KR101173908B1 - 제철 및 제강공정 및 설비 - Google Patents

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테크놀라지칼 리소시스 피티와이. 리미티드.
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Abstract

제강 공정이 개시되었다. 상기 공정은 용융 강철 및 용융 제강 슬래그를 제강 공정 중에 생산하고, 상기 제강 슬래그는 철 단위 및 플럭스 단위를 포함하며, 그 후에 상기 제강 슬래그의 상당 부분을 직접 제련 공정에 필요한 공급 물질의 일부로서 사용하여 직접 제련 공정을 기초로 하는 용탕에서 용융 철을 생산하는 단계를 포함한다. 직접 제련 공정이 또한 개시되었다. 상기 공정은 제강 슬래그를 포함하는 철 공급 물질을 전처리하고 그 다음 전처리된 철 물질을 상기 공정을 위한 공급 물질의 일부로서 사용하여 예열된 철 물질을 직접 제련하는 단계를 포함한다.
제강 슬래그, 철 단위, 플럭스 단위, 직접 제련 공정

Description

제철 및 제강공정 및 설비{IRONMAKING AND STEELMAKING}
본 발명은 제강, 특히 일체화된(integrated) 제강 설비(steelmaking plant)에서의 제강에 관한 것이다.
본 발명은 또한 제철, 특히 직접 제련 공정을 기초로 하는 용융조를 통한 제철에 관한 것이다.
본 발명은 제철 슬래그 및 분진과, 일반적으로 저가치의 폐기물로 여겨지는 기타 제강설비 부산물의 효율적인 사용을 통해 제강설비, 특히 일체화된 제강설비의 운영상의 경제적인 측면을 향상시키는 것과 관련된다.
본 발명은 이러한 제강 부산물을 제철 공정으로의 공급물질로서 사용하는 것을 가능하게 하여:
(a) 제철 공정 및 제강 공정 동안 생산되는 폐기물의 총량 및
(b) 다른 공급원으로부터 필요한 제철 공정의 공급물질들의 양을 감소시킨다.
본 발명은 직접 제련 공정 및 용융철(이 용어는 철 금속 합금을 포함한다)의 생산에 쓰이는 장치의 사용에 기초하며, 그것은 제강 슬래그 및 분진과 같은 제강설비 부산물을 직접 제련 장치를 위한 공급물질로서 사용할 수 있도록 한다.
직접 제련 공정 및 장치는 일체화된 제강설비의 일부이거나 또는 하나 이상의 개별적인 제강 공정에서 생산된 제강 부산물을 전체적으로 처리하는 개별적인 공정일 수 있다.
전통적인 제철 및 제강 공정은 슬래그를 생산한다. 제철 슬래그 및 제강 슬래그는 모두 이 각 공정의 폐기물로 여겨진다.
제강 슬래그는 전형적으로 FeO 형태의 철 단위와 석회(CaO)의 형태의 플럭스 단위를 포함한다. 전형적으로, 철 단위는 슬래그 중량의 35%이고, 플럭스 단위는 슬래그 중량의 25-35%이다.
제강 슬래그가 종래 기술의 관행에 따라 제거되면, 철 단위와 석회 단위는 소실된다.
제강 슬래그로부터 철 단위 및 석회 단위들을 재생하거나 재활용하는 것이 가능하다면, 상당한 경제적 및 환경적인 이득이 얻어질 것이다.
철 단위 및 석회 단위를 재생 또는 재활용하기 위해 전통적인 용광로와 같은 종래 기술에서의 제철 용기에서 제강 슬래그를 재활용하는 것은 실행가능한 옵션으로 여겨지지 않는다. 이것의 한 이유는 전통적인 용광로에 공급되는 공급 물질 중의 인이 용광로 내에서 생산되는 용융철로 분배하는 경향이 있기 때문이다. 이 용융철이 뒤이어 제강 용기에 공급될 때, 인은 필요한 화학 특성의 강철을 생산하기 위해 제강 슬래그로 분배한다. 따라서, 전형적인 용광로에서 제강 슬래그를 재활용하는 것은 실용적이지 않고, 다만 제강 용기의 하류에서의 인의 증가한 부하만을 초래할 것이다. 이것은 바람직하지 않다.
용광로가 철광석으로부터 철을 생산하기 위한 전통적인 옵션인 한편, 여러 가지 용융조를 기초로 하는 직접 제련 공정들이, 소결 및 코크스 제조 공정의 필요와 같은 용광로의 단점을 피하기 위한 관점에서 제안되어 왔다. 이러한 직접 제련 공정은, 예를 들어, 로멜트(Romelt), DIOS (Direct Iron Ore Smelting) 및 하이스멜트(HIsmelt) 방법을 포함한다.
로멜트 방법은 주위의 압력에서 용융철 및 슬래그 조를 위에서부터 낙하되는 광석 가루 및 비-점결탄(non-coking coal)과 함께 사용하여 운용된다. 산소 및 공기/산소 혼합물이 측면 송풍구를 통해 용융물 및 후연소 조 가스를 휘젓기 위해 두 층의 각각으로 주입된다.
DIOS 방법은 용융철 및 슬래그 조를 기초로 하는 또 다른 공정이고, 압력(1 내지 2 바 g)하에서 운용되며, 석탄 및 광석의 상부 공급(top-feed)을 이용한다. 로멜트 법과는 다르게, 그것은 산소 주입을 위해서 상부 랜스를 사용하고, 철광석 예비 환원을 위해 유동화 베드 시스템을 가진다. 제련소에서, 환원의 대부분은 거품이 이는 슬래그 층에서 일어난다. 반응기 내는 온도와 FeOx 성분이 상당히 크다(슬래그 층의 상부에서 온도가 더 높고 FeOx 수준도 더 높다).
본 출원인에 의해 개발된 하이스멜트 방법은 용융철 및 슬래그 조를 기초로 하는 또 다른 방법이고, DIOS 및 로멜트 법과 같은 용기에 공급되는 고체들이 용융물 내로 상당히 깊이 주입되는 '딥 슬래그(deep slag)' 제련방법과는 다르다. 이것은 용기 내에서 강력한 혼합을 일으켜서, 액체 내에 거의 온도 증감이 없다. 하이 스멜트 방법은 예를 들어 본 출원인의 이름으로 출원된 국제출원 PCT/AU96/00197 (WO 96/31627) 및 PCT/AU01/00222 (WO 01/64960)에 설명되어 있고, 이 국제출원들에 개시된 내용들은 여기에 참고로서 영입된다.
하이스멜트 방법은 높은 인의 브로크만(Brockman) 광석과 같은 광석을 처리할 수 있고, 제강 하류에서 0.05% 미만의 인을 가지는 선철을 생산할 수 있다고 이미 보고되었다. 전통적인 용광로와 대조적으로, 하이스멜트 방법은 극히 효과적으로 인을 슬래그로 분배하는 결과를 가지는 추가적인 산화 슬래그를 가진다. 파일럿 플랜트 시험 동안, 본 출원인에 의해 하이스멜트 파일럿 플랜트 용기에 공급된 인의 90 내지 95%가 슬래그로 분배되었다고 보고되었다. DIOS 및 로멜트 방법도 또한 차별적으로 인을 슬래그로 분배한다고 믿어진다.
또한, 분말 형태의 제철 슬래그 가 하이스멜트 공정에 따라서 작동되는 직접 제련 용기에 바로 공급되는 공급물질로서 사용될 수 있다고 이미 보고되었다 - METEC Congress를 위해 작성된 주요 발명자 R J Dry 등의 논문 "HIsmelt Competitive Hot Metal from Ore Fines and Steel Plant Wastes"(1999년 6월 14-15일) 참조. 상기 논문의 4페이지 왼쪽 칼럼에서는, BOF 슬래그를 포함하는 제철 공장 복귀물은, 논문의 도 3에서 보여지는 하이스멜트 공정의 플로우시트에 대한 석탄 요구량을 감소시키는 탄소 크레디트를 제공할 수 있다고 한다.
본 출원인은 하이스멜트 공정의 가능한 활용에 대해서 추가적인 연구를 수행하였고, 제강설비 복귀물, 특히 제강 슬래그 및 분진을, 하이스멜트 공정과 같은 직접 제련 공정에서 철 단위 및 플럭스 단위의 원료로서 사용할 상당한 여지가 있다는 것을 발견하게 되었다.
특히, 일체화된 제강 환경에서, 본 출원인은 직접 제련 공정을 포함하는 일체화된 제강설비가 효과적으로 인을 슬래그에 분배할 수 있고, 제강 공정은:
(a) 직접 제련 공정이, 그렇지 않았다면 저가치의 폐기물로 여겨졌을 제강 슬래그 및 분진의 상당 부분, 전형적으로 적어도 70중량%을 취해서 이 제강 부산물을 직접 제련 공정을 위한 철 및 플럭스 단위로 기여하는 공급 물질의 가치있는 부분으로서 사용하고,
(b) 제철 공정에서 생산된 저인선(low phosphorus iron)을 제강 공정을 위한 공급물질로서 사용할 수 있도록 작동될 수 있다는 것을 발견하였다.
상기 발견의 전체적인 결과는 (a) 제강 공정에서 사용될 수 있는 용융철의 생산, (b) 공장에서 생산된 슬래그와 분진의 순량의 상당한 감소 및 (c) 다른 원료로부터 요구되는 플럭스의 양의 상당한, 전형적으로 적어도 30중량%의 감소이다.
추가로, 특히, 제철의 환경에서, 본 출원인은 철 공급 물질을 적어도 예열하고 또한 선택적으로 예비환원하는 전처리 설비를 포함하는 직접 제련 장치 및 전처리 설비와 직접 제련 용기의 사용을 기초로 하는 방법이, 제강 슬래그의 처리를 위한 특히 효과적인 옵션이고, 제강 슬래그는 전처리 설비를 통해 적어도 부분적으로 직접 제련 용기에 공급된다는 것을 알게 되었다. 이 직접 제련 용기 및 방법은 상기 설명한 일체화된 제강설비의 일부 또는, 하나 이상의 제강 공정으로부터 제강 슬래그 및 분진과 같은 제강 부산물을 전체적으로 처리하는 개별적이고 독립적인 공정일 수 있다.
본 발명에 따르면, 넓은 의미로, 다음의 단계를 포함하는 제강 방법이 제공된다:
(a) 용융 강철 및 용융 제강 슬래그를 제강 용기에서 제강 공정 중에 생산하며, 상기 제강 슬래그는 철 단위 및 플럭스 단위를 포함하는 단계; 및
(b) 제강 슬래그의 상당 부분을 직접 제련 공정을 위해 필요한 공급 물질의 일부로서 사용하여 철 및 슬래그의 용탕을 함유하는 직접 제련 용기에서 직접 제련 공정 중에 용융철을 생산하는 단계.
바람직하게는 (b)단계는 제강 슬래그의 적어도 70중량%를 직접 제련 공정에 필요한 공급 물질의 일부로서 사용하는 것을 포함한다.
더욱 바람직하게는 (b)단계는 제강 슬래그의 적어도 80중량%를 직접 제련 공정에 필요한 공급 물질의 일부로서 사용하는 것을 포함한다.
특히 바람직하게는 (b)단계는 제강 슬래그의 적어도 90중량%를 직접 제련 공정에 필요한 공급 물질의 일부로서 사용하는 것을 포함한다.
바람직하게는, (b)단계는 직접 제련 공정에 필요한 공급 물질의 플럭스 단위의 적어도 50중량%를 공급하기에 충분한 제강 슬래그를 사용하는 것을 포함한다.
바람직하게는 상기 방법은 일체화된 제강 방법이고, 적어도 하나의 제철 용기에서 용융철을 생산하는 단계 및 (a)단계를 위한 철 공급 물질로서 상기 용융철을 공급하는 단계를 포함한다.
상기 제철 용기는 용광로 및 용융조를 기초로 하는 직접 제련 용기와 같은 임의의 적당한 제철 용기일 수 있다.
상기 방법은 (b)단계에서 생산되는 철을 (a)단계에서 강철을 생산하기 위한 철 공급 물질의 적어도 일부로서 사용하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 (b)단계 및, 적어도 하나의 다른 제철 용기에서 생산되는 철을 (a)단계에서 강철을 생산하기 위한 철 공급 물질로서 사용하는 것을 포함할 수 있다.
바람직하게는 (b)단계는 직접 제련 공정이 철 공급 물질을 제련하고 실질적으로 인을 슬래그로 분배하도록 조절하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 직접 제련 공정은 하이스멜트 공정이다. 직접 제련 공정은 용융조를 기초로 하는 임의의 다른 직접 제련 공정일 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 철 단위 및 플럭스 단위를 함유하는 제강 슬래그를 포함하는 철 공급 물질을, 전처리 설비에서 철 공급 물질을 적어도 가열함으로써 (b)단계를 위해서 전처리하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 전처리 단계는 가열단계 및, 전처리 설비에서 철 공급 물질을 적어도 부분적으로 환원하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 전처리 단계는 철 공급 물질을 적어도 400℃까지, 더욱 바람직하게는 적어도 700℃까지 예열하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 전처리 단계는 철 공급 물질을 1050℃ 이하의 온도까지, 더욱 바람직하게는 900℃이하의 온도까지 예열하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 전처리 단계는 상기 단계에서 생산된 배기 가스를 습식 세정( wet scrubbing)하는 단계 및 공정 중에 제강 슬래그를 함유하는 축축한 슬러지를 이용하는 단계를 포함한다.
많은 경우에, 제강 슬래그가 전형적으로 단지 25 내지 35 wt%의 CaO만을 함유하고, 슬래그의 다른 성분들이 제철 플럭스로서 적합하지 않기 때문에, 제강 슬래그를 제철 플럭스의 단일 원료로서 사용하는 것에만 의존하는 것은 비실용적일 수 있다. 예를 들어, 석회의 알려진 첨가를 위해서, 제강 슬래그의 세 배의 톤량이 필요할 것이다. 이러한 경우에, 하나 이상의 추가적인 슬래그 형성제를 첨가하는 것이 적합하다.
바람직하게는, 직접 제련 공정은 제강 슬래그에 의해 공급되는 플럭스 단위에 추가로, 상기 공정을 위한 플럭스 단위를 공급하기 위해 슬래그 형성제를 사용하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 직접 제련 공정은 제강 슬래그의 경우처럼 용기에 주입하기 전에 슬래그 형성제를 전처리하는 것에 대립되게, 슬래그 형성제를 직접 제련 용기에 바로 주입하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 직접 제련 용기에 바로 주입되는 슬래그 형성제의 양은 직접 제련 공정의 플럭스 필요량의 30중량%까지 제공하기에 충분하다.
바람직하게는, 추가적인 슬래그 형성제는 산화칼슘을 포함한다.
더욱 바람직하게는 산화칼슘은 석회, 생석회, 백운석의 형태이거나 그것들의 조합이다.
바람직하게는, 상기 방법은 (b)단계에서 제강 슬래그의 적어도 일부를 사용하기에 앞서서 (a)단계에서 생산된 제강 슬래그를 냉각하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 (b)단계에서 제강 슬래그를 추가하기에 앞서서 냉각된 제강 슬래그의 크기를 감소시키는 단계를 추가로 포함한다.
특히 바람직한 크기의 범위는 6mm 미만이다.
본 발명에 따르면, 상기 방법에 따라 용융 강철을 생산하기 위한 제강설비가 또한 제공되는데, 상기 제강설비는:
(a) 용융 강철 및 용융 제강 슬래그를 생산하기 위한 제강 장치; 및
(b) 용융 철을 생산하기 위한 제철 장치를 포함한다.
본 발명에 따르면, 철과 슬래그의 용탕을 포함하는 직접 제련 용기에서 용융 철을 생산하기 위한 직접 제련 방법이 또한 제공되는데, 상기 방법은:
(a) 전처리 설비에서 철 공급 물질을 적어도 가열함으로써 철 및 플럭스 단위를 함유하는 제강 슬래그를 포함하는 철 공급 물질을 전처리하는 단계; 및
(b) 제강 슬래그를 포함하는 (a)단계로부터의 전처리된 철 공급 물질을 직접 제련 용기에 필요한 공급 물질의 일부로서 사용함으로써 철과 슬래그의 용탕을 포함하는 직접 제련 용기에서 용융 철을 직접 제련하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 (a)단계는 철 공급 물질을 가열 및 적어도 부분적으로 환원하는 것을 포함한다.
바람직하게는 (a)단계는 철 공급 물질을 적어도 400℃까지, 더욱 바람직하게는 적어도 700℃까지 가열하는 예열하는 것을 포함한다.
바람직하게는 (a)단계는 철 공급 물질을 1050℃이하의 온도까지, 더욱 바람직하게는 900℃이하의 온도까지 예열하는 것을 포함한다.
바람직하게는 (a)단계는 상기 단계에서 생성된 배기가스를 습식 세정하고, 상기 방법에서 제강 슬래그를 포함하는 축축한 슬러지를 사용하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 상기 방법은 제강 슬래그에 의해 제공되는 플럭스 단위에 추가하여 상기 방법에 플럭스 단위를 공급하기 위해서 슬래그 형성제를 사용하는 것을 포함한다.
바람직하게는 상기 방법은 제강 슬래그의 경우처럼 용기에 주입하기 전에 슬래그 형성제를 전처리하는 것에 대립하게 슬래그 형성제를 직접 제련 용기에 바로 주입하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 직접 제련 용기에 바로 주입되는 슬래그 형성제의 양은 직접 제련 공정의 플럭스 필요량의 30중량%까지 제공하기에 충분하다.
바람직하게는, 추가적인 슬래그 형성제는 산화칼슘을 포함한다.
더욱 바람직하게는 산화칼슘은 석회, 생석회, 백운석의 형태이거나 또는 그것들의 조합이다.
바람직하게는 (b)단계는 직접 제련 용기 내의 조건을, 탕 내에서 철 공급 물질을 철로 제련하고 실질적으로 인을 슬래그에 분배하도록 조절하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 (b)단계는 슬래그를 산화 조건에서 유지시킴으로써 직접 제련 용기 내의 조건을 인을 슬래그에 분배하도록 조절하여 철 내의 인 대 슬래그 내의 인의 분배비가 적어도 1:5가 되도록 하는 것을 포함한다.
더욱 바람직하게는 상기 설명된 비율은 1:10이다.
바람직하게는 상기 비율은 특히 1:10 내지 1:30의 범위이다.
바람직하게는 (b)단계는 슬래그의 온도를 1350 내지 1450℃의 범위 내로 유지시키고 슬래그 내의 FeO의 양이 적어도 3중량%이도록 유지시킴으로써, 직접 제련 용기 내의 조건을 인을 슬래그에 분배시키도록 조절하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 (b)단계는 전처리된 철 공급 물질과 고체 탄소 물질 및 산소 함유 기체를 용기에 주입하는 단계를 포함한다.
(b)단계에 첨가되는 제강 슬래그는 BOF 공정 및/또는 전기 아크로(electric arc furnaces, EAF)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 임의의 알려진 제강 공정을 사용하여 아무 제강설비에서라도 공급받을 수 있다. 어느 경우라도, 바람직하게는 제강 슬래그는 알려진 기술에 따라 펠렛, 입자 또는 분말의 형태가 되도록 냉각된다.
제강 슬래그는, 상기 설명한 바와 같이, 적어도 하나의 직접 제련 용기 및 적어도 하나의 제강 용기를 한 장소에 포함하는 일체화된 제강설비 내에서 생산되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예가, 오직 예로써, 첨부된 도면을 참고하여 이제 설명될 것 이다.
도 1은 일 실시예의 개략적인 공정 플로우시트이다.
도 2는 다른 실시예의 개략적인 공정 플로우시트이다.
도 3은 다른(하지만 유일하게 다른 것은 아닌) 실시예의 공정 플로우시트이다.
도 1을 보면,
(a) 예열기, 전형적으로 고로(shaft furnace) 또는 유동화 베드의 형태의 전처리 설비를 구비하는 제철 장치, 및
(b) 그 내용이 여기에 참고로서 영입되는 국제특허출원 PCT/AU96/00197에 설명된 것과 같은 하이스멜트 공정에 의해 작동되기에 특히 적합한 직접 제련 용기가 제공된다.
사용시에, 임의의 외부 원료로부터 얻어진 철광석 분말 및 제강 슬래그는 0 내지 6mm 크기로 걸러지고 예열기로 공급된다. 전형적으로, 제강 슬래그는 철 단위를 35중량%까지, 플럭스 단위를 25-35중량%까지 포함한다.
제강 슬래그 및 철광석은 예열기에서 400 내지 900℃ 범위의 온도까지 함께 가열되고, 직접 제련 용기로 공급된다.
직접 제련 용기는, 예열기로부터 뜨거운 광석 분말 및 뜨거운 제강 슬래그를 수용하고 약 350 내지 850℃ 온도의 이 뜨거운 고체들을 용기에 주입하는 주입 랜 스(미도시)를 포함한다.
제강 슬래그를 예열하는 것은 석회와 같은 플럭스를 예열하는 것과 관련된 어려움을 겪지 않는다. 석회를 예열하는 것의 주된 어려움은 예열기로부터 배기가스와 함께 취해지는 석회가 배기가스를 제거하는 습식 세정기(미도시)의 세정수에 녹는 경향이 있고, 공정으로부터 소실된다는 것이다. 이것은 플럭스의 높은 비용 때문에 심각한 논점이다. 제강 슬래그는 세정수에 녹지 않고, 따라서 습식 세정기에서 생성되는 축축한 슬러지에 회수될 수 있고 공정 중에 재사용될 수 있다.
사용시에, 탄소 물질, 전형적으로 석탄과 추가적인 슬러그 형성 플럭스, 전형적으로 석회가 또한 용기로 공급된다.
직접 제련 용기는 탄소 물질과 추가적인 슬래그 형성 플럭스를 수용하고 용기에 주입하는 주입 랜스(미도시)를 포함한다. 탄소 물질 및 플럭스는 서로 혼합되어 주입 및/또는 각각 주입될 수 있다.
이 추가적인 플럭스의 용기로의 직접 주입은 , 추가적인 플럭스를 제강 슬래그의 경우에서처럼 예열기를 먼저 통과시키는 것과 대조적인데, 공정의 조절 메카니즘으로서 중요하다. 전형적으로, 이러한 플럭스의 직접 주입은 총 플럭스 요구량의 30중량%까지이다.
하이스멜트 방법은 또한 공기 또는 산소-강화 공기와 함께 작동되며, 따라서 직접 제련 용기에 공급되는 물질들을 예열하기 위해 쓰일 수 있는 상당한 양의 배기가스를 생산한다.
직접 제련 용기 내의 공정 조건은 용기에 공급되는 고체 물질 중의 인이 선 택적으로 슬래그로 분배되도록 조절된다. 하이스멜트 공정의 경우에, 이것은 슬래그 중의 FeO가 4 내지 6중량%의 범위 내이고, 온도가 1400 내지 1450℃의 범위 내이도록 함으로써 달성된다. 이러한 공정 조건 하에서, 슬래그 중의 인 대 금속 중의 인의 분배비는 5:1 내지 20:1의 범위이다.
직접 제련 용기에서 생산되는 고온 금속(hot metal)은 인이 충분히 낮아서(0.05중량% 이하) 같은 장소 또는 다른 장소에 위치할 수 있는 하류 제강설비(미도시)로의 공급물질로서 사용되기에 적합하다.
도 2를 보면, 하나 이상의 BOF와 하나 이상의 BOF로의 공급물질로서의 고온 금속을 생산하는 직접 제련 용기를 포함하는 일체화된 제강설비가 제공된다. BOF로부터의 제강 슬래그는 직접 제련 용기로의 슬래그 형성 플럭스의 한 성분을 형성하도록 재활용된다. 직접 제련 장치는 예열기 설비, 및 도 1을 참고하여 위에서 설명되고 도시된 바와 같이 하이스멜트 방법에 따라 작동되는 직접 제련 용기를 포함한다.
하나 이상의 BOF는 또한, 직접 제련 용기로부터 고온 금속의 레이들을 첨가하기 전에 전형적으로 고철(scrap metal)로 충전되어 있다. 전형적으로, 튐을 피하기 위해 상기 고철은 고온 금속보다 먼저 충전된다. 고철이 충전된 후에, 고온 금속이 BOF 내로 충전된다. 제강 공정에서 생산되는 특정 합금의 전하 및 온도의 화학에 기초하여, BOF에 첨가되는 플럭스 및 산소의 양이 계산된다. 제철에 관하여, 첨가되는 전형적인 플럭스는 CaO (생석회로부터의) 및 MgO (백운석 석회로부터의)을 포함한다.
산소 주입(oxygen blow)이 끝나면, 제강 슬래그는 용융 강철의 탕 위로 뜨는 것이 허용된다. 강철은 BOF로부터 배출되고, 뒤에 제강 슬래그가 배출된다.
제강 슬래그는 전형적으로 슬래그 조(미도시)로 배출되고, 물로 식혀지거나 냉각된다. 냉각된 슬래그는 제강 슬래그를 처리하는 수단으로 공급되는데, 그것은 분쇄기 및 체 및/또는 자석 분리기와 같은 강철로의 재생을 위한 크기 감소 장치를 포함할 수 있다. 냉각되고 체로 걸러진 제강 슬래그는 그 다음 제철 장치의 예열기로 공급된다.
도 3의 구성에서, 사용시에, BOF와 같은 제강 장치는 (a) 도 2를 참고하여 상기 설명된 것과 같이 직접 제련 용기로부터의 고온 금속과 (b) 전통적인 용광로로부터의 고온 금속으로 충전된다. 제강 용기로부터 생성되는 제강 슬래그는 도 2를 참고하여 앞서 설명된 방식으로 직접 제련 장치로 재순환된다. 종래의 용광로는 높은 인 함량의 공급물질을 견뎌낼 수 없기 때문에, 제강 슬래그는 용광로로의 플럭스로서 재활용되지는 않는다. 용광로에서 슬래그 내의 인 대 철 내의 인의 전형적인 분배비는 하이스멜트 방법에서의 10 내지 20과 비교하여 0.1이다.
출원인은 도 2 및 3에 도시된 공정 플로우시트와 비교 플로우시트에 대한 컴퓨터 모델링을 수행하였다.
모델링 작업은 하이스멜트 방법에 따라 작동되고 연간 약 80만 톤의 용융 철을 생산하는 전처리 설비/직접 제련 용기의 사용을 기초로 하였다.
모델링 작업은 또한 비교시트와 도 2의 플로우시트의 경우에는 연간 70만톤, 도 3의 플로우시트의 경우에는 연간 240만톤을 생산하는 BOF 제강 용기의 사용을 기초로 하였다.
비교 플로우시트 및 도 2 및 3의 플로우 시트에 대한 모델링 작업의 결과에 대한 세부 개요는 아래에 설명한다.
비교 플로우시트-전처리 설비/직접 제련 용기 및 제강 용기를 사용하고, 제강 슬래그를 전처리 설비로 재순환 시키지 않음.
모델에 따르면, 제강 용기로 공급되는 고온 금속은 104.9 t/hr 철이다. 제강 용기는 6.6 t/hr의 슬래그와 1.6 t/hr의 분진을 생산한다. 직접 제련 용기는 슬래그와 분진을 취하지 않는다. 슬래그와 분진은 표준 관행에 따라서 제거된다. 직접 제련 용기로 공급되는 철광석은 197.5 t/hr의 철광석 분말과 재활용된 제련 공정 분진이다. 직접 제련 용기는 32.9 t/hr의 슬래그와 104.9 t/hr의 철을 생산한다.
도 2 플로우시트 - 전처리 설비/직접 제련 용기 및 제강 용기를 사용하고, 제강 슬래그를 전처리 설비로 재순환시킴.
모델에 따르면, 제강 용기로 공급되는 고온 금속은 105.7 t/hr의 철을 포함한다. 제강 용기는 6.7 t/hr의 슬래그와 1.6 t/hr의 분진을 생산한다. 직접 제련 용기는 6.0 t/hr의 슬래그와 1.4 t/hr의 분진을 취한다. 이 양은 각각 제강 용기로부터 생산되는 슬래그와 분진의 89.5% 및 87.5%에 상당한다. 직접 제련 용기에 공급되는 총 철광석은 192.8 t/hr의 철광석 분말, 제강 슬래그, 제강 분진 및 재활용되는 제련 공정 분진이다. 직접 제련 용기는 33.9 t/hr의 슬래그 및 105.7 t/hr의 철을 생산한다.
비교 플로우시트와 비교하였을 때, 양 방법이 실질적으로 같은 양의 용융 철 과 같은 양의 용융 강철을 생산하였다는 것을 고려하면, 슬래그 재순환의 영향은:
(a) 제강 용기 및 직접 제련 용기로부터 생산되는 총 슬래그를 4.9 t/hr까지 감소시킨다는 것과
(b) 직접 제련 용기에 필요한 총 철광석 공급물을 4.7 t/hr까지 낮춘다는 것이 명확하다.
도 3 플로우시트-전처리 설비/직접 제련 용기, 용광로 및 제강 용기를 사용하고, 제강 슬래그를 전처리 설비로 재순환시킴.
모델에 따르면, 제강 용기에 공급되는 고온 금속은 용광로로부터의 200 t/hr의 철과 직접 제련 용기로부터의 107.9 t/hr의 철을 포함한다. 제강 용기는 32.6 t/hr의 슬래그와 5.6 t/hr의 분진을 생성한다. 직접 제련 용기는 27.7 t/hr의 슬래그와 4.7 t/hr의 분진을 취한다. 이 양은 각각 제강 용기로부터 생성되는 슬래그와 분진의 84.9% 및 83.9%에 해당한다. 직접 제련 용기에 공급되는 총 철광석은 205.6 t/hr의 철광석 분말, 제강 슬래그, 제강 분진 및 재활용 제련 공정 분진이다. 직접 제련 용기는 38.1 t/hr의 슬래그와 107.9 t/hr의 철을 생산한다.
상기로부터 제강 용기로부터의 상당한 양(27.7 t/hr)의 슬래그가 직접 제련 용기에서 쓰이며, 따라서 다른 원료로부터의 철과 플럭스 단위의 필요량을 줄인다는 것이 명백하다.
본 발명은 종래 기술에 비해 다음을 포함하는 많은 장점을 가진다:
(a) 제강설비로부터 제거될 필요가 있는 폐 제강 슬래그의 양을 줄임;
(b) 제강 슬래그에서 플럭스 단위와 철 단위를 회수함;
(c) 재활용 제강 슬래그를 사용할 때, 제철 공정으로 공급될 필요가 있는 새로운 플럭스 단위와 철 단위의 양을 줄임.
본 발명의 사상이나 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 실시예에 대한 많은 변형이 만들어질 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하이스멜트 방법을 사용하는 조건에 대하여 설명되었지만, 제철 공정에 공급되는 인이 선택적으로 제철 슬래그에 분배되도록 본 발명이 아무 제철 방법에라도 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 다른 제철 공정은 예를 들어, 로멜트 및 DIOS 방법을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들이 예열기 형태의 전처리 설비를 포함하지만, 본 발명은 아무 적당한 형태의 전처리 설비에라도 확장되며, 예열기를 포함하지 않는 구성에도 확장된다.
본 발명을 통해 제강 슬래그 및 분진과 같은 제강 부산물을 직접 제련 공정에서의 공급 물질로서 이용할 수 있게 된다.

Claims (38)

  1. (a) 용융강철 및 용융 제강 슬래그를 제강 용기에서 제강 공정 중에 생산하는 단계로서, 상기 제강 슬래그는 철 단위 및 플럭스 단위를 포함하는 것인 단계; 및
    (b) 철광석 또는 전처리된 철광석 및 탄소 물질을 직접 제련 공정에 필요한 공급 물질의 일부로서 직접 제련 용기로 공급하고, (a)단계로부터 얻은 제강 슬래그를 직접 제련 공정에 필요한 공급 물질의 플럭스 단위의 50중량% 내지 100중량%를 제공하도록 사용하여, 상기 철광석 또는 전처리된 철광석 및 철 단위를 용융 철을 생산하기 위해 제련함으로써, 철과 슬래그의 용탕(molten bath)을 함유하는 직접 제련 용기에서 직접 제련 공정 중에 용융 철을 생산하는 단계를 포함하며,
    상기 (b)단계는, 철 공급 물질을 제련하고 인을 슬래그로 분배하도록 직접 제련 공정을 조절하는 단계를 포함하는 것인 제강 방법.
  2. 제1항에 있어서, (b)단계는 제강 슬래그 중량의 70% 내지 100%를 직접 제련 공정에 필요한 공급 물질의 일부로서 사용하는 것을 포함하는 제강 방법.
  3. 제1항에 있어서, (b)단계는 제강 슬래그 중량의 80% 내지 100%를 직접 제련 공정에 필요한 공급 물질의 일부로서 사용하는 것을 포함하는 제강 방법.
  4. 제1항에 있어서, (b)단계는 제강 슬래그 중량의 90% 내지 100%를 직접 제련 공정에 필요한 공급 물질의 일부로서 사용하는 것을 포함하는 제강 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제강 방법은 일체화된 제강 방법이고, 하나 또는 둘 이상의 제철 용기에서 용융 철을 생산하는 단계, 그리고 (a)단계를 위한 철 공급 물질로서 상기 용융 철을 공급하는 단계를 포함하는 제강 방법.
  7. 제1항에 있어서, (b)단계에서 생산되는 철을 (a)단계에서 강철을 생산하기 위한 철 공급 물질의 일부로서 사용하는 것을 포함하는 제강 방법.
  8. 제1항에 있어서, (b)단계에서 생산되는 철과 하나 또는 둘 이상의 다른 제철 용기에서 생산되는 철을 (a)단계에서 강철을 생산하기 위한 철 공급 물질로서 사용하는 것을 포함하는 제강 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 직접 제련 공정은 하이스멜트 공정인 것을 특징으로 하는 제강 방법.
  11. 제1항에 있어서, 철 단위 및 플럭스 단위를 함유하는 제강 슬래그를 포함하는 철 공급 물질을 (b)단계를 위해서 전처리 설비에서 가열함으로써 철 공급 물질을 전처리하는 단계를 포함하는 제강 방법.
  12. 제11항에 있어서, 전처리 단계는 철 공급 물질을 400℃ 내지 1050℃까지 예열하는 것을 포함하는 제강 방법.
  13. 제11항에 있어서, 전처리 단계는 철 공급 물질을 700℃ 내지 900℃까지 예열하는 것을 포함하는 제강 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 전처리 단계는 또한 전처리시 생성된 배기가스를 습식 세정하고, 제강 슬래그를 함유하는 축축한 슬러지를 사용하는 것을 포함하는 제강 방법.
  17. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 직접 제련 공정은 제강 슬래그로부터 제공되는 플럭스 단위에 추가로 상기 공정에 플럭스 단위를 제공하기 위해서 슬래그 형성제를 사용하는 것을 포함하는 제강 방법.
  18. 제17항에 있어서, 직접 제련 공정은 제강 슬래그의 경우에서처럼 직접 제련 용기로 주입하기 전에 슬래그 형성제를 예열하는 것과는 대립하게, 슬래그 형성제를 바로 직접 제련 용기로 주입하는 것을 포함하는 제강 방법.
  19. 제18항에 있어서, 직접 제련 용기로 바로 주입되는 슬래그 형성제의 양은 플럭스 필요량의 30중량%까지 공급하는 것을 특징으로 하는 제강 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 슬래그 형성제는 산화칼슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 제강 방법.
  21. 제19항에 있어서,(b)단계에서 제강 슬래그의 일부를 사용하기 전에, (a)단계에서 생산되는 제강 슬래그를 냉각시키는 것을 포함하는 제강 방법.
  22. 제21항에 있어서, (b)단계에서 제강 슬래그를 사용하기에 앞서서, 냉각된 제강 슬래그의 크기를 줄이는 단계를 더 포함하는 제강 방법.
  23. 삭제
  24. 철과 슬래그의 용탕을 함유하는 직접 제련 용기에서 용융 철을 생산하기 위한 직접 제련 방법으로서,
    (a) 예열기에서 철 단위와 플럭스 단위를 함유하는 제강 슬래그를 포함하는 철 공급 물질을 가열함으로써, 철 공급 물질을 전처리하는 단계; 및
    (b) (a)단계로부터의 제강 슬래그를 포함하는 전처리된 철 공급 물질을 직접 제련 공정에 필요한 공급 물질의 일부로서 사용하여, 철과 슬래그의 용탕을 함유하는 직접 제련 용기에서 용융 철을 직접 제련하는 단계를 포함하고,
    상기 (b)단계는 직접 제련 용기 내의 조건을 철 공급 물질을 용탕 내에서 철로 제련하고 인을 슬래그로 분배되도록 조절하는 단계를 포함하는 것인 직접 제련 방법.
  25. 제24항에 있어서, (a)단계는 철 공급 물질을 가열 및 부분적으로 환원하는 것을 포함하는 직접 제련 방법.
  26. 제24항에 있어서, (a)단계는 철 공급 물질을 400℃ 내지 1050℃까지 가열하는 것을 포함하는 직접 제련 방법.
  27. 제24항에 있어서, (a)단계는 철 공급 물질을 700℃ 내지 900℃까지 가열하는 것을 포함하는 직접 제련 방법.
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 제24항에 있어서, (a)단계는 상기 단계에서 생산된 배기가스를 습식 세정하고, 제강 슬래그를 포함하는 축축한 슬러지를 사용하는 것을 포함하는 직접 제련 방법.
  31. 제24항에 있어서, (b)단계는 제강 슬래그에 의해 공급되는 플럭스 단위에 추가로 공정에 플럭스 단위를 공급하기 위해서 슬래그 형성제를 사용하는 것을 포함하는 직접 제련 방법.
  32. 제31항에 있어서, (b)단계는 제강 슬래그의 경우에서처럼 직접 제련 용기에 주입하기 전에 슬래그 형성제를 예열하는 것과 다르게 직접 제련 용기에 슬래그 형성제를 바로 주입하는 것을 포함하는 직접 제련 방법.
  33. 제31항에 있어서, 직접 제련 용기로 바로 주입되는 슬래그 형성제의 양은 플럭스 필요량의 30중량%까지 공급하는 것을 특징으로 하는 직접 제련 방법.
  34. 제31항에 있어서, 상기 슬래그 형성제는 산화칼슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 제련 방법.
  35. 삭제
  36. 제24항에 있어서, (b)단계는 슬래그를 산화 조건으로 유지시킴으로써 직접 제련 용기 내의 조건을 인이 슬래그로 분배되도록 조절하여, 철 내의 인 대 슬래그 내의 인의 분배비가 1:5 내지 1:30이 되도록 하는 것을 포함하는 직접 제련 방법.
  37. 제24항에 있어서, (b)단계는 슬래그의 온도를 1350-1450℃의 범위로 유지시키고, 슬래그 내의 FeO의 양을 적어도 3중량%가 되도록 함으로써 직접 제련 용기 내의 조건을 인을 슬래그로 분배시키도록 조절하는 것을 포함하는 직접 제련 방법.
  38. 삭제
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