KR940008447B1 - 배가스를 이용하는 철광석분류 장치 및 이를 이용하는 철광석의 예비환원방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

배가스를 이용하는 철광석분류 장치 및 이를 이용하는 철광석의 예비환원방법

제1도는 본 발명의 공정개요도.

제2도는 본 발명에 따른 철광석 분류장치의 일부절개 사시도.

제3도는 제2도의 A-A'선 단면 작용도.

제4도는 제2도의 B-B'선 단면 작용도.

제5도는 본 발명에 따른 철광석 분류장치의 일실시 예시도.

제6도는 본 발명에 따른 광석의 입도 분포도.

제7도는 0.5mm 이하 광 배출구로 배출된 입자의 입도 분포도.

제8도는 0.5∼5mm 광 배출구로 배출된 입자의 입도 분포도.

제9도는 5mm 이상 광 배출구로 배출된 입자의 입도 분포도.

제10도는 배가스에 의한 입도별 광석의 승온시간 대비표.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 저장조 2 : 스크류 공급장치

3 : 0.5mm 이하 광 배출구 4 : 0.5-5mm 광 배출구

4' : 3-5mm 광 배출구 5 : 5mm 이상 광 배출구

6 : 5mm 슬릿 경사판 7 : 1-3mm 슬릿 경사판

8 : 1-3mm 슬릿판 9 : 분광 2차 분리 회수관

10 : 본체 11 : 0.5-3mm 광 배출구

12,12' : 고온사이크론 13 : 순환유동층 예비환원로

14 : 기포유동층 예비환원로 15 : 기포유동층 예비환원로

16 : 배가스 통과영역

본 발명은 선철제조시 배가스를 이용하여 입도별로 각 입도에 적합한 형태의 다수의 유동층 예비환원로에서 철광석을 예비환원하고 예비환원 후에 배가스를 이용하여 광석의 입도를 분류함과 동시에 건조 및 가열하며, 또한 철광석을 일부 예비환원 시키므로서 전체 시스템의 효율을 증가시키고 시스템의 제어도 용이하게 하는 철광석 분류장치와 그 장치를 이용하는 철광석의 예비환원방법에 관한 것이다.

종래의 선철은 주로 고로법에 의해서 제조되었다. 이러한 고로법은 석탄의 코크스화 및 광석의 소결 등 많은 전처리를 필요로 할뿐 아니라, 영질의 원료의 지속적, 안정적 확보의 어려움 및 환경적인 여러문제로하여 새로운 제철법의 태동을 유도하였다.

이러한 필요로 하여 새롭게 대두된 제철법 중 하나가 용융환원법이다. 용융환원법에는 철광석을 직접 용융한 후 환원하는 방법과 고체상태의 광석을 예비환원한 후 용융환원하는 방법이 있는데, 에너지 이용효율면에서 후자가 많이 채택되고 있다.

고체 상태의 광석을 예비환원하는 방법에는 여러가지가 있으나, 그중 유동층법에 의한 예비환원 공정은 광범위한 입도의 자연산 광석을 직접 사용하여 반응시키므로서 짧은 시간내에 많은 양의 광석을 처리하여 생산성을 높일 수 있는 방법으로 주목되고 있다.

이러한 유동층법의 장점은 반응시간을 단축하여 생산성을 높일 수 있다는 것과 여러입도의 입자가 서로 혼합되어 있는 상태에서 그대로 반응을 진행시킬 수 있을 뿐만 아니라, 입도를 분리하여 작업을 진행하고자 할때, 여러개의 용기를 연결 사용하므로서 입자의 무게차에 의해서 입자를 분리하여 작업할 수 있다는 것이다. 그러나 유동층법은 이러한 입자를 분리함에 있어 초기에 공급된 입자가 분리되기 전까지 입자를 담고 있는 용기에 많은 부하가 걸릴 뿐만 아니라 가스량, 가스속도, 입자의 공급량 및 입자의 분급 등의 조절에 많은 어려움이 있다. 또한 이러한 유동층법은 어떤 용기에서 입자의 입도를 분리하고 있는 도중에는 연속조업을 위한 시스템의 조절에 많은 어려움이 있다는 것이다.

일본 실용신안 공개공보 평성 1-114653호에 의하면 원통형의 예비환원로에 철광석 투입구, 고온 환원가스 도입관, 예비환원된 철광석의 배출구 및 배가스 배출구가 부착되어 있다. 이러한 예비환원로에 분철광석을 장입하고 최소유동화속도 이상으로 환원가스를 공급하면 분산판 위의 철광석은 유동층을 형성하면서 환원가스와 반응하게 된다. 이때, 환원가스와 함께 비말(飛沫) 동반된 미립광석은 사이크론에서 배가스와 분리된 후, 다운-카머(down-comer)를 통해 배출되거나, 혹은 예비환원로로 재투입된다. 한편, 대립광은 순환하지 못하고 기포 혹은 난류를 형성하며 환원가스와 반응하다가 배출구로 배출되게 된다. 그러나 이 경우 여러 입도의 광석이 단일 용기의 하부에 집중하므로서 타운-카머가 막혀 입자의 순환이 정지하거나 순환이 되더라도 용기의 하부에 과잉의 부하를 주게 되어, 유동이 불안정해지며 광석의 환원율이 매우 불균일하게 될 뿐 아니라, 도입된 환원가스가 단일 용기를 거친 후, 바로 배출되므로서 가스이용율이 매우 낮은 단점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 대한민국 공개특허공보 제91-19779호에 의하면 2단의 예비환원로를 직렬로 배열하여 유동화에 의하여 광석외 입도를 분리, 처리하고저 하였다. 그러나 이러한 방법도 입도분급시 모든 입도의 광석이 투입된 첫번째 유동층 예비환원로에 과잉의 부하가 우려될 뿐 아니라, 분급의 정도 및 제어에 어려움이 있다. 또한 투입된 광석이 건조, 예열되는 동안에 고온, 고환원성 가스의 열량의 손실과 광석이 건조, 예열되는 동안에는 환원성 가스중 가스가 가진 환원력은 낭비되므로서 시스템 효율의 저하를 가져오는 것을 피할 수 없다.

이에 본 발명에서는 공정 배가스를 이용한 광석분류기내에서 광석을 미리 입도별로 분리시킨 후, 광석을 유동층 예비환원로에 투입한 후, 입도별 최적의 유동층 상태를 유지하므로서 장치의 제어 및 효율의 향상을 달성코저 하였다.

미국 특허 제5104521호나 제4021337호 등은 기본적으로 망(screen)을 사용하여 입도를 분리하는 개념에서 출발하였다. 이 경우 입도별로 광석을 분리하고저 하면 여러단계의 망을 거쳐야 함은 필수적이다. 또한 광석의 망에서 분리를 돕기 위하여 스크리닝 매트(screening mat)를 진동시키는 방법을 택하고 있다. 또한 이들 장치는 가스의 사용은 전체로 하지 않기 때문에 광석의 건조나 혹은 승온에 대한 어떠한 방법도 제시할 수 없다.

본 발명은 가스를 이용하여 하나의 용기내에서 여러 입도를 분리할 수 있을 뿐아니라, 입도 분리 초기에 용기에 부하를 주지 않으며, 연속 조업 및 대량처리가 쉽고, 입도 분리를 위한 가스를 현열 및 잠열을 가지고 배출되는 예비환원 공정의 배가스를 이용하므로서 입도를 분리하는 과정에서 자연적으로 광석을 건조, 승온 및 일부에 예비환원시켜, 각 입도별 유동층 예비환원로로 보내어 바로 환원에 참여하게 하므로서 전체 시스템의 효율을 높이며, 유동층로의 제어도 쉽게 할 수 있는 장치에 관한 것이다.

미국 특허 제4978387호에 의하면 입도가 0.2mm 이하의 광석을 처리하는 방법을 제시하고 있으나, 이 경우 광석은 분진화한 광석으로 제한하고 있다. 그러나 본 발명의 경우, 자연산 광석중 다량의 미분(0.5mm이하)광을 처리할 수 있는 특징도 포함하고 있다. 본 발명을 첨부한 도면 제1도 내지 제5도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이 모든 입도의 광석을 저장조(1)에 투입하면 이를 스크류공급장치(2)가 본체(10)에 연속적으로 공급하게 되는데, 공급된 광석은 본체(10)의 길이방향으로 수평선에 대하여 약5∼30°정도 경사진 1-3mm 슬릿판(8)을 따라 기포유동층 예비환원로(15)에서 배출되어 배가스 통과영역(16)으로 투입되는 배가스에 의해 5mm 이상 광 배출구(5) 방향으로 서서히 이동하게 된다. 이때 기포유동층 예비환원로(15)는 고정층 예비환원로라고도 한다. 기포유동층 예비환원로(15)를 통과한 마지막 배가스가 광석 분류장치내의 배가스 통과영역(16)으로 들어와서 1-3mm 슬릿판(8)을 통해 약 0.5mm 이하의 광석의 종말속도 이상인 약 0.5∼3m/sec의 속도로 0.5mm 이하 광 배출구(3)로 배출되게 된다. 이 배가스는 0.5mm 이하 광 배출구(3)로 배출되면서 공급된 모든 입도의 광석중 0.5mm 이하의 광석을 비말동반하여 함께 배출되게 된다. 이와 같은 방법에 의해 배출되지 못한 0.5mm 이하의 광석은 0.5∼5mm까지의 광석과 함깨 수평선에 대하여 45°의 경사도를 가지며 길이방향으로 수평선에 대해 5∼30°의 경사도를 갖는 5mm 슬릿 경사판(6)으로 배출되며 0.5mm 이하의 광석은 길이방향으로 수평선에 대해 5∼30° 경사진 1-3mm 슬릿 경사판(7)을 통해 배출된 배가스에 의해서 2차로 분리되어, 분광 2차 분리회수관(9)을 통해 1차로 분리된 0.5mm 이하 광석과 합쳐져서 0.5mm 이하 광 배출구(3)로 배출된다. 이렇게 배출된 0.5mm 이하의 광석은 고온사이크론(12)에서 배가스와 분리된 후, 가스공탑속도가 0.5∼9m/sec로 유지되는 순환유동층 예비환원로(13)의 하부로 공급되어 순환유동층을 형성하면서 이 예비환원로(13)의 하부로 일부 공급되는 고환원성가스와 반응하여 순환하면서 예비환원되게 된다.

여기서 0.5mm 이하의 광 배출구(3)는 한개를 설치하여도 좋지만, 광석의 입도별 분류 환원을 효율적으로 수행하기 위하여 2개 이상을 설치하는 것이 바람직하다.상기에서 5mm 슬릿 경사판(6)으로 배출된 광석중 2차로 분리되지 않은 0.5-5mm까지의 비교적 중립광은 0.5∼5mm 광 배출구(4)로 배출되어 가스공탑속도가 0.5∼4m/sec로 유지되는 기포유동층 예비환원로(14)의 하부로 공급된다. 여기에서 0.5∼5mm 중립광은 순환유동층 예비환원로(13)에서 배출되어 고온사이클론(12')에 의해 포집 이송되는 배가스와 기포유동층 예비환원로(14)의 하부로 일부 공급되는 고환원가스와 반응하여 기포유동층을 형성하면서 예비환원되게 된다. 이때 고환원성 가스는 약 850∼900℃의 온도를 가지게 되는데, 가스의 대부분은 순환유동층 예비환원로(13)의 하부로 도입되고 일부는 기포유동층 예비환원로(14), (15)의 하부로 도입된다. 이와 같이 유동층 예비환원로(13,14)의 하부로 도입된 고온, 고환원성 가스는 순환유동층 예비환원로(13)에서 광석과 반응한 후, 고온사이클론(12')에 포집되어 광석은 다시 순환유동층 예비환원로(13)로 순환되고, 배가스는 기포유동층 예비환원로(14)의 하부로 공급되어 기포유동층 예비환원로(14)의 환원성이 떨어진 부분에 대해 보상하므로서, 기포유동층 예비환원로(14)에서의 가스의 환원력을 회복시키게 된다.

한편, 5mm 슬릿 경사판(6)을 통해 배출되지 못한 대립광석은 1∼3mm 슬릿판(8)을 따라 계속 이동하다가 5mm 이상 광 배출구(5)를 통해 배출되어 가스공탑속도가 3∼4m/sec로 유지되는 기포유동층 예비환원로(15)의 하부로 공급된 후, 이 용기내에서 장시간 머물면서 기포유동층 예비환원로(14)에서 배출되어 기포유동층 예비환원로(15)의 하부로 투입되는 배가스와 기포유동층 예비환원로(15)의 하부로 일부 투입되는 고환원성 가스와 함께 반응하여 기포유동층을 형성하면서 예비환원되게 된다. 또한, 상기와 같은 방법으로 철광석을 용융환원시킴에 있어 각각의 유동층 예비환원로(13,14,15)에 도입되는 배가스의 양을 순환유동층 예비환원로(13) : 기포유동층 예비환원로(14) : 기포유동층 예비환원로(15)로 나타낼때 1 : 0∼0.5 : 0∼0.5가 되도록 조절하여 전체장치에서의 철광석 환원효율을 높일 수 있다. 이러한 광석분류장치를 채택하므로서 여러 입도의 광석을 단일 용기내에서 분리, 건조, 승온 및 일부 환원하여 각 입도별 유동층로로 보내어 각 입도별 특성에 따른 유동층 예비환원로에서 예비환원시키므로서 공정제어의 용이성 및 공정의 효율향상을 달성하였다.

한편, 제3도중 C로 표시된 부분은 5mm의 슬릿 경사판(6)에 슬릿구멍이 없는 판을 본체(10) 전체길이에 대하여 1/5∼1/2의 길이가 되게 연장하여 형성시킨 것으로 스크류 공급장치(2)에 의해서 연속적으로 공급된 광석이 5mm 슬릿 경사판(6)을 통해 배출되기 전에 다량의 0.5mm 이하의 광석중 일부를 1∼3mm 슬릿판(8)을 통해 배출되는 가스에 의해 우선 배출시키므로서 광석분류 장치내에서 입도의 분리도를 향상시킴과 동시에 광석분류장치와 시스템 전체의 부하를 최소화하였다. 또한 본체(10)내부에 설치한 상기 슬릿판들은 본체(10) 폭에 대해 1/2∼1의 반경을 갖도록 볼록형상으로 설치하는 것이 바람직하다.

제5도는 0.5∼5mm의 입도를 갖는 중립광석을 더 세분화하여 분류하기 위한 본 발명의 일실시예를 나타낸 도면이다. 상술한 바와 같이 5mm 슬릿 경사판(6)으로 배출된 0.5∼5mm까지의 비교적 중립의 광석은 0.5∼5mm 광 배출구(4)로 배출되는데, 이때 제5도에 도시한 바와 같이 0.5∼5mm 광 배출구(4)를 세분하여 0.5∼3mm 광 배출구(11)와 3∼5mm 광 배출구(4')를 형성시키면 1∼3mm 슬릿 경사판(7)으로 배출되는 배가스에 의해 3-5mm 광석과의 무게차에 의한 비산거리의 차이로 인해, 0.5∼3mm 광 배출구(11)와 3∼5mm 광 배출구(4')로 분리되어 각각 배출되어 상술한 바와 같이 기포유동층 예비환원로(14)로 투입되어 예비환원된다.

그리고 1∼3mm 슬릿판(8)의 슬릿구멍을 일정 구간별로 점차적으로 증가시키거나 슬릿구멍의 크기를 필요에 따라 다르게 설치하므로서 광석의 입도별 분리도를 더욱 증가시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 첨부한 도면 제6도 내지 제10도를 참조하여 설명한다.

제6도는 본 발명의 실시예에 사용된 광석의 입도별 백분율을 나타내었다. 제6도에서 나타낸 바와 같이 0.5mm 이하의 광석이 전체의 약 48∼52%이고, 0.5∼5mm 광석이 전체의 약 46∼50%로서 이 입도의 광석을 분리하는 것은 매우 중요하다. 제7도에는 제6도에 나타낸 입도의 광석이 본 장치에서 분리된 후, 제2도의 0.5mm 이하 광 배출구(3)를 통해 배출된 광석의 입도를 나타내었다. 제8도에는 제6도에 나타낸 입도의 광석이 본 장치에서 분리된 후, 제2도의 0.5-5mm 광 배출구(4)를 통해 배출된 광석의 입도를 나타내었다. 제9도에는 제6도에 나타낸 입도의 광석이 본 장치에서 분리된 후, 제2도의 5mm 이상 광 배출구(5)를 통해 배출된 광석의 입도를 나타내었다. 이상의 제6도 내지 제10도에서 확인되는 바와 같이 가장 분리가 어려운 0.5-5mm 광의 경우도 약 95% 이상의 분리도를 나타내고 있다.

제10도에는 700℃의 배가스를 이용하고 이 배가스가 제2도의 1∼3mm 슬릿판(8)을 통해 약 3m/sec의 속도로 배출될 경우에 장입된 광석이 승온되는데 필요한 시간을 계산한 결과를 나타내었다. 제10도에서 보여주고 있는 것처럼 직경이 약 1cm 정도의 광석은 약 4∼5분 정도에서 승온이 완료되고, 전체 체류시간이 10∼15분 정도 경과하면 약 1cm 정도의 광석도 11∼33% 정도 환원됨을 보였다. 본 공정 배가스를 이용한 광석분류 장치에 의해 분리되어 각 입도별로 배출된 광석은 건조 및 승온을 위한 더 이상의 열을 필요로 하지 않고 바로 환원에 참여하게 되므로서 전체 시스템의 효율을 증대시키게 된다.

실시예에 사용된 광석의 조성은 아래 표와 같다.

유동층 예비환원로로 도입된 가스의 조성은 CO=60∼62%, H₂=29∼30%, CO₂=7.7∼8.9%이며, 가스의 온도는 850∼900℃이다.

제1도의 순환 유동층 예비환원로(13)내에서의 가스의 공탑속도는 850℃에서 8.7m/sec이고, 기포 유동층 예비환원로(14)내에서의 가스의 공탑속도는 4m/sec이며, 순환 유동층 예비환원로(13)로 도입된 가스의 양과 기포 유동층 예비환원로(14)로 가스의 환원력 회복을 위해 도입되는 가스와 양의 비율은 약 9 대 1 정도이다. 기포유동층 예비환원로(15)내에서 가스의 공탑속도는 약 3∼4m/sec의 속도이다. 시간당 90%로 예비환원된 철광석 1톤(ton)을 얻기 위해서는 상기 조성의 850∼900℃ 가스 4000∼4200Nm³를 순환 유동층 예비환원로(13)와 기포 유동층 예비환원로(14)로 보내주어야 하며, 이때 광석분류 장치 본체(10)에서는 스크류 공급장치(2)를 통해 약 20Kg/min의 공급속도로 광석을 공급하여야 한다.

Claims (5)

1. 철광석을 고온의 환원성 가스로 예비환원하여 선철을 제조하는 용융환원법의 예비환원방법에 있어서, 저장조(1)에 투입되어 스크류 공급장치(2)에 의해 본체(10)로 연속공급되는 철광석이 5∼30^。경사진 1∼3mm 슬릿판(8)을 따라 이동하며 기포유동층 예비환원로(15)에서 배출되어 봄체(10)내의 배가스 통과영역(16)으로 투입되는 가스유속이 0.5∼3m/sec인 배가스에 의해 0.5mm 이하의 미분광은 배가스와 비말동반되어 0.5mm 이하 광 배출구(3)로 1차 배출되고, 배출되지 못한 0.5mm 이하의 미분광은 0.5mm∼5mm까지의 광석과 함께 5mm 슬릿 경사판(6)으로 배출되어 1∼3mm의 슬릿 경사판(7)을 통해 배출되는 상기 배가스에 의해 2차 분리되어 분광 2차 분리회수관(9)을 통해 상기 1차 배출관 광석과 함께 0.5mm 이하 광 배출구(3)로 배출되어 고온사이클론(12)으로 투입되며 상기 고온사이클론(12)에서 배가스와 미분광으로 분리된 후, 미분광은 가스공탑속도가 0.5∼9m/sec로 유지되는 순환유동층 예비환원로(13)의 하단부로 투입되어 순환유동층 예비환원로(13)의 하부로 일부 공급되는 고환원성가스와 반응하여 순환유동층을 형성하면서 고온사이클론(12')으로 순환되면서 예비환원되며, 상기 5mm 슬릿 경사판(6)으로 분리 배출된 0.5∼5mm의 중립광은 0.5∼5mm의 광 배출구(4)로 배출되어 가스공탑속도가 0.5∼4m/sec로 유지되는 기포유동층 예비환원로(14)의 하부로 투입되며 기포유동층 예비환원로(14)의 하부로 일부 공급되는 고환원성가스와 순환유동층 예비환원로(13)에서 배출되어 고온사이클론(12')에 의해 포집된 후 기포유동층 예비환원로(14)의 하부로 투입되는 배가스와 함께 반응하여 기포유동층을 형성하면서 예비환원되며, 5mm 이상의 대립 철광석은 1∼3mm의 슬릿판(8)을 따라 이동하여 5mm 이상 광 배출구(5)로 배출되어 가스공탑속도가 3∼4m/sec로 유지되는 기포유동층 예비환원로(15)의 하부로 공급되며 기포유동층 예비환원로(14)에서 배출되어 기포유동층 예비환원로(15)의 하부로 투입되는 배가스와 기포유동층 예비환원로(15)의 하부로 일부 공급되는 고환원성 가스와 함께 반응하여 기포유동층을 형성하면서 예비환원되는 배가스를 이용하는 철광석 분류장치에서의 철광석 예비환원방법.
2. 제1항에 있어서, 투입되는 철광석의 무게비에 따라 순환유동층 예비환원로(13)로 도입되는 배가스양 : 기포유동층 예비환원로(14)로 도입되는 배가스의 양 : 기포유동층(또는 고정층) 예비환원로(15)로 도입되는 배가스의 양이 1 : 0∼0.5 : 0∼0.5가 되도록 한 배가스를 이용하는 철광석 분류장치에서의 철광석 예비환원방법.
3. 철광석을 고환원성가스로 예비환원하여 선철을 제조하는 용융환원 장치에 있어서, 저장조(1) 하단부에 스크류 공급장치(2)를 착설하고 스크류 공급장치(2)를 본체(10)에 연통시키며, 본체(10) 내부에 본체(10)의 폭방향으로 수평선에 대하여 45° 각도의 경사도를 가지며 본체(10)의 길이방향으로 수평선에 대하여 5∼30°경사진 5mm 슬릿 경사판(6)과 본체(10)의 길이방향으로 수평선에 대하여 5∼30° 경사진 1∼3mm 슬릿 경사판(7) 및 1∼3mm의 슬릿판(8)을 본체(10)의 폭에 대여 1/2∼1의 반경을 갖도록 볼록형상으로 설치하고, 5mm 슬릿 경사판(6)에 슬릿 구멍이 없는 판(C영역)을 본체 전체길이에 대하여 1/5∼1/2의 길이가 되도록 연장시켜 상기 5mm 슬릿 경사판(6)과 일체로 형성시키며, 본체(10)의 상측 외면에 0.5mm 이하 광 배출구(3)를 형성하여 순환유동층 예비환원로(13)와 연통시키되 0.5mm 이하 광 배출구(3)와 순환유동층 예비환원로(13) 사이에 고온사이클론(12)을 연통 설치하며, 또한 본체(10)의 양측 외면에 분광 2차 분리회수관(9)을 착설하고, 본체(10)의 하측외면에 0.5∼5mm 광 배출구(4)를 형성하여 기포유동층 예비환원로(14)의 하부와 연통시키고, 스크류공급장치(2)와 대향하는 본체(10) 말단 외면에 5mm 이상 광 배출구(5)를 형성하여 기포유동층 예비환원로(15)의 하부와 연통되게 하며, 기포유동층 예비환원로(15)의 상부와 본체(10)내의 배가스 통과영역(16)을 연통시켜서 된 배가스를 이용한 철광석 분류장치.
4. 제3항에 있어서, 5mm 슬릿 경사판(6)의 슬릿의 크기를 조절가능하도록 한 배가스를 이용한 철광석 분류장치.
5. 제3항에 있어서, 0.5∼5mm 광 배출구(4)를 0.5∼3mm의 광 배출구(11)와 3∼5mm 광 배출구(4')로 분리하여 설치한 배가스를 이용한 철광석 분류장치.