능성을 제공한다. 동시에 에너지 효율은 플라즈마 발생기에 의해 공급된 에너지가 공정중에 거의 완전히 사용되기 때문에 만족할만하다(즉, 시스캔에서 열을 제거하는 것보다 냉각된 재순환 환원가스를 가하여 온도조절을 수행한다).Substantial technical advantages are obtained by using the method according to the device of the present invention. In this regard, gas evolution can occur at temperatures at which ash is easy to handle and can form slag that can be taken out without causing an interruption of the process. The hydrogen content in the reducing gas can be adjusted to an amount suitable for the reduction process by continuously injecting water into the gas generator. The combination of increased temperature cleaning and gas generation also offers a high possibility of balancing the amount of gas in the system and controlling the reduction temperature. At the same time, the energy efficiency is satisfactory because the energy supplied by the plasma generator is almost completely used in the process (i.e. temperature control is performed by adding a cooled recycle reducing gas rather than removing heat from the scis).
시험척도의 실험에서 제조된 해면철 1톤당 소비가는 다음과 같다 :The consumption price per tonne of sponge iron produced in the test scale is as follows:
전지 에너지 : 8200kwhBattery energy: 8200kwh
석탄분말 : 172kgCoal Powder: 172kg
또한 본 발명의 장치에 따른 공정은 조절하기에 매우 간단하다. 전체공정을 더욱 간단하고 더욱 효율있게 조절하는 것은 석탄가루와 가해진 물을 정확한 비율, 바람직하게는 화학양론적 비율로 예비 혼합시킴으로써 플라즈마가스의 발생으로 달성할 수 있다. 석탄가루와 물의 이러한 예비혼합으로 인하여 석탄-을 에멀션의 형태로 혼합물을 쉽게 주입시킬 수 있다.The process according to the device of the invention is also very simple to control. A simpler and more efficient control of the whole process can be achieved by the generation of plasma gas by premixing coal dust and water added in an accurate proportion, preferably in a stoichiometric proportion. This premixing of coal dust and water makes it easy to inject the mixture in the form of coal-emulsions.
슬래그층내 고체환원제로부터 재를 결합시킬시 난점이 있으면 슬래그의 특성(즉, 융점, 황흡수 등)에 영향을 미치는 알칼리금속 및 초오크와 같은 첨가제를 사용할 수 있다. 이러한 첨가제는 고체환원제와 함께 혼합시키는 것이 바람직하다.If there is a difficulty in combining ash from the solid reducing agent in the slag layer, additives such as alkali metals and chokes may be used that affect the properties of the slag (ie, melting point, sulfur absorption, etc.). Such additives are preferably mixed with the solid reducing agent.
한편, 적절한 겔 형성제를 가하여 석탄-물 혼합물을 안전화시킬 수 있으며 산소는 물 대신에 산소가스의 형태로 가스 발생기(11)에 공급할 수 있다.On the other hand, an appropriate gel former can be added to stabilize the coal-water mixture and oxygen can be supplied to the
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