WO2018105910A1 - 용선 제조 설비 및 용선 제조 방법 - Google Patents

용선 제조 설비 및 용선 제조 방법 Download PDF

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WO2018105910A1
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molten
molten iron
gasifier
cold
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박지욱
김현수
최무업
이달회
장영재
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주식회사 포스코
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    • C21B13/0086—Conditioning, transformation of reduced iron ores
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    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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    • C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
    • C22B1/24—Binding; Briquetting ; Granulating
    • C22B1/248—Binding; Briquetting ; Granulating of metal scrap or alloys

Definitions

  • the present invention relates to a molten iron manufacturing equipment and a molten iron manufacturing method, and more particularly, to a molten iron manufacturing equipment and molten iron manufacturing method that improved the meltability of reduced iron.
  • the molten iron manufacturing apparatus includes a flow reduction furnace for reducing iron ore, a molding machine for reducing iron ore, that is, reducing iron, and a melt gasification furnace for melting molten reduced iron to produce molten iron.
  • a flow reduction furnace for reducing iron ore for reducing iron ore
  • a molding machine for reducing iron ore that is, reducing iron
  • a melt gasification furnace for melting molten reduced iron to produce molten iron.
  • reduced iron and coal briquettes as a heat source are introduced to the upper side of the melting gasifier, and oxygen is blown into the lower side, whereby the reduced iron is softened and melted by mutual reaction to produce molten iron.
  • the reduced iron containing a high reduction rate and an auxiliary raw material not only has poor melting characteristics, but also the high-reducing atmosphere in the melt gasifier inhibits the formation of low melting point slag.
  • reduced molten iron is generated, and the unmelted reduced iron is lowered to the lower side by melting gasification, which causes a molten iron deviation.
  • these methods mainly reduce the productivity of the forming apparatus and deteriorate the strength of the hardened reduced iron by forming a mixture of reduced iron with sludge or converter slag.
  • the strength of the reduced iron is low, the air permeability in the melt visualization furnace deteriorates, which reduces the reduced iron meltability.
  • the present invention provides a molten iron manufacturing equipment and a molten iron manufacturing method that can improve the meltability of reduced iron.
  • the present invention provides a molten iron manufacturing equipment and a molten iron manufacturing method that can increase the meltability of the reduced iron, without the addition of additional additives inside the reduced iron.
  • the molten iron manufacturing equipment is a flow reducing furnace for producing reduced iron by reducing the iron ore; A molten gasifier that receives the reduced iron from the flow reduction, blows oxygen therein to melt the reduced iron to produce molten iron; And a cold storage bin for storing the cold wire produced by solidifying the molten iron produced in the melt gasifier, and injecting the cold wire into the melt gasifier.
  • a feed bin positioned above the melt gasifier and storing the compacted reduced iron and introduced into the melt gasifier;
  • a raw material supply line having one end connected to the forming apparatus and the other end connected to the feed bin; And one end connected to the cold storage bin and the other end connected to the raw material supply line.
  • It includes a dryer for removing moisture from the cold wire produced by solidifying the molten iron,
  • the cold storage bin stores the dried cold air.
  • One end is connected to the molding apparatus, the other end is connected to the dryer, and includes a gas supply line for supplying the gas moved to the dryer when the reduced iron of the flow reduction furnace is moved to the molding apparatus.
  • the molten iron manufacturing method comprises the steps of producing reduced iron by reducing the iron ore; Forming and massifying the reduced iron; And charging the agglomerated reduced iron into a melting gasifier to melt the reduced iron to produce molten iron.
  • a cold wire prepared by solidifying the molten iron produced in the molten gasifier. Charged into the melt gasifier.
  • the input ratio of the said cold wire: reduced iron may be 0.062 or less.
  • the cold wire is dried by using a gas generated when reducing the iron ore.
  • the cold vessel prepared by the molten iron that satisfies the desired component content and the cold vessel produced by the molten iron outside the component compartment is charged.
  • reduced iron can be melted at a lower temperature than in the related art by injecting a cold wire into a melt gasifier. That is, the melting point of the reduced iron is lowered by the cold wire injection, and thus the reduced iron begins to be melted at a lower temperature than in the related art. Accordingly, the molten gasifier may not generate or minimize unmelted reduced iron, thereby preventing problems such as intensified charter deviation due to unmelted reduced iron, instability of reducing gas circulation, and increased fuel cost.
  • FIG. 1 is a view conceptually showing a molten iron manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a flow chart illustrating a method for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a view conceptually showing a molten iron manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a flowchart illustrating a molten iron manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • the molten iron manufacturing apparatus a plurality of flow reducing furnaces (10; 11, 12, 13, 14) to reduce the iron ore to reduce iron (DRI), the flow reducing furnace ( 10.
  • the molten gasification furnace 20 for melting molten iron reduced from the reduced compact iron (HCI: hot compacted iron) forming apparatus 30 and the reducing iron provided from the forming apparatus 30 to form molten iron.
  • Dryer 500 for drying the cold wire manufactured by using the molten iron produced in the furnace 20, temporarily storing the dried cold wire, the molten gas in the molten gasification furnace 20 at the time of melting the reduced iron in the molten gasification furnace (20) Cold storage bin 600 to supply or charge).
  • a feed bin 20a installed above the melt gasifier 20 to charge the reduced iron hardened into the melt gasifier 20, and supplying the reduced iron agglomerated in the forming apparatus 30 to the feed bin Cyclone 80, a fluid reduction furnace circulating the reducing gas discharged from the raw material supply line 30a and the melt gasification furnace 20, and resupply again to the melt gasification furnace or the fourth fluid reduction furnace 14 11 is installed on a path through which the exhaust gas discharged from the exhaust gas is discharged, and the carbon dioxide remover 70 removes carbon dioxide from the exhaust gas and supplies the same to the cyclone 80.
  • the molten iron manufacturing method is a process for producing reduced iron by reducing the iron ore (S110), the process of forming a reduced iron by agglomeration (S120), molten iron by melting the reduced iron The manufacturing process (S130), the solidification of the molten molten iron prepared to dry a portion of the manufacturing (S140), and the step of charging the dried cold wire together at the time of melting the reduced iron (140).
  • FIGS. 1 to 2 a molten iron manufacturing apparatus and a manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 2.
  • Flow reducing furnace 10 is a means for reducing iron ore by reducing iron ore, the iron ore used as a raw material may be a powder (powder) or finely divided iron ore, secondary raw materials may be added as needed.
  • the charged iron ore charged as described above is reduced while flowing by gas, and for this purpose, the flow reduction furnace 10 may have a gas distribution plate installed therein.
  • Flow reducing furnace 10 is provided with a plurality, iron ore is reduced while sequentially passing through a plurality of flow reducing furnaces (11, 12, 13, 14).
  • the embodiment is provided with four flow reduction furnaces (hereinafter first to fourth flow reduction furnaces 11, 12, 13, 14).
  • the first flow reduction furnace 11 is where iron ore is initially charged, and preheats the iron ore with the reducing gas discharged from the second flow reduction furnace 12.
  • the preheated iron ore is reduced or preliminarily reduced while passing through the second flow reduction furnace 12 and the third flow reduction furnace 13, and the second flow reduction furnace 12 is discharged from the third flow reduction furnace 13.
  • the iron ore is reduced by the reducing gas, and the third flow reducing furnace 13 reduces the iron ore by the reducing gas discharged from the fourth flow reducing furnace 14.
  • the fourth flow reduction furnace 14 finally reduces the iron ore by the reducing gas discharged from the melt gasifier 20.
  • Each of the plurality of flow reduction furnaces 11, 12, 13, and 14) is connected to a gas conduit through which reducing gas flows, and a raw material conduit (not shown) for moving iron ore and various subsidiary materials.
  • the gas conduit includes the reducing gas of the first gas conduit 21 and the fourth flow reducing furnace 14, which supplies the reducing gas of the melt gasification furnace to the fourth flow reducing furnace 14, to the third flow reducing furnace 13.
  • the third gas conduit 23 and the second flow reduction furnace 12 which supply the reducing gas of the second gas conduit 22 and the third flow reduction furnace 13 to be supplied to the second flow reduction furnace 12.
  • a fourth gas conduit 24 for supplying the reducing gas to the first flow reduction furnace 11.
  • burners 15 and 16 may be installed on the extension paths of the second and third gas conduits 22 and 23, respectively.
  • the burners 15 and 16 blow oxygen into the second and third flow reductions 12 and 13, respectively, and increase the temperatures 12 and 13 of the flow reduction furnace by exothermic reaction by combustion of the reducing gas.
  • the exhaust gas discharged from the first flow reduction furnace 11 is moved through the exhaust gas conduit 11a, and carbon dioxide is removed while passing through the carbon dioxide remover 70 during the movement.
  • the exhaust gas from which carbon dioxide is removed is supplied to the cyclone 80 and resupplied to the first gas conduit 21 or the melt gasifier 20.
  • the number of the fluid reduction furnace 10 is not limited to the above-mentioned example, It can change variously as needed.
  • the molding apparatus 30 includes a reduced iron storage unit 31 for storing finely-reduced reduced iron produced in the fourth flow reduction furnace 14, and a molding machine 32 for forming and bulking finely-diduced reduced iron.
  • the molding machine is a molding machine having a pair of rolls installed to face each other, that is, a twin roll molding machine. Thus, when powdered reduced iron is charged between the pair of rolls, a reduced iron mass is produced by extrusion due to the rotation of the pair of rolls.
  • the gas to the flow reduction furnace 10 is a reducing gas generated in the melt gasifier 20 which will be described later.
  • the reducing gas of the melt gasifier 20 passes through the flow reduction furnace 10 to reduce iron. And partly moves to the molding apparatus 30 together. Then, the gas moved together with the reduced iron from the flow reduction furnace 10 is then supplied to the dryer 500 is reused to dry the cold wire.
  • the molten gasifier 20 is a means for melting the reduced iron, and the coal briquettes and the coke are charged into the molten gasifier 20 to melt the reduced iron, and oxygen is blown into the molten gasifier 20. At this time, the charged coal briquettes and coke as a heat source, and reacts with the oxygen charged to generate heat, thereby melting the reduced iron to produce molten iron.
  • the molten gasifier 20 has a dome portion formed in a space larger than that of other spaces. The dome portion, that is, reduced iron, coal briquettes, and coke are charged into the molten gasifier 20.
  • the reducing gas generated during the melting of the reduced iron in the melt gasifier 20 is discharged to the outside and supplied to the cyclone 80, and the cyclone 80 supplies the reducing gas to the first gas conduit 21 or melts. Resupply to the gasifier (20).
  • the reducing gas flowing through the first gas conduit 21 is supplied to the fourth flow reduction furnace 14 and reused as a gas for reducing the iron ore in the fourth flow reduction furnace 14.
  • the molten iron produced in the melt gasifier 20 is detected after the component content, the molten iron that satisfies the desired component content is sent to the steelmaking process, after a series of refining process is moved to the steelmaking process to be produced as cast steel, or immediately manufactured cold It is sent to the facility and manufactured in cold.
  • the component separation molten iron is solidified in the cold wire manufacturing facility 40 to produce a cold wire, which is charged into the melt gasifier (20).
  • the cold wire manufacturing equipment solidifies the molten iron produced in the melt gasifier 20 to produce cold wire or pig iron.
  • a cold wire manufacturing facility is a facility well known in the art, and is a facility for charging molten iron sequentially into molds which are arranged and moved in one direction, and cooling the respective molds to solidify the molten iron.
  • the cold wire manufactured in the cold wire manufacturing equipment 40 may be charged into the melt gasifier 20 to improve the meltability of the reduced iron.
  • the reduced iron can be melted at a lower temperature than conventional, thereby reducing or minimizing the unmelted reduced iron does not occur have.
  • a dryer 500 for drying the cold wire manufactured in the cold wire manufacturing equipment, a cold wire storage bin 600 for storing the dried cold wire and supplying a predetermined amount to the molten gasifier 20.
  • the cold wire since the cold wire is cooled and manufactured by water injection, it contains a large amount of water. When the cold wire is charged into the molten gasifier 20 as it is, it may adversely affect the operation. Therefore, before charging the cold wire into the molten gasifier 20, it is first dried in the dryer 500 to remove moisture.
  • the dryer 500 dries the cold wire using the gas provided from the molding apparatus 30. More specifically, after the by-product in the melt gasifier 20 is supplied to the flow reduction furnace 10, a portion of the gas reduced iron ore in the flow reduction furnace 10 is moved to the forming apparatus 30 together with the reduced iron. Then, the gas moved to the molding apparatus 30 is moved to the dryer to dry the cold wire.
  • the gas supplied to the dryer 500 may be a dithering gas.
  • the dryer 500 may be configured to include a housing in which an internal space for accommodating a cold wire is provided, and a gas supply line for injecting or supplying a dedusting gas into the housing.
  • the cold wire dried in the dryer 500 is stored in the cold storage bin 600, and a predetermined amount is supplied to the molten gasifier 20 during melting of reduced iron.
  • the cold wire of the cold storage bin 600 is supplied to the raw material supply line 30a, and the reduced iron and the cold wire are supplied together to the feed bin 20a. That is, the reduced iron and the cold wire are mixed in the feed bin 20a, and the mixture is supplied to the melting gasifier 20.
  • the present invention is not limited thereto, and the cold wire is not supplied to the raw material supply line 30a, but is separately cooled.
  • a supply pipe may be provided and supplied to the molten gasifier 20.
  • Typical cold wires produced in cold-cooling plant 40 typically contain at least 3.5 wt% carbon.
  • the cold wire has a property of easily melting at a temperature of 1150 °C or more. Therefore, when the cold wire is charged into the melt gasifier 20, it starts to melt at a temperature of 1150 ° C or more, and at this time, the carbon in the cold wire is transferred to the reduced iron, thereby lowering the melting point of the reduced iron.
  • melting of the reduced iron in the molten gasifier 20 is easier than in the related art, and thus, the problem of reducing iron falling into the molten gasifier 20 in the unmelted state can be minimized or prevented.
  • problems such as intensified charter deviation due to unmelted reduced iron, instability of reducing gas circulation, and increase in fuel cost may be prevented.
  • the slag or separate additives are not added to the ring wheel as in the related art, it is possible to prevent a fuel cost increase problem due to an increase in the slag ratio in the melt gasifier 20, and to prevent a problem of lowering the productivity in the molding apparatus 30. can do. In addition, it is possible to prevent the problem of deterioration of the physical characteristics such as the strength of the reduced iron according to the slag or separate additives to deteriorate the ventilation characteristics in the melt gasification furnace.
  • the cold wire: reduced iron input ratio (cold mass / reduced iron mass) is added so as to be 0.062 or less. For example, if the ratio of cold to reduced iron input (cold mass / reduced iron mass) exceeds 0.062, the cost of molten iron may rise due to the rise in fixed costs.
  • Table 1 shows the results of reducing iron melting by the method according to the comparative example and the embodiment of the present invention.
  • the reduced iron produced in the molding apparatus was reduced in an experimental apparatus that simulated a flow reducing furnace, and then the melting temperature change was observed using a high temperature X-ray visualization apparatus.
  • the melting start temperature of the reduced iron in the case of the Example it can be seen that about 115 °C lowered compared to the comparative example.
  • the molten iron melted reduced iron is dropped into the bottom of the coke-filled layer, it can be seen that when the dropping of the molten iron is completed, the temperature is 70 ° C or more lower than the comparative example. This is because the cold wire is melted at a relatively low temperature of 1150 °C, carbon in the molten cold wire is easily carburized with reduced iron, thereby lowering the melting point of the reduced iron, thereby improving the meltability.
  • the reduced iron can be easily melted at a lower temperature than in the related art.
  • the melting point of the reduced iron is lowered by the cold wire injection, and thus, the reduced iron begins to melt at a lower temperature than in the related art.
  • the molten gasifier may not generate or minimize unmelted reduced iron, thereby preventing problems such as deepening of the charter deviation due to unmelted reduced iron, instability of reducing gas circulation, and increased fuel cost.
  • the molten gasifier is not generated or minimized in the molten gasifier, and thus, the molten iron reducing deviation caused by the molten iron reduced intensities, instability of the reducing gas circulation, increase in fuel cost, and the like. Can prevent the problem.
  • the molten iron out of the molten iron produced in the molten gasifier is manufactured by cold air, and injected into the molten gasifier during recycling of reduced iron, there is an effect that the molten iron cost is reduced.

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Abstract

본 발명에 따른 용선 제조 설비는 분철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 유동 환원로, 유동 환원로로부터 상기 환원철을 제공받고, 내부로 산소를 취입하여 상기 환원철을 용융시켜 용선을 제조하는 용융가스화로 및 용융가스화로에서 제조된 용선을 응고시켜 제조한 냉선을 저장하고, 상기 냉선을 상기 용융가스화로로 투입하는 냉선 저장빈을 포함한다. 따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 냉선을 용융가스화로에 투입함으로써, 종래에 비해 낮은 온도에서 환원철을 용융시킬 수 있다. 즉, 냉선 투입에 의해 환원철의 용융점이 낮아지며, 이에 따라 종래에 비해 낮은 온도에서부터 환원철의 용융되기 시작한다. 따라서, 용융가스화로에서 미용융 환원철의 발생되지 않거나, 최소화되며, 이에 따라 미용융 환원철로 인한 용선 출선 편차 심화, 환원가스 순환의 불안정 및 연료비 증가 등의 문제를 방지할 수 있다.

Description

용선 제조 설비 및 용선 제조 방법
본 발명은 용선 제조 설비 및 용선 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환원철의 용융성을 향상시킨 용선 제조 설비 및 용선 제조 방법에 관한 것이다.
용선 제조 장치는 철광석을 환원하는 유동 환원로, 환원된 철광석 즉, 환원철을 괴상화시키는 성형기, 괴상화된 환원철을 용융시켜 용선을 생산하는 용융가스화로를 포함한다. 환원철의 용융을 위해, 용융가스화로의 상측으로 환원철과 열원인 성형탄을 투입하고, 하측으로 산소를 취입하면, 상호간의 반응에 의해 환원철이 연화 용융되어 용선이 제조된다.
그런데, 환원율이 높고, 부원료를 포함하고 있는 환원철은 용융 특성이 열위할 분만 아니라, 용융가스화로 내 고환원성 분위기는 저융점 슬래그 형성을 억재한다. 이에, 용융되지 못한 환원철이 발생되며, 미용융된 환원철이 용융가스화로 하측으로 하강하게 되며, 이는 용선 출선 편차를 발생시키는 원인이 된다.
또한, 미용융 환원철 발생을 방지하기 위하여, 용융가스화로의 온도를 더 높이는 경우, 이를 위한 연료가 증가하는 문제를 야기된다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로, 한국공개특허 2000-0039376에서 같이, 유동 환원로에서 생산된 환원철에 슬러지를 혼합하여 용융가스화로에서 용융키거나, 한국공개특허 2003-0054281과 같이, 전로 슬래그를 환원철과 함께 용융가스화로에 투입하여, 상기 용융가스화로에서 양질의 슬래그를 제조하는 방법이 있다.
그런데 이들 방법의 경우, 용융가스화로 내부에서 슬래그량이 증가되므로, 이를 용융시키기 위해 연료비가 증가되는 문제가 발생되며, 고환원 환원철의 용융에 직접적인 영향을 미치지 못하므로, 그 효과가 미비하다.
또한, 이들 방법은 주로 환원철에 슬러지 또는 전로 슬래그를 혼합하여 성형하는 방식으로, 성형 장치의 생산성을 저하시키며, 괴성화된 환원철의 강도를 악화시킨다. 그리고 환원철의 강도가 낮으면 용융가시화로 내에서 통기성이 악화되며, 이는 환원철 용융성을 저하시킨다.
(선행문헌)
한국공개특허 2000-0039376
본 발명은 환원철의 용융성을 개선시킬 수 있는 용선 제조 설비 및 용선 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 환원철 내부에 별도의 첨가제의 첨가 없이, 환원철의 용융성을 증대시킬 수 있는 용선 제조 설비 및 용선 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 용선 제조 설비는 분철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 유동 환원로; 상기 유동 환원로부터 상기 환원철을 제공받고, 내부로 산소를 취입하여 상기 환원철을 용융시켜 용선을 제조하는 용융가스화로; 및 상기 용융가스화로에서 제조된 용선을 응고시켜 제조한 냉선을 저장하고, 상기 냉선을 상기 용융가스화로로 투입하는 냉선 저장빈;를 포함한다.
상기 유동 환원로에서 제조된 환원철을 성형하여 괴상화시키는 성형 장치;
상기 용융가스화로의 상측에 위치하여, 괴성화된 상기 환원철을 저장하여 상기 용융가스화로로 투입하는 피드빈; 일단이 상기 성형 장치에 연결되고, 타단이 상기 피드빈에 연결된 원료 공급 라인; 일단이 상기 냉선 저장빈에 연결되고, 타단이 상기 원료 공급 라인에 연결된 냉선 공급 라인;을 포함한다.
상기 용선을 응고시켜 제조된 냉선에서 수분을 제거하는 건조기를 포함하고,
상기 냉선 저장빈은 건조된 냉선을 저장한다.
일단이 상기 성형 장치에 연결되고, 타단이 상기 건조기에 연결되어, 상기 유동 환원로의 환원철이 상기 성형 장치로 이동될 때 함께 이동된 가스를 상기 건조기로 공급하는 가스 공급 라인을 포함한다.
본 발명에 따른 용선 제조 방법은 분철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 과정; 상기 환원철을 성형하여 괴상화시키는 과정; 및 괴상화된 환원철을 용융가스화로에 장입하여, 상기 환원철을 용융시켜 용선을 제조하는 과정;을 포함하고, 상기 환원철을 용융시키는데 있어서, 상기 용융가스화로에서 제조된 용선을 응고시켜 제조한 냉선을 상기 용융가스화로로 장입한다.
상기 냉선을 상기 용융가스화로로 장입하는데 있어서, 성형탄을 함께 장입한다.
상기 용선을 응고시켜 제조된 냉선 중 수분을 제거하는 건조 과정을 포함하고, 건조된 상기 냉선을 상기 용융가스화로로 장입한다.
상기 냉선 : 환원철의 투입비가 0.062 이하가 되도록 투입하는 것이 바람직하다.
상기 분철광석을 환원시킬 때 발생된 가스를 이용하여 상기 냉선을 건조한다.
상기 냉선을 상기 용융가스화로에 장입하는데 있어서,
상기 용융가스화로에서 제조된 용선 중, 목적하는 성분 함량을 만족하는 용선으로 제조된 냉선 및 성분 격외의 용선으로 제조된 냉선을 혼합하여 장입한다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 냉선을 용융가스화로에 투입함으로써, 종래에 비해 낮은 온도에서 환원철을 용융시킬 수 있다. 즉, 냉선 투입에 의해 환원철의 용융점이 낮아지며, 이에 따라 종래에 비해 낮은 온도에서부터 환원철의 용융되기 시작한다. 따라서, 용융가스화로에서 미용융 환원철의 발생되지 않거나, 최소화되며, 이에 따라 미용융 환원철로 인한 용선 출선 편차 심화, 환원가스 순환의 불안정 및 연료비 증가 등의 문제를 방지할 수 있다.
또한, 용융가스화로에서 제조된 용선 중 성분 격외 용선을 냉선으로 제조하여, 환원철 제조시에 용융가스화로에 투입하여 재활용하므로, 용선 원가가 저감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용선 제조 장치를 개념적으로 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용선 제조 방법을 설명하는 순서도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용선 제조 장치를 개념적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용선 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용선 제조 장치는 분철광석을 환원시켜 환원철(DRI)을 제조하는 복수의 유동 환원로(10; 11, 12, 13, 14), 유동 환원로(10)에서 제공된 분 환원철을 성형하여 괴성화된 환원철(HCI : Hot compacted iron) 성형 장치(30), 성형 장치(30)로부터 제공된 환원철을 용융시켜 용선을 제조하는 용융가스화로(20), 용융가스화로(20)에서 제조된 용선을 이용하여 제조된 냉선을 건조하는 건조기(500), 건조된 냉선을 일시 저장하고, 용융가스화로(20)에서 환원철 용융시에 일정량의 냉선을 용융가스화로(20)에 공급 또는 장입하는 냉선 저장빈(600)을 포함한다.
또한, 용융가스화로(20)의 상측에 설치되어, 상기 용융가스화로(20)로 괴성화된 환원철을 장입하는 피드빈(20a), 성형 장치(30)에서 괴상화된 환원철을 피드빈으로 공급하는 원료 공급 라인(30a), 용융가스화로(20)로부터 배출된 환원가스를 순환시켜, 다시 용융가스화로 또는 제 4 유동 환원로(14)에 재공급하는 싸이클론(80), 유동 환원로(11)에서 배출된 배가스가 배출되는 경로 상에 설치되어, 배가스 중 이산화탄소를 제거하고 이를 싸이클론(80)으로 공급하는 이산화탄소 제거기(70)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용선 제조 방법은 분철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 과정(S110), 환원철을 성형하여 괴상화시키는 과정(S120), 괴상화된 환원철을 용융하여 용선을 제조하는 과정(S130), 제조된 용선을 응고시켜 제조된 냉선 중 일부를 건조시키는 과정(S140), 건조된 냉선을 환원철 용융시에 함께 장입하는 과정(140)을 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 용선 제조 장치 및 제조 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
유동 환원로(10)는 철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 수단이며, 이때 원료로사용되는 철광석은 파우더(powder) 또는 미분 상태의 분철광석일 수 있으며, 필요에 따라 부원료가 투입될 수 있다. 이러한 유동 환원로(10)에서는 상술한 바와 같이 장입된 분철광석을 가스에 의해 유동시키면서 환원시키는데, 이를 위해 유동 환원로(10)는 그 내부에 가스 분산판이 설치될 수 있다.
유동 환원로(10)는 복수개로 구비되고, 철광석이 복수의 유동 환원로(11, 12, 13, 14)를 순차적으로 거치면서 환원된다. 실시예에는 4개의 유동 환원로(이하 제 1 내지 제 4 유동 환원로(11, 12, 13, 14))를 구비한다.
제 1 유동 환원로(11)는 철광석이 최초 장입되는 곳으로, 제 2 유동 환원로(12)에서 배출되는 환원가스로 철광석을 예열한다. 예열된 철광석은 제 2 유동 환원로(12) 및 제 3 유동 환원로(13)를 거치면서 환원 또는 예비 환원되는데, 제 2 유동 환원로(12)는 제 3 유동 환원로(13)에서 배출되는 환원가스로 철광석을 환원시키고, 제 3 유동 환원로(13)는 제 4 유동 환원로(14)에서 배출되는 환원가스로 철광석을 환원시킨다. 그리고 제 4 유동 환원로(14)는 용융가스화로(20)에서 배출된 환원가스에 의해 철광석을 최종 환원시킨다.
복수의 유동 환원로(11, 12, 13, 14)) 각각에는 환원가스가 흐르는 가스도관과, 철광석 및 각종 부원료를 이동시키는 원료도관(미도시)이 연결된다. 가스도관은 용융가스화로의 환원가스를 제 4 유동 환원로(14)로 공급하는 제 1 가스도관(21), 제 4 유동 환원로(14)의 환원가스를 제 3 유동 환원로(13)로 공급하는 제 2 가스도관(22), 제 3 유동 환원로(13)의 환원가스를 제 2 유동 환원로(12)로 공급하는 제 3 가스도관(23), 제 2 유동 환원로(12)의 환원가스를 제 1 유동 환원로(11)로 공급하는 제 4 가스도관(24)을 포함한다.
또한, 제 2 및 제 3 가스도관(22, 23) 각각의 연장 경로 상에는 버너(15, 16)가 설치될 수 있다. 버너(15, 16)는 제 2 및 제 3 유동 환원(12, 13)로 각각에 산소를 취입하며, 환원가스의 연소에 의한 발열반응으로 유동 환원로의 온도(12, 13)를 상승시킨다.
그리고, 제 1 유동 환원로(11)에서 배출되는 배가스는 배가스 도관(11a)을 통해 이동하며, 이동 중에 이산화탄소 제거기(70)를 거치면서 이산화탄소가 제거된다. 그리고 이산화탄소가 제거된 배가스는 싸이클론(80)으로 공급되어 제 1 가스도관(21) 또는 용융가스화로(20)로 재공급된다.
유동 환원로(10)의 갯수는 상술한 예에 한정되지 않고, 필요에 따라 다양하게 변경 가능하다.
성형 장치(30)는 제 4 유동 환원로(14)에서 제조된 미분 형태의 환원철을 저장하는 환원철 저장부(31), 미분 환원철을 성형하여 괴상화하는 성형기(32)를 포함한다. 여기서 성형기는 상호 마주보도록 설치된 한 쌍의 롤을 구비하는 성형기 즉, 쌍롤식 성형기이다. 이에, 한 쌍의 롤 사이에 분말 상태의 환원철이 장입되면, 상기 한 쌍의 롤의 회전으로 인한 압출에 의해 괴상화된 환원철이 제조된다.
한편, 유동 환원로(10)에서 환원철이 성형 장치(30)로 장입되는데 있어서, 유동 환원로의 고온의 환원 가스가 성형 장치(30)로 함께 이동된다. 여기서 유동 환원로(10)로의 가스는 후술되는 용융가스화로(20)에서 발생된 환원가스이므로, 이를 다른 말로하면, 용융가스화로(20)의 환원가스가 유동 환원로(10)를 거쳐, 환원철과 함께 성형 장치(30)로 일부 이동한다. 그리고, 유동 환원로(10)로부터 환원철과 함께 이동된 가스는 이후 건조기(500)로 공급되어 냉선을 건조시키는데 재사용된다.
용융가스화로(20)는 상술한 바와 같이 환원철을 용융시키는 수단으로, 환원철의 용융을 위해, 용융가스화로(20)로 성형탄 및 코크스가 장입되며, 그 내부로 산소를 취입한다. 이때, 장입된 성형탄 및 코크스는 열원으로서, 취입된 산소와 반응하여 열을 발생시키고, 이로 인해 환원철이 용융되어 용선이 제조된다. 이러한 용융가스화로(20)는 그 상측 공간이 다른 공간에 비해 넓게 형성된 돔부 형태로서, 돔부 즉, 용융가스화로(20) 상측으로 환원철, 성형탄 및 코크스가 장입된다.
용융가스화로(20)에서 환원철의 용융중에 발생된 환원가스는 외부로 배출되어 싸이클론(80)으로 공급되며, 싸이클론(80)은 환원가스를 제 1 가스도관(21)으로 공급하거나, 용융가스화로(20)로 재공급한다. 제 1 가스도관(21)을 통해 흐르는 환원가스는 제 4 유동 환원로(14)로 공급되어, 제 4 유동 환원로(14)에서 철광석을 환원시키는 가스로 재사용 된다.
용융가스화로(20)에서 제조된 용선은 성분 함량 검출한 후에, 목적하는 성분 함량을 만족하는 용선은 제강 공정으로 보내져 일련의 정련 과정을 거친 후에 제강 공정으로 이동되어 주편으로 제조되거나, 바로 냉선 제조 설비로 보내져 냉선으로 제조된다.
한편, 용융가스화로(20)에서 제조된 용선 중, 성분 격외 예컨대, Si이 다량 함유된 고 Si 용선의 경우, 통상 폐기된다.
하지만, 본 발명의 실시예에서는 성분 격외 용선을 냉선 제조 설비(40)에서 응고시켜 냉선으로 제조하고, 이를 용융가스화로(20)로 장입한다.
냉선 제조 설비는 용융가스화로(20)에서 제조된 용선을 응고시켜 냉선 또는 선철을 제조한다. 이러한 냉선 제조 설비는 해당 기술분야에서 널리 알려진 설비로서, 일 방향으로 나열되어 이동되는 몰드로 용선을 순차 장입하고, 각각의 몰드를 냉각시켜 용선을 응고시키는 설비이다.
실시예에서는 냉선 제조 설비(40)에서 제조된 냉선을 용융가스화로(20)에 장입하여, 환원철의 용융성을 개선시킬 수 있다. 다른 말로 하면, 용융가스화로(20)에 환원철 및 성형탄 장입시에 냉선을 함께 장입하여, 환원철이 종래에 비해 낮은 온도에서 용융될 수 있도록 하며, 이에 미용융된 환원철이 발생하지 않도록 또는 최소화시킬 수 있다.
이를 위해, 냉선 제조 설비에서 제조된 냉선을 건조하는 건조기(500), 건조된 냉선을 저장하고, 일정량을 용융가스화로(20)에 공급하는 냉선 저장빈(600)이 구비된다.
한편, 냉선은 수분 분사에 의해 냉각되어 제조됨에 따라, 다량의 수분을 포함하고 있다. 이러한 냉선을 그대로 용융가스화로(20)에 장입할 경우, 조업에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 냉선을 용융가스화로(20)에 장입시키기 전에 먼저 건조기(500)에서 건조시켜 수분을 제거한다.
실시예에 따른 건조기(500)는 성형 장치(30)로부터 제공된 가스를 이용하여 냉선을 건조시킨다. 보다 구체적으로는, 용융가스화로(20)에서 부생되어 유동 환원로(10)로로 공급된 후, 유동 환원로(10)에서 철광석을 환원시킨 가스의 일부가 환원철과 함께 성형 장치(30)로 이동되고, 성형 장치(30)로 이동된 가스는 건조기로 이동되어 냉선을 건조시킨다. 그리고 건조기(500)로 공급되는 가스는 디더스팅가스 일 수 있다.
예컨대, 건조기(500)는 냉선을 수용할 수 있는 내부 공간이 마련된 하우징, 하우징 내부로 디더스팅(dedusting) 가스를 분사 또는 공급하는 가스 공급 라인을 포함하는 구성일 수 있다.
건조기(500)에서 건조된 냉선은 냉선 저장빈(600)으로 저장되었다가, 환원철 용융시에 용융가스화로(20)로 일정량을 공급된다. 실시예에서는 냉선 저장빈(600)의 냉선을 원료 공급 라인(30a)으로 공급하여, 환원철과 냉선을 함께 피드빈(20a)으로 공급한다. 즉, 피드빈(20a)에서 환원철과 냉선이 혼합되고, 이 혼합물이 용융가스화로(20)로 공급된다.물론, 이에 한정되지 않고, 냉선을 원료 공급 라인(30a)으로 공급하지 않고, 별도로 냉선 공급관을 마련하여 용융가스화로(20)에 공급할 수도 있다.
냉선 제조 설비(40)에서 제조된 일반적인 냉선은 통상 3.5 wt% 이상의 탄소를 포함하고 있다. 이에, 냉선은 1150℃ 이상의 온도에서 쉽게 용융되는 특성을 가진다. 따라서, 용융가스화로(20)로 냉선이 장입되면, 1150℃ 이상의 온도에서 용융되기 시작하고, 이때 냉선 내 탄소가 환원철로 전달되어, 환원철의 용융점을 낮춘다. 이로 인해, 용융가스화로(20) 내에서 환원철의 용융이 종래에 비해 보다 용이해지며, 이에 따라 환원철이 미용융상태로 용융가스화로(20) 하측으로 하강하는 문제를 최소화 또는 방지할 수 있다. 이에, 미용융 환원철로 인한 용선 출선 편차 심화, 환원가스 순환의 불안정 및 연료비 증가 등의 문제를 방지할 수 있다.
그리고, 종래와 같이 환월철에 슬래그 또는 별도 첨가제를 투입하지 않으므로, 용융가스화로(20) 내 슬래그비 증가에 따른 연료비 증가 문제를 방지할 수 있고, 성형 장치(30)에서의 생산성 저하 문제를 방지할 수 있다. 또한, 슬래그 또는 별도 첨가제에 따른 환원철의 강도 등의 물리적 특성의 악화되어 용융가스화로 내 통기 특성이 악화되는 문제를 방지할 수 있다.
실시예에서는 용융가스화로로 냉선과 환원철을 투입하는데 있어서, 냉선 : 환원철 투입비(냉선 질량/환원철 질량)가 0.062 이하 되도록 투입한다. 예를 들어, 냉선 : 환원철 투입비(냉선 질량/환원철 질량)가 0.062를 초과할 경우, 고정비 상승에 의해 용선 원가가 오히려 상승할 수 있다.
표 1은 비교예 및 본 발명의 실시예에 따른 방법에 의한 환원철 용융 결과를 나타낸 결과이다.
구분 냉선 용융 개시 온도 괴성화된 환원철의 용융개시 온도 용융완료 온도
비교예 - 1415℃ 1465℃
실시예 1175℃ 1300℃ 1395℃
비교예 및 실시예 각각은 성형 장치에서 생산된 환원철을 유동 환원로를 모사한 실험장치에서 환원시킨 후, 고온 X-ray 가시화 장치를 이용하여, 용융 온도 변화를 관찰하였다.
실험을 위하여, 괴성화된 환원철을 가열로에 장입하고, 1000℃까지 4 ℃/분 동안 승온시키고, 1000℃에서 30분 동안 유지하였다. 그리고, 725℃까지는 N2 분위기에서, 725℃ 부터 반응 종료까지 산화도 5%의 가스 즉, CO2 가스를 5 l/분의 유량으로 공급하였다. 이후, 냉각된 환원철 샘플(50mm)을 용융가스화로를 모사한 실험장치 내 코크스 충진층에 넣고, 1500℃까지 5℃/분으로 승온시키면서, X-ray 가시화 장치로 용융 거동을 관찰하였다. 이때, 실시예의 경우, 코크스 충진층 및 환원철 상부에 냉선(20 내지 30mm)를 위치시켜 용융시킨 경우이고, 비교예의 경우 냉선을 위치시키지 않은 경우이다.
표 1을 참조하면, 실시예의 경우 환원철의 용융 개시 온도는 비교예에 비해 약 115℃가 저하된 것을 확인할 수 있다. 또한, 환원철이 용융된 용선이 코크스 충진층 하측으로 적하되는데, 용선의 적하가 완료될 때 온도가 실시예가 비교예에 비해 70℃ 이상 낮은 것을 알 수 있다. 이는 냉선이 1150℃의 비교적 낮은 온도에서 용융되며, 이때 용융된 냉선 중 탄소가 환원철로 쉽게 침탄되며, 이에 따라 환원철의 용융점이 낮아져, 용융성이 향상되었기 때문이다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는 냉선을 용융 가스화로에 투입함으로써, 종래에 비해 낮은 온도에서 환원철을 용이하게 용융시킬 수 있다. 다른 말로하면, 냉선 투입에 의해 환원철의 용융점이 낮아지며, 이에 따라 종래에 비해 낮은 온도에서부터 환원철의 용융되기 시작한다. 따라서, 용융가스화로에서 미용융 환원철의 발생되지 않거나 최소화되며, 이에 따라 미용융 환원철로 인한 용선 출선 편차 심화, 환원가스 순환의 불안정 및 연료비 증가 등의 문제를 방지할 수 있다.
또한, 용융가스화로에서 제조된 용선 중 성분 격외 용선을 냉선으로 제조하여, 환원철 제조시에 용융가스화로에 투입하여 재활용하므로, 용선 원가가 저감되는 효과가 있다.
본 발명의 실시형태들에 따른 용선 제조 설비에 의하면, 용융가스화로에서 미용융 환원철의 발생되지 않거나, 최소화되며, 이에 따라 미용융 환원철로 인한 용선 출선 편차 심화, 환원가스 순환의 불안정 및 연료비 증가 등의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 용융가스화로에서 제조된 용선 중 성분 격외 용선을 냉선으로 제조하여, 환원철 제조시에 용융가스화로에 투입하여 재활용하므로, 용선 원가가 저감되는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 분철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 유동 환원로;
    상기 유동 환원로로부터 상기 환원철을 제공받고, 내부로 산소를 취입하여 상기 환원철을 용융시켜 용선을 제조하는 용융가스화로; 및
    상기 용융가스화로에서 제조된 용선을 응고시켜 제조한 냉선을 저장하고, 상기 냉선을 상기 용융가스화로로 투입하는 냉선 저장빈;
    를 포함하는 용선 제조 설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동 환원로에서 제조된 환원철을 성형하여 괴상화시키는 성형 장치;
    상기 용융가스화로의 상측에 위치하여, 괴성화된 상기 환원철을 저장하여 상기 용융가스화로로 투입하는 피드빈;
    일단이 상기 성형 장치에 연결되고, 타단이 상기 피드빈에 연결된 원료 공급 라인;
    일단이 상기 냉선 저장빈에 연결되고, 타단이 상기 원료 공급 라인에 연결된 냉선 공급 라인;
    을 포함하는 용선 제조 설비.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 용선을 응고시켜 제조된 냉선에서 수분을 제거하는 건조기를 포함하고,
    상기 냉선 저장빈은 건조된 냉선을 저장하는 용선 제조 설비.
  4. 청구항 3에 있어서,
    일단이 상기 성형 장치에 연결되고, 타단이 상기 건조기에 연결되어, 상기 유동 환원로의 환원철이 상기 성형 장치로 이동될 때 함께 이동된 가스를 상기 건조기로 공급하는 가스 공급 라인을 포함하는 용선 제조 설비.
  5. 분철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 과정;
    상기 환원철을 성형하여 괴상화시키는 과정; 및
    괴상화된 환원철을 용융가스화로에 장입하여, 상기 환원철을 용융시켜 용선을 제조하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 환원철을 용융시키는데 있어서, 상기 용융가스화로에서 제조된 용선을 응고시켜 제조한 냉선을 상기 용융가스화로로 장입하는 용선 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 냉선을 상기 용융가스화로로 장입하는데 있어서, 성형탄을 함께 장입하는 용선 제조 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 용선을 응고시켜 제조된 냉선 중 수분을 제거하는 건조 과정을 포함하고,
    건조된 상기 냉선을 상기 용융가스화로로 장입하는 용선 제조 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 환원철의 질량에 대한 상기 냉선 질량의 투입비가 0.062 이하가 되도록 투입하는 용선 제조 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 분철광석을 환원시킬 때 발생된 가스를 이용하여 상기 냉선을 건조하는 용선 제조 방법.
  10. 청구항 5 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉선을 상기 용융가스화로에 장입하는데 있어서,
    상기 용융가스화로에서 제조된 용선 중, 목적하는 성분 함량을 만족하는 용선으로 제조된 냉선 및 성분 격외의 용선으로 제조된 냉선을 혼합하여 장입하는 용선 제조 방법.
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