KR20220085048A - 고로의 조업 방법 및 고로 부대 설비 - Google Patents

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KR20220085048A
KR20220085048A KR1020227017067A KR20227017067A KR20220085048A KR 20220085048 A KR20220085048 A KR 20220085048A KR 1020227017067 A KR1020227017067 A KR 1020227017067A KR 20227017067 A KR20227017067 A KR 20227017067A KR 20220085048 A KR20220085048 A KR 20220085048A
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유야 모리타
유키 가와시리
다이헤이 노우치
스미토 오자와
고이치 다카하시
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

고로로부터 배출되는 부생 가스, 및 코크스로 가스를 사용하여, 재생 메탄 가스를 생성하는 공정과, 고로의 우구로부터 고로 내에 송풍 가스 및 환원재를 취입하는 공정을 갖고, 송풍 가스로서 산소 가스를 사용하고, 또한 환원재의 적어도 일부에 재생 메탄 가스를 사용한다.

Description

고로의 조업 방법 및 고로 부대 설비
본 발명은, 고로의 조업 방법 및 고로 부대 설비에 관한 것이다.
최근, 지구 환경 문제를 배경으로 하여, 이산화탄소 (CO2) 의 배출량 삭감이 강하게 요구되고 있다. 그 때문에, 제철소 내에 형성된 고로의 조업에 있어서도, 저환원재비 (저 RAR) 조업을 실시할 것이 요구되고 있다.
일반적인 고로에서는, 우구 (羽口) 로부터 송풍 가스로서 열풍 (1200 ℃ 정도로 가열한 공기) 을 고로 내에 취입 (吹入) 한다. 이로써, 열풍 중의 산소와, 환원재가 되는 코크스나 미분탄이 반응하여, 일산화탄소 (CO) 가스나 수소 (H2) 가스가 생성된다. 이들 일산화탄소 가스나 수소 가스에 의해, 고로 내에 장입한 철광석이 환원된다. 또, 이 철광석의 환원 반응에 있어서, 이산화탄소가 발생한다.
또한, 송풍 가스는, 우구로부터 고로 내에 취입되는 가스이다. 송풍 가스는, 고로 내에 있어서 미분탄이나 코크스를 가스화하는 역할도 하는 것이다.
이와 같은 고로의 조업에 있어서의 이산화탄소의 배출량 삭감 기술로서, 고로 등으로부터 배출되는 부생 가스에 포함되는 일산화탄소나 이산화탄소를 개질하여, 메탄이나 에탄올 등의 탄화수소를 생성하고, 생성된 탄화수소를 다시 고로에 환원재로서 도입하는 기술이 제안되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는,
「CO2 및/또는 CO 를 포함하는 혼합 가스로부터 CO2 및/또는 CO 를 분리 회수하는 공정 (A) 와, 그 공정 (A) 에서 분리 회수된 CO2 및/또는 CO 에 수소를 첨가하여, CO2 및/또는 CO 를 CH4 로 변환시키는 공정 (B) 와, 그 공정 (B) 를 거친 가스로부터 H2O 를 분리 제거하는 공정 (C) 와, 그 공정 (C) 를 거친 가스를 고로 내에 취입하는 공정 (D) 를 갖는 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법.」
이 개시되어 있다.
또, 특허문헌 2 에는,
「고로 가스를 연료의 일부 또는 전부로서 사용하는 연소로의 배기 가스로부터 CO2 를 분리하고, 분리한 CO2 를 메탄으로 개질하여 얻어진 환원 가스를 고로에 취입하는 것을 특징으로 하는 고로 조업 방법.」
이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 2011-225969호 일본 공개특허공보 2014-005510호
그러나, 특허문헌 1 및 2 의 기술에서는, 환원재로서 고로에 취입하는 메탄의 양이 일정 이상이 되면, 고로 하부의 착열 부족이나 압손 상승, 찌꺼기 배출 불량 등의 조업 트러블을 일으키는 경우가 있다.
그 때문에, 안정적인 조업하, 고로로부터의 이산화탄소의 배출량의 가일층의 삭감이 가능한 고로의 조업 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은, 상기 현상황을 감안하여 개발된 것으로서, 안정적인 조업하, 고로로부터의 이산화탄소의 배출량의 가일층의 삭감이 가능한 고로의 조업 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 상기 고로의 조업 방법에 사용하는 고로 부대 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그래서, 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해, 예의 검토를 거듭하였다.
먼저, 발명자들은, 특허문헌 1 및 2 의 기술에 있어서, 환원재로서 고로에 취입하는 메탄의 양을 일정 이상으로 한 경우, 조업 트러블이 발생하는 원인에 대해 검토하였다.
그 결과, 이하의 지견을 얻었다.
환원재로서 고로에 취입하는 메탄의 양을 일정 이상으로 하면, 우구의 출구 근방에 발생하는 연소 영역 (레이스웨이) 에 있어서 취입 환원재 및 코크스가 연소되어 발생하는 화염의 온도 (이하, 우구 선단 온도라고도 한다) 가 대폭 저하된다. 그리고, 이 우구 선단 온도의 저하가, 고로 하부의 착열 부족이나 압손 상승, 찌꺼기 배출 불량 등의 조업 트러블의 발생 원인이 된다.
즉, 우구로부터 고로 내에 환원재로서 미분탄을 취입하는 경우, 미분탄의 주성분은 탄소이기 때문에, 레이스웨이에서는 이하와 같은 반응이 일어난다.
C ＋ 0.5O2 ＝ CO ＋ 110.5 kJ/mol
한편, 우구로부터 고로 내에 환원재로서 메탄을 취입하는 경우, 레이스웨이에서는 이하와 같은 반응이 일어난다.
CH4 ＋ 0.5O2 ＝ CO ＋ 2H2 ＋ 35.7 kJ/mol
당해 반응시에 발생하는 열량을, CO 및 H2 의 합계량의 1 몰당으로 환산하면, 11.9 kJ/mol 이 된다.
고로의 안정 조업을 위해서는, 우구 선단 온도를 2000 ℃ ∼ 2400 ℃ 의 범위로 제어할 필요가 있다. 그러나, 고로 내에 취입하는 환원재의 대부분을 미분탄에서 메탄 가스로 치환하면, 상기 반응열의 차에 의해, 우구 선단 온도가 저하된다. 그 결과, 우구 선단 온도를 상기 범위 내로 제어할 수 없게 되어, 다양한 조업 트러블이 발생한다.
그래서, 발명자들은, 상기 지견을 기초로, 추가로 검토를 거듭하였다.
그 결과, 송풍 가스로서, 열풍 (1200 ℃ 정도로 가열한 공기) 이 아니라, 산소 가스를 사용함으로써, 고로 내에 취입하는 환원재에 다량의 메탄을 사용해도, 우구 선단 온도의 저하가 유효하게 방지되는 것을 지견하였다. 그리고, 이와 같은 메탄을 고로로부터 배출되는 부생 가스 (이하, 고로 가스라고도 한다) 로부터 재생하고, 이 재생한 메탄 (재생 메탄 가스) 을 환원재로서 고로 내에 다시 취입함으로써, 고로로부터의 이산화탄소의 배출량을 더욱 삭감하면서, 안정적인 고로의 조업이 가능해진다는 지견을 얻었다.
또, 송풍 가스로서, 특히 산소 농도가 높은 산소 가스를 사용함으로써, 고로 가스에 포함되는 질소의 양이 대폭 저감된다. 그 결과, 당해 고로 가스로부터 일산화탄소나 이산화탄소를 분리하는 공정이 불필요해져, 설비의 컴팩트화의 점에서도 매우 유리해진다는 지견을 얻었다.
또한, 발명자들은, 송풍 가스로서, 산소 가스를 사용함으로써, 고로 내에 취입하는 환원재에 다량의 메탄을 사용해도, 우구 선단 온도를 2000 ℃ ∼ 2400 ℃ 의 범위로 제어하는 것이 가능한 이유에 대해, 다음과 같이 생각하고 있다.
즉, 송풍 가스로서, 열풍 (1200 ℃ 정도로 가열한 공기) 을 사용하는 경우, 연소 가스 중에 연소 반응에 기여하지 않는 50 체적％ 정도의 질소가 포함되기 때문에, 레이스웨이에 있어서의 화염의 온도는 고온이 되기 어렵다. 그 때문에, 고로 내에 취입하는 환원재의 대부분을 미분탄에서 메탄 가스로 치환하면, 상기한 미분탄-산소의 반응에 있어서의 반응열과, 메탄 가스-산소의 반응에 있어서의 반응열의 차에 의해, 우구 선단 온도가 저하되고, 나아가서는, 우구 선단 온도가 적정 온도의 하한인 2000 ℃ 를 하회해 버린다.
한편, 송풍 가스로서, 산소 가스를 사용함으로써, 연소 반응에 기여하지 않는 질소 가스의 혼입을 억제할 수 있으므로, 우구 선단 온도를 충분한 온도까지 승온시키는 것이 가능해진다. 즉, 레이스웨이에 있어서의 화염의 온도를, 열풍을 사용하는 경우와 비교하여 고온으로 할 수 있기 때문에, 우구로부터 환원재로서 다량의 메탄을 취입하는 경우에도, 우구 선단 온도를 적정 범위인 2000 ℃ ∼ 2400 ℃ 의 범위로 제어하는 것이 가능해진다.
또, 고로 가스로부터 메탄을 재생하려면, 고로 가스에 포함되는 일산화탄소나 이산화탄소와 수소를 반응시킬 필요가 있다.
그러나, 일본에 있어서 주류인 5,000 ㎥ 급의 대형 고로로부터 발생하는 고로 가스의 전량을, 메탄으로서 재생하려면, 60,000 ㎥/h 정도의 수소가 필요하다. 그러나, 이와 같은 대량의 수소를, 제철소 외부에서 조달하는 것은 매우 곤란하다.
이 점에 대해서도, 발명자들은 검토를 거듭하여, 재생 메탄 가스의 생성에 필요한 수소 가스의 공급원으로서, 코크스로로부터 배출되는 부생 가스 (이하, 코크스로 가스라고도 한다) 를 이용하는 것이 유리한 것을 지견하였다.
즉, 코크스로 가스에는, 수소에 추가하여, 메탄도 포함되어 있다. 그 때문에, 재생 메탄 가스의 생성에 코크스로 가스를 사용함으로써, 고로 가스로부터 메탄을 생성하는 데에 필요한 수소량, 특히는 외부로부터 공급되는 수소량을 저감시키는 것이 가능해진다. 또, 코크스로에 있어서, 석탄을 건류하여 코크스를 제조할 때에 부차적으로 발생하는 수소를 유효 활용할 수 있으므로, 보다 고효율의 자원 순환 시스템을 구축하는 것이 가능해진다.
본 발명은, 상기 지견에 기초하여, 추가로 검토를 가하여 완성된 것이다.
즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
1. 고로의 조업 방법으로서,
상기 고로로부터 배출되는 부생 가스인 고로 가스, 및 코크스로로부터 배출되는 부생 가스인 코크스로 가스를 사용하여, 재생 메탄 가스를 생성하는 공정과,
상기 고로의 우구로부터 상기 고로 내에 송풍 가스 및 환원재를 취입하는 공정을 갖고,
상기 송풍 가스로서 산소 가스를 사용하고, 또한 상기 환원재의 적어도 일부에 상기 재생 메탄 가스를 사용하는, 고로의 조업 방법.
2. 상기 환원재에 있어서의 순환 탄소 원자의 원단위가 60 ㎏/t 이상인, 상기 1 에 기재된 고로의 조업 방법.
여기서, 순환 탄소 원자의 원단위란, 용선 (溶銑) 1 t 을 제조할 때에 환원재로서 고로 내에 취입되는 재생 메탄 가스의 탄소 환산 질량이며, 하기 식에 의해 구한다.
[순환 탄소 원자의 원단위 (㎏/t)] ＝ [환원재로서 고로 내에 취입되는 재생 메탄 가스 중의 메탄의 질량 (㎏)] × (12/16) ÷ [용선 제조량 (t)]
3. 상기 코크스로 가스의 원단위가 140 Nm3/t 이하인, 상기 1 또는 2 에 기재된 고로의 조업 방법.
여기서, 코크스로 가스의 원단위란, 용선 1 t 을 제조할 때에, 재생 메탄 가스를 생성하는 공정에서 사용하는 코크스로 가스의 양이다.
4. 상기 산소 가스의 산소 농도가 80 체적％ 이상인, 상기 1 ∼ 3 중 어느 하나에 기재된 고로의 조업 방법.
5. 상기 고로 가스의 일부로부터 상기 재생 메탄 가스를 생성하고, 상기 고로 가스의 잉여분을 제철소 내에 공급하는, 상기 1 ∼ 4 중 어느 하나에 기재된 고로의 조업 방법.
6. 상기 재생 메탄 가스의 잉여분을 제철소 내에 공급하는, 상기 1 ∼ 5 중 어느 하나에 기재된 고로의 조업 방법.
7. 상기 1 ∼ 6 중 어느 하나에 기재된 고로의 조업 방법에 사용하는 고로 부대 설비로서,
상기 고로 가스, 및 상기 코크스로 가스를 사용하여, 상기 재생 메탄 가스를 생성하는, 메탄 가스 생성 장치와,
상기 재생 메탄 가스를 상기 고로의 우구에 도입하는 메탄 가스 공급부, 및 상기 산소 가스를 상기 고로의 우구에 도입하는 산소 가스 공급부를 갖는, 가스 취입 장치를 구비하는, 고로 부대 설비.
본 발명에 의하면, 안정적인 조업하, 고로로부터의 이산화탄소 (CO2) 의 배출량의 가일층의 삭감이 가능해진다. 또, 고효율의 자원 순환 시스템을 구축하는 것이 가능해진다. 추가로, 고로 가스로부터 생성된 메탄 가스를 사용함으로써, 코크스 및 미분탄, 즉, 유한의 화석 연료인 석탄의 사용량을 삭감하는 것도 가능해진다.
또한, 고로로부터 배출되는 부생 가스 중의 질소의 양이 대폭 저감되므로, 당해 부생 가스로부터 일산화탄소나 이산화탄소를 분리하는 공정, 바꿔 말하면, 거대한 PSA (압력 변동 흡착법) 분리 장치 등이 불필요해져, 설비의 컴팩트화의 점에서도 매우 유리해진다.
추가로, 코크스로 가스에는, 수소에 추가하여, 메탄도 포함되어 있으므로, 재생 메탄 가스의 생성에 코크스로 가스를 사용함으로써, 고로 가스로부터 메탄을 생성하는 데에 필요한 수소량을 저감시키는 것도 가능해진다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고로의 조업 방법에 사용하는, 고로 및 고로 부대 설비의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고로의 조업 방법에 사용하는, 가스 취입 장치의 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3 은, 비교예에서 사용한, 고로 및 고로 부대 설비를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4 는, 비교예에서 사용한, 고로 및 고로 부대 설비를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5 는, 비교예에서 사용한, 고로 및 고로 부대 설비를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6 은, 열풍 송풍 조건 및 산소 가스 송풍 조건에 대해, 순환 탄소 원자의 원단위와 우구 선단 온도의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
본 발명을, 이하의 실시형태에 기초하여 설명한다.
본 발명의 일 실시형태는, 고로의 조업 방법으로서,
상기 고로로부터 배출되는 부생 가스인 고로 가스, 및 코크스로로부터 배출되는 부생 가스인 코크스로 가스를 사용하여, 재생 메탄 가스를 생성하는 공정과,
상기 고로의 우구로부터 상기 고로 내에 송풍 가스 및 환원재를 취입하는 공정을 갖고,
상기 송풍 가스로서 산소 가스를 사용하고, 또한 상기 환원재의 적어도 일부에 상기 재생 메탄 가스를 사용한다는 것이다.
먼저, 본 발명의 일 실시형태에 따른 고로의 조업 방법을, 도 1 에 모식적으로 나타내는 고로 및 고로 부대 설비에 적용한 경우를 예로 하여 설명한다.
도면 중, 부호 1 은 고로, 2 는 우구, 3 은 메탄 가스 생성 장치, 3-1 은 코크스로, 4 는 가스 취입 장치, 5 는 제 1 탈수 장치, 6 은 제 2 탈수 장치, 7 은 버너이다.
또한, 여기서 말하는 고로에는, 샤프트형 환원로 등도 포함하는 것으로 한다.
[고로의 조업 방법]
본 발명의 일 실시형태에 따른 고로의 조업 방법에서는, 고로의 노 정상부로부터 고로 내에 원료가 되는 소결광이나 괴광석, 펠릿 (이하, 광석 원료라고도 한다) 이나 코크스 등이 장입된다 (도시 생략). 또, 고로 하부에 설치된 우구 (2) 로부터 고로 (1) 내에, 송풍 가스와 환원재가 취입된다. 또한, 우구 (2) 로부터 고로 (1) 내에 취입하는 환원재를, 코크스와 구별하기 위해, 취입 환원재라고도 한다.
그리고, 송풍 가스와 환원재의 반응에 의해 생성된 일산화탄소 가스나 수소 가스에 의해, 고로 (1) 내에 장입한 광석 원료가 환원된다. 이 광석 원료의 환원 반응에 있어서, 이산화탄소가 발생한다. 그리고, 이 이산화탄소는, 광석 원료와 반응하지 않았던 일산화탄소나 수소 등과 함께, 부생 가스로서, 고로의 노 정상부로부터 배출된다. 고로의 노 정상부는 2.5 기압 정도의 고압 조건으로 되어 있다. 그 때문에, 이 고로의 노 정상부로부터 배출되는 부생 가스인 고로 가스가, 상압으로 되돌아올 때의 팽창 냉각에 의해, 수증기가 응축된다. 그리고, 제 1 탈수 장치 (5) 에 있어서, 그 응축수가 제거된다.
이어서, 고로 가스의 적어도 일부를, 메탄 가스 생성 장치 (3) 에 도입한다. 그리고, 메탄 가스 생성 장치 (3) 에 있어서, 고로 가스에 포함되는 일산화탄소 및 이산화탄소와 수소를 반응시켜, 메탄 (CH4) 가스를 생성한다. 여기서, 고로 가스를 반응시켜 얻은 메탄 가스를, 재생 메탄 가스라고 칭한다.
또한, 재생 메탄 가스의 생성에 사용하는 수소 가스는, 수소 농도 : 100 체적％ 의 가스가 아니어도 되지만, 재생 메탄 가스의 메탄 농도를 고농도로 하기 위해, 수소 농도가 높은 가스, 구체적으로는, 수소 농도가 80 체적％ 이상인 수소 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 수소 농도는, 보다 바람직하게는 90 체적％ 이상, 더욱 바람직하게는 95 체적％ 이상이다. 수소 농도는 100 체적％ 여도 된다. 수소 이외의 잔부 가스로는, 예를 들어, CO 나 CO2, H2S, CH4, N2 등을 들 수 있다.
그리고, 재생 메탄 가스의 생성시에 사용하는 수소 가스 공급원의 적어도 일부에, 코크스로 가스를 사용한다.
그 이유는,
· 코크스로 가스에는, 수소에 추가하여, 메탄도 포함되어 있으므로, 재생 메탄 가스의 생성에 코크스로 가스를 사용함으로써, 고로 가스로부터 메탄을 생성하는 데에 필요한 수소량, 특히는 외부로부터 공급되는 수소량을 저감시킬 수 있고,
· 또, 코크스로 (3-1) 에 있어서, 석탄을 건류하여 코크스를 제조할 때에 부차적으로 발생하는 수소를 유효 활용할 수 있으므로, 보다 고효율의 자원 순환 시스템을 구축하는 것이 가능해지기 때문이다.
여기서, 재생 메탄 가스의 생성시에 사용하는 (메탄 가스 생성 장치 (3) 에 도입하는) 코크스로 가스에는, 통상적으로 수소가 50 ∼ 60 체적％, 메탄이 25 ∼ 30 체적％, 잔부 가스가 10 ∼ 25 체적％ 포함된다. 잔부 가스로는, 예를 들어, 메탄 이외의 탄화수소 CnHm 이나 CO, CO2, N2 등을 들 수 있다. 잔부 가스에 포함되는 메탄 이외의 탄화수소 CnHm 이나 CO, CO2 는, 메탄 가스 생성 장치 (3) 에서 수소와 반응하여, 메탄이 된다 (당해 메탄도, 재생 메탄 가스에 함유된다).
또, 코크스로 가스에 포함되는 메탄은, 수소와 함께, 메탄 가스 생성 장치 (3) 에 도입되고, 그대로, 재생 메탄 가스로서, 가스 취입 장치 (4) 에 도입된다.
즉, 재생 메탄 가스에는, 코크스로 가스에 포함되어 있던 메탄이 그대로 함유된다.
또한, 코크스로 (3-1) 로부터 배출된 직후의 가스 (이하, 미정제의 코크스로 가스라고 한다) 에는, 타르, 암모니아, 황화수소, 나프탈렌 등의 성분이 함유되어 있다. 그 때문에, 재생 메탄 가스의 생성시에 사용할 때 (메탄 가스 생성 장치 (3) 에 도입할 때) 까지, 미정제의 코크스로 가스로부터 이들 성분을 제거한다.
또, 미정제의 코크스로 가스에는, CO 나 CO2 가 포함되어 있으므로, 필요에 따라, PSA (물리 흡착) 등에 의해, CO 나 CO2 를 분리해도 된다.
또한, 본 명세 중, 간단히「코크스로 가스」라고 하는 경우에는, 미정제의 코크스로 가스가 아니라, 타르, 암모니아, 황화수소, 나프탈렌 등의 성분, 및 필요에 따라 CO 나 CO2 를 제거한 코크스로 가스 (바꿔 말하면, 재생 메탄 가스의 생성시에 사용하는 (메탄 가스 생성 장치 (3) 에 도입하는) 코크스로 가스) 를 의미하는 것으로 한다.
추가로, 코크스로 가스의 원단위 (용선 1 t 을 제조할 때에, 재생 메탄 가스를 생성하는 공정에서 사용하는 코크스로 가스의 양) 는, 140 Nm3/t 이하로 하는 것이 바람직하다. 즉, 코크스로 가스의 원단위가 140 Nm3/t 를 초과하면, 제철소 내에서 코크스를 과잉으로 생산하게 되어, CO2 배출량의 삭감 효과가 작아지는 경우가 있다.
한편으로, 자원 순환 효율을 높이고, 나아가서는, 외부로부터 공급되는 수소 가스의 사용을 최대한 저감시킨다는 관점에서, 코크스로 가스의 원단위는, 70 Nm3/t 이상으로 하는 것이 바람직하다. 코크스로 가스의 원단위는, 보다 바람직하게는 105 Nm3/t 이상이다.
또한, 재생 메탄 가스의 생성시에 사용하는 수소 가스의 부족분에 대해서는, 외부로부터 공급하거나, 또는, 물의 전기 분해에 의해 생성하면 된다. 외부로부터 공급되는 수소 가스로는, 예를 들어, 천연 가스 등의 탄화수소를 수증기 개질 등에 의해 개질함으로써 제조되는 수소 가스나, 액화수소를 기화시켜 얻어지는 수소 가스, 유기 하이드라이드를 탈수소하여 제조되는 수소 가스 등을 들 수 있다.
또, 외부로부터 공급되는 수소 가스, 및 물의 전기 분해에 의해 생성되는 수소 가스 (이하, 기타 수소 가스라고도 한다) 는, 예를 들어, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 코크스로 가스와는 별도의 라인으로 메탄 가스 생성 장치 (3) 에 도입하면 된다. 또, 메탄 가스 생성 장치 (3) 와 코크스로 (3-1) 사이 (단, 타르, 암모니아, 황화수소, 나프탈렌 등의 성분, 및 필요에 따라 CO 나 CO2 를 제거하기 위한 장치의 하류측) 의 코크스로 가스 유통로에, 기타 수소 가스의 공급 라인을 접속시켜도 된다.
이어서, 재생 메탄 가스를 상온까지 냉각시킴으로써, 재생 메탄 가스 중의 수증기가 응축된다. 그리고, 제 2 탈수 장치 (6) 에 있어서, 이 응축수가 제거된다.
이어서, 재생 메탄 가스를, 가스 취입 장치 (4) 에 도입한다. 가스 취입 장치 (4) 는, 제 2 탈수 장치 (6) 를 개재하여 메탄 가스 생성 장치 (3) 와 접속된다. 또, 가스 취입 장치 (4) 는, 취입 환원재가 되는 재생 메탄 가스를 고로 (1) 의 우구 (2) 에 도입하는 메탄 가스 공급부, 및 송풍 가스가 되는 산소 가스를 고로의 우구에 도입하는 산소 가스 공급부를 갖는다.
예를 들어, 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 가스 취입 장치 (4) 는, 중심관 (4-1) 및 외관 (4-3) 을 갖는 동축 다중관으로 구성된다. 그리고, 메탄 가스 공급부 (로) 가 되는 중심관 내로에 메탄 가스 (재생 메탄 가스, 및 적절히 후술하는 외부 메탄 가스) 가 도입되고, 산소 가스 공급부 (로) 가 되는 중심관 (4-1) 과 외관 (4-3) 사이의 환상 관로에 산소 가스가 도입된다.
또, 기타 취입 환원재, 예를 들어, 미분탄이나 폐플라스틱, 수소 가스나 일산화탄소 가스 등의 환원 가스를 함께 사용해도 된다. 또한, 기타 취입 환원재의 고로 내에 대한 취입량은, 합계로 150 ㎏/t 이하로 하는 것이 바람직하다. 여기서,「㎏/t」라는 단위는, 용선 1 t 을 제조할 때에 고로 내에 취입하는 기타 취입 환원재의 양이다.
기타 취입 환원재를 사용하는 경우, 메탄 가스 공급부에, 기타 취입 환원재도 함께 도입해도 된다. 또, 기타 취입 환원재로서 미분탄이나 폐플라스틱을 사용하는 경우에는, 메탄 가스 공급부와는 별도로, 미분탄이나 폐플라스틱을 유통시키는 별도의 환원재 공급부 (로) 를 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 가스 취입 장치 (4) 는, 예를 들어, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 중심관 (4-1) 및 외관 (4-3) 에 추가하여, 중심관 (4-1) 과 외관 (4-3) 사이에 내관 (4-2) 을 형성한 동축 다중관에 의해 구성된다. 그리고, 별도의 환원재 공급부가 되는 중심관 내로로부터 미분탄이나 폐플라스틱 등의 기타 취입 환원재가 도입된다. 또, 메탄 가스 공급부가 되는 중심관 (4-1) 과 외관 (4-3) 사이의 환상 관로로부터 메탄 가스가 도입되고, 산소 가스 공급부가 되는 내관 (4-2) 과 외관 (4-3) 사이의 환상 관로로부터 산소가 도입된다.
또한, 송풍 가스에 상온의 산소 가스를 사용하면 착화성이 나빠지므로, 가스 취입 장치 (4) 의 산소 가스 공급부를 구성하는 외관의 토출부를 다공 구조로 하여, 산소 가스와 취입 환원재의 혼합을 촉진시키는 것이 바람직하다.
또, 우구로부터 고로 내에 취입하는 메탄 가스 (이하, 취입 메탄 가스라고도 한다) 의 전량을 재생 메탄 가스로 할 필요는 없고, 제철소의 조업에 맞춰, 별도의 라인으로부터 공급되는 메탄 가스 (외부 메탄 가스라고도 한다) 를 사용해도 된다. 이 경우, 가스 취입 장치 (4) 의 메탄 가스 공급부에 외부 메탄 가스의 공급 라인을 접속시켜도 되고, 상기한 별도의 환원재 공급부에 외부 메탄 가스의 공급 라인을 접속시켜도 된다. 또, 메탄 가스 생성 장치 (3) 와 가스 취입 장치 (4) 사이 (바람직하게는, 제 2 탈수 장치 (6) 와 가스 취입 장치 (4) 사이) 의 재생 메탄 가스 유통로에, 외부 메탄 가스의 공급 라인을 접속시켜도 된다.
또한, 외부 메탄 가스로는, 예를 들어, 화석 연료 유래의 메탄 가스 등을 들 수 있다.
이어서, 도 2(a) 및 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 가스 취입 장치 (4) 로부터 도입된 취입 메탄 가스 등의 취입 환원재 및 산소 가스가 우구 (2) 내에서 혼합되고, 이 혼합 가스가, 우구 (2) 로부터 고로 (1) 내에 취입된 직후에, 급속 착화·급속 연소된다. 그리고, 우구 (2) 의 선단의 고로 내에, 취입 메탄 가스 등의 취입 환원재나 코크스와 산소 가스가 반응하는 영역인 레이스웨이 (8) 가 형성된다.
또한, 송풍 가스 중의 산소 농도가 증가하면, 노 내 가스량이 적어져, 고로 상부에 있어서의 장입물의 승온이 불충분해지는 경우가 있다. 이 경우에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 탈수 장치 (5) 의 하류의 고로 가스의 일부를, 800 ℃ ∼ 1000 ℃ 정도가 되도록 버너 (7) 에 의해 부분 연소시킨 후, 고로 샤프트부에 취입하는 예열 가스 취입을 실시하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 고로의 조업 방법에서는, 상기 서술한 바와 같이, 송풍 가스로서, 열풍 (1200 ℃ 정도로 가열한 공기) 이 아니라, 산소 가스를 사용하는 것이 중요해진다.
즉, 송풍 가스로서, 열풍 (1200 ℃ 정도로 가열한 공기) 을 사용하는 경우, 연소 가스 중에 연소 반응에 기여하지 않는 50 체적％ 정도의 질소가 포함되기 때문에, 레이스웨이에 있어서의 화염의 온도는 고온이 되기 어렵다. 그 때문에, 고로 내에 취입하는 환원재의 대부분을 미분탄에서 메탄 가스로 치환하면, 상기한 미분탄-산소의 반응에 있어서의 반응열과, 메탄 가스-산소의 반응에 있어서의 반응열의 차에 의해, 우구 선단 온도가 저하되어, 우구 선단 온도가 적정 온도의 하한인 2000 ℃ 를 하회해 버린다. 그 결과, 고로 하부의 착열 부족이나 압손 상승, 찌꺼기 배출 불량 등의 조업 트러블을 초래한다. 또, 고로 가스에 질소가 다량으로 포함되게 되므로, 고로 가스로부터 메탄 가스를 생성하는 공정의 전 (前) 공정에서, 질소와 일산화탄소 및 이산화탄소를 분리하는 공정이 필요해진다.
한편, 송풍 가스로서, 산소 가스를 사용함으로써, 연소 반응에 기여하지 않는 질소 가스의 혼입을 억제할 수 있으므로, 우구 선단 온도를 충분한 온도까지 승온시키는 것이 가능해진다. 즉, 레이스웨이에 있어서의 화염의 온도를, 열풍을 사용하는 경우와 비교하여 고온으로 할 수 있다. 그 때문에, 우구로부터 환원재로서 다량의 메탄을 취입하는 경우에도, 우구 선단 온도를 적정 범위인 2000 ℃ ∼ 2400 ℃ 의 범위로 제어하는 것이 가능해진다.
이상의 점에서, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 고로의 조업 방법에서는, 송풍 가스로서, 산소 가스를 사용하는 것이 중요해진다.
또한, 도 6 에, 송풍 가스로서 열풍 (1200 ℃ 정도로 가열한 공기) 을 사용한 조건 (이하, 열풍 송풍 조건이라고도 한다) 과, 송풍 가스로서 산소 가스 (산소 농도 : 100 ％) 를 사용한 조건 (이하, 산소 가스 송풍 조건이라고도 한다) 에 대해, 후술하는 환원재에 있어서의 순환 탄소 원자의 원단위 (이하, 간단히 순환 탄소 원자의 원단위라고도 한다) 와 우구 선단 온도의 관계의 일례를 나타낸다. 양방의 조건 모두, 취입 환원재에는, 전량 재생 메탄 가스 (메탄 농도 : 99.5 ％) 를 사용하고 있다.
도 6 에 나타낸 바와 같이, 열풍 송풍 조건에서는, 순환 탄소 원자의 원단위가 52 ㎏/t 이상 (즉, 재생 메탄의 취입량이 97 Nm3/t 이상)이 되면, 우구 선단 온도가 적정 온도의 하한인 2000 ℃ 를 하회해 버리는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 일반적으로 사용되고 있는 열풍 송풍 조건에서는, 순환 탄소 원자의 원단위를, 55 ㎏/t 이상, 특히는 60 ㎏/t 이상으로 하면, 우구 선단 온도의 저하를 초래하여, 안정적인 조업을 실시할 수 없다.
한편, 산소 가스 송풍 조건에서는, 순환 탄소 원자의 원단위를 55 ㎏/t 이상, 나아가서는 60 ㎏/t 이상으로 해도, 우구 선단 온도를 2000 ℃ 이상으로 유지하는 것이 가능한 것을 알 수 있다.
또한, 도 6 의 산소 가스 송풍 조건에서는, 순환 탄소 원자의 원단위가 55 ㎏/t ∼ 80 ㎏/t 의 범위에서 우구 선단 온도가 적정 온도의 상한인 2400 ℃ 를 초과하고 있다. 이것은, 취입 환원재에 전량 재생 메탄을 사용하고 있기 때문이며, 취입 환원재의 일부에 외부 메탄 가스를 사용하는 경우에는, 순환 탄소 원자의 원단위가 55 ㎏/t ∼ 80 ㎏/t 의 범위에 있어서도 우구 선단 온도를 2000 ℃ ∼ 2400 ℃ 의 범위로 제어하는 것이 가능하다. 또, 취입 환원재에 전량 재생 메탄을 사용하는 경우에도, 산소 가스의 산소 농도를 조정함으로써, 우구 선단 온도를 2000 ℃ ∼ 2400 ℃ 의 범위로 제어하는 것이 가능하다.
또, 산소 가스에 있어서의 산소 농도는, 80 체적％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 산소 가스에 있어서의 산소 농도가 낮으면, 고로 내에 도입하는 가스량, 나아가서는, 고로의 압력 손실이 증대되어, 생산성이 저하될 우려가 있다. 또, 상기 가스 순환을 반복하는 동안에, 재생 메탄 가스 중의 메탄 가스의 농도가 상대적으로 저하된다. 그 때문에, 산소 가스에 있어서의 산소 농도는 80 체적％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 산소 농도는, 보다 바람직하게는 90 체적％ 이상, 더욱 바람직하게는 95 체적％ 이상이다. 특히, 산소 농도가 90 체적％ 이상이면, 통상적인 고로의 조업 기간을 초과하여 조업하는 경우에도, 외부 메탄 가스의 공급 등 없이, 재생 메탄 가스 중의 메탄 가스 농도를 고농도 (90 체적％ 정도) 로 유지할 수 있으므로, 매우 유리하다. 산소 농도는 100 체적％ 여도 된다.
또한, 산소 가스 중의 산소 이외의 잔부 가스로는, 예를 들어, 질소나 이산화탄소, 아르곤 등이 포함되어 있어도 된다.
또, 재생 메탄 가스, 또는, 재생 메탄 가스 및 외부 메탄 가스에 의해 구성되는 취입 메탄 가스의 메탄 농도는 80 체적％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
즉, 취입 메탄 가스 중의 메탄 농도가 낮으면, 고로 내에 취입하는 가스량, 나아가서는, 고로의 압력 손실이 증대되어, 생산성이 저하될 우려가 있다. 또, 상기한 가스 순환을 반복하는 동안에, 재생 메탄 가스 중의 메탄 농도가 상대적으로 저하된다. 그 때문에, 취입 메탄 가스의 메탄 농도는, 80 체적％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 취입 메탄 가스의 메탄 농도는, 보다 바람직하게는 90 체적％ 이상, 더욱 바람직하게는 95 체적％ 이상이다. 취입 메탄 가스의 메탄 농도는 100 체적％ 여도 된다.
동일한 이유에서, 재생 메탄 가스 및 외부 메탄 가스의 메탄 농도도 각각 80 체적％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 재생 메탄 가스 및 외부 메탄 가스의 메탄 농도는 각각, 보다 바람직하게는 90 체적％ 이상, 더욱 바람직하게는 95 체적％ 이상이다. 재생 메탄 가스 및 외부 메탄 가스의 메탄 농도는 각각 100 체적％ 여도 된다.
또한, 취입 메탄 가스, 재생 메탄 가스 및 외부 메탄 가스 중의 메탄 이외의 잔부 가스로는, 예를 들어, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 탄화수소, 그리고, 질소 등의 불순물 가스가 포함되어 있어도 된다.
또, 재생 메탄 가스의 메탄 농도가 저하된 경우에는, 예를 들어, 취입 메탄 가스에 있어서의 재생 메탄 가스의 비율을 저하시키는 한편, 메탄 농도가 높은 외부 메탄 가스의 비율을 증가시킴으로써, 취입 메탄 가스 중의 메탄 농도를 높게 유지하는 것이 가능하다.
또, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 고로의 조업 방법에서는, 환원재에 있어서의 순환 탄소 원자의 원단위를 55 ㎏/t 이상, 나아가서는 60 ㎏/t 이상으로 하는 것이 바람직하다.
여기서, 순환 탄소 원자의 원단위란, 용선 1 t 을 제조할 때에 환원재로서 고로 내에 취입되는 재생 메탄 가스의 탄소 환산 질량이며, 하기 식에 의해 구한다.
[순환 탄소 원자의 원단위 (㎏/t)] ＝ [환원재로서 고로 내에 취입되는 재생 메탄 가스 중의 메탄의 질량 (㎏)] × (12/16) ÷ [용선 제조량 (t)]
고로의 안정 조업을 위해서는, 통상적으로 우구 선단 온도를 2000 ℃ ∼ 2400 ℃ 의 범위로 제어할 필요가 있다. 그 때문에, 송풍 가스로서, 열풍 (1200 ℃ 정도로 가열한 공기) 을 사용하는 경우에는, 우구 선단 온도를 상기 범위로 유지하는 관점에서, 메탄 가스를, 탄소 환산 질량으로 52 ㎏/t 정도까지 밖에 고로 내에 취입할 수 없다. 즉, 고로 내에 취입하는 메탄 가스의 전량을 재생 메탄 가스로 해도, 환원재에 있어서의 순환 탄소 원자의 원단위는, 52 ㎏/t 정도 밖에 되지 않는다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 고로의 조업 방법에서는, 메탄 가스의 취입량을 대폭 증가시켜도 우구 선단 온도를 2000 ℃ ∼ 2400 ℃ 의 범위로 제어할 수 있다. 그 때문에, 환원재에 있어서의 순환 탄소 원자의 원단위를 55 ㎏/t 이상, 나아가서는 60 ㎏/t 이상으로 증가시킬 수 있다. 이로써, 고로 가스에 포함되는 일산화탄소나 이산화탄소에서 유래하는 재생 메탄 가스의 사용량이 증가하여, 고로로부터의 이산화탄소의 배출량이 한층 삭감된다. 환원재에 있어서의 순환 탄소 원자의 원단위는, 80 ㎏/t 이상, 나아가서는 90 ㎏/t 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 환원재에 있어서의 순환 탄소 원자의 원단위의 상한은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 110 ㎏/t 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 환원재에 있어서의 순환 탄소 원자의 원단위는, 취입 환원재에 있어서의 재생 메탄 가스의 우구에 대한 취입량을 조정함으로써, 제어할 수 있다.
특히, 취입 메탄 가스에 있어서의 재생 메탄 가스의 비율을 80 체적％ 이상, 바람직하게는 90 체적％ 이상으로 함으로써, 높은 이산화탄소의 배출량 삭감 효과가 얻어진다.
또, 고로 가스의 일부로부터 재생 메탄 가스를 생성하고, 고로 가스의 잉여분을 제철소 내에 공급해도 된다. 또한, 재생 메탄 가스에 잉여분이 있는 경우에는, 그 잉여분을 제철소 내에 공급해도 된다.
또한, 산소 가스 및 환원재의 취입량이나 기타 조업 조건은, 특별히 한정되지 않고, 고로의 용량 등에 따라 적절히 결정하면 된다.
[고로 부대 설비]
본 발명의 일 실시형태에 따른 고로 부대 설비는, 상기 고로의 조업 방법에 사용하는 고로 부대 설비로서,
상기 고로 가스, 및 상기 코크스로 가스를 사용하여, 상기 재생 메탄 가스를 생성하는, 메탄 가스 생성 장치와,
상기 재생 메탄 가스를 상기 고로의 우구에 도입하는 메탄 가스 공급부, 및 상기 산소 가스를 상기 고로의 우구에 도입하는 산소 가스 공급부를 갖는, 가스 취입 장치를 구비하는, 고로 부대 설비이다.
여기서, 메탄 가스 생성 장치는, 예를 들어, 고로 가스 도입부와, 코크스로 가스 도입부와, 반응부를 갖는다. 또, 메탄 가스 생성 장치는, 기타 공급원으로부터의 수소 가스 도입부를 갖고 있어도 된다. 반응부에서는, 고로 가스 도입부로부터 도입한 고로 가스와, 코크스로 가스 도입부로부터 도입한 코크스로 가스 (및 수소 가스 도입부로부터 도입한 수소 가스) 에 포함되는 수소를 반응시켜, 재생 메탄 가스를 생성한다.
또한, 메탄 가스의 생성 반응에서는 발열이 일어나므로, 반응부는 냉각 기구를 구비하는 것이 바람직하다.
또, 가스 취입 장치는, 상기한 바와 같이, 예를 들어, 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 중심관 (4-1) 및 외관 (4-3) 을 갖는 동축 다중관으로 구성된다. 그리고, 메탄 가스 공급부 (로) 가 되는 중심관 내로에 메탄 가스 (재생 메탄 가스, 및 적절히 후술하는 외부 메탄 가스) 가 도입되고, 산소 가스 공급부 (로) 가 되는 중심관 (4-1) 과 외관 (4-3) 사이의 환상 관로에 산소 가스가 도입된다.
또, 기타 취입 환원재, 예를 들어, 미분탄이나 폐플라스틱, 수소 가스나 일산화탄소 가스 등의 환원 가스를 함께 사용해도 된다.
기타 취입 환원재를 사용하는 경우, 메탄 가스 공급부에, 기타 취입 환원재도 함께 도입해도 된다. 또, 기타 취입 환원재로서 미분탄이나 폐플라스틱을 사용하는 경우에는, 메탄 가스 공급부와는 별도로, 미분탄이나 폐플라스틱을 유통시키는 별도의 환원재 공급부 (로) 를 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 가스 취입 장치는, 예를 들어, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 중심관 (4-1) 및 외관 (4-3) 에 추가하여, 중심관 (4-1) 과 외관 (4-3) 사이에 내관 (4-2) 을 형성한 동축 다중관에 의해 구성된다. 그리고, 별도의 환원재 공급부가 되는 중심관 내로로부터 미분탄이나 폐플라스틱 등의 기타 취입 환원재가 도입된다. 또, 메탄 가스 공급부가 되는 중심관 (4-1) 과 외관 (4-3) 사이의 환상 관로로부터 메탄 가스가 도입되고, 산소 가스 공급부가 되는 내관 (4-2) 과 외관 (4-3) 사이의 환상 관로로부터 산소가 도입된다.
실시예
도 1, 도 3 ∼ 5 에 모식적으로 나타낸 고로 및 고로 부대 설비를 사용하여, 표 1 에 나타내는 조건에서 고로 조업을 실시하고, 조업 중의 우구 선단 온도 및 고로로부터의 이산화탄소의 배출량을 평가하였다. 평가 결과를 표 1 에 병기한다.
또한, 도 3 ∼ 5 중, 부호 9 는 열풍로, 10 은 가스 분리 장치, 11 은 열풍로 배기 가스용 탈수 장치이다.
여기서, 발명예 1 에서는, 도 1 에 모식적으로 나타낸 고로 및 고로 부대 설비를 사용하여, 고로 가스의 일부로부터 재생 메탄 가스를 생성하고, 고로 가스의 잉여분을 제철소 내에 공급하였다. 또, 취입 환원재에는, 전량 재생 메탄 가스를 사용하고, 재생 메탄 가스의 잉여분을 제철소 내에 공급하였다. 또한, 재생 메탄 가스의 생성에 필요한 수소 가스의 공급원의 일부로서, 코크스로 가스를 사용하였다.
발명예 2 에서는, 도 1 에 모식적으로 나타낸 고로 및 고로 부대 설비를 사용하여, 고로 가스의 일부로부터 재생 메탄 가스를 생성하고, 고로 가스의 잉여분을 제철소 내에 공급하였다. 또, 취입 환원재에는, 전량 재생 메탄 가스를 사용하고, 재생 메탄 가스의 잉여분이 발생하지 않도록, 재생 메탄 가스의 생성량을 조정하였다. 또한, 재생 메탄 가스의 생성에 필요한 수소 가스의 공급원의 일부로서, 코크스로 가스를 사용하였다.
발명예 3 에서는, 도 1 에 모식적으로 나타낸 고로 및 고로 부대 설비를 사용하여, 고로 가스의 전량으로부터 재생 메탄 가스를 생성하였다. 또, 취입 환원재에는, 전량 재생 메탄 가스를 사용하고, 재생 메탄 가스의 잉여분을 제철소 내에 공급하였다. 또한, 재생 메탄 가스의 생성에 필요한 수소 가스의 공급원의 일부로서, 코크스로 가스를 사용하였다.
발명예 4 및 5 에서는, 도 1 에 모식적으로 나타낸 고로 및 고로 부대 설비를 사용하여, 고로 가스의 일부로부터 재생 메탄 가스를 생성하고, 고로 가스의 잉여분을 제철소 내에 공급하였다. 또, 취입 환원재에는, 재생 메탄 가스에 추가하여, 일부 화석 연료 유래의 외부 메탄 가스를 사용하였다. 또한, 재생 메탄 가스의 생성에 필요한 수소 가스의 공급원의 일부로서, 코크스로 가스를 사용하였다.
한편, 비교예 1 에서는, 도 3 에 모식적으로 나타낸 고로 및 고로 부대 설비를 사용하였다. 즉, 비교예 1 은, 송풍 가스로서, 열풍 (1200 ℃ 정도로 가열한 공기 (산소 농도 : 21 ∼ 25 체적％ 정도)) 을, 취입 환원재로서 미분탄을 각각 사용한, 일반적인 고로 조업 방법이다. 또한, 고로 가스로부터의 재생 메탄 가스의 생성은 실시하지 않았다.
비교예 2 에서는, 도 4 에 모식적으로 나타낸 고로 및 고로 부대 설비를 사용하였다. 여기서는, 송풍 가스로서, 열풍 (1200 ℃ 정도로 가열한 공기 (산소 농도 : 21 ∼ 25 체적％ 정도)) 을, 취입 환원재로서 재생 메탄 가스를 각각 사용하였다. 또, 재생 메탄 가스의 생성 전에, 고로 가스로부터 일산화탄소 및 이산화탄소를 분리하고, 분리한 일산화탄소 및 이산화탄소로부터, 재생 메탄 가스를 생성하였다. 또한, 코크스로 가스는, 재생 메탄 가스의 생성에 사용하지 않았다.
비교예 3 에서는, 도 5 에 모식적으로 나타낸 고로 및 고로 부대 설비를 사용하였다. 여기서는, 송풍 가스로서, 열풍 (1200 ℃ 정도로 가열한 공기 (산소 농도 : 21 ∼ 25 체적％ 정도)) 을, 취입 환원재로서 재생 메탄 가스를 각각 사용하였다. 또, 재생 메탄 가스의 생성에서는, 고로 가스가 아니라, 열풍로의 부생 가스 (이하, 열풍로 배기 가스라고도 한다) 를 사용하였다. 그리고, 열풍로 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리하고, 분리한 이산화탄소로부터, 재생 메탄 가스를 생성하였다. 또한, 코크스로 가스는, 재생 메탄 가스의 생성에 사용하지 않았다.
비교예 4 에서는, 도 1 에 모식적으로 나타낸 고로 및 고로 부대 설비를 사용하여, 고로 가스의 일부로부터 재생 메탄 가스를 생성하고, 고로 가스의 잉여분을 제철소 내에 공급하였다. 또, 취입 환원재에는, 재생 메탄 가스에 추가하여, 일부 화석 연료 유래의 외부 메탄 가스를 사용하였다. 또한, 코크스로 가스는, 재생 메탄 가스의 생성에 사용하지 않았다.
비교예 5 에서는, 비교예 2 와 동일하게, 도 4 에 모식적으로 나타낸 고로 및 고로 부대 설비를 사용하였다. 또한, 비교예 5 는, 취입 메탄 가스비를 증가시킨 것 이외에는, 비교예 2 와 동일한 조건이다.
또한, 비교의 관점에서, 고로의 제원은 가능한 한 통일하였다. 즉, 샤프트 효율은 94 ％, 히트 로스는 150000 kcal/t 가 되도록 하였다.
또한,「kcal/t」라는 단위는, 용선 1 t 을 제조할 때에 발생하는 히트 로스량 (kcal) 을 의미하는 것이다. 동일하게, 코크스비 등에서 사용하는「㎏/t」라는 단위는, 용선 1 t 을 제조할 때에 사용되는 코크스의 양 (㎏) 등을 의미하는 것이다. 또, 취입 메탄비 등에 사용하는「Nm3/t」라는 단위도, 용선 1 t 을 제조할 때에 고로 내에 취입되는 취입 메탄 가스 중의 메탄량 (Nm3) 등을 의미하는 것이다 (또한, 취입 메탄비는, 재생 메탄비 및 외부 메탄비의 합인데, 재생 메탄 가스에는, 메탄 이외의 미량의 잔부 가스가 포함되어 있다. 또, 표 1 중에 표시하고 있는 재생 메탄비 및 외부 메탄비의 값은, 모두 메탄 이외의 미량의 잔부 가스를 제외한 메탄량이며, 소수점 이하 첫째 자리를 사사오입한 값이다. 그 때문에, 표 1 중의 취입 메탄비와 재생 메탄비 및 외부 메탄비의 합이 일치하지 않는 경우가 있다. 또, 표 1 중의 다른 수치에 대해서도, 동일한 경우가 있다.).
또, 표 1 중의「고로 InputC」는, 용선 1 t 을 제조할 때에 사용하는 외부 유래의 (구체적으로는, 코크스, 미분탄 및 외부 메탄 가스에 포함되는) 탄소 원자의 질량 (㎏) 을 의미하는 것이다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 1 에 나타내는 바와 같이, 발명예에서는 모두, 우구 선단 온도를 2000 ℃ ∼ 2400 ℃ 의 범위로 제어함으로써 안정적인 고로의 조업을 실시하면서, 고로로부터 외부로 배출되는 이산화탄소량을 삭감할 수 있었다. 특히, 발명예 1 ∼ 3 에서는, 고로로부터 외부로 배출되는 이산화탄소량을 대폭 삭감할 수 있었다.
한편, 비교예 1 ∼ 4 에서는, 충분한 이산화탄소량의 삭감 효과가 얻어지지 않았다. 또, 비교예 5 에서는, 취입 메탄 가스량의 증가에 의해, 우구 선단 온도가 2000 ℃ 미만이 되었기 때문에, 안정적인 고로의 조업을 실시할 수 없었다.
1 : 고로
2 : 우구
3 : 메탄 가스 생성 장치
3-1 : 코크스로
4 : 가스 취입 장치
4-1 : 중심관
4-2 : 내관
4-3 : 외관
5 : 제 1 탈수 장치
6 : 제 2 탈수 장치
7 : 버너
8 : 레이스웨이
9 : 열풍로
10 : 가스 분리 장치
11 : 열풍로 배기 가스용 탈수 장치

Claims (7)

  1. 고로의 조업 방법으로서,
    상기 고로로부터 배출되는 부생 가스인 고로 가스, 및 코크스로로부터 배출되는 부생 가스인 코크스로 가스를 사용하여, 재생 메탄 가스를 생성하는 공정과,
    상기 고로의 우구로부터 상기 고로 내에 송풍 가스 및 환원재를 취입하는 공정을 갖고,
    상기 송풍 가스로서 산소 가스를 사용하고, 또한 상기 환원재의 적어도 일부에 상기 재생 메탄 가스를 사용하는, 고로의 조업 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원재에 있어서의 순환 탄소 원자의 원단위가 60 ㎏/t 이상인, 고로의 조업 방법.
    여기서, 순환 탄소 원자의 원단위란, 용선 1 t 을 제조할 때에 환원재로서 고로 내에 취입되는 재생 메탄 가스의 탄소 환산 질량이며, 하기 식에 의해 구한다.
    [순환 탄소 원자의 원단위 (㎏/t)] ＝ [환원재로서 고로 내에 취입되는 재생 메탄 가스 중의 메탄의 질량 (㎏)] × (12/16) ÷ [용선 제조량 (t)]
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코크스로 가스의 원단위가 140 Nm3/t 이하인, 고로의 조업 방법.
    여기서, 코크스로 가스의 원단위란, 용선 1 t 을 제조할 때에, 재생 메탄 가스를 생성하는 공정에서 사용하는 코크스로 가스의 양이다.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소 가스의 산소 농도가 80 체적％ 이상인, 고로의 조업 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고로 가스의 일부로부터 상기 재생 메탄 가스를 생성하고, 상기 고로 가스의 잉여분을 제철소 내에 공급하는, 고로의 조업 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재생 메탄 가스의 잉여분을 제철소 내에 공급하는, 고로의 조업 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 고로의 조업 방법에 사용하는 고로 부대 설비로서,
    상기 고로 가스, 및 상기 코크스로 가스를 사용하여, 상기 재생 메탄 가스를 생성하는, 메탄 가스 생성 장치와,
    상기 재생 메탄 가스를 상기 고로의 우구에 도입하는 메탄 가스 공급부, 및 상기 산소 가스를 상기 고로의 우구에 도입하는 산소 가스 공급부를 갖는, 가스 취입 장치를 구비하는, 고로 부대 설비.
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