KR910006037B1 - 철광석의 용융환원방법 및 그 장치 - Google Patents

철광석의 용융환원방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

철광석의 용융환원방법 및 그 장치
제1도는 본 발명의 철광석의 용융환원장치의 일실시예를 예시하는 블록 다이아그램.
제2도는 제1도에서 도시한 장치의 부분을 구성하는 용융환원로의 가스유동을 예시하는 설명도.
제3도는 본 발명의 측풍공과 저부풍공 사이의 위치관계를 예시하는 설명도.
제4도는 본 발명에 따라 계산한 OD와 실제로 측정하 OD를 비교하는 그래프.
제5도는 본 발명의 산소랜스와 레벨높이와 열전달효율의 관계를 예시하는 그래프.
제6도는 본 발명의 측송풍가스량과 열전달효율의 관계를 예시하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
9 : 가스업 그레이딩 풍공 10 : 용융환원로
11 : 용융금속욕 12 : 슬랙층
13,14 : 슈우트 15 : 가스배기관
16 : 철광석 17 : 용융금속
21 : 랜스 22, 23 : 노즐
25 : 측풍공 26 : 저부풍공
27 : 압력수단 30 : 예비환원로
31 : 고온사이클론 35 : 분리기
본 발명은 철광석의 용융환원방법에 관한 것이며, 특히 환원제 및 연료로서 탄소질재료를 사용하여, 염기성 산소로에서 철광석을 용융환원하는 방법과 그 방법을 수행하기에 적당한 장치에 관한 것이다. 용융환원법은 값비싼 장치 비용뿐만 아니라 거대한 설비면적을 요구하는 고로제철법의 단점을 극복하기 위해 최근에 개발된 방법으로서, 고로제철법과 대체되고 있다.
선행기술의 용융환원법에 있어서, 철광석은 배기가스에 의해 예비환원되며, 예비환원된 철광석은 탄소질재료 및 용제와 함께 용융환원로에 장입된다. 또한, 산소가스와 교반가스가 용융환원로속으로 송풍된다. 따라서, 탄소질재료는 미리 장입된 용융금속에 용융되며, 탄소질재료에 함유된 C는 산소가스에 의해 산화된다. 철광석은 탄소질재료에 함유된 C의 산화에 의해 발생된 열에 의해 용융환원된다. 용융금속에서 발생하는 CO가스는 과도하게 송풍된 산소가스에 의하여 CO2가스로 2차 연소된다. CO2가스의 현열은 용융금속 표면을 덮는 슬랙, 슬랙속에 부유하는 철 입자 및 용융금속에 전달된다. 따라서 철광석은 용융금속으로 환원된다. 이 프로세스에서, 철광석은 일본국 특허공고 제 43406/86호에서 서술한 바와 같이 용융환원로의 환원프로세스의 비중을 줄이기 위해 용융환원로에 장입되기전에 60 내지 75%의 환원율로 예비환원된다. 결과적으로, 용융환원로에서 배출되는 배기가스는 고환원성의 저산화가스로 구성되며, 다량의 배기가스가 필요하게 된다.
철광석이 용융환원로에 장입되기전에 용융환원로의 환원 프로세스의 비중을 줄일 목적으로 최소한 30%의 비율로 예비환원 되었을 경우에는 식 ＂(H2) +(CO2)/(H2+H2O+CO+CO2)＂으로 표시되는 용융환원로에서부터 배출되는 배기가스의 산화도 (이후부터는 ＂OD＂라 칭함)를 낮추는 낮추는 것이 요구된다. 결과적으로, 배기가스의 양은 예를 들면, 일본국 특허공고 제43406/86호에서 서술한 바와 같이, 필연적으로 증가된다. 이것은 생산비용을 증가시킨다. 따라서, 고예비환원율의 철광석을 얻기 위해서는 상술한 바와 같이 저 OD를 갖는 배기가스가 필요하며, 또한 예비환원로에 머무르는 철광석의 체류시간이 용유환원로에서의 체루시간 보다 더 길어야 한다. 그러므로, 예비환원된 철광석의 장입과 생산된 용융금속의 배출 사이클의 균형을 제어하는 것은 어렵게 된다. 이것은 용융환원로의 제어범위를 엄격하게 제한하도록 한다.
또한, 용융환원로내에서 CO가스를 2차 연소하고 용융환원로에서 발생된 열을 사용하는 방법은 철광석의 용융속도와 환원속도를 증가시키기 위한 관례적으로 사용되고 있다. 2차 연소를 위한 O2가스는 용융환원로의 상부벽에 배치된 풍공을 통해 유입된다. 그러나, 관례적인 종래의 방법에 있어서, 배기가스의 온도는 2차 연소율이 상승함에 따라 증가될수 있으나, 용융금속에 대한 열 전달은 충분하지 못하다. 이것은 고온배기가스를 강제로 배출하도록 한다. 이러한 종래의 방법은 고온가스가 용융환원로의 내부내화벽을 침식하도록 하는 단점을 갖는다. 따라서 지금까지 배기가스의 OD는 너무 증가되지 않는 것이 바람직한 것으로 인식되고 있다.
본 발명의 목적은 상술한 단점을 감안하여, 충분한 열전달효율과 예열 및 예비환원율을 얻을수 있고, 2차 연소된 CO2로 인한 내부내화벽의 열침식을 예방할수 있는 반면, 적정한 비용의 조업수행을 보장할 수 있는 철광석의 용융환원 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 일치하는 철광석의 용융환원 방법은, 철광석을 예열 및 예비환원하는 단계와 ; 예열 및 예비환원된 철광석, 탄소질재료 및 용제를 용융환원로에 장비하는 단계와 ; 산소가스를 탈탄용 노즐과 2차 연소용 노즐을 갖는 노정송풍산소랜스를 통해 용융환원로 속으로 송풍하는 단계와 ; 상기 노정송풍산소랜스의 한단부는 슬랙층의 상부레벨과 슬랙층의 하부레벨 사이에 배치되었으며, 용융환원로의 측벽에 배치된 적어도 하나의 측풍공과 용융환원로의 저부에 배치된 적어도 하나의 저부풍공을 통하여 교반가스를 송풍하여 상기 적어도 하나의 측풍공을 통해 들어온 교반가스의 적어도 일부가 상기 적어도 하나의 저부 풍공을 통해 들어온 교반가스에 의해 융기된 용융금속의 부분에 충돌할 수 있도록 하는 단계와 ; 상기 교반가스는 Ar,N2,CO,CO2및 프로세스가스로 구성된 군에서 부터 선택되는 최소한 하나의 가스로 구성되며; 용융환원로에서 발생된 노내가스의 OD가 0.5내지 1.0의 범위를 갖도록 용융환원로에 송풍되는 산소가스와 교반가스의 유동량을 제어하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 일치하는 철광석의 용융환원장치는 철광석을 예열 및 예비환원시키는 예열 및 예비환원로와 ; 예열 및 예비환원된 철광석, 탄소질재료 및 용제를 장입하여 예열 및 예비환원된 철광석을 용융 및 환원시키는 용융환원로와 ; 산소가스를 용융환원로속으로 송풍하도록 탈탄용노즐과 2차 연소용 노즐을 갖는 노정송풍산소랜스와 ; 적어도 하나의 측풍공을 통해 들어온 교반가스의 적어도 일부가 하나의 저부풍공을 통해 들어온 교반가스에 의해 융기된 용융금속의 부분에 충돌할 수 있도록 교반가스를 송풍하는 용융환원로의 측벽에 배치된 적어도 하나의 측풍공과 용융환원로의 저부에 배치된 적어도 하나의 저부풍공으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적과 장점들은 첨부 도면에 관한 다음 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 발명자는 용융환원로의 구조 및, 철광석의 환원의 촉진과 열전달효율의 개선에 관계되는 조업방법에 관한 연구를 토대로 다음과 같은 몇가지 사실을 발견했다.
① 앞에서 언급한 바와 같은 선행기술의 기본 개념에 의하면, 2차 연소율은 2차 연소 과열로 인한 용융환원로의 내벽파손 및, 열전달효율을 개선하는데 따른 기술적인 제한문제 때문에 크게 개선될 수 없었다. 그러나, 산소가스를 슬랙층 속으로 송풍투입함과 동시에, 2차 연소가 주로 슬랙층 내부에서만 수행되도록 슬랙을 강하게 교반한다면, 고열전달효율을 유지하면서도 고도의 2차 연소가 수행될수 있다. 이와 같은 고도의 2차 연소 덕택으로, 슬랙과 슬랙속에 내재된 용융금속 쇼트는 아래에 주어진 식으로 표시되는 C에 의한 철광석의 환원의 효과적으로 진행될 수 있도록 양호하게 열공급된다. 여기서
Figure kpo00001
는 금속욕이나 메탈드롭플릿형태로 용융금속에 함유된 탄소를 의미한다.
Figure kpo00002
② 선행기술의 방법에 있어서, 일부에는 환원조업의 전기간, 또는 특정기간동안 산소저부송풍을 행하고 있다. 이와 같은 산소저부송풍은 고도의 2차 연소에 나쁜 영향을 미친다. 다시말하면, 산소저부송풍이 행해질 때, 용융금속내에서는 다량의 CO가스가 발생하고, 용융금속은 강하게 교반된다. 결과적으로, 용융금속은 2차 연소영역속으로 튀겨져 들어가며, 튀겨진 용융금속에 함유된
Figure kpo00003
는 2차 연소율을 낮추도록 산소가스와 반응한다. 따라서 송풍시간에 상관없이 산소저부송풍을 피할 필요가 있다.
이러한 지식과 경험을 토대로 본 발명은 효율적인 환원조업을 할 수 있도록 다음과 같은 조건을 설정한다.
(a) 용융금속을 슬랙층속에 철광석이 존재하는 영역속으로 활발히 확산시키도록, 또한 용융금속속에 내재된
Figure kpo00004
에 의한 철광석의 환원작용을 촉진하도록 교반가스의 측송풍과 저부송풍을 동시에 활용한다.
(b) 노정송풍 산소랜스내에 탈탄용 노즐과 2차 연소용 노즐을 배치하며, 선결된 레벨이상의 OD레벨을 산출하도록 탈탄용 노즐과 2차 연소용 노즐을 통해 산소가스를 송풍 투입한다. 2차 연소용 노즐을 통해 송풍되는 산소가스는 슬랙층속으로 들어가 2차 연소를 수행하는 영역을 형성한다. 슬랙층은 측송풍가스와 노정송풍가스에 의해 강하게 교반된다. 따라서, 2차 연소에 의해 발생한 열은 철광석에 전달된다.
(c) 측벽 및 저부벽을 통해 송풍되는 교반가스는 2차 연소율을 낮추지 않도록 Ar,N2CO,CO2및 프로세스가스로 구성된 군으로부터 선택되는 최소한 하나의 가스가 사용된다. 산소가스는 이러한 목적으로는 사용되지 않는다.
상술한 것 외에도 본 발명에서는 분말탄소질재료, 연료오일 또는 증기가 용융환원로의 측벽의 상부 부분또는 상부벽 부분, 환원로에 제공된 배기가스를 위한 가스배기관, 또는 예열 및 예비환원로의 가스 업 그레이딩(up-grading) 풍공을 통해 송풍된다. 이러한 송풍은 발생노내가스의 OD를 낮추도록 용융환원로에서 발생되는 가스를 업 그레이딩 하며, 이 업 그레이딩 된 가스는 고예비환원율을 획득하는데 도움을 준다. 배기가스의 온도는 300 내지 1,300℃의 범위로 제어하는 것이 바람직하다. 온도가 300℃이하이면, 예열효과를 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 가스를 업 그레이딩 하는 프로세스동안 타르문제가 발생할 우려가 있다. 이에 반하여, 온도가 1,300℃이상이면, 설비내에서는 열저항 문제를 발생한다. 더욱이, 가스를 업 그레이딩 하는 것에 의해 온도를 낮추는 것은 설비의 열 저항에 유리하다.
지금부터 본 발명의 철광석의 용융환원장치가 첨부도면에 관하여 서술될 것이다. 제1도는 본 발명의 철광석의 용융환원장치의 블록 다이아그램을 예시한다. 제1도에서, 두 개의 ⓜ은 하나의 ⓜ이 다른 하나의 ⓜ에 연결됨을 의미하며, 두개의 ⓝ은 하나의 ⓝ에 연결됨을 의미한다. 용융환원로(10)내에서는 용융금속욕(11)과 슬랙층(12)이 형성된다. 용융환원로는 용융환원로속에 수직적으로 하향삽입된 노저송풍산소랜스(21)를 갖는다. 탈탄용노즐(22)과 2차 연소용 노즐(23)은 산소가스를 로(10)속으로 송풍하도록 노정송풍산소랜스의 단부에 배치된다. 로(10)의 측벽과 저부벽에는 제각기, 교반가스를 송풍하는 측풍공(25)과 저부풍공(26)이 배치되어 있다. 교반가스는 Ar,H2CO,CO2및 프로세스 가스로 구성된 군으로부터 선택되는 최소한 하나의 가스로 구성된다. 프로세스 가스는 본 발명에 일치하는 철광석의 용융환원장치에서 발생된 가스이다.
로(10)의 상부에는 제1슈우트(13)와 제2슈우트(14)가 배치되어 있다. 제1슈우트(13)는 통상적인 재료 피이더(도시하지 않음)에서부터 공급되는 탄소질재료와 용제를 용융환원로속으로 중력 장입하는데 반하여, 제2슈우트(14)는 유체베드형 에열 및 예비환원로(30)에서 예비환원된 철광석을 중력장입한다. 로(10)에서부터 배출된 배기가스를 위한 가스배기관(15)은 로에 부착되어 있다. 여기서 주목할 것은 예열 및 예비환원로는 본 발명의 수행에 따른 어떤 장애도 없이 쉽게 조업할수 있고 설비비용을 절감할 수 있는 회전가마형으로, 또는 고열효율을 갖는 샤프트형로로 대체될 수 있다는 점이다.
배기가스관의 상부 부분에는 배기가스를 저 OD값을 갖는 가스로 업 그레이딩 하는 가스업 그레이딩제로서, 분말탄소질재료, 연료오일, 또는 증기를 송풍하는 하나 이상의 가스업 그레이딩 풍공(9)이 배치된다. 또한, 풍공에는 용융환원로(10)에서부터 배기가스를 수용하여 고열손실을 야기함이 없이 배기가스에서부터 분진을 제거하는 고온사이클론(31), 고온사이클론에서부터 배기가스를 수용하여 철광석을 배기가스로 예열하는 예열 및 예비환원로(30) 및 예열 및 예비환원로에서부터 배기가스를 수용하여 배기가스속에 함유된 철광석에서 미세입자를 제거하는 분리기(35)가 연속적으로 연결되어 있다. 또한, 분리기에는 혼합물을 형성하도록 분리기(35)에서 배기가스에서부터 분리된 철광석의 미세입자와 운반가스를 혼합하고 혼합물에 압력을 가하는 압력수단(27)이 연결 된다. 혼합물은 측풍공(25)과 저부풍공(26)을 통해 노(10)속에서 송풍된다. 여기서, 유의 할것은 제1도에서 도시하지는 않았지만 철광석의 미세입자의 일부는 예열 및 예비환원할 철광석으로 예열 및 예비환원로(30)에 재장입될 수 있다는 점이다.
또한 열활용의 관점에 비추어보면, 철광석을 예열 하도록 분리기(35)대신 에열기를 배치하는 것이 효과적이다. 운반가스는 Ar,N2,CO,CO2및 프로세서가스로 구성된 군으로부터 선택되는 최소한 하나의 가스가 사용될 수 있다.
다음으로, 상술한 바와 같이 구성된 용융환원장치를 사용하는 철광석의 용융환원 방법이 서술될 것이다. 철광석은 원료로서 재료피이더(도시하지 않음)에서부터 예열 및 예비환원로(30)속에 장입되며, 로(30)내에서 예열 및 예비환원된 후, 제2슈우트(14)를 통해 용융환원로(10)속으로 중력장입된다. 탄소질재료와 용제는 제1슈우트(13)를 통해 로(10)속으로 장입된다.
용융환원로내에서는 용융금속욕(11)과 슬랙층(12)이 형성된다. 용융환원로의 슬랙층(12)에서 발생되는 노내가스는 아래에서 상세히 서술된 노내 반응에 의해 OD를 증가시킨다. 노내가스는 예비환원로(30)와 접하고 있는 가스배기관(15)을 통해 상승한다. 배기가스인 위와 같은 노내가스는 가스배기관(15)의 상부부분에 배치된 가스업 그레이딩 풍공(9)을 통해 가스배기관(15)속으로 송풍 투입되는 가스업 그레이딩 제와 만나게 된다. 이러한 배기가스의 업 그레이딩은 역시 아래에서 상세히 서술된 것이다. 아래식으로 표시한 산화도(OD)가 노내반응으로 인하여 증가된 노내가스는 가스업 그레이딩 제에 의해 그 OD가 감소 한다.
Figure kpo00005
이와 같이, 품질이 업 그레이딩 된 노내가스는 배기가스로서 에열 및 예비환원로(30)속으로 유입된다. 철광석은 예열 및 예비환원로에서 예열 및 예비환원된 다음, 제2슈우트(14)를 통해 환원로속으로 장입된다. 그동안, 배기가스는 분리기(35)속으로 유입되며, 분리기에서 철광석의 미세입자들을 분리한후, 다음 두 코스로 이동한다. 상기 배기가스의 한 이동 코스는 통상적인 가스배출구를 통해 배기되는 것이며, 다른 한 코스는 교반가스, 또는 운반가스를 구성하도록 측풍공(25) 및 저부풍공(26)을 통해 로(10)속으로 송풍되는 프로세스가스로 사용되는 것이다. 또한, 배기가스는 용융환원로에서 배기된 노내가스와 혼합되도록 가스배기관(15)속으로 유입될 수 있으며, 예열 및 예비환원로(30)에 유입되는 가스의 온도를 제어하기 위해 사용할 수 있다.
지금부터, 제2도 내지 제6도에 관하여 용융환원로(10)의 가스송풍과 노내 반응 사이의 관계가 상세히 서술될 것이다. 제2도는 제1도에서 도시한 측풍공(25)과 저부풍공(26)을 통해 송풍된 가스의 작용상태를 개략적으로 예시한다. 제2도에서, 산소랜스(21)아래에 예시된 화살표(28,29)는 제각기, 탈탄용노즐(22)과 2차 연소용 노즐(23)을 통해 주입되는 산소가스의 방향을 표시한다. DC O2탈탄용노즐을 통해 송풍되는 산소가스를 표시하며, PC O2는 2차 연소용 노즐을 통해 송풍되는 산소가스를 표시한다. 환원조업시, 산소랜스(21), 측풍공(25) 및 저부풍공(26)을 통한 가스송풍은 조업의 처음부터 끝까지 수행된다. 측풍공과 저부풍공을 통한 가스송풍은 용융금속을 슬랙속으로 확산시키는 동시에 활용된다. 결과적으로, 환원속도는 가스 송풍에 의해 결정적으로 증가된다.
슬랙층(12)에 존재하는 철광석의 환원이 주로 환원제로서 용융금속속에 함유된 C에 의해 진행된다는 사실을 토대로 앞에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 환원속도를 증가시키도록, 용융금속을 강한 교반에 의해 슬랙층의 하부부분에서 철광석이 부유하는 영역속으로 활발히 확산시키는 특징을 갖는다. 이러한 목적을 위하여, 저부풍공(26)을 통한 교반가스는 용융금속의 표면에서 용융금속의 융기부분(제2도에서 A로 도시함)을 형성하도록 송풍되며, 이와 동시에 측풍공(25)을 통한 교반가스는 최소한 일부의 측송풍 교반가스 융기부분(A)을 갖도록 송풍된다. 용융금속의 융기부분(A)은 위와 같은 측송풍가스에 의해 슬랙속으로 튀겨져 들어간다. 슬랙의 겉보기 비중은 통상적으로 0.1 내지 0.5의 범위를 갖는데 반하여 철광석의 용적 비중은 약 2 내지 5의 범위를 갖는다. 따라서, 슬랙속에 내재된 철광석(16)은 슬랙층(12)의 하부에 집중적으로 분포하게 된다. 용융금속의 융기부분(A)이 측송풍 교반가스에 의해 튀겨져 비산되면, 튀겨진 용융금속(17)은 슬랙층(12)의 하부영역속으로 확산되어 들어간다. 튀겨진 용융금속에 함유된 C는 철광석을 환원한다. 따라서, 환원은 고속으로 진행된다. 위와 같은 결과를 얻기위해서는 저부송풍가스와 측송풍가스가 가능한 한 서로 직각으로 교차하도록 한 상태에서 측송풍가스가 용융금속의 융기 부분(A)에 충돌하도록 하는 것이 바람직하다. 측풍공(25)과 저부풍공(26)은 수평방향에서, 제3a도나 제3b도로 도시한 위치관계를 만족하도록 배치된다.
제3a도는 한 측풍공(25)과 한 저부풍공(26)을 사용한 경우의 위치관계를 예시하며, 제3b도는 세개의 측풍공(25)과 세개의 저부풍공(26)을 사용한 경우의 위치 관계를 예시한다. 물론, 측풍공(25)과 저부풍공(26)의 수와 위치는 제3도에서 도시한 형태로만 제한되지 않고 변경될 수도 있다. 측풍공과 저부풍공의 수는 사용 용융환원로의 용량과 환원량에 따라 결정된다. 또한, 측풍공(25)과 저부풍공(26)을 통해 송풍할 다량의 가스가 필요하다. 송풍가스의 양은 용융금속의 양과 용융금속의 깊이에 따라 결정된다. 측송풍가스는 확산작용을 하는 것외에도, 2차 연소영역을 형성하는 슬랙층의 상부부분을 교반하는 작용을 한다. 이러한 측송풍가스의 교반작용은 아래에서 상세히 서술될 것이다.
측풍공(25)과 저부풍공(26)을 통해 송풍되는 가스는 N2,Ar,CO,CO2, 및 프로세스 가스로 구성된 군으로부터 선택되는 최소한 하나의 가스로 구성된다. 그러나 O2가스는 결코 사용되지 않는다. 이유는 다음과 같다.
첫째, O2가스가 측송풍가스로 사용될 경우, O2가스는 슬랙층(12)의 하부부분속으로 튀겨져 들어간 용융금속에 함유된
Figure kpo00006
의 환원작용을 감소시키는 근본적인 문제를 발생한다.
둘째, O2가스가 저부송풍가스로 사용될 경우, O2가스는 용융금속을 너무 강하게 교반할 만큼 많이 산출 된다. 그결과, 용융금속은 슬랙층의 상부구간으로 튀겨져 들어가, PC O2에 의한 연소가 발생하는 2차 연소영역(제2도에서 B로 도시함)에 도달하게 된다. 따라서, 2차 연소는 용융금속속에 함유된
Figure kpo00007
가 2차 연소에 사용되는 O2와 반응하기 때문에 감소한다. 또한, 저부송풍을 위해 O2가스를 사용하는 것은 C3H3와 같은 냉각가스를 첨가하는 것을 필요로 할 만큼 저부풍공(26)을 구성하는 내화성 물질의 온도를 상승시킨다. 냉각가스를 첨가하는 것은 저부송풍가스의 양을 증가시키며, 용융금속의 비산을 과도하게 촉진한다.
제4도는 저부송풍가스로 H2가스를 사용하는 본 발명의 예와 저부송풍가스로서 N2가스 대신 O2가스를 사용하는 선행기술의 예를 비교하는 그래프이다. 이 그래프에서, 세로좌표로 표시된 측정 OD는 배기가스속에 함유된 H2O, CO2,H2및 CO를 분석하여 앞에서 서술한 식(1)으로부터 얻은 OD이다. 이에 반하여, 가로 좌표로 표시된 OD는 다음식(2)으로 주어진다. OD=[PC O2/(DC O2+PC O2+철광석속의 O2+탄소질재료속의 O2+재료에 부착된 물+탄소질재료속의 1/2 O2)]이 식은 분자 ＂PC O2＂가 2차 연소시 완전히 소모되었고, 용융환원로에 송풍된 O2가 모두 배기가스로서 용융환원로에서부터 배출되었다는 가정을 토대로 하고 있다. 선행기술의 비교예의 경우, 저부송풍에 의해 유입된 O2가스는 DC O2에 포함된다. 이론적인 계산을 토대로 결정된 OD는 분석으로 얻어진 원료속에 함유된 O2및 H2의 양과, DCO2및 PCO2의 측정량으로부터 식(2)에 의해 얻어졌다. 본 발명의 예로부터 알수 있는 바와 같이, 측정 OD가 계산 OD와 거의 동일할 때, 2차 연소율은 양호하다고 말할수 있다. 제4도에서 명백하게 알수 있는 바와 같이, 본 발명의 예의 2차연소는 양호하지만, 선행기술의 비교예의 2차 연소는 불량하다.
본 발명에 있어서, 2차 연소영역은 주로 슬랙, 즉 영역(B)내에서 형성되며, 고도의 2차 연소가 수행된다. 이와 같이, 고도의 2차 연소율과 고열전달효율은 2차 연소영역을 형성하고 측송풍가스로 슬랙을 강하게 교반하는 방법에 의해 획득될수 있다. 따라서, 2차 연소 산소가스는 영역(B)의 2차 연소영역내에 존재하는 슬랙속으로 송풍될 필요가 있다.
또한, 노정송풍랜스의 레벨을 용융금속레벨과 슬랙레벨에 관해 적당한 레벨을 갖도록 설정하는 것이 필요하다. 바꾸어 말하면, 산소랜스(21)의 노즐이 슬랙층(12)의 상부표면보다 과도하게 더 높으면, 슬랙층에서 2차 연소영역이 형성되지 않으며, 열전달효율이 낮아진다. 이에 반하여, 노즐이 슬랙층의 상부표면보다 과도하게 더 낮으면, 2차 연소영역은 적당하게 형성되지 않는다. 산소랜스의 노즐의 최하레벨은 슬랙층의 하부면과 일치한다.
제5도는 산소랜스의 노정단부가 슬랙표면에서부터 너무 높을 경우에는 양호한 열전달효율이 얻어지지 않는다는 것을 예시하는, 본 발명에 일치하는 산소랜스의 노정단부와 슬랙의 상부표면레벨 사이의 높이와 열전달효율과의 관계를 도시한다. 제6도는 열전달효율과 측송풍가스량의 관계를 도시한다. 양호한 열전달효율은 측풍공(25)을 통해 다량의 측송풍가스를 송풍하는 것과 슬랙층을 강하게 교반하는 것에 의해 얻어질 수 있다는 사실은 제6도로부터 이해 할 수 있다. 제5도와 제6도에 도시한 결과는 용량 50톤의 용융환원로를 사용하여 용융금속을 28톤/h 속도로 생산하는 조업으로부터 얻어졌다.
본 발명에 따르면, 교환원율은 고열효율 덕분에 상술한 바와 같이 OD를 증가시키는 것에 의해 얻어질수 있다. 또한, OD의 증가덕분에 추가량의 탄소질재료가 절감될수 있다. 결과적으로, 탄소질재료의 단위 소비량이 절감될수 있으며, 이와 동시에, 용융금속의 P함량은 용융금속의 대부분의 P가 탄소질재료와 함께 유입되므로 감소될 수 있다. OD가 높아지면, 증발에 의한 탈유황화현상이 활성화되므로, 용융금속의 S함량은 감소될 수 있다. 이러한 관점에 비추어, OD는 0.5이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 만일 OD가 0.7이상이면, 용융환원로내의 환원반응이 촉진되며, 예비환원로의 필요성이 없어진다.
상술한 바와 같이, 증가된 OD를 갖는 가스, 즉 저열량의 가스는 업 그레이딩제인 분말탄소질재료를 가스배기관(15)의 상부부분에 배치된 가스업 그레이딩 풍공(9)을 통해 운반가스와 함께 송풍하는 것에 의해 업 그레이딩 되며, 업 그레이딩 된 가스는 0.5이하의 OD를 갖는다. 이 업 그레이딩된 가스는 예열 및 예비환원로(30)속으로 송풍되며, 철광석은 효율적으로 예비환원될수 있다. 운반가스는 N2,Ar,CO,CO2및 프로세스가스로 구성된 군으로부터 선택되는 최소한 하나의 가스로 구성된다. 가스업 그레이딩제인 상술한 바와 같은 분말탄소질재료는 통상적으로 운반가스와 함께 송풍된다. 그러나, 분말탄소질재료는 입자크기에 따라, 가스업 그레이딩 풍공(9)속으로 중력장입될수 있다. 이러한 분말탄소질재료의 중력 장입은 용융환원로의 상부부분을 통한 장입시에도 응용할 수 있다. 가스업 그레이딩제로서는 비용 및 가스업 그레이딩 풍공의 구조 및 배기가스와 같은 조건을 고려하여 연료오일, 또는 증기를 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 실시예에서, 가스업 그레이딩 풍공(9)은 용융환원로의 상부부분에 배치된다. 이러한 배열은 몇 개의 풍공위치를 가스배기관(15)의 벽을 따라 수직방향으로 자유로히 선택할 수 있게 하므로, 송풍가스량은 쉽게 제어될 수 있다. 또한, 가스업 그레이딩 풍공이 용융환원로의 상부벽 및 상부측벽에 배치되면, 용융환원로의 상부벽과 상부측벽, 가스배기관 및 용융환원로에 부착된 다른 부분들은 배기가스의 온도가 가스업 그레이딩제의 송풍으로 인하여 저하하기 때문에 과열로부터 보호될 수 있다. 예열 및 예비환원로가 가스업 그레이딩제를 풍상속으로 송풍하는 유체 베드형(fluid bed type)으로 구성될 경우에는 용융환원로로부터의 배기가스와 가스업 그레이딩제는 풍상(wind box)에서 양호하게 혼합되며, 배기가스의 업 그레이딩은 효율적으로 행해진다.
마지막으로, 본 발명의 예의 조업으로부터 얻은 결과가 표1에 예시되어 있다. 이들예의 조업은 제5도와 제6도와 동일한 조건으로 행해졌다. 표에서는 가스업 그레이딩을 행한 경우와 행하지 않은 경우를 비교예시하고 있다. 각각의 OD 값은 표 1의 배기가스조성을 활용하여 상술한 식(2)에 의해 계산되었다. 업 그레이딩된 가스의 OD값은 0.24인데 반하여, 업 그레이딩 되지 않은 가스의 OD는 0.51이다. 따라서, 업 그레이딩된 가스는 업 그레이딩 되지 않은 가스의 OD보다 매우 더 작은 OD값을 갖는다는 것은 명백하다. 또한 업그레이딩 된 가스의 온도는 업 그레이딩 되지 않은 가스의 온도보다 더 낮다.
지금까지, 본 발명은 단지 양호한 실시예에 관해서만 서술되었지만, 본 발명은 본 발명의 사상을 벗어남이 없이 다양하게 수정 변경될 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다.
[표 1]
Figure kpo00008

Claims (14)

  1. 철광석을 예열 및 예비환원하는 단계와 ; 예열 및 예비환원된 철광석, 탄소질재료 및 용제를 용융환원로에 장입하는 단계와 ; 탈탄용 노즐과 2차 연소용 노즐을 가지며, 일단부가 슬랙층의 상부레벨과 슬랙층의 하부레벨 사이에 배치되어 있는 노정 송풍산소렌스를 통하여 산소가스를 용융환원로속으로 송풍하는 단계와 ; 적어도 하나의 측풍공을 통해 송풍된 교반가스의 적어도 일부가 적어도 하나의 저부풍공을 통해 송풍된 교반가스에 의해 형성된 융기부분에 충돌하도록, 상기 융용환원로의 저부벽에 설치된 적어도 하나의 저부풍공과 상기 융용환원로의 측벽에 설치된 적어도 하나의 측풍공을 통하여 교반가스를 송풍하는 단계와 ; 상기 교반가스는 Ar,H2,CO,CO2및 프로세스 가스로 구성된 군에서부터 선택되는 최소한 하나의 가스로 구성되며 ; 다음식,
    OD=(HsO+CO2)/(H2+H2O+CO+CO2)
    으로 표시되는 상기 용융환원로의 노내가스의 OD가 0.5내지 1.0의 범위를 갖도록 상기 용융환원로에 송풍되는 상기 산소가스와 교반가스의 유동량을 제어하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 OD는 0.7 내지 1.0의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노내가스는 용융환원로에서 부터 배출될 때 300 내지 1,300℃ 온도를 갖는 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용융환원로의 외부에서 상기 노내가스의 열손실을 야기함이 없이 상기 노내가스에서부터 분진을 제거한 다음, 상기 노내가스를 예열 및 예비환원로속으로 들여보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 철광석을 용융환원로에서 배출된 배기가스로 예열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 노내가스를 0.5OD 이하의 가스로 업 그레이딩 하는 단계와, 예열 및 예비환원로내에서 상기 철광석을 상기 업 그레이딩 된 가스로 예비환원시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 노내가스를 업 그레이딩 하는 단계는 가스를 탄소질재료, 증기 및 연료오일로 구성된 군으로부터 선택되는 최소한 하나의 가스 업 글레이딩제로 업 그레이딩 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 노내가스를 업 그레이딩 하는 단계는 상기 업 그레이딩 가스를 용융환원로의 상부벽과 상부측벽 부분, 가스배기관 및, 예열 및 예비환원로벽으로 구성된 군으로부터 선택되는 최소한 한 지점을 통해 송풍되는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 노내가슬르 업 그레이딩 하는 단계는 상기 업 그레이딩 가스를 가스업 그레이딩 풍공을 통해 운반가스와 함께 송풍하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 운반가스는 Ar,N2,CO,CO2및 프로세스가스로 구성된 군으로부터 선택되는 최소한 하나의 가스로 구성되는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원방법.
  11. 철광석을 예열 및 에비환원시키는 에열 및 예비환원로와 ; 예열 및 예비환원된 철광석, 탄소질재료 및 용제를 장입하여 예열 및 예비환원된 철광석을 용융 및 환원시키는 용융환원로와 ; 산소가스를 용융환원로속으로 송풍하도록 탈탄용 노즐과 2차 연소용 노즐을 갖는 노정송풍산소랜스와 ;적어도 하나의 측풍공을 통해 송풍된 교반가스이 적어도 일부가 적어도 하나의 저부풍공을 통해 송풍된 교반가스에 의해 형성된 용융금속의 융기 부분에 충돌하도록, 교반가스가 가기 송풍되는 용융환원로의 저부에 형성된 적어도 하나의 저부 풍공과, 측벽에 형성된 적어도 하나의 측풍공을 구비하는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원장치.
  12. 제11항에 있어서, 용융환원로에서 발생된 노내가스에 가스업 그레이딩제를 공급하는 최소한 하나의 가스업 그레이딩 풍공을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융환원방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 최소한 하나의 가스업 그레이딩 풍공은 용융환원로의 상부벽과 상부측벽 부분, 가스배기관 및 예열 및 예비환원로의 풍상으로 구성된 군으로 부터 선택되는 최소한 한 부분에 배치된 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 예열 및 예비환원로는 유체 베드형로, 샤프트형로 회전가마형로로 구성된 군으로 부터 선택되는 하나의 노로 구성되는 것을 특징으로 하는 철광석의 용융환원장치.
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