KR100248901B1

KR100248901B1 - 야금반응로의 기체공간내의 내화성 라이닝을 보호하는 방법

Info

Publication number: KR100248901B1
Application number: KR1019930021242A
Authority: KR
Inventors: 존 하디 그레고리; 만테이 파울-게르하트; 필립 슈바르츠 마크
Original assignee: 테리 에이. 매튜스; 테크놀라지칼 리소시스 피티와이. 리미티드.
Priority date: 1992-10-16
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 2000-04-01
Also published as: JPH06212233A; DE69318367T2; MX9306332A; AU4893793A; DE69318367D1; JPH07116498B2; AU661925B2; CN1086546A; TW229233B; CN1033097C; ATE165871T1; RU2102493C1; DE4234973C1; BR9304256A; EP0592831B1; ZA937050B; ES2114986T3; KR940009340A; US5407461A; EP0592831A1

Abstract

본 발명은 기체상의 반응제들 및/또는 금속 배스내에서 비활성으로 작용하는 기체들을 상기 배스 표면하의 용융물에로 공급하고, 그리고 야금학적 반응용기의 기체공간내의 전체 내화성 라이닝 표면을 방울, 비말, 분수와 같이 돌발적으로 솟아오르거나 발출되는 액상 부분의 형태의 소량의 용융물 및/또는 용융물의 파동 또는 철썩임에 의하여 적심에 의하여 금속과 슬래그, 배스표면의 상부 및 하부에 위치하는 공급수단들을 경유하여 금속 배스에로 공급되어지는 용융물에 대한 반응제로 이루어진 용융물, 상기 배스 표면하의 용융물에로 공급되어지는 기체상의 반응제들 및/또는 금속 배스내에서 비활성으로 작용하는 기체들, 및 기체공간 즉, 용융물의 상부 공간에서 산화제와 함께 후연소 되어지는, 용융물로부터 배출되는 기체들을 포함하는 야금반응용기의 내화성 라이닝을 보호하는 방법에 관련된 것이다.

Description

야금반응로의 기체공간내의 내화성 라이닝을 보호하는 방법

제1도는 철 및 철을 함유하는 합금들을 생산하기 위한 철광석들 및 철을 함유하는 광석들의 용련 환원을 위한 드럼 형태의 반응용기의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 외부자켓 2 : 절연충

3 : 마모 라이닝 4 : 철 배스

5 : 슬래그 충 6 : 하부배스 송풍관

7 : 주입기둥 8 : 적심 송풍관

9 : 배스 깊이 10 : 기체공간

11 : 전이영역 12 : 고온 방출파이프

13 : 상부-송풍용 송풍관 14 : 후연소 분사

15 : 용융물 일부 16 : 비말

17 : 용융물 일부 18 : 화살표

19 : 분무분사

본 발명은 금속과 슬래그로 이루어진 용융물과, 상기 배스면의 하부 및 상부에 위치된 도입수단을 통하여 금속배스에 공급되는 상기 용융물을 위한 반응인자, 그리고 상기 기체공간 즉, 스틸 용융물 상에서 산화제와 함께 후연소 되는 상기 금속 배스로부터 배출되는 기체를 포함하는 야금반응로의 내화성 라이닝을 보호하기 위한 방법에 관한 것이다. 선행기술에는 연소 가능한 기체들이 배스 표면상의 용융 및 반응로 내에서의 부분적으로 또는 완전히 연소되는 다수의 야금학적 공정들이 포함되어 있다. 넓은 범위에서 용융물 상에서의 이러한 완전한 기체연소는 이미 시멘스-마틴로(Siemens-Martin furnace) 내에서 일어났고, 그 결과로 열은 배스로 전달 되어진다. 철광석들의 용융 환원에 대하여 개발된 칼도 제강공정(Kaldo steelmaking process) 및 도어드 공정(Dorde process)에서는 고온에 의한 철 용융물상에서의 반응기체들의 후연소에 대한 내화성 라이닝에 대한 문제점들이 최초로 제기 되었다. 예를 들면, 1958년 8월 '아이언 앤드 스틸(Iron & Steel)' 419 내지 421 페이지의 칼도공정에 대한 간행물에서는 회전 전환로(rotating converter)의 라이닝 및 그의 내구성에 대한 수치들을 나타내었으며, 이는 각 배치당 대략 4 내지 7mm의 마모비를 나타내고 있다. 이들 값들은 현재의 제강용 산소 전환로 들로부터 얻은 비교 데이터들 보다 10배나 더 높다. 현재 회전 전환로들의 높은 라이닝 마모는 한편으로는 내화성 물질을 용율물로 적셔 주는 온도의 변화 및 다른 한편으로는 라이닝 표면상에서의 철 방울의 산화에 기인하였다. 도어드 공정 상에서의 높은 내화성 물질의 소모의 영향은 1976년부터 레오벤(Leoben)의 광산대학에 의하여 철의 직접 환원에 대한 서지학적 연구에 의하여 강하게 나타난다. 여기에서 이 연구는 "가동플랜트 (도어드공정)에서의 내화성 물질의 소모는 앞서 예견되었던 것보다 휠씬 높다. 이러한 문제는 심지어 특정한 연구들에 의하여도 해결되지 않았기 때문에 가동플랜트들은 1968년에 폐쇄되었다."라는 결론을 이끌어 내었다.

기본적인 상부-송풍 전환로에서의 제강의 신속한 개발 후에, 전환로 내에서의 철 용융물로 부터 반응기체들의 후연소 및 그 결과의 열을 활용하여 전환로내에서의 에너지 균형을 개선시키는 아이디어가 겨우 최근 바닥-송풍 OBM 전환로의 도립 후에야 제강업자들에 관심을 끌었다. 70년대 초기 전환로 내에서 반응기체, 주로 CO 및 H₂를 산소공급에 의하여 후연소 시키는 몇몇 특허들을 출원하였다. 대표적인 예들로는 미합중국 특허 제 3,839,017 호 및 동독 특허 제 101,916 호가 있다. 그러나 이들 특허권들에서 기술된 바와 같은 단순한 후연소는 상층 전환로 공간에서 조기 내화마모를 일으키게 되고, 강철 제련 공정의 열균형에 아무런 측정할 만한 개선점도 검출되지 않았다. 단지 독일연방공화국 특허 제 27 55 165 호에서 최초로 기술된 신규한 산소 상부-송풍 기술로 제강전환로에서의 후연소가 가능하게 되며, 그 결과의 열이 충분히 용융물에 잇점을 주며 그에 따라 정련공정에서 열균형이 가능하게 된다. 이 방법에서의 필수적인 특징은 실제 대부분의 정련공정 동안에 20 내지 80%의 양의 신선한 산소를 전환로 기체 공간에서 자유-분사로서 하나 또는 그 이상의 기체 분사를 통하여 배스 표면상으로 향하도록 공급하고, 그리고 산소의 잔여량을 배스 표면 아래로 주입하는 것이다. 상기 기체공간에서 이들 자유-분사는 이들이 상당량의 전환로 폐가스를 흡입하는 일정 거리 이내를 망라한다. 주로 CO 및 CO₂를 포함하는 기체 분사는 배스 온도보다 2500℃로 추정되는 상당히 더 높은 온도의 용융물의 표면을 타격한다. 이 방법은 전환로의 기체공간에서의 라이닝 마모를 분명히 증가시키지는 못하며, 단지 대략 80 내지 90%의 용융물에의 열전달을 위한 높은 효율에서의 20 내지 25%의 후연소의 정도를 달성하였다.

독일연방공화국 특허 제 3903 705 호는 반응기체들의 후연소를 위한 방법 및 장치와 이 방법의 사용에 관한 것이며, 기체분사 또는 산화기체들의 분사들이 나선을 갖는 하나 또는 그 이상의 송풍관을 통하여 배스 표면상에 송풍됨을 특징으로 한다. 이 방법은 제강, 철광석의 용련환원 및 철 배스에서 석탄의 기화에서 사용되어진다. 소용돌이 계수를 변화시켜 40 내지 80% 사이에서 신뢰할 정도로의 후연소 및 후연소로부터 얻어진 에너지를 철 용융물로 재순환의 효율을 80 내지 90% 사이로 조절할 수 있다.

이들 높은 후연소의 정도에서 용융물로 우수한 열 재순환에도 불구하고 반응로의 기체 공간에서 매우 높은 온도가 발생한다. 알려진 한도 내에서 관계식으로 2700 ℃ 이상의 기체 온도가 계산되어질 수 있다. 이러한 높은 후연소도의 공정 조절은 열의 피로과다에 의해 내화성 용기가 조기 마모되는 커다란 위험을 내포한다.

반응로의 기체 공간 내에서 높은 온도와 그에 관련된 잠재적인 문제점들을 피하기 위하여, 유럽 특허출원 제 04 18 627 호에서의 용융환원방법은 서로 다른 경로를 경유한다. 반응기체들의 후연소는 발포된 슬래그 층 내에서 발생한다. 상기 특허출원에 따르면, 산소는 상기 배스 표면 아래에 위치한 송풍관들을 경유하여 직사 및 순환 기체와 함께 동시에 상부-송풍되어 공급한다.

이 공정은 배스 표면 입방미터 당 2000 kg의 최소량의 슬래그가 존재하여야 함을 특징으로 한다. 이는 90%의 열 재순환과 함께 40% 이상의 후연소의 정도를 획득한다.

상기 선행기술에 의하여 나타난 바와 같이, 상기 방법들은 철 용융물 상에서의 높은 후연소도를 얻기 위한 것으로 알려졌다. 또한 전체 방법의 경제성을 위협하지 않도록 하기 위하여 대략 45% 이상의 후연소의 한계 내에서 상기 용기 라이닝의 조기의 마모를 유지하기 위한 개념들이다. 그러나 2000 ℃ 이상의 기체공간 온도에 저항하는 내화성 물질 또는 이러한 높은 온도로부터 용기 라이닝을 보호하기 위한 방법이 없었다.

따라서 본 발명은 상기 반응기체들의 후연소 동안 높은 온도에도 불구하고 상기 기체공간 내에서의 내화성 라이닝의 조기 마모를 방지하기 위하여 야금반응용기의 기체공간 내에서의 내화성 라이닝을 보호하는 것을 가능하게 하는 방법을 제공하는 문제에 기초하고 있다. 야금반응용기의 수명을 연장하고, 그에 의하여 강철 및 철합금을 생산하는 방법, 철 배스 내에서 석탄의 기화, 철을 함유하는 광석들의 용융환원 및 비철금속들을 생산하는 방법의 경제성을 개선하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.

이 문제는 본 발명의 방법에 의하여 금속 배스내에서 기체상의 반응제 및/또는 비활성으로 작용하는 기체들을 상기 배스 표면하의 용융물로 공급하고, 그리고 분수와 같이 돌발적으로 솟아오르고 발출되는 방울, 비말(飛沫), 액상부분 형태의 용융물 및/또는 용융물의 파동 및 철썩임에 의하여 야금반응로의 기체공간내의 전체 내화성 라이닝 표면을 적심으로써 해결되었다. 본 발명의 목적은 기체상의 반응제들 및/또는 금속 배스 내에서 비활성으로 작용하는 기체들을 상기 배스 표면하의 용융물에로 공급하고, 그리고 야금반응용기의 기체공간내의 전체 내화성 라이닝 표면을 방울, 비말, 분수처럼 돌발적으로 솟아오르거나 발출되는 액상 부분 형태의 소량의 용융물 및/또는 용융물의 파동 또는 철썩임에 의하여 적시는 것을 특징으로 하는 금속과 슬래그, 배스 표면의 상부 및 하부에 위치하는 공급수단들을 경유하여 금속 배스로 공급되어지는 용융물에 대한 반응제로 이루어진 용융물 및 기체공간 즉, 용융물의 상부 공간에서 산화제와 함께 후연소 되어진 용융물에서 배출되는 기체들을 포함하는 야금반응용기의 내화성 라이닝을 보호하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 언급된 방법을 철 및 철 합금의 제조, 철을 함유하는 광석들의 용융환원, 철 배스 내에서 석탄의 기화 및 비철금속들을 정련하고 생산하는데 사용하는 것이다.

본 발명은 앞의 경우와는 대조적으로 기체의 배스 표면하의 용융물의 공급이 용융물의 강한 배스 운동을 일으켜 용융물의 일부가 방울, 비말, 분수와 같이 돌발적으로 솟아오르거나 발출되는 액상 부분 형태의 소량의 용융물 및/또는 용융물의 파동 또는 철썩임에 의하여 기체 공간의 라이닝을 타격 한다는 발견에 기초하고 있다.

본 발명에 따르면, 반응용기의 기체 공간 내에서 이러한 분수와 같이 벽의 표면상으로 분출되는 용융물 부분의 비등하는 배스 운동은 바람직한 것이다. 선행기술들은 예를 들어 회전하는 드럼 전환로에서 라이닝 표면이 용융물로 적셔지고, 상부-송풍 분사에서 높은 기체 온도에 기인하는 후연소의 정도가 높은 경우에 반응용기의 기체공간내의 내화성 라이닝이 명백하게 마모가 증가함을 나타낸다고 가정하고 있기 때문에 이러한 발견은 매우 놀라운 것이다.

예를 들어 회전 운동 동안에 용융물에 의하여 라이닝 표면이 적셔지고 이따라 후연소 되는 기체 분사에 의한 높은 열부담 사이의 빠른 반복을 하는 칼도 회전 전환로 같은 공지의 방법에서, 특별히 이러한 상부 전환로 영역에서의 내화성 물질의 소모는 공정의 경제성에 위험한 형태가 된다. 조합-송풍 KMS 제강 전환로에서 대략 30% 정도 이상의 후연소의 증가는 반응용기의 기체 공간 또는 후드에서의 조기의 마모를 유발한다.

야금반응용기의 기체공간내의 내화성 물질의 내구성이 상기 반응용기 내에서 30% 이상 85%까지의 후연소도가 증가하고 그리고 70% 이상 90%까지 상기 용융물로 높은 열 재순환에서 그리고 용융물의 일부를 방울, 비말, 분수와 같이 솟아오르는 액상 부분으로서의 강한 배스 운동을 일으키는 하부배스 송풍관 내에서의 기체 유속에서 동시적으로 개선된다고 하는 본 발명이 기초하고 있는 상기 발견은 모두 보다 놀랍고 또한 예측 불가능한 것이다.

예를 들면, 방울, 커다란 비말, 분수와 같이 돌발적으로 솟아오르거나 발출되는 용융물 부분 또는 파동이나 철썩거리는 운동에 의하여 라이닝 표면에까지 옮겨지는 용융물 부분에 관계된 크기들은 중요한 역할을 하지 않는다. 중요한 것은 단지 용융물에 의하여 적셔지는 반응용기의 기체공간내의 전체 라이닝 표면이다. 지금까지는 이러한 적셔지는 층의 두께 또한 명백하게 감지할만한 영향을 나타내지 않으며, 따라서 어떠한 층 두께, 크거나 또는 작은, 균일하거나 균일하지 않은 모든 층을 가정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 기체공간내의 내화성 라이닝 표면의 적심은 배스 아래의 송풍관을 경유하여 용융물 내로 흐르는 기체들 즉, 기체상의 반응제들 및 금속 배스 내에서 비활성으로 작용하는 기체들의 유속을 통하여 반응용기 내에 위치하는 용융물들에 의하여 조절될 수 있다. 상기 반응용기 내에서 용융물의 최소의 누적 높이에서 0.2 N㎥/min.t와 30 N㎥/min.t 사이의 유속, 바람직하게 2 N㎥/min.t와 10 N㎥/min.t 사이의 유속이 유용하다는 것이 증명되었다. 이 최소의 누적 높이는 배스 표면에 기초하고 있으며, 0.3 m 이상, 바람직하게는 0.5 m 이상이다.

본 발명의 중요한 특징은 배스 표면 아래의 용융물 내로 흐르는 기체들의 유속이 용융된 배스의 수준 및 최대의 반응용기 높이에 관련되어 나타나고 조절되어진다는 것이다. 첫 번째 단계는 반응용기내의 용융물 배스의 톤수와 반응용기내의 용융물의 최소의 누적 높이에 대한 유속에 대한 관계이다.

기체 유속, 배스 수준 및 기체 공간 높이에 사이의 관계를 보다 상세하게 다루기 전에, 용융물의 작동법과 그 위의 기체공간을 본 발명의 방법의 적용에 대한 그 자체로서 존재하는 대로 기술할 것이다. 기체는 용융물의 일부가 상기 배스 표면으로부터 분수와 같이 융기하도록 높은 유속으로 하부배스 송풍관을 경유하여 용융물내로 송풍되어진다. 기체들 및 용융물의 속도는 자유 분사 또는 분사들로서 액체를 분수와 같이 라이닝 표면으로 옮겨, 그에 의하여 라이닝 표면을 적시기에 충분하다. 이러한 작동법은 단지 비말과 방울들로 분리되어지며, 제강용 전환로의 송풍동작과 비교하여 보아 비등하는 것 같은 종래의 용융 배스의 동작과는 명백하게 구별되어 진다. 야금반응용기 내에서 용융물의 작동법을 조절하고 그에 의하여 용융물의 일부가 분수와 같이 충분한 속도로 배스 표면에서 분리되어 기체 공간내 내의 용기 라이닝의 표면으로 이동되어 라이닝의 표면이 적셔지도록 하는 것이 본 발명의 필수적인 특징이다.

서로 다른 야금반응용기들에 대하여 명백하고 재현 가능하게 기체들의 배스 표면 하부의 최적 주입조건들을 포함하는 라이닝 표면을 적절히 적시는 이러한 본 발명의 작동법을 기술하기 위하여 여러 모델 실험 및 운동에너지와 용융물 내에서의 기체의 부력 관례를 고찰하는 수학적 모델을 기초로 하는 관계식이 개발되었다.

분수형이 분무높이 h_f[m]은 기체 유속 Q_v[㎥/sec]를 배스상의 송풍관 깊이 h_b[m]로 나눈 몫의 2/3의 계승에 대락적으로 대응한다는 것이 밝혀졌으며,

h_f~(Q_v/j_b)2/3 또는 h_f=2.3(Q_v/h_b)2/3

이로부터 최적의 기체 주입조건하에서의 벽 적심에 대한 하기의 관계식이 유도되었다:

(h_r/h_f) 또는 (h_r/((Q_v/h_b)2/3)≤2.3 바람직하게는 < 1.7

여기서 h_f는 h_r보다 높고, h_r은 기체공간 높이[m]에 대응한다.

상기 식에 따라 2.3 보다 작거나 또는 동등한, 바람직하게는 1.7 보다 작은 값으로 조정되어 진다. Q_v는 송풍관 입구에서의 압력과 온도로 보상된 하나의 송풍관에 대한 기체 유속이다.

물론 본 발명의 방법에서는 하나 이상의 송풍관에 의하여 작동하며, 송풍관들 사이의 거리는 이들이 대략 20°의 구멍각을 갖도록 상기 하부배스 송풍관 위의 용융물 내에서 형성될 때 퍼져나가는 주입 기둥이 서로 겹쳐지지 않도록 한다. 배스 깊이 h_b[m]와 송풍관 직경d[m] 사이의 관계 또한 유의하여야 한다. h_b/d의 몫은 20 보다 큰 값으로 설정되어야 한다. 이러한 관계를 유의한다면 기체가 통상적인 작동조건하에서 용융물을 통과하여 송풍되지 아니하고 따라서 소위 송풍-통과(blow-through)를 피할 수 있다.

몇몇 경우에 있어서 상기 언급되어진 구체화된 관계를 준수함이 없이 선택적으로 반응용기의 기체공간내의 라이닝 표면을 적시기 위하여 비활성으로 작용하는 기체들을 송풍하는 별도의 하부배스 송풍관을 동작시키는 것 또한 본 발명의 범주내에 속한다. 비활성 기체들 또는 용융물 내에서 비활성으로 작용하는 기체들로는 예를 들어 아르곤, 질소, 일산화탄소 또는 유사한 기체들 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.이들 특별한 적심 송풍관은 보통의 하부배스 송풍관의 사각에서 라이닝 표면을 적시는데 사용될 수 있다. 이들은 또한 예를 들어 낮은 깊이의 배스 영역에서 사용될 수도 있다. 따라서 이들 송풍관들은 상기 관계식에 따라 설계되지 아니하고, 따라서 운동에너지의 의하여 지배되는 분수같이 솟아오르는 용융물 일부의 발출을 일으키지 아니한다. 대신에 이들 적심 송풍관은 고속으로 용율물 내로 들어가는 비활성 기체들의 운동에너지를 활용하고, 그리고 비말들과 방울을 라이닝 표면으로 옮긴다. 이들 적심 송풍관들은 단지 개개의 경우에서 그리고 주로 낮은 깊이의 배스에서 사용되어지며, 주입되는 비활성 기체들이 용융물과 반응하지 않기 때문에 이들 특수한 송풍관들의 동작은 본 발명의 방법의 과정을 방해하지 않는다.

야금반응용기의 기체공간 내에서 용융물로부터 방출되는 반응기체들의 후연소도를 높이기 위한 최적의 사전 조건들을 얻기 위하여, 주로 공기, 산소 또는 이들의 혼합물인 산화제를 소용돌이 및/또는 원주형의 기체 분사로서 배스 표면 쪽으로 주입할 수 있다. 상기 산화기체들, 예를 들어 공기를 1200 내지 1500℃이 온도로 예열할 수 있다.

야금반응용기의 기체공간은 방울, 비말, 분수처럼 돌발적으로 솟아오르거나 발출되는 용융물의 형태를 집단적으로 "용융물의 일부"라 언급되어지는 액체 부분을 포함한다. 이들 액체 입자들은 후연소되는 기체 분사내에서 가열되어지고, 용융물 내로 재낙하되어 후연소로부터 나오는 열을 용융물로 상당량의 에너지 전달을 수행한다. 용융물의 표면은 공정의 작업 동안에 용융물의 혼합 분수, 반응기체와 다른 크기의 가스 방울의 형태와 깊이 연장된 기체 기둥형태인 후연소 기체들로 이루어진 전이영역으로 용융되어진다. 이 전이영역은 또한 후연소되는 열을 용융물로 재전도 함에 있어 상당히 중요하다. 단지 기체들의 후연소에 대한 상부-송풍 기술과 용융물 부분 및 전이영역에 의하여 투과되어지는 기체공간의 잇점들의 결합효과가 특히 높은 후연소도에서 70%이상의 양호한 효율로 열을 재전도할 수 있다.

상기에서 기술된 상기 기체공간 내에서 후연소를 위한 산화제의 상부-송풍 기체분사에서의 온도가 2700℃이상의 값으로 예측될 수 있음에 반하여 본 발명의 방법을 수행하는 동안의 용융물의 온도는 정상적으로 1300 내지 1600℃ 바람직하게는 135 내지 1500℃이다. 상기 용융물의 온도를 상기 야금반응용기 내의 기체공간온도 보다 명백하게 낮게 조절하는 것이 본 발명의 필수적인 특징의 하나이다. 상기 반응용기내의 상기 용융물과 상기 기체공간의 온도차이는 100℃ 내지 1400℃ 사이가 될 수 있다. 이들 온도차는 일차적으로는 후연소 동안의 열 하중 즉, 후연소의 정도에 의하여 결정되어진다. 반응기체들의 후연소를 위하여 사용되어지는 산화제들의 예열온도, 주로 산화제로서 적절하거나 또는 상기 산화기체들을 예열하기 위하여 사용되는 다른 혼합된 기체들을 포함하는 공기, 산소 또는 이들의 혼합물들의 예열온도 또한 여기에서 효과를 갖는다.

본 발명에 따르면, 배스 표면 아래의 용융물 내로 유도되는 기체들의 유속에 의하여 조절되는 상기 용융물의 분수와 유사한 부분들은 상기 반응용기의 기체공간내의 라이닝 표면상으로 뿌려지고, 이러한 라이닝의 적심은 그 자리에서 내화성 물질 자체의 표면이 냉각되는 원인이 된다. 그 표면이 용융물에 의하여 적셔지지 아니하였다면 반응기체들의 후연소에 기인하는 높은 기체온도에 노출되어지는 바로 그 위치에 이러한 직접적인 냉각은 상기 반응용기의 기체공간내의 내화성 물질의 내구성의 개선을 명백하게 일으킨다. 본 발명에 따른 방법을 적용시키지 않은 경우에 상기 반응용기의 상기 배스 영역 상의 기체공간내의 라이닝이 조기에 마모되는 반면에, 이제는 반응용기 전체에 걸쳐 라이닝의 균일한 마모를 얻을 수 있다. 본 발명의 방법은 상기 반응용기의 기체공간에서 내화성 라이닝 표면을 용율물로 쉴새없이 적셔주어 그 자리에서 전체적으로 냉각시켜준다.

본 발명의 방법에 의한 야금반응용기의 기체공간내의 내열성의 라이닝의 보호는 크게 두가지의 관점에서 기지의 방법보다 명백하게 월등하다. 우선, 상기 라이닝 표면의 냉각은 그 자리에서 및 특히 연속적으로 즉, 벽 표면상의 온도 스트레스의 변화없이 일어난다. 두 번째로, 용융물의 일부가 라이닝 표면상에 뿌려지며 동시에 후연소되는 기체 분사의 열 방사로부터 라이닝을 보호하고, 단지 용융물의 온도보다 무시할 정도로 더 높은 온도의 일정한 라이닝 온도가 얻어진다.

높은 환원 잠재력을 갖는 금속 방울이 라이닝 표면을 타격하고, 그리고 라이닝 표면을 보통 명백하게 내화성 물질의 마모를 일으키는 과열되어진, 산화된(높은 FeO 함량을 갖는) 슬래그로부터 보호한다.

더욱이, 벽 표면상으로 분무된 용융물의 일부와 용융물의 파동 및 철썩거리는 운동에 의하여 내화성 라이닝 상으로 옮겨진 용융물들은 라이닝의 집중적인 냉각 및 보호의 결과를 가져온다. 이들의 일정한 갱신으로 인하여 상기 젖은 층들은 새로운 용융물로 대체되기 전에는 어느 정도의 높은 정도까지 가열되지 않는다. 용융물들이 기체를 통과할 때, 용융물 일부의 온도 증가는 대략 50℃의 최대 값이 얻어진다.

대조적으로, 공지방법 예를 들어, 회전 전환로에서는 상기 표면은 완전히 적셔지기는 하나, 라이닝이 상기 용융된 배스로부터 솟아오르자마자 라이닝은 열 방사 및 대류에 의하여 상기 반응기체의 후연소의 높은 온도에 노출된다. 이러한 항상적인 온도변화는 공지된 바와 같이 아마도 이러한 반응용기의 기체 공간내의 내화성 물질의 조기의 마모원인이 될 수 있다.

본 발명에 따르면, 야금반응용기의 기체공간내의 내화성 라이닝의 표면은 상기 용기내의 용융물로부터 발출되는 새로운 일부로 계속적으로 대체되는 용융물로 완전히 적셔지고, 그 다음에 라이닝 면으로부터 떨어지거나 또는 흘러 내린다. 상기 라이닝 표면상으로 불어 올려지는 용융물의 일부의 추정량은 벽표면에 대하여 대략 50kg/min.m²이다. 물론 이 수치는 대략적으로 추정된 값이며, 라이닝 표면이 쉴새없이 적셔지는 한편으로 용융물의 다른 덩어리 부분이 상기 반응용기의 기체공간의 다른 영역내의 내화성 라이닝의 표면을 적실 수 있다는 것이 본 발명에서의 필수요소이다.

하기에 본 발명을 도면 및 비제한적인 실시예와 함께 보다 상세하게 설명하였다.

드럼 형태의 반응용기는 강철판으로 만들어진 외부자켓(1)을 가지고 그리고 절연층(2)과 마모 라이닝(3)으로 이루어진 내화성 라이닝을 포함한다. 반응 기체들은 하부배스 송풍관(6)을 통하여 슬래그 층(5)를 갖는 철 배스(4)로 형성된 용융물 내로 송풍되어져서 용융물 내에서 주입기둥(7)을 형성한다. 적심 송풍관(8) 또한 도시되어져 있다.

배스 깊이 h_b는 도면부호 9로 표시되어 있고 기체공간 높이 h_r은 도면부호 10으로 표시되어 있다. 도면부호 11은 별도로 전이영역을 나타낸다.

상부-송풍용 송풍관(13)은 고온 방출파이프(12)를 경유하여 뜨거운 공기 즉, 1250℃의 온도로 예열된 공기를 공급한다. 이 후연소를 위한 송풍관(13)은 후연소 분사(14)를 이 용련 환원용기의 기체공간(10)내로 송풍한다. 상기 후연소된 방응기체들은 용융물(9)로부터 일부(15)를 타격하여 분수와 같이 용융물을 방울과 비말(16)로 흩뿌린다. 이들 방울 및 비말(16)들의 형태의 용융물의 일부와 돌발적으로 발출되는 부분(15)들 및 파동 또는 철썩임의 운동을 하는 용융물의 일부(17)들은 화살표(18)로 표시된 라이닝 표면을 적신다. 라이닝 표면의 적심의 현상은 본 발명의 필수적인 특징이며, 여기에서 적심용 송풍관(8)과 그의 분무분사(19) 또한 기여하게 된다.

철광석의 용련 환원을 위한 시험용 전환로는 3%의 탄소함량과 1450℃의 온도를 갖는 대략 8톤의 철 용융물을 포함한다. 34%의 CaO, 26%의 SiO₂, 5%의 FeO, 12%의 MgO 함량과 그에 따른 1.3의 염기도를 갖는 1.5톤의 슬래그층이 이러한 용융된 배스상에 부유한다. 62% 철 함량을 갖는 철광석이 대략 46kg/min으로 상기 하부배스 송풍관을 통하여 이러한 철 용융물내로 송풍된다. 동시에 85%의 탄소, 3.0%의 수소, 1.6%의 산소, 0.7%의 황 및 7%의 회분의 조성을 갖는 분쇄된 석탄이 22kg/min으로 상기 배스 내로 도입된다. 대략 3시간의 작동시간 후에, 5톤의 철과 1.8톤의 슬래그가 탭 홀(tap hole)을 경유하여 상기 용련 환원용기로부터 꺼내어진다.

대략 30N㎥/min의 반응기체 및 10N㎥/min의 비활성 기체가 상기 용융물로부터 상기 기체공간 내로 빠져 나오고, 그리고 그 곳에서 1150℃ 예열온도의 105N㎥/min인 뜨거운 공기와 함께 후연소 된다. 57%의 평균 후연소의 정도가 얻어지며, 이는 85%의 열효율로 상기 용융물로 재전도된다. 3N㎥/min의 질소로 동작되는 여섯 개의 배스하에 따르면 라이닝 표면에 대하여 50kg/min·㎡의 용융물의 일부가 상기 반응용기의 기체공간내의 라이닝 표면상으로 옮겨지고 그리고 그 자리에서 내화성 물질을 냉각시킨다. 이러한 시험용 플랜트를 6개월 동안 가동후에, 이 용련 환원용기의 배스 및 기체영역 내에서의 균일한 내화성 물질의 소모가 검출되었다.

야금반응용기의 기체공간내의 내화성 라이닝을 보호하는 방법은 강철 및 철을 함유하는 합금의 생산, 철을 함유하는 광석의 용련 환원, 철 배스 내의 석탄의 기화 및 비철금속들의 정련에 적용되어질 수 있다. 반응제들을 공급하고 그리고 특히 기체상의 반응제들을 배스 표면 아래의 용융된 배스로 공급하는 모든 야금학적 방법들에 대하여, 본 발명의 방법은 이들 방법들의 특정한 작동 조건들에 적합하도록 매우 큰 유연성을 가짐을 특징으로 한다. 이러한 공정의 변형 및 상기 언급한 여러 작동조건들 및 유사한 야금학적 공정들에의 특정한 적용들은 본 발명의 범주에 속하는 것이다. 이 방법의 필수적인 특징들은 실행되어진 것이며, 기체공간 내에서의 주된 온도보다 낮은 온도를 갖는 용융물을 상기 라이닝 표면에로 옮기므로써 야금반응용기의 기체공간내의 라이닝 표면을 그 자리에서 냉각시키는 한에는 본 발명의 범주에 속하는 것이다.

Claims

금속과 슬래그로 이루어진 용융물, 금속 배스 표면의 상부와 하부에 배치된 도입수단을 통해 상기 금속배스에 공급되는 용융물을 위한 반응제, 상기 배스 표면 아래의 용융물에 공급되는 금속배스에서 비활성으로 작용하는 기체상 반응제 및/또는 기체, 증류 용융물 위의 공간이 기체공간에서 산화제와 함께 후연소되는 용융물로부터 배출되는 기체를 포함하는 야금반응용기에 있어서, 상기 전체 내화라이닝 표면은 상기 야금반응용기의 기체공간에서 방울, 비말, 분출성으로 솟아오르거나 품어내는 액상부분 및 분수 같은 형태로 용융물의 일부량에 의해 그리고/또는 용융물의 파동 또는 튀어오름에 의해 적셔지고, 상기 용융물에 의한 상기 반응용기의 기체 공간내의 내화성 라이닝 표면의 적심은 하부배스 송풍관을 통해 상기 용융물로 공급되어지는 기체상의 반응제들 및/또는 상기 용융물 내에서 비활성으로 작용하며 0.2N㎥/m.t 내지 30N㎥/m.t의 유속을 갖는 기체들의 유속에 의하여 조절됨을 특징으로 하는 야금반응로의 기체공간내의 내화성 라이닝을 보호하는 방법.
제1항에 있어서, 방울, 비말, 분수와 같이 돌발적으로 솟아오르거나 발출되는 액상 부분의 형태로 및/또는 용융물의 파동 또는 철썩임을 통해 내화성 기체공간 표면을 타격하고 라이닝을 적시는 용융물의 일부 량은 서로 다른 비율로 조절됨을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 하부배스 송풍관을 통해 공급되는 기체상의 반응제들의 유속은 상기 반응용기의 기체 공간내의 전체 라이닝 표면을 적시기 위하여 용융 배스의 수준 및 최대 반응용기 높이에 따라 조절됨을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 하부배스 송풍관의 기체 유속 Q_v[N㎥/min], 용융 배스의 높이 h_b[m] 및 기체공간높이 h_r[m] 사이의 이하 관계식 (h_r/((Q_v/h_b)2/3)≤2.3이 상기 반응용기의 기체공간내의 라이닝 표면을 적시기 위하여 사용되어짐을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융물의 배스 깊이 h_b에 대한 각 하부배스 송풍관의 내경 d가 몫 h_b/d에 의한 20 보다 더 크도록 설계되어짐을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 하부배스 송풍관들은 단지 상기 반응용기의 기체공간내의 라이닝 표면을 선택적으로 적시기 위하여 상기 관계식과는 별개로 비활성 작용 기체들과 함께 부가적으로 작동되어짐을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 반응용기내의 상기 용융물 및 상기 기체공간 사이의 온도차이가 100 내지 1400℃로 조절되어짐을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응용기의 기체공간내의 내화성라이닝 표면이 표면에 대하여 적어도 50 kg/min.㎡ 용융물의 일부 양으로 적셔짐을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 반응용기 내에 용융물이 용융물과 기체공간 온도의 온도차가 약 100℃ 내지 400℃가 되게 기체공간 온도 보다 현저히 낮은 배스 온도로 조절됨을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응용기의 기체공간에 내화성 라이닝면이 용융물로 적셔짐에 의하여 그 자리에서 냉각되어짐을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 반응용기의 기체공간내의 내화성 라이닝 표면이 용융물로 연속적으로 및 완전하게 적셔짐을 특징으로 하는 방법.