KR100543186B1

KR100543186B1 - 용융가스화로 조업법

Info

Publication number: KR100543186B1
Application number: KR1020010084422A
Authority: KR
Inventors: 이영재
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2006-01-20
Also published as: KR20030054281A

Abstract

본 발명은 신제선공정의 용융가스화로의 조업법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석회석과 혼합된 분광을 사용한 HBI(Hot Briquetted Iron) 제조시, 첨가제로서 SiO₂와 CaO를 모두 함유하고 있는 전로 슬래그를 미리 혼합하여, 용융가스화로에서 양질의 슬래그를 제조하는 방법에 관한 것이다.

신제선법, 코렉스, 환원로, 용융가스화로, 제선, 제철

Description

용융가스화로 조업법{Operation method of Melter-gasifier}

도 1은 용융가스화로에서의 슬래그 생성 경로를 설명하는 도면.

도 2는 신제선공정에서의 장입 원료 및 연료 흐름을 도시한 개념도.

도 3은 석회석 함유 HBI 장입시 노내 압손 변화를 보여주는 그래프.

일반적으로, 각종 환원철(DRI : Direct Reduced Iron)과 석탄을 사용하는 2단계 제선공정으로서, 신제선공정이 새로운 용선 제조 공법으로 채택되어, 조업이 수행되고 있다.

현재까지 주종을 이루고 있는 용선 제조 공법은 고로(blast furnace)공정으로서, 이 공정상에는 기체, 액체, 고체의 3상이 공존하는 연화융착대가 존재하며, 이 연화융착대의 기능은 광석으로부터 용융물을 생성할 뿐만 아니라 괴상대내의 가스분배 역할도 하기 때문에 고체-기체간 열교환을 원활하게 하는 것으로, 안정된 고로 조업을 위해 그 조정이 매우 중요하다.

반면에, 환원로(reduction shaft)와 용융가스화로(melter-gasifier)로 구성되는 신제선공정에는 연화융착대가 존재하지 않으므로, 그 조업이 고로에 비해 다소 단순하다.

용융가스화로에서는 DRI와 부원료가 각각 장입되며, 따라서 용융경로는 초기단계의 슬래그(slag) 생성시, 고로와 달리 2개의 경로를 통해 시작된다.

용융가스화로에서의 슬래그 생성 경로를 설명하는 도 1을 참조하면, 1차 슬래그는 DRI내 맥석으로부터 유래하는 슬래그로서 균질하다. 반면, CaO 또는 MgO와 같은 염기성 성분으로 구성되는 융제(flux)는 챠르(char)내 애쉬(ash)에 존재하는 SiO₂, Al₂O₃와 같은 산성 산화물에 의해 대부분 중화되어야 한다. 그러나, 부분적으로 용해된 불균일한 2차 슬래그의 융점은 상승하게 된다.

다음 단계에서, 맥석으로부터 유래된 균질한 1차 슬래그와 FeO를 함유하고 있는 불균일한 2차 슬래그는 약 1,300∼1,400℃에서 혼합된다. 또한, 동일한 온도 범위에서 아래와 같은 반응에 따라 액상의 FeO의 용융환원이 동시에 진행되어 슬래그 제조에 관여한다.

FeO(l) + C(s) = Fe(l) + CO(g)

이후, 이러한 슬래그는 용융가스화로 하부에서 연소에 의해 발생되는 애쉬(ash)와 반응하여 중화된 3차 슬래그를 형성하며, 그 염기도는 1보다 작게 된다.

반면에, 용융환원에 의해 생성된 용융철은 슬래그로부터 분리되며, 챠르(char)와 접촉하면서 용융철내 침탄이 다음과 같은 반응에 따라 진행된다.

FeO(l) + C = Fe(s, l) + CO

침탄이 진행됨에 따라 철의 용융점은 낮아지고, 1,500℃이하의 온도에서 챠르 베드(char bed)를 통해 용융철이 적하하여, 슬래그와 함께 노상에 도달한다.

이에 반해, 슬래그는 약 1,500℃이상에서 적하되며, 마지막으로 염기도 1을 약간 상회하는 출선 슬래그와 비슷한 최종 슬래그는 노외로 배출되게 된다.

도 2는 신제선공정에서의 장입 원료 및 연료 흐름을 도시한 개념도이다.

특히, 환원철로서 HBI가 장입되면, 슬래그 생성 반응은 DRI 펠릿이 사용될 경우와 다소 달라질 수 있다.

유동환원로에서 환원된 분광입자간 응집현상을 방지하기 위하여, 부원료로서 미리 석회석이 장입된다.

이후, 용융로 장입물 괴성화를 위하여 유동환원로를 거쳐 나온 분 환원철과 석회석은 고온 고압하에서 HBI로 제조된다.

일반적으로, HBI 제조시 고온에서 고압이 적용되므로, HBI의 형상은 매우 견고하게 나타난다.

따라서, 용융가스화로내에 HBI가 장입되면, HBI의 외곽층은 고체 금속철로 환원되어, 매우 견고한 상태로 용융로 하부까지 강하한다.

반면에, HBI 내부에 갇혀 있는 석회석은 그 융점이 매우 높아 석탄 연소후 발생되는 애쉬(ash)와 만나지 못하면 슬래그화될 수 없다.

HBI 자체에 대한 제조기술은 오래 전부터 알려진 기술이며, HBI를 사용한 기술로서 대한민국 공개특허 1998-703298(명칭 : 수직로의 조업법)호가 있으나, 복합적인 HBI 제조에 관한 직접적인 기술은 개시하고 있지 않다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 석회석과 혼합된 분광을 사용한 HBI 제조시, 첨가제로서 SiO₂와 CaO를 모두 함유하고 있는 전로 슬래그를 미리 혼합하여 용융가스화로에서 양질의 슬래그를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용융가스화로 조업법은, 석탄과 환원철을 장입하여 선철을 생산하는 용융가스화로(Melter-gasifier)의 조업에 있어서, 분광을 사용한 HBI 제조시 첨가제로서 SiO₂와 CaO를 모두 함유하고 있는 전 로 슬래그를 혼합하며, 이때, 슬래그의 CaO/SiO₂ 염기도의 조정 범위를 1.05∼1.10 범위로 하고, 슬래그의 복합 염기도([CaO+MgO]/[SiO₂+Al₂O₃])의 조정 범위를 0.80∼0.90 범위로 하는 혼합비율로 혼합하며, 상기 첨가제의 중량비를 융제(flux)의 70∼100% 범위로 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

융제(flux)로서 장입되는 부원료는 그 자체가 매우 높은 융점을 가지며, 애쉬(ash) 성분과 만나 제선공정에서 요구되는 유동성을 갖는 양질의 슬래그를 형성하는 데 중요한 역할을 한다.

그러나, 이 부원료가 슬래그 동화에 불충분하면, 고체상태로 용융로 하부까지 강하하여 불균질 슬래그를 생성함으로써, 출선 작업에 어려움을 줄 수도 있다.

따라서, 본 발명에서는 양질의 슬래그를 생성하기 위하여 석회석이 포함된 HBI내에 첨가제를 포함시켜 슬래그 생성 반응 효율을 높이고자 한다.

본 발명에 따르면, 분광을 사용한 HBI 제조시, 첨가제로서 SiO₂와 CaO를 모두 함유하고 있는 전로 슬래그를 혼합하며, 이때 슬래그의 CaO/SiO₂ 염기도(C/S 염기도)의 조정 범위를 1.05∼1.10 범위로 하고, 슬래그의 복합 염기도([CaO+MgO]/[SiO₂+Al₂O₃])의 조정 범위를 0.80∼0.90 범위로 하는 혼합비율로 한다.

또한, 첨가제의 중량비를 융제(flux)의 70∼100% 범위로 한다.

실시예

하기 표 1은 1,300℃에서 염기도 변화에 따른 슬래그에 대한 용융 특성을 나타낸다.

시료	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	C/S염기도	용융	용융안됨
1	42.44	35.40	12.25	9.24	1.20	●
2	44.38	29.50	13.90	10.80	1.50		●
3	51.93	23.91	12.34	9.71	2.17		●
4	60.49	24.90	6.15	5.11	2.42		●
5	66.03	18.95	6.27	5.69	3.48		●

표 1을 참조하면, C/S 염기도가 1.20으로 출선 슬래그와 비슷한 시료 1은 1,300℃에서도 부분적으로 용융되고 있으며, 1,400℃에서는 완전히 용융된다.

그러나, C/S 염기도가 1.5를 넘으면 1,300℃에서는 용융되지 않는다. 특히, C/S 염기도가 1.5를 넘으면 그 용융온도가 매우 높아진다. 따라서 용융로 내부에서 노열 부족으로 인하여 슬래그 동화가 불충분하면, 유동성이 불량한 고염기도 슬래그가 노내에 잔존하여 출재 작업에 어려움을 줄 수 있다.

다음으로, 하기 표 2는 본 발명의 실시예에서 사용된 장입물의 조성을 나타낸다.

장입물	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO
HBI	10.47	3.69	1.87	3.17
ash	1.57	63.38	22.51	0.69
소성 백운석	57.50	0.12	0.17	42.48
전로 슬래그	40.60	12.87	2.28	8.54

이를 참조하면, HBI내에는 석회석이 미리 혼합되어 있으며, 석탄으로부터 유래되는 애쉬(ash)에는 상당량의 SiO₂와 Al₂O₃가 포함되어 있다. 그리고, 백운석에는 MgO가 함유되어 있다. 한편, 전로 슬래그에는 상당량의 CaO와 SiO₂가 포함되어 있어 슬래그 생성에 유리하다.

나아가, 다음의 표 3은 HBI내 첨가제 사용비율에 따른 슬래그 제조 거동의 관계를 나타낸다.

첨가제 중량비(%)	0	50	70	100
슬래그 제조 거동	용융 안함	일부 용융	거의 용융	용융
염기도(CaO/SiO₂)	1.69	1.15	1.11	1.06
복합 염기도 (CaO+MgO)/(SiO₂Al₂O₃)	1.44	0.94	0.89	0.81

표 3을 참조하면, 첨가제가 첨가되지 않으면, 3차 슬래그 생성온도인 1,400℃에서 전혀 슬래그가 생성되지 않는다.

이는 도 3에 나타낸 바와 같이, 온도 변화에 따른 노내 압손 변화에서도 불리하게 나타나, 고온에서 슬래그 유동성 불량으로 압손이 높게 나타난다. 그러나, 첨가제 사용량이 중량비로 용제(flux)의 70%이상이면, 슬래그 제조 특성이 양호하게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 석탄과 환원철이 장입되어 선철을 생산하는 용융가스화로 에서, 분광을 사용한 HBI 제조시 첨가제로서 전로 슬래그를 미리 혼합하여 양질의 슬래그를 제조함으로써, 안정적인 용융가스화로 조업이 가능해지고, 자원 재활용 측면에서 폐기되고 있는 전로 스래그를 활용할 수 있는 효과가 있다.

Claims

석탄과 환원철을 장입하여 선철을 생산하는 용융가스화로(Melter-gasifier)의 조업에 있어서,

분광을 사용한 HBI 제조시 첨가제로서 SiO₂와 CaO를 모두 함유하고 있는 전로 슬래그를 혼합하며,

이때, 슬래그의 CaO/SiO₂ 염기도의 조정 범위를 1.05∼1.10 범위로 하고, 슬래그의 복합 염기도([CaO+MgO]/[SiO₂+Al₂O₃])의 조정 범위를 0.80∼0.90 범위로 하는 혼합비율로 혼합하며,

상기 첨가제의 중량비를 융제(flux)의 70∼100% 범위로 하는 것을 특징으로 하는 용융가스화로 조업법.