KR100611692B1 - 직접 제련 방법 및 장치 - Google Patents

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KR100611692B1 KR1020017001100A KR20017001100A KR100611692B1 KR 100611692 B1 KR100611692 B1 KR 100611692B1 KR 1020017001100 A KR1020017001100 A KR 1020017001100A KR 20017001100 A KR20017001100 A KR 20017001100A KR 100611692 B1 KR100611692 B1 KR 100611692B1
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Abstract

금속함유 공급물질을 직접제련하는 공법에 관한 것이다. 목탄과 연료가스는 산소함유가스가 있는 선처리 석탄에 의해 생산된다. 연료가스는 산소함유가스를 가열하고/ 가열하거나 산소플랜트에서 산소함유가스를 생성하는데 사용된다. 금속함유 공급물질, 목탄과 산소함유가스는 직접제련용기에 주입되고, 금속함유 공급물질은 연료원과 환원제로서의 목탄을 사용하여 직접제련용기에서 용융금속으로 제련된다.

Description

직접 제련 방법 및 장치{A DIRECT SMELTING PROCESS AND APPARATUS}
본 발명은 용융욕(molten bath)을 포함하는 야금 용기 내에서 특히, 철에 제한되는 것이 아닌 광석, 부분적으로는 환원 광석과 금속함유폐유출물과 같은 금속 함유 공급물질(metalliferous feed material)로부터 용융금속을 생산하는 방법과 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 금속함유 공급물질로부터 용융금속을 생산하기 위한 용융금속욕에 기초한 직접제련방법에 관한 것이다.
금속함유 공급물질로부터 직접 용융금속을 생산하는 방법은 일반적으로 "직접제련방법"이라고 불린다.
일반적으로 Romelt 공법으로 불리는 하나의 공지된 직접제련공정은 상부에 충전된 금속산화물(top-charged metal oxides)을 금속으로 제련하고 기상반응 생성물을 후연소하며, 금속산화물을 계속 제련하는데 필요한 열을 전달하는 매질로서 대용량의 고도로 교반된 슬래그욕(slag bath)을 사용하는데 그 기본을 두고 있다. Romelt 공법은 하부 송풍구를 통하여 슬래그 안에 들어가는 산소농축공기(oxygen-enriched air)나 산소를 주입하여 슬래그를 교반시키고 상부 송풍구를 통하여 산소를 슬래그에 주입하여 후연소를 촉진하는 것을 포함하고 있다.
슬래그에 근본을 둔 다른 직접제련공법들로는 일반적으로 "딥슬래그(deep slag)"공법이 설명된다. DIOS나 AISI와 같은 이러한 공법들은 3개 영역으로 된 심층의 슬래그를 형성하는데 근본을 둔다. 즉, 상층영역은 주입된 산소로 반응가스 (reaction gases)를 후연소 시키고; 하부영역은 금속산화물을 금속으로 제련시키며; 중간영역은 상부와 하부영역을 분리시킨다. Romelt 공법에서와 같이 슬래그층 아래의 금속층은 중요한 반응 매질이 아니다.
반응매질로서 용융금속층을 이용하고 일반적으로 "HIsmelt"공법으로 불리는 다른 직접제련공법은 본 출원인 명의로 된 국제출원 PCT/AU96/00197호(공개번호 WO 96/31627)에 설명되어 있다.
상기 국제출원서에 설명된 HIsmelt 공법은 다음을 포함하고 있다.
(a) 용기 내에 금속층과 금속층 위에 슬래그층을 가지고 있는 용융욕을 형 성하고 있으며 ;
(b) 상기 욕(bath) 안으로 주입하는 것으로 :
(i) 금속함유 공급물질, 일반적으로 금속 산화물 ; 및
(ii) 고체 탄소질 물질, 일반적으로 금속 산화물의 환원제나 에너지원으로 작용하는 석탄(coal) ; 및
(c) 금속층에서 금속함유 공급물질을 금속으로 제련하는 것.
또한, HIsmelt 공법은 욕(bath)의 상측 공간에서 욕으로부터 방출되는 CO, H2와 같은 반응가스를 후연소하고, 후연소시 발생되는 열은 금속함유 공급물질을 제련하기 위해 필요한 열에너지에 기여하기 위해 욕에 전달된다.
또한, HIsmelt 공법은 욕위의 반응가스의 후연소로 생성된 열에너지를 욕에 전달하는 효과적인 매질을 제공하는 용융금속 및/또는 슬래그의 작은 방울들 (droplets)이나 튀긴 액체(splashes)나 유동물(streams)의 상승 후 하강이 있는 욕의 명목상 정지표면(the nominal quiescent surface) 위에 전이영역을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 목적은 저 등급의 석탄(coal)을 포함하여 방대한 범위의 석탄 유형을 사용할 수 있는 직접제련공법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 금속함유 공급물질을 직접 제련하는 공법에 있어서 :
(a) 산소함유가스로 석탄의 선처리(pre-treating)와 목탄(char)과 연료가스의 생성하는 단계;
(b) 산소함유가스를 가열 및/또는 연료원으로서 (a)단계에서 생성된 연료가스의 적어도 일부를 사용하여 산소장치 내에 산소함유가스를 생성하는 단계;
(c) 금속함유 공급물질, (a)단계에서 생성된 목탄, (b)단계에서 생성되고 가열된 상기 산소함유가스를 직접제련용기에 주입하는 단계 ; 그리고
(d) 연료원이나 환원제로서 목탄을 이용하여 상기 직접제련용기에서 금속함유 공급물질을 용융금속으로 직접 제련하고 상기 제련공정에서 생성된 반응가스를 산소함유가스로 후연소하는 공정을 포함한다.
본 발명의 장점은 (a)단계의 선처리가 석탄의 특성과 구성을 변화시키고 금속함유 공급물질을 직접제련하기에 적합하게 만든다. 결국, 상기 공법은 직접제련용기내에서 생산된 용융금속이라는 점에서 저 등급의 석탄으로 높은 생산성을 나타낼 수 있다. "저 등급의 석탄"의 의미는 낮은 열효율과 일반 석탄에 비해 상대적으로 높은 수준의 불순물들을 함유하고 있고 향상되어 질 수 있는 석탄을 말한다. "불순물들"의 의미는 황, 알칼리, 염 그리고 휘발성 물질과 같은 불순물을 말한다. 이러한 불순물들은 선처리 상기 단계(a)에서 목탄과 연료가스로 분리시킨다. 결국, 선처리 상기 단계(a)는 직접제련용기에 제공될 불순물의 양을 감소시키는 결과가 된다. 감소된 불순물의 양은 이익이 되는데 이는 금속함유 공급물질의 제련률을 증가시키고 용기에서 배출시켜야 할 오프가스(off-gas)의 양을 감소시키기 때문이다. 두 결과가 장점이 된다.
더 나아가 본 발명공법은 직접제련용기에서 사용되는 산소함유가스(바람직하게는 공기나 산소농축공기)를 가열하기 위하여 상기 단계(a)에서 생성되는 연료가스를 이용할 수 있는 장점이 있는 선택을 포함한다는 것이다. HIsmelt 공법에서와 같이 가열공기나 산소농축공기로 반응가스를 후연소 시킬 수 있는 직접제련공정에서 가열된 공기나 산소농축공기를 발생시키는 것은 중요한 문제이다. 상기 단계(a)에서 생성된 연료가스는 가열공기이기 때문에 연료원으로 매우 적합하며, 예를 들면 열풍 스토브(hot blast stoves)와 같은 것에 쓸 수 있다. 여기 이러한 기조 하에 본 발명공법의 중요한 장점이 있는 것이다.
"금속함유 공급물질"이란 용어는 여기서, 광석, 부분적으로는 환원 광석, 금속함유 폐유출물과 같은 금속 산화물을 포함하는 여하간의 금속공급물질을 의미하는 것으로 이해되어진다.
"목탄"이란 용어는 여기서 적어도 50%의 습기/ 산소(bound oxygen)/ 휘발성 물질이 석탄으로부터 제거되어진 후 남아있는 고체물질을 의미하는 것으로 이해되어진다.
바람직하게는 상기 단계(b)는 연료가스를 열풍수단(hot air blast means)에 공급하고 열풍수단에서 공기를 가열하기 위한 에너지원으로서 연료가스가 사용되는 것을 포함한다.
바람직하게는 열풍수단은 열풍 스토브(hot blast stoves)이다.
바람직하게는 상기 단계(a)에서 생산되어진 연료가스의 일부를 사용하는 금속함유 공급물질을 예열하기 전에 우선 공급물질을 직접제련용기에 주입하는 것을 포함하고 있다.
또한, 구성에 따라 연료가스는 부분적으로 직접제련용기에 공급물질을 주입하기 전에 금속함유 공급물질을 환원시키는 데에 사용되어진다.
상기 (d)단계는 모든 적절한 직접제련공법을 포함한다.
바람직하게는 상기 (d)단계는 HIsmelt 공법에 따라서 금속함유 공급물질을 직접 제련하는 것으로,
(a) 직접제련용기 내의 금속층과 금속층의 위에 슬래그층을 가지는 용융욕을 형성하는 단계 ;
(b) 다수개의 랜스(lance)/ 송풍구 통해 금속층으로 금속함유 공급물질과 목탄을 주입하는 단계;
(c) 금속층에서 금속함유 공급물질을 용융금속으로 충분히 제련하는 단계;
(d) 용융욕의 명목상 정지표면(a nominal quiescent surface)위의 공간에 용융금속과 슬래그를 작은 방울들(droplets), 튀긴 액체(splahes), 유동물 (stre ams)로 사출되도록 하고 전이영역 형성하는 단계 ; 및
(e) 하나 또는 그 이상의 랜스/송풍구를 통해 상기 직접제련용기내로 산소함유가스를 주입하고 상기 용융욕으로 나오는 반응가스를 후연소함으로서 전이영역에서 용융금속과 슬래그의 상승 후 하강하는 튀긴 액체, 작은 방울들, 유동물에 의해 열이 상기 용융욕에 전달되는 것을 촉진하고, 상기 전이영역은 상기 전이영역과 접촉하는 상기 측벽을 통한 상기 용기로 부터의 열손실을 최소화하는 단계를 포함한다.
용융욕에 관한 용어 "정지표면(quiescent surface)"은 가스/ 고체의 주입이 없는 공정조건 하의 용융욕의 표면을 의미하는 것으로 이해된다. 그리하여 욕의 요동도 없다.
바람직하게는, 상기 공법은 직접제련용기내에서 높은 후연소 단계로 처리된다.
바람직하게는, 후연소 단계로 60% 이상이다. 다음과 같이 후연소는 정의되는 데,
Figure 112001001634627-pct00001
여기서,
[CO2] = 오프가스내의 CO2 의 %부피 ;
[H2O] = 오프가스내의 H2O 의 %부피 ;
[CO] = 오프가스내의 CO 의 %부피 ; 및
[H2] = 오프가스내의 H2 의 %부피.
또한, 본 발명에 따르면 금속함유 공급물질을 직접제련하기 위한 장치가 제공되는데 이러한 장치는,
(a) 금속함유 공급물질을 제련하기 위한 직접제련용기 ;
(b) 석탄과 산소함유공기로부터 목탄과 연료가스를 생산하기 위한 수단 ;
(c) 연료원인 연료가스를 사용하여 가열된 산소함유가스를 생성하는 수단과 직접제련용기에 가열된 산소함유가스를 공급하는 수단 ; 및
(d) 직접제련용기에 금속함유 공급물질과 목탄을 공급하는 수단을 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면에 언급된 보기와 같이 설명된다.
[도 1]은 개요형태로 본 발명의 장치와 공법의 바람직한 구체적인 흐름도 이다.
[도 2]는 [도 1]에 묘사된 공법/ 장치들에서 사용되는 직접제련용기의 바람직한 형태의 수직부분(vertical section)이다.
[도 1]에서 본 보다 구체화된 설명은 철광석에서 철을 생산하는 관계이다. 그러나 바람직한 구체화된 것은 다른 금속함유 공급물질로부터 금속(금속합금을 포함)을 생산하는데 동등하게 응용된다.
[도 1]과 같이 철광석은 철광석 예열기(preheater)(3)에서 가열되고 직접제련용기(105)로 공급되어 상기 용기 내에서 용융철로 제련된다.
슬러리상의 석탄과 산소는 코울 카르보니져(coal carbonizer)(7)에 공급되어 800℃ ~ 1,000℃ 온도를 반응 생성시킨다. 석탄(석탄내 휘발성물질과 같은 구성요소를 포함하여)과 산소와의 반응은 목탄과 연료가스를 만들어 낸다.
"카르보니싱 유닛( carbonising unit)"의 용어는 석탄과 산소함유가스가 목탄과 연료가스를 생성하기 위해 접촉점으로 전달하는 적합한 장치로 본서에서는 이 해된다.
목탄은 카르보니져(7)로부터 빠져나와 냉각되고 저장되어 에너지원과 환원제로서 직접제련용기(105)에 공급된다.
적어도, 연료가스의 일부는 약 1,000℃에서 코울 카르보니져(7)로부터 빼내어져 습식 스크류버(wet scrubber)를 통해 열풍 스토브와 같은 열풍시스템(9)에 공급되며 약 1,200℃ 정도의 온도로 공기를 가열할 열을 생성하기 위해 연소된다.
가열된 공기는 산소가 풍부하고 직접제련용기(105)에 공급된다. [도 2]에서 보다 세밀하게 묘사된 것과 같이 상기 가열된 산소농축공기는 직접제련철광석에서 생성된 카본 옥사이드(carbon oxide) 와 하이드로겐(hydrogen)과 같은 부산물을 후연소하고 후연소에서 발생된 열은 상기 직접제련용기(105)의 내부 온도를 유지하는데 기여한다. 일반적으로 상기 공법은 60% 이상의 후연소단계에서 수행된다.
또한, 상기 코울 카르보니져(7)에서 생성된 연료가스 일부는 상기 광석 예열기(the ore preheater)(3)가 800℃정도의 온도로 철광석을 예열하는데 사용되어진다.
상기 직접제련용기(105)에서 생성된 오프가스는 1,650℃ 정도의 온도에서 빠 져나와 1,000℃로 냉각되고 찬 공기와 만남으로서 재연소되고 더 냉각된 후 예를 들면 오프가스 스크류버(11)에서 처리되어 공기 중으로 방출된다.
선택적으로 상기 오프가스 일부는 상기 광석 예열기(3)에서 철광석을 예열하는데 사용된다.
이상에서 설명된 공법과 장치들은 알려진 기술 이상의 많은 장점이 있다.
예를 들어 잘 알려진 2단계 직접제련공법들은 선환원단계(pre-reduction stage)와 제련단계를 포함하는데 이들은 선환원시 환원제로서 또는 산소함유가스를 가열하기 위한 에너지 원료로서의 제련단계에서 나오는 오프가스를 이용함으로서 전체 에너지 소비를 감소시키는데 주안점을 둔다. 본 발명은 이러한 공지의 공법들과는 달리 생산성을 극대화하는데 주안점을 둔다. 예를 들어 분리된 카르보니져(7)에서 석탄을 처리하고 상기 카르보니져에서 생성된 목탄을 상기 직접제련용기(105)에 주입하는 것은 상기 직접제련용기(105)에서 주어진 석탄상의 불순물 양을 감소한다. 이것은 불순물과 관계되는 제련의 문제점을 감소시키고 상기 직접제련용기의 생산성을 증가시키며 상기 용기에서 생성된 오프가스의 부피를 감소시키는 기회를 만든다. 또한 철광석의 직접제련시 저 등급 석탄의 사용을 가능케 한다. 더 나아가 상기 카르보니져(7)에서 생성된 원료가스가 상기 열풍 스토브를 가열하기 위한 연소가스로서 유용한 원료가 된다. 공법 상, 반응가스를 후연소 하기 위해 산소보다 는 공기나 산소농축공기를 사용하는 상기 HIsmelt공법과 같은 공법들은 큰 부피의 가열된 공기 또는 가열된 산소농축공기를 생산하는 것이 중요한 문제이다. 더 나아가 본 발명의 공법은 제련환원용기(105)에서 생성된 오프가스에서 양을 추출하려 하지 않고 이것이 70% 이상의 후연소 단계에서 수행되도록 한다.
상기 직접제련용기에서 수행되는 상기 직접제련공법은 매우 적합한 공법이다.
상기 직접제련용기에서 수행되는 바람직한 직접제련용법이 상기 HIsmelt공법이다. 이는 이하의 [도 2]를 언급하면서 일반 용어로 설명하며 좀 더 자세히는 본 출원인 명의의 국제출원 PCT/AU99/00538에 있다. 그리고 국제출원서의 특허명세서의 공개시 참고문헌(cross reference)으로 수록하기로 한다.
상기 바람직한 직접 제련공법에 있어서,
(a) 상기 직접제련용기(105)내의 금속층과 금속층의 위에 슬래그층을 가지는 용융욕을 형성하는 단계 ;
(b) 다수개의 랜스/ 송풍구를 통하여 상기 예열 철광석과 상기 목탄을 상기 금속층에 주입하는 단계 ;
(c) 근본적으로 상기 금속층에서 철광석을 용융철로 제련하는 단계 ;
(d) 용융욕의 명목상 정지표면의 공간에 튀긴 액체(splashes),작은 방울들 (droplets), 유동물(streams)로 용융철과 슬래그가 사출되도록 하여 전이영역을 형성하는 단계 ; 및
(e) 하나 또는 그 이상의 랜스/ 송풍구를 통해 상기 직접제련용기로 가열된 산소농축공기를 주입하고 상기 용융욕으로 나오는 반응가스를 후연소하며 상기 전이영역에서 약 2,000℃이나 그 이상의 온도로 기체상을 형성하고 이에 의하여 전이영역상의 용융금속의 튀긴 액체, 작은 방울들, 유동물을 상승 후 하강함으로서 열이 상기 용융욕에 전이되도록 촉진한다. 그리고 이에 의하여 상기 전이영역은 상기 전이영역과의 접촉으로 측벽을 통한 용기의 열 손실을 최소화하는 것에 기본을 둔다.
상기 직접제련용기(105)는 매우 적합한 용기이다.
상기 바람직한 직접제련용기는 [도 2]와 관련 일반용어로서 설명된 용기이다. 보다 자세히는 출원인 명의의 국제출원 PCT/AU99/00537이다. 국제출원서내의 특허명세서의 공개시 참고문헌(cross-referance)으로 합쳐진다.
[도 2]에 나타난 상기 용기(105)는 내열성 벽돌(refractory bricks)로 된 베이스(base)(3), 사이드(sides)(55)를 포함한 노저(hearth)를 포함한다. 측벽(side wall) (5)는 노저의 사이드(55)로부터 위쪽으로 뻗어있는 원통형 배럴(cylindrical barrel)을 구성하고 상부 배럴 구역(51)과 하부 배럴 구역(53) ; 루프(roof)(7) ; 오프가스를 내보내는 방출구(outlet)(9) ; 용융금속을 계속적으로 배출하기 위한 전상(forehearth)(57) ; 전상(57)과 노저를 상호 연결하는 전상 콘넥션(71) ; 용융슬래그를 배출하기 위한 탑홀(tap-hole)(61)을 포함한다.
사용상, 정상상태공법 조건하에서 상기 용기(105)는 용융금속층(15)과 용융금속층(15) 위의 용융 슬래그층(16)을 포함하는 슬래그와 철 용융욕을 담고 있다. (17)로 표시된 화살표는 금속층(15)의 명목상의 정지표면의 위치를 가리키고 (19)로 표시된 화살표는 슬래그층의 명목상의 정지표면의 위치를 가리킨다. "정지표면"의 용어는 상기 용기내 가스나 고체의 주입이 없을 때의 표면을 의미한다고 알려진다.
또한 용기(105)는 2개의 금속 주입구 랜스/송풍구(11)를 포함하는데 30°~ 60°의 각도로서 상부쪽과 하부쪽으로 뻗어있다. 랜스/ 송풍구(11)의 위치는 하부 끝이 정상상태공법 조건하에 금속층(15)의 정지표면(17)위에 있도록 선택된다.
사용상, 정상상태공법 조건하에서 캐리어 가스에 반출되는(일반적으로 N2) 예열된 철광석, 목탄, 융제(일반적으로 석회(lime), 마그네시아(magnesia))는 상기 랜스/ 송풍구 (11)를 통해 상기 금속층(15) 내로 주입된다. 고체물질/ 캐리어가스의 힘은 고체물질과 가스가 금속층(15)을 침투하도록 한다. 부분적으로 카본은 금속으로 녹아들고, 부분적으로는 고체카본으로 남는다. 철광석은 금속으로 제련되고 제련반응은 카본 모노옥사이드 가스(carbon monoxide gas)를 생성한다. 상기 가스는 상기 금속층 (15)으로 가서 제련 중 용융금속, 고체 카본 슬래드(고체/가스/주입의 결과로서 금속층(15)으로 끌려오는)의 중요한 부양상승(buoyancy uplift)을 생성하는데 상기 금속층(15)은 용융금속과 슬래그의 튀긴 액체, 작은 방울들, 유동물의 상승운동을 발생시키고 이러한 튀긴 액체, 작은 방울들, 유동물은 그것들의 이동이 상기 슬래그층(16)을 통해 움직이도록 슬래그를 반출한다.
용융금속, 금속카본, 슬래그의 부양상승은 상기 슬래그층(16)이 부피상 팽창하고 화살표(30)가 가리키는 표면을 가지는 결과로서 상기 금속층(15)과 상기 슬래그층(16)내에 본질적 교반을 야기시킨다. 교반의 범위는 상기 금속과 상기 슬래그 영역내의 합리적인 고유 온도가 있는데 일반적으로 1450℃ ~ 1550℃으로 각 영역내에 거의 30°의 온도변화이다.
덧붙여 용융금속, 고체카본, 슬래그의 부양상승에 의해 야기되는 용융금속과 슬래그의 튀긴 액체, 작은 방울들, 유동물의 상승운동은 상기 용기내의 상기 용융물질 위의 상기 상부공간(31)까지 미친다. 그리고 :
(a) 전이영역(23)을 형성하고 ; 그리고
(b) 상기 전이영역 아래와 상기 전이영역(23)위의 상기 루프(7)에 있는 상기 측벽(5)의 상기 상부 배럴 구역 (51)의 위에 약간의 용융물질(대부분은 슬래그)을 투입한다.
일반적으로, 상기 슬래그층(16)은 가스기포(gas bubbles)로 된 액체연속부피 (liquid continuous volume)이다. 그리고, 상기 전이영역(23)은 용융금속과 슬래그의 튀긴 액체, 작은 방울들, 유동물으로 된 가스연속부피(gas continuous volume)이다.
상기 용기(105)는 가열된 산소농축공기를 상기 용기(105)내로 주입하기 위한 랜스(13)를 포함한다. 상기 랜스(13)는 중앙에 위치해 있고 수직으로 상기 용기 안의 아래로 뻗어있다. 상기 랜스(13)의 위치와 상기 랜스(13)를 통한 가스 유동률(gas flow rate)는 정상상태공정 조건하에 산소함유가스를 상기 전이영역 (23)의 중앙부에 침투시키고 주요하게는 상기 랜스(13)의 끝부분의 금속/ 슬래그 자유공간(free space)(25)을 유지하기 위해 선택되어진다.
사용상 정상상태공정 조건하에 상기 랜스(13)를 통한 상기 산소함유가스의 주입은 상기 전이영역(23)과 상기 랜스(13)의 끝부분 주위의 상기 자유공간(23)내의 상기 반응가스 CO와 H2를 후연소 시키고 가스공간에 약 2,000℃ 나 그 이상의 온도의 고가스상(high gas phase)을 생성한다. 열은 가스주입지역내의 용융원료의 튀긴 액체, 작은 방울들, 유동물의 상승 후 하강에 전달되어지고 부분적으로는 상기 금속/ 상기 슬래그가 상기 금속층 (15)으로 돌아갈 때 상기 금속층(15)에 전달된다.
상기 자유공간(25)은 높은 수준의 후연소를 하기 위해 중요한 것인데 이것은 상기 랜스 (13)의 끝 영역에 상기 전이영역(23) 위의 공간에서 가스의 반출을 가능케 하고 후연소시 유용한 반응가스의 노출을 증가시키기 때문이다.
상기 랜스(13)의 위치와 상기 랜스(13)를 통한 가스유동률, 금속과 슬래그의 튀긴 액체, 작은 방울들, 유동물의 상부쪽 운동의 결합된 효과는 상기 랜스(13)의 아래 영역주위에 전이영역(23)을 형성하는 것이다. - 일반적으로 번호 27로 특정되어 있다. 형성된 이 영역은 상기 측벽(5)에 방사로 열을 전달하기 위한 부분적 장벽을 제공한다.
더 나아가, 정상상태공법 조건하에서 금속과 슬래그의 작은 방울들, 튀긴 액체, 유동물의 상승과 하강은 열을 상기 전이영역(23)에서 상기 용융욕으로 전달하는데 효과적인 수단이 되는데 상기 측벽(5)의 영역의 상기 전이영역(23)의 온도를 약 1450℃ ~ 1550℃ 가 되게 한다.
상기 공법이 정상상태공법 조건하에서 작동되어질 때 용기(105)는 상기 용기(105)의 상기 금속층(15), 상기 슬래그층(16),상기 전이영역(23)의 레벨을 고려하고 정상상태공법 조건하에서 작동되어질 때 상기 전이영역 (23)위의 상기 상부공간(31)으로 방출되는 금속과 슬래그의 튀긴 액체, 작은 방울들, 유동물을 고려하여 건설되는데, 이는 :
(a) 상기 금속/ 상기 슬래그층 (15)/(16)과 접촉하는 노저와 상기 측벽(5)의 상기 하부배럴구역(53)은 내열성 물질의 벽돌로 형성되며. (도면에서 빗금으로 표시됨);
(b) 상기 측벽(5)의 하부배럴구역(53)의 적어도 일부는 수냉패널(water cooled panels)에 의하여 지지되며 ; 그리고
(c) 상기 전이영역(23)과 상기 상부공간(31)과 접촉하는 상기 측벽(5)의 상기 상부배럴구역 (51)과 상기 루프(7)는 상기 수냉패널(58),(59)로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 측벽(5)의 상기 상부배럴구역(51)의 각 수냉패널(8), (58), (59)(보이지 않음)은 상부와 하부 에지(edges), 사이드 에지(side edges)와 평행하고 상기 원통형 배럴 구역과 경계를 정하기 위해 굴곡되어 있다. 각각의 패널은 내부수냉파이프와 외부수냉파이프를 포함한다. 상기 파이프는 굴곡된 부분과 상호 연결되어진 수평구역으로 인해 구불구불한 형태로 형성되어 있다. 각각의 파이프는 수입구와 배출구를 포함한다. 상기 파이프들은 수직으로 대치되지 않아서 상기 패널의 노출된 표면에서 보았을 때 상기 외부 파이프의 수평구역이 바로 상기내부 파이프의 뒤에 있지 않다. 즉, 표면은 용기의 내부에 노출되어 있다. 각 패널은 상기 파이프들 사이나 각 파이프의 인접한 수평영역사이에 공간을 충전하는 다져진 내열성 물질(rammed refactory material)을 포함한다. 각 패널은 상기 패널의 외부 표면을 형성하는 지지 플래이트(support plate)를 포함한다.
상기 파이프의 수입구와 배출구는 상기 파이프를 통하여 고유동률(high flow rate)로 물을 회전시키는 워터 서플라이 서킷(water supply circuit)(나타나 있지 않음)에 연결되어 있다.
많은 개조형이 본 발명의 취지, 범위를 벗어나지 않고 설명되어져 바람직하게 구체화될 수 있다.
예를 통해, 바람직한 구체화는 연료가스의 적어도 일부를 상기 코울 카르보니져(7)에 공급하는 것이나, 본 발명은 산소를 생산하는 에너지원으로서 상기 연료가스를 산소 플랜트에 공급하는 것과 같이 다른 옵션을 포함시키거나 지나치게 제한하지 않는다.

Claims (8)

  1. 금속함유 공급물질을 직접제련하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 산소함유가스로 석탄을 선처리 하고 목탄과 연료가스를 생산하는 단계;
    (b) 상기 (a)단계에 생산된 연료가스의 적어도 일부를 열풍수단에 공급함으로써 공기 또는 산소농축공기를 가열하고, 상기 열풍수단에서 공기 또는 산소농축공기를 가열하기 위한 에너지원으로서 연료가스를 사용하는 단계;
    (c) 상기 금속함유 공급물질, 상기 (a)단계에서 생산된 목탄 및 상기 (b)단계에서 생산된 가열된 공기 또는 가열된 산소농축공기를 직접제련용기에 주입하는 단계;
    (d) 연료원과 환원제로서 목탄을 사용하여 직접제련용기에서 금속함유 공급물질을 용융금속으로 직접제련하고, 상기 제련공정시 생성된 반응가스를 가열된 공기 또는 가열된 산소농축공기로 후연소하는 단계를 포함하여 구성되는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열풍수단은 열풍 스토브(hot blast stoves)인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 직접제련용기에 공급물질을 주입하기 전에 (a)단계에서 생산된 상기 연료가스의 적어도 일부를 사용하여 상기 금속함유 공급물질을 예열하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 직접제련용기에 공급물질을 주입하기 전에 (a)단계에서 생산된 상기 연료가스의 적어도 일부를 사용하여 금속함유 공급물질을 선환원 (prereducing)하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 직접제련단계 (d)는
    (a) 직접제련용기에 금속층 및 상기 금속층 위에 슬래그층을 가지는 용융욕을 형성하는 단계;
    (b) 복수개의 랜스/송풍구를 통해 상기 금속층으로 상기 금속함유 공급물질과 목탄을 주입하는 단계;
    (c) 상기 금속함유 공급물질을 상기 금속층에서 용융금속으로 제련하는 단계;
    (d) 용융금속과 슬래그를 상기 용융욕의 명목상 정지표면 위의 공간에 튀긴 액체, 작은 방울들, 유동물으로 방출되도록 하고 전이영역을 형성하는 단계; 및
    (e) 하나 또는 그 이상의 랜스/송풍구를 통해 상기 직접제련용기 내로 산소함유가스를 주입하고 상기 용융욕으로부터 나오는 반응가스를 후연소함으로써, 전이영역에서 용융금속과 슬래그의 상승 후 하강하는 튀긴 액체, 작은 방울들, 유동물에 의해 열이 상기 용융욕에 전달되는 것을 촉진하여, 상기 전이영역이 상기 전이영역과 접촉하는 측벽을 통한 상기 용기로부터의 열손실을 최소화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, (a)단계에서 생산된 연료가스의 적어도 일부를 산소 플랜트에서 에너지원으로서 사용하여 산소함유가스 생산하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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  8. 삭제
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