KR20150014183A

KR20150014183A - 용철제조장치

Info

Publication number: KR20150014183A
Application number: KR1020130089531A
Authority: KR
Inventors: 신명균; 이승문
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2015-02-06
Also published as: KR101504705B1

Abstract

본 발명은 분상 또는 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석이 혼합된 철함유 혼합체를 분환원철로 환원시키는 다단의 유동환원로, 분환원철을 고온의 괴성체로 제조하는 괴성화 제조 장치, 고온의 괴성체로부터 용철을 제조하는 용융로 및 분환원철의 적정 환원율을 유지하기 위한 배관부를 포함하는 용철제조장치를 제공한다.

Description

용철제조장치 {AN APPARATUS FOR MANUFACTURING A MOLTEN IRON}

본 발명은 분상의 철함유 광석의 환원 효율을 증대시키는 수단을 구비한 용철제조장치에 관한 것이다.

고로법은 14세기부터 시작된 제철법으로, 전 세계 철 생산량의 60%정도를 차지하고 있다. 다만, 고로법은 코크스 제조설비 및 소결 설비 등, 고로 이외에 원료예비처리 설비와 같은 부대설비가 필수적이며, 이러한 부대설비에서 발생하는 환경오염물질의 처리비용 또한 감안해야 하므로 제조원가가 상승하는 문제가 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 분상 또는 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석을 직접 사용하는 용철제조장치 및 그 용철제조방법이 개시되고 있다. 상기 용철제조장치는 일반적으로 분상의 철함유 광석을 환원하는 다단의 유동환원로, 상기 유동환원로에서 배출되는 분환원철을 괴성화하는 고온 괴성화 장치 및 성형탄 및 괴상 일반탄을 연소시켜 상기 고온 괴성화 장치에서 배출되는 고온 괴성체를 용융하여 다단의 유동환원로에 고온 환원가스를 공급하는 용융가스화로로 구성되어 있다. 또한, 상기 용철제조장치는 상기 배가스 일부를 분기하여 냉각, 압축 및 CO2 제거 후 용융가스화로에서 배출된 고온의 배가스와 혼합하여 상기 다단의 유동환원로에 환원가스를 추가로 공급할 수 있도록 배가스 개질순환 장치가 개시된다. 이를 통하여 배가스 내 존재하는 CO 및 H2 등의 환원가스 성분을 재사용함으로써 공정 내의 탄재 소모량을 저감할 수 있다.

일반적으로 유동환원로로 장입되는 광석은 제1 환원로, 제2 환원로 및 최종환원로를 순차적으로 거치는 반면, 환원가스는 상기 광석의 이동과 반대 순서로 이동하며 각 유동환원로의 광석을 환원시킨다. 따라서, 상기 유동환원로를 거치는 광석의 산화도는 다단의 유동환원로 내부 환원가스의 산화도 및 온도 등의 요소 등에 영향을 받는다. 이 때, 상기 유동환원로 내 산화도는 다음과 같이 정의된다.

산화도(%)= (환원가스 중 CO, H2 농도의 합) / (환원가스 중 CO, CO2, H2 및 H2O 농도의 합) x 100

특히, 안정적인 용철 제조를 위해 다단의 유동환원로에서 배출되는 분환원철의 적정 환원율은 65% 정도로 알려져 있으며, 상기 적정 환원율을 유지하기 위해서는 최종환원로 및 상기 최종환원로의 상단에 위치한 유동환원로 내부의 환원가스 산화도 및 온도가 금속철이 안정화될 수 있는 범위내에서 열역학적으로 유지되어야 한다.

하지만 일반적인 다단의 유동환원로의 경우, 산화도가 낮은 환원가스가 최종환원로에만 공급되므로 최종환원로의 상단에 연결된 다른 유동환원로들의 산화도를 분환원철의 적정환원율에 맞추어 유지하기 어렵다. 이 경우, 다단의 유동환원로를 거쳐 배출되는 분환원철의 환원율은 적정 환원율 이하로 떨어지게 된다.

또한, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 최종환원로에 CO2가 제거된 배가스(이하 개질 배가스)를 공급할 경우, 개질 배가스의 과도한 주입에 따른 유동환원로 내 가스유속의 과도한 증가로 유동환원로의 비산량 증가나 유동 불량 등의 조업 불안정성을 야기할 수 있다.

상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 최종환원로에서 배출되는 환원가스 일부를 분기하여 외부로 배출하고, 잔여 환원가스를 개질 배가스와 혼합하여 상기 최종환원로의 상단에 위치한 다른 유동환원로들에 공급함으로써 유동환원로 내의 적정 환원율이 유지되는 용철제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는 분상 또는 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석이 혼합된 철함유 혼합체를 분환원철로 환원시키는 다단의 유동환원로; 상기 분환원철을 고온의 괴성체로 제조하는 괴성화 제조 장치; 상기 고온의 괴성체로부터용철을 제조하는 용융로; 및 상기 분환원철의 적정 환원율을 유지하기 위한 배관부를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 다단의 유동환원로는 분상 또는 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석이 혼합된 철함유 혼합체를 분환원철로 1차 환원시키는 제1 환원로; 상기 제1 환원로와 파이프 연결되고 상기 1차 환원된 상기 철함유 혼합체를 2차 환원시키는 제2 환원로; 및 상기 제2 환원로와 연결되어 상기 2차 환원된 상기 철함유 혼합체를 최종 환원시키는 최종환원로를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 배관부는 상기 용융로에서 배출되는 환원가스를 상기 다단의 유동환원로에 공급하는 환원가스 공급관 환원가스 일부를 외부로 배출시키기 위해 일단이 상기 최종환원로와 상기 제2 환원로를 연결하는 제1 이송관에 분기하도록 연결되는 제1 분기도관; 상기 제1 분기도관의 타단과 연결되는 열교환기 상기 열교환기와 직렬로 연결되는 습식제진기; 상기 배가스관과 상기 습식제진기를 연결하는 배출관; 상기 다단의 유동환원로로부터 배출되는 배가스가 외부로 배출되기 위한 배가스관; 상기 배가스관에 분기하여 상기 배가스에서 CO2를 제거하기 위한 CO2제거장치; 및 상기 CO2가 제거된 개질 배가스를 상기 용융로에서 배출되는 환원가스와 함께 상기 다단의 유동환원로에 공급하기 위해 상기 환원가스 공급관과 연결되는 개질 배가스 공급관을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 배출관은 상기 분기되는 환원가스의 양을 조절하고, 상기 분기된 환원가스를 외부로 배출시키기 위한 제1 유량 조절밸브를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 배관부는 상기 개질 배가스 일부가 상기 열교환기를 관통하여 이동하기 위해 배가스 공급관에 분기하는 제2 분기도관을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 배관부는 상기 개질 배가스가 가열되기 위해상기 제2 분기도관과 연결되는 가스히터를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 가스히터는 외부에서 공급되는 산소와 상기 개질 배가스가 상기 가스히터의 내부에서 혼합되어 함께 연소될 수 있다.

이 때, 상기 배관부는 상기 가스히터, 상기 제2 환원로 및 상기 최종환원로와 각각 파이프 연결되는 가스혼합기를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 가스혼합기는 상기 가스히터로부터 공급되는 상기 개질 배가스와 상기 최종환원로로부터 공급되는 환원가스가 혼합되어 상기 제2 환원로로 이송될 수 있도록 사이클론 형상으로 형성될 수 있다.

이 때, 상기 가스혼합기는 상기 최종환원로로부터 연장된 파이프가 상기 가스혼합기의 접선방향으로 될 수 있다.

이 때, 상기 제2 분기도관은 상기 열교환기를 통과하는 개질 배가스의 양을 조절하기 위한 제2 유량 조절밸브를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 배관부는 제2 환원로와 제1 환원로를 연결하는 파이프 일면에 설치되어 상기 혼합가스의 산화도를 감지하는 설치 가스농도측정기를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 가스농도측정기의 가스산화도가 Fe 안정영역 이상일 경우, 상기 제1 유량 조절밸브를 통해 상기 분기된 환원가스를 배출시키는 동시에 상기 제2 유량 조절 밸브를 통해 상기 개질 배가스를 상기 가스혼합기에 공급하여 상기 분기된 환원가스와 혼합하고, 상기 혼합된 혼합가스를 상기 제2 환원로에 공급할 수 있다.

이 때, 상기 제1 유량 조절 밸브와 상기 제2 유량 조절 밸브는 상기 제2 환원로에 공급되는 혼합가스의 양이 일정하게 유지되도록 상호 연동될 수 있다.

이 때, 상기 제1 유량 조절 밸브와 상기 제2 유량 조절 밸브는 상기 공급량과 배출량이 점진적으로 조절될 수 있다.

한편, 상기 열교환기로 공급되는 개질 배가스의 온도는 상기 배출관을 통해 배출되는 환원가스의 온도와 동일할 수 있다.

이 때, 상기 열교환기에서 배출되어 상기 습식제진기로 유입되는 환원가스의 온도는 200˚C 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치는 다단의 유동환원로를 통과하는 환원가스의 산화도를 조절함으로써 상기 다단의 유동환원로를 거쳐 환원되는 철함유 혼합체와 분환원철의 환원율을 적정 수준으로 유지시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치를 나타낸 제조공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스혼합기를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스혼합기를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 유동환원로의 조업조건을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 발명에 있어서 "~상에"라 함은 대상부재의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력방향을 기준으로 상부에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

본 발명의 산화도는 다음과 같이 정의된다.

산화도(%) = (환원가스 중 CO, H2 농도의 합) / (환원가스 중 CO, CO2, H2 및 H2O 농도의 합) x 100

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치를 나타낸 제조공정도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치(100)는 분상 또는 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석이 혼합된 철함유 혼합체를 분환원철(fine DRI)로 환원시키는 다단의 유동환원로(20), 상기 분환원철을 고온의 괴성체로 제조하는 괴성화 제조 장치(40), 상기 고온의 괴성체로부터 용철을 제조하는 용융로(60) 및 상기 분환원철의 적정 환원율을 유지하기 위한 배관부(70)를 포함한다.

분상 또는 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석이 혼합된 철함유 혼합체는 도 1에 도시된 바와 같이 분환원철 이송관(80)을 따라 3단으로 구성된 유동환원로(20)를 순차적으로 거치면서 환원된다. 이 때, 유동환원로(20)는 철함유 혼합체가 1차 환원되는 제1 환원로(21), 상기 1차 환원된 상기 철함유 혼합체를 2차 환원시키는 제2 환원로(23) 및 상기 제2 환원로(23)와 파이프 연결되어 상기 2차 환원된 상기 철함유 혼합체를 분환원철로 최종 환원시키는 최종환원로(25)를 포함할 수 있다.

상기 최종 환원된 분환원철은 괴성화 제조 장치(40)를 통해 괴성체의 형태로 성형되어 용융로(60)에 장입된다. 본 발명의 다단의 유동환원로(20), 괴성화 제조 장치(40) 및 용융로(60)에 대한 구성은 이미 공지된 것으로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배관부(70)는 환원가스 공급관(71), 제1 분기도관(P1), 열교환기(11), 습식제진기(12), 배출관(72), 배가스관(73), CO2제거장치(G), 개질 배가스 공급관(74) 및 제2 분기도관(P2), 가스히터(13), 가스혼합기(14), 가스농도측정기(15)를 포함한다.

환원가스 공급관(71)은 도 1에 도시된 바와 같이 용융로(60)로부터 배출되는 고온의 환원가스를 최종환원로(25)에 공급하기 위해 용융로(60)의 상단으로부터 상기 최종환원로(25)의 하단에 연결될 수 있다. 이 때, 도 1을 다시 참조하면 가스순환 냉각장치(H)는 용융로(60)에서 배출된 고온의 환원가스 일부를 냉각하여 최종환원로(25)에 공급되는 환원가스의 온도를 제어할 수 있도록 상기 환원가스 공급관(71)에 분기되어 설치될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 최종환원로(25)의 상단에는 환원가스 공급관(71)을 거쳐 공급된 환원가스를 제2 환원로(23)의 하단으로 이송하기 위한 제1 이송관(75)이 연결될 수 있다. 이 때, 제2 환원로(23)의 상단과 제1 환원로(21)의 하단은 상기 환원가스의 공급을 위한 제2 이송관(79)이 연결될 수 있다. 또한, 제1 환원로(21)의 상부에는 환원반응이 끝난 배가스를 용철제조장치(100) 외부로 배출시키기 위한 배가스관(72)이 연결될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 제1 분기도관(P1)은 최종환원로(25)로부터 배출된 환원가스 중 일부를 용철제조장치(100) 외부로 배출시키기 위해 제1 이송관(75)으로부터 분기된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 이송관(75) 또는 제1 분기도관(P1) 중 어느 하나 이상의 도관은 상기 분기되는 고온의 환원가스로부터 상기 도관의 손상을 방지하기 위한 내화재가 상기 도관에 라이닝되도록 형성될 수 있다.

한편, 제1 분기도관(P1)은 고온의 환원가스가 열교환을 통해 냉각될 수 있도록 열교환기(11)와 연결된다. 이 때, 열교환기(11)는 상기 열교환기(11)를 통과하는 가스 간 열교환을 통해 용철제조장치(100) 내 가스 온도를 조절할 수 있다.

습식제진기(12)는 상기 열교환기(11)와 직렬로 연결되어 상기 유입되는 환원가스 내 먼지, 타르와 같은 이물이 제거되도록 조절할 수 있다.

한편, 배출관(72)은 상기 열교환기(11) 및 습식제진기(12)를 거친 환원가스를 용철제조장치(100) 외부로 배출시키기 위해 배가스관(73)에 연결될 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 배출관(72)은 일면에 상기 배출되는 환원가스의 양을 조절하기 위한 제1 유량 조절밸브(V1)가 설치될 수 있다.

한편, CO2제거장치(G)는 용철제조장치(100) 외부로 배출되는 배가스 중 일부를 다단의 유동환원로(20)에 환원가스와 함께 재공급하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 배가스관(73)에 분기하여 설치될 수 있다. 이를 통하여 CO2가 제거되어 환원효율이 상승한 개질 배가스가 생성될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 개질 배가스 공급관(74)은 상기 개질 배가스를 용융로(60)에서 배출되는 환원가스와 함께 상기 다단의 유동환원로(20)에 공급하기 위해 상기 CO2제거장치(G)로부터 상기 환원가스 공급관(71)을 연결하도록 설치될 수 있다. 이를 통하여 최종환원로(25)로 공급되는 환원가스의 환원효율을 높일 수 있다.

한편 도 1을 다시 참조하면, 제2 분기도관(P2)은 개질 배가스 중 일부가 상기 상기 열교환기(11)를 관통하여 이동할 수 있도록 상기 개질 배가스 공급관(74)으로부터 분기될 수 있다. 이 때, 제2 분기도관(P2)으로 유입되는 개질 배가스는 상기 열교환기(11) 내부에서 제1 분기도관(P1)으로부터 유입된 고온의 환원가스와 접촉하여 승온될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 가스히터(13)는 상기 열교환기(11)를 관통하는 제2 분기도관(P2)과 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가스히터(13)는 유입되는 상기 승온 개질 배가스가 재차 가열시킨다. 이 때, 가스히터는 외부에서 취입되는 산소와 상기 승온된 개질 배가스가 혼합되어 함께 연소될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스혼합기를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스혼합기를 나타낸 평면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스혼합기(14)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 가스히터(13), 제2 환원로(23), 최종환원로(25)와 각각 파이프 연결될 수 있다. 이 때, 제1 이송관(75)은 최종환원로(25)와 가스혼합기(14)를 연결하는 환원가스 이송관(76), 가스혼합기(14)와 제2 환원로(23)를 연결하는 혼합가스 이송관(77) 및 가스히터(13)와 가스혼합기(14)를 연결하는 개질 배가스 이송관(78)을 포함할 수 있다.

한편, 가스혼합기(14)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 가스혼합기(14) 상부로부터 유입되는 개질 배가스와, 상기 가스혼합기(14) 측부로부터 유입되는 환원가스가 상기 가스혼합기(14) 내부에서 회전류를 형성하여 상호 혼합되도록 사이클론의 형상으로 형성될 수 있다. 이 때, 환원가스 이송관(76)은 상기 회전류 형성을 위해 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 z축 방향에서 바라본 가스혼합기(14)의 원형 몸체에 x축 접선방향으로 상기 가스혼합기(14)와 연결될 수 있다. 또한, 개질 배가스 이송관(78)은 상기 회전류가 형성된 환원가스에 유입되어 상기 환원가스와 균일하게 혼합될 수 있도록 도 3에 도시된 바와 같이 상기 가스혼합기(14)의 상단 중앙에 연결될 수 있다.

한편, 제2 분기도관(P2)의 일면에는 상기 열교환기(11)를 통과하는 개질 배가스의 양을 조절하기 위해 일면에 제2 유량 조절밸브(V2)가 설치될 수 있다. 이를 통하여 상기 열교환기(11) 및 가스혼합기(14)에 유입되는 개질 배가스의 양을 조절할 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 제2 이송관(79)의 일면에는 제1 환원로(21)로 유입되는 혼합가스의 산화도를 감지하기 위한 가스농도측정기(15)가 설치될 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치의 구성에 대하여 설명하였다. 이하는 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치의 작동에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 유동환원로의 조업조건을 나타낸 그래프이다

도 4를 참조하면, Fe 또는 산화철 안정영역 상에 다단의 유동환원로(20) 내부의 산화도 및 온도를 나타낸 그래프가 I 또는 II 와 같이 도시된다. 이 때, 도 4의 우측 하단으로부터 좌측으로 가파르게 상향하는 구간은 최종환원로(25) 내 산화도 및 온도구간이고, 그래프의 중간부로부터 좌측으로 완만하게 상향하는 구간은 제2 환원로(23) 및 제1 환원로(21) 내 산화도 및 온도구간이다.

이 때, 다단의 유동환원로(25)의 산화도 및 온도에 따른 분환원철의 열역학적 안정조건은 도 4 그래프의 I 과 같이 도시된다. 즉, 산화도 및 온도가 열역학적으로 Fe 안정영역에 존재하도록 유지될 때 분환원철의 환원 효율이 적정 환원율에 근접하게 된다. 이 때, 상기 적정 환원율은 도 4에 도시된 바와 같이 65%일 수 있다.

다만, 도 4 부분의 II 와 같이 제1 환원로(21) 및 제2 환원로(23)가 Fe 안정영역을 벗어나게 될 경우 최종환원로(25)에서의 분환원철 환원 효율이 적정 환원율 이하로 떨어지게 된다.

따라서, 제2 이송관(79)에 설치된 가스농도측정기(15)로부터 감지된 혼합가스의 산화도가 도 4의 II 와 같이 Fe 안정영역에서 이탈할 경우, 제1 유량 조절 밸브(V1)를 열어 최종환원로(25)로부터 환원가스 일부를 분기하여 용철제조장치(100) 외부로 배출시킬 수 있다. 이와 동시에 제2 유량 조절 밸브(V2)를 열어 산화도가 낮은 개질 배가스를 상기 환원가스와 가스혼합기(14)에서 혼합하여 제2 환원로(23)에 공급할 수 있다. 이를 통해 환원 효율 높은 혼합 가스가 제2 환원로(23) 및 제1 환원로(21)에 공급시킴으로써 상기 다단의 유동환원로(20) 내부의 온도 및 산화도 조건이 도 4의 I 과 같이 Fe 안정영역에 존재하도록 조절할 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 유량 조절 밸브(V1) 및 제2 유량 조절 밸브(V2)는 분기 및 용철제조장치(100) 외부로 배출되는 환원가스의 양과 가스혼합기(14)를 통해 제2 환원로(23)로 공급되는 개질 배가스의 양이 일정하게 유지되도록 상호 연동될 수 있다. 이 때, 상기 환원가스와 개질 배가스는 제2 환원로(23)로 공급되는 혼합가스량의 변동폭을 최소화하기 위하여, 바람직하게는 단계적으로 상호 일정한 양이 배출 또는 유입되도록 조절될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 배가스는 제2 환원로(23)에 공급되는 가스유속의 급격한 변화로 인한 유동환원로(20) 내의 비유동화 방지를 위해 상기 환원가스의 배출에 우선하여 공급되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(11)로 공급되는 개질 배가스와 배출관(72)을 통해 상기 용철제조장치(100) 외부로 배출되는 환원가스의 온도는 서로 같도록 유지될 수 있다. 이 때, 상기 열교환기에서 개질 배가스와 열교환 후 습식제진기(12)로 유입되는 환원가스의 온도가 200˚C 미만일 경우, 상기 환원가스 내에 혼재된 타르 성분이 응축되어 상기 열교환기(11)의 효율 저하 또는 기능 고장을 야기할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(11)에서 배출되어 습식제진기(12)로 유입되는 환원가스의 온도는 200˚C 이상임이 바람직하다.

이상으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치(100)는 다단의 유동환원로(20)를 통과하는 환원가스의 산화도를 조절함으로써 상기 다단의 유동환원로(20)를 거쳐 환원되는 철함유 혼합체와 분환원철의 환원율을 적정 수준으로 유지시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

11: 열교환기 12: 습식제진기
13: 가스히터 14: 가스혼합기
15: 가스농도측정기 20: 다단의 유동환원로
21: 제1 환원로 23: 제2 환원로
25: 최종환원로 40: 괴성화 제조 장치
60: 용융로 70: 배관부
71: 환원가스 공급관 72: 배출관
73: 배가스관 74: 개질 배가스 공급관
75: 제1 이송관 76: 환원가스 이송관
77: 혼합가스 이송관 78: 개질 배가스 이송관
79: 제2 이송관 80: 분환원철 이송관
100: 용철제조장치
G: CO2제거장치 H: 가스순환 냉각장치
P1: 제1 분기도관 P2: 제2 분기도관
V1: 제1 유량 조절밸브 V2: 제2 유량 조절밸브

Claims

분상 또는 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석이 혼합된 철함유 혼합체를 분환원철로 환원시키는 다단의 유동환원로;
상기 분환원철을 고온의 괴성체로 제조하는 괴성화 제조 장치;
상기 고온의 괴성체로부터 용철을 제조하는 용융로; 및
상기 분환원철의 적정 환원율을 유지하기 위한 배관부를 포함하는 용철제조장치.
제1항에 있어서,
상기 다단의 유동환원로는 분상 또는 괴상의 일반탄 및 분상의 철함유 광석이 혼합된 철함유 혼합체를 분환원철로 1차 환원시키는 제1 환원로;
상기 제1 환원로와 파이프 연결되고 상기 1차 환원된 상기 철함유 혼합체를 2차 환원시키는 제2 환원로; 및
상기 제2 환원로와 연결되어 상기 2차 환원된 상기 철함유 혼합체를 최종 환원시키는 최종환원로를 포함하는 용철제조장치.
제2항에 있어서,
상기 배관부는 상기 용융로에서 배출되는 환원가스를 상기 다단의 유동환원로에 공급하는 환원가스 공급관;
환원가스 일부를 외부로 배출시키기 위해 일단이 상기 최종환원로와 상기 제2 환원로를 연결하는 제1 이송관에 분기하도록 연결되는 제1 분기도관;
상기 제1 분기도관의 타단과 연결되는 열교환기;
상기 열교환기와 직렬로 연결되는 습식제진기;
상기 배가스관과 상기 습식제진기를 연결하는 배출관;
상기 다단의 유동환원로로부터 배출되는 배가스가 외부로 배출되기 위한 배가스관;
상기 배가스관에 분기하여 상기 배가스에서 CO2를 제거하기 위한 CO2제거장치;
상기 CO2가 제거된 개질 배가스를 상기 용융로에서 배출되는 환원가스와 함께 상기 다단의 유동환원로에 공급하기 위해 상기 환원가스 공급관과 연결되는 개질 배가스 공급관을 포함하는 용철제조장치.
제3항에 있어서,
상기 배출관은 상기 분기되는 환원가스의 양을 조절하고, 상기 분기된 환원가스를 외부로 배출시키기 위한 제1 유량 조절밸브를 포함하는 용철제조장치.
제4항에 있어서,
상기 배관부는 상기 개질 배가스 일부가 상기 열교환기를 관통하여 이동하기 위해 상기 배가스 공급관에 분기하는 제2 분기도관을 포함하는 용철제조장치.
제5항에 있어서,
상기 배관부는 상기 개질 배가스가 가열되기 위해 상기 제2 분기도관과 연결되는 가스히터를 포함하는 용철제조장치.
제6항에 있어서,
상기 가스히터는 외부에서 공급되는 산소와 상기 개질 배가스가 상기 가스히터의 내부에서 혼합되어 함께 연소되는 용철제조장치.
제7항에 있어서,
상기 배관부는 상기 가스히터, 상기 제2 환원로 및 상기 최종환원로와 각각 파이프 연결되는 가스혼합기를 포함하는 용철제조장치.
제8항에 있어서,
상기 가스혼합기는 상기 가스히터로부터 공급되는 상기 개질 배가스와 상기 최종환원로로부터 공급되는 환원가스가 혼합되어 상기 제2 환원로로 이송될 수 있도록 사이클론 형상으로 형성된 용철제조장치.
제9항에 있어서,
상기 가스혼합기는 상기 최종환원로로부터 연장된 파이프가 상기 가스혼합기의 접선방향으로 연결되는 용철제조장치.
제10항에 있어서,
상기 제2 분기도관은 상기 열교환기를 통과하는 개질 배가스의 양을 조절하기 위한 제2 유량 조절밸브를 포함하는 용철제조장치.
제11항에 있어서,
상기 배관부는 제2 환원로와 제1 환원로를 연결하는 파이프 일면에 설치되어 상기 혼합가스의 산화도를 감지하는 가스농도측정기를 포함하는 용철제조장치.
제12항에 있어서,
상기 가스농도측정기의 가스산화도가 Fe 안정영역 이상일 경우, 상기 제1 유량 조절밸브를 통해 상기 분기된 환원가스를 배출시키는 동시에 상기 제2 유량 조절 밸브를 통해 상기 개질 배가스를 상기 가스혼합기에 공급하여 상기 분기된 환원가스와 혼합하고, 상기 혼합된 혼합가스를 상기 제2 환원로에 공급하는 용철제조장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 유량 조절 밸브와 상기 제2 유량 조절 밸브는 상기 제2 환원로에 공급되는 혼합가스의 양이 일정하게 유지되도록 상호 연동되는 용철제조장치.
제14항에 있어서,
상기 제1 유량 조절 밸브와 상기 제2 유량 조절 밸브는 상기 공급량과 배출량이 점진적으로 조절되는 용철제조장치.
제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환기로 공급되는 개질 배가스의 온도는 상기 배출관을 통해 배출되는 환원가스의 온도와 동일한 용철제조장치.
제16항에 있어서,
상기 열교환기에서 배출되어 상기 습식제진기로 유입되는 환원가스의 온도는 200˚C 이상인 용철제조장치.