탄소중립을 향한 여정에서 DRI(direct reduced iron) 공정과 같은 신흥 기술에 많은 관심이 집중되고 있다. 본 연구는 개질 COG(coke oven gas)를 사용한 2단계 DRI 공정을 제안하고, 최적 공정 매개변수를 규명하였다. 현장 사용 Carajás 철광석의 환원 및 탄화는 시료의 질량 감소를 모니터링하여 조사하였고, 반응 온도 및 조작 시간, 그리고 서로 다른 환원 환경에 따른 EDS 및 XRD 측정을 수행하였다. 철광석의 환원은 환원 환경과 무관하게 800°C에서 60분에 완료되었으나, 환원된 철의 탄화는 환원 가스에서 수소 함량이 높은 경우에 한해 800°C에서만 가능하였다. 따라서 제안된 DRI 공정에서 고수소 함량을 포함하는 COG를 800°C에서 작동하는 2단계로 유입한 후, 이어서 600°C에서 작동하는 1단계로 유도하는 반류(countercurrent) 방식이 타당함이 입증되었다. 철광석의 환원은 1단계에서 환원 환경과 무관하게 60분간 시작되고, 환원의 완료 및 후속 탄화는 고수준의 환원 환경에서 2단계에서 40분 동안 수행되었다. 평형 분석 결과, COG 내 CH4의 탄화물(graphite)로의 분해가 CO2로부터 CO를 생성하며, 이후 환원 Fe로부터 Fe3C가 연속적으로 형성됨을 지지하였다. 또한 철광석의 탄화는 CO2가 존재하는 경우에만 가능하였다. 아울러 환원 환경이 지나치게 높거나 낮은 경우에는 DRI 공정을 수행하는 데 바람직하지 않다는 점도 확인되었다. 본 연구는 유사한 DRI 공정을 최적화하기 위한 효과적인 지침을 제공할 것으로 기대된다.

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