KR20100082696A - 용광로에서의 철 제조방법 및 이 제조방법으로부터 얻어지는 상부 가스의 사용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주입된 산소 함량과 연료에 의해 용광로내에서 철을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 정화 후의 상부 가스가 파워 플랜트에 직접 사용될 수 있도록 상부 가스의 발열량이 증가되고, 제어되는 것을 특징으로 한다.

Description

용광로에서의 철 제조방법 및 이 제조방법으로부터 얻어지는 상부 가스의 사용방법{PROCESS FOR MAKING IRON IN A BLAST FURNACE AND USE OF TOP GAS RESULTING FROM SAID PROCESS}

본 발명은 용광로에서의 철 제조방법 및 파워 플랜트, 특히 복합 사이클 파워 플랜트용 연료로서, 이 제조방법으로부터 얻어지는 용광로의 상부 가스의 사용방법에 관한 것이다.

전통적인 용광로 공정으로부터 얻어지는 상부 가스(top gas)는 대부분의 경우에 부산물로서 취급되고 처리되는 비교적 저발열량 가스이다. 상부 가스의 일부는 용광로용 열풍(hot blast)을 가열하기 위해 사용될 수 있으며, 잔부는 저발열량의 가스를 요구하는 용도에 사용되지만 가끔 폐가스로서 태우게 된다.

그러나, 상부 가스를 태우는 것은 모든 경우에 적용되는 것은 아니다. 공지된 방법에 따르면, 이 저발열량 상부 가스는 전기 및 스팀을 생성시키기 위한 파워 플랜트에서 사용하기에 적합하도록 천연가스와 같은 고발열량을 갖는 가스와 혼합시킨다.

최근의 개발에 따르면, 파워 플랜트는 예를 들면 정화(cleaning) 및 혼합된 상부 가스가 전기를 생산하기 위한 복합 사이클 파워 플랜트, 특히 저발열량 합성 가스용으로 설계된 가스 터빈에 공급된 후에 코크스 오븐 및/또는 산소제강로에서 오는 가스와 혼합되는, 이탈리아 타란토의 실바 스틸웍스의 제강 밀의 바로 근처에 설치되어 있다. 저발열량 가스로 운전되는 이러한 장치는 합성 가스가 석탄 또는 폐기물 재료의 가스화에 사용되는 공지의 집적 가스화 복합 사이클(Integrated Gasification Combined Cycle)에 적합하다. 이들 모든 장치에 있어서, 특정 가스 터빈은 저발열량 가스용으로 설계하는데 사용된다. 복합 사이클 기술의 효율성 때문에, 파워 플랜트에 경제적으로 설치되고 있다.

본 발명의 목적은 생산성을 개선하는 것에 의해 증가된 철 생산을 갖는 용광로에서의 철 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고발열량을 갖는 상부 가스를 얻는 용광로에서의 철 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상부 가스의 발열량을 쉽게 제어할 수 있는 용광로에서의 철 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 파워 플랜트, 더욱 바람직하게는 복합 사이클 파워 플랜트용의 연료로서 상부 가스를 사용하는 것이다.

이들 하나 또는 그 이상의 목적은

용광로에서의 철 제조방법에 있어서,

- 용광로내에 철광석과 코크스를 제공하는 단계,

- 용광로의 저부에 송풍(blast)하는 단계,

- 용광로의 저부에 연료를 주입하는 단계,

- 용탕에 열을 제공하고 용융철을 생성하기 위해 송풍으로 코크스와 연료를 연소시키는 단계를 포함하며,

상기 송풍의 산소 함량은 30 - 100 체적%이며, 주입된 연료량은 용탕(hot metal) 톤당 220 - 500 kg 범위인 것에 의해 달성된다.

30 - 100 체적%인 송풍으로 산소를 주입하고, 동시에 소정 연료량을 주입하는 것에 의해, 상부 가스의 발열량이 증가하는 것이 달성된다. 동시에, 생산된 용탕(hot metal)의 전체 톤수가 증가된다. 본 발명에 따른 제조방법으로부터 얻어지는 고발열량의 상부 가스는, 이 가스를 다른 가스와 혼합할 필요가 없으며 정화 후에 복합 사이클 파워 플랜트에 직접 공급될 수 있다. 이 방식에 있어서, 용광로와 복합 사이클 파워 플랜트의 매우 효과적인 복합 운전이 달성된다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 송풍의 산소 함량은 바람직하게는 30 - 70 체적%, 더욱 바람직하게는 35 - 70 체적%이다.

30 체적%의 산소 함량은 가장 낮은 함량이며, 이는 이 가스를 천연가스 또는 코크스-오븐 가스와 같은 고발열량을 갖는 다른 가스와 혼합시키지 않고 파워 플랜트에서 상부 가스를 사용하는 것이 가능하도록 충분히 높은 발열량을 갖는 상부 가스를 생산하는 것이 가능하다. 이러한 이유로, 특별한 측정의 필요없이 파워 플랜 트를 가동할 수 있도록 충분히 높은 발열량을 갖는 상부 가스를 생성하는 것을 보증하도록 하한이 35 체적% 산소 함량인 것이 바람직하다.

100 체적% 산소 함량을 갖는 송풍은 충분히 높은 발열량을 갖는 상부 가스를 생산하지만, 용광로 공정이 비능률적이 될 것이다. 송풍내의 너무 많은 산소는 송풍내에 질소가 적거나 없는 것을 의미한다. 질소는 용광로의 하부로부터 상부로 상방으로 열을 이송하는 열이송매체로서 작용하기 때문에, 송풍내에 소정 함량의 질소를 갖는 것이 바람직하다. 용광로내의 너무 적은 질소는 불충분한 예열 및 예비환원 재료를 유도하며, 이와 함께 용광로의 효율을 감소시킨다. 이러한 열이송 문제는 또한 바람직한 열 균형을 얻도록 용광로의 상부 스택에 가열된 가스를 주입하는 것에 의해 해소될 수 있지만, 100% 미만의 산소를 사용하고 바람직한 질소 함량에 의해 충분한 열이송을 달성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 산소의 일부가 냉풍(cold blast)으로서 주입된다. 이는 매우 높은 산소 함량을 갖는 열풍을 분사하는 것이 어렵기 때문에, 소정 발열량을 갖는 상부 가스를 실현하도록 높은 산소 레벨이 요구될 때 산소의 적어도 일부가 냉풍으로 주입될 수 있다.

본 발명의 제조방법의 제 2 특징은 주입된 연료의 높은 비율이다. 용광로에 열풍을 주입하기 위한 송풍구(tuyere)를 통해 주입되는 석탄, 가스, 오일 등의 다양한 형태의 서로다른 연료가 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 소망 최소 발열량을 갖는 상부 가스를 실현하도록 용탕 톤당 250 kg 이상의 연료가 주입된다. 연료 품질 및 운전 환경에 따라, 연료 주입량은 용탕 톤당 300 - 400 kg 범위 또는 톤당 350 - 400 kg 범위이다. 본 발명에 따른 제조방법은 가스화를 허용하고 가스를 상부를 통해 내보내지 않고 용광로내에서 효과적으로 많은 양의 연료를 사용하도록 레이스웨이(raceway), 응집 구역 및 노 스택에서의 조건에 초점을 맞춘다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 생석회(burnt lime)가 제조시에 주입된다. 생석회가 주입되면 1차 슬래그의 낮은 액상선 온도가 실현되고, 그 결과 슬래그가 용광로의 노상(hearth)으로 더욱 쉽게 배출되며, 따라서 용광로내의 압력차를 감소시킨다. 생석회는 용탕 톤당 5 - 20 kg의 양으로 주입된다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 예비환원된 철분(pre-reduced iron fines)이 주입된다. 철분의 주입은 상부 가스에 더 높은 발열량을 유도한다. 주입된 차가운 예비환원된 철분은 용융되기 위해 열을 필요로 하며, 이 열은 높은 산소 함량을 갖는 열풍 및/또는 산소 주입과 여분의 주입 연료를 연소시키는 것에 의해 제공된다. 주입된 예비환원된 철분의 양은 용탕 톤당 20 - 200 kg 범위이며, 철분은 90%의 최소 금속화율(metallization)을 갖는다.

본 발명에 따른 제조방법으로 얻어지는 상부 가스는 파워 플랜트의 가스 터빈에 직접 사용될 수 있는 충분한 발열량을 갖는다. 바람직하게는, 상부 가스는 복합 공정의 전체 효율을 더 증가시키도록 복합 사이클 파워 플랜트에 사용된다.

도면에 있어서, 공정 흐름도는 본 발명의 공정이 채용된 용광로 및 파워 플 랜트의 가능한 실현을 도시한다.

용광로(1)에는 재료 공급부(2)로부터 코크스와 철광석이 공급되고, 송풍 시스템(3) 및 송풍 가열 시스템(4)을 통해 열풍이 공급되며, 여분의 산소는 산소 플랜트(5)로부터 공급될 수 있다. 산소 플랜트(5)에는 매우 높은 산소 함량으로 높게 복합 전체 송풍을 실현할 수 있도록 용광로내로 냉풍을 주입하기 위한 시스템에 연결되는 추가적인 산소 배출구(9)가 설치되어 있다.

연료 주입장치(6)에 의해, 연료는 용광로(1)의 하부로 송풍구를 통해 주입된다. 또한, 첨가물 주입(7)은 생석회와 철분을 용광로(1)내로 주입하는 수단에 의해 제공된다.

용광로(1)내의 철 제조공정으로 배출되는 상부 가스는 건식 및 습식 정화장치를 구비한 가스 정화 시스템(8)으로 인도된다. 상부 압력 회복 터빈에 의해, 상부 가스의 압력은 또한 전기를 생성하는데 사용된다.

정화된 상부 가스의 일부는 숭풍 가열 시스템(4)으로 복귀되어 열풍을 가열하는데 사용될 수 있다.

가스 정화 시스템(8)에 있어서, 상부 가스는 정화되어, 복합 사이클 파워 플랜트(10)로 보내진다. 복합 사이클 파워 플랜트(10)는 전기 및 스팀을 생산한다.

용광로 공정의 운전은 용광로와 복합 사이클 파워 플랜트의 복합 공정이 최적화되도록 용광로의 부하에 따른 산소, 연료 및 첨가물의 주입을 제어하는 것에 의해 조정된다. 이는 또한 복합 사이클 파워 플랜트에서 요구하는 실제 전력에 따른다.

상부 가스의 에너지 함량은 상부 가스의 소정의 특정 발열량(J/㎥)과 용탕 톤당 ㎥로 생산된 소정 체적(㎥/tHM)의 조합을 만족하는 것에 의해 최대로 된다. 이는 복합 사이클 파워 플랜트의 최대 출력 및 용광로와 복합 사이클 파워 플랜트의 가장 효율적인 복합 운전을 허용한다.

슬래그 염기도(slag basicity)의 화학적 제어는 주입된 생석회에 의해 달성된다. 이는 용광로의 정지를 요구하는 상황에서 매우 빠른 반응을 허용한다.

용광로의 가스 유동 제어는 일반적인 용광로 운전과 유사한 부하 분배(load distribution)에 의해 달성된다.

용광로의 열 제어는 레이스웨이의 열 균형을 조정함으로서 석탄 주입에 의해 달성된다.

도 1은 본 발명의 공정이 채용된 용광로 및 파워 플랜트를 도시하는 공정 흐름도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 용광로 2 : 재료 공급부

3 : 송풍 시스템 4 : 송풍 가열 시스템

5 : 산소 플랜트 6 : 연료 주입장치

7 : 첨가물 주입 8 : 가스 정화 시스템

9 : 산소 배출구 10 : 복합 사이클 파워 플랜트

Claims (10)

1. 용광로내에서의 철 제조방법에 있어서,

   - 용광로내에 철광석과 코크스를 제공하는 단계,

   - 용광로의 저부에 송풍하는 단계,

   - 용광로의 저부에 연료를 주입하는 단계,

   - 용탕에 열을 제공하고 용융철을 생성하기 위해 송풍으로 코크스와 연료를 연소시키는 단계를 포함하며,

   상기 송풍의 산소 함량은 30 - 100 체적%이며, 주입된 연료량은 용탕 톤당 220 - 500 kg 범위인 것을 특징으로 하는 철 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 송풍의 산소 함량은 35 - 70 체적%인 것을 특징으로 하는 철 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 산소는 냉풍 수단에 의해 주입되는 것을 특징으로 하는 철 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   주입된 연료량은 용탕 톤당 300 - 400 kg 범위인 것을 특징으로 하는 철 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 주입 연료는 석탄, 가스 및/또는 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 철 제조방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

   생석회가 상기 제조방법에서 주입되는 특징으로 하는 철 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   생석회는 용탕 톤당 5 - 20 kg 함량으로 주입되는 것을 특징으로 하는 철 제조방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

   예비환원된 철분이 주입되는 것을 특징으로 하는 철 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   예비환원된 철분의 주입량은 용탕 톤당 20 - 200 kg 범위인 것을 특징으로 하는 철 제조방법.
10. 복합 사이클 파워 플랜트용 연료로서, 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 기재된 제조방법으로부터 얻어지는 상부 가스의 사용방법.

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