KR101620757B1 - 용선 제조 장치 및 이를 이용한 용선 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속화율이 80% 이상인 직접 환원철(direct reduction iron, DRI); 파이넥스 배가스(FOG, FINEX OFF GAS), 고로 배가스(BFG, Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG, Coke Oven Gas) 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 환원성 가스; 및 산소를 용융로에 유입시키는 공급부를 포함하는 용선 제조 장치 및 이를 이용한 용선 제조 방법에 관한 것이다.

Description

용선 제조 장치 및 이를 이용한 용선 제조 방법{Apparatus for Manufacturing Molten Iron and Method for Manufacturing Molten Iron Using the Apparatus}
본 발명은 용선 제조 장치 및 이를 이용한 용선 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철소에서 발생하는 함철 부산물로서는 제철 슬러지 및 제철 더스트 등이 있다. 이러한 제철 슬리지 및 제철 더스트들은 일부는 별도의 제품으로 재사용되고 있으나 대부분이 산업폐기물로써 그냥 버려지고 있는 실정이며, 이를 처리하기 위해 많은 예산이 소요되고 있다. 특히, 최근 고로의 대형화와 함께 제철업체들의 생산 능력 확대에 따라 상기와 같은 함철 부산물의 발생도 더욱 증가하는 추세이다.
그러나, 상기 제철 슬러지는 다량의 수분이 함유된 상태이고, 상기 제철 더스트는 주로 작은 분말 미립자로 존재하기 때문에 단독으로는 재활용이 어려운 문제점이 있다.
이의 대안으로, 특허문헌 1 및 2에는 상기한 바와 같은 제철 더스트 및 제철 슬러지를 펠렛(pellet) 형태로 조립하는 사전처리 과정을 거쳐 용융로에 장입되게 함으로써 용철 제조 공정에 재활용하는 방안을 제안하였다.
그러나, 상기 제안 방안에서 사용되는 더스트 및 슬러지는 맥석 성분을 다량 함유하고 있어 슬래그 볼륨을 높일 수 있으며, 환원제비의 상승을 초래하는 문제점이 있다. 또한, 사전처리 과정을 거쳐야 하므로 공정이 복잡해지고, 펠렛 형태로 용융로에 장입 하는 경우, 고로 내 가스 흐름에 장애 요인으로 작용하기 때문에 사용에 한계가 있다.
또한, 상기 제철 슬러지 및 제철 더스트를 활용하는 다른 방안으로, 이를 철 함유량이 90% 내지 95%인 직접 환원철(direct reduction iron, DRI) 형태로 제조하여 활용하는 기술이 제안되었다.
그러나, 상기 DRI는 수 mm 이하의 크기를 가지는 분말 상태이기 때문에 그대로 용융로에 투입하는 경우 비산하여 환원로의 환원율이 저하되고, 수분과 반응하여 산화하기 쉬운 형태를 띠고 있기 때문에 보관이나 운반이 용이하지 못한 단점을 가지고 있다. 따라서, 이를 열간에서 단광 처리(briquetting)하여 HBI (hot briquetted iron) 형태로 제조한 다음 용융로에 투입하여 용선을 제조하는 데 활용하는 방안이 제안되었다.
그러나, 이러한 단광 처리, 즉 브리켓 공정을 거치는 경우, 분쇄, 선별, 혼합 및 성형 단계 등의 추가 공정이 필요하므로 전체 공정이 복잡해지는 문제가 있다. 또한, 이와 같은 공정에는 벤토나이트, 당밀, 페플라스틱 등과 같은 결합제가 반드시 사용되어야 하기 때문에, 열처리가 끝난 후 얻어진 환원철에는 상기 브리켓 공정에서 사용된 결합제로부터 발생한 Si와 같은 불순물이 포함되어 용선의 순도가 떨어진다는 문제점도 있다.
따라서, 별도의 브리켓 공정 및/또는 펠렛 공정을 거치지 않고도 함철 부산물을 이용하여 제조된 직접 환원철을 용선의 제조에 활용할 수 있는 기술 개발의 필요성이 대두되고 있다.
한국공개특허 제2002-0049889호 한국공개특허 제2003-0055357호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 함철 부산물을 이용하여 제조된 극미분의 DRI를 특정 종류의 환원성 가스 및 산소와 함께 용융로에 공급함으로써 별도의 펠렛 공정 및/또는 브리켓 공정을 거치지 않고도 용선의 제조에 이용할 수 있는 용선 제조 장치 및 이를 이용한 용선 제조 방법을 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 발명은, 금속화율이 80% 이상인 직접 환원철(direct reduction iron, DRI); 파이넥스 배가스(FOG, FINEX OFF GAS), 고로 배가스(BFG, Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG, Coke Oven Gas) 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 환원성 가스; 및 산소를 용융로에 유입시키는 공급부를 포함하는 용선 제조 장치를 제공하고자 한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 금속화율이 80% 이상인 직접 환원철(direct reduction iron, DRI); 파이넥스 배가스(FOG, FINEX OFF GAS), 고로 배가스(BFG, Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG, Coke Oven Gas) 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 환원성 가스; 및 산소를 용융로에 유입시키는 단계를 포함하는 용선 제조 방법을 제공하고자 한다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 함철 부산물의 재이용 장치에 따르면, 제철 공정에서 다량 발생하는 함철 부산물을 이용하여 제조된, 경제적 부가가치가 높은 극미분의 직접 환원철을 특정 종류의 환원성 가스 및 산소와 함께 용융로에 공급함으로써 브리켓 공정 및/또는 펠렛 공정 없이도 직접 활용할 수 있어 생산 공정의 단순화가 가능하므로 용선의 생산성이 획기적으로 개선되는 장점이 있다.
또한, 일부 고로 내에서 장입 철광석의 일부를 상기와 같은 함철 부산물을 이용하여 제조된 극미분의 직접 환원철로 대체하여 사용할 경우, 환원가스비를 획기적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명에 따른 용선 제조 방법에 의하는 경우, 제철 공정에서 발생하는 다량의 부산물을 제철 공정 내에서 저가로 활용할 수 있으므로 경제성을 현저하게 향상시킬 수 있고, 따라서 용선 생산량 증대를 위한 고출선 조업에서 활용가치가 매우 높다.
도 1은 본 발명에 따른 용선 제조 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 용선 제조 장치에 포함되는 3중관 버너에서의 반응을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3(a)는 상기 3중관 버너의 일 예를 나타낸 것이다.
도 3(b)는 상기 3중관 버너의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 4(a)는 실시예 1에 따른 공정의 용융온도 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4(b)는 비교예 1에 따른 공정의 용융온도 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4(c)는 비교예 2에 따른 공정의 용융온도 측정 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 발명자들은 함철 부산물을 이용하여 제조된 수 mm 이하의 크기를 갖는 DRI를 브리켓 공정 및/또는 펠렛 공정 없이 직접 용선 제조에 활용할 수 있는 기술을 개발하기 위해 연구를 거듭한 결과, 상기 DRI 중 금속화율이 80% 이상인 것을 이용하고, 이를 파이넥스 배가스(FOG, FINEX OFF GAS), 고로 배가스(BFG, Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG, Coke Oven Gas) 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 환원성 가스 및 산소와 함께 3중관 버너를 이용하여 용융로에 유입시키는 경우, 상기와 같은 목적을 달성할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 용선 제조 장치는, 금속화율이 80% 이상인 직접 환원철(direct reduction iron, DRI); 파이넥스 배가스(FOG, FINEX OFF GAS), 고로 배가스(BFG, Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG, Coke Oven Gas) 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 환원성 가스; 및 산소를 용융로에 유입시키는 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이해를 돕기 위하여, 도 1에는 본 발명에 따른 용선 제조 장치를 예시적으로 나타내었다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 용선 제조 장치는, 공급부인 3중관 구조를 갖는 버너(30)의 각 노즐에 금속화율이 80% 이상인 직접 환원철(direct reduction iron, DRI)(2); 파이넥스 배가스(FOG, FINEX OFF GAS), 고로 배가스(BFG, Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG, Coke Oven Gas) 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 환원성 가스(3); 및 산소(1)를 유입시켜 용융로(40)에 투입하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 직접 환원철, DRI(2)는 함철 부산물에 포함된 제철 슬러지 및 제철 더스트 등을 이용하여 제조된 것으로서, 철 함량이 90% 내지 95%인 것일 수 있다. 또한, 상기 직접 환원철은 이를 투입하는 빈(20) 하부에 배치된 그리드를 통해 100㎛ 이하의 입경을 갖는 것이 선별되어 본 발명에 사용될 수 있다. 이때, 상기 선별된 직접 환원철의 입경은 10㎛ 내지 100㎛ 또는 10㎛ 내지 80㎛ 정도일 수 있으며, 분말 형태의 성분이다.
본 발명에서, 상기 DRI(2)는 당해 기술분야에 잘 알려진 방법을 통해 제조될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 제강 공정의 부산물인 제철 슬러지와 제철 더스트를 선광하여 철 함량이 높은 함철 부산물을 부생 가스를 이용하여 복합 환원 가스와 환원 반응시켜 제조된 것일 수 있다.
특히, 본 발명에서, 상기 DRI 중 금속화율이 80% 이상인 것을 이용하는 것이 바람직하다. 금속화율이 80% 미만인 경우에는 환원가스비가 증가하기 때문에 함철 부산물을 이용하여 제조된 DRI를 활용한다 하여도 경제성이 현저히 떨어지는 문제점이 있기 때문이다.
보다 구체적으로는, 상기 DRI(2)는 빈(20)에 직접 투입되고, 진동 장치가 포함된 그리드를 이용하여 입경이 100㎛ 이하인 것이 선별된 다음 유출되어 3중관 버너(30)를 통해 용융로(40)에 유입된다. 즉, 본 발명에서는 상기한 바와 같이 금속화율이 80% 이상인 DRI(2)를 별도의 브리켓 공정 및/또는 펠렛 공정을 거치지 않고 직접 용선 제조 장치에 활용하는 것을 특징으로 한다. 이 경우 환원제비를 획기적으로 감소 시킬 수 있으며, 고출선 조업이 용이하며 노심을 활성화시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 DRI(2)는 핫 사이클론(10)을 통해 용융로에서 발생된 가스(4)로부터 분리된 후 상기 핫 사이클론(10) 하부에 배치된 그리드를 통해 선별되어 100㎛ 이하의 입경을 갖는 더스트(5)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 선별된 더스트의 입경은 보다 구체적으로 예를 들면, 10㎛ 내지 100㎛ 또는 10㎛ 내지 80㎛ 정도일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 용융로에서 발생된 가스(4)에는 용융로(40) 내부에서 비산된 더스트(5)가 일부 포함되어 있을 수 있다. 상기한 바와 같이 용융로에서 발생된 가스(4)는 핫 사이클론(10)에서 환원성 가스(3) 및 더스트(5)로 분리되고, 상기 환원성 가스(3)는 핫 사이클론(10)의 일단으로 유출되어 3중관 버너(30)를 통해 용융로(40)에 유입된다. 이때, 상기 더스트(5)는 핫 사이클론(10)의 타단으로 유출된 후 빈(20)에 유입되어 DRI와 함께 혼합되어 사용될 수 있다. 이때, 상기 빈(20)에 유입된 더스트(5)는 빈(20)의 하부에 배치되고 진동 장치가 포함된 그리드를 이용하여 100㎛ 이하의 입경을 갖는 것으로 선별된 다음 DRI(2)와 혼합된 후 유출되어 3중관 버너(30)를 통해 용융로(40)에 유입된다.
또한, 혼합물에서 상기 DRI(2) 및 더스트(5)의 함량비는 10:0 내지 5:5일 수 있고, 보다 구체적으로는 7:3 내지 5:5 정도일 수 있다. 더스트(5)의 함량이 높을수록 용융로 상부의 온도를 감소시킬 수 있으며, DRI(2)에 비해 더스트(5) 함량이 많은 경우에는 미분의 더스트 입자와 3중관 버너의 파이프 표면 간의 마찰력으로 인해 버너 파이프가 더스트 입자로 막히는 문제점이 발생한다. 이 경우 용융로 내 산소 취입이 어려울 수 있으며, 이로 인해 조업 중 용융로 상부의 온도 제어에 어려움을 초래한다. 따라서, DRI에 더스트가 혼합되어 사용되는 경우, 더스트(5)의 함량은 DRI(2) 보다는 적게 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 DRI(2), 또는 DRI와 더스트의 혼합물(2)은, 수평관(50)에서 메탄(CH4)(6)에 의해 3중관 버너를 통해 융용로에 취입될 수 있다. 상기와 같이 메탄 부하를 통해 DRI, 또는 DRI와 더스트의 혼합물이 용융로(40) 내부로 취입될 경우, 메탄의 열분해에 의해 냉각 효과를 기대할 수 있어, 냉각수의 노내 유입을 방지할 수 있고, 질소 부하 등을 통한 환원 가스의 질이 하락하는 것을 방지할 수 있으므로 매우 유리하다.
또한, 상기 더스트(5)는 카본을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이때, 상기 카본은 열원으로 사용될 수 있으므로, 상기 더스트(5)에 포함되어 있기만 하면 되고, 그 함량은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 더스트(5)에 포함되는 카본의 함량은 10 중량% 내지 35 중량% 정도 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 환원성 가스(3)는 핫 사이클론(10)을 통해 용융로(40)에서 발생된 가스(4)에서 더스트(5)가 분리된 상태의 가스를 의미하는 것으로, 제철 부생 가스 중 CO 및 H2의 합계 함량이 전체 가스의 70% 이상인 것이 바람직하다. 이때, CO 가스는 1100℃ 이하의 온도에서 DRI와의 침탄 반응 속도가 고체인 카본소스의 침탄 반응 속도 보다 빠르고, DRI와 CO의 환원 반응이 발열반응이기 때문에 제철부생가스 중 CO가스의 함량이 H2가스의 함량보다 더 많은 비율을 차지하는 것이 바람직하다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, DRI와 더스트 내의 FeO는 상기 환원성 가스의 주성분, 즉, 환원 가스인 CO 및 H2와의 환원반응에 의해 환원된 더스트 및/또는 DRI입자 사이의 Fe층끼리의 소결(sintering) 효과에 의해 응집물(agglomeration)이 생성되기 때문에 환원된 Fe입자가 점점 커지게 된다. 이와 같이 커진 Fe입자와 CO가스에서 생성되는 카본의 침탄 반응에 의해 생성물의 용융온도는 낮아지게 된다. 상기한 바와 같이 용융온도가 낮아지는 경우 환원가스비 감소 효과가 획기적으로 향상된다.
한편, 상기 환원성 가스는, 예를 들면, 파이넥스 배가스(FOG, FINEX OFF GAS), 고로 배가스(BFG, Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG, Coke Oven Gas) 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상 또는 2종 이상의 혼합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 핫 사이클론(10)의 분리 효율은 80% 이상인 것이 바람직하다. 즉, 상기 환원성 가스(3)는 용융로에서 발생된 가스(4)로부터 상기 더스트(5)가 80% 이상 분리된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 더스트(5)의 분리 효율이 80% 미만인 경우에는 환원성 가스(3)에 불순물이 포함되어, 환원가스를 재순환시켜 더스트 버너를 통해 용융로로 재취입 시킬 경우 설비의 기계적 마모를 초래하며, 더스트 입자가 가스의 흐름을 막아 순간적으로 설비의 압력을 상승시켜 설비 오작동이 발생하기 때문이다.
한편, 상기한 바와 같은 환원성 가스(3)는, 상기 DRI(2) 또는 DRI와 더스트의 혼합물(2) 및 산소(1)와 함께 3중관 버너(30)를 통해 용융로(40)에 투입된다. DRI(2) 또는 DRI와 더스트의 혼합물(2) 및 산소(1)만 투입되는 경우에는 산소로 인해 DRI(2)가 재산화되어 환원율이 현저하게 낮아지는 문제점이 있다. 그러나, 이들이 상기 환원성 가스(3)와 함께 투입되는 경우에는 DRI(2)의 재산화를 방지함으로써 환원율을 현저하게 향상시킬 수 있고, 이를 통해 환원가스비를 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이때, 상기 환원성 가스(3) 및 산소(1)의 공급비는 7:3 내지 5:5일 수 있다. 환원성 가스 및 산소의 공급비가 상기 수치범위를 만족하는 경우, 더스트 버너의 불꽃(flame) 길이를 최대한 길고 일정하게 유지할 수 있으며, 더스트 버너의 온도를 1000℃ 이상으로 유지할 수 있다. 산소의 공급비가 증가하면 금속화율이 높은 DRI는 산소에 의해 재산화가 될 가능성이 있기 때문에 더스트 버너에 공급되는 산소의 양은 환원성 가스의 공급량을 넘지 않는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 상기 공급부는 3중관 구조를 갖는 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는 노즐을 구비한 3중관 버너일 수 있다.
일반적으로 파이넥스(FINEX) 공정은 유동로에서 제조되어 브리켓팅된 환원철을 성형탄과 함께 용융로에 유입하여 용선을 생산하는 공정이다. 상기와 같이 유동로에서 제조된 환원철과 성형탄은 환원 및 용융 반응시 열적, 기계적 및/또는 화학적 분화에 의해 더스트를 발생시키고, 이러한 더스트는 용융 가스에 포함되어 배출된 후 용융로 상부에 있는 더스트 버너에서 산소와 함께 환원가스 조업의 적정 수준을 유지하기 위해 재취입 된다. 보다 구체적으로, 용융로에서 비산된 더스트를 사이클론에서 집진한 다음 더스트 버너를 통해 용융로에 재 취입시키고, 재순환된 더스트를 산소를 이용하여 연소시켜 용융로 내 돔(dome) 온도를 1000℃ 정도로 일정하게 유지시키는 방법으로 용융로 베드(bed)로부터 상승하는 더스트 휘발분을 전환하였다.
상기와 같은 더스트 버너는 이중관 구조였으며, 이를 이용하여 미환원 반응한 용융로 미분 더스트 및 산소 등을 공급하였다. 그러나, 상기 이중관 구조의 더스트 버너는 미분 더스트 등에 의해 노즐이 막혀 산소 취입이 불가능해지면, 조업 중 돔 온도의 제어가 어려워지며, 이로 인해 환원 가스 불량, HCI 환원율 하락, 석탄 비용 증가 및 노황 불안정 등의 여러 가지 문제가 발생하여 환원가스비가 상승되고 노심이 불안정해지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 발명자들은 상기 공급부로 노즐을 구비한 3중관 버너를 이용함으로써, 조업 중 돔 온도의 제어가 어려워지는 것을 방지하였다. 보다 구체적으로는, 상기 구비된 노즐을 통해 산소(1); DRI(2) 또는 DRI와 더스트의 혼합물(2); 및 파이넥스 배가스(FOG, FINEX OFF GAS), 고로 배가스(BFG, Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG, Coke Oven Gas) 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 환원성 가스(3)를 용융로(40) 내부로 취입함으로써, 용융로(40) 상부의 가스 공급량을 조절할 수 있고, 용융로(40) 상단으로 DRI(2)를 직접 장입 시킴으로써 별도의 브리켓 공정 및/또는 펠렛 공정 없이도 DRI(2)를 용선 제조에 활용할 수 있다.
한편, 도 3에는 본 발명에 따른 3중관 버너의 구조를 예시적으로 나타내었다. 도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 상기 버너는 3중관 구조로 이루어지며, 본 발명에서는, 작업 조건에 따라 도 3(a) 타입 또는 도 3(b) 타입으로 교차 적용할 수 있다.
먼저, 도 3(a) 타입의 경우, 노내 복사열 전달이 우수하므로 반응 온도를 향상시킬 수 있다. 반면, 상기 타입은 산소의 양이 많은 산화성 분위기이므로 고온에서 환원된 DRI 및/또는 더스트가 반응 후 기체에 의해 기송되어 공존하는 경우, 냉각이 되는 영역에서 서로 간의 화학 반응에 대한 평형 상수(equilbrium constant)가 감소하여 DRI 및/또는 더스트가 재산화될 가능성이 있다.
다음으로, 도 3(b) 타입의 경우, 노내 복사열 전달은 상기 도 3(a) 타입에 비해 느리지만, 재산화 반응 물질 (O2, H2O, CO2)의 양을 일정한 수준 이하로 유지시킬 수 있고, 체류시간이 짧기 때문에 Nucleation & Growth에 의해 빠른 속도의 재산화가 시작될 수 있다. 또한, 이후 두껍고 빽빽한 산화층이 형성되면, 고체 확산(solid-state diffusion)이 재산화의 율속 단계가 되어, 전체적인 재산화 속도가 급속히 저하되므로 DRI 및/또는 더스트의 재산화율을 상당히 줄일 수 있다.
따라서, 조업 조건 및 운전 조건에 맞게 3(a) 타입 또는 도 3(b) 타입의 3중관 버너를 선택적으로 적용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 용선 제조 방법을 간략히 설명한다.
본 발명은, 용선의 제조 방법에 있어서, 금속화율이 80% 이상인 직접 환원철(direct reduction iron, DRI); 파이넥스 배가스(FOG, FINEX OFF GAS), 고로 배가스(BFG, Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG, Coke Oven Gas) 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 환원성 가스; 및 산소를 용융로에 유입시키는 단계를 포함하는를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 금속화율이 80% 이상인 DRI는 전술한 바와 같이, 함철 부산물을 이용하여 제조된 것을 별도의 전처리 공정 없이 직접 이용한다. 특히, 상기 DRI는 더스트와 유사한 크기를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 빈 하부의 그리드를 통해 선별되고, 예를 들면, 100㎛ 이하의 입경을 갖는 것일 수 있다.
또한, 상기 DRI는 핫 사이클론을 통해 용융로에서 발생된 가스로부터 분리된 후 상기 핫 사이클론 하부에 배치된 그리드를 통해 100㎛ 이하의 입경을 갖는 더스트를 더 포함할 수 있으며, 그 함량비는 10:0 내지 5:5 정도 일 수 있다. 이에 관한 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
한편, 본 발명에서 상기 용융로에서 발생된 가스로부터 환원성 가스 및 더스트가 분리되는 공정에서 핫 사이클론의 운전온도는 700℃ 이상인 것이 바람직하고, 상기 핫 사이클론의 효율은 80% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 분리된 환원성 가스는 핫 사이클론의 상부로 유출되어 3중관 버너를 거쳐 용융로에 공급되고, 상기 더스트는 상기 핫 사이클론의 하부에 배치된 그리드를 통해 100㎛ 이하의 입경을 갖는 것이 선별되어 빈으로 공급된다. 또한, 상기 빈의 하부에도 그리드가 배치되어 100㎛ 이하의 입경을 갖는 더스트 및 더스트와 DRI 혼합물에 대한 2차 선별 공정이 수행된다. 상기한 바와 같은 분리 및 선별은, 이에 한정되는 것은 아니나, 진동기를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다. 진동기를 이용하여 수행되는 경우, 더스트 입자와 DRI 입자가 스크린의 메쉬를 막는 것을 방지할 수 있으며, 균일한 입자를 선별 하는 시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있기 때문이다.
이 외에 본 발명 제조 방법에 포함되는 각 구성에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 같다.
일반적으로 유동 환원로의 환원율이 약 1% 증가하는 경우, 약 35kg/t-p 정도의 환원제비 감소 효과가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 용선 제조 장치 및 이를 이용한 용선 제조 방법에 따라, 함철 부산물을 이용하여 제조된 극미분의 DRI를 별도의 브리켓 공정 등을 거치지 않고 직접 용융로에 장입하여 용선 제조에 이용하는 경우 유동 환원로의 환원율을 보다 향상시킬 수 있고, 이를 통해 환원제비 감소를 효과를 확보할 수 있으므로 매우 유리하다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예 1
파이넥스(FINEX) 공정에서의 용융현상을 검토하기 위하여, 자체 제작한 가열로 모사장치에 금속화율이 90%인 DRI 및 CO 가스를 취입하고, 가열로 상부에서 하부까지의 가열 패턴 및 온도 범위에 따른 가스 조성을 하기 [표 1]에 나타낸 바와 같이 제어하는 공정을 모사하였다.
비교예 1
금속화율이 60%인 DRI를 가열로 내부에 취입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 모사하였다.
비교예 2
금속화율이 70%인 DRI를 가열로 내부에 취입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 모사하였다.
구분 온도
가열 패턴 상온 ~ 300℃, 20℃/min
300℃ ~ 900℃, 15℃/min
900℃ ~ 1350℃, 10℃/min
1350℃ ~ 160℃, 5℃/min
가스 조성 상온 ~ 1100℃, 100% N2
1100℃ ~ 1350℃, 70% N2 + 30% CO
1350℃ ~ 1600℃, 65% N2 + 35% CO
실험예 - 용융화 온도 측정
실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 따른 공정에서 DRI의 금속화율 변화에 따른 용융온도를 측정하여 하기 [표 2]에 나타내었다. 또한, DRI의 용융 정도를 관찰하기 위해 고온용 촬영 케메라(TRV 70)를 이용하여 촬영한 결과를 하기 도 4(a) 내지 도 4(c)에 나타내었다.
구분 용융온도 (℃)
실시예 1 1403
비교예 1 1550
비교예 2 1521
[표 2]를 참조하면, DRI의 금속화율이 증가함에 따라 용융온도가 낮아짐을 알 수 있다. 이는 DRI에 포함되는 금속화율이 증가함에 따라 M-Fe의 함량이 증가하므로 연화 온도가 상승하는 것과 용융 베드 하부에서의 침탄 반응 가속화에 의한 것으로 사료된다. 따라서, 이를 활용하는 경우 용융 베드에서의 통기성을 개선시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 범위를 만족하는 실시예 1의 경우는 비교예 1과 비교할 때 용융온도가 10.5% 낮아졌다. 즉, 금속화율이 증가함에 따라 용융온도를 감소시킬 수 있고, 용융온도가 낮아지는 만큼 환원제비 감소 효과가 우수한 것을 나타낸다. 따라서, 상기 [표 2]의 결과를 통해 본 발명과 같이 함철 부산물 중 금속화율이 80% 이상인 DRI를 별도의 브리켓 공정 없이 용선의 제조에 이용하는 경우에도 환원가스를 획기적으로 저감시킬 수 있으므로, 매우 경제적이고 안정적인 조업이 가능함을 알 수 있다.
이상에서 본 명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1 : 산소
2 : DRI 또는 DRI와 더스트의 혼합물
3 : 환원성 가스
4 : 용융로에서 발생된 가스
5 : 더스트
10 : 핫 사이클론
20 : 빈
30 : 3중관 노즐을 갖는 버너
40 : 용융로
50 : 수평관
100 : 스티키(sticky) 용융 Fe 및 FeO
200 : 응집물(agglomeration) 및 탄소 버닝(Burning)

Claims (15)

  1. 금속화율이 80% 이상인 직접 환원철(direct reduction iron, DRI), 환원성 가스 및 산소를 용융로에 유입시키는 공급부; 및
    직접 환원철, 또는 직접 환원철과 더스트의 혼합물을 용융로 내부로 취입하기 위하여 메탄이 공급되는 수평관을 포함하며,
    상기 환원성 가스는 파이넥스 배가스(FOG, FINEX OFF GAS), 고로 배가스(BFG, Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG, Coke Oven Gas) 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 용선 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직접 환원철은 빈 하부의 그리드를 통해 선별되어 100㎛ 이하의 입경을 갖는 것인 용선 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 직접 환원철은, 핫 사이클론을 통해 용융로에서 발생된 가스로부터 분리된 후 상기 핫 사이클론 하부에 배치된 그리드를 통해 선별되어 100㎛ 이하의 입경을 갖는 더스트를 더 포함하는 것인 용선 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 직접 환원철 및 더스트의 함량비는 7:3 내지 5:5인 용선 제조 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 더스트는 카본을 포함하는 것인 용선 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 환원성 가스 및 산소의 공급비는 7:3 내지 5:5인 용선 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 환원성 가스는 핫 사이클론을 통해 더스트가 80% 이상 제거된 것인 용선 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 공급부는 3중관 구조를 갖는 것인 용선 제조 장치.
  9. 금속화율이 80% 이상인 직접 환원철(direct reduction iron, DRI), 환원성 가스 및 산소를 용융로에 유입시키는 단계; 및
    메탄 부하를 통해 직접 환원철, 또는 직접 환원철과 더스트의 혼합물을 용융로 내부로 취입하는 단계를 포함하며,
    상기 환원성 가스는 파이넥스 배가스(FOG, FINEX OFF GAS), 고로 배가스(BFG, Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG, Coke Oven Gas) 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 용선 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 직접 환원철은 빈 하부의 그리드를 통해 선별되어 100㎛ 이하의 입경을 갖는 것인 용선 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 직접 환원철은, 핫 사이클론을 통해 용융로에서 발생된 가스로부터 분리된 후 상기 핫 사이클론 하부에 배치된 그리드를 통해 선별되어 100㎛ 이하의 입경을 갖는 더스트를 더 포함하는 것인 용선 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 핫 사이클론의 분리 효율은 80% 이상인 용선 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 그리드는 진동 장치가 포함된 것인 용선 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 직접 환원철 및 더스트의 함량비는 7:3 내지 5:5인 용선 제조 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 환원성 가스 및 산소의 공급비는 7:3 내지 5:5인 용선 제조 방법.
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WO2018004070A1 (ko) * 2016-06-28 2018-01-04 주식회사 포스코 용철 제조장치 및 이를 이용한 용철 제조방법

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