KR20240022217A

KR20240022217A - Facility for manufacturing reduced iron and method for manufacturing reduced iron using the same

Info

Publication number: KR20240022217A
Application number: KR1020220100620A
Authority: KR
Inventors: 최무업; 최재혁; 김용인; 신명균
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2022-08-11
Filing date: 2022-08-11
Publication date: 2024-02-20

Abstract

본 발명은 환원철 제조 설비 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료를 환원시켜 환원철을 제조하기 위한 환원철 제조 설비 및 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 설비는, 원료를 공급받아 환원철을 제조할 수 있는 환원부; 수소 가스를 포함하는 환원 가스를 공급할 수 있는 환원 가스 공급부; 상기 환원 가스 공급부로부터 공급되는 환원 가스를 상기 환원부에 전달할 수 있도록, 상기 환원 가스 공급부와 환원부를 연결하는 배관부; 및 상기 배관부에 설치되고, 상기 환원 가스를 서로 다른 방식으로 순차적으로 가열할 수 있는 가열부;를 포함한다.The present invention relates to a reduced iron production facility and production method, and more specifically, to a reduced iron production facility and production method for producing reduced iron by reducing raw materials.
A reduced iron production facility according to an embodiment of the present invention includes a reduction unit capable of producing reduced iron by receiving raw materials; a reducing gas supply unit capable of supplying a reducing gas containing hydrogen gas; a piping unit connecting the reducing gas supply unit and the reduction unit so as to deliver the reduction gas supplied from the reduction gas supply unit to the reduction unit; and a heating unit installed in the piping unit and capable of sequentially heating the reducing gas in different ways.

Description

Reduced iron manufacturing equipment and manufacturing method {FACILITY FOR MANUFACTURING REDUCED IRON AND METHOD FOR MANUFACTURING REDUCED IRON USING THE SAME}

본 발명은 환원철 제조 설비 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료를 환원시켜 환원철을 제조하기 위한 환원철 제조 설비 및 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reduced iron production facility and production method, and more specifically, to a reduced iron production facility and production method for producing reduced iron by reducing raw materials.

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, 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, the blast furnace process had the problem of generating a large amount of carbon dioxide, which causes environmental problems such as global warming, due to the reduction reaction between carbon monoxide gas and iron ore.

이에, 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.Accordingly, hydrogen reduction steelmaking process technology that 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. .

화석 연료에 의한 환원과 달리 수소 환원은 강력한 흡열 반응에 해당하므로, 수소 환원 제철 공정에서는 수소 가스가 고온 상태로 취입될 것을 요구한다. 또한, 수소 환원에 있어서 철광석의 환원율을 향상시키기 위하여 환원에 필요한 양보다 많은 대용량의 수소 가스를 공급하여야 한다. 이에, 대용량의 수소 가스를 효과적으로 가열할 수 있는 기술의 개발이 시급한 실정이다.Unlike reduction by fossil fuels, hydrogen reduction corresponds to a strong endothermic reaction, so the hydrogen reduction steelmaking process requires hydrogen gas to be blown in at a high temperature. In addition, in order to improve the reduction rate of iron ore in hydrogen reduction, a large amount of hydrogen gas must be supplied larger than the amount required for reduction. Accordingly, there is an urgent need to develop technology that can effectively heat large volumes of hydrogen gas.

KRKR 10-2001-0041141 10-2001-0041141 AA

본 발명은 수소 가스를 포함하는 환원 가스를 효과적으로 가열할 수 있는 환원철 제조 설비 및 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a reduced iron production facility and production method that can effectively heat a reducing gas containing hydrogen gas.

본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 설비는,The reduced iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention,

포함한다.Includes.

본 발명의 실시 예에 따르면, 수소 가스를 포함하는 환원 가스를 서로 다른 방식으로 순차적으로 가열함으로써 대용량의 환원 가스를 효율적으로 가열할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a large volume of reducing gas can be efficiently heated by sequentially heating the reducing gas containing hydrogen gas in different ways.

즉, 연소 열을 이용하여 가열된 환원 가스를 저항 열을 이용하여 가열하는 경우 가열 속도를 향상시킴과 동시에 환원 가스의 온도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 저항 열을 이용하여 가열된 환원 가스를 연소 열을 이용하는 가열하는 경우에는 환원 가스를 공급하는 배관의 열 변형을 최소화할 수 있다.In other words, when the reducing gas heated using combustion heat is heated using resistance heat, the heating speed can be improved and the temperature of the reducing gas can be precisely controlled, and the heated reducing gas can be burned using resistance heat. In the case of heating using heat, thermal deformation of the pipe supplying the reducing gas can be minimized.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 설비를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 환원철을 제조하기 위한 환원로 및 환원철을 용해시키기 위한 전기로를 예시적으로 나타내는 도면.
도 3은 연소 가열기 및 저항 가열기가 배관부에 설치되는 모습을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연소 가열기를 예시적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 저항 가열기를 예시적으로 나타내는 도면.1 is a diagram schematically showing a reduced iron production 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 showing a combustion heater and a resistance heater being installed in a piping section.
Figure 4 is a diagram illustrating a combustion heater according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram illustrating a resistance heater 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 환원철 제조 설비를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 환원철을 제조하기 위한 환원로 및 환원철을 용해시키기 위한 전기로를 예시적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 연소 가열기 및 저항 가열기가 배관부에 설치되는 모습을 나타내는 도면이다. 도면에서 점선으로 표시된 화살표는 원료 및 환원철의 흐름을 나타내고, 실선으로 표시된 화살표는 가스 및 부생물의 흐름을 나타낸다.Figure 1 is a diagram schematically showing a reduced iron production facility according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a diagram illustrating a reduction furnace for producing reduced iron and an electric furnace for dissolving reduced iron. Additionally, Figure 3 is a diagram showing a combustion heater and a resistance heater being installed in a piping section. 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 gas and by-products.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 설비(10)는, 원료를 공급받아 환원철을 제조할 수 있는 환원부(200), 수소 가스를 포함하는 환원 가스를 공급할 수 있는 환원 가스 공급부(300), 상기 환원 가스 공급부(300)로부터 공급되는 환원 가스를 상기 환원부(200)에 전달할 수 있도록, 상기 환원 가스 공급부와 환원부를 연결하는 배관부 및 상기 배관부에 설치되고, 상기 환원 가스를 서로 다른 방식으로 순차적으로 가열할 수 있는 가열부(400)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 설비는, 환원부(200)에 원료를 공급할 수 있도록 설치되는 원료 공급부(100)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3, the reduced iron production facility 10 according to an embodiment of the present invention includes a reduction unit 200 capable of producing reduced iron by receiving raw materials, and a reduction gas containing hydrogen gas. A reducing gas supply unit 300, a piping unit connecting the reduction gas supply unit and the reduction unit, and the piping unit are installed so as to deliver the reduction gas supplied from the reduction gas supply unit 300 to the reduction unit 200. , and includes a heating unit 400 that can sequentially heat the reducing gas in different ways. In addition, the reduced iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention may further include a raw material supply unit 100 installed to supply raw materials to the reduction unit 200.

원료 공급부(100)는, 환원부(200)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 저장기를 포함할 수 있다. 저장기의 저장 공간에는 원료가 장시간 저장되거나, 환원부에 원료를 공급하기 전에 일시적으로 저장될 수 있다. 이와 같은 저장기는, 예를 들어 호퍼(hopper)를 포함할 수 있다.The raw material supply unit 100 is installed to supply raw materials to the reduction unit 200. 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 having a storage space for storing raw materials. Raw materials may be stored for a long time in the storage space of the storage unit, or may be temporarily stored before supplying the raw materials to the reduction unit. Such a reservoir may include, for example, a hopper.

환원부(200)는 원료를 환원시켜 환원철을 제조할 수 있다. 즉, 환원부(200)는 원료 공급부(100)로부터 원료인 철광석을 공급받고, 후술하는 환원 가스 공급부(300)로부터 환원 가스를 공급받아, 철광석을 환원 가스와 반응시켜 환원철을 제조할 수 있다. 이러한, 환원부(200)는 환원 가스를 이용하여 환원철을 제조할 수 있는 환원 공간을 가지는 환원로를 포함할 수 있다. 이와 같은 환원로는 원료를 유동시키면서 환원철을 제조하는 유동 환원로(202, 204, 206, 208)를 포함할 수 있으며, 유동 환원로(202, 204, 206, 208)는 단일로 마련될 수도 있으나, 철 함량이 낮은 저품위의 철광석 또는 분철광석을 효과적으로 환원시키기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 유동 환원로(202, 204, 206, 208)가 연결되어 원료를 순차적으로 이동시키면서 환원철을 제조할 수도 있다. 이때, 유동 환원로(202, 204, 206, 208)의 개수에는 제한이 없으나, 원료를 충분하게 환원시키기 위하여 환원부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 유동 환원로(202), 제2 유동 환원로(204), 제3 유동 환원로(206) 및 제4 유동 환원로(208)를 포함하는 4개의 환원로로 이루어질 수 있다. 이때, 원료 공급부(100)는 제1 유동 환원로(202)에 원료를 공급하며, 환원 가스 공급부(300)는 배관부를 통해 제4 유동 환원로(208)에 환원 가스를 공급할 수 있다. 제1 유동 환원로(202)에 공급된 원료는 제2 유동 환원로(204), 제3 유동 환원로(206) 및 제4 유동 환원로(208)를 순차적으로 이동하며 환원됨으로써 환원철로 제조될 수 있다.The reduction unit 200 can produce reduced iron by reducing raw materials. That is, the reduction unit 200 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 300, which will be described later, and react the iron ore with the reducing gas to produce reduced iron. This reduction unit 200 may include a reduction furnace having a reduction space capable of producing reduced iron using a reducing gas. Such a reduction furnace may include a fluid reduction furnace (202, 204, 206, 208) that produces reduced iron while flowing raw materials, and the fluid reduction furnace (202, 204, 206, 208) may be provided as a single unit. In order to effectively reduce low-grade iron ore or powdered iron ore with low iron content, as shown in FIG. 2, a plurality of fluidized reduction reactors (202, 204, 206, 208) 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 202, 204, 206, and 208, but in order to sufficiently reduce the raw materials, the reduction unit 200 includes a first fluid reduction furnace 202, as shown in FIG. 2, It may be composed of four reduction reactors including a second fluid reduction reactor 204, a third fluid reduction reactor 206, and a fourth fluid reduction reactor 208. At this time, the raw material supply unit 100 may supply raw materials to the first fluidized reduction reactor 202, and the reducing gas supply unit 300 may supply reducing gas to the fourth fluidized reduction reactor 208 through the piping unit. The raw material supplied to the first fluid reduction furnace 202 is reduced by sequentially moving through the second fluid reduction furnace 204, the third fluid reduction furnace 206, and the fourth fluid reduction furnace 208 to be manufactured into reduced iron. You can.

환원 가스 공급부(300)는 환원 가스를 저장하고, 환원부(200)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(300)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 300 is installed to store the reducing gas and supply the reducing gas to the reducing unit 200. 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 300 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(300)는, 상기 환원 가스 공급부(300)와 환원부(200)를 상호 연결하는 배관부를 통해 환원부(200)에 환원 가스를 공급할 수 있다. 즉, 배관부는 환원 가스 공급부(300)로부터 공급되는 환원 가스를 환원부(200)에 전달할 수 있도록 환원 가스 공급부(300)와 환원부(200)를 연결할 수 있다. 이와 같은 배관부는 환원 가스 공급 배관(310)을 포함할 수 있으며, 환원 가스 공급부(300)는 환원 가스 공급 배관(310)을 통해 환원부(200)에 환원 가스를 공급할 수 있다. 이때, 환원 가스 공급부(300)가 환원부(200)에 공급하는 환원 가스의 양은 환원부(200)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(200)에 공급된 원료를 모두 환원시키기 위해 요구되는 양의 2배 이상, 3배 이하의 범위로 제어될 수 있다.The reducing gas supply unit 300 may supply reducing gas to the reducing unit 200 through a piping unit that connects the reducing gas supply unit 300 and the reducing unit 200 to each other. That is, the piping unit may connect the reducing gas supply unit 300 and the reducing unit 200 so that the reducing gas supplied from the reducing gas supply unit 300 can be delivered to the reducing unit 200. Such a piping unit may include a reducing gas supply pipe 310, and the reducing gas supply unit 300 may supply reducing gas to the reducing unit 200 through the reducing gas supply pipe 310. At this time, the amount of reducing gas supplied by the reducing gas supply unit 300 to the reducing unit 200 may be more than twice the amount required to reduce all the raw materials supplied to the reducing unit 200. 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 200. .

환원 가스 공급 배관(310)에는 환원 가스 공급부(300)로부터 환원부(200)에 공급되는 환원 가스를 가열하기 위한 가열부(400)가 설치될 수 있다. 환원부(200)에서는 철광석을 포함하는 원료와 수소 가스를 포함하는 환원 가스가 반응하여 철광석을 환원시킨다. 이와 같은 철광석과 수소 가스의 반응은 강력한 흡열 반응이므로, 환원부(200)에 공급되는 수소 가스는 800℃ 이상, 보다 적합하게는 850℃ 이상의 온도로 가열하여 공급하는 경우 반응 효율을 향상시킬 수 있다. 이에, 가열부(400)는 환원 가스 공급 배관(310)을 통해 공급되는 저온의 수소 가스를 800 내지 1200℃의 온도로 가열하여 환원부(200)에 공급할 수 있다. 도 1에서는, 저온의 수소 가스가 이동하며 환원 가스 공급부(300)와 가열부(400)를 연결하는 배관을 제1 환원 가스 공급 배관(312)으로, 800℃ 이상, 보다 적합하게는 850℃ 이상의 고온의 수소 가스가 이동하며 가열부(400)와 환원부(200)를 연결하는 배관을 제2 환원 가스 공급 배관(314)으로 나누어 도시하였으나, 제1 환원 가스 공급 배관(312)과 제2 환원 가스 공급 배관(314)은 일체로 형성될 수 있으며, 가열부(400)는 일체로 형성된 환원 가스 공급 배관(310)을 가열하는 다양한 구조를 가질 수 있음은 물론이다.A heating unit 400 may be installed in the reducing gas supply pipe 310 to heat the reducing gas supplied from the reducing gas supply unit 300 to the reducing unit 200. In the reduction unit 200, 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 200 is heated and supplied to a temperature of 800 ℃ or higher, more preferably 850 ℃ or higher. . Accordingly, the heating unit 400 may heat the low-temperature hydrogen gas supplied through the reducing gas supply pipe 310 to a temperature of 800 to 1200° C. and supply it to the reducing unit 200. In Figure 1, the pipe through which low-temperature hydrogen gas moves and connects the reducing gas supply unit 300 and the heating unit 400 is the first reducing gas supply pipe 312, and the temperature is 800°C or higher, more preferably 850°C or higher. The pipe through which high-temperature hydrogen gas moves and connects the heating unit 400 and the reduction unit 200 is shown divided into a second reduction gas supply pipe 314. However, the first reduction gas supply pipe 312 and the second reduction gas supply pipe 314 are shown. The gas supply pipe 314 may be formed integrally, and the heating unit 400 may have various structures that heat the reduced gas supply pipe 310 formed integrally.

여기서, 가열부(400)는 수소 가스를 포함하는 환원 가스를 서로 다른 방식으로 순차적으로 가열할 수 있다. 이를 위하여, 가열부(400)는 연소 열을 이용하여 환원 가스를 가열할 수 있도록, 환원 가스 공급 배관(310)에 설치되는 연소 가열기(410) 및 저항 열을 이용하여 환원 가스를 가열할 수 있도록, 환원 가스 공급 배관(310)에 설치되는 저항 가열기(420)를 포함할 수 있다.Here, the heating unit 400 may sequentially heat the reducing gas containing hydrogen gas in different ways. To this end, the heating unit 400 is configured to heat the reducing gas using combustion heat and the combustion heater 410 installed in the reducing gas supply pipe 310 and resistance heat to heat the reducing gas. , may include a resistance heater 420 installed in the reducing gas supply pipe 310.

가열부(400)가 연소 열만을 이용하여 환원 가스를 가열하는 경우, 환원 가스의 온도를 정확하게 제어하기 어렵다. 또한, 연소 열을 발생시키는 화염에 의해 환원 가스를 공급하는 환원 가스 공급 배관(310)이 손상되어 환원 가스 공급 배관(310)에 격자 결함과 같은 구조적 결함이 발생될 수 있다. 한편, 가열부(400)가 저항 열만을 이용하여 환원 가스를 가열하는 경우, 가열 속도가 느려 환원 가스를 충분한 온도로 가열하기 어렵고, 전력 소모가 과도한 문제가 있다.When the heating unit 400 heats the reducing gas using only combustion heat, it is difficult to accurately control the temperature of the reducing gas. In addition, the reducing gas supply pipe 310 that supplies the reducing gas may be damaged by a flame that generates combustion heat, resulting in structural defects such as lattice defects in the reducing gas supply pipe 310. Meanwhile, when the heating unit 400 heats the reducing gas using only resistance heat, the heating speed is slow, making it difficult to heat the reducing gas to a sufficient temperature, and there is a problem of excessive power consumption.

이에, 본 발명의 실시 예에서는 연소 열을 이용하여 환원 가스를 가열할 수 있도록 환원 가스 공급 배관(310)에 설치되는 연소 가열기(410)와, 저항 열을 이용하여 환원 가스를 가열할 수 있도록 환원 가스 공급 배관(310)에 설치되는 저항 가열기(420)로 환원 가스를 서로 다른 방식으로 순차적으로 가열함으로써 대용량의 환원 가스를 효율적으로 가열할 수 있다. 이를 위하여, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 수소 가스를 포함하는 환원 가스를 신속한 가열이 가능한 연소 열을 이용하여 먼저 가열하고, 가열된 환원 가스를 저항 열을 이용하여 가열함으로써 가열 속도를 향상시킴과 동시에 전력 사용량을 최소화할 수 있다. 또한, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 수소 가스를 포함하는 환원 가스를 온도 제어가 용이한 저항 열을 이용하여 먼저 가열하고, 가열된 환원 가스를 연소 열을 이용하여 가열함으로써 환원 가스를 공급하는 배관의 열 변형을 최소화할 수도 있다. 연소 가열기(410)와 저항 가열기(420)는 제3 환원 가스 공급 배관(313)에 의하여 연결될 수 있으며, 이 경우 제1 환원 가스 공급 배관(312), 제3 환원 가스 공급 배관(313) 및 제2 환원 가스 공급 배관(314)은 일체로 형성될 수 있음은 물론이다.Accordingly, in an embodiment of the present invention, a combustion heater 410 is installed in the reducing gas supply pipe 310 to heat the reducing gas using combustion heat, and a combustion heater 410 is installed to heat the reducing gas using resistance heat. A large amount of reducing gas can be efficiently heated by sequentially heating the reducing gas in different ways using the resistance heater 420 installed in the gas supply pipe 310. To this end, as shown in Figure 3(a), the reducing gas containing hydrogen gas is first heated using combustion heat capable of rapid heating, and the heating rate is improved by heating the heated reducing gas using resistance heat. At the same time, power usage can be minimized. In addition, as shown in Figure 3(b), the reducing gas containing hydrogen gas is first heated using resistance heat whose temperature is easy to control, and the reduced gas is supplied by heating the heated reducing gas using combustion heat. It is also possible to minimize thermal deformation of piping. The combustion heater 410 and the resistance heater 420 may be connected by a third reduction gas supply pipe 313, in which case the first reduction gas supply pipe 312, the third reduction gas supply pipe 313, and the third reduction gas supply pipe 313. 2. Of course, the reducing gas supply pipe 314 can be formed integrally.

한편, 수소 환원 제철 공정에서는 화석 연료 대신 수소 가스를 포함하는 환원 가스를 사용하여 원료, 즉 철광석을 환원한다. 이때, 수소 가스는 환원 가스를 공급하는 배관, 즉 환원 가스 공급 배관(310)에 수소 취성의 문제를 발생시킬 수 있다.Meanwhile, in the hydrogen reduction steelmaking process, a reducing gas containing hydrogen gas is used instead of fossil fuel to reduce the raw material, that is, iron ore. At this time, hydrogen gas may cause a problem of hydrogen embrittlement in the pipe that supplies the reducing gas, that is, the reducing gas supply pipe 310.

수소 취성이란 재료 내부로 유입된 수소로 인해 인장 강도, 연성, 단면 감소율 등의 기계적 물성이 저하되는 현상으로, 재료의 취약한 미세 조직, 확산성 수소 및 재료에 작용하는 응력 등이 복합적으로 작용하여 발생한다고 알려져 있다. 수소 취성의 모든 현상을 설명할 수 있는 이론은 아직까지 제시되지 못하고 있는 실정이나, 입계, 전위, 쌍정 등의 구조 결함 내에 수소가 확산되어 수소 취성이 발생한다는 이론이 지배적이다.Hydrogen embrittlement is a phenomenon in which mechanical properties such as tensile strength, ductility, and cross-sectional reduction rate decrease due to hydrogen flowing into the material. It occurs due to the combined effects of the material's weak microstructure, diffusible hydrogen, and stress acting on the material. It is known that it does. Although a theory that can explain all phenomena of hydrogen embrittlement has not yet been proposed, the prevailing theory is that hydrogen embrittlement occurs when hydrogen diffuses within structural defects such as grain boundaries, dislocations, and twins.

일반적으로, 고온의 수소 가스, 즉 500℃ 이상의 수소 가스는 환원 가스 공급 배관(310)에 구조적 결함이 발생하는 경우, 결함 내로 침투하여 수소 취성을 발생시킬 수 있다. 그런데, 전술한 바와 같이, 연소 열을 이용하여 환원 가스를 가열하는 경우, 연소 열을 발생시키는 화염에 의해 환원 가스를 공급하는 환원 가스 공급 배관(310)이 국부적으로 가열되어 환원 가스 공급 배관(310)이 손상되고, 격자 결함과 같은 구조적 결함이 발생될 수 있다. 환원 가스 공급 배관(310)에 구조적 결함이 발생되는 경우, 500℃ 이상으로 가열된 수소 가스 중의 수소는 결함 내로 침투하게 되어 수소 취성을 발생시킬 수 있다. 이에, 본 발명의 실시 예에서는 수소가 침투하여 수소 취성을 발생시키지 않는 온도, 즉 500℃ 이하의 온도 범위까지는 연소 열을 이용하여 환원 가스를 가열하고, 수소가 침투할 가능성이 높은 500℃를 초과하는 온도 범위까지는 화염을 발생시키지 않는 저항 열을 이용하여 환원 가스를 가열할 수 있다. 이를 위하여, 연소 가열기(410)와 저항 가열기(420)는 환원 가스가 공급되는 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 즉, 연소 가열기(410)는 환원 가스 공급 배관(310)에 설치되고, 저항 가열기(420)는 연소 가열기(410)와 환원부(200) 사이에 설치될 수 있다.In general, when a structural defect occurs in the reducing gas supply pipe 310, high-temperature hydrogen gas, that is, hydrogen gas above 500°C, may penetrate into the defect and cause hydrogen embrittlement. However, as described above, when the reducing gas is heated using combustion heat, the reducing gas supply pipe 310 that supplies the reducing gas is locally heated by the flame that generates the combustion heat, and the reducing gas supply pipe 310 ) may be damaged, and structural defects such as lattice defects may occur. If a structural defect occurs in the reducing gas supply pipe 310, hydrogen in hydrogen gas heated to 500°C or higher may penetrate into the defect, causing hydrogen embrittlement. Therefore, in an embodiment of the present invention, the reducing gas is heated using combustion heat to a temperature range below 500°C, at which hydrogen penetrates and does not cause hydrogen embrittlement, and exceeds 500°C where hydrogen is likely to penetrate. The reducing gas can be heated up to the temperature range using resistance heat that does not generate flame. To this end, the combustion heater 410 and the resistance heater 420 may be sequentially arranged along the direction in which the reducing gas is supplied. That is, the combustion heater 410 may be installed in the reduction gas supply pipe 310, and the resistance heater 420 may be installed between the combustion heater 410 and the reduction unit 200.

한편, 환원 가스 공급 배관(310)을 수소 취성에 강한 재질로 형성하는 경우, 환원 가스 공급 배관(310)의 열 변형이 발생할 수 있다. 일반적으로, 수소 취성에 강한 재질은 열 변형이 큰 성질을 가진다. 이에, 수소 취성에 강하며 열 변형이 큰 재질로 환원 가스 공급 배관(310)을 형성하는 경우, 환원 가스 공급 배관(310)을 연소 열에 의해 먼저 가열하게 되면, 상온의 수소 가스와 연소 열을 발생시키는 화염의 온도 차이에 의하여 배관에 열 피로가 발생할 수 있다. 따라서, 환원 가스 공급 배관(310)을 수소 취성에 강한 재질로 형성하는 경우에는 저항 가열기(420)와 연소 가열기(410)를 환원 가스가 공급되는 방향을 따라 순차적으로 배치하여, 환원 가스가 소정의 온도로 가열될 때까지는 온도 제어가 용이한 저항 가열기(420)를 이용하여 환원 가스를 가열하고, 이후 환원 가스를 연소 열을 이용하는 연소 가열기(410)로 가열하여 수소 가스와 연소 열을 발생시키는 화염의 온도 차이를 최소화하여 배관에 열 피로가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 연소 가열기(410)는 환원 가스 공급 배관(310)에 설치되고, 저항 가열기(420)는 환원 가스 공급부(300)와 연소 가열기(410) 사이에 설치될 수 있으며, 저항 가열기(420)는 환원 가스 공급부(300)와 연소 가열기(410) 사이에 복수 개로 설치되어 환원 가스를 단계적으로 가열할 수 있다. 예를 들어, 저항 가열기(420)가 제1 저항 가열기 및 제2 저항 가열기를 포함하는 경우 제1 저항 가열기 및 제2 저항 가열기는 환원 가스가 공급되는 방향을 따라 환원 가스 공급부(300)와 연소 가열기(410) 사이에 순차적으로 배치될 수 있으며, 제1 저항 가열기가 1차적으로 환원 가스를 가열하고, 제2 저항 가열기가 이보다 높은 온도로 환원 가스를 2차적으로 가열함으로써 환원 가스를 단계적으로 가열할 수 있다.Meanwhile, when the reducing gas supply pipe 310 is made of a material resistant to hydrogen embrittlement, thermal deformation of the reducing gas supply pipe 310 may occur. In general, materials that are resistant to hydrogen embrittlement have high thermal deformation properties. Accordingly, when the reduction gas supply pipe 310 is formed of a material that is resistant to hydrogen embrittlement and has high thermal deformation, if the reduction gas supply pipe 310 is first heated by combustion heat, hydrogen gas at room temperature and combustion heat are generated. Thermal fatigue may occur in piping due to temperature differences in the flame. Therefore, when the reducing gas supply pipe 310 is made of a material resistant to hydrogen embrittlement, the resistance heater 420 and the combustion heater 410 are sequentially arranged along the direction in which the reducing gas is supplied, so that the reducing gas is supplied to a predetermined amount. The reducing gas is heated using a resistance heater 420, which is easy to control the temperature, until it is heated to the desired temperature, and then the reducing gas is heated with a combustion heater 410 using combustion heat to generate hydrogen gas and combustion heat. By minimizing temperature differences, thermal fatigue can be prevented in piping. In this case, the combustion heater 410 may be installed in the reducing gas supply pipe 310, and the resistance heater 420 may be installed between the reducing gas supply unit 300 and the combustion heater 410, and the resistance heater 420 A plurality of can be installed between the reducing gas supply unit 300 and the combustion heater 410 to heat the reducing gas in stages. For example, when the resistance heater 420 includes a first resistance heater and a second resistance heater, the first resistance heater and the second resistance heater are connected to the reducing gas supply unit 300 and the combustion heater along the direction in which the reducing gas is supplied. It may be sequentially disposed between (410), and the first resistance heater primarily heats the reducing gas, and the second resistance heater secondarily heats the reducing gas to a higher temperature, thereby heating the reducing gas in stages. You can.

이때, 연소 가열기(410) 및 저항 가열기(420)는 연소 열 및 저항 열을 이용하여 가열하는 다양한 구조가 적용될 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 연소 가열기(410) 및 저항 가열기(420)의 구조를 예시적으로 설명하나, 본 발명의 실시 예가 이에 제한되는 것은 아니며, 연소 가열기(410) 및 저항 가열기(420)는 연소 열 및 저항 열을 발생시키는 다양한 구조에 의하여 환원 가스를 가열할 수 있음은 물론이다.At this time, the combustion heater 410 and the resistance heater 420 may have various structures that heat using combustion heat and resistance heat. Below, the structure of the combustion heater 410 and the resistance heater 420 according to an embodiment of the present invention will be described by way of example, but the embodiment of the present invention is not limited thereto, and the combustion heater 410 and the resistance heater ( 420), of course, can heat the reducing gas through various structures that generate combustion heat and resistance heat.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연소 가열기를 예시적으로 나타내는 도면이다.Figure 4 is a diagram illustrating a combustion heater according to an embodiment of the present invention.

도 4을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연소 가열기(410)는 환원 가스 공급 배관(310)의 적어도 일부를 둘러싸는 가열 공간(H)을 제공하도록 상기 환원 가스 공급 배관(310)에 설치되는 본체(412), 상기 가열 공간(H)에 연소 가스를 공급할 수 있도록 상기 본체에 설치되는 연소 가스 배관(414) 및 상기 연소 가스를 점화할 수 있도록 상기 본체(412)에 설치되는 점화기(416)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the combustion heater 410 according to an embodiment of the present invention is installed in the reducing gas supply pipe 310 to provide a heating space (H) surrounding at least a portion of the reducing gas supply pipe 310. a main body 412, a combustion gas pipe 414 installed in the main body to supply combustion gas to the heating space (H), and an igniter 416 installed in the main body 412 to ignite the combustion gas. ) may include.

연소 가열기(410)는 환원 가스 공급 배관(310)의 내부 공간(I)에서 화염을 발생시켜 환원 가스를 직접 가열 방식으로 가열할 수도 있다. 그러나, 환원 가스 공급 배관(310)의 내부 공간(I)에서 화염을 발생시키게 되면 화염에 의한 환원 가스의 성분 변화가 발생할 수 있으므로, 연소 가열기(420)가 연소 열로 환원 가스 공급 배관(310)을 가열하고, 가열된 환원 가스 공급 배관(310)에 의해 환원 가스가 가열되는 간접 가열 방식으로 환원 가스를 가열할 수 있다.The combustion heater 410 may generate a flame in the internal space (I) of the reducing gas supply pipe 310 to heat the reducing gas in a direct heating manner. However, when a flame is generated in the internal space (I) of the reducing gas supply pipe 310, a change in the composition of the reducing gas may occur due to the flame, so the combustion heater 420 heats the reducing gas supply pipe 310 with combustion heat. The reducing gas can be heated by an indirect heating method in which the reducing gas is heated by the heated reducing gas supply pipe 310.

이때, 본체(412)는 환원 가스 공급 배관(310)의 적어도 일부를 둘러싸는 가열 공간(H)을 제공하도록 상기 환원 가스 공급 배관(310)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 본체(412)는 환원 가스 공급 배관(310)을 외주 방향으로 전체적으로 둘러싸는 가열 공간(H)을 제공하도록 환원 가스 공급 배관(310)에 설치될 수 있으며, 이와 달리, 환원 가스 공급 배관(310)을 외주 방향으로 부분적으로 둘러싸는 가열 공간(H)을 제공하도록 환원 가스 공급 배관(310)에 설치될 수도 있음은 물론이다.At this time, the main body 412 may be installed in the reducing gas supply pipe 310 to provide a heating space (H) surrounding at least a portion of the reducing gas supply pipe 310. For example, the main body 412 may be installed in the reducing gas supply pipe 310 to provide a heating space (H) that entirely surrounds the reducing gas supply pipe 310 in the outer circumferential direction. Of course, it may be installed in the reducing gas supply pipe 310 to provide a heating space (H) that partially surrounds the pipe 310 in the outer circumferential direction.

연소 가스 배관(414)는 후술하는 점화기(416)에 의해 점화되어 연소 열을 발생시킬 수 있는 연소 가스를 가열 공간(H)에 공급할 수 있도록 본체(412)에 설치될 수 있다. 연소 가스 배관(414)은 연소 가스를 가열 공간(H)에 공급하기 위한 다양한 구조로 본체(412)에 설치될 수 있으며, 연소 가스 배관(414)을 통하여는 예를 들어 메탄(CH₄)을 포함하는 천연 가스를 공급할 수 있다.The combustion gas pipe 414 may be installed in the main body 412 to supply combustion gas, which can be ignited by an igniter 416 to be described later and generate combustion heat, to the heating space H. The combustion gas pipe 414 may be installed in the main body 412 in various structures for supplying combustion gas to the heating space (H), and for example, methane (CH ₄ ) may be supplied through the combustion gas pipe 414. It is possible to supply natural gas containing

한편, 연소 가열기(410)는 가열 공간에 공기를 공급할 수 있는 공기 공급 배관(414)을 더 포함할 수 있다. 연소 가스가 연소되기 위하여는 산소(O₂)의 공급이 필요하므로 본체(412)에는 가열 공간(I)에 산소(O₂)를 포함하는 공기를 공급할 수 있는 공기 공급 배관(415)이 설치될 수 있다. 그러나, 공기 공급 배관(415)의 설치는 필수적인 것이 아니며, 가열 공간(H)으로 외기가 유입될 수 있도록 개방된 구조로 본체(412)를 형성하는 경우에도 연소 가스를 연소시키기 위한 공기가 유입될 수 있음은 물론이다.Meanwhile, the combustion heater 410 may further include an air supply pipe 414 capable of supplying air to the heating space. Since the supply of oxygen (O ₂ ) is required for combustion of combustion gas, an air supply pipe 415 that can supply air containing oxygen (O ₂ ) to the heating space (I) is installed in the main body 412. You can. However, installation of the air supply pipe 415 is not essential, and even if the main body 412 is formed in an open structure to allow external air to flow into the heating space (H), air for burning combustion gas will flow in. Of course it is possible.

점화기(416)는 연소 가스를 점화할 수 있도록 본체(412)에 설치될 수 있다. 이러한 점화기(416)는 연소 가스의 연소를 위한 화염을 제공할 수 있다. 예를 들어, 점화기(416)는 방전 등을 통해 스파크를 발생시킬 수 있으며, 착화를 통해 충분한 크기의 화염을 형성하는 다양한 구조를 가질 수 있다.The igniter 416 may be installed in the main body 412 to ignite combustion gas. This igniter 416 can provide a flame for combustion of combustion gases. For example, the igniter 416 can generate a spark through discharge, etc., and can have various structures to form a flame of sufficient size through ignition.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 저항 가열기를 예시적으로 나타내는 도면이다.Figure 5 is a diagram illustrating a resistance heater according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 저항 가열기(420)는 환원 가스 공급 배관(310)의 내부 공간으로 연장되도록 환원 가스 공급 배관(310)에 설치되는 발열부재(322, 324) 및 상기 발열부재(322, 324) 및 상기 발열부재(322, 324)에 전력을 공급할 수 있도록, 상기 발열부재(322, 324)와 연결되는 전력 공급기(326)를 포함한다. 여기서, 발열부재(322, 324)는 환원 가스 공급 배관(310)의 내부 공간(I)로 연장되고 상기 환원 가스 공급 배관(310)의 내부 공간(I)과 격리된 수용 공간(A)을 제공하는 보호관(322) 및 상기 수용 공간(A)에 설치되는 열선(324)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the resistance heater 420 according to an embodiment of the present invention includes heating members 322 and 324 installed in the reducing gas supply pipe 310 to extend into the internal space of the reducing gas supply pipe 310, and It includes the heating members 322 and 324 and a power supply 326 connected to the heating members 322 and 324 to supply power to the heating members 322 and 324. Here, the heating members (322, 324) extend into the internal space (I) of the reducing gas supply pipe 310 and provide an accommodation space (A) isolated from the internal space (I) of the reducing gas supply pipe 310. It may include a protection tube 322 and a heating wire 324 installed in the receiving space (A).

보호관(322)은 환원 가스 공급 배관(310)의 내부 공간(I)으로 연장되고, 환원 가스 공급 배관(310)의 내부 공간(I)과 격리된 수용 공간(A)을 제공할 수 있다. 보호관(322)은 열선(324)이 수소 가스를 포함하는 환원 가스와 접촉하여 손상되는 것을 방지하기 위하여 설치될 수 있다. 보호관(322)은 적어도 일 방향으로 연장되어 내부에 수용 공간(A)을 가지는 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 환원 가스의 공급 방향을 따라 지그재그로 연장되어 형성될 수 있다. 물론, 보호관(322)은 이와 다른 방향으로 지그재그로 연장되어 형성될 수도 있다. 보호관(322)의 내부에 형성된 수용 공간(A)에는 보호관(322)의 연장 방향을 따라 연장되도록 열선(324)이 배치될 수 있으며, 열선(324)은 전력 공급기(326)에 연결되어 전력 공급기(326)으로부터 전력을 공급받아 가열됨으로써, 환원 가스 공급 배관(310)의 내부 공간(I)에서 환원 가스는 효율적으로 가열될 수 있다.The protection pipe 322 extends into the internal space (I) of the reducing gas supply pipe 310 and may provide an accommodation space (A) isolated from the internal space (I) of the reducing gas supply pipe 310. The protection tube 322 may be installed to prevent the heating wire 324 from being damaged by contact with reducing gas containing hydrogen gas. The protection pipe 322 may be formed in a cylindrical shape extending in at least one direction and having a receiving space A therein, and may be formed to extend zigzagly along the supply direction of the reducing gas as shown in FIG. 5. . Of course, the protective tube 322 may be formed to extend zigzagly in a different direction. A heating wire 324 may be disposed in the receiving space A formed inside the protection tube 322 to extend along the extension direction of the protection tube 322, and the heating wire 324 is connected to the power supply 326 to be connected to the power supply. By being heated by receiving power from 326, the reducing gas can be efficiently heated in the internal space I of the reducing gas supply pipe 310.

여기서, 보호관(322)의 내부에 형성된 수용 공간(A)은 진공 상태를 가질 수 있다. 수용 공간(A)을 진공 상태로 형성하는 경우, 가열된 열선(324)으로부터 복사 가열의 방식으로 환원 가스에 열을 전달시킬 수 있어, 환원 가스를 보다 효과적으로 가열할 수 있게 된다.Here, the receiving space A formed inside the protective tube 322 may have a vacuum state. When the receiving space A is formed in a vacuum state, heat can be transferred from the heated heating wire 324 to the reducing gas through radiation heating, making it possible to heat the reducing gas more effectively.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 연소 가열기(410)와 저항 가열기(420)를 다양한 방식으로 배치하여 환원 가스를 서로 다른 온도로 가열할 수 있다. 즉, 연소 가열기(410)와 저항 가열기(420)를 환원 가스가 공급되는 방향을 따라 순차적으로 배치하는 경우, 연소 가열기(410)는 환원 가스를 제1 온도로 가열하고, 저항 가열기(420)는 환원 가스를 연소 가열기(410)의 경우보다 높은 제2 온도로 가열할 수 있다. 이와 달리, 저항 가열기(420)와 연소 가열기(410)를 환원 가스가 공급되는 방향을 따라 순차적으로 배치하는 경우, 저항 가열기(420)는 환원 가스를 제1 온도로 가열하고, 연소 가열기(410)는 환원 가스를 연소 가열기(410)의 경우보다 높은 제2 온도로 가열할 수 있다. 이를 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 설비는 연소 가열기(410) 및 저항 가열기(420)를 제어하기 위한 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 제어부는 환원 가스를 서로 다른 온도로 가열할 수 있도록 연소 가열기(410) 및 저항 가열기(420)를 제어할 수 있다.As such, in an embodiment of the present invention, the combustion heater 410 and the resistance heater 420 can be arranged in various ways to heat the reducing gas to different temperatures. That is, when the combustion heater 410 and the resistance heater 420 are sequentially arranged along the direction in which the reducing gas is supplied, the combustion heater 410 heats the reducing gas to the first temperature, and the resistance heater 420 The reducing gas may be heated to a second temperature higher than that of the combustion heater 410. In contrast, when the resistance heater 420 and the combustion heater 410 are sequentially arranged along the direction in which the reducing gas is supplied, the resistance heater 420 heats the reducing gas to the first temperature, and the combustion heater 410 Can heat the reducing gas to a second temperature higher than that of the combustion heater 410. To this end, the reduced iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention may further include a control unit (not shown) for controlling the combustion heater 410 and the resistance heater 420, and the control unit adjusts the reducing gas to different temperatures. The combustion heater 410 and the resistance heater 420 can be controlled to heat.

본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 설비는, 퍼지 가스를 저장하고, 환원부(200)에 퍼지 가스를 공급할 수 있도록 설치되는 퍼지 가스 공급부(500)를 더 포함할 수 있다. 환원부(200)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(500)는, 상기 퍼지 가스 공급부(500)와 환원부(200)를 상호 연결하는 퍼지 가스 공급 배관(510)을 통해 환원 공간에 퍼지 가스를 공급할 수 있으며, 퍼지 가스로는 질소와 같은 불활성 가스를 사용할 수 있다.The reduced iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention may further include a purge gas supply unit 500 that is installed to store the purge gas and supply the purge gas to the reduction unit 200. The reduction unit 200 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 500 may supply a purge gas to the reduction space through a purge gas supply pipe 510 that interconnects the purge gas supply unit 500 and the reduction unit 200, and the purge gas may be nitrogen. An inert gas such as can be used.

한편, 환원부(200)에서는 환원철 외에도 다량의 부생물이 배출된다. 환원부(200)에서 배출되는 부생물은 수증기(steam)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 환원부(200)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(200)로부터 부생물로 배출된다. 환원부(200)에서 배출되는 부생물은 수소 가스 및 질소 가스를 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 환원 가스는 환원부(200)에 공급된 원료를 모두 환원시키기 위해 요구되는 양의 2배 이상, 3배 이하의 범위로 공급되므로, 원료와 반응하지 않은 잔여 수소 가스는 환원부(200)로부터 부생물로 배출된다. 또한, 환원부(200)에는 전술한 바와 같이 다양한 이유로 퍼지 가스, 예를 들어 질소 가스가 공급될 수 있는데, 이와 같이 퍼지를 위하여 공급된 질소 가스는 환원부(200)로부터 부생물로 배출된다. 부생물은 환원부(200) 내에서 환원 가스의 흐름을 따라 이동하여 제1 유동 환원로(210)로부터 배출되며, 배출된 부생물은 환원부(200)와 연결된 부생물 공급 배관(210)을 통해 추출부(600)로 공급될 수 있다.Meanwhile, in the reduction unit 200, a large amount of by-products are discharged in addition to reduced iron. By-products discharged from the reduction unit 200 may include steam. As described above, in the reduction unit 200, 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 200 as a by-product. By-products discharged from the reduction unit 200 may further 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 200, so the remaining hydrogen gas that has not reacted with the raw materials is stored in the reduction unit (200). 200) and is discharged as a by-product. Additionally, as described above, a purge gas, for example, nitrogen gas, may be supplied to the reduction unit 200 for various reasons. In this way, the nitrogen gas supplied for purge is discharged from the reduction unit 200 as a by-product. By-products move along the flow of reducing gas within the reduction unit 200 and are discharged from the first flow reduction furnace 210, and the discharged by-products travel through the by-product supply pipe 210 connected to the reduction unit 200. It can be supplied to the extraction unit 600 through.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 설비는 환원부(200)에서 배출되는 부생물을 공급받을 수 있도록 설치되고, 상기 부생물로부터 수소 가스를 추출할 수 있는 추출부(600)를 더 포함할 수 있다.That is, the reduced iron production facility according to an embodiment of the present invention is installed to receive by-products discharged from the reduction unit 200, and further includes an extraction unit 600 capable of extracting hydrogen gas from the by-products. can do.

추출부(600)는 환원부(200)로부터 배출되는 부생물로부터 수소 가스를 추출한다. 전술한 바와 같이, 환원부(200)로부터 배출되는 부생물은 수증기, 수소 가스 및 질소 가스를 포함한다. 추출부(600)는 부생물 공급 배관(210)을 통하여 환원부(200)와 연결되어, 부생물 공급 배관(210)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 200. As described above, by-products discharged from the reduction unit 200 include water vapor, hydrogen gas, and nitrogen gas. The extraction unit 600 is connected to the reduction unit 200 through the byproduct supply pipe 210 and can extract hydrogen gas from the byproduct supplied through the byproduct supply pipe 210. 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)로부터 추출된 수소 가스는 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 환원부(200)는 추출된 수소 가스를 사용하여 원료, 즉 철광석을 환원시킬 수 있다. 수소 가스는 환원부(200)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 배관(610)이 연결되고, 수소 가스 공급 배관(610)은 제1 환원 가스 공급 배관(312)과 연결되어, 추출부(600)는 제1 환원 가스 공급 배관(312)에 수소 가스를 공급할 수 있으며, 추출된 수소 가스는 수소 가스 공급 배관 (610), 제1 환원 가스 공급 배관(312), 가열부(400) 및 제2 환원 가스 공급 배관(314)을 따라 환원부(200)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 200 may reduce the raw material, that is, iron ore, using extracted hydrogen gas. Hydrogen gas is used in large quantities, more than twice the amount required to reduce all the raw materials supplied to the reduction unit 200, 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 pipe 610 is connected to the extraction unit 600, and the hydrogen gas supply pipe 610 is connected to the first reducing gas supply pipe 312, so that the extraction unit 600 supplies the first reducing gas. Hydrogen gas can be supplied to the supply pipe 312, and the extracted hydrogen gas is supplied to the hydrogen gas supply pipe 610, the first reduced gas supply pipe 312, the heating unit 400, and the second reduced gas supply pipe 314. ) can be supplied to the reduction unit 200 and used for reduction of iron ore.

한편, 추출부(600)에서 흡착되지 않고 배출되는 잔류물은 수증기 및 질소 가스를 포함할 수 있다. 여기서, 수증기 및 질소 가스는 퍼지 가스로 사용될 수 있다. 수증기는 원료인 철광석과 환원 가스 중의 수소 가스가 반응하여 생성되는 반응 생성물로써 철광석 및 환원 가스와의 반응성이 낮으므로 퍼지 가스로 환원부(200)에 공급될 수 있다. 또한, 수증기를 퍼지 가스로 환원부(200)에 공급하는 경우 수증기의 열을 환원 반응에 활용할 수 있어 환원 반응에 필요한 에너지를 절감할 수 있다. 이와 같이, 잔류물을 퍼지 가스로 사용하기 위하여 추출부(600)에는 잔류물 공급 배관(620)이 연결되고, 잔류물 공급 배관(620)은 퍼지 가스 공급 배관(510)과 연결되어, 퍼지 가스 공급 배관(510)에 추출부(600)가 잔류물을 공급할 수 있다.Meanwhile, the residue discharged from the extraction unit 600 without being adsorbed may include water vapor and nitrogen gas. Here, water vapor and nitrogen gas can be used as purge gases. 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 200 as a purge gas. Additionally, when water vapor is supplied to the reduction unit 200 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 this way, in order to use the residue as a purge gas, a residue supply pipe 620 is connected to the extraction unit 600, and the residue supply pipe 620 is connected to the purge gas supply pipe 510 to provide purge gas. The extraction unit 600 may supply residue to the supply pipe 510.

환원부(200)에서 제조된 환원철은 용해 설비(20)로 공급된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 유동 환원로(202), 제2 유동 환원로(204), 제3 유동 환원로(206) 및 제4 유동 환원로(208)를 거쳐 제조된 환원철은 제4 유동 환원로(208)에서 배출되어 용해 설비(20)로 공급된다. 여기서, 전술한 바와 같이 환원 공간에서는 원료에 800℃ 이상의 환원 가스가 공급되어 환원철이 제조된다. 이에, 환원부(200)에서 제조된 환원철은 열 손실을 감안하더라도 예를 들어 600 내지 800℃의 고온 상태로 배출된다. 이와 같이 고온 상태로 배출된 환원철은 별도의 냉각 장치를 거치지 않고 직접 용해 설비(20)에 공급될 수 있다. 즉, 8mm를 초과하는 입도를 가지는 철광석 또는 0mm를 초과하고, 8mm 이하의 입도를 가지는 분철광석을 환원하여 제조된 환원철 또는 미분 환원철은 그대로 용해 설비(20)에 공급될 수 있다. 그러나, 이와 달리 환원철 또는 미분 환원철은 별도의 성형 장치에서 열간 상태로 괴성화된 후 용해 설비(20)에 공급될 수도 있음은 물론이다.The reduced iron produced in the reduction unit 200 is supplied to the dissolution facility 20. As shown in FIG. 2, the reduced iron produced through the first fluid reduction reactor 202, the second fluid reduction reactor 204, the third fluid reduction reactor 206, and the fourth fluid reduction reactor 208 is 4 It is discharged from the fluidized reduction furnace (208) and supplied to the dissolution facility (20). Here, as described above, in the reduction space, a reducing gas of 800°C or higher is supplied to the raw material to produce reduced iron. Accordingly, the reduced iron produced in the reduction unit 200 is discharged at a high temperature of, for example, 600 to 800°C, even taking heat loss into account. Reduced iron discharged at a high temperature in this way can be directly supplied to the melting facility 20 without going through a separate cooling device. That is, reduced iron or finely divided iron produced by reducing iron ore with a particle size exceeding 8 mm or powdered iron ore with a particle size exceeding 0 mm and less than or equal to 8 mm can be directly supplied to the melting facility 20. However, of course, unlike this, reduced iron or finely divided iron may be compacted in a hot state in a separate molding device and then supplied to the melting facility 20.

용해 설비(20)는 환원철을 공급받고, 공급받은 환원철을 전열을 이용하여 용해시킬 수 있다. 예를 들어, 용해 설비(20)는 환원부(200)로부터 미분 또는 괴성화된 환원철을 공급받고 이를 전기적 에너지로 가열하여 용해시킬 수 있다. 또한, 용해 설비(20)는 환원철 외에도 철 스크랩 등을 더 공급받아 환원철과 철 스크랩을 함께 용해시킬 수도 있다. 이러한, 용해 설비(20)는 전열을 이용하여 환원철을 용해시킬 수 있는 용해 공간을 가지는 전기로(21, 22)를 포함할 수 있다. 이와 같은 전기로(21, 22)는 용해 공간을 가지는 전기로 본체(21) 및 전열을 생성할 수 있도록 적어도 일부가 상기 용해 공간에 배치되는 전극봉(22)을 포함할 수 있다. 전기로(21, 22)는 용해 공간에 환원철이 장입되면 전극봉(22)에 전력을 인가하여 환원철을 용해시킨다. 환원철 제조 설비(10)로부터 공급되는 환원철을 용해 설비(20)에서 용해시켜 용철이 제조될 수 있으며, 이에, 용철 제조 설비는 환원철 제조 설비(10) 및 용해 설비(20)를 포함할 수 있다.The dissolution facility 20 can receive reduced iron and melt the supplied reduced iron using electric heat. For example, the dissolution facility 20 may receive finely divided or agglomerated reduced iron from the reduction unit 200 and heat it with electrical energy to dissolve it. In addition, the melting facility 20 may receive additional iron scrap in addition to reduced iron and melt the reduced iron and iron scrap together. This dissolution facility 20 may include electric furnaces 21 and 22 having a dissolution space capable of dissolving reduced iron using electric heat. Such electric furnaces 21 and 22 may include an electric furnace body 21 having a dissolution space and an electrode 22 at least partially disposed in the dissolution space to generate electric heat. When reduced iron is charged into the melting space, the electric furnaces 21 and 22 apply power to the electrode 22 to melt the reduced iron. Molten iron may be manufactured by melting the reduced iron supplied from the reduced iron production facility 10 in the melting facility 20. Accordingly, the molten iron production facility may include the reduced iron production facility 10 and the melting facility 20.

본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 설비 또는 용철 제조 설비는 가스 및 부생물을 전술한 각 배관을 따라 이동시켜 환원철을 제조할 수 있다. 이때, 가스 및 부생물의 이동은 배관에 설치되는 밸브(미도시)를 통하여 제어될 수 있으며, 이와 같은 밸브는 각 배관을 따라 이동하는 가스 및 부생물의 유량 및 유속을 제어하기 위하여 다양한 위치에 설치될 수 있음은 물론이다.The reduced iron production facility or molten iron production facility according to an embodiment of the present invention can produce reduced iron by moving gas and by-products along each of the above-described pipes. At this time, the movement of gas and by-products can be controlled through valves (not shown) installed in the pipes, and such valves are located at various locations to control the flow rate and flow rate of gas and by-products moving along each pipe. Of course, it can be installed.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 방법은 전술한 환원철 제조 장치를 이용하여 환원철을 제조하는 방법일 수 있으며, 이에 환원철 제조 장치와 관련하여 전술한 내용이 그대로 적용될 수 있으므로 중복되는 내용의 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a method for producing reduced iron according to an embodiment of the present invention will be described. The method for producing reduced iron according to an embodiment of the present invention may be a method of producing reduced iron using the above-described reduced iron production device, and since the above-described content with respect to the reduced iron production device can be applied as is, description of overlapping content is omitted. I decided to do it.

본 발명의 실시 예에 따른 환원철 제조 방법은, 수소 가스를 포함하는 환원 가스를 마련하는 과정, 상기 환원 가스의 공급 경로를 복수의 위치에서 서로 다른 방식으로 가열하는 과정 및 가열된 환원 가스를 원료에 공급하여 환원철을 제조하는 과정을 포함한다.A method for producing reduced iron according to an embodiment of the present invention includes a process of preparing a reducing gas containing hydrogen gas, a process of heating the supply path of the reducing gas in different ways at a plurality of positions, and applying the heated reducing gas to the raw material. It includes the process of supplying and producing reduced iron.

환원 가스를 마련하는 과정은 원료를 환원시키기 위한 환원 가스를 마련한다. 여기서, 환원 가스는 수소 가스를 포함할 수 있으며 전체 환원 가스 중 수소 가스는 80 내지 100% 비율로 포함될 수 있다. 환원 가스를 마련하는 과정은 수소 가스를 포함하는 환원 가스를 환원 가스 공급부(300)에 저장하여 마련한다. 이때, 환원 가스 공급부(300)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 퍼지 가스로 사용할 수 있다.The process of preparing a reducing gas prepares a reducing gas to reduce the raw materials. 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 preparing the reducing gas is prepared by storing the reducing gas containing hydrogen gas in the reducing gas supply unit 300. At this time, the hydrogen gas stored in the reducing gas supply unit 300 may be produced by electrolyzing water, but is not limited to this and can be produced by various methods such as decomposing ammonia gas or producing hydrogen gas by chemically reacting natural gas. It can be manufactured by. 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.

가열하는 과정은 환원 가스의 공급 경로를 복수의 위치에서 서로 다른 방식으로 가열한다. 환원 가스 공급부(300)는, 상기 환원 가스 공급부(300)와 환원부(200)를 상호 연결하여 환원 가스의 공급 경로를 형성하는 환원 가스 공급 배관(310)을 통해 환원부(200)에 환원 가스를 공급할 수 있다. 이와 같은 환원 가스 공급 배관(310)에는 환원 가스 공급부(300)로부터 환원부(200)에 공급되는 환원 가스를 가열하기 위한 가열부(400)가 설치될 수 있는데, 본 발명의 실시 예에서는 연소 가열부(410) 및 저항 가열부(420)를 포함하는 가열부(400)를 이용하여 환원 가스를 가열함으로써 환원 가스의 공급 경로를 복수의 위치에서 서로 다른 방식으로 가열할 수 있다.In the heating process, the supply path of the reducing gas is heated in different ways at a plurality of locations. The reducing gas supply unit 300 supplies reducing gas to the reduction unit 200 through the reduction gas supply pipe 310, which connects the reduction gas supply unit 300 and the reduction unit 200 to form a supply path for the reduction gas. can be supplied. A heating unit 400 may be installed in the reducing gas supply pipe 310 to heat the reducing gas supplied from the reducing gas supply unit 300 to the reducing unit 200. In the embodiment of the present invention, combustion heating By heating the reducing gas using the heating unit 400 including the unit 410 and the resistance heating unit 420, the supply path of the reducing gas can be heated in different ways at a plurality of positions.

여기서, 서로 다른 방식으로 가열하는 과정은, 제1 가열 방식으로 환원 가스의 공급 경로 상의 제1 영역을 가열하는 과정 및 제1 가열 방식으로 환원 가스의 공급 경로 상의 제2 영역을 가열하는 과정을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 가열 방식은 연소 열과 저항 열 중 어느 하나를 이용하는 가열 방식을 포함하고, 제2 가열 방식은, 연소 열과 저항 열 중 다른 하나를 이용하는 가열 방식을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 가열 방식이 연소 열을 이용하는 가열 방식인 경우, 제2 가열 방식은 저항 열을 이용하는 가열 방식일 수 있으며, 제1 가열 방식이 저항 열을 이용하는 가열 방식인 경우, 제2 가열 방식은 연소 열을 이용하는 가열 방식일 수 있다. 또한, 제1 영역과 제2 영역은 환원 가스의 공급 방향을 따라 배치된 서로 다른 영역을 의미하며, 이에 제2 영역은 환원 가스의 공급 경로 상에 위치한 제1 영역에서 가열된 환원 가스가 제1 영역을 지나서 통과하는 환원 가스의 공급 경로 상의 영역일 수 있다.Here, the process of heating in different ways includes heating a first region on the supply path of the reducing gas using a first heating method and heating a second region on the supply path of the reducing gas using the first heating method. can do. Here, the first heating method may include a heating method using one of combustion heat and resistance heat, and the second heating method may include a heating method using the other of combustion heat and resistance heat. For example, if the first heating method is a heating method using combustion heat, the second heating method may be a heating method using resistance heat, and if the first heating method is a heating method using resistance heat, the second heating method may be a heating method using resistance heat. The method may be a heating method using combustion heat. In addition, the first area and the second area refer to different areas arranged along the supply direction of the reducing gas, and the second area is such that the reduced gas heated in the first area located on the supply path of the reducing gas is supplied to the first area. It may be an area on a supply path of reducing gas passing past the area.

전술한 바와 같이, 연소 가열기(410)는 환원 가스 공급 배관(310)의 적어도 일부를 둘러싸는 가열 공간(H)을 제공하도록 상기 환원 가스 공급 배관(310)에 설치되는 본체(412), 상기 가열 공간(H)에 연소 가스를 공급할 수 있도록 상기 본체에 설치되는 연소 가스 배관(414) 및 상기 연소 가스를 점화할 수 있도록 상기 본체(412)에 설치되는 점화기(416)을 포함할 수 있다. 이에, 연소 열을 이용하는 가열 방식은, 공급 경로 즉 환원 가스 공급 배관(310)의 외부에서 연소 가스를 점화시켜 환원 가스를 공급 경로의 외부에서 가열하는 방식일 수 있다.As described above, the combustion heater 410 includes a body 412 installed in the reducing gas supply pipe 310 to provide a heating space H surrounding at least a portion of the reducing gas supply pipe 310, and the heating It may include a combustion gas pipe 414 installed in the main body to supply combustion gas to the space H and an igniter 416 installed in the main body 412 to ignite the combustion gas. Accordingly, the heating method using combustion heat may be a method of igniting combustion gas outside the supply path, that is, the reducing gas supply pipe 310, and heating the reducing gas outside the supply path.

또한, 저항 가열기(420)는 환원 가스 공급 배관(310)의 내부 공간으로 연장되도록 환원 가스 공급 배관(310)에 설치되는 발열부재(322, 324) 및 상기 발열부재(322, 324) 및 상기 발열부재(322, 324)에 전력을 공급할 수 있도록, 상기 발열부재(322, 324)와 연결되는 전력 공급기(326)를 포함한다. 여기서, 발열부재(322, 324)는 환원 가스 공급 배관(310)의 내부 공간(I)로 연장되고 상기 환원 가스 공급 배관(310)의 내부 공간(I)과 격리된 수용 공간(A)을 제공하는 보호관(322) 및 상기 수용 공간(A)에 설치되는 열선(324)을 포함할 수 있다. 이에, 저항 열을 이용하는 가열 방식은, 공급 경로 즉 환원 가스 공급 배관(310)의 내부로 연장된 열선(324)에 전력을 공급하여 환원 가스를 공급 경로의 내부에서 가열하는 방식일 수 있다.In addition, the resistance heater 420 includes heating members 322 and 324 installed in the reducing gas supply pipe 310 to extend into the internal space of the reducing gas supply pipe 310, and the heating members 322 and 324 and the heat generating element 320. It includes a power supply 326 connected to the heating members 322 and 324 to supply power to the members 322 and 324. Here, the heating members (322, 324) extend into the internal space (I) of the reducing gas supply pipe 310 and provide an accommodation space (A) isolated from the internal space (I) of the reducing gas supply pipe 310. It may include a protection tube 322 and a heating wire 324 installed in the receiving space (A). Accordingly, the heating method using resistance heat may be a method of heating the reducing gas inside the supply path by supplying power to the heating wire 324 extending inside the supply path, that is, the reducing gas supply pipe 310.

이때, 제2 영역을 가열하는 과정은 제1 영역에서 가열된 환원 가스를 제1 영역보다 높은 온도로 가열할 수 있다. 즉, 제2 영역을 가열하는 과정은 제2 영역을 통과하는 환원 가스가 제1 영역에서보다 높은 온도로 가열되도록 제2 영역을 가열할 수 있다.At this time, the process of heating the second region may heat the reducing gas heated in the first region to a higher temperature than the first region. That is, the process of heating the second region may heat the second region so that the reducing gas passing through the second region is heated to a higher temperature than that in the first region.

그런데, 연소 열을 이용하여 환원 가스를 가열하는 경우, 연소 열을 발생시키는 화염에 의해 환원 가스를 공급하는 환원 가스 공급 배관(310)이 국부적으로 가열되어 환원 가스 공급 배관(310)이 손상되고, 격자 결함과 같은 구조적 결함이 발생될 수 있다. 이때, 고온의 수소 가스, 즉 500℃ 이상의 수소 가스는 환원 가스 공급 배관(310)에 구조적 결함이 발생하는 경우, 결함 내로 수소가 침투하여 수소 취성을 발생시킬 수 있다. 따라서, 제1 영역을 연소 열을 이용하여 가열하고, 제2 영역을 저항 열을 이용하여 가열하는 경우에는, 제1 영역에서 가열되는 환원 가스에 포함되는 수소 가스가 환원 가스 공급 배관(310)의 결함 내로 침투되지 않는 온도로 가열될 필요가 있다. 이에, 제1 영역을 연소 열을 이용하여 가열하고, 제2 영역을 저항 열을 이용하여 가열하는 경우, 제1 영역을 가열하는 과정은, 연소 가열기(410)에 의하여 제1 영역을 통과하는 환원 가스를 400℃ 이상, 500℃ 미만의 온도로 가열하고, 제2 영역을 가열하는 과정은, 저항 가열기(420)에 의하여 제2 영역을 통과하는 환원 가스를 이보다 높은 온도, 예를 들어 500℃ 이상, 1000℃ 미만의 온도로 가열하여 수소 취성의 발생을 최소화할 수 있다.However, when the reducing gas is heated using combustion heat, the reducing gas supply pipe 310 that supplies the reducing gas is locally heated by the flame generating combustion heat, causing damage to the reducing gas supply pipe 310, Structural defects such as lattice defects may occur. At this time, when a structural defect occurs in the reducing gas supply pipe 310, high-temperature hydrogen gas, that is, hydrogen gas above 500°C, may cause hydrogen embrittlement by penetrating into the defect. Therefore, when the first region is heated using combustion heat and the second region is heated using resistance heat, the hydrogen gas contained in the reducing gas heated in the first region is in the reducing gas supply pipe 310. It needs to be heated to a temperature that does not penetrate into the defect. Accordingly, when the first area is heated using combustion heat and the second area is heated using resistance heat, the process of heating the first area is a reduction process that passes through the first area by the combustion heater 410. The process of heating the gas to a temperature of 400°C or higher and lower than 500°C and heating the second region is to heat the reducing gas passing through the second region by the resistance heater 420 to a higher temperature, for example, 500°C or higher. , the occurrence of hydrogen embrittlement can be minimized by heating to a temperature below 1000°C.

한편, 환원 가스 공급 배관(310)을 수소 취성에 강한 재질로 형성하는 경우, 환원 가스 공급 배관(310)의 열 변형이 발생할 수 있다. 이에, 수소 취성에 강하며 열 변형이 큰 재질로 환원 가스 공급 배관(310)을 형성하는 경우, 환원 가스 공급 배관을 연소 열에 의해 먼저 가열하게 되면, 상온의 수소 가스와 연소 열을 발생시키는 화염의 온도 차이에 의하여 배관에 열 피로가 발생할 수 있다. 이에, 제1 영역을 저항 열을 이용하여 가열하고, 제2 영역을 연소 열을 이용하여 가열할 수 있다. 이때, 제1 영역을 가열하는 과정은 환원 가스가 단계적으로 가열되도록 환원 가스의 공급 경로를 따른 복수의 위치에서 상기 제1 영역을 통과하는 환원 가스를 가열할 수 있으며, 이를 위하여, 저항 가열기(420)는 환원 가스 공급부(300)와 연소 가열기(410) 사이의 복수의 위치에 각각 설치되어 환원 가스를 순차적으로 증가하는 온도로 단계적으로 가열할 수 있다.Meanwhile, when the reducing gas supply pipe 310 is made of a material resistant to hydrogen embrittlement, thermal deformation of the reducing gas supply pipe 310 may occur. Accordingly, when the reducing gas supply pipe 310 is formed of a material that is resistant to hydrogen embrittlement and has high thermal deformation, if the reducing gas supply pipe is first heated by combustion heat, the flame that generates hydrogen gas at room temperature and combustion heat Thermal fatigue may occur in piping due to temperature differences. Accordingly, the first area can be heated using resistance heat, and the second area can be heated using combustion heat. At this time, the process of heating the first area may heat the reducing gas passing through the first area at a plurality of positions along the supply path of the reducing gas so that the reducing gas is heated in stages. To this end, the resistance heater 420 ) can be installed at a plurality of positions between the reducing gas supply unit 300 and the combustion heater 410 to gradually heat the reducing gas to a sequentially increasing temperature.

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: 환원부
300: 환원 가스 공급부 400: 가열부
500: 퍼지 가스 공급부 600: 추출부100: raw material supply unit 200: reduction unit
300: reducing gas supply unit 400: heating unit
500: purge gas supply unit 600: extraction unit

Claims

A reduction unit capable of producing reduced iron by receiving raw materials;
a reducing gas supply unit capable of supplying a reducing gas containing hydrogen gas;
a piping unit connecting the reducing gas supply unit and the reduction unit so as to deliver the reduction gas supplied from the reduction gas supply unit to the reduction unit; and
Reduced iron manufacturing equipment including a heating unit installed in the piping unit and capable of sequentially heating the reducing gas in different ways.

In claim 1,
The heating unit,
a combustion heater installed in the piping section to heat the reducing gas using combustion heat; and
A reduced iron manufacturing facility comprising: a resistance heater installed in the piping section to heat the reduction gas using resistance heat.

In claim 2,
The combustion heater,
a main body installed in the piping section to provide a heating space surrounding at least a portion of the piping section;
a combustion gas pipe installed in the main body to supply combustion gas to the heating space; and
A reduced iron manufacturing facility comprising: an igniter installed in the main body to ignite the combustion gas.

In claim 2,
The resistance heater is,
a heating member installed in the piping unit so as to extend into the internal space of the piping unit; and
Reduced iron manufacturing equipment comprising: a power supply connected to the heating member to supply power to the heating member.

In claim 4,
The heating member is,
a protection pipe extending into the internal space of the piping unit and providing a receiving space isolated from the internal space of the piping unit; and
A reduced iron manufacturing facility comprising a heating wire installed in the receiving space.

In claim 2,
The resistance heater is,
A reduced iron manufacturing facility installed between the combustion heater and the reduction unit, or between the reduction gas supply unit and the combustion heater.

In claim 6,
The resistance heater is,
A plurality of reduced iron manufacturing facilities installed between the reduction gas supply unit and the combustion heater.

In claim 2,
It further includes a control unit for controlling the combustion heater and the resistance heater,
The control unit,
A reduced iron manufacturing facility that controls the combustion heater and the resistance heater to heat the reducing gas to different temperatures.

A process of preparing a reducing gas containing hydrogen gas;
A process of heating the supply path of the reducing gas in different ways at a plurality of locations; and
A method for producing reduced iron, comprising: supplying heated reducing gas to raw materials to produce reduced iron.

In claim 9,
The process of heating in different ways is,
heating a first area on the supply path using a first heating method; and
A method of producing reduced iron comprising: heating a second region through which the reducing gas heated in the first region passes through a second heating method that is different from the first heating method.

In claim 10,
The first heating method includes a heating method using either combustion heat or resistance heat,
The second heating method is a method of producing reduced iron including a heating method using another one of combustion heat and resistance heat.

In claim 11,
The combustion heat is generated by igniting combustion gas outside the supply path,
A method of manufacturing reduced iron in which the resistance heat is generated by supplying power to a heating wire extending inside the supply path.

In claim 10,
The process of heating the second region is,
A method of producing reduced iron in which the reduced gas heated in the first region is heated to a higher temperature than the first region.

In claim 10,
The first heating method includes a heating method using resistance heat,
The process of heating the first region is,
A method of producing reduced iron in which the reducing gas passing through the first region is heated stepwise at a plurality of locations along the supply path.