KR100516507B1 - 금속철제조방법및장치 - Google Patents

Abstract

철광석 등의 산화철과 석탄 등의 탄소질 환원제를 함유하는 압축성형체가 원료로서 사용되고 산화철은 가열을 통해 환원됨으로써, 금속철을 제조하는 금속철 제조방법. 환원 중에 금속철로 구성된 쉘은 압축성형체의 표면에서 생성 및 성장되고, 슬래그는 쉘 내부에서 응집한다. 이 환원은 금속철 쉘 내에 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않을 때까지 계속된다. 이어서, 가열을 더 수행하여 금속철 및 슬래그를 용융한다. 용융금속철 및 용융슬래그는 서로 분리되고, 이로써 상대적으로 높은 금속화 비율을 갖는 금속철을 얻는다. 본 발명의 금속철 제조 장치를 사용함으로써, 상기 방법은 효율적으로 실행되고, 철 순도가 높은 금속철은 철 함량이 높은 산화철뿐만이 아니라 철 함량이 상대적으로 낮은 산화철로부터도 생산적으로 그리고 연속적으로 철 순도가 높은 금속철을 제조할 수 있다.

Description

금속철 제조 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MAKING METALLIC IRON}

본 발명은 철광석 등에 함유된 산화철을, 탄소질 물질을 환원제로 사용하여 가열을 통해 환원시켜 금속철을 얻는 방법에 관련된다. 더 상세히는, 본 발명은 철광석 등의 산화철 공급원에 함유된, 맥석 등을 포함하는 슬래그 성분들이 용융되어 금속철로부터 적절히 분리되면서, 산화철이 효율적으로 금속철로 환원되는 효율적인 고순도 금속철 제조 방법에 관련되며, 이 방법에 근거하는 금속철의 산업적 제조 방법 및 장치에 관련된다.

직접 환원철을 제조하는 종래의 방법에서는 산화철을 함유하는 철광석 또는 펠릿을 환원성 기체를 사용하여 직접 환원하여 환원철을 얻는다. 그 예는 Midrex 공정에 의해 대표되는 용광로법이다. 이러한 형태의 직접 환원철 제조 방법에서는 천연가스 등으로 만들어지는 환원성 기체를 용광로의 바닥 부분에 위치한 송풍구를 통해 용광로에 강제로 주입하여 산화철을 환원함으로써 환원철을 얻는다.

근년에는, 석탄 등의 탄소질 물질이 천연가스 대신에 환원제로서 사용되는 환원철 제조 방법이 특히 관심을 끌고 있다. 이러한 방법은 이미 실용화되어 있고 SL/RN법으로 불리는데, 이 방법에서는 철광석으로부터 만들어지는 경화 펠릿을 석탄을 환원제로서 사용하여 가열을 통해 환원한다.

다른 환원 제철 공정이 미국 특허 제 3,443,931 호에 개시되어 있는데, 여기에서는 미분철광석과 미분탄의 혼합물을 응집하고 이 응집된 덩어리를 고온 분위기 내에서, 회전 노상 위에서 가열을 통해 환원하여 환원철을 만든다.

상기 방법들을 사용하여 얻은 환원철은 원철로서 또는 단광의 형태로 전기로에 충전된다. 최근에 고철을 재활용하는 추세가 증가됨에 따라서, 고철에 함유된 불순물 희석제로서 사용될 수 있으므로, 이 환원철은 특히 관심을 끈다.

그러나, 종래의 방법은 철광석 등과 탄소질 물질(석탄 등)에 함유된 SiO₂, Al₂O₃ 및 CaO와 같은 슬래그 성분을 용선 제품으로부터 분리하는 것을 포함하지는 않는다. 그러므로, 결과로서 생기는 환원철은 상대적으로 낮은 철 함량(금속철의 철 순도)을 갖는다. 실제 공정에서는 이 슬래그 성분들은 그 다음 정련 공정 중에 분리 및 제거된다. 그러나, 슬래그의 양이 증가하면, 정련된 용선의 수율을 감소시킬 뿐만 아니라 전기로의 가동 비용을 상당히 증가시키게 된다. 그러므로, 환원철은 철이 풍부하고 상대적으로 낮은 슬래그 성분 함량을 가질 필요가 있다. 이러한 조건을 만족시키기 위해서는, 상기 종래의 환원 제철법에서 철이 풍부한 철광석을 사용해야 하는데, 이것은 철을 제조하기 위한 원료 물질의 선택의 폭을 좁히게 된다.

더욱이, 상기 종래의 방법들의 목적은 환원된 고체 생성물을 제철 공정에서의 중간 생성물로서 얻는 것이다. 그러므로, 환원철이 다음 정련 공정에 보내지기 전에 운반, 저장, 단광형성 및 냉각과 같은 추가적인 단계들이 필요하게 된다. 이 단계들은 큰 에너지 손실을 수반하게 되며, 단광형성 단계는 여분의 에너지와 특별한 장치를 필요로 한다.

게다가, DIOS와 같은 제련 환원 공정에서는 산화철이 직접 환원되어 용선을 얻는 것으로 알려져 있다. 이 방법에서는, 산화철은 예비-환원되어 대략 30 내지 50 %의 철순도를 갖고나서 철용기 내의 용선이 탄소와 직접 환원 반응하여 금속철을 얻는다. 그러나, 이 방법에는 문제점이 있다.; 예비-환원과 철용기 내에서의 최종 환원의 두 단계가 필요하기 때문에, 작업이 복잡해지고, 게다가, 철용기 내에 존재하는 용융된 산화철(FeO)과 노의 내화물 간의 직접 접촉으로 인해, 내화물이 심하게 손상된다.

일본 특허 공고 제 56-19366 호는 금속산화물, 고상 탄소질 물질 및 슬래그 물질의 응집체를 가열을 통하여 환원하여 응집체의 형태를 유지하면서 슬래그 쉘이 환원금속을 둘러싸도록한 후, 슬래그 쉘을 용융하여 슬래그로부터 금속을 분리하는 방법을 개시한다. 이 방법은 금속철이 재산화되는 것을 방지하기 위해 환원된 금속철을 완전히 둘러싸기에 충분한 양의 슬래그를 생성해야만 한다. 따라서, 슬래그 물질 함량은 증가되어야만 한다. 더구나, 이 방법은 상대적으로 높은 FeO 함량을 갖는 슬래그를 생성할 가능성이 있는데, 이렇게되면 실제 공정에서는 설비의 내화물 라이닝을 심하게 손상하게 되는 심각한 문제를 야기하게 된다.

따라서, 이러한 방법이 금속철 제품의 가치를 좀 더 높이고, 전기로의 가동 비용을 줄이며, 원료 물질을 선택하는데 있어서 융통성을 제공하기 때문에, 슬래그 성분의 함량이 상대적으로 낮은 금속철을 제조하는 방법을 실현하는 것은 매우 중요하다.

산화철 함량이 상대적으로 높은 슬래그는 내화물을 녹이기 때문에, 이러한 종류의 제철 공정을 산업적으로 이용하기 위해서는 내화물의 손상을 최소화하기 위하여 환원공정 중에 수반되어 생성되는 슬래그의 산화철 함량을 줄이는 것이 매우 중요하다.

첨부된 도면에 관한 다음의 상세한 설명을 참조하면 본 발명 및 그에 따르는 이점들을 더 완전하게 이해하는 것이 용이할 것이다. 즉, :

도 1 (A) 내지 (F)는 본 발명의 방법이 실행될 때 환원 반응의 진행을 도식적으로 예시하는 압축성형체의 단면도이다.;

도 2는 서로 다른 온도들에서 가열을 통해 환원되는 펠릿의 단면도를 보여주는 일련의 사진들이다.;

도 3은 1500℃의 환원 온도에서 환원 시간이 달라질 때 관찰되는 환원된 펠릿의 외관의 변화를 보여주는 일련의 사진들이다.;

도 4는 1500℃의 환원 온도에서의 환원 시간에 대한 환원된 펠릿의 금속화 비율의 변화를 도시하는 그래프이다.;

도 5는 1500℃의 환원 온도에서의 환원 시간에 대한 슬래그 성분의 함량의 변화를 도시하는 그래프이다.;

도 6은 1500℃의 환원 온도에서의 환원 시간에 대한 환원된 펠릿의 FeO 함량의 변화를 도시하는 그래프이다.;

도 7은 1500℃의 환원 온도에서의 환원 시간에 대한 환원된 펠릿의 탄소 함량의 변화를 도시하는 그래프이다.; 그리고

도 8은 본 발명의 실시예에 따르는 환원 제철 공정을 예시하는 도식적인 흐름도이다.

도 9는 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 장치의 실시예 2를 도시하는 도식적인 단면도이다.;

도 10은 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 장치의 실시예 3을 도시하는 도식적인 평면 단면도이다.;

도 11은 도 10의 Z-Z 및 Y-Y 선을 따라서 본 도식적인 단면도이다.;

도 12는 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 장치의 실시예 4를 도시하는 도식적인 단면도이다.;

도 13은 도 12의 A-A 선을 따라서 본 도식적인 단면도이다.;

도 14는 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 방법 및 장치의 실시예 5를 도시하는 도식적인 단면도이다.;

도 15는 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 방법 및 장치의 실시예 6(서스펜션법을 사용하는)을 도시하는 도식적인 단면도이다.;

도 16은 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 방법 및 장치의 실시예 7(환원 공정에서 생성된 환원 기체를 연료로서 사용하는)을 도시하는 도식적인 단면도이다.;

도 17은 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 방법 및 장치의 실시예 8을 도시하는 도식적인 단면도이다.;

도 18은 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 방법 및 장치의 실시예 9를 도시하는 도식적인 단면도이다.;

도 19는 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 장치의 실시예 10을 도시하는 도식적인 단면도이다.;

도 20은 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 장치의 실시예 11을 도시하는 도식적인 단면도이다.;

도 21은 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 장치의 실시예 12를 도시하는 도식적인 단면도이다.; 그리고

도 22는 본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 장치의 실시예 12를 도시하는 도식적인 평면도이다.

본 발명은 앞서 기술한 관점에서 이루어졌다. 본 발명의 목적은 고체 또는 용융된 형태를 가지며 매우 높은 순도를 갖는 금속철을, 상대적으로 낮은 철 함량을 갖거나 또는 상대적으로 높은 철 함량을 갖는 철광석으로부터, 용융된 산화철과의 직접 접촉에 의해 노의 내화물을 손상시키지 않으면서, 용이하게 그리고 효율적으로 제조하는 금속철 제조 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르는 금속철 제조 방법에서는 탄소질 환원제와 함께 압축성형된 산화철을 가열을 통해 환원하여 금속철을 만드는데, 이 방법은 다음의 태양들을 갖는다.:

(1) 금속철을 함유하는 쉘은 가열을 통한 환원에 의하여 생성 및 성장된다. 환원은, 보통, 쉘 내에 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않을 때까지 계속되는데, 그 동안에 슬래그는 쉘 내에서 응집한다.

(2) 금속철 쉘은 가열을 통한 환원에 의하여 생성 및 성장되는데, 환원은 쉘 내에 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않을 때까지 계속되고, 가열은 쉘 내에서 생성된 슬래그가 쉘 내부로부터 흘러나갈 수 있게 그 이상 계속된다.

(3) 금속철 쉘은 가열을 통한 환원에 의하여 생성 및 성장되는데, 환원은 쉘 내에 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않을 때까지 계속되고, 가열은 용융금속철이 용융슬래그로부터 분리될 수 있도록 그 이상 계속된다.

(4) 금속철 쉘은 가열을 통한 환원에 의해 생성 및 성장되는데, 환원은 쉘 내에 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않을 때까지 계속되고, 그 동안에 슬래그는 쉘 내에서 응집한 후, 응집된 슬래그는 금속철로부터 분리된다.

상기 태양(2)를 구현하기 위해서는, 용융슬래그가 쉘 내부로부터 흘러나갈 수 있도록 금속철 쉘의 일부가 용융될 수 있다. 이러한 경우나 또는 상기 태양(3)을 구현하기 위해서는, 금속철 쉘의 융점을 낮추기 위해 탄소질 환원제의 존재하에 금속철 쉘 내에서 탄소첨가가 계속될 수 있고, 이로써 금속철 쉘의 일부 또는 전체를 용이하게 용융하게 된다.

상기 태양 (1) 내지 (4) 중 어느 하나가 구현될 때, 환원을 위한 최대 가열 온도는 수반되는 슬래그의 융점 이상이며 금속철 쉘의 융점 이하가 되도록 제어되어 금속철 생성반응을 좀더 효율적으로 수행하도록 할 수 있다. 이 환원 단계는, 이를 통해 산화철이 환원되는 고상 환원, 그리고 주로 FeO로 구성된 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않을 때까지 계속되는 액상 환원일 수 있는데, 이로써 얻어진 금속철의 순도는 효과적으로 향상될 수 있다.

여기에서 사용되는 "환원은 금속철 쉘 내에 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않을 때까지 계속된다."라는 말은, 양을 기준으로 할 때, 가열을 통한 환원이, 주로 FeO로 구성된 산화철의 함량이 바람직하게는 5 중량% 이하, 더 바람직하게는 2 중량% 이하로 감소할 때까지 계속된다는 것을 의미한다. 다른 관점에서 보면, 이것은 가열을 통한 환원이, 금속철로부터 분리된 슬래그 내에서 주로 FeO로 구성된 산화철의 함량이 바람직하게는 5 중량% 이하, 더 바람직하게는 2 중량% 이하가 될 때까지 계속된다는 것을 의미한다.

그렇게 얻어진, 높은 철 순도를 갖는 금속철과 수반되는 슬래그는 더 가열함으로써 용융되어 비중 차이에 의해 서로 분리될 수 있다. 대안으로서, 냉각에 의하여 응고한 후에 파쇄하여 자기적으로 슬래그로부터 금속철을 분리하거나, 또는 다른 스크리닝 방법에 의하여 분리할 수 있다. 따라서, 금속화 비율이 95% 이상 또는 어떤 경우에는 98% 이상인, 높은 철 순도를 갖는 금속철을 얻을 수 있다.

본 발명의 상기 방법을 수행하는데 있어서, 탄소질 환원제를 함유하는 산화철의 압축성형체는 입상 또는 응집체일 수 있으며, 다음 중 어느 한 태양을 갖는 방식으로 가열을 통해 환원될 수 있다.:

1) 압축성형체는 수평 방향으로 이동된다.

2) 압축성형체는 철벨트 위에 놓이며, 이 철벨트는, 그 양쪽 모서리 부분에 형성되어 압축성형체가 철벨트에서 떨어지는 것을 방지하는 벽들을 포함하고, 수평 방향으로 이동된다.

3) 압축성형체는 수평면 위에 놓인다.

4) 압축성형체는 텀블링한다.

5) 압축성형체는 아래쪽으로 떨어진다.

게다가, 압축성형체는 신장될 수 있으며, 다음 중 어느 한 태양을 갖는 방법으로 가열을 통해 환원될 수 있다.:

6) 신장된 압축성형체는 수직 자세에서 아래쪽으로 이동된다.

태양 6)은 다음과 같이 구현될 수 있다.:

6-1) 신장된 압축성형체는 연속적으로 제조되어 환원이 가열을 통해 이루어지는 부분으로 이송되는데, 이 신장된 압축성형체는 다음을 포함한다.:

6-1-1) 철제이며 신장된 압축성형체를 감싸고 있는 지지 메시, 또는

6-1-2) 그 심의 역할을 하는 철막대.

상기 철메시 또는 철막대는 신장된 압축성형체가 아래쪽으로 이동할 때 자신의 중량으로인해 그 중간 위치에서 파손되는 것을 방지하기 때문에 사용되는 것이 바람직하다.

7) 신장된 압축성형체는 경사면을 따라서 아래쪽으로 이동된다.

태양 7)은 다음과 같이 구현될 수 있다.:

7-1) 신장된 압축성형체는 철벨트 위에 놓이며 환원이 가열을 통해 이루어지는 부분으로 이송된다.

상기 태양 중 어느 하나를 사용함으로써, 상기 금속철 제조 방법이 더욱 효율적으로 수행된다.

본 발명에 따라 금속철을 제조하기 위한 장치는 상기 금속철 제조 방법을 수행하며 다음의 기본 구조를 갖는다.

탄소질 환원제를 함유하는 산화철의 압축성형체를 가열을 통해 환원함으로써 금속철을 제조하기 위한 장치는 다음을 포함한다.:

가열을 통해 압축성형체를 환원하기 위한 열환원 장치, 이로써 금속철을 포함하는 쉘을 형성하고 그 쉘 내부에 슬래그를 형성한다.;

쉘과 슬래그를 용융하기 위한 용융 장치; 그리고

용선을 용융슬래그로부터 분리하기 위한 분리기.

상기 금속철 제조 장치에서, 압축성형체가 입상 또는 응집체일 때, 상기 열환원 장치는 수평방향으로 압축성형체를 이동하면서, 가열을 통해 압축성형체를 환원하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 이 메커니즘의 바람직한 실시예는 순환 회전 부재인데, 순환 회전 부재와 그 부재 위에 위치하고 압축성형체를 그 위에 놓기 위해 사용되는 노상을 포함한다. 분리 부재는 노상 위에 일정한 간격으로 마련되어 압축성형체가 다른 압축성형체에 부착되는 것을 방지한다. 이 분리 부재는 탈황제로 만들어져서 가열을 통해 환원하는 과정에서 탈황이 수행되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 메커니즘은 철벨트의 형태로 구현될 수도 있는데, 그 양쪽 모서리 부분에 형성된 벽들을 포함하여 압축성형체가 철벨트에서 떨어지는 것을 방지하며, 수평방향으로 압축성형체를 운반하고 압축성형체를 수평으로 운반하는 중에 가열을 통해 압축성형체를 환원하기 위한 것이다.

상기 용융 장치의 바람직한 실시예는, 환원된 압축성형체를 그 위에서 텀블링하거나 또는 미끄러지게 하고 텀블링하거나 또는 미끄러지는 압축성형체를 가열을 통해 용융하기 위한 경사진 바닥을 포함할 수 있다.

압축성형체가 입상 또는 응집체일 경우에, 열환원 장치의 다른 바람직한 실시예는, 수평면을 포함하며 그 수평면 위에 놓인 압축성형체를 이송하기 위한 이송 부재, 이송 부재로부터 압축성형체를 방출하기 위한 방출 부재, 그리고 압축성형체를 가열하기 위한 가열 메커니즘을 포함할 수 있다. 방출 부재는 이송 부재의 자세가 수평 자세와 경사진 자세의 사이에서 번갈아 이루어지도록 하기 위한 경사 부재, 또는 압축성형체를 이송 부재로부터 밀어내기 위한 푸싱 부재일 수 있으며, 이로써 압축성형체를 순조롭게 방출한다.

철 지지체는 이송 부재 위에 놓일 수 있으며, 압축성형체와 함께 방출되기에 적합하도록 변형될 수 있다. 분리 부재(탈황제로 만들어지는 것이 바람직한)는 일정한 간격으로 이송 부재 위에 마련되어 압축성형체가 다른 압축성형체에 부착되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

이송 부재의 바람직한 실시예는 압축성형체를 연속적으로 운반하기 위한, 그리고 압축성형체를 가열을 통해 환원하기 위한 철벨트를 포함할 수 있다. 이것은 환원된 압축성형체의 일부가 용융되어 노의 내면에 끈끈하게 축적하는 문제점을 피하게 한다. 이 실시예가 실행될 때, 압축성형체를 이송하기 위해 사용된 철벨트는 환원된 금속철과 함께 용융되어 용선이 된다.

상기 용융 장치의 바람직한 실시예는, 압축성형체를 그 위에서 텀블링하거나 또는 미끄러지게 하는 동안에 가열에 의해 압축성형체를 용융하기 위한 경사진 바닥을 포함할 수 있다.

가열을 통해 좀 더 효율적으로 환원을 하기 위해서는, 상기 열환원 장치는 다음을 포함하는 것이 바람직하다.:

- 압축성형체를 텀블링하는 동안 가열을 통해 압축성형체를 환원하기 위한 메커니즘, 또는

- 압축성형체를 그 위에서 텀블링하기 위한 텀블링면과 압축성형체를 텀블링면으로부터 방출하기 위한 방출 장치, 그리고 압축성형체를 가열하기 위한 열환원 부재.

상기 열환원 장치와 용융 장치는 열환원-용융 장치로 통합될 수 있는데, 압축성형체를 경사진 방향을 따라서 점진적으로 텀블링하여 내려가도록 하기 위한 경사진 텀블링면과 압축성형체를 경사진 텀블링면으로부터 방출하기 위한 방출 부분을 포함하는 텀블링 메커니즘, 그리고 가열을 통해 압축성형체를 환원 및 용융하기 위한 메커니즘을 포함한다. 이것은 가열을 통한 환원 및 용융이 연속적이고 효율적으로 수행될 수 있도록 한다.

상기 열환원-용융 장치에서, 텀블링면은 호-형태, V-형태 등의 홈을 갖는 채널형 부재의 내면을 포함하고 채널형 부재의 길이를 따라서 경사진 것이 바람직하다. 이것은 가열을 통해 환원 및 용융을 더 순조롭게 할 수 있도록 한다.

입상 또는 응집체인 압축성형체를 받는 열환원 장치의 다른 실시예는 압축성형체가 아래로 낙하할 수 있도록 그리고 가열을 통해 낙하하는 압축성형체를 환원하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 대안으로서, 열환원 장치 및 용융 장치를 구성요소로서 포함하는 열환원-용융 장치는 입상 압축성형체가 아래로 낙하할 수 있게 하기 위한 공간과 입상 압축성형체가 낙하하는 동안에 뒤에 이어지는 가열을 통해 입상 압축성형체를 환원 및 용융하기 위한 가열 부재를 더 포함할 수 있다.

분리기는, 그 한 면 위에서 낙하하는 용융슬래그 및 용선을 받기 위한 그리고 그 한 면으로부터 용융슬래그를 배출하고 그 다른 면으로부터 용선을 배출하기 위한 잠겨 있는 둑을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 용선 및 용융슬래그는 연속적으로 그리고 용이하게 서로 분리될 수 있다.

신장된 압축성형체가 사용될 경우에, 열환원 장치는, 신장된 압축성형체를 수직자세에서 아래쪽으로 또는 아래쪽으로 경사진 면을 따라 이동하면서 가열을 통해 신장된 압축성형체를 환원하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 이것은 신장된 압축성형체가 수직자세에서 아래쪽으로 또는 아래쪽으로 경사진 면을 따라 이동하는 동안에 가열을 통해 연속적으로 환원될 수 있도록 한다.

신장된 압축성형체가 사용될 경우, 신장된 압축성형체는 이송장치를 통해 철벨트 위로 연속적으로 이송되어, 철벨트 위의 신장된 압축성형체가 열환원 장치 내에 연속적으로 운반되고, 신장된 압축성형체는 가열을 통해 환원될 수 있다. 이 경우에 있어서, 철벨트도 환원 공정에서 생성된 금속철과 함께 용융 공정에서 용융되어 용선의 형태로 수거된다.

바람직하게는, 본 발명에 따라 금속철을 제조하는 장치는 압축성형체를 운반하기 위한 철벨트에 이송하기 위한 수단을 더 포함하여, 이로써 철벨트 위의 압축성형체를, 가열을 통해 환원 및 용융하기 위한 열환원 장치 및 용융 장치 내로 이송할 수 있다. 이 경우에 있어서, 압축성형체가 입상 또는 응집체일 때는, 철벨트는 그 양쪽 모서리 부분에 형성된 벽들을 포함하여 압축성형체가 철벨트에서 떨어지는 것을 방지할 수 있고, 가열을 통해 압축성형체를 환원하기 위한 열환원 장치 내에서 수평방향으로 압축성형체를 운반할 수 있다. 압축성형체가 신장된 형태일 경우에는, 신장된 압축성형체를 연속적으로 성형하기 위한 그리고 신장된 압축성형체를 철벨트 위로 이송하기 위한 성형 수단이 마련될 수 있는데, 이로써 신장된 압축성형체를 연속적으로 성형하고 가열을 통해 환원 및 용융한다. 사용된 철벨트는 용융 장치에서 용융되고, 이로써 환원을 통해 생성된 금속철과 융합되어 용선의 형태로 수거된다.

본 발명을 수행하기 위한 최량의 형태

본 발명에 따르는 금속철 제조 방법은 산화철 및 탄소질 환원제의 역할을 하는 석탄 등을 함유하는 철광석으로 구성된 미분혼합물을 압축성형하여 입자, 펠릿 또는 기타 형태로 만드는 것을 포함한다. 본 방법의 특징은 가열을 통한 환원에 의해 금속철 쉘을 생성 및 성장시킨다는 것이다. 환원은 쉘 내에 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않을 때까지 계속된다.

용광로를 사용하는 방법과 같은 간접 제철법과 상기 SL/RN법과 같은 직접 제철법 모두를 대체할 수 있는 새로운 금속철 제조 방법을 연구하는 과정에서, 본 발명자들은 입자, 펠릿 또는 기타 형태인, 미분 산화철 및 탄소질 환원제의 압축성형체를 비산화 분위기에서 가열하면, 다음의 현상이 발생한다는 것을 발견하였다. 압축성형체가 가열되면, 압축성형체에 함유된 탄소질 환원제는 다음의 방식으로 산화철을 환원한다.: 환원은 압축성형체의 주변에서부터 계속되고, 환원의 초기 단계 중에 생성된 금속철은 확산하여 압축성형체의 표면 위에 모여서 압축성형체의 주변에 금속철 쉘을 형성한다. 이어서, 탄소질 환원제에 의한 산화철의 환원은 쉘 내에서 효율적으로 진행되어, 쉘 내에 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않는 상태가 매우 짧은 시간 동안에 이루어진다. 그렇게 생성된 금속철은 쉘의 내면에 부착되고, 이에 따라 쉘은 성장하게 된다. 반면에, 철광석 등의 산화철 공급원에 함유된 맥석과 탄소질 환원제의 회분 함량 모두로부터 만들어지는 부산물 슬래그의 대부분은 금속철 쉘 내에서 응집한다. 따라서, 상대적으로 높은 철 순도를 가지며 쉘을 구성하는 금속철은 응집된 슬래그로부터 효과적으로 분리될 수 있다.

반응 중에 발생하며 나중에 사진을 참조하여 설명될 이 현상은 다음의 방식으로 발생한다고 여겨진다. 도 1(A) 내지 도 1(F)는 본 발명의 방법이 실행될 때 발생하는 현상을 도식적으로 예시하는 압축성형체의 단면도를 도시한다. 산화철-함유 물질 및 탄소질 환원제로 구성되며 도 1(A)에 도시된 형태를 갖는 압축성형체(1)가, 예를들면 비산화 분위기에서 1450 내지 1500℃의 온도로, 가열되면 산화철의 환원이 압축성형체(1)의 주변으로부터 진행되고, 생성된 금속철이 확산하여 모여서 금속철 쉘(1a)을 형성한다(도 1(B)). 이어서, 가열이 계속됨에 따라서, 쉘(1a) 내에 있는 산화철이, 도 1(C)에 도시된 것과 같이, 쉘(1a) 내에 존재하는 탄소질 환원제에 의한 환원 및 탄소질 환원제와 산화철간의 반응에 의해 생성된 CO에 의한 환원을 통해 빠르게 환원된다. 그렇게 생성된 금속철(Fe)은 쉘의 내면에 부착되고, 그에 따라 쉘은 성장하게 된다. 반면에, 도 1(D)에 도시된 것과 같이, 상기 맥석 등으로부터 만들어지는 부산물 슬래그(Sg)의 대부분은 쉘(1a)에 의해 한정되는 공동 내에서 응집한다.

가열을 통한 환원을 다음의 식들로 나타낸다.

FeO_x ＋ xC → Fe ＋ xCO (1)

FeO_x ＋ (x/2)C → Fe ＋ (x/2)CO₂ (2)

Y = y₁ ＋ y₂ (3)

여기에서 Y : 환원을 위해 필요한 탄소의 화학 당량(몰)

y₁ : 식 (1)로 나타낸 반응에 필요한 탄소의 양(몰)

y₂ : 식 (2)로 나타낸 반응에 필요한 탄소의 양(몰)

산화철을 사용하여 원료 및 탄소질 환원제를 함유하는 압축성형체를 제조하면, 산화철과 탄소질 환원제간의 혼합 비율은, 탄소질 환원제의 양이 식 (3)에 의해 표현되는 이론적 당량 이상이 되도록 조절된다. 이것은 가열을 통한 환원이 효율적으로 진행될 수 있도록 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 금속철 쉘(1a)은 가열을 통한 환원의 초기 단계 중에 압축성형체(1)의 주변에 형성되고, 환원은 쉘(1a)에 의해 한정되는 공동 내에서 더 진행되어, 이로써 환원의 효율을 현저히 향상시킨다. 바람직하게는, 환원을 위한 가열의 극한 온도는 수반되는 슬래그의 융점 이상이며 금속철 쉘(1a)의 융점 이하가 되도록 제어될 수 있다. 만약 가열의 극한 온도가 금속철 쉘(1a)의 융점과 같거나 또는 그보다 크면, 생성된 금속철은 즉시 용융 및 응집될 것이다.; 결과적으로, 금속철 쉘(1a)은 형성되지 않고, 이어지는 환원 반응은 효율적으로 진행되지 않을 것이다. 또한, 환원되지 않은 용융 산화철이 금속철 쉘(1a)의 내부로부터 흘러나가면, 노의 내화물이 손상될 가능성이 높다. 반면에, 환원을 위한 가열의 극한 온도가, 수반되는 슬래그의 융점 이상이 되도록 제어되면, 부산물 슬래그는 용융되어 응집되고, 금속철은 확산하여 집중적으로 모인다.; 결과적으로 금속철 쉘(1a)은 그에따라, 슬래그(Sg)가 도 1(C) 및 도 1(D)에 도시된 것과 같이 쉘(1a)로부터 분리되는 동안에, 성장한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 중요한 특징은 "금속철 쉘이 형성되어 그 안에서 환원 반응이 효율적으로 진행된다."는 것인데, 이것은 종래의 간접 및 직접 제철법들에서는 사용되지 않은 것이며 가열을 통한 환원을 현저히 향상시킨다. 금속철 쉘(1a)은 압축성형체에 함유된 탄소질 환원제가 점진적으로 압축성형체를 환원함에 따라 성장한다. 일단 금속철 쉘(1a)이 형성되면, 탄소질 환원제 및 생성된 CO는 쉘(1a) 내에서 환원을 계속한다. 그러므로, 가열을 통한 환원을 위한 분위기는 환원할 필요가 없지만, 질소 기체 분위기와 같은 비산화 분위기일 수 있다. 이것은 종래의 방법들과의 현격한 차이점이다.

산화철을 환원하는데 필요한 모든 환원제는 펠릿에 존재한다. 외부의 환원제는 필요치 않다.; 환원 공정 중에 고상 또는 기상 환원제 어떤 것도 첨가될 필요가 없다. 공정에서 사용되는 환원제는 압축성형체에 존재하는 탄소질 환원제일 수만 있다. 더욱이, 금속철 쉘은 노의 분위기와 접촉할 수 있다.; 쉘을 코팅하거나 또는 덮을 필요가 없다.

근본적으로, 상기 가열을 통한 환원은 고상 환원의 형태로 진행되는데, 이렇게 되면 금속철 쉘(1a)의 용융을 야기하지 않는다. 상상컨대, 액상 환원도 다음의 이유 때문에 환원 반응의 후반 단계 또는 마지막 단계에서 진행될 것이다. 금속철 쉘(1a)의 내부는, 탄소질 환원제 및 환원제의 환원 반응에 의해 생성된 CO가 존재하고 이로인해 환원 효율이 현저히 높아지기 때문에, 고도로 환원하는 분위를 유지한다고 여겨진다. 이와 같이 고도로 환원하는 분위기에서는, 쉘(1a)내에서 생성된 금속철은 탄소첨가되어, 그 융점이 점차 낮아진다. 그 결과로서, 환원 반응의 후반 단계 또는 마지막 단계에서는, 압축성형체의 일부가 용융되어, 산화철이 액상 환원을 거친다. 상대적으로 낮은 환원 온도를 설정함으로써, 환원이 전적으로 고상에서 수행될 수 있다. 그러나, 환원 온도가 높아질수록, 환원의 반응비는 높아지고, 따라서 상대적으로 높은 환원 온도는 짧은 시간 내에 환원 반응을 완결하는데 유리하다. 그러므로, 환원 반응이 액상 환원으로 끝나는 것이 바람직하다.

상기 환원 반응이 완결되었는지의 여부는 가열을 통한 환원에 의해 만들어진 기체의 분위기 내에 함유된 CO 또는 CO₂의 농도를 측정하여 확인할 수 있다. 바꾸어 말하면, 생성된 기체를 환원반응로의 내부로부터 적당한 시간 간격으로 뽑아낸다는 것이다. CO 또는 CO₂가 기체로부터 검출되지 않는다면, 환원 반응이 완결되었다는 것을 나타낸다. 이 방법은 가열을 통한 환원은 탄소질 환원제 자체에 의해 수행되는 환원 반응과 탄소질 환원제와 산화철 간의 반응에 의해 생성된 CO 기체에 의해 수행되는 환원 반응을 포함한다는 것을 이용한다. 산화철이 완전히 환원된 이후에는 CO 및 CO₂는 더 이상 생성되지 않는다.

실제 공정에서는, CO 및 CO₂ 기체의 배출이 완전히 끝날 때까지 반응을 계속할 필요는 없다. 본 발명자들은 반응에 사용되는 노의 내부 체적에 좌우된다는 것을 확인했지만, 노 기체에서의 CO 및 CO₂ 기체의 농도가 대략 2 체적% 이하로 떨어지면, 산화철의 95 중량% 이상이 환원된다.; 기체 농도가 약 1 체적% 이하로 떨어지면, 산화철의 98 중량% 이상이 환원된다.

도 1(D)에 도시된 상태에서, 주로 FeO로 구성되며 압축성형체에 함유된 산화철은 실질적으로 모두 금속철로 환원되었고(환원의 진행을 나타내는 산화철 함량이 일반적으로 5 중량% 이하이며 실험적으로 2 중량% 이하 또는 1 중량% 이하인 것이 확인되었다.), 주로 FeO로 구성되며 용융되어 용융슬래그(Sg)의 내부 응집체로 된 일부 산화철도 대부분 환원되었다.(환원의 진행을 나타내며, 주로 FeO로 구성되며 슬래그에 함유된 산화철의 함량이 일반적으로 5 중량% 이하이며 실험적으로 2 중량% 이하 또는 1 중량% 이하인 것이 확인되었다.). 이에 따라, 상대적으로 높은 철 순도를 갖는 금속철은, 도 1(D)의 상태에 있는 압축성형체를 냉경하여 파쇄기로 그 금속철 쉘(1a)을 파쇄하고 자기적으로 금속철을 슬래그로부터 선별해냄으로써 효율적으로 얻어질 수 있다. 대안으로서, 동일한 온도에서 또는 더 높은 온도에서의 가열은 그후에 계속되어 도 1(D)의 상태를 이루게되고, 이로써 금속철 쉘(1a)의 일부 또는 전부가 용융되어 금속철로부터 슬래그를 분리하는데, 이것은 아래에 설명된다.

가열이, 필요에 따라서, 도 1(D)의 상태를 이룬 후에 약간 더 높은 온도에서 계속되면, 금속철(1a)의 일부는, 예를 들면, 도 1(E)에 도시한 것과 같이 용융된다. 이것은 수반되는 슬래그(Sg)가 쉘(1a)의 내부로부터 흘러나올 수 있도록하고, 이로써 금속철을 슬래그로부터 분리하는 것을 용이하게 한다. 대안으로서, 가열이 계속되어 도 1(E)에 도시된 상태를 이룰 수 있고, 이로써 이전에 용융 및 응집된 슬래그(Sg)로부터 분리하기 위하여 전체 금속철 쉘(1a)을 용융 및 응집한다. 그리고나서, 그렇게 만들어진, 도 1(E) 또는 도 1(F)에 도시된 상태에 있는 덩어리를 파쇄기 등에 의해 처리하여 부서지기 쉬운 슬래그만 파쇄하고 응집체 내에 금속철을 남긴다. 그리고나서, 파쇄된 덩어리는 적당한 메시를 갖는 체를 사용하여 스크리닝하거나 또는 자기 분리를 하고, 이로써 상대적으로 높은 철 순도를 갖는 금속철을 용이하게 얻는다. 게다가, 금속철과 슬래그 간의 비중차이는 용융금속철을 용융슬래그로부터 분리하는데 사용될 수 있다.

금속철 쉘은, 환원 반응이 완결된 후에 더 높은 온도에서 가열하는 것 뿐만아니라 탄소 첨가를 통해 금속철 쉘의 융점을 낮추는 것에 의해 용융될 수 있다. 금속철 쉘 내에서 진행되는 환원의 마지막 단계에서, 강하게 환원하는, 내부 분위기는 환원철을 탄소첨가하여 결과적으로 환원철의 융점이 낮아지도록 한다. 그러므로, 환원 온도를 유지한다하더라도, 금속철 쉘은 그 융점이 낮아지기 때문에 용융될 수 있다.

본 발명에서 사용가능한 탄소질 환원제는 석탄, 코크스 또는 건류에 의해 처리된 기타 유사한 탄소질 물질, 석유 코크스, 그리고 다른 형태의 탄소질 물질들을 포함한다. 실제 사용할 때에는, 채굴된 석탄을 미분 및 스크리닝하여 사용할 석탄 분말을 얻고, 코크스도 또한 미분한다. 게다가, 예를들면, 탄소질 물질을 함유한 폐기물로서 수거되는 용광로 분진이 사용될 수 있다. 그러나, 가열을 통한 환원 반응을 효율적으로 진행하기 위해서는, 사용되는 탄소질 환원제가 탄소를 바람직하게는 70 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 80 중량% 이상 함유하는 것이 좋다. 그러나, 용광로 분진과 같이 내부에 산화철 및 탄소질 환원제를 함유하는 물질은 이 양에 제한되지 않는다. 예를들면, 용광로 분진의 경우에는, 20 중량% 이상의 탄소를 함유하는 것이 가능하다. 게다가, 탄소질 환원제의 비표면적을 증가시키기 위해서는, 그 입자크기가 바람직하게는 2 mm 이하, 더욱 바람직하게는 1 mm 이하인 것이 좋다. 마찬가지로, 철광석 또는 산화철-함유 물질의 비표면적의 증가를 통한 환원 반응의 효율을 향상시키기 위해서는, 그 입자크기는 바람직하게는 2 mm 이하, 더욱 바람직하게는 1 mm이하인 것이 좋다.

본 발명의 실시예에서는, 산화철과 탄소질 환원제 그리고, 필요하면, 바인더를 균일하게 혼합한 후 응집체, 입자, 단광, 펠릿, 막대 또는 압축성형체의 다른 형태로 성형되고, 결과되는 압축성형체는 가열을 통해 환원된다. 혼합되는 탄소질 환원제의 양은 상기 식 (1) 내지 식 (3)으로 나타낸 환원 반응에 필요한 이론적 화학 당량 이상이다. 식 (1) 및 식 (2)로 나타낸 y₁ 및 y₂의 양은 원료 상태(화학적 조성, 입자 크기, 펠릿 크기 등)와 환원 온도에 따라 달라진다. 그러나, 이론적 화학 당량은, 펠릿이 특정한 온도에서 환원되는 소형 환원 장치에서 생성된 기체의 CO 및 CO₂ 밀도를 측정함으로서 결정된다. 펠릿은 탄소질 환원제와 함께 단지 식 (1)의 가정된 환원의 경우에 대해서만 필요한 양보다 약간 많이 첨가된다. 바람직하게는, 탄소질 환원제는 소비된 양 또는 금속철 쉘의 융점을 낮추기 위한 탄소첨가를 고려하여 과량으로 사용되는 것이 좋다.

상기한 바와 같이, 바람직하게는, 가열을 통한 환원 중의 극한 온도는 부산물 슬래그의 융점 이상이며 금속철 쉘의 융점 이하이다. 그러나, 슬래그의 온도는 철광석 또는 기타 산화철 공급원에 함유된 맥석의 양에 따라 그리고 슬래그에 함유된 산화철의 양에 따라 달라지기 때문에 극한 온도를 무조건적으로 미리 정하는 것이 반드시 적절하다고는 할 수 없다. 그럼에도 불구하고, 환원 온도는 바람직하게는 1350 내지 1540 ℃의 범위, 바람직하게는 1400 내지 1540 ℃의 범위, 더욱 바람직하게는 1430 내지 1500 ℃의 범위 안에 있는 것이 좋다. 이런 환원의 온도 범위는 금속화 비율에 있어서 95 중량% 이상, 일반적으로는 98 중량% 이상, 그리고 우수한 경우에 있어서는 99 중량% 이상의 철 순도를 갖는 금속철을 제공한다.

부산물 슬래그에 대해서는, 주로 FeO로 구성되는 산화철의 함량은 5 중량% 이하, 일반적으로는 2 중량% 이하, 또는 가열을 통한 환원의 좀더 적절한 조건하에서는 1 중량% 이하로 감소된다. 이 특징은 용융된 산화철과의 직접 접촉에 의해 야기되는, 노의 내화벽에 대한 손상을 방지하기에는 유리하다. 상기 종래의 환원 제철법에 따라서, 철광석 등에 함유된 산화물이 탄소질 물질을 사용하여 가열을 통해 환원하거나 또는 환원을 통해서 얻어진 금속철을, 수반되는 슬래그로부터 분리하면, 주로 FeO로 구성되는 산화철의 상당한 양이 슬래그 내에 환원되지 않고 남아서 노의 내화물에 손상을 가져온다. 본 발명에 따르면, 슬래그에 함유된, 주로 FeO로 구성된 산화철은 대부분 환원되어, 슬래그 내에 환원되지 않고 남은 산화철이 거의 없거나 또는, 혹시 있다면, 매우 적은 양의 산화철이 환원되지 않고 남아 있다. 따라서, 환원 단계에서뿐만이 아니라 이어지는 슬래그 분리 단계에서도 노의 내화물에 손상을 주는 문제는 발생하지 않는다.

그렇게 얻어진 금속철은 상대적으로 높은 철 순도를 갖고 슬래그 성분을 함유하지 않으므로, 제강 공정에서 희석제로서 사용되는 동안에는 손상되지 않고 사용될 수 있다. 그러나, 금속철이 황 및 인과 같은 불순물의 상당한 양을 함유하기 때문에, 만약 불순물이 어떠한 문제를 발생시키면, 정련하여 불순물을 줄일 필요가 있다. 게다가, 금속철은 그의 탄소 함량이 조절될 수 있다.

금속철은 연속적이고 폐쇄된 쉘을 형성할 수 있다. 이 형태에 있어서는, 환원철의, 전부가 아니라면, 대부분이 한 조각 또는 덩어리로서, 슬래그로부터 분리된다. 쉘이 부분적으로 또는 완전히 용융된 이후에라도 환원철의 대부분은 한 조각 또는 덩어리의 형태를 갖는다.

본 발명을 실행할 때, 성장된 금속철 쉘이 용융슬래그가 응집되는 동안에 용융되지 않고, 또한 슬래그를 금속철로부터 분리하는 다음 단계에서도, 금속철은 용융되지 않는 것이 바람직하다. 이렇게 실행하면 얻어진 금속철에 함유된 황 및 인의 양을 최소화하게 된다. 이 실행의 메커니즘은 아래에 설명된다. 환원이 완결된 후에, 금속철이, 슬래그와 함께, 용융되면, 용융슬래그에 함유된 황 및 인의 일부가 용융금속철에 섞일 수 있다. 그러나, 환원 단계 및 그후의 슬래그 분리 단계에서 금속철이 고체 상태로 유지되고 단지 슬래그만이 금속철로부터 분리되기 위해 용융되면, 석탄 등의 탄소질 환원제에 함유된 황 및 인은 녹아서 용융슬래그에 섞여 슬래그와 함께 제거되고, 이로써 황 및 인이 금속철에 섞이는 것을 최소화한다.

본 발명은 실시예에 의해 다음에 상세히 설명될 것이며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안될 것이다. 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면, 변화 및 변형이 가능하다.

실시예 1:

각각 표 1에 표시된 조성과 45 ㎛ 이하의 평균 입경을 갖는 석탄 분말(탄소질 환원제), 철광석(철-함유 물질) 및 바인더(벤토나이트)를 표 1에 표시된 혼합비율로 혼합하였다. 결과되는 혼합물은 실질적으로 17 mm의 직경을 갖는 구형 펠릿으로 형성하였다. 그렇게 형성된 펠릿은 1400℃, 1450℃ 그리고 1500℃에서 20분동안 비산화 분위기(질소 기체 분위기)에서 가열을 통해 환원한 후에 냉각하였다. 환원된 펠릿의 단면을 관찰하였다. 도 2는 그 단면들의 대표적인 사진들이다. 표에서 "T."는 "총", 그리고 "M."은 "금속"을 나타낸다.

펠릿 제조 조건

철광석	혼합비율(%)80.3	T.Fe(%)69.7	FeO(%)38.5	SiO2(%)1.7	Al2O3(%)0.44	CaO(%)0.5
석탄	혼합비율(%)18.5	총탄소(%)83.5	고정탄소(%)78.4	휘발성물질(%)17.1	회분함량(%)4.5
바인더	혼합비율(%)1.2	SiO2(%)69.2	Al2O3(%)14.7	CaO(%)0.9
펠릿	T.Fe(%)56.1	총탄소(%)15.4	휘발성물질(%)14.4	SiO2(%)3.3	Al2O3(%)0.9	CaO(%)0.5

도 2에서 보듯이, 1400℃ 및 1450℃의 온도에서 가열을 통해 환원되는 펠릿에서, 금속철이 축적되면서 쉘의 내면에 부착되는 동안에 금속철 쉘이 펠릿의 표면에서 형성되고, 슬래그는 쉘에 의해 한정되는 내부 공간에서 쉘과는 개별적으로 응집한다. 1500℃의 온도에서 가열을 통해 환원되는 펠릿에서는, 일단 형성되면, 금속철 쉘은 환원 반응이 완결된 후에 용융되고, 그후에 용융금속철 및 용융슬래그는 응고되어, 각각, 서로 분리된, 금속 광택을 갖는 금속철과 유리질 덩어리로 된 것으로 보인다.(도 2의 해당 사진은 분쇄 후에 슬래그를 제거하여 얻은 금속철만을 나타낸다.). 표 2는 환원된 펠릿의 화학적 조성을 표시하고, 표 3은 유리질 슬래그의 화학적 조성을 표시한다.

환원된 펠릿의 화학적 조성

환원시간: 20분 단위: 중량%
환원온도	1400℃	1450℃	1500℃
T.Fe	94.20	94.33	99.10
M.Fe	89.42	93.02	98.88
FeO	4.70	0.79	0.28
SiO2	2.21	1.44	0.22
Al2O3	1.02	0.45	0.01
CaO	0.43	0.20	0.01
총 탄소	0.60	0.42	0.49
S	0.062	0.068	0.072
금속화 비율 (%)	94.93	98.61	99.78

유리질 물질의 화학적 조성

단위: 중량%
M.Fe	FeO	CaO	SiO2	Al2O3
8.46	0.18	4.47	57.53	1.55

표 2에서 보듯이, 1500℃의 온도에서 환원되는 펠릿에서는, 타원 형태 및 금속 광택을 갖는 응고된 금속철(도 2 참조)은 슬래그 성분을 거의 함유하지 않고 99 중량% 이상의 금속화 비율을 갖는 환원된 금속철은 슬래그로부터 실질적으로 완전히 분리된다. 반면에, 1400℃ 또는 1450℃의 온도에서 환원되는 펠릿에서는, 금속철 쉘이 여전히 유지되고, 그 화학적 조성은 산화철의 환원이 불충분하다는 것을 나타내는 것으로 보인다. 그러나, 도 2에서 보듯이, 이 펠릿들에서, 금속철 쉘은 쉘 내에서 응집된 슬래그로부터 이미 분리되어 있다. 이것은 상대적으로 높은 철 순도를 갖는 입상 금속철이 다음에 의해서 얻어질 수 있다는 것을 의미한다. 즉 : 환원된 펠릿을 분쇄하고 금속철을 자기 분리를 통해 수거한다.; 더 높은 온도에서 가열을 계속하여 금속철 쉘의 일부를 용융하고 이로써 용융슬래그가 쉘 내부로부터 흘러나갈 수 있도록 한 후에 금속철을 슬래그로부터 분리한다.; 또는 더 높은 온도에서 가열을 계속하여 전체 금속철 쉘을 용융하고나서 용융금속철과 용융슬래그가 각각 서로 개별적으로 응집될 수 있도록한다.

도 3은 1500℃의 환원 온도에서 3분에서 15분까지 환원 시간이 변할 때 관찰된 펠릿의 외관의 변화를 도시한다. 표 4는 각 환원 시간에 대응하는 각 환원된 펠릿의 화학적 조성을 표시한다. 도 4 내지 도 7은, 각각, 금속화 비율, 슬래그 성분의 함량, 산화철 함량, 그리고 탄소 함량의 변화를 환원 시간에 대해 도시한다.

환원시간이 환원된 펠릿의 화학적 조성에 미치는 영향

단위: 중량%
환원시간(min.)	3	5	6	9	12	15
T.Fe	83.75	92.35	98.50	98.75	99.03	98.98
M.Fe	71.75	92.16	98.04	98.08	98.30	98.40
FeO	14.01	0.23	0.27	0.29	0.20	0.34
SiO2	4.04	3.42	0.22	0.18	0.27	0.27
Al2O3	1.49	1.34	0.29	0.01	0.01	0.01
CaO	0.64	0.56	0.03	0.01	0.01	0.01
총 탄소	5.57	0.79	0.51	0.46	0.48	0.68
S	0.061	0.064	0.066	0.066	0.071	0.074
금속화비율 (%)	85.67	99.79	99.53	99.32	99.26	99.41

도 3에서 보듯이, 가열이 시작된지 3분 후에, 펠릿의 외관에서는 특별한 변화가 관찰되지 않는다. 그러나, 표 4에서 보듯이, 산화철의 환원은 펠릿 내에서 상당히 진행되어 있다. 가열이 시작된지 5분후에, 펠릿 표면에는 금속철 쉘이 형성되고 있다는 것을 나타내는 명백한 금속 광택이 나타난다. 게다가, 금속철의 T.Fe 함량은 90 중량%를 초과한다. 6분 후에, 금속철의 T.Fe 함량은 표 4에 표시된 것과 같이 98 중량% 이상이다.

이 시점에서, 금속철 쉘의 일부가 용융되어 용융슬래그가 쉘의 내부로부터 흘러나갈 수 있도록 하는 것이 관찰된다. 9분 후에, 금속철 쉘의 대부분은 용융되어 계란프라이 형태로 응집되며, 금속철은 노른자위에 해당되는 위치에 응집되고 유리질 슬래그는 계란 흰자위에 해당되는 위치에서 금속철의 주위에 응집된다. 이 시점 이후에는, 금속철 및 슬래그의 형태는 다소 변하지만, 표 4에서 보듯이, 금속철에서의 T.Fe 농도는 거의 더 이상 증가하지 않는다. 이것은 펠릿에 함유된 산화철의 환원 반응이 빠르게 진행되며 금속철 쉘이 형성되는 동안에 거의 완결된다는 것과, 쉘 내에서 이루어진 향상된 환원 조건 하에서, 일단 금속철 쉘이 형성되면 그후에 시간이 지나면서 슬래그로부터의 금속철의 분리가 진행된다는 것을 나타낸다. 표 4 그리고 도 4 내지 도 7에서 보듯이, 가열을 통한 환원이 시작된지 6분 후에 얻어진 금속철의 슬래그 및 FeO 함량은 매우 낮은 수준으로 감소되고, 이로써 99% 이상의 금속화 비율을 갖는 금속철이 얻어진다.

쉽게 이해할 수 있듯이, 산화철-함유 원료 및 탄소질 환원제로 구성된 압축성형체가 압축성형체에 함유된 산화철을 환원하는데 필요한 양과 같거나 또는 그보다 많은 탄소질 환원제를 함유한다면, 압축성형체가 약 1400℃ 이상의 온도에서 가열될 때, 금속철 쉘은 가열의 초기 단계에서 압축성형체의 주변에 형성되고, 그후에 산화철은 용융슬래그가 금속철로부터 분리되는 동안에 금속철 쉘 내에서 빠르게 환원될 것이다. 환원 온도가 1500℃로 증가되면, 환원 반응과 금속철의 슬래그로부터의 분리는 매우 짧은 시간동안에 진행되고, 이로써 매우 높은 철 순도를 갖는 금속철은 상대적으로 높은 수율로 얻어진다.

도 8은 본 발명의 실시예를 예시하는 흐름도를 도시한다. 미분 산화철-함유 원료 및 미분 탄소질 환원제는, 바인더와 함께, 혼합되어 펠릿 또는 기타 형태의 압축성형체로 형성된다. 그렇게 형성된 펠릿 등은 노에서 1400℃ 이상의 온도에서 가열을 통해 환원된다. 환원 단계 중에, 금속철 쉘은 환원의 초기 단계 도중에 형성되고, 그 후에 쉘 내에서 용융슬래그가 응집되는 동안 쉘 내에서 환원 반응이 진행된다. 분리 단계에서는, 환원된 덩어리를 냉경하여 응고하고나서, 그 결과되는 응고된 덩어리를 분쇄한 후에 자기 분리등을 통해 금속철을 수거한다. 대안으로서, 가열을 더 계속하여 금속철을 용융하고, 용융금속철을 용융슬래그로부터, 이들간의 비중차이를 이용하여, 분리한다. 만약 필요하면, 수거된 금속철을 정련하여 황 및 인과 같은 불순물을 제거하고, 게다가 금속철의 탄소 함량을 조절할 수 있다.

상기 금속철 제조법은 실시예에 의하여 다음에 설명될 것이다. 본 발명의 방법 및 장치는 아래에서 설명되는 것과 같이 산업적 규모로 구현될 수 있다.

실시예 2:

본 발명의 실시예 2에 따르는금속철 제조법에서는, 탄소질 환원제를 함유하는, 산화철의 입상 또는 응집체인 압축성형체(이후 압축성형체로 불릴 수 있다.)는 가열을 통해 환원되며, 이로써 금속철을 제조한다. 특히, 상기 압축성형체는 수평 방향으로 운반되는 동안에 가열을 통해 환원된다. 이 환원 도중에, 금속철로 구성된 쉘이 생성 및 성장되고, 슬래그가 쉘 내부에서 응집된다. 이 환원은 쉘 내부에 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않을 때까지 계속된다. 이어서, 내부에 슬래그 응집체를 함유하는 쉘 형태의 압축성형체는 운반 부재의 단부에서 방출되어 이어지는 용융 공정으로 들어가고, 쉘 및 슬래그 응집체가 용융된 후 분리되어 용융슬래그와 용선으로 분리된다.

탄소질 환원제가 압축성형체에 함유되어 있기 때문에, 환원이 압축성형체 자체 내에서 진행되어, 이로써 금속철(쉘) 및 슬래그(쉘 내부에 있는)를 생성한다. 결과되는 물질은 용융된 후에 비중차이를 이용하여 용선과 용융슬래그로 분리된다. 압축성형체에 함유된 탄소질 환원제의 양은 적어도 산화철을 환원하기 위해 필요한 양이어야 하고, 바람직하게는 환원철(금속철)의 생성이 탄소첨가를 수반할 수 있도록 환원철을 탄소첨가하기 위해 필요한 양을 더한 양이 되어야 한다. 고상(용융되지 않은) 환원철은, 쉘을 구성하는데, 다공질 형태를 갖고, 따라서 재산화될 가능성이 있다. 이 재산화는 압축성형체 내에 탄소질 환원제가 상기 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양" 보다 더 많이 존재함으로써 방지될 수 있다. 이것은 압축성형체로부터 생성된 CO 기체가 압축성형체의 주위에 비산화 분위기를 이루기 때문이다. 즉, 압축성형체는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양 ＋ 산화에 따라 손실된 양"의 탄소질 환원제를 함유하는 것이 가장 바람직하다.

더욱이, 실시예 2에서, 탄소질 환원제는 압축성형체가 수평 방향으로 운반되어 가열을 통해 환원되는 동안에 추가적으로 공급되는 것이 바람직하다.

상기 공정에서, 탄소질 환원제는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양"에 "환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양 ＋ 산화에 따라 손실된 양"을 더한 양이 압축성형체에 미리 함유되어 있다. 그러나, 탄소질 환원제는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양"으로 압축성형체에 함유될 수 있고, 탄소질 환원제는 가열을 통해 환원하는 동안에 "환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양 ＋ 산화에 따라 손실된 양"이 외부로부터 추가적으로 공급될 수 있다. 대안으로서, 탄소질 환원제는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양"이 압축성형체에 함유될 수 있고, 탄소질 환원제는 가열을 통해 환원하는 동안에 "산화에 따라 손실된 양"이 외부로부터 추가적으로 공급될 수 있다. 이런 방식으로, 탄소질 환원제는 부족분을 보충하기 위해 추가적으로 공급될 수 있다. 이 중 어떠한 경우에서도, "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양"의 탄소질 환원제는 슬래그가 쉘 내부에서 응집하는 동안에 금속철 쉘이 좋은 방식으로 생성될 수 있도록 한다.

분상 탄소질 환원제를 사용함으로써, 분상 탄소질 환원제는 압축성형체 표면에 부착될 수 있고, 이로써 압축성형체들이 함께 소결되어 상대적으로 큰 응집체가 되거나 또는 노벽에 소결 부착되는 것을 방지하고, 따라서 압축성형체를 취급하는 것을 용이하게 한다.

"환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양" 또는 "산화에 따라 손실된 양"의 탄소질 환원제는 금속철(환원철)이 용융되는 동안에 추가적으로 공급될 수 있다. 이 경우에, 탄소첨가는 용융 공정 중에 진전되고, 탄소질 환원제로부터 생성된 CO 기체는 압축성형체 주위에 비산화 분위기를 유지하고, 이로써 금속철이 재산화되는 것을 방지한다.

실시예 2에 따르는 금속철 제조 장치는 상기 금속철 제조법을 실시한다. 즉, 탄소질 환원제를 함유하는 산화철의, 입상 또는 응집체인 압축성형체를 환원함으로써 금속철을 제조하는 장치가 제공되는데, 다음을 포함한다. 즉: 수평방향으로 압축성형체를 운반하기 위한 운반 부재를 갖는 열환원 장치와 압축성형체를 가열하기 위한 열환원 메커니즘; 열환원 장치에서 운반 부재의 운반 단부로부터 방출되는 압축성형체를, 가열을 통해, 용융하기 위한 용융 메커니즘을 갖는 용융 장치; 그리고 용융슬래그와 용선을 서로 분리하기 위해 용융 장치 다음에 배치된 분리기.

실시예 2의 장치를 사용함으로써, 용선은 압축성형체로부터 연속적으로 만들어질 수 있다.

또, 실시예 2에서는, 수평방향으로 압축성형체를 운반하기 위한 운반 부재가 순환 벨트 시스템을 사용하고 압축성형체가 놓이는 노상을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 실시예 2에서는, 노상은, 압축성형체들이 서로 부착되는 것을 방지하기 위해 일정한 간격으로 그 위에 배치된 분리 부재를 갖는 것이 바람직하다. 분리 부재의 예에는 판상 내화물이 포함된다. 분리 부재를 사용함으로써, 압축성형체들이 함께 소결되어 상대적으로 큰 응집체가 되는 것을 방지하고, 이로써 압축성형체들의 취급을 용이하게 한다.

또, 분리 부재는 탈황제로 만들어지는 것이 더 바람직하다. 이 경우에, 분리 부재(탈황제)는 노상에서 용이하게 분리될 수 있도록 구성되어, 탈황제가 환원된 압축성형체와 함께 용융 장치에 충전된다. 그러므로, 탈황은 용융 장치에서 수행될 수 있다. 탈황제로 만들어진 분리 부재는, 예를들면, 판상 또는 분말 더미의 형태일 수 있다.

압축성형체의 표면에 부착되는 분상 탈황제가 사용될 수 있다. 이것은 압축성형체들이 함께 소결되어 상대적으로 큰 응집체가 되거나 또는 노벽에 소결 부착되는 것을 방지한다. 게다가, 압축성형체에 부착되는 분상 탈황제는 용융 장치에 충전되므로 탈황은 용융 장치 내에서 수행될 수 있다. 그러한 탈황제의 예에는 석회암이 포함된다.

실시예 2에서, 용융 장치는 경사진 바닥을 가져서, 압축성형체들이 경사진 바닥에서 텀블링하거나 또는 미끄러지는 동안에 가열을 통해 용융되도록 하는 것이 바람직하다.

그러한 경사진 바닥을 사용함으로써, 압축성형체들은 용융 장치 내에서 그 다음의 분리기쪽으로 원활히 이동한다. 압축성형체들이 경사진 바닥 위에서 아래쪽으로 움직임에 따라, 그 용융도가 증가하여 실질적으로 균일해지고(서로 다른 용융도의 압축성형체들이 섞여서 존재하지 않는다.), 이로써 압축성형체들을 효율적으로 용융하게 된다.

실시예 2는 도 9를 참조하여 다음에 상세히 설명될 것이다.

도 9는 본 발명에 따르는 금속철-제조 장치의 실시예 2이다.

금속철-제조 장치는 열환원 장치(123), 용융 장치(112) 그리고 분리기(113)를 갖는다. 열환원 장치(123)는, 운반 부재로서, 압축성형체(104)를 올려놓기 위한 노상(146)과 노상(146)을 수평으로 이동하기 위한 롤러(147)를 갖는다. 이 운반 부재는, 펠릿형 노상(146)이 벨트 컨베이어 위에 장착되고, 롤러(147)가 외부 구동 장치(도시 않음)에 의해 회전되는 순환 벨트 시스템을 사용한다. 열환원 장치(123)는, 열환원 메커니즘으로서, 내화물로 만들어진 노벽(105)에 의해 둘러싸인 열환원로(150)의 내부를 소정의 온도로 가열하기 위한 환원 버너(148)를 갖는다. 압축성형체(104)를 운반하는 노상(146)이 열환원로(150)의 내부를 통과하고, 이로써 압축성형체(104)를 수평으로 운반한다. 도 9에 도시된 것과 같이, 세 개의 열환원로(150)가 마련되며, 각각은 환원의 단계에 따라서 원하는 온도로 조절될 수가 있다.

열환원 장치(123)는 노상(146) 위에서의 운반이 끝나는 곳(운반 부재의 하류)에 위치한 용융 장치(112) 전에 있다. 용융 장치(112)는, 용융 메커니즘으로서, 내화물로 만들어진 노벽(106)에 의해 둘러싸인 용융 장치(112)의 내부를 가열하기 위한 용융 버너(161)를 갖는다. 용융 장치(112)는 또한 압축성형체(104)를 다음 공정(분리기 113)으로 보내기 위해 경사진 바닥(151)을 갖는다. 둑(152)은 용융 장치(112)와 그 다음의 분리기(113) 사이에 위치한다. 분리기(113)는 용선(154) 및 용융슬래그(153)를 모은다. 분리기(113)는 슬래그 배출구(155) 및 용선 배출구(156)를 갖는다. 열환원로(150)와 용융 장치(112)는 각각 배기가스 배출구(149) 및 (157)을 갖는다.

다음에, 금속철 제조 공정이 도 9를 참조하여 설명될 것이다.

석탄 등의 탄소질 환원제와 철광석 등의 산화철로 구성된 미분 혼합물은 압축성형되어, 예를들면, 입자로 된다. 그렇게 성형된 압축성형체는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양 ＋ 산화에 따라 손실된 양"의 탄소질 환원제를 함유한다.

압축성형체(104)는 열환원 장치(123)의 입구에서(도 9의 좌측에서) 노상(146) 위에 놓여지고나서 차례로 열환원로를 통과하여 운반된다(도 9의 우측을 향하여). 열환원로(150)의 내부온도는 환원 버너(148)의 불꽃 강도가, 생성되는 금속철 쉘의 용융 온도 이하이며 생성된 슬래그의 용융 온도 이상이 되도록 조절함으로써 조정된다. 이 가열을 통하여, 압축성형체(104)는 환원된다.

이 열환원 공정에서, 환원이 먼저 압축성형체(104)의 주변부에서 진전되고, 이로써 금속철로 구성된 쉘을 형성한다. 이어서, 탄소질 환원제 자체로부터 쉘 내부에서 생성되는 일산화탄소에 의한 환원을 통하여 그리고 탄소질 환원제의 열분해를 통하여, 산화철의 환원 반응은 쉘 내에서 효율적으로 진전된다. 이에 따라, 생성된 금속철은 응집되어 쉘을 성장시키고, 생성된 슬래그도 또한 융합하여 응집한다. 그 결과로서, 이 열환원 공정에서, 금속화 비율은 상당히 증가하고, 슬래그 내에 혼합된 산화철의 양은 상당히 감소한다.

상기 환원은 압축성형체(104) 내에서 산화철이 실질적으로 존재하지 않을 때까지 계속된다. 노상(146)의 이동 속도는 이 환원에 필요한 시간에 따라서 조절된다. 슬래그 내에 혼합된 산화철의 양은 환원을 충분히 수행함으로써 감소될 수 있으므로, 그 다음의 용융 장치(112)의 내화물(노벽)이, 압축성형체(104)가 용융 장치(112)에서 용융될 때, 산화철에 의해 손상되는 것이 방지될 수 있다. 노상(146)이 통과하는 열환원로(150)의 길이는, 환원에 필요한 시간 및 노상(146)의 이동속도에 근거하여 결정될 수 있다.

상기한 바와 같이, 열환원로(150) 내에서 환원하는 동안에, 압축성형체(104)에 함유된 탄소질 환원제는 환원철을 탄소첨가하고, 압축성형체(104)로부터 생성된 CO 기체는 압축성형체(104) 주위에 비산화 분위기를 이루어, 이로써 환원철이 다시 산화되는 것을 방지한다.

환원이 실질적으로 끝나게 되면, 압축성형체(104)는 금속철 쉘 및 쉘 내부에 있는 슬래그 응집체로 구성되며 이동하는 노상(146) 위에서, 적어도 쉘이 고체상태에 있는 동안에, 용융 장치(112)로 운반된다. 용융 장치(112)에서, 경사진 바닥(151) 위에서 아래쪽으로(분리기(113) 쪽으로) 텀블링하거나 미끄러지는 압축성형체(104)는 열에 노출되어 용융된다. 용융 장치(112)의 내부는 슬래그 뿐만아니라 쉘도 용융하기 위한 온도로 설정된다.

용융 장치(112)로 들어가는 압축성형체(104)에 적은 양의 환원되지 않은 부분이 남아 있더라도(환원은 열환원로(150) 내에서 금속철 쉘이 실질적으로 존재하지 않을 때까지 수행되지만, 산화철은 5 중량% 이하 또는 어떤 경우에는 2 중량% 이하의 양으로 남아 있을 수 있다.), 그러한 환원되지 않은 부분은 용융 공정 중에 가열을 통해 환원된다. 이 경우에는, 용융 장치(112)에 탄소질 환원제를 공급한다.

용융되고 있는 압축성형체(104)는 둑(152) 뒤에 머물고, 용융물은 둑(152)을 넘어 분리기(113)에 모인다.

용융슬래그(153)와 용선(154)은 비중이 다르기 때문에, 분리기(113)에서 서로 분리되어 용융슬래그(153)가 용선(154) 위에 모여 두 층을 형성한다. 그렇게 분리된 슬래그(153)는 용선(154)이 용선 배출구(156)로부터 배출되는 동안에 슬래그 배출구(155)로부터 배출된다.

상기한 바와 같이, 고도로 환원된 금속철은, 95% 이상의 금속화 비율 또는 어떤 경우에는 98% 이상의 금속화 비율을 가지며, 용선의 형태로 효율적으로 얻어질 수 있다. 더욱이, 열환원 공정에서 산화철의 환원이 고도로 진전된 결과로서, 부수적인 용융슬래그 내에 혼합된 산화철의 양은 상당히 적다. 그러므로, 용융 장치(112)의 내화물은 이에따라 용융슬래그 내에 혼합된 산화철에 의해 녹아서 손상되는 것이 방지될 수 있다.

분리기(113)는, 바람직하게는, 용융슬래그(153) 및 용선(154)을 더 가열하여 온도를 더 높임으로써 그 유동성을 증가시키기 위한 가열 버너 또는 전기 가열 장치를 구비하여, 용융슬래그(153)와 용선(154)을 더 용이하게 서로 분리하고, 이로써 이들의 분리 배출을 용이하게 할 수 있다.

배기가스 배출구(149) 및 (157)로부터 배출된 배기가스가 고온이며 가연성 기체를 포함하기 때문에, 배기가스는 버너(148) 및 (161)에 공급되는 연료로서 이용될 수 있다. 배기가스는 압축성형체(104)를 건조 또는 예열하기 위한 또는 연료 및 연소용 공기를 예열하기 위한 열원으로서 이용될 수 있다. 또한, 배기가스는 이용되지 않고 배출될 수 있다.

실시예 3:

본 발명의 실시예 3에 따르는 금속철 제조법에서는, 탄소질 환원제를 함유하는, 산화철의 입상 또는 응집체인 압축성형체(이하 압축성형체로 불릴 수 있다.)는 가열을 통해 환원되고, 이로써 금속철을 제조한다. 특히, 상기 압축성형체는 수평면 위에 놓여있는 동안에 가열을 통해 환원된다. 이 환원 도중에, 금속철로 구성되는 쉘은 생성 및 성장되고, 슬래그는 쉘 내부에서 응집한다. 이 환원은 쉘 내부에 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않을 때까지 계속된다. 이어서, 내부에 슬래그 응집체를 함유하는 쉘의 형태를 갖는 압축성형체가 수평면으로부터 방출되고, 그 후에 용융을 위해 더 가열된다. 결과되는 용융물은 용융슬래그와 용선으로 분리된다.

상기한 바와 같이, 탄소질 환원제는 압축성형체에 함유되기 때문에, 환원은 압축성형체 자체의 내부에서 진전되어, 이로써 금속철(쉘) 및 슬래그(쉘의 내부에 있는)를 생성한다. 결과되는 물질은 용융된 후, 서로의 비중 차이를 이용하여 용선과 용융슬래그로 분리된다.

실시예 2와 같이, 압축성형체에 함유된 탄소질 환원제의 양은 최소한 산화철을 환원하는데 필요한 양, 바람직하게는 거기에 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양을 더한 양이 되어야만 한다. 더 바람직하게는, 탄소질 환원제의 양은 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양 ＋ 산화에 따라 손실된 양"인 것이 좋다.

또한, 실시예 3에서는, 탄소질 환원제는, 수평면 위에 놓인 압축성형체가 가열을 통해 환원되는 동안에, 추가적으로 공급되는 것이 바람직하다.

또, 실시예 2와 같이, 탄소질 환원제는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양"으로 압축성형체에 함유될 수 있고, 탄소질 환원제는 가열을 통해 환원하는 동안에 "환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양 ＋ 산화에 따라 손실된 양"이 외부로부터 추가적으로 공급될 수 있다. 대안으로서, 탄소질 환원제는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양"으로 압축성형체에 함유될 수 있고, 탄소질 환원제는 가열을 통해 환원하는 동안에 "산화에 따라 손실된 양"이 외부로부터 추가적으로 공급될 수 있다. 이러한 방식으로, 탄소질 환원제는 부족분을 보충하기 위해 추가적으로 공급될 수 있다.

또, 실시예 2와 같이, 분상 탄소질 환원제를 사용함으로써, 분상 탄소질 환원제는 압축성형체 표면에 부착될 수 있는데, 이로써 압축성형체들이 함께 소결되어 상대적으로 큰 응집체가 되거나 또는 노벽에 소결 부착되는 것을 방지하고, 따라서 압축성형체의 취급을 용이하게 한다.

또, 상기한 바와 같이, 탄소질 환원제는, 금속철(환원철)이 용융되는 동안에 "환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양" 또는 "산화에 따라 손실된 양"이 추가적으로 공급될 수 있다. 이 경우에, 탄소첨가는 용융 공정 중에 진전되고, 탄소질 환원제로부터 생성된 CO 기체는 압축성형체 주위에 비산화 분위기를 유지하고, 이로써 금속철이 재산화되는 것을 방지한다.

실시예 3에 따르는 금속철 제조 장치는 상기 금속철 제조법을 실시한다. 즉, 탄소질 환원제를 함유하는, 산화철의 입상 또는 응집체인 압축성형체를 환원함으로써 금속철을 제조하는 장치가 제공되는데, 다음을 포함한다. 즉, : 압축성형체를 수평면 상에서 운반하는 동안에 압축성형체를 간헐적으로 이송하기 위한 이송 부재, 압축성형체를 이송 부재로부터 방출할 수 있는 방출 부재 그리고 압축성형체를 가열하기 위한 열환원 메커니즘; 열환원 장치로부터 방출되는 압축성형체를 가열을 통해 용융하기 위한 메커니즘을 갖는 용융 장치; 그리고 용융슬래그와 용선을 서로 분리하기 위해 용융 장치 다음에 배치된 분리기.

실시예 3의 장치를 사용함으로써, 용선은 압축성형체로부터 연속적으로 만들어질 수 있다.

또, 실시예 3에서, 방출 부재가, 이송 부재의 자세가 수평 자세와 경사진 자세의 사이에서 번갈아 이루어지도록 하기 위한 경사 부재인 것이 바람직하다. 대안으로서, 방출 부재는 압축성형체를 이송 부재로부터 밀어내기 위한 푸싱 부재인 것이 바람직하다. 이송 부재는 경사 부재이면서 푸싱 부재를 갖는 것도 또한 바람직하다. 경사 부재 또는 푸싱 부재를 방출 부재로서 사용함으로써, 가열을 통한 환원 중에 압축성형체들이 함께 소결되어 상대적으로 큰 응집체가 될 때에도 압축성형체를 용융 장치로 원활하게 보낼 수 있다.

실시예 2와 같이, 실시예 3에서, 철 지지체는 이송 부재 위에 놓여서, 철 지지체가 압축성형체와 함께 방출되도록 할 수 있다. 또한, 이 경우에는, 가열을 통한 환원 중에 압축성형체들이 함께 소결되어 상대적으로 큰 응집체가 되거나 또는 철 지지체에 부착되더라도 압축성형체를 용융 장치에 원활하게 보낼 수 있다.

더욱이, 이송 부재는, 압축성형체들이 서로 부착되는 것을 방지하기 위해, 그 위에 일정한 간격으로 배열된 분리 부재를 갖는 것이 바람직하다. 분리 부재의 예에는 판상 내화물이 포함된다. 분리 부재를 사용함으로써, 압축성형체들이 함께 소결되어 상대적으로 큰 응집체가 되는 것을 방지하고, 이로써 압축성형체의 취급을 용이하게 할 수 있다.

또, 상기한 바와 같이, 분리 부재는 탈황제로 만들어지는 것이 더 바람직하다. 이 경우에, 분리 부재(탈황제)는 노상으로부터 용이하게 분리될 수 있게 구성되어, 탈황제가 환원된 압축성형체와 함께 용융 장치에 충전된다. 그러므로, 탈황은 용융 장치에서 수행될 수 있다. 탈황제로 만들어지는 분리 부재는, 예를들면, 판상 또는 분말 더미의 형태일 수 있다.

압축성형체의 표면에 부착되는 분상 탈황제가 사용될 수 있다. 이것은 압축성형체가 함께 소결되어 상대적으로 큰 응집체가 되거나 또는 노벽에 소결 부착되는 것을 방지한다. 게다가, 압축성형체에 부착되는 분상 탈황제는 용융 장치에 충전되므로, 탈황이 용융 장치 내에서 수행될 수 있다. 그러한 탈황제의 예에는 석화암이 포함된다.

실시예 3에서는, 용융 장치는 경사진 바닥을 가져서, 압축성형체가 경사진 바닥 위에서 텀블링하거나 또는 미끄러지는 동안에 가열을 통해 용융되도록 하는 것이 바람직하다.

그러한 경사진 바닥을 사용함으로써, 압축성형체가 용융 장치 내에서 그 다음의 분리기 쪽으로 원활히 이동한다. 압축성형체가 경사진 바닥 위에서 아래쪽으로 이동함에 따라, 그 용융도는 점차 증가하고, 따라서 서로 다른 용융도의 압축성형체들은 혼합되어 존재하지 않는데(용융도는 경사진 바닥 위의 각 위치에서 실질적으로 균일하다.), 이로써 압축성형체를 효율적으로 용융한다.

실시예 3은 도 10 및 도 11을 참조하여 다음에 상세히 설명될 것이다.

도 10 및 도 11은 본 발명에 따르는 금속철-제조 장치의 실시예 3을 도시하는데, 도 10은 장치의 수평 부분을 위에서 본 것을 도시하고, 도 11은 도 10의 선 Z-Z 및 Y-Y를 따라서 본 장치의 단면도를 도시한다.

금속철 제조 장치는 열환원 장치(223), 용융 장치(212) 그리고 분리기(213)를 갖는다. 열환원 장치(223)는 예비 압축성형체 챔버(202) 및 (209)와 열환원로(210)로 구성된다. 열환원 장치(223)는 압축성형체(204)를 운반하기 위한 카트(이송 부재)(207)를 갖고, 카트(207)는 예비 압축성형체 챔버 (202) 및 (209)와 열환원로(210)의 사이에서 이동한다. 카트(207)는 압축성형체-운반면(노상)의 자세가 수평 자세와 경사진 자세의 사이에서 번갈아 이루어지도록 하기 위한 경사 부재(도시 않음)를 갖는다. 예비 압축성형체 챔버(202) 및 (209)는 각각 예비 압축성형체 챔버(202) 및 (209)의 외부로부터 압축성형체(204)를 이송하기 위한 이송 포트 (217) 및 (218)를 갖는다. 열환원로(210)는 환원 버너(211)(열환원 메커니즘)와 생성된 배기가스를 배출하기 위한 배기가스 배출구(221)를 갖는다.

용융 장치(212)는 열환원로(210)의 배출구 쪽에 위치하고 용융 버너(216)(열-용융 메커니즘) 및 배기가스 배출구(222)를 갖는다. 용융 장치(212)는 또한 경사진 바닥(224)도 갖는데, 이것은 다음 공정(분리기(213)) 쪽으로 압축성형체(204)를 보낸다.

용융 장치(212) 다음에 있는 분리기(213)는 용융슬래그(254) 및 용선(253)을 모으며, 슬래그 배출구(219) 및 용선 배출구(220)를 갖는다.

다음에, 금속철 제조 공정이 도 10 및 도 11을 참조하여 설명될 것이다.

석탄 등의 탄소질 환원제와 철광석 등의 산화철로 구성된 미분 혼합물은 미리 압축성형된다. 상기 실시예 2에서처럼 그렇게 형성된 압축성형체는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양 ＋ 산화에 따라 손실된 양"의 탄소질 환원제를 함유한다. 더욱이, 실시예 3에서는, 분상 석회암 등의 분상 탈황제는 압축성형체 표면에 부착된다.

압축성형체(204)는 이송 포트(217)를 통해 예비 압축성형체 챔버(202) 내에 이송되어 카트(207) 위에(수평 자세로) 놓인다. 압축성형체(204)를 운반하는 카트(207)는 열환원로(210) 안으로 이동한다. 압축성형체(204)는 열환원로(210) 내에서 가열을 통해 환원되는데, 그 최대 온도는 생성된 슬래그의 융점 이상이며 금속철 쉘의 융점 이하가 되도록 환원 버너(211)에 의해 조절된다. 이 환원 중에, 카트(207)는 그 수평 자세를 유지한다. 즉, 압축성형체(204)는 수평면(노상) 위에 놓여 있는 동안에 가열을 통해 환원된다.

이 열환원 공정에서, 환원은 처음에 압축성형체(204)의 주변부에서 진전되고, 이로써 금속철로 구성된 쉘을 형성한다. 이어서, 탄소질 환원제 자체로부터 쉘 내부에서 생성되는 일산화탄소에 의한 환원을 통해 그리고 탄소질 환원제의 열분해를 통해, 산화철의 환원 반응이 쉘 내부에서 효율적으로 진전된다. 이에따라, 생성된 금속철은 응집되어 쉘을 성장시키고, 생성된 슬래그 또한 용융하여 응집한다. 즉, 환원이 진전됨에 따라, 슬래그가 쉘 내부에서 응집되는 동안에 압축성형체(204)는 금속철 쉘을 생성 및 성장시킨다. 그 결과로서, 이 열환원 공정에서, 금속화 비율은 상당히 증가하고, 슬래그 내부에 혼합된 산화철의 양은 상당히 감소한다.

상기 환원은 압축성형체(204) 내에 산화철이 실질적으로 존재하지 않을 때까지 계속된다. 슬래그 내에 혼합된 산화철의 양은 환원을 충분히 행함으로써 환원될 수 있으므로, 그 다음 용융 장치(212)의 내화물(노벽)은 압축성형체(204)가 용융 장치(212)에서 용융될 때 산화철에 의해 손상되는 것이 방지될 수 있다.

분상 탈황제가 상기한 바와 같이 압축성형체(204)의 표면에 부착되기 때문에, 압축성형체(204)들이 이 환원 중에 함께 소결되어 상대적으로 큰 응집체가 되거나 또는 노벽에 소결 부착되는 것이 방지된다.

더욱이, 상기한 바와 같이, 열환원로(250) 내에서 환원되는 동안에, 압축성형체(204)에 함유된 탄소질 환원제는 환원철을 탄소첨가하고, 압축성형체(204)로부터 생성된 CO 기체는 압축성형체(204) 주위에 비산화 분위기를 이루어, 이로써 환원철이 다시 산화되는 것을 방지한다.

환원이 실질적으로 끝나면, 압축성형체(204)는 금속철 쉘과 쉘 내부에 있는 슬래그 응집체로 구성된다. 이 단계에서, 카트(207)는 경사 부재에 의해 경사지게 된다(도 11의 점선으로 표시된 것과 같이). 적어도 압축성형체(204)의 쉘이 고체 상태이므로, 압축성형체(204)는 카트(207)의 경사진 노상 위에서 아래쪽으로 이동하여 열환원로(210)로부터 방출되어 용융 장치(212)로 들어간다. 빈 카트(207)는 예비 압축성형체 챔버(202)로 돌아가서 이송 포트(217)를 통해 다시 압축성형체(204)를 이송받는다.

본 발명에 있어서, 카트(207)는 압축성형체(204)를 열환원로(210)로부터 용융 장치(212)로 보내기 위해 경사지므로, 가열을 통해 환원된 압축성형체(204)의 상대적으로 큰 응집체를 결과적으로 형성하는데 탈황제가 사용되지 않더라도, 그렇게 응집된 압축성형체(204)는 용융 장치(212)로 원활히 보내질 수 있다.

용융 장치(212)의 내부가 슬래그 뿐만 아니라 금속철 쉘도 용융하기 위한 온도로 설정되므로, 압축성형체(204)는 용융 장치(212) 내에서 용융된다. 경사진 바닥(224) 위에서 아래쪽으로(분리기(213) 쪽으로) 구르거나 또는 미끄러지는 압축성형체(204)는 열에 노출되어 용융된다. 결과되는 용융물은 분리기(213) 안으로 보내진다.

용융 장치(212)로 보내지는 압축성형체(204)에 적은 양의 환원되지 않은 부분이 남더라도(환원은 금속철 쉘 내에 산화철이 실질적으로 존재하지 않을 때까지 열환원로(250) 내에서 수행되지만, 산화철은 5 중량% 이하 또는 어떤 경우에는 2 중량% 이하의 양이 남아 있게 된다.), 그러한 환원되지 않은 부분은 용융 공정 중에 가열을 통해 환원된다. 이 경우에, 용융 장치(212)에는 탄소질 환원제가 공급될 수 있다.

용융슬래그(254)와 용선(253)은 비중이 다르기 때문에, 분리기(213)에서 서로 분리되어 용융슬래그(254)는 용선(253) 위에 모여 두 층을 형성한다. 그렇게 분리된 슬래그(254)는 용선(253)이 용선 배출구(220)로부터 배출되는 동안에 슬래그 배출구(219)로부터 배출된다.

상기한 바와 같이, 고도로 환원된 금속철은 용선의 형태로 효율적으로 얻어질 수 있고, 금속화 비율은 95% 이상, 또는 어떤 경우에는 98% 이상이다. 더욱이, 열환원 공정에서 산화철의 환원이 고도로 진전된 결과로서, 부수적인 용융슬래그 내에 혼합된 산화철의 양은 상당히 적다. 그러므로, 용융 장치(212)의 내화물은 이에따라 용융슬래그 내에 혼합된 산화철에 의해 용융되어 손상되는 것이 방지된다.

상기 실시예 2와 같이, 분리기(213)는, 바람직하게는, 용융슬래그(254) 및 용선(253)을 더 가열하여 온도를 더 높임으로써 그 유동성을 증가시키기 위한 가열 버너 또는 전기 가열 장치를 구비하여, 용융슬래그(254)와 용선(253)을 더 용이하게 서로 분리하고, 이로써 그 분리 배출을 용이하게 할 수 있다.

열환원 장치(223)는 예비 압축성형체 챔버(209)도 가지므로, 압축성형체(204)는 또한 이송 포트를 통해 예비 압축성형체 챔버(209)에 이송되어 카트(207) 위에(수평 자세로) 놓인다. 압축성형체(204)를 운반하는 카트는 열환원로(210) 안으로 이동하여, 상기 방식과 유사한 방식으로 가열을 통해 환원된다. 압축성형체(204)(카트(207) 위에서 운반되는)는 간헐적으로 예비 압축성형체 챔버(202) 및 (209)로부터 교호방식으로 열환원로(210)에 보내진다. 예비 압축성형체 챔버(202) 및 (209) 중 어느 하나로부터 이송되는 압축성형체(204)가 환원되는 동안에, 압축성형체(204)는 다른 예비 압축성형체 챔버(209) 또는 (202)에 이송되고, 이로써 압축성형체(204)를 이송 및 환원하는데 필요한 환원 시간이 감소한다.

배기가스 배출구(221) 및 (222)로부터 방출되는 배기가스는 고온이며 가연성 기체를 함유하므로, 배기가스는 버너(211) 및 (216)에 공급되는 연료로서 이용될 수 있다. 배기가스는 또한 압축성형체(204)를 건조 또는 예열하기 위한 또는 연료 및 연소용 공기를 예열하기 위한 열공급원으로서 이용될 수도 있다. 또한, 배기가스는 이용되지 않고 배출될 수 있다.

도 10 및 도 11의 금속철 제조 장치에서, 열환원 장치(223)는 카트(207)(이송 부재)의 자세를 수평 자세에서 경사진 자세로 바꾸는 경사 부재를 방출 부재로서 사용하여 압축성형체(204)를 열환원 장치(223)로부터 용융 장치(212)로 방출한다. 방출 부재는 이에 제한되지는 않지만, 예를들면, 카트(207) 위에 있는 압축성형체(204)를 밀어내기 위한 푸싱 부재일 수 있고, 이로써 압축성형체(204)를 열환원 장치(223)로부터 방출할 수 있다. 대안으로서, 철 지지체는 카트(207) 위에 놓일 수 있고, 압축성형체(204)는 지지체 위에 놓일 수 있어서, 압축성형체(204)는 철 지지체와 함께 열환원 장치(223)로부터 방출될 수 있다. 압축성형체(204)가 푸싱 부재에 의해 또는 철 지지체와 함께 방출되는 방법은 압축성형체(204)가 응집되어 상당히 큰 크기로 되는 경우에도 압축성형체(204)를 용융 장치(212)로 원활하게 보낼 수 있다.

실시예 4:

실시예 4에서, 탄소질 환원제를 함유하는, 산화철의 입상 또는 응집체인 압축성형체(이하 압축성형체로 불릴 수 있다.)는 가열을 통해 환원되고, 이로써 금속철을 제조한다. 특히, 상기 압축성형체는 굴러서 균일하게 가열되어 효율적으로 환원된다. 이 환원 도중에, 금속철로 구성된 쉘은 생성 및 성장되고, 슬래그는 쉘 내부에서 응집된다. 이 환원은 쉘 내부에 산화철이 실질적으로 존재하지 않을 때까지 계속된다. 이어서, 내부에 슬래그 응집체를 함유하는 쉘의 형태인 압축성형체는 더 가열되어 용융된 후에, 용융슬래그와 용선으로 분리된다. 압축성형체는 구르기 때문에, 가열을 통한 환원 중에 압축성형체들이 함께 소결되어 상대적으로 큰 응집체가 되거나 또는 노벽에 소결 부착되는 것이 방지된다.

도 12는 본 발명에 따르는 금속철 제조 장치의 실시예 4를 도시하는 도식적인 단면도이다. 도 13은 도 12의 선 A-A를 따라 본 금속철 제조 장치의 단면도이다. 도 13 및 도 12에서, 참조 번호 301은 열환원-용융 장치를 표시하고, 참조 번호 302는 분리기를 표시한다. 열환원-용융 장치(301) 및 분리기(302)는 내화물로 구성되거나 또는 내화물로 안을 댄다.

열환원-용융 장치(301)는 채널형 부재(303)와 커버 부재(304)로 구성된다. 채널형 부재(303)는 호 모양의 내면, 즉 텀블링을 위한 경사면(308)을 갖고 채널의 길이 방향을 따라서(도 12의 좌우 방향으로) 경사진다. 채널형 부재(303)는 지지 롤러(307)에 의해 지지되고 화살표 (B)의 방향으로 요동한다. 그러므로, 텀블링을 위한 경사면(308)은 이에따라 요동한다. 요동하는 텀블링을 위한 경사면(308) 위에서 구르는 압축성형체(305)는 점차 경사방향을 따라서 아래쪽으로(도 12의 오른쪽을 향해) 이동한다. 열환원-용융 부재의 역할을 하는 버너(306)는 열환원-용융 장치(301)에서 경사면의 바닥쪽에(도 12의 오른쪽에)에 마련된다. 버너(306)는 열환원-용융 장치(301) 내에 열환원 분위기(도 12의 왼쪽 영역)와 용융 분위기(도 12의 오른쪽 영역)를 만든다. 도 12에서, 참조 번호 309는 버너(306)에 의해 생성된 배기가스를 배출하기 위한 배기가스 배출구를 표시한다.

압축성형체(305)는 석탄 등의 탄소질 환원제와 철광석등의 산화철로 구성된 혼합물을 압축성형함으로써 만들어진다. 그렇게 제조된 압축성형체(305)는 이송 포트(310)를 통해 열환원-용융 장치(301)에 충전된다. 상기한 바와 같이, 압축성형체(305)는 점차 경사방향을 따라서 아래쪽으로(도 12의 오른쪽을 향해) 텀블링하면서 이동하는데, 도중에 압축성형체(305)는 버너(306)의 가열에 의해 환원 및 용융된다. 결과된 용융물(315)은 텀블링을 위한 경사면의 바닥 단부에 형성된 방출 부분(311)을 통해 방출되어 분리기(302)로 들어간다. 열환원-용융 장치(301)의 내부 온도는 열환원 영역이 생성된 금속철 쉘의 융점 이하이며 생성된 슬래그의 융점 이상인 온도를 갖도록 그리고 용융 영역이 환원된 금속철과 생성된 슬래그 모두 용융되는 온도를 갖도록 조절된다.

열환원-용융 장치(301) 내에서의 열환원 공정에서, 환원은 압축성형체(301)의 주변부에서 먼저 진전되고, 이로써 금속철로 구성된 쉘을 형성한다. 이어서, 탄소질 환원제 자체로부터 그리고 탄소질 환원제의 열분해를 통해 쉘 내부에서 생성된 일산화탄소에 의한 환원을 통해 산화철의 환원 반응은 쉘 내부에서 효율적으로 진전된다. 이에따라, 생성된 금속철은 응집되어 쉘을 성장시키고, 생성된 슬래그 역시 용융하여 응집한다. 그 결과로서, 이 열환원 공정에서, 금속화 비율은 상당히 증가하고, 슬래그 내에 혼합된 산화철의 양은 상당히 감소한다.

상기 환원은 압축성형체(305) 내에 산화철이 실질적으로 전혀 존재하지 않을 때까지 계속된다. 압축성형체(305)의 이동 속도(하강 속도)는 환원에 필요한 시간에 따라서 조절된다. 압축성형체(305)의 이동 속도는 텀블링을 위한 경사면(308)의 경사 각도를 조절함으로써 또는 텀블링(308)을 위한 경사면의 경사방향에 수직 방향으로 텀블링을 위한 경사면 위에 복수의 연장된 융기를 형성함으로써 효율적으로 조절될 수 있다. 환원됨에 따라 각각 금속철 쉘과 쉘 내부의 슬래그 응집체로 구성된 압축성형체(305)는 상기한 바와 같이 열환원-용융 장치(301)의 하류 영역에서 고온 가열을 통해 용융된다.

분리기(302)에서, 더 적은 비중을 갖는 용융슬래그(S)는 용선(F)의 표면 위에 분리되어 뜨기 때문에, 분리된 용융슬래그(S)는, 용선(F)이 용선 배출구(322)를 통해 배출되는 동안에, 슬래그 배출구(321)를 통해 배출될 수 있다.

상기 실시예 4에서, 압축성형체(305)는 텀블링을 위한 경사면(308)을 갖는 열환원-용융 장치(301) 내에서 가열을 통해 환원 및 용융된다. 대안으로서, 열환원 장치(301)는, 버너(306)가 단지 압축성형체(305)를 환원하기 위한 열환원 부재로서만 사용되며 압축성형체(305)는 단지 가열을 통한 환원만을 거치는, 열환원 장치로서 구성될 수 있다. 이 경우에, 분리기(302)는 버너, 전기 가열 장치 등을 구비하여 이로써 용융 장치의 기능을 갖거나, 또는 용융 장치는 분리된 용융 장치 내에서 용융을 수행하도록 열환원 장치와 분리기의 사이에 마련될 수 있다. 게다가, 복수의 버너(306)가 제공되어 어떤 버너(306)들은, 다른 버너(306)가 용융 분위기를 유지하는데 사용되는 동안에, 열환원 분위기를 유지하는데 사용될 수 있다. 분리기(302)는, 바람직하게는, 용융슬래그(S) 및 용선(F)을 더 가열하여 온도를 더 높임으로써 그 유동성을 증가시키기 위한 가열 버너 또는 전기 가열 장치를 구비하여, 용융슬래그(S) 및 용선(F)을 더 용이하게 서로 분리하고, 이로써 그 분리 배출을 더 용이하게 할 수 있다.

상기 실시예 4에서, 텀블링을 위한 경사면(308)이 제공되어 압축성형체(305)는 자연히 경사방향에서 아래쪽으로 이동한다. 텀블링을 위한 면은 경사면에 제한되지는 않고, 이동가능하게 구성되어 압축성형체(305)의 환원 중에 수평 자세를 유지하고 압축성형체(305)의 환원이 완결되면 경사를 이룰 수 있다. 대안으로서, 특정한 기계적 수단이 제공되어 표면이 수평을 유지하는 동안에 환원된 압축성형체(305)를 분리기 쪽으로 보낼 수 있다. 상기 텀블링을 위한 경사면(308)(또는 텀블링을 위한 수평면)은 호 모양으로 형성되지만, 이에 제한되지는 않는다. 압축성형체(305)가 그 위에서 구를 수만 있으면, V 모양을 포함하여 어떤 모양으로도 형성될 수 있다.

압축성형체(305)에 함유된 탄소질 환원제의 양은 적어도 산화철을 환원하는데 필요한 양, 바람직하게는 거기에 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양을 더한 양이어야하는데, 환원철의 생성에는 탄소첨가가 따를 수 있다. 쉘을 구성하는 고체(용융되지 않은) 환원철은 다공질 형태를 가지며, 따라서 재산화될 가능성이 있다. 이 재산화는 압축성형체(305)로부터 생성된 CO 기체가 압축성형체(305) 주위에 비산화 분위기를 만들므로 압축성형체(305)에 탄소질 환원제의 추가적인 양을 함유시킴으로써 방지될 수 있다. 즉, 압축성형체(305)는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양 ＋ 산화에 따라 손실된 양"의 탄소질 환원제를 함유하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 실시예 4에서, 탄소질 환원제는, 압축성형체를 굴리며 가열을 통해 환원하는 동안에, 추가적으로 공급되는 것이 바람직하다.

상기 목적에서, 탄소질 환원제는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양 ＋ 산화에 따라 손실된 양"이 미리 압축성형체에 함유된다. 그러나, 실시예 2 등과 같이 탄소질 환원제는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양"이 압축성형체에 함유될 수 있고, 탄소질 환원제는 가열을 통한 환원 중에 "환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양 ＋ 산화에 따라 손실된 양"이 외부로부터 추가적으로 공급될 수 있다. 대안으로서, 탄소질 환원제는 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양"이 압축성형체에 함유될 수 있으며, 탄소질 환원제는 가열을 통한 환원 중에 "산화에 따라 손실된 양"이 외부로부터 추가적으로 공급될 수 있다. 그러한 방식으로, 탄소질 환원제는 부족분을 보충하도록 추가적으로 공급될 수 있다.

상기한 바와 같이, 분상 탄소질 환원제를 사용하므로써, 분상 탄소질 환원제는 압축성형체 표면에 부착될 수 있고, 이로써 압축성형체들이 서로 소결되어 상대적으로 큰 응집체가 되거나 또는 노벽에 소결 응집되는 것을 방지하고, 따라서 압축성형체의 취급을 용이하게 한다.

금속철(환원철)이 용융되는 동안에, 열환원-용융 장치(301)에는 탄소질 환원제의 부족분을 보충하기 위해 탄소질 환원제가 공급되어, 탄소질 환원제로부터 생성된 CO 기체가 압축성형체(305) 주위에 비산화 분위기를 유지하고, 이로써 금속철이 다시 산화되는 것을 방지한다. 따라서, 금속철을 용융하는 동안에 탄소질 환원제는 부족분을 보충하는 양이 추가적으로 공급되거나 또는 필요한 양보다 과하게 압축성형체(305)에 미리 함유되어, 환원 공정에서의 불완전한 환원 때문에 산화철이 약간 남아 있더라도, 남아 있는 산화철이 용융 공정에서 완전히 환원되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 실시예 4에 따라서, 압축성형체(305)는 열환원-용융 장치(301)(또는 열환원 장치)에 충전되기 전에 어떠한 처리도 거치지 않는다. 열환원-용융 장치(301)의 텀블링 면의 길이를 감소시켜 이로써 가열을 통해 환원하는데 필요한 시간을 줄이기 위하여, 압축성형체(305)는 열환원-용융 장치(301)에 충전되기 전에 예비환원될 수 있다. 이 경우에, 예비환원 장치는 열환원-용융 장치(301)(또는 열환원 장치)의 상류에 마련되어야 한다.

실시예 5 내지 7:

실시예 5 내지 7에서, 탄소질 환원제를 함유하는, 산화철의 입상 또는 응집체인 압축성형체는 가열을 통해 환원되어, 이로써 금속철을 제조한다. 특히, 상기 압축성형체는 아래쪽으로 낙하하는 동안에 가열을 통해 환원된다. 이 환원 중에, 금속철로 구성된 쉘은 생성 및 성장하고, 슬래그는 쉘 내부에서 응집한다. 이 환원은 쉘 내부에 실질적으로 산화철이 전혀 존재하지 않을 때까지 계속된다. 내부에 슬래그를 함유한 쉘 형태의 압축성형체는 더 가열되어 낙하하는 중에 용융된 후 용융슬래그와 용선으로 분리된다. 또, 가열을 통해 환원하는 공정에 입상 압축성형체를 연속적으로 성형하는 선행 공정을 추가함으로써, 금속철의 원료 역할을 하는 입상 압축성형체를 제조하고, 가열을 통해 압축성형체를 환원하고, 금속철을 환원을 통해 슬래그로부터 분리하는 일련의 공정들을 연속적으로 수행하는 것이 가능하다.

가열을 통해 환원하는 상기 공정에서, 환원은 먼저 입상 압축성형체의 표면에서부터 진전되어, 이로써 금속철로 구성되는 쉘을 형성한다. 이어서, 탄소질 환원제 자체로부터 그리고 탄소질 환원제의 열분해에 의해 생성되는 일산화탄소의 환원 작용 때문에, CO의 산화철과의 환원 반응은 쉘 내부에서 효율적으로 진전된다. 이에따라, 생성된 금속철은, 생성된 슬래그가 용융되어 응집하는 동안에, 서로 부착되어 응집한다. 그 결과로서, 이 열환원 공정에서, 금속화 비율은 상당히 증가하고, 슬래그 내에 혼합된 산화철의 양은 상당히 감소한다.

가열을 통한 환원 부분 아래에 위치한 부분에서는, 그 이상의 가열이 수행되어 금속철 쉘을 용융한다. 결과되는 용융물은 아래에 위치한 분리기로 낙하하여, 용선과 용융슬래그는 그 비중 차이 때문에 서로 분리된다. 따라서, 고도로 환원된 금속철은 용선의 형태로 효율적으로 얻어질 수 있다. 더욱이, 산화철은 열환원 공정에서 집중적으로 환원되므로, 부수적인 용융슬래그 내에 혼합된 산화철의 양은 상당히 적다. 그러므로, 용융 장치의 내화물은 이에 따라 용융슬래그 내에 혼합된 산화철에 의해 용융되어 손상되는 것이 방지될 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시예 5의 도식적인 단면도를 도시하는데, 전형적인 금속철 제조 방법 및 장치를 예시한다. 도 14에서, 참조 번호 401은 나사 모양의 운반 장치를 표시한다.; 참조 번호 402는 가열, 환원 및 용융을 행하기 위해 낙하할 공간을 갖는 환원-용융로를 표시한다.; 참조 번호 403은 외부로부터 환원-용융로(402)를 간접 가열하기 위한 가열부를 표시한다.; 참조 번호 404는 위에서 낙하하는 용융슬래그 및 용선을 받기 위한 그리고 그것들을 서로 분리하기 위한 분리기로를 표시한다. 이 금속철 제조 장치에서 사용하기 위해, 석탄 등의 탄소질 환원제와 철광석 등의 산화철 그리고 필요하다면 바인더로 구성된 혼합물은 압축성형되어 입자가 되고, 이로써 입상 압축성형체(D)를 형성한다. 입상 압축성형체(D)는 운반 장치(401)에 이송되어, 운반 장치(401)의 끝부분으로부터 환원-용융로(402)의 최상부에 연속적으로 충전된다.

도 14에서, 앞서 제조된 입상 압축성형체(D)는 운반 장치(401)를 사용하여 환원-용융로(402)에 연속적으로 충전한다. 대안으로서, 원판 조립기와 같은 연속 압축성형 장치는 운반 장치(401)의 상류에 설치되어, 입상 압축성형체(D)가 연속적으로 제조되어 운반 장치(401)를 통해 환원-용융로(402)에 이송된다. 이 배치는, 입상 압축성형체(D)를 제조, 운반 그리고 가열을 통해 환원하는 일련의 공정들을 연속적으로 수행하므로, 특히 바람직하다.

환원-용융로(402)는 그 주위에 마련된 가열부(403)에 의해 간접적으로 가열된다. 충전된 입상 압축성형체(D)가 환원-용융로(402) 내에서 자신의 중량에 의해 아래쪽으로 낙하하는 동안에, 환원은 각 입상 압축성형체(D)의 표면으로부터 진전되어, 이로써 표면에, 환원을 통해 생성된 금속철로 주로 구성된 쉘을 형성한다. 탄소질 환원제로부터 그리고 탄소질 환원제의 열분해를 통해 생성된 일산화탄소는 쉘 내에 집중적인 환원 분위기를 만들고, 이로써 쉘 내부에서 산화철의 환원을 급격히 촉진한다. 그러므로, 환원-용융로(402)의 길이 및 가열온도를 입상 압축성형체(D)가 낙하하는 속도에 따라서 적절히 결정함으로써, 금속철 쉘 내에 만들어진 집중적인 환원 분위기는 쉘 내부에서 산화철을 환원하고, 이로써 95% 이상 또는 어떤 경우에는 98% 이상의 금속화 비율을 얻는다.

금속철을 생성하는 중에 생성된 슬래그는 금속철이 용융되는 것보다 낮은 온도에서 입상 압축성형체(D)의 금속철 쉘 내부에서 용융된다. 그렇게 용융슬래그와 금속철 쉘은 분리된 상태에서 함께 용융한다. 입상 압축성형체(D)가 환원-용융로(402) 내에서 아래쪽으로 더 낙하하고 더 가열되면, 금속철 쉘도 또한 용융된다. 용융금속철은 용융슬래그와 함께 아래에 위치한 분리기로(404)에 낙하한다. 분리기로(404)에서, 더 작은 비중을 갖는 용융슬래그(S)는 용선(F)의 위에서 분리되어 뜬다. 따라서, 용융슬래그(S)는, 용선(F)이 분리기로(404)의 바닥 부분에서 배출되는 동안에, 용선(F)의 표면 근처의 위치에서 분리기로(404)로부터 배출된다.

실시예 5에서, 잠긴 둑(408)은 분리기로(404) 내에 마련된다. 용융슬래그(S)와 용선(F) 간에 비중 차이 때문에, 용융슬래그(S)는 잠긴 둑(408)의 한 쪽에서 용선(F)의 표면 위에 뜨고 용선 표면 근처의 위치에서 분리기로(404)로부터 배출된다. 용선(F)은 잠긴 둑(408) 아래에서 잠긴 둑(408)의 다른쪽으로(도 14의 오른쪽으로)흐르고 분리기로(404)의 바닥 부분으로부터 배출된다. 이 배치는 용선(F)을 용융슬래그(S)로부터 더 효율적으로 분리한다.

잠긴 둑(408)이, 입상 압축성형체(D)의 용융물이 낙하하여 잠긴 둑(408)의 한 쪽에 축적되는 상기 배치에 더하여, 잠긴 둑(408)의 한 쪽에 축적된 용융슬래그(S)를 가열하기 위한 가열 장치가 사용될 수 있다. 이 경우에, 입상 압축성형체(D)의 용융물은, 일부가 불충분하게 환원되어, 분리기로(404)에 낙하하고, 용융슬래그 층은 다시 가열되어, 이로써 환원 반응을 완결한다. 이에 따라, 금속화 비율은 더 향상된다.

도 14에서, 참조 번호 406은 배기가스 배출구를 표시한다. 배기가스는 이용하지 않고 해당 배기가스 배출구(406)를 통해 배출한다. 그러나, 배기가스는 온도가 높고 가연성 기체를 함유하므로, 가열부(403)에 위치한 버너(405)에 공급되는 연료로서 이용되어 가열에 따른 연료 소비를 줄일 수 있다. 위의 설명에서, 환원-용융로(402)는 외부로부터 간접적으로 가열된다. 그러나, 버너는 입상 압축성형체(D)를 직접 가열하기 위한 환원-용융로(402) 내부에 장착될 수 있다.

본 발명은 입상 압축성형체(D)가 환원-용융로(402) 내에서 자신의 중량에 의해 낙하하는 동안에 환원이 실질적으로 완결되고 그렇게 환원철은 환원-용융로(402)의 하부에서 용융되어 용융된 상태로 분리기로(404)에 낙하하도록 구현되는 것이 바람직하다. 이 때문에, 입상 압축성형체(D)의 낙하 속도에 따라 충분한 체류 시간을 보증하기 위해서는, 환원-용융로는 상당히 길게 수직으로 연장되어야 한다. 더욱이, 입상 압축성형체(D)의 낙하 속도를 감소시키기 위하여 환원-용융로(402) 내에 배플판을 마련하거나, 또는 입상 압축성형체(D)가 선회하며 낙하하도록 가이드를 마련하는 것이 효과적이다. 그러나, 이러한 배플판 또는 가이드와 같은 낙하-속도 제어 부재들이 환원-용융로(402)의 하부에 장착된다면, 가열을 통한 환원에 의해 생성되며 더 가열을 함으로써 용융되기 시작한 금속철은 낙하-속도 제어 부재에 부착 및 축적되어, 연속적인 조업을 방해하는 위험을 초래한다. 그러므로, 이 낙하-속도 제어 부재들은 금속철이 용융되기 시작하는 위치의 위에 장착되는 것이 바람직하다.

도 15는 본 발명의 실시예 6의 도식적인 단면도를 도시하는데, 입상 압축성형체(D)의 낙하 속도가 낙하-속도 제어 부재 등을 장착할 필요없이 감소될 수 있도록 구성된다. 실시예 6에서, 분리기로(404)는 환원-용융로(402)의 바닥 부분에 구성요소로서 형성된다. 더욱이, 고온 비산화 기체는, 환원-용융로(402)와 분리기로(404) 간의 경계 바로 위의 위치에서, 그렇게 구성된 노에 이송되어, 이로써 비산화 기체의 상승 기류에 의해 낙하하는 입상 압축성형체(D)를 강제적으로 부유시킨다. 그 결과로서, 입상 압축성형체(D)가 환원-용융로(402) 내에서 체류하는 시간은 증가될 수 있다. 이 경우에, 부유된 입상 압축성형체(D)가 가열을 통해 환원되면서, 금속철 쉘이 입상 압축성형체(D)의 표면에 형성되고, 환원 반응이 쉘 내부에서 진전된다. 이어서, 그렇게 형성된 금속철은 더 가열하여 용융하고, 용선은 함께 용융하여 성장한다. 그렇게 성장된 용선은 아래쪽으로 낙하한다. 이에 따라, 상승 기류에 대한 입상 압축성형체(D)의 저항에 따라 비산화 기체의 유속을 적절히 조절함으로써, 입상 압축성형체(D)가 환원-용융로(402) 내에서 체류하는 시간은 원하는대로 조절할 수 있다. 그러므로, 입상 압축성형체(D)가 환원-용융로(402) 내에서 체류하는 동안에, 가열을 통한 환원은 충분히 진전될 수 있다. 환원을 위한 이 가열은 고온 비환원 기체의 이송을 통해 직접 가열함으로써 또는 환원-용융로(402) 주위에 배열된 버너 등을 사용하여 간접 가열함으로써 수행될 수 있다.

도 16은 본 발명의 실시예 7의 도식적인 단면도를 도시한다. 실시예 7은 환원-용융로(402) 내에서 생성된 환원 기체를 환원-용융로(402)를 간접 가열하기 위한 연료로서 이용할 수 있도록 구성된다. 본 발명에서 사용되는 입상 압축성형체(D)는 많은 양의 탄소질 환원제를 함유하여 상기한 바와 같이 효과적으로 환원제 역할을 하므로, 환원-용융로(402) 내의 기체는 가연성 기체를 함유하고, 따라서 연료로서 효과적으로 사용될 수 있다. 그러므로, 실시예 7은 다음의 방식으로 구성되어 가연성 기체를 이용한다. 환원-용융로(402)는 버너(405)로 외부로부터 간접 가열하고 환원 기체는 환원-용융로(402)의 윗벽을 통해 뽑아내어 주위를 둘러싸고 있는 버너 부분(403)으로 도입하여, 가연성 기체를 연료로서 사용한다. 그 결과되는 배기가스는 배기가스 배출구(406)를 통해 배출된다. 가열에 사용되는 연료의 양이 감소될 수 있으므로, 이 배치는 바람직하다.

또한, 실시예 5 내지 7에서는, 다른 실시예에서 상기한 바와 같이, 상기 입상 압축성형체(D)에 함유된 탄소질 환원제는, 먼저, 환원 공정에서 산화철의 환원을 통해 소비되고나서, 환원에 의해 생성된 금속철을 탄소첨가하는데 소비된다. 용융 공정을 거치는 고상 환원철은 다공질 형태를 갖고, 따라서 재산화될 가능성이 있다. 환원철이 재산화되는 것을 방지하기 위해서는, 탄소질 환원제는 재산화되지 않을 만큼 충분히 입상 압축성형체(D)에 함유되어서, 탄소질 환원제의 연소를 통해 생성되는 CO 기체가 환원-용융로(402) 내에 낙하하는 입상 압축성형체(D) 주위에 비산화 분위기를 만들도록 해야만 한다. 이 목적을 달성하기 위해서는, 입상 압축성형체(D)는 적어도 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 소비된 양 ＋ 노 내에서 산화에 따라 손실된 양"의 탄소질 환원제를 함유해야만 한다. 게다가, 환원철이 재산화되는 것을 방지하기 위해서는, 탄소질 환원제 또는 CO 기체는 환원-용융로(402) 또는 분리기로(404)의 하부에 부족분을 보충하는 양을 추가로 공급할 수 있다.

분리기로(404)에 탄소질 환원제를 공급하거나 또는 탄소질 환원제를 필요한 양보다 과하게 입상 압축성형체(D)에 미리 함유하는 방법을 사용함으로써, 환원-용융로(402) 내에서 완전히 환원되지 않은 일부 산화철이 분리기로(404)에 낙하하더라도, 그러한 산화철은 분리기로(404) 내에서 완전히 환원될 수 있다.

상기 실시예 5 내지 7에 따라서, 입상 압축성형체(D)는 환원-용융로(402)에 충전되기 전에 어떠한 처리도 거치지 않는다. 환원-용융로(402)의 길이를 줄여서, 이로써 가열을 통해 환원하는데 필요한 시간을 줄이기 위해서는, 입상 압축성형체(D)는 환원-용융로(402)에 충전되기 전에 예비환원될 수 있다. 이 경우에, 예비환원 장치는 환원-용융로(402)의 상류에 마련되어야만 한다.

또한, 실시예 5 내지 7에서는, 다른 실시예에서 상기한 바와 같이, 분리기로(404)는 바람직하게는 용융슬래그 및 용선을 더 가열하여 온도를 더 높임으로써 그 유동성을 증가시키기 위한 가열 버너 또는 전기 가열 장치를 구비하여, 용융슬래그 및 용선을 더 용이하게 서로 분리하고, 이로써 그 분리 배출을 용이하게 할 수 있다.

실시예 8 및 9:

실시예 8 및 9에서, 탄소질 환원제를 함유하는, 산화철의 신장된 압축성형체는 가열을 통해 환원되어, 이로써 금속철을 제조한다. 특히, 상기 신장된 압축성형체는 수직 자세에서 아래쪽으로 이동하면서 가열을 통해 환원된다. 이 환원 중에, 금속철로 구성된 쉘은 생성 및 성장되고, 슬래그는 쉘 내부에서 응집한다. 이어서, 내부에 슬래그 응집체를 함유한 금속철 쉘은 더 가열되어 아래쪽으로 이동하는 중에 용융된 후, 용융슬래그와 용선으로 분리된다. 또, 신장된 압축성형체를 연속적으로 성형하는 선행 공정을 가열을 통해 환원하는 공정에 추가함으로써, 금속철 원료의 역할을 하는 신장된 압축성형체를 제조하고, 가열을 통해 신장된 압축성형체를 환원하고, 환원을 통해 생성된 금속철을 슬래그로부터 분리하는 일련의 공정들을 연속적으로 수행하는 것이 가능하게 된다.

가열을 통해 환원하는 상기 공정에서, 환원은 먼저, 신장된 압축성형체의 표면에서부터 진전되어, 이로써 금속철로 구성된 쉘을 형성한다.

이어서, 탄소질 환원제 자체로부터 그리고 탄소질 환원제의 열분해에 의해 생성된 일산화탄소의 환원 작용 때문에, CO의 산화철과의 환원 반응은 쉘 내부에서 효율적으로 진전된다. 이에따라, 생성된 슬래그가 용융되어 응집하는 동안, 생성된 금속철은 서로 부착하여 응집한다. 그 결과로서, 이 열환원 공정에서, 금속화 비율은 상당히 증가하고 슬래그 내에 혼합된 산화철의 양은 상당히 감소한다.

가열을 통해 환원되는 부분 밑에 위치한 부분에서는, 가열이 더 수행되어 금속철 쉘을 용융한다. 용선과 용융슬래그로 구성된 결과되는 용융물은 아래에 위치한 분리기로 낙하하여, 그 비중 차이로 인해 용선과 용융슬래그로 분리된다. 따라서, 고도로 환원된 금속철은 용선의 형태로 효율적으로 얻어진다. 더욱이, 산화철이 열환원 공정에서 집중적으로 환원되므로, 부수적인 용융슬래그 내에 혼합된 산화철의 양은 상당히 적다. 그러므로, 용융 장치의 내화물은 이에따라 용융슬래그 내에 혼합된 산화철에 의해 용융되어 손상되는 것이 방지될 수 있다.

도 17은 본 발명의 실시예 8의 도식적인 단면도를 도시하는데, 금속철 제조법 및 장치를 예시한다. 도 17에서, 참조 번호 501은 원료 호퍼를 표시한다.; 참조 번호 502는 압축성형-이송 롤러(압축성형 장치와 이송 장치의 기능을 모두 갖는); 참조 번호 503은 열환원로를 표시한다.; 참조 번호 504는 분리기 역할을 하는 분리기로를 표시한다. 석탄 등의 탄소질 환원제와 철광석 등의 산화철 그리고 필요하면 바인더로 구성된 혼합물(E)은 화살표(H) 방향으로 호퍼(501)에 이송된다. 압축성형-이송 롤러(502)는 혼합물(E)을 특정한 형태(일반적으로 판 형태, 각봉 형태 또는 원형봉 형태) 및 특정한 치수를 갖는 신장된 압축성형체(G)로 연속적으로 압축성형하고, 수직 자세로 유지되는 신장된 압축성형체(G)를 열환원로(503)에 이송한다. "수직 자세"는 원래 매달린 자세를 의미하지만, 본 발명의 뜻에서 벗어나지 않으면 이송 장치의 정밀도로 인해 이송부에서 다소(예를 들면, ±5°) 기울 수 있다.

열환원로(503)는 가열 부재의 역할을 하는 버너(505)를 갖는다. 신장된 압축성형체(G)가 열환원로(503) 내에서 하강함에 따라, 신장된 압축성형체(G)는 버너(505)의 불꽃에 의해 직접 가열된다. 그 결과로서, 환원은 신장된 압축성형체(G)의 표면으로부터 그 내부로 진전되어, 이로써 상기한 바와 같이 표면에, 가열에 의해 생성된 금속철로 주로 구성된 쉘을 형성한다. 탄소질 환원제로부터 그리고 탄소질 환원제의 열분해를 통해 생성된 일산화탄소는 쉘 내에 집중적인 환원 분위기를 만들고, 이로써 쉘 내부에서 산화철의 환원을 급격히 촉진한다. 그러므로, 열환원로(503)의 길이에 따라 신장된 압축성형체(G)의 하강 속도 및 가열 조건을 적절히 제어함으로써, 금속철 쉘 내에 만들어진 집중적인 환원 분위기는 쉘 내부에서 산화철을 효율적으로 환원하고, 이로써 95% 이상 또는 어떤 경우에는 98% 이상의 금속화 비율을 얻는다.

금속철 생성 중에 생성된 슬래그는 금속철 쉘 내부에서 금속철이 용융하는 것보다 더 낮은 온도에서 용융한다. 그렇게 용융슬래그 및 금속철 쉘은 분리된 상태에서 함께 용융한다. 신장된 압축성형체(G)가 열환원로(503)의 하부쪽으로 더 내려가고 더 가열되면서, 금속철 쉘도 역시 용융한다. 용융금속철은 용융슬래그와 함께, 아래에 위치한 분리기로(504)에 낙하한다. 분리기로(504)에서, 비중이 작은 용융슬래그(S)가 용선(F)의 표면 위에 분리되어 뜬다. 따라서, 용선(F)이 분리기로(504)의 바닥 부분으로부터 배출되는 동안에, 용융슬래그(S)는 용선(F)의 표면 부근의 위치에서 분리기로(504)로부터 배출된다.

도 17에서, 참조 번호 506은 배기가스 배출구를 표시한다. 상기한 바와 같이, 배기가스는 이용되지 않고 배기가스 배출구(506)를 통해 배출될 수 있다. 그러나, 배기가스는 고온이며 가연성 기체를 함유하므로, 바람직하게는, 버너(505)로 이송되는 연료로서 이용될 수 있다. 도 17에서, 참조 번호 507은 기체 밀봉 부분을 표시한다.

본 발명은 상기 혼합물이 단지 가압을 통해 압축성형되어 신장된 압축성형체(G)로 되도록 구현될 수 있다. 바람직하게는, 도 17에 도시된 것과 같이, 혼합물은 철제 지지 메시(K)에 의해 둘러싸인 동안에 가압을 통해 압축성형되어, 신장된 압축성형체(G)가 연속적으로 하강하면서 파손될 위험은 없다. 지지 메시(K)는 가열을 통해 생성된 금속철과 함께 마지막에 용융되어 분리기로(504)에 낙하한다. 그러므로,지지 메시(K)는 철제인 것이 바람직하다. 지지 메시(K)를 사용하여 외부 보강하는 대신에, 철심(꼬인 와이어, 또는 지지 효과를 증가시키기 위한 울퉁불퉁한 면을 갖는 철와이어도 사용가능하다.)이 신장된 압축성형체(G)의 중앙부에 보강재로서 삽입될 수 있다.

실시예 9:

도 18은 본 발명의 실시예 9의 도식적인 단면도를 도시한다. 실시예 9는 탄소질 환원제, 산화철 그리고 바인더로 구성된 혼합물(E)이 스크루 이송기(501a)를 통해 압축성형-이송 롤러(502)에 이송되고, 열환원로(503)가 그 주위에 배열된 버너(505)들에 의해 간접 가열된다는 것을 제외하고는 근본적으로 실시예 8과 유사하다.

상기 실시예 8 및 9에서, 압축성형-이송 롤러(502)는 혼합물(E)을 압축성형하면서 동시에 신장된 압축성형체(G)를 이송한다. 그러나, 분리된 장치들이 압축성형 및 이송하는데 사용될 수 있다. 대안으로서, 신장된 압축성형체(G)는 분리된 장치를 사용하여 미리 제조되고, 그렇게 제조된 신장된 압축성형체(G)는 열환원로(503)에 이송될 수 있다.

상기 신장된 압축성형체(G)에 함유된 탄소질 환원제는 먼저 환원 공정에서 산화철을 환원함으로써 소비되고나서, 환원을 통해 생성된 금속철의 탄소첨가를 통해 소비된다. 용융 공정을 거치는 고상 환원철은 다공질 형태를 갖고 따라서 재산화될 가능성이 있다. 환원철이 재산화되는 것을 방지하기 위해서는, 상기한 바와 같이, 탄소질 환원제는 재산화되지 않을 만큼 충분히 신장된 압축성형체(G)에 함유되어, 탄소질 환원제의 연소에 의해 생성되는 CO 기체가 열환원로(503) 내에서 아래쪽으로 이동하는 신장된 압축성형체(G) 주위에 비산화 분위기를 만들어야 한다. 이 목적을 달성하기 위해서는, 신장된 압축성형체(G)는 적어도 "원료 산화철을 환원하는데 필요한 양 ＋ 환원철을 탄소첨가하는데 필요한 양 ＋ 노내에서 산화에 따라 손실된 양"의 탄소질 환원제를 함유해야 한다. 게다가, 환원철이 재산화되는 것을 방지하기 위해서는, 탄소질 환원제 또는 CO 기체는 부족분을 보충하는 양이 열환원로(503) 또는 분리기로(504)의 하부에 추가적으로 공급될 수 있다.

상기한 바와 같이, 분리기로(504)에 탄소질 환원제를 공급하거나 또는 탄소질 환원제를 필요한 양보다 과하게 신장된 압축성형체(G)에 미리 함유하는 방법을 사용함으로써, 열환원로(503) 내에서 완전히 환원되지 못한 일부 산화철이 분리기로(504)에 낙하하더라도, 그러한 산화철이 분리기로(504) 내에서 완전히 환원될 수 있다.

상기 실시예 8 및 9에서, 신장된 압축성형체(G)는 열환원로(503)에 충전되기 전에는 어떠한 처리도 거치지 않는다. 열환원로(503)의 길이를 줄여 이로써 가열을 통해 환원하는데 필요한 시간을 줄이기 위해서는, 신장된 압축성형체(G)는 열환원로(503)에 충전되기 전에 예비환원될 수 있다. 이 경우에, 예비환원 장치는 열환원로(503)의 상류에 마련되어야 한다. 또한, 도 18에 도시된 것과 같이, 잠긴 둑(508)은 분리기로(504) 내에 마련되어, 이로써 용선(F)과 용융슬래그(S)를 서로 효율적으로 분리할 수 있다.

또한, 실시예 8 및 9에서, 분리기로(504)는, 바람직하게는, 용융슬래그와 용선을 더 가열하여 온도를 높임으로써 그 유동성을 증가시키기 위한 가열 버너 또는 전기 가열 장치를 구비하여, 용융슬래그와 용선을 더 용이하게 서로 분리하여, 이로써 분리 배출을 더 용이하게 할 수 있다.

실시예 10:

본 발명의 실시예 10에 따르는 금속철 제조 방법에서는, 탄소질 환원제를 함유하는, 산화철의 입상(펠릿형을 포함하는) 또는 응집체인 압축성형체는 철벨트 위에서 운반되어 가열을 통해 환원되어, 이로써 금속철을 제조한다. 이 환원 중에, 금속철로 구성된 쉘은 압축성형체의 표면에서 생성 및 성장되고, 슬래그는 쉘 내부에서 응집된다. 이어서, 슬래그 응집체를 내부에 함유한 쉘의 형태인 압축성형체는 철벨트 위에서 운반되는 동안 더 가열되어, 금속철 쉘, 슬래그 그리고 운반에 쓰인 철벨트가 용융되도록 한다. 결과되는 용융물은 용융슬래그와 용선으로 분리된다. 본 실시예에 따라서, 가열을 통해 압축성형체를 환원하고, 생성된 금속철 및 슬래그를 더 가열하여 용융하고, 용선과 용융슬래그를 서로 분리하는 일련의 공정들을 연속적으로 수행할 수도 있다.

도 19(a)는 상기 방법을 수행하기 위한 금속철 제조용 장치를 도시하는 도식적인 단면도이다. 도 19(a)에서, 참조 번호 601은 철벨트를 표시한다.; 참조 번호 602는 어닐링로를 표시한다.; 참조 번호 603은 형성 부분을 표시한다.; 참조 번호 604는 원료 호퍼를 표시한다.; 참조 번호 605는 열환원로를 표시한다.; 참조 번호 606은 용융로를 표시한다.; 그리고 참조 번호 607은 분리기로를 표시한다.

본 실시예는 철벨트(601)를 원료 압축성형체를 운반하기 위한 수단으로 사용한다. 철벨트(601)는 어닐링로(602)를 통과하면서 어닐링되어 연화된다. 그렇게 어닐링된 철벨트(601)는 형성 부분에서 형성되어 양 모서리가 굽혀져 직립한 홈통모양이 된다(도 19(b)에 도시된 부분 횡단면 참조). 그렇게 형성된 철벨트(601)는 열환원로(605)에 연속적으로 이송된다. 석탄 등의 탄소질 환원제와 철광석 등의 산화철, 그리고 필요하면 바인더로 구성된 혼합물은 압축성형되어 펠릿 등의 특정한 형태를 이루고, 이로써 원료 압축 성형체를 성형한다. 그렇게 제조된 원료 압축성형체는 열환원로(605)의 상류쪽에 위치한 원료 호퍼(604)를 통해 철벨트(601) 위에 놓인다. 원료 압축성형체는 철벨트(601) 위에서 도 19(a)의 오른쪽을 향해 연속적으로 이송된다. 가열 버너(도시 않음)는 열환원로(605)의 측벽 또는 천장 부분에 마련되어 원료 압축성형체를 가열을 통해 연속적으로 건조 및 환원하도록 한다. 상기한 바와 같이, 이 열환원공정에서, 환원은 압축성형체에 함유된 고상 환원제로 인해 각 압축성형체의 표면에서부터 진행되고, 이로써 압축성형체의 표면에, 환원을 통해 생성된 금속철로 주로 구성된 쉘을 형성한다. 게다가, 탄소질 환원제로부터 그리고 탄소질 환원제의 열분해를 통해 생성된 일산화탄소는 쉘 내에 집중적인 환원 분위기를 만들고, 이로써 쉘 내부에서 산화철의 환원을 급격히 촉진한다. 그러므로, 열환원로(605)의 길이에 따라 철벨트(601)의 이동 속도, 가열 조건등을 적절히 결정함으로써, 금속철 쉘 내에 만들어진 집중적인 환원 분위기는 쉘 내부에서 산화철을 효율적으로 환원하고, 이로써 95% 이상 또는 어떤 경우에는 98% 이상의 금속화 비율을 얻는다.

금속철 생성 중에 생성된 슬래그는 금속철보다 낮은 온도에서 금속철 쉘 내부에서 용융한다. 그렇게 용융슬래그는 금속철 쉘 내부에서 금속철 쉘과는 개별적으로 응집한다. 슬래그 응집체를 내부에 함유한 금속철 쉘의 형태인 압축성형체를 열환원로(605)의 하류에 위치한 용융로(606)에서 더 가열하면, 금속철 쉘, 쉘 내부의 슬래그, 그리고 철벨트(601)는 모두 용융된다. 결과되는 용융물은 분리기로(607)쪽으로 흐른다. 분리기로(607)에서, 비중이 더 작은 용융슬래그(S)는 용선(F) 위에 뜬다. 따라서, 용선(F)이 분리기로(607)의 바닥 부분으로부터 배출되는 동안에 용융슬래그(S)는 용선(F)의 표면 부근 위치에서 분리기로(607)로부터 배출된다.

도 19에서, 참조 번호 608은 배기가스 배출구를 표시한다. 배기가스는 이용하지 않고 배기가스 배출구(608)를 통해 배출할 수 있다. 그러나, 배기가스는 고온이며 가연성 기체를 함유하므로, 바람직하게는, 열환원로(605) 및 용융로(606)의 버너에 이송되는 연료로서, 또는 연소가스를 예열하기 위한 열원으로 이용될 수 있다. 원료 호퍼(604)로부터 이송되는 원료 압축성형체는 펠릿의 형태이며 예비건조되는 것이 바람직하고, 열환원로(605)의 길이는 예비환원된 압축성형체를 사용하므로써 감소되므로 예비환원까지 되는 것이 더 바람직하다. 펠릿 등의 형태인 원료 압축성형체를 제조하기 위한 압축성형 장치는 호퍼(604) 부근에 배치되어, 압축성형 장치에서 제조되는 원료 압축성형체가 호퍼(604)에 이송되도록 할 수 있다. 이 배치를 사용함으로써, 원료 압축성형체를 제조하는 공정과 가열을 통해 환원하는 공정은 연속적인 공정으로 결합될 수 있다.

상기 금속철 제조 장치의 실제 설계는 본 발명의 상기 요지를 벗어나지 않는다면 적절히 변형될 수 있다. 물론, 그러한 변형은 본 발명의 기술 범위에 포함된다. 조업에 있어서, 상기 조건 및 설정값(조업 온도, 탄소질 환원제의 양 및 형태, 배기가스의 이용 등)은 적절히 선택될 수 있다.

실시예 11:

본 발명의 실시예 11에 따르는 금속철 제조법에 있어서, 탄소질 환원제를 함유하는, 산화철의 신장된 원료 압축성형체는 상기 실시예 10과 같이 철벨트 위에서 연속적으로 제조, 운반되어 열환원로에 들어가고, 열환원로에서 가열을 통해 환원되어, 이로써 금속철을 제조한다. 이에따라, 가열을 통해 환원하고, 가열을 통해 용융하고 용선을 분리하는 일련의 공정들은 연속적으로 수행된다. 철벨트 위에서 운반되는 신장된 압축성형체가 가열을 통해 환원되는 동안에, 금속철로 구성된 쉘은 신장된 압축성형체 표면에서 생성 및 성장되고, 슬래그는 쉘 내부에서 응집한다. 이어서, 슬래그 응집체를 내부에 함유한 쉘의 형태인 압축성형체는 철벨트 위에서 운반되는 동안에 더 가열되어, 금속철 쉘, 슬래그 그리고 운반에 사용된 철벨트가 용융된다. 결과되는 용융물은 용융슬래그와 용선으로 분리된다.

도 20(a)는 상기 방법을 실행하기 위한 금속철 제조용 장치를 도시하는 도식적인 단면도이다. 도 20(a)에서, 참조 번호 601은 철벨트를 표시한다.; 참조 번호 603은 성형 부분을 표시한다.; 참조 번호 609는 스크루 이송기를 표시한다.; 참조 번호 605는 열환원로를 표시한다.; 참조 번호 606은 용융로를 표시한다.; 그리고 참조번호 607은 분리기로를 표시한다.

신장된 압축성형체는 연속적으로 제조되고 철벨트(601) 위에 놓여 철벨트(601) 위에서 열환원로(605)로 운반된다. 즉, 도 20A에 도시된 것과 같이, 스크루 이송기(609)는 성형 부분(603)과 결합된다. 탄소질 환원제, 산화철 그리고 바인더로 구성된 혼합물은 혼합물을 성형 부분(603) 쪽으로 이송하는 스크루 이송기(609)에 이송된다. 성형 부분(603)에는, 혼합물 및 철벨트(601)가 이송되어, 반죽된 혼합물을 특정한 단면을 갖고 철벨트(601) 위에 놓이는 신장된 형태(도 20(b)의 부분횡단면도 참조)로 성형하고, 그렇게 성형된 신장된 압축성형체를 철벨트(601)와 함께 열환원로(605)에 이송한다. 신장된 압축성형체는 평판 또는 막대 형태를 가질 수 있지만, 가열을 통해 효율적으로 건조 및 환원하기 위해 표면적을 증가시키기 위해서는 돌출부 및 함몰부가 길이 방향으로 형성되도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 있어서, 신장된 형태의 압축형성체가 연속적으로 철벨트(601) 위에 놓이므로, 압축성형체가 철벨트(601)에서 굴러 떨어질 염려는 없다. 따라서, 철벨트(601)는 편평할 수 있다. 게다가, 철벨트(601)는 수평방향 뿐만 아니라 원활한 운반을 위해 아래쪽으로 적절히 경사진 방향으로 이송될 수 있다.

열환원로(605)는 상류 건조 부분 및 하류 열환원 부분을 포함한다. 가열 버너(도시않음)는 건조 및 열환원 부분의 측벽 및 천장부분에 마련되어 가열을 통해 신장된 압축성형체를 연속적으로 건조 및 환원한다. 상기한 바와 같이, 이 열환원 공정에서는, 신장된 압축성형체에 함유된 고상 환원제로 인해 신장된 압축성형체의 표면으로부터 환원이 진행되어, 이로써 가열을 통해 생성된 금속철로 주로 구성된 쉘을 신장된 압축성형체의 표면에 형성한다. 게다가, 탄소질 환원제로부터 그리고 탄소질 환원제의 열분해를 통해 생성된 일산화탄소는 쉘 내에 집중적인 환원 분위기를 만들고, 이로써 쉘 내에서 산화철의 환원을 급격히 촉진한다. 그러므로, 열환원로(605)의 길이에 따라 철벨트(601)의 이동 속도, 가열 조건 등을 적절히 결정함으로써, 금속철 쉘 내에 만들어진 집중적인 환원 분위기는 쉘 내에서 산화철을 효율적으로 환원한다.

금속철 생성중에 생성된 슬래그는 금속철 쉘 내부에서 금속철 보다 낮은 온도에서 용융한다. 그렇게 용융슬래그는 금속철 쉘 내부에서 금속철 쉘과는 개별적으로 응집한다. 내부에 슬래그 응집체를 함유한 금속철 쉘 형태의 신장된 압축성형체가 열환원로(605)의 하류에 위치한 용융로(606)에서 더 가열되면, 금속철 쉘, 쉘 내부의 슬래그 그리고 철벨트(601)는 모두 용융된다. 결과되는 용융물은 분리기로(607) 쪽으로 흐른다. 분리기로(607)에서, 용융슬래그(S)와 용선(F)은 상기 방식으로 서로 분리된다.

상기 금속철 제조 장치의 실제 설계는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 적절히 변형될 수 있다. 물론, 그러한 변형은 본 발명의 기술 범위에 포함된다. 조업에 있어서, 상기 조건 및 설정값(조업 온도, 탄소질 환원제의 사용량 및 사용 형태, 배기가스의 이용 등)은 적절히 선택될 수 있다.

실시예 12:

본 발명의 실시예 12에 따르는 금속철 제조법에서는, 탄소질 환원제를 함유하는, 산화철의 신장된 다수의 압축성형체는 병렬로 배치된 다수의 압축성형 장치에 의해 동시에 연속적으로 제조된다. 그렇게 제조된 신장된 압축성형체는 경사면을 따라 동시에 열-건조-환원로에 연속적으로 이송되고, 내부에서 가열에 의해 환원된다. 이어서, 환원을 통해 생성된 금속철 및 부수적인 슬래그는 용융로에 보내진다. 결과되는 용융물은 분리기에 보내지는데, 용선과 용융슬래그는 서로 분리되고, 이로써 금속철을 얻는다.

도 21은 상기 방법을 실행하기 위한 금속철 제조 장치를 도시하는 도식적인 단면도이고, 도 22는 이 장치의 도식적인 평면도이다. 도 21 및 도 22에서, 참조 번호 701은 원료 호퍼를 표시한다.; 참조 번호 702는 압축성형 장치를 표시한다.; 참조 번호 703은 건조, 환원 및 용융로의 역할을 하는 가열로를 표시한다.; 참조 번호 704는 분리기로를 표시한다.; 그리고 참조번호 705는 신장된 압축성형체를 표시한다.

본 실시예에서, 도 21 및 도 22에 도시된 것과 같이, 경사면을 가지며 분리기로(704) 쪽으로 경사져 내려가는 가열로(703)는 연장된 분리기로(704)의 한쪽 또는 양쪽에(도 21 및 도 22에서 한쪽에) 마련된다. 각 가열로(703)는, 가열 버너 장치 및 그 폭을 가로지르는(도 21의 종이면에 수직 방향으로) 다수의 압축성형 장치를 도 22에 도시된 것과 같이 그 상단부에 구비한다. 각 가열로(703)는 판모양 또는 막대 모양의 신장된 압축성형체(705)를 제조하여, 이 신장된 압축성형체(705)를 가열로(703)의 경사면을 따라 가열로(703)에 이송한다. 신장된 압축성형체(705)는, 경사면을 따라 아래쪽으로 이동하며, 가열을 통해 건조 및 환원된다. 상기한 바와 같이, 이 열환원 공정에서, 신장된 압축성형체(705)에 함유된 고상 환원제로 인해 환원은 각 신장된 압축성형체(705)의 표면에서부터 진행되고, 이로써 환원을 통해 생성된 금속철로 주로 구성된 쉘을 신장된 압축성형체(705)의 표면에 형성한다. 게다가, 탄소질 환원제로부터 그리고 탄소질 환원제의 열분해를 통해 생성된 일산화탄소는 쉘 내에 집중적인 환원 분위기를 만들고, 이로써 쉘 내부에서 산화철의 환원을 급격히 촉진한다.

환원을 통해 생성된 금속철과 부수적인 슬래그는 더 가열되어 가열로(703)의 하류 부분에서 용융된다. 결과되는 용융물은 분리기로(704)에 흘러들어간다. 가열로(703)에 이송된 다수의 신장된 압축성형체(705)는 상기 가열을 통한 환원 및 용융을 동시에 거친다.

그러므로, 가열로(703)의 길이에 따라 신장된 압축성형체(705)의 이동 속도, 가열 조건 등을 적절히 결정함으로써, 금속철 쉘은 각 신장된 압축성형체(705)의 표면에서 생성되고, 금속철 쉘 내에 만들어진 집중적인 환원 분위기는 쉘 내부에서 산화철을 효율적으로 환원하고, 이로써 95% 이상 또는 어떤 경우에는 98% 이상의 금속화 비율을 얻는다. 그렇게 생성된 금속철과 부수적인 슬래그는 더 가열되어 용융된다. 결과되는 용융물은 분리기로(704)에 흘러들어간다.

분리기로(704)에서, 비중이 더 작은 용융슬래그(S)는 분리되어 용선(F)의 표면에 뜬다. 따라서, 용선(F)이 분리기로(704)의 바닥 부분에서 배출되는 동안에 용융슬래그(S)는 용선(F)의 표면 부근의 위치에서 분리기로(704)로부터 배출된다.

상기 장치는, 사용자가 원하는대로 규모 또는 가열로(703)의 가열 부분의 가열 용량에 따라 신장된 압축성형체의 크기, 수, 이송 속도 등을 조절함으로써 단위 시간당 금속철의 생산을 조절할 수 있도록, 또는 목표 제품에 따라 장치를 용이하게 설계 및 구성할 수 있도록 한다.

상기 금속철 제조용 장치의 실제 설계는 본 발명의 상기 요지를 벗어나지 않으면 적절히 변형될 수 있다. 물론, 그러한 변형은 본 발명의 기술 범위에 포함된다. 조업에 있어서, 상기 조건 및 설정값(조업 온도, 탄소질 환원제의 사용량 및 사용 형태, 배기가스의 이용 등)은 적절히 선택될 수 있다.

실시예 2 내지 12에서 상기한 바와 같이 본 발명이 구현될 때, 열환원 공정에서, 상기한 바와 같이 고상 산화철을 성공적으로 환원하기 위해서는, 생성된 슬래그는 환원을 통해 생성된 금속철 보다 낮은 온도에서 용융되어야 한다. 이 필요조건을 만족하기 위해서는, 압축성형체(또는 신장된 압축성형체)에 함유된 슬래그 성분들(일반적으로 원료 산화철로서 사용되는 철광석에 혼합된 맥석 성분 및 탄소질 환원제)의 조성은, 생성된 슬래그의 융점이 탄소첨가 전후의 환원철의 융점보다 낮아지도록 제어되어야 한다. 그러므로, 어떤 경우에는 Al₂O₃, SiO₂, CaO 등이 압축성형 공정에서 압축성형체(또는 신장된 압축성형체)의 원료 혼합물에 첨가되어, 이로써 생성된 슬래그의 융점을 낮추는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 수많은 변형 및 변화가 본 발명의 뜻에 비추어 가능하며, 본 발명의 범위에서 제외되지 않는다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 탄소질 환원제를 함유하는 산화철의 압축성형체는 가열을 통해 환원되는데, 그 초기단계에 금속철 쉘이 형성된다. 일단 금속철 쉘이 형성되면, 산화철은 금속철 쉘 내에 만들어진 향상된 환원 조건하에서 환원되고, 이로써 환원 반응은 빠르고 효율적으로 진행된다. 그러므로, 본 발명의 방법은 가열을 통한 환원에 의해 그리고 짧은 시간 동안에, 종래의 직접 철제조법들로는 얻을 수 없는, 금속화 비율이 95% 이상 또는 어떤 경우에는 98% 이상인, 고순도를 갖는 금속철을 효율적으로 제조할 수 있다. 그렇게 얻어진 상대적으로 높은 철순도를 갖는 금속철과 부수적인 슬래그를 냉경에 의해 응고하고나서 파쇄하여 금속철을 슬래그로부터 자기적으로 또는 기타 스크리닝법에 의해 분리하거나 또는 더 가열함으로써 용융하여 비중차이에 의해 서로 분리한다.

또, 본 발명의 방법은 슬래그의 산화철 함량을 상대적으로 낮추어, 보통 용융된 산화철이 내화물과 접촉하여 발생하는, 노의 내화물에 대한 손상이 발생하지 않도록 할 수 있다.

본 발명에 따르는 금속철 제조 장치는, 산업적 규모로, 금속철 제조를 위한 상기 제안된 새로운 기술을 효율적으로 실행할 수 있고, 95% 이상 또는 어떤 경우에는 98% 이상의 금속화 비율을 갖는 고순도 금속철을 상대적으로 짧은 시간동안에 철함량이 높은 원료 산화철로부터, 심지어는 철광석과 같은 철함량이 낮은 철공급원으로부터 생산적이고 효율적으로 제조할 수 있다. 상기 금속철 제조 방법 및 장치를 사용함으로써, 환원 공정에서 부수적으로 생성되는 슬래그 내에 혼합된 산화철의 양은 상당히 감소하고, 이로써 용융된 산화철에 의해 야기된 열환원 장치, 용융 장치, 분리기, 분리기로 등의 내화물 라이닝에 대한 손상을 최소화한다.

Claims (71)

1. (ⅰ) 산화철, 그리고

   (ⅱ) 탄소질 환원제를 포함하는 최초 압축성형체를 가열함으로써

   (ⅲ) 금속철, 그리고

   (ⅳ) 슬래그를 포함하는 환원된 압축성형체를 형성하는 것을 포함하는 금속철의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 슬래그는 용융되어 있는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 환원된 압축성형체는 상기 금속철을 포함하는 쉘과, 상기 쉘 내부의 상기 용융 슬래그를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 가열은 상기 슬래그의 융점 이상, 그리고 상기 금속철의 융점 이하의 최대 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 가열하는 중에 상기 금속철이 탄소첨가됨으로써, 상기 금속철의 융점을 낮추는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 가열은 1350-1540℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 가열 중에 상기 산화철은 먼저 고상 환원에 의해 환원된 후, 액상 환원에 의해 환원되는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 슬래그가 응집체를 형성할 수 있도록 하고 상기 응집체를 상기 금속철로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 환원된 압축성형체는 5 중량% 이하의 FeO를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 환원된 압축성형체는 2 중량% 이하의 FeO를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 슬래그는 5 중량% 이하의 FeO를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 슬래그는 2 중량% 이하의 FeO를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
13. 제 3 항에 있어서, 상기 쉘 내에 산화철이 실질적으로 존재하지 않을 때까지 상기 가열을 계속하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
14. 제 3 항에 있어서, 상기 쉘이 폐쇄되고 연속적인 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
15. 제 3 항에 있어서, 상기 환원된 압축성형체를 가열함으로써, 상기 금속철을 포함하는 상기 쉘의 적어도 일부를 용융시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 슬래그를 상기 쉘 내부로부터 흘러나갈 수 있도록 함으로써, 상기 금속철로부터 상기 용융슬래그를 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 금속철 쉘이 용융하고 용융 금속철과 용융 슬래그가 서로 별도로 응집하도록 상기 가열을 계속하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
18. 제 15 항에 있어서, 상기 더 가열하는 중에 상기 금속철이 탄소첨가됨으로써, 상기 금속철의 융점을 낮추는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
19. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융슬래그와 상기 금속철을 냉각하여 입상 금속철을 얻는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 냉각된 금속철을 상기 슬래그로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 분리는 자기적으로 행해지는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
22. 제 20 항에 있어서, 상기 분리는 스크리닝에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
23. 제 20 항에 있어서, 상기 분리는 상기 냉각된 금속철 및 상기 냉각된 슬래그를 파쇄하고 상기 파쇄된 금속철을 스크리닝함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
24. 제 20 항에 있어서, 상기 분리는 상기 냉각된 금속철 및 상기 냉각된 슬래그를 파쇄하고 상기 파쇄된 금속철을 자기에 의해 선별함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
25. 제 4 항에 있어서, Al₂O₃, SiO₂ 및 CaO로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 한가지를 상기 최초 압축성형체의 공급원 혼합물에 첨가하여, 이로써 상기 발생된 슬래그의 융점을 낮추는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
26. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 최초 압축성형체는 입자 또는 응집체의 형태이고 수평 방향으로 이동되면서 가열을 통한 환원을 거치는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
27. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 최초 압축성형체는 모서리 부분에 벽들이 형성된 철벨트 위에 놓여 상기 최초 압축성형체가 상기 철벨트에서 떨어지는 것을 방지하고, 상기 최초 압축성형체는 수평방향으로 이동되면서 가열을 통한 환원을 거치는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
28. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 최초 압축성형체는 입자 또는 응집체의 형태이고 수평면에 놓여 있는 동안에 가열을 통한 환원을 거치는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
29. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 최초 압축성형체는 입자 또는 응집체의 형태이고 구르는 동안에 가열을 통한 환원을 거치는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
30. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 최초 압축성형체는 입자 또는 응집체의 형태이고 아래쪽으로 낙하하면서 가열을 통한 환원을 거치는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
31. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 최초 압축성형체는 신장된 형태이고 직립 자세에서 아래쪽으로 이동되면서 가열을 통한 환원을 거치는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
32. 제 31 항에 있어서, 상기 최초 압축성형체는 연속적으로 성형되어 신장된 형태가 되고 환원이 가열을 통해 수행되는 부분으로 이송되는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
33. 제 31 항에 있어서, 상기 최초 압축성형체는 그 지지체 역할을 하는 철제 메시를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
34. 제 31 항에 있어서, 상기 최초 압축성형체는 그 심의 역할을 하는 철막대 또는 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
35. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 최초 압축성형체는 신장된 형태이고 경사면을 따라 아래쪽으로 이동되면서 가열을 통한 환원을 거치는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
36. 제 35 항에 있어서, 상기 최초 압축성형체는, 철벨트 위에 환원이 가열을 통해 수행되는 부분으로 연속적으로 이송되는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
37. 제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원된 압축성형체를 가열하여, 이로써 상기 환원된 압축성형체를 용융시켜 용융 슬래그와 용융금속철을 얻는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
38. 제 37 항에 있어서, 분리기에서 상기 용융슬래그와 용융금속철을 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
39. (a) 금속철을 포함하는 쉘, 그리고

    (b) 상기 쉘 내부의 슬래그를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조의 중간 생성물.
40. 제 39 항에 있어서, 상기 슬래그가 용융되어 있는 것을 특징으로 하는 금속철 제조의 중간 생성물.
41. 제 39 항 또는 제 40 항에 있어서, 상기 슬래그는 5 중량% 이하의 FeO를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조의 중간 생성물.
42. 제 39 항 또는 제 40 항에 있어서, 상기 슬래그는 2 중량% 이하의 FeO를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조의 중간 생성물.
43. 탄소질 환원제를 함유하는 산화철의 압축성형체를 환원함으로써 금속철을 제조하기 위한 장치로서,

    가열을 통해 압축성형체를 환원함으로써 금속철을 포함하는 쉘을 형성하고 쉘 내부에 슬래그를 형성하기 위한 열환원장치;

    쉘 및 슬래그를 용융하기 위한 열용융 장치 그리고

    용선을 용융슬래그로부터 분리하기 위한 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
44. 제 43 항에 있어서, 압축성형체는 입자 또는 응집체의 형태이고 상기 열환원 장치는 압축성형체를 수평방향으로 이동시키면서 가열을 통해 압축성형체를 환원하기위한 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
45. 제 44 항에 있어서, 상기 메커니즘은 순환 회전 부재와 상기 부재 위에 위치하며 압축성형체를 놓기 위해 사용되는 노상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
46. 제 45 항에 있어서, 상기 노상은 그 위에 일정한 간격으로 분리 부재가 구비되어 압축성형체가 다른 압축성형체에 부착되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
47. 제 46 항에 있어서, 상기 분리 부재는 탈황제를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
48. 제 43 항에 있어서, 상기 열용융 장치는, 그 위에서 압축성형체를 텀블링시키거나 또는 미끄러지게 하면서 가열에 의해 압축성형체를 용융하기 위한 경사진 바닥을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
49. 제 43 항에 있어서, 압축성형체는 입자 또는 응집체의 형태이고, 상기 열환원 장치는 압축성형체가 수평면 위에 놓여 있는 동안에 가열을 통해 압축성형체를 환원하기 위한 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
50. 제 49 항에 있어서, 상기 열환원 장치는, 위에 놓인 압축성형체를 간헐적으로 이송 하기 위한 수평면을 갖는 이송 부재, 상기 이송 부재로부터 압축성형체를 방출하기 위한 방출 부재 그리고 압축성형체를 가열하기 위한 가열 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
51. 제 50 항에 있어서, 상기 방출 부재는 상기 이송 부재의 자세가 수평 자세와 경사진 자세의 사이에서 번갈아 이루어지도록 하는 경사 부재인 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
52. 제 50 항에 있어서, 상기 방출 부재는 압축성형체를 상기 이송 부재로부터 밀어내기 위한 푸싱 부재인 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
53. 제 50 항에 있어서, 철 지지체가 상기 이송 부재 위에 놓이며 압축성형체와 함께 방출되기에 적합하도록 만든 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
54. 제 50 항에 있어서, 분리 부재는 일정한 간격으로 상기 이송 부재 위에 마련되어 압축성형체가 다른 압축성형체에 부착되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
55. 제 54 항에 있어서, 상기 분리 부재는 탈황제를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
56. 제 50 항에 있어서, 상기 열용융 장치는, 압축성형체를 그 위에서 텀블링하거나 또는 미끄러지게 하는 동안 가열에 의해 압축성형체를 용융하기 위한 경사진 바닥을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
57. 제 43 항에 있어서, 압축성형체는 입자 또는 응집체의 형태이고, 상기 열환원 장치는 압축성형체를 텀블링하는 동안에 가열을 통해 압축성형체를 환원하기 위한 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
58. 제 57 항에 있어서, 상기 열환원 장치는 텀블링 메커니즘과, 압축성형체를 가열하기 위한 열환원 부재를 포함하고, 상기 텀블링 메커니즘은 압축성형체를 그 위에서 텀블링하기 위한 면과 상기 면으로부터 압축성형체를 방출하기 위한 방출 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
59. 제 58 항에 있어서, 상기 열환원 장치 및 상기 열용융 장치가 통합된 장치를 포함하는 열환원-용융 장치를 포함하는 장치로서, 상기 열환원-용융 장치는 텀블링 메커니즘과 가열을 통해 압축성형체를 환원 및 용융하기 위한 메커니즘을 포함하고, 상기 텀블링 메커니즘은 경사진 방향을 따라 압축성형체를 점차 텀블링하여 내려가도록 하기 위한 경사면과 압축성형체를 상기 경사면으로부터 방출하기 위한 방출 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
60. 제 58 항 또는 제 59 항에 있어서, 상기 텀블링면은 채널형 부재의 내면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
61. 제 60 항에 있어서, 상기 채널형 부재의 내면은 호 모양, V 모양 또는 U 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
62. 제 58 항 또는 제 59 항에 있어서, 상기 면은 호 모양, V 모양 또는 U 모양을 갖는 채널형 부재의 내면을 포함하고 채널형 부재의 길이를 따라 경사진 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
63. 제 43 항에 있어서, 압축성형체는 입자 또는 응집체의 형태이고, 상기 열환원 장치는 압축성형체가 아래쪽으로 낙하하는 동안에 가열을 통해 압축성형체를 환원하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
64. 제 43 항에 있어서, 상기 열환원 장치 및 상기 열용융 장치가 통합된 장치를 포함하는 열환원-용융 장치를 포함하는 장치로서, 상기 열환원-용융 장치는 입자 형태의 압축성형체가 아래쪽으로 낙하할 수 있도록 하는 낙하 공간과 입자 형태의 압축성형체가 낙하하는 동안에 연속적인 가열을 통해 입자 형태의 압축성형체를 환원 및 용융하기 위한 가열 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
65. 제 64 항에 있어서, 상기 분리기는, 그 한 쪽 위에서 낙하하는 용융슬래그 및 용선을 받기 위한 그리고 그 한 쪽으로부터 용융슬래그를 배출하고 그 다른 쪽으로부터 용선을 배출하기 위한 잠긴 둑을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
66. 제 43 항에 있어서, 압축성형체는 신장된 형태이고, 상기 열환원 장치는 압축성형체를 직립 자세에서 아래쪽으로 이동하면서 가열을 통해 환원하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
67. 제 43 항에 있어서, 압축성형체는 신장된 형태이고, 상기 열환원 장치는 아래쪽으로 경사진 면을 포함하여, 압축성형체를 상기 아래쪽으로 경사진 면을 따라 아래쪽으로 이동하면서 가열을 통해 환원하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
68. 제 66 항 또는 제 67 항에 있어서, 상기 열환원 장치의 원료 이송면 위에서 신장된 압축성형체를 연속적으로 성형하기 위한 장치가 구비된 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
69. 제 43 항에 있어서, 압축성형체를 운반하도록 작동될 수 있는 철벨트를 이송하기 위한 수단을 더 포함하고, 상기 철벨트 위에 놓인 압축성형체는 가열을 통해 환원 및 용융되는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
70. 제 69 항에 있어서, 압축성형체는 입자 또는 응집체의 형태이고, 상기 철벨트는 모서리 부분을 갖고 상기 모서리 부분에 형성된 벽을 포함하여 압축성형체가 상기 철벨트에서 떨어지는 것을 방지하고 가열을 통해 압축성형체를 환원하기 위한 상기 열환원 장치 내에서 수평방향으로 압축성형체를 운반하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.
71. 제 69 항에 있어서, 압축성형체는 신장된 형태이고, 신장된 형태의 압축성형체를 연속적으로 성형하기 위한 그리고 신장된 형태의 압축성형체를 상기 철벨트 위로 이송하기 위한 성형 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속철 제조 장치.