KR102374981B1 - 전기로 및 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원 방법 - Google Patents

Abstract

이 전기로는, 1개 이상의 상부 전극과, 1개 이상의 저취 송풍구와, 임펠러를 구비하는 기계식 교반기와, 산화철 함유 철원료를 투입하는 투입 장치를 구비한다.

Description

전기로 및 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원 방법

본 발명은, 산화철 함유 철원료를 사용하여 용선을 제조하는 전기로, 및 그 전기로를 사용한 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원 방법에 관한 것이다.

본원은, 2017년 10월 23일에, 일본에 출원된 특허출원 제2017-204540호 에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

철광석이나, 제철소에서 발생한 더스트로부터 환원철을 제조하는 직접 환원 제철법에서는, 환원로 형식에 대해서는 샤프트로, 로터리 킬른, 회전노상로, 유동층 등이 사용되고, 환원제에 대해서는 천연가스, 석탄 등이 사용되고 있다. 이들 조합에 의한 각종 제철 프로세스가 제안되고, 공업화되어 있다.

또한, 이들 직접 환원 제철법 중, 환원로 형식이 샤프트로에서 환원제로서 천연가스를 사용하는 방법, 또는 환원로 형식이 회전노상로에서 환원제로서 석탄을 사용하는 방법에 의해 제조된 산화철 함유 철원료를 사용하여 용선을 제조하는 방법으로서, 환원율이 높은 산화철 함유 철원료를 아크로에 있어서 용해하고, 용선을 제조하는 방법이 현재 가장 주류를 이루고 있다.

그러나, 환원율이 높은 산화철 함유 철원료를 제조하기 위해서는 다량의 환원제를 사용하고, 산화철의 환원 반응이 거의 완수될 때까지의 체류 시간이 필요하기 때문에, 천연가스 비산출국에 있어서는 비용과 생산성의 관점에서 그 채용이 어렵다. 그래서, 이들 직접 환원로에서 환원율이 높은 산화철 함유 철원료를 제조하는 것이 아니라, 직접 환원로는 예비 환원로로 하고, 이 예비 환원로에서 예비 환원을 행하여 제조한 환원율이 비교적 낮은 산화철 함유 철원료를, 아크로나 용해 전로를 사용하여 용해 및 환원하고, 용선을 제조하는 방법이 채용되고 있다. 특허문헌 1의 제66 페이지에는, 회전노상로(RHF)에서 예비 환원된 반환원철을 포함하는 혼합물 원료(펠릿 또는 분립상 혼합물 원료)가 서브머지드 아크로(SRF)에 장입되고, 최종 환원과 용해를 목적으로 한 마무리 정련이 행해진다고 기재되어 있다. SRF에서는 산소 가스와 석탄이 공급되고, 용선과 회수 가스가 얻어진다. 또한, SRF에서는 노(爐)의 기동 시에는 용선 등의 종탕의 장입을 필요로 하지만, 정상 조업 상태에서는 노 내 철욕의 존재에 의해 그 필요는 없다. 특허문헌 2에는, 전로에서 발생하는 더스트에 탄재를 내장시켜 괴성화하고, 예비 환원로에서 고온 가열하여 내장 탄재를 환원재로서 예비 환원 후, 고온 상태에서 철함유 냉재의 일부로서 종탕이 존재하는 용해 전용 전로에 공급하고, 재사용하는 방법이 개시되어 있다.

예비 환원하여 제조한 산화철 함유 철원료를, 종탕이 존재하는 아크로 내에 투입하여 용해 및 환원하고, 용선을 제조하기 위한 방법에 있어서, 투입된 산화철 함유 철원료는, 어떠한 고안을 실시하지 않는 한, 예를 들어 용선의 교반이 없는 경우, 비중이 작기 때문에 용선면에 부유된 상태에서 용해 및 환원된다. 또한, 산화철 함유 철원료는 CaO, SiO₂ 등의 슬래그 성분을 함유하기 때문에, 용해가 진행되면 용선면에 슬래그가 부유하고, 노 위로부터 투입된 원료가 슬래그에 포착되어 용선과의 접촉을 저해하기 때문에 용해되지 않아, 철 수율의 저하를 초래한다. 투입된 산화철 함유 철원료의 용해와 환원을 촉진하기 위해서는, 투입된 산화철 함유 철원료를, 가능한 한 고온부를 이용함과 함께, 유동 제어에 의해 용선에 혼입시켜, 원료를 용해 및 환원하는 방법을 들 수 있다.

산화물 원료를, 직류 전기로 또는 교류 전기로의 아크에 의한 고온 영역으로 투입하고, 저취 교반을 부여하여 용해 및 환원하는 방법에 대해서는 종래부터 다양한 제안이 이루어져 있다.

예를 들어, 특허문헌 3에는, 3상 교류 전기로를 사용한 금속 산화물의 용융 환원 방법의 발명이 기재되어 있다. 그 발명은, 3상 교류 전기로에 있어서, 분말상의 금속 원료 광석, 예로서 크롬 광석을 아크의 형성 영역으로 공급하고, 아크 열에 의해 금속 원료 광석을 용해하고, 또한, 전기로의 노저부에 가스 흡입 노즐을 배치하여 전기로 내의 용탕에 가스를 불어 넣는 것을 특징으로 하는 전기로 정련법에 관한 것이지만, 크롬 광석의 환원에 따른 방법이며, 슬래그 내 환원제와 원료 광석의 접촉에 의한 환원 반응 향상 효과와 용탕과 원료 광석의 접촉에 의한 환원 반응 향상 효과의 분리가 불명료하다.

특허문헌 4에는, 제강용 아크로에 있어서, 탄소 함유 연료 및 산소 함유 가스를 불어 넣음과 함께, 아크로 저부에 배치된 노즐에 의해 산소를 공급하는 방법이 개시되어 있다. 3개의 전극을 갖는 아크로를 사용하여, 광석, 예비 환원 광석 등을, 중공 전극을 통해 불어 넣고, 금속 용융물을 생성할 때에 저취 교반을 부여한다는 기재가 있지만, 아크가 만드는 고온장에 있어서의 광석, 예비 환원 광석의 개수의 집중도나, 노저에 있어서의 저취 노즐의 위치 관계, 투입 원료의 수율에 대해서는 언급되어 있지 않다.

국제 공개 WO01/018256호 일본 특허 공개 제2000-45012호 공보 일본 특허 공개 평1-294815호 공보 일본 특허 공개 소63-125611호 공보

예비 환원하여 제조한 산화철 함유 철원료를, 종탕 위에 투입하여 용해 및 환원하고, 용선을 제조하는 전기로에 관하여, 종래 알려져 있던 전기로에서 노저부로부터 용철 내에 가스를 불어 넣어 교반하면서 산화철 함유 철원료를 투입하는 방법을 채용하여도, 용선에 혼입시켜 충분히 용선과 혼합시킬 수 없다. 또한, 비중이 작은 산화철 함유 철원료를 상부 전극의 아래에 있는 고온 탕면부에 체류시킬 수도 없어, 철 수율의 향상 효과가 충분하지 않았다.

본 발명은, 산화철 함유 철원료를 종탕 용선 위로 투입하여 용해 및 환원하는 전기로이며, 철 수율이 높은, 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원을 가능하게 하는 전기로와, 그 전기로를 사용한 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 요지로 하는 바는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 형태에 따른 전기로는, 1개 이상의 상부 전극과, 1개 이상의 저취 송풍구와, 임펠러를 구비하는 기계식 교반기와, 산화철 함유 철원료를 투입하는 투입 장치를 구비한다.

(2) 상기 (1)에 기재된 전기로에 있어서 이하의 구성을 채용해도 된다: 상기 저취 송풍구를 3개 이상 갖고; 상기 상부 전극을 복수개 갖고; 평면에서 볼 때, 상기 각 상부 전극의 중심과 상기 임펠러의 중심을 연결하는 각 선분 중에서 가장 짧은 선분을 3등분하는 2점 중에서, 상기 임펠러에 가까운 측의 점에서 당해 선분과 직교하는 직선을 그었을 때, 상기 각 저취 송풍구 중 적어도 3개 이상의 상기 저취 송풍구의 중심이, 상기 직교하는 직선보다도 상기 각 상부 전극에 가까운 측에 있다.

(3) 상기 (2)에 기재된 전기로에서는, 상기 평면에서 볼 때, 상기 각 상부 전극의 모든 중심과, 상기 투입 장치의 원료 투입구가, 상기 직교하는 직선보다도 상기 각 상부 전극에 가까운 측에 있는 3개 이상의 상기 저취 송풍구의 각 중심을 연결하는 다각형의 내측에 있어도 된다.

(4) 본 발명의 일 형태에 따른 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원 방법은, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 전기로를 사용한다. 이 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원 방법에서는, 용탕이 존재하는 상기 전기로 내에, 철의 금속화율이 45％ 이상 95％ 이하인 상기 산화철 함유 철원료를 상기 투입 장치로부터 투입하여 용해 및 환원할 때, 상기 기계식 교반기의 상기 임펠러를 상기 용탕 내에 침지하여 회전시킴으로써, 상기 용탕의 표면에 있는 슬래그 및 상기 용탕을 교반한다.

본 발명의 상기 양태에 의하면, 산화철 함유 철원료를 용선 위에 공급하고, 용해 및 환원하여 용선을 제조할 때 사용하는 전기로에 있어서, 저취 송풍구로부터의 가스 흡입에 의해 슬래그 및 산화철 함유 철원료와 용선과의 혼합을 촉진하는 저취 교반과, 임펠러를 회전시킴으로써 용선 위에 부유하는 슬래그 및 산화철 함유 철원료를 용선 내에 혼입시키는 기계 교반을 겸비함으로써, 높은 철 수율로 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원이 가능해진다.

또한, 저취 송풍구를 3개 이상으로 하고, 평면에서 볼 때, 각 저취 송풍구의 중심끼리를 연결하는 다각형의 내측에 상부 전극과 산화철 함유 철원료의 투입구를 배치하고, 산화철 함유 철원료를 그 다각형의 내측에 공급함으로써, 산화철 함유 철원료가 상부 전극 바로 아래 근방의 고온부에 투입되며, 또한, 그 고온부로부터 바로 측벽측으로 이동되어버리는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원이 촉진된다. 또한, 상부 전극 바로 아래 근방의 고온부로부터 이격된 장소에 설치한 임펠러를 회전시킴으로써, 그 고온부로부터 이동된 슬래그 및 용해 및 환원되지 않은 산화철 함유 철원료를 용선 내에 혼입시킬 수 있으므로, 슬래그 내 FeO의 환원이나 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원이 한층 촉진되어, 높은 철 수율을 안정적으로 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 있어서의 전기로의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2a는 상기 전기로의 평단면도이다.
도 2b는 본 발명에 있어서의 전기로의 다른 예를 나타내는 평단면도이다.
도 3은 도 2a의 전기로를 나타내는 도면이며, 도 2a의 A-A 화살표도이다.
도 4는 기계 교반이 없는 조업에 있어서, 저취의 유무가 용해 및 환원 처리 중의 슬래그 FeO 농도에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 5는 저취가 없는 조업에 있어서, 기계식 교반이 용해 및 환원 처리 중의 슬래그 FeO 농도에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 조업에 있어서, 저취와 기계식 교반의 양쪽이 용해 및 환원 처리 중의 슬래그 FeO 농도에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.

본 발명은, 산화철 함유 철원료를, 노 위로부터 종탕 용선 위로 투입하고, 아크 열과 종탕 용선의 접촉에 의해 용해 및 환원하고, 용선을 제조할 수 있는 전기로를 대상으로 한다. 또한, 노 위로부터 투입된 산화철 함유 철원료가 상부 전극에 의해 생성된 아크에 의한 고온부에 체류하며, 또한 당해 고온부의 외측에 설치한 기계식 교반기를 회전시켜, 산화철 함유 철원료 및 그 용해에 수반하여 생성되는 FeO 농도가 높은 슬래그의 용선 내로의 혼입을 가능하게 하고, 높은 철 수율로 용선을 제조할 수 있는 전기로를 제공한다.

본 발명은, 아크로로서 바람직하게는 직류 아크로를 적용한다. 본 발명은, 교류 아크로에도 적용 가능하다. 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 이하, 직류 아크로를 예로 들고, 도 1 내지 도 3을 이용하여 상세히 설명한다.

본 실시 형태의 전기로(1)는, 1개 이상의 상부 전극(2)과, 1개 이상의 저취 송풍구(3)와, 임펠러(4)를 구비하는 기계식 교반기(5)와, 산화철 함유 철원료의 투입 장치(6)를 갖는다. 산화철 함유 철원료의 투입 장치(6)는, 그 장치 자체에 산화철 함유 철원료를 보유하고 있는 것이거나, 혹은, 그 장치 자체라고는 할 수 없어도, 그 장치에 산화철 함유 철원료를 공급할 수 있도록 산화철 함유 철원료를 보유한 용기와 반송 기구를 개재하여 연결되어 있는 것을 말한다. 도 1 내지 도 3에 도시한 예에서는, 2개의 상부 전극(2)과, 3개의 저취 송풍구(3)를 갖고 있다. 또한, 1대의 기계식 교반기(5)와, 1대의 투입 장치(6)를 갖고 있다. 도 1 내지 도 3은, 산화철 함유 철원료(13)를 공급하고, 용해 및 환원하여 용선을 제조할 때 사용하는 전기로(1)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 투입 장치(6)로부터 산화철 함유 철원료(13)가 투입되어 있다. 이 전기로(1)에서는, 상부 전극(2)이 용탕(11)의 표면과의 사이에 아크(14)를 형성하고, 저취 송풍구(3)로부터 용탕(11) 내에 가스를 불어 넣고, 용탕(11)의 교반을 행함과 함께 산화철 함유 철원료(13) 및 슬래그(12)와 용탕(11)의 혼합도 행한다. 기계식 교반기(5)의 임펠러(4)는 그 하반부가 용탕(11)에 침지된 상태에서 회전함으로써, 용탕(11)과, 슬래그(12) 및 산화철 함유 철원료(13)를 교반한다.

도 1에 도시한 전기로(1)는 직류 전기로이기 때문에, 노저 전극(10)을 갖고 있다. 상부 전극(2)으로서 중실 전극을 사용해도 된다. 산화철 함유 철원료(13)는, 투입 장치(6)의 원료 투입구(7)로부터 용탕(11)의 표면을 향해서 투입된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 기계식 교반기(5)는, 연직 방향을 따라 연장되는 샤프트(5a)와, 이 샤프트(5a)의 하단에 고정된 임펠러(4)와, 샤프트(5a)의 상부를 보유 지지하여 연직 축선 주위로 회전시키는 구동부(5b)를 구비한다. 임펠러(4)는, 연직 방향을 따른 중심(17)을 갖는 회전체이며, 그 주위에 예를 들어 4장의 날개를 갖고 있다. 임펠러(4)는 하방을 향해 끝이 가늘어지는 외형상을 갖고, 스스로가 회전함으로써 주위에 부유된 산화철 함유 철원료(13) 및 슬래그(12)를 혼입시키고, 그리고 하방을 향해 송출한다.

전기로(1)에 있어서, 이상의 기본 구성을 구비함으로써, 저취 송풍구(3)로부터의 가스 흡입에 의해 산화철 함유 철원료(13) 및 슬래그(12)와 용선과의 혼합을 촉진한다. 또한, 임펠러(4)를 회전시킴으로써, 용선 위에 부유하는 슬래그(12) 및 산화철 함유 철원료(13)를 용선(용탕(11)) 내에 혼입시킬 수 있다. 따라서, 높은 철 수율로 산화철 함유 철원료(13)의 용해 및 환원이 가능해진다.

단, 상부 전극(2)과 용탕(11) 사이에 아크(14)가 형성되고, 아크(14)의 근방에는 고온 영역 H가 형성되므로, 전기로(1) 내에 투입된 산화철 함유 철원료(13)를 신속하게 용해 및 환원하기 위해서는, 산화철 함유 철원료(13)의 원료 투입구(7)를 가능한 한 아크(14) 근방에 있는 고온 영역 H 가까이에 배치하고, 또한, 투입된 산화철 함유 철원료(13)를 고온 영역 H에 체류해 두는 것이 바람직하다. 그 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서의 바람직한 형태에서는, 평면에서 볼 때, 도 2a에 도시한 바와 같이, 상기 각 상부 전극(2)의 전극 중심(16)과 상기 기계식 교반기(5)의 임펠러(4)의 중심(17)을 연결하는 각 선분 중에서 가장 짧은 선분(20)을 3등분한다. 그리고, 이 선분(20)을 3등분하는 2점(21) 중, 임펠러(4)에 가까운 측의 점(21a)에서 당해 선분(20)과 직교하는 직선(22)을 긋는다. 그리고, 상기 각 저취 송풍구(3) 중 적어도 3개 이상의 송풍구(3)의 중심(18)이 상기 직교하는 직선(22)보다도 상부 전극(2)에 가까운 측에 있는 것, 그리고, 상부 전극(2)의 모든 전극 중심(16) 및 상기 산화철 함유 철원료의 투입 장치(6)의 전기로(1) 내의 원료 투입구(7)가, 상기 직교하는 직선(22)보다도 각 상부 전극(2)에 가까운 측에 있는 3개 이상의 송풍구(3)의 각 중심(18)을 연결하는 다각형(23)(본 예에서는 삼각형)의 내측에 있다.

저취 송풍구(3)의 배치는, 평면에서 볼 때, 상부 전극(2)의 전극 중심(16)과 임펠러(4)의 중심(17)을 연결하는 선분(20)을 3등분하는 2점(21) 중 임펠러(4)측의 점(21a)에서 당해 선분(20)과 직교하는 직선(22)을 그었을 때, 적어도 3개 이상의 송풍구의 중심(18)이 상기 직교하는 직선(22)보다도 상부 전극(2)에 가까운 측에 있도록 설치한다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 상부 전극(2)이 2개 이상 있을 때에는, 각 전극 중심(16)과 임펠러의 중심(17)을 연결하는 수평한 선분 2개 중에서 가장 짧은 쪽의 선분(20)을 3등분하는 2점(21) 중 임펠러(4)에 가까운 측의 점(21a)에서, 당해 선분(20)과 직교하고 또한 수평한 직선(22)을 기준으로 하면 된다. 도 2a에서는, 임펠러(4)와 각 상부 전극(2)이 횡 일렬로 배열된 상태에서, 3개의 저취 송풍구(3) 각각을 도시한 위치에 배치하고 있다. 또한, 이 직선(22)보다도 임펠러(4)에 가까운 측에, 다른 저취 송풍구가 있는 것을 배제하는 규정은 아니다.

또한, 임펠러(4)와 상부 전극(2)은 횡 일렬이 아니어도 된다. 그 일례로서, 도 2b에 임펠러(4)에 대해서 2개의 상부 전극(2)이 등거리에 있는 것을 나타낸다. 이 경우에도, 3개의 저취 송풍구(3)의 위치는, 임펠러(4)의 중심(17)과 전극 중심(16)을 연결하는 선분(20)을 3등분한 점(21)에서 그은 전술한 직선(22) 위치보다도 상부 전극(2)측에 위치하고 있다. 이 예에서는, 3개의 저취 송풍구(3)의 송풍구 중심(18) 위치를 서로 등거리로 하고 있지만, 반드시 등거리일 필요는 없다.

이 직교하는 직선(22)의 위치는, 전극 중심(16)과 임펠러의 중심(17)을 연결하는 선분(20)의 중점에서 직교하도록 긋는 쪽이, 상부 전극(2)의 바로 아래 근방의 고온 영역 H를 이용하여 산화철 함유 철원료(13)를 용해 및 환원하는 본 발명의 특징에 있어서, 보다 바람직하다고 할 수 있다.

또한 평면에서 볼 때, 1개 이상의 상부 전극(2)의 모든 전극 중심(16)과, 산화철 함유 철원료(13)의 투입 장치(6)의 전기로(1) 내의 원료 투입구(7)가, 상기 직교하는 직선(22)보다도 상부 전극(2)측에 있는 3개 이상의 저취 송풍구(3)의 중심(18)을 연결하는 다각형(23)의 내측에 있을 것을 요한다. 저취 송풍구(3)의 위치와 전극 중심(16) 및 원료 투입구(7)와의 관계를 이와 같이 정함으로써, 각 저취 송풍구(3)로부터 흘리는 저취 가스는, 그들 송풍구의 중심(18)을 연결하는 다각형(23)의 중심부를 향하는 흐름(도 2a 및 도 3의 부호 F1 참조)을 형성하고, 그 다각형(23) 내에 투입된 산화철 함유 철원료(13)가 고온 영역 H의 가까이에 체류함으로써, 산화철 함유 철원료(13)의 용해 촉진 효과가 기대되기 때문이다.

이와 같이 각 저취 송풍구(3)의 중심(18)을 연결하는 다각형(23)의 내측에 상부 전극(2)과 산화철 함유 철원료(13)의 원료 투입구(7)를 갖도록 각 저취 송풍구(3)를 배치하기 때문에, 각 저취 송풍구(3) 사이의 수평 최단 거리는 설비적인 조합관계를 생각해서 자연히 정해진다. 또한, 각 저취 송풍구(3) 사이의 수평 최장 거리도, 전기로(1)의 측벽과의 관계로부터 적절히 정하면 되는 것이다. 이 다각형 (23)을 구성하는 각 저취 송풍구(3) 사이의 상호 거리는, 상기한 범위 내에서, 용선 위에 투입된 산화철 함유 철원료(13)를 저취 가스로 둘러싸고, 둘러싸인 공간으로부터 가능한 한 놓치지 않도록 하는 관점에서 적절히 정하면 된다. 이 관점에서는 저취 송풍구(3)의 수는 많은 쪽이 효과적이라고 할 수 있지만, 너무 많아져도 송풍구 비용이 늘어나는 것 외에, 노저 전극(10)을 구비하는 경우에는 그 배치와의 간섭도 발생하므로, 6개 정도가 통상적인 상한이 된다.

이와 같은 구성을 취함으로써, 산화철 함유 철원료(13)는 상부 전극(2)의 바로 아래 근방의 고온 영역 H의 근방에 첨가되게 되고, 아울러, 저취 가스에 의해 둘러싸이면서 용선과 강교반되게 된다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이 중공의 상부 전극(2)을 사용한 경우에는, 각 상부 전극(2)의 상호간, 및 중공의 상부 전극(2)의 내부 통로를 경유하여 산화철 함유 철원료(13)를 전기로(1) 내로 투입할 수 있다. 전기로(1) 내에 있어서는 상부 전극(2)과 용탕(11)의 사이에 고온의 아크(14)를 형성하고 있으므로, 중공의 상부 전극(2)의 내부 통로를 통하여 용탕(11)에 투입된 원료(산화철 함유 철원료(13))는, 아크(14) 내를 통과할 때 고온으로 가열되고, 용이하게 용융되므로 바람직하다.

그런데, 전기로(1) 내에 투입된 산화철 함유 철원료(13)는, 용선(용탕(11))보다도 비중이 가볍기 때문에 용탕(11)의 표면에 부유하면서 용해 및 환원된다. 산화철 함유 철원료(13)가 용해 및 환원되면, 원료 중의 CaO나 SiO₂ 등과 함께, 환원되지 않은 산화철 부분도 슬래그로 되어, 그것도 용선(용탕(11))보다도 비중이 가볍기 때문에 용탕(11)의 표면에 부유하여, FeO 농도가 높은 슬래그(12)의 층을 형성한다. 전술한 바람직한 형태를 취했다고 하여도, 이 FeO 농도가 높은 슬래그(12)는, 용해 및 환원되지 않은 산화철 함유 철원료(13)와 함께, 조만간에 전술한 범위(다각형(23))의 밖으로 유출된다. 이대로는, 용해 및 환원되지 않은 산화철 함유 철원료(13)도 슬래그(12) 내의 FeO도, 모두 용탕(11) 내의 C(환원재)와의 접촉이 불충분하여, 환원이 충분하게는 촉진되지 않는다.

그래서, 본 발명은, 임펠러(4)를 구비하는 기계식 교반기(5)를 갖고, 노 내의 용탕(11)과, 상기한 용해 및 환원되지 않은 산화철 함유 철원료(13) 및 FeO 농도가 높은 슬래그(12)를, 임펠러(4)를 사용하여 교반한다. 임펠러(4)를 배치하여 용탕(11) 내에서 회전시킴으로써, 도 3 중의 부호 F2로 나타낸 바와 같이, 전기로(1) 내에 투입된 산화철 함유 철원료(13)가 용해 및 환원되어 형성된 슬래그와, 원료 중에 있어서 환원되지 않은 산화철 부분이 일체로 된 슬래그에 추가하여, 산화철 함유 철원료(13) 그대로 남아 있는 것도, 용선 내에 혼입시킬 수 있다. 전기로(1)와 같이 욕 깊이가 얕은 경우에는, 저취 가스에 의한 교반에 의해 욕면 위에 있는 슬래그(12)나 산화철 함유 철원료(13)를 욕 내에 혼입시키는 것은 효율이 나쁘지만, 임펠러(4)에 의한 교반이라면, 임펠러(4)의 회전에 의해 연직 하방으로의 욕 흐름 F2를 형성시킬 수 있기 때문에, 그 효율이 좋다.

단, 임펠러(4)는 내화물제의 선회 블레이드이기 때문에, 상부 전극(2) 가까이의 고온부에 설치하면 용손이 심해질 우려가 있다. 따라서, 상부 전극(2)으로부터 이격된 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 전술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 형태에 있어서는, 평면에서 볼 때, 도 2a나 도 2b에 도시한 바와 같이, 전극 중심(16)과 임펠러의 중심(17)을 연결하는 각 선분 중에서 가장 짧은 선분을 3등분하는 2점(21) 중 임펠러측의 점(21a)에서 당해 선분(20)과 직교하는 직선(22)을 그었을 때, 적어도 3개 이상의 저취 송풍구(3)의 각 중심(18)이 상기 직교하는 직선(22)보다도 각 상부 전극(2)측에 있도록 설치하는 것이 가능하게끔 당해 직선(22)을 그을 것을 규정하고 있다. 따라서, 임펠러(4)의 위치는 상부 전극(2) 가까이의 고온 영역 H로부터 이격되어 있게 된다. 이와 같이 배치함으로써, 도 3에 도시한 바와 같이, 임펠러(4)는 상부 전극(2)의 바로 아래 근방의 고온 영역 H로부터 이격되고, 또한, 그 고온 영역 H와 임펠러(4) 사이에는 저취 가스가 존재하기 때문에, 임펠러(4)의 수명을 유지하는 것이 용이해진다. 또한, 상기 다각형(23)의 범위로부터 흘러 나온 욕면 위의 고 FeO 농도의 슬래그(12)나 미용해의 산화철 함유 철원료(13)를 욕 내에 혼입시킨다고 하는, 임펠러(4)에 기대하는 역할을 효과적으로 완수할 수 있다.

고온부에서 산화철 함유 철원료(13)가 용해됨으로써 발생한 높은 FeO 농도의 슬래그 등과, 용선이 혼합 교반되어, 용선 내의 탄소와 슬래그(12) 내의 산화철 등이 반응하는 계면적이 늘어남과 함께, 용선으로부터의 열 공급이 촉진됨으로써, 슬래그(12) 등의 환원 촉진을 실현할 수 있다.

이상 설명해 온 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 산화철 함유 철원료(13)를 상방으로부터 공급하여 용선을 제조하는 전기로(1)에 있어서, 각 저취 송풍구(3)로부터의 가스 흡입에 의해 슬래그(12) 및 산화철 함유 철원료(13)와 용선의 혼합을 촉진하는 저취 교반과, 임펠러(4)를 회전시킴으로써 용선 위에 부유하는 슬래그(12) 및 산화철 함유 철원료(13)를 용선 내에 혼입시키는 기계 교반을 겸비한다. 따라서, 높은 수율로 산화철 함유 철원료(13)의 용해 및 환원을 가능하게 하고 있다.

본 실시 형태에 있어서, 저취 송풍구(3)로부터 불어 넣는 가스종으로서, 질소 가스, 아르곤 가스, 산소 함유 가스 등을 사용할 수 있다. 질소 가스, 아르곤 가스의 경우에는 저취 송풍구(3)를 단관 송풍구로 할 수 있다. 산소 함유 가스, 예를 들어 순산소를 불어 넣는 경우에는, 이중관 송풍구로 하고, 내관의 내부로부터 산소 함유 가스를 흘리고, 내관과 외관 사이의 공간으로부터 냉각용 가스를 흘리면 된다. 또한, 1개의 저취 송풍구(3)로부터 불어 넣는 가스 유량으로서는, 용선 1톤당 3 내지 15Nm³/h 정도로 하면 된다. 이 유량이 너무 적으면 저취에 의한 산화철 함유 철원료(13)의 용해 및 환원 촉진 효과가 명확하게 나타나지 않는 한편, 너무 많게 해도 효과가 포화되어버릴뿐만 아니라, 저취 송풍구(3)의 손모 속도 악화나 슬로핑의 다발에 의해, 종합적으로 조업 개선이 되지 않기 때문이다.

본 실시 형태에 있어서 용해 및 환원하는 산화철 함유 철원료(13)는, 철의 금속화율이 45％ 이상 95％ 이하인 것이 적합하다. 철의 금속화율(％)이란, 산화철 함유 철원료(13) 중에 있어서의 금속 철의 질량％(금속철 질량/전체 철 함유량 철 합계 질량×100)를 의미한다.

본 실시 형태는, 전술한 바와 같이, 철광석이나 더스트 등의 산화철 함유 원료를 샤프트로나 회전노상로 등의 예비 환원로에 의해 가열 및 예비 환원 처리하여 산화철 함유 철원료(13)로 한 후, 당해 산화철 함유 철원료(13)를 노 내에 공급하고, 용선 내에서 용해 및 환원하여 용선을 제조할 때 사용하는 전기로(1)에 관한 것이다. 직류 아크로에서 탄소를 환원제로서 원료를 환원할 때 발생하는 CO 가스를, 예비 환원로에서의 예비 환원제로서 사용하는 것이, 천연가스의 사용량을 대폭 삭감 혹은 불사용으로 할 수 있으며, 또한, 가스 생성로 등의 용강 제조 프로세스와는 직접 관계가 없는 새로운 프로세스를 불필요로 할 수 있기 때문에 바람직하다.

예비 환원하여 제조한 산화철 함유 철원료(13)의 철의 금속화율이 45％ 이상이면, 직류 아크로에서 발생하는 CO 가스의 전량을 예비 환원로에서의 환원용 CO 가스로서 사용할 수 있음과 함께, 전체의 환원 효율 저하를 초래하지 않고, 탄재 원 단위의 증가를 억제하고, 직류 아크로에서의 필요 환원 열의 증가를 억제하여 전력원 단위 증가를 방지할 수 있다. 한편, 샤프트로 등의 예비 환원로에서 천연가스를 사용하지 않고 CO 가스를 주체로 하여 환원을 행하는 경우, 환원율의 상한이 95％ 초과의 환원철을 제조하는 것은 곤란하기 때문에, 산화철 함유 철원료(13)의 철의 금속화율 상한을 95％로 하는 것이 바람직하다.

산화철 함유 철원료(13) 중의 산화철은, 종탕 용선 내에 함유하는 탄소를 환원제로 하여 환원된다. 그 결과, 종탕 용선 내의 탄소 농도가 저감되므로, 탄소원을 공급할 필요가 있다. 산화철 함유 철원료(13)는, 아크로에서의 환원에 기여하는 환원제로서, 탄소 함유 물질을 함유해도 된다. 또한, 추가의 탄소원은, 산화철 함유 철원료(13)와는 별도로, 탄소 함유 물질을 직류 아크로 내에 투입함으로써 공급해도 된다.

산화철 함유 철원료(13)는, 산화철 이외의 산화물을 합계로 4 내지 24질량％ 함유하는 것이 바람직하다. 산화물은 구체적으로는 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO를 들 수 있다. 이들 산화물은 슬래그 성분이다. 원료 중의 슬래그 성분은, 용해가 진행되면 용선면에 슬래그가 부유하고, 노 위로부터 투입된 원료가 슬래그에 포착되어 용선과의 접촉을 저해하기 때문에 용해되지 않아, 철 수율의 저하를 초래한다. 그 때문에, 원료 중에 차지하는 슬래그 성분의 상한을 24질량％로 한다. 한편, 산화철 함유 철원료(13)는, 철광석이나 더스트 등의 산화철 함유 철원료를 예비 환원로에 의해 가열 및 예비 환원 처리하기 위해서, 소결광이나 펠릿으로서 사용한다. 그것을 위해서는, 상기한 산화물을 적어도 4질량％ 함유시키는 것이 통상적이기 때문에, 원료 중에 차지하는 슬래그 성분의 하한을 4질량％로 한다.

실시예

이하에, 본 발명에 따른 실시예를, 비교예를 포함해 설명한다.

전기로(1)로서는, 도 1, 도 2a, 도 3에 도시한 직류 전기로를 사용하였다. 이 전기로(1)는, 평면에서 볼 때 노 내 반경이 4m이며, 용탕(11)으로서 100톤의 용선을 수용할 수 있는 것으로, 외경 800㎜, 내경 200㎜의 중공 구조이다. 2개의 상부 전극(2)이, 2m의 간격을 두고 도 1 및 도 2a에 도시한 위치에 배치되어 있다.

3개의 저취 송풍구(3)는 각각 단관이고 내경 15㎜이며, 각각으로부터 N₂ 가스를 110Nm³/h의 속도로 불어 넣었다. 투입 장치(6)의 원료 투입구(7)는, 송풍구의 중심(18) 사이를 연결하는 다각형(23)의 중심(9) 부근의 위치에 있다. 또한, 기계식 교반기(5)의 임펠러(4)를, 도 1, 도 2a에 도시한 위치에 배치하였다. 기계식 교반기(5)는, 내화물로서 알루미나 캐스터블로 제작된 임펠러(4)를 갖는다. 임펠러(4)는, 교반 블레이드가 4개이고, 교반 블레이드의 직경이 1.0m이며, 교반 블레이드의 높이가 0.3m이다. 이 임펠러(4)를, 노저로부터 임펠러(4)의 저면까지의 높이가 50㎜가 되도록 용선 내로 침지시킨 상태에서, 임펠러(4)의 중심(17)이, 전기로(1)(노 내 반경 4m)의 중심으로부터 2.2m의 위치가 되도록 설치하였다.

임펠러(4)는, 평면에서 볼 때 각 전극 중심(16)과 임펠러의 중심(17)을 연결하는 각 선분 중에서 가장 짧은 선분(20)을 3등분하는 2점(21) 중, 임펠러(4)측의 점(21a)에서 당해 선분(20)과 직교하는 직선(22)을 그었을 때, 적어도 3개 이상의 송풍구의 중심(18)이 상기 직교하는 직선(22)보다도 상부 전극(2)측에 있도록 설치되어 있다. 그 때문에, 상부 전극(2)의 근방에 있는 고온 부분으로부터 이격된 장소에서, 용선 위에 부유하는 슬래그(12) 및 미용해의 산화철 함유 철원료(13)를 용선 내에 혼입시키도록 교반하는 것이 가능하다.

상기 설명한 전기로(1)를 사용하여, 종탕이 존재하는 노 내에, 산화철 함유 철원료(13)를 투입하고, 용해 및 환원 조업을 행하였다.

산화철 함유 철원료(13)로서, 회전노상로에서 예비 환원한 산화철 함유 철원료를 사용하였다. 산화철 함유 철원료(13)의 조성은, 표 1에 나타낸 바와 같았다. 철의 금속화율은 65.6％, 산화철 이외의 산화물 함유량은 17.8질량％이다.

전기로(1) 내에는, 평균 온도 1450℃ 내지 1500℃, C 농도 3.5질량％ 내지 4.0질량％의 종탕 용선 50톤이 장입되어 있으며, 2개의 상부 전극(2)의 사이에 위치하는 원료 투입구(7)로부터 입경 1㎜ 내지 50㎜의 산화철 함유 철원료(13)를, 용선량 환산으로 2.5t/min의 속도로 연속적으로 20분간(용선으로서 50톤분), 노 내의 고온부를 목표로 하여 중력 낙하로 공급하고, 그 후, 40분간, 용해 및 환원을 행하였다. 종탕 용선 내의 탄소는 환원의 진행과 함께 소비되고, 탄소 농도가 저감되므로, 소비된 탄소분을 보급하기 위해서, 탄소 함유 물질로서 토양 흑연을 상부 전극(2)의 중공 부분으로부터 축차 노 내에 투입하였다. 산화철 함유 철원료(13)의 공급 개시부터 60분 후, 용선량 50톤을 레이들에 출탕하고, 반복해서 상기 작업을 행함으로써, 산화철 함유 철원료(13)의 용해 및 환원을 행하였다. 용해 및 환원 조업 중, 5분 간격으로 슬래그 샘플링을 행하고, 슬래그 내의 FeO 농도를 평가하였다.

비교를 위해서, 교반 조건만 바꾼 예로서, (ⅰ) 기계식 교반을 행하지 않는 조건에서의 조업 결과, (ⅱ) 저취를 행하지 않는 조건에서의 조업 결과에 대해서도, (ⅲ) 기계식 교반도 저취도 행한 본 발명에서의 조업 결과와 함께 설명한다. 또한, 본 발명에 따른 효과를 설명하기 위해서, 철 수율의 지표로서, 용해 및 환원중의 시간 경과에 있어서의 슬래그 내의 FeO 농도의 변화 상황을 채용하였다. 그 결과를, 도 4, 도 5, 도 6에 모어서 나타낸다.

(ⅰ)의 경우(비교예: 기계식 교반 없음), 도 4에 도시한 바와 같이, 저취를 부여한 경우에, 산화철 함유 철원료(13)의 용해에 의한 슬래그 내의 FeO 농도의 상승 속도는, 저취를 부여하지 않는 경우와 비교해 고위였다. 그러나, 산화철 함유 철원료(13)의 용해 후의 슬래그의 환원 속도는 양 조건에서 큰 차이는 없었다. 이러한 점에서, 이 예에서는, 상부 전극(2)의 바로 아래 근방의 고온 부분에 산화철 함유 철원료(13)를 투입하여, 그 장소에서 저취를 부여함으로써, 산화철 함유 철원료(13)의 용해는 신속하게 진행시킬 수 있었다. 또한, 그 용해에 수반하여 발생한 용융 FeO의 환원에도, 용해가 신속했음에도 불구하고 최고 농도가 변하고 있지 않는다는 점에서, 환원 촉진 효과도 있었다고 할 수 있다. 이 종합적 효과로서, 용해를 빠르게 끝낼 수 있었기 때문에 그 후의 환원 시간이 길어져, 최종적으로 용해 및 환원 조업을 개시하고 나서 60분이 경과한 시점에서는, 슬래그 내의 FeO 농도를 상대적으로 낮게 하는 효과가 있었다.

(ⅱ)의 경우(비교예: 저취 없음), 도 5에 도시한 바와 같이, 기계식 교반을 부여한 경우에서도, 산화철 함유 철원료(13)의 용해에 의한 슬래그 내의 FeO 농도의 상승 속도는, 어느 회전수라도 기계식 교반기(5)를 부여하지 않는 경우와 비교해 큰 차이는 없었다. 그러나, 산화철 함유 철원료(13)의 용해 후의 슬래그의 환원 속도는 회전 속도가 클수록 상승하고, 모두 교반을 부여하지 않은 경우와 비교해 고위였다. 이러한 점에서, 이 예에서는, 기계식 교반기(5)에 의한 회전의 부여는, 그 회전에 의한 슬래그(12) 및 산화철 함유 철원료(13)의 용선 내로의 혼입이 상부 전극(2)의 바로 아래 근방의 고온부까지는 미치지 못한 경우도 있어, 그렇지 않은 경우와 비교하여 산화철 함유 철원료(13)의 용해 속도에 차이는 없었다. 그러나, 용해에 수반하여 발생한 FeO를 포함하는 슬래그의 환원은, 고온부로부터 이격된 장소에서도 신속하게 진행시킬 수 있어, 최종적으로 60분이 경과한 시점에서는, 슬래그 내의 FeO 농도를 회전에 의한 혼입 강도에 따라서 낮게 하는 효과가 있었다.

(ⅲ)의 경우(본 발명예: 기계식 교반도 저취도, 모두 있음), 도 6에 도시한 바와 같이, 산화철 함유 철원료(13)의 용해에 의한 슬래그(12) 내의 FeO 농도의 상승 속도는 저취 실시에 의해 상승되고, 슬래그(12)의 환원 속도는 임펠러(4)의 회전 속도가 클수록 상승하고 있었다. 저취도 기계식 교반도 부여하지 않은 경우(도면 중 □)와 비교하면, 모두 고위였음을 알 수 있다.

상기한 (ⅰ)과 (ⅱ)의 경우의 결과도 함께 생각하면, 본 발명예에 있어서 저취는, 용선면에 부유되는 산화철 함유 철원료(13)를 교반에 의해 상부 전극(2)의 바로 아래의 고온 탕면부에 가능한 한 길게 체류하고, 또한, 거기에서 용선과 교반함으로써, 산화철 함유 철원료(13)를 신속하게 용해시키는 효과를 발휘하였다. 이때, 용해에 수반하여 생성된 FeO의 환원도 진행시키고 있으며, 신속하게 용해시켰음에도 불구하고, FeO의 최고 농도는 상기 (ⅰ) (ⅱ)의 경우와 동등하였다. 또한, 이 FeO 농도가 최고로 도달할 때까지의 시간은, 상기 (ⅰ)의 경우와 대체로 동일하였으므로, 이 사이에서의 기계식 교반의 영향은 거의 없었다고 할 수 있다.

단, 본 발명예에 있어서 기계식 교반은, 저취에 의해 신속하게 용해된 산화철 함유 철원료 유래의 FeO를 포함하는 슬래그(12) 및 미용해의 산화철 함유 철원료(13)를 용선 내에 혼입시켜, 용선 내의 카본과의 접촉 및 용선이 갖는 열 공급의 촉진 효과를, 상기 (ⅱ)의 경우와 동등하게 발휘하였다. 이 FeO 농도가 최고에 도달한 시점으로부터의 FeO 농도의 감소 속도는, 상기 (ⅱ)의 경우와 대체로 동일하였으므로, 이 사이에서의 저취 유무의 영향은 거의 없었다고 할 수 있다.

그러나, 저취와 기계식 교반을 병용하고 있던 효과로서, 산화철 함유 철원료(13)의 용해가 빨랐던 한편, FeO의 최고 농도는 저취 없이 용해에 시간을 요한 경우와 동등하며, 그와 같은 FeO 농도의 최고치로부터의 FeO의 환원 속도는 빨랐기 때문에, 60분간으로 평가하면 도달 FeO 농도의 감소 효과가 있었다고 할 수 있다. 또한, 저취가 있는 임펠러(4)의 회전 속도를 50rpm으로 한 예에서는, 35분간으로 FeO 농도가 5％ 이하로 저하되어 있기 때문에, 능률 향상 효과로서도 평가할 수 있다.

통상의 직류 아크로에 의한 산화철 함유 철원료를 사용한 용선 제조 조업에 있어서, 원료 공급 개시부터 40분에서 슬래그 내의 FeO 농도가 10％ 이하인 것은, 매우 철 수율이 고위인 조업이라고 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 철 수율이 높은 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원을 가능하게 하는 전기로와, 그 전기로를 사용한 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원 방법을 제공할 수 있다. 따라서, 산업상 이용 가능성은 크다.

1: 전기로
2: 상부 전극
3: 저취 송풍구
4: 임펠러
5: 기계식 교반기
6: 투입 장치
7: 원료 투입구
10: 노저 전극
11: 용탕
12: 슬래그
13: 산화철 함유 철원료
14: 아크
15: 내주
16: 전극 중심(상부 전극의 중심)
17: 임펠러의 중심
18: 송풍구의 중심
20: 선분
21: 점
22: 직선
23: 다각형

Claims (4)

1. 복수개의 상부 전극과,
   3개 이상의 저취 송풍구와,
   임펠러를 구비하는 기계식 교반기와,
   산화철 함유 철원료를 투입하는 투입 장치를 구비하며,
   평면에서 볼 때,
   상기 각 상부 전극의 중심과 상기 임펠러의 중심을 연결하는 각 선분 중에서 가장 짧은 선분을 3등분하는 2점 중에서, 상기 임펠러에 가까운 측의 점에서 당해 선분과 직교하는 직선을 그었을 때,
   상기 각 저취 송풍구 중 적어도 3개 이상의 상기 저취 송풍구의 중심이, 상기 직교하는 직선보다도 상기 각 상부 전극에 가까운 측에 있는
   것을 특징으로 하는 전기로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 평면에서 볼 때, 상기 각 상부 전극의 모든 중심과, 상기 투입 장치의 원료 투입구가, 상기 직교하는 직선보다도 상기 각 상부 전극에 가까운 측에 있는 3개 이상의 상기 저취 송풍구의 각 중심을 연결하는 다각형의 내측에 있는
   것을 특징으로 하는, 전기로.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 기재된 전기로를 사용한, 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원 방법이며,
   용탕이 존재하는 상기 전기로 내에, 철의 금속화율이 45％ 이상 95％ 이하인 상기 산화철 함유 철원료를 상기 투입 장치로부터 투입하여 용해 및 환원할 때, 상기 기계식 교반기의 상기 임펠러를 상기 용탕 내에 침지하여 회전시킴으로써, 상기 용탕의 표면에 있는 슬래그 및 상기 용탕을 교반하는
   것을 특징으로 하는 산화철 함유 철원료의 용해 및 환원 방법.
4. 삭제

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