KR102028773B1 - 제련 공정 시동 - Google Patents

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Abstract

제련 용기에서 제련 공정을 시동하는 방법은 동결 슬래그를 가열하는 단계, 및 용융 슬래그를 형성하는 단계, 및 용융 슬래그를 전로 연결부로부터 전로를 통하여 배출하는 단계, 및 전로 연결부를 관통하는 깨끗한 유동 경로를 형성하는 단계, 및 그 이후로 상기 제련 공정을 고온 시동하는 단계를 포함한다.

Description

제련 공정 시동{STARTING A SMELTING PROCESS}
본 발명은 금속함유 물질을 제련하기 위한 공정을 시동하는 방법에 관한 것이다."금속함유 물질"이라는 용어는 본원에서 고체 원료물질 및 용융 원료물질을 포함하는 것으로 이해된다. 또한, 그러한 용어는 그러한 용어의 범위 내에 부분 환원된 금속함유 물질을 포함한다.
본 발명은 보다 구체적으로, 배타적이지 않지만, 적어도 부분적으로 용융조(molten bath)에서 탄소질 물질의 탈휘발화로 발생되는 용융조 내로의 기체 방출에 의하여 생성되는 강력한 욕조(bath)/슬래그(slag) 분출기를 구비하는 제련 용기에서 금속함유 원료물질로부터 용융 금속을 생산하기 위한 용융조 기반 제련 공정을 시동하는 방법에 관한 것이다.
특히, 배타적이지 않지만, 본 발명은 철광석과 같은 철-함유 물질을 제련하고, 용선(molten iron)을 생산하는 공정을 시동하는 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은, 배타적이지 않지만, 금속함유 물질을 제련하기 위한 주챔버를 포함하는 제련 용기에서 제련 공정을 시동하는 방법에 관한 것이다.
공지된 용융조 기반 제련 공정은 일반적으로 HIsmelt 공정으로 지칭되며, 출원인의 이름의 상당히 많은 수의 특허들 및 특허 출원들에서 설명된다.
또 다른 용융조 기반 제련 공정이 이하에서 "HIsarna" 공정으로 지칭된다. HIsarna 공정 및 장비가 본 출원인의 이름으로 국제 출원 PCT/AU99/00884(WO 00/022176호)에서 설명된다.
HIsmelt 공정 및 HIsarna 공정은 특히 철광석 또는 다른 철-함유 물질로부터 용선을 생산하는 것과 관련된다.
용선 생산의 맥락에서, HIsmelt 공정은, (a) 제련 용기의 주챔버에서 용선 및 슬래그의 욕조를 형성하는 단계; (b) (i) 통상적으로 분광 형태의, 철광석; 및 (ii) 철광석 원료물질의 환원제 및 에너지 공급원으로서의 역할을 하는, 통상적으로 석탄인, 고체 탄소질 물질을 욕조 내로 주입하는 단계; 및 (c) 욕조 내에서 철광석을 철로 제련하는 단계를 포함한다.
"제련"이란 용어는 본원에서 금속 산화물들을 환원시키는 화학 반응들이 용융 금속을 생산하기 위하여 일어나는 열가공 공정을 의미하는 것으로 이해된다.
HIsmelt 공정에서 금속함유 물질 및 고체 탄소질 물질 형태의 고체 원료물질들이, 제련 용기의 주챔버의 측벽을 통하여 하방으로 그리고 내향으로 연장되도록 수직에 대하여 경사진 다수의 피침들을 통하여 운반 가스와 함께 용융조 내로 그리고, 주챔버의 저부의 금속층 내로 고체 원료물질들의 적어도 일부를 전달하도록 용기의 더 낮은 영역 내로 주입된다. 고체 원료물질들 및 운반 가스는 용융조를 관통하여 용융 금속 및/또는 슬래그가 욕조의 표면 위의 공간 내로 투입되게 하고, 전이구간을 형성한다. 산소함유 기체, 통상적으로 산소농축 공기 또는 순수 산소의 송풍(blast)이 용기의 상부 영역에서 용융조로부터 방출된 반응 기체들의 후연소를 발생시키도록 하방으로 연장된 피침을 통하여 용기의 주챔버의 상부 영역 내로 주입된다. 전이구간에서는, 욕조 위에 있는 후연소 반응가스에 의하여 발생된 열 에너지를 상기 욕조에 전달하는 유효 매체(effective medium)를 제공하는, 다수의 바람직한 상승 후 하강하는 용융 금속 및/또는 슬래그의 용적(droplet), 또는, 비산(splashe) 또는 유동(stream)이 존재한다.
통상적으로, 용선을 생성하는 경우에, 산소농축 공기가 사용되는 경우, 산소농축 공기는 1200℃의 수준의 온도에서 공급되고, 열풍로에서 생성된다. 기술적으로 순수 저온 산소가 사용된다면, 통상적으로 주위 온도 또는 주위 온도에 근접하게 공급된다.
제련 용기에서 반응 기체들의 후연소로부터 기인하는 이탈가스들은 이탈가스 덕트를 통하여 제련 용기의 상부 영역으로부터 배출된다.
제련 용기는 노상 하부에 내화성-내막 구역들 및 용기의 주챔버의 측벽들및 지붕에 수냉식 패널들을 포함하고, 물이 연속적인 회로에서 패널들을 통하여 연속적으로 순환된다.
HIsmelt 공정은, 통상적으로 적어도 0.5 Mt/a의, 많은 양의 용선이 단일 소형 용기에서 제련에 의하여 생성될 수 있게 한다.
HIsarna 공정은 (a) 주 제련 챔버 및 고체 원료물질들 및 산소-함유 기체를 주챔버로 주입하기 위한 피침(lance)들을 포함하고, 용융 금속 및 슬래그 욕조를 포함하도록 적응되는 제련 용기, 및 (b) 제련 용기 위에 배치되고 제련 용기와 직접 연통되는 금속 함유 원료물질을 사전-처리하기 위한 제련 선회기(cyclone)을 포함하는 제련 장비에서 수행된다.
본원에서 "제련 선회기"이란 용어는, 통상적으로 수직 원통형 챔버를 정의하며, 그리고 챔버로 공급된 원료물질들이 챔버의 수직 중심축 주위의 경로로 이동하고 금속함유 원료물질들을 적어도 부분적으로 용융하기에 충분한 고온 작동 온도를 견딜 수 있도록 제조되는, 용기를 의미하는 것으로 이해된다.
HIsarna 공정의 일 형태로, 탄소질 원료물질(통상적으로 석탄) 및 선택적으로 용제(통상적으로 하소 석회석)가 제련 용기의 주챔버의 용융조로 주입된다. 탄소질 물질은 환원제 공급원 및 에너지 공급원으로서 제공된다. 선택적으로 용제와 혼합된 철광석과 같은, 금속함유 원료물질이 제련 선회기에서 주입되고, 가열되고, 부분적으로 용융되고, 부분적으로 환원된다. 이러한 용융된, 부분 환원된 금속함유 물질은 제련 선회기로부터 하방으로 제련 용기의 용융조 내로 유동하고 욕조 내에서 용융 금속으로 제련된다. 용융조에서 생산된 고온 반응 기체(통상적으로 CO, CO2, H2 및 H2O)는 주챔버의 상부에서 산소함유 기체(통상적으로 공업용 산소)에 의하여 부분적으로 연소된다. 후연소에 의하여 생성된 열은 욕조의 온도를 유지하기 위하여 용융조 내로 다시 낙하하는, 상부 구역 내의 용융 용적들로 전이된다. 고온의, 부분 연소된 반응 기체들은 주챔버로부터 상방으로 유동하여 제련 선회기의 하부로 유입된다. 산소함유 기체(통상적으로 공업용 산소)가 수평면에서, 즉, 제련 선회기의 챔버의 수직 중심축에 대하여 선회 와류 패턴을 생성하는 것과 같은 방식으로 배치되는 통풍구(tuyere)에 의하여 제련 선회기 내로 주입된다. 이러한 산소함유 기체의 주입은 제련 용기 기체들을 더 연소시켜, 매우 고온의 (선회하는) 화염들을 발생시킨다. 미세하게 분할된, 유입되는 금속함유 원료물질은 제련 선회기 내의 통풍구들에 의하여 이러한 화염들 내로 기상으로(pneumatically) 주입되어, 신속한 가열 및 부분 환원(대략 10 내지 20% 환원)을 수반하는 부분 용융을 발생시킨다. 환원은 적철광의 열분해 및 주챔버의 반응 기체들에서 일산화탄소/수소의 환원 작용 모두로부터 기인한다. 고온의, 부분 용융된 금속함유 원료물질은 선회기의 선회 동작에 의하여 제련 선회기의 벽들 상으로 외향으로 투척되고, 전술된 바와 같이, 그러한 용기의 주챔버에서 제련을 위하여, 제련 용기 하부로 하방으로 유동한다.
HIsarna 공정의 전술된 형태의 순효과는 2-단계 반류(countercurrent) 공정이다. 금속함유 원료물질이 제련 용기로부터 (산소함유 기체가 부가된) 배출되는 반응 기체들에 의하여 가열되고 부분적으로 환원되어 제련 용기 내로 하방으로 유동하고 제련 용기 내에서 용선으로 제련된다. 통상적으로, 이러한 반류 배치는 생산성 및 에너지 효율을 증가시킨다.
HIsmelt 및 HIsarna 공정은 수냉식 고체 주입 피침들을 통하여 제련 용기들 내 용융조들 내로의 고체 주입을 포함한다.
또한, 양 공정들의 핵심 특징은 공정들이 금속함유 물질을 제련하기 위한 주챔버 및 용기들로부터 연속적인 금속 생산물을 배출되도록 하는 전로 연결부를 통하여 주챔버에 연결된 전로를 포함하는 제련 용기들에서 작동한다는 것이다. 전로는, 제조 시 제련 용기로부터 잉여의 용융 금속을 자연적으로 "넘치게 하는", 용융 금속이 충진된 사이펀(siphon) 밀봉제로서 작동한다. 이러한 것은 제련 용기의 주챔버 내의 용융 금속 수위를 알게 하고 적은 공차 내로 제어할 수 있게 한다- 이러한 것은 공장 안전성에 필수적이다. 용융 금속 수위는 (항상) 주챔버 내로 연장되는 고체 주입 피침들과 같은 수냉식 요소들 아래로 안전한 거리에 유지되어야 하며, 그렇지 않을 경우에는 증기 폭발들이 가능하게 된다. 전로가 HIsmelt 및 HIsarna 공정들에 대하여 제련 용기의 고유한 부품으로 간주되는 것은 이러한 이유 때문이다.
"전로"라는 용어는 본원에서 대기로 개방되고, 통로(본원에서 "전로 연결부"로 지칭되는)에 의하여 제련 용기의 주제련 챔버에 연결되고, 그리고, 표준 작동 조건들 하에서, 용융 금속으로 완전히 충진된 전로 연결부와 함께, 챔버 내에 용융 금속을 포함하는 제련 용기의 챔버를 의미하는 것으로 이해된다.
전술된 설명은 호주 또는 다른 곳에서 일반적인 통상의 지식으로서 인정되는 것으로 간주되지 않아야 한다.
HIsarna 공정의 파일럿 공장 시험 과정 중에, 출원인에게 시험들에서 사용된 제련 용기의 미계획된 단부-탭(tap)을 제작하는 것이 반드시 필요하게 되었다. 용융 금속이 단부-탭에서 제련 용기의 주챔버로부터 성공적으로 제거되었으나, 실질적으로 모든 용융 슬래그는 뒤에 남아있었고 제련 용기 내에서 경화되었다. 이러한 것은 제련 용기의 주챔버, 전로 연결부, 및 전로가 전로 및 제련 용기의 주챔버 간의 전로 연결부의 수위를 초과하는 수위까지 저온(동결) 슬래그로 충진되는 결과를 초래하였다.
HIsmelt 공정을 위한 표준 공정 시동 및 HIsarna 공정을 위한 제안된 공정 시동은 전로 및 전로 연결부를 통하여 용기 내로 신생 용융 금속의 충진을 주입함으로써 제련 용기에서 용융 금속 욕조를 형성하는 단계를 포함한다. 그러므로, 파일럿 공장이 재시동될 수 있기 전에, 전로 및 제련 용기 간의 깨끗한 연결부를 재형성하는 것이 필수적이었다. 출원인은 전체 시스템을 냉각시키고 이어서 기계적으로 동결 슬래그를 파는 표준적인 선택은 너무 시간 소비적이고 그러므로 바람직한 선택이 아니라고 간주한다.
본 발명은 전술된 냉각/기계적인 슬래그 제거 선택과 관련된 시간 보다 더 짧은 시간에, 그러한 동결 슬래그/블록화된 전로 연결부 상황으로부터 전로를 통하여 슬래그를 용융시키고 용융된 슬래그를 시스템으로부터 배출하고, 공정을 재시동하기 위하여 용융 금속의 충진을 주챔버 내로 공급할 수 있도록 전로를 통하여 깨끗한 유동 경로를 형성하는, 열원들을 사용함으로써 회복하는 것이 가능하다는 인식에 기반한다.
본 발명은, 금속함유 물질을 제련하고 용융 금속을 생산하기 위한 주챔버, 및 전로 연결부를 통하여 주제련 챔버에 연결된 전로를 포함하며, 적어도 전로 연결부를 막는 동결 슬래그를 포함하고 있는 제련 용기에서 제련 공정을 시동하는 방법(이 용어는 "재시동"을 포함함)을 제공하되, 공정을 시동하는 방법은 동결 슬래그를 가열하는 단계, 및 용융 슬래그를 형성하는 단계, 및 용융 슬래그를 전로 연결부로부터 전로를 통하여 배출하는 단계, 및 전로 연결부를 관통하는 깨끗한 유동 경로를 형성하는 단계, 및 이후 용융 금속의 충진을 주챔버 내로 전로 연결부를 통하여 공급하는 단계, 및 공정에 원료물질들을 공급하는 단계, 및 금속함유 물질을 제련하는 단계, 및 용융 금속을 생산하는 단계를 포함하는 일련의 단계들에 의하여 제련 공정을 고온 시동하는 단계를 포함한다.
방법은 전로의 가장 낮은 영역에서 전로 단부-배출구 탭홀을 통하여 용융 슬래그를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 전로 연결부로부터 용융 슬래그를 용이하게 배출하기 위하여 주챔버를 가압하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 전로 연결부 내의 동결 슬래그를 산소-농축 가스 버너들 및/또는 산소 피침들을 통하여 가열하고 용융하는 단계를 포함할 수 있다.
전로 연결부 내에 동결 슬래그 및 상기 주챔버 내에 동결 슬래그가 있는 경우에, 방법은 주챔버 및 전로 연결부 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 주챔버 내의 동결 슬래그를 주챔버용 버너 시스템으로부터의 열에 의하여 가열하고 용융시키는 단계를 포함할 수 있다. 버너 시스템은 공기 또는 산소-공기 혼합물을 사용하는 연료 가스 버너 시스템일 수 있다. 버너 시스템은 표준 공정 시동 중에 주챔버를 예열하는데 사용되는 시스템일 수 있다.
전로 연결부 내에 동결 슬래그 및 전로 내에 동결 슬래그가 있는 경우에, 방법은 전로 및 전로 연결부 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 전로 내의 동결 슬래그를 용융시키기 위하여 가스 버너들 및/또는 산소 피침들을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
주챔버, 전로 연결부, 및 전로 내에 동결 슬래그가 있는 경우에, 방법은 주챔버, 전로, 및 전로 연결부 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계를 포함할 수 있다. 가열 단계들의 순서는 주챔버 내의 동결 슬래그의 양 및 주챔버의 크기와 같은 인자들에 따라서 요구되는 바에 따라 선택될 수 있다. 예를 들면, 전로 내의 동결 슬래그를 가열하는 것을 개시하기 전에 주챔버 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 것을 개시하는 시기 예측을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 것은 항상 되는 것이 아닐 수 있다.
예를 들면, 주챔버, 전로 연결부, 및 전로 내에 동결 슬래그가 있는 경우에, 방법은,
(a) 주챔버 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계;
(b) 전로 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계;
(c) 전로로부터 용융 슬래그를 배출하는 단계;
(d) 전로 연결부 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계;
(e) 전로 연결부 및 주챔버로부터 전로를 통하여 용융 슬래그를 배출하고 전로 연결부를 관통하는 깨끗한 유동 경로를 형성하는 단계; 및
(f) 용융 금속의 충진을 전로 연결부를 통하여 주챔버 내로 공급하는 단계, 및 공정에 원료물질들을 공급하는 단계, 및 금속함유 물질을 제련하는 단계, 및 용융 금속을 생산하는 단계를 포함하는 일련의 단계들에 의하여 제련 공정을 고온 시동하는 단계를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로, 방법은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다
(i) 주챔버를 (통상적으로 초기에 고온 금속을 충진하기 전에 예열하는데 사용되는 동일한 수단에 의하여) 가열하는 단계 및 주챔버 내의 동결 슬래그를 용융시키는 단계. 이러한 것은 보통 주챔버 내에서 공기 또는 및 산소-공기 혼합물을 사용하는 연료 가스 버너 시스템과 관련될 것이다. 현 조건들 하에서 이러한 가열 단계의 목적은 나중에 전로를 통한 배출을 위하여 주챔버 내에 용융 슬래그를 생성시키는 것이다. 용융 슬래그는 상대적으로 느리기 때문에, 이러한 단계는 통상 먼저 개시되고, 전로 및 전로 연결부의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 아래의 (ii) 내지 (iv) 단계들과 병렬로 수행된다. 그러나, 이러한 것이 항상 될 수 있는 것은 아니며, 주챔버 내의 동결 슬래그를 용융시키기 전에 전로 및 전로 연결부로부터 동결 슬래그를 제거하는 것이 바람직한 경우들이 있을 수 있다.
(ii) 가스 버너들 및/또는 산소 피침들을 이용하여 전로의 상부(즉, 개구)를 가열하는 단계. 본 단계의 목적은 전로의 주부(main part)에서 용융 슬래그를 생성하는 것이다.
(iii) 용융 슬래그를 전로 단부-배출 탭홀(즉, 전로 공동에서 가장 낮은 점에 있는 탭홀)로부터 배출시킴으로써, 전로와 주챔버 간의 막힌 전로 연결부에 직접적으로 접근 가능하게 하는 실질적으로 빈 전로를 생성하는 단계.
(iv) 전로 연결부 영역으로부터 (전로 단부-배출 탭홀을 통하여) 슬래그를 용융시키고 제거할 목적으로, 전로 연결부의 전로 측면으로부터 열을 발생시키도록 위치된 산소농축 가스 버너들 및/또는 산소 피침들을 사용하여 막힌 전로 연결부에 열을 가하는 단계. 이 단계는 배출될 주챔버 내에 용융 슬래그를 위한 경로가 형성되는 것을 초래한다.
(v) (i)단계에서 생성된 용융 슬래그를, 전로 및 전로 연결부를 통하여 제련 용기 내로 신생 고온 금속을 충진하기 위한 전로 및 주챔버 내에, 전로 연결부를 통하는 깨끗한 유동 경로를 재형성하기에 충분한 양으로, 주챔버로부터 전로 단부-배출 탭홀을 통하여 배출하는 단계. 본 단계는 용융 슬래그를 전로 연결부로부터 용이하게 배출하도록 주챔버를 가압하는 단계를 포함할 수 있다.
(vi) 신생 고온 금속을 전로 및 전로 연결부를 통하여 주챔버 내로 충진함으로써 공정, 및 주챔버 내에서 제련을 재시동하는 순차적인 단계들을 시동하는 단계.
방법은 주챔버 및/또는 전로 내에 형성된 용융 슬래그의 액상 온도를 제어하기 위하여 주챔버 및/또는 전로에 석회 또는 다른 물질들을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
공정이 HIsarna 공정인 경우에 공정을 시동하는 단계들은,
(a) 적어도 제련 용기의 주챔버를 예열하는 단계,
(b) 주챔버에 용융 금속의 충진을 첨가하는 단계,
(c) 주챔버에 산소함유 기체를 공급하는 것을 개시하는 단계,
(d) 주챔버에 탄소질 물질을 공급하는 것을 개시하는 단계,
(e) 탄소질 물질의 발화를 감시하는 단계, 및
(f) 발화가 발생된 것을 확립한 후에, 금속함유 원료물질 및 산소함유 기체를 제련 선회기 내로 공급하는 단계, 및 제련기 내에서 물질의 순환 유동을 생성하는 단계, 및 주챔버로부터 제련기 내로 상방으로 유동하는 가연성 기체를 연소하는 단계, 및 제련기 내의 금속함유 원료물질을 부분적으로 환원하고 용융시키는 단계, 그럼으로써 부분 환원된 용융된 금속함유 원료물질이 선회기로부터 용기 내의 금속 및 슬래그의 용융조 내로 하방으로 유동하고 욕조 내에서 용융 금속으로 제련되는 것을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
발화가 발생된 것을 확립한 후에, HIsarna 공정을 시동하는 단계들은 용융 금속 상에 슬래그를 형성하기 위하여 주챔버에 슬래그 또는 슬래그 형성 물질을 공급하는 것을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른, 적어도 용기의 전로 연결부에서 용융 슬래그를 포함하는 제련 용기에서 제련 공정을 시동하는 방법의 일 구현예가 첨부되는 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1은 HIsarna 공정의 일 구현예에 따른 금속함유 물질을 제련하고 용융 금속을 생산하기 위한 HIsarna 장비의 개략도이다.
도 2는 HIsarna 공정이 정상 작동하고 용융 금속을 생산하고 있는 경우에 용기 내 용융 금속 및 용융 슬래그 수위들을 도시하는, 도 1에 도시된 제련 용기의 단면도이다.
도 3은 제련 용기의 단부-탭이 슬래그 제거에 대하여 성공적이지 못해서 용기가 동결 슬래그를 함유하고 있는 경우에, 제련 용기의 조건을 개략적으로 도시하는, 도 1에 도시된 제련 용기의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 HIsarna 공정을 재시동하는 방법의 일 구현예에 따른, 동결 슬래그를 용융하기 위하여 주챔버 내의 열원에 의하여 용기의 주챔버를 재가열하는 단계 중 용기의 조건을 개략적으로 도시하는, 도 1에 도시된 제련 용기의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 HIsarna 공정을 재시동하는 방법의 나중 단계 중 용기의 조건을 개략적으로 도시하는, 도 1에 도시된 제련 용기의 단면도이다.
HIsarna 공정은 금속함유 원료물질을 제련하고 용융 금속, 용융 슬래그, 및 이탈가스(off-gas)의 공정 산출물들을 생산한다. HIsarna 공정에 대한 이하의 설명은 철광석의 형태인 금속함유 물질의 제련의 맥락에서 이루어진다. 본 발명은 이러한 종류의 금속함유 물질에 한정되지 않는다.
도 1에 도시된 HIsarna 장비는 제련 선회기(2) 및 제련 선회기(2) 바로 밑에 위치된 주챔버(19)를 구비하는 용융조 기반 제련 용기(4)를 포함하되, 제련 선회기(2)와 제련 용기(4)의 챔버들 간은 직접적으로 연통된다.
도 1을 참조하면, 제련 활동의 정상상태 작동 중에, 6 mm의 최대 크기를 가지는 자철석 기반 광석(또는 다른 철광석) 및 석회석(1)과 같은 용제(flux)의 혼합물이 광석 건조기를 통하여, 기상(pneumatic) 운반 기체(1a)와 함께, 제련 선회기(2) 내로 공급된다. 석회석은 광석 및 석회석의 혼합된 유동의 대략 8 내지 10 중량%를 나타낸다. 산소(8)는 광석을 예열하고 부분적으로 용융하고 부분적으로 환원하기 위하여 통풍구들을 통하여 제련 선회기(2) 내로 주입된다. 또한, 산소(8)는 제련 용기(4)로부터 제련 선회기(2) 내로 상방으로 유동하는 가연성 기체를 연소시킨다. 부분 용융되고 부분 환원된 광석은 제련 선회기(2)로부터 제련 용기(4)의 주챔버(19) 내의 금속 및 슬래그의 용융조(25) 내로 하방으로 유동한다. 부분 용융되고 부분 환원된 광석은 용융조(25)에서 용선(molten iron)을 형성하도록 제련된다. 석탄(3)은, 독립적인 건조기를 통하여, 제련 용기(4)의 주챔버(19) 내로 공급된다. 석탄(3) 및 운반 기체(2a)는 피침들(35)을 통하여 주챔버(19) 내의 금속 및 슬래그 용융조(25) 내로 주입된다. 석탄은 환원제 공급원 및 에너지 공급원을 제공한다. 도 1 내지 도 5는, 층(25a)은 용융 금속층이고 층(25b)은 용융 슬래그층인 2개의 층을 이루는 용융조(25)을 도시한다. 도면들은 일정한 깊이로 층들을 도시한다. 이러한 것은 단지 도시를 위한 것이며, HIsarna 공정의 작동에서 잘 교반되고 잘 혼합된 욕조가 어떠한 것인지를 정확하게 표시하는 것은 아니다. 용융조(25)의 혼합은 CO 및 H2와 같은 기체를 생성하는, 욕조에서 석탄의 탈휘발화로부터 기인하여, 용융조(25) 위에 있는 주챔버(19)의 상부 공간 내로 용융조로부터의 기체 및 비말동반된 물질의 상방 이동을 발생시킨다. 주챔버(19)의 상부 공간 내에 용융조(25)에서 생성되고 용융조(25)으로부터 방출된 그러한 기체들 중 일부, 통상적으로 CO 및 H2를, 후연소하고 욕조에서 제련 공정에 필요한 열을 제공하기 위하여, 산소(7)는 피침들(37)을 통하여 주챔버(19) 내로 주입된다.
제련 활동 중 HIsarna 공정의 정상 작동은 (a) 제련 용기(4)의 주챔버(19) 내로 피침들(35)을 통하여 석탄 주입 및 피침들(37)을 통하여 산소 주입 및 (b) 제련 선회기(2) 내로 광석 주입(7) 및 부가적인 산소 주입(8)을 수반한다.
제련 용기(4)의 주챔버(19) 내로의 석탄 및 산소 공급 비율들, 및 제련 선회기(2) 내로의 광석 및 산소 공급 비율들, 및 주챔버(19)로부터 열손실들을 포함하지만 여기에 한정되지 않는 작동 조건들은, 이탈가스 배출구 덕트(9)를 통하여 제련 선회기(2)에서 방출되는 이탈가스가 적어도 90%의 후연소 정도를 갖도록 선택된다.
제련 선회기(2)의 이탈가스는, 잔류 CO/H2를 태우고 완전 연소된 연도가스에서 임의의 정도의 유리 산소(통상적으로 1 내지 2%)를 제공하기 위하여 부가적인 산소(11)가 주입되는, 이탈가스 소각로(10)로 이탈가스 덕트(9)를 통하여 통과한다.
이어서, 완전 연소된 이탈가스는 가스가 냉각되고 증기가 생성되는 폐열 회수 구역(12)을 통과한다. 이어서, 연도가스는 냉각 및 먼지 제거가 이루어지는 습식 세척기(13)를 통과한다. 결과적인 폐기물(14)은 광석 공급 유동(1)을 통하여 제련기에 재활용용으로 사용가능하다.
세척기(13)에서 방출되는 냉각된 연도가스는 연도가스 탈황화 유닛15)으로 공급된다.
이어서, 깨끗한 연도가스는 스택(16)을 통하여 송풍된다. 이러한 가스는 주로 CO2로 구성되고, 적절하다면, 압축될 수 있고 (잔류 불응축 가스 종의 적절한 제거와 함께) 지질-격리될 수 있다.
도 2를 특히 참조하면, 제련 용기(4)는 주챔버(19)를 정의하는 수냉식 패널들에 의하여 주로 정의되는 내화성-내막 노상(33) 및 측벽들(41)을 포함한다. 또한, 제련 용기(4)는 전로 연결부(23)를 통하여 주챔버(19)에 연결되는 전로(21)를 포함한다.
HIsarna 공정의 제련 활동 과정 중에, 주챔버(19)에서 생산된 용융 금속은 주챔버(19)로부터 전로 연결부(23) 및 전로(21)를 통하여 방출된다.
또한, 전로(21) 및 전로 연결부(23)는 HIsarna 공정의 고온 시동 중에 주챔버(19)로 용융 금속의 충진의 공급을 위한 통로를 제공한다.
도 2에 도시된 공정 및 장비는, 용융조(25)이 전술된 바와 같이 잘 교반되는 정상 작동에서 정성화의 대상이 되는, 제련 용기(4)에서 HIsarna 제련 공정의 정상 작동을 도시한다. 정상상태(steady-state) 정상 작동 조건들 하에서, 전로(21) 및 전로 연결부(23)는 용융 금속을 함유하고 있다. 정상 압력계 과유(overflow) 시스템은 주챔버(19) 내의 용융 금속 수위를 실질적으로 일정하게 유지하도록 전로 테두리(5) 위로 넘치는 (생산으로부터의) "과도한" 금속에 의하여 기능한다.
도 2를 참조하면, 예를 들면, 제련 활동의 마지막에, 제련 용기(4)의 정상 단부-탭핑은 주챔버(19)로부터 용융 슬래그(25b)를 슬래그-배출 탭홀(41)(탭홀(41)은 도 2에서 독자를 향하여 지면 밖으로 배향됨)에 의하여 우선 배출되는 것을 수반한다. 이어서, 용융 금속(25a)은 주챔버(19), 전로 연결부(23), 및 전로(21)로부터, 주챔버(19)의 금속 및 슬래그 모두를 실질적으로 제거하여 주챔버(19)를 비우면서, 특히, 전로(23)를 비우고, 전로 연결부(23)를 비우면서 주챔버(19) 내 (또한 지면 밖으로 배향된) 단부-배출 탭홀(36)을 통하여 배출된다. 전로 단부-배출 탭홀(39)은 이러한 조건들 하에서는 보통 사용되지 않는다.
도 3은 단부 탭이 슬래그 제거에 대해 성공적이지 못한 경우의 제련 용기(4)를 도시한다. 이러한 상황에서, 부분적으로 또는 완전히 동결된 슬래그(27)는 주챔버(19)의 하부에 자리하며 전로 연결부(23) 및 전로(21)의 하부를 충진한다.
제련 용기(4)가 도 3에 도시된 바와 같이 동결 슬래그(27)를 함유하고 있는 경우에, HIsarna 공정을 재시동하기 위해서는, 동결 슬래그를 주챔버(19), 전로 연결부(23), 및 전로(21)로부터 제거하는 것이 필요하다. 이러한 것은 본 발명에 따라 동결 슬래그를 용융시키고, 전로(21)를 통하여 용융된 슬래그를 제련 용기(4)로부터 배출하며, 공정을 고온 시동하기 위한 일련의 단계들 중 하나로서 전로(21) 및 전로 연결부(23)를 통하여 주챔버에 용융 금속의 충진을 공급할 수 있도록 전로 연결부(23) 및 전로(21)를 관통하는 깨끗한 유동 경로를 형성하는, 열원들을 사용함으로써 달성된다.
도 4 및 도 5에 부분적으로 도시된, 이러한 상황에서 HIsarna 공정을 재시동하는 방법의 일 구현예는,
(a) 주챔버(19) 내의 동결 슬래그(27)를 가열하고 용융시키는 단계;
(b) 동시에 또는 (a)단계의 개시 이후에, 전로(21) 내의 동결 슬래그(27)를 가열하고 용융시키는 단계;
(c) 용융 슬래그를 (또한 지면 밖으로 배향된) 전로 단부-배출 탭홀(39)을 통하여 전로로부터 배출하는 단계;
(d) 전로 연결부(23) 내의 동결 슬래그(27)를 가열하고 용융시키는 단계;
(e) 용융 슬래그를 전로 연결부(23) 및 주챔버(19)로부터 전로 단부-배출 탭홀(39)을 통하여 배출하는 단계 및 전로 연결부를 관통하여 깨끗한 유동 경로를 형성하는 단계; 및
(f) 용융 금속의 충진을 전로(21) 및 전로 연결부(23)를 통하여 주챔버(19) 내로 공급하는 단계를 포함하는 일련의 단계들, 및 원료물질을 공급하고 금속함유 물질을 제련하고 용융 금속을 생산하는 것을 재개시하는 다른 단계들에 의하여 HIsarna 공정을 고온 시동하는 단계를 포함한다.
도 4는 위에서 기재된 (a)단계 중에, 용융 슬래그(29) 풀(pool)을 계속해서 생산하기 위하여 열원(33)에 의하여 주챔버(19) 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 제련 용기(4)를 도시한다.
또한, 도 4는 위에서 기재된 (b)단계 중에, 전로(21) 내의 용융 슬래그 풀(pool)(45)을 계속해서 생산하기 위하여 열원(43)에 의하여 전로(23) 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 제련 용기(4)를 도시한다.
위에서 기재된 (c)단계에서, 용융 슬래그(45)는 전로 단부-배출 탭홀(39)을 통하여 배출에 의하여 전로(21)로부터 배출될 수 있다. 도 5는 용융 슬래그가 전로(21)로부터 배출된 이후의 전로(21)를 도시한다. 이러한 상태에서, 전로가 비었기 때문에, 전로 연결부(23) 내의 동결 슬래그로의 접근이 가능하다.
도 5는 동결 슬래그를 용융시키고 깨끗한 전로 연결부(23)를 형성하기 위하여 전로 연결부(23) 내의 동결 슬래그에 열원(37)을 적용하는, 위에서 기재된 (d)단계를 도시한다. 열원(37)은 공기-산소-연료 버너 및/또는 산소 피침들일 수 있다. 필요하다면, 가시선(line-of-sight) 접근이 전로(21)의 우측 벽을 통하여 가능할 수 있다(미도시).
전로(21)와 주챔버(19) 내의 용융 슬래그(29) 사이에 깨끗한 전로 연결부(23)를 형성하는 경우에, 위에서 기재된 (e)단계가 실행될 수 있다. 이러한 단계는 주챔버(19)로부터 용융 슬래그의 대량 제거를 수반한다. 이러한 것은 위에서 기재된, 즉, 고온 금속의 충진을 전로(21) 및 전로 연결부(23)를 통하여 주챔버(19) 내로 공급하는 단계, 및 이후에 슬래그 형성제들, 석탄, 및 산소와 같은 원료물질들을 주챔버 내로 공급하는 단계, 및 용융 슬래그 및 용융조의 교반 및 이탈가스들 및 이탈가스들의 후연소에 의한 열을 생성하는 단계, 및 이후에, 금속함유 물질 및 산소와 같은 원료물질들을 제련 선회기로 공급하는 단계, 및 금속함유 물질을 부분 용융하고 환원하는 단계를 포함하는 일련의 단계들에 의하여 HIsarna 공정을 재시동하는 (f)단계에 대한 적합한 조건들의 확립에 이른다.
본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다수의 변형들이 전술된 본 발명의 공정의 구현예에 대하여 이루어질 수 있다.
전술된 구현예는 HIsarna 공정에 초점을 맞춘다. 본 발명은 HIsarna 공정에 한정되지 아니하고, 용융 금속을 제거하기 위한 전로를 포함하는 직접 제련 용기에서 임의의 용융조 기반 공정에 확장된다. 예시로서, 본 발명은 HIsmelt 공정으로 확장된다. 위에 표시된 바와 같이, HIsmelt 공정은 본 출원인의 이름으로 다수의 특허들 및 특허 출원들에서 설명된다. 예시로서, HIsmelt 공정은 본 출원인의 이름으로 국제 출원 PCT/AU96/00197에서 설명된다. 국제 출원에 제출된 특허의 명세서의 개시는 상호 참조에 의하여 본 명세서에 포함된다.

Claims (9)

  1. 금속함유 물질을 제련하고 용융 금속을 생산하기 위한 주챔버, 및 전로 연결부를 통하여 상기 주챔버에 연결된 전로를 포함하며, 적어도 상기 전로 연결부를 막는 동결 슬래그를 함유하고 있는 제련 용기에서 제련 공정을 시동하는 방법으로서, 상기 공정을 시동하는 방법은 동결 슬래그를 가열하는 단계, 및 용융 슬래그를 형성하는 단계, 및 용융 슬래그를 상기 전로 연결부로부터 상기 전로를 통하여 배출하는 단계, 및 상기 전로 연결부를 관통하는 깨끗한 유동 경로를 형성하는 단계, 및 그 이후 상기 전로 연결부를 통하여 용융 금속의 충진을 상기 주챔버 내로 공급하는 단계, 상기 공정에 원료물질들을 공급하는 단계, 및 상기 금속함유 물질을 제련하는 단계, 및 용융 금속을 생산하는 단계를 포함하는 일련의 단계들에 의하여 상기 제련 공정을 고온 시동하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전로의 가장 낮은 영역에서 전로 단부-배출구 탭홀을 통하여 용융 슬래그를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전로 연결부 내의 동결 슬래그를 산소-농축 가스 버너들 및/또는 산소 피침들을 통하여 가열하고 용융시키는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전로 연결부 내에 동결 슬래그 및 상기 주챔버 내에 동결 슬래그가 있는 경우에, 상기 방법은 상기 주챔버 및 상기 전로 연결부 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주챔버 내의 동결 슬래그를 주챔버용 버너 시스템으로부터의 열에 의하여 가열하고 용융시키는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전로 연결부 내에 동결 슬래그 및 상기 전로 내에 동결 슬래그가 있는 경우에, 상기 방법은 상기 전로 및 상기 전로 연결부 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주챔버, 상기 전로 연결부, 및 상기 전로 내에 동결 슬래그가 있는 경우에, 상기 방법은 상기 주챔버, 상기 전로, 및 상기 전로 연결부 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계들을 포함하는 것인, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    (a) 상기 주챔버 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계;
    (b) 상기 전로 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계;
    (c) 상기 전로로부터 용융 슬래그를 배출하는 단계;
    (d) 상기 전로 연결부 내의 동결 슬래그를 가열하고 용융시키는 단계;
    (e) 상기 전로 연결부 및 상기 주챔버로부터 상기 전로를 통하여 용융 슬래그를 배출하고 상기 전로 연결부를 관통하는 깨끗한 유동 경로를 형성하는 단계; 및
    (f) 용융 금속의 충진을 상기 전로 연결부를 통하여 상기 주챔버 내로 공급하는 단계, 및 상기 공정에 원료물질들을 공급하는 단계, 및 상기 금속함유 물질을 제련하는 단계, 및 용융 금속을 생산하는 단계를 포함하는 일련의 단계들에 의하여 상기 제련 공정을 고온 시동하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속함유 물질은 철-함유 물질을 포함하는 것인, 방법.
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