KR20010049329A

KR20010049329A - 직접환원법 및 회전 노상로

Info

Publication number: KR20010049329A
Application number: KR1020000023951A
Authority: KR
Inventors: 니시무라마코토; 다나카히데토시
Original assignee: 구마모토 마사히로; 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 2000-05-04
Publication date: 2001-06-15
Also published as: NZ504325A; CN1219891C; CZ20001469A3; CN1273277A; EP1050589A1; US6296479B1; AU3025200A; CA2307422A1; TW581816B

Abstract

금속산화물 및 탄소재를 포함하는 원료가 회전 노상로에 공급된다. 상기 원료로부터 발생하는 총 가연성 가스량의 70 내지 80%의 가연성 가스가 생성되는 기간으로 규정되는 환원초기에 해당하는 노내 위치에서 상기 원료 주위의 분위기에 대하여 강한 교반작용을 야기하도록 배치된 버너에 의해서 원료는 가열 및 환원된다. 환원 초기 이후의 환원 후기에 해당하는 노내 위치에서, 상기 원료 주위의 분위기에 대하여 약한 교반작용을 야기하도록 배치된 버너에 의해서 원료가 가열 및 환원됨으로써 금속이 제조된다. 본 발명에 따르면, 생산성이 향상되고 단위 연료 요구량이 감소될 수 있다.

Description

직접환원법 및 회전 노상로{DIRECT REDUCTION METHOD AND ROTARY HEARTH FURNACE}

본 발명은 직접환원법 및 회전 노상로(rotary hearth furnace)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 노내의 가열 분위기의 제어를 효과적으로 실행함으로써 생산성을 향상시키는 동시에 단위 연료 요구량의 저감을 도모할 수 있는 직접환원법 및 이러한 직접환원법을 실시하기 위한 회전 노상로에 관한 것이다.

종래부터, 금속산화물 또는, 금속산화물과 펠릿 및 연탄 등과 같은 덩어리 상태의 석탄 등과 같은 환원제로서의 탄소재(carbonaceous material)의 혼합물을 포함하는 원료를 회전 노상로에 투입하여, 해당 원료중의 금속산화물을 직접환원하여 금속을 회수하는 프로세스가 알려져 있다. 이러한 회전 노상로는 직접환원 프로세스에서 원료에 대하여 복수의 버너로부터 열을 공급하도록 구성된 것이다. 이 직접 환원 프로세스동안 노 내부 온도는 1200℃ 내지 1500℃ 범위로 가열 유지된다.

회전 노상로를 이용하는 직접환원법에 관련된 기술에 대해, 예컨대 미국 특허 제 4,622,905 호 공보에 개시된 바와 같이, 환원제를 함유한 산화 금속을 회전 노상형 하소로에 공급하여 가열 및 환원하는 방법이 공지되어 있다. 이 개시된 방법에 있어서, 측벽에 설치된 다중 버너를 채용하여 화염의 복사능을 높이기 위해서 미분탄과 혼합 연소상태하에서 당량비 1.0에서 또는 그 부근에서 조업하고 있다.

또한, 미국 특허 제 4,401,214호 공보는, 환원에 수반하여 원료로부터 발생하는 가연성 가스를 연소시키는데 필요한 양의 공기를 측벽에 설치된 버너에 잉여 공기로서 공급하는 것을 개시하고 있다. 또한, 이 특허 공보는 가스 또는 액체 연료와 예열된 연소 공기를 이용하여 상기 분위기가 실현되는 것을 개시하고 있다.

지금까지 설명한 종래 기술에 따르면, 회전 노상로를 이용하여 환원철 등의 금속을 제조할 때, 버너의 연소 및 환원에 수반하여 발생하는 가연성 가스에 대하여 당량비 1.0 부근의 공기량을 측벽에 설치된 버너를 이용하여 노내에 투입한다. 또한, 원료를 연속적으로 가열하는 워킹 노상형 가열로(walking-hearth type heating furnace)에 있어서 천정부에 버너를 설치한 "단부 버너" 또는 "지붕 버너"가 채용되어 있다.

본 발명자들도 수년 동안 이러한 회전 노상로의 구조에 대하여 연구를 진행하고 있었으며, 그 연구의 일환으로서 일본 특허 공개 공보 제 10-60524 호(미국 특허 제 5,989,019 호)에 개시된 기술을 제안하였다. 이 제안된 기술에 있어서, 측벽 상부에 설치된 적어도 하나의 버너 하측의 노상 주위에, 상기 피가열물로부터 발생하는 가연성 가스를 연소시키기 위해 2차 연소용 가스를 공급하는 가스 공급 수단이 설치된다. 이러한 구성을 채용함으로써, 환원에 수반하여 발생하는 가연성 가스가 고효율로 연소되므로, 원료에 대한 열 공급원으로 작용한다. 그 결과, 회전 노상로내의 버너에 공급되는 연료의 양이 절감되어, 단위 제품당 연료 소모량이 감소된다.

금속산화물로부터의 직접 환원 프로세스에 있어서, 금속산화물과 탄소재를 포함하는 원료를 노내에 투입하여 가열함으로써, 환원 반응이 진행되고 금속산화물이 환원된다. 이 때, 원료를 1000℃ 이상으로 가열하면, 환원 반응이 급격히 진행된다. 따라서, 높은 생산성을 달성하기 위해서 원료를 노내에 투입한 직후에 원료를 급격히 가열해야만 한다.

한편, 원료를 노내에 투입한 시점에서는, CO, H₂, CH₄등의 가연성 가스가 대량 발생된다. 가연성 가스는 시간이 경과함에 따라 그 발생량이 감소하며 또한 원료에 가해지는 열량이 이에 따라 변화된다. 즉, 보다 상세하게는, 환원 후기에는 원료로부터 발생하는 환원 작용을 갖는 가연성 가스가 감소하기 때문에, 한번 환원한 금속이, 연소 배기 가스중에 포함되는 CO₂나 H₂O 등에 의해 다시 산화(재산화)될 가능성이 있다. 이러한 이유로, 환원 후기의 원료 주변에 환원성 분위기를 유지해야 한다.

게다가, 금속산화물의 환원에 수반하여 발생하는 가연성 가스를 가열원으로서 이용함으로써, 프로세스의 단위 연료 요구량을 향상시킬 수 있기 때문에 원료로부터 발생한 가연성 가스를 노내에서 연소시키는 것이 중요하다.

따라서, (1) 원료를 노내에 투입한 직후에 급속히 가열함으로써 금속산화물의 환원반응이 촉진되는 것, (2) 환원 후기에는 원료가 재산화되는 것을 방지하기 위하여 환원성 분위기를 형성해야 하는 것, (3) 원료로부터 발생하는 가연성 가스를 연소시킴으로써 단위 연료 요구량을 향상시킬 수 있는 것 등은 과거에도 인식되고 있었지만, 그것들을 실현하기 위한 회전 노상로의 구성이나 버너의 배치형태는 현재 확립되어 있지 않은 것이 실상이다.

예컨대, 상기 미국 특허 제 4,622,905 호 공보나 제 4,701,214 호 공보에 의하면, 회전 노상로에 있어서 측벽에 설치된 측벽 버너가 채용되고, 워킹 노상 가열로에 있어서 천정에 배치된 단부 버너가 채용된다. 그러나, 원료에 가해지는 열량이 시간이 경과함에 따라 변하고, 또한 원료로부터 발생하는 가연성 가스량이 변하는 프로세스에 있어서, 회전 노상로의 형상이나 버너의 설치에 관한 효과적인 접근은 아직 확립되어 있지 않다.

본 발명의 목적은 원료를 노내에 투입한 직후에 원료를 급속히 가열함으로써 금속산화물의 환원 프로세스의 생산성을 향상시킴과 동시에, 환원 후기에는 원료가 재산화되는 것을 방지하기 위하여 환원성 분위기를 형성하면서, 원료로부터 발생하는 가연성 가스를 연소시키므로써 단위 연료 요구량을 감소시킬 수 있는 직접환원법 및 이러한 방법을 실시하기 위한 회전 노상로를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 직접환원법은 금속산화물과 탄소재를 포함하는 원료를 회전 노상로에 공급하는 단계와, 상기 원료로부터 발생하는 총 가연성 가스량의 70 내지 80%의 가연성 가스가 발생되는 기간을 환원 초기로 규정하고, 환원 초기에서 상기 원료 주위의 분위기에 대하여 강한 교반작용을 야기하도록 배치된 제 1 가열 유닛에 의해 원료를 가열 및 환원시키는 단계와, 환원 초기 이후의 환원 후기에서 상기 원료 주위의 분위기에 대하여 약한 교반작용, 다시 말해서 환원 가스를 유지하는 작용을 야기하도록 배열된 제 2 가열 유닛에 의해 상기 원료를 가열 및 환원시켜 금속을 제조하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 금속산화물과 탄소재를 포함하는 원료를 환원시켜 금속을 제조하기 위한 회전 노상로에 있어서, 상기 원료로부터 발생하는 총 가연성 가스량의 70 내지 80%의 가연성 가스가 생성되는 기간으로 규정된 환원 초기에 해당하는 노내 위치에 상기 원료 주위의 분위기에 대하여 강한 교반작용, 다시 말해서 가연성 가스와 산화 가스를 충분하게 혼합하는 작용을 야기하는 제 1 가열 유닛을 배치하고, 환원 초기 이후의 환원 후기에 해당하는 노내 위치에 상기 원료 주위의 분위기에 대하여 약한 교반작용을 야기하는 제 2 가열 유닛을 배치하고 있다.

상기 특징에 따르면, 금속산화물, 석탄 등의 혼합물을 환원시키는 직접환원법에 있어서, 환원 초기에 원료를 급속히 가열함으로써 생산성이 향상되며, 환원 후기에서 원료의 재산화를 방지하기 위한 환원성 분위기가 원료 주위에 형성되며, 환원에 수반하여 발생되는 가연성 가스를 연소함으로써 단위 연료 요구량을 감소시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 회전 노상로의 제 1 실시예의 구성을 나타내는 평면도.

도 2는 도 1에 도시된 회전 노상로의 전개도.

도 3은 원료 투입후의 가연성 가스 발생량의 추이를 나타내는 그래프.

도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 영역 1내의 와류형성 상태를 설명하기 위한 도면.

도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 영역 3내의 와류형성 상태를 설명하기 위한 도면(V-V 선을 따라 취한 단면도).

도 6은 다른 실시예에 따른 도 1 및 도 2의 영역 1을 나타내는 설명도.

도 7은 또 다른 실시예에 따른 도 1 및 도 2의 영역 1을 나타내는 설명도.

도 8은 환원 초기에 대응하는 영역 1 및 영역 2에 대하여 천정 버너와 측벽 버너를 설치한 경우의 원료 주위의 가스 온도를 비교하여 나타낸 그래프.

도 9는 환원 후기에 대응하는 영역 3에 대하여 천정 버너와 측벽 버너를 설치한 경우의 원료 주위의 CO 농도를 비교하여 나타낸 그래프.

도 10은 2차 연소의 비율과 요구된 연료 가스량간의 관계를 나타낸 그래프.

도 11은 연료 분기 통로가 회전 노상로의 배출부 근처에 설치된 실시예를 나타내는 설명도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 회전 노상로 2 : 노상

3 : 천장 4 : 측벽

5, 5a : 버너 6 : 원료

7, 8 : 와류 9 : 가연성 가스

10 : 원료 공급 장치 11 : 제품 회수 장치

12a, 12b, 12c : 공기 유입구

이하, 도면에 근거하여 본 발명의 구성 및 작용 효과에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 발명에 따른 회전 노상로의 일 구성예를 나타내는 평면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 회전 노상로의 전개도이다. 또한, 도 1 및 도 2에 있어서, 도면부호(1)는 회전 노상로, 도면부호(2)는 노상, 도면부호(3)은 천정, 도면부호(4)는 측벽, 도면부호(5, 5a)는 버너 또는 연소용 산화 가스 공급관(이후 "버너 등"이라 칭함), 도면부호(6)는 원료, 도면부호(10)는 원료 공급 장치, 도면부호(11)는 제품 회수 장치, 도면부호(13)는 연도(flue)를 각각 나타낸다.

도 1 및 도 2에 도시된 회전 노상로(1)는, 금속산화물과 탄소재(석탄 등)를 포함하는 원료(6)를, 회전하면서 이동하는 노상(2)에 공급 장치(10)에 의해서 공급하고, 회전 노상로(1)내의 천정(3)과 측벽(4)의 각각에 설치된 버너 등(5, 5a)의 화염을 이용하여 원료(6)를 가열 및 환원시키고, 환원된 후의 제품(금속)을 제품 회수 장치(11)에 의해서 회수하도록 구성되어 있다. 또한, 도 2에 도시된 연도(13)는, 버너 연소 배기가스와 환원에 수반하여 발생하는 가스와 버너 연소 배기가스로부터 발생된 연소 배기가스를 배출시키도록 설치된다.

이와 같이 구성된 회전 노상로(1)에 있어서, 원료(6)의 가열 초기(환원 초기)에 해당하는 노내 위치(즉, 영역 1 및 영역 2에서의 노내 위치)에 화염이 비스듬히 하방으로 발생되도록 버너(5)를 천장(3) 부근에 설치하고, 원료(6)의 환원 후기에 해당하는 노내 위치(영역 3의 노내 위치)에 화염이 수평 방향으로 발생되도록 버너 또는 연소용 산화 가스 공급관(5a)을 측벽(4)에 설치한다. 천장(3) 부근에 설치한 버너(5)는 원료(6) 주위의 분위기에 대하여 강한 교반작용을 야기하고, 측벽(4)에 설치한 버너 또는 연소용 산화가스 공급관(5a)은 원료(6) 주위의 분위기에 대하여 비교적 약한 교반작용을 야기한다. 강한 교반작용은 가연성 가스와 산화 가스를 충분히 혼합하는 작용을 의미한다. 반면에, 상대적으로 약한 교반작용은 원료 주위에 환원 가스를 유지하는 작용을 의미한다. 다음에, 버너 등(5, 5a)이 상이한 교반작용을 야기하는 이유 및 상이한 교반작용을 야기하는 버너 등(5, 5a)을 제공함으로써 발생되는 작동적 장점에 대하여 설명한다.

우선, 원료(6)를 노내(즉, 도 1 및 도 2에 도시된 영역 1 및 영역 2의 노내 위치)에 투입한 직후, 도 3에 나타낸 바와 같이 다량의 가연성 가스(CO, H₂, CH₄등)가 발생한다. 버너 등(5)을 천장(3) 부근에 설치하여, 이 버너 등(5)에 의해 야기된 강한 교반작용에 의해서 영역 1 및 영역 2내의 교반 작용을 촉진함으로써, 2차 연소가 효과적으로 촉진될 수 있다. 즉, 버너 등(5)을 천장(3) 부근에 설치한 경우에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 영역 1(또한 영역 2)내의 가스 유동은 원주방향에 수직한 단면에서 와류(7)를 형성하여 원료(6)로부터 발생한 가연성 가스(9)는 강하게 교반되어 2차 연소가 촉진된다.

노에 공급되는 원료(6)의 양이 증가할 때, 원료로부터 발생되는 가연성 가스량은 이에 대응하여 증가한다. 동시에, 회전 노상로의 크기가 증가하며 단위 원료량당 노 벽으로부터의 열 손실이 감소된다. 이 경우에, 공급되는 원료의 양이 증가되면, 버너(5)의 일부가 연료의 분사없이 연소 공기만을 분출하여 환원 초기시에도 연소용 산화가스의 공급관으로서 역할을 하도록 채용될 수도 있다. 또한, 공급되는 원료(6)의 양이 증가함에 따라 다량의 가연성 가스가 발생하는 경우에, 모든 버너(5)가 연소용 산화 가스의 공급관으로 대체될 수도 있다. 이들 공급관은 연료를 송풍하지 않고 산화 가스만을 송풍하는 버너에 의해서 달성될 수 있다.

한편, 원료의 가열 후기(환원 후기)에 해당하는 영역 3에서는, 환원제를 갖는 가연성 가스의 발생량이 적기 때문에(도 3 참조), 영역 3내의 가스 교반을 촉진하면, 환원된 원료(6)가 연소 배기가스중의 CO₂, H₂O 등에 의해서 재산화될 위험이 있다. 따라서, 본 발명에 있어서, 환원 후기에 해당하는 영역 3에는 원료(6) 주위의 분위기에 대하여 비교적 약한 교반작용을 야기하는 버너 또는 연소용 산화가스 공급관(5a)을 설치한다. 보다 상세하게는, 도 5(도 1의 V-V선을 따라 취한 단면도)에 나타낸 바와 같이, 버너 등(5a)은 각각 영역 3에서 대향 벽에 충돌하여 반경방향으로 저지되는 가스 유동을 일으킨다. 따라서, 원료(6) 주위에서의 와류(8)가 적어지기 때문에 버너 등(5a)에 의한 교반작용은 비교적 약하게 된다. 결과적으로, 영역 3내에 매우 만족할 만한 환원성 분위기가 형성되어 원료가 재산화되는 것이 방지됨과 동시에, 원료로부터 발생하는 가연성 가스를 연소시켜 단위 연료 요구량을 감소시킬 수 있다.

또한, 환원 후기에 해당하는 영역 3에서(도 2 참조), 가연성 가스를 함유한 노내 가스가 가열 영역의 단부로부터 연도(13)를 향해 유동하는 경우, 가연성 가스의 일부가 원료를 가열하기 위한 연료로서 사용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 복수개의 버너 등(5a)중 일부가 연소용 산화 가스(예컨대 공기)를 공급하기 위한 공급관으로 대체될 수도 있다. 변형예로서, 기존의 버너가 연료를 분사함없이 연소 공기만을 분사하도록 사용될 수도 있다. 이 경우에, 기존의 버너가 연소용 산화 가스 공급관과 동일한 기능을 수행할 수도 있다.

환원 초기에 원료로부터 발생된 가연성 가스가 환원 후기에 효과적으로 이용될 수 있는 경우에 있어서, 기존의 모든 버너를 연소용 산화 가스 공급관으로 대체할 수 있다. 이와 관련하여, 기존의 버너는 또한 연료를 분사함없이 연소 공기만을 분사함으로써 연소용 산화 가스 공급관으로서 역할을 수행할 수도 있음은 물론이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 배출부로 개방되도록 연료(13)의 분기 통로를 제공하여 압력 제어를 수행함으로써, 환원 초기의 원료로부터 발생된 가연성 가스가 환원 후기를 향해 흡인될 수 있다. 또한, 배기 가스의 흡인을 위해서 배기 가스 인출 도관이 배출 장치 근처에 설치되는 경우, 버너 또는 연소용 산화 가스 공급관(5a)이 모두 공급관으로 대체될 수 있다. 따라서, 가연성 가스를 이용하는 수단은 환원 초기에 원료로부터 발생된 가연성 가스를 환원 후기에 효과적으로 이용할 수 있는 한 그 구조에 특별히 제한되지 않는다.

본 명세서에 사용된 용어 "버너"란 연료(기체상, 액체상 또는 고체상) 및 산화 가스(공기, 산소 및 산소-농후 공기를 포함)를 모두 연소를 위해 송풍시키는 소위 버너를 의미한다. 그러나, 이 버너는 노내의 환원에 수반하여 원료로부터 발생된 가연성 가스를 연소하기 위한 산화 가스만을 분사하도록 사용될 수 있다. 이 경우에, 버너는 연소용 산화 가스 공급관과 동일한 기능을 수행한다.

또한, 상기 버너 등(5, 5a)에 의해 야기되는 교반작용의 강약관계는 상대적으로 나타내어지며 그 비율은 특별히 규정되지 않는다. 그러나, 본 발명의 효과를 달성하기 위해 영역 1 및 영역 2에서의 교반작용은 가능한 한 강하고, 영역 3에서의 교반작용은 가능한 한 약하게 하는 것이 바람직하다.

전술된 바와 같이, 본 발명에 있어서, 노 내부를 가열하는 시기는 환원 초기와 환원 후기로 나눠지며, 환원 초기에는 원료(6) 주위의 분위기에 대하여 강한 교반작용을 야기하는 버너(5)에 의해서 상기 원료를 가열 및 환원시키고, 그 후 환원 초기 다음의 환원 후기에서는, 상기 원료 주위의 분위기에 대하여 약한 교반작용을 야기하는 버너 또는 연소용 산화가스 공급관(5a)에 의해서 상기 원료를 가열 및 환원시켜 금속을 제조한다. 상기 프로세스에서 환원 초기와 환원 후기를 구별하기 위해, 원료로부터 발생하는 총 가연성 가스량의 70 내지 80%의 가연성 가스를 생성하는 동안의 기간을 환원 초기로 규정하고, 그 이후를 환원 후기로 규정한다. 두 기간을 이렇게 구별하는 것은 다음과 같은 이유에서이다. 원료(6)로부터 발생하는 총 가연성 가스량의 70%의 가연성 가스량이 발생되는 동안의 기간에 있어서, 즉, 환원 초기의 하한에 대응하는 시기에 있어서, 연소 배기가스중의 CO₂, H₂O 등에 의한 재산화가 원료로부터 발생하는 CO 등에 의해 방지될 수 있다. 환원 초기를 원료로부터 발생되는 총 가연성 가스량의 80% 이상의 가연성 가스량이 발생되는 기간으로 규정하면, 원료로부터 발생한 CO 등의 양이 감소하기 때문에 연소 배기가스중의 CO₂, H₂O 등에 의해서 원료가 재산화될 가능성이 높다. 따라서, 원료로부터 발생하는 가연성 가스량이 그 총 가스량의 80%를 넘는 기간에 있어서, 상대적으로 약한 교반작용을 야기하는 제 2 가열 수단[버너 등(5a)]을 채용함으로써 원료의 재산화를 방지할 필요가 있다. 그런데, 회전 노상로 제조의 견지에서, 제 1 가열 수단이 적용되는 경우 노 자체의 가격이 매우 비싸게 되는 경우가 있는데, 그 한 이유는 노의 형상이 복잡하기 때문이다. 노를 제조하는 관점에서, 가능한 한 제 1 가열 수단에 의해 커버되는 영역을 줄이는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 노의 제조 관점을 우선적으로 고려하여야 하는 경우에, 즉 노의 제조 가격의 감소를 가장 우선 고려해야 하는 경우에, 제 2 가열 수단에 의해 덮여진 영역의 시작점 즉, 환원 후기의 시작점이 보다 빠른 시기로 설정될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 예컨대, 금속산화물을 환원하는 원래의 목적은 원료로부터 발생하는 총 가연성 가스량의 약 40%가 발생하는 동안의 기간을 환원 초기로 규정하고, 다음 기간에 대응하는 영역에 제 2 가열 수단을 채용함으로써 달성될 수 있다. 그 이유는 원료로부터 발생된 가연성 가스가 가열 및 환원 프로세스의 초기 단계에서 다량으로 발생되기 때문에, 발생된 가연성 가스가 가열 및 환원 프로세스의 초기 단계에서 특히 효과적이며, 제 2 가열 수단으로의 절환이 원료로부터 발생된 가연성 가스량이 그 총 가스량의 약 40%가 될 때 이루어질 수 있기 때문이다.

상술한 바와 같이 총 환원 기간을 환원 초기와 환원 후기로 구분하는 회전 노상로의 설계에 있어서, 예컨대 영역 1 및 영역 2로부터 발생하는 가연성 가스의 생성량이 그 총량의 70 내지 80%가 되도록 버너(5) 또는 버너나 연소용 산화 가스의 공급관(5a)의 화력을 조정한다.

또한, 원료 투입 직후에 원료를 급속히 가열 및 환원하여 생산성을 증가시킨다는 관점에서, 환원 후기의 시점을 원료 투입 직후로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이러한 시점 설정에 한정되지 않고, 원료가 투입되고 나서 어느 정도의 시간 경과 후에 가열 및 환원이 개시하도록 환원 후기의 시점을 설정하는 것도 가능하다. 따라서, 원료 주위의 분위기에 대하여 강한 교반작용을 야기하는 버너(5)를 원료로부터 발생하는 총 가연성 가스량의 70 내지 80%의 가연성 가스가 생성되는 기간에 해당하는 노의 영역내에 배치하는 것이 필수적이다.

도 6은 다른 실시예에 따른 영역 1을 나타내는 설명도이다. 본 실시예에서의 영역 1의 구성은 공기와 같은 연소용 산화 가스가 도입되는 공기 유입구(12a, 12b)를 회전 노상로(1)의 측벽(4) 및 내부에 설치하는 점에서 도 4에 도시된 구성과 상이하다. 도 4에 도시된 구성에 있어서, 영역 1(영역 2에 있어서도 마찬가지임)내의 2차 연소가 버너(5)의 잉여공기에 의해서 달성된다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 공기 유입구(12a, 12b)를 설치하여 2차 연소용 공기를 공급하도록 하는 것도 전술한 와류(7)의 작용과 협동하여 2차 연소를 더욱 촉진시킨다는 점에서 장점적이다.

도 7은 또 다른 실시예에 따른 영역 1을 나타내는 설명도이며, 이 구성은 천정(3)에 지붕 버너 타입의 버너(5)를 설치한 구성예이다. 또한, 도 7의 구성에 있어서, 회전 노상로(1)의 측벽(4), 천정(3) 및/또는 내부에 2차 연소용 공기 유입구(12a, 12b, 12c 등)를 설치한다. 이러한 구성을 채용함으로써 영역 1내에서의 2차 연소를 더욱 촉진시킨다.

이하 예와 관련하여 본 발명의 작용 효과를 더욱 구체적으로 나타내지만, 본 발명은 물론 하기 예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 범위는 필요에 따라 변형된 상이한 조건하에서 본 발명이 실시되는 다른 모든 형태를 포함함을 주목하여야 한다.

본 발명에 사용되는 원료(6)의 형상은 선택의 문제이다. 즉, 원료는 펠릿 및 연탄과 같은 덩어리의 형태일 수 있거나, 또는 원료의 분말이 성형됨없이 노상위에 층의 형태로 놓일 수도 있다. 변형예로서, 원료의 분말은 예컨대 분말을 가볍게 압축시킴으로써 얻어진 간단히 성형된 상태로 노상 위에 놓일 수도 있다.

또한, 환원된 제품(금속)은 항상 완전히 금속화될 것이 요구되는 것이 아니며, 환원되지 않은 부분이 남아있는 스폰지 철의 형태일 수 있다. 부가적으로, 본 발명은 노내에서 원료를 용융하여 금속을 얻는 경우를 포함한다.

(예)

도 1 및 도 2에 나타낸 구성의 회전 노상로를 이용하여, 여러가지 실험을 실행했다. 우선 도 8은, 환원 초기에 대응하는 영역 1 및 영역 2내에 천정 버너(단부 버너)와 측벽 버너(사이드 버너)를 설치한 경우간의 비교를 위해 원료 주위의 가스 온도(수치계산에 의한 예측 평균치)를 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 8의 결과는, 각각의 버너에 동일한 양의 연료를 투입함으로써 얻어졌다. 이 결과는 천장 버너를 사용한 경우 영역 1에서 원료 주위의 평균 온도가 사이드 버너를 사용한 경우보다 약 300 K 높다는 것을 나타낸다. 따라서, 급속히 가열하는 데에는 천정 버너를 사용하는 것이 좋다는 것을 알 수 있다.

도 9는 환원 후기에 대응하는 영역 3에서 천정 버너(단부 버너)와 측벽 버너(사이드 버너)를 설치한 경우의 비교를 위해 원료 주위의 CO 농도(수치계산에 의한 예측 평균치)를 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 9의 결과는 환원 후기의 중간 부근에서 반경 방향으로의 CO 농도 분포를 나타낸 것이다. 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 환원작용을 갖는 가스인 CO의 농도가 노내의 내외측 영역에서 천장 버너를 사용한 경우보다 측벽 버너를 사용한 경우에서 더 크므로, 측벽 버너의 사용이 원료의 재산화를 방지하는데 보다 유리함을 알 수 있다.

도 10은 원료로부터 발생하는 가연성 가스를 사용하여 노내에서 2차 연소가 행해지는 비율과 노내에 공급되도록 요구되는 연료 가스량의 감소율을 나타낸 것이다. 이 때의 요구되는 연료 가스량의 감소율은 금속산화물의 하나인 Fe₂O₃를 예로 취하여, 예컨대 1400℃ 분위기하에서 Fe₂O₃가 탄소에 의해서 환원되어 철과 일산화탄소로 분해되는 반응에 필요한 연료 가스량을 측정하고, 환원에 의해서 발생된 일산화탄소를 상이한 비율로 연소(2차 연소)시킴으로써 노내에서의 이러한 환원을 달성하는데 요구되는 연료 가스량이 얼마나 감소되었는가를 측정함으로써 산출되었다.

도 10의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 2차 연소를 전혀 하지않은 경우와 비교하여, 환원에 의해서 발생된 일산화탄소를 100% 연소시키므로써 노내에 투입된 연료 가스량은 40%로 감소될 수 있다.

본 발명에 따르면, 금속산화물, 석탄 등의 혼합물을 환원시키는 직접환원법에 있어서, 환원 초기에 원료를 급속히 가열함으로써 생산성이 향상되며, 환원 후기에서의 원료의 재산화를 방지하기 위한 환원성 분위기가 원료 주위에 형성되며, 환원에 수반하여 발생되는 가연성 가스를 연소함으로써 단위 연료 요구량을 감소시킨다.

Claims

금속산화물과 탄소재를 포함하는 원료를 회전 노상로에 공급하는 단계와,

상기 원료로부터 발생하는 가연성 가스의 총량의 70 내지 80%의 가연성 가스가 생성되는 기간을 환원 초기로 규정하고, 상기 환원 초기에서 상기 원료 주위의 분위기에 대하여 강한 교반작용을 야기하도록 배치된 제 1 가열 수단에 의해 상기 원료를 가열 및 환원시키는 단계와,

환원 초기 이후의 환원 후기에서 상기 원료 주위의 분위기에 대하여 약한 교반작용을 야기하도록 배치된 제 2 가열 수단에 의해 상기 원료를 가열 및 환원시켜 금속을 제조하는 단계를 포함하는 직접환원법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 가열 수단은 버너 및/또는 연소용 산화 가스 공급관인 직접환원법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 가열 수단은 버너 및/또는 연소용 산화 가스 공급관인 직접환원법.
금속산화물과 탄소재를 포함하는 원료를 환원시켜 금속을 제조하기 위한 회전 노상로에 있어서,

상기 원료로부터 발생하는 가연성 가스의 총량의 70 내지 80%의 가연성 가스가 생성되는 기간으로 규정되는 환원 초기에 해당하는 노내 위치에 배치된, 상기 원료 주위의 분위기에 대하여 강한 교반작용을 야기하는 제 1 가열 수단과,

환원 초기 이후의 환원 후기에 해당하는 노내 위치에 배치된, 상기 원료 주위의 분위기에 대하여 약한 교반작용을 야기하는 제 2 가열 수단을 포함하는 회전 노상로.
제 4 항에 있어서,

상기 제 1 가열 수단은 버너 및/또는 연소용 산화 가스 공급관인 회전 노상로.
제 4 항에 있어서,

상기 제 2 가열 수단은 버너 및/또는 연소용 산화 가스 공급관인 회전 노상로.