KR0159789B1 - 높은 생산성을 갖는 용련 환원법 - Google Patents

높은 생산성을 갖는 용련 환원법 Download PDF

Info

Publication number
KR0159789B1
KR0159789B1 KR1019930003234A KR930003234A KR0159789B1 KR 0159789 B1 KR0159789 B1 KR 0159789B1 KR 1019930003234 A KR1019930003234 A KR 1019930003234A KR 930003234 A KR930003234 A KR 930003234A KR 0159789 B1 KR0159789 B1 KR 0159789B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reduction
melt
gas
metal
reactor
Prior art date
Application number
KR1019930003234A
Other languages
English (en)
Other versions
KR930019835A (ko
Inventor
브로츠만 칼
Original Assignee
제프 애보트
테크놀로지칼 리소시즈 프로프라이터리 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=6453213&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR0159789(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 제프 애보트, 테크놀로지칼 리소시즈 프로프라이터리 리미티드 filed Critical 제프 애보트
Publication of KR930019835A publication Critical patent/KR930019835A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR0159789B1 publication Critical patent/KR0159789B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0006—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state
    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B11/00—Making pig-iron other than in blast furnaces
    • C21B11/02—Making pig-iron other than in blast furnaces in low shaft furnaces or shaft furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/66—Heat exchange
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 하나 또는 그 이상의 단계들에서 금속 광석들을 부분적으로 환원시키고, 그 다음에 용융로내에서 금속을 완전히 환원시키는 조합공정을 포함하는 금속 광석들의 용련 환원에 대한 방법에 관한 것이다. 상기 조합공정은 적어도 세개의 단위공정들을 포함하며, 상기 멜트-다운 반응로가 하나의 단위공정을 형성한다. 상기 금속 광석들의 부분 환원은 적어도 두개의 그 이상의 단위공정들에서 수행된다. 이들 적어도 세개의 단위공정들의 각각에서 서로 다른 배출가스들이 생성된다.

Description

높은 생산성을 갖는 용련 환원법
제1도는 적어도 세개의 단위공정들을 갖는 금속 광석의 용련 환원에 대한 본 발명의 조합공정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 멜트-다운 반응로 2 : 용융물
3 : 송풍구 4 : 공급 수단
5 : 송풍구 6 : 기체 공간
7 : 화살표 8 : 출구
10 : 혼합챔버 11 : 수직관
12 : 열교환기 13 : 사이클론
14 : 고체 반송 파이프 15 : 배출구
16 : 개구 17 : 입구
18 : 개구 19 : 출구
20 : 주입포트 21 : 혼합챔버
22 : 주입포트 23 : 출구
24 : 배출가스 개구 25 : 냉각기
26 : 입구 27 : 출구
28 : 사이클론 29 : 고체 반송 파이프
30 : 수직관 31 : 고체 파이프
본 발명은 하나 또는 그 이상의 단계들에서 금속 광석들을 부분적으로 환원시키고, 그 다음에 용융로내에서 금속을 완전히 환원시키는 조합공정을 포함하는 금속 광석들의 용련 환원(smelting reduction)에 대한 방법에 관한 것이다.
금속-산소 화합물들, 바람직하게는 금속 광석들을 용융로내에서 환원시키고 탄소질 연료(carbonaceous fuel)들과 산소성 기체(oxygenous gas)들에 의하여 용련에 필요한 에너지를 공급하는 것은 새로운 것이 아니며, 용련 환원을 다루는 다수의 보호권리들과 선행의 공보들이 존재하고 있다.
제강에서 여러가지의 공기 정련 방법들에 의하여 전로(converter)내에서 탄소와 함께 광석들을 환원시키고자 하는 노력이 있어 왔다. 다른 무엇보다도, 송풍매질의 산소함량은 탄소의 산화 부분에 의하여 필요한 열을 생성시키는 역할을 한다. 1932년 독일특허 제605,975호는 상기 송풍매질과 상기 탄소가 서로 분리되어 상기 용융물로 교대로 공급되고 그리고 흥미롭게 상기 탄소가 탄소질 기체의 형태로 공급된다. 이는 또한 다음의 표현으로 된 특허청구범위 즉, 광석들을 철 용융물(sump)로 환원하고, 상기 탄소가 산소성 송풍매질에 의하여 이송되어 가해지는 전로 또는 송풍구(tuyere)를 갖춘 공기로(air furnace)내에서 강철을 제조하는 방법에 있어서, 공기 또는 산소-풍부 공기 또는 순수한 산소 및 중성 기체들 또는 자체로 탄소를 방출하거나 또는 환원효과를 갖는 기체들이 송풍매질 및 탄소 운반체로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법에 의하여도 나타난다.
금속 용융물내에서 금속 광석들의 환원의 경제적인 작동에 필수적인 기여는 주로 CO 및 H2인 반응기체들을 상기 용융물 위쪽 기체공간에서 후연소(afterburning)시키고 그리고 생성된 열을 상기 용융물에 재순환시키므로써 이루어진다. 이러한 반응 기체들의 후연소 및 상기 열의 상기 용융물에로의 재전달하는 이러한 기술은 예를 들면 미합중국 특허 제4,195,985호와 같이 강철의 정련 동안에 열수지를 개선하는, 전세계적으로 보호되는 방법에 의하여 최초로 기술되었다. 이 특허는 또한 14란의 39열에서 강철제조 동안의 냉각제로서 파철(scrap) 대신에 철광석을 사용하는 방법을 언급하고 있다. 예를 들어 미합중국 특허 제5,052,918호에서와 같이, 이러한 방법의 특별히 이로운 형태 및 특별한 장치 그리고 반응 기체들의 후연소용의 장치들이 국제적으로 보호되는 방법으로 규정되어 있다.
독일 특허 제33 18 005호에는 2 내지 3%의 탄소함량을 갖는 철/조철(粗鐵)을 제조하는 방법이 기술되어 있다. 이 공정에서, 대략 120톤의 철 용융물을 포함하는 멜트-다운로(melt-down vessel)에서 시간당 70톤의 조철이 생산된다. 상기 방법은 멜트-다운로, 공기조절로(air conditioning vessel) 및 상기 광석들을 사전-환원시키기 위한 축로(shaft furnace) 등을 포함하는 조합시스템이다. 이와 같은 광석으로부터 철을 제조하는 방법은 철 용융물로부터 방출되는 반응기체들이 멜트-다운로내에서 부분적으로 후연소되고 그에 의하여 생성되는 열이 상기 용융물로 대부분 전달되고 그리고 상기 반응기체들이 상기 광석환원로(ore reduction vessel)로 되돌아가는 과정에서 냉각되고 환원제들로 환원되는 것을 특징으로 한다. 이 공정은 언급된 생산성 뿐만 아니라 80,000Nm3/h의 비교적 적은 양의 재순환기체로 110톤의 철광석을 대략 75%의 금속화도로 환원시키고 그 다음에 대략 CO 41%, CO230%, H223%, H2O 1%, N24%의 조성을 가지고 상기 축로로부터 분리되어 가열 목적 등과 같은 공급기체로서 계속 사용된다.
지금까지 기술된 선행기술은 실질적으로 용련환원법의 경제적인 가동에 기여하는 단계들을 나타내고 있다. 예를 들면, 제철과정에서의 철광석들의 환원에 대한 기본적인 고찰들이 비교적 오래전에 확장된 반면에, 가장 최근에 언급된 공정들은 생산자료 및 기체 조성과 양 등이 용련환원의 실제적인 적용에 대한 그 구체예를 기술하고 있다. 대조적으로, 용련환원에 대한 다수의 신규하게 허여된 보호권리들은 단지 일련의 공지의 단계들을 포함하고 있으며, 이들 공정들의 양 및 물질들의 수지에 대한 정량적인 데이터들도 없다. 이에 대한 무작위의 구체예의 하나가 미합중국 특허 제4,985,068호이며, 그 주요 특허청구범위는 다음과 같다 : (가) 밀폐된 용련로(smelter)내로 사전-환원된 철 산화물을 공급하고 ; (나) 과잉의 천연가스와 산소의 연소에 의하여 상기 철 산화물을 가열, 용융 및 환원시켜서 용융 금속이 되도록 하고, 상기 금속내로 해리된 탄소를 용해시켜 상기 용융 금속을 침탄시키고 그리고 반응된 방출가스를 생성하고 ; (다) 상기 밀폐된 용련로내로 상기 용융물 상으로 뜨거운 공기를 도입시키고 그리고 상기 방출가스의 일부를 산화시켜 연료가스(fuel gas)를 생성하고 ; (라) 연료가스를 세정하고 대략 800℃ 내지 950℃의 온도로 냉각시키고 ; (마) 상기 철 산화물을 상기 세정된 연료가스와 접촉시켜 사전환원 기능을 수행하도록 하고 ; 그리고 (바) 용융된 철 생성물을 꺼내는 단계들을 포함하는 철 산화물의 용련 환원에 대한 방법.
1991년 9월에 글래스고우에 소재하는 유럽제철공업연맹(European Ironmaking Conference)에서 저자 쿠섹/하아디/부르케(Cusack/Hardie/Burke) 등은 히스멜트-2세대 직접 용련(HIsmelt-Second Generation Direct Smelting)에 있어서의 그들의 용련 환원의 개발에 대한 보고서를 제출하였으며, 이 공개자료에는 다수의 중요한 공정 인자들 및 그들의 상호 관계들을 기술하고 있다. 이는 상기 반응기체들의 후연소도의 기능으로서의 광석의 사진환원도와 그 결과의 제철과정에서 필요한 석탄 등과 마찬가지로 공업 및 그들의 필수적인 특성들로부터 알려진 용련 환원 방법들의 개발의 단계들을 다루고 있다. 이는 히스멜트 공정에 대한 단순화된 물질들 및 열적 수지를 기술하고 있으며, 또한 시간당 14톤 또는 연간 100,000톤의 선철 생산능력의 실험플랜트에 대하여 언급하고 있다.
금속 광석들의 용련 환원 및 광석 사진환원 단계의 멜트-다운로와의 결합에 대한 다수의 선행 공보들 및 이러한 기초에 의한 시험플랜트 및 생산설비에 대한 공지의 상세한 점들에 의하여 몇몇 공통된 불리점들이 나타났다. 공지의 생산능력 즉, 단위시간당 금속생산이 비교적 낮다. 이러한 제한은 아마도 상기 멜트-다운로에서의 높은 에너지 전환에 기인한다. 상기 공정으로부터 제거되어야 할 기체의 양 및 그들의 잔류 에너지 함량들에서 차이가 있음에도 불구하고, 어떠한 경우에서도 비교적 높은 열량을 갖는 상당한 양의 기체가 상기 공정으로부터 반드시 제거되어져야 한다는 것이 밝혀졌다. 이는 상기 멜트-다운로로부터 부분적으로 후연소된 기체들이 비교적 낮은 금속화도로 광석을 사전환원시키는데 활용되는 경우에서도 마찬가지이다. 이러한 공정들의 경제성은 과량의 기체의 판매에서 얻어지는 이익에 의하여 결정된다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점들을 기초로 하여 용련 환원 플랜트의 멜트-다운로내에서 경제적인 방법으로 명백한 생산성의 증가가 가능하게 즉, 공지의 방법과 비교하여 상기 멜트-다운로내의 용융물의 중량에 대하여 단위 시간당 매우 큰 양의 액체 금속을 생산하고 그리고 전체 공정에서 상기 기체의 활용을 개선하는 방법을 제공한다.
이러한 문제는 조합공정이 적어도 세개의 단위공정들을 포함하고 그리고 멜트-다운로가 하나의 단위공정을 형성하고 한편 금속 광석들의 부분적인 환원이 적어도 두개의 또다른 단위공정들 내에서 수행되는 경우에, 이들 적어도 세개의 단위공정들의 각각에서 별도의 배출가스가 생성되고, 그리고 상기 멜트-다운로로부터의 상기 배출가스는 단지 부분적인 환원을 위해 하나의 단위공정을 통과하도록 함으로써 해결된다.
따라서 본 발명의 목적은 금속 광석들이 몇몇 단계들에서 부분적으로 환원되고 그 다음에 멜트-다운로에서 금속으로 완전히 환원되는 조합공정을 포함하는 금속 광석의 용련 환원 방법을 제공하는 것으로서, 상기 조합공정은 적어도 세개의 단위공정들을 포함하고 그리고 상기 멜트-다운로는 하나의 단위공정을 형성하고 적어도 두개의 또다른 단위공정들 내에서 금속 광석들의 부분적인 환원이 수행되고, 그리고 이들 적어도 세개의 단위공정들의 각각에서 서로 다른 배출가스가 생성되고, 단위공정 C의 부분환원설비로부터 부분적으로 환원된 광석이 단위공정 A의 멜트-다운로의 용융물내로 통과하고, 그리고 단위공정 A로부터 후연소된 배출가스가 단위공정 B의 초기 환원 설비내로 통과하고 여기에서 배출가스가 완전히 연소되고 그리고 상기 조합공정으로부터 제거된다.
본 발명의 방법은 여러 단위공정들로부터의 조합공정으로서 축조된 용련 환원 플랜트의 멜트-다운로내의 용융물의 생산을 기존의 용련 환원 플랜트의 멜트-다운로에서의 용융물의 생산이 거의 두배로 증가시키는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 본 발명의 방법은 1톤의 용융물의 생산에 필요한 석탄 소비량을 공지의 공정들과 비교하여 10%이상 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 연료절약은 놀랍게도 상기 멜트-다운로내에서의 상기 반응기체들의 높은 후연소도에 기인하고, 동시에 기체 후연소 중 상기 금속 용융물에로 발생하는 에너지의 우수한 열전도에 기인한다고 여겨진다.
광석 사진환원과의 조합에서 지금까지 공지된 용련 환원 방법에 있어서, 멜트-다운로로부터의 반응기체들은 금속 광석들의 사전환원에 사용된다. 사전환원 동안에 금속 광석들에 대한 적용가능한 환원가스를 제공하기 위하여 상기 멜트-다운로내에서 상기 반응기체들의 비교적 낮은 후연소를 하거나 또는 하지 않을 수 있다. 상기 멜트-다운로에서의 보다 높은 후연소도에서 상기 배출가스들은 그들의 환원전위를 개선하기 위하여 적절하게 조절되어져야 한다. 이러한 목적을 위하여 사용되는 가스조절설비들은 정교하게 만들어져 CO2세정을 위하여 상기 기체들을 냉각시키는 데 필요로 한다. 그 다음에 정제된 기체들은 금속 광석들에 대한 바람직한 환원 온도로 다시 가열한다. 공지된 바와 같이, 상기 멜트-다운로로부터 광석 환원로에로 가는 도중의 배출가스를 탄소 및 천연가스 등과 같은 대응하는 환원제들로의 직접 환원에 대하여는, 이 방법의 단계의 작동의 신뢰성 및 재현성에 곤란점이 있다.
본 발명에 따른 방법은 극히 바람직한 결과들을 얻을 수 있는, 완전히 신규한 방법을 제시한다. 그 출발점은 금속 광석들의 용련 환원에 필요한 조합공정이며, 이 조합공정은 복수개의, 그러나 적어도 3개의 단위공정들로 구성된다. 단위공정이라는 용어는 이들 단위들이 상대적으로 독립적인 설비들로 구성된 것을 명백하게 하기 위하여 전체 조합공정에서 설계를 변형하여 이루어질 수 있는 통상적인 방법의 단계들과 반대되는 것으로 본 명세서에서 신중히 선택된 것이다. 본 발명의 조합공정에 대한 물질의 균일한 흐름을 확고히 하기 위하여 개개의 단위공정들의 공정기술설계자료들을 단순히 조정할 수 있다. 예를 들면, 적어도 두개의 각각의 부분 환원설비들이 다단계의 형태가 될 수 있다. 다른 무엇보다도, 금속 광석들의 부분 환원을 위한 하나 또는 두개의 단위공정들에 대하여 다단계 순환 유동층(multistage circulating fluid bed)을 사용할 수 있다.
본 발명의 방법은 특히 철광석 및 철-함유 광석들을 환원시키는 데 적당하다. 그러나 이는 일반적으로 하나 또는 그 이상의 전이금속들의 산화물, 특히 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연 및 납 등의 산화물, 바람직하게 주로 철의 산화물을 포함하는 광석, 분진 및 이와 유사한 물질들에 적당하다.
본 발명의 금속 광석의 용련 환원용 조합공정의 바람직한 설계는 세개의 단위공정들을 포함할 수 있고, 여기서 단위공정 A는 멜트-다운로이다. 상기 멜트-다운로로부터의 배출가스는 높은 후연소도를 갖고, 그리고 금속 광석의 예열 및 초기 환원 설비인 단위공정 B에 직접적으로 공급된다. 이러한 단위공정 B로부터의 상기 배출가스는 충분히 연소되고, 그들의 물리적 잔류열은 예를 들어 직접적으로 또는 열교환기를 경유하여 가열목적으로 사용될 수 있다. 상기 단위공정 B에서 가열되고 어느 정도 환원된 금속 광석들은 실제의 부분 환원 설비인, 세번째의 단위공정 C에로 공급되어, 그곳에서 높은 금속화도로 사전환원되고, 그 다음에 멜트-다운로인 단위공정 A에로 공급된다.
본 발명에 따른 방법에서, 양, 가스조정 및 열량값들이 서로 다른 배출가스 기류들이 세개의 서로 다른 단위공정들에서 발생한다. 하기에서 상기 가스조성은 전체 방법, 조합공정 및 개개의 단위공정들의 평가에서 중요한 특성이 되는 후연소도로 표시된다. 후연소도의 백분율은 하기와 같다 :
기ㅊ성분 [용적 %]
AB =후연소도 [%]
실제적으로 단지 CO 및 H2가 상기 멜트-다운로내에서 반응기체로서 상기 금속 용융물로부터 방출되고, 그 다음에 그 위의 기체 공간에서 산소 또는 공기와 함께 후연소되기 때문에, 각각의 단위공정에 대한 배출가스는 (소량의 불순물들을 제외하고는) 단지 성분 CO, H2, CO2, H2O 및 후연소 공기로부터의 성분 N2로 조성된다. 예를 들어, 16.3% CO, 10.0% CO2, 3.59% H2, 9.89% H2O 및 60.23% N2의 상기 가스조성은 상기 정의에 따라 50%의 후연소도를 갖는다. 더욱 자세히 설명하면 후연소도에 대한 이러한 설명은 상기 가스조성에 대한 암시적인 량으로서도 유지된다.
금속 광석들의 용련 환원에 대한 본 발명의 조합공정의 언급된 유리한 설계로, 대략 3.5%의 석탄을 가지고 고품질의 철광석으로부터 1톤의 철 용융물을 생산하는 각 단위공정들에서 하기의 배출가스 흐름들이 발생한다. 단위공정 A인 멜트-다운로로부터 1680℃의 온도와 60%의 후연소도를 갖는 대략 2000Nm3의 기류가 단위공정 B인 예열 및 초기 환원 설비에로 흘러간다. 이 단위공정으로부터의 배출가스 기류는 대략 900℃의 온도를 갖는 대략 2600Nm3이며, 이는 충분히 연소되어 즉, 후연소의 정도가 100%가 된다. 단위공정 C 즉, 부분 환원 설비에서, 환원가스가 석탄과 주로 뜨거운 공기인 산화성 가스로부터 선택적으로 생산되고, 본 설비로부터 방출되는 기류는 950℃의 온도, 30%의 후연소도 및 1.2Mcal/Nm3의 열량값을 갖는 대략 825Nm3의 고품질의 연소가스이다. 이 가스는 예를 들면 뜨거운 공기를 생산하는 것과 같은 어떠한 방법으로도 활용될 수 있다.
본 발명의 용련 환원 방법의 조합에서 일어날 수 있는 개개의 설비들 또는 단위공정들은 예를 들면 다음과 같이 설계되고 건조될 수 있다. 단위공정 A인 멜트-다운로는 용융물 표면 하부의 보호매질로 둘러싸여진 공급 송풍구, 여러가지 고체를 위한 공급수단 및 반응로 상부 공간에서 반응기체들을 후연소하기 위한 산소 또는 산소성 기체들을 위한 하나 또는 그 이상의 상부 송풍구를 갖는 경사진 드럼로(drum vessel)가 될 수 있다. 입증된 용융물 하부 송풍구는 두개의 동심축의 파이프들, 및 상기 멜트-다운로의 제한된 영역들 내의 용융물 이동을 증가시키기 위해 부가의 순환기체들을 공급하기 위한 단순한 파이프들 뿐만 아니라 독일특허 23 38 142에 설명된 원형의 슬로트 송풍구로 이루어진 통상의 구조물들이 된다. 상기 로의 슬래그(slag)영역으로 순환 및 반응기체들을 공급하는 것 또한 본 발명의 범위내에 포함되는 것이다. 그 다음에 상기 송풍구는 상기 로 또는 그 라이닝의 내벽 또는 대응하는 공급수준보다 높게 위치된다. 상기 멜트-다운로의 기체공간에서 후연소 산소를 공급하기 위하여는 첫번째로 다수의 단순한 파이프들, 또는 두번째로 다수개의 통로들을 갖는 금속 블록으로부터 샤워-형태의 기체 분사가 방출되는 소위 블록 송풍구 또는 바람직하게 미합중국 특허 제5,051,127호에 따른 상부 송풍구를 사용할 수 있다. 후연소에 사용되는 산소성 기체들은 순수한 산소, 공기 또는 산소-풍부 공기 및 산소가 부가되거나 부가되지 않은 바람직하게 뜨거운 공기 즉, 예열된 공기가 될 수 있다.
모든 고체들은 용융물 표면 하부 및 용융물 표면 위로 모두 공급될 수 있다. 고체의 조성, 입자크기 및 온도에 따라 상기 고체들을 용융물 표면 하부 및 상부 송풍구를 통하여 상기 상부 송풍구 내의 특별한 공급 파이프를 통하여 상기 용융물내로 공급되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이는 플랜트의 여러 부분들로부터 분리된 분진들이 바닥 송풍구를 통하여 상기 용융물내로 재순환되는 경우에 바람직하다. 대개 전체 필요한 양의 단지 일부의 양의 석탄 및 몇몇 경우에 예열되고, 부분적으로 환원된 광석들이 상기 바닥 송풍구를 통하여 동시에 상기 멜트-다운로내로 송풍되어진다. 그러나, 상기 사전환원된 뜨거운 광석은 대개 단위공정 C로부터 상기 멜트-다운로내로 위로부터 직접 도입된다.
본 발명에 따른 방법에서, 상기 단위공정 A인 멜트-다운로로부터의 배출가스는 단위공정 B인 예열설비내로 흘러간다. 이러한 단위공정의 설비 형태는 고정된 것이 아니다. 예를 들면, 회전관상로(rotary tubular furnace), 축로 또는 통상의 유동층이 될 수 있다. 순환유동층이 보다 유리하게 될 수 있다. 이러한 순환유동층의 경우에, 상기 멜트-다운반응로로부터의 배출가스는 산소 또는 공기, 그러나 바람직하게는 뜨거운 공기로 충분히 연소된다. 그러나, 그전에 상기 배출가스의 환원전위는 상기 금속 광석들을 사전환원시키는 데 활용될 수 있고, 상기 금속 광석들은 도입되는 열에 의하여 더욱 건조되고 가열된다. 상기 멜트-다운 기화기(melt-down gasifier)내에서 예를 들어 슬래그형성제로서 생성된 생석회를 사용하기 위하여 상기 순환유동층내에 석회석이 부가적으로 탈산될 수 있다. 더욱이 적재 물질들, 특히 슬래그형성제들은 또한 가열되고 그리고 이곳에서 하소될 수 있다. 상기 배출가스의 후연소로부터의 그 이상의 과량의 에너지들은 순환 유동층의 공지의 냉각요소들에서 스팀을 발생시키는 데 사용된다. 상기 배출가스는 충분히 연소되고 그리고 대략 900℃의 온도를 가지며 이 단위공정 B를 떠난다. 예열된 광석들은 사전환원도 30%이하이거나 또는 전혀 사전환원되지 않은 채 부분환원설비로 공급된다. 보통은 예열된 광석들이 10 내지 30%의 사전환원도를 가지고 상기 순환유동층에서 방출되지만, 단위공정 B에서 단지 상기 광석들을 건조시키고 가열시켜 매우 낮은 사전환원도 또는 심지어 전혀 사전환원되지 않은 채, 이들을 단위공정 C인 실제의 부분 환원 설비에로 공급시키는 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이다. 사전환원도의 상한 30%는 단위공정 A에서의 반응에 의해 결정된다. 단위공정 A에서 반응기체는 후연소되고 일정량의 반응전위를 소모한다. 반응기체의 후연소도가 50%일 경우 단위공정 A의 배출가스로 얻어질 수 있는 최대의 사전환원도는 30%이다.
본 발명에 따른 단위공정 C인 부분 환원 설비는 순환유동층이다. 일반적으로 알려진 바와 같이, 순환유동층은 실질적으로 다운스트림(downstream), 혼합챔버(mixing chamber), 수직관(riser pipe) 및 상기 혼합챔버에로의 고체 반송 파이프를 갖는 사이클론을 포함하는 것으로 고려된다. 예를 들면 플럭스흐름 형태(Fluxflow type)의 이러한 유동층 반응로에서는 상기 충전물이 상기 혼합챔버에 공급되고, 그리고 상기 수직관은 주로 열교환기인 냉각시스템을 포함하며, 이곳에서 스팀이 생성될 수 있다. 대략 900℃의 온도로 약간 사전환원된 광석들과 상기 단위공정 C인 예열 및 초기 환원 설비로부터의 슬래그형성제들 또한 석탄 및 연소에 필요한 산소, 바람직하게 뜨거운 공기의 형태로 충전된다. 바람직하게 분쇄되거나 또는 미분된 형태의 상기 고체들이 통상적인 양의 운반기체들과 함께 기체역학적으로 상기 부분 환원 설비에로 공급된다.
본 발명에 따르면, 공급된 석탄의 양은 원하는 고품질의 환원기체를 생산하기 위하여 도입된 산화성 기체의 양에 의하여 단위공정 C에서 연소될 수 있는 양 보다 많다. 이 과량의 석탄은 상기 부분 환원 설비내에서 그 휘발성 성분들이 유리되고, 그에 따라서 생성된 코크스는 대개 대략 50%의 범위의 금속화도를 갖는 상기 사전환원된 광석들 및 슬래그형성제들과 함께 단위공정 C로부터 단위공정 A인 상기 멜트-다운로내로 통과하게 되고, 그에 의하여 본 조합공정 내의 물질의 순환을 마감한다.
상기 순환 유동층 및 상기 금속 광석들의 선택적인 부분 환원작용을 하는 그의 작용 및 높은 에너지 함량을 갖는 가치가 있는 배출가스들의 조절된 생성은 금속 광석들의 용련 환원에 대한 본 발명의 필수적인 장점들을 구성한다. 이 단위공정은 최적으로 조절된 환원가스 자체 및 상기 멜트-다운 반응로 내에서의 반응기체들의 후연소도 및 그 배출가스들의 그 이상의 활용과는 별개인 상기 광석들의 사전환원도의 가능성을 제공한다. 이 순환 유동층내에서 석탄 및 연소 산소의 정량적인 비율 뿐만 아니라 광석의 체류시간 그리고 공기역학적 운반기체 또는 별도의 비활성기체의 양이 상기 금속 광석들의 금속화도를 30% 내지 70%, 바람직하게 35% 내지 65%로 조절하는 데 사용될 수 있다. 최소한도의 금속화도 30%는 첨가된 연료의 최소량에 의해 공급된 에너지와 그리고 후연소에 의해 얻어진 에너지로 멜트다운반응로에서의 최종환원단계에서 사전환원된 광석을 용융시킬 수 있도록 하기 위해 필요하다. 한편 최대한도의 금속화도 70%는 단위공정 B에서 얻어진 사전환원도에 의해 결정되고 또한 단위공정 B에서 생성된 반응기체의 조성에 의해 결정된다.
상기 순환 유동층내에서 도입된 석탄으로부터 그 휘발성 성분들의 유리과정에 의해 부가적인 코크스의 생성으로 인하여, 본 발명의 방법은 또한 탄소를 가열 매체로 상기 멜트-다운 반응로의 특히 경제적인 공급을 제공한다. 예를 들면, 상기 부분 환원 설비내에 가해진 석탄의 양의 대략 절반이 대략 55%의 금속화도와 950℃의 온도를 갖는 부분적으로 환원된 금속 광석과 함께 코크스로서 상기 멜트-다운 반응로에로 공급된다. 이들 조건들 하에서는, 동일한 멜트-다운 반응로 즉, 동일한 중량의 충전물과 동일한 기하학적 크기에서 공지의 방법들보다 거의 두배의 선철의 생산을 가능하게 한다. 멜트-다운 반응로에서의 이러한 생산성의 증가는 예를 들어 슬래그형성제들 및 코크스 생산의 하소 등과 같은 이미 나타낸 바와 같은 경제적인 잇점들 뿐만 아니라 주로 내화성 로의 라이닝, 설비들의 열손실들 및 일반적인 가동비와 인건비 등이 선철 생산에 비하여 증가하지 아니하기 때문에 일어나는 다른 경제적인 잇점들을 제공한다.
철광석의 용련 환원에 대한 지금까지의 공지의 방법들에 대하여는, 상기 멜트-다운로 내의 충전물의 평균 중량을 기초로 하는, 하기에서 생산지수로서 언급된 시간 당 톤 단위의 생산율이 0.6을 넘지 못한다. 예를 들면, 독일특허 제33 18 005호에는 멜트다운로에서 120톤의 철 용융물의 평균 중량으로 시간당 70톤의 선철이 생산됨을 기술하고 있다. 이는 0.58의 생산지수를 갖는 것으로 나타난다. 멜트-다운 반응로내에서의 철 용융물의 평균 중량은 본 명세서에서는 배치(batch) 또는 분취량의 태핑(tapping)의 전후에서의 상기 멜트-다운로 내의 용융물의 중량의 수리 평균을 의미한다. 본 발명에 따른 방법으로, 0.8, 바람직하게는 1.0 이상의 생산지수들을 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 방법이 이미 기술된 세개의 단위공정들의 조합에서 높은 생산성 및 상당한 경제적 잇점들을 가짐에도 불구하고, 현존하는 설비들 및 상기 기체의 별도의 활 용등을 가능하게 포함하는 또 다른 단위공정들을 상기 조합공정들에 부가하는 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이다. 따라서, 단위공정 B는 다단계의 유동층으로 설계되거나 또는 동일하거나 또는 서로 다른 형태의 두개의 분리된 설비들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 회전관상로를 순환유동층과 결합하는 것 또한 가능하다. 단위공정 C는 하나의 순환 유동층이 아니라 주로 서로 분리되어 작업이 이루어지는 두개의 순환 유동층으로 작동하는 것이 유리하다. 그 다음에 상기 첫번째의 순환 유동층내에서 보다 높은 후연소율을 조절하는 것 즉, 더욱 부가된 석탄의 화학적 에너지를 이용하는 것이 가능하다. 그 다음에 상기 광석의 높은 금속화도가 상기 두번째의 순환 유동층에서 달성될 수 있다. 이러한 부가의 단위공정, 즉 실제적인 단위공정 C에 계속되는 상기 두번째의 순환 유동층에 대해서는 석탄 소비가 대략 20% 정도 낮아지기 때문에 조합공정의 에너지 수지에서 유리한 결과를 낳는다.
본 발명의 방법의 추천할 만한 형태는 생산성을 증가시키고 그리고 가능하다면 필요한 에너지를 낮추는 것 즉, 석탄 연소 및 반응기체의 후연소의 두가지 모두에 의한 뜨거운 공기의 온도의 증가를 일으키는 석탄 소비를 낮추기 위하여 고려된다. 뜨거운 공기는 대개 거의 1200℃의 온도로 생산된다. 공기를 예열시키기 위하여 통상적으로 연료로서 활용되는 공지의 용련 환원 공정들로부터의 배출가스들에 대하여는, 높은 에너지의 기체를 가하지 아니하고는 그 이상의 뜨거운 공기의 온도를 증가시키는 것이 불가능하다. 단위공정 C로부터의 높은 에너지의 배출가스의 사용은 대략 1400℃의 뜨거운 공기의 온도를 얻을 수 있다. 예를 들면, 상기의 공기를 위한 가열장치 배열은 독일 특허 제38 41 708호에 기술된 바와 같은 소위 페블 히터(pebble heater)가 될 수 있다.
상기에서 언급한 바와 동일한 목적을 갖는 본 발명의 방법의 보다 유리한 형태는 산소가 풍부한 뜨거운 공기에 의하여 달성된다. 산소가 풍부한 뜨거운 공기는 50%의 산소 함량까지 달성될 수 있다. 그러나, 예를 들어 25%의 산소 함량이 매우 낮은 산소 함량 또한 극히 바람직함이 증명되었다.
본 발명의 실질적으로 유리한 형태는 상기 마지막으로 언급한 두가지의 개량 즉, 뜨거운 공기의 온도증가와 동시에 그의 산소 함량의 증가의 조합으로 얻을 수 있다. 예를 들면, 1톤의 액체 선철을 생산하는 경우 1350℃의 뜨거운 공기 온도와 대략 25%까지의 산소 함량에서의 부가적인 증가로 50㎏의 석탄을 절약할 수 있으며, 또한 멜트-다운 반응로에서의 생산성을 대략 40%까지 증가한다.
마지막으로, 개개의 단위공정들에서 예를 들어 높은 온도로 가열된, 불활성의 기체의 도입 등과 같은 부분적으로의 물리적 열의 공급에 의한 에너지 필요량의 수지를 맞추는 것 또한 본 발명의 범위내에 포함되는 것이다. 900℃ 내지 1600℃, 바람직하게 1200 내지 1400℃의 온도를 갖는 서로다른 기체를 사용하는 것 또한 가능하다. 예를들면, 단위공정 B로부터의 재순환된, 충분히 연소된 배출가스, 이산화탄소 및 질소들 또한 유용함이 밝혀졌다. 물론, 열 공급을 위한 이러한 뜨거운 가스들의 적용은 언급된 형태의 가스들에 제한되는 것은 아니며, 상당한 기체들 및 그들의 어떠한 혼합물들 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 연료의 선택에서 극히 유연하다. 고체, 액체 및 기체 연료들이 단독으로 또는 혼합물로 처리될 수 있다. 가스 불꽃 제조용 석탄(gas flame coal)으로부터 무연탄에 이르기까지의 어떠한 품질의 석탄은 물론 흑연 및 알루미늄 생산으로부터 나오는 불완전한 연소성의 잔류물도 사용될 수 있다. 또한 정련 잔류물, 모든 중질유들, 디젤유를 포함하는 모든 형태의 오일 및 가정용 연료들도 사용할 수 있다. 기체상의 연료에서는, 천연가스, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 및 그들의 혼합물들 또한 적절함이 증명되었다.
본 발명을 첨부된 도면 및 적용에 대한 여러가지 구체예를 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
단위공정 A는 내화성의 라이닝(도시하지 않음)을 가지며, 용융물(2)를 포함하는 멜트-다운 반응로를 포함한다. 상기 반응체들을 바닥 송풍구(3), 상기 용융물 표면상의 공급 수단(4) 및 산소성 기체, 바람직하게는 뜨거운 공기를 위한 상부 송풍구(5)를 통하여 멜트-다운 반응로(1)의 기체 공간(6)내로 송풍된다. 용융물(2)로부터 방출되는 반응기체들은 기체 공간(6)내에서 송풍구(5)로부터의 뜨거운 공기의 산소와 반응하고, 그리고 그에 의하여 발생된 열이 80% 이상의 효율로 용융물(2)로 전달된다. 그 생성 배출가스는 화살표(7)로 기호화된 배출가스 개구를 통해 멜트-다운 반응로(1)로부터 배출된다. 생성된 용융물 및 슬래그들은 출구(8)를 통하여 멜트-다운 반응로(1)로부터 배출된다.
단위공정 B인 예열 및 초기 환원 설비는 혼합챔버(10), 스팀 발생을 위한 열교환기(12)를 포함하는 수직관(11) 및 고체 반송 파이프(14)와 배출구(15)를 갖는 사이클론(13)을 포함한다. 배출가스가 입구(17)를 경유하여 단위공정 A로부터 단위공정 B의 혼합챔버(10)내로 통과한다. 도입된 기체들을 후연소시키고 그리고 광석 및 슬래그형성제들을 하소시키기 위한 뜨거운 공기는 개구(18)를 경유하여 혼합챔버(10)내로 도입된다. 배출가스는 개구(16)를 경유하여 이 단위공정으로부터 방출된다. 출구(19)는 단위공정 B로부터 단위공정 C로 공기역학적으로 이송되는 예열된 고체를 위하여 고려된 것이다.
주입포트(20)를 통하여 모든 고체들은 단위공정 C의 혼합챔버(21)내로 통과한다. 이들 고체들은 가열되고 초기에 환원된 금속 광석들, 하소되고 가열된 슬래그형성제, 석탄 및 공기역학적 전송에 필요로 하는 운반기체들이 있다. 주입포트(22)를 경유하여 혼합챔버(21)내로 산소성의 기체, 대개 뜨거운 공기가 혼합챔버(21)내로 도입된 석탄의 연소, 바람직하게는 부분적인 연소를 위하여 공급된다. 고체들 즉, 높은 금속화도로 선택적으로 환원된 금속 광석들은 물론 슬래그형성제 및 코크스가 출구(23)를 통하여 단위공정 C로부터 멜트-다운 반응로 즉, 단위공정 A로 통과한다. 단위공정 C로부터의 상대적으로 높은 에너지의 배출가스는 배출가스 개구(24)를 경유하여 뜨거운 공기 생산을 위한 페블 히터의 버너 등과 같은 소비자(consumer)에로 공급된다.
본 구체예에서 단위공정 B와 유사하게 단위공정 C의 동작은 이것이 순환 유동층이기 때문에 기본적으로 다음과 같다. 상기 고체들은 개구(20) 및 고체 반송 파이프(29)를 통하여 혼합챔버(21)로 공급되고 그리고 그 안에서 주입포트(22)를 통하여 흘러들어오는 산화성 기체들에 의하여 부분적으로 연소된다. 유동층은 상기 기체 및 고체들로부터 생산되며, 이는 냉각기(25)를 포함하는 수직관(30)내로 솟아오른다. 냉각기(25)는 입구(26)을 경유하여 물이 공급되고 그리고 생성된 스팀은 출구(27)를 경유하여 방출된다. 그 다음에 상기 유동층은 사이클론(28)으로 수직으로 들어가게 되고, 이곳 사이클론(28)내에서 상기 고체들로부터 대규모로 방출된 배출가스들이 배출가스 개구(24)를 경유하여 사이클론으로부터 방출된다. 상기 고체들의 일부는 고체 파이프(31) 및 출구(23)를 경유하여 멜트-다운 반응로에로 통과하고 그리고 다른 부분들은 고체 반송 파이프(29)를 경유하여 혼합챔버(21)내로 되돌아 간다. 상기 고체들의 흐름은 예를 들어 세포상의 휠 슬러스(wheel sluice)와 같은 슬라이드들 또는 배출수단 같은 조절수단(도시하지 않음)들에 의하여 분리된다. 상기 혼합챔버로부터 상기 고체들의 흐름은 기술된 바와 같은 설비들을 경유하여 재순환된다.
이하에서 여러가지 구체예들로 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 구체예들에서 언급된 모든 수치자료들은 예를 들면 전형적으로 오스트레일리아 광석 등과 같은 고품질의 철광석으로부터 1톤의 액체선철의 생산과 관련된 것들이다. 상기 멜트-다운 반응로 및 그에 따른 선철 생산은 본 구체예들에서 비교적 소량이며 시험플랜트와 유사하게 대응하며, 여기에서 상기 멜트-다운 반응로 내의 용융물의 중량은 평균으로 대략 15톤 정도이다. 상기 광석 사전 환원 즉, 단위공정 B 및 C는 예를 들어 플럭스플로우 형태와 같은 순환하는 유동층 설비들의 형태와 같이 설계되었다.
[비교예 1]
첫번째의 구체예는 비교를 위한 것이며, 예를 들어 히스멜트 공정 등과 같이 공개된, 광석 사전환원 단계를 갖는 용련 환원로를 포함하는 공지의 방법을 기술하고 있다.
대략 700㎏의 석탄과 대략 150㎏의 재순환된 분진을 바닥 송풍구를 경유하여 상기 용련 환원로에 공급하고 그리고 20% 정도의 사전환원도와 900℃의 온도를 갖는 1700㎏의 광석을 용융물 표면 위로 공급한다. 후연소를 위하여, 1200℃의 온도를 갖는 대략 2800Nm3의 뜨거운 공기를 상기 용융물 위의 기체 공간내로 송풍한다. 상기 용련 환원로부터 1700℃의 온도와 50%의 후연소도를 갖는 3700Nm3의 배출가스가 350㎏의 슬래그형성제 및 1600㎏의 광석으로 충전된 상기 광석 사전환원 단계, 순환유동층내로 흘러간다. 이들 설비로부터의 배출가스의 양은 2300Nm3이며, 900℃의 온도와 70%의 후연소도를 가진다. 상기 열량값은 대략 0.35Mcal이다. 이러한 공지의 공정으로는 시간당 7톤의 최대 생산률을 얻을 수 있으며, 0.47의 생산지수와 1톤의 선철당 대략 400㎏의 양의 슬래그가 얻어지는 것에 대응한다.
[실시예 1]
대조적으로 본 발명의 방법으로는, 동일한 멜트-다운 반응로내에서 시간당 대략 13톤의 생산을 얻을 수 있으며, 따라서 그 생산지수는 0.87이다. 보호매질로 둘러싸여진 바닥 송풍구(3)을 경유하여 멜트-다운 반응로(1)내로 대략 100㎏의 석탄과 전체 플랜트으로부터 회수한, 재순환된 분진 250㎏을 필요한 반송 기체와 함께 도입시킨다. 공급수단(4)를 경유하여, 250㎏의 코크스와 65%의 사전환원도와 950℃의 온도를 갖는 1300㎏의 사전환원된 광석을 멜트-다운 반응로(1)의 용융물(2)내로 통과시킨다. 용융물(2)로부터의 반응기체들을 후연소시키기 위하여, 1200℃의 온도를 갖는 대략 1550Nm3의 뜨거운 공기를 후연소 송풍구(5)를 통하여 기체 공간(6)내로 송풍된다. 배출가스 개구(7)를 통하여 대략 1700℃의 온도와 대략 60%의 후연소도를 갖는 2000Nm3의 배출가스가 입구(17)를 경유하여 예열 및 초기 환원 설비의 혼합챔버(10)내로 통과한다. 이 단위공정 B에는 상기 입구포트를 경유하여 350㎏의 슬래그형성제, 1500㎏의 광석 및 대략 450Nm3의 뜨거운 공기가 별도로 공급된다. 이 단위공정 B로부터의 배출가스의 양은 2500Nm3이며, 900℃의 온도를 가지며, 이는 충분히 연소된 것 즉, 100%의 후연소도를 갖는다. 이 배출가스는 개구(16)로 흘러나가 상기 기체의 물리적 열을 활용하는 최종의 사용자에로 흘러간다.
이 단위공정 B로부터, 11%의 사전환원도와 900℃의 온도를 갖는 1600㎏의 약간 사전환원된 광석은 출구(19)를 경유하여 단위공정 C의 순환 유동층내로 통과한다. 별도로 설비 C에 500㎏의 석탄과 300Nm3의 뜨거운 공기를 공급한다. 이 설비로부터의 배출가스의 양은 800Nm3이며, 950℃의 온도, 30%의 후연소도 및 1.2Mcal/Nm3의 열량값을 갖는다. 이 부분 환원 설비로부터 본 구체예의 초기에 언급한 양의 광석 및 슬래그형성제를 상기 멜트-다운 반응로에로 공급한다.
[실시예 2]
본 발명의 방법의 전형적인 구체예에서, 생산율은 대략 시간당 15톤이며, 이는 1.0의 생산지수에 대응하는 것이다. 상기 부분 환원 설비(단위공정 C)로부터 상기 멜트-다운 반응로내로 250㎏의 코크스, 65%의 사전환원도와 950℃의 온도 및 60Nm3의 비율의 반송기체를 통과시킨다. 거기에 더해, 상기 바닥 송풍구를 통하여 90㎏의 석탄과 대략 250㎏의 재순환된 분진을 흘려보낸다. 상기 멜트-다운 반응로내에서 상기 반응기체들을 후연소하기 위하여, 1200℃의 온도를 갖는 1500Nm3의 뜨거운 공기를 사용할 수 있다. 70%의 후연소도와 1700℃의 온도를 갖는 대략 1800Nm3의 양의 배출가스를 상기 예열 및 초기 환원 설비(단위공정 B)의 유동층내로 흘려보낸다. 이 설비에는 또한 340㎏의 슬래그형성제, 1540㎏의 광석 및 270Nm3의 뜨거운 공기가 충전된다. 단위공정 B로부터는 900℃의 온도를 갖는 2300Nm3의 완전히 연소된 배출가스(100% 후연소도)가 방출된다. 이미 설명한 바와 같이, 이 배출가스는 물리적 열을 활용하기 위하여 원하는 최종 소비자에게 공급된다.
부분 환원 설비(단위공정 C)에서, 540㎏의 석탄과 660Nm3의 뜨거운 공기로부터 고품질의 환원기체가 생산되어 단위공정 B로부터 단위공정 C로 이송된 900℃의 온도와 11%의 사전환원도를 갖는 1600㎏의 광석을 환원시켜 상기 언급한 사전환원도(65%)가 되도록 한다. 단위공정 C로부터는 950℃의 온도, 38%의 후연소도 및 0.9Mcal/Nm3의 열량값을 갖는 1200Nm3의 높은 에너지의 배출가스가 방출된다. 이 기체는 예를 들어 페블 히터 내에서 본 발명의 조합공정에서 필요한 양의 뜨거운 공기를 가열하기 위하여 활용될 수 있다.
[실시예 3]
마지막으로, 본 발명의 방법의 특별히 유리한 형태 즉, 상승된 뜨거운 공기 온도와 동시에 상기 산소가 풍부한 뜨거운 공기가 활용되는 세번째의 구체예는 하기의 열적 및 양적 수지를 나타낸다. 상기 멜트-다운 반응로 내의 상기 용융물은 통상적인 양의 운반기체와 함께 대략 50㎏의 석탄과 대략 100㎏의 재순환된 분진을 상기 용융물 표면 아래로 공급한다. 상기 용융물 표면 위로, 65%의 사전환원도와 900℃의 온도를 갖는 1400㎏의 부분적으로 환원된 광석을 상기 용융물내로 통과시킨다. 후연소를 위하여, 1350℃의 온도와 24.5%의 산소 함량을 갖는 대략 1000Nm3의 뜨거운 공기를 사용한다. 단위공정 A로부터 단위공정 B로 공급되는 배출가스의 양은 1260Nm3이며, 1720℃의 온도와 66%의 후연소도를 갖는다. 단위공정 B는 대략 1540㎏의 광석, 330㎏의 슬래그형성제 및 대략 1350℃의 온도와 24.5%의 산소 함량을 갖는 190Nm3의 뜨거운 공기로 충전된다. 단위공정 B로부터, 900℃의 온도를 갖는 1680Nm3의 완전히 연소된 배출가스가 방출된다. 이 예열 및 초기 환원 설비로부터, 11%의 사전환원도와 900℃의 온도를 갖는 1640㎏의 광석이 530㎏의 석탄 및 530Nm3의 뜨거운 공기와 함께 단위공정 C의 순환 유동층으로 통과한다. 이 부분 환원 설비로부터의 배출가스의 양은 1100Nm3이며, 그 배출가스는 950℃의 온도, 40%의 후연소도 및 0.9Mcal/Nm3의 열량값을 갖는다.
이 구체예에서, 1.33의 생산지수에 대응하는, 가동시간당 대략 20톤의 극히 높은 생산율을 갖는다.
적어도 세개의 단위공정들을 포함하는 조합공정에서 일정 금속화도로 금속광석을 선택적으로 부분 환원시키고 멜트-다운 반응로에서 전례없는 높은 생산성으로 부분 환원된 금속광석들을 완전히 금속으로 환원시키는 것을 가능하게 하는 본 발명에 따른 방법은 높은 유연성에 의하여 특징지어진다. 예를 들면 제강소와 같은 현존하는 야금 플랜트들내로 유리하게 통합시키고 그리고 여러가지 생산조건들에 대하여 바람직한 방법으로 적용시키는 것이 가능하다. 상기에서 이미 설명한 바와 같이, 예열 및 초기 환원 설비와 실제의 부분 환원 설비 두가지 모두는 단일의 구조 또는 다단계의 구조가 될 수 있다. 네번째의 단위공정, 예를 들면 동시적 공급을 위하여 설계된 멜트-다운 반응로 또한 상기에서 주로 설명된 세개의 단위공정들과 함께 조합공정에 부가될 수 있다.
본 발명에 따른 단위공정 B 및 C로부터의 분리된 배출가스흐름으로 인하여, 이들 두개의 단위공정들 사이의 물질의 흐름을 전체적으로 또는 부분적으로 간섭하는 특정의 적용이 또한 적절함이 증명되었다. 일정 시간 동안 중간 저장소에서 생산된 건조되고, 초기에 환원된 금속 광석의 일부 또는 전체양을 가하는 것 또한 가능하다. 이러한 절차는 에너지 수지의 관접에서는 바람직하지 못하지만, 본 조합공정을 현존의 생산방법에 적용하는 것이 유용하고, 따라서 이는 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이다.
작동상의 경험들에 따라 개개의 단위공정들내에서의 물질의 흐름을 변형시키고 변경시키는 것도 또한 본 조합공정의 적절한 재결합 또한 통상적 구조의 범위 내에 포함되는 것이다. 이들 실제적인 변경들 및 보다 유리한 개발들은 또한 본 발명에 따른 방법의 범주 내에 속하는 것이다.

Claims (12)

  1. 금속광석 조성이 예열 및 초기 환원 설비에서 예열 및 / 또는 환원되는 예열 및 초기 환원 단계; 금속광석 조성이 부분환원 설비에서 더욱 더 환원되는 부분 환원 단계; 더욱 더 환원된 금속광석 조성을 부분환원 설비에서 멜트다운 반응로로 이송하는 단계; 및 멜트다운 반응로에서 금속광석 조성을 금속으로 완전히 환원시키는 단계를 포함하고, 예열 및 초기 환원 설비, 부분환원 설비 및 멜트다운 반응로 각각에서 서로 다른 배출가스가 생성되고, 멜트다운 반응로에서의 배출가스는 예열 및 초기 환원 설비로 통과되고, 여기서 멜트다운 반응로에서의 상기 배출가스는 완전히 연소되어 조합공정으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 금속 광석의 용련환원법
  2. 제1항에 있어서, 예열 및 초기 환원 설비, 또는 부분환원 설비는 각각 다단계 순환 유동층 구조로 되어 있음을 특징으로 하는 용련환원법.
  3. 제1항에 있어서, 멜트-다운 반응로에서는 반응기체가 산소성 기체와 함께 후연소도 50 내지 70%로 후연소됨을 특징으로 하는 용련환원법.
  4. 제1항에 있어서, 예열 및 초기 환원 단계에서는 금속 광석이 가열되고 30% 이하의 사전환원도로 사전환원되거나 또는 단지 가열만되고 전혀 사전환원되지 않음을 특징으로 하는 용련환원법.
  5. 제1항에 있어서, 예열 및 초기 환원 단계에서는 슬래그형성제가 가열되고 탈산됨을 특징으로 하는 용련환원법.
  6. 제1항에 있어서, 부분환원단계에서는 예열되고 사전환원된 금속 광석이 과량의 석탄과 함께 더욱 더 환원됨을 특징으로 하는 용련환원법.
  7. 제6항에 있어서, 석탄은 부분환원단계에서 그 일부가 연소되고 나머지 부분은 휘발성 성분으로 유리됨을 특징으로 하는 용련환원법.
  8. 제1항에 있어서, 부분환원단계에서는 금속 광석이 금속화도 30% 내지 70%가 되도록 사전환원됨을 특징으로 하는 용련환원법.
  9. 제1항에 있어서, 이송단계에서는 부분환원광석, 코크스 및 슬래그형성제가 가열된 상태로 부분 환원 설비에서 멜트-다운로로 이송됨을 특징으로 하는 용련환원법.
  10. 제1항에 있어서, 각각의 단계에서는 연료의 연소를 위한 산화성 기체로서 산소, 공기 및 산소-풍부 공기가 사용되고, 또한 멜트-다운 반응로에서는 반응기체의 후연소를 위해 산소, 공기 및 산소-풍부 공기가 사용됨을 특징으로 하는 용련환원법.
  11. 제10항에 있어서, 공기 및 산소-풍부 공기는 1000℃ 내지 1600℃의 온도로 예열됨을 특징으로 하는 용련환원법.
  12. 제1항에 있어서, 용련환원된 금속은 생산지수가 0.8 이상임을 특징으로 하는 용련환원법.
KR1019930003234A 1992-03-04 1993-03-04 높은 생산성을 갖는 용련 환원법 KR0159789B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4206828A DE4206828C2 (de) 1992-03-04 1992-03-04 Schmelzreduktionsverfahren mit hoher Produktivität
DEP4206828.2 1992-03-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR930019835A KR930019835A (ko) 1993-10-19
KR0159789B1 true KR0159789B1 (ko) 1999-01-15

Family

ID=6453213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019930003234A KR0159789B1 (ko) 1992-03-04 1993-03-04 높은 생산성을 갖는 용련 환원법

Country Status (13)

Country Link
US (1) US5401295A (ko)
EP (1) EP0563559B1 (ko)
JP (1) JP2698525B2 (ko)
KR (1) KR0159789B1 (ko)
CN (1) CN1036471C (ko)
AT (1) ATE166669T1 (ko)
AU (1) AU658717B2 (ko)
BR (1) BR9300745A (ko)
DE (2) DE4206828C2 (ko)
ES (1) ES2115688T3 (ko)
RU (1) RU2096483C1 (ko)
TW (1) TW210356B (ko)
ZA (1) ZA931339B (ko)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5869018A (en) 1994-01-14 1999-02-09 Iron Carbide Holdings, Ltd. Two step process for the production of iron carbide from iron oxide
US5690717A (en) * 1995-03-29 1997-11-25 Iron Carbide Holdings, Ltd. Iron carbide process
AUPN226095A0 (en) 1995-04-07 1995-05-04 Technological Resources Pty Limited A method of producing metals and metal alloys
US5804156A (en) * 1996-07-19 1998-09-08 Iron Carbide Holdings, Ltd. Iron carbide process
AUPO426096A0 (en) 1996-12-18 1997-01-23 Technological Resources Pty Limited Method and apparatus for producing metals and metal alloys
AUPO426396A0 (en) 1996-12-18 1997-01-23 Technological Resources Pty Limited A method of producing iron
US5938815A (en) * 1997-03-13 1999-08-17 The Boc Company, Inc. Iron ore refining method
AUPO944697A0 (en) * 1997-09-26 1997-10-16 Technological Resources Pty Limited A method of producing metals and metal alloys
AU750751B2 (en) 1998-03-31 2002-07-25 Iron Carbide Holdings, Ltd Process for the production of iron carbide from iron oxide using external sources of carbon monoxide
AUPP442598A0 (en) 1998-07-01 1998-07-23 Technological Resources Pty Limited Direct smelting vessel
MY119760A (en) 1998-07-24 2005-07-29 Tech Resources Pty Ltd A direct smelting process
AUPP483898A0 (en) 1998-07-24 1998-08-13 Technological Resources Pty Limited A direct smelting process & apparatus
AUPP554098A0 (en) 1998-08-28 1998-09-17 Technological Resources Pty Limited A process and an apparatus for producing metals and metal alloys
AUPP570098A0 (en) 1998-09-04 1998-10-01 Technological Resources Pty Limited A direct smelting process
AUPP647198A0 (en) * 1998-10-14 1998-11-05 Technological Resources Pty Limited A process and an apparatus for producing metals and metal alloys
AUPP805599A0 (en) 1999-01-08 1999-02-04 Technological Resources Pty Limited A direct smelting process
AUPQ083599A0 (en) 1999-06-08 1999-07-01 Technological Resources Pty Limited Direct smelting vessel
AUPQ152299A0 (en) 1999-07-09 1999-08-05 Technological Resources Pty Limited Start-up procedure for direct smelting process
AUPQ205799A0 (en) 1999-08-05 1999-08-26 Technological Resources Pty Limited A direct smelting process
AUPQ213099A0 (en) 1999-08-10 1999-09-02 Technological Resources Pty Limited Pressure control
AUPQ308799A0 (en) 1999-09-27 1999-10-21 Technological Resources Pty Limited A direct smelting process
AUPQ346399A0 (en) 1999-10-15 1999-11-11 Technological Resources Pty Limited Stable idle procedure
AUPQ365799A0 (en) 1999-10-26 1999-11-18 Technological Resources Pty Limited A direct smelting apparatus and process
US6602321B2 (en) 2000-09-26 2003-08-05 Technological Resources Pty. Ltd. Direct smelting process
AT409763B (de) * 2000-11-06 2002-11-25 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren und anlage zum verwerten von eisen- und schwermetallhältigen reststoffen, gegebenenfalls unter zugabe von eisenerz
MY133537A (en) 2002-01-24 2007-11-30 Kobe Steel Ltd Method for making molten iron
JP5123571B2 (ja) * 2007-06-04 2013-01-23 住友重機械工業株式会社 還元処理装置及び還元処理方法
US8016912B2 (en) 2007-09-14 2011-09-13 Barrick Gold Corporation Process for recovering platinum group metals using reductants
DE102012016074A1 (de) * 2012-08-08 2014-02-13 Saarstahl Ag Verfahren zum Betrieb eines Reaktionsgefäßes zur Stahlherstellung, sowie Stahlkonverteranordnung selbst
CN104212928B (zh) * 2014-09-15 2016-11-30 郦剑飞 快速还原窑炉及采用该快速还原窑炉进行还原的方法
CN111850218B (zh) * 2020-06-23 2021-07-02 北京科技大学 一种利用HIsmelt熔融还原工艺冶炼红土镍矿的方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2401909C3 (de) * 1974-01-16 1985-06-27 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen Verfahren zur Herstellung von Stahl
DE2428715C3 (de) * 1974-06-14 1982-09-02 Krupp Polysius Ag, 4720 Beckum Verfahren und Anlage zur Reduktion und Agglomeration von feinkörnigem Erz
US4099958A (en) * 1976-04-09 1978-07-11 Bethlehem Steel Corporation Method of producing vanadium
GB1548123A (en) * 1977-02-18 1979-07-04 Toyo Soda Mfg Co Ltd Process of producing metallic chromium
DE3318005C2 (de) * 1983-05-18 1986-02-20 Klöckner CRA Technologie GmbH, 4100 Duisburg Verfahren zur Eisenherstellung
JPS61177308A (ja) * 1985-01-31 1986-08-09 Nippon Tekko Renmei 鉱石予熱炉において石灰石の仮焼を同時に行う鉄鉱石の溶融還元方法
SE458688B (sv) * 1985-07-23 1989-04-24 Ips Interproject Service Ab Foerfarande och anlaeggning foer framstaellning av raajaern ur jaernbaerande oxidiskt material
DE3535572A1 (de) * 1985-10-03 1987-04-16 Korf Engineering Gmbh Verfahren zur herstellung von roheisen aus feinerz
DE3626027A1 (de) * 1986-08-01 1988-02-11 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur reduktion feinkoerniger, eisenhaltiger materialien mit festen kohlenstoffhaltigen reduktionsmitteln
ES2093641T3 (es) * 1988-12-20 1997-01-01 Cra Services Fabricacion de hierro y acero en un recipiente de fusion duplex y un pre-reductor de suspension de oxido al estado solido.
DE3905058C1 (en) * 1989-02-18 1990-07-12 Ferdinand Dipl.-Ing. Dr.Mont. 6374 Steinbach De Fink Apparatus and process for smelting pig iron and for producing useful gas from fine ore and coal screenings (small coal)
JPH03219005A (ja) * 1990-01-23 1991-09-26 Nippon Steel Corp 溶融還元製鉄法

Also Published As

Publication number Publication date
KR930019835A (ko) 1993-10-19
TW210356B (ko) 1993-08-01
DE69318750T2 (de) 1998-09-24
CN1036471C (zh) 1997-11-19
ES2115688T3 (es) 1998-07-01
RU2096483C1 (ru) 1997-11-20
DE4206828C2 (de) 1996-06-20
DE4206828A1 (de) 1993-09-30
DE69318750D1 (de) 1998-07-02
JP2698525B2 (ja) 1998-01-19
ATE166669T1 (de) 1998-06-15
EP0563559A3 (ko) 1994-01-05
ZA931339B (en) 1993-09-24
BR9300745A (pt) 1993-09-28
AU658717B2 (en) 1995-04-27
US5401295A (en) 1995-03-28
EP0563559A2 (en) 1993-10-06
CN1078499A (zh) 1993-11-17
AU3394593A (en) 1993-09-09
JPH0688143A (ja) 1994-03-29
EP0563559B1 (en) 1998-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR0159789B1 (ko) 높은 생산성을 갖는 용련 환원법
KR0131266B1 (ko) 컨버터를 이용한 철의 제조방법
EP0605535B1 (en) Process for production of iron
US4045214A (en) Method for producing steel
CA1050765A (en) Method for making steel
JPH0433841B2 (ko)
US9499872B2 (en) Iron reduction process and equipment
EP0864658B1 (en) Refining iron ore
US4380469A (en) Process and apparatus for continuously reducing and melting metal oxides and/or pre-reduced metallic materials
US5431710A (en) Method for continuously producing iron, steel or semi-steel and energy
SU1743360A3 (ru) Установка дл непрерывного получени стали и способ непрерывного производства стали
CA1149175A (en) Recovery of steel from high phosphorous iron ores
US4753677A (en) Process and apparatus for producing steel from scrap
US4756748A (en) Processes for the smelting reduction of smeltable materials
US5069716A (en) Process for the production of liquid steel from iron containing metal oxides
AU716617B2 (en) Process for making pig iron
US5746805A (en) Process for the continuous manufacture of steel
US4324390A (en) Apparatus for manufacturing steel from iron ore dust by direct reduction
US1944874A (en) Reduction of ores
RU2143006C1 (ru) Способ монтажа агрегата для способа восстановительной плавки для производства передельного чугуна, агрегат для осуществления способа восстановительной плавки, способ производства передельного чугуна
US4985068A (en) Method and apparatus for smelting iron oxide
US20240026476A1 (en) Method and apparatus for metals, alloys, mattes, or enriched and cleaned slags production from predominantly oxide feeds
AU656228B2 (en) Process for production of iron
US4318736A (en) Method for manufacturing steel from iron ore dust by direct reduction
JP2003105414A (ja) 溶融還元炉の操業方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080808

Year of fee payment: 11

LAPS Lapse due to unpaid annual fee