KR20240076517A - Reduction reactor and manufacturing method of direct reduced iron - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 환원로는 철광석을 포함하는 원료 및 환원 가스를 수용할 수 있는 내부공간을 가지는 용기, 환원 가스가 통과할 수 있는 복수의 홀을 구비하며, 용기의 내부에 설치된 분산 부재 및 용기의 내부로 공급할 환원 가스의 목표 유량을 이용하여 결정된 분산 부재로부터 이격된 높이로 분산 부재의 상측에 설치되며 용기의 내부에 화염을 발생시킬 수 있는 버너를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 버너로부터 발생된 화염의 열에 의해 분산 부재가 고온으로 가열되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 또한 종래에 비해 온도가 낮은 화염을 발생시킬 수 있다. 이에, 원료 입자들의 용융으로 인한 응집을 억제 또는 방지할 수 있고, 이로 인해 정체층의 형성을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서 환원로 내부에서 원료들을 원활하게 유동시킬 수 있다.
또한, 정체층의 형성을 억제 또는 방지하면서도, 원료 및 환원 가스에 충분한 열을 가하여 환원 반응이 원활하게 일어나도록 할 수 있다.A reduction reactor according to an embodiment of the present invention includes a container having an internal space capable of accommodating a raw material containing iron ore and a reducing gas, a plurality of holes through which the reducing gas can pass, and a dispersing member installed inside the container. and a burner installed on the upper side of the dispersion member at a height spaced apart from the dispersion member determined using the target flow rate of the reducing gas to be supplied into the container and capable of generating a flame inside the container.
Therefore, according to embodiments of the present invention, it is possible to suppress or prevent the dispersion member from being heated to a high temperature by the heat of the flame generated from the burner. Additionally, it is possible to generate a flame at a lower temperature than before. Accordingly, agglomeration due to melting of raw material particles can be suppressed or prevented, and thus the formation of a stagnation layer can be suppressed or prevented. Therefore, raw materials can flow smoothly inside the reduction furnace.
In addition, while suppressing or preventing the formation of a stagnation layer, sufficient heat can be applied to the raw materials and reducing gas to ensure that the reduction reaction occurs smoothly.
Description
본 발명은 환원로 및 환원철의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원료의 유동을 원활하게 할 수 있는 환원로 및 환원철의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reduction furnace and a method for producing reduced iron, and more specifically, to a reduction furnace and a method for producing reduced iron that can facilitate the flow of raw materials.
고로 공정은 코크스 제조 설비 및 소결광 제조 설비 등의 여러 부대 설비가 필요하다. 또한, 부대 설비에서 배출되는 물질에 의한 환경 오염 발생이 발생되고, 환경 오염 방지 설비를 위한 비용이 상승하는 문제가 있다.The blast furnace process requires several auxiliary facilities such as coke manufacturing equipment and sinter ore manufacturing equipment. In addition, there is a problem that environmental pollution occurs due to substances discharged from auxiliary equipment and the cost of environmental pollution prevention equipment increases.
따라서, 전세계 광석 생산량의 80% 이상을 점유하고 있는 분철광석(분광)을 직접 사용하여 용철을 제조하는 공법이 사용되고 있다. 이러한 용철 제조 설비는 분철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 유동 환원로 및 유동 환원로로부터 제공된 환원철을 용융시켜 용철을 제조하는 용해 장치를 포함한다.Therefore, a method of manufacturing molten iron by directly using powdered iron ore, which accounts for more than 80% of the world's ore production, is being used. This molten iron manufacturing facility includes a fluidized reduction furnace for producing reduced iron by reducing powdered iron ore, and a melting device for producing molten iron by melting the reduced iron provided from the fluidizing reduction furnace.
유동 환원로는 용기 및 가스가 통과할 수 있는 복수의 홀을 가지는 분산 부재를 포함한다. 분산 부재는 용기 내부에 설치되며, 분산 부재의 하측으로 환원 가스가 공급되고 분산 부재의 상측에는 분철광석이 장입된다.The fluidized reduction furnace includes a container and a dispersing member having a plurality of holes through which gas can pass. The dispersing member is installed inside the container, reducing gas is supplied to the lower side of the dispersing member, and powdered iron ore is charged to the upper side of the dispersing member.
분산 부재의 하측으로 환원 가스가 공급되면, 상기 환원 가스가 분산 부재에 마련된 복수의 홀을 통과하여 상측으로 분사된다. 이렇게 상측으로 분사되는 환원 가스에 의해 분산 부재의 상측에 있는 분철광석이 유동된다. 그리고 분철광석은 유동하면서 환원 가스와 반응하며, 이에 분철광석이 환원되어 환원철로 제조된다.When reducing gas is supplied to the lower side of the dispersing member, the reducing gas passes through a plurality of holes provided in the dispersing member and is injected upward. The powdered iron ore on the upper side of the dispersing member flows due to the reducing gas injected upward in this way. And while the powdered iron ore flows, it reacts with the reducing gas, and the powdered iron ore is reduced and produced into reduced iron.
유동 환원로의 내부에서 분철광석과 환원 가스가 원활히 반응하기 위해서는 유동 환원로의 내부가 소정 온도 이상으로 유지되어야 한다. 그런데, 분철광석과 환원 가스 간의 반응은 흡열 반응이 우세한 반응이기 때문에, 환원 반응 중에 유동 환원로 내부의 온도가 하락할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 유동 환원로에 버너를 설치하여 화염을 발생시킴으로써, 유동 환원로를 가열한다. 이때 버너는 분산 부재의 상측에 위치되게 설치된다.In order for the powdered iron ore and reducing gas to react smoothly inside the fluidized reduction furnace, the interior of the fluidized reduction furnace must be maintained above a predetermined temperature. However, since the reaction between powdered iron ore and reducing gas is a predominantly endothermic reaction, the temperature inside the fluidized reduction furnace may decrease during the reduction reaction. To solve this problem, a burner is installed in the fluidized reduction furnace to generate a flame, thereby heating the fluidized reduction furnace. At this time, the burner is installed to be located above the dispersion member.
한편, 버너로부터 발생된 화염의 온도가 너무 높으면, 분철광석 입자들이 용융되어 서로 엉겨 붙을 수 있다. 그리고 분철광석 입자들이 엉겨 붙어 덩어리가 되면, 분철광석의 유동이 원활하지 않다. 이에 분철광석이 유동하지 않거나, 작은 유동만이 일어나는 정체 현상이 발생된다.On the other hand, if the temperature of the flame generated from the burner is too high, the powdered iron ore particles may melt and stick together. And when the powdered iron ore particles clump together and form a lump, the powdered iron ore does not flow smoothly. As a result, a stagnation phenomenon occurs in which powdered iron ore does not flow or only small flows occur.
또한, 화염의 온도가 너무 높거나, 버너와 분산 부재 간의 거리가 가까운 경우, 분산 부재의 온도가 높아지게 된다. 이러한 경우 분철광석 입자들이 분산 부재의 열에 의해 용융되어 서로 엉겨 붙게 되고, 이로 인해 분산 부재의 홀이 막히게 된다. 분산 부재의 홀이 막히면 환원 가스가 통과할 수 없기 때문에 분산 부재의 상측에서 분철광석의 유동이 원활하지 않게 되는 문제가 있다.Additionally, if the temperature of the flame is too high or the distance between the burner and the dispersion member is short, the temperature of the dispersion member becomes high. In this case, the powdered iron ore particles are melted by the heat of the dispersing member and become entangled together, which causes the holes of the dispersing member to become clogged. If the hole of the dispersion member is blocked, the reducing gas cannot pass through, so there is a problem in that the flow of powdered iron ore on the upper side of the dispersion member is not smooth.
본 발명은 원료의 유동이 정체되는 것을 억제 또는 방지할 수 있는 환원로 및 환원철의 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a reduction furnace and a method for producing reduced iron that can suppress or prevent stagnation of the flow of raw materials.
본 발명은 분산 부재의 홀이 폐쇄되는 것을 억제 또는 방지할 수 있는 환원로 및 환원철의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a reduction furnace and a method for producing reduced iron that can suppress or prevent the holes of the dispersion member from being closed.
본 발명은 화염의 온도를 낮출 수 있는 환원로 및 환원철의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a reduction furnace capable of lowering the temperature of the flame and a method for producing reduced iron.
본 발명의 실시예에 따른 환원로는 철광석을 포함하는 원료 및 환원 가스를 수용할 수 있는 내부공간을 가지는 용기; 상기 환원 가스가 통과할 수 있는 복수의 홀을 구비하며, 상기 용기의 내부에 설치된 분산 부재; 및 상기 용기의 내부로 공급할 환원 가스의 목표 유량을 이용하여 결정된 상기 분산 부재로부터 이격된 높이로 상기 분산 부재의 상측에 설치되며 상기 용기의 내부에 화염을 발생시킬 수 있는 버너;를 포함할 수 있다.A reduction reactor according to an embodiment of the present invention includes a container having an internal space capable of accommodating a raw material including iron ore and a reducing gas; a dispersing member installed inside the container and having a plurality of holes through which the reducing gas can pass; and a burner installed on an upper side of the dispersion member at a height spaced apart from the dispersion member determined using the target flow rate of the reducing gas to be supplied into the container and capable of generating a flame inside the container. .
상기 버너의 설치 높이는, 상기 환원 가스의 목표 유량에 따라 조절된 상기 분산 부재에 마련된 홀의 직경(dor) 및 환원 가스의 유속(uor) 중 적어도 하나를 이용하여 결정된 높이이다.The installation height of the burner is a height determined using at least one of the diameter of the hole provided in the dispersion member (d or ) and the flow rate (u or ) of the reducing gas, which are adjusted according to the target flow rate of the reducing gas.
상기 버너가 설치된 높이는, 상기 분산 부재의 상측으로 공급되는 원료로 이루어진 원료층으로 환원 가스가 침투하는 깊이(lj) 이상이고, 원료층의 상부 높이 이하일 수 있다.The height at which the burner is installed may be greater than or equal to the depth (l j ) at which the reducing gas penetrates into the raw material layer made of raw materials supplied to the upper side of the dispersing member, and may be less than or equal to the upper height of the raw material layer.
상기 버너는, 일 방향으로 연장 형성된 본체; 및 상기 본체의 연장 방향으로 연장되며, 상기 본체의 일단과 가까워질수록 상호 간의 이격거리가 가까워지게 마련되어, 상기 본체의 내부에 설치된 복수의 노즐을 포함할 수 있다.The burner includes a body extending in one direction; and a plurality of nozzles installed inside the main body, which extend in the direction in which the main body extends and whose distance between them becomes closer as they get closer to one end of the main body.
상기 복수의 노즐 각각이 기울어진 각도는 20°내지 45°일 수 있다.The tilt angle of each of the plurality of nozzles may be 20° to 45°.
상기 복수의 노즐은 상기 본체의 직경 방향 중심을 기준으로 대칭되게 마련될 수 있다.The plurality of nozzles may be provided symmetrically with respect to the radial center of the main body.
본 발명의 실시예에 따른 환원철의 제조 방법은, 환원로의 용기로 공급할 환원 가스의 목표 유량을 이용하여 상기 용기의 내부에 설치된 분산 부재를 기준으로 한 버너의 설치 높이(Hb)를 결정하는 과정; 상기 분산 부재로부터 상측으로의 이격 거리가 상기 결정된 설치 높이(Hb)가 되도록, 버너를 상기 용기에 설치하는 과정; 상기 분산 부재의 상측으로 철광석을 포함하는 원료를 공급하는 과정; 상기 분산 부재의 홀로 환원 가스를 통과시켜 상기 분산 부재의 상측에 있는 원료를 유동시키는 과정; 상기 버너를 이용하여 용기의 내부에 화염을 발생시키는 과정; 및 상기 원료와 환원 가스를 반응시켜 상기 원료를 환원시키는 과정;을 포함할 수 있다.The method for producing reduced iron according to an embodiment of the present invention is to determine the installation height (H b ) of the burner based on the dispersion member installed inside the container using the target flow rate of the reducing gas to be supplied to the container of the reduction furnace. procedure; A process of installing a burner in the container such that the distance from the dispersion member to the upper side is the determined installation height (H b ); A process of supplying raw materials including iron ore to the upper side of the dispersion member; A process of passing a reducing gas through a hole of the dispersion member to flow the raw material on the upper side of the dispersion member; A process of generating a flame inside the container using the burner; and a process of reducing the raw material by reacting the raw material with a reducing gas.
상기 버너를 설치할 높이(Hb)를 결정하는 과정 전에, 상기 환원 가스의 목표 유량을 결정하는 과정; 및 결정된 환원 가스의 목표 유량 및 상기 분산 부재에 마련된 홀의 직경(dor)을 이용하여, 상기 용기로 공급할 환원 가스의 유속(uor)을 결정하는 과정;을 포함할 수 있다.Before determining a height (H b ) to install the burner, determining a target flow rate of the reducing gas; and determining the flow rate (u or ) of the reducing gas to be supplied to the container using the determined target flow rate of the reducing gas and the diameter (d or ) of the hole provided in the dispersion member.
상기 버너의 설치 높이(Hb)를 결정하는 과정은, 상기 홀의 직경(dor) 및 환원 가스의 유속(uor)를 이용하여, 상기 분산 부재 상측의 원료층으로 환원 가스가 침투하는 깊이(lj)를 예측하는 과정; 및 상기 예측된 침투 깊이(lj) 이상의 높이로 상기 버너를 설치할 높이(Hb)를 결정하는 과정;을 포함할 수 있다.The process of determining the installation height (H b ) of the burner is the depth ( The process of predicting l j ); And it may include a process of determining the height (H b ) at which the burner will be installed at a height higher than the predicted penetration depth (l j ).
상기 원료층으로 환원 가스가 침투하는 깊이(lj)를 예측하는 과정은, 상기 홀의 직경(dor), 환원 가스의 유속(uor), 환원 가스의 밀도(ρg), 상기 원료 입자의 밀도(ρs), 원료 입자의 입경(dp), 환원 가스의 동적 점성도(μ)를 이용하여 환원 가스의 침투 깊이(lj)를 연산하는 과정을 포함할 수 있다.The process of predicting the depth (l j ) at which the reducing gas penetrates into the raw material layer includes the diameter of the hole (d or ), the flow rate of the reducing gas (u or ), the density of the reducing gas (ρ g ), and the raw material particles. It may include a process of calculating the penetration depth (l j ) of the reducing gas using the density (ρ s ), the particle size of the raw material particles (d p ), and the dynamic viscosity (μ) of the reducing gas.
상기 버너를 설치할 높이(Hb)를, 상기 예측된 침투 깊이(lj) 이상이며 원료층의 상부 높이 이하인 범위에서 결정하는 포함할 수 있다.The height (H b ) at which the burner is to be installed may be determined in a range that is greater than or equal to the predicted penetration depth (l j ) and less than or equal to the upper height of the raw material layer.
상기 버너를 이용하여 용기의 내부에 화염을 발생시키는 과정은, 상기 버너에 마련된 복수의 노즐 각각으로 산화제를 공급하는 과정; 상기 복수의 노즐 각각으로부터 산화제를 분사하여 산화제 스트림을 형성하는 과정; 복수의 상기 산화제 스트림을 충돌시켜 산화제 스트림을 퍼트리는 과정; 및 상기 산화제 스트림과 환원 가스를 반응시켜 화염을 발생시키는 과정;을 포함할 수 있다.The process of generating a flame inside the container using the burner includes supplying an oxidizing agent to each of a plurality of nozzles provided in the burner; forming an oxidizing agent stream by spraying an oxidizing agent from each of the plurality of nozzles; A process of colliding a plurality of the oxidant streams to spread the oxidant streams; and a process of generating a flame by reacting the oxidizing agent stream with the reducing gas.
상기 복수의 노즐 각각으로부터 산화제를 분사하는 과정은, 상기 복수의 노즐 각각에서 분사되는 산화제가 상기 버너와 멀어질수록 상기 버너의 직경 방향 중심과 가까워지게 경사진 흐름을 가지도록 분사시키는 과정을 포함할 수 있다.The process of spraying the oxidizing agent from each of the plurality of nozzles may include spraying the oxidizing agent from each of the plurality of nozzles so that the oxidizing agent injected from each of the plurality of nozzles has an inclined flow that becomes closer to the radial center of the burner as the distance from the burner increases. You can.
상기 산화제는 산소(O) 및 질소(N2)를 포함할 수 있다.The oxidizing agent may include oxygen (O) and nitrogen (N 2 ).
상기 복수의 노즐 각각으로부터 분사되는 산화제의 유속을 80 m/sec 내지 100 m/sec로 조절하는 과정을 포함할 수 있다.It may include a process of adjusting the flow rate of the oxidant sprayed from each of the plurality of nozzles to 80 m/sec to 100 m/sec.
상기 환원 가스는 수소(H2) 가스를 포함할 수 있다.The reducing gas may include hydrogen (H 2 ) gas.
본 발명의 실시예들에 의하면, 버너로부터 발생된 화염의 열에 의해 분산 부재가 고온으로 가열되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 또한 종래에 비해 온도가 낮은 화염을 발생시킬 수 있다. 이에, 원료 입자들의 용융으로 인한 응집을 억제 또는 방지할 수 있고, 이로 인해 정체층의 형성을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서 환원로 내부에서 원료들을 원활하게 유동시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, it is possible to suppress or prevent the dispersion member from being heated to a high temperature by the heat of the flame generated from the burner. Additionally, it is possible to generate a flame at a lower temperature than before. Accordingly, agglomeration due to melting of raw material particles can be suppressed or prevented, and thus the formation of a stagnation layer can be suppressed or prevented. Therefore, raw materials can flow smoothly inside the reduction furnace.
또한, 정체층의 형성을 억제 또는 방지하면서도, 원료 및 환원 가스에 충분한 열을 가하여 환원 반응이 원활하게 일어나도록 할 수 있다.In addition, while suppressing or preventing the formation of a stagnation layer, sufficient heat can be applied to the raw materials and reducing gas to ensure that the reduction reaction occurs smoothly.
도 1은 본 발명의 용철 제조 설비를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환원로를 도시한 도면이다.
도 3은 환원로의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 버너의 정면 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 버너의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 버너로부터 분사되는 산화제의 흐름을 설명하는 도면이다.
도 7은 실험용 환원로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 실험용 환원로의 소정 높이에서 수평 방향의 온도를 측정한 결과이다.
도 9는 실험용 환원로에 있어서 분산 부재로부터 상측으로 소정 높이까지의 영역에 대한 온도를 측정한 결과이다.
도 10은 실험용 환원로의 용기에 하나의 노즐을 구비하는 제1타입의 버너를 설치하여 화염을 발생시켰을 때, 용기 내부에서 높이 별 온도 분포를 나타낸 결과이다.
도 11은 실험용 환원로의 용기에 제1 및 제2노즐을 구비하는 제2타입의 버너를 설치하여 화염을 발생시켰을 때, 용기 내부에서 높이 별 온도 분포를 나타낸 결과이다.1 is a diagram schematically showing a molten iron manufacturing facility of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing a reduction furnace according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the reduction furnace.
Figure 4 is a front cross-sectional view of a burner according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a plan view of a burner according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram explaining the flow of oxidant sprayed from a burner according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram schematically showing an experimental reduction reactor.
Figure 8 shows the results of measuring the temperature in the horizontal direction at a predetermined height of the experimental reduction furnace.
Figure 9 shows the results of measuring the temperature of the area from the dispersion member to a predetermined height upward in the experimental reduction furnace.
Figure 10 is a result showing the temperature distribution by height inside the container when a first type burner with one nozzle is installed in the container of an experimental reduction furnace to generate a flame.
Figure 11 is a result showing the temperature distribution by height inside the vessel when a second type of burner having first and second nozzles is installed in the vessel of an experimental reduction furnace to generate a flame.
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. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. These embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. This is provided to inform you. The drawings may be exaggerated to explain embodiments of the present invention, and like symbols in the drawings refer to like elements.
도 1은 본 발명의 용철 제조 설비를 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a diagram schematically showing a molten iron manufacturing facility of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용철 제조 설비는 환원철을 제조할 수 있는 환원부(2100)를 구비하는 환원철 제조 장치(2000) 및 환원철을 용해시킬 수 있는 용해 장치(3000)를 포함한다. 또한, 용철 제조 설비는 환원부(2100)로 원료를 공급할 수 있도록 설치되는 원료 공급 장치(1000) 및 용해 장치(3000)에서 배출되는 배가스를 환원부(2100)로 공급할 수 있도록 용해 장치(3000)와 환원부(2100)를 연결하도록 설치된 배가스 공급 라인(4000)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the molten iron production facility according to an embodiment of the present invention includes a reduced iron production device 2000 having a
그리고, 용철 제조 설비는 환원철 제조 장치(2000)에서 제조된 분말 상태의 환원철을 성형하는 성형 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, the molten iron manufacturing facility may further include a molding device (not shown) that molds the powdered reduced iron produced in the reduced iron manufacturing device 2000.
원료 공급 장치(1000)는 환원부(2100)에 원료를 공급할 수 있도록 설치된다. 여기서 원료는 철광석을 포함할 수 있으며, 철광석은 그 입도가 0mm를 초과하고, 0mm 이하인 미분 철광석 즉, 분철광석을 포함할 수 있다. 원료 공급 장치(1000)는 예를 들어 원료를 저장할 수 있는 저장기를 포함할 수 있다. 저장기의 내부 공간에는 원료가 장시간 저장되거나, 환원철 제조 장치(2000)로 원료를 공급하기 전에 일시적으로 저장될 수 있다. 이와 같은 저장기는 예를 들어 호퍼(hopper)를 포함할 수 있다.The raw
용해 장치(3000)는 환원철 제조 장치(2000)로부터 환원철을 공급받고, 공급받은 환원철을 용해시킨다. 이때 용해 장치(3000)는 미분의 환원철이거나, 미분의 환원철을 성형장치에서 괴성화하여 마련한 환원철일 수 있다.The
용해 장치(3000)는 예를 들어 전열을 이용하여 환원철을 용해시키는 장치일 수 있다. 즉, 용해 장치(3000)는 전기적 에너지를 이용하여 환원철을 용해시키는 장치일 수 있다. 또한, 용해 장치(3000)에는 환원철 외에 철 스크랩 등을 더 공급받아 환원철과 철 스크랩을 함께 용해시킬 수도 있다. 이러한 용해 장치(3000)는 전열을 이용하여 환원철을 용해시킬 수 있는 용해 공간을 가지는 전기로를 포함할 수 있다. 이와 같은 전기로는 용해 공간을 가지는 전기로 본체(3100) 및 전열을 생성할 수 있도록 적어도 일부가 용해 공간에 배치되는 전극봉(3200)을 포함할 수 있다. 전기로는 용해 공간에 환원철이 장입되면 전극봉(3200)에 전력을 인가하여 환원철을 용해시키며, 이에 용철이 제조된다. 그리고 전기로에서 용철 제조시에 발생되는 배가스는 배가스 공급 라인(4000)을 통해 환원부(2100)로 공급될 수 있다.The
용해 장치(3000)에서 환원철이 용해될 때 가스가 발생되는데, 상기 가스에는 가연성 성분인 CO(일산화탄소) 및 CH4(메탄) 중 적어도 하나가 포함되어 있다. 상술한 CO(일산화탄소) 및 CH4(메탄)은 철광석과 환원될 수 있는 성분들이다. 이에, 용해 장치(3000)에서 발생되어 배출되는 가스(이하, 배가스)를 회수하고, 이를 환원철 제조 장치의 환원부로 공급한다. 그리고 환원철 제조 장치에서는 용해 장치(3000)로부터 공급된 배가스를 이용하여 철광석을 환원시킨다. 이때, 용해 장치(3000)로부터 배출된 배가스는 배가스 공급 라인(4000)을 통해 환원부(2100)로 공급될 수 있다.When reduced iron is dissolved in the
상기에서는 용해 장치(3000)가 전기로를 포함하는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고 용해 장치(3000)는 용융가스화로를 포함할 수 있다. 용융가스화로의 내부에는 석탄으로 이루어진 석탄 충전층이 형성되어 있다. 그리고 용융 가스화로로 환원철 및 부원료를 투입시키고, 외벽에 설치된 다수의 풍구를 통해 산소를 취입시킨다. 이에 석탄 충전층이 취입된 산소에 의해 연소되고, 이로 인해 환원철이 용융되어 용철이 제조된다. 그리고 용융가스화로에서 용철 제조시에 발생되는 배가스는 배가스 공급 라인(4000)을 통해 환원부(2100)로 공급될 수 있다. In the above, it was explained that the
환원철 제조 장치(2000)는 철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 환원부(2100)를 포함한다. 또한, 환원철 제조 장치(2000)는 환원부(2100)로 수소를 포함하는 환원 가스를 공급하는 수소 가스 공급부(2200)를 포함할 수 있다.The reduced iron production apparatus 2000 includes a
먼저, 수소 가스 공급부(2200)에 대해 설명한다. 수소 가스 공급부(2200)는 원료 즉, 철광석을 환원시키기 위한 환원용 가스인 수소 가스를 환원부(2100)로 공급한다. 한편, 환원부(2100)에서 원료를 환원시킬 때 발생되는 부생물은 수증기, 수소 가스, 질소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함한다. 수소 가스 공급부(2200)는 환원부(2100)에서 발생되어 배출되는 부생물을 처리하여 수소 가스를 제조하고, 이 수소 가스를 환원부(2100)로 공급하도록 마련된 수단일 수 있다.First, the hydrogen gas supply unit 2200 will be described. The hydrogen gas supply unit 2200 supplies hydrogen gas, which is a reducing gas for reducing the raw material, that is, iron ore, to the
이러한 수소 가스 공급부(2200)는 환원부(2100)에서 생성된 부생물을 배출시킬 수 있도록 환원부(2100)에 연결된 배기관(2210), 부생물을 공급받아 수소 가스를 추출할 수 있도록 배기관(2210)에 연결된 추출기(2220), 추출기(2220)에서 추출된 또는 생성된 수소 가스를 환원부(2100)로 공급할 수 있도록 상기 추출기(2220)와 환원부(2100)를 연결하도록 설치된 공급관(2230) 및 공급관(2230)의 연장 경로 상에 설치되어 추출기(2220)에서 생성된 수소 가스를 가열하는 가열기(2240)를 포함할 수 있다. 또한, 수소 가스 공급부(2200)는 부생물로부터 미립의 입자와 같은 더스트를 집진할 수 있도록 배기관(2210)에 설치된 집진기(2250)를 더 포함할 수 있다.This hydrogen gas supply unit 2200 includes an
집진기(2250)는 추출기(2220)와 환원부(2100) 사이에 위치되게 배기관(2210)에 설치될 수 있다. 또한 집진기(2250)는 예를 들어 습식 방법으로 더스트를 집진하는 습식 집진기일 수 있다. 물론 집진기(2250)는 상술한 예에 한정되지 않고 부생물로부터 더스트를 집진시킬 수 있는 다양한 수단이 적용될 수 있다.The
추출기(2220)는 환원부(2100)로부터 배출되는 부생물로부터 수소 가스를 추출한다. 전술한 바와 같이 환원부(2100)로부터 배출되는 부생물은 수증기, 수소 가스, 질소 가스 및 이산화탄소 가스를 포함한다. 추출기(2220)는 배기관(2210)으로부터 공급받은 부생물로부터 수소 가스를 추출한다. 이러한 추출기(2220)는 예를 들어 압력 스윙 흡착(PSA; Pressure Swing Absorption) 방법으로, 부생물로부터 수소 가스를 추출하는 수단일 수 있다. 즉, 압력 스윙 흡착 방식은 흡착제에 대한 각 성분의 흡착 선택도를 이용하여 가스를 추출하는데, 추출기(2220)는 수소 가스 외에 다양한 가스를 포함하는 부생물로부터 수소 가스를 추출하기 위해 수소 성분을 흡착할 수 있는 탄소 분자체(carbon molecular sieve)를 흡착제로 사용할 수 있다. 이때, 흡착제에 흡착된 수소 성분은 탈착되어 수소 가스로 추출될 수 있으며, 추출기(2220)는 이와 같이 수소 성분의 흡착 및 탈착을 반복적으로 수행함으로써 부생물로부터 수소 가스를 추출할 수 있다.The
추출기(2220)에서 추출된 수소 가스는 공급관(2230)을 통해 환원부(2100)로 공급된다. 이렇게 환원부(2100)로 공급된 수소 가스는 환원부(2100)에서 철광석을 환원시키는데 사용될 수 있다. 즉, 환원부(2100)로 공급된 수소 가스는 철광석을 환원시킨다. 이에 환원부(2100)로 공급되는 수소 가스는 철광석을 환원시키는 '환원 가스'로 명명될 수 있다.Hydrogen gas extracted from the
환원부(2100)에서는 철광석을 포함하는 원료와 추출기(2220)에서 추출된 수소 가스를 반응하여 철광석을 환원시킨다. 이때 철광석과 수소 가스의 반응은 강력한 흡열 반응이므로, 환원부(2100)에 공급되는 수소 가스는 800℃ 이상, 보다 적합하게는 850℃ 이상의 온도로 가열하여 공급하는 경우 반응 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 추출기(2220)와 환원부(2100) 사이에 위치하도록 공급관(2230)의 연장 경로 상에 가열기(2240)를 설치한다. 가열기(2240)는 추출기(2220)로부터 공급받은 수소 가스를 가열하고, 가열된 수소 가스는 공급관(2230)을 통해 환원부(2100)로 공급된다. 수소 가스를 직접 가열 방식 또는 간접 가열 방식으로 가열하기 위한 다양한 수단이 적용될 수 있다.In the
환원부(2100)로 공급된 철광석을 모두 환원시키기 위해서는 충분한 양의 수소 가스가 공급되어야 한다. 그리고 일반적으로 수소 가스는 매우 고가이기 때문에, 수소 가스를 별도로 구매하여 환원부(2100)로 공급하기 위해서는 고비용이 소요되는 문제가 있다. 그러나 실시예에서는 환원부(2100)에서 배출되는 부생물로부터 수소 가스를 추출하고 이를 다시 환원부(2100)로 공급하여 환원 가스로 사용한다. 즉, 환원부(2100)에서 생성된 부생물을 재활용한다. 이에 따라 환원철을 제조하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있다.In order to reduce all the iron ore supplied to the
상기에서는 수소 가스 공급부(2200)가 환원부(2100)에서 배출되는 부생물을 후처리 또는 개질하여 수소 가스를 제조하고, 이를 환원부(2100)로 공급하도록 마련되는 것을 설명하였다. 하지만 수소 가스 공급부(2200)는 환원부(2100)로부터 배출된 부생물을 재활용하지 않고, 별도로 마련된 수소 가스를 환원부(2100)로 공급할 수 있도록 마련될 수 있다. 이러한 경우 수소 가스 공급부(2200)는 수소 가스가 저장된 저장기, 저장기와 환원부를 연결하는 공급관(2230) 및 공급관(2230)의 연장 경로 상에 설치되어 수소 가스를 가열하는 가열기(2240)를 포함하도록 마련될 수 있다.In the above, it was explained that the hydrogen gas supply unit 2200 is provided to produce hydrogen gas by post-processing or reforming the by-products discharged from the
이처럼 수소 가스를 이용하여 철광석을 환원시켜 환원철을 제조하고, 상기 환원철을 용융시켜 용철을 제조하는 공정은 '수소 환원 제철 공정'으로 명명되는 공정일 수 있다. 수소 환원 제철 공정에서는 환원부(2100)로 수소 가스를 공급하여 원료를 환원시키며, 수소 가스는 철광석과 반응하여 물 또는 수증기를 발생시키고 이산화탄소를 발생시키지 않는다. 따라서, 수소 가스를 환원부(2100)로 공급하여 원료를 환원시키는 경우, 탄소 배출을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 수소 가스 만을 환원부(2100)로 공급하여 원료를 환원시키거나, 용해 장치(3000)로부터 배출된 배가스와 수소 가스를 혼합한 가스를 환원부(2100)로 공급하여 원료를 환원시키는 수소 환원 제철 공정은, 배가스 만을 이용하여 원료를 환원시키는 공정에 비해 탄소 배출을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In this way, the process of producing reduced iron by reducing iron ore using hydrogen gas, and producing molten iron by melting the reduced iron, may be a process called 'hydrogen reduction iron making process'. In the hydrogen reduction steelmaking process, hydrogen gas is supplied to the
물론, 실시예는 수소 가스만을 환원부(2100)로 공급하거나, 용해 장치(3000)로부터 배출된 배가스와 수소 가스를 혼합하여 환원부(2100)로 공급하는 수소 환원 제철 공정뿐만 아니라, 용해 장치(3000)로부터 배출된 배가스 만을 환원부(2100)로 공급하는 일반 제철 공정에도 적용될 수 있다.Of course, the embodiment is not only a hydrogen reduction steelmaking process in which only hydrogen gas is supplied to the
환원부(2100)는 원료를 환원시켜 환원철을 제조한다. 즉, 환원부(2100)는 원료 공급 장치(1000)로부터 철광석을 포함하는 원료를 공급받고, 철광석을 환원 가스와 반응시켜 환원철을 제조한다. 여기서 환원부(2100)로 공급되는 환원 가스는 수소 가스 공급부(2200)로부터 공급된 수소 가스 및 용해 장치(3000)로부터 배출된 배가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
이하, 환원부(2100)를 설명하는데 있어서, 수소 가스 공급부(2200)로부터 제공되어 환원부(2100)로 공급되는 수소 가스 및 용해 장치(3000)로부터 제공되어 환원부(2100)로 공급되는 배가스를 '환원 가스'로 통칭하여 설명한다.Hereinafter, in explaining the
환원부(2100)는 원료를 유동시키면서 환원철을 제조하는 환원로를 포함할 수 있다. 그리고 환원로는 단일로 마련될 수도 있으나, 철 함량이 낮은 저품위 철광석 또는 분철광석을 효과적으로 환원시키기 위해 복수개로 마련될 수 있다. 이렇게 환원로가 복수개로 마련되는 경우, 환원부(2100)는 복수의 환원로(2100a 내지 2100d) 사이를 연결하도록 설치된 복수의 원료 이송관(2111a 내지 2111c) 및 복수의 가스 이송관(2112a 내지 2112c)을 포함할 수 있다.The
환원로(2100a 내지 2100d)는 전술한 바와 같이 복수개로 마련될 수 있다. 그리고 복수의 환원로(2100a 내지 2100d)는 도 1에 도시된 바와 같이 원료를 순차적으로 이동시킬 수 있도록, 상호 연결될 수 있다. 환원로(2100a 내지 2100d)의 개수는 특별히 한정되지 않으나, 원료를 충분하게 환원시키기 위하여, 환원부(2100)는 4개의 환원로(제1 내지 제4환원로(2100a 내지 2100d))를 포함하도록 마련될 수 있다. 그리고 환원부(2100)가 4 개의 환원로(2100a 내지 2100d)를 포함하는 경우, 환원부(2100)는 3 개의 원료 이송관(2111a 내지 2111c) 및 3 개의 가스 이송관(2112a 내지 2112c)을 포함할 수 있다.As described above, a plurality of
제1 내지 제4환원로(2100a 내지 2100d) 중 제1환원로(2100a)에는 원료 공급 장치(1000) 및 수소 가스 공급부(2200)의 배기관(2210)이 연결될 수 있다. 즉, 원료 공급 장치(1000)는 제1환원로(2100a)와 연결되게 설치되며, 이에 원료 공급 장치(1000)로부터 배출된 원료는 제1환원로(2100a)로 장입된다. 그리고, 제1환원로(2100a)에 수소 가스 공급부(2200)의 배기관(2210)이 연결된다. 이에 제1환원로(2100a)에서 배출되는 부생물이 배기관(2210)을 통해 배출된다.The raw
제1 내지 제4환원로(2100a 내지 2100d) 중 제4환원로(2100d)에는 수소 가스 공급부(2200)의 공급관(2230) 및 배가스 공급 라인(4000) 중 적어도 하나가 연결된다. 이에, 추출기(2220)에서 추출된 수소 가스는 공급관(2230)을 통해 제4환원로(2100d)로 공급될 수 있고, 용해 장치(3000)의 배가스는 배가스 공급 라인(4000)을 통해 제4환원로(2100d)로 공급될 수 있다.At least one of the
제1 내지 제4환원로(2100a 내지 2100d)들을 연결하도록 원료 이송관(2111a 내지 2111c)이 설치된다. 즉, 제1환원로(2100a)와 제2환원로(2100b) 사이에 제1원료 이송관(2111a), 제2환원로(2100b)와 제3환원로(2100c) 사이에 제2원료 이송관(2111b), 제3환원로(2100c)와 제4환원로(2100d) 사이에 제3원료 이송관(2111c)이 설치된다. 이에 제1환원로(2100a)로 공급되어 1차 환원된 원료는 제1원료 이송관(2111a)을 통해 제2환원로(2100b)로 공급되고, 제2환원로(2100b)에서 2차 환원된 원료는 제2원료 이송관(2111b)을 통해 제3환원로(2100c)로 공급되며, 제3환원로(2100c)에서 3차 환원된 원료는 제3원료 이송관(2111c)을 통해 제4환원로(2100d)로 공급된다. 그리고 제4환원로(2100d)에서 4차 환원된 원료 즉 환원철은 용해 장치(3000)로 공급된다.Raw
제1 내지 제4환원로(2100a 내지 2100d)들을 연결하도록 가스 이송관(2112a 내지 2112c)이 설치된다. 즉, 제4환원로(2100d)와 제3환원로(2100c) 사이에 제1가스 이송관(2112a), 제3환원로(2100c)와 제2환원로(2100b) 사이에 제2가스 이송관(2112b), 제2환원로(2100b)와 제1환원로(2100a) 사이에 제3원료 이송관(2111c)이 설치된다. 이에, 제4환원로(2100d)로 공급된 환원 가스가 제1 내지 제3가스 이송관(2112a 내지 2112b)을 통해 제2 내지 제4환원로(2100a 내지 2100d)로 순차적으로 이송된다. 즉, 제4환원로(2100d)로 공급된 환원 가스는 제1가스 이송관(2112a)을 통해 제3환원로(2100c)로 공급되고, 제3환원로(2100c)로 공급된 환원 가스는 제2가스 이송관(2112b)을 통해 제2환원로(2100b)로 공급되며, 제2환원로(2100b)로 공급된 환원 가스는 제3가스 이송관(2112c)을 통해 제1환원로(2100a)로 공급된다. 이때 제1 내지 제3가스 이송관(2112a 내지 2112c)을 통해 제3환원로(2100c), 제2환원로(2100b) 및 제1환원로(2100a)로 공급되는 가스는 제4환원로(2100d)로 공급된 환원 가스뿐만 아니라, 각 환원로에서 환원 반응 중에 발생된 가스를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환원로를 도시한 도면이다. 도 3은 환원로의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.Figure 2 is a diagram showing a reduction furnace according to an embodiment of the present invention. Figure 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the reduction furnace.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 내지 제4 환원로(2100a 내지 2100d) 각각은 원료를 수용시킬 수 있고 원료를 환원시킬 수 있는 내부 공간(환원 공간)을 가지는 용기(2110), 환원 가스가 통과할 수 있는 복수의 홀(2122)을 구비하며, 용기(2110) 내부에 설치된 분산 부재(2120)를 포함할 수 있다. 또한 적어도 일부가 용기(2110) 내부에 위치되게 설치되어 미분을 포집하는 사이클론(2140)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, each of the first to
그리고, 제1 내지 제4환원로(2100a 내지 2100d) 중 일부의 환원로는 화염을 발생시키는 버너(2130)를 포함할 수 있다. 이때 버너(2130)는 제1 내지 제4환원로(2100a 내지 2100d) 중 양 끝에 위치된 환원로 즉 제1 및 제4환원로(2100a, 2100d) 외의 환원로에 구비되게 마련되는 것이 바람직하며, 예를 들어 제2 및 제3환원로(2100b, 2100c) 중 적어도 하나에 버너(2130)가 구비될 수 있다. 물론, 제1 내지 제4환원로(2100a 내지 2100d) 모두가 버너(2130)를 구비할 수도 있다. 또한, 양 끝에 배치된 제1 및 제4환원로(2100a, 2100d) 중 적어도 하나가 버너(2130)을 구비할 수도 있다.In addition, some of the first to
이하에서는 도 1과 같이 제1 내지 제4환원로(2100a 내지 2100d) 중 제2 및 제3환원로(2100b, 2100c)가 버너(2130)를 구비하는 것을 예를 들어 설명한다. 여기서, 제2환원로(2100b)와 제3환원로(2100c)는 그 구성이 동일하고, 제2 및 제3환원(2100b, 2100c)로는 제1 및 제4환원로(2100a 내지 2100d)와 비교하여 버너(2130)가 더 구비되는 것에 차이가 있다. Hereinafter, as shown in FIG. 1 , the second and
따라서, 이하 환원로에 대해 설명하는데 이어서 도 2 및 도 3을 참조하여 버너가 구비된 환원로 중 하나인 제2환원로(2100b)를 예를 들어 설명한다. 그리고 제1환원로(2100a), 제3 및 제4환원로(2100c, 2100d)에 대한 설명은 생략한다. 그리고 이하에서 설명되는 제2환원로(2100b)는 간단히 '환원로(2100b)'로 명명될 수 있다. Therefore, the reduction furnace will be described below, and then the
도 2 및 도 3을 참조하면, 환원로(2100b)는 원료가 수용될 수 있고 원료를 환원시킬 수 있는 내부 공간(환원 공간)을 가지는 용기(2110), 환원 가스가 통과할 수 있는 복수의 홀(2122)을 구비하며, 용기(2110) 내부에 설치된 분산 부재(2120), 분산 부재(2120)의 상측에 위치하도록 용기(2110)에 설치되어 용기(2110) 내부에 화염을 발생시키는 버너(2130)를 포함할 수 있다. 또한, 환원로(2100b)는 적어도 일부가 용기(2110) 내부에 위치되게 설치되어 미분을 포집하는 사이클론(2140)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, the
분산 부재(2120)는 소정의 면적을 가지는 판 형상의 바디(2121) 및 가스가 통과할 수 있도록 바디(2121)에 마련된 복수의 홀(2122)을 포함한다. 예컨대 분산 부재(2120)는 판 형상의 타공판일 수 있다. 이러한 분산 부재(2120)는 용기(2110) 내부에 설치되는데, 용기(2110)의 내부 공간을 상하 방향으로 나눌 수 있도록 설치된다. 이때 분산 부재(2120)는 용기(2110)의 상부벽에 비해 하부벽에 가깝도록 설치되는 것이 바람직하다. 이에 용기(2110)의 내부 공간은 분산 부재(2120)의 하측 공간과 분산 부재(2120)의 상측 공간으로 나누어질 수 있다.The
그리고, 분산 부재(2120)의 하측 공간과 연통되도록 용기(2110)의 하부에 가스 이송관(2112b)이 연결되고, 분산 부재(2120)의 상측 공간과 연통되도록 원료 이송관(2111a)이 연결될 수 있다. 이에, 용기(2110)의 내부 공간 중 분산 부재(2120)의 하측 공간으로 환원 가스가 공급되고, 분산 부재(2120)의 상측 공간으로 원료가 공급된다. 이때 용기(2110) 내부로 공급된 원료는 분산 부재(2120)의 상부에 적재된다. 분산 부재(2120)의 하측 공간으로 공급된 환원 가스는 분산 부재(2120)의 복수의 홀(2122)을 통과하여 분산 부재(2120)의 상측으로 이동 또는 분사된다. 그리고 분산 부재(2120)의 상측으로 분사된 환원 가스에 의해 상기 분산 부재(2120)의 상측에 있는 원료가 유동된다. 즉, 분산 부재(2120)의 복수의 홀(2122)을 통과하여 상승하는 환원 가스의 상승 흐름에 의해 상기 분산 부재(2120)의 상측에 있는 원료 입자들이 유동된다. 그리고, 원료는 분산 부재(2120)의 상측에서 유동하면서 환원 가스와 반응하여 환원된다.In addition, a
환원로(2100b)에서는 수소 가스 공급부(2200)로부터 공급된 수소 가스 및 용해 장치(3000)로부터 배기되어 배가스 공급 라인(4000)으로부터 공급된 배가스 중 적어도 하나와 철광석을 포함하는 원료 간의 환원 반응이 일어난다. 이때, 철광석과 수소 가스 간의 반응 및 철광석과 배가스에 포함된 일산화탄소(CO) 간의 반응은 흡열 반응이다. 이에, 환원로(2100b) 내부의 온도가 상기 흡열 반응에 의해 하락할 수 있으며, 이는 원료의 환원율을 저감시키는 요인이 된다. 이에, 원활한 환원 반응을 위해서는 환원로(2100b) 내부의 온도를 소정 온도 이상으로 조절할 필요가 있다. 따라서, 용기(2110)에 버너(2130)를 설치하여 화염(F)을 발생시켜 용기(2110) 내부를 가열한다. 버너(2130)는 산소(O)를 포함하는 산화제를 용기(2110) 내부로 취입하여 연소 반응에 의해 화염(F)을 발생시키는 수단일 수 있다. 버너(2130)의 구체적인 구조 및 형상은 이후에 다시 설명한다.In the
한편, 버너(2130)와 분산 부재(2120) 간의 거리가 가까울 수록 분산 부재(2120)의 온도가 높다. 이는 버너(2130)와 분산 부재(2120) 간의 거리가 가까울 수록 버너(2130)로부터 발생된 화염(F)과 분산 부재(2120) 간의 거리가 가깝기 때문이다. 이러한 경우 원료 입자들이 분산 부재(2120)의 높은 열에 의해 용융되어 서로 엉겨 붙게 되고, 이에 분산 부재(2120)의 홀(2122)이 막힐 수 있다. 홀(2122)이 막히면 환원 가스가 통과할 수 없기 때문에 분산 부재(2120)의 상측에서 원료의 유동이 원활하지 않게 되는 문제가 있다. 그리고 원료의 유동이 원활하지 않은 경우 원료의 환원율이 저하된다.Meanwhile, the closer the distance between the
따라서, 실시예에서는 분산 부재(2120)와 버너(2130)의 이격 거리를 최적화한다. 다시 말해, 최적화된 높이로 버너(2130)를 설치한다. 이때 버너(2130)는 분산 부재(2120)의 상측에 위치하도록 설치된다. 이에 분산 부재(2120)와 버너(2130) 간의 이격 거리를 '버너(2130)의 높이' 또는 '버너(2130)의 설치 높이'로 정의 한다.Therefore, in the embodiment, the separation distance between the
용기(2110)에 버너(2130)를 설치하는데 있어서, 설치할 높이를 먼저 결정하고, 결정한 높이로 버너(2130)를 설치한다. 이때 버너(2130)를 설치할 높이(이하, 설치 높이(Hb))는 환원로(2100b)로 공급할 환원 가스의 유량에 따라 결정될 수 있다. 더 구체적으로 설명하면, 버너(2130)의 설치 높이(Hb)는 분산 부재(2120) 홀(2122)의 직경(dor) 및 환원로(2100b)로 공급되는 환원 가스의 유속(m/sec)에 의해 결정되는 환원 가스의 유량에 의해 결정될 수 있다.When installing the
이하 버너의 설치 높이(Hb)를 결정하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method for determining the installation height (H b ) of the burner will be described in more detail.
버너(2130)를 설치할 높이(Hb)를 결정하는데 있어서, 환원로(2100b)로 공급할 환원 가스의 유량을 이용하여, 환원 가스가 분산 부재(2120)의 상측에 있는 원료층으로 침투되는 깊이(lj)를 산출한다. 그리고 산출된 침투 깊이(lj)를 이용하여 버너(2130)를 설치할 높이(Hb)를 결정한다.In determining the height (H b ) at which the
먼저, 도 2 및 도 3을 이용하여 환원 가스가 원료층으로 침투되는 깊이에 대해 설명한다. 철광석을 포함하는 원료는 도 3과 같이 환원로(2100b)의 용기(2110) 내부로 공급되며, 분산 부재(2120)의 상측에 적재된다. 이에, 원료는 분산 부재(2120)의 상측에서 소정 두께로 쌓이게 되며, 이하에서는 분산 부재(2120) 상측에서 원료가 소정 두께로 쌓여 이루어진 것을 '원료층'이라 명명한다. 그리고, 분산 부재(2120) 상측에 있는 원료는 하측에서 분사되는 환원 가스에 유동되므로, 원료층은 유동층을 의미할 수도 있다.First, the depth at which the reducing gas penetrates into the raw material layer will be described using FIGS. 2 and 3. Raw materials including iron ore are supplied into the
분산 부재(2120)의 하측으로 공급된 환원 가스는 상기 분산 부재(2120)의 복수의 홀(2122)을 통과하여 원료층이 있는 상측으로 분사된다. 이에, 환원 가스는 분산 부재(2120) 상측에 있는 원료층으로 침투된다. 이때 환원 가스는 분산 부재(2120)의 상부면으로부터 상측으로 소정 거리까지 분사된다. 즉, 환원 가스는 분산 부재(2120)의 상측에 있는 원료층으로 침투되는데, 소정의 깊이로 침투된다. 여기서 환원 가스의 침투 깊이(lj)는 분산 부재(2120)의 상부면을 기준으로 하는 것이다.The reducing gas supplied to the lower side of the
환원 가스가 원료층으로 침투되는 깊이(lj)를 도출 또는 예측하기 위해 먼저, 환원로(2100b) 즉, 용기(2110)로 공급할 환원 가스의 유량을 결정한다. 다시 말해 용기로 공급할 환원 가스의 목표 유량을 결정한다. 여기서 환원 가스의 목표 유량은, 환원로(2100b)로 공급할 원료의 량, 환원로(2100b) 용기(2110)의 체적, 목표 환원율 중 적어도 하나에 의해 결정되는 것일 수 있다.In order to derive or predict the depth l j at which the reducing gas penetrates into the raw material layer, first, the flow rate of the reducing gas to be supplied to the reducing
환원로(2100b)로 공급하는 환원 가스의 유량은 분산 부재(2120) 홀(2122)의 직경 및 환원로로 공급하는 환원 가스의 유속 중 적어도 하나에 따라 달라진다. 예를 들어, 소정의 목표 유량으로 환원 가스를 공급한다고 할 때, 환원 가스의 유속(uor)이 클 수록 홀(2122)의 직경(dor)을 감소시키고, 환원 가스의 유속(uor)이 작을수록 홀의 직경(dor)을 증가시킴으로써 환원 가스의 유량을 조절할 수 있다.The flow rate of the reducing gas supplied to the
이에, 환원로(2100b)로 공급할 환원 가스의 유량이 결정되면, 상기 결정된 환원 가스의 유량 및 분산 부재(2120)에 마련된 홀의 직경(dor)을 이용하여, 용기(2110)로 공급할 환원 가스의 유속(uor)을 결정한다.Accordingly, when the flow rate of the reducing gas to be supplied to the
환원 가스의 유속(uor)이 결정되면, 이를 이용하여 환원 가스가 원료층으로 침투되는 깊이(lj)를 예측한다. 보다 구체적으로 설명하면, 환원 가스가 원료층으로 침투되는 깊이(lj)는, 용기(2110)로 공급되는 환원 가스의 유량에 따라 달라질 수 있다. 즉, 환원 가스의 침투 깊이(lj)는, 분산 부재(2120) 홀(2122)의 직경(dor) 및 환원로(2100b)로 공급되는 환원 가스의 유속(uor)에 따라 결정될 수 있다. 보다 구체적, 환원 가스의 침투 깊이(lj)는, 분산 부재(2120) 홀(2122)의 직경(dor) 및 환원 가스의 유속(uor) 외에, 환원 가스의 밀도(ρg), 환원 가스의 동적 점성도(μ), 원료의 입자 밀도(ρs) 및 원료의 입자 직경(dp)에 의해서 결정될 수 있다.Once the flow rate (u or ) of the reducing gas is determined, the depth (l j ) at which the reducing gas penetrates into the raw material layer is predicted using this. To be more specific, the depth l j at which the reducing gas penetrates into the raw material layer may vary depending on the flow rate of the reducing gas supplied to the
더 구체적으로는, 분산 부재(2120) 홀(2122)의 직경(dor), 환원 가스의 유속(uor), 환원 가스의 밀도(ρg), 환원 가스의 동적 점성도(μ), 원료의 입자 밀도(ρs) 및 원료의 입자 직경(dp)을 하기 수학식 1에 적용하여 연산함으로써 환원 가스가 원료층으로 침투하는 깊이(lj)를 산출할 수 있다.More specifically, the diameter of the
[수학식 1][Equation 1]
lj : 침투 깊이(penetration depth)(m)l j : penetration depth (m)
dor : 분산 부재 홀의 직경(mm)d or : diameter of dispersion member hole (mm)
uor : 환원 가스의 유속(m/sec)u or : flow rate of reducing gas (m/sec)
g : 중력 가속도g: acceleration of gravity
ρg : 환원 가스의 밀도(kg/m3)ρ g : Density of reducing gas (kg/m 3 )
ρs : 원료의 입자 밀도(kg/m3)ρ s : Particle density of raw material (kg/m 3 )
dp : 원료의 입자 직경(mm)d p : particle diameter of raw material (mm)
μ: 환원 가스의 동적 점성도(N·sec/㎡)μ: Dynamic viscosity of reducing gas (N·sec/㎡)
여기서, 환원 가스의 밀도(ρg ) 및 환원 가스의 동적 점성도(μ)는 사용하는 환원 가스에 따라 결정되는 것으로, 알고 있는 값이다. 즉, 환원로(2100b)로 공급되는 환원 가스로, 수소 가스 공급부(2200)로부터 제공되는 수소 가스 및 용해 장치(3000)로부터 제공되는 배가스 중 적어도 하나를 사용하므로, 이들 가스의 밀도(ρg ) 및 동적 점성도(μ)를 적용한다.Here, the density of the reducing gas (ρ g ) and the dynamic viscosity (μ) of the reducing gas are determined depending on the reducing gas used and are known values. That is, as the reducing gas supplied to the
또한, 원료의 입자 밀도(ρs ) 및 원료의 입자 직경(dp )은 환원철 제조를 위해 환원로(2100b)로 공급되는 원료에 따라 결정되는 것으로, 알고 있는 값이다. 즉, 환원로(2100b)로 공급할 원료의 물성인 입자 밀도(ρs ) 및 입자 직경(dp )을 파악하여, 적용한다.In addition, the particle density (ρ s ) of the raw material and the particle diameter (d p ) of the raw material are determined depending on the raw material supplied to the
이와 같은 방법으로 환원 가스의 침투 깊이(lj)를 연산하여 산출하는 것은, 다른 말로 환원철 제조 공정 중에 환원로(2100b)로 공급된 환원 가스가 원료층으로 침투되는 깊이(lj)를 예측하는 것일 수 있다.Calculating and calculating the penetration depth (l j ) of the reducing gas in this way is, in other words, predicting the depth (l j ) at which the reducing gas supplied to the reduction furnace (2100b) penetrates into the raw material layer during the reduced iron manufacturing process. It may be.
수학식 1을 이용하여 환원 가스가 원료층으로 침투되는 깊이(lj)가 산출되면, 산출된 침투 깊이(lj)를 이용하여 버너(2130)를 설치할 높이(Hb)를 결정한다. 이때, 설치 높이(Hb)는, 산출된 침투 깊이(lj) 이상, 원료층의 높이(Hm) 이하로 결정된다(관계식 1 참조). 여기서, 원료층의 높이(Hm)란, 분산 부재(2120)의 상부면으로부터 원료층 상부면 까지의 거리일 수 있다. 그리고 이러한 원료층의 높이(Hm)는, 환원로(2100b)로 환원 가스를 공급하기 전이며 원료가 유동하기 전 상태에서, 원료층 상부면의 높이(Hm)일 수 있다.When the depth (l j ) at which the reducing gas penetrates into the raw material layer is calculated using Equation 1, the height (H b ) at which the
[관계식 1][Relational Expression 1]
lj ≤ Hb ≤ Hm l j ≤ H b ≤ H m
이하, 버너(2130)의 설치 높이(Hb)를 결정하는 방법에 대해 보다 구체적인 예를 들어 설명한다. 산출된 침투 깊이(lj)가 580 mm 이고, 환원로로 원료를 공급하였을 때 원료층의 높이가 650 mm라고 할 때, 버너(2130)의 설치 높이(Hb)는 580 mm 내지 650 mm(580 mm 이상 650 mm 이하)의 범위에서 결정될 수 있다. 예컨대 버너의 설치 높이(Hb)를 600 mm로 결정할 수 있다.Hereinafter, a method for determining the installation height (H b ) of the
버너(2130)의 설치 높이(Hb)를 결정하는데 있어서, 산출된 침투 깊이(lj) 이상 원료층의 높이(Hm) 이하의 범위에서 결정하므로, 상기 '침투 깊이(lj) 이상 원료층의 높이(Hm) 이하'의 범위는 '설치 높이 조건'으로 명명될 수 있다In determining the installation height (H b ) of the
설치 높이(Hb)가 결정되면, 결정된 상기 설치 높이(Hb)로 버너(2130)를 설치한다. 즉, 분산 부재(2120)와의 이격 거리가 결정된 설치 높이(Hb)가 되도록 버너(2130)를 설치한다. 다른 말로 설명하면, 분산 부재(2120)의 상측에 버너(2130)를 설치하는데, 분산 부재(2120)의 상부면으로터의 이격 거리가 결정된 설치 높이(Hb)값이 되도록 설치한다. 이때, 버너(2130)의 직경 방향 중심과 분산 부재(2120)의 상부면 간의 이격 거리가 결정된 설치 높이(Hb)값이 되도록 상기 버너(2130)를 설치하는 것이 바람직하다.Once the installation height (H b ) is determined, the
한편, 버너(2130)의 설치 높이(Hb)가 너무 낮아 상기 버너(2130)와 분산 부재(2120) 간의 이격 거리가 너무 가까운 경우, 원료의 유동이 원활하지 않고 정체될 수 있다. 즉, 정체층이 형성될 수 있고, 정체층이 두껍게 형성될 수 있다. 이는 버너(2130)와 분산 부재(2120) 간의 이격거리가 가까울 수록, 상기 버너(2130)로부터 발생된 화염(F)과 분산 부재(2120) 간의 거리가 가깝기 때문이다. 반대로, 버너(2130)의 설치 높이(Hb)가 너무 높아 상기 버너(2130)와 분산 부재(2120) 간의 이격 거리가 너무 먼 경우, 원료의 환원 반응이 원활하지 않을 수 있다. 즉, 분산 부재(2120)와 가깝게 위치되어 있는 원료의 경우 온도가 낮아 환원 가스와의 반응이 일어나지 않거나 충분히 일어나지 않을 수 있다. 이를 다른 말로 설명하면, 분산 부재(2120)의 상측에서 유동하고 있는 원료 입자들 즉, 유동층의 온도가 낮아, 환원 반응이 충분이 일어나지 않을 수 있다.Meanwhile, if the installation height (H b ) of the
그러나, 실시예에서는 전술한 방법으로 설치 높이(Hb)를 결정하고, 결정된 설치 높이(Hb)에 버너(2130)를 설치한다. 이로 인해, 원료가 정체되지 않고 원활하게 유동되도록 하면서도, 원료를 충분히 환원 반응시킬 수 있다. 즉, 버너(2130)에 의해 발생된 화염(F)의 열에 의해 분산 부재(2120)가 고온으로 가열되는 것을 억제 또는 방지하여, 원료 입자들이 분산 부재(2120)와 근접한 위치에서 용융되어 서로 엉겨 붙는 또는 응집되는 것을 억제 방지할 수 있다. 이에 따라 분산 부재(2120)의 열에 의해 상기 분산 부재(2120)의 상측에 원료 입자들이 유동하지 않거나 유동이 적은 상태로 정체되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 다른 말로 설명하면, 원료 입자들이 유동하지 않거나 유동이 억제된 상태로 모여있는 정체층의 형성을 억제 또는 방지할 수 있다. 또한, 이와 함께 원료 및 환원 가스에 충분한 열을 가하여 환원 반응이 원활하게 일어나도록 할 수 있다.However, in the embodiment, the installation height (H b ) is determined by the above-described method, and the
따라서, 실시예에 따른 방법으로 결정되는 버너(2130)의 설치 높이(Hb)는, 전체층의 형성을 억제 또는 방지하면서도 원료를 충분히 환원시킬 수 있는 높이인 것으로 설명될 수 있다.Therefore, the installation height (H b ) of the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 버너의 정면 단면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 버너의 평면도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 버너로부터 분사되는 산화제의 흐름을 설명하는 도면이다.Figure 4 is a front cross-sectional view of a burner according to an embodiment of the present invention. Figure 5 is a plan view of a burner according to an embodiment of the present invention. Figure 6 is a diagram explaining the flow of oxidant sprayed from a burner according to an embodiment of the present invention.
버너(2130)는 일 방향을 연장 형성된 본체(2131), 각각이 본체(2131)의 연장 방향으로 연장 형성되어 본체(2131)의 내부에 설치된 복수의 노즐(2132a, 2132b)을 포함한다.The
본체(2131)는 도 5에 도시된 바와 같이 원형 또는 원통형의 형상으로 마련될 수 있다. 물론 본체(2131)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 적어도 일부가 용기(2110)에 삽입되게 설치될 수 있고, 내부에 복수의 노즐(2132a, 2132b)이 설치될 수 있다면 어떠한 형상으로 마련되어도 무방하다.The
전술한 바와 같이 노즐(2132a, 2132b)은 복수개로 마련되며, 예를 들어 2 개의 노즐(제1 및 제2노즐(2132a, 2132b))이 마련될 수 있다. 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각은 본체(2131)의 연방 방향으로 연장되며, 산화제가 통과할 수 있는 내부공간을 가진다. 그리고 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각에 있어서 연장 방향의 양 끝단인 일단 및 타단이 개구되어 있다. 제1노즐(2132a) 및 제2노즐(2132b) 각각은 그 내경이 예를 들어 15mm 내지 20mm일 수 있고, 보다 구체적으로는 16mm 내지 19mm일 수 있다. 물론, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각의 내경은 다양하게 변경될 수 있다.As described above, a plurality of
제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각의 일단은 산화제가 밖으로 토출 또는 분사되는 개구(이하, 분사구)이다. 그리고, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각의 타단은 내부로 산화제가 유입되는 개구(이하, 유입구)이다. 여기서 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각의 타단에는 산화제를 공급부(미도시)가 연결될 수 있다. 산화제 공급부는 산화제가 저장된 저장기, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)과 연결되어 산화제를 공급하는 공급관, 공급관에 설치되어 산화제의 공급 유량 및 유속 중 적어도 하나를 조절할 수 있는 조절기를 포함할 수 있다.One end of each of the first and
산화제는 산소(O)를 포함하며, 산화제 전체 중 산소(O)의 함유량이 50 wt% 이상 100wt% 미만일 수 있다. 그리고 산화제는 산소(O) 외에 비 산화성 물질을 더 포함하며, 산화제 전체 중 비 산화성 물질의 함유량은 0 wt% 초과, 50 wt% 미만일 수 있다. 그리고, 비 산화성 물질은 질소(N2)를 포함할 수 있다. 즉, 산화제는 산소(O) 및 질소(N2)를 포함할 수 있고, 산화제 전체 중 산소(O)의 함유량이 50 wt% 이상 100 wt% 미만이고, 질소(N2)의 함유량은 0 wt% 초과 50 wt% 이하일 수 있다.The oxidizing agent contains oxygen (O), and the oxygen (O) content of the entire oxidizing agent may be 50 wt% or more and less than 100 wt%. Additionally, the oxidizing agent further contains non-oxidizing substances in addition to oxygen (O), and the content of non-oxidizing substances in the total oxidizing agent may be greater than 0 wt% and less than 50 wt%. And, the non-oxidizing material may include nitrogen (N 2 ). That is, the oxidizing agent may include oxygen (O) and nitrogen (N 2 ), and the content of oxygen (O) in the total oxidizing agent is 50 wt% or more and less than 100 wt%, and the content of nitrogen (N 2 ) is 0 wt. % may be greater than 50 wt%.
이처럼 산화제가 100% 산소(O)로 이루어지지 않고, 산소(O) 외에 비 산화성 물질을 더 포함하도록 마련하는 것은, 산화제가 환원로(2100b)의 내부에서 연소되어 발생되는 화염의 온도를 낮추기 위함이다. 즉, 산화제가 100% 산소(O)로 이루어진 경우, 산화제의 연소 반응으로 환원로(2100b)의 내부에 형성되는 화염의 온도가 너무 높아, 정체층이 형성될 수 있고, 두께가 두꺼운 정체층이 형성될 수 있다.In this way, the oxidizing agent is not made of 100% oxygen (O) and is prepared to contain more non-oxidizing substances in addition to oxygen (O) in order to lower the temperature of the flame generated when the oxidizing agent is burned inside the reduction furnace (2100b). am. That is, if the oxidizing agent consists of 100% oxygen (O), the temperature of the flame formed inside the
그리고 제1노즐(2132a) 및 제2노즐(2132b) 각각에서 산화제를 분사하는데 있어서, 그 유속을 80 m/sec 내지 100 m/sec로 조절하는 것이 바람직하다.And when spraying the oxidizing agent from each of the
제1노즐(2132a)과 제2노즐(2132b)은 서로 나란하지 않고 교차하도록 마련된다. 이때 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각은 타단에서 일단으로 갈수록 본체(2131)의 직경 방향 중심과 가까워지게 마련될 수 있다. 이를 다른 말로 설명하면, 제1노즐(2132a)과 제2노즐(2132b)은 타단에서 일단으로 갈수록 상호 간의 이격거리가 가까워지게 마련될 수 있다.The
또 다른 말로 설명하면, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)은 경사지게 또는 기울어지게 마련될 수 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하기 위하여, 본체(2131) 일단의 직경방향 중심과 타단의 직격방향 중심을 연결한 가상선을 '기준선(Lc)으로 정의한다. 그리고 제1노즐(2132a)의 일단과 타단을 연결한 가상선을 '제1노즐 연장선(Ln1)', 제2노즐(2132b)의 일단과 타단을 연결한 가상선을 '제2노즐 연장선(Ln2)'으로 정의한다. 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각을 마련하는데 있어서, 제1 및 제2노즐 연장선(Ln1, Ln2)이 기준선(Lc)과 나란하지 않고 교차하도록 마련된다. 그리고, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각은 제1 및 제2노즐 연장선(Ln1, Ln2)이 기준선(Lc)과 이루는 사잇각(θ1, θ2)이 예각이 되게 마련된다. 보다 구체적으로, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각은 제1 및 제2노즐 연장선(Ln1, Ln2)이 기준선(Lc)과 이루는 사잇각(θ1, θ2)이 20°내지 45°가 되도록 마련된다. 그리고 제1노즐(2132a)과 제2노즐(2132b)은 기준선(Lc)을 기준으로 대칭되게 마련될 수 있다.In other words, the first and
이처럼, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각이 기준선(Lc)과 나란하지 않고 교차하도록 마련되므로, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)이 기준선(Lc)에 대해 기울어지게 마련된 것으로 설명될 수 있다. 또한, 제1노즐(2132a)과 제2노즐(2132b)은 서로 나란하지 않고 교차하게 마련된다. 이에 제1노즐(2132a)은 제2노즐(2132b)에 대해 기울어지게 마련되고, 제2노즐(2132b)은 제1노즐(2132a)에 대해 기울어지게 마련된 것으로 설명될 수 있다.In this way, each of the first and second nozzles (2132a, 2132b) is provided to intersect the reference line (L c ) rather than being parallel to it, so that the first and second nozzles (2132a, 2132b) are inclined with respect to the reference line (L c ) It can be explained as prepared. Additionally, the
제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)이 본체의 일단으로 갈수록 이격거리가 가까워지도록 기울어지게 마련하는 것은, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각에서 분사되는 산화제를 충돌시켜 확산시키기 위함이다. 도 6을 참조하여 설명하면, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각의 분사구로부터 토출된 산화제(OM1, OM2)는 상기 분사구의 전방으로 분사된다. 이때, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)으로 각각의 분사구로부터 토출된 산화제(OM1, OM2)는 분사구와 멀어질수록 버너(2130)의 직경 방향 중심과 가까워지는 흐름을 가지도록 이동한다. 이에, 버너(2130)의 일단으로부터 전방으로 소정 거리 이격된 지점에서 제1노즐(2132a)로부터 분사된 산화제와 제2노즐(2132b)로부터 분사된 산화제가 충돌한다. 이렇게 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 각각에서 분사된 산화제가 충돌하고 나면, 산화제가 넓게 퍼지게 된다.The first and second nozzles (2132a, 2132b) are inclined so that the separation distance becomes closer toward one end of the main body to collide and spread the oxidant sprayed from each of the first and second nozzles (2132a, 2132b). am. Referring to FIG. 6 , the oxidizing agents OM 1 and OM 2 discharged from the injection ports of each of the first and
제1 및 제2노즐 각각으로부터 분사된 산화제는 소정의 폭을 가지는 줄기(stream) 형상으로 분사된다. 이에 제1 및 제2노즐 각각에서 분사된 산화제가 이루는 소정 폭의 흐름을 '산화제 스트림(stream)'으로 정의 한다. 이를 반영하여 충돌에 대해 다시 설명하면, 제1노즐(2132a)로부터 발생된 산화제 스트림과 제2노즐(2132b)로부터 발생된 산화제 스트림이 버너의 전방에서 충돌한다. 그리고 복수의 산화제 스트림이 충돌하고 나면, 도 6과 같이 산화제 스트림이 퍼지게 된다. 즉, 복수의 산화제 스트림이 충돌하여 합쳐지면서 하나의 스트림으로 형성되며 넓게 퍼지게 된다. 따라서 충돌 후에 산화제 스트림의 폭이 넓어진다.The oxidant sprayed from each of the first and second nozzles is sprayed in a stream shape with a predetermined width. Accordingly, the flow of a certain width formed by the oxidant sprayed from each of the first and second nozzles is defined as an 'oxidant stream'. Reflecting this and explaining the collision again, the oxidizing agent stream generated from the
버너(2130)로부터 용기(2110)의 내부로 산화제가 분사되면, 용기(2110)의 내부에서 산화제와 용기(2110) 내부에 있는 가스가 연소 반응하여 화염이 발생한다. 즉, 용기(2110)의 내부로 공급된 환원 가스에 포함되어 있는 CO, H2, CH4 중 적어도 하나와 산화제 중 산소(O)가 연소 반응하며, 이때 화염이 발생된다. 그리고 화염의 열에 의해 용기(2110)의 내부가 가열된다.When the oxidizing agent is injected from the
화염(F)의 폭(WF)은 노즐(2132a, 2132b)로부터 분사된 산화제 스트림의 폭에 따라 달라질 수 있다. 즉, 산화제 스트림의 폭이 작을수록 화염(F)의 폭(WF)이 작고, 산화제 스트림의 폭이 클수록 화염(F)의 폭(WF)이 크다. 또한, 동일한 유량으로 산화제를 분사한다고 할 때, 화염(F)의 폭(WF)이 좁을수록 화염의 온도가 높고, 화염(F)의 폭(WF)이 넓을수록 화염의 온도가 낮다. 이는, 화염(F)의 폭(WF)이 좁을수록 상기 화염(F) 내에 포함되어 있는 산화제의 양이 많고, 이에 연소 반응이 좁은 범위에서 일어남에 따라 열이 집중되기 때문이다. 반면, 화염(F)이 폭(WF)이 클수록 상기 화염(F) 내에 포함되어 있는 산화제의 양이 적어 연소 반응이 넓은 범위에서 일어남에 따라, 열이 집중되지 않고 넓게 퍼지게 되어, 화염의 온도가 낮다.The width W F of the flame F may vary depending on the width of the oxidant stream injected from the
여기서 화염(F)의 온도란, 소정의 폭(WF)을 가지는 화염(F)에 있어서 최고 온도를 의미할 수 있다. 그리고 화염(F)은 그 폭 방향 중심의 온도가 가장 높다. 이에, 화염(F)의 온도는 폭 방향 중심의 온도를 의미하는 것이다. 또한 화염(F)의 온도가 낮다는 것은 폭 방향 중심의 온도인 최고 온도가 상대적으로 낮음을 의미하며, 화염(F)의 온도가 높다는 것은 폭 방향 중심의 온도인 최고 온도가 상대적으로 높음을 의미한다.Here, the temperature of the flame (F) may mean the highest temperature in the flame (F) having a predetermined width (W F ). And the flame (F) has the highest temperature at the center of the width direction. Accordingly, the temperature of the flame F refers to the temperature at the center of the width direction. In addition, a low temperature of the flame (F) means that the maximum temperature at the center of the width direction is relatively low, and a high temperature of the flame (F) means that the maximum temperature at the center of the width direction is relatively high. do.
따라서 실시예에서는 종래에 비해 낮은 온도의 화염을 형성하기 위해, 종래에 비해 넓은 폭으로 화염을 형성할 수 있는 버너를 마련하였다. 즉, 분사된 산화제를 충돌시켜 산화제를 넓게 퍼트릴 수 있는 다공식의 버너(2130)를 마련한다. 다시 말해, 앞서 설명한 바와 같이 각각에서 산화제를 분사할 수 있는 복수의 노즐(2132a, 2132b)을 마련하고, 각 노즐(2132a, 2132b)은 본체(2131)의 일단으로 갈수록 상기 본체(2131)의 직경 방향 중심과 가까워지도록 기울어지게 마련한다. 이에 따라 복수의 노즐(2132a, 2132b) 각각에서 분사된 산화제 스트림이 충돌하며, 이에 산화제 스트림이 넓게 퍼지게 된다. 따라서 넓은 폭을 가지는 산화제 스트림에서 연소 반응이 일어남에 따라, 폭이 넓은 화염을 형성할 수 있다. 그리고 이에 따라 화염의 온도를 종래에 비해 낮출 수 있다. 즉, 하나의 노즐을 가지는 종래의 단공식 버너로부터 발생되는 화염에 비해, 실시예와 같은 복수의 노즐(2132a, 2132b)을 가지는 다공식 버너(2130)에서 발생되는 화염의 온도가 낮다.Therefore, in the embodiment, in order to form a flame at a lower temperature than before, a burner capable of forming a flame with a wider width than before was provided. That is, a
그리고, 동일한 높이에 버너(2130)가 설치된다고 할 때, 상기 버너(2130)로부터 발생된 화염(F)의 온도가 높을수록 분산 부재(2120)의 온도가 높아 정제층이 용이하게 형성되고, 정체층의 두께가 두꺼울 수 있다. 반대로, 버너(2130)로부터 발생된 화염(F)의 온도가 낮을수록 분산 부재(2120)의 온도가 낮아 정제층이 형성되기 어렵고, 정체층이 형성되더라도 그 두께가 얇다. 이에, 실시예와 같은 버너(2130)를 이용하여 낮은 온도의 화염을 발생시킴에 따라, 분산 부재(2120)의 상측에 정체층이 형성되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 이에 따라 분산 부재(2120)의 상측에 있는 원료들이 환원 가스에 의해 원활하게 유동될 수 있고, 이로 인해 원료의 환원율이 향상될 수 있다. 즉, 환원로(2100b)로 장입된 원료가 충분히 환원될 수 있다.Also, assuming that the
상기에서는 버너(2130)가 2 개의 노즐(2132a, 2132b)을 구비하는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고 노즐은 2 개를 초과하는 다양한 개수로 마련될 수 있다.In the above, it was explained that the
한편, 제1노즐(2132a) 및 제2노즐(2132b) 각각이 기준선(Lc)과 이루는 각도(θ1, θ2)가 20°미만이거나 45°를 초과하는 경우, 산화제 스트림 간의 충돌이 일어나지 않거나 충돌되는 양이 부족할 수 있다. 즉, 제1노즐(2132a) 및 제2노즐(2132b) 중 적어도 하나의 기울어진 각도(θ1, θ2)가 20°미만이거나 45°를 초과하는 경우, 제1노즐(2132a)로부터 분사된 산화제 스트림과 제2노즐(2132b)로부터 분사된 산화제 스트림이 충돌되지 않거나, 충돌되는 양이 작을 수 있다. 이러한 경우 산화제 스트림의 확산이 부족하여 좁은 폭의 화염(F)이 형성될 수 있고, 이에 따라 화염(F)의 온도가 높을 수 있다. 따라서 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)의 각도(θ1, θ2)를 20°내지 45°로 조절한다.On the other hand, when the angles (θ 1 , θ 2 ) formed by each of the
그리고 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)의 각도(θ1, θ2)를 20°내지 45°조절함으로써, 상기 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)로부터 분사된 산화제 스트림이 경사지게 형성된다. 즉, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)로부터 분사된 산화제 스트림은 본체(2131)의 일단과 멀어질수록 상기 본체(2131)의 직경 중심과 가까워지게 경사진 형상으로 형성된다.And by adjusting the angles (θ 1 , θ 2 ) of the first and second nozzles (2132a, 2132b) from 20° to 45°, the oxidant stream sprayed from the first and second nozzles (2132a, 2132b) is formed to be inclined. do. That is, the oxidant streams injected from the first and
제1노즐(2132a) 및 제2노즐(2132b) 각각으로부터 산화제를 분사하는데 있어서, 각 노즐(2132a, 2132b)에서 분사되는 산화제의 유속을 80m/s 내지 100m/s로 조절한다. 이렇게 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)로부터 분사되는 산화제의 유속을 80m/s 내지 100m/s로 조절함으로써, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)로부터 분사된 산화제 스트림을 충돌시켜 확산시킬 수 있다.When spraying the oxidizing agent from each of the
한편, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 중 적어도 하나에서 분사되는 산화제의 유속이 80m/s 미만인 경우 제1노즐(2132a)로부터 분사된 산화제 스트림과 제2노즐(2132b)로부터 분사된 산화제 스트림이 충돌되지 않거나, 충돌되는 양이 작을 수 있다. 또한, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b) 중 적어도 하나에서 분사되는 산화제의 유속이 100m/s를 초과하는 경우 화염의 온도가 높아 정체층의 형성을 촉진시킬 수 있다. 따라서, 제1 및 제2노즐(2132a, 2132b)로부터 분사되는 산화제의 유속을 80m/s 내지 100m/s로 조절하는 것이 바람직하다.Meanwhile, when the flow rate of the oxidant sprayed from at least one of the first and
도 7은 실험용 환원로를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8은 실험용 환원로의 소정 높이에서 수평 방향의 온도를 측정한 결과이다. 도 9는 실험용 환원로에 있어서 분산 부재로부터 상측으로 소정 높이까지의 영역에 대한 온도를 측정한 결과이다.Figure 7 is a diagram schematically showing an experimental reduction reactor. Figure 8 shows the results of measuring the temperature in the horizontal direction at a predetermined height of the experimental reduction furnace. Figure 9 shows the results of measuring the temperature of the area from the dispersion member to a predetermined height upward in the experimental reduction furnace.
여기서 도 8의 (a) 및 도 9의 (a)는 실험용 환원로에 하나의 노즐이 마련된 버너(단공식 버너)를 설치하여 화염을 발생시켰을 때의 실험 결과이다. 그리고 도 8의 (b) 및 도 9의 (b)는 실험용 환원로에 실시예에 따른 버너 즉, 복수의 노즐을 구비하는 버너(다공식 버너)를 설치하여 화염을 발생시켰을 때의 실험 결과이다.Here, Figures 8 (a) and Figure 9 (a) show the results of an experiment when a burner (single-hole burner) with one nozzle was installed in an experimental reduction furnace to generate a flame. And Figures 8 (b) and Figure 9 (b) are the results of an experiment when a flame was generated by installing a burner (porous burner) with a plurality of nozzles according to the embodiment in the experimental reduction furnace. .
먼저, 도 7을 참조하여 실험용 환원로에 대해 설명한다. 도 7에 도시된 실험용 환원로는 도 2에 도시된 실제 환원로와 그 구성이 유사하다. 즉, 실험용 환원로는 용기(21), 환원 가스가 통과할 수 있는 복수의 홀을 가지는 분산 부재(22), 화염을 발생시키는 버너를 포함한다.First, the experimental reduction reactor will be described with reference to FIG. 7. The experimental reduction reactor shown in FIG. 7 is similar in configuration to the actual reduction reactor shown in FIG. 2. That is, the experimental reduction furnace includes a
도 8 및 도 9에 도시된 결과를 획득하기 위한 실험에서는, 하나의 노즐이 구비된 제1타입의 버너를 용기에 설치하여 실험을 실시하고, 제2타입의 버너를 용기에 설치하여 실험을 실시하였다. 그리고 제1타입의 버너 및 제2타입의 버너 각각을 설치하여 실험을 실시하는데 있어서, 제1타입의 버너와 제2타입이 버너를 동일 높이에 설치하였다. 이에 제1타입의 버너와 제2타입의 버너를 동일한 도면 부호 '23a'로 지칭하여 설명한다.In the experiment to obtain the results shown in FIGS. 8 and 9, the experiment was conducted by installing a first type of burner with one nozzle in a container, and the experiment was performed by installing a second type of burner in the container. did. In conducting the experiment by installing each of the first type burner and the second type burner, the first type burner and the second type burner were installed at the same height. Accordingly, the first type of burner and the second type of burner will be described by referring to the same reference numeral '23a'.
먼저 제1타입의 버너(23a)를 이용한 실험에 대해 설명한다. 용기에 제1타입의 버너(23a)를 설치한다. 이때 버너(23a)의 설치 높이(Hb1)는 분산 부재(22)로부터 상측으로 350mm 이격된 위치에 위치되게 설치하였다. 그리고 제1타입의 버너(23a)로 산화제를 공급하고 용기(21) 내부로 환원 가스를 공급하여, 용기(21) 내부에 화염을 발생시켰다. 이때 환원 가스로 수소 가스를 사용하였다. 다음으로 용기(21) 내부의 온도를 측정하였다. 이때, 제1타입의 버너(23a)가 설치되어 있는 높이(Hb1)(350mm)에서 수평 방향으로 온도를 측정하였고 그 결과는 도 8의 (a)와 같다. 또한, 분산 부재(22)로부터 상측으로 소정 영역의 온도를 측정하였고, 그 결과는 도 9의 (a)와 같다.First, an experiment using the first type of burner 23a will be described. A first type burner 23a is installed in the container. At this time, the installation height (H b1 ) of the burner 23a was installed at a position 350 mm above the
다음으로 제2타입의 버너(23a)를 이용하여 실험을 실시하였다. 이때 제2타입의 버너(23a)의 설치 높이(Hb1)는 앞에서 설명한 제1타입의 버너(23a)의 높이(Hb1)와 동일하게 350mm로 하였다. 그리고 제2타입의 버너(23a)로 산화제를 공급하고 용기(21) 내부로 환원 가스인 수소 가스를 공급하여, 용기(21) 내부에 화염을 발생시켰다. 이때, 공급되는 산화제 및 환원 가스의 유량은 제1타입의 버너(23a)를 이용한 실험시와 동일하게 하였다. 다음으로 제2타입의 버너(23a)가 설치되어 있는 높이(Hb1)(350mm)에서 수평 방향으로 온도를 측정하였고 그 결과는 도 8의 (b)와 같다. 또한, 분산 부재(2120)로부터 상측으로 소정 영역의 온도를 측정하였고, 그 결과는 도 9의 (b)와 같다.Next, an experiment was conducted using the second type of burner 23a. At this time, the installation height (H b1 ) of the second type burner (23a) was set to 350 mm, the same as the height (H b1 ) of the first type burner (23a) described above. Then, an oxidizing agent was supplied to the second type of burner 23a and hydrogen gas, a reducing gas, was supplied into the
도 8의 (a)와 (b)를 비교하면, 동일한 위치에서 제1타입의 버너(23a)에 의해 발생된 화염의 폭(WF1)에 비해 제2타입의 버너(23a)에 의해 발생된 화염의 폭(WF2)이 넓다. 보다 구체적으로 설명하면, 제1 및 제2타입의 버너(23a)로부터 수평 방향으로 제1거리(D1)만큼 이격된 위치에서 화염의 폭을 비교하면, 제1타입의 버너(23a)에 의해 발생된 화염의 폭(WF1)(도 8의 (a))에 비해 제2타입의 버너(23a)에 의해 발생된 화염의 폭(WF2)(도 8의 (b))이 넓다. 이로부터 실시예에 따른 버너(2130)를 이용하는 경우, 화염의 폭을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.Comparing (a) and (b) of FIG. 8, the width (W F1 ) of the flame generated by the first type of burner 23a at the same position is greater than that of the flame generated by the second type of burner 23a. The width of the flame (W F2 ) is wide. More specifically, when comparing the width of the flame at a position spaced apart from the first and second types of burners 23a by a first distance D 1 in the horizontal direction, the flame width is compared by the first type of burner 23a. The width (W F2 ) of the flame generated by the second type of burner 23a ((b) in FIG. 8) is wider than the width (W F1 ) of the generated flame ((a) in FIG. 8). From this, it can be seen that when using the
도 9의 (a)와 (b)를 비교하면, 도 9의 (a)에 비해 도 9의 (b)가 분산 부재(22)의 온도가 낮다. 보다 구체적으로 설명하면, 제1타입의 버너(23a)로부터 수평 방향으로 제2거리(D2)만큼 이격된 위치에 있는 분산 부재(22)의 온도는 약 1500℃로 높다. 반면, 제2타입의 버너(23a)로부터 수평 방향으로 제2거리(D2)만큼 이격된 위치에 있는 분산 부재(22)의 온도는 약 1100℃로 낮다. 이로부터 실시예에 따른 버너(2130)를 이용하는 경우, 분산 부재(2120)의 온도를 낮출 수 있음을 알 수 있다.Comparing Figures 9 (a) and (b), the temperature of the
도 10은 실험용 환원로의 용기에 하나의 노즐을 구비하는 제1타입의 버너를 설치하여 화염을 발생시켰을 때, 도 11은 실험용 환원로의 용기에 제1 및 제2노즐을 구비하는 제2타입의 버너를 설치하여 화염을 발생시켰을 때, 용기 내부에서 높이 별 온도 분포를 나타낸 결과이다. 여기서 제2타입의 버너는 실시예에 따른 버너일 수 있다.Figure 10 shows a burner of the first type having one nozzle installed in the vessel of an experimental reduction furnace to generate a flame, and Figure 11 shows a burner of the second type having first and second nozzles in the vessel of the experimental reduction furnace. This is the result showing the temperature distribution by height inside the container when a burner is installed to generate a flame. Here, the second type of burner may be a burner according to the embodiment.
먼저, 도 7을 참조하여 도 10의 결과를 획득하기 위해 수행된 실험에 대해 설명한다.First, the experiment performed to obtain the results of FIG. 10 will be described with reference to FIG. 7.
실험을 위하여 제1타입의 버너를 2개 마련하고, 2개의 제1타입 버너를 서로 다른 높이에 위치되게 용기(21)에 설치하였다. 이때 상대적으로 낮은 높이에 설치되는 제1타입의 버너를 제1버너(23a), 제1버너(23a)에 비해 상대적으로 높게 설치되는 제1타입이 버너를 제2버너(23b)로 명명한다. 이때 제1버너(23a)는 분산 부재(22)로부터 상측으로 350mm 이격된 높이(Hb1)에 위치되게 설치하였고, 제2버너(23b)는 분산 부재(2120)로부터 상측으로 600mm 이격된 높이(Hb2)에 위치되게 설치하였다. 그리고 제1타입의 제1 및 제2버너(23a, 23b) 각각으로 산화제를 공급하고 용기(21) 내부로 환원 가스를 공급하여, 용기(21) 내부에 화염을 발생시켰다. 여기서, 환원 가스로 수소 가스를 사용하였다. 다음으로 용기(21) 내부의 온도를 측정하였다. 이때, 제1타입의 제1버너(23a)가 설치되어 있는 높이(Hb1)(350mm)에서 수평 방향으로 온도를 측정하였고 그 결과는 도 10의 (a)와 같다. 또한, 제1타입의 제2버너(23b)가 설치되어 있는 높이(600mm)에서 수평 방향으로 온도를 측정하였고 그 결과는 도 10의 (b)와 같다. 그리고, 제1 및 제2버너(23a, 23b)의 하측이면서 분산 부재(22)로부터 상측으로 100mm 이격된 높이에서의 수평 방향 온도를 측정하였고, 그 결과는 도 10의 (c)와 같다.For the experiment, two burners of the first type were prepared, and the two burners of the first type were installed in the
동일한 방법으로 도 11의 결과를 획득하기 위한 실험을 실시하였다. 즉, 실험을 위하여 제2타입의 버너를 2개 마련하고, 2개의 제2타입 버너를 서로 다른 높이에 위치되게 용기에 설치하였다. 이때 상대적으로 낮은 높이에 설치되는 제2타입의 버너를 제1버너(23a), 제1버너(23a)에 비해 상대적으로 높게 설치되는 제2타입이 버너를 제2버너(23b)로 명명한다. 그리고, 제2타입의 제1버너(23a)는 분산 부재(22)로부터 상측으로 350mm 이격된 높이(Hb1)에 위치되게 설치하였고, 제2타입의 제2버너(23b)는 분산 부재(22)로부터 상측으로 600mm 이격된 높이(Hb2)에 위치되게 설치하였다. 그리고 제2타입의 제1 및 제2버너(23a, 23b) 각각으로 산화제를 공급하고 용기(21) 내부로 환원 가스를 공급하여, 용기(21) 내부에 화염을 발생시켰다. 여기서 환원 가스로 수소 가스를 사용하였다. 다음으로 제2타입의 제1버너(23a)가 설치되어 있는 높이(Hb1)(350mm)에서 수평 방향으로 온도를 측정하였고 그 결과는 도 11의 (a)와 같다. 또한, 제2타입의 제2버너(23b)가 설치되어 있는 높이(Hb2)(600mm)에서 수평 방향으로 온도를 측정하였고 그 결과는 도 11의 (b)와 같다. 그리고, 제1 및 제2버너(23a, 23b)의 하측이면서 분산 부재(22)로부터 상측으로 100mm 이격된 높이에서의 수평 방향 온도를 측정하였고, 그 결과는 도 11의 (c)와 같다.An experiment was conducted to obtain the results shown in FIG. 11 using the same method. That is, for the experiment, two burners of the second type were prepared, and the two burners of the second type were installed in the container at different heights. At this time, the second type of burner installed at a relatively low height is called the first burner 23a, and the second type of burner installed relatively high compared to the first burner 23a is called the
도 10의 (a)를 참조하여 수평 방향의 온도 분포를 보면, 제1타입의 제2버너(23b)의 하측에서 마주보는 영역인 제2영역(A2)의 온도에 비해, 제1타입의 제1버너(23a)가 설치된 높이에서의 영역인 제1영역(A1)의 온도가 높다. 반대로, 도 10의 (b) 보면, 제1타입의 제1버너(23a)의 상측에서 마주보고 있는 영역인 제1영역(A1)의 온도에 비해, 제1타입의 제2버너(23b)가 설치된 높이에서의 영역인 제2영역(A2)의 온도가 높다.Looking at the temperature distribution in the horizontal direction with reference to (a) of FIG. 10, compared to the temperature of the second area (A 2 ), which is the area facing the lower side of the second burner (23b) of the first type, The temperature of the first area A 1 , which is the area at the height where the first burner 23a is installed, is high. On the contrary, looking at (b) of FIG. 10, compared to the temperature of the first area (A 1 ), which is the area facing the upper side of the first type of first burner (23a), the temperature of the first type of second burner (23b) The temperature of the second area (A 2 ), which is the area at the height where is installed, is high.
또한, 도 11의 (a)를 참조하여 수평 방향의 온도 분포를 보면, 마찬가지로 제2타입의 제2버너(23b)의 상측에서 마주보는 영역인 제2영역(A2)의 온도에 비해, 제2타입의 제1버너(23a)가 설치된 높이에서의 영역인 제1영역(A1)의 온도가 높다. 반대로, 도 11의 (b) 보면, 제2타입의 제1버너(23a)의 상측에서 마주보고 있는 영역인 제1영역(A1)의 온도에 비해, 제2타입의 제2버너(23b)가 설치된 높이에서의 영역인 제2영역(A2)의 온도가 높다.In addition, looking at the temperature distribution in the horizontal direction with reference to (a) of FIG. 11, similarly, compared to the temperature of the second area (A 2 ), which is the area facing the upper side of the second type of second burner (23b), The temperature of the first area A 1 , which is the area at the height where the two types of first burners 23a are installed, is high. Conversely, looking at (b) of FIG. 11, compared to the temperature of the first area (A 1 ), which is the area facing the upper side of the second type of first burner (23a), the temperature of the second type of second burner (23b) The temperature of the second area (A 2 ), which is the area at the height where is installed, is high.
이로부터 상하방향을 기준으로 버너와 가까울수록 온도가 높음을 알 수 있다.From this, it can be seen that the closer it is to the burner in the vertical direction, the higher the temperature.
도 10의 (c) 및 도 11의 (c)는 제1 및 제2버너(23a, 23b)가 설치되지 않은 높이이면서 분산 부재(2120)와의 이격거리가 가까운 높이에서, 수평 방향의 온도 분포를 측정한 결과이다. 즉, 제1 및 제2버너(23a, 23b) 중 상대적으로 높이가 낮은 제1버너(23a)의 하측이며, 분산 부재(22)로부터 상측으로 100mm 이격된 높이에서의 수평 방향 온도 분포이다.10(c) and 11(c) show the temperature distribution in the horizontal direction at a height where the first and
먼저 도 10의 (c)을 보면, 분산 부재(22)로부터 상측으로 100mm 이격된 높이에서 제1타입의 제1버너(23a)와 마주보고 있는 제1영역(A1)의 온도는 약 1723℃(2000K) 이상으로 높다. 반면, 도 11의 (c)을 보면, 분산 부재(22)로부터 상측으로 100mm 이격된 높이에서 제2타입의 제1버너(23a)와 마주보고 있는 제1영역(A1)의 온도는 도 10의 (c)에서 제1영역(A1)의 온도에 비해 낮다. 즉, 도 11의 (c)에서 제1영역(A1)의 온도는 1650℃ 이하로 낮다.First, looking at (c) of FIG. 10, the temperature of the first area A 1 facing the first burner 23a of the first type at a height spaced 100 mm upward from the
이로부터 복수의 노즐이 구비된 제2타입의 버너이며 산화제를 충돌시킬 수 있도록 마련된 제2타입이 버너 즉, 실시예에 따른 버너를 사용하는 경우, 분산 부재 및 그 주위의 온도를 낮출 수 있음을 알 수 있다. 즉, 동일 높이에서의 온도에 있어서, 하나의 노즐이 구비된 제1타입의 버너(종래의 버너)를 사용하는 경우에 비해 실시예에 따른 버너를 사용하는 경우, 온도를 낮출 수 있음을 알 수 있다.From this, it can be seen that when the second type burner is equipped with a plurality of nozzles and is equipped to collide the oxidizing agent, that is, the burner according to the embodiment is used, the temperature of the dispersion member and its surroundings can be lowered. Able to know. That is, it can be seen that the temperature at the same height can be lowered when using the burner according to the embodiment compared to when using the first type of burner (conventional burner) equipped with one nozzle. there is.
실시예들에서는 전술한 바와 같이 버너(2130)의 높이(Hb)를 최적화하여 설치한다. 즉, 분산 부재(2120)와의 이격 거리가 최적화된 위치에 버너(2130)를 설치한다. 이에 버너(2130)로부터 발생된 화염(F)의 열에 의해 분산 부재(2120)가 고온으로 가열되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서 원료 입자들이 분산 부재(2120)와 근접한 위치에서 용융되어 서로 엉겨 붙는 또는 응집되는 것을 억제 방지할 수 있다. 이에 따라 분산 부재(2120)의 상부에 정체층이 형성되는 것을 억제 또는 방지할 수 있고, 따라서 환원로 내부에서 원료들을 원활하게 유동시킬 수 있다. 또한, 이와 함께 원료 및 환원 가스에 충분한 열을 가하여 환원 반응이 원활하게 일어나도록 할 수 있다.In the embodiments, the height (H b ) of the
그리고, 복수의 노즐(2132a, 2132b)을 구비하는 버너(2130)를 이용함으로써, 화염(F)의 온도를 낮출 수 있다. 즉, 실시예에 따른 버너(2130)는 서로 교차하도록 경사지게 배치된 복수의 노즐(2132a, 2132b)을 이용하여 산화제를 분사함으로써, 산화제를 충돌시켜 확산시킨다. 이에 버너(2130)의 전방으로 분사된 산화제 스트림의 폭을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 온도가 낮은 화염(F)을 형성할 수 있다. 따라서 고온의 화염에 의해 분산 부재(2120) 및 원료가 과도하게 높은 온도로 가열되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 원료 입자들의 용융으로 인한 뭉침을 억제할 수 있고, 이로 인해 정체층의 형성을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서 환원로(2100b) 내부에서 원료들을 원활하게 유동시킬 수 있다.And, by using the
2100a 내지 2100d : 제1 내지 제4환원로
2110: 용기
2120: 분산 부재
2130: 버너
2132a: 제1노즐
2132b: 제2노즐
Hb: 버너의 설치 높이2100a to 2100d: 1st to 4th reduction reactors
2110: container 2120: dispersion member
2130:
2132b: Second nozzle
H b : Installation height of burner
Claims (16)
상기 환원 가스가 통과할 수 있는 복수의 홀을 구비하며, 상기 용기의 내부에 설치된 분산 부재; 및
상기 용기의 내부로 공급할 환원 가스의 목표 유량을 이용하여 결정된 상기 분산 부재로부터 이격된 높이로 상기 분산 부재의 상측에 설치되며 상기 용기의 내부에 화염을 발생시킬 수 있는 버너;를 포함하는 환원로.A container having an internal space capable of accommodating raw materials including iron ore and reducing gas;
a dispersing member installed inside the container and having a plurality of holes through which the reducing gas can pass; and
A reduction furnace including a burner installed on an upper side of the dispersion member at a height spaced apart from the dispersion member determined using the target flow rate of the reducing gas to be supplied into the container and capable of generating a flame inside the container.
상기 버너의 설치 높이는, 상기 환원 가스의 목표 유량에 따라 조절된 상기 분산 부재에 마련된 홀의 직경(dor) 및 환원 가스의 유속(uor) 중 적어도 하나를 이용하여 결정된 높이인 환원로.In claim 1,
The installation height of the burner is a height determined using at least one of the diameter of the hole provided in the dispersion member (d or ) and the flow rate (u or ) of the reducing gas, which are adjusted according to the target flow rate of the reducing gas.
상기 버너가 설치된 높이는, 상기 분산 부재의 상측으로 공급되는 원료로 이루어진 원료층으로 환원 가스가 침투하는 깊이(lj) 이상이고, 원료층의 상부 높이 이하인 환원로.In claim 1,
A reduction furnace in which the height at which the burner is installed is greater than or equal to the depth (l j ) at which the reducing gas penetrates into the raw material layer consisting of the raw material supplied to the upper side of the dispersion member, and is less than or equal to the upper height of the raw material layer.
상기 버너는,
일 방향으로 연장 형성된 본체; 및
상기 본체의 연장 방향으로 연장되며, 상기 본체의 일단과 가까워질수록 상호 간의 이격거리가 가까워지게 마련되어, 상기 본체의 내부에 설치된 복수의 노즐을 포함하는 환원로.In claim 1,
The burner is,
a body extending in one direction; and
A reduction furnace that extends in the direction in which the main body extends and includes a plurality of nozzles installed inside the main body, with the distance between them becoming closer as they get closer to one end of the main body.
상기 복수의 노즐 각각이 기울어진 각도는 20°내지 45°인 환원로.In claim 4,
A reduction furnace in which each of the plurality of nozzles is inclined at an angle of 20° to 45°.
상기 복수의 노즐은 상기 본체의 직경 방향 중심을 기준으로 대칭되게 마련된 환원로.In claim 4,
A reduction furnace in which the plurality of nozzles are provided symmetrically with respect to the radial center of the main body.
상기 분산 부재로부터 상측으로의 이격 거리가 상기 결정된 설치 높이(Hb)가 되도록, 버너를 상기 용기에 설치하는 과정;
상기 분산 부재의 상측으로 철광석을 포함하는 원료를 공급하는 과정;
상기 분산 부재의 홀로 환원 가스를 통과시켜 상기 분산 부재의 상측에 있는 원료를 유동시키는 과정;
상기 버너를 이용하여 용기의 내부에 화염을 발생시키는 과정; 및
상기 원료와 환원 가스를 반응시켜 상기 원료를 환원시키는 과정;을 포함하는 환원철의 제조 방법.A process of determining the installation height (H b ) of the burner based on the dispersion member installed inside the container using the target flow rate of the reducing gas to be supplied to the container of the reduction furnace;
A process of installing a burner in the container such that the distance from the dispersion member to the upper side is the determined installation height (H b );
A process of supplying raw materials including iron ore to the upper side of the dispersing member;
A process of passing a reducing gas through a hole of the dispersion member to flow the raw material on the upper side of the dispersion member;
A process of generating a flame inside the container using the burner; and
A method of producing reduced iron comprising a process of reducing the raw material by reacting the raw material with a reducing gas.
상기 버너를 설치할 높이(Hb)를 결정하는 과정 전에, 상기 환원 가스의 목표 유량을 결정하는 과정; 및
결정된 환원 가스의 목표 유량 및 상기 분산 부재에 마련된 홀의 직경(dor)을 이용하여, 상기 용기로 공급할 환원 가스의 유속(uor)을 결정하는 과정;을 포함하는 환원철의 제조 방법.In claim 7,
Before determining a height (H b ) to install the burner, determining a target flow rate of the reducing gas; and
A method of producing reduced iron comprising: determining the flow rate (u or ) of the reducing gas to be supplied to the container using the determined target flow rate of the reducing gas and the diameter (d or ) of the hole provided in the dispersion member.
상기 버너의 설치 높이(Hb)를 결정하는 과정은,
상기 홀의 직경(dor) 및 환원 가스의 유속(uor)를 이용하여, 상기 분산 부재 상측의 원료층으로 환원 가스가 침투하는 깊이(lj)를 예측하는 과정; 및
상기 예측된 침투 깊이(lj) 이상의 높이로 상기 버너를 설치할 높이(Hb)를 결정하는 과정;을 포함하는 환원철의 제조 방법.In claim 8,
The process of determining the installation height (H b ) of the burner is,
A process of predicting the depth (l j ) at which the reducing gas penetrates into the raw material layer above the dispersion member using the diameter of the hole (d or ) and the flow rate (u or ) of the reducing gas; and
A method of producing reduced iron comprising: determining a height (H b ) at which the burner will be installed at a height greater than or equal to the predicted penetration depth (l j ).
상기 원료층으로 환원 가스가 침투하는 깊이(lj)를 예측하는 과정은, 상기 홀의 직경(dor), 환원 가스의 유속(uor), 환원 가스의 밀도(ρg), 상기 원료 입자의 밀도(ρs), 원료 입자의 입경(dp), 환원 가스의 동적 점성도(μ)를 이용하여 환원 가스의 침투 깊이(lj)를 연산하는 과정을 포함하는 환원철의 제조 방법.In claim 9,
The process of predicting the depth (l j ) at which the reducing gas penetrates into the raw material layer includes the diameter of the hole (d or ), the flow rate of the reducing gas (u or ), the density of the reducing gas (ρ g ), and the raw material particles. A method for producing reduced iron including the process of calculating the penetration depth (l j ) of the reducing gas using the density (ρ s ), the particle size of the raw material particles (d p ), and the dynamic viscosity (μ) of the reducing gas.
상기 버너를 설치할 높이(Hb)를, 상기 예측된 침투 깊이(lj) 이상이며 원료층의 상부 높이 이하인 범위에서 결정하는 포함하는 환원철의 제조 방법.In claim 9,
A method of producing reduced iron comprising determining the height (H b ) at which the burner is to be installed in a range that is greater than or equal to the predicted penetration depth (l j ) and less than or equal to the upper height of the raw material layer.
상기 버너를 이용하여 용기의 내부에 화염을 발생시키는 과정은,
상기 버너에 마련된 복수의 노즐 각각으로 산화제를 공급하는 과정;
상기 복수의 노즐 각각으로부터 산화제를 분사하여 산화제 스트림을 형성하는 과정;
복수의 상기 산화제 스트림을 충돌시켜 산화제 스트림을 퍼트리는 과정; 및
상기 산화제 스트림과 환원 가스를 반응시켜 화염을 발생시키는 과정;을 포함하는 환원철의 제조 방법.In claim 7,
The process of generating a flame inside the container using the burner is,
A process of supplying an oxidizing agent to each of a plurality of nozzles provided in the burner;
forming an oxidizing agent stream by spraying an oxidizing agent from each of the plurality of nozzles;
A process of colliding a plurality of the oxidant streams to spread the oxidant streams; and
A method of producing reduced iron comprising: reacting the oxidizing agent stream with the reducing gas to generate a flame.
상기 복수의 노즐 각각으로부터 산화제를 분사하는 과정은,
상기 복수의 노즐 각각에서 분사되는 산화제가 상기 버너와 멀어질수록 상기 버너의 직경 방향 중심과 가까워지게 경사진 흐름을 가지도록 분사시키는 과정을 포함하는 환원철의 제조 방법.In claim 12,
The process of spraying an oxidizing agent from each of the plurality of nozzles is,
A method of producing reduced iron including a process of spraying the oxidant sprayed from each of the plurality of nozzles so that the oxidizing agent becomes closer to the radial center of the burner as the distance from the burner increases.
상기 산화제는 산소(O) 및 질소(N2)를 포함하는 환원철의 제조 방법.In claim 12,
The oxidizing agent is a method of producing reduced iron containing oxygen (O) and nitrogen (N 2 ).
상기 복수의 노즐 각각으로부터 분사되는 산화제의 유속을 80 m/sec 내지 100 m/sec로 조절하는 과정을 포함하는 환원철의 제조 방법.In claim 12,
A method of producing reduced iron comprising adjusting the flow rate of the oxidizing agent sprayed from each of the plurality of nozzles to 80 m/sec to 100 m/sec.
상기 환원 가스는 수소(H2) 가스를 포함하는 환원철의 제조 방법.The method of any one of claims 7 to 15,
The reducing gas is a method of producing reduced iron containing hydrogen (H 2 ) gas.
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