KR970002118B1 - 분철광석의 유동층식 환원로 - Google Patents
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Abstract
내용없음.
Description
제1도는 철광석 유동환원시의 시간에 따른 철광석의 분화를 나타내는 그래프.
제2도는 철광석의 유동 예비환원과 최종환원시의 철광석 입도별 종말속도를 1,2,3 및 4기압에서 나타낸 그래프.
제3도는 철광석의 유동 예비환원과 최종환원시의 철광석 입도별 최소유동속도를 1,2,3 및 4기압에서 나타낸 그래프.
제4도는 본 발명에 의한 분철광석의 유동층 환원로를 나타낸 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 환원로 10 : 제1유동층로
13 : 제1배출구 14 : 제2배출구
15 : 제2도관 20 : 제2유동층의 반응기-1
23 : 제3배출구 24 : 제4도관
30 : 제2유동층의 반응기-2 33 : 제4배출구
34 : 제5도관 40 : 제3유동층의 반응기-1
43 : 제5배출구 45 : 제6도관
50 : 제3유동층의 반응기-2 53 : 제6배출구
54 : 제7도관 60 : 제1사이클론
70 : 제2사이클론 80 : 내부 사이클론
90 : 제3사이클론 100 : 제4사이클론
101 : 제7배출구 110 : 호퍼(Hopper)
120 : 용융로
본 발명은 입도분포가 넓은 분철광석을 유동층에서 환원하여 용융로에 장입시키므로써 용융선철 또는 용융강 예비산물을 생산하기 위한 유동층 환원로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철광석의 고온 환원 및 분화 특성을 충분히 고려하여 CO 및 H2를 다량 함유한 고온의 환원성 가스의 환원력과 에너지를 최대한으로 이용하므로써 넓은 입도분포를 갖는 철광석의 유동을 안정화하고 철광석의 환원조업을 최적화 시킬 수 있도록 한 분철광석의 유동층 환원로에 관한 것이다.
통상적으로 철광석을 환원하여 용철(溶鐵)을 생산하는 방법으로는 고로를 사용하는 방법과 샤프트로(shaft furnace)를 사용하여 환원한 철광석을 전기로에서 용해하는 방법등이 종래부터 채용되고 있다.
상기 고로공정에 의한 용철제조 방법에 있어서는 열원 및 환원제로써 다량의 코크스(coke)를 사용하고, 철광석은 통기성과 환원성을 향상시키기 위해 소결광의 형태로 고로에 장입되고 있다. 이 때문에 고로법은 막대한 설비비와 함께 에너지 다소비 공정이며 코크스 제조원료인 강점결탄은 세계적으로 부존량이 적고 지역적으로 편제되어 있으므로 철강수요의 증대에 따라 수급상의 문제가 심각하다. 한편, 샤프트로에 의한 철광석의 환원법은 철광석을 팰렛트(pellet)화하는 전처리 단계가 필요하고, 또한 환원제와 열원으로써 천연가스를 사용하는 관계로 천연가스의 공급이 용이한 지역에서만 상업화 운전이 가능한 결점등이 있어 코크스를 사용하지 않고 일반탄을 사용하며 분립상의 철광석으로부터 용철을 제조하는 용융환원법이 새로운 제철법으로 주목받고 있는 실정인 것이다.
이와같은 용융환원법에 있어서는, 보통 환원로에서 환원된 철광석을 용융로에 장입하여 용철로 환원하는 방식이 채용되고 있다. 상기 환원로에서는 철광석의 용융전에 철광석을 고체상태에서 환원하는 것으로, 장입한 철광석을 용융로에서 발생한 고온의 환원성 가스와 접촉시켜 환원해야 한다.
이러한 환원공정은 철광석과 환원성 가스의 접촉상태에 따라 이동층 또는 유동층식으로 분류되는데, 입경분포가 넓은 분립상의 철광석을 환원로에 장입하고 하부의 분산판을 통해 환원가스를 보내 철광석을 유동시키면서 환원하는 유동층식이 분철광석을 환원하는 가장 적절한 방법으로 알려지고 있다. 그 한 예로 일본 공개 실용신안 공보 소58-217615호에 개시된 유동층식 환원로를 들 수 있다.
유동층 환원로에서는 비산되는 철광석의 양을 줄이고 가스이용율을 높이기 위해서는 원활한 유동층을 형성하면서 가스 유속은 최소화해야 하므로 종래의 유동층 환원로에서는 원료인 철광석의 입도가 엄격히 제한 될 수 밖에 없다. 즉 분립체가 적정한 유동층을 형성하기 위한 가스 유속은 분립체의 크기에 따라 규제되기 때문에 넓은 입도분포를 갖는 철광석을 처리할 수 없다. 따라서 이와같은 유동층 환원로에 장입되는 철광석의 입도는 일반적으로 1mm 이하로 제한되고 있지만, 실제로 제철원료로써의 분철광석 중에는 1mm 이상이 50% 이상 포함되어 있다. 따라서, 종래의 유동층 환원로에서는 장입하는 철광석을 미리 분급하여 대립철광석은 샤프트로에 사용하거나 규정 입경 이하로 분쇄하여 유동층에 사용하였기 때문에 추가 설비의 부담과 공정의 증가를 초래하게 되는 커다란 문제점이 있었던 것이다.
상기한 바와 같은 종래의 유동층 환원로에 대한 여러 문제점을 개선하기 위한 것으로서 대한민국 특허 제074056호 트윈(Twin)형의 유동층 환원로가 공지되어 있다. 이 트윈형 유동층 환원로로 대립철광석과 중/미립 철광석을 유속으로 적절히 분급하여 환원시키므로써 넓은 입도분포를 갖는 철광석의 유동을 안정시키고 철광석의 농도 분포를 균일하게 유지하면서 비교적 환원율이 양호한 환원철을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 그러나 이 트윈형 유동층 환원로는 두 환원로가 하나의 순환관을 매개로 연통되어 있어, 이 순환관을 통해 제1환원로 상부로부터 제2환원로 하부로 대립철광석의 유동환원에 사용되어 가스산화도가 높아진 다량의 고온환원가스가 비말동반된 중/미립 철광석과 함께 넘어 오도록 되어 있다. 이 산화된 다량의 고온환원가스가 제2환원로에서 이 환원로에 따라 공급된 고온 환원가스와 혼합되어 가스의 환원력을 떨어뜨리고 또 제2환원로 상부에서의 가스 유속을 2배 이상 증가시키므로써 높은 철광석 비산을 초래하게 되는 문제점이 있다.
본 발명자는, 제1도에 나타난 바와같이 철광석이 고온 유동환원 초기단계에서 그 분화가 거의 완료된다는 사실과, 대립철광석과 소립의 철광석의 분급 유동환원으로 가스원단위를 향상시킬 수 있다는 사실과, 제2도와 제3도에 나타낸 바와같이 철광석이 환원되어짐에 따라 입자밀도(Particle Density)는 줄어들고 반면 환원가스의 밀도는 증가하여 유동환원시 이 두 상반성이 서로 상쇄되어 예비환원에서나 최종환원에서 유동에 요구되어지는 가스유속은 같다는 사실에 입각하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 상기한 종래의 환원로의 장점을 적절히 이용하고 종래 환원로의 문제점을 개선하면서 환원율과 가스 이용율 및 가스원단위의 향상을 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 철광석의 환원조업을 최적화시킬 수 있는 분철광석의 유동층 환원로를 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 입도분포가 넓은 분철광석을 환원하는 3단의 유동층식 환원로에 있어서, 호퍼로부터 장입된 원료 철광석이 제2사이클론의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 건조/예열되는 싱글(Single)형 제1유동층로; 상기 싱글형 제1유동층로의 배가스에 함유된 미립 철광석을 집진하기 위한 제1사이클론; 상기 싱글형 제1유동층로에서 배출되어 제2유동층 반응기-1에 공급된 예열 철광석중 중/미립 철광석을 제3사이클론의 배가스에 의해 비말동반시키고 대립(大粒)철광석만의 기포유동층을 형성하면서 예비환원하는 트윈형 제2유동층식의 반응기-1; 상기 트윈형 제2유동층의 반응기-1과 제4도관을 매개로 연통되어 하부로 공급된 중/미립(中/微粒)철광석이 제4사이클론의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 예비환원하는 트윈형 제2유동층식의 반응기-2; 상기 트윈형 제2유동층의 반응기-2의 배가스에 함유된 미립 철광석을 집진하여 이를 트윈형 제2유동층의 반응기-1과 반응기-2를 연결하는 제4도관에 접속 또는 제3유동층의 반응기-2의 하부로 직접 재순환시키는 제2사이클론; 상기 트윈형 제2유동층의 반응기-1에서 배출되어 제3유동층 환원로-1(20)에 공급된 예비환원된 중/미립(中/微粒)철광석을 용융로의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 최종환원되는 트윈형 제3유동층의 반응기-1; 상기 트윈형 제2유동층의 반응기-2에서 배출되어 제3유동층 환원로-2에 공급된 예비환원된 중/미립(中/黴粒)철광석이 용융로의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 최종환원되는 트윈형 제3유동층의 반응기-2; 상기 트윈형 제3유동층의 반응기-1의 배가스에 함유된 미립 철광석을 집진하여 이를 트윈형 제3유동층의 반응기-2의 하부로 순환시키거나 용융로 하부로 직접 접속시키는 제3사이클론; 상기 트윈형 제3유동층의 반응기-2내에 설치되어 로에서 기포유도되는 중/미립 철광석중 가스에 비해 비말동반되는 극미립 철광석을 배가스에 분리시키고 이를 트윈형 제3유동층의 반응기-2의 하부로 재순환시키는 내부 사이클론 ; 및 상기 내부 사이클론으로도 미집진된 극미립 철광석을 집진하여 이를 트윈형 제3유동층의 반응기-2의 하부로 재순환시키거나 용융로 하부로 직접 접속시키는 제4사이클론을 포함하는 분철광석의 유동층식 환원로에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 도면에 의해 상세히 설명한다.
본 발명은 철광석이 고온 유동환원 초기단계에서 그 분화가 거의 완료된다는 사실과, 대립철광석과 소립의 철광석의 분급 유동환원으로 가스원단위를 향상시킬 수 있다는 사실과 철광석이 환원되어짐에 따라 입자밀도는 줄어들고 반면 환원가스의 밀도는 증가하여 유동환원시 이 두 상반성이 서로 상쇄되어 예비환원에서나 최종환원에서 유동이 요구되어지는 가스 유속은 같다는 사실에 입각하여 제안된 것으로써, 이러한 사실은 제1-3도에서와 같은 이론적 계산과 실험결과를 통해 확인하였다.
즉, 제1도는 1-5mm 크기의 철광석을 0.4kg을 약 섭씨 850도에서 환원가스(속도는 약 4m/s, 조성은 CO : 65%, CO2: 5%, H2: 25%, Ar : 5%)로 실험실 규모의 유동층 환원로에서 환원시켰을때 얻은 결과로 시간에 따른 분화 정도를 나타내고 있으며, 제2도는 철광석을 섭씨 850도에서 환원가스(예비환원시는 CO : 46%, CO2: 15%, H2: 20%, H2O : 8%, N2: 11%, 그리고 최종환원시는 CO : 59%, CO2: 3%, H2: 25%, H2O : 2%, N2: 11%)로 유동시킬 경우에 대해 계산한 입도별 종말속도를 나타내고 있으며, 그리고 제3도는 철광석을 섭씨 850도에서 환원가스(예비환원시는 CO : 46%, CO2: 15%, H2: 20%, H2O : 8%, N2: 11%, 그리고 최종환원시는 CO : 59%, CO2: 3%, H2: 25%, H2O : 2%, N2: 11%)로 유동시킬 경우에 입도별 유동에 필요한 최소유동화 속도를 나타낸 것으로 Wen and Yu 공식으로 계산한 값을 나타내고 있다.
한편, 제4도에는 본 발명에 부합되는 분철광석의 유동층식 환원로의 구성도가 제시되어 있는데, 제4도에 나타난 바와같이, 본 발명의 유동층 환원로(1)는 원료철광석을 기포유동층 상태에서 건조/예열하는 싱글형 제1유동층로(10), 예열 철광석중 중/미립 철광석을 배가스와 함께 비밀동반시켜 대립(大粒)철광석과 분급하고 대립철광석만 기포유동층을 형성하면서 예비환원하는 트윈형 제2유동층의 반응기-1(20), 비말동반으로 분급된 중/미립(中/微粒)철광석이 기포유동층을 형성하면서 예비환원되는 트윈형 제2용융로의 반응기-2(30), 분급 예비환원된 대립(大粒)철광석을 기포유동층을 형성하면서 최종환원하는 트윈형 제3유동층의 반응기-1(40), 분급 예비환원된 중/미립(中/微粒)철광석이 기포유동층을 형성하면서 최종환원되는 트윈형 제3유동층의 반응기-2(50)을 포함한다.
상기 제1유동층로(10)은 하단부에 제2사이클론(70)의 배가스 공급구(11)가 형성되고 내부에는 가스분산판(12)이 장착되며 일측 중간으로 호퍼(110)로부터 유입되는 철광석의 공급구(111)가 설치되고 있고 일측 하부의 제1배출구(13)와 일측 중간부의 제2배출구(14)가 제2도관(15)를 거쳐 제2유동층 반응기-1(20)의 하부 일측과 연결되어 있다.
한편 제1유동층(10)의 상부 일측에는 제1사이클론(60)의 상부 일측과 연결되고, 상기 제1사이클론(60)의 하단부는 제1도관(61)을 거쳐 제2도관(15)과 연결되며, 상기 제1사이클론(60)의 상단부에는 가스배출구(62)가 설치되어 배가스가 최종적으로 방출되도록 한다.
상기 제2유동층 반응기-1(20)은 상부 일측과 상기 제2유동층의 반응기-2(30)의 하부 일측은 제4도관(24)로 연결되어 있다. 그리고, 타측 하부의 제3배출구(23)가 다음 공정인 제3유동층의 반응기-1(40)의 하부 일측과 연결되어 있다.
상기 제2유동층 반응기-1(30)에는 하단부에 환원가스 공급구(31)가 형성되고, 내부에는 가스 분산판(32)이 장착되며, 하부 일측에는 제4배출구(33)가 형성되는 한편, 상부 일측은 제2사이클론(70)의 상부 일측과 연결되고, 상기 제2사이클론(70)의 하단부에는 제3도관(71)이 연결되어 있고, 이 제3도관(71) 중간에는 2방향 배출밸브(72)가 설치되어 제2사이클론(70)이 집진한 극미립 철광석을 제5도관(34)을 거쳐 제2유동층의 반응기-2(30)의 하부로 재순환시키거나 또는 다음 공정인 제3유동층 반응기-2(50)로 송출토록 구성되고, 상기 제2사이클론(70)의 상단부로 배출된 가스는 상기 제1유동층(10)의 환원배가스공급구(11)를 통해 제1유동층로(10)내로 공급된다.
상기 제3유동층의 반응기-1(40)에는 하단부에 환원가스 공급구(41)가 형성되고, 내부에는 가스분산판(42)이 장착되며, 일측 하부에는 제5배출구(43)가 형성되어 다음 공정인 용융로(120) 상부와 연통하도록 되어 있고, 상부 일측은 제3사이클론(90)의 상부 일측과 연결되어 상기 제3사이클론(90)으로 제3유동층의 반응기-1(40)의 배가스에 함유된 미립 철광석을 집진하여 이를 상기 제3사이클론(90) 하부에 설치된 2방향 배출밸브(92)를 통해 제3유동층의 반응기-2(50)의 하부로 순환시키거나 제7도관(54)을 거쳐 용융로(120) 하부로 직접 송출시킨다. 상기 제3사이클론(90)의 상단부로 배출된 가스는 상기 제2유동층 반응기-1(20)의 환원가스 공급구(21)를 통해 제2유동층 반응기-1(20)내로 공급된다.
상기 제3유동층의 반응기-2(50)에는 하단부에 환원가스 공급구(51)가 형성되고, 내부에는 가스분산판(52)이 장착되며, 하부 일측에는 제6배출구(53)가 형성되어 제7도관(54)과 이어져 다음 공정인 용융로(120)의 하부와 연통하도록 되어 있는 한편, 제3유동층의 반응기-2(50)내 상단부에는 비산되는 극 미립 철광석을 집진하여 제3유동층의 반응기-2(50)의 하부로 내부순환하기 위한 내부 사이클론(80)이 설치되어 있으며, 상부 일측은 제4사이클론(100)의 상부 일측과 연결되어 있고, 상기 제4사이클론(100) 하단부에 설치된 2방향 배출밸브(102)는 상기 제4사이클론(100)이 집진한 극미립 철광석을 제3유동층의 반응기-2(50)의 하부로 재순환하거나 제7도관(54)을 거쳐 다음 공정인 용융로(120)로 송출시킨다. 상기 제4사이클론(100)의 상단부로 배출된 가스는 상기 제2유동층 반응기-2(30)의 환원가스 공급구(31)를 통해 제2유동층 반응기-2(30)내로 공급된다.
한편, 철광석을 공급하는 호퍼(Hopper)(110)가 상기 제1유동층(10)의 중간부에 연결설치되고, 상기 제1, 2도관(61)(15)과 제2유동층 반응기-1(20)의 하부 일측과의 연결부, 제3,5도관(71)(34)과 제3유동층의 반응기-2(50)의 하부 일측과의 연결부, 그리고 제6도관(45)과 제3유동층의 반응기-1(40)의 하부 일측과 연결부에는 미량의 가스공급구(P)를 설치하여 이송되는 철광석의 막힘현상을 방지하는 구성으로 이루어진다.
도면중 미설명 부호인 S는 환원가스를 공급하는 공급지관이다.
이와같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
제2도에 도시한 바와같이, 호퍼(110)로부터 제1유동층(10)의 중간부로 공급된 분철광석을 제2사이클론(70)의 배가스를 이용하여 기포유동 상태에서 건조/예열하여 제2유동층 반응기-1(20)에 공급하며, 제2유동층 반응기-1(20)의 하부로 공급된 분철광석을 제3사이클론(90)의 배가스를 이용하여 제2유동층 반응기-1(20)에 공급되는 환원가스의 유속을 중/미립 철광석의 종말속도 이상으로 유지하여 중/미립 철광석을 배가스와 함께 비밀동반시켜 대립광석과 분리시키고 남은 대립철광석은 제2유동층의 반응기-1(20)내에서 기포유동층을 형성하면서 예비환원하여 제3배출구(23)를 경유하여 다음 공정인 제3유동층의 반응기-1(40)에 공급한다. 그리고, 제2유동층의 반응기-1(20)에서 비말동반되는 중/미립 철광석은 제4도관(24)을 경유하여 제2유동층의 반응기-2(30)의 하부로 공급하며, 제2유동층의 반응기-2(40)의 중/미립 철광석은 중립철광석의 평균 최소유동화속도 이상으로 공급되어지는 제4사이클론(100)의 배가스에 의해 기포유동층 상태에서 예비환원하여 다음 공정인 제3유동층의 반응기-2(50)에 공급한다. 이 조건에서, 제4도관(24)과 가스공급구(31)로 제2유동층의 반응기-2(30)에 공급된 환원가스와 함께 비말동반되는 극미립 철광석은 제2사이클론(70)으로 집진하여 2방향 배출밸브(72)로 제2유동층 반응기-2(30) 또는 제3유동층 반응기-2(50)로 재순환시키면서 예비 또는 최종환원한다. 상기와 같이 환원된 중/미립 철광석과 극미립 철광석은 각각 제4배출구(33)와 제3도관(71)를 경유하여 배출된다. 제3유동층의 반응기-1(40)에 공급된 대립철광석은 용융로(120)의 배가스에 의해 제3유동층의 반응기-1(40)내에서 기포유동층을 형성하면서 최종환원되어 제5배출구(43)를 경유하여 배출된 후 용융로(120)에 장입되어 용융된 후 선철(121)로 된다.제3유동층의 반응기-1(40)에 공급되는 환원가스의 유속은 제2유동층의 반응기-1(20)에 공급되는 유속과 같다. 그리고, 제3유동층의 반응기-1(40)에서 비말동반되는 미립 철광석은 제3사이클론(90)에 포집되어 2방향 배출밸브(92)로 제3유동층 반응기-2(50)로 순환시키거나 또는 용융로(120)에 장입한다. 제3유동층의 반응기-2(50)에 공급된 중/미립 철광석은 용융로(120)의 배가스에 의해 기포유동층 상태에서 최종환원하며, 제3유동층의 반응기-2(50)에 공급되는 환원가스의 유속은 제2유동층의 반응기-2(30)의 가스공급구(31)에 공급되는 유속과 같다. 이 조건에서 제3유동층 반응기-2(50)에 공급된 환원가스와 함께 비말동반되는 극미립 철광석은 내부 사이클론(80)과 제4사이클론(100)으로 집진하여 제3유동층의 반응기-2(50)로 재순환시켜 최종환원한다. 한편, 제4사이클론(100)에 집진된 극미립 철광석은 2방향 배출밸브(102)로 용융로(120)에 송출할 수도 있다. 상기와 같이 환원된 중/미립 철광석과 극미립 철광석은 각각 제6배출구(53)와 제7배출구(101)을 통하여 배출되고 제7도관(54)를 경유하여 용융로(120)로 장입되어 용융된 후 선철(121)로 된다.
여기서, 가스원단위를 최대한 낮추기 위해 두개의 트윈형 유동층로(제2와 제3유동층)를 사용해서, 예비환원(제2유동층) 단계에서 중/미립 철광석을 각각 분리하여 따로 유동 예비환원시킨 다음 분리된채로 최종환원단계(제3유동층)로 옮겨 최종환원시킨다. 트윈형 제2유동층은 반응기-1(20) 상부와 반응기-2(30) 하부를 제4도관(24)으로 연통해서 대립과 중/미립 철광석을 적절히 분급하도록 종래 트윈형의 유동층의 장점을 그대로 이용했고, 철광석이 예열 및 예비단계에서 그 분화가 거의 끝나므로 트윈형 제3유동층은 반응기-1(40)와 반응기-2(50)를 연통시키지 않고 두개의 싱글 유동층(반응기-1과 반응기-2)으로 이미 분급된 대립과 중/미립 철광석을 각각 독립적으로 최종환원시킴으로 종래 트윈형에서 가스혼합으로 야기된 문제점을 개선하였다. 트윈형의 제2유동층 반응기-1(20)는 트윈형의 제3유동층의 반응기-1(40)와, 그리고 트윈형의 제2유동층 반응기-2(30)는 트윈형의 제3유동층의 반응기-2(50)와, 그모양과 크기가 똑같게 하여 한 가스흐름으로 연결하여 한 유속으로 두 반응기의 유동을 동시 조절하여 조업을 단순화시켰다. 싱글형의 제1유동층로(10)과 트윈형의 제2유동층 반응기-2(30) 및 트윈형의 제3유동층의 반응기-2(50)는 로 하부에서 철광석의 기포유동을 활발하게 하여 가스이용율을 높히는 한편 가스원단위가 향상되고 극미립 철광석의 비산이 억제되도록 로 하부의 내경보다 상부의 내경을 크게 하여 로 상부의 가스유속을 저하시킬 수 있는 팽창형의 로체로 형성된다. 이때 로 하부의 가스유속은 각 유동층을 체류하는 철광석의 최소유동화 속도의 1.5-3.0배이어야 하며 로 상부의 가스유속은 비산되는 철광석의 종말속도 이하이어야 하며, 로 상/하의 가스유속이 일정한 원통형의 로체로 대립철광석이 기포유동되는 제2유동층의 반응기-1(20)과 제3유동층 반응기-1(40)의 가스유속은 대립철광석의 최소유동화 속도의 1.5-3.0배가 되어야 한다.
여기서, 상기 제1,2,3,5,6도관(61)(15)(71)(34)(45)에는 이송되는 철광석으로 관이 막히는 것을 방지하기 위해 제2유동층 반응기-1(20) 및 제3유동층의 반응기-1(40) 그리고 반응기-2(50)의 하부 일측과 연결부분에는 가스공급구(P)를 설치하여 가스 공급지관(S)으로부터 미량의 환원가스를 취입하므로써 순환관이 막히는 것을 효과적으로 해결할 수 있게 되는 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
본 실시예에서 사용된 유동층식 환원로는 제4도에 나타난 유동층식 환원로(1)의 형태를 갖는 것으로써, 분철광석의 건조/예열을 위한 제1유동층식(10)과 중/미립 철광석의 예비환원을 위한 제2유동층 반응기-2(30) 및 중/미립 철광석의 최종환원을 위한 제3유동층의 반응기-2(50)는 하부의 내경보다 상부의 내경을 크게 하여 로 상부의 가스유속을 저하시켜 극미립 철광석의 비산을 억제하면서도 로 하부에서는 철광석의 유동을 활발하게 하는 팽창형의 로체이며, 중/미립 철광석의 비말동반과 대립철광석만의 예비환원을 위한 제2유동층의 반응기-1(20)과 대립철광석의 최종환원만을 위한 제3유동층 반응기-1(40)은 원통형의 로체이다.
이상와 같이 구성된 환원로에 입도분포가 넓은 분립상의 철광석을 제1유동층로(10)에 장입하면서 제3유동층의 반응기-1(40)과 제3유동층의 반응기-2(50) 하부의 환원가스 공급구(41,51)로부터 가스분산판(42)(52)를 거쳐 약 850℃의 환원가스를 공급하게 되면 철광석은 제1유동층로(10)에서 기포유동층을 형성하면서 건조/예열된 뒤 제2유동층의 반응기-1(20)에 공급되어 대립철광석은 제2유동층 반응기-1(20)에서 기포유동층을 형성하여 예비환원된 후, 제3유동층 반응기-1(40)에 공급되어 최종환원되어 제5배출구(43)을 통해 배출되고, 제2유동층의 반응기-1(20)에서 비말동반된 중/미립 철광석은 제2유동층 반응기-2(30)에서 기포유동층을 형성하면서 예비환원된 뒤 제3유동층 반응기-2(50)에 공급되어 최종환원되어 제6배출구(53)를 통해 배출된다.
본 실시예에서 사용된 유동층 환원로는 하기와 같은 크기를 같도록 제작하였다.
1) 유동층 환원로의 내경 및 높이
-제1유동층로의 하부내경 : 0.3m
-제1유동층로의 하부높이 : 4.0m
-제1유동층로의 상부내경 : 0.9m
-제1유동층로의 상부높이 : 2.5m
-제2유동층의 반응기-1의 내경 : 0.2m
-제2유동층의 반응기-1의 높이 : 5.2m
-제2유동층의 반응기-2의 하부내경 : 0.5m
-제2유동층의 반응기-2의 하부높이 : 2.7m
-제2유동층의 반응기-2의 상부내경 : 0.9m
-제2유동층의 반응기-2의 상부높이 : 2.3m
-제3유동층의 반응기-1의 내경 : 0.2m
-제3유동층의 반응기-1의 높이 : 5.2m
-제3유동층의 반응기-2의 하부내경 : 0.5m
-제3유동층의 반응기-2의 하부높이 : 2.7m
-제3유동층의 반응기-2의 상부내경 : 0.9m
-제3유동층의 반응기-2의 상부높이 : 2.3m
상기와 같이 제작된 유동층식 환원로를 사용하여 하기와 같은 조건에서 예비환원 및 최종환원으로 용선철을 제조하였다.
2) 철광석의 장입 및 배출
-원료 철광석의 조성 : T.Fe 62.36%, SiO25.65%, Al2O32.91%, S 0.007%, P 0.065%
-입도분포 : -0.25mm=22%, 0.25-1.0mm=28%, 1.0-5.0mm=50%
-장입속도 : 5kg/min
-제5배출구의 배출속도 : 1.7kg/min
-제6배출구의 배출속도 : 2.2kg/min
3) 환원가스
-조성 : CO 65%, H225%, CO2+H2O 10%
-온도 : 약 850℃
-압력 : 1.3Kgf/㎠
4) 환원로내 가스유속
-제1유동층로내 하부공탑가스 유속 : 2.22m/s
-제1유동층로내 상부공탑가스 유속 : 0.25m/s
-제2유동층의 반응기-1내 공탑가스 유속 : 3.0m/s
-제2유동층의 반응기-2내 하부공탑가스 유속 : 0.32m/s
-제2유동층의 반응기-2내 상부공탑가스 유속 : 0.25m/s
-제3유동층의 반응기-1내 공탑가스 유속 : 3.0m/s
-제3유동층의 반응기-2내 하부공탑가스 유속 : 0.32m/s
-제3유동층의 반응기-2내 상부공탑가스 유속 : 0.25m/s
이상의 조건에서 제1유동층로(10), 제2유동층 반응기-1(20) 및 반응기-2(30), 제3유동층의 반응기-1(40) 및 반응기-2(50)내 철광석의 유동상태를 기포유동으로 유지하고 대립화 중/미립 철광석을 예비환원단계에서 분급하여 따로 예비/최종환원하므로써 평균 가스 이용율이 약 30%, 가스원단위가 약 1270Nm3/t-ore으로 1992년 특허출원 제24266호에서 제안한 시스템보다 각각 40-45% 정도 향상되었으며, 제5배출구(43), 제6배출구(53)에서 각각 평균 환원율이 약 90%인 환원철이 철광석 환원개시후 60분 이내 배출가능해짐에 따라 환원철의 생산속도가 1992년 특허출원 제24266호에서 제안한 시스템보다 약 20% 이상 향상되었다.
이상과 같이 본 발명에 따른 분철광석의 유동층 환원로에 의하면, 환원 배가스를 이용하여 철광석을 건조/예열한 후 이를 입경(粒徑)에 따라 대립철광석은 제2유동층 반응기-1(20)에서 예비환원하고 제3유동층의 반응기-1(30)에서 최종환원하고, 중/미립 철광석은 제2유동층 반응기-2(40)에서 예비환원하고 제3유동층의 반응기-2(50)에서 최종환원하므로써 철광석 입경과는 관계없이 환원율이 비교적 균일한 환원철을 얻는 동시에 입경별로 분급된 환원철을 얻을 수 있어 용해로로 환원철의 투입시 투입설비와 투입 위치별로 적정 크기의 환원철 공급이 가능해지고, 또한, 환원가스의 공급유속에 따라 각각의 배출구(43,53)를 통해 배출되는 환원철의 양과 입경조절이 가능했으며, 철광석의 로내 체류시간을 제어함으로써 철광석의 환원을 변화가 확인되었다. 또한 3단계의 유동층의 조업이 모두 기포유동으로 이루어지기 때문에 가스 이용율과 가스원단위를 향상시킬 수 있음은 물론, 장치 구조가 단순하기 때문에 장시간 조업에서도 관의 폐쇄나 비유동화와 같은 사고의 위험은 없다.
Claims (2)
- 입도분포가 넓은 분철광석을 환원하는 유동층식 환원로에 있어서, 호퍼(10)로부터 장입된 원료 철광석이 제2사이클론(70)의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 건조/예열되는 싱글형 제1유동층로(10); 상기 싱글형 제1유동층로(10)에서 배가스에 함유된 미립 철광석을 집진하기 위한 제1사이클론(60); 상기 싱글형 제1유동층로(10)에서 배출된 예열 유동층중 중/미립 철광석을 제3사이클론(90)의 배가스에 의해 비말동반시키고 대립(大粒) 철광석만의 기포유동층을 형성하면서 예비환원하는 트윈형 제2유동층의 반응기-1(20); 상기 트윈형 제2유동층의 반응기-1(20)과 제4도관(24)을 매개로 연통되어 하부로 공급된 중/미립(中/微粒)철광석이 제4사이클론(100)의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 예비환원되는 트윈형 제2유동층의 반응기-2(30) ; 상기 트윈형 제2유동층의 반응기-2(30)의 배가스에 함유된 미립 철광석을 집진하여 이를 트윈형 제2유동층의 반응기-1과 반응기-2를 연결하는 제4도관에 접속 또는 제3유동층의 반응기-2의 하부로 직접 재순환시키는 제2사이클론(70) ; 상기 트윈형 제2유동층의 반응기-1(20)에서 배출된 예비환원된 대립(大粒)철광석을 용융로의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 최종환원하는 트윈형 제3유동층의 반응기-1(40); 상기 트윈형 제2유동층의 반응기-2(30)에서 배출된 예비환원된 중/미립(中/微粒)철광석이 용융로의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 최종환원되는 트윈형 제3유동층의 반응기-2(50); 상기 트윈형 제3유동층의 반응기-1(40)의 배가스에 함유된 미립 철광석을 집진하여 이를 트윈형 제3유동층의 반응기-2(50)의 하부로 순환시키거나 용융로 하부로 직접 접속시키는 제3사이클론(90); 상기 트윈형 제3유동층의 반응기-2(50)내에 설치되어 로에서 기포유동되는 중/미립 철광석중 가스에 의해 비말동반되는 극미립 철광석을 배가스와 분리시키고 이를 트윈형 제3유동층의 반응기-2(50)의 하부로 재순환시키는 내부 사이클론(80); 및 상기 내부 사이클론으로도 미집진된 극미립 철광석을 집진하여 이를 트윈형 제3유동층의 반응기-2(50)의 하부로 재순환시키거나 용융로 하부로 직접 접속시키는 제4사이클론(100)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 분철광석의 유동층식 환원로.
- 제1항에 있어서, 상기 트윈형의 제2유동층 환원로-1(20)은 트윈형의 제3유동층의 반응기-1(40)와, 그리고 트윈형의 제2유동층 반응기-2(30)는 트윈형의 제3유동층의 반응기-2(50)와 그 형상과 크기를 동일하게 구성하는 것을 특징으로 하는 분철광석의 유동층식 환원로.
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