수소제강

수소제강

철강 생산 산업은 전체 세계 화석 및 산업 배출량 측면에서 가장 큰 단일 부문으로, 온실 가스(GHG) 배출량의 약 7~9%를 차지합니다. 동시에 철강은 현대 산업 사회의 주요 재료 구성 요소입니다. 철강 소비의 추가 증가는 기반 시설을 확장 및 개선하고 만족스러운 수준에 도달하기에 충분한 속도로 글로벌 생활 수준을 높일 필요가 있기 때문에 발생할 것입니다. 따라서 철강을 재료로 사회적으로 사용할 수 있는 동시에 철강 생산의 부정적인 환경 영향을 피할 수 있는 철강 제조 공정을 찾는 것이 과제입니다. 제철소의 CO2(이산화탄소) 배출을 줄이는 맥락에서 수소(H2) 기반 제강 경로는 매력적인 선택을 제공하기 때문에 현재 많은 주목을 받고 있습니다.

H2를 사용한 철광석의 환원은 H2와의 환원 반응이 용광로(BF)에서 용선의 생산뿐만 아니라 직접 환원철(DRI)/열간 단련된 철( HBI) 용광로에서. BF 제철소에서 H2의 공급원은 가습된 열풍 및 주입된 미분탄입니다. DR-EAF(직접환원-전기로)에 기반한 제강 경로의 경우 역사적으로 항상 천연 가스(NG)에서 촉매 개질기를 통해 일반적으로 생성되는 H2를 사용하는 것이 특징이었습니다. 탄화수소 소스가 NG이므로 생성된 H2는 사용되는 산화제 비율에 따라 농도가 다양하고 일산화탄소(CO)와 혼합될 수 있습니다.

철광석의 H2 환원은 수십 년 동안 연구되어 왔습니다. 스웨덴에서는 이미 1950년대에 Wiberg와 Edstrom에 의한 선구적인 조사가 있었으며, 그 뒤를 이어 생산된 제품의 반응성뿐만 아니라 공정의 역학을 설명하는 여러 조사가 있었습니다. 유동층 기술에 기반한 최초의 상업용 규모 H2 철광석 직접 환원(H2-DRI) 플랜트인 Circored는 1998년 Cliffs and Associates Ltd.가 Trinidad의 Point Lisas 산업 단지에 건설했습니다. 플랜트는 500,000톤으로 설계되었습니다. HBI의 연간. 공장은 상업적으로 성공하지 못했고 2016년에 폐쇄되었습니다.

현재의 글로벌 시나리오에서 철광석을 H2로 환원하여 CO2 배출량을 완전히 제거하지는 않더라도 크게 감소시키는 프로세스를 찾는 여러 활동이 진행 중입니다. 제철 및 제강에 사용되는 현재 공정에 대해 치열한 경쟁을 제공할 수 있는 성공이 달성되기 전에 극복해야 할 수많은 문제가 있습니다. 극복해야 할 주요 문제 중 일부는 다음 단락에 설명되어 있습니다.

중요한 문제 중 하나는 희박한 CO2 배출이 있는 공정에서 생산된 전력을 사용하는 벌크 H2 생산을 위한 비용 효율적인 방법을 찾는 것입니다. 재생 에너지의 원천은 태양 에너지, 풍력 에너지, 수력 에너지, 해양 에너지 및 지열 에너지입니다. 원자력 에너지에서도 화석연료가 사용되지 않습니다. 모든 재생 에너지 중에서 재생 에너지의 가장 신뢰할 수 있는 두 가지 소스는 태양광(PV) 태양 에너지와 풍력 터빈입니다. 그러나 이 두 기술은 일사량과 바람의 변동성으로 인해 전력 공급이 변동하는 특징이 있어 전력 공급이 불안할 때도 있고 풍부할 때도 있다. 풍력과 태양열 발전의 높은 비율을 에너지 시스템에 통합하려면 생산과 수요 사이의 일시적인 불균형을 보완할 대규모 저장 솔루션이 필요합니다.

두 번째 문제는 벌크 H2의 저장(고압 기체 저장 또는 극저온 액화 저장)입니다. H2 저장은 전기 공급/가격 책정 관점에서 이점을 제공하지만 프로세스 개념에서는 그렇게 중요하지 않습니다. 오늘날 H2 저장에 대한 가장 비용 효율적인 대안은 지하 염층에 H2를 저장하는 지하 가압 저장입니다. 현재 시나리오에서 이것은 산업 규모에서 테스트된 유일한 H2 저장 기술입니다. 오늘날 많은 관심을 끌고 있는 다른 솔루션에는 천연 가스 파이프라인을 활용하고 중간 H2 저장으로 암모니아 또는 탄화수소로 전환하는 것이 포함됩니다. 현재 스웨덴에서 천연가스용으로 사용되는 LRC(Lined Rock Cavern) 기술의 초기 평가는 유망한 것으로 간주됩니다. 개발 중인 H2 저장을 위한 다른 대체 방법은 금속 수소화물 및 다공성 물질에 저장하는 것입니다.

세 번째 문제는 H2에 의한 환원을 통해 생성된 철은 다양한 비율로 C를 함유하는 DRI/HBI 및 고온 금속과 달리 탄소(C)를 함유하지 않는다는 것입니다. C는 C 비등을 위해 제강에 필요합니다. 또한 강철은 C 함량으로 인해 특성을 가져오므로 다양한 등급의 강철에 다양한 비율의 C가 존재합니다. 그러나 EAF에 일부 C가 추가될 수 있으므로 이와 관련하여 실제 기술적인 어려움은 예상되지 않습니다.

네 번째 문제는 철광석의 채광, 가공 및 선광 과정과 펠릿 생산 및 이러한 재료의 운송 과정에서 발생하는 CO2 배출입니다. H2 환원을 이용하는 공정은 바람직하게는 공급 물질로서 펠릿을 필요로 한다. 그런 면에서 재생 가능한 에너지원을 사용하여 CO2 배출을 일부 제거할 수 있는 가능성이 있습니다.

첫 번째 공정은 메탄의 증기 개질에 의해 현재 달성되고 있는 H2의 대규모 생산입니다. 이 옵션은 유지되고 H2 기반 제철을 위해 최적화될 수도 있습니다. 예를 들어 일반적인 99.9% 플러스 순도 대신 97% ~ 98%의 H2 순도를 목표로 하면 됩니다. 그러나 화석 자원을 기반으로 하기 때문에 현재 추구하는 것과 다른 전략을 나타내는 CO2 포집 장치가 추가되지 않는 한 CO2 저감 측면의 성능은 전체 평균을 유지합니다. 다른 바람직한 옵션은 물 전기분해에 의해 H2를 생성하는 것입니다. H2 생산은 화석이 없어야 하므로 적절한 생산 방법은 CO2가 적은 전기, 즉 재생 가능 또는 원자력을 사용한 물 전기분해입니다. 문제는 수용 가능한 경제 조건에서 H2의 대량 생산을 달성하는 것입니다. 물 전기분해는 잘 알려진 기술이지만 CO2가 적고 무엇보다도 제철에 적합한 막대한 양의 H2 목표에 도달하려면 몇 가지 개발이 필요합니다. 식물의 크기는 전해조를 곱하여 얻을 수 있습니다. 양성자 교환막 및 고압 또는 고온 전기분해와 같은 새롭고 향상된 기술도 확인되었습니다.

두 번째 공정은 H2만으로 가동되는 용광로에서 철광석을 직접 환원하여 철을 생산하는 공정입니다. H2 제철 공정의 핵심입니다. 용광로는 상단에 펠릿 또는 덩어리 광석이 공급되며, 이는 중력에 의해 하강하고 상승하는 H2 흐름과 마주치며 반응기의 중간 높이에서 측면으로 공급되고 상단으로 배출됩니다. 환원 반응은 환원 가스 배출구와 유입구 사이의 상부에서 발생합니다. 철로의 전환은 가스 주입구 수준에서 완료됩니다. 아래에서 원뿔형 섹션을 사용하여 DRI를 냉각할 수 있지만 메탄(CH4) 대신 H2를 사용하는 것이 바람직합니다. 나머지 가스 회로는 H2-H2O로 구성된 상단 가스가 냉각되어 물을 응축하는 개질 NG를 사용하는 기존 DRI 공정보다 훨씬 간단합니다. 분리된 H2는 재활용되고 전기분해 플랜트에서 신선한 H2와 혼합되어 원하는 온도(약 800°C~900°C)로 재가열됩니다.

100%로 작동되는 용광로의 환원 구역의 수학적 모델링에서. H2, H2와의 빠른 환원 역학으로 인해 이론적으로 완전한 금속화가 H2-CO 혼합물보다 더 빨리 달성될 수 있어 현재 DR 샤프트보다 작은 반응기가 생성된다는 것이 밝혀졌습니다.

세 번째 공정은 강철을 생산하기 위해 EAF에서 C-free DRI를 녹이는 것입니다. H2 기반 환원 공정은 탄소 철 제품이 0이 되도록 하며, 이는 제강 단계에서 필요한 화학 성분의 철강 제품을 생산하기 위해 무화석 탄소 공급원이 필요함을 나타냅니다.

ULCOS(ultra low CO2 steelmaking) 프로젝트에서 연구된 최고의 H2 기반 제강 경로(그림 1)에서 H2는 수력 전기 또는 원자력 전기를 사용하여 수전해에 의해 생성되는 것으로 간주됩니다. 철광석은 용광로에서 H2에 의해 DRI로 환원되는 것으로 간주되며, C-free DRI는 EAF에서 처리되어 철강을 생산하는 것으로 간주됩니다. 이 경로는 DR(직접 환원)로 자체의 배출량이 거의 0에 가까운 CO2 전기 비용을 포함하여 300kg CO2/철강 톤 미만인 CO2 배출량과 관련하여 유망한 성능을 보여줍니다. 이는 BF-BOF(기본 산소로) 경로의 현재 약 1,850kg CO2/철강 톤과 비교하여 CO2 배출량이 85% 감소한 것을 나타냅니다. 따라서 이 새로운 경로는 보다 지속 가능한 철강 제조 방법입니다. 그러나 미래의 발전은 이 가스가 생산을 위한 낮은 CO2 배출량으로 대량으로, 경쟁력 있는 비용으로 이용 가능하게 되는 소위 H2 경제의 출현에 크게 의존합니다.

그림 1 수소 기반 제강 경로

H2 기반 환원에서 철광석은 DRI 경로와 유사한 기체-고체 반응을 통해 환원됩니다. 유일한 차별화 요소는 환원제가 CO 가스, 합성 가스 또는 코크스 대신 ​​순수한 H2라는 것입니다. H2에 의한 철광석 환원은 2~3단계로 이루어진다. 570℃보다 높은 온도에서 적철광(Fe2O3) 광석은 먼저 자철광(Fe3O4)으로 변환된 다음 Wustite(FexO)로, 마지막으로 금속 철로 변환되는 반면, 570℃ 미만의 온도에서는 Wustite 이후 마그네타이트가 직접 철로 변환됩니다. 열역학적으로 안정적이지 않습니다.

H2에 의한 철광석의 환원과 관련된 환원 반응은 식 (i) 3 Fe2O3 + H2 =2 Fe3O4 + H2O, (ii) x Fe3O4 + (4x-3) H2 =3 FexO + (4x-3)로 표시됩니다. ) H2O, 및 (iii) FexO + H2 =x Fe + H2O 여기서 x는 0.95와 같습니다. 이러한 반응에서 알 수 있듯이 H2를 사용한 철광석 환원은 온실 가스 CO2 대신 무해한 수증기(H2O)를 방출합니다. H2로 적철광 광석을 환원시키는 전체 반응은 Fe2O3 + 3H2 =2Fe + 3H2O이며, 이는 298℃에서 delta H =95.8kJ/mol의 반응열에 의한 흡열 반응으로 에너지 균형에 음수입니다. 주입된 환원 가스/가스 혼합물로 에너지를 추가해야 합니다. 생산 라인 개발의 초점은 환원 온도, 반응 역학, 펠릿 조성 및 환원 가스 예열 기술을 기반으로 최적화하는 것입니다.

적철광(Fe2O3) 환원을 위한 H2의 화학량론적 소비량은 철 톤당 54kg입니다. 따라서 연간 100만 톤의 제철소는 표준 온도 및 압력(STP)에서 시간당 70,000cumm의 H2를 생산할 수 있는 H2 플랜트를 필요로 합니다. 환원 가스로 H2를 사용하는 경우 환원 가스로 H2-CO 혼합물을 사용하는 반응기와 비교하여 반응기 거동의 변화를 예측하는 것이 중요합니다(그림 2). 역학, 열역학, 열 전달 및 가스 흐름과 같은 여러 요인이 다양한 방식으로 상호 작용할 수 있습니다. 동역학과 관련하여 CO, H2 및 CO-H2 혼합물을 사용한 산화철 환원에 대한 실험실 연구는 다른 모든 조건이 동일할 때 H2를 사용한 동역학이 CO를 사용한 것보다 더 빠릅니다(최대 10배). 그러나 대부분의 반응의 특징은 CO에 의한 환원과 매우 유사하며 많은 메커니즘이 둘 모두에 공통적입니다. 그러나 상당한 차이점도 있습니다.

그림 2 H2, CO 및 H2-CO 혼합물과 적철광 펠릿의 환원 동역학 비교

첫 번째 주요 요인은 Chaudron 다이어그램(그림 3)에서 알 수 있듯이 저온에서 CO를 선호하는 열역학입니다. 수직 파란색 화살표는 Wustite-to-iron 환원의 추진력을 나타내며 H2와 함께 온도에 따라 증가하고 CO와 함께 온도에 따라 감소합니다.

그림 3 온도와 가스의 산화력에 따른 철상 영역의 쇼드론 상 다이어그램

두 번째 요인은 표 1과 같이 환원 반응의 열입니다. 적철광-마그네타이트 반응은 CO보다 H2에서 덜 발열하고, 마그네타이트-위스타이트 반응은 더 흡열적이며, 주로 wustite- 철 반응은 H2와 흡열, CO와 발열입니다. 전반적으로 균형은 H2와 흡열 환원 및 CO와 발열 환원입니다. 결과적으로 샤프트의 온도와 조성은 유입 가스 조성에 따라 크게 변합니다. 가스 주입 구역을 떠날 때 메탄 크래킹으로 인해 온도가 감소하지만 CO 함량이 높을수록 환원 반응의 발열로 인해 베드가 더 높은 온도로 유지되는 반면 H2가 많을수록 온도가 낮아집니다. .

Tab1 환원 반응의 열값
반응	델타 H, 섭씨 800도
	J/mol
3Fe2O3 +H2 + 2 Fe3O4 =H2O	– 6,020
3Fe2O3 + CO =2 Fe3O4 + CO2	– 40,040
Fe3O4 + H2 =3 FeO + H2O	46,640
Fe3O4 + CO =3 FeO + CO2	18,000
FeO + H2 =Fe + H2O	16,410
FeO + CO =Fe + CO2	– 17,610
참고:빼기 기호는 발열 반응을 나타냅니다.

모든 경우에 세 가지 환원에 대해 CO보다 H2가 더 많이 사용되더라도(역학의 결과) 후자의 효과, 즉 CO 가스의 경우 중앙 구역에서 CO에 의한 환원이 최종 결정에 결정적입니다. 금속화 정도. 또한 H2만 사용하는 경우(환원 가스 주입구와 하단 주입구 모두) 더 차가운 중앙 영역이 존재하지 않고 온도가 방사상으로 더 균일하고 효율적인 동역학으로 인해 환원이 완료됩니다(100% 금속화).

위에서 볼 수 있듯이 H2에 의한 환원은 흡열적인 반면 CO에 대해서는 발열성입니다. 반면에 열역학은 800℃ 이상에서 CO보다 H2에 더 유리합니다. 이것은 산업적 운영을 다르게 만듭니다. H2의 경우 공급된 뜨거운 가스는 반응이 일어나기에 충분히 높은 온도에서 고체를 가열하고 유지하기에 충분한 칼로리를 가져와야 합니다. 따라서 화학량론보다 높은 가스 유량으로 작동해야 합니다. 동역학은 또한 H2로 더 빠른 것으로 보고됩니다. 이것은 차례로 확산과 화학 반응 간의 경쟁에 의존하는 최종 제품(철)의 형태를 수정할 수 있습니다. 특히, 수염의 형성은 H2에 의한 환원의 특정한 특징으로 보인다. Whisker는 Wustite 상에서 돌출되어 입자의 외부를 향해 손가락으로 자라는 철 입자입니다. 휘스커는 철과 철의 접촉을 더 자주 일으키므로 높은 H2 함량으로 작동되는 산업용 원자로에서 때때로 발생하는 고체 입자의 고착 현상을 설명할 수 있습니다. H2 환원에서 관찰된 또 다른 어색한 현상은 일부 온도에서 반응이 끝날 때 전환율의 마지막 백분율에 도달하기 위해 속도가 느려지는 현상입니다.

순수한 H2가 있는 용광로에는 C 소스가 없습니다. 반응의 흡열 특성으로 인해 많은 양의 열이 흡수되고 벌크 물질층의 내부 온도가 급격히 감소합니다. 그 결과 많은 양의 열을 소모해야 하는 환원 반응으로 인해 가스 이용률이 저하된다. 열 운반체로서의 H2의 양은 바람직한 생산성을 유지하기 위해 증가되어야 합니다. 예를 들어, 상부 압력이 0.4MPa일 때 900℃의 온도에서 H2의 양은 고로 환원 열 수요를 충족시키기 위해 DRI 톤당 최소 2,600cum이어야 합니다. H2 첨가가 그대로 유지되면 DRI 생산량이 현재보다 1/3로 줄어들어 DRI의 생산 비용이 크게 증가합니다.

H2의 비중은 낮고 H2의 밀도는 CO의 1/20에 불과합니다. 결과적으로 유입되는 H2 기체 분자는 빠르게 위로 탈출합니다. 혼합환원가스의 경로와 방향에 비해 로내의 H2는 매우 빠르게 변화하여 H2가 용광로 하부의 고온대에 머물지 못하여 철광석 펠릿의 환원작업을 완수할 수 없다. 이론적으로 DRI 제품은 1 MPa 이상의 압력과 1,000 ℃ 이상의 온도로 유입되는 H2를 유지함으로써 설계된 지수에 도달할 수도 있습니다.

또한, H2는 가연성 및 폭발성이 매우 높은 물질로, 고로용 고로는 고효율 및 장기적으로 안정적인 생산이 필요합니다. 고로 시스템을 고온 고압이라는 극한의 조건에서 장시간 작동시키면 안전성이 문제가 됩니다. 즉, 직접환원율과 생산효율은 H2비율, 온도, 압력, 가스이용률, 철광석 체류시간, 열전달, 물질전달, 용광로 설계 등 여러 요인에 의해 영향을 받는다.

HYBRIT 이니셔티브

HYBRIT는 'Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology'의 약자입니다. 2016년 4월 4일 SSAB, LKAB 및 Vattenfall AB의 세 스웨덴 회사는 CO2 배출이 없는 전기를 주요 에너지원으로 사용하는 H2 기반 DRI 생산 공정의 타당성을 조사하기 위한 프로젝트를 시작했습니다. 세 회사가 소유주인 합작 투자 회사인 HYBRIT Development AB가 설립되었습니다. 이를 통해 에너지 생산, 채광, 광석 선광 및 펠릿 생산, 직접 환원, 용융 및 조강 생산에서 전체 가치 사슬에서 최고의 역량에 완전히 액세스할 수 있습니다. H2 기반 직접 환원에 대한 사전 타당성 조사가 2017년에 수행되었습니다. 이 연구는 제안된 공정 경로가 기술적으로 실현 가능하고 CO2 배출 및 전력 비용에 대한 미래 추세를 고려할 때 다음 조건에서 경제적으로도 매력적이라고 ​​결론지었습니다. 북부 스웨덴/핀란드.

HYBRIT 공정은 EAF와 결합된 철의 직접 환원(DR)을 위해 석탄을 H2로 대체합니다. 이 과정은 거의 완전히 화석이 없으며 온실 가스 배출을 상당히 감소시킵니다. 이 공정은 H2-DR/EAF 설정을 사용하는 여러 이니셔티브 중 하나이며, H2를 사용하여 철광석을 직접 환원하여 강철로 추가 가공하기 위한 EAF를 결합합니다. H2-DR 공정의 제품은 DRI 또는 ​​해면철로 EAF에 공급되고 적절한 스크랩과 혼합되어 강철로 추가 처리됩니다.

HYBRIT 생산 공정의 주요 흐름도는 그림 4에 나와 있습니다. 공정의 주요 특징은 (i) 펠릿 생산에 비화석 연료 사용, (ii) H2는 화석이 없는 전기를 사용하여 전기분해로 생산, (iii) 특별히 설계된 장치에 H2를 저장하는 것은 그리드에 대한 버퍼로 사용됩니다. (iv) 용광로는 철광석 환원에 사용됩니다. (v) 맞춤형 펠릿은 철광석 공급으로 사용됩니다. (vi) 환원 가스 / 가스 혼합물은 샤프트에 주입하기 전에 예열됩니다. (vii) 제품은 C가 없는 DRI 또는 ​​HBI일 수 있으며, (viii) DRI/HBI는 EAF에서 재활용 스크랩과 함께 용융됩니다.

그림 4 HYBRIT 생산 공정의 기본 순서도

용광로에서 철광석 펠릿을 줄이기 위해 화석이 없는 전기를 사용하여 물 전기분해로 생성된 H2를 사용하는 것이 HYBRIT 이니셔티브를 위해 선택된 주요 대안입니다. 이 이니셔티브에 따라 광산에서 완성된 철강으로의 무화석 가치 사슬로의 전환에는 현지 시장과 지리적 조건도 고려되는 개발해야 할 많은 문제가 포함됩니다. 스웨덴은 북부 지역의 과잉 전력 공급, 철광석 광산과 인접, 바이오매스 및 제철소의 접근성, 산업, 연구 기관 및 대학 간의 강력한 네트워크라는 독특한 상황을 가지고 있습니다.

HYBRIT 프로세스는 상업적 배치에 실질적으로 더 가까운 기술 개념 범주에 속합니다. H2를 환원제로 사용하는 것을 기반으로 하며 H2는 재생 가능한 전기를 기반으로 전기분해를 통해 생성됩니다. 환경적 관점에서 볼 때 이 공정의 가장 중요한 이점은 이 공정의 배기가스가 CO2가 아닌 물(H2O)이므로 결과적으로 GHG 배출량이 감소한다는 것입니다. 기존의 DRI 제강과 마찬가지로 H2 기반 DRI 경로를 사용하여 생산된 철은 상업적으로 이용 가능한 EAF 기술을 사용하여 추가로 강철로 가공할 수 있습니다. H2 생산 및 EAF 제강 단계는 PV(태양광) 태양열/풍력/수력 전기분해, 광화학 H2 생산 또는 태양열 물과 같은 재생 가능한 소스를 사용하여 전력 및 H2를 생산하는 경우 C-free로 만들 수 있습니다. 분할.

수소를 이용한 플래시 제철 기술

대체 제철을 위한 새로운 변형 기술은 미국의 American Iron and Steel Institute의 재정 지원 하에 조직 및 기관의 컨소시엄에 의해 개발되고 있습니다. 이 기술은 섬광 환원 공정에서 산화철 농축물의 직접적인 가스 환원을 기반으로 합니다. 새로운 '플래시 제철 기술(FIT)'은 현재의 평균 BF 기반 작업과 비교하여 에너지 소비를 32%에서 57%까지 줄이고 CO2 배출량을 61%에서 96%까지 줄일 수 있는 잠재력이 있습니다. 이 기술은 H2 또는 천연 가스, 가능하면 바이오/석탄 가스 또는 이들의 조합과 같은 적절한 환원제 가스를 사용하여 플래시 반응기에서 철광석 정광을 환원합니다. 최초의 플래시 제철 공정입니다. 이 기술은 철광석 정광(100미크론 미만)을 추가 처리 없이 금속으로 전환하는 산업 작업에 적합합니다.

이 혁신적인 기술은 펠릿화 또는 소결 및 코크스 제조 단계를 우회하면서 철을 생산합니다. 또한, 농축물의 미세 입자가 1,150℃ 내지 1,350℃에서 빠른 속도로 감소한다는 사실 때문에 공정이 집약적이다. 따라서 이 공정에서 요구되는 체류 시간은 펠릿 및 철광석 미분에 필요한 분 및 ​​시간. 90% -99% 감소는 1200℃~1500℃에서 2초~7초 내에 발생합니다. 체류 시간은 온도로 인한 반응 속도, 공급 물질의 크기 및 과잉 가스의 양/거리로부터의 거리의 조합입니다. 평형선. 환원 가스로 H2를 사용하는 공정의 에너지 요구량은 5.7GJ(1,360Mcal)/톤의 액체 철입니다. Fe/FeO 평형 다이어그램은 그림 5에 나와 있습니다.

그림 5 Fe/FeO 평형 다이어그램

반응기의 가열 부분은 유도 가열 코일이 흑연 서셉터를 가열하는 곳입니다. 서셉터는 방사선에 의해 내화벽을 가열합니다. 서셉터와 내화물 모두 대류와 복사에 의해 가스와 입자를 가열합니다. 온도까지 가열된 후 가스와 입자는 반응 구역으로 들어가며, 여기서 단열이 잘 된다고 가정하므로 벽 조건은 단열로 설정됩니다. 반응 구역 뒤에는 가스와 입자를 냉각시키기 위한 냉각 패널이 있는 냉각 구역이 있습니다. 그림 6은 플래시 제철 기술의 흐름도를 보여줍니다.

그림 6 플래시 제철 기술의 흐름도

환원 가스로 H2를 사용하는 FIT의 경우 CO2 배출량은 액체 철 톤당 0.04톤의 CO2입니다. 이러한 배출량은 제철의 BF 경로 배출량의 2.5%입니다. 플래시 철 공정은 개별 입자가 산소 제거로 인해 생성된 기공을 닫을 수 있는 충분한 에너지를 가질 수 있도록 충분히 높은 온도에서 수행됩니다. 따라서 개별 입자는 빠른 산화로 인한 화재에 훨씬 덜 취약합니다. Utah 대학은 소량의 분말 샘플에 대한 연구를 수행하여 발화성이 없는 것으로 결정했습니다.

이 공정은 NG, H2, 합성 가스 또는 이들의 조합과 같은 기체 환원제를 사용합니다. 제강 공정 또는 연속 직접 제강 공정의 일부로 공급되는 철 생산에 적용됩니다. 프로젝트의 이전 단계에서 얻은 실험 데이터에 의해 정당화되는 확장 개발 작업은 현재 유타 대학에서 진행 중입니다. 실험실 플래시 로에서의 테스트를 통해 광범위한 작동 조건에 대한 동역학 데이터베이스가 구축되고 보다 발전된 벤치 반응기의 완전한 설계가 이루어졌습니다. 산업적으로 실행 가능한 FIT를 개발하기 위한 목적으로 포괄적인 벤치 규모 테스트 캠페인이 계획되어 있습니다. 프로젝트의 이 단계에서 산출물은 프로세스의 확장성 결정, 실질적인 프로세스 시뮬레이션 결과, 산업 파일럿 플랜트의 설계 및 건설로 이어지는 기본적인 엔지니어링 데이터가 될 것으로 예상됩니다.