KR20200059933A

KR20200059933A - 용철 제조 장치

Info

Publication number: KR20200059933A
Application number: KR1020180145287A
Authority: KR
Inventors: 고창국; 신명균
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-05-29
Also published as: WO2020105901A1; EP3885456A4; CN113166822A; US20220002826A1; EP3885456A1; KR102176350B1

Abstract

용철 제조 장치가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 용철 제조 장치는, ⅰ)적철광과 갈철광을 포함하는 분철광석을 환원하는 다단의 유동 환원로와, ⅱ)광석 도관 및 가스 도관을 통해 유동 환원로와 연결되는 용융가스화로와, ⅲ)유동 환원로에서 제공되는 스팀을 통해 자철광을 산화시켜 적철광으로 변환하는 유동층 산화로와, ⅳ)유동층 산화로에서 자철광의 산화반응에 의해 발생되는 수소를 처리하는 수소 처리유닛을 포함할 수 있다.

Description

용철 제조 장치 {DEVICE FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON}

본 발명의 실시 예는 유동 환원로를 이용한 용철 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분철광석의 용융 환원 공정을 통해 용철을 생산하는 용철 제조 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 수 mm이하의 분철광석을 환원하여 환원철을 생산하는 용융환원제철공정(예를 들면, FINEX 공정 등)은 철광석과 환원가스의 접촉 상태에 따라 이동층형 환원로를 사용한 이동층식 환원공정과, 유동층식 환원공정으로 구분할 수 있다.

제철공정에서는 1톤의 철강 제품을 생산하기 위해 약 2.18톤의 이산화탄소가 발생하는 것으로 알려졌으며, 이산화탄소 발생량을 줄이기 위해 용철 생산 환원제비 저감을 포함한 공정 효율 향상의 노력을 하고 있으나, 공정 효율은 한계 치에 도달하고 있어 추가적인 이산화탄소의 저감이 매우 힘든 실정이다.

한편, 철광석은 크게 적철광(Hematite), 갈철광(limonite) 및 자철광(Magnetite)으로 구별되며, 고로 및 FINEX 등의 제선 공정에서 사용되는 광석은 주로 적철광과 갈철광으로, 이들 광석은 피환원성이 우수하여 저환원제비 조업이 가능하기 때문이다.

그러나, 전세계적으로 고품위 적철광과 갈철광이 점차 고갈되어 광석 가격 증가 및 광석수급이 곤란해 질 것으로 예상된다. 따라서, 제선 공정에서 자철광 사용비를 점차 늘려가야 하나, 자철광은 일반적으로 스피넬(Spinel) 구조로 조직이 매우 치밀한 난환원성으로 입자 내부까지 환원반응이 일어나지 못하고 입자표면에서만 환원반응이 일어나 피환원성이 매우 낮기 때문에 사용비를 쉽게 높이지 못하고 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 저 품위의 피 환원성을 지닌 자철광의 사용량을 늘릴 수 있고, 이산화탄소의 발생량을 줄일 수 있도록 한 용철 제조 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 장치는, ⅰ)적철광과 갈철광을 포함하는 분철광석을 환원하는 다단의 유동 환원로와, ⅱ)광석 도관 및 가스 도관을 통해 상기 유동 환원로와 연결되는 용융가스화로와, ⅲ)상기 유동 환원로에서 제공되는 스팀을 통해 자철광을 산화시켜 적철광으로 변환하는 유동층 산화로와, ⅳ)상기 유동층 산화로에서 자철광의 산화반응에 의해 발생되는 수소를 처리하는 수소 처리유닛을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 용철 제조 장치는, 상기 유동층 산화로와 상기 광석 도관을 연결하며, 상기 유동층 산화로에서 산화된 적철광을 상기 광석 도관을 통하여 상기 유동 환원로로 공급하는 적철광 공급도관을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 용철 제조 장치는, 상기 유동 환원로에서 배출되는 환원가스의 열을 회수하며 스팀을 발생시키는 배열 회수기와, 상기 유동층 산화로와 상기 배열 회수기를 연결하며, 상기 배열 회수기에서 발생된 상기 스팀을 상기 유동층 산화로로 공급하는 스팀 공급라인과, 상기 유동층 산화로에서 발생되는 수소 리치가스를 배출하는 수소 리치가스 배출라인을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 용철 제조 장치는, 상기 스팀 공급라인에 연결되며, 에어 혹은 질소가스로서의 보조 가스를 상기 유동층 산화로에 공급하는 보조 가스 공급부를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 용철 제조 장치에 있어서, 상기 수소 처리유닛은 상기 수소 리치가스 배출라인에 연결되며, 상기 수소 리치가스 중에 포함된 스팀과 자철광 더스트를 제거하는 스크러버와, 상기 스크러버와 연결되며, 상기 스크러버에서 배출되는 수소 리치가스를 승압하는 컴프레셔와, 상기 컴프레셔와 상기 용융가스화로를 연결하며, 상기 수소 리치가스를 상기 용융가스화로로 공급하는 제1 가스 순환라인을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 용철 제조 장치에 있어서, 상기 수소 처리유닛은 상기 제1 가스 순환라인과 상기 가스 도관을 연결하며, 상기 수소 리치가스를 상기 가스 도관을 통해 상기 유동 환원로로 공급하는 제2 가스 순환라인을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 용철 제조 장치에 있어서, 상기 제1 가스 순환라인 및 상기 제2 가스 순환라인은 3-웨이 밸브를 통해 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 용철 제조 장치에 있어서, 상기 수소 처리유닛은 상기 제1 가스 순환라인과 연결되며, 상기 수소 리치가스에서 수소 가스를 분리하는 수소 정제기와, 상기 수소 정제기와 연결되며, 상기 수소 정제기에서 분리된 수소 가스를 저장하는 수소 저장탱크를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 자철광의 사용량을 늘림으로써, 고 품위의 피환원성을 지닌 적철광 또는 갈철광이 점차 고갈됨에 따른 광석 가격 증가 및 광석 수급이 곤란해지는 것에 적극적으로 대응할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 유동층 산화로에서 자철광과 스팀의 산화반응에 의해 발생되는 수소 리치가스를 용융가스화로에서의 환원가스로서 사용할 수 있기 때문에, 이산화탄소의 발생량을 낮출 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 일반적인 용철 제조 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

유동층식 환원공정에서의 일반적인 용철 제조 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 다단의 유동환원로(1), 괴성화 장치(2), 및 석탄충진층이 형성되어 있는 용융가스화로(3)를 구비하고 있다.

유동층식 환원공정에서 분철광석은 광석도관(4)을 통하여 다단의 유동환원로(1)를 차례로 거치면서, 용융가스화로(3)로부터 가스도관(5)을 통해 공급되는 고온의 환원기류와 접촉함으로써 승온 및 90% 이상의 환원이 이루어진 고온의 환원분광(당 업계에서는 "분환원철" 또는 "환원철"이라고도 한다)으로 전환되어 배출된다.

즉, 환원된 분철광석은 석탄충진층이 형성되어 있는 용융가스화로 내로 연속적으로 장입되어 석탄충진층 내에서 용융됨으로써 용철로 전환되어 용융가스화로 외부로 배출된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 장치(100)는 수 mm이하의 분철광석을 환원하여 환원철을 생산하는 용융환원제철공정(예를 들면, FINEX 공정 등)에 적용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 장치(100)는 저 품위의 피 환원성을 지닌 자철광의 사용량을 늘릴 수 있으며, 이산화탄소의 발생량을 줄일 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 용철 제조 장치(100)는 다단 유동 환원로(10), 환원철 압축기(20), 용융가스화로(30), 유동층 산화로(50), 그리고 수소 처리유닛(70)을 포함하고 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 다단 유동 환원로(10)는 적철광과 갈철광을 포함하는 철광석(분철광석)으로부터 산소를 제거하여 환원철을 생산하기 위한 것으로, 뒤에서 더욱 설명될 환원철 압축기(20)를 통해 용융가스화로(30)와 실질적으로 연결된다.

이러한 다단 유동 환원로(10)는 본 발명의 실시 예에서 제1 유동 환원로(11), 제2 유동 환원로(12) 및 제3 유동 환원로(13)를 포함하는 3단의 유동 환원로로 구성될 수 있다.

그러나, 본 발명에서는 상기 다단 유동 환원로(10)가 3단의 유동 환원로로 구성되는 것으로 반드시 한정되지 않고, 3단 이상의 다단 유동 환원로로 구성될 수도 있다.

여기서, 상기 다단 유동 환원로(10)를 제1, 제2 및 제3 유동 환원로(11, 12, 13)로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예에서는 도면에서와 같이 위에서 점차 아래로 배치되는 순서를 기준으로 하여 최 상측의 유동 환원로를 제1 유동 환원로(11)로 명명하고, 최 하측의 유동 환원로를 제3 유동 환원로(13)로 명명하며, 중간 측의 유동 환원로를 제2 유동 환원로(12)로 명명하기로 한다.

즉, 본 발명의 실시 예에서 상기 제1 유동 환원로(11)는 철광석과 부원료의 장입물이 장입되는 최초 유동 환원로로 정의할 수 있고, 제3 유동 환원로(13)는 철광석과 부원료를 최종적으로 환원하여 환원철을 제공하는 최종 유동 환원로로 정의할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 환원철 압축기(20)(당 업계에서는 "괴성화 장치"라고도 한다)는 다단 유동 환원로(10)를 통해 제3 유동 환원로(13)에서 최종적으로 환원된 환원철과 부원료를 압축하여 괴성체로 성형하기 위한 것이다.

상기 환원철 압축기(20)는 환원철과 부원료를 가압 성형하는 가압 성형장치로서, 당 업계에서는 "HCI 머신"이라고도 한다. 상기 환원철 압축기(20)는 제3 유동 환원로(13)에서 최종적으로 환원된 환원철과 부원료를 압축하여 괴성체로 성형한 후, 그 괴성체를 압축 환원철 저장조(도면에 도시되지 않음)에 저장한다. 이러한 괴성체는 압축 환원철 저장조로부터 용융가스화로(30)에 성형탄과 함께 장입되어 그 용융가스화로(30)에서 용융된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 용융가스화로(30)는 다단 유동 환원로(10)로부터 얻어진 환원철을 고열과 환원가스를 이용하여 환원, 용융함으로써 용융철을 생산하는 장치이다.

상기에서 고열과 환원가스는 용융가스화로(30)에 공급되는 공기 또는 산소와 석탄, 미분탄의 연소에 의해 반응기 내에서 생성되며, 반응기 내에 열량을 공급하고 환원철에 작용하여 산소를 제거하는 환원과 용융을 통하여 용융철과 기타 물질의 슬래그(slag)로 분리가 가능하도록 한다.

여기서, 상기 다단 유동 환원로(10)의 제1 내지 제3 유동 환원로(11, 12, 13) 는 철광석과 부원료의 흐름이 이루어지는 광석 도관(15)을 통해 연결된다. 그리고, 상기 다단 유동 환원로(10)의 제3 유동 환원로(13)와 환원철 압축기(20)는 환원철 도관(16)을 통해 연결되며, 환원철 압축기(20)와 용융가스화로(30)는 괴성체 도관(17)을 통해 연결된다.

더 나아가, 상기 다단 유동 환원로(10)의 제1 내지 제3 유동 환원로(11, 12, 13)와 용융가스화로(30)는 환원가스의 흐름이 이루어지는 가스 도관(18)을 통해 연결된다.

즉, 성형탄 제조기에서 제조된 성형탄이 용융가스화로(30)에 장입되며 그 용융가스화로(30)에서 환원가스를 발생시키는데, 그 환원가스는 가스 도관(18)을 통해 다단 유동 환원로(10)의 제1 내지 제3 유동 환원로(11, 12, 13)에 공급된다. 그리고, 철광석은 부원료와 함께 광석 도관(15)을 통해 다단 유동 환원로(10)로 공급되고, 용융가스화로(30)로부터 다단 유동 환원로(10)에 공급된 환원가스에 의해 유동되면서 환원철로 제조된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 용철 제조 장치(100)는 배열 회수기(40)를 더 포함하고 있다. 상기 배열 회수기(40)는 가스 도관(18)을 통하여 다단 유동 환원로(10)의 제1 유동 환원로(11)에서 최종적으로 배출되는 환원가스의 열을 회수하며 스팀(가스)을 발생시키는 것이다.

도면에서 미 설명된 도면 참조부호 45는 배열 회수기(40)와 연결되는 것으로, 환원가스 중의 고체 성분을 집진하며 기체 성분을 분리하는 집진기를 나타낸다. 이러한 집진기(45)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 환원가스 스크러버(scrubber)로서 이루어지므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 유동층 산화로(50)는 다단 유동 환원로(10)의 제1 유동 환원로(11)에서 제공되는 산화가스로서의 스팀을 통해 적철광 또는 갈청광에 비해 저품위의 피환원성을 지닌 자철광을 산화시켜 적철광으로 변환하기 위한 것이다.

상기 유동층 산화로(50)는 분철광 형태의 자철광 투입 및 스팀 유입이 가능하게 구비된 반응기로서, 스팀 공급라인(51)을 통하여 위에서 언급한 바 있는 배열 회수기(40)와 연결된다. 상기 스팀 공급라인(51)은 유동층 산화로(50)와 배열 회수기(40)를 연결하며 그 배열 회수기(40)에서 발생된 스팀을 유동층 산화로(50)로 공급할 수 있다.

여기서, 상기 유동층 산화로(50)에서는 2Fe₃O₄ + H₂0 = 3Fe₂O₃ + H₂의 화학식과 같이, 자철광과 스팀의 산화 반응에 의해 자철광을 적철광으로 변환하며, 수소 가스를 발생시킨다. 이러한 유동층 산화로(50)는 산화된 적철광과, 수소 가스를 포함하는 수소 리치가스를 배출할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 상기 유동층 산화로(50)는 산화된 적철광을 배출하며 다단 유동 환원로(10)로 공급할 수 있다. 이에 상기 유동층 산화로(50)는 적철광 공급라인(53)을 통해 제1 유동 환원로(11)의 전단 측 광석 도관(15)과 연결된다.

따라서, 상기 유동층 산화로(50)에서 산화된 적철광은 적철광 공급라인(53)을 통해 제1 유동 환원로(11)의 전단 측 광석 도관(15)으로 공급되며, 그 광석 도관(15)을 통하여 제1 유동 환원로(11)로 공급되어 환원되고, 다른 광석 도관(15)을 통해 제2 및 제3 유동 환원로(12, 13)를 거치면서 추가로 환원될 수 있다.

그리고, 상기 유동층 산화로(50)는 자철광과 스팀의 산화 반응에 의해 발생되는 수소 리치가스를 배출하기 위한 수소 리치가스 배출라인(55)을 더 포함하고 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 상기 유동층 산화로(50)로 산화가스로서의 보조 가스를 추가적으로 공급하기 위한 보조 가스 공급부(57)를 더 포함하고 있다.

이러한 보조 가스 공급부(57)는 스팀 외에 산화 가스로서의 에어 및/또는 질소 가스를 유동층 산화로(50)로 공급하는데, 별도의 공급라인을 통해 스팀 공급라인(51)과 연결된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 수소 처리유닛(70)은 유동층 산화로(50)에서 자철광의 산화가스의 산화반응에 의해 발생되는 수소(가스)를 처리하기 위한 것이다.

이러한 수소 처리유닛(70)은 스크러버(71), 컴프레셔(73), 제1 가스 순환라인(75), 제2 가스 순환라인(77), 수소 정제기(79), 그리고 수소 저장탱크(81)를 포함하고 있다.

상기 스크러버(71)는 유동층 산화로(50)의 수소 리치가스 배출라인(55)에 연결된다. 상기 스크러버(71)는 수소 리치가스 배출라인(55)을 통해 배출되는 수소 리치가스 중의 스팀과 자철광 더스트를 제거할 수 있다.

상기 컴프레셔(73)는 스크러버(71)와 연결되며, 그 스크러버(71)에서 배출되는 수소 리치가스(스팀과 자철광 더스트가 제거된 가스)를 승압하는 기능을 하게 된다.

상기 제1 가스 순환라인(75)은 환원가스로서의 수소 리치가스를 용융가스화로(30)에 공급하는 것으로서, 컴프레셔(73)와 용융가스화로(30)의 가스 주입 측을 연결한다.

상기 제2 가스 순환라인(77)은 수소 리치가스를 가스 도관(18)을 통해 다단 유동 환원로(10)로 공급하기 위한 것으로서, 제1 가스 순환라인(75)과 가스 도관(18)을 연결한다. 예를 들면, 상기 제2 가스 순환라인(77)은 제3 유동 환원로(13)와 용융가스화로(30)를 연결하는 가스 도관(18)과, 제1 가스 순환라인(75)을 연결한다.

여기서, 상기 제1 가스 순환라인(75)과 제2 가스 순환라인(77)은 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 3-웨이 밸브(78)를 통해 연결된다. 여기서, 상기 컴프레셔(73)에서 승압된 수소 리치가스는 3-웨이 밸브(78)의 작동으로 제1 가스 순환라인(75)을 통하여 용융가스화로(30)로 주입될 수 있다. 그리고, 상기 컴프레셔(73)에서 승압되며 제1 가스 순환라인(75)으로 공급되는 수소 리치가스는 3-웨이 밸브(78)의 작동으로 제2 가스 순환라인(77)을 통하여 다단 유동 환원로(10)로 공급될 수 있다. 나아가, 상기 컴프레셔(73)에서 승압된 수소 리치가스는 3-웨이 밸브(78)의 작동으로 제1 및 제2 가스 순환라인(75, 77)을 통하여 용융가스화로(30) 및 다단 유동 환원로(10)에 각각 공급될 수 있다. 더 나아가, 상기 제1 및 제2 가스 순환라인(75, 77)은 3-웨이 밸브(78)의 작동으로 폐쇄되며, 용융가스화로(30) 및 다단 유동 환원로(10)로 공급되는 수소 리치가스를 차단할 수도 있다.

상기 수소 정제기(79)는 컴프레셔(73)를 통해 공급되는 수소 리치가스 중에서 수소 가스만을 분리하는 것으로서, 제1 가스 순환라인(75)과 연결된다. 이러한 수소 정제기(79)는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술의 PSA 또는 Membrane 타입의 수소 정제유닛으로 이루어지므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기에서 컴프레셔(73)를 통해 승압된 수소 리치가스는 3-웨이 밸브(78)의 작동으로 제1 및 제2 가스 순환라인(75, 77)이 모두 폐쇄된 상태에서 수소 정제기(79)로 공급될 수 있다.

그리고, 상기 수소 저장탱크(81)는 수소 정제기(79)와 연결되며, 그 수소 정제기(79)에서 분리된 수소 가스를 고압으로 저장하고, 그 수소 가스를 계외로 공급할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 용철 제조 장치(100)의 작용을 앞서 개시한 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 실시 예에서는 주원료로서 적철광 및/또는 갈철광(예를 들면, 적철광)을 포함하는 분철광석과 부원료를 다단 유동 환원로(10)의 제1 유동 환원로(11)에 투입한다.

그러면, 본 발명의 실시 예에서는 분철광석이 광석 도관(15)을 통해 다단 유동 환원로(10)의 제1,2,3 유동 환원로(11, 12, 13)를 차례로 거치며 용융가스화로(30)로부터 가스 도관(18)을 통해 공급되는 고온의 환원가스와 접촉함으로써 환원철로 환원된다. 그리고, 상기 제3 유동 환원로(13)에서 최종적으로 환원된 고온의 환원철은 환원철 도관(16)을 통하여 환원철 압축기(20)로 공급한다.

다음으로, 상기 환원철 압축기(20)에서는 환원철을 압축하여 괴성체로 성형하고, 그 괴성체를 괴성체 도관(17)을 통해 용융가스화로(30)로 공급한다. 이에 상기 용융가스화로(30)에서는 고열과 환원가스를 이용하여 환원철을 용융함으로써 용융철을 생산한다.

여기서, 상기 제1 유동 환원로(11)에서 최종적으로 배출되는 환원가스는 배열 회수기(40)로 공급되는데, 그 배열 회수기(40)에서는 환원가스의 열을 회수하며 스팀(가스)를 발생시킨다.

이러는 과정에, 본 발명의 실시 예에서는 분철광 형태의 자철광을 유동층 산화로(50)에 투입하며, 배열 회수기(40)에서 발생된 산화가스로서의 스팀을 스팀 공급라인(51)을 통해 유동층 산화로(50)로 공급한다.

그러면, 상기 유동층 산화로(50)에서는 자철광과 스팀의 산화 반응에 의해 자철광을 적철광으로 변환하며, 수소 가스를 포함하는 수소 리치가스를 발생시킨다.

만약, 상기 자철광을 산화시키는 산화가스로서의 스팀이 부족한 경우, 본 발명의 실시 예에서는 보조 가스 공급부(57)를 통해 스팀 공급라인(51)으로 에어 또는 질소가스를 공급하며, 그 스팀 공급라인(51)을 통하여 에어 또는 질소가스를 유동층 산화로(50)에 추가적으로 공급할 수 있다.

이와 같이 상기 유동층 산화로(50)에서 산화된 자철광은 적철광 공급라인(53)을 통해 제1 유동 환원로(11)의 전단 측 광석 도관(15)으로 공급되며, 그 광석 도관(15)을 통하여 제1 유동 환원로(11)로 공급되어 환원되고, 다른 광석 도관(15)을 통해 제2 및 제3 유동 환원로(12, 13)를 거치면서 추가로 환원될 수 있다.

그리고, 상기 유동층 산화로(50)에서 자철광과 스팀의 산화 반응에 의해 발생되는 수소 리치가스는 수소 리치가스 배출라인(55)을 통해 배출되며, 수소 처리유닛(70)의 스크러버(71)로 공급된다.

이에, 상기 스크러버(71)에서는 수소 리치가스 중의 스팀과 자철광 더스트를 제거한다. 이렇게 스크러버(71)를 거친 수소 리치가스는 컴프레셔(73)를 통하여 승압된다.

다음으로, 본 발명의 실시 예에서는 상기 컴프레셔(73)에서 승압된 수소 리치가스를 3-웨이 밸브(78)의 작동으로 제1 가스 순환라인(75)을 통하여 용융가스화로(30)로 주입할 수 있다. 이때, 상기 수소 리치가스는 용융가스화로(30)에 주입되는 추가적인 환원가스로서 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기 컴프레셔(73)에서 승압되며 제1 가스 순환라인(75)으로 공급되는 수소 리치가스를 3-웨이 밸브(78)의 작동으로 제2 가스 순환라인(77)을 통하여 다단 유동 환원로(10)로 공급할 수 있다. 이때, 상기 수소 리치가스는 제2 가스 순환라인(77)과 가스 도관(18)을 통하여 제3 유동 환원로(13)로 공급할 수도 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 상기 컴프레셔(73)에서 승압된 수소 리치가스를 3-웨이 밸브(78)의 작동으로 제1 및 제2 가스 순환라인(75, 77)을 통하여 용융가스화로(30) 및 다단 유동 환원로(10)에 동시 공급할 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 상기 3-웨이 밸브(78)의 작동으로 제1 및 제2 가스 순환라인(75, 77)을 모두 폐쇄한 상태에서, 컴프레셔(73)를 통해 승압된 수소 리치가스를 수소 정제기(79)로 공급할 수 있다.

그러면, 상기 수소 정제기(79)에서는 수소 리치가스 중에서 수소 가스만을 분리하고, 이렇게 분리된 수소 가스는 수소 저장탱크(81)에 고압으로 저장되며, 계외로 공급될 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 장치(100)에 의하면, 비교적 저 품위의 피환원성을 지닌 자철광을 유동층 산화로(50)에서 산화시켜 적철광으로 변환하고, 그 적철광을 다단 유동 환원로(10)에 공급할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 자철광의 사용량을 늘림으로써, 고 품위의 피환원성을 지닌 적철광 또는 갈철광이 점차 고갈됨에 따른 광석 가격 증가 및 광석 수급이 곤란해지는 것에 적극적으로 대응할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 유동층 산화로(50)에서 자철광과 스팀의 산화반응에 의해 발생되는 수소 리치가스를 용융가스화로(30)에서의 환원가스로서 사용할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 공정에 유입되는 환원가스의 양을 증대시킴으로써, 공정 전체에 소모되는 카본의 소모량을 줄여 단위 용선량 당 이산화탄소의 발생량을 낮출 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 수소 리치가스를 정제하여 수소 가스를 압축 저장하고, 수소 가스를 계외에서 사용하거나 판매할 수 있으므로, 용철 제조 단가를 낮출 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당 업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

10: 다단 유동 환원로 11: 제1 유동 환원로
12: 제2 유동 환원로 13: 제3 유동 환원로
15: 광석 도관 16: 환원철 도관
17: 괴성체 도관 18: 가스 도관
20: 환원철 압축기 30: 용융가스화로
40: 배열 회수기 45: 집진기
50: 유동층 산화로 51: 스팀 공급라인
53: 적철광 공급라인 55: 수소 리치가스 배출라인
57: 보조 가스 공급부 70: 수소 처리유닛
71: 스크러버 73: 컴프레셔
75: 제1 가스 순환라인 77: 제2 가스 순환라인
78: 3-웨이 밸브 79: 수소 정제기
81: 수소 저장탱크 100: 용철 제조 장치

Claims

적철광과 갈철광을 포함하는 분철광석을 환원하는 다단의 유동 환원로;
광석 도관 및 가스 도관을 통해 상기 유동 환원로와 연결되는 용융가스화로;
상기 유동 환원로에서 제공되는 스팀을 통해 자철광을 산화시켜 적철광으로 변환하는 유동층 산화로; 및
상기 유동층 산화로에서 자철광의 산화반응에 의해 발생되는 수소를 처리하는 수소 처리유닛;
을 포함하는 용철 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유동층 산화로와 상기 광석 도관을 연결하며, 상기 유동층 산화로에서 산화된 적철광을 상기 광석 도관을 통하여 상기 유동 환원로로 공급하는 적철광 공급도관
을 더 포함하는 용철 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유동 환원로에서 배출되는 환원가스의 열을 회수하며 스팀을 발생시키는 배열 회수기와,
상기 유동층 산화로와 상기 배열 회수기를 연결하며, 상기 배열 회수기에서 발생된 상기 스팀을 상기 유동층 산화로로 공급하는 스팀 공급라인과,
상기 유동층 산화로에서 발생되는 수소 리치가스를 배출하는 수소 리치가스 배출라인
을 더 포함하는 용철 제조 장치.
제3 항에 있어서,
상기 스팀 공급라인에 연결되며, 에어 혹은 질소가스로서의 보조 가스를 상기 유동층 산화로에 공급하는 보조 가스 공급부
를 더 포함하는 용철 제조 장치.
제3 항에 있어서,
상기 수소 처리유닛은,
상기 수소 리치가스 배출라인에 연결되며, 상기 수소 리치가스 중에 포함된 스팀과 자철광 더스트를 제거하는 스크러버와,
상기 스크러버와 연결되며, 상기 스크러버에서 배출되는 수소 리치가스를 승압하는 컴프레셔와,
상기 컴프레셔와 상기 용융가스화로를 연결하며, 상기 수소 리치가스를 상기 용융가스화로로 공급하는 제1 가스 순환라인
을 포함하는 용철 제조 장치.
제5 항에 있어서,
상기 수소 처리유닛은,
상기 제1 가스 순환라인과 상기 가스 도관을 연결하며, 상기 수소 리치가스를 상기 가스 도관을 통해 상기 유동 환원로로 공급하는 제2 가스 순환라인
을 더 포함하는 용철 제조 장치.
제6 항에 있어서,
상기 제1 가스 순환라인 및 상기 제2 가스 순환라인은 3-웨이 밸브를 통해 연결되는 용철 제조 장치.
제6 항에 있어서,
상기 수소 처리유닛은,
상기 제1 가스 순환라인과 연결되며, 상기 수소 리치가스에서 수소 가스를 분리하는 수소 정제기와,
상기 수소 정제기와 연결되며, 상기 수소 정제기에서 분리된 수소 가스를 저장하는 수소 저장탱크
를 더 포함하는 용철 제조 장치.