KR20010074502A - 강력한 산화철 직접환원 및 고상 폐기물 최소화에 의한제강방법 - Google Patents

Abstract

로(20) 내 체(27)에서 산화철 및 고상 탄소질 환원제로 구성된 조성 덩어리를, 체상에서 이동상을 형성하도록 가열하는 단계를 포함한 산화물 처리방법. 덩어리상이 제1 구역(21)을 통과할 때 상기 덩어리상을 건조 및/또는 예열하기 위하여 로(20)의 제1 구역(21)에서 덩어리상 및 체로 핫가스를 (하향 및/또는 상향) 통과시킨다. 냉각 또는 예열 공기 및/또는 산화제는 노(20)의 제2 구역(23)에서 예열된 덩어리와 체(27)로 상향 통과된다. 제2 구역(23)에서 상기 덩어리의 산화철이 환원되어 직접 환원 철 제품을 형성하며, 이에 따라 상향된 공기 및/또는 산화제는, 상 간극에서, 환원된 덩어리로부터 나오는 일산화탄소를 포함하는 휘발성분을 연소하기에 효과적이다.

Description

강력한 산화철 직접환원 및 고상 폐기물 최소화에 의한 제강방법{SUSTAINABLE STEELMAKING BY INTENSIFIED DIRECT REDUCTION OF IRON OXIDE AND SOLID WASTE MINIMISATION}

원광 또는 전처리 철광석을 예비 환원하고 로(furnace)에서 처리하여 다양한 로들, 특히 전기로에서 용융시키기 위한 스폰지철(sponge iron) 또는 선철을 제조하기 위한 다양한 공정이 제안되었다. 예로서, 미드렉스사(Midrex Corporation)가 개발한 미드렉스 DRI공정이 있으며, 이 공정은 철정광(iron ore concentrates)을 개질 천연가스로써 직접 환원시켜 용광로 또는 전기아크로를 포함한 다양한 용융로(melter furnace)에 직접 공급하는 것이다. 펠렛에 기초한 유사 공정으로는Hyl III 공정이 있고, 이 공정에서는 철광석 미분이 유동상 또는 순환 유동상에서 예비 환원된다. 양 공정 모두 생성물은 직접 용융로로 이동되거나 핫 브리켓되어(hot briquetted) 산화 또는 자체 가열(self heating)없이 수송 및 저장된다.

금속플랜트 및 기술 인터내셔널(2/1991, 36쪽) 및 스틸타임즈(1994. 12, 91쪽)에 기술되고, 미드렉스사에서 개발한 패스트메트^TM공정은 생성물이 용광로 및 전기아크로를 포함한 다양한 용융로에 직접 주입되는 DRI공정이다. 이 공정에서는, 철정광으로부터 제조된 녹색 펠렛 조성물, 석탄 미분 또는 유사한 고상 환원제 및 바인더들은 회전로를 하나의 펠렛두께 층으로 통과한다.

상기 층은 가열 연소가스로부터의 방사에 의해 주로 가열된다. 평균 열전달속도는 130kW/상단면적(m²) 정도이고, 통상 생성률은 DRI 생성물 100kg/시(hour)·상단면적(m²)이다. 따라서, 상기 패스트메트로는 대부분의 제련소와 관련하여 대규모이다. 생성물의 금속화도(degree of metallisation, 총 철이 금속철로 전환되는 퍼센트로 표시)는 최종 용도에 따라 달라질 수 있다. 생성물은 (핫 브리켓 철-HBI를 얻기 위하여) 핫 브리켓되거나 핫 DRI로서 직접 인접 제강로(steelmaking furnace)로 이동된다. 상기 언급된 것들은 이러한 제강로로서 용광로, 전기아크로(electric art furnace, EAF), 수중아크로(submerged arc furnace, SAF), 또는 에너지 극대로(energy optimising furnace, EOF)일 수 있다. 특별히 복합된 형태로서, 용융로는 수중아크로 및 연속 EAF이다.

인터내셔널 메탈 레크라메이션(International Metals Reclamation)사에서 개발한 인메트코(Inmetco^TM) 공정에서, 석탄 및 스테인레스 제강소(steel mill) 미세 폐기물은 회전로에서 예비 환원가능한 녹색 펠렛으로 처리된다. 이 로의 생성물은 트랜스퍼 빈(transfer bins)을 거쳐 전기아크로에 핫 DRI로서 충진된다. 이 공정은 패스트메트 공정과 상당히 유사하다.

러지(Lurgy)사에서 개발한 SL/RN^TM공정은 철광석 미분 및 석탄 분쇄물을 펠렛화하지 않고 회전 킬른로(rotary kiln furnace)에 주입하여 DRI 생성물을 제조하며, 이 생성물은 다양한 용광로로 다시 이동된다.

SL/RN공정의 특별한 변형은 와엘즈 킬른(Waeltz kiln)이다. 이것은 아연을 고도로 함유한 철 더스트, 특히 아연철생성물 조각을 이용하는 전기아크로로부터 생성되는 더스트 재생에 이용된다. 더스트는 녹색 펠렛 조성물로 킬른에 충진된다. 1000∼1500℃로 가열되는 동안, 아연은 휘발되어 산화아연으로 수집되어 아연금속 또는 아연 더스트 정광으로 재생된다. 철 더스트중의 철성분은 고도의 철 슬래그 또는 DRI로 전환되고, 이들은 용광로 및 BOF를 포함한 다양한 용광로에 의해 더욱 환원 또는 용융되어 액상 철 생성물을 형성한다.

SL/RN공정의 다른 특별한 변형은 콤비스멜트(Combismelt) 공정이고, 이는 러지 앤드 만네스만 데마그(Lurgy and Mannesman Demag)에서 개발되었고, SEAISI 쿼터리 저널(SEAISI Quarterly Journal, 1988, 10, 29쪽)에 기술되어 있다. 이 공정은 SL/RN 킬른을 이용하여 생성된 펠렛 또는 미세 DRI는 수중 아크로에서 용융된다. 수중 아크로에는 핫 또는 냉 DRI로서 주입되어 80∼90% 환원율 (광석중 산화철로부터 산소 제거 비율)로 처리된다. 이는 70∼80%의 금속화도와 동일한 것이다. 핫 DRI 충진의 경우, DRI는 스킵(skip) 또는 호퍼(hopper)에 의해 수중 아크로로 이동된다.

히스멜트^TM공정은 주 에너지원 또는 환원제로서 석탄을 이용한다. 이것은 용광베슬(vessle) 및 예비-환원 타워 또는 순환 유동상 구조의 복합체이며, 용광베슬로부터의 상부가스는 예비 환원유닛에서 하강 철광석에 거슬러 상승된다. 이러한 배치는 예비 환원 유닛으로부터 상대적으로 낮은 예비 환원율- 30% 정도-을 가져오고, 결과적으로 용광로는 고에너지 주입과 함께 작동되어야 한다. 이는 용광로에서 다량의 주입공기 및 매우 불안한 환경이 요구되는 고 후-연소(post-combustion, CO 가 CO2로 연소되는 퍼센트로 표시)를 필요로 한다. 용광 베슬의 베슬 및 가스 공간중 요구되는 온도에서, 내화물 붕괴와 관련된 상당한 난점이 있고, 더 높은 예비환원을 채용한 용광로 또는 용융로와 대비하여 슬래그는 FeO 함량이 상대적으로 높을 것이다. 슬래그에 FeO함량이 높으면 상당한 양을 분쇄하여야 하므로 직접 처리에 장애가 되고, 경제적 및 환경측면에서 부정적인 결과를 가져온다.

맥도웨-웨만(McDowell-Wellmann)공정은 미합중국특허 2806779에 개시된 기술을 기초하고, 미합중국특허 3264092, 3364092 및 3495971호에 제안된 기술로 더욱 정비된 공정이다. 석탄-광석-석회석 조성 펠렛의 상(bed)은 이동체(travellinggrate)상에서 가열되어 90%이상의 금속화도로 DRI를 생성한다. 이 공정에서 연소후드로부터의 핫 가스는 125-250mm 두께의 펠렛 상을 통과하여 하강된다. 공정은 3 구역으로 나뉘고, 제 1 구역은 핫 가스가 수분동안 150-300℃의 펠렛 층을 통과하여 하강하는 건조 구역이다. 이들 핫 가스는 인접 탄화대 아래로부터 재생된 핫 가스 및 대기를 혼합함에 따라 얻어진다. 탄화대에서 핫 배기가스는 상기 상(bed)을 통과하여 유입되고 상을 약 980에서 1200℃로 가열한다. 미합중국 특허 제 3264092호는 이 유동의 어느 한 방향을 제안하지만 하강이 바람직하게 도시되어있다. 후의 개량은 더욱 균일한 처리물을 얻도록 상기 상의 최종부에서 유동을 역으로 하는 것이다.

일반적으로, 전통적인 복합 제철공정보다 자본의 강도가 적고, 또한 코크(coke)가 필요없고 철광석 미세분을 직접 사용하는 제철공정에 대한 관심이 1970년 이후 상당하였다. 최근에 제품으로서의 철이 경쟁력 있는 재료라기보다는 고에너지 소비 및 생성에 따른 그린하우스 가스배기 때문에 어떤 측면에서는 환경적으로 바람직하지 않다라는 인식이 제철산업에서 커지고 있다.

철생산을 위한 가장 성공적인 저비용 공정은 현재 전기 아크 용광로에 기초를 두고 있다. 이들은 미니 공장(mini mills)으로 통상 알려졌고, 철조각에 의해 공급되고, 점차 DRI플랜트로부터 DRI 및 HBI가 공급된다. EAF 미니 공장은 전기, 조각 또는 고도로 환원된 DRI나 HBI(전형적으로 87%내지 95%까지의 환원율 또는 87%내지 94%까지의 금속화도)의 고도의 공급 재료를 요구한다는 단점을 가지고 있다. 상기 DRI 및 HBI 플랜트는 또한 석탄과 비교하여 다소 고급 에너지원이고 전송되거나 저장되기 쉽지 않으므로 융통성이 떨어지는 저렴한 천연 가스를 다량 필요로 하므로 DRI 및 제철 복합에 의한 효율향상을 더 어렵게 만든다(특히 상기 EAF로의 핫충진).

게다가, 천연가스의 매장율은 석탄보다 10%이하이다. 전기 아크로가 조각을 많이 사용하면, 철제품은 기계적 물성에 역효과를 주는 것으로 알려진 구리, 비소및 주석같은 불순물을 다량 포함할 수 있다. 이러한 오염을 조절하기 위하여 철광석으로부터 제조된 충분한 양의 DRI이나 HBI를 사용하여 조각을 희석하는 것이 필요하다. 그러나 DRI나 HBI의 제품을 제조하는 것은 고비용이고 철을 생산하기 위한 전체 에너지 소비와 그린 하우스 가스 배출에 있어 단지 약간의 개량만을 줄 뿐이다. 고도의 DRI나 HBI을 이용하는 EAF 공정의 단점은 다량의 슬래그가 생산된다는 것과, 이것은 높은 FeO 함량(전형적으로 10%이상) 때문에 시멘트 대체물을 만들기 위하여 연마하여 직접 처리하기에 적당하지 않고 또한 유리되고 녹지않는 플럭스(flux)가 존재한다는 것이다. 이 재료는 보통 대기환경에서 오랜 기간 노출시킨 저급도로 골재재료로 사용된다. 시멘트 대체물로서의 슬래그의 사용은 그린하우스 배출을 0.8내지 1.2톤 CO2 eq/t 슬래그로 감소시킨다.

본 발명은 일반적으로 제철 또는 제강방법에 관한 것이고, 특히 환경 측면에서 긍정적인 강, 세미-강(semi-steel) 또는 선철 등과 같은 철제품을 생산하기 위한 산화철 직접환원법(direct reduction of iron oxide, DRI)을 이용한 공정에 관한 것이다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 두가지 중요한 개념을 제공한다.

(i) 체(grate)를 통과시켜 건조 및 예열 부에 핫 로 가스를 끌어들이고, 상기 체를 통과시켜 냉각 또는 예열 공기를 예비-환원 구역에 상향 송풍시켜 상기 체를 따라 열전달을 극대화 하기 위한 체형(grate-type) 로의 이용.

(ii) 체로(grate furnace)상에 다층의 채용. 한 변형에서, 연료(예를 들면, 석탄, 코크, 목탄이나 나무 조각/칩)의 개별 층은 상기 체와 대항하여 바닥층에 구비되고 최상층에는 펠렛(pellet)과 같은 석탄광석 덩어리(agglomerates)가 구비된다. 다른 변형에서는, 상기 체상에 상대적으로 무반응층을 구비하고, 그 같은 층은 상기 펠렛 상의 최상부에 플럭스의 최상층이 구비된다.

상기 개념의 유리한 적용에 의해, 용융로에 주입되는 상대적으로 고도한 환원 핫 공급재료 생성을 위하여 체형로에서 예비환원을 수행함으로써 예비환원 및 용융단계간의 통합을 향상시킬 수 있고, 또한 동시에 용융로로부터 발생된 가스의 상당한 열 및 연소로부터, 적어도 부분적으로는, 상기 예비환원 단계를 위한 열을 유도할 수 있다.

제1의 관점에서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 산화철 처리 방법을 제공한다.

로내의 체상에서 산화철 및 고상 탄소질 환원제로 구성된 조성 덩어리(composite agglomerates)를, 체상에서 이동상이 되도록 가열하는 단계;

상기 덩어리상이 제 1구역을 통과할 때, 건조 및 예비가열을 위하여 핫 가스를 용광로의 제 1구역에서 상기 체 및 덩어리상(bed)으로 통과시키는 단계;

냉각 또는 예열된 공기 및/또는 산화제를 로 제 2구역에서 상기 체 및 예열된 덩어리로 상향 통과시키는 단계; 및

상기 상향 공기 및/또는 산화제가 상기 상의 간극(interstices)에서 환원된덩어리로부터 방출되는 CO를 포함한 휘발성분을 효과적으로 연소하여, 직접 환원철 제품을 형성하도록 상기 제 2구역에서 상기 덩어리 산화철을 환원하는 단계.

이동상으로부터의 재생 가스 또는 연료 배출가스는 로의 제2 구역에서 상기 체 및 상기 예열된 덩어리를 통해서 상향 이동될 수 있다.

핫 가스는 하향, 상향 또는 상하향 혼합 방향으로 이동된다.

환원율은 바람직하게는 60%이상이다(65%의 금속화도 동일).

변형에 의해, 과잉 온도로부터 상기 상을 보호하고, 상기 상과 상기 고온 상(hot bed) 사이에 절연벽(insulating barrier)을 제공하고, 가스분산을 향상하고, 처리후 제품의 출하를 향상시킬 목적으로 비교적 덜 반응하는 층은 덩어리상 및 상기 상간에 중간층으로 제공될 수 있다. 이 층은 예를 들면 불연 플럭스, 가연 플럭스 또는 광석으로 구성될 수 있다.

선택적으로(alternatively) 그리고 대개는 바람직하게는, 본 방법은 상기 덩어리 이동상과 함께 상기 체와 상기 펠렛(pellet) 이동상간에 위치하는, 고상 탄소질 연료 중간층을 제공한다. 유리한 점은, 상기 덩어리의 탄소질 환원제는 일차적으로 상기 덩어리의 환원을 위해서 사용되며, 상기 중간층의 탄소질 연료는 일차적으로 상기 조성 덩어리상 아래 및 내에 존재하는 휘발성분 및 기상 물질의 연소에 사용된다.

두 번째 관점에서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 산화철 처리 방법을 제공한다. 산화철 및 고상 환원제로 구성된 조성 덩어리를, 로를 통과하는 이동상이 형성되도록 노내의 체를 따라 통과시키는 단계;

상기 체와 상기 덩어리 이동상 사이에 고상 탄소질 연료 중간층 제공 단계; 및

상기 덩어리 산화철이 소정 환원율의 직접 환원 철 제품이 되도록 환원하는 단계.

상기 덩어리의 탄소질 환원제는 일차적으로 상기 덩어리의 산화철 환원을 위해서 사용되고, 상기 중간층의 탄소질 연료는 일차적으로 상기 조성 덩어리상 아래 및 내의 휘발성분 및 기상 물질을 연소하는데 사용된다.

덩어리는 조성 펠렛인 것이 바람직하지만, 일반적으로 덩어리는 펠렛화(pelletising), 브리켓팅(briquetting), 롤링(rolling), 사출(extrusion) 또는 기타 방법에 의해 덩어리화 할 수 있다.

펠렛의 환원제의 양은, 사용된 석탄의 경우에는 무게비로 15 내지 30%인 것이 바람직하다. 펠렛은 선택적으로 플럭스(flux)를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 플럭스의 부가(overlying) 층이 덩어리상에 제공된다. 플럭스는 불연(예를 들면, 석회석 또는 백운암) 혹은 가연(생석회 혹은 연소한 백운암) 일 수 있다. 펠렛 상 최상부에서 나오는 핫 가스로부터 원래(in situ) 에너지를 보충하고 상부 연소공간으로부터 나오는 방사(radiant) 에너지를 흡수하는데 상기 층이 효과적인 것으로 보인다. 건조/예열(preheating) 제1 구역에서, 부가층의 잇점은 상을 통해서 유입되는 핫가스를 조절하는(temper) 것이다.

본 발명의 특히 유리한 적용에 의하면, 전술한 로가 예비환원(pre-reduction) 로이고, 직접 환원된 철 제품이 700 내지 1300℃, 바람직하게는 800 내지 1100℃ 범위의 온도에서 용융로로 전달되고, 또한 상기 방법은 용융로에서 공급된 산소로 상기 직접 환원철 제품을 용융시켜 탄소, 슬래그(slag), 및 일산화탄소를 포함한 최상부 가스(top gas)를 함유하는 용융철(iron melt)을 형성하는 단계 및 용융로에서 상기 용융철을 회수하는 단계를 더욱 포함한다.

체 로는 이동하거나(travelling), 회전하거나(rotary), 트리핑되거나(triping) 또는 고정될 수 있다.

바람직하게는, 예비환원 로에서 이동되는 열은 적어도 부분적으로는 공기나 산소를 사용하는 용융로에서 나오는 최상부 가스의 연소에 의해 제공된다.

바람직하게는, 예비환원 로에서의 가스조성은 환원 펠렛의 과도한 재산화(reoxidation)를 줄이거나 피하게 한다.

체 로에 있는 습기는 바람직하게는 예비환원 구역에서 화염(flame)이 전방으로 분출되는 속도를 조절하고 탄화(decrepitation)를 방지할 수 있도록 충분히 낮아야 한다.

바람직하게는 예비환원 로에서 나오는 가스는 방출가스로부터 에너지를 생산하는 방법으로, 바람직하게는 폐기물 열 보일러 혹은 가스 터빈 등의 방법으로 회수된다.

바람직하게는, 플럭스용 하나 혹은 그 이상의 원재료 역시 예비환원 로로 전달되어서 그 안에서 용융되기 위해 준비되고 용융로로 통과한다. 한 실시예에서, 플럭스는 원(原) 석회석 및/또는 백운암을 포함하며, 상기 준비 단계 (preparation)는 석회석 및/또는 백운암의 하소(calcining) 단계를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 상기 플럭스는 다른 플랜트(plant)에서 예비하소된 가연 플럭스를 포함한다.

중간 DRI 제품의 환원율은 적어도 50%, 예를 들면 80 내지 90%(73 내지 86%의 금속화(metallisation) 정도와 동등함)인 것이 바람직하다. 예비환원율을 최대화함으로써, 후연소(post-combustion) 에너지 요구성이 급격하게 줄게 되어서 용융과정이 덜 강력하고(intensive) 덜 결정적이고(critical) 덜 거칠며(turbulent), DIOS 또는 히스멜트 같은 선행 공정과 비교하여 상대적으로 낮은 수준의 산소 또는 공기의 연소가 가능하거나 산소를 불어넣는 EAF 노에서의 전기 소비와 비교했을 때 낮은 수준의 전기소비가 가능하다. 아울러, 최상부 가스(후연소(post-combustion)에 의한 용융로로의 열을 공급할 때와 같은 정도로는 필요하지 않은)의 에너지 양은 예비환원 로나 폐기물 열 보일러 혹은 가스 터빈으로 열을 공급하기 위한 연소에 이용할 수 있다.

본 발명은 또한 첫 번째 관점에서, 산화철을 처리하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 예를 들면 산화철과 고상 탄소질 환원제로부터 구성된 펠렛같은 조성 덩어리를 체상에서 이동상이 형성되도록 조성 덩어리가 통과될 수 있는, 이동(travelling) 또는 회전가능한 체를 포함하는 노;

덩어리상이 제1 구역을 가로지를 때 상기 덩어리를 건조 및/또는 예열하기 위하여핫가스를 제1 구역에 있는 체와 덩어리 상으로 하향 통과시키는 수단; 및

노 작동중 직접 환원된 철 제품을 생성하기 위하여 덩어리의 산화철이 환원되는 노의 제2 구역에서, 상향 공기 및/또는 산화제가 상기 상의 간극(interstice)에서,환원 덩어리로부터 나오는 일산화탄소를 포함하는 휘발성분(volatile)을 연소하기에 효과적이도록 냉각 또는 예열 공기 및/또는 산화제를 체로 및 예열된 덩어리로 상향 통과시키는 수단.

첫 번째 관점의 바람직한 적용에서, 본 발명은 또한 산화철을 철 제품으로 처리하는 복합 장치를 제공한다; 상기 장치는,

전술한 처리장치로 구성된 예비-환원로:

용융 챔버와 용융 챔버에 산소를 공급하는 수단을 갖춘 용융로;

상기 용융로는 공급 산소 및 선택적으로는 전기에너지와 함께 직접 환원 철 제품을 녹이도록 작동하고, 탄소, 슬래그 및 부피비로 CO:C02 비가 1.0보다 큰 최상부 가스를 함유하는 철 용융물이 용융 챔버에서 형성되도록 상기 예비-환원로로부터 직접 환원 철 제품을 700℃에서 1400℃ 범위, 바람직하게는 800℃에서 1100℃까지의 온도 범위에서 용융로로 전달하는 수단, 및 용융 챔버로부터 철용융물을 회수하는 수단으로 구성된다.

바람직하게는, 상기 복합 장치는 예비 환원로를 위한 열이 최소한 부분적으로 상기 용융로로부터 나오는 최상부 가스 연소 및 열로부터 제공하는 수단을 더욱 포함한다.

산화철은 예를 들어 펠렛과 같은 조성 덩어리로서 예비환원 로에 공급되기 때문에, 용융로 최상부 가스는 선행 기술 공정에서처럼 환원분위기로 사용되기 보다는 예비환원로에 열을 제공하기 위한 연소에 이용될 수 있다.

본 방법은 예를 들면, 펠렛화, 브리켓팅, 롤링 또는 사출에 의한 상기 조성덩어리 형성 단계를 포함할 수 있다.

상기 산화철은 바람직하게는 철 정광이다. 또 다른 적용에 의하면, 원료는 예를 들면, 더스트를 함유한 산화철 및 본 공정으로부터 집진되고 재활용된 더스트를 포함하는 제강소(steelworks) 고상 폐기물일 수 있다.

펠렛의 고상 탄소질 환원제는 바람직하게는 석탄 또는 목탄 및/또는 목재 폐기물과 같은 바이로매스 물질이다. 중간 층의 탄소질의 연료는 석탄, 코크스, 숯(char), 목탄, 석유 코크스 또는 목재 또는 식물 폐기물들일 수 있다.

조성 펠렛은 바람직하게는 15 내지 40% w/w 석탄(또는 동일한 환원제), 가장 바람직하게는 20 내지 30% w/w의 석탄이다.

직접-환원된 철 제품의 탄소 함량은 바람직하게는 5내지 15% w/w이다. 직접 환원(80-90%의 환원도를 가지는) 철 제품 및 포함된 예비처리 플럭스는 바람직하게는, 예를 들어 연결관에 의해 연결된, 두개의 로가 상호 근접해 있는 복합 설비(facility)에서, 용융로에 직접 운반되고, 최상부가스는 가열과 연소에 재사용된다. 운반은 소정 온도 범위에서 직접환원된 철 제품을 직적 공급하는 것과 같은 방식으로 이루어진다. 선택적으로, 예비환원 철 제품 및 예비처리 플럭스는 (작동상 편리함 때문에) 예비환원로로부터 회수될 수 있고, 예를 들어 빈(bin)과 같은 용기에 가열상태로 저장되고 운반될 수 있으며, 용융로로 바람직한 시간에 운반될 수 있다. 이러한 경우에, 냉각이나 재가열이 필요할 수도 있지만 바람직하게는 최소화된다.

이동 체 노의 제2 구역에서의 최고 온도는 바람직하게는 800℃내지 1300℃이지만, 전형적으로는 1050℃내지 1250℃ 근처에서 유지된다. 필요한 열은 잠열과 상기 최상부 가스에 의해 공급되고, 예를 들어, 석탄이나 천연 가스로 점화되는 버너에 의해 필요에 따라 증가된다.

용융로는 산소 부가 설비가 포함된 어떠한 로일 수 있다. 다양한 전통적인 로는 예를 들어 산소블로운(oxygen blown) 전기 아크로(EAF), 수중아크로(SAF), 용광로, 에너지 극대화로(EOF), 기본 산소 제강(basic oxygen steelmaking, BOS) 베슬 및 ROMELT로 이다. 이중에서 특히 EOF 형 송풍용광로와 ROMELT로가 적당하다. 마지막에 언급한 용융로 연장 배열 구조는 조성과 온도에 따라 두 개의 용융구역을 배치하여 액상 제강 생성에 적당할 수 있다. 대부분 슬래그는 저슬래그 철(〈5% FeO)을 담보하도록 상당한 탄소함량을 제거하여야 한다. 용융로에 환원제를 덩어리로 및/또는 분사하여 부가할 수도 있다.

철 용융물은 강, 세미-강(semi-steel), 또는 선철일 수 있다.

바람직하게는, 용융로로부터의 슬래그는 FeO로 표현된 5% 이하, 바람직하게는 1.5%이하의 Fe를 가지고 있어 시멘트로 처리함에 적당하다. 복합 제강 공정으로서의 바람직한 실시예에서, 본 발명은 상기 목적을 위하여 바람직하게는 슬래그의 회수, 처리 또는 수송 단계를 포함한다. 통상 필수 처리 단계는 고 유리 함량(high glass content, 비결정질)을 보장하는 급냉 또는 과립화 및 연마단계를 포함한다. 슬래그는 바람직하게는 FeO로써 최대 5% 철을 포함하고, 가장 바람직하게는 1.5% 이하의 철을 포함한다. 바람직하게는, 상기 함량은 부분적으로는 배스(bath)의 탄소 함량, 송풍 산소의 상대적인 강도 및 용융 금속과 슬래그 상(phase) 사이의 혼합의 조절, 그리고, 필요할 때 슬래그 상(phase) 내로 탄소 환원제의 주입에 의해 달성된다.

복합 제강 공정으로서의 바람직한 실시예에서, 본 방법은 바람직하게 용융물의 태핑(tapping) 및 그것을, 바람직하게는 인근에 위치하여 필요한 경우 플럭스 및 산소를 사용하는 정련소로 운송하는 단계를 더욱 포함한다. 바람직하게는, 상기 플랜트의 슬래그 폐기물은 용융로로 다시 공급되어, 궁극적으로는 고상폐기물 부산이 없도록 한다.

바람직하게, 상기 플랜트의 최상부 가스 폐기물은 또한 환원 로 또는 폐기물 열 회수 시스템에 되돌려 보내질 수 있다.

또 다른 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 용융로가 사용되고, 모든 로는 예비환원 로로 직접 연결된다. 각각의 용융로는 2 단계 사이클로 작동될 수 있다; 제1 단계는 핫 DRI의 충진 및 1 내지 4.5% 탄소 함량의 액상 금속을 생산하기 위한 용융, 그리고 제2 단계는 제1 단계에서의 슬래그 제거 및 플럭스 첨가와 산소의 주입으로 액상 금속의 정련 및 탄소 제거이다. 상기 제2 단계가 진행되는 동안 예비환원 핫 DRI를 계속해서 생산하며, 이들은 여타 용융로 베슬 또는 고온유지 빈(bin)으로 전달된다.

바람직하기로는 상기 장치는 예비환원 로로부터의 배출가스를 이용하여 전기또는 기계적 동력을 얻기 위한 폐 보일러 또는 가스 터빈을 더욱 포함한다: 이것은 용융로 및 주조기(caster)까지의 모든 관련 장치에 산소발생용 전력을 공급한다. 상기 핫가스는 직접 회전로 및/또는 예열 체로 직접 공급될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 석탄에 기초한 복합 철광석 처리 플랜트 (integrated coal based iron ore processing plant)의 블럭 다이아그램이 도시된 첨부 도면과 함께 본 발명은 실시예에 의해 더욱 상세히 기술된다.

도 1에 의하면, 석탄에 기초한 복합 철광석 처리 플랜트 (10)는 종래 구성인 경사 이동 체 로 (inclined traveling grate furnace) (20)의 형상으로의 예열 및 예비환원로 및 측면 송풍 로 (side blown hearth furnace)의 용융로(30)를 포함한다. 상기 두 로는 로(20)의 하부 방출단(22) 및 용융로의 중앙상부 원료 포트(32)간에 연결관(link encloser) (25)에 의하여 직접 연결된다.

정광, 석탄 및 바인더, 그리고 선택적으로 플럭스를 공급하여 약 15∼40%, 바람직하기로는 20∼30% 석탄인 제품으로 펠렛제조기 (pellettiser) (40) 내에서 펠렛이 성형된다. 상기 펠렛은 석회암과 같은 원 플럭스와 더불어 로(20)에 공급되고, 펠렛상(28)으로 이동 체 (27)를 따라 운반된다. 상기 펠렛 및 체 사이에 고상 탄소질 연료 중간층(29)이 놓여진다.

용해로 (20)에는 두 개의 분별 구역이 존재한다. 제1 구역은, 예열 구역 (21)으로 펠렛이 구역(21)을 통과할 때 예열시키기 위하여 핫 로 가스는 화살표(50)에 표시한 바와 같이 펠렛상 및 체를 통과하여 하향 송풍된다. 제2 예비환원구역(23) 펠렛의 온도가 약 250 ℃가 되는 곳, 예를 들면 석탄이 휘발되기 시작한 때 공기 (52)가 체와 펠렛 상을 통해 상향 송풍되어 산화철이 실질적으로 직접-환원 철(direct-reduced iron, DRI) 제품을 형성하며 환원된다. 다수의 개별 윈드(wind) 박스가 사용될 수 있다. 환원율(degree of reduction)은 약 80∼90%(73∼86% 금속화도와 동일) 및 탄소 함량은 약 12%이다. 상기 DRI 제품은 약 1050 ℃에서 로(20)로부터 배출되어 연결관(25)을 통해 용융로(30)로 적하된다. 상기 석회암 플럭스 역시 로(20)에서 하소되고, 용융로(30)로 운반된다.

이때, 외주상에 간격위치에서 산소가 측면(31) 유입되고, 상기 DRI는 FeO로 측정하여 5% 미만의 탄소가 함유된 액체 용융철 또는 세미강(semi-steel) 및 5%미만의 철이 함유된 슬래그를 형성한다. 산소주입은 측면에서 상기 용융물로 주입된다. DRI가 상당히 예비환원되어 용융로(30)로 공급되므로, 산소 주입이 상응하여 감소되고, 후연소반응이 상대적으로 낮은 20∼30%로 조절될 수 있다. CO를 포함한 최상부 가스는 연결관(25)을 통하여 로(20)로 공급되어 (약 1600 ℃), 공기와 연소되어 로의 온도를 유지하기 위한 열 및 추가 환원 가능성을 제공한다.

구역(21)에서 핫가스를 체(27)로 하향 통과시킴으로써 로(20)의 냉각단에서 용융로 배출가스로부터의 효율적인 열전달이 가능하며, 전체 상의 건조 및 예열을 촉진시킨다. 구역(23)에서 공기를 예열 상으로 상향 통과시킴으로써 상의 상부의 핫 펠렛 및 상의 하부의 석탄 휘발성분 및 숯으로부터 발산되는 CO와 연소시킨다. 상기 원래(in-situ) 가열은 상의 상부 자유공간에서 핫 용융로 가스의 연소에 의해 상의 최상층으로의 방사 및 전도 열전달을 통해 보충한다. 이러한 가열은 온도, 산소, 연료 및 체를 상향 통과하는 공기의 습도를 조절함에 유지되고, 그결과 환원제/연료 소비 및 과잉 체 온도를 최소화할 수 있으며, 한편 상의 각각의 레벨(level)에서 요구되는 환원율, 소결 및 클러스터(clustering)도의 달성이 가능한 온도내에서 충분한 시간을 얻을 수 있다.

예를들면, 수증기 또는 습기의 소량 첨가는 체의 온도를 낮추고 상기 체와 대향되어 적층된 석탄의 발화를 조절하는데 매우 효과적이다.

상에 의한 평균 열흡수는 전술된 FASTMET 공정에서와 같이 상의 최상부로의 방사 및 전도가 열보다 상당히 높고, 500 kWh/m²까지 상승한다. 이것은 공정의 규모를 상당히 감소시키고, 열효율을 향상시키고, 벽으로부터 손실되는 에너지를 감소시켜 그린하우스 가스 방출을 감소시킨다.

추가적인 예열공기는 CO와 휘발성분 구역을 생성시키기 위하여 저속도 및 온화하게 상의 상부에 공급될 수 있고, 이러한 설비는 연결관(25) 내의 먼지 부착 발생을 감소시킨다 .

구역(23)에서 가스를 상향시킴으로써 펠렛 상의 맨 최상부의 바로 하층에서의 대부분 금속화된 생성물과 산화 가스의 접촉을 최소한으로 할 수 있다는 장점이 있다.

상 조성은 금속화도에 요구되는 환원을 달성하기 위하여 대략 충분한 탄소를 펠렛에 첨가하며, 사용된(washed) 석탄에 대하여 20∼30 중량% 함유되어 있다. 잔존 탄소는 중간층(29)으로써 체에 직접 첨가된다. 이는 적층된 복합 펠렛상(28)의 아래 및 내부에 휘발성분 및 가스화된 숯이 연소될 수 있도록 하는 것이다.

체상의 남아있는 탄소질의 물질은 환원된 펠렛(DRI)과 더불어 용융로로 떨어진다.

본 발명은 조성 석탄광-펠렛의 장점 및 향상된 공정 강도, 공정 규모의 축소화, 공정 열효율의 증가 및 온실 가스 방출의 감소, 이와 더불어 연료 융통성 [연료층이 석탄, 숯(char) 및 건조 목재등 넓은 범위을 포함]의 증가 특성을 결합한 것이다. 그러나 환원 및 용융로에서 요구되는 탄소는 펠렛에 있어야 하는 것이 아니다. 이것은 숯 이용을 용이하게 하고 강한 펠렛 생산을 어렵게 한다.

나아가, 본 제조공정의 잇점은 다음을 포함한다:

1. 이동체의 물리적 환경이 몇몇 다른 로 종류에서 요구되는 정도보다 가혹하지 않음에 따라 펠렛은 견고함이 요구되지 않는다. 따라서 덜 탄화되고, 먼지가 적으며 바인더의 함량이 적게 요구된다.

2. 석탄층은 상기 펠렛층내에서 발생하는 펠렛층의 온도상승 및 슬래그 반응으로부터 체를 보호된다.

3. 연료층은 회전 로(rotary hearth)에 요구되는 단일 두께 층보다 더 두껍다. 그 결과 연료상의 이동부피보다 훨신 적게된다.

바람직한 용융로(30)는 직경이 8m 인 것을 사용한다. 슬래그는 회수되어, 시멘트 클린커로 전환하기 위하여 분쇄기(pulveriser)/연마 장치 (50)로 이동한다.상기 융융물은 정련하기 위해 핫 금속(metal) 또는 세미-강으로서 타진(tapped)된다. 이후의 제련장치로부터 발생하는 폐슬래그는 용융로 (30)로 순환하고, 배출가스는 예비환원로(20) 또는 폐기물 열 회수 장치 (60)에 순환된다. 선택적으로 폐슬래그는 토양 개량 또는 저배출 비료(slow release fertilizer)와 같은 다른 부가의 응용에 사용된다.

용융로(30)에서 제조되는 용융물은 세미-강(2% 카본), 실리콘이 소량 함유된 핫 금속(3.5% 카본) 또는 강(0.1% 카본)을 포함하고, 상기 강은 바람직하게 ROMELT 구조의 2-구역 용융로에서 최량 생산되거나 상술한 바와 같이 2단계 공정으로 상기 용융로의 작업에 의해 생산된다.

상기 개시되고 정의된 본 발명은 본문 또는 도면으로부터 언급되거나 명백한 독립된 형태의 둘 또는 그이상의 다른 조합을 포함한다. 이러한 서로 다른 조합 모두 본 발명의 다양한 변형을 구성한다.

Claims (57)

1) 산화철 및 고상 탄소질 환원제로 구성된 조성 덩어리를, 로 내 체상에서 이동 상을 형성하도록 가열하는 단계;

2) 덩어리 상이 제1 구역을 통과할 때 덩어리 상을 건조 및/또는 예열하기 위하여 로의 제1 구역에서 상기 덩어리상 및 체로 핫 가스를 통과시키는 단계;

3) 로의 제2 구역에서 체 및 예열된 덩어리로 냉각 또는 예열된 공기 및/또는 산화제를 상향 통과시키는 단계; 및

4) 상기 상향 공기 및/또는 산화제가 상기 상의 간극에서 환원되는 덩어리로부터 방출되는 일산화탄소를 포함하는 휘발성 물질을 효과적으로 연소하여 직접 환원철 제품을 형성하도록 상기 제2 구역에서 상기 덩어리의 산화철을 환원하는 단계를 포함하는 산화철의 처리방법.

제 1항에 있어서, 산화철의 환원율은 60% 이상인 것을 특징으로 하는, 처리 방법.

제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 덩어리상 및 체 사이에 중간층 제공 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 3항에 있어서, 중간층은 불연성 플럭스, 가연성 플럭스 또는 광석인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 3항에 있어서, 상기 체 및 상기 덩어리 이동 상 사이에 위치한 고상 탄소질 연료 중간층과 함께 상기 덩어리의 이동상이 제공되는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 5항에 있어서, 상기 덩어리의 탄소질 환원제는 상기 덩어리의 환원을 위하여 일차적으로 소비되고, 상기 중간층의 탄소질 연료는 상기 조성 덩어리상의 하부 및 내부에 존재하는 휘발성분 및 가스성분의 연소에 일차적으로 소비되는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

선행하는 어느 한 항에 있어서, 핫 가스는 하향, 상향 및 상하향이 조합된 방향으로 구성된 군으로부터 선택되는 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

선행하는 어느 한 항에 있어서, 이동상의 최상부 또는 연료 가스로부터 생성되는 순환 배출 가스는 로의 제2 구역에서 체 및 예열된 덩어리를 통과하여 상향으로 이동하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

1) 산화철 및 고상 탄소질 환원제로부터 구성된 조성 덩어리를, 로를 통과하는 이동상이 형성되도록 로 내 체를 따라 통과시키는 단계;

2) 상기 체와 덩어리 이동 상 사이에 고상 탄소질 연료 중간층 제공 단계; 및

3) 상기 덩어리 탄소질 환원제는 덩어리 산화철 환원에 일차적으로 소비되고, 중간층의 탄소질 연료는 조성 덩어리의 하부 및 내부에 존재하는 휘발성분 및 가스성분들의 연소에 일차적으로 소비되어, 소정 환원율의 직접 환원 철 제품이 되도록 상기 덩어리 산화철을 환원하는 단계를 포함하는 산화철의 처리방법.

제 5항 내지 9항의 어느 한 항에 있어서, 중간층의 탄소질 연료는 석유, 코르크, 숯, 목탄, 석유의 코르크, 또는 목재 혹은 식물 폐기물인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

선행하는 어느 한 항에 있어서, 펠렛의 고상 탄소질 환원제는 석탄 또는 숯 및/또는 목재 폐기물과 같은 바이로매스 물질인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

선행하는 어느 한 항에 있어서, 덩어리화는 펠렛화, 브리켓팅, 롤링, 사출에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

선행하는 어느 한 항에 있어서, 펠렛화, 브리켓팅, 롤링, 사출등에 의해 상기 조성 덩어리를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

선행하는 어느 한 항에 있어서, 덩어리는 조성 펠렛인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 14항에 있어서, 펠렛의 환원제 함량은 중량비로 약 15 내지 30%인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 15항에 있어서, 펠렛의 환원제 함량은 중량비로 약 20 내지 30%인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 14항 내지 16항의 어느 한 항에 있어서, 펠렛은 플럭스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

선행하는 어느 한 항에 있어서, 덩어리 상에 플럭스 부가층 제공을 포함하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 17항 또는 18항에 있어서, 플럭스는 불연성인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 17항 또는 18항에 있어서, 플럭스는 가연성인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

선행하는 어느 한 항에 있어서, 체 로는 이동형, 회전형, 가동형(tripping) 또는 고정형인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

선행하는 어느 한 항에 있어서, 체 로 내 상의 수분은 예비환원 구역 전방에 화염 분출 속도를 조절하고 실질적으로 탄화를 방지할 수 있을 정도로 충분히 낮은 것을 특징으로 하는, 처리방법.

선행하는 어느 한 항에 있어서, 로는 예비환원로인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 23항에 있어서, 직접 환원 철 제품은 700 내지 1300℃의 온도 범위에서 용융로로 운반되는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 24항에 있어서, 직접 환원 철제품은 800 내지 1100℃ 의 온도 범위에서용융로로 운반되는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 24항 또는 25항에 있어서, 탄소, 슬래그 및 일산화탄소를 포함하는 최상부 가스를 포함하는 철 용융물을 형성하기 위하여, 용융로 내에서 직접 환원 철 제품을 첨가된 산소와 함께 용융시키는 단계 및 용융로로부터 철 용융물을 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 24항 또는 26항의 어느 한 항에 있어서, 예비-환원 용광로를 위한 열은 적어도 공기 또는 산소를 사용하는 용융로로부터 발생되는 최상부 가스의 연소에 의해 부분적으로 제공되는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 23항 내지 27항 중 어느 한 항에 있어서, 예비환원 로에서의 가스 조성은 환원된 펠렛의 과도한 재산화(reoxidation)를 줄이거나 방지하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 23항 내지 28항 중 어느 한 항에 있어서, 예비환원로로부터 발생되는 배출 가스는 배출 가스로부터 에너지를 생성하기 위한 수단으로 회수되는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 29항에 있어서, 상기 에너지를 생성하는 수단은 페기물 열 보일러 또는 가스 터빈인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

재 23 항 내지 30항의 어느 한 항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 플럭스용 원료 예비환원로로 운반되고, 그 안에서 용융 준비단계를 거쳐, 용융로에 전달되는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 31항에 있어서, 플럭스용 원료는 생 석회암 및/또는 백운석을 포함하고, 준비단계는 상기 석회암 및/또는 백운석을 하소시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 31항에 있어서, 플럭스 원료는 또 다른 플랜트에서 전하소시켜 제조되는 가연성 플럭스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 23항 내지 33항 중 어느 한 항에 있어서, 용융물을 태핑(tapping)하고, 필요에 따라 부가적인 플럭스와 산소를 사용하여 그 이상의 제련을 위한 또 다른 플랜트에 운반하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 34항에 있어서, 상기 그 이상의 플랜트에서 나오는 슬래그 폐기물은 고형 폐기물 부산이 없도록 용융로에 재공급하는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 34항 또는 35항에 있어서, 상기 그 이상의 플랜트에서 나오는 최상부 가스 폐기물 역시 환원로 또는 폐기물 열 회수 시스템으로 재공급되는 것을 특징으로 하는, 처리방법.

선행하는 어느 한 항에 있어서, 산화철은 철정광(iron ore concentrate)인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

제 1항 내지 36항의 어느 한 항에 있어서, 산화철은 산화철 더스트를 포함하는 제강소(steelwork) 고상 폐기물인 것을 특징으로 하는, 처리방법.

1) 산화철 및 고상 탄소질 환원제로부터 구성된 펠렛과 같은 조성 덩어리를, 체상에서 이동상이 형성되도록 조성덩어리가 통과될 수 있는 이동 또는 회전 가능한 체를 포함하는 로;

2) 덩어리상이 제1 구역을 통과할 때 상기 덩어리를 건조 및/또는 예열하기 위하여 핫 가스를 제1 구역에 있는 체 및 덩어리상으로 하향 통과시키는 수단; 및

3) 노 작동중 직접 환원된 철제품을 생성하기 위하여 덩어리의 산화철이 환원되는 로의 제2 구역에서 상향 공기 및/또는 산화제는 상기 상의 간극에서, 환원 덩어리로부터 나오는 일산화탄소를 포함하는 휘발성분들을 효과적으로 연소시키도록 냉각 또는 예열된 공기 및/또는 산화제를 상향통과키는 수단을 포함하는 산화철 처리장치.

제 39항에 있어서, 이동 상의 최상부 또는 연료 가스로부터 발생한 순환 배출 가스가 로의 제2 구역 내에서 체 및 예열된 덩어리로 상향 통과되는 것을 특징으로 하는, 처리장치.

1) 제 39항의 처리장치를 포함하는 예비-환원 로;

2) 용융 챔버와 용융챔버에 산소를 공급하는 수단을 가지는 용융로;

3) 상기 용융로는 공급 산소 및 선택적으로 전기 에너지와 함께 직접 환원철 제품을 용융하도록 작동가능하고, 탄소, 슬래그 및 일산화탄소:이산화탄소 비율이 부피비로 1.0 이상인 최상부 가스를 함유하는 철 용융물이 융용챔버에서 형성되도록 700 내지 1300℃의 온도 범위에서 예비환원 로로부터의 직접 환원 철 제품을 용융로로 운반하는 수단; 및

4) 용융 챔버로부터 철 용융물을 회수하기 위한 수단을 포함하는 산화철을 철 제품으로 처리하기 위한 복합장치.

제 42항에 있어서, 직접 환원 철 제품 800 내지 1100℃의 온도 범위에서 용융실에 운반되는 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 41항 또는 42항에 있어서, 적어도 잠열 및 용융실로부터 나오는 최상부 가스의 연소로부터 예비환원로로 열을 공급하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 40항 내지 43항의 어느 한 항에 있어서, 산화철은 철정광인 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 40항 내지 43항의 어느 한 항에 있어서, 산화철은 산화철 더스트를 포함하는 제강소 고형 폐기물인 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 40항 내지 45항 중 어느 한 항에 있어서, 조성 펠렛은 15 내지 40% w/w 환원제인 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 46항에 있어서, 조성 펠렛은 20 내지 30% w/w 환원제인 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 40항 내지 47항 중 어느 한 항에 있어서, 직접 환원 철 제품의 탄소 함량은 약 5 내지 15% w/w인 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 40항 내지 48항 중 어느 한 항에 있어서, 이동 체 로의 제2 구역 내에서 의 최대 온도는 800 내지 1300℃의 온도 범위인 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 49항에 있어서, 이동 체 로의 제2 구역에서의 최대 온도는 1050 내지 1250℃의 온도 범위인 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 41항에 있어서, 철 용융물은 강, 세미강 또는 선철인 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 41항에 있어서, 용융로로부터 나오는 슬래그는 Fe 함량이 FeO로 나타내어 5% 이하인 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 52항에 있어서, 용융로로부터 나오는 슬래그는 Fe 함량이 시멘트화하기에 적합한 FeO로 측정하여 1.5% 이하인 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 53항에 있어서, 시멘트 제조용 슬래그의 회수 및 처리 또는 운송과정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 41항에 있어서, 예비환원 로에 직접적으로 모두 연결된 하나 혹은 다수의 용융로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 55항에 있어서, 각각의 용융로는 2단계 사이클로 작동되며, 상기 2단계는 고온 직접 환원 철 제품을 충진하고 1 내지 4.5%의 탄소 함량을 갖는 액체 금속을 생산하기 위하여 용융하는 제1 단계와 상기 제1 단계로부터 나오는 슬래그가 제거되고 난 후 액체 금속이 제련되고 플럭스 첨가 및 산소 주입에 의해 탈탄되는(decarburised) 제2 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는, 복합장치.

제 40항 내지 56항 중 어느 한 항에 있어서, 예비환원 로로부터 나오는 배출가스를 사용하여 전기 또는 기계적 동력을 발생하기 위한 폐보일러 또는 가스 터빈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합장치.