KR20160022184A

KR20160022184A - 직접 환원철 제조 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20160022184A
Application number: KR1020140108003A
Authority: KR
Inventors: 이승문; 양영철; 정종헌
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2016-02-29
Also published as: KR101607255B1

Abstract

직접 환원철 제조 방법 및 그 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 제철폐기물 중 함철 부산물을 제공하는 공정, 상기 함철 부산물 중 철 성분이 농축된 함철 부산물을 선별하여 제공하는 선광 공정, 제철소 내 부생가스를 이용하여 복합환원가스 중 수소 함량을 증폭시키는 수소 증폭 공정, 상기 수소 함량이 증폭된 복합환원가스를 반응온도 이상 가스의 온도로 가열하는 가열 공정, 상기 증폭된 복합환원가스중의 환원가스인 수소와 일산화탄소 가스와 선광된 상기 함철 부산물을 환원 반응시켜 Metal-Fe가 높은 고품위 직접 환원철(DRI)을 제조하는 DRI 제조 공정, 상기 고품위의 DRI의 재산화 방지를 위하여 상기 고품위의 DRI를 건조하는 DRI 건조 공정, 및 상기 건조된 고품위 DRI를 파쇄하는 DRI 파쇄 공정을 포함한다.

Description

직접 환원철 제조 방법 및 그 장치{METHOD FOR MANUFACTURING Direct Reduced Iron, AND APPARATUS FOR THE SAME}

본 발명은 함철 부산물을 활용하여 고품위 직접 환원철을 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철 부산물의 철 함량을 높이기 위해 선광한 후 이를 고온의 조건하에서 복합환원가스와 환원반응시켜 고품위 직접 환원철(DRI: Direct Reduced Iron)을 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 제절소에서는 철강제품을 생산시 부산물로 부가적으로 제철 슬러지(sludge) 및 제철 더스트(dust)가 발생되며 이를 처리하기 위해 많은 예산이 소요되고 있다.

제철소의 선강분야에서 발생되는 더스트와 슬러지는 예컨대, A업체의 2010년 기준 각각 대략 71만톤과 66만톤이 발생하였으며, 이중 제철소 내에서 재사용 및 사외 무상지원을 제외하고 각각 약 12만톤 및 14만톤이 그냥 버려지고 있는 실정이다. 또한, 현재 고로의 대형화로 인하여 많은 광석의 장입과 고출선 조업으로 선강공정 생산능력 확대에 따른 함철 부산물의 발생도 예컨대, 16년 이후 년간 대략 93만톤 더스트와 94만톤의 슬러지가 발생할 것으로 예상하고 있다.

한편, 제철소의 제강 공정에서 발생되는 슬래그는 용선예비처리 슬래그, 전로 슬래그, 스테인레스 슬래그, 전기로 슬래그 등이 있는데, 이들 제강슬래그는 시멘트, 도로 및 토목 공사시 채움용 골재로 일부 활용되고 있으며, 제강 KR 더스트(Kanbara refining dust, KR dust)는 소결 조업시 석회 대체 자원으로 활용가능하나, 성분이 불균일하고 구성 광물간 편석 발생 및 절출 불량 등으로 인해 소결 조업 및 소결광 품질에 악영향을 가져올 수 있다. 또한 매립지 확보가 점차 어려워지고 지금까지의 활용 방법으로는 한계가 있어 버려지는 제철 부산물을 활용하기 위한 다양한 방안들이 제시되고 있다.

이러한 제철 부산물을 재활용하는 종래기술로 일본 공개특허 JP 2001-348625호에 나타낸 것과 같이 철광석분, 고로 및 전로 더스트, 압연 스케일 등에 석탄, 코크스 등의 탄재를 첨가하고 바인더로서 전분을 사용하여 펠릿으로 제조하여 제철공정에 재사용하는 방법 등이 있다.

그러나, 전분만을 바인더로서 사용할 경우에는 성형체의 강도가 약한 것이 단점이다. 이러한 펠릿은 강도가 약하여 제철공정에서 재사용 시 트럭이나 컨베이어 등의 운송 시 파쇄 및 붕괴가 일어나거나 고로 내 재사용시 고온 및 고압으로 장입 후 분진의 발생량이 많아 고로 내의 통기성이 나쁘게 되어 재사용 시 고로 효율을 저하시키는 요인이 된다.

또한, 대한민국 공개 특허 KR 2002-0049889호, 대한민국 공개 특허 KR 2001-0082315호 및 PCT-KR 2002-000785호의 특허에서는 선강 부산물을 일반탄 및 분철광석을 이용하는 용철제조설비에서 재활용하도록 하는 장치를 제공하고 제철소에서 발생하는 더스트 및 슬러지를 건조하고 입도별로 선별한 다음 환원로에 연결된 용융가스화로에 취입하는 상기 특허들은 더스트나 슬러지 내에 맥석 성분이 많아 슬래그 볼륨을 높일 수 있으며, 환원제비 상승을 가져올 수 있다.

따라서, 제철공정에서 발생하는 슬러지나 더스트 등의 함철 부산물을 이용하여 버려지는 선강 부산물의 양을 줄일 수 있어 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 선강 부산물을 제철소 내에 재활용 할 수 있을 것이다.

본 발명은 제철소 내에 발생하는 함철 부산물을 고품위의 철이 포함된 부산물로 선광하여 고온에서 복합환원가스와 반응시겨 높은 환원율을 가지는 고품위 DRI을 제조하고, 이를 고로, 용융가스화로, 전기로, 및 전로에 재사용하는 직접 환원철 제조 방법 및 그 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제철폐기물 중 함철 부산물을 제공하는 공정,

상기 함철 부산물 중 철 성분이 농축된 함철 부산물을 선별하여 제공하는 선광 공정,

제철소 내 부생가스를 이용하여 복합환원가스 중 수소 함량을 증폭시키는 수소 증폭 공정,

상기 수소 함량이 증폭된 복합환원가스를 반응온도 이상 가스의 온도로 가열하는 가열 공정,

상기 증폭된 복합환원가스중의 환원가스인 수소와 일산화탄소 가스와 선광된 상기 함철 부산물을 환원 반응시켜 Metal-Fe가 높은 고품위 직접 환원철(DRI)을 제조하는 DRI 제조 공정,

상기 고품위의 DRI의 재산화 방지를 위하여 상기 고품위의 DRI를 건조하는 DRI 건조 공정, 및

상기 건조된 고품위 DRI를 파쇄하는 DRI 파쇄 공정을 포함하는 직접 환원철 제조 방법이 제공될 수 있다.

상기 함철 부산물은 제철공정에서 발생하는 슬러지(sludge) 또는 더스트(dust)를 포함할 수 있다.

상기 선광공정은 상기 함철 부산물이 더스트인 경우 건식 자력선별 공정을 행하고, 상기 함철 부산물이 슬러지인 경우 습식 선광 공정을 행할 수 있다.

상기 건식 자력선별 공정은 써스펜디드형, 리프트형, 풀리형, 크로스벨트형, 드럼형, 필터형 중에서 어느 하나를 적용하고,

상기 습식 선광 공정은 슬러지 구성물들의 응집을 풀기 위하여 스크러빙 공정을 행할 수 있다.

상기 스크러빙 공정에서 분산제를 첨가할 수 있으며, 상기 분산제는 소듐실리케이트를 포함할 수 있다.

상기 스크러빙 공정을 행한 시료는 습식 자력선별기를 통해 함철원료를 분리또는 또는 회수할 수 있다.

상기 함철 부산물은 제철공정에서 발생하는 폐슬러지(sludge) 또는 더스트(dust) 중 소결R-EP, 소결W-EP, 고로 D-C 더스트, 고로 주상 B/F, 연주 슬러지, 배재 슬러지, 전로 B/F더스트, 제강LT-EP, 제강LT-EC, 미니밀 B/F, 고러 슬러지, 제강 RH, OG슬러지, 제강C/F 및 FINEX 슬러지/더스트를 포함하고,

상기 함철 부산물은 단일품목의 함철 부산물이거나 혼합되어 있는 함철 부산물을 모두 포함할 수 있다.

상기 단일품목의 함철 부산물 또는 혼합되어 있는 함철 부산물은 Total Fe의 함량이 30%~85%이거나 그 이상일 수 있다.

상기 고로 D-C 더스트, 고로 주상 B/F, 제강LT-EP, 제강LT-EC, 제강 RH, OG슬러지, 제강C/F는 상기 선광과정을 거치지 않고 바로 복합환원가스와 환원 반응시킬 수 있다.

상기 수소 증폭 공정은 WGSR(Water Gas Shift Reactor) 반응기에 의하여 제철 부생가스중 CO 가스를 스팀과 반응시켜 수소 가스를 제조하는 WGSR 공정을 포함하고,

상기 WGSR 반응기는 HTS(High Temperature Shift) 반응기와 LTS(Low Temperature Shift) 반응기로 구성될 수 있다.

상기 WGSR 공정에서 열교환하여 얻어진 열은 상기 WGSR 공정에 필요한 스팀을 제조하는데 사용되고,

상기 WGSR 공정을 통해 얻어진 증폭된 H₂가스의 함량은 60% 이상일 수 있다.

상기 수소(H₂) 가스는 열교환기를 통해 H₂PSA 공정을 통해 수소 함량이 적어도 90%이상인 복합환원가스가 제조되어 복합환원가스 저장조에 저장되고,

상기 열교환기를 통해 얻어진 열은 WGSR 공정에 필요한 스팀을 제조하는데 사용될 수 있다.

상기 DRI 제조 공정은 유동환원로 또는 shaft로의 형태가 사용되고,

상기 유동환원로는 복수개가 구성될 수 있다.

상기 유동환원로의 상단으로 빠져나가는 가스는 일부 전력을 생산하거나 다시 H₂PSA 공정 앞쪽에 유입되어 상기 WGSR 공정에서 생성된 복합환원가스와 혼합되어 다시 H₂PSA 공정으로 유입될 수 있다.

상기 각 유동환원로의 온도는 450℃~850℃의 온도에서 수행될 수 있다.

상기 복합환원가스 저장 장치에 저장되어 있는 복합환원가스 중 수소 가스의 함량은 60~80%의 함량을 가질 수 있다.

상기 복합환원가스의 CO+H₂의 함량은 70~85%일 수 있다.

상기 수소가 함유된 복합환원가스는 제철공정에서 발생된 BFG(blast furnace gas), FOG(FINEX off gas) 또는 COG(Coke Oven Gas) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 수소는 유동환원로의 환원가스로 사용될 수 있다.

상기 DRI 건조 공정에서 상기 DRI를 건조시킬 때 건조된 DRI에 액체질소를 퍼지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 함철 부산물 중 철 성분이 농축된 함철 부산물을 선별하는 선광장치,

제철소 내 부생가스를 이용하여 복합환원가스 중 수소 함량을 증폭시키는 수소 증폭 장치,

상기 수소 함량이 증폭된 복합환원가스를 반응온도 이상 가스의 온도로 가열하는 가열로,

상기 증폭된 복합환원가스중의 환원가스인 수소와 일산화탄소 가스와 선광된 상기 함철 부산물을 환원 반응시켜 Metal-Fe가 높은 고품위 직접 환원철(DRI)을 제조하는 DRI 제조 장치,

상기 고품위의 DRI의 재산화 방지를 위하여 상기 고품위의 DRI를 건조하는 DRI 건조 장치, 및

상기 건조된 고품위 DRI를 파쇄하는 DRI 파쇄 장치를 포함하는 직접 환원철 제조 장치가 제공될 수 있다.

상기 선광장치는 상기 함철 부산물이 더스트인 경우 건식 자력선별기를 이용하고, 상기 함철 부산물이 슬러지인 경우 습식 자력선별기를 이용할 수 있다.

상기 선광장치는 더스트의 입자들을 해쇄시킬수 있는 스크러빙 장치, 및 상기 슬러지 구성물들의 응집을 풀기 위하여 스크러빙 장치를 포함할 수 있다.

상기 슬러지에 분산제를 첨가할 수 있으며, 상기 분산제는 소듐실리케이트를 포함할 수 있다.

상기 스크러빙 장치를 통과한 시료는 습식 자력선별기를 통해 함철원료를 분리 또는 회수할 수 있다.

상기 고로 D-C 더스트, 고로 주상 B/F, 제강LT-EP, 제강LT-EC, 제강 RH, OG슬러지, 제강C/F는 상기 선광장치를 통과시키지 않고 바로 복합환원가스와 환원 반응시킬 수 있다.

상기 수소 증폭 장치는 제철 부생가스중 CO 가스를 스팀과 반응시켜 수소 가스를 제조하는 WGSR 반응기를 포함하고,

상기 WGSR 반응기에서 열교환하여 얻어진 열은 상기 WGSR 반응기에 필요한 스팀을 제조하는데 사용되고,

상기 WGSR 반응기를 통해 얻어진 증폭된 H₂가스의 함량은 60% 이상일 수 있다.

상기 수소(H₂) 가스는 열교환기를 통해 H₂PSA 장치를 통해 수소 함량이 적어도 90%이상인 복합환원가스가 제조되어 복합환원가스 저장조에 저장되고,

상기 열교환기를 통해 얻어진 열은 WGSR 반응기에 필요한 스팀을 제조하는데 사용될 수 있다.

상기 DRI 제조 장치는 유동환원로 또는 shaft로의 형태가 사용되고,

상기 유동환원로는 복수개가 구성될 수 있다.

상기 유동환원로의 상단으로 빠져나가는 가스는 일부 전력을 생산하거나 다시 H₂PSA 장치 앞쪽에 유입되어 상기 WGSR 반응기에서 생성된 복합환원가스와 혼합되어 다시 H₂PSA 장치로 유입될 수 있다.

상기 복합환원가스의 CO+H₂의 함량은 70~85%일 수 있다.

상기 수소는 유동환원로의 환원가스로 사용될 수 있다.

상기 DRI 건조 장치에서 상기 DRI를 건조시킬 때 건조된 DRI에 액체질소를 퍼지할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 제철공정에서 발생하는 다량의 부산물을 제철 공정 내에서 저가로 활용할 수 있다.

또한, 제철공정에서 발생하는 함철 부산물을 경제적 부가가치가 높은 고품위 DRI을 제조할 수 있으며, 유동환원로에서 DRI 환원율이 약 1% 증가하는 경우 환원제비는 약 3.5kg/t-p 정도 감소할 것으로 예상되므로, 일부 고로 내 또는 용융로 내에서 장입 철광석의 일부를 본 발명에서 제시하는 함철 부산물 활용 고품위 DRI로 일부 대체하여 사용할 경우 경제적으로 관련 분야에서 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대되며, 용선 생산량 증대를 위한 고출선 조업에서 활용 가치가 높을 뿐만 아니라 노심을 활성화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 함철 부산물 활용 고품위 직접 환원철(DRI) 제조 방법과 그 장치의 순서도이다.
도 2는 도 1의 구성 중 함철 부산물의 더스트를 선광하기 위한 건식 선광공정의 구성도이다.
도 3은 도 1의 구성 중 함철 부산물의 슬러지를 선광하기 위한 습식 선광공정의 구성도이다.
도 4은 도 1의 구성 중 제철 부생가스를 활용하여 복합환원가스 중 수소 증폭을 위한 공정과 고품위 직접 환원철(DRI) 제조 공정을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 5은 수소함량 증가에 따른 직접 환원철(DRI) 환원율 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 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. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

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.

본 발명에 따른 실시예에서는 제철부산물인 철(Fe) 성분이 함유되어 있는 슬러지와 더스트를 선광하여 고품위의 철이 함유되어 있는 함철 부산물를 제철 부생가스를 이용하여 수소가 증폭된 복합환원가스와 환원반응시켜 고품위의 직접 환원철(DRI, 이하에서 “DRI”라 함)을 제조하여 이를 고로 또는 용융가스화로에 공급하여 환원제비를 낮추고, 고출선 조업이 용이하며, 노심이 활성화되도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 함철 부산물 활용 고품위 DRI 제조 방법과 그 적용의 순서를 나타낸 것인데, 이하에서는 도 1을 참조하여 함철 부산물을 이용한 고품의 DRI 제조와 그 적용에 대하여 개략적으로 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 실시예에서는 제철공정에서 발생하는 함철 부산물(1, 2)인 슬러지와 더스트를 제공하여, 제공된 함철 부산물(1)을 선광장치(100)로 다량의 철이 함유된 함철 부산물(3)로 선별한(S100) 다음 이를 제철소 내 부생가스(이하, “제철 부생가스”라 함)(20)를 이용하여 수소 증폭 장치(200)로 복합환원가스 중 수소 함량을 증폭시킨(S200) 후, DRI 제조 장치(300)로 상기 함철 부산물(2, 3)을 상기 복합환원가스(30)와 환원반응시켜 Metal-Fe가 높은 고품위의 DRI(4)를 제조한다(S300).

여기서, 상기 복합환원가스는 H₂, CO 및 미량은 CH₄가 포함되어 있는 환원가스로 순수한 FOG, WGSR/H2PSA 후 환원가스 및 함철 부산물과 미반응한 환원가스를 혼합한 환원가스를 복합환원가스라 한다.

상기 함철 부산물(2, 3)과 미반응한 복합환원가스(40)는 수소 증폭 공정(S200)으로 리턴된다.

상기 고품위의 DRI를 제조하기 위하여 함철 부산물(2, 3)을 환원반응시키는데, 상기 증폭된 수소는 유동환원로 혹은 shaft로에서 환원가스로 사용하고, 상기 고품위 DRI는 고로 및 용융가스화로에서 사용된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서의 함철 부산물(1, 2, 3)은 소결R-EP, 소결W-EP, 고로 D-C 더스트, 고로 주상 B/F, 연주 슬러지, 배재 슬러지, 전로 B/F더스트, 제강LT-EP, 제강LT-EC, 미니밀 B/F, 고러 슬러지, 제강 RH, OG슬러지, 제강C/F 및 FINEX 슬러지/더스트 포함하고, 상기 함철 부산물은 단일품목의 함철 부산물이거나 혼합되어 있는 함철 부산물을 모두 포함한다.

이때, 고로 D-C 더스트, 고로 주상 B/F, 제강LT-EP, 제강LT-EC, 제강 RH, OG슬러지, 제강C/F는 선광공정(S100)을 거치지 않고 바로 복합환원가스와 환원반응시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는 상기 제조된 고품위 DRI(4)를 고로 또는 용융가스화로에 활용하기 위하여 상기 DRI의 재산화를 방지하기 위해 상기 DRI(4)를 DRI 건조 장치(400)의 진공 챔버(chamber)에서 건조시킨(S400) 후 DRI 파쇄장치(500)로 파쇄시키는 단계(S500)를 거친다.

상기 DRI 건조 장치(400)의 진공 챔버에서 상기 DRI(4)를 건조시킬 때 건조된 DRI(5)에 액체질소(60)를 퍼지할 수 있다.

이때, 상기 파쇄된 고품위 DRI(6)의 입도는 100㎛이하이며, 환원율은 80%이상인 것을 특징으로 한다.

이하에서는, 상기 공정을 보다 구체적으로 설명한다.

도 2와 도 3은 도 1의 구성 중 본 발명의 일 실시예에 따른 함철 부산물의 선광공정 구성도를 도시한 것인데, 이하에서는 도 2와 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

일반적으로, 파쇄/분쇄/분급 등의 공정을 거쳐 비중/자력/입자크기/표면특성/정전특성 등의 물리/화학적 특성의 차이를 이용하여 유용성분을 분리 또는 선별하는 공정을 선광공정이라고 한다.

일반적으로 제철공정에서 발생된 함철 부산물인 슬러지와 더스트는 일부 제철소 내에서 재사용하고 나머지는 매립되거나 외부로 반출하여 처리되는데, 이들은 함철이 포함되어 있는 Total-Fe는 약 30~85%정도이며, Matel-Fe는 30~70%의 조성을 갖는다. 선광공정은 상기 Total-Fe와 Metal-Fe의 조성을 향상시키기 위해 SiO₂, CaO, MgO, Zn, S, C, P 등과 같은 맥석 성분의 함량을 Fe로부터 분리하거나 낮추는 것을 포함한다.

본 발명에 따른 일 실시예에서 상기 함철 부산물은 선광공정을 거쳐 Total-Fe와 Metal-Fe의 조성을 향상시킨 함철 부산물을 제조한다. 단, 소결R-EP, 소결W-EP, 고로 D-C 더스트, 고로 주상 B/F, 연주 슬러지, 배재 슬러지, 전로 B/F더스트, 제강LT-EP, 제강LT-EC, 미니밀 B/F, 고러 슬러지, 제강 RH, OG슬러지, 제강C/F 및 FINEX 슬러지/더스트 중 Total-Fe가 60%이상, 또는 Metal-Fe의 조성이 50%이상인 고로 D-C 더스트, 고로 주상 B/F, 제강LT-EP, 제강LT-EC, 제강 RH, OG슬러지, 제강C/F는 선광과정을 거치지 않고 바로 유동환원로/Shaft로에서 복합환원가스와 환원반응시켜 고품위 DRI로 제조한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선광공정은 도 2의 건식 선광공정과 도 3의 습식 선광공정의 2가지 공정으로 구성되어 있다.

먼저, 건식 선광공정에서 더스트(1-1) 특성상 극미분 입자로 구성되어 있어 이들의 높은 표면에너지에 의한 응집현상으로 선별효율을 떨어뜨리는바 스크러빙 장치(111)로 이 입자들을 우선 해쇄시킬수 있는 스크러빙 공정(S111)을 행한다.

상기 입자를 해쇄한 후 더스트 포집공정에서 유입되는 불순물들을 제거하기 위해 0.2~0.3mm 정도의 체(112)로 체질을 한다(S112). 체질 후 체(112)를 통과하여 분리된 더스트는 건식 자력선별 공정을 적용한다.

상기 건식 자력선별 공정은 써스펜디드형, 풀리형, 크로스벨트형, 드럼형, 필터형 등을 적용할 수 있다. 건식 자력선별시 자력의 세기에 따라 회수하는 자성산물의 T.Fe 함량을 조절할 수 있다. 본 발명에서 기준하는 제철 부산물 중 DRI 제조용으로 회수하는 함철원료의 T.Fe 함량 60% 이상을 맞추고 다량의 맥석 성분을 포함하여 응집되어 있는 더스트의 선별 효율을 향상시키기 위해서는 상기의 건식 자력선별을 다단으로 수행하는것이 적합할 것이다.

먼저, 제1 자력선별기(113)를 이용하여 2000Gauss 정도의 자력세기로 1차 건식 자력선별 공정(S113)을 시행하여 최대한 함철원료1(3-1)을 회수한다. 이렇게 분리/회수된 1차 건식자력선별 공정(S113)의 자성산물에 대해 제2 자력선별기(114)를 이용하여 1000Gauss 이하의 자력세기로 2차 건식 자력선별 공정(S114)을 적용하면 Total-Fe 60% 내외의 함철원료2(3-3)를 회수할 수 있다.

또한, 상기 함철 부산물중 슬러지(1-2)에 대해서는 습식 선광공정을 적용한다. 그 구성은 다음과 같다.

먼저, 슬러지(1-2) 구성물들의 응집을 풀기 위하여 스크러빙 장치(121)를 이용하여 스크러빙 공정(S121)을 행한다. 극미분 입자들의 응집현상을 최소화하고 입자들의 분산성을 향상시키 선별효율을 극대화하기 위하여 스크러빙 공정(S121)에서 분산제(소듐실리케이트)를 첨가할 수 있으며, 이때, 함철원료와 SiO₂, Al₂O₃ 등의 맥석 성분과의 선별도가 향상되는 결과를 확인하였다. 분산제 투입량은 200~500g/T.ROM.(원광)이 바람직하다.

상기 스크러빙 공정(S121)을 행한 시료는 습식 자력선별기를 통해 함철원료를 분리/회수한다. 이때, 자력세기별로 다단 자력선별 공정을 실시하면 Metal-Fe, 자철광, 적철광 등을 분리하여 회수할 수 있다.

즉, 제1 습식 자력선별기(122)를 이용하여 500Gauss 이하의 자력세기로 1차 습식 자력선별 공정(S122)을 행하면 Metal-Fe를 주로 하는 함철원료1(3-5)을 회수할 수 있으며, 제2 습식 자력선별기(123)를 이용하여 500~1500Gauss 정도의 자력세기로 2차 습식 자력선별 공정을 행하면 자철광을 주로 하는 함철원료2(3-7)를 얻을 수 있고, 제3 습식 자력선별기(124)를 이용하여 2000Gauss 이상의 고 자력세기로 3차 습식 자력선별 공정(S124)을 행하면 저자성의 적철광을 주로 하는 함철원료3(3-9) 및 기타 철산화물들을 회수할 수 있다.

따라서, 원하는 Fe 품위를 위해서는 상기와 같이 자력세기를 조절하여 Fe 60% 이상의 산물을 분리할 수 있고 또한, 최종산물의 Fe 함량을 조절할 수도 있다. 본 발명에서 기준하는 Total-Fe 함량 60% 이상의 함철원료(최종정광)(3-11)를 회수하기 위해서는 1000Gauss 정도의 자력세기가 바람직하다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4은 도 1의 구성 중 제철 부생가스를 활용하여 복합환원가스 중 수소 증폭 및 고품위 DRI을 생산하기 위한 공정을 구체적으로 도시한 도면이다.

도 4를 참고하여, 함량 증폭된 수소를 제조하는 공정의 설명은 다음과 같다. 제철 부생가스(20)가 수소를 증폭시키는 장치에 공급되면 상기 공급된 제철 부생가스는 압축기(210)를 통과한 후 제철 부생가스중 CO 가스는 스팀(10)과 반응하여 수소 가스를 제조하는 WGSR(Water Gas Shift Reactor) 반응기(220)에서 WGSR 공정(S220)을 행하여 CO+H₂O → H₂+CO 와의 반응에 의해 수소가 증폭된 CO+H₂가스가 제조된다.

이때, WGSR 반응기(220)는 HTS(High Temperature Shift) 반응기와 LTS(Low Temperature Shift) 반응기로 구성되어 있으며, HTS 반응기와 LTS 반응기 사이에는 열교환기가 있어 HTS 반응기에 의해 생성된 가스는 열교환을 하여 LTS 반응기로 취입하게 된다.

이때, 열교환하여 얻어진 열은 WGSR 반응에 필요한 스팀을 제조하는데 사용되는 것이 바람직하다. WGSR 반응을 통해 얻어진 증폭된 H₂가스의 함량은 60%이상이다. 상기 수소 가스는 열교환기(230)를 통과하여 열교환 공정(S230)을 행한 후 H₂ 압력 순환 흡착 장치(Pressure Swing Adsorption)(240)에 의한 H₂PSA 공정(S240)을 통해 수소 함량이 적어도 90% 이상인 복합환원가스가 제조되어 복합환원가스 저장장치(260)에 저장된다. 이때, 상기 열교환기(230)를 통해 얻어진 열은 WGSR 공정(S220)에 필요한 스팀(10)을 제조하는데 사용되는 것이 바람직하다.

수소를 증폭시키는 공정과 동시에 제철소에서 발생된 부생가스는 CO₂압력 순환 흡착 장치(Pressure Swing Adsorption)(250)에 의한 CO₂ PSA 공정(S250)에서 부생가스 내에 존재하는 CO₂를 제거 한 후의 복합환원가스중 수소의 함량은 약 15~30%정도로 존재하며, 이 가스 또한 복합환원가스 저장장치(260)에 저장이 된다(S260). 이때, 저장되어 있는 복합환원가스 중 수소 가스의 함량은 약 60~80%의 함량을 갖는 것이 바람직하다.

상기 수소함유 가스가 증폭된 복합환원가스(30)는 가열로(270)에서 750℃~1000℃로 가열되어(S270) 다음 공정인 고품위 DRI 제조 공정에 공급된다. 상기 가열로(270)는 직접 가열로 이거나 직접/간접의 복합 가열로가 바람직하다.

증폭된 수소를 제조하는 공정에 투입되는 상기 환원가스는 파이넥스(FINEX) 배가스(FOG: Finex Off Gas), 고로 배가스(BFG: Blast Furnace Gas), 코크스오븐 가스(COG: Coke Oven Gas), 및 용융로 배가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종의 가스일 수 있으며, 또한 상기 그룹으로부터 선택된 1종의 가스 또는 2종 이상의 가스의 혼합일 수 있다.

이하에서는 고품위 DRI을 제조하기 위한 공정에 대하여 상세하게 설명한다.

고품위 DRI을 제조하는 공정은 유동환원로/shaft로(280)를 이용하여 행하는 것이 바람직하다. 상기 유동환원로(280)는 복수개가 구비될 수 있으며, 예를 들어, 4개의 유동환원로가 구비되는 경우 환원 가스는 R1 유동환원로로 주입되어, R2 유동환원로, R3 유동환원로, 그리고 R4 유동환원로로 순차적으로 취입된다.

철(Fe)함량이 낮은 함철 부산물(1)은 선광공정을 거치며, 철함량이 높은 함철 부산물(2)은 선광공정을 거치지 않고 R4 유동로의 장입호퍼에 저장된다. 상기 저장된 함철 부산물(2, 3)은 반대로 R4 유동환원로로 장입되어 R1 환원유동로까지 역순서로 흐르는 형태를 가지고 있다. 이 후, 환원된 고품위 DRI(4)는 DRI 건조 장치(400)의 진공 챔버에서 건조시킨 후 DRI 파쇄장치(500)에서 파쇄되어 입도 100㎛이하의 크기를 가지는 DRI(6)가 제조된다.

이때, 환원에 사용되고 R4 환원유동로 상단으로 빠져나가는 가스(40)는 스크러버(Scrubber) 또는 건식 집진기(290) 및 압축기(210)를 통과한 후 일부의 가스(40)는 전력을 생산하고, 나머지 가스(40)는 다시 H₂PSA 공정(S240) 전단에 유입되어 WGSR 공정(S220)에서 생성된 복합환원가스와 혼합되어 다시 H₂PSA 공정(S240)으로 유입될 수 있다.

상기 고품위 DRI을 생산하는 공정의 유동환원로가 하나 또는 둘 이상의 반응기의 조합이 사용될 수 있으며, 복수의 반응기가 사용되는 경우에는 각 유동환원로의 온도는 450℃~850℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

상기 제철 부생가스중 FOG을 이용하여 복합환원가스(CO+H₂) 70~85%조성을 생산하는 실시예1를 설명한다. FOG가 CO₂PSA 공정과 WGSR/H₂PSA 공정 단계로 구성되어 있는 공정에 취입될 경우를 모사하여 시뮬레이션을 수행하였다. 이 때, 기존 포스코 공정인 FINEX 1공장과 2공장의 잉여로 사용할 수 있는 FOG는 예컨대, 36.58만Nm³/h이며, FOG가 도 4와 같은 수소 증폭 공정을 통과하도록 설정하여 공정 분석 프로그램을 활용하여 공정을 모사하였다.

이와 같은 공정에서 상기 36.5만Nm³/h의 FOG중 예컨대, 일부 28.32만Nm³/h의 FOG는 WGSR 공정으로 유입되고 나머지 8.26만Nm³/h의 FOG는 CO₂PSA로 유입된다. 이때의 WGSR 공정과 CO₂공정으로 유입되는 FOG중의 CO+H₂의 함량은 30~40%이다. 또한, WGSR 공정에 필요한 스팀량은 16.14만Nm³/h으로 계산되었다.

WGSR 공정과 H₂PSA 공정을 거친 FOG는 예컨대, 12.94만Nm³/h의 복합환원가스가 생산되며, 이때의 수소의 함량은 약 90%이상이며, CO함량은 0%로 나타났다. CO₂ PSA공정을 거친 FOG는 4.2만Nm³/h의 복합환원가스가 생성되며, 이때의 CO+H₂의 함량은 40~60%의 결과를 도출하였다. 전체 생산되어 복합환원가스 저장장치에 모인 복합가스의 양은 16.4만Nm³/h이며, CO+H₂의 함량은 70~85%으로 시뮬레이션 되었다.

이때의 가스의 산화도는 약 5%이며, 생산된 복합환원가스는 일부 함철 부산물을 환원하는데 사용되고, 함철 부산물과 반응하지 않은 상태로 R4 유동환원로(유동반응기) 상부로 배출되는 복합환원가스는 15.51만Nm³/h이며, 상기 가스는 전력을 생산하는데 사용되고 일부는 H₂PSA로 재순환한다.

[실험예 1] 수소함량 증가에 따른 DRI 환원율 결과

실험예 1에서는 수소함량에 따른 DRI 환원율 변화를 실험한 결과를 설명한다.

본 발명의 실험예1에서는 H₂의 함량을 17%에서 73%까지 변화시켜 실험을 실시하였으며, H₂의 함량비율에 따라 CO, CO₂, N₂, H₂O가스의 함량 조성을 변화시켰다. 함철 부산물을 환원하기 위해 3단 연속 유동환원 모사장치를 사용하였으며, 이 3단 연속 유동환원 모사장치는 함철 부산물과 복합환원가스가 서로 반대 방향으로 연속적으로 공급되는 역류(counter flow) 방식이다.

즉, 복합환원 가스는 R1 유동환원로(유동반응기)로 주입되어, R2 유동환원로(유동반응기), 그리고 R3 유동환원로(유동반응기)로 순차적으로 흐르고 분철광은 반대로 R3 유동환원로로 장입되어 R2 유동환원로, 그리고 R1 환원유동로까지 역순서로 흐르는 형태를 가지고 있다.

이때, R3 반응기의 온도는 400~550℃, R2의 반응기는 650~750℃, R1의 반응기 온도는 750~850℃로 설정하여 실험하였다. 장입되는 함철 부산물과 R1 유동환원로로 취입되는 가스취입량의 비율은 0.6~1.0으로 변화시켜 실험을 수행하였다.

실험 완료 후 상온에서 질소를 유동층 반응기에 취입하여 1차적으로 각 반응기에 남아있는 DRI을 상온 건조시켰다. 최종 물질인 DRI는 R1 반응기 하단에 설치되어 있는 최종 저장호퍼에 연속적으로 저장되며, 각 반응기에 남아있는 DRI의 환원율을 측정하기 위해 각 유동환원로에는 진공 흡입(Suction) 저장탱크가 있어 진공으로 반응기에 있는 DRI를 진공 흡입 저장 탱크로 배출할 수 있다.

배출된 최종 고품위 DRI와 각 진공 흡입 저장 탱크로 배출된 고품위 DRI는 재산화되는 것을 방지하기 위해 액체 질소를 퍼지 후 화학습식분석을 통해 최종 환원율을 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

H₂의 함량이 증가함에 따라 DRI의 환원율이 증가하는 것으로 나타났으며, H₂함량이 17%에서는 약 60%의 DRI 환원율이 측정되었고, H₂함량이 63% 이상에서는 90%이상의 DRI 환원율이 측정되었다.

또한, 각 수소 함량 증가 17%, 45%, 63%, 73%의 금속화율은 각각 51%, 75%, 90% 그리고 91%로 나타났다. 이는 각 유동환원로의 가스취입량, DRI 장입량, 장입량의 입도 및 반응온도 등의 운전조건에 따라 다르게 나타날 수 있다.

1: 제철소 내 함철 부산물(슬러지, 더스트)
2: 제철소 내 부산물 중 T-Fe 또는 M-Fe 함량이 60% 이상인 함철 부산물
3: 제철소 내 부산물 중 T-Fe 또는 M-Fe 함량이 60% 이상인 함철 부산물로 선광공정 후 함철 부산물
4: 고품위 DRI (환원율 80% 이상)
5: 환원율 80% 이상의 DRI 중 진공건조공정을 거친 고품위 DRI
6: 5번의 DRI 중 파쇄공정 후 DRI 입도가 100㎛ 이하의 DRI
10: 스팀
20: 제철소내 부생가스(FOG, COG, BFG)
30: 제철소 부생가스를 증폭시켜 수소가 45%~75% 함유된 복합환원가스
40: 함철 부산물과 미반응한 복합환원가스
50: 폐가스 60: 액체질소
100: 선광장치 200: 수소 증폭 장치
300: DRI 제조 장치 400: DRI 건조 장치
500: DRI 파쇄 장치 S100: 선광공정
S200: 수소 증폭 공정 S300: DRI 제조 공정
S400: DRI 건조 공정 S500: DRI 파쇄공정
1-1: 제철소 내 함철 부산물 중 더스트
3-1: 함철원료1 (1차 정광) 3-2: 광미1
3-3: 함철원료2 (최종 정광) 3-4: 광미2
111: 스크러빙 장치 112: 체
113: 제1 건식 자력선별기 114: 제2 건식 자력선별기
S111: 스크러빙 공정 S112: 건식 체 가름 공정
S113: 1차 건식 자력선별 공정(2000Gauss)
S114: 2차 건식 자력선별 공정(1000Gauss 이하)
1-2: 제철소 내 함철 부산물 중 슬러지
3-5: 함철원료1 (M.Fe) 3-6: 광미1
3-7: 함철원료2 (자철광) 3-8: 광미2
3-9: 함철원료3 (적철광) 3-10: 광미3
3-11: Total-Fe 60% 이상 함철원료(최종정광)
121: 스크러빙 장치
122: 제1 습식 자력선별기(500Gauss)
123: 제2 습식 자력선별기(500~1500Gauss)
124: 제3 습식 자력선별기(2000Gauss 이상)
S121: 스크러빙 공정
S122: 1차 습식 자력선별 공정(500Gauss)
S123: 2차 습식 자력선별 공정(500~1500Gauss)
S124: 3차 습식 자력선별 공정(2000Gauss 이상)
210: 압축기
220: WGSR(Water Gas Shift Reaction) 반응기
230: 열교환기
240: H₂ PSA(H₂ Pressure swing adsoprtion)
250: CO₂ PSA(CO₂ Pressure swing adsoprtion)
260: 복합환원가스 저장 장치 270: 가열로
280: 유동환원로/shaft로
290: 스크러버(Scrubber) 또는 건식 집진기

Claims

제철폐기물 중 함철 부산물을 제공하는 공정,
상기 함철 부산물 중 철 성분이 농축된 함철 부산물을 선별하여 제공하는 선광 공정,
제철소 내 부생가스를 이용하여 복합환원가스 중 수소 함량을 증폭시키는 수소 증폭 공정,
상기 수소 함량이 증폭된 복합환원가스를 반응온도 이상 가스의 온도로 가열하는 가열 공정,
상기 증폭된 복합환원가스중의 환원가스인 수소와 일산화탄소 가스와 선광된 상기 함철 부산물을 환원 반응시켜 Metal-Fe가 높은 고품위 직접 환원철(DRI)을 제조하는 DRI 제조 공정,
상기 고품위의 DRI의 재산화 방지를 위하여 상기 고품위의 DRI를 건조하는 DRI 건조 공정, 및
상기 건조된 고품위 DRI를 파쇄하는 DRI 파쇄 공정
을 포함하는 직접 환원철 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 함철 부산물은 제철공정에서 발생하는 슬러지(sludge) 또는 더스트(dust)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제2항에 있어서
상기 선광공정은 상기 함철 부산물이 더스트인 경우 건식 자력선별 공정을 행하고, 상기 함철 부산물이 슬러지인 경우 습식 선광 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 건식 자력선별 공정은 써스펜디드형, 리프트형, 풀리형, 크로스벨트형, 드럼형, 필터형 중에서 어느 하나를 적용하고,
상기 습식 선광 공정은 슬러지 구성물들의 응집을 풀기 위하여 스크러빙 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 스크러빙 공정에서 분산제를 첨가할 수 있으며, 상기 분산제는 소듐실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 스크러빙 공정을 행한 시료는 습식 자력선별기를 통해 함철원료를 분리또는 회수하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 함철 부산물은 제철공정에서 발생하는 폐슬러지(sludge) 또는 더스트(dust) 중 소결R-EP, 소결W-EP, 고로 D-C 더스트, 고로 주상 B/F, 연주 슬러지, 배재 슬러지, 전로 B/F더스트, 제강LT-EP, 제강LT-EC, 미니밀 B/F, 고러 슬러지, 제강 RH, OG슬러지, 제강C/F 및 FINEX 슬러지/더스트를 포함하고,
상기 함철 부산물은 단일품목의 함철 부산물이거나 혼합되어 있는 함철 부산물을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 단일품목의 함철 부산물 또는 혼합되어 있는 함철 부산물은 Total Fe의 함량이 30%~85%이거나 그 이상인 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 고로 D-C 더스트, 고로 주상 B/F, 제강LT-EP, 제강LT-EC, 제강 RH, OG슬러지, 제강C/F는 상기 선광과정을 거치지 않고 바로 복합환원가스와 환원 반응시키는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 수소 증폭 공정은 WGSR(Water Gas Shift Reactor) 반응기에 의하여 제철 부생가스중 CO 가스를 스팀과 반응시켜 수소 가스를 제조하는 WGSR 공정을 포함하고,
상기 WGSR 반응기는 HTS(High Temperature Shift) 반응기와 LTS(Low Temperature Shift) 반응기로 구성된 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 WGSR 공정에서 열교환하여 얻어진 열은 상기 WGSR 공정에 필요한 스팀을 제조하는데 사용되고,
상기 WGSR 공정을 통해 얻어진 증폭된 H₂가스의 함량은 60%이상인 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 수소(H₂) 가스는 열교환기를 통해 H₂PSA 공정을 통해 수소 함량이 적어도 90%이상인 복합환원가스가 제조되어 복합환원가스 저장조에 저장되고,
상기 열교환기를 통해 얻어진 열은 WGSR 공정에 필요한 스팀을 제조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 DRI 제조 공정은 유동환원로 또는 shaft로의 형태가 사용되고,
상기 유동환원로는 복수개가 구성되는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 유동환원로의 상단으로 빠져나가는 가스는 일부 전력을 생산하거나 다시 H₂PSA 공정 앞쪽에 유입되어 상기 WGSR 공정에서 생성된 복합환원가스와 혼합되어 다시 H₂PSA 공정으로 유입되는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 각 유동환원로의 온도는 450℃~850℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 복합환원가스 저장 장치에 저장되어 있는 복합환원가스 중 수소가스의 함량은 약 60~80%의 함량을 갖는 직접 환원철 제조 방법.
제16항에 있어서,
상기 복합환원가스의 CO+H₂의 함량은 70~85%인 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 수소가 함유된 복합환원가스는 제철공정에서 발생된 BFG(blast furnace gas), FOG(FINEX off gas) 또는 COG(Coke Oven Gas) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제18항에 있어서,
상기 수소는 유동환원로의 환원가스로 사용되는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 DRI 건조 공정에서 상기 DRI를 건조시킬 때 건조된 DRI에 액체질소를 퍼지하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 방법.
함철 부산물 중 철 성분이 농축된 함철 부산물을 선별하는 선광장치,
제철소 내 부생가스를 이용하여 복합환원가스 중 수소 함량을 증폭시키는 수소 증폭 장치,
상기 수소 함량이 증폭된 복합환원가스를 반응온도 이상 가스의 온도로 가열하는 가열로,
상기 증폭된 복합환원가스중의 환원가스인 수소와 일산화탄소 가스와 선광된 상기 함철 부산물을 환원 반응시켜 Metal-Fe가 높은 고품위 직접 환원철(DRI)을 제조하는 DRI 제조 장치,
상기 고품위의 DRI의 재산화 방지를 위하여 상기 고품위의 DRI를 건조하는 DRI 건조 장치, 및
상기 건조된 고품위 DRI를 파쇄하는 DRI 파쇄 장치
를 포함하는 직접 환원철 제조 장치.
제21항에 있어서,
상기 함철 부산물은 제철공정에서 발생하는 슬러지(sludge) 또는 더스트(dust)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제22항에 있어서
상기 선광장치는 상기 함철 부산물이 더스트인 경우 건식 자력선별기를 이용하고, 상기 함철 부산물이 슬러지인 경우 습식 자력선별기를 이용하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제23항에 있어서,
상기 선광장치는 더스트의 입자들을 해쇄시킬수 있는 스크러빙 장치, 및 상기 슬러지 구성물들의 응집을 풀기 위하여 스크러빙 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제24항에 있어서,
상기 슬러지에 분산제를 첨가할 수 있으며, 상기 분산제는 소듐실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제25항에 있어서,
상기 스크러빙 장치를 통과한 시료는 습식 자력선별기를 통해 함철원료를 분리 또는 회수하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제22항에 있어서,
상기 함철 부산물은 제철공정에서 발생하는 폐슬러지(sludge) 또는 더스트(dust) 중 소결R-EP, 소결W-EP, 고로 D-C 더스트, 고로 주상 B/F, 연주 슬러지, 배재 슬러지, 전로 B/F더스트, 제강LT-EP, 제강LT-EC, 미니밀 B/F, 고러 슬러지, 제강 RH, OG슬러지, 제강C/F 및 FINEX 슬러지/더스트를 포함하고,
상기 함철 부산물은 단일품목의 함철 부산물이거나 혼합되어 있는 함철 부산물을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제27항에 있어서,
상기 단일품목의 함철 부산물 또는 혼합되어 있는 함철 부산물은 Total Fe의 함량이 30%~85%이거나 그 이상인 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제27항에 있어서,
상기 고로 D-C 더스트, 고로 주상 B/F, 제강LT-EP, 제강LT-EC, 제강 RH, OG슬러지, 제강C/F는 상기 선광장치를 통과시키지 않고 바로 복합환원가스와 환원 반응시키는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제21항에 있어서,
상기 수소 증폭 장치는 제철 부생가스중 CO 가스를 스팀과 반응시켜 수소 가스를 제조하는 WGSR 반응기를 포함하고,
상기 WGSR 반응기는 HTS(High Temperature Shift) 반응기와 LTS(Low Temperature Shift) 반응기로 구성된 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제30항에 있어서,
상기 WGSR 반응기에서 열교환하여 얻어진 열은 상기 WGSR 반응기에 필요한 스팀을 제조하는데 사용되고,
상기 WGSR 반응기를 통해 얻어진 증폭된 H₂가스의 함량은 60%이상인 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제21항에 있어서,
상기 수소(H₂) 가스는 열교환기를 통해 H₂PSA 장치를 통해 수소 함량이 적어도 90%이상인 복합환원가스가 제조되어 복합환원가스 저장조에 저장되고,
상기 열교환기를 통해 얻어진 열은 WGSR 반응기에 필요한 스팀을 제조하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제32항에 있어서,
상기 DRI 제조 장치는 유동환원로 또는 shaft로의 형태가 사용되고,
상기 유동환원로는 복수개가 구성되는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제33항에 있어서,
상기 유동환원로의 상단으로 빠져나가는 가스는 일부 전력을 생산하거나 다시 H₂PSA 장치 앞쪽에 유입되어 상기 WGSR 반응기에서 생성된 복합환원가스와 혼합되어 다시 H₂PSA 장치로 유입되는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제34항에 있어서,
상기 각 유동환원로의 온도는 450℃~850℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제32항에 있어서,
상기 복합환원가스 저장 장치에 저장되어 있는 복합환원가스 중 수소가스의 함량은 약 60~80%의 함량을 갖는 직접 환원철 제조 장치.
제36항에 있어서,
상기 복합환원가스의 CO+H₂의 함량은 70~85% 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제32항에 있어서,
상기 수소가 함유된 복합환원가스는 제철공정에서 발생된 BFG(blast furnace gas), FOG(FINEX off gas) 또는 COG(Coke Oven Gas) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제38항에 있어서,
상기 수소는 유동환원로의 환원가스로 사용되는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.
제21항에 있어서,
상기 DRI 건조 장치에서 상기 DRI를 건조시킬 때 건조된 DRI에 액체질소를 퍼지하는 것을 특징으로 하는 직접 환원철 제조 장치.