KR20200003914A - 철 제조 장치의 작동 방법 및 연관된 작동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐기물 재료가 건조 가스를 사용하여 건조된 철 제조 장치의 작동 방법에 관한 것이고, 건조 가스는 소결 플랜트로부터 배기 가스를 포함하고, 건조된 재료는 석탄 및 로스팅 배기 가스를 생성하도록 로스팅 가스로 로스팅된다. 본 발명은 또 연관된 장치에 관한 것이다.

Description

철 제조 장치의 작동 방법 및 연관된 작동 장치
본 발명은 철 제조 장치의 작동 방법 및 연관된 장치에 관한 것이다.
용광로 또는 DRI 노, 예를 들면 MIDREX® 또는 COREX® 에서 수행될 수 있는 철 제조 프로세스는 원재료로서 탄소 함유 재료의 사용을 항상 요구한다. 이러한 탄소 함유 재료는 분상의 석탄, 목탄, 코크스 또는 다른 형태들로서 도입될 수 있다.
최근에, CO2 환원 중에 이들 탄소 함유 재료들에 대체재로서 탄소-함유 폐기물 재료들을 리사이클링하는 것을 목표로 하는 몇몇 개발이 행해졌다. 그들 탄소-함유 폐기물 재료들은 예를 들면 건설 영역으로부터의 우드, 농업 또는 음식 잔여물들, 가정 쓰레기 또는 산업 폐기물들일 수 있다. 본문의 나머지에서, 용어 폐기물 재료는 탄소-함유 폐기물 재료로서 이해될 것이며 이해되어야 한다.
예를 들면, 특허 WO 2011/052796 은 용광로에서 분상의 석탄에 대한 대체재로서 농업 또는 건설 폐기물로부터의 우드와 같은 바이오매스를 사용하는 방법을 설명한다. 이러한 방법에서 바이오매스는 바이오매스 석탄을 제조하도록 로터리 킬른에서 건조되고, 바이오매스는 이때 석탄과 함께 분상으로 존재하고, 용광로 내로 송풍구를 통해 블로잉된다. 로터리 킬른의 배기 가스는 수집되어 가스 가열기로 보내지고 그것은 추가로 외부 열의 가열 소스로서 로터리 킬른 내로 그것을 재주입한다.
Kobe Steel 로부터의 특허 EP 1　264　901 B1 은 우드, 수지, 쓰레기 또는 산업 폐기물와 같은 유기성 물질-함유 성분들이 열 매체에서 사용되는 철 산화물과 함께 탄화 노 내에 적재되는 환원된 철을 제조하는 방법을 설명한다. 이러한 탄화 생성물은 이때 응집되고 환원로 내에서 환원제로서 사용된다. 설명된 방법에서, 환원로로부터 배기 가스는 탄화 노 내로 연소 가스로서 사용되는 한편, 탄화로부터 기인된 증류된 가스는 환원로에 대해 연료로서 사용된다.
특허 US 2014/0306386 는 용광로 내에서 연료로서 우드를 사용하는 방법을 설명한다. 이러한 방법에서 우드는 크기 결정되고 건조되고, 거친 입자들은 이때 용광로의 목부 내에 적재되는 한편보다 미세한 입자들은 연소 챔버로 보내진다. 연소 챔버로부터 배기된 뜨거운 가스는 파워 플랜트로 보내지거나 또는 용광로 내로 추가로 주입되는 열풍을 사전 가열하도록 열 소스에서 사용된다. 용광로로부터 배기되는 탑 가스는 연소를 위해 가스 소스로서 사용된다.
특허 JP 2009-057438 는 바이오매스 탄화로부터 기인된 분상의 탄소 재료의 제조 방법을 제공하는 목적을 설명하고 그 최종 생성물은 바이오매스에서 에너지의 높은 효율의 회수를 달성하는 한편 용광로 내로 블로잉에 적합한 미세한 파우더로 용이하게 변할 수 있다.
이러한 특허 중 어떤 것도 폐기물 재료들의 가변성을 고려하지 않는다. 실제로 그들 재료들의 특성들은 하나의 배치 (batch) 로부터 또 다른 배치로의 발열량 및 습도의 관점에서 변할 수 있다. 결국에 탄화 배기 가스의 발열량은 또한 로스팅된 폐기물 재료에 종속되어 변하고 몇몇 경우에서 최종적인 배기 가스는 폐기물 재료의 다음의 배치를 로스팅하는 데 충분한 에너지를 배출하지 못한다. 외부의 에너지 공급이 이때 요구될 수 있다.
특허 출원 DE 196 06　575 A1 은 임의의 종류의 잔여물 및 폐기물 재료를 처리하기 위한 방법을 개시한다. 이러한 문서에서, 폐기물 재료들은 블래스트 용광로 탑 가스로 인해 가열될 수 있는 열분해 반응기에서 사전 처리된다. 로스팅된 재료는 이때 철함유와 비철 재료들 사이에서 분리된다. 철함유 재료들은 이때 밀로 보내지고 송풍구를 통해 용광로 내로 주입된다.
또한 그들 폐기물 재료들은 환경에 해를 끼치는 많은 휘발성 화합물을 포함할 수 있다. 그것들이 대기 내로 배출되는 것을 방지하고 이들 성분들을 제거하도록 배기 가스의 특별한 처리 단계를 갖는 것이 필수적이다.
본 발명의 목적은 철 제조 프로세스에서 사용되는 폐기물 재료들의 특성에 독립적이고 오염 물질들이 전용의 장비의 필요성 없이 대기 내로 방출되는 것을 방지하는 철 제조 장치의 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 부가적인 목적은 유기성 탄소에 의해 철 제조 프로세스에서 사용되는 화석 탄소를 대체함으로써 전체 탄소 잔여량을 개선시키는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 철 제조 장치의 작동 방법에 관한 것이고, 상기 방법은,
a. 소결 플랜트로부터의 배기 가스를 포함하는 건조 가스를 사용하여 폐기물 재료를 건조하는 단계,
b. 석탄 및 로스팅 배기 가스를 생성하도록, 상기 건조된 폐기물 재료를 로스팅 가스를 사용하여 로스팅하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 작동 방법은 또한 단독으로 또는 조합하여 다음의 특징들을 포함할 수 있다:
- 건조 가스는 소결 플랜트로부터 적어도 50% 의 배기 가스를 포함하고,
- 상기 방법은 상기 소결 플랜트에 로스팅 배기 가스의 적어도 일부를 리사이클링하는 단계를 추가로 포함하고,
- 건조 가스는 적어도 70℃ 의 온도를 갖고,
- 소결 플랜트 배기 가스는 바람직하게 건조 가스를 형성하도록 다른 성분들과 혼합될 때에 100 내지 150℃ 의 온도를 갖고,
- 로스팅은 200 내지 320℃ 의 온도에서 실시되고,
- 로스팅 배기 가스의 적어도 일부는 건조 가스의 일부로서 사용되고,
- 로스팅 배기 가스는 로스팅 가스의 일부로서 로스팅하는 단계에서 사용되고,
- 로스팅하는 단계 후에 석탄은 철 제조 프로세스 내에서 원재료로서 사용되고,
- 로스팅하는 단계 후에 석탄은 밀링 단계를 거치고 밀링된 석탄은 송풍구를 통해 용광로 내에 주입되고,
- 밀링된 석탄은 10 ㎛ 미만의 입자 사이즈를 갖고,
- 송풍구를 통해 주입된 적어도 4중량 % 의 고체 재료는 밀링된 석탄이고,
- 건조하는 단계 후에, 건조된 재료는 10% 미만의 수분 함량을 갖고,
- 로스팅 배기 가스는 철 제조 프로세스 내로 주입되고,
- 로스팅 배기 가스는 파워 플랜트로 보내지고,
- 폐기물 재료는 유기성 폐기물 재료이고,
- 유기성 폐기물 재료는 폐기물 우드이고.
본 발명은 또한,
a. 건조 수단으로서, 건조 가스를 사용하여 폐기물 재료들를 건조할 수 있고 상기 건조 수단 내로 상기 건조 가스를 주입하는 주입 수단을 포함하는, 상기 건조 수단,
b. 석탄 및 로스팅 배기 가스를 생성하도록 로스팅 가스를 사용하여 200 내지 320℃ 의 온도에서 건조된 폐기물 재료를 로스팅할 수 있는 로스팅 수단,
c. 소결된 재료 및 소결 배기 가스를 생성하는 소결 플랜트,
d. 소결 배기 가스를 수집하는 제 1 수집 수단,
e. 상기 건조 수단 내로 일부의 상기 소결 배기 가스를 주입하도록 상기 주입 수단에 상기 제 1 수집 수단을 연결하도록 규정된 연결 수단을 포함하는 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 장치는 또한 건조 수단으로서 벨트 드라이어를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한 로스팅 수단으로서 열분해 반응기를 포함할 수 있다.
본 발명은 다음의 첨부된 도면을 참조하여 주어진 다음의 설명을 정독한다면 보다 양호하게 이해될것이다.
- 도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 방법을 실시하는 장치의 예를 예시한다.
- 도 2 는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 방법을 실시하는 장치의 예를 예시한다.
장치는 건조 장비 (2), 로스팅 장비 (3), 소결 플랜트 (4) 및 철 제조 장치 (5) 를 포함한다. 또 다른 실시형태에서 장치는 밀 (6) 을 추가로 포함할 수 있다. 다음의 설명에서 철 제조 장치 (5) 는 용광로 (5) 이지만 그것은 또한 직접 환원로 또는 임의의 DRI 장치일 수 있다.
예를 들면 폐기물 쓰레기 중에 선택될 수 있는 폐기물 재료 (1), 산업 폐기물 또는 유기성 폐기물은 건조 장비 (2) 내에 적재된다. 폐기물 재료 (1) 는 바람직하게 유기성 폐기물, 및 보다 바람직하게 예로써 해체된 빌딩으로부터 나오는 우드 폐기물이다. 건조 장비는 예를 들면 벨트 드라이어 또는 로터리 킬른 드라이어이다.
건조하는 단계 중에, 건조 가스 (12) 는 필수적인 열이 폐기물 재료 (1) 를 건조시키게 하도록 건조 장비 (2) 내측으로 주입된다. 가스 (12) 는 바람직하게 적어도 70℃ 의 온도를 갖는다.
건조하는 단계가 종료되면, 바람직하게 폐기물 재료가 10% 미만의, 그리고 가장 바람직하게 5% 미만의 수분 함량을 가질 때에, 건조된 폐기물 재료는 로스팅 장비 (3) 로 보내진다. 로스팅 장비 (3) 는 바람직하게 로스팅 가스와 건조된 재료 사이의 접촉을 회피하도록 설계된다. 그것은 예를 들면, 열분해 반응기 또는 로터리 킬른이다.
로스팅하는 단계 중에, 로스팅 가스 (13) 는 건조된 폐기물 재료를 가열하도록 로스팅 장비 (3) 내측으로 주입된다. 열은 로스팅 가스에 의해 또는 버너들을 통해 이동될 수 있고, 그 연료는 로스팅 가스 (13) 이다. 로스팅하는 단계는 바람직하게 200℃ 내지 320℃ 의 온도에서 수행된다. 그것은 로스팅된 폐기물 재료를 생성하지만 또한 로스팅 배기 가스 (19) 를 생성한다. 이러한 로스팅 배기 가스 (19) 는 폐기물 재료의 로스팅으로부터 기인하는 Cl, SOx 또는 NOx 와 같은 휘발성 화합물들을 포함한다. 이러한 로스팅 배기 가스는 휘발성 화합물들을 포획하고 대기 내로의 그것의 배출을 회피하도록 특별한 처리 장치 (9) 에서 처리되어야 한다.
로스팅된 폐기물 재료, 또한 소위 석탄 또는 바이오석탄은 이때 용광로 (5) 내에 주입된다. 그것은 따라서 종래의 코크스 또는 화석 석탄을 탄소 소스로서 교체하고 결국에 화석 탄소의 사용을 회피함으로써 전체 탄소 잔여량을 개선시킬 수 있다.
선택적으로 석탄 또는 바이오석탄은 200 ㎛ 미만의 사이즈, 바람직하게 150 ㎛ 미만의 사이즈를 갖는 입자들로 밀링되는 밀 (6) 로 우선 보내진다. 미세한 석탄 또는 바이오석탄은 이때 공지된 방법의 분상의 석탄 주입 (PCI) 으로 석탄에 대한 대체재로서 송풍구 (도시 생략) 를 통해 용광로 내로 주입된다.
본 발명에 따르면 장치는 추가로 소결 플랜트 (4) 를 포함한다. 소결 플랜트에서, 분철광석들은 용광로 (5) 에서 사용될 수 있는 생성물을 생성하도록 높은 온도에서 코크스 브리즈 또는 무연탄과 같은 고체 연료로 그리고 석회석 또는 감람석과 같은 플럭스들 응집된다. 　기본적으로, 및 예시로서, 소결 플랜트에서, 재료는 점화 후드 (7) 에 의해 점화되는 원형의 벨트에 멀티 층들의 호퍼들에 의해 공급된다. 공기 및 연기들은 점화 프로세스를 돕도록 소결 기계 전체를 통해 재료의 베드의 바닥으로부터 윈드 박스들 (8) 에 의해 흡인된다. 파이어는 노변 층에 도달할 때까지 벨트를 따라 점진적으로 재료를 관통한다. 미세한 입자들은 이때 함께 용융되고 냉각된다면 소결 케이크에서 응집된다. 이러한 소결 케이크는 이때 크랙되고 용광로 (5) 내에 적재되기 전에 소결 쿨러 (예시 생략된) 내에서 추가로 냉각된다. 소결 쿨러는 또한 배기 가스, 주로 뜨거운 공기를 방출한다.
소결 쿨러에 의해 방출되는 뜨거운 공기 뿐만 아니라 윈드 박스들 (8) 에 의해 흡인되는 연기들 및 공기는 소결 배기 가스 (14) 로 불리운다. 본 발명에 따르면, 이러한 소결 배기 가스 (14) 는 건조 가스 (12) 의 일부로서 서용되도록 건조 장비로 보내진다. 이러한 건조 가스 (12) 는 적어도 50% 의 소결 배기 가스 (14), 보다 바람직하게 80% 초과의 소결 배기 가스 (14) 를 포함한다. 건조 가스 (12) 는 부가적으로 천연 가스로 구성될 수 있다. 소결 배기 가스 (14) 는 윈드 박스들 (8) 에 의해 흡인되는 공기 및 연기들, 또는 배타적으로 소결 쿨러에 의해 방출되는 뜨거운 공기, 또는 그들 양쪽으로 구성될 수 있다. 선택적으로, 소결 배기 가스 (14) 는 우선 건조 가스 (12) 로부터 다른 성분들과 혼합되기 전에 클리닝 단계를 거친다. 이러한 클리닝 단계는 예를 들면 필터 백 장치에 의해 수행될 수 있다.
소결 배기 가스 (14) 는 바람직하게 건조 가스 (12) 를 형성하도록 다른 성분들과 혼합될 때에 100 내지 150℃ 의 온도를 갖는다. 건조 가스 (12) 는 배타적으로 소결 배기 가스 (14) 로 구성될 수 있다.
소결 배기 가스 (14) 가 원형의 벨트에서 점화된 재료로부터 나오기 때문에, 그것은 높은 발열량을 갖고 따라서 건조하는 단계에서 건조 가스 (12) 의 일부 또는 전체가 사용될 때에 그것은 그 특성들, 및 특히 그 수분 함량에 관계없이 폐기물 재료 (1) 를 건조시키는 데 충분한 열을 도입한다. 외부의 에너지 소스들을 사용할 필요성이 더 이상 없다.
도 2 에 예시된 바와 같이 추가의 실시형태에서, 로스팅 배기 가스 (19a) 는 가스 처리 장치 (9) 로 보내지는 것이 아니라 오히려 그것이 철 가루들과 혼합되는 고체 연료의 부분을 교체할 수 있는 소결 플랜트 (4) 로 보내진다. 이는 대기 내로 오염 물질들의 배출을 회피하고 부가적으로 비싼 장비의 사용을 방지한다.
또한 점선으로 도 2 에 예시된 또 다른 실시형태에서, 로스팅 배기 가스 (19b) 는 그것이 건조된 폐기물 재료를 가열하도록 로스팅 가스 (13) 의 일부로서 역할을 하는 로스팅 장비 (3) 내로 리사이클링된다. 그것은 또한 건조하는 단계를 위해 건조 가스 (12) 의 부분 (19c) 으로서 사용될 수 있다.
예시 생략된 또 다른 실시형태에서, 로스팅 배기 가스는 이때 용광로 내에서 블로잉되는 공기를 가열하도록 스토브 내에서 사용될 수 있다.
예시 생략된 또 다른 실시형태에서, 로스팅 배기 가스는 전기를 생산하도록 파워 플랜트로 보내질 수 있다.
예시 생략된 추가로 실시형태에서, 용광로의 배기 가스, 또한 소위 탑 가스 또는 임의의 강제조 배기 가스, 예를 들면 코크스 오븐 가스 또는 컨버터 가스는 건조 또는 로스팅 가스들의 일부로서 사용될 수 있다.
따라서 설명된 본 발명의 모든 실시형태들은 서로 조합되어 사용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 철 제조 장치의 작동 방법으로서,
    상기 방법은,
    a. 소결 플랜트로부터의 배기 가스를 포함하는 건조 가스를 사용하여 폐기물 재료를 건조하는 단계,
    b. 석탄 및 로스팅 배기 가스를 생성하도록, 건조된 상기 폐기물 재료를 로스팅 가스를 사용하여 로스팅하는 단계를 포함하는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조 가스는 소결 플랜트로부터 적어도 50% 의 배기 가스를 포함하는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 소결 플랜트에 상기 로스팅 배기 가스의 적어도 일부를 리사이클링하는 단계를 추가로 포함하는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건조 가스는 적어도 70℃ 의 온도를 갖는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    소결 플랜트 배기 가스는 그것이 상기 건조 가스를 형성하도록 다른 성분들과 혼합될 때에 100 내지 150℃ 의 온도를 갖는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    로스팅은 200 내지 320℃ 의 온도에서 수행되는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로스팅 배기 가스의 적어도 일부는 상기 건조 가스의 일부로서 사용되는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로스팅 배기 가스는 상기 로스팅 가스의 일부로서 상기 로스팅하는 단계에서 사용되는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로스팅하는 단계 후에 상기 석탄은 철 제조 프로세스 내에서 원재료로서 사용되는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 로스팅하는 단계 후에 상기 석탄은 밀링 단계를 거치고, 밀링된 석탄은 송풍구를 통해 용광로 내에 주입되는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  11. 제 11 항에 있어서,
    상기 밀링된 석탄은 10 ㎛ 미만의 입자 사이즈를 갖는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 송풍구를 통해 주입되는 적어도 4중량 % 의 고체 재료는 밀링된 석탄인, 철 제조 장치의 작동 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 건조하는 단계 후에, 건조된 상기 재료는 10% 미만의 수분 함량을 갖는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로스팅 배기 가스는 철 제조 프로세스 내로 주입되는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로스팅 배기 가스는 파워 플랜트로 보내지는, 철 제조 장치의 작동 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폐기물 재료는 유기성 폐기물 재료인, 철 제조 장치의 작동 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 유기성 폐기물 재료는 폐기물 우드인, 철 제조 장치의 작동 방법.
  18. 장치로서,
    a. 건조 수단 (2) 으로서, 건조 가스 (12) 를 사용하여 폐기물 재료들 (1) 을 건조할 수 있고 상기 건조 수단 (2) 내로 상기 건조 가스를 주입하는 주입 수단을 포함하는, 상기 건조 수단 (2),
    b. 석탄 및 로스팅 배기 가스 (19) 를 생성하도록 로스팅 가스 (13) 를 사용하여 건조된 폐기물 재료를 로스팅할 수 있는 로스팅 수단 (3),
    c. 소결된 재료 및 소결 배기 가스 (14) 를 생성하는 소결 플랜트 (4),
    d. 소결 배기 가스를 수집하는 제 1 수집 수단,
    e. 상기 건조 수단 (2) 내로 일부의 상기 소결 배기 가스 (14) 를 주입하도록 상기 주입 수단에 상기 제 1 수집 수단을 연결하도록 규정된 연결 수단을 포함하는, 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 건조 수단 (2) 은 벨트 드라이어인, 장치.
  20. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 로스팅 수단 (3) 은 열분해 반응기인, 장치.
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