KR100288267B1 - An apparatus and process for the direct reduction of iron oxides - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직접환원 반응기에서 사용되는, 금속화된 철분말과 접하는 분리기의 내벽 표면을 냉각하기 위한 냉매를 수용하는 냉각 챔버를 가지는 기다란 관형 하우징으로 이루어지는 분리기에 관한 것이다.The present invention relates to a separator consisting of an elongated tubular housing having a cooling chamber for receiving a refrigerant for cooling the inner wall surface of the separator in contact with the metallized iron powder used in a direct reduction reactor.
Description
본 발명은 산화철의 직접환원 장치 및 공정에 관한 것으로, 보다 자세하게는 공정에서 사용되는 고온 가스의 흐름으로부터 금속화된 철분말을 분리하는 공정 및 그 장치에서 사용되는 분리기에 관한 것이다.The present invention relates to a direct reduction apparatus and process of iron oxide, and more particularly, to a process for separating the metallized iron powder from the flow of hot gas used in the process and a separator used in the apparatus.
금속화된 철분말을 얻기 위해 금속을 함유하는 철을 직접 환원하는 공정은 철강 제조기술에서 잘 알려진 것으로서, 미국특허 제5,082,251호는 그러한 공정과 장치가 개시되어 있다. 미국특허 제5,082,251호에 개시된 공정과 장치에서, 여러 개의 환원반응기가 연속적으로 연결되어 철광석 원료의 연속적인 환원을 위해 사용된다. 반응기에서 반응기로 연속적으로 운반되는 철분말을 얻기 위해, 환원 공정동안에 사용되는 고온 가스의 흐름으로부터 금속화된 철분말을 분리하기 위해 환원 반응기에서 분리기를 사용하는 공정 및 장치는 선행기술에서 새로운 것이 아니다. 선행기술의 공정 및 장치에서 사용되는 전형적인 분리기는 미국특허 제4,756,729호 및 제3,675,401호에 나타나 있다.Processes for directly reducing iron containing metals to obtain metallized iron powders are well known in the art of steel fabrication, and US Pat. No. 5,082,251 discloses such processes and apparatus. In the process and apparatus disclosed in US Pat. No. 5,082,251, several reduction reactors are connected in series to be used for the continuous reduction of iron ore raw materials. The process and apparatus using a separator in a reduction reactor to separate the metallized iron powder from the flow of hot gas used during the reduction process to obtain iron powder that is continuously transported from reactor to reactor is not new in the prior art. . Typical separators used in prior art processes and apparatus are shown in US Pat. Nos. 4,756,729 and 3,675,401.
전형적으로, 금속화된 철분말을 분리하는 장치는 원통형 몸체로 구성되며, 여기로 고체입자 및 가스로 이루어진 부유물이 접선방향으로 들어온다. 고체입자와 함께 운반되는 가스는, 가스흐름을 접선방향으로 주입함으로써 생기는 원심력에 의하여 원통형의 몸체를 나선형으로 통과하여 이동한다. 그런 다음, 고체입자와 함께 운반되는 가스흐름은 분리기의 원통형 몸체에서 원추형의 확장부분으로 운반된다. 가스의 흐름은 원추형의 부분에서 가속화되며, 여기에서 와류(vortex)는 소멸되고, 함께 운반된 고체입자는 가스흐름으로부터 분리된다. 입자가 없는 가스 흐름은 나사방향의 반대방향으로 장치의 상부에 있는 중심부의 구멍을 향하여 움직이고, 분리된 고체입자는 분리기의 하부에 위치한 배출구로부터 방출된다.Typically, a device for separating metalized iron powder consists of a cylindrical body, in which suspended solids and solids of gas enter tangentially. The gas carried with the solid particles moves helically through the cylindrical body by centrifugal force generated by injecting the gas flow in the tangential direction. The gas flow carried with the solid particles is then carried from the cylindrical body of the separator to the conical extension. The flow of gas is accelerated in the conical section, where the vortex vanishes and the solid particles carried together separate from the gas stream. Particle-free gas flow moves towards the hole in the center at the top of the device in the opposite direction to the screw direction, and the separated solid particles are discharged from the outlet located at the bottom of the separator.
상기한 바와 같이 금속을 함유하는 철의 직접환원의 공정에서 사용되는, 고온 가스의 흐름으로부터 고체입자를 분리하는 장치는 여러 가지 결점을 가진다. 첫째, 금속화된 철분말은 고체의 껍질처럼 장치의 내벽에, 예를 들면, 원추형 부분에 모이는 경향이 있으며, 이로 인해 장치의 결합구조를 변화시켜 궁극적으로는 환원 반응기 전체에 불리한 영향을 끼친다. 둘째, 장치의 원추형 부분에서 원심력의 가속화 결과로 분리된 금속화된 철분말은 고온의 공정으로 인하여 어느 정도의 가소성을 얻게 되며, 이로 인하여 금속화된 철분말은 분리기 몸체의 내벽에 달라붙게 되고, 결과적으로 가스 흐름으로부터 고체입자를 분리하는 장치의 수용능력을 감소시킨다.As described above, the apparatus for separating solid particles from the flow of hot gas, which is used in the process of direct reduction of iron containing metal, has various drawbacks. First, metallized iron powder tends to collect on the inner wall of the device, for example in the conical part, like a shell of solids, which changes the bonding structure of the device and ultimately adversely affects the reduction reactor as a whole. Second, the metallized iron powder separated as a result of the acceleration of the centrifugal force in the conical part of the device obtains some plasticity due to the high temperature process, which causes the metallized iron powder to stick to the inner wall of the separator body, As a result, the capacity of the device to separate solid particles from the gas stream is reduced.
따라서, 본 발명의 주목적은 금속을 함유하는 철의 직접환원 공정에서 사용되는 환원반응기에 쓰여질 개량된 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, it is a primary object of the present invention to provide an improved apparatus for use in a reduction reactor used in the direct reduction process of iron containing metals.
본 발명의 다른 목적은 산화철의 직접환원을 위한 공정 및 장치에서 사용되는 공정 가스의 흐름으로부터 금속화된 철분말을 분리하기 위한 개량된 분리기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an improved separator for separating metalized iron powder from the flow of process gas used in the process and apparatus for the direct reduction of iron oxide.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 바와 같이 분리기의 내벽 상에 고체의 껍질이 형성되는 것을 방지하므로써 완전한 결합구조를 갖는 분리기를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a separator having a complete bonding structure by preventing the formation of a solid shell on the inner wall of the separator as described above.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 바와 같이 공정 가스의 흐름으로부터 금속화된 철분말을 분리하는 데 효과적인 분리기를 제공하므로써 분리된 금속화된 철분말이 다음의 공정을 위해 분리기로부터 용이하게 방출되게 하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a separator which is effective for separating the metallized iron powder from the flow of process gas as described above so that the separated metallized iron powder is easily released from the separator for the next process. .
본 발명의 다른 목적과 이점은 후술하는 바와 같다.Other objects and advantages of the present invention are as described below.
도 1은 본 발명에 따라 분리기를 사용하며, 산화철 입자의 직접환원을 위해 사용되는 반응기의 횡단면도이다.1 is a cross-sectional view of a reactor using a separator according to the invention and used for the direct reduction of iron oxide particles.
도 2는 공정 가스의 흐름으로부터 금속화된 철분말을 분리하기 위한 본 발명의 분리기 확대도이다.2 is an enlarged view of a separator of the present invention for separating metallized iron powder from a flow of process gas.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 반응기 12 : 산화철 입구10 reactor 12 iron oxide inlet
14 : 산화철 출구 16 : 공급라인14 iron oxide outlet 16 supply line
18 : 라인 20 : 화살표18: line 20: arrow
22 : 분리기 24 : 입구22: separator 24: inlet
26 : 입자와 함께 운반되는 가스의 흐름26: flow of gas carried with the particles
28 : 원통형 몸체, 상부 30 : 원추형 부분28: cylindrical body, upper 30: conical portion
32 : 입자가 없는 가스의 흐름 34 : 중심부의 구멍32: Particle-free gas flow 34: Center hole
36 : 배출구 38 : 원통형 하부36: outlet 38: cylindrical bottom
40 : 기다란 관형 하우징 42 : 원추형의 중간부분40: elongated tubular housing 42: middle portion of the cone
50 : 속이 빈 환형의 냉각 챔버 52 : 냉매 입구50: hollow annular cooling chamber 52: refrigerant inlet
54 : 냉매 출구54: refrigerant outlet
발명의 요점The gist of the invention
전술한 목적은 본 발명에 의해 성취되며, 여기에서 환원 반응기는 반응기에 공급되는 고온 가스로부터 금속화된 철분말을 분리하기 위한 반응기의 환원 존(zone)내에 위치하는 분리기를 포함한다. 본 발명에 따르면, 분리기는 금속화된 철분말과 고온 가스의 통로를 형성하는 측벽부분을 갖는 적어도 하나의 기다란 관형 하우징으로 이루어지며, 여기에서 분리기 측벽부분중 적어도 한 부분은 냉각된 부분을 포함하여 금속화된 철분말이 분리기의 냉각된 측벽부분에 달라붙는 것을 방지한다.The above object is achieved by the present invention, wherein the reduction reactor comprises a separator located in a reduction zone of the reactor for separating the metallized iron powder from the hot gas supplied to the reactor. According to the invention, the separator consists of at least one elongated tubular housing having a sidewall portion defining a metalized iron powder and a passage of hot gas, wherein at least one of the separator sidewall portions comprises a cooled portion. Prevent metallized iron powder from sticking to the cooled sidewall portion of the separator.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반응기의 측벽부분은 실제적으로 원통형의 상부와 하부, 및 상부와 하부를 연결하는 원추형의 중간부분으로 이루어진다. 본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 측벽의 원추형 부분은 하부의 원통형 부분의 원통형 측벽부분에 대하여 약 7°~약 12°사이의 α각을 형성한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 원추형의 중간부분은 금속화된 철분말과 접촉하는 원추형 중간부분의 측벽부분을 냉각시키기 위해, 압력하에서 냉매를 수용하기 위한 내부 챔버와 함께 제공된다. 분리기의 냉각된 측벽부분은 금속화된 철분말이 달라붙는 것을 충분히 막을 정도의 온도로 냉각된다. 본 발명에 따르면, 챔버로 유입되는 냉매의 온도는 약 30℃~600℃ 사이이어야 한다.According to another feature of the invention, the side wall portion of the reactor consists of a cylindrical upper and lower portion and a conical middle portion connecting the upper and lower portions. According to a preferred feature of the invention, the conical part of the side wall forms an angle between about 7 ° and about 12 ° with respect to the cylindrical side wall part of the lower cylindrical part. According to a preferred embodiment of the present invention, the conical middle portion is provided with an inner chamber for receiving the refrigerant under pressure to cool the side wall portion of the conical middle portion in contact with the metallized iron powder. The cooled sidewall portion of the separator is cooled to a temperature sufficient to prevent metallized iron powder from sticking. According to the invention, the temperature of the refrigerant flowing into the chamber should be between about 30 ℃ to 600 ℃.
도면의 상세한 설명Detailed description of the drawings
도 1은 산화철의 직접환원에 사용되는 반응기(10)를 도식적으로 도시한 횡단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a reactor 10 used for direct reduction of iron oxides.
반응기(10)는 산화철 입구(12)와 산화철 출구(14)로 이루어진다. 산화철 입자를 환원하기 위해 사용되는 공정 가스는 공급라인(16)을 통해 하부의 반응기로 유입되며 라인(18)을 통해 반응기에서 방출된다. 일반적으로 공정 가스는, 화살표(20)에 의해 도시된 바와 같이, 반응기(10)에서 상부로 유입된다. 반응기(10)는 단독이거나 또는 선택적으로, 전술한 미국특허 제5,082,251호에서 설명된 연속적인 반응기 중의 하나일 수 있다.The reactor 10 consists of an iron oxide inlet 12 and an iron oxide outlet 14. The process gas used to reduce the iron oxide particles enters the bottom reactor through feed line 16 and exits the reactor through line 18. In general, the process gas is introduced from the reactor 10 to the top, as shown by arrow 20. Reactor 10 may be single or alternatively one of the continuous reactors described in U.S. Patent No. 5,082,251 described above.
반응기(10)내에, 반응기(10)을 통과하는 고온의 공정 가스의 흐름으로부터 금속화된 철분말을 분리하기 위해 사용되는 분리기(22)가 존재한다.Within the reactor 10 there is a separator 22 which is used to separate the metallized iron powder from the flow of hot process gas through the reactor 10.
도 1에서 잘 알수 있는 바와 같이, 가스에 고체의 철광석 입자를 포함하는 부유물은 입구(24)를 통해 접선방향으로 분리기(22)에 유입된다. 고체의 입자와 함께 운반되는 가스는 가스를 접선방향으로 주입하므로써 생기는 원심력의 작용에 의하여, 참조번호 26번에 의해 도식적으로 도시된 바와 같이, 나선형의 모양으로 원통형의 몸체를 통과한다. 원통형 몸체(28)를 통과하는 가스 흐름은 분리기의 원추형 확장부분으로 운반된다. 가스의 흐름은 원추형 부분(30)에서 가속화되며, 여기에서 와류는 분해되고, 함께 운반된 고체입자는 가스흐름으로부터 분리된다. 입자가 없는 가스흐름은 참조번호 32에 의해 도시된 바와 같이 나선형의 반대방향으로 분리기 상부에 있는 중심부의 구멍(34)을 향하여 움직이며, 분리된 금속화된 입자분말은 분리기의 하부에 위치한 배출구(36)에서 방출된다. 이러한 정도로, 분리기(22)는 미국특허 제4,756,729호에 개시된 선행기술의 전형적인 분리기로서 작동한다.As can be seen in FIG. 1, suspended solids containing solid iron ore particles in the gas enter the separator 22 tangentially through the inlet 24. The gas carried with the solid particles passes through the cylindrical body in the form of a spiral, as shown schematically by reference numeral 26, by the action of centrifugal force resulting from the tangential injection of the gas. Gas flow through the cylindrical body 28 is carried to the conical extension of the separator. The flow of gas is accelerated in the conical section 30, where the vortices decompose and the solid particles carried together separate from the gas stream. Particle-free gas flow moves toward the central hole 34 at the top of the separator in the opposite direction of the spiral as shown by reference numeral 32, and the separated metalized particle powder is discharged at the bottom of the separator. In 36). To this extent, separator 22 operates as a typical separator of the prior art disclosed in US Pat. No. 4,756,729.
도 2에서는 본 발명의 개량된 분리기(22)가 상세하게 설명될 것이다. 반응기(22)는 일반적으로 참조번호 40번에 의해 표시되는 기다란 관형 하우징으로 이루어진다. 하우징(40)은 실제적으로 원통형 상부(28)와 원통형 하부(38)로 이루어 지며, 원통형의 상부와 하부는 원추형의 중간부분(42)에 의해 연결된다. 하우징은 원통형 상부(28)에 위치한 접선방향의 입구(24)와 함께 제공된다. 가스 출구는 상부(28)의 기다란 관형 하우징의 장축을 따라 위치한다. 금속화된 철분말의 출구(38)는 하부의 원통형 부분에 위치한다.In Figure 2 the improved separator 22 of the present invention will be described in detail. The reactor 22 generally consists of an elongated tubular housing indicated by reference numeral 40. The housing 40 actually consists of a cylindrical top 28 and a cylindrical bottom 38, the top and bottom of the cylinder being connected by a conical middle portion 42. The housing is provided with a tangential inlet 24 located at the cylindrical top 28. The gas outlet is located along the long axis of the elongated tubular housing of the top 28. The outlet 38 of the metalized iron powder is located in the lower cylindrical part.
보다 자세한 도 2에 있어서, 본 발명에 따른 실린더 하우징은 적어도 부분적으로 속이 빈 환형의 챔버(50)를 포함하며, 환형의 챔버는 적어도 원추형의 중간부분(42)에 형성되어야 한다. 그 환형의 챔버는 도 2에서 도시된 바와 같이 원추형의 중간부분(42)뿐만 아니라 원통형 상부(28)와 원통형 하부(38)에 각각 형성되는 것이 바람직하다. 환형 챔버는 냉각 챔버(실)에 냉매를 유입하고 제거하기 위해 냉매 입구(52)와 냉매 출구(54)를 포함한다. 냉매는 금속화된 철분말과 접촉하는 내벽의 온도를 700℃ 미만 또는 700℃로 유지하기 위해 약 30℃~600℃ 사이의 온도로 입구(52)에 유입되는 것이 바람직하다. 분리기 내벽의 온도를 700℃ 미만 또는 700℃로 유지하므로써, 내벽 표면을 형성하는 분리기 하우징의 측벽부분 표면에 금속화된 철분말이 달라붙는 것이 방지된다.In more detail in FIG. 2, the cylinder housing according to the invention comprises at least partially hollow annular chamber 50, which annular chamber should be formed at least in the conical middle portion 42. The annular chamber is preferably formed in the cylindrical upper portion 28 and the cylindrical lower portion 38 as well as the conical middle portion 42 as shown in FIG. 2. The annular chamber includes a refrigerant inlet 52 and a refrigerant outlet 54 for introducing and removing refrigerant into the cooling chamber (chamber). The coolant is preferably introduced into the inlet 52 at a temperature between about 30 ° C. and 600 ° C. to maintain the temperature of the inner wall in contact with the metalized iron powder below 700 ° C. or 700 ° C. By maintaining the temperature of the inner wall of the separator below 700 ° C or 700 ° C, the metalized iron powder is prevented from adhering to the surface of the side wall portion of the separator housing forming the inner wall surface.
분리기의 기다란 관형 하우징의 측벽부분을 냉각하는 것에 덧붙여, 원추형의 측벽부분은 도 2에서 나타난 바와 같이 측벽의 하부에 대하여 약 7°~ 12°사이의 α각을 형성한다. 보다 바람직한 α각은 약 8°~ 10°사이이다. 원추형 부분의 α각은 분리기로부터 고체입자를 분리하고 제거하는 효율성을 증가시키기 위한 임계각이다. 전술한 것에 덧붙여, 배출부분(38)의 지름은 원추형 부분의 각과 더불어 공정 가스로부터 금속화된 분말을 분리하는 것에 대해 시너지 효과를 갖는다. 배출부분(36)의 지름은 16-24 인치 사이가 바람직하다. 배출부분(38)의 지름은 원추형 부분(42)의 각과 더불어 와류가 쇠퇴하는 곳에서 금속화된 입자의 분리를 강화함으로써 입자의 분리를 강화한다. 선행기술에서 사용되는 분리기와 비교할 때, 강화된 입자분리는 분리기 측벽의 냉각과 더불어 원료처리량을 높이고 입자 회복을 강화시킨다.In addition to cooling the side wall portions of the elongated tubular housing of the separator, the conical side wall portions form an α angle between about 7 ° and 12 ° with respect to the bottom of the side wall as shown in FIG. 2. More preferred α angle is between about 8 ° and 10 °. The α angle of the conical portion is the critical angle to increase the efficiency of separating and removing solid particles from the separator. In addition to the foregoing, the diameter of the discharge portion 38, together with the angle of the conical portion, has a synergistic effect on separating the metallized powder from the process gas. The diameter of the discharge portion 36 is preferably between 16 and 24 inches. The diameter of the outlet portion 38, together with the angle of the conical portion 42, enhances the separation of the particles by enhancing the separation of the metalized particles where the vortex declines. Compared to the separators used in the prior art, enhanced particle separation, along with cooling the separator sidewalls, increases raw material throughput and enhances particle recovery.
본 발명의 공정 및 장치에서 사용되는 냉매는 기체 또는 액체이며, 바람직한 것은 기체이다. 본 발명의 공정에 따르면, 금속화된 철분말과 접촉하는 분리기의 내벽 표면의 온도가 700℃ 미만이거나 700℃인 것이 결정적이다. 전술한 것을 얻기 위해 냉매가 입구(52)를 통해 환형의 냉각 챔버(50)로 유입될 때 약 30℃~600℃의 온도이어야 한다는 것이 밝혀졌다.The refrigerant used in the process and apparatus of the present invention is a gas or a liquid, with gas being preferred. According to the process of the invention, it is critical that the temperature of the inner wall surface of the separator in contact with the metalized iron powder is less than or equal to 700 ° C. In order to achieve the above it has been found that the refrigerant should be at a temperature of about 30 ° C. to 600 ° C. when it is introduced into the annular cooling chamber 50 through the inlet 52.
본 발명은 여기에 설명 및 도시되어 있으며, 본 발명을 수행하기 위한 최적의 모드를 단지 예시적으로 설명하고 있을 뿐이고, 형태, 크기, 부품의 배열 및 상세 작동 등의 수정이 가능한 실시예에 제한되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 더욱이 특허청구범위에 한정된 바와 같은 발명의 사상 및 영역 내의 모든 수정을 포괄하도록 한 것이다.The invention has been described and illustrated herein, which merely illustrates by way of example the best mode for carrying out the invention, and is not limited to embodiments that can be modified in form, size, arrangement of parts and detailed operation. You will see that. The present invention is intended to further cover all modifications within the spirit and scope of the invention as defined in the claims.
본 발명에 따르면, 산화철을 직접환원하는데 있어서 공정 가스의 흐름으로부터 금속화된 철분말 분리시, 분리기 내벽에 고체 조각이 형성되는 것을 방지하면서 금속화된 철분말을 용이하게 분리·방출할 수 있도록 하여, 산화철 환원을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, in the direct reduction of iron oxide, when the metallized iron powder is separated from the flow of the process gas, the metallized iron powder can be easily separated and discharged while preventing the formation of solid pieces on the inner wall of the separator. The iron oxide reduction can be performed more efficiently.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990003468A KR100288267B1 (en) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | An apparatus and process for the direct reduction of iron oxides |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1019990003468A KR100288267B1 (en) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | An apparatus and process for the direct reduction of iron oxides |
Publications (2)
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ID=19573137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1019990003468A KR100288267B1 (en) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | An apparatus and process for the direct reduction of iron oxides |
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-
1999
- 1999-02-03 KR KR1019990003468A patent/KR100288267B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR20000055042A (en) | 2000-09-05 |
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