KR20230097107A

KR20230097107A - 철 용융물로부터의 강철 제조

Info

Publication number: KR20230097107A
Application number: KR1020237017860A
Authority: KR
Inventors: 요한 뷔르름; 로버트 밀너; 노르베르트 레인
Original assignee: 프리메탈스 테크놀로지스 오스트리아 게엠베하
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2023-06-30
Also published as: JP2023551367A; AU2021370921A9; RS65979B1; MX2023004971A; US20240052442A1; WO2022090390A1; AU2021370921A1; HUE068709T2; JP7670819B2; ES2991774T3; FI4237587T3; EP4237587B1; CA3198632A1; CN116529395A; EP3992309A1; PL4237587T3; EP4237587A1

Abstract

본 출원은 강철 제조 공정에 관한 것이며, 이러한 강철 제조 공정은, 환원 기체(13)에 의한 직접 환원을 사용하여 산화철 함유 출발 물질(11)로부터 해면철(10)을 제조하는 단계이며, 이러한 환원 기체(13)는 적어도 20vol%가 수소(H2)로 구성되는 단계; 그리고 1 내지 5질량%의 탄소 함량을 갖는 철 용융물을 해면철로부터 제조하는 단계;를 포함한다. 이 경우, 해면철이 처리되고, 이러한 처리는

용융물 및 슬래그의 생산을 위하여 에너지를 공급하고 첨가제를 첨가하는 단계이며, 이러한 에너지 공급은 실질적으로 전기로부터 실행되고, 슬래그는 1.3 미만, 바람직하게는 1.25 미만, 특히 바람직하게는 1.2 미만의 염기도 B2를 갖는 단계;

용융물 내의 탄소 함량을 설정하는 단계;

해면철 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량을 환원시키는 단계;를 포함한다. 처리 중에 그리고/또는 이후에 슬래그는 분리된다. 이와 같은 철 용융물로부터 강철이 제조된다.

Description

철 용융물로부터의 강철 제조

본 발명은 환원 기체에 의한 직접 환원을 사용하여 얻어진 해면철의 사용 하의 철 용융물 제조를 갖는 강철 제조 공정에 관한 것이다.

오늘날의 대부분의 강철 생산은, 고로 경로와, 기본 산소 공정(LD/BOF)에 기반한 후속 제강에서 실행된다. 이러한 공정 경로에 의해서는, 맥석 성분들이 슬래그 형태로 낮은 철 손실로서 고로에서 제거될 수 있기 때문에 광범위한 철광석들이 가공될 수 있고, 하류에 연결된 BOF에서는 범용적으로 사용 가능한 고품질의 원료강이 제조 가능하다.

더 적은 비율의 강철 생산이, 직접 환원철(Direct Reduced Iron: DRI)이라고도 불리는 해면철을 형성하기 위한, 환원 기체를 사용한 직접 환원과, 전기 아크로(EAF)에 의한 후속 강철 생산을 기반으로 한다. 이 경우, 종래의 EAF에서 발생하는 슬래그 량 또는 철 손실과 에너지 비용 및 원료 비용을 제한하기 위하여, 고로 경로와 비교하여 더 낮은 맥석 비율을 갖는 더 고품질의 원료들이 사용되어야 한다. 종래의 EAF는 해면철의 고도의 금속화 수준도 필요로 한다. 공정 기술로 인하여, 달성 가능한 원료강 품질이 마찬가지로 더 낮으며, 또는 필적할 만한 강철 품질의 달성을 위하여 EAF에서 얻어진 원료강의 복잡한 후처리들이 실행되어야 한다.

산업 CO2 배출량을 감소시키기 위해서는 전 세계 강철 생산에서의 고로 경로의 비율을 감소시키는 것이 바람직한데, 이는 이러한 고로 경로가 석탄 또는 코크스의 사용에 기반하기 때문이다. 원칙적으로, 전 세계 강철 생산에서의 직접 환원의 비율을 증가시키는 것이 보상 조치로서 나타나는데, 이를 위해 CO2 배출량이 더 적은 방식들(예를 들어 천연 가스 또는 수소를 기반으로 하는 환원 기체에 의한 방식들)로도 생산이 실행될 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 경로에 관련된, 고로 경로에 비한 단점들은 강철 생산을 직접 환원의 방향으로 전환시킬 가능성을 제한한다.

본 발명의 과제는, 언급된 단점들이 방지되거나 그 정도가 적어도 감소될 수 있도록 하는 공정 및 장치를 제시하는 것이다.

이러한 과제는 강철 제조 공정을 통해 해결되고, 이러한 강철 제조 공정은

환원 기체에 의한 직접 환원을 사용하여 산화철 함유 출발 물질로부터 해면철을 제조하는 단계이며, 이러한 환원 기체는 적어도 20vol%가 수소(H2)로 구성되는 단계; 그리고

1 내지 5질량%의 탄소 함량을 갖는 철 용융물을 제조하는 단계이며, 환원 기체에 의한 직접 환원을 사용하여 산화철 함유 출발 물질로부터 제조된 해면철의 적어도 부분량이 처리되는 단계;를 포함하고,

이러한 처리는

용융물 내의 탄소 함량을 설정하는 단계;

해면철 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량을 환원시키는 단계이며, 처리 중 및/또는 이후에 슬래그는 분리되는 단계; 그리고

강철의 제조를 위하여 철 용융물을 사용하는 단계;

를 포함한다.

이러한 공정은, 적어도 20vol%가 수소로 구성되는 환원 기체에 의해 실행되는 직접 환원을 포함한다. 이에 따라, 고로 경로가 산화철 함유 출발 물질의 환원을 위해 사용될 때보다 더 적은 CO2 부담을 갖는 강철 생산이 실행될 수 있거나, 더 낮은 수소 비율에 의한 직접 환원이 실행된다. 이러한 직접 환원은 고체 탄소 또는 탄소 함유 고체 물질을 환원제로서 첨가하지 않고 실행된다.

직접 환원은, 예를 들어 고정 베드 반응기 또는 와류층 반응기 또는 유동 베드 반응기로서 형성될 수 있는 직접 환원 반응기 내에서 실행된다.

직접 환원의 환원 기체 내 수소 비율이 높을수록, 해면철 내 탄소 함량은 더 낮아진다. 이는 처리 시 용융 과정의 온도 범위에 영향을 미친다. 이는, 공정에 따른 강철 제조 시에 발생하는 탄소 함유 배출물의 양에 영향을 미치기도 하고, 제조된 강철의 탄소 함량에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명에 따른 공정의 처리는 고정 베드 프로세스가 아니라 베쓰 프로세스(bath process)이다. 이는, 직접 환원 공정으로부터의 해면철에 기반하여 고로의 생성물(액체 선철)과 유사한 생성물을 제조하는데 사용된다. 이러한 액체 생성물은 1 내지 5질량%의 탄소 함량을 가져야 하고, 이때 이러한 범위의 2개의 한계값들은 함께 포함된다. 질량 백분율, 즉 질량%는 질량 비율을 나타낸다. 이를 위해, 해면철에는 에너지가 공급되고, 첨가제가 첨가되는데, 이는 철에 기반한 용융물의 형성을 유도하고, 기초가 되는 광석의, 해면철 내에 포함된 맥석에 기반한 슬래그의 형성을 유도한다. 첨가제는 예를 들어 석회석 및/또는 백운석[둘 다 하소되지 않은 상태이거나 (바람직하게는) 하소된 상태일 수 있음], 석영이다. 슬래그는 1.3 미만, 바람직하게는 1.25 미만, 특히 바람직하게는 1.2 미만의 염기도 B2를 갖는다. 이러한 유형의 슬래그는 고로의 슬래그와 유사하고, 이에 상응하게 예를 들어 시멘트 산업에서 사용될 수 있다. 염기도가 더 낮을수록, 슬래그 량이 더 적게 나타나므로, 본 발명에 따른 공정의 운영이 에너지 면에서도 더 유리하게 나타난다.

염기도 B2는 산화칼슘 대 이산화규소(CaO/SiO₂)의 비율(질량%)이다.

철 용융물의 제조 시에는 해면철이 처리된다. 철 용융물 내 철의 공급원으로서 해면철이 (예를 들어 스크랩 또는 선철과 같은) 여타 철 운반체들과 조합되어 사용될 수 있거나, 해면철만이 철 용융물 내 철의 공급원으로서 사용될 수 있다.

용융물의 탄소 함량은 원하는 정도로 설정되고, 즉 이러한 공정으로부터 얻어지는 철 용융물은 1 내지 5질량%의 탄소 함량을 가질 것이고, 이에 상응하게, 예를 들어 용융물 내에 탄소 운반체들을 공급함으로써 그리고/또는 용융물 내 탄소 함량을 감소시키기 위한 제제들, 예를 들어 산소를 공급함으로써 이러한 설정이 실행된다.

처리는 또한 해면철 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량을 금속철로 환원시키는 것을 포함하므로, 용융물 내에서 금속철의 양이, 그 기초가 되는 해면철 내의 양보다 더 많아지는데, 이는 에너지 공급 중에 그리고/또는 이후에 발생한다.

에너지 공급은 실질적으로 전기로부터 실행된다. 이 경우, "실질적으로"라는 것은 공급된 에너지의 적어도 50%를 초과하는 것을, 바람직하게는 공급된 에너지의 65%를 초과하는 것을, 특히 바람직하게는 공급된 에너지의 80%를 초과하는 것을 의미한다. 특히, 재생 에너지 공급원들로부터의 전력 생산에 기인한 전기의 비중이 증가함에 따라, 선철과 유사한 액체 생성물에 기반하여 제조된 강철 또는 공정의 CO2 균형이 개선된다.

고로 경로에서는, 예를 들어 선철과 슬래그가 태핑(tapping)됨으로써, 그리고 이들이 상호 불용성 및 상이한 밀도에 의하여 중력을 통해 분리됨으로써, 발생하는 슬래그가 선철로부터 분리된다. 요구에 따라서는, 처리 중에 그리고/또는 이후에 슬래그가 분리된다. 용융물은 1질량% 내지 5질량%의 탄소 함량을 갖는, 선철과 유사한 액체 생성물로서 얻어진다. 슬래그의 제거는 예를 들어 따라냄을 통해 실행된다. 해면철 내에 포함된 맥석 및 첨가제들에 기반한 슬래그의 분리를 통하여, 산화철 함유 출발 물질 내에 포함된 맥석이 제거된다.

1.0질량% 내지 5질량%의 탄소 함량을 갖는, 본 발명에 따라 제조된 철 용융물은 주로 철로 구성되고, 즉 이러한 철은 선철과 유사한 액체 생성물인데, 본 출원에서 "선철과 유사한 액체 생성물"이라는 용어는 본 발명에 따라 제조된 철 용융물에 대한 "철 용융물"이라는 용어와 동의어로 사용된다. 1.0질량% 내지 5질량%의 탄소 함량을 갖는, 선철과 유사한 액체 생성물은 강철 생산 공정(예를 들어, LD/BOF)의 관점에서 볼 때, 고로로부터의 선철과 "유사"하고, 즉 고로로부터의 선철과 가능한 한 같도록, 즉, 고로를 제외하고는 강철 생산의 고로 경로를 따르도록 가공될 수 있다. 탄소 함량이 더 높을수록, 강철을 생성하는 후속 가공 시에 더 많은 냉각 스크랩이 사용될 수 있는데, 더 많은 양의 냉각 스크랩은 본 발명에 따라 제조된, 선철과 유사한 액체 생성물의 단위량 당 CO2 배출량을 감소시킨다. 바람직하게, 선철과 유사한 액체 생성물의 탄소 함량은 적어도 1.25질량%, 특히 바람직하게는 적어도 1.5질량%이다. 바람직하게, 선철과 유사한 액체 생성물의 탄소 함량은 최대 4질량%, 특히 바람직하게는 최대 3.5질량%, 매우 특히 바람직하게는 최대 3질량%이다.

본 발명에 따른 공정의 실행 시에는, 소량의 철 용융물이 이미 침전물로서 존재하는 용기 내에 해면철을 장입하는 것이 바람직할 수 있는데, 이러한 침전물은 예를 들어 본 발명에 따른 공정의 선행하는 사용 이후에 용기가 비워질 때 용기 내에 유지될 수 있지만, 다른 공급원으로부터 유래할 수도 있으며, 예를 들어 고로로부터 유래하는 예를 들어 선철로부터 유래할 수도 있다.

본 발명은, 종래의 EAF 운영을 사용하지 않으면서, 해면철로부터 강철을 산업적으로 효율적이며 경제적으로 제조할 가능성을 열어준다. 이 경우, 선철에 대해 공지되어 있는 강철 생산의 경로들이 사용될 수 있다. 강철 제조를 위한 종래의 EAF 운영은 높은 온도 및 높은 염기도에 의해 탄소 수준을 강하시키기 위하여 산화 조건에서 운영된다. 슬래그 내 산화철을 통한 철 손실을 낮게 유지하기 위하여, 해면철 내 맥석의 낮은 비율 및 높은 금속화 수준이 필요하다. 따라서, 종래의 EAF 운영에 공급될 해면철의 제조 시에 고품질의 철 운반체들의 사용이 필요한데, 이 경우 "고품질"이란 철 운반체들 내에 맥석이 적게 존재함을 의미하고, 해면철을 통해 EAF 내에 도입되는 맥석이 더 적을수록, EAF 내 슬래그 양이 더 적다. 슬래그 양이 더 적을수록, 산화철로서 슬래그로 손실되는 철이 더 적을 수 있다. 금속화 수준이 더 높을수록, 더 적은 산화철이 해면철 내에 포함되므로, 슬래그를 통한 산화철 손실 위험이 상응하게 감소된다.

본 발명에 따른 공정 과정에서는 탄소가 존재하는데, 이에 따라 해면철 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량이 탄소를 통해 환원될 수 있으므로, 사용된 해면철은 종래의 EAF 운영에 비해 더 낮은 금속화로도 사용될 수 있다. 산화철의 환원으로 인하여, 슬래그 내 산화철 성분들에 의한 철 손실은 종래의 EAF에서 해면철을 가공하는 것에 비해 더 낮다.

용융물 내에 탄소가 존재함으로써, 용융 과정의 온도 범위, 즉 선철과 유사한 생성물이 고체 응집 상태로부터 액체 응집 상태로 변환되는 온도 범위도 낮아지므로, 액화를 위하여 더 적은 에너지 공급이 요구된다. 이는, 본 발명에 따른 공정의 사용 하에 해면철로부터 강철을 생산할 때, 종래의 EAF 운영에서보다 상대적으로 더 적은 에너지 소모가 필요함을 의미한다.

선철과 유사한 생성물의 생성을 위해서는, 종래의 EAF 운영에서와는 달리 운영의 초점이 강철의 제조에 있지 않기 때문에, 슬래그의 염기도를 종래의 EAF 운영에서만큼 높게 설정하는 것이 불필요하다. 이에 상응하게, 본 발명에 따른 공정의 사용 하에 해면철로부터 강철을 생산할 때는, 종래의 EAF 운영에서보다 더 적은 슬래그가 발생하기도 한다(또는, 종래의 EAF 운영과 비교하여 필적할 만한 슬래그 양으로, 저품질의 원료들로부터의 더 높은 비율의 맥석을 갖는 해면철이 가공될 수 있다). 즉, 종래의 EAF 경로와 비교하여 더 적은 슬래그 양에 대해서는, EAF 경로와 비교하여 강철 품질의 향상보다는 맥석의 제거에 더 초점이 맞춰지기 때문에, 본 발명에 따른 절차가 더 낮은 슬래그 염기도에 의해 그리고 이에 따라 더 적은 첨가제 양에 의해 실행되는 상태가 기여한다. 더 적은 양의 슬래그는, 더 적은 재료가 가열되면 되므로, 가열 또는 용융을 위한 에너지 요구량도 더 적다는 것을 의미하기도 한다. 바람직하게, 본 발명에 따른 공정은 1.3 미만의 염기도 B2, 특히 바람직하게는 1.25 미만의 염기도 B2, 매우 특히 바람직하게는 1.2 미만의 염기도 B2에 의해 운영된다.

본 발명에 따른 공정의 사용 하에, 슬래그 형태의 맥석 성분들이 낮은 철 손실로서 이미 1.0% 내지 5%의 탄소 함량을 갖는, 선철과 유사한 액체 생성물의 제조 시에 제거되기 때문에 광범위한 철광석들이 가공될 수 있다. 이에 따라, 강철 생산 시에 선철과 유사한 액체 생성물을 가공하는 단계들은 이미 제거된 슬래그로 인한 부담이 가해지지 않는다. 이와 대조적으로, 해면철을 처리하는 종래의 EAF 운영은 훨씬 더 많은 슬래그 양으로 인한 부담이 가해진다.

1.0질량% 내지 5질량%의 탄소 함량을 갖는, 선철과 유사한 액체 생성물이 강철 생산 공정(예를 들어, LD/BOF)의 관점에서 볼 때, 고로로부터의 선철과 가능한 한 같도록 가공될 수 있기 때문에, 상응하는 품질 및 범용적인 사용 가능성을 갖는 강철이 제조될 수 있는데, 종래의 EAF 경로의 사용으로 인한 관련 제한 사항들이 이와 같이 극복될 수 있거나, 복잡한 후처리들이 생략될 수 있다.

공정의 바람직한 일 실시예에 따라, 직접 환원은 45vol%를 초과하도록 수소(H2)로 구성되는 환원 기체에 의하여 실행된다. 수소의 비율이 더 높을수록, 선철과 유사한 액체 생성물에 기반하여 제조된 강철 또는 본 발명에 따른 공정의 CO2 균형은 더 저하된다.

바람직한 일 실시예에 따라, 직접 환원은 직접 환원 반응기 내에서 실행되고, 처리는 처리 반응기 내에서 실행되고, 이러한 직접 환원 반응기와 처리 반응기는 서로 공간적으로 분리되어 있다. 이송 장치에 의하여, 해면철은 직접 환원 반응기로부터 처리 반응기로 이송될 수 있다. 직접 환원 반응기와 처리 반응기를 공통의 장치 내에 배열하는 것, 즉 서로 공간적으로 분리되지 않고 바로 인접하도록 배열하는 것이 마찬가지로 가능하다.

바람직한 일 실시예에 따라, 에너지 공급은 전기 아크를 통해 실행된다.

바람직한 일 실시예에 따라, 에너지 공급은 전기 저항 가열을 통해 실행된다. 이는 예를 들어 전기 분해의 실행일 수 있다.

바람직한 일 실시예에 따라, 에너지 공급은 전기에 의해 생성된 수소 플라즈마를 통해 실행된다.

바람직한 일 실시예에 따라, 에너지 공급은 부분적으로, 고체 상태 또는 액체 상태로 용융물에 공급되는 탄소 또는 용융물 내에 용해된 탄소의 기체화를 위한 산소의 도입을 통해 실행된다. 실제로, 이는 예를 들어 버너(burner)들에 의해 또는 랜스(lance)들을 사용하여 실행된다. 바람직하게, 적어도 기술적으로 순수한 산소가 도입된다.

바람직한 일 실시예에 따라, 용융물 내 탄소 함량의 설정은 공급된 탄소 운반체들에 의해 실행된다. 이는 고체 탄소 운반체 및/또는 액체 탄소 운반체 및/또는 기체 탄소 운반체일 수 있다. 탄소 운반체들은 예를 들어 석탄 분진, 코크스 분탄, 흑연 분진 또는 천연 가스를 포함할 수 있다. 탄소 운반체들은 부분적으로 또는 전체적으로 탄소 중립적 공급원들로부터, 예를 들어 목탄과 같은, 예를 들어 바이오매스로부터 유래할 수도 있는데, 이는 공정의 CO2 균형을 개선한다. 탄소 운반체들은 예를 들어 랜스들 또는 언더 베쓰 노즐들을 통해 도입될 수 있다.

바람직한 일 실시예에 따라, 용융물 내 탄소 함량의 설정은 공급된 산소에 의해 실행된다. 탄소 함량이 철 용융물에 대한 원하는 값보다 높을 경우, 산소 공급을 통해 탄소 함량의 산화적 감소가 달성될 수 있고, 예를 들어 용융물 내 탄소가 반응하여 CO를 생성하고, 기체 형태로 용융물로부터 빠져나갈 수 있다.

바람직한 일 실시예에 따라, 해면철 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량의 환원은 공급된 탄소 운반체들에 의해 실행된다. 이는 고체 탄소 운반체 및/또는 액체 탄소 운반체 및/또는 기체 탄소 운반체일 수 있다. 탄소 운반체들은 예를 들어 석탄 분진, 코크스 분탄, 흑연 분진 또는 천연 가스를 포함할 수 있다. 탄소 운반체들은 부분적으로 또는 전체적으로 탄소 중립적 공급원들로부터, 예를 들어 목탄과 같은, 예를 들어 바이오매스로부터 유래할 수도 있는데, 이는 공정의 CO2 균형을 개선한다.

바람직한 일 실시예에 따라, 해면철 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량의 환원은 해면철 내에 포함된 탄소에 의해 실행된다. 해면철 내에서는 탄소가 예를 들어 시멘타이트(Fe3C)의 형태로 결합 및/또는 용해되어 존재할 수 있고 그리고/또는 원소 탄소로서 존재할 수 있다.

바람직한 일 실시예에 따라, 해면철 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량의 환원은 적어도 부분적으로 전류에 의해 실행된다. 이는 예를 들어 전기 분해에 의해 또는 수소 플라즈마에 의해 실행될 수 있다.

바람직한 일 실시예에 따라, 처리 시에는 공급된 고체 탄소 운반체 및/또는 액체 탄소 운반체 및/또는 기체 탄소 운반체에 의한 용융 범위의 강하가 실행된다. 이는 예를 들어 석탄 분진, 코크스 분탄, 흑연 분진, 천연 가스이다. 탄소 운반체들은 부분적으로 또는 전체적으로 탄소 중립적 공급원들로부터, 예를 들어 목탄과 같은, 예를 들어 바이오매스로부터 유래할 수도 있는데, 이는 공정의 CO2 균형을 개선한다. 강하는 철의 융점과 비교하여 이해되어야 한다. 바람직하게, 본 발명에 따른 공정은 1550℃의 온도 미만에서, 바람직하게는 1500℃의 온도 미만에서, 특히 바람직하게는 1450℃의 온도 미만에서 운영된다.

바람직한 일 실시예에 따라, 강철의 제조 시에는 LD/BOF 공정이 사용된다. 바람직하게, 이는 적어도 10질량%, 바람직하게는 적어도 15질량%, 특히 바람직하게는 적어도 20질량%의 스크랩 사용에 의해 실행된다.

본 출원의 추가적인 하나의 대상은, 본 발명에 따른 공정을 실행하기 위한 제어 명령을 포함하는 머신 판독 가능한 프로그램 코드를 갖는 신호 처리 장치이다. 본 출원의 추가적인 하나의 대상은, 이와 같은 신호 처리 장치를 위한 머신 판독 가능한 프로그램 코드이며, 이러한 프로그램 코드는 신호 처리 장치로 하여금 본 발명에 따른 공정을 실행하도록 하는 제어 명령을 포함한다. 본 발명에 따른 공정의 추가적인 하나의 대상은, 이러한 유형의 머신 판독 가능한 프로그램 코드가 저장된 저장 매체이다.

본 발명은 이제 실시예들에 의하여 더욱 상세히 설명된다. 도면은 예시적인 것이며, 발명의 개념을 설명할 것이나, 결코 이를 제한하거나 심지어 확정적으로 나타내지는 않을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공정 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1은 철 용융물의 제조를 위한 본 발명에 따른 공정 과정을 개략적으로 도시한다. 해면철(10)은 환원 기체(13)에 의한 직접 환원 반응기(12) 내에서의 직접 환원을 사용하여 산화철 함유 출발 물질(11)로부터 제조된다. 환원 기체(13)는 적어도 20vol%가 수소(H2)로 구성된다. 해면철(10)은 처리 반응기(20)에 공급된다. 처리 반응기(20) 내에서는 해면철이 처리된다. 이러한 처리는 화살표(30)로 표시되는 에너지 공급을 포함한다. 에너지 공급은 실질적으로 전기로부터 실행된다. 이러한 처리는 첨가제(40)들의 첨가를 포함한다. 처리 시에는 용융물(50) 및 슬래그(60)가 생성된다. 슬래그는 1.3 미만의 염기도 B2를 갖는다.

처리는 용융물(50) 내 탄소 함량의 설정을 포함하는데, 이는 예시적으로 탄소 운반체(70)들의 첨가를 통해 도시된다.

처리는 해면철(10) 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량의 환원을 포함한다. 처리 중 및/또는 이후에 슬래그(60)는 분리되는데, 이는 별도로 도시되지 않는다. 용융물(50)은 1 내지 5질량%의 탄소 함량을 갖는, 원하는 철 용융물이다. 이러한 용융물은 예를 들어, 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 송풍 랜스(90)를 갖는 LD 공정에 따른 강철의 제조를 위하여 컨버터(80)에 공급될 수 있다.

해면철(10)은 환원 기체에 의한 직접 환원을 사용하여 산화철 함유 출발 물질로부터 얻어지는데, 이 경우 환원 기체는 예를 들어 적어도 20vol%가 수소(H2)로 구성될 수 있다.

직접 환원은 직접 환원 반응기 내에서 실행되고, 처리는 처리 반응기(20) 내에서 실행된다. 이러한 직접 환원 반응기와 처리 반응기(20)는 서로 공간적으로 분리되어 있을 수 있고, 해면철은 이송 장치에 의하여 직접 환원 반응기로부터 처리 반응기로 이송될 수 있다. 직접 환원 반응기와 처리 반응기(20)를 공통의 장치 내에 배열하는 것, 즉 서로 공간적으로 분리되지 않고 바로 인접하도록 배열하는 것이 마찬가지로 가능하다.

10 해면철
11 산화철 함유 출발 물질
12 직접 환원 반응기
13 환원 기체
20 처리 반응기
30 에너지 공급
40 첨가제
50 용융물
60 슬래그
70 탄소 운반체
80 컨버터
90 송풍 랜스

Claims

강철 제조 공정으로서, 이러한 강철 제조 공정은

환원 기체(13)에 의한 직접 환원을 사용하여 산화철 함유 출발 물질(11)로부터 해면철(10)을 제조하는 단계이며, 환원 기체(13)는 적어도 20vol%가 수소(H2)로 구성되는 단계; 그리고

1 내지 5질량%의 탄소 함량을 갖는 철 용융물을 제조하는 단계이며, 환원 기체(13)에 의한 직접 환원을 사용하여 산화철 함유 출발 물질(11)로부터 제조된 해면철(10)의 적어도 부분량이 처리되는 단계;를 포함하고,
이러한 처리는

용융물(50) 및 슬래그(60)의 생산을 위하여 에너지를 공급하고 첨가제를 첨가하는 단계이며, 이러한 에너지 공급은 실질적으로 전기로부터 실행되고, 슬래그(60)는 1.3 미만, 바람직하게는 1.25 미만, 특히 바람직하게는 1.2 미만의 염기도 B2를 갖는 단계;

용융물(50) 내의 탄소 함량을 설정하는 단계;

해면철(10) 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량을 환원시키는 단계이며, 처리 중 및/또는 이후에 슬래그(60)는 분리되는 단계; 그리고

강철의 제조를 위하여 철 용융물을 사용하는 단계;
를 포함하는, 강철 제조 공정.
제1항에 있어서, 직접 환원은 45vol%를 초과하도록 수소(H2)로 구성되는 환원 기체(13)에 의하여 실행되는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 또는 제2항에 있어서, 직접 환원은 직접 환원 반응기(12) 내에서 실행되고, 처리는 처리 반응기(20) 내에서 실행되고, 직접 환원 반응기(12)와 처리 반응기(20)는 서로 공간적으로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 공급은 전기 아크를 통해 실행되는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 공급은 전기 저항 가열을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 공급은 전기에 의해 생성된 수소 플라즈마를 통해 실행되는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 공급은 부분적으로, 고체 상태 또는 액체 상태로 용융물(50)에 공급되는 탄소 또는 용융물 내에 용해된 탄소의 기체화를 위한 산소의 도입을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 용융물(50) 내 탄소 함량의 설정은 공급된 탄소 운반체(70)들에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 용융물(50) 내 탄소 함량의 설정은 공급된 산소에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 해면철(10) 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량의 환원은 공급된 탄소 운반체(70)들에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 해면철(10) 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량의 환원은 해면철(10) 내에 포함된 탄소에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 해면철(10) 내에 포함된 산화철의 적어도 부분량의 환원은 적어도 부분적으로 전류에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 시에는 공급된 고체 탄소 운반체(70) 및/또는 액체 탄소 운반체(70) 및/또는 기체 탄소 운반체(70)에 의한 용융 범위의 강하가 실행되는 것을 특징으로 하는, 강철 제조 공정.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 강철의 제조 시에는 LD/BOF 공정이 사용되는, 강철 제조 공정.