KR100937947B1

KR100937947B1 - 금속, 금속 용탕, 및/또는 슬래그의 건식 야금처리 방법및 주입장치

Info

Publication number: KR100937947B1
Application number: KR1020047010899A
Authority: KR
Inventors: 마인마티아스; 몬하임페터; 숄쯔라인하르트
Original assignee: 에스엠에스 지마크 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2010-01-21
Also published as: JP4440646B2; TWI287583B; TW200303366A; RU2004124835A; CA2472210A1; AU2003205596A1; WO2003060169A1; TW200404899A; DE10201108A1; US7384594B2; EP1466022A1; US20050040571A1; CN1615372A; RU2301837C2; JP2005514523A; KR20040068621A; UA77053C2; CN1291044C; CA2472210C; ZA200404240B

Abstract

야금 유닛 또는 용해 용기, 특히 전기 아크로에서 금속, 금속 용탕, 및/또는 슬래그를 야금처리함에 있어, 가능한 한 오랫동안 높은 임펄스 에너지를 갖는 산소 부화 가스 고속 제트(6')를 슬래그 표면 또는 금속 표면에 부딪치게 할 수 있는 주입장치(1)를 산소 부화 가스 제트(6) 및/또는 탄소 함유 물질을 취입 및 주입하는데 사용한다. 그 경우, 생성되는 산소 부화 가스 고속 제트(6')를 셸로 둘러쌈으로써 그것을 집속시키는 것이 공지되어 있다. 본 발명에 따르면, 그와 같이 둘러싸는 것을 중심의 산소 부화 가스 고속 제트(6')의 둘러쌈이 최대한으로 임펄스 손실이 없이 이뤄지도록 미리 가속된 고온가스(5, 5')에 의해 행하는 조치가 취해진다.

건식 야금처리, 주입장치, 산소 부화 가스, 탄소 함유 물질, 가스 제트, 고온가스

Description

금속, 금속 용탕, 및/또는 슬래그의 건식 야금처리 방법 및 주입장치{METHOD FOR THE PYROMETALLURGICAL TREATMENT OF METALS, METAL MELTS AND/OR SLAGS AND INJECTION DEVICE}

본 발명은 야금 유닛 또는 용해 용기에서 금속, 금속 용탕, 및/또는 슬래그를 건식 야금처리하는 방법, 특히 산소 부화 가스 제트를 초음속으로 가속시키고, 경우에 따라서는 그 내부에서 산소 부화 가스 제트에 탄소 함유 물질, 바람직하게는 입자가 첨가되며, 가스형 셸(shell)에 의해 둘러싸여 보호되는 고속 제트가 그로부터 나와 건식 야금처리에 사용되는 주입장치를 사용하여 전기 아크로(Electric Arc Furnace; EAF)에 산소 부화 가스 제트 및/또는 탄소 함유 물질을 취입/주입하는 방법에 관한 것이다.

산업용 유닛에 사용하기 위한, 바람직하게는 금속 및 금속 용탕의 건식 야금처리를 위한, 특히 전기 아크로에서 산소 부화 가스 및/또는 탄소 함유 입자를 전기 아크로의 슬래그/거품 슬래그 층 내에 및/또는 슬래그/거품 슬래그 층 상에 취입/주입하여 슬래그를 발포시키기 위한 및/또는 슬래그/거품 슬래그 층의 아래에 있는 금속 용탕 내에 및/또는 금속 용탕 상에 취입/주입하기 위한 유체 및 입자형 물질의 주입장치가 공지되어 있다. 그러한 주입장치는 산소 부화 가스가 노즐에 의해 초음속으로 가속되도록 하고, 경우에 따라서는 산소 부화 가스에 탄소 함유 입자가 첨가되게끔 한다.

전기 아크로에서 예컨대 스크랩 또는 해면철과 같은 고체 장입물을 용해시키는데는 상당한 에너지량(약 550 내지 750 ㎾h/t 조강(crude steel))이 필요하다. 그러한 전기 에너지 소요를 낮추고 용해 시간을 단축시키기 위해, 부가의 화학 에너지(예컨대 천연 가스 또는 석탄)를 사용한다. 높은 반응 온도를 확보하기 위해, 대부분 기술적으로 순수한 산소와 더불어 그 연소를 행한다. 그와 동시에, 그렇게 함으로써 처리해야 되는 특정의 배기 가스량이 공기를 사용하는 것에 비해 현저히 감소되게 된다. 용해 공정의 일정 단계 동안에는 스크랩 가열 및 스크랩 용해를 위해 산소 및/또는 1차 에너지 담체(예컨대 천연 가스)를 주입한다. 반응은 용탕의 상부에서, 바람직하게는 용해하려는 고체와 직접 접촉된 채로 일어난다. 그 경우, 천연 가스 및 산소의 공급은 노 벽에 있는 특수한 버너를 경유하여 또는 수냉식 랜스(lance)에 의해 이뤄진다.

건식 야금처리 시의 또 다른 단계는 거품 슬래그 단계이다. 거품 슬래그는 얕은 욕 상태 동안 노 벽을 아크 방사로부터 차폐시켜 벽 구역의 과열을 방지하고, 아크의 전기 출력 저하를 보상하며, 방사 손실을 감소시킴으로써 전체적으로 높은 에너지 효율을 구현하게 된다. 그러한 거품 슬래그를 형성하기 위해, 미립 탄소 담체 및 산소를 슬래그와 금속 사이의 경계 층에 동시에 주입하는 것이 바람직하다.

탄소 담체는 금속 용탕과 슬래그 사이의 구역에(부분적으로 금속 용탕의 표 면의 하부에도) 첨가되는 것이 바람직하다. 담체 가스로서는 압축 공기, 질소를 사용하는 것이 바람직하지만, 가스형 탄화수소도 사용할 수 있다.

산소는 주입된 탄소의 부분 산화 및 금속 용탕의 탈탄을 위해 금속 용탕과 슬래그 사이의 경계 구역에 주입되는 것이 바람직하다. 탄소 담체 중에 함유된 탄소가 부분 산화될 때에는 가스형 일산화탄소(CO)가 발생된다. 그러한 CO는 가스 기포의 형태로 슬래그로부터 누출된다. 그로 인해, 슬래그의 발포가 이뤄지게 된다. 발포된 거품 슬래그는 에너지 활용을 개선시키고, 전기 아크로의 내화 라이닝의 부담을 덜어준다. CO는 추가의 산화제를 별도로 첨가함으로써 내부 또는 외부에서 재연소될 수 있다.

탄소 담체, 산소, 및 추가의 산화제를 첨가하는 것은 다음의 것을 경유하여 조합된 채로 또는 별개로 이뤄진다:

a) 노 벽에 있는 특수한 주입/노즐 장치,

b) 도어/노 벽/덮개를 관통하는 냉각된 랜스,

c) 도어/노 벽/덮개를 관통하는 냉각되지 않은 랜스,

d) 욕하(under-bad) 노즐 시스템.

설명된 목적에 사용되는 장치 및 방법은 특히 다음과 같은 단점을 갖는다:

공통의 주입장치를 경유하여 가스/고체를 주입할 경우에는 전술된 기능성이 일체로 통합되어야 한다. 개별 공정 단계 동안 주입되는 성분은 그 배속 주입 시스템에 대한 상이하고도 부분적으로 서로 상반된 요건(흐름 속도, 주입 지점, 혼합 비/연소 비, 용탕에의 유입 등)을 요구한다. 따라서, 일체로 통합되는 유닛이 너 무 커지거나 적절한 절충안이 구현되어야 한다.

EP 0 964 065 A1로부터 2개의 부품으로 이뤄진 주입 시스템이 공지되어 있는데, 그 중의 하나의 부품은 초음속 산소 주입기로서, 그리고 다른 하나의 부품은 석탄 주입기로서 각각 기능한다. 양자의 부품의 축선은 생성되는 2개의 제트가 욕 표면의 상부에서 교차하도록 정향된다. 각각의 중심 산소 제트 또는 석탄 제트의 충분한 집속을 보장하기 위해, 각각의 제트는 중심 노즐 개구부의 둘레에 배치된 노즐 링으로부터 유출되는 천연 가스 제트에 의해 둘러싸인다.

US 5,904,895에는 연소실을 구비한 수냉식 주입장치가 개시되어 있는데, 연소실은 그 전방에 있는 고체를 용해시키는 고속 불꽃을 생성하기 위한 것이다. 용해 지속 시간이 경과됨에 따라, 예컨대 석탄과 같은 미세 분산된 고체와 부가의 산소가 고속으로 전기 아크로에 도입될 수 있는데, 그 경우에 고체는 이미 가속된 산소 제트에 옆으로부터 첨가된다. 그러한 주입장치에서는 고체 제트뿐만 아니라 고속 산소 제트도 그것을 둘러싸는 불꽃 셸에 의해 보호된다.

EP 0 866 138 A1에는 용탕에 가스(예컨대 산소 및 천연 가스)를 주입하는 방법이 개시되어 있다. 그러한 방법에서는 중심에서 주입기로부터 유출되는 산소가 라발 노즐(Laval Nozzle)에 의해 초음속으로 가속된다. 제트가 최대한으로 오랫동안 그 유출 임펄스를 유지하도록 하기 위해, 제트는 자신을 완전히 둘러싸는 불꽃 셸에 의해 보호된다. 그러한 불꽃 셸은 라발 노즐의 둘레에 동심상으로 있는 환형 갭 또는 노즐 링으로부터 유출되는 천연 가스를 산소로 연소시킬 때에 생성된다. 산소는 천연 가스 링의 외부에 동심상으로 배치된 제2 환형 갭 또는 노즐 링을 경 유하여 공급된다.

EP 1 092 785 A1은 EP 0 866 138 A1의 원리에 입각하여 입자형 고체의 주입도 추가로 허용하는 주입장치를 개시하고 있다. 그러한 장치에서는 고체의 첨가가 산소의 첨가와 마찬가지로 불꽃 셸의 내부에서 이뤄진다.

EP 0 848 795는 연료를 연소시키는 방법 및 그에 배속된 버너를 개시하고 있다. 연료로서는 천연 가스뿐만 아니라 입자형 고체를 사용한다. 그러한 방법 및 버너에서는 원통형 산소 메인 제트 또는 제트 방향을 따라 원추형으로 약간 넓혀진 산소 메인 제트에 중심 종 방향 축선 쪽으로 쏠린 다수의 천연 가스 제트가 취입된다. 메인 제트는 라발 노즐에 의해 초음속으로 가속된다. 연료 제트는 메인 제트를 둘러싸고, 하류 쪽에서야 비로소 메인 제트에 스며든다. 메인 제트의 내부에서는 중심 관을 통해 제2 연료 제트가 형성되고, 천연 가스 또는 고체는 그것이 가속된 후에 제2 연료 제트와 함께 메인 제트에 주입된다.

그러한 주입장치에서 제트가 벌어지는 것을 가능한 한 긴 거리로 억제시키기 위해, 생성된 제트를 통상적으로 천연 가스가 연소됨으로써 생기는 불꽃 셸에 의해 여러 겹 둘러싼다. 그러한 불꽃 셸은 중심 가스 제트의 바람직하지 않은 임펄스 손실이라는 단점을 일으키는데, 그것은 셸 제트의 흐름 속도가 중심 가스의 흐름 속도보다 훨씬 더 낮기 때문이다. 또한, 그러한 조치는 부가의 물질 투입을 필요로 하여 높은 에너지 비용이 소요된다. 그것은 공정 기술적 관점에서 거의 쓸데없고, 부분적으로는 비효율적이기도 하다.

그러한 선행 기술로부터 출발된 본 발명의 목적은 야금 유닛의 내부 공간으로 자유 유출되는 산소 부화 가스의 길이 및 존재하는 슬래그 층에의 침투 깊이를 최대화시킬 수 있는 주입장치를 개발하고, 그와 같은 작업 방법을 제공하는 것이다. 그와 관련하여, 특히 상이한 작업 상태에서 산소와 고체를 공동으로 투입하는 공지의 장치의 단점, 즉 다음과 같은 단점이 거의 회피되어야 한다:

높은 에너지 비 투입량(specific energy input),

야금 유닛에 필요로 하는 조작 또는 다수의 개구부,

복잡한 구조.

설정된 그러한 목적은 서두에 언급된 유형의 주입장치에 의한 방법에 있어 가스형 셸을 고온가스로 하되, 중심의 산소 부화 가스 고속 제트와 고온가스 셸 제트 사이의 상대 속도 및 임펄스 교환이 최소화되도록 고온가스를 산소 부화 가스 고속 제트에 공급(준 등속(quasi-isokinetic) 공급)하는 청구항 1에 특징져진 조치에 의해 달성된다.

그러한 본 발명에 따른 방법을 행하는 주입장치는 청구항 17의 특징에 의해 특징져진다. 본 발명의 바람직한 구성 및 부가의 구성은 하위 종속 청구항들에 기재되어 있다.

중심의 산소 부화 가스 고속 제트를 임펄스 손실을 최대한으로 낮춘 채로 고온가스 셸 제트에 의해 둘러싸는 본 발명에 따른 방법에 의해, 산소 부화 가스 고속 제트의 길이 및 금속 용탕의 상부에 있는 슬래그 층에의 산소 부화 가스 고속 제트의 침투 깊이가 최대화되어 집약적인 완전 혼합과 이동이 이뤄질 뿐 아니라, 예컨대 탄소 담체, 분진, 또는 첨가물과 같은 고체상의 입자형 탄소 함유 물질의 주입이 개선되는 장점이 얻어지게 된다. 입자형 탄소 함유 물질에는 석탄 분진, 코크스 분진을 포함하는 탄소; 알칼리 금속; 및 석회석, 생석회, 백운석을 포함하는 알칼리 토금속;의 세 가지 중의 한 가지 이상을 30 중량%보다 많은 고 농도로 함유시킨다.

그를 위해, 중심의 산소 부화 가스 제트를 산소 주입기(라발 노즐이 달린 긴 관)를 경유하여 안내하고, 300 내지 850 m/s의 속도로 가속시키며, 공지의 방안과는 상반되게 고온가스로 된 셸 제트에 의해 둘러싼다. 그 경우, 고온가스 생성기에서 외부 연소시킴으로써, 예컨대 시중의 고속 버너에서 천연 가스를 공기로 연소시킴으로써, 별개의 고온 압축기에 의해 노 배기 가스를 재순환시킴으로써, 또는 양자의 조치를 조합시킴으로써 고온가스를 제공한다.

연료와 산화제의 외부 반응에 의해 고온가스를 생성할 경우에는 그를 위해 산소 함량이 10 내지 100 체적%, 바람직하게는 21 체적%인 산화제를 사용한다. 어느 경우든지, 산화 과정을 과화학양론적(super-stoichiometric)으로 진행시킨다. 고온가스 생성기에서의 공기 비를 1.05 내지 2.0(바람직하게는 1.3 내지 1.5)으로 설정한다. 산화제를 50 ℃ 내지 600 ℃의 온도(바람직하게는 200 ℃ 내지 400 ℃)로 예열한다. 그러한 예열은 주입장치의 외부 또는 내부에서 행해질 수 있다. 산화제의 예열 시스템을 주입장치의 냉각 시스템에 통합시키거나 그 주요 구성 요소로 하는 것이 바람직하다.

주입 버너에의 유입 시에 고온가스의 온도를 300 ℃ 내지 1800 ℃로 한다. 그러한 온도 범위에서는 기초가 되는 열역학적 관계에 기인하여 고온가스의 초음속값이 저온의 중심의 산소 부화 가스 제트의 초음속값보다 더 높다. 그럼으로써, 고온가스의 유출 속도가 간단한 노즐만에 의해서도 이미 중심의 산소 부화 가스 제트의 속도 범위로 높아지게 된다.

본 발명에 따르면, 온도 제어를 위해 고온가스의 가속 전에 그에 물을 분사하는 것이 가능하다. 그럼으로써, 신속하고도 정확한 온도 유도가 보장되게 된다. 또한, 수증기의 분율이 증가되는 것은 노실 내의 반응 분위기에도 유리하게 작용한다.

본 발명에 따른 주입장치는 모듈식 구조로 되고, 라발 노즐이 달린 긴 관, 즉 그 유출 구역이 환형 갭 노즐에 의해 또는 고온가스를 통과시키는 필적할만한 작용을 갖는 유사한 구조적 방안에 의해 둘러싸이는 산소 부화 가스 제트 가속용 산소 주입기로 이뤄진다. 집속을 위한 목적으로, 그리고 유출 평면에서의 흐름 거동을 개선시키기 위해, 양자의 가스의 유출 구역은 고온가스 슬리브를 통해 연장된다.

입자형 물질을 주입하기 위해, 유출 개구부가 달린 부가의 동축상 관의 형태로 된 첨가물 주입기가 산소 주입기의 중심에 배치된다. 그러한 첨가물 주입기는 축 방향으로 이동될 수 있다. 그 경우, 첨가물 주입기의 유출 평면(B)은 산소 주입기의 라발 노즐의 컨퓨저(confusor)의 유입 횡단면의 전방에는 물론 후방에도 위치될 수 있다(흐름 방향으로 각각 보았을 때에). 산소 주입기의 내부에 첨가물 주입기의 유출 개구부를 위치시키는 것은 첨가물 주입기의 축 방향 이동에 의해 또는 산소 주입기의 축 방향 이동에 의해 이뤄질 수 있다. 첨가물 주입기의 유출 개구부는 단순한 입구로서 또는 노즐로서 구성될 수 있다. 첨가물 주입기의 유출 개구부는 입자형 물질이 산소 부화 가스와 함께 산소 주입기의 라발 노즐에 의해 가속되게끔 그 라발 노즐의 전방에 위치되는 것이 바람직하다.

입자형 물질의 높은 마모 응력 때문에, 첨가물 주입기의 유출 개구부는 내마모 재료로 제작되는 것이 바람직하다. 산소 주입기의 외피를 보호하기 위해, 그것은 세라믹 보호층을 구비하거나 세라믹 보호관에 의해 둘러싸일 수 있다.

아울러, 입자형이 아닌 다른 유체 물질, 예컨대 천연 가스와 같은 가스형 연료 또는 오일과 같은 액체 연료를 첨가물 주입기를 통해 산소 부화 가스에 주입하는 것도 가능하다. 유체 물질에는 천연 가스, 코크스 가스, 전로 가스, 연료 오일을 포함하는 탄소를 30 중량%보다 많은 고 농도로 함유시킨다. 그 때문에, 각각의 연료 유형의 특정적 요건에 맞추기 위해서는 첨가물 주입기의 다양한 구성이 필요하다. 따라서, 첨가물 주입기는 구조적으로 적절하게 형성됨으로써 신속하고도 단지 적은 비용만으로 각각의 공정 요건에 맞춰질 수 있는데, 예를 들어 교체가 가능한 유출 노즐을 구비하고, 적절한 보조 장치에 의해 수동으로 또는 자동으로 축 방향을 따라 이동될 수 있게 형성된다.

본 발명에 따른 가스/고체 주입용 주입장치는 모듈식으로 구성된다. 개별 모듈은 야금 유닛의 벽에 고정적으로 배치된 공통의 지지 유닛 상에 조립된다. 그럼으로써, 주위 공기가 원하지 않게 노 용기에 유입되는 것은 물론 반응 가스가 위험하게 주위로 유출되는 것까지도 확실하게 방지되게 된다.

주입장치는 견고하고 구조적으로 간단한 부품으로 형성됨으로써 야금처리의 개별 단계 동안 각각 필요한 모든 물질(산소, 탄소 담체, 첨가물 등)을 필요한 각각의 품질 및 양으로 첨가하는데 만능으로 사용될 수 있다. 그것은 낮은 유지 및 보수 비용을 보장해주고, 필요한 경우에는 노 작업이 진행 중이더라도 개별 부품을 신속하게 교환하는 것을 가능하게 해준다.

주입 시스템의 고 효율을 확보하기 위해, 하나 이상의 주입장치가 용해 유닛에 설치될 수 있다(바람직하게는 2개 내지 4개). 그 경우, 설치된 주입장치의 작업은 상위 시스템에 의해 조정되고 감시된다.

이하, 본 발명의 또 다른 장점, 명세, 및 특징을 첨부 도면에 개략적으로 도 시된 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 주입장치(기본형)의 단면도이고,

도 2는 첨가물 주입기를 구비한 도 1에 따른 주입장치의 단면도이며,

도 3은 주입장치의 방법 흐름도이고,

도 4는 주입장치의 MSR 개요(방법 흐름도)를 나타낸 도면이다.

* 도면부호의 설명

1 주입장치 2 고온가스 접속관

3 고온가스 슬리브 4 환형 갭 노즐

5 고온가스 5' 고온가스 셸 제트
6 산소 부화 가스 제트 6' 산소 부화 가스 고속 제트

7 두꺼운 부분 8 입자형 탄소 함유 물질

9 중심 제트 10 산소 주입기

11 주입기 내벽 12 세라믹 보호층

13 라발 노즐 14 유출 개구부

15 첨가물 주입기 16 연료 노즐

17 세라믹 보호관 18 물 분사 시스템

19 물 20 고온가스 생성기

21 팬 22 압축 공기 망

23 공기 25, 26, 27 차단 기구

28, 29, 30 제어 기구 31 다경로 밸브

I 추가의 주입장치 PLS 공정 유도 시스템

R 중앙 자동화 유닛 R1 자동화 유닛

R2 자동화 유닛 R3 자동화 유닛

도 1에는 도시된 실시예에서 전체적으로 꺾여진 고온가스 접속관(2)으로 이뤄진 본 발명에 따른 주입장치(1)가 도시되어 있는데, 고온가스 접속관(2)에는 측방에서 산소 주입기(10)가 삽입된다. 그 경우, 산소 주입기(10)는 주입장치(1)의 수평 부분의 종 방향 축선과 산소 주입기(10)의 종 방향 축선이 합쳐지도록 삽입되는 것이 바람직하다. 고온가스 접속관(2)의 전방 단부(도면에서 우측 단부)에서는 고온가스 접속관(2)의 내경이 안쪽으로 경사지게 연장되는 두꺼운 부분(7)(컨퓨저)에 의해 좁혀져서 고온 접속관(2)이 그 구역에서 산소 주입기(10)와 함께 동심상의 환형 갭 노즐(4) 또는 그에 필적할만한 작용을 갖는 유사한 구조적 방안(이후로 환형 갭 노즐로서 약칭하기로 함)을 형성하게끔 한다.

고온 접속관(2)에 삽입된 산소 주입기(10)는 세라믹 보호층(12)에 의해 둘러싸이고 전방 구역에 형성된 라발 노즐(13)이 달린 세장형 관 또는 주입기 내벽(11)으로 이뤄진다. 그러한 라발 노즐(13)에 의해, 산소 부화 가스 제트가 화살표 방향으로 안내되면서 가속되어 중심의 산소 부화 가스 고속 제트(6')로서 유출 개구부(14)로부터 화살표 방향으로 유출된다. 그러한 유출 구역에서는 산소 부화 가스 고속 제트(6')가 동일한 방향으로 흐르면서 환형 갭 노즐(4)에서 가속되는 고온가스 셸 제트(5')에 의해 둘러싸이게 된다. 가스 제트(5', 6')를 집속시키기 위해, 그 유출 구역은 고온가스 슬리브(3)를 통해 연장되는데, 그러한 고온가스 슬리브(3)의 내경은 환형 갭 노즐(4)의 최소 외경과 일치된다.

그와 같이 구성된 산소 주입기(10)는 축 방향으로 이동될 수 있게 형성되는데, 그 유출 평면(S)은 고온가스 접속관(2)의 평면 "E3"와 평면 "E4" 사이의 임의의 위치에 위치될 수 있다.

도 2는 부가의 첨가물 주입기(15) 및 물 분사 시스템(18)에 의해 도 1의 주입장치(1)에 비해 넓어진 주입장치(1)를 나타낸 것이다. 알아보기 쉽게 하려고, 동일한 부품을 동일한 도면 부호로 지시하였다. 물 분사 시스템(18)은 주입장치(1)의 유입 구역에서 고온가스 접속관(2) 내에 위치되고, 물(19)이 그 구역에서 고온가스(5)의 흐름 방향의 반대 방향으로 분사될 수 있도록 배치된다. 이제, 산소 주입기(10)는 더 이상 도 1의 실시예에서와 같이 세라믹 보호층으로 둘러싸이는 것이 아니라, 본 경우에는 세라믹 보호관(17)에 의해 유지된다. 첨가물 주입기(15)는 전체적으로 전방 연료 노즐(16)이 달린 긴 관으로 이뤄지고, 연료 노즐(16)의 개구부가 산소 주입기(10)의 라발 노즐(13)의 바로 전방에 위치될 정도로 산소 주입기(10)에 삽입된다. 그와 같이 하여, 연료로서의 입자형 탄소 함유 물질(8)과 유체 물질(8') 및 산소 부화 가스 제트(6)가 공동으로 중심 제트(9)로서 유출 개구부(14)로부터 반출되게 된다.

도 3은 주입장치(1)의 작업에 필요한 매체를 공급하는 것과 주입장치(1)의 전형적 접속관계를 나타낸 것이다. 고온가스(5)는 외부의 별개의 고온가스 생성기(20)에서 연료 흐름 및 산화제 흐름으로부터 생성된다. 그러한 고온가스 생성기(20)는 주입장치에 직접 접속되거나 주입장치의 주요 구성 요소로 되는 것이 바람직하다. 도시된 예에서는 산화제로서 공기(23)가 사용된다. 공기(23)는 별개의 팬(21)을 경유하여 제공되거나 압축 공기 망(22)으로부터 인출될 수 있다. 공기(23)는 고온가스 생성기(20)에 공급되기 전에 우선 주입장치(1)의 외벽을 냉각시키는데 사용된다. 그럼으로써, 공기(23)가 50 ℃ 내지 600 ℃로 예열되게 된다. 그러한 예열은 고온가스 생성기(20)에 연료를 투입하는데 유리하게 작용한다. 고온가스 생성기(20)는 작업 중에 차단되지 않은 채로 유지된다. 그것은 냉각 시스템에 대해서도 마찬가지로 적용된다. 차단 기구(25, 26, 27)를 작동시킴으로써, 각각의 매체 흐름의 공급이 개시되거나 차단된다. 체적 흐름의 제어는 제어 기구(28, 29, 30)에 의해 이뤄진다. 산소 주입이 가행 중에 있으면, 산소 주입기에의 공기 공급이 차단되도록 다경로 밸브(31)가 폐쇄된다. 공정 기술적 이유로 산소 주입기가 필요 없어지면, 산소 주입기(10)에의 산소 공급이 차단되도록 다경로 밸브(31)가 폐쇄된다. 그 경우, 산소 주입기(10)에는 공기(23)가 추진된다.

도 4는 주입장치(1)에 대한 MSR 개요(방법 흐름도)를 나타낸 것이다. 주입장치(1)의 제대로 된 확실한 작업을 위해서는 차단 기구(25, 26, 27)의 위치를 감시하여 제어되도록 변경해야 한다. 그에 상응하게 대응된 잠금/폐색에 의해, 허용되지 않거나 위험한 작업 상태의 발생이 회피되게 된다. 중앙 자동화 유닛(R)은 야금 유닛의 상위 PLS(공정 유도 시스템)와 소통하여 작업 방식에 따라 하위 자동화 유닛(R1, R2)에 필요한 명령을 전달한다. 하위 자동화 유닛(R1)은 고온가스 온도, 고온가스 생성기 출력, 및 공기 비의 제어를 관할한다. 그에 필요한 공정 변량은 적절한 센서에 의해 연속적으로 탐지되어 연산 장치에 전송된다. 하위 자동 화 유닛(R2)은 산소 체적 흐름을 제어하는 역할을 한다.

첨가물 주입기(15)의 제어는 추가의 자동화 유닛(예컨대 질량 흐름, 1차 압력에 대한)에 의해 행해진다. 예컨대, 도면 부호 "R3"로 지시된 그러한 자동화 유닛은 도 4에 개략적으로 도시되어 있다.

본 발명에 따르면, 하나보다 더 많은 주입장치(1), 바람직하게는 2개 내지 4개의 주입장치(1)가 야금 유닛에 배치될 수 있다. 그 경우, 그러한 주입장치(1)들을 공동으로 제어하기 위해, 자동화 유닛(R)과 상위 PLS 사이에 데이터 교환이 이뤄진다.

Claims

야금 유닛 또는 용해 용기에서 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법으로서, 산소 부화 가스 제트(6)를 초음속으로 가속시키고, 주입장치(1)로부터 산소 부화 가스 제트(6)를 완전히 둘러싸는 고온 가스 셸 제트(5')에 의해 보호되는 산소 부화 가스 고속 제트(6')가 나와 건식 야금처리에 사용되는 주입장치(1)를 사용하여 전기 아크로에 산소 부화 가스 제트(6)를 취입/주입하는 방법에 있어서,

고온가스 셸 제트를 고온가스(5)로 하되, 중심의 산소 부화 가스 고속 제트(6')와 고온가스 셸 제트(5') 사이의 상대 속도 및 임펄스 교환이 최소화되도록 고온가스(5)를 산소 부화 가스 고속 제트(6')에 준 등속으로 공급하고, 그를 위해 주입장치(1) 내의 산소 부화 가스 고속 제트(6')를 라발 형태의 노즐 시스템에서 300 내지 850 m/s의 속도로 가속시키고, 고온가스(5)를 주입장치(1)의 환형 갭 노즐(4)에 의해 산소 부화 가스 고속 제트(6')와 동일한 크기의 속도로 가속시키며, 고온가스(5)가 주입장치(1)에 유입될 때에 고온가스(5)의 온도를 300 ℃ 내지 1,800 ℃로 하는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 고온가스(5)를 연료로서의 입자형 탄소 함유 물질(8)과 유체 물질(8') 중의 한가지 이상을 산화제와 외부 반응시키는 공정과 야금 유닛으로부터의 고온가스를 재순환시키는 공정 중의 하나 이상의 공정에 의해 제공하는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 산소 함량이 10 내지 100 체적%인 예열된 산화제를 고온가스를 생성하는데 사용하는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 3 항에 있어서, 산화제의 예열 시스템을 주입장치(1)의 냉각 시스템에 직접 연결시키거나 주입장치(1)의 주요 구성요소로 일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 주입장치(1)에 유입되는 고온가스의 온도의 조절은, 고온가스의 가속 전에, 고온가스 생성기(20)의 출력을 제어하는 공정과 물(19)을 고온가스에 계량(計量) 공급하는 공정 중의 하나 이상의 공정에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 산소 부화 가스 제트(6)의 산소 함량을 10 내지 100 체적%로 하는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 입자형 탄소 함유 물질(8)과 유체 물질(8') 중의 한가지 이상을 중심의 산소 부화 가스 제트(6)에 공급하되, 입자형 탄소 함유 물질(8)과 유체 물질(8')의 공급을 산소 주입기(10)의 내부에 동축상으로 배치된 첨가물 주입기(15)에 의해 중심에서 동일한 방향으로 산소 부화 가스 제트(6)의 가속 전에 행하는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 7 항에 있어서, 입자형 탄소 함유 물질(8)에는 석탄 분진, 코크스 분진을 포함하는 탄소; 알칼리 금속; 및 석회석, 생석회, 백운석을 포함하는 알칼리 토금속;의 세 가지 중의 한 가지 이상을 30 중량%보다 많은 고 농도로 함유시키고, 그리고 유체 물질(8')에는 천연 가스, 코크스 가스, 전로 가스, 연료 오일을 포함하는 탄소를 30 중량%보다 많은 고 농도로 함유시키는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 산소 주입기(10)를 공업용 산소 및 공기로써 교대로 작업시키되, 산소 공급을 공기 공급으로 절환하는 것 및 다시 그 역으로 하는 것을 다경로 밸브(31)에 의해 행하고, 산화제 공급원 또는 압축 공기 망(22)이나 팬(21)이 공기를 공급하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 고온가스 온도의 제어, 고온가스 생성기 출력의 제어, 공기 비의 제어를 포함하는 고온가스 생성기(20)의 작업 제어를 자동화 유닛(R1)에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 체적 흐름의 제어, 1차 압력의 제어를 포함하는 산소 주입기(10)의 작업 제어를 자동화 유닛(R2)에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 질량 흐름의 제어, 1차 압력의 제어를 포함하는 첨가물 주입기(15)의 작업 제어를 자동화 유닛(R3)에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 야금 유닛에 복수개의 주입장치(1)를 설치하는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 자동화 유닛(R1, R2, R3) 및 추가의 주입장치(I)의 작업을 야금 유닛의 공정 유도 시스템(PLS)과 데이터를 교환하거나 자립적인 상위 중앙 자동화 유닛(R)에 의해 조정하되, 추가의 주입장치(I)의 당해 자동화 유닛과의 데이터 교환을 행하는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 방법.
야금 유닛 또는 용해 용기에서 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 주입장치(1)로서, 주입장치(1)를 사용하여 전기 아크로에 산소 부화 가스 제트(6)를 취입/주입하고, 주입장치(1)가 산소 부화 가스 제트(6)를 초음속으로 가속시키고, 주입장치(1)의 내부에서 산소 부화 가스 고속 제트(6')에 입자형 탄소 함유 물질이 공급되며, 주입장치(1)로부터 고온가스 셸 제트(5')에 의해 둘러싸여 보호되는 산소 부화 가스 고속 제트(6')가 나와 건식 야금처리에 사용되는, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 행하는 주입장치(1)에 있어서,

주입장치(1)는 주입기 내벽(11)과 산소 부화 가스 제트(6) 가속용 라발 노즐(13)을 구비하고 고온가스 접속 관(2)에 의해 둘러싸이는 산소 주입기(10)로 이루어진 개별 유닛들이 결합된 모듈식 구조로 되고, 고온가스 접속 관(2)의 유출 구역에는 고온가스(5)의 통과 및 가속을 위해 안쪽으로 경사진 두꺼운 부분(7)에 의해 내경이 좁혀진 환형 갭 노즐(4)이 배치되는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 주입장치(1).
제 15 항에 있어서, 산소 주입기(10)는 축 방향으로 이동될 수 있되, 그를 위해 산소 주입기(10)의 유출 평면(S)은 평면(E3)과 평면(E4) 사이의 임의의 위치에 위치될 수 있는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 주입장치(1).
제 15 항에 있어서, 가스의 유출 구역은 공통의 고온가스 슬리브(3)를 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 주입장치(1).
제 15 항에 있어서, 고온가스 접속 관(2)의 유입 구역에 물 분사 시스템(18)이 배치되는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 주입장치(1).
제 15 항에 있어서, 중심에 위치한 산소 주입기(10)의 내부에 연료 노즐(16)이 달린 추가의 동축상 관의 형태로 된 첨가물 주입기(15)가 배치되는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 주입장치(1).
제 19 항에 있어서, 첨가물 주입기(15)의 연료 노즐(16)은 주입되는 입자형 탄소 함유 물질의 높은 마모 응력을 견디도록 내마모 재료로 이루어지고, 교체가 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 주입장치(1).
제 19 항에 있어서, 첨가물 주입기(15)는 축 방향으로 이동될 수 있게 형성되고, 그 유출 평면(B)은 산소 주입기(10)의 평면(E1)과 평면(E2) 사이에 위치될 수 있는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 주입장치(1).
제 15 항에 있어서, 주입장치의 개별 유닛은 야금 유닛의 벽에 고정적으로 배치된 공통의 유닛 지지체 상에 조립되는 것을 특징으로 하는 금속, 금속 용탕 및 슬래그 중의 한가지 이상을 건식 야금처리하기 위한 주입장치(1).
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