KR20180001860A - 용철 제조장치 및 이를 이용한 용철 제조방법 - Google Patents

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Abstract

용철 제조장치 및 이를 이용한 용철의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 용철 제조 장치는 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로, 용융가스화로에 연결되고, 용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 이용하여 철광석을 환원철로 제조하고, 환원철을 용융가스화로에 제공하는 환원로, 철광석과 코크스가 장입되어 용철을 제조하는 고로 및 환원로 및 고로에 연결되고, 환원로의 배가스로부터 이산화탄소를 제거하고 고로에 취입하는 이산화탄소 제거기를 포함한다.

Description

용철 제조장치 및 이를 이용한 용철 제조방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS AND METHOD FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS USING THE SAME}
용철 제조장치 및 이를 이용한 용철의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철공정에서 발생하는 부생가스를 이용하는 용철을 생산하는 장치 및 이를 이용한 용철 제조방법에 관한 것이다.
용철을 제조하는 공정에서 석탄 사용량의 저감 및 CO2 발생량 저감하기 위해서는 용철 제조시 발생하는 배가스를 효율적으로 이용하는 것이 매우 중요하다. 용철 제조시 발생되는 배가스의 주요 성분으로는 CO, H2, CO2, H2O, N2 등이 있으며 배가스 중 CO 및 H2 가스는 환원제 또는 열을 발생하는 열원으로 사용이 가능하나, 배가스 중 N2성분이 분리가 어려워 배가스 전량 발전에 사용되고 있는 실정이다.
고로를 이용한 용철 제조 공정의 경우 공기를 이용하므로 배가스 중 질소 가스 농도가 높으며 질소 존재시 CO 가스와의 분리에 어려움이 발생한다. 이를 위해 고로에서 공기가 아닌 순산소를 이용함으로서 배가스 조성에 질소가 없는 CO, H2, CO2, H2O로 하여 이 중 CO2만을 선택적으로 제거한 후 CO 및 H2 가스를 고로내에 재취입하는 개념의 기술이 제안되었다.
또한, 고로에서 용선 제조시 CO2 발생량 저감을 위해 석탄을 대체하여 수소 가스를 이용하는 기술로서 함수소 가스를 함유한 가스를 고로내에 취입하는 기술이 개발되었다
미분광석 또는 펠렛 및 괴광석을 유동층 또는 고정층에서 용융로에서 발생되는 CO, H2 가스를 이용하여 사전 환원하여 용융로에서 용철을 제조하는 이른바 FINEX 또는 COREX 공정의 경우 공정에서 순산소를 사용하므로 배가스내에 질소가 포함되어 있지 않고 주로 CO, H2, CO2로 구성되는 특징이 있으며 배가스 중 CO 가스를 스팀과 반응시켜 수소 농도가 증폭된 가스로 제조하여 환원가스로 재사용되는 기술도 제안되었다.
기존의 용철 제조 공정에서 발생되는 CO2 저감을 위해 석탄 이용 효율을 증대가 필요로 하며 이를 위해서는 공정에서 발생되는 배가스의 재사용 또는 석탄을 대체한 수소 함유 가스 사용이 중요하다. 하지만 공기를 사용하여 용선을 제조하는 고로 공정에서는 질소에 의해 배가스 재사용의 어려움이 있으며 고로가 아닌 유동층 또는 고정층에서 사전 환원 후 용선을 제조 하는 공정에서는 배가스 중의 CO 및 H2가 상대적으로 고로 대비 높아 공정내 에너지 사용 효율이 고로 대비 상대적으로 낮은 단점이 있다.
용철 제조장치 및 이를 이용한 용철의 제조방법을 제공한다. 보다 상세하게는 제철공정에서 발생하는 부생가스를 이용하는 용철을 생산하는 장치 및 이를 이용한 용철 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 용철 제조 장치는 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로, 용융가스화로에 연결되고, 용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 이용하여 철광석을 환원철로 제조하고, 환원철을 용융가스화로에 제공하는 환원로, 철광석과 코크스가 장입되어 용철을 제조하는 고로 및 환원로 및 고로에 연결되고, 환원로의 배가스로부터 이산화탄소를 제거하고 고로에 취입하는 이산화탄소 제거기를 포함한다.
환원로는 고정층형 환원로가 될 수 있다.
환원로는 유동층형 환원로가 될 수 있다.
환원로는 2단 내지 4단으로 구성된 환원로일 수 있다.
환원로에 분철광석이 장입되고, 환원로 및 용융가스화로 사이에 환원철 성형기가 더 설치되고, 환원철 성형기는 환원로로부터 배출되는 환원철을 성형하여 괴상의 환원철로 제조하고, 용융가스화로에 제공할 수 있다.
이산화탄소 제거기는 물리적 또는 화학적으로 이산화탄소를 제거하도록 구성될 수 있다.
이산화탄소 제거기는 이산화탄소를 제거한 배가스를 고로의 상부 또는 하부에 취입할 수 있다.
용융가스화로는 풍구가 형성되어 풍구를 통해 산소가 취입될 수 있다.
용융가스화로의 풍구에 미분탄 또는 함수소 가스를 더 취입할 수 있다.
고로는 공기 취입을 위한 풍구가 형성되어 풍구를 통해 공기가 취입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 용철 제조 방법은 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계, 환원철 및 괴상 탄재를 용융가스화로로 장입하여 용철을 제조하고, 발생하는 환원 가스를 환원로로 공급하는 단계, 환원로에서 발생하는 배가스 중에서 이산화탄소를 제거하고 고로로 취입하는 단계 및 철광석 및 코크스를 고로에 장입하여 용철을 제조하는 단계를 포함한다.
환원로는 고정층형 환원로일 수 있다.
환원로는 유동층형 환원로일 수 있다.
환원로는 2단 내지 4단으로 구성될 수 있다.
철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계에서 환원로에 분철광석을 장입하고, 환원로로부터 배출되는 환원철을 성형하여 괴상의 환원철로 제조하고, 용융가스화로에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
환원로에서 발생하는 배가스 중에서 이산화탄소를 제거하고 고로로 취입하는 단계에서 물리적 또는 화학적 방법을 이용하여 이산화탄소를 제거할 수 있다.
환원로에서 발생하는 배가스 중에서 이산화탄소를 제거하고 고로로 취입하는 단계에서, 이산화탄소를 제거한 배가스를 고로의 상부 또는 하부에 취입할 수 있다.
용융가스화로의 풍구를 통해 산소를 취입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
풍구에 미분탄 또는 함수소 가스를 더 취입할 수 있다.
고로의 풍구를 통해 공기를 취입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 이산화탄소의 분리가 용이한 환원로의 배가스로부터 이산화탄소를 분리하여 그 가스를 고로 내에 재취입함으로써 용철 제조 공정에서의 석탄 사용 저감이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 이산화탄소의 분리가 용이한 환원로의 배가스로부터 이산화탄소를 분리하여 그 가스를 고로 내에 재취입함으로써 에너지 효율이 증대되어 용철 제조시 발생하는 이산화탄소를 대폭적으로 저감이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 용철 제조 장치의 개략적인 도면이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 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 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 장치를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 용철 제조 장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 용철 제조 장치(100)를 다양하게 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 용철 제조 장치(100)는 용융가스화로(10), 환원로(22), 고로(50) 및 이산화탄소 제거기(60)을 포함한다. 이외에 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다.
환원로(22)에는 철광석이 장입되어 환원된다. 환원로(22)에 장입되는 철광석은 사전 건조된 후에 환원로(22)를 통과하면서 환원철로 제조된다. 환원로(22)는 유동층형 환원로로서, 분철광석 및 용융가스화로(10)로부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 유동층을 형성한다. 환원로(22)는 환원 효율을 위해 다단으로 형성될 수 있으며, 구체적으로 2단 내지 4단으로 이루어질 수 있다. 도 1에 도시한 것과 같이 4단으로 이루어 질 수 있다. 환원로(22)의 최대 온도는 1000℃ 이하로서 그 사전 환원율은 약 60 내지 80%가 된다.
도 2에서는 환원로(20)가 고정층형 환원로로 구성되는 일예를 도시한다. 환원로(20)만 고정층형 환원로(20)로 변경되었을 뿐, 나머지 구성은 도 1과 동일하다.
환원로(22)에는 철광석 또는 분철광석이 장입될 수 있다. 분철광석이 장입되는 경우, 환원로(22) 및 용융가스화로(10) 사이에 환원철 성형기(40)가 더 설치될 수 있다. 환원철 성형기(40)는 환원로(22)로부터 배출되는 분말형태의 환원철을 성형하여 괴상의 환원철로 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 괴상의 환원철은 용융가스화로(10)에 제공된다.
용융가스화로(10)는 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조한다. 환원철 및 괴상 탄재가 용융가스화로(10)에 장입되므로, 용융가스화로(10)의 내부에는 석탄충전층이 형성된다. 이 때, 괴상 탄재란 성형탄, 코크스를 비롯한 괴상 형태의 탄재를 의미하는 것으로서, 분탄과는 구별되는 개념이다. 용융가스화로(10)의 상부에는 돔부가 형성된다. 즉, 용융가스화로(10)의 다른 부분에 비해 넓은 공간이 형성되고, 여기에는 고온의 환원가스가 존재한다. 괴상 탄재의 열분해 반응에 의해 생성된 촤는 용융가스화로(10)의 하부로 이동하여 풍구(30)를 통해 공급되는 산소와 발열 반응한다. 한편, 촤가 통기성을 제공하므로, 용융가스화로(10)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 환원로(22)에서 공급된 환원철이 용융가스화로(10)내의 석탄충전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과할 수 있다.
용융가스화로(10)의 외벽에는 풍구(30)를 설치하여 산소를 취입한다. 산소는 석탄충전층에 취입되어 연소대를 형성한다. 괴상 탄재는 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킬 수 있다. 용융가스화로(10)의 풍구(30)를 통해 산소뿐 아니라, 미분탄 또는 함수소 가스를 더 취입할 수 있다. 함수소 가스란 천연가스와 같은 수소를 일부 포함하는 가스를 의미한다.
용융가스화로(10)의 상부에는 환원철과 괴상 탄재가 장입되므로, 괴상 탄재의 연소열에 의해 환원철을 용융시켜 용철을 제조할 수 있다. 용철 내에는 일부의 슬래그도 포함되게 된다. 용철을 제조하는 과정에서 용융가스화로(10) 내에서 환원가스가 생성되며, 이 환원가스는 괴상 탄재의 휘발분 및 탄소와 순산소에 의해 생성되는 CO, H2 가스를 포함한다. 이 환원가스는 전술한 환원로(20, 22)에 공급되어, 철광석을 환원철로 환원시키는 데에 사용하게 된다.
환원가스가 환원로(20, 22)에 공급되어, 철광석을 환원철로 환원시킨 후, 환원로(20, 22)로부터 배가스로 배출된다. 이 배가스는 주로 CO, H2, CO2 및 H2O를 포함하게 된다. 이 배가스 중 CO2를 제거하고 CO2를 제거한 배가스를 고로에 공급하기 위해 이산화탄소 제거기(60)가 설치된다. 도 1 및 도 2에서 나타나듯이, 이산화탄소 제거기(60)는 환원로(20, 22)와 고로(50)을 연결하여 설치된다.
이산화탄소 제거기(60)는 배가스의 이산화탄소를 제거할 수 있는 구성이라면 물리적 또는 화학적 방법 등을 이용하여 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 일 예로서 이산화탄소 제거기(60)는 배가스와 이산화탄소 흡수액을 접촉하도록 구성할 수 있다. 이 때 이산화탄소 흡수액으로는 아민 용액 또는 탄산염 용액을 사용할 수 있다.
이산화탄소 제거기(60)는 이산화탄소가 제거된 배가스를 고로(50)에 취입한다. 이산화탄소 제거기(60)는 이산화탄소를 제거한 배가스를 고로(50)의 상부 또는 하부에 취입할 수 있다. 이 때 고로(50)의 상부란 철광석과 코크스가 장입되는 위치를 의미하며, 하부란 공기가 취입되는 고로(50)의 풍구(55)를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서는 N2가 거의 포함되지 아니한 환원로(20, 22)의 배가스로부터 이산화탄소를 제거하기 때문에, 일산화탄소의 손실 없이, 이산화탄소의 선택적인 제거가 상당히 용이하다. 또한 이산화탄소가 제거된 배가스는 CO 및 H2가스를 주로 포함하고 있으며, 이를 고로(50)에 취입함으로써, 고로(50) 내에서 환원제 및 열을 발생하는 열원으로서 유용하게 활용할 수 있다. 이로써 고로(50)에서의 에너지 효율이 향상되며, 카본 이용율이 향상되게 된다. 또한 용철 제조 공정에서 CO2 발생량이 저감된다.
이산화탄소 제거기(60)를 통해 이산화탄소가 제거된 배가스는 미리 예열되어 고로(50)에 취입될 수 있다.
고로(50)는 철광석과 코크스가 장입되어 용철을 제조한다. 고로(50)는 별도의 환원 공정을 거치지 않은 철광석과 일반 괴상 탄재가 아닌 코크스가 장입되어 용철을 제조한다는 점에서 전술한 용융가스화로(10)와는 구별된다.
고로(50)의 상부에는 철광석과 코크스가 장입되므로, 코크스의 연소열에 의해 철광석을 환원 및 용융시켜 용철을 제조할 수 있다. 이 때, 이산화탄소 제거기(60)로부터 이산화탄소가 제거된 배가스가 취입되어, 환원제 및 열원으로서 활용되므로, 코크스의 장입량이 저감될 수 있고, 또한 CO2의 발생량도 저감된다.
고로(50)의 하부에는 공기 취입을 위한 풍구(55)가 형성되어 풍구(55)를 통해 공기가 취입된다. 용융가스화로(10)와는 달리 고로(50)의 풍구(55)에는 질소 가스를 다량 포함하는 일반 공기가 취입되므로, 고로(50)의 배가스는 다량의 질소 가스가 포함된다. 구체적으로 고로(50)의 배가스는 CO, H2, N2, CO2 등을 주로 포함하게 된다. 결국, 다량의 질소 가스가 포함되어, CO와의 분리가 어려우므로, 이를 고로(50)에 재취입하기는 어렵고, 발전소에 공급하여 발전에 활용하게 된다.
고로(50)의 풍구(55)는 공기 외에도 미분탄 또는 함수소 가스가 더 취입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 용철 제조 방법은 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계(S10), 환원철 및 괴상 탄재를 용융가스화로로 장입하여 용철을 제조하고, 발생하는 환원 가스를 환원로로 공급하는 단계(S20), 환원로에서 발생하는 배가스 중에서 이산화탄소를 제거하고 고로로 취입하는 단계(S30) 및 철광석 및 코크스를 고로에 장입하여 용철을 제조하는 단계(S40)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 용철 제조 방법은 전술한 단계 외에 필요에 따라 다른 단계를 추가로 포함할 수 있다. 전술한 단계(S10) 내지 단계(S40)은 시계열적으로 나열된 것이 아니며, 각 단계별로 독립적으로 또는 동시에 진행된다. 이하 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
먼저 단계(S10)은 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조한다.
환원로에 장입되는 철광석은 사전 건조된 후에 환원로를 통과하면서 환원철로 제조된다. 환원로는 유동층형 환원로(22)로서, 분철광석 및 용융가스화로로부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 유동층을 형성한다. 환원로는 환원 효율을 위해 다단으로 형성될 수 있으며, 구체적으로 2단 내지 4단으로 이루어질 수 있다. 도 1에 도시한 것과 같이 4단으로 이루어 질 수 있다. 환원로의 최대 온도는 1000℃ 이하로서 그 사전 환원율은 약 60 내지 80%가 된다.
도 2에서는 환원로가 고정층형 환원로(20)로 구성되는 일예를 도시한다. 환원로만 고정층형 환원로(20)로 변경되었을 뿐, 나머지 구성은 도 1과 동일하다.
환원로에는 철광석 또는 분철광석이 장입될 수 있다. 분철광석이 장입되는 경우, 환원로로부터 배출되는 환원철을 성형하여 괴상의 환원철로 제조하고, 용융가스화로에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이렇게 제조된 괴상의 환원철은 용융가스화로에 제공된다.
다음으로, 단계(S20)은 환원철 및 괴상 탄재를 용융가스화로로 장입하여 용철을 제조하고, 발생하는 환원 가스를 환원로로 공급한다. 환원철 및 괴상 탄재가 용융가스화로(10)에 장입되므로, 용융가스화로(10)의 내부에는 석탄충전층이 형성된다. 이 때, 괴상 탄재란 성형탄, 코크스를 비롯한 괴상 형태의 탄재를 의미하는 것으로서, 분탄과는 구별되는 개념이다. 용융가스화로(10)의 상부에는 돔부가 형성된다. 즉, 용융가스화로(10)의 다른 부분에 비해 넓은 공간이 형성되고, 여기에는 고온의 환원가스가 존재한다. 괴상 탄재의 열분해 반응에 의해 생성된 촤는 용융가스화로(10)의 하부로 이동하여 풍구(30)를 통해 공급되는 산소와 발열 반응한다. 한편, 촤가 통기성을 제공하므로, 용융가스화로(10)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 환원로(22)에서 공급된 환원철이 용융가스화로(10)내의 석탄충전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과할 수 있다.
용융가스화로(10)의 풍구(30)를 통해 산소를 취입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 산소는 석탄충전층에 취입되어 연소대를 형성한다. 괴상 탄재는 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킬 수 있다. 용융가스화로(10)의 풍구(30)에 미분탄 또는 함수소 가스를 더 취입할 수 있다. 함수소 가스란 천연가스와 같은 수소를 일부 포함하는 가스를 의미한다.
용융가스화로(10)의 상부에는 환원철과 괴상 탄재가 장입되므로, 괴상 탄재의 연소열에 의해 환원철을 용융시켜 용철을 제조할 수 있다. 용철 내에는 일부의 슬래그도 포함되게 된다. 용철을 제조하는 과정에서 용융가스화로(10) 내에서 환원가스가 생성되며, 이 환원가스는 괴상 탄재의 휘발분 및 탄소와 순산소에 의해 생성되는 CO, H2 가스를 포함한다. 이 환원가스는 전술한 환원로(20, 22)에 공급되어, 철광석을 환원철로 환원시키는 데에 사용하게 된다.
용철 내에는 일부의 슬래그도 포함되게 된다. 단계(S20)에서 용융가스화로(10) 내에서 환원가스가 생성되며, 이 환원가스는 괴상 탄재의 휘발분 및 탄소와 순산소에 의해 생성되는 CO, H2 가스를 포함한다. 이 환원가스는 전술한 단계(S10) 철광석을 환원철로 환원시키는 데에 사용하게 된다.
다음으로, 단계(S30)은 환원로에서 발생하는 배가스 중에서 이산화탄소를 제거하고 고로로 취입한다.
환원가스가 환원로(20, 22)에 공급되어, 철광석을 환원철로 환원시킨 후, 환원로(20, 22)로부터 배가스로 배출된다. 이 배가스는 주로 CO, H2, CO2 및 H2O를 포함하게 된다.
이 배가스 중 CO2를 제거하고 CO2를 제거한 배가스를 고로에 공급한다.
단계(S30)은 배가스의 이산화탄소를 제거할 수 있는 방법이라면 물리적 또는 화학적 방법 등을 이용하여 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 일 예로서 배가스와 이산화탄소 흡수액을 접촉시켜 이산화탄소를 제거할 수 있다. 이 때 이산화탄소 흡수액으로는 아민 용액 또는 탄산염 용액을 사용할 수 있다.
이렇게 이산화탄소가 제거된 배가스를 고로(50)에 취입한다. 구체적으로는 이산화탄소를 제거한 배가스를 고로(50)의 상부 또는 하부에 취입할 수 있다. 이 때 고로(50)의 상부란 철광석과 코크스가 장입되는 위치를 의미하며, 하부란 공기가 취입되는 고로(50)의 풍구(55)를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서는 N2가 거의 포함되지 아니한 환원로(20, 22)의 배가스로부터 이산화탄소를 제거하기 때문에, 일산화탄소의 손실 없이, 이산화탄소의 선택적인 제거가 상당히 용이하다. 또한 이산화탄소가 제거된 배가스는 CO 및 H2가스를 주로 포함하고 있으며, 이를 고로(50)에 취입함으로써, 후술할 단계(S40)에서 환원제 및 열을 발생하는 열원으로서 유용하게 활용할 수 있다. 이로써 단계(S40)에서의 에너지 효율이 향상되며, 카본 이용율이 향상되게 된다. 또한 전체 용철 제조 공정에서 CO2 발생량이 저감된다.
단계(S30)을 통해 이산화탄소가 제거된 배가스는 미리 예열되어 고로(50)에 취입될 수 있다.
다음으로, 단계(S40)은 철광석 및 코크스를 고로에 장입하여 용철을 제조한다. 고로(50)는 별도의 환원 공정을 거치지 않은 철광석과 일반 괴상 탄재가 아닌 코크스가 장입되어 용철을 제조한다는 점에서 전술한 용융가스화로(10)와는 구별된다.
고로(50)의 상부에는 철광석과 코크스가 장입되므로, 코크스의 연소열에 의해 철광석을 환원 및 용융시켜 용철을 제조할 수 있다. 이 때, 단계(S30)에서 이산화탄소가 제거된 배가스가 취입되어, 환원제 및 열원으로서 활용되므로, 코크스의 장입량이 저감될 수 있고, 또한 CO2의 발생량도 저감된다.
고로(50)의 풍구(55)를 통해 공기를 취입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 용융가스화로(10)와는 달리 고로(50)의 풍구(55)에는 질소 가스를 다량 포함하는 일반 공기가 취입되므로, 고로(50)의 배가스는 다량의 질소 가스가 포함된다. 구체적으로 고로(50)의 배가스는 CO, H2, N2, CO2 등을 주로 포함하게 된다. 결국, 다량의 질소 가스가 포함되어, CO와의 분리가 어려우므로, 이를 고로(50)에 재취입하기는 어렵고, 발전소에 공급하여 발전에 활용하게 된다.
고로(50)의 풍구(55)는 공기 외에도 미분탄 또는 함수소 가스가 더 취입될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10. 용융가스화로
20, 22. 환원로
30. 55. 풍구
40. 환원철 성형기
50. 고로
60. 이산화탄소 제거기
100, 200. 용철제조장치

Claims (20)

  1. 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로,
    상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 이용하여 철광석을 환원철로 제조하고, 상기 환원철을 용융가스화로에 제공하는 환원로,
    철광석과 코크스가 장입되어 용철을 제조하는 고로 및
    상기 환원로 및 상기 고로에 연결되고, 상기 환원로의 배가스로부터 이산화탄소를 제거하고 상기 고로에 취입하는 이산화탄소 제거기를 포함하는 용철 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환원로는 고정층형 환원로인 용철 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환원로는 유동층형 환원로인 용철 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 환원로는 2단 내지 4단으로 구성된 환원로인 용철 제조 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 환원로에 분철광석이 장입되고,
    상기 환원로 및 용융가스화로 사이에 환원철 성형기가 더 설치되고, 상기 환원철 성형기는 환원로로부터 배출되는 환원철을 성형하여 괴상의 환원철로 제조하고, 상기 용융가스화로에 제공하는 용철 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 제거기는 물리적 또는 화학적으로 이산화탄소를 제거하도록 구성된 용철 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 제거기는 이산화탄소를 제거한 배가스를 고로의 상부 또는 하부에 취입하는 용철 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 용융가스화로는 풍구가 형성되어 상기 풍구를 통해 산소가 취입되는 용철 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 용융가스화로의 풍구에 미분탄 또는 함수소 가스를 더 취입하는 용철 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고로는 풍구가 형성되어 풍구를 통해 공기가 취입되는 용철 제조 장치.
  11. 철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계,
    환원철 및 괴상 탄재를 용융가스화로로 장입하여 용철을 제조하고, 발생하는 환원 가스를 환원로로 공급하는 단계,
    환원로에서 발생하는 배가스 중에서 이산화탄소를 제거하고 고로로 취입하는 단계 및
    철광석 및 코크스를 고로에 장입하여 용철을 제조하는 단계를 포함하는 용철 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 환원로는 고정층형 환원로인 용철 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 환원로는 유동층형 환원로인 용철 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 환원로는 2단 내지 4단으로 구성된 환원로인 용철 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    철광석을 환원로에 장입하여 환원철을 제조하는 단계에서 상기 환원로에 분철광석을 장입하고,
    상기 환원로로부터 배출되는 환원철을 성형하여 괴상의 환원철로 제조하고, 상기 용융가스화로에 제공하는 단계를 더 포함하는 용철 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 환원로에서 발생하는 배가스 중에서 이산화탄소를 제거하고 고로로 취입하는 단계에서 물리적 또는 화학적 방법을 이용하여 이산화탄소를 제거하는 용철 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    환원로에서 발생하는 배가스 중에서 이산화탄소를 제거하고 고로로 취입하는 단계에서, 이산화탄소를 제거한 배가스를 고로의 상부 또는 하부에 취입하는 용철 제조 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 용융가스화로의 풍구를 통해 산소를 취입하는 단계를 더 포함하는 용철 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 풍구에 미분탄 또는 함수소 가스를 더 취입하는 용철 제조 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 고로의 풍구를 통해 공기를 취입하는 단계를 더 포함하는 용철 제조 방법.
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