KR0178445B1 - 용융선철의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

용융선철의 제조방법 및 제조장치 Download PDF

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코엔라아드 알베르투스 메이제르 헨드리쿠스
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헨드리크 코르넬리스 벤첼
후고벤스 스타알 베뷔
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Abstract

본 발명은 예비-환원 단계 후 최종 환원 단계로 철광석을 직접 환원시키는 것을 특징으로 하는 주조된 무쇠철의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로서, 그 제조방법은 예비-환원단계에서, 철광석이 주조 사이클론(1)내에서 최종 환원 단계로부터 나온 처리 기체를 환원시킴으로써 예비환원시키고, 후-연소는 주조 사이클론내에서 처리 기체를 환원시킴으로써 일어나서 주조 사이클론내 상기 철광석이 적어도 일부가 용융되며, 일부가 용융된 철광석이 석탄 및 산소의 공급에 의하여 최종 환원이 일어난 사이클론 밑에 위치하는 야금 용기(4)내로 아래방향으로 통과하여 처리 기체를 환원시키고, 일부의 후-연소가 공급된 산소에 의하여 야금 용기내 환원 처리 기체내에서 발생하며, 야금 용기를 나오는 기체의 후-연소 비율은 0.55 이하이고, 상기 석탄이 슬랙층(7)내로 직접 공급되어 야금 용기내 일부의 후-연소가 상기 슬랙층내에서 적어도 일부 발생하는 것을 특징으로 한다.

Description

용융선철의 제조방법 및 제조장치
제1도는 본 발명에 따른 방법 및 장치를 다이아그램 형식으로 나타낸 흐름도이고,
제2도는 한편으로는 용융 사이클론 을 떠나는 처리기체내의 감지열과 화학 에너지 및 다른 한편으로는 석탄 소비 사이의 관계를 나타내는 실시예이며,
제3도는 본 발명의 방법의 하나의 작동창의 예를 나타내는 그래프이고,
제4도는 본 발명의 또 하나의 작동창을 나타내는 또 하나의 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 용융 사이클론 2, 3, 9 : 공급 시스템
4 : 야금 용기 5 : 벽
6 : 용융물 7 : 슬랙층
12 : 랜스 13 : 내화 라이닝
14 : 보일러 15 : 벤트리 가스제거장치
본 발명은 예비 환원 단계 및 최종 환원 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 철광석을 직접 환원시켜 용융 선철(molten pig iron)을 제조하는 방법 및 그를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
상기 방법이 공지되어 있다. 하나의 공지된 방법에서는 철광석이 환원로 내에서 유동화 상태로 예비-환원된다. 또 다른 방법에서는, 펠렛형태의 철광석이 환원로내에서 예비-환원된다. 상기 두가지 방법에서 환원로 내의 온도는 낮게 유지되어 철광석이 연화되고 환원로 가 봉쇄되는 것을 막게 된다. 그 결과 상기 예비-환원된 철광석은 600 - 900 ℃ 의 온도에서 야금 용기(metallurgical vessel)로 운반된다. 현재까지 상기 방법들은 산업적으로 이용되지 않았다. 최종 환원 단계에서는 야금 용기내에서 발생하는 처리 기체의 후-연소가 야금 용기내에서 높아야만 한다는 문제가 있다. 즉, 다시 말하면 적어도 0.40 으로 높아서 합리적인 석탄 및 산소 소비로 최종 환원단계에서 요구되는 열을 생성해야 한다는 것이다. 상기 용융물 (melt)위에 방출시키는 열은 상기 용융물에 부분적으로만 유리하다. 만약 후-연소가 0.40 보다 작다면, 석탄 소비가 높아지며 낮은 휘발성의 석탄이 사용되어야 한다. 상기 공지된 처리과정에서, 환원로 를 떠날때, 상기 처리 기체는 상당한 감지 열과 화학 에너지를 함유하게 된다. 상기 처리 기체에서 감지 열은 다른 방식으로 사용될 수 있다. 이러한 시점에서 화학 에너지 함량을 갖는 처리 기체는 방출 기체(export gas)로 불린다.
van Langen et al. (Revue de Metallurgie, 90 (1993) No. 3, 363-368) 에 의한 문헌 사이클론 변환로 에서는, 최종 환원 단계에서 수득된 처리 기체를 환원시킴에 의하여 철광석이 용융 사이클론 내에서 예비 환원되는 방법을 기술하고 있다. 이러한 용융 사이클론이 위에 설치되어 있으며 야금 용기와 직접적인 교환시 최종 환원 단계가 이루어진다. 산소 및 석탄이 용융 사이클론 에 공급된다. 상기 예비 환원된 철광석은 용융 사이클론 으로부터 야금 용기내로 아래방향으로 흐르게 된다. 야금 용기내에서, 슬랙층은 선철조(bath)의 상부에 존재하게 된다. EP-A-236802 는 석탄이 용기의 바닥 송풍구를 통해 선철조(bath)내로 공급되는 유사한 방법을 기술하고 있다. 1200 ℃ 에서 뜨거운 공기를 용기내로 불어 그 안에서 후-연소가 발생하게 됨으로써 용기를 떠나는 처리 기체는 40 % 의 산화도를 갖는다. 1200 ℃ 에서 뜨거운 공기를 또한 용융 사이클론 내로 불어서 제 2 의 후-연소가 80 % 의 산화도로 발생하게 한다.
EP-A-237811 은 EP-A-236802 와 유사한 방법을 기술하고 있으며, 이 방법에서는 제 2 의 후-연소를 발생시키기 위해서 뜨거운 공기가 주입되는 통로를 통해서 야금 용기로부터 나온 처리 기체의 절반만이 용융 사이클론 으로 통과함으로써 기체가 2500 ℃ 에서 용융 사이클론 으로 들어간다. 상기 용융된 철광석은 분리된 구멍을 통해서 용융 사이클론 으로부터 용기로 통과한다. NL-B-257692 는 또한 용융 사이클론 내의 예비-환원을 기술하고 있으나 용기내의 후-연소는 논의하고 있지 않다.
본 발명의 목적은 용융 사이클론 내의 예비-환원 단계 및 야금 용기내의 최종 환원 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 직접 환원에 의하여 용융 선철을 제조하는 방법을 제공하는 것이며 야금 용기내의 낮은 후-연소도에도 불구하고, 적은 양의 석탄을 소비하는 결과를 낳는다.
본 발명의 또 하나의 목적은 방출 기체의 용도와 관련하여 방출 기체가 생성되는 정도를 선택하는 것이 가능한 직접 환원에 의하여 용융 선철 을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
한편으로 본 발명은, 하기 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 예비-환원 단계 및 최종 환원 단계에서 철광석을 직접 환원시킴으로써 용융 선철 을 제조하는 방법이 제공된다.
(a) 철광석을 용융 사이클론 내로 운반하고, 최종 환원 단계로부터 나온 환원 처리 기체에 의하여 이를 예비-환원시키는 예비-환원 단계,
(b) 산소를 제공함에 의하여 용융 사이클론 내의 처리 기체를 환원시켜서 용융 사이클론 내의 상기 철광석을 적어도 부분적으로 용융시키는 후-연소 단계, (c) 예비-환원되고 적어도 일부가 용융된 철광석을 용융 사이클론 으로부터 최종 환원이 일어나는 밑에 위치한 야금 용기내로 아래쪽으로 흐르게 하는 단계, (d) 석탄 및 산소를 야금 용기로 공급함으로써 환원 처리 기체를 형성시킴으로써 야금 용기내 슬랙층에서 최종 환원을 발생시키고, 공급된 산소에 의하여 야금 용기내 처리 기체를 환원시키는 일부의 후-연소를 행하고, 이때 석탄이 슬랙층으로 직접 공급되도록 하는 단계, (e) 여기에서의 후-연소율은 하기식으로 정의되고,
CO2+ H2O / CO2+ CO + H2O + H2
이식에서, CO2,CO, H2O 및 H2는 야금 용기를 빠져나올때 상기 기체의 부피 % 로 나타낸 농도로서, 0.55 이하이다.
(f) 야금 용기내에서 일부의 후-연소를 슬랙층에서 적어도 일부 발생시키는 단계.
본 발명의 방법에 의하면 더 큰 화학 에너지 함량을 갖는 많은 방출 기체를 생성하게 되며, 후-연소 비율은 더 낮게 된다. 어떤 경우에서는 다소의 방출 기체를 생성시키는 것이 바람직하다. 본 발명은 이러한 가능성을 제공하고 있다.
본 발명에서, 상기 석탄은 직접 슬랙층내로 공급된다. EP-A-236802에 기술된 방법에서와 같이, 석탄은 선철조(bath)내 용액을 통하지 않고 고체 입자 형태로 슬랙층으로 들어간다.
석탄을 슬랙층내로 직접 주입하는 것은 제 1 의 일부의 후-연소를 슬랙층에서 적어도 일부 발생시키면서 슬랙 및 선철조(bath)내로의 열 전달 효율을 높이는 결과를 갖는다.
또한, 두꺼운 슬랙층, 바람직하게는 1 내지 3 m 의 깊이가 수득될 수 있으며, 탄소에 의하여 일부의 후-연소 및 FeO 의 환원이 발생한다. 슬랙의 거품형성을 제어하기 위해서, 적어도 25 % 의 석탄이 비교적 거친 입자, 즉 6 mm 이상의 평균 크기를 갖는 입자 형태로 공급되는 것이 바람직하다.
바람직하게는 상기 석탄은 적어도 하나의 하기단계에 의하여 슬랙층내로 직접 공급된다.
i) 적어도 하나의 랜스에 의하여 미세하게 분리된 석탄을 공기에 의하여 운반하고,
ii) 슬랙층내로 직접 방출되는 야금 용기의 적어도 하나의 측면 송풍구에 의하여 미세하게 분리된 석탄을 공기에 의하여 운반하고,
iii) 6 mm 이상의 평균 크기를 갖는 석탄 입자를 슬랙층내로 떨어뜨린다.
미세하게 분리된 석탄은 6 mm 이하의 입자 크기, 바람직하게는 1 mm 이하의 입자 크기를 갖는 석탄이다.
본 발명에 따른 방법에서, 석탄 소비는 생성된 선철 1 톤 당 500 내지 1000 kg 범위가 바람직하다.
상기 방법에서, 산소는 공기의 형태, 또는 산소화 기타 기체의 혼합물 형태로 공급될 수 있으나, 바람직하게는, 용융 사이클론으로 공급되는 산소는 실질적으로 순수한 산소의 형태로 용융 사이클론내로 주입된다. 이는 저온에서, 즉 100 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 이와 유사하게, 야금 용기에 공급되는 산소는 실질적으로 순수한 산소의 형태이며 100 ℃ 이하의 온도에 존재하는 것이 바람직하다.
바람직하게는 야금 용기로부터 나오는 환원 처리 기체의 후-연소 비율은 0.20 내지 0.55 범위, 더욱 바람직하게는 0.30 내지 0.45 범위이다. 용융 사이클론 으로부터 나오는 처리기체의 후-연소 비율(상기에 정의되어 있음)은 적어도 0.60이 적당하며, 더욱 바람직하게는 적어도 0.70 이며, 석탄 소비는 생성된 선철 1 톤 당 600 내지 800 kg 범위, 더욱 바람직하게는 650 내지 750 kg 범위의 석탄이다. 상기 방법에 의하여 낮은 석탄소비로 선철 을 생성할 수 있다. 용융 사이클론을 떠날때, 상기 처리 기체는 더 이상 많은 화학 에너지를 갖지 않으며 높은 후-연소 비율을 갖는다.
높은 휘발성 석탄이 사용되는 것이 바람직하다. 낮은 휘발성의 석탄보다 훨씬 낮은 비용이 든다. 높은 휘발성 석탄은 본 발명에 따른 방법에서 유용하게 사용될 수 있다는 것이 발견되었다. 환원 새프트를 사용하는 공지된 방법에서는 야금 용기내에서 상기 과정에 요구되는 높은 후-연소 비율때문에 높은 휘발성의 석탄을 사용하는 것이 불가능하다.
바람직하게는 용융 사이클론 을 떠나는 철광석의 예비-환원도(PRD)(하기식으로 정의)는 0.15 내지 0.30 범위로 정의된다.
1 - [O]A/[0]B
(식에서 [O]A는 용융 사이클론 으로부터 예비-환원된 철광석의 몰분율으로 나타낸 산소 함량이고, [O]B는 용융 사이클론 으로 공급되는 철광석의 몰분율로 나타낸 산소 함량이다.)
용융 사이클론 을 떠나는 예비-환원된 철광석의 온도는 1200 내지 1600 ℃ 이고, 바람직하게는 환원 처리 기체는 야금 용기와 용융 사이클론 사이에서 냉각되지도, 먼지가 제거(dedust)되지도, 재형성되지도 않는다. 따라서 상기 기체는 용융된 일부-환원된 광석과 동일한 통로에 의하여 용기로부터 용융 사이클론 내로 직접 통과될 수 있다.
이러한 조건하에서 매우 낮은 석탄 소비가 달성될 수 있다.
특히 바람직한 것은 석탄을 미세하게 분산된 상태로, 즉 6 mm 이하의 입자크기로 적어도 일부의 슬랙층으로 공급시킴으로써 슬랙층내 철화합물 FeXOY의 농도가 낮게 유지되는 방법이다. 슬랙내 철 화합물 FeXOY를 선철 로 최종 환원시킬때, 석탄은 CO 와 CO2로 산화된다. 최종 환원은 다음과 같은 식에 따라 발생한다
R = k x A x C.
(식에서 R 은 최종 환원의 반응비율이고, k 는 최초의 근사치가 석탄 입자의 특성있는 선형 크기에 역으로 비례하며, A 는 석탄 입자의 비표면이고, C 는 슬랙내 철 화합물 FeXOY의 농도이다.)
석탄의 미세하게 분산된 상태때문에 상수 k 및 비표면 A 는 모두 더 커질 것이다.
상기에 의하여 용융 사이클론 으로부터 나오는 예비-환원된 철 화합물 FeXOY의 최종 환원이 더 빨리 일어나서 슬랙내 FeXOY의 농도는 더 낮게 유지된다. 슬랙이 야금 용기의 굴절 라이닝에 느리게 영향을 준다는 이점이 있다. 굴절 라이닝상의 낮은 마모때문에 수명이 더 길어진다.
바람직하게는 상기 석탄은 분말 석탄의 형태로 슬랙내로 적어도 일부가 공급된다.
이러한 매우 미세하게 분산된 석탄 상태가 야금 용기의 라이닝의 수명을 최대한으로 유지시킨다.
본 발명의 또 다른 면은 하기와 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 철광석의 직접 환원에 의하여 용융된 선철 을 제조하는 장치에 관한 것이다.
(a) 야금 용기,
(b) 야금 용기내 선철의 용융 배쓰상에서, 석탄을 형성된 슬랙층내로 직접 공급하기 위한 공급 장치,
(c) 산소를 야금 용기로 공급하기 위한 공급 장치,
(d) 야금 용기로부터 용융된 선철 및 슬랙을 방출시키기 위한 방출 장치,
(e) 단일 반응기를 형성하기 위하여 야금 용기와 개방 연결상태로 상기에 위치한 용융 사이클론 으로서 작동시 처리 기체가 야금 용기로부터 직접 용융 사이클론내로 통과하도록 하고, 적어도 일부가 용융된 예비-환원된 철광석은 용융 사이클론 으로부터 야금 용기내로 직접 통과하도록 하며,
(f) 철광석을 용융 사이클론 내로 공급하기 위한 공급 장치,
(g) 산소를 용융 사이클론 내로 공급하기 위한 공급 장치,
(h) 용융 사이클론 으로부터의 흐름 스트림내에 처리 기체를 방출시키기 위한 방출 장치,
(i) 처리 기체의 감지열로부터 증기를 생성시키기 위하여 용융 사이클론 으로부터 처리 기체를 방출하기 위한 방출 장치내 존재하는 증기-생성 보일러,
(j) 처리 기체의 먼지를 제거하기 위한 흐름 스트림내 증기-생성 보일러의 아래방향의 먼지 제거 장치,
상기 석탄 공급 장치는 바람직하게는 적어도 하나의 (i) 미세하게 분산된 상태로 석탄을 공기에 의하여 수송하기 위한 적어도 하나의 랜스, (ii) 미세하게 분산된 상태로 석탄을 공기에 의하여 수송하기 위한, 야금 용기의 적어도 하나의 측면 송풍구, 및 (iii) 석탄을 슬랙층내로 중력적으로 낙하시키기 위한 장치로 구성되어 있다.
본 발명이 하기 도면을 참고로 구체적 실시예에 의하여 기술될 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 방법 및 장치를 다이아그램으로 나타낸 흐름도이고,
제2도는 예를 들면, 한편으로는 감지열과 용융 사이클론 을 떠나는 처리 기체내 화학 에너지 및 다른 한편으로는 석탄 소비 사이의 관계를 나타내고 있으며,
제3도는 본 발명 방법의 하나의 작동창을 나타내는 그래프이고,
제4도는 본 발명의 또 하나의 작동창을 나타내는 또 하나의 그래프이다.
제1도는 철광석 농축물이 공급 시스템(2)을 통해 운반기체와 함께 공급되는 용융 사이클론 (1)을 나타내고 있다. 동시에 실질적으로 순순한 산소가 공급 시스템(3)을 통해 용융 사이클론 (1)으로 공급되고 있다. 순수한 산소라는 용어는 스틸-제조 분야의 기술로서 이해되어야 한다. 용융 사이클론 바로 밑과 개방 연결상태로 야금 용기(4)가 존재한다. 상기 처리 기체에서 후-연소는 용융 사이클론 (1)내 산소로 유지된다. 15 내지 30 % 의 예비-환원되고 용융된 철광석은 용융 사이클론 (1)의 벽(5) 아래 야금 용기(4)내로 직접, 바람직하게는 1400 - 1600 ℃ 의 온도에서 조금씩 누설된다.
야금 용기(4)내에는 작동중 상부의 슬랙층(7)과 선철의 용융물(6)이 존재한다. 통상, 상기 슬랙층(7)은 2 m 두께이다. 실질적으로 순수한 산소가 공급 시스템(16)에 의하여 야금 용기(4)내의 랜스(12)로, 석탄은 공급 시스템(9)에 의하여 공급된다. 상기 예비-환원된 철광석은 공급된 석탄에 의하여 최종적으로 환원되고 슬랙층(7)내로 직접 공급되어, CO2및 CO 로 구성된 처리 기체가 형성되고 석탄으로부터 유래된 수소로부터 나온 H2O 및 H2를 또한 포함하게 된다. 야금 용기(4)에 공급된 산소와 함께, 처리 기체가 야금 용기내에서 바람직하게는 40 % 의 최대 비율로 후-연소된다. 상기 작동중에 방출된 열은 특정한 열 전달 효율(HTE)을 갖는 슬랙층의 이점을 갖게 된다. 상기 처리 기체는 직접 용융 사이클론 (1)내로 흐르고, 또한 상기 언급된 장소에서 후-연소되며, 특정한 후-연소 비율로 용융 사이클론 (1)을 떠난다. 용융된 천연 철 및 슬랙을 (10)을 통해 떨어뜨린다.
제1도는 용융물(6)을 교반하기 위하여 불활성기체가 야금 용기(4)의 바닥을 통해 (11) 지점에서 공급될 수 있음을 나타내고 있다.
용융 사이클론(1) 및 야금 용기(4)가 함께 일체를 이루어서, 즉 용융된 철광석 및 처리 기체 모두가 통과하는 구멍에 의하여 직접 연결되며, 용융 사이클론(1)이 야금 용기(4)의 상부에 직접 놓여있기 때문에 특별한 연결 파이프가 없다.
제1도는 슬랙층(7)내 또는 슬랙층상에 방출하는 중앙 랜스 장치(12)에 의하여 산소 및 석탄을 야금 용기(4)로 공급하는 방법을 나타내고 있다. 많은 변수가 고려될 수 있다. 석탄의 공급을 위해서는, 덩어리 석탄이 아니고 미세하게 분배된 상태로, 바람직하게는 하나 이상의 랜스 또는 송풍구(17), 예를 들면 미세하게 분산된 석탄, 바람직하게는 분말 석탄이 슬랙층내로 직접 주입되는 야금 용기(4)의 측벽을 통하는 것이 좋다. 상기는 슬랙층(7)내 예비-환원된 철광석의 최종 환원을 가속시켜서 야금 용기(4)의 굴절 라이닝(13)이 슬랙층의 단계에서 보존되도록 한다.
상기에 기술된 것처럼, 석탄의 일부는 덩어리 형태, 즉 6 mm 이상의 크기일 수 있다. 상기는 용기내 적당한 구멍을 통해서 중력에 의하여 공급될 수 있다.
상기 처리 기체는 1200 -1800 ℃ 의 온도에서 용융 사이클론 (1)을 떠난다. 상기 감지열은 보일러(14)에서 증기로 전환되며, 이로부터 전기가 생성될 수 있다. 따라서 수득된 상기 전기용량은 필요한 산소를 생성할때 더 적당하다. 보일러(14)를 거친 후에도, 상기 처리 기체는 전기가 생성될 수 있는 화학 에너지를 여전히 포함하고 있다.
상기 처리는 예를 들면 용융 사이클론 (1)과 야금 용기(4)내 3 바(bar)의 상승된 압력하에서 수행될 수 있다.
제1도는 또한 처리 기체가 벤트리 스크러버(15)내 보일러(14) 뒤에서 탈먼지 처리됨을 나타내고 있다.
보일러를 거친후에 방출 기체(export gas)로 불리는 처리 기체는 여전히 화학 에너지를 포함하고 있고, 그 양은 선택될 수 있어서 선철의 생성에 필요한 최소 석탄 소비를 넘도록 처리시에 석탄 소비를 조절하게 된다.
제2도는 예를 들면 한편으로는 용융 사이클론 을 떠나는 처리 기체내 감지열과 화학 에너지 및 다른 한편으로는 석탄 소비 사이의 관계를 나타내고 있다. 제2도의 실시예는 야금 용기내 후-연소 비율이 25 % 이고 야금 용기내 열 전달 효율이 80 % 임을 나타내고 있다. 상기 도면은 첫번째 예에서 상기 상황하에서 처리 기체내 감지열은 거의 일정하고 석탄 소비에 독립적임을 나타내고 있다. 그러나 방출 기체내의 화학 에너지는 석탄 소비와 함께 증가한다. 필수적인 원료 철 1 톤 당 대략 5 GJ 의 처리기체내에서 감지열은 보일러내에서 증기로 그리고 산소생성시 사용될 수 있는 전기로 전환될 수 있다. 그러나 방출 기체내 화학 에너지의 양은 후-연소 비율을 조절함으로써 선택될 수 있다. 주어진 상황하에서 최소 석탄 소비는 원료 철 1 톤 당 대략 640 kg 이다. 환원 새프트를 사용하는 공지된 방법과 반대로, 본 발명에 따른 방법은 높은, 소망하지 않는 양의 에너지를 방출하는 결과를 나타내지는 않지만, 소망한다면 본 발명에 따른 방법이 많은 방출 에너지 없이 최소의 석탄 소비로 사용될 수 있음을 도면이 나타내고 있다.
제3도는 예를 들면 본 발명에 따른 방법의 작동창을 나타내고 있다. 제3도의 예는 철광석이 주조 사이클내에서 20 % 로 예비-환원되고 예비-환원된 철광석이 1500 ℃ 의 온도에서 야금 용기로 가는 것을 나타내고 있다. 제3도는 선철 1 톤당 500 MJ 의 냉각 손실 및 석탄 및 철 산화물의 손실이 없음에 관한 것이다. 제3도의 실시예는 야금 용기로부터의 열 전달 효율 및 야금 용기내 후-연소 비율 사이의 관계를 매개변수로서 석탄 소비와 함께 나타내고 있다. 낮은 열 전달 효율에 의하여 야금 용기내의 상기 처리 기체의 온도는 너무 높다 ; 한편으로는 슬랙층과 용융물로의 상기 처리 기체의 열 전달 효율의 가장 높은값의 한계가 존재한다. 상기 후-연소 비율이 너무 높으면 용융 사이클론내의 처리 기체가 지나치게 희박하게 된다. 용융 사이클론내 20 % 의 예비-환원을 수행하기 위해서 처리 기체내에 불충분한 CO 가 존재하게 된다. 후-연소 비율이 너무 낮으면, 석탄 소비가 너무 높아져서 상당한 양의 처리 기체가 생성된다. 최소의 석탄 소비를 위해서는 후-연소 비율은 높아져야 한다. 제3도의 실시예에서 최소 석탄 소비는 대략 80 % 의 열 전달 효율에서 선철 1 톤 당 대략 640 kg 이다. 용융 사이클론내 후-연소 비율이 또한 높다(적어도 70 %). 최적화에 의하여, 상기 석탄 소비는 원료 철 1 톤 당 500 kg 으로 환원될 수 있다. 제2도에 나타나 있는 것처럼, 만약 더 많은 방출 에너지가 요구된다면, 본 발명에 따른 방법은 원료 철 1 톤 당 900 kg 의 석탄 소비로 원료 철 1 톤 당 대략 10 GJ 까지 방출 에너지를 생성할 가능성을 제공한다.
제4도는 후-연소 비율이 대략 0.25 내지 0.55 범위일 수 있는 본 발명의 또 하나의 작동창을 나타내고 있다. 제4도는 통상 발생할 수 있는 선철 1 톤 당 1000 MJ 의 냉각 손실 및 또한 예를 들면, 먼지로서 석탄과 선철 1 톤 당 60 kg 의 철 산화물의 각각의 손실에 관한 것이다. 제3도 및 제4도에서는 32 MJ/kg 의 중간 휘발성 석탄이 사용되었고 상기 석탄 소비는 선철 1 톤 당 500-1000 kg 범위이다.

Claims (11)

  1. 예비-환원 단계 및 최종 환원 단계에서 철광석을 직접 환원시킴으로써 제조되는 용융 선철 의 제조방법이, (a) 상기 예비-환원 단계에서 철광석을 용융 사이클론 (1)내로 운반하고 상기 최종 환원 단계로부터 나온 처리 기체로 환원시킴으로써 이를 예비-환원하고, (b) 100℃ 이하의 온도에서 순수한 산소를 공급하여 상기 용융 사이클론 내의 처리기체를 환원시키는 후-연소를 행함으로써 상기 용융 사이클론 (1)내 철광석이 적어도 일부가 용융되도록 하고, (c) 예비-환원되고 적어도 일부가 용융된 철광석을 상기 용융 사이클론(1)으로부터 그 아래에 위치하며 최종 환원이 일어나는 야금 용기(4)내로 아래방향으로 통과시키고, (d) 석탄 및 산소를 상기 야금 용기로 공급하고, 상기 환원 처리 기체를 형성함으로써 슬랙층(7)내 상기 야금 용기에서 최종 환원이 일어나도록 하고, 그것에 상기 산소를 공급함에 의하여 상기 야금 용기내의 상기 환원 처리 기체에 부분적인 후-연소가 일어나도록 하는 단계로 구성됨에 있어서, (1) 상기 석탄이 상기 슬랙층(7)에 직접 공급되며, 그 양은 만들어진 선철 1톤 당 500과 1000kg 사이이며, 석탄은 6mm보다 큰 크기를 갖는 입자들의 중량이 25%이상이고, (2) 상기 야금 용기(4)내 부분적인 후-연소가 상기 슬랙층에서 적어도 일부 일어나며, (3) 하기와 같이 정의된 후-연소 비율은 0.55 이하인 것을 특징으로 하는 용융 선철의 제조방법.
    CO2+ H2O / CO2+ CO + H2O + H2
    (식에서, CO2,CO, H2O 및 H2는 상기 야금 용기를 빠져나올때 상기 기체들의 부피 % 로 나타낸 농도이다.)
  2. 제1항에 있어서, 상기 석탄을 하나 이상의 (i) 하나 이상의 랜스(12)에 의하여 미세하게 분산된 석탄을 공기에 의하여 수송하거나, (ii) 슬랙층내로 직접 방출시키는 야금 용기의 하나이상의 측면 송풍구에 의하여 미세하게 분산된 석탄을 공기에 의하여 수송하거나, (iii) 6 mm 이상의 평균 크기를 갖는 석탄 입자를 슬랙층내로 떨어뜨리는 방법에 의해 상기 슬랙층내로 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 야금 용기로부터 나오는 환원 처리 기체의 후-연소 비율이 0.20 내지 0.55 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 사이클론 으로부터 나오는 처리기체의 제1항에서 정의된 후-연소 비율이 0.60이상이고, 석탄 소비는 생성된 선철 1 톤 당 600 내지 800 kg 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 공급된 상기 석탄이 휘발성이 높은 석탄인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하기와 같이 정의되는, 용융 사이클론 을 떠날때 철광석의 예비-환원도(PRD)가 0.15 내지 0.30 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
    1 - [O]A/[0]B
    (식에서 [O]A는 용융 사이클론 으로부터 나오는 예비-환원된 철광석의 몰분율로 나타낸 산소함량이고, [O]B는 용융 사이클론 으로 공급되는 철광석의 몰분율로 나타낸 산소함량이다.)
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 사이클론 을 떠나는 예비-환원된 철광석의 온도가 1200 내지 1600 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원 처리 기체가 야금 용기 및 용융 사이클론 사이에서 냉각, 탈먼지 또는 재형성되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석탄은 분말 석탄의 형태로 슬랙층으로 일부 또는 전부가 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석탄이, 슬랙층에 잠겨있는 하나이상의 주입 랜스에 의하여 운반기체와 함께 슬랙층으로 공급되거나, 상기 슬랙층 위에 근접하게 방출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 철광석의 직접 환원에 의하여 용융 선철 을 제조하기 위한 장치에 있어서 (a) 야금 용기(4) (b) 상기 장치의 작동에 의하여, 야금 용기내 선철 의 용융 배쓰 위에 형성된 슬랙층내로 석탄을 직접 공급하기 위한 장치(12)가, 하나 이상의 (i) 미세하게 분산된 형태로 석탄을 공기에 의하여 이동시키기 위한 하나이상의 랜스(12), (ii) 미세하게 분산된 형태의 석탄을 공기에 의하여 이동시키기 위한 하나이상의 상기 야금 용기의 측면 송풍구, 및 (iii) 석탄을 상기 슬랙층내로 중력에 의하여 떨어뜨리기 위한 장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치. (c) 상기 야금 용기로 산소를 공급하기 위한 공급 장치(12), (d) 상기 야금 용기로부터 나온 용융 선철 및 슬랙을 방출하기 위한 방출 장치(10), (e) 단일 반응기를 형성하기 위해서 상기 야금 용기 위에 및 상기 야금 용기와 개방된 관계로 위치하는 용융 사이클론 (1), (이때 처리기체는 상기 야금 용기로부터 직접 용융 사이클론 내로 통과하고, 일부 또는 전부가 용융된 예비-환원된 철광석은 상기 용융 사이클론으로부터 야금 용기내로 직접 통과한다.) (f) 철광석을 상기 용융 사이클론 내로 공급하기 위한 공급 장치(2), (g) 산소를 상기 용융 사이클론 내로 공급하기 위한 공급 장치(3), (h) 상기 용융 사이클론 으로부터의 흐름 스트림으로 처리기체를 방출하기 위한 방출 장치, (i) 상기 처리기체의 감지열로부터 증기를 생성시키기 위해서 상기 용융 사이클론 으로부터 처리 기체를 방출하기 위한 상기 방출 장치내에 있는 증기-생성 보일러(14), (j) 상기 처리 기체의 먼지를 제거하기 위한 흐름 스트림내의 증기-생성 보일러의 탈먼지 장치(15) 다운 스트림으로 구성된 것을 특징으로 하는 용융선철을 제조하기 위한 장치.
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