KR100276343B1 - 고온의 환원철 냉각장치 및 이 냉각장치가 부착된 분철광석의 유동층로식 환원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입도가 넓은 분철광석을 환원하는 유동층로식 환원로장치등에서 환원된 고온의 환원철을 냉각시키는 장치 및 이 냉각장치가 장착된 유동층로식 환원장치에 관한 것으로써, 고온의 환원철을 보다 경제적으로 냉각시킬 수 있는 고온의 환원철 냉각장치 및 이 냉각장치가 장착된 분철광석의 유동층로식 환원장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 예비환원로에서 최종환원된 고온의 환원철을 수용하여 1차로 냉각시키도록 이루어지는 1차 환원철 냉각부,1차로 냉각된 환원철을 최종냉각시키는 최종냉각부 및 상기 1차환원철 냉각부에서 냉각된 환원철을 최종 냉각부로 유도해주는 환원철 유도부를 포함하고; 상기 1차 환원철냉각부는 냉각수 공급원과 연결되어 내부로 냉각수가 공급되어 하강하는 환원철을 냉각시키는 하나 또는 다수개의 냉각관을 포함하고; 그리고 상기 최종냉각부는 냉각수 공급원과 연결되어 있는 냉각수 인입관 및 냉각수를 배출시키는 냉각수배출관, 과 그 일단은 상기 냉각수 인입관에 연결되고, 그 타단은 상기 냉각수 배출관에 연결되어 그 내부로 냉각수가 흐르고 환원철의 하강 통로를 형성하도록 코일링되어 있는 냉각코일을 포함하여 구성되는 고온의 환원철 냉각장치 및 이 냉각장치가 구비된 분철광석의 유동층로식 환원장치를 그 요지로한다.

Description

고온의 환원철 냉각장치및 이 냉각장치가 부착된 분철광석의 유동층로식 환원장치

제1도는 종래의 분철광석의 유동층식 환원로를 나타내는 구성도.

제2도는 본발명에 부합되는 고온의 환원철 냉각장치의 일례를 나타내는 구성도.

제3도는 본 발명의 고온환원철 냉각장치가 부착된 분철광석의 3단 유동층로식 환원장치의 일례를 나타내는 구성도.

제4도는 투입냉각수량에 따른 환원철의 배출온도및 스팀온도를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 제1유동층로 13 : 제1배출구

14 : 제2도관 20 : 제2유동층로

21 : 제2가스공급구 24 : 제7도관

23 : 제2배출구 30 : 제3유동층로의 제1반응로

33a : 제3배출구 33b : 제4배출구

40 : 제3유동층로의 제2반응로 43 : 제5배출구

100 : 환원철 냉각장치 110 : 1차환원철 냉각부

111 : 냉각관 120 : 최종냉각부

121 : 냉각수인입관 122 : 냉각수배출관

123 : 냉각코일 130 : 환원 철유도부

본 발명은 입도가 넓은 분철광석을 환원하는 유동층로식 환원장치 등에서 환원된 고온의 환원철을 냉각시키는 장치 및 이 냉각장치가 장착된 유동층로식 환원장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온의 환원철을 보다 경제적으로 냉각시킬 수 있는 고온의 환원철 냉각장치 및 이 냉각장치가 장착된 분철광석의 유동층로식 환원장치에 관한 것이다.

통상적으로, 종래의 철광석을 환원하여 용철을 생산하는 방법으로는 고로와 샤프트로(shaft furnace)를 사용하여 환원한 철광석을 전기로에 용해하는 방법이 종래부터 채택되고 있다. 상기 고로 공정은 열원、및 환원제로써 다량의 코크스를 사용하고, 통기성을 향상시키기 위해 소결광 형태로 장입된다. 이 때문에 코크스로 설비 및 소결광제조 설비를 필요로한다. 따라서, 막대한 설비비와 함게 코크스 제조원료인 강점결탄은 세계적으로 부존량이 적고 지역적으로 편재되어 있으므로 수급상의 문제가 심각하다. 또한, 샤프트로에 의한 철광석 환원은 철광석을 펠렛화 하는 전처리단계가 필요하다. 이러한 제약조건에서 벗어나 코크스를 사용하지 않고 일반탄을 사용하여 괴상화시키지 않고 분철광석으로부터 해면철(sponge iron)혹은 용철(pig iron)을 제조하는 용융환원법이 새로운 제철법으로 주목받고 있는 실정이다. 기존 고로법은 고체입자의 크기가 커서 고정층법으로 철광석 환원이 가능하지만, 미분 광석의 환원 경우는 고정층과 같이 유속이 낮을 경우 고로 공정에서와 같이 공극률 확보가 어려워 스티킹(sticking)등으로 인해 조업중단이 발생할 우려가 있으므로 반응기내 통기성 확보를 위해 유속을 충분히 하여 고체입자의 움직임을 원활하게 하는 유동층법이 필수적으로 채택되고 있다.

이러한 유동층 환원공정은 철광석의 입도크기와 환원가스와 고체철광석의 상호 접촉상태에 따라 고정층, 이동층 및 유동총으로 분류되는데, 분철광석을 환원하는 경우는 고체 철광석을 환원로에 장입하여 분산판 하부를 통해 환원가스를 보내 철광석을 유동시켜 기체-고체간의 접촉면적을 증가시켜 반응성을 향상시키는 유동층법이 가장 적절한 방법으로 알려지고 있다.

상기 유동층을 이용하여 분철광석을 환원하는 환원로의 예로서는 일본 공개실용신안공보소 58-217615호와 대한민국 특허출원 제93-31097호를 들 수 있다.

상기 일본공개실용신안공보에 제시된 종래의 유동층식 분철광석 환원로는 제1도에 나타난 바와 같이, 유동층환원로는 원통의 몸체부(1)를 가지고, 이 원통형 몸체부(1)에는 철광석 투입구(2), 고온환원가스의 도입관(3), 환원된 철광석의 배출구(4), 배가스의 배출구(5)및 가스분산판(6)이 구비되어 있다.

한편, 상기 대한민국 특허출원에 제시된 종래의 유동층식 분철광석 환원로는 원료 철광석을 기포유동층 상태에서 건조/예열한 후 1차 환원시키는 제1환원로 중/미립 철광석을 비말 동반시키고 대립 철광석만을 기포 유동층 상태에서 2차환원시키는 제2환원로와 중/미립 철광석을 기포유동층 상태에서 2차 환원시키는 제3환원로를 포함하여 구성된다.

제1도에 제시된 유동층 환원로에서는 생산성 등 경제적인 측면을 고려하여 원활한 유동상태에서 환원로 외부로 비산되는 미립 철광석의 양을 줄이고, 환원 가스소모량을 최소화하고, 가스이용율을 최대로 하기 위해서는 환원로에 장입되는 원료철광석의 입도가 엄격히 제한되기 때문에 넓은 입도분포를 지니는 분철광석을 처리할 수 없는 문제점이 있다.

상기 대한민국 특허에 제시된 유동층 환원로에서는 이러한 문제점을 해결하여 넓은 입도분포를 지니는 분철광석을 처리할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 상기 두 방법에서는 고온의 환원가스와 철광석을 반응시켜 환원시킨 고체환원철의 제조 방법 및 장치에 대해서만 언급하였고, 그 환원철의 처리방법에 대해서는 제시하지 않고 있다. 환원철의 처리방법은 Midrex process나 AREX-SBDProcess에서는 분철광석이 아닌 샤프트 형식의 환원로에서 펠렛환원 후 처리시, 목적하는 바에 따라 고온(hot) 혹은 상온 브리케이팅(cold briquetting)장치를 이용하여 괴상화하여 제조한다. 상기 방법은 환원철제조 후 반드시 냉각해야 될 필요성이 있는 경우에 적용되는 것으로, 즉 환원철제조 후 연속적으로 용융되지 않고, 다른 공정(전기로)에서 용융을 위해 저장 및 운송시에는 고온에서 보관, 저장 및 운송 등의 위험성 때문에 반드시 상온상태에서 취급해야 한다. 특히 상기 방법과 같이 고온의 분 철광석을 냉각없이 대기중에 방출 또는 보관할 경우 비표면적이 상당히 큰 미분체와 공기중의 산소와 결합하여 화재 또는 폭발의 우려가 있다. 또한 분환원철을 고온에서 냉각없이 고온 브리케팅하는데는 상기 문제때문에 상당히 어려움이 있을 것으로 예상된다. 따라서, 불활성분위기 혹은 다른 다량의 냉각가스를 이용하여 장시간 동안 냉각하여 직접 환원철(cold DRI)제조후 괴상화(briquette)하여 제조한다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래병법의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 의해 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 기존의 냉각을 위한 가스 없이 고온의 환원철을 상온까지 연속적으로 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 고온의 스팀을 제조할 수 있는 고온의 환원철 냉각장치 및 이 냉각장치가 부착된 유동층로식 환원장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 실명한다.

본 발명은 예비환원로에서 최종환원된 고온의 환원철을 수용하여 1차로 냉각시키도록 이루어지는 1차 환원철 냉각부,1차로 냉각된 환원철을 최종냉각시키는 최종 냉각부 및 상기 1차환원철 냉각부에서 냉각된 환원철을 최종 냉각부로 유도해주는 환원철 유도부를 포함하고; 상기 1차 환원철 냉각부는 냉각수 공급원과 연결되어 내부로 냉각수가 공급되어 하강하는 환원철을 냉각시키는 하나 또는 다수개의 냉각관을 포함하고; 그리고 상기 최종 냉각부는 냉각수 공급원과 연결되어 있는 냉각수 인입관 및 냉각수를 배출시키는 냉각수 배출관,과 그 일단은 상기 냉각수 인입관에 연결되고, 그 타단은 상기 냉각수 배출관에 연결되어 그 내부로 냉각수가 흐르고 환원철의 하강통로를 형성하도록 코일렁되어 있는 냉각코일을 포함하여 구성되는 환원철 냉각장치에 관한 것이다.

본 발명은 철광석의 유동층로식 환원장치에 있어서, 원료 분철광석이 기포유동층을 형성하면서 건조/예열되도록 구성되는 샤프트(Shaft)형 싱글(Single) 제1유동층로; 상기 제1유동층로의 배가스에 함유된 미립철광석이 집진되도록 구성되는 제1사이클론; 제1유동층로에서 건조/예열된 분철광석이 예비환원되도록 구성되는 샤프트형 싱글 제2유동층로; 상기 제2유동층로의 배가스에 함유된 미립 철광석이 가스와 분리되어 재순환되도록 구성되는 제2사이클론; 제1반응로 및 제2반응로로 이루어져 제2유동층로에서 예비환원된 철광석을 대립과 중/미립으로 분리하여 각각 기포 유동층을 형성하면서 최종 환원되도록 구성되는 트윈(TWIN)형 제3유동층로; 상기 제3유동층로의 제2반응로의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환되도록 구성되는 제3사이클론; 및 상기 제3유동층로의 제1반응로 및 제2반응로에서 환원된 고온의 환원철을 냉각하는 환원철 냉각장치를 포함하여 구성되는 철광석의 유동층로식 환원장치에 관한것이다.

이하, 본 발명을 도면에 의해 상세히 설명한다.

제2도에 나타난 바와 같이, 본 발명의 환원철 냉각장치(100)는 예비환원로에서 최종환원된 고온의 환원철을 수용하여 1차로 냉각시키도록 이루어지는 1차환원철냉각부(110), 1차로 냉각된 환원철을 최종 냉각시키는 최종 냉각부(120)및 상기 1차 환원철 냉각부(110)에서 냉각된 환원철을 최종냉각부(120)로 유도해주는 환원철 유도부(130)를 포함하여 구성된다.

상기 1차 환원철 냉각부(110)는 냉각수공급원(도시되어 있지 않음)에 연결되어 내부로 냉각수가 공급되어 하강하는 환원철을 냉각시키는 하나이상의 냉각관(111)을 포함한다.

상기 냉각관(111)은 U자형 파이프가 바람직하며, 환원철의 하강을 방해하지 않는 범위에서 상기 1차 환원철 냉각부(110)내에 존재하는 냉각관의 표면적 즉, 냉각면적을 최대화할 수 있는 형상을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

상기 최종 냉각부(120)는 냉각수 공급원(도시되어 있지 않음)에 연결되어 있는 냉각수 인입관(121), 냉각수를 배출시키는 냉각수 배출관(122), 및 환원철의 하강통로를 형성하도록 코일링되어 있는 냉각코일(123)을 포함한다.

상기 냉각코일(123)은 그 일단이 상기 냉각수 인입관(121)에 연결되고, 그 타단이 상기 냉각수 배출관(122)에 연결되어 그 내부로 냉각수가 흐르게 구성되어 있다.

즉, 냉각수 인입관(121)을 통해 인입된 냉각수는 냉각코일(123)을 순환한 다음 냉각수 배출관(122)을 통해 외부로 배출됨으로써, 냉각코일내를 하강하는 환원철이 최종 냉각된다.

상기 1차 환원철 냉각부(110) 및 최종냉각부(120)에는 온도를 감지할 수 있는 온도센서(112a),(112b), 및 (124)를 구비시키는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 본 발명의 고온의 환원철 냉각장치가 부착된 X자순환관을 갖는 철광석의 유동층로식 환원장치의 바람직한 예가 제3도에 나타나 있다.

본 발명의 유동층로식 환원장치는, 제3도에 나타난 바와 같이, 호퍼(50)로부터 장입된 원료 철광석이 제2사이클론(70)의 배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 건조/예열되는 샤프트형 싱글 제1유동층로(10); 상기 제1유동층로(10)의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환되도록 구성되는 제1사이클론(60); 상기 싱글헝 제1유동층로(10)에서 배출되는 건조/예열된 철광석을 기포유동층을 형성하면서 예비환원하는 샤프트형 싱글 제2유동층로(20); 상기 제2유동층로(20)의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환되도록 구성되는 제2사이클론(70); 제1반응로(30) 및 제2반응로(40)로 이루어져 제2유동층로(20)에서 예비환원된 철광석을 대럽과 중/미립으로 분리하여 각각 기포유동층을 형성하면서 최종환원되도록 구성되는 트윈형 제3유동층로(340); 및 상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)의 배가스에 함유된 극 미립 철광석이 가스와 분리되어 제1반응로(30) 하부로 재순환되도록 구성되는 제3사이클론(80) 및 상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)및 제2반응로(40)에서 환원된 고온의 환원철을 냉각하는 환원철 냉각장치(100)를 포함하여 구성된다.

상기 제1유동층로(10)는 제1확대부(10a), 제1경사부(10b)및 제1축소부(10c)로 이루어지고, 상기 제1축소부(10c)의 하단부에는 상기 제2사이클론(70)의 배가스를 공급받기 위한 제1배가스 공급구(11)가 형성되고, 그 하부내에는 제1가스분산판(12)이 장착된다.

그리고, 상기 제1확대부(10a)와 제1축소부(10c)는 각각 제19도관(62)및 제2도관(61)을 통해 상기 제1사이클론(60)에 연통되어 있다.

또한, 상기 제1축소부(10c)의 일측에는 제1배출구(13)가 형성되고, 그 타측에는 철광석 공급구(15)가 형성된다.

상기 철광석 공급구(15)에는 호퍼(50)와 관통 연결되어 있는 제1도관(51)이 연결된다.

상기 제1사이클론(60)의 상단부에는 배가스를 최종적으로 배출시키기 위한 가스배출구(63)가 설치되어 있다.

상기 제2유동층로(20)는 제2확대부(20a), 제2경사부(20b) 및 제2축소부(20c)로 이루어지고, 상기 제2축소부(20c)의 하단부에는 상기 제3사이클론(80)의 배가스를 공급받기 위한 제2배가스 공급구(21)가 형성되고 그 하부내에는 제2분산판(22)이 장착된다.

그리고, 상기 제2확대부(20a)와 제2축소부(20c)는 각각 제18도관(72)및 제5도관(71)을 통해 제2사이클론(70)에 연통되어 있다.

상기 제2축소부(20c)의 측면에는 제2배출구(23)가 형성되고, 또한, 상기 제2축소부(20c)의 일측은 제4도관(14)을 통해 제1배출구(13)와 연통되어 있다.

그리고, 상기 제2사이클론(70)의 상부는 제3도관(16)을 통해 제1배가스 공급구(11)에 연통되어 있다.

상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)는 스파우트(spout)형으로서, 제3확대부(30a), 제3경사부(30b), 및 제3축소부(30c)로 이루어지고, 그 하단부에는 환원가스를 공급받기 위한 제3배가스 공급구(31)가 형성되고, 그 하부내에는 제3가스분산판(32)이 장착되어 있고, 또한, 제3배가스 공급구(31)는 제1가스도입관(35)을 통해 가스공급원(도시되어 있지 않음)과 연결되어 있다.

상기 제1반응로(30)의 제3확대부(30a)의 일측에는 제3배출구(33a)가 형성되고, 이 제3배출구(33a)는 제15도관(34a)을 통해 제2도의 고온 환원철 냉각장치(100)의 상부와 연통되고, 그리고 제1반응로(30)의 제3축소부(30c)의 일측에는 제4배출구(33b)가 형성되고, 이 제4배출구(33b)는 제14도관(34b)을 통해 제2도의 고온 환원철 냉각장치(100)의 상부와 연통되어 있다.

그리고, 상기 제1반응로(30)의 제3확대부(30a)의 상부 일측에는 중/미립 광석을 상기 제2반응로(40)로 배출하기 위한 중/미립 광석 배출구(37)가 구비되어 있고, 또한 상기 제1반응로(30)의 제3축소부(30c)의 하부 일측에는 미립광석을 상기 제2반응로(40)로부터 공급받기 위한 미립광석 인입구(38)가 형성되어 있다.

또한, 상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)의 제3축소부(30c)의 일측에는 제2유동층로(20)의 제2배출구(23)와 언통되어 있는 제7도관(24)이 연결되어 있다.

상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)는 제4확대부(40a), 제4경사부(40b)및 제4축소부(40c)로 이루어지고, 상기 제4축소부(40c)의 하부에는 중/미립 철광석을 배출하기 위한 제5배출구(43)가 형성되고, 그 하부내에는 가스분산판(42)이 장착되어 있으며, 그 저부에는 제4배가스 공급구(41)가 형성되어 있고, 이 제4배가스 공급구(41)는 제2가스도입관(45)을 통해 가스공급원(도시되어 있지 않음)에 연결되어 있다.

상기 제5배출구(43)는 제16도관(44)을 통해 제2도의 고온환원철 냉각장치(100)의 상부와 연통되어 있다.

또한, 상기 제2반응로(40)의 제4측소부(40c)의 하부측벽에는 중/미립광석을 공급받기 위한 중/미립 광석인입구(47)가 형성되고, 상기 제4확대부(4a)의 상부측벽에는 미립광석 배출구(48)가 형성되어 있다.

상기 중/미립 광석인입구(47)는 중/미립광석 순환관(39)을 통해 상기 제1반응로(30)의 중/미럽 광석 배출구(37)와 연통되고, 상기 미립광석 배출구(48)는 미분 순환관(49)을 통해 제1반응로(30)의 미립광석 인입구(38)와 연통되어 있다.

이 제4확대부(40a)및 미분순환관(49)의 중간부는 각각 제10도관(82) 및 제11도관(81)을 통해 상기 제3사이클론(80)과 연결되어 있다. 상기 제3사이클론(80)의 상부에는 제9도관(83)이 연결되어 있다.

그리고, 상기 제4도관(14), 제7도관(24), 및 미분순환관(49)에는 미량의 가스공급구(P)를 실치하여 이송되는 철광석의 막힙현상을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

특히, 제3유동층로(340)의 제2반응기(40)의 상측에는 미분광석 배출구(48)을 구비하여 반응기내에서 비산되는 미분입자를 미분순환관(49)을 통해 제1반응기(30)하부로 재순환시킬수 있도록 구성되어 있으며, 이때 미분철광석 흐름을 원활하게 하기 위해 가스긍급구(P)를 설치하는 것이 바람직하다.

제3도에서 점선화살표는 가스흐름을 나타내고, 실선화살표는 광석흐름을 나타낸다.

제3도에서 미설명 부호 "200"은 상온브리케이팅 장치를, 그리고 "201"은 상온브리케이트를 나타낸다.

한편, 제1유동층로(10), 제2유동층로(20) 및 제3유동층로(340)의 제1반응기(30)와 제2반응기(40)는 하부에서 철광석의 기포유동을 활발하게 하여 가스이용율을 높이는 한편, 가스원단위가 향상되고 로상부의 내경을 하부보다 크게 하여 로상부 유속을 저하시켜 극미립 철광석의 비산을 억제되도록 형성되어 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 고온의 환원철 냉각장치가 부착된 분철광석의 3단 유동층식 환원장치를 사용하여 분철광석을 환원하고, 환원된 환원철을 냉각하는 방법에 대하여 설명한다.

광석호퍼(50)로부터 제1유동층로(10)로 공급된 분철광석을 제1배가스 공급구(11)를 통해 긍급된 제2사이클론(70)의 배가스를 이용하여 기포유동상태에서 건조/예열한 다음, 제1배출구(13)를 통해 제2유동층로(20)에 공급한다.

상기와 같이 제2유동층로(20)의 하부로 공급된 분철광석을 제2배가스 공급구(21)를 통해 공급된 제3사이큘론(80)의 배가스를 이용하여 기포유동층을 형성하면서 예비환원된 다음, 제2배출구(23)를 통해 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)에 공급된다.

제2유동층로(20)에서는 FeO정도까지 예비환원한다.

상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)에 공급된 철광석중 4.75m 이상의 대립철광석은 반응기 하부 제3측소부(30c)에 존재하며, 입도가 작은 0.5-4.75mm범위의 중/대립 철광석은 제3경사부(30b)및 확대부(30a)에 존재한다. 상기 철광석은 제3배가스 공급구(31)을 통해 긍급된 환원가스에 의해 최종 환원된 다음, 대립철광석은 제4배출구(33b)을 고온환원철 냉각장치(100)에 공급되고, 중/대립 철광석은 제3배출구(33a)을 통해 고온환원철 냉각장치(100)에 공급된다. 이때 중/미립 철광석은 반응기 상부 제3확대부의 좌측 순환관을 경유하여 제12도관을 통해 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)의 제4축소부(40c)의 하부로 공급된다.

상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)에 공급된 중/미립 철광석중 상대적으로 입도가 큰 중립철광석은 제4축소부(40c)에 존재하며, 입도가 작은 미립철광석은 제4경사부(40b)및 제4확대부(40a)에 존재한다. 상기 중/미립 철광석은 제4배가스 공급구(41)를 통해 공급된 환원가스에 의해 최종 환원된 다음, 중/미립 철광석은 제5배출구(43)을 통해 고온환원철 냉각장치(100)에 공급되고 미분은 제10도관(82), 제3사이클론(80), 제11도관(81) 및 미분 순환관(49)을 통해, 그리고 제2반응로(40)의 미분광석 배출구(48) 및 미분순환관(49)을 통해 제1반응로(30)의 하부로 재순환된다.

상기 제3유동층로(340)에서는 환원율 80% 이상까지 최종환원한다.

상기 제3사이클론(80)에서는 배가스에 함유된 50㎛이하의 극미립 철광석이 가스와 분리된다.

상기와 같이 고온환원철 냉각장치에 긍급된 700-900℃정도의 고온의 환원철은 1차환원철냉각부(110)를 지나면서 1차냉각된 후, 환원철 유도부(130)를 통해 최종 환원철 냉각부(120)로 이송된 다음, 여기서 최종 냉각된다.

상기와 같이 1차환원철 냉각부(110)에서 고온의 환원철을 냉각시에는 150-400℃의 고온 스팀이 제조되며, 이 고온스팀은 냉각관을 통해 외부로 배출된다.

본 발명에서와 같이, 3단 유동층식 환원로를 사용하여 분철광석을 환원하는 경우에는 제1유동층로(10), 제2유동층로(20) 및 제3유동층로의 제2반응로(40)의 가스유속은 원활한 유동 및 비산량을 고려해 볼 때, 로내에 체류하는 분철광석의 최소 유동화속도의 1.2-1.8배 이하가 되도록 선정하는 것이 바람직하며, 제3유동층로의 제1반응로(30)의 가스유속은 최소 유동학속도의 1.2-2.5배 이하가 되도록 선정하는 것이 바람직하다.

그리고, 제4도관 및 제7도관(14,24)에 형성되어 있는 미량의 가스공급구(p)를 통해 미량의 고온환원가스를 춰입하여, 분철광석 배출시에 미반응 철광석의 반응율을 높이고, 또한 이들 도관들이 막히지 않도록 하는 것이 바람직하며, 미분 순환관(49)에 형성된 미량의 가스공급구(P)를 통해 미량의 고온환원가스를 취입하여, 제1반응로(30)로의 미분순환을 원활히 하게하고 가스역류 현상 및 막힘현상을 방지하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 분철광석의 고온유동환원 초기단계 즉 예열 및 예비환원 단계에서 분화가 거의 90% 이상 완료된다는 사실과 대립철광석과 중/미립철광석의 유동화 유속차이 및 가스이용을 및 가스원단위를 향상시킬수 있다는 사실에 착안하여, 최종환원 단계를 두개의 반응기로 이루어지도록 제3유동층로(340)를 트윈형 유동층로 구성하여 대립철광석과 중/미립 철광석의 유동환원시킴으로써, 환원조업을 최적화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 환원된 700-900℃고온의 환원칠을 기존의 냉각을 위한 가스없이 상온까지 대기 시간없이 연속적으로 냉각시킬 수 있고 또한 150-400℃의 고온의 스팀도 제조할 수 있다.

또한, 제3유동층로(340)의 제2반응로의 제4확대부(40a)부에 존재하는 분철광석 및 제3사이클론(80)을 통해 순환하는 분철광석을 미분 순환관(49)에 형성된 미량의 가스공급구(P)를 통해 미량의 고온환원가스를 취입하여, 제1반응로(30)하부의 유동을 원활하게 하고, 미분순환관(49)및 제11도관(81)의 하부를 통해 미분을 제1반응로로 재순환시킴으로써 미분입자가 제1반응로(30) 하부에 존재하는 대립입자와 혼합되어 대립입자의 유동화속도를 줄일 수 있어, 결국 가스소모량을 낮출 수 있어 생산성 향상을 가져올 수 있다.

따라서, 본 발명에서 목적하는 바와 같이 X형 순환관을 통해 미분을 대립과 혼합시킴으로써 대립철광석의 유동학속도를 줄여 결국 가스소모량을 낮출수 있어 생산성 향상을 가져 올 수 있었다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같은 크기를 갖는 고온 환원철 냉각장치가 장착된 제3도의 환원장치를 이용하여 표 2에서 표 4까지 나타낸 환원조건으로 환원을 행했다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

상기와 같이 분철광석을 환원한 후, 평균가스 이용율 및 가스원단위를 조사한 결과, 평균가스 이용율은 약 32%, 가스원단위는 1230N㎥/ton-ore이었다. 또한 제3배출구, 제4배출구 및 제5배출구에서 평군 환원율은 88-95% 범위였으며, 미립철광석의 환원율이 다소 높았음을 알 수 있었다. 광석호퍼로부터 광석투입 후 60분이내 즉 한 개의 반응기내에서 평균 잔류시간이 20분 이내에 광석배출이 가능하였으며, 이는 환원철의 생산속도가 우수함을 알 수 있었다.

상기한 환원철 냉각장치를 사용하여 냉각시 냉각관을 통해 투입된 냉각수량에 따른 배출스팀 및 환원철 온도를 측정하고, 그 결과를 제4도에 나타내었다.

제4도에 나타난 바와 같이, 850℃의 고온의 환원철은 냉각수양의 증가에 따라 온도가 저하됨을 알 수 있고, 냉각수양이 4ON㎥/hr에서는 환원철의 최종배출온도는 30-50℃로 냉각효과가 우수함을 알 수 있다.

한편, 투입된 상온의 냉각수는 고온의 환원철에 의해 150-400℃의 스팀제조가 가능하였으며, 또한 냉각장치내에서 시간의 지체없이 연속적으로 환원철을 상온 브리케팅 장치로 배출하여 괴상화함으로써 생산속도가 우수함을 알수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 냉각을 위한 가스없이 고온의 환원철을 상온까지 언속적으로 냉각시킬 수 있을 뿐만 아니라 고온의 스팀을 제조할 수 있는 고온환원철 냉각장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고온환원철 냉각장치를 유동층로식환원장치에 부착시킴으로써, 분철광석의 입경과는 관계없이 환원율이 비교적 균일한 환원철을 얻는 동시에 입경별로 분급된 환원철을 얻을 수 있어 용해로로、환원철 투입시 투입설비와 투입 위치별로 적정크기의 환원철 공급이 가능해지고, 환원가스의 공급유속에 따라 각각의 배출구를 통해 배출되는 환원철의 양과 입경조절이 가능하고, 철광석 로내 체류시간을 제어함으로써 환원을 제어가 가능하고, 또한 3단계 유동층 조업이 모두 기포유통으로 이루어지기 때문에 가스 이용율과 가스원단위를 향상시킬 수 있음은 물론 장치구조가 간단하여 장시간 조업에도 도관의 막힘이나 비유동화 같은 현상이 방지될뿐만 아니라 700-900℃고온의 환원철을 상온까지 대기시간없이 연속적으로 냉각시키고 동시에 150-400℃의 스팀을 제조할 수 있는 유동층로식 환원장치를 제공할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 예비환원로에서 최종환원된 고온의 환원철을 수용하여 1차로 냉각시키도록 이루어지는 1차 환원철 냉각부(110), 1차로 냉각된 환원철을 최종냉각시키는 최종냉각부(120)및 상기 1차 환원철 냉각부(110)에서 냉각된 환원철을 최종 냉각부(120)로 유도해주는 환원철 유도부(130)를 포함하고; 상기 1차 환원철 냉각부(110)는 냉각수 공급원과 연결되어 내부로 냉각수가 공급되어 하강하는 환원철을 냉각시키는 하나 또는 다수개의 냉각관(111)을 포함하고; 그리고 상기 최종냉각부(120)는 냉각수 공급원과 연결되어 있는 냉각수 인입관(121)및 냉각수를 배출시키는 냉각수 배출관(122)과 그 일단은 상기 냉각수 인입관(121)에 연결되고, 그 타단은 상기 냉각수 배출관(122)에 연결되어 그 내부로 냉각수가 흐르고 환원철의 하강통로를 형성하도록 코일링되어 있는 냉각코일(123)을 포함하여 구성되는 고온의 환원철 냉각장치
2. 제1항에 있어서, 냉각관(111)이 U자형인것을 특징으로하는 고은의 환원철냉각장치
3. (정정) 분철광석의 유동층식 환원장치에 있어서, 원료분철광석이 기포 유동층을 형성하면서 건조/예열되도록 구성되는 샤프트형 싱글(single) 제1유동층로(10); 상기 제1유동층로(10)의 배가스에 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환되도록 구성되는 제1사이클론(60); 상기 제1유동층로(10)에서 배출되는 건조/예열된 분철광석을 기포유동층을 형성하면서 예비환원되도록 구성되는 샤프트형 싱글 제2유동층로(20); 상기 제2유동층로(20)의 배가스에 의해 함유된 미립철광석이 가스와 분리되어 재순환되도록 구성되는 제2사이클론(70); 제1반응로(30) 및 제2반응로(40)로 이루어져 제2유동층로(20)에서 예비환원된 철광석을 대립과 중립으로 분리하여 각각 기포유동층을 형성하면서 최종 환원되도록 구성되는 X자형 순환관(39,49)을 가진 트윈(twin)형 제3유동층로(340); 상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)의 배가스에 함유된 극미립철광석이 가스와 분리되어 제1반응로(30)의 하부로 자순환되도록 구성된 제3사이클론(80); 및 상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30) 및 제2반응로(40)에서 환원된 고온의 환원철을 냉각하는 환원철 냉각장치(100)를 포함하고; 상기 제1유동층로(10)는 제1확대부(10a) 제1경사부(10b) 및 제1축소부(10c)로 구성되고, 상기 제1축소부(10c)의 하단부에는 상기 제2사이클론(70)의 배가스를 공급받기 위한 제1배가스 공급구(11)가 형성되고, 그 하부내에는 제1가스분산판(12)이 장착되고, 그리고 상기 제1확대부(10a)와 제1축소부(10c)는 각각 제19도관(62)및 제2도관(61)을 통해 상기 제1사이클론(60)에 연결되고, 상기 제1축소부(10c)의 측면에는 제1배출구(13)가 형성되고, 다른 측면에는 철광석 공급구(15)가 형성되고, 상기 철광석 공급구(15)에는 호퍼(50)와 관통연결되어있는 제1도관(51)이 연결되고, 상기 제1사이클론(60)의 상단부에는 배가스를 최종적으로 배출시키기위한 가스배출구(63)가 설치되고; 상기 제2유동층로(20)는 제2확대부(20a), 제2경사부(20b) 및 제2축소부(20c)로 구성되고, 상기 제2축소부(20c)의 하단부에는 상기 제3사이클론(80)의 배가스를 공급받기 위한 제2배가스긍급구(21)가 형성되고, 그 하부내에는 제2가스분산판(22)이 장착되고, 그리고, 상기 제2확대부(20a)와 제2축소부(20c)는 각각 제18도관(72)및 제5도관(71)을 통해 상기 제2사이클론(70)에 연결되고, 상기 제2축소부(20c)의 측면에는 제2배출구(23)가 형성되고, 또한 상기 제2축소부(20c)의 일측은 제4도관(14)을 통해 제1배출구(13)와 연결되고, 그리고 상기 제2사이클론(70) 상부는 제3도관(16)을 통해 제1배가스 공급구(11)에 연결되고; 상기 제3유동층로(340)의 제1반응로(30)는 제3확대부(30a), 제3경사부(30b), 및 제3축소부(30c)로 이루어지고, 그 저부에는 환원가스를 공급받기 위한 제3배가스 공급구(31)가 형성되고, 그 하부내에는 제3가스 분산판(32)이 장착되어 있으며, 또한, 제3축소부(30c)의 일측에는 제2유동층로(20)의 제2배출구(23)와 연통되어 있는 제7도관(24)이 연결되고, 상기 제1반응로(30)의 제3확대부(30a)의 하부에는 제3배출구(33a)가 형성되고, 이 제3배출구(33a)는 제15도관(34a)을 통해 환원철 냉각장치(100)의 상부와 연통되고, 또한 제1반응로(30)의 제3축소부(30c)의 하부에는 제4배출구(33b)가 형성되고, 이 제3배출구(33b)는 제14도관(34b)을 통해 환원철 냉각장치(100)의 상부와 연통되고, 그리고 제1반응로(30)의 상부 일측은 중/미립 광석 순환관(39)을 통해 배출가스와 중/미립 철광석을 제2반응로(40)로 공급하도록 제2반응로(40)하부와 연결되고; 상기 제3유동층로(340)의 제2반응로(40)는 제4확대부(40a), 제4경사부(40b) 및 제4축소부(40c)로 이루어지고, 상기 제4축소부(40c)의 하부에는 중/미립 철광석을 배출하기 위한 제5배출구(43)가 형성되고,이 제5배출구(43)는 제16도관(44)을 통해 환원철 냉각장치(100)의 상부와 연통되고, 그 저부에는 환원가스를 공급받기 위한 제4배가스 공급구(41)가 형성되고, 그리고 그 하부내에는 가스분산판(42)이 장착되며, 상기 제2반응로(40)의 상부일측은 미분순환관(49)을 통해 미분을 제1반응로(30)로 공급하도록 제1반응로 (30)의 하부와 연결되고, 상기 제4확대부(40a) 및 미분순환관 증간부는 각각 제10도관(82) 및 제11도관(81)을 통해 상기 제3사이클론(80)과.연결되고, 또한 상기 제3사이클론(80)의 상부에 제9도관(83)이 연결되고; 그리고 상기 환원철 냉각장치(100)는 제3유동층로(340)에서 최종 환원된 고온의 환원철을 수용하여 1차로 냉각시키도록 이루어지는 1차환원철냉각부(110), 1차로 냉각된 환원철을 최종냉각시키는 최종냉각부(120) 및 상기 1차환원철 냉각부(110)에서 냉각된 환원철을 최종 냉각부(120)로 유도해주는 환원철 유도부(130)를 포함하고, 상기 1차 환원철 냉각부(110)는 냉각수 공급원과 연결되어 내부로 냉각수가 공급되어 하강하는 환원철을 냉각시키는 하나 또는 다수개의 냉각관(111)을 포함하고, 그리고 상기 최종냉각부(120)는 냉각수공급원과 연결되어 있는 냉각수 인입관(121)및 냉각수를 배출시키는 냉각수배출관(122)과 그 일단은 상기 냉각수 인입관(121)에 연결되는, 그 타단은 상기 냉각수 배출관(122)에 연결되어 그 내부로 냉각수가 흐르고 환원철의 하강통로를 형성하도록 코일링되어 있는 냉각코일(123)을 포함하여 구성되는 분철광석의 유동충로식 환원장치
4. (정정) 제3항에 있어서, 제14도관(14), 제7도관(24), 및 미분순환관(49)에는 미량의 가스를 공급하는 가스공급구(P)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 분철광석의 유동층로식 환원장치