KR101036636B1 - 코렉스설비의 분진 회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 조업 중 압력피크 발생으로 인해 가스와 함께 유입된 탄이나 코크스 덩어리와 질소가스 역 블로윙작업시 열충격에 의해 박리된 내열연와 조각이 더스트 빈 내의 그리드를 막는 것을 방지함과 더불어 연속적인 분진 배출이 이루어질 수 있도록 된 코렉스 설비의 분진 회수장치를 제공함에 있다.

이에 본 발명은 용융로로부터 배출되는 분진을 회수하는 분진 회수장치의 분진 빈 내측에 설치되는 돔형의 그리드를 포함하는 코렉스설비의 분진 회수장치를 제공한다.

분진 빈, 그리드, 돔형, 맨홀

Description

코렉스설비의 분진 회수장치{Apparatus for recycling dust in COREX process}

도 1은 일반적인 코렉스 설비를 도시한 개략적인 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코렉스 설비의 분진 회수장치를 도시한 측면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 코렉스 설비의 분진 회수장치에 설치된 돔형 그리드를 도시한 단면도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 그리드의 분해 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 그리드 11 : 홀

20 : 베이스 21 : 플레이트

22 : 체결홀 23 : 스터드볼트

24 : 너트 25 : 손잡이

50 : 맨홀 156 : 하부 분진 빈

본 발명은 코렉스(COREX) 설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코렉스 설비의 분진 회수장치에 관한 것이다.

일반적으로 용철생산설비의 대종을 이루고 있는 고로법은 그 반응기 특성상 일정 수준이상의 강도를 보유하고 있으며 로내 통기성 확보를 보장할 수 있는 입도를 보유한 원료를 요구한다.

이에 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원은 특정 원료탄의 대부분을 가공처리한 코크스(COKE)에 의존하고 있으며, 철원은 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다.

따라서 상기와 같은 코크스 및 소결광을 이용한 현행 고로법은 코크스 제조설비 및 소결설비등의 원료예비처리설비를 반드시 필요로 하고, 이에 따라 설비의 제작을 위한 막대한 비용이 필요하고, 그 보수 및 유지작업이 수반되는 것은 물론, 상기와 같은 원료 예비처리설비에서는 SOx, NOxe 또는 분진과 같은 환경오염물질이 상당히 발생되기 때문에, 이의 정화처리를 위한 별도의 설비가 필요하고, 특히 현재 세계적으로 환경오염에 대한 규제가 엄격해져 가고 있어 이를 극복하기 위한 막대한 처리설비 투자비용 등으로 현재의 고로공정을 통한 용선의 생산은 그 경쟁력이 약화되고 있는 실정이다.

상기한 상황에 대처하기 위하여 세계각국은 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하며, 철원으로서는 제조과정중 환경오염물질의 배출이 비교적 적은 펠레트와 괴광석등을 사용하거나 더나아가서는 분철광석을 직접 사용하여 용철을 제조하는 신 제철공법의 개발에 박차를 가하고 있다. 상기한 신 제철공법의 대표적인 것 으로서 코렉스공정을 들 수 있다.

코렉스 설비는 도 1에 나타난 바와 같이 상부로부터 철광석,펠렛과 같은 주원료와 석회석,백운석과 같은 부원료가 장입되는 환원로(110)와,일반탄인 석탄을 장입하여 하부의 풍구(121)로 취입된 산소에 의해서 이를 연소시키는 융융로(120) 및 상기 융용로(120)에서 발생된 환원가스에 의해서 환원된 직접환원광(Direct Reduction Iron;이하 환원광이라함)을 상기 용융로(120) 상부에 연결된 환원광이송유로인 공급파이프(DRI Down Pipe)(131)를 통하여 공급하는 환원광공급기(130) 등으로 구성되어, 상기 용융로(120) 내에서 반응열에 의해 환원광을 녹여 용철을 직접 제조하고,이를 슬래그(Slag)와 더불어 외부로 배출한다.

여기서, 상기 용융로(120) 하부에 설치된 풍구(121)를 통하여 취입된 산소에 의한 연소과정에서 발생되는 일산화탄소 및 수소가 주성분인 환원가스를 상기 환원로(110)내로 취입하여 장입물 사이를 통과시켜 직접 환원광을 제조하며,상기 직접환원광은 상기 용융로(120)내로 공급되는 일반탄과 함께 고정층(Fixed Bed)을 형성한다.

여기서 상기 고정층(122)에 대해 설명하면, 용융로(120)내의 석탄은 1000℃내외의 노내 온도에 의해 휘발분이 방출분해되고 챠르(CHAR)의 형태로 용융로 중간부위까지 채워지는 데, 고정층은 이렇게 챠르로 이루어진 영역을 말한다.

이와같이 상기 용융로(120)내에 장입된 석탄은 고정층의 상부에서 휘발분이 방출되고,고정탄소와 재(ash)로 구성된 차르(char)가 되고, 상기 풍구 선단에서 차르는 산소와 반응하여 일산화탄소를 발생시키고,그 반응열에 의해서 고정층내에 존 재하는 직접환원광을 녹여 용철을 제조하는 것이다. 그리고,상기 용융로(120)에서 발생되는 환원가스는 환원가스라인(122)과 냉각가스라인에 설치된 습식제진 스크러버(Scrubber)(141,142)를 거치면서 냉각되고, 분진이 제거된 청정상태의 가스로서 연료로 재사용하게 되며, 상기 스크러버(141,142)에서 제진된 가스는 스택(Stack) (160)을 통하여 외부로 배출된다.

또한,상기 용융로(120)에서 외부로 배출되는 고온의 가스에는 장입물의 분화 및 반응과정에서 발생된 미세한 분진을 다량 함유하고 있는 데, 이를 제진하여 재사용하기 위해서 상기 용융로(120) 상부의 돔부(124)에 복수개 연결된 가스공급라인마다 건식제진 핫사이클론(150)을 포함하는 분진 회수장치를 설치함으로써, 분진을 다량 함유하고 있는 가스가 환원로(110)내로 그대로 공급되지 못하도록 분진을 제거하고, 제진된 분진은 상기 용융로(120) 외벽에 설치된 분진버너(151)로 공급되어 상기 용융로(120) 내에서 산소와 함께 연소된다.

이를 위한 종래의 분진 회수장치는 용융로의 돔부에 설치되는 제너레이터 가스 라인과 이 라인 상에 설치되는 핫 사이클론, 핫 사이클론 하단에 연속으로 배치되는 분진차단밸브와 상부 디스크게이트, 상부 분진 빈, 하부 디스크 게이트, 하부 분진 빈, 하부 분진 빈에서 배출되는 분진을 용융로의 분진 버너로 공급하는 취입관과 티피스(T-Piece)를 포함한다.

그런데 상기한 종래의 구조는 용융로 상부로 다량의 미분 탄 장입시 용융로 돔부에서 짧은 시간에 급격한 연소반응에 의해 다량의 가스가 발생되어 압력피크(PRESSURE PEAK)를 일으키고 이에 설비 보호를 위하여 다량의 가스를 배출 함에 따라 4개의 제너레이터 가스 라인으로 흐르는 제너레이터 가스 유속이 평소 대비 2배 정도 빨라지고 이에 따라 소립의 탄 덩어리와 코크스 덩어리가 가스와 함께 분진 회수장치로 유입되어 핫 사이클론이나 상부 분진 빈, 하부 분진 빈, 분진 취입관, 티-피스, 분진 버너 등에서 막힘 현상이 발생된다.

또한, 분진 취입 불량을 해소하기 위하여 질소가스의 역 블로윙 작업시 분진 회수장치 각 구성부 내부의 내열 연와에 열충격이 가해지고 내열연와 조각에 의해 분진 빈 내부의 그리드가 막히는 문제점이 발생된다. 이에 따라 고온의 분진을 용융로 내부로 이송시킬 수 없게 되어 환원 가스 중의 분진이 분리되지 않고 그대로 환원로로 분진이 혼입되는 문제점이 있다.

이에 종래에는 분진 회수장치가 막힌 경우 환원로 내부로 분진이 혼입되는 것을 방지하기 위하여 설비를 휴지시키고 점검용 맨홀을 통해 이물질(내열연와 조각, 탄 덩어리, 코크스 덩어리)을 제거하고 상기 회수장치를 이루는 핫 사이클론, 상부 분진 빈, 하부 분진 빈, 분진 취입관, 티 피스, 분진 버너 등을 전부 해체하여 고온의 분진과 탄, 코크스 덩어리 제거작업을 수행하였다.

그러나 상기한 종래의 구조는 청소작업을 위해 설비를 정지시키고 환원로 비우기 작업에 68-89시간 정도가 소요되어 조업휴지시간이 많다는 문제점이 있으며, 이는 생산성을 저하시키는 요인이 된다.

또한, 상기 환원로 비우기 작업은 정비비 및 대체 광석비의 증가를 초래하며, 용철생산량의 부족에 의해 가동율을 저하시키고, 안전사고의 위험성이 매우 높을 뿐만 아니라 주변환경을 오염시키는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 조업 중 압력피크 발생으로 인해 가스와 함께 유입된 탄이나 코크스 덩어리와 질소가스 역 블로윙작업시 열충격에 의해 박리된 내열연와 조각이 더스트 빈 내의 그리드를 막는 것을 방지함과 더불어 연속적인 분진 배출이 이루어질 수 있도록 된 코렉스 설비의 분진 회수장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 분진 회수장치에 있어서, 분진 빈의 내측에 돔형의 그리드가 설치된 구조로 되어 있다.

이에 따라 상기 그리드 위로 낙하되는 내열연와 조각 등이 그리드에서 미끄러져 측면으로 밀려나고 그리드를 통해 지속적으로 분진을 배출시킬 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 코렉스 설비를 도시한 개략적인 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코렉스 설비의 분진 회수장치를 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 코렉스 설비의 분진 회수장치에 설치된 돔형 그리드를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 그리드의 분해 사시도이다.

상기한 도면에 의하면, 코렉스설비는 상부로부터 철광석 또는 펠렛(pellet)과 같은 주원료와 석회석, 백운석과 같은 부원료가 함께 장입되고 취입되는 환원가 스로 고체상태에서 환원반응시켜 직접환원철(DRI;Direct Reduction Iron)을 제조하는 환원로(100)와, 이 환원로(100)로부터 이송되는 직접환원철과 장입된 석탄을 하부의 풍구(121)로 취입된 산소에 의해 연소시시켜 용철을 제조하고 연소과정에서 발생되는 환원가스를 상기 환원로(100)에 취입하는 용융로(120), 상기 환원로(100)로부터 제조되는 직접환원철을 이송용 공급파이프(131)를 통해 용융로(120)로 장입시키기 위한 이송스크류(121), 용철 제조과정에서 발생되는 분진을 회수하기 위한 분진 회수장치를 포함한다.

그리고 상기 분진 회수장치는 상기 용융로(120)의 돔부에 설치되어 가스가 이송되는 제너레이터 가스라인(151)과, 이 라인 상에 설치되고 고온가스로부터 분진을 분리시키기 위한 핫 사이클론(Hot Cyclone;22)), 이 핫 사이클론(150) 하단에 연속으로 설치되어 분진의 배출을 차단하는 분진차단밸브(152)와 분진의 이송량을 조절하기 위한 상부 디스크게이트(153), 이 상부 디스크게이트 하부측에 연속적으로 연결되는 상부 분진 빈(154), 하부 디스크게이트(155), 하부 분진 빈(156), 하부 분진 빈에서 배출되는 분진을 용융로(120)의 분진 버너(159)로 공급하는 취입관(158)과 질소가스 투입용 티피스(157)를 포함한다.

여기서 본 발명은 상기한 구조의 분진 회수장치에 있어서, 상기 하부 분진 빈(156) 내에 반구형의 그리드(10)가 상방향으로 볼록하게 설치된 구조로 되어 있다.

상기 그리드(10)는 전면에 분진이 배출되도록 격자의 홀(11)이 일정간격으로 배열형성되며, 하부 분진빈(156)에 탈착될 수 있도록 설치부를 포함한다.

즉, 상기 그리드(10)는 하부 분진빈(156)의 측면에 형성된 맨홀(50)을 통해 하부 분진 빈(156) 내에 장착하거나 탈거시킬 수 있게 되어 있으며, 이를 위해 상기 설치부는 하부 분진 빈(156) 내에 설치되어 상기 돔형 그리드(10)가 놓여 지지되는 지지용 베이스(20)와, 돔형 그리드(10) 외주면을 따라 설치되고 일측에 체결홀(22)이 형성된 그리드(10) 지지용 원형 플레이트(21)와, 상기 지지용 베이스(20) 상에 수직 설치되어 상기 체결홀(22)에 관통되는 스터드볼트(23)와 스터드볼트(23)에 결합되어 원형 플레이트(21)를 고정하는 너트(24), 상기 원형 플레이트(21)에 설치되고 상기 맨홀(50)쪽으로 연장되는 그리드(10) 취외용 손잡이(25)를 포함한다.

상기 맨홀(50)은 하부 분진빈(156) 측면에 설치되고 외측으로 연장된 관 구조물로, 내측에는 내열연와(51)가 축조되고 선단에는 원형 철판(52)이 볼트결합되어 닫혀진 구조로 되어 있다.

상기한 구조로 되어 돔형 그리드(10)로 낙하되는 내열연와 조각이나 탄 덩어리, 코크스 덩어리는 그리드(10)의 측면을 타고 흘러내려 그리드(10) 주변에 모아지게 되고 돔형 그리드(10)의 상부를 통해서는 연속적으로 분진을 배출시킬 수 있게 된다.

상기한 구조의 그리드(10) 설치 과정을 살펴보면, 하부 분진 빈(156)의 내부에는 측면의 맨홀(50) 저부 높이에 맞춰 지지용 베이스(20)가 설치되어 있어서, 작업자는 상기 맨홀(50)의 원형 철판을 개방하고 맨홀(50)을 통해 돔형 그리드(10)를 진입시켜 상기 지지용 베이스(20) 위로 위치시키고 상기 그리드(10)가 설치된 원형 플레이트(21)의 체결홀(22)에 상기 지지용 베이스(20)에 설치된 스터드볼트(23)를 관통시키고 외측에서 너트(24)로 조여줌으로써 하부 분진 빈(156) 내에 그리드(10)를 설치할 수 있게 된다.

또한, 돔형 그리드(10)의 점검 및 수리 작업시에는 상기 돔형 그리드(10)의 크기에 맞춰 형성된 맨홀(50)을 통해 그리드(10)를 고정하고 있는 너트(24)를 풀어준 후 원형 플레이트(21)에 설치된 취외용 손잡이(25)를 사용하여 맨홀(50)을 통해 그리드(10)를 용이하게 빼낼 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 작용에 대해 설명한다.

환원로(100)내로 장입된 주,부원료를 환원시키기 위해서 용융로(120)에서 발생된 고온의 환원가스로 환원반응시키고, 제조된 직접환원철은 상기 환원로(100)의 하부단에 장착된 이송스크류(121)로 용융로(120) 내로 일정하게 장입한다.

이때 상기 용융로(120) 상부로 다량의 미분탄 장입시 용융로(120)의 돔부에서 짧은 시간에(분탄의 반응은 약 1-2초 이내 분해 완료된다) 급격한 연소반응이 일어나고 이에 따라 다량의 가스가 발생되어 제너레이터 가스 유량 증가로 인한 압력 피크(Pressure Peak)가 발생된다.

따라서 상기와 같은 압력 피크로부터 설비를 보하하기 위하여 다량의 가스를 배출함으로써 4개의 제너레이터 가스라인(151)으로 흐르는 제너레이터 가스 유속이 평소 대비 2배정도 더욱 빨라지게 되고 이에 따라 소립의 탄 덩어리와 코크스 덩어리가 급격히 빠른 유속에 의해 가스와 함께 제너레이터 가스라인(151)으로 유입된다.

그리고 용융로 내부로의 원활한 취입을 위한 질소가스 역 블로윙 작업시 내열 완와가 저온의 불활성가스와 접촉하면서 그 열충격에 의해 박리되고 박리된 내열연와 조각은 하부 분진 빈(156)으로 낙하된다.

이와같이 하부 분진 빈(156) 내로 유입된 소립의 탄 덩어리와 코크스 덩어리 또는 내열연와 조각 등은 돔형의 그리드(10)에 의해 걸려 빠져나가지 못하고 분진만이 그리드(10)의 홀(11)을 지나 용융로(120)로 보내지게 된다.

여기서 상기 그리드(10)는 돔형으로 상부를 향해 불록한 구조로써 그리드(10)에 걸려 제거된 내열연와 조각 등의 이물질은 그리드(10)의 외측면 즉, 반구형으로 경사져 있는 그리드(10)의 외측면을 타고 흘러내리게 되고 그리드(10)로부터 흘러내린 내열연와 조각 등의 이물질은 그리드(10)의 원형플레이트(21) 위에 쌓이게 된다.

이에 따라 소립의 탄 덩어리나 코크스 덩어리 그리고 내열연와 조각 등이 그리드(10)의 외주변쪽에 모아지게 되고, 그리드(10) 점검 및 수리 작업시 그리드(10) 외주변에 모아진 이물질을 용이하게 청소할 수 있는 것이다.

그리고 상기와 같이 상기 그리드(10) 위에 걸린 내열연와 조각 등의 이물질이 그리드(10)를 타고 흘러내림에 따라 그리드(10)의 상부쪽 홀(11)은 항상 개방된 상태가 되어 상부에 위치한 홀(11)을 통해서는 계속해서 분진을 배출할 수 있게 된다.

한편, 그리드(10)의 점검 및 수리 작업은 맨홀(50)에 설치된 원형철판(42)을 제거한 후 돔형 그리드(10)를 고정하고 있는 너트(24)를 풀어주고 취외용 손잡이(25)를 잡고 맨홀(50)을 통해 그리드(10)를 외부로 인출함으로써 간단히 그리드(10)를 분리 점검할 수 있게 된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 코렉스설비의 분진 회수장치에 의하면, 소립의 탄 덩어리나 코크스 덩어리 또는 내열연와 조각 등에 의해 그리드가 막히는 것을 방지하고 분진을 연속적으로 배출할 수 있게 되어, 환원로의 조업지수 변동을 방지하여 조업가동율을 향상시키고, 용철을 제조하는 원가를 절감할 수 있으며,공장 휴지를 방지하여 정비비를 절감할 수 있는 한편, 대형설비사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 그리드로 낙하되는 소립의 탄 덩어리나 코크스 덩어리 또는 내열연와 조각을 한 곳으로 모아 후 처리 작업을 용이하게 할 수 있다.

또한, 분진 빈으로부터 그리드를 용이하게 착탈시킬 수 있게 되어 유지관리에 보다 적은 비용과 시간이 소요된다.

Claims (3)

1. 용융로로부터 배출되는 분진을 회수하는 분진 회수장치의 분진 빈 내측에 설치되는 돔형의 그리드, 상기 분진 빈 내에 설치되어 상기 돔형 그리드가 놓여지는 지지용 베이스와, 상기 돔형 그리드 외주면을 따라 설치되고 일측에 체결홀이 형성된 그리드 지지용 원형 플레이트와, 상기 지지용 베이스 상에 수직 설치되어 상기 체결홀에 관통되는 스터드볼트와 스터드볼트에 결합되어 원형 플레이트를 고정하는 너트, 상기 원형 플레이트에 설치되고 외측으로 연장되는 그리드 취외용 손잡이를 포함하는 코렉스설비의 분진 회수장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 그리드는 상부를 향해 볼록한 구조로 된 것을 특징으로 하는 코렉스설비의 분진 회수장치.
3. 삭제

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