WO2019027107A1 - 소결 장치 및 이를 이용한 소결 방법 - Google Patents

소결 장치 및 이를 이용한 소결 방법 Download PDF

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WO2019027107A1
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sintering
exhaust gas
circulation line
steam
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전지원
박종인
서정일
장동석
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주식회사 포스코
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    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
    • C22B1/16—Sintering; Agglomerating
    • C22B1/20—Sintering; Agglomerating in sintering machines with movable grates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
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    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0028—Regulation

Definitions

  • the present invention relates to a sintering apparatus and a sintering method using the sintering apparatus, and more particularly, to a sintering apparatus capable of improving the quality and productivity of a raw material by controlling the combustion process of the raw material, and a sintering method using the sintering apparatus.
  • the iron ores, additives and fuels are put into a drum mixer and mixed and humidified. Then, after the surface is ignited by the ignition furnace, sintering of the sintering material is proceeded while air is forcedly sucked from below, and sintering light is produced. Thereafter, the sintered light that has been sintered is shined, cooled by a cooler through a crusher, and sintered light having a particle size that is easy to be charged and reacted in the blast furnace is transferred to the blast furnace, Are classified as semi-luminous and used again as raw materials for sintering.
  • Such a sintering process is performed by forming a negative pressure in a windbox disposed at the lower portion of the sintering vehicle to apply a suction force to the sintering vehicle. That is, when the main blower is driven, a negative pressure is formed in the wind box, and the mixed raw material loaded on the sintering vehicle by the negative pressure formed sucks air downward from the ignited surface to proceed downward sintering. Then, the sintered raw material is cooled by the cooler gas injected from the cooler through the crusher.
  • the raw materials in the sintered bogie vary in combustion behavior depending on the respective regions
  • the upper layer of the raw material is in contact with the outside and the heat is absorbed by the outside air. Therefore, it is difficult to raise the temperature compared with the lower layer.
  • the holding time may be short. As a result, the sintering reaction may proceed insufficiently in the upper layer of the raw material, resulting in a problem of deteriorating the quality and productivity of the raw material to be produced.
  • the present invention provides a sintering apparatus and a sintering method capable of controlling a sintering process of a raw material.
  • the present invention also provides a sintering apparatus capable of improving the quality and productivity of a raw material and a sintering method using the sintering apparatus.
  • a sintering apparatus includes: a sintering truck installed so as to be movable along a sintering path; A cooling unit disposed at one side of the sintering path for cooling a raw material discharged from the sintering vehicle by supplying a cooling gas; An exhaust gas circulation line for sucking at least a part of the exhaust gas generated while cooling the raw material in the cooling section and supplying the exhaust gas to an upper portion of the sintered bogie; And a vapor source supply unit installed in the exhaust gas circulation line for supplying the vapor source into the exhaust gas circulation line.
  • the steam feeder may include: a storage for storing the steam feed; A control unit connected to the storage unit for controlling a supply amount of the vapor material; And a jetting unit connected to the control unit for jetting the vapor source into the flue gas circulation line.
  • the injection unit may include a plurality of injection holes communicating with the inside of the exhaust gas circulation line.
  • the steam feeder may include a flue gas flow rate measuring unit for measuring a flow rate of the flue gas moving in the flue gas circulation line; And an exhaust gas temperature measuring unit for measuring the temperature of the exhaust gas in the exhaust gas circulation line.
  • the steam source supply unit may further include a steam source temperature measurement unit for measuring a temperature of the steam source stored in the storage unit.
  • the control unit may control the supply amount of the steam material according to at least one of the flow rate of the flue gas moving in the flue gas circulation line, the temperature of the flue gas inside the flue gas circulation line, and the temperature of the steam source stored in the storage unit .
  • the sintering path comprises: a charging section in which the raw material is charged into the sintering vehicle; An ignition section connected to the charging section and igniting the raw material; And a sintering section connected to the ignition section and sintering the raw material, and the exhaust gas circulation line may be connected to a sintering section adjacent to the ignition section.
  • the vapor source supplied to the exhaust gas circulation line includes water, and the exhaust gas circulation line can supply water vapor (H 2 O) together with the exhaust gas to the upper portion of the sintered bogie.
  • the sintering method includes the steps of sintering a raw material in a sintering vehicle moving along a sintering path; Discharging the sintered raw material from the sintered bogie; Supplying a cooling gas to cool the discharged raw material; A step of sucking at least a part of the flue gas generated while cooling the raw material; Supplying the steam raw material to the inhaled exhaust gas; And a step of vaporizing the vapor raw material and supplying it to the raw material charged in the sintered bogie together with the inhaled exhaust gas.
  • the process of supplying the steam material includes: a step of preparing a steam material; Controlling a supply amount of the provided steam raw material; And a step of injecting the steam source whose supply amount is controlled to the sucked exhaust gas.
  • the vapor source can absorb vaporized heat by absorbing thermal energy of the exhaust gas.
  • the process of controlling the supply amount of the vapor source may control the supply amount of the vapor source to be proportional to the flow rate of the inhaled exhaust gas.
  • the process of controlling the supply amount of the vapor source may increase the supply amount of the vapor source when the temperature of the inhaled exhaust gas increases.
  • the process of controlling the supply amount of the vapor source may increase the supply amount of the vapor source when the temperature of the provided vapor source is increased.
  • the process of controlling the supply amount of the vapor source may control the supply amount of the vapor source within the range of the following formula (1).
  • T is the temperature of the exhausted flue gas in [deg.] C]
  • t is the temperature of the provided vapor source
  • the amount of the supplied steam with the high-temperature exhaust gas to the upper portion of the sintering balance to complete combustion of the raw material, and improve the combustion efficiency, and carbon dioxide (CO 2) can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic view of a sintering apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a shape of a jetting section according to an embodiment of the present invention
  • 3 is a view for explaining a process of burning fuel in a sintering process
  • FIG. 5 is a schematic view of a sintering process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a sintering apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view schematically showing a shape of a jetting unit according to an embodiment of the present invention.
  • a sintering apparatus includes a sintered bogie 100 movably installed along a sintering path S; A cooling unit 700 disposed on one side of the sintering path S for cooling the raw material discharged from the sintered bogie 100 by supplying a cooling gas; An exhaust gas circulation line 800 for sucking at least a part of the exhaust gas generated while cooling the raw material in the cooling unit 700 and supplying the at least a part of the exhaust gas to the upper part of the sintered bogie 100; And a steam feeder 900 installed in the exhaust gas circulation line 800 to supply the steam feed into the exhaust gas circulation line 800.
  • the sintering apparatus includes a charging unit 200 for charging a raw material, an ignition furnace 300 for igniting a raw material, a windbox 400 for sucking air in the sintering bogie 100 A discharge unit 500 for discharging the sucked air to the outside, and a crushing unit 600 for crushing the raw material discharged from the sintered bogie 100.
  • the sintering bogie 100 is arranged to rotate in an endless track manner, and forms a closed loop to move along the movement path of the upper side and the movement path of the lower side.
  • the moving path is formed by the sintering path S on the upper side and the turning path on the lower side.
  • the raw material is charged into the sintering vehicle 100 for ignition and sintering.
  • the bin sintered bogie 100 having the light distribution is moved to return to the sintering path S on the upper side. 1, the sintered bogie 100 is disposed only on the sintering path S, but the sintered bogie 100 is disposed over the entire movement path including the sintering path S and the turning path, It is also possible to move.
  • the sintering path S extends in the longitudinal direction, and the sintering vehicle 100 can move backward from the front of the sintering path S.
  • the sintering path S is located at the foremost position in the sintering path S and includes a charging section A where the charging section 200 is disposed and a raw material is charged into the sintering carriage 100, And a sintering section C positioned so as to be connected to the ignition section B and the rear section of the ignition section B where the ignition furnace 300 is disposed to ignite the fuel and sinter the raw material .
  • the charging section A is a section where the raw material is charged or irradiated into the sintering carriage 100
  • the ignition section B is a section in which the raw material is ignited
  • the sintering section C is a section in which the ignited flame Is moved downward to sinter the raw material.
  • the exhaust gas circulation line 800 to be described later is connected on the sintering section C. That is, one side of the flue gas circulation line 800 is connected to the cooling unit 700 and the other side of the flue gas circulation line 800 is connected to the hood 820 disposed on the sintering section C. Therefore, the exhaust gas sucked from one side of the exhaust gas circulation line 800 is supplied to the upper portion of the sintered bogie 100 through the hood 820 installed on the other side of the exhaust gas circulation line 800.
  • the sintering carriage 100 has a space in which the raw materials are received, and a plurality of sintering carts 100 are installed in an endless track in one direction to move the sintering path S and the turning path. Accordingly, the sintered bogie 100 can charge and discharge the raw material while moving the sintering path S and the turning path, and then discharge or distribute it by sintering.
  • the charging section 200 is disposed on the charging section A of the sintering path S.
  • the charging section may include a region having a length equal to the length of the charging section 200 along the sintering path S.
  • the charging unit 200 may include a hopper disposed in the upper portion of the sintering carriage 100 to form a space for storing the raw material therein and a charging chute having a slope to form a moving path of the raw material.
  • the ignition furnace 300 is disposed on the ignition section B in the sintering path S.
  • the ignition zone B may include a zone having a length equal to the length of the ignition furnace 300 along the sintering path S.
  • the ignition furnace 300 is disposed on the upper part of the sintering carriage 100 and behind the charging part 200 to supply a flame to the upper surface of the raw material in the sintering carriage 100 to be ignited.
  • a plurality of windboxes 400 are disposed at the lower portion of the sintering carriage 100 along the sintering path S. More specifically, the wind box 400 may be provided over a period including an ignition period B and a sintering period C. [ The wind box 400 sucks air in the lower direction of the sintered bogie 100. Thus, the air above the sintering carriage 100 passes through the raw material in the sintering carriage 100 and is sucked into the lower windbox 400. Therefore, the flame ignited on the upper surface of the raw material in the sintered bogie 100 moves to the lower surface of the raw material by the air sucked by the wind box 400, and the raw material can be sintered.
  • the section in which the wind box 400 is provided is not limited to this, and may be variously configured.
  • the discharge unit 500 is connected to the plurality of windboxes 400 to provide a suction force to the windbox 400 and discharge the sucked air to the outside.
  • the discharge unit 500 includes a suction chamber 510 connected to a lower portion of the plurality of windboxes 400 and defining a space in which air can be received and moved, a dust collector 520 disposed in the suction chamber 510, A main blower 530 disposed behind the dust collector 520 and a chimney 540 disposed behind the main blower 530 based on a path through which the air moves.
  • the main blower 530 When the main blower 530 generates a suction force, air is sucked from the upper side to the lower side through the wind box 400, and the sucked air moves toward the main blower 530 along the suction chamber 510, 520, and then is discharged to the chimney 540 through the main blower 530. That is, the main blower 530 forms a negative pressure inside the wind box 400, so that the air above the sintered bogie 100 can be sucked. At this time, the air can move from the front to the rear in the suction chamber 510.
  • the crushing part 600 may be disposed at one side of the sintering path, that is, at a part spaced from the rearmost part of the sintering path.
  • the cooling unit 700 is disposed at one side of the sintering path and supplies cooling gas to the raw material discharged from the sintering vehicle 100 to cool it.
  • the cooling unit 700 may be disposed apart from the crushing unit 600 and has a space in which raw material, that is, sintering light is received.
  • the cooling gas can be supplied to the inner space through the cooling gas injector such as a nozzle.
  • the thermal energy of the sintering light can be absorbed while the cooling gas passes through the sintering light.
  • the sintered light is sorted to an appropriate size through the above process, charged into a blast furnace (not shown), and sintered light having a small size is classified as a semi-light and can be reused as a raw material for sintering.
  • the sintering apparatus includes the exhaust gas circulation line 800 and the vapor material supply unit 900, and is disposed above the sintered bogie 100 moving in the sintering zone C from the high- It can supply vaporized steam.
  • the exhaust gas circulation line 800 is connected to the cooling unit 700 to cool at least a part of the exhaust gas generated by cooling the raw material in the cooling unit 700 and supply the exhaust gas to the upper portion of the sintered bogie 100. More specifically, at least a part of the raw material, that is, the high-temperature flue gas which is supplied to the sintering light and absorbs heat energy, is sucked in the cooling portion 700 and supplied to the upper portion of the sintering carriage 100.
  • the exhaust gas circulation line 800 is formed so that one side is connected to the cooling part 700 and the other side is extended to be connected to the hood 820 disposed on the sintering section C.
  • the exhaust gas circulation line 800 accommodates the flue gas therein to form a path through which the flue gas moves.
  • the exhaust gas sucked from one side of the exhaust gas circulation line 800 is supplied to the upper portion of the sintered bogie 100 through a hood 820 installed on the other side of the exhaust gas circulation line 800 via the exhaust gas circulation line 800 do.
  • Flue-gas has a high temperature because it absorbs the heat energy of high-temperature raw materials, and contains dust generated from raw materials. Therefore, when the high-temperature exhaust gas, which absorbs the heat energy of the raw material by cooling the raw material, is supplied to the upper portion of the sintering bogie 100 through the hood 820, the exhaust gas passes through the raw materials loaded in the sintering bogie 100, So that the combustion can be facilitated and the temperature of the charged raw material can be prevented or reduced while the high temperature exhaust gas is being supplied.
  • the hood 820 is disposed in the upper portion of the sintering carriage 100 in the sintering section C.
  • the hood 820 may be disposed on the sintering section C which is closer to the ignition section B than to the rear of the sintering section S in the sintering section C.
  • the hood 820 may be formed to extend along the sintering path S, and may have a wider width from the upper portion to the lower portion.
  • the exhaust gas can be supplied to the upper portion of the sintering bogie 100 at the starting point of the sintering section C adjacent to the ignition section B.
  • the exhaust gas recycle line 800 may further include a line blower 810 disposed in the path of the exhaust gas.
  • the line blower 810 serves to provide a suction force to one side of the flue gas.
  • the cooling gas supplied to the raw material in the cooling unit 700 passes the raw material It is possible to prevent the exhaust gas from being sucked into one side of the flue gas circulation line 800 and flowing out to the outside of the cooling unit 700 after the flue gas is absorbed by absorbing heat energy.
  • the steam material supply unit 900 is installed in the exhaust gas circulation line 800 to supply the steam material into the exhaust gas circulation line 800.
  • the vapor raw material may be a fluid material containing water which is vaporized by steam by absorbing thermal energy, as a raw material for vaporizing vapor by absorbing thermal energy from an exhaust gas flowing in the flue gas circulation line 800.
  • the steam raw material supply unit 900 includes a storage unit 910 for storing the steam raw material; A control unit 920 connected to the storage unit 910 for controlling the supply amount of the steam material; And a jetting unit 930 connected to the control unit 920 for jetting the steam material into the flue gas circulation line 800.
  • the steam feeder 900 includes an exhaust gas flow rate measuring unit 940 for measuring the flow rate of the exhaust gas flowing in the exhaust gas circulation line 800; And an exhaust gas temperature measuring unit 950 for measuring the temperature of the exhaust gas in the exhaust gas circulation line 800.
  • the exhaust gas temperature measuring unit 950 may be configured to measure the temperature of the steam raw material stored in the storage unit 910 And a measurement unit (not shown).
  • the exhaust gas flow rate measuring unit 940, the exhaust gas temperature measuring unit 950, and the vapor source temperature measuring unit may be composed of various sensors for performing respective functions.
  • the steam source is stored in the storage unit 910 and the steam source stored in the storage unit 910 is supplied to the spray unit 930 through the control unit 920.
  • the steam source supplied to the jetting unit 930 is supplied to the inside of the flue gas circulation line 800 and absorbs thermal energy from the flue gas moving inside the flue gas circulation line 800 and is vaporized by the vapor.
  • the control unit 920 is connected to the storage unit 910 and controls the supply amount of the vapor material supplied from the storage unit 910 to the jet unit 930.
  • the control unit 920 may include a flow rate control valve or the like for controlling the supply amount of the steam source supplied from the storage unit 910.
  • the steam source stored in the storage unit 910 by the control unit 920 may control the supply amount And is supplied to the jetting section 930.
  • the control unit 920 controls the flow rate of the exhaust gas flowing in the exhaust gas circulation line 800 according to at least one of the flow rate of the exhaust gas flowing in the exhaust gas circulation line 800, the temperature of the exhaust gas in the exhaust gas circulation line 800, A detailed configuration in which the control unit 920 controls the supply amount of the steam raw material and controls the supply amount of the steam raw material will be described later in connection with the sintering method according to the embodiment of the present invention.
  • the jetting section 930 is connected to the control section 920 and injects the steam material into the flue gas circulation line 800.
  • the jetting section 930 may be installed inside the flue gas circulation line 800 or may be provided outside the flue gas circulation line 800 to have a nozzle structure communicating with the inside of the flue gas circulation line 800.
  • a housing connected to the outer wall of the exhaust gas circulation line 800 and a plurality of injection holes 935 formed in an outer wall of the exhaust gas circulation line 800.
  • the jetting section 930 connected to the outer wall of the flue gas circulation line 800 communicates with the interior of the flue gas circulation line 800 via the jetting hole 935 and is connected to the exhaust gas circulation line 800, thereby absorbing thermal energy from the flue gas moving inside the flue gas circulation line 800 and being easily vaporized by the vapor.
  • Flue-gas has high temperature because it absorbs the heat energy of high-temperature raw material. Accordingly, the vapor source supplied from the vapor source supply unit 900 to the inside of the exhaust gas circulation line 800 absorbs at least a part of the heat energy from the hot exhaust gas and is vaporized by the vapor. Thus, the vapor vaporized from the vapor raw material is supplied to the raw material in the sintered bogie 100 through the hood 820 together with the exhaust gas sucked from the exhaust gas circulation line 800.
  • the vapor raw material may be a fluid material including water.
  • the exhaust gas circulation line 800 can supply the water vapor (H 2 O) together with the exhaust gas to the upper portion of the sintering bogie 100.
  • FIG. 3 is a view for explaining a process of burning fuel in a sintering process
  • FIG. 4 is a view showing a content of gas discharged in a sintering process.
  • the combustion efficiency of the fuel during sintering is determined by the ratio of carbon monoxide (CO 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) emissions from the raw material to carbon dioxide (CO 2 ).
  • CO 2 carbon monoxide
  • CO 2 carbon dioxide
  • FIG. 5 is a schematic view showing a sintering method according to an embodiment of the present invention.
  • a sintering method includes: a step (S100) of sintering a raw material in a sintering vehicle 100 moving along a sintering path; A step S200 of discharging the sintered raw material from the sintering vehicle 100; (S300) of cooling the discharged raw material by supplying a cooling gas; (S400) of sucking at least a part of the exhaust gas generated while cooling the raw material; A step of supplying a vapor source to the inhaled exhaust gas (S500); And a step S600 of vaporizing the vapor raw material and supplying the vaporized raw material to the raw materials charged in the sintered bogie 100 together with the inhaled exhaust gas.
  • the raw material is sintered in the sintered bogie (100) moving along the sintering path.
  • a plurality of sintering bogies 100 are sequentially passed to a lower side of a charging unit 200, and a raw material layer is formed by charging a raw material into each of a plurality of sintering vehicles 100 through a charging unit 200.
  • a plurality of sintering bogies 100 sequentially pass under the ignition furnace 300, a flame is ignited on the upper part of the raw material layer by the ignition furnace 300, and each sintering bogie 100 has a sintering section C Sinter the raw material. That is, in the process of moving the sintering carriage 100 along the sintering section C, the flame above the raw material layer moves downward due to the suction force of the wind box 400 in the sintering section, do.
  • the sintered raw material that is, the sintered light is discharged from the sintering carriage 100.
  • the discharged raw material can be crushed and transferred to the cooling unit 700.
  • cooling gas is supplied to the discharged raw material to cool the discharged raw material.
  • the process of sucking at least a part of the flue gas generated while cooling the raw material (S400) is a process in which at least a part of the high-temperature flue gas which is supplied to the sintering light in the cooling unit 700 and absorbs heat energy, .
  • the exhaust gas circulation line 800 is connected to the cooling unit 700 and the other end is connected to the hood 820 disposed on the sintering section C so as to be connected to the exhaust gas circulation line 800
  • the exhaust gas sucked from one side is supplied to the upper portion of the sintered bogie 100 through the hood 820 installed on the other side of the exhaust gas circulation line 800 via the exhaust gas circulation line 800 as described above.
  • step S500 of supplying the steam material to the inhaled exhaust gas the steam material is supplied into the exhaust gas circulation line 800 by the steam material supply unit 900 installed in the exhaust gas circulation line 800.
  • the vapor raw material may be a fluid material containing water which is vaporized by steam by absorbing thermal energy, as a raw material for vaporizing vapor by absorbing thermal energy from an exhaust gas flowing in the flue gas circulation line 800.
  • the step of supplying the steam material may include a step of preparing a steam material; Controlling a supply amount of the provided steam raw material; And a step of injecting the steam source whose supply amount is controlled to the sucked exhaust gas.
  • the process of preparing the steam material is performed by storing the steam material in the storage unit 910 and controlling the supply amount of the supplied steam material from the storage unit 910 to the spray unit 930 through the control unit 920 Thereby controlling the supply amount of the vapor raw material.
  • the process of injecting the steam source whose supply amount is controlled to the sucked exhaust gas injects the steam material into the exhaust gas circulation line 800 by the jetting unit 930 connected to the control unit 920.
  • the steam source supplied to the jetting unit 930 is supplied to the inside of the flue gas circulation line 800 and absorbs thermal energy from the flue gas moving inside the flue gas circulation line 800 and is vaporized by the vapor.
  • the process of controlling the supply amount of the vapor source may control the supply amount of the vapor source supplied to the inside of the exhaust gas circulation line 800 to be proportional to the flow rate of the exhaust gas exhausted from one side of the exhaust gas circulation line 800. That is, when the flow rate of the flue gas sucked from the cooling unit 700 and moving through the flue gas circulation line 800 increases, a larger amount of flue gas moves into the flue gas circulation line 800, The supply amount of the vapor raw material supplied into the exhaust gas circulation line 800 can be increased.
  • the process of controlling the supply amount of the steam source can increase the supply amount of the steam source when the temperature of the inhaled exhaust gas increases, and even when the temperature of the steam source provided in the storage unit 910 increases, Can be increased. This is because the amount of thermal energy of the exhaust gas increases when the exhaust gas has a high temperature, and the amount of heat energy required to vaporize the stored steam material decreases when the stored steam material has a high temperature.
  • the process of controlling the supply amount of the vapor source is performed by controlling the flow rate Q of the flue gas moving in the flue gas circulation line 800, the temperature T of the flue gas in the flue gas circulation line 800, And the temperature (t) of the vapor source stored in the vapor source (910).
  • the supplied amount q of the vapor raw material in consideration of the flow rate Q of the exhaust gas, the temperature T of the exhaust gas, and the temperature t of the vapor raw material can be controlled in the range of the following expression (1).
  • T is the temperature of the exhaust gas inhaled [deg.] C
  • t is the temperature of the provided vapor source [deg.
  • Equation 1 is derived from the correlation between the flow rate Q of the exhaust gas and the temperature t of the vapor source and the correlation between the temperature T of the exhaust gas and the temperature t of the vapor source, q is controlled to be in a range equal to or larger than the minimum value described on the left side of Equation 1 and below the maximum value described on the right side.
  • the supply amount q of the steam raw material is smaller than the minimum value described in the left side of Equation 1, the amount of steam supplied from the exhaust gas circulation line 800 to the upper portion of the sintered bogie 100 becomes insufficient,
  • the supply amount q of the vapor raw material is larger than the maximum value described in the right side of the above Equation 1, the vapor source which has not sufficiently vaporized in the exhaust gas circulation line 800 is supplied from the exhaust gas circulation line 800 to the sintering vehicle 100 As shown in FIG.
  • a step S600 of vaporizing the vapor source supplied from the vapor material supplier 900 and supplying the vaporized material to the sintering vessel 100 together with the sucked exhaust gas is performed.
  • the steam raw material absorbs the thermal energy of the inhaled exhaust gas and is vaporized by the steam.
  • the steam source can be efficiently vaporized in the flue gas circulation line 800 by utilizing thermal energy, and at the same time, a sufficient amount of steam can be supplied to the upper portion of the sintering bogie 100.
  • steam is supplied to the upper portion of the sintering carriage 100 together with the high-temperature exhaust gas to completely burn the raw material to improve the combustion efficiency, (CO 2 ) can be reduced.

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Abstract

본 발명은 소결 장치 및 이를 이용한 소결 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료의 연소 과정을 제어하여 원료의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 소결 장치 및 이를 이용한 소결 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 소결 장치는, 소결 경로를 따라 이동 가능하게 설치되는 소결 대차; 상기 소결 경로의 일측에 배치되고, 냉각 가스를 공급하여 상기 소결 대차로부터 배출되는 원료를 냉각시키기 위한 냉각부; 상기 냉각부에서 원료를 냉각시키면서 발생하는 배가스 중 적어도 일부를 흡입하여 상기 소결 대차의 상부로 공급하기 위한 배가스 순환 라인; 및 상기 배가스 순환 라인에 설치되어, 상기 배가스 순환 라인 내부로 증기 원료를 공급하기 위한 증기 원료 공급부;를 포함한다.

Description

소결 장치 및 이를 이용한 소결 방법
본 발명은 소결 장치 및 이를 이용한 소결 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료의 연소 과정을 제어하여 원료의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 소결 장치 및 이를 이용한 소결 방법에 관한 것이다.
일반적으로 소결 공정에서 분철광석과 부원료 및 연료(분코크스, 무연탄) 등을 드럼 믹서에 넣어 혼합 및 조습을 실시한 뒤, 소결 대차에 일정 높이로 장입한다. 그리고, 점화로에 의해 표면 점화 후 하방으로부터 공기를 강제 흡인하면서 소결 배합 원료의 소결이 진행되고 소결 광이 제조된다. 이후, 소결이 완료된 소결 광은 배광되어 파쇄기(crusher)를 거쳐 냉각기(cooler)에서 냉각되고, 고로 내 장입 및 반응에 용이한 입도를 갖는 소결 광은 고로로 이송되며, 작은 크기를 갖는 소결 광인 분광은 반광으로 분류되어 소결 원료로 다시 사용된다.
이러한, 소결 공정은 소결 대차 하부에 배치된 윈드 박스에 부압을 형성하여 소결 대차에 흡입력을 가함으로써 이루어진다. 즉, 메인 블로어가 구동되면 윈드 박스에 부압이 형성되고, 형성된 부압에 의해 소결 대차에 적재된 배합 원료는 착화된 표면에서 하부로 공기가 흡입되면서 하향 소결이 진행된다. 그리고, 소결이 완료된 원료는 파쇄기를 거쳐 냉각기에서 분사되는 쿨러 가스에 의해 냉각된다.
그러나, 소결 대차 내의 원료는 각 영역에 따라 연소 거동이 달라지게 되는데, 원료의 상부층은 외부와 접촉하여 외부 공기에 의해 열 에너지를 빼앗기기 때문에 하부층에 비해 온도 상승이 어렵고, 온도를 상승시켜도 고온 상태의 유지 시간이 짧을 수 있다. 이에, 원료의 상부층에서는 소결 반응이 불충분하게 진행될 수 있기 때문에, 생성되는 원료의 품질 및 생산성이 저하되는 문제점이 발생한다.
(선행기술문헌)
한국 공개특허 제10-2014-0016658호
본 발명은 원료의 소결 과정을 제어할 수 있는 소결 장치 및 소결 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 원료의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 소결 장치 및 이를 이용한 소결 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 소결 장치는, 소결 경로를 따라 이동 가능하게 설치되는 소결 대차; 상기 소결 경로의 일측에 배치되고, 냉각 가스를 공급하여 상기 소결 대차로부터 배출되는 원료를 냉각시키기 위한 냉각부; 상기 냉각부에서 원료를 냉각시키면서 발생하는 배가스 중 적어도 일부를 흡입하여 상기 소결 대차의 상부로 공급하기 위한 배가스 순환 라인; 및 상기 배가스 순환 라인에 설치되어, 상기 배가스 순환 라인 내부로 증기 원료를 공급하기 위한 증기 원료 공급부;를 포함한다.
상기 증기 원료 공급부는, 증기 원료를 저장하기 위한 저장부; 상기 저장부에 연결되어, 증기 원료의 공급량을 제어하기 위한 제어부; 및 상기 제어부에 연결되어, 상기 배가스 순환 라인 내부로 증기 원료를 분사하기 위한 분사부;를 포함할 수 있다.
상기 분사부는 상기 배가스 순환 라인의 내부와 연통하는 복수 개의 분사 홀을 포함할 수 있다.
상기 증기 원료 공급부는, 상기 배가스 순환 라인 내부를 이동하는 배가스의 유량을 측정하기 위한 배가스 유량 측정부; 및 상기 배가스 순환 라인 내부의 배가스의 온도를 측정하기 위한 배가스 온도 측정부;를 더 포함할 수 있다.
상기 증기 원료 공급부는, 상기 저장부에 저장되는 증기 원료의 온도를 측정하기 위한 증기 원료 온도 측정부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배가스 순환 라인 내부를 이동하는 배가스의 유량, 상기 배가스 순환 라인 내부의 배가스의 온도 및 상기 저장부에 저장되는 증기 원료의 온도 중 적어도 하나에 따라 증기 원료의 공급량을 제어할 수 있다.
상기 소결 경로는, 상기 원료가 상기 소결 대차 내로 장입되는 장입 구간; 상기 장입 구간과 연결되어, 상기 원료가 점화되는 점화 구간; 및 상기 점화 구간과 연결되어, 상기 원료가 소결되는 소결 구간;을 포함하고, 상기 배가스 순환 라인은, 상기 점화 구간에 인접한 소결 구간에 연결될 수 있다.
상기 배가스 순환 라인으로 공급되는 증기 원료는 물을 포함하고, 상기 배가스 순환 라인은 상기 소결 대차의 상부로 배가스와 함께 수증기(H2O)를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 소결 방법은, 소결 경로를 따라 이동하는 소결 대차 내에서 원료를 소결시키는 과정; 소결된 원료를 상기 소결 대차로부터 배출하는 과정; 냉각 가스를 공급하여 배출된 원료를 냉각시키는 과정; 원료를 냉각시키면서 발생하는 배가스 중 적어도 일부를 흡입하는 과정; 흡입된 배가스에 증기 원료를 공급하는 과정; 및 증기 원료를 기화시켜, 흡입된 배가스와 함께 소결 대차 내에 장입된 원료에 공급하는 과정;을 포함한다.
상기 증기 원료를 공급하는 과정은, 증기 원료를 마련하는 과정; 마련된 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정; 및 공급량이 제어된 증기 원료를 흡입된 배가스에 분사하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 증기 원료를 기화시켜, 흡입된 배가스와 함께 소결 대차 내에 장입된 원료에 공급하는 과정에서, 증기 원료는 흡입된 배가스의 열 에너지를 흡수하여 증기로 기화될 수 있다.
상기 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은, 증기 원료의 공급량을 흡입된 배가스의 유량에 비례하도록 제어할 수 있다.
상기 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은, 흡입된 배가스의 온도가 증가하는 경우 증기 원료의 공급량을 증가시킬 수 있다.
상기 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은, 마련된 증기 원료의 온도가 증가하는 경우 증기 원료의 공급량을 증가시킬 수 있다.
상기 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은, 증기 원료의 공급량을 하기의 수학식 1의 범위 내로 제어할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2017014396-appb-I000001
(여기서, Q는 흡입된 배가스의 유량[g/min], T는 흡입된 배가스의 온도[℃], t는 마련된 증기 원료의 온도[℃]를 나타낸다.)
본 발명의 실시 예에 따른 소결 장치 및 이를 이용한 소결 방법에 의하면, 소결 대차의 상부로 고온의 배가스와 함께 증기를 공급하여 원료를 완전 연소시켜, 연소 효율을 향상시키고, 이산화탄소(CO2)의 발생량을 저감시킬 수 있다.
또한, 소결 대차의 상부로 공급되는 증기를 생성함에 있어서, 소결 광의 냉각 과정에서 배출되는 배가스의 열 에너지를 활용하여 외부 열 에너지의 사용을 최소화하면서 충분한 증기를 소결 대차의 상부로 공급할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 이와 같은 연소 효율의 향상을 통하여 동일한 양의 연료에서 보다 많은 열량을 확보할 수 있으며, 이때 확보된 추가적인 열량에 의하여 원료의 상부층에서 제조되는 소결 광은 강도가 향상되고, 회수율이 증가하게 되어 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 소결 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 분사부의 모습을 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 소결 과정에서 연료가 연소되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4은 소결 과정에서 배출되는 가스의 함량을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 소결 방법을 개략적으로 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 소결 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 분사부의 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 소결 장치는, 소결 경로(S)를 따라 이동 가능하게 설치되는 소결 대차(100); 상기 소결 경로(S)의 일측에 배치되고, 냉각 가스를 공급하여 상기 소결 대차(100)로부터 배출되는 원료를 냉각시키기 위한 냉각부(700); 상기 냉각부(700)에서 원료를 냉각시키면서 발생하는 배가스 중 적어도 일부를 흡입하여 상기 소결 대차(100)의 상부로 공급하기 위한 배가스 순환 라인(800); 및 상기 배가스 순환 라인(800)에 설치되어, 상기 배가스 순환 라인(800) 내부로 증기 원료를 공급하기 위한 증기 원료 공급부(900);를 포함한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 소결 장치는, 원료를 장입하기 위한 장입부(200), 원료를 점화시키기 위한 점화로(300), 소결 대차(100) 내의 공기를 흡입하기 위한 윈드 박스(400), 흡입된 공기를 외부로 배출하기 위한 배출부(500) 및 소결 대차(100)로부터 배출되는 원료를 파쇄하기 위한 파쇄부(600)를 더 포함할 수 있다.
소결 대차(100)는 무한궤도 방식으로 회전하도록 배치되고, 폐루프를 형성하여 상부측의 이동 경로와 하부측의 이동 경로를 따라 이동한다. 이동 경로는 상부측의 소결 경로(S)와 하부측의 회차 경로로 형성되고, 소결 경로(S)에서는 소결 대차(100) 내부에 원료를 장입하여 점화 및 소결시키고, 회차 경로에서는 소결이 완료된 소결 광을 배광한 빈 소결 대차(100)를 이동시켜 상측의 소결 경로(S)로 회차시킨다. 도 1에서는 소결 경로(S) 상에만 소결 대차(100)가 배치되는 구조를 도시하였으나, 소결 대차(100)는 소결 경로(S) 및 회차 경로를 포함한 이동 경로 전체에 걸쳐 배치되어 이동 경로를 따라 이동할 수도 있음은 물론이다.
소결 경로(S)는 길이 방향으로 연장 형성되고, 소결 대차(100)가 소결 경로(S)의 전방에서 후방으로 이동할 수 있다. 또한, 소결 경로(S)는, 소결 경로(S) 중 최전방에 위치하고, 장입부(200)가 배치되어 원료가 소결 대차(100) 내로 장입되는 장입 구간(A), 장입 구간(A)의 후방에 연결되도록 위치하고, 점화로(300)가 배치되어 연료가 점화되는 점화 구간(B) 및 점화 구간(B)의 후방에 연결되도록 위치하고, 상기 원료가 소결되는 소결 구간(C)을 포함할 수 있다. 즉, 장입 구간(A)은 원료가 소결 대차(100) 내로 장입 또는 급광되는 구간이고, 점화 구간(B)은 원료가 점화되는 구간이고, 소결 구간(C)은 원료의 상부 면에 점화된 화염을 하부로 이동시켜 원료를 소결시키는 구간이다.
이때, 후술되는 배가스 순환 라인(800)은 상기 소결 구간(C) 상에 연결된다. 즉, 배가스 순환 라인(800)의 일측은 냉각부(700)에 연결되고, 배가스 순환 라인(800)의 타측은 소결 구간(C) 상에 배치되는 후드(820)에 연결된다. 따라서, 배가스 순환 라인(800)의 일측으로부터 흡입된 배가스는, 배가스 순환 라인(800)의 타측에 설치되는 후드(820)를 통하여 소결 대차(100)의 상부로 공급된다.
소결 대차(100)는 내부에 원료가 수용되는 공간을 형성하고, 복수 개가 일 방향으로 무한궤도에 설치되어 소결 경로(S) 및 회차 경로를 이동할 수 있다. 이에, 소결 대차(100)는 소결 경로(S) 및 회차 경로를 이동하면서 원료를 내부로 장입시킨 후, 소결시켜 배출 또는 배광할 수 있다.
장입부(200)는 소결 경로(S) 중 장입 구간(A) 상에 배치된다. 여기서, 장입 구간은 소결 경로(S)를 따른 장입부(200)의 길이와 같은 길이를 가지는 영역을 포함할 수 있다. 장입부(200)는 소결 대차(100)의 상부에 배치되고, 내부에 원료가 저장되는 공간을 형성하는 호퍼 및 원료의 이동 경로를 형성하도록 경사면을 가지는 장입 슈트를 포함할 수 있다. 이에, 호퍼에서 하부로 원료를 배출하면, 원료가 하측의 장입 슈트를 통해 소결 대차(100)의 내부로 안내될 수 있다.
점화로(300)는 소결 경로(S) 중 점화 구간(B) 상에 배치된다. 여기서, 점화 구간(B)은 소결 경로(S)를 따른 점화로(300)의 길이와 같은 길이를 가지는 영역을 포함할 수 있다. 점화로(300)는 소결 대차(100)의 상부 및 장입부(200)의 후방에 배치되어, 소결 대차(100) 내의 원료 상부 면으로 화염을 공급하여 착화시킨다.
윈드 박스(400)는 복수 개가 소결 경로(S)를 따라 소결 대차(100)의 하부에 배치된다. 보다 상세하게는 윈드 박스(400)는 점화 구간(B)과 소결 구간(C)을 포함하는 구간에 걸쳐 구비될 수 있다. 윈드 박스(400)는 소결 대차(100)의 하부 방향으로 공기를 흡입한다. 이에, 소결 대차(100) 상부의 공기가 소결 대차(100) 내부의 원료를 통과하여 하부의 윈드 박스(400)로 흡입된다. 따라서, 윈드 박스(400)에 의해 흡입되는 공기에 의해 소결 대차(100) 내 원료의 상부 면에 착화된 화염이 원료의 하부 면으로 이동하여 원료가 소결될 수 있다. 그러나, 윈드 박스(400)가 구비되는 구간은 이에 한정되지 않고 다양하게 구성될 수 있다.
배출부(500)는 복수의 윈드 박스(400)에 연결되어 윈드 박스(400)에 흡입력을 제공하고, 흡입된 공기를 외부로 배출하는 역할을 한다. 배출부(500)는, 복수의 윈드 박스(400)의 하부에 연결되고, 내부에 공기가 수용되며 이동할 수 있는 공간을 형성하는 흡입 챔버(510), 흡입 챔버(510)에 구비되는 집진기(520), 공기가 이동하는 경로를 기준으로 집진기(520)의 후방에 배치되는 메인 블로어(530) 및 메인 블로어(530) 후방에 배치되는 굴뚝(540)을 포함한다. 이에, 메인 블로어(530)가 흡입력을 발생시키면, 윈드 박스(400)를 통해 상측에서 하측으로 공기가 흡입되고, 흡입된 공기는 흡입 챔버(510)를 따라 메인 블로어(530) 측으로 이동하면서 집진기(520)를 통과하여 여과된 후, 메인 블로어(530)를 지나 굴뚝(540)으로 배출된다. 즉, 메인 블로어(530)가 윈드 박스(400) 내부에 음압을 형성함으로써, 소결 대차(100) 상부의 공기를 흡입할 수 있다. 이때, 공기는 흡입 챔버(510) 내에서 전방에서 후방으로 이동할 수 있다.
파쇄부(600)는 소결 경로의 일측 즉, 소결 경로의 최후방과 이격되는 부분에 배치될 수 있다. 이에, 소결이 완료되어 배광된 덩어리 형태의 소결 광이 파쇄부(600)로 공급되면 파쇄부(600)에 의해 파쇄된다.
냉각부(700)는 소결 경로의 일측에 배치되어, 소결 대차(100)로부터 배출되는 원료에 냉각 가스를 공급하여 냉각시킨다. 냉각부(700)는 파쇄부(600)와 이격되어 배치될 수 있으며, 내부에 원료 즉, 소결 광이 수용되는 공간을 가지도록 형성된다. 이에, 파쇄부(600)에서 파쇄된 소결 광이 냉각부(700)로 공급되면, 노즐 등의 냉각 가스 분사기를 통하여 내부 공간으로 냉각 가스를 공급할 수 있다. 이에, 냉각 가스가 소결 광에 접촉하여 통과하면서 소결 광의 열 에너지를 흡수할 수 있다. 소결 광은 이러한 과정을 거쳐 적정한 크기로 선별되어 고로(미도시)로 장입되고, 작은 크기를 갖는 소결 광은 반광으로 분류되어 소결 원료로 재사용될 수 있다.
여기서, 소결 대차(100) 내의 원료가 소결될 때, 원료의 상부층은 외부와 접촉하여 외부 공기에 의해 열 에너지를 빼앗기기 때문에, 하부층에 비해 온도 상승이 어렵고, 온도를 상승시켜도 고온 상태의 유지 시간이 짧을 수 있다. 이에, 원료 상부층에서는 소결 반응이 불충분하게 진행될 수 있기 때문에, 생성되는 원료의 품질 및 생산성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 소결 장치는 배가스 순환 라인(800) 및 증기 원료 공급부(900)를 구비하여 소결 구간(C)을 이동하는 소결 대차(100) 상부로 고온의 배가스 및 증기 원료로부터 기화된 증기(steam)를 공급할 수 있다.
배가스 순환 라인(800)은 냉각부(700)와 연결되어 냉각부(700)에서 원료를 냉각시키면서 생성되는 배가스 중 적어도 일부를 흡입하여 소결 대차(100) 상부로 공급하는 역할을 한다. 보다 상세하게는, 냉각부(700) 내에서 원료, 즉 소결 광에 공급되어 열 에너지를 흡수한 고온의 배가스 중 적어도 일부를 흡입하여 소결 대차(100)의 상부로 공급한다.
배가스 순환 라인(800)은 일측이 냉각부(700)에 연결되고, 타측이 소결 구간(C) 상에 배치되는 후드(820)에 연결되도록 연장되어 형성된다. 배가스 순환 라인(800)은 내부에 배가스를 수용하여 배가스가 이동하는 경로를 형성한다. 이에, 배가스 순환 라인(800)의 일측으로부터 흡입되는 배가스는 배가스 순환 라인(800)을 경유하여 배가스 순환 라인(800)의 타측에 설치되는 후드(820)를 통하여 소결 대차(100)의 상부로 공급된다.
배가스는 고온의 원료가 가지고 있는 열 에너지를 흡수하므로 높은 온도를 가지며, 원료에서 발생한 더스트를 포함하고 있다. 따라서, 원료를 냉각시켜 원료의 열 에너지를 흡수한 고온의 배가스를 후드(820)를 통하여 소결 대차(100)의 상부로 공급하게 되면, 배가스가 소결 대차(100)에 장입된 원료를 통과하면서 장입된 원료에 열 에너지를 공급하게 되고, 이에 따라 연소가 더욱 용이해짐과 동시에 고온의 배가스가 공급되는 동안 장입된 원료의 온도가 저하되는 것을 방지하거나 억제할 수 있다.
후드(820)는 소결 구간(C) 내에서 소결 대차(100)의 상부에 배치된다. 또한, 후드(820)는 소결 구간(C) 내에서 소결 경로(S)의 후방보다 점화 구간(B)에 보다 인접한 소결 구간(C) 상에 배치될 수 있다. 또한, 후드(820)는 소결 경로(S)를 따라 연장 형성되고, 상부에서 하부로 갈수록 폭이 넓어지게 형성될 수 있다. 이에, 점화 구간(B)에 인접한 소결 구간(C)의 시작 지점에서 소결 대차(100)의 상부로 배가스를 공급할 수 있다.
배가스 순환 라인(800)은 배가스의 이동 경로에 배치되는 라인 블로어(810)를 더 포함할 수 있다. 라인 블로어(810)는 배가스의 일측에 흡입력을 제공하는 역할을 한다. 이에, 냉각부(700)에서 냉각 가스를 공급하고, 라인 블로어(810)가 배가스 순환 라인(800)의 일측으로 흡입력을 제공하면, 냉각부(700)에서 원료에 공급되는 냉각 가스가 원료를 통과하면서 열 에너지를 흡수하여 배가스가 된 후, 배가스 순환 라인(800)의 일측으로 흡입되어 냉각부(700)의 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
증기 원료 공급부(900)는 상기 배가스 순환 라인(800)에 설치되어 배가스 순환 라인(800) 내부로 증기 원료를 공급한다. 여기서, 증기 원료는 배가스 순환 라인(800) 내부에서 이동하는 배가스로부터 열 에너지를 흡수하여 증기로 기화되기 위한 원료 물질로서, 열 에너지를 흡수하여 수증기로 기화되는 물을 포함하는 유체 물질일 수 있다.
증기 원료 공급부(900)는 증기 원료를 저장하기 위한 저장부(910); 상기 저장부(910)에 연결되어, 증기 원료의 공급량을 제어하기 위한 제어부(920); 및 상기 제어부(920)에 연결되어, 상기 배가스 순환 라인(800) 내부로 증기 원료를 분사하기 위한 분사부(930);를 포함할 수 있다. 또한, 증기 원료 공급부(900)는 배가스 순환 라인(800) 내부를 이동하는 배가스의 유량을 측정하기 위한 배가스 유량 측정부(940); 및 배가스 순환 라인(800) 내부의 배가스의 온도를 측정하기 위한 배가스 온도 측정부(950);를 더 포함할 수 있으며, 저장부(910)에 저장되는 증기 원료의 온도를 측정하기 위한 증기 원료 온도 측정부(미도시);를 더 포함할 수도 있다. 이와 같은 배가스 유량 측정부(940), 배가스 온도 측정부(950) 및 증기 원료 온도 측정부는 각 기능을 수행하기 위한 다양한 센서들로 구성될 수 있다.
저장부(910)에는 증기 원료가 저장되며, 저장부(910)에 저장된 증기 원료는 제어부(920)를 통하여 분사부(930)로 공급된다. 여기서, 분사부(930)로 공급된 증기 원료는 배가스 순환 라인(800)의 내부로 공급되어 배가스 순환 라인(800) 내부에서 이동하는 배가스로부터 열 에너지를 흡수하여 증기로 기화된다.
제어부(920)는 저장부(910)와 연결되어, 저장부(910)로부터 분사부(930)로 공급되는 증기 원료의 공급량을 제어한다. 제어부(920)는 저장부(910)로부터 공급되는 증기 원료의 공급량을 제어하기 위한 유량 조절 밸브 등을 포함할 수 있으며, 제어부(920)에 의하여 저장부(910)에 저장된 증기 원료는 공급량이 제어되어 분사부(930)로 공급되게 된다. 여기서, 제어부(920)는 배가스 순환 라인(800) 내부를 이동하는 배가스의 유량, 배가스 순환 라인(800) 내부의 배가스의 온도 및 저장부(910)에 저장되는 증기 원료의 온도 중 적어도 하나에 따라 증기 원료의 공급량을 제어할 수 있으며, 제어부(920)가 증기 원료의 공급량을 제어하는 상세한 구성은 본 발명의 실시 예에 따른 소결 방법과 관련하여 후술하기로 한다.
분사부(930)는 제어부(920)와 연결되어, 배가스 순환 라인(800) 내부로 증기 원료를 분사한다. 분사부(930)는 배가스 순환 라인(800) 내부로 인입되도록 설치되거나, 배가스 순환 라인(800) 외부에 설치되어 상기 배가스 순환 라인(800)의 내부로 연통되는 노즐 구조를 가질 수도 있으나, 제어부(920)와 연결되어 배가스 순환 라인(800)의 외벽에 연결되는 하우징 및 상기 배가스 순환 라인(800)의 외벽에 형성되는 복수 개의 분사 홀(935)을 포함하는 구조를 가질 수도 있다. 배가스 순환 라인(800)의 외벽에 연결되는 분사부(930)는, 분사 홀(935)을 통하여 배가스 순환 라인(800) 내부와 연통되고, 분사 홀(935)을 통하여 증기 원료를 배가스 순환 라인(800) 내부로 미세 분사함으로써 배가스 순환 라인(800) 내부에서 이동하는 배가스로부터 열 에너지를 흡수하여 용이하게 증기로 기화될 수 있게 된다.
배가스는 고온의 원료가 가지고 있는 열 에너지를 흡수하므로 높은 온도를 가진다. 따라서, 증기 원료 공급부(900)로부터 배가스 순환 라인(800)의 내부로 공급되는 증기 원료는 고온의 배가스로부터 적어도 일부의 열 에너지를 흡수하여 증기로 기화된다. 이와 같이, 증기 원료로부터 기화된 증기는 배가스 순환 라인(800)으로부터 흡입된 배가스와 함께 후드(820)를 통하여 소결 대차(100) 내의 원료에 공급된다.
전술한 바와 같이 증기 원료는 물을 포함하는 유체 물질일 수 있다. 이 경우 배가스 순환 라인(800)은 소결 대차(100)의 상부로 배가스와 함께 수증기(H2O)를 공급할 수 있게 된다.
도 3은 소결 과정에서 연료가 연소되는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4은 소결 과정에서 배출되는 가스의 함량을 나타내는 도면이다.
소결 과정에서 연료의 연소 효율은 원료로부터 배출되는 일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)의 함량 대 이산화탄소(CO2)의 비로 판단한다. 여기서, 원료의 연소 효율이 높아지면, 동일한 양의 연료를 사용하는 경우 열량 발생이 많아지게 되어 소결 광의 실수율을 향상시킬 수 있게 되며, 이산화탄소(CO2)의 발생량을 저감시킬 수 있게 된다.
원료에 수증기가 공급되지 않는 경우, 원료는 도 3에 도시된 화학 반응식과 같이 불완전 연소하게 되어 일산화탄소(CO)를 배출하게 된다. 그러나, 원료에 수증기가 공급되면, 수증기는 불완전 연소시 배출되는 일산화탄소(CO)와 반응(H2O-CO 반응)하게 되어 수소(H2)와 이산화탄소(CO2)를 생성한다. 이와 같은 반응에 의하여 원료는 도 3에 도시된 화학 반응식과 같이 완전 연소하게 되고, 연소 효율이 향상되게 된다.
이는, 도 4의 실험 결과에 의하여도 알 수 있다. 즉, 도 4(a)에 나타낸 이산화탄소(CO2)와 산소(O2)의 배출량과 도 4(b)에 나타낸 일산화탄소(CO), 수소(H2) 및 메탄(CH4)의 배출 가스 함량을 살펴보면, 연소 후단부에서 수소(H2)가 급격하게 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 원료에 공급된 수증기가 일산화탄소(CO)와 반응(Water-gas reaction)하여 수소(H2)로 분해되고, 이러한 반응을 통하여 원료의 연소 효율이 향상되고, 분해된 수소(H2)는 고온에서 재산화되면서 유효 열량이 증가하게 된다. 즉, 이러한 연소 효율의 향상을 통하여 동일한 양의 연료에서 보다 많은 열량을 확보할 수 있으며, 이때 확보된 추가적인 열량에 의하여 원료의 상부층에서 제조되는 소결 광은 강도가 향상되고, 회수율이 증가하게 된다.
이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 소결 방법에 대하여 설명하기로 한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 소결 장치와 관련하여 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 소결 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 소결 방법은, 소결 경로를 따라 이동하는 소결 대차(100) 내에서 원료를 소결시키는 과정(S100); 소결된 원료를 상기 소결 대차(100)로부터 배출하는 과정(S200); 냉각 가스를 공급하여 배출된 원료를 냉각시키는 과정(S300); 원료를 냉각시키면서 발생하는 배가스 중 적어도 일부를 흡입하는 과정(S400); 흡입된 배가스에 증기 원료를 공급하는 과정(S500); 및 증기 원료를 기화시켜, 흡입된 배가스와 함께 소결 대차(100) 내에 장입된 원료에 공급하는 과정(S600);을 포함한다.
원료를 소결시키는 과정(S100)은 소결 경로를 따라 이동하는 소결 대차(100) 내에서 원료를 소결시킨다. 먼저, 복수의 소결 대차(100)를 장입부(200)의 하측으로 순차적으로 통과시켜 장입부(200)를 통해 복수의 소결 대차(100) 각각에 원료를 장입하여 원료층을 형성한다. 복수의 소결 대차(100)가 점화로(300)의 하측을 순차적으로 통과하면 점화로(300)에 의해 원료층의 상부에 화염이 착화되고, 각 소결 대차(100)는 소결 구간(C)을 거쳐 원료를 소결시킨다. 즉, 소결 대차(100)가 소결 구간(C)을 따라 이동하는 과정에서, 소결 구간 내 윈드 박스(400)의 흡입력에 의해 원료층 상부의 화염이 하부로 이동하여 원료를 연소시키면서 소결 광이 제조된다.
소결된 원료를 소결 대차(100)로부터 배출하는 과정(S200)은 소결이 완료된 원료, 즉 소결 광을 소결 대차(100)로부터 배출한다. 여기서, 배출된 원료는 파쇄되어 냉각부(700)로 이송될 수 있다. 또한, 배출된 원료를 냉각시키는 과정(S300)은 냉각 가스를 배출된 원료에 공급하여 배출된 원료를 냉각시킨다.
원료를 냉각시키면서 발생하는 배가스 중 적어도 일부를 흡입하는 과정(S400)은 냉각부(700) 내에서 소결 광에 공급되어 열 에너지를 흡수한 고온의 배가스 중 적어도 일부를 배가스 순환 라인(800)의 일측으로부터 흡입한다. 여기서, 배가스 순환 라인(800)은 일측이 냉각부(700)에 연결되고, 타측이 소결 구간(C) 상에 배치되는 후드(820)에 연결되도록 연장되어 형성되어, 배가스 순환 라인(800)의 일측으로부터 흡입되는 배가스는 배가스 순환 라인(800)을 경유하여 배가스 순환 라인(800)의 타측에 설치되는 후드(820)를 통하여 소결 대차(100)의 상부로 공급됨은 전술한 바와 같다.
흡입된 배가스에 증기 원료를 공급하는 과정(S500)은 배가스 순환 라인(800)에 설치되는 증기 원료 공급부(900)에 의하여 배가스 순환 라인(800) 내부로 증기 원료를 공급한다. 여기서, 증기 원료는 배가스 순환 라인(800) 내부에서 이동하는 배가스로부터 열 에너지를 흡수하여 증기로 기화되기 위한 원료 물질로서, 열 에너지를 흡수하여 수증기로 기화되는 물을 포함하는 유체 물질일 수 있다.
여기서, 상기 증기 원료를 공급하는 과정(S500)은 증기 원료를 마련하는 과정; 마련된 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정; 및 공급량이 제어된 증기 원료를 흡입된 배가스에 분사하는 과정;을 포함할 수 있다.
증기 원료를 마련하는 과정은 증기 원료가 저장부(910)에 저장되어 마련되고, 마련된 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은 제어부(920)를 통하여 저장부(910)로부터 분사부(930)로 공급되는 증기 원료의 공급량을 제어한다. 또한, 공급량이 제어된 증기 원료를 흡입된 배가스에 분사하는 과정은 제어부(920)와 연결된 분사부(930)에 의하여 배가스 순환 라인(800) 내부로 증기 원료를 분사한다. 여기서, 분사부(930)로 공급된 증기 원료는 배가스 순환 라인(800)의 내부로 공급되어 배가스 순환 라인(800) 내부에서 이동하는 배가스로부터 열 에너지를 흡수하여 증기로 기화된다.
여기서, 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은 배가스 순환 라인(800)의 내부로 공급되는 증기 원료의 공급량을 배가스 순환 라인(800)의 일측으로부터 흡입된 배가스의 유량에 비례하도록 제어할 수 있다. 즉, 냉각부(700)로부터 흡입되어 배가스 순환 라인(800)을 통하여 이동하는 배가스의 유량이 증가하는 경우, 배가스 순환 라인(800) 내부로 보다 많은 양의 배가스가 이동하게 되어 배가스가 가지는 열 에너지의 양 또한 증가하므로, 배가스 순환 라인(800) 내부로 공급되는 증기 원료의 공급량을 증가시킬 수 있다.
또한, 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은 흡입된 배가스의 온도가 증가하는 경우 증기 원료의 공급량을 증가시킬 수 있으며, 저장부(910) 내에 마련된 증기 원료의 온도가 증가하는 경우에도 증기 원료의 공급량을 증가시킬 수 있다. 이는, 배가스가 높은 온도를 가지는 경우 배가스가 가지는 열 에너지의 양이 증가하고, 저장된 증기 원료가 높은 온도를 가지는 경우 이를 기화시키는 데 필요한 열 에너지의 양이 감소하기 때문이다.
이와 같이, 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은 상기 배가스 순환 라인(800) 내부를 이동하는 배가스의 유량(Q), 상기 배가스 순환 라인(800) 내부의 배가스의 온도(T) 및 상기 저장부(910)에 저장되는 증기 원료의 온도(t) 중 적어도 하나에 따라 증기 원료의 공급량을 제어할 수 있다. 여기서, 배가스의 유량(Q), 배가스의 온도(T) 및 증기 원료의 온도(t)를 고려한 증기 원료의 공급량(q)은 하기의 수학식 1의 범위로 제어될 수 있다.
Figure PCTKR2017014396-appb-M000001
(여기서, Q는 흡입되는 배가스의 유량[g/min], T는 흡입되는 배가스의 온도[℃], t는 마련된 증기 원료의 온도[℃]를 나타낸다.)
상기의 수학식 1은 배가스의 유량(Q)과 증기 원료의 온도(t)의 상관 관계 및 배가스의 온도(T)와 증기 원료의 온도(t)의 상관 관계로부터 도출되었으며, 증기 원료의 공급량(q)은 상기 수학식 1의 좌측에 기재된 최소값 이상, 우측에 기재된 최대값 이하의 범위로 제어된다. 여기서, 증기 원료의 공급량(q)이 상기의 수학식 1의 좌측에 기재된 최소값보다 작게 되면, 배가스 순환 라인(800)으로부터 소결 대차(100)의 상부로 공급되는 수증기의 양이 충분하지 않게 되며, 증기 원료의 공급량(q)이 상기의 수학식 1의 우측에 기재된 최대값보다 크게 되면, 배가스 순환 라인(800) 내에서 충분하게 기화되지 못한 증기 원료가 배가스 순환 라인(800)으로부터 소결 대차(100)의 상부로 배출되게 된다.
이후, 증기 원료 공급부(900)로부터 공급되는 증기 원료를 기화시켜, 흡입된 배가스와 함께 소결 대차(100) 내에 공급하는 과정(S600)이 수행된다. 여기서, 증기 원료는 흡입된 배가스의 열 에너지를 흡수하여 증기로 기화되며, 전술한 바와 같이 증기 원료의 공급량을 상기의 수학식 1의 범위로 제어함으로써 배가스 순환 라인(800) 내부를 이동하는 배가스의 열 에너지를 활용하여 증기 원료를 배가스 순환 라인(800) 내에서 효율적으로 기화시킴과 동시에 소결 대차(100)의 상부로 충분한 양의 수증기를 공급할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 소결 장치 및 이를 이용한 소결 방법에 의하면, 소결 대차(100)의 상부로 고온의 배가스와 함께 증기를 공급하여 원료를 완전 연소시켜, 연소 효율을 향상시키고, 이산화탄소(CO2)의 발생량을 저감시킬 수 있다.
또한, 소결 대차(100)의 상부로 공급되는 증기를 생성함에 있어서, 소결 광의 냉각 과정에서 배출되는 배가스의 열 에너지를 활용하여 외부 열 에너지의 사용을 최소화하면서 충분한 증기를 소결 대차(100)의 상부로 공급할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 이와 같은 연소 효율의 향상을 통하여 동일한 양의 연료에서 보다 많은 열량을 확보할 수 있으며, 이때 확보된 추가적인 열량에 의하여 원료의 상부층에서 제조되는 소결 광은 강도가 향상되고, 회수율이 증가하게 되어 생산성이 향상될 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 소결 경로를 따라 이동 가능하게 설치되는 소결 대차;
    상기 소결 경로의 일측에 배치되고, 냉각 가스를 공급하여 상기 소결 대차로부터 배출되는 원료를 냉각시키기 위한 냉각부;
    상기 냉각부에서 원료를 냉각시키면서 발생하는 배가스 중 적어도 일부를 흡입하여 상기 소결 대차의 상부로 공급하기 위한 배가스 순환 라인; 및
    상기 배가스 순환 라인에 설치되어, 상기 배가스 순환 라인 내부로 증기 원료를 공급하기 위한 증기 원료 공급부;를 포함하는 소결 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 증기 원료 공급부는,
    증기 원료를 저장하기 위한 저장부;
    상기 저장부에 연결되어, 증기 원료의 공급량을 제어하기 위한 제어부; 및
    상기 제어부에 연결되어, 상기 배가스 순환 라인 내부로 증기 원료를 분사하기 위한 분사부;를 포함하는 소결 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분사부는 상기 배가스 순환 라인의 내부와 연통하는 복수 개의 분사 홀을 포함하는 소결 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 증기 원료 공급부는,
    상기 배가스 순환 라인 내부를 이동하는 배가스의 유량을 측정하기 위한 배가스 유량 측정부; 및
    상기 배가스 순환 라인 내부의 배가스의 온도를 측정하기 위한 배가스 온도 측정부;를 더 포함하는 소결 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 증기 원료 공급부는,
    상기 저장부에 저장되는 증기 원료의 온도를 측정하기 위한 증기 원료 온도 측정부;를 더 포함하는 소결 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배가스 순환 라인 내부를 이동하는 배가스의 유량, 상기 배가스 순환 라인 내부의 배가스의 온도 및 상기 저장부에 저장되는 증기 원료의 온도 중 적어도 하나에 따라 증기 원료의 공급량을 제어하는 소결 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 소결 경로는,
    상기 원료가 상기 소결 대차 내로 장입되는 장입 구간;
    상기 장입 구간과 연결되어, 상기 원료가 점화되는 점화 구간; 및
    상기 점화 구간과 연결되어, 상기 원료가 소결되는 소결 구간;을 포함하고,
    상기 배가스 순환 라인은, 상기 점화 구간에 인접한 소결 구간에 연결되는 소결 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배가스 순환 라인으로 공급되는 증기 원료는 물을 포함하고,
    상기 배가스 순환 라인은 상기 소결 대차의 상부로 배가스와 함께 수증기(H2O)를 공급하는 소결 장치.
  9. 소결 경로를 따라 이동하는 소결 대차 내에서 원료를 소결시키는 과정;
    소결된 원료를 상기 소결 대차로부터 배출하는 과정;
    냉각 가스를 공급하여 배출된 원료를 냉각시키는 과정;
    원료를 냉각시키면서 발생하는 배가스 중 적어도 일부를 흡입하는 과정;
    흡입된 배가스에 증기 원료를 공급하는 과정; 및
    증기 원료를 기화시켜, 흡입된 배가스와 함께 소결 대차 내에 장입된 원료에 공급하는 과정;을 포함하는 소결 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 증기 원료를 공급하는 과정은,
    증기 원료를 마련하는 과정;
    마련된 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정; 및
    공급량이 제어된 증기 원료를 흡입된 배가스에 분사하는 과정;을 포함하는 소결 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 증기 원료를 기화시켜, 흡입된 배가스와 함께 소결 대차 내에 장입된 원료에 공급하는 과정에서,
    증기 원료는 흡입된 배가스의 열 에너지를 흡수하여 증기로 기화되는 소결 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은,
    증기 원료의 공급량을 흡입된 배가스의 유량에 비례하도록 제어하는 소결 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은,
    흡입된 배가스의 온도가 증가하는 경우 증기 원료의 공급량을 증가시키는 소결 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은,
    마련된 증기 원료의 온도가 증가하는 경우 증기 원료의 공급량을 증가시키는 소결 방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 증기 원료의 공급량을 제어하는 과정은,
    증기 원료의 공급량을 하기의 수학식 1의 범위 내로 제어하는 소결 방법.
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2017014396-appb-I000002
    (여기서, Q는 흡입된 배가스의 유량[g/min], T는 흡입된 배가스의 온도[℃], t는 마련된 증기 원료의 온도[℃]를 나타낸다.)
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