KR100370632B1 - 회전로에서금속장입물을용융하는방법과이러한방법을실행하기위한회전로 - Google Patents

Abstract

산소 버너(5)가 설치된 회전로(1)에서 실행되는 방법은 노에서 1.5% 이상비율의 고체 연료 장입물을 금속 장입물에 첨가하는 단계와, 노에서 혼합된 장입물의 방향으로 하나 이상의 산소 분출물을 버너(5)의 아래쪽에 위치한 하나 이상의 노즐(2)에 의해 주입하는 단계를 포함한다.

Description

회전로에서 금속 장입물을 용융하는 방법과 이러한 방법을 실행하기 위한 회전로

공지된 방법에 있어서, 화학양론적 조건에서 제어되는 산소 버너는, 연소가 행해지는 조건을 제한하고 그 결과로서 노에서의 장입물을 용융 속도를 제한하는 바람직하지 않은 불연성(不燃性)의 휘발성 화합물의 생성을 제한하기 위해, 선택적으로 그리고 순전히 야금학적 이유에서 일반적으로 1%를 초과하지 않는 소량의 고체 연료를 함유하는 금속 장입물의 용융을 보증한다.

독일-A-4142301호 공보에는 화학양론적인 조건하에서 강력한 산소 연료 또는 공기 버너를 사용하여 고체 물질을 용융하는 방법이 개시되어 있으며, 그 방법에서는 노 내에서 철제 튜브를 이용하여 산소를 첨가한다.

본 발명은 적어도 1개의 산소 버너가 장착된 회전로(rotary furnace)에서 금속 장입물(metal charges)을 용융하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 금속 용융로의 실시예를 개략적으로 나타내는 종단면도이다.

도 2는 다관(multitube) 산소 랜스의 실시예의 측면도이다.

도 3은 다관 산소 랜스의 실시예의 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 일체형 랜스가 구비된 버너의 종방향 부분 단면도이다.

도 5는 도 4의 버너의 단부도이다.

도 6은 본 발명에 따른 일체형 랜스가 구비된 버너의 다른 실시예의 종단면도이다.

도 7은 도 6의 버너의 단부도이다.

도 8 내지 도 11은 표 1 내지 표 3의 조건에 따른 작동 변수들을 나타내는 그래프이다.

도 12는 용융 속도와, 노 내의 혼합 장입물의 연소 에너지의 비율 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 목적은 전체 에너지 소비를 감소시키면서, 특정의 노에서 용융 속도와 용융 효율을 상당히 증가시킬 수 있는 개선된 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 한 가지 특징에 따른 방법은 1.5%내지 9%의 고체 연료 장입물을 용융시킬 금속 장입물에 첨가하는 단계와, 노 내의 혼합 장입물의 방향으로 적어도 하나의 산소 분사물(jet of oxygen)을 분사하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징들은 다음과 같다:

- 금속 장입물에서 고체 연료 장입물의 비율은 1.5% ∼ 9%, 바람직하게는 2% ∼ 6% 사이이다;

- 산소는 거의 음속 또는 초음속으로 분사된다;

- 산소 분사물은 버너가 작동하자마자 버너의 화염과 노 내의 혼합 장입물 사이로 분사된다.

본 발명의 다른 목적은 이러한 방법을 실행하기 위한 회전로에 관한 것으로, 이 회전로에는 산소 버너 이외에, 적어도 하나의 산소 분사물이 노의 바닥을 향하도록 배치된 적어도 1개의 산소 랜스(lance)가 포함된다.

본 발명에 따른 방법에 있어서 연소는 장입물 자체 속으로 확장되는데, 랜스에 의해 분사된 산소는, 금속과 직접 접촉하여 연소되는 고체 연료와 상호 작용하여, 반응 표면은 상당히 증가되고 이로 인해 노 내화물에서의 온도 상태에 영향을 끼치지 않고 노 내화물의 수명을 단축시키지 않으면서 용융을 가속시킬 수 있다. 또한, 전체 연소 에너지의 35%를 초과하는 상당한 비율의 에너지가 고체 연료에 의해 장입물에 제공되므로, 버너의 동력과 그 비용은 상당히 감소된다.

본 발명의 다른 특징과 이점은 첨부 도면과 관련한 이하의 실시예 설명으로부터 명백히 알 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 회전로(1)의 단부 도어(4)에는 장입물을 향해 있는 산소 버너(5)와, 가이드 장치(3)에 의하여 조정 가능하게 배치될 수 있는 산소 랜스(2)가 설치되어 있다. 본 발명에 따르면, 랜스(2)는 노(1)에서, 고속(전형적으로는 초음속)의 산소 분사물이 용융시킬 금속(전형적으로는 강)과, 통상적으로,금속 장입물의 2% 이상 비율의 고체 연료의 혼합 장입물을 향하도록 되어 있다. 상기 고체 연료는 전형적으로는 무연탄, 그래파이트 특히 전극 그래파이트, 또는 탄소와 수소를 함유하는 다른 생성물 특히, 고체 폴리오레핀(polyolefins)이다. 작동 조건의 예는 표 1 내지 표 3과 도 8 내지 도 12와 관련하여 후술한다.

도 2와 도 3에는 산소 랜스(2)의 특별한 실시예가 도시되어 있는데, 구분된 산소 분사물이 장입물의 방향으로 그리고 버너(5)의 불꽃 아래로 분사될 수 있게 하는 2 개의 하측의 산소 급송부(6)와 상측의 주요 산소 급송부(7)를 포함한다. 산소 랜스(2)의 본체에는 가이드 장치(3)의 립(rib)(8b)과 상호 작용하는 홈(8a)이 있어 랜스(2)가 노(1)에서 앞 또는 뒤로 조정될 때 하측의 산소 공급부(6)와 상측의 주요 산소 공급부(7)의 올바른 방위를 유지한다.

도 4와 도 5에는 입구(9)를 통해 도입된 산소용의 산소 분사 채널(9a)을 형성하는 셸(shell) 속으로 연료 가스를 급송하는 중앙 급송부(12)가 마련된 산소 버너가 도시되어 있으며, 상기 연료 가스는 버너 노즐 내의 산소 출구 오리피스에 놓여 있는 인젝터(10)에 의해 분사되며, 상기 인젝터는 여기서 버너의 축 둘레에 각도를 두고 분포되어 있다. 버너의 하측 부분에서는, 혼합된 산소/가스 연료 분사용 오리피스가 도 2 및 도 3과 관련하여 설명한 적어도 1개의 랜스(2)로 대체되며, 상류 부분은 중앙 연료 급송부(12)에 놓여 있다. 버너의 노즐을 냉각하기 위한 중앙 회로의 단부를 도면 부호 11로 나타내었다.

도 6과 도 7에는, 순환수용 도입부(13)에서 도입되고 순환수용 배출부(14)에서 방출되는 순환수용 주변 재킷(peripheral jacketing)(11)을 포함하는 냉각된 산소 버너가 도시되어 있다. 도 4 및 도 5의 실시예에서처럼, 상기 버너에는 산소 분사 채널(9a) 내에 놓여 있고 여기서는 각도를 두고 규칙적으로 분포되어 있는 일련의 인젝터(10)를 통해 외측으로 개방되는 연료 가스용의 중앙 급송부(12)가 포함되어 있다. 여기서, 적어도 1개, 이 경우에는 2개의 산소 랜스(2)가 산소 분사 채널(9a)의 하측 부분에 놓여 있고 인젝터(10) 아래의 버너의 외부로 개방되어 있다. 본 실시예에 있어서, 재킷(11)에 의해 냉각된 산소 분사 채널(9a) 내의 주요 산소는 산소 랜스(2)의 냉각에 기여한다.

노의 형태에 따라 산소 랜스는, 노의 축에 대해 5˚∼ 25˚의 각도로 장입물을 향해 산소 분사물을 분사하도록 조정된다. 산소 랜스에 의해 분사되는 산소 분사물의 유량은 산소 버너 내의 산소 유량의 25% ∼ 150%가 되도록 선택한다.

노의 크기에 따라, 장입물을 향해 있는 제2의 산소 랜스가 버너에 대해 노의 반대쪽 단부에 마련될 수도 있다.

산소 랜스와 산소 버너에 공급되는 산소는 유리하게는 순도 88% ~ 95%의 산소로서, PAS로서 알려진 타입의, 흡착을 이용하여 공기로부터 가스를 분리하는 유닛에 의해 현장에서 공급된다.

이하에서 특정의 작동 조건을 설명한다. 약 5.3 톤의 강 장입물 중 3.2％ 비율의 고체 연료는 무연탄이고, 산소 랜스(2)에 의해 분사된 산소는 노의 축에 대해 대략 10˚의 각도로 초음속 분사된다.

장입물에 함유되어 있는 7％의 휘발성 화합물을 재증류하기 위하여, 버너의 전출력이 가해진 후 약 10분 후에 무연탄 장입물의 일반적인 연소가 얻어진다. 이어서, 노 내의 혼합된 장입물이 적절한 온도에 도달하면, 고체 장입물 중 86.5%의 탄소는 장입물의 표면으로 떠오르면서 일산화탄소로 전환된다. 버너의 화염 아래에서, 산소 랜스에 의해 분사된 산소는, 특히 발광성이 강하고 버너의 화염에 의해 제공되는 차단 효과에 의해 장입물 쪽으로 실질적으로 완전히 반사되어 노의 벽을 보호하는 연소대(帶)를 생성한다.

따라서, 본 발명의 목적에 따라, 분사된 산소에 의해 미연소 잔류물의 높은 연소 열효율을 얻을 수 있고, 그 결과 프로세스의 전 과정을 통해 단위 시간당 에너지 산출이 증가하며, 노 내화물의 사용을 줄일 수 있고 장입물의 금속 성분의 손실은 더 작아진다.

다음의 표에서, 참고 번호 1 내지 18은 산소 분사 없이 무연탄 장입물을 감소시킨 용융 방법에 대응하고, 참고 번호 19 내지 22, 참고 번호 23 내지 28은 각각 1.5%, 3%의 무연탄을 함유하는 금속 장입물을 향해 산소 분사를 이용하는 방법에 대응한다.

표 1 내지 표 3에 나타낸 값들은 다음과 같다:

무연탄 : 금속 장입물 당 중량(kg)

시간 : 용융 시간/표에 나타낸 온도에서의 유지 시간/전체 시간

[예 "55/41/96" : 55분의 용융 시간/용융된 전체 장입물이 1361℃에서 유지되는 41분의 유지 시간/총 시간(55분+41분)]

온도 : ℃

용융 속도 : ℃/분/5.3 톤의 장입물

총 소비량 : 프로판/산소

특정 소비량 : m³/100℃/5.3톤 (버너 + 랜스)

강 분석 : Cr/C/Si

상기 표들의 참고 번호 1 내지 29 각각에 대하여 ℃/분/5.3 톤에서의 용융속도를 도시하는 도 8에 나타낸 바와 같이, 용융 속도는 15를 넘는 것으로부터 참고 번호 28과 29의 경우 20을 넘는 것까지 있는데, 노의 비연속 회전 주기는 55분에서 33분으로, 회전 간격은 5분에서 3분으로 각각 감소한다.

참고 번호 1 내지 29 각각에 대한 프로판 소비량(아래쪽 곡선)과 산소 소비량(위쪽 곡선)을 나타내는 도 9에 도시된 바와 같이, 프로판의 특정 소비량은, 상당히 안정된 산소 소비량을 유지하면서 4.6 m³까지 내려갈 수 있다.

도 10은 용융 효율이 약간의 50% 이상에서 60-65% 이상으로 변하고 있음을 나타내고 있다.

도 11은 에너지 소비량(kWh)이 대략 700 kWh 에서 600 kWh 미만까지 변하고 있음을 나타내고 있다.

도 12는, 참고 번호 1 내지 29에 따라, 용융 속도가 15℃/분 에서 22℃/분 까지 증가함에 따라 장입물의 에너지 비율이 20 미만에서부터 40을 초과하여 변하고 있음을 나타내고 있다.

Claims (11)

1. 적어도 1개의 산소 버너가 장착된 회전로에서 금속 장입물을 용융하는 방법에 있어서,

   1.5% 내지 9%의 고체 연료 장입물을 금속 장입물에 첨가하는 단계와,

   적어도 하나의 산소 분사물을 노 내의 혼합 장입물의 방향으로 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 1개의 산소 버너가 장착된 회전로에서 금속 장입물을 용융하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 장입물에서 고체 연료 장입물의 비율은 2% ∼ 6％ 사이인 것을 특징으로 하는 적어도 1개의 산소 버너가 장착된 회전로에서 금속 장입물을 용융하는 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 산소는 초음속으로 분사되는 것을 특징으로 하는 적어도 1개의 산소 버너가 장착된 회전로에서 금속 장입물을 용융하는 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 산소 분사물은 버너의 화염과 노 내의 혼합 장입물 사이에 분사되는 것을 특징으로 하는 적어도 1개의 산소 버너가 장착된 회전로에서 금속 장입물을 용융하는 방법.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 산소는 버너가 작동되자마자 분사되는 것을 특징으로 하는 적어도 1개의 산소 버너가 장착된 회전로에서 금속 장입물을 용융하는 방법.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 랜스에 의해 분사된 산소는 흡착 작용을 이용하여 가스를 공기에서 분리하는 장치에서 생성되는 것을 특징으로 하는 적어도 1개의 산소 버너가 장착된 회전로에서 금속 장입물을 용융하는 방법.
7. 한 단부에 적어도 1개의 산소 버너(5)를 포함하는 청구항 1에 따른 방법을 실행하기 위한 회전로에 있어서,

   적어도 하나의 산소 분사물이 노의 바닥을 향하도록 배치된 적어도 1개의 산소 랜스(2)도 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 장입물을 용융하는 방법을 실행하기 위한 회전로.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 랜스는 적어도 2개의 산소 분사 채널(6,7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 장입물을 용융하는 방법을 실행하기 위한 회전로.
9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 상기 랜스(2)는 버너(5) 아래에 설치되는 것을 특징으로 하는 금속 장입물을 용융하는 방법을 실행하기 위한 회전로.
10. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 상기 랜스(2)는 버너와 합체되는 것을 특징으로 하는 금속 장입물을 용융하는 방법을 실행하기 위한 회전로.
11. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 상기 버너에는 각도를 두고 분포된 복수개의 인젝터(10)가 포함되는 것을 특징으로 하는 금속 장입물을 용융하는 방법을 실행하기 위한 회전로.