KR970003637B1 - 분철광석의 유동층식 환원로 - Google Patents

분철광석의 유동층식 환원로 Download PDF

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케프링거 베르너
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포항종합제철 주식회사
김만제
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Abstract

요약없음

Description

분철광석의 유동층식 환원로
제1도는 종래의 분철광석의 유동층 환원로를 나타내는 구성도.
제2도는 본 발명에 부합되는 분철광석의 유동층식 환원로의 구성도.
제3도는 본 발명에 부합되는 또다른 분철광석의 유동층식 환원로의 구성도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10A : 건조/예열로10B : 제1환원로
11A,11B,21,31 : 가스공급관12A,12B,22,32 : 가스분산판
13A,13B,23 : 대립광석 배출구14A,14B,24 : 중/미립광석 배출구
20 : 제2환원로30 : 제3환원로
40A,40B,50,60 : 싸이클론
본 발명은 입도분포가 넓은 분철광석을 안정된 유동상태에서 환원하는 분철광석의 유동층식 환원로에 관한 것으로써, 대한민국 특허 출원 제93-31097호를 개량한 분철광석의 유동층식 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 용철제조방법에 있어서는 열원 및 환원제로써 다량의 코크스(coke)를 사용하고, 철광석은 통기성과 환원성을 향상시키기 위해 소결광의 형태로 고로에 장입되고 있다.
이 때문에 현재의 고로법은 강점결탄을 건류하기 위한 코크스로 설비 및 소결광제조설비를 필요로 한다.
따라서, 고로법은 막대한 설비비와 함께 에너지 다소비 공정이며 코크스 제조원료인 강점결탄은 세계적으로 부존량이 적고 지역적으로 편재되어 있으므로 철강수요의 증대에 따라 수급상의 문제가 심각하다. 한편 샤프트로에 의한 철광석의 환원법은 철광석을 패렛트(pellet)화하는 전처리 단계가 필요하고, 또한, 환원제와 열원으로써 천연가스를 사용하는 관계로 천연가스의 공급이 용이한 지역에서만 상업화운전이 가능한 결점등이 있어 코크스를 사용하지 않고 일반탄을 사용하여 분상의 철광석으로부터 용철을 제조하는 용융환원법이 새로운 제철법으로 주목받고 있는 실정이다.
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 알려져 있다.
분철광석을 환원하기 위한 유동층식 환원로의 일례로는 일본 공개 실용신안공보(소)58-217615호에 제시되어 있는 것을 들 수 있으며, 그 구조는 제1도와 같다.
제1도에 나타난 바와같이, 종래의 유동층식 환원로는 철광석의 환원이 일어나는 원통형 몸체부(1)를 포함하는데, 이 원통형 몸체부(1)에는 철광석 투입구(2), 고온 환원가스의 도입관(3), 환원된 철광석의 배출구(4) 및 배가스의 배출구(5)가 구비되어 있다.
상기 유동층식 환원로를 사용하여 철광석을 환원하고자 하는 경우에는 상기 원통형 몸체부(1)에 분립상의 철광석을 장입하고, 가스분산판(6)을 거쳐 적당한 유속으로 환원가스를 공급하면 분산판위의 철광석은 유동층을 형성하면서 혼합 교반되며, 이 상태에서 환원가스와 접촉, 반응하여 환원된다. 이때 형성된 유동층은 마치 유체가 비등하고 있는 것과 같이 가스가 기포로 되어 분립체층을 통과하면서 상승하는 기포유동층이 된다. 환원된 철광석은 배출구(4)를 통해 용융로로 이송된다.
그러나, 상기한 유동층식 환원로에서는 비산되는 철광석의 양을 줄이고 가스이용율을 높이기 위해서는 원활한 유동층을 형성하면서 가스유속은 최소화해야 하므로 종래의 유동층 환원로에서는 원료인 철광석의 입도가 엄격히 제한될 수 밖에 없다. 즉, 분립체가 적정한 유동층을 형성하기 위한 가스유속은 분립체의 크기에 따라 규제되기 때문에 넓은 입도분포를 갖는 철광석을 처리할 수 없다. 따라서, 이와같은 유동층식 환원로에 장입되는 철광석의 입도는 일반적으로 1㎜ 이하로 제한되고 있지만, 실제로 제철원료로써의 분철광석 중에는 1㎜ 이상이 50%이상 포함되어 있다.
따라서, 종래의 유동층식 환원로에서는 장입하는 철광석을 미리 분급하여 대립철광석은 샤프트로에 사용하거나 규정 입경이하로 분쇄하여 유동층에 사용하였기 때문에 추가설비의 부담과 공정의 증가를 초래하게 되는 문제점이 있다.
본 발명자들은 상기한 종래의 유동층식 환원로의 문제점을 개선시키기 위하여 넓은 입도분포를 갖는 철광석의 유동을 안정시키면서 환원율과 가스이용율 및 가스원단위의 향상을 도모하고, 철광석의 환원조업을 최적화시킬 수 있는 분철광석의 유동층식 환원로를 개발하여 대한민국 특허출원 제93-31097호로 특허출원한 바 있다.
본 발명은 상기한 대한민국 특허출원 제93-31097호에 제시되어 있는 분철광석의 유동층식 환원로에 있어 철광석의 건조 및 예열을 위한 건조/예열로와 철광석의 1차 환원을 위한 1차 환원로를 별도로 설치하므로서 유동층 환원로내의 가스이용율을 최대로 높이는 한편, 철광석의 체류시간을 줄여 환원철의 생산속도를 증가시킨 분철광석의 3단계 유동층식 환원로를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 호퍼로부터 장입된 원료분철광석을 건조/예열하는 건조/예열로 ; 건조/예열로의 배가스에 함유된 미립철광석을 집진하기 위한 싸이클론 ; 상기 건조/예열로에서 건조/예열된 철광석 및 상기 싸이클론에서 집진된 미립철광석을 1차 환원하는 제1환원로 ; 상기 제1환원로의 배가스에 함유된 미립철광석을 집진하기 위한 제1싸이클론 ; 제1환원로에서 1차 환원된 철광석중의 중/미립철광석을 비말동반시키고 대립(大粒)철광석만의 기포유동층을 형성하면서 2차 환원하는 제2환원로 ; 상기 제2환원로내에 공급된 중/미립(中/微粒)철광석을 기포유동층을 형성하면서 2차 환원하는 제3환원로 ; 상기 제3환원로내에 설치되는 로에서 기포유동되는 중/미립철광석중 제2환원로와 제3환원로의 총합환원가스에 의하여 비말동반되는 극미립철광석을 배가스와 분리시키고 이를 제3환원로의 하부로 재순환시키는 내부 싸이클론 ; 상기 제3환원로의 내부 싸이클론으로 미집진된 극미립철광석을 집진하는 제2싸이클론을 포함하여 구성되는 분철광석의 유동층식 환원로에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 도면에 의해 상세히 설명한다.
제2도에 나타난 바와같이, 본 발명에 부합되는 분철광석의 유동층식 환원로(100)는 , 크게, 호퍼(70)로부터 장입된 철광석을 건조/예열하도록 상광하협(上廣下狹)으로 건조/예열로(10A) ; 건조/예열로(10A)에서 건조-예열된 철광석을 1차 환원하도록 상광하협으로 구성되는 제1환원로(10B) ; 제1환원로(10B)에서 1차 환원된 철광석중 중/미립철광석을 비말동반시키고 대립철광석만의 기포유동층을 형성하면서 2차 환원하도록 원통형으로 구성되는 제2환원로(20) ; 및 상기 제2환원로(20)에서 공급된 중/미립철광석을 기포유동층을 형성하면서 3차 환원하도록 상광하협으로 구성되는 제3환원로(30)을 포함한다. 상기 건조/예열로(10A)는 상부(101A), 경사부(102A), 및 하부(103A)로 이루어진 원통형상을 갖고 그 저부에 제1환원로(10B)의 배가스를 공급받기 위한 가스공급구(11A)가 형성되어 있고, 또한, 상기 가스공급구(11A)를 통해 공급되는 배가스를 분산시키도록 그 하부(103A)내에 가스 분산판(12A)이 구비되어 있다. 상기 건조/예열로(10A)는 그 상부(101A)의 직경이 하부(103A)의 직경보다 크고, 경사부(102A)는 그 직경이 위에서 아래로 가면서 좁아지는 평창형의 로체로 형성된다.
또한, 상기 건조/예열로(10A)의 하부(103A)의 측벽에는 호퍼(70)로부터 철광석을 공급받기 위한 철광석 공급구(15A), 건조/예열된 철광석중 대립철광석 및 중/미립철광석을 각각 제1환원로(10B)로 배출하기 위한 대립광석 배출구(13A) 및 중/미립광석 배출구(14A)가 구비되고, 그 상부(101A)의 측벽에는 배가스를 배출하기 위한 배가스 배출구(16A)가 구비되어 있다.
상기 철광석 공급구(15A)는 광석 공급관(71)을 통해 광석소통관계로 호퍼(70)에 연결되고, 상기 배가스 배출구(16A)는 가스배출관(43A)을 통해 싸이클론(40A)에 연결되고, 그리고 상기 대립광석 배출구(13A)및 중/미립광석 배출구(14A)는 순환관(17A)을 통해 광석소통관계로 제1환원로(10B)에 연결된다.
상기 싸이클론(40A)에는 미립광석 배출관(41A) 및 가스방출관(42A)이 구비되고, 상기 미립광석 배출관(41A)의 일단은 상기한 순환관(17A)에 광석소통관계로 연결된다.
상기 순환관(17A) 및/또는 미립광석 배출관(41A)의 구부러진 부분에는 제1환원로(10B)의 제1가스방출관(42B)에 연통되어 있는 제1가스공급관(P1)을 통해 미량의 가스를 공급하여 철광석의 막힘현상을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1환원로(10B)는 상기 건조/예열로(10A)와 같이, 상부(101B), 경사부(102B) 및 하부(103B)로 이루어진 원통형상을 갖고, 그 저부에 제3환원로(30)의 배가스를 공급받기 위해 제1가스공급구(11B)가 형성되어 있고, 또한, 상기 제1가스공급구(11B)를 통해 공급되는 배가스를 분산시키도록 하부(103B)내에 제1가스분산판(12B)이 설치되어 있다. 상기 제1환원로(10B)는 그 상부(101B)의 직경이 하부(103B)의 직경보다 크고, 경사부(102B)는 그 직경이 위에서 아래로 가면서 좁아지는 평창형의 로체로 형성된다.
또한, 상기 제1환원로(10B)의 하부(103B)의 측벽에는 상기 건조/예열로(10A)에서 예열/건조된 철광석을 공급받기 위한 제1광석공급구(15B), 1차 환원된 대립광석 및 중/미립광석을 각각 배출하기 위한 제1대립광석 배출구(13B) 및 제1 중/미립광석 배출구(14B)가 구비되고, 그리고 상부(101B)의 측벽에는 배가스를 배출하기 위한 제2배가스 배출구(16B)가 구비되어 있다.
상기 제1광석공급구(15B)는 건조/예열된 철광석을 받아들일 수 있도록 순환관(17A)을 통해 상기 건조/예열로(10A)에 연결되고, 상기 제1배가스 배출구(16B)는 제1가스배출관(43B)을 통해 가스소통관계로 제1싸이클론(40B)에 연결되고, 그리고, 상기한 제1대립광석 배출구(13B) 및 제1중/미립광석 배출구(14B)는 제1순환관(17B)을 통해 각각 제2환원로(20)에 광석소통관계로 연결된다.
상기 제1싸이클론(40B)의 하부 및 상부에는 각각 제1미립광석 배출관(41B) 및 제1가스 방출관(42B)이 연결되어 있고, 상기 제1미립광석 배출관(41B)의 일단은 상기한 제1순환관(17B)에 연결되며, 상기한 제1미립광석 배출관(41B)(및/또는 제1순환관(17B))의 구부러진 부위에는 제2환원가스 도입관(21a)에 연통되어 있는 제2가스공급관(P2)를 통해 미량의 가스를 공급하여 철광석의 막힘현상을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1가스방출관(42B)은 상기한 건조/예열로(10A)의 가스공급구(11A)에 연결되고, 상기한 제1순환관(17B)의 일단은 1차 환원된 광석을 공급하도록 제2환원로(20)의 제2광석공급구(25)에 연결된다.
상기 제2환원로(20)는 직경이 균일한 원통형상을 갖고, 그 저부에 환원가스를 공급받기 위한 제2가스공급구(21)가 형성되고, 그 하부내에는 제2가스분산판(22)이 구비되고 그 하부 일측에는 제1환원로(10B)에서 1차 환원된 철광석 및 제1싸이클론(40B)에서 포집된 미립철광석을 공급받기 위한 제2광석공급구(25)가 형성되어 있으며, 상기 제2가스공급구(21)는 환원가스공급원(도시되어 있지 않음)과 연결되어 있는 제1환원가스 도입관(21a)에 가스 소통관계로 연결되어 있다.
또한, 상기 제2환원로(20)에는 최종 환원된 대립철광석을 배출하기 위한 제2대립광석 배출구(23) 및 중/미립철광석을 배가스와 함께 제3환원로(30)로 배출하기 위한 제2중/미립광석 배출구(24)가 구비되어 있다.
상기 제2대립광석 배출구(23)는 제2대립광석 배출관(23a)에 연결되고, 상기 제2중/미립광석 배출구(24)는 제2중 미립광석 배출관(24a)을 통해 제3환원로(30)에 연결된다.
상기 제3환원로(30)는 상부(301), 경사부(302) 및 하부(303)로 이루어진 원통형상을 갖고, 그 저부에 환원가스를 공급받기 위한 제3가스공급구(31)가 형성되고, 그 하부(303)내에는 제3가스분산판(32)이 구비되어 있고, 그 하부(303)의 측벽에는 제2환원로(20)로부터 중/미립철광석을 공급받기 위한 제3광석공급구(35)가 형성되어 있으며, 상기 제3가스공급구(31)는 환원가스공급원(도시되어 있지 않음)과 연결되어 있는 제2가스공급관(31a)에 가스소통관계로 연결되어 있고, 이 제2가스공급관(31a)은 상기한 제1환원가스 도입관(21a)과 연통되도록 구성될 수도 있다. 상기 제3환원로(30)는 그 상부(301)의 직경이 하부(303)의 직경보다 크고, 그 경사부는 그 직경이 위에서 아래로 가면서 좁아지는 평창형의 로체로 형성된다.
또한, 상기 제3환원로(30)의 하부(303)의 측벽에는 최종 환원된 중/미립광석을 배출하기 위한 제3중/미립광석 배출구(33)가 구비되고, 그리고 그 상부(301)의 측벽에는 배가스를 배출하기 위한 제2배가스 배출구(36)가 구비되어 있다.
그리고, 상기 제3환원로(30)내에는 내부 싸이클론(50)이 내장되어 있는데, 이 내부 싸이클론(50)은 제3환원로(30)내에서 기포유동되는 중/미립철광석중 제2환원로(20)와 제3환원로(30)의 총합 환원가스에 의하여 비말동반되는 그미립철광석을 배가스와 분리시켜, 제3환원로(30)의 하부로 재순환시키고 배가스는 제2배가스 배출관(63)을 통해 제2싸이클론(60)으로 배출시키도록 구성된다.
상기 제3중/미립광석 배출구(33)는 환원철저장조(도시되어 있지 않음)등에 연결되어 있는 제2순환관(33a)에 광석소통관계로 연결되고, 그리고 상기 제2배가스 배출관(63)은 제2배가스 배출관(36)을 지나 가스소통관계로 제2싸이클론(60)에 연결된다.
상기 제2싸이클론(60)의 하부 및 상부에는 각각 제2미립광석 배출관(61) 및 제2가스방출관(62)이 연결되어 있고, 상기 제2미립광석 배출관(61)의 일단은 상기한 제2순환관(33a)에 연결된다. 상기 제2미립광석 배출관(61)과 제2중/미립광석 배출관(24a)을 접속시키고, 이 접속부위에 2방향 배출밸브(61a)를 구비시켜 상기 제2싸이클론(60)에서 집진된 극미립철광석을 제3환원로(30) 하부로 재순환하거나 또는 다음 공정으로 배출시키도록 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 유동층식 환원로는 분립상중의 대립철광석의 크기를 보다 증대시키기 위해서는, 제3도에서와 같이, 건조/예열로(10A), 제1환원로(10B) 및 제2환원로(20)의 하부가 축소될 수 있다.
즉, 제3도에 나타난 바와 같이, 상기 건조/예열로(10A)및 제1환원로(10B)는 상부(101A) 및 (101B), 제1경사부(102A) 및 (102B), 중부(104A) 및 (104B), 제2경사부(105A) 및 (105B), 및 하부(103A) 및 (103B)로 이루어지는 원통형상을 갖고,그리고 제2환원로(20)는 상부(201), 경사부(202) 및 하부(203)로 이루어지는 원통형상을 갖도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 유동층식 환원로는, 제3도에 나타난 바와 같이, 용융로(90)을 포함하여 최종 환원된 대립광석 및 중/미립광석을 용융하여 용철을 제조하고, 그 배가스를 제2환원로(20) 및 제3환원로(30)의 환원가스로 이용할 수도 있다.
본 발명에 있어, 건조/예열로(10A), 제1환원로(10B)와 제3환원로(30)를 평창형의 로체를 형성시키는 이유는 로 하부에서 각각 원료 철광석과 중/미립철광석의 기포유동을 활발하게 하여 가스이용율과 가스원단위를 향상시키면서 극미립철광석의 비산이 억제되도록 로 하부의 내경보다 상부의 내경을 크게 하여 로 상부의 가스유속을 저하시킬 수 있기 때문이다.
한편, 건조/예열로(10A) 및 제1환원로(10B)는 중/미립 및 대립철광석이 같이 존재하고, 제2환원로(20)는 대립철광석을 환원시켜야 하며, 제3환원로(30)는 미립철광석을 환원시켜야 함으로 인하여 각 환원로마다 그 유속이 달라야 한다.
즉, 상기 건조/예열로(19A), 제1환원로(10B) 및 제3환원로(30)의 하부의 가스유속은 각 유동층이 체류하는 철광석의 최소 유동화 속도의 1.5-3.0배가 바람직하고, 그 상부의 가스유속은 비산되는 철광석의 종말속도 이하이어야 하며, 로 상,하의 가스유속이 일정한 원통형의 로체로 대립철광석이 기포유동되는 제2환원로(20)의 가스유속은 대립철광석의 최소유동화 속도의 1.5-3.0배가 바람직하다.
상기와 같이 환원로내의 가스 유속을 최적으로 유지하기 위해서는, 상기 건조/예열로(10A) 및 제1환원로(10B)의 하부내경은 제2환원로(20) 내경의 1.2-1.8배로 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 1.2배 이하인 경우에는 유속이 너무 빠르게 되어 미립철광석의 유동이 너무 크게 되어 반응이 일어나지 않고, 1.8배 이상이면 유속이 너무 느려 반응에 문제가 생기기 때문이다.
또한, 상기 건조/예열로(10A) 및 제1환원로(10B)의 상부내경은 제2환원로(20) 내경의 3.5-5.0배로 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상부내경이 3.5배 이하이면 역시 유속이 너무 빠르고, 5.0배 이상이면 유속이 너무 느려 반응에 문제가 있기 때문이다.
또한, 상기 제3환원로(30)의 하부내경은 제2환원로(20) 내경의 2.0-3.0배로 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 2배 미만이면 유속이 너무 빨라지고 3배 이상이면 유속이 느려 반응에 문제가 있기 때문이다.
또한, 상기 제3환원로의 상부내경은 제2환원로(20) 내경의 2.8-4.0배로 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 2.8배 미만이면 유속이 빠르고 4.0배 이상이면 유속이 지나치게 느려지기 때문이다.
한편, 본 발명의 유동층식 환원로를 제3도와 같이 구성하는 경우에는 건조/예열로(10A) 및 제1환원로(10B)의 분산판 하부(103A)및 (104B)내경은 건조/예열로(10A) 및 제1환원로(10B)의 중부(104A) 및 (104B) 내경의 0.6-0.9배로 하고, 제2환원로(20)의 분산판 하부(203) 내경은 제2환원로(20)의 상부(201) 내경의 0.6-0.8배로 함이 바람직한데 그 이유는 0.6배 이하인 경우에는 유속이 너무 빠르기 때문에 대립철광석의 격렬한 유동으로 대립철광석의 마모가 심해져 비산 손실이 증대되며, 0.8배 이상이면 유속이 느려 유동정지와 함께 철광석이 응집되는 문제가 생기기 때문이다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 유동층식 환원로를 사용하여 환원철 또는 용융선철을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
제2도에 나타난 바와같이, 호퍼(70)내의 분철광석은 광석공급관(71)을 거쳐 철광석공급구(15A)를 통해 건조/예열로(10A) 에 공급되고, 또한 제1싸이클론(40B)을 거친 제1환원로(10B)에 배가스가, 제1가스 방출관(42B) 및 가스공급구(11A)를 통해 건조/예열로(10A)에 공급되고, 이 배가스는 분산판(12A)을 거쳐 균일하게 분산되게 되며, 이 공급가스에 의해 분철광석은 기포유동상태에서 건조/예열된 다음, 대립광석 배출구(13A) 및 중/미립광석 배출구(14A), 순환관(17A) 및 제1광석공급구(15B)를 통해 제1환원로(10B)에 공급된다.
상기와 같이 건조/예열로(10A)내에서의 분철광석의 건조/예열시 발생된 배가스는 배가스 배출구(16A), 배가스 배출관(43A), 싸이클론(40A) 및 가스방출관(42A)를 차례로 거쳐 방출되며, 배가스에 함유된 미립철광석은 싸이클론(40A)에서 포집되어 미립광석 배출관(41A), 순환관(17A) 및 제1광석공급구(15B)를 통해 제1환원로(10B)에 공급된다.
다음에, 제1환원로(10B)에 공급된 건조/예열된 분철광석은 제2싸이클론(60), 제2가스방출관(62), 제1가스공급부(11B) 및 제1가스분산판(12B)을 통해 공급된 제3환원로(30)의 배가스에 의해 기포유동상태에서 1차 환원된 다음, 대립광석 배출구(13B) 및 중/미립광석 배출구(14B), 제1순환관(17B) 및 제2광석 공급구(25)를 통해 제2환원로(20)에 공급된다.
상기와 같이 제1환원로(10B)내에서 분철광석을 1차 환원할때 발생된 배가스는 제1배가스 배출구(16B), 제1가스 배출관(43B), 제1싸이클론(40B) 및 제1가스방출관(42B)을 거쳐 건조/예열로(10A)에 공급되며, 배가스에 함유된 미립철광석은 제1싸이클론(40B)에서 포집되어 제1미립광석 배출관(41B), 제1순환관(17B)및 제2광석 공급구(25)를 통해 제2환원로(20)에 공급된다.
다음에, 제1가스 도입관(21a), 제2가스공급구(21), 및 제2가스 분산판(22)을 통해 제2환원로(20)에 공급된 환원가스에 의해 1차 환원분철광석중 중/미립광석은 배가스와 함께 비말동반되고, 대립광석은 기포유동상태에서 최종 환원되게 된다. 이때, 제2환원로(20)에 공급되는 환원가스의 유속은 중/미립철광석의 종말속도 이상으로 유지하여야 한다.
상기와 같이 배가스와 함께 비말동반되는 중/미립광석은 제2중/미립광석 배출구(24), 제2중/미립광석 배출관(24a), 및 제3광석공급구(35)를 통해 제3환원로에 공급되고, 최종 환원된 대립광석은 제2대립광석 배출구(23), 제2대립광석 배출관(23a)을 통해 환원철저장조 또는 제3도와 같이 용융로(90)에 공급된다.
제3환원로(30)에 공급된 제2중/미립광석은 제2가스도입관(31a), 제3가스공급구(31) 및 제3가스 분산판(32)을 통해 제3환원로(30)에 공급된 환원가스에 의해 기포유동상태에서 최종환원된다음, 제3중/미립광석 배출구(33), 제2순환관(33a)을 통해 환원철저장조 또는 제3도와 같이 용융로(90)로 공급된다.
이때, 제3환원로(30)에 공급되는 환원가스의 유속은 중립철광석의 평균 최속유동속도 이상으로 유지되어야 한다.
상기와 같이 제3환원로(30)에서 제2중/미립광석을 최종 환원할때 발생된 배가스는 내부 싸이클론(50), 제2배가스 배출관(63), 제2싸이클론(60) 및 제2가스방출관(62)을 통해 제1환원로(10B)에 공급되며, 배가스에 함유된 극미립철광석은 내부 싸이클론(50)에서 배가스와 분리되어 제3환원로(30)의 하부로 재순환되며, 내부 싸이클론(50)에서 미집진된 극미립광석은 제2싸이클론(60)에서 집진되어 제2미립광석 배출관(61)을 통해 제2순환관(33a)으로 배출된다.
상기와 같이 용융로(90)에 장입된 분철광석은 용융로(90)에서 용융되므로서 용융선철이 제조되고, 환원철 저장조에 저장된 환원철은 용도에 따라 환원철 저장소에서 다음 공정으로 이송된다.
상기한 건조/예열로(10A), 제1환원로(10B) 및 제3환원로(30)의 하부의 가스 유속은 각 유동층에 체류하는 철광석의 최소 유동화속도의 1.5-3.0배가 바람직하고, 로 상부가스유속은 비산되는 철광석의 종말속도이하이어야 하며, 제2환원로(30)의 가스유속은 대립철광석의 최소 유동화 속도의 1.5-3.0배가 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예 1
제2도와 같은 형상 및 구조를 갖고 하기와 같은 크기를 갖는 유동층 환원로를 제작하였다.
1) 유동층 환원로의 내경 및 높이
상기와 같이 제작된 유동층식 환원로를 사용하여 하기와 같은 조건으로 환원 및 용융선철을 제조하였다.
2)철광석의 장입 및 배출
원료 철광석의 조성 : T.Fe : 62.36%, SiO2: 5.65%, Al2O3: 2.91%, S : 0.007%, P: 0.065%
입도분포 ; -0.25㎜=22%, 0.25-1.0㎜=28%, 1.0-5.0㎜=50%
장입속도 : 6kg/min
제5배출구의 배출속도 : 3.0kg/min
제6배출구의 배출속도 : 1.2kg/min
제7배출구의 배출속도 : 0.06kg/min
3) 환원가스
조성 : CO : 65%, H2:25%, CO2+H2O : 10%
온도 : 약 850℃
압력 : 2.3 kgf/㎠
4) 환원로내 가스유속
상기의 조건에서, 건조/예열로(10A), 제1환원로(20) 및 제3환원로(30)내의 철광석의 유동상태를 기포유동으로 유지하므로서, 평균가스 이용율은 29%이였다.
또한, 제2환원로의 제2대립광석 배출구(23), 제3환원로의 제3미/중립광석 배출구(33), 및 제2미립광석 배출관(61)으로 배출되는 광석의 평균환원율은 각각 87%, 89%, 및 84%로 나타났으며, 이때, 철광석 장입후 배출까지는 60분이 경과하였다.
또한, 제2환원로(20)의 제2대립광석 배출구(23)를 통해 배출된 환원철의 입도분포는 0.2㎜ 이하 : 8%, 0.2-0.5㎜ : 11%, 0.5-1.0㎜ : 14%, 1.0-3.0㎜ : 57%, 및 3-5㎜ : 10%이었으며, 제3환원로의 제3미/중립광석 배출구(33)을 통해 배출된 환원철의 입도분포는 0.05㎜ 이하, 1.0%, 0.05-0.1㎜ : 17%, 0.1-0.2㎜ : 72%, 및 0.2-0.5㎜가 10%이였다.
이때, 환원가스의 공급유속에 따라 각각의 배출구를 통해 배출되는 환원철의 양과 입경조절이 가능했으며, 철광석의 로내 체류시간을 제어하므로서 철광석의 환원을 변화가 확인되었다.
실시예 2
제3도와 같은 형상 및 구조를 갖고 하기와 같은 크기를 갖는 유동층을 환원로를 제작하였다.
1)유동층 환원로의 내경 및 높이
상기와 같이 제작된 유동층 환원로를 사용하여 하기와 같은 조건으로 환원 및 용융선철을 제조하였다.
2)철광석의 장입 및 배출
원료 철광석의 조성 : T.Fe : 62.36%, SiO2: 5.65%, Al2O3: 2.91%, S : 0.007%, P: 0.065%
입도분포 ; -0.25㎜=20%, 0.25-1.0㎜=23%, 1.0-5.0㎜=45%, 5.0-0.8㎜=12%
장입속도 : 6kg/min
제5배출구의 배출속도 : 3.0kg/min
제6배출구의 배출속도 : 1.2kg/min
제7배출구의 배출속도 : 0.06kg/min
3)환원가스
조성 : CO : 65%, H2:25%, CO2+H2O : 10%
온도 : 약 850℃
압력 : 2.3 kgf/㎠
4) 환원로내 가스유속
상기와 같은 방법으로 상기 각 로의 하부에 대부분 분포되어 있는 대립철광석의 기포유동이 활발히 이루어지도록 한 상태에서 입도분포가 넓은 -8㎜ 분립상 철광석의 유동환원을 실시한 결과, -5㎜ 분립상 철광석의 유동환원에 관한 실시에 1과 동일한 가스 원단위내에서 평균환원율이 89%인 환원철의 생산이 가능하였다.

Claims (4)

  1. 저부에 가스공급구(11A), 하부(103A)내에 가스분산판(12A), 하부(103A)측벽에 철광석 공급구(15A), 대립광석 배출구(13A)및 중/미립광석 배출구(141A), 그리고 상부(101A)측벽에 배가스 배출구(16A)를 구비하여 호퍼(70)로부터 공급된 철광석을 건조/예열하도록 상광하협으로 구성되는 건조/예열로(10A) ; 저부에 제1가스공급구(11B), 하부(103B)내에 제1가스분산판(12B), 하부(103B)측벽에 제1광석공급구(15B), 제1대립광석 배출구(13B)및 제1중/미립광석 배출구(14B), 그리고 상부(101B)측벽에 제1배가스 배출구(16B)를 구비하여 건조/예열로(10A)로부터 공급된 건조/예열된 광석을 1차 환원하도록 상광하협으로 구성되는 제1환원로(10B) ; 저부에 제2가스공급구(21), 하부내에 제2가스분산판(22), 하부측벽에 제2철광석공급구(25)및 제2대립광석 배출구(23), 그리고 상부측벽에 제2중/미립광석 배출구(24)를 구비하여 제1환원로(10B)로부터 공급된 1차 화원된 철광석을 환원하도록 원통형으로 구성되는 제2환원로(20) ; 저부에 제3가스공급구(31), 하부(303)내에 제3가스 분산판(32), 하부(303) 측벽에 제3철광석 공급구(35) 및 제3중/미립광석 배출구(33),상부(301)의 측벽에 제2배가스 배출구(36),그리고 상부(301)내에 내부 싸이클론(50)을 구비하여 제2환원로(20)로부터 공급된 철광석을 환원하도록 상광하협으로 구성되는 제3환원로(30) ; 일단이 건조/예열로(10A)의 배가스 배출구(16A)에 연결되어 있는 가스배출관(43A)의 타단에 연결되고, 그리고 상부 및 하부에 각각 가스방출관(42A) 및 미립광석 배출관(41A)이 연결되어 건조/예열로(10A)의 배가스중에 함유된 미립광석을 포집하여 제1환원로(10B)에 공급하고, 배가스는 방출하도록 구성되는 싸이클론(40A) ; 일단이 제1환원로(10B)의 제1배가스 배출구(16B)에 연결되어 있는 제1배가스 배출관(43B)의 타단에 연결되고, 그 상부에는 일단이 건조/예열로(10A)의 가스공급구(11A)와 연결되어 있는 제1가스방출관(42B)이 연결되고, 그리고 그 하부에는 제1미립광석 배출관(41B)이 연결되어 제1환원로(10B)의 배가스중에 함유된 미립광석을 포집하여 제2환원롤(20)에 공급하고 배가스는 건조/예열로(10A)에 공급하도록 구성되는 제1싸이클론(40B) ; 및 일단이 제3환원로의 제2배가스 배출구(36)에 연결되어 있는 제2배가스 배출관(63)의 타단에 연결되고, 그 상부에는 일단이 제1환원로(10B)의 가스공급구(11B)와 연결되어 있는 제2가스방출관(62)이 연결되고, 그리고 그 하부에는 제2미립광석 배출관(61)이 연결되어 제3환원로(30)의 배가스중에 함유된 미립광석을 포집하고, 배가스는 제1환원로(10B)에 공급하도록 구성되는 제2싸이클론(60)을 포함하고, 상기 건조/예열로(10A)의 중/미립광석 배출구(14A) 및 대립광석 배출구(13A)는 순환관(17A)을 통해 제1환원로(10B)의 제1광석공급구(15B)와 광석공급관계로 연통되어 있고, 상기 미립광석 배출관(41A)은 상기 순환관(17A)과 연결되고, 상기 제1환원로(10B)의 제1중/미립광석 배출구(14B) 및 제1대립광석 배출구(13B)와 제1순환관(17B)을 통해 제2환원로(20)의광석공급구(25)와 광석공급관계로 연통되어 있고, 상기 제1미립광석 배출관(41B)은 상기 제1순환관(17B)과 연결되고, 상기 제2환원로(20)의 제2대립광석 배출구(23)에는 제2대립광석 배출관(23a)이 연결되고, 상기 제2중/미립광석 배출구(24)는 제2중/미립광석 배출관(24a)을 통해 제3환원로(30)의제3광석공급구(35)와 광석공급관계로 연통되고, 상기 제3환원로(30)의 제3중/미립광석 배출구(33)에는 제2순환관(33a)이 연결되고, 그리고 상기 제2미립광석 배출구(61)는 상기 제2순환관(33a)과 연결되어 구성되는 분철광석의 유동층식의 환원로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 건조/예열로(10A) 및 제1환원로(10B)의 하부내경은 제2환원로(20) 내경의 1.2-1.8배로 형성된고, 상기 건조/예열로(10A) 및 제1환원로(10)의 상부내경은 제2환원로(20) 내경의 약 3.5-5.0배로 형성되고, 그리고, 제3환원로(30)의 상부내경은 제2환원로(20) 내경의 약 2.8-4.0배로 형성됨을 특징으로 하는 분철광석의 유동층식 환원로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 건조/예열로(10A)와 제1환원로(10B)가 상부(101A)및 (101B), 제1경사부(102A) 및 (102B), 그 직경이 직경보다 작은 중부(104A) 및 (104B), 제2경사부(105A) 및 (105B), 및 그 직경이 중부의 직경보다 작은 하부(103A) 및 (103B)로 각각 이루어지는 원통현상을 갖고 ; 그리고 제2환원로(20)는 상부(201), 경사부(2020, 경사부(203)로 이루어지는 원통형상을 갖는 것을 특징으로 하는 분철광석의 유동층식 환원로.
  4. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2대립광석 배출관(23a)과 제2순환관(33a)이 용융로(90)에 광석 소통관계로 연결되고, 그리고 상기 용융로(90)의 배가스가 제2환원로(20)의 제2가스공급구(21) 및 제3환원로(30)의 제3가스공급구(31)에 공급되도록 구성됨을 특징으로 하는 분철광석의 유동층식 환원로.
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