KR101121701B1 - 입상 금속철의 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물을 환원하여 입상 금속철을 제조하는 방법으로서, 이동 로상식 가열 환원로의 로상 상에 상기 원료 혼합물을 장입하는 단계, 상기 원료 혼합물 중의 산화철을 가열을 통하여 상기 탄소질 환원제에 의해 환원시킴으로써 금속철을 생성하고, 이어서 상기 금속철을 용융하고, 그 후, 용융한 금속철을 부생하는 슬래그와 분리하면서 입상으로 응집시키는 단계, 및 상기 금속철을 냉각 응고시키는 단계를 갖고, 상기 가열 환원의 단계는, 로 내의 소정 영역에서의 분위기 가스의 유속을 소정의 범위 내로 조정하는 단계를 갖는 입상 금속철의 제조방법에 관한 것이며, 이 방법에 의해 고품질의 입상 금속철을 제조할 수 있다.

Description

입상 금속철의 제조방법 및 그 장치{PROCESS FOR PRODUCTION OF GRANULAR METALLIC IRON AND EQUIPMENT FOR THE PRODUCTION}
본 발명은, 철광석이나 산화철 등의 산화철원을 가열 환원로에서 직접 환원하여 환원철을 제조하는 방법, 및 이러한 방법으로 환원철을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.
철광석이나 산화철 등의 산화철원(이하, 산화철 함유 물질이라고 하는 경우가 있음)을, 석탄 등의 탄소질 환원제(탄재)나 환원성 가스를 이용하여 직접 환원하여 환원철을 얻는 직접 환원 제철법이 알려져 있다. 이 직접 환원 제철법은, 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물을 이동 로상식(爐床式)의 가열 환원로(예컨대, 회전 로상로 등)의 로상 상에 장입하여, 그 로(爐) 내로 이 원료 혼합물을 이동시키는 사이에, 가열 버너에 의한 열이나 복사열로 이 원료 혼합물을 가열함으로써, 원료 혼합물 중의 산화철을 탄소질 환원제로 환원하고, 얻어진 금속철(환원철)을 계속해서 침탄ㆍ용융시키고, 이어서 부생하는 슬래그와 분리하면서 용융 금속철을 입상(粒狀)으로 응집시키고, 그 후, 냉각 응고시켜 입상의 금속철(환원철)을 얻는 방법이다.
이러한 직접 환원 제철법은, 고로(高爐) 등의 대규모 설비가 불필요하거나, 예컨대 코크스가 불필요해지는 등 자원면의 유연성도 높아서, 최근, 실용화 연구가 왕성하게 행해지고 있다. 그러나, 공업적 규모로 직접 환원 제철법을 실시하기 위해서는, 조업 안정성이나 안전성, 경제성, 입상 금속철(제품)의 품질 등을 포함하여 더 개선하지 않으면 안 될 과제도 많다.
특히 입상 금속철의 품질에 대해서 말하면, 상기 직접 환원 제철법에 의해 얻어진 입상 금속철은, 전기로나 전로와 같은 기존의 제강 설비로 보내져, 철원(鐵源)으로서 사용된다. 그 때문에, 입상 금속철 중의 황 함유량(이하, S량이라고 하는 경우가 있음)을 가능한 한 저감시킬 것이 요구된다. 또한, 입상 금속철 중의 탄소 함유량(이하, C량이라고 하는 경우가 있음)은, 철원으로서의 범용성을 높이는 관점에서, 과도해지지 않는 범위에서 가능한 한 높은 쪽이 바람직하다.
본 발명자들은, 입상 금속철의 품질 향상을 기하여, 입상 금속철의 순도를 높이는 기술을 특허문헌 1에 앞서 제안하고 있다. 이 특허문헌 1에는, 입상 금속철의 순도를 높이는 방법으로서, 침탄ㆍ용융시에 있어서의 성형체 근방의 분위기 가스의 환원도를 적절히 제어함으로써, 환원 말기부터 침탄ㆍ용융이 완료될 때까지 재산화되는 것을 방지하는 방법이 개시되어 있다.
이 특허문헌 1에는, 입상 금속철의 황 함유량을 저감시키는 기술에 대해서도 기재되어 있다. 구체적으로는, 금속철을 용융시켰을 때에 부생하는 슬래그의 염기도를 적절히 제어함으로써, 황 함유량을 저감시키는 방법이 개시되어 있다.
입상 금속철의 황 함유량을 저감시키는 기술로서, 본 발명자들은, 상기 특허문헌 1 외에, 특허문헌 2의 기술도 앞서 제안하고 있다. 특허문헌 2에서는, 원료 혼합물 중에 포함되는 성분의 함유량으로부터 구해지는 슬래그 형성 성분의 염기도와, 그 슬래그 형성 성분 중에서 차지하는 MgO 함유량을 적절히 제어함으로써, 입상 금속철에 포함되는 황의 양을 저감시키는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 제2001-279315호 공보
특허문헌 2: 일본 특허공개 제2004-285399호 공보
발명의 개시
본 발명은, 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 이동 로상식 가열 환원로에서 입상 금속철을 제조함에 있어서, 앞서 제안한 방법과는 다른 방법으로, 고품질의(특히, C량은 높고, S량은 낮은) 입상 금속철을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 고품질의 입상 금속철을 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 한 국면에 따른 입상 금속철의 제조방법은, 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물을 환원하여 입상 금속철을 제조하는 방법으로서, 이동 로상식 가열 환원로의 로상 상에 상기 원료 혼합물을 장입하는 단계, 상기 원료 혼합물 중의 산화철을 가열을 통하여 상기 탄소질 환원제에 의해 환원시킴으로써 금속철을 생성하고, 이어서 상기 금속철을 용융하고, 그 후, 용융한 금속철을 부생하는 슬래그와 분리하면서 입상으로 응집시키는 단계, 및 상기 금속철을 냉각 응고시키는 단계를 갖고, 상기 가열 환원의 단계는, 로 내의 소정 영역에서의 분위기 가스의 유속을 소정의 범위 내로 조정하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 다른 국면에 따른 입상 금속철의 제조장치는, 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물을 환원하여 입상 금속철을 제조하는 장치로서, 상기 원료 혼합물 중의 산화철을 가열을 통하여 상기 탄소질 환원제에 의해 환원시킴으로써 금속철을 생성하고, 이어서 상기 금속철을 용융하고, 그 후, 용융한 금속철을 부생하는 슬래그와 분리하면서 입상으로 응집시키는 가열 환원로, 상기 가열 환원로에 상기 원료 혼합물을 장입하는 장입 수단, 상기 가열 환원로로부터 입상 금속철 및 슬래그를 배출하는 배출 수단, 및 상기 금속철과 상기 슬래그를 분리하는 분리 수단을 갖고, 상기 가열 환원로는, 로 본체, 상기 로 본체 내에서 상기 원료 혼합물 및 상기 금속철을 반송하는 이동 로상, 상기 로 본체 내에서 상기 원료 혼합물을 가열하는 가열 수단, 및 상기 금속철을 냉각 응고시키는 냉각 수단을 갖고, 상기 로 본체는, 로 내에 있어서의 분위기 가스의 유속을 소정의 범위 내로 조정하기 위한 수단을 구비한 특정 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1은 회전 로상식의 가열 환원로의 일 구성예를 나타내는 개략 설명도이다.
도 2는 가열 환원로 내에서의 분위기 가스의 평균 가스 유속과 얻어지는 입상 금속철 중의 C량의 관계, 및 평균 가스 유속과 입상 금속철 중의 S량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 1에 나타낸 회전 로상식 가열 환원로를, B-B선을 지나는 원주면을 따라 전개하여 나타낸 개략 단면 설명도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 구성예를 일부 변형한 예를 나타내는 개략 단면 설명도이다.
도 5는 로상부터 천정까지의 높이와 로 내에 있어서의 분위기 가스의 유속의 관계를 나타내는 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명에 대하여 도면을 이용하여 상세히 설명하지만, 하기 도면은 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 전ㆍ후기의 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
도 1은, 이동 로상식 가열 환원로 중, 회전 로상식의 가열 환원로의 일 구성예를 나타내는 개략 설명도이다. 회전 로상식 가열 환원로 A에는, 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물(1)이, 원료 투입 호퍼(장입 수단)(3)를 통해서, 로 본체(8) 내의 회전 로상(4) 상에 연속적으로 장입된다. 상기 원료 혼합물(1)은, 맥석 성분이나 회분 등으로서 포함되는 CaO, MgO, SiO2 등을 함유하고 있어도 된다. 또한, 필요에 따라 석회나 돌로마이트, 바인더 등을 함유하고 있어도 된다. 원료 혼합물(1)의 형태는, 눌러 굳힌 간이 성형체여도 되고, 펠렛이나 브리켓 등의 성형체여도 된다. 원료 혼합물(1)과 분입상(粉粒狀)의 탄소질 물질(2)을 더불어 공급해도 된다.
상기 원료 혼합물(1)을 가열 환원로 A에 장입할 때의 순서를 구체적으로 설명한다. 원료 혼합물(1)의 장입에 앞서, 원료 투입 호퍼(3)로부터 회전 로상(4) 상에 분입상의 탄소질 물질(2)을 장입하여 상부(床敷)로서 덮는다. 그리고, 그 위에 원료 혼합물(1)을 장입한다.
도 1에서는, 하나의 원료 투입 호퍼(3)를 이용하여 원료 혼합물(1)과 탄소질 물질(2)을 장입하기 위해 공용하는 예를 나타내고 있지만, 호퍼를 2개 이상 이용하여 원료 혼합물(1)과 탄소질 물질(2)을 따로따로 장입하는 것도 물론 가능하다. 또, 상부로서 장입되는 탄소질 물질(2)은, 환원 효율을 높이는 것뿐만 아니라, 가열 환원에 의해 얻어지는 입상 금속철의 저황화를 증진하는 데에도 매우 유효하다.
도 1에 나타낸 회전 로상식 가열 환원로 A의 회전 로상(4)은, 반시계 방향으로 회전되고 있다. 회전 속도는, 가열 환원로 A의 크기나 조업 조건에 따라 다르지만, 통상 8분에서 16분 정도로 1주하는 속도이다. 가열 환원로 A에서의 로 본체(8)의 벽면에는 가열 버너(가열 수단)(5)가 복수개 마련되어 있고, 그 가열 버너(5)의 연소열 혹은 그의 복사열에 의해 로상부에 열이 공급된다.
내화재로 구성된 회전 로상(4) 상에 장입된 원료 혼합물(1)은, 그 회전 로상(4) 상에서 가열 환원로 A 내를 원주방향으로 이동하는 사이에, 가열 버너(5)로부터의 연소열이나 복사열에 의해 가열된다. 그리고, 당해 가열 환원로 A 내의 가열대를 통과하는 사이에, 당해 원료 혼합물(1) 내의 산화철은 환원된다. 그 후, 환원철은 잔여 탄소질 환원제에 의한 침탄을 받아 용융된다. 그리고, 용융된 환원철은 부생하는 용융 슬래그와 분리되면서 입상으로 응결되어 입상 금속철(10)이 된다. 입상 금속철(10)은 회전 로상로 A의 하류측 구역에서 냉각 수단에 의해 냉각 고화된 후, 스크류 등의 배출 장치(배출 수단)(6)에 의해 로상 상으로부터 순차적으로 배출된다. 이때 부생한 슬래그도 배출되지만, 이들은 호퍼(9)를 거친 후, 임의의 분리 수단(예컨대, 체나 자선 장치 등)에 의해 금속철과 슬래그의 분리가 행해진다. 또, 도 1 중, 7은 배기 가스용 덕트를 나타내고 있다.
그런데, 이동 로상식 가열 환원로에서 입상 금속철을 제조함에 있어서는, 상술한 바와 같이, 철원으로서의 범용성을 높이기 위해, 입상 금속철 내에 충분한 양의 탄소(이하, C라고 하는 경우가 있음)를 침탄시키는 한편, 입상 금속철의 품질을 향상시키기 위해, 황(이하, S라고 하는 경우가 있음)의 함유량을 가능한 한 저감시킬 것이 요구되고 있다.
그래서 본 발명자들은, 입상 금속철의 C량을 높이는 동시에, S량을 저감시키기 위해 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물을 가열 환원하여 얻어지는 입상 금속철의 조성은, 가열 환원로 내에서의 분위기 가스의 유속에 크게 영향을 받는 것이 밝혀졌다.
입상 금속철의 조성이, 가열 환원로 내에서의 분위기 가스의 유속의 영향을 받는다는 현상은, 이하의 기구에 의한 것이 확인되었다. 즉, 가열 환원로 내에서의 분위기 가스의 유속이 작을수록, 원료 혼합물 근방에 있어서의 분위기 가스의 유속도 작아진다. 그 결과, 원료 혼합물은 상부재(床敷材)로부터 솟아나오는 환원성 가스에 덮이므로, 분위기 가스의 환원도가 높게 유지되어 환원 및 침탄이 효율적으로 진행된다. 그렇게 하여, C량이 높은 입상 금속철을 얻을 수 있다. 또한, 원료 혼합물 근방에 있어서의 분위기 가스의 환원도가 높아지면, 원료 혼합물 중의 S는, 마찬가지로 원료 중에 포함되는 CaO분에 의해 CaS로서 슬래그 중에 고정되기 쉬워져, 얻어지는 입상 금속철의 S량의 저하가 증진되는 것도 확인되었다. 또, 로 내의 원료 혼합물 근방에 있어서의 분위기 가스의 평균 가스 유속 대신에, 로 내에 있어서의 분위기 가스의 평균 가스 유속을 작게 하여도, 같은 효과를 얻을 수 있다. 이하에서는, 가열 환원로 내에서의 분위기 가스의 유속으로서, 로 내에 있어서의 분위기 가스의 평균 가스 유속을 채택하여 설명한다.
도 2는, 가열 환원로 내에서의 분위기 가스의 평균 가스 유속과 얻어지는 입상 금속철 중의 C량의 관계, 및 평균 가스 유속과 입상 금속철 중의 S량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2에서는, 입상 금속철 중의 S량의 지표로서, 황분 배합비 「(S)/[S]」를 이용했다. 여기서, (S)는 용융 슬래그 중의 황 농도를 나타내고, [S]는 용융철(환원철) 중의 황 농도를 나타낸다. 또, 도 2에 나타낸 C량은, 후기하는 도 3에 나타낸 장치에 있어서, 로 내에 마련하는 가열 버너의 모두에 공기 버너를 이용했을 때에 얻어진 입상 금속철 중의 C량을 기준(=1)으로 한 상대값이다. 마찬가지로, 도 2에 나타낸 황 성분 배합비도, 후기하는 도 3에 나타낸 장치에 있어서, 로 내에 마련하는 가열 버너의 모두에 공기 버너를 이용했을 때에 얻어진 입상 금속철 중의 황 성분 배합비를 기준(=1)으로 한 상대값이다. 평균 가스 유속은, 후기하는 도 3에 나타낸 장치의 공기 버너(5e)와 산소 버너(5f) 사이의 위치에 있어서의 평균 가스 유속을 산출한 값이다. 평균 가스 유속의 측정방법에 대해서는 후술한다.
도 2로부터 분명한 것처럼, 분위기 가스의 평균 가스 유속과 입상 금속철 중의 C량의 사이에는 상관 관계가 있다. 또한, 분위기 가스의 평균 가스 유속과 입상 금속철 중의 S량의 사이에도 상관 관계가 보인다. 구체적으로는, 평균 가스 유속을 5m/초 이하(특히 2.5m/초 이하)로 하면, 용융철(환원철) 중의 황 농도[S]에 대한 용융 슬래그 중의 황 농도(S)를 높일 수 있으므로, 그 결과로서, 용융철(환원철) 중의 황 농도[S]를 저감시킬 수 있다.
상기 분위기 가스의 유속은, 로 본체에 있어서, 적어도 산화철의 환원 말기(본 명세서에서는, 간단히 「환원 말기」라고 하는 경우가 있음)부터 금속철의 용융이 완료(본 명세서에서는, 간단히 「용융 완료」라고 하는 경우가 있음)되기까지의 영역에서 조정하는 것이 바람직하다. 환원 말기부터 용융 구역에 걸쳐서는, 원료 혼합물 근방은, 탄소질 환원제나 상부재로부터 솟아나오는 가스에 의해 환원성 분위기로 유지되고, 이때의 분위기 가스가 입상 금속철의 조성에 크게 영향을 미치기 때문이다. 그 때문에, 이 영역에서의 가스 유속을 조정함으로써, 입상 금속철 중의 C량을 높이는 동시에, S량을 저감시킬 수 있다. 또, 상기 분위기 가스의 유속은, 산화철의 환원 말기부터 금속철의 용융이 완료되기까지의 영역에 한하지 않고, 로 본체 전체에 걸쳐 조정해도 된다. 로 본체에 있어서의 환원 말기 상당 위치는, 가열 환원로의 규모나 조업 조건에 따라 변동하지만, 예컨대, 가열대에서 상류측으로부터 2/3 경과한 위치가 기준이 된다. 여기서, 가열대란, 로 본체 내에서 가열 버너가 마련되어 있는 영역을 말한다.
로 본체 내의 특정 영역의 분위기 가스의 유속을 조정하기 위해서는, 상기 이동 로상식 가열 환원로에, 로 내에 있어서의 분위기 가스의 유속을 조정하기 위한 수단을 구비하면 되고, 예컨대, 유속 조정 수단으로서, 가열 환원로 내를 가열하기 위한 가열 버너의 일부에 산소 버너를 구비하거나, 로 본체의 적어도 환원 말기부터 용융 완료까지 영역에서의 로상부터 천정까지의 높이(본 명세서에서는, 간단히 「천정까지의 높이」라고 하는 경우가 있음)를, 로 본체의 다른 영역에서의 로상부터 천정까지의 높이보다 높게 하면 좋다. 이것을 도면을 이용하여 설명한다.
우선, 유속 조정 수단으로서, 가열 환원로 내를 가열하기 위한 가열 버너의 일부에 산소 버너를 구비한 회전 로상식 가열 환원로에 대하여 설명한다. 도 3은, 상기 도 1에 나타낸 회전 로상식 가열 환원로 내의 원료 투입부로부터 금속철 배출부까지의 모양을 나타내는 도면이며, 상기 가열 환원로를 B-B선을 지나는 원주면을 따라 전개하여 나타낸 개략 단면 설명도이다. 또, 상기 도 1과 같은 부분에는 동일한 부호를 붙였다.
도 3에서는, 로 본체(8)의 벽면에 가열 버너(5a~5h)가 마련되어 있고, 가열 버너(5f~5h)를 마련한 영역이 환원 말기부터 용융 완료까지의 영역에 상당한다. 가열 버너 중, 가열 버너(5a~5e)는 공기 버너, 가열 버너(5f~5h)는 산소 버너이다. 여기서, 공기 버너란, 가연성 가스(예컨대, 메테인 가스)에 공기를 혼합시켜 연소하는 버너를 말하고, 산소 버너란, 가연성 가스에 산소 가스를 혼합시켜 연소하는 버너를 말한다. 공기 버너는, 산소 버너와 비교하여, 동량의 가연성 가스를 연소시키는 경우에, 연소에 관여하지 않는 가스(예컨대, 질소 가스, 아르곤가스)의 단위시간당 공급량이 많다. 또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 로 본체(8)에는 가열 환원되어 용융철을 냉각하기 위한 냉각 구역(11)이 마련되어 있고, 이 냉각 구역(11)에는 냉각 수단(12)이 구비되어 있다.
도 3에서는, 왼쪽이 상류측이고, 원료 투입 호퍼(3)를 통해서 장입된 원료 혼합물(1)은, 도 3의 오른쪽 방향(하류 방향)으로 이동하는 사이에 가열되어 환원된다. 이때, 가열 환원로내를 가열하기 위한 버너의 적어도 일부에 산소 버너(5f~5h)를 이용함으로써, 로 내에 있어서의 분위기 가스의 유량을 저감시킬 수 있다. 즉, 가열 버너(5a~5h)의 모두에 공기 버너를 이용한 경우에는, 공기에서 차지하는 산소의 비율은 약 20체적%이므로, 연소에 관여하지 않는 약 80체적%의 가스 유량은 가열 환원로 내의 유속을 크게 하는데 영향을 미친다. 그런데, 가열 버너의 적어도 일부에 산소 버너를 이용하면, 공기 버너를 이용했을 때의 연소열을 확보하면서, 가열 환원로 내에 공급하는 전체 가스량을 저감시킬 수 있고, 그 결과로서, 로 내에 있어서의 분위기 가스의 유속을 작게 할 수 있다.
로 내에 있어서의 분위기 가스의 평균 가스 유속 V(m/초)는, 총 가스량 Q(㎥/초)를, 로상의 진행 방향에 수직인 로 내 단면적 D(㎡)로 나눔으로써, 하기 수학식 1로부터 산출할 수 있다. 여기서, 총 가스량 Q(㎥/초)는, 로 내에 공급되는 단위시간당 연료의 양과, 그 연료를 연소시키기 위해 공급되는 단위시간당 산소 함유 가스량으로부터, 연소 계산에 의해 구해지는 연소 후의 단위시간당 가스량이다.
V=Q/D
즉, 로 내에 연료로서, 예컨대, 메테인 가스를 공급하고, 이것을 연소시키면 하기 수학식 2의 화학 반응이 일어난다. 그래서, 로 내에 공급되는 연료의 양과 연료 연소용 산소 함유 가스량에 근거하면, 연소에 의해 발생하는 가스량을 산출할 수 있다. 또, 가스량은 로 내에 있어서의 실제의 온도와 압력에서의 체적량으로 환산하여 산출하는 것이 좋다.
CH4+2O2→CO2+2H2O
그리고, 로 내에서 연소에 의해 발생한 가스는, 예컨대, 도 3과 같이, 공기 버너 5c와 5d 사이의 위쪽에 배기 가스용 덕트(7)를 마련한 경우에는, 로상의 상류측으로부터 배기 가스용 덕트(7)를 향하여, 혹은 로상의 하류측으로부터 배기 가스용 덕트(7)를 향하여 흐른다. 그래서, 예컨대, 환원 말기부터 용융 완료까지 영역에서의 분위기 가스의 평균 가스 유속을 산출하기 위해서는, 환원 말기의 개시 위치(도 3에서는, 공기 버너(5e)와 산소 버너(5f) 사이의 위치)를 통과하는 가스 유 량을, 당해 환원 말기의 개시 위치(도 3에서는, 공기 버너(5e)와 산소 버너(5f) 사이의 위치)에 있어서의 로의 종단면적(유로 면적)으로 나누면 된다. 이때 환원 말기의 개시 위치를 통과하는 가스는, 도 3의 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르고 있으므로, 환원 말기의 개시 위치를 통과하는 가스량을 산출할 때에는, 산소 버너(5f~5h)에 공급되는 연료량과 연료 연소용 산소 함유 가스량으로부터, 연소 후의 총 가스량을 산출하면 된다. 배기 가스용 덕트(7)를 공기 버너 5c와 5d 사이의 위쪽에 마련하고 있으므로, 공기 버너(5a~5e)에서 연료를 연소시켰을 때에 발생하는 가스 유속은, 환원 말기부터 용융 완료까지 영역에서의 분위기 가스의 평균 가스 유속에 영향을 미치지 않기 때문이다.
평균 가스 유속은, 공기 버너와 산소 버너의 개수나, 공기 버너와 산소 버너의 배치 방법, 혹은 공기 버너와 산소 버너에 각각 공급되는 연료와 연료 연소용 산소 함유 가스의 양을 적절히 조정하면 제어할 수 있다. 또, 공기 버너와 산소 버너 대신에, 동량의 연료를 연소시킨다는 조건하에서 비교한 경우에, 연소에 관여하지 않는 가스의 단위시간당 공급량이 상대적으로 많은 버너(제 2 버너)와, 연소에 관여하지 않는 가스의 단위시간당 공급량이 상대적으로 적은 버너(제 1 버너)를 이용해도 된다.
본 발명에서는, 배기 가스용 덕트(7)를 마련하는 위치는 특별히 한정되지 않지만, 환원 말기부터 용융 완료까지 영역에서의 분위기 가스의 유속을 가능한 한 작게 하기 위해서는, 배기 가스용 덕트(7)를 당해 환원 말기부터 용융 완료까지의 영역보다 상류측(즉, 원료 혼합물을 공급하는 쪽)에 마련하는 것이 좋다.
가열 환원로 중, 산소 버너를 마련하는 영역은 특별히 한정되지 않지만, 적어도 환원 말기부터 용융 완료까지의 영역에 설치하면 좋다. 물론 가열 환원로 내의 모든 영역에서 산소 버너를 이용해도 된다.
산소 버너(제 1 버너)의 부착 위치는 특별히 한정되지 않지만, 로상 표면으로부터 1m 이상 떨어진 위치에 구비하는 것이 바람직하다. 공기 버너 대신에 산소 버너를 이용했다고 해도, 산소 버너를 설치한 위치가 로상 근방이면 가스 유속이 커지기 때문이다.
원료 혼합물 근방에 있어서의 분위기 가스의 유속을 저감시키는 관점에서 보면, 산소 버너(제 1 버너)의 부착 위치는 로상 표면으로부터 가능한 한 멀게하는 것이 바람직하지만, 너무 지나치게 멀어지면 가열 효율이 나빠진다. 또한, 산소 버너를 천정 근방에 설치하면, 버너의 열로 천정을 손상시키는 경우가 있다. 따라서, 산소 버너(제 1 버너)는 로의 천정 표면으로부터 1m 이상 떨어진 곳에 설치하는 것이 바람직하다.
상기 산소 버너(제 1 버너)에 공급되는 산소 함유 가스의 산소 농도는, 분위기 가스의 유속을 저감시키기 위해 가능한 한 높은 쪽이 바람직하다. 산소 농도가 높을수록, 연소에 관여하지 않는 가스의 농도가 낮아지기 때문이다. 공급 가스에서 차지하는 산소 가스의 비율은, 예컨대 90체적% 이상이면 좋다.
다음으로, 유속 조정 수단으로서, 로 본체의 적어도 산화철의 환원 말기부터 금속철의 용융 완료까지 영역에서의 로상부터 천정까지의 높이가, 로 본체의 다른 영역에서의 로상부터 천정까지의 높이보다도 높은 회전 로상식 가열 환원로에 대하 여 설명한다.
도 4는, 상기 도 3에 나타낸 구성예를 일부 변형한 예를 나타내는 개략 단면 설명도로서, 로 본체(8)의 벽면에 가열 버너(5a~5e)와 가열 버너(5i~5k)가 마련되어 있고, 이 중 가열 버너(5i~5k)를 마련한 영역이, 환원 말기부터 용융 완료까지의 영역에 상당한다. 도 4에서는, 모든 가열 버너가 공기 버너이다.
도 4에서 로 본체(8)는, 가열 버너(5i~5k)를 마련한 영역의 천정까지의 높이가, 다른 영역에서의 천정까지의 높이보다 높은 형상을 갖고 있다. 이와 같이 천정을 높게 함으로써, 환원 말기부터 용융 완료까지의 영역에 상당하는 로 내 용적을 크게 할 수 있다. 그 결과, 이 영역의 천정이 낮은 경우보다 로 내에 있어서의 분위기 가스의 유속을 저감시킬 수 있다.
도 5에, 천정까지의 높이의 상대값과, 로 내에 있어서의 분위기 가스의 평균 가스 유속의 상대값과의 관계를 나타내는 그래프를 나타낸다.
천정까지의 높이의 상대값은, 원료 혼합물을 장입하는 입측(入側)과, 입상 금속철을 계 밖으로 배출하는 출측(出側)에서, 천정까지의 높이를 변경하지 않는 경우(즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 천정까지의 높이가 일정한 경우)를 기준으로 하여, 환원 말기부터 용융 완료까지 영역에서의 천정의 높이를, 환원 말기까지의 영역(다른 영역)에 있어서의 천정의 높이에 대한 상대값으로서 산출했다.
분위기 가스의 평균 가스 유속의 상대값은, 원료 혼합물을 장입하는 입측과, 입상 금속철을 계 밖으로 배출하는 출측에서, 천정까지의 높이를 변경하지 않는 경우(즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 천정까지의 높이가 일정한 경우)의 분위기 가 스의 평균 가스 유속을 기준으로 하여, 환원 말기부터 용융 완료까지 영역에서의 천정의 높이를 변경했을 때의 평균 가스 유속으로부터 상대값을 산출했다. 평균 가스 유속은, 로상부터 천정까지의 높이가 변화하는 위치(예컨대, 도 4에서는, 가열 버너 5e와 5i의 사이)에서 산출했다.
도 5로부터 분명한 것처럼, 천정까지의 높이를 높게 할수록, 로 내에 있어서의 분위기 가스의 유속은 작아지는 것을 알 수 있다.
상기 도 4에서는, 가열 버너로서 공기 버너만을 이용하는 예를 나타냈지만, 상기 도 3에 나타낸 바와 같이, 가열 버너의 일부에, 유속 조정 수단으로서 산소 버너(제 1 버너)를 구비해도 된다.
상기 도 3이나 도 4에 나타낸 구성예에 있어서, 로 본체의 환원 말기부터 용융 완료까지 영역에서의 분위기 가스의 유속이, 로 본체의 다른 영역에서의 분위기 가스의 유속의 영향을 가능한 한 받지 않도록 하기 위해, 로 내에 경계벽을 마련해도 된다. 예컨대, 환원 말기부터 용융 완료까지의 영역이, 도 3에서 산소 버너(5f~5h)를 설치한 영역이면, 공기 버너(5e)와 산소 버너(5f)의 사이에 천정으로부터 매다는 식의 경계벽을 마련해도 된다. 이때, 각 영역에서의 배기 가스를 로 밖으로 배출하기 위해, 개개의 영역의 천정에 배기 수단을 마련해도 된다.
또, 이상의 설명에서는, 이동 로상식 가열 환원로로서, 회전 로상식의 가열 환원로를 예시했지만, 회전 로상식에 한정되지 않고, 예컨대, 직선형의 가열 환원로여도 된다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 한 국면에 따른 입상 금속철의 제조방법 은, 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물을 환원하여 입상 금속철을 제조하는 방법으로서, 이동 로상식 가열 환원로의 로상 상에 상기 원료 혼합물을 장입하는 단계, 상기 원료 혼합물 중의 산화철을 가열을 통하여 상기 탄소질 환원제에 의해 환원시킴으로써 금속철을 생성하고, 이어서 상기 금속철을 용융하고, 그 후, 용융한 금속철을 부생하는 슬래그와 분리하면서 입상으로 응집시키는 단계, 및 상기 금속철을 냉각 응고시키는 단계를 갖고, 상기 가열 환원의 단계는, 로 내의 소정 영역에서의 분위기 가스의 유속을 소정의 범위 내로 조정하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 본 발명에 따른 입상 금속철의 제조방법에 따르면, 이동 로상식 가열 환원로에서 입상 금속철을 제조함에 있어서, 로 내의 소정 영역에서의 분위기 가스의 유속을 소정의 범위 내로 조정함으로써, 입상 금속철의 품질을 개선할 수 있다. 보다 구체적으로는, 입상 금속철 중의 C량을 많게 하고, S량을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 입상 금속철의 제조방법에서, 상기 분위기 가스의 유속은 평균 0m/초 초과 5m/초 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 분위기 가스의 환원도가 높게 유지되어 환원 및 침탄이 효율적으로 진행되므로, 입상 금속철 중의 C량을 많게 하고, S량을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 입상 금속철의 제조방법에서는, 상기 소정 영역이, 상기 산화철의 환원 말기부터 상기 금속철의 용융이 완료되기까지의 영역인 것이 바람직하다. 이에 따라, 이 영역은 환원성 분위기로 유지되어, 입상 금속철의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 입상 금속철의 제조방법에서는, 상기 가열 환원로의 가열에, 상기 소정 영역에서는 제 1 버너를 사용하고, 소정 영역 이외의 영역에서는, 동량의 연료를 연소하는 경우에 연소에 관여하지 않는 가스의 단위시간당 공급량이 제 1 버너보다 많은 제 2 버너를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 상기 소정 영역에서 산소 버너를 이용하고, 소정 영역 이외의 영역에서 적어도 공기 버너를 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 소정 영역에서, 가열 버너의 일부 또는 모두에 공기 버너를 이용했을 때와 비교하여, 같은 연소열을 확보하면서, 가열 환원로 내에 공급하는 전체 가스량을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 소정 영역에서의 분위기 가스의 유속을 작게 할 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 입상 금속철의 제조장치는, 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물을 환원하여 입상 금속철을 제조하는 장치로서, 상기 원료 혼합물 중의 산화철을 가열을 통하여 상기 탄소질 환원제에 의해 환원시킴으로써 금속철을 생성하고, 이어서 상기 금속철을 용융하고, 그 후, 용융한 금속철을 부생하는 슬래그와 분리하면서 입상으로 응집시키는 가열 환원로, 상기 가열 환원로에 상기 원료 혼합물을 장입하는 장입 수단, 상기 가열 환원로로부터 입상 금속철 및 슬래그를 배출하는 배출 수단, 및 상기 금속철과 상기 슬래그를 분리하는 분리 수단을 갖고, 상기 가열 환원로는, 로 본체, 상기 로 본체 내에서 상기 원료 혼합물 및 상기 금속철을 반송하는 이동 로상, 상기 로 본체 내에서 상기 원료 혼합물을 가열하는 가열 수단, 및 상기 금속철을 냉각 응고시키는 냉각 수단을 갖고, 상기 로 본체는, 로 내에 있어서의 분위기 가스의 유속을 소정의 범위 내 로 조정하기 위한 수단을 구비한 특정 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 본 발명에 따른 입상 금속철의 제조장치에 따르면, 특정 영역의 분위기 가스의 유속이 유속 조정 수단을 갖지 않는 장치의 유속보다 작으므로, 특정 영역에서 보다 높은 환원성 분위기로 유지할 수 있어, 고품질의 입상 금속철을 얻을 수 있다. 보다 구체적으로는, C량이 높고, S량이 낮은 입상 금속철을 얻을 수 있다.
본 발명의 입상 금속철의 제조장치에서는, 상기 특정 영역에서의 분위기 가스의 유속이 평균 0m/초 초과 5m/초 이하인 것이 바람직하다. 또한, 평균 0m/초 초과 2.5m/초 이하인 것이 보다 바람직하다. 이에 따라, 특정 영역에서는 분위기 가스의 환원도가 높게 유지되어 환원 및 침탄이 효율적으로 진행되므로, 입상 금속철 중의 C량을 많게 하고, S량을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 입상 금속철의 제조장치에서, 상기 특정 영역은 상기 산화철의 환원 말기부터 상기 금속철의 용융이 완료되기까지의 영역인 것이 바람직하다. 이에 따라, 특정 영역은 다른 영역보다 높은 환원성 분위기로 유지되므로, 보다 고품질의 입상 금속철을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 입상 금속철의 제조장치에서는, 상기 가열 수단은, 제 1 버너와, 동량의 연료를 연소시키는 경우에 연소에 관여하지 않는 가스의 단위시간당 공급량이 제 1 버너보다 많은 제 2 버너를 갖고, 상기 제 1 버너는 상기 특정 영역에 구비되고, 상기 제 2 버너는 상기 다른 영역에 구비되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 상기 제 1 버너는 산소 버너이며, 상기 제 2 버너는 공기 버너인 것이 바람직하다. 이에 따라, 특정 영역에서, 가열 버너의 일부 또는 모두에 공기 버너를 이용했을 때와 비교하여, 같은 연소열을 확보하면서, 가열 환원로 내에 공급하는 전체 가스량을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 특정 영역에서의 분위기 가스의 유속이 작아져, C량이 높고, S량이 낮은 입상 금속철을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 입상 금속철의 제조장치에서, 상기 제 1 버너는 로상 표면으로부터 1m 이상 떨어진 위치에 구비되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 로상 근방에 제 1 버너를 설치했을 때와 비교하여, 로상 근방의 분위기 가스의 유속이 커지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 보다 고품질의 입상 금속철을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 입상 금속철의 제조장치에서, 상기 로 본체는, 상기 특정 영역에서의 분위기 가스의 유로 면적이 상기 다른 영역에서의 분위기 가스의 유로 면적보다 큰 형상을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 입상 금속철의 제조장치에서, 상기 로 본체는, 상기 특정 영역에서의 로상부터 천정까지의 높이가 상기 다른 영역에서의 로상부터 천정까지의 높이보다 높은 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 로 본체가, 특정 영역에서의 분위기 가스의 유로 면적과 다른 영역에서의 분위기 가스의 유로 면적이 같은 형상을 갖는 경우와 비교하여, 특정 영역의 분위기 가스의 유속을 작게 할 수 있다. 그 결과, 보다 고품질의 입상 금속철을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 입상 금속철의 제조장치에서는, 상기 로 본체는, 상기 특정 영역과 상기 다른 영역을 구분하는 경계벽을 더 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 특정 영역에서의 분위기 가스의 유속과, 다른 영역에서의 분위기 가스의 유속 을 나누어 조정할 수 있으므로, 보다 한층 고품질의 입상 금속철을 얻을 수 있다.

Claims (14)

  1. 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물을 환원하여 입상 금속철을 제조하는 방법으로서,
    이동 로상식(爐床式) 가열 환원로의 로상 상에 상기 원료 혼합물을 장입하는 단계,
    상기 원료 혼합물 중의 산화철을 가열을 통하여 상기 탄소질 환원제에 의해 환원시킴으로써 금속철을 생성하고, 이어서 상기 금속철을 용융하고, 그 후, 용융한 금속철을 부생하는 슬래그와 분리하면서 입상으로 응집시키는 단계, 및
    상기 금속철을 냉각 응고시키는 단계
    를 갖고,
    상기 가열 환원의 단계는, 로 내의 소정 영역에서의 분위기 가스의 유속을 소정의 범위 내로 조정하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 입상 금속철의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분위기 가스의 유속이 평균 0m/초 초과 5m/초 이하인 입상 금속철의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 소정 영역이 상기 산화철의 환원 말기부터 상기 금속철의 용융이 완료되기까지의 영역인 입상 금속철의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가열 환원로의 가열에,
    상기 소정 영역에서는 제 1 버너를 사용하고,
    소정 영역 이외의 영역에서는, 동량의 연료를 연소하는 경우에 연소에 관여하지 않는 가스의 단위시간당 공급량이 제 1 버너보다 많은 제 2 버너를 사용하는 입상 금속철의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 소정 영역에서는 산소 버너를 이용하고, 소정 영역 이외의 영역에서는 적어도 공기 버너를 이용하는 입상 금속철의 제조방법.
  6. 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제를 포함하는 원료 혼합물을 환원하여 입상 금속철을 제조하는 장치로서,
    상기 원료 혼합물 중의 산화철을 가열을 통하여 상기 탄소질 환원제에 의해 환원시킴으로써 금속철을 생성하고, 이어서 상기 금속철을 용융하고, 그 후, 용융한 금속철을 부생하는 슬래그와 분리하면서 입상으로 응집시키는 가열 환원로,
    상기 가열 환원로에 상기 원료 혼합물을 장입하는 장입 수단,
    상기 가열 환원로로부터 입상 금속철 및 슬래그를 배출하는 배출 수단, 및
    상기 금속철과 상기 슬래그를 분리하는 분리 수단
    을 갖고,
    상기 가열 환원로는,
    로 본체,
    상기 로 본체 내에서, 상기 원료 혼합물 및 상기 금속철을 반송하는 이동 로상,
    상기 로 본체 내에서, 상기 원료 혼합물을 가열하는 가열 수단, 및
    상기 금속철을 냉각 응고시키는 냉각 수단
    을 갖고,
    상기 로 본체는, 로 내에 있어서의 분위기 가스의 유속을 소정의 범위 내로 조정하기 위한 수단을 구비한 특정 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 입상 금속철의 제조장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 특정 영역에서의 분위기 가스의 유속이 평균 0m/초 초과 5m/초 이하인 입상 금속철의 제조장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 특정 영역은 상기 산화철의 환원 말기부터 상기 금속철의 용융이 완료되기까지의 영역인 입상 금속철의 제조장치.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 수단은,
    제 1 버너, 및
    동량의 연료를 연소시키는 경우에 연소에 관여하지 않는 가스의 단위시간당 공급량이 제 1 버너보다 많은 제 2 버너
    를 갖고,
    상기 제 1 버너는 상기 특정 영역에 구비되고, 상기 제 2 버너는 상기 다른 영역에 구비되어 있는 입상 금속철의 제조장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 버너는 로상 표면으로부터 1m 이상 떨어진 위치에 구비되어 있는 입상 금속철의 제조장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 버너는 산소 버너이며, 상기 제 2 버너는 공기 버너인 입상 금속철의 제조장치.
  12. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로 본체는, 상기 특정 영역에서의 분위기 가스의 유로 면적이 상기 다른 영역에서의 분위기 가스의 유로 면적보다 큰 형상을 갖는 입상 금속철의 제조장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 로 본체는, 상기 특정 영역에서의 로상부터 천정까지의 높이가 상기 다른 영역에서의 로상부터 천정까지의 높이보다 높은 형상을 갖는 입상 금속철의 제조장치.
  14. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로 본체는, 상기 특정 영역과 상기 다른 영역을 구분하는 경계벽을 더 갖는 입상 금속철의 제조장치.
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