【발명의 명칭】

용철 제조장치 및 용철 제조방법

【기술분야】

용철 제조장치 및 제조방법을 개시한다 .

【발명의 배경이 되는 기술】

용융환원제철법에서는 철광석을 환원하는 환원로와 환원된 철광석을 용융하는 용융가스화로를 사용한다. 용융가스화로에서 철광석을 용융하는 경우， 철광석을 용융할 열원으로서 성형탄을 용융가스화로에 장입한다. 환원철은 용융가스화로에서 용융된 후 용철 및 슬래그로 전환된 후 외부로 배출된다. 용융가스화로에 장입된 성형탄은 석탄층전층을 형성한다. 산소는 용융가스화로에 설치된 풍구를 통하여 취입된 후 석탄층전층을 연소시켜서 연소 가스를 생성한다 . 연소가스는 석탄층전층을 통하여 상승하면서 고온의 환원 가스로 전환된다. 고온의 환원가스는 용융가스화로의 외부로 배출되어 환원가스로서 환원로에 공급된다.

용융환원제철법에서 사용되는 성형탄은 분탄을 성형하여 브리켓으로 제조한 것으로 용융가스화로에 투입되어 환원철 용융에 필요한 열량을 제공한다. 용융가스화로에 장입된 성형탄은 열분해 반웅에 의해 촤 ( char )로 변환된다. 촤의 입도는 용융가스화로의 생산성과 효율에 가장큰 영향을 미친다. 용융가스화로 내부로 장입된 성형탄이 촤로 변환되는 과정에서 분화가 많이 일어나는 경우， 좌의 크기가줄어들면서 통기성과 통액성이 저하되어 생산성과 효율이 떨어진다. 또한， 성형탄이 분화되면서 발생된 고온의 분진 (dust )을 처리하기 위해 복잡한 공정이 요구된다.

【발명의 내용】

【해결하고자 하는 과제】

용융가스화로에 장입되는 성형탄의 분화를 줄여 촤의 크기를 크게 형성할 수 있도록 된 용철 제조장치 및 용철 제조방법을 제공한다.

또한， 분진 재처리를 위한 공정을 생략함으로써， 기존 공정들에 비하여 효율적이며 간단화된 용철 제조장치 및 용철 제조방법을 제공한다. 또한, 환원가스 쿨링에 따른 연료의 낭비를 최소화할 수 있도록 된 용철 제조장치 및 용철 제조방법을 제공한다.

【과제의 해결 수단】

본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 방법은, 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 상기 용융가스화로에 연결되고， 상기 환원철을 제공하는 환원로를 포함하는 용철제조장치의 상기 용융가스화로의 돔부에 석탄을 장입하고 급속 가열하여 용철을 제조하는 방법으로서， i ) 석탄을 건류하여 제공하는 단계， i i ) 철광석을 환원로에서 환원한 환원철을 제공하는 단계， 및 i i i ) 건류된 석탄과 환원철을용융가스화로에 장입하여 용철을 제공하는 단계를 포함할수 있다.

환원철을 제공하는 단계에서, 환원로는 유동층형 환원로 또는 층전층형 환원로일 수 있다.

석탄을 건류하여 제공하는 단계에서, 건류된 고은의 촤를 제공하여 용융가스화로에 장입할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 방법은, 용융가스화로로부터 생성된 환원가스를 바로 환원로로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 용융가스화로로터 생성된 환원가스를 바로 환원로로 공급하는 단계에서 , 환원가스로부터 미분을 제거하는 단계와 미분을 용융가스화로로 재투입하여 연소하는 단계를 포함하지 않을수 있다.

용융가스화로로부터 생성된 환원가스를 바로 환원로로 공급하는 단계에서, 환원로로 공급되는 환원가스의 적어도 일부를 바이패스하여 배출하는 단계를 더 포함할수 있디-.

본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 방법은， 환원로에서 배출되는 배가스를 C0 ₂ 제거한 후 환원로로 공급되는 환원가스에 혼합하는 단계를 더 포함할수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치는, 환원철이 장입되는 용융가스화로, 및 싱-기 용융가스화로에 연결되고 싱-기 환원철을 제공하는 환원로를 포함하여, 상기 용융가스화로의 돔부에 석탄이 장입되어 급속 가열되는 용철 제조장치로서 , 상기 용융가스화로에 연결되고 석탄을 건류하여 용융가스화로에 제공하는 석탄 건류기를 더 포함할 수 있디- . 상기 환원로는 유동층형 환원로 또는 층전층형 환원로일 수 있다. 상기 석탄 건류기는 석탄을 건류하여ᅳ 고은의 좌를 용융가스화로에 제공하는 구조일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른용철 제조 장치는, 상기 용융가스화로와 상기 환원로사이에 직결되어 용융가스화로에서 생성된 환원가스를 바로 환원로로 공급하는 환원가스라인을 더 포함할수 있다,

본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치는， 환원로에 연결되어 배가스를 배출하는 배가스라인에 연결되어 배가스에서 co ₂ 를 제거하는 리무버와， 상기 리무버와상기 환원가스라인 사이에 연결되어 리무버를 거친 가스를 환원가스라인으로 공급하는 리사이클라인을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 용철 제조 장치는, 상기

환원가스라인에서 분기되어 환원로의 배가스라인에 연결되어 환원로로

공급되는 환원가스의 적어도 일부를 바이패스하여 배출하는 분기라인을 더 포함할수 있다.

【발명의 효과】

용융가스화로에 장입되는 성형탄의 분화를 즐여 촤의 크기를 크게 형성함으로써 , 용융가스화로의 용철 생산성과 효율이 향상된다.

또한， 분진을 처리할 필요가 없어 공정이 보다 단순해진다.

또한， 연료의 낭비를 최소화함으로써， 생산비용이 줄게 된다.

【도면의 간단한 설명】

도 1은 본 실시예에 따른 용철 제조 장치의 개략적인 도면이다.

도 2는 또다른 실시예에 따른 용철제조장치의 개략적인 도면이디- . 【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】

제 1， 제 2 및 제 3 등의 용어들은 다양한 부분， 성분， 영역， 층 및 /또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른부분, 성분， 영역， 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만사용된디- . 따라서， 이하에서 서술하는 제 1 부분， 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범뷔 내에서 제 2 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 ¹¹ 의 의미는 특정 특성 , 영역, 정수, 단계, 동직- , 요소 및 /또는 성분을 구체화하며, 다른 특성， 영역, 정수， 단계, 동작, 요소 및 /또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로추가 해석되고， 정의되지 않는 한

이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할수 있도록 상세히 설명한다 . 그러나본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따라 제조한 석탄을사용한용철제조장치 (100)를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 용철제조장치 αοο)의 구조는 단지 본 발명을 예시히-기 위한 것이며， 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도

1의 용철제조징-치 (100)를 다양한 형태로 변형할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이， 용철제조장치 (100)는 용융가스화로 (10) , 복수개의 유동층형 환원로 (20) , 환원철 압축장치 (30) 및 석탄을 건류하여 용융가스화로에 장입하기 위한 석탄 건류기 (40)를 포함한다.

상기 석탄 건류기 (40)에서 건류된 석탄은 용융가스화로 (10)에 장입된다. 분철광석은 유동층을 가진 복수의 환원로들 (20)에 공급되고， 용융가스화로 ( 10)로부터 유동층형 환원로 (20)에 공급된 환원가스에 의해 유동되면서 환원철로 제조된디-. 환원철은 환원철 압축장치 (30)에 의해 압축된 후 용융가스화로 (10)에 건류된 석탄과 함께 장입되어

용융가스화로 (10)에서 용융된디. 용융가스화로 (110)의 외벽에는

풍구 (130)를 설치하여 산소를 취입한다. 산소는 석탄층전층에 취입되어 연소대를 형성한디-. 장입된 석탄은 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킬 수 있다.

상기 석탄 건류기 (40)는 석탄을 건류하여 휘발분을 제거히-게 된다. 상기 석탄 건류기 (40)는 석탄을 건류할수 있는 구조면 모두 적용가능하다. 예를 들어, 상기 석탄 건류기는 기존의 코크스 제조 공정의 코크스로를 이용할수 있다. 본 실시예의 용철 제조 장치의 경우， 요구되는 촤 (char)의 품질이 고로에 사용할 수 있도록 요구되는 좌의 품질보다 낮으므로, 고가의 석탄을 사용하지 않고 저가의 석탄을사용할 수 있다.

본 실시예에서， 상기 석탄 건류기 (40)는 석탄을 건류하여 고은의 촤 ( char) 상태로 제조하여 용융가스화로에 장입한다. 사전 건류된 고온의 연료를 용융가스화로에 장입함으로써， 분진의 발생을 방지할 수 있다. 즉， 용융가스화로 (10)의 상부에는 다른 부분에 비해 넓은 공간인 돔부 (101)가 형성되는 데, 종래의 경우, 돔부에 존재하는 고온의 환원가스에 의해 돔부 ( 101)에 장입되는 석탄이 열분해되면서 쉽게 분화될 수 있다. 그러나 본 실시예에 따라석탄 건류기 (40)를 거쳐 석탄을 고온 건류하여 촤 상태로 용융가스화로에 장입함으로써， 용융가스화로 내에서 석탄의 분화를 억제하고 더스트의 발생량을 최소화할 수 있게 된다 .

상기 석탄 건류기 (40)는 석탄을 용융가스화로에 장입하기 전에 원하는 형태의 승온 패턴으로 건류한다. 이에， 용융가스화로 내에서 석탄의 분화가 억제되어 촤의 크기를 보다크게 형성하여 용융가스화로의 생산성과 열효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 건류된 석탄은 헌열을 가진 촤상태로 용융가스화로 (10)에 장입된다. 용융가스화로에 사용되는 연료의 사용량은 열수지에 의해 결정되므로, 촤가 보유한 헌열만큼 용융가스화로의 연료 사용량을 줄일 수 있게 된다.

상기 용융가스화로 (10)에서 발생된 환원가스는 환원가스라인 ( 12)을 통해 환원로로 공급된디- . 본 실시예에서， 싱-기 환원가스라인 ( 12)은 용융가스화로 (10)와 싱-기 환원로 (20) 사이에 직결되어 용융가스화로에서 생성된 환원가스를 바로 환원로로 공급하는 구조로 되어 있다. 여기서， 직결이라 함은 별도의 공정이나 설비를 거치지 않고 용융가스화로와 환원로 사이에 집적 연결된 구조를 의미한다. 따라서 , 용융가스화로에서 생성된 고은의 환원가스가환원가스라인 (12)을 통해 바로 환원로로 공급된디- . 종래의 경우, 용융가스화로로 장입된 성형탄이 분화되면서 발생된 분진을 처리하기 위해， 용융가스화로에 사이클론과， 더스트 버너 설비가 구비된다. 이에， 종래에는 용융가스화로에서 발생된 환원가스는 먼저 사이클론을 거쳐 분진을 제거하게 된다. 사이클론에서 제거되어 포집된 분진은 더스트 버너를 통해 산소와함께 다시 용융가스화로로 취입되여 연소된다.

이와 같이, 종래에는 분진을 처리히-기 위한 별도의 설비가요구되는 반면, 본 실시예의 경우 분진 처리를 위한 설비가 불필요하다. 즉, 석탄 건류기를 통해 사전 건류된 석탄을 용융가스화로에 장입함으로써， 분진의 발생 및 용융가스화로 내에서 방출될 석탄의 휘발분이 없어 분진의 포집과 연소 및 휘발분 분해를 위해 필요한 사이클론과 더스트 버너가 필요 없게 된다.

이에， 본 실시예의 경우 용융가스화로 내에서 분진의 발생이 거의 없어 환원가스를 바로 환원로 (20)로 공급할 수 있는 것이다. 즉， 본 실시예의 제조장치는 용융가스화로에 연결된 더스트 버너가 불필요함에 따라 용융가스화로 돔부 ( 101)의 은도를 보다 낮출 수 있게 된다. 이에, 용융가스화로의 돔부에서 배출되는 환원가스의 온도를 종래와 비교하여 낮출 수 있게 된다. 알려진 바와 같이, 환원로로 공급되는 환원가스의 온도는 대략 700 ^° C 내외로유지해야 한다. 종래에는 용융가스화로에서 발생한환원가스의 은도가 너무높아 바로 환원로로 공급하지 못하고 별도로 저은의 쿨링 가스를 환원가스에 공급하여 온도를 낮춰줘야 했다. 그러나, 본 실시예의 경우, 분진 처리가 불필요함에 따라

용융가스화로와 환원로 사이에 환원가스라인 ( 12)이 직결되어,

용융가스화로에서 발생된 환원가스를 바로 환원로로 공급할수 있게 된다. 상기한구조 외에, 환원로로 공급되는 환원가스의 은도를 낮출 수 있도록 쿨링 가스를 환원가스에 공급하는 구조 역시 적용가능하디- . 이를 위해, 본 실시예의 제조 장치는 환원로 (20)에 설치된 배가스라인 (24)에 연결되어 배가스라인을 통해 배출되는 배가스에서 ( 0 ₂ 를 제거하는 리무버 (50)를 구비하며 , 싱기 리무버 (50)와 상기 환원가스라인 ( 12) 사이에 연결되어 리무버를 거친 저은의 쿨링 가스를 환원가스라인 (12)으로 공급하는 리사이클라인 (52)을 더 포함할 수 있다. 이러한구조의 경우에도 환원가스라인 (12)을 통해 환원로로 공급되는 환원가스의 온도 자체가 종래와 비교하여 상대적으로 낮기 때문에 온도 제어를 위해 사용되는 클링 가스 공급량을 보다줄일 수 있게 된다,

이와 같이， 환원가스 온도를 낮추기 위한 쿨링 가스의 사용량을 최소화하거니- , 클링 가스를 전혀 사용하지 않을 수 있어， 열효을을 높이고 연료사용량을 즐일 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 용철 제조 장치를

개략적으로 나타낸다. 도 2의 용철제조장치 (200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며， 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도

2의 용철제조장치 (200)를 다양한 형태로 변형할수 있디- . 도 2의

용철제조장치 (200)의 구조는도 1의 용철제조장치 ( 100)의 구조와

유사하므로, 동일한부분에는 동일한도면부호를사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2에 도시된 바와 같이 , 용철제조장치 (200)는 용융가스화로 (10)， 층전층형 환원로 (22) , 및 석탄을 건류하여 용융가스화로에 장입하기 위한 석탄 건류기 (40)를 포함한다. 이외에 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다. 층전층형 환원로 (22)에는 철광석이 장입되어 환원된다. 층전층형 환원로 (22)에 장입되는 철광석은 사전 건조된 후에 층전층형 환원로 (22)를 통과하면서 환원철로 제조된다. 층전층형 환원로 (22)는 층전층형

환원로로서， 용융가스화로로 (10)부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 충전층을 형성한다.

상기 석탄 건류기 (40)는 석탄을 고온 건류하여 고은의 촤 (char ) 상태로 제조하여 용융가스화로에 장입한디-. 사전 건류된 고은의 연료를 용융가스화로에 장입함으로써， 분진의 발생을 방지할 수 있디- . 이에， 본 실시예의 용철 제조장치 (200) 역시， 종래 설비에 구비되던 사이클론과 더스트 버너가불필요하다.

도 2에 도시된 용철 제조 장치 (200)의 경우, 더스트 버너가 구비되지 않음에 따라 용융가스화로에서 배출되는 환원가스의 은도가낮아져 환원가스의 온도제어를 위한 쿨링가스가 필요 없게 된다. 이에, 도 2에 도시된 바와 같이， 용융가스화로 (10)와 환원로 (22) 사이에

환원가스라인 ( 12)이 직결되어 용융가스화로 ( 10)에서 생성된 환원가스를 바로 환원로 (20)로 공급하는 구조로 되어 있다. 따라서， 종래 고온의 환원가스를 쿨링하기 위해 버려지던 열량을 줄여 연료비를 절감할 수 있게 된다.

또한， 본 실시예에 따른 용철 제조 장치는， 상기

환원가스라인 ( 12)에서 분기되고 환원로의 배가스라인 (24)에 연결되어 환원로로 공급되는 환원가스의 적어도 일부를 바이패스하여 배출하는 분기라인 ( 14)을 더 포함한다.

이에 필요시， 상기 분기라인 ( 14)을 통해 환원가스를

배가스라인 (24)으로 배출함으로써， 환원가스의 흐름을 보다 안정화시킬 수 있게 된다.

이하， 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 과정을 설명하면 다음과 같다. 이하 설명하는 용철 제조 과정은 다양하게 변형할 수 있으며， 이에 한정되지 않는다.

본 실시예의 용철 제조 과정은 석탄을 건류하여 제공하는 단계， 철광석을 환원로에서 환원한 환원철을 제공하는 단계， 및 건류된 석탄과 환원철을 용융가스화로에 장입하여 용철을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 석탄을 건류하여 제공하는 단계에서는 준비된 석탄을 건류하여 휘발분을 제거한다. 석탄의 종류는 특별히 한정되지 않으며， 단일 탄종이나 다양한 종류의 석탄을 흔합하여 사용할 수 있다. 구체적으로 저등급탄인 갈탄또는 아역청탄을사용할 수 있다. 건류 과정을 거쳐 휘발분이 제거된 석탄은 고온의 촤 (char ) 상태로 준비되어 헌열을 가진 상태로

용융가스화로에 장입된다. 분철광석은 유동층형 환원로 또는 층전층형 환원로를 거쳐 환원되어 용융가스화로에 장입된다.

환원철은 용융가스화로에 건류된 석탄과 함께 장입되어 용융된다. 용융가스화로에 선 건류된 석탄이 장입됨에 따라 용융가스화로 내에서 석탄의 분화가 억제되어， 분진의 발생이 최소화된다. 이에， 분진 처리 공정을 생략할수 있고 용융가스화로에서 배출되는 환원가스의 온도를 종래보다 낮출 수 있게 된다. 따라서， 분진 처리 공정없이， 용융 과정에서 용융가스화로로부터 발생된 환원가스는 환원가스라인을 통해 환원로로 바로 공급가능하게 된다.

유동층형 환원로를 사용하는 구조의 경우, 환원로로 공급되는 환원가스의 온도를 보다 낮추기 위한 과정을 더 거칠 수 있다. 이를 위해, 본 실시예의 제조 방법은 환원로에서 배출되는 배가스에서 C0 ₂ 제거한후 저온의 쿨링 가스를 환원가스에 흔합하여 환원로로 공급할 수 있다.

이와 같이， 환원가스를 바로 환원로로 공급하여 쿨링 가스를 사용하지 않거나， 쿨링가스를 환원가스에 흔합하여 환원가스의 온도를 낮추는 경우에도 종래와 비교하여 쿨링가스의 사용량을 줄일 수 있게 된다. 또한， 층전층형 환원로를 사용하는 구조의 경우， 용융가스화로로부터 생성된 환원가스를 바로 환원로로 공급하는 단계에서， 환원로로 공급되는 환원가스의 적어도 일부를 바이패스하여 배출할 수 있다. 이에， 필요시 환원가스를 환원로로 공급하지 않고 바로 배출 처리함으로써， 환원가스의 흐름을 보다 안정화시킬 수 있게 된다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만， 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한， 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

【부호의 설명】

10 용융가스화로 환원가스라인

20 유동층형 환원로 층전층형 환원로

24 배가스라인 환원철 압축장치

40 석탄 건류기 리무버

52 리사이클라인