KR102015720B1 - 양극로 프로세스에서의 스크랩 용해 - Google Patents

양극로 프로세스에서의 스크랩 용해 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동 (blister copper) 의 정련 방법으로서, (a) 빈 양극로에 구리 스크랩을 장입하고 상기 구리 스크랩을 용해하는 단계; (b) 용융 조동을 상기 양극로에 장입하는 단계; (c) 선택적으로, 상기 양극로에 구리 스크랩을 더 장입하고 상기 구리 스크랩을 용해하는 단계; (d) 선택적으로, 상기 양극로가 가득 차고 최종 용융 구리 배치 (batch) 가 획득될 때까지 원하는 양의 구리 스크랩이 장입 및 용해될 때까지 단계 (b) 및/또는 (c) 를 1회 이상 반복하는 단계; (e) 상기 최종 용융 구리 배치를 정련하여 양극 구리를 획득하는 단계를 포함하는, 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동의 정련 방법을 제공한다.

Description

양극로 프로세스에서의 스크랩 용해{SCRAP MELTING IN ANODE FURNACE PROCESSES}
본 발명은 구리 스크랩의 처리, 특히 양극로 (anode furnace) 에서의 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동 (blister copper) 의 제련 방법에 관한 것이다.
전로에서 생성되거나 블리스터 노로 향하는 조동은 양극으로 주조되기 전에 황 및 산소로 정제된다. 이는 건식 제련으로 알려진 프로세스에서 양극로 (AF) 에서 행해진다. 조동을 양극 구리로 정련하는 것 외에도, 양극로는 제련소로부터의 구리 스크랩 및 인하우스 (in-house) 양극 구리 스크랩과 같은 고체 구리를 용해하는데 사용될 수 있다. 그렇지만, 종래 양극로는 작업 중에 고체 구리를 용해시키는데 매우 제한된 용량을 갖고 있다. 따라서, 전형적으로 구리 스크랩은 별도의 구리 스크랩로에서 용해된다.
WO2011/103132 는 구리의 양극 정련 방법을 개시하는데, 여기서 용융 조동이 먼저 노에 제공되고, 그러고 나서 구리 스크랩이 노 내의 용융 조동에 장입되고, 마지막으로 상취식 다기능 정합 제트 랜스로부터 생성되는 용해 화염을 사용하여, 장입된 구리 스크랩이 용해되고 장입된 용융 조동이 가열된다. 다기능 정합 제트 랜스는 고압 산소 및 고압 질소를 필요로 하는데, 이는 사용하기에 고가이며 일반적으로 제련소에서 이용 가능하지 않다. 또한 냉각수 요구가 높다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 단점을 완화하기 위해 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 독립항에 기재된 것을 특징으로 하는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 양태는 종속항에 개시된다.
본 발명은 이전 배치 (previous batch) 의 주조가 완료되자마자 구리 스크랩의 용해를 위해 양극로 대기 시간이 활용될 수 있다는 인식에 기초한다. 빈 양극로에서의 구리 스크랩의 용해는 종래의 파이프 내 파이프 (pipe-in-a-pipe) 산소연료 (oxyfuel) 버너(들)를 사용하여 달성될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 질소를 전혀 활용하지 않으면서 중간 압력 산소를 활용하여 구현될 수 있다. 또한 냉각수 요구가 훨씬 더 작다.
이하에서, 본 발명은 첨부 도면을 참고하여 바람직한 실시형태를 통해 더 상세하게 설명된다.
도 1 은 본 발명의 방법에 따른 양극로의 작업 시간 경과의 일례이다.
본 발명은, 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동 (blister copper) 의 정련 방법으로서,
(a) 빈 양극로에 구리 스크랩을 장입하고 상기 구리 스크랩을 용해하는 단계;
(b) 용융 조동을 상기 양극로에 장입하는 단계;
(c) 선택적으로, 상기 양극로에 구리 스크랩을 더 장입하고 상기 구리 스크랩을 용해하는 단계;
(d) 선택적으로, 상기 양극로가 가득 차고 최종 용융 구리 배치 (batch) 가 획득될 때까지 원하는 양의 구리 스크랩이 장입 및 용해될 때까지 단계 (b) 및/또는 (c) 를 1회 이상 반복하는 단계;
(e) 상기 최종 용융 구리 배치를 정련하여 양극 구리를 획득하는 단계를 포함하는, 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동의 정련 방법을 제공한다.
빈 양극로에의 구리 스크랩의 도입은 용해에 이용가능한 시간을 증가시키고, 더 큰 스크랩 로드를 허용하며 작업 유연성을 향상시킨다. 또한, 향상된 구리 스크랩 용해 용량은 개별 스크랩 용해로 용량이 요구되지 않는 때에 자본 비용의 절감을 초래하거나 기존 현장 개별 스크랩 용해로의 셧다운을 가능하게 한다. 용어 "구리 스크랩" 은 특히 제련소로부터의 구리 스크랩 및 인하우스 양극 구리 스크랩과 같은 고체 구리를 가리킨다.
용어 "빈 양극로" 는 양극 주조 후의, 즉 이전의 정련된 용융 구리 배치 가 양극로로부터 양극 몰드에 주입된 후의 양극로의 상태를 가리킨다. 그러므로, 빈 양극로는 용융 구리의 주조로부터 남은 소량의 용융 구리를 포함할 수도 있다. 따라서, 용어 "빈 양극로" 는 특히, 전로에서 생성되고/되거나 블리스터 노로 향하는 용융 조동이 제 1 의 구리 스크랩 배치가 양극로에 장입되기 전에 이전의 정련된 구리 배치의 주조 후에 양극로에 장입되지 않는다는 것을 나타낸다. 따라서, 본 방법의 단계 (a) 는 이전의 정련된 구리 배치의 주조 직후에 행해진다. 그렇지만, 양극로의 필요한 매일 유지보수는 단계 (a) 에서의 제 1 스크랩의 장입과 제 1 스크랩의 용해 전후에 발생할 수 있다. 양극로의 내용에서 용어 "가득 찬" 은 구리 스크랩 및 용융 조동의 완전 충전 후의 양극로의 상태를 나타내며, 즉 원하는 충전 정도에 도달되었고 원하는 양의 구리 스크랩 및 용융 조동이 양극로에 장입되었음을 나타낸다.
도 1 은 본 발명의 방법에 따른 양극로의 작업 시간 경과의 일례를 보여준다. 본 예는 22 h 작업 사이클 동안의 단일 양극로 (AF) 의 작업 단계들을 보여준다. 각 작업 단계 및 작업 사이클에 표시된 시간은 예시적이며, 상기 예의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
이전의 정련된 구리 배치 (31) 의 주조 (30) 후에, 제 1 의 다량의 구리 스크랩 (11) 이 다수의 더 작은 배치들 (도시 안 됨) 로 빈 양극로 (1) 에 먼저 장입된다. 제 1 의 다량의 구리 스크랩 (11) 이 장입 및 용해 (10) 된 후, 적어도 부분적으로, 제 1 의 다량의 용융 조동 (21) 이 다이렉트로부터 블리스터 노로 또는 전로로부터 양극로 (AF) 로 태핑된다. 그러고 나서, 제 2 다량의 구리 스크랩 (12) 이 다수의 더 작은 배치들 (도시 안 됨) 로 양극로 (AF) 에 장입된다. 제 2 의 다량의 구리 스크랩 (12) 이 도입 및 용해 (10) 된 후, 적어도 부분적으로, 제 2 의 다량의 용융 조동 (22) 이 다이렉트로부터 블리스터 노로 또는 전로로부터 양극로 (AF) 로 태핑된다. 필요하다면, 구리 스크랩 및/또는 용융 구리를 더 장입하여 최종 구리 배치를 획득할 수 있고, 최종 구리 배치는 정련을 위한 임의의 적절한 건식 정련, 즉 일반적으로 산화 (50), 슬래그 스키밍 (60) 및 환원 (70) 을 거친다. 그러고 나서, 획득되는 정련된 구리 배치, 즉 양극 구리는 주조 (32) 된다. 주조 (32) 후, 다음 작업 사이클은 다음 작업 사이클의 제 1 의 다량의 구리 스크랩 (13) 의 장입에 의해 직접 시작될 수 있다. 장입된 다량의 구리 스크랩들의 각각은 연속적으로 장입되는 다수의, 즉 2 이상의 배치들로 분할될 수도 있다. 이 예에서, 양극로의 필요한 매일 유지보수 (40) 는 제 1 의 스크랩 용해 (11) 후에 발생한다.
용해에 이용가능한 시간을 최적화하기 위해 그리고 양극로의 아이들 (idle) 시간을 최소화하기 위해, 구리 스크랩의 장입은 양극 주조 직후에 개시되는 것이 바람직하다. 이는 스크랩 용해 시간을 최대화하고 작업 유연성을 향상시킨다. 용어 직후에서의 "직" 은 양극로의 필요한 매일 유지보수가 제 1 의 스크랩 배치의 용해 후에 발생한다는 것을 나타낸다.
바람직하게는 구리 스크랩의 용해는 노 맨틀 (furnace mantle) 에 위치된 하나 이상의 종래의 파이프 내 파이프 공기-연료, 공기/산소연료 또는 산소연료 버너(들), 즉 맨틀 버너들을 사용하여 양극로에 추가적인 열 에너지를 제공함으로써 달성된다. 맨틀 버너들의 사용은 양극로에서 연소 가스들을 혼합하기 위해 단부-벽 (end-wall) 버너의 사용과 조합될 수 있고, 따라서 고온 가스들의 더 긴 체류 시간을 초래하고 양극로의 용해 효율을 향상시킨다. 맨틀 버너들은 고체, 기체 또는 액체 연료와 함께 공기, 산소부화 공기 또는 순수 산소, 바람직하게는 기체 또는 액체 연료와 함께 순수 산소를 활용할 수도 있다. 노 셸에 위치된 맨틀 버너들은 노 저부에 위치된 구리 스크랩과의 직접 화염 접촉을 가능하게 하고, 구리 스플래시에 의해 영향을 받지 않는다.
단계 (b) 의 양극로에의 용융 조동의 장입과 부분적으로 동시에 단계 (a) 의 구리 스크랩의 용해를 달성하는 것이 가능하다.
본 발명의 방법에서, 최종 용융 구리 배치의 총 중량의 적어도 15 wt% 가 구리 스크랩일 수도 있다. 바람직하게는 최종 용융 구리 배치의 총 중량의 적어도 20 wt% 가 구리 스크랩이다. 따라서, 양극 구리의 전기분해로부터 복귀하는 그리고/또는 제련소 및 전기분해 프로세스에서의 총 양극 스크랩 형성에 대응하는 모든 구리 스크랩이 양극로에서 용해될 수 있다.
전형적으로 최종 용융 구리 배치 중 장입된 총 구리 스크랩의 중량의 적어도 50 wt%, 바람직하게는 60 내지 100 wt% 가 단계 (a) 에서 장입된다. 스크랩 공급이 시간 소모적이므로 노 실제 프로세싱 (산화/환원) 시간을 최소화하기 위해 양극로 유지 기간 중에 장입 및 용해된 스크랩의 양이 최대화된다.
구리 스크랩은 전형적으로 작은, 바람직하게는 2 내지 4 톤의 배치들로 빈 양극로에 장입되는 것이 유리하다. 이는 구리 스크랩의 더 빠른 용해를 가능하게 한다. 이 작은 배치들은 합해져 가득 찬 (전형적으로 35 톤 이하) 다량이 된다. 단일 장입된 다량의 구리 스크랩은 바람직하게는 5 내지 15 배치들로 분할된다.
최종 구리 배치를 정련하여 양극 구리를 획득하는 것은, 당업자에게 알려진 임의의 적절한 건식 정련 방법에 의해 달성될 수 있다. 전형적으로 건식 정련은 2 단계 프로세스에 의해 달성된다. 제 1 단계 - 산화 - 에서, 용융 구리 욕에 공기와 같은 산소 함유 가스를 주입함으로써 황의 대부분이 SO2 가스로서 제거된다. 제 2 단계 - 환원 - 에서, 용융 구리 욕에 환원제를 주입함으로써 용존 산소가 제거된다. 전형적으로 환원제는 탄화수소, 예컨대 천연가스 또는 디젤, 프로판, 수소 탄소 일산화물, 또는 암모니아이다.
기술이 발전함에 따라 본 발명의 개념이 다양한 방식으로 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명 및 그 실시형태는 전술한 예들로 한정되지 않으며, 청구항들의 범위 내에서 변화될 수 있다.

Claims (6)

  1. 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동 (blister copper) 의 정련 방법으로서,
    (a) 빈 양극로에 구리 스크랩을 장입하고 상기 구리 스크랩을 용해하는 단계;
    (b) 단계 (a) 를 수행한 후, 용융 조동을 상기 양극로에 장입하는 단계;
    (c) 상기 양극로에 구리 스크랩을 더 장입하고 상기 구리 스크랩을 용해하는 단계;
    (d) 상기 양극로가 가득 차고 최종 용융 구리 배치 (batch) 가 획득될 때까지 원하는 양의 구리 스크랩이 장입 및 용해될 때까지 단계 (b) 및/또는 (c) 를 1회 이상 반복하는 단계;
    (e) 상기 최종 용융 구리 배치를 정련하여 양극 구리를 획득하는 단계;
    (f) 상기 양극 구리를 상기 양극로로부터 양극 몰드로 주입하여 양극로를 비우는 단계; 및
    (f) 단계 후에 (a) 내지 (f) 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동의 정련 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    구리 스크랩의 용해는 노 맨틀 (furnace mantle) 에 위치된 하나 이상의 파이프 내 파이프 (pipe-in-a-pipe) 공기-연료, 공기/산소연료 또는 산소연료 버너(들), 즉 맨틀 버너들을 사용하여 상기 양극로에 추가적인 열 에너지를 제공함으로써 달성되는, 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동의 정련 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 맨틀 버너들의 사용은 상기 양극로에서 연소 가스들을 혼합하기 위해 단부-벽 (end-wall) 버너의 사용과 조합되는, 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동의 정련 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최종 용융 구리 배치의 총 중량의 적어도 15 wt% 가 구리 스크랩인, 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동의 정련 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최종 용융 구리 배치 중 장입된 총 구리 스크랩의 중량의 적어도 50 wt% 가 단계 (a) 에서 장입되는, 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동의 정련 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (a) 의 구리 스크랩의 장입은 양극 주조 직후에 개시되는, 구리 스크랩의 용해 및/또는 조동의 정련 방법.
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