KR19980051237A - 노벽삽입식 환원철 장입장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동층식 예비환원로와 용융환원로로 구성되는 용융환원 제철공정에서 예비환원로에서 생산되는 분상의 환원철을 장입하는 노벽삽입식 환원철 장입장치 및 이를 이용한 환원철장입방법에 관한 것으로, 용융환원로의 상부에 형성되는 고속상승류에 의한 미분 환원철의 비산을 억제하면서 용융환원로 내의 탄재 유동상상부로 환원철을 연속적으로 장입할 수 있는 노벽 삽입식 환원철 장입장치 및 이를이용한 환원철 장입방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 예비환원로와 용융환원로를 포함하여 구성되는 용융환원장치에 있어서, 철광석을 최종환원하는 예비환원로(2)에 삽입되어, 최종환원된 환원철을 외부로 배출시키도록 구성되는 환원철 배출관(11), 이 환원철 배출관(11)을 통해 배출된 환원철을 평량하는 균압평량빈(12) 및 이 균압평량빈(12)으로부터 환원철을 용융환원로로 공급하도록 구성되는 환원철 공급관(13)으로 이루어지는 다수개의 환원철 공급장치(10), 상기 환원철의 배출 및 공급을 제어하는 환원철 배출 및 공급제어기(20), 및 상기 균압평량빈(12)의 압력을 제어하도록 구성되는 압력제어기(30)를 포함하고, 상기 환원철배출관(11) 및 환원철공급관(13)에는 각각 제1기밀 밸브(11b) 및 제2기밀밸브(13a)가 구비되고, 상기 균압평량빈(12)에는 상기 환원철 배출 및 공급제어기(20)와 전기적으로 연결되고 환원철량을 측정하는 로드셀(12a)이 구비되고, 그리고 압력조절용 가스를 도입하기 위한 가스도입관(12b)이 연결되어 있고, 상기 가스도입관(12b)에는 압력을 조절하기 위한 압력조절변(12c)이 구비되고, 그리고 상기 용융환원로(1)에는 탄재유동상(1b)에서의 압력을 측정하기 위한 압력계(1a)가 구비되어 규정되는 노벽삽입식 환원철 장입장치 및 이를 이용한 환원칠 장입방법을그 요지로 한다.

Description

노벽삽입식 환원철 장입장치 및 그 방법

도 1은 본 발명에 부합되는 노벽삽입식 환원철 장치의 일례구성도

도 2는 본 발명에 부합되는 노벽삽입식 환원철 장입장치의 부분상세도

도 3은본 발명의 노벽 삽입식 환원철 장입장치가 설치된 3단 유동층 예비환원 장치의 일례구성도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1...용융환원로 1a... 압력계

1b...탄재유동상 2... 예비환원로

11...환원철배출관 12...균압평량빈

13...환원철공급관 20...환원철 배출 및 공급제어기

30...압력제어기

본 발명은 유동층식 예비환원로와 용융환원로로 구성되는 용융환원 제철공정에서 예비환원로에서 생산되는 분상의 환원철을 장입하는 노벽삽입식 환원철 장입장치및 이를 이용한 환원철장입방법에 관한 것으로, 보다 상세히는, 용융환원로의 상부에 형성되는 고속상승류에 의한 미분환원철의 비산을 억제하면서 용융환원로 내의 탄재 유동상 상부로 환원철을 장입하는 노벽삽입식 환원철 장입장치 및 이를 이용한 환원철 장입방법에 관한 것이다.

통상적으로, 철광석을 환원하여 용철을 생산하는 방법으로는 고로를 이용하는 방법과 샤프트로(Shaft furnace)를 이용하여 환원한 철광석을 전기로에서 용해하는 방법등이 있다.

상기 고로공정에 의한 용철 제조방법에 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 소결광 제조설비를 필요로 한다. 따라서, 고로법은 막대한 투자비가 소요될 뿐 아니라 에너지 다소비 공정이며, 코크스 제조원료인 강점결탄은 세계적으로 부존량이 적고 지역적으로 편재되어 있으므로 철강수요의 증대에 따라 수급상의 문제가 심각하다. 한편, 샤프트로에 의한 철광석의 환원법은 철광석을 펠레트(pellet)화 하는 전처리단계가 필요하고, 또한, 환원제와 열원으로써 천연가스를 사용하는 관계로 천연가스의 공급이 용이한 지역에서만 상업화가 가능한 결점등이 있어 코크스를 사용하지않고 일반탄을 사용하여 분상의 철광석으로 부터 용철을 제조하는 용융환원법이 새로운 제철법으로 주목을 받고 있다.

이와같은 용융환원법에 있어서는 보통 예비환원로에서 환원된 철광석을 용융환원로에 장입하여 용철로 용융환원하는 방식이 채용되고 있다.

상기 예비환원로에서는 철광석의 용융 전에 철광석을 고체상태에서 환원하는 것으로, 장입한 철광석을 용융환원로에서 발생한 고온의 환원성 가스와 접촉시켜 환원해야 한다.

이러한 환원공정은 철광석과 환원성 가스의 접촉상태에 따라 이동층 또는 유동충식으로 분류되는데, 입도분포가 넓은 분립상의 철광석을 환원로에 장입하고 하부의 분산판을 통해 환원가스를 보내 철광석을 유동시키면서 환원하는 유동충식이 분철광석을 환원하는 적절한 방법으로 알려져 있다.

한편, 유동층식 예비환원로에서 환원배출된 분상의 환원철을 용융환원로로 투입하는 경우, 용융환원로에서 발생 배출되는 환원성 가스의 고속상승류와 함께 중/미립의 환원철이 비산하게 되는데 이와같은 환원철의 비산으로 용융환원로의 배가스내 중/미립 환원철의 함유농도를 높혀 용융환원로에서 발생하는 배가스의 가스정제 설비인 사이클론의 부하를 증대시켜 포집율을 저하시키며 또한 환원로내 가스분산판에 부착물을 형성하여 결국 분산판의 구멍을 막게 되며 비산손실의 증대로 용융환원로에서 환원철의 회수율의 저하를 초래하게 된다.

이와같은 문제점을 해결하기 위하여, 미국특허 제 4,978,387호와 대한민국 특허출원 제 87-12076호 및 일본특개소 제 62-224620호에서는 미분환원철을 용융환원로에 투입하는 방법으로 운송가스와 버너를 이용하고 있다. 그러나, 이 방법을 사용함에 있어서 미분의 환원철을 유동층 배출구에서 버너까지 운송헤기 위해서는 막대한 양의가스가 필요할 뿐 아니라 미분 환원철에 의해 버너주위가 심하게 마모되어 장기간 사용할 때 수시로 버너를 교체해야 하는 문제가 있으며, 또한 상온의 운송가스의 승온열이 추가로 소요되므로 전체적으로 에너지를 과다 소비하게 되는 요인이 문제점으로 지적되고 있다.

또한, 일본특개평 제 1-116035호, 제 1-119631호, 제 1-247513호, 1-257514호에는 분철광석과 석탄을 혼합하고 이 혼합물을 열간성형 또는 가압성형을 통해 제조한 괴성학 브리케트(briquette)를 용융환원로로의 투입원료로써 사용하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법들에서는 환원철과 석탄의 혼합물을 괴성화하기 위한 성형기가 유동충식 환원로와 용융환원로 사이에 별도로 설치되어야 하며 또한 중력투입이 가능한 대립 철광석까지도 중/미립 철광석과 함께 석탄과 혼합 괴성화되므로 환원철의 입도분포가 넓어 성형물의 기공율이 증가되면서 괴성화 브리케트의 압축강도가 약해지며 성형기의 용량과 탄재 소요량도 과다해지는 결점이 있다.

또한, 오스트리아 특허 제 AT 1234/95호에는 유동층 배출구와 용융환원로 내의 투입목적지까지 연결한 장입관을 통하여 산소를 취입하면서 미분환원칠을 중력장입하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법을 실현하기 위해서는 고온의 마모부식성 분위기에서 장기간 사용할 수 있는 내구성을 가진 소재개발의 어려운 점과 하류지역의 이상 발생시 생길 우려 가스역류 등의 현상으로 장입관이 막혔을 경우 쉽게 막힘현상을 제거할 수 없는 점이 결점으로 지적되고 있어 설계 및 소재개발에 있어서 기술적으로 해결해야하는 난제들과 직면해 있다.

본 발명은 상기한 종래방법들의 제반문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 용융환원로의 상부에 형성되는 고속상승류에 의한 환원철의 비산을 억제하면서 용융환원로내의 탄재 유동상 상부에 환원철을 연속적으로 장입할 수 있는 노벽삽입식 환원철 장입장치 및 이를 이용한 환원철 장입방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 예비환원로와 용융환원로를 포함하여 구성되는 용융환원장치에 있어서, 철광석을 최종환원하는 예비환원로에 삽입되어 최종환원된 환원철을 외부로 배출시키도록 구성되는 환원철배출관, 이 환원철배출관을 통해 배출된 환원철을 평량하는 균압평량빈, 및 이 균압평량빈으로부터 환원철을 용융환원로로 공급하도록 구성되는 환원철 공급관으로 이루어지는 다수개의 환원철공급장치, 상기 환원철의 배출 및 공급을 제어하는 환원철배출 및 공급제어기, 및 상기 균압평량빈의 압력을 제어하도록 구성되는 압력제어기를 포함하고, 상기 환원철배출관 및 환원철공급관에는 각각 제1기밀밸브 및 제2기밀밸브가 구비되고, 상기 균압평량빈에는상기 환원철 배출 및 공급제어기와 전기적으로 연결되고 환원철량을 측정하는 로드셀이 구비되고, 그리고 압력조절용 가스를 도입하기 위한 가스도입관이 연결되어 있고, 상기 가스도입관에는 압력을 조절하기 위한 압력조절변이 구비되고, 그리고 상기 용융환원로에는 탄재유동상에서의 압력을 측정하기 위한 압력계가 구비되어 구성되는 노벽삽입식 환원철 장입장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기한 환원철장입장치를 이용하여 최종예비환원된 환원철을 용융환원로에 장입함에 있어서, 압력조절변 및 제2기밀밸브를 차단하여 예비환원로와균압평량빈의 압력을 동일하게 하여 미분환원철을 중력에 의해 균압평량빈으로 배출하는 단계, 상기 균압평량빈에 장입된 환원철량을 측정하고 그 량이 목표량에 이르게 되면 제1기밀밸브를 차단하는 단계, 상기 균압평량빈의 압력이 용융환원로의 탄재유동상의 압력보다 높도록 제1기밀밸브 및 제2기밀밸브를 차단한 상태에서 균압평량빈의 압력이 용유동상에 환원철을 공급하는 단계, 및 상기와 같은 단계를 환원장입장치별로 시차를 주면서 반복하여 행하는 단계를 포함하여 구성되는 환원철 장입방법에 관한것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 노벽 삽입식 환원철 장입장치는, 도 1에 나타난 바와같이, 철광석을 최종예비환원하는 최종예비환원로(2)에서 최종환원된 환원철을 용융환원로(1)에 장입 하도록 구성되는 것이다.

본 발명의 환원철공급장치(100)는 환원철을 평량하는 균압평량빈(12)을 구비하여 철광석을 최종환원하는 예비환원로(2)에서 최종환원된 환원철을 용융환원로(1)에 공급하는 환원철공급장치(10), 환원철배출 및 공급을 제어하는 환원철배출 및 공급제어기(20), 및 상기 균압평량빈의 압력을 제어하는 압력제어기(30)를 포함하여 구성된다.

상기 환원철공급장치(10)는 철광석을 최종환원하는 예비환원로(2)벽에 삽입되어 최종환원된 환원철을 외부로 배출시키도록 구성되는 환원철배출관(11), 이 환원철배출관(11)을 통해 배출된 환원철을 평량하는 균압평량빈(12) 및 이 균압평량빈(12)으로부터 환원철을 용융환원로(1)에 공급하도록 구성되는 환원철공급관(13)을 포함하여 구성된다. 상기 환원철 공급장치는 다수개 형성된다.

상기 환원칠배출관(11)에는 제1기밀밸브(11b)가 구비되어 있다. 그리고, 상기 환원철배출관(11)에는 도 1에 나타난 바와같이, 환원철을 예비환원로(2)에서 배출시키는 스크류콘베이어와 같은 배출장치(11a)를 구비시키는 것이 바람직하다.

상기 균압평량빈(12)에는 상기 환원철배출 및 공급제어기(20)와 전기적으로 연결되고 환원철량을 측정하는 로드셀(12a)이 구비되어 있고, 그리고 질소 또는 배가스등의 압력조절용 가스를 공급하는 가스도입관(12b)이 연결되어 있으며, 이 가스도입관(12b)에는 압력조절변(12c)이 구비되어 있다.

상기 환원철공급관(13)은 그 일단은 상기 균압평량빈(12)에 연결되고, 그 타단은 용융환원로(1)의 측벽에 삽입되어 있으며, 제2기밀밸브(13a)가 구비되어 있다. 상기 환원철배출 및 공급제어기(20)는 배출장치(11a), 상기 로드셀(12a), 제1기밀밸브(11b), 및 제2기밀밸브(13a)와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 압력제어기(30)는 도 2에 나타난 바와같이, 상기 압력조절변(12c) 및 용융환원로의 탄재유동상(1b)에서의 압력을 측정하기 위하여 용융환원로(1)에 구비되어있는 압력계(1a)와 전기적으로 연결되어 있다.

본 발명의 환원철장입장치가 보다 바람직하게 적용될 수 있는 유동층식 예비환원로가 도 3에 제시되어 있다.

즉, 도 3에 나타난 바와같이, 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있는 유동층식예비환원로는 장입호퍼(5)로 부터 장입된 칠광석을 제1환원로(3)를 거쳐나오는 배가스를 연소시켜 발생하는 열을 이용하여 예열하는 유동층식 예열로(4), 예열로(4)에서 예열된 철광석을 1차환원하는 제1환원로(3), 예열로를 거쳐나온 배가스를 정제하는 제2습식제진기(7), 제1환원로(3)에서 1차환원된 철광석을 최종 환원하는 제2환원로(2), 및 제1,2환원로를 거쳐나온 배가스를 정제하는 제1습식제진기(6)를 포함하여 구성되는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 환원철 장입장치를 사용하여 환원철을 연속으로 장입하는 방법에 대하여 설명한다.

도 1∼도 3에 나타난 바와같이, 예비환원로(2)에서 최종예비환원된 환원철은 스크류 콘베이어와 같은 배출장치(11a)에 의해 배출되거나 오우버플러우(overflow)에의해 중력배출되게 되며, 배출시에는 압력조절변(12c) 및 제2기밀밸브(13a)를 닫아 예비환원로(2)와 균압평량빈(12)의 압력을 동일하게 함으로써 미분환원철은 중력에 의하여 하부에 있는 균압평량빈(12)으로 들어가게 되며, 들어온 량은 균압평량빈(12)에 설치된 로드셀(12a)에 의해 감시되며 지정된 량에 이르게 되면 신호를 산학철 배출 및 공급제어기(20)로 보내고, 이 제어기(30)에 의해 배출장치(11a)를 멈추게하고 제1기밀밸브(11b)를 닫게 하며, 다음의 순서로 지정된 배출장치 및 균압평량빈으로 구성되는 환원철 장입장치(10)로 이동하여 같은 조작을 반복하게 된다. 한편, 균압평량빈(12)에 들어온 미분환원철을 용융환원로로 장입하기 위하여 우선균압평량빈(12) 전후단에 설치한 제1,2 기밀밸브(11b,13,a)를 닫은 상태에서 용융환원로(1)의 탄재 유동상(1b)에서의 압력을 압력계(1a)에 의하여 측정하고, 균압평량빈(12)의 압력이 탄재유동상(1b)의 압력보다 일정량 더 높도록 압력제어기(30) 및 압력조절변(12c)에 의하여 조절한다. 바람직하게는, 균압평량빈의 압력이 탄재유동상의 압력보다 0.1 bar정도 높게 하는 것이다. 이때, 균압평량빈(12)내의 압력이 탄재유동상(1b)의 압력보다 일정량 더 높아지면 환원철공급관(13)에 있는 제2기밀밸브(13a)를 열어 용융환원로(1)로 장입을 시작하고, 미분환원철이 배출됨에 따른 압력저하는 압력계(1a), 압력제어기(30) 및 압력조절변(12c)에 의하여 자동보상되어 항상 일정한 압을 유지하게 된다.

그리고, 균압평량빈(12)으로 부터 배출되는 미분의 환원철은 환원철공급관(13)을 통하여 용융환원로의 탄재 유동상 상부로 장입되게 되는데, 이 환원철공급관(13)은 도 2에 나타난 바와같이 용융환원로의 측벽내화물내에 삽입설치함으로써 내열내구성을 확보하고 고속 상승류에 의한 비산을 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명에서는 다수개의 환원철 장입장치를 설치하여 순차적으로 제어하므로서, 환원철을 연속적으로 장입할 수 있다.

이하. 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

* 실시예

하기 (1.가)와 같이 장입실험 모사장치를 제작하여 하기 조건(1.나)에서 장입실험을 행하고 비산량을 측정하고, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

1) 장입실험장치 사양 및 실험조건

가. 용융환원로 모사장치 사양

- 하부직경 : 800 mm

- 상부직경 : 1100 mm

- 총높이 : 5500 mm

- 장입관 직경 : 50 mm

나. 실험조건

- 광석입도 : 0-4 mm (건조)

- 가스 : 상온의 공기

- 유량 : 760 Nm³/h / 1520 Nm³/h

- 장입관길이 : 0.5m 또는 1.5m

- 분율 63 ㎛ : 24%

- 유동층고 : 1300 mm

2) 장입실험결과

표1

상기 표1에 나타난 바와같이, 상승류가 발생하는 조건에서 환원철 공급관을 통하여장입한 결과 고유속일수록 긴 장입관의 비산억제가 효과적임을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 균압평량빈 및 압력제어기를 이용하여 장입압력을 일정하게 유지함으로써 고온의 노내가스의 역류를 방지하고, 노측벽 내학물내에 공급관을 삽입설치하여 미분의 환원철을 노내 저유속 지역에 장입함으로써 고속상승가스에 의한 비산을 억제하여 용융환원로로의 미분환원철의 중력장입을 안정하게 하고, 용융환원장치에서 고온의 환원성 분위기에 직접 노출을 피함으로써 장입관의 수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 다수개의 장입장치를 이용하여 순차적 제어함으로써 미분의 환원철을 안정적으로 연속장입할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 예비환원로와 용융환원로를 포함하여 구성되는 용융환원장치에 있어서, 철광석을 최종환원하는 예비환원로(2)에 삽입되어 최종환원된 환원철을 외부로 배출시키도록 구성되는 환원철배출관(11), 이 환원철배출관(11)을 통해 배출된 환원철을 평량하는 균압평량빈(12), 및 이 균압평량빈(12)으로부터 환원철을 용융환원로(1)로 공급하도록 구성되는 환원철공급관(13)으로 이루어지는 다수개의 환원철공급장치(10), 상기 환원철의 배출 및 공급을 제어하는 환원철 배출 및 공급제어기(20), 및 상기 균압평량빈(12)의 압력을 제어하도록 구성되는 압력제어기(30)를 포함하고,상기 환원철 배출관(11) 및 환원철공급관(13)에는 각각 제1기밀밸브(1lb) 및 제2기밀밸브(13a)가 구비되고, 상기 균압평량빈(12)에는 상기 환원철배출 및 공급제어기(20)와 전기적으로 연결되고 환원철 량을 측정하는 로드셀(12a)이 구비되고, 그리고 압력조절용 가스를 도입하기 위한 가스도입관(12b)이 연결되어 있고, 상기 가스도입관(12b)에는 압력을 조절하기 위한 압력조절변(12c)이 구비되고, 그리고 상기 용융환원로(1)에는 탄재유동상(1b)에서의 압력을 측정하기 위한 압력계(1a)가 구비되어 구성되는 노벽삽입시 환원철 장입장치.
2. 제 1 항에 있어서, 환원철 배출관(11)에는 스크류콘베이어가 구비되어 있는 것을 특징으로하는 노벽삽입식 환원철 장입장치.
3. 제 1 항의 환원철장입장치를 이용하여 최종예비환원된 환원철을 용융환원로에 장입함에 있어서,압력조절변(12c) 및 제2기밀밸브(13a)를 차단하여 예비환원로(2)와 균압평량빈(12)의 압력을 동일하게 하여 환원철을 중력에 의해 균압평량빈으로 배출하는 단계, 상기 균압평량빈(12)에 장입된 환원철 량을 측정하고 그 량이 목표량에 이르게 되면 제1기밀밸브(11b)를 차단하는 단계, 상기 균압평량빈(12)의 압력이 용융환원로(1)의 탄재유동상(1b)의 압력보다 높도록 제1기밀밸브(11b) 및 제2기밀밸브(13a)를 차단한 상태에서 압력조절변(12c)에 의해 균압평량빈(12)의 압력을 조절하는 단계, 균압평량빈(12)의 압력이 용융환원로(1)의 탄재유동상(1b)의 압력보다 높으면, 제2기밀밸브(13a)를 열어 용융환원로(1)의 탄재유동상에 환원철을 공급하는 단계, 및 상기와 같은 단계를 환원장입장치별로 시차를 주면서 반복하여 행하는 단계를 포함하여 구성되는 환원철 장입방법.
4. 제 3 항에 있어서, 예비환원로(2)에서 환원철을 스크류콘베이어에 의해 배출하고, 균압평량빈(12)의 환원철량이 목표량에 이르면 상기 스크류콘베이어가 멈추도록 구성되는 것을 특징으로하는 환원철 장입방법.