KR930004731B1 - 용융욕 속에서 발생한 반응가스의 후연소방법 및 장치 - Google Patents

용융욕 속에서 발생한 반응가스의 후연소방법 및 장치 Download PDF

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크뢰크너 세에르아 페이턴트 게엠베하
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Abstract

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Description

용융욕 속에서 발생한 반응가스의 후연소방법 및 장치
제1도는 제련 환원용 드럼형 반응용기의 길이방향 단면도.
제2도는 제1도의 반응용기의 일부를 이루는 상승 송풍구의 종단면도.
제3도는 제1도 및 제2도에 도시한 송풍구의 유출단부의 단면도.
제4도 및 제5도는 다른 형태의 송풍구 단면의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 동체 2 : 내화 라이닝
3 : 욕면 4 : 욕
5 : 주입 송풍구 8 : 상부 송풍구
12 : 가스 유입구 13 : 가스 유출구
14 : 재부부재 15 : 유동부
16 : 축 17,20,22,23 : 환상 슬롯
본 발명은 반응가스를 후연소시키는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 철과 산화철의 용융욕속에 주입된 반응물로부터 발생하는 반응가스를 후연소시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
상기 용융욕중에 주입되는 반응물로서는 석탄과 같은 탄소질 물질 및 공기와 산소와 같은 산화가스가 있다. 이러한 반응물은 바닥에 위치한 송풍구나 상부에 위치한 송풍구 또는 이들 2개의 송풍구에 의해 욕속으로 주입된다. 발생되는 반응가스는 주로 일산화탄소와 수소로 이루어져 있다. 이러한 반응가스는 철용융물상방에서 산화가스에 의해 후연소된다. 후연소에서 얻어진 에너지는 철용에 전달된다.
산화철로부터 철을 제조하는 최근의 개발된 방법에 있어서, 용융욕 속에서 발생한 반응가스의 산화에 의해서 방출되는 에너지는 용융욕 속에서 산화철을 환원하는데 필요한 에너지로서 이용한다. 이 반응가스는 일산화탄소와 수소를 포함한다. 탄소의 경우는 이용가능한 에너지의 15%만이 탄소가 일산화탄소로 산화될때 방출되며, 나머지 에너지는 일산화탄소가 이산화탄소로 산화될 때 방출된다. 따라서 상기의 일산화탄소로부터 이산화탄소로의 후연소는 산화철로부터 철로 환원하는데 필요한 에너지에 실질적으로이용할 수 있음을 알 수 있다. 그렇지만, 제강과정에서 신뢰성 및 재현성 있게 달성될 수 있는 후연소의 수준은 낮고, 그것에 의해서 발생하는 열이 욕에 전달되는 효율도 낮다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 신뢰성 및 재현성 있게 소정 수준의 후연소를 달성할 수 있고, 또 높은 수준의 후연소 경우에도 작동의 신뢰성을 유지함으로써, 제강(steelmaking), 철광석 또는 예비 환원시킨 철광석의 제련환원(smelt reduction), 석탄의 가스화 혹은 이 분야에서의 여러가지 조합방법 등에 있어 방법상의 경제성을 높일 수 있는 후연소의 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본원 제1발명에 따라, 반응물을 용융철욕속에 주입하고, 그에 의해 발생한 반응가스를 산화가스의 적어도 하나의 분류(jet)에 의해 상기 욕의 상방에서 후연소시키고, 이에 의해 발생한 에너지를 높은 수준의 효율로 욕에 전달하는 반응가스의 후연소 방법 및 장치에 있어서, 산화 가스의 분류 또는 분류의 각각을 하나이상의 송풍구를 통해 욕의 표면에 소용돌이상으로 주입하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치가 제공된다.
소용돌이 운동(유체역학적인 용어로는 “각 운동량”)은 산화가스의 분류에 부여되며, 이는 욕속에서 발생한 반응가스의 후연소를 현저하게 촉진하며, 특히 소정의 후연소도의 신뢰성 및 재현성을 높임으로써 반응가스의 후연소방법의 여러 유리한 실시예를 제공할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 명세서에서 사용되는 “각 운동량”(angula momentum)이란 용어는, 산화가스 분류의 접선방향 성분을 의미한다. “소용돌이 넘버”(swirl number)란 용어는 축방향 가스운동량에 대한 접선방향 가스운동량의 비를 의미하는 것으로 이해된다.
각 송풍구의 유출구 형태는 통상의 원형 단면일수도 있고 이외의 단면 형상일 수도 있으며 경우에 따라서는 여러 유출구로 분할하는 것도 가능하다.
산화가스의 각 분류에 소용돌이 운동을 부여하는 수단 혹은 방법은 여러가지가 있다. 예를들면, 각 송풍구의 유출구 개구부의 상류에 안내판 혹은 편향판을 설치하면 좋은 결과가 얻어지는 것으로 밝혀졌다. 또한 다수의 개구부를 동일방향으로 경사지게 배치하면, 접선 성분을 가진, 즉 소용돌이 운동을 하는 산화성 가스 분류가 얻어지는 것으로 밝혀졌다.
또한, 각 송풍구의 유출구 상류측에 산화가스를 접선방향으로 받아들이도록 하나의 챔버를 설치함으로써 산화가스의 분류에 각 운동량을 부여할 수도 있다.
상기 본원 제1발명에 의하면, 다른 모든 조건을 같게하여, 통상의 「프리 분류」, 즉 비소용돌이 분류와 비교할 경우, 10% 이상의 후연소를 향상시킬 수 있다. 예를들면, 직경이 150㎜인 원형 유출구를 가진 송풍구를 통해 소용돌이 운동없이 약 130N㎥/min의 유량으로 1200℃의 산화가스를 주입시키면 30%의 후연소를 달성하는 반면, 소용돌이 넘버 0.2 정도의 비교적 낮은 소용돌이 운동을 산화가스에 부여하면 45%의 후연소를 달성할 수 있었다.
산화가스의 각 분류는 어떠한 소용돌이 넘버에서도 소용돌이 상으로 표면을 향해 주입시킬 수 있다. 그러나 소용돌이 넘버는 0.1 내지 5, 바람직하게는 0.1 내지 2의 범위가 가장 유리한 조업조건인 것으로 밝혀졌다.
본원 제1발명의 이점은, 후연소의 정도를 반응용기내의 특정 조업조건으로 조절할 수 있음과 동시에, 반응과정, 특히 욕속으로의 에너지 유입량을 제어할 수 있다. 예를들면, 단일 송풍구의 경우, 단순히 소용돌이 넘버를 변화시키더라도, 욕으로의 높은 열전달을 저해하지 않고, 후연소도를 신뢰성 및 재현성 있게 35% 내지 80%의 범위로 제어할 수 있다.
송풍구의 설치각도 및 설치높이는 넓은 범위에 걸쳐 선택할수 있다. 각 송풍구의 설치각도는 정지욕 표면에 대해 10 내지 90°, 바람직하게는 30 내지 90° 사이에서 선택할 수 있다. 이와 마찬가지로, 반응용기의 가스영역내에 있는 산화가스의 각 분류의 행정길이는 넓은 범위로 변할수 있다. 물론 행정길이는 욕표면상의 산화가스의 충돌면적의 크기에 영향을 미친다. 송풍구의 설치높이에 대해서는, 반응용기의 형상과 반응과정 자체를 고려해야 한다. 예를들면, 바닥-송풍제강법의 경우, 이 방법 특유의 격렬한 비등 및 분출영역이 있기 때문에, 다른 방법의 경우보다도 설치높이를 약간 높게 해야한다. 그렇지만, 소용돌이가 없는 공지의 자유분류에 일반적으로 이용하는 최소거리인 정지욕면 상방 2m로 설치높이를 제한할 필요는 없다. 드럼형 반응용기에서의 제련환원 과정의 경우, 광석 및 가연물질만이 욕면 아래로 주입되며, 산화가스는 주로 상부를 통해 주입되므로, 소용돌이 운동을 하는 분류에 대해서는 짧은 행정길이를 선택할 수 있다. 정지욕면과 송풍구 유출구 간의 거리는 약 0.5m 내지 10m로 하면 좋은 결과가 얻어지는 것으로 밝혀졌다.
기본적으로, 각 송풍구를 통해 주입되는 산화가스의 종류는 특별히 한정하지 않는다. 산화가스로는 산소, 공기 또는 산소에 불활성 가스로서 CO 및/또는 H2O를 첨가한 가스, 또는 상기 가스에 여러가지 혼합한 가스를 이용할 수 있다.
또한, 산화가스를 예열함으로써 제강 환원과정과 같은 반응과정의 전체적인 열균형을 향상시키는 것이 바람직하다. 적절한 열교환기에 의해 산화가스를 가열하는 배가스를 사용할 수도 있다. 본원 제1발명에 따른 방법은 1000 내지 1600℃의 온도로 예열한 공기를 이용하면 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.
본원 제2발명에 따라, 반응물을 용융철욕속에 주입하고, 발생된 반응가스를 산화가스에 의해 용융물 상방에서 후연소시킨 다음, 여기서 발생한 에너지를 높은 효율로 욕에 전달하는 반응가스의 후연소 방법 및 장치에 있어서, 가스를 적어도 하나의 중공상 분류의 형태로 하나 또는 복수의 송풍구로부터 욕면을 주입하는 것을 특징으로 하는 방법 및 장치가 제공된다.
산화가스를 중공상 분류의 형태로 주입하는 것은 반응가스를 효율적으로 후연소시키고, 후연소에 의해 발생한 에너지를 효율적으로 욕에 전달시키는데 있어 중요한 요소인 것으로 밝혀졌다. 특히 소정 유량의 산화가스를 소정 단면적의 유출구를 가진 송풍구를 통해 주입하는 경우, 유출구에서 중공상 분류가 형성되면, 유출구가 단순한 원형인 때에 비해서 후연소의 정도 및 욕으로의 에너지 전달의 정도가 현저하게 향상되는 것으로 밝혀졌다.
상기 본원 제2발명은 단순한 형상의 중공상 분류, 예를들면 중실심부를 가진 환상 송풍구를 통해 가스를 불어넣을 때에 형성되는 중공 원추상 분류로 한정되는 것은 아니고, 어떤 가능한 형태의 중공상 분류에서도 적용할 수 있다. 즉, 가능한 형태는 어떠한 기하학적인 형상, 예를들어 원형, 타원형, 기타의 곡선형 등의 환상 슬롯 송풍구, 혹은 3각형, 장방형, 평행 4변형, 기타 다각형의 환상형상이어도 좋다. 이들 형상은 모두 고정 또는 이동 가능한 심부가 있다. 환상 슬롯은 개개의 세그먼트로 차단 또는 분할할 수도 있다. 예를들면 임의 형상의 이하학적인 중심의 주위에 개개의 송풍구를 나란히 밀접시키거나 소정간격으로 배치할 수 있다. 또한, 환상슬롯에 예를들면 지지부재로서 중간벽을 설치하거나, 혹은 그것에 대응한 유도판을 설치하여 가스 흐름을 유도하면 좋은 결과가 얻어지는 것으로 입증되었다.
또한, 중공상 가스 분류를 형성시키기 위해서는 두개 또는 다수의 송풍구를 사용할 수도 있다. 예를들면, 다수의 송풍구를 사용해서 다른 종류의 가스를 각각 송풍구에 보내고, 다른 종류의 가스가 송풍구로부터 유출한 후에 비로서 혼합되도록 해도 좋다.
산화가스의 중공상 분류를 소용돌이 상으로 주입함으로써, 본원 제1 및 제2발명의 조합도 가능하다. 소용돌이 넘버는 0.1 내지 5.0의 범위가 바람직하다.
제련 환원에 사용되는 드럼형 반응용기에 주입되는 약 1200℃로 예열시킨 공기의 중공 분류에서, 소용돌이 넘버를 0에서 2까지 변화시킴으로써 30 내지 80%범위의 후연소도를 신뢰성 및 재현성 있게 달성할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본원 제1 및 제2발명의 조합으로부터 얻은 상기 놀랄만한 효과는 이론적으로 설명할 수 있다. 즉, 탄소질 가연물질을 욕면 아래로 주입하면 욕이 난류상태로 됨과 동시에 욕면 상방에 분출 및 혼합지역(이하 “전이영역”이라함)이 형성된다고 가정하면, 반응가스 특히 CO와 H2이외에 금속질의 입적과 스프래쉬와 같은 욕으로부터의 용융물질도 이러한 전이영역에 주입되는 것으로 생각된다. 이들 용융물질은 전이영역에 남아있지 않고 욕의 내부로 되돌아간다. 그 결과, 전이영역 내에서 용융물질로 전달되는 에너지가 욕 내부로 직접 보내진다. 이러한 상태에서는, 주위의 공간으로부터 반응가스를 빨아들일 수 있는 특성(비소용돌이 프리(free)분류의 경우에도 나타나는 특성)이외에도, 중공분류의 중심부도 반응가스를 빨아들일 수 있다. 반응가스는 중공분류의 산화가스에 의해서 매우 빠르게 연소되며, 그리고 상기 분류가 전이영역에서 충돌하면, 이 연소에서 발생한 에너지가 용융물질에 전달된 다음 욕에 고율로 전달된다. 한편, 공지의 상부 송풍법에서는 자유분류에 의해서 주위의 가스 공간에서만 반응가스를 빨아들이지만, 본 발명에 있어서는 중공분류를 사용함으로써 그 중심부에도 제2연소 영역이 형성된다. 이러한 유용한 효과는 소용돌이 운동을 이용하여 중공분류의 중심부의 압력이 증가되며, 이는 소용돌이 넘버의 증가에 따라 감소하는 것으로 생각된다.
하나의 바람직한 실시예에 있어서는 분말상 고형 반응물을 중공분류의 각 중공부에 주입한다. 이를 위해서, 각 송풍구의 중실심부 혹은 내부부재에 예를들면 고형 반응물의 공급도관을 설치할 수도 있다. 이러한 공급도관은 내마모성 재료로 피목된 관을 포함할 수 있다. 그후 고정 반응물을 반송가스속으로 부유시켜서 도관으로부터 욕을 향해서 불어 넣는다. 이러한 방법은 예를들면 제련환원에 있어서 철광석, 예비환원된 철광석 및 특히 예비환원 및 예열된 철광석을 반응용기 내의 욕속으로 주입하는 때에 적용하면 바람직하다.
욕내에서 발생한 반응가스를 제어하고 또 재현가능한 상태에서 후연소시키기 위해서, 반응용기에 두개 또는 그 이상의 송풍구를 설치할 수 있다. 동일 또는 다른 형태의 송풍구를 조합시켜서 소용돌이 운동을 하는 산화가스 분류를 형성할 수 있다. 반응용기 내의 송풍구의 개수는 여러가지 요인, 예를들면 용기의 크기나 각 형태에서의 최대 가스유량에 따라 결정된다. 예를들면, 15톤 용량의 드럼형 반응용기에서는 단지 한개의 송풍구를 사용할 수 있는 반면, 100톤 용량의 제강용 전로에서는 전로 상부에 2개의 송풍구를 사용한 것이 바람직하다.
제련환원용 드럼형 반응용기의 경우, 약 10톤의 용융철 속으로 약 30㎏/min의 석탄과 약 30 내지 60㎏/min의 철광석을 주입하고, 송풍구를 통해 1200℃의 고온공기를 약 8000N㎥/h 속도로 불어넣을 때에는 소용돌이 넘버를 변화시킴으로써 38 내지 68% 범위의 후연소도를 달성할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 조건하에서 소용돌이 넘버를 영으로 하면, 38%의 후연소도를 얻을 수 있다. 소용돌이 넘버를 증가시킴으로써 후연소도를 증가시킬 수도 있다. 즉, 소용돌이 넘버 0.3에서의 후연소도는 약 48%이며, 소용돌이 넘버를 0.6으로 증가시키면 후연소도가 58%로 되며, 소용돌이 넘버를 0.9로 하면 후연소도는 약 68%였다. 송풍구는 슬롯 폭이 35㎜이고, 외경이 300㎜인 환형 슬롯을 가지고 있다. 또한, 소용돌이 넘버는 송풍구내에서의 흐름을 기계적으로 조작함에 의해 변화된다.
따라서, 산화가스용의 송풍구의 형상을 변화시킴으로써 후연소도를 단계적으로 변화시킬 수 있으며, 한편 후연소 비용의 조정 및 각 단계들 사이의 정확한 제어는 소용돌이 넘버를 변화시킴으로써 이루어질 수 있다. 따라서, 원형의 개구부를 가진 종래의 송풍구를 사용하면, 소용돌이 넘버 0.1에서 약 30%의 후연소도를 달성할 수 있으며, 또한 소용돌이를 넘버를 약 1까지 증가시키면 후연소도를 약 55%까지 증가시킬 수 있다. 또한 환형 슬롯 송풍구를 사용하여 소용돌이가 없는 (소용돌이 넘버=0) 중공가스 분류를 형성하는 경우는 적어도 40%의 후연소도를 달성할 수 있고, 이는 소용돌이 넘버를 약 1.0까지 증가하면 약 75%까지 높일 수 있다. 적당한 형태의 (예를들면 다른 인자들중에서 슬롯 폭이 서서히 감소함)환형 개구부를 사용하면 후연소도를 30 내지 100%의 범위에서 제어할 수 있다.
본원 제1 및 제2발명을 제련환원에 적용하면, 반응물은 욕면아래로 주입하거나, 혹은 상부 송풍에 의해 주입해도 좋다. 광석 공급용 침지 송풍구 및 상부 송풍구는 어느것을 사용해도 분광을 철욕속으로 주입하는 경우에도 좋은 결과가 얻어진다. 욕면 아래의 주입 송풍구의 경우, 예를들면 두개의 동심원상 파이프로 이루어진 OBM-송풍구를 사용할 수 있다. 이러한 OBM-송풍구를 사용하는 경우, 중심부의 파이프를 통해 반송가스에 의해서 미립광을 주입하고, 환상 슬롯을 통해서 송풍구 보호용의 가스상 및/또는 액상의 탄화수소를 불어넣는다. 마찬가지로, 광석대신에, 여러 품위의 탄소질 가연물질(예를들면 코크스 또한 석탄)을 욕속에 주입해도 좋다. 산소, 공기 또는 불활성 가스와 산소의 혼합가스와 같은 산화가스를 침지 송풍구를 통해 주입할 수 있다.
반응물의 일부 또는 전부는 욕상방에 위치한 송풍구 또는 렌즈를 통해 반응 용기속으로 주입해도 좋다. 이 경우, 반송가스 및 분상 고체물질이 욕면에 부딛치는 충격은, 이 고체물질이 욕속으로 침투하기에 충분할 정도로 강하다.
한편 욕면 상방에 설치한 장치에 의해서 괴상 광석을 첨가하는 것도 본원 제1 및 제2발명의 범위에 속한다.
전체적인 열균형을 향상시키기 위해서, 욕에 공급되는 가스상, 액상 및 고체상 물질의 모두를 예열해도 좋다. 예열온도는 임의이며, 대부분의 경우 반송 시스템에 의해 제한을 받는다.
각 송풍구는 직경이 슬롯 폭의 최소한 2배, 바람직하게는 5배인 내부부재와 외피를 가지는 환형 송풍구로 구성될 수 있다. 이 내부부재는 축방향으로 움직이도록 설치된 피스톤의 형태를 취할 수 있다.
또한, 내부부재는 피스톤 바아를 가지는 유동부를 포함할 수 있다. 더욱이 내부부재는 중실체로 고정되어 있어도 좋다.
본 발명의 방법 및 장치는 제강 프로세스에 사용되면 특히 유용하다. 제강 프로세스에서는 철속의 탄소 및(예를들면 스크랩 비(SCRAP RATE)를 증가시키기 위해)철에 첨가한 임의의 탄소질 물질이 산소와 반응한다. 발생하는 반응가스는 주로 일산화탄소와 수소로 구성된다. 이들 반응가스는 철욕 상방에서 산화가스로 후연소시킬 수 있다. 이와같은 후연소에 의해서 발생된 에너지는 욕에 전달할 수 있다. 이와같은 프로세스는 독일 특허 명세서 제27 55 165호 및 28 38 983호 및 오스트레일리아 특허 명세서 제 530510호에 기술되어 있다. 이들 특허 명세서의 개시내용은 특별히 참고로 인용한 것이며, 그 개시내용은 본 명세서 중에서 포함된 것으로 간주되어야 한다.
또한, 본 발명의 방법 및 장치는 용융철욕에서의 석탄가스화 프로세스에 사용하면 특히 유리하다. 이러한 프로세스에서는 특히 석탄같은 탄소질 무질 및 산화가스가 철욕내에서 반응하여, 주로 일산화탄소와 수소로 이루어진 반응가스가 나오게 된다. 이러한 반응가스는 철욕 상방에서 산화가스로 부분적으로 후연소시킬 수 있다. 이러한 후연소에 의해 발생한 에너지는 욕에 전달할 수 있다. 이와같은 프로세스는 독일 특허 명세서 제25 20 883호 및 30 31 680호, 및 오스테리일리아 특허 명세서 제 539665호에 기재되어 있다. 이들 특허 명세서의 개시내용은 특별히 참고로 인용한 것이며, 그 개시내용은 본 명세서중에 포함된 것으로 간주되어야 한다.
본 발명의 방법 및 장치는, 철광석을 용융철욕속에서 탄소질 물질(특히 석탄)로 환원시키는 철광석 제련환원 프로세스에 사용해도 특히 유리하다. 발생하는 반응가스는 주로 일산화탄소와 수소로 이루어지며, 이들 가스는 철욕상방에서 산화가스로 후연소시킬 수 있다. 후연소로 발생한 에너지는 욕에 전달할 수 있다. 이와 같은 프로세스는 독일 특허 명세서 제 38 18 005호 및 36 07 775호 및 오스트레일리아 특허 명세서 제 563 051호에 기재되어 있다. 이들 특허 명세서의 개시내용은 특별히 참고로 인용한 것이며, 그 개시내용은 본 명세서중에 포함된 것으로 간주되어야 한다.
이하 본 발명에 따른 방법 및 장치의 바람직한 실시태양을 첨부도면 및 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하는데, 본 발명이 이들로 제한되는 것은 아니다.
제1도에 도시한 장치는 강철 외피로 된 동체(1)와 그안에 내화 라이닝(2)을 가지는 드럼형 반응용기이며, 이 반응용기내에 철 및 산화철의 욕(4)이 있다.
이 장치에는 또한 철 및 산화철의 욕(4)의 표면(3) 하방에 반응물을 공급하기 위해, 반응용기의 바닥을 통해 뻗은 주입 송풍구(5)가 장착되어 있다. 이러한 주입송풍구(5)는 내측튜브(6)와 외측튜브(7)의 2개의 동심원상 튜브로 구성되어 있다. 각 주입 송풍구(5)의 두 튜브(6), (7)사이의 환형 슬롯을 통해 보호매질로서 천연가스가 주입된다. 한편 한쪽의 주입 송풍구(5)의 내측튜브(6)로 부터는 광석 및 반송가스가 불어 넣어지고, 다른 쪽의 주입 송풍구(5)의 내측 튜브(6)로 부터는 고체 가연물질(주로 분상 석탄) 및 반송가스가 주입된다.
제1도의 장치에는 또한 철 및 산화철의 욕(4)의 표면(3)에 소용돌이 상으로 산화가스를 주입시키기 위한 상부 송풍구(8)가 장착되어 있다. 배가스(고효율로 후연소한 가스)는 배출구(9)를 통해서 반응용기로 부터 배출된다.
제2도는 도시한 바와같이, 송풍구(8)는 접선 방향으로 조절 가능한 가스 유입구(21)와 원형의 가스유출구(13)를 가진 수냉외피(11)를 포함한다. 이 외피(11)속에는 피스톤형 내부부재(14)가 설치되어 있고, 이 내부부재(14)는 유동부(15)와 이에 접속된 축(16)으로 구성되어 있다. 상기 내부부재(14)는 축방향으로 이동할 수 있으며, 이는 유출구(13)의 영역에서 외피(11)와 유동부(15)사이에 구획된 환형슬롯(17)(제3도 참조)의 폭을 변화시킬 수 있다.
가스 유입구(12)로 부터 외피(11)내에 접선방향으로 유입된 가스 분류는 유동부(15)의 보조를 받아 소용돌이 운동이 부여되어, 환형슬롯(17)으로부터 유출한다. 접선방향으로 조절가능하게 배열된 가스 유입구를 사용하여 소용돌이 운동을 여러가지 형태로 변화시킬 수도 있다.
제4도에 다른 형태의 송풍구의 유출구 단부 단면을 도시한다. 여기에서 환형슬롯(20)의 바람직한 폭은 예를들면 15㎜이고, 양측면 사이의 바람직한 거리(21)는 160㎜이다. 내부부재의 짧은 직경의 거리(12)는 슬롯(20)폭의 적어도 2배인 것이 바람직하며, 5배인 것이 가장 바람직하다.
제5도는 쌍둥이형 송풍구의 단부를 도시한다. 두개의 화살표로 도시한 바와같이, 두 환형슬롯(22), (23)내의 소용돌이의 방향을 서로 대향하는 방향으로 하여 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 송풍구를 사용하면, 두개의 중실심부재(24), (25)에 의해서 2배의 중공분류가 형성되어 축방향(27)에서 보다 축방향(26)에서 보다 넓은 범위가 커버된다.
제1도에 도시된 드럼형 반응용기는 제련환원의 실험을 위해 사용했다. 약 10톤의 욕(4)에 바닥 송풍구로부터 석탄을 30㎏/min의 취입량으로 주입하고 바닥 송풍구(5)로 부터 광석을 32㎏/min의 용량으로 주입하며, 그리고 슬래그 형성을 위해 바닥 송풍구(5)로 부터 소석회를 2㎏/min의 용량으로 주입했다. 이들 분말상의 고체물질을 반송하기 위해서, 반송가스로서 질소를 약 10N㎥/min사용했다. 동시에, 주입 송풍구를 보호하기 위해서, 각 송풍구의 환형 슬롯으로부터 천연가스를 약 2N㎥/min 주입했다. 또한, 직경이 200㎜인 원형 단면의 유출구를 가진 송풍구로부터 욕(4)의 표면에 1200℃의 고압공기를 135N㎥/min불어넣었다. 절대 압력은 고압공기 탱크내에서 약 1.7bar이고, 반응 용기내에서 약 1.25bar이었다.
한편, 소용돌이 운동이 없는 공지의 자유분류를 사용하는 경우, 양호한 조건하에서 달성한 최고의 후연소도는 30%이었다. 이에 대해 상부 송풍분류에 소용돌이 운동을 부여하면, 후연소도를 신뢰성 있게 높일 수 있고, 또한 소용돌이 넘버를 변화시킴으로써 정확하게 제어할 수 있다. 예를들면, 소용돌이 넘버를 약 0.5로 한때, 약 45%의 후연소도가 달성되었다. 이렇게 함으로써 철욕(4)의 온도를 저하시키지 않고 광석 주입량을 약 40㎏/min까지 높일 수 있다.
같은 반응용기를 사용하고, 또 거의 같은 조업조건에서, 직경 300㎜의 가스 유출구(13)와 직경 35㎜의 환형슬롯(17)이 구비된 제2도의 상부 송풍구(8)를 설치함으로써 후연소도를 현저히 높일 수 있었다. 또한, 소용돌이 넘버 0.8에서 65%의 후연소도가 달성되었다. 이러한 상태에서, 25㎏/min의 석탄 주입량, 53㎏/min의 광석주입량으로 반응용기를 운전할 수 있었다.
이상과 같이, 비교적 작은 반응용기를 이용한 제련 환원실험에서, 소정의 후연소도를 신뢰성 및 재현성이 좋게 달성할 수 있었다.
상기에서 설명한 바와같은 본 발명의 취지 및 범위를 벗어남이 없이, 상기의 바람직한 실시 태양에 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (24)

  1. 산화가스의 적어도 하나의 분류를 이용해서 용융철욕내에서 발생한 반응가스를 상기 욕의 상방에서 후연소시키고, 발생된 에너지를 상기 욕에 전달하는 반응가스의 후연소 방법에 있어서, 상기 산화가스의 각분류는 하나 또는 그 이상의 송풍구로부터 상기 욕의 표면을 향해서 소용돌이 상으로 주입하며, 상기 소용돌이상의 소용돌이 넘버는 후연소도를 결정하도록 선택하는 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산화가스의 각 분류의 소용돌이 넘버가 0.1 내지 5의 범위인 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 소용돌이 넘버가 0.1 내지 2의 범위내인 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기소용돌이 넘버를 조절하여 후연소를 변화시키는 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화가스의 각 분류가 중공상인 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 산화성가스의 각 중공분류가 환상의 횡단면을 가지는 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  7. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화가스와 함께 분상 고체 반응물을 주입하는 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  8. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화가스의 각 분류를, 정지욕면에 대해 10 내지 90°범위의 각도로 상기 욕면에 향하여 주입하는 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  9. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화가스가 산소, 공기 또는 불활성 가스와 이산화탄소와 수증기와 산소화의 혼합가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  10. 제1항 내지 3항중 어느 한항에 있어서, 상기 산화가스를 예열시킨 다음 상기 욕표면을 향해 주입하는 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  11. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 산화가스가, 1000 내지 1600℃의 범위의 온도로 예열된 공기인 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  12. 산화가스의 적어도 하나의 분류를 이용해서 용융철욕내에서 발생한 반응가스를 상기 욕의 상방에서 후연소시키고, 발생된 에너지를 상기 욕에 전달하는 반응가스의 후연소 장치에 있어서, 상기 산화가스의 각분류에 소용돌이 운동을 부여하는 장치를 포함하고, 접선방향으로 배열된 가스유입구와 가스유출구를 갖는 외피를 구비하며 또한 상기 외피내에 배열된 내부부재를 구비함을 특징으로 하는 반응가스의 후연소장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 소용돌이 운동 부여장치가, 하나 또는 그 이상의 송풍구의 일부를 구성하는 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 소용돌이 운동 부여장치를 조절하여 상기 산화가스의 각 분류의 소용돌이 넘버를 변화시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소장치.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 송풍구의 각각을, 산화가스의 중공분류를 형성할 수 있도록 설치한 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소장치.
  16. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 송풍구의 각각이, 외피와 직경이 구멍폭의 적어도 2배인 내부부재와를 가지는 환상 송풍구로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소장치.
  17. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 송풍구의 각각이, 분상 고체반응물을 주입할 수 있게 설치된 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소장치.
  18. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 산화성 가스의 각 분류를 정지 욕면에 대해 10 내지 90°범위의 각도로 상기 욕면을 향해서 주입하도록 상기 송풍구의 각각을 설치한 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소장치.
  19. 산화가스의 적어도 하나의 분류를 이용해서 용융철욕내에서 발생한 반응가스를 상기 욕의 상방에서 후연소시키고, 발생된 에너지를 상기욕에 전달하는 반응가스의 후연소방법에 있어서, 상기 산화성 가스의 각 분류를 중공 분류의 형태로, 하나 또는 그 이상의 송풍구로부터 상기 욕의 표면을 향해서 주입하는 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 산화가스의 각 중공분류가 환상의 횡단면을 가지는 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 산화가스의 각 중공분류의 중공부에 분상 고체반응물을 주입하는 것을 특징으로 하는 반응가스의 후연소방법.
  22. 산화성 가스의 적어도 하나의 분류를 이용해서 용융철욕 내에서 발생한 반응가스를 상기 욕의 상방에서 후연소시키고, 발생된 에너지를 상기욕에 전달하는 반응가스의 후연소장치에 있어서, 상기 산화성 가스의 중공 분류를 상기 욕의 표면을 향해서 주입하는 적어도 하나의 송풍구가 설치되어 있고, 상기 송풍구 각각에 중심실 부재를 설치하여 송풍구내에 방사형개구를 형성하게 함을 특징으로 하는 후연소장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 송풍구의 각각을 환상 횡단면을 가진 산화성 가스의 중공 분류를 주입하도록 설치한 것을 특징으로 하는 후연소장치.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 산화성 가스의 중공분류의 중공부에 분상 고체반응물을 주입하도록 상기 송풍구의 각각을 설치한 것을 특징으로 하는 후연소장치.
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