서큐어드(Circored)와 서큐퍼(Circofer) 공정은 유동층 기반의 철광석 미분 직접환원 공정입니다. 이 공정들은 응집 공정을 완전히 생략하고 철광석 미분을 직접 사용할 수 있습니다. 비코킹 석탄을 사용하므로 코크스 오븐 배터리가 필요 없습니다. 유동층 기술은 높은 열전달 및 물질전달 속도를 가능하게 하여 직접환원과 같은 에너지 집약적 공정에 이상적입니다.
두 공정 모두 독일 료기 메탈루르지 GmbH(현 핀란드 아우토텍 Oyj)에서 개발되었으며, 철광석 미분으로부터 직접환원철(DRI)을 생산합니다. 단일 생산 설비에서 연간 100만 톤 이상의 생산능력을 갖출 수 있어 규모의 경제성이 향상됩니다.
서큐어드 공정은 수소(H₂) 기반인 반면, 서큐퍼 공정은 석탄 기반입니다. 서큐어드는 90~95%의 높은 금속화율을 달성하기 위해 2단계 구성을 가지며, 서큐퍼는 단일 단계 구성으로 약 70%의 예비환원 금속화율을 달성합니다. 서큐퍼 석탄 기반 공정은 아우스아이언(AusIron)이나 전기로 같은 용융환원로의 예비환원 원료를 생산하며, 최종 제품은 선철 또는 용선입니다.
서큐어드 공정은 아우토텍이 다른 용도로 채택한 규모의 유동층을 사용합니다. 공정 개발은 1970년대 후반 스웨덴 ASEA의 ELRED 플랜트 파일럿 테스트로 시작되었으며, 독일 뒤스부르크 티센 슈탈의 3톤/시간 순환유동층(CFB) 실증 설비에서도 강철 플랜트 폐기물 처리에 초점을 맞춘 테스트가 수행되었습니다.
최초의 상업용 서큐어드 설비는 1998년 트리니다드 포인트 리사스 산업단지에서 클리프스 앤 어소시에이츠에 의해 건설되었습니다. 연산 50만 톤 HBI 생산능력을 갖췄으나 현재는 가동되지 않고 있습니다.
이 공정은 천연가스 기반으로 철광석 미분으로부터 DRI를 생산하는 2단계 유동층 공정입니다. 제1 환원 단계는 순환유동층(CFB), 제2 단계는 기포유동층(BFB) 반응기입니다. 미분 DRI 제품을 브리케팅 온도로 가열하기 위해 플래시 히터가 사용됩니다.
수소 기반 서큐어드 공정은 전기로(EAF) 제강용으로 고금속화 DRI 또는 열간 브리켓 철(HBI)을 직접 생산합니다. 이 공정은 에너지 소비와 배출을 줄이며 제강을 위한 지속가능한 솔루션을 제공합니다. 주요 특징은 (1) 펠릿화나 소결 같은 사전 응집 없이 철광석 미분 직접 사용, (2) 환원가스로 순수 수소 사용으로 매우 낮은 CO₂ 배출과 낮은 환원 온도 적용으로 부착 경향 최소화입니다. 수소는 천연가스 개질로 생산되지만, 수전해 수소 등 다른 공급원도 활용 가능합니다.
기본 화학반응은 Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O로, 철광석에 수소가 첨가되어 순수 철과 물을 생성합니다.
CFB는 65~70%의 예비환원도 달성을 위해 선정되었습니다. 그 이유는 (1) 기체와 고체 간의 높은 슬립 속도, (2) 우수한 열전달 및 물질전달, (3) 반응기 내 짧은 체류시간 때문입니다. 높은 기체 속도로 더 작은 반응기 크기가 가능해 자본비용을 절감합니다. CFB는 BFB에서 나오는 분진 함유 배가스를 2차 가스로 활용해 전체 가스 이용률을 높입니다.
BFB는 93~95%의 최종 금속화율 달성을 위한 2단계로, 더 느린 반응속도가 특징입니다. 기체 속도는 0.5~0.6 m/s로 낮고 체류시간은 2~4시간으로 깁니다. 650°C에서 미분이 최종 환원되어 금속화율 93~95% 제품을 생산하며, 반응은 주로 확산 제어됩니다. BFB 상단에서 나가는 배가스는 CFB로 이동합니다. 제품은 약 650°C에서 BFB를 떠나 플래시 히터에서 약 700°C의 브리케팅 온도로 가열된 후 HBI로 브리케팅됩니다.
서큐어드는 천연가스 개질로 얻은 수소만을 환원제로 사용(CO 미사용)하므로 탄소 없는 제품을 생산합니다. 환원 철광석 미분의 부착 경향을 피하기 위해 650°C 이하의 운전 온도를 선택하며, 낮은 온도는 높은 특정 공정가스량을 필요로 하므로 4 kg/cm²의 운전압력으로 실제 가스 유량을 줄입니다.
압축 공정가스는 두 개의 가스 연소 예열로에서 약 750°C로 예열되어 CFB와 BFB 각 단계에 주입됩니다. BFB 배가스는 2차 공정가스로 CFB에 공급됩니다. CFB의 재순환 사이클론에서 나온 가스는 공정가스 열교환기에서 냉각되고, 멀티클론을 거쳐 분진 일부가 회수되어 플래시 히터로 재순환됩니다. 이후 세정 및 급랭으로 최종 분진과 환원 생성수를 제거하고, 압축 후 공정 열교환기에서 재가열되어 공정으로 재주입됩니다.
세정기 분진 회수를 위해 미세입자를 바인더 첨가로 평균 350µm 크기의 마이크로 과립으로 응집하는 마이크로 과립화 공정을 채택합니다. 별도의 열경화 설비 없이 서큐어드 플랜트 예열 구간에서 과립 경화가 이루어집니다. 펠릿 피드 같은 초미분 광석 처리에도 적용 가능합니다.
냉각 정제된 공정가스는 압축기에서 재압축된 후 가스 연소 히터에서 약 750°C로 예열되어 환원 반응기 시스템으로 재도입됩니다. CO₂ 제거 시스템을 갖춘 표준 증기개질기에서 생산된 신규 수소는 압축 단계 후 첨가됩니다. 신규 가스의 2/3는 2차 BFB 반응기에, 1/3은 CFB 반응기에 사용됩니다.
생산된 고온 DRI를 브리케팅 없이 직접 EAF에 공급하는 핫 차지 옵션도 적용 가능합니다.
HBI 톤당 대표적 공정 투입량: (1) 철광석 미분(67% Fe) 1,470 kg, (2) 전력 100 kWh, (3) 천연가스 2.75 Gcal, (4) 물 0.6 m³, (5) 인시 0.23 시간.
장점: (1) 저비용 철광석 미분 직접 사용, (2) 수소 환원제로 극저 CO₂ 배출 및 저온 운전으로 부착 최소화, (3) CFB 내 우수한 열/물질전달, (4) 낮은 투자비와 운전비.
공정 관련 및 총(전력 포함) CO₂ 배출량은 각각 1.2 및 2.02 톤/톤 강으로 보고됩니다. 서큐어드-EAF 루트는 기존 고로-전로 루트 대비 약 50% CO₂만 배출합니다(수소는 기존 증기개질 가정). 수전해 수소와 EAF 전력이 모두 재생에너지 기반이면 CO₂를 최대 90%까지 감축 가능합니다.
서큐퍼 공정은 서큐어드와 유사하나, 석탄 가스화로 생성된 환원가스를 사용해 CFB에서 미분광을 환원합니다. 운전온도 약 950°C로 설계되며 잉여 수출가스 없이 운영됩니다. CFB 기술의 다양한 요소를 일관되게 활용해 뛰어난 열/물질전달, 반응기 전체 균일한 온도분포, 우수한 열 및 가스 이용률을 실현합니다.
독일 프랑크푸르트에 일일 5톤 규모의 서큐퍼 파일럿 플랜트가 설치되어 다양한 철광석과 석탄 테스트 및 산업규모 설계 파라미터 개발을 위한 공정 조건 시뮬레이션을 수행했습니다. 서큐퍼 생산 DRI(금속화율 93% 이상)는 주로 미니제강소와 합금강 공장의 특수강 생산용으로 고려되나, 일관제철소에서도 사용 가능합니다.
본질적으로 CFB에서 현장 석탄 가스화로 생성된 일산화탄소(CO)와 수소(H₂) 가스로 철광석을 환원합니다. CFB 배가스는 2단 현탁 예열기에서 철광석 예열에 사용됩니다. 철광석은 재순환 차(Char)와 산소와의 석탄 부분연소로 열발생기에서 추가 가열됩니다. 예열 단계 후 배가스는 폐열보일러(CO₂ 세정기용 증기 발생)에서 추가 냉각된 후 벤투리 세정기에서 환원 생성 수증기 제거를 위해 최종 냉각됩니다. 환원 생성물인 CO₂는 CO₂ 세정기에서 제거되고, CO와 H₂ 공정가스는 환원 단계로 재순환됩니다.
석탄, 차, 철광석 미분(0.1~1.0 mm)이 주원료로 직접 투입됩니다. 회분융점 1,050°C 이상, 휘발분 10~40% 범위의 모든 석탄 사용 가능하나, 반응기 내 순환부하와 직접 용융로 투입 시 슬래그량 최소화를 위해 저회분 석탄(15% 미만)이 바람직합니다.
미분광은 2단계 통합 예열장치에서 예열된 후 제1 환원단계인 CFB 반응기로 투입됩니다. CFB 반응기에는 통합 열발생기가 있어 석탄을 산소로 부분산화시켜 공정 필요열을 공급합니다. 이 부분연소는 공정 열 공급뿐만 아니라 환원용 차(탄소)와 부착방지제를 공급하는 역할도 합니다. 이 구성으로 950°C의 고온에서 미분광 부착 없이 CFB 예비환원이 가능합니다.
철광석 미분과 제품 자기분리에서 재순환된 차는 공정 배가스 현열을 이용한 2단계 CFB 시스템에서 약 800°C로 예열되어 가스화로를 통해 CFB 반응기로 투입됩니다. 석탄은 약 1,000°C에서 운전되는 가스화로에 직접 투입되어 주입 산소로 부분산화되며 공정 열을 생성합니다. 고체와 기체는 CFB로 진입해 약 950°C에서 철산화물이 약 70% 금속화율로 환원됩니다. CFB에서 나온 고체는 FB(유동층) 반응기로 이송되어 최종 환원 단계인 약 93% 금속화율을 달성합니다. 금속화 제품, 회분, 과잉 차는 FB 반응기에서 방출되어 약 730°C로 냉각된 후 자기분리됩니다. 금속화 제품은 약 680°C에서 열간 브리케팅되어 HBI로 출하됩니다. 비자성 차는 공정으로 재순환됩니다.
Fe(총) 92.7%, 금속철 85.8%, 금속화율 92.6%, C 1.32%, SiO₂ 1.25%, Al₂O₃ 2.62%, CaO 0.06%.
최종 환원 후 제품은 고온 상태에서 자기분리되며 다양한 후처리 가능: (1) 분리된 차(비금속분) 대부분을 재순환하고 고금속화 제품을 고온 브리케팅해 HBI로 출하, (2) 고온 DRI를 즉시 용융(아우스아이언)하여 '한 번의 열로' 운전함으로써 상당한 에너지 절감, 이때 과잉 탄소를 용융 에너지원으로 활용.
서큐퍼 공정은 폐쇄 가스 회로가 특징입니다. 석탄 가스화와 광석 환원으로 생성된 가스는 먼저 냉각, 제진된 후 환원 생성물인 수분과 CO₂가 세정 제거됩니다. 높은 환원력을 가진 가스는 압축, 가열 후 공정으로 재순환됩니다. 높은 환원온도와 부두아르 반응으로 높은 가스 이용률을 달성해 수출가스 없는 운전이 가능합니다.
가스 흐름: 반응기 배가스 → 광석 예열기 → 폐열보일러에서 약 220°C로 냉각 → 백필터 제진 → 급랭 및 세정으로 수증기 제거 → CO₂ 제거장치(폐열보일러 증기로 CO₂ 스트리핑) → 압축 후 두 반응기와 가스화로에 재주입.
제조공정
가스 용접(Gas Welding)이란? 가스 용접은 연료 가스 연소 열 이용하는 액체 상태 용접 공정. 이 열로 함께 고정된 용접 판 계면 녹여 조인트 형성. 주로 아세틸렌 가스(Oxyacetylene) 연료로 사용. 필러 메탈 유무 상관없이 수행 가능. 필러 사용 시 수동으로 용접부에 직접 삽입. 간단히 말해, 가스 용접은 연료 가스(아세틸렌 등) 연소 열로 금속 절단 및/또는 접합하는 공정. 광범위한 응용으로 가장 중요한 용접 유형 중 하나. 열 기반 용접 가장 오래된 형태 중 하나로 많은 산업서 여전히 선택지. 이 용접법 인기
유리는 건물, 자동차, 광전자 등에서 매우 친숙한 소재입니다. 하지만 유리는 그저 통칭일 뿐, 유리의 실체는 무엇일까요? 이 글에서는 유리의 종류와 제조 공정에 대한 정보를 공유하겠습니다. 1. 유리는 무엇인가 유리는 비결정질, 무기질, 비금속 소재입니다. 가장 오래되고 친숙한 유리는 화학 화합물 실리카에서 생산되는 규산염 유리입니다. 유리는 광학적 투명성을 가져 주로 창문 유리로 사용됩니다. 또한 유리는 일정한 경도를 가져 빛 투과가 필요한 기기의 보호 커버층 역할을 할 수 있습니다. 광학적 특성을 기반으로 유리는 광학 렌즈, 프
