KR20240018206A - Facility for manufacturing molten iron and method for manufacturing molten iron - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용철 제조 설비 및 용철 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환원철을 제조하고, 제조된 환원철을 용해시켜 용철을 제조하기 위한 용철 제조 설비 및 용철 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비는, 환원철을 제조할 수 있는 환원부; 환원철을 용해시킬 수 있는 용해부; 및 상기 환원부로부터 환원철을 공급받을 수 있고, 상기 용해부에서 배출되는 배가스를 공급받을 수 있도록 설치되며, 공급받은 환원철과 배가스를 반응시켜 반응된 환원철을 상기 용해부로 공급할 수 있는 처리부;를 포함한다.The present invention relates to a molten iron production facility and a molten iron production method, and more specifically, to a molten iron production facility and a molten iron production method for producing reduced iron and dissolving the produced reduced iron to produce molten iron.
A molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention includes a reduction unit capable of producing reduced iron; A dissolving portion capable of dissolving reduced iron; and a processing unit capable of receiving reduced iron from the reduction unit, installed to receive exhaust gas discharged from the dissolution unit, and reacting the supplied reduced iron with the exhaust gas to supply the reacted reduced iron to the dissolution unit. .
Description
본 발명은 용철 제조 설비 및 용철 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환원철을 제조하고, 제조된 환원철을 용해시켜 용철을 제조하기 위한 용철 제조 설비 및 용철 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a molten iron production facility and a molten iron production method, and more specifically, to a molten iron production facility and a molten iron production method for producing reduced iron and dissolving the produced reduced iron to produce molten iron.
일반적으로 용융된 철, 즉 용철은 고로 공정을 통해 제조된다. 고로 공정은 철광석과 석탄을 사용하기 적합한 형태로 가공해 고로에 넣고 뜨거운 공기를 불어넣으면서 이루어진다. 여기서, 뜨거운 공기는 석탄을 연소시키고, 이때 발생되는 일산화탄소 가스는 철광석에서 산소를 떼어내는 환원 반응을 일으킨다. 또한, 고로 내부에서 발생하는 1,500℃ 이상의 열은 철광석 또는 일산화탄소 가스에 의해 환원된 철을 녹이는 용융 반응을 일으켜 용철이 제조된다. 이와 같은, 고로 공정에서는 환원 반응과 용융 반응이 석탄과 이로부터 발생하는 일산화탄소 가스에 의해 고로 내에서 동시에 이루어진다. 그러나, 이와 같은 고로 공정에서는 일산화탄소 가스와 철광석의 환원 반응에 의하여 지구 온난화와 같은 환경 문제를 야기하는 이산화탄소가 다량으로 발생하는 문제점이 있었다.Generally, molten iron, or molten iron, is manufactured through a blast furnace process. The blast furnace process is carried out by processing iron ore and coal into a form suitable for use, placing them in a blast furnace, and blowing hot air into them. Here, hot air burns coal, and the carbon monoxide gas generated at this time causes a reduction reaction that removes oxygen from iron ore. Additionally, heat over 1,500°C generated inside the blast furnace causes a melting reaction that melts iron ore or iron reduced by carbon monoxide gas, producing molten iron. In this blast furnace process, reduction reaction and melting reaction are carried out simultaneously within the blast furnace by coal and carbon monoxide gas generated therefrom. However, such a blast furnace process has the problem of generating a large amount of carbon dioxide, which causes environmental problems such as global warming, due to a reduction reaction between carbon monoxide gas and iron ore.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 석탄과 같은 화석 연료 대신 수소 가스를 사용하여 용철을 제조하는 수소 환원 제철 공정 기술이 연구 및 개발되고 있다. 석탄 등의 화석 연료는 철광석과 반응하면 이산화탄소를 발생시키지만, 수소 가스는 철광석과 반응하여 물 또는 수증기를 발생시키기 때문에, 수소 환원 제철 공정에 의하면 용철을 제조함에 있어서 탄소 배출을 혁신적으로 감소시킬 수 있다.To solve this problem, hydrogen reduction steelmaking process technology, which produces molten iron using hydrogen gas instead of fossil fuels such as coal, is being researched and developed. Fossil fuels such as coal generate carbon dioxide when they react with iron ore, but since hydrogen gas reacts with iron ore to generate water or water vapor, the hydrogen reduction steelmaking process can innovatively reduce carbon emissions in manufacturing molten iron. .
이와 같은 수소 환원 제철 공정에서는 철광석을 환원시켜 환원철을 제조하고, 제조된 환원철을 용해시켜 용철을 제조한다. 그러나, 수소 가스와 철광석이 반응하여 생성된 환원철은 융점이 매우 높아, 이를 용해시키기 위하여는 많은 에너지가 요구되는 문제점이 있었다. 또한, 환원철을 용해시키는 과정에서는 다량의 배가스가 발생하는데, 이와 같이 발생되는 다량의 배가스를 재활용할 수 있는 방안의 마련이 필요한 실정이다.In this hydrogen reduction steelmaking process, reduced iron is produced by reducing iron ore, and molten iron is produced by dissolving the produced reduced iron. However, reduced iron produced by the reaction between hydrogen gas and iron ore has a very high melting point, so there is a problem that a lot of energy is required to dissolve it. In addition, in the process of dissolving reduced iron, a large amount of exhaust gas is generated, and it is necessary to prepare a method to recycle the large amount of exhaust gas generated in this way.
본 발명은 용해에 필요한 에너지 사용량을 최소화할 수 있는 용철 제조 설비 및 용철 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a molten iron manufacturing facility and a molten iron manufacturing method that can minimize the amount of energy required for melting.
본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비는, 환원철을 제조할 수 있는 환원부; 환원철을 용해시킬 수 있는 용해부; 및 상기 환원부로부터 환원철을 공급받을 수 있고, 상기 용해부에서 배출되는 배가스를 공급받을 수 있도록 설치되며, 공급받은 환원철과 배가스를 반응시켜 반응된 환원철을 상기 용해부로 공급할 수 있는 처리부;를 포함한다.A molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention includes a reduction unit capable of producing reduced iron; A dissolving portion capable of dissolving reduced iron; and a processing unit capable of receiving reduced iron from the reduction unit, installed to receive exhaust gas discharged from the dissolution unit, and reacting the supplied reduced iron with the exhaust gas to supply the reacted reduced iron to the dissolution unit. .
상기 용해부와 처리부를 연결하도록 설치되는 배가스 공급 라인;을 더 포함하고, 상기 환원부는, 환원 가스를 공급받아 환원철을 제조할 수 있는 환원 공간을 가지는 환원로;를 포함하고, 상기 용해부는, 상기 배가스 공급 라인에 연결되며, 상기 처리부로부터 공급받은 환원철을 전열을 이용하여 용해시킬 수 있는 용해 공간을 가지는 전기로;를 포함할 수 있다.It further includes; an exhaust gas supply line installed to connect the dissolving unit and the processing unit; wherein the reducing unit includes a reduction furnace having a reduction space capable of producing reduced iron by receiving a reducing gas; wherein the dissolving unit includes the It may include an electric furnace connected to an exhaust gas supply line and having a dissolution space capable of dissolving reduced iron supplied from the treatment unit using electric heat.
상기 처리부는, 처리 공간을 가지는 본체; 상기 처리 공간으로 환원철을 유입할 수 있도록 상기 본체에 마련되는 환원철 유입구; 및 상기 본체에 마련되며, 상기 처리 공간으로 배가스를 유입할 수 있도록 상기 배가스 공급 라인과 연결되는 배가스 유입구;를 포함하고, 상기 배가스 유입구는 상기 환원철 유입구보다 낮은 위치에 마련될 수 있다.The processing unit includes a main body having a processing space; a reduced iron inlet provided in the main body to allow reduced iron to flow into the processing space; and an exhaust gas inlet provided in the main body and connected to the exhaust gas supply line to allow exhaust gas to flow into the processing space, wherein the exhaust gas inlet may be provided at a lower position than the reduced iron inlet.
상기 처리부는, 상기 처리 공간을 가열할 수 있도록 상기 본체에 설치되는 가열기;를 더 포함할 수 있다.The processing unit may further include a heater installed in the main body to heat the processing space.
상기 처리부는, 상기 본체로부터 유출되는 환원철을 포집할 수 있도록 상기 본체와 연결되는 포집기; 및 상기 포집기로부터 포집된 환원철을 상기 본체에 공급할 수 있도록, 상기 포집기와 본체를 연결하는 순환 라인;을 더 포함할 수 있다.The processing unit includes a collector connected to the main body to collect reduced iron flowing out from the main body; and a circulation line connecting the collector and the main body so that the reduced iron collected from the collector can be supplied to the main body.
상기 처리부는, 상기 배가스와 적어도 일부의 성분이 동일한 보충 가스를 상기 처리 공간으로 공급할 수 있도록 상기 본체와 연결되는 보충 가스 공급부;를 더 포함할 수 있다.The processing unit may further include a supplementary gas supply unit connected to the main body to supply supplemental gas having at least some of the same components as the exhaust gas to the processing space.
원료를 저장할 수 있는 저장 공간을 가지며, 상기 저장 공간에 저장된 원료를 상기 환원 공간에 공급할 수 있도록 설치되는 원료 공급부; 및 상기 배가스 공급 라인으로부터 분기되며, 상기 전기로에서 배출되는 배가스의 일부를 상기 원료 공급부에 공급할 수 있는 배가스 분기 라인;을 더 포함할 수 있다.A raw material supply unit having a storage space for storing raw materials and installed to supply the raw materials stored in the storage space to the reduction space; and an exhaust gas branch line branched from the exhaust gas supply line and capable of supplying a portion of the exhaust gas discharged from the electric furnace to the raw material supply unit.
상기 배가스 분기 라인은, 상기 저장 공간으로 배가스를 직접 공급하거나, 상기 저장 공간으로 공급되는 공기에 배가스의 열을 전달할 수 있도록 상기 원료 공급부와 연결될 수 있다.The exhaust gas branch line may be connected to the raw material supply unit to directly supply exhaust gas to the storage space or to transfer heat of the exhaust gas to air supplied to the storage space.
상기 환원 공간에 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 상기 환원로에 연결되는 퍼지 가스 공급 라인; 및 상기 퍼지 가스 공급 라인으로부터 분기되며, 상기 환원 공간으로 공급되는 퍼지 가스의 일부를 상기 처리 공간에 공급할 수 있는 퍼지 가스 분기 라인;을 더 포함할 수 있다.a purge gas supply line connected to the reduction furnace to supply purge gas to the reduction space; and a purge gas branch line branched from the purge gas supply line and capable of supplying a portion of the purge gas supplied to the reduction space to the processing space.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 방법은, 환원철을 제조하는 과정; 제조된 환원철을 처리 가스와 반응시키는 과정; 반응된 환원철을 용해시켜 용융물을 제조하는 과정; 및 상기 용융물을 제조하는 과정에서 발생되는 배가스의 적어도 일부를 환원철과 반응시키는 처리 가스로 사용하는 과정;을 포함한다.Meanwhile, a method for producing molten iron according to an embodiment of the present invention includes a process of producing reduced iron; A process of reacting the produced reduced iron with a processing gas; A process of dissolving the reacted reduced iron to produce a molten product; and using at least a portion of the exhaust gas generated in the process of producing the melt as a processing gas to react with reduced iron.
상기 환원철을 제조하는 과정은, 상기 배가스를 이용하여 원료를 예열하는 과정; 및 예열된 원료를 환원 가스와 반응시켜 환원하는 과정;을 포함할 수 있다.The process of manufacturing the reduced iron includes preheating the raw material using the exhaust gas; and a process of reducing the preheated raw material by reacting it with a reducing gas.
상기 원료를 예열하는 과정은, 상기 배가스를 원료에 분사하거나, 상기 배가스의 열을 전달받아 가열된 공기를 원료에 분사하는 과정;을 포함할 수 있다.The process of preheating the raw material may include spraying the exhaust gas onto the raw material, or spraying air heated by receiving heat from the exhaust gas onto the raw material.
상기 원료는 0mm를 초과하고, 8mm 이하의 입도를 가지는 분철광석을 포함할 수 있다.The raw material may include powdered iron ore having a particle size greater than 0 mm and less than or equal to 8 mm.
상기 처리 가스는 탄소 성분을 함유한 가스를 포함하고, 상기 처리 가스와 반응시키는 과정은, 상기 환원철의 적어도 일부를 탄화시키는 과정;을 포함할 수 있다.The processing gas may include a gas containing a carbon component, and the process of reacting with the processing gas may include carbonizing at least a portion of the reduced iron.
상기 환원철을 처리 가스와 반응시키는 과정은, 제조된 환원철을 별도의 열 처리 없이 처리 가스와 반응시킬 수 있다.In the process of reacting the reduced iron with the processing gas, the produced reduced iron can be reacted with the processing gas without separate heat treatment.
상기 환원철을 처리 가스와 반응시키는 과정은, 제조된 환원철을 600 내지 800℃의 온도에서 처리 가스와 반응시키는 과정;을 포함할 수 있다.The process of reacting the reduced iron with the processing gas may include reacting the produced reduced iron with the processing gas at a temperature of 600 to 800°C.
상기 환원철을 처리 가스와 반응시키는 처리 공간으로부터 유출되는 환원철을 포집하는 과정; 및 포집된 환원철을 상기 처리 공간으로 공급하는 과정;을 더 포함할 수 있다.A process of collecting reduced iron flowing out from a processing space where the reduced iron reacts with a processing gas; and a process of supplying the collected reduced iron to the treatment space.
상기 환원철을 제조하는 과정은, 상기 환원철을 제조하는 환원 공간에 퍼지 가스를 공급하는 과정;을 포함하고, 상기 환원철을 처리 가스와 반응시키는 과정은, 상기 환원 공간으로 공급되는 퍼지 가스의 일부를 상기 처리 공간에 공급하는 과정;을 포함할 수 있다.The process of producing the reduced iron includes supplying a purge gas to a reduction space for producing the reduced iron, and the process of reacting the reduced iron with the processing gas includes a portion of the purge gas supplied to the reduction space. It may include a process of supplying to the processing space.
상기 처리 가스로 사용하는 과정은, 상기 배가스 및 상기 배가스와 적어도 일부의 성분이 동일한 보충 가스를 처리 가스로 사용할 수 있다.In the process of using the processing gas, the exhaust gas and a supplementary gas having at least some of the same components as the exhaust gas may be used as the processing gas.
상기 배가스는 일산화탄소 가스를 포함하고, 상기 보충 가스는 천연 가스 및 바이오매스 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The exhaust gas may include carbon monoxide gas, and the supplemental gas may include at least one of natural gas and biomass gas.
본 발명의 실시 예에 따르면, 공정 중 발생하는 배가스를 환원철과 반응시켜 환원철의 융점을 낮추어, 환원철의 용해에 필요한 에너지 사용량을 최소화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the melting point of the reduced iron can be lowered by reacting the exhaust gas generated during the process with the reduced iron, thereby minimizing the amount of energy used to dissolve the reduced iron.
또한, 고온 상태로 제조된 환원철을 고온의 배가스와 직접 반응시킴으로써, 반응에 소요되는 설비 및 자원을 최소화할 수 있다.In addition, by reacting reduced iron produced at high temperature directly with high temperature exhaust gas, equipment and resources required for the reaction can be minimized.
뿐만 아니라, 높은 온도를 가지는 배가스의 현열을 원료의 예열 및 수소 가스의 제조에 이용함으로써 에너지를 효율적으로 회수할 수 있다.In addition, energy can be efficiently recovered by using the sensible heat of the high-temperature exhaust gas for preheating raw materials and producing hydrogen gas.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 환원철을 제조하기 위한 환원로 및 환원철을 용해시키기 위한 전기로를 예시적으로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 처리부의 구조를 예시적으로 나타내는 도면.
도 4는 환원철이 배가스와 반응하는 조건을 나타내는 도면.
도 5는 원료 공급부에서 배가스를 이용하여 원료를 예열하는 모습을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 방법을 개략적으로 나타내는 도면.1 is a diagram schematically showing a molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram illustrating a reduction furnace for producing reduced iron and an electric furnace for dissolving reduced iron.
Figure 3 is a diagram illustrating the structure of a processing unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing conditions under which reduced iron reacts with exhaust gas.
Figure 5 is a diagram showing preheating of raw materials using exhaust gas in the raw material supply unit.
Figure 6 is a diagram schematically showing a method for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. The embodiments of the present invention only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to those of ordinary skill in the art. It is provided to provide complete information. In order to explain the invention in detail, the drawings may be exaggerated, and like symbols in the drawings refer to like elements.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 환원철을 제조하기 위한 환원로 및 환원철을 용해시키기 위한 전기로를 예시적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 처리부의 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 4는 환원철이 배가스와 반응하는 조건을 나타내는 도면이고, 도 5는 원료 공급부에서 배가스를 이용하여 원료를 예열하는 모습을 나타내는 도면이다. 도면에서 점선으로 표시된 화살표는 원료 및 환원철의 흐름을 나타내고, 실선으로 표시된 화살표는 부생물 및 가스의 흐름을 나타낸다.Figure 1 is a diagram schematically showing a molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a diagram illustrating a reduction furnace for producing reduced iron and an electric furnace for dissolving reduced iron, and Figure 3 is a diagram showing the present invention. This is a diagram illustrating the structure of a processing unit according to an embodiment. In addition, Figure 4 is a diagram showing conditions under which reduced iron reacts with exhaust gas, and Figure 5 is a diagram showing preheating of raw materials using exhaust gas in the raw material supply unit. In the drawing, arrows indicated by dotted lines indicate the flow of raw materials and reduced iron, and arrows indicated by solid lines indicate the flows of by-products and gases.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비는, 환원철을 제조할 수 있는 환원부(500), 환원철을 용해시킬 수 있는 용해부(700) 및 상기 환원부(500)로부터 환원철을 공급받을 수 있고, 상기 용해부(700)에서 배출되는 배가스를 공급받을 수 있도록 설치되며, 공급받은 환원철과 배가스를 반응시켜 반응된 환원철을 상기 용해부(700)로 공급할 수 있는 처리부(600)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비는, 환원부(500)에 원료를 공급할 수 있도록 설치되는 원료 공급부(100) 및 환원부(500)에 환원 가스를 공급할 수 있도록 설치되는 환원 가스 공급부(200)를 더 포함할 수 있다.1 to 5, the molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention includes a
원료 공급부(100)는, 환원부(500)에 원료를 공급할 수 있도록 설치된다. 여기서, 원료는 철광석을 포함할 수 있으며, 철광석은 0mm를 초과하고, 8mm 이하의 입도를 가지는 미분 철광석, 즉 분철광석을 포함할 수 있다. 원료 공급부(100)는 원료를 저장할 수 있는 저장 공간을 가지는 저장기(110)를 포함할 수 있다. 저장기(110)의 저장 공간에는 원료가 장시간 저장되거나, 환원부(500)에 원료를 공급하기 전에 일시적으로 저장될 수 있다. 이와 같은 저장기(110)는, 예를 들어 호퍼(hopper)를 포함할 수 있다.The raw
저장기(110)의 저장 공간에서는 원료가 예열될 수 있으며, 저장 공간에서 예열된 원료는 환원부(500)에 공급될 수 있다. 이때, 저장기(110)는 용해부(700)에서 배출되는 배가스의 일부를 공급받아 원료를 예열할 수 있으며, 이를 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비는 배가스 공급 라인(EL)으로부터 분기되며, 용해부(700)에서 배출되는 배가스의 일부를 저장기(110)에 공급할 수 있는 배가스 분기 라인(EDL)을 더 포함할 수 있다. 배가스 분기 라인(EDL)을 통해 공급되는 배가스를 이용하여 원료를 예열하는 내용은 도 5와 관련하여 후술하기로 한다.Raw materials may be preheated in the storage space of the
환원 가스 공급부(200)는 환원 가스를 저장하고, 환원부(500)에 환원 가스를 공급할 수 있도록 설치된다. 여기서, 환원 가스는 수소 가스를 포함할 수 있으며 전체 환원 가스 중 수소 가스는 80 내지 100% 비율로 포함될 수 있다. 환원 가스 공급부(200)에 저장되는 수소 가스는 물을 전기 분해하여 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 암모니아 가스를 분해하거나, 천연 가스를 화학 반응시켜 수소 가스를 제조하는 등 다양한 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 암모니아 가스는 고온에서 수소 가스와 질소 가스로 분해될 수 있으며, 분해 후의 수소 가스는 환원 가스로 사용되고, 질소 가스는 후술하는 퍼지 가스로 사용할 수 있다.The reducing
환원 가스 공급부(200)는, 상기 환원 가스 공급부(200)와 환원부(500)를 상호 연결하는 환원 가스 공급 라인(RL1, RL2)을 통해 환원부(500)에 환원 가스를 공급할 수 있다. 이때, 환원 가스 공급부(200)가 환원부(500)에 공급하는 환원 가스의 양은 환원부(500)에 공급된 원료를 모두 환원시키기 위해 요구되는 양의 2배 이상일 수 있다. 원료와 환원 가스의 반응 효율을 향상시키기 위하여 환원 가스의 양은 예를 들어 환원부(500)에 공급된 원료를 모두 환원시키기 위해 요구되는 양의 2배 이상, 3배 이하의 범위로 제어될 수 있다.The reducing
환원 가스 공급 라인(RL1, RL2)에는 환원 가스 공급부(200)로부터 환원부(500)에 공급되는 환원 가스를 가열하기 위한 가열부(300)가 설치될 수 있다. 환원부(500)에서는 철광석을 포함하는 원료와 수소 가스를 포함하는 환원 가스가 반응하여 철광석을 환원시킨다. 이와 같은 철광석과 수소 가스의 반응은 강력한 흡열 반응이므로, 환원부(500)에 공급되는 수소 가스는 800℃ 이상, 보다 적합하게는 850℃ 이상의 온도로 가열하여 공급하는 경우 반응 효율을 향상시킬 수 있다. 이에, 가열부(300)는 환원 가스 공급부(200)와 제1 환원 가스 공급 라인(RL1)으로 연결되고, 환원부(500)와 제2 환원 가스 공급 라인(RL2)으로 연결되어, 제1 환원 가스 공급 라인(RL1)을 통해 공급되는 저온의 수소 가스를 800 내지 1200℃의 온도로 가열하여 제2 환원 가스 공급 라인(RL2)을 통해 환원부(500)에 공급할 수 있다. 가열부(300)는 환원 가스를 직접 또는 간접 가열 방식으로 가열하기 위한 다양한 구조가 적용될 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.A
본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비는, 퍼지 가스를 저장하고, 환원부(500)에 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 설치되는 퍼지 가스 공급부(400)를 더 포함할 수 있다. 환원부(500)는 환원철을 제조할 수 있는 환원 공간을 가지며, 환원 공간은 공정 간에 유지 보수를 위하여 퍼지될 필요가 있다. 또한, 공정 중에도 퍼지 가스의 공급이 필요한 경우가 있다. 예를 들어, 원료로 분철광석을 사용하는 경우 분철광석이 환원 공간에 고착화되는 것을 방지하기 위하여 분철광석의 유동성을 증가시키도록 퍼지 가스가 공급될 수 있다. 이에, 퍼지 가스 공급부(400)는, 상기 퍼지 가스 공급부(400)와 환원부(500)를 상호 연결하는 퍼지 가스 공급 라인(PL)을 통해 환원 공간에 퍼지 가스를 공급할 수 있으며, 퍼지 가스로는 질소와 같은 불활성 가스를 사용할 수 있다.The molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention may further include a purge
환원부(500)는 원료를 환원시켜 환원철을 제조할 수 있다. 즉, 환원부(500)는 원료 공급부(100)로부터 원료인 철광석을 공급받고, 환원 가스 공급부(200)로부터 환원 가스를 공급받아, 철광석을 환원 가스와 반응시켜 환원철을 제조할 수 있다. 이러한, 환원부(500)는 환원 가스를 이용하여 환원철을 제조할 수 있는 환원 공간을 가지는 환원로를 포함할 수 있다. 이와 같은 환원로는 원료를 유동시키면서 환원철을 제조하는 유동 환원로(510, 520, 530, 540)를 포함할 수 있으며, 유동 환원로(510, 520, 530, 540)는 단일로 마련될 수도 있으나, 철 함량이 낮은 저품위의 철광석 또는 분철광석을 효과적으로 환원시키기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 유동 환원로(510, 520, 530, 540)가 연결되어 원료를 순차적으로 이동시키면서 환원철을 제조할 수도 있다. 이때, 유동 환원로(510, 520, 530, 540)의 개수에는 제한이 없으나, 원료를 충분하게 환원시키기 위하여 환원부(500)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 유동 환원로(510), 제2 유동 환원로(520), 제3 유동 환원로(530) 및 제4 유동 환원로(540)를 포함하는 4개의 환원로로 이루어질 수 있다. 이때, 원료 공급부(100)는 제1 유동 환원로(510)에 원료를 공급하며, 환원 가스 공급부(200)는 제4 유동 환원로(540)에 환원 가스를 공급할 수 있다. 제1 유동 환원로(510)에 공급된 원료는 제2 유동 환원로(520), 제3 유동 환원로(530) 및 제4 유동 환원로(540)를 순차적으로 이동하며 환원됨으로써 환원철로 제조될 수 있다.The
환원부(500)에서 제조된 환원철은 후술하는 처리부(800)로 공급된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 유동 환원로(510), 제2 유동 환원로(520), 제3 유동 환원로(530) 및 제4 유동 환원로(540)를 거쳐 제조된 환원철은 제4 유동 환원로(540)에서 배출되어 처리부(800)로 공급된다. 여기서, 전술한 바와 같이 환원 공간에는 예열된 원료와 800℃ 이상의 환원 가스가 공급되어 환원철이 제조된다. 이에, 환원부(500)에서 제조된 환원철은 열 손실을 감안하더라도 예를 들어 600 내지 800℃의 고온 상태로 배출된다. 이와 같이 고온 상태로 배출된 환원철은 별도의 열 처리 장치를 거치지 않고 직접 처리부(800)에 공급될 수 있다. 처리부(800)에서는 고온 상태로 제조된 환원철을 고온의 배가스와 직접 반응시킴으로써, 반응에 소요되는 설비 및 자원을 최소화할 수 있으며, 이에 대하여는 처리부(800)와 관련하여 후술하기로 한다.The reduced iron produced in the
한편, 환원부(500)에서는 환원철 외에도 다량의 부생물이 배출된다. 환원부(500)에서 배출되는 부생물은 수증기(steam)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 환원부(500)에서는 철광석과 수소 가스가 반응하여 환원철이 제조된다. 이때, 철광석이 가지는 산소 성분과, 수소 가스의 수소 성분이 반응하여 환원 공간 내에서는 다량의 수증기가 발생되고, 발생된 수증기는 환원부(500)로부터 부생물로 배출된다. 또한, 환원부(500)에서 배출되는 부생물은 수소 가스 및 질소 가스를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 환원 가스는 환원부(500)에 공급된 원료를 모두 환원시키기 위해 요구되는 양의 2배 이상, 3배 이하의 범위로 공급되므로, 원료와 반응하지 않은 잔여 수소 가스는 환원부(500)로부터 부생물로 배출된다. 또한, 환원부(500)에는 전술한 바와 같이 다양한 이유로 퍼지 가스, 예를 들어 질소 가스가 공급될 수 있는데, 이와 같이 퍼지를 위하여 공급된 질소 가스는 환원부(500)로부터 부생물로 배출된다. 부생물은 환원부(500) 내에서 환원 가스의 흐름을 따라 이동하여 제1 유동 환원로(510)로부터 배출되며, 배출된 부생물은 환원부(500)와 연결된 부생물 공급 라인(BL)을 통해 추출부(600)로 공급될 수 있다.Meanwhile, in the
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비는 환원부(500)에서 배출되는 부생물을 공급받을 수 있도록 설치되고, 상기 부생물로부터 수소 가스를 추출할 수 있는 추출부(600)를 더 포함할 수 있다.That is, the molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention is installed to receive by-products discharged from the
추출부(600)는 환원부(500)로부터 배출되는 부생물로부터 수소 가스를 추출한다. 전술한 바와 같이, 환원부(500)로부터 배출되는 부생물은 수증기, 수소 가스 및 질소 가스를 포함한다. 추출부(600)는 부생물 공급 라인(BL)을 통하여 환원부(500)와 연결되어, 부생물 공급 라인(BL)을 통하여 공급받은 부생물로부터 수소 가스를 추출할 수 있다. 이러한 추출부(600)는 압력 스윙 흡착(PSA; Pressure Swing Absorption) 방식으로 부생물로부터 수소 가스를 추출할 수 있다. 즉, 압력 스윙 흡착 방식은 흡착제에 대한 각 성분의 흡착 선택도를 이용하여 가스를 추출하는데, 추출부(600)는 수소 가스 외에 다양한 가스를 포함하는 부생물로부터 수소 가스를 추출하기 위해 수소 성분을 흡착할 수 있는 탄소 분자체(carbon molecular sieve)를 흡착제로 사용할 수 있다. 이때, 흡착제에 흡착된 수소 성분은 탈착되어 수소 가스로 추출될 수 있으며, 추출부(600)는 이와 같이 수소 성분의 흡착 및 탈착을 반복적으로 수행함으로써 부생물로부터 수소 가스를 추출할 수 있다.The
추출부(600)에서 흡착되지 않고 배출되는 잔류물은 수증기 및 질소 가스를 포함할 수 있다. 여기서, 수증기 및 질소 가스를 포함하는 잔류물은 퍼지 가스로 환원부(500)에 공급될 수 있다. 수증기는 원료인 철광석과 환원 가스 중의 수소 가스가 반응하여 생성되는 반응 생성물로써 철광석 및 환원 가스와의 반응성이 낮으므로 퍼지 가스로 환원부(500)에 공급될 수 있다. 또한, 수증기를 퍼지 가스로 환원부(500)에 공급하는 경우 수증기의 열을 환원 반응에 활용할 수 있어 환원 반응에 필요한 에너지를 절감할 수 있다. 잔여물을 퍼지 가스로 환원부(500)에 공급하기 위하여 추출부(600)에는 잔여물 배출 라인(미도시)이 연결될 수 있으며, 잔여물 배출 라인은 퍼지 가스 공급 라인(PL)과 연결되거나, 환원부(500)에 직접 연결되어 잔여물을 퍼지 가스와 다른 경로로 환원부(500)에 공급할 수도 있음은 물론이다.Residue discharged from the
추출부(600)로부터 추출된 수소 가스는 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 환원부(500)는 추출된 수소 가스를 사용하여 원료, 즉 철광석을 환원시킬 수 있다. 수소 가스는 환원부(500)에 공급된 원료를 모두 환원시키기 위해 요구되는 양의 2배 이상의 다량으로 사용되는 반면 매우 고가의 가스이므로, 자원 재활용을 통한 비용 절감을 위하여 추출부(600)로부터 추출된 수소 가스는 철광석을 환원시키기 위한 환원 가스로 재사용될 수 있다. 이를 위하여 추출부(600)에는 수소 가스 공급 라인(HL)이 연결되고, 수소 가스 공급 라인(HL)은 제1 환원 가스 공급 라인(RL1)과 연결되어, 추출부(600)는 제1 환원 가스 공급 라인(RL1)에 수소 가스를 공급할 수 있으며, 추출된 수소 가스는 수소 가스 공급 라인(HL) , 제1 환원 가스 공급 라인(RL1) 및 제2 환원 가스 공급 라인(RL2)을 따라 환원부(500)에 공급되어 철광석의 환원에 사용될 수 있다.Hydrogen gas extracted from the
용해부(700)는 후술하는 처리부(800)에서 반응된 환원철을 공급받아 다양한 방식으로 용해시킬 수 있다. 예를 들어, 용해부(700)는 처리부(800)로부터 미분 또는 괴성화 상태의 반응된 환원철을 공급받고 이를 가열하여 용해시킬 수 있다. 또한, 용해부(700)는 반응된 환원철 외에도 철 스크랩 등을 더 공급받아 반응된 환원철과 철 스크랩을 함께 용해시킬 수도 있다. 이러한, 용해부(700)는 전열을 이용하여 반응된 환원철을 용해시킬 수 있는 용해 공간을 가지는 전기로(710, 720)를 포함할 수 있다. 이와 같은 전기로(710, 720)는 용해 공간을 가지는 전기로 본체(710) 및 전열을 생성할 수 있도록 적어도 일부가 상기 용해 공간에 배치되는 전극봉(720)을 포함할 수 있다. 전기로(710, 720)는 용해 공간에 반응된 환원철이 장입되면 전극봉(720)에 전력을 인가하여 반응된 환원철을 용해시킨다.The dissolving
용해부(700)에서는 반응된 환원철을 용해시켜 제조되는 용융물의 탄소 함량을 조절하기 위하여 탄소 성분을 가지는 가탄제를 투입한다. 또한, 가탄제는 용융물의 용해시 다량의 슬래그를 발생시키기 위하여 투입될 수 있다. 이 경우, 전극봉(720)은 슬래그에 침지된 상태에서 전력을 공급받아 저항 열을 발생시킬 수 있게 되고, 발생된 저항 열에 의하여 환원철은 보다 쉽게 용해시킬 수 있게 된다. 한편, 용해부(700)에는 적어도 일부가 미환원된 원료, 즉 부분 환원된 환원철 또는 철광석이 공급될 수 있다. 이와 같이 적어도 일부가 미환원된 원료는 산소 성분을 가지며, 용해 공간 내에서 산소 성분은 가탄제의 탄소 성분 또는 후술할 반응된 환원철의 탄소 성분과 반응하게 된다. 이에, 용해부(700)에서는 처리부(800)로부터 반응된 환원철을 공급받아 용해시키는 중에 일산화탄소 가스를 포함하는 배가스, 즉 높은 일산화탄소 농도(CO-rich)를 가지는 배가스가 배출된다. 이와 같이, 용해부(700)에서 배출되는 배가스는 약 1,200℃ 이상의 고온으로 배출된다.In the
환원부(500)에서 제조된 환원철을 별도의 처리 없이 용해부(700)에 장입하는 경우, 용해부(700)에서 환원철을 용해시키기 위하여는 많은 에너지가 요구된다. 즉, 별도의 처리 없이 환원부(500)에서 제조된 환원철은 금속철(Fe), 즉 순철의 성분을 가지게 되며, 이와 같은 순철은 약 1,538℃의 융점을 가진다. 뿐만 아니라, 환원철은 이와 같은 순철 성분 외에 다량의 맥석을 함유하고 있어, 순철의 융점 이상의 온도로 가열해야만 환원철을 용해시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 환원부(500)에서 제조된 환원철을 별도의 처리 없이 용해부(700)에 장입하는 경우, 용융물의 탄소 함량을 조절하기 위하여는 다량의 가탄제 사용이 요구된다.When the reduced iron produced in the
반면, 환원철을 탄화시키는 경우, 순철의 성분은 시멘타이트(Fe3C) 상으로 변화하게 되고, 이는 약 1,200℃ 이하의 융점을 가진다. 이와 같이 적어도 일부의 성분이 시멘타이트(Fe3C) 상으로 변화된 환원철을 용해시키기는 경우 환원철의 용해에 필요한 에너지 사용량을 최소화할 수 있다. 또한, 탄화된 환원철, 즉 탄화철을 용해하는 경우 용융물은 일부 탄소 성분을 가진다. 이에, 탄화철을 용해시키는 경우 용융물의 탄소 함량을 조절하기 위하여 투입되는 가탄제의 사용량을 최소화할 수 있다.On the other hand, when reduced iron is carbonized, the pure iron component changes into a cementite (Fe 3 C) phase, which has a melting point of about 1,200°C or less. In this way, when at least some of the components dissolve reduced iron that has changed to the cementite (Fe 3 C) phase, the amount of energy required to dissolve the reduced iron can be minimized. Additionally, when melting reduced iron carbide, that is, iron carbide, the melt has some carbon content. Accordingly, when dissolving iron carbide, the amount of recarburizing agent used to control the carbon content of the melt can be minimized.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 환원부(500)로부터 공급받은 환원철과 용해부(700)에서 배출되는 높은 일산화탄소 농도(CO-rich)를 가지는 배가스를 반응시켜 반응된 탄화철을 용해부(700)로 공급할 수 있는 처리부(800)를 설치한다. 이를 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비는 용해부(700)와 처리부(800)를 연결하도록 설치되는 배가스 공급 라인(EL)을 더 포함할 수 있다.Therefore, in an embodiment of the present invention, the reduced iron supplied from the
이때, 처리부(800)는 도 3에 도시된 바와 같이 처리 공간을 가지는 본체(810), 상기 처리 공간으로 환원철을 유입할 수 있도록 상기 본체(810)에 마련되는 환원철 유입구(812) 및 상기 본체(810)에 마련되며, 상기 처리 공간으로 배가스를 유입할 수 있도록 배가스 공급 라인(EL)과 연결되는 배가스 유입구(816)을 포함한다.At this time, the
본체(810)는 환원부(500)로부터 공급되는 환원철이 수용될 수 있는 처리 공간을 가진다. 처리 공간으로 환원철을 유입하기 위하여, 본체(810)에는 환원철 유입구(812)가 마련되고, 환원철 유입구(812)에는 환원철 공급 배관(FL)이 연결되어, 환원부(500)로부터 제조되어 이송된 환원철이 환원철 공급 배관(FL)을 통해 처리 공간으로 유입될 수 있다. 또한, 본체(810)의 처리 공간에는 용해부(700)로부터 배출되는 배가스가 유입될 수 있다. 이를 위하여, 본체(810)에는 배가스 유입구(816)가 형성될 수 있으며, 배가스 유입구(816)는 배가스 공급 라인(EL)과 연결될 수 있다. 도 3에서는 처리부(800)가 단일의 본체(810)로 이루어지는 모습을 도시하였으나, 처리부(800)는 복수의 본체(810)가 서로 연결되어 환원철을 순차적으로 이동시키면서 환원철을 탄화시킬 수도 있음은 물론이다.The
여기서, 배가스 유입구(816)는 환원철 유입구(812)보다 낮은 위치에 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이 배가스 유입구(816)는 본체(810)의 하면에 마련될 수 있고, 환원철 유입구(812)는 본체(810)의 측면에 마련될 수 있다. 이와 같이, 배가스 유입구(816)를 환원철 유입구(812)보다 낮은 위치에 마련함으로써, 환원철 유입구(812)로부터 공급되는 환원철을 본체(810) 내에서 유동시키면서 배가스와 반응시킬 수 있다. 한편, 처리부(800)는 본체(810)에 설치되어 배가스 유입구(816)로부터 공급되는 배가스를 처리 공간으로 균일하게 분산시키기 위한 다수의 노즐(미도시)이 형성된 분산판(817)을 더 포함할 수 있다.Here, the
이때, 환원부(500)에서 제조된 환원철은 예를 들어 600 내지 800℃의 고온 상태로 배출되고, 배출된 환원철은 별도의 열 처리 장치를 거치지 않고 직접 처리부(800)에 공급된다. 또한, 처리 공간에는 약 1,200℃ 이상의 고온의 배가스가 공급되므로, 이송 과정에서 환원철의 열 손실을 감안하더라도 처리 공간은 600 내지 800℃의 온도를 유지할 수 있게 된다. 이에, 처리부(800)는 처리 공간을 가열하기 위한 별도의 가열 수단이 설치되지 않을 수 있다. 그러나, 설비의 초기 구동시 또는 처리 공간을 추가적으로 승온할 필요가 발생할 수 있으므로, 처리부(800)는 처리 공간을 가열할 수 있도록 본체(810)에 설치되는 가열기(820)을 더 포함할 수도 있다. 이때, 가열기(820)는 처리 공간을 가열할 필요가 있는 경우 선택적으로 작동하여 처리 공간을 가열할 수 있다. 이와 같은, 가열기(820)는 예를 들어, 본체(810)의 측면에 설치되어 산소 가스를 공급할 수 있으며, 공급되는 산소 가스는 처리 공간 내의 배가스와 반응하여 처리 공간의 온도를 상승시킬 수 있다. 이때, 가열기(820)로부터 공급되는 산소 가스는 처리 공간을 600 내지 800℃의 온도 범위 내로 유지하도록 그 양이 제어될 수 있다.At this time, the reduced iron produced in the
처리부(800)는 환원부(500)로부터 공급받은 환원철을 배가스와 반응시켜 탄화시킨다. 도 4에 도시된 환원철이 배가스와 반응하는 조건을 나타내는 Bauer-Glaessner 다이아그램과 같이, 환원철은 처리 공간이 600 내지 800℃의 온도로 유지되는 경우, 처리 공간의 일산화탄소의 분압과 이산화탄소의 분압이 특정 조건을 만족시키는 경우에 하기의 반응식과 같이 반응하여 탄화될 수 있다.The
[반응식][Reaction formula]
즉, 환원철은 처리 공간에 고온 상태의 환원철과 배가스가 공급되어 처리 공간이 600 내지 800℃의 온도를 유지하는 경우, 일산화탄소의 분압(Pco)이 일산화탄소의 분압(Pco)과 이산화탄소의 분압(Pco2)을 합한 값(Pco+Pco2)에 대하여 약 90% 이상의 값을 가지는 경우, 상기의 반응식과 같이 반응하여 탄화된다. 여기서, 전술한 바와 같이 용해부(700)는 환원철을 용해시킬 수 있는 전기로(710, 720), 즉 전기로 본체(710) 내에 형성되는 슬래그에 침지되어 슬래그 저항 열로 환원철을 용해시킬 수 있는 ESF(Electric Smelting Furnace) 또는 SAF(Submerged Arc Furnace)를 포함할 수 있다. 이와 같은 전기로(710, 720)는 밀폐형 구조로 산소 또는 대기의 유입이 거의 없어 배가스 중의 이산화탄소 함량이 매우 낮으며, 미환원된 원료의 산소 성분과 가탄제의 탄소 성분이 반응하여 높은 일산화탄소 농도를 가진다. 즉, 이와 같은 전기로(710, 720)에서 배출되는 배가스는 일산화탄소의 분압(Pco)이 일산화탄소의 분압(Pco)과 이산화탄소의 분압(Pco2)을 합한 값(Pco+Pco2)에 대하여 약 90% 이상의 값을 가져, 600 내지 800℃의 온도 조건에서 환원철을 효과적으로 탄화시킬 수 있다.In other words, when reduced iron and exhaust gas at high temperature are supplied to the treatment space and the treatment space maintains a temperature of 600 to 800°C, the partial pressure of carbon monoxide (Pco) is equal to the partial pressure of carbon monoxide (Pco) and the partial pressure of carbon dioxide (Pco 2) . ), if it has a value of about 90% or more of the combined value (Pco + Pco 2 ), it reacts and is carbonized according to the above reaction formula. Here, as described above, the
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비는 배가스와 적어도 일부의 성분이 동일한 보충 가스를 처리부(800)의 처리 공간으로 공급할 수 있도록 설치되는 보충 가스 공급부(900)를 더 포함할 수 있다. 보충 가스 공급부(900)는 배가스와 적어도 일부의 성분이 동일한 보충 가스, 즉 탄소 함유 가스를 처리부(800)에 공급할 수 있으며, 보충 가스 공급부(900)는 보충 가스 공급 라인(SL)을 통해 탄소 함유 가스를 처리부(800)에 공급할 수 있다. 여기서, 보충 가스 공급 라인(SL)은 배가스 공급 라인(EL)에 연결되어 배가스와 함께 보충 가스를 공급하거나, 배가스 공급 라인(EL)과 다른 경로로 처리부(800)에 보충 가스를 공급할 수 있으며, 보충 가스는 탄소 성분을 가지는 천연 가스 및 바이오매스(Biomass)를 가스화한 바이오매스 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, the molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention may further include a supplementary
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 설비는 퍼지 가스 공급 라인(PL)으로부터 분기되며, 상기 환원 공간으로 공급되는 퍼지 가스의 일부를 상기 처리 공간에 공급할 수 있는 퍼지 가스 분기 라인(PDL)을 더 포함할 수 있다. 처리 공간은 유지 보수를 위하여 퍼지될 필요가 있으며, 공정 중에도 미분의 환원철이 처리 공간에 고착화되는 것을 방지하기 위하여 퍼지 가스가 공급될 수 있다. 이에, 퍼지 가스 분기 라인(PDL)은 퍼지 가스 공급 라인(PL)으로부터 분기되어 처리 공간에 퍼지 가스를 공급할 수 있다.In addition, the molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention is branched from the purge gas supply line (PL) and includes a purge gas branch line (PDL) that can supply a portion of the purge gas supplied to the reduction space to the processing space. More may be included. The processing space needs to be purged for maintenance, and purge gas can be supplied to prevent fine reduced iron from sticking to the processing space during the process. Accordingly, the purge gas branch line (PDL) may branch from the purge gas supply line (PL) to supply purge gas to the processing space.
이와 같이, 처리부(800)에서 반응된 환원철, 즉 탄화철은 용해부(700)로 공급된다. 여기서, 전술한 반응식에 따른 환원철과 배가스와 반응은 발열 반응에 해당한다. 이에, 처리부(800)로부터 용해부(700)로 공급되는 탄화철은 열 손실을 감안하더라도 처리 공간의 온도와 유사한 범위, 예를 들어 600 내지 800℃의 고온 상태로 배출된다. 이와 같이 고온 상태로 배출된 탄화철은 별도의 냉각 장치를 거치지 않고 고온 상태로 직접 용해부(700)에 공급되어 환원철의 용해에 필요한 에너지 사용량을 최소화할 수 있다.In this way, the reduced iron, that is, iron carbide, reacted in the
한편, 처리 공간에 공급된 환원철은 대부분 처리 공간에서 반응한 후 용해부(700)로 공급되나, 미분의 환원철은 배가스와 충분히 반응하지 못하고, 배가스에 의하여 유동하여 배가스와 함께 처리 공간으로부터 외부로 유출될 수 있다. 이에, 처리부(800)은 본체(810)로부터 유출되는 환원철을 포집할 수 있도록 본체(810)와 연결되는 포집기(840) 및 상기 포집기(840)로부터 포집된 환원철을 상기 본체(810)에 공급할 수 있도록 포집기(840)와 본체(810)를 연결하는 순환 라인(CL)을 더 포함할 수 있다. 이때, 포집기(840)는 본체(810)의 상부에 연결되어 배가스가 배출되는 배출 배관(XL)과 연결되도록 설치될 수 있으며, 포집기(840)로부터 포집된 미분의 환원철은 순환 라인(CL)을 통하여 본체(810)의 처리 공간으로 재공급될 수 있다. 이때, 순환 라인(CL)은 처리 공간과 직접 연결될 수도 있으나, 전술한 환원철 공급 배관(FL)과 연결되어 포집기(840)로부터 포집된 미분의 환원철을 본체(810)의 처리 공간으로 재공급할 수도 있다.On the other hand, most of the reduced iron supplied to the treatment space reacts in the treatment space and then is supplied to the
이상에서 설명한 바와 같이, 용해부(700)로부터 배출되는 배가스는 처리부(800)로 공급되어 환원철을 탄화시키는데 사용될 수 있다. 그런데, 전술한 바와 같이 용해부(700)에서 배출되는 배가스는 약 1,200℃ 이상의 고온 상태로 배출된다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 배가스의 열 에너지를 활용하여 원료를 예열시킬 수도 있다.As described above, the exhaust gas discharged from the
도 5에 도시된 바와 같이, 원료 공급부(100)는 저장기(110)를 포함할 수 있으며, 저장기(110)는 원료를 저장할 수 있는 저장 공간을 가진다. 상기 저장기(110)의 저장 공간에서는 원료가 예열될 수 있으며, 저장 공간에서 예열된 원료는 환원부(500)에 공급될 수 있다. 이를 위하여, 원료 공급부(100)는 저장기(110)의 저장 공간에 예열 가스를 공급할 수 있도록 설치되는 예열 가스 공급기(120)를 더 포함할 수 있다. 이때, 예열 가스 공급기(120)는 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 배가스 분기 라인(EDL)과 연결되어 저장 공간에 약 1,200℃ 이상의 온도를 가지는 고온의 배가스(E)를 직접 공급하여 원료를 예열할 수 있다. 또한, 예열 가스 공급기(120)는 도 5(b)에 도시된 바와 같이 저장 공간으로 공급되는 외부 공기(A)를 1,200℃ 이상의 온도를 가지는 배가스의 열로 가열하고, 가열된 공기를 저장 공간에 공급하여 원료를 예열할 수 있도록 설치될 수 있다. 이를 위하여, 예열 가스 공급기(120)는 배가스 분기 라인(EDL)과 교차하도록, 즉, 배가스 분기 라인(EDL) 상에 배치될 수 있으며, 이에 의하여 분기 라인(EDL)을 통과하는 배가스의 현열이 외부 공기(A)에 전달될 수 있다.As shown in FIG. 5, the raw
본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 장치는 환원철과 배가스를 전술한 각 배관을 따라 이동시켜 반응된 환원철을 제조할 수 있다. 환원철 및 배가스의 이동은 배관에 설치되는 밸브(미도시)를 통하여 제어될 수 있으며, 이와 같은 밸브는 각 배관을 따라 이동하는 환원철 및 가스의 유량 및 유속을 제어하기 위하여 다양한 위치에 설치될 수 있음은 물론이다.The molten iron manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention can produce reacted reduced iron by moving reduced iron and exhaust gas along each of the above-described pipes. The movement of reduced iron and exhaust gas can be controlled through valves (not shown) installed in pipes, and such valves can be installed in various locations to control the flow rate and flow rate of reduced iron and gas moving along each pipe. Of course.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 방법은 전술한 용철 제조 장치를 이용하여 용철을 제조하는 방법일 수 있으며, 이에 용철 제조 장치와 관련하여 전술한 내용이 그대로 적용될 수 있으므로 중복되는 내용의 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention will be described. The method of manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention may be a method of manufacturing molten iron using the above-described molten iron manufacturing apparatus, and since the above-described content in relation to the molten iron manufacturing apparatus can be applied as is, description of overlapping content is omitted. I decided to do it.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.Figure 6 is a diagram schematically showing a method for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 방법은, 환원철을 제조하는 과정(S100), 제조된 환원철을 처리 가스와 반응시키는 과정(S200), 반응된 환원철을 용해시켜 용융물을 제조하는 과정(S300) 및 상기 용융물을 제조하는 과정에서 발생되는 배가스의 적어도 일부를 환원철과 반응시키는 처리 가스로 사용하는 과정(S400)을 포함한다. 여기서, 각 과정은 용철을 제조하기 위하여 지속적으로 수행될 수 있는 것으로, 어느 하나의 과정이 종료된 후 다른 과정이 수행되는 시계열적인 관계에 해당하지 않을 수 있음은 물론이다.Referring to FIG. 6, the method for producing molten iron according to an embodiment of the present invention includes a process of producing reduced iron (S100), a process of reacting the produced reduced iron with a processing gas (S200), and dissolving the reacted reduced iron to produce a molten product. It includes a process (S300) and a process (S400) of using at least a portion of the exhaust gas generated in the process of producing the melt as a processing gas to react with reduced iron. Here, each process can be continuously performed to manufacture molten iron, and of course, it may not correspond to a time-series relationship in which another process is performed after one process is completed.
환원철을 제조하는 과정(S100)은 환원부(500)에 원료와 환원 가스를 공급하여 수행된다. 즉, 환원철을 제조하는 과정(S100)은 환원부(500)에 원료를 공급하는 과정, 환원부(500)에 환원 가스를 공급하는 과정 및 원료를 환원 가스와 반응시켜 환원하는 과정을 포함할 수 있다.The process of manufacturing reduced iron (S100) is performed by supplying raw materials and reducing gas to the
원료를 공급하는 과정은, 환원부(500)에 원료를 공급할 수 있도록 설치된 원료 공급부(100)가 환원부(500)에 원료를 공급하여 수행된다. 여기서, 원료는 철광석을 포함할 수 있으며, 철광석은 0mm를 초과하고, 8mm 이하의 입도를 가지는 미분 철광석, 즉 분철광석을 포함할 수 있다. 한편, 원료를 공급하는 과정은, 원료를 예열하는 과정을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 예열된 원료, 즉 철광석을 공급하여 환원시킴으로써 환원에 필요한 에너지를 최소화할 수 있다.The process of supplying raw materials is performed by the raw
환원 가스를 공급하는 과정은 환원 가스 공급부(200)가 환원부(500)에 환원 가스를 공급하여 수행된다. 여기서, 환원 가스는 수소 가스를 포함할 수 있으며 전체 환원 가스 중 수소 가스는 80 내지 100% 비율로 포함될 수 있다. 환원 가스를 공급하는 과정은 환원 가스 공급부(200)가, 상기 환원 가스 공급부(200)와 환원부(500)를 상호 연결하는 환원 가스 공급 라인(RL1, RL2)을 통해 환원부(500)에 환원 가스를 공급하여 수행된다. 이때, 환원 가스를 공급하는 과정에서 환원부(500)에 공급하는 환원 가스의 양은 환원부(500)에 공급된 원료를 모두 환원시키기 위해 요구되는 양의 2배 이상, 3배 이하의 범위로 제어될 수 있다.The process of supplying the reducing gas is performed by the reducing
환원 가스를 공급하는 과정은 환원 가스를 800 내지 1200℃의 온도로 가열하여 환원부(500)에 공급할 수 있다. 환원 가스로 수소 가스를 사용하는 경우 환원부(500)에 공급된 철광석과 수소 가스가 반응하여 환원철이 제조되는데, 이와 같은 철광석과 수소 가스의 반응은 강력한 흡열 반응이므로, 환원부(500)에 공급되는 수소 가스는 800℃ 이상, 보다 적합하게는 850℃ 이상의 온도로 가열될 수 있으며, 이와 같이 가열된 환원 가스를 공급하는 경우 반응 효율을 향상시킬 수 있다.In the process of supplying the reducing gas, the reducing gas may be heated to a temperature of 800 to 1200° C. and then supplied to the reducing
또한, 환원철을 제조하는 과정(S100)은 환원부(500)에 퍼지 가스를 공급하는 과정을 더 포함할 수 있다. 여기서, 퍼지 가스를 공급하는 과정은 환원부(500)에 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 설치되는 퍼지 가스 공급부(400)가 퍼지 가스 공급 라인(PL)을 통해 환원 공간에 퍼지 가스를 공급하여 수행될 수 있다. 이때, 퍼지 가스로는 질소와 같은 불활성 가스를 사용할 수 있다.In addition, the process of manufacturing reduced iron (S100) may further include a process of supplying a purge gas to the
원료를 환원 가스와 반응시켜 환원하는 과정은 환원부(500)가 원료 공급부(100)로부터 원료를 공급받고, 환원 가스 공급부(200)로부터 환원 가스를 공급받아, 철광석을 환원 가스와 반응시켜 환원할 수 있다. 이러한, 환원부(500)는 환원 가스를 이용하여 환원철을 제조할 수 있는 환원 공간을 가지는 환원로를 포함할 수 있으며, 환원로는 단일로 마련될 수도 있으나, 철 함량이 낮은 저품위의 철광석 또는 분철광석을 효과적으로 환원시키기 위해 복수의 환원로가 연결되어 원료를 순차적으로 이동시키면서 환원철을 제조할 수도 있음은 전술한 바와 같다.The process of reducing raw materials by reacting them with a reducing gas involves the reducing
한편, 원료를 환원 가스와 반응시켜 환원하는 과정에서는 환원철 외에도 다량의 부생물이 발생한다. 환원부(500)에서 발생하여 배출되는 부생물은 철광석과 수소 가스가 반응하여 생성된 수증기를 포함할 수 있으며, 원료와 반응하지 않은 수소 가스 및 퍼지 가스로 공급된 질소 가스를 포함할 수 있다. 이외에도, 환원부(500)에서 발생하는 분진 등이 부생물에 포함되어 배출될 수 있으며, 부생물은 환원부(500) 내에서 환원 가스의 흐름을 따라 이동하여 환원로에서 배출될 수 있다.Meanwhile, in the process of reducing raw materials by reacting them with reducing gas, a large amount of by-products are generated in addition to reduced iron. By-products generated and discharged from the
이와 같이, 환원로에서 배출되는 부생물은, 수소 가스를 제조하는데 이용될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 다른 용철 제조 방법은 환원철을 제조하는 과정에서 발생하는 부생물을 수집하는 과정 및 수집된 부생물에서 수소 가스를 추출하는 과정을 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 환원부(500)로부터 배출되는 부생물은 수증기, 수소 가스, 질소 가스 및 분진을 포함하고, 환원부(500)에는 환원부(500)에서 배출되는 부생물을 공급받을 수 있도록 추출부(600)가 설치된다. 여기서, 분진은 부생물이 추출부(600)에 공급되기 전 또는 추출부(600) 내에서 제거될 수 있다. 추출부(600)는 부생물 공급 라인(BL)을 통하여 공급받은 부생물로부터 압력 스윙 흡착 방식으로 수소 가스를 추출할 수 있다.In this way, by-products discharged from the reduction furnace can be used to produce hydrogen gas. That is, the molten iron manufacturing method according to the embodiment of the present invention may further include a process of collecting by-products generated in the process of manufacturing reduced iron and a process of extracting hydrogen gas from the collected by-products. As described above, the by-products discharged from the
수소 가스를 추출하는 과정에서 추출된 수소 가스는 다양한 용도로 사용될 수 있다. 그러나, 환원부(500)는 수소 가스를 사용하여 원료, 즉 철광석을 환원시키며, 수소 가스는 환원부(500)에 공급된 원료를 모두 환원시키기 위해 요구되는 양의 2배 이상의 다량으로 사용되는 반면 매우 고가의 가스이므로, 자원 재활용을 통한 비용 절감을 위하여 추출부(600)로부터 추출된 수소 가스는 철광석을 환원시키기 위한 환원 가스로 재사용될 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 방법은 추출된 수소 가스를 환원철을 제조하는 과정(S100) 중에 환원 가스로 공급하여 철광석의 환원에 사용할 수 있다. 한편, 수소 가스를 추출하는 과정에서 추출되지 않고 배출되는 잔여물은 퍼지 가스로 환원부(500)에 공급될 수 있다. 잔여물 중의 수증기는 원료인 철광석과 환원 가스 중의 수소 가스가 반응하여 생성되는 반응 생성물로써 철광석 및 환원 가스와의 반응성이 낮으므로 퍼지 가스로 환원부(500)에 공급될 수 있다. 또한, 수증기를 퍼지 가스로 환원부(500)에 공급하는 경우 수증기의 열을 환원 반응에 활용할 수 있어 환원 반응에 필요한 에너지를 절감할 수 있다.Hydrogen gas extracted during the process of extracting hydrogen gas can be used for various purposes. However, the
처리 가스와 반응시키는 과정(S200)은 환원부(500)에서 제조된 환원철을 처리 가스와 반응시킨다. 여기서, 처리 가스는 탄소 성분을 함유한 가스를 포함하고, 처리 가스와 반응시키는 과정(S200)은 환원부(500)에서 제조된 환원철의 적어도 일부를 탄화시키는 과정을 포함할 수 있다.In the process of reacting with the processing gas (S200), the reduced iron produced in the
즉, 전술한 바와 같이 환원부(500)에서 제조된 환원철을 별도의 처리 없이 용해시키는 경우, 환원철은 융점이 매우 높아 용해시키기 위하여 많은 에너지가 요구되는데, 이와 달리 환원철을 탄화시키는 경우에는 융점을 수백 ℃ 이상 낮출 수 있다. 이에, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 방법에서는 환원철을 처리 가스와 반응시켜 반응된 환원철, 즉 탄화철을 용해부(700)에 공급하여 용해시킴으로써 용해에 필요한 에너지 사용량을 최소화할 수 있다. 이때, 처리 가스는 탄소 성분을 함유한 가스를 포함할 수 있다.That is, as described above, when the reduced iron produced in the
여기서, 처리 가스와 반응시키는 과정(S200)은 환원철을 별도의 열 처리 없이 처리 가스와 반응시킬 수 있다. 즉, 환원부(500)에서 제조된 환원철은 예를 들어 600 내지 800℃의 고온 상태로 배출되고, 배출된 환원철은 별도의 열 처리 장치를 거치지 않고 직접 처리부(800)에 공급된다. 또한, 처리 공간에는 약 1,200℃ 이상의 고온의 배가스가 공급되므로, 이송 과정에서 환원철의 열 손실을 감안하더라도 처리 공간은 600 내지 800℃의 온도를 유지할 수 있게 된다. 이에, 처리 가스와 반응시키는 과정(S200)은 제조된 환원철을 600 내지 800℃의 온도에서 처리 가스와 반응시킬 수 있으며, 공정 초기나 추가적인 승온의 필요성이 있는 경우 처리 공간은 가열기(820)를 통해 선택적으로 가열될 수 있다.Here, in the process of reacting with the processing gas (S200), reduced iron can be reacted with the processing gas without separate heat treatment. That is, the reduced iron produced in the
환원철은 처리 공간이 600 내지 800℃의 온도로 유지되는 경우, 처리 공간의 일산화탄소의 분압과 이산화탄소의 분압이 특정 조건을 만족시키는 경우에 전술한 반응식과 같이 반응하여 탄화될 수 있다. 즉, 환원철은 처리 공간에 고온 상태의 환원철과 배가스가 공급되어 처리 공간이 600 내지 800℃의 온도를 유지하는 경우, 일산화탄소의 분압(Pco)이 일산화탄소의 분압(Pco)과 이산화탄소의 분압(Pco2)을 합한 값(Pco+Pco2)에 대하여 약 90% 이상의 값을 가지는 경우, 전술한 반응식과 같이 반응하여 탄화된다.Reduced iron can be carbonized by reacting according to the above-mentioned reaction equation when the processing space is maintained at a temperature of 600 to 800° C. and the partial pressure of carbon monoxide and carbon dioxide in the processing space satisfies specific conditions. In other words, when reduced iron and exhaust gas at high temperature are supplied to the treatment space and the treatment space maintains a temperature of 600 to 800°C, the partial pressure of carbon monoxide (Pco) is equal to the partial pressure of carbon monoxide (Pco) and the partial pressure of carbon dioxide (Pco 2) . ), when it has a value of about 90% or more of the combined value (Pco + Pco 2 ), it reacts and is carbonized according to the above-mentioned reaction formula.
여기서, 환원철을 처리 가스와 반응시켜 탄화시키기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 방법은 용융물을 제조하는 중에 발생되는 배가스의 적어도 일부를 환원철과 반응시키는 처리 가스로 사용하는 과정(S400)을 포함할 수 있다. 즉, 처리 가스로 사용하는 과정(S400)은 용융물을 제조하는 과정(S300)에서 발생되는 배가스의 적어도 일부를, 제조된 환원철을 처리 가스와 반응시키는 과정(S200)에서 환원철과 반응시키는 처리 가스로 사용한다. 전술한 바와 같이, 용해부(700)는 전열을 이용하여 환원철을 용해시킬 수 있는 용해 공간을 가지는 전기로(710, 720)를 포함할 수 있다. 이와 같은 용해부(700)에서는 환원철을 용해시켜 제조되는 용융물의 탄소 함량을 조절하기 위하여 탄소 성분을 가지는 가탄제를 투입한다. 한편, 용해부(700)에는 적어도 일부가 미환원된 원료, 즉 부분 환원된 환원철 또는 철광석이 공급될 수 있다. 이와 같이 적어도 일부가 미환원된 원료는 산소 성분을 가지며, 용해 공간 내에서 산소 성분은 가탄제의 탄소 성분과 반응하게 된다. 이에, 용해부(700)에서는 환원철을 용해시키는 중에 일산화탄소 가스를 포함하는 배가스, 즉 높은 일산화탄소 농도(CO-rich)를 가지는 배가스가 배출된다. 이와 같이, 용해부(700)에서 배출되는 배가스는 약 1,200℃ 이상의 고온으로 배출된다.Here, in order to carbonize reduced iron by reacting it with a processing gas, the molten iron manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes a process (S400) of using at least a portion of the exhaust gas generated during manufacturing the molten material as a processing gas to react with the reduced iron. It can be included. That is, the process of using as a processing gas (S400) converts at least a portion of the exhaust gas generated in the process of producing the melt (S300) into a processing gas that reacts with the reduced iron in the process of reacting the produced reduced iron with the processing gas (S200). use. As described above, the
이때, 용해부(700)는 환원철을 용해시킬 수 있는 전기로(710, 720), 즉 전기로 본체(710) 내에 형성되는 슬래그에 침지되어 슬래그 저항 열로 환원철을 용해시킬 수 있는 ESF(Electric Smelting Furnace) 또는 SAF(Submerged Arc Furnace)를 포함할 수 있다. 이와 같은 전기로(710, 720)는 배가스 중의 이산화탄소 함량이 매우 낮으며, 미환원된 원료의 산소 성분과 가탄제의 탄소 성분이 반응하여 높은 일산화탄소 농도를 가진다. 따라서, 전기로(710, 720)에서 배출되는 배가스는 일산화탄소의 분압(Pco)이 일산화탄소의 분압(Pco)과 이산화탄소의 분압(Pco2)을 합한 값(Pco+Pco2)에 대하여 약 90% 이상의 값을 가져, 600 내지 800℃의 온도 조건에서 환원철을 효과적으로 탄화시킬 수 있다.At this time, the
한편, 처리 가스와 반응시키는 과정(S200)에서는 배가스와 함께 배가스와 적어도 일부의 성분이 동일한 보충 가스를 처리 가스로 사용할 수 있다. 전술한, 보충 가스 공급부(900)는 배가스와 적어도 일부의 성분이 동일한 보충 가스, 즉 탄소 함유 가스를 처리부(800)에 공급할 수 있으며, 보충 가스 공급부(900)는 보충 가스 공급 라인(SL)을 통해 탄소 함유 가스를 처리부(800)에 공급할 수 있다. 여기서, 보충 가스 공급 라인(SL)은 배가스 공급 라인(EL)에 연결되어 배가스와 함께 보충 가스를 공급할 수 있으며, 보충 가스는 탄소 성분을 가지는 천연 가스 및 바이오매스(Biomass)를 가스화한 바이오매스 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, in the process of reacting with the processing gas (S200), supplemental gas having at least some of the same components as the exhaust gas may be used as the processing gas. As described above, the supplementary
이때, 처리 가스와 반응시키는 과정(S200)에서 처리 공간에 공급된 환원철은 대부분 배가스와 반응하여 용해부(700)로 공급되나, 미분의 환원철은 배가스와 충분히 반응하지 못하고, 배가스에 의하여 유동하여 배가스와 함께 처리 공간으로부터 외부로 유출될 수 있다.At this time, in the process of reacting with the treatment gas (S200), most of the reduced iron supplied to the treatment space reacts with the exhaust gas and is supplied to the
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 용철 제조 방법은 환원철을 처리 가스와 반응시키는 처리 공간으로부터 유출되는 환원철을 포집하는 과정 및 포집된 환원철을 처리 공간으로 공급하는 과정을 더 포함할 수 있다.Accordingly, the method for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention may further include a process of collecting reduced iron flowing out from a processing space in which reduced iron reacts with a processing gas and a process of supplying the collected reduced iron to the processing space.
여기서, 유출되는 환원철을 포집하는 과정은 본체(810)로부터 유출되는 환원철을 포집할 수 있도록 본체(810)와 연결되는 포집기(840)를 통해 수행되며, 포집기(840)는 본체(810)의 상부에 연결되어 배가스가 배출되는 배출 배관(XL)과 연결되도록 설치될 수 있다. 또한, 포집된 환원철을 처리 공간으로 공급하는 과정은 포집기(840)로부터 포집된 미분의 환원철은 순환 라인(CL)을 통하여 본체(810)의 처리 공간으로 재공급하며, 이때, 순환 라인(CL)은 처리 공간과 직접 연결될 수도 있으나, 전술한 환원철 공급 배관(FL)과 연결되어 포집기(840)로부터 포집된 미분의 환원철을 본체(810)의 처리 공간으로 재공급할 수도 있다.Here, the process of collecting the reduced iron flowing out is performed through a
용융물을 제조하는 과정(S300)은, 용해부(700)가 처리부(800)로부터 반응된 환원철, 즉 탄화철을 공급받아 공급받은 탄화철을 용해시켜 수행된다. 즉, 용해부(700)는 처리부(800)로부터 미분 또는 괴성화된 탄화철을 공급받고 이를 가열하여 용해시킬 수 있다. 또한, 용융물을 제조하는 과정(S300)은, 용해부(700)가 처리부(800)로부터 탄화철을 공급받아 공급받은 탄화철을 전열을 이용하여 용해시켜 수행될 수 있다. 이때, 용해부(700)는 전열을 이용하여 탄화철을 용해시킬 수 있는 용해 공간을 가지는 전기로를 포함할 수 있다. 이와 같은 전기로는 용해 공간을 가지는 전기로 본체 및 전열을 생성할 수 있도록 적어도 일부가 상기 용해 공간에 배치되는 전극봉을 포함할 수 있으며, 용해부(700)는 용해 공간에 환원철이 장입되면 전극봉에 전력을 인가하여 탄화철을 용해시킬 수 있다.The process of producing a melt (S300) is performed by the dissolving
여기서, 용융물을 제조하는 과정(S300)은 용해부(700), 즉 전기로의 용해 공간에 가탄제를 투입하는 과정을 포함할 수 있다. 용해부(700)에서는 환원철을 용해시켜 제조되는 용융물의 탄소 함량을 조절하기 위하여 탄소 성분을 가지는 가탄제를 투입한다. 또한, 가탄제는 용융물의 용해시 다량의 슬래그를 발생시키기 위하여 투입될 수 있다. 전극봉(720)은 이와 같은 슬래그에 침지되어 저항 열을 발생시킬 수 있게 되고, 발생된 저항 열에 의하여 탄화철을 보다 쉽게 용해시킬 수 있게 된다. 이때, 처리부(800)로부터 공급되는 탄화철은 이미 다량의 탄소 성분을 포함하고 있기 때문에 용융물을 제조하는 과정(S300)에서 가탄제의 사용량을 최소화할 수 있다.Here, the process of manufacturing the melt (S300) may include the process of introducing a recarburizing agent into the
한편, 전술한 바와 같이, 용해부(700)에서는 환원철을 용해시키는 중에 일산화탄소 가스를 포함하는 배가스, 즉 높은 일산화탄소 농도(CO-rich)를 가지며, 약 1,200℃ 이상의 온도를 가지는 배가스가 배출된다. 이에, 전술한 원료를 예열하는 과정은 이와 같이 용해부(700)에서 배출되는 배가스, 즉 후술하는 용융물을 제조하는 과정에서 배출되는 배가스를 이용하여 원료를 예열할 수 있다. 용해부(700)에서 배출되는 배가스는 약 1,200℃ 이상의 고온 상태로 배출되므로, 배가스의 열 에너지를 활용하여 원료를 예열시킬 수 있다.Meanwhile, as described above, while dissolving reduced iron in the
이를 보다 상세히 설명하면, 원료를 예열하는 과정은, 용해부(600)에서 배출되는 배가스의 일부를 원료에 직접 분사하는 과정을 포함할 수 있다. 원료를 공급하는 과정은 저장기(110)의 저장 공간에 저장된 원료를 환원부(500)에 공급하는데, 이와 같은 저장기(110)에는 저장기(110)의 저장 공간에 예열 가스를 공급할 수 있도록 설치되는 예열 가스 공급기(120)가 설치될 수 있다. 이때, 원료를 예열하는 과정은, 예열 가스 공급기(120)로부터 저장 공간에 저장된 원료에 약 1,200℃ 이상의 온도를 가지는 고온의 배가스를 분사하여 원료를 예열할 수 있다. 또한, 예열 가스 공급기(120)는 가열된 외부 공기를 저장 공간에 저장된 원료에 분사하여 원료를 예열할 수도 있는데, 이때 원료를 예열하는 과정은, 예열 가스 공급기(120)가 외부 공기를 1,200℃ 이상의 온도를 가지는 배가스의 열로 가열하고, 가열된 공기를 저장 공간에 공급하여 원료를 예열할 수도 있다.To explain this in more detail, the process of preheating the raw material may include a process of spraying a portion of the exhaust gas discharged from the
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 공정 중 발생하는 배가스를 환원철과 반응시켜 환원철의 융점을 낮추어, 환원철의 용해에 필요한 에너지 사용량을 최소화할 수 있다.As such, according to an embodiment of the present invention, the melting point of the reduced iron can be lowered by reacting the exhaust gas generated during the process with the reduced iron, thereby minimizing the amount of energy used to dissolve the reduced iron.
또한, 고온 상태로 제조된 환원철을 고온의 배가스와 직접 반응시킴으로써, 반응에 소요되는 설비 및 자원을 최소화할 수 있다.In addition, by directly reacting reduced iron produced at high temperature with high temperature exhaust gas, equipment and resources required for the reaction can be minimized.
뿐만 아니라, 높은 온도를 가지는 배가스의 현열을 원료의 예열 및 수소 가스의 제조에 이용함으로써 에너지를 효율적으로 회수할 수 있다.In addition, energy can be efficiently recovered by using the sensible heat of the high-temperature exhaust gas for preheating raw materials and producing hydrogen gas.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described and illustrated using specific terms, but such terms are only for clearly describing the present invention, and the embodiments of the present invention and the described terms are in accordance with the technical spirit of the following claims. It is obvious that various changes and changes can be made without departing from the scope. These modified embodiments should not be understood individually from the spirit and scope of the present invention, but should be regarded as falling within the scope of the claims of the present invention.
100: 원료 공급부
200: 환원 가스 공급부
300: 가열부
400: 퍼지 가스 공급부
500: 환원부
600: 추출부
700: 용해부
800: 처리부100: raw material supply unit 200: reducing gas supply unit
300: heating unit 400: purge gas supply unit
500: reduction section 600: extraction section
700: dissolution unit 800: processing unit
Claims (20)
환원철을 용해시킬 수 있는 용해부; 및
상기 환원부로부터 환원철을 공급받을 수 있고, 상기 용해부에서 배출되는 배가스를 공급받을 수 있도록 설치되며, 공급받은 환원철과 배가스를 반응시켜 반응된 환원철을 상기 용해부로 공급할 수 있는 처리부;를 포함하는 용철 제조 설비.A reduction unit capable of producing reduced iron;
A dissolving portion capable of dissolving reduced iron; and
A processing unit capable of receiving reduced iron from the reduction unit and receiving exhaust gas discharged from the dissolution unit, and reacting the supplied reduced iron with the exhaust gas to supply the reacted reduced iron to the dissolution unit. Manufacturing facilities.
상기 용해부와 처리부를 연결하도록 설치되는 배가스 공급 라인;을 더 포함하고,
상기 환원부는, 환원 가스를 공급받아 환원철을 제조할 수 있는 환원 공간을 가지는 환원로;를 포함하고,
상기 용해부는, 상기 배가스 공급 라인에 연결되며, 상기 처리부로부터 공급받은 환원철을 전열을 이용하여 용해시킬 수 있는 용해 공간을 가지는 전기로;를 포함하는 용철 제조 설비.In claim 1,
It further includes an exhaust gas supply line installed to connect the dissolving unit and the processing unit,
The reduction unit includes a reduction furnace having a reduction space capable of producing reduced iron by receiving reduction gas,
The melting unit is connected to the exhaust gas supply line, and has a melting space in which reduced iron supplied from the processing unit can be melted using electric heat. A molten iron manufacturing facility comprising a.
상기 처리부는,
처리 공간을 가지는 본체;
상기 처리 공간으로 환원철을 유입할 수 있도록 상기 본체에 마련되는 환원철 유입구; 및
상기 본체에 마련되며, 상기 처리 공간으로 배가스를 유입할 수 있도록 상기 배가스 공급 라인과 연결되는 배가스 유입구;를 포함하고,
상기 배가스 유입구는 상기 환원철 유입구보다 낮은 위치에 마련되는 용철 제조 설비.In claim 2,
The processing unit,
a main body having a processing space;
a reduced iron inlet provided in the main body to allow reduced iron to flow into the processing space; and
An exhaust gas inlet provided in the main body and connected to the exhaust gas supply line to allow exhaust gas to flow into the processing space,
A molten iron manufacturing facility wherein the exhaust gas inlet is provided at a lower position than the reduced iron inlet.
상기 처리부는,
상기 처리 공간을 가열할 수 있도록 상기 본체에 설치되는 가열기;를 더 포함하는 용철 제조 설비.In claim 3,
The processing unit,
A molten iron manufacturing facility further comprising a heater installed in the main body to heat the processing space.
상기 처리부는,
상기 본체로부터 유출되는 환원철을 포집할 수 있도록 상기 본체와 연결되는 포집기; 및
상기 포집기로부터 포집된 환원철을 상기 본체에 공급할 수 있도록, 상기 포집기와 본체를 연결하는 순환 라인;을 더 포함하는 용철 제조 설비.In claim 3,
The processing unit,
A collector connected to the main body to collect reduced iron flowing out from the main body; and
Molten iron manufacturing equipment further comprising a circulation line connecting the collector and the main body so that the reduced iron collected from the collector can be supplied to the main body.
상기 처리부는,
상기 배가스와 적어도 일부의 성분이 동일한 보충 가스를 상기 처리 공간으로 공급할 수 있도록 상기 본체와 연결되는 보충 가스 공급부;를 더 포함하는 용철 제조 설비.In claim 3,
The processing unit,
Molten iron manufacturing equipment further comprising: a supplementary gas supply unit connected to the main body to supply supplementary gas having at least some of the same components as the exhaust gas to the processing space.
원료를 저장할 수 있는 저장 공간을 가지며, 상기 저장 공간에 저장된 원료를 상기 환원 공간에 공급할 수 있도록 설치되는 원료 공급부; 및
상기 배가스 공급 라인으로부터 분기되며, 상기 전기로에서 배출되는 배가스의 일부를 상기 원료 공급부에 공급할 수 있는 배가스 분기 라인;을 더 포함하는 용철 제조 설비.In claim 2,
A raw material supply unit having a storage space for storing raw materials and installed to supply the raw materials stored in the storage space to the reduction space; and
A molten iron manufacturing facility further comprising an exhaust gas branch line branched from the exhaust gas supply line and capable of supplying a portion of the exhaust gas discharged from the electric furnace to the raw material supply unit.
상기 배가스 분기 라인은, 상기 저장 공간으로 배가스를 직접 공급하거나, 상기 저장 공간으로 공급되는 공기에 배가스의 열을 전달할 수 있도록 상기 원료 공급부와 연결되는 용철 제조 설비.In claim 7,
The exhaust gas branch line is connected to the raw material supply unit to directly supply exhaust gas to the storage space or to transfer heat of the exhaust gas to air supplied to the storage space.
상기 환원 공간에 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 상기 환원로에 연결되는 퍼지 가스 공급 라인; 및
상기 퍼지 가스 공급 라인으로부터 분기되며, 상기 환원 공간으로 공급되는 퍼지 가스의 일부를 상기 처리 공간에 공급할 수 있는 퍼지 가스 분기 라인;을 더 포함하는 용철 제조 설비.In claim 3,
a purge gas supply line connected to the reduction furnace to supply purge gas to the reduction space; and
A purge gas branch line branched from the purge gas supply line and capable of supplying a portion of the purge gas supplied to the reduction space to the processing space.
제조된 환원철을 처리 가스와 반응시키는 과정;
반응된 환원철을 용해시켜 용융물을 제조하는 과정; 및
상기 용융물을 제조하는 과정에서 발생되는 배가스의 적어도 일부를 환원철과 반응시키는 처리 가스로 사용하는 과정;을 포함하는 용철 제조 방법.Process of producing reduced iron;
A process of reacting the produced reduced iron with a processing gas;
A process of dissolving the reacted reduced iron to produce a molten product; and
A method of producing molten iron comprising: using at least a portion of the exhaust gas generated in the process of producing the molten material as a processing gas to react with reduced iron.
상기 환원철을 제조하는 과정은,
상기 배가스를 이용하여 원료를 예열하는 과정; 및
예열된 원료를 환원 가스와 반응시켜 환원하는 과정;을 포함하는 용철 제조 방법.In claim 10,
The process of producing the reduced iron is,
A process of preheating raw materials using the exhaust gas; and
A method of manufacturing molten iron including a process of reducing the preheated raw material by reacting it with a reducing gas.
상기 원료를 예열하는 과정은,
상기 배가스를 원료에 분사하거나, 상기 배가스의 열을 전달받아 가열된 공기를 원료에 분사하는 과정;을 포함하는 용철 제조 방법.In claim 11,
The process of preheating the raw materials is,
A method of manufacturing molten iron comprising: spraying the exhaust gas onto the raw material, or spraying air heated by receiving heat from the exhaust gas onto the raw material.
상기 원료는 0mm를 초과하고, 8mm 이하의 입도를 가지는 분철광석을 포함하는 용철 제조 방법.In claim 11,
A method of producing molten iron, wherein the raw material includes powdered iron ore having a particle size of more than 0 mm and less than or equal to 8 mm.
상기 처리 가스는 탄소 성분을 함유한 가스를 포함하고,
상기 처리 가스와 반응시키는 과정은,
상기 환원철의 적어도 일부를 탄화시키는 과정;을 포함하는 용철 제조 방법.In claim 10,
The processing gas includes a gas containing a carbon component,
The process of reacting with the processing gas is,
A method of producing molten iron, including a process of carbonizing at least a portion of the reduced iron.
상기 환원철을 처리 가스와 반응시키는 과정은,
제조된 환원철을 별도의 열 처리 없이 처리 가스와 반응시키는 용철 제조 방법.In claim 10,
The process of reacting the reduced iron with the processing gas is,
A method of manufacturing molten iron in which the reduced iron is reacted with a processing gas without any additional heat treatment.
상기 환원철을 처리 가스와 반응시키는 과정은,
제조된 환원철을 600 내지 800℃의 온도에서 처리 가스와 반응시키는 과정;을 포함하는 용철 제조 방법.In claim 10,
The process of reacting the reduced iron with the processing gas is,
A method of producing molten iron comprising: reacting the produced reduced iron with a processing gas at a temperature of 600 to 800°C.
상기 환원철을 처리 가스와 반응시키는 처리 공간으로부터 유출되는 환원철을 포집하는 과정; 및
포집된 환원철을 상기 처리 공간으로 공급하는 과정;을 더 포함하는 용철 제조 방법.In claim 10,
A process of collecting reduced iron flowing out from a processing space where the reduced iron reacts with a processing gas; and
A method of manufacturing molten iron further comprising: supplying the collected reduced iron to the processing space.
상기 환원철을 제조하는 과정은,
상기 환원철을 제조하는 환원 공간에 퍼지 가스를 공급하는 과정;을 포함하고,
상기 환원철을 처리 가스와 반응시키는 과정은,
상기 환원 공간으로 공급되는 퍼지 가스의 일부를 상기 처리 공간에 공급하는 과정;을 포함하는 용철 제조 방법.In claim 17,
The process of producing the reduced iron is,
Including a process of supplying a purge gas to the reduction space for producing the reduced iron,
The process of reacting the reduced iron with the processing gas is,
A method of manufacturing molten iron comprising: supplying a portion of the purge gas supplied to the reduction space to the processing space.
상기 처리 가스로 사용하는 과정은,
상기 배가스 및 상기 배가스와 적어도 일부의 성분이 동일한 보충 가스를 처리 가스로 사용하는 용철 제조 방법.In claim 10,
The process of using the processing gas is,
A method of producing molten iron using the exhaust gas and a supplementary gas having at least some of the same components as the exhaust gas as a processing gas.
상기 배가스는 일산화탄소 가스를 포함하고,
상기 보충 가스는 천연 가스 및 바이오매스 가스 중 적어도 하나를 포함하는 용철 제조 방법.In claim 19,
The exhaust gas includes carbon monoxide gas,
The supplementary gas includes at least one of natural gas and biomass gas.
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