KR100430707B1 - 산화금속광석을원료로한금속및금속합금의이중제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 방법 및 장치에 따르면, 고도로 금속화된 피드(feed) 제조시, 두 단계의 환원 과정으로 기체 환원제에 의해서만 만들어지는 중간 생성물의 경우, 연속적인 과정 및 생산성에 방해가 되는 고질적인 문제점이 야기되며, 이러 한 문제점은, 최종 금속(합금)을 제조하기 위해 마지막 단계가 용해 과정으로 이루어지는 2 중 환원 과정중 고체 상태의 예비환원 단계에서 (부분적으로 환원된) 산화 광석 시동물질을 위한 환원제로서 석탄과 같은 고 휘발성 탄소 물질을 이용함으로써 해소된다. 상기 제 1 단계의 중간 생성물은 상기 석탄으로 부터 생성된 예비-환원 과정에서 사용되는 목탄이고, 이것으로 인해, 광석과 CO와 H2
가 부분적으로 환원되는 문제점을 해소할 수 있다. 상기 환원 과정은 해크마나이트(hackmanite), 자철광 및 유사 광석, 즉 크롬 철광 및 산화 니켈 광석과 같은 철광석에 응용할 수 있다. 상기 환원 과정은 상기 제 1 단계에서 건조, 예비가열 및 부분 환원 과정을 거친후, 추가의 부분 환원 과정과 최종적인 용해 과정을 포함하는 3 중 환원 과정으로 까지 확대될 수도 있다. 상기 환원 과정을 위한 설비는 예비 환원 시퀀스를 위해 고로(高爐)또는 유동층으로 구성될 수도 있다. 상기한 3 중 환원 과정을 위해, 두 개의 관련 유동층(3,5)이 바람직하다. 부분적으로 환원된 광석, 목탄 및 플럭스(fluxes)의 주입, 열기(熱氣)의 송풍, 가스 방출과, 용탕 및 슬래그 추출을 위해 어떤 소정의 노(爐)(7)가 설치되는 한, 용해하기 위해 상기노(7)가 사용될 수도 있다. 고체 상태의 최종 환원 단계는 적어도 550℃바람직하기로는, 750-900℃의 온도에서 수행된다. 만족스런 환원 과정을 위해서는 적어도 50％, 바람직하기로는, 적어도 80％의 금속화가 요구된다.
Description
철 및 슬래그 용융 욕(molten bath of iron and slag)를 포함하는 야금 용기(이하는, "용해 환원 용기(smelt reduction vessel)"라고 지칭함))의 사용에 기초한, 용선(鎔銑;molten iron)을 제조하기 위해 철광석을 용해하는 다수의 방법들이 이미 공지되어 있다.
일반적으로 말하면, 이들 공지된 방법은 철광석 또는 부분적으로 환원된 철광석 및 탄소 물질의 소스를 철 및 슬래그 용융 욕 속에 주입하는 단계를 포함한다. 상기 용융조속에서, 상기 철광석 또는 부분적으로 환원된 철광석이 금속철로 환원되어 용해된다. 환원제 및 열에너지의 소스로서 뿐만 아니라, 선철(銑鐵;pig iron)(전형적으로 금속 속에 1-4 중량%가 함유됨)을 제조하기 위해 상기 용융 욕을 침탄(浸炭)처리하는데 상기 탄소 물질(고체 또는 기체 형태를 취함)이 필요하다.
이미 알려진 다수의 방법에 있어서, 상기 용해 환원 용기로 부터 방출되는 반응 가스는 상기 부분적으로 환원된 철광석을 상기 용해 환원 용기속으로 이동시키기 전에, 고로(高爐; shaft furnace)와 같은 예비-환원 용기속에서 철광석을 예비 가열하고 부분적으로 환원시키는데 사용된다. 이들 공지된 방법은 일반적으로 두 단계의 연결과정으로서 설명된다.
본 발명은 광석 및 부분적으로 환원된 광석과 같은 금속 산화물로부터, 전적으로 철 및 철 합금만이 아닌 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법 및 장치의 양호한 실시예에 대해 개략적인 블록도 형태로 도시한 플로우차트이다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래기술의 공지된 두 단계의 연결과정을 개선한 용선 제조방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본원의 제 1 발명에 따라, 금속 산화물로 부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법이 제공되고, 상기 제조 방법은,(ⅰ) 금속 산화물 및/또는 부분적으로 환원된 금속 산화물 및 고형(固形) 탄소 물질을 예비-환원 용기속에 주입하고 상기 예비-환원 용기속에서 적어도 550℃의 온도를 유지함으로써, 금속 산화물 및/또는 적어도 부분적으로 환원된 금속 산화물을 부분적으로 환원하고 상기 고형 탄소 물질을 적어도 부분적으로 탈휘발화하는 단계와;
(ⅱ) 상기 단계(ⅰ)에서 상기 부분적으로 환원된 금속 산화물 및 상기 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질을 금속 및 슬래그 용융 욕를 포함한 용해 환원 용기속에 주입하여 용탕(鎔湯; molten metal)을 제조하도록 상기 부분적으로 환원된 금속 산화물을 다시 환원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 예비-환원 단계(ⅰ)에서 상기 적어도 부분적으로 탈휘발화가 억제된 고형 탄소 물질은 그 후속의 용해 환원 단계(ⅱ)에서 사용하기 위한 탄소원(炭素源)이다. 전술한 바와 같이, 탄소는, (a) 예비-환원된 금속 산화물을 금속으로 환원시키고; (b) 상기 금속 산화물을 용해하기 위해 열에너지원을 공급하고; (c) 상기 용융 욕내에서 금속 합금을 제조하는데 필요할 수도 있는 금속내의 용해된 탄소 레벨을 제공하도록 상기 용융 욕을 침탄화하기 위해, 상기 용해 환원 단계(ⅱ)에서 필요하다.
본 발명에서는, 상기 예비-환원 용기에서 생성되는 상기 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질뿐만 아니라, 탄소 물질들을 상기 용해 환원 용기 속에 주입하는 공정단계가 배제되지 않는다.
예컨대, 본 발명은, 상기 예비-환원 용기에서 산출되는 상기 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질을 상기 용해 환원 용기속에 주입하는 공정단계뿐만 아니라, 석탄 또는 다른 적절한 고형 탄소 물질 또는 어떤 적절한 기체 탄소 물질을 상기 용해 환원 용기속에 주입하는 공정단계로 까지 확대된다.
상기 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질로는 목탄(char)이 바람직하다.
상기 "목탄"이란 용어는 본 명세서에서 석탄을 연소시키지 않고 석탄을 가열하여 얻은 생성물을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
상기 예비-환원 단계(ⅰ)에서는, 상기 금속 산화물 및/또는 부분적으로 환원된 금속 산화물이 적어도 50％의 예비-환원도(pre-reduction degree)까지 부분적으로 환원되는 것이 바람직하다.
상기 "예비-환원도"라는 용어는 Fe2O3로 부터의 산소 제거개시 비율을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
특히, 상기 예비-환원 단계(ⅰ)에서, 상기 금속 산화물 및/또는 부분적으로 환원된 금속 산화물은 적어도 60％의 예비-환원도까지 부분적으로 환원되는 것이 유리하다.
또한, 상기 예비-환원 단계(ⅰ)에서, 상기 금속 산화물 및/또는 부분적으로 환원된 금속 산화물이 적어도 70％의 예비-환원도까지 부분적으로 환원되는 것이 더욱 유리하다.
전형적으로, 상기 예비-환원 단계(ⅰ)에서는, 상기 금속 산화물 및/또는 부분적으로 환원된 금속 산화물이 적어도 80％의 예비-환원도까지 부분적으로 환원된다.
상기 예비-환원 단계(ⅰ)에서 상기 고형 탄소 물질을 예비-환원 용기속에 주입하는 목적은, (a) 후속하여 상기 용해 환원 단계(ⅱ)에서 사용하기 위한 상기 숯또는 적어도 부분적으로 탈휘발화된 다른 고형 탄소 물질의 소스; 및 (b) 상기 예비-환원 용기에서 상기 금속 산화물을 예비-환원시키기 위한 환원제의 소스를 제공하기 위한 것이다.
상기 예비-환원 용기속에 주입되는 상기 고형 탄소 물질은 석탄(coal)이 바람직하다.
이 경우에, 상기 예비-환원 용기 속의 온도는 전형적으로 석탄의 고정 탄소성분이 환원제로서 쉽게 작용하지 못하는 1000℃이하에서 유지되는 것이 바람직하다. 그러한 상황에서, 석탄 속의 탄화수소와 같은 휘발성분은 환원제의 주요 소스가 된다. 특히, 상기 탄화수소들은 환원제 CO 및 H2O( 및 기타 다른 생성물)를 형성하기 위해 분해된다.
본 발명에서는 예비-환원 용기 속의 환원제로서 석탄의 고정 탄소의 사용이 배제되지 않는다는 사실에 유념해야 한다.
상기 예비-환원 단계(ⅰ)는 상기 예비-환원 용기속에 상기 금속 산화물 및/또는 부분적으로 환원된 금속 산화물 및 고형 탄소물질로 이루어진 유동층을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 유동층은 상기 예비-환원 용기속에 공기를 직접적으로 또는 간접적으로 주입하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 온도는, (ⅰ) 상기 예비-환원 용기속에서 석탄 및/또는 (기체 탄소물질을 포함하는) 기타 다른 탄소물질을 연소시키고; (ⅱ) 간접적인 열 교환에 의해 열에너지를 공급함으로써, 상기 예비-환원 용기속에서 적어도 550℃의 온도로 유지되는 것이 바람직하다.
상기 예비-환원 용기 속의 온도는 적어도 600℃의 온도로 유지되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 예비-환원 용기 속의 온도는 적어도 750℃의 온도로 유지되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 예비-환원 용기 속의 온도는 적어도 800℃의 온도로 유지되는 것이 특히 바람직하다.
상기 예비-환원 용기 속의 온도는 적어도 1000℃이하의 온도로 유지되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 예비-환원 용기 속의 온도는 적어도 1000℃이하의 온도로 유지되는 것이 바람직하다.
상기 예비-환원 용기 속의 바람직한 온도는 750-950℃이다.
전술한 용해 환원 단계(ⅱ)에서의 환원 및 용해 반응은 흡열(吸熱)반응이고, 따라서, 상기 방법은 상기 용해 환원 용기 속의 용융조의 온도를 최소온도이상에서 유지하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 용융조의 온도는 1350-1500℃의 범위가 바람직하다.
상기 용해 환원 용기 속의 용융조의 온도를 상기 최소온도이상에서 유지하는 상기 단계는, 상기 용융조위의 상기 용해 환원 용기내의 가스 공간속에 산소-함유 기체를 주입하여 상기 용융조로 부터 방출되는 CO 및 H2와 같은 반응기체를 후연소시키고, 상기 후연소에 의해 발생된 에너지를 상기 용융 욕에 전달하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
산소-함유 기체는 공기가 바람직하다.
특히, 상기 공기는 적어도 1000℃의 온도로 예비가열되는 것이 바람직하다.
상기 예비-환원 단계(ⅰ)는 두 개이상의 예비-환원 단계에서 금속 산화물 및/또는 부분적으로 환원된 금속 산화물을 예비-환원시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 예비-환원 단계(ⅰ)는,
(ⅰ) 상기 금속 산화물을 건조시키고, 예비-가열하고, 부분적으로 환원하기 위해, 용해 환원 용기 및/또는 제 2 예비-환원 용기로 부터 방출된 반응 기체 및 금속 산화물을 제 1 예비-환원 용기 속에 주입하는 제 1 예비-환원 단계와;
(ⅱ) 상기 부분적으로 환원된 금속 산화물 및 고형 탄소 물질을 또다른 예비-환원 용기속에 주입하여 상기 예비-환원 용기 속의 온도를 적어도 550℃에서 유지함으로써, 제 2 예비-환원 단계에서 상기 금속 산화물을 추가로 부분적으로 환원하고, 상기 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질을 생성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 금속 산화물은 철광석 또는 폐물을 함유한 제 1 철이 바람직하다.
또한, 본원의 제 2 발명에 따라, 금속 산화물로 부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 장치가 제공되고, 상기 제조 장치는,
(ⅰ) 금속 산화물 및/또는 부분적으로 환원된 금속 산화물을 적어도 부분적으로 환원시키고 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질을 생성하기 위해, 금속 산화물 및/또는 부분적으로 환원된 금속 산화물을 주입하기 위한 유입구, 고형 탄소 물질을 주입하기 위한 유입구 및, 적어도 부분적으로 환원된 금속 산화물 및 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질을 방출하기 위한 배출구를 구비한 예비-환원 용기와;
(ⅱ) 부분적으로 환원된 금속 산화물을 추가로 환원하여 금속을 제조하고 상기 금속을 용해하기 위해, 금속 및 슬래그 용융 욕을 포함하도록 구성되고, 상기예비-환원 용기로 부터 상기 적어도 부분적으로 환원된 금속 산화물 및 상기 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질을 주입하기 위한 유입구 및, 상기 용융조로부터 방출되는 반응가스를 후연소하도록 산소-함유 기체를 주입하기 위한 수단을 구비한 용해 환원 용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 용해 환원 용기는 반응 기체를 방출하기 위한 배출구를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 용해 환원 용기는 상기 용해 환원 용기로 부터 슬래그를 뽑아내기 위한 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 용해 환원 용기는 상기 용해 환원 용기로부터 금속을 뽑아내기 위한 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본원의 제 3 발명에 따라, 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 장치가 제공되고, 상기 제조 장치는,
(ⅰ) 금속 산화물을 부분적으로 환원하기 위한 제 1 예비-환원 용기와;
(ⅱ) 상기 제 1 예비-환원 용기로 부터 부분적으로 환원된 금속 산화물을 적어도 부분적으로 환원하고, 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질을 생성하기 위해, 부분적으로 환원된 금속 산화물을 주입하기 위한 유입구, 고형 탄소 물질을 주입하기 위한 유입구 및, 적어도 부분적으로 환원된 금속 산화물 및 적어도 부분적으로 탈휘발화된 억제된 고형 탄소 물질을 방출하기 위한 배출구를 구비한 제 2 예비-환원 용기; 및
(ⅲ) 부분적으로 환원된 금속 산화물을 추가로 환원하여 금속을 제조하고 상기 금속을 용해하기 위해, 금속 및 슬래그 용융조를 포함하도록 구성되고, 상 기 예비-환원 용기로 부터 상기 적어도 부분적으로 환원된 금속 산화물 및 상기 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질을 주입하기 위한 유입구 및, 상기 용융조로부터 방출되는 반응가스를 후연소하도록 산소-함유 기체를 주입하기 위한 수단을 구비한 용해 환원 용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 예비-환원 용기는 상기 용해 환원 용기로 부터 반응 기체를 주입하기 위한 유입구를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 용해 환원 용기는 반응 기체를 방출하기 위한 배출구를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 용해 환원 용기는 상기 용해 환원 용기로부터 슬래그를 뽑아내기 위한 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 용해 환원 용기는 상기 용해 환원 용기로 부터 금속을 뽑아내기 위한 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
첨부도면을 참조하여, 실시예를 통해 본 발명이 이하에 상세히 설명된다.
첨부도면에서 도시된 양호한 실시예에 대한 설명은 철광석으로부터 철을 제조하는 내용으로 되어 있지만, 본 발명의 양호한 실시예가 기타 다른 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 분야에 동일하게 응용된다는 사실에 유념해야 한다.
첨부도면을 참조하면, 도 1에 도시된 양호한 실시예에 따라,
(ⅰ) 철광석은 제 1 및 제 2 예비-환원 용기 3, 5속에서 두 개의 연속적인 단계로 부분적으로 환원되고; 후속하여,
(ⅱ) 상기 부분적으로 환원된 철광석은 추가로 환원되어 철이 생성되고, 상기 철은 용해 환원 용기 7속에서 용해된다.
상기 철광석은 괴광(塊鑛;lump)또는 분광(粉鑛;fines)과 같은 적절한 형태로 구성될 수도 있다.
상기 예비-환원 용기 3 및 5는 고로(高爐)또는 유동층과 같이 어떤 적절한 형태로도 구성될 수 있다. 나중에 후술되는 바와같이, 상기 제 2 예비-환원 용기 5는 유동층이 바람직하다.
상기 제 1 예비-환원 용기 3을 위한 환원제의 소스는 상기 용해 환원 용기 7로부터 배출된 반응 가스를 포함한다.
상기 제 1 예비-환원 용기 3의 동작 파라미터는, 철광석을 건조 및 예비-가열시키고, 초기의 비교적 낮은 예비-환원도, 전형적으로는 11％의 예비-환원도로 부분적으로 환원되게끔 선택된다.
상기 예비-환원 용기 3 및 5는, 부분적으로 환원된 철광석을 상기 제 1 예비-환원 용기 3에서 상기 제 2 예비-환원 용기 5로 이동시키기 위해, 배수탑(standpipe)(도시 생략됨)또는 어떤 다른 적절한 수단에 의해 함께 연결된다.
상기 예비-환원 용기 5를 위한 위한 환원제의 소스는 석탄을 포함한다. 또한, 상기 환원제의 소스는 종분포표(species)를 포함하는 어떤 다른 적절한 탄소를 구비할 수도 있다.
상기 예비-환원 용기 5의 동작 파라미터는,
(ⅰ) 석탄의 휘발성분, 즉 전형적으로 탄화수소가 분해되어 일산화탄소 및 수소가 생성되고 상기 일산화탄소 및 수소에 의해 상기 제 1 예비-환원 용기 3으로 부터 요구된 예비-환원도로 상기 부분 환원 철광석의 환원이 완료되고;
(ⅱ) 상기 석탄의 보다 많은 고정 탄소 부분이 목탄을 생성하도록 선택된다.
탄화수소를 분해하고, 상기 부분적으로 환원된 철 산화물을 환원하고, 목탄을 생성하기 위한 반응들은 흡열반응이다. 따라서, 상기 반응에 필요한 충분한 열에너지를 공급하기 위해서는 상기 제 2 예비-환원 용기 5의 온도를 550℃이상으로 유지하는 것이 필요하다. 상기 온도를 유지하기 위한 한가지 선택은 공기에 의한 석탄의 직접적인 유동층내 연소(direct-in-bed combustion)에 의해 이루어진다. 상기 온도를 유지하기 위한 또다른 선택은 튜브를 통하거나 뜨거운 고체 순환 등의 방법과 같은 간접적인 열 교환에 의해 이루어진다.
전술한 바와같이, 상기 제 2 예비-환원 용기 5는 유동층으로서 동작하는 것이 바람직하다. 전형적으로, 상기 유동층은 예비 가열된 공기를 상기 제 2 예비-환원 용기 5속에 직접 또는 간접적인 방법으로 주입함으로써 유지된다. 또는 상기 유동층은 산소 및 공기/산소 혼합물을 상기 제 2 예비-환원 용기 5속에 주입함으로써유지될 수도 있다.
상기 용해 환원 용기 7은, 철 및 슬래그 용융 욕을 지지하도록 구성되고,
(ⅰ) 상기 적어도 부분적으로 환원된 철광석 및 목탄을 상기 제 2 예비-환원 용기 5속에 주입하기 위한 송풍구(도시 생략됨)와;
(ⅱ) 상기 용융조로부터 방출된 일산화탄소 및 수소와 같은 반응 기체를 후연소시키기 위해, 전형적으로 1000℃이상의 온도의 열기 송풍(blast of hot air)을 상기 용융조의 표면위의 공간속에 주입하기 위한 송풍구(도시생략됨)와;
(ⅲ) 용선(moten iron) 및 슬래그를 주기적으로 뽑아내기 위한 수단과;
(ⅳ) 반응 기체의 방출을 위한 배출구를 포함한다.
상기 용해 환원 용기 7의 구성은 상기 송풍구의 배치를 포함하고, 상기 방법의 동작 파라미터는, 상기 용융조로부터 방출된 반응 기체, 위에서 송풍된 열기(hot air) 및, 후연소에 의한 반응 기체와 혼합되는 용탕 및 슬래그의 소적(小滴; droplets)또는 비산방울(splases)이 상승 및 하강하는 상기 용융 욕 표면의 위 공간에서 전이 영역(transition zone)을 형성하도록 선택된다.
상기 전이 영역을 형성하는 목적은 상기 용융조로부터의 반응 기체를 후연소시켜 방출된 열을 상기 용융 욕에 효율적으로 전달하기 위한 것이다.
상기 전이 영역은 어떤 적절한 수단에 의해 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 전이 영역은, 상기 용융조로부터 생성된 용탕 및 슬래그의 소적또는 비산방울이 상기 용융 욕 표면의 위 공간속으로 분출되도록 상기 용해 환원 용기 7의 저부를 통해 불활성 가스와 같은 적절한 기체를 주입함으로써, 형성될 수도 있다.
이와는 달리, 상기 전이 영역은, 상기 제 2 예비-환원 용기 5로 부터 상기 적어도 부분적으로 환원된 철광석 및 목탄을 상기 용해 환원 용기 7의 측면 송풍구를 통해 상기 용융 욕 속에 제어가능하게 주입함으로써, 형성될 수도 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 의하면, 철광석은 상기 제 1 예비-환원 용기 3속에 주입되고 부분적으로 환원되어 자철광(磁鐵鑛;magnetite)이 되고, 상기 용해 환원 용기 7로부터 방출된 반응 가스에 의해 예비 가열된다. 상기 부분적으로 환원된 철광석은 상기 제 1 예비-환원 용기 3으로부터 방출되어, 상기 제 2 예비-환원 용기 5속에 석탄과 함께 주입된다. 또한, 예열 공기가 상기 제 2 예비-환원 용기 5속에 주입되고(가공하지 않은 석탄과 예비-접촉된 후에), 상기 부분적으로 환원된 철광석 및 목탄의 기포 유동층을 형성한다. 전술한 바와같이, 상기 제 2 예비-환원 용기 5의 동작 파라미터는, 상기 석탄의 탄소 성분 덩어리가 목탄을 형성하고 상기 부분적으로 환원된 철광석을 요구된 예비-환원도로 환원시키는 환원제인 일산화 탄소 및 수소로 석탄의 휘발성분이 분해되도록, 선택된다. 마지막으로, 상기 예비-환원된 철광석 및 목탄은 상기 제 2 예비-환원 용기 5로 부터 배출되어, 플럭스(fluxes)와 함께 상기 용해 환원 용기 7의 철 및 슬래그 용융 욕에 주입된다. 또한, 예열 공기가 상기 용해 환원 용기 7의 가스 공간속에 주입되어, 상기 용융조로부터 방출된 일산화탄소 및 수소와 같은 반응 기체가 후연소된다. 상기 후연소 과정에 의해 발생된 열이 상기 용융 욕에 전달되어, 상기 부분적으로 환원된 철광석을 금속철로 환원시켜 상기 금속철을 용해시키기 위해 상기 용융조의 온도를최소 온도이상으로 유지할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 방법및 장치는 두 개의 연결 단계로 이루어진 종래의 용해 환원 공정에 비해 다음과 같은 여러 가지 중요한 장점 및 효과를 갖는다.
1. 상기 용해 환원 용기의 사용으로 생산성이 크게 증가함으로써, 내화재(耐火材)의 소비 및 열 손실(금속의 톤당)을 줄일수 있다.
2. 용융 욕에 기초한 용해 환원 용기에서 만족스럽게 작용할 석탄의 사용 폭을 넓힐 수 있다. 상기 제 2 예비-환원 용기 5에서 석탄이 열분해되고 휘발성분이 사용되기 때문에, 상기 목탄 성분은 상기 용해 환원 용기속에 주입된다. 상기 공지된 철 용융 욕에 기초한 방법과는 달리, 석탄 소비 및 생산성에 문제점이 야기됨이 없이 높은 휘발성 석탄이 쉽게 허용될 수 있다.
3. 석탄 소비의 감소를 통한 경영비용의 절감과 함께, 연간 톤수당 자본 투자비율을 줄일 수 있다.
4. 상기 방법의 예비-환원 단계에서의 목탄 제조로 인해, 고도로 금속화된 피드(feed) 제조 시 일반적으로 마주치는 고질적인 문제점이 해소된다.
본 발명의 사상과 범위를 일탈하지 않는 한도내에서 첨부도면을 참조하여 전술한 방법 및 장치의 실시예를 다양하게 변형시킬 수도 있다.
본 발명은 광석및 부분적으로 환원된 광석과 같은 금속 산화물로부터, 전적으로 철 및 철 합금만이 아닌 금속 및 금속 합금을 제조하는데 사용될 수 있다.
Claims (18)
- 금속 산화물로 부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법에 있어서,(ⅰ) 금속 산화물 제1 예비-환원 용기 속에 주입하고, 건조, 예비-가열하며, 용융 금속과 슬래그의 욕을 함유한 용해 환원 용기 및 제2 예비-환원 용기로부터 방출된 환원 가스들을 상기 제1 예비-환원 용기 속에 직접 주입함으로써 상기 제1 예비-환원 용기에서 금속 산화물들을 부분적으로 환원하는 단계와;(ii) 상기 건조되고, 예비-가열되고, 부분적으로 환원된 금속 산화물들을 상기 제1 예비-환원 용기로부터 제2 예비-환원 용기 속에 주입하고, 고형 탄소 물질을 상기 제2 예비-환원 용기 속에 주입하며, 상기 제2 예비-환원 용기으 온도를 적어도 550℃로 유지하고, 상기 금속 산화물을 추가로 환원하고 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질을 생성하는 단계; 및(iii) 상기 부분적으로 환원된 금속 산화물과 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질을 상기 제2 예비-환원 용기로부터 상기 용해 환원 용기 속으로 주입하고, 상기 부분적으로 환원된 금속 산화물들을 추가로 환원하여 용융 금속을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제2 예비-환원 용기에서 생성된 상기 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질을 주입하는 것에 추가하여, 상기 용해 환원단계(iii)에서 고형 탄소 물질 또는 기체 탄소 물질을 상기 용해 환원 용기 속에 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 부분적으로 탈휘발화된 고형 탄소 물질은 목탄인 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 예비-환원 단계(ii)에서 금속 산화물들을 적어도 50%의 예비-환원도까지 부분적으로 환원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 예비-환원 단계(ⅰi)에서 금속 산화물들을 적어도 60%의 예비-환원도까지 부분적으로 환원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 예비-환원 단계(ii)에서 금속 산화물들을 적어도 70%의 예비-환원도까지 부분적으로 환원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 예비-환원 단계(ii)에서 상기 제2 예비-환원 용기속에 주입된 상기 고형 탄소 물질을 석탄인 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제2 예비-환원 용기 속의 온도를 상기 석탄의 고정 탄소성분이 환원제로서 쉽게 작용하지 못하는 1000℃이하에서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한항에 있어서, 상기 예비-환원 단계(ⅰⅰ)는 상기 제2 예비-환원 용기 속에 상기 금속 산화물 및 고형 탄소물질로 이루어진 기포 또는 순환 유동층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제2 예비-환원 용기속에 공기를 직접적으로 또는 간접적으로 주입하여 상기 유동층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,(ⅰ) 상기 제2 예비-환원 용기 속에서 석탄 및/또는 다른 탄소물질을 연소시키고;(ⅱ) 유동층내 튜브 또는 고체 순환과 같은 간접적인 열 교환에 의해 열에너지를 공급함으로써, 상기 제2 예비-환원 용기 속에서 적어도 550℃의 온도로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제2 예비-환원 용기 속의 온도를 적어도 600℃로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제2 예비-환원 용기 속의 온도를 적어도 750℃로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 용해 환원 용기 속의 용융 욕의 온도를 최소 온도이상에서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 용융 욕의 온도를 1350-1500℃의 범위내에서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 용융 욕 위의 상기 용해 환원 용기내의 가스 공간속에 산소-함유 기체를 주입하여 상기 용융 욕로부터 방출되는 CO 및 H2와 같은 반응기체를 후연소시키고, 상기 후연소에 의해 발생된 에너지를 상기 용융 욕에 전달함으로써, 상기 용해 환원 용기속의 용융 욕의 온도를 상기 최소 온도이상에서 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 산소-함유 기체는 공기인 것을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속 산화물들은 철광석 또는 철함유 폐기물들임을 특징으로 하는 금속 산화물로부터 금속 및 금속 합금을 제조하는 방법.
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