KR100276339B1 - 엑스자형 순환관을 갖는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입도분포가 넓은 분철광석을 3단의 유동층로에서 단계적으로 환원시켜 용융로에 장입할 수 있도록 고체환원철을 제조할 수 있는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치에 관한 것으로써, 환원율과 가스이용율 및 가스원단위의 향상을 도모할 수 있는 X 자형 순환관을 갖는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 분철광석의 유동층 환원장치에 있어서, 원료분철광석이 기포유동층을 형성하면서 건조/예열되도록 구성되는 샤프트형 싱글(single) 제1유동층로(10); 상기 제1유동층로의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환되도록 구성되는 제1사이클론(60); 제1유동층로(10)에서 배출되는 건조/예열된 분철광석을 기포유동층을 형성하면서 예비환원되도록 구성되는 샤프트형 싱글 제2유동층로(20); 상기 제2유동층로(20)의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환도도록 구성되는 제2사이클론(70); 제1반응로(30) 및 제2반응로(40)로 이루어져 제2유동층로(20)에서 예비환원된 철광석을 대립과 중/미립으로 분리되어 각각 기포유동층을 형성하면서 최종환원되도록 구성되는 X 자형 순환관(39,49)을 갖는 트원(twin)형 제3유동층로(340); 및 상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 제1반응로(30)의 하부로 재순환되도록 구성되는 제3사이클론(80)을 포함하여 구성되는 X 자형 순환관을 갖는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치를 그 요지로 한다.

Description

엑스(X)자형 순환관을 갖는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치

제1도는 종래의 분철광석의 유동층식 환원로를 나타내는 구성도.

제2도는 종래의 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치의 일례를 나타내는 구성도.

제3도는 본 발명에 부합되는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치의 다른 예를 나타내는 구성도.

제4도는 미분입자의 혼합정도에 따른 최소 유동화속도의 영향을 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 제1유동총로 13 : 제1배출구

14 : 제4도관 20 : 제2유동층로

21 : 제2가스공급구 24 : 제7 도관

23 : 제2배출구 30 : 제3유동층의 제1반응로

33a : 제3배출구 36 : 리듀싱핀

40 : 제3유동층의 제2반응로 43 : 제5배출구

[발명의 목적]

[명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 입도분포가 넓은 분철광석을 3단의 유동층로에서 단계적으로 환원시켜 용융로에 장입할 수 있도록 고체환원철을 제조하기 위한 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 가스이용율 및 환원율을 보다 향상시킬 수 있는 X 자형 순화관을 갖는 3단 유동층로식 환원장치에 관한 것이다.

기존 고로법은 고체입자의 크기가 커서 고정층법으로 철광석 환원이 가능하지만, 미분광석을 환원하는 경우는 고정층과 같이 유속이 낮을 경우 스티킹(sticking)등으로 인해 조업중단이 발생할 우려가 있으므로 반응기내 통기성 확보를 위해 유속을 충분히 하여 고체입자의 움직임을 원활하게 하는 유동층법이 필수적으로 채택되고 있다.

유동층 기술은 건조, 가열의 수단으로써 석탄가스화, 보일러, 석유정제, 배소, 바이오메스, 폐기물연소등 산업분야에서 다양하게 이용되고 있으며 최근에는 차세대제철기술인 용융환원법에 있어서 환원가스를 사용한 고체 철광석 환원에 까지 적용되고 있다.

종래의 용융환원법에 있어서, 샤프트형의 유동층식 환원로에서 철광석을 환원한 후 용융로에 장입하여 선철을 만드는 방식이 채용되고 있다. 상기 환원로에서는 용융전에 철광석을 고체상태에서 환원하는 것으로써 환원로에 장입한 철광석은 용융가스화로에서 분탄의 연소에 의해 발생하는 고온환원성가스 혹은 천연가스 등의 환원가스와 고온, 고압에서 일정한 시간동안 반응시켜 고체환원철을 생산한다. 이러한 환원공정은 철광석의 입도크기와 환원가스와 고체 철광석의 상호 접촉상태에 따라 고정층, 이동층 및 유동층으로 분류는데, 분철광석을 환원하는 경우는 고체 철광석을 환원로에 장입하여 분산판 하부를 통해 환원가스를 보내 철광석을 유동시켜 기체-고체간의 접촉면적을 증가시켜 반응성을 향상시키는 유동층법이 가장 적절한 방법으로 알려지고 있다. 현재까지 상업화 공정으로 개발중인 유동층을 이용하여 철광석을 환원하는 대표적인 공정으로서는 일본의 DIOS, 호주의 HISMELT, FIOR Process 등이 있다.

상기 유동층을 이용하여 분철광석을 환원하는 환원로의 한 일례로서는 일본 공개실용신안공보 소 58-217615 호의 유동층 환원로를 들 수 있다.

상기에 제시된 유동층식 분철광석 환원로는 제1도에 나타낸 바와같이, 구조상 크게 원통형 환원로(111)와 사이클론(115)으로 나누어지고, 이 원통형 환원로에는 원료철광석 장입구(112)와 고온환원가스의 도입관(113) 멎 환원가스에 의해 환원된 철광석의 배출구(114)로 구성듸며, 상기 환원로의 하부내에는 가스 분산판(116)이 내장되어 있다.

상기 유동층식 분철광석 환원로를 이용하여 환원하는 과정은 다음과 같다. 즉 상기 원통형 환원로(111)의 하부 가스분산판(116)을 통해 원하는 유량으로 환원가스를 공급하면서 장입구(112)를 통해 분철광석을 보내면 고온의 환원가스와 혼합, 교반되며 반응한다. 이때 일정한 시간이 지난 후 환원된 분철광석은 배출구(114)를 통해 배출된다.

이때 형성된 유동층의 형태는 원통형 환원로에서 공급되는 환원가스가 기포로 되어 환원로 상부의 입자층을 통과하면서 기포가 성장하는 기포 유동층이다.

상기 유동층 환원로에서는 생산성등 경제적인 측면을 고려하여 원활한 유동상태에서 환원로 외부로 비산되는 미립철광석의 양을 줄이고, 환원 가스 소모량을 최소화하고, 가스이용율을 최대로 하기 위해서는 환원로에 장입되는 원료 철광석의 입도가 엄격히 제한되기 때문에 넓은 입도분포를 지니는 분철광석을 처리할 수 없는 문제점이 있다.

상기 종래의 유동층 환원로에 장입되는 철광석의 입도분포는 일반적으로 넓은 범위의 입도를 갖지 못하고 0-0.5mm, -1mm, 1-2mm 등으로 제한되어 있다. 그러나 실제로 존재하는 분철광석의 입도는 대부분이 8mm이하이다. 따라서, 상기 입도를 가지는 분철광석을 사용하기 위해서 장입하는 철광석을 미리 규정입도로 체질하여 분급사용하거나 규정입도 이하로 분쇄하여 사용함으로써 생산속도 저하, 공정 및 추가실비 부담으로 인하여 경제적인 면에서 손실을 초래하는 문제점이 있다.

한편, 상기 종래의 유동층 환원로에 대한 제반 문제점을 해결하기 위한 트윈(Twin)형 유동층 환원로의 예로서 대한민국 특허 제 74056 호에 제시된 것을 들 수 있다.

상기에 제시된 유동층식 분철광석 환원로는 제2도에 나타난 바와같이, 구조상 크게 대립 철광석을 환원하는 제1예비환원로(210)와 중/미립 철광석을 환원시키는 제2예비환원로(220), 제1사이클론(240)과 제2사이클론(230), 철광석을 공급하는 호퍼(hopper)(250)로 구성된다.

상기 제1예비환원로(210)는 하단부에 환원가스 공급구(211)가 형성되고, 내부에는 가수분산판(212)이 장착되어 있으며, 반응기 단축 하부에는 제1배출구(213)가 있고, 상부에는 제2순환관(214)이 형성되며, 상기 제2예비환원로(220)의 하부 일측과 연결되어 있다. 또한 제1예비환원로(210) 일측 하부에는 제2사이클론(230)의 하단부와 제1순환관(231)을 매개로 연결되어 있다.

상기 제2예비환원로(220)는 하단부에 환원가스 공급구(221)가 형성되고, 내부에는 가스분산판(222)이 장착되어 있으며, 반응기 단축 하부에는 제2배출구(223)가 형성되는 한편, 상부 일측으로는 제1사이클론(240)의 상부 일측과 연결되어 있다.

상기 제1사이클론(240)의 상단부는 도관을 통해 제2사이클론(230)의 상측일부와 연결되며, 상기 제 사이클론(240)의 하단부는 제3순환관(241)의 일측과 연결되어 제2예비환원로 중간 측부로 연결된다.

상기 제2사이클론(230)의 상단부에는 가스 배출구가 형성되어 분철광석과 반응한 배기가스가 대기중에 방출한다. 한편, 철광석을 장입하는 호퍼(hopper)(250)는 상기 제2사이클론(230)과 제1예비환원로(210)를 연결하는 제1순환관(231)의 일측에 연결되고, 상기 제1순환관(231) 및 제3순환관(241)에는 다수개의 가스 공급구(P)가 각각 형성되어 이송되는 철광석의 막힘현상을 방지하도록 구성되며, 제3순환관(241)의 중간부위에는 제3배출구(242)가 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 유동층식 분철광석 환원로를 이용하여 환원하는 과정은 다음과 같다.

즉, 호퍼(250)로 부터 제2사이클론(230) 하부와 제1순환관(231)으로 분철광석이 공급되고, 이 분철광석은 제1예비환원로(210)로 공급되며, 이때 공급되는 환원가스의 유속을 조절하여 대립 철광석은 제1환원로(210) 내에서 기포 또는 난류 유동층을 형성하면서 환원되고, 환원된 철광석은 배출구(213)를 경유하여 배출된다. 그리고 상기 가스 유속으로 비말동반하는 중/미립 철광석은 제2순환관(214)을 경유하여 제2예비환원로(220)의 하부로 공급되며, 중/미립 철광석은 제1예비환원로(210)를 통해 제2예비환원로(220) 하부로 공급되는 환원가스에 의해 상대적으로 입경이 큰 중립입자는 반응기 하부에 존재하고 종말속도 이상이 되는 500㎛이하의 극미립은 제1사이클론(240)과 제3순환관(241)을 경유하여 제2예비환원로 제순환되면서 일정한 시간동안 환원된다. 또한, 환원된 철광석은 중립철광석은 제2배출구(223)를 통해, 미립철광석은 제3배출구(242)를 경유하여 배출한다.

여기서 제2순환관(214)와 제3순환관(241) 중부에 다수개의 가스 공급구(P)를 만들어 공급지관(S)를 이용하여 미량의 환원가스를 취입함으로써 중/미립 철광석이 순환되고 있는 순환관(214,241)이 막히는 것과 입자흐름 즉 원활한 유동상태를 가져올 수 있다.

상기 대한민국특허에 제시된 유동층 환원로는 적정유속으로 대립과 중/미립 철광석을 효과적으로 분급하여 환원함으로써, 넓은 입도분포를 갖는 철광석의 유동을 안정시키고 철광석의 농도를 균일하게 유지하면서 환원율이 양호한 환원철을 얻을 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기 트원(Twin)형 유동층은 제1예비환원로(210)의 하부 가스공급관(211)으로 공급한 환원가스에 의해 중미립 철광석은 환원로 하부의 대립철광석의 유동환원에 사용되어진 가스산화도가 높은 다량의 고온환원가스에 의해 제2순환관(214)를 통해 제2환원로(220)로 넘어오도록 되어 있다.

상기 다량의 환원가스는 제2환원로(220)의하부 가스공급관(221)에서 공급된 고온환원가스와 합쳐져서 환원 구동력을 저하시키고 또한 제2환원로(220)의 가스유속을 상당히 증가시킴으로써 많은 미분 철광석을 순환시킴으로써 제3순환관(241)의 철광석 흐름에 부하를 주어 반응기내 압력변동이 심하며, 대기중으로 미분의 비산이 다량 발생하여 광석톤당 가스소모량 증대 등을 초래하여 생산성 저하를 가져오는 문제점이 있다. 또한, 일정크기의 일부 철광석은 제2환원로(220)의 상부에 정체하여 반응기내의 압력변동등 철광석 유동현상에 악영향을 준다. 그리고 제1예비환원로(210)에서 대립철광석과 반응한 환원가스는 일단 제2순환관(214)를 통해 넘어가면 제2예비환원로를 거쳐 제1사이클론(240)을 통해 대기로 배출됨으로써 환원가스를 재이용할 수 없어 가스이용율이 낮은 단점이 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래 유동충로식 환원장치의 제반 문제점을 해결 및 개선시키기 위해 기초적 이론에 근거하여 실험을 행하고 이를 바탕으로 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 고온 유동환원초기에 분화가 일어나 유동층 환원로에서 대립과 미립이 분급된다는 사실과 장압한 입도분포가 넓은 철광석이 분급되어 가스이용율을 높일 수 있다는 사실과, 대립과 미립을 환원하는데 사용한 환원가스를 재이용함으로써 가스이용을 향상 및 가스소모량을 줄이고, 미분입자를 대립이 존재하는 하부로 재순환시킴으로써 대립과 혼합유동되어, 대립입자가 유동할 수 있는 유동속도를 감소시켜 결국 가스소모량을 줄이고 유동을 안정적이고 원활하게 한다는 사실, 상대적으로 유동이 원활치 못한 대립입자에 미분이 침가되어 유동을 원활하게 하여 스티킹(sticking)현상을 막는데 도움을 준다는 사실, 또한 순환되는 미분의 양을 줄이고 상부의 미분정체 현상을 제거함으로써 순환관에서 막힘현상과 부하를즐여 안정적 조업을 가져오고, 환원로에서 체류시간을 증가시켜 환원율 향상에 도움을 준다는 사실에 착안하여 완성된 것이다.

즉, 본 발명은 상기 트윈형 유동층 환원장치의 장점을 이용하고, 종래 유동층 환원장치의 문제점을 해결 및 개선함으로써, 가스이용율 및 환원율을 보다 향상시킬 수있을 뿐만 아니라 가스소모량을 감소시킬 수 있는 X 자형 순환관을 갖는 3단 유동층로식 환원장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 철광석의 유동층로식 환원장치에 있어서, 원료분철광석이 기포유동층을 형성하면서 건조/예열되도록 구성되는 샤프트(SHAFT형 싱글(SINGLE) 제1유동층로; 상기 제1유동층로의 배가스에 함유된 미립철광석이 집진되도록 구성되는 제1사이클론; 제1유동층로에서 건조/예열된 분철광석이 예비환원되도록 구성되는 샤프트형 싱글 제2유동층로; 상기 제2유동층로의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환되도록 구성되는 제2사이클론; 제1반응로 및 제2반응로로 이루어져 제2유동층로에서 예비환원된 철광석을 대립과 중/미립으로 분리하여 각각 기포유동층을 형성하면서 최종 환원되도록 구성되는X 자형 순환관을 갖는 트윈(TWIN)형 제3유동층로; 및 상기 제3유동층로의 제2반응로의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어재순환되도록 구성되는 제3사이클론을 포함하여 구성되는 X 자 순환관을 갖는 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면에 의해 상세히 설명한다.

제3도에 나타난 바와같이, 본 발명의 X 자 순환관을 갖는 3단 유동층로식 분철광석의 환원장치(1)는 호퍼(50)로 부터 장입된 원료철광석이 제2사이클론(70)의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 건조/예열되는 샤프트형 싱글 제1유동층로(10); 상기 제1유동층로(10)의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환되도록 구성되는 제1사이클론(60); 상기 싱글형 제1유동층로(10)에서 배출되는 건조/예열된 철광석을 기포유동층을 형성하면서 예비환원하는 샤프트형 싱글 제2유동층로(20); 상기 제2유동층로(20)의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환되도록 구성되는 제2사이클론(70); 제1반응로(30) 및 제2반응로(40)로 이루어져 제2유동층로(20)에서 예비환원된 철광석을 대립과 중/미립으로 분리하여 각각 기포유동층을 형성하면서 최종 환원되도록 구성되는 트윈형 제3유동층로(340); 및 상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)의 배가스에 함유된 극 미립철광석이 가스와 분리되어 제1반응로(30) 하부로 재순환되도록 제3사이클론(80)을 포함하여 구성된다.

상기 제1유동층로(10)는 제1확대부(10a), 제1경사부(10b) 및 제1축소부(10c)로 이루어지고, 상기 제1축소부(10c)의 하단부에는 상기 제2사이클론(70)의 배가스를 공급받기 위한 제1배가스 공급구(11)가 형성되고, 그 하부내에는 제1가스분산판(12)이 장착된다.

그리고, 상기 제1확대부(10a)와 제1축소부(10c)는 각각 제19도관(62) 및 제2도관(61)을 통해 상기 제1사이클론(60)에 연통되어 있다.

또한, 상기 제1축소부(10c)의 일측에는 제1배출구(13)가 형성되고, 그 타측에는 철광석 공급구(15)가 형성된다.

상기 철광석 공급구(15)에는 호퍼(50)와 관통연결되어 있는 제1도관(51)이 연결된다.

상기 제1사이클론(60)의 상단부에는 배가스를 최종적으로 배출시키기 위한 가스배출구(63)가 설치되어 있다.

상기 제2유동층로(20)는 제2확대부(20a), 제2경사부(20b) 및 제2축소부(20c)로 이루어지고, 상기 제2축소부(20c)의 하단부에는 상기 제3사이클론(80)의 배가스를 공급받기 위한 제2배가스 공급구(21)가 형성되고 그 하부내에는 제2분산판(22)이 장착된다.

그리고, 상기 제2확대부(20a)와 제2축소부(20c)는 각각 제18도관(72) 및 제5도관(71)을 통해 제2사이클론(70)에 연통되어 있다.

상기 제2축소부(20c)의 측면에는 제2배출구(23)가 형성되고, 또한, 상기 제2축소부(20c)의 일측은 제4도관(14)을 통해 제1배출구(13)와 연통되어 있다.

그리고, 상기 제2사이클론(70)의 상부는 제3도관(16)을 통해 제1배가스 공급구(11)에 연통되어 있다.

상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)는 스파우트(spout)헝으로서, 제3확대부(30a), 제3경사부(30b), 및 제3축소부(30c)로 이루어지고, 그 하단부에는 용융로(100)의 배가스를 공급받기 위한 제3배가스 공급구(31)가 형성되고, 그 하부내에는 제3가스분산판(32)이 장착되어 있고, 또한, 제3배가스 공급구(31)는 제17도관(35)을 통해 용융로(100)과 연결되어 있다.

상기 제1반응로(30)의 제3확대부(30a)의 일측에는 제3배출구(33a)가 형성되고, 이 제3배출구(33a)는 제15도관(34a)을 통해 용융로(100)의 상부와 연통되고, 그리고 제1반응로(30)의 제3축소부(30c)의 일측에는 제4배출구(33b)가 형성되고, 이 제4배출구(33b)는 제14도관(34b)을 통해 용융로(100)의 상부와 연통되어 있다.

그리고, 상기 제1반응로(30)의 제3확대부(30a)의 상부 일측에는 중/미립 광석을 상기 제2반응로(40)로 배출하기 위한 중/미립 광석 배출구(37)가 구비되어 있고, 또한 상기 제1반응로(30)의 제3축소부(30c)의 하부 일측에는 미립광석을 상기 제2반응로(40)로 부더 공급받기 위한 미립광석 인입구(38)가 형성되어 있다.

또한, 상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)의 제3축소부(30c)의 일측에는 제2유동층로(20)의 제2배출구(23)와 연통되어 있는 제7도관(24)이 연결되어 있다.

상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)는 제4확대부(40a), 제4경사부(40b) 및 제4축소부(40c)로 이루어지고, 상기 제4축소부(40c)의 하부에는 중/미립 철광석을 배출하기 위한 제5배출구(43)가 형성되고, 그 하부내에는 가스분산판(42)이 장착되어 있으며, 그 저부에는 제4배가스 공급구(41)가 형성되어 있고, 이 제4배가스 공급구(41)는 제13도관(45)을 통해 용융로(100)에 연통되어 있다.

상기 제5배출구(43)는 제16도관(44)을 통해 용융로(100)의 상부와 연통되어 있다.

또한, 상기 제2반응로(40)의 제4축소부(40c)의 하부측벽에는 중/미립 광석을 공급받기 위한 중/미립 광석인입구(47)가 형성되고, 상기 제4확대부(40a)의 상부 측벽에는 미립광석 배출구(48)가 형성되어 있다.

상기 중/미립 광석인입구(47)는 중/미립 광석 순환관(39)을 통해 상기 제1반응로(30)의 중/미립 광석 배출구(37)와 연통되고, 상기 미립광석 배출구(48)는 미분 순환관(49)을 통해 제1반응로(30)의 미립광석 인입구(38)와 연통되어 있다.

이 제4확대부(40a) 및 미분순환관(49)의 중간부는 각각 제10도관(82) 및 제11도관(81)을 통해 상기 제3사이클론(80)과 연결되어 있다. 상기 제3사이클론(80)의 상부에는 제9도관(83)이 연결되어 있다.

또한, 상기 용융로(100)에는 선철배출구(101)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 제4도관(14), 제7도관(24), 및 미분순환관(49)에는 미량의 가스공급구(P)를 설치하여 이송되는 철광석의 막힘현상을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

특히, 제3유동층로(340)의 제2반응기(40)의 상측에는 미분광석 배출구(48)을 구비하여 반응기내에서 비산되는 미분입자를 미분순환관(49)을 통해 제1반응기(30)하부로 재순환시킬 수 있도록 구성되어 있으며, 이때 미분철광석 흐름을 원활하게 하기 위해 가스공급구(P)를 설치하는 것이 바람직하다.

제3도에서 점선화살표는 가스흐름을 나타내고, 실선화살표는 광석흐름을 나타낸다.

한편, 제1유동층로(10), 제2유동층로(20) 및 제3유동층로(340)의 제1반응기(30)와 제2반응기(40)는 하부에서 철광석의 기포유동을 활발하게 하여 가스이용율을 높이는 한편, 가스원단위가 향상되고 로상부의 내경을 하부보다 크게 하여 로상부 유속을 저하시켜 극미립철광석의 비산을 억제되도록 형성되어 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 분철광석의 3단 유동층식 환원장치를 사용하여 분철광석을 환원하는 방법에 대하여 설명한다.

광석호퍼(50)로 부터 제1유동층로(10)로 공급된 분철광석을 제1배가스공급구(11)를 통해 공급된 제2사이클론(70)의 배가스를 이용하여 기포유동상태에서 건조/예열한 다음, 제1배출구를 통해 제2유동층(20)에 공급한다.

상기와 같이 제2유동층로(20)의 하부로 공급된 분철광석을 제2배가스 공급구(21)를 통해 공급된 제3사이클론(80)의 배가스를 이용하여 기포유동층을 형성하면서 예비환원된 다음, 제2배출구를 통해 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)에 공급된다.

제2유동층로(20)에서는 FeO 정도까지 예비환원한다.

상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)에 공급된 철광석중 4.75mm 이상의 대립철광석은 반응기 하부 제3축소부(30c)에 존재하며, 입도가 작은 0.5-4.75mm 범위의 중/대립 철광석은 제3경사부(30b) 및 확대부(30a)에 존재한다. 상기 철광석은 제3배가스 공급구(31)을 통해 공급된 용융로(100)의 배가스에 의해 최종 환원된 다음, 대립철광석은 제4배출구(33b)을 통해 용융로(100)에 공급되고, 중/대립 철광석은 제3배출구(33a)을 통해 용융로(100)에 공급된다. 이때 중/미립 철광석은 반응기 상부 제3확대부의 좌측 순환관을 경유하여 제12도관을 통해 제3유동층로(340)의 제2반응로(40) 제4축소부(40c)의 하부로 공급된다.

상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)에 공급된 중/미립 철광석중 상대적으로 입도가 큰 중립철광석은 제4축소부(40c)에 존재하며, 입도가 작은 미립철광석은 제4경사부(40b) 및 제4확대부(40a)에 존재한다. 상기 중/미립 철광석은 제4배가스 공급구(41)를 통해 공급된 용융로(100)의 배가스에 의해 최종 환원된 다음, 중/미립 철광석은 제5배출구(43)을 통해 용융로(100)에 공급되고 미분은 제10도관(82), 제3사이클론(80), 제11도관(81) 및 미분 순환관(49)을 통해, 그리고 제2반응로(40)의 미분광석 배출구(48) 및 미분순환관(49)을 통해 제1반응로(30)의 하부로 재순환된다.

상기 제3유동층로(340)에서는 환원율 80% 이상까지 최종환원한다.

상기 제3사이클론(80)에서는 배가스에 함유된 50㎛ 이하의 극미립 철광석이 가스와 분리된다.

본 발명에서 와같이 3단 유동층식 환원로를 사용하여 분철광석을 환원하는 경우에는 제1유동층로(10), 제2유동층로(20) 및 제3유동층로의 제2반응로(40)의 가스유속은 원활한 유동 및 비산량을 고려해 볼 때, 로내에 체류하는 분철광석의 최소유동화속도의 1.2-1.8배 이하가 되도록 선정하는 것이 바람직하며, 제3유동층로의 제1반응로(30)의 가스유속은 최소 유동화속도의 1.2-2.5배 이하가 되도록 선정하는 것이 바람직하다.

그리고, 제4도관 및 제7도관(14,24)에 형성되어 있는 미량의 가스공급구(P)를 통해 미량의 고온환원가스를 춰입하여, 분철광석 배출시에 미반응 철광석의 반응율을 높이고, 또한 이들 도관들이 막히지 않도록 하는 것이 바람직하며, 미분 순환관(49)에 헝성된 미량의 가스공급구(P)를 통해 미량의 고온환원가스를 취입하여, 제1반응로(30)로의 미분순환을 원활히 하게 하고 가스역류 현상 및 막힘현상을 방지하는 것이 바람직하다.

상기한 바와같이, 본 발명에서는 분철광석의 고온유동환원 초기단계 즉 예열 및 예비환원 단계에서 분화가 거의 90% 이상 완료된다는 사실과 대립철광석과 중/미립 철광석의 유동학 유속차이 및 가스이용을 및 가스원단위를 향상시킬 수 있다는 사실에 착안하여, 최종환원 단계를 두 개의 반응기로 이루어지도록 제3유동층로(340)를 트윈형 유동층로 구성하여 대립철광석과 중/미립 철광석의 유동환원시킴으로써, 환원조업을 최적화시킬 수 있다.

또한, 제3유동층로(340)의 제2반응로의 제4확대부(40a)부에 존재하는 분철광석 및 제3사이클론(80)을 통해 순환하는 분철광석을 미분 순환관(49)에 형성된 미량의 가스공급구(P)를 통해 미량의 고온환원가스를 취입하여, 제1반응로(30) 하부의 유동을 원활하게 하고, 미분순환관(49) 및 제11도관(81)의 하부를 통해 미분을 제1반응로로 재순환시킴으로써 미분입자가 제1반응로(30) 하부에 존재하는 대립입자와 혼합되어 대립입자의 유동화속도를 줄일수 있어, 결국 가스소모량을 낮출 수 있어 생산성 향상을 가져올 수 있다.

제4도는 미분입자의 혼합정도에 따른 입자이 최소 유동화속도를 나타낸 것으로, 상기 결과로 부터 전술한 바와같이 미분입자가 대립입자에 혼합정도가 많을수록 입자의 최소 유동화 속도가 감소함을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명에서 목적하는 바와같이 X 형 순환관을 통해 미분을 대립과 혼합시킴으로써 대립철광석의 유동화속도를 줄여 결국 가스소모량을 낮출 수 있어 생산성 향상을 가져올 수 있었다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

[실시예]

하기표 1과 같은 크기를 갖는 제3도의 환원장치를 이용하여 표 2에서 표 4까지 나타낸 환원조건으로 환원을 행했다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

상기와 같이 분철광석을 환원한 후, 평균가스 이용율 및 가스원단위를 조사한 결과, 평균가스이용율은 약 32%, 가스원단위는 1230N㎥/ton-ore 이었다. 또한 제3배출구, 제4배출구 및 제5배출구에서 평균환원율은 88-95% 범위였으며, 미립철광석의 환원율이 다소 높았음을 알 수 있었다. 광석호퍼로 부터 광석투입후 60분 이내 즉 한 개의 반응기내에서 평균 잔류시간이 20분 이내에 광석배출이 가능하였으며, 이는 환원철의 생산속도가 우수함을 알 수 있었다.

또한, 예비환원된 철광석을 제2반응로에 공급하고 여기서 입자크기별로 나누어 최종 환원시킴으로써, 종래의 트윈형에서 가스혼합으로 야기된 가스환원력 저하와 고비산 등의 문제점이 개선되었고 미립철광석이 제3유동층로의 제1반응로로 재순환됨으로써 유동을 원활하게 하여, 대립입자의 스티킹 방지 및 반응기로 들어가는 환원가스량을 줄여 가스원단위 향상에 도움을 주었다.

상술한 바와같이, 본 발명은 분철광석의 입경과는 관계없이 환원율이 비교적 균일한 환원철을 얻는 동시에 입경별로 분급된 환원철을 얻을 수 있어 용해로로 환원철투입시 투입실비와 투입위치별로 적정크기의 환원철과 공급이 가능해지고, 환원가스의 공급유속에 따라 각각의 배출구를 통해 배출되는 환원철의 양과 입경조절이 가능하고, 철광석 로내 체류시간을 제어함으로써 환원율 제어가 가능한 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명은 3단계 유동층 조업이 모두 기포유동으로 이루어지기 때문에 가스이용율과 가스원단위를 향상시킬 수 있음은 물론 장치구조가 간단하여 장시간 조업에도 도관의 막힘이나 비유동화같은 현상이 방지되는 분철광석의 3단 유동층식 환원장치를 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. (정정) 분철광석의 유동층식 환원장치에 있어서, 원료분철광석이 기포 유동층을 형성하면서 건조/예열되도록 구성되는 샤프트형 싱글(single) 제1유동층로(10); 상기 제1유동층로(10)의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환되도록 구성되는 제1사이클론(60); 상기 제1유동층로(10)에서 배출되는 건조/예열된 분철광석을 기포유동층을 형성하면서 예비환원되도록 구성되는 샤프트형 싱글 제2유동층로(20); 상기 제2유동층로(20)의 배가스에 의해 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환도도록 구성되는 제2사이클론(70); 제1반응로(30) 및 제2반응로(40)로 이루어져 제2유동층로(20)에서 예비환원된 철광석을 대립과 중립으로 분리하여 각각 기포유동층을 형성하면서 최종 환원되도록 구성되는 X자헝 순환관(39,49)을 가진 트윈(twin)형 제3유동층로(340); 및 상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)의 배가스에 함유된 극미립철광석이 가스와 분리되어 제1반응로(30)의 하부로 재순환되도록 구성된 제3사이클른(80)을 포함하고; 상기 제1유동층로(10)는 제1확대부(10a), 제1경사부(10b) 및 제1축소부(10c)로 구성되고, 상기 제1축소부(10c)의 하단부에는 상기 제2사이클론(70)의 배가스를 공급받기 위한 제1배가스 공급구(11)가 형성되고, 그 하부내에는 제1가스분산판(12)이 장착되고, 그리고 상기 제1확대부(10a)와 제1축소부(10c)는 각각 제19도관(62) 및 제2도관(61)을 통해 상기 제1사이클론(60)에 연결되고, 상기 제1축소부(10c)의 측면에는 제1배출구(13)가 형성되고, 다른 측면에는 철광석 공급구(15)가 형성되고, 상기 철광석 공급구(15)에는 호퍼(50)와 관통연결되어 있는 제1도관(51)이 연결되고, 상기 제1사이클론(60)의 상단부에는 배가스를 최종적으로 배출시키기 위한 가스배출구(63)가 설치되고; 상기 제2유동층로(20)는 제2확대부(20a), 제2경사부(20b) 및 제2축소부(20c)로 구성되고, 상기 제2축소부(20c)의 하단부에는 상기 제3사이클론(80)의 배가스를 공급받기 위한 제2배가스공급구(21)가 형성되고, 그 하부내에는 제2가스분산판(22)이 장착되고, 그리고, 상기 제2확대부(20a)와 제2축소부(20c)는 각각 제18도관(72) 및 제5도관(71)을 통해 상기 제2사이클론(70)에 연결되고, 상기 제2축소부(20c)의 측면에는 제2배출구(23)가 형성되고, 또한 상기 제2축소부(20c)의 일측은 제4도관(14)을 통해 제1배출구(13)와 연결되고, 그리고 상기 제2사이클론(70) 상부는 제3도관(16)을 통해 제1배가스 공급구(11)에 연결되고; 상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)는 제3확대부(30a), 제3경사부(30b), 및 제3축소부(30c)로 이루어지고, 그 하단부에는 용융로(100)의 배가스를 공급받기 위한 제3배가스 공급구(31)가 형성되고, 그 하부내에는 제3가스 분산판(32)이 장착되어 있으며, 또한 이 제3배가스 공급구(31)는 제17도관(35)을 통해 용융로(100)과 연결되고, 제3축소부(30c)의 일측에는 제2유동층로(20)의 제2배출구(23)와 연통되어 있는 제7도관(24)이 연결되고, 상기 제1반응로(30), 제3확대부(30a)의 하부에는 제3배출구(33a)가 형성되고, 이 제3배출구(33a)는 제15도관(34a)을 통해 용융로(100)의 상부와 연통되고, 또한 제1반응로(30)의 제3축소부(30c)의 하부에는 제4배출구(33b)가 형성되고, 이 제3배출구(33b)는 제14도관(34b)을 통헤 용융로(100)의 상부와 연통듸고, 그리고 제1반응로(30)의 상부 일측은 중/미립 광석 순환관(39)을 통해 배출가스와 중/미립철광석을 제2반응로(40)로 공급하도록 제2반응로(40) 하부와 연결되고; 그리고 상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)는 제4확대부(40a), 제4경사부(40b), 및 제4축소부(40c)로 이루어지고, 상기 제3축소부(40c)의 하부에는 중/미립 철광석을 배출하기 위한 제5배출구(43)가 형성되고, 이 제5배출구(43)는 제16도관(44)을 통해 용융로(100)의 상부와 연통되고, 그 저부에는 배가스를 공급받기 위한 제4배가스 공급구(41)가 형성되고, 그리고 그 하부내에는 가스분산판(42)이 장착되며, 상기 제2반응로(40)의 상부일측은 미분순환관(49)을 통해 미분을 제1반응로(30)로 공급하도록 제1반응로(30)의 하부와 연결되고, 상기 제4확대부(40a) 및 미분순환관 중간부는 각각 제10도관(82) 및 제11 도관(81)을 통해 상기 제3사이클론(80)과 연결되고, 또한 상기 제3사이클론(80)의 상부에는 제9도관(83)이 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 X 자형 순환관을 갖는 3단 유동층로식 환원장치
2. (정정) 제1항 있어서, 제4도관(14), 제7도관(24), 및 미분순환관(49)에는 미량의 가스를 공급하는 가스공급구(P)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 X 자형 순환관을 갖는 3단 유동층로식 환원장치