KR20010080043A - 직접적으로 환원, 탈황된 철의 제조방법 - Google Patents

직접적으로 환원, 탈황된 철의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직접적으로 환원, 탈황된 철의 제조방법에 관한 것으로, 두개의 영역을 갖고, 하나의 영역이 다른 영역상에 위치하고, 각 영역이 여러개의 로상(hearth)을 갖는 다단노상로(multiple-hearth furnace)내에서, 상기 다단노상로의 제 1 영역에서 철광석이 800∼1100 ℃ 의 온도에서 환원제와 반응하여 금속성 철이 되고 가스는 탈황제에 의해 탈황되며, 직접적으로 환원된 철은 다단노상로에서 배출되고, 탈황된 가스는 600∼800 ℃ 온도로 철광석을 예열시킨 제 2 영역으로 이동된다.

Description

직접적으로 환원, 탈황된 철의 제조방법{Process for production of directly reduced desulphrised iron}
직접적으로 환원된 철의 제조는 직접환원 공정에서 산화철을 고체상 또는 기체상의 환원제로 환원시킴에 의해 일어난다. 예를 들면, 고온에서 이산화탄소와 반응하여 환원가스 일산화탄소를 형성하는 석탄은 고체 환원제로 제공된다. 상기 석탄은 상대적으로 다량의 황을 포함하고, 사용된 철광석 또한 이 원소를 포함하고 있으므로, 생성된 철과 폐가스는 매우 과량의 황 성분을 함유하고 있다. 계속되는 폐가스 및 직접적으로 환원된 철의 탈황 단계는 고비용이 소비된다.
본 발명은 직접적으로 환원, 탈황된 철의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 직접적으로 환원, 탈황화된 철을 얻기 위한 다단 노상의 전면도.
본 발명의 목적은 직접적으로 환원, 탈황된 철의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 상기한 문제점은 두개의 영역을 갖고, 하나의 영역이 다른 영역상에 위치하고, 각 영역이 여러개의 로상(hearth)을 갖는다단노상로(multiple-hearth furnace)내에서, 상기 다단노상로의 제 1 영역에서 철광석이 800∼1100 ℃ 의 온도에서 탄소 운반체(또는 수송체)와 반응하여 금속성 철이 되고 가스는 탈황제에 의해 탈황되며, 직접적으로 환원된 철은 다단노상로에서 배출되고, 탈황된 가스는 제 2 영역으로 이동하고 제 2 영역에서 철광석을 600∼800 ℃ 온도로 예열시키는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 해결될 수 있다.
기체내 황 함량은 다단노상로 내에서 상기 공정에 의해 감소한다. 철광석의 직접 환원으로 인해, 황은 환원제, 예를 들면 석탄이 가스화하는 동안 배출된다. 또한, 보다 소량의 황이 철광석이 철로 환원되는 동안 배출된다. 이러한 황은 상기 과정의 제 1 영역에서 결합되어 더 이상 반응하지 않거나 최소의 양만 철광석과 반응해서 철을 생성할 수 있다. 그러므로, 상기 공정을 통해 얻을 수 있는 직접적으로 환원된 철은 확실히 소량의 황 성분을 함유한다.
탈황제로는, 예를 들면, 석회(CaO), 석회석(CaCO3) 및/또는 마그네사이트(MgO)가 사용된다. 황을 포함하는 가스와 탈황제의 화학적 반응 즉, 황과 칼슘 및/또는 마그네슘과의 반응에 의해 황산염, 아황산염, 황산물등을 형성하는 화학적 반응에 의한 탈황은 바람직하게도 주로 제 1 영역에서 발생한다. 이들 화합물은 바람직하게는 탈황제의 표면상에 형성된다. 상기 탈황제의 잇점은 직접적으로 환원된 철과 함께 녹일때 슬래그(slag) 특성을 향상시킨다는 것이다.
다단노상로는 제 1 영역과 제 2 영역으로 구성되며, 각 영역은 여러층의 로상을 포함한다. 제 2 영역은 제 1 영역 위에 놓이는 것이 바람직하며, 가스는 제 1 영역에서 제 2 영역으로 이동하고, 고체는 제 2 영역에서 제 1 영역으로 순차 이동한다.
고체 즉, 철광석과 환원제는 분리하여 또는 동시에 다단노상로에 도입될 수 있다. 바람직한 구체예에 따르면, 철광석은 우선 제 2 영역내의 다단노상로의 최상층 로상에 충진된다. 그곳에서, 철광석은 로상들에 경사진 레이크에 의해 회전하게 되고, 순차 하부의 로상으로 이동한다. 그 후, 환원제가 다단노상로의 보다 낮은 로상에 충진되고, 바람직하게는 제 2 영역의 낮은 부분에 충진되고, 예열된 철광석과 혼합하게 된다. 환원제와 광석의 응집은 계속적인 순환으로 방지될 수 있다. 사용되는 환원제로는, 예를 들면, 역청의 석탄, 갈탄 및 코르크가 있다.
바람직한 구체예에 따르면, 탈황제 및 환원제는 제 2 영역에서 철광석과 혼합된다.
탈황제는 철광석 및/또는 탄소 운반체와 함께 다단노상로로 도입될 수 있다. 그러나 그들은 분리되어 다단노상로로 도입될 수도 있다.
환원제의 황 함량에 따라, 탈황제는 다단노상로 내의 한지점에서 또는 여러 지점으로 나눠져서 공급될 수 있다. 후자의 경우, 다양한 입자의 크기가 사용될 수 있다. 제 2 영역에서는 굵은 입자, 제 1 영역에서는 파우더형을 사용하는 것이 유리하다. 입자의 굵은 정도에 따라, 분말 파우더형의 탈황제는 가스 또는 고체와 함께 다단노상로로부터 배출된다. 파우더형의 탈황제는 제 1 영역에서 가스 흐름에 직접 주입될 수 있고, 따라서 탈황이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 황을 풍부하게 포함하는 파우더형의 탈황제는 주로 가스와 함께 다단노상로로부터 가스로 배출한다.
고체, 즉 형성된 철, 탄소 운반체의 잔사 및 탈황제는 다단노상로에서 배출된 후에 녹게 된다. 탈황제는 광석내 맥석과 함께 슬래그(slag)를 형성하는데, 결합된 황은 슬래그와 함께 처분된다.
다단노상로의 낮은 곳으로 환원제를 선택적으로 주입하여 로상내의 환원 가스는 최상의 농도를 유지할 수 있으며, 따라서 향상된 금속화를 성취할 수 있다.
또한 기체상의 환원제를 다단노상로의 바닥로상에 주입할 수 있다. 결과적으로, 보다 완벽한 광석의 환원을 유도할 수 있다.
환원제의 휘발성 성분을 포함한 모든 상승 가스는 순차적으로 로상의 제 2영역, 즉 로의 상층부에서 연소할 수 있으며, 로상내 기체의 잔열은 최대로 이용될 수 있다. 따라서, 에너지 수율이 향상되어 우수한 열효율이 성취될 수 있다.
다단노상로는 보다 생산성을 늘리기 위해서 특정고압에서 실시될 수 있다.
바람직한 구체예에 따르면, 다단노상로의 가장 높은 로상에 위치한 광석은 로내의 고온의 기체에 의해 그리고 로상과 접촉하여 건조되고 예열된다. 광석은 고체 환원제가 공급되기 전에 최소 400 ℃, 바람직하기로는 600∼700 ℃의 온도로 가열된다.
산소를 함유하는 기체들은 로상에 선택적으로 주입될 수 있으며, 그곳에서 예를 들면 로상의 상부에 과량의 공정 가스의 연소에 의해서 열요구가 충족되고, 고체 환원제가 그곳으로 도입된다.
최소 350 ℃ 이상의 온도를 갖는 산소를 포함하는 기체를 사용하는 것이 유리하다.
또한 고체 환원제가 도입되는 로상의 하부에 위치하는 하나 이상의 로상이 버너에 의해 가열될수 있다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 여러단의 로상(12)을 갖는 다단노상로의 전면도를 보여준다. 이들 지지되지 않은 로면(12), 셀(14), 덮개(16), 및 바닥(18)은 난용성 물질로 제조된다.
상기 다단노상로(10)는 하나의 영역이 다른 하나의 영역 위에 위치하는 두개의 영역, 즉 제 1 영역(20) 및 제 2 영역(22)으로 나누어진다.
용광로내 가스가 배출되는 배출구(26) 및 광석이 최상부의 로상에 위치할 수 있도록 하는 입구 (28)는 용광로 (10)의 덮개 (16)에 장착된다.
각 로상에 경사진 레이크를 장착시키는 축(24)은 로(10)의 중앙에 배치된다.
상기 레이크는 로의 최상부에서 하부로 물질을 운반하기 위해서 하나의 로상에서는 내부에서 바깥쪽으로, 그리고 나서 그 하부 로상에서는 바깥쪽에서 내부로 물질을 순환시키는 방식으로 고안되었다. 축(24)와 레이크는 공냉되고(또는 공기로 냉각되고), 공기가 로 내부로 유입되어 후-연소 (after-combustion) 단계로 이용될 수 있는 입구(28)는 레이크상에 배치된다.
철광석이 첫번째 로상에 충진된 후, 레이크에 의해 순환되고 로상 가장자리로 이동되는데, 그곳에서 하부 로상에 이르게 할 목적으로 제공된 여러개의 입구를 통해서 떨어진다. 철광석은 로상의 중앙으로 이동된 후, 다시 하부 로상에 떨어진다. 이러한 과정동안 철광석은 로상 및 상승하는 고온 가스와의 접촉으로 건조되며, 약 600 ℃ 정도의 온도로 가열된다.
고형의 물질이 로 내부로 유입되는 입구(30, 32 및 34)는 다단노상노(10)의 벽쪽에 장착된다. 이들 고형 물질로는 먼저 갈탄 코르크, 석유 코르크, 용광로 먼지, 석탄 또는 이와 유사한 것과 같은 탄소 운반체이며, 두번째로는 석회(CaO), 석회석(CaCO3), 및/또는 마그네사이트(MgO) 등의 탈황제이다.
탄소 운반체는 입구(30 및 34)를 통해 두개의 영역(20, 및 22)의 로상에 유입되며, 레이크에 의해서 예열된 철광석과 혼합된다. 석탄은 고온으로 인해 가스화되어 일산화탄소를 형성하며, 광석내 존재하는 산화철은 다단노상노(10)내에서 이동하는 동안 서서히 금속성의 철로 환원된다.
탈황제는 다단노상노의 여러 지점에 유입된다. 굵은 입자의 탈황제는입구(28)을 통해 철광석과 함께 및/또는 입구 (30)을 통해 탄소 운반체와 함께 다단노상로(10)에 유입된다.
또한 파우더형의 탈황제는 제 1영역(20)내 입구(32)를 통해 고온의 기체에 주입된다.
이 과정에서 황은 두 단계로 방출된다. 거의 600 ℃ 까지의 온도에서는 철광석이나 탄소 운반체 내에 황산칼슘(CaSO4) 및 황화철(FeS2)의 형태로 존재하는 "미네랄" 황이 먼저 황화수소(H2S) 형태로 배출된다. 800 ℃ 이상의 온도에서는 탄소 운반체 내에 "유기물" 형태로 존재하는 황이 배출된다. 다단노상로(10)내에 고루 형성된 조건하에서, 이러한 황은 탈황제와 우선적으로 반응하고, 따라서 철광석 및 철과 반응하지 않는다. 이러한 방법에 따라 가스는 탈황되고, 제조된 철은 종래의 방법보다 훨씬 적은 양의 황을 함유한다.
산소를 포함하는 350∼500 ℃의 고온의 가스를 주입하기 위한, 공기 또는 산소를 포함하는 가스를 로(10)내에 공급하는 노즐은 측면 벽에 장착된다. 고온과 산소 존재에 의해, 탄소는 이산화탄소로 연소되며, 이어 과량으로 존재하는 탄소와 반응하여 일산화탄소로 전환된다. 최종적으로 일산화탄소는 산화철을 금속 철로 환원시킨다. 일련의 반응이 월등한 흡열반응이므로, 로의 하부에 버너(40)을 장치하는 것이 바람직하고 로내 바닥을 고온으로 균일하게 유지한다. 가스 또는 분쇄된 석탄 버너를 사용할 수 있다.
상기 버너(40)는 예열 또는 추가적 가열을 위해 가스 또는 분쇄된 석탄과 공기에 의해 점화될 수 있다. 부가적인 환원가스는 산소와 연료간의 정량적 비율 또는 공정상에 초과 공기 후연소 과정에서 생산될 수 있다. 분쇄된 석탄 연소의 경우, 과량의 일산화탄소가 버너에서 생산될 수 있다. 외부 연소 용기를 사용함으로써 연소된 석탄에서 나온 재가 로 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 일산화탄소의 생산에 의해, 로(10)내에서의 탄소 운반체의 소비 및 이에 따르는 최종 제품에서의 재 함량이 감소된다.
최종 단계 또는 최종 두 단계에서, 기체 상의 환원제, 예를 들면 일산화탄소 또는 수소가 별도의 노즐(42)을 통해 공급될 수 있다. 이러한 무산소 분위기에서 철광석의 환원이 완전히 이루어 질 수 있다.
직접적으로 환원된 철은 환원제로부터 얻은 재와 함께 순차적으로 다단노상로(10)의 바닥(18)에 위치한 출구(44)를 통해 배출된다.
다단노상로(10)의 여러지점에서 고체상 및 기체상의 환원제, 산소를 포함하는 기체 및 탈황제의 조절된 공급은 광석 환원의 정확한 조절과 최고의 조건하에서의 공정의 실현을 가능케 한다.

Claims (12)

  1. 각 영역이 여러개의 로상(hearth)을 가지며 하나의 영역이 다른 영역 위에 위치하고, 800∼1100 ℃ 온도에서 철광석과 환원제와 반응하며 금속성의 철과 가스가 되며 제 1 영역내에 탈황제와 반응하여 탈황화 작용이 일어나고, 직접적으로 환원된 철이 방출되고 제 2 영역에서 탈황화 가스가 실시되고 철광석을 600∼800 ℃ 온도로 예열하는 단계로 이뤄진 다단노상로(multiple-hearth furnace) 내에서 직접적으로 환원, 탈황된 철의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 탈황제가 석회, 석회석 및/또는 마그네사이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 철광석이 제 2 영역에 공급되어 제 1영역으로 순차 이동하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 탈황제 및 환원제가 제 2 영역에서 철광석과 혼합되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서, 탈황제 및 탄소 운반체의 일부가 제 2 영역에서 철광석과 혼합되며, 나머지 탈황제는 제 1 영역으로 도입하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 다양한 입자의 탈황제가 사용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  7. 제 5항 또는 6항에 있어서, 굵은 입자의 탈황제가 제 2 영역으로 공급되고, 파우더형의 탈황제가 제 1 영역으로 공급되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 광석이 고체상의 환원제가 공급되기 전에 다단노상로의 제 2 영역에서 건조된 후, 최소 400 ℃, 보다 바람직하게는, 600 ℃ 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 산소를 포함한 기체가 제 1 영역에 주입되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 고체상 및/또는 기체상의 환원제는 다단노상로의 바닥 로상에 도입되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  11. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 로내의 하나 이상의 로상이 버너에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과정이 고압에서 실시되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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