KR20240098529A - Apparatus for manufacturing compacted iron, apparatus for manufacturing molten iron, method for manufacturing compacted iron and, method for manufacturing molten iron - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 괴성체를 제조할 수 있는 괴성체 제조부를 포함하는 괴성체 제조 장치로서, 괴성체 제조부는, 바이오매스 원료를 가열하여 반탄화시킬 수 있는 공간을 구비하는 반탄화기 및 반탄화기에서 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철을 혼합하고, 괴성체로 성형시킬 수 있는 성형기를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면 탄소(C)의 함량이 향상된 괴성체를 제조할 수 있고, 이에 따라 괴성체의 반응성을 향상시킬 수 있다. 또한, 용철의 제조를 위한 철원으로 실시예에 따른 괴성체를 사용할 수 있다. 따라서, 철원의 용융을 위한 코크스의 투입량을 감소시킬 수 있다. 또한, 바이오매스 원료가 포함된 괴성체를 철원으로 사용함에 따라, 이산화탄소(CO2)로 인해 대기의 오염이 악화되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.An embodiment of the present invention is a compacted material manufacturing apparatus including a compacted material production unit capable of producing compacted material, wherein the compacted material production section includes a torrefaction machine and a semiconductor having a space for heating and torrefaction biomass raw materials. It may include a molding machine that can mix the biomass raw material torrefied in the carbonizer and reduced iron and mold it into a compacted material.
Therefore, according to the embodiments of the present invention, a compacted material with an improved carbon (C) content can be manufactured, and thus the reactivity of the compacted material can be improved. Additionally, the compacted material according to the embodiment may be used as an iron source for producing molten iron. Therefore, the amount of coke input for melting the iron source can be reduced. In addition, by using compacted materials containing biomass raw materials as an iron source, worsening of atmospheric pollution due to carbon dioxide (CO 2 ) can be suppressed or prevented.
Description
본 발명은 괴성체 제조 장치, 용철 제조 설비, 괴성체의 제조 방법 및 용철의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환경 오염 물질의 발생을 억제할 수 있는 괴성체를 제조할 수 있는 괴성체 제조 장치, 용철 제조 설비, 괴성체의 제조 방법 및 용철의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a compacted material manufacturing apparatus, a molten iron manufacturing facility, a method for producing compacted material, and a method for producing molten iron, and more specifically, to the production of a compacted material capable of producing a compacted material capable of suppressing the generation of environmental pollutants. It relates to devices, molten iron production facilities, methods for producing compacted materials, and methods for producing molten iron.
고로에서는 철광석을 환원 및 용융시켜 용철을 제조한다. 즉, 고로의 상부로 철원인 철광석과, 열원 및 환원제로서 사용되는 코크스를 투입하고, 고로의 하부로 고온의 가스를 공급한다. 이에 고로로 투입된 코크스가 고온의 가스에 의해 연소되고, 이때 발생된 열과 일산화탄소(CO)에 의해 철광석이 환원 및 용융되어 용철이 제조된다.In a blast furnace, iron ore is reduced and melted to produce molten iron. That is, iron ore, which is an iron source, and coke, which is used as a heat source and reducing agent, are introduced into the upper part of the blast furnace, and high-temperature gas is supplied to the lower part of the blast furnace. Accordingly, the coke introduced into the blast furnace is burned by high-temperature gas, and the iron ore is reduced and melted by the heat and carbon monoxide (CO) generated at this time, producing molten iron.
한편, 철광석이 일산화탄소(CO)에 의해 환원될 때, 이산화탄소(CO2)가 다량 발생되며, 이로 인해 대기가 오염되는 문제가 있다. 따라서, 이산화탄소(CO2)의 발생을 저감시키기 위해 철광석을 부생가스 등을 활용하여 사전에 환원시킨 환원철을 철광석의 대체재로 투입하고 있다. 즉, 분 철광석을 환원시켜 환원철을 제조한 후, 환원철을 괴상화한 괴성체를 철광석의 대체재 즉, 대체 철원으로 투입하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 환원철은 철광석을 이미 환원시켜 제조한 것이기 때문에, 고로로 투입되었을 때 그 반응성이 낮은 문제가 있다. 그리고 반응성이 낮은 경우 괴성체를 반응 및 용융시키기 위해서는 더 많은 열 에너지가 필요하다. 따라서, 반응성이 낮은 환원철 괴성체를 철광석의 대체재로 투입하는 경우 열원 및 환원제로 사용되는 코크스의 투입량을 증가시킨다. 그러나 코크스의 연소 시에 이산화탄소(CO2)가 발생되기 때문에, 증가된 코크스의 투입량만큼 이산화탄소(CO2)의 발생량이 증가하는 문제가 있다.Meanwhile, when iron ore is reduced by carbon monoxide (CO), a large amount of carbon dioxide (CO 2 ) is generated, which causes air pollution. Therefore, in order to reduce the generation of carbon dioxide (CO 2 ), reduced iron, which has been reduced in advance by using by-product gas, etc., is used as a substitute for iron ore. In other words, a method is being used to produce reduced iron by reducing powdered iron ore, and then inputting the reduced iron into agglomerated material as a substitute for iron ore, that is, as an alternative iron source. However, since reduced iron is manufactured by already reducing iron ore, it has a problem of low reactivity when introduced into a blast furnace. And when reactivity is low, more heat energy is required to react and melt the compacted material. Therefore, when reduced iron compacted material with low reactivity is input as a substitute for iron ore, the input amount of coke used as a heat source and reducing agent is increased. However, since carbon dioxide (CO 2 ) is generated during combustion of coke, there is a problem in that the amount of carbon dioxide (CO 2 ) generated increases as the amount of coke input increases.
따라서, 환경 오염을 악화시키지 않으면서도 반응성이 높은 코크스의 대체재 개발이 요구된다.Therefore, there is a need to develop a highly reactive substitute for coke without worsening environmental pollution.
본 발명은 환경 오염 물질의 발생이 억제되는 괴성체를 제조할 수 있는 괴성체 제조 장치, 용철 제조 설비, 괴성체의 제조 방법 및 용철의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a compacted body manufacturing apparatus, a molten iron manufacturing facility, a compacted body manufacturing method, and a molten iron manufacturing method capable of producing a compacted body in which the generation of environmental pollutants is suppressed.
본 발명은 반응성이 향상된 괴성체를 제조할 수 있는 괴성체 제조 장치, 용철 제조 설비, 괴성체의 제조 방법 및 용철의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a compacted material manufacturing apparatus capable of producing a compacted material with improved reactivity, a molten iron manufacturing facility, a method for producing a compacted material, and a method for producing molten iron.
본 발명의 실시예는 괴성체를 제조할 수 있는 괴성체 제조부를 포함하는 괴성체 제조 장치로서, 상기 괴성체 제조부는, 바이오매스 원료를 가열하여 반탄화시킬 수 있는 공간을 구비하는 반탄화기; 및 상기 반탄화기에서 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철을 혼합하고, 괴성체로 성형시킬 수 있는 성형기;를 포함할 수 있다.An embodiment of the present invention is a compacted material manufacturing apparatus including a compacted material manufacturing unit capable of producing a compacted material, wherein the compacted material manufacturing unit includes a torrefaction device provided with a space for heating and torrefaction biomass raw materials; and a molding machine capable of mixing the biomass raw material torrefied in the torrefaction machine and the reduced iron and forming it into a compacted material.
상기 괴성체인 제1괴성체를 상기 괴성체 제조부로부터 공급 받을 수 있고, 상기 제1괴성체와 반응가스를 반응시켜 상기 제1괴성체를 탄화철(Fe3C)이 함유된 제2괴성체로 변환시킬 수 있게 설치된 반응부를 포함할 수 있다.The first compacted material can be supplied from the compacted material manufacturing unit, and the first compacted material is reacted with a reaction gas to convert the first compacted material into a second compacted material containing iron carbide (Fe 3 C). It may include a reaction unit installed to enable the reaction.
상기 괴성체 제조부는, 상기 환원철을 저장하는 환원철 저장기; 및 상기 반탄화기로부터 반탄화된 바이오매스 원료를 공급 받아 저장하는 바이오매스 저장기;를 포함하고, 상기 성형기는 상기 환원철 저장기 및 바이오매스 저장기로부터 환원철 및 바이오매스 원료를 공급 받을 수 있게 설치될 수 있다.The compacted material manufacturing unit includes a reduced iron storage unit that stores the reduced iron; and a biomass storage device that receives and stores torrefied biomass raw materials from the torrefaction device, wherein the molding machine is installed to receive reduced iron and biomass raw materials from the reduced iron storage device and the biomass storage device. It can be.
상기 괴성체 제조부는, 코크스 제조 장치에서 발생되는 함탄 부산물, 코크스 소화 장치에서 발생되는 함탄 부산물 및 용철을 제조하는 용융 장치에서 발생되는 함탄 부산물 중 적어도 하나를 저장할 수 있는 함탄 부산물 저장기를 포함하고, 상기 성형기는 상기 함탄 부산물 저장기로부터 함탄 부산물을 공급받을 수 있게 설치될 수 있다.The compacted material manufacturing unit includes a carbon-containing by-product storage device capable of storing at least one of a carbon-containing by-product generated in a coke manufacturing device, a carbon-containing by-product generated in a coke extinguishing device, and a carbon-containing by-product generated in a melting device for producing molten iron, The molding machine may be installed to receive carbon-containing by-products from the carbon-containing by-product storage unit.
본 발명의 실시예에 따른 용철 제조 설비는 철광석을 포함하는 원료를 환원시켜 환원철을 제조할 수 있는 환원철 제조 장치; 상기 환원철 제조 장치로부터 환원철을 공급 받을 수 있고, 상기 환원철과 바이오매스(biomass) 원료를 혼합하여 괴성체를 제조할 수 있게 설치된 괴성체 제조 장치; 및 상기 괴성체 제조 장치로부터 괴성체를 공급 받을 수 있고, 상기 괴성체를 용융시켜 용철을 제조할 수 있게 설치된 용융 장치;를 포함할 수 있다.A molten iron production facility according to an embodiment of the present invention includes a reduced iron production device capable of producing reduced iron by reducing raw materials containing iron ore; A compacted material manufacturing device installed to receive reduced iron from the reduced iron manufacturing device and to produce a compacted material by mixing the reduced iron with a biomass raw material; and a melting device installed to receive a compacted material from the compacted material manufacturing device and to melt the compacted material to produce molten iron.
상기 괴성체 제조 장치는, 상기 바이오매스 원료를 반탄화시킬 수 있는 반탄화기 및 상기 반탄화기에서 제조된 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철을 혼합하고, 혼합물을 이용하여 괴성체를 제조하는 성형기를 구비하는 괴성체 제조부; 및 상기 괴성체 제조부로부터 괴성체를 공급 받을 수 있고, 탄화철(Fe3C)의 함량이 증가되게 상기 괴성체를 반응가스와 반응시킬 수 있게 설치된 반응부;를 포함할 수 있다.The compacted body manufacturing apparatus includes a torrefaction machine capable of torrefaction of the biomass raw material, and a molding machine that mixes the torrefied biomass raw material produced in the torrefaction machine and reduced iron and produces a compacted body using the mixture. A compacted material manufacturing unit comprising: and a reaction unit installed to receive the compacted substance from the compacted substance manufacturing unit and to react the compacted substance with the reaction gas to increase the content of iron carbide (Fe 3 C).
상기 반탄화기에서 바이오매스 원료를 반탄화시킬 때 발생되는 부생가스를 회수하여 상기 반응부로 공급할 수 있게 설치된 반응가스 공급 장치를 포함할 수 있다.It may include a reaction gas supply device installed to recover by-product gas generated when torrefaction of biomass raw materials in the torrefaction unit and supply it to the reaction unit.
상기 반응가스 공급 장치는, 상기 반탄화기로부터 발생되는 부생가스를 회수할 수 있게 설치된 가스 회수부; 상기 가스 회수부를 통과하는 부생가스를 가열할 수 있도록 상기 가스 회수부에 설치되는 가열부; 상기 가열부에서 가열된 부생가스를 상기 반응부로 공급할 수 있게 설치된 가스 공급부;를 포함할 수 있다.The reaction gas supply device includes a gas recovery unit installed to recover by-product gas generated from the torrefaction reactor; a heating unit installed in the gas recovery unit to heat the by-product gas passing through the gas recovery unit; It may include a gas supply unit installed to supply the by-product gas heated in the heating unit to the reaction unit.
본 발명의 실시예에 따른 괴성체의 제조 방법은, The method for producing a compacted material according to an embodiment of the present invention is,
환원철을 제조하는 과정; 바이오매스 원료를 준비하는 과정; 상기 바이오매스 원료를 가열하여 고정 탄소의 함량을 증가시키는 과정; 상기 환원철과 가열된 바이오매스 원료를 혼합하여 혼합물을 마련하는 과정; 및 상기 혼합물을 성형하여 괴성체를 제조하는 과정; 을 포함할 수 있다.Process of producing reduced iron; Process of preparing biomass raw materials; A process of increasing the content of fixed carbon by heating the biomass raw material; A process of preparing a mixture by mixing the reduced iron and heated biomass raw materials; And a process of producing a compacted body by molding the mixture; may include.
상기 바이오매스 원료는, 목질계 바이오매스 원료 및 초본계 바이오매스 원료 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 목질계 바이오매스 원료는, 목재를 포함하는 칩(chip), 숯, 브리켓(briquette) 및 펠렛(pellet) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 초본계 바이오매스 원료는, 볏짚 및 왕겨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The biomass raw material includes at least one of a lignocellulosic biomass raw material and a herbaceous biomass raw material, and the lignocellulosic biomass raw material includes chips, charcoal, briquettes, and pellets containing wood ( pellet), and the herbaceous biomass raw material may include at least one of rice straw and rice husk.
상기 혼합물을 마련하는데 있어서, 상기 괴성체 전체에 대해, 고정 탄소의 함량이 2 중량% 내지 5 중량%가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다.In preparing the mixture, it is preferable to mix so that the content of fixed carbon is 2% by weight to 5% by weight with respect to the entire compacted material.
상기 바이오매스 원료를 가열하여 고정 탄소의 함량을 증가시키는 과정은, 상기 바이오매스 원료를 반탄화시키는 과정을 포함하고, 상기 혼합물을 마련하는데 있어서, 상기 혼합물 전체 중, 반탄화된 상기 바이오매스 원료가 0 중량% 초과 10 중량% 이하가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다.The process of increasing the content of fixed carbon by heating the biomass raw material includes a process of torrefaction of the biomass raw material, and in preparing the mixture, the torrefied biomass raw material of the entire mixture is It is preferable to mix so that it exceeds 0% by weight and does not exceed 10% by weight.
상기 바이오매스 원료를 가열하여 고정 탄소의 함량을 증가시키는 과정은, 상기 바이오매스 원료를 반탄화시키는 과정을 포함하고, 상기 혼합물을 마련하는 과정은, 제철 공정 중에 발생된 함탄 부산물을 더 혼합하는 과정을 포함하며, 상기 혼합물을 마련하는데 있어서, 상기 혼합물 전체 중, 반탄화된 상기 바이오매스 원료의 함량과 상기 함탄 부산물의 함량을 합한 함량이 0 중량% 초과 10 중량% 이하가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다.The process of increasing the content of fixed carbon by heating the biomass raw material includes the process of torrefaction of the biomass raw material, and the process of preparing the mixture includes the process of further mixing carbon-containing by-products generated during the steelmaking process. In preparing the mixture, it is preferable to mix the total mixture so that the combined content of the torrefied biomass raw material and the content of the carbon-containing by-product is more than 0% by weight and 10% by weight or less. .
상기 혼합물을 마련하는데 있어서, 상기 혼합물 전체 중, 상기 함탄 부산물의 함량에 비해 반탄화된 상기 바이오매스 원료의 함량이 크도록 혼합하는 것이 바람직하다.In preparing the mixture, it is preferable to mix so that the content of the torrefied biomass raw material is greater than the content of the carbon-containing by-product in the entire mixture.
성형하여 제조한 상기 괴성체인 제1괴성체를 반응가스와 반응시켜, 상기 제1괴성체에 포함된 금속 철 및 산화철에 포함된 철(Fe)을 탄화철(Fe3C)로 변환시켜, 탄화철(Fe3C)을 함유하는 제2괴성체를 제조하는 과정을 포함할 수 있다.The first compacted body manufactured by molding is reacted with a reaction gas to convert the iron (Fe) contained in the metallic iron and iron oxide contained in the first compacted body into iron carbide (Fe 3 C), thereby producing iron carbide ( It may include a process of producing a second compacted material containing Fe 3 C).
본 발명의 실시예에 따른 용철의 제조 방법은, 환원철과 반탄화된 바이오매스 원료를 포함하는 혼합물을 이용하여 괴성체를 제조하는 과정; 및 용융 장치로 상기 괴성체를 투입시키고, 상기 괴성체를 용융시키는 과정;을 포함할 수 있다. A method for producing molten iron according to an embodiment of the present invention includes a process of producing compacted iron using a mixture containing reduced iron and torrefied biomass raw material; And it may include a process of injecting the compacted material into a melting device and melting the compacted material.
상기 괴성체를 제조하는 과정은, 상기 괴성체를 탄화수소를 포함하는 반응가스와 반응시켜, 탄화철(Fe3C)이 함유된 괴성체를 제조하는 과정을 포함하고, 상기 괴성체를 용융 장치로 투입하는데 있어서, 탄화철(Fe3C)이 함유된 상기 괴성체를 상기 용융 장치로 투입할 수 있다.The process of producing the compacted material includes reacting the compacted material with a reaction gas containing hydrocarbon to produce a compacted material containing iron carbide (Fe 3 C), and introducing the compacted material into a melting device. In doing so, the compacted material containing iron carbide (Fe 3 C) may be introduced into the melting device.
상기 반응가스는, 바이오매스 원료를 반탄화시킬 때 발생되는 부생가스를 포함할 수 있다.The reaction gas may include by-product gas generated when torrefaction of biomass raw materials.
상기 용융 장치로 철광석을 투입하는 과정을 포함하고, 상기 괴성체를 용융시키는데 있어서, 상기 철광석을 함께 용융시킬 수 있다.It includes the process of introducing iron ore into the melting device, and in melting the compacted material, the iron ore may be melted together.
본 발명의 실시예들에 의하면 환원철에 바이오매스를 첨가하여 괴성체를 제조함으로써, 탄소(C)의 함량이 향상된 괴성체를 제조할 수 있고, 이에 따라 괴성체의 반응성을 향상시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, by adding biomass to reduced iron to produce a compacted body, a compacted body with an improved carbon (C) content can be manufactured, and thus the reactivity of the compacted body can be improved.
또한, 철원의 대체재로서 반응성이 향상된 괴성체를 사용함에 따라, 용철의 제조시에 열원으로 사용되는 코크스의 투입량을 증가시킬 필요가 없다. 따라서, 용철 제조시에 코크스의 투입량 증가로 인해 이산화탄소(CO2) 발생량이 증가되는 것을 방지할 수 있다.In addition, as a compacted material with improved reactivity is used as a substitute for the iron source, there is no need to increase the amount of coke used as a heat source when producing molten iron. Therefore, it is possible to prevent the amount of carbon dioxide (CO 2 ) generated due to an increase in the amount of coke input during the production of molten iron.
또한, 바이오매스는 알려진 바와 같이 환경 오염 물질을 발생시키는 재료가 아니다. 즉, 바이오매스로부터 방출되는 이산화탄소(CO2)는 원재료인 식물이 광합성할 때 흡수하였던 이산화탄소(CO2)를 방출하는 것이다. 이에 바이오매스로부터 방출되는 이산화탄소(CO2)는 환경 오염 물질로 간주되지 않는다. 따라서, 바이오매스 원료가 포함된 괴성체를 코크스의 대체제로 사용함에 따라, 이산화탄소(CO2)로 인해 대기의 오염이 악화되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.Additionally, biomass is not a material that generates environmental pollutants, as is known. In other words, carbon dioxide (CO 2 ) released from biomass is the carbon dioxide (CO 2 ) absorbed by plants, which are raw materials, during photosynthesis. Accordingly, carbon dioxide (CO 2 ) emitted from biomass is not considered an environmental pollutant. Therefore, by using compacted material containing biomass raw materials as a substitute for coke, worsening of atmospheric pollution due to carbon dioxide (CO 2 ) can be suppressed or prevented.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 괴성체 제조 장치를 포함하는 용철 제조 설비를 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에서 간략하게 도시한 환원철 제조 장치, 괴성체 공급 장치, 반응가스 공급 장치들에 대해 각 구성들이 나타나도록 도시한 블록도이다.
도 3은 비교예 및 실시예에 따른 괴성체에 대한 환원율에 대한 실험 결과이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 용철 제조 설비를 이용하여 용철을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a block diagram conceptually showing a molten iron manufacturing facility including a compacted material manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing each configuration of the reduced iron production device, compacted material supply device, and reaction gas supply device briefly shown in FIG. 1.
Figure 3 shows the results of an experiment on the reduction rate of compacted materials according to comparative examples and examples.
Figure 4 is a flowchart showing a method of manufacturing molten iron using a molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more 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. These embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. This is provided to inform you. The drawings may be exaggerated to explain embodiments of the present invention, and like symbols in the drawings refer to like elements.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 괴성체 제조 장치를 포함하는 용철 제조 설비를 개념적으로 도시한 블록도이다. 도 2는 도 1에서 간략하게 도시한 환원철 제조 장치, 괴성체 공급 장치, 반응가스 공급 장치들에 대해 각 구성들이 나타나도록 도시한 블록도이다.1 is a block diagram conceptually showing a molten iron manufacturing facility including a compacted material manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing each configuration of the reduced iron production device, compacted material supply device, and reaction gas supply device briefly shown in FIG. 1.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용철 제조 설비는 철광석을 포함하는 원료를 환원시켜 환원철을 제조하는 환원철 제조 장치(1000), 바이오매스(Biomass)를 포함하는 원료와 환원철을 이용하여 탄화철(Fe3C)이 포함된 괴성체(이하, 탄화철(Fe3C) 함유 괴성체)를 제조하는 괴성체 제조 장치(2000), 철원 및 탄화철(Fe3C) 함유 괴성체를 용융시켜 용철을 제조하는 용융 장치(3000)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the molten iron production facility according to an embodiment of the present invention is a reduced
또한, 용철 제조 설비는 괴성체 제조 장치(2000)에서 제조된 탄화철(Fe3C) 함유 괴성체를 용융 장치(3000)로 공급하는 괴성체 공급 장치(4000) 및 탄화철(Fe3C) 함유 괴성체를 제조하기 위한 반응가스를 괴성체 제조 장치(2000)로 공급하는 반응가스 공급 장치(6000)를 포함한다.In addition, the molten iron manufacturing facility includes a compacted
환원철 제조 장치(1000)로 공급되는 원료는 철광석을 포함하는 원료일 수 있다. 그리고 철광석을 포함하는 원료는 미립자 또는 분말 상태의 원료일 수 있다. 다른 말로 설명하면 철광석을 포함하는 원료는 분말 상태의 광석 즉, 분광일 수 있다.The raw material supplied to the reduced
환원철 제조 장치(1000)는 일산화탄소(CO)를 포함하는 환원가스를 이용하여 철광석을 포함하는 원료를 환원시켜 환원철을 제조한다. 이러한 환원철 제조 장치(1000)는 도 2에 도시된 바와 같이, 철광석을 포함하는 원료를 환원시켜 환원철을 제조하는 환원부(1100), 환원부(1100)로 공급하기 위한 환원가스를 가열하는 가열부(1200), 환원부(1100)에서 배출된 배가스를 열교환시키는 열교환부(1300), 열교환부(1300)로부터 배출된 배가스로부터 미립의 입자 즉 더스트를 제진하는 제진부(1400)를 포함할 수 있다.The reduced
또한, 환원철 제조 장치(1000)는 가열부(1200)에서 가열된 환원가스를 환원부로 공급하는 환원가스 공급부(1210), 가열부(1200)로 산소(O2)를 포함하는 가스를 공급하는 산소 공급부(1220), 환원부(1100)에서 배출된 배가스를 열교환부로 이송시키는 배기부(1110), 열교환부(1300)에서 배출된 배가스를 제진부로 이송시키는 배가스 이송부(1310), 제진부(1400)에서 더스트가 제거된 배가스의 일부를 외부로 배출하는 배출부(1410), 제진부(1400)에서 더스트가 제거된 배가스의 다른 일부를 열교환부(1300)로 다시 공급하는 제1순환부(1420a), 열교환부(1300)로 다시 공급되어 가열된 배가스를 가열부(1200)로 공급하는 제2순환부(1420b) 및 제2순환부(1420b)의 연장 경로 상에 설치되어 더스트가 제진된 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 분리하는 분리부(1500)를 포함할 수 있다.In addition, the reduced
여기서, 환원가스 공급부(1210), 산소 공급부(1220), 배기부(1110), 배가스 이송부(1310), 배출부(1410), 제1 및 제2순환부(1420a, 1420b) 각각은 내부에 가스가 통과할 수 있는 통로 또는 유로가 마련된 배관을 포함하는 구성일 수 있다.Here, the reducing
환원부(1100)는 환원가스로 철광석을 포함하는 원료를 유동시키면서, 환원가스와 원료를 반응시켜 환원철을 제조하는 환원로를 포함할 수 있다. 그리고 환원로는 단일로 마련될 수도 있으나, 철 함량이 낮은 저품위 철광석 또는 분철광석을 효과적으로 환원시키기 위해 복수개로 마련될 수 있다. 이하에서는 환원부(1100)가 4 개의 환원로(1100a 내지 1100d)를 구비하는 것을 예를 들어 설명한다. 4 개의 환원로(1100a 내지 1100d)는 서로 다른 높이를 가지도록 설치될 수 있으며, 일 방향으로 높이가 증가하거나 감소하는 방향으로 나열되게 배치될 수 있다. 이하에서는 4 개의 환원로(1100a 내지 1100d) 중 최하단에 위치한 환원로를 제1환원로(1100a)로 명명하고, 제1환원로(1100a)에서부터 순차적으로 제2환원로(1100b), 제3환원로(1100c), 제4환원로(1100d)로 명명한다. 여기서 제1환원로(1100a)는 환원 가스 공급부(1210)와 연결되어 환원 가스가 공급되는 환원로이고, 제4환원로(1100d)는 외부로부터 철광석을 포함하는 원료가 공급되는 환원로이다.The
환원로가 복수개로 마련되는 경우, 환원부(1100)는 복수의 환원로의 사이를 연결하도록 설치된 복수의 원료 이송 배관 및 복수의 가스 이송 배관을 포함할 수 있다. 예를 들어 환원부가 4 개의 환원로(1100a 내지 1100d)를 포함하는 경우, 환원부(1100)는 3개의 원료 이송 배관(1111a 내지 1111c)과 3개의 가스 이송 배관(1112a 내지 1112c)을 포함할 수 있다.When a plurality of reduction furnaces are provided, the
즉, 제4환원로(1100d)와 제3환원로(1100c) 사이에 제1원료 이송 배관(1111a)이 설치되고, 제3환원로(1100c)와 제2환원로(1100b) 사이에 제2원료 이송 배관(1111b)이 설치되며, 제2환원로(1100b)와 제1환원로(1100a) 사이에 제3원료 이송 배관(1111c)이 설치된다. 이에, 철광석을 포함하는 원료가 제4환원로(1100d)로 투입되어 1차 환원되며, 제4환원로(1100d)에서 1차 환원된 원료는 제1원료 이송 배관(1111a)을 통해 제3환원로(1100c)로 공급되고, 제3환원로(1100c)에서 2차 환원된 원료는 제2원료 이송 배관(1111b)을 통해 제2환원로(1100b)로 공급되며, 제2환원로(1100b)에서 3차 환원된 원료는 제3원료 이송 배관(1111c)을 통해 제1환원로(4100a)로 공급된다. 그리고 제1환원로(1100a)에서 4차 환원된 원료 즉, 환원철은 용융 장치(3000)로 공급된다.That is, the first raw
또한, 가스 이송 배관(1112a 내지 1112c)은 제1 내지 제4환원로(1100a 내지 1100d)들을 상호 연결하도록 설치된다. 즉, 제1환원로(1100a)와 제2환원로(1100b) 사이에 제1가스 이송 배관(1112a)이 설치되고, 제2환원로(1100b)와 제3환원로(1100c) 사이에 제2가스 이송 배관(1112b)이 설치되며, 제3환원로(1100c)와 제4환원로(1100d) 사이에 제3가스 이송 배관(1112c)이 설치된다. 이에, 제1환원로(1100a)로 공급된 환원가스가 제1 내지 제3가스 이송 배관(1112a 내지 1112c)을 통해 제2 내지 제4환원로(1100b 내지 1100d)로 순차적으로 이송된다. 즉, 제1환원로(1100a)로 공급된 환원가스는 제1가스 이송 배관(1112a)을 통해 제2환원로(1100b)로 공급되고, 제2환원로(1100b)로 공급된 환원가스는 제2가스 이송 배관(1112b)을 통해 제3환원로(1100c)로 공급되며, 제3환원로(1100c)로 공급된 환원가스는 제3가스 이송 배관(1112c)을 통해 제4환원로(1100d)로 공급된다. 이때 제1 내지 제3가스 이송 배관(1112a 내지 1112c)을 통해 제2환원로(1100b), 제3환원로(1100c) 및 제4환원로(1100d)로 공급되는 가스는 제1환원로(1100a)로 공급된 환원가스뿐만 아니라, 각 환원로(1100a 내지 1100d)에서 환원 반응 중에 발생된 가스를 포함할 수 있다.Additionally, gas transfer pipes 1112a to 1112c are installed to interconnect the first to
상기에서는 4개의 환원로(1100a 내지 1100d)가 구비되는 것을 예를 들어 설명하였다. 그러나 환원로의 개수는 4개에 한정되지 않으며 4개 미만, 4개를 초과하는 개수로 다양하게 변경될 수 있다.In the above, it was explained as an example that four reduction furnaces (1100a to 1100d) are provided. However, the number of reduction reactors is not limited to 4 and can be varied to less than 4 or more than 4.
복수의 환원로(1100a 내지 1100d) 각각은, 원료를 수용시킬 수 있고 원료를 환원시킬 수 있는 내부 공간(환원 공간)을 가지는 용기, 환원가스가 통과할 수 있는 복수의 홀을 구비하며, 용기의 내부에 설치된 분산 부재를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 환원로(1100a 내지 1100d) 각각은 적어도 일부가 용기의 내부에 위치되게 설치되어 미분을 포집하는 사이클론을 더 포함할 수 있다.Each of the plurality of
그리고, 제1 내지 제4환원로(1100a 내지 1100d) 중 일부의 환원로는 화염을 발생시키는 버너를 포함할 수 있다. 이때 버너는 제1 내지 제4환원로(1100a 내지 1100d) 중 양 끝에 위치된 환원로 즉, 제1 및 제4환원로(1100a, 1100d) 외의 환원로에 구비되게 마련되는 것이 바람직하다. 예를 들어 제2 및 제3환원로(1100b, 1100c) 중 적어도 하나에 버너가 구비될 수 있다. 물론, 제1 내지 제4환원로(1100a 내지 2100d) 모두가 버너를 구비할 수도 있다. 또한, 양 끝에 배치된 제1 및 제4환원로(1100a, 1100d) 중 적어도 하나가 버너를 구비할 수도 있다.In addition, some of the first to
가열부(1200)는 환원부(1100)로 공급하기 위한 환원가스를 가열한다. 보다 구체적으로 설명하면 괴성체 제조 장치(2000)에서는 탄화철 함유 괴성체를 제조하는 과정에서 일산화탄소(CO) 및 수소(H)가 포함된 가스가 생성되는데, 이 가스를 환원가스로 활용한다. 따라서, 괴성체 제조 장치(2000)에서 생성된 가스를 회수하고, 이를 가열부(1200)로 공급한다. 그리고 가열부(1200)는 괴성체 제조 장치(2000)로부터 공급 받은 가스를 가열한다. 이처럼, 괴성체 제조 장치(2000)에서 생성된 가스를 환원부(1100)로 공급하는 환원가스로 활용하므로, 괴성체 제조 장치(2000)에서 생성되어 가열부(1200)로 공급되는 가스를 '환원가스'로 명명할 수 있다.The
가열부(1200)는 환원가스를 연소 또는 부분 연소시켜서 환원가스를 가열하는 수단일 수 있다. 예를 들어 가열부(1200)는 환원가스가 수용될 수 있는 본체 및 본체의 내부로 화염을 발생시킬 수 있도록 본체에 삽입되게 설치된 버너를 포함할 수 있다. 여기서 버너는 예를 들어 방전 등을 통해 스파크(spark)를 발생시켜 화염을 시키는 수단일 수 있다. 또한, 환원가스가 연소되기 위해서는 산소(O2)의 공급이 필요하므로, 가열부(1200)의 본체에는 산소(O2)를 포함하는 가스를 공급할 수 있는 산소 공급부(1220)가 연결될 수 있다. 여기서, 산소 공급부(1220)는 그 일단이 산소를 포함하는 가스가 저장된 저장부와 연결되고, 타단은 본체에 연결될 수 있다. 이에, 산소를 포함하는 가스가 본체의 내부로 공급될 수 있다. 산소를 포함하는 가스는 예를 들어 공기(air)일 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 산소를 포함하는 가스는 순수 산소 가스일 수도 있다.The
이와 같은 가열부(1200)는 상술한 바와 같이 내부로 공급된 환원가스를 연소 또는 부분 연소시켜 상기 환원가스를 가열한다. 이에 대해 아래에서 간략히 설명한다. 괴성체 제조 장치(2000)에서 생성된 환원가스를 가열부(1200)의 본체로 공급시키고, 산소 공급부(1220)를 이용하여 본체의 내부로 산소(O2)를 포함하는 가스를 공급한다. 그리고 버너를 동작시켜 화염을 발생시킨다. 이에, 본체의 내부로 공급된 환원가스가 부분 연소되면서 가열된다. 이때, 가열부(1200)는 환원가스의 온도가 800℃ 이상, 바람직하게는 800℃ 이상 850℃ 이하가 되도록 가열한다.As described above, the
상기에서는 가열부(1200)가 후술되는 괴성체 제조 장치(2000)에서 생성된 환원가스를 공급 받아 가열하는 것을 설명하였다. 그러나 이에 한정되지 않고 가열부(1200)에는 이산화탄소(CO2)를 포함하는 가스 즉, 환원가스가 저장된 별도의 환원가스 저장부와 연결될 수 있다. 즉, 환원철 제조 장치(1000)는 환원가스가 저장된 환원가스 저장부(미도시)를 포함하고, 상기 환원가스 저장부는 가열부(1200)로 환원가스를 공급할 수 있도록 마련될 수 있다. 이에, 가열부(1200)는 괴성체 제조 장치(2000) 및 환원가스 저장부 중 적어도 하나에서 공급 받은 환원가스를 가열할 수 있다.In the above, it was explained that the
가열부(1200)에서 가열된 환원가스는 환원가스 공급부(1210)를 통해 환원부(1100)로 공급된다. 즉, 가열부(1200)에서 가열된 환원가스는 환원가스 공급부(1210)를 통해 제1환원로(1100a)로 공급된다. 그리고 제1환원로(1100a)로 공급된 환원가스는 제2환원로(1100b), 제3환원로(1100c), 제4환원로(1100d)로 순차적으로 이송된다. 그리고, 제4환원로(1100d)에서 환원 반응에 사용된 환원가스는 배기부(1110)를 통해 배출된다. 그리고 제4환원로(1100d)에서 배출된 가스 즉, 배가스는 배기부(1110)를 따라 이동하면서 열교환부(1300) 및 제진부(1400)를 순차적으로 통과한다.The reducing gas heated in the
먼저, 제진부(1400)에 대해 설명한다. 제진부(1400)는 유입된 배가스로 액체 예를 들어 물을 분사할 수 있는 스크러버(scrubber)를 포함하는 수단일 수 있다. 여기서 액체 또는 물은 배가스에 비해 온도가 낮은 것일 수 있다. 제진부(1400)를 이용하여 배가스로 물을 분사하면, 배가스에 포함되어 있는 수증기(H2O)가 이슬점 이하의 온도로 냉각되어 응축될 수 있다. 이에, 배가스로부터 물(H2O)이 제거될 수 있다. 또한, 제진부(1400)를 이용하여 배기부(1110)를 통과하는 배가스로 물을 분사하면, 배가스에 포함되어 있는 미립의 입자 또는 더스트가 제진부에 포집될 수 있다. 그리고 이처럼 제진부(1400)는 배가스로 배가스에 비해 온도가 낮은 액체 예를 들어 물(H2O)을 분사한다. 이에 제진부(1400)를 통과한 배가스는 그 온도가 하락할 수 있다.First, the
제진부(1400)에서 더스트가 제거된 저온의 배가스 중 일부는 배출부(1410)를 통해 외부로 배출되고, 나머지는 제1순환부(1420a)를 통해 열교환부(1300)로 공급된다. 이때, 제진부(1400)로 공급된 배가스 전체 부피 중, 20 vol% 내지 30 vol%의 배가스를 외부로 배출시키고, 70 vol% 내지 80 vol%의 배가스를 제1순환부(1420a)를 통해 열교환부(1300)로 재공급하는 것이 바람직하다.Some of the low-temperature exhaust gas from which dust has been removed in the
열교환부(1300)는 제진부(1400)에서 더스트가 제거된 저온의 배가스를 공급 받고, 상기 저온의 배가스를 다른 고온의 가스와 열교환시켜 가열한다. 즉, 열교환부(1300)는 더스트가 제거된 저온의 배가스를 환원부(1100)로부터 배출된 고온의 배가스를 열교환시켜, 상기 저온의 배가스를 가열한다. 이러한, 열교환부(1300)는 예를 들어 환원부(1100)로부터 배출된 고온의 배가스가 통과하는 제1유로 및 제1유로를 둘러 싸도록 설치되며 제진부(1400)에서 배출된 저온의 배가스가 통과할 수 있는 제2유로를 포함할 수 있다. 또한, 제1유로는 배기부(1110)와 배가스 이송부(1310) 사이를 연결하도록 설치될 수 있다. 이에 환원부(1100)에서 배기부(1110)로 배출된 배가스는 열교환부(1300)의 제1유로로 공급되고, 열교환에 사용된 배가스가 상기 제1유로와 연통된 배가스 이송부(1310)를 통해 제진부(1400)로 공급될 수 있다. 그리고 제2유로는 제1순환부(1420a)와 제2순환부(1420b) 사이를 연결하도록 설치될 수 있다. 이에, 제진부(1400)에서 배출된 저온의 배가스는 제1순환부(1420a)를 통해 열교환부(1300)의 제2유로로 공급된다. 제2유로로 공급된 저온의 배가스는 제1유로를 통과하고 있는 고온의 배가스와 열교환되며, 이에 저온의 배가스가 가열되고, 가열된 배가스는 제2순환부(1420b)를 통해 가열부(1200)로 공급된다. The
분리부(1500)는 더스트가 제거된 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 분리한다. 분리부(1500)는 열교환부(1300)와 제진부(1400) 사이에 위치하도록 제1순환부(14720a)에 설치될 수 있다. 이에, 제진부(1400)에서 더스트가 제거되어 제1순환부(14720a)로 유입된 배가스는 분리부(1500)를 통과하면서 이산화탄소(CO2)가 분리된다. 그리고 이산화탄소(CO2)가 분리된 배가스가 열교환부(1300)로 유입되어 열교환 된다.The
이러한 분리부(1500)는 예를 들어 압력 스윙 흡착(PSA; Pressure Swing Absorption) 방법으로, 배가스로부터 이산화탄소(CO2) 추출 또는 분리하는 수단일 수 있다. 즉, 압력 스윙 흡착 방식은 흡착제에 대한 각 성분의 흡착 선택도를 이용하여 가스를 추출 또는 분리하는데, 분리부(1500)는 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 추출 또는 분리하기 위해 이산화탄소(CO2)를 흡착할 수 있는 재료를 흡착제로 사용할 수 있다. 이때, 흡착제에 흡착된 이산화탄소(CO2)는 추출 또는 분리될 수 있으며, 분리부(1500)는 이와 같이 이산화탄소(CO2)의 흡착 및 탈착을 반복적으로 수행함으로써 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 추출 또는 분리할 수 있다.This
용융 장치(3000)는 철원을 용융시켜 용철 즉, 용선을 제조한다. 여기서 용융 장치(3000)는 예를 들어 고로일 수 있다. 철원은 별도의 환원 공정을 거치지 않은 철광석일 수 있다. 보다 구체적으로 용융 장치(3000)로 투입되는 철원은 철광석을 소결시켜 제조한 소결광일 수 있다. 또한, 용융 장치(3000)로 철원과 함께 코크스를 투입한다. 여기서 코크스는 철원을 용융시키고 환원시키는 열원 및 환원제이다. 즉, 코크스는 탄소(C)를 포함하는 재료(즉, 탄재)이며, 용융 장치로 투입된 코크스는 고온의 가스에 의해 연소되어 열을 발생시키고, 이때 발생되는 일산화탄소(CO)가 발생된다. 그리고 코크스의 연소에 의해 발생되는 열과 일산화탄소(CO)에 의해 철광석이 용융 및 환원된다. 따라서 코크스는 탄소(C)를 포함하는 탄재이면서, 철광석을 용융 및 환원시키는 열원 및 환원제인 것으로 설명될 수 있다. 이러한 코크스는 석탄을 코크스 제조 장치(5000)에서 열처리하여 제조한 것일 수 있다. 그리고 코크스의 원료가 되는 석탄은 예를 들어 유연탄일 수 있다.The
이하, 용융 장치(3000)에서 용철을 제조하는 방법을 간략히 설명한다. 용융 장치(3000) 즉, 고로의 하부에 고온의 가스를 불어 넣고, 고로의 상부로 철원과 코크스를 투입한다. 여기서 철원은 철광석을 포함하거나, 철광석을 소결하여 제조한 소결광을 포함할 수 있다. 그리고 코크스는 열원 및 환원제로 사용하기 위해 투입되는 재료이다. 이에 고로로 고온의 가스를 불어 넣으면, 상기 고온의 가스에 의해 코크스가 연소된다. 그리고 코크스의 연소에 의해 발생된 열과 일산화탄소(CO)에 의해 철광석이 환원 및 용융되어 용철 즉, 용선이 제조된다. Hereinafter, a method of manufacturing molten iron in the
그런데, 철원 즉, 철광석이 환원 및 용융될 때 환경 오염 물질인 이산화탄소(CO2)가 다량 발생된다. 그리고, 철광석에 의한 이산화탄소(CO2)의 발생을 줄이기 위해, 제철 공정 중에 발생된 부생가스를 이용하여 철광석을 환원시켜 제조한 환원철을 괴성화하고, 환원철 괴성체를 철원의 대체재로 사용하는 방법이 있다. 그런데, 환원철은 이미 환원된 것이기 때문에 반응성이 낮다. 따라서, 반응성이 낮은 환원철을 철광석의 대체재로 활용하는 경우, 열원 및 환원제로 사용되는 코크스의 투입량을 증가시켜야 한다. 그런데 코크스의 투입량이 증가되면, 코크스의 연소로 인한 이산화탄소(CO2) 발생량이 증가하는 문제가 있다. However, when the iron source, that is, iron ore, is reduced and melted, a large amount of carbon dioxide (CO 2 ), an environmental pollutant, is generated. In order to reduce the generation of carbon dioxide (CO 2 ) by iron ore, a method of agglomerating reduced iron produced by reducing iron ore using by-product gas generated during the steelmaking process and using the agglomerated reduced iron as a substitute for the iron source is used. there is. However, reduced iron has low reactivity because it has already been reduced. Therefore, when using reduced iron with low reactivity as a substitute for iron ore, the input amount of coke used as a heat source and reducing agent must be increased. However, as the input amount of coke increases, there is a problem that the amount of carbon dioxide (CO 2 ) generated due to combustion of coke increases.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 철원으로 사용할 수 있고, 반응성이 높으며 반응시에 이산화탄소(CO2)의 발생이 억제되는 괴성체를 제조하고, 이를 철원으로 사용한다. 즉, 실시예에 따른 괴성체를 철원인 철광석의 대체재로 사용한다. 보다 구체적으로 설명하면 괴성체 제조 장치(2000)를 이용하여 탄화철(Fe3C)이 포함된 괴성체(즉, 탄화철(Fe3C) 함유 괴성체)를 제조하고, 제조된 탄화철(Fe3C) 함유 괴성체를 용융 장치(3000)로 투입하는 철원 또는 철광석의 대체재로 사용한다.Therefore, in an embodiment of the present invention, a compacted material that can be used as an iron source, has high reactivity and suppresses the generation of carbon dioxide (CO 2 ) during reaction is prepared, and is used as an iron source. In other words, the compacted material according to the embodiment is used as a substitute for iron ore, which is an iron source. In more detail, a compacted material containing iron carbide (Fe 3 C) (i.e., a compacted material containing iron carbide (Fe 3 C)) is manufactured using the compacted
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 탄화철 함유 괴성체를 제조하는 괴성체 제조 장치(2000)에 대해 설명한다.Hereinafter, a compacted
괴성체 제조 장치(2000)는 환원철 제조 장치(1000)에서 제조된 환원철 및 바이오매스(Biomass)를 포함하는 원료를 이용하여 탄화철(Fe3C)이 함유된 괴성체 즉, 탄화철(Fe3C) 함유 괴성체를 제조한다. 이러한, 괴성체 제조 장치(2000)는 바이오매스를 포함하는 원료와 환원철을 이용하여 괴성체를 제조하는 괴성체 제조부(2100) 및 괴성체 제조부(2100)에서 제조된 괴성체를 탄화수소를 포함하는 반응가스와 반응시켜 탄화철 함유 괴성체를 제조하는 반응부(2200)를 포함할 수 있다.The compacted material manufacturing device (2000) uses raw materials containing reduced iron and biomass produced in the reduced iron manufacturing device (1000) to produce compacted material containing iron carbide (Fe 3 C), that is, iron carbide (Fe 3 C). Produce containing compacted material. This compacted
그리고, 괴성체 제조 장치(2000)는 괴성체 제조부(2100)에서 제조된 괴성체를 반응부(2200)로 공급할 수 있게, 괴성체 제조 장치(2000)와 반응부(2200)를 연결하는 제1이송부(2300), 반응부(2200)에서 제조된 탄화철 함유 괴성체를 괴성체 공급 장치(4000)로 공급할 수 있게 반응부(2200)와 괴성체 공급 장치(4000)를 연결하는 제2이송부(2400)를 포함할 수 있다. In addition, the compacted
또한, 괴성체 제조 장치(2000)는 반응부(2200)에서 탄화철 함유 괴성체를 제조할 때 생성된 가스를 가열부(1200)로 공급하는 환원가스 공급부(2500)를 포함할 수 있다.Additionally, the compacted
여기서, 제1 및 제2이송부(2300, 2400), 환원가스 공급부(2500) 각각은, 괴성체 및 탄화철 함유 괴성체가 통과할 수 있는 통로 및 유로가 내부에 마련된 배관을 포함할 수 있다.Here, each of the first and
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 괴성체 제조부(2100)에서 제조된 괴성체이며, 환원철 및 바이오매스를 포함하는 원료를 이용하여 제조된 괴성체를 제1괴성체로 명명한다. 또한, 반응부(2200)에서 제조되는 괴성체이며, 탄화수소를 포함하는 반응가스와 제1괴성체를 반응시켜 제조한 괴성체를 제2괴성체로 명명한다. Hereinafter, for convenience of explanation, the compacted body manufactured in the compacted body production unit 2100 and manufactured using raw materials including reduced iron and biomass will be referred to as the first compacted body. In addition, it is a compacted material produced in the
먼저, 바이오매스에 대해 설명한다.First, biomass is explained.
바이오매스 원료는 태양 에너지를 받아 유기물을 합성하는 식물, 식물을 식량으로 하는 동물과 미생물 등의 생물 유기체를 지칭하며, 에너지로 전환할 수 있는 친환경 에너지 자원이다.Biomass raw materials refer to biological organisms such as plants that synthesize organic substances by receiving solar energy, animals and microorganisms that use plants as food, and are eco-friendly energy resources that can be converted into energy.
바이오매스는 석탄 연료 또는 화석 연료와 마찬가지로 탄소(C)를 포함한다. 그리고, 탄소 기반의 재료는 대기 중으로 이산화탄소(CO2)를 배출 또는 방출한다. 석탄 연료와 바이오매스 간의 차이는 이산화탄소(CO2)가 방출되는 시간에 있다. 대기 중에 있는 이산화탄소(CO2)가 석탄 연료(또는 화석 연료)로 변환되는 과정은 수백만 년의 시간이 소요된다. 이에, 석탄 연료가 연소되어 대기 중으로 방출되는 이산화탄소(CO2)는 대기 중에 추가로 공급된 새로운 이산화탄소(CO2)로 간주된다.Biomass contains carbon (C) just like coal or fossil fuels. And, carbon-based materials emit or emit carbon dioxide (CO 2 ) into the atmosphere. The difference between coal fuel and biomass lies in the time at which carbon dioxide (CO 2 ) is released. The process of converting carbon dioxide (CO 2 ) in the atmosphere into coal fuel (or fossil fuel) takes millions of years. Accordingly, carbon dioxide (CO 2 ) released into the atmosphere when coal fuel is burned is regarded as new carbon dioxide (CO 2 ) additionally supplied to the atmosphere.
그러나, 바이오매스가 연소할 때 배출되는 이산화탄소(CO2)는, 바이오매스의 원재료였던 식물이 광합성 작용을 위해 대기 중에서 흡수하였던 이산화탄소(CO2)이다. 즉, 바이오매스가 연소되면 상기 바이오매스의 원재료였던 식물이 대기 중에서 흡수한 이산화탄소(CO2)를 배출한다. 이에 바이오매스로부터 방출되는 이산화탄소(CO2)는 통상적으로 환경 오염 물질로 간주되지 않는다. 그리고 이처럼 바이오매스가 연소되어 배출되는 이산화탄소(CO2)는 식물이 광합성을 위해 대기 중에서 흡수한 이산화탄소(CO2)이므로, 바이오매스를 연소시키는 것은 이산화탄소(CO2)의 흡수 및 배출의 균형이 유지되는 공정인 것으로 설명될 수 있다. 이에, 바이오매스를 이산화탄소(CO2) 중립 연료라고 정의한다.However, carbon dioxide (CO 2 ) emitted when biomass is burned is carbon dioxide (CO 2 ) that plants, which were the raw material for biomass, absorbed from the atmosphere for photosynthesis. In other words, when biomass is burned, carbon dioxide (CO 2 ) absorbed from the atmosphere by plants, which were the raw material of the biomass, is emitted. Accordingly, carbon dioxide (CO 2 ) emitted from biomass is generally not considered an environmental pollutant. And since the carbon dioxide (CO 2 ) emitted from the combustion of biomass is carbon dioxide (CO 2 ) absorbed from the atmosphere by plants for photosynthesis, burning biomass maintains a balance between the absorption and emission of carbon dioxide (CO 2 ). It can be described as a process that takes place. Accordingly, biomass is defined as a carbon dioxide (CO 2 ) neutral fuel.
바이오매스는 탄화수소를 함유하는 고분자로 구성되어 있다. 보다 구체적으로 바이오매스는 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose) 및 리그닌(lignin)이 포함될 수 있다. 여기서, 셀룰로오스(cellulose)는 긴 직선 형태의 다당류로 식물의 세포벽을 구성하는 주요 성분으로서, 탄소(C)-수소(H) 결합체이다. 헤미셀룰로오스(hemicellulose)는 세포벽을 구성하는 성분 중 펙틴질을 제외한 유연성이 있는 다당류일 수 있고, 산소(O)-수소(H)의 결합체이다. 리그닌(lignin)은 페놀 고분자의 한 종류로서 일반적으로 나무의 목질부를 구성하는 성분일 수 있고, 탄소(C)-탄소(C) 결합체이다.Biomass is composed of polymers containing hydrocarbons. More specifically, biomass may include cellulose, hemicellulose, and lignin. Here, cellulose is a long, linear polysaccharide that is a major component of plant cell walls and is a carbon (C)-hydrogen (H) bond. Hemicellulose may be a flexible polysaccharide, excluding pectin, among the components that make up the cell wall, and is a combination of oxygen (O) and hydrogen (H). Lignin is a type of phenolic polymer that generally constitutes the woody part of trees and is a carbon (C)-carbon (C) bond.
실시예에서는 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose) 및 리그닌(lignin)을 함유하는 바이오매스를 포함하는 원료를 이용하여 탄화철 함유 괴성체 즉, 제2괴성체를 제조한다. 보다 구체적으로는, 목질계 바이오매스 및 초본계 바이오매스 중 적어도 하나의 바이오매스를 포함하는 원료를 이용하여 탄화철을 포함하는 제2괴성체를 제조한다.In an embodiment, a compacted material containing iron carbide, that is, a second compacted material, is manufactured using raw materials containing biomass containing cellulose, hemicellulose, and lignin. More specifically, a second compacted material containing iron carbide is manufactured using a raw material containing at least one of lignocellulosic biomass and herbaceous biomass.
목질계 바이오매스와 초본계 바이오매스에는 리그닌의 함량이 다르다. 즉, 초본계 바이오매스에 비해 목질계 바이오매스에 포함된 리그닌의 함량이 많다. 여기서, 목질계 바이오매스에 포함된 리그닌의 함량은 20 중량% 내지 30 중량%일 수 있고, 초본계 바이오매스에 포함된 리그닌의 함량은 20 중량% 미만일 수 있다.The lignin content of lignocellulosic biomass and herbaceous biomass is different. In other words, the content of lignin contained in lignocellulosic biomass is higher than that of herbaceous biomass. Here, the content of lignin contained in the lignocellulosic biomass may be 20% to 30% by weight, and the content of lignin contained in the herbaceous biomass may be less than 20% by weight.
탄화철을 포함하는 제2괴성체를 제조하는데 있어서, 목질계 바이오매스를 포함하는 원료를 사용하는 경우, 상기 목질계 바이오매스는 목재를 이용하여 제조된 칩(chip), 숯, 브리켓(briquette), 펠렛(pellet) 중 적어도 하나일 수 있다. 다른 예로, 제2괴성체를 제조하는데 있어서, 초본계 바이오매스를 포함하는 원료로 사용하는 경우, 상기 초본계 바이오매스는 예를 들어 볏짚 및 왕겨 중 적어도 하나일 수 있다.In manufacturing the secondary compacted material containing iron carbide, when using raw materials containing lignocellulosic biomass, the lignocellulosic biomass is chips, charcoal, briquettes, etc. manufactured using wood. It may be at least one of pellets. As another example, when manufacturing the second compacted material and using herbaceous biomass as a raw material, the herbaceous biomass may be, for example, at least one of rice straw and rice husk.
이하에서는 괴성체 제조부(2100)의 각 구성에 대해 설명한다. 이때, 설명의 편의를 위하여 바이오매스를 포함하는 원료를 간단히 '바이오매스 원료'라 명명한다. 그리고 바이오매스 원료는 '바이오매스'로 명명될 수도 있다.Hereinafter, each configuration of the compacted material manufacturing unit 2100 will be described. At this time, for convenience of explanation, raw materials containing biomass are simply referred to as 'biomass raw materials'. And biomass raw materials may be named ‘biomass’.
괴성체 제조부(2100)는 바이오매스 원료를 반탄화시키는 반탄화기(2110), 반탄화된 바이오매스를 저장하는 바이오매스 저장기(2121), 환원철 제조 장치(1000)로부터 공급된 환원철과 반탄화된 바이오매스를 혼합하고, 이 혼합물을 성형하여 제1괴성체를 제조하는 성형기(2130)를 포함한다.The compacted material manufacturing unit 2100 includes a
또한, 괴성체 제조부(2100)는 환원철 제조 장치(1000)로부터 공급된 환원철을 저장하는 환원철 저장기(2122) 및 제조된 제1괴성체를 파쇄하는 파쇄기(2140)를 더 포함할 수 있다. In addition, the compacted material manufacturing unit 2100 may further include a reduced
그리고, 제1괴성체를 제조하는데 있어서 코크스 제조 장치(5000), 코크스 건식 소화 장치(CDQ: Coke Dry Quenchcing) 및 용융 장치(3000) 중 적어도 하나에서 발생되며 탄소(C)가 포함된 부산물(이하, 함탄 부산물)을 더 혼합하여 제조할 수 있다. 이에, 괴성체 제조부(2100)는 코크스 제조 장치(5000), 코크스 건식 소화 장치 및 용융 장치(3000) 중 적어도 하나에서 발생된 함탄 부산물을 저장하는 함탄 부산물 저장기(2123)를 더 포함할 수 있다.In addition, in manufacturing the first compacted material, by-products containing carbon (C) generated in at least one of the
바이오매스에는 휘발분, 고정 탄소, 재(ash) 및 수분이 함유되어 있으며, 수분 및 휘발분의 함량이 높고, 이에 비해 고정 탄소의 함량이 낮다. 그리고, 바이오매스를 연료로 사용하기 위해서는 발열량(kcal/kg)이 중요하며, 휘발분의 함량이 낮고 고정 탄소의 함량이 높을수록 발열량(kcal/kg)이 크다. 이에, 휘발분의 함량이 높고 고정 탄소의 함량이 낮은 바이오매스를 그대로 사용하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 반탄화기(2110)를 이용하여 바이오매스를 반탄화시켜 고정 탄소의 함량을 증가시킨다. 그리고 고정 탄소의 함량이 증가된 바이오매스를 이용하여 제1괴성체를 제조한다.Biomass contains volatile matter, fixed carbon, ash, and moisture. The moisture and volatile matter contents are high, and the fixed carbon content is low compared to this. In order to use biomass as fuel, the calorific value (kcal/kg) is important. The lower the volatile matter content and the higher the fixed carbon content, the higher the calorific value (kcal/kg). Therefore, it is not desirable to use biomass with a high volatile content and low fixed carbon content as is. Therefore, the biomass is torrefied using the
반탄화기(2110)는 바이오매스를 포함하는 원료 즉, 바이오매스 원료를 가열 또는 열처리하여 탄화 또는 반탄화시키는 수단이다. 예를 들어 반탄화기(2110)는 내부에 가열 공간이 마련된 퍼니스(furnace)를 포함하는 장치일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 반탄화기(2110)는 가열 공간을 가지는 본체, 본체의 가열공간 또는 본체의 외부 중 적어도 하나에 설치되며 공급되는 전력에 의해 가열될 수 있는 발열부재 및 발열부재에 전력을 인가하는 전력 공급기를 포함할 수 있다. 이에, 전력 공급기를 이용하여 발열부재에 전력을 인가하면, 발열부재가 저항 가열되어 열이 발생된다. 이에 본체의 가열 공간이 가열되어 온도가 상승하며, 이로 인해 가열 공간에 장입되어 있는 바이오매스 원료가 가열된다. 이렇게 본체의 가열 공간에서 바이오매스 원료를 가열하는 동안, 본체의 가열공간을 산소가 없는(무산소) 또는 산소가 희박한 상태로 유지시킨다. 이를 위해, 본체의 가열공간으로 불활성 가스를 공급하여, 상기 가열공간을 불활성 가스 분위기로 유지한 상태에서 바이오매스 원료를 가열할 수 있다.The
상술한 바와 같은 반탄화기(2110)를 이용하여 바이오매스 원료를 가열하여 상기 바이오매스 원료를 열분해시켜 휘발분을 제거하고 고정 탄소의 함량을 증가시키는 공정을 반탄화 공정이라 한다. 이때, 반탄화기(2110)는 바이오매스 원료가 열분해될 수 있는 온도로 가열한다. 다른 말로 설명하면 반탄화기(2110)는 바이오매스 원료가 반탄화될 수 있는 온도로 가열한다. 이는 전력 공급기를 이용하여 발열부재로 공급하는 전력의 크기를 조절함으로써 달성할 수 있다.The process of heating biomass raw materials using the
반탄화기(2110)를 이용하여 바이오매스 원료를 가열하여 열분해시키면, 상기 바이오매스 원료에 포함된 산소(O)-수소(H)의 결합체인 헤미셀룰로오스가 분해되며, 휘발분 즉, 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 메탄(CH4) 및 수소(H2)가 증발되어 가스 상태로 증발되어 제거된다. 이에 바이오매스 원료 중 휘발분의 함량이 감소하게 된다. 또한, 반탄화기(2110)를 이용하여 바이오매스 원료를 가열하여 열분해시키면, 상기 바이오매스 원료에 포함된 탄소(C)-수소(H) 결합체인 셀룰로오스와 탄소(C)-탄소(C) 결합체인 리그닌 성분이 잔류하게 되어 고정 탄소의 함량이 증가하게 된다.When the biomass raw material is heated and pyrolyzed using the
바이오매스 원료를 열분해 또는 반탄화시키기 위해, 반탄화기(2110)가 바이오매스 원료를 가열하는 온도는 200℃ 내지 500℃일 수 있다. 보다 바람직하게, 반탄화기(2110)는 바이오매스 원료를 250℃ 내지 350℃의 온도로 가열하여 반탄화시킬 수 있다. 바이오매스 원료를 열분해 또는 반탄화시키는 온도 및 가열 시간은 사용하는 바이오매스 원료에 따라 다르게 조절될 수 있다.In order to thermally decompose or torrefy biomass raw materials, the temperature at which the
예를 들어 목질계 바이오매스를 포함하는 원료를 사용하는 경우, 반탄화기(2110)는 바이오매스 원료를 250℃ 내지 500℃, 바람직하게는 250℃ 내지 350℃로 가열하며, 상기 온도에서 60분 내지 90분 동안 가열하는 것이 바람직하다. 다른 예로, 초본계 바이오매스를 포함하는 원료를 사용하는 경우, 반탄화기(2110)는 바이오매스 원료를 200℃ 이상 300℃ 미만, 바람직하게는 200℃ 이상 250℃ 미만의 온도로 가열하며, 상기 온도에서 30분 내지 40분 동안 가열하는 것이 바람직하다. 이처럼 초본계 바이오매스를 포함하는 원료를 사용하는 경우에 비해 목질계 바이오매스를 포함하는 원료를 사용하는 경우에 가열 온도를 높게하고 가열 시간을 길게하는 것은, 초본계 바이오매스에 비해 목질계 바이오매스에 포함된 리그닌의 함량이 높기 때문이다. 즉, 목질계 바이오매스에 포함된 탄소(C)-탄소(C) 결합체인 리그닌의 함량이 초본계 바이오매스에 비해 상대적으로 높아, 상기 리그닌을 분해하기 위해 상대적으로 높은 온도 및 시간이 필요하다.For example, when using a raw material containing lignocellulosic biomass, the
표 1은 반탄화 처리 전과 반탄화 처리 후에 바이오매스 원료에 포함된 휘발분, 고정 탄소, 재(ash), 수분의 함량과 발열량을 나타낸 표이다.Table 1 is a table showing the contents and calorific value of volatile matter, fixed carbon, ash, and moisture contained in biomass raw materials before and after torrefaction treatment.
실험을 위하여 바이오매스 원료인 시료를 준비하였다. 이때 목질계 바이오 매스 원료를 사용하였다. 그리고 시료에 포함된 휘발분, 고정 탄소, 재(ash) 및 수분의 함량(중량%)을 검출하고, 발열량(kcal/kg)을 측정하였다. For the experiment, samples, which were biomass raw materials, were prepared. At this time, lignocellulosic biomass raw materials were used. Then, the contents (% by weight) of volatile matter, fixed carbon, ash, and moisture contained in the sample were detected, and the calorific value (kcal/kg) was measured.
또한, 실시예에 따른 반탄화기(2110)를 이용하여 시료를 350℃의 온도로 60분 동안 가열하여 반탄화 처리하였다. 이후 반탄화 처리된 시료에 포함된 휘발분, 고정 탄소, 재(ash) 및 수분의 함량(중량%)을 검출하고, 발열량(kcal/kg)을 측정하였다.In addition, the sample was torrefaction treated by heating it to a temperature of 350°C for 60 minutes using the
표 1을 참조하면, 반탄화 처리 하기 전의 시료에 비해 반탄화 처리를 실시한 후의 시료에 포함된 휘발분 및 수분의 함량이 낮고, 고정 탄소의 함량이 높다. 이로 부터 바이오매스 원료를 가열 또는 반탄화시킴으로써, 휘발분 및 수분의 함량을 저감시키고, 고정 탄소의 함량을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.Referring to Table 1, compared to the sample before the torrefaction treatment, the content of volatile matter and moisture contained in the sample after the torrefaction treatment is low, and the content of fixed carbon is high. From this, it can be seen that by heating or torrefaction of biomass raw materials, the content of volatile matter and moisture can be reduced, and the content of fixed carbon can be increased.
또한, 반탄화 처리 하기 전의 시료의 발열량에 비해 반탄화 처리를 실시한 후의 시료의 발열량이 높다. 이로 부터 바이오매스 원료를 반탄화시켜 휘발분 및 수분의 함량을 저감시키고 고정 탄소의 함량을 증가시킴으로써, 발열량을 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.In addition, the calorific value of the sample after the torrefaction treatment is higher than the calorific value of the sample before the torrefaction treatment. From this, it can be seen that the calorific value can be increased by torrefying the biomass raw material to reduce the content of volatile matter and moisture and increase the content of fixed carbon.
바이오매스 저장기(2121)는 반탄화기(2110)에서 반탄화 처리된 바이오매스 원료를 공급 받아 저장하고, 저장된 바이오매스 원료를 성형기(2130)로 공급한다. 바이오매스 저장기(2121)는 바이오매스 원료를 수용할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상으로 마련되어도 무방하다.The
환원철 저장기(2122)는 환원철 제조 장치(1000)로부터 환원철을 공급 받아 저장하고, 저장된 환원철을 성형기(2130)로 공급한다. 보다 구체적으로 환원철 저장기(2122)는 환원부(1100)의 제4환원로(1100d)와 연결되어, 상기 제4환원로(1100d)로부터 환원철을 공급 받아 저장할 수 있다. 환원철 저장기(2122)는 환원철을 수용할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상으로 마련되어도 무방하다.The reduced
성형기(2130)는 바이오매스 저장기(2121)로부터 공급된 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철 저장기(2122)로부터 공급된 환원철을 혼합하고, 이 혼합물을 성형하여 소정 크기의 제1괴성체를 제조한다. 이때 성형기(2130)는 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철이 혼합된 혼합물을 가열하면서 압착하여 성형하는 장치일 수 있다. 예를 들어 성형기(2130)는 바이오매스 원료와 환원철이 투입되는 호퍼 및 호퍼의 하측에 위치되며 상호 마주보게 배치된 한 쌍의 롤을 포함할 수 있다. 그리고 한 쌍의 롤 각각은 회전할 수 있으며, 외주면에는 톱니가 형성된 롤일 수 있다. The
이러한 성형기(2130)를 이용하여 제1괴성체를 제조하는 방법을 아래에서 간략히 설명한다. 먼저 호퍼로 바이오매스 원료와 환원철을 투입한다. 이에 호퍼의 내부에서 바이오매스 원료와 환원철이 혼합된다. 그리고 바이오매스 원료와 환원철이 혼합된 혼합물이 한 쌍의 롤 사이로 장입되며, 한 쌍의 롤 사이에서 혼합물이 압착 및 성형됨에 따라 소정 형성을 가지는 제1괴성체가 제조된다. 이때, 한 쌍의 롤에 히터가 설치될 수 있고, 히터에 의해 가열된 한 쌍의 롤 사이로 혼합물이 장입되어 가열되면서 압착될 수 있다. 다른 예로, 호퍼의 내부에 바이오매스 원료와 환원철을 가열할 수 있는 수단이 설치될 수 있고, 이에 가열된 혼합물이 한 쌍의 롤 사이로 장입될 수 있다. 따라서 바이오매스 원료와 환원철이 혼합된 혼합물이 가열된 상태로 한 쌍의 롤에 의해 압착될 수 있고, 이에 제1괴성체가 제조될 수 있다.A method of manufacturing the first compacted body using this
상기에서는 성형기(2130)로 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철을 투입하여 혼합하고, 이 혼합물을 성형하는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 반탄화된 바이오매스와 환원철을 혼합하는 혼합기가 별도로 마련될 수 있다. 그리고 혼합기에서 혼합된 혼합물이 성형기(2130)로 이송되어 성형될 수 있다.In the above, it was explained that torrefied biomass raw material and reduced iron are added and mixed into the
또한, 상기에서는 성형기(2130)가 압착 방법으로 괴성체를 제조하는 것으로 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 성형기(2130)는 혼합물을 이용하여 괴성체를 제조할 수 있는 수단이라면 어떠한 수단이 사용되어도 무방하다.In addition, in the above, it was explained that the
성형기(2130)에서 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철이 혼합된 혼합물을 열간 성형하면, 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철이 포함된 제1괴성체가 제조된다. 이때 성형기(2130)를 이용한 성형에 의해 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철이 물리적으로 결합 또는 접촉될 수 있다. 즉, 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철이 물리적으로 결합 또는 접촉된 제1괴성체가 제조된다. When the mixture of torrefied biomass raw material and reduced iron is hot-molded in the
그리고, 반탄화된 바이오매스 원료는 상술한 바와 같이 바이오매스를 반탄화시켜 고정 탄소의 함량을 증가시킨 것이다. 이에, 제1괴성체에 포함된 반탄화된 바이오매스 원료는 제1괴성체에 탄소(C)를 제공하는 물질 즉, 탄재 또는 탄소원으로 정의될 수 있다. 따라서 성형기(2130)에서 제조된 제1괴성체는 탄소(C)를 포함하는 괴성체인 것으로 설명될 수 있다.In addition, the torrefied biomass raw material is one in which the content of fixed carbon is increased by torrefied biomass as described above. Accordingly, the torrefied biomass raw material included in the first compacted body can be defined as a material that provides carbon (C) to the first compacted body, that is, carbon material or a carbon source. Therefore, the first compacted body manufactured in the
그리고, 제1괴성체는 환원철을 포함하므로, 용융 장치로 투입되는 철원으로 사용할 수 있다. 즉, 용융 장치로 투입되는 철광석의 대체재로 사용할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 제1괴성체에는 환원철 외에 탄소(C)를 포함하는 바이오매스 원료가 포함된다. 이에, 실시예에 따른 제1괴성체는 환원철만을 이용하여 제조한 괴성체에 비해 반응성이 높다.And, since the first compacted material contains reduced iron, it can be used as an iron source input into the melting device. In other words, it can be used as a substitute for iron ore input into the melting device. In addition, as described above, the first compacted material includes biomass raw materials containing carbon (C) in addition to reduced iron. Accordingly, the first compacted material according to the example has higher reactivity than the compacted material manufactured using only reduced iron.
파쇄기(2140)는 성형기(2130)에서 제조된 제1괴성체를 파쇄한다. 이때 파쇄기(2140)는 제1괴성체를 파쇄할 수 있는 수단이라면 특별히 한정되지 않으며, 어떠한 수단이 사용되어도 무방하다.The
제1괴성체를 제조하는데 있어서, 제철 공정 중에 발생되는 부산물이며 탄소(C)를 함유하는 함탄 부산물을 이용할 수 있다. 즉, 반탄화된 바이오매스 원료 및 환원철 외에 함탄 부산물을 더 혼합하여 제1괴성체를 제조할 수 있다. 즉, 괴성체의 반응성을 향상시키기 위해 혼합되는 원료로서, 바이오매스 원료 외에 제철 공정 중에 발생된 함탄 부산물을 추가로 혼합할 수 있다. 이를 위해 괴성체 제조부(2100)는 제철 공정 중에 발생된 함탄 부산물을 저장하는 함탄 부산물 저장기(2123)를 더 포함할 수 있다. In manufacturing the first compacted material, a carbon-containing by-product containing carbon (C), which is a by-product generated during the steelmaking process, can be used. That is, the first compacted body can be produced by further mixing carbon-containing by-products in addition to the torrefied biomass raw material and reduced iron. In other words, as a raw material mixed to improve the reactivity of the compacted material, carbon-containing by-products generated during the steelmaking process can be additionally mixed in addition to biomass raw materials. To this end, the compacted material manufacturing unit 2100 may further include a carbon-containing by-
여기서, 제철 공정 중에 발생된 부산물은, 코크스 제조 장치(5000)에서 코크스 제조 공정 중에 발생된 부산물, 코크스를 냉각시키는 코크스 건식 소화 장치에서 발생된 부산물, 용융 장치(3000)에서 용철 제조 중에 발생된 부산물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Here, by-products generated during the steelmaking process include by-products generated during the coke manufacturing process in the
함탄 부산물 저장기(2123)는 코크스 제조 장치(5000), 코크스 건식 소화 장치 및 용융 장치(3000) 중 적어도 하나에서 발생된 함탄 부산물을 저장한다. 함탄 부산물 저장기(2123)는 함탄 부산물을 수용할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상으로 마련되어도 무방하다.The carbon-containing by-
코크스 제조 장치(5000)에서 발생되는 부산물은 석탄을 열처리하여 코크스를 제조하는 과정에서 발생된 부산물일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 코크스 제조 장치(5000)에서는 원료탄인 유연탄을 코크스 오븐에 장입하여 가열하여 수분 및 회분을 제거하고, 괴상화시켜 제조된다. 이때, 괴상화되지 못한 코크스는 용융 장치(3000)로 투입할 수 없으며, 실시예에서는 이를 부산물로 정의하였다. 이에 코크스 제조 장치(5000)에서 발생되는 부산물이란, 괴상화되지 못한 코크스일 수 있다. 그리고 코크스 제조 장치(5000)에서 발생되는 부산물은 탄소(C), 재(Ash), 수소(H) 및 질소(N)를 포함할 수 있다. 이때 코크스 제조 장치(5000)에서 발생되는 부산물 전체에 있어서 탄소(C)는 85 중량% 이상(100 중량% 미만)일 수 있고, 잔부가 재(Ash), 수소(H) 및 질소(N)일 수 있다. 또한, 재(Ash)는 Al2O3, SiO2, CaO, MgO, P2O5, TiO2, Na2O, K2O, ZnO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.By-products generated in the
코크스 건식 소화 장치는 괴상화된 코크스를 건식 방법으로 소화시켜 냉각시키는 장치이다. 그리고, 코크스 건식 소화 장치에서 발생되는 부산물은 괴상화된 코크스를 건식할 때 마모되어 떨어져 나온 미립의 입자일 수 있다. 코크스 건식 소화 장치에서 발생되는 부산물은 코크스 제조 장치(5000)에서 발생되는 성분과 동일할 수 있다. 즉, 코크스 건식 소화 장치에서 발생되는 부산물은 85 중량% 이상(100 중량% 미만)의 탄소(C)를 포함하고, 잔부로 재(Ash), 수소(H) 및 질소(N)를 포함할 수 있다. 그리고, 재(Ash)는 Al2O3, SiO2, CaO, MgO, P2O5, TiO2, Na2O, K2O, ZnO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The coke dry extinguishing device is a device that extinguishes and cools agglomerated coke in a dry method. In addition, by-products generated from the coke dry extinguishing device may be fine particles that are worn away when dry-drying the agglomerated coke. The by-products generated from the coke dry extinguishing device may be the same as the components generated from the
용융 장치(3000)에서 발생되는 부산물은 상기 용융 장치(3000)에서 용철을 제조할 때 용융 장치(3000)의 외부로 배출되는 배가스로부터 포집한 더스트일 수 있다. 그리고 용융 장치(3000)는 예를 들어 고로일 수 있다. 이에, 용융 장치(3000)에서 발생되는 부산물은 고로에서 용철을 제조할 때 발생되는 배가스로부터 포집한 더스트일 있다. 용융 장치(3000)에서 발생된 부산물에는 M. Fe, FeO, SiO2, Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, Zn, S, C가 포함될 수 있다. 여기서 'M. Fe'는 '금속 철(Metal Fe)'을 의미하는 것일 수 있다. 그리고 용융 장치(3000)에서 발생된 부산물에 포함된 C(탄소)는 10 중량% 내지 17 중량%일 수 있고, T.Fe의 함량은 45 중량% 내지 58 중량% 일 수 있다. 여기서 'T.Fe의 함량'이란, 부산물에 포함된 Fe(철)의 전체(Total) 함량으로서, FeO와 같은 산화철에 포함된 철(Fe)의 함량과 M. Fe(금속 철)의 함량을 합한 함량을 의미한다.The by-product generated in the
이와 같은 함탄 부산물을 성형기(2130)로 투입하면, 성형기(2130)는 반탄화된 바이오매스 원료, 환원철 및 함탄 부산물을 혼합하고, 이 혼합물을 열간 성형하여 제1괴성체를 제조한다. 이에 제1괴성체에는 반탄화된 바이오매스 원료, 환원철 및 함탄 부산물이 포함된다. 여기서, 함탄 부산물로 사용되는 코크스 제조 장치(5000)의 함탄 부산물 또는 코크스 소화 장치의 함탄 부산물에는 탄소가 85 중량% 이상으로 함유되어 있고, 용융 장치(3000)의 함탄 부산물에는 탄소(C)가 10 중량% 내지 17 중량%로 함유되어 있다. 이에, 제1괴성체에 포함되는 함탄 부산물은 반탄화 바이오매스와 함께 탄소(C)를 제공하는 물질 또는 반응성을 향상시키는 물질로 정의될 수 있다.When such a carbon-containing by-product is input into the
반응부(2200)는 괴성체 제조부(2100)에서 제조된 제1괴성체를 탄화수소를 포함하는 가스(이하, 반응가스)와 반응시켜, 상기 제1괴성체에 탄화철(Fe3C)를 생성시킨다. 즉, 제1괴성체에 포함된 금속철(Metal Fe) 및 산화철(FeO, Fe2O3 등) 중 적어도 하나를 탄화철(Fe3C)로 변환시킨다. 여기서 탄화수소를 포함하는 반응가스는 CH4 및 C2H2 중 적어도 하나의 탄화수소를 포함하는 반응가스일 수 있다. 또한, 반응가스는 탄화수소 외에 수소를 더 포함하는 가스일 수 있다.The
반응부(2200)는 예를 들어 제1괴성체와 반응가스가 반응할 수 있는 반응 공간이 마련된 퍼니스(furnace)를 포함하는 장치일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 반응부(2200)는 반응 공간을 가지는 본체, 본체의 반응 공간 또는 본체의 외부 중 적어도 하나에 설치되며 공급되는 전력에 의해 가열될 수 있는 발열부재 및 발열부재에 전력을 인가하는 전력 공급기를 포함할 수 있다. 이에, 전력 공급기를 이용하여 발열부재에 전력을 인가하면, 발열부재가 저항 가열되어 열이 발생된다. 이에 본체의 반응 공간이 가열되어 온도가 상승하며, 이로 인해 반응 공간에 장입되어 있는 제1괴성체와 반응가스가 가열되어 반응할 수 있다. 이때, 제1괴성체와 반응가스 간의 원활한 또는 효율적인 반응을 위하여, 반응 공간의 온도는 700℃ 내지 800℃로 조절되는 것이 바람직하다.For example, the
이하에서는 반응부(2200)에서 일어나는 제1괴성체와 반응가스 간의 반응에 대해 설명한다. 소정 온도로 승온된 반응부(2200)의 반응 공간으로 제1괴성체와 반응가스를 투입하면, 제1괴성체에 포함된 철(Fe) 및 산화철(FeO, Fe2O3 등)중 적어도 하나와 반응가스에 포함된 탄화수소가 반응한다. 이러한 반응은 예를 들어 반응식 1 및 반응식 2일 수 있고, 이러한 반응에 의해 탄화철(Fe3C)이 생성된다. 즉, 제1괴성체에 포함되어 있는 금속철(Metal) 및 산화철(FeO, Fe2O3 등) 중 적어도 하나에 포함된 철(Fe)이 반응가스에 포함된 탄화수소와 반응하며, 이에 금속철(Metal) 및 산화철(FeO, Fe2O3 등)이 탄화철(Fe3C)로 변환된다. 다시 말해, 탄화철(Fe3C)을 함유된 괴성체인 제2괴성체가 제조된다. Hereinafter, the reaction between the first compacted material and the reaction gas that occurs in the
반응식 1) 3Fe + CH4 --> Fe3C + 2H2 Scheme 1) 3Fe + CH 4 --> Fe 3 C + 2H 2
반응식 2) 3FeO + CH4 --> Fe3C + 3H2OScheme 2) 3FeO + CH 4 --> Fe 3 C + 3H 2 O
반응식 3) CH4 + H2O --> CO + 3H2OScheme 3) CH 4 + H 2 O --> CO + 3H 2 O
반응식 4) C + H2O --> CO + H2OScheme 4) C + H 2 O --> CO + H 2 O
또한, 탄화수소를 포함하는 반응가스는 제1괴성체를 촉매로 하여 일산화탄소(CO) 및 수소(H)를 포함하는 가스로 개질될 수 있다(반응식 3 및 반응식 4 참조). 여기서 일산화탄소(CO) 및 수소(H) 포함하는 가스는 환원부(1100)로 공급되어 철광석을 환원시키는 환원가스로 사용될 수 있다. 이에, 반응가스를 일산화탄소(CO) 및 수소(H)가 포함된 가스로 개질시키는 것은, 반응가스를 일산화탄소(CO) 및 수소(H)가 포함된 환원가스로 개질시키는 것으로 설명될 수 있다. 즉, 반응부(2200)에서는 제1괴성체를 반응가스와 반응시켜 탄화철(Fe3C)을 포함하는 제2괴성체를 제조하면서, 반응가스를 일산화탄소(CO) 및 수소(H)를 포함하는 가스로 개질시킨다. 이때, 개질된 환원가스 중 일산화탄소(CO)의 부피와 수소(H)의 부피를 합한 부피의 비율은 85 vol%(부피 %) 이상일 수 있다.Additionally, the reaction gas containing hydrocarbons can be reformed into a gas containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H) using the first compacted material as a catalyst (see Scheme 3 and Scheme 4). Here, the gas containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H) can be supplied to the
여기서, 반응가스를 일산화탄소(CO) 및 수소(H)를 포함하는 환원가스로 개질시키는 반응(반응식 3 및 반응식 4)은, 본체의 반응 공간의 부피가 증가하는 반응이다. 이에, 본체의 반응 공간의 압력을 상압 이하의 압력으로 낮게 조절할 수록, 제1괴성체와 반응가스 간의 반응율을 향상시킬 수 있다.Here, the reaction of reforming the reaction gas into a reducing gas containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H) (Reaction Scheme 3 and Scheme 4) is a reaction in which the volume of the reaction space of the main body increases. Accordingly, the lower the pressure in the reaction space of the main body is adjusted to a pressure below normal pressure, the more the reaction rate between the first compacted material and the reaction gas can be improved.
반응부(2200)에서 제조된 제2괴성체는 제2이송부(2400) 및 괴성체 공급 장치(4000)를 통해 용융 장치(3000)로 투입된다. 그리고 반응부(2200)에서 반응가스를 개질시켜 생성한 환원가스 즉, 개질 환원가스는 환원가스 공급부(2500)를 통해 환원철 제조 장치(1000)의 가열부(1200)로 공급된다. 가열부(1200)로 공급된 개질 환원가스는 환원부(1100)로 공급되어 철광석을 환원시키는데 사용된다. 이처럼 반응부(2200)에서 발생되는 부생가스 즉, 개질 환원가스를 환원부(1100)로 공급하여 철광석을 환원시킴으로서, 추가적으로 이산화탄소(CO2)가 발생하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 즉, 코크스와 같은 탄재를 이용하여 철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 경우에는 추가적으로 이산화탄소(CO2)가 발생하는 문제가 있으나, 실시예와 같이 반응부(2200)에서 발생되는 부생가스(개질 환원가스)를 폐기하지 않고 철광석을 환원시키는데 사용하는 경우 추가적으로 이산화탄소(CO2)가 발생되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.The second compacted material produced in the
환원철과 반탄화된 바이오매스 원료를 혼합하고, 이 혼합물을 성형하여 제1괴성체를 제조하는데 있어서, 제1괴성체 전체에 있어서 고정 탄소의 함량이 2 중량% 내지 5 중량%가 되도록 혼합한다. 이를 위해, 환원철과 반탄화된 바이오매스 원료를 혼합하는데 있어서, 혼합물 전체 중 반탄화된 바이오매스 원료가 0 중량% 초과 10 중량% 이하이고, 환원철이 90 중량% 이상, 100 중량% 미만이 되도록 혼합한다. 보다 바람직하게는 혼합물 전체 중 반탄화된 바이오매스 원료가 5 중량% 초과 8 중량% 이하이고, 환원철이 88 중량% 이상 95 중량% 이하 되도록 혼합한다.In mixing reduced iron and torrefied biomass raw materials and molding this mixture to produce a first compacted body, the mixture is mixed so that the content of fixed carbon in the entire first compacted body is 2% by weight to 5% by weight. For this purpose, when mixing reduced iron and torrefied biomass raw material, the torrefied biomass raw material in the entire mixture is more than 0% by weight and less than 10% by weight, and the reduced iron is mixed so that it is more than 90% by weight and less than 100% by weight. do. More preferably, the mixture is mixed so that the torrefied biomass raw material is more than 5% by weight and less than 8% by weight, and the reduced iron is more than 88% by weight and less than 95% by weight of the entire mixture.
한편, 혼합물 전체 중 반탄화된 바이오매스 원료가 10 중량%를 초과하는 경우, 제조된 제1 및 제2괴성체의 강도가 약할 수 있다. 제1괴성체의 강도가 약한 경우 제1괴성체가 반응부로 이송하는 중에 파손되어 손실될 있다. 또한 제1괴성체의 강도가 약한 경우 상기 제1괴성체를 탄화수소와 반응시켜 제조한 제2괴성체의 강도가 약할 수 있다. 그리고 제2괴성체의 강도가 약한 경우, 용융 장치(3000)로 투입될 때 파손되어 분진이 발생될 수 있다. 발생된 분진은 용융 장치(3000) 내부의 통기성을 악화시켜 가스의 흐름을 방해할 수 있고, 이에 용철을 용이하게 제조할 수 없는 문제가 발생될 수 있다.On the other hand, when the torrefied biomass raw material in the entire mixture exceeds 10% by weight, the strength of the first and second compacted bodies produced may be weak. If the strength of the first compacted material is weak, the first compacted material may be damaged and lost while being transported to the reaction unit. Additionally, if the strength of the first compacted material is weak, the strength of the second compacted material produced by reacting the first compacted material with a hydrocarbon may be weak. And, if the strength of the second compacted material is weak, it may be damaged when input into the
따라서, 혼합물 전체 중 반탄화된 바이오매스 원료가 0 중량% 초과 10 중량% 이하가 되도록 혼합한다.Therefore, the torrefied biomass raw material in the entire mixture is mixed so that it exceeds 0% by weight and does not exceed 10% by weight.
한편, 환원철 제조 장치에서 철광석을 환원시킨 환원철을 용융 장치(3000)로 투입하는 경우, 상기 환원철의 반응성이 낮다. 즉, 철광석을 환원시켜 제조한 환원철을 괴성화하여 제조된 괴성체를 용융 장치(3000)로 투입하는 경우, 상기 괴성체의 반응성이 낮다. 이는 환원철 제조 장치(1000)에서 이미 환원되어 제조된 환원철을 이용하여 괴성체를 제조하기 때문이다.Meanwhile, when reduced iron obtained by reducing iron ore in the reduced iron production device is introduced into the
그러나 본 발명의 실시예에서는 환원철을 괴성화시켜 괴성체를 제조하는데 있어서, 탄소(C)를 포함하는 원료를 추가로 투입하여 제조한다. 즉, 환원철에 탄소(C)를 포함하는 원료를 첨가하여, 탄소(C)의 함량이 증가된 괴성체를 제조한다. 이렇게 탄소(C)를 포함하는 원료와 환원철을 혼합하여 제조된 괴성체는, 단지 환원철만을 괴성화하여 제조된 괴성체에 비해, 탄소(C)의 함량이 높다. 따라서, 환원철에 탄소(C)를 포함하는 원료를 첨가시켜 괴성체를 제조하면 괴성체의 반응성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 환원철만을 이용하여 제조한 괴성체를 철원으로 투입할 때에 비해, 환원철에 탄소(C)를 추가로 첨가하여 제조한 괴성체를 철원으로 투입하는 경우, 코크스의 투입량을 감소시킬 수 있다.However, in an embodiment of the present invention, in producing a compacted material by compacting reduced iron, a raw material containing carbon (C) is additionally added. In other words, a raw material containing carbon (C) is added to reduced iron to produce a compacted material with an increased carbon (C) content. The compacted body produced by mixing raw materials containing carbon (C) and reduced iron in this way has a higher carbon (C) content than the compacted body manufactured by compacting only reduced iron. Therefore, if a compacted material is manufactured by adding a raw material containing carbon (C) to reduced iron, the reactivity of the compacted material can be improved. Therefore, compared to when a compacted material manufactured using only reduced iron is input as an iron source, when a compacted material manufactured by additionally adding carbon (C) to reduced iron is input as an iron source, the amount of coke input can be reduced.
그리고, 탄소(C)를 포함하는 원료로서, 바이오매스를 포함하는 원료(바이오매스 원료)를 사용한다. 괴성체에 포함된 바이오매스 원료는 연소되면 일산화탄소(CO)가 생성되고, 상기 일산화탄소(CO)와 철광석이 반응하여 이산화탄소(CO2)가 발생한다. 그런데, 바이오매스 원료에 의해 발생된 이산화탄소(CO2)는 앞에서 설명한 바와 같이 바이오매스 원료의 원재료였던 식물이 식물이 광합성 작용을 위해 대기 중에서 흡수하였던 이산화탄소(CO2)로 간주된다. 즉, 바이오매스 원료가 연소되면 상기 바이오매스 원료의 원재료였던 식물이 대기 중에서 흡수한 이산화탄소(CO2)를 배출한다. 이에 바이오매스로부터 방출되는 이산화탄소(CO2)는 환경 오염 물질로 간주되지 않는다. 따라서, 용융 장치(3000)로 투입되는 철원 또는 철광석의 대체재로서, 바이오매스 원료가 포함된 괴성체를 사용하는 경우, 이산화탄소(CO2)로 인해 대기의 오염이 악화되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.And, as a raw material containing carbon (C), a raw material containing biomass (biomass raw material) is used. When the biomass raw material contained in the compacted material is burned, carbon monoxide (CO) is generated, and the carbon monoxide (CO) and iron ore react to generate carbon dioxide (CO 2 ). However, as described above, carbon dioxide (CO 2 ) generated by biomass raw materials is considered carbon dioxide (CO 2 ) that plants, which were raw materials for biomass, absorbed from the atmosphere for photosynthesis. In other words, when biomass raw materials are burned, carbon dioxide (CO 2 ) absorbed from the atmosphere by plants that were the raw materials for the biomass raw materials is emitted. Accordingly, carbon dioxide (CO 2 ) emitted from biomass is not considered an environmental pollutant. Therefore, when compacted materials containing biomass raw materials are used as a substitute for the iron source or iron ore introduced into the
또한, 바이오매스 원료를 반탄화시킨 후에, 반탄화된 바이오매스 원료를 환원철과 혼합하여 괴성체를 제조한다. 바이오매스 원료가 반탄화되면 고정 탄소의 함량이 증가한다. 이에, 괴성체에 포함되는 고정 탄소의 함량을 증가시킬 수 있다. 여기서 괴성체에 포함되는 고정 탄소의 함량이 증가한다는 것을 다른 말로 설명하면, 괴성체의 탄화도가 증가하는 것을 설명할 수 있다. 그리고 괴성체의 탄화도 또는 고정 탄소의 함량이 증가되면, 반응성을 보다 향상시킬 수 있다. 즉, 반탄화되지 않은 바이오매스 원료를 포함하는 괴성체에 비해, 반탄화된 바이오매스를 포함하는 괴성체의 반응성이 높다.In addition, after torrefaction of the biomass raw material, the torrefied biomass raw material is mixed with reduced iron to produce a compacted material. When biomass feedstock is torrefied, the fixed carbon content increases. Accordingly, the content of fixed carbon contained in the compacted material can be increased. Here, to explain in other words that the content of fixed carbon contained in the compacted material increases, it can be explained that the degree of carbonization of the compacted material increases. And if the degree of carbonization or the content of fixed carbon in the compacted material increases, the reactivity can be further improved. That is, the reactivity of the compacted body containing torrefied biomass is higher than that of the compacted body containing non-torrefied biomass raw materials.
그리고, 탄소(C)가 포함된 괴성체를 그대로 용융 장치(3000)로 투입하지 않고, 상기 괴성체를 탄화수소를 포함하는 반응가스와 반응시켜 탄화철(Fe3C)을 포함하는 괴성체로 제조한다. 즉, 괴성체에 포함되어 있는 금속 철(Metal Fe) 및 산화철(FeO, Fe2O3 등)을 탄화수소와 반응시켜 탄화철(Fe3C)로 변환시킨다. 이에, 탄화철(Fe3C)을 포함하는 괴성체가 제조된다. 이렇게 괴성체에 탄화철(Fe3C)이 생성되면, 괴성체의 융점을 감소시킬 수 있다. 이는 금속 철(Metal Fe) 및 산화철(FeO, Fe2O3 등)에 비해 탄화철(Fe3C)의 융점이 낮기 때문이다.Then, rather than directly inputting the compacted material containing carbon (C) into the
따라서, 용융 장치(3000)로 투입되는 철원으로서, 탄화철(Fe3C)이 함유된 괴성체를 사용하는 경우, 괴성체를 환원 및 용융시키기 위해 소비되는 에너지를 감소시킬 수 있다. 즉, 괴성체를 환원 및 용융시키기 위해 코크스 의 투입량을 증가시킬 필요가 없어, 코크스의 소모량을 감소시킬 수 있다. 또한, 고온의 가스의 공급량 및 공기의 온도 중 적어도 하나를 감소시킬 수 있다.Therefore, when a compacted material containing iron carbide (Fe 3 C) is used as the iron source input to the
다시 도 1 및 도 2로 돌아가 반응가스 공급 장치(6000)에 대해 설명한다.Going back to FIGS. 1 and 2, the reaction
코크스 제조 장치(5000)에서 코크스를 제조할 때 발생되는 가스(이하, 부생가스) 및 반탄화기(2110)에서 바이오매스 원료를 반탄화시킬 때 발생되는 가스(이하, 부생가스)에는 탄화수소와 수소를 포함될 수 있다. 그리고 부생가스에 포함된 탄화수소는 CH4 및 C2H2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 따라서, 코크스 제조 장치(5000)에서 코크스를 제조할 때 발생되는 부생가스 및 반탄화기에서 바이오매스 원료를 반탄화시킬 때 발생되는 부생가스 중 적어도 하나를 반응부(2200)로 공급하는 반응가스로 사용한다. 이를 위해, 용철 제조 설비에는 코크스 제조 장치(5000)에서 코크스를 제조할 때 발생되는 부생가스를 회수하여 반응부(2200)로 공급하는 반응가스 공급 장치(6000)가 구비된다.The gas generated when producing coke in the coke production device 5000 (hereinafter referred to as by-product gas) and the gas generated when torrefying biomass raw materials in the torrefaction unit 2110 (hereinafter referred to as by-product gas) include hydrocarbons and hydrogen. may be included. And the hydrocarbons contained in the by-product gas may include at least one of CH 4 and C 2 H 2 . Therefore, at least one of the by-product gas generated when producing coke in the
반응가스 공급 장치(6000)는, 코크스 제조 장치(5000)에서 발생된 부생가스를 회수하는 제1가스 회수부(6110a), 반탄화기(2110)에서 발생된 부생가스를 회수하는 제2가스 회수부(6110b), 제1 및 제2가스 회수부(6110a, 6110b)와 연결되어 회수된 부생가스를 가열하는 가열부(6100), 가열부(6100)에서 가열된 부생가스를 반응부(2200)로 공급하는 가스 공급부(6120), 가스 공급부(6120)로 황화수소를 공급하는 황화수소 공급부(6130) 및 가스 공급부(6120)로 산소를 공급하는 산소 공급부(6140)를 포함할 수 있다.The reaction
여기서, 제1 및 제2가스 회수부(6110a, 6110b), 가스 공급부(6120), 황화수소 공급부(6130) 및 산소 공급부(6140) 각각은 내부에 가스가 통과할 수 있는 통로 또는 유로가 마련된 배관을 포함할 수 있다.Here, the first and second
제1가스 회수부(6110a)는 일단이 코크스 제조 장치(5000)에 연결되고 타단이 가열부(6100)에 연결될 수 있다. 코크스 제조 장치(5000)에서 코크스 제조시에 발생된 부생가스는 가열부(6100)로 공급될 수 있다.One end of the first
제2가스 회수부(6110b)는 일단이 반탄화기(2110)에 연결되고 타단이 가열부(6100)에 연결될 수 있다. 이에 반탄화기(2110)에서 바이오매스 원료를 반탄화시킬 때 발생된 부생가스는 가열부(6100)로 공급될 수 있다. 이때, 반응가스 공급 장치(6000)는 제1 및 제2가스 회수부(6110a, 6110b) 중 적어도 하나를 포함하도록 마련될 수 있다. 즉, 반응가스 공급 장치(6000)는 코크스 제조 장치(5000)에서 발생된 부생가스 및 반탄화기(2110)에서 발생된 부생가스 중 적어도 하나를 반응부(2200)로 공급할 수 있도록 마련될 수 있다.The second
가스 공급부(6120)는 일단이 가열부(6100)에 연결되고 타단이 반응부(2200)에 연결된다. 이에, 가열부(6100)에서 가열된 부생가스는 가스 공급부(6120)를 통해 반응부(2200)로 공급될 수 있다.One end of the
제1괴성체를 반응가스와 환원시켜 상기 제1괴성체에 탄화철(Fe3C)을 생성하는데 있어서, 황화수소(H2S) 가스를 함께 공급한다. 즉, 반응가스와 황화수소(H2S) 가스를 반응부(2200)로 공급한다. 이를 위해, 부생가스가 통과하는 가스 공급부(6120)에 황화수소 공급부(6130)를 연결한다. 이에, 가스 공급부(6120)에서 부생가스와 황화수소(H2S)가 혼합된다. 이때, 공급되는 황화수소(H2S) 가스의 공급 유량에 따라 제1괴성체에 탄화철(Fe3C)이 생성되는 량이 달라질 수 있다. 그리고, 황화수소(H2S) 가스의 공급 유량이 증가할수록 탄화철(Fe3C)의 생성량이 감소할 수 있다. 따라서, 목표량의 탄화철(Fe3C)을 생성시키기 위하여 황화수소(H2S) 가스의 공급 유량을 조절하는 것이 바람직하다. 이때, 수소의 분압(PH2)에 대한 황화수소의 분압(PH2S)의 비율(PH2S / PH2)가 0.0003 내지 0.0005로 제어하는 것이 바람직하다.In producing iron carbide (Fe 3 C) in the first compacted material by reducing the first compacted material with a reaction gas, hydrogen sulfide (H 2 S) gas is also supplied. That is, the reaction gas and hydrogen sulfide (H 2 S) gas are supplied to the
부생가스가 통과하는 가스 공급부(6120)에는 산소 공급부(6140)가 연결된다. 이에, 가스 공급부(6120) 내부에서 부생가스, 황화수소 가스 및 산소가 혼합된다. 이때, 부생가스, 황화수소 가스 및 산소가 혼합된 가스 전체에 있어서 산소의 부피비를 조절함으로써, 부생가스의 온도를 반응이 용이한 온도로 조절할 수 있다. 즉, 산소 공급부를 통해 공급되는 산소의 공급 유량을 조절하여, 반응부(2200)로 공급되는 가스의 온도를 제1괴성체와 반응이 용이한 온도로 조절할 수 있다.An
괴성체 공급 장치(4000)는 반응부(2200)에서 제조된 제2괴성체를 냉각시키는 냉각부(4100), 냉각된 제2괴성체를 저장하는 괴성체 저장부(4200) 및 괴성체 저장부(4200)에 저장된 제2괴성체의 배출량 조절하여 용융 장치(3000)로 공급하는 절출부(4300)를 포함할 수 있다.The compacted
또한, 괴성체 공급 장치(4000)는 냉각부(4100)와 괴성체 저장부(4200)를 연결하는 제1이송부(4110), 괴성체 저장부(4200)와 절출부(4300)를 연결하는 제2이송부(4210) 및 절출부(4300)와 용융 장치(3000)를 연결하는 제3이송부(4310)를 포함할 수 있다. 여기서 제1 내지 제3이송부(4110 내지 4310) 각각은 제2괴성체가 통과할 수 있는 통로 또는 유로가 마련된 배관을 포함할 수 있다.In addition, the compacted
냉각부(4100)는 반응부(2200)로부터 제2괴성체를 공급받고, 이를 냉각시킨다. 이러한 냉각부(4100)는 예를 들어 저온의 가스를 이용하여 제2괴성체를 냉각시키는 수단일 수 있다. 물론, 냉각부(4100)는 제2괴성체를 냉각시킬 수 있는 수단이라면 어떠한 수단이 사용되어도 무방하다.The
괴성체 저장부(4200)는 냉각된 제2괴성체를 저장한다. 이러한 괴성체 저장부(4200)는 제2괴성체를 수용 또는 저장할 수 있다면 어떠한 형상으로 마련되어도 무방하다.The compacted
절출부(4300)는 괴성체 저장부(4200)에 저장된 제2괴성체를 절출하여 제3이송부(4310)로 공급한다. 여기서 절출부(4300)는 예를 들어 이송 속도를 조절할 수 있는 컨베이어 벨트를 포함하는 수단일 수 있다. 이러한 절출부(4300)는 켄베이어 벨트의 이송 속도를 조절함으로써 제2괴성체가 제3이송부(4310)로 이송되는 량을 조절할 수 있다. 다른 예로, 절출부(4300)는 회전 속도를 조절할 수 있는 회전 드럼을 포함하는 수단일 수 있다. 이러한 절출부(4300)는 회전 드럼의 이송 속도를 조절함으로써 제2괴성체가 제3이송부(4310)로 이송되는 량을 조절할 수 있다. 물론, 절출부(4300)는 상술한 예에 한정되지 않고 괴성체 저장부(4200)에 저장되어 있는 제2괴성체가 제3이송부(4310)로 이송되는 량을 조절할 수 있는 다양한 수단의 적용이 가능하다.The
도 3은 비교예 및 실시예에 따른 괴성체에 대한 환원율에 대한 실험 결과이다.Figure 3 shows the results of an experiment on the reduction rate of compacted materials according to comparative examples and examples.
실험을 위하여 비교예에 따른 괴성체와 실시예에 따른 괴성체를 제조하였다. 여기서 비교예에 따른 괴성체는 환원철을 성형하여 제조한 괴성체이다. 그리고 실시예에 따른 괴성체는 환원철과 반탄화된 바이오매스 원료를 혼합하고, 이를 성형하여 제조한 괴성체이다. For the experiment, the compacted body according to the comparative example and the compacted body according to the example were prepared. Here, the compacted body according to the comparative example is a compacted body manufactured by molding reduced iron. And the compacted body according to the embodiment is a compacted body manufactured by mixing reduced iron and torrefied biomass raw materials and molding them.
이때 비교예 및 실시예에 따른 괴성체의 재료인 환원철은 그 환원율이 68.4%로 동일한 환원율을 가지는 환원철을 사용하였다. 그리고, 실시예에 따른 괴성체를 제조하는데 있어서, 환원철과 반탄화된 바이오매스 원료를 혼합물 전체에 대해 반탄화된 바이오매스 원료가 5 중량%가 되도록 하였다. At this time, reduced iron, which is the material of the compacted material according to the comparative examples and examples, was used, which has the same reduction rate of 68.4%. In addition, in manufacturing the compacted material according to the example, the torrefied biomass raw material was adjusted to 5% by weight based on the total mixture of reduced iron and torrefied biomass raw material.
그리고 비교예 및 실시예에 따른 괴성체 각각에 대해 성분 분석을 실시하였다.And component analysis was performed on each compacted material according to Comparative Examples and Examples.
다음으로, 비교예 및 실시예에 따른 괴성체를 환원 반응시켰다. 즉, 비교예 및 실시예에 따른 괴성체 각각을 고로 모사 장치의 상부로 투입하고, 고로 모사 장치의 하부로 가스를 투입하여, 괴성체를 환원 반응시켰다. 이때 가스는 실제 고로에서 사용하는 가스와 유사한 조성을 가지는 가스를 사용하였다. 보다 구체적으로 고로 모사 장치의 하부로 공급되는 가스는 53 중량%의 일산화탄소, 11 중량% 이산화탄소, 21 중량%의 수소 및 15 중량%의 질소를 포함한다. 이러한 가스가 고로 모사 장치로 공급되면, 고로 모사 장치로 투입된 괴성체가 환원된다. 고로 모사 장치로 가스를 공급하는데 있어서, 고로 모사 장치의 내부의 시간 경과에 따른 온도가 고로의 온도와 유사하도록 공급하였다.Next, the compacted material according to Comparative Examples and Examples was subjected to a reduction reaction. That is, each of the compacted materials according to Comparative Examples and Examples was introduced into the upper part of the blast furnace simulation device, and gas was introduced into the lower part of the blast furnace simulation device to cause a reduction reaction of the compacted materials. At this time, gas with a composition similar to that used in an actual blast furnace was used. More specifically, the gas supplied to the lower part of the blast furnace simulation device contains 53% by weight of carbon monoxide, 11% by weight of carbon dioxide, 21% by weight of hydrogen, and 15% by weight of nitrogen. When this gas is supplied to the blast furnace simulation device, the compacted material introduced into the blast furnace simulation device is reduced. When supplying gas to the blast furnace simulation device, it was supplied so that the temperature inside the blast furnace simulation device over time was similar to the temperature of the blast furnace.
그리고, 고로 모사 장치로 투입된 괴성체가 용융되지 않고 고상 즉, 괴상체 상태로 남아있을 때 까지 실험을 실시하였다. 즉, 고로 모사 장치의 내부에서 비교예 및 실시예에 따른 괴성체를 반응시키는 시간을 동일하게 하였으며, 상기 반응 시간은 비교예 및 실시예에 따른 괴성체가 모두 괴성체로 유지되는 조건으로 동일하게 하였다.Then, the experiment was conducted until the compacted material introduced into the blast furnace simulation device did not melt but remained in a solid state, that is, in a lumpy state. That is, the time for reacting the compacted materials according to Comparative Examples and Examples inside the blast furnace simulation device was the same, and the reaction time was made the same under the condition that all compacted materials according to Comparative Examples and Examples were maintained as compacted materials.
다음으로 일정 시간이 경과되면, 고로 모사 장치로부터 비교예 및 실시예에 따른 괴성체를 반출한다. 그리고 반출된 괴성체에 대한 성분 분석을 실시하였다.Next, when a certain period of time has elapsed, the compacted materials according to the comparative examples and examples are taken out from the blast furnace simulation device. In addition, component analysis was conducted on the exported compacted material.
그리고 비교예 및 실시예의 괴성체 각각에 대한 환원율을 산출하였다. 즉, 고로 모사 장치로 투입하기 전(즉, 환원 반응시키기 전) 괴성체의 성분 함량과, 고로 모사 장치로 투입하여 환원 반응시킨 후에 괴성체의 성분 함량의 차이를 이용하여 환원율을 산출한다. 보다 구체적으로 설명하면, 고로 모사 장치로 투입하기 전과 후의 괴성체에 있어서 Fe 1 몰(mol) 당 결합되어 있는 산소의 몰(mol) 수의 차이를 이용하여 산출한다. 괴성체에 포함된 성분 중, 총 Fe에서의 Fe 1 몰(mol) 당 결합되어 있는 산소의 몰(mol) 수를 기준으로 산출하였다. 이를 더 구체적으로 설명하면, 환원 반응 시키기 전 괴성체의 Fe 1 몰(mol) 당 결합될 수 있는 최대 산소의 몰(mol) 수(A)에 대한 환원 반응 시킨 괴성체의 Fe 1 몰(mol) 당 결합되어 있는 산소의 몰(mol) 수(B)의 비율을 이용하여 환원율을 산출하며, 아래 수식 1과 같은 방법으로 산출할 수 있다.And the reduction rate was calculated for each compacted material of Comparative Examples and Examples. That is, the reduction rate is calculated using the difference between the component content of the compacted material before being introduced into the blast furnace simulation device (i.e., before the reduction reaction) and the component content of the compacted material after being introduced into the blast furnace simulation device and causing the reduction reaction. More specifically, it is calculated using the difference in the number of moles (mol) of oxygen bound to each mole (mol) of Fe in the compacted material before and after being introduced into the blast furnace simulation device. Among the components included in the compacted material, the calculation was based on the number of moles (mol) of oxygen bound per 1 mole (mol) of Fe in total Fe. To explain this more specifically, the maximum number of moles (mol) of oxygen that can be combined per 1 mole (mol) of Fe of the compacted material before the reduction reaction is the ratio (mol) of Fe of the compacted material after the reduction reaction (A). The reduction rate is calculated using the ratio of the number of moles (B) of oxygen bound to the sugar, and can be calculated using the method shown in Equation 1 below.
[수식 1][Formula 1]
도 3을 참조하면, 비교예에 비해 실시예에 따른 괴성체의 환원율이 높음을 알 수 있다. 즉, 반응이 활발하게 일어나지 않는 저온 영역 예를 들어 650℃ 이하에서는 비교예 및 실시예에 따른 괴성체의 환원율이 유사하였다. 그러나, 온도의 증가에 따른 반응이 활발한 구간 예를 들어 650℃를 초과하는 구간에서는 비교예에 비해 실시예에 다른 괴성체의 환원율이 높다. 이로부터 철원으로 사용하기 위한 괴성체를 제조하는데 있어서 환원철에 바이오매스 원료를 첨가하여 제조하는 경우, 환원율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. Referring to Figure 3, it can be seen that the reduction rate of the compacted material according to the example is higher than that of the comparative example. That is, in low temperature areas where the reaction does not actively occur, for example, below 650°C, the reduction rates of compacted materials according to Comparative Examples and Examples were similar. However, in the section where the reaction is active as the temperature increases, for example, the section exceeding 650°C, the reduction rate of the compacted material in the Example is higher than in the Comparative Example. From this, it can be seen that when producing a compacted material for use as an iron source by adding biomass raw materials to reduced iron, the reduction rate can be improved.
또한, 도 3의 결과로부터 소정 환원율로 괴성체를 환원시키기 위해 비교예에 따른 괴성체에 필요한 온도에 비해 실시예에 따른 괴성체에 필요한 온도가 낮음을 알 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 괴성체를 사용함으로써 철 산화물의 환원 및 용융을 위한 에너지를 절약할 수 있음을 알 수 있다.In addition, from the results of FIG. 3, it can be seen that the temperature required for the compacted material according to the example is lower than the temperature required for the compacted material according to the comparative example in order to reduce the compacted material at a predetermined reduction rate. Therefore, it can be seen that energy for reduction and melting of iron oxide can be saved by using the compacted material according to the example.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 용철 제조 설비를 이용하여 용철을 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.Figure 4 is a flowchart showing a method of manufacturing molten iron using a molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 2 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 용철 제조 설비를 이용하여 용철을 제조하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing molten iron using a molten iron manufacturing facility according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 4.
먼저, 탄화철(Fe3C)이 함유된 제2괴성체를 제조(S100)하는 방법에 대해 설명한다. 환원철 제조 장치(1000)에서 환원철을 제조한다(S110). 이를 위해, 환원부(1100)로 철광석을 포함하는 원료를 투입하고 일산화탄소(CO)를 포함하는 환원가스를 공급하여, 상기 원료를 환원시켜 환원철을 제조한다. 여기서 환원부(1100)로 공급되는 철광석은 미립의 철광석 즉 분 철광석일 수 있다. 또한, 환원부(1100)로 공급되는 환원가스는 괴성체 제조 장치(2000)의 반응부에서 발생된 가스일 수 있고, 이 가스가 가열부(1200)로 공급되어 가열된 후에 환원부(1100)로 공급될 수 있다. 환원부(1100)에서 제조된 환원철은 괴성체 제조부(2100)의 환원철 저장기(2122)로 이송되어 저장된다,First, a method for producing a second compacted material containing iron carbide (Fe 3 C) (S100) will be described. Reduced iron is manufactured in the reduced iron manufacturing apparatus 1000 (S110). To this end, raw materials containing iron ore are input into the
환원철을 제조하는 동안 한편에서는 바이오매스 원료를 준비하고(S121), 준비된 바이오매스 원료를 반탄화시킨다(S122). 즉, 바이오매스 원료를 반탄화기(2110)로 장입하고, 반탄화기(2110)에서 바이오매스 원료를 열분해시켜 반탄화시킨다. 보다 구체적으로 설명하면, 반탄화기(2110)의 반응 공간으로 바이오매스 원료를 장입하고, 상기 반응 공간을 200℃ 내지 500℃의 온도로 가열한다. 이에, 바이오매스 원료에 포함된 산소(O)-수소(H)의 결합체인 헤미셀룰로오스가 분해되며, 휘발분 즉, 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 메탄(CH4) 및 수소(H2)가 증발되어 가스 상태로 증발되어 제거된다. 이에 바이오매스 원료 중 휘발분의 함량이 감소하게 된다. 또한, 바이오매스 원료에 포함된 탄소(C)-수소(H) 결합체인 셀룰로오스와 탄소(C)-탄소(C) 결합체인 리그닌 성분이 잔류하게 되어 고정 탄소의 함량이 증가하게 된다.While manufacturing reduced iron, biomass raw materials are prepared on the one hand (S121), and the prepared biomass raw materials are torrefaction (S122). That is, the biomass raw material is charged into the
이렇게 바이오매스 원료가 반탄화되면, 환원철과 반탄화된 바이오매스 원료를 이용하여 제1괴성체를 제조한다(S140). 이를 위해 환원철과 반탄화된 바이오매스 원료를 성형기(2130)로 장입하고, 성형기(2130)에서 장입된 원료를 가열하면서 성형하여 제1괴성체를 제조한다.When the biomass raw material is torrefied in this way, the first compacted material is manufactured using reduced iron and the torrefied biomass raw material (S140). For this purpose, reduced iron and torrefied biomass raw materials are charged into the
제1괴성체를 제조하는데 있어서, 제철 조업 중에 발생된 함탄 부산물을 더 추가하여 제조할 수 있다. 즉, 코크스 제조 장치(5000), 코크스 건식 소화 장치 및 용융 장치 중 적어도 하나에서 발생되는 함탄 부산물을 이용하여 제1괴성체를 제조할 수도 있다. 이를 위해, 코크스 제조 장치(5000), 코크스 건식 소화 장치 및 용융 장치(3000) 중 적어도 하나에서 발생된 함탄 부산물을 준비하고(S130), 이를 성형기(2130)로 투입하여, 환원철, 바이오매스 원료, 함탄 부산물을 포함하는 제1괴성체를 제조한다.In manufacturing the first compacted material, it can be manufactured by further adding carbon-containing by-products generated during steelmaking operations. That is, the first compacted body may be manufactured using carbon-containing by-products generated from at least one of the
다음으로 제조된 제1괴성체를 파쇄하고(S150), 파쇄된 제1괴성체를 반응부(2200)로 투입하여 탄화철(Fe3C)이 함유된 제2괴성체를 제조한다(S160). 즉, 반응부(2200)로 제1괴성체를 투입하고, 탄화수소 및 수소를 포함하는 반응가스를 투입한다. 이때, 반응부(2200) 내부의 온도를 700℃ 내지 800℃로 조절하는 것이 바람직하다.Next, the produced first compacted material is crushed (S150), and the crushed first compacted material is introduced into the
그리고 반응부(2200)로 공급되는 반응가스는 코크스 제조 장치(5000)에서 발생된 부생가스 및 반탄화기(2110)에서 발생되는 부생가스 중 적어도 하나를 회수하여 사용할 수 있다. 즉, 코크스 제조 장치(5000) 및 반탄화기(2110) 중 적어도 하나에서 발생된 부생가스를 회수하고, 이를 가열부(6100)로 공급한다. 이에 가열부(6100)에서 부생가스가 가열되며, 가열된 부생가스는 가스 공급부(6120)를 통해 반응부(2200)로 공급된다.And, the reaction gas supplied to the
부생가스가 가스 공급부(6120)를 통과할 때 황화수소 공급부(6130) 및 산소 공급부(1220)를 이용하여 상기 가스 공급부(6120)로 황화수소 및 산소를 공급한다. 이에 가스 공급부(6120)에서 탄화수소를 포함하는 부생가스, 황화수소 및 산소가 혼합되고, 혼합된 가스가 반응부(2200)로 공급된다. 가스 공급부(6120)로 황화수소를 공급하는데 있어서, 수소의 분압(PH2)에 대한 황화수소의 분압(PH2S)의 비율(PH2S / PH2)가 0.0003 내지 0.0005로 제어하는 것이 바람직하다.When the by-product gas passes through the
반응부(2200)로 부생가스, 황화수소 및 산소가 포함된 반응가스가 투입되면, 반응부(2200)에서 제1괴성체와 반응가스가 반응한다. 즉, 제1괴성체에 포함된 철(Fe) 및 산화철(FeO, Fe2O3 등) 중 적어도 하나와 반응가스에 포함된 탄화수소가 반응한다(반응식 1 및 반응식 2 참조). 이러한 반응에 의해 제1괴성체의 내부에 탄화철(Fe3C)이 생성된다. 즉, 제1괴성체에 포함되어 있는 금속철(Metal) 및 산화철(FeO, Fe2O3 등) 중 적어도 하나의 철(Fe)이 반응가스에 포함된 탄화수소와 반응하며, 이에 금속철(Metal) 및 산화철(FeO, Fe2O3 등)이 탄화철(Fe3C)로 변환된다. 이에, 탄화철(Fe3C)을 함유된 괴성체인 제2괴성체가 제조된다. 반응부(2200)에서 제조된 제2괴성체는 괴성체 공급 장치(4000)의 냉각부(4100)로 공급되어 냉각된 후에, 괴성체 저장부(4200)에 저장된다. When a reaction gas containing by-product gas, hydrogen sulfide, and oxygen is introduced into the
또한, 반응부(2200)로 공급된 반응가스는 제1괴성체를 촉매로 하여 일산화탄소(CO) 및 수소(H)를 포함하는 가스로 개질될 수 있다(반응식 3 및 반응식 4 참조). 이렇게 반응부(2200)에서 개질된 반응가스는 환원 가스 공급부(2500)를 통해 환원철 제조 장치(1000)의 가열부(1200)로 공급되어 가열된 후에 환원부(1100)로 공급되어 환원철을 제조하는데 사용된다.Additionally, the reaction gas supplied to the
이와 같은 방법으로 제2괴성체를 제조하는 동안 한편에서는 철원 및 코크스를 준비한다. 이때 철원으로 철광석을 소결하여 제조한 소결광을 준비할 수 있다. 소결광, 코크스 및 제2괴성체가 준비되면, 이들을 용융 장치(3000) 예를 들어 고로의 상부로 투입한다. 이때, 괴성체 저장부(4200)에 저장되어 있던 제2괴성체는 절출부(4300)에 의해 그 배출량이 조절된다. 그리고 절출부(4300) 밖으로 배출된 제2괴성체는 제3이송부(4310)를 통해 고로의 상부로 투입될 수 있다. 그리고 고로의 하부로 고온의 가스를 투입한다. 이때 고온의 가스는 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 질소를 포함하는 가스일 수 있다.While producing the second compacted material in this way, iron source and coke are prepared on the one hand. At this time, sintered ore manufactured by sintering iron ore as the iron source can be prepared. When the sintered ore, coke, and secondary compacted material are prepared, they are introduced into the
고로의 상부로 소결광, 코크스 및 제2괴성체가 투입되고, 고로의 하부로 고온의 가스가 투입되면, 상기 고온의 가스에 의해 코크스가 연소된다. 그리고 코크스의 연소에 의해 발생된 열과 일산화탄소(CO)에 의해 철광석이 환원 및 용융되어 용철 즉, 용선이 제조된다.When sintered ore, coke, and secondary compacted material are introduced into the upper part of the blast furnace, and high-temperature gas is introduced into the lower part of the blast furnace, the coke is burned by the high-temperature gas. Then, iron ore is reduced and melted by the heat generated by the combustion of coke and carbon monoxide (CO) to produce molten iron, or molten iron.
상기에서는 용융 장치(3000)로 철원인 소결광 및 괴성체를 모두 투입하는 것을 설명하였다. 그러나 철원으로서 제2괴성체를 투입하고, 소결광 또는 철광석은 투입하지 않을 수 있다. 즉, 용융 장치로 투입되는 철원으로서 소결광 또는 철광석은 사용하지 않고, 제2괴성체만을 투입하여 용철을 제조할 수도 있다.In the above, it was explained that both sintered ore and compacted material, which are iron sources, are introduced into the
본 발명의 실시예들에서는 환원철에 반탄화된 바이오매스 원료를 첨가하여 괴성체를 제조함으로써 괴성체의 반응성을 향상시킬 수 있다. 또한, 용철의 제조시에 철원으로 사용되는 철광석의 대체재로서 실시예에 따른 괴성체를 사용할 수 있다. 이에, 용철의 제조를 위한 코크스의 투입량을 감소시킬 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 환원철 만을 이용하여 제조한 괴성체에 비해 환원철에 탄소(C)를 더 첨가하여 제조한 괴성체의 반응성이 높다. 이에 환원철 만을 이용하여 제조한 괴성체를 철원으로 사용할 때에 비해, 환원철에 탄소(C)를 더 첨가하여 제조한 괴성체를 철원으로 사용하는 경우, 철원의 환원 및 용융을 위해 투입되는 코크스의 량을 감소시킬 수 있다. In embodiments of the present invention, the reactivity of the compacted body can be improved by producing the compacted body by adding torrefied biomass raw material to reduced iron. Additionally, the compacted material according to the embodiment can be used as a substitute for iron ore used as an iron source when manufacturing molten iron. Accordingly, the amount of coke input for manufacturing molten iron can be reduced. To be more specific, the reactivity of a compacted product manufactured by adding more carbon (C) to reduced iron is higher than that of a compacted product manufactured using only reduced iron. Therefore, compared to using a compacted material manufactured using only reduced iron as an iron source, when using a compacted material manufactured by adding more carbon (C) to reduced iron as an iron source, the amount of coke input for reduction and melting of the iron source must be adjusted. can be reduced.
또한, 바이오매스 원료가 연소할 때 발생되는 이산화탄소(CO2)는 바이오매스 의 원재료인 식물이 광합성 할 때 흡수하였던 이산화탄소(CO2)이다. 그리고, 통상적으로 바이오매스로부터 방출되는 이산화탄소(CO2)는 환경 오염 물질로 간주되지 않는다. 이에, 코크스의 대체재로서 바이오매스 원료가 포함된 괴성체를 사용하여 상기 바이오매스 원료의 연소로 인한 이산화탄소(CO2)가 발생되더라도, 이는 대기 오염을 더 악화시키는 요인이 아니다. 그리고, 용철 제조 시에 철광석의 대체재로서 바이오매스 원료가 포함된 괴성체를 사용하는 경우, 상기 코크스의 투입량을 감소시킬 수 있다. 이에, 용철 제조시에 코크스의 연소로 인한 이산화탄소(CO2)의 발생량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 바이오매스 원료가 포함된 괴성체를 철원으로 사용함으로써, 이산화탄소(CO2)로 인해 대기의 오염이 악화되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.In addition, carbon dioxide (CO 2 ) generated when biomass raw materials are burned is carbon dioxide (CO 2 ) absorbed by plants, which are the raw materials for biomass, during photosynthesis. And, carbon dioxide (CO 2 ) usually emitted from biomass is not considered an environmental pollutant. Accordingly, even if carbon dioxide (CO 2 ) is generated due to combustion of biomass raw materials by using a compacted material containing biomass raw materials as a substitute for coke, this is not a factor that further worsens air pollution. In addition, when a compacted material containing biomass raw materials is used as a substitute for iron ore when manufacturing molten iron, the input amount of coke can be reduced. Accordingly, the amount of carbon dioxide (CO 2 ) generated due to combustion of coke during the production of molten iron can be reduced. Therefore, by using compacted material containing biomass raw materials as an iron source, worsening of atmospheric pollution due to carbon dioxide (CO 2 ) can be suppressed or prevented.
1000: 환원철 제조 장치
1100: 환원부
2000: 괴성체 제조 장치
2100: 괴성체 제조부
2110: 반탄화기
2130: 성형기1000: Reduced iron production device 1100: Reduction unit
2000: Compacted material manufacturing equipment 2100: Compacted material manufacturing department
2110: Torrefaction machine 2130: Molding machine
Claims (19)
상기 괴성체 제조부는,
바이오매스 원료를 가열하여 반탄화시킬 수 있는 공간을 구비하는 반탄화기; 및
상기 반탄화기에서 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철을 혼합하고, 괴성체로 성형시킬 수 있는 성형기;를 포함하는 괴성체 제조 장치.A compacted material manufacturing device including a compacted material production unit capable of producing a compacted material,
The compacted material manufacturing department,
A torrefaction device provided with a space for heating and torrefaction biomass raw materials; and
A compacted body manufacturing apparatus including a molding machine capable of mixing the biomass raw material torrefied in the torrefaction machine and reduced iron and forming the compacted body into a compacted body.
상기 괴성체인 제1괴성체를 상기 괴성체 제조부로부터 공급 받을 수 있고, 상기 제1괴성체와 반응가스를 반응시켜 상기 제1괴성체를 탄화철(Fe3C)이 함유된 제2괴성체로 변환시킬 수 있게 설치된 반응부를 포함하는 괴성체 제조 장치.In claim 1,
The first compacted material can be supplied from the compacted material manufacturing unit, and the first compacted material is reacted with a reaction gas to convert the first compacted material into a second compacted material containing iron carbide (Fe 3 C). A compacted material manufacturing apparatus including a reaction unit installed to enable
상기 괴성체 제조부는,
상기 환원철을 저장하는 환원철 저장기; 및
상기 반탄화기로부터 반탄화된 바이오매스 원료를 공급 받아 저장하는 바이오매스 저장기;를 포함하고,
상기 성형기는 상기 환원철 저장기 및 바이오매스 저장기로부터 환원철 및 바이오매스 원료를 공급 받을 수 있게 설치된 괴성체 제조 장치.In claim 1,
The compacted material manufacturing department,
A reduced iron storage device that stores the reduced iron; and
It includes a biomass storage device that receives and stores the torrefied biomass raw material from the torrefaction device,
The molding machine is a compacted material manufacturing device installed to receive reduced iron and biomass raw materials from the reduced iron storage unit and the biomass storage unit.
상기 괴성체 제조부는,
코크스 제조 장치에서 발생되는 함탄 부산물, 코크스 소화 장치에서 발생되는 함탄 부산물 및 용철을 제조하는 용융 장치에서 발생되는 함탄 부산물 중 적어도 하나를 저장할 수 있는 함탄 부산물 저장기를 포함하고,
상기 성형기는 상기 함탄 부산물 저장기로부터 함탄 부산물을 공급받을 수 있게 설치된 괴성체 제조 장치.In claim 1,
The compacted material manufacturing department,
A carbon-containing by-product storage device capable of storing at least one of a carbon-containing by-product generated in a coke production device, a carbon-containing by-product generated in a coke digestion device, and a carbon-containing by-product generated in a melting device for producing molten iron,
The compacted body manufacturing device is installed so that the molding machine can receive carbon-containing by-products from the carbon-containing by-product storage.
상기 환원철 제조 장치로부터 환원철을 공급 받을 수 있고, 상기 환원철과 바이오매스(biomass) 원료를 혼합하여 괴성체를 제조할 수 있게 설치된 괴성체 제조 장치; 및
상기 괴성체 제조 장치로부터 괴성체를 공급 받을 수 있고, 상기 괴성체를 용융시켜 용철을 제조할 수 있게 설치된 용융 장치;를 포함하는 용철 제조 설비.A reduced iron production device capable of producing reduced iron by reducing raw materials containing iron ore;
A compacted material manufacturing device installed to receive reduced iron from the reduced iron manufacturing device and to produce a compacted material by mixing the reduced iron with a biomass raw material; and
A molten iron manufacturing facility comprising a melting device capable of receiving a compacted material from the compacted material manufacturing device and melting the compacted material to produce molten iron.
상기 괴성체 제조 장치는,
상기 바이오매스 원료를 반탄화시킬 수 있는 반탄화기 및 상기 반탄화기에서 제조된 반탄화된 바이오매스 원료와 환원철을 혼합하고, 혼합물을 이용하여 괴성체를 제조하는 성형기를 구비하는 괴성체 제조부; 및
상기 괴성체 제조부로부터 괴성체를 공급 받을 수 있고, 탄화철(Fe3C)의 함량이 증가되게 상기 괴성체를 반응가스와 반응시킬 수 있게 설치된 반응부;를 포함하는 용철 제조 설비.In claim 5,
The compacted material manufacturing device,
A compacted material manufacturing unit equipped with a torrefaction machine capable of torrefaction of the biomass raw material and a molding machine for mixing the torrefied biomass raw material produced in the torrefaction machine with reduced iron and manufacturing a compacted material using the mixture. ; and
A molten iron manufacturing facility comprising: a reaction unit installed to receive the compacted material from the compacted material production unit and to react the compacted material with a reaction gas to increase the content of iron carbide (Fe 3 C).
상기 반탄화기에서 바이오매스 원료를 반탄화시킬 때 발생되는 부생가스를 회수하여 상기 반응부로 공급할 수 있게 설치된 반응가스 공급 장치를 포함하는 용철 제조 설비.In claim 6,
A molten iron manufacturing facility comprising a reaction gas supply device installed to recover by-product gas generated when torrefaction of biomass raw materials in the torrefaction unit and supply it to the reaction unit.
상기 반응가스 공급 장치는,
상기 반탄화기로부터 발생되는 부생가스를 회수할 수 있게 설치된 가스 회수부;
상기 가스 회수부를 통과하는 부생가스를 가열할 수 있도록 상기 가스 회수부에 설치되는 가열부;
상기 가열부에서 가열된 부생가스를 상기 반응부로 공급할 수 있게 설치된 가스 공급부;를 포함하는 용철 제조 설비.In claim 7,
The reaction gas supply device,
A gas recovery unit installed to recover by-product gas generated from the torrefaction unit;
a heating unit installed in the gas recovery unit to heat the by-product gas passing through the gas recovery unit;
A molten iron manufacturing facility comprising: a gas supply unit installed to supply by-product gas heated in the heating unit to the reaction unit.
바이오매스 원료를 준비하는 과정;
상기 바이오매스 원료를 가열하여 고정 탄소의 함량을 증가시키는 과정;
상기 환원철과 가열된 바이오매스 원료를 혼합하여 혼합물을 마련하는 과정; 및
상기 혼합물을 성형하여 괴성체를 제조하는 과정; 을 포함하는 괴성체의 제조 방법.Process of producing reduced iron;
Process of preparing biomass raw materials;
A process of increasing the content of fixed carbon by heating the biomass raw material;
A process of preparing a mixture by mixing the reduced iron and heated biomass raw materials; and
A process of producing a compacted body by molding the mixture; A method for producing a compacted body comprising:
상기 바이오매스 원료는, 목질계 바이오매스 원료 및 초본계 바이오매스 원료 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 목질계 바이오매스 원료는, 목재를 포함하는 칩(chip), 숯, 브리켓(briquette) 및 펠렛(pellet) 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 초본계 바이오매스 원료는, 볏짚 및 왕겨 중 적어도 하나를 포함하는 괴성체의 제조 방법.In claim 9,
The biomass raw material includes at least one of a lignocellulosic biomass raw material and an herbaceous biomass raw material,
The lignocellulosic biomass raw material includes at least one of chips, charcoal, briquettes, and pellets containing wood,
The herbaceous biomass raw material includes at least one of rice straw and rice husk.
상기 혼합물을 마련하는데 있어서,
상기 괴성체 전체에 대해, 고정 탄소의 함량이 2 중량% 내지 5 중량%가 되도록 혼합하는 괴성체의 제조 방법.In claim 9,
In preparing the mixture,
A method for producing a compacted material, wherein the content of fixed carbon is mixed to 2% by weight to 5% by weight with respect to the entire compacted material.
상기 바이오매스 원료를 가열하여 고정 탄소의 함량을 증가시키는 과정은, 상기 바이오매스 원료를 반탄화시키는 과정을 포함하고,
상기 혼합물을 마련하는데 있어서,
상기 혼합물 전체 중, 반탄화된 상기 바이오매스 원료가 0 중량% 초과 10 중량% 이하가 되도록 혼합하는 괴성체의 제조 방법.In claim 9,
The process of increasing the content of fixed carbon by heating the biomass raw material includes the process of torrefaction of the biomass raw material,
In preparing the mixture,
A method of producing a compacted material in which the torrefied biomass raw material is mixed so that the total amount of the mixture is more than 0% by weight and 10% by weight or less.
상기 바이오매스 원료를 가열하여 고정 탄소의 함량을 증가시키는 과정은, 상기 바이오매스 원료를 반탄화시키는 과정을 포함하고,
상기 혼합물을 마련하는 과정은, 제철 공정 중에 발생된 함탄 부산물을 더 혼합하는 과정을 포함하며,
상기 혼합물을 마련하는데 있어서,
상기 혼합물 전체 중, 반탄화된 상기 바이오매스 원료의 함량과 상기 함탄 부산물의 함량을 합한 함량이 0 중량% 초과 10 중량% 이하가 되도록 혼합하는 괴성체의 제조 방법.In claim 9,
The process of increasing the content of fixed carbon by heating the biomass raw material includes the process of torrefaction of the biomass raw material,
The process of preparing the mixture includes further mixing carbon-containing by-products generated during the steelmaking process,
In preparing the mixture,
A method of producing a compacted material in which the combined content of the torrefied biomass raw material and the carbon-containing by-product is mixed so that the total content of the mixture is more than 0% by weight and 10% by weight or less.
상기 혼합물을 마련하는데 있어서,
상기 혼합물 전체 중, 상기 함탄 부산물의 함량에 비해 반탄화된 상기 바이오매스 원료의 함량이 크도록 혼합하는 괴성체의 제조 방법.In claim 13,
In preparing the mixture,
A method of producing a compacted material in which the content of the torrefied biomass raw material is mixed so that the content of the torrefied biomass raw material is greater than the content of the carbon-containing by-product in the entire mixture.
성형하여 제조한 상기 괴성체인 제1괴성체를 반응가스와 반응시켜, 상기 제1괴성체에 포함된 금속 철 및 산화철에 포함된 철(Fe)을 탄화철(Fe3C)로 변환시켜, 탄화철(Fe3C)을 함유하는 제2괴성체를 제조하는 과정을 포함하는 괴성체의 제조 방법.The method of any one of claims 9 to 14,
The first compacted body manufactured by molding is reacted with a reaction gas to convert the iron (Fe) contained in the metallic iron and iron oxide contained in the first compacted body into iron carbide (Fe 3 C), thereby producing iron carbide ( A method for producing a compacted material comprising the step of producing a second compacted material containing Fe 3 C).
용융 장치로 상기 괴성체를 투입시키고, 상기 괴성체를 용융시키는 과정;을 포함하는 용철의 제조 방법.A process of producing compacted material using a mixture containing reduced iron and torrefied biomass raw materials; and
A method of manufacturing molten iron comprising the process of introducing the compacted material into a melting device and melting the compacted material.
상기 괴성체를 제조하는 과정은, 상기 괴성체를 탄화수소를 포함하는 반응가스와 반응시켜, 탄화철(Fe3C)이 함유된 괴성체를 제조하는 과정을 포함하고,
상기 괴성체를 용융 장치로 투입하는데 있어서, 탄화철(Fe3C)이 함유된 상기 괴성체를 상기 용융 장치로 투입하는 용철의 제조 방법.In claim 16,
The process of producing the compacted material includes reacting the compacted material with a reaction gas containing hydrocarbon to produce a compacted material containing iron carbide (Fe 3 C),
A method of producing molten iron, wherein the compacted material containing iron carbide (Fe 3 C) is introduced into the melting device.
상기 반응가스는, 바이오매스 원료를 반탄화시킬 때 발생되는 부생가스를 포함하는 용철의 제조 방법.In claim 17,
The reaction gas is a method of producing molten iron including a by-product gas generated when torrefaction of biomass raw materials.
상기 용융 장치로 철광석을 투입하는 과정을 포함하고,
상기 괴성체를 용융시키는데 있어서, 상기 철광석을 함께 용융시키는 용철의 제조 방법.
In claim 16,
Including the process of introducing iron ore into the melting device,
A method of producing molten iron in which the iron ore is melted together in melting the compacted material.
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