KR19980063738A - 니켈 합금 철 또는 강의 제조에 있어서 니켈 라테라이트의 용융법 - Google Patents

니켈 합금 철 또는 강의 제조에 있어서 니켈 라테라이트의 용융법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상부 및 하부 송풍 수단이 장착된 반응기에서 니켈 합금 철, 니켈 합금 강 또는 니켈 합금 스테인레스강의 제조 중에 Ni 라테라이트 및 황 함유 Ni 선광물로부터 Ni 유니트를 얻기 위한 복수의 공정에 관한 것이다. 건조된 Ni 라테라이트 광석은 알루니늄 또는 실리콘과 같은 메탈로이드 환원제와 용해된 탄소를 함유한 철/슬래그 욕 혼합물로 충전된다. 라테라이트 광석은 반응기 내의 탄소와 메탈로이드의 산화에 의해 열이 발생될 때에 용융된다. 라테라이트 광석이 용융된 후에, 순수한 산소의 상부 송풍과 산소 함유 가스의 하부 송풍이 종결된다. 비활성 교반 가스의 하부 주입이 시작된다. 황 함유 Ni 선광물과 알루미늄이 욕에 첨가된다. 슬래그 조성 및 온도와, 비활성 가스에 의한 철/슬래그 라테라이트 및 욕 혼합물 내의 탄소/메탈로이드의 혼합 정도를 조절함으로써, 황 함유 Ni 선광물로부터의 황이 전달되고 라테라이트 광석으로부터 제조된 슬래그 내에 보유된다. 그 다음에, 황 함유 슬래그는 반응기로부터 방출되고, 철 욕 혼합물은 합금 명세 내역으로 탈탄 조작되고 정련된다. 슬래그에 의한 탈황 조작의 범위는 소정의 슬래그 중량에 대해 욕에 첨가될 수 있는 황 함유 Ni 선광물의 양을 결정한다. 본 공정을 통한 전체 슬래그 중량은 200 내지 300 kg 슬래그/MT의 욕 혼합물 내에 있어야 하고, 욕의 온도는 1500 내지 1700℃ 사이로 유지되어야 하며, 슬래그의 염기도는 1 내지 3 사이로 조절되어야 하고, 슬래그 내의 Al2O3및 MgO의 조성은 각각 10 내지 25 중량 퍼센트 및 10 내지 20 중량 퍼센트 내로 유지되어야 한다.

Description

니켈 합금 철 또는 강의 제조에 있어서 니켈 라테라이트의 용융법
본 발명은 정련 반응기(refining reactor)에서 니켈 합금 제1철 욕(nickel-alloyed ferrous bath)을 제조하는 공정에 관한 것이다. 특히, Ni 라테라이트(laterite) 광석을 용해된 메탈로이드 환원제 및 탄소 환원제를 함유한 철/슬래그 욕 혼합물에 첨가함으로써, 니켈 합금 제1철 욕에서 Ni 유니트의 적어도 일부가 얻어진다. 메탈로이드 환원제에 의해 유지된 상태를 감소시킴 하에서 욕 혼합물이 활발하게 교반될 때에, 본 공정은 용융 Ni 라테라이트로부터 Ni 유니트의 회수시에 비용면에서 효과적으로 이루어질 수 있다.
스크랩에 보유된 Ni 유니트는 페로니켈(ferronickel)에서의 Ni 유니트의 가격에 약 80%에 해당된다. Ni 유니트의 양 원(source)은 니켈 합금 스테인레스강을 제조하는 데 가장 값비싼 재료로 구성된다. 페로니켈에서의 Ni 유니트 또는 Ni 숏(shot)은 3 중량퍼센트 미만의 Ni을 함유하는 광석으로부터 니켈을 유리시키는 데 높은 제조 비용으로 인해 값비싸다. Ni 광석은 2개의 일반형, 즉 황화물 및 라테라이트이다. 황 함유 광석에서, 니켈은 광물성 유철니켈광(pentlandite)과, 자류철광(pyrrhotite) 및 구리황철광(chalcopyrite)과 함께 수반될 수 있는 니켈-철 황화물로 주로 존재한다. 황 함유 광석은 전형적으로 1 내지 3 중량 퍼센트의 Ni와 다양한 양의 Cu 및 Co를 함유한다. 귀금속을 선광하고 모암(gangue)과 같은 쓸모없는 광물을 가능한한 많이 폐기하기 위해 분쇄, 연마 및 부유 선광법(froth flotation)이 이용되고 있다. 그 다음에, 고온 야금 공정에서 부가적인 처리를 위해 선광물(concentrate)을 니켈-, 구리- 및 철-기가 많은 부분으로 분리하기 위해 선택적인 부유법 및 자기 분리법이 이용될 수 있다. 철을 산화하는 과정에서 황을 반으로 제거하기 위해 선광물을 배소 공정으로 처리함으로써 니켈의 부가적인 선광을 얻을 수 있다. 그 선광물은 1200℃에서 용융되어 Ni, Fe, Cu 및 S으로 구성된 광피(matte)를 만들어 내고, 슬래그는 버려진다. 광피는 변환기에서 대체될 수 있고, 철 및 황을 부가적으로 산화시키기 위해 공기로 송풍된다. 광피의 냉각시에, Ni-Fe 황화물 및 구리 황화물의 특정 결정은 Fe-Cu-Ni-S 상 다이어그램의 지시에 따라 분리되어 석출된다. 분쇄 및 연마 공정 후에, 2개의 결정을 함유한 황화물은 부유 선광법에 의해 구리 황화물 및 Ni-Fe 황화물의 선광물로 분리된다. Ni-Fe 황화물의 선광물은 페로니켈 및 Ni 숏을 제조하는 경로에서 몇개의 추가적인 에너지-집중 단계를 거치게 된다. Ni-Fe 황화물은 전기 분해에 의해 Ni 음극이 만들어지는 유체 베드(bed)에서 입자형 Ni-Fe 산화 소결물로 변환될 수 있다. 선택적으로, Ni-Fe 선광물은 니켈 및 철 분말로 분해하는 염소화 공정에서 Ni 및 Fe 카르보닐기로 변환되는 공정을 받을 수 있다.
Ni 라테라이트 광석은 제1철 니켈 암석의 풍화 작용(weathering)에 의해 형성된다. 풍화 작용시에, 암석에서의 니켈 및 철은 낮은 지대에서 재침전된 물을 내려보냄으로서 용해된다. 이러한 공정에 의해 니켈이 충분히 풍부한 지대는 Ni 광석으로 매장된다. 이러한 광석은 화학적으로 속박 및 자유로운 상태의 H2O를 30% 만큼 포함한다. 니켈 및 철은 물에 의해 화학적으로 속박되고, 평균 0.8 내지 1.5%의 니켈을 함유한 제1철 니켈 침철광(goethite)(Fe, NiOOH)으로 또는 니켈 함량이 1.8 내지 3.5%인 가수 니켈-마그네슘 규산염(garnierite)으로 발생될 수도 있다. 이러한 광석은 천수(meteoric water)에 의해 Ni 및 Fe와 함께 흡수된 0.2% 이하의 Co를 함유할 수 있다.
부분적으로 건조된 니켈-베어링(nickel-bearing) 라테라이트 광석을 상부 송풍식 산소 란스(lance)와 교반 가스를 송풍시키기 위한 용광로 하부 바람 구멍(tuyeres)을 구비한 정련 관으로 직접 충전함으로써 스테인레스강을 제조하는 것이 공지되어 있다. 그러한 광석은 슬래그로 변환되는 건성 광석 중량의 80%를 갖는 최대한 3%의 Ni을 함유한다. 미국 특허 제5,047,082호는 필요한 Ni 유니트를 얻기 위해 페로니켈 대신에 낮은 황 니켈 베어링 광석을 이용하는 산소 변환기에서 스테인레스강을 제조하는 방법을 개시하고 있다. Ni 광석은 슬래그 내에 존재하는 숯과 용융된 철에서 용해된 탄소에 의해 환원된다. 미국 특허 제5,039,480호는 니켈 베어링 광석과 그 다음에 크롬 철광을 순착적으로 용융 및 환원시킴으로써 변환기에서 스테인레스강이 제조되는 방법을 개시하고 있다. 그 광석은 철 욕에서 용해된 탄소에 의해 환원된다. Ni 광석이 용융 및 환원된 후에, 크롬 철광이 철 욕에 첨가되기 전에 철 욕에서 탈인 반응(dephosphorization) 및 탈황 반응(desulfurization)되도록 슬래그가 변환기에서 제거된다.
라테라이트 광석이 적은 황을 함유하기 때문에, 스테인레스강을 제조하기 위한 Ni 유니트의 용적은 이러한 유형의 광석으로부터 기인할 수 있다. 그러나, Ni 유니트에 수반되는 대량의 슬래그가 정련 단계에 부가하여 분리형 에너지 집중 용융 단계를 필요로 하므로, 공정 시간 증가 및 가능한한 많은 분리 반응기를 요하게 된다.
철의 정련 중에 욕의 황 함량의 조절은 가장 오래되고 넓은 중대 사안 중의 하나이다. 지금까지 철이 초기의 블래스트 로에서 제련되었으므로, 용융된 철과 접촉하는 슬래그가 연료로서 이용되는 코크스로부터 기인하는 황의 일부를 제거하는 수단을 제공하는 것으로 알려져 왔다. 보다 최근에는, 정련 중에 황 제거를 위해 수반되는 주요 요인들은 슬래그 온도 및 슬래그의 가스 산소의 부분압의 기능으로서 슬래그의 염기도(basicity)를 조절하는 단계를 포함한다.
본문에서 참조로서 개시되고 있는 미국 특허 제5,575,829호는 정련 중에 환원 주기 다음으로 황 함유 Ni 선광물을 철 욕에 첨가함으로써 니켈 합금 강용 Ni 유니트를 얻는 기술을 개시하고 있다. 주어진 슬래그 황 용해도 및 합금 황 명세 내역(specipication)에서, 상기 방식으로 얻을 수 있는 Ni 유니트의 수는 슬래그마다 슬래그의 중량과 후속되는 슬래그의 수에 따라 결정된다.
그럼에도 불구하고, 전기 아크로에서 고체 대전 물질을 용융시킬 때에 발생되는 정련 관에서의 전체 황 하중이 낮기 때문에, 니켈과 합금되는 스테인레스강의 일반 정련 과정 중에 슬래그 황 용해도가 한계에 도달되지 않는다. 그러므로, 정련 관에서 슬래그 탈황 반응의 용량이 사용치에 못 미칠 수 있다. 증가된 슬래그 중량, 욕 내의 잔여 환원제의 존재 및 슬래그 조성의 조작은 모두 이러한 사용 하한(under-utilization) 정도를 증가시킬 수 있다. 더 많은 슬래그의 첨가는 합금 제조의 사이클 시간을 연장시키나, 이러한 것은 역으로 제조 비용, 특히 정련 상태가 강 제조 설비에서 제조될 때에 제조 비용에 불리한 영향을 미친다. 용련(smelting) 반응기를 확대하는 것은 슬래그마다 축적되는 높은 슬래그 중량을 가능하게 하지만, 이러한 것은 비용 지출을 증가시키는 결과를 초래한다.
따라서, 후속적인 슬래그 또는 막대한 자본 지출을 요함 없이도 Ni 광석 및 선광물로부터 직접 부가적인 Ni 유니트를 얻음으로써, 저탄소 강, 제2철 스테인레스강, 이중 스테인레스강 및 오스텐식 스테인레스강과 같은 니켈 합금 강 또는 니켈 합금 철의 제조에 이용되는 Ni 합금 유니트의 비용을 더 낮추고자 하는 요구가 계속되어 왔다. 또한, Ni 광석 및 선광물로부터 직접 Ni 유니트를 얻음으로써 니켈 합금 강 및 니켈 합금 철을 제조할 때에 정련 관의 탈황 용량을 더 양호하게 이용하고자 하는 요구도 있어 왔다.
본 발명은 정련 반응기에서 용해된 메탈로이드 환원제와 탄소 환원제를 함유한 철/슬래그 욕 혼합물에서 Ni 라테라이트 광석을 용융시켜 제1철 욕의 적어도 일부의 Ni 합금 유니트를 유도함으로써 니켈 합금 제1철 욕을 제조하는 공정에 관한 것이다. 본 공정은 욕 혼합물이 활발하게 교반되고 열이 메탈로이드 산화와 주입된 산소에 의한 탄소 환원제에 의해 부분적으로 공급되는 경우 Ni 라테라이트 광석을 용융시킬 때에 경제적으로 Ni 유니트를 회수할 수 있다. 양호한 실시예에서, 이러한 산화 단계는 환원 단계 다음에 수행되는 데, 여기서 황 함유 Ni 선광물이 슬래그로 전달된 황과 함께 제1철 욕에 첨가된다. 니켈 합금 제1철 욕으로 정련함으로써 또는 정련 단계 중에 환원 단계가 수반되는 황 함유 Ni 선광물을 단독으로 첨가함으로써 수행되는 Ni 라테라이트 광석을 용융시키는 경우보다 실질적으로 더 많은 Ni 유니트가 슬래그마다 얻어진다.
본 발명의 주 목적은 니켈 합금 철, 니켈 합금 강 및 니켈 합금 스테인레스강의 제조 중에 Ni 라테라이트로부터 직접 저렴한 Ni 유니트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 니켈 합금 철, 니켈 합금 강 및 니켈 합금 스테인레스강의 제조 중에 Ni 라테라이트 및 황 함유 Ni 선광물로부터 직접 저렴한 Ni 유니트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 니켈 합금 철, 니켈 합금 강 및 니켈 합금 스테인레스강의 제조 중에 황 함유 Ni 선광물로부터 직접적인 첨가에 의해 Ni 라테라이트의 용융시에 형성된 슬래그의 탈황 반응 용량의 사용 한도를 개발하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 Ni 라테라이트 광석 및 황 함유 Ni 선광물로부터 직접 저함유 황 니켈 합금 강 및 니켈 합금 스테인레스강을 제조하는 저렴한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 슬래그에 대한 크롬의 산화 손실이 최소화되는, Ni 라테라이트 광석으로부터 직접 니켈 합금 스테인레스강을 제조하는 저렴한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 슬래그에 대한 크롬의 산화 손실이 최소화되는, Ni 라테라이트 광석 및 황 함유 Ni 선광물로부터 직접 저함유 황 니켈 합금 스테인레스강을 제조하는 저렴한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 용해된 메탈로이드 환원제와 탄소 환원제를 갖는 철/슬래그 욕 혼합물을 함유한 정련 반응기에서 니켈 합금 제1철 욕을 제조하는 공정에 관한 것이다. 본 공정은 Ni 라테라이트 광석을 욕 혼합물로 충전하는 단계와, 메탈로이드와 탄소를 산화시켜 Ni 라테라이트 공석이 용융될 때까지 욕 혼합물을 활발하게 교반시켜 산소 함유 가스를 반응기로 주입하는 단계와, 니켈 합금 제1철 욕을 형성하는 단계를 포함한다. 주입된 산소에 의한 메탈로이드 및 탄소 환원제의 산화에 의해 열이 부분적으로 공급된다. 슬래그가 제1철 욕으로부터 방출된 후에, 산소 함유 가스의 주입이 계속될 수 있고, 필요하다면 제1철 욕이 최종 탄소 명세 내역으로 탈탄 반응될 때까지 계속될 수 있다.
본 발명의 다른 특징은 광석을 반응기로 충전하기 전에 화학적으로 속박된 물을 10 중량 퍼센트 이하로 함유하도록 Ni 라테라이트 광석을 건조시키는 부가 단계를 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 Ni 라테라이트 광석을 미리 가열하는 부가 단계를 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 전술한 반응기가 욕 혼합물을 교반하는 수단을 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 전술한 반응기가 산소의 상부 송풍을 위한 수단을 포함하고, 산소 가스를 송풍 수단을 통해 반응기로 통과시키는 부가 단계를 포함하고, 산소 가스의 일부가 욕 혼합물의 상부로 또는 욕 혼합물로 방출되어 CO와 H2의 차후 연소를 수행하고, 산소 가스의 잔여물이 혼 혼합물로 주입되어 탄소를 산화될 CO 및 메탈로이드로 산화하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 전술한 반응기로 유입되는 전체 가스 중 30 내지 100%가 교반 수단을 통해 통과되는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 송풍 수단을 통과하는 산소 가스와 교반 수단을 통과하는 산소 함유 가스의 전체 특정 유동값이 0.5 내지 4 NM3/min/MT인 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 CO와 H2의 차후 연소 정도가 50% 미만인 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 본질적으로 순수한 산소 및 교반 수단을 통해 주입된 가스인 송풍 수단을 통과하는 산소 가스가 산소 대 비활성 몰 가스 비율이 4 이하인 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 교반 가스에서 산소 대 비활성 가스의 몰 비가 Ni 라테라이트 광석이 용융된 후에 0으로 감소되는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 전술한 욕 혼합물이 0 내지 20 중량 퍼센트의 Cr, 탄소 포화까지의 0.5 중량 퍼센트의 C, 3 중량 퍼센트 이하의 메탈로이드를 함유하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 슬래그 염기도가 1.0 내지 3.0 사이로 유지되는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 욕 혼합물 내의 슬래그 중량이 400 kg/MT를 초과하지 않는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 황 함유 Ni 선광물(sulfer-bearing Ni concentrate)과 또 다른 메탈로이드를 제1철 욕에 첨가하는 부가 단계를 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 제1철 욕으로 첨가된 메탈로이드에 의해 유지된 상태를 환원시킴으로써 황 함유 Ni 라테라이트가 완전히 용융되고 황이 슬래그로 전달될 때까지 욕 혼합물을 활발하게 혼합하기 위해 전술한 교반 수단을 통과하는 비활성 가스를 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 전술한 황 함유 Ni 선광물이 미리 가열되고 Ni 라테라이트 광석과 동시에 충전되는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 전술한 황 함유 Ni 선광물이 5 내지 25 중량 퍼센트의 S과 10 내지 35 중량 퍼센트의 Ni를 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 니켈 합금 철 욕에서 Ni 유니트의 적어도 10%가 Ni 라테라이트 광석 및 황 함유 Ni 라테라이트 선광물로부터 유도되는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 전술한 니켈 합금 욕이 2.0 중량 퍼센트 이하의 Al, 2.0 중량 퍼센트 이하의 Si, 0.03 중량 퍼센트 이하의 S, 26 중량 퍼센트 이하의 Cr, 10 중량 퍼센트 이하의 Ni를 포함하는 스테인레스강인 것이다.
본 발명의 한 이점은 니켈 합금 철, 니켈 합금 강 및 니켈 합금 스테인레스강의 제조 중에 저렴한 Ni 합금 유니트를 제공하는 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 이점은 욕으로부터 슬래그로 제거된 황이 최소화되도록 메탈로이드 환원제에 의해 유지된 상태를 환원시킴으로써 제1철 욕이 활발하게 혼합될 때에 Ni 라테라이트 광석으로부터 용융된 큰 부피의 슬래그가 황 함유 Ni 선광물로부터 용융된 황을 저장하는 저장원으로 기능하는 것이다.
본 발명의 또 다른 이점은 슬래그로의 철/슬래그 혼합물의 탈황 반응 중에 크롬의 산화 손실이 최소화되는, Ni 라테라이트 광석으로부터 직접 제조되는 니켈 합금 스테인레스 강을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 이점은 제1철 욕에서 Ni 라테라이트 광석 및 황 함유 Ni 선광물을 용융시켜 제조된 강으로 니켈 합금 저황 스테인레스강을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 이점은 슬래그에 대한 크롬의 산화 손실이 최소화되는, Ni 라테라이트 광석 및 황 함유 Ni 선광물로부터 직접 저황 함유 니켈 합금 스테인레스강을 제조하는 것이다.
본 발명은 정련 반응기에서 철, 강 또는 스테인레스 강을 제조할 때에 니켈 합금 제1철 욕을 제조하기 위한 저렴한 원료의 니켈을 이용하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 Ni 라테라이트 광석으로부터 적어도 일부의 Ni 합금 유니트가 유도되는, 니켈 합금 제1철 욕을 명세 내역으로 제조하는 공정에 관한 것이다. 양호한 실시예에서, 본 발명은 니켈 합금 제1철 욕의 제조 공정에 관한 것으로서, 적어도 일부의 Ni 합금 유니트가 Ni 라테라이트 광석 및 황 함유 Ni 선광물로부터 유도되고, Ni 라테라이트 광석 및 황 함유 Ni 선광물은 철/슬래그 욕 혼합물로 분리되어 또는 동시에 첨가될 수 있다. 보다 양호한 실시예에서, 본 발명은 니켈 합금 제1철 욕의 제조 공정에 관한 것으로서, 적어도 일부의 Ni 합금 유니트가 철/슬래그 욕 혼합물로 초기에 첨가된 Ni 라테라이트 광석으로부터 유도되고, 그 다음에 황 함유 Ni 선광물을 니켈 합금 제1철 욕에 첨가하는 조작이 뒤따른다.
Ni 라테라이트 광석의 수반되는 슬래그 성분의 조성 및 니켈 함량은 그 원료에 따라 결정된다. 생 Ni 라테라이트 광석들은 일반적으로 Ni 함량이 대체로 3 중량 퍼센트 이하이고 Cr 함량이 0.5 중량 퍼센트 이상이며, 상당한 Fe 함량과, 30 중량 퍼센트 이하의 H2O를 함유한다. Ni 라테라이트 선광물은 3 중량 퍼센트 보다 현저히 높은 Ni 함량을 가질 수도 있다. 본 발명의 Ni 라테라이트 광석에 의하면, Ni 라테라이트 광석으로부터 제조된 생 Ni 라테라이트 광석과 선광물을 포함하는 것으로 이해되어진다. 본 발명의 Ni 라테라이트 광석 및 선광물은 양호하게는 적어도 1 중량 퍼센트의 Ni를 함유하고, 그 잔부는 Fe2O3, Fe(OH2), SiO2, MgO 및 Al2O3로 구성된다. 표 I은 비선광된 광석 분석의 6가지 실시예를 도시한다. 이러한 분석은 대체로 SiO2및 MgO가 풍부하지만, Al2O3가 상당히 적은 양이고, CaO가 실질적으로 존재하지 않는 것을 나타낸다.
표 I
본 발명의 한 이점은 상대적으로 광범위한 페로니켈 및 스테인레스 스크랩 함유 니켈을 부분적으로 대체하여 덜 값비싼 Ni 광석 및 선광물을 이용하여 정련 반응기에서 스테이레스강을 경제적으로 제조하는 공정을 제공하는 것이다. 보다 상세하게는, 부분적으로 건조된 선 가열된 Ni 라테라이트 광석이 메탈로이드 환원제 및 탄소 환원제를 함유한 철/슬래그 욕 혼합물에서 용융되고, 양호하게는 황 함유 Ni 선광물을 충전하고 제1철 욕의 탈황 반응이 뒤따르며, 여기서 그 다음에 동일한 반응기에서 스테인레스강으로 직접 정련된다. 본 발명의 공정은 아르곤-산소 탈탄기(AOD), 진공-산소-탈탄기(VOD) 또는 크로이소트-로이어-우드홀름(Creusot-Loire-Uddeholm, CLU) 변환기와 같은 정련 반응기를 갖는 실제의 스테인레스강 용융 숍에서 경제적으로 실행되는 것이다. 반응기는 Q-BOP, AOD, VOD 또는 CLU에서 산소 함유 가스이 상부 송풍을 위한 랜스(lance)와 같은 수단과 후방끼워맞춤될 수 있고, 또는 클록크너 막스후트 슈탈러조이궁스페르파렌(KMS-S) 상부 및 하부 송풍 스테인레스강 변환기 또는 클로크너 산소 보덴 또는 브로츠만 막스후트 하부 송풍 스테인레스강 변환기(K-OBM-S)를 포함하는 상부 및 하부 송풍 정련 반응기(TBRR)가 설치된다. 정련 반응기의 형태에 상관 없이, 탈황 단계 중에 정련 반응기 내에 한정된 욕 혼합물로 비활성 가스를 통과시키기 위한 하나 이상의 하부 구멍, 다공성 플러그, 공심 파이프 등과 같은 수단(이러한 수단들은 이후에는 구멍으로 명명)이 장착될 것이다. 본 발명의 비활성 교반 가스는 Ar, N2및 상기 혼합물을 포함하고, 여기서 Ar이 바람직하다.
Ni 라테라이트 광석을 용융할 때에 형성된 다량의 슬래그의 존재를 이용하기 위해, 철/슬래그 욕 혼합물이 철/슬래그 욕 혼합물 내에 용해된 메탈로이드 환원제에 의해 유지된 상태를 환원시키면서 활발하게 혼합될 때에, 유리하게도 황 함유 Ni 선광물이 용융되어 다량의 슬래그 부피를 욕 황을 전달 및 저장하기 위한 저장원으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 유리하게도 황 함유 Ni 선광물은 철/슬래그 욕 혼합물과 황 함유 Ni 선광물이 환원 상태하에서 비활성 가스와 활발하게 교반될 때에 황을 수용하고 저장하도록 용융될 수 있다. 그렇게 할 때에, 슬래그가 반응기로부터 버려지기 전에 야금 이용이 슬래그에 대해 부가적으로 행해진다. 그러한 황 함유 Ni 선광물은 생원료의 황 함유 Ni 광석에서 페로니켈 및 Ni를 제조하는 중에 수소야금 또는 에너지 집중 용련 공정으로부터 중간 제품으로 유도된다. 제조된 선광물의 니켈 함량은 광석 유형 및 이용된 공정에 따라 결정된다. 용련 광피로부터 Ni-Fe 황화물의 석출에 의해 제조된 본 발명의 선광물은 중량 퍼센트로서 16 내지 28 퍼센트의 Ni, 35 내지 40 퍼센트의 Fe, 30 퍼센트의 S, 1 퍼센트 이하의 Cu 및 1 퍼센트 이하의 Co로 분석될 수 있다. 유효 공정에 의해 제조된 본 발명의 선광물은 중량면에서 9 퍼센트의 Ni, 40 퍼센트의 Fe, 30 퍼센트의 S, 1 퍼센트의 Cu, 및 그 잔부로서 SiO2, Al2O3, CaO 및 MgO로 구성된다. 본 발명의 양호한 황 함유 Ni 선광물은 주로 Ni 종으로서 (Fe, Ni)9S8을 갖는 Ni 유철 니켈광으로부터 형성된고, 이러한 선광물은 양호하게는 5 내지 35 중량 퍼센트의 S과 5 내지 35 중량 퍼센트의 Ni를 함유한다.
광석 또는 선광물로부터 양호하게 이용될 수 있는 Ni 합금 유니트는 3 단계에서 정련 반응기 내에 회수된다. 초기 단계에서, Ni 라테라이트 광석은 양호하게는 가열로에서 선 가열 처리함으로써 10 % 미만으로 화학적으로 속박된 물을 함유하도록 건조된다. 그 이후에, Ni 라테라이트 광석은 철/슬래그 욕 혼합물로 가열 충전되고, 여기서 양호하게는 구멍과 같은 반응기의 하부 내에 제공된 수단을 통해 산소 함유 가스가 욕으로 주입될 때에 철/슬래그 욕 혼합물의 활발한 교반에 의해 완전히 용융된다. 산소 함유 가스는 공기, 순수한 산소, 증기, Ar 및 N2및 그 혼합물을 함유하는 가스를 의미한다. 슬래그로의 NiO로서 Ni의 용해도는 실질적으로 전무해서, 라테라이트 광석 내에 포함된 Ni는 그 금속 상으로 용이하게 환원된다. Ni의 회수가 철 욕 혼합물 내에서 상당히 용이하고 신속하게 발생된다. 그 교반 조작은 Ni 라테라이트 광석 및 욕으로 충전된 슬래깅제의 유동 및 용융을 촉진하고, 욕 혼합물 내의 메탈로이드 및 탄소 환원제의 산화 및 충전 재료의 온도에 따라 결정되는 단계 I 중에 필요할 수도 있는 부가적인 열을 공급하기 위해 산소를 공급한다. 산소 가스는 또한 상부 란스를 통해 반응기로 주입될 수도 있다. 철/슬래그 욕 혼합물 내에 또는 상으로 CO 발산 가스의 차후 연소에 의해 부가적인 열이 발생될 수 있다. Ni 라테라이트 광석의 용융 및 제1철 욕으로 Ni 유니트의 회수시에, 일반적으로 충전 후의 시간에 따라 단계 I이 완성되고 산화 가스의 모든 주입이 종결된다.
단계 II는 그 다음에 비활성 교반 가스의 주입 및 황 함유 Ni 선광물의 주입에 의해 개시된다. 비활성 가스의 주입 후에 예를 들어, 알루미늄, 실리콘과 같은 부가적인 금속 환원제와 또는 그 연소물이 바로 욕에 첨가될 수 있다. 욕으로의 황 함유 Ni 선광물의 유동 및 용융에 도움이 되면서, 교반 가스는 주요산 산소 분압을 낮추는 데 매우 중요한 역할을 한다. 이러한 것은 교반 가스 자체의 낮은 산소 순도에 의해 수행되고, 그러나 더 중요하게는 욕의 혼합 시에 메탈로이드/산소 평형을 촉진시킴으로써 수행되는 데, 이러한 것은 주요한 산소 부분압을 더욱 낮추어 준다. 동시에, 주요한 산소 분압에서 슬래그 및 철 욕 사이의 황 평형 또는 준평형(quasi-equilibrium) 상태가 도달된다. 준평형은 슬래그 및 금속 상 사이에 밀접하게 도달된 화학적 평형 상태 내에 있는 슬래그 및 니켈 합금 제1철 욕 사이의 역동적인 평형이 발생되기에 충분한 용융 철-슬래그 상호 작용 운동을 의미한다. 이러한 방식으로 주 산소 분압을 낮추고 슬래그/금속 황 평형을 용이하게 할 때, 슬래그 황 용해도 한계까지 황의 최대 전달이 보장된다. 철/슬래그 욕 혼합물을 최대한도로 완전히 용융 및 탈황 조작할 때에, 일반적으로 시간의 순서에 따라, 탈슬래그 조작시에 단계 II가 완수된다.
단계 III 중에, 탈슬래그 조작으로 형성된 니켈 합금 제1철 욕은 그 다음에 탈탄 조작되고 합금 명세 내역을 충족하도록 정련된다. 제1철 욕은 필요하다면 교반 수단을 통해 산소 함유 가스를 통과시킴으로써 탈탄 조작된다. 최종 합금 명세 내역에 부합되도록 페로니켈, Ni 숏, 페로크롬 또는 다른 합금 금속들과 같이 부가적인 Ni 및/또는 Cr 유니트가 욕에 첨가될 수 있다.
본 발명의 단계 II 중에 니켈-합금 제1철 욕의 탈황 및 정련 조작 중에, 교반 수단은 중요한 기능을 한다. 환원 주기 중에, 금속 환원제는 양호하게는 주 산소 분압을 낮추고 슬래그로의 황 전달을 최대화하고 동시에 욕내에 본래 존재하는 귀중한 Cr 유니트를 회수하기 위해 제1철 욕에 첨가된다. 슬래그 및 용융된 철 상을 혼합하는 교반 수단을 통해 비활성 교반 가스를 주입하는 것은 크롬 슬래그/금속 평형의 지시에 따라 Cr 회수를 용이하게 한다.
단계 I, II 및 III 모두는 EAF 및 정련 반응기와 같은 용융로가 장착된 금속 숍에서 수행될 수 있다. 반응기 내의 교반 수단은 욕 혼합물 내의 열 전달 공정을 촉진함으로써 충전 재료의 용융을 용이하게 하고, 용융된 철 및 슬래그의 긴밀한 접촉을 촉진시킴으로써 화학적 평형으로의 접근을 용이하게 한다.
광석에 따르는 Ni 유니트 마다의 상대적으로 다량의 슬래그 성분 뿐만 아니라, 슬래그 성분 및 유동을 유지하는 데 필요한 라테라이트 광석과 혼합된 슬래깅제에 의해서, Ni 라테라이트 광석을 철/슬래그 욕 혼합물로 충전할 때에 열 부족이 발생된다. 철 욕 내에 용해된 메탈로이드 및 탄소의 산화 반응에 부가하여, 이러한 열 부족은 선 가열된 충전 재료의 하나 또는 그 혼합물과 욕 내에서 또는 상에서의 CO의 차후 연소에 의해 충족될 수도 있다. 주된 열원으로서 차후 연소를 통한 탄소의 공정을 기본으로 하는 것이 보다 경제적인 경로로 보일지라도, 알루미늄 및/또는 실리콘 메탈로이드의 산화를 통한 공정에 근거하는 것이 주로 소정의 가스 유동비를 얻기 위해 산화에 의한 열 발생에 필요한 용융 시간을 감소시킴에 의해 또한 경제적일 수 있다. 욕 내에서 알루미늄 및/또는 실리콘이 존재에 의해, 이러한 메탈로이드의 산화는 일반적으로 탄소의 소비시에 발생되고, 시간 단위 당의 산소 유니트 당의 차후 연소에 대해 덜 CO를 발생시킨다. 결과적으로, 차후 연소의 선택은 제조비에 중대한 영향을 미치지 않으며, 상부 란스의 여분의 비용 지출이 인정되지 않을 수도 있으므로 이용되지 않을 수도 있다. 열원으로서 차후 연소의 최적의 역할은 연장된 용융 시간의 제조 비용, 상부 란스의 자본 비용 및 페로니켈 및 스크랩에서 Ni 유니트에 대한 메탈로이드의 비용에 따라 결정된다. 알루미늄 및 실리콘을 첨가할 때, 칼슘 탄화물이 또한 메탈로이드 환원제로 이용될 수 있다.
황 함유 Ni 선광물을 충전할 때에 단계 II 중에 더 적은 열 부족이 발생된다. 이러한 것은 선광물에서 Ni 유니트 마다의 더 적은 양의 재료 때문이다. 또한, CaS 형성시에 발생되는 탈황 반응은 완만한 발열 반응이다. 단계 II의 네트 결과는 단계 III으로 들어갈 때에 니켈 합금 제1철 욕의 온도의 작은 손실을 나타낸다.
다음에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 니켈 베어링 스크랩 및 페로니켈로부터 공급된 통상 등급에 필요한 Ni용 선광물로부터 Ni의 최대 치환을 보장하기 위해 니켈 합금 철 또는 강의 제조 중에 이용되는 용융 및/또는 정련 관행에서 단지 가장 평범한 변경예가 필요하다. 본 발명의 공정은 Ni 라테라이트 광석의 용융 및 용해로부터 다 사용되지 못한 슬래그의 존재를 이용하고, 그 슬래그는 철 욕 내에 용해된 알루미늄, 실리콘 또는 칼슘 탄화물과 같은 메탈로이드 및 탄소가 제공된 환원 상태하에서 교반 수단을 통해 비활성 가스에 의해 철 욕 및 슬래그가 활발하게 혼합될 때에 황을 제거 및 저장할 수 있다. 본 발명의 공정은 오스텐식 스테인레스강과 같은 니켈 크롬 합금 제1철 합금을 제조하는 Ni 유니트의 비용을 보다 낮추기 위해 이러한 가능한 탈황 용량을 이용한다. 슬래그의 황 용해도 한도는 보통 스테인레스강의 일반적인 정련 중에 도달될 수 없는 데, 왜냐하면 EAF에서의 용융 스크랩에서 발생된 정련 반응기 내의 전체 황 중량이 전형적으로 낮기 때문이며, 따라서 정련 반응기에서 슬래그 탈황 용량이 이용 한도에 못미치게 된다. 증가된 슬래그 중량, 잔여 욕 알루미늄, 실리콘 및 탄소의 증가된 정도 및 슬래그 성분의 조작은 이러한 정도의 이용 한도를 증가시킬 수 있다.
철 및 산화물을 포함하는 고상 철-함유 재료로부터 액상 철을 제공할 수 있는 블래스트로 또는 다른 용련로 내에 철/슬래그 욕 혼합물이 형성될 수 있다. 선택적으로, EAF와 같이 용융로 내의 반응기의 상류 또는 정련 반응기 내에서 고상 철 베어링 스크랩을 용융시켜 철 욕이 형성될 수 있다. 철/슬래그 욕 혼합물을 형성하는 적합한 고상 철 베어링 스크랩은 탄소 강 스크랩, 니켈 합금 강 스크랩, 스테인레스강 스크랩, 철 탄화물, 직접 환원된 철(DRI) 또는 열연탄 철(HBI)을 포함한다. 철/슬래그 욕 혼합물이 EAF에서 스크랩을 용융시켜 제조되는 경우에, 철 욕이 반응기로 전달되기 전에 EAF에 여전히 남아 있는 동안에 탄소질 환원제 및 슬래깅제가 부분적으로 또는 전체적으로 철 욕으로 용해되거나 용융될 수 있다. 사용된 유형의 철 베어링 재료 및 로에 따라 결정되므로, 초기의 철/슬래그 혼합물은 0 내지 20 중량 퍼센트의 Cr, 탄소 포화까지의 0.5 중량 퍼센트의 C, 단계 I에 요구되는 3 중량 퍼센트 이하의 메탈로이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 3 단계 모두가 다음에 상세히 설명된다.
단계 I
본 발명의 공정의 단계 I 중에, 양호하게는 적어도 1500℃의 온도에서 메탈로이드 환원제 및 탄소 환원제를 포함하는 철/슬래그 욕 혼합물이 정련 반응기 내에 제공된다. 양호하게는, Ni 라테라이트 광석은 실온에서 선 가열로 및 열간 충전 시스템의 제한 온도(약 1000 내지 1200℃)까지 적어도 부분적으로 건조되고 정련 반응기로 도입된다. 주로 CaO 및 CaCO2로 구성된 슬래깅제는 또한 Ni 라테라이트 광석과 함께 선 가열될 수도 있다. 이와 유사하게, 황 함유 Ni 선광물은 Ni 라테라이트 광석과 혼합될 수 있고, 선 가열 또는 단계 II 중에 정련 반응기로 나중에 유사하게 충전될 수 있다. 교반 수단에 첨가하여 보조 산소 주입과 차후 연소능을 위한 상부 란스를 이용하지 않을 때, 양호하게는 교반 수단을 통해 유동하는 O2대 비활성 가스의 비는 2 내지 4 사이이고, 전체 가스 유동은 0.5 내지 1.5 NM3/min/MT이다. 차후 연소능을 위해 상부 란스를 이용할 때, 상부 란스와 교반 수단을 통한 전체 가스 유동비는 양호하게는 0.5 내지 4 NM3/min/MT이고, 보다 양호하게는 적어도 2 NM3/min/MT이고, 가장 양호하게는 적어도 2.5 NM3/min/MT이다.
양호하게는 교반 수단을 통해 반응기로 유동되는 전체 가스 유동 퍼센티지는 30 내지 100% 사이이다. 반응기가 CLU 변환기이면, 산소 함유 가스는 증기를 포함할 수 있는 데, 왜냐하면 철 욕 혼합물 내에 용해된 탄소와 반응시에 H2O로부터 형성된 H2가 CO의 부분압을 감소시키고 교반 가스의 Ar에 대한 몰 대 몰로 치환될 수 있기 때문이다. VOD이면, AOD와 상당 부분 비슷하게 작동하며, 여기서 산소는 비활성 가스와 혼합된 하부 구멍과 상부 란스를 통해 송풍된다. 란스를 통한 산소의 통과는 2가지 기능을 한다. 첫째는 메탈로이드 및 탄소 환원제의 산화를 위해 산소를 공급하고 둘째는 욕으로부터 전개된 CO 및 H2의 부 또는 차후 연소를 위해 산소를 공급한다. 양 연소 반응은 철 욕에 열을 공급하고, 소모된 산소 유니트 당 탈탄 반응에서의 열에 대해 2배 정도 차후 연소가 발생된다. 차후 연소 정도(PCD)는 다음과 같이 반응기를 떠나는 가스로 한정된다. : 100 x (%CO2+ %H2O)/(%CO + %CO2+ %H2+ %H2O)
양호하게는 PCD는 50% 미만이고, 보다 양호하게는 열원으로 이용될 때 20 내지 30% 사이이다. 철 욕에 공급되는 순수한 O2로서의 산소 가스 총량은 열과 질량 평형에 근거하여 계산된다. 란스의 노즐은 차후 연소를 수행하도록 와이드 제트를 통해 욕으로 산소 가스의 일부를 배향하고 이와 동시에 메탈로이드 및 탄소 환원제의 산화를 위해 컴팩트 제트를 통해 욕으로 산소 가스의 나머지 부분을 배향하도록 설계된다. 반응기 내의 노즐의 높이 뿐만 아니라 와이드 제트 및 모멘텀의 각에 주로 영향을 미치는 노즐의 형상을 조절함으로써 낭비된 가스의 PCD가 얻어진다.
반응기의 프리보드로 손실된 것과 방출된 가스를 제외하고, 실질적으로 욕으로 포획되고 전달된, 소정의 PCD에서 차후 연소에 의해 발생된 열의 일부는 그 열 전달 효율(HTE)로 명명된다. 란스가 침수되는 것보다 상당히 적은 열이 욕으로 포획 및 전달될 수 있다. 결과적으로, HTE는 란스가 침수되지 않으면 50% 미만이 될 것이다. 이것은 란스가 침수될 때에 80 내지 90%로 얻어지는 HTE와 대조된다. 란스의 침수는 크롬이 존재하는 경우에 슬래그로 손실되는 니켈 합금 제1철 욕으로부터 Cr의 중대한 재산화를 방지하고 슬래그 기포화를 방지하기 위해 충분한 고상 탄소의 존재를 필요로 한다. 단계 I이 계속되고, 즉 Ni 라테라이트 광석과 슬래깅제가 용융될 때까지 그리고 니켈 합금 제1철 욕이 양호하게는 1500 내지 1750℃ 사이의 온도에서 유지될 때까지 산소 함유 교반 가스의 하부 주입에 의해 수반되는 란스를 통한 산소 가스의 통과가 이루어진다. 이 때에 상부 란스 및 교반 수단을 통한 모든 산소 주입이 종결된다.
본 발명의 또 다른 중요한 특징은 슬래그 염기도의 조성 및 CaO/SiO2, CaO/Al2O3및 MgO/Al2O3의 비를 조절하는 것이다. 슬래그 염기도는 (%CaO + %MgO)/SiO2의 중량 비로 한정된다. 이러한 단계 I에서 슬래그 염기도는 양호하게는 적어도 1.0, 보다 양호하게는 적어도 1.5, 가장 양호하게는 적어도 2.0이어야 한다. 반면에, 정련 반응기에서 다수의 내화 라이닝에 보다 잘 부합될 수 있는 더 높은 염기도가 공지되어 있다. 또한, 더 높은 슬래그 염기도는 단계 II에서 바람직한 탈황 반응을 촉진시킨다. 반면에, 슬래그 염기도는 니켈 합금 제1철 욕의 MT에서 발생되는 소정량의 SiO2에 대한 MT 당 슬래그 부피를 증가시킨다. 그러나, 슬래그 염기도는 3.0을 초과하지 않아야 하는 데, 그 이유는 슬래그가 증가된 액체 온도로 인해 CaO 및 MgO의 고선광에서 너무 점성이기 때문에 슬래그 내의 합금의 액적을 포획할 수 있기 때문이다. 슬래그 내에 존재하는 Al2O3는 양호하게는 10 내지 25 중량 퍼센트의 범위에 있어야 한다. 이와 비슷하게, MgO는 10 내지 20 중량 퍼센트 범위에 있어야 한다. 단계 II에서 슬래그로 황을 최대한 전달하기 위해, CaO/SiO2, CaO/Al2O3및 MgO/Al2O3의 비가 단계 I에서 생성된 슬래그에서 각각 적어도 1.0, 0.5 및 0.2이어야 한다.
본 발명의 또 다른 중요한 특징은 kg 슬래그/MT로서 특정 슬래그 중량을 조절하는 것이다. 슬래그 중량이 과도하면, 슬래그의 효과적인 혼합이 매우 어렵게 되고, 슬래그는 슬로핑으로 인해 반응기 내에 용이하게 보관되지 않는다. 슬래그 중량은 양호하게는 400 kg/MT를 초과해서는 안되며, 보다 양호하게는 300을, 가장 양호하게는 250을 초과해서는 안된다. 일반적으로, 슬래그는 하부 구멍을 통한 교반 가스의 활발한 주입 혼합 작용 중에 욕으로 유동된다. 슬래그 중량이 250 kg/MT의 니켈 합금 제1철 욕를 훨씬 상회할 때, 슬래그의 중요한 부분이 슬래그 층으로 유착될 수 있고, 여기서 층 내의 혼합 부재가 탈황 운동을 억제하고, 단계 II 중에 Ni 유니트를 함유한 합금의 금속 액적을 포획할 수 있다. 결과적으로, 슬래그 중량은 단계 I에서 충전된 Ni 라테라이트 광석의 양을 제한할 수 있다.
본 발명의 또 다른 중요한 고려 사항은 Ni 라테라이트 광석의 코발트 및 구리 함량을 제한하는 것이다. 단계 II 중에 충전된 황 함유 Ni 선광물과 함께 Ni 라테라이트 광석은 초기 철 충전에서 이미 제공된 Co 및 Cu에 대해 감한 후에 최종 합금 명세 내역에서 초과된 니켈 합금 제1철 욕의 MT 당 Co 및 Cu를 도입해서는 안된다.
단계 II
황 함유 Ni 선광물의 첨가로부터 황의 슬래그 탈황 조작은 단계 II 중의 중요한 특징이다. 개시 단계에서, 단지 비활성 가스가 교반 수단을 통해 주입되고, 부가적인 메탈로이드가 메탈로이드/산소 욕 평형에 따라 욕 내에 주 산소 분압을 낮추기 위해 욕으로 충전된다. 메탈로이드가 알루미늄이면, 알루미늄의 원료는 베버리지 용기 스크랩과 같은 더 값비싼 알루미늄 숏보다 더 낮은 성질일 될 수도 있다. 이러한 단계의 용융 시간은 상대적으로 짧고, 슬래그 황 용해도 한계까지 탈황 반응을 얻기 위해 필요한 시간으로 설정된다. 슬래그에 의한 탈황 공정은 운동 현상으로서 비 제한 단계로서 교반 비 강도를 포함할 수 있다. 이러한 정도로, 교반 비 강도는 탈황 공정에 필요한 시간에 영향을 미칠 수 있다.
평형 슬래그/금속 황 분리비 및 평형 슬래그 황 용해도는 잘 혼합된 정련 반응기에서 소정의 욕 황 명세 내역과 슬래그 중량에 대해 시스템에서 최대한 수용 가능한 황 중량을 결정한다. 슬래그 성분의 조작에 의해, 슬래그/금속 산소 전위 및 온도, 슬래그의 탈황 용량이 소정의 슬래그 중량에 대해 최대로 될 수 있다. 이러한 것은 차례로 시스템에서 전체 황 중량을 최대로 될 수 있게 한다. 평형 슬래그/금속 황 분리비 및 슬래그 황 용해도의 공지된 바에 의하면, 소정의 황 함량에 대한 욕 혼합물로 충전될 수 있는 황 함유 Ni 선광물의 최대량이 계산될 수 있다.
슬래그 황 용량, 즉 Cs는 다음의 식으로 한정된 바와 같이 슬래그 산화물의 광학 염기도를 이용하여 계산될 수 있다.:
log Cs= [(22690 - 54640∧)/T]∧ + 43.6∧ - 25.2, 여기서 슬래그 광학 염기도 ∧는 각각의 산화물의 광학 염기도 ∧i(여기서 i = A, B .... )의 몰 평균으로부터 계산된다.:
∧ = XA∧A+ XB∧B.... 이고, 여기서
Xi= 산화물의 몰 분율 x 산화물 분자의 산소 원자 수 / ∑ 산화물의 몰 분율 x 산화물 분자의 산소 원자 수.
스테인레스강에서 가장 일반적인 산화물은 CaO, SiO2, Al2O3및 MgO이다. 상기 식으로부터 결정된 바와 같이 그 광학 염기도 ∧i는 다음과 같다.:
∧CaO= 1.0 ; ∧SiO2= 0.48 ; ∧Al2O3= 0.61 및 ∧MgO= 0.78
이러한 식은 정련 반응기에서 슬래그 및 강 사이의 황의 평형 분포를 계산하기 위해 황 가스/금속 평형 및 금속 조성의 결과의 나타내는 표준 열역학 식과 결합될 수 있다. 평형 슬래그/금속 황 분포비는 다음과 같이 한정된다.:
Ls≡ (%S) / %S, 여기서 (%S)는 슬래그 내의 황의 중량 퍼센트이고, %S는 금속 욕 내의 황의 중량 퍼센트이다. 이러한 비는 슬래그/금속 황 평형으로부터 계산될 수 있다.:
Ls= Csfs/ KspO2 1/2, 여기서 Ks는 평형에 대한 평형 상수이다. ½S2(g) =S, ΔG°= -32,280 + 5.6T ; fs는 다음으로 계산되는 욕 혼합물 내에 용해된 황의 활성 계수이다(각각 상당히 희석된 1 중량 퍼센트의 기준 및 표준 상태) :
log fs= -0.0280% S + 0.11% C + 0.063% Si - 0.011% Cr + 0% Ni - 0.26% Mn - 0.0084% Cu + 0.01% N + 0.0027% Mo + 0.13% B ; Cs는 슬래그 황 용량이고, pO2는 산소 분압(atm)이다.
슬래그/금속 시스템은 일반적으로 Ar 가스의 pO2와 평형이 아니다. 대신에, pO2는 산화물, 즉 CO 또는 Al2O3중의 하나에 의해 조절되는 경향이 있다. 용해된 탄소-산소 평형이 유지되는 것으로 가정하면, 그 다음에 :
CO(g) =C+ ½O2(g) ΔG°= 32,100 + 10.85T
pO2 1/2= exp(-ΔG°/RT)pCO/ fc%C, 여기서 log fc= 0.14% C - 0.024% Cr + 0.08% Si + 0.046% S + 0.012% Ni - 0.12% Mn + 0.11% N + 0.016% Cu - 0.0083% Mo + 0.24% B ; %C는 욕 혼합물 내의 C의 중량 퍼센트이고, pCO는 정련 반응기 내의 CO의 분압이고, 교반 수단의 비활성 가스의 O2/Ar 불순비로부터 계산될 수 있다. :
pCO= 1 / 1 + 1/2(O2/Ar)
일반적인 pO2가 용해된 Al의 수준에 의해 조절된다면, 이 때에 :
(3) 2AL+ 3/2O2(g) = Al2O3(s) ΔG°= -435,960 - 3.75TlogT + 92.22T
log fAl= +0.045%Al - 0.091% C - 0.24% B + 0.0056% Si + 0.04% Cr - 0.017% Ni, 여기서 pO2 3/2= exp(-ΔG°/RT) / (fAl%Al)2.
평형 슬래그/금속 황 분리 비 및 평형 슬래그 황 용해도는 평형을 설정하고, 즉 슬래그 중량 및 단계 II에서 소정의 최종 욕 황 명세 내역에 대한 슬래그/금속 시스템에서의 최대로 허용 가능한 전체 황 중량을 설정한다. 이러한 수준을 넘는 황 하중의 증가는 욕 황 수준을 증가시킴과 더불어 슬래그 상으로부터 CaS의 침전으로 종결된다. 다음의 반응에 의한 CaS의 침전은 충분한 양이 침전된다면 탈 슬래깅 공정을 가능하게 조정할 때에 슬래그의 유동성을 감소시키는 경향이 있다.
3S+ 3CaO(1) + 2Al= 3CaS(s) = Al2O3(l)
2S+ 2CaO(1) +Si= 2CaS(s) = SiO2(l)
슬래그/금속 황 분리 비가 상기 식을 이용하여 계산될 수 있더라도, 슬래그 황 용해도는 지금 계산되지 않으며, 실험실 또는 파일럿 시험에서 실험 관찰에 의해 결정된다. 황 함유 Ni 선광물의 황 함량 및 철 욕의 초기 황 함량이 제공되면, 전체 허용 가능한 황 중량은 이러한 황 함유 Ni 선광물로부터 유도될 수 있는 Ni 유니트의 최대수를 결정하고 단계 II에서 욕 황 명세 내역을 충족시킨다. 이러한 것은 다음의 황 질량 평형에 의해 도시된다. : (기본 : 1 미터 톤 합금)
전체 황 방출 = 전체 황 도입
슬래그 황 + 최종 욕 황 = 선광물 황 + 초기 욕 황
슬래그 WT x (%S) + 1000 x %S최종 욕= X + 1000 x %S초기 욕, 여기서
(%S) / %S 최종 욕≡ Ls= 금속 황 분포 비에 대한 평형 슬래그, 및
(%S) ≤ (%S)최대, 여기서 (%S)최대는 슬래그 내의 황 용해도 한계.
변수 X는 기본적으로 로 대기에 대해 황 손실이 없는 것을 가정하여 kg S/톤 단위의 니켈 합금 제1철 욕에서 황 함유 Ni 선광물 첨가로부터 황 중량을 나타낸다. 2.0 이상의 슬래그 염기도와 적어도 0.02 중량 퍼센트의 용해된 욕 알루미늄에서, 200 이상의 Ls가 계산된다.
kg/MT 단위의 니켈 합금 제1철 욕에서 황 함유 Ni 선광물의 양은 선광물에서 %S에 의해 X로 분할되고, 선광물로부터 유도된 kg/MT 단위의 최대 Ni 유니트는 그 Ni 함량의 선광 시간의 kg/MT이다.
Ni 유니트(kg/MT) = X(%Ni / %S)선광
본 발명의 중요한 특징은 슬래그의 조성을 조절하는 것으로서, 즉 단계 II 중에 염기도를 조절하는 것이다. 슬래그 염기도는 (%CaO + %MgO) / (%SiO2)의 중량 비로 한정된다. 이러한 슬래그 염기도는 적어도 1.0, 양호하게는 적어도 1.5, 보다 양호하게는 적어도 2.0이어야 한다. 슬래그 염기도는 Cs를 통해 Ls에 대해 상당한 영향을 갖는다. 1.0 훨씬 이하의 슬래그 염기도는 슬래그로의 황의 흡수를 최대화하는 데 불리하다. 슬래그 염기도는 3.0을 초과해서는 안되며, 그 이유는 슬래그가 증가된 액체 온도로 인해 CaO 및 MgO의 고선광에서 너무 점성이기 때문이다. 양호한 탈황 조작과 유사하게, 슬래그 %Al2O3는 낮아야 하며 ; CaO/Al2O3의 비는 적어도 0.5, 양호하게는 3.0 가장 양호하게는 3.5이어야 한다.
본 발명의 다른 중요한 일면은 CaO, MgO, Al2O3, SiO2및 형석(CaF2) 중 하나 이상과 같이 슬래깅제를 포함하는 Ni 라테라이트 광석 첨가를 포함하는 것이다. 중요한 슬래그 조성 비를 조정하기 위해 슬래깅제를 이용하는 것이 필요할 수도 있다. 이러한 목적을 위해 필요한 슬래깅제는 CaO이다. 또한 슬래깅제로서 MgO를 이용하는 것이 매우 바람직할 수도 있다. 이것은 단계 I 중에 충전된 Ni 라테라이트 광석의 MgO 함량에 따라 결정된다. 슬래그가 정련 반응기의 내화 라이닝에서 MgO와 부합되도록 적어도 10 중량 퍼센트의 MgO가 바람직하다. 양호하게는, 슬래그 내의 MgO는 20 중량 퍼센트를 초과하지 않아야 하며, 그 이유는 더 높은 MgO 레벨로 인해 증가된 액체 온도가 슬래그를 점성으로 만들고 금속 욕과 혼합되기 어렵게 만들기 때문이다. 또한, 슬래그에 10 중량 퍼센트 이상의 CaF2를 첨가하는 것이 바람직한 데, 그 이유는 슬래그 유동성을 증가시킬 수 있고 라임 및 황의 용해를 보조하기 때문이다. Al2O3가 슬래그 내에 존재할 때, Al2O3가 Cs에 역영향을 미치므로 양호하게는 약 25 중량 퍼센트를 초과해서는 안된다. 슬래그 유동성을 촉진시키기 위해 최종 슬래그가 적어도 10 중량 퍼센트, 양호하게는 적어도 15 중량 퍼센트의 Al2O3를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명을 이용하는 중에 다른 성분들이 또한 조절될 수 있다. 환원 주기 중에 본 발명에 이용될 수 있는 철 욕 혼합물을 교반 또는 수세하기 위한 하부 구멍을 통과하는 비활성 가스는 Ar, N2또는 그 혼합물을 포함한다. Ar보다 덜 값비싸고, 그 순도가 적어도 99.997 부피 퍼센트로 조절되고, 단계 II가 단계 III에서 탈황 반응 및 Ar 교반이 수반될 때에 특히 N2가 바람직하다. 이러한 극초순도에 대한 이유는 0.0005 부피 퍼센트만큼 낮게 N2와 함께 도입된 산소가 철 욕에서 용해된 알루미늄 또는 탄소(즉, Al/Al2O3또는 C/CO)의 평형으로부터 정련 반응기에서 발생되는 것보다 더 높은 pO2를 나타내기 때문이다. 또한, 선광물의 코발트 및 구리 함량은 Ni 라테라이트 광석과 도입된 Co 및 Cu 유니트와 함께 초기 욕 혼합물에서 발생되는 이러한 유니트에 대해 감한 후에 최종 명세 내역에 요구되는 것을 초과해서 욕의 MT 당 Co 및 Cu 유니트를 도입하지 않도록 조절되어야 한다.
단계 II의 또 다른 중요한 특징은 kg 슬래그/MT 니켈 합금 제1철 욕으로서 특정 슬래그 중량의 계속적인 조절에 있다. 특정 슬래그 중량을 황 중량 및 단계 I 및 II 중에 얻어진 Ni 유니트의 최대수를 최대화하여 가능한한 높게 하는 것이 바람직하더라도, 슬래그 중량은 양호하게는 400 kg/MT를 초과해서는 안되고, 보다 양호하게는 300을 초과해서는 안되며, 가장 양호하게는 250을 초과해서는 안된다. 명세 내역의 슬래그 중량은 슬래그 염기도를 보전하는 데 필요한 황 함유 Ni 선광물 및 부가적인 슬래깅제에서 슬래그 성분으로부터 그리고 탈황 공정 및 탈산 공정에서 형성된 Al2O3및/또는 SiO2로부터 단계 II 중에 유사하게 증가될 것이다. 일반적으로, 슬래그는 교반 수단의 활발한 혼합 작용 중에 철 욕으로 유동된다. 니켈 합금 제1철 욕에서 슬래그 중량이 250 kg/MT 이상으로 증가될 때, 슬래그의 중요한 부분이 슬래그 층으로 유착될 수 있다. 그러한 슬래그 층에서, 교반 수단의 혼합 효과는 감소됨으로써, 탈황 공정 및 화학적 평형으로의 접근을 억제한다. 또한, 욕으로부터 금속 액적은 슬래그 층 내에 포획될 수 있고, Ni 및 Cr의 수율을 감소시킨다. 탈 슬래깅은 단계 II의 종결을 표시한다.
단계 III
단계 II의 말단부에서, 대부분의 황 함유 슬래그는 반응기로부터 전달된다. 소량의 보유된 슬래그가 잔여 황 및 환원제를 함유한 제1철 욕과 함께 반응기 내에 니켈 합금 및 가능하게는 크롬 합금 욕 상에 잔존할 수 있다. CaO 및 다른 슬래깅제의 새로운 첨가와 함께, 욕은 최종 합금 명세 내역으로 정련되는 경로에 적합하다. 이러한 과정은 단계 III 중에 수행되고, 여기서 욕은 먼저 근접한 최종 탄소 명세 내역에 탄소 레벨을 낮추기 위해 교반 수단 내에 O2/Ar의 점진적으로 감소되는 비 하에서 탈탄 조작을 거친다. Cr 유니트가 이러한 단계 내의 탈탄 조작 중에 슬래그로 산화되어진 귀중한 Cr 유니트를 회수하기 위해 상류측에 첨가된다면, 이러한 것은 환원 주기 다음에 뒤따르게 된다. 정련 슬래그가 단계 III 중에 형성되므로, 부가적인 탈황에 대한 가능성이 있다. 단계 II에 남는 니켈 합금 제1철 욕에서 최대 허용 가능한 황 레벨은 단계 II로부터 저장된 어떤 슬래그에서 잔여 황에 대해 정정된 후에 새로운 정련 슬래그의 네트 탈황 용량에 의해 설정된다. 정련 반응기의 분출관이 온전한 상태에서, 대략 15 내지 20 kg 슬래그/MT 금속은 전형적으로 탈슬래깅 후에 남아 있게 된다. 단계 II에서 가정된 4 중량 퍼센트의 슬래그 황 레벨에 있어서, 잔여 슬래그가 단계 II에 남아 있는 열간 금속에서 황과 함께 단계 III 중에 제거되어야 하는 약 1 kg S/MT까지 분포된다. 정련 중에 반응기에 첨가된 알루미늄 및/또는 실리콘 메탈로이드는 욕에서 주 산소 분압을 낮추어서 정련 슬래그에 대한 슬래그/금속 황 분리 비를 최대화함으로써 이러한 주기 중에 도움이 된다. 필요하고 비용면에서 효과적이다면, 단계 III은 몇개의 탈 슬레깅을 포함할 수도 있다.
본 발명은 0.11 중량 퍼센트 이하의 C, 2.0 중량 퍼센트 이하의 Al, 2.0 중량 퍼센트 이하의 Si, 9 중량 퍼센트 이하의 Mn, 0.03 중량 퍼센트 이하의 S, 26 중량 퍼센트 이하의 Cr 및 20 중량 퍼센트 이하의 Ni를 함유하는 오스텐식 강을 제조하는 Ni 합금 유니트를 공급하는 데 바람직하다. 본 공정은 특히 AISI 301-306, 12 SR 및 18 SR 스테인레스강을 제조하는 데 바람직하다. AISI 301-306 등급으로 최종 알루미늄 욕 레벨은 0.02 중량 퍼센트를 초과해서는 안되며, 그 이유는 강의 접합능의 해로운 영향 때문이다. 니켈은 스테인레스강에서 오스테나이트의 형성에 기여하는 중요한 합금 금속이다. 이러한 강은 적어도 2 중량 퍼센트의 Ni, 양호하게는 적어도 4 중량 퍼센트를 함유한다. 표 II는 AISI 301-306 등급에 대해 중량 퍼세트로 표시된 화학적 명세 내역을 제공한다.
표 II
본 발명의 파일럿 시험
용융된 철은 Ar 및 산소가 욕 혼합물을 교반하기 위해 유동되고 메탈로이드 및 탄소 환원제를 산화시켜 열을 발생시키는 상업적 다공성 플러그가 장착된 선 가열된 1/2 톤 파일럿 반응기로 충전되었다. 그 철은 550 kg 용량의 공기 유도로에서 용융되어 턴디쉬를 통해 반응기로 인출되었다. 열은 충전 재료의 작은 열 크기 및 큰 감성 열 요구 상태로 인해 상대적으로 높은 열 손실을 극복하기 위해 전형적으로 1700 내지 1750℃로 가능한한 높게 인출되었다. 파일럿 반응기의 D-캐스트 작업 라이닝 및 알루미늄 백업 라이닝에 의해 벽과 개방된 상부를 통한 열손실은 단지 9℃/min 이었다. 본 발명의 파일럿 시험에 이용되는 반응기의 성능은 단지 하부 교반 수단으로 제한되었고, 따라서 상부 란스로부터 산소의 송풍의 차후 연소 및 탈탄 조작의 선택이 허용되지 않았다.
부분적으로 건조된 Ni 라테라이트 광석 및 슬래깅제들은 용융된 철 혼합물을 함유하는 반응기로 냉간 충전되었다. 표 III은 Ni 라테라이트 광석의 중량 퍼센트 조성을 제공한다.
표 III
Ni 라테라이트 광석이 첨가된 후에, 철/슬래그 욕 혼합물이 샘플되어 온도가 단계 I의 지속 시간 동안 매 3 내지 5분 동안 취해졌다. Ni 라테라이트 광석이 매우 빠르게 용융되기 때문에, 용융 시간의 길이는 광석을 용융시키는 운동 에너지보다 고정된 비로 하부 교반 수단을 통해 산소를 주입함으로써 욕에서 온도를 상승 또는 유지시키는 데 필요한 시간에 의해 결정된다. 수용 가능한 욕 온도가 도달된 후에, 산소 유동이 즉시 종결되었고, Ar 교반 가스의 유동이 증가되었다. 일반적으로, 철 욕에 알루미늄을 첨가하는 것은 그 다음에 이루어졌고, 표 IV에서 제공된 중량 퍼센트 조성의 황 함유 Ni 선광물의 주기적인 첨가가 잇따랐다.
표 IV
철 욕 및 슬래그가 샘플되었고, 온도가 매 3 내지 5분마다 취해졌으며, 슬래그가 최대 황 함량을 취한 것으로 판단될 때까지 황 함유 Ni 선광물 첨가가 잇따르고, 이 때에 점성 또는 덩어리상이 되어 CaS의 침전을 촉진한다. 일반적으로, 탈황 공정은 매우 빠르게 발생하는 것으로 알려졌다. 전체 용융 시간은 전체 탈황 가능성에 도달되는 데 필요한 황 함유 Ni 선광물의 첨가 수에 따라 결정된다. 표 V는 본 발명의 일련의 6개의 시험의 주요 상태 및 결과를 제공한다. 황 함유 Ni 선광물보다는 철 황화물(FeS2)이 실질적으로 일부 시험에 첨가되었음을 이해하여야 한다. 후자가 본질적으로 니켈 및 철 황화물로 구성되므로, 다른 원으로부터 기원한 시험 중에 황의 반응에 대한 차이는 거의 없다.
이러한 시험들은 다양한 상태로 단계 I 중에 우수한 Ni 수율을 나타낸다. 높은 슬래그 중량(다른 시험에서는 50 내지 100 kg/MT에 비교되는 시험 I에서의 약 200 kg/MT)에도 불구하고, 83%의 Ni 수율이 얻어졌고, 여기서 충전시에 먼지 손실로 인하기 보다는 주로 슬래그 내의 금속의 액적의 포획으로 인해 감소가 발생되었다.
단계 II를 고려할 때, 시험 결과는 선광물로부터 유래되는 Ni 유니트의 높은 Ni 수율(시험 I 및 II)을 나타낸다. 일반적으로, 슬래그 황 레벨은 CaO/SiO2및 CaO/Al2O3의 증가비에 따라 증가되는 것으로 알려졌다. 열간 금속 황에 대한 슬래그 황 비(Ls)도 욕 %C와 함께 CaO/SiO2및 CaO/Al2O3의 비에 따라 증가되었다.
표 V
본 발명의 상업적 조작에 대한 실시예
본 발명은 다양한 스테인레스강을 제조하기 위해 이용될 수 있으며, Ni 유니트의 범위, 양호하게는 적어도 10%의 Ni 유니트 강이 Ni 라테라이트 광석 및 황 함유 Ni 선광물로부터 얻을 수 있다. Ni 유니트의 잔부는 단계 III에서 상류측에 용융된 니켈 함유 강 스크랩과 상류측 또는 하류측에 첨가된 페로니켈로부터 얻을 수 있다. 광석 및 선광물로부터 직접 얻는 Ni 유니트의 수는 본 발명에서 선택된 공정 상태에 따라 결정된다.
본 발명에서 제안된 상업적 응용예를 도시하기 위해 8가지 실시예가 제공되어 있다. 표 VI는 본 발명의 단계 I 및 II의 조작 상태 및 결과를 제공하고, 여기서 본 공정의 주 매개 변수가 개략적으로 변화되어 있다. 본 발명의 응용예가 표 VI에서 선택된 매개 변수의 범위로 제한되어서는 안됨을 주지해야 한다. 예를 들어, 표 VI에서 제공된 모든 실시예에 대해서 일정할지라도 철/슬래그 혼합물의 초기 온도는 매개 변수일 수 있다. 본 발명은 Ni 광석 및 황 함유 Ni 선광물로부터 단독으로 니켈 합금 제1철 욕에서 더 높은 니켈 함량을 얻도록 이용될 수 있지만, 이러한 것은 더 높은 슬래그 중량을 야기하고 혼합 상태에 따라 결정되며, 용융 시간을 증가시키고, Ni 수율 및 탈황 조작 효율을 저하시킨다. 본 발명에 의해 치환될 수 있는 Ni 유니트에 대해 보다 경제적이고 제조 비용의 절감일 수 있는 하나의 대안예는 다단 탈슬래깅이다. 본 발명의 단계 I 및 II 중에 제조된 것과 최종 합금 명세 내역에 의해 요구되는 것 사이의 Ni 함량 차이는 페로니켈 및/또는 Ni 베어링 스크랩 첨가에 의해 상류측 또는 하류측에서 조절된다.
표 VI
단계 I
단계 II
실시예 I 및 II
실시예 I은 다른 실시예와 비교되는 기본 예로 취해진다. 실시예 II에서, 중요한 매개 변수는 선 가열 온도로서 그 온도는 낮다. 실시예 I 및 II에서, Ni 라테라이트 광석은 500 내지 600℃ 사이에서 선 가열될 때에 유리된 거의 화학적으로 속박된 물로서 완전히 습기가 없는 것으로 고려된다. 실시예 II는 Ni 라테라이트 광석이 상기 방식으로 완전히 건조된 것에는 대응되지만, 열간 충전이 불가능하므로 실온에서 충전되엇다. 약 7 중량 퍼센트의 화학적으로 속박된 물을 함유한 일부 충전 건조 광석이 전체 열 평형에 영향을 미침을 주지하여야 한다. 이러한 실시예들에서, 파일럿 시험 결과에 기초하여 단계 I 중에 Ni 수율이 90%로 가정된다. 또한, 모든 3가지 경우에서, 알루미늄은 중요한 금속 환원제이다. 알루미늄 스크랩이 페로실리콘 파인스에서 실리콘과 동일한 비용이 들 때, 3가지의 직접적인 이점으로 인해 알루미늄이 선택된다.: Ni 라테라이트 및 황 함유 Ni 선광물에서 상대적으로 부족한 Al2O3로 인해 슬래그 내에서 Al2O3의 필요와, 실리콘에 대한 더 높은 열의 산화와, 부가적으로 슬래그 중량을 증가시키는 슬래그 염기도를 유지하기 위해 CaO와같은 슬래깅제의 불필요와 같은 3가지 이점이 그러하다. 실지로, 이러한 3가지 이유로 인해 알루미늄의 이용이 본 발명의 주요한 상승 효과를 나타내고 상당한 경비 절감을 가져온다.
1000℃로부터 25℃로의 선 가열 온도를 낮추는 것은 동등한 슬래그 중량에 대해 Ni 라테라이트 광석으로부터 Ni 유니트의 가장 일반적인 감소를 가져온다. 슬래그 중량이 양 경우에 있어서 동일하므로, 단계 II 중에 선광물로부터 Ni 유니트의 양은 동일하다. 따라서, 단계 I 및 II로부터의 최종 전체 Ni 함량은 거의 동일하다. 그러나, 선 가열 온도를 감소시킬 때 더 많은 알루미늄과 니켈이 이용되고, 이러한 것은 Ni 유니트 당 제조 비용의 절감에 역영향을 미칠 것이다.
실시예 III, IV 및 V
실시예 III에서, HM S에 대한 슬래그 S 비(Ls)가 조사되었고, 반면에 실시예 IV에서는 단지 퍼센트 슬래그 황이 매개 변수로 조사되고, 양자 모두는 단계 II에 영향을 준다. 단계 I은 기본 케이스 실시예 I과 완전히 동일한 조건을 갖는다. 실시예 III에서, 퍼센트 슬래그 황은 일정하게 유지되고, 따라서 증가된 Ls가 최종 욕 %S를 감소시키는 영향만을 갖는다. 실시예 IV에서, 소정의 슬래그 중량에 대해 퍼센트 슬래그 황이 직접 충전된 선광물의 양을 조절하므로, 단계 II 중에 제조된 Ni 유니트의 수는 퍼센트 슬래그 황에 직접 비례한다. 더 적은 황이 슬래그로 흡수됨에 따라 최종 욕 온도가 다소 감소된다. 더 많은 Ni 라테라이트 광석을 충전하는 결과에 의해, 실시예 V에서 단계 I 중에 슬래그 중량을 증가시킬 수 있는 것은 동등한 퍼센트의 슬래그 황과 비 Ls를 위해 단계 I 및 단계 II 양자에서 얻어진 MT 합금 욕 당 Ni 유니트의 수를 직접 증가시킨다. 단계 I에서 용융 시간은 일정하게 유지되고, 따라서 슬래그 중량의 증대로 인한 더 큰 열 수축은 탄소에 대해 연소하는 더 많은 알루미늄 (또는 실리콘)에 의해 보상되어야 한다. 실시예 I에 대해 알루미늄의 소비가 약 20%로 증가되고, Ni 유니트의 전체 수도 0.94 중량 퍼센트에서 1.12 중량 퍼센트로 약 20% 정도로 증가된다. Al 비용이 동등한 중량 당 Ni보다 상당히 적으므로, 증가된 슬래그 중량에 대한 경제적인 동기가 강하게 유발된다.
실시예 VI 및 VII
실시예 VI 및 VII에서 연장된 용융 시간은 단계 I에 대한 더 높은 특정 가스 유동 비와 결합하여 차후 연소능과 함께 또는 그러한 것 없이 중요한 매개 변수이다. 슬래그 중량 및 조성은 증가된 용융 시간에도 불구하고 일정하게 유지되고 실시예 I에서와 동일하다. 결과적으로, 열을 철 욕에 공급하여 산화되도록 탄소는 더 큰 범위로 석출된다. 최종 결과가 실시예 I에서와 같이 니켈 합금 제1철 욕의 MT 당 제조된 거의 동일한 Ni 유니트 수를 나타내지만, 제조 비용은 차이가 날 수 있다. 이러한 것은 덜 값비싼 탄소를 이용하기 때문이고, 슬래그 조성을 유지하기 위해 증가된 Al2O3를 충전할 필요로 인한 증가된 비용 및 부가적인 사이클 시간의 비용 때문이기도 하다. 제조 비용에 더하여, 또 다른 비용 문제는 상부 란스에 대한 설비 비용이다.
실시예 VIII
CaO/SiO2의 슬래그 비는 실시예 I에서 1.5부터 실시예 VIII에서 2.0으로 증가된다. 이러한 것은 Ni 라테라이트 광석에 더 많은 CaO를 충전하여 이루어진다. 이러한 변화는 열 평형에 역영향을 미치는 데, 그 이유는 선 가열 온도로부터 용융 온도로 부가적인 CaO를 가열하는 데 첨가된 열 때문이다. 결과적으로, 단계 I 중에 더 적은 Ni 유니트가 제조된다. 그러나, 단계 II 중에 특정 슬래그 중량이 동일하므로 실시예 I에서와 같이 동일한 수의 Ni 유니트가 제조된다.
실시예 I 내지 VIII에서 단계 II의 완성시에, 니켈 합금 제1철 욕은 산소 함유 가스에 의해 단계 III에서 최종 명세 내역으로 탈탄 조작될 수 있었다. 산소 함유 가스가 중간되는 환원 주기 다음에, 메탈로이드가 철 욕에 첨가되고, Ar이 교반 수단을 통해 주입되어 제1철 욕 내에 0.03 중량 퍼센트 이하의 황을 남기면서 슬래그로 잔류 황을 전달한다.
본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어남 없이도 본 발명에 대한 다양한 변경예들이 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로, 본 발명의 제한은 다음의 청구 범위로부터 결정되어야 한다.
본 발명은 니켈 합금 철, 니켈 합금 강 및 니켈 합금 스테인레스강의 제조 중에 Ni 라테라이트로부터 직접 저렴한 Ni 유니트를 제공한다. 또한, 니켈 합금 철, 니켈 합금 강 및 니켈 합금 스테인레스강의 제조 중에 Ni 라테라이트 및 황 함유 Ni 선광물로부터 직접 저렴한 Ni 유니트를 제공한다.

Claims (32)

  1. 정련 반응기에서 니켈 합금 제1철 욕(nickel-alloyed ferrous bath)을 제조하는 방법에 있어서,
    용해된 메탈로이드 및 탄소를 함유하는 철/슬래그 욕 혼합물을 반응기 내에 제공하는 단계와,
    Ni 라테라이트 광석을 욕 혼합물로 충전하는 단계와,
    Ni 라테라이트 광석이 용융될 때까지 메탈로이드 및 탄소를 산화시키고 욕 혼합물을 교반시켜 니켈 합금 제1철 욕을 형성하기 위해 산소 함유 가스를 욕 혼합물로 주입하는 단계와,
    슬래그를 제1철 욕으로부터 방출하는 단계와,
    필요하다면 제1철 욕이 최종 탄소 명세 내역으로 탈탄 조작될 때까지 산소 함유 가스를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 황 함유 Ni 선광물을 제1철 욕으로 충전하는 부가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, Ni 라테라이트 광석과 함께 황 함유 Ni 선광물을 욕 혼합물로 충전하는 부가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, Ni 라테라이트 광석이 10% 미만으로 화학적으로 속박된 물을 함유하도록 부분적으로 건조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, Ni 라테라이트 광석이 미리 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제3항에 있어서, 황 함유 Ni 선광물이 미리 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제2항에 있어서, 황 함유 Ni 선광물이 10 내지 35 중량 퍼센트의 Ni를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 제1철 욕이 산소 함유 가스의 주입 단계를 종결하기 전에 여러번 탈슬래그 조작되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 메탈로이드는 알루미늄, 실리콘 및 칼슘 탄화물로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    산소 함유 가스를 주입하는 단계와 비활성 가스를 제1철 욕으로 주입하는 단계를 종결하는 단계와,
    제1철 욕을 탈황 조작하기 위해 또 다른 메탈로이드를 충전하는 단계의 부가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 다른 메탈로이드는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 제1철 욕은 탈황 조작이 완수된 후에 제1철 욕이 여러번 탈슬래그 조작되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 반응기는 하부 교반 수단을 포함하고, 산소 함유 가스를 교반 수단을 통해 통과시키는 부가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제2항에 있어서, 반응기는 하부 교반 수단을 포함하고, 황 함유 Ni 선광물이 용융되고 황이 슬래그로 전달될 때까지 욕 혼합물을 계속해서 혼합시키기 위해 산소 함유 가스를 교반 수단을 통해 주입하는 단계를 종결한 후에 비활성 가스를 교반 수단을 통해 통과시키는 부가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 반응기는 산소의 상부 송풍 수단과, 욕 혼합물의 하부 교반 수단을 포함하고, 송풍 수단을 통해 욕 혼합물로 산소 가스를 주입하고, 산소 가스의 일부는 CO 및 H2의 차후 연소를 수행하도록 욕 혼합물 상으로 또는 욕 혼합물 내로 방출되고, 산소의 나머지 일부는 탄소는 CO로 그리고 메탈로이드는 산화물로 산화되도록 욕 혼합물 내로 주입되는 단계와, 하부 교반 수단을 통해 산소 함유 가스를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 송풍 수단을 통과하는 산소 가스와 교반 수단을 통과하는 산소 함유 가스의 총 유동율은 적어도 0.4 NM3/min/MT인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 송풍 수단을 통과하는 산소 가스와 교반 수단을 통과하는 산소 함유 가스의 총 유동율은 적어도 0.5 내지 4 NM3/min/MT인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 욕 혼합물로의 전체 가스 유동 중 적어도 30%는 교반 수단을 통하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 송풍 수단을 통과하는 산소 가스는 본질적으로 순수한 산소이고, 교반 수단을 통해 주입되는 산소 함유 가스는 4 이하의 비활성 몰 가스 비로 산소를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제15항에 있어서, CO 및 H2의 차후 연소 정도는 20 내지 50%인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제15항에 있어서, 교반 가스 내의 비활성 가스에 대한 산소의 초기 몰 비는 4 이하이고, Ni 라테라이트 광석을 융용시킨 후에 0으로 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제15항에 있어서, 산소를 주입하기 전에 욕 혼합물의 온도는 1500 내지 1750℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제1항에 있어서, 욕 혼합물은 0 내지 20 중량 퍼센트의 Cr, 탄소 포화까지의 0.5 중량 퍼센트의 C 및 3 중량 퍼센트 이하의 메탈로이드를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제1항에 있어서, 욕 혼합물의 슬래그 염기도는 1.0 내지 3.0 사이로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제1항에 있어서, 욕 혼합물 내에서 CaO/SiO2, CaO/Al2O3및 MgO/Al2O3의 슬래그 비는 각각 적어도 1.0, 0.5 및 0.2인 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, Al2O3는 적어도 10 중량 퍼센트인 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제1항에 있어서, 욕 혼합물의 슬래그 중량은 400 kg/MT를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제2항에 있어서, 제1철 욕에서 Ni 유니트의 적어도 10%는 Ni 라테라이트 및 황 함유 Ni 선광물로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제1항에 있어서, 제1철 욕은 2.0 중량 퍼센트 이하의 Al, 2.0 중량 퍼센트 이하의 Si, 0.03 중량 퍼센트 이하의 S, 26 중량 퍼센트 이하의 Cr, 10 중량 퍼센트 이하의 Ni를 포함하는 스테인레스강인 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 정련 반응기에서 니켈 합금 제1철 욕을 제조하는 방법에 있어서,
    용해된 메탈로이드 및 탄소를 함유하는 철/슬래그 욕 혼합물을 욕 혼합물의하부 교반 수단을 포함하는 반응기 내에 제공하는 단계와,
    Ni 라테라이트 광석을 욕 혼합물로 충전하는 단계와,
    Ni 라테라이트 광석이 용융될 때까지 메탈로이드 및 탄소를 산화시키고 욕 혼합물을 교반시켜 니켈 합금 제1철 욕을 형성하기 위해 산소 함유 가스를 욕 혼합물로 주입하는 단계와,
    비활성 가스를 교반 수단을 통해 주입하는 단계와,
    황이 제1철 욕으로부터 슬래그로 전달될 때까지 비활성 가스 주입이 계속되도록 황 함유 Ni 선광물과 또 다른 메탈로이드를 제1철 욕으로 충전하는 단계와,
    황 함유 슬래그를 반응기로부터 방출하는 단계와,
    필요하다면 제1철 욕이 최종 탄소 명세 내역으로 탈탄 조작될 때까지 산소 함유 가스를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 정련 반응기에서 니켈 합금 제1철 욕을 제조하는 방법에 있어서,
    용해된 메탈로이드 및 탄소를 함유하는 철/슬래그 욕 혼합물을 하부 교반 수단과 산소의 상부 송풍 수단을 포함하는 반응기 내에 제공하는 단계와,
    Ni 라테라이트 광석을 욕 혼합물로 충전하는 단계와,
    메탈로이드 및 탄소를 산화시키고 Ni 라테라이트 광석이 용융될 때까지 욕 혼합물을 활발하게 교반하여 니켈 합금 제1철 욕을 형성하도록 산소 가스를 송풍 수단을 통해 그리고 산소 함유 가스를 교반 수단을 통해 주입하고,산소 가스의 일부는 CO 및 H2의 차후 연소를 수행하도록 욕 혼합물 상으로 또는 욕 혼합물 내로 방출되고, 산소의 나머지 일부는 탄소 및 메탈로이드가 산화물로 산화되도록 욕 혼합물 내로 주입되는 단계와,
    비활성 가스를 교반 수단을 통해 주입하는 단계와,
    황이 제1철 욕으로부터 슬래그로 전달될 때까지 비활성 가스 주입이 계속되도록 황 함유 Ni 선광물과 다른 메탈로이드를 제1철 욕으로 충전하는 단계와,
    황 함유 슬래그를 반응기로부터 방출하는 단계와,
    필요하다면 제1철 욕이 최종 탄소 명세 내역으로 탈탄 조작될 때까지 산소 함유 가스를 교반 수단을 통해 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 정련 반응기에서 니켈 크롬 합금 제1철 욕을 제조하는 방법에 있어서,
    알루미늄, 실리콘 및 칼슘 탄화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 용해된 메탈로이드 및 탄소를 함유하는 크롬 합금 철/슬래그 욕 혼합물을 욕 혼합물의 하부 교반 수단과 상부 송풍 수단을 포함하는 반응기 내에 제공하는 단계와,
    Ni 라테라이트 광석을 욕 혼합물로 충전하는 단계와,
    메탈로이드 및 탄소를 산화시키고 Ni 라테라이트 광석이 용융될 때까지 욕 혼합물을 활발하게 교반하여 니켈 합금 제1철 욕을 형성하도록 산소 가스를 송풍 수단을 통해 그리고 산소 함유 가스를 교반 수단을 통해 주입하고,산소 가스의 일부는 CO 및 H2의 차후 연소를 수행하도록 욕 혼합물 상으로 또는 욕 혼합물 내로 방출되고, 산소의 나머지 일부는 탄소 및 메탈로이드가 산화물로 산화되도록 욕 혼합물 내로 주입되는 단계와,
    비활성 가스를 교반 수단을 통해 주입하는 단계와,
    황이 제1철 욕으로부터 슬래그로 전달될 때까지 비활성 가스 주입이 계속되도록 황 함유 Ni 선광물과 알루미늄을 제1철 욕으로 충전하는 단계와,
    황 함유 슬래그를 반응기로부터 방출하는 단계와,
    필요하다면 최종 탄소 명세 내역에 도달될 때까지 제1철 욕을 탈탄 조작하기 위해 산소 함유 가스를 교반 수단을 통해 주입하는 단계와,
    제1철 욕이 0.03 중량 퍼센트 이하의 S을 함유하는, 슬래그로부터 Cr를 회수하고 황을 슬래그로 전달하도록 제1철 욕으로 교반 수단을 통해 비활성 가스를 주입하고 메탈로이드를 부가적으로 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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