KR20240007226A - 직접 환원 철(dri)의 제조 방법 및 dri 제조 설비 - Google Patents

직접 환원 철(dri)의 제조 방법 및 dri 제조 설비 Download PDF

Info

Publication number
KR20240007226A
KR20240007226A KR1020237042590A KR20237042590A KR20240007226A KR 20240007226 A KR20240007226 A KR 20240007226A KR 1020237042590 A KR1020237042590 A KR 1020237042590A KR 20237042590 A KR20237042590 A KR 20237042590A KR 20240007226 A KR20240007226 A KR 20240007226A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dri
shaft
gas
reduced iron
directly reduced
Prior art date
Application number
KR1020237042590A
Other languages
English (en)
Inventor
조지 츠빅
드미트리 불라노프
로드리게스 혼 레예스
오딜 까리에
사라 살렘
로렌소 호세 바로스
마르셀루 안드라데
데니스 루
Original Assignee
아르셀러미탈
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아르셀러미탈 filed Critical 아르셀러미탈
Publication of KR20240007226A publication Critical patent/KR20240007226A/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/02Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in shaft furnaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0073Selection or treatment of the reducing gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/008Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases cleaning gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/26Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by adding additional fuel in recirculation pipes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/60Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/64Controlling the physical properties of the gas, e.g. pressure or temperature
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/60Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/66Heat exchange

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Abstract

직접 환원 철의 제조 방법으로서, 철광석이 플라즈마 토치 내에서의 메탄의 열분해에 의해 얻어진 수소를 포함하는 환원성 가스에 의해 DRI 샤프트에서 환원되며, 환원성 가스는 DRI 샤프트로부터 나오는 탑 가스를 더 포함하는, 직접 환원 철의 제조 방법, 및 DRI 샤프트 (1) 및 플라즈마 토치 (40) 를 포함하는 DRI 제조 설비로서, 플라즈마 토치 (40) 는 일측에서 메탄 공급부 (41) 에 연결되고 타측에서 상기 DRI 샤프트 (1) 에 연결되며, DRI 샤프트 (1) 에는 탑 가스를 상기 DRI 샤프트 (1) 내로 다시 주입할 수 있게 하는 재순환 루프가 제공되는, DRI 제조 설비가 개시된다.

Description

직접 환원 철(DRI)의 제조 방법 및 DRI 제조 설비
본 발명은 직접 환원 철(Direct Reduced Iron; DRI)의 제조 방법 및 DRI 제조 설비에 관한 것이다.
강은 현재 두 가지의 주요 제조 루트를 통하여 생산이 가능하다. 오늘날 가장 일반적으로 사용되는 생산 루트는 산화철을 환원하기 위해 환원제, 주로 코크스를 사용하여 고로에서 선철을 생산하는 것이다. 이 방법에서, 약 450 내지 600 kg 의 코크스가 선철 미터톤당 소비되고; 이 방법은 코킹 플랜트에서 석탄으로부터 코크스를 제조하는데 있어서 그리고 선철의 제조에 있어서 상당한 양의 CO2 를 방출한다.
두 번째 주요 루트는 소위 "직접 환원 방식" 을 포함한다. 그 중에서도 MIDREX, FINMET, ENERGIRON/HYL, COREX, FINEX 등의 브랜드에 따른 방법으로 있는데, 여기서는 산화철 캐리어를 직접 환원시켜 HDRI(hot direct reduced iron), CDRI(cold direct reduced iron), 또는 HBI(hot briquetted iron) 의 형태로 스폰지 철이 제조된다. HDRI, CDRI 및 HBI 형태의 스폰지 철은 보통은 전기 아크로에서 추가 공정을 거친다.
콜드 DRI 디스차지를 갖는 각각의 직접 환원 샤프트에는 3개의 구역이 있다: 상부의 환원 구역, 중간의 전이 구역, 원뿔 형상의 하부의 냉각 구역. 핫 디스차지 DRI 에서, 이 하부 부분은 디스차지 전에 제품 균질화를 위해 주로 사용된다.
산화철의 환원은 최대 950℃ 의 온도에서 노의 상부 섹션에서 이루어진다. 약 30중량% 의 산소를 함유하는 산화철 광석 및 펠릿이 직접 환원 샤프트의 상부에 장입되고, 환원 가스를 통해 중력에 의해 하강하도록 된다. 이 환원 가스는 환원 구역의 바닥으로부터 노로 들어가고, 장입된 산화된 철로부터 역류로 흐른다. 광석 및 펠릿에 함유된 산소는 가스와 산화물 간의 역류 반응에서 산화철의 단계적 환원으로 제거된다. 가스가 노 상부로 이동하는 동안 가스의 산화제 함량이 증가하고 있다.
환원 가스는 일반적으로 수소 및 일산화탄소(합성 가스)를 포함하며, 천연 가스의 촉매 개질에 의해 얻어진다. 예를 들어, 소위 MIDREX 방법에서, 제 1 메탄은 하기 반응에 따라 개질기로 변환되어 합성 가스 또는 환원 가스를 생성한다:
CH4 + CO2 ->2CO + 2H2
그리고 산화 철은 예를 들어 하기 반응에 따라 환원 가스와 반응한다:
3Fe203 + CO/H2 -> 2Fe3O4 + CO2/H2O
Fe3O4 + CO/H2 -> 3 FeO + CO2/H2O
FeO + CO/H2 -> Fe + CO2/H20
환원 구역의 끝에서 광석은 금속화된다.
전이 섹션은 환원 섹션 아래에 있으며; 이 섹션은 냉각 섹션으로부터 환원 섹션을 분리하기에 충분한 길이를 가져, 양 섹션의 독립적인 제어를 허용한다. 이 섹션에서 금속화된 생성물의 침탄이 발생한다. 침탄은 환원로 내부에서 금속화된 생성물의 탄소 함량을 다음의 반응을 통해 증가시키는 공정이다:
3Fe + CH4 → Fe3C + 2H2(흡열)
3Fe + 2CO → Fe3C + CO2(발열)
3Fe + CO + H2 → Fe3C + H2O (발열)
전이 구역에서의 천연 가스의 주입은 탄화수소 분해 및 탄소 디포짓션을 촉진하기 위해 전이 구역에서 금속화된 생성물의 감열을 사용한다. 산화제의 농도가 비교적 낮기 때문에, 전이 구역 천연 가스는 H2 및 CO로의 개질보다 H2 및 탄소로 분해되기 쉽다. 천연 가스 분해는 DRI 침탄용 탄소를 제공하고, 동시에 가스 환원 전위를 증가시키는 환원제(H 2)를 가스에 첨가한다.
지난 세기 초부터 대기 중의 CO2 농도의 상당한 증가 및 그에 따른 온실 효과의 관점에서, CO2 가 대량으로 생산되는 곳에서, 그리고 따라서 특히 DRI 제조 동안에 이의 배출을 감소시키는 것이 필수적이다.
전술한 바와 같이, 수소와 일산화탄소가 풍부한 가스를 생성하기 위해 환원 노로부터 메탄과 탑 가스의 혼합물을 화학적으로 개질하여 생산되는 환원 가스를 사용하는 것이 알려져 있다. 혼합물은 촉매 튜브를 통해 흐르고 여기서 이는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 가스로 변환된다. 그러나, 이러한 공정은 높은 흡열성이며, 1100 K 이상의 고온에서 사용되어야 하는 보통 Ni/Al2O3 인 촉매를 사용해야 한다. 또한, 촉매는 불순물을 오염시키고 이러한 화학적 개질 공정의 수율을 크게 감소시킬 수 있는 불순물에 매우 민감하다.
전술한 점에 기초하여, CO2-중성이고, 친환경적이고, 구현이 용이하면서도 양호한 수율을 나타내는 직접 환원 철의 제조 방법이 필요하다.
이 과제는 직접 환원 철의 제조 방법으로서, 철광석이 플라즈마 토치 내에서의 메탄의 열분해에 의해 얻어진 수소를 포함하는 환원성 가스에 의해 DRI 샤프트에서 환원되며, 상기 환원성 가스는 상기 DRI 샤프트로부터 나오는 탑 가스를 더 포함하는, 직접 환원 철의 제조 방법에 의해 해결된다.
본 발명의 방법은 또한 개별적으로 또는 모든 가능한 기술적 조합들에 따라 고려되는 다음의 선택적 특징들을 포함할 수 있다:
- 상기 수소는 상기 DRI 샤프트에 주입되기 전에 상기 탑 가스와 혼합된다;
- 상기 환원 가스는 상기 탑 가스와 상기 수소의 혼합 후에 가열된다;
- 상기 환원 가스의 가열은 CO2 중성 전기를 사용하여 수행된다;
- 상기 환원 가스는 환원 섹션에서 상기 DRI 샤프트에 주입된다;
- 상기 DRI 샤프트로부터 나오는 상기 탑 가스는 상기 환원 가스에 첨가되기 전에 물을 제거하기 위해 스크러빙된다;
- 탑 가스 대 수소의 비는 5:1 내지 1:5 로 설정된다;
- 상기 직접 환원 철의 탄소 함량이 0.5 내지 5 wt.% 로 설정된다.
본 발명의 틀에서, 직접 환원 철은 소위 DRI 뿐만 아니라 HBI(hot briquetted iron), CDRI(Cold Direct Reduced iron) 및 HDRI(Hot Direct Reduced Iron) 도 포함한다. 이러한 재료는 나중에 예를 들어 고로에서 선철을 또는 BOF 또는 전기 아크로에서 강을 제조하는 공정과 같은 상이한 공정들에 사용될 수 있다. 이는 또한 가연가능한 것으로서 또는 배터리의 전극으로서 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 DRI 샤프트 및 플라즈마 토치를 포함하는 DRI 제조 설비로서, 상기 플라즈마 토치는 일측에서 메탄 공급부에 연결되고 타측에서 상기 DRI 샤프트에 연결되며, 상기 DRI 샤프트에는 탑 가스를 상기 DRI 샤프트 내로 다시 주입할 수 있게 하는 재순환 루프가 제공되는, DRI 제조 설비에 관한 것이다.
설비는 또한 개별적으로 또는 모든 가능한 기술적 조합들에 따라 고려되는 다음의 선택적 특징들을 포함할 수 있다:
- 혼합기는 일측에서 상기 플라즈마 토치의 출구 및 상기 DRI 샤프트의 상부에 연결되고 타측에서 상기 DRI 샤프트에 연결될 수 있다;
- 가열 수단이 혼합기를 위해 제공될 수 있고, 상기 가열 수단은 CO2 중성 전기에 의해 전력을 공급받는다;
- 상기 혼합기는 상기 DRI 샤프트의 환원 섹션에 연결될 수 있다;
- 스크러버는 상기 DRI 샤프트의 탑 가스 출구에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 특성들 및 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 비제한적이고 도시에 의해 아래에 주어진 설명으로부터 명백해질 것이다:
도 1 은 본 발명에 따른 DRI 제조 설비를 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 DRI 제조 설비의 바람직한 실시형태를 도시한다.
도면들에서 요소들은 예시적이고 축척으로 도시될 수 없다.
도 1 은 본 발명에 따른 DRI 제조 설비의 개략도이다. DRI 제조 설비는 중력에 의해 샤프트를 통해 이동하는 철광석(10)을 위한 입구를 상부로부터 하부로 포함하는 DRI 샤프트(1), 샤프트의 중간 부분에 위치된 환원 섹션, 하부에 위치된 냉각 섹션, 및 직접 환원된 철이 최종적으로 추출되는 출구(12)를 포함한다.
샤프트의 상부에서, DRI 샤프트를 빠져나가는 탑 가스는 DRI 샤프트(1)에 연결된 파이프(20)에 수집되고, 그럼으로써 이러한 탑 가스가 DRI 샤프트에서 다시 재주입되도록 하기 위한 재순환 루프를 생성한다. 가스는 철광석의 흐름을 향해 역류로 하부로 이동하고 있다.
바람직한 실시형태에서, 탑 가스는 파이프(11)를 통해 DRI 샤프트의 환원 섹션에서 재주입될 수 있다.
DRI 제조 설비는, 일측에서 메탄 공급부(41)에 연결되고, 타측에서 연결 파이프(42)에 의해 DRI 샤프트(1)에 연결되는 플라즈마 토치(40)를 더 포함한다.
플라즈마 토치는 플라즈마의 지향된 흐름을 생성하기 위한 장치이다. 열 플라즈마는 가스에 전기 에너지를 가함으로써 플라즈마 토치에서 생성될 수 있다. 전기 에너지는 직류, 교류, 무선 주파수 또는 다른 유형의 방전일 수 있다. 직류 토치에서, 전기 아크가 전극들 사이에 형성되고, 이는 예를 들어 구리, 텅스텐, 흑연 또는 은으로 제조될 수 있다. 열 플라즈마는 가스의 입력으로부터 형성되고, 플라즈마 제트로서 외측으로 돌출한다.
가장 일반적으로 사용되는 플라즈마 타입은 유전체 장벽 방전, 마이크로파 및 글라이딩 아크 플라즈마이다. 유전체 장벽 방전은 두 전극 사이에 전위차를 인가함으로써 생성되며, 그 중 적어도 하나는 유전체 장벽에 의해 덮인다. 이는 일반적으로 실온에서 작동하며 저온 플라즈마라고 불린다.
마이크로파 및 글라이딩 아크 플라즈마는 더 높은 온도(전형적으로 1000-3000 K)에서 작동하고, 따라서 온난 플라즈마라고 불린다.
본 발명의 틀에서, 플라즈마생성 가스로서 메탄을 사용함으로써 플라즈마가 생성될 수 있으며, 이는 CH4 의 수소 및 고체 탄소로의 비산화적 전환을 가능하게 한다. 메탄은 라디칼, 이온, 여기된 원자 및 분자와 같은 다양한 화학적 활성종과 전자로 구성된 이온화된 기체로 변환된다. 플라즈마 내의 전자는 인가된 전기 에너지를 흡수하고 여기, 이온화, 및 해리에 의해 분자를 활성화시키고, 전술한 반응성 종을 생성하며, 이는 추가로 반응하여 새로운 분자를 형성할 수 있다. 이는 화학적 전환이 일어나게 한다.
또한, 다른 가스를 사용하여 플라즈마를 개시하고, 이러한 플라즈마의 제 2 단계에서 메탄을 도입하여 전술한 바와 같이 변형시키는 것이 가능하다.
당업자는 가스 압력 및 토치 입력 전력의 함수로서 플라즈마의 품질을 제어하는 방법을 알고 있다. 바람직한 실시형태에서, 특정 에너지 투입량 (SEI, 즉, 기체 유량에 대한 플라즈마 전력의 비)은 0.1 내지 500 kJ I-1, 바람직하게는 100 내지 400 kJ I-1 의 범위이며, 이는 메탄에서 수소로의 전환율이 50 내지 99 부피%, 바람직하게는 70 내지 99 부피% 가 되도록 한다.
플라즈마는 매우 유연하고 쉽게 온/오프를 전환할 수 있어, 그리드에 저장할 수 없는, 재생원으로부터 간헐적으로 생산된 CO2 중성 전기를 사용할 수 있다.
재생원에서 나오는 CO2 중성 전기는 태양광, 바람, 비, 조수, 파도, 지열 등의 에너지원을 포함하여 인간 시간대에 자연적으로 보충되는 재생원에서 회수되는 에너지로서 정의된다.
일 실시형태에서, 예를 들어, 재생원으로부터의 전력의 부분적 불용성으로 인해, 메탄의 균열로부터 나오는 수소가 충분한 양으로 생성되지 않을 때마다, 수소의 추가 공급이 DRI 샤프트의 환원 섹션에 주입될 수 있다.
DRI 제조 설비는 샤프트(1)로의 재주입 전에 DRI 샤프트의 탑 가스 출구 상에 위치된 스크러버(2)를 더 포함할 수 있다. DRI 샤프트로부터 배출되는 탑 가스는 일반적으로 다양한 비율로 H2, CO, CH4, H2O, CO2 및 N2 를 포함한다. 탑 가스 스크러빙 동작은 스트림의 나머지로부터 수증기를 제거하여 이의 환원 전위를 향상시킬 수 있게 한다.
바람직한 실시형태에서, 스크러빙 후, 탑 가스는 40 내지 75 vol%의 H2, 0 내지 30 vol%의 일산화탄소 CO, 0 내지 10 vol%의 메탄 CH4, 0 내지 25 vol%의 이산화탄소 CO2, 최대 5 vol%의 H2O 를 포함하고, 나머지는 질소 N2 이다. 스크러빙 후, 이러한 탑 가스에서 H2/N2 의 비율을 1.5 내지 3 으로 하는 것이 바람직하다.
일단 탑 가스가 스크러버(2)를 빠져나가면, 이는 연결 파이프(11)를 통해 DRI 샤프트에서 그의 재주입 전에 선택적으로 압축 및/또는 재가열될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 그의 온도는 700℃ 내지 1000℃, 바람직하게는 800 내지 1000℃ 의 범위로 설정된다.
직접 환원 철의 탄소 함량을 증가시키기 위해, 탄소의 추가 공급원이 전이 섹션(50) 및/또는 샤프트(1)의 냉각 섹션에 주입될 수 있다. 그러한 추가적인 탄소 공급원은 기체 형태 및/또는 고체 형태일 수 있고, 예를 들어 바이오가스 및/또는 바이오석탄으로 구성될 수 있다. 직접 환원 철의 탄소 함량을 설정하기 위해, 메탄의 플라즈마 변환의 부산물로서 형성된 고체 탄소를 이러한 추가적인 탄소 공급원으로서 또는 심지어 유일한 탄소 공급원으로서 사용하는 것이 또한 가능하다.
바이오가스는 생물반응기라고 하는 밀폐된 시스템 내에서 산소가 없는 상태에서 유기물을 분해하여 얻을 수 있는 재생 에너지원이다. 바이오가스는 농업 폐기물, 분뇨, 도시 폐기물, 식물 물질, 하수, 녹색 폐기물, 식품 폐기물 또는 임의의 생분해성 물질과 같은 원료로부터 생성될 수 있다.
바이오석탄은 산업 공정에서 화석탄을 대체할 수 있는 탄소-중립적 연료이다. 이는 제어된 온도와 체류 시간 조건 내에서 수행되는 바이오매스의 열분해와 탄화에 의해 생성된다. 무산소 조건 공정에서 진행되는 바이오매스의 열전환은, 원료로부터 휘발성 유기화합물과 셀룰로오스 성분을 제거하고 화석탄과 같은 특성을 지닌 고체 바이오연료를 만들 수 있게 한다.
바람직한 실시형태에서, 직접 환원 철의 탄소 함량은 0.5 내지 5 wt.%, 바람직하게는 1 내지 3 wt.% 또는 2 내지 3 wt.%로 설정되고, 이는 용이하게 취급될 수 있고 장래의 사용을 위해 양호한 연소 전위 및 양호한 수준의 부동태화를 유지하는 직접 환원 철의 제조를 가능하게 한다.
DRI 제조 설비는 샤프트(1) 에서의 재주입하기 전에 그 레벨로 존재하는 가스의 일부를 스크러버(30) 에 그리고 그 다음으로 압축 유닛(31) 내에 보내도록 허용하는 냉각 섹션 내의 재순환 루프를 더 포함할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 개략적인 DRI 제조 설비를 보여주는 도면이다. 샤프트의 상부에서, DRI 샤프트를 빠져나가는 탑 가스는 도 1 의 장비와 동일한 방식으로 나머지 스트림으로부터 수증기를 제거하기 위해 스크러버(2)에 연결된 파이프(20)에서 수집된다.
바람직한 실시형태에서, 스크러빙 후, 탑 가스는 40 내지 75 vol%의 H2, 0 내지 30 vol%의 일산화탄소 CO, 0 내지 10 vol%의 메탄 CH4, 0 내지 25 vol%의 이산화탄소 CO2, 최대 5 vol%의 H2O 를 포함하고, 나머지는 질소 N2 이다. 스크러빙 후, 이러한 탑 가스에서 H2/N2 의 비율을 1.5 내지 3 으로 하는 것이 바람직하다.
스크러빙된 가스는 이어서 연결 파이프(21)를 통해 혼합기(4)의 입구 중 하나로 보내질 수 있다.
혼합기(4)의 다른 입구는 메탄 공급부(41)로부터 나오는 메탄의 분해에 의해 생성된 수소를 통합하기 위해 플라즈마 토치(40)의 출구에 연결된다.
혼합된 후, 환원 가스는 혼합기에 제공된 가열 수단을 통해 선택적으로 가열될 수 있으며, 이러한 가열 수단은 CO2 중성 전기에 의해 전력이 공급된다. 바람직한 실시형태에서, 환원 가스의 온도는 700℃ 내지 1000℃, 바람직하게는 800 내지 1000℃ 의 범위로 설정된다.
이어서, 탑 가스 및 수소로 만들어진 환원 가스는 바람직하게는 파이프(11)를 통해 환원 섹션에서 DRI 샤프트로 다시 보내진다.
바람직한 실시형태에서, 탑 가스 대 수소의 비는 5:1 내지 1:5, 바람직하게는 2:1 내지 1:2 로 설정된다. 이러한 비율은 특히 환원 스트림에서 H2 및 CO 의 각각의 양을 제어하도록 규정된다. CO 의 비율이 증가될 때에는, 환원 가스 중의 탑 가스의 비율이 증가될 것이다. H2 의 비율이 증가되어야 할 경우, 환원 가스 중의 탑 가스의 비율이 감소될 것이다.
직접 환원 철의 탄소 함량을 증가시키기 위해, 탄소의 추가 공급원이 전이 섹션(50) 및/또는 냉각 섹션에 주입될 수 있다. 그러한 추가적인 탄소 공급원은 기체 형태 및/또는 고체 형태일 수 있고, 예를 들어 바이오가스 및/또는 바이오석탄으로 구성될 수 있다. 직접 환원 철의 탄소 함량을 설정하기 위해, 메탄의 플라즈마 변환의 부산물로서 형성된 고체 탄소를 이러한 추가적인 탄소 공급원으로서 또는 심지어 유일한 탄소 공급원으로서 사용하는 것이 또한 가능하다.
바람직한 실시형태에서, 직접 환원 철의 탄소 함량은 0.5 내지 5 wt.%, 바람직하게는 1 내지 3 wt.% 또는 2 내지 3 wt.%로 설정되고, 이는 용이하게 취급될 수 있고 장래의 사용을 위해 양호한 연소 전위를 유지하는 직접 환원 철의 제조를 가능하게 한다.
본 발명에 따른 방법을 사용함으로써, CO2 중성을 유지하고 재생가능 공급원으로부터의 간헐적 CO2 중성 전기와 같은 녹색 자원의 최적의 이점을 취하면서, 적절한 품질 및 수율로 직접 환원 철을 제조할 수 있다.

Claims (13)

  1. 직접 환원 철 (Direct Reduced Iron) 의 제조 방법으로서, 철광석이 플라즈마 토치 내에서의 메탄의 열분해 (thermal cracking) 에 의해 얻어진 수소를 포함하는 환원성 가스에 의해 DRI 샤프트에서 환원되며, 상기 환원성 가스는 상기 DRI 샤프트로부터 나오는 탑 가스 (top gas) 를 더 포함하는, 직접 환원 철의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수소는 상기 DRI 샤프트에 주입되기 전에 상기 탑 가스와 혼합되는, 직접 환원 철의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 환원 가스는 상기 탑 가스와 상기 수소의 혼합 후에 가열되는, 직접 환원 철의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 환원 가스의 가열은 CO2 중성 전기를 사용하여 수행되는, 직접 환원 철의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원 가스는 환원 섹션에서 상기 DRI 샤프트에 주입되는, 직접 환원 철의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 DRI 샤프트로부터 나오는 상기 탑 가스는 상기 환원 가스에 첨가되기 전에 물을 제거하기 위해 스크러빙되는, 직접 환원 철의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 탑 가스 대 수소의 비가 5:1 내지 1:5 로 설정되는, 직접 환원 철의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 직접 환원 철의 탄소 함량이 0.5 내지 5 wt.% 로 설정되는, 직접 환원 철의 제조 방법.
  9. DRI 샤프트 (1) 및 플라즈마 토치 (40) 를 포함하는 DRI 제조 설비로서, 상기 플라즈마 토치 (40) 는 일측에서 메탄 공급부 (41) 에 연결되고 타측에서 상기 DRI 샤프트 (1) 에 연결되며, 상기 DRI 샤프트 (1) 에는 탑 가스를 상기 DRI 샤프트 (1) 내로 다시 주입할 수 있게 하는 재순환 루프가 제공되는, DRI 제조 설비.
  10. 제 8 항에 있어서, 일측이 상기 플라즈마 토치 (40) 의 출구 및 상기 DRI 샤프트 (1) 의 상부에 연결되고 타측이 상기 DRI 샤프트 (1) 에 연결되는 혼합기 (4) 를 더 포함하는, DRI 설비.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 혼합기 (4) 를 위한 가열 수단을 더 포함하고, 상기 가열 수단은 CO2 중성 전기에 의해 전력을 공급받는, DRI 설비.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 혼합기 (4) 는 상기 DRI 샤프트 (1) 의 환원 섹션에 연결되는, DRI 설비.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 DRI 샤프트 (1) 의 상부 가스 출구에 연결된 스크러버 (2) 를 더 포함하는, DRI 설비.
KR1020237042590A 2021-05-18 2021-05-18 직접 환원 철(dri)의 제조 방법 및 dri 제조 설비 KR20240007226A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2021/054256 WO2022243725A1 (en) 2021-05-18 2021-05-18 Method for manufacturing direct reduced iron and dri manufacturing equipment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240007226A true KR20240007226A (ko) 2024-01-16

Family

ID=76098984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237042590A KR20240007226A (ko) 2021-05-18 2021-05-18 직접 환원 철(dri)의 제조 방법 및 dri 제조 설비

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20240240276A1 (ko)
EP (1) EP4341448A1 (ko)
JP (1) JP2024521087A (ko)
KR (1) KR20240007226A (ko)
CN (1) CN117337336A (ko)
AU (1) AU2021445963A1 (ko)
BR (1) BR112023023851A2 (ko)
CA (1) CA3219964A1 (ko)
MX (1) MX2023013533A (ko)
WO (1) WO2022243725A1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005080609A1 (fr) * 2004-02-23 2005-09-01 Anatoly Timofeevich Neklesa Procede de fabrication de fer par sa reduction directe et dispositif correspondant
US20170298461A1 (en) * 2012-09-14 2017-10-19 Voestalpine Stahl Gmbh Method for producing steel
US9970071B2 (en) * 2014-09-23 2018-05-15 Midrex Technologies, Inc. Method for reducing iron oxide to metallic iron using coke oven gas

Also Published As

Publication number Publication date
CA3219964A1 (en) 2022-11-24
CN117337336A (zh) 2024-01-02
BR112023023851A2 (pt) 2024-01-30
US20240240276A1 (en) 2024-07-18
AU2021445963A1 (en) 2023-11-23
EP4341448A1 (en) 2024-03-27
MX2023013533A (es) 2023-11-28
JP2024521087A (ja) 2024-05-28
WO2022243725A1 (en) 2022-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW202219278A (zh) 用於生產鐵製品的冶煉設備及其操作方法
CN221166599U (zh) 一种设施网络
US20240240276A1 (en) Method for manufacturing Direct Reduced Iron and DRI manufacturing equipment
US20240240275A1 (en) Method for manufacturing direct reduced iron and dri manufacturing equipment
KR20240007223A (ko) 직접 환원 철을 제조하기 위한 방법
KR20240006634A (ko) 플랜트의 네트워크의 작동 방법
CN105733689A (zh) 一种气基竖炉用还原气的制备系统以及方法
JP2024519148A (ja) 直接還元鉄を製造するための方法
CN118369442A (zh) 炼钢方法以及相关联的设施网
WO2022254278A1 (en) A method for manufacturing direct reduced iron
TW202300662A (zh) 操作電弧爐的方法、電弧爐和鋼廠