KR100194133B1 - 용융조반응기를 사용한 합금철의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 융해용기에서 합금철을 제조하기 위한 방법에 대한 것이다. 합금물질을 함유하는 물질이 융해용기내에 포함되어 있는 용융조로 주입된다. 융제, 탄소질 물질 및 산소를 함유하는 물질이 또한 용기로 주입된다. 산소를 함유하는 가스는 합금물질을 교반시키기 위해 용융조로 주입되는 것이다. 이와 같은 여러 가지 성분들의 주입속도는 용기내에서 산화 및 환원분위기의 제어를 위해서 빠른 속도로 조절된다. 합금물질을 함유하는 물질은 환원되어 금속상으로 편입되거나 산화되어 슬랙으로 편입된다. 용융조의 윗쪽에 있는 연소성가스는 산화되어 공정에 열을 제공하게 된다. 합금금속이나 합금금속을 함유하는 슬랙이 생성물로 회수된다. 이러한 공정은 페로크롬, 페로망간, 페로닉켈 및 페로바나듐과 같은 합금철을 제조하는데 응용될 수 있다.

Description

[발명의 명칭]

용융주조반응기를 사용한 합금철의 제조방법

[발명의 분야]

본 발명은 용융조 반응기에다 합금금속을 함유하는 광석(鑛石), 융제(融劑) 및 고형 탄소질 환원제를 첨가하여서 합금철을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 산화 및 환원정련공정을 통해 합금철에서 철에 대한 합금금속의 비율이 더 높은 합금철을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 명세서에서 합금철(Ferroalloy)이라고 하는 것은 페로크롬(Ferrochromium), 페로망간(Ferromanganese), 페로닉켈(Ferronickel) 및 페로바나듐(Ferrovanadium)을 말한다. 그리고, 합금금속(Alloying metal)이라고 하는 것은 크롬, 망간, 닉켈 및 바나듐에 상응하는 의미로서 '합금금속을 함유하는 광석' 및 '합금금속을 함유하는 물질'로 표시한다. 특히, 후자는 보다 넓은 의미로서 합금금속을 함유하는 광석이나 농축물 또는 예열된 합금금속을 함유하는 광석이나 농축물 또는 예열되고 미리 환원된 합금금속을 함유하는 광석이나 농축물을 포함한다. 여기서, 바람직한 합금금속으로는 크롬이며, 본 발명에서는 크롬에 관해 상세한 설명을 예시하기로 한다.

[발명의 배경]

페로크롬이나 장입된 크롬을 제조하는 종래의 산업적인 방법으로는 수중 아아크식 전기로를 이용하며, 융해로에다 크롬광석, 환원제 및 융제를 연속적으로 공급한다. 그러나, 미세한 공급물질은 노의 작동을 어렵게 하며, 크롬의 손실이 많다. 그래서, 미세한 공급물질은 피하거나 장입전에 응집형태로 만들어야 한다. 필요에 따라서는, 광석과 환원제 응집물을 전기로에 미리 공급하기 전에 예열 및/또는 미리 환원시킬 수 있다. 만일, 미세한 공급물질을 예를들면, 작고 둥글둥글하게 뭉쳐지게 하거나 고온에서 연소시켜서 먼저 응집형태로 한다면 사용할 수 있다.

전기융해로에서, 에너지는 장입시 담겨져 있는 탄소봉(炭素棒)을 통해서 공급되며, 노의 깊은 곳에서 광석과 탄소의 반응으로 인한 가스는 위쪽으로 흘러서 노의 상단에서 방출된다.

때때로, 노의 상단은 전극과 장입물 배출에 대해서는 개방하는 수냉커버로 덮혀져 있다. 이 덮개는 발생된 가스를 모으며, 대부분 일산화탄소로 구성된 이 가스는 연료로 사용될 수 있다. 어떤 장치에서는, 노의 상단이 덮혀져 있지 않으며, 그 표면에서 그대로 가스가 태워지게 된다.

공급물질의 정확한 계량과 비율은 노의 작동을 성공적으로 하기 위해서는 필수적인 것이다. 그리고, 반응대역은 생성된 가스가 흐를 수 있도록 다공성이어야 한다. 더욱이, 공급물은 교락(橋絡)없이 노 내부로 자유롭게 내려갈 수 있도록 어떤 방식으로 할당되어 공급되어야 한다. 너무 큰 입자크기를 갖거나 너무 큰 입자크기분포를 갖는 공급혼합물은 노의 장입 및 교락문제를 초래하므로 일반적으로 사용하기가 어려울 것이다. 또, 이들은 전기적 저항을 크게 할지도 모른다. 하지만, 너무 작은 입경을 갖는 공급혼합물은 가스의 포함, 다공성이 낮고 불량함 그리고 혼합교락에 의해 손실이 있게 될 것이다.

액체 슬랙과 합금생성물은 노에서 탭구멍(쇳물빼기 구멍)을 통해서 연속적으로 또는 즉각적으로 유출되며, 이 슬랙은 수용국자의 기울여따르기, 스키밍(Skimming) 또는 밑부분으로 빼내기 등에 의해 합금물에서 분리될 수 있다. 페로크롬 생성물은 이때 냉각되면서 주조(鑄造)된다.

이러한 방법을 통한 페로크롬 생성물은 대부분 넓게 퍼져서 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있게 된다. 첫째로는, 융해공정에서 요구하는 모든 에너지를 값 비싼 전기로 공급하고 있으며, 둘째로, 코우크스(coke)를 사용해서 환원제의 요구를 충족시키고 있는데, 이 코우크스도 값 비싼 환원제이면서 점결탄의 공급이 세계적으로 고갈되가고 있어 얻기가 상당히 힘들고, 코우크스밧테리의 작동에 대해 엄격한 환경제한이 가속화되고 있으며, 셋째로는, 공급물의 입자크기제한이 값싼 미세크기의 광석 공급물의 직접적인 사용을 방해하고 있다는 것이다.

현재 밝혀져 있는 합금철(페로크롬을 포함)의 제조에 관한 또 다른 기술로는 플라스마 탄소열 융해환원공정이 있다. 이 방법은 수중 아아크식 전기로공정에 비해 다음과 같은 여러 가지 잇점이 있다.

미세 크기의 물질이 장입물로서 바람직하다.

환원제로서 점결분탄이 필요하지 않고 코우크스분이 적당하다.

균일하고 일관된 장입물질의 특성유지가 결정적인 것은 아니다.

슬랙 조성물이 전기적 고유저항을 위해 독립적으로 선택될 수 있어 슬랙에서 합금금속의 손실을 최소로 하는 슬랙 조성물로 작동시킬 수 있다.

공정제어가 많이 개선되므로 공정이 장입물질특성에 민감하게 반응하지 않는다.

보다 낮은 소음으로 플라스마노가 작동된다.

하지만, 이러한 잇점을 갖는 플라스마 융해공정도 융해공정에서 요구되는 모든 에너지가 값 비싼 전기형태로 공급되는 등의 심각한 문제점이 있다.

페로크롬 합금물의 제조비용을 절감하려는 노력의 일환으로 융해를 위한 에너지를 전기형태로 공급하는 것을 피하기 위한 수많은 방법이 제안되었다.

즉, 미국 특허 제4,565,574호(니폰 스틸 코포레이션)에는, 융해환원으로 고순도의 크롬합금물을 제조하는 공정에 대해 게재되어 있다. 이 방법에서는, 코우크스분과 크롬을 함유하는 광물을 펠릿화하고 건조시켜서 회전가마에 장입시키고 거기서 가열 및 부분적으로 환원시키고 있다. 여기서, 펠릿의 환원을 개선시키고, 코우크스를 예열시키며, 석회석이 생석회가 될 수 있도록 하기 위해 코우크스와 석회석 융제를 회전가마에 더 첨가시킬 수 있다고 하고 있다.

상기의 니폰 스틸 특허에 의하면, 회전가마에서의 최대 온도는 1400℃이상으로 유지하며, 환원된 펠릿의 방출시, 코우크스와 융제는 가마에서 융해 환원로의 상단으로 폭포형태로 밑으로 떨어뜨리고 있다. 이 노는 보통 스틸제로 된 전환로(Converter)의 형상과 유사하며, 전형적으로 산소를 공급하게 되는 4개의 하부송풍식 용광로를 갖고 있다. 이 용광로는 프로판에 의해 보호되고 있으며, 벌크 형태의 산소는 창(lance)을 통해서 조(槽)로 인가되고 있다. 슬랙과 금속상의 온도제어와 이 상 내에서의 산화정도를 유지하기 위해, 조의 상부나 아래에서 산소를 송풍할 필요가 있으며, 동시에 융해 환원용기의 상단에서 슬랙에다 코우크스를 주입할 필요가 있다.

광석의 융해는 2단계로 진행된다. 첫 번째 단계로, 전환로의 온도가 1580℃ 내지 1630℃에서, 예열되고, 미리 환원된 펠릿, 코우크스 및 융제를 용기에 장입시키고 상부와 하부로 산소를 송풍시킨다. 그 다음 두 번째 단계는 광석과 융제를 장입시키지 않고, 산소첨가를 점차적으로 줄여서 슬랙중에 크롬의 함량을 최소한으로 한다. 하지만, 아직도 이 두 번째 단계에서는 슬랙과 금속상의 산화상태를 제어하기 위해 많은 양의 코우크스가 용기에 첨가되어야 한다. 이때, 슬랙과 금속을 용기에서 제거시킨다.

사용되는 탄소질 물질과 코우크스를 좋게 이용하기 위해서 윗쪽에 있는 산소창을 통해 용융조를 떠나는 연소가스 중 적어도 30%는 태울 필요가 있다. 하지만 SO_X와 NO_X의 발생양 때문에 50% 이상의 연소는 할 수 없게 된다.

더욱이, 미국 특허 제 4,565,574호의 명세서에 강한 교반의 필요성에 대해 언급하고 있지만, 교반강도의 상한선은 용융조 내면의 변쇠되는 점도에 따라 결정되게 된다. 교반강도를 보다 높게 하여 슬랙을 교반하면 내면의 변쇠를 일으키게 된다. 교반강도는 용융조의 온도가 균일할 때만 낙관할 수 있다.

또 다른 방법으로서, 크롬을 함유하는 광석을 상부 및 하부 송풍 전환로에서 철이 용융되어 있는 조로 장입시키는 기술이 알려져 있다(일본특허 소화58-117582호 스키토모 메탈 인더스트리). 이 기술에서는 미세한 크롬광석, 융제들 및 코우크스괴를 용융물의 표면위에로 떨어뜨리고, 산소가 상부의 창을 통해서 부드럽게 송풍된다. 슬랙의 표면상에 떠있는 코우크스는 이 산소에 의해 부분적으로 태워지고, 나머지 코우크스는 측면에 있는 송풍노즐과 하부에 있는 송풍노즐을 통해 인가되는 산소와 질소에 의해 유발되는 교반에 의해 슬랙으로 끌려들어가게 된다. 주입된 가스들에 의한 순환작용으로 인해 열이 슬랙과 금속으로 전달되고, 그 슬랙속에는 코우크스가 크롬산화물로 환원되게 된다.

고형물의 공급물이 융해가 계속되는 동안 전환로로 장입되고, 최종적으로 환원이 진행된 후 고형물의 장입없이 산소가 용융조의 표면에만 인가된다. 상기의 최종적인 환원공정에서는 슬랙중의 크롬함량이 보다 낮아지게 되고, 크롬이 20% 내지 32%인 스테인레스강 크롬합금물이 얻어지게 된다.

비록 이러한 방법이 전기에너지를 사용하여 융해를 하지 않고, 미세한 크기의 광석을 사용한다고는 하지만, 코우크스괴가 요구되고 있으며, 각각의 벳치에서 용융된 철의 장입이 필요하고, 더욱이, 저량의 크롬합금물을 만드는데만 적당한 방법이다. 이 방법은 크롬이 장입된 합금철을 만들지는 못한다.

또 다른 방법으로는 미세한 크기의 크롬을 함유하는 광석을 임의로 미리 환원시키고, 용광로에다 공기나 산소가 농축된 공기와 함께 공급한다. 그리고, 고형 환원물질로 코우크스괴를 사용하고, 용광로의 상부를 통해서 장입시킨다. 주입된 광석은 이것이 주입되는 통로인 바람구멍 정면에서 용융되며, 금속으로 환원되어 코우크스층을 통해서 떨어지게 된다. 그리고, 용광로 고열환원대역은 광석주입 바람구멍의 밑에 위치한 두 번째 열의 바람구멍을 통해서 용광로로 주입되는 석탄과 산소를 함유하는 가스에 의해 증가하게 된다.

슬랙과 합금철은 용광로의 밑부분에서 꺼내며, 슬랙에서의 크롬함량은 0.6% 미만이며, 금속에는 8% 내지 50%의 크롬함량이 포함되게 된다. 이 방법에서는 융해를 위해 전기에너지를 사용하고 있지는 않지만 아직도 코우크스괴의 사용에 의존하고 있다.

일반적으로 말해서, 종래의 방법에는 다음과 같은 중대한 문제점이 있다.

직접적으로 미세크기의 광석사용에 어려운 점이 있다.

값 비싼 코우크스가 요구되고 있다.

융해시 값 비싼 전기에너지가 사용되고 있다.

슬랙의 산화상태와 금속상의 산화상태를 동시에 제어해야 한다.

융해용기내에서 가스생성물의 화학에너지(환원포텐셜)와 현열이 제한적으로 사용된다.

종래방법중 일부기술에서는 상기 문제점 중 일부를 특히 해결한 것은 있으나, 상기의 모든 문제점을 본 발명에서 달성한 것과 같이 동시에 해결한 종래기술은 없다.

주로 철, 철산화물 및 슬랙형성물질을 포함하는 용융조를 형성하고 철산화물을 직접적으로 철로 환원시키는 종래기술이 있다. 이 방법에 의하면, 에너지원으로서는 탄소질 물질, 이송가스 및 보호가스를 용융조에다 주입하여서 제공하고 있고, 적어도 연료의 일부를 연소시키고 있다. 반응가스는 용융조에서 교반을 일으켜 용융조의 윗쪽에 있는 융합부쪽으로 용융물질을 돌출되게 한다. 산소를 함유하는 가스는 제트기류나 제트기류들의 형태로 용융조의 윗쪽 공간으로 주입된다. 주입된 가스는 용융조에서 이탈한 반응가스와 함께 연소된다. 생성된 가스는 융합부에서 용융된 물질상에 충돌하게 되며, 후연소에 의해 발생된 에너지는 융합부에서 용융된 물질로 전달된다.

이에 본 발명은 크롬을 함유하는 물질과 같은 합금금속을 함유하는 물질을 용융조에서 융해하여 예를들면, 조(粗)스테인레스 강이나 크롬이 장입된 합금철을 제조하기 위한 것으로서, 융해시 전기에너지의 사용을 피할 수 있고, 합금금속을 함유하는 물질을 괴형태나 응집형태로 하지않고 합금철을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 코우크스의 사용을 감소시키거나 제거하여서 합금철을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 융해용기내에서 생성되는 가스의 화학적 에너지와 현열을 보다 많이 이용해서 합금철을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 슬랙상과 금속상의 산화상태를 좋게 제어하여서 합금철을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

[발명의 간단한 요약]

이미 상술한 바와 같이, 주로 철을 함유하는 형태의 용융조가 다음에 기재하는 본 발명에 따른 방법에 의해 합금철, 예를들면, 페로크롬의 제조시에 적합할 수 있음을 발견하였다.

공급물로서, 미세한 크기의 합금금속을 함유하는 물질을 어떤 응집된 형태로 할 필요없이 용융조에서 처리할 수 있음도 발견하였다.

또한, 합금금속을 함유하는 물질을 융해환원시키기 위한 환원분위기가 코우크스의 사용을 줄이거나 제거시켜서도 충분히 달성될 수 있음도 발견하였다.

본 발명에 따른 방법의 한 태양으로서, 합금금속을 함유하는 물질의 융해가 용융조의 융해공정에 의해 가능하며, 전기사용의 필요성도 피할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 태양으로서, 슬랙상이나 금속상에 크롬을 전달하기 위한 용융조의 산소포텐셜의 제어가 용이하며, 이와 관련하여 융제가 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 방법은 또한, 융해용기 내에서 생성된 가스의 화학적 에너지와 현열을 보다 많이 이용하므로서 에너지를 충분히 절감할 수 있는 방법을 제공하게 된다.

따라서, 본 발명은 다음과 같은 단계에 의해 합금철을 제조하는 방법을 제공하게 된다. 즉, (a) 철을 함유하거나 철을 함유하는 물질로부터 유도된 용융물질로 이루어진 용융조에 제어된 속도하에서 합금금속을 함유하는 물질과 융제를 주입시키는 단계와, (b) 용융조 내부나 용융조 윗쪽 공간이나 또는 이 모두에다 산소를 함유하는 가스와 탄소재를 주입시키는 단계와, (c) 용융조 내부에서 형성된 반응가스를 도와서 용융조 윗쪽에 융합부를 형성시키기 위해 용융조로 가스를 주입시키되, 이 융합부는 상기가스와 반응가스에 의해서 용융조로부터 방출된 용융물질을 포함하는 단계와, (d) 합금금속을 함유하는 물질, 융제, 산소를 함유하는 가스 및 탄소재의 주입속도를 조절하여 용융조 내부에서 산화/환원 분위기를 조절하고 합금금속을 함유하는 물질과 융제가 용융조에서 신속하게 결합되도록 하는 단계와, (e) 합금금속을 환원시켜서 금속상으로 되게 하고, 합금금속을 산화시켜서 슬랙상으로 되게 하는 단계와, (f) 합금금속을 함유하는 상을 회수하는 단계로 이루어진다.

합금금속을 함유하는 슬랙은 후술하는 바와 같이, 합금금속 합금물을 생성시키기 위해 더 처리될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서는 미세한 크기를 갖는 합금금속을 함유하는 물질을 용융조에 장입시킬 수 있다.

본 발명의 명세서에서, 용융조라고 하는 것은 주로 철(iron)로 이루어진 금속상(metal phase)과 슬랙상을 가지는 용융조를 말한다.

본 발명의 명세서에서, 탄소질 물질이라고 하는 것은 연소되어 고열을 낼 수 있는 어떤 탄소를 기본으로 하는 물질을 말하며, 무연탄, 역청탄이나 아역청탄, 점결탄이나 증기탄, 갈탄, 중석유잔유물 및 천연가스등이 포함된다. 여기서, 갈탄으로는 호주특허 제 561686호와 특허출원 제 52590/86호 및 제 52422/86에 기재된 방법을 사용하여서 될 것일 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서는, 코우크스와 목탄(숯)이 요구되지 않으나, 만일 탄소질 물질로서 코우크스와 목탄이 사용된다면 이 공정은 아주 만족할 만하게 될 수도 있다. 목탄을 이끌어내는 칼탄은 본 카테고리에 포함될 수 있으며, 칼탄으로부터 목탄을 제조하는 방법은 호주특허 출원 제 52234/86호에 기재되어 있다.

본 발명에 따른 방법에는, 용융조에다 합금금속을 함유하는 고철 및/ 또는 식물탄진을 약간 첨가하는 경우도 포함되며, 응집된 합금금속을 함유하는 물질이나 합금금속을 함유하는 물질과 환원제와 복합물도 첨가될 수 있다.

본 발명의 명세서에서, 산소를 함유하는 가스라고 하는 것은 순수한 산소와 산소를 함유하는 가스를 말하는 것이며, 공기와 산소가 농축된 공기를 포함한다.

용융조 윗쪽에서 용융조를 떠나는 연소가스를 태워서 용융조에 있는 금속상이나 슬랙상을 재산화시킴이 없이 후연소의 열을 용융조로 되돌려 주는 방식으로 하므로서 사용된 석탄의 에너지효율을 높게 얻을 수 있다.

[발명의 상세한 설명]

합금금속을 함유하는 물질이, 융해용기의 상부를 통해서 주입되거나, 또는 용융조 표면의 밑에 있는 바람구멍을 통해서 주입되거나, 또는 용융조 표면의 상부와 밑을 통해서 주입되어 용융조로 인가될 수 있다. 상기에서 상부를 통한 주입은, 산소를 함유하는 가스를 들여보내는데 사용되는 것과 동일한 바람구멍 또는 바람구멍들을 통해서 수행할 수 있다. 그리고, 필요한 어떤 융제나 어떤 탄소질 물질로도 상기와 유사한 방식을 통해 주입시킬 수 있다. 여기서 주목할 점은 장입물을 고온으로 할 때는, 상부의 바람구멍 또는 바람구멍들을 통해 주입하는 것이 특히 유리하다는 사실이다.

산소를 함유하는 가스는, 용융조의 윗쪽 공간에 주입될 수 있다. 하지만, 탄소질 물질과의 반응에 의해 환원이 신속하게 진행되도록 하기 위해 산소를 함유하는 가스를 용융조 내부로 주입시키려 한다면, 가혹한 분위기에 견딜 수 있도록, 예를들면, 냉각 및 천연가스로 감싸서 바람구멍을 통해 주입시켜야만 한다. 만일, 산소를 함유하는 가스로 공기를 사용한다면, 석탄의 과잉 소모를 막기 위해, 예를 들면 1200℃로 예열시키는 것이 바람직하다.

용융조의 온도는, 만족할만한 환원속도를 얻기 위해서 1300℃ 내지 1900℃, 바람직하기로는 1400℃ 내지 1800℃, 더욱 바람직하기로는 1500℃ 내지 1700℃로 유지해야 한다. 이것은 액체 슬랙으로 진행시키는데 있어서, 본 발명의 중요한 태양이며, 이 용융조의 온도는 용융조의 수단에 의한 공지의 철-제조공정시에 부닥치는 온도보다 상당히 높을 것이라 생각된다.

본 발명의 태양에서는, 놀라웁게도 슬랙이 고체인 조건하에서 하부 가스주입속도를 용융조표면의 최소한의 부분 윗쪽에 융합부가 유지될 수 있게 충분히 높게 유지하기 위해 철을 제조하는 온도와 같이 보다 낮은 온도에서 작동시킬 수도 있다는 것이다. 이러한 환경하에서, 슬랙이 기계적인 수단에 의해 제거될 수 있거나 또는 태핑시 슬랙의 온도를 올려서 용융된 상태로 방출시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 용융조에 대한 탄소질 물질의 첨가는 용융된 금속합금물에서의 탄소함량이 3중량% 내지 12중량%, 바람직하기로는 4중량% 내지 9중량%의 범위로 유지될 수 있게 조절된다. 본 발명의 태양에서 중요한 것은 용융조의 수단에 의한 공지의 철제조공정시 보다 용융조에서 용해된 탄소함량을 보다 높게 하여 실시하는 것을 요구한다는 것이다. 예를들면, 크롬을 함유하는 물질의 환원은 철산화물을 환원시키는 경우 보다 더 심각한 운동학상의 제한이 따른다. 본 발명에서는 환원조건을 적당하게 제공하여 상기한 바와 같이 고탄소함량하에서 용융조의 작동에 의해 합금금속을 함유하는 물질을 합금철로 신속하게 융해시키게 된다.

용융조의 위쪽에 있게 되는 가스중 일산화탄소와 수소는 40% 내지 60%의 최소범위에서 후연소시키는 것이 바람직하다. 이 후연소의 범위는 용융조를 떠나는 일산화탄소와 수소의 결합부피의 백분율로 정의하며, 용융조 위의 공간으로 주입되는 산소를 함유하는 가스와 반응하여 상기 공간에서 연소되게 된다.

슬랙이 적당한 용융점을 갖고, 채용된 온도에서 적당한 유동성을 갖도록 하기 위해 융제를 첨가시킬 수 있다. 또한, 융제는 용기내에서 슬랙이 발포되는 것을 줄이거나 최소화로 되게 하기 위해 첨가될 수도 있다. 더욱이, 융제는 합금금속이 슬랙 및/또는 합금물로 되는 것을 조절하기 위해 첨가될 수도 있다.

이 방법은, 연속조작 또는 벳치형태로 실시할 수 있다. 연속조작시, 용융된 슬랙과 금속은 연속적으로 또는 간혹가다 회수될 수 있다.

본 발명에 따른 한 구현예에서, 합금금속을 함유하는 공급물질의 품등 및/또는 철에 대한 합금금속의 비율이 충분히 높은 경우에는, 합금금속을 많이 함유하는 합금철이 얻어지게 될 것이며, 예를들어, 크롬이 장입된 생성물이 거의 또는 더 이상의 공정이 필요없는 상태에 생성될 것이다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 사용되는 장입물질은 고품등의 합금금속을 함유하는 물질이며, 공정은 벳치식으로 조작된다. 이 구현예에서, 합금금속을 함유하는 물질은 100% 미만의 벳치사이클의 융해주기에서 융해환원용기에 장입된다. 나머지 벳치사이클의 용해주기에 대해선 공급물질의 첨가없이 용융조내부에서 환원조건을 유지하여 슬랙중의 합금금속의 양을 낮은 수준으로 감소시키게 된다. 이러한 슬랙환원주기 이후에, 슬랙중에는 합금금속이 적어지게 되고, 폐기될 수 있게 된다. 더욱이, 금속상으로 합금금속의 회수가 증가하게 되고, 예를 들면, 크롬이 장입된 생성물이 생성되게 된다.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 만일 합금금속을 함유하는 공급물질의 품등 및/또는 철에 대한 합금금속의 비율이 너무 낮으면, 크롬이 장입된 생성물이 직접적으로 생성되기가 불가능하다. 이 구현예에서는 더 이상의 처리가 필요하게 된다. 이러한 더 이상의 처리는 하나나 그 이상의 다른 용기에서 수행하거나, 합금금속을 함유하는 물질의 초기 융해환원을 위해서 사용된 용기와 동일한 용기내에서 수행할 수도 있다. 만일, 동일한 용기를 사용한다면, 공정은 벳치 공정으로 해야 한다. 이러한 공정의 일례는 다음과 같다.

(a) 앞서 기술한 구현예에서와 같이 합금금속을 함유하는 물질을 융해하여 합금금속이 적고 폐기될 수 있는 슬랙을 생성시킨다.

(b) 상기 단계에서 생성된 합금금속 합금물로 이루어져 있는 용융조의 산소포텐셜을 증가시켜, 금속상으로 존재하는 합금금속의 실질적인 부분이 산화되도록 온화하게 환원시켜서 합금금속이 산화물인 슬랙상으로 전환되도록 한다. 산화의 정도와 지속기간은 슬랙상으로 산화된 철의 양을 제한하기 위해 한정된다. 이 공정에 의해, 금속상으로 머물러 있는 대부분의 철과 대부분의 합금금속은 슬랙상으로 전환되며, 슬랙상에서 철에 대한 금속의 비율은 예를들면, 다음과 같은 연속공정 이후에 크롬이 장입된 합금철을 생성하는데 충분하게 된다.

(c) 슬랙에서 합금금속이 없는 금속상을 분리한다(시판될 수 있는 생성물인 금속상).

(d) 합금금속을 함유하는 슬랙을 환원 분위기에 노출시켜서, 슬랙중에 있는 대부분의 합금금속과 철을 금속으로 환원시 예를 들면, 장입된 페로크롬 합금물과 폐기되는 슬랙을 산출한다. 이러한 공정시, 원하는 슬랙특성의 유지를 위해 융제의 부가가 필요할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 만일 장입된 크롬생성물을 직접적으로 생성시키는데 있어서 합금금속을 함유하는 공급물질의 품등 및/또는 철에 대한 합금금속의 비율이 너무 낮으면, 예를 들어 다음과 같은 연속적인 처리를 실시할 수 있다.

(a) 용융조를 온화하게 환원시키는 조건으로 작동시켜 합금금속을 함유하는 물질에서 합금금속 산화물보다 더 많은 철산화물을 금속상태로 환원시킨다.

(b) 합금금속을 함유하는 슬랙에서 합금금속이 없는 금속상을 분리시킨다(시판될 수 있는 생성물인 금속상).

(c) 합금금속을 함유하는 슬랙을 환원 분위기에 노출시켜서, 슬랙중에 있는 대부분의 합금금속과 철을 금속으로 환원시켜서, 예를들면, 장입된 페로크롬 합금물과 폐기되는 슬랙을 산출한다. 이러한 공정시, 원하는 슬랙특성의 유지를 위해 융제의 부가가 필요할 수도 있다. 이러한 슬랙환원조작은 합금금속을 함유하는 물질의 초기 융해환원시에 사용한 것과 동일한 용기내에서 수행할 수 있으며, 용기내에서 금속상이 슬랙과 함께 충분히 남아 있게 된다.

상기에서 온화한 환원은 상대적인 표현이며, 용융조의 산화포텐셜이 환원조의 포텐셜에 비해 증가한다는 의미를 내포하고 있다.

본 발명의 특수한 구현예로는, 조(粗) 스테인레스강의 생성을 제공하는 것이며, 크롬을 10% 내지 32%를 함유할 수 있다.

융해도에 장입되는 공급물질은 미세한 또는 괴형태, 펠릿, 또는 융제와 및/ 또는 환원제가 결합된 광석이나 농축물의 복합물로된 합금금속 물질일 수 있다. 이 공급물질은 건조후나, 예열후 또는 예열 및 부분적으로 미리 환원된 후에 원료상태로 노에 장입될 수 있다. 이 공급물질은 어떤 예열에 의해 얻어진 다량의 열에너지의 이동과 함께 고온상태로 노에 장입될 수 있으며, 이때의 온도를 대기 온도나 그 온도에 가깝게 할 수 있다.

경제적인 측면에서, 탄소질 물질을 무연탄이나 역정탄으로 용융조에 주입시키는 것이 바람직하며, 환원제로서 사용될 수 있는 것이 이 공정에서 특히 유리하다. 이 탄소질 물질은 보통 질소와 같은 불활성 이송가스속에서 공기압축적으로 바람구멍들을 통해서 운송되고 주입되게 된다. 공기와 같은 산소를 함유하는 가스는 바람구멍을 통해서 조내부로 주입될 수 있으며, 천연가스와 같은 환원가스도 바람구멍을 통해서 산소를 함유하는 가스주위로 주입되어 바람구멍에 대해 보호를 해주며, 바람구멍의 근접된 부위에서의 과잉 온도형성을 억제시켜 주게 된다. 용융조 내부로 이러한 물질들의 연속적인 주입으로 인해 탄소질 물질이 부분적으로 연속되어 이 공정에서 요구하는 열의 일부를 공급하게 되고, 반응 가스를 발생시키게 된다. 이러한 반응 가스는 탄소질 물질과, 어떤 불활성 또는 상대적으로 불활성인 이송가스와 같은 어떤 보호가스와의 부분적인 연소결과의 산물이다. 적당한 이송가스로는 이론적으로, 아르곤, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 수증기등이 있다.

용융조 내부로 주입된 가스들의 운동량과 조내부로부터의 반응가스의 방출은 충분히 용융조의 교반을 이끌어낸다. 용융조에서 그 윗쪽 공간으로 가스의 이탈은 용융물질을 조에서 그 조의 윗쪽에 있는 융합부로 돌출시키게 된다. 물질은 조의 윗쪽에서 주입시켜야 하며, 조내부에서의 필요한 혼합을 제공하고 슬랙의 혼합 및 열전달을 위해 용융조물질이 융합부로 충분히 돌출되게 조내부로 약간의 가스를 주입할 필요가 있다. 융합부의 윗쪽 공간에 주입된 산소를 함유하는 가스는 800℃ 내지 1200℃로 예열된 공기로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 특히 바람직하기로는 이 공정에서 요구하는 산소중 적어도 60%는 융합부 윗쪽 공간에 산소를 함유하는 가스를 제트기류나 제트기류들로 주입하는 것이 좋다. 조에서 위쪽 공간으로 이탈된 반응가스는 산소를 함유하는 가스와 함께 연소되게 된다. 그래서 생성된 가스는 융합부에서 용융물질상에 충돌하게 되며, 후 연소에 의해 발생된 열은 융합부에서 용융물질로 전달되게 된다.

더욱이, 융합부 윗쪽 공간에다 산소를 함유하는 가스를 주입하기 전에 공간으로 유체 수송시 산소를 함유하는 가스의 제트기류나 제트기류들에다 소용돌이 작용을 부여하는 것도 바람직하다. 조에서 공간으로 이탈된 반응가스는 공간으로 주입된 소용돌이 작용을 하는 산소를 함유하는 가스의 제트기류나 제트기류들과 함께 연소된다. 그래서 생성된 가스는 중합부에서 용융물질에 충돌하게 되고, 융합부에서 후 연소에 의해 발생된 에너지는 용융물로 전달되게 된다.

역서, 산소를 함유하는 가스의 제트기류와 관련하여 소용돌이 작용이라고 표현한 것은 산소를 함유하는 가스가 제트기류의 이동방향과 나란한 축을 중심으로 회전성분을 갖고 있음을 의미한다.

특히, 산소를 함유하는 가스를 고리형의 오리피스나 오리피스들을 통해서 융합부의 윗쪽 공간으로 주입시키는 것도 바람직하다.

여기서. 오리피스는 중공(中空) 콘형태일 수 있으며, 어떤 다른 기하학적인 형태, 예를들면, 원형이나 타원형의 슬롯바람구멍과 같은 고리모양의 슬롯바람구멍, 어떤 다른 구부러진 형태 및 삼각형, 사각형, 평행사변형 또는 다각형과 같은 각진형태일 수도 있다.

산소를 함유하는 가스가 융합부의 윗쪽 공간으로 주입될 때 통과하게 되는 바람구멍이나 바람구멍들의 설치각도는 정동작 조표면에 대해 10도 내지 90도, 바람직하기로는 30도 내지 90도로 하는 것이 바람직하다.

조로부터 이탈되는 반응가스는 융합부의 윗쪽 공간으로 주입되는 산소를 함유하는 가스의 제트기류나 제트기류들과 함께 연소시키는 것이 바람직하다. 여기서 형성된 후연소된 가스는 융합부에서 30㎧ 내지 200㎧의 속도범위로 용융물질에 충돌하게 된다. 이러한 수단에 의해 후연소에 의해 발생된 열은 융합부에서 용융물질로 전달되게 된다.

일반적인 태양에 있어서 본 발명은 상술한 특정한 설명에 국한하지 않는다.

Claims (12)

1. (a) 금속철을 함유하는 용융물질 및 보통의 슬랙으로 이루어진 용융조에 합금금속을 함유하는 물질 및 융제를 주입시키는 단계, (b) 용융조 내부나 용융조 위쪽 공간 또는 이들 모두에다 탄소재를 주입시키는 단계, (c) 용융조 위쪽 공간에 산소를 함유하는 가스를 주입시키는 단계, (d) 용융조 내부로 가스를 주입시키는 단계, (e) 산소를 함유하는 가스에 의해 용융조로부터 배출된 가연성 가스를 연소시켜 후연소의 열을 제공하는 단계, (f) 합금금속을 함유하는 물질, 융제, 산소를 함유하는 가스 및 탄소재의 주입속도를 조절하여 용융조 내부에서 산화/환원 분위기와 후연소에 의해 조절된 열의 비율을 제어할 뿐 아니라 합금금속을 함유하는 물질과 융제가 용융조에서 신속하게 결합하도록 하는 단계, (g) 합금금속을 환원시켜 금속상으로 되게 하고, 합금금속을 산화시켜 슬랙상으로 되게 하는 단계, 및 (h) 합금금속을 함유하는 상을 회수하는 단계로 이루어진 합금금속을 함유하는 물질로부터 합금철을 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 i) 용융조속에 형성된 반응가스를 보조하기 위해 용융조 내부로 주입된 가스를 사용하여 용융 물질을 용융조로부터 용융조 위쪽의 가스 공간으로 사출함에 의해 융합부를 만들고, ii) 후연소의 열을 이용하여 융합부로 사출된 용융 물질을 적어도 부분적으로 가열시키고, iii) 융합부로 사출된 용융 물질을 용융조 내부로 물러나도록 하고, 이에 의해 후연소의 열을 용융조로 이동시키는 것을 특징으로 하는 합금철의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄소재가 예열되어 용융조의 위쪽 공간으로 주입되는 방법.
3. 제1항에 있어서, 용융조가 1300℃ 내지 1900℃의 온도범위에서 유지되는 방법.
4. 제1항에 있어서, 용융조 위쪽의 가스중에서 일산화탄소와 수소는 최소한 40 내지 60%를 후연소시키는 방법.
5. 제1항에 있어서, 조의 내부로 주입된 탄소재는 무연탄 또는 역청탄인 방법.
6. 제1항에 있어서, 산소 함유 가스는 800℃ 내지 1300℃ 범위의 온도로 예열된 공기인 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 공정은 산소함유 가스의 분출에 소용돌이 동작을 부여하고 융합부 위쪽의 공간에 제트를 직진시키는 단계를 포함하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 분출은 정지 상태일 때 용융조 표면에 의해 형성된 평면에 대해 10 내지 90°범위의 각도로 직진하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 산소를 함유하는 가스의 분출은 30 내지 200m/s 범위의 속도로 융합부에 있는 용융 물질에 충돌하고, 여기서 반응 가스의 후연소에 의해 열이 용융 물질로 이동되는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 공정은 탄소함량이 3 내지 12중량%가 되게 용융물질을 유지하는 단계와, 합금금속을 금속 합금물로 회수하는 단계를 포함하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 공정은 벳치 사이클로 작동되며, 100% 미만의 벳치 싸이클에서 합금금속을 함유하는 물질을 용융조로 장입시키고, 슬랙중에서 합금금속의 함량을 낮추기 위해 나머지 벳치 싸이클에서 용융조내를 환원조건으로 유지시키며, 합금금속을 합금물로 회수하는 방법.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 합금금속은 크롬인 방법.