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KR102161597B1 - 용철 제조 방법 및 용철 제조 장치 - Google Patents

용철 제조 방법 및 용철 제조 장치 Download PDF

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KR102161597B1
KR102161597B1 KR1020180087992A KR20180087992A KR102161597B1 KR 102161597 B1 KR102161597 B1 KR 102161597B1 KR 1020180087992 A KR1020180087992 A KR 1020180087992A KR 20180087992 A KR20180087992 A KR 20180087992A KR 102161597 B1 KR102161597 B1 KR 102161597B1
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exhaust gas
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 용철 제조 방법은 용융가스화로로부터 환원 가스를 공급받아, 산화철을 환원하는 단계, 환원로로부터 환원철을 공급받아 용철을 제조하고, 환원로에 환원 가스를 공급하는 단계, 연소 챔버 내의 파일럿 버너에 연료 가스를 공급하여, 메인 버너의 착화를 유도하는 단계, 용융가스화로에서 배출되는 환원 가스를 상기 연소 챔버를 통과시키면서 승온하는 단계; 및 승온된 환원 가스를 환원로에 공급하는 단계를 포함한다. 파일럿 버너에 공급되는 연료가스는 수소가스를 25 부피% 이상 포함한다.

Description

용철 제조 방법 및 용철 제조 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRON}
용철 제조 방법 및 용철 제조 장치에 관한 것이다. 구체적으로 용융가스화로로부터 배출되는 환원 가스를 승온하기 위한 용철 제조 방법 및 용철 제조 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 고압의 조건에서 파일럿 버너의 착화를 용이하게 하고 화염의 안정성을 높일 수 있는 용철 제조 방법 및 용철 제조 장치에 관한 것이다.
자동차, 조선, 가전, 건설 등 대부분의 현대 산업에서 사용되고 있는 철강의 제조는 일반적으로 제선공정, 제강공정, 연주공정 및 압연공정의 순으로 진행된다. 그리고, 제선공정에서는 고로법을 이용하여 용선이 제조된다. 고로법은 소결과정을 거친 철광석과, 유연탄을 원료로 하여 제조된 코크스를 고로에 투입한 후 공기를 불어넣어 용선을 제조하는 방법이다.
그러나, 상기 고로법에 의하면, 유연탄을 코크스로 제조하기 위한 코크스 제조설비, 철광석의 소결과정을 위한 소결설비 등의 부대설비가 마련되어야 한다. 또한, 상기 부대설비로부터는 환경오염물질이 배출되므로 고로법에 의하면 상기 부대설비들과 함께 환경오염물질을 정화시키기 위한 정화설비가 마련되어야 한다. 상기 부대설비와 정화설비의 설치에 따라 추가로 발생하는 비용은 철강의 제조원가에 반영되는바, 상기 고로법에 의하면 철강의 제조원가가 높은 문제가 발생한다. 이러한 고로법의 한계를 극복하기 위한 용융환원법이 개발되었으며, 상기 용융환원법은 파이넥스(FINEX)법이라고도 칭해진다.
고로법에서는 소결과정을 거친 덩어리 상태의 철광석(괴철광) 또는 자연상태의 괴철광이 사용되는 반면 파이넥스 공정에서는 가루형태의 철광석(분철광)이 사용된다. 또한, 고로법에서는 유연탄을 가공한 코크스가 사용되나 파이넥스 공정에서는 일반탄이 직접 사용된다. 이와 같은 파이넥스법은 코크스 제조설비, 철광석의 소결설비, 정화설비 등을 필요로 하지 않고, 괴철광에 비해 가격이 저렴한 분철광과 유연탄에 비해 가격이 저렴한 일반탄을 사용하기 때문에 철강의 제조원가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 파이넥스법은 고로법에 비해 매우 친환경적인 장점이 있다.
파이넥스 공정에서는 분철광을 환원시키는 유동환원로와, 환원된 분철광과 일반탄을 용융시켜 용선을 제조하는 용융가스화로가 사용된다. 분철광의 환원을 위해 유동환원로의 내부로는 고온의 가연성 환원가스가 공급된다. 고온의 환원가스를 공급하기 위해 일단 혹은 다단으로 구성된 유동환원로 전단의 연소 챔버에 메인 버너를 설치하고 산소를 공급하는 방식으로 연소 챔버 내부에 화염을 형성하여 환원가스를 승온한다.
정비 등의 목적으로 용철 제조 장치의 운용을 정지하여, 유동환원로를 식히고 난 후, 다시 승온을 하는 과정에서 메인 버너의 착화가 필요하다. 메인 버너의 착화를 유도하기 위해 파일럿 버너를 설치하고 천연가스와 공기를 공급하여 화염을 형성한다. 그런데 고압의 조건에서 파일럿 버너의 착화가 어려운 문제점이 있다.
용철 제조 방법 및 용철 제조 장치를 제공한다. 구체적으로 용융가스화로로부터 배출되는 환원 가스를 승온하기 위한 용철 제조 방법 및 용철 제조 장치를 제공한다. 더욱 구체적으로 고압의 조건에서 파일럿 버너의 착화를 용이하게 하고 화염의 안정성을 높일 수 있는 용철 제조 방법 및 용철 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 용철 제조 방법은 용융가스화로로부터 환원 가스를 공급받아, 산화철을 환원하는 단계, 환원로로부터 환원철을 공급받아 용철을 제조하고, 환원로에 환원 가스를 공급하는 단계, 연소 챔버 내의 파일럿 버너에 연료 가스를 공급하여, 메인 버너의 착화를 유도하는 단계, 용융가스화로에서 배출되는 환원 가스를 연소 챔버를 통과시키면서 승온하는 단계; 및 승온된 환원 가스를 환원로에 공급하는 단계를 포함한다.
파일럿 버너에 공급되는 연료가스는 수소가스를 25 부피% 이상 포함한다. 구체적으로, 연료가스는 수소가스를 25 내지 55 부피% 포함할 수 있다.
연료가스는 천연 가스, CO, CO2, O2, H2O 또는 이들의 조합을 나머지로 포함할 수 있다.
환원로의 배가스를 상기 파일럿 버너의 연료 가스로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
환원로의 배가스를 상기 파일럿 버너의 연료 가스로 공급하는 단계는, 배가스로부터 분진을 제거하는 단계; 분진이 제거된 배가스로부터 이산화탄소를 제거하는 단계; 및 이산화탄소가 제거된 배가스를 승압하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 용철 제조 장치는 용융가스화로로부터 환원 가스를 공급받아 산화철을 환원하여 환원철을 제조하는 환원로, 환원로에 상기 환원 가스를 공급하며, 상기 환원철이 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로 및 환원로의 전단에 장착되며, 상기 용융가스화로로부터 배출되는 환원가스를 승온하는 연소 챔버를 포함한다.
연소 챔버는 메인 버너 및 메인 버너의 착화를 보조하는 파일럿 버너를 포함하고, 파일럿 버너에는 수소가스를 25 부피% 이상 포함하는 연료 가스가 공급된다.
파일럿 버너는 수소 공급 장치와 연결될 수 있다.
파일럿 버너는 환원로의 배가스 라인과 연결될 수 있다.
환원로 및 상기 파일럿 버너 사이에, 환원로로부터 배출되는 배가스 내에서 분진을 제거하는 집진기, 배가스 내에서 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 제거기 및 배가스를 승압시키는 압축기가 순차적으로 연결될 수 있다.
환원로를 복수 개 포함하며, 복수의 환원로 중 1 이상의 환원로 전단에 연소 챔버가 설치될 수 있다.
용융가스화로로부터 배출되는 환원 가스를 상기 환원로에 직접 공급할 수 있도록 연결된 바이 패스 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 메인 버너의 착화를 용이하게 하고 화염의 안정성을 높이면서 저온에서 메인 버너를 가동할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 정비 등의 작업을 위한 휴지기 이후, 환원로에 공급되는 환원 가스의 온도를 빠르게 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 전체 용철 제조 공정의 가동률이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 용철 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연소 챔버를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 용철 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 용철 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 용철 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 용철 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 장치(100)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1의 용철 제조 장치(100)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 용철 제조 장치(100)를 다양하게 변형할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 장치(100)는 크게 용융가스화로(10), 환원로(20) 및 연소 챔버(30)를 포함한다. 이외에 용철 제조 장치(100)는 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다.
용융가스화로(10)는 내부에 석탄충진층을 포함하며, 환원철을 장입하고 그 내부로 산소를 취입하여 용철을 제조한다. 용융가스화로(10)에서 배출하는 환원가스는 환원가스공급관(40)을 통하여 환원로(20)에 공급된 후 철광석 및 부원료 등의 산화철을 환원 및 소성하는데 사용된 다음, 외부로 배출된다. 용융가스화로(10)에서 배출되어 환원가스공급관(40)을 통하여 환원로(20)에 공급되는 환원가스의 온도 범위는 300 내지 1000℃ 이며 압력 범위는 3 내지 5 bar에 해당한다.
환원로(20)는 철광석 및 부원료 등의 산화철을 환원 및 소성하여 환원철로 변환한다. 환원로(20)에 장입되는 산화철은 사전 건조된 후에 환원로(20)를 통과하면서 환원철로 제조된다. 환원로(20) 내로 장입된 산화철은 용융가스화로(10)로부터 환원가스를 공급받아 환원로(20) 내부에 유동 베드를 형성한다.
용융가스화로(10)로부터 배출된 환원가스는 환원가스공급관(40)을 통과는 동안 온도가 점점 떨어지고, 일단 혹은 다단으로 구성된 환원로(20)를 통과하는 동안에도 온도가 점점 떨어지기 때문에 환원로(20) 전단에 환원가스 승온을 위한 장치를 별도로 설치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 도 1에 나타난 것과 같이 환원로 전단에 연소 챔버(30)가 장착되어, 용융가스화로(10)로부터 배출되는 환원가스를 승온한다. 도 1에 나타나듯이, 연소 챔버(30)는 용융가스화로(10) 및 환원로(20)를 상호 연결하는 환원 가스 공급관(40)에 장착될 수 있다.
도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 장치에서 연소 챔버(30)를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 연소 챔버(30)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 연소 챔버(30)를 다양하게 변형할 수 있다.
메인 버너(31)는 산소를 공급받아, 연소 챔버(30) 내부에 화염을 형성하여 환원가스를 승온한다. 본 발명의 일 실시예에서 메인 버너(31)의 착화를 유도하기 위해 파일럿 버너(32)의 화염을 이용한다. 파일럿 버너(32)의 화염을 형성하기 위해 수소가스를 25 부피% 이상 포함하는 연료가스를 파일럿 버너(32)에 공급한다.
본 발명의 일 실시예에서 파일럿 버너(32)의 연료가스로 수소가스를 25 부피% 이상 포함하도록 공급한다. 일반적으로 버너의 연료 가스로 사용되는 천연가스의 경우 흡열반응에 의해 탄소와 수소로 분리된 이후 조연제인 공기와의 연소반응에 의해 화염을 형성하며 연소생성물로 이산화탄소와 수증기를 배출한다. 흡열반응에 필요한 열을 외부에서 공급할 경우 화염의 안정성을 높일 수 있다. 천연가스 1몰을 탄소와 수소로 분리하기 위해 필요한 열량은 약 17.3 kcal인 반면, 수소 1몰은 산소와 반응하여 약 57.8 kcal의 열을 방출한다. 따라서 파일럿 버너(32)의 연료로 수소를 25 부피% 이상 포함하는 경우 천연가스 분해를 위한 열량을 수소의 연소열로 충당할 수 있다. 이 경우 천연가스 분해반응 시 흡열에 의한 온도하락 현상이 발생하지 않으므로 파일럿 버너(32)의 착화가 용이하고 화염의 안정성이 높아진다.
또한, 천연가스/공기의 연소한계 범위가 5.3 내지 15%로 협소한 반면, 수소/공기의 연소한계 범위가 4 내지 75%로 천연가스에 비해 7배 이상 높다. 파일럿 버너(32)의 연료 가스로 수소를 25 부피% 이상 포함하는 혼합가스를 공급하는 경우, 수소/공기 연소반응에 의한 화염이 먼저 생성되고 넓은 연소범위에서 안정적으로 유지되기 때문에, 수소/공기 화염은 천연가스/공기 화염의 착화를 용이하게 하고 화염의 안정성을 높인다.
또한, 천연가스/공기의 최대연소속도는 0.45 m/s인 반면, 수소/공기 화염의 최대연소속도는 3.1 m/s로 약 7배 가량 높아 파일럿 버너(32) 노즐 주변으로의 열전달 효율이 높다. 이는 파일럿 버너(32)의 연료로 공급되는 천연가스의 승온 및 분해를 위한 흡열반응에 열량공급 효율을 높여 화염의 착화를 용이하게 하고 화염의 안정성을 높인다.
본 발명의 일 실시예에서 파일럿 버너(32)의 연료 가스로 천연가스를 대체하여 수소 가스를 공급한다. 수소는 천연가스와는 달리 연소반응 이전에 흡열을 통한 분해반응이 없으므로, 천연가스에 비해 착화가 용이하고 화염의 안정성이 높다.
또한, 수소/공기의 연소한계 범위가 4~75%로 천연가스에 비해 7배 이상 높고, 최대연소속도가 3.1 m/s로 천연가스에 비해 약 7배 가량 높으므로 파일럿 버너(32) 노즐에서 화염의 착화를 용이하게 하고 화염의 안정성을 높인다.
또한, COG(코크스 오븐 가스)를 파일럿 버너(32)의 연료 가스로 사용하는 경우도 있으나, 이 경우 COG 내의 타르가 연소 챔버(30) 내에 응축되는 문제가 있으며, 이를 제거하기 위해 장치 구성이 복잡해지는 문제가 있다.
연료가스는 수소가스를 25 내지 55 부피% 포함할 수 있다. 수소가스의 하한에 대해서는 전술한 설명과 같으며, 55 부피%를 초과하더라도 착화의 용이성이나, 화염의 안정성이 더욱 높아지지는 않는다.
연료가스의 나머지는 천연 가스, CO, CO2, O2, H2O 또는 이들의 조합이 될 수 있다.
전술하였듯이, 파일럿 버너(32)에는 연료가스 외에 공기가 또한 공급 될 수 있다.
도시하지는 아니하였으나, 파일럿 버너(32)의 착화를 위해, 파일럿 버너(32)의 단부에 점화용 전극이 설치될 수 있다. 점화용 전극에서 전기 스파크를 형성하여 연료가스를 점화할 수 있다.
도 3에서는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 용철 제조 장치(200)를 개략적으로 나타낸다. 용철 제조 장치에서 중복되는 구성은 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
도 3에서 나타나듯이, 파일럿 버너는 용철 제조 장치(200) 외부의 수소 공급 장치(50)를 통해 수소 가스를 공급받을 수 있다. 외부의 수소 공급 장치(50)란 예컨데, 수소 저장 탱크 등이 될 수 있다.
도 4에서는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 용철 제조 장치(300)를 개략적으로 나타낸다.
도 4에서 나타나듯이, 파일럿 버너(32)는 환원로(20)의 배가스 라인과 연결되어, 수소 가스를 공급받을 수 있다. 이 경우 외부의 수소 공급 장치(50)로부터 수소를 공급 받는 것에 비해, 배가스를 활용할 수 있어, 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
환원로(20)의 배가스 내에는 분진, 이산화탄소 등이 포함되어 있으며, 이들을 개질하지 않고, 파일럿 버너(32)의 연료 가스로 사용할 시 문제가 될 수 있다.
환원로(20)로부터 배출되는 배가스는 먼저 집진기(61)를 통과하여, 배가스 내의 분진을 제거한다. 집진기(61)는 배가스 내의 분진을 제거할 수 있는 장치면 특별히 한정되지 아니하며, 수집진 또는 건식 집진 방식을 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로 사이클론을 사용할 수 있다.
집진기(61)를 통과한 배가스는 이산화탄소 제거기(62)를 통과한다. 이산화탄소 제거기(62)는 배가스 내의 이산화탄소를 제거할 수 있는 장치면 특별히 한정되지 아니한다. 이산화탄소가 파일럿 버너(32)의 연료 가스로 포함되면, 파일럿 버너(32)의 착화에 어려움을 줄 수 있기 때문에, 적절히 제거하여 수소 가스의 함량을 높일 필요가 있다. 이산화탄소의 제거 방식으로는 PSA(Pressure Swing Adsorption)를 거칠 수 있다.
이산화탄소 제거기(62)를 통과한 배가스는 압축기(63)를 통과한다. 압축기(63)는 배가스 내의 압력을 높일 수 있는 장치면 특별히 한정되지 아니한다.
환원로(20)의 배가스는 압력이 낮기 때문에, 파일럿 버너(32)의 연료 가스로 제공되면, 파일럿 버너(32)의 착화에 어려움을 줄 수 있다.
압축기(63)를 통과한 배가스는 파일럿 버너(32)의 연료가스로 공급된다. 이 때, 배가스는 수소가스를 25 내지 55 부피% 포함할 수 있다. 나머지는 CO, CO2, O2, H2O 또는 이들의 조합이 될 수 있다.
도 5에서는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 용철 제조 장치(400)를 개략적으로 나타낸다.
도 5에서 나타나듯이, 환원로(20)는 복수개로 구성될 수 있다. 즉, 환원로(20)가 다단으로 구성될 수 있다. 이 때, 용융가스화로(10)에 연결된 제1 환원로(20)의 전단 뿐 아니라, 제1 환원로의 후단에 연결된 제2 환원로 또는 제3 환원로의 전단에도 연소 챔버(30)가 설치될 수 있다. 즉, 복수의 환원로(20) 중 1 이상의 환원로(20) 전단에 연소 챔버(30)가 설치될 수 있다. 환원 가스는 환원로(20)를 통과하는 과정에서도 온도가 하락할 수 있으며, 연소 챔버(30)를 통과함으로써, 온도를 보상 받을 수 있다.
도 6에서는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 용철 제조 장치(500)를 개략적으로 나타낸다.
도 6에서 나타나듯이, 용철 제조 장치(500)는 용융가스화로(10)로부터 배출되는 환원 가스를 환원로(20)에 직접 공급할 수 있도록 연결된 바이 패스 라인(70)을 포함할 수 있다. 이 때 용융가스화로(10)로부터 배출되는 환원 가스를 환원로(20)에 직접 공급한다는 의미는 연소 챔버(30)를 통과하지 않고 환원 가스를 공급한다는 의미이다. 연소 챔버(30)를 통과하여 환원 가스의 온도를 승온시킬 필요가 없으며, 바이 패스 라인(70)을 통과시켜 연소 챔버(30)에 가해지는 부하를 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 용철 제조 방법은 용융가스화로(10)로부터 환원 가스를 공급받아, 산화철을 환원하는 단계, 환원로(20)로부터 환원철을 공급받아 용철을 제조하고, 환원로(20)에 환원 가스를 공급하는 단계, 연소 챔버(30) 내의 파일럿 버너(32)에 연료 가스를 공급하여, 메인 버너(31)의 착화를 유도하는 단계, 용융가스화로(10)에서 배출되는 환원 가스를 연소 챔버(30)를 통과시키면서 승온하는 단계; 및 승온된 환원 가스를 환원로(20)에 공급하는 단계를 포함한다.
이하에서는 각 단계별로 상세하게 설명한다. 각 단계는 시간의 선후와 무관하게 기재된 것이며, 각 단계가 순차적 또는 동시 다발적으로 이루어 질 수 있다.
먼저, 용융가스화로(10)로부터 환원 가스를 공급받아, 산화철을 환원한다. 이 단계는 환원로(20)에서 이루어지는 단계이다. 산화철은 철광석 및 부원료 등이 될 수 있으며, 고온에서 환원 가스와 반응하여 환원철로 제조된다. 환원로(20) 내로 장입된 산화철은 용융가스화로(10)로부터 환원가스를 공급받아 환원로(20) 내부에 유동 베드를 형성한다.
다음으로, 환원로(20)로부터 환원철을 공급받아 용철을 제조한다. 이 단계는 용융가스화로(10)에서 이루어지는 단계이다. 용융가스화로(10)는 내부에 석탄충진층을 포함하며, 환원철을 장입하고 그 내부로 산소를 취입하여 용철을 제조한다. 용융가스화로(10)에서 배출하는 환원가스는 산화철을 환원하는 단계에서 환원로(20)에 공급된 후 철광석 및 부원료 등의 산화철을 환원 및 소성하는데 사용된 다음, 외부로 배출된다.
다음으로 연소 챔버(30) 내의 파일럿 버너(32)에 연료 가스를 공급하여, 메인 버너(31)의 착화를 유도하는 단계이다. 용융가스화로(10)에서 배출하는 환원가스는 매우 고압이어서, 메인 버너(31)의 착화가 용이하지 않다. 구체적으로 용융가스화로(10)에서 배출하는 환원가스는 온도 범위가 300 내지 1000℃ 이며 압력 범위는 3 내지 5 bar 에 해당한다.
본 발명의 일 실시예에서는 파일럿 버너(32)에 공급되는 연료 가스를 수소를 25 부피% 이상 포함하도록 함으로써, 메인 버너(31)의 착화를 용이하게 하고 화염의 안정성을 높이면서 저온에서 메인 버너(31)를 가동할 수 있다. 일반적으로 버너의 연료 가스로 사용되는 천연가스의 경우 흡열반응에 의해 탄소와 수소로 분리된 이후 조연제인 공기와의 연소반응에 의해 화염을 형성하며 연소생성물로 이산화탄소와 수증기를 배출한다. 흡열반응에 필요한 열을 외부에서 공급할 경우 화염의 안정성을 높일 수 있다. 천연가스 1몰을 탄소와 수소로 분리하기 위해 필요한 열량은 약 17.3 kcal인 반면, 수소 1몰은 산소와 반응하여 약 57.8 kcal의 열을 방출한다. 따라서 파일럿 버너(32)의 연료로 수소를 25 부피% 이상 포함하는 경우 천연가스 분해를 위한 열량을 수소의 연소열로 충당할 수 있다. 이 경우 천연가스 분해반응 시 흡열에 의한 온도하락 현상이 발생하지 않으므로 파일럿 버너(32)의 착화가 용이하고 화염의 안정성이 높아진다. 파일럿 버너(32)에 공급되는 연료가스는 전술한 것과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
도 3에 나타나듯이, 연료 가스는 외부의 수소 공급 장치(50)로부터 공급될 수 있으나, 도 4에 나타나듯이, 환원로(20)의 배가스로부터 공급되는 것도 가능하다. 즉, 환원로(20)의 배가스를 파일럿 버너(32)의 연료 가스로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
환원로(20)의 배가스에는 수소 외에도 분진, 이산화탄소 등이 포함되어 있어, 이를 제거할 필요가 있다. 또한, 환원로(20)의 배가스는 압력이 낮아, 파일럿 버너(32)에 그대로 공급하기에는 부적합할 수 있다.
따라서, 환원로의 배가스를 파일럿 버너의 연료 가스로 공급하는 단계는 배가스로부터 분진을 제거하는 단계; 분진이 제거된 배가스로부터 이산화탄소를 제거하는 단계; 및 이산화탄소가 제거된 배가스를 승압하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 200, 300, 400, 500: 용철 제조 장치,
10 : 용융가스화로, 20 : 환원로,
30 : 연소 챔버, 31 : 메인 버너,
32: 파일럿 버너,
40 : 환원가스공급관, 50 : 수소 공급 장치,
61 : 집진기, 62 : 이산화탄소 제거기,
63 : 압축기,
70 : 바이 패스 라인

Claims (11)

  1. 용융가스화로로부터 환원 가스를 공급받아, 산화철을 환원하는 단계;
    환원로로부터 환원철을 공급받아 용철을 제조하고, 환원로에 환원 가스를 공급하는 단계;
    연소 챔버 내의 파일럿 버너에 연료 가스를 공급하여, 메인 버너의 착화를 유도하는 단계;
    상기 용융가스화로에서 배출되는 환원 가스를 상기 연소 챔버를 통과시키면서 승온하는 단계;
    승온된 환원 가스를 상기 환원로에 공급하는 단계; 및
    상기 환원로의 배가스를 상기 파일럿 버너의 연료 가스로 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 파일럿 버너에 공급되는 연료가스는 수소가스를 25 부피% 이상 포함하는 용철 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료가스는 수소가스를 25 내지 55 부피% 포함하는 용철 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 환원로의 배가스를 상기 파일럿 버너의 연료 가스로 공급하는 단계는
    상기 배가스로부터 분진을 제거하는 단계;
    상기 분진이 제거된 배가스로부터 이산화탄소를 제거하는 단계; 및
    상기 이산화탄소가 제거된 배가스를 승압하는 단계를 포함하는 용철 제조 방법.
  6. 용융가스화로로부터 환원 가스를 공급받아 산화철을 환원하여 환원철을 제조하는 환원로,
    상기 환원로에 상기 환원 가스를 공급하며, 상기 환원철이 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로 및
    상기 환원로의 전단에 장착되며, 상기 용융가스화로로부터 배출되는 환원가스를 승온하는 연소 챔버를 포함하고,
    상기 연소 챔버는 메인 버너 및 메인 버너의 착화를 보조하는 파일럿 버너를 포함하고,
    상기 파일럿 버너에는 수소가스를 25 부피% 이상 포함하는 연료 가스가 공급되고,
    상기 파일럿 버너는 상기 환원로의 배가스 라인과 연결된 용철 제조 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 환원로 및 상기 파일럿 버너 사이에,
    상기 환원로로부터 배출되는 배가스 내에서 분진을 제거하는 집진기,
    상기 배가스 내에서 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 제거기 및
    상기 배가스를 승압시키는 압축기가 순차적으로 연결된 용철 제조 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 환원로를 복수 개 포함하며,
    상기 복수의 환원로 중 1 이상의 환원로 전단에 연소 챔버가 설치된 용철 제조 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 용융가스화로로부터 배출되는 환원 가스를 상기 환원로에 직접 공급할 수 있도록 연결된 바이 패스 라인을 더 포함하는 용철 제조 장치.
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