KR102328389B1

KR102328389B1 - 용철 제조장치 및 용철 제조방법

Info

Publication number: KR102328389B1
Application number: KR1020190160124A
Authority: KR
Inventors: 이영석; 신명균; 조민영
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2021-11-18
Also published as: KR20210070084A

Abstract

본 발명은 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 적어도 하나 이상의 유동환원로를 구비한 환원부; 상기 환원부로부터 공급되는 환원철을 괴성체로 제조하는 괴성화장치; 상기 괴성화된 환원철을 용융하여 용철을 제조하고, 발생된 환원가스를 상기 환원부로 공급하는 용융가스화로; 상기 용융가스화로에서 생성되는 환원가스를 상기 유동환원로에 공급하는 환원가스관; 상기 용융가스화로의 돔(dome)부에 설치되어 상기 돔부 내에서 환원가스를 추가 생산하기 위한 적어도 하나 이상의 가스발생부; 및 폐플라스틱을 성형하여 상기 가스발생부에 공급하는 폐플라스틱 성형장치를 포함하는 용철제조장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 성형된 폐플라스틱을 용융가스화로의 돔부에서 연소시켜 활용함으로써, 기존에 처리되지 못하고 방치되어 있던 폐플라스틱을 효과적으로 처리할 수 있는 효과가 있다. 또한, 코크스 및 석탄 대비 이산화탄소 발생량이 낮고 수소가 함유된 폐플라스틱을 활용하여 용융가스화로에서 추가로 환원가스를 발생시키고, 이를 분철광석의 환원에 활용할 수 있으므로, 용철 생산에 소요되는 석탄 등의 소모량을 저감할 수 있으며, 이에 따라, 이산화탄소의 발생량 또한 저감할 수 있는 효과가 있다.

Description

용철 제조장치 및 용철 제조방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

산업 또는 일반 폐기물인 폐플라스틱을, 철광석으로부터 용선을 생산하는 파이넥스 공정에 이용하여, 파이넥스 공정의 용융가스화로 및 유동환원로의 조업 효율을 증가시킬 수 있는 용철 제조장치 및 용철 제조방법에 관한 것이다.

최근, 세계적으로 포장용, 용기용 혹은 고기능성의 합성수지류의 사용이 급증하고 있으며, 이와 더불어 산업 폐기물 또는 일반 폐기물로서 플라스틱 등의 합성수지류가 급증하고 있어, 그 처리가 큰 문제가 되고 있다.

그 중에서도 고분자계의 탄화수소 화합물인 플라스틱은 연소시에 발생하는 열량이 많아 소각 처리했을 경우에 고온 연소로 인하여 소각로가 파손되거나, 플라스틱 중 함유될 수 있는 염소와의 반응에 의해 다이옥신이 발생하는 문제점이 있어, 소각로에서는 대량 처리가 어려워 주로 매립지 등에 투기되어 왔다. 그러나 플라스틱은 분해가 매우 어렵기 때문에, 매립에 의한 플라스틱의 처리 방법은 환경 대책상 바람직하지 않다. 따라서, 이와 같은 폐플라스틱을 대량으로 처리할 수 있는 방법의 개발이 절실한 실정이다.

이러한 배경 아래, 폐플라스틱을 고로 등의 제철공정에서 보조 연료로서 활용하는 방법들이 개발되어 일부 제철소에서 적용되고 있으며, 주로 폐플라스틱을 고형화 시킨후 파쇄하여, 고로 등 용광로의 하부에 위치한 풍구를 통해 고온의 공기와 함께 연료로서 취입하는 방법을 택하고 있다. 이들은 주로 고로를 대상으로 하고 있으며, 기존 풍구 크기 및 플라스틱의 연소성 등을 고려하여 성분 제어 및 형상 조건을 입자 지름 1~10mm, 부피 밀도 0.35이상으로 한정하고 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2).

한편, 고로와 같이, 고온의 공기를 사용하지 않고 상온의 산소를 풍구로 취입하여 철광석으로부터 용선을 생산하는 파이넥스 공정에서는 풍구의 크기가 고로보다 작아 폐플라스틱을 풍구로 취입하기 위해서는 더욱 작은 크기로 파쇄해야 하는 어려움이 있으며, 이송 과정에서 마찰열 등에 의한 용융 등으로 인해 배관이 막히는 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 풍구로 직접 취입하는 방법 대신 고형화된 폐플라스틱을 용융로에 석탄과 함께 투입하는 방법이 제안된 바 있다(특허문헌 3, 특허문헌 4). 특허문헌 3 및 특허문헌 4에는 파이넥스 공정 중 용융로 공정 혹은 코렉스 공정에 10~60mm의 입도를 갖는 성형 폐플라스틱을 석탄 투입량 대비 1~15%로 석탄과 함께 투입하고, 용융로 내의 열을 이용하여 폐플라스틱을 열분해하여 수소, 메탄, 일산화탄소 등으로 구성된 가스를 추가로 발생시키고, 용융로 내에서 발생되는 가스와 함께 후속 공정인 유동환원로에 공급하여, 철광석의 환원에 사용하는 방법이 개시되어 있다. 이와 같은 방법은 고로 및 용융로 등의 풍구에 취입하기 위해 폐플라스틱을 미립자로 파쇄하는 등의 추가적인 공정 및 가공이 필요하지 않는 장점이 있는 반면, 성형 폐플라스틱을 석탄과 함께 로내 투입하게 되므로, 석탄에 둘러 쌓인 폐플라스틱은 로내의 열을 충분히 공급받지 못해 열분해가 충분히 이루어 지지 않아 노내 상부에 퇴적될 수 있어, 장입물의 제어를 곤란하게 하고 열교환 효율을 저하시키는 등 조업 효율에 악영향을 미칠 수 있어 그 사용에 제약을 받을 수 밖에 없다.

한편, 최근 들어 매립 폐플라스틱의 증가 및 그로 인한 문제점들에 대해 사회적으로 많은 많은 문제점들이 제기되고 있어, 더욱 효율적이고 환경적으로 문제가 되지 않는 폐플라스틱의 처리 방법이 요구되는 실정이다.

일본특허공보 2005-336603호 일본특허공보 2001-234241호 한국공개공보 10-2013-0070774호 한국공개공보 10-2006-0072564호

본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 안출된 것으로, 폐기물인 폐플라스틱을, 파이넥스 공정에 이용하여, 환원가스를 추가로 발생시키고 이를 철광석 환원공정에 사용함으로써, 환원율이 개선된 환원철을 제조하고, 상기 환원철을 이용하여, 용철을 제조할 수 있는 용철 제조장치 및 용철 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 적어도 하나 이상의 유동환원로를 구비한 환원부; 상기 환원부로부터 공급되는 환원철을 괴성체로 제조하는 괴성화장치; 상기 괴성화된 환원철을 용융하여 용철을 제조하고, 발생된 환원가스를 상기 환원부로 공급하는 용융가스화로; 상기 용융가스화로에서 생성되는 환원가스를 상기 유동환원로에 공급하는 환원가스관; 상기 용융가스화로의 돔(dome)부에 설치되어 상기 돔부 내에서 환원가스를 추가 생산하기 위한 적어도 하나 이상의 가스발생부; 및 폐플라스틱을 성형하여 상기 가스발생부에 공급하는 폐플라스틱 성형장치를 포함하는 용철 제조장치가 제공된다.

상기 폐플라스틱 성형장치는 폐플라스틱을 혼합하는 혼합부; 혼합된 폐플라스틱을 분쇄하는 분쇄부; 및 분쇄된 폐플라스틱을 펠릿 또는 압출물의 형태로 성형하는 성형부를 포함할 수 있다.

상기 가스발생부는 폐플라스틱 성형장치로부터 공급된 폐플라스틱을 저장하는 저장부; 폐플라스틱과 산소를 용융가스화로에 취입하는 부분연소버너; 및 저장부로부터 부분연소버너로 폐플라스틱을 이송하는 이송부를 포함할 수 있다.

상기 부분연소버너는 용융가스화로의 더스트 버너 형성 위치보다 상부에 형성되어 있을 수 있다.

상기 환원가스관은 환원가스 내 더스트를 분리하는 더스트 포집장치를 구비할 수 있다.

상기 유동환원로부터 발생하는 배가스를 배출하는 배가스 배출관을 포함하고, 상기 배가스 배출관은 배가스를 세정하기 위한 집진기를 구비할 수 있다.

상기 배가스 배출관으로부터 분기되어, 환원가스관으로 배가스를 공급하는 배가스 분기관을 포함할 수 있다.

상기 배가스 분기관은 이산화탄소 제거장치를 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 유동환원로에서 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 단계; 상기 환원철을 괴성화하는 단계; 상기 괴성화된 환원철을 용융가스화로에서 용융하여 용철을 제조하는 단계; 및 상기 용융가스화로의 돔부에서 폐플라스틱 및 산소를 연소시켜 환원가스를 생성하는 단계를 포함하는 용철 제조방법이 제공된다.

상기 환원가스를 유동환원로에 공급하여 철광석을 환원하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 폐플라스틱의 평균입경은 6mm 이하일 수 있다.

상기 폐플라스틱은 용철 1톤에 대하여 110kg 미만의 장입량으로 장입될 수 있다.

상기 산소는 폐플라스틱에 포함된 탄소의 몰 수 대비 0.9 내지 1.0의 몰 비로 장입될 수 있다.

본 발명에 따르면, 성형된 폐플라스틱을 용융가스화로의 돔부에서 연소시켜 활용함으로써, 기존에 처리되지 못하고 방치되어 있던 폐플라스틱을 효과적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 코크스 및 석탄 대비 이산화탄소 발생량이 낮고 수소가 함유된 폐플라스틱을 활용하여 용융가스화로에서 추가로 환원가스를 발생시키고, 이를 분철광석의 환원에 활용할 수 있으므로, 용철 생산에 소요되는 석탄 등의 소모량을 저감할 수 있으며, 이에 따라, 이산화탄소의 발생량 또한 저감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 폐플라스틱의 평균입경에 따른 가스화율을 측정한 그래프이다.

이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 용융슬래그 용철 제조장치 및 용철 제조방법에 관한 것으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 장치 및 이를 이용하여 용철을 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다. 이하에서는 도 1을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 적어도 하나 이상의 유동환원로(12)를 구비한 환원부(10); 상기 환원부(10)로부터 공급되는 환원철을 괴성체로 제조하는 괴성화장치(14); 상기 괴성화된 환원철을 용융하여 용철을 제조하고, 발생된 환원가스를 상기 환원부(10)로 공급하는 용융가스화로(16); 상기 용융가스화로(16)에서 생성되는 환원가스를 상기 유동환원로(12)에 공급하는 환원가스관(18); 상기 용융가스화로(16)의 돔(dome)부에 설치되어 상기 돔부 내에서 환원가스를 추가 생산하기 위한 적어도 하나 이상의 가스발생부(40); 및 폐플라스틱을 성형하여 상기 가스발생부(40)에 공급하는 폐플라스틱 성형장치(30)를 포함하는 용철 제조장치가 제공된다.

분광 형태의 철광석(분철광석)은 다단 배치된 적어도 하나 이상의 유동환원로(12)를 차례로 거치면서, 용융가스화로(16)로부터 공급된 고온의 환원가스와 접촉하여 환원이 이루어진다. 유동환원로(12)에서 배출된 환원된 분철광석은 괴성화 장치(14)로 보내지며, 괴성화 장치(14)에서 괴성체로 압착된다. 상기 괴성체는 석탄 등의 탄재와 함께, 용융가스화로(16) 내에 연속으로 장입되어 석탄 충진층에서 용융되어 용철로 제조된다.

보다 상세하게, 용융가스화로(16)에는 연료인 괴상 탄재와 환원된 분철광석을 괴성화한 괴성체가 연속으로 공급되며, 외벽에 형성된 풍구(도시하지 않음)를 통해 산소가 취입되어 석탄이 연소한다. 용융가스화로(16) 내부에서 석탄의 연소가스가 상승하면서 고온의 환원기류로 전환된다. 용융가스화로(16)에서 배출되는 환원가스는 환원가스관(18)을 통하여 환원부(10)의 유동환원로(12)에 공급되어, 철광석의 환원에 사용된다.

환원가스관(18)의 경로에는 환원가스 내 더스트(dust)를 분리하는 더스트 포집장치(28)가 구비되어 있을 수 있다. 더스트 포집장치(28)에서 포집된 더스트는 용융가스화로(16)에 설치된 더스트버너(29)를 통해 용융가스화로(16)로 재취입 될 수 있다. 더스트 포집장치(28)는 특별하게 한정하는 것은 아니나, 예를 들어 고온 사이클론일 수 있다.

유동환원로(12)는 적어도 하나 이상 구비되며, 도 1은 3개의 유동환원로(12)가 직렬로 연결되어 배치된 환원부(10)를 예시하고 있다. 유동환원로(12)는 내부에 노즐이 배열된 분산판을 구비하여 용융가스화로(16)에서 공급된 고온의 환원가스를 노즐을 통해 분출하여 분철광석을 유동화시키게 된다. 유동환원로(12)의 구체적인 구조에 대해서는 이미 알려져 있으므로 여기에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

분철광석은 각 유동환원로(12)를 차례로 지나면서 환원가스와 접촉되어 환원된다. 유동환원로(12)에서 분철광석을 환원하고 난 배가스는 배가스 배출관(23)을 통하여, 유동환원로(12)로부터 외부로 배출 및 처리된다. 예를 들면, 배가스 배출관(23)은 발전소에 연결되어, 배가스 배출관(23)으로부터 배출된 배가스를 발전소로 이송하여 처리할 수 있다.

한편, 상기 배가스 배출관(23)의 경로에는 배가스를 세정하기 위한 집진기(21)가 구비되어 있는 것이 바람직하며, 상기 집진기(21)는 특별하게 한정하는 것은 아니나, 습식 집진기일 수 있다.

유동환원로(12)에서 배출된 통과한 배가스 중 일부는 배가스 배출관(23)으로부터 분기되는 배가스 분기관(24)를 통해 용융가스화로(16)로부터 발생된 환원가스와 함께 환원가스관(18)을 통해 환원부(10)의 유동환원로(12)로 공급되어 분철광석의 환원에 사용될 수 있다. 이 때, 상기 배가스 분기관(24)의 경로에는 배가스 분기관(24) 내 배가스의 이산화탄소를 제거할 수 있는 이산화탄소 제거장치가 구비되어 있을 수 있다.

용융가스화로(16)의 돔부(17)에는 추가적으로 환원가스를 생성하기 위한 가스발생부(40)가 구비된다. 가스발생부(40)는 후술하는 폐플라스틱 성형장치(30)로부터 공급된 폐플라스틱을 저장하는 저장부(41); 폐플라스틱과 산소를 용융가스화로(16)에 취입하는 부분연소버너(45); 및 저장부로부터 부분연소버너(45)로 폐플라스틱을 절출하여 이송하는 이송부(42)를 구비할 수 있다. 한편, 본 발명에서 부분연소버너(45)는 폐플라스틱과 산소를 취입하여 부분적으로 연소시키는 버너로 이해될 것이며, 용융가스화로(16)의 돔부(17)라 함은 용융가스화로(16) 상부에 형성되는 돔 형태의 공간을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 상기 저장부(41) 및 이송부(42)의 구조 및 형상은 특별하게 한정되지 않으나, 예를 들어, 상기 저장부(41)는 호퍼로 이루어져 있을 수 있고, 이송부(42)는 이송가스 공급장치(44)를 구비하며, 컨베이어 벨트식으로 구성되어 있을 수 있다. 이송된 폐플라스틱은 플라스틱 공급장치(44)를 통하여 부분연소버너(45)로 공급될 수 있다.

폐플라스틱은 탄소 및 탄화수소를 주성분으로 포함하므로, 부분연소버너(45)를 통해 용융가스화로(16)의 돔부(17)로 투입되자마자 열을 공급받아 열분해되고, 폐플라스틱과 함께 공급된 산소와 반응하여 하기의 열분해식 및 부분연소반응식들에 따라, 이산화탄소 및 수소 등으로 분해, 전환된다.

[열분해식]

C_nH_m → aCH₄ + bH₂ + cC

[부분연소 반응식]

(1) C + O₂ → CO₂

(2) C + CO₂ → 2CO

(3) CH₄ + 0.5O₂ → CO + 2H₂

(4) C₂H₆ + O₂ → 2CO + 3H₂

(5) C₃H₈ +1.5O₂ → 3CO + 4H₂

상기 열분해 및 부분연소반응에 참여하는 탄소성분은 용융가스화로 돔부에 다량 존재하고 있는 탄소 세립들이 포함될 수도 있다. 용융가스화로 돔부의 온도는 1000℃ 수준으로 유지되며, 장입되는 분환원철로부터 발생하는 다량의 금속 철 세립들 또한, 다량 존재한다. 부분연소반응식 (1) 내지 (5)는, 반응촉매가 없으면 빠른 반응속도 확보를 위해 1200~1300℃의 반응온도가 필요하다. 그러나, 상기한 바와 같이 용융가스화로 돔부에는 반응의 촉매 역할을 하는 금속철 성분이 세립의 형태로 다량 존재하고 있기 때문에, 1000℃ 수준의 돔부에서도 금속 철 성분에 의한 촉매반응에 의해 반응식(1) 내지 (5)가 빠른 속도로 진행된다.

한편, 부분연소버너(45)를 통해 용융가스화로의 돔부(17)로 취입되는 산소의 양은, 돔부(17)로 취입되는 폐플라스틱에 포함된 탄소성분, 보다 상세하게 탄소 및 탄화수소에 포함되는 탄소의 몰수를 기준으로 0.9 내지 1.0의 몰비로 취입될 수 있다. 부분연소버너(45)를 통해 돔부(17)로 취입되는 산소의 양이 상기 범위를 유지하는 경우, 폐플라스틱 중의 탄소 및 탄화수소 성분의 일산화탄소 및 수소 전환율을 90%이상 확보할 수 있다.

또한, 부분연소버너(45)를 통해 용융가스화로의 돔부(17)로 장입되는 폐플라스틱의 양은, 생성되는 가스양이 용융가스화로(17)에서 종래에 발생하는 가스량의 30%를 초과하지 않도록 하여야 하므로, 용융가스화로(17)에서 생산되는 용철 1톤에 대해 110kg(110 kg/t-p) 미만의 양으로 투입되는 것이 바람직하다. 용융가스화로(17)에서 종래에 발생되는 가스량이라 함은 부분연소버너를 통한 폐플라스틱의 취입 없이 석탄 연소 및 가스화에 의해서만 생성되는 가스량을 의미한다.

용융가스화로의 돔부(17)로 장입되는 폐플라스틱의 투입량이 너무 많으면, 용융가스화로의 돔부(17) 체적 대비 과도한 가스가 발생하여 과도한 압력 상승이 발생할 수도 있으며, 미연소된 폐플라스틱이 용융가스화로의 장입물(석탄, 환원철)의 상부에 퇴적되어, 장입물을 통과하는 가스의 흐름 및 장입물의 흐름에 장애를 유발할 수 있다. 이에, 상기한 범위로 폐플라스틱을 용융가스화로의 돔부(17)의 부분연소버너(45)를 통해 투입함으로써, 과도한 압력의 상승을 방지할 수 있으며, 미연소된 폐플라스틱에 의한 악영향도 방지할 수 있게 된다.

이와 같이, 가스발생부(40)의 부분연소버너(45)에서 폐플라스틱을 부분연소시켜 발생된 추가의 환원가스는 용융가스화로(16) 내에서 석탄의 연소 등에 의해 발생된 환원가스와 함께, 환원부(10)의 유동환원로(12)에 공급되고, 유동환원로(12)에서 분철광석의 환원에 기여하여 분환원철의 환원율을 향상시킬 수 있다.

상기 부분연소버너(45)는 용융가스화로의 돔부(17) 둘레를 따라 복수개가 간격을 두고 설치될 수 있다. 또한, 부분연소버너(45)는 부분연소버너(45)를 통해 발생되는 추가 환원가스가 더스트 버너(29)의 화염에 접촉하는 것을 방지하기 위해, 용융가스화로(16)의 더스트 버너(29)보다 높은 위치에 형성되어 있을 수 있으며, 바람직하게는 용융가스화로(16)의 더스트 버너(29)가 설치된 위치로부터 상부로, 1.5m 이상 이격된 위치에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는 가스발생부(40)로 폐플라스틱을 성형하여 공급하기 위한 폐플라스틱 성형장치(30)를 포함하며, 상기 폐플라스틱 성형장치는 폐플라스틱을 혼합하는 혼합부; 혼합된 폐플라스틱을 분쇄하는 분쇄부; 및 분쇄된 폐플라스틱을 펠릿 또는 압출물의 형태로 성형하는 성형부를 구비할 수 있다.

폐플라스틱 성형장치(30)의 혼합부에서는 산업폐기물 또는 일반폐기물로서 발생된 다양한 플라스틱을 혼합 및 보관이 이루어진다. 상기 혼합부의 구조 및 형상은 특별하게 한정되지 않으나, 예를 들어, 교반을 위한 스크류가 구비된 호퍼일 수 있다. 한편, 폐플라스틱은 특별하게 한정하지 않으나, 가급적 염소(Chlorine) 성분이 높은 PVC류가 배제된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 혼합하여 성형된 폐플라스틱을 사용될 수 있다.

폐플라스틱 성형장치(30)의 분쇄부에서는 혼합된 폐플라스틱이 소정의 크기로 분쇄되고, 성형부에서 분쇄된 폐플라스틱을 압착하고 밀도를 증가시켜, 펠릿 또는 압출물의 형태로 성형하여, 가스발생부(40)로 공급한다. 상술한 바와 같이, 펠렛 혹은 압출물의 형태로 성형된 폐플라스틱은 가스발생부(40)의 저장부(41) 및 이송부(42)를 거쳐 폐플라스틱 공급장치(44)로 투입되고, 이송가스 공급장치(43)로부터 공급된 질소 또는 산소를 통해 이송가스 공급장치 내의 배관을 따라 용융가스화로(16)의 돔부(17)에 위치한 두 개 이상의 부분연소버너(45)로 이송되며, 산소와 함께 부분연소버너(45)에서 연소되어 환원가스를 추가로 발생시킨다.

한편, 성형된 폐플라스틱의 평균입경은 6mm이하(단, 0은 제외한다.)인 것이 바람직하다. 평균입경이 6mm를 초과하는 경우, 가스화율은 50% 미만으로 가스로의 전환 효율이 매우 낮으므로, 평균입경이 6mm를 초과하는 폐플라스틱을 사용하는 경우, 부분연소버너(45)에서 폐플라스틱을 연소한다고 하더라도 가스화가 원활히 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 용융가스화로(16)로 유입되어 용융가스화로(16)내의 분환원철, 석탄 및 환원제 사이에 퇴적하여 용융가스화로(16)의 하부로부터 상승하는 가스의 흐름을 막아 조업 효율의 장애를 유발할 수 있다.

도 2는 다양한 크기로 성형된 폐플라스틱을 1200℃로 가열된 공기와 함께 부분연소버너에서 연소시킨 실험 결과를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 폐플라스틱의 평균입경 크기가 증가할수 가스화율은 연속적으로 감소하며, 특히, 평균입경이 6mm를 초과하는 폐플라스틱의 가스화율은 50% 미만으로 폐플라스틱의 가스로의 전환 효율이 매우 낮음을 확인할 수 있다.

상술한 본 발명의 용철제조장치 및 제조방법에 따르면, 환원부(10)의 유동환원로(16) 최하단에서 배출되는 분환원철의 환원율을 폐플라스틱의 부분연소를 통해 발생된 추가 환원가스 중의 일산화탄소 및 수소 가스 성분을 증대시킴으로써, 종래에 유동환원로에서 배출되는 분환원철의 환원율 대비 1 내지 8% 상승시킬 수 있다. 종래의 유동환원로에서 배출되는 분환원철의 환원율은 폐플라스틱의 부분연소로 발생되는 추가의 환원가스 없이 생산되는 분 환원광의 환원율을 의미하며, 통상 55 내지 65% 수준이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

10: 환원부
12: 유동환원로
14: 괴성화 장치
16: 용융가스화로
17: 돔부
18: 환원가스관
21: 집진기
23: 배가스 배출관
24: 배가스 분기관
25: 이산화탄소 제거장치
28: 더스트 포집장치
29: 더스트버너
30: 플라스틱 성형장치
40: 가스발생부
41: 저장부
42: 이송부
43: 이송가스공급장치
44: 폐플라스틱 공급장치
45: 부분연소버너

Claims

철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 적어도 하나의 유동환원로를 구비한 환원부;
상기 환원부로부터 공급되는 환원철을 괴성체로 제조하는 괴성화장치;
상기 괴성화된 환원철을 용융하여 용철을 제조하고, 발생된 환원가스를 상기 환원부로 공급하는 용융가스화로;
상기 용융가스화로에서 생성되는 환원가스를 상기 유동환원로에 공급하는 환원가스관;
상기 용융가스화로의 돔(dome)부에 설치되어 상기 돔부 내에서 환원가스를 추가 생산하기 위한 적어도 하나의 가스발생부; 및
폐플라스틱을 성형하여 상기 가스발생부에 공급하는 폐플라스틱 성형장치를 포함하고,
상기 성형된 폐플라스틱의 평균입경은 6mm 이하(단, 0은 제외한다.)이며,
상기 가스발생부는 폐플라스틱 성형장치로부터 공급된 폐플라스틱을 저장하는 저장부; 폐플라스틱과 산소를 용융가스화로에 취입하는 부분연소버너; 및 저장부로부터 부분연소버너로 폐플라스틱을 이송하는 이송부를 포함하고,
상기 폐플라스틱은 용철 1톤에 대하여 110kg 미만의 장입량으로 장입되며,
상기 산소는 폐플라스틱에 포함된 탄소의 몰 수 대비 0.9 내지 1.0의 몰 비로 장입되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 용철 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 폐플라스틱 성형장치는 폐플라스틱을 혼합하는 혼합부; 혼합된 폐플라스틱을 분쇄하는 분쇄부; 및 분쇄된 폐플라스틱을 펠릿 또는 압출물의 형태로 성형하는 성형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용철 제조장치.
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제1항에 있어서,
상기 부분연소버너는 용융가스화로의 더스트 버너보다 상부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용철 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 환원가스관은 환원가스 내 더스트를 분리하는 더스트 포집장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 용철 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 유동환원로부터 발생하는 배가스를 배출하는 배가스 배출관을 포함하고, 상기 배가스 배출관은 배가스를 세정하기 위한 집진기를 구비하는 것을 특징으로 하는 용철 제조장치.
제6항에 있어서,
상기 배가스 배출관으로부터 분기되어, 환원가스관으로 배가스를 공급하는 배가스 분기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 용철 제조장치.
제7항에 있어서,
상기 배가스 분기관은 이산화탄소 제거장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 용철 제조장치.
유동환원로에서 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 단계;
상기 환원철을 괴성화하는 단계;
상기 괴성화된 환원철을 용융가스화로에서 용융하여 용철을 제조하는 단계; 및
상기 용융가스화로의 돔부에서 폐플라스틱 및 산소를 연소시켜 환원가스를 추가 생성하는 단계를 포함하고,
상기 폐플라스틱의 평균입경은 6mm 이하(단, 0은 제외한다.)이며,
상기 폐플라스틱은 용철 1톤에 대하여 110kg 미만의 장입량으로 장입되고,
상기 산소는 폐플라스틱에 포함된 탄소의 몰 수 대비 0.9 내지 1.0의 몰 비로 장입되는 것을 특징으로 하는 용철 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 환원가스를 유동환원로에 공급하여 철광석을 환원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용철 제조방법.
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