KR101239419B1 - 용철 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 소결광을 제공하는 단계, 상기 제공된 소결광을 환원하는 단계, 상기 환원된 소결광을 용철 제조로에 장입하는 단계 및 상기 소결광을 이용하여 용철을 제조하는 단계를 포함하는 용철 제조 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공한다.
코크스 오븐 가스, COG, 용철, 소결광, 환원, 이산화탄소, CO2

Description

용철 제조 방법 및 장치{Method and Apparatus for Manufacturing Molten Irons}
본 발명은 용철 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 용철 제조 공정에서 이산화탄소(CO2) 발생량을 줄일 수 있고 환원 제비를 감축할 수 있는 용철 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
일반적인 용철 제조 공정에서는 소결광을 제조하여 고로에 이송하고, 이송된 소결광을 이용하여 용철을 제조한다. 이 경우 고로에서는 코크스가 환원제로 사용되며 이산화탄소(CO2)가 다량 발생한다.
이러한 용철 제조 공정에서 비용을 줄이기 위해 코크스 사용량을 줄이려는 시도가 계속 되고 있다. 최근 환경에 대한 관심이 급증하면서 이산화탄소(CO2) 발생량을 줄여야 한다는 사회적 압력이 커지고 있다.
본 발명은 비용 및 이산화탄소(CO2) 발생량을 줄일 수 있는 용철 제조 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 방법은, 소결광을 환원로에 제공하는 단계; 상기 제공된 소결광을 소결광의 현열과 900℃ 이상의 코크스 오븐 가스를 환원가스로 이용하여 환원하는 단계; 상기 소결광의 환원에 의해 생성된 400~500℃의 환원가스를 환원로에 재투입하는 단계; 상기 환원된 100℃ 이하의 소결광을 용철 제조로에 장입하는 단계; 및 상기 소결광을 이용하여 용철을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 소결광을 환원하는 단계 후에 상기 환원를 수증기 개질 공정에 제공하는 단계를 더 포함하는 용철 제조 방법이 제공될 수 있다.
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본 발명의 실시예에 따르면, 용철 제조 공정에서 이산화탄소(CO2) 발생량을 줄일 수 있고 환원 제비를 약 50% 감축할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 환원 가스를 이용하여 수소를 제조할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 명세서 전체에서 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 방법을 나타내는 개략적인 공정도이다. 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 방법은, 소결광을 제공하는 단계(S10), 상기 제공된 소결광을 환원하는 단계(S20), 상기 환원된 소결광을 용철 제조로에 장입하는 단계(S30) 및 상기 소결광을 이용하여 용철을 제조하는 단계(S40)를 포함한다.
단계(S10)은 소결광 공급 장치(100)에서 소결광을 환원로(110)에 공급하는 단계이다. 소결광 공급 장치(100)는 소결 대차일 수 있으며, 공급되는 소결광의 온도는 1100℃ 이하일 수 있다.
단계(S20)은 공급된 소결광의 현열과 환원가스를 이용하여 소결광을 환원로(110)에서 환원하는 단계이다. 환원로(110)에는 환원가스가 공급되어 소결광을 환원한다. 환원로(110)는 하부에서 가스를 취입할 수 있는 구조이고 다단 구조일 수도 있다.
환원가스는 환원가스 공급 장치(120)에서 환원가스 공급 라인(122)을 통해 환원로(110)에 공급된다. 환원가스 공급 장치(120)는 COG 탱크 또는 코크스로일 수 있다.
환원가스는 수소 또는 일산화탄소를 포함하며, 코크스 오븐 가스 (Cokes Oven Gas; COG)일 수 있다. 환원가스의 온도는 900℃ 이상일 수 있다.
도3은 반응 온도 900℃에서 수소와 일산화탄소를 사용한 경우의 환원율을 나타내는 그래프이다. 900℃에서 환원이 이루어지고 환원가스가 수소인 경우 1시간 이내에 환원율이 70%에 도달할 수도 있다. 환원가스가 일산화탄소인 경우에는 더 느리다.
한편, 도4에 나타난 바와 같이, 900℃에서는 환원 분화가 거의 나타나지 않는다.
소결광이 환원가스에 의해 환원되는 반응식은 아래와 같다.
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
환원 반응에 의해 생성된 이산화탄소(CO2)와 수증기(H2O) 외에 반응하지 않고 남은 수소(H2)와 일산화탄소(CO), 그리고 메탄(CH4)이 함께 배출될 수 있다.
환원가스 배출 라인(112)을 통해 환원로(110)에서 배출된다. 배출되는 환원가스의 온도는 400 ℃ 내지 500℃일 수 있다. 배출된 환원가스는 환원로(110)에 재투입되어 소결광을 환원할 수도 있다. 이 경우 환원가스 재투입 라인(114)이 환원가스 배출라인(112)과 환원가스 공급 라인(122)을 연결하므로, 배출된 환원가스는 환원로(110)의 하부로 이송되어 재투입될 수 있다.
한편, 배출된 환원가스는 타 공정(130)에 공급될 수도 있다. 타 공정은 수소 제조 공정일 수 있으며, 구체적으로 수증기 개질 공정일 수 있다. 이 경우 환원가스 배출 라인(112)이 타 공정에 사용되는 장치에 연결될 수 있다.
환원가스에 포함된 메탄(CH4)과 일산화탄소(CO)는 아래 반응에 의해 수소(H2) 제조에 사용될 수 있다.
CH4 + H2O = CO + 3H2
CO + H2O = CO2 + H2
단계(S30)은 환원된 소결광을 용철 제조로(140)에 장입하는 단계이다. 이 때 소결광의 온도는 100℃ 이하일 수 있고 용철 제조로(140)는 고로일 수 있다.
단계(S40)은 장입된 소결광을 이용하여 용철을 생산하는 단계이다. 환원로에서 70% 가까이 환원된 소결광을 이용하는 경우 용철 생산 비용을 감축할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 종래 기술을 사용하는 경우에 비해 환원제, 즉 일산화탄소(CO)를 적게 사용하고도 용철은 더 많이 생산할 수 있다. 이 경우 이산화 탄소(CO2) 발생량도 줄어드는 이점이 있다.
한편, 종래 기술에 의하면, 고로 공정에서 공기 열풍을 사용하므로 질소(N2)가 다량 취입되는데, 질소(N2) 때문에 이산화탄소(CO2)를 분리하기 어려운 문제가 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 고로에 장입하기 전에 소결광을 완전 환원할 수 있으므로 환원시 발생하는 이산화탄소(CO2)를 완전히 제거할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 환원제비의 약 50% 이상을 수소로 대체함으로써 이산화탄소(CO2) 발생량을 획기적으로 줄일 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 고로 공정에서 소결광을 가열하여 용융하는 데에만 환원제비가 필요하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 방법을 나타내는 개략적인 공정도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도3은 반응 온도 900℃에서 수소와 일산화탄소를 사용한 경우의 환원율을 나타내는 그래프이다.
도4는 수소와 일산화탄소를 사용한 경우 온도에 따른 소결광의 환원 분화 추이를 나타내는 그래프이다.

Claims (9)

  1. 소결광을 환원로에 제공하는 단계;
    상기 제공된 소결광을 소결광의 현열과 900℃ 이상의 코크스 오븐 가스를 환원가스로 이용하여 환원하는 단계;
    상기 소결광의 환원에 의해 생성된 400~500℃의 환원가스를 환원로에 재투입하는 단계;
    상기 환원된 100℃ 이하의 소결광을 용철 제조로에 장입하는 단계; 및
    상기 소결광을 이용하여 용철을 제조하는 단계를 포함하되,
    상기 소결광을 환원하는 단계 후에 상기 환원를 수증기 개질 공정에 제공하는 단계를 더 포함하는 용철 제조 방법.
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