KR20080014438A

KR20080014438A - 용철제조장치 및 이를 이용한 용철제조방법

Info

Publication number: KR20080014438A
Application number: KR1020060076147A
Authority: KR
Inventors: 허남석; 이후근; 김학동; 배진찬; 김행구; 신명균
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2008-02-14
Also published as: CN101522920B; AU2007282204A1; BRPI0715404A2; EP2054532A1; BRPI0715404B1; UA92659C2; EP2054532B1; WO2008018774A1; RU2405044C1; KR100939268B1; CN101522920A; ZA200901550B; EP2054532A4; RU2009108007A; AU2007282204B2

Abstract

본 발명은 용철제조장치 및 이를 이용한 용철제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 용철제조방법은, 제1 철광석을 유동층형 환원로에 장입하여 환원하는 단계, 환원된 제1 철광석을 괴성화하여 괴성체를 제조하는 단계, 제1 철광석의 입도보다 큰 입도를 가진 제2 철광석과 괴성체를 충전층형 환원로에 장입하여 함께 환원하는 단계, 환원된 괴성체와 제2 철광석을 충전층형 환원로에 연결된 용융가스화로에 장입하는 단계, 괴성체와 제2 철광석을 용융하는 열원으로서 괴상 탄재를 준비하는 단계, 용융가스화로에 괴상 탄재를 장입하여 석탄충전층을 형성하는 단계, 그리고 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 산소를 석탄충전층에 취입하여 괴성체와 제2 철광석으로부터 용철을 제조하는 단계를 포함한다.

용철제조방법, 용철제조장치, 충전층형 환원로, 괴성체, 강도

Description

용철제조장치 및 이를 이용한 용철제조방법 {APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS AND METHOD FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1의 충전층형 환원로 내부의 철광석층을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 도 3의 IV 부분을 확대하여 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은 용철제조장치 및 이를 이용한 용철제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 넓은 입도 범위의 분철광석을 환원하는 용철제조장치 및 이를 이용한 용철제조방법에 관한 것이다.

철강 산업은 자동차, 조선, 가전, 건설 등의 전체 산업에 기초 소재를 공급하는 핵심기간산업으로서, 인류의 발전과 함께하여 온 가장 역사가 오래된 산업중의 하나이다. 철강 산업의 중추적인 역할을 담당하는 제철소에서는 원료로서 철광석 및 석탄을 이용하여 용융 상태의 선철인 용철을 제조한 다음, 이로부터 강을 제조하여 각 수요처에 공급하고 있다.

현재, 전세계 철생산량의 60% 정도가 14세기부터 개발된 고로법으로부터 생산되고 있다. 고로법은 소결 과정을 거친 철광석과 유연탄을 원료로 하여 제조한 코우크스 등을 고로에 함께 넣고 산소를 불어넣어 철광석을 철로 환원하여 용철을 제조하는 방법이다.

용철생산설비의 대종을 이루고 있는 고로법은 그 반응 특성상 일정 수준 이상의 강도를 보유하고 노내 통기성 확보를 보장할 수 있는 입도를 보유한 원료를 요구하므로, 전술한 바와 같이, 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로는 특정 원료탄을 가공처리한 코크스에 의존하며, 철원으로는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다.

따라서 현재의 고로법에서는 코크스 제조설비 및 소결설비 등의 원료예비처리설비가 반드시 수반되므로, 고로 이외의 부대설비를 구축해야 할 필요가 있을 뿐 만 아니라 부대설비에서 발생하는 제반 환경오염물질에 대한 환경오염방지설비의 설치 필요로 인하여 투자 비용이 다량으로 소모되어 제조원가가 급격히 상승하는 문제점이 있다.

이러한 고로법의 문제점을 해결하기 위하여, 세계 각국의 제철소에서는 용융환원제철법의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 용융환원제철법에서는 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하고, 철원으로는 광석을 직접 사용하여 용융가스화로에서 용철을 제조한다.

용융가스화로내에는 석탄으로 이루어진 석탄충전층이 형성되어 있으므로, 철함유물질 및 부원료가 석탄충전층내에서 용융 및 슬래깅(slagging)되어 용철 및 슬래그로 배출된다. 용융가스화로에 설치된 다수의 풍구를 통해 산소가 취입되어 석탄충전층을 연소하면서 고온의 환원가스로 전환되어 환원로로 보내져 철함유물질 및 부원료를 환원 및 소성한 후 외부로 배출된다.

충전층형 환원로 또는 유동층형 환원로가 환원로로서 사용된다. 충전층형 환원로에서는 광석층이 하부로 이동하면서 광석층 사이의 공극을 통해 상승하는 환원가스와 접촉하여 광석층이 환원된다. 따라서 충전층 환원로에서는 광석층 내부에서 환원가스가 균일하게 흐를 수 있도록 광석층 내부의 통기성을 확보해야 한다. 이를 위하여 충전층형 환원로에서는 원료 범위를 일정 크기 이상의 철광석만으로 제한한다. 그러나 철광석이 충전층형 환원로내에서 환원 분화되므로 로내 분율이 증가한다. 그 결과, 통기성이 악화되어 광석층 내부의 환원가스 흐름이 불균일하게 형성된다. 궁극적으로는 환원가스의 공급이 불가능하여 조업이 중단되는 결과 를 초래할 수 있다.

한편, 유동층형 환원로는 고속의 환원 가스를 이용하여 분철광석을 유동 환원한다. 분철광석은 용융가스화로에서의 연료비를 최소화하기 위하여 유동층형 환원로에서 일정 이상의 환원률로 환원되어야 한다. 이를 위하여 산화도가 낮은 환원 가스를 유동층형 환원로에 공급한다.

유동층형 환원로에 균일한 유동층을 형성하기 위해서는 유동층형 환원로내 환원 가스의 속도를 조절해야 하므로 조업이 어렵다. 환원 가스가 고속인 경우, 분철광석이 외부로 비산되는 문제점이 발생한다. 반면에, 환원 가스가 저속인 경우, 유동층형 환원로내에서 유동층이 붕괴된다. 더욱이, 붕괴된 유동층이 장시간 유지되는 경우, 분철광석이 상호 점착되어 조업이 불가능하다. 따라서 넓은 입도 범위의 철광석이 유동층형 환원로에서 환원되는 경우, 유동층형 환원로내에 균일한 유동층을 형성시키기 어려우므로 조업이 더욱 어렵다. 즉, 넓은 입도의 분철광석을 유동 환원하는 경우 유동층형 환원로에 큰 부하가 걸리므로, 조업이 더욱 복잡하고 어려워진다.

한국공개특허공보 제2001-0065011호에는 전술한 충전층형 환원로와 유동층형 환원로를 동시에 사용하는 용철제조장치가 개시되어 있다. 이 용철제조장치는 용융가스화로를 중심으로 철광석의 입도에 따라 유동층형 환원로와 충전층형 환원로를 단순 결합한 것이다. 여기서는 먼저 철광석을 입도에 따라 미립 철광석과 조립 철광석으로 나눈다. 미립 철광석은 유동층형 환원로를 통해 환원된 후 괴성화 과정없이 미립 상태로 용융가스화로에 공급된다. 조립 철광석은 충전층형 환원로를 통해 환원된 후 용융가스화로에 공급된다. 따라서 전술한 충전층형 환원로를 사용하는 경우의 문제점과 유동층형 환원로를 사용하는 경우의 문제점을 여전히 포함하고 있다.

전술한 문제점들을 해결하기 위하여 넓은 입도 범위의 철광석을 환원 및 용융하여 용철을 제조할 수 있는 용철제조장치를 제공한다.

또한, 전술한 용철제조장치를 이용한 용철제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법은, i) 제1 철광석을 유동층형 환원로에 장입하여 환원하는 단계, ii) 환원된 제1 철광석을 괴성화하여 괴성체를 제조하는 단계, iii) 제1 철광석의 입도보다 큰 입도를 가진 제2 철광석과 괴성체를 충전층형 환원로에 장입하여 함께 환원하는 단계, iv) 환원된 괴성체와 제2 철광석을 충전층형 환원로에 연결된 용융가스화로에 장입하는 단계, v) 괴성체와 제2 철광석을 용융하는 열원으로서 괴상 탄재를 준비하는 단계, vi) 용융가스화로에 괴상 탄재를 장입하여 석탄충전층을 형성하는 단계, 및 vii) 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 산소를 석탄충전층에 취입하여 괴성체와 제2 철광석으로부터 용철을 제조하는 단계를 포함한다.

괴성체와 제2 철광석을 함께 환원하는 단계에서, 괴성체의 강도는 제2 철광석의 강도보다 클 수 있다. 괴성체의 강도는 200kg/cm² 이상일 수 있다. 제2 철광 석의 기공율은 괴성체의 기공율보다 클 수 있다. 괴성체와 제2 철광석을 함께 환원하는 단계에서, 괴성체의 환원 분화율은 제2 철광석의 환원 분화율보다 낮을 수 있다. 괴성체의 입도는 8mm 내지 40mm일 수 있다. 제2 철광석의 입도는 5mm 이상일 수 있다.

괴성체를 제조하는 단계는 제1 철광석을 괴성화한 후 파쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 석탄충전층에서 생성된 환원가스를 유동층형 환원로 및 충전층형 환원로 중 하나 이상의 환원로에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 환원가스를 환원로에 공급하기 전에 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 유동층형 환원로와 충전층형 환원로로부터 배출되는 배가스로부터 이산화탄소를 제거한 리턴가스를 환원가스에 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 석탄충전층에서 생성된 환원가스를 유동층형 환원로 및 충전층형 환원로에 공급할 수 있다.

리턴가스는, 유동층형 환원로에 공급하는 제1 리턴가스 및 충전층형 환원로에 공급하는 제2 리턴가스를 포함할 수 있다. 제1 리턴가스의 양은 제2 리턴가스의 양보다 클 수 있다. 유동층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도는 충전층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도보다 낮을 수 있다. 유동층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도는 700℃ 이상 750℃ 미만일 수 있다. 충전층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도는 750℃ 내지 800℃일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 용철제조방법은, 풍구를 통하여 보조연료를 석탄충전층에 취입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 보조연료는 산소와 격리되어 석탄충전층에 취입될 수 있다. 보조연료는 그 수분 함량이 1.0wt% 이하가 되도록 사전 건조된 미분탄재일 수 있다. 보조연료는 미분탄재이고, 그 입도는 3.0mm 이하일 수 있다. 보조연료는 탄화수소 함유가스일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 용철제조방법은, 충전층형 환원로에 펠렛 또는 소결광을 장입하여 환원하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제1 철광석을 환원하는 단계에서, 제1 철광석의 환원율은 45% 이상일 수 있다. 괴성체와 제2 철광석을 충전층형 환원로에서 함께 환원하는 단계의 소요 시간은 제1 철광석을 유동층형 환원로에서 환원하는 단계의 소요 시간보다 길 수 있다. 괴성체와 제2 철광석을 환원하는 단계에서, 제2 철광석의 양은 제1 철광석과 제2 철광석을 합한 양의 40% 이하일 수 있다. 괴성체와 제2 철광석을 환원하는 단계에서, 괴성체와 제2 철광석의 환원율은 70% 이상일 수 있다.

일 실시예에 따른 용철제조장치는, i) 제1 철광석을 환원하는 유동층형 환원로, ii) 유동층형 환원로와 연결되고, 환원된 제1 철광석을 괴성화하여 괴성체를 제조하는 괴성체 제조 장치, iii) 괴성체 제조 장치와 연결되고, 제1 철광석의 입도보다 큰 입도를 가진 제2 철광석과 괴성체가 장입되어 함께 환원되는 충전층형 환원로, 및 iv) 충전층형 환원로에 연결되고, 제2 철광석과 괴성체가 장입되며, 괴상 탄재를 장입하고 그 측면에 설치된 풍구를 통해 산소를 취입하여 용철을 제조하는 용융가스화로를 포함한다.

충전층형 환원로에서, 괴성체의 강도는 제2 철광석의 강도보다 클 수 있다. 괴성체의 강도는 200kg/cm² 이상일 수 있다. 제2 철광석의 기공율은 괴성체의 기공 율보다 클 수 있다. 괴성체와 제2 철광석을 함께 환원하는 단계에서, 괴성체의 환원 분화율은 제2 철광석의 환원 분화율보다 낮을 수 있다. 괴성체의 입도는 8mm 내지 40mm일 수 있다. 제2 철광석의 입도는 5mm 이상일 수 있다.

일 실시예에 따른 용철제조장치는, 용융가스화로와 유동층형 환원로를 연결하는 제1 환원가스 공급관과 용융가스화로와 충전층형 환원로를 연결하는 제2 환원가스 공급관을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 용철제조장치는, 유동층형 환원로 및 충전층형 환원로로부터 배출되는 배가스로부터 이산화탄소를 제거한 리턴가스를 공급하는 이산화탄소 제거 장치를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 용철제조장치는, 유동층형 환원로 및 충전층형 환원로 중 하나 이상의 환원로로부터 배출되는 배가스를 냉각하여 이산화탄소 제거 장치에 공급하는 배가스 냉각장치를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 용철제조장치는, 이산화탄소 제거 장치와 연결된 제1 리턴가스 공급관 및 제2 리턴가스 공급관을 더 포함하고, 제1 리턴가스 공급관은 유동층형 환원로에 연결되고, 제2 리턴가스 공급관은 충전층형 환원로에 연결될 수 있다. 제1 리턴가스 공급관을 통하여 공급되는 리턴가스의 양은 제2 리턴가스 공급관을 통하여 공급되는 리턴가스의 양보다 많을 수 있다. 유동층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도는 충전층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도보다 낮을 수 있다.

풍구는, 산소를 취입하는 산소 취입관 및 이와 이격되고 용융가스화로에 보조 연료를 취입하는 보조연료 취입관을 포함할 수 있다. 산소 및 보조 연료가 서 로 만나서 용융가스화로 내부의 연소대에서 연소되고, 연소대는 풍구와 이격될 수 있다. 보조연료 취입관은 풍구의 선단부를 관통하여 설치될 수 있다. 보조 연료는 탄화수소 함유가스 또는 미분 탄재일 수 있다.

일 실시예에 따른 용철제조장치는, 용융가스화로내의 환원 가스를 유동층형 환원로 및 충전층형 환원로에 공급하기 전에 환원 가스를 냉각하는 가스 냉각기를 더 포함할 수 있다. 유동층형 환원로에서, 제1 철광석의 환원율은 45% 이상일 수 있다. 유동층형 환원로는 복수이며, 다단으로 연결될 수 있다.

이하에서는 도 1 내지 도 7을 통하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치(100)를 나타낸다. 도 1에 도시한 용철제조장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 용철제조장치(100)의 구조를 다른 형태로 변형할 수 있다.

도 1에서는 편의상 철광석이 통과하는 광석 도관을 굵은 실선으로 나타내고, 가스가 통과하는 가스 도관을 가는 실선으로 나타낸다. 또한, 석탄이 통과하는 석탄 도관은 점선으로 나타낸다.

도 1에는 유동층형 환원로(20) 및 충전층형 환원로(10)가 용융가스화로(40)로부터 환원가스를 공급받는 것으로 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

도 1에 도시한 용철제조장치(100)에서는 분상의 철광석을 사용하여 용철을 제조할 수 있다. 용철을 제조하기 위해서는 괴상 탄재를 사용한다. 괴상 탄재는 큰 입도를 가진 석탄이나 성형탄을 사용한다. 괴상 탄재를 용융가스화로(40)에 장입하면서 환원된 철광석을 용융가스화로(40)에 장입하여 용철을 제조할 수 있다.

용철제조장치(100)는 충전층형 환원로(10), 유동층형 환원로(20), 괴성체 제조 장치(30) 및 용융가스화로(40)를 포함한다. 이외에 필요에 따라 다른 장치를 더 포함할 수 있다.

용철제조장치(100)에서는 2 종류의 철광석을 사용할 수 있다. 2 종류의 철광석을 편의상 제1 철광석 및 제2 철광석으로 분류하여 호칭한다. 제2 철광석의 입도는 제1 철광석의 입도보다 크다. 제1 철광석은 유동층형 환원로(20)를 통과하면서 유동 환원된다. 제1 철광석의 입도가 크고 유동층형 환원로(20)내의 환원 가스의 유속이 작은 경우, 제1 철광석이 유동층형 환원로(20)내에서 잘 유동되지 않는다. 따라서 제1 철광석이 유동층형 환원로(20)의 바닥에 가라앉아 응집체로 굳어버릴 수 있다. 제1 철광석은 비산되지 않고 유동층형 환원로(20)에 남아 있을 정도의 크기를 가져야 한다. 제1 철광석은 유동층형 환원로(20)에서 환원된 후 괴성체 제조 장치(30)에서 괴성화된다. 다음으로, 제1 철광석은 충전층형 환원로(10)에 장입되어 추가 환원된다.

한편, 제2 철광석은 괴성체 제조 장치(30)에서 괴성화된 괴성체(제1 철광석의 환원체)와 함께 충전층형 환원로(10)에 장입되어 환원된다. 충전층형 환원로(10)에서 환원된 제2 철광석과 괴성체는 용융가스화로(40)에 장입되어 용융된다. 충전 층형 환원로(10)에 장입하는 제2 철광석의 크기는 통기성 악화가 조업 한계를 넘지 않는 범위내에서 결정된다. 예를 들면, 제2 철광석의 입도는 5mm 이상일 수 있다. 제2 철광석의 입도가 5mm 미만이면, 충전층형 환원로(10)에 장입시 하부로부터 상승하는 환원가스를 통과시킬 수 있는 공극이 너무 작다. 따라서 환원가스의 흐름을 차단하므로 조업이 불안정하게 된다. 제2 철광석 이외에 펠렛 또는 소결광을 충전층형 환원로(10)에 장입할 수도 있다. 이로써 용철제조장치(100)를 이용한 조업을 더욱 안정화할 수 있다.

이하에서는 용철제조장치(100)에 포함된 각 장치들을 설명한다. 이하에서 설명하는 각 장치의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

복수의 유동층형 환원로(20)는 다단으로 연결된다. 도 1에는 4단의 유동층형 환원로(20)를 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 유동층형 환원로(20)의 수를 다르게 조절할 수 있다. 유동층형 환원로(20)에 장입된 제1 철광석은 유동층형 환원로(20)를 거치면서 환원된다. 필요에 따라 제1 철광석과 함께 부원료를 유동층형 환원로(20)에 장입할 수 있다. 용융가스화로(40)에서 발생된 환원가스는 다단의 유동층형 환원로(20)를 차례로 거쳐서 외부로 배출된다. 유동층형 환원로(20)에 장입된 제1 철광석은 예열, 예비환원 및 최종 환원을 거쳐서 괴성체 제조 장치(30)에 공급된다. 제1 철광석은 유동층형 환원로(20)에서 환원된 후에 충전층형 환원로(10)에서 다시 환원된다. 따라서 유동층형 환원로(20)에서의 환원율이 그다지 높지 않아도 된다.

한편, 유동층형 환원로(20)에서의 제1 철광석의 환원율은 괴성체 제조 장치(30)에서 제1 철광석을 괴성화할 수 있는 최소의 환원율이면 된다. 예를 들면, 유동층형 환원로(20)에서 제1 철광석의 환원율이 45% 미만이면, 괴성체 제조 장치(30)에서 제1 철광석을 괴성화하기가 어렵다. 이는 압축시 바인더 역할을 할 수 있는 순철의 함량이 너무 적은 것에 기인한다. 그 결과, 제1 철광석이 압축되지 못하고 잘 부서진다. 따라서 유동층형 환원로(20)에서의 제1 철광석의 환원율은 45% 이상일 수 있다. 유동층형 환원로(20)의 상세한 구조는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 자세한 설명을 생략한다.

유동층형 환원로(20)를 통과한 제1 철광석은 괴성체 제조 장치(30)에서 괴성화된다. 괴성체 제조 장치(30)는 유동층형 환원로(20)에 연결된다. 괴성체 제조 장치(30)는 호퍼(302), 한 쌍의 롤(304), 및 파쇄기(306)를 포함한다. 이외에 필요에 따라 다른 장치를 더 포함할 수 있다.

괴성체 제조 장치(30)는 환원된 제1 철광석을 한 쌍의 롤(304)에 의해 압축하여 길게 연결된 괴성체를 제조한다. 괴성체는 파쇄기(306)에 의해 파쇄되어 고온 균배압 장치(101)로 이송된다. 충전층형 환원로(10)에서 괴성체가 분화되는 것을 방지하기 위하여, 괴성체의 압축 강도가 200kg/cm² 이상이 되도록 괴성체를 제조할 수 있다. 괴성체 제조 장치(30)의 상세 구조는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 자세한 설명을 생략한다.

괴성체 제조 장치(30)에서 제조된 괴성체는 고온 균배압 장치(101)를 거쳐서 충전층형 환원로(10)에 장입된다. 제2 철광석도 충전층형 환원로(10)에 장입된다. 제2 철광석과 괴성체는 충전층형 환원로(10)에 동시에 장입될 수도 있고, 각각 교대로 장입될 수도 있다.

충전층형 환원로(10)에 장입된 제2 철광석과 괴성체는 충분한 시간동안 함께 환원된다. 괴성체와 제2 철광석을 충전층형 환원로(10)에서 환원하는 데 걸리는 소요 시간을 제1 철광석을 유동층형 환원로에서 환원하는 데 걸리는 소요 시간보다 길게 할 수 있다. 따라서 제2 철광석과 괴성체를 70% 이상의 환원율로 환원하여 융융가스화로(40)의 연료비를 최소화할 수 있다.

충전층형 환원로(10)에서 괴성체와 제2 철광석을 환원하는 경우, 제2 철광석의 양은 제1 철광석과 제2 철광석을 합한 양의 40% 이하일 수 있다. 이와 같이, 제1 철광석의 양과 제2 철광석의 양을 조절하여 용철제조공정을 최적화할 수 있다. 예비환원되지 않은 제2 철광석의 양이 40%를 초과하는 경우, 층전층형 환원로에서 환원 분화에 따른 통기성 악화가 발생할 수 있다. 또한, 충전층형 환원로(10)에서의 환원율이 낮아질 수 있다.

충전층형 환원로(10)의 상세한 구조는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 자세한 설명을 생략한다. 충전층형 환원로(10)에서의 환원 메커니즘은 도 2를 통하여 상세하게 후술한다.

충전층형 환원로(10)에서 환원된 제2 철광석과 괴성체는 용융가스화로(40)로 장입된다. 한편, 제2 철광석과 괴성체를 용융할 열원으로서 휘발분을 함유한 괴상 탄재를 용융가스화로(40)에 장입한다. 괴상 탄재는 성형탄 또는 괴탄을 사용할 수 있다. 성형탄 및 괴탄은 용융가스화로(40)에 장입되어 석탄충전층을 형성한다.

괴상 탄재의 연소에 의해 생성된 환원 가스는 환원가스 공급관(L50)을 통하여 각각 유동층형 환원로(20) 및 충전층형 환원로(10)에 공급된다. 따라서 유동층형 환원로(20) 및 충전층형 환원로(10)에서 환원가스를 이용하여 철광석을 환원할 수 있다.

용융가스화로(40)의 상세 구조는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로 그 자세한 설명을 생략한다.

도 2는 충전층형 환원로(10)에 장입된 괴성체(800)와 제2 철광석(900)을 확대하여 나타낸다. 도 2에 도시한 괴성체(800)와 제2 철광석(900)의 혼합 상태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

충전층형 환원로(10)에는 다수의 괴성체(800)와 다수의 제2 철광석(900)이 장입된다. 괴성체(800)는 도 1에 도시한 괴성체 제조 장치로부터 인위적으로 제조되므로, 서로 유사한 크기를 가진다. 괴성체(800)는 파쇄되어 제조되므로, 불규칙한 모양을 가질 수 있다. 반면에, 제2 철광석(900)은 산지에서 채취한 철광석이므로, 그 크기가 균일하지 않고 다양하다.

도 2에 도시한 바와 같이, 괴성체(800)가 충분히 크므로 충전층형 환원로(10)에서 통기성을 확보하기가 용이하다. 괴성체(800)의 크기는 펠렛이나 소결 광 크기 정도일 수 있다. 즉, 입도가 8mm 내지 40mm 정도면 좋다. 한편, 괴성체(800)가 분화되지 않으므로, 입도는 최소 3mm까지도 가능하다. 제2 철광석(900)의 입도는 전술한 바와 같이 5mm 이상이 될 수 있다.

괴성체(800)의 강도는 제2 철광석(900)의 강도보다 크다. 제2 철광석(900)은 산지에서 채취하여 바로 사용하므로, 압축 강도가 낮다. 반면에, 괴성체(800)는 괴성체 제조 장치에 의해 200MPa 이상의 압력으로 압축 성형된다. 따라서 괴성체(800)는 200kg/cm² 이상의 강도를 가진다. 괴성체(800)가 이 정도의 강도를 가지므로, 충전층형 환원로(10)에서 잘 분화되지 않는다.

충전층형 환원로(10)에 공급된 환원 가스는 괴성체(800) 및 제2 철광석(900)을 환원시킨다. 이 경우, 제2 철광석(900)은 환원 가스에 의해 환원되면서 분화된다. 반면에 괴성체(800)는 그 원료인 제1 철광석이 이미 유동층형 환원로에서 이미 예비환원과정을 거쳤으므로, 환원 가스에 의해 환원되지만 잘 분화되지는 않는다. 즉, 괴성체(800)와 제2 철광석(900)을 함께 환원하는 단계에서 괴성체(800)의 환원분화율은 제2 철광석(900)의 환원 분화율보다 낮다. 따라서 제2 철광석(900)이 충전층형 환원로(10)에서 분화되더라도 괴성체(800)로 인하여 충전층형 환원로(10)에서의 통기성을 안정적으로 확보할 수 있다. 제2 철광석(900)과 동시에 장입되는 괴성체(800)는 환원 분화율이 작으므로 이것이 가능하다. 그 결과, 충전층형 환원로(10)내의 공극을 유지할 수 있으므로 통기성을 양호하게 유지할 수 있다.

도 2의 확대원에 도시한 바와 같이, 제2 철광석(900)은 그 표면에 다수의 기 공(9001)을 가진다. 그 결과, 제2 철광석(900)은 잘 환원된다. 반면에, 괴성체(800)는 부분 환원된 제1 철광석을 압축하여 제조된 것이므로, 표면에 형성된 기공의 수가 비교적 적다. 즉, 제2 철광석(900)의 기공율은 괴성체(800)의 기공율보다 크다. 그러므로, 괴성체(800)보다 제2 철광석(900)이 환원되기 쉽다. 그러나 괴성체(800)는 어느 정도 환원된 상태이므로, 괴성체(800)와 제2 철광석(900)의 최종 환원율은 차이가 크지 않다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치(200)를 나타낸다. 도 3에 도시한 용철제조장치(200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 용철제조장치(200)의 구조는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에서는 풍구(402)를 통하여 보조 연료를 산소와 함께 용융가스화로(40)에 취입할 수 있다. 보조 연료로는 미분 탄재 또는 탄화수소 함유가스 등을 사용할 수 있다. 탄화수소 함유가스로는 액화천연가스(liquid natural gas, LNG)를 예로 들 수 있다.

용융가스화로(40)에 장입되는 괴상 탄재는 휘발분, 고정탄소 및 애쉬(ash)를 포함한다. 괴상 탄재는 석탄충전층을 하강하면서 열분해된다. 괴상 탄재에 포함된 대부분의 휘발분은 석탄충전층 상부에서 가스화된다. 휘발분이 제거된 고정탄소와 애쉬만 석탄충전층 하부까지 하강한다.

한편, 풍구(402)는 용융가스화로(40)내의 석탄충전층 하부 측면에 설치된다. 산소는 풍구(402)를 통하여 용융가스화로(40)에 취입된다. 풍구(402)를 통해 취입된 산소는 석탄충전층 하부로 하강하는 전술한 고정탄소를 다음의 화학식 1에 의해 연소시킴으로써 고온의 CO 가스를 발생시킨다.

C + 1/2O₂ → CO

고온의 CO 가스는 석탄충전층을 상승하면서 석탄충전층내의 괴상탄재, 제2 철광석 및 괴성체에 열을 전달한다. 따라서 제2 철광석 및 괴성체가 승온되어 궁극적으로 용해된다. 승온 과정에서, 제2 철광석 및 괴성체에 포함된 미환원 산화철(FeO)은 고체 상태에서 다음의 화학식 2의 간접환원반응에 의해 일부 환원된다.

FeO + CO → Fe + CO₂

또한 전술한 용해 과정에서 괴성체 및 제2 철광석 내의 미환원 산화철은 전술한 고정탄소 일부와 다음 화학식 3의 직접환원반응에 의해 최종적으로 환원된다.

FeO + C → Fe + CO

여기서, 간접환원반응은 발열반응이며, 직접환원반응은 흡열반응이다. 따라서 석탄충전층내에서 직접환원에 비해 간접환원을 증가시키는 것이 용융가스화로(40)내에서 소모되는 괴상 탄재의 양을 줄이는 데 유리하다. 즉, 연료비를 저감할 수 있다. 간접환원을 증가시키기 위해서는 제2 철광석과 괴성체가 석탄충전층 내에서 하강하는 데 걸리는 시간(체류시간)을 증가시켜야 한다. 더욱이, 제2 철광석 및 괴성체는 부분 환원된 상태로 용융가스화로(40)에 장입될 수 있으므로, 추가 환원 및 용융을 동시에 진행하기 위해서는 석탄충전층내에서의 체류 시간을 증가시켜야 한다. 또한, 풍구(402)에서 연소되어 석탄 충전층을 통해 상승하는 고온 가스의 양을 증가시켜야 한다.

본 발명의 제2 실시예에서는 풍구(402)를 통하여 보조 연료를 취입함으로써 고온 가스의 양을 증가시킨다. 괴상 탄재의 일부를 휘발분이 포함된 보조 연료로 대체할 수 있다. 보조 연료는 풍구(402)와 이격 형성되는 연소대로 같이 취입되는 산소에 의해 연소되어 의해 고온 CO 및 H₂ 가스로 전환된다. CO 및 H₂ 가스는 석탄충전층을 상승하면서 석탄충전층을 하강하는 제2 철광석과 괴성체내의 미환원철을 다음의 화학식 4의 간접환원반응에 의해 환원한다.

2FeO + CO + H₂ → 2Fe + CO₂ + H₂O

따라서 보조 연료에 포함된 탄소 성분 및 수소 성분 대부분이 가스화된다. 보조 연료 취입에 의해 풍구에서 발생하는 가스량은 괴상 탄재의 고정탄소만을 연소하여 발생시키는 가스량보다 상당히 증가된다. 또한 보조연료를 취입하는 경우, 용융가스화로(40) 상부에서 장입되는 괴상 탄재가 풍구에서 연소되어 소멸되는 속도가 감소한다. 따라서 일정한 부피의 석탄 충전층내에서 괴상 탄재 및 환원된 제2 철광석 및 괴성체가 석탄 충전층내에서 풍구까지 하강하는 데 걸리는 시간 즉, 체류 시간이 증가된다.

전술한 바와 같이, 보조 연료를 취입하면, 풍구에서 연소되어 석탄 충전층에서 상승하는 가스량이 증대된다. 또한, 석탄 충전층내에 환원된 제2 철광석과 괴성체의 체류 시간이 증대됨으로써 간접 환원비가 증가된다. 그 결과, 용융가스화로(40)내에서 소모되는 연료량을 감소시킬 수 있다.

도 4는 도 3의 IV 부분을 확대하여 풍구(402)의 내부 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 4에 도시한 바와 같이, 풍구(402)는 산소 취입관(4021) 및 보조연료 취입관(4023)을 포함한다. 산소 취입관(4021)은 풍구(402)의 중심부에 형성되어 있고, 보조연료 취입관(4023)은 산소 취입관(4021)과 이격되어 용융가스화로에 보조연료를 취입한다. 보조연료 취입관(4023)에 설치된 밸브(4025)를 조절하여 취입되는 보조연료의 양을 조절할 수 있다. 보조연료 취입관(4023)은 풍구(402)의 선단부를 관통하여 설치된다.

보조연료로는 미분탄재 또는 탄화수소 함유가스를 사용할 수 있다. 보조연료로서 미분탄재를 사용하는 경우, 미분탄재는 보조연료 취입관(4023)을 통하여 기송 공급된다. 미분탄재가 보조연료 취입관(4023) 내부에 점착됨으로써 보조연료 취입관(4023)이 막히는 것을 방지하기 위하여 그 수분 함유량이 1.0% 이하가 되도록 미분탄재를 사전 건조한다. 또한, 미분탄재가 너무 커서 보조연료 취입관(4023)을 막지 않도록 그 입도를 3.0mm 이하로 조절한다.

산소 취입관(4021)과 보조연료 취입관(4023)은 상호 이격될 수 있다. 보조연료와 산소를 혼합하여 산소 취입관(4021)만으로 취입하는 경우, 풍구(402) 전단 에 형성되는 고온 영역의 복사열에 의해 보조연료가 산소 취입관(4021)내에서 연소된다. 따라서 산소 취입관(4021)이 용융되어 파손된다. 이를 방지하기 위해 도 4에 도시한 바와 같이, 산소와 보조연료를 별도로 취입한다. 이 경우, 미분탄재 및 산소는 풍구(402)와 이격되어 그 전단에 형성되는 연소대에서 상호 만난다. 미분탄재 및 산소는 연소대에서 연소된다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철제조장치(300)를 나타낸다. 도 5에 도시한 용철제조장치(300)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 용철제조장치(300)의 구조는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.

환원가스는 용융가스화로(40)에 공급되는 괴상 탄재와 보조연료가 연소됨으로써 발생한다. 따라서 보조연료의 취입에 의해 용융가스화로(40)에 장입되는 괴상 탄재의 양을 감소시킬 수 있다. 이와 같이 괴상 탄재의 양이 감소됨에 따라 용융가스화로(40)에서 생성되는 환원가스의 양도 적어진다. 이러한 환원가스의 양은 유동층형 환원로(20) 및 충전층형 환원로(10)에서 철광석을 환원하는 데 필요한 환원가스의 양보다 작다. 따라서 본 발명의 제3 실시예에서는 유동층형 환원로(20) 및 충전층형 환원로(10)로부터 배출되는 배가스 일부를 회수 및 재생하여 재공급함으로써 환원가스의 양을 적절하게 유지한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 유동층형 환원로(20) 및 충전층형 환원로(10)에서 배출된 배가스는 배가스 냉각장치(52)를 통과하면서 냉각된 후, 회수되어 이산화탄 소 제거 장치(50)에 공급된다. 일부 냉각된 배가스는 외부로 배출될 수 있다. 이산화탄소 제거 장치(50)는 배가스로부터 이산화탄소를 제거한 리턴가스를 유동층형 환원로(20) 및 충전층형 환원로(10)에 공급한다. 이산화탄소 제거 장치(50)를 이용하여 배가스내의 이산화탄소를 제거함으로써, 리턴가스의 환원력이 증대된다. 이산화탄소 제거 장치(50)의 상세한 내부 구조는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

리턴가스는 용융가스화로(40)에서 생성되는 환원가스와 혼합된다. 이와 같이 환원가스를 개질하여 순환시킴으로써, 용융가스화로(40)에서 발생하는 환원가스의 양에 관계없이 유동층형 환원로(20) 및 충전층형 환원로(10)에 필요한 환원가스의 양을 확보할 수 있다. 따라서 유동층형 환원로(20) 및 충전층형 환원로(10)에서 환원 반응이 적절하게 일어날 수 있다.

좀더 구체적으로, 제1 리턴가스 공급관(L54)은 이산화탄소 제거 장치(50)와 유동층형 환원로(20)를 연결하여 제1 리턴가스를 유동층형 환원로(20)에 공급한다. 한편, 제2 리턴가스 공급관(L56)은 이산화탄소 제거 장치(50)와 충전층형 환원로(10)를 연결하여 제2 리턴가스를 충전층형 환원로(10)에 공급한다.

전술한 바와 같이, 리턴가스가 제1 리턴가스 및 제2 리턴가스로 분기되므로 유동층형 환원로(20)에 공급되는 환원가스의 온도와 충전층형 환원로(10)에 공급되는 환원가스의 온도를 서로 다르게 조절할 수 있다. 즉, 제1 리턴가스의 양이 제2 리턴가스의 양보다 많도록 조절한다. 리턴가스의 온도가 낮으므로, 리턴가스가 환 원가스와 혼합되는 경우 환원가스의 온도가 낮아지게 된다. 따라서 유동층형 환원로(20)에 공급되는 환원가스의 온도를 충전층형 환원로(10)에 공급되는 환원가스의 온도보다 낮게 유지할 수 있다.

충전층형 환원로(10)에 공급되는 환원가스에는 상대적으로 적은 양의 제1 리턴가스가 섞이므로, 환원가스의 온도를 비교적 높게 유지할 수 있다. 따라서, 충전층형 환원로(10)에서의 제2 철광석 및 괴성체의 환원 속도를 최대한 증가시킬 수 있다. 다른 한편으로, 유동층형 환원로(20)에 공급되는 환원가스에는 상대적으로 많은 양의 제2 리턴가스가 섞이므로, 환원가스의 온도를 비교적 낮게 유지할 수 있다. 따라서 유동층형 환원로(20)내의 분광석의 고온 점착 현상을 방지할 수 있다.

전술한 리턴가스를 이용하여 충전층형 환원로(10)에 공급하는 환원가스의 온도를 750℃ 내지 800℃로 조절할 수 있다. 이로써 제2 철광석 및 괴성체를 적절하게 환원시킬 수 있다. 또한, 유동층형 환원로(20)에 공급하는 환원가스의 온도를 700℃ 이상 750℃ 미만으로 조절할 수 있다. 이로써 제1 철광석이 유동층형 환원로(20) 내부에 점착되는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 용철제조장치(400)을 나타낸다. 도 6에 도시한 용철제조장치(400)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 용철제조장치(400)의 구조는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철제조장치의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.

용철제조장치(400)는 가스 냉각기(406)를 더 포함한다. 가스 냉각기(406)는 용융가스화로(40)에서 발생되는 환원 가스 일부를 분기하여 냉각한다. 가스 냉각기(406)는 냉각된 환원 가스를 유동층형 환원로(20) 및 충전층형 환원로(10)에 공급되는 환원 가스에 혼합하여 유동층형 환원로(20) 또는 충전층형 환원로(10)에 공급되는 환원 가스의 온도를 낮춘다. 환원 가스의 온도를 조절함으로써, 유동층형 환원로(20) 또는 충전층형 환원로(10)의 환원율을 조절하고, 환원가스의 고온화로 인해 철광석이 점착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 용철제조장치(400)는 풍구(402)를 통해 보조연료를 취입하고, 이산화탄소 제거 장치(50)를 통해 환원가스를 회수하여 재사용할 수 있으므로, 효율을 최적화할 수 있다.

배가스는 배가스 냉각장치(52)를 통과하면서 냉각된 후 배출되거나 이산화탄소 제거 장치(50)로 공급된다. 배가스에 포함된 분진은 배가스 냉각장치(52)를 통과하면서 제거될 수 있으므로, 분진으로 인해 야기되는 막힘 현상을 사전에 방지할 수 있다.

용융가스화로(40)에는 싸이클론(404)이 설치된다. 싸이클론(404)은 용융가스화로(40)로부터 비산되는 입자들을 포집하여 용융가스화로(40)로 리턴한다. 즉, 가스도관(L40)을 따라 배출된 입자들은 싸이클론(404)에서 여과되어 용융가스화로(40)로 리턴된다. 입자들과 분리된 환원 가스는 환원가스 공급관(L42)을 통과하여 유동층형 환원로(20) 및 충전층형 환원로(10)에 공급된다.

가스도관(L42)은 분기되어 있으므로, 일부 환원가스는 가스도관(L44)을 통하여 가스 냉각기(406)에 공급된다. 예를 들면, 가스 냉각기(406)로서 스크러버(scrubber)를 사용할 수 있다. 환원 가스는 가스 냉각기(406)에서 냉각된 후, 가스도관(L40)으로 보내지거나 환원가스 공급관(L50)으로 공급될 수 있다. 따라서 전술한 이산화탄소 제거 장치(50)를 통해 공급되는 리턴가스와 가스 냉각기(406)를 통해 공급되는 냉각가스를 용융가스화로(10)에서 발생하는 환원가스와 혼합함으로써 유동층형 환원로(20) 또는 충전층형 환원로(10)로 공급되는 환원 가스의 온도를 제어할 수 있다. 제3 실시예에서 전술한 바와 같이, 충전층형 환원로(10)에 공급하는 환원가스의 온도는 750℃ 내지 800℃로 조절할 수 있다. 이로써 제2 철광석 및 괴성체를 적절하게 환원시킬 수 있다. 또한, 유동층형 환원로(20)에 공급하는 환원가스의 온도는 700℃ 이상 750℃ 미만으로 조절할 수 있다. 이로써 제1 철광석이 유동층형 환원로(20) 내부에 점착되는 것을 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 용철제조장치(500)를 나타낸다. 도 7에 도시한 용철제조장치의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 또한, 용철제조장치(500)의 구조는 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며 그 자세한 설명을 생략한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 유동층형 환원로(24)를 하나만 사용하여 제1 철광석을 환원할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 철광석은 유동층형 환원로(24)에서 환원된 후, 충전층형 환원로(10)에서 다시 환원된다. 용융가스화로(40)의 연료비를 최소화하기 위하여, 용융가스화로(40)에 장입되는 환원철의 환원율은 어느 정도 이상으로 되어야 한다. 본 발명에서는 유동층형 환원로(24) 및 충전층형 환원로(10)를 사용하여 제1 철광석을 2번 환원하므로, 유동층형 환원로(24)의 환원 부 담을 크게 줄일 수 있다. 따라서 유동층형 환원로(24)를 하나만 사용하더라도 제1 철광석을 원하는 환원율로 환원시킬 수 있다. 용철제조장치(500)를 사용하는 경우, 그 구조가 단순해지므로 비용이 적게 드는 이점이 있다.

본 발명에 따른 용철제조방법에서는, 유동층형 환원로에서의 비산 손실 및 점착 현상을 방지할 수 있다. 따라서 용철의 생산량을 증대시킬 수 있고, 슬러지 손실을 저감할 수 있다.

충전층형 환원로에는 제2 철광석과 괴성체가 장입되어 함께 환원된다. 따라서 제2 철광석이 환원 가스에 의해 분화되어도 괴성체로 인하여 적절한 통기성을 확보할 수 있다.

그리고 보조연료취입에 따라 환원가스의 양을 증대시킴으로써, 용융가스화로 내부의 제2 철광석 및 괴성체의 체류 시간을 증가시킬 수 있다. 따라서 제2 철광석 및 괴성체를 완전 환원하고 쉽게 용융할 수 있다.

또한, 배가스를 회수하여 이산화탄소를 제거한 리턴가스를 환원가스로 재사용함으로써, 환원가스의 양을 효율적으로 늘릴 수 있으며 환원가스의 온도를 적절하게 조절할 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims

제1 철광석을 유동층형 환원로에 장입하여 환원하는 단계,

상기 환원된 제1 철광석을 괴성화하여 괴성체를 제조하는 단계,

상기 제1 철광석의 입도보다 큰 입도를 가진 제2 철광석과 상기 괴성체를 충전층형 환원로에 장입하여 함께 환원하는 단계,

환원된 상기 괴성체와 상기 제2 철광석을 상기 충전층형 환원로에 연결된 용융가스화로에 장입하는 단계,

상기 괴성체와 상기 제2 철광석을 용융하는 열원으로서 괴상 탄재를 준비하는 단계,

상기 용융가스화로에 상기 괴상 탄재를 장입하여 석탄충전층을 형성하는 단계, 및

상기 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 산소를 상기 석탄충전층에 취입하여 상기 괴성체와 상기 제2 철광석으로부터 용철을 제조하는 단계

를 포함하는 용철제조방법.
제1항에서,

상기 괴성체와 상기 제2 철광석을 함께 환원하는 단계에서, 상기 괴성체의 강도는 상기 제2 철광석의 강도보다 큰 용철제조방법.
제2항에서,

상기 괴성체의 강도는 200kg/cm² 이상인 용철제조방법.
제2항에서,

상기 제2 철광석의 기공율은 상기 괴성체의 기공율보다 큰 용철제조방법.
제2항에서,

상기 괴성체와 상기 제2 철광석을 함께 환원하는 단계에서, 상기 괴성체의 환원 분화율은 상기 제2 철광석의 환원 분화율보다 낮은 용철제조방법.
제1항에서,

상기 괴성체의 입도는 8mm 내지 40mm인 용철제조방법.
제1항에서,

상기 제2 철광석의 입도는 5mm 이상인 용철제조방법.
제1항에서,

상기 괴성체를 제조하는 단계는 상기 제1 철광석을 괴성화한 후 파쇄하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
제1항에서,

상기 석탄충전층에서 생성된 환원가스를 상기 유동층형 환원로 및 상기 충전층형 환원로 중 하나 이상의 환원로에 공급하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
제9항에서,

상기 환원가스를 상기 환원로에 공급하기 전에 냉각하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
제9항에서,

상기 유동층형 환원로와 상기 충전층형 환원로로부터 배출되는 배가스로부터 이산화탄소를 제거한 리턴가스를 상기 환원가스에 추가하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
제11항에서,

상기 석탄충전층에서 생성된 환원가스를 상기 유동층형 환원로 및 상기 충전층형 환원로에 공급하는 용철제조방법.
제11항에서,

상기 리턴가스는,

상기 유동층형 환원로에 공급하는 제1 리턴가스, 및

상기 충전층형 환원로에 공급하는 제2 리턴가스

를 포함하는 용철제조방법.
제13항에서,

제1 리턴가스의 양은 상기 제2 리턴가스의 양보다 큰 용철제조방법.
제13항에서,

상기 유동층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도는 상기 충전층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도보다 낮은 용철제조방법.
제15항에서,

상기 유동층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도는 700℃ 이상 750℃ 미만인 용철제조방법.
제15항에서,

상기 충전층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도는 750℃ 내지 800℃인 용철제조방법.
제1항에서,

상기 풍구를 통하여 보조연료를 상기 석탄충전층에 취입하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
제18항에서,

상기 보조연료는 상기 산소와 격리되어 상기 석탄충전층에 취입되는 용철제조방법.
제18항에서,

상기 보조연료는 그 수분 함량이 1.0wt% 이하가 되도록 사전 건조된 미분탄재인 용철제조방법.
제18항에서,

상기 보조연료는 미분탄재이고, 그 입도는 3.0mm 이하인 용철제조방법.
제18항에서,

상기 보조연료는 탄화수소 함유가스인 용철제조방법.
제1항에서,

상기 충전층형 환원로에 펠렛 또는 소결광을 장입하여 환원하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
제1항에서,

상기 제1 철광석을 환원하는 단계에서, 상기 제1 철광석의 환원율은 45% 이상인 용철제조방법.
제1항에서,

상기 괴성체와 상기 제2 철광석을 상기 충전층형 환원로에서 함께 환원하는 단계의 소요 시간은 상기 제1 철광석을 상기 유동층형 환원로에서 환원하는 단계의 소요 시간보다 긴 용철제조방법.
제1항에서,

상기 괴성체와 상기 제2 철광석을 환원하는 단계에서, 상기 제2 철광석의 양은 상기 제1 철광석과 상기 제2 철광석을 합한 양의 40% 이하인 용철제조방법.
제1항에서,

상기 괴성체와 상기 제2 철광석을 환원하는 단계에서, 상기 괴성체와 상기 제2 철광석의 환원율은 70% 이상인 용철제조방법.
제1 철광석을 환원하는 유동층형 환원로,

상기 유동층형 환원로와 연결되고, 상기 환원된 제1 철광석을 괴성화하여 괴 성체를 제조하는 괴성체 제조 장치,

상기 괴성체 제조 장치와 연결되고, 상기 제1 철광석의 입도보다 큰 입도를 가진 제2 철광석과 상기 괴성체가 장입되어 함께 환원되는 충전층형 환원로, 및

상기 충전층형 환원로에 연결되고, 상기 제2 철광석과 상기 괴성체가 장입되며, 괴상 탄재를 장입하고 그 측면에 설치된 풍구를 통해 산소를 취입하여 용철을 제조하는 용융가스화로

를 포함하는 용철제조장치.
제28항에서,

상기 충전층형 환원로에서, 상기 괴성체의 강도는 상기 제2 철광석의 강도보다 큰 용철제조장치.
제29항에서,

상기 괴성체의 강도는 200kg/cm² 이상인 용철제조장치.
제29항에서,

상기 제2 철광석의 기공율은 상기 괴성체의 기공율보다 큰 용철제조장치.
제29항에서,

상기 괴성체와 상기 제2 철광석을 함께 환원하는 단계에서, 상기 괴성체의 환원 분화율은 상기 제2 철광석의 환원 분화율보다 낮은 용철제조장치.
제28항에서,

상기 괴성체의 입도는 8mm 내지 40mm인 용철제조장치.
제28항에서,

상기 제2 철광석의 입도는 5mm 이상인 용철제조장치.
제28항에서,

상기 용융가스화로와 상기 유동층형 환원로를 연결하는 제1 환원가스 공급관과 상기 용융가스화로와 상기 충전층형 환원로를 연결하는 제2 환원가스 공급관을 더 포함하는 용철제조장치.
제35항에서,

상기 유동층형 환원로 및 상기 충전층형 환원로로부터 배출되는 배가스로부터 이산화탄소를 제거한 리턴가스를 공급하는 이산화탄소 제거 장치를 더 포함하는 용철제조장치.
제36항에서,

상기 유동층형 환원로 및 상기 충전층형 환원로 중 하나 이상의 환원로로부터 배출되는 배가스를 냉각하여 상기 이산화탄소 제거 장치에 공급하는 배가스 냉각장치를 더 포함하는 용철제조장치.
제36항에서,

상기 이산화탄소 제거 장치와 연결된 제1 리턴가스 공급관 및 제2 리턴가스 공급관을 더 포함하고, 상기 제1 리턴가스 공급관은 상기 유동층형 환원로에 연결되고, 상기 제2 리턴가스 공급관은 상기 충전층형 환원로에 연결된 용철제조장치.
제38항에서,

상기 제1 리턴가스 공급관을 통하여 공급되는 리턴가스의 양은 상기 제2 리턴가스 공급관을 통하여 공급되는 리턴가스의 양보다 많은 용철제조장치.
제39항에서,

상기 유동층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도는 상기 충전층형 환원로에 공급되는 환원가스의 온도보다 낮은 용철제조장치.
제28항에서,

상기 풍구는,

상기 산소를 취입하는 산소 취입관 및

상기 산소 취입관과 이격되고, 상기 용융가스화로에 보조 연료를 취입하는 보조연료 취입관

을 포함하는 용철제조장치.
제41항에서,

상기 산소 및 상기 보조 연료가 서로 만나서 상기 용융가스화로 내부의 연소대에서 연소되고, 상기 연소대는 상기 풍구와 이격된 용철제조장치.
제42항에서,

상기 보조연료 취입관은 상기 풍구의 선단부를 관통하여 설치된 용철제조장치.
제42항에서,

상기 보조 연료는 탄화수소 함유가스 또는 미분 탄재인 용철제조장치.
제35항에서,

상기 용융가스화로내의 환원 가스를 상기 유동층형 환원로 및 상기 충전층형 환원로에 공급하기 전에 상기 환원 가스를 냉각하는 가스 냉각기를 더 포함하는 용철제조장치.
제28항에서,

상기 유동층형 환원로에서, 상기 제1 철광석의 환원율은 45% 이상인 용철제조장치.
제28항에서,

상기 유동층형 환원로는 복수이며, 다단으로 연결된 용철제조장치.