KR20150036360A - 상부의 가스가 재순환 하며 연소 관형 히터를 가지는 용광로를 운용하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

개선된 상부 가스를 용광로로부터 기둥부(관형 히터에서 개선된 상부 가스가 재활용되기 전에 가열된다)로 재순환 시킴으로써 코크스 비율이 감소하는 용광로 시스템이 사용된다. CO, CO₂및 H₂를 포함하는 상부 가스는 용광로의 상부에서 추출된다; 가스의 환원 퍼텐셜을 증가시키기 위해 냉각되고 세정된 분진, 수분, 및 CO₂를 포함하는 상부 가스는 재순환되기 전에 850℃가 넘는 온도로 가열되며, 따라서, 용광로의 정상적인 운용 기간 동안에 이용된 제1 가스 흐름 경로를 한정한다. 독특하게, 선택적으로, 용광로의 운용 중단 기간 동안에 히터와 냉각기를 통한 연속적인 상부 가스의 흐름을 위한 제2 가스 흐름 경로는, 관형 히터가 열적 충격을 받아 발생하는 손상을 피하는 방법으로 상기 히터의 점진적인 제어된 냉각 시간을 허락한다.

Description

상부의 가스가 재순환 하며 연소 관형 히터를 가지는 용광로를 운용하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR OPERATING A BLAST FURNACE WITH TOP-GAS RECYCLE AND A FIRED TUBULAR HEATER}

본 발명은 철강 산업 분야에 관련이 있으며, 더욱 구체적으로 용광로 시스템을 운용하기 시작할 때 또는 용광로로의 상부 가스 재순환이 중단되어야 할 때, 용광로에 대한 상부 가스 재순환이 히터를 열적 충격으로부터 보호하는 동안 용광로의 효율성과 생산성을 증가시키기 위한 직접 연소 가스 히터를 통하여 개선된 상부 가스 재순환을 포함하는 용광로의 운용과 관련이 있다.

선철(pig iron)을 생산하는 용광로에서, 철광석은 용광로의 상부를 통하여 코크스 및 플럭스와 함께 충전된다. 고온의 송풍이 용광로의 하부의 송풍구를 통해 주입되며, 이에 따라 충전물을 용해시키는 코크스의 탄소의 연소에 의해서 열을 생성한다. 코크스의 제어된 연소는 또한 용광로에서 산화철을 화학적으로 환원시키는 수소와 일산화탄소를 생성한다. 주기적으로, 액체 금속과 슬래그가 용광로에서 조금씩 떨어진다. 연소가스는 용광로를 통하여 흐르고 산화철을 환원시키며, 분진이 가득한 고온 가스의 흐름으로써 용광로를 빠져나간다. 열은 송풍의 예열을 위하여 회수되며, 이러한 용광로의 상부 가스는, 일단 냉각되면, 일반적으로 철강 공장의 다른 구역에서 연료로 이용된다.

용광로의 충전에는 야금 코크스(Metallurgical coke)가 필요한데, 이러한 원료(열분해에 의하여 생산된다. 예를 들어 산소가 존재하지 않는 코크스 오븐에서 석탄의 간접적인 발열)는, 용해된 철과 슬래그가 수집된 금속 철이 녹기 시작하여 용융철과 슬래그가 수집되는 용광로의 하부로 낙하하기 시작하는 소위 "데드맨(dead man)" 지대를 넘는 용광로 충전물의, 구조적 지지대를 제공하기 때문이다.

코크스는 또한 산소를 포함하는 가스, 전형적으로 예열된 공기, 연소가스, 주로 약간의 H₂(수소)와 수분이 있는 CO(일산화탄소) 및 CO₂(이산화탄소)와 함께 자체 연소를 함으로써 금속 충전물을 용해시키기 위한 열을 제공하고, 용광로의 수직 부분을 통하여 상부로 흐르며, 철 산화물을 우스타이트(wustite, FeO)로 환원시킨다.

코크스 비율 감소의 목적이 있는 용광로에서 상부 가스의 재순환을 위한, 종래 기술에서 발견되는 몇몇 제안들은 용광로로의 상부 가스의 재순환을 강조하였으며, 이러한 방법으로 코크스의 소비를 최소화한다. 만일 직접 연소 관형 히터에서 상부 가스가 가열되면, 고온을 견디기 위해 고급 합금으로 제작된 히터의 튜브는 상부 가스의 온도를, 850℃ 이상으로, 바람직하게는 900℃ 내지 1100℃로 증가시켜야 할 필요가 있으며, 시작과 종료 기간 동안 히터의 튜브를 통하여 가스의 연속적인 흐름을 요구하는 튜브에 열적 충격이 가해지는 것을 피하기 위해, 시작 및 종료기간 동안에 예약된 특정 온도 프로파일을 따를 필요가 있다.

출원인은 코크스 소비를 줄이기 위한 용광로에 대한 상부 가스 재순환에 관련된 몇몇 특허와 특허출원을 발견하였으며, 관련특허와 특허출원은, 철 산화물의 직접적인 환원을 위해서, 재순환된 가스는 적합한 온도로 가열되어야 한다는 것을 개시하고 있다. 예를 들어: 미국특허번호 3,784,370; 4,844,737; 4,917,727; 4,363,654; 5,234,490; 미국특허출원번호 2010/0212457 A1; 영국특허번호 GB1,218,912; 및 일본특허공개번호 JP55113814에 개시되어 있다.

상기 특허 또는 특허출원 중 어느 것도, 용광로의 예상치 않은 운용 중지로 인해 가스 히터의 구성요소가 받는 열적 충격으로부터 보호하기 위한, 상기 가스 히터로부터 유출되는 고온 가스의 냉각 수단을 포함하는 대안적인 경로를 제공하는 것을 개시하거나 암시하지 않는다. 상부 가스 재순환이 있는 용광로의 운용 및 유용성을 향상시키기 위한 이러한 히터의 실질적인 문제의 해결책은 종래 기술에서는 가시적이지 않다.

본 발명의 목적은 상부 가스를 개선하고 재순환함으로써 용광로의 운용성을 향상시키기 위한 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 BF 공장의 나머지가 운영을 중지한다 하더라도, 히터의 시작과 종료의 정상적인 운용에 적용할 수 있는, 가스 냉각 수단을 포함하는 고온 가스 대체 순환로를 제공함으로써 용광로의 운용성 향상을 위한 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 부가적인 목적은 독립적인 운용절차를 허용하는 가스 순환로와 냉각 수단을 제공함으로써 용광로 공장의 유용성을 향상시키기 위한 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 분야에 기술이 있는 자에세는 분명하거나 또는 본 발명의 상세한 설명에서 언급될 것이다.

본 발명의 목적은 일반적으로, 용광로로 가스의 재순환에 앞서 관형 히터에서 가열된 개선된 상부 가스를 재순환함으로써 코크스 비율이 감소하고, 관형 히터가 용광로 시스템의 예상치 못한 운용 중단으로 인해 초래되는 손상으로부터 보호되며, CO, CO₂및 H₂를 포함하는 상부 가스의 흐름이 용광로의 상부로부터 추출되고, 가스의 환원 퍼텐셜(reduction potential)의 증가를 위해 분진, 수분과 CO₂가 상기 냉각된 상부 가스 흐름으로부터 제거되고, 상부 가스는 용광로 시스템의 정상적 운용기간 동안 사용된 제1 가스 흐름경로를 통하여 용광로로 재순환되기 전에 850℃ 보다 높은 온도로 가열되는, 바람직하게는 900℃에서 1100℃ 사이인, 용광로에서 철을 생산하는 방법을 제공함으로써 달성된다. 용광로 시스템의 운용이 중단되었을 경우에 상부 가스가 전술한 제2 가스 흐름 경로를 통하여 연속해서 순환함으로써, 상기 관형히터가 전술한 용광로 시스템의 운용 중단으로 인해 초래되는 급격한 열적 변화에 의하여 손상을 받지 않도록 히터를 통한 상부 가스의 순환을 위한 제2 가스 흐름 경로가 제공된다.

본 발명의 목적은 또한, 철광석, 야금 코크스와 플럭스가 용광로의 상부에 충전되고 용융철과 슬래그가 용광로의 하부로부터 조금씩 떨어지는 용광로에서 용융 철을 생산하기 위한 용광로 시스템을 제공하고, 전술한 배출 수단에 연결되어 상부 가스 흐름에서 분진을 제거하기 위한 수단; 전술한 상부 가스 흐름을 세정하고 냉각하고 상부 가스의 흐름으로부터 수분을 제거하기 위한 제1 냉각 수단; 상기 상부 가스를 용광로로 재순환을 가능하게 하기 위해 냉각된 상부 가스 흐름의 압력을 증가시키기 위한 펌프 수단; CO₂희박(CO₂-lean)한 환원 가스 흐름을 형성하는 상기 냉각된 상부 가스 흐름의 적어도 한 부분으로부터 CO₂를 제거하기 위한 수단; 상기 CO₂희박한 환원 가스 흐름을 850℃ 가 넘는 온도로 가열하기 위한 관형 가스 히터; 및 용광로 시스템의 정상적 운용 기간 동안 상기 용광로로 상기 고온 환원 가스 흐름을 재순환 시키기 위한 상기 가스 히터를 통하여 제1 가스 순환 가스경로를 한정하는 상기 용광로 시스템의 구성요소를 연결하는 제1 배관수단;을 포함하며, 상기 히터로부터 방출되는 고온의 가스를 냉각시키기 위한 제2 냉각 수단; 상기 제2 냉각수단을 상기 가스 히터에 연결하는 제2 배관 수단 및 상기 가스 히터를 통한 가스 순환을 위한 제2 경로를 한정하는 상기 펌프 수단; 상기 히터로부터 상기 제2 냉각 수단으로 방출되고 상기 제2 가스 경로를 통해 흐르는 가스 흐름을 선택적으로 우회시키기 위한 제1 밸브 수단; 및 반응기로부터 방출된 가스가 상기 제2 가스 경로를 통하여 흐를 때 상기 히터로부터 상기 용광로로 방출된 가스의 흐름을 방지하기 위한 제2 밸브 수단;을 더 포함하며, 용광로 시스템의 운용이 중단되었을 때, 상기 용광로 시스템의 운용 중단으로 초래된 급격한 열적 변화로부터 상기 히터의 손상을 방지하기 위해 히터를 통하여 순환중인 가스가 상기 제2 가스경로로 우회하는 것을 특징으로 함으로써 달성된다.

본 발명의 목적은 또한 철광석, 야금 코크스와 플럭스가 용광로의 상부에 충전되고 용융철과 슬래그가 용광로의 하부로부터 조금씩 떨어지는 용광로에서 용융철을 생산하는 방법을 제공하고, 상기 용광로 내에서 코크스의 연소에 의해 열과 환원 가스를 생성하기 위한 산소를 포함하는 가스가 도입되는 용광로의 하부에 다수의 송풍구를 가지는 상기 용광로는, 상기 용광로로부터 고온 상부 가스의 흐름을 추출함으로써, 용광로의 정상적인 운용 기간 동안 제1 가스 경로를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 가스 경로를 형성하는 단계는, 제1 냉각 수단 내에서 분진이 있는 고온 상부 가스 흐름을 냉각하고 세정하는 과정; 용광로로 재순환하는 상기 상부 가스 흐름의 재순환을 가능하게 하기 위한 펌프 수단에 의해 발생한 냉각된 상부 가스 흐름의 압력을 증가시키는 과정; CO₂희박한 환원가스 흐름을 형성하는 상기 냉각된 상부 가스 흐름의 적어도 한 부분으로부터 CO₂를 제거하는 과정; 상기 CO₂희박한 환원 가스 흐름을 관형 가스 내에서 850℃ 보다 높은 온도로 가열하는 과정; 현재 고온인 CO₂희박한 환원 가스 흐름을 상기 용광로의 상부로 다시 주입되게 하여 제1 가스 순환 경로를 완성하는 과정을 포함하고, 상기 용광로와 떨어져 있고 냉각 수단을 통해 상기 히터로부터 방출되는 고온 가스의 흐름을 우회시킴으로써, 제어된 히터 냉각 기간 동안 히터를 통한 CO₂희박한 환원 가스의 연속적인 흐름을 보증하기 위한 제2 가스 순환 경로를 형성함으로써, 상부 가스의 정상적 흐름의 중단으로 인한, 용광로의 운용 중단 기단 동안 히터를 보호하는 단계, 상기 제2 가스 경로를 통해 압력을 가하고 가스 흐름을 유지하기 위해 상기 펌프 수단을 통해 방출된 발생한 냉각 가스를 전달하는 단계, 및 냉각되고 압력을 받은 가스를 상기 히터로 재방출하여 재순환 시킴으로써 제2 가스 순환 경로를 완성하는 단계를 더 포함함으로써 더 광범위한 측면에서 달성된다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예를 개시하고 있는 도식적 공정 다이어그램이다.

도1을 참조하면, 도면부호 10은 일반적으로 용광로의 하부에 용융철과 슬래그가 수집되는 도가니 부분(crucible section, 12), 및 도가니 부분 상부에 산소 함유 가스가 코크스의 연소를 수행하기 위해 도입되는 폭발 부분(blast section, 14), 및 폭발 부분 상부의 소결물(sinter) 형태의 철광석 입자, 알갱이 또는 덩어리와 혼합물들이 코크스, 석회석 및 다른 플럭스(18)와 함께 충전되어 있는 기둥 부(shaft section, 16)를 가지는 용광로를 지칭한다. 본 발명의 분야에서 알려진 대로 산화철은 우스타이트(wustite)로 환원되며, 최종적으로 금속 철이 될 것이다. 용융 철(19)과 슬래그(21)는 주기적으로 용광로(10)의 하단 영역(12)으로부터 조금씩 떨어진다.

산업적 순도의 근원(26)으로부터의 산소는, 공기 대신에, 불꽃의 온도가 지나치게 올라가서 송풍구(27) 안에 있는 폭발 노즐이 손상되는 것을 방지하기 위한 온도 감소 에이전트(temperature moderating agent)가 근원(28)로부터 공급되는, 혼합 장치(24)에 공급된다. 온도 감소 에이전트(28)는 예를 들어, 증기, 이산화탄소, 석유, 분쇄된 석탄, 미세 코크스 또는 산소와 함께 흡열반응을 하고 온도를 대략 2000℃ 내지 2600℃의 수준으로 감소시키는 다른 탄화수소일 수 있다. 또한, 처리 후 파이프(30)로부터의 상부 가스의 일부는 코크스와 함께 산소의 고온 연소온도를 감소시키기 위하여 송풍구로 재순환 될 수 있다. 온도 감소 에이전트(28)와 결합된 산소 폭발(26)은 헤더(23), 그 다음으로 피딩 파이프(25)를 통하여 송풍구(27)에 공급된다.

상부 가스의 구성은 용광로에 충전된 원료의 특징에 따라 광범위하게 다양하다. 건조 기준에 대한 전형적인 구성은 25% CO, 12% CO₂, 5% H₂및 56% N₂및 미량의 다른 가스이다. 용광로(10)로부터 방출된 상부 가스는 파이프(30)를 통하여 방출되고, 충전물과 그을음으로부터 분진이 분리되거나 또는 다른 단단한 재료(34)가 분리되는 분진 제거 장치(32)에 공급된다.

본 발명의 바람직한 선택적 실시예에서, 발생한 세정된 가스는, 파이프(36)를 통하여 세정되고 냉각된 가스의 구성이 1.5 내지 4, 바람직하게는 2와 3 사이(%체적에 의하여 측정된다)의 H₂/CO 비율을 얻도록 수소가 증가하게 조절된, 이동 반응기(38)로 흐른다. 증기(40)는 파이프(42)를 통한 이동 반응을 위한 반응물으로서 공급된다. CO는 H₂를 형성하기 위하여 H₂O와 반응하며 다음의 반응식에 따라 반응한다:

CO + H₂O → H₂+ CO₂

상기 반응을 실행하기 위한 온도는 대략 300℃가 넘는다. 상부 가스 흐름은 이동 반응기(38)에 공급되기 전에 본 발명의 분야에서 열 교환기(개시되지 않았다)로 알려진 수단에 의해 가열될 수 있다. 그 다음으로, 이동한 가스는, 파이프(46)와 밸브(104)를 통하여, 수분(112)과의 접촉에 의하여 가스의 온도가 낮아진 냉각 수분 주입 장치(110)에 전달되며, 그 후에 가스에 함유된 응축되고 결합된 수분이 수분의 흐름(52)으로써 추출되는, 제1 냉각기/가스 세정기(48)(냉각수(50)를 사용)로 전달된다. 도시된 바람직한 실시예에서, 냉각 수분 주입 장치(110)와 냉각기/가스 세정기(48)는 또한 함께 제1 냉각 수단의 기능으로 여겨질 수 있다.

그 후에, 수분이 제거된 가스는, 세정되고 수분이 제거된 가스(54)가 압력 제어 밸브(56)(재순환로에서, 압력 제어, 및 체적에 의한 N₂농도를 13%보다 낮게 유지하기 위한 밸브)를 가지는 파이프를 통하여 재순환로로부터 제거된 사소한 부분으로부터, 파이프(49)를 통해 흐른다. 파이프(58)를 통하여 흐르는 대부분의 가스 흐름은 용광로(10)로 재순환된다. 제거된 가스(54)는 가스 히터(70)를 위한 버너(88) 내에서 연료로서 이롭게 사용될 수 있으며, 또한, 필요하다면, 예시된 바대로, 코크스 오븐 가스 또는 천연 가스(86)와 같은 다른 연료와 함께 선택적으로 공급될 수 있다.

다음으로, 세정되고 수분이 제거된 환원 방출 가스는, 가스가 용광로로 최종적으로 재순환 되기에 앞서서, 펌프 수단(60)에 의하여 파이프의 압력이 부가적인처리에 적절한 수준으로 증가된, 파이프(58)를 통하여 압축기(60)로 전달된다. 재순환된 환원 가스의 환원 퍼텐셜을 개선하기 위하여, 압력을 받은 방출 가스는 파이프(62)를 통해, 주로 CO와 H₂로 구성된 환원 가스를 남기며 CO₂(66)가 제거되는, CO₂분리 유닛(64)으로 흐른다.

재순환되고 있는 냉각된 가스 흐름으로부터 CO₂를 제거하는 것은 아민 용액(amine solution) 또는 탄산염 용액(carbonates solution)을 사용하여 흡착하거나 압력 변동 흡착(PSA) 또는 진공 압력 변동 흡착(VPSA) 유닛 내에서 물리적 흡착을 함으로써 수행될 수 있다.

CO₂희박한 가스는 파이프(68)을 통하여 온도가 800℃를 넘게 상승한 히터(70)로 이동한다. 발생한 고온 환원가스는 파이프(71)을 통하여 헤더(72)로 이동하며, 이러한 재순환된 환원가스는 주변의 파이프(74)와 노즐(76)을 통하여 용광로의 기둥부(16)에 도입된다. 환원 가스의 온도를 1000℃에서 1100℃ 사이의 온도로 증가시키기 위해, 근원(78)로부터의 산소는 고온의 환원 가스에 부가될 수 있다. 적절한 연료(86)가, 예를 들어 천연 가스 또는 코크스 오븐 가스, 히터(70)의 버너(88)에 사용된다.

향상된 H₂/CO 비율 및 고환원 퍼텐셜(H₂+ CO / CO₂+ H₂O의 비율로 측정될 수 있으며 2가 넘는 값을 가진다)과 함께 개선된 재순환된 상부 가스는 기둥부(16)의 철 산화물의 감소를 위하여 히터의(70) 코일(80) 안에서 800℃가 넘는 온도로 가열된다. 증기의 혼합물(82)과 공기/산소(84)는 탈 탄소(decoking)(예를 들어, 가스의 구성에 따라 튜브(80) 내에 축적될 수 있는 탄소 침전물을 제거하는 것)를 위해 히터(70)의 튜브(80)에 주기적으로 주입될 수 있다.

관형 히터는 고온의 내벽 온도를 견디기 위하여 전형적으로 특별한 합금으로 제작된 일렬의 가열 튜브(80)를 가지며, 급격한 온도변화가 일어나면 손상될 수 있는, 상기 가열 튜브(80)에 열적 충격을 가하지 않기 위하여 특별한 세부적 시작 및 종료 절차를 필요로 한다. 튜브 내벽의 급격한 온도 변화에 의해 초래된 손상은, 튜브 내벽의 내부 표면과 외부 표면의 온도차이 및 합금 피로로 인하여, 튜브 내벽의 외부에 균열을 일으킨다.

가스 히터를 종료시키기 위한 정상적인 절차는, 프로그램된 냉각 비율이 예를 들어 대략 1시간에 30℃인, 용광로의 냉각을 대략 900℃인 정상적인 작동 온도에서 시작하는 것이다. 이러한 점진적인 냉각은 튜브를 통한 정상적인 가스의 흐름을 유지할 때 행해진다.

히터의 배출구에서의 가스 온도가 대략 600℃에서 700℃ 사이일 때, 버너(88)로 흐르는 연료 가스는 점진적으로 줄어들며, 다음으로 튜브(80)가 서서히 냉각된다. 이러한 방법으로, 튜브의 사용 가능한 수명은, 튜브가 상기 튜브를 통하여 흐르는 가스 흐름의 예상치 못한 중단으로 인하여 열적 피로를 받는 경우보다 더 연장된다.

히터 튜브의 손상을 피하기 위해, 히터(70)로부터 방출되는 상부 가스는, 폐쇄 밸브(116)에 의하여 파이프(90)로 우회하며, 다음으로 고온의 상부 가스는, 파이프(122)를 통하여 근원(120)에서 나오는 수분과의 접촉에 의해서 냉각되는 수분 주입 장치(118)로 이동한다. 냉각된 상부 가스는 파이프(91)를 통하여 근원(94)에서 나와서 파이프(96)을 통해 빠져나가는 수분과의 직접적인 접촉을 통하여 상부 가스가 세정되고 냉각되는 제2 냉각기/가스 세정기(92)로 흐른다. 냉각되고 세정된 상부 가스는 파이프(98)와 밸브(100, 108)를 통해 이동하며, 용광로(10)의 운용이 중단되었을 경우라도 히터(70)의 튜브(80)를 통하여 상부 가스의 흐름을 유지하며 압축기(60)에 공급된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 냉각기/가스 세정기(92)는 생략될 수 있으며, 대신에 파이프(90, 98)로부터의 냉각된 상부 가스는 냉각기/가스 세정기(48)에서 폐쇄 밸브(48)에 의해 세정되고 냉각되며, 냉각된 상부 가스는 파이프(102)(본 발명의 선택적인 실시예를 암시하기 위해 도 1에 점선으로 개시되어 있다)를 통해 세정기/가스 세정기(48)로 흐른다. 다음으로, 냉각기/가스 세정기(48)로부터 방출된 냉각되고 세정된 상부 가스는 개방 밸브(59)와 폐쇄 밸브(104)에 의해 파이프(58)를 통해 흐른다.

또한 바람직하게는, 만일 CO₂제거 유닛의 운용에 문제가 있다면, 파이프(124) 및 격리 밸브(126, 128)를 이용하여 CO₂제거 유닛의 우회로를 제공함으로써 히터가 부가적으로 보호될 수 있다.

더 바람직한 실시예는 제1 냉각기(92)와 제2 냉각기(48)를 모두 구비하는 것을 포함한다. 예를 들어, 한 실시예에서, 이동기를 포함하지 않으면서, 상부 가스는 대략 100℃ 내지 120℃로 분진 제거 장치(32)로부터 방출될 것이다. 따라서, 제1 냉각기(48)는 저 냉각 용량으로 고안될 것이다. 반면에, 이동기가 포함된다면, 상부 가스는 대략 300℃가 될 것이며, 상기 제1 냉각기(48)는 고 냉각 용량으로 고안될 것이다. 어떠한 경우라도, 상부 가스는 히터를 대략 850℃ 내지 1000℃의 온도에서 빠져나가므로, 더 높은 온도의 상부 가스의 냉각을 위해 제2 냉각기(92)가 고안될 것이다. 따라서, 제2 냉각기(92)가 제1 냉각기 보다 더 중요하다.

본 발명은 상부 가스가 재순환되고 상기 재순환된 상부 가스가 직접 연소 관형 히터에서 가열되는 신규 또는 기존의 용광로에 적용될 수 있다.

당연히, 본 명세서에서는 본 발명의 목적을 도시하기 위하여 단지 본 발명의 일부 바람직한 실시예만 개시되었다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 그러한 개시된 실시예에 의해 제한되지 않으며, 단지 첨부된 청구항에 의해서만 제한된다.

Claims (11)

1. 철광석, 야금 코크스와 플럭스가 용광로의 상부에 충전되고 용융 철과 슬래그가 상기 용광로의 하부에서 조금씩 떨어지는 상기 용광로 내에서 용융 철을 생산하는 용광로 시스템으로서,
   상기 용광로는, 열을 생성하고 상기 용광로 내에서 코크스의 연소에 의해 가스를 환원하기 위한 산소를 포함하는 가스를 도입하기 위해, 상기 용광로의 하부에 다수의 송풍구를 가지고,
   상기 용광로의 상부로부터 고온의 상부 가스 흐름을 받기 위해 연결된, 상기 상부 가스 흐름을 세정하고 냉각시키며 분진과 수분을 제거하기 위한 제1 냉각 수단;
   상기 상부 가스를 용광로로 재순환이 가능하게 하기 위해, 발생한 냉각된 상부 가스 흐름의 압력을 증가시키기 위한 펌프 수단;
   CO₂ 희박한 환원 가스 흐름을 형성하는 상기 냉각된 상부 가스 흐름의 적어도 한 부분으로부터 CO₂를 제거하기 위한 수단;
   상기 CO₂ 희박한 환원 가스 흐름을 850℃가 넘는 온도로 가열하기 위한 관형 가스 히터; 및
   상기 용광로 시스템의 정상적인 운용 기간 동안에 상기 고온의 환원 가스 흐름을 상기 용광로로 재순환하기 위해 상기 가스 히터를 통한 제1 가스 순환 가스 경로를 한정하는 상기 용광로 시스템의 구성요소를 연결하는 제1 배관 수단;을 가지며,
   상기 히터로부터 우회되어 방출된 고온의 가스를 냉각시키기 위한 제2 냉각 수단;
   상기 가스 히터와 상기 제2 냉각 수단을 연결하는 제2 배관 수단 및 상기 가스 히터를 통한 가스 순환을 위한 제2 가스 경로를 한정하는 상기 펌프 수단;
   상기 히터로부터 상기 제2 냉각 수단으로 방출되고 상기 제2 가스 경로를 통하여 흐르는 가스의 흐름을 선택적으로 우회시키기 위한 위한 제1 밸브 수단; 및
   반응기로부터 방출되는 가스가 상기 제2 가스 경로를 통하여 흐를 때, 상기 히터로부터 상기 용광로로 방출되는 가스의 흐름을 차단하기 위한 제2 밸브 수단;을 더 포함하며,
   상기 용광로 시스템의 운용이 중단되었을 경우, 히터를 통하여 순환하던 가스는 상기 제2 가스 경로로 우회하여 흐를 수 있으며, 상기 용광로 시스템의 운용 중단으로 초래된 급격한 열적 변화으로부터 상기 히터의 손상을 방지하기 위해 가스가 상기 히터를 통하여 연속적으로 흐르는 것을 특징으로 하는 용광로 내에서 용융 철을 생산하기 위한 용광로 시스템.
2. 제1항에 있어서, 촉매 반응기에서 상기 상부 가스의 H₂/CO의 체적 비율을 조정하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용광로 내에서 용융 철을 생산하기 위한 용광로 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 CO₂를 제거하기 위한 수단은 아민 용액을 이용하는 흡수 칼럼(column)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용광로 내에서 용융 철을 생산하기 위한 용광로 시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 CO₂를 제거하기 위한 수단은 압력 변동 흡착(PSA) 또는 진공 압력 변동 흡착(VPSA) 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용광로 내에서 용융 철을 생산하기 위한 용광로 시스템.
5. 철광석, 야금 코크스와 플럭스가 용광로의 상부에 충전되고 용융 철과 슬래그가 용광로의 하부에서 조금씩 떨어지는 상기 용광로 내에서 용융철을 생산하는 방법으로서,
   상기 용광로는, 상기 용광로 내에서 열을 생성하고 코크스를 연소시킴으로써 가스를 환원하기 위한 산소를 포함하는 가스가 도입되는 상기 용광로의 하부에 위치한 다수의 송풍구를 가지고,
   상기 용광로로부터 고온 가스의 흐름을 추출하는 과정;
   제1 냉각 수단에서 분진 제거를 포함한 상부 가스 흐름을 냉각 및 세정하는 과정;
   상기 상부 가스 흐름을 용광로로 재순환 할 수 있게 하기 위해, 발생한 냉각된 상부 가스 흐름의 압력을 펌프 수단에 의하여 증가시키는 과정;
   CO₂희박한 환원 가스 흐름을 형성하는 적어도 상기 냉각된 상부 가스 흐름의 한 부분으로부터 CO₂를 제거하는 과정;
   관형 가스 히터 내에서 850℃가 넘는 온도로 상기 CO₂희박한 환원 가스 흐름을 가열하는 과정;
   발생한 현재 고온의 CO₂희박한 환원 가스 흐름을 상기 용광로의 상부로 재주입하는 제1 가스 순환 경로를 완성시키는 과정;에 의해, 상기 용광로의 정상적 운용 기간 동안 제1 가스 순환 경로를 형성하는 단계를 포함하고,
   제어된 히터 냉각 기간 동안 히터를 통한 CO₂희박한 환원가스의 연속적인 가스 흐름을 보증하기 위한 제2 가스 순환 경로를 형성하여, 상부 가스의 정상적 흐름의 중단으로 인한 상기 용광로의 운용 중단 기간 동안 상기 히터를 보호하는 단계,
   상기 히터로부터 방출되는 고온 가스의 흐름을 냉각 수단을 통하여 상기 용광로로부터 우회시키는 단계,
   상기 펌프 수단을 통하여 방출된 발생한 냉각된 가스에 압력을 가하고 상기 제2 가스 순환 경로를 통하여 가스 흐름을 유지하는 단계, 및
   냉각 기간 동안 요구된 대로 연속하여 상기 히터로 다시 방출된 냉각되고 압력을 받은 가스를 재순환 시킴으로써 상기 제2 가스 순환 경로를 완성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용광로 내에서 용융철을 생산하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제2 가스 순환 경로에서의 상기 냉각 수단은 상기 제1 가스 순환 경로에서의 냉각 수단과 동일한 냉각 수단인 것을 특징으로 하는 용광로 내에서 용융철을 생산하는 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 제2 가스 순환 경로에 있는 상기 냉각 수단은 제2 독립 냉각 수단인 것을 특징으로 하는 용광로 내에서 용융철을 생산하는 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 제2 가스 순환 경로에 있는 상기 냉각 수단은, 상기 제1 가스 순환 경로에 있는 냉각 수단과 상기 제2 독립 냉각 수단에 있는 냉각 수단이 모두 동일한 냉각 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용광로 내에서 용융철을 생산하는 방법.
9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 300℃가 넘는 온도에서, 상기 상부 가스의 H₂/CO의 체적비를 증가시키기 위해 촉매 반응기에서 세정된 상기 상부 가스 흐름과 증기가 반응하는 것을 특징으로 하는 용광로 내에서 용융철을 생산하는 방법.
10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 아민 용액에서 CO₂의 흡착에 의해, 냉각되고 세정된 상기 상부 가스 흐름으로부터 CO₂를 제거하는 것을 특징으로 하는 용광로 내에서 용융철을 생산하는 방법.
11. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 변동 흡착(PSA) 유닛에서 CO₂의 흡착에 의해, 냉각되고 세정된 상기 상부 가스 흐름으로부터 CO₂를 제거하는 것을 특징으로 하는 용광로 내에서 용융철을 생산하는 방법.

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