KR101153352B1 - 용철 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 용철 제조 장치는 분철광석을 환원하여 환원체로 변환하는 하나 이상의 유동 환원로, 환원체를 장입하고, 그 내부에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 용융가스화로 및 용융가스화로에서 배출하는 환원 가스를 유동 환원로에 공급하는 환원 가스 공급관을 포함하고, 유동 환원로는 그 내부에 배치되어 분철광석을 포집하는 하나 이상의 싸이클론 및 싸이클론의 하단과 이격 설치되어 기포 또는 환원 가스의 역류를 방지하는 유동 제어 부재를 포함하며, 유동 제어 부재는 싸이클론의 내부로 연장되어 형성되어 싸이클론 내에 형성되는 점착물을 제거하는 점착물 제거부를 포함한다.

유동환원로, 용철제조장치, 싸이클론, 부착물

Description

용철 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용철 제조 장치의 개략도이다.

도 2는 도 1에 도시한 유동 환원로의 개략도이다.

본 발명은 용철 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분철광석을 이용한 용융 환원 제철 공정에 있어서 유동 환원로 내부의 싸이클론이 분철광석의 부착물에 의해 막하는 현상을 방지하는 용철 제조 장치에 관한 것이다.

철강 산업은 자동차, 조선, 가전, 건설 등의 전체 산업에 기초 소재를 공급하는 핵심 기간 산업으로서, 인류의 발전과 함께하여 온 가장 역사가 오래된 산업중의 하나이다. 철강 산업의 중추적인 역할을 담당하는 제철소에서는 원료로서 철광석 및 석탄을 이용하여 용융 상태의 선철인 용철을 제조한 다음, 이로부터 강을 제조하여 각 수요처에 공급하고 있다.

현재, 전세계 철 생산량의 60% 정도가 14세기부터 개발된 고로법으로부터 생산되고 있다. 고로법은 소결 과정을 거친 철광석과 유연탄을 원료로 하여 제조한 코크스 등을 고로에 함께 넣고 산소를 불어넣어 철광석을 철로 환원하여 용철을 제 조하는 방법이다.

용철 생산 설비의 대종을 이루고 있는 고로법은 그 반응 특성상 일정 수준 이상의 강도를 보유하고 노내 통기성 확보를 보장할 수 있는 입도를 보유한 원료를 요구하므로, 전술한 바와 같이, 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로는 특정 원료탄을 가공 처리한 코크스에 의존하며, 철원으로는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다.

이에 따라 현재의 고로법에서는 코크스 제조 설비 및 소결 설비 등의 원료 예비 처리 설비가 반드시 수반되므로, 고로 이외의 부대 설비를 구축해야 할 필요가 있을 뿐만 아니라 부대 설비에서 발생하는 제반 환경오염 물질에 대한 환경오염 방지 설비의 설치 필요로 인하여 투자 비용이 다량으로 소모되어 제조원가가 급격히 상승하는 문제점이 있다.

이러한 고로법의 문제점을 해결하기 위하여, 세계 각국의 제철소에서는 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하고, 철원으로는 전세계 광석 생산량의 80% 이상을 점유하는 분철광석을 직접 사용하여 용철을 제조하는 용융 환원 제철법의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

용융 환원 제철법은 예비 환원과 최종 환원의 2단계 환원법이 주류를 이루고 있다. 종래의 용철 제조 장치는 기포 유동층이 형성되는 유동 환원로와 여기에 연결되어 석탄 충전층이 형성되는 용융가스화로로 이루어져 있다. 상온의 분철광석은 유동 환원로에 장입되어 예비 환원된다.

유동 환원로에는 용융가스화로로부터 고온의 환원 가스가 공급되므로, 상온 의 분철광석이 고온의 환원 가스와 접촉하여 승온된다. 이와 동시에, 상온의 분철광석은 80% 이상 환원되어 용융 가스 화로 내로 장입된다.

유동 환원로에 장입되는 분철광석 입자들은 수 밀리미터부터 수십 마이크로미터까지의 넓은 입도 분포를 가지는데, 이 중 존재하는 미분의 분철광석 중 대부분이 가스에 의하여 반응기 밖으로 비산하게 된다. 비산된 미분의 분철광석은 슬러지로 처리되거나 유동 환원로 상단에 위치하는 반응기 노즐의 막힘의 원인이 되므로 이의 비산량을 최소화하여야 한다.

이를 위해 유동 환원로의 내부에는 유동층으로부터 비산되는 미분의 분철광석을 포집하고 중력 낙하시켜 다시 유동층 내부에서 순환하도록 하는 싸이클론이 설치된다.

그런데 싸이클론은 유동 환원로 내부에 고온 부착성이 강한 물질 또는 극미분의 함량이 높아 재순환되는 양이 많을 경우 그 하부가 빈번히 막히게 된다.

이와 같이, 싸이클론이 막혀 싸이클론 내의 분철광석 흐름이 중단되면 분철광석의 회수가 불가능하게 되므로 막대한 분철광석의 손실이 발생하게 된다.

또한, 상기한 부착물을 제거하기 위해서는 상당한 작업 시간이 소요되므로 유동 환원로의 가동률을 크게 저하시킨다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은분철광석의 유동 환원 공정에서 분철광석 입자들에 의한 부착물에 의해 싸이클론이 막히는 현상을 방지하는 용철 제조 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따른 용철 제조 장치는 분철광석을 환원하여 환원체로 변환하는 하나 이상의 유동 환원로, 환원체를 장입하고, 그 내부에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 용융가스화로 및 용융가스화로에서 배출하는 환원 가스를 유동 환원로에 공급하는 환원 가스 공급관을 포함하고, 유동 환원로는 그 내부에 배치되어 분철광석을 포집하는 하나 이상의 싸이클론 및 싸이클론의 하단과 이격 설치되어 기포 또는 환원 가스의 역류를 방지하는 유동 제어 부재를 포함하며, 유동 제어 부재는 싸이클론의 내부로 연장되어 형성되어 싸이클론 내에 형성되는 점착물을 제거하는 점착물 제거부를 포함하고, 환원 가스의 유동에 의해 유동 제어 부재 및 점착물 제거부가 가동(可動)된다.

이때, 유동 제어 부재는 싸이클론의 하부에 부착되는 지지부 및 지지부와 유동 제어 부재를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.

이때, 연결부는 체인 또는 고리로 이루어질 수 있다.

또한, 유동 제어 부재는 원뿔 형상일 수 있다.

또한, 점착물 제거부는 유동 제어 부재의 꼭지각보다 작은 꼭지각을 갖는 원뿔 형상일 수 있다.

또한, 유동 제어 부재는 40° 내지 70°의 경사각을 가질 수 있다.

한편, 싸이클론은 분철광석을 포집하는 콘부 및 콘부에서 포집된 분철광석을 하부로 이송하는 딥레그부를 포함하며, 점착물 제거부는 딥레그부의 상부까지 연장 형성될 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 이용하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용철 제조 장치(100)의 개략도이다. 도 1에 도시한 용철 제조 장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 다른 구조로 이를 변형할 수도 있으며 기타 다른 장치를 포함할 수 있다.

도시한 바와 같이, 용철 제조 장치(100)는 크게 환원로인 유동 환원로(10), 용융가스화로(30) 및 환원 가스 공급관(40)을 포함한다.

또한, 용철 제조 장치(100)는 유동 환원로(10)와 용융가스화로(30) 사이에 연결된 괴성체 제조 장치(50)와 고온 균배압 장치(60)를 더 포함할 수 있다. 이외에 용철 제조 장치(100)는 용철 제조에 필요한 기타 여러 가지 장치를 더 포함할 수 있다.

유동 환원로(10)는 그 내부에 유동층이 형성되며, 유동층의 분철광석 등을 환원하여 환원체로 변환하도록 순차적으로 연결되어 있다. 각 유동 환원로(10)는 용융가스화로(30)의 석탄 충전층으로부터 배출된 환원 가스를 환원 가스 공급관(40)을 통하여 공급받는다.

유동 환원로(10)는 환원 가스가 유입되어 흐르도록 하면서 분철광석을 통과시켜 환원체로 변환한다. 이때, 부원료를 분철광석과 함께 혼합하여 사용할 수 있 다.

한편, 유동 환원로는 복수 개로 구비될 수 있으며, 도 1에는 일례로, 예열 환원로(10a), 제1 예비 환원로(10b), 제2 예비 환원로(10c) 및 최종 환원로(10d)로 이루어지는 구성을 도시하였다.

괴성체 제조 장치(50)는 통기성 확보 및 비산 방지를 위하여 환원체를 괴성화한다. 괴성체 제조 장치(50)는, 장입 호퍼(hopper)(52), 한 쌍의 롤(54), 파쇄기(56), 그리고 환원체 저장조(58)를 포함한다. 이외에, 괴성체 제조 장치(50)는 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다.

장입 호퍼(52)는 환원체를 저장한다. 한 쌍의 롤(54)은 환원체를 압착하여 괴성화된 환원체로 제조한다. 파쇄기(56)는 괴성화된 환원체를 적당한 크기로 파쇄한다. 환원체 저장조(58)는 파쇄한 환원체를 임시 저장한다.

고온 균배압 장치(60)는 괴성체 제조 장치(50) 및 용융가스화로(30) 사이에 위치한다. 고온 균배압 장치(60)는 압력 조절을 위하여 용융가스화로(30) 상부에 설치된다. 용융가스화로(30)의 내부는 고압이므로, 고온 균배압 장치(60)가 압력을 균일하게 조절하여 파쇄한 환원체를 용융가스화로(30)에 쉽게 장입하도록 한다.

용융가스화로(30)에는 괴탄 또는 미분탄을 성형한 성형탄을 공급하여 석탄 충전층을 형성한다. 용융가스화로(30)에 투입한 괴탄 또는 성형탄은 석탄 충전층 상부에서의 열분해 반응과 하부에서의 산소에 의한 연소 반응에 의하여 가스화된다. 가스화 반응에 의하여 용융가스화로(30)에서 발생하는 고온 환원 가스는 최종 환원로(10d)의 후단에 연결되어 있는 환원 가스 공급관(40)을 통하여 유동 환원로 (10)로 차례로 공급되어 환원제 및 유동화 가스로 이용된다.

본 발명의 실시예에 따른 용철 제조 장치(100)의 유동 환원로(10)를 이하에서 좀더 상세하게 설명한다. 도 2는 유동 환원로(10)를 도시한 개략도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 유동 환원로(10)의 내측 하부에는 분산판(12)이 배치되어 유동 환원로(10) 내부에서 가스 및 분철광석의 균일한 흐름을 형성하도록 한다. 또한, 유동 환원로(10)의 내부에는 미분의 분철광석을 포집하는 하나 이상의 싸이클론(14)이 구비된다.

싸이클론(14)의 상부는 분철광석을 포집하는 콘(cone)부(14a)로 형성되고, 싸이클론(14)의 하부는 콘부(14a)에 연결 설치되어 포집된 분철광석을 하부로 이송하는 딥레그부(dip leg)(14b)로 형성된다. 유동 환원로(10)의 조업 중 상기한 딥레그부(14b)에는 고밀도의 분철광석 흐름이 형성된다.

또한, 유동 환원로(10)의 상부에는 싸이클론(14)의 가스를 외부로 배출시키는 배가스 덕트(16), 배가스 덕트(16)와 환원 가스 공급관(미도시)을 연결하는 플랜지(18)가 구비된다.

한편, 싸이클론(14)의 딥레그부(14b)의 하부에는 유동 제어 부재(20)가 배치되어 싸이클론(14)으로 기포 또는 가스가 역류하는 것을 방지한다. 유동 제어 부재(20)는 싸이클론(14)의 하단으로부터 이격 설치된다.

도 2의 확대원에 도시한 바와 같이, 유동 제어 부재(20)는 원뿔 형상을 가질 수 있다. 유동 제어 부재(20)를 원뿔 형상으로 설치하는 경우, 하부로부터 싸이클론(14)으로 역류하는 환원 가스 흐름을 막는 데 가장 효과적이다. 또한, 유동 제 어부(20)는 그 상부로 연장 형성되어 딥레그부(14b)의 내부로 배치되는 점착물 제거부(20a)를 포함한다.

점착물 제거부(20a)는 유동 제어 부재(20)의 꼭지각(α)보다 작은 꼭지각(β)을 가지는 원뿔의 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 점착물 제거부(20a)가 딥레그부(14b)의 내부로 연장되어 형성될 수 있다.

이때, 유동 제어부(20) 및 점착물 제거부(20a)의 꼭지각(α, β)은 각각 원뿔로 이루어지는 유동 제어 부재(20) 및 점착물 제거부(20a)의 단면이 형성하는 삼각형이 이루는 꼭지각을 의미한다.

한편, 유동 제어 부재(20)의 단면을 이루는 삼각형의 밑각을 경사각(γ)이라고 하면, 유동 제어 부재(20)의 경사각(γ)은 40°이상으로 형성될 수 있다. 이는 싸이클론(14)의 딥레그부(14b)로 배출되는 분철광석의 안식각을 고려한 것이다. 즉, 유동 제어 부재(20)의 경사각(γ)이 40° 미만으로 형성되는 경우에는 딥레그부(14b)에서 배출되는 분철광석이 다시 유동 환원로의 내부로 분산되지 않고, 유동 제어 부재(20)에 쌓이게 되므로 유동 제어 부재(20)의 경사각(γ)을 40°이상으로 형성한다.

또한, 유동 제어 부재(20)의 경사각(γ)이 70°를 넘는 경우에는 유동 제어 부재(20)의 하부에서 유입되는 환원 가스의 흐름이 싸이클론(14)으로 유입되는 것을 방지하기 어렵다. 따라서 유동 제어 부재(20)의 경사각(γ)은 40° 내지 70°로 형성할 수 있다.

유동 제어 부재(20)는 딥레그부(14b)에 부착되는 지지부(20b) 및 유동 제어 부재(20)와 지지부(20b)를 연결 시키는 연결부(20c)를 포함한다. 즉, 유동 제어 부재(20)가 딥레그부(14b)에 직접 고정되어 설치되지 않고, 연결부(20c)에 의해 연결되어 유동 환원로의 가스 흐름에 따라 움직일 수 있도록 구성하다.

연결부(20c)는 체인 또는 고리로 이루어져 유동 제어 부재(20)의 점착물 제거부(20a)가 환원 가스 공급관(40, 도 1 참고)으로부터 공급되는 환원 가스의 유동에 따라 상하 및 좌우로 가동될 수 있도록 한다.

이에 따라 딥레그부(14b)가 분철광석 등의 점착물에 의해 막히는 경우, 유동 제어 부재(20)가 환원 가스의 유동에 의해 상하 및 좌우로 움직임에 따라 점착물 제거부(20a)가 점착물을 긁어내어 점착물이 딥레그부(14b)로부터 제거된다.

이때, 점착물 제거부(20a)는 딥레그부(14b)의 상부까지 연장 형성되어 딥레그부(14b)의 상부에 형성된 점착물까지 효과적으로 제거하도록 형성될 수 있다. 한편, 연결부(20c)와 지지부(20a)의 크기 등을 조절하여 점착물 제거부(20a)가 딥레그부(14b)의 내벽에 닿지 않도록 구성한다. 이렇게 함으로써 딥레그부(14b) 및 점착물 제거부(20a)가 서로 충돌하여 손상되지 않도록 할 수 있다.

상기에서는 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.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용철 제조 장치에 의하면 유동 제어 부재의 점착물 제거부가 환원 가스의 유동에 의해 싸이클론 내부의 점착물을 제거할 수 있다. 따라서 싸이클론이 막히는 것을 방지하게 되므로 분철광석의 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 점착물의 형성이 억제됨에 따라 이의 제거를 위한 시간이 소요되지 않으므로 유동 환원로의 가동률이 향상될 수 있다.

Claims (8)

1. 분철광석을 환원하여 환원체로 변환하는 하나 이상의 유동 환원로,

   상기 환원체를 장입하고, 그 내부에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 용융가스화로, 및

   상기 용융가스화로에서 배출하는 환원 가스를 상기 유동 환원로에 공급하는 환원 가스 공급관을 포함하고,

   상기 유동 환원로는.

   그 내부에 배치되어 상기 분철광석을 포집하는 하나 이상의 싸이클론, 및

   상기 싸이클론의 하단과 이격 설치되어 기포 또는 상기 환원 가스의 역류를 방지하는 유동 제어 부재

   를 포함하며,

   상기 유동 제어 부재는,

   상기 싸이클론의 내부로 연장되어 형성되어 상기 싸이클론 내에 형성되는 점착물을 제거하는 점착물 제거부를 포함하는 용철 제조 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 환원 가스의 유동에 의해 상기 유동 제어 부재 및 상기 점착물 제거부가 가동(可動)되는 용철 제조 장치.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 유동 제어 부재는,

   상기 싸이클론의 하부에 부착되는 지지부, 및

   상기 지지부와 상기 유동 제어 부재를 연결하는 연결부를 포함하는 용철 제조 장치.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 연결부는 체인 또는 고리로 이루어지는 용철 제조 장치.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 유동 제어 부재는 원뿔 형상인 용철 제조 장치.
6. 제5 항에 있어서,

   상기 점착물 제거부는 상기 유동 제어 부재의 꼭지각보다 작은 꼭지각을 갖는 원뿔 형상인 용철 제조 장치.
7. 제5 항에 있어서,

   상기 유동 제어 부재는 40° 내지 70°의 경사각을 갖는 용철 제조 장치.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 싸이클론은,

   상기 분철광석을 포집하는 콘부, 및

   상기 콘부에서 포집된 상기 분철광석을 하부로 이송하는 딥레그부

   를 포함하며,

   상기 점착물 제거부는 상기 딥레그부의 상부까지 연장 형성되는 용철 제조 장치.

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