KR20030030495A - 콜 더스트 취입장치를 갖는 코렉스 용융로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용철생산설비인 코렉스 설비에 관한 것으로, 콜 더스트를 용융로의 내부에 공급하여 연소시켜 환원가스를 충분히 생산함으로써 용철온도의 하락을 방지하고, 연료비를 절감하며, 타르의 생성을 방지하고, 철광석의 간접 환원율을 향상시키는 한편, 장입물 강하속도를 일정하게 유지시켜 조업을 안정적으로 이룰 수 있도록 개선된 콜 더스트 취입장치를 갖는 코렉스 용융로에 관한 것이다.
본 발명은, 상부측에 철광석을 환원시키는 환원로를 갖추고, 그 하부측에는 환원가스를 생산하여 환원로에 제공하는 용융로를 구비한 코렉스 설비에서, 상기 용융로에 열원을 제공하는 다수개의 더스트 버너들에는 각각 상기 버너가 관통하는 용융로의 스태브 구멍에 인접하여 콜 더스트 취입라인을 연결하여 콜 더스트를 공급하고, 이를 용융로내에서 연소시킴으로써 용융로내의 환원가스량을 증대시키도록 구성되는 콜 더스트 취입장치를 갖는 코렉스 용융로를 제공한다.

Description

콜 더스트 취입장치를 갖는 코렉스 용융로{MELT GASIFIER OF COREX FACILITIES HAVING COAL DUST INJECTION DEVICE}
본 발명은 용철생산설비인 코렉스 설비에 관한 것으로, 보다 상세히는 콜 더스트를 용융로의 내부에 공급하여 연소시켜 환원가스를 충분히 생산함으로써 용철온도의 하락을 방지하고, 연료비를 절감하며, 타르의 생성을 방지하고, 철광석의 간접 환원율을 향상시키는 한편, 장입물 강하속도를 일정하게 유지시켜 조업을 안정적으로 이룰 수 있도록 개선된 콜 더스트 취입장치를 갖는 코렉스 용융로에 관한 것이다.
일반적으로 코렉스 설비(200)는 종래의 용철생산방식과는 달리 코크스 대신에 일반 석탄(coal)을 직접적인 원료로 사용하며, 도 1에 도시된 바와 같이 환원로(210)의 하부측으로 용융로(220)가 배치되고, 상기 환원로(210)에서는 하부측 용융로(220)로 부터 발생된 환원가스를 이용하여 철광석(Fe2O3 또는 Fe3O4)을 간접 환원시켜 환원철을 생산한다. 또한, 상기 용융로(220)에서는 내부에 일반 석탄을 장입하게 되며, 일반 석탄의 휘발분(H2,N2,CO, CO2,CH4)을 1050℃내외에서 분해한다.
상기와 같이 휘발분이 제거된 고정탄소와 재(ash)는 일명, 차르(char)로서 형성되며, 용융로(220)의 하부 튜이어(tuyere)로 공급된 순산소는 상기 차르를 연소시켜 CO 와 H2 가 주성분인 환원가스를 생성하고, 용융로(220)는 이때 생성된 열로써 환원로(210)로 부터 공급된 환원철을 용융시켜 용철을 생산하는 것이다.
그리고, 상기 환원로(210)및 용융로(220)의 주변에는 용융로(220)내에서 발생된 가스들로 부터 더스트를 집진하는 싸이클론(230)과 스크러버설비(232)들을 이용하여 연돌(240)로 배출되는 배출가스로 부터 더스트를 포집하여 유해성분들을 제거하고, 분리 수거한 더스트는 용융로(220)에 재투입하도록 구성되는 것이다.
상기에서 포집된 더스트는 그 주된 성분이 카본(C) 70%, 철(Fe) 30%이며, 이를 용융로(220)에서 연소시키면 CO 68%, CO23%, H224%, H2O 3%, CH42%의 조성을 가진 환원가스를 생산하는 것이다.
이러한 환원가스는 용융로(220)내의 철광석에 아래의 화학식으로 반응하는 것이다.
3Fe2O3 + CO --> 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO --> 3FeO + CO2
FeO + CO --> Fe + CO2
따라서, Fe2O3 + 3CO --> 2Fe + 3CO2
상기와 같은 반응식으로 부터 용철 1Ton 의 생산에는 대략 600m3의 환원가스가 필요하게 된다.
이러한 코렉스 설비(200)는 용철제조 작업중에 종종 환원로(210)내에서의 환원가스 부족현상이 초래되는 바, 종래의 코렉스 설비(200)는 도 2에 도시된 바와같이, 용융로(220)의 측방에 설치된 다수개(4개)의 더스트 버너(250)들을 통하여 순산소와 질소및 더스트등이 공급되어 환원가스를 생산하는 구조를 갖는 것이었다.
즉, 각각의 버너(250)들을 통하여 산소입인라인(252)으로 부터 순산소가 버너(250)의 내부로 공급되고, 버너(250)의 중앙으로는 대략 카본 70%및 철(Fe) 30%로 이루어지고, 대략 0.8의 비중을 가진 700℃의 더스트및 질소가 유입구(255)를 통하여 공급되어 버너(250)의 선단에서 연소되어진다.
이러한 더스트는 용융로(220)의 내부에서 연소되는 경우, 더스트 1Kg당 1.30666m3의 환원가스를 발생시킨다.
그러나, 이와 같은 종래의 코렉스 설비(200)에서는 종종 조업과정에서 더스트의 수거량이 제한적이기 때문에 충분한 량의 더스트를 배출가스로 부터 분리 수거할 수 없는 것이고, 그에 따라서 충분한 량의 더스트를 공급하지 못하게 됨으로써 환원가스의 부족현상이 발생되어 이것으로 인한 용융로(220) 압력제어의 불량원인이 되는 것이다.
이로 인하여 용융로(220)의 내부에 갖춰진 고정베드(Fixed Bed)(미도시)에 충격을 주어 열보존대의 상하 뒤엉킴 현상이 발생되고, 이것은 용철온도의 하락, 연료비 상승, 용철성분의 불안정및, 용융로 돔(220a)의 온도제어가 불가능한 문제점들을 갖는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 본 발명은 그 목적으로서, 충분한 량의 콜 더스트를 용융로의 고정베드 상부인 돔(Dome) 부분에서 연소시켜 환원가스를 충분히 생산함으로써 용철온도의 하락을 방지하고, 연료비를 절감하며, 용철의 품질을 향상시키고, 용융로의 돔 온도를 적절하게 제어하여 타르의 발생을 억제시키는 한편, 철광석의 간접환원율을 향상시키고, 장입물 강하속도를 일정하게 유지시켜 조업을 안정적으로 이룰 수 있도록 한 콜 더스트 취입장치를 갖는 코렉스 용융로를 제공함에 있는 것이다.
제 1도는 일반탄을 사용하는 코렉스설비의 전체 구성을 도시한 설명도;
제 2도는 종래의 기술에 따른 더스트 버너를 도시한 구성도;
제 3도는 본 발명에 따른 콜 더스트 취입장치를 갖는 코렉스 용융로를 도시한 전체 구성도;
제 4도는 본 발명에 따른 코렉스 용융로에 갖춰진 콜 더스트 취입장치의 구성도;
제 5도는 본 발명에 따라서 도 4의 콜 더스트 취입장치가 버너에 연결된 상태를 도시한 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
5..... 콜 더스트 취입장치 10..... 콜 더스트 취입라인
12.... 콜 더스트 저장탱크 22..... 장입구
26.... 퍼지관(purge line) 28..... 퍼지 질소관
30.... 콜 더스트 이송관 50..... 콜 더스트 인젝션 관
24,36,52,54... 질소 퍼지관
200... 코렉스 설비 210.... 환원로(reduction shaft)
220... 용융로(melter gasfier)
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상부측에 철광석을 환원시키는 환원로를 갖추고, 그 하부측에는 환원가스를 생산하여 환원로에 제공하는 용융로를 구비한 코렉스 설비에 있어서, 상기 용융로에 열원을 제공하는 다수개의 더스트 버너들에는 각각 상기 버너가 관통하는 용융로의 스태브 구멍에 인접하여 콜 더스트 취입라인을 연결하여 콜 더스트를 공급하고, 이를 용융로내에서 연소시킴으로써 용융로내의 환원가스량을 증대시키도록 구성됨을 특징으로 하는 콜 더스트 취입장치를 갖는 코렉스 용융로를 마련함에 의한다.
이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 콜 더스트 취입장치(5)를 갖는 코렉스 용융로(1)는 도 3에 도시된 바와 같이 용융로(1)에 열원을 제공하는 다수개의 더스트 버너(250)들에 각각 콜 더스트 취입장치(5)의 콜 더스트 취입라인(10)이 연결되어 콜 더스트를 공급하도록 되어 있다. 즉, 다수개의 버너(250)마다 콜 더스트 취입장치(5)가 구비되어 용융로(1)의 내부로 콜 더스트를 공급한다.
이하에서는 상기 콜 더스트 취입장치(5)가 서로 동일한 구성및 작용효과를 갖기 때문에 그 중 하나에 대해서만 보다 상세히 설명하고 다른 것들에는 동일 부호를 부여하기로 한다.
상기 콜 더스트 취입장치(5)의 콜 더스트 취입라인(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 일정크기의 콜 더스트 저장탱크(12)에 연결되어 콜 더스트가 제공되며, 상기 콜 더스트 취입라인(10)은 용융로(220)의 스태브 구멍(16)에 가장 인접한 위치에서 상기 버너(250)의 외통(260)을 관통하도록 연결되어 버너(250)의 중앙의 질소및 더스트유로(262)에 연통하도록 구성되는 것이다.
상기에서 콜 더스트 취입라인(10)이 용융로(220)의 스태브 구멍(16)에 가장 인접하는 위치에 연결되는 이유는 상기 버너(250)로 공급되는 더스트는 대략 700℃의 고온을 유지하고 있고, 상기 콜 더스트 취입라인(10)으로 제공되는 콜 더스트는 대략 상온이며, 따라서 더스트의 고온에 의해서 콜 더스트가 휘발되어 타르 성분을 버너(250)내에 부착형성시키기 때문에, 상기 더스트와의 접촉시간을 최대한 적게 하면서 버너(250)의 선단에 공급하여 연소될 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 상기 콜 더스트 저장탱크(12)에는 그 상부측으로 콜 더스트 장입구(22)가 마련되고, 상기 장입구(22)의 일측으로는 대략 6~10Kg/cm2의 탱크 가압용 질소라인(24)이 연결되며, 콜 더스트 저장탱크(12)의 하부측에는 저장탱크(12)내의 콜 더스트를 부유상태로 유지시키기 위한 퍼지관(26)과 퍼지질소관(28)이 연결되며, 저장탱크(12)의 출구측으로는 콜 더스트 이송관(30)과 드레인관(32)이 연결되는 것이다.
또한, 상기 콜 더스트 이송관(30)에는 일측에 콜 더스트 이송용 가스관(36)이 연결되어 대략 6~10Kg/cm2의 질소가스가 유입되며, 상기 이송관(30)의 말단에는 상기 이송관(30)을 버너(250)의 외통(260)에 연결시켜 중앙의 질소및 더스트 진행유로(262)까지 연통시키는 콜 더스트 취입라인(10)이 절곡형태로 형성되며, 상기 콜 더스트 취입라인(10)의 상단 일측 절곡부(10a)에는 상기 취입라인(10)의 내부로 대략 10Kg/cm2의 질소를 공급하는 질소 인젝션관(50)이 연결된다. 또한, 상기 콜 더스트 이송관(30)과 콜 더스트 취입라인(10)에는 각각 대략 6~10Kg/cm2의 질소 퍼지관(52)(54)들이 형성되어 이들 관로중에서 콜 더스트가 고착되는 것을 방지하도록 구성되는 것이다.
미설명 부호 (Va)는 자동개폐밸브이고, (Vm)는 수동개폐밸브이다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 용융로(220)의 돔 온도가 대략 800℃ 이상이고, 용융로(220)의 압력이 2Kg/cm2이상인 경우, 상기 더스트 버너(250)를 통하여 콜 더스트가 공급되는 바, 이때에는 저장탱크(12)의 출구측 자동밸브(Va)와 수동밸브(Vm)들이 열리고, 콜 더스트는 이송관(30)측으로 유입되며, 이송관(30)의 일측에 마련된 콜 더스트 이송용 가스관(36)으로 부터 대략 6~10Kg/cm2의 질소가스가 공급되어 취입라인(10)측으로 콜 더스트를 이송시키며, 취입라인(10)측에서는 질소 인젝션관(50)으로 부터 10Kg/cm2의 고압질소가 내부로 공급되어 콜 더스트를 버너(250)의 중앙유로(262)에 공급하는 것이다. 이러한 경우, 상온 상태의 콜 더스트는 대략 700℃의 더스트들과 혼합되어 버너(250)의 선단에서 연소되어진다.
이때, 상기 콜 더스트는 버너(250)로 연결되는 위치가 용융로(220)의 스태브 구멍(16)에 가장 인접하여 위치됨으로써, 즉 버너(250)가 장착되어지는 스태브 구멍(16)에 최대한 인접하여 배치됨으로써 콜 더스트가 버너(250)의 내부에서 고온의 더스트와 혼합되는 시간을 최대한 단축시킨다. 따라서, 버너(250)의 내부에서 콜 더스트로 부터 발생되는 타르의 생성을 최소화하게 되고, 그에 따라서 버너(250)의 막힘을 발생시키지 않는다.
이와 같이 버너(250)를 통하여 용융로(220)의 내부로 취입된 콜 더스트는 연소되어지면서 석탄 1Kg 당 1.549 m3의 환원가스를 생성시킨다. 따라서, 이를 용융로(220)내에서 연소시킴으로써 용융로(220)내의 환원가스량을 증대시킬 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 코렉스 설비에 갖춰진 콜 더스트 취입장치는 용융로 돔(220a)의 온도가 800℃ 이하이거나 1100℃ 이상이고, 용융로(220)의 압력이 2Kg/cm2이하인 경우에는 취입이 중단되며, 동시에 더스트 버너(250)가 비정상적이거나 콜 더스트 저장탱크(12)내에 콜 더스트가 비게 되는 경우등도 콜 더스트의 취입중단이 이루어진다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 코렉스 설비의 배출가스로 부터 분리 포집한 더스트와 더불어서 일반 석탄을 분쇄한 콜 더스트를 용융로(220)에 공급함으로써 안정된 충분한 량의 환원가스를 용융로(220)의 돔부에서 생산하여 용융로(220)의 압력을 제어할 수 있고, 그에 따라서 용융로(220)내의 압력 헌팅(Pressure Hunting)을 방지하여 고정베드(Fixed Bed)인 열보존대의 상하 뒤엉킴을 방지하고, 또한 용철온도의 하락방지, 연료비 절감및 용철품질의 향상을 얻을 수 있다.
그리고, 콜 더스트의 연소시 발생되는 열로써 용융로(220) 돔의 온도를 제어함으로써 환원가스중의 타르(Tar) 발생을 억제할 수 있어 설비에 타르고착을 방지할 수 있고, 설비를 보호할 수 있다. 뿐만 아니라, 충분한 환원가스를 공급함으로써 철광석의 간접환원율을 향상시키고, 장입물 강하속도를 일정하게 유지시켜 안정된 조업이 이루어지도록 하는 것이다.

Claims (3)

  1. 상부측에 철광석을 환원시키는 환원로(210)를 갖추고, 그 하부측에는 환원가스를 생산하여 환원로(210)에 제공하는 용융로(220)를 구비한 코렉스 설비에 있어서,
    상기 용융로(220)에 열원을 제공하는 다수개의 더스트 버너(250)들에는 각각 상기 버너(250)가 관통하는 용융로(220)의 스태브 구멍(16)에 인접하여 콜 더스트 취입라인(10)을 연결하여 콜 더스트를 공급하고, 이를 용융로(220)내에서 연소시킴으로써 용융로(220)내의 환원가스량을 증대시키도록 구성됨을 특징으로 하는 콜 더스트 취입장치를 갖는 코렉스 용융로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 콜 더스트 취입라인(10)은 용융로(220)의 스태브 구멍(16)에 가장 인접한 위치에서 상기 버너(250)의 외통(260)을 관통하도록 연결되어 버너(250)의 중앙의 질소및 더스트유로(262)에 연통하도록 구성되어짐을 특징으로 하는 콜 더스트 취입장치를 갖는 코렉스 용융로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 콜 더스트 취입라인(10)은 일정크기의 콜 더스트 저장탱크(12)로 부터 제공되며, 상기 콜 더스트 저장탱크(12)는 그 상부측으로 콜 더스트 장입구(22)가 마련되고, 상기 장입구(22)의 일측으로는 탱크 가압용 질소라인(24)이 연결되며, 콜 더스트 저장탱크(12)의 하부측에는 저장탱크(12)내의 콜 더스트를 부유상태로 유지시키기 위한 퍼지관(26)과 퍼지질소관(28)이 연결되며, 저장탱크(12)의 출구측으로는 콜 더스트 이송관(30)과 드레인관(32)이 연결되는 한편, 상기 콜 더스트 이송관(30)에는 일측에 콜 더스트 이송용 가스관(36)이 연결되고, 상기 이송관(30)의 말단에 콜 더스트 취입라인(10)이 연결되어짐을 특징으로 하는 콜 더스트 취입장치를 갖는 코렉스 용융로.
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