KR100359138B1 - 전기로에서의슬래그후처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로에서 비철금속의 야금공정으로 발생된 슬래그를 세정하는 방법에 관한 것이며, 또한 특히 이 방법은 반연속식 세정공정에 관한 것이다. 새로운 방법에 따르면, 전기로는 2개 이상의 출탕구가 구비되는데, 하부 출탕구는 종래의 배치식으로 작동되는 노의 출탕구와 동일 높이로 배열되고, 또한 제 2 출탕구는 공급구의 높이나 공급구보다 단지 조금 낮은 위치로, 하부 출탕구보다 높게 위치된다.

Description

전기로에서의 슬래그 후처리방법{METHOD FOR CLEANING SLAG IN AN ELECTRIC FURNACE}

본 발명은, 비철금속의 제련공정에서 발생된 슬래그를 전기로에서 후처리(slag cleaning) 하는 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 반연속식 후처리 방법에 관한 것이다.

니켈 및 구리의 건식제련에 있어서는, 건조된 미분 니켈 및/또는 황산구리 정광(concentrate)이 자용로(自熔爐)로 투입되고, 그 자용로에는 정광 외에 공기, 산소 또는 공기와 산소의 혼합물, 및 모래와 같은 용제가 첨가된다. 노에서, 정광은 그 안에 장입된 다른 물질과 반응하며, 노의 바닥부에서는, 두 개의 층이 분리되어 형성되는 데, 그 두개의 층 중에서 하부층은 유가 금속의 대부분을 함유하는 매트(matte)이고, 상부층은 슬래그층인데, 그 상부층 또한 미량의 유용한 금속을 함유한다.

일반적으로, 제 1 공정단계중에 자용로 또는 다른 노로부터 얻어진 산화 슬래그는, 계속해서 환원 처리될 정도의 유가 금속을 함유하는 데, 그러한 환원 처리는 가장 일반적으로는 전기로에서 코크스와 같은 환원제에 의해 실시된다. 전기로 처리에서, 슬래그 상(相)에 포함되어 있는 유가 금속은 환원되고 분리되어 그 슬래그층 아래에 특정 매트상을 형성한다. 형성된 매트와 폐기할 수 있는 환원된 슬래그가 각각의 출탕구를 통해 모두 배출된다. 구리 및 니켈뿐만 아니라, 유가 금속에는, 슬래그내에 미량으로 존재하는 코발트 등의 비철금속 및 귀금속도 포함된다.

가장 일반적으로, 슬래그 처리에 사용되는 전기로는 배치식(batch) 공정으로 가동된다. 노의 체적 즉, 배치 크기와, 또한 다양한 단계에서 배치식으로 작업하는데 요구되는 시간 등이, 노의 처리용량을 제한한다. 따라서, 만약 정광 제련 용량이 증가한다면, 전기로도 그만큼 커져야 하며, 두 개의 전기로를 배치하거나, 다른 커다란 노로 교체함으로써 전기로 용량을 증가시켜야 하거나, 또는 환원 시간 및 세틀링(settling) 시간을 단축시켜서, 즉 회수율을 낮춤으로써 전기로 용량을 증가시키는 것이 필요하다.

배치식으로 작동하는 전기로의 용량을 증가시키기 위한 다양한 방법이 개발되었다. 기계적 혼합에 의해 슬래그 후처리를 개량한 방법이 미국 특허 제 3,857,700 호에 기술되고 있다. 환원에 사용되는 탄소를 용융 슬래그에 분사하는 방법이 미국 특허 제 4,110,107 호에 기술되어 있으며, 또한 미국 특허 제 4,168,156 호는 용융물 속으로 가스를 불어넣어 슬래그화 제거(slagging-off) 를 증가시키는 방법을 제안하고 있다.

미국 특허 제 3,666,440 호로부터, 연속식 전기로를 사용하는 슬래그 후처리방법이 공지되었다. 이러한 노의 형태에서는, 처리된 폐기 슬래그의 출탕구가,노로 공급되는 산화된 슬래그의 입구와 동일한 높이로 배열된다. 그 노의 장점은 슬래그가 노로부터 오버플로우(overflow)으로서 출탕된다는 것이다. 가장 완전하게 환원된 슬래그가 표면상에 위치되기 때문에, 그 슬래그가 우선 방출된다는 장점이 있다. 배치식 공정에서는, 슬래그 출탕구는 슬래그 후처리가 마지막으로 행해지는 슬래그 층의 바닥부에 위치된다. 반면에, 연속식 공정의 단점은, 어느 정도의 시간이 지나면, 유입된 슬래그가 가장 빠른 경로를 통해 노로부터 흘려나오고, 이 때 노 전체 부피의 대부분은 미(未) 사용 상태로 있게 된다는 점이다. 미국 특허 3,666,440 호에 따른 방법에서는, 상기 단점을 방지하기 위하여, 장입단에 위치되고 슬래그층까지 하향 연장되는 벽 구조물을 배치한다.

본 발명에 따라, 배치식 노의 용량을 증가시키기 위해서, 반연속식이라 할 수 있는 슬래그 후처리법을 개발하였다. 그 방법은 배치식과 연속식 방법의 장점을 결합하는데 목적이 있으며, 또한 동시에 양자의 방법의 단점을 최소화하는데 목적이 있다.

상술한 바로부터 알 수 있듯이, 일반적으로 전기로에서는 한번에 하나의 슬래그 출탕구가 사용되는데, 배치식 노에서는 슬래그 출탕구가 슬래그층의 바닥부에 위치되는 반면, 연속식 노에서는 스래그 출탕구가 공급구의 높이에 제공되며, 이러한 경우 환원된 슬래그는 오버플로우로서 배출된다. 노내에 하나 이상의 예비 출탕구가 설치된다는 것이 분명하지만, 이러한 출탕구들은 본 발명에서 고려하지 않는다. 새로운 방법에 따르면, 전기로는 실제적인 사용을 목적으로 하는 2 개 이상의 슬래그 출탕구를 구비하는데, 그 중에서 하부 출탕구는 종래의 배치식 노의 출탕구 높이로 위치되고, 다른 출탕구는 그 하부 출탕구보다 높게 위치되는데, 그 위치는 공급구와 같은 높이 또는 그 보다 약간 낮은 높이이다. 본 명세서에서 사용된 용어인 출탕구 및 슬래그 배출구는 동일한 것을 의미한다. 본 발명의 본질적인 새로운 특징이 첨부된 청구항으로부터 명백해진다.

본 발명에 따른 방법에 따르면, 전기로로 공급되는 배치의 양은 종래의 배치식 공정과 비교하여 20 내지 50% 까지 증가하지만, 배치의 전체 처리 시간은 동일하다.

본 발명에 따른 반연속식 전기로는 두 가지 선택적인 방법으로 작동될 수 있다. 배치 공정용 로가 개조되어, 상부 슬래그 출탕구가 노의 상부에 개설되는 경우에는, 그와 동일 위치에 론더(launder)가 마련될 것이고, 이 때, 하부 출탕구 및 론더가 노에 기 구비되어 있으면, 기 구비된 그 하부 출탕구 및 론더도 그대로 유지된다. 새로운 전기로가 만들어지는 경우에는, 배치식 배출 및 연속적인 배출의 2 가지 모두에 대해 출탕구와 론더가 개설된다.

본 발명에 따른 반연속식 공정의 제 1 작동법은 아래와 같다: 공지된 방식과 같이, 하부 출탕구를 통해 슬래그가 완전히 비워진 전기로로, 하부 출탕구가 폐쇄된 상태에서, 자용로나 다른 상응 노로부터의 슬래그를 장입하여 충진되게 하여, 전기로의 슬래그 후처리를 시작한다. 슬래그 표면으로, 코우크스와 같은 환원제가 투입된다. 최고(最高) 용융물 높이, 즉 공급구의 높이와 같은 상부 출탕구의 높이까지 노를 충진하며, 그 후에도 충진을 중단시키지 않고, 노의 통상 충진 시간의 20 내지 50 % 정도의 시간동안 계속 그 노에 슬래그가 공급된다. 오버플로우는 노의 상부 출탕구를 통해 시작된다. 적어도 상부 슬래그 출탕구는, 공급구에 대해서 노의 반대쪽에 형성되는 것이 명백하다. 상부 출탕구를 통해 넘쳐흐르는 슬래그는, 주입이 시작될 때부터 환원제와 접촉하여, 환원 및 세틀링(settling)될 수 있는 충분한 시간을 가짐으로써, 유가 금속의 함유량이 적어지게 된 슬래그이다. 노로 공급되는 슬래그가 너무 직접적으로 오버플로우로서 유출되기 시작하면, 오버플로우를 정지시켜야 한다. 제련로에서부터 전기로까지의 장입은 정지되고, 그런 후에, 통상적인 방식의 환원, 세틀링, 및 황화 처리에 의해, 전기로가 배치식 노의 양식으로 처리된다. 후처리된 슬래그의 최종 출탕이 보통의 배치식 공정과 동일한 방법으로 하부 출탕구에서 일어난다.

본 발명의 또 다른 반연속식 공정에 따르면, 론더를 갖춘 상부 슬래그 출탕구가 노의 최고 용융물 표면 아래쪽에 구성되는데, 예를 들면 최고 용융물 표면과 보통의 슬래그 출탕구간 높이의 1/2, 바람직하게는 약 1/3 의 거리에 구성된다. 초기에, 노는 상술한 방식과 동일한 방식으로 작동되는데, 다시 말해서 하부 출탕구가 폐쇄된 상태에서, 자용로나 다른 제련로로부터의 슬래그를, 완전히 비워진 전기로에 장입하여 그 전기로를 충진시킨다. 슬래그 표면으로, 코우크스와 같은 환원제가 공급된다. 노는 상부 출탕구까지 충진되고, 그 후에도 예를 들어 통상적인 노의 충진 시간의 약 20 내지 50 % 기간동안, 장입이 중단없이 계속된다. 이에 따라, 오버플로우가 노의 상부 출탕구를 통해 시작된다. 오버플로우가 적당히 발생하면, 상부 출탕구는 폐쇄되고 슬래그 표면은 최고로 상승된다. 통상적인 공정시간보다 짧은 공정시간이 지난 후, 먼저 상부 출탕구를 통해 노로부터의 슬래그 배출이 개시되는데, 그것은 슬래그의 표면층이, 이미 처리되고 환원된 슬래그로 이루어져 있기 때문이다. 적당한 시간 후, 즉 보통의 배치식 공정에서 소모되는 시간이 경과한 후, 하부 출탕구를 통해 슬래그 출탕이 마무리된다.

상술한 공정방법에서 알 수 있듯이, 반연속식으로서 배치 공정용 전기로를 작동시키는 것이 가능하며, 또한 따라서 노의 용량이 현저하게 향상될 수 있다. 유리한 조건에서, 상술한 실시예가 종래의 배치식 공정과 비교하여 2 배 이상의 슬래그의 양을 처리할 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 방법은 생산량이 많아야 할 때 특히 유용하다. 각기, 상기 방법을 이용함으로써, 새로운 노의 장치가 종래의 노보다 크기면에서 더욱 작게 디자인될 수 있다.

Claims (7)

1. 용융물의 최고 높이에 설치된 슬래그 공급구, 슬래그 층의 바닥부에 설치되는 환원된 슬래그용 슬래그 배출구, 및 매트 배출구를 포함하는 전기로에, 비철 금속의 제련 공정에서 생성된 슬래그를 공급하고, 그 전기로에 공급된 슬래그를 환원제에 의하여 환원시켜, 환원된 슬래그의 층과 그 환원된 슬래그 층 밑의 매트의 층을 형성시킴으로써, 비철금속의 제련 공정시 발생하는 슬래그를 전기로에서 후처리하는 방법에 있어서,

   상이한 높이에 상부 슬래그 배출구 및 하부 슬래그 배출구가 배치된 전기로에 슬래그를 공급하고, 슬래그 층의 바닥부에 있는 슬래그 배출구가 폐쇄된 상태에서 최고 용융물 높이까지 그 전기로를 충진시키고, 환원된 슬래그가 상기 상부의 슬래그 배출구를 통하여 밖으로 유출되게 하며, 상기 상부 슬래그 배출구로부터의 환원된 슬래그의 유출을 중단시키고, 상기 전기로로의 슬래그의 공급을 중단시키며, 상기 하부의 슬래그 배출구를 통한 슬래그를 배출시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기로에서 슬래그를 후처리하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부의 슬래그 배출구가 슬래그 공급구의 높이에 배치되는 것을 특징으로 전기로에서의 슬래그 후처리 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부의 슬래그 배출구가, 최고 용융물 높이로부터측정할 때, 상기 슬래그 공급구와 상기 하부의 슬래그 배출구간 높이의 1/2 이 되는 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기로에서의 슬래그 후처리 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 상부의 슬래그 배출구가, 최고 용융물 높이로부터 측정할 때, 상기 슬래그 공급구와 상기 하부의 슬래그 배출구간 높이의 1/3 이 되는 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기로에서의 슬래그 후처리 방법.
5. 제 2 항에 있어서, 전기로가 최고 용용물 높이까지 충진된 후에도, 노의 통상적인 충진시간의 20 내지 50% 의 시간동안, 상기 슬래그를 전기로에 충진시키는 과정을 지속시키고, 그 후에 충진을 중지시키는 것을 특징으로 하는 전기로에서의 슬래그 후처리 방법.
6. 제 3 항 또는 4 항에 있어서, 전기로가 최고 용용물 높이까지 충진된 후에도, 노의 통상적인 충진시간의 20 내지 50% 의 시간동안, 상기 슬래그를 전기로에 충진시키는 과정을 지속시키고, 그 후에 충진을 중지시키고, 상부의 배출구를 폐쇄시키고, 슬래그 표면을 최고 용융물 높이까지 상승시키는 것을 특징으로 하는 전기로에서의 슬래그 후처리 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 환원된 슬래그의 전기로로부터의 배출이, 상기 상부의 배출구를 통하여 먼저 이루어지고, 그 다음에 상기 하부의 배출구를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기로에서의 슬래그 후처리 방법.