KR101199812B1 - 정광 버너 - Google Patents

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KR101199812B1 KR1020107004798A KR20107004798A KR101199812B1 KR 101199812 B1 KR101199812 B1 KR 101199812B1 KR 1020107004798 A KR1020107004798 A KR 1020107004798A KR 20107004798 A KR20107004798 A KR 20107004798A KR 101199812 B1 KR101199812 B1 KR 101199812B1
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페테르 비외르클룬드
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Abstract

본 발명은 분말 농축물 혼합물 및 반응 가스를 플래시 제련 노의 반응 축 (1) 안으로 이송하기 위한 정광 버너에 관한 것이다. 이 정광 버너는 농축물 혼합물을 반응 축 (1) 안으로 이송하기 위한 이송 파이프 (2) 를 포함하며, 이송 파이프의 오리피스 (3) 는 반응 축을 향해 개방되어 있고, 이송 파이프 (2) 내부에 동심으로 배치되고 분산 가스를 분산 장치 주위에 흐르는 농축물 혼합물로 배향하기 위해, 반응 축 (1) 내부의 오리피스로부터 어느 거리만큼 뻗어있는 분산 장치 (4) 를 포함한다. 반응 가스를 반응 축 (1) 안으로 이송시키기 위해, 가스 공급 장치 (5) 가 반응 가스 챔버 (6) 를 포함하며, 이는 반응 축의 외측이며 배출 오리피스로부터 배출되는 반응 가스를 이송 파이프의 중간으로부터 배출되는 분말 고형 물질과 혼합시키기 위해 이송 파이프 (2) 를 동심으로 둘러싸는 환형 배출 오리피스 (7) 를 통하여 반응 축으로 개방되고, 농축물 혼합물은 분산 가스에 의해 측방으로 배향된다. 상기 반응 가스 챔버 (6) 는 입구 채널 (9) 이 반응 가스를 접선 방향으로 반응 가스 챔버로 배향시키기 위해 접선으로 개방되는 난류 챔버를 포함한다. 입구 채널 (9) 에서, 조절 부재 (11) 가 반응 가스 유동의 단면적을 조절하기 위한 조절 부재 (11) 가 배치된다.

Description

정광 버너{CONCENTRATE BURNER}
본 발명은 청구항 1 의 전문에 규정된 정광 버너에 관한 것이다.
플래시 제련 (flash smelting) 공정이 3 개의 부분 : 반응 축, 하부 노, 통풍관 (uptake) 으로 이루어지는 플래시 제련 노에서 발생한다. 플래시 제련 공정에서, 황화물 (sulphidic) 농축물, 용제 (flux), 및 다른 분말 성분으로 이루어지는 분말 정광 혼합물이 반응 축의 상부에서 정광 버너를 통하여 반응 가스와 혼합된다. 정광 버너의 구조는 플래시 제련 공정의 적절한 기능에서 근본적인 역할을 한다. 반응 가스는 공기, 산소 포화 공기 또는 산소를 포함할 수 있다. 정광 버너는 다수의 동심 채널을 포함하며, 이들을 통해 반응 가스와 농축물이 노로 분출되어 그 안에서 혼합된다. 정광 버너는 예컨대 공보 FI 98071 B 및 F1 100889 B 로부터 이미 알려져 있다. Outokumpu 버너로서 알려져 있으며, 농축물과 같은 분말 고형 물질, 용제, 및 공정 가스를 위한 별개의 채널을 포함하는 이 버너는 플래시 제련 노에서 세계적으로 가장 널리 사용되는 버너이다. 정광 버너는 이송 파이프를 포함하고, 그 오리피스는 분말 물질을 반응 축에 이송하기 위하여 반응 축으로 개방되어 있다. 분산 가스로서 반응 가스의 일부 또는 공기를 사용하는 것이 바람직하며, 이를 이송 파이프의 내부로부터 분산 파이프를 따라 이송하는 것이 바람직하다. 분산 파이프의 하부의 상부면은 외부로 휘어지도록 설계되고 그의 하부 에지에는 측면을 향하는 구멍이 제공되며, 이를 통하여 반응 가스는 본질적으로는 수평으로 하방으로 떨어지는 분말 고형 물질이 이송된다. 분산 파이프는 이송 파이프의 내측에 동심으로 배치되고 분산 가스를 분산 파이프 주위에 흐르는 농축물 파우더로 배향하기 위해 반응 축 내부 오리피스로부터 어느 거리만큼 뻗어있다. 반응 가스의 주요 부분은 가스 공급 장치를 통하여 반응 축 안으로 이송된다. 가스 공급 장치는 반응 가스 챔버를 포함하며, 이는 반응 축의 외측이며 배출 오리피스로부터 배출되는 반응 가스를 중력에 의해 이송 파이프로부터 흐르고 배출 가스에 의해 측방을 향하는 분말 물질의 유동과 혼합하기 위해 중심 이송 파이프를 동심으로 둘러싸는 환형 배출 오리피스를 통하여 반응 축으로 개방된다. 정광 버너의 주 목적은 반응 축에서 고형 입자와 반응 가스의 최적의 현탁액을 제공하는 것이다. 각각의 입자는 가열되고, 점화 이후, 이들은 반응 가스 내의 산소와 연소하기 시작한다. 미세 황화물과의 연소 반응은 신속하고 본질적인 양의 열이 방출되며, 이에 따라 농축물 혼합물 입자와 이송 혼합물의 다른 고형 물질의 완벽한 용융을 초래한다. 용융된 입자는 하방으로 흐르고, 슬래그 및 황화물 물질이 별개의 층으로 정착되는 하부 노에 축적된다. 연소 가스 (주로 SO2 및 N2 의 혼합물) 는 통풍관을 통하여, 그 열이 회복되는 폐열 보일러로 흐른다.
공보 CN 2513062Y 및 CN 1246486C 는 정광 버너를 기재하고 있고, 각각의 버너 안에 배치되는 반응 가스 챔버는 배출 오리피스로부터 배출되는 반응 가스의 난류를 제공하기 위해 난류 챔버 안으로 형성된다. 각각의 반응 가스 챔버는, 입구 채널이 반응 가스를 접선 방향으로 내부로 인도하기 위해 접선으로 개방되는 원통형 상부, 및 원통형 상부로부터 배출 오리피스를 향해 아래로 원뿔형으로 모이는 원뿔형 하부를 포함한다. 이러한 배치에 의해, 반응 가스는, 반응가스가 배출 오리피스로부터 반응 축으로 소용돌이치면서 빠져나가는 반응 가스 챔버 내에서 소용돌이 칠 수 있게 된다.
공지된 정광 버너의 한 문제는 난류의 양을 조절할 수 있는 방법이 없다는 것이다. 난류는 과도하게 시행되는 화염을 너무 신속하게 점화시킬 수 있으며, 이는 축의 중간부에 문제를 발생시킨다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 단점을 제거하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 플래시 제련 공정을 더 개선하고 보강하는 것이다.
본 발명의 특별한 목적은,
- 반응 축에서 농축물 혼합물 입자의 처리 시간을 연장시키고,
- 혼탁액을 형성하기 위해 정광 버너에 의해 이송되는 물질의 혼합, 및 이들 사이의 화학 반응을 개선시키고,
- 산소 사용의 효율을 개선시키고,
- 화염의 안정성을 개선시키고 이전보다 더 유리한 화염의 형상을 제공하는 정광 버너를 기재하는 것이다.
본 발명에 따른 정광 버너는 청구항 제 1 항에 나타낸 정광 버너인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 조절 부재가 반응 가스 유동의 단면적을 조절하기 위해 입구 채널에 배치된다.
이는 배출 오리피스로부터 배출되는 난류 속도의 조절을 가능하게 한다. 난류의 양은 조절될 수 있다. 난류가 시행되는 화염을 너무 신속하게 점화한다면, 축의 중간부에 문제를 일으킬 수 있으며, 조절 부재는 난류의 양을 조절하여 이를 거의 0 으로 강하시키는데 사용될 수 있다.
정광 버너의 적용에서, 반응 가스 챔버는, 입구 채널이 접선 방향으로 개방되는 원통형 상부, 및 원통형 상부로부터 배출 오리피스를 향해 아래로 원뿔형으로 모이는 원뿔형 하부를 포함한다.
정광 버너의 적용에서, 입구 채널은 직사각형 단면을 갖는다. 직사각형 입구 채널은 구조적으로 그리고 유동 기술적으로 유리하다. 직사각형 입구 채널로부터 반응 가스 챔버로의 반응 가스의 유동은 그의 폭에 걸쳐 일정하다.
정광 버너의 적용에서, 안내 베인은 반응 가스의 난류의 소용돌이 각도를 규정하기 위해 반응 가스 챔버 내에 배치된다. 교대의 난류 속도 및 용적 유량과 같은 다양한 작동 조건에서 소용돌이 각도는 일정하게 유지되기 때문에, 안내 베인은 화염의 안정성을 개선하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 유동 패턴은 다양한 조건에서 상당히 동일하게 유지된다. 화염의 안정성, 혼합, 화학 반응, 및 산소 사용의 효율은 개선된다. 음 (negative) 의 방사상의 속도가 달성되거나, 또는 공정 가스의 방사상의 운동이 한정되기 때문에, 농축물 혼합물 입자와 공정 가스의 혼합이 또한 개선될 수 있고, 그 후 산소 사용의 효율이 증가될 수 있다. 또한, 난류에 의해 달성 가능한 모든 이점이 얻어지고; 다시 말하면, 반응 축에서의 농축물 혼합물 입자의 처리 시간의 증가, 혼탁액을 형성하기 위해 정광 버너에 의해 이송되는 물질의 혼합, 및 이들 사이의 화학 반응의 개선, 산소 사용의 효율의 개선, 및 화염 안정성의 개선, 및 이전보다 더 유리한 화염 형상 (적절한 폭 및 적절한 길이) 의 제공이 얻어진다. 산소 사용의 높은 효율은 정광 버너가 직접 기포 제련 (Direct Blister Smelting) 및 DON 공정과 같은, 산화의 정도가 높은 공지된 분야에 사용되기에 특히 유리하게 한다. 직접 기포 제련은 구리의 플래시 제련 공정이며, 조동 (blister copper) 을 산출한다. DON 공정 (Direct Outokumpu (Outotec) Nickel Process) 은 니켈의 플래시 제련 공정이다.
정광 버너의 적용에서, 안내 베인은 반응 가스 챔버의 원뿔형 하부의 영역에 배치된다.
정광 버너의 적용에서, 하부에서 배출 오리피스에 인접한 하부 단부에 안내 베인이 없는 영역이 있다. 이는 안내 베인의 부근으로부터 집합체의 제거를 용이하게 하고, 여전히 안내 베인에 의해 규정되는, 반응 가스에 대한 최적의 소용돌이 각도를 제공하는 것이 가능하다. 안내 베인은 적용의 조건에 따라, 또한 입구 채널에 더 가깝게 놓일 수 있다는 것을 알아야 한다.
정광 버너의 적용에서, 반응 가스 챔버의 환형 배출 오리피스는, 측 방향 및 외부로, 수직 축선에 대하여 각도 (θ) 로 아래로 내측을 향해 모이는 절두원추 원뿔의 형상을 갖는 벽부에 의해 한정된다. 환형 배출 오리피스의 외벽의 이러한 내측으로의 경사가 유리한데, 이는 화염의 안정성을 개선하고, 농축물 혼합물 입자의 처리 시간을 증가시키고, 혼합 및 화학 반응을 개선하고, 바람직한 화염의 형상을 제공하는데 사용될 수 있기 때문이다. 대부분의 공지된 버너 구조에서, 상기 언급된 절두원추형 벽부는 수직 축선에 대하여 어떠한 각도로 외측으로 아래로 뻗어있고, 이는 배출 오리피스로부터 배출되는 난류에서 양 (positive) 의 방사상의 속도를 유발하며, 그 후 반응 가스와 농축물 혼합물 입자의 조악한 혼합을 초래할 수 있으며, 따라서 화학 반응 및 연소에 대하여 불리한 유동 조건을 초래할 수 있다. 양의 방사상의 속도는 증가되는 난류의 양에 의해 증가된다. 높은 접선 속도를 갖는 높은 난류가 화염이 확장될 수 있고 (노의 내화 라이닝에 대하여 좋지 않음), 불안정한 연소가 발생할 수 있게 하는 큰 양의 방사상의 속도를 가질 수 있다. 방사상의 양의 속도와 결합하여, 난류 조건에서 발생하는 원심력의 시행 하에서, 어떠한 농축물 혼합물 입자는 또한 노의 벽에 도달할 수 있다. 반응 가스 챔버의 환형 배출 오리피스가, 측 방향 및 외측으로, 수직 축선에 대하여 각도 (θ) 로 내측으로 그리고 아래로 모이는 절두원추형 벽부에 의해 한정되는 배치에 의해, 음의 방사상의 속도가 배출 오리피스로부터 배출되는 난류에 제공된다. 내측으로 경사지는 각도 (θ) 에 따라, 양의 방사상의 속도는 매우 높은 접선 속도를 갖는 매우 강한 난류에서 여전히 발생할 수 있지만, 종래의 버너와 비교하여, 이 양의 방사상의 속도는 상당히 감소될 수 있다. 배출 영역의 반응의 정확한 위치는 연속적으로 하방으로 모이는 영역에 의해, 더 하류인 위치로 이동될 것이다. 상기 언급된 각도 덕분에, 바람직한 유동 패턴이 화염을 안정화하기 위해 제공되고, 화학 반응은 개선되며, 바람직한 화염의 형상 (너무 넓거나 너무 길지 않은) 이 제공된다. 이는 산소 사용의 높은 효율을 초래하며, 이는 상기 언급된 것과 같이, 직접 기포 제련에서 중요하고, 또한 DON 공정에서도 어느 정도 중요하다.
정광 버너의 적용에서, 각도 (θ) 는 약 20°~ 50°, 바람직하게는 약 30°~ 35°이다.
정광 버너의 적용에서, 정광 버너는 조절 본체를 포함하며, 이는 제어 시에 이동 가능하도록 이송 파이프 주위에 그리고 배출 오리피스의 단면적을 조절하기 위해 이송 파이프의 방향으로 배치된다. 정광 버너는 또한 조절 로드를 포함하며, 이는 조절 본체를 이동시키기 위해 이송 파이프의 외측에 배치된다. 게다가, 정광 버너는 케이싱 튜브를 포함하며, 이는 반응 가스 챔버의 본질적으로는 방해를 받지 않는 난류를 제공하기 위해 이송 파이프 및 조절 로드를 둘러싸게 된다. 케이싱 튜브에 의해 덮여있는 조절 로드는 유동에 영향을 미치지 않으며, 이에 의해 반응 가스 챔버 안의 유동에서 가능한 적은 방해가 발생한다.
이하에, 본 발명은 대표적인 실시형태와 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명된다.
도 1 은 본 발명에 따른 정광 버너의 실시형태의 개략적인 단면을 나타낸다.
도 2 는 방향 (Ⅱ-Ⅱ) 으로 볼 때의 도 1 의 정광 버너를 나타낸다.
도 3 은 도 1 의 단면 (Ⅲ-Ⅲ) 을 나타낸다.
도 4 는 도 1 의 확대된 상세부 (A) 를 나타낸다.
도 1 은 분말 농축물 혼합물과 반응 가스를 플래시 제련 노의 반응 축 (1) 으로 이송하기 위해 플래시 제련 노의 반응 축 (1) 의 상부에 설치된 정광 버너를 나타낸다.
정광 버너는 이송 파이프 (2) 를 포함하고, 그 오리피스 (3) 는 농축물 혼합물을 반응 축 (1) 안으로 이송하기 위하여 반응 축으로 개방되어 있다. 이송 파이프 (2) 내에는, 동심으로 위치되고 반응 축 (1) 의 내측을 향해 오리피스 (3) 로부터 어느 거리만큼 뻗어 있는 분산 장치 (4) 가 있다. 분산 장치 (4) 는 장치의 하부 에지로부터 측면으로 분산 장치를 통하여 이송되는 가스를 분산 장치의 외부 하방으로 향하는 고형 물질의 유동을 향하여 배향시킨다. 또한, 정광 버너는 반응 가스를 반응 축 (1) 안으로 이송시키기 위한 가스 공급 장치 (5) 를 포함한다. 가스 공급 장치는 반응 가스 챔버 (6) 를 포함하며, 이는 반응 축의 외측에 위치되며 이송 파이프 (2) 를 동심으로 둘러싸는 환형 배출 오리피스 (7) 를 통하여 반응 축 (1) 으로 개방된다. 배출 오리피스 (7) 로부터 배출되는 반응 가스는 현탁액을 형성하기 위해 이송 파이프 (2) 의 중간으로부터 배출되는 분말 고형 물질과 혼합되고, 오리피스 (7) 부근의 고형 물질은 분산 장치로부터 분출된 가스에 의해 측방을 향하게 된다.
반응 가스 챔버 (6) 는 배출 오리피스 (7) 로부터 배출되는 반응 가스의 난류를 제공하기 위해 난류 챔버 안에 형성된다. 이를 위해, 반응 챔버 (6) 는 입구 채널 (9) 이 접선으로 개방되는 원통형 상부 (8) 를 포함한다. 반응 가스는 접선 방향으로 반응 챔버 (6) 의 내부로 들어가고, 하방으로 모이는, 원뿔형 하부 (10) 를 통하여 원통형 상부 (8) 로부터 원뿔형으로 진각 (advance) 되고 배출 오리피스 (7) 를 빠져나가는 반응 가스의 난류를 발생시킨다. 반응 챔버 (6) 에는, 반응 가스의 난류의 소용돌이 각도를 규정하기 위해 배치되는 안내 베인 (vane) (12) 이 있다. 안내 베인 (12) 은 반응 가스 챔버 (6) 의 원뿔형 하부 (10) 의 영역에 배치된다. 하부 (10) 의 배출 오리피스 (7) 에 인접한 하단부에, 안내 베인 (12) 이 없는 영역이 있다.
도 2 에 나타낸 것과 같이, 입구 채널 (9) 은 직사각형 단면을 갖는다.
도 3 은 입구 채널 (9) 에, 반응 가스 유동의 단면적을 조절하기 위해 배치되는 조절 부재 (11) 가 있는 것을 나타낸다. 조절 부재 (11) 는 조절 밸브를 포함하며, 이는 그의 길이방향으로 어떠한 각도에서 입구 채널 (9) 을 가로질러서 그리고 반응 가스 챔버 (6) 를 향해 본질적으로 접선 방향으로 이동 가능하도록 제어된다. 조절 밸브 (11) 는 반응 가스의 입구 유동의 속도를 조절하는데 사용될 수 있다.
도 1 및 도 3 은 정광 버너가 제어 하에서 이동 가능하도록 이송 파이프 주위에 그리고 배출 오리피스 (7) 의 단면적을 조절하기 위해 이송 파이프의 방향으로 배치되는 조절 본체 (14) 를 포함하는 것을 나타낸다. 조절 본체 (14) 를 이동시키기 위해 조절 로드 (15) 가 이송 파이프 (2) 외측에 배치된다. 반응 가스 챔버의 본질적으로는 영향을 받지 않는 난류를 제공하기 위해 이송 파이프 (2) 와 조절 로드 (15) 를 케이싱 튜브 (16) 가 둘러싸게 된다.
도 4 는 반응 가스 챔버 (6) 의 환형 배출 오리피스 (7) 가, 측방향 및 외부로, 수직 축선에 대하여 각도 (θ) 로 아래로 내측을 향해 모이는 절두원추형 벽부 (13) 에 의해 한정되는 것을 나타낸다. 각도 (θ) 는 약 20°~ 50°, 바람직하게는 약 30°~ 35°이다.
본 발명은 상기 대표적인 실시형태로만 한정되지 않으며, 다양한 변경이 청구항에 의해 규정되는 본 발명의 아이디어 내에서 가능하다.

Claims (9)

  1. 분말 농축물 혼합물 및 반응 가스를 플래시 제련 노의 반응 축 (1) 안으로 이송하기 위한 정광 버너로서, 이 정광 버너는 이송 파이프 (2), 분산 장치 (4), 가스 공급 장치 (5) 를 포함하며,
    - 상기 이송 파이프 (2) 는 농축물 혼합물을 반응 축 (1) 안으로 이송하기 위한 것이며, 이송 파이프의 오리피스 (3) 는 반응 축을 향해 개방되어 있고,
    - 상기 분산 장치 (4) 는 이송 파이프 (2) 내부에 동심으로 배치되고 분산 가스를 분산 장치 주위에 흐르는 농축물 혼합물로 배향하기 위해, 반응 축 (1) 내부의 오리피스로부터 어느 거리만큼 뻗어있고,
    - 상기 가스 공급 장치 (5) 는 반응 가스를 반응 축 (1) 으로 이송시키고, 이 가스 공급 장치는 반응 가스 챔버 (6) 를 포함하며, 이는 반응 축의 외측이며 배출 오리피스로부터 배출되는 반응 가스를 이송 파이프의 중간으로부터 배출되는 분말 고형 물질과 혼합시키기 위해 이송 파이프 (2) 를 동심으로 둘러싸는 환형 배출 오리피스 (7) 를 통하여 반응 축으로 개방되고, 고형 물질은 분산 가스에 의해 측방으로 배향되고, 반응 가스 챔버 (6) 는 배출 오리피스 (7) 로부터 배출되는 반응 가스의 난류를 제공하기 위해 난류 챔버로 형성되고, 입구 채널 (9) 이 반응 가스를 접선 방향으로 반응 가스 챔버로 배향시키기 위해 반응 가스 챔버 (6) 로 접선으로 개방되고,
    조절 부재 (11) 가 반응 가스 유동의 단면적을 조절하기 위해 입구 채널 (9) 에 배치되고, 조절 본체 (14) 를 포함하고,
    상기 조절 본체 (14) 는 제어 시에 이동 가능하도록 이송 파이프 (2) 주위에 그리고 배출 오리피스 (7) 의 단면적을 조절하기 위해 이송 파이프의 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 정광 버너.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 가스 챔버 (6) 는 입구 채널 (9) 이 접선 방향으로 개방되는 원통형 상부 (8), 및 원통형 상부 (8) 로부터 배출 오리피스 (7) 를 향해 아래로 원뿔형으로 모이는 원뿔형 하부 (10) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 정광 버너.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 입구 채널 (9) 은 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 정광 버너.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반응 가스 챔버 (6) 에, 반응 가스의 난류의 소용돌이 각도를 규정하기 위해 안내 베인 (12) 이 배치되는 것을 특징으로 하는 정광 버너.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 안내 베인 (12) 은 반응 가스 챔버 (6) 의 원뿔형 하부 (10) 의 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 정광 버너.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 하부 (10) 는 배출 오리피스 (7) 부근에 안내 베인 (12) 이 없는 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 정광 버너.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반응 가스 챔버 (6) 의 환형 배출 오리피스 (7) 는, 측 방향 및 외측으로, 수직 축선에 대하여 각도 (θ) 로 내측을 향해 아래로 모이는 절두원추형 벽부 (13) 에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 정광 버너.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 각도 (θ) 는 20°~ 50°인 것을 특징으로 하는 정광 버너.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 조절 로드 (15), 케이싱 튜브 (16) 를 포함하며, 상기 조절 로드는 조절 본체 (14) 를 이동시키기 위해 이송 파이프의 외측에 배치되고; 상기 케이싱 튜브는 반응 가스 챔버의 본질적으로는 방해를 받지 않는 난류를 제공하기 위해 이송 파이프 (2) 및 조절 로드 (15) 를 둘러싸게 되는 것을 특징으로 하는 정광 버너.
KR1020107004798A 2007-09-05 2008-09-01 정광 버너 KR101199812B1 (ko)

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