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. .

Figure P1020220096183
Figure P1020220096183

Description

용철 제조 설비 및 용철 제조 방법{FACILITY FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON AND METHOD FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON}Molten iron manufacturing equipment and molten iron manufacturing method {FACILITY FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON AND METHOD FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON}

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.

KRKR 10-1699236 10-1699236 B1B1

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 reduction unit 500 capable of producing reduced iron, a dissolution unit 700 capable of dissolving reduced iron, and the reduction unit 500. ), and is installed to receive reduced iron from the dissolving unit 700, and reacts the supplied reduced iron with the exhaust gas to supply the reacted reduced iron to the dissolving unit 700. Includes (600). In addition, the molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention includes a raw material supply unit 100 installed to supply raw materials to the reduction unit 500 and a reduction gas supply unit installed to supply reducing gas to the reduction unit 500. (200) may be further included.

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 material supply unit 100 is installed to supply raw materials to the reduction unit 500. Here, the raw material may include iron ore, and the iron ore may include finely divided iron ore, that is, powdered iron ore, having a particle size greater than 0 mm and less than or equal to 8 mm. The raw material supply unit 100 may include a storage device 110 having a storage space for storing raw materials. Raw materials may be stored in the storage space of the storage unit 110 for a long time, or may be temporarily stored before supplying the raw materials to the reduction unit 500. Such a reservoir 110 may include, for example, a hopper.

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 reservoir 110, and the raw materials preheated in the storage space may be supplied to the reduction unit 500. At this time, the reservoir 110 can preheat the raw material by receiving a portion of the exhaust gas discharged from the melting unit 700, and for this purpose, the molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention branches off from the exhaust gas supply line (EL). It may further include an exhaust gas branch line (EDL) capable of supplying a portion of the exhaust gas discharged from the dissolving unit 700 to the reservoir 110. Preheating of raw materials using exhaust gas supplied through an exhaust gas branch line (EDL) will be described later with reference to FIG. 5.

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 gas supply unit 200 is installed to store the reducing gas and supply the reducing gas to the reducing unit 500. Here, the reducing gas may include hydrogen gas, and hydrogen gas may be included in a ratio of 80 to 100% of the total reducing gas. Hydrogen gas stored in the reducing gas supply unit 200 may be produced by electrolyzing water, but is not limited thereto and may be produced by various methods such as decomposing ammonia gas or producing hydrogen gas by chemically reacting natural gas. It can be. For example, ammonia gas can be decomposed into hydrogen gas and nitrogen gas at high temperature, the decomposed hydrogen gas can be used as a reducing gas, and the nitrogen gas can be used as a purge gas, which will be described later.

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 gas supply unit 200 may supply reducing gas to the reduction unit 500 through reduction gas supply lines RL1 and RL2 that connect the reduction gas supply unit 200 and the reduction unit 500 to each other. At this time, the amount of reducing gas supplied by the reducing gas supply unit 200 to the reducing unit 500 may be more than twice the amount required to reduce all the raw materials supplied to the reducing unit 500. In order to improve the reaction efficiency between raw materials and reducing gas, the amount of reducing gas can be controlled, for example, to a range of two to three times the amount required to reduce all of the raw materials supplied to the reduction unit 500. .

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 heating unit 300 may be installed in the reducing gas supply lines RL1 and RL2 to heat the reducing gas supplied from the reducing gas supply unit 200 to the reducing unit 500 . In the reduction unit 500, a raw material containing iron ore and a reducing gas containing hydrogen gas react to reduce iron ore. Since this reaction between iron ore and hydrogen gas is a strong endothermic reaction, the reaction efficiency can be improved when the hydrogen gas supplied to the reduction unit 500 is heated and supplied to a temperature of 800 ℃ or higher, more preferably 850 ℃ or higher. . Accordingly, the heating unit 300 is connected to the reduction gas supply unit 200 and the first reduction gas supply line RL1, and is connected to the reduction unit 500 and the second reduction gas supply line RL2, thereby providing the first reduction gas supply line RL2. Low-temperature hydrogen gas supplied through the gas supply line RL1 may be heated to a temperature of 800 to 1200° C. and supplied to the reduction unit 500 through the second reduction gas supply line RL2. Since the heating unit 300 may have various structures for heating the reducing gas by direct or indirect heating, a detailed description thereof will be omitted.

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 gas supply unit 400 that is installed to store purge gas and supply the purge gas to the reduction unit 500. The reduction unit 500 has a reduction space capable of producing reduced iron, and the reduction space needs to be purged for maintenance between processes. Additionally, there are cases where purge gas needs to be supplied during the process. For example, when using powdered iron ore as a raw material, a purge gas may be supplied to increase the fluidity of the powdered iron ore to prevent it from sticking in the reduction space. Accordingly, the purge gas supply unit 400 may supply a purge gas to the reduction space through a purge gas supply line PL that connects the purge gas supply unit 400 and the reduction unit 500, and the purge gas may be nitrogen. An inert gas such as can be used.

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 reduction unit 500 can produce reduced iron by reducing raw materials. That is, the reducing unit 500 can receive iron ore as a raw material from the raw material supply unit 100, receive a reducing gas from the reducing gas supply unit 200, and react the iron ore with the reducing gas to produce reduced iron. This reduction unit 500 may include a reduction furnace having a reduction space capable of producing reduced iron using a reducing gas. Such a reduction reactor may include a fluid reduction reactor (510, 520, 530, 540) that produces reduced iron while flowing raw materials, and the fluid reduction reactor (510, 520, 530, 540) may be provided as a single unit. In order to effectively reduce low-grade iron ore or powdered iron ore with a low iron content, as shown in FIG. 2, a plurality of fluidized reduction furnaces (510, 520, 530, and 540) are connected to sequentially move the raw materials to produce reduced iron. It may be possible. At this time, there is no limit to the number of fluid reduction furnaces 510, 520, 530, and 540, but in order to sufficiently reduce the raw materials, the reduction unit 500 includes a first fluid reduction furnace 510, as shown in FIG. 2, It may be composed of four reduction reactors including a second fluid reduction reactor 520, a third fluid reduction reactor 530, and a fourth fluid reduction reactor 540. At this time, the raw material supply unit 100 may supply raw materials to the first fluidized reduction reactor 510, and the reducing gas supply unit 200 may supply reducing gas to the fourth fluidized reduction reactor 540. The raw material supplied to the first fluid reduction furnace 510 is reduced by sequentially moving through the second fluid reduction furnace 520, the third fluid reduction furnace 530, and the fourth fluid reduction furnace 540 to be manufactured into reduced iron. You can.

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 reduction unit 500 is supplied to the processing unit 800, which will be described later. As shown in FIG. 2, the reduced iron produced through the first fluid reduction reactor 510, the second fluid reduction reactor 520, the third fluid reduction reactor 530, and the fourth fluid reduction reactor 540 is 4 is discharged from the fluidized reduction furnace 540 and supplied to the treatment unit 800. Here, as described above, preheated raw materials and a reducing gas of 800°C or higher are supplied to the reduction space to produce reduced iron. Accordingly, the reduced iron produced in the reduction unit 500 is discharged at a high temperature of, for example, 600 to 800°C, even taking heat loss into account. In this way, the reduced iron discharged at a high temperature can be directly supplied to the processing unit 800 without going through a separate heat treatment device. In the processing unit 800, the equipment and resources required for the reaction can be minimized by directly reacting the reduced iron produced at high temperature with the high-temperature exhaust gas, which will be described later in relation to the processing unit 800.

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 reduction unit 500, a large amount of by-products are discharged in addition to reduced iron. By-products discharged from the reduction unit 500 may include steam. As described above, in the reduction unit 500, iron ore and hydrogen gas react to produce reduced iron. At this time, the oxygen component of the iron ore and the hydrogen component of the hydrogen gas react to generate a large amount of water vapor in the reduction space, and the generated water vapor is discharged from the reduction unit 500 as a by-product. Additionally, by-products discharged from the reduction unit 500 may include hydrogen gas and nitrogen gas. As described above, the reducing gas is supplied in a range of two to three times the amount required to reduce all the raw materials supplied to the reduction unit 500, so the remaining hydrogen gas that has not reacted with the raw materials is stored in the reduction unit (500). 500) are discharged as by-products. Additionally, as described above, a purge gas, for example, nitrogen gas, may be supplied to the reduction unit 500 for various reasons. In this way, the nitrogen gas supplied for purge is discharged from the reduction unit 500 as a by-product. The by-products move along the flow of reducing gas within the reduction unit 500 and are discharged from the first flow reduction furnace 510. The discharged by-products are discharged through the by-product supply line BL connected to the reduction unit 500. It can be supplied to the extraction unit 600 through.

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 reduction unit 500, and further includes an extraction unit 600 capable of extracting hydrogen gas from the by-products. can do.

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 extraction unit 600 extracts hydrogen gas from the by-products discharged from the reduction unit 500. As described above, by-products discharged from the reduction unit 500 include water vapor, hydrogen gas, and nitrogen gas. The extraction unit 600 is connected to the reduction unit 500 through the byproduct supply line BL, and can extract hydrogen gas from the byproduct supplied through the byproduct supply line BL. This extraction unit 600 can extract hydrogen gas from by-products using a pressure swing absorption (PSA) method. That is, the pressure swing adsorption method extracts gas using the adsorption selectivity of each component with respect to the adsorbent, and the extraction unit 600 extracts hydrogen gas from by-products containing various gases in addition to hydrogen gas. A carbon molecular sieve capable of adsorption can be used as an adsorbent. At this time, the hydrogen component adsorbed on the adsorbent can be desorbed and extracted as hydrogen gas, and the extraction unit 600 can extract hydrogen gas from the by-product by repeatedly performing adsorption and desorption of the hydrogen component.

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 extraction unit 600 without being adsorbed may include water vapor and nitrogen gas. Here, the residue containing water vapor and nitrogen gas may be supplied to the reduction unit 500 as a purge gas. Water vapor is a reaction product generated by the reaction between iron ore, which is a raw material, and hydrogen gas in the reducing gas, and has low reactivity with the iron ore and the reducing gas, so it can be supplied to the reduction unit 500 as a purge gas. Additionally, when water vapor is supplied to the reduction unit 500 as a purge gas, the heat of the water vapor can be utilized for the reduction reaction, thereby saving the energy required for the reduction reaction. In order to supply the residue to the reduction unit 500 as a purge gas, a residue discharge line (not shown) may be connected to the extraction unit 600, and the residue discharge line may be connected to the purge gas supply line (PL), or Of course, it can be directly connected to the reduction unit 500 and supply the residue to the reduction unit 500 through a path different from the purge gas.

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 extraction unit 600 can be used for various purposes. For example, the reduction unit 500 can reduce the raw material, that is, iron ore, using extracted hydrogen gas. Hydrogen gas is used in a large amount, more than twice the amount required to reduce all the raw materials supplied to the reduction unit 500, but is a very expensive gas, so it is extracted from the extraction unit 600 to reduce costs through resource recycling. The hydrogen gas can be reused as a reducing gas to reduce iron ore. For this purpose, a hydrogen gas supply line (HL) is connected to the extraction unit 600, and the hydrogen gas supply line (HL) is connected to the first reducing gas supply line (RL1), so that the extraction unit 600 supplies the first reducing gas. Hydrogen gas can be supplied to the supply line (RL1), and the extracted hydrogen gas is supplied to the reduction unit ( 500) and can be used for reduction of iron ore.

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 unit 700 can receive reduced iron reacted from the processing unit 800, which will be described later, and dissolve it in various ways. For example, the dissolving unit 700 may receive reacted reduced iron in a fine or compacted state from the processing unit 800 and heat it to dissolve it. In addition, the melting unit 700 may receive additional iron scrap in addition to the reacted reduced iron and melt the reacted reduced iron and iron scrap together. This dissolution unit 700 may include electric furnaces 710 and 720 having a dissolution space capable of dissolving the reacted reduced iron using electric heat. Such electric furnaces 710 and 720 may include an electric furnace body 710 having a dissolution space and an electrode 720 at least partially disposed in the dissolution space to generate electric heat. When the reacted reduced iron is charged into the melting space, the electric furnaces 710 and 720 apply power to the electrode 720 to dissolve the reacted reduced iron.

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 dissolution unit 700, a recarburizing agent containing a carbon component is introduced to adjust the carbon content of the melt produced by dissolving the reacted reduced iron. Additionally, a recarburizing agent may be added to generate a large amount of slag when dissolving the melt. In this case, the electrode 720 can generate resistance heat by receiving power while immersed in the slag, and the reduced iron can be more easily dissolved by the generated resistance heat. Meanwhile, at least partially unreduced raw materials, that is, partially reduced reduced iron or iron ore, may be supplied to the dissolution unit 700. In this way, at least a part of the unreduced raw material has an oxygen component, and within the dissolution space, the oxygen component reacts with the carbon component of the recarburizer or the carbon component of the reacted reduced iron, which will be described later. Accordingly, the dissolving unit 700 receives the reacted reduced iron from the processing unit 800 and while dissolving it, exhaust gas containing carbon monoxide gas, that is, exhaust gas having a high carbon monoxide concentration (CO-rich), is discharged. In this way, the exhaust gas discharged from the dissolution unit 700 is discharged at a high temperature of about 1,200° C. or higher.

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 reduction unit 500 is charged to the dissolution unit 700 without any additional treatment, a lot of energy is required to dissolve the reduced iron in the dissolution unit 700. That is, the reduced iron produced in the reduction unit 500 without any additional treatment has a component of metallic iron (Fe), that is, pure iron, and such pure iron has a melting point of about 1,538°C. In addition, reduced iron contains a large amount of gangue in addition to these pure iron components, and reduced iron can only be dissolved by heating to a temperature above the melting point of pure iron. In addition, when the reduced iron produced in the reduction unit 500 is charged to the melting unit 700 without separate treatment, the use of a large amount of recarburizing agent is required to control the carbon content of the melt.

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 reduction unit 500 is reacted with the exhaust gas having a high carbon monoxide concentration (CO-rich) discharged from the dissolution unit 700, and the reacted iron carbide is transferred to the dissolution unit 700. A processing unit 800 that can supply is installed. To this end, the molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention may further include an exhaust gas supply line (EL) installed to connect the melting unit 700 and the processing unit 800.

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 processing unit 800 includes a main body 810 having a processing space as shown in FIG. 3, a reduced iron inlet 812 provided in the main body 810 to allow reduced iron to flow into the processing space, and the main body ( 810) and includes an exhaust gas inlet 816 connected to the exhaust gas supply line (EL) to allow exhaust gas to flow into the treatment space.

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 main body 810 has a processing space in which reduced iron supplied from the reduction unit 500 can be accommodated. In order to introduce reduced iron into the processing space, a reduced iron inlet 812 is provided in the main body 810, and a reduced iron supply pipe (FL) is connected to the reduced iron inlet 812, so that the reduced iron manufactured and transferred from the reduction unit 500 This reduced iron can flow into the treatment space through the supply pipe (FL). Additionally, exhaust gas discharged from the dissolving unit 700 may flow into the processing space of the main body 810. To this end, an exhaust gas inlet 816 may be formed in the main body 810, and the exhaust gas inlet 816 may be connected to the exhaust gas supply line EL. In Figure 3, the processing unit 800 is shown as consisting of a single body 810, but the processing unit 800 can carbonize the reduced iron by sequentially moving the reduced iron by connecting a plurality of bodies 810 to each other. am.

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 exhaust gas inlet 816 may be provided at a lower position than the reduced iron inlet 812. For example, as shown in FIG. 3, the exhaust gas inlet 816 may be provided on the lower surface of the main body 810, and the reduced iron inlet 812 may be provided on the side of the main body 810. In this way, by providing the exhaust gas inlet 816 at a lower position than the reduced iron inlet 812, the reduced iron supplied from the reduced iron inlet 812 can flow within the main body 810 and react with the exhaust gas. Meanwhile, the processing unit 800 may further include a dispersion plate 817 installed in the main body 810 and formed with a plurality of nozzles (not shown) to uniformly distribute the exhaust gas supplied from the exhaust gas inlet 816 into the processing space. You can.

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 reduction unit 500 is discharged at a high temperature of, for example, 600 to 800° C., and the discharged reduced iron is directly supplied to the treatment unit 800 without going through a separate heat treatment device. In addition, since high temperature exhaust gas of approximately 1,200°C or higher is supplied to the processing space, the processing space can maintain a temperature of 600 to 800°C even taking into account the heat loss of reduced iron during the transfer process. Accordingly, the processing unit 800 may not be installed with a separate heating means for heating the processing space. However, since it may be necessary to increase the temperature of the processing space during initial operation of the equipment, the processing unit 800 may further include a heater 820 installed in the main body 810 to heat the processing space. At this time, the heater 820 can be selectively operated to heat the processing space when it is necessary to heat the processing space. For example, the heater 820 may be installed on the side of the main body 810 to supply oxygen gas, and the supplied oxygen gas may react with the exhaust gas in the processing space to increase the temperature of the processing space. At this time, the amount of oxygen gas supplied from the heater 820 may be controlled to maintain the processing space within a temperature range of 600 to 800°C.

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 treatment unit 800 carbonizes the reduced iron supplied from the reduction unit 500 by reacting it with the exhaust gas. As shown in the Bauer-Glaessner diagram showing the conditions under which reduced iron reacts with exhaust gas shown in FIG. 4, when the treatment space is maintained at a temperature of 600 to 800°C, the partial pressure of carbon monoxide and carbon dioxide in the treatment space are specified. If the conditions are met, it can be carbonized by reacting according to the reaction formula below.

[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 melting portion 700 is an electric furnace (710, 720) capable of dissolving reduced iron, that is, an ESF that is immersed in slag formed in the electric furnace main body 710 and can dissolve reduced iron with slag resistance heat. (Electric Smelting Furnace) or SAF (Submerged Arc Furnace). Such electric furnaces (710, 720) have a closed structure, so there is almost no inflow of oxygen or atmosphere, so the carbon dioxide content in the exhaust gas is very low, and the oxygen component of the unreduced raw material and the carbon component of the recarburizer react to produce a high carbon monoxide concentration. have That is, the partial pressure of carbon monoxide (Pco) of the exhaust gas discharged from such electric furnaces (710, 720) is about 90% of the sum of the partial pressure of carbon monoxide (Pco) and the partial pressure of carbon dioxide (Pco 2 ) (Pco + Pco 2 ). % or more, it is possible to effectively carbonize reduced iron under temperature conditions of 600 to 800°C.

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 gas supply unit 900 installed to supply supplemental gas having at least some of the same components as exhaust gas to the processing space of the processing unit 800. The supplemental gas supply unit 900 may supply supplementary gas, that is, a carbon-containing gas having at least some of the same components as the exhaust gas, to the processing unit 800, and the supplemental gas supply unit 900 may supply carbon-containing gas through the supplemental gas supply line (SL). Gas may be supplied to the processing unit 800. Here, the supplementary gas supply line (SL) may be connected to the exhaust gas supply line (EL) to supply supplemental gas together with the exhaust gas, or may supply supplemental gas to the processing unit 800 through a path different from the exhaust gas supply line (EL), The supplementary gas may include at least one of natural gas containing carbon and biomass gas obtained by gasifying biomass.

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 processing unit 800 is supplied to the dissolving unit 700. Here, the reaction between reduced iron and exhaust gas according to the above-mentioned reaction equation corresponds to an exothermic reaction. Accordingly, iron carbide supplied from the processing unit 800 to the dissolving unit 700 is discharged at a high temperature in a range similar to the temperature of the processing space, for example, 600 to 800° C., even considering heat loss. In this way, the iron carbide discharged in a high temperature state is directly supplied to the melting unit 700 in a high temperature state without going through a separate cooling device, thereby minimizing the amount of energy used for dissolving the reduced iron.

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 dissolution unit 700, but the reduced iron in fine powder does not react sufficiently with the exhaust gas, flows by the exhaust gas, and flows out from the treatment space together with the exhaust gas to the outside. It can be. Accordingly, the processing unit 800 may supply a collector 840 connected to the main body 810 to collect the reduced iron flowing out from the main body 810, and the reduced iron collected from the collector 840 to the main body 810. A circulation line CL connecting the collector 840 and the main body 810 may be further included. At this time, the collector 840 can be installed to be connected to the upper part of the main body 810 and connected to the discharge pipe (XL) through which the exhaust gas is discharged, and the reduced iron of the fine powder collected from the collector 840 is connected to the circulation line (CL). It can be re-supplied to the processing space of the main body 810 through. At this time, the circulation line (CL) may be directly connected to the processing space, but may also be connected to the above-mentioned reduced iron supply pipe (FL) to re-supply the fine reduced iron collected from the collector 840 to the processing space of the main body 810. .

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 dissolution unit 700 may be supplied to the treatment unit 800 and used to carbonize reduced iron. However, as described above, the exhaust gas discharged from the dissolution unit 700 is discharged at a high temperature of about 1,200°C or higher. Accordingly, in an embodiment of the present invention, the raw material may be preheated by utilizing the thermal energy of the exhaust gas.

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 material supply unit 100 may include a storage device 110, and the storage device 110 has a storage space for storing raw materials. Raw materials may be preheated in the storage space of the reservoir 110, and the raw materials preheated in the storage space may be supplied to the reduction unit 500. To this end, the raw material supply unit 100 may further include a preheating gas supplier 120 installed to supply preheating gas to the storage space of the reservoir 110. At this time, as shown in FIG. 5(a), the preheating gas supplier 120 is connected to the exhaust gas branch line (EDL) and directly supplies high temperature exhaust gas (E) with a temperature of about 1,200° C. or higher to the storage space to produce raw materials. can be preheated. In addition, as shown in FIG. 5(b), the preheating gas supplier 120 heats the external air (A) supplied to the storage space with the heat of exhaust gas having a temperature of 1,200°C or higher, and supplies the heated air to the storage space. It can be installed to preheat the raw materials. To this end, the preheating gas supplier 120 may be disposed to cross the exhaust gas branch line (EDL), that is, on the exhaust gas branch line (EDL), whereby the sensible heat of the exhaust gas passing through the branch line (EDL) is transferred to the outside. It can be transmitted to the air (A).

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 reduction unit 500. That is, the process of manufacturing reduced iron (S100) may include a process of supplying raw materials to the reduction unit 500, a process of supplying reducing gas to the reduction unit 500, and a process of reducing the raw materials by reacting them with the reducing gas. there is.

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 material supply unit 100, which is installed to supply raw materials to the reduction unit 500, supplying raw materials to the reduction unit 500. Here, the raw material may include iron ore, and the iron ore may include finely divided iron ore, that is, powdered iron ore, having a particle size greater than 0 mm and less than or equal to 8 mm. Meanwhile, the process of supplying raw materials may include a process of preheating the raw materials. In an embodiment of the present invention, the energy required for reduction can be minimized by supplying and reducing preheated raw materials, that is, iron ore.

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 gas supply unit 200 supplying the reducing gas to the reducing unit 500. Here, the reducing gas may include hydrogen gas, and hydrogen gas may be included in a ratio of 80 to 100% of the total reducing gas. The process of supplying the reducing gas is that the reducing gas supply unit 200 reduces the reduction gas to the reduction unit 500 through the reduction gas supply lines RL1 and RL2 that interconnect the reduction gas supply unit 200 and the reduction unit 500. This is done by supplying gas. At this time, in the process of supplying the reducing gas, the amount of reducing gas supplied to the reduction unit 500 is controlled to be in the range of more than 2 times and less than 3 times the amount required to reduce all the raw materials supplied to the reduction unit 500. It can be.

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 unit 500. When hydrogen gas is used as the reducing gas, reduced iron is produced by reacting the iron ore supplied to the reduction unit 500 with hydrogen gas. Since this reaction between iron ore and hydrogen gas is a strong endothermic reaction, the iron ore supplied to the reduction unit 500 reacts with hydrogen gas to produce reduced iron. The hydrogen gas can be heated to a temperature of 800°C or higher, more preferably 850°C or higher, and supplying the heated reducing gas can improve reaction efficiency.

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 reduction unit 500. Here, the process of supplying the purge gas can be performed by the purge gas supply unit 400, which is installed to supply the purge gas to the reduction unit 500, supplying the purge gas to the reduction space through the purge gas supply line PL. there is. At this time, an inert gas such as nitrogen can be used as the purge gas.

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 unit 500 receiving raw materials from the raw material supply unit 100, receiving reducing gas from the reducing gas supply unit 200, and reacting the iron ore with the reducing gas to reduce it. You can. The reduction unit 500 may include a reduction furnace having a reduction space capable of producing reduced iron using a reduction gas. The reduction furnace may be provided as a single unit, but low-grade iron ore or powder with a low iron content may be used. As mentioned above, in order to effectively reduce iron ore, a plurality of reduction furnaces may be connected to sequentially move raw materials to produce reduced iron.

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 reduction unit 500 may include water vapor generated by the reaction of iron ore and hydrogen gas, and may include hydrogen gas that has not reacted with the raw material and nitrogen gas supplied as a purge gas. In addition, dust, etc. generated in the reduction unit 500 may be included in by-products and discharged, and the by-products may move along the flow of reducing gas within the reduction unit 500 and be discharged from the reduction furnace.

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 reduction unit 500 include water vapor, hydrogen gas, nitrogen gas, and dust, and the reduction unit 500 is provided with a supply of by-products discharged from the reduction unit 500. An extraction unit 600 is installed. Here, dust may be removed before the by-products are supplied to the extraction unit 600 or within the extraction unit 600. The extraction unit 600 may extract hydrogen gas from by-products supplied through the by-product supply line BL using a pressure swing adsorption method.

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 reduction unit 500 uses hydrogen gas to reduce the raw material, that is, iron ore, and the hydrogen gas is used in a large amount, more than twice the amount required to reduce all the raw materials supplied to the reduction unit 500. Since it is a very expensive gas, the hydrogen gas extracted from the extraction unit 600 can be reused as a reducing gas to reduce iron ore in order to reduce costs through resource recycling. To this end, the method for producing molten iron according to an embodiment of the present invention can be used to reduce iron ore by supplying extracted hydrogen gas as a reducing gas during the process of producing reduced iron (S100). Meanwhile, the residue that is not extracted and discharged during the process of extracting hydrogen gas may be supplied to the reduction unit 500 as a purge gas. The water vapor in the residue is a reaction product generated by the reaction between iron ore, which is a raw material, and hydrogen gas in the reducing gas. Since it has low reactivity with the iron ore and the reducing gas, it can be supplied to the reduction unit 500 as a purge gas. Additionally, when water vapor is supplied to the reduction unit 500 as a purge gas, the heat of the water vapor can be utilized for the reduction reaction, thereby saving the energy required for the reduction reaction.

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 reduction unit 500 reacts with the processing gas. Here, the processing gas includes a gas containing a carbon component, and the process of reacting with the processing gas (S200) may include carbonizing at least a portion of the reduced iron produced in the reduction unit 500.

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 reduction unit 500 is dissolved without any additional treatment, the melting point of the reduced iron is very high and a lot of energy is required to dissolve it. In contrast, when the reduced iron is carbonized, the melting point is reduced to several hundred. It can be lowered by more than ℃. Accordingly, in the method for manufacturing molten iron according to an embodiment of the present invention, reduced iron is reacted with a processing gas, and the reacted reduced iron, that is, iron carbide, is supplied to the melting unit 700 to be dissolved, thereby minimizing the amount of energy used for melting. At this time, the processing gas may include a gas containing carbon.

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 reduction unit 500 is discharged at a high temperature of, for example, 600 to 800° C., and the discharged reduced iron is directly supplied to the treatment unit 800 without going through a separate heat treatment device. In addition, since high temperature exhaust gas of approximately 1,200°C or higher is supplied to the processing space, the processing space can maintain a temperature of 600 to 800°C even taking into account the heat loss of reduced iron during the transfer process. Accordingly, in the process of reacting with the processing gas (S200), the produced reduced iron can be reacted with the processing gas at a temperature of 600 to 800°C, and at the beginning of the process or when additional temperature increase is necessary, the processing space is heated through the heater 820. Can be optionally heated.

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 melting unit 700 may include electric furnaces 710 and 720 having a melting space that can melt reduced iron using electric heat. In this dissolution unit 700, a recarburizing agent containing a carbon component is introduced to adjust the carbon content of the melt produced by dissolving reduced iron. Meanwhile, at least partially unreduced raw materials, that is, partially reduced reduced iron or iron ore, may be supplied to the dissolution unit 700. In this way, at least a part of the unreduced raw material has an oxygen component, and the oxygen component reacts with the carbon component of the recarburizer within the dissolution space. Accordingly, in the dissolving unit 700, exhaust gas containing carbon monoxide gas, that is, exhaust gas having a high carbon monoxide concentration (CO-rich), is discharged while dissolving the reduced iron. In this way, the exhaust gas discharged from the dissolution unit 700 is discharged at a high temperature of about 1,200° C. or higher.

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 melting unit 700 is an electric furnace (710, 720) capable of dissolving reduced iron, that is, an Electric Smelting Furnace (ESF) that is immersed in slag formed in the electric furnace body 710 and can dissolve reduced iron with slag resistance heat. ) or SAF (Submerged Arc Furnace). Such electric furnaces (710, 720) have a very low carbon dioxide content in the exhaust gas, and have a high carbon monoxide concentration due to the reaction between the oxygen component of the unreduced raw material and the carbon component of the recarburizer. Therefore, the partial pressure of carbon monoxide (Pco) discharged from the electric furnaces 710 and 720 is about 90% or more of the sum of the partial pressure of carbon monoxide (Pco) and the partial pressure of carbon dioxide (Pco 2 ) (Pco + Pco 2 ). value, it is possible to effectively carbonize reduced iron under temperature conditions of 600 to 800°C.

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 gas supply unit 900 may supply supplementary gas, that is, a carbon-containing gas having at least some of the same components as the exhaust gas, to the processing unit 800, and the supplementary gas supply unit 900 may supply supplementary gas supply line SL. Carbon-containing gas can be supplied to the processing unit 800 through. Here, the supplementary gas supply line (SL) is connected to the exhaust gas supply line (EL) to supply supplementary gas along with the exhaust gas, and the supplementary gas is natural gas with a carbon component and biomass gas gasified from biomass. It may include at least one of:

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 dissolution unit 700, but the reduced iron in fine powder does not react sufficiently with the exhaust gas, and flows by the exhaust gas to form the exhaust gas. It may leak to the outside from the treatment space.

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 collector 840 connected to the main body 810 to collect the reduced iron flowing out from the main body 810, and the collector 840 is located at the upper part of the main body 810. It can be installed to be connected to the discharge pipe (XL) through which exhaust gas is discharged. In addition, in the process of supplying the collected reduced iron to the processing space, the fine reduced iron collected from the collector 840 is re-supplied to the processing space of the main body 810 through the circulation line (CL). At this time, the circulation line (CL) It may be directly connected to the processing space, but may also be connected to the above-mentioned reduced iron supply pipe (FL) to re-supply the fine reduced iron collected from the collector 840 to the processing space of the main body 810.

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 unit 700 receiving reacted reduced iron, that is, iron carbide, from the processing unit 800 and dissolving the supplied iron carbide. That is, the melting unit 700 can receive finely divided or agglomerated iron carbide from the processing unit 800 and heat it to dissolve it. Additionally, the process of producing a melt (S300) may be performed by the melting unit 700 receiving iron carbide from the processing unit 800 and melting the supplied iron carbide using electric heat. At this time, the melting unit 700 may include an electric furnace having a melting space that can melt iron carbide using electric heat. Such an electric furnace may include an electric furnace body having a dissolution space and an electrode at least partially disposed in the dissolution space to generate electric heat, and the dissolution unit 700 may provide electric power to the electrode when reduced iron is charged into the dissolution space. The iron carbide can be dissolved by applying .

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 melting unit 700, that is, the melting space of the electric furnace. In the melting unit 700, a recarburizing agent containing a carbon component is introduced to adjust the carbon content of the melt produced by dissolving reduced iron. Additionally, a recarburizing agent may be added to generate a large amount of slag when dissolving the melt. The electrode 720 can generate resistance heat by being immersed in the slag, and iron carbide can be more easily dissolved by the generated resistance heat. At this time, since the iron carbide supplied from the processing unit 800 already contains a large amount of carbon components, the amount of recarburizing agent used can be minimized in the process of producing the melt (S300).

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 dissolving unit 700, exhaust gas containing carbon monoxide gas, that is, exhaust gas having a high carbon monoxide concentration (CO-rich) and a temperature of about 1,200° C. or higher, is discharged. Accordingly, the process of preheating the raw material described above can be performed using the exhaust gas discharged from the melting unit 700, that is, the exhaust gas discharged during the process of manufacturing the melt, which will be described later. Since the exhaust gas discharged from the dissolution unit 700 is discharged at a high temperature of about 1,200° C. or higher, the raw material can be preheated by utilizing the heat energy of the exhaust gas.

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 dissolution unit 600 directly onto the raw material. The process of supplying raw materials supplies the raw materials stored in the storage space of the reservoir 110 to the reduction unit 500, so that preheating gas can be supplied to the storage space of the reservoir 110. A preheating gas supplier 120 may be installed. At this time, the process of preheating the raw materials may be performed by spraying high-temperature exhaust gas with a temperature of about 1,200°C or higher from the preheating gas supplier 120 to the raw materials stored in the storage space. In addition, the preheating gas supplier 120 may preheat the raw materials by spraying heated external air onto the raw materials stored in the storage space. In this case, the process of preheating the raw materials involves the preheating gas supplier 120 blowing external air to a temperature of 1,200°C or higher. The raw material can also be preheated by heating it with the heat of the exhaust gas having a temperature and supplying the heated air to the storage space.

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: 처리부
100: 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 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 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.
청구항 1에 있어서,
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.
청구항 2에 있어서,
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.
청구항 3에 있어서,
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.
청구항 3에 있어서,
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.
청구항 3에 있어서,
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.
청구항 2에 있어서,
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.
청구항 7에 있어서,
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.
청구항 3에 있어서,
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.
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 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.
청구항 10에 있어서,
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.
청구항 11에 있어서,
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.
청구항 11에 있어서,
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.
청구항 10에 있어서,
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.
청구항 10에 있어서,
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.
청구항 10에 있어서,
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.
청구항 10에 있어서,
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.
청구항 17에 있어서,
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.
청구항 10에 있어서,
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.
청구항 19에 있어서,
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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