액체 철 생산을 위한 Finex 공정

  액상 철 생산을 위한 FINEX 공정

FINEX 제련 환원 공정은 오스트리아의 Primetals Technologies와 한국의 철강 제조업체인 Posco가 개발했습니다. FINEX 공정은 BF, 소결로 및 코크스로로 구성된 고로(BF) 공정 경로 외에 용선(HM) 생산을 위한 상업적으로 입증된 대체 제철 공정입니다. 이 공정은 무점결탄의 직접 사용을 기반으로 합니다. FINEX 공정은 어떠한 덩어리 없이 철광석 미분말을 직접 사용할 수 있습니다.

FINEX 공정에서는 미세 철광석을 용융기화기에서 생성된 환원가스로 3단 유동층 반응기 시스템에서 예열하여 미세 DRI(직접환원철)로 환원시킨다. 유동층 반응기는 FINEX 공정에서 덩어리 광석이나 펠릿 대신 미세 광석을 사용할 수 있도록 합니다.

결과적으로 이 공정은 코크스 제조나 광석 덩어리를 필요로 하지 않습니다. 사전 환원된 광석과 석탄의 연탄화, 미분탄 주입, 용융 가스화기(MG)의 제어된 장입을 통해 공정의 연료 속도를 개선할 수 있습니다. 유동층 반응기 시스템에서 생성된 미세한 DRI는 압축된 후 HCI(hot compacted iron) 형태로 용융가스화로에 장입되어 고온금속(HM)을 생산한다. 충전된 HCI는 금속성 철로 환원되어 녹습니다. 야금학적 환원 및 용해에 필요한 열은 고순도 산소(O2)를 사용한 석탄 가스화에 의해 공급됩니다. FINEX 공정은 저가의 미세 철광석과 석탄을 사용하는 친환경 공정입니다.

FINEX 공정은 고순도 O2를 사용하므로 질소(N2)의 양이 적은 수출 가스가 생성됩니다. 순발열량(CV)이 BF 탑 가스의 2배 이상이므로 환원 작업을 위해 부분적으로 재활용하거나 열 또는 에너지 생성에 사용할 수 있습니다.

초기 작업

기본 실험실 규모 연구는 1992년부터 1996년까지 15톤/일 벤치 규모 장치로 수행되었습니다. 이 장치의 결과는 1999년 150톤/일 파일럿 플랜트의 테스트 작업에 사용되었습니다. FINEX 실증 플랜트 0.6 포스코의 포항제철소에 연간 백만톤(Mtpa)을 건설하여 2003년 6월부터 생산을 시작했습니다. 이 공장에는 3개의 유동층 원자로가 있습니다. 2004년 2월부터 시연된 공장은 연 70만 톤 이상의 용선을 꾸준히 생산하고 있습니다. 포스코는 2007년 4월 150만톤 규모의 파이넥스 공장을 첫 상업 가동했다. 이 공장의 성공적인 성과를 바탕으로 포스코와 프라임탈스테크놀로지는 포항에 200만tpa 규모의 파이넥스 공장을 건설하기로 결정했다. 공장은 2014년 1월에 가동에 들어갔다.

주요 원료

석탄과 철광석은 두 가지 주요 원료입니다. FINEX 공정에 적합한 석탄 또는 혼합탄의 초기 평가를 위한 주요 기준은 (i) 최소 55%의 고정 C(탄소) 함량, (ii) 최대 25% 수준의 회분 함량, (iii) VM(휘발성 물질) 함량 35% 미만, (iv) S(황) 함량 1% 미만. 이러한 일반적인 특성 외에도 석탄은 용융 가스화로에서 안정적인 숯 베드를 형성할 수 있도록 열 안정성과 관련된 특정 요구 사항을 충족해야 합니다. FINEX 공정을 위한 잠재적 석탄의 열 안정성은 실험실에서 특수 테스트 절차를 사용하여 확인됩니다.

FINEX 공정은 용융가스화로 탄화층의 부하 부하가 낮고 O2를 사용하기 때문에 코크스 없이 작동할 수 있습니다. 성형탄 품질 변경 및 저감도 변동의 경우 일반적으로 가동 중단 전후 또는 HM 온도 감소 시 생산성 유지 및 연료비 감소를 위해 약간의 코크스 브리즈(30mm 미만)를 사용합니다. 현재 작업은 위에서 설명한 효과를 최소화하기 위해 일정한 수준의 코크스 산들바람을 제공합니다. FINEX 공정에 사용되는 코크스 브리즈의 품질은 BF 작업에 적합하지 않으며 강도는 BF 코크스의 60% 정도이다. 코크스 브리즈 제로 운영을 위해서는 바인더 최적화, 성형탄 예열 기술 개발과 같은 여러 운영 최적화가 필수적입니다. FINEX 공정의 석탄 특성과 BF 제철의 석탄 특성과의 비교는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 석탄 특성 또는 FINEX 및 BF 공정

철광석의 경우 일반적으로 소결 원료 미광석을 100% 유동층 반응기에 장입한다. 펠릿 사료의 30~50%도 사용할 수 있습니다. 철광석의 종류와 배합은 총 철(Fe) 함량, 조성구조, 입도 등의 화학적, 물리적 성질에 따라 결정된다. BF공정에 의한 HM 생산의 경우와 마찬가지로 철광석의 Fe 함량에 따라 결정된다. 생산력. 혼합 비율은 광석의 품질과 비용을 모두 고려하여 결정됩니다. 고 알루미나(Al2O3) 슬래그 태핑은 BF 공정보다 FINEX 공정에서 더 견디기 쉬우므로 Al2O3 함량이 높은 철광석도 사용할 수 있습니다. 일반적으로 유동층 반응기에 대한 적철광 및 침철석의 공급 재료 구조에는 제한이 없습니다. FINEX 공정에 적합한 철광석의 유연성은 그림 2와 같다.

그림 2 FINEX 공정을 위한 철광석의 유연성

프로세스

FINEX 공정은 직접 충전된 철광석 미분을 기반으로 고품질 HM을 생산하고 환원제 및 에너지원으로 석탄을 생산한다는 점에서 구별됩니다. FINEX 공정의 주요 특징은 철 생산이 별도의 두 공정 단계로 수행된다는 것입니다. 일련의 3개의 유동층 원자로에서 미세한 철광석은 DRI로 환원된 다음 압축(HCI)되고 뜨거운 금속 컨베이어에 의해 용융 가스화로로 이송됩니다. 용융가스화로에 장입된 석탄 및 성형탄은 가스화되어 환원가스 외에 용융에 필요한 에너지를 공급한다. FINEX 공정에 대한 공정 흐름도는 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 FINEX 프로세스 흐름도

액체 철은 FINEX 공정에서 두 단계로 생산됩니다. 첫 번째 단계에서 철광석 미분은 3단계로 유동층 반응기에서 예열되고 미세 DRI로 환원됩니다. 제1 반응기(R3)는 주로 철광석 미립자의 예열을 위한 반응기 역할을 한다. 철광석 미분은 석회석 및/또는 백운석과 같은 플럭스와 함께 일련의 유동층 반응기에 충전됩니다. 장입된 광석 미분은 광석이 가열되고 용융 가스화로에서 석탄의 가스화로부터 얻어지는 환원 가스에 의해 DRI로 환원되는 3개의 반응기를 통해 하향 방향으로 이동합니다. 이 환원 가스는 광석의 이동에 대해 역류 방향으로 흐릅니다.

공정 광석 경로에 따라 공압 이송 시스템은 광석 미분을 유동층 원자로 타워로 운반합니다. 미세 광석은 그런 다음 유동층 반응기 시리즈에 충전됩니다. 용융가스화로에서 생성된 환원가스는 각 유동층 반응기를 통해 광석 방향(R1에서 R3으로)의 역류로 흐른다. 3개의 유동층 반응기의 일반적인 온도와 환원 가스의 조성은 표 1에 나와 있습니다.

탭 1:FINEX 공정용 3단계 유동층 반응기의 일반적인 가스 분위기
매개변수/구성요소	단위	유동층 반응기
		R1	R2	R3
온도	도 C	760	750	480
CO	%	45.4	39.3	32.7
CO2	%	20.4	29.2	26.7
H2	%	17.2	16.9	14.3
H2O	%	5.4	7.3	7.8
N2	%	11.6	6.6	18.4
CH4	%	무	무	무

미세 철광석은 가스 흐름에 의해 유동화되고 광석은 각 반응기 단계에서 점점 감소합니다. 최종 유동층 반응기에서 환원된 철이 배출된 후 압축되어 HCl을 생성합니다. HCI는 후속적으로 고온 수송 시스템을 통해 용융 가스화 화로의 상부로 수송되어 석탄과 함께 용융 가스화 화로에 직접 충전됩니다. 그런 다음 HCI의 최종 환원 및 용해가 발생합니다.

공정탄 경로에 따라 비점결탄 및 성형탄은 잠금 호퍼 시스템을 통해 용융 가스화로에 직접 장입됩니다. 석탄이 숯 베드에 떨어지면 가스가 제거됩니다. 환경에 유해한 방출된 탄화수소는 즉시 CO(일산화탄소)와 H2(수소)로 해리됩니다. 이것은 용융 가스화로의 돔에서 1,000℃를 초과하는 높은 우세한 온도 때문입니다. 용융가스화로 하부에 주입된 O2는 석탄을 기화시켜 용융작업을 위한 열을 발생시킬 뿐만 아니라 CO와 H2를 주성분으로 하는 고가의 환원가스를 생산한다. 용융 가스화로의 돔에서 나오는 이 가스는 유동층 반응기에 들어가기 전에 먼저 고온 가스 사이클론에서 세척됩니다. DRI를 녹인 후 태핑 절차는 표준 BF 관행과 정확히 동일한 방식으로 수행됩니다. FINEX 공정의 HM 품질은 BF에서 생산되는 HM과 유사합니다.

FINEX 수출용 가스는 FINEX 공정의 귀중한 부산물입니다. 유동층 반응기의 상단에서 배출되는 청정 수출 가스는 다양한 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 여기에는 DRI 생산, 발전 및 화학 산업을 위한 합성 가스 생성이 포함됩니다. FINEX 공정에서 생성되는 다양한 가스의 일반적인 구성은 표 2에 나와 있습니다.

탭 2 가스의 일반적인 구성
기체 구성	단위	CO	이산화탄소	H2	N2
오프 가스	%	35-36	32-33	14-15	10-11
제품 가스	%	53-54	2-3	24-25	17-18
꼬리 가스	%	17-18	65-66	10-11	2-3

  FINEX 공정의 가스 흐름은 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4 FINEX 공정에서 가스의 흐름

FINEX 공정의 재료 및 유틸리티에 대한 일반적인 특정 소비 값은 (i) 건조 연료 약 720kg/tHM, (ii) 철광석 약 1,600kg/tHM, (iii) 첨가제(석회암 및 백운석) 약 285kg/입니다. tHM, (iv) O2 약 460N cum, (v) N2 약 270N cum, (vi) 전력 약 190kWh/tHM, (vii) 내화물 약 1.5kg/tHM

FINEX 공정으로 생산된 HM의 특성은 (i) C 약 4.5%, (ii) 실리콘(Si) 약 0.7%, (iii) 망간(Mn) 약 0.07%, (iv) 인(P) 약 0.07%로 구성됩니다. 0.07%, (v) 황(S) 약 0.04%, 및 (vi) 온도 약 1,500℃

FINEX 공정의 수출 가스의 특성은 (i) CO 약 34%, (ii) CO2 약 43%, (iii) H2 약 13%, (iv) H2O 약 3%, (v) CH4 미만으로 구성됩니다. 1%, (vi) N2/Ar 약 6%, (vii) 100ppm(백만분의 1) 미만 H2S, (viii) 먼지 5mg(밀리그램)/N cum, (ix) 압력 0.1kg/sq cm, (x) 약 40℃의 온도, 및 (xi) 1,300kcal/N cum 내지 1,500kcal/N cum 범위의 CV. 수출 가스의 약 1.9 기가 칼로리는 HM 톤당 생산됩니다.

프로세스의 환경적 측면

FINEX 공정은 CO2 포집 및 저장(CCS)을 위해 고순도 CO2를 회수할 가능성이 있습니다. 저장 외에도 회수된 CO2는 오일 회수 향상 및 기타 경제적인 용도로도 사용할 수 있습니다. 이것은 석탄 가스화를 위한 용융 가스화로에서 고순도 O2를 사용하기 때문에 가능하며 따라서 수출 가스에는 적은 양의 N2만 포함됩니다. 이를 통해 재활용 가스에서 고농도의 CO2를 제거하고 추가 정제 후 CO2 퍼센트가 95% 이상인 고순도 CO2를 생성할 수 있습니다. CCS가 없는 FINEX 공정과 CCS가 있는 FINEX 공정의 CO2 배출량은 BF 제철 공정의 평균 CO2 배출량과 비교할 때 각각 99%와 55%입니다.

FINEX 공정은 철광석을 철로 환원시키는 석탄 기반 공정이며, 이는 후속적으로 HM으로 용해됩니다. 원료 혼합에 따라 일정량의 환경 유해 물질이 불가피합니다. FINEX 공정은 대부분의 오염물질을 불활성 상태로 슬래그에 포집하고, 방출된 탄화수소는 용융가스화로의 돔에서 파괴되기 때문에 유해물질 배출이 매우 적습니다. 먼지, SOx 및 NOx에 대한 HM 톤당 배출량 값은 각각 톤당 약 58g(g/t), 약 32g/t 및 약 94g/ton입니다.

FINEX 프로세스의 장점

FINEX 공정의 다양한 장점은 (i) 산화물 공급으로 저품위 미세 철광석의 활용, (ii) 환원제로 비점점탄의 사용, (iii) 환원 및 용융 공정의 독립적인 제어, (iv)를 포함합니다. ) 자본 및 운영 비용이 크게 감소하여 경제적인 이점, (v) 환경적 이점, (vi) 가능한 저등급 철광석(예:Al2O3 함량이 높은 철광석)의 활용과 같은 운영 및 원료 선택의 유연성, ( vii) BF에서 HM의 품질과 유사한 HM의 생산, (viii) 다양한 목적(예:발전, DRI 생산 및 화학 제품 생산)에 활용될 수 있는 더 높은 CV의 수출 가스, (ix ) 상업적으로 입증된 대체 제철 공정 및 (x) 통합 철강 공장의 브라운 필드 적용은 BF와 시너지 효과를 제공합니다.