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KR100690135B1 - 금속 공급 물질로부터의 용융 금속 생산 방법 - Google Patents

금속 공급 물질로부터의 용융 금속 생산 방법 Download PDF

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KR100690135B1
KR100690135B1 KR1020000060713A KR20000060713A KR100690135B1 KR 100690135 B1 KR100690135 B1 KR 100690135B1 KR 1020000060713 A KR1020000060713 A KR 1020000060713A KR 20000060713 A KR20000060713 A KR 20000060713A KR 100690135 B1 KR100690135 B1 KR 100690135B1
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부르케피터다미안
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테크놀라지칼 리소시스 피티와이. 리미티드.
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Abstract

본 발명은 금속층과, 상기 금속층 위의 슬래그층을 가지는 용융조를 포함한 베슬 내에서 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법에 관한 것으로, 산소함유 가스 및 고체 탄소 물질의 공급이 중단되는 경우를 제외한 일정시간 동안 용융금속의 생산을 중단할 필요가 있는 경우에 용융금속의 생산을 정지시키는 홀드 과정을 포함하며, 상기 홀드 과정은 (ⅰ) 상기 베슬로 금속 공급 물질의 공급을 중지하는 단계와; (ⅱ) 고체 물질 주입 랜스/송풍구를 통해 상기 용융조 안으로 캐리어 가스, 고체 탄소 물질을 주입하고, 상기 금속층 안에 연소가능 물질을 생성하며, 상기 용융 물질과 연소가능 물질이 전이 영역 안으로 투입되도록 하는 단계; 및 (ⅲ) 적어도 하나 이상의 랜스 혹은 송풍구를 통해 상기 베슬 안으로 산소함유 가스를 주입하고, 전이 영역 안에 투입된 연소가능 물질을 연소시킴으로써 용융조로의 열전달을 용이하게 하고, 용융조의 온도를 용융조가 동결하는 온도보다 높게 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
직접 제련 공정

Description

금속 공급 물질로부터의 용융 금속 생산 방법{PRODUCING METHOD OF MOLTEN METAL FROM METALIFERUS FEED MATERIAL}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 철광석을 직접 제련함으로써 용융 금속을 얻기 위한 공정이 수행되는 직접 제련 용기의 수직 단면도이다.
본 발명은 용융조가 담긴 베슬에서 광석, 부분환원 광석 및 금속함유 폐유동 물질과 같은 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하기 위하여 용융조를 이용하는 직접 제련 방법에 관한 것이다.
여기서, "직접 제련 방법"이란 금속 공급 물질로부터 용융 금속, 즉 철 등을 생산하는 방법을 말한다.
또한, 본 발명은 일반적으로 HI 제련 공정이라 불리우며, 제련 매질로서 용 융 금속층을 활용하는 용융조를 이용한 직접 제련 방법에 관한 것이다.
일반적인 HI 제련 공정은,
(a) 베슬 안에 금속층과 슬래그(slag)층을 가진 용융조를 형성하는 과정;
(b) 금속 공급 물질과 고체상태의 탄소함유 물질 및 선택적으로 임의의 용제를 다수개의 랜스와 송풍구를 통해 상기 금속층으로 주입하는 과정;
(c) 상기 금속층 안에서 금속 공급 물질을 금속으로 제련하는 과정;
(d) 전이 영역을 형성하기 위해 상기 용융 금속을 비산, 용적 및 유동 형태로 용융조의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 투입하는 과정; 및
(e) 적어도 하나 이상의 랜스(lance) 혹은 송풍구를 통해 상기 베슬 안으로 산소함유 가스를 주입하여 상기 용융조에서 배출되는 반응 가스를 후연소(post-combust) 시킴으로써 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로의 열전달이 용이해지고, 상기 전이 영역과 접하고 있는 측벽을 통한 열손실을 최소하는 과정으로 이루어진다.
상기 HI 제련 공정의 바람직한 실시예는 상기 베슬의 측벽을 따라 하향 및 내향 연장되는 랜스를 통해 상기 베슬 안으로 운반 기체, 금속 공급 물질, 고체 탄소함유 물질 및 선택적인 용제를 주입하여 전이 영역을 형성함으로써, 상기 운반 기체와 고체 탄소함유 물질이 금속층을 통과하여 용융 물질을 용융조로부터 사출시키는 과정을 특징으로 한다.
상기 HI 제련 공정은 운반 기체와 고체 탄소함유 물질을 송풍구를 통하여 바닥으로 주입함으로써 전이 영역을 형성하는 공정의 초기 형태를 개선한 것이다.
본 발명의 목적은 산소 함유 가스 및 고체 탄소 물질이 연속적으로 공급되는 상태에서 공정을 무기한 중단하거나, 금속 생산을 중지하거나, 베슬 안의 용융 금속의 층(pool)을 유지한 후, 공정을 계속하여 금속 생산을 다시 할 수 있는 용융 금속 생산 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 금속층과, 상기 금속층 위의 슬래그층을 가진 용융조를 포함한 베슬 내에서 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 공정으로서, 하기의 과정들
(a) 캐리어 가스, 금속 공급 물질, 고체 탄소 물질 및 용제를 다수개의 고체 물질 주입용 랜스/송풍구를 통해 주입하고, 전이 영역을 형성하기 위해 상기 용융 금속이 비산, 용적 및 유동 형태로 용융조의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 투입되도록 금속층 표면으로 방출하는 과정과;
(b) 상기 용융조 안의 금속으로 금속 공급 물질을 용해하는 과정과;
(c) 산소함유 가스를 하나 이상의 랜스/송풍구를 통해 베슬 안으로 주입하고, 용융조로부터 방출되는 반응 가스를 후연소시켜 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로의 열전달을 용이하게 하는 과정과;
(d) 상기 베슬로부터 원하는 용융 금속 및 슬래그를 추출하는 과정 및
(e) 산소함유 가스 및 고체 탄소 물질의 공급이 중단되는 경우를 제외한 일정시간 동안 용융금속의 생산을 중단할 필요가 있는 경우에 용융금속의 생산을 정지시키는 홀드 과정을 포함하며, 상기 홀드 과정은
(ⅰ) 상기 베슬로 금속 공급 물질의 공급을 중지하는 단계와;
(ⅱ) 고체 물질 주입 랜스/송풍구를 통해 상기 용융조 안으로 캐리어 가스, 고체 탄소 물질을 주입하고, 상기 금속층 안에 연소가능 물질을 생성하며, 상기 용융 물질과 연소가능 물질이 전이 영역 안으로 투입되도록 하는 단계; 및
(ⅲ) 적어도 하나 이상의 랜스 혹은 송풍구를 통해 상기 베슬 안으로 산소함유 가스를 주입하고, 전이 영역 안에 투입된 연소가능 물질을 연소시킴으로써 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로의 열전달을 용이하게 하고, 용융조의 온도를 용융조가 동결하는 온도보다 높게 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법을 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원 출원인은 용융철의 연속적인 배출과 용융 슬래그의 주기적인 배출을 수반한 HI 제련 공정을 수행하는 광범위한 시험을 행함으로써, 이 공정과 관련된 중요한 사실 몇 가지를 발견하였다.
그 중 하나는 본 발명의 첫 번째 요지로서, 산소 함유 가스 및 고체 탄소 물질이 지속적으로 공급되는 상태에서 공정을 무기한 중단하거나(즉, 금속생산을 중지하거나), 베슬 안의 용융 금속의 층을 유지한 후 공정을 계속하여 금속 생산을 다시 할 수 있다는 것이다.
이것은 매우 중요한 사실로서, 다수의 상태에서 용융 철의 생산을 비교적 짧은 주기 동안 중단할 수 있다는 것이다. 그러한 상태의 일 예로는 하향흐름작업(downstream operation)에 의해 생산된 용융 철을 하향흐름작업에서 추출할 수 없을 때이다. 이 경우 공정을 지속적으로 행하여 용융 철을 생산할 수는 있지만 용융 철을 즉시 사용할 수 없기 때문에 비용상의 문제점이 발생한다. 다른 예로는, 금속 공급 물질의 공급에 예측하지 못한 중단이 있어 공정작업을 속행할 수 없는 경우이다. 이 경우 홀드 공정이 없으면, 공정을 즉시 중단하고 베슬 내의 용융 철과 슬래그를 제거하고 중단 원인을 수정한 후 공정을 다시 시작하는 수밖에 없다. 이러한 공정의 중단과 재시작은 생산 및 비용상의 손실을 초래한다.
시험 공장 작업에서 발견한 또다른 사실은 본 발명의 두 번째 요지로서, 고체 탄소 물질의 공급은 차단되고, 기체 혹은 액체 상태의 연소가능 물질, 예를 들면 천연 가스와 같은 물질의 공급만이 이루어지는 상태에서 일정 시간 동안 공정을 중단하거나(즉, 금속 생산을 멈추거나), 베슬 안의 용융 금속의 층을 유지한 후 공정을 계속하여 금속 생산을 다시 할 수 있다는 것이다.
본 발명은 금속층과, 상기 금속층 위의 슬래그층을 가진 용융조를 포함한 베슬 내에서 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하기 위한 직접 제련 공정에 있어서,
(a) 캐리어 가스, 금속 공급 물질, 고체 탄소 물질 및 용제를 다수개의 고체 물질 주입용 랜스/송풍구를 통해 주입하고, 전이 영역을 형성하기 위해 상기 용융 금속이 비산, 용적 및 유동 형태로 용융조의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 투입되도록 금속층 표면으로 방출하는 과정과;
(b) 상기 용융조 안의 금속으로 금속 공급 물질을 용해하는 과정과;
(c) 산소함유 가스를 하나 이상의 랜스/송풍구를 통해 베슬 안으로 주입하고, 용융조로부터 방출되는 반응 가스를 후연소시켜 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로의 열전달을 용이하게 하는 과정과;
(d) 상기 베슬로부터 용융 금속 및 슬래그를 추출하는 과정 및
(e) 산소함유 가스 및 고체 탄소 물질의 공급이 중단되는 경우를 제외한 일정시간 동안 용융금속의 생산을 중단할 필요가 있는 경우에 용융금속의 생산을 정지시키는 홀드 과정을 포함하며, 상기 홀드 과정은
(ⅰ) 상기 베슬로 금속 공급 물질의 공급을 중지하는 단계와;
(ⅱ) 고체 물질 주입 랜스/송풍구를 통해 상기 용융조 안으로 캐리어 가스, 고체 탄소 물질을 주입하고, 상기 금속층 안에 연소가능 물질을 생성하며, 상기 용융 물질과 연소가능 물질이 전이 영역 안으로 투입되도록 하는 단계; 및
(ⅲ) 적어도 하나 이상의 랜스 혹은 송풍구를 통해 상기 베슬 안으로 산소함유 가스를 주입하고, 전이 영역 안에 투입된 연소가능 물질을 연소시킴으로써 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로의 열전달을 용이하게 하고, 용융조의 온도를 용융조가 동결하는 온도보다 높게 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 베슬 안에 주입되는 고체 탄소 물질과 산소 함유 가스의 양은 홀드 과정동안 감소한다.
바람직하게는, 상기 홀드 과정은 용융조에 주기적으로 용제를 부가하는 과정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 홀드 과정은 홀드 주기마다 용융 슬래그를 추출한다.
본 발명은 또한, 금속층과, 상기 금속층 위의 슬래그층을 가진 용융조를 포함한 베슬 내에서 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하기 위한 직접 제련 공정에 있어서,
(a) 캐리어 가스, 금속 공급 물질, 고체 탄소 물질 및 용제를 다수개의 고체 물질 주입용 랜스/송풍구를 통해 주입하고, 전이 영역을 형성하기 위해 상기 용융 금속이 비산, 용적 및 유동 형태로 용융조의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 투입되도록 금속층 표면으로 방출하는 과정과;
(b) 상기 용융조 안의 금속으로 금속 공급 물질을 제련하는 과정과;
(c) 산소함유 가스를 하나 이상의 랜스/송풍구를 통해 베슬 안으로 주입하고, 용융조로부터 방출되는 반응 가스를 후연소시켜 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로의 열전달을 용이하게 하는 과정과;
(d) 상기 베슬로부터 용융 금속 및 슬래그를 추출하는 과정과;
(e) 용융금속의 생산을 정지시키는 홀드 과정을 포함하며, 상기 홀드 과정은
(ⅰ) 상기 베슬로 금속 공급 물질의 공급을 차단하는 단계와;
(ⅱ) 산소함유 가스, 연소가능 물질을 베슬 안으로 주입하고, 온도를 유지하기 위해 상기 연소가능 물질을 연소시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법을 제공한다.
상기 용어 "연소가능 물질"은 일산화탄소, 고체 차르, 수소 및 고체 탄소 물질로부터 생성될 수 있는 다른 휘발성 물질을 포함한다.
상기 용어 "공칭 표면"은 용기 내부로 가스나 고체가 주입되지 않고, 용융조 교반이 없는 공정조건하의 용융조의 표면을 의미한다.
바람직하게는, 상기 홀드 주기는 5시간이다.
바람직하게는, 상기 (d)과정은 베슬로부터 용융 금속을 연속적으로 추출하는 과정을 포함한다.
또한, 상기 상기 (d)과정은 연속적으로 노상을 통해 베슬로부터 용융 금속을 추출하는 과정을 포함하고, 상기 홀드 과정은 베슬 안의 압력을 변화시킴으로써 베슬 안의 용융 금속의 레벨을 변화시키고, 베슬로부터 노상 안으로 또는 노상으로부터 베슬 안으로 용융 금속을 강제 이동시키는 과정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 고체 탄소 물질은 석탄이다.
바람직하게는, 상기 가스상태의 연소가능 물질은 천연 가스를 포함한다.
바람직하게는, 상기 산소함유 가스는 공기 또는 산소가 풍부한 공기이다.
더욱 바람직하게는, 상기 산소가 풍부한 공기는 산소 용적이 50%를 넘는다.
바람직하게는, 생산 과정이 높은 후연소(post-combustion) 레벨에서 이루어진다.
바람직하게는, 상기 금속 공급 물질은 철 함유 공급 물질로서, 철광석이다.
상기 철광석은 예열될 수 있다.
상기 철광석은 부분적으로 환원될 수 있다.
바람직하게는, 주로 상기 금속층 안에서 금속 공급 물질로부터 금속을 뽑아낸다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 철광석을 직접 제련함으로써 용융 금속을 얻기 위한 공정이 수행되는 직접 제련 용기의 수직 단면도로써, 도 1을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 베슬은 노상(hearth)을 가지며, 상기 노상은 내화성의 베이스(3)와 측면(55); 상기 노상의 측면(55)으로부터 상측으로 연장된 원통형 바렐(barrel)로 이루어지고 상부 바렐부(51)와 하부 바렐부(53)를 포함하는 측벽(5); 윗덮개(7); 폐가스의 배출구(9); 연속으로 용융 금속을 배출하는 전방 노상(81); 상기 노상과 전방 노상(81)을 상호 연결하는 전방 노상 연결부(71); 및 용융 슬래그를 배출하기 위한 탭 홀(61)을 구비한다.
정상 공정 조건에서의 사용시, 상기 베슬에는 용융 금속층(15)과 금속층(15)상의 용융 슬래그층(16)을 포함하는 철과 슬래그의 용융조가 담겨있다. 참조번호 17로 표시된 화살표는 금속층(15)의 공칭 정지 표면의 위치를 가리키고, 참조 번호 19로 표시된 화살표는 용융 슬래그층(16)의 공칭 정지 표면의 위치를 가리킨다. 여기서, "정지 표면"이란 용기 내부로 가스나 고체가 주입되지 않는 표면을 의미한다.
또한, 상기 베슬은 측벽(5)을 통하여 용융 슬래그층(16)으로 수직에 대해 30 내지 60도의 각도로 하향 연장된 고체 주입용 랜스/송풍구(11)의 형태로 되어 있는 두 개의 공급 물질 주입용 랜스/송풍구를 포함한다. 상기 랜스/송풍구(11)의 위치는 하부 단면이 정상 공정 조건에 있는 금속층(15)의 정지 표면(17) 위에 오도록 결정한다.
정상 공정 조건에서의 사용시, 운반 기체(보통, 질소)에 비말 동반(entrain)되는 고체상의 탄소함유 물질(보통, 석탄)과 용제(보통, 석회와 마그네시아)가 랜스/송풍구(11)을 통하여 용융 금속층(15)으로 주입된다. 고체물 및 운반 기체의 운동으로 인하여 고체물과 운반 기체가 용융 금속층(15)으로 스며든다. 석탄은 탈휘발화 되어 용융 금속층(15)에서 가스를 생성한다. 탄소의 일부는 금속에 용해되고, 일부는 고체 탄소로 남는다. 철광석은 금속에 용융되고 용융 반응으로 일산화탄소 기체가 발생한다. 용융 금속층(15)으로 전달되어 탈휘발 과정과 용융 과정을 통하여 발생되는 이들 기체는 용융 금속층(15)으로부터 용융 금속, 고체 탄소 및 슬래그의 부력 융기를 발생시킨다. 용융 금속층(15)은 용융 금속과 슬래그의 비산, 용적 및 유동물을 상향으로 운동시킨다. 따라서, 이들 비산, 용적 및 유동물이 슬래그층(16)을 통해 이동하면서 슬래그를 비말 동반하게(entrain) 된다.
용융 금속, 고체 탄소 및 슬래그의 부력 융기에 의해 금속층(15)과 슬래그층(16)을 교반시키고 그 결과 슬래그층(16)의 부피가 팽창되고 화살표(30)로 나타낸 표면을 갖게 된다. 교반의 정도는 금속 영역과 슬래그 영역에 있어서 어느 정도 균일한 온도가 되도록 하며, 보통 1450 내지 1550℃이고, 온도 변화량은 30℃ 정도가 된다.
또한, 용융 금속, 고체 탄소 및 슬래그의 부력 융기로 인한 용융 금속과 슬래그의 비산, 용적 및 유동물의 상향 운동은 용기 내에서 용융 물질 위의 상부 공간(31)으로 확장되고,
(a) 전이 영역(23)을 형성하고,
(b) 일부 용융 물질(대부분 슬래그)을 전이 영역(23) 위에 위치한 측벽(5)의 상부 바렐부(51)의 일부분과 윗 덮개(7) 위로 사출시킨다.
일반적으로, 슬래그층(16)은 내부에 기포를 포함하는 액체 상태의 연속 용적물(volume)이고, 전이 영역(23)은 용융 금속과 슬래그의 비산, 용적 및 유동물로 이루어진 기체 상태의 연속 용적물(volume)이다.
또한, 베슬은 중앙에 위치하고 용기 내부로 수직으로 하향되게 연장되어 있는 산소함유 기체(보통, 예열된 산소 함유 공기)를 주입하기 위한 랜스 형태의 제2 공급 물질 주입용 랜스/송풍구(13)를 포함한다. 정상 공정 조건에서, 산소함유 기체가 전이 영역(23)의 중앙 영역으로 침투하고, 상기 랜스(13)의 단부 주위에 금속/슬래그가 없는 공간(25)을 형성하도록 랜스(13)의 위치와 그 내부의 기체 유속을 결정한다.
정상 공정 조건에서의 사용시, 랜스(13)을 통하여 산소함유 기체를 주입하면, 전이 영역(23)과 랜스(13)의 말단 주변의 자유 공간(25)에서 반응 기체인 일산화탄소와 질소가 후연소(post-combustion)함으로써, 기체 공간에서의 온도가 2000 ℃ 이상으로 높아진다. 이렇게 발생한 열은 기체 주입 영역에 있는 상승 하강하는 용융 물질의 비산, 용적 및 유동물로 전달된 후 용융 물질이 용융조로 되돌아가면 열의 일부가 금속층(15)으로 전달된다.
자유 공간(25)은 높은 레벨의 후연소(post-combustion)를 달성하기 위해 중요하다. 이는 전이 영역(23) 상부에 있는 기체를 랜스(13)의 말단 영역으로 비말동반(entrain) 하도록 함으로써 반응 기체의 후연소(post-combustion) 기회를 증가시키기 때문이다.
랜스(13)의 위치와 랜스(13) 내부의 기체 유속, 그리고 용융 금속의 비산, 용적 및 유동물의 상향 운동은 모두 참조 번호 27로 나타낸 랜스(13)의 하부 영역 주위의 전이 영역(23)의 모양을 형성하는 데에 복합적으로 영향을 준다. 이렇게 해서 형성된 영역은 측벽(5)에 복사되어 발생하는 열 전달을 부분적으로 차단한다.
또한, 정상 공정 조건에서, 상승 하강하는 용융 금속과 슬래그의 비산, 용적 및 유동물은 열을 전이 영역(23)으로부터 용융조로 전달하는 효과적인 수단으로 작용하여 측벽(5) 영역에서 전이 영역(23)의 온도는 1450 내지 1550 ℃ 정도이다.
공정이 정상 공정 조건에서 수행되는 경우에는, 다음 조건을 만족시키도록 용기 내에서 금속층(15), 슬래그층(16) 및 전이 영역(23)의 수준을 고려하여 용기를 구성하고; 공정이 안정 동작 조건에서 수행되는 경우에는 전이 영역(23) 위의 상부 공간(31)으로 사출되는 용융 재료의 비산, 용적 및 유동물을 고려하여 용기를 구성한다.
(a) 금속층(15)/슬래그층(16)과 접하는 측벽(5)의 노상과 하부 바렐부(53)는 내화성(refractory)의 벽돌(도면에서 빗금친 부분)로 형성된다.
(b) 측벽(5)의 하부 바렐부(53)의 일부는 수냉각 패널(8)로 뒤를 받친다.
(c) 전이 영역(23) 및 상단 공간(31)과 접하는 측벽(5)의 상부 바렐부(51)와 윗덮개(7)는 수냉각 패널(8, 57, 59)로 형성된다.
측벽(5)의 상부 바렐부(51)에 있는 각각의 수냉각 패널(8, 57, 59)은 서로 나란한 상하 가장 자리와 서로 나란한 측면 가장 자리를 구비하고, 원통형 바렐의 단면을 정의하도록 만곡된다. 각 패널은 내측 수냉각 파이프와 외측 수냉각 파이프를 포함한다. 이들 파이프는 사행형 형상(serpentine configuration)으로 이루어지고, 수평 단면이 만곡면에 의해 서로 연결된다. 각 파이프는 입수구(water inlet)와 출수구(water outlet)를 포함한다. 패널의 노출면, 즉 용기의 내부에 노출되어 있는 면에서 바라보았을 때, 외측 파이프의 수평 단면이 내측 파이프의 수평 단면 위에 오지 않도록 수직으로 설치된다. 또한, 각 패널은 각 파이프의 인접한 직선 단면 사이의 공간과 파이프 사이의 공간을 채우는 내화재를 포함한다. 각 패널은 패널의 외표면을 형성하는 지지판을 포함한다.
파이프의 입수구와 출수구는 파이프를 통하여 높은 유속으로 물을 순환시키는 물공급 회로(도시되지 않음)에 연결되어 있다.
상기 베슬은 수직방향에 대해 30 내지 60도 각도로 측벽(5)을 관통하도록 하향 및 내측으로 연장 형성한 천연가스 버너(12)를 포함한다. 상기 천연가스 버너(12)는 홀드 과정에 사용된다.
본 출원인은 앞서 언급한 중간 시험 공장 작업을 서부 오스트레일리아 퀴나나에 소재한 중간 시험 공장에서 수행하였다. 중간 시험 공장은 도 1에 도시된 용기를 가지고 상술한 정상 공정 조건에 따라 수행되었다.
중간 시험 공장 작업으로 다음과 같은 조건을 달리하여 용기와 공정을 시험 평가하였다.
(a) 공급 물질;
(b) 고체 및 기체 주입 속도;
(c) 슬래그층의 깊이 및 슬래그 대 금속의 비로 측정한 슬래그의 잔류량;
(d) 작동 온도; 및
(e) 장치 배치
상기 시험 공장 작업을 통해 베슬 안에서 용융 금속층을 5시간 정도 홀드할 수 있으며, 홀드 주기 후에는 다시 공정을 시작할 수 있음을 발견했다. 이러한 발견은 중요한 것으로서, 생산 공정이 유연하면서도 중단 현상을 최소화할 수 있음을 알 수 있다.
본원 출원인은 다음과 같이 홀드 과정이 성공적으로 행해졌음을 발견했다.
1. 산소 함유 가스의 공급이 중단된 상태.
상기 홀드 과정은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(a) 랜스/송풍구로의 운송 가스의 유동을 낮은 값으로 유지하는 이외는 베슬로의 모든 공급 물질 공급을 중단하는 단계
(b) 베슬로부터 금속층(15) 위에 상대적으로 작은 슬래그층에서 슬래그를 뽑아내는 단계
(c) 상기 슬래그가 금속층 위에서 응고되도록 하는 단계
(d) 전방 노상(81) 안으로 목탄을 넣은 후, 노상 연결로(71) 외부 표면의 스프레이 냉각을 중단하는 단계.
본원 출원인은 이와 같은 공정이 베슬 안의 금속을 용융 상태로 6 시간 이상 유지시킨다는 사실을 발견했다. 상기 전방 노상(81)은 베슬보다 노출된 영역이며, 용융 금속의 상태를 모니터링하고, 열손실을 줄이기 위해 상기 금속을 절연시키는 단계(노상 표면으로 목탄을 공급하는 것과 같은)를 거치는 것이 필수적이다.
산소 함유 가스의 공급이 이루어질 때마다 직접 제련 공정이 재시작된다.
2. 산소 함유 가스와 고체 탄소 물질의 연속적인 공급이 이루어지는 상태로서, 금속 생산을 중단할 필요가 있는 상태.
(a) 베슬로 공급 물질이 연속적으로 공급되고 있지만 용융 철의 생산을 중단할 필요가 있는 특수한 상황에서, 홀드 공정은 다음과 같은 단계를 포함한다.
(ⅰ) 베슬로의 철광석 공급을 중단하는 단계
(ⅱ) 랜스/송풍구를 통해 고체 탄소 물질 및 운송 가스를 연속적으로 공급하고, 비산, 용적 및 용융 물질의 유동 및 고체 탄소의 이동을 전이 영역 안으로 유도하는 단계. 상기 용융 물질은 수냉각 패널로 분사되어 주로 슬래그로 이루어지는 고체층을 형성함으로써 패널을 통한 열손실을 최소화한다.
(ⅲ) 산소 함유 가스 및 전이 영역 내의 연소 물질을 랜스를 통해 주입하는 단계. 비산, 용적 및 용융 물질의 유동으로 열을 용융조로 전달한다.
(ⅳ) 여분의 목탄을 노상 안으로 추가 공급하고, 상기 노상 연결로(71)의 외부 표면의 스프레이 냉각을 중단하는 단계
(ⅴ) 시간 간격을 둔 일련의 단계 공정에서 베슬 안의 압력을 미리 설정된 상한값까지 증가시키는 단계
(ⅵ) 시간 간격을 둔 일련의 단계 공정에서 베슬 안의 압력을 미리 설정된 하한값까지 감소시키는 단계
(ⅶ) 상기 (ⅴ), (ⅵ) 단계를 반복하고, 전방 노상 온도 및 탄소를 주기적으로 체크하는 단계
(ⅷ) 주기적으로 슬래그를 뽑아내는 단계
상술한 바와 같이 압력을 가변시키는 목적은 상기 용융 금속이 베슬로부터 전방 노상으로, 전방 노상으로부터 베슬로 순환시키기 위함이다. 상기 용융 금속의 순환은 용융 금속의 온도를 일정하게 유지시키고, 상기 용융 금속의 국부적인 응고 현상을 막는다.
(b) 석탄 공급의 손실은 있지만 다른 공급 물질의 공급은 연속적으로 이루어지는 특수한 상태에서, 상기 홀드 공정은 다음 단계를 포함한다.
(ⅰ) 베슬로의 철광석 공급을 중단하고, 고체 주입 랜스/송풍구를 통한 베슬 안으로의 운송 가스 흐름을 양의 값으로 유지하는 단계
(ⅱ) 랜스(13)를 통한 산소 함유 가스의 유동율을 낮추고, 버너(12)를 통해 베슬 안으로 천연 가스를 주입하는 단계. 상기 천연 가스는 베슬 안에서 연소되고, 베슬 안에서 온도를 유지하는 열을 생산한다.
(ⅲ) 상기 전방 노상(81) 안으로 목탄을 추가 공급하고, 상기 전방 노상 출구의 스프레이 냉각을 중단하는 단계
(ⅳ) 베슬 안의 압력을 시간간격을 둔 일련의 과정들 중에서 미리 설정된 상한값까지 증가시키는 단계
(ⅴ) 베슬 안의 압력을 시간 간격을 둔 일련의 과정들 중에서 미리 설정된 하한값까지 감소시키는 단계
(ⅵ) 상기 (ⅴ), (ⅵ) 단계를 반복하고, 전방 노상 온도 및 탄소를 주기적으로 체크하는 단계
석탄 공급이 다시 이루어지기 전까지는 측정 시간에 의존하면서, 용융 금속 및 슬래그의 양을 최소 수준까지 감소시키는 것이 유용하다.
석탄 공급이 다시 이루어짐에 따라 상기 시작 공정은 용융 금속을 1450℃까지 가열하고, 탄소를 포화시켜 금속 공급 물질의 공급을 증가시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 금속 공급 물질로부터의 용융 금속 생산 방법은 생산 공정의 유연성을 높일 수 있으며, 생산 공정이 완전히 중단되는 현상을 방지할 수 있어 공정 중단으로 인한 생산 손실 및 비용 증가를 막을 수 있다.

Claims (15)

  1. 금속층과, 상기 금속층 위의 슬래그층을 가지는 용융조를 포함한 베슬 내에서 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 공정에 있어서,
    (a) 캐리어 가스, 금속 공급 물질, 고체 탄소 물질 및 용제를 다수개의 고체 물질 주입용 랜스/송풍구를 통해 주입하고, 전이 영역을 형성하기 위해 상기 용융 금속이 비산, 용적 및 유동 형태로 용융조의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 투입되도록 금속층 표면으로 방출하는 과정과;
    (b) 상기 용융조 안의 금속으로 금속 공급 물질을 제련하는 과정과;
    (c) 산소함유 가스를 하나 이상의 랜스/송풍구를 통해 베슬 안으로 주입하고, 용융조로부터 방출되는 반응 가스를 후연소시켜 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로의 열전달을 용이하게 하는 과정과;
    (d) 상기 베슬로부터 용융 금속 및 슬래그를 추출하는 과정 및
    (e) 산소함유 가스 및 고체 탄소 물질의 공급이 중단되는 경우를 제외한 일정시간 동안 용융금속의 생산을 중단할 필요가 있는 경우에 용융금속의 생산을 정지시키는 홀드 과정을 포함하며, 상기 홀드 과정은
    (ⅰ) 상기 베슬로 금속 공급 물질의 공급을 중지하는 단계와;
    (ⅱ) 고체 물질 주입 랜스/송풍구를 통해 상기 용융조 안으로 캐리어 가스, 고체 탄소 물질을 주입하고, 상기 금속층 안에 연소가능 물질을 생성하며, 상기 용융 물질과 연소가능 물질이 전이 영역 안으로 투입되도록 하는 단계; 및
    (ⅲ) 적어도 하나 이상의 랜스 혹은 송풍구를 통해 상기 베슬 안으로 산소함유 가스를 주입하고, 전이 영역 안에 투입된 연소가능 물질을 연소시킴으로써 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로의 열전달을 용이하게 하고, 용융조의 온도를 용융조가 동결하는 온도보다 높게 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 홀드 과정의 주기는 5시간임을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (d)과정은 베슬로부터 용융 금속을 연속적으로 추출하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 (d)과정은 연속적으로 노상을 통해 베슬로부터 용융 금속을 추출하는 과정을 포함하고, 상기 홀드 과정은 베슬 안의 압력을 변화시킴으로써 베슬 안의 용융 금속의 레벨을 변화시키고, 베슬로부터 노상 안으로 또는 노상으로부터 베슬 안으로 용융 금속을 강제 이동시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 베슬 안에 주입되는 고체 탄소 물질과 산소 함유 가스의 양은 홀드과정 동안 감소함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 홀드 과정은 용융조에 주기적으로 용제를 부가함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 탄소 물질은 석탄임을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용용 금속을 생산하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀드 과정은 주기적으로 용융 슬래그를 추출함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  9. 금속층과, 상기 금속층 위의 슬래그층을 가진 용융조를 포함한 베슬 내에서 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 공정에 있어서,
    (a) 캐리어 가스, 금속 공급 물질, 고체 탄소 물질 및 용제를 다수개의 고체 물질 주입용 랜스/송풍구를 통해 주입하고, 전이 영역을 형성하기 위해 상기 용융 금속이 비산, 용적 및 유동 형태로 용융조의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 투입되도록 금속층 표면으로 방출하는 과정과;
    (b) 상기 용융조 안의 금속으로 금속 공급 물질을 제련하는 과정과;
    (c) 산소함유 가스를 하나 이상의 랜스/송풍구를 통해 베슬 안으로 주입하고, 용융조로부터 방출되는 반응 가스를 후연소시켜 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로의 열전달을 용이하게 하는 과정과;
    (d) 상기 베슬로부터 용융 금속 및 슬래그를 추출하는 과정과;
    (e) 용융금속의 생산을 정지시키는 홀드 과정을 포함하며, 상기 홀드 과정은
    (ⅰ) 상기 베슬로 금속 공급 물질의 공급을 차단하는 단계와;
    (ⅱ) 산소함유 가스, 연소가능 물질을 베슬 안으로 주입하고, 온도를 유지하기 위해 상기 연소가능 물질을 연소시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 (ⅱ)단계에서 산소함유 가스의 유동율을 정상 과정의 유동율보다 낮은 유동율로 감소시켜 일정하게 유지함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 (ⅱ)단계에서 베슬로 공급되는 연소가능 물질은 천연 가스를 포함함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 홀드 과정의 주기는 5시간임을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 (d)과정은 베슬로부터 용융 금속을 연속적으로 추출하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 (d)과정은 연속적으로 노상을 통해 베슬로부터 용융 금속을 추출하는 과정을 포함하고, 상기 홀드 과정은 베슬 안의 압력을 변화시킴으로써 베슬 안의 용융 금속의 레벨을 변화시키고, 베슬로부터 노상 안으로 또는 노상으로부터 베슬 안으로 용융 금속을 강제 이동시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
  15. 제 9항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀드 과정은 고체 주입 랜스/송풍구를 통한 캐리어 가스 주입 압력을 정압으로 유지함을 특징으로 하는 금속 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 방법.
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