KR20090069591A - 용철제조장치 및 용철제조방법 - Google Patents

용철제조장치 및 용철제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090069591A
KR20090069591A KR1020070137303A KR20070137303A KR20090069591A KR 20090069591 A KR20090069591 A KR 20090069591A KR 1020070137303 A KR1020070137303 A KR 1020070137303A KR 20070137303 A KR20070137303 A KR 20070137303A KR 20090069591 A KR20090069591 A KR 20090069591A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
reduction furnace
iron
hydrogen
wgsr
Prior art date
Application number
KR1020070137303A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100930680B1 (ko
Inventor
김기현
이시형
김성만
이후근
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020070137303A priority Critical patent/KR100930680B1/ko
Priority to PCT/KR2008/007490 priority patent/WO2009082123A2/en
Priority to BRPI0822071A priority patent/BRPI0822071B8/pt
Priority to CN2008801232723A priority patent/CN101910423B/zh
Publication of KR20090069591A publication Critical patent/KR20090069591A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100930680B1 publication Critical patent/KR100930680B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0033—In fluidised bed furnaces or apparatus containing a dispersion of the material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/22—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by reforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/28—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation
    • C21B2100/282—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation of carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/28—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation
    • C21B2100/284—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation of nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Abstract

본 발명은 용철제조장치 및 용철제조방법에 관한 것이다. 용철제조장치는, ⅰ) 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 하나 이상의 환원로, ⅱ) 환원로와 연결되어 환원철이 장입되고, 괴상 탄재가 장입되며, 산소가 취입되어 용철을 제조하는 용융가스화로, ⅲ) 환원로로부터 배출되는 배가스를 환원로로 순환시키는 배가스 공급관, 및 ⅳ) 배가스 공급관에 설치되어 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 하나 이상의 개질기를 포함한다.
Figure P1020070137303
PSA, WGSR, 가스, 개질

Description

용철제조장치 및 용철제조방법 {APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 용철제조장치 및 용철제조방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는환원가스의 환원력을 향상시킨 용철제조장치 및 용철제조방법에 관한 것이다.
최근에 용철 제조 방법으로서 고로법을 대체하는 용융환원제철법이 개발되고 있다. 용융환원제철법에서는 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하고, 철원으로는 철광석을 직접 사용하여 환원로에서 철광석을 환원하고 용융가스화로에서 용철을 제조한다.
용융가스화로에는 산소가 취입되어 용융가스화로내의 석탄충전층을 연소시킨다. 산소는 환원가스로 전환되어 용융가스화로로부터 배출된다. 용융가스화로에서 배출된 환원가스는 환원로로 이송된다. 환원로에서는 환원가스에 의해 철광석이 환원된다. 철광석을 환원한 환원가스는 배가스로서 환원로로부터 배출된다.
환원가스의 환원력을 향상시키는 용철 제조 장치를 제공하고자 한다. 또한, 환원가스의 환원력을 향상시키는 용철 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는, ⅰ) 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 하나 이상의 환원로, ⅱ) 환원로와 연결되어 환원철이 장입되고, 괴상 탄재가 장입되며, 산소가 취입되어 용철을 제조하는 용융가스화로, ⅲ) 환원로로부터 배출되는 배가스를 환원로로 순환시키는 배가스 공급관, 및 ⅳ) 배가스 공급관에 설치되어 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 하나 이상의 개질기를 포함한다.
하나 이상의 개질기는 WGSR(water gas shift reactor, 수성가스 전환 반응기) 또는 PSA(pressure swing absorber, 압력 순환 흡착기)일 수 있다. 하나 이상의 개질기는 복수의 개질기들을 포함하고, 복수의 개질기들은 WGSR 및 PSA를 포함할 수 있다.
배가스 공급관에 설치되어 배가스를 압축시키는 압축기를 더 포함하고, 압축기는 WGSR의 전단 또는 후단에 WGSR과 나란히 위치할 수 있다. WGSR는 배가스에 함유된 일산화탄소를 수소로 변환시키고, PSA는 배가스에 함유된 이산화탄소를 흡착할 수 있다. WGSR을 통과한 수소는 배가스의 38vol% 이상이고 100vol% 미만일 수 있다.
PSA는 배가스로부터 수소를 추출하여 배출할 수 있다. PSA로부터 배출된 수소는 배가스의 97vol% 이상이고 100vol% 미만일 수 있다. 환원로에 연결되어 환원로에 증기를 취입하는 증기 취입기를 더 포함할 수 있다.
환원로는 충전층형 환원로 또는 유동층형 환원로일 수 있다. 환원로가 유동층형 환원로인 경우, 하나 이상의 환원로는 복수의 유동환원로들을 포함할 수 있다. 복수의 유동환원로들은, 철광석을 예열하는 제1 유동환원로, 제1 유동환원로와 연결되어 예열된 철광석을 예비 환원하는 제2 유동환원로, 및 제2 유동환원로와 연결되어 예비 환원된 철광석을 최종 환원하는 제3 유동환원로를 포함하며, 용철제조장치는 제1 유동환원로 및 제2 유동환원로 사이에 설치되어 제1 유동환원로에 증기를 취입하는 증기취입기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는 용융가스화로로부터 배출되는 환원가스를 환원로에 공급하는 환원가스 공급관을 더 포함할 수 있다. 환원가스 공급관은 배가스 공급관과 연결될 수 있다. 배가스 공급관은 용융가스화로에 설치되어 산소를 취입하는 풍구를 통해 배가스를 용융가스화로에 공급하고, 배가스는 용융가스화로를 거쳐서 환원로로 순환될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법은, ⅰ) 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계, ⅱ) 괴상 탄재를 용융가스화로에 장입하는 단계, ⅲ) 용융가스화로에 환원철을 장입하는 단계, ⅳ) 용융가스화로에 산소를 취입하여 환원철을 용융함으로써 용철을 제조하는 단계, ⅴ) 환원로와 연결되어 환원로에서 배출된 배가스를 공급하는 배가스 공급관에 설치된 하나 이상의 개질기가 배가스를 개질하여 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계, 및 ⅵ) 개질된 배가스를 환원로에 공급하는 단계를 포함한다.
배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계에서, 하나 이상의 개질기는 WGSR 또는 PSA일 수 있다. 하나 이상의 개질기는 복수의 개질기들을 포함하고, 복수의 개질기들은 WGSR 및 PSA를 포함할 수 있다.
배가스 공급관에 설치된 압축기에 의해 배가스를 압축하는 단계를 더 포함하고, 배가스를 압축하는 단계에서 압축기는 WGSR의 전단 또는 후단에 WGSR과 나란히 위치할 수 있다. 배가스를 압축하는 단계 이후에 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계가 이루어질 수 있다.
WGSR은 배가스에 함유된 일산화탄소를 수소로 변환시키고, PSA는 배가스에 함유된 이산화탄소를 흡착할 수 있다. WGSR을 통과한 수소는 배가스의 38vol% 이상이고 100vol% 미만일 수 있다. PSA는 배가스로부터 수소를 추출하여 배출할 수 있다. PSA로부터 배출된 수소는 배가스의 97vol% 이상이고 100vol% 미만일 수 있다. 환원로에 증기를 취입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
환원철을 제조하는 단계는, 철광석을 예열하는 단계, 예열된 철광석을 예비 환원하는 단계, 및 예비 환원한 철광석을 최종 환원하는 단계를 포함하고, 증기는 철광석을 예열하는 단계에서 사용될 수 있다. 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계에서, 환원로는 충전층형 환원로 또는 유동층형 환원로일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법은, 용융가스화로에서 생성된 환원 가스를 환원로에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 개질된 배가스를 환원로에 공급하는 단계에서 개질된 배가스는 환원가스와 혼합되어 환원로에 공급될 수 있다. 용철을 제조하는 단계에서, 산소는 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 용융가스화로에 공급될 수 있다. 개질된 배가스를 환원로에 공급하는 단계에서, 개질된 배가스는 풍구를 통하여 용융가스화로에 공급되고, 개질된 배가스는 용융가스화로를 거쳐서 환원로에 공급될 수 있다.
WGSR 및 PSA를 이용하여 환원가스를 개질함으로써 환원가스의 환원력을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 수소 함량이 증가된 환원가스를 사용하므로, 철광석의 융점이 크게 낮아져서 용철 제조시에 연료비를 크게 절감할 수 있다.
첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치(100)를 개략적으로 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, 용철제조장치(100)는 복수의 유동층형 환원로(20), 용융가스화로(10), 환원가스 공급관(40) 및 개질기(70, 80)를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 용철제조장치(100)는 괴성체 제조 장치(30), 고온 균배압 장치(12) 및 괴성체 저장조(16)를 더 포함한다.
용철제조장치(100)는 산지에서 채취한 철광석 및 석탄을 직접 이용하여 용철을 제조한다. 먼저, 유동층형 환원로(20)에 철광석을 공급하여 유동층형 환원로(20) 내에서 철광석을 유동시킨다. 철광석으로는 분철광석을 사용할 수 있고, 필요하면 부원료를 섞어서 사용할 수 있다. 유동층형 환원로(20)의 내부에는 유동층이 형성되어 철광석을 환원시킨다. 유동층형 환원로(20)는 제1 유동환원로(24), 제2 유동환원로(25), 제3 유동환원로(26) 및 제4 유동환원로(27)를 포함한다. 도 1에는 4개의 유동환원로를 도시하였지만, 하나 이상의 유동환원로를 사용할 수 있다. 또한, 도 1에는 유동환원로를 도시하였지만, 이는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 다른 종류의 환원로를 사용할 수도 있다.
제1 유동환원로(24)는 제2 유동환원로(25)에서 배출되는 환원가스로 철광석을 예열한다. 제2 유동환원로(25) 및 제3 유동환원로(26)는 예열한 철광석을 예비 환원한다. 그리고 제4 유동환원로(27)은 예비 환원한 철광석을 최종 환원하여 환원철로 변환한다.
철광석은 유동층형 환원로(20)를 통과하면서 환원 및 가열된다. 용융가스화로(10)에서 생성되어 배출되는 환원가스는 환원가스 공급관(40)을 통하여 유동층형 환원로(20)에 공급된다. 용융가스화로(10)에서 배출되는 환원가스에 포함된 미분이 비산하는 것을 방지하기 위하여 싸이클론(14)을 설치한다. 따라서 미분은 싸이클론(14)에 의해 포집되어 용융가스화로(10)에 다시 유입된다. 철광석은 유동층형 환원로(20)에서 환원가스에 의해 환원되어 환원철로 제조된다. 환원철은 괴성체 제조 장치(30)에 의해 괴성체로 제조된다.
괴성체 제조 장치(30)는, 장입 호퍼(31), 한 쌍의 롤(33), 파쇄기(35) 및 저장조(37)를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 괴성체 제조 장치(30)는 다른 장치를 더 포함할 수 있다. 장입 호퍼(31)는 환원철을 저장한다. 환원철은 장입 호퍼(31)로부터 한 쌍의 롤(33)로 장입되면서 스트립 형태로 압착 성형된다. 압착 성형된 환원철은 파쇄기(35)에서 파쇄되어 저장조(37)에 저장된다.
저장조(37)에 저장된 환원철은 용융가스화로(10)로 이송된다. 고온 균배압 장치(12)는 괴성체 제조 장치(30) 및 용융가스화로(10) 사이의 압력을 조절하여 괴성체를 용융가스화로(10)로 압송한다. 괴성체 저장조(16)는 괴성체를 임시 저장하고, 용융가스화로(10)에 괴성체를 장입시킨다.
괴상 탄재는 용융가스화로(10)에 장입되어 그 내부에 석탄충전층을 형성한다. 괴상 탄재로는 괴탄 또는 성형탄을 예로 들 수 있다. 성형탄은 미분탄을 가 압 성형하여 제조한다. 이외에 필요에 따라 코크스를 장입할 수도 있다. 용융가스화로(10)의 내부에는 산소(O2)를 취입한다. 산소(O2)는 석탄충전층에 취입되어 연소대를 형성하고, 괴상 탄재는 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킨다. 괴상 탄재의 연소에 의해 괴성체가 용융되어 용철이 제조된 후 외부로 배출된다.
제1 유동환원로(24)로부터 배가스관(50)을 통하여 배출되는 배가스에는 미분이 포함된다. 따라서 도 1에 도시한 바와 같이, 배가스관(50)에 설치된 수집진기(51)를 사용하여 물에 의해 미분을 포집하고, 배가스관(50)을 통하여 배가스만 배출한다. 물에 의해 집진된 먼지는 슬러지로 외부에 배출된다.
배가스 중 일부는 외부로 배출되고, 그 나머지는 타르제거장치(53)를 통과하면서 배가스에 포함된 타르가 제거된다. 따라서 타르제거장치(53)의 후단에 위치한 개질기(70, 80) 및 가스 압축기(55)에 타르가 응축되어 오작동하는 것을 방지할 수 있다.
개질기(70, 80)는 배가스를 개질하여 특정 가스를 추출한다. 개질기(70, 80)로는 PSA(pressure swing absorber, 압력 순환 흡착기) 또는 WGSR(water gas shift reactor, 수성가스 전환 반응기)를 사용할 수 있다. 도 1에는 개질기로서 WGSR(70) 및 PSA(80)를 사용하는 것을 예시한다.
PSA는 가늘고 긴 관에 복수의 미세공이 형성된 복수의 흡착제들을 포함한다. 흡착제는 필터로 작용한다. 흡착제로는 예를 들면 CMS(carbon molecular sieve, 탄소 분자체) 또는 ZMS(zeloite molecular sieve, 제올라이트 분자체)를 사용할 수 있다. 배가스가 흡착제를 통과하면서 미세공의 크기에 따라 배가스에 포함된 기체 성분별로 흡착 정도에 차이가 발생한다. 즉, 어떤 기체는 흡착제에 의해 흡착되는 반면에, 다른 기체는 흡착되지 않고 PSA를 통과한다. 배가스가 PSA를 완전히 통과한 후, PSA의 압력을 떨어뜨림으로써 흡착제에 흡착된 특정 가스를 배출시킨다. 가스 종류에 따라 흡착할 수 있는 미세공의 크기는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
WGSR은 배가스로부터 특정 가스를 생성한다. WGSR가 PSA의 전단에 설치되면, 그 기능을 적절하게 발휘할 수 있다. 즉, WGSR에 의해 특정 가스를 생성시킨 후, PSA로 특정 가스를 추출하면, 특정 가스의 추출량이 증가할 뿐만 아니라 그 순도도 높아진다.
일례로, WGSR은 촉매제를 사용하여 배가스에 포함된 일산화탄소에 수분을 첨가함으로써 일산화탄소를 수소로 치환한다. 이 반응은 200℃ 내지 450℃의 온도에서 이루어지며, 다음의 화학식 1과 같이 이루어진다.
CO + H2O → CO2 + H2
전술한 화학식 1에 기초하여 WGSR에서 수분을 일산화탄소와 반응시킴으로써 수소 및 이산화탄소를 생성할 수 있다. 전술한 WGSR의 구조 및 작동 원리는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 배가스관(50)으로부터 분기된 배가스 공급관(57)에는 타르제거장치(50), WGSR(70), 가스 압축기(55) 및 PSA(80)가 설치된다. WGSR(70)은 PSA(80)의 전단에 위치하며, WGSR(70)와 PSA(80)의 사이에는 가스 압축기(55)가 위치한다. 가스 압축기(55)는 배가스를 승압시킨다. 그리고 승압된 가스는 가스 압축기(55)의 후단에 위치한 PSA(80)에 제공된다. PSA(80)가 원활하게 작동하기 위해서 가스 압축기(55)에 가스를 승압시켜 공급한다.
WGSR(70)은 배가스에 수분을 첨가하여 이산화탄소와 수소를 생성한다. WGSR(70)은 타르제거장치(53)의 후단에 위치하여 타르가 제거된 배가스를 공급받는다.
PSA(80)는 이산화탄소를 제거한다. 즉, PSA(80)을 지나는 배가스 내에 포함된 이산화탄소는 PSA(80)의 흡착제에 흡착되어 제거되며 나머지 기체는 PSA(80)를 통과한다. PSA(80)로부터 제거된 이산화탄소는 발전소 또는 제철소 등에 공급하여 사용할 수 있다. 이산화탄소는 발전소 또는 제철소에서 소화용으로 사용한다.
배가스는 WGSR(70)과 PSA(80)를 통과하면서 기체의 성분비가 변화한다. WGSR(70) 및 PSA(80)를 통과하기 전의 배가스에는 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 질소 등이 포함되어 있다. 배가스는 WGSR(70)을 통과하면서 다량의 일산화탄소가 수분과 반응하여 이산화탄소와 수소로 변환된다. 그리고 이산화탄소와 수소 함량이 증가된 배가스가 PSA(80)를 통과하면서 이산화탄소가 제거된다. 따라서 배가스의 수소 함량이 증가한다.
PSA(80)를 통과한 배가스는 배가스 공급관(57)을 통하여 유동층형 환원로(20)로 순환된다. 여기서, 개질된 배가스는 용융가스화로(10)에서 생성된 환원가스와 혼합되어 유동층형 환원로(20)에 공급된다. 여기서, 배가스 공급관(57)은 용융가스화로(10)와 싸이클론(14)을 상호 연결하는 관에 연결된다. 따라서 개질된 배가스는 싸이클론(14)으로부터 빠져나와 환원가스 공급관(40)을 통해 유동층형 환원로(20)에 공급된다. 한편, 싸이클론(14)은 미분을 집진하여 관(18)을 통해 집진을 용융가스화로(10)에 리턴시킨다. 따라서 배가스에 포함된 수소는 환원가스 공급관(40)을 통하여 유동층형 환원로(20)에 공급된다. 이하에서는 본 발명의 제1 실시예와 같이, 환원가스 중의 수소 함량이 철광석의 환원율에 미치는 영향을 설명한다.
도 2는 유동층형 환원로에서의 환원가스의 수소 함유율 변화에 따른 철광석의 환원율을 나타낸다. 도 2에서 선 A는 환원가스의 수소 함량이 100vol%인 경우를 나타내고, 선 B는 환원가스 중 수소 함량이 50vol%이고, 일산화탄소 함량이 50vol%인 경우를 나타낸다. 그리고 선 C는 환원가스의 일산화탄소 함량이 100vol%인 경우를 나타낸다. 또한, 700℃, 800℃ 및 900℃에서의 철광석의 환원율을 각 선 A, B, C에서 각각 마름모, 사각형 및 세모로 표시한다. 여기서, 온도는 유동층형 환원로 내부의 온도를 의미한다.
선 A를 참조하면, 유동층형 환원로 내의 온도가 각각 700℃, 800℃, 900℃ 일 때, 철광석의 환원율은 각각 75%, 88%, 90%가 된다. 또한, 선 B를 참고하면 유동층형 환원로 내의 온도가 각각 700℃, 800℃, 900℃ 일 때, 철광석의 환원율은 각각 61%, 79%, 80%가 된다. 그리고 선 C를 참고하면 용융가스화로 내의 온도가 각각 700℃, 800℃, 900℃ 일 때, 철광석의 환원율은 각각 35%, 43%, 52%가 된다.
도 2를 참조하면, 철광석의 환원율은 유동층형 환원로 내의 온도가 높아질수록 상승한다. 그런데 유동층형 환원로 내의 온도를 높이면 철광석이 유동층형 환원로 내부에 점착하여 잘 유동되지 않는다. 따라서 유동층형 환원로 내부의 온도를 적절하게 유지해야 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 환원가스 중 수소의 함유율이 증가할수록 철광석의 환원율이 높아진다. 선 C에서, 일산화탄소 함량이 100vol%인 환원가스를 이용하는 경우, 유동층형 환원로 내의 온도가 900℃일 때 52%의 철광석 환원율을 가진다. 반면, 선 A에서 수소 함량이 100vol%인 환원가스를 이용하는 경우, 유동층형 환원로 내의 온도가 700℃일 때 75%의 철광석 환원율을 가진다. 즉, 환원가스 중 수소의 함량을 증가시키면, 유동층형 환원로 내의 온도를 낮추면서 철광석 환원율을 높일 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에서는 배가스를 개질하여 수소 함량을 높이고 이 배가스를 환원가스로 재사용한다. 따라서 용철제조장치의 에너지 효율을 최대화하면서 용철 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치(200)를 개략적으로 나타낸다. 도 3에 도시한 용철제조장치(200)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 가스 압축기(55)는 WGSR(70)의 전단에 위치한다. 가스 압축기(55)는 배가스를 승압시키고, WGSR(70)은 배가스로부터 수소를 생성한다. 압축된 배가스가 WGSR(70)에 공급되면 일산화탄소와 수분의 반응 속도가 높아진다. 즉, WGSR(70)은 승압된 배가스를 이용하여 좀더 효율적으로 수소와 이산화탄소를 생산한다. PSA(80)는 이산화탄소를 제거하여 수소 함량을 높인 배가스를 용융가스화로(10)에 공급한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철제조장치(300)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 용철제조장치(300)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)는 제1 유동환원로(24) 및 제2 유동환원로(25) 사이에 위치한다. 도 4에는 증기 취입기(90)가 제1 유동환원로(24) 및 제2 유동환원로(25) 사이에 위치하는 것으로 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 증기 취입기(90)를 다른 위치에도 배치할 수 있다. 증기 취입기(90)는 증기를 유동층형 환원로(20)에 취입한다. 증기 취입기(90)는 제1 유동환원로(24)와 제2 유동환원로(25)의 사이에 배치되어 제1 유동환원로(24)로 장입되는 철광석을 예열하기 위한 환원가스의 양을 증대시킨다. 따라서 철광석의 예열 효율을 높일 수 있다.
철광석의 일부는 환원되는 과정 중에 산화철(Fe3O4)의 형태로 존재한다. 따라서, 증기 취입기(90)로 증기가 취입되면, 산화철이 촉매로 작용하여 증기와 환원가스 중의 일산화탄소가 반응한다. 따라서 전술한 화학식 1의 반응에 의해 환원가 스 내의 수소 및 이산화탄소의 비율이 증가한다. 이는 도 1의 WGSR(70)에서 촉매로서 산화철(Fe3O4)을 사용하는 원리와 동일하다. WGSR은 산화철(Fe3O4) 촉매를 이용하여 수소 및 이산화탄소를 생성한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)에 의해 증가된 수소 일부는 제1 유동환원로(24)에서 철광석을 예열하거나 예비 환원하고, 나머지 수소는 배가스관(50)을 통하여 배기되므로, 배가스 중의 수소 함량이 증가된다. 배가스 중 수소 이외에 이산화탄소의 함량도 높지만, 이산화탄소는 PSA(80)를 통과하면서 제거된다. 즉, 본 발명의 제4 실시예에서는 WGSR을 사용하지 않고도 배가스 중의 수소 함량을 증가시키므로, 용철제조장치(300)의 연료비를 크게 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 용철제조장치(400)를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 용철제조장치(400)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.
배가스가 WGSR(70)을 통과하면서 배가스 중의 이산화탄소의 함량 및 수소의 함량이 증가한다. 따라서 PSA(81)에는 수소 함량이 증가된 배가스가 제공된다. PSA(81)는 배가스 중 수소만 배출한다. 따라서 배가스에서 수소를 제외한 일산화탄소, 이산화탄소 및 질소는 제거되고, PSA(81)에 의해 수소만 용융가스화로(10)에 공급된다. 따라서 환원가스 중의 수소 함량이 비약적으로 높아져서 철광석의 환원율을 증가시킬 수 있다.
만약 PSA로 이산화탄소를 흡착하여 제거하는 경우, 질소는 흡착되지 않는다. 질소는 환원가스로 사용되지 않고 환원가스를 희석시켜 철광석의 환원율을 저하시킨다. PSA로 질소를 흡착하면, 질소와 흡착력이 유사한 일산화탄소까지 흡착되어 철광석의 환원에 필요한 일산화탄소도 제거되므로 환원가스 중 질소를 분리할 수 없다. 그런데 본 발명의 제4 실시예에서는 배가스가 WGSR(70)을 통과하면서 배가스 중 수소 함량이 높아지고 일산화탄소의 양은 매우 적어지므로, PSA(81)를 이용하여 질소와 함께 일산화탄소를 제거해도 무방하다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 용철제조장치(500)를 개략적으로 나타낸다. 도 6의 용철제조장치(500)는 도 5의 용철제조장치(400)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 가스 압축기(55)는 WGSR(70)의 전단에 위치한다. 가스 압축기(55)는 배가스를 승압시키고, WGSR(70)를 개질한다. 따라서 압축된 배가스가 WGSR(70)에 공급되어 일산화탄소 및 수분의 반응 속도가 높아진다. 따라서, WGSR(70)은 수소와 이산화탄소를 좀더 효율적으로 생성할 수 있다.
그리고 배가스는 PSA(81)를 통과하면서 수소와 수소 이외의 성분으로 분리된다. 수소는 PSA(81)로부터 배기되어 용융가스화로(10)에 공급되고, 수소 이외의 성분은 제거된다. 따라서 환원가스 중의 수소 함량이 비약적으로 높아지므로 철광석의 환원율을 증가시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 용철제조장치(600)를 개략적으로 나타낸다. 도 7의 용철제조장치(600)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 증 기 취입기(90)는 도 4의 증기 취입기(90)와 동일하므로, 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)에 의해 산화철이 촉매로 작용하여 취입된 증기와 환원가스 중의 일산화탄소가 반응한다. 따라서 환원가스 내의 수소의 함량 및 이산화탄소의 함량이 증가된다. 증가된 수소는 제1 유동환원로(24)를 통과하며 배가스관(50)을 통해 배기된다. 배가스가 WGSR(70)을 통과하면서 배가스 중의 수소 및 이산화탄소의 함량이 높아진다. 즉, 증기 취입기(90)와 WGSR(70)을 통과하면서 수소가 두 번에 걸쳐 생성되므로, 배가스 중 수소의 함량이 더욱 높아진다. 여기서, 이산화탄소는 PSA(80)에 의해 흡착 및 제거되므로, 용융가스화로(10)에 공급되는 배가스의 수소 함량이 매우 높다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 용철제조장치(700)를 개략적으로 나타낸다. 도 8의 용철제조장치(700)는 도 3의 용철제조장치(200)와 유사하므로 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 증기 취입기(90)는 도 4의 증기 취입기(90)와 동일하므로, 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)에 의해 환원가스 내의 수소의 함량 및 이산화탄소의 함량이 증가된다. 환원가스는 제1 유동환원로(24)를 통과한 후 배가스관(50)을 통과하여 배가스로서 배기된다. 그리고 배가스는 가스 압축기(55)를 통과하면서 승압된다. 승압된 배가스가 WGSR(70)에 공급되면 수소와 이산화탄소를 좀더 효율적으로 생성할 수 있다. 수소는 증기 취입기(90) 및 WGSR(70)을 통과하면서 두 번 생성되므로, 배가스 중 수소 함량이 더욱 높아진다. 여기서, 이산화탄소는 PSA(80)에 의해 흡착 및 제거되므로, 용융가스화로(10)에 공급되는 배가스의 수소 함량이 매우 높다.
도 9은 본 발명의 제8 실시예에 따른 용철제조장치(800)를 개략적으로 나타낸다. 도 9의 용철제조장치(800)는 도 5에 도시한 용철제조장치(400)와 유사하므로 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 증기 취입기(90)는 도 4의 증기 취입기(90)와 동일하므로, 동일한 도면부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)에 의해 환원가스 내의 수소의 함량 및 이산화탄소의 함량이 증가된다. 환원가스는 제1 유동환원로(24)를 통과한 후 배가스관(50)을 통하여 배가스로서 배기된다. 수소는 증기 취입기(90)와 WGSR(70)을 통과하면서 두 번 생성되므로, 배가스 중의 수소 함량이 더욱 높아진다. 그리고 배가스가 PSA(81)를 통과하면서 수소만 배가스 공급관(57)을 통하여 공급되고 나머지 성분들은 제거된다. PSA(81)는 수소를 용융가스화로(10)에 공급하고, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소 등은 제거한다. 따라서 환원가스 중의 수소 함량이 비약적으로 높아지므로 철광석의 환원율을 크게 증가시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 제9 실시예에 따른 용철제조장치(900)를 개략적으로 나타낸다. 도 10의 용철제조장치(900)는 도 6의 용철제조장치(500)와 유사하므로 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 증기 취입기(90)는 도 4의 증기 취입기(90)와 동일하므로, 동일한 도면부호를 사용하 며 그 상세한 설명을 생략한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 증기 취입기(90)에 의해 환원가스 내의 수소의 함량 및 이산화탄소의 함량이 증가된다. 환원가스는 제1 유동환원로(24)를 통과한 후 배가스관(50)을 통해 배가스로서 배기된다. 배가스는 가스 압축기(55)를 통과하면서 승압된다. 승압된 배가스가 WGSR(70)에 공급되어 개질되면서 수소와 이산화탄소를 좀더 효율적으로 생성할 수 있다. 즉, 수소는 증기 취입기(90)와 WGSR(70)을 통과하면서 두 번 생성되므로, 배가스 중 수소의 함량이 더욱 높아진다.
다음으로, 배가스는 PSA(81)를 통과하면서 수소 이외의 성분이 제거된다. 따라서 PSA(81)는 수소만 용융가스화로(10)에 공급하고, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소 등은 제거한다. 그 결과 환원가스 중의 수소 함량이 비약적으로 높아져서 철광석의 환원율을 증가시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 제10 실시예에 따른 용철제조장치(1000)를 개략적으로 나타낸다. 도 11의 용철제조장치(1000)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하고 그 상세한 설명을 생략한다.
도 11에 도시한 바와 같이, WGSR(70) 및 PSA(81)를 통과하면서 개질된 환원가스는 바로 용융가스화로(10)에 공급될 수 있다. 즉, 환원가스는 용융가스화로(10)에 설치된 풍구(미도시)를 통하여 산소와 함께 용융가스화로(10)에 바로 공급될 수 있다. 따라서 배가스는 용융가스화로(10)를 거쳐서 유동층형 환원로(20)에 공급된다. 이 경우, 용융가스화로(10) 내에서 용융되는 철광석의 융점을 크게 낮출 수 있다. 즉, 개질되어 수소 함량이 증가된 환원가스를 사용하므로, 철광석의 융점이 크게 낮아진다. 그 결과, 용철 제조시에 연료비를 크게 절감할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제11 실시예에 따른 용철제조장치(1100)를 개략적으로 나타낸다. 도 12의 용철제조장치(1100)는 도 1의 용철제조장치(100)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용하고 그 상세한 설명을 생략한다.
도 12에 도시한 바와 같이, 용철제조장치(1100)는 충전층형 환원로(22)를 포함한다. 도 12에는 도시하지 않았지만, 용철제조장치는 충전층형 환원로 및 유동층형 환원로를 함께 구비할 수도 있다. 또한, 용철제조장치는 복수의 충전층형 환원로들을 구비할 수도 있다. 충전층형 환원로(22)에는 철광석이 장입되고, 용융가스화로(10)로부터 생성된 환원가스가 환원가스 공급관(40)을 통해 충전층형 환원로(22)에 공급된다. 충전층형 환원로(22)에서 철광석은 환원가스에 의해 환원된다. 따라서 철광석은 환원철로 변환되고, 환원철은 용융가스화로(10)에 장입되어 괴상 탄재에 의해 형성된 석탄 충전층에 의해 용융된다. 이러한 방법을 이용하여 용철을 제조할 수 있다.
충전층형 환원로(22)로부터 배출되는 배가스는 WGSR(70)과 PSA(80)를 통과한다. 배가스는 WGSR(70)을 통과하면서 배가스 중의 수소의 함량 및 이산화탄소의 함량이 증가한다. 다음으로, 배가스는 PSA(80)을 통과하면서 배가스 중의 이산화탄소가 제거된다. 따라서 충전층형 환원로(22)에 공급되는 배가스 중의 수소 함량이 매우 높다. 그 결과, 충전층형 환원로(22)에서 철광석의 환원율을 크게 증가사 킬 수 있다.
한편, 도 12에는 도시하지 않았지만, 개질된 배가스를 바로 용융가스화로(10)에 공급할 수도 있다. 이 경우, 철광석의 융점이 크게 낮아져서 용철 제조시에 연료비를 크게 절감할 수 있다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
도 11의 용융가스화로와 동일한 조건을 구비한 챔버에 철광석을 장입한 후, 챔버에 환원가스를 공급하여 챔버의 온도 상승에 따른 철광석의 융점 변화를 4번 측정하고, 철광석의 형상 변화를 촬영하였다. 환원가스는 수소 33vol%와 일산화탄소 67vol%를 포함하였다.
실험예 1의 실험 결과
도 13은 실험예 1에 따른 철광석의 형상 변화를 차례로 나타낸다.
도 13에 도시한 바와 같이, 챔버 내의 온도가 1300℃, 1400℃, 1430℃, 1440℃로 증가함에 따라 철광석이 용융되었다. 챔버 내의 온도가 1300℃일 때는 철광석의 형상 변화가 없었다. 챔버 내의 온도가 1400℃일 때 철광석이 약간 용융되기 시작하였다. 그리고 챔버 내의 온도가 1430℃일 때 철광석의 대부분이 용융되었으며, 철광석은 1440℃에서 완전히 용융되었다. 따라서 실험예 1에서 철광석의 융점은 1400℃로 확인되었다.
비교예 1
도 1의 용융가스화로와 동일한 조건을 구비한 챔버에 철광석을 장입한 후, 챔버에 환원가스를 공급하여 챔버의 온도 상승에 따른 철광석의 융점 변화를 4번 측정하고, 철광석의 형상 변화를 촬영하였다. 환원가스는 일산화탄소 100vol%를 포함하였다.
비교예 1의 실험 결과
도 14는 비교예 1에 따른 철광석의 형상 변화를 차례로 나타낸다.
도 14에 도시한 바와 같이, 챔버 내의 온도가 1300℃, 1400℃, 1490℃, 1500℃로 증가함에 따라 철광석이 용융되었다. 챔버 내의 온도가 1300℃와 1400℃인 경우 철광석의 형상에는 거의 변화가 없었다. 챔버 내의 온도가 1490℃일 때 철광석의 내부로부터 용융이 시작되며, 1500℃일 때 철광석이 완전히 용융되었다. 따라서 비교예 1에서 철광석의 융점은 1490℃로 확인되었다.
전술한 실험예 1과 비교예 1을 비교하면, 실험예 1의 철광석은 비교예 1보다 약 90℃ 정도 낮은 융점을 가졌다. 즉, 철광석은 일산화탄소로 된 환원가스를 사용하는 경우보다 수소를 포함하는 환원가스를 사용하는 경우에 좀더 그 융점이 낮았다. 따라서 환원가스 중의 수소 함량을 증대시킴으로써 철광석의 융점을 낮출 수 있다. 그 결과, 용철 제조시에 연료비를 크게 절감할 수 있다.
실험예 2
도 1의 WGSR을 이용하여 WGSR을 통과하기 전의 배가스의 성분과 WGSR을 통과한 후의 배가스의 성분을 조사하였다.
실험예 2의 실험 결과
도 15는 배가스가 WGSR을 통과하기 전후의 배가스의 조성 변화를 나타낸다.
도 15에 도시한 바와 같이, WGSR을 통과하기 전에 1.0 L/min의 배가스는 질소 20vol%, 이산화탄소 30vol%, 수소 20vol%, 및 일산화탄소 30vol%를 포함하였다. 그리고 WGSR을 통과한 배가스는 총 유량이 1.25 L/min으로 증가하였고, 질소 16vol%, 이산화탄소 45vol%, 수소 38vol%, 및 일산화탄소 0.5vol%를 포함하였다. 즉, WGSR을 통과한 후 배가스 중 이산화탄소와 수소의 유량 및 이들의 환원가스내 함량이 증가하였다. 반면에, 배가스 중 일산화탄소의 유량 및 환원가스내 함량은 감소하였다. 질소는 환원가스내 함량이 16vol%로 감소하였으나, 유량은 WGSR을 통과하기 전과 동일하였다.
전술한 바와 같이, 배가스를 WGSR에 통과시키면 배가스 중의 수소 및 이산화탄소의 함량 및 유량이 각각 증가하고, 일산화탄소의 함량 및 유량이 감소하였다. 따라서 WGSR을 이용하여 배가스에 포함된 수소의 함량을 증가시킬 수 있었다.
실험예 3
도 5의 PSA를 이용하여 PSA를 통과하기 전의 배가스의 성분과 PSA를 통과한 후의 배가스의 성분을 표시하였다.
실험예 3의 실험 결과
도 16은 배가스가 PSA를 통과하기 전후의 배가스의 조성 변화를 나타낸다. 여기서, PSA는 배가스 중의 수소만 배기시키고, 나머지 성분들을 전부 제거한다.
도 16에 도시한 바와 같이, PSA를 통과하기 전의 배가스는 질소 16vol%, 이 산화탄소 45vol%, 수소 38vol% 및 일산화탄소 0.5vol%를 포함한다. 배가스 중의 이산화탄소의 함량 및 수소의 함량이 높았다. 반면에, PSA를 통과한 배가스는 질소 3vol% 및 수소 97vol%를 포함하였다. 따라서 PSA를 이용하여 배가스 중의 수소 함량을 최대화할 수 있었다.
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.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 환원가스의 조성에 따른 철광석의 환원율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제9 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제10 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제11 실시예에 따른 용철제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13 및 도 14는 각각 실험예 1 및 비교예 1에 따른 철광석의 용융 상태를 나타낸 사진이다.
도 15는 실험예 2에 따른 배가스의 조성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 16은 실험예 3에 따른 배가스의 조성 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims (27)

  1. 철광석을 환원하여 환원철을 제조하는 하나 이상의 환원로,
    상기 환원로와 연결되어 상기 환원철이 장입되고, 괴상 탄재가 장입되며, 산소가 취입되어 용철을 제조하는 용융가스화로,
    상기 환원로로부터 배출되는 배가스를 상기 환원로로 순환시키는 배가스 공급관, 및
    상기 배가스 공급관에 설치되어 상기 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 하나 이상의 개질기
    를 포함하는 용철제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 개질기는 WGSR(water gas shift reactor, 수성가스 전환 반응기) 또는 PSA(pressure swing absorber, 압력 순환 흡착기)인 용철제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 개질기는 복수의 개질기들을 포함하고, 상기 복수의 개질기들은 WGSR 및 PSA를 포함하는 용철제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배가스 공급관에 설치되어 상기 배가스를 압축시키는 압축기를 더 포함하고, 상기 압축기는 상기 WGSR의 전단 또는 후단에 상기 WGSR과 나란히 위치하는 용철제조장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 WGSR는 상기 배가스에 함유된 일산화탄소를 상기 수소로 변환시키고, 상기 PSA는 상기 배가스에 함유된 이산화탄소를 흡착하는 용철제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 WGSR을 통과한 수소는 상기 배가스의 38vol% 이상이고 100vol% 미만인 용철제조장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 PSA는 상기 배가스로부터 수소를 추출하여 배출하는 용철제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 PSA로부터 배출된 수소는 상기 배가스의 97vol% 이상이고 100vol% 미만인 용철제조장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 환원로에 연결되어 상기 환원로에 증기를 취입하는 증기 취입기를 더 포함하는 용철제조장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 환원로는 충전층형 환원로 또는 유동층형 환원로인 용철제조장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 환원로가 유동층형 환원로인 경우, 상기 하나 이상의 환원로는 복수의 유동환원로들을 포함하고,
    상기 복수의 유동환원로들은,
    상기 철광석을 예열하는 제1 유동환원로,
    상기 제1 유동환원로와 연결되어 상기 예열된 철광석을 예비 환원하는 제2 유동환원로, 및
    상기 제2 유동환원로와 연결되어 상기 예비 환원된 철광석을 최종 환원하는 제3 유동환원로
    를 포함하며,
    상기 용철제조장치는, 상기 제1 유동환원로 및 상기 제2 유동환원로 사이에 설치되어 상기 제1 유동환원로에 증기를 취입하는 증기취입기를 더 포함하는 용철제조장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 용융가스화로로부터 배출되는 환원가스를 상기 환원로에 공급하는 환원가스 공급관을 더 포함하고, 상기 환원가스 공급관은 상기 배가스 공급관과 연결된 용철제조장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 배가스 공급관은 상기 용융가스화로에 설치되어 상기 산소를 취입하는 풍구를 통해 상기 배가스를 상기 용융가스화로에 공급하고, 상기 배가스는 상기 용융가스화로를 거쳐서 상기 환원로로 순환되는 용철제조장치.
  14. 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계,
    괴상 탄재를 용융가스화로에 장입하는 단계,
    상기 용융가스화로에 상기 환원철을 장입하는 단계,
    상기 용융가스화로에 산소를 취입하여 상기 환원철을 용융함으로써 용철을 제조하는 단계,
    상기 환원로와 연결되어 상기 환원로에서 배출된 배가스를 공급하는 배가스 공급관에 설치된 하나 이상의 개질기가 상기 배가스를 개질하여 상기 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계, 및
    상기 개질된 배가스를 상기 환원로에 공급하는 단계
    를 포함하는 용철제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계에서, 상기 하나 이상의 개질기는 WGSR 또는 PSA인 용철제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 개질기는 복수의 개질기들을 포함하고, 상기 복수의 개질기들은 WGSR 및 PSA를 포함하는 용철제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배가스 공급관에 설치된 압축기에 의해 상기 배가스를 압축하는 단계를 더 포함하고,
    상기 배가스를 압축하는 단계에서, 상기 압축기는 상기 WGSR의 전단 또는 후단에 상기 WGSR과 나란히 위치하는 용철제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 배가스를 압축하는 단계 이후에 상기 배가스에 함유된 수소의 양을 증가시키는 단계가 이루어지는 용철제조방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 WGSR은 상기 배가스에 함유된 일산화탄소를 상기 수소로 변환시키고, 상기 PSA는 상기 배가스에 함유된 이산화탄소를 흡착하는 용철제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 WGSR을 통과한 수소는 상기 배가스의 38vol% 이상이고 100vol% 미만인 용철제조방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 PSA는 상기 배가스로부터 수소를 추출하여 배출하는 용철제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 PSA로부터 배출된 수소는 상기 배가스의 97vol% 이상이고 100vol% 미만인 용철제조방법.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 환원로에 증기를 취입하는 단계를 더 포함하는 용철제조방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 환원철을 제조하는 단계는,
    상기 철광석을 예열하는 단계,
    상기 예열된 철광석을 예비 환원하는 단계, 및
    상기 예비 환원한 철광석을 최종 환원하는 단계
    를 포함하고,
    상기 증기는 상기 철광석을 예열하는 단계에서 사용되는 용철제조방법.
  25. 제14항에 있어서,
    상기 환원철을 제조하는 단계에서, 상기 환원로는 충전층형 환원로 또는 유동층형 환원로인 용철제조방법.
  26. 제14항에 있어서,
    상기 용융가스화로에서 생성된 환원가스를 상기 환원로에 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 개질된 배가스를 상기 환원로에 공급하는 단계에서 상기 개질된 배가스는 상기 환원가스와 혼합되어 상기 환원로에 공급되는 용철제조방법.
  27. 제14항에 있어서,
    상기 용철을 제조하는 단계에서, 상기 산소는 상기 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 상기 용융가스화로에 공급되고, 상기 개질된 배가스를 상기 환원로에 공급하는 단계에서, 상기 개질된 배가스는 상기 풍구를 통하여 상기 용융가스화로에 공급되고, 상기 개질된 배가스는 상기 용융가스화로를 거쳐서 상기 환원로에 공급되는 용철제조방법.
KR1020070137303A 2007-12-26 2007-12-26 용철제조장치 및 용철제조방법 KR100930680B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070137303A KR100930680B1 (ko) 2007-12-26 2007-12-26 용철제조장치 및 용철제조방법
PCT/KR2008/007490 WO2009082123A2 (en) 2007-12-26 2008-12-17 Apparatus for manufacturing molten iron and method for manufacturing the same
BRPI0822071A BRPI0822071B8 (pt) 2007-12-26 2008-12-17 equipamento e método de fabricação de ferro fundido.
CN2008801232723A CN101910423B (zh) 2007-12-26 2008-12-17 用于生产铁水的设备以及用于生产铁水的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070137303A KR100930680B1 (ko) 2007-12-26 2007-12-26 용철제조장치 및 용철제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090069591A true KR20090069591A (ko) 2009-07-01
KR100930680B1 KR100930680B1 (ko) 2009-12-09

Family

ID=40801666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070137303A KR100930680B1 (ko) 2007-12-26 2007-12-26 용철제조장치 및 용철제조방법

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR100930680B1 (ko)
CN (1) CN101910423B (ko)
BR (1) BRPI0822071B8 (ko)
WO (1) WO2009082123A2 (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101321928B1 (ko) * 2012-05-16 2013-10-28 주식회사 포스코 용선 제조장치 및 이를 이용한 용선 제조방법
KR101321930B1 (ko) * 2012-06-07 2013-10-28 주식회사 포스코 환원철 제조장치 및 이를 이용한 환원철 제조방법
KR101384800B1 (ko) * 2012-12-27 2014-04-14 주식회사 포스코 용철제조장치 및 용철제조방법
KR101384804B1 (ko) * 2012-04-19 2014-04-14 주식회사 포스코 제선공정의 배출가스를 이용한 용철제조장치 및 제조방법
KR101384802B1 (ko) * 2012-12-27 2014-04-14 주식회사 포스코 용철제조장치 및 용철제조방법
KR101461803B1 (ko) * 2013-05-21 2014-11-13 주식회사 포스코 그래핀 제조방법 및 그 제조장치
KR20180073177A (ko) * 2016-12-22 2018-07-02 주식회사 포스코 용선제조장치 및 용선제조방법
KR20200073066A (ko) * 2018-12-13 2020-06-23 주식회사 포스코 환원로 분진 재활용장치
KR20200075574A (ko) * 2018-12-18 2020-06-26 주식회사 포스코 용철 제조장치 및 용철 제조방법
KR20210070084A (ko) * 2019-12-04 2021-06-14 주식회사 포스코 용철 제조장치 및 용철 제조방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT509735B1 (de) * 2010-05-11 2012-03-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und vorrichtung zur herstellung von zumindest teilweise reduzierten metallerzen und/oder metallen
KR101249050B1 (ko) * 2010-12-22 2013-03-29 주식회사 포스코 수소 가스의 제조방법
KR20130072684A (ko) * 2011-12-22 2013-07-02 주식회사 포스코 풍구 조립체 및 이를 이용한 용철제조장치
KR101353456B1 (ko) 2011-12-28 2014-01-21 주식회사 포스코 분철 및 환원철 제조장치 및 그 방법
CN104831070B (zh) * 2015-05-12 2017-01-18 郭民 一种熔融还原冶金方法
WO2017075686A1 (en) * 2015-11-03 2017-05-11 Responsible Energy Inc. System and apparatus for processing material to generate syngas in a modular architecture
KR101795467B1 (ko) * 2016-12-05 2017-11-10 주식회사 포스코 용선 제조 설비 및 용선 제조 방법
KR102104555B1 (ko) * 2018-08-02 2020-05-29 주식회사 포스코 이산화탄소 배출 저감장치, 이산화탄소 배출 저감방법 및 용철 제조장치

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11140529A (ja) * 1997-11-14 1999-05-25 Nkk Corp アーク炉操業方法
US6027545A (en) * 1998-02-20 2000-02-22 Hylsa, S.A. De C.V. Method and apparatus for producing direct reduced iron with improved reducing gas utilization
KR20020051308A (ko) * 2000-12-22 2002-06-29 이구택 용선 및 탄화철의 제조방법
KR100391896B1 (ko) * 2001-08-06 2003-07-16 재단법인 포항산업과학연구원 유동층환원로의 배가스를 이용하여 슬러지를 재활용하는용철제조방법
JP4191681B2 (ja) * 2002-12-23 2008-12-03 ポスコ 流動還元炉の操業を改善した溶銑製造装置及びその溶銑製造方法
UA84305C2 (ru) * 2003-12-05 2008-10-10 Поско Способ и устройство для получения расплава чугуна и горячекатанного стального листа
CN1852995A (zh) * 2003-12-05 2006-10-25 Posco公司 直接使用粉煤或块煤及铁粉矿制造铁水的设备、方法、采用它们的联合钢厂及方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101384804B1 (ko) * 2012-04-19 2014-04-14 주식회사 포스코 제선공정의 배출가스를 이용한 용철제조장치 및 제조방법
KR101321928B1 (ko) * 2012-05-16 2013-10-28 주식회사 포스코 용선 제조장치 및 이를 이용한 용선 제조방법
WO2013172653A1 (ko) * 2012-05-16 2013-11-21 주식회사 포스코 용선 제조장치 및 이를 이용한 용선 제조방법
CN104302789A (zh) * 2012-05-16 2015-01-21 Posco公司 铁水制造装置及利用该装置的铁水制造方法
KR101321930B1 (ko) * 2012-06-07 2013-10-28 주식회사 포스코 환원철 제조장치 및 이를 이용한 환원철 제조방법
WO2014104596A1 (ko) * 2012-12-27 2014-07-03 주식회사 포스코 용철제조장치 및 용철제조방법
KR101384802B1 (ko) * 2012-12-27 2014-04-14 주식회사 포스코 용철제조장치 및 용철제조방법
KR101384800B1 (ko) * 2012-12-27 2014-04-14 주식회사 포스코 용철제조장치 및 용철제조방법
KR101461803B1 (ko) * 2013-05-21 2014-11-13 주식회사 포스코 그래핀 제조방법 및 그 제조장치
KR20180073177A (ko) * 2016-12-22 2018-07-02 주식회사 포스코 용선제조장치 및 용선제조방법
KR20200073066A (ko) * 2018-12-13 2020-06-23 주식회사 포스코 환원로 분진 재활용장치
KR20200075574A (ko) * 2018-12-18 2020-06-26 주식회사 포스코 용철 제조장치 및 용철 제조방법
KR20210070084A (ko) * 2019-12-04 2021-06-14 주식회사 포스코 용철 제조장치 및 용철 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN101910423A (zh) 2010-12-08
KR100930680B1 (ko) 2009-12-09
BRPI0822071B1 (pt) 2017-06-13
CN101910423B (zh) 2013-06-12
WO2009082123A3 (en) 2009-09-17
BRPI0822071B8 (pt) 2017-11-07
WO2009082123A2 (en) 2009-07-02
BRPI0822071A2 (pt) 2015-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100930680B1 (ko) 용철제조장치 및 용철제조방법
JP5564056B2 (ja) 高炉操作方法及び高炉設備
RU2346058C2 (ru) Установка для производства расплавленного железа путем инжектирования мелкодисперсного углеродсодержащего материала в газогенераторную плавильную печь и способ производства расплавленного железа с использованием такой установки
KR101663343B1 (ko) 환원 가스와 함께 주철 또는 세미 스틸을 생산하기 위한 방법
KR100939268B1 (ko) 용철제조장치 및 이를 이용한 용철제조방법
KR101961418B1 (ko) 선철 제조를 위한 플랜트로부터의 폐가스 및/또는 합성 가스 처리 방법
US4202534A (en) Method and apparatus for producing metallized iron ore
KR101550893B1 (ko) 용철제조방법 및 용철제조장치
KR100829808B1 (ko) 용철제조장치 및 용철제조방법
KR100972196B1 (ko) 용철제조장치 및 용철제조방법
KR100840232B1 (ko) 용철제조장치 및 방법
JP5598423B2 (ja) 予備還元塊成化物の製造方法
KR101607254B1 (ko) 복합 용철 제조 장치
CN115976295A (zh) 用于直接还原的具有排出气体干式除尘的方法和装置
KR101607253B1 (ko) 복합 용철 제조 장치
KR102091122B1 (ko) 용철 제조 장치 및 용철 제조 방법
KR100840233B1 (ko) 용철제조장치 및 용철제조방법
CN110997949B (zh) 钢水制造设施和钢水制造方法
KR102176350B1 (ko) 용철 제조 장치
US20120031236A1 (en) Method and installation for producing direct reduced iron
KR20180064157A (ko) 수소 생산 설비 및 수소 생산 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121120

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131028

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141010

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161024

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171121

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181121

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191021

Year of fee payment: 11