KR20010072468A - 용융 선철을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

석탄과 가스를 함유한 산소가 첨가되는 용락식 화로 내에서 덩어리 형태의 철을 함유한 재료로부터 용융 선철 또는 강의 중간 제품을 생산하는 방법으로서, 환원 가스가 동시에 형성되고 철을 함유한 재료가 용융된다. 석탄 조각은 상부로부터 용락식 화로 내로 유입되어, 철을 함유한 재료와 함께 용락식 화로 내의 정적 베드를 형성하며, 상기 석탄은 정적 베드 상의 돔 영역 내로 휘발성 탄화 수소의 일부분을 배출시키고 분진 버너는 정적 베드의 표면에서 소정의 각도로 상부로부터 경사진다. 분진 버너는 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어 내에서 탄소의 40 %이상의 비율의 연소로 CO2를 형성하는 방식으로 작동되고 제어된다. 본 발명은 상기 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 환원 가스를 갖는 용락식 화로로부터 배출된 분진의 양을 감소시키고 소정의 배출된 분진이 축적되는 경향을 감소시킬 수 있다.

Description

용융 선철을 제조하는 방법 {METHOD FOR PRODUCING LIQUID PIG IRON}
전술한 형태의 방법에서, 에너지 공급원으로서 괴탄을 용융 가스화 로에 직접 공급하는 것이 공지되어 있다. 이 경우에 석탄은 상부로부터 용융 가스화 로 내로 공급되며 로 내부의 온도를 고려하여 용융 가스화 로 내에서 쇼크 가열된다. 이러한 열분해 단계에서 괴탄의 가열로 휘발성 탄화 수소의 성분이 돔 공간 내로가스로서 방출된다. 열분해 단계 중에 방출되는 환원 가스 내부의 탄화 수소를 전환시킬 필요가 있으므로, 용융 가스화 로 내부에서의 소정의 잔류 시간 내에 열분해를 보장하기 위해서는 현재 약 1050 ℃의 돔 온도가 요구된다.
이러한 열분해는 다음의 반응식에 따라 수소로부터 떨어져서 그을음 형태의 탄소가 환원 가스 성분으로서 형성되는 과정을 갖는다.
위 화학식은 부가적이고 매우 미세한 입자 형태의 분진 퇴적물의 형성을 나타낸다.
돔 공간의 크기와 낮은 가스 속도 때문에, 불균일한 가스 분포와 결과적으로 불균질한 가스 혼합이 발생한다. 이것은 용융 가스화 로 외부로 환원 가스와 함께 유출되는 석탄 분진이 축적되는 경향을 나타내는 결과와 함께, 임계 영역에 위치한 석탄 입자의 부적절한 가열과 결과적으로 불완전한 탈가스화를 야기한다.
돔 공간에서의 부적절한 가스 혼합의 또다른 효과는 돔 공간의 임계 영역에서 탄화 수소의 잔류 시간이 완전한 열분해를 보장하는데 적절하지 않는다는 것이다. 이것은 결국 용융 가스화 로 외부로 유출된 환원 가스의 환원 포텐셜에 역효과를 초래한다.
고정 베드의 표면을 향해 상부로부터 비스듬히 지향된 미분 연료 버너를 통해 용융 가스화 로에 부가적인 에너지를 공급하는 것이 공지되어 있다. 이러한 버너는 미세한 입자 형태의 일반적으로 탄소를 함유하는 탄소 캐리어, 공정 자체의 분진, 및 산소 함유 가스, 예를 들어 공업용 산소 또는 공기로 작동된다. 이러한 미분 연료 버너의 작동은 부화학양론적으로, 즉 용융 가스 공정 내에 부가적인 에너지를 유입하지 않고 일반적으로 발생하며, 미분 연료 버너의 목적은 환원 가스 성분(CO 및 H2)을 생성하는 것이다.
본 발명은 용융 가스화 로 내에서 부분적 및/또는 완전히 환원된 해면철과 같은 괴상 형태의 철 함유 재료로부터 용융 선철 또는 1차 강 제품을 제조하는 방법 및 상기 방법을 수행하는 장치에 관한 것으로서, 상기 용융 가스화 로에서는 괴탄과 장입 가능한 다른 탄소 함유 재료 및 산소 함유 가스가 내부로 공급되고, 동시에 환원 가스가 형성되면서, 철 함유 재료가 가능하다면 이전 단계의 완전 환원 후에 용융되고, 괴탄이 철 함유 재료와 함께 상부로부터 용융 가스화 로 내로 공급되어, 용융 가스화 로 내부에 고정 베드를 형성함으로써, 휘발성 탄화 수소 성분이 고정 베드 상에 위치된 돔 공간으로 방출되며, 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어와 산소 함유 가스로 작동되는 미분 연료 버너가 돔 공간의 수평 단면에서 서로 거의 동일한 거리를 두고 용융 가스화 로의 외피를 관통하게 설치되어 고정 베드의 표면을 향해 상부로부터 비스듬히 지향된다.
도 1은 용융 가스화 로의 개략적인 수직 단면도이며,
도 2는 용융 가스화 로의 수평 단면도이다.
본 발명의 목적은 용융 가스화 로의 돔 공간 내의 반응 조건이 석탄으로부터 유출된 탄화 수소의 분해 동안 그을음의 형성이 대부분 방지되는 방식으로 설정되는 방법을 제공한다. 용융 가스화 로 외부로 환원 가스에 의해 수송된 분진 퇴적물이 감소되고 수송된 분진의 축적 경향이 감소되도록 의도된다.
이러한 목적은 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어의 탄소 성분의 연소가, 설정된 화학양론에 따라서, CO2를 형성하기 위해 40 %이상의 비율로 발생하며, 석탄에 의해 방출된 휘발성 탄화 수소가 산화 방법으로 전환되는 방식으로 제어되는 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어와 산소 함유 가스로 미분 연료 버너를 작동함으로써 본 발명에 의해 달성된다.
버너로부터 탄화 수소가 방출되는 위치로 흐르는 CO2는 후자가 열적으로 더 이상 전환되지 않지만(상기 참조), 다음의 화학식에 따라 산화 방법으로 전환되게 한다.
이러한 반응은, 용융 가스화 로의 돔 공간 내에 충분한 양이 존재하는 경우인, 철 분진과 같은 촉매의 존재하에서 상대적으로 낮은 온도에서 적절히 신속하게 진행한다는 것이 선행기술로부터 공지되어 있다.
본 발명에 따른 방법은 첫째 수소와 그을음을 형성하는 석탄으로부터 유출된 탄화 수소의 열 분해가 대부분 방지되고 동시에 부가적인 환원 가스 성분이 얻어질 수 있게 한다.
본 발명에 의한 방법의 바람직한 실시예에 따라, 미분 연료 버너의 작동은 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어의 탄소 성분의 연소가 CO2를 형성하기 위해 70 %이상의 비율로 발생하는 방식으로 제어된다.
탄화 수소의 열 분해와 산화 전환은 서로 경쟁하는 반응이기 때문에, 산화 전환이 탄화 수소에 대해 돔 공간 내에 많은 또는 과잉의 산화제를 제공함으로써 선호된다면 장점이 된다.
본 발명에 의한 방법의 또다른 실시예에 따라, 미분 연료 버너는 가스 혼합 난류가 버너 화염에 의해 돔 공간 내에 생성되는 방식으로 정렬된다.
가스 혼합 난류의 생성은 한편으로 보다 균일한 혼합을 보장하고 결국 돔 공간 내에 위치된 모든 가스와 고상 입자를 데우며, 반면 돔 공간 내에 있는 가스와고상의 잔류 시간을 더 균일하게 만들어서, 결국 더 많고 이상적으로 완전한 탄화 수소의 산화 전환이 가능하게 된다는 효과를 갖는다.
이러한 가스 혼합 난류를 생성하기 위해, 미분 연료 버너가 용융 가스화 로의 수직 중심축에 대해 동일한 방향으로 비스듬히 연장하는 선을 따라 정렬된다면 장점이 된다.
미분 연료 버너는 아래로 비스듬히 지향되며, 용융 가스화 로의 외피로부터 진행하지만, 한 곳으로 모이는 방식으로 정렬되는 것은 아니고, 즉 용융 가스화 로의 수직 중심축을 향하는 것은 아니고 중심축을 지나 소정의 범위의 "지점"에 정렬된다.
이러한 실시예는 미분 연료 버너가 돔 공간의 성분을 균일하게 혼합하고 잔류 시간을 더 일정하게 하는데 특히 적합한 나선형의 난류를 생성하는 장점을 갖는다.
또다른 장점은 버너의 화염이 석탄의 장입 지점, 즉 고정 베드의 표면의 중심 영역으로 직접 지향되지 않아, 갑작스런 탈가스화에 의해 야기되는 과잉의 열적인 입자의 분해를 방지하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어를 위한 분진 라인과 산소 함유 가스를 위한 공급 라인을 제공받고 돔 공간의 소정의 높이에서 용융 가스화 로의 외피를 관통하고 기본적으로 서로 균일하게 위치되어 정렬되며 고정 베드의 표면을 향해 상부로부터 비스듬히 지향되는 미분 연료 버너 뿐만 아니라 괴탄을 위한 장입 장치, 생성된 환원 가스를 유출하기 위한 고상 분리기를 갖는 환원가스 배출 라인, 산소 함유 가스를 위한 가스 라인, 철 함유 재료를 위한 공급 장치, 용융 슬래그와 용융 선철을 위한 탕구를 갖고 돔 공간으로서 상부 뿐만 아니라 용융 선철 또는 1차 강 재료 및 용융 슬래그를 수용하는 용융 가스화 로의 하부, 괴탄의 고정 베드와 괴상 형태의 철 함유 재료를 수용하는 중심부가 제공되는 용융 가스화 로로, 부분적 및/또는 완전히 환원된 해면철과 같은, 괴상 형태의 철 함유 재료로부터 선철 또는 1차 강 재료를 제조하는 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이러한 장치는 괴탄을 위한 장입 장치가 괴탄의 공급 방향이 용융 가스화 로의 수직 중심축과 기본적으로 일직선으로 정렬되는 방식으로 배열되고 미분 연료 버너가 CO2를 형성하도록 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어의 탄소 성분의 40 % 이상의 전환을 위해 설계되는 분진 라인과 공급 라인을 갖고 용융 가스화 로의 수직 중심축에 대해 동일한 방향으로 비스듬히 연장하는 선을 따라 정렬되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 장치의 장점에 따라, 미분 연료 버너가 정렬되는 선은 각각에 대해 용융 가스화 로의 수직 중심축으로부터 동일한 수직 거리를 갖는다.
여기서 이해를 위해 수직 거리는 두 개의 서로 다른 직선, 즉 미분 연로 버너가 정렬된 선과 용융 가스화 로의 수직 중심 축과 함께, 각각의 경우에 수직을 이루는 제 3의 직선을 따라 측정된 두 개의 직선 사이의 거리이다.
용융 가스화 로 또는 특히 유리하게 돔 공간의 구조를 이용하는 난류, 보다 구체적으로 나선형 난류가 이러한 방식으로 얻어질 수 있다.
본 발명에 의한 장치의 또다른 특징에 따라, 2 개 내지 6 개, 바람직하게는 4 개의 서로 균일하게 위치되고 용융 가스화 로의 외피를 관통하는 미분 연료 버너가 제공된다.
본 발명은 도 1 및 도 2에서 보다 자세히 설명된다.
도 1은 용융 가스화 로(1)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 용융 가스화 로(1)는 장입 장치(2), 예를 들어 나사식 컨베이어 시스템을 통해 괴탄을 공급받는다. 공급 장치(3)에 의해, 용융 가스화 로(1)는 괴상 형태의 철 함유 재료, 예를 들어 해면 철을 공급받는다. 용융 가스화 로(1)는 공기 분해 공장으로부터 얻어지는 산소 함유 가스, 특히 산업용 산소를 가스 라인(4)을 통해 공급받는다.
괴탄과 해면 철은 용융 가스화 로(1)의 중심부(5)에서 고정 베드(6)를 형성하며, 상기 고정 베드 내부에서는 괴탄이 산소 함유 가스에 의해 가스화되어 CO- 및 H2- 함유 환원 가스를 형성함으로써 해면 철이 용융 선철을 형성하도록 가능한 완전히 환원되고 용융된다.
탕구(10)를 통해 출탕되는 용융 슬래그(8)와 용융 선철(9)은 용융 가스화 로(1)의 하부(7)에 수집된다.
석탄을 가스화하는 동안 형성된 환원 가스는 돔 공간(11)에 의해 형성된 용융 가스화 로(1)의 상부(12)로부터 환원 가스 배출 라인(13)을 통해 유출되고 고상 분리기(14), 예를 들어 고온 사이클론에서 분진이 제거된다.
고정 베드(6) 상부에서, 미분 연료 버너(15)는 미분 연료 버너(15)의 작동 중에, 버너 화염(16)이 상부로부터 고정 베드(6)의 표면을 향해 비스듬히 지향되도록 용융 가스화 로(1)의 외피를 관통해 설치된다. 각각의 미분 연료 버너(15)는 산소 함유 가스용 공급 라인(18)뿐만 아니라 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어, 예를 들어 고상 분리기(14) 내에 퇴적된 분진용 분진 공급 라인(17)을 갖는다.
도 2는 예를 들어, 미분 연료 버너(15) 위치에서의 용융 가스화 로(1)의 수평 단면도를 도시한다.
미분 연료 버너(15)는 고정 베드의 표면을 향해서 비스듬히 경사져 있으며(도 1 참조) 용융 가스화 로(1)의 중심부를 지나서 상부로부터 하부로 비스듬히 지향되게, 즉 용융 가스화 로(1)의 수직 중심축에 대해 비스듬히 연장한다(도 2 참조).
이러한 미분 연료 버너의 정렬로 인해, 고정 베드(6)로부터 상승하여 돔 공간(11)에 위치된 가스와 고상 입자가 회전 난류(20)를 형성하는 효과를 가짐으로써, 돔 공간(11) 내부에 잔류하고 있는 동안에 모든 가스와 고상 성분을 더 균일하게 분포시켜 결과적으로 전체적인 혼합율을 개선시킨다.
괴탄용 장입 장치(2)는 기본적으로 수직 중심축(19)과 일직선이 되게 용융 가스화 로(1) 내측으로 개방된다. 따라서 석탄의 개개 조각은 버너 화염(16)의 가열 작용에 직접 노출되지 않아서, 갑작스런 가열이나 탈가스화로 인한 석탄 조각의 폭발을 피할 수 있다.
석탄이 고정 베드와 접촉하면, 석탄은 열분해 단계에서 휘발성 요소(탄화 수소, 타르 성분)를 방출한다. 미분 연료 버너의 작동은 분진 라인(17)을 통해 공급되는 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어의 탄소 성분이 CO2를 형성하도록 40 %이상의 비율로 연소하는 방식으로 제어된다.
석탄에 의해 방출된 휘발성 요소는 방출 장소로 지향된 "CO2흐름"에 의해 화학식(Ⅱ)에 따른 산화 방식으로 방출된 직후에 전환되거나, 돔 공간(11) 내부의 주된 난류에 의해 서로 혼합되어, 결국 고정 베드(6)로부터 촉매 방식으로 작용하는 돔 공간(11)으로 이동하는 다른 가스와 환원되면서 수송되는 철 분진의 대부분이 전환된다.
본 발명에 따른 방법과 장치로 인해, 석탄으로부터 휘발성 요소로 방출된 탄화 수소의 거의 완전한 산화 전환이 가능하게 됨으로써, 그을음을 형성하도록 화학식(Ⅰ)에 따라 열적으로 분해된 휘발성 요소의 성분은 상당히 감소되고 용융 가스화 로(1)로부터 환원 가스와 함께 수송된 분진 퇴적물은 하류 장치 내에서 점결(caking)을 야기하지 않거나 상당히 작게 야기한다.
본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명을 수행하는데 사용될 수 있는 당업자에게 공지된 모든 수단을 포함한다.

Claims (8)

  1. 용융 가스화 로 내에서 부분적 및/또는 완전히 환원된 해면철과 같은 괴상 형태의 철 함유 재료로부터 용융 선철 또는 1차 강 제품을 제조하는 방법으로서, 상기 공정 용융 가스화 로에서는 괴탄과 장입 가능한 다른 탄소 함유 재료 및 산소 함유 가스가 내부로 공급되고, 동시에 환원 가스가 형성되면서, 상기 철 함유 재료가 가능하다면 이전 단계의 완전 환원 후에 용융되고, 괴탄이 상기 철 함유 재료와 함께 상부로부터 상기 용융 가스화 로 내로 공급되어, 상기 용융 가스화 로 내부에 고정 베드를 형성함으로써, 휘발성 탄화 수소 성분이 상기 고정 베드 상에 위치된 돔 공간으로 방출되며, 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어와 산소 함유 가스로 작동되는 미분 연료 버너가 상기 돔 공간의 수평 단면에서 서로 거의 동일한 거리를 두고 용융 가스화 로의 외피를 관통하게 설치되어 상기 고정 베드의 표면을 향해 상부로부터 비스듬히 지향되는 방법에 있어서,
    미세한 입자 형태의 탄소 캐리어 및 산소 함유 가스와의 상기 미분 연료 버너 작동은 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어의 탄소 성분이 연소되어 CO2를 형성하도록 40 %이상의 비율을 가지고 설정된 화학양론에 따른 방식으로 제어되며, 상기 석탄에 의해 방출된 휘발성 탄화 수소가 산화 방식으로 화학적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    미세한 입자 형태의 상기 탄소 캐리어의 탄소 성분이 연소되어 CO2를 형성하도록 50 %이상의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 또는 제 2 항에 있어서,
    미세한 입자 형태의 탄소 캐리어의 탄소 성분이 연소되어 CO2를 형성하도록 70 %이상의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미분 연료 버너는 가스 혼합 난류가 상기 버너 화염에 의해 상기 돔 공간 내에서 생성되도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 혼합 난류를 생성하도록, 상기 미분 연료 버너가 상기 용융 가스화 로의 수직 중심축에 대해 동일한 방향으로 비스듬히 연장하는 선을 따라 정렬되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 괴탄용 장입 장치(2), 생성된 환원 가스를 유출하기 위한 고상 분리기(14)를 갖는 환원 가스 배출 라인(13), 산소 함유 가스용 가스 라인(4), 철 함유 재료용공급 장치(3), 용융 슬래그(8) 및 용융 선철(9) 용 탕구(10), 및 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어용 분진 라인(17)과 산소 함유 가스용 공급 라인(18)이 각각 제공되어 있는 미분 연료 버너를 가지며, 용융 선철(9) 또는 1차 강 재료 및 용융 슬래그(8)를 수용하는 용융 가스화 로(1)의 하부(7), 괴탄 및 괴상 형태의 철 함유 재료의 고정 베드(6)를 수용하는 중심부(5), 및 돔 공간(11)으로서 상부가 제공되며, 돔 공간(11)의 수평 단면에서 서로 거의 동일한 거리를 두고 용융 가스화 로(1)의 외피를 관통하게 설치되어 고정 베드(6)의 표면을 향해 상부로부터 비스듬히 지향되어 있는 용융 가스화 로(1)에 의해, 부분적 및/또는 완전히 환원된 해면철과 같은 괴상 형태의 철 함유 재료로부터 선철 또는 1차 강 재료를 제조하는 장치에 있어서,
    상기 괴탄용 장입 장치(2)는 괴탄의 공급 방향이 용융 가스화 로(1)의 수직 중심축(19)과 기본적으로 일직선으로 정렬되는 방식으로 배열되고, 분진 라인(17)과 공급 라인(18)을 갖는 미분 연료 버너(15)는 상기 용융 가스화 로(1)의 수직 중심축(19)에 대해 동일한 방향으로 비스듬히 연장하는 선을 따라 정렬되며 미세한 입자 형태의 탄소 캐리어의 탄소 성분의 40 % 이상이 CO2로 변환되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미분 연료 버너(15)가 정렬되는 선이 각각의 경우에 상기 용융 가스화로(1)의 수직 중심축(19)으로부터 동일한 거리를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    서로 균등하게 위치된 2 개 내지 6 개, 바람직하게는 4 개의 미분 연료 버너(15)가 상기 용융 가스화 로(1)의 외피를 관통해 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.
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