KR20240056527A - 철 생산물 생산을 위한 야금 공장의 작동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다음 단계를 포함하는 철 함유 생산물을 생산하는 방법에 관한 것이다.
철 함유 생성물을 생산하는 방법으로서,
용광로 설비를 가동하여 용광로 장입물로부터 액상 선철을 생산함으로써 용광로 상부 가스(B1)를 포함하는 야금 가스를 생성하고;
직접환원로의 상부에 장입된 철광석으로부터 직접 환원 철 생산물을 생산하기 위한 직접 환원 플랜트를 가동하고, 상기 직접환원로에 환원 가스 스트림(D5)이 도입되며, 상기 직접 환원 플랜트는 상기 환원 가스 스트림(D5)이 배출되어 상기 직접환원로에 의해 상부 가스(D1)가 생성되는 개질기 또는 가열 장치를 포함하고;
직접 환원 플랜트 상부 가스의 제1 스트림(D4)은 환원종을 농축하도록 구성된 농축 단계에서 처리되고, 환원 가스로서 사용되도록 상기 용광로 설비로 전달되고; 및
상기 야금 가스(B3/B6)의 제1 스트림은 연료 가스로서 사용되도록 상기 직접 환원 플랜트의 상기 개질기 또는 가열 장치로 전달되는 방법.
또한 상응하는 야금 공장이 개시된다.

Description

철 생산물 생산을 위한 야금 공장의 작동 방법

본 발명은 일반적으로 철 야금 분야에 관한 것이며, 특히 철 제품을 생산하는 야금 공장 및 방법에 관한 것이다.

산업 공정은 전세계 CO₂ 배출에 크게 기여하며 현재의 철강 제조 공정은 에너지와 탄소 집약적이다.

배출에 대한 조치의 필요성에 대한 파리 협약과 전 세계적 합의에 따라 각 산업 부문은 에너지 효율성을 개선하고 CO₂ 배출량을 줄이기 위한 솔루션 개발을 모색하는 것이 필수적이다.

용광로(blast furnace, BF)는 예로부터 CO₂ 배출로 유명했지만, 이는 대체 방법(고철 용해 또는 전기 아크로 내 직접 환원과 같은)에도 불구하고 오늘날 여전히 철강 생산에 가장 널리 사용되는 공정으로 남아 있다. 실제로, "상부 가스"로 알려진 용광로에서 나오는 가스는 일반적으로 20 vol% 내지 30 vol%만큼 높은 농도의 CO₂를 포함한다. 이 외에도, 용광로가스는 일반적으로 상당한 양의 N₂, CO, H₂O 및 H₂로 구성된다. 그러나 N₂ 함량은 용광로에 뜨거운 공기를 사용하는지 아니면 (순수한) 산소를 사용하는지에 따라 크게 달라진다. 초기에는 이 용광로의 탑 가스가 단순히 대기 중으로 빠져나가는 것을 허용했을 수도 있지만, 이는 오랫동안 자원 낭비 및 환경에 대한 과도한 부담으로 여겨져 왔다.

코크스 사용량을 줄이기 위해, 주로 용광로에서 용광로 가스를 회수하고 이를 처리하여 환원 전위를 증가시킨 후 다시 용광로에 주입하여 환원 공정을 보조하는 방안이 제안되었다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 압력 변동 흡착(Pressure Swing Adsorption, PSA) 또는 진공 압력 변동 흡착(Vacuum Pressure Swing Adsorption, VPSA)을 통해 용광로 가스의 CO₂ 함량을 줄이는 것이다. PSA/VPSA 설비는 CO와 H₂가 풍부한 첫 번째 가스 흐름과 CO₂와 H₂O가 풍부한 두 번째 가스 흐름을 생성한다. 첫 번째 가스 흐름은 환원 가스로 사용될 수 있으며 용광로로 다시 공급될 수 있다. 이 접근 방식의 한 가지 예는 재활용된 첫 번째 가스 흐름 외에도 미분탄과 차가운 산소가 용광로에 공급되는 ULCOS(Ultra Low CO₂ Steelmaking, 초저 CO₂ 제강) 공정이다. 이러한 유형의 용해로는 "상부 가스 재활용 OBF"(oxygen blast furnace, 산소 용광로)라고도 한다. 두 번째 가스 흐름은 설비에서 제거될 수 있으며, 남은 발열량을 추출한 후 폐기할 수 있다. 논란의 여지가 있지만 이러한 처리는 CO₂가 풍부한 가스를 저장을 위해 지하의 주머니로 펌핑하는 것으로 구성된다. 또한, PSA/VPSA 설치를 통해 용광로 가스의 CO₂ 함량을 약 35 vol%에서 약 5 vol%로 상당히 줄일 수 있지만 구입, 유지 및 운영 비용이 매우 많이 들고 많은 공간이 필요하다.

철/강철 생산 과정에서 탄소 배출량을 줄이기 위해 개발된 또 다른 기술은 철광석 직접 환원 공정이다. 연간 직접환원철(direct reduced iron) 생산량은 용광로 선철 생산량에 비해 여전히 적지만, 용광로의 기본 산소 경로에 비하여 CO₂ 배출량이 상당히 낮고 직접환원전기로(electric-arc furnace, EAF) 경로의 경우 40~60% 더 낮다는 점에서 실제로 매우 매력적이다.

직접 환원 용광로에서는 펠릿화된 철광석 또는 괴상 철광석이 용광로 상단에 장입되고 중력에 의해 환원가스를 통해 하강한다. 주로 수소와 일산화탄소(합성 가스)로 구성된 환원 가스는 광석층을 통해 위쪽으로 흐른다. 산화철의 환원은 일반적으로 최대 950°C 이상의 온도에서 용광로 상부에서 발생한다. 직접환원철(direct reduced iron, DRI)이라고 불리는 고체 생성물은 일반적으로 전기로에 뜨거운 상태로 충전되거나 뜨거운 연탄으로 만들어진다(HBI를 형성함).

당업계에 알려진 바와 같이, DRI 및 유사한 생성물은 용광로 또는 제철 공장, 또는 EAF와 같은 제련로(smelting furnace)에 장입되어 선철 또는 강철을 생산한다.

용광로 CO₂ 배출을 줄이기 위한 또 다른 접근 방식으로 탄화수소 가스로부터 개질기(reformer)에서 생성된 합성 가스(CO 및 H₂)와 같은 고온의 환원 가스를 용광로 샤프트에 직접 도입하는 것이 제안되었다. 고온의 환원 가스를 송풍구(tuyeres)를 통하여 주입하거나 더 높은 용광로 샤프트에 직접 주입하는 두 가지 가능성이 제안되었다. 후자의 옵션은 "샤프트 공급(shaft feeding)"으로 알려져 있으며, 송풍구 밴드 위, 즉 보쉬(bosh) 위, 바람직하게는 일반적으로 스택 영역에 있는 응집 영역 위의 산화철 가스 고체 환원 구역 내에서 용광로 외부 벽을 통해 고온의 환원 가스(합성 가스)가 도입되는 것을 의미한다.

CO₂ 배출 감소와 관련하여 많은 EU 철강 제조업체는 기존 야금 공장, 즉 용광로 및 선철 후처리 시설로 구성된 직접 환원 플랜트 설치를 고려하고 있다.

이러한 시설에 대한 전략은 산소 제강에서 전기 제강으로 전환하기 위해 수년 동안 직접 환원 플랜트와 용광로를 병행하여 운영하는 것이다. 직접 환원 플랜트는 천연가스 개질(reforming)과 친환경 전력에 의한 H₂ 전기분해를 통해 얻은 환원가스로 운영할 수 있다. DRI는 EAF의 스크랩으로 충전된다. 용광로는 철 및 코크스 함유 물질과 병행하여 작동되며, 기존 방식으로 생산된 선철은 기본 산소로(Basic Oxygen Furnace, BOF)에서 처리된다. 용광로와 EAF는 모두 제철소에서 후처리를 위해 결합될 수 있는 용강을 생산한다.

US 2004/0226406은 코크스로(coke oven), 용광로, 폭발 산소로 BOF 및 직접 환원철 생산을 위한 직접환원로로 구성된 통합형 제철소를 기술하고 있다. 직접환원로의 상부 가스는 열교환기를 통과하여 부분적인 흐름으로 분리된다. 상부 가스의 일부는 냉각, 세척 및 건조된다. 이렇게 생성된 세척된 가스는 직접 환원 반응기의 온도를 제어하는 데 사용될 수 있다. 생성된 세척된 상부 가스는 압축기 및 CO₂ 흡수기로 보내져 가스의 환원 전위를 재생하고 재생된 가스를 형성하며, 이는 코크스로 가스 및 BOF 가스를 포함하는 가스 흐름과 결합된다. 생성된 환원 가스는 히터에서 가열되어 직접환원로로 보내진다. 직접 환원 플랜트에서 발생하는 상부 가스의 일부는 코크스 플랜트의 연료 가스로 사용된다. 상단 가스의 또 다른 부분은 용광로 스토브의 연료 가스로 사용된다. 즉, 직접 환원 플랜트에서 발생하는 상부 가스의 일부를 스토브에서 연소시켜 냉풍을 가열하여 열풍으로 전환하는데에 필요한 열을 발생시키는 것이다. 용광로는 기존의 부하(철광석, 코크스 등)가 장입되는 기존 방식으로 작동된다. 열풍은 PCI와 함께 송풍구를 통해 주입된다. 용광로 상부 가스의 일부는 직접환원로 상류의 히터로 보내져 연료가스로서 연소된다.

본 발명의 목적은 철 제품의 생산의 더욱 환경 친화적인 개선된 접근법을 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 1에 기재된 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 철 함유 생성물을 생산하는 방법은 다음을 포함한다:

용광로 설비를 가동하여 용광로 장입물(charged material)로부터 액상 선철을 생산함으로써 용광로 상부 가스를 포함하는 야금 가스를 생성하고;

직접환원로의 상부에 장입된 철광석으로부터 직접 환원 철 생산물을 생산하기 위한 직접 환원 플랜트를 가동하고, 직접환원로에 환원 가스 스트림이 도입되며, 직접 환원 플랜트는 환원 가스 스트림이 배출되어 직접환원로에 의해 상부 가스(D1)가 생성되는 개질기 또는 가열 장치를 포함하고,

직접 환원 플랜트 상부 가스의 제1 스트림(D4)은 환원종을 농축하도록 구성된 농축 단계에서 처리되고, 환원 가스로서 사용되도록 용광로 설비로 전달되고; 및

용광로 설비로부터 발생하고 용광로 상부 가스를 포함하는 야금 가스의 제1 스트림은 가열 목적으로 사용되도록 직접 환원 플랜트의 개질기 또는 가열 장치로 전달되는 방법.

본 발명은 "가치 있는" 가스가 야금학적 목적으로 사용되고 빈 가스가 연료로 사용되는 가스의 상조적 상호 교환에 의존한다.

예를 들어, 직접 환원 플랜트의 가치 있는 상부 가스는 일반적으로 주로 환원제 종, 보통 최소 55 또는 60 부피%의 CO 및 H₂로 구성될 수 있다. 그러나 일반적으로 10v% 이상의 CO₂도 포함된다.

전형적인 용광로 가스 조성은 일반적으로 20 내지 30 부피% CO₂, 약 35 내지 50 부피% N₂ 및 약 20 내지 30 부피% CO, 약 5% H₂를 포함할 수 있다. 그러나 이러한 비율은 공정 조건에 따라 크게 달라질 수 있다.

제강 공장에서 일반적으로 사용되고 사용 가능한 기타 가스는 다음과 같다.:

변환기 가스: 60-70v% CO, 10-20 v% CO₂, 0-5v% H₂, 5-15 v %N₂

코크스로 가스: 5-10 v% CO, 50-55 v% H₂, 20v% CH₄, 기타 10 v% 미만의 고탄화수소(higher hydrocarbons, HHC) 및 나머지 N₂(매우 적은 %의 CO₂).

이 수치는 공정 조건에 따라 크게 달라질 수 있다.

본 개시로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 해당 분야의 통상적인 통념에 어긋나는 접근법을 제안한다. 일반적으로 직접 환원 플랜트는 공정 범위를 달성하기 위해 연료를 연소해야 한다. MIDREX®플랜트는 MX-Col 플랜트 내 가스 히터인 NG 플랜트에서 MIDREX®개질기를 작동하는 반면 Energiron/HyL 기술에는 가열 환원 가스가 필요하다. 특히 환원 가스를 직접환원로에 투입하기 전에 환원 공정에 적합한 온도, 일반적으로 800°C 이상으로 가열하려면 가열이 필요하다.

대신 용광로는 빈 가스(lean gas)인 용광로 상부 가스를 생산한다.

동일한 현장에서 작동할 때 직접 환원 플랜트는 연소 목적으로 풍부한 가스를 사용하는 반면, 용광로(또는 통합형 BF-BOF) 플랜트는 본 발명자의 연구 결과에 따르면 직접 환원 플랜트의 연소 목적에 부합하는 상당한 양의 빈 가스(lean gas)를 생산한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용광로 설비라는 용어는 용광로뿐만 아니라 폭발 산소로(blast oxygen furnace)와 같은 2차 야금 장비를 추가로 포함하는 통합형 용광로 설비도 포함한다. 실시예에서, 이러한 다른 CO 함유 배출 가스, 예를 들어 전환 가스, 코크스로 가스 및/또는 기타 CO 함유 산업용 가스는 현재 공정에서 가치를 평가할 수 있다.

따라서, 용광로에서 발생하는 야금 가스 스트림은 (단지) 용광로 상부 가스일 수 있거나, 용광로 상부 가스와 다른 장비에서 나오는 일정량의 가스, 예를 들어 BOF에서 나오는 가스와 같은 혼합물을 포함할 수 있다. (일반적으로 50% 미만).

표준 운영 하에서 직접 환원 플랜트는 가스 균형이 매우 양호하다는 점에 유의해야 한다. 일반적으로 이용 가능한 배출용 가스가 없다. 다른 용도로 배출되는 각 Nm³의 가스는 적절한 연료로 교체되어야 한다.

본 발명의 방법에 따라 용광로 설비와 직접 환원 플랜트를 동일한 위치에서 병렬 작동함으로써 가스의 상호 교환으로부터 이익을 얻고 용광로에서 코크스 소비 감소를 달성할 수 있다. 1차 추정에 따르면 적어도 15~20%의 코크스 소비 감소가 예상된다(용광로와 DRI 용광로의 규모에 따라 다름).

실시예에 따라, 용광로 상부 가스와 직접 환원 상부 가스는 용광로 또는 직접 환원 플랜트의 서로 다른 위치에서 사용하기 위해 여러 스트림으로 분할될 수 있다.

보통, 용광로 설비의 용광로에서 배출되는 용광로 상부 가스를 직접 환원 플랜트로 보내기 전에 상부 가스 세정장치에서 세정하는 것이 바람직하다.

농축 단계는 일반적으로 기체 환원종의 함량이 비교적 증가된 출구 가스 스트림을 얻기 위해 입구 가스 스트림을 조절/변환하도록 설계된다. 이는 전형적으로 농축될 가스 스트림을 추가 가스와 혼합하는 것을 포함할 수 있다(농축될 가스 스트림과 반응하기 위해; 혼합은 농축 장비의 상류에서 또는 후자 내에서 발생할 수 있음). 농축 단계는 바람직하게는 개질 반응, 특히 건식 또는 습식 개질을 수행하도록 구성된다.

농축 단계는 바람직하게는 기체 환원종, 특히 H₂ 및 CO의 농축된 함량을 갖는 출구 합성 가스 스트림을 생성하기 위한 개질기 수단(개질 장비)을 포함한다. 또한 일반적으로 이러한 개질 단계는 개질 반응을 통해 입구 가스 혼합물에 존재하는 CO₂를 전환시키는 것을 허용한다. 즉, 농축 단계는 CO₂를 CO 및 H₂로 전환할 수 있도록 구성되어 직접 환원 플랜트에서 나오는 상부 가스의 CO₂ 함량이 농축 단계를 통과할 때 실질적으로 감소(예: 5v.% 미만)하게 한다.

실시예에서, 용광로 상부 가스(및/또는 전환 가스 및/또는 코크스로 가스, 및/또는 산업에서 일반적으로 사용되는 다른 가스의 다른 부분)의 두 번째 스트림이 농축 단계에서 연료 가스로 사용된다.

본 개시 내용과 관련하여, "연료 가스로 사용된다"라는 표현은 각각의 가스 스트림이 연소되어 열을 발생시키는 것을 의미한다. 이는 가열할 가스 스트림이 포함된 배관을 가열하는 데 사용되는 불꽃을 생성하는 히터의 가스이다. 마찬가지로, '가열 목적으로'라는 표현은 해당 가스 흐름이 열 교환이나 연소(예: 연료 가스)를 통해 가열 전력으로 사용된다는 의미이다.

또한, '환원가스로 사용된다'는 표현은 해당 가스 흐름이 로(용광로 또는 DR 플랜트 로)에 도입되어 장입물과 반응하여 철광석, 즉 산화철 각각의 환원 작용을 수행시키는 것을 의미한다.

실시예에서, 야금 가스(즉, 전환기 가스, 코크스로 가스, 및/또는 산업에서 일반적으로 사용되는 다른 가스의 다른 부분과 혼합될 수 있는 용광로 상부 가스)의 제1 스트림은 직접 환원 플랜트의 개질기 또는 히터 장치의 예열기 상류에서 가열된다. 그곳에서 야금 가스의 세 번째 스트림이 예열기에서 연소될 수 있다.

전술한 바와 같이, 야금 가스의 제1, 제2 또는 제3 스트림은 용광로 상부 가스만을 함유할 수 있거나, 용광로 상부 가스(즉, 스로트 가스)와 하나 이상의, 예를 들면 변환기 가스, 코르크로 가스 및/또는 기타 CO 함유 산업용 가스와 같은 다른 CO 함유 가스의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 야금 가스는 용광로 상부 가스의 30% 이상을 포함한다.

전통적으로 직접 환원 플랜트는 직접환원로에서 나오는 상부 가스를 재활용한다. 직접환원로의 두 번째 상부 가스 스트림은 직접환원로에 재도입되는 환원 가스 스트림을 형성/조정하기 위해 탄화수소 가스와 함께 개질기/가열기 장치에 주입된다. 또한, 직접환원로의 제3 상부 가스 스트림은 개질기-가열기 장치의 연료가스로 사용된다. 개질기-가열기 장치에 사용되는 탄화수소 가스는 CO₂, H₂O 및 CH₄를 CO 및 H₂로 변환하는 데 적합한 천연 가스 또는 기타 적합한 탄화수소 가스일 수 있다.

유리하게는, 직접환원로 상부 가스의 제1 스트림의 일부는 탄화수소 가스(예: 천연 가스, 코크스로 가스, 기타 적합한 탄화수소)와 결합되어 농축 단계에서 처리 시 용광로에 도입되는 합성 가스를 형성할 수 있다.(일반적으로 개질 반응을 통해). 이 접근법의 눈에 띄는 이점은 가스 흐름에서 CO2를 제거하는 대신 합성 가스에 포함된 CO2를 활용하여(즉, 개질을 기반으로 한 농축 단계를 통해) 처리할 수 있다는 것이다.

실시예에서, 위에 인용된 탄화수소는 코크스로 가스이고 이는 제강 배경에서 이용 가능한 가스를 활용하기 위함이다.

코크스로 가스는 일반적으로 H₂와 CH₄ 함량이 높다. 직접 환원 상부 가스와 혼합할 경우, 생성된 합성 가스 스트림에는 환원 종의 대부분, 예를 들어 주로 H₂이고 CH₄ 및 CO가 포함된다. H₂, CH₄ 및 CO의 총합은 65, 70 또는 75부피% 이상에 해당할 수 있다.

개질 단계에서 개질할 때 이 가스 흐름은 일반적으로 80% 이상의 환원종을 포함한다. 예를 들어, H₂ 함량은 55vol% 이상이고 CO 함량은 25vol% 이상일 수 있다.

본 발명은 또한 청구항 17에 청구된 야금 플랜트에 관한 것이다.

상기 및 기타 실시예는 첨부된 종속항에 기재되어 있다.

이해되는 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 유리한 접근 방식을 제안한다.

1) 용광로 설비에서 직접 환원 플랜트로의 가스 교환 균형을 맞추는 솔루션;

2) 가스 사용을 최적화하여 야금 목적으로 풍부한 가스를, 연소 목적으로 빈 가스를 밀어내는 솔루션;

3) 합성 가스의 CO₂를 제거하는 대신 (용광로에 주입 전) 탄화수소를 사용하여 환원종을 풍부하게 하는(개질 반응을 통해) 솔루션;

4) 특별한 처리 없이(가열하거나, 가스와 혼합하거나, 일부 산소를 첨가하여 연소하지 않는 경우) DR 공정에 사용할 용광로의 빈 가스를 내보내는 솔루션이다.

본 발명의 추가 세부사항 및 이점은 다음 도면을 참조하여 실시예를 제한하지 않는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 도 1 및 도 2는 본 방법을 구현하기 위한 야금 플랜트(10)의 두 가지 실시예를 도시하는 적용 가능한 다이어그램이다.

야금 플랜트(10)는 (이에 제한되지는 않지만) 적어도 하나의 용광로 설비(12) 및 적어도 하나의 직접 환원 플랜트(14)를 포함한다.

통상적으로, 야금 플랜트(10)는 다음을 추가로 포함할 수 있다:

- 코크스로 플랜트(들) 24;

- 송풍구 주입용 플랜트(26): 이 플랜트는 송풍구를 통해 용광로에 주입될 매체를 생성한다. 가장 일반적인 매체는 미분탄(pulverized coal, PCI)이지만 천연가스(natural gas, NG)일 수도 있다.

- 제강 시설(38).

용광로 설비(12)는 통상적으로 용광로(16) 자체 옆에 다수의 통상적인 구성요소(즉, 고온의 스토브, 창고 등)를 포함하지만, 도면에는 노(furnace) (16)만 도시되어 있다. 알려진 바와 같이, 노(16)에는 장입 물질(철 베어링, 코크스 및 플럭스)이 상부로부터 공급된다. 이를 위해, 예로, BELL LESS TOP ®타입과 같은 상단 충전 설비(표시되지 않음)가 있다. 이는 용광로 상부에 배치되어 용광로 원료를 용광로 내부로 분배하는 역할을 한다. 열풍(또는 고온의 바람)은 노(16) 주위에 원주 방향으로 분포되고 주변/환형 버슬 파이프(18)에 연결된 송풍구를 통해 노(16) 내로 도입된다.

최종 생성물은 용융 선철과 바닥에서 태핑된 슬래그(slag), 그리고 노(16)의 상부에서 나오는 폐가스(상부 가스라고 함)이다.

용광로는 역류 반응기(counter-current reactor)이다. 플럭스와 광석의 하향 흐름은 일산화탄소가 풍부한 고온의 가스의 상향 흐름과 접촉한다. 용광로 작동에 의해 생성된 용광로 상부 가스(용광로 스로트를 통해 배출됨)는 B1로 표시된다. 통상적으로 작동되는 용광로에서 상부 가스는 일반적으로 20~30vol% CO₂, 약 35~50vol% N₂, 약 20~30vol% CO 및 약 5% H₂를 포함하는 빈 가스이다.

용광로(16)에서 나오는 상부 가스 스트림(B1)은 일반적으로 가스 세정 장치(미도시)에서 세정된다.

용광로 설비(12)는 작동 공정에서 용광로(16)의 용광로 상부 가스를 생성할 뿐만 아니라 다른 장비, 예를 들어 코크스 스토브 배터리 또는 산소 용광로(BOF)에서 발생하는 다른 CO 함유 가스도 생성한다.

직접 환원 플랜트(14)는 통상적인 설계를 갖는다. 이는 상단 입구와 하단 출구를 갖춘 수직형 용광로(20)로 구성된다. 덩어리 및/또는 펠렛화된 형태의 철광석 장입물은 노(20)의 상부에 장입되고 중력에 의하여 환원 가스를 통해 하강할 수 있다. 입구에서 출구로 이동하는 동안 장입물은 고체 상태로 유지된다. D5로 표시된 환원 가스는 환원 구역을 기준으로 노(20) 내에서 측면으로 도입되어 광석층을 통해 위쪽으로 유동한다. 산화철의 환원은 950°C 이상의 온도에서 용광로 상부에서 발생한다.

고체 생성물인 직접 환원철(DRI)은 일반적으로 용광로(20)에서 뜨거운 상태로 배출된 후 다음과 같이 될 수 있다. 고온 상태로 하류의 제강 시설(예: 전기 아크로)에 충전되거나; 뜨거운 연탄으로 HBI를 형성하거나; Cold DRI와 같이 별도의 관에서 냉각되거나; 또는 상기 상태들의 조합.

직접 환원 공정과 관련하여, 위에서 설명한 다양한 형태의 DRI를 생산하기 위해 주로 두 가지 공정, 즉 MIDREX®NG와 HyL이 전 세계적으로 널리 퍼져 있다는 점에 주목할 수 있다.

해당 기술 분야에 알려진 바와 같이, MIDREX 공정에서, 환원 가스 스트림 D5는 직접 환원 플랜트(14)의 개질기 장치(22)에서 유래하며, 여기서 노(20)에서 나오는 상부 가스의 일부는 탄화수소 가스(예: 천연 가스)와 결합되어 다음과 같이 CO 및 H₂를 생성한다. 개질기 장치(22)는 주로 다음 반응에 따라 개질 공정을 구현하는 것이 바람직하다.(이들에 한정되지 않음):

CH₄ + CO₂ → 2CO + H₂ (식 1)

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ (식 2)

CO + H₂O → CO₂ + H₂ (식 3)

MIDREX®NG 공정에서, 개질 장치(22)에는 일반적으로 당업자에게 알려진 바와 같이 통합형 열 회수 시스템이 제공된다.

개질 장치는 개질 반응이 일어나는 반응기를 포함한다. 이러한 반응은 흡열 반응 이므로 반응기는 연소 가스(통합된 버너에 의해 생성됨) 및/또는 고온 가스(외부 가스)와 열교환 관계로 가열된다. 통합형 열 회수 시스템은 전형적으로 DR 플랜트로부터의 고온 가스, 특히 개질 장치로부터의 연도 가스와 함께 개질기로 가는 중의 하나 이상의 가스 스트림을 가열하도록 구성된 열 교환 수단을 포함한다.

대신 HyL 프로세스에는 두 가지 가능성이 있다.

1) 탄화수소는 증기 개질기로 개질되어 CO, H₂, CH₄ 함량이 다양한 가스로 변환된 후, 용광로 주입 전에 히터로 가열된다.

2) 개질 없이 공정에 탄화수소를 첨가한다.

따라서, 당업자가 이해하는 바와 같이, 도 1(및 도 2)의 참조 부호 22는 구현되는 기술에 따라 MIDREX 개질장치 또는 HyL 증기 개질장치 및/또는 히터를 지정한다. 즉, 참조 부호 22는 개질기(적절한 어떠한 종류, 특히 MIDREX, HyL) 또는 히터(용광로에 도입하기 전에 개질이 필요하지 않은 경우)일 수 있다.

참조 부호 24는 코크스로 플랜트를 나타내며, 여기서 참조 C1은 코크스로 가스(coke oven gas, COG) 스트림을 나타내고 참조 C2는 그곳에서 생산된 코크스를 나타낸다. COG 스트림 C1은, 예를 들어 적어도 60 또는 70 vol%의 환원종, 주로 H₂(>50v%) 및 CH₄를 포함한 환원 가스이다.

참조 부호 38은 철강 제조 시설을 나타내며, 이는 기본 산소로(BOF), 전기 아크로(EAF) 및/또는 제강 업계에 잘 알려진 기타 유사한 용광로를 포함할 수 있다. 도면에 표시된 대로, 이러한 노 중 하나 또는 장비에서 생성된 가스는 직접 환원 플랜트에서 사용하기 위해 용광로 상부 가스와 결합될 수 있다. 따라서 본 명세서에 사용된 '야금 가스'는 용광로 설비에서 발생하고, 용광로 상부 가스 단독 또는 용광로 상부 가스와 용광로 설비, 특히 설비(38) 및/또는 코크스로 (24)로부터의 CO 함유 가스의 혼합물을 포함하는 가스 흐름을 나타낸다.

참조 부호 26은 최종적으로 용광로 주입을 위한 플랜트를 지정한다. 가장 일반적인 시스템 중 하나는 전용 배관을 통해 용광로의 송풍구 밴드에 연결된 미분탄 또는 입상 석탄 또는 탄소질 물질을 임시 저장하기 위한 이송 호퍼(hopper) 및/또는 분배 호퍼를 포함하는 미분탄 주입(pulverized coal injection, PCI) 시스템이다. 미분탄의 흐름은 T1으로 표시된다. 미분탄을 투입하면 코크스를 대체할 수 있을 뿐만 아니라 생산성이 향상되고 용광로 작동의 신속한 제어가 가능해 용선 생산의 전체 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

코크스로 플랜트(24)와 시스템(26)은 통상적인 설계일 수 있다.

병렬로 운영될 경우 두 공장은 철 생산물, 즉 액상 선철과 고체 철 생산물을 생산한다. DRI는 EAF에서 용융되어 선철과 혼합될 수 있으며 혼합물은 제철소에서 2차 야금 처리된다.

위에서 언급한 바와 같이, 현재 CO₂ 배출 감소에 관한 골대로서 많은 EU 철강업체들은 기존 통합형 제철소 내에 직접 환원 플랜트 설치를 고려하고 있다. 이러한 시설에 대한 전략은 산소 제강에서 전기 제강으로 전환하기 위해 수년 동안 직접 환원 플랜트와 용광로를 모두 운영하는 것이다.

본 발명에서는 용광로에서의 코크스 소비 저감을 달성하기 위해 용광로 설비와 직접 환원 플랜트를 결합한 접근 방식을 제안한다. 본 발명은 "가치 있는" 가스가 야금학적 목적으로 사용되고 빈 가스가 연료로 사용되는 가스의 시너지 상호 교환을 제안한다.

단독으로 운영되는 경우 직접 환원 플랜트는 공정 범위를 달성하기 위해 연료를 연소(열 생성)해야 한다(MIDREX 플랜트는 개질기를 작동해야 하며 Energiron/HyL 공정은 환원 가스 가열이 필요함).

동일한 현장에서 운영할 때 직접 환원 플랜트는 연소 목적으로 풍부한 가스를 사용하는 반면, 용광로 설비는 본 발명자의 발견에 따르면 직접 환원 플랜트의 연소 목적에 적합한 상당한 양의 빈 가스를 생성한다.

표준 운영 하에서 직접 환원 플랜트는 가스 균형이 매우 양호하다는 점에 유의해야 하는데, 일반적으로 이용 가능한 배출용 가스가 없다. 다른 용도로 배출되는 각 Nm³의 가스는 적절한 연료로 교체되어야 한다.

본 발명의 방법에 따라 동일한 위치에서 용광로 설비와 직접 환원 설비를 공동 운영함으로써 상호 가스 교환의 이점을 얻을 수 있으며 용광로에서 코크스 소비 감소를 달성할 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 설명한다.

실시예 1

도 1의 실시예에서, 직접 환원 플랜트(14)의 노(20)에서 나오는 D1으로 표시된 상부 가스의 흐름은 여러 스트림으로 분할된다:

- 개질기/가열기 장치(22)에서 처리한 후, 환원 가스로서 직접환원로(20) 내로 재순환되고, 예를 들어 천연가스 또는 이에 상응하는 것과 같은 탄화수소 가스도 공급되는 제1 스트림 D2.

- 두 번째 스트림 D3는 개질기/가열기로 보내져 D2/D5 스트림을 처리하고 가열하기 위한 연료 가스로 사용된다. 이 스트림 D3는 D2/D5의 개질 반응을 가능하게 하는 열을 제공하기 위해 연소될 수 있으며, 열 교환에 의해 D2/D5를 가열하기 위한 열을 간단히 추출할 수 있다.

- 용광로 설비에서 가치화될 배출 가스 스트림을 형성하는 세 번째 스트림 D4.

직접환원로의 상부 가스는 풍부하고 주로 환원제 가스이며 일반적으로 55~60 vol.%의 CO와 H₂와 같은 환원종을 포함한다. 이는 스트림 D1, D2, D3 및 D4의 경우이다. H₂ 함량은 약 40~50부피% 사이일 수 있다.

두 개의 첫 번째 스트림 D2 및 D3은 기존의 스트림이다. 합성 가스를 생성하기 위해 장치(22)에서 탄화수소 가스(예: 메탄)와 결합된 공정 가스로서 직접환원로 상부 가스를 부분적으로 재활용하는 반면, 상부 가스의 다른 부분은 가열 부분에서 장치(22)를 가열하기 위해 연소에 의해 열을 생성하는데에 사용되는 것이 직접 환원 플랜트에서는 실제로 일반적이다. 실제로, MIDREX 구성에서, 직접 환원 상부 가스는 개질기에서 재활용되어 합성 가스를 형성하지만, 또한 그것이 연소되는 개질기의 히터 측으로도 향하게 된다.

그러나 본 공정에서는 직접환원로 상부 가스의 일부, 즉 스트림 D4가 분기되어 코크스로 가스 C1(또는 기타 탄화수소 가스 공급원)과 혼합되어 합성 가스 S1을 생성한다. 흐름 S1은 환원종이 풍부하지만 직접환원로(20)에서 발생하는 무시할 수 없는 비율의 CO₂(10vol% 이상)를 포함한다. 흐름 S1은 개질 장비를 포함하며 CO₂, H₂O 및 CH₄를 CO 및 H₂로 변환하기 위해 S1에 포함된 탄화수소 가스(예: 천연 가스, 코크스로 가스)와 개질 반응을 수행하는 농축 장비(30)로 공급되어 개질 반응을 겪는다(식 1, 식 2, 식 3과 유사). 개질 장치(30)의 출구에서 배출 흐름(S2)은 환원종, 즉 H₂와 CO가 풍부하고 적합한 화학 조성(강한 환원 강도)을 갖고 용광로(12)에 주입된다. 바람직하게는 건식 개질 장비(30)에 들어가기 전에 스트림 S2와 열교환을 통해 S1을 가열하기 위하여 열교환기(32)가 사용된다. 열 교환기 이후의 스트림 S2는 여전히 용광로에 주입하기에 적합한 온도를 가지고 있다. 열교환기에서 S2는 단순히 열을 방출하고, 화학적 조성은 변경되지 않는다.

이 경우, 건식 개질 공정의 특성으로 인해 연도 가스는 고온(예: 약 700°C)에서 장비(30)를 빠져나가며 이러한 열은 스트림 B4를 가열하는 데 활용될 수 있다(열 교환을 통해 - 따라서 B5 소비 절감).

스트림 S1에는 주로 H₂이고 CH4 및 CO를 포함하는 많은 환원종이 포함되어 있다. H₂, CH₄ 및 CO의 총합은 65, 70 또는 75부피% 이상을 나타낼 수 있다.

스트림 S2는 총 환원종의 비율이 80%를 초과하여 추가적인 환원 강도를 갖는다. 예를 들어, H₂ 함량은 55vol% 이상이고 CO 함량은 25vol% 이상일 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 기존 방식으로 운영되는 직접 환원 플랜트는 균형이 잘 잡혀 있고 배출 가스가 없다.

용광로 설비(12)를 위한 합성 가스 S1/S2를 생성하는 데 사용되는 스트림 D4를 통해 직접환원로 상부 가스에서의 일부를 분기시키는 것은 직접 환원 플랜트(14)에서 D4의 열 함량을 대체해야 한다는 점에 유의해야 한다. 이는 용광로 가스로의 대체, 즉 스트림 B6을 통해 달성된다. 즉, B6은 DR 플랜트에서 연료 가스로 사용되는 야금 가스 흐름이며 즉, DR 공정을 위한 열을 생성하기 위해 연소된다.

스트림 B6은 스트림 D4보다 본질적으로 낮은 발열량을 가질 수 있으므로, 공기/산소 혼합물(산소 공급원(34)으로부터의 스트림 O1)을 사용하거나 추가 연료를 사용하여 B6을 연소해야 할 수도 있다.

추가적으로, 장치(22)에서 사용되기 전에 스트림 B6을 예열해야 할 수도 있다.

용광로(16)의 상부에서 나오는 용광로 상부 가스의 흐름은 여러 흐름으로 분할된다:

- 개질 장비(30)로 보내지고 그 안에서 개질 반응을 가능하게/지속시키기 위해 연료(즉, 버너로 연소됨)로 사용되는 제1 스트림 B2;

- 용광로로 배출되는 스트림 D4를 대체하기 위해 직접 환원 플랜트(14)로 보내지는 제2 스트림 B3. 그러면 B3은 다음과 같이 나뉜다.

o (필요한 경우)스트림 B4를 적절하게 가열하기 위해 예열기(36)에서 연소될 수 있는 스트림 B5;

o 예열기(36)에서 선택적으로 가열된 후 장치(22)의 히터 부분에서 연소되는 스트림 B4/B6,

- 다양한 사용자에게 내보내지는 스트림 B7.

표준 용광로 작업에서는 흐름 B2, B3, B4, B5 및 B6이 존재하지 않는다는 점에 유의해야 한다.

실시예 2

도 2를 참조하면, 합성 가스 스트림(S1)을 처리하는 방식이 실시예 1과 다른 제2 실시예가 도시되어 있다. 개질기 단계(30) 및 열 교환기(32)는 다른 개질 장치(42) 및 히터(40)로 대체된다.

당업자가 이해하는 바와 같이, 장치(40)는 실시예 1의 장치(36)와 유형이 유사한 히터이다.

개질기 장치(42)는 개질기와 통합형 열 회수 시스템을 포함한다는 점에서 MIDREX®개질기와 유사하다.

본 실시예에서 합성 가스 S2는 스트림 D4를 적합한 양의 탄화수소(즉, 천연 가스)와 혼합함으로써만 생성된다.

장치(42) 버너용 연료(즉, 스트림 B3.1)는 실시예 1의 스트림 B3과 동일한 방식으로, 즉 용광로 상부 가스를 사용하여 생성된다.

장치(40)의 일부(B5.1)의 연소를 통한 스트림 B3.1(B6.1로)의 예열이 요구될 수 있다. 이는 실제로 실시예 1의 장치(36)에 대해 설명한 것과 동일한 개념이다.

스트림 B6.1은 본질적으로 낮은 발열량을 가질 수 있으므로 공기/산소 혼합물(산소 공급원(34)으로부터의 스트림 O1)을 사용하거나 추가 연료를 사용하여 B6.1을 연소해야 할 수도 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 스트림 B3, B3.1, B4, B4.1, B5, B5.1, B6 및 B6.1은 야금 가스로 지칭될 수 있고, 실시예에 따라 초기 100% 용광로 상부 가스 스트림 B3 또는 용광로 상부 가스 스트림 과 제강 시설(38) 및/또는 코크스로(24)부터의 CO 함유 가스의 혼합물과 같은 부가적인 가스를 기반으로 할 수 있다.

용광로 설비의 개질 단계(개질기(42) 및 히터(40)를 사용하는)와 직접 환원 플랜트의 히터(36)를 갖는 개질기(22)는 기능적으로 동일하다는 점에 유의할 수 있다. 따라서 일부 실시예(도시되지 않음)에서는 말하자면 두 장비를 병합할 수 있다. 즉, DR로와 용광로로 보내질 DR 상부 가스를 처리할 수 있는 대형 개질기와 가열기 시스템을 설계할 수 있다.

계산 예

다음 데이터는 실시예 1 구성을 사용하여 분석된 특정 사례 연구를 참조한다.

예시를 위해, 다양한 스트림의 예시적인 조성이 표 1에 제공되어 있다.

	용광로 상부 가스 (Bx)	상부 가스 연료 (Dx)	코르크로 가스 (C1)	합성 가스 S1	개질된 합성 가스 S2
CO [% wet basis]	22.2	24	6	17.7	28.7
CO2 [% wet basis]	21.2	20	2.8	13.9	5.4
CH4 [% wet basis]	-	4	22	10.3	2.2
H2 [% wet basis]	8.5	47	55	49.5	56.2
H2O [% wet basis]	9.5	3	3	3	2.6
N2 [% wet basis]	38.6	2	8.2	4.2	3.3
					1.2 기타 H-C

예 1

시뮬레이션이 수행되었으며 용광로에서 약 8MTPY(Metric Ton Per Year), 및 직접 환원 플랜트에서 약 3.7MTPY를 생산하는 예에 대한 대략적인 숫자가 아래에 나와 있다

B1 = 1500 Nm³/t HM (용선 1톤당 Nm³)

B2 = 350Nm³/t HM

B3 = 560Nm³/t HM

B7 = 640Nm³/t HM

D4 = 142 Nm³/t HM (300 Nm³/t의 DRI 또는 HBI)

C1 = 75Nm³/t HM

O1 = 35 Nm³/t HM(75Nm³/t의 DRI 또는 HBI)

S2 = 250 Nm³/t HM, 950°C 용광로 주입 시

C2 = 228kg/t HM

T1 = 198kg/t HM

용광로와 직접환원로를 가스 교환 없이 독립적으로 운전하는 경우와 동일한 처리량(8 MTPY 용광로 및 3.7 DR 플랜트)에 대해 다음과 같은 변화를 관찰할 수 있다.

T1 - NOT CHANGED

C2 - 실시예 1에서의 소비량 47 kg/tHM (0.37 MTPY) 감소

C1 - 소비량 75 Nm³/tHM 증가

B7 - 배출량 730 Nm³/tHM 감소

O1 - 소비량 35 Nm³/tHM 증가

볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법은 코크스 소비의 약 16% 감소를 허용한다.

농축된 상부 가스 사용.

본 방법에서, 용광로 가스 스트림 B3은 예를 들어 변환기 가스, 코크스로 가스 및/또는 기타 CO 함유 산업용가스와 같은 다른 가스와 혼합될 수 있다.

즉, 용광로 상부 가스(즉, 스로트 가스)는 제철 설비에서 발생하는 다른 가스와 혼합될 수 있다. 혼합된 용광로 가스를 사용하려면, 예를 들어 산소 주입과 같은 다른 공정 매개변수를 조정해야 할 수도 있다. 그러나 표 2에 설명된 바와 같이 용광로 상부 가스와 다른 가스를 다양한 비율로 혼합하면 개질기의 적절한 열 균형을 유지하면서 이러한 대체 가스 자원의 가치를 높일 수 있다.

표 2에서 BFG는 용광로 상부 가스(blast furnace top gas) (스로트 가스), COG는 코크스로 가스(coke oven gas), BOF는 기본 산소로 가스(basic oxygen furnace gas), TGF는 직접 환원 상부 가스 연료를 의미한다. 표 2의 모든 조성에 대해 동일한 화염 온도, 즉 개질된 열 균형이 달성된다.

볼 수 있듯이, 용광로 상부 가스가 다른 가스와 혼합되는 경우 BFG 부분은 20%까지 낮아질 수 있으며 여전히 원하는 열 균형을 달성하는 것이 가능하다.

예 2

예 2는 도 2를 참조하여 설명된 실시예 2에 관한 것이다.

아래 표 3에서는 본 발명에 따른 실시예 2의 독창적인 접근 방식을 반대 사례와 비교한다. 반대 사례는 용광로 설비와 직접 환원 플랜트를 병행, 독립적으로 운영하는 기존의 예를 나타낸다.

	반대 사례	본 발명
석탄 + 미분탄 (kg/t HM)	437	384
전력 수입 (kWh/t HM)	241	728
천연 가스 (GJ/t HM)	5.96	5.30
CO2 배출 (kg/t HM)	1667	1493

볼 수 있는 바와 같이, 용광로 설비와 직접 환원 플랜트 사이의 상조적인 가스 교환을 갖는 본 발명의 방법은 용선 1톤당 더 적은 석탄을 필요로 하며(전기 수입으로 보상됨) CO2 배출을 약 11% 감소시킨다.

Claims (25)

1. 철 함유 생성물을 생산하는 방법으로서,
   용광로 설비(12)를 가동하여 용광로 장입물로부터 액상 선철을 생산함으로써 용광로 상부 가스(B1)를 포함하는 야금 가스를 생성하는, 단계;
   직접환원로(20)의 상부에 장입된 철광석으로부터 직접 환원 철 생산물을 생산하기 위한 직접 환원 플랜트(14)를 가동하는 단계로서, 상기 직접환원로에 환원 가스 스트림(D5)이 도입되며, 상기 직접 환원 플랜트는 상기 환원 가스 스트림(D5)이 배출되어 상기 직접환원로에 의해 상부 가스(D1)가 생성되는, 개질기 또는 가열 장치(22)를 포함하는, 단계,
   를 포함하고,
   직접 환원 플랜트 상부 가스의 제1 스트림(D4)은 기체 환원종을 농축하도록 구성된 농축 단계(30; 42, 40)에서 처리되고, 상기 용광로 설비 내에서 환원 가스로서 사용되도록 상기 용광로 설비로 전달되고; 및
   상기 야금 가스의 제1 스트림(B3/B6)은 상기 직접 환원 플랜트 내에서 연료 가스로서 사용되도록 상기 직접 환원 플랜트의 상기 개질기 또는 가열 장치로 전달되는, 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 야금 가스의 제2 스트림(B2)이 상기 농축 단계에서 연료 가스로서 사용되는, 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   야금 가스의 상기 제1 스트림(B3)은 상기 개질기 또는 가열 장치(22) 상류의 예열기(36)에서 가열되는, 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 야금 가스의 제3 스트림(B5)이 상기 예열기에서 연소되는, 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 직접환원로에 주입된 상기 환원 가스 스트림(D5)을 형성하기 위하여 상기 직접환원로의 제2 상부 가스 스트림(D2)이 탄화수소 가스와 함께 상기 개질기 또는 가열 장치(22)에 공급되는, 방법.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 직접환원로의 제3 상부 가스 스트림(D3)이 상기 개질기 또는 가열 장치의 연료 가스로서 사용되는, 방법.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   직접환원로 상부 가스의 상기 제1 스트림(D4)은 상기 농축 단계의 상류에서 탄화수소 가스와 결합되어 합성 가스 스트림(S1)을 형성하고,
   이는 상기 농축 단계로 공급되고,
   이의 출구 합성 가스 스트림(S2)은 상기 용광로로 장입되고,
   농축단계는 바람직하게는 개질 수단을 포함하는, 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 직접 환원 상부 가스 스트림(D4)과 결합된 상기 탄화수소 스트림이 코크스로 가스를 포함하는, 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 합성 가스 스트림(S1)이 45 내지 55 부피%의 H₂, 15 내지 25 부피%의 CO 및 7 내지 15 부피%의 CH₄를 포함하고; 및
   상기 출구 스트림(S2)은 55 부피% 초과의 H₂ 및 25 부피% 초과의 CO를 포함하는, 방법.
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합성 가스 스트림(S1)의 상기 예열은 상기 농축 단계 하류의 출구 합성 가스 스트림과의 열 교환에 의해 달성되는, 방법.
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 농축 단계는 통합형 열 회수 시스템을 갖춘 개질기를 포함하고, 가능하다면 직접 환원 플랜트 상부 가스의 스트림과 함께, 상기 야금 가스의 제4 스트림이, 선택적으로 추가적인 수소 스트림과 함께, 열 회수 시스템에 공급되는, 방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    히터는 상기 개질기 단계에 히터가 연관되고; 및
    야금 가스의 상기 제4 스트림은 상기 히터에서 예열되고, 그 일부는 선택적으로 상기 히터에서 연소되는, 방법.
13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    산소 풍부 스트림이 연소를 위해 상기 개질기 또는 가열 장치에 공급되는, 방법.
14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질 장치(22)는 용광로 가스가 공급되는 통합형 열 회수 시스템을 포함하는, 방법.
15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 야금 가스는 용광로 상부 가스로 구성되고; 또는 용광로 설비에서 나오는 다른 CO 함유 가스, 특히 코크스로 가스 또는 기본 산소로 가스와 혼합된 용광로 상부 가스로 구성되는, 방법.
16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 농축 단계의 연도 가스(flues)는 가열 목적을 위해 예열기(36)로 전달되는 방법.
17. 선철을 생산하기 위한 용광로(16)설비이되,
    상기 용광로 설비는 용광로 상부 가스(B1)를 포함하는 야금 가스를 생성하는 용광로(16) 설비;
    철광석으로부터 직접 환원 철 생산물을 생산하기 위하여 구성되는 직접환원로(20)와, 상기 직접환원로에 유입되는 환원 가스를 생성하기 위한 개질기 또는 가열장치(22)를 포함하는 직접 환원 플랜트(14)이되, 상기 직접환원로는 상부 가스(D1)를 생성하는 직접 환원 플랜트(14);
    상기 개질기 또는 가열 장치의 연료 가스로서 사용하기 위해 상기 야금 가스의 제1 스트림(B3)을 상기 직접 환원 플랜트로 운반하기 위한 제1 배관;
    상기 직접환원로로부터 환원종을 농축하기 위해 구성된 농축 단계로 상부 가스의 제1 스트림(D4)을 운반하기 위한 제2 배관, 및
    생성된 공정 가스로 사용될 농축 스트림(S2)을 상기 농축 단계에서 용광로 설비까지 운반하기 위한 제3 배관;
    을 포함하는, 야금 플랜트.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 농축 스트림(S2)을 송풍구를 통해 또는 직접적으로 스택 영역으로 상기 용광로에 주입하기 위한 수단을 포함하는, 야금 플랜트.
19. 청구항 17 또는 청구항 18에 있어서,
    상기 직접환원로로부터의 상부 가스의 상기 제1 스트림(D4)는 상기 농축 단계 상류의 탄화수소 가스와 혼합되어 합성 가스 스트림(S1)을 형성하는, 야금 플랜트.
20. 청구항 19에 있어서,
    상기 합성 가스 스트림은 상기 농축 단계에서 나오는 농축 스트림(S2)에 의해 가열되도록 열 교환기를 통과하는 것인, 야금 플랜트.
21. 청구항 17 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 야금 가스의 상기 제1 스트림(B3)은 상기 개질기 또는 가열 장치에서 연소되기 전에 예열기(36)에서 가열되는, 야금 플랜트.
22. 청구항 17 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 야금 가스의 제2 스트림(B2)은 상기 농축 단계에서 연료 가스로서 사용되는, 야금 플랜트.
23. 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 야금 가스의 제3 스트림(B5)이 상기 예열기(36)에서 연소되는, 야금 플랜트.
24. 청구항 17 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직접 환원 플랜트는 상부 가스의 제2 스트림이 노에서 재활용되기 전에 상기 개질기 또는 가열 장치에서 처리되고, 상부 가스의 제3 스트림이 개질기 또는 히터 장치에서 연소되도록 구성되는, 야금 플랜트.
25. 청구항 17 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 농축 단계는, 특히 탄화수소와의 개질 반응으로써, 환원종으로 제1 스트림(D4)을 농축하도록, 즉 H₂ 및 CO 함량을 증가시키도록 구성된 개질기 수단을 포함하는, 야금 플랜트.