KR100286689B1 - 유동층을 이용한 용융선철 제조장치 및 이를 이용한 용융선철제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분철광석을 원료로 사용하여 용융선철을 제조하는 장치 및 용융선철을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 환원가스를 제조하는 연료로서 석탄을 사용하고 원료로서 분철광석을 직접 사용하여 단순하고 에너지적으로 보다 효율적으로 용융선철을 제조할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 석탄을 연료로 직접 사용하여 용융선철을 제조하는 장치에 있어서,

분철광석을 예열 및 예비환원하고, 그리고 용융선철제조에 요구되는 부원료의 일부를 소성하는 제1유동층환원로(14); 제1유동층환원로(14)에서 예열 및 예비환원된 분상의 철광석 및 소성된 부원료를 각각 2차적으로 예비환원 및 소성하는 제2유동층환원로(13); 용융선철제조에 요구되는 부원료중 상기 제1유동층환원로(14)에 공급되는 것을 제외한 나머지 부원료, 및 상기 제2유동층환원로(13)에서 2차적으로 예비환원된 분광석 및 소성된 부원료, 및 상기 제2유동층환원로(13)에서 2차적으로 예비환원된 분광석 및 소성된 부원료를 최종환원 및 소성하는 제3유동층환원로(12); 석탄의 가스화와 제3유동층환원로(12)에서 최종환원된 환원분철광석 및 소성된 부원료를 용융하여 용융선철을 제조하는 용융가스화로(11); 각 유동층로(12, 13, 14)의 배가스중의 미분 더스트를 집진하여 각 유동층로로 재순환시키는 순환사이클론들(121, 131, 141)를 포함하여 구성되는 유동층을 이용한 용융선철 제조장치 및 이를 이용한 용융선철제조방법을 그 요지로 한다.

Description

유동층을 이용한 용융선철 제조장치 및 이를 이용한 용융선철 제조방법

본 발명은 분철광석을 원료로 사용하여 용융선철을 제조하는 장치 및 이를 이용한 용융선철 제조방법에 관한 것이다.

원료인 광석과 석탄을 전처리작업 없이 직접사용하여 용선을 생산하는 대표적인 용융환원법으로는 미국특허 제 4,978,387호를 들 수 있다.

상기 미국특허 제 4,978,387호에 제시된 방법은 원철광석과 일반석탄을 직접 사용하므로서 다른 제선공정인 고로공정과 비교하여 볼 때 소결공정 및 코우킹공정등 원료 전처리공정을 생략하여 공정 및 설비의 단순화를 달성할 수 있는 것이다.

상기 미국특허 제 4,978,387호에 제시된 방법을 수행하기 위한 장치는 도 1에 나타난 바와같이, 석탄의 가스화와 환원광의 용융을 담당하는 용유가스화로(210), 용융가스화로에서 발생된 환원가스를 사용하여 철광석을 간접환원시키는 충진층식 예비환원로(232) 및 기타 부대설비로 구성되어 있다.

상기 부대설비로는 사이클론(211), 리사이클링장치(212), 용융연소장치(213) 및 수집진장치(233,234)등을 들 수 있다.

용융가스화로(210) 석탄을 가스화하여 철광석의 간접환원에 필요한 환원성가스를 제조하며 아울러 이때 발생한 열을 이용하여 예비환원로(232)에서 간접환원된 환원철을 용유시킨다.

한편, 예비환원로(232)는 용융가스화로(210)에서 생성된 환원가스를 사용하여 원철광석을 환원하고 부원료를 소성시키고, 생성된 환원철은 연속적으로 배출되어 용융가스화로(210) 상부로 장입된다.

그러나 상기 방법은 일정한 크기 이상의 정립원료(8-35mm)만을 사용하여야 하므로 원료상 사용 제약이 있다. 즉 세계 철광석의 생산량 중 약 80% 이상이 8mm 이하의 분광이므로 상기 공정에서는 소량만이 생산되는 괴광석 또는 고가의 펠렛을 사용하여야 하는 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 환원가스를 제조하는 연료로서 석탄을 사용하고 원료로서 분철광석을 직접 사용하여 단순하고 효율적으로 용융선철을 제조하는 장치 및 방법이 개발된 바 있으며, 이 장치 및 방법은 미국특허 제 5,535,991호에 재시되어있다.

그러나, 상기 미국특허 제 5,535,991호에 제시되어 있는 용융선철제조장치 및 그 제조방법은 상기 미국특허 제 4,978,387호에서와 같이 하부의 용융가스화로의 발생가스의 온도는 1000℃인 반면에, 상부의 환원로의 필요온도는 850℃로 다소 낮으므로 발생환원가스의 일부(약 15-20%)를 냉각시킨 후, 컴푸레서로 다시 승압하여 용융가스화로 상단의 고온 가스관으로 순환시켜 환원가스의 온도를 조절한다.

따라서, 상기 미국특허 제 5,535,991호에 제시되어 있는 용융선철제조장치 및 그 제조방법은 열량과 에너지 손실을 가져오는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 환원가스를 제존하는 연료로서 석탄을 사용하고 원료로서 분철광석을 직접사용하여 용융선철을 제조하는 장치 및 방법에 있어서 부원료로 사용되는 석회석의 소성에 열이 소모됨에 착안하여 용융가스화로와 유동층환원로사이에 유동층환원로를 장치하므로서 환원가스의 온도를 제어하는 장치 및 방법을 개발한바 있으며, 이 장치 및 방법은 열량과 에너지 손실을 방지할 수 있다. 상기 장치 및 방법은 대한민국 특허출원 제 97-7143호에 제시되어 있다.

본 발명자들은 상기한 대한민국 특허출원 제 97-7143호에 제시되어 있는 용융선철제조장치 및 그 제조방법의 개량에 대하여 연구를 수행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 완성하게 된 것으로써, 본 발명은 환원가스를 제조하는 연료로서 석탄을 사용하고 원료로서 분철광석을 직접 사용하여 단순하고 에너지적으로 보다 효율적으로 용융선철을 제조하는 장치 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 용융선철을 제조하는 장치의 개략도

도 2는 본 발명에 부합되는 용융선철을 제조하는 장치의 개략도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 … 용유가스회로

12 … 제3유동층환원로

13 … 제2유동층환원로

14 … 제1유동층환원로

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 석탄을 연료로 직접 사용하여 용융선철을 제조하는 장치에 있어서,

분철광석 및 용융선철제조에 요구되는 분상의 부원료의 일부를 공급받아 제2유동층환원로의 배가스를 이용하여 분철광석을 예열 및 예비환원하고, 그리고 부원료를 소성하는 제1유동층환원로;

상기 제1유동층환원로에서 예열 및 예비환원된 분철광석 및 소성된 부원료를 공급받아 제3유동층환원로의 배가스를 이용하여 각각 2차적으로 예비환원 및 소성하는 제2유동층환원로;

용융선철제조에 요구되는 부원료중 상기 제1유동층환원로에 공급되는 것 이외의 나머지의 분상의 부원료와 상기 제2유동층환원로에서 2차적으로 예비환원된 분철광석 및 소성된 부원료를 공급받아 용융가스화로의 배가스를 이용하여 각각 최종적으로 예비환원 및 소성하는 제3유동층환원로;

상기와 같이 제3유동층환원로에서 최종 예비환원된 분철광석 및 최종 소성된 부원료를 공급받아 용융환원하여 용융선철을 제조하는 용융가스화로;

상기 용융가스화로에서 발생된 환원가스중의 더스트를 더스트리사이클링장치로 보내고 미분더스트와 분리된 배가스를 상기 제3유동층환원로에 공급하는 더스트사이클론;

상기 용융가스화로에 장착되어 상기 더스트 리사이클링장치에서 받은 미분더스트를 용융가스화로에 분사시키는 용융연소장치;

및 상기 각 유동층환원로의 배가스중의 미분 더스트를 집진하여 각 유동층로로 재순환시키는 순환사이클론들을 포함하여 구성되는 유동층을 이용한 용융선철 제조장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기한 유동층을 이용한 용선제조장체, 제1유동층환원로와 제2유동층환원로의 전단(배가스 이동방향에서)에 위치하며 산소를 불어넣어 환원가스의 온도를 조절하는 기능을 갖는 제2가스승온로와 제1가스승온로를 추가로 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명은 상기 용융선철 제조장치를 이용하여 용융선철을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 도면을 통해 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 용융선철 제조장치의 일레가 도 2에 나타나 있다.

도 2에 나타난 바와같이, 본 발명의 용융선철제조장치(100)는 분철광석 및 용융선철제조에 요구되는 분상의 부원료의 일부를 공급잗아 제2유동층환원로(13)의 배가스를 이용하여 분철광석을 예열 및 예비환원하고, 그리고 부원료를 소성하는 제1유동층환원로(14);

상기 제1유동층환원로(14)에서 예열 및 예비환원된 분철광석 및 소성된 부원료를 공급받아 제3유동층환원로(12)의 배가스를 이용하여 각각 2차적으로 예비환원 및 소성하는 제2유동층환원로(13);

용융선철제조에 요구되는 부원료중 상기 제1유동층환원로(14)에 공급되는 것 이외의 나머지의 분상의 부원료와 상기 제2유동층환원로(13)에서 2차적으로 예비환원된 분철광석 및 소성된 부원료를 공급받아 용융가스화로(11)의 배가스를 이용하여 각각 최종적으로 예비환원 및 소성하는 제3유동층환원로(12);

상기와 같이 제3유동층환원로(12)에서 최종 예비환원된 분철광석 및 최종 소성된 부원료를 공급받아 용융환원하여 용융선철을 제조하는 용융가스화로(11);

상기 용융가스화로911)에서 발생된 환원가스중의 더스트를 더스트리사이클링장치(112)로 보내고 미분더스트와 분리된 배가스를 상기 제3유동층환원로(12)에 공급하는 더스트사이클론(111); 상기 용융가스화로(11)에 장착되어 상기 더스트 리사이클링장치(112)에서 받은 미분더스트를 용융가스화로(11)에 분사시키는 용융연소장치(113); 및 각 유동층환원로(12, 13, 14)의 배가스중의 미분 더스트를 집진하여 각 유동층로로 재순환시키는 순환사이클론들(121, 131, 141)를 포함하여 구성된다.

바람직하게는, 본 발명의 용선제조장치는 상기 제1유동층환원로(14)의 제1순환 사이클론(141)에서 배출되는 배가스를 공급받아 잔여 더스트를 집진하고 냉각하는 수집진장치(15); 및/또는 바람직하게는, 제1유동층환원로(14)와 제2유동층환원로(13)의 전단(배가스 이동방향에서)에 위치하며 산소를 불어넣어 환원가스의 온도를 조절하는 기능을 갖는 제1가스승온로(142)와 제2가스승온로(132)를 추가로 포함하여 구성된다.

상기 제1유동층환원로(14)에는 분철광석 및 분상의 부원료를 공급받기 위한 원료공급관(14f)이 연결되어 있다.

상기 원료공급관(14f)에는 분철광석의 공급원(도시되어 있지 않음)과 분철광석 소통관계로 연결되어 있는 분철광석 공급관(14f₁) 및 부원료 공급원(도시되어 있지 않음)에 연결되어 있는 제1부원료 공급관(14f₂)이 연결되어 있다.

제1유동층환원로(14)는 제1환원철배출관(14a)을 통해 제2유동층환원로(13)와 광석소통관계로 연통되어 있고, 또한 그 저부에 연결되는 제1가스공급관(14b)을 통해 제2유동층환원로(13)와 가스소통관계로 연통되어 있으며, 그 상부에는 배가스를 배출하기 위한 제1배가스배출관(14c)이 연결되어 있으며, 이 배가스배출관(14c)은 제1순환사이클론(141)과 연통되어 있다.

또한 상기 제1유동층환원로(14)는 제1더스트순환관(14d)을 통해 제1순환사이클론(141)과 더스트 소통관계로 연통되어 있다.

상기 제1순환사이클론(141)는 제2배가스배출관(14e)을 통해 수집진장치(15)와 연통되어있다.

상기 제2유동층환원로(13)은 제2환원철배출관(13a)을 통해 제3유동층환원로(12)와 연통되어 있고, 또한 그 저부에 연결되는 제2가스공급관(13b)을 통해 제3유동층환원로(12)와 가스소통관계로 연통되어 있으며, 그 상부에는 배가스를 배출하기 위한 제3배가스배출관(13c)이 연결되어 있다.

상기 제3배가스배출관(13c)은 제2순환사이클론(131)에 연통되며, 따라서 상기 제2유동층환원로(13)는 제2더스트순환관(13d)을 통해 제2순환사이클론(131)과 더스트소통관계로 연통되어 있다.

상기 제2순환사이클론(131)에는 상기 제1가스공급관(14b)과 연결되어 미분 더스트가 분리된 배가스를 제1유동층환원로(14)에 공급하는 제4배가스배출관(13e)이 연결되어 있으며, 상기 제1가스공급관(14b)과 제4배가스배출관(13e)의 연결부위에는 제1가스승온로(142)를 구비시키는 것이 바람직하다.

상기 제3유동층환원로(12)에는 부원료(석회석 또는 백운석등)공급원(도시되어 있지 않음)에 연결된 제1부원료공급관(14f₂)에 연결되어 부원료공급원으로 부터 공급되는 부원료의 일부를 로내로 공급하기 위한 제2부원료공급관(12f)이 연결되어 있다.

또한, 상기 제3유동층환원로(12)에는 최종환원된 환원철과 소성된 생석회를 배출하기 위한 제3환원철배출관(12a)이 연결되어 있으며, 이 제3환원철배출관(12a)은 상기 용융가스화로(11)에 연결된다.

즉, 상기 제3유동층환원로(12)는 제3환원철배출관(12a)을 통해 용융가스화로 (11)에 연통되어 있다.

또한, 상기 제3유동층환원로(12)는 그 저부에 연결되는 제3가스공급관(12b)을 통해 더스트사이클론(111)과 가스소통관계로 연통되어 있으며, 그 상부에는 배가스를 배출하기 위한 제5배가스배출관(12c)이 연결되어 있으며, 이 제5배가스배출관(12c)은 제3순환사이클론(121)과 연통되어 있다.

상기 제3순환사이클론(121)에는 상기 제2가스공급관(13b)과 연결되어 미분 더스트가 분리된 배가스를 제2유동층환원로(13)에 공급하는 제6배가스배출관(12e)이 연결되어 있으며, 상기 제2가스공급관(13b)과 제6배가스배출관(12e)의 연결부위에는 제2가스승온로(132)를 구비시키는 것이 바람직하다.

또한 상기 제3유동층환원로(12)는 제3더스트순환관(12d)을 통해 제3순환사이클론9121)과 더스트 소통관계로 연통되어 있다.

상기 용융가스화로(11)에는 환원가스배출관(11a)이 연결되어 있고, 이 환원가스배출관(11a)은 상기 더스트사이클론(111)과 연통되어 있으며, 따라서, 상기 용융가스화로(11)는 가스소통관계로 상기 더스트사이클론(111)과 연통된다.

상기 더스트 리사이클링장치(112)는 분체배출관(11b)을 통해 상기 더스트사이클론(111)과 연통되고, 분체취입관(11c)을 통해 상기 용융가스화로(11)측부에 장착되어 있는 용융연소장치(113)에 연결된다.

이하, 본 발명의 용융선철제조장치를 사용하여 용융선철을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저 직경 8mm 이하의 입도를 갖는 분철광석 및 직경 8mm 이하의 입도를 갖는 분상의 부원료는 각각 분철광석 공급관(14f₁) 및 제1부원료공급관(14f₂)을 통해 원료공급관(14f)으로 공급된 다음, 원료공급관(14f)을 통해 제1유동층환원로(14)로 장입된다.

상기 부원료공급관(14f₂)과 원료공급관(14f)를 통해 공급되는 분상의 부원료 양은 용융선철제조에 요구되는 총 부원료양의 50∼70%정도가 바람직하다.

제1유동층환원로(14)에서는 장입된 분철광석은 제2유동층환원로(13)를 통과하여 공급된 환원가스[제2유동층환원로(13)의 배가스]에 의하여 예열되고 또한 예비환원되며, 또한 부원료는 소성된다.

이때 유동층의 온도는 700∼800℃로 유지하는 것이 바람직하다. 이는 분철광석이 헤마타이트(hematite : Fe₂O₃)상으로부터 마그네타이트(magnetite : Fe₃O₄)상으로 전환되는 것을 방지하기 위하여 필요한 조건이다. 즉 650℃ 이하의 온도에서는 철광석인 헤마타이트는 마그네타이트상으로 전환된 후 환원되며 마그네타이트 상이 형성되어 안정되면 환원속도가 줄어들어 완전환원에 필요한 시간이 길어져, 가스이용율이 낮아지고 이로 인해 연료비가 늘어나기 때문이다. 한편, 상기 유동층 온도를 800℃가 초과 되도록 높게 유지하기 위해서는 제1가스승온로(142)에서 공급되는 산소가 증가할 뿐만 아니라 공급되는 가스의 온도가 지나치게 높아져 스티킹등의 문제를 유발할 위험이 커지므로 바람직하지 못하다. 가장 바람직한 유동층 온도는 사용하는 분철광석의 종류에 따라 달라지나 720℃내외, 즉 약 700∼750℃의 범위이다.

본 발명에 있어서는 상기 제1유동층환원로(14)로 공급되는 공급가스의 온도가 낮을 경우 제1가스승온로(142)로 산소를 일정량 공급하여 환원가스의 일부를 연소시키므로서 승온시켜 유동층의 온도를 원하는 온도로 조절할 수 있다. 제1유동층환원로(14)에 공급되는 환원가스는 제2유동층환원로(13)에서의 환원반응을 거쳐 나온 가스이므로 상당량의 CO₂를 포함하고 있어 가스산화도는 약 30%-40%정도이다.

제1유동층환원로(14)에서 배출되는 약 30%의 환원율로 예비환원된 예비환원광은 제2유동층환원로(13)로 장입된다.

제2유동층환원로(13)에서는 제3유동층환원로(12)로부터 공급된 약 15∼20% 가스산화도를 가진 환원가스를 사용하여 제1유동층환원로(14)에서 예비환원된 철광석을 50∼60%정도의 환원율로 2차적으로 예비환원하여 예비환원철을 제조하는 반응이 진행되며, 또한, 부원료의 2차 소성반응이 진행되게 되는데, 이때 제2유동층환원로(13)내의 유동층의 온도는 약 780℃∼820℃로 유지하는 것이 바람직하다.

제2유동층환원로(13)에 공급되는 환원가스는 제3유동층환원로(12)를 거쳐 온도가 이미 800℃미만으로 떨어져 있으므로 그 온도 그대로 이용할 수 있다.

그러나, 제2유동층환원로(13)의 유동층 온도가 780℃미만으로 떨어지는 경우 또는 800∼820℃로 유지하고자 하는 경우에는 제2가스승온로(132)에 산소를 취입하여 그 열로서 유동층온도를 상기의 적정온도로 조절하는 것이 필요하다.

만약, 제2유동층환원로(13)의 유동층 온도가 780℃미만이 되면, 제3유동층환원로(12)로 배출되는 예비환원철의 환원율이 저하될 염려가 있으므로 바람직하지 않다.

상기 제2유동층환원로(13)에서 배출되는 약 50∼60%의 환원율로 2차적으로 에비환원된 예비환원철 및 2차적으로 소성된 부원료는 제3유동층환원로(12)로 장입된다.

제3유동층환원로(12)에서는 용융가스화로(11)로 부터 공급된 약 3∼7% 가스산화도를 가진 환원가스(용융가스화로의 배가스)를 사용하여 제1유동층환원로(14) 및 제2유동층환원로(13)에서 에비환원된 분철광석을 약 90% 이상의 환원율로 최종환원하여 환원철을 제조하는 반응이 진행되는데, 이때 제3유동층환원로(12)내의 유동층의 온도는 약 850℃내외, 즉 830∼870℃로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 제3유동층환원로(12)내의 유동층 온도가 830℃이하로 유지될 경우 최종환원율이 떨어질 위험성이 있으며 유동층 온도가 870℃이상으로 높으면 고온에 의하여 스티킹이 발생할 가능성이 높아지므로 바람직하지 않다.

이와 같은 적정한 유동층 온도를 확보하기 위하여 온도조절제로서 석회석 또는 백운석등과 같은 부원료가 제2부원료공급관(12f)을 통해 제3유동층환원로(12)에 장입된다.

상기 제3유동층환원로(12)에 장입되는 부원료의 양은 용융선철제조에 요구되는 부원료중 상기 제1유동층환원로(11)에 공급된 양을 제외한 나머지 양이다.

즉, 상기 제3유동층환원로(12)에 장입되는 부원료의 양은 용융선철제조에 요구되는 총 부원료의 30∼50%로 선정하는 것이 바람직하다.

이에 대해서는 후술한다.

상기 제3유동층환원로(12)에서 최종환원된 환원철과 최종 소성된 부원료는 용융선철을 만들기 위하여 하부의 용융가스화로(11)로 장입된다.

용융가스화로(11)는 석탄이 장입되어 원료인 분철광석의 환원과 석회석 또는 백운석 등과 같은 부원료의 소성에 사용될 환원가스를 생성한다. 또한 이때의 연소열을 이용하여 제3유동층환원로(12)에서 최종환원된 분환원철과 최종 소성된 생석회를 용융하여 용융선철을 제조한다.

상기 용융가스화로(11)는 유동층환원로들과는 달리 고정층식이므로 석탄층진층이 형성되기 위해서 장입되는 연료인 석탄은 8-50mm 입도범위가 최소한 80% 이상은 되어야 한다. 용융가스화로(11)에 사용되는 석탄은 일반 유연탄을 사용하며 필요시 코크스와 무연탄도 사용할 수 있다. 그런데 유연탄 중에 포함되어 있는 휘발성 유기물질을 완전 분해하기 위해서는 용융가스화로(11)의 배가스 온도는 최소 1000℃이상을 유지하여야 한다. 이보다 온도가 낮을 때는 유기물인 타르가 완전 분해되지 않아 가스라인과 수처리장치 등 온도가 낮은 영역에서 타르가 완전 분해되지 않아 가스라인과 수처리장치 등 온도가 낮은 영역에서 타르가 침적하여 라인을 막는 원인을 제공한다. 그런데 배가스 온도가 높을수록 연료비가 커지므로 온도는 약 1000℃-1100℃의 범위에서 조절하는 것이 바람직하다. 용융가스화로(11)에서 생성된 환원성 배가스는 상기한 바와같이 고온이므로 제3유동층환원로(12)로 직접 공급하기에는 적절치 않다. 즉 환원가스의 온도가 너무 높으면 상기한 바와 같이 철광석끼리의 스티킹이 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 제3유동층환원로(12)에 석회석 또는 백운석등의 부원료를 적정량 공급하게 된다.

부원료인 석회석을 예를 들면, 석회석이 소성된다는 것은 화학적으로 석회석(CaCO₃)이 고온에서 CO₂를 해리하고 CaO, 즉 생석회가 되는 것을 의미하는데 이 반응은 열을 필요로 하는 흡열반응이다. 따라서 본 발명에서는 제3유동층환원로(12)에서 용융선철의 제조에 필요한 생석회를 제조할 뿐만아니라 환원가스의 온도로 조절할 수 있다. 생석회는 철광석 중의 맥석을 슬래그로 분리하기 위해 투입되는 부원료이다.

예를 들면, 상기 용융가스화로(11)에 장입된 석탄이 연소함으로서 발생되는 환원가스의 양은 선철 1톤당 약 1800Nm³정도가 되는데 이러한 조건에서 약 1050℃의 가스온도를 850℃로 낮추기 위해 외부로 방산되는 열량은 선철 1톤당 약 120Mcal 이다.

반면 석회석(CaCO₃)이 소성하여 생석회(CaO)가 되는 반응은 석회석 1kg당 약 430kcal의 열량이 필요하다. 1톤의 용선을 생산하기 위해 필요한 석회석의 양이 약 360kg이므로 석회석을 소성시킬 뿐만아니라 상온에서 850℃가지 승온하는데 필요한 현열을 함께 고려하면, 부원료의 처리에 필요한 열량은 선철 1톤당 약 240Mcal이다. 한편, 제2유동층환원로(13)에서 배출되어 제3유동층환원로(12)로 장입되는 예비환원철의 온도는 약 780℃이므로 이를 850℃까지 승온시키는데 필요한 열량은 약 30Mcal이다.

따라서, 1톤의 용융선철을 생산하기 위해 필요한 부원료의 약 30∼50%정도를 제3유동층환원로(12)에서 처리할 수 있다.

나머지 50∼70%정도의 부원료는 제1유동층환원로(14)에 장입하여 제2유동층환원로(13)와 제3유동층환원로(12)를 거치면서 분철광석의 환원과 동시에 소성된다.

제3유동층환원로(12)에서 소성된 부원료는 환원분광석과 함께 용융가스화로(11)에 장입되고, 여기서 용융환원되어 용선과 슬래그로 분리된다.

상기의 제1유동층환원로(14)와 제3유동층환원로(12)로의 부언료 장입량 비율은 상기 온도와 가스량 조건에서 적용되는 일례이며 이는 조업조건의 변화에 의해 조정될 수 있다.

즉, 상기 부원료 장입량 비율은 각 유동층환원로의 온도를 상기한 적정온도조건이 되도록 제어하는 것이다.

제1유동층환원로(14)의 보다 바람직한 온도는 720℃, 제2유동층환원로(13)의 보다 바람직한 온도는 780℃로, 제3유동층환원로(12)의 보다 바람직한 온도는 850℃이다.

따라서, 현실적으로 연료인 석탄 및 원료인 분철광석의 특성에 따라서 필요한 환원가스량은 선철 1톤당 1500∼1800Nm³, 용융가스화로(11)의 배가스 온도는 1000∼1100℃로 변하될 수 있으므로 1톤의 용융선철을 생산하기 위해 필요한 부원료의 약 30∼50%정도를 제3유동층환원로(12)에 장입하여 온도제어와 동시에 소성을 하며, 50∼70%정도의 부원료는 제1유동층환원로(14)에 장입하여 제2유동층환원로(13)와 제3유동층환원로(12)를 거치면서 분광의 환원과 동시에 소성한다.

한편, 제2유동층환원로(13)와 제1유동층환원로(14)의 온도는 열손실등으로 인해 목표온도 보다 저하될 수 있는 경우가 발생하기 쉽다.

따라서, 이 제2유동층환원로(13)와 제1유동층환원로(14)의 목표온도가 항상 안정적으로 유지되도록 조절하기 위한 제어수단으로서 제2가스승온로(132)와 제1가스승온로(142)를 각각 제2유동층환원로(13)와 제1유동층환원로(14)전단에 설치하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 용융가스화로로 부터 나오는 1000℃의 고온의 환원가스온도를 제3유동층환원로(12)의 적정온도인 850℃로 낮추기 위한 간단한 제어수단이 부원료의 일부(약 40%)를 제3유동층환원로로 공급하는 것이라면, 제2유동층환원로와 제1유동층환원로가 목표온도보다 저온이 될 경우 이를 적정온도로 승온시키는데 유용한 제어수단이 본 발명의 가스승온로(132, 142)인 것이다.

용융가스화로(11)에서 발생되는 환원가스의 열량은 약 3000kcal/Nm³이며, 이 환원가스를 100℃올리는데 필요한 열량이 약 30kcal/Nm³이다. 따라서 약 환원가스의 약 1%, 즉 용선 1톤당 17-18Nm³를 산소로 연소시키면 환원가스의 온도를 100℃올릴 수 있다. 이때 필요한 산소는 용선 1톤당 8-9Nm³이다.이와같이 가스승온로에서 취입하는 산소의 양을 조절하면 부족한 만큼의 온도를 올릴수가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 환원가스를 제조하는 연료로서 석탄을 사용하고 원료로서 분철광석을 직접 사용하여 용융선철을 단순하고 특히 에너지 효율적으로 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

1. 석탄을 연료로 직접 사용하여 용융선철을 제조하는 장치에 있어서,

   분철광석 및 용융선철제조에 요구되는 분상의 부원료의 일부를 공급받아 제2유동층환원로(13)의 배가스를 이용하여 분철광석을 예열 및 예비환원하고, 그리고 부원료를 소성하는 제1유동층환원로(14);

   상기 제1유동층환원로(14)에서 예열 및 예비환원된 분철광석 및 소성된 부원료를 공급받아 제3유동층환원로의 배가스를 이용하여 각각 2차적으로 예비환원 및 소성하는 제2유동층환원로(13);

   용융선철제조에 요구되는 부원료중 상기 제1유동층환원로(14)에 공급되는 것 이외의 나머지의 분상의 부원료와 상기 제2유동층환원로(13)에서 2차적으로 예비환원된 분철광석 및 소성된 부원료를 공급받아 용융가스화로(11)의 배가스를 이용하여 각각 최종적으로 예비환원 및 소성하는 제3유동층환원로(12);

   상기와 같이 제3유동층환원로(12)에서 최종 예비환원된 분철광석 및 최종 소성된 부원료를 공급받아 용융환원하여 용융선철을 제조하는 용융가스화로(11);

   상기 용융가스화로(11)에서 발생된 환원가스중의 더스트를 더스트리사이클링장치(112)로 보내고 미분더스트와 분리된 배가스를 상기 제3유동층환원로에 공급하는 더스트사이클론(111);

   상기 용융가스화로(11)에 장착되어 상기 더스트 리사이클링장치(112)에서 받은 미분더스트를 용융가스화로(11)에 분사시키는 용융연소장치(113);

   및 상기 각 유동층환원로(12, 13, 14)의 배가스중의 미분 더스트를 집진하여 각 유동층환로로 재순환시키는 순환사이클론들(121, 131, 141); 및

   상기 제1유동층환원로(14)의 제1순환 사이클론(141)에서 배출되는 배가스를 공급받아 잔여 더스트를 집진하고 냉각하는 수집진장치(15)를 포함하고;

   상기 제1유동층환원로(14)에는 분철광석 및 분상의 부원료를 공급받기 위한 원료공급관(14f)이 연결되어 있고, 이 원료공급관(14f)에는 분철광석의 공급원에 연결되어 있는 분철광석 공급관(14f₁) 및 부원료 공급원에 연결되어 있는 제1부원료 공급관(14f₂)이 연결되어 있고, 제1유동층환원로(14)는 제1환원철배출관(14a)을 통해 제2유동층환원로(13)와 광석소통관계로 연통되어 있고, 또한 그 저부에 연결되는 제1가스공급관(14b)을 통해 제2유동층환원로(13)와 가스소통관계로 연통되어 있으며, 그 상부에는 배가스를 배출하기 위한 제1배가스배출관(14c)이 연결되어 있으며, 이 배가스배출관(14c)은 제1순환사이클론(141)과 연통되어 있고, 상기 제1유동층환원로(14)는 제1순환사이클론(14l)과 더스트 소통관계로 연통되어 있고;

   상기 제1순환사이클론(141)는 수집진장치(15)와 연통되어 있는 제2배가스배출관(14e)이 연결되어 있고;

   상기 제2유동층환원로(13)은 제2환원철배출관(13a)을 통해 제3유동층환원로(12)와 연통되어 있고, 또한 그 저부에 연결되는 제2가스공급관(13b)을 통해 제3유동층환원로(12)와 가스소통관계로 연통되어 있으며, 그 상부에는 배가스를 배출하기 위한 제3배가스배출관(13c)이 연결되어 있고, 이 배가스배출관(13c)은 제2순환사이클론(131)과 연통되어 있고, 또한 제2유동층환원로(13)는 제2더스트순환관(13d)을 통해 제2순환사이클론(131)과 더스트소통관계로 연통되어 있고;

   상기 제2순환사이클론(131)에는 상기 제1가스공급관(14b)과 연결되어 미분 더스트가 분리된 배가스를 제1유동층환원로(14)에 공급하는 제4배가스배출관(13e)이 연결되어 있고;

   상기 제3유동층환원로(12)에는 상기 제1부원료공급관(14f₁)에 연결되어 용융선철제조에 요구되는 부원료의 일부를 로내로 공급하기 위한 제2부원료공급관(12f) 및 최종환원된 분환원철과 소성된 분상의 부원료를 배출하기 위한 제3환원철배출관(12a)이 연결되어 있으며, 이 제3환원철배출관(12a)은 용융가스화로(11)과 연통되어 있고, 또한, 상기 제3유동층환원로(12)는 그 저부에 연결되는 제3가스공급관(12b)을 통해 더스트사이클론(111)과 가스소통관계로 연통되어 있으며, 그 상부에는 배가스를 배출하기 위한 제5배가스배출관(12c)이 연결되어 있으며, 이 제5배가스배출관(12c)은 제3순환사이클론(121)과 연통되고, 또한 상기 제3유동층환원로(12)는 제3더스트순환관(12d)을 통해 제3순환사이클론(121)과 더스트 소통관계로 연통되어 있고;

   상기 제3순환사이클론(121)에는 상기 제2가스공급관(13b)과 연결되어 미분 더스트가 분리된 배가스를 제2유동층환원로(13)에 공급하는 제6배가스배출관(12e)이 연결되어 있고;

   상기 용융가스화로(11)에는 제3유동층환원로(12)에 연통되어 있는 제3환원철배출관(13a) 및 더스트사이클론(111)과 연통되어 있는 환원가스배출관(11a)이 연결되어 있고, 상기 더스트 리사이클링장치(112)는 하부에 연결되어 있는 분체배출관(11b)을 통해 상기 더스트사이클론(111)과 연통되고, 분체취입관(11c)을 통해 상기 용융가스화로(11)측부에 장착되어 있는 용융연소장치(113)에 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 유동층을 이용한 용융선철 제조장치
2. 제1항에 있어서, 상기 제1가스공급관(14b)과 제4배가스배출관(13e)의 연결부위와 상기 제2가스공급관(13b)과 제6배가스배출관(12e)의 연결부위에 제1가스승온로(142) 및 제2가스승온로(132)가 각각 구비된 것을 특징으로 하는 유동층을 이용한 용융선철 제조장치
3. 제1항의 용융선철 제조장치를 사용하여 용융선철을 제조하는 방법에 있어서,

   원료공급관(14f)을 통해 분철광석 및 용융선철제조에 요구되는 부원료의 50∼70%에 해당되는 분상의 부원료를 공급받아 제1유동층환원로(14)에서 제2유동층환원로(13)의 배가스를 이용하여 분철광석을 예열 및 예비환원하고, 그리고 부원료를 소성하는 단계;

   상기 제1유동층환원로(14)에서 예열 및 예비환원된 분철광석 및 소성된 부원료를 공급받아 제2유동층환원로(13)에서 제3유동층환원로(12)의 배가스를 이용하여 각각 2차적으로 예비환원 및 소성하는 단계;

   용융선철제조에 요구되는 부원료의 30∼50%에 해당되는 분상의 부원료와 상기 제2유동층환원로(13)에서 2차적으로 예비환원된 분철광석 및 소성된 부원료를 공급받아 제3유동층환원로(12)에서 용융가스화로(11)의 배가스를 이용하여 각각 최종적으로 예비환원 및 소성하는 단계; 및

   상기와 같이 제3유동층환원로(12)에서 최종 예비환원된 환원철 및 최종 소성된 부원료를 공급받아 용융가스화로(11)에서 용융환원하여 용융선철을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융선철 제조방법
4. 제3항에 있어서, 제1유동층환원로(14)의 유동층 온도는 700∼750℃, 제2유동층환원로(13)의 유동층 온도는 780∼820℃, 제3유동층환원로(12)의 유동층 온도는 830∼870℃가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 용융선철 제조방법
5. 제2항의 용융선철 제조장치를 사용하여 용융선철을 제조하는 방법에 있어서,

   원료공급관(14f)을 통해 분철광석 및 용융선철제조에 요구되는 부원료의 50∼70%에 해당되는 분상의 부원료를 공급받아 제1유동층환원로(14)에서 제2유동층환원로(13)의 배가스를 이용하여 분철광석을 예열 및 예비환원하고, 그리고 부원료를 소성하는 단계;

   상기 제1유동층환원로(14)에서 예열 및 예비환원된 분철광석 및 소성된 부원료를 공급받아 제2유동층환원로(13)에서 제3유동층환원로(12)의 배가스를 이용하여 각각 2차적으로 예비환원 및 소성하는 단계;

   용융선철제조에 요구되는 부원료의 30∼50%에 해당되는 분상의 부원료와 상기 제2유동층환원로(13)에서 2차적으로 예비환원된 분철광석 및 소성된 부원료를 공급받아 제3유동층환원로(12)에서 용융가스화로(11)의 배가스를 이용하여 각각 최종적으로 예비환원 및 소성하는 단계;

   상기와 같이 제3유동층환원로(12)에서 최종 예비환원된 분철광석 및 최종 소성된 부원료를 공급받아 용융가스화로(11)에서 용융환원하여 용융선철을 제조하는 단계; 및 제1가스승온로(132)와 제2가스승온로(142)에 산소를 취입하여 환원가스의 일부를 연소시켜 그 연소열로 환원가스의 온도를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융선철 제조방법
6. 제5항에 있어서, 제1유동층환원로(14)의 유동층 온도는 700∼750℃, 제2유동층환원로(13)의 유동층 온도는 780∼820℃, 제3유동층환원로(12)의 유동층 온도는 830∼870℃가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 용융선철 제조방법