KR101587602B1 - 재료 재순환 능력을 갖는 용융금속을 생산하기 위한 전기로 - Google Patents

재료 재순환 능력을 갖는 용융금속을 생산하기 위한 전기로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반적으로 금속산화물덩어리가 전기적인 가열 및 용해로 내에서 직접 환원되고 탄소함유물질과 함께 용해된 후에, 용융금속이 금속산화물로부터 생산되는 용해작용 또는 그와 유사한 것에 관한 것이다. 보다 상세하기로는 본 발명은 재료 재순환 능력, 특히 처리 중 재순환 능력을 갖는, 용융금속을 생산하기 위한 전기로에 관한 것이다.

Description

재료 재순환 능력을 갖는 용융금속을 생산하기 위한 전기로{Electric furnace for producing molten metal having material recycling capability}
본 특허출원/특허는 "재료 재순환 능력을 갖는 용융금속을 생산하기 위한 전기로"란 명칭으로 2010. 11. 30. 출원한 미합중국 임시특허출원 제61/418,042호의 우선권을 청구하고 있으며, 그 내용은 참고로 여기에 포함되어 있다.
본 발명은 일반적으로 금속산화물덩어리가 전기적인 가열 및 용해로 내에서 직접 환원되고 탄소함유물질과 함께 용해된 후에, 용융금속이 금속산화물로부터 생산되는 용해작용 또는 그와 유사한 것에 관한 것이다. 보다 상세하기로는 본 발명은 재료 재순환 능력, 특히 처리 중 재순환 능력을 갖는, 용융금속을 생산하기 위한 전기로에 관한 것이다.
여러 새로운 철 및 다른 금속을 제조하는 방법들이 종래 용해 및 용광로 환원방법들을 대체하기 위하여 제안되고 있다. 이들 새로운 철 및 다른 금속을 제조하는 방법들은 회전로에서 탄소함유물질과 함께 금속산화물 덩어리를 사전에 환원하여 환원된 덩어리를 형성하는 공정과, 그 다음에 상기 환원된 덩어리들을 아크로 또는 서브머지드 아크로(submerged arc furnace)내에서 용해하는 공정을 포함한다. 예를 들어 WO/2000/513411, WO/2001/515138, WO/2001/525487, 그리고 WO/2003/105415를 참조하라.
그러나 용해로로서 아크로를 사용하는 제조방법에서는, 높은 용해효율, 내화물 보호, 과도한 포말성 슬래그 형성 억제 등을 확실하게 하기 위하여, 환원된 덩어리의 금속화는 높은 레벨에서 유지되어야 하고 미립자 비율은 낮은 레벨에서 유지되어야 한다. 따라서 이들 제조방법을 사용하는 것은 보다 높은 금속화 레벨과 보다 낮은 미립자 비율을 유지하면서 회전로의 생산성을 증가시키는 것이 어려웠었다. 또한 이들 제조방법과 관련된 설비가 필연적으로 크다.
이에 비하여, 용융로로서 서브머지드 아크로를 이용하는 제조방법에서는, 환원된 덩어리들이 층을 형성하고, 내화물에 대한 손상과 과도한 포말성 슬래그 형성은 덜 문제가 있다. 또한 금속화 레벨과 미립자 비율 레벨에 대하여 보다 적은 제한이 있고, 이 제조방법과 관련된 설비는 상당히 작다. 그러나 용융로로서 서브머지드 아크로를 이용하는 제조방법에서는, 환원 덩어리들에 잔류하는 환원 단계에 의하여 발생하는 CO 가스의 화학적 에너지를 효율적으로 이용하는 것이 어렵다. 그래서 생산성이 충분히 향상되지 못하고 작동 비용이 충분히 절감될 수 없었다.
용해로로서 서브머지드 아크로를 이용하는 제조방법에서는, 회전로 사전 환원단계를 생략하고, 서브머지드 아크로에 환원되지 않은 금속산화물 덩어리들을 탄소함유물질과 함께 직접 넣는 것이 가능하고, 그에 따라 사전 환원단계와 용해단계가 같은 노(furnace)내에서 실행된다. 그러나 금속산화물 덩어리들과 탄소함유물질이 용융금속을 형성할 비휘발성 금속원소에 추가하여 휘발성금속원소들을 포함할 때(즉, 가는 기계(mill)의 철가루 또는 이와 유사한 것이 금속산화물 원료로서 사용될 때), 증발되어 환원된 덩어리로부터 제거된 노의 낮은 영역의 휘발성금속원소는, 환원된 덩어리 그리고/또는 노벽에 형성되는 부착물에 들러붙음으로써 낮은 온도 존(zone)에서 재응결되어 노 내에서 순환한다. 그래서 휘발성 금속원소들이 배기가스로부터 효율적으로 회수될 수 없다. 추가로, 하강하지 않는 환원된 덩어리들은 작동상의 문제를 일으킬 수 있다.
따라서, 이들 제조방법에서는 두 단계가 일반적으로 사용된다(회전로를 이용하는 사전환원단계와, 아크로 또는 서브머지드 아크로를 이용하는 용해단계). 이들 제조방법은, 환원된 덩어리들을 회전로부터 용해로로 이동시키기 위한 설비들과 장비들과, 두개의 배기가스 처리라인, 즉 회전로를 위한 처리라인과 용해로를 위한 처리라인을 필요로 한다. 따라서 설비 및 장비 비용이 높고 열손실이 높으며, 전체 시스템 에너지 소비는 충분하게 최소화될 수 없다.
결과로서, 경사되지 않는 정지상태의 전기로를 사용하여 용융금속을 생산하는 방법이 WO/2009/280910에 제안되었다. 이 방법은 노의 한쪽 끝단에 가로로 제공된, 즉 상부를 통해서 노의 내부로 연결된 원료장입슈트(chute), 노의 하부를 가열하는 것으로서 상기 원료장입슈트의 반대쪽에 가로로 위치한 전기히터, 그리고 두 끝단 사이에 노의 상부에 가로로 위치한 제2의 연소버너를 사용하는 것을 포함한다. 그 방법은 미리 결정된 양의 탄소함유물질 그리고/또는 금속산화물 덩어리들을 용융금속을 형성하는 비휘발성 금속원소를 함유하는 탄소함유물질과 함께, 원료장입슈트를 이용하여, 노의 한쪽 끝단에서 다른 쪽 끝단으로 뻗은 하향경사면을 갖는 노 내에 장입함으로써 원료 층을 형성하는 것과, 이어서 미리 결정된 양의 금속산화물 덩어리를 탄소함유물질과 함께 원료장입슈트를 이용하여 노 내에 장입함으로써 하향경사면에 덩어리 층을 형성하는 것과, 이어서 전기로로 덩어리 층의 하부 끝단을 가열함으로써 용융금속 층과 용융슬래그 층을 형성하고, 용해에 의하여 덩어리 층을 하향경사면을 따라 노의 하부 끝단을 향하여 내려가게 하는 것과, 그리고 동시에 산소함유가스를 노 내에 불어넣음으로써 제2의 연소에 의한 복사열에 의하여 덩어리들을 열적으로 환원하여 덩어리 층에 의하여 생성된 CO함유가스를 연소하는 것을 포함한다.
경사되지 않는 정지상태의 전기로는 도 1에 도시되어 있다. 노(10)는 예를 들어 직사각형 단면형상을 갖는 전기로이다. 원료장입슈트(12)와 배기가스덕트(14)가 노(10)의 천정벽(16)에/을 관통하여 연결되어 있다. 히터로서의 기능을 하는 전극봉(18)은 천정벽(16)을 관통하여 삽입되어 있다. 원료장입슈트(12)는 예를 들어 노(10)의 양 측벽(20)에 인접한 곳에 제공되어 있으며, 전극봉(18)은 노(10)의 중심선 근처에 삽입되어 있다. 여러 개의 원료장입슈트(12)와 전극봉(18)이 노(10)의 길이방향을 따라 간격을 유지하며 설치될 수도 있다. 제2의 연소버너(22)가 또한 노(10)의 천정벽(16)을 관통하여 삽입되어 있다. 여러 개의 배기가스덕트(14)와 제2의 연소버너(22)들이 노(10)의 길이방향을 따라 간격을 유지하며 설치될 수도 있다. 바람직하게, 배기가스덕트(14)들은, 제2의 연소 후에 생성된 산화배기가스가 전극봉(18)쪽으로 흐르는 것을 방지하고, 그에 따라 전극봉(18)의 손상을 완화시키기 위하여, 전극봉(18)보다 원료장입슈트(12)에 더 가깝게 배치되어 있다.
도2를 참조하면, 용융금속(32)(도1)의 태핑과 용융슬래그(34)(도1)의 태핑을 용이하게 하기 위하여, 중앙선에 가깝고 원료장입슈트(12)로부터 멀리 있는{즉, 원료베드(30)(도1)로부터 멀리 있는} 노(10)의 측벽(20)/바닥벽(24) 부분에, 금속 탭홀(tap hole)(26)과 슬래그 탭홀(28)이 제공되어 있다. 전극봉(18)들은 바람직하기로는, 일반적으로 제강 전기로에 사용되는, 원하는 열효율을 갖는 삼상교류 타입이다. 예로서, 각각 단상인 세 쌍의 전극봉(18)을 이루는 6개의 전극봉(18)들이 사용된다. 각 전극봉(18)의 팁 부분(36)(도1)은 바람직하게 원료베드(30)상에 배치된 덩어리 층(38)에 잠겨있거나, 또는 용해작용을 실행하는 동안에 용융슬래그(34)에 잠겨진다. 그 결과, 복사열과 저항열에 의해서 용해가 가속될 수 있고, 원료베드(30)에 의하여 보호되지 않는 노(10)의 내부표면에 대한 손상이 최소화 될 수 있다.
도 3을 참조하면, 작동과정에서, 재료흐름과 노 내의 용해구역의 위치를 제어하는 것이 필요하다. 따라서 원료장입슈트(12)는 공급포트(42)를 포함하고 포개져 길이가 짧아질 수 있거나 수직으로 조절될 수 있는 외부슈트(40)를 구비하고 있다. 각 원료장입슈트(12)는 원료를 저장하기 위한 호퍼(44), 호퍼(44)에 연결된 내부슈트(43), 내부슈트(43)에 포개질 수 있거나 내부슈트(43)상에서 수직으로 조절될 수 있는 외부슈트(40)를 포함한다. 덩어리 층(38)의 하부 부분은, 덩어리 층(38)의 리포즈 각(repose angle)에 따라, 외부슈트(40) 및 공급포트(42)를 수직방향으로 이동시킴으로써 원하는 부분에 존재하도록 조절될 수 있다.
발생할 수 있는 하나의 문제는 미립자들이 노(10)내에 축적할 수 있다는 것이다. 미립자들은 공급재료와 함께 노(10)내에 들어가고 또는 층의 이동, 열적 응력 등에 의해서 노(10)내에서 발생할 수 있다. 이들 미립자들은 노(10)내에서 분리되어 덩어리 층(38)의 리포즈 각을 증가시킨다. 미립자들이 제거되지 않는다면, 리포즈 각의 변화와 불안정한 재료 유동으로 인하여 오랜 시간동안 노(10)의 연속적인 작용이 유지될 수 없다. 위에서 기술한 바와 같이, 과도한 미립자들이 노(10)내에 축적하면, 공급슈트 높이조절기구는 만족스럽게 자리를 잡고 덩어리 층(38)을 제어하는데 사용될 수 없다. 그래서 햄머 또는 이와 유사한 것을 이용하여 덩어리 층(38)에 충격을 주는 기술, 에어 블래스트(air blast)를 이용하는 기술, 또는 재료유동방해를 제어하기 위한 다른 수단을 이용하는 기술과 같이, 미립자들을 처리하기 위한 추가적인 기술이 제안되었다. 다시 말하면, 미립자들을이 주기적으로 처리되거나 제거되지 않는다면 연속적인 작동이 반드시 제한된다. 미립자들을 제거하기 위하여, 노(10)의 작동은 중단되어야 하고 노(10)의 천정벽(16)(도1) 또는 측벽(20)이 개방되어야 한다. 이 작업은 노(10)가 뜨겁고 재료가 이미 산화할 수 있기 때문에 어렵다.
그래서 종래 기술에서 필요로 하는 것은 재료 재순환 능력을 갖는, 특히 냉각 등을 위하여 장기간 노를 멈추지 않고, 처리 중 재료 재순환 능력을 갖는 용융금속을 생산하는 전기로이다.
여러 가지 실시예에서, 본 발명은 재료 재순환 능력을 갖는, 특히 냉각 등을 위하여 장기간 노를 멈추지 않고, 처리 중 재료 재순환 능력을 갖는 용융금속을 생산하기 위한 전기로를 제공한다.
한 실시예에서, 본 발명은 원료 베드 또는 층이 시간이 흐르면서 미리 결정된 특성을 갖도록, 노의 바닥 부분에 배치된 하나 또는 그 이상의 구멍을 통하여 원료의 일부를 노로부터 선택적으로 제거하는 공정을 포함하는, 노 내에서의 환원 및 용해에 의하여 금속산화물 덩어리를 포함하는 원료로부터 용융금속을 생산하는 방법을 제공한다. 하나 또는 그 이상의 하나 또는 그 이상의 호퍼에 연결되어 있다. 방법은 또한 노로부터 제거된 원료의 일부를 원료베드 또는 층의 부분으로서 다시 노로 재순환하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 또한 노로부터 제거된 원료의 일부를 추가적인 원료베드 또는 층의 부분으로서 다시 노로 재순환 하는 공정을 포함한다. 선택적으로, 방법은 노로 재장입하기 전의 재순환된 재료에 첨가제를 첨가하는 공정을 포함한다. 바람직하게, 노는 다수의 원료장입슈트, 다수의 배기가스 덕트, 그리고 노의 천정벽을 관통하는 다수의 전극봉을 포함하며, 원료장입슈트들은 노의 측벽에 인접하게 배치되고 전극봉들은 노의 중심선이나 이에 가깝게 배치된다. 노의 천정벽은 실질적으로 수평인 다수의 디딤판과 실질적으로 수직인 다수의 수직면으로 이루어진 계단형태를 하고 있다. 노의 천정벽은 실질적으로 수직인 선택된 수직면에 실질적으로 수평형태로 돌출된 다수의 제2의 연소버너를 포함한다. 선택적으로 노의 천정벽은 실질적으로 수평인 선택된 디딤판에 실질적으로 수직형태로 돌출된 다수의 제2의 연소버너들을 포함한다. 선택적으로, 선택적인 제거가 노가 작동 중에 실행된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 원료 베드 또는 층이 시간이 흐르면서 미리 결정된 특성을 갖도록, 원료의 일부를 노로부터 선택적으로 제거하기 위한, 노의 바닥 부분에 배치된 하나 또는 그 이상의 구멍을 포함하는, 금속산화물 덩어리를 포함하는 원료로부터 용융금속을 생산하기 위한 환원 및 용해로를 제공한다. 하나 또는 그 이상의 그 이상의 구멍은 하나 또는 그 이상의 호퍼에 연결되어 있다. 노(furnace)는 또한 노로부터 제거된 원료의 일부를 원료베드 또는 층의 부분으로서 다시 노로 재순환하는 수단을 포함한다. 선택적으로, 노는 또한 노로부터 제거된 원료의 일부를 추가적인 원료베드 또는 층의 부분으로서 다시 노로 재순환하는 수단을 포함한다. 선택적으로, 노는 노로 재장입하기 전의 재순환된 재료에 첨가제를 첨가하는 수단을 포함한다. 노는 또한 다수의 원료장입슈트, 다수의 배기가스 덕트, 그리고 노의 천정벽을 관통하는 다수의 전극봉을 포함하며, 원료장입슈트들은 노의 측벽에 인접하게 배치되고 전극봉들은 노의 중심선이나 이에 가깝게 배치된다. 노의 천정벽은 실질적으로 수평인 다수의 디딤판과 실질적으로 수직인 다수의 수직면으로 이루어진 계단형태를 하고 있다. 노의 천정벽은 실질적으로 수직인 선택된 수직면에 실질적으로 수평형태로 돌출된 다수의 제2의 연소버너를 포함한다. 선택적으로 노의 천정벽은 실질적으로 수평인 선택된 디딤판에 실질적으로 수직형태로 돌출된 다수의 제2의 연소버너들을 포함한다. 선택적으로, 선택적인 제거가 노가 작동중에 실행된다.
본 발명은 여러 도면을 참조하여 설명될 것이며, 참조번호가 장치의 부품들/방법의 공정들을 지시하기 위하여 적절히 사용되어 있다. 여기서:
도 1은 금속산화물덩어리들과 탄소함유물질로부터 용융금속을 생산하기 위한 것으로서, 결합된 어셈블리 내에 사전환원 존과 용해 존을 포함하는, 경사되지 않는 정지상태의 전기로의 한 실시예를 나타내는 (측방에서 본) 개략도이고;
도 2는 도 1의 경사되지 않는 정지상태의 전기로를 나타내는 (상부에서 본) 개략도이며;
도 3은 연속적인 작동 동안에 노에 미립자의 축적과 관련한 문제를 나타내는 것으로서, 도 1 및 도 2의 경사되지 않는 정지상태의 전기로를 나타내는 (측방에서 본) 개략도이고;
도 4는 본 발명의 경사되지 않는 정지상태의 전기로의 한 실시예를 나타내는 (측방에서 본) 개략도이며;
도 5는 본 발명의 경사되지 않는 정지상태의 전기로의 한 실시예를 나타내는 (상부에서 본) 개략도이다.
본 발명의 방법은 노의 한쪽 끝단에 가로로 제공되어 있으며, 노의 상부 부분을 통하여 내부로 연결된 원료장입슈트, 상기 원료장입슈트의 반대쪽에 가로로 배치되어 있고 노의 하부 부분을 가열하는 전기 히터, 그리고 두개의 끝단 사이의 노의 상부부분에 가로로 배치된 제2의 연소버너를 사용하는 것을 포함한다. 방법은 용융금속을 형성하는 비휘발성 금속원소를 함유하는, 미리 결정된 양의 탄소함유물질 그리고/또는 탄소함유물질을 갖는 금속산화물 덩어리들을 원료장입슈트를 사용하여, 한쪽 끝단에서 다른 쪽 끝단으로 뻗은 하향경사면을 갖는 노내부로 장입함으로써 원료층을 형성하는 공정과, 이어서, 탄소함유물질을 갖는 미리 결정된 양의 금속산화물 덩어리들을 원료장입슈트를 사용하여 노 내에 장입함으로써 하향경사면에 덩어리 층을 형성하는 공정, 이어서, 전기히터로 덩어리 층의 하부를 가열하고 용해에 의하여 하향경사면을 따라 노의 하부끝단을 향하여 하강하게 함으로써 노 내에 용융금속 층과 용융슬래그 층을 형성하는 공정, 그리고 동시에, 덩어리 층에 의하여 생성된 CO함유가스를 연소하기 위하여 노 내에 산소함유가스를 불어넣음으로써 제2의 연소로부터의 복사열에 의하여 덩어리 층을 열적으로 환원하는 공정을 포함한다. 방법은 또한 소정 양의 미립자들을, 원료 및 덩어리 층 아래의 노 하부 부분을 따라 여러 위치에 배치된 배출호퍼들을 주기적으로 통과하게 하는 공정을 포함한다. 방법은, 제2의 연소버너들이 배치되는 노의 계단형태의 천정부분을 제공함으로써 개선된다.
이와 같은 경사되지 않는 정지상태의 전기로가 도 4에 도시되어 있다. 노(50)는 예를 들어, 위/아래에서 보아 실질적으로 직사각 단면형상을 갖는 아크로(arc furnace)이다. 원료장입슈트(12)와 배기가스덕트(14)가 노(50)의 천정벽(52)에/을 관통하여 연결되어 있다. 히터로서의 기능을 하는 전극봉(18)들은 노(50)의 천정벽(52)을 관통하여 삽입되어 있다.
바람직하게 이들 전극봉(18)들은 각각, 전극봉을 노(50)의 내부에 집어넣거나 노(50)의 내부로부터 들어올리는데 사용되는 전극인양장치(54)에 연결되어 있다. 원료장입슈트(12)들은 노(50)의 양쪽 측벽(56)에 인접하게 제공되어 있으며, 전극봉(18)들은 노(50)의 중심선에 가깝게 제공되어 있다. 다중 원료장입슈트(12)와 다중 전극봉(18)들이 전과 같이 노(50)의 길이를 따라 일정간격으로 설치되어 있다.
제2의 연소버너(22)들은 또한 노(50)의 천정벽(52)을 관통하여 삽입되어 있다. 다중 배기가스덕트(14)와 다중 제2의 연소버너(22)들이 노(50)의 길이를 따라 일정간격으로 설치되어 있다. 바람직하게, 배기가스덕트(14)들은, 제2의 연소 후에 생성된 산화배기가스가 전극봉(18)쪽으로 흐르는 것을 방지하고 그에 따라 전극봉(18)의 손상을 완화하기 위하여, 전극봉(18)보다 원료장입슈트(12)에 가깝게 배치되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 노(50)의 천정벽(52)은 양측에 원료장입슈트(12)로부터 전극봉(18)까지 계단형태 또는 그 밖의 경사면을 갖는다. 이 계단형태의 각 계단은 실질적으로 수평인 디딤판(58)과 실질적으로 수직인 수직면(60)을 포함한다. 제2의 연소버너(22)들은, 산소함유가스가 덩어리층(38)에 근접하게 효율적으로 분사되도록, 실질적으로 수직인 수직면(60)을 관통하여 실질적으로 수평으로 배치되어 있다. 제2의 연소버너(22)들은 또한 실질적으로 수평인 디딤판(58)을 관통하여 실질적으로 수직으로 배치될 수도 있음을 주의하여야 한다.
전과 같이, 중심선에 가깝고 원료장입슈트(12)로부터 멀리 있는{즉, 원료베드(66)로부터 멀리 있는} 노(50)의 측벽(62)/ 바닥벽(64)에, 용융금속(32)과 용융슬래그(34)의 태핑(출탕)을 용이하게 하기 위하여 금속 탭홀(68)과 슬래그 탭홀(70)이 제공되어 있다. 금속탭홀(68)과 슬래그 탭홀(70)은 노(50)의 하부 부분의 어느 원하는 위치에라도 배치시킬 수 있음을 주의하여야 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이들 홀(68)(70)들은 노(50)의 바닥 중심에 위치할 수 있다.
전극봉(18)은 바람직하게 원하는 열효율을 갖는 삼상교류타입인데, 제강 전기아크로에서 일반적으로 사용되고 있다. 예로서, 각각 단상인 세 쌍의 전극봉(18)을 구성하는, 6개의 전극봉(18)의 배열이 사용될 수 있다. 각 전극봉(18)의 팁 부분(36)은 용해작용이 실행되고 있는 동안에 바람직하게, 원료베드(66)상에 위치한 덩어리 층(38)에 잠기거나, 또는 용융슬래그(34)에 잠긴다. 그 결과로, 복사열과 저항열의 효과에 의하여 용해가 가속될 수 있으며, 원료 베드(66)에 의하여 보호되지 않는, 노(50)의 내부면에 대한 손상이 최소화될 수 있다.
본 발명에 따르면, 노(50)의 하부 부분은, 원료 및 덩어리 층(66)(38) 밑의 여러 위치에 배치된 다수의 배출 호퍼(80)들을 포함한다. 이 배출호퍼(80)들은, 미리 결정된 양의 (덩어리와 미립자 포함하는 원료를 배출하기 위하여, 작동 중 또는 작동중지중에 선택적으로 작동되는데, 따라서 노(50) 내의 재료 흐름 및 용해구역의 위치가 제어될 수 있다. 배출작용은 배출호퍼(80) 밑에 설치된 슬라이드 게이트 및 스크류 컨베이어를 이용하여 실행된다. 여러 개의 슬라이드 게이트가 각 호퍼(80)에 사용된다면, 재료들은 하나 또는 그 이상의 슬라이드 게이트를 따로따로 개방함으로써 노(50)의 특정 부분으로부터 배출될 수 있다.
작용을 할 때, 노(50)의 질서정연하고 연속적인 작동이 유지될 수 있도록, 노(50)내의 재료흐름과 용해구역의의 위치를 제어하는 것이 필요하다. 그래서 배출호퍼(80)의 사용에 추가하여, 원료장입슈트(12)가, 포개질 수 있거나 그밖에 수직으로 조절될 수 있는, 공급포트(42)를 포함하는 외부슈트(40)를 구비하고 있다. 각 원료장입슈트(12)는 원료를 저장하기 위한 호퍼(44), 호퍼(44)에 연결된 내부슈트(43), 그리고 내부슈트(43)에 포개질 수 있거나 그밖에 내부슈트(43)에서 수직으로 조절될 수 있는 외부슈트(40)를 포함한다. 덩어리 층(38)의 하부 부분은 외부슈트(40)와 공급포트(42)를, 덩어리 층(38)의 리포즈(repose) 각을 따라, 수직방향으로 이동시킴으로써 원하는 위치에 존재하도록 조절될 수 있다.
그래서 본 발명은, 미립자들의 분리 그리고/또는 축적에 기인하는 변하는 리포즈 각과 원료 베드 및 층의 붕괴 각에 상관없이 덩어리 층의 하부 부분을 조절하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 공급 포인트로부터 용해구역에 이르는 안정된 재료흐름이 이루어질 수 있고 장기간 작동 동안 유지될 있다. 이 작용은, 특히 미립자들이 공급 포인트 아래로부터 제거될 때 매우 효과적이다. 덩어리들이 공급호퍼에 들어가기 바로 전에 여과될지라도, 노 내에 어느 정도의 양의 미립자들은 피할 수 없다. 이들 미립자들은 분리하고 그리고/또는 공급 포인트에 직접 축적하는 경향이 있다. 이 재료는 공급재료와 화학적으로 유사거나, 또는 부분적으로 환원된다. 이것이 부분적으로 환원된다고 하여도, 이것은 산화물과 환원물 사이에서 양호한 균형을 가지며, 일반적으로 재순환 될 수 있다. 재순환재료를 재순환 하는 하나의 방법은, 새로운 장비를 요구하지 않고, 단지 응집장비로 들어가는 새로운 공급재료에 이들을 혼합하는 것이다. 재순환재료를 재순환 하는 다른 방법은 노의 태핑 측면 반대쪽에 위치한 새로운 공급호퍼 및 공급슈트로 이들 재순환재료를 보내는 것이다. 다시 말하면, 노의 바람직한 형상은 직사각형이고, 내화물은 네 개의 측면 중 두 측면의 직접환원철(DRI) 공급에 의하여 보호된다. 노의 태핑 측면은 탭홀에서 양호한 고온 금속 그리고/또는 슬래그 흐름을 유지해야 하기 때문에, DRI 층을 유지하는 것에 의해서 노의 태핑 측면을 보호하는 것은 어렵다. 그러므로 노의 태핑 측면을 수냉에 의하여 보호하는 것이 바람직하다. 다른 예로서, 재순환재료들을 노의 이 측면을 통하여 공급하면 또한 내화물을 보호하고 수냉에 비하여 열손실을 감소시킬 수 있다.
제거된 재료의 양이 너무 많으면, 노는 예를 들어 재료공급을 위한 두 측면과 동일한 양의 사전환원영역을 필요로 할 것이다. 그러나 제거된 물질의 양이 새로운 공급량보다 크게 적고 부분적으로 환원될 수 있다. 그래서 재순환된 물질을 용해하는 것은 새로운 재순환호퍼 밑에 슬래그 및 고온금속 층에 파일(pile)을 만듦으로써 이루어질 수 있다.
이러한 전기 용해로의 하나의 중요한 점은 환원반응으로부터 발달되는 가스에 의하여 부분적으로 만들어지는 포말성 슬래그의 생성이다. 재료는 전극봉에 인접한 영역(한쌍의 전극봉 사이와 같은 영역)으로 재순환되고, 그에 따라 환원반응과 포말성 슬래그에 의하여 CO가스의 생성을 초래하게 된다. 양호한 탈황 성능이 얻어질 수 있도록, CaO가 재순환된 재료에 첨가될 수 있다. 석회석(CaCO3) 또는 백운석(CaCO3 및 MgCO3)이 CaO 대신에 재순환된 재료에 첨가된다면, 포말성 슬래그가 그 결과로 초래되는 CO2를 사용하며 생성될 수 있다. 석회석 및 백운석은 재순환된 재료와 별도로 노 내에 장입될 수 있다.
본 설명은 선택된 구체예 및 특수한 실시예를 참조하여 여기에 기술된 것이지만, 다른 구체예 및 실시예가 유사한 기능을 수행하고, 그리고/또는 같은 결과를 얻을 수 있다는 사실은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 그러한 모든 구체예 및 실시예는 본 설명의 사상 및 범위내에 있으며 뒤따르는 청구범위에 의하여 보호되어야 한다. 이러한 의미에서, 본 명세서는 제한이 없고 모두를 아우르는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (22)

  1. 노 내에서의 환원 및 용해에 의하여 금속산화물 덩어리를 포함하는 원료로부터 용융금속을 생산하는 방법으로서,
    원료 베드 또는 층이 시간이 흐르면서 제어되도록, 노의 바닥 부분에 배치된 하나 또는 그 이상의 구멍을 통하여 원료의 일부를 노로부터 선택적으로 제거하는 공정과;
    수직으로 조절될 수 있는, 공급포트를 포함하는 외부슈트를 구비한 원료장입슈트를 사용하여, 상기 금속산화물 덩어리 층의 리포즈 각을 따라, 외부슈트를 조절하고 수직방향으로 이동시킴으로써 상기 금속산화물 덩어리 층의 하부 부분을 원하는 위치에 존재하도록 조절하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융금속생산방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 구멍은 하나 또는 그 이상의 호퍼에 연결되어 있는 용융금속생산방법.
  3. 제1항에 있어서, 노로부터 제거된 원료의 일부를 원료베드 또는 층의 부분으로서 노로 다시 재순환하는 공정을 포함하는 용융금속생산방법.
  4. 제1항에 있어서, 노로부터 제거된 원료의 일부를 추가적인 원료베드 또는 층의 부분으로서 노로 재순환하는 공정을 포함하는 용융금속생산방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 노는 다수의 원료장입슈트, 다수의 배기가스 덕트, 그리고 노의 천정벽을 관통하는 다수의 전극봉을 포함하며, 원료장입슈트들은 노의 측벽에 인접하게 배치되고 전극봉들은 노의 중심선이나 이에 가깝게 배치되는 용융금속생산방법.
  8. 제1항에 있어서, 노의 천정벽은 수평인 다수의 디딤판과 수직인 다수의 수직면으로 이루어진 계단형태를 하는 용융금속생산방법.
  9. 제8항에 있어서, 노의 천정벽은 수직인 선택된 수직면에 수평형태로 돌출된 다수의 제2의 연소버너를 포함하는 용융금속생산방법.
  10. 제8항에 있어서, 노의 천정벽은 수평인 선택된 디딤판에 수직형태로 돌출된 다수의 제2의 연소버너들을 포함하는 용융금속생산방법.
  11. 제1항에 있어서, 선택적인 제거가 노가 작동 중에 실행되는 용융금속생산방법.
  12. 금속산화물 덩어리를 포함하는 원료로부터 용융금속을 생산하기 위한 환원 및 용해로로서,
    원료 베드 또는 층이 시간이 흐르면서 제어되도록, 원료의 일부를 노로부터 선택적으로 제거하기 위한, 노의 바닥 부분에 배치된 하나 또는 그 이상의 구멍과; 그리고
    수직으로 조절될 수 있고, 공급포트를 포함하는 외부슈트를 구비하는 것으로서, 상기 금속산화물 덩어리 층의 리포즈 각을 따라, 외부슈트와 공급포트를 수직방향으로 조절함으로써 상기 금속산화물 덩어리 층의 하부 부분을 원하는 위치에 존재하도록 조절하는, 원료장입슈트를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원 및 용해로.
  13. 제12항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 구멍은 하나 또는 그 이상의 호퍼에 연결되어 있는 환원 및 용해로.
  14. 제12항에 있어서, 또한 노로부터 제거된 원료의 일부를 원료베드 또는 층의 부분으로서 다시 노로 재순환하는 수단을 포함하는 환원 및 용해로.
  15. 제12항에 있어서, 노로부터 제거된 원료의 일부를 추가적인 원료베드 또는 층의 부분으로서 다시 노로 재순환하는 수단을 포함하는 환원 및 용해로.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제12항에 있어서, 다수의 원료장입슈트, 다수의 배기가스 덕트, 그리고 노의 천정벽을 관통하는 다수의 전극봉을 포함하며, 원료장입슈트들은 노의 측벽에 인접하게 배치되고 전극봉들은 노의 중심선이나 이에 가깝게 배치되는 환원 및 용해로.
  19. 제12항에 있어서, 노의 천정벽은 수평인 다수의 디딤판과 수직인 다수의 수직면으로 이루어진 계단형태를 하는 환원 및 용해로.
  20. 제19항에 있어서, 노의 천정벽은 수직인 선택된 수직면에 수평형태로 돌출된 다수의 제2의 연소버너를 포함하는 환원 및 용해로.
  21. 제19항에 있어서, 노의 천정벽은 수평인 선택된 디딤판에 수직형태로 돌출된 다수의 제2의 연소버너들을 포함하는 환원 및 용해로.
  22. 제12항에 있어서, 선택적인 제거는 노가 작동 중에 실행되는 환원 및 용해로.
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