KR940008450B1 - 입자분급효율을 높인 유동층 환원방법 및 장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

입자분급효율을 높인 유동층 환원방법 및 장치

제1도는 일반적인 용융환원법을 개략적으로 나타낸 공정도.

제2도는 종래방법에 따르는 유동층환원로에서의 철광석 입자거동을 나타내는 개략도.

제3도는 종래의 희박상내 철광석잔류 방지방법을 나타내는 개략도.

제4도는 본 발명에 따르는 희박상내 철광석잔류 방지방법을 나타내는 개략도.

제5도는 종래방법의 유동층 실험장치를 나타내는 개략도.

제6도는 본 발명에 의한 방법의 유동층 실험장치를 나타내는 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 조밀층 2 : 수축부

3 : 희박상 4 : 사이크론

5 : 순환부 6 : 가스도입부

7 : 가스분산판 8 : 제1배출구

9 : 제2배출부

본 발명은 분광입자의 분급효율이 높은 유동층 환원방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 분철광석을 유동층환원로를 사용하여 직접환원시 유동층환원로 상부에 비산된 상태에서 잔류하는 입자들이 외부로 유출되도록 하여 유동층환원로의 연속조업을 용이하게 하는 입자 분급효율이 높은 유동층 환원방법 및 그 장치에 관한 것이다.

철광석 자원은 일반적으로 분광석이 많고, 특히 저품위 광석의 품위를 향상시키기 위하여 부유, 자선등의 선광과정에서 다량의 분광석이 생산되고 있다. 현재 철광석을 환원하여 용선을 얻는 방법은 고로법이 대부분이며, 샤프트(shaft)로에서 환원하여 전기로에서 용해시키는 방법도 있다. 그러나 상기 방법들은 로내에 분상의 철광석을 직접 장입할 수 없기 때문에 소결 및 펠렛타이징(pelletizing)과 같은 전처리 공정을 거쳐 괴성화하여야 로내 통기도가 양호하고 정상조업이 가능하다. 또한 로고법에서는 환원제로 쓰이는 코크스를 별도로 제조하여 사용하며, 샤프트로법에서는 천연가스와 같은 고가의 환원가스를 사용한다. 따라서, 이들 철광석 환원방법에서는 철광석의 괴성화 공정과 환원제의 제조 및 처리공정에 따른 설비투자 및 노동력에 많은 경비가 필요하게 된다.

이에 분상광석을 괴성화하지 않고 유동층환원로를 사용하여 직접환원시키는 방법 및 장치가 개발되고 있다.

이러한 기술과 관련된 종래의 용융환원법은 예비환원시 유동층환원로를 사용하는 경우 제1도에 나타낸 바와 같이 분상광석을 유동층환원로에서 일정한 환원율까지 예비환원시킨 후, 이를 용융환원로에서 투입하여 용융상태에서 금속으로 최종환원시키고 있다.

한편, 유동층환원로내에서 입도분포가 넓은 철광석 입자의 거동은 제2도에 나타낸 바와 같이 입도가 큰 철광석(대립철광석)이 로의 하부에서 유동화하여 조밀층(dense phase)을 형성하고 입도가 작은 철광석(미립 철광석)은 로의 외부로 비산유출된 후 사이클론(cyclone)에서 포집되어 순환관을 통하여 유동층환원로에 재순환되며, 중간입도의 철광석(중립철광석)의 대부분은 조밀층 상부의 희박상(dilute phase)내에서 비산 및 강하운동을 반복하면서 로내에 잔류하게 된다.

이때 환원된 대립철광석은 유동층내 조밀층 상부의 로벽으로 배출되며, 환원된 미립철광석은 순환관 중간에서 배출될 수 있으나, 유동층환원로 상부의 희박상에 부유된 상태에서 잔류하는 환원된 중립철광석을 배출하기 위해서는 유동화 반응가스의 공급을 중지하거나 별도의 효과적인 배출방법을 적용하여야 하므로 연속적인 배출이 용이하지 않다.

상기와 같이 입도분포가 넓은 철광석을 유동층에 의해 환원하는데 있어서, 희박상 상부에 잔류하는 중립철광석에 대하여 구체적으로 언급하여 효과적인 배출방법을 제시한 자료는 없고, 철광석을 단지 대립과 미립의 2가지로 구분하여 미립의 유동층로 외부로 모두 유출시키는 방법들은 있으며, 이를 제3도에 나타내었다.

제3도는 일본공개특허공보 소 63-140018호에 나타나 있는 것으로 유동층로내에 노즐(nozzle)이 다수 부착되어 있는 별도의 수평관들을 대립철광석의 조밀층 직상부에 설치하여 희박상내의 가스유속을 충분히 증가시킴으로써 미립철광석을 희박상에서 용이하게 유동층로 외부로 유출시키는 방법이다.

그런데 상기의 방법은 철광석환원용 유동층로가 최대 950℃의 고온에서 조업되므로 노즐부착 수평관의 재질선정 및 제작이 어려울 뿐 아니라 이 수평관에 공급하는 보조가스가 추가로 필요하다는 문제점이 있다.

이에 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로 유동층환원로의 구조를 하부 대립철광석의 조밀층 영역과 조밀층 영역보다 단면적이 작은 상부 희박층 영역, 그리고 대립철광석의 조밀층 영역 직상부에 상부 희박층 영역을 연결하는 수축부 영역을 갖는 유동층 반응기에 의해 동일한 유량 조건에서 하부와 상부의 유속의 차이에 따라 입도 분포가 넓은 철광석의 유동층 환원시 희박층 영역내에 부유잔류하는 중립철광석이 유동층로 외부로 유출되도록 하여 유동층내에서 미립 및 중립철광석이 대립철광석과 분급되는 효율이 높은 유동층 환원방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적의 달성을 위하여 본 발명은 입도분포가 넓은 철광석을 유동층환원로를 사용하여 직접환원시키는 방법에 있어서, 유동층내 조밀층 직상부의 일부벽면을 상부로 갈수록 단면적이 작아지는 수축부로 하여 구성하되 조밀층(1)과 수축부(2)의 길이 비율이 2 : 5정도가 되게 하여 가스유속이 수축부의 상부로 갈수록 증가하게 하여, 조밀층(1)과 희박상(3)의 단면 지름비를 9 : 5정도로 하므로써 중립의 철광석이 로의 외부로 유출되지 않고 희박상내에 부유잔류하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 실시하는데 필요로 하는 일 실시장치를 도면을 통하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따르는 유동층환원로는 제4도에 개략적으로 나타낸 바와같이 유동층환원로로 철광석이 투입되고 유동층환원로 하부의 가스도입부(6)와 가스분산판(7)을 통하여 가스가 공급되며 대립철광석은 가스분산판(7)위에 형성된 유동층환원로 하부의 조밀층(1) 영역에서 유동환원되어 제1배출부(8)로 배출되며, 중,미립 철광석은 조밀층(1) 영역 직상부에 형성된 상부로 갈수록 단면적이 작아지는 수축부(2)를 통하에 하므로서 점차적인 가스유속의 증가에 따라 희박상(3) 영역내에서 부유잔류하는 중간입도를 갖는 철광석의 분급 및 비산 효율을 증가시키면서 유동층환원로의 외부로 유출되게 하고 이와같이 외부로 유출된 중,미립 철광석을 사이클론(4)에 포집하여 배가스와 분리한 후 순환부(5)를 통해 순환시키면서 환원한 후, 이 환원광을 제2배출부(9)를 통하여 배출한다.

이와같은 방법으로 분철광석을 처리하면 종래의 것과 비교하여 동일한 환원가스 유량 공급조건에서 분철광석 입자의 분급효율을 현저히 향상시킬 수 있다.

상기 제4도의 환원로를 상온에서 실험적으로 모사하기 위하여 제5도 및 제6도와 같이 간략화 한 상온용 아크릴재질의 실험장치를 제작하였다. 제5도는 종래의 유동환원 방법에 부합되는 실험장치이고 제6도는 본 발명의 유동층 환원방법에 해당하는 실험장치이다.

[실시예]

제5도 및 제6도와 같은 실험장치에 표 1의 입도분포를 가진 5mm 미만의 Mt.F 철광석을 장입하고, 가스유입구로 상온의 공기를 공급하여 가스분산판 하부에서의 유속이 5mm 철광석의 최소유동화유속(3m/s)의 1.2배에 상당하는 3.6m/s가 되도록 하였다. 이와 같이 약 10분간 실험한 후 유동화 장치에 유출되지 않고 잔류하는 철광석의 입도분포를 조사하였다.

Mt.F 철광석의 입도분포

[표 1]

참고로 표 2는 상온에서 공기를 유동화가스로 사용할 때 Mt.F 철광석의 각 입도별 최소 동화유속(minimum fluidization velocity) 및 종말속도(terminal velocity)를 나타낸 것으로 최소 유동화유속은 입자가 유동화하기 시작하는 유속이고 종말속도는 입자가 가스에 의해 부유되어 상승하기 시작하는 유속이다.

Mt.F 철광석의 입도별 유동화유속

[표2]

표3은 본 발명에 의한 실험조건을 나타낸 것이다.

실험조건

[표3]

종래의 방법을 모사하는 내경 5cm의 장치와 본 발명의 방법을 모사하는 내경 9cm의 장치에 동일한 6.4cm 높이의 철광석이 장입되도록 하기 위하여 장입량을 각각 설정하였고 직접환원공정에서 유동층환원로에 장입하는 철광석은 5mm 미만이 적당하므로 표 1의 입도 분포를 갖도록 5mm 미만 철광석에 대한 입도별 장입량을 각각 결정하였다.

표 4는 본 발명의 방법과 종래의 방법에 의한 실험결과를 나타낸 것으로, 본 발명에 의한 방법이 종래의 방법에 비하여 입자 분급율이 현저히 높은 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 방법에 의한 실험(실시예)에서의 0.5mm 미만 철광석의 분급율은 종래의 방법에 의한 실험(종래예)에서의 분급율보다 평균 15% 정도 높아 18%의 입자분급효율 향상효과가 있으며, 특히 표 2에서 종말속도가 본 실험에서의 가스유속과 유사한 중립철광석에 해당하는 0.25-0.5mm 입자의 분급율은 실시예가 종래예보다 35% 정도 높아 61%의 분급효율 향상효과를 나타내고 있다.

종래예와 실시예에 의한 입도별 분급효과

[표4]

따라서, 종래의 방법에서는 종말속도가 가스유속보다 작은 중립철광석이 유동층로의 희박상내에서 부유잔류하지만 본 발명의 방법에서는 이 중립철광석의 미립철광석과 함께 유동층로의 외부로 대부분 비산유출되므로 환원된 중립철광석을 환원된 미립철광석과 함께 연속적으로 배출하는 것이 용이하다.

상기와 같이 철광석의 유동층환원로 연속조업이 용이하게 되면 설비가동율 향상에 의한 생산량 증대효과가 있고 희박상내 부유잔류하는 환원된 중립철광석을 순환부에서 환원된 미립철광석과 함께 배출할 수 있으므로 별도의 배출장치가 필요없이 설비가 단순화되며 조업상 제어가 용이하다. 한편, 순환부에서의 배출방법에 따라 제품환원광의 평균환원율을 증가시킬 수도 있다.

Claims (2)

1. 입도 분포가 넓은 분철광석을 예비환원하는 유동층환원로에서의 고체입자의 유동층 처리방법에 있어서, 대립철광석은 유동층환원로 하부로 도입되는 가스에 의해 조밀층(1)에서 유동환원되어 제1배출부(8)로 배출되고, 중,미립철광석은 상기한 조밀층(1) 직상부에 형성한 단면적이 감소되는 수축부(2)를 통하여 가스유속이 점차 증가되면서 희박상(3)내로 투입되며, 희박상(3)내에 부유잔류하는 중,미립광을 유동층환원로의 외부로 유출시켜 사이클론에서 포집·재순환하면서 환원시켜 제2배출부(9)로 배출하는 입자분급율을 높인 유동층환원방법.
2. 입도 분포가 넓은 분철광석을 예비환원하는 유동층환원로에 있어서, 유동층환원로의 하부에 조밀층(1)을 형성시키고, 유동층환원로의 상부에 상기 조밀층(1) 보다 단면적이 감소한 희박상(3)을 형성시키며, 조밀층(1)과 희박상(3) 사이에 조밀층(1)의 직상부를 따라 상부로 갈수록 단면적이 감소되며 희박상(3)과 연결되는 수축부(2)로 이루어지는 입자분급효율을 높인 유동층환원 장치.