KR20000005151A - 용융 환원 장치 및 그것의 작동 방법 - Google Patents

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KR20000005151A
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히로시 이찌카와
마코토 다카하시
시로 호라
고에쯔 호리카와
마사히데 나카토미
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니테츠 플랜트 디자이닝 코포레이션
아사무라 타카싯
신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
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Abstract

금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 노의 측벽들에 하부 송풍구들을 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내부로 불어넣으므로써 슬래그 아래로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치와 그것을 작동하는 방법이 개선되었다.
짧은 변 방향으로 중심 근방 슬래그의 교반을 보장하기 위해 노 저부의 짧은 변 방향으로 중심 근방에 제공되는 저부 송풍구들을 통해 불활성 가스가 용탕 내로 불어넣어진다.
하부 송풍구들 아래이고 슬래그와 용탕의 계면보다는 낮지 않도록 그리고 수평 방향으로부터 0°내지 45°하향하도록 노의 측벽 부분에 제공되는 최하부 송풍구들로부터 불활성 가스가 불어넣어져 용탕 직상부의 슬래그가 뒤섞이며, 그리하여 슬래그와 용탕간의 상대 속도가 증가하고 슬래그로부터 용탕으로의 열전달량이 증가한다.
하부 송풍구들은 노의 긴 변들에 수직 방향으로부터 원료 장입구 방향의 반대 방향 쪽으로 15°내지 45°측방향으로 향하고, 그리하여 슬래그가 노의 긴 변 방향으로도 유동할 수 있도록 허용된다.

Description

용융 환원 장치 및 그것의 작동 방법
용융 환원은 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 노의 내부에 장입하고, 슬래그 내 금속 원료의 금속 산화물을 환원시키기 위해 순수한 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 불어넣음으로써 직접적으로 용탕을 제조하기 위한 공정이다. 그 공정에서는, 약 1,500 내지 1,800℃ 만큼 높은 온도의 가연성 가스가 용융 환원로에서 생성된다.
용융 환원 공정에서 철 원료와 같은 금속 원료는 용융 슬래그 내에서 환원되므로, 환원율, 소위 용융 선철 생산율은 슬래그 용적에 거의 비례한다는 것이 널리 알려져 있다. 그러므로, 용융 선철 생산율은 용융 슬래그의 횡방향 단면적을 증가시키거나 그것의 높이를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.
그러나, 용융 슬래그의 높이가 과도하게 증가되는 때에는, 용융 환원로의 장치 높이가 증가하고, 결과적으로 철 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 용융 환원로 내부로 장입하기 위한 장치의 높이와 용융 환원로로부터 배출되는 가연성 가스를 회수하기 위한 장치의 높이가 증가한다. 그 결과, 이러한 장치들을 수용하기 위한 건물의 높이가 증가하고 건설에 소용되는 비용이 현저하게 증가한다. 따라서, 용용 슬래그의 횡방향 단면적을 증가시키는 것이 보통이다.
상기 용융 환원 공정은, 전통적인 용광로 공정과 비교하여, 생산량이 매우 유연하게 결정될 수 있다는 즉, 생산량이 용이하게 변경될 수 있다는 장점과 그 장치가 용이하게 정지되고 재 가동될 수 있다는 장점 및 공장과 설비에 대한 투자비용이 낮다는 장점을 가진다. 그러므로, 용융 환원 공정은 용융 선철을 생산하기 위한 소규모 공정으로서 최근 관심을 끌고 있다.
그러한 용융 환원 공정은 일반적으로 두 단계 공정(예를 들어 일본 특허 공개 공보 번호 57-120607, 61-96019 등), 즉 전환원된 철 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 노 내로 장입하고 노 내에서 생성되는 가연성 가스 내 CO 가스와 H2가스로 철광석을 전환원하는 것을 포함하는 공정과, 한 단계 공정(예를 들어 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276, 63-65007, 61-279608, 60-9815 등), 즉 환원되지 않은 철 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 노 내부로 장입하고, 철 원료 내의 철 산화물을 환원하며, 노 내에서 생성된 연소가스 내의 CO 가스와 H2가스를 폐열 보일러 내에서 완전히 연소시키고, 증발에 의해 가연성 가스의 현열과 잠열을 회수하며, 동력 생성 등을 행하는 것을 포함하는 공정으로 분류된다.
비록 상기 두 단계 공정이 한 단계 공정과 비교하여 우수한 에너지 효율을 갖는 장점이 있으나, 거기에는 충진층 시스템(packed bed system), 유동층 시스템(fluidized bed system) 등의 전 환원로가 필요하다. 따라서 상기 두 단계 공정은 다음과 같은 단점을 갖고 있다 : 장치가 복잡해지고, 공장과 설비에 대한 투자비용이 높아지며, 전 환원로 내에서 반응 균일도를 유지하기 위해 철 원료의 형태가 제한된다(예를 들면, 충진층 시스템에서는 단지 블록 형상의 철 원료만이 사용될 수 있고, 유동층 시스템에서는 단지 분말 형상의 철 원료만이 사용될 수 있다). 이에 따라, 최근에는 단순한 한 단계 공정에 대해 관심이 쏠리고 있다.
슬래그 내에서 생성되어 슬래그 위의 노 공간(이후, 이차 연소 영역이라 칭함)내에 있는 연소 CO 가스와 H2가스의 비율(그 비율을 노내 이차 연소율이라 칭하며(CO2% + H2O %)/(CO2% + CO % + H2O % + H2%)로 정의됨)을 증가시키므로써 그리고 연소열을 슬래그로 효과적으로 전달하므로써 한 단계 공정에서 에너지 효율이 향상될 수 있다는 것이, 즉 탄소 재료의 단위 요구량(unit requirement)이 감소될 수 있다는 것이 널리 알려져 있다.
그러나, 상기 한 단계 공정은 이하에서 기술하는 바와 같이 문제점을 가지고 있다. 슬래그를 상하 방향으로 뒤섞는 것이 충분하지 못할 때에는 슬래그의 낮은 층과 용융 선철에 전달되는 열의 양이 감소하게 되고 슬래그의 높은 층만이 가열되게 된다. 그 결과, 상기 이차 연소 영역과 높은 층의 슬래그간의 온도차가 감소하게 되고, 이차 연소 영역에서 슬래그로 전달되는 열의 양이 줄어들게 된다. 결과적으로 상기 이차 연소율이 증가하는 때라도 탄소 재료의 단위 요구량 감소의 크기는 작아지게 된다.
상기 한 단계 공정에서는, 이차 연소 영역에서 슬래그로 전달되는 열의 양이 감소됨에 따라, 하기와 같은 문제점이 발생하게 된다. 이차 연소 영역에서의 분위기 온도가 올라가고, 이차 연소 영역의 노벽(furnace wall)이 내화벽돌로 늘어 세워진 경우에는 내화벽돌의 마모량이 급격히 증가하게 된다. 또 다르게는, 그것의 노벽이 수냉 패널로 늘어 세워진 경우에는 수냉 패널에 의해 추출되는 열의 양이 급격히 증가하게 된다.
그러한 문제점을 해결하기 위하여, 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276 은 하나의 노 구조를 제공하는데, 거기에서는 슬래그 쪽 횡방향으로 직사각형의 횡방향 단면을 가지는 노의, 더 긴 두 개의 측면을 각각 관통하는 방식으로 제공되는 하부 송풍구를 통해, 순수한 산소(pure oxygen) 및/또는 산소를 다량 함유한 가스(oxygen-enriched gas)가 슬래그 내로 불어넣어진다.
그러나, 위에서 제안된 노 구조는 아래에서 기술하는 바와 같은 첫 번째 문제점을 갖고 있다.
상술한 바와 같이, 용융 선철의 생산율을 증가시키고자 하는 때에는 용융 슬래그의 횡방향 단면적을 증가시키는 것이 일반적이다. 슬래그 쪽 횡방향으로 직사각형의 횡방향 단면을 가지는 노의, 더 긴 두 개의 측면을 각각 관통하는 방식으로 제공되는 하부 송풍구를 통해, 순수한 산소(pure oxygen) 및/또는 산소를 다량 함유한 가스(oxygen-enriched gas)가 슬래그 내로 불어넣어지는 노 구조에서는, 용융 슬래그의 횡방향 단면적을 증가시키는 것, 즉 하부 송풍구 높이의 횡방향 단면적을 증가시키는 것은 이하에서 기술하는 바와 같은 문제를 야기한다. 하부 송풍구 높이의 횡방향 단면의 짧은 변의 길이 L1이 증가하면, 상기 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어지는 순수한 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 하부 송풍구 높이 횡방향 단면의 짧은 변 방향 중앙부에 미치지 못하고, 그 결과 횡방향 단면의 짧은 변 방향 중앙부 근방의 용융 슬래그는 충분히 뒤섞이지 못한다.
즉, 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어지는 가스의 횡방향 적용범위(coverage)를 L3라 할 때, 하부 송풍구 높이의 횡방향 단면의 짧은 변 방향의 길이 L1은 L1≤ 2×L3를 만족하도록 세팅되어야 한다. L1＞ 2×L3인 때에는 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어지는 순수한 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 슬래그의 짧은 변 방향 중앙부에 도달하지 않고, 짧은 변 방향 중앙부 근방의 용융 슬래그가 충분히 뒤섞이지 못하는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 하부 송풍구 높이의 횡방향 단면적 S (= L1× L2)를 증가시키기 위해서는, 하부 송풍구 높이의 횡방향 단면의 긴 변의 길이 L2만이 증가되어야 한다.
예를 들어 용융 선철의 생산율을 2 배 증가시키기 위해서는, L2가 2 배 증가되어야만 하며, 하기 하는 바와 같은 문제점이 발생한다.
* 노를 공장 건물 내부에 설비하는 것이 곤란하게 된다.
* 노와 내화벽돌의 열팽창을 흡수하는 것이 곤란하게 된다.
* 직사각형 횡방향 단면을 가지는 노의 긴 변 방향으로의 반응 균일도를 보장하는 것이 곤란하게 된다.
더욱이, 상기 문제점을 해결하기 위해, 일본 특허 공개 공보 번호 60-9815는, 저부에서 불어넣는 송풍구들과 상부에서 산소를 불어넣는 랜스(lance)를 구비하고 그 벽은 내화벽돌로 늘어 세워지는 용해로 내로 용융 선철을 장입하는 것과, 슬래그의 조성과 유리 탄소 재료(free carbon material)의 양이 제한되면서 저부에서 불어넣는 송풍구를 통해 불어넣어지는 가스의 양을 조절하는 것을 포함하는 용융 환원 공정을 제안한다.
그러나, 금속 원료의 양을 줄이고 공정에서 이차 연소 영역으로부터 슬래그로의 열전달량을 보장하기 위해서는, 슬래그는 강하게 뒤섞여야만 한다. 그러나, 정련 작업(refining operation)에서 용탕(용융 금속, 쇳물)의 교반을 통해 뒤섞는 힘을 슬래그로 전달하는 것은 매우 어렵다. 즉, 용탕을 뒤섞기 위한 가스의 양이 매우 커서 비 산소(non-oxygen) 가스가 사용될 때는 용탕 온도가 낮아지는 한편, 용탕 온도를 유지시키기 위해 뒤섞기 위한 가스에 산소가 함유되는 때에는 용탕이 산화된다. 따라서 상기 공정은 하나의 딜레마를 제공한다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 일본 특허 공개 공보 번호 61-279608은 금속을 뒤섞기 위해 그를 통해 불활성 가스(inert gas)가 불어넣어지는 금속 욕 표면 아래의 송풍구들과, 금속 욕 표면의 위에 그리고 슬래그 표면의 아래에 위치하고 그를 통해 산소 또는 산소를 다량 함유한 가스가 슬래그 내로 불어넣어지는 송풍구들과, 상부에서 산소를 불어넣기 위한 랜스들을 구비하며, 내화벽돌이 늘어 세워지는 용융 환원로를 사용하는 공정을 제안한다.
그러나, 이러한 공정에서도, 불활성 가스가 금속을 뒤섞기 위해 금속 욕 표면 아래의 송풍구를 통해 불어넣어지므로, 아래에 기술하는 문제점들이 여전히 해결되지 않고 남아있다.
(1) 금속 욕 표면 아래의 송풍구를 통해 불어넣어지는 불활성 가스에 의해 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어 올려지므로, 상기 용탕은 금속 욕 표면의 위에 그리고 슬래그 표면의 아래에 위치하는 송풍구에서 불어넣어지는 산소 또는 산소를 다량 함유한 가스에 의해 재 산화된다. 따라서, 환원율의 향상, 즉 생산율의 향상은 방해받게 된다.
(2) 금속 욕 표면 아래의 송풍구를 통해 불어넣어지는 불활성 가스에 의해 용탕의 입자들이 불어 올려져 슬래그 내에 떠 있게 되므로, 슬래그의 열함량(heat content)과 열전도도(heat conductivity)는 증가하게 된다. 따라서, 슬래그에 접촉하는 노벽은 수냉 구조로 만들어질 수 없고 내화물질 구조로 만들어져야만 한다. 그 결과, 슬래그에 의해 야기되는 내화벽돌의 마모가 현저하게 되고, 따라서 수리와 수선(repairing and patching)이 자주 행해져야만 한다.
(3) 슬래그의 열함량과 열전도도가 증가하므로, 금속 욕 표면의 위에 그리고 슬래그 표면의 아래에 위치하는 송풍구들이 수냉 구조로 만들어 질 수 없어 소모성 송풍구가 채용되어야만 한다. 따라서, 그 송풍구들이 수시로 교체되어야만 한다.
(4) 용탕의 열함량과 열전도도가 크므로, 금속 욕 표면 아래의 송풍구들이 수냉 구조로 만들어질 수 없어 소모성 송풍구가 채용되어야만 한다. 따라서, 그 송풍구들이 수시로 교체되어야만 한다.
(5)금속 욕 표면 아래의 송풍구 둘레의 내화벽돌의 마모가 현저하므로, 그들은 자주 수리되거나 수선되어야 한다.
위에서 언급된 공정과 대조적으로, 위에서 언급된 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276 은, 슬래그 쪽을 향해 횡방향으로 노를 관통하고 그를 통해 순수한 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 슬래그 내로 불어넣어지는 하부 송풍구들과, 이차 연소 영역 쪽으로 노를 관통하고 그를 통해 순수한 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 이차 연소 영역 내로 불어넣어지는 상부 송풍구들과, 그리고 이차 연소 영역과 슬래그를 면하는 노 내부 표면의 일정 영역에 늘어 세워지는 수냉 패널을 포함하는 노 구조를 제안한다. 상기 노 구조는 위에서 언급된, 금속 욕 표면 아래에 위치하고 그를 통해 불활성 가스가 금속을 뒤섞기 위해 불어넣어지는, 송풍구들을 갖지 않으므로, 상기 (1) 내지 (5)의 문제점들이 모두 해결된다.
그러나, 위에서 제안된 노 구조는 아래에 기술되는 두 번째 문제점을 갖는다.
위에서 기술한 바와 같이 상기 노 구조는 금속 욕 표면 아래에 위치하고 그를 통해 불활성 가스가 금속을 뒤섞기 위해 불어넣어지는 송풍구들을 갖지 않으므로, 하부 송풍구들의 위에 위치하는 슬래그 부분이 강하게 뒤섞이더라도, 하부 송풍구들의 아래에 위치하는 용탕 욕 및 용탕과 슬래그의 경계는 매우 고요하다.
결과적으로, 이차 연소 영역으로부터 슬래그로의 열전달량이 크고, 슬래그 내에서 환원 반응이 진행되게 된다. 그러나, 슬래그로부터 용탕으로의 열전달량은 작고, 그 결과 슬래그와 용탕간의 온도차는 증가하게 된다.
노로부터 방출되는 용탕의 온도는 용융 환원 장치에서 뒤따르는 단계들 내의 제한에 따라 결정된다. 그 결과, 슬래그와 용탕간의 온도차가 큰 때에는, 슬래그 온도는 온도차에 따라 상승되어야만 한다. 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도는 상승된 온도에 따라 올라간다.
따라서, 슬래그와 용탕간에, 예를 들어, 약 100℃의 온도차가 있는 때에는, 슬래그와 용탕사이에 온도차가 없는 경우와 비교하여, 슬래그와 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도를 약 100℃까지 올리기 위한 잉여 에너지가 요구된다. 그 결과, 탄소 재료와 산소의 단위 요구량은 잉여 에너지에 따라 증가되어야만 한다.
더 나아가, 위에서 언급된 대로 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도와 슬래그의 온도가 약 100℃ 까지 높아질 때는, 만약 이차 연소 영역과 슬래그를 면하는 노 내벽의 면적 영역에 수냉 패널이 늘어 세워져 있다면 상기 수냉 패널로부터 추출되는 열량이 증가하게 된다. 그 결과, 탄소 재료와 산소의 단위 요구량은 더욱 증가하게 된다.
추출되는 열의 양이 증가하는 것은 이차 연소 영역을 면하는 수냉 패널 부분의 열 전달은 주로 복사 열 전달에 기초하며 대략 (가연성 가스의 온도)4- (수냉 패널의 온도)4에 비례하기 때문이고, 또한 슬래그를 면하는 수냉 패널 부분의 열전달은 열 전달은 주로 대류 열 전달에 기초하며 대략 (슬래그 온도) - (수냉 패널의 온도)에 비례하기 때문이다.
더 나아가, 위에서 언급한 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에 제안된 종래 기술은 아래에 기술하는 바와 같은 세 번째 문제점을 가지고 있다. 도 13은 거기에서 제안된 종래 기술에 의한 용융 환원 장치의 노 구조를 보인 종단면도이다. 도 14는 도 13의 A-A선 단면도이고, 도 15는 도 13의 B-B선 단면도이다.
노(1)는 베이스(2)에 고정되고, 노의 내벽에는 수냉 패널(3)과 내화벽돌(4)이 늘어 세워진다. 노의 상부에는 철 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 장입하기 위한 원료 장입구(5)와 노 내로부터 생성된 가연성 가스를 위한 가스 출구(6)가 제공된다. 용융 선철(7)은 노(1)의 저부에 축적되고, 용융 선철(7)보다 작은 비중을 갖는 슬래그(포밍(foaming) 슬래그)(8)가 그 위에 축적된다. 상기 용융 선철(7)과 슬래그는 각각 용융 선철 조(9)를 통과하여 탭 구멍(tap hole)(11)으로부터 그리고 슬래그 조(10)를 통과하여 신더 노치(cinder notch)(12)로부터 연속적으로 또는 단속적으로 방출된다.
원료 장입구(5)로부터 장입되는 철 원료 내의 철 산화물(FeO 와 Fe2O3)들은 동일한 원료 장입구(5)로부터 장입되는 탄소 재료 내의 탄소 성분에 의해 슬래그(8) 내에서 다음과 같은 식(式)들로 나타내어지는 반응에 의해 환원된다.
FeO + C → Fe + CO (흡열 반응) (1)
Fe2O3+ 3C → 2Fe + 3CO (흡열 반응) (2)
식 (1),(2)의 환원 반응은 용융 환원 공정에서 슬래그(8) 내에서 일어나므로 환원율, 즉 용융 선철의 생산율은 대략 슬래그 용적에 비례하는 것이 널리 알려져 있다.
또, 원료 장입구(5)를 통해 장입된 탄소 재료 내의 탄소 성분 부분은, 슬래그(8) 쪽을 향해 노(1)를 관통하도록 제공되는 하부 송풍구(13)를 통해 포밍 슬래그(8) 내부로 불어넣어지는 산소와 다음 식으로 표현되는 반응을 한다.
C + 1/2O2→ CO (발열 반응) (3)
본 발명자들은 시험 작업등을 행하였고, 그리하여, 폼(foam)이 식 (1)과 (2) 및 (3)의 반응에 의해 포밍 슬래그(8) 내에서 생성된 CO가스와 더불어 대류 되므로, 노 내의 하부 송풍구(13) 위에 위치하는 포밍 슬래그(8) 부분의 비중은 슬래그 조(10) 내의 억압된 슬래그(24) 비중의 1/2 내지 1/3이 된다는 것을 확인하게 되었다.
더 나아가, (1) 내지 (3)식의 반응에 의해 슬래그(8) 내에서 생성된 CO가스와 탄소 재료의 수소 성분은, 포밍 슬래그(8) 위의 상부 공간인 소위 이차 연소 영역(16) 쪽을 향해 노(1)를 관통하도록 제공되는 상부 송풍구(14)를 통해 이차 연소 영역(16) 내로 불어넣어지는 산소와 다음 식들의 반응으로 산화된다.
CO + 1/2O2→ CO2(발열 반응) (4)
H2+ 1/2O2→ H2O (발열 반응) (5)
식 (4) 와 (5)의 반응은 노내 이차 연소(in-furnace secondary combustion)라 칭한다. 이차 연소의 정도는 하기 하는 식 (6)으로 정의되는 노내 연소율로 표현되고, 상부 송풍구(14)를 통해 이차 연소 영역(16) 내부로 불어넣어지는 산소의 유동율을 증가시킴에 의해 이차 연소율이 증가된다는 것은 널이 알려져 있다.
노내 이차 연소율 = (CO2% + H2O %)
/(CO2% + CO % + H2O % + H2%) (6)
여기서 CO2%, CO%, H2O % 그리고 H2%는 가스 출구(6)에서 가연성 가스 내의 각각의 체적 분율을 나타낸다.
노내 이차 연소율이 증가할 때는, 이차 연소 영역(16) 내에서의 식 (4)와 (5)의 반응의 반응열의 일부가 슬래그(8)로 전달되고, 슬래그 내에서의 식 (3)의 발열 반응을 위해 필요한 탄소 성분을 감소시키므로써 탄소 재료 단위 요구량이 감소된다.
상술한 바와 같이, 노내 이차 연소율이 증가할 때 탄소 재료 단위 요구량의 감소 크기를 증가시키기 위해서는, 이차 연소 영역(16) 내에서의 식 (4)와 (5)의 반응열의 슬래그(8)로의 열전달량을 증가시키는 것, 즉 슬래그를 상하 방향으로 충분히 뒤섞는 것이 효과적이다. 이차 연소 영역(16)으로부터 슬래그(8)로의 열전달은 복사 열전달과 대류 열전달에 의해 일어나며, 이차 연소 영역(16)으로부터 슬래그(8)로의 열전달량은 또한 이차 연소 영역(16)의 분위기 온도와 슬래그(8) 온도간의 차이의 함수이다. 따라서, 용융 선철(7)과 슬래그(8)간의 온도차를 가능한 한 작게 하고 슬래그(8)의 온도를 낮추는 것도 또한 매우 효과적이다.
상술(上述)한 바와 같이, 상기 노 구조는 용융 선철의 욕 표면 아래에 금속을 뒤섞기 위한 불활성 가스를 불어넣는 송풍구를 갖지 않으므로, 위에서 언급한 (1) 내지 (5)의 문제점이 해결된다.
그러나, 도 13 내지 도 15에 도시된 그러한 노 구조도 여전히 다음의 문제점을 갖고 있다.
(a) 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 두 개의 긴 변(18)을 각각 긴 변(18)에 수직 방향으로 관통하는 하부 송풍구(13)를 통해 슬래그 내부로 순수한 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 불어넣는 노 구조에서는, 비록 슬래그(8)가 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 상하 방향으로 유동하고(도 13의 화살표 참조) 짧은 변(19) 방향으로 유동하지만(도 15의 화살표 참조), 긴 변(18) 방향으로는 충분히 유동하지 않는다.
(b) 따라서, 철 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 장입하기 위한 단지 하나의 원료 장입구(5)만이 노(1) 상측에 제공되는 때에는, 철 원료와 탄소 재료의 농도는 원료 장입구 직하부의 슬래그 내의 장소로부터 원료 장입구(5)로부터 멀리 떨어진 슬래그 내의 장소에 이르기까지 변동하게 된다. 생산량이 증가되는 때에는, 즉 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변(18)들이 연장되는 때에는, 다수개의 원료 장입구(5)가 제공되어야만 한다. 그 결과, 다수개의 원료 장입 장치가 설치되어야 하며, 따라서 설치 비용이 증가한다.
(c) 더욱이, 다수개의 원료 장입구가 제공되는 때에는, 원료 장입구와 가스 출구(6)간의 거리가 도 13에 도시한 바와 같이 짧아져야만 한다. 금속 원료와 탄소 재료의 입자 크기가 작을 때는, 노(1)로부터 생성된 가연성 가스의 유동에 들어가 원료 장입구(5)로부터 가스 출구(5)로 직접적으로 비산되는 금속 원료와 탄소 재료의 양이 증가하는 문제점이 발생한다.
더욱이, 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에 제안된 종래 기술은 네 번째 문제점을 갖고 있다. 도 28은 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에 제안된 종래 기술의 노 구조를 또 다른 관점에서 보인 종단면도이다. 또 29는 도 28의 A-A선 단면도이다. 도 30은 도 28의 B-B선 단면도이다. 도 28 내지 도 30에서 도 13 내지 도 15에 대응하는 부분은 동일한 참조번호가 따른다.
상술(上述)한 바와 같이, 노내 이차 연소율이 증가될 때 탄소 재료 단위 요구량의 감소 크기를 증가시키기 위해서는, 이차 연소 영역(16) 내에서의 식 (4)와 (5)의 반응열의 슬래그(8)로의 열전달량을 증가시키는 것, 즉 슬래그를 상하 방향으로 충분히 뒤섞는 것이 효과적이다.
한편, 가스가 노의 저부에 제공된 송풍구를 통해 수직 방향으로 용융 선철(7)과 포밍 슬래그(8) 쪽으로 불어넣어질 때, 상기 가스는 가스 유동율의 크기에 무관하게 일정한 산포(散布)각(spread angle) 2θ(약 20°)을 가진다는 것이 널리 알려져 있다(Iron and Steel, 61, No.6(1981)등). 본 발명자들은 슬래그(8) 대신 물을 사용하는 모형 시험을 수행하였고 그 결과 가스가 노의 측벽에 수직 방향으로 제공된 하부 송풍구(13)를 통하여 슬래그(8) 내로 불어넣어지는 때에도, 즉 도 29에 도시된 바와 같이 노의 저부 표면에 수평방향으로 불어넣어지는 때에도, 상기 가스는 가스 유동율의 크기에 무관하게 일정한 산포각 2θ(약 20°)를 가짐을 확인하였다. 따라서, 하부 송풍구(13)를 통해 불어넣어진 가스의 슬래그(8) 상부 표면에서의 산포폭(spread width) L3는 H 를 슬래그(8) 욕 표면의 하부 송풍구(13)로부터의 높이라 할 때 L3= 2H × tanθ와 같이 표현될 수 있고, 가스 산포폭 L3내부의 슬래그 부분은 충분히 뒤섞인다.
따라서, 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에 제안된 종래 기술에서는 슬래그를 직사각형 노의 짧은 변(19)과 접촉하는 부분을 제외한 전체 영역에 걸쳐 거의 균질하게 뒤섞기 위해서, 즉 슬래그의 상승하는 유동을 생성하기 위하여, 하부 송풍구(13)들의 간격 L1은 위에서 언급한 L3와 거의 같도록 만들어진다.
한편, 가스가 송풍구를 통해 용융 선철(7)과 슬래그(8) 쪽을 향해 수평 방향으로 불어넣어질 때, 불어넣어진 가스의 수평 방향 적용범위(coverage) L4는 Fr 번호의 1/3승(제곱)에 비례한다는 것이 '철과 강'(Iron and Steel), 61, No. 4(1975) 등을 통해 널리 알려져 있다.
상기 Fr 번호는 아래의 식으로부터 유도된다:
Fr 번호 = {ρg/(ρl-ρg)} × {Vg2/gd)} (7)
여기서 ρg 는 가스 밀도, ρl 은 슬래그 밀도, Vg 는 가스의 주입 속도, d 는 송풍구의 직경이며 그리고 g 는 중력가속도이다. 불어넣어진 가스의 상기 수평 방향으로의 적용범위 L4는, 그러므로, 가스의 양을 증가시킴에 의해 가스의 주입 속도 Vg가 증가될 때 또는 송풍구의 직경 d를 감소시킬 때 증가될 수 있다. 불어넣어지는 가스의 양과 압력에는 한계가 있으므로 자연히 상기 방법에는 한계가 있다.
따라서, 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 제안된 종래 기술에서는, 슬래그를 거의 균일하게 뒤섞기 위해서는, 즉 직사각형 노의 긴 변(18)에 접촉하는 부분을 제외한 전체 영역에 걸쳐 상승하는 유동을 생성하기 위해서는, 하부 송풍구 높이에서의 노의 횡방향 단면의 짧은 변 방향 길이 L5는 불어넣어진 가스의 수평방향 적용범위의 두 배(2 × L4)와 거의 동일하도록 만들어진다. 하부 송풍구 높이에서의 노의 횡방향 단면의 짧은 변 방향 길이는, 그러므로, 노의 상부 부분에서의 그것과 비교하여 작게 만들어지고, 도 29에 도시한 바와 같이, 노의 긴 측벽을 형성하는 벽의 부분은 경사가 형성된다.
그러한 노 구조는 불활성 가스를 불어넣기 위한 송풍구를 용융 선철의 욕 표면 아래에 갖지 않으므로 위에서 언급된 (1) 내지 (5)의 모든 문제점이 해결된다.
그러나, 도 28 내지 도 30에 도시된 노 구조조차도 여전히 하기 하는 바와 같은 문제점을 갖는다.
상술(上述)한 바와 같이, 그러한 노 구조에서는 금속 원료와 탄소 재료가 노 상측에 제공되는 원료 장입구(5)로부터 노(1) 내부의 용융 슬래그(8)로 가해진다. 상기 금속 원료, 즉 금속 산화물이 녹아 탄소 재료와의 환원 반응이 슬래그(8) 내에서 일어난다. 상기 환원 반응을 촉진시키기 위해서는, 슬래그(8)에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료(20)가 슬래그(8)에 포함되어 떠 있게 하는 것이 중요하다.
직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 두 개의 긴 변(18)을 긴 변(18)에 수직 방향으로 슬래그 쪽을 향해 관통하도록 제공되는 하부 송풍구(13)를 통해 순수한 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 불어넣어지는 노 구조에서는, 도 28에 도시한 바와 같은 노(1)의 긴 변 방향으로의 단면에 관심이 쏠린다. 상술(上述)한 바와 같이 하부 송풍구(13)간의 간격 L1이 하부 송풍구(13)를 통해 불어넣어진 가스의 슬래그(8) 상부 표면에서의 산포폭 L3에 거의 같도록 되므로, 슬래그의 거의 균일한 상승하는 유동들이 노의 짧은 변(19)들에 접촉하는 부분을 제외한 전체 영역에 걸쳐 생성된다. 노의 중심으로부터 노의 짧은 변 쪽을 향하는 수평 방향으로의 유동들이 슬래그(8)의 욕 표면 부분에서 생성되고, 상승하는 유동들이 짧은 변(19)들 근방 부분에서 생성된다. 따라서, 용융 슬래그(8)와 비교하여 낮은 비중을 갖는 탄소 재료(20)가, 도 28에 도시한 바와 같이, 위에서 언급된 수평 방향 유동들에 의해 노의 짧은 변(19) 방향으로 밀린다. 그 결과, 상기 탄소 재료(20)는 떠서 슬래그(8) 욕 표면 부분 내에 노의 짧은 변(19) 근방에 보유된다. 비록 노의 짧은 변(19) 근방에서 슬래그(8)의 상승하는 유동들이 생성되지만, 노 측벽, 다시 말해 노의 짧은 변의 마찰 저항 때문에, 상기 탄소 재료(20)는 슬래그(8)의 하강하는 유동으로 들어가 거기에 포함되는 것이 방지된다.
게다가, 이제는 도 29에 도시한 바와 같은 노(1)의 짧은 변 방향 단면에 주의를 기울인다. 슬래그(8)의 상승하는 유동들은 노의 중앙부에서 생성되고, 슬래그(8)의 욕 표면부 내에서는 노의 중심으로부터 노의 긴 변(18)쪽으로의 수평 방향 유동이 생성된다. 추가적으로, 하강하는 유동들이 노의 긴 변(18) 근방에서 생성된다. 따라서, 용융 슬래그(8)와 비교하여 낮은 비중을 갖는 탄소 재료(20)는, 도 30에 도시한 바와 같이, 위에서 언급된 수평 방향 유동들에 의해 노의 긴 변(18) 방향으로 밀린다. 그 결과, 상기 탄소 재료(20)는 떠서 슬래그(8)의 노의 긴 변(18) 근방 욕 표면부 내에 보유된다. 비록 슬래그(8)의 상승하는 유동들이 노의 긴 변(18) 근방에서 생성되지만, 노의 측벽들, 다시 말해 노의 긴 변(18)들의 마찰 저항 때문에, 상기 탄소 재료(20)는 슬래그(8)의 하강하는 유동에 들어가 거기에 포함되는 것이 방지된다.
상술(上述)한 바와 같이, 상기 탄소 재료(20)는, 도 30에 도시한 바와 같이, 떠서 긴 변(18)들과 짧은 변(19)들로 되는 노의 전체 둘레 주위로 슬래그(8)의 욕 표면부 내에 보유된다. 더 나아가, 위에서 언급한 두 상호 작용 때문에 슬래그(8)의 욕 표면부 내의 노의 모서리(21)에 특히 많은 양의 탄소 재료(20)가 떠서 보유되는 경향이 있다.
더욱이, 직사각형 노의 짧은 변(19)과 접촉하는 부분을 제외한 전 영역에 걸쳐 슬래그(8)의 거의 균일한 상승하는 유동이 생성되고, 노의 중심으로부터 노의 짧은 변(19) 쪽으로의 수평 방향 유동들이, 노의 짧은 변(19) 근방에서의 상승하는 유동들의 생성에 앞서, 슬래그(8)의 욕 표면부 내에서 생성된다. 그 결과, 긴 변(18) 방향으로 중앙부에 슬래그(8) 내에 떠 있는 탄소 재료(20)의 양이, 탄소 재료(20)가 슬래그(8)의 하강하는 유동으로 들어가 하강하는 부분인 노의 짧은 변(19) 근방 부분에 떠 있는 양과 비교하여, 특히 작은 문제점이 있었다.
위에서 언급된 경향은 슬래그(8) 대신 물을 사용하고 탄소 재료 대신 물과 비교하여 비중이 낮은 코르크와 같은 재료를 사용한 모형시험에 의해 본 발명자들이 확인하였다.
상술한 바와 같이 탄소 재료(20)가 노의 긴 변(18)들과 짧은 변(19)들로 되는 전체 주위 둘레로 슬래그(8)의 욕 표면부 내에 떠서 보유되므로, 용융 슬래그(8) 내에 포함되어 떠 있는 탄소 재료(20)의 양이 상대적으로 적고 그 결과 금속 재료의 환원 반응율 즉, 금속 산화물이 용융 슬래그(8) 내의 탄소 재료(20)와 반응하는 율이 상대적으로 낮은 문제점이 발생한다.
게다가, 슬래그(8) 내에 노의 긴 변(18) 방향으로 중심부에 떠 있는 탄소 재료(20)의 양은, 탄소 재료(20)가 슬래그의 하강하는 유동으로 들어가 하강하는 부분인 노의 짧은 변(19)들 근방 부분과 비교하여, 특히 작으므로, 금속 재료의 환원 반응, 즉 금속 산화물과 슬래그(8) 내의 탄소 재료(20)와의 반응은 노의 긴 변(18) 방향으로 중앙부에 비하여 노의 짧은 변(19) 근방의 부분이 높은 율을 나타내도록 하는 경향을 가진다. 상술한 바와 같이 상기 환원 반응은 흡열 반응이어서, 반응 중에 열이 공급되어야만 한다. 그러나, 짧은 변(19)과 긴 변(18)들에 수냉 패널(3)이 늘어 세워진 노에서는, 노의 짧은 변(19)과 긴 변(18) 근방의 슬래그 부분들이 그에 의해 냉각된다. 그러므로, 노의 짧은 변(19) 근방 부분의 환원 반응율이 노의 긴 변(18) 방향 중앙부의 그것과 비교하여 높은 것은 바람직하지 않다.
일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에 의해 제안된 종래 기술은 다섯 번째 문제점을 갖는다.
도 37은 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에 의해 제안된 종래 기술의 또 다른 관점에서 본 종단면도이다. 도 38은 도 37의 A-A선 단면도이다.
상술(上述)한 바와 같이, 상부 공간(16)으로부터 포밍 슬래그(8)로의 열전달량은 상부 공간(16)의 분위기 온도와 슬래그(8)의 온도간 차이의 함수이다. 그러므로, 열전달량을 증가시키기 위해서는 상부 공간의 분위기 온도와 포밍 슬래그의 온도 사이에 약간의 차이가 있어야만 한다.
따라서, 상부 공간(16)의 분위기와 포밍 슬래그(8) 사이에 예를 들어 200℃의 온도차가 있는 때에는, 그 사이에 온도차가 없는 경우와 비교하여, 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도를 200℃ 올리기 위한 잉여 에너지가 필요하다. 그 결과, 탄소 재료와 산소의 단위 요구량이 잉여 에너지에 따라 증가하게 된다.
더욱이, 위에서 언급한 바와 같이 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도가 200℃ 올라갈 때는, 만약 상부 공간(16)에 면하는 노 내벽의 영역에 수냉 패널이 늘어 세워진다면, 수냉 패널(3)로부터 추출되는 열량이 증가한다. 그 결과, 탄소 재료와 산소의 단위 요구량은 더욱 증가한다. 추출되는 열의 양이 증가하는 것은 이차 연소 영역(16)을 면(面)하는 수냉 패널(3) 부분의 열전달은 주로 복사 열전달에 기초하며 대략 (가연성 가스의 온도)4- (수냉 패널의 온도)4에 비례하기 때문이다.
더욱이, 상기 상부 공간(16)은 식 (1)과 (2)의 이차 연소 반응을 균일하게 상부 공간(16)에서 일어나도록 하기 위한 일정한 정도의 공간을 가져야만 하고, 그래서 상부 공간(16)을 면하는 수냉 패널(3)의 영역은 불가피하게 일정한 정도 증가한다. 그 결과, 수냉 패널(3)로부터 추출되는 열량은 증가하고, 탄소 재료와 산소의 단위 요구량은 더욱 증가한다.
게다가, 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에 의해 제안된 종래 기술은 이하에서 기술되는 여섯 번째 문제점을 갖고 있다.
용융 환원 반응은 포밍 슬래그(8)와 탄소 재료의 계면에서 주로 발생하는 것으로 추측된다. 그러므로, 그 반응은 그들간 계면의 면적에 비례하는 것으로 여겨진다. 따라서, 용융 환원 공정의 생산성을 향상시키기 위해서는, 작은 입자 크기를 갖는 또는 분말 형상을 갖는 탄소 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 더욱이, 작은 입자 크기를 갖는 또는 분말 형상을 갖는(그리고 용이하게 용융될 것 같은) 금속 원료를 사용하는 것이 금속 원료가 빨리 녹아 슬래그로 되기 때문에 바람직하다. 분말상의 금속 원료와 탄소 재료의 가격이 현재는 블록으로 된 금속 원료와 탄소 재료의 가격보다 낮다. 그러므로, 분말 형상의 이러한 저가격의 재료를 사용하는 것이 생산비용을 낮추는데 매우 효과적이다.
(a) 그러나, 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에 의해 제안된 종래 기술에서는, 금속 원료와 탄소 재료가 노(1) 위에 제공되는 원료 장입구(5)를 통해 장입된다. 따라서, 이러한 재료들이 분말 형상인 때는, 원료 장입구(5)로부터 포밍 슬래그(8)로 떨어지는 동안에, 이러한 재료들 중 포밍 슬래그(8)에 도달하기 전에 슬래그로부터 생성되는 가연성 가스의 상승하는 흐름에 의해 날아가 버리는 재료의 비율이 증가한다. 더욱이, 분말상 탄소 재료는 슬래그와 비교하여 낮은 비중을 가지므로 그것은 포밍 슬래그(8)에 도달한 뒤에도 슬래그의 상부 표면 위에 뜨며, 그리하여 슬래그로부터 생성되는 가연성 가스의 상승하는 흐름에 의해 날아가 버리는 탄소 재료의 비율이 증가한다.
상술(上述)한 바와 같이, 상기 종래 기술은 또한 이하의 (b),(c) 그리고 (d)의 문제점을 가진다.
(b) 슬래그(8)가 노의 긴 변(18) 방향으로 충분히 유동하지 않고,
(c) 철 원료와 탄소 재료의 농도가 비균일하게 되려는 경향을 가지므로, 긴 변(18)이 연장될 때, 다수개의 원료 장입 장치가 요구되어 설치비가 증가하며, 그리고
(d) 다수개의 원료 장입구가 사용되는 때는, 작은 입자 크기를 갖는 금속 원료와 탄소 재료가 흩어져 도 13 에 도시된 바와 같은 원료 장입구(5)로부터 가스 출구(6)로 직접 날아가 버리려는 경향이 있다.
한편, 금속 욕 표면아래의 저부에서 불어넣는 송풍구들과 상부에서 불어넣는 랜스들을 구비하고 노벽에 내화벽돌이 늘어 세워져 있는 용해로 내부로 용융 선철이 장입되고, 산소와 같은 가스 및/또는 분말상의 금속 원료와 탄소 재료 같은 재료가 상부에서 불어넣는 랜스들을 통해 불어넣어지는 용융 환원 장치와 그것의 작동 방법이 일본 특허 공고 공보 번호 6-89383, 일본 특허 공개 공보 번호 62-224619과 62-224620 및 62-228413등에서 제안되었다.
이러한 장치와 그 작동 방법에서는 산소와 같은 가스 및/또는 분말상의 금속 원료와 탄소 재료가 상부에서 불어넣는 랜스들을 통해 불어넣어지므로, 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에 의해 제안된 종래 기술의 문제점 (a)가 해결된다. 그러나, 금속을 뒤섞기 위해서 금속 욕 표면 아래의 송풍구를 통해 불활성 가스가 불어넣어지므로, 위에서 언급된 일본 특허 공개 공보 번호 61-279608에 의해 제안된 종래 기술의 문제점과 유사한, 아래에 기술할 문제점이 여전히 남는다.
금속 욕 표면 아래의 송풍구를 통해 불어넣어진 가스에 의해 용탕의 입자들이 슬래그 내부로 불어 올려지고, 그리하여 상부 랜스들을 통해 슬래그 내부로 불어넣어진 산소 또는 산소를 다량 함유한 가스와 재 산화되며, 그에 따라 환원율, 즉 생산율의 향상이 방해되고 가연성 가스와 더불어 흩어지는 금속 성분의 양이 증가한다.
더욱이, 일본 특허 공개 공보 번호 61-279608등에서 제안된 종래 기술의 (2) 내지 (5)의 문제점은 여전히 해결되지 않은 채로 남는다.
본 발명은 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 노의 내부에 장입하고 순수한 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 불어넣어 직접적으로 용탕을 제조하는 장치 및 그것의 작동 방법에 관한 것이다.
도 1 은 첫 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 하나의 실시예를 보인 폭 방향 단면도.
도 2 는 도 1 의 노 구조의 수직 단면도.
도 3 은 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 제안된 종래 기술의 노 구조를 보인 폭 방향 단면도.
도 4 는 도 3 의 노 구조의 짧은 변 방향으로의 길이를 연장하므로써 준비되는 노 구조의 폭 방향 단면도.
도 5 는 두 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 하나의 실시예를 보인 폭 방향 단면도.
도 6 은 도 5 의 노 구조의 수직 단면도.
도 7 은 두 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 다른 실시예를 보인 폭 방향 단면도.
도 8 은 도 7에서의 하부 송풍구와 최하부 송풍구를 통합하여 준비되는 송풍구 부분의 확대 단면도.
도 9 는 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 제안된 종래 기술의 노 구조를 다른 관점으로부터 보인 폭 방향 단면도.
도 10 은 세 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 하나의 실시예를 보인 수직 단면도.
도 11 은 도 10 의 A-A선 단면도.
도 12 는 도 10 의 B-B선 단면도.
도 13 은 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 제안된 종래 기술의 노 구조를 다른 관점으로부터 보인 수직 단면도.
도 14 는 도 13 의 A-A선 단면도.
도 15 는 도 13 의 B-B선 단면도.
도 16 은 네 번째 발명의 첫 번째 측면에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 하나의 실시예를 보인 수직 단면도.
도 17 은 도 16 의 A-A선 단면도.
도 18 은 도 16 의 B-B선 단면도.
도 19 는 네 번째 발명의 두 번째 측면에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 하나의 실시예를 보인 수직 단면도.
도 20 은 도 19 의 A-A선 단면도.
도 21 은 도 19 의 B-B선 단면도.
도 22 는 네 번째 발명의 세 번째 측면에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 하나의 실시예를 보인 수직 단면도.
도 23 은 도 22 의 A-A선 단면도.
도 24 는 도 22 의 B-B선 단면도.
도 25 는 네 번째 발명의 네 번째와 다섯 번째 측면에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 하나의 실시예를 보인 수직 단면도.
도 26 은 도 25 의 A-A선 단면도.
도 27 는 도 25 의 B-B선 단면도.
도 28 은 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 제안된 종래 기술의 노 구조를 다른 관점으로부터 보인 수직 단면도.
도 29 는 도 28 의 A-A선 단면도.
도 30 은 도 28 의 B-B선 단면도.
도 31 은 다섯 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 하나의 실시예를 보인 수직 단면도.
도 32 는 도 31 의 A-A선 단면도.
도 33 은 다섯 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 다른 실시예를 보인 수직 단면도.
도 34 는 도 33 의 A-A선 단면도.
도 35 는 다섯 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 또 다른 실시예를 보인 수직 단면도.
도 36 은 도 35 의 A-A선 단면도.
도 37 은 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 제안된 종래 기술의 노 구조를 다른 관점으로부터 보인 수직 단면도.
도 38 은 도 37 의 A-A선 단면도.
도 39 는 여섯 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 하나의 실시예를 보인 수직 단면도.
도 40 은 도 39 의 A-A선 단면도.
도 41 은 도 39 의 B-B선 단면도.
도 42 는 여섯 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 노 구조의 다른 실시예를 보인 수직 단면도.
도 43 은 도 42 의 A-A선 단면도.
도 44 는 도 42 의 B-B선 단면도.
본 발명의 첫 번째 목적은 생산량의 증가 또는 감소에 유연하게 부합할 수 있고, 위에서 언급한 하부 송풍구 높이의 횡방향 단면의 짧은 변이 용융 선철의 생산량을 증가시키는 때에 연장될 수 있는 용융 환원 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 용탕과 슬래그간 계면 직상부의 슬래그 부분이 금속 욕 표면 아래의 송풍구를 통해 금속을 뒤섞기 위한 가스를 불어넣지 않고도 뒤섞이고, 슬래그와 용탕간의 상대속도가 그에 따라 증가하며, 슬래그로부터 용탕으로의 열전달량이 그에 따라 증가하며, 슬래그와 용탕간의 온도차가 결과적으로 감소하는 용융 환원 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 첫째로, 생산량이 증가한 때라도, 다시 말해 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변이 연장된 때라도, 슬래그가 긴 변 방향으로 유동하도록하므로써 단일의 원료 장입구만으로 동작될 수 있는 용융 환원 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 둘째로, 용융 선철과 슬래그간 계면 직상부의 슬래그 부분이 용융 선철 욕 표면 아래의 송풍구를 통해 금속을 뒤섞기 위한 가스를 불어넣지 않고도 뒤섞이고, 슬래그와 용융 선철간의 상대속도가 그에 따라 증가하며, 슬래그로부터 용융 선철으로의 열전달량이 그에 따라 증가하며, 슬래그와 용융 선철간의 온도차가 결과적으로 감소하는 용융 환원 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 네 번째 목적은 첫째로, 노의 가장자리 근방에 위치하는, 다시 말해 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변들과 짧은 변들 근방에 위치하는 슬래그의 욕 표면 부분 내에 탄소 재료가 다량 떠서 보유되는 것을 방지하고 그리하여 슬래그 내에 포함되어 떠 있는(부유하는) 탄소 재료의 양을 증가시키므로써, 금속 원료의 환원 반응, 즉 금속 산화물과 용융 슬래그 내 탄소 재료와의 반응이 촉진될 수 있는 용융 환원 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 네 번째 목적은 둘째로, 노의 긴 변 방향으로 중앙부의 슬래그 내에 떠 있는 탄소 재료의 양을 증가시키므로써 그리고 슬래그 내에 떠 있는 탄소 재료의 농도를 균일하게 하므로써 또는 노의 짧은 변 근방 부분과 비교하여 노의 중앙 부분의 탄소 재료 농도가 높도록 하므로써 금속 원료의 환원 반응, 즉 금속 산화물과 탄소 재료의 환원 반응이 촉진될 수 있는 용융 환원 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다섯 번째 목적은 상부 공간의 분위기 온도와 포밍 슬래그 온도간의 차이를 감소시키므로써 가연성 가스의 현열의 양과 상부 공간을 면하는 수냉 패널로부터 추출되는 열의 양이 감소되고, 그 결과 탄소 재료와 산소의 단위 요구량이 감소되는 용융 환원 장치의 작동 방법과 그 장치의 노 구조를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 여섯 번째 목적은 저 비용 고수율인 분말상의 금속 원료와 탄소 재료를 효과적으로 사용하므로써 생산비가 감소되고 생산성이 향상되는 용융 환원 장치의 작동 방법과 그 장치의 노 구조를 제공하고자 하는 것이다.
여섯 번째 발명의 추가적인 목적은 생산량이 증가한 때라도, 즉 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변들이 연장되는 때라도, 단지 하나의 또는 두 개의 원료 장입구를 갖는 노 구조를 제공하고자 하는 것이다.
첫 번째 목적을 달성하기 위하여, 첫 번째 발명은, 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 상기 직사각형 노의 두 긴 변을 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 관통하는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 상기 노 저부의 짧은 변 방향으로 중앙부 근방에는 저부 송풍구들이 제공되어 그 송풍구들을 통해 용탕 내로 불활성 가스가 불어넣어지는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치를 제공한다.
위에서 언급된 용융 환원 장치의 노 구조에서, H 를 용탕과 슬래그의 전체 높이, L3를 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 가스의 횡방향 적용범위 그리고 2θ를 저부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 가스의 산포각이라 할 때,
하부 송풍구 높이에서의 노의 횡방향 단면의 짧은 변 방향으로의 길이 L1은,
2 × L3＜ L1≤ 2 × (L3+ H × tan θ)
로 되는 것이 바람직하다.
첫 번째 발명의 용융 환원 장치의 노 구조에서 상기 저부 송풍구들은 노 저부의 짧은 변 방향으로 중앙부 근방에 제공되고 그를 통해 불활성 가스가 용융 선철 내로 불어넣어지므로, 하부 송풍구 높이에서의 횡방향 단면의 짧은 변 방향으로의 길이, 즉 노의 짧은 변 방향으로의 길이가 증가될 수 있고, 그리하여 하부 송풍구 높이에서의 횡방향 단면의 긴 변 방향으로의 길이 즉, 노의 긴 변 방향으로의 길이를 증가시킴이 없이 용융 선철의 생산량이 증가될 수 있다. 그 결과, 이하에서 기술하는 이점들이 얻어질 수 있다.
(1) 노가 공장 건물 내부에 용이하게 배치될 수 있다.
(2) 노와 내화벽돌의 열팽창이 용이하게 흡수될 수 있다.
(3) 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변 방향으로의 반응 균일도가 용이하게 보장될 수 있다.
두 번째 목적을 달성하기 위하여, 두 번째 발명은, 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 상기 노의 변들을 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 관통하는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 하부 송풍구 아래이고 노 내부 슬래그와 용탕의 계면에 대응하는 위치보다 낮지 않도록 상기 노의 측벽 부분에 위치하고, 수평 방향으로부터 0°내지 45°각도로 하향하는 최하부 송풍구들이 제공되어 그를 통해 불활성 가스가 불어넣어지는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치를 제공한다.
두 번째 발명의 용융 환원 장치의 노 구조에서, 상기 최하부 송풍구들은 노 측벽 부분의, 하부 송풍구 아래이고 노 내부의 슬래그와 용탕 사이의 계면에 대응하는 위치보다 낮지 않은 장소에 제공되고, 수평 방향으로부터 0°내지 45°하향하며, 그를 통해 불활성 가스가 불어넣어진다. 그 결과, 금속 욕 표면 아래 송풍구를 통해 금속을 뒤섞기 위한 가스를 불어넣음이 없이, 상기 계면 직상부의 슬래그 부분이 뒤섞이고, 슬래그와 용탕간의 상대 속도가 증가하며, 그에 따라 슬래그로부터 용탕으로의 열전달량이 증가한다. 따라서, 슬래그와 용탕간의 온도차가 감소될 수 있다. 그에 따라 이하에서 기술하는 이점들이 얻어질 수 있다.
(1) 슬래그와 용융 선철간의 온도차가 감소하고, 슬래그와 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도가 상기 온도차가 감소함에 따라 낮아질 수 있다. 탄소 재료와 산소의 단위 요구량은 온도의 낮아짐에 상당하는 열량에 따라 낮아진다.
(2) 슬래그와 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도가 낮아질 수 있고, 그리하여, 이차 연소 영역과 슬래그를 면하는 노의 내부 표면 영역에 수냉 패널이 늘어 세워지는 때에는, 수냉 패널에 의해 추출되는 열의 양이 감소한다. 그 결과, 탄소 재료와 산소의 단위 요구량이 추출되는 열의 양의 감소에 대응하는 열량에 따라 감소한다.
(3) 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도가 낮아질 수 있고, 그리하여, 이차 연소 영역을 면하는 노 내부 표면 영역에 내화벽돌이 늘어 세워지는 때에는, 내화벽돌의 마모율이 감소될 수 있다. 따라서, 수리와 수선의 빈도가 감소될 수 있다.
(4) 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어 올려지지 않으므로, 용탕이 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 산소 또는 산소를 다량 함유한 가스와 재 산화되지 않는다. 따라서, 환원율이 즉, 생산율이 향상된다.
(5) 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어 올려지지 않으므로, 슬래그의 열함량과 열전도도가 감소하고, 그래서 슬래그와 접촉하는 노벽과 하부 송풍구들이 수냉 구조로 만들어질 수 있고, 그에 따라 그들은 반영구적으로 사용될 수 있다. 그 결과, 내화벽돌과 송풍구의 비용이 현저히 감소될 수 있고 수리와 교환을 위해 작업을 정지시키는 빈도가 매우 감소될 수 있다.
(6) 금속 욕 표면 아래의 송풍구들이 요구되지 않으므로, 내화벽돌과 송풍구의 비용이 현저히 감소될 수 있고 수리와 교환을 위해 작업을 정지시키는 빈도가 매우 감소될 수 있다.
세 번째 목적을 달성하기 위하여, 세 번째 발명은, 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 상기 노의 긴 변들을 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 관통하는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 상기 하부 송풍구들은 노의 긴 변들에 수직인 방향으로부터 원료 장입구 방향에 반대 방향 쪽으로 15°내지 45°각도로 측방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치를 제공한다.
세 번째 발명에 따르는 용융 환원 장치의 노 구조에서는, 상기 하부 송풍구들이 노의 긴 변들에 수직인 방향으로부터 원료 장입구 방향에 반대 방향 쪽으로 15°내지 45°각도로 측방향으로 향한다. 그 결과, 이하에서 기술하는 이점들이 얻어진다.
(1) 하부 송풍구 위의 슬래그 부분이 원료 장입구에 반대 방향으로 긴 변 방향으로 유동하도록 하므로써, 슬래그 내의 철 원료와 탄소 재료의 농도가 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변 방향으로 균질하게 될 수 있다. 따라서, 생산량이 증가될 수 있다. 다시 말해, 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변이 연장되는 때라도, 원료 장입구의 수는 하나로 될 수 있다. 따라서, 노는 단일의 원료 장입 장치를 써서 가동될 수 있고, 장치 비용이 절감될 수 있다.
(2) 단일의 원료 장입구를 사용하므로써 원료 장입구와 가스 출구간의 간격이 연장될 수 있다. 그 결과, 원료들의 입자 크기가 작은 때라도, 노에서 생성되는 가연성 가스의 흐름에 들어가 흩어지고 가스 출구로 날아가는 금속 원료와 탄소 재료의 양의 증가가 방지될 수 있다.
더욱이, 하부 송풍구 아래의 슬래그 부분은 하부 송풍구 위의 슬래그 부분의 유동 방향에 반대 방향으로 즉, 원료 장입구 방향으로 유동한다. 그 결과, 용융 선철과 슬래그간 계면 직상부의 슬래그 부분은 유동하도록 허용되고, 그리하여 슬래그와 용융 선철 사이의 상대 속도는 증가한다. 그러므로, 슬래그로부터 용융 선철로의 열전달량은 증가될 수 있고, 따라서 슬래그와 용탕간의 온도차는 감소될 수 있다. 그리하여 이하에서 기술하는 이점들이 얻어질 수 있다.
(3) 슬래그와 용융 선철간의 온도차는 감소되고, 그리하여 슬래그와 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도들은 온도차의 감소에 따라 감소될 수 있다. 탄소 재료와 산소의 단위 요구량은 온도 감소에 대응하는 열량에 따라 감소된다.
(4) 슬래그와 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도들은 감소될 수 있고, 그리하여, 이차 연소 영역과 슬래그를 면하는 노의 내부 표면 영역에 수냉 패널이 늘어 세워진 때에는, 수냉 패널에 의해 추출되는 열의 양이 감소된다. 그 결과, 추출된 열량의 감소에 대응하는 열량에 따라 탄소 재료와 산소의 단위 요구량들이 감소한다.
(5) 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도가 감소될 수 있고, 그리하여, 이차 연소 영역을 면하는 노의 내부 표면 영역에 내화벽돌이 늘어 세워진 때에는, 내화벽돌의 마모율이 감소될 수 있다. 따라서, 수리와 수선의 빈도가 감소될 수 있다.
(6) 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어 올려지지 않으므로, 용탕은 하부 송풍구들을 통해 불어넣어진 산소 또는 산소를 다량 함유한 가스와 재 산화되지 않는다. 따라서, 환원율, 즉 생산율이 향상된다.
(7) 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어 올려지지 않으므로, 슬래그의 열함량과 열전도도가 감소되고, 그래서 슬래그와 접촉하는 노벽과 하부 송풍구들은 수냉 구조로 만들어질 수 있고, 그에 따라 그들은 반영구적으로 사용될 수 있다. 그 결과, 내화벽돌과 송풍구들의 비용이 현저히 감소될 수 있고 수리와 교환을 위해 작업을 정지시키는 빈도가 매우 감소될 수 있다.
(8)금속 욕 표면 아래의 송풍구들이 요구되지 않으므로, 내화벽돌과 송풍구들의 비용이 현저히 감소될 수 있고 수리와 교환을 위해 작업을 정지시키는 빈도가 매우 감소될 수 있다.
네 번째 목적을 달성하기 위하여, 네 번째 발명의 첫 번째 측면은, 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 상기 노의 긴 변들을 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, H를 하부 송풍구로부터 슬래그 욕 표면까지의 높이라 하고 2θ를 하부 송풍구를 통해 슬래그로 불어넣어지는 가스의 산포각이라 하면, 직사각형 노의 긴 변 방향으로 중앙부 내의 두 쌍의 하부 송풍구들간의 간격 L6는
2 × H × tan θ ＜ L6≤ 6 × H × tan θ 로 되고,
직사각형 노의 짧은 변에 가장 근접하여 위치하는 하부 송풍구들로부터 직사각형 노의 짧은 변까지의 거리 L2는
L2≤ H × tan θ로 되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치를 제공한다.
또 한편, 네 번째 발명의 두 번째 측면에서는, 인접한 하부 송풍구들간의 간격 L1은
2 × H × tan θ ＜ L1≤ 4 × H × tan θ 로 되고,
직사각형 노의 짧은 변에 가장 근접하여 위치하는 하부 송풍구들로부터 직사각형 노의 짧은 변까지의 거리 L2는
L2≤ H × tan θ로 된다.
또 한편, 네 번째 발명의 세 번째 측면에서는, L4를 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 가스의 수평 방향 적용범위라 할 때, 하부 송풍구들 높이에서 노의 횡방향 단면의 짧은 변 방향으로의 길이 L5는
2 × L4＜ L5≤ 4 × L4로 되고,
직사각형 노의 긴 변들은 수직벽으로 형성된다.
또 한편, 네 번째 발명의 네 번째 측면에서는, 직사각형 노의 긴 변들 및/또는 짧은 변들 상에, 하부 송풍구 위이고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 이르기까지의 위치에, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 가스를 불어넣기 위한 노즐들이 제공된다.
또 한편, 네 번째 발명의 다섯 번째 측면에서는, 상기 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 모서리들은 모따기 되거나 둥글게 된다.
네 번째 발명의 첫 번째 측면에 따르면, H를 하부 송풍구로부터 슬래그 욕 표면까지의 높이라 하고 2θ를 하부 송풍구를 통해 슬래그로 불어넣어지는 가스의 산포각이라 하면, 직사각형 노의 긴 변 방향으로 중앙부 내의 두 쌍의 하부 송풍구들간의 간격 L6는
2 × H × tan θ ＜ L6≤ 6 × H × tan θ 로 되고,
직사각형 노의 짧은 변에 가장 근접하여 위치하는 하부 송풍구들로부터 직사각형 노의 짧은 변까지의 거리 L2는
L2≤ H × tan θ로 된다. 그 결과, 노의 짧은 변 근방에서는 슬래그의 상승하는 유동들이 생성되고, 노의 긴 변 방향으로 중앙부에서는 슬래그의 하강하는 유동이 생성된다. 슬래그의 욕 표면 부분에서는, 노의 짧은 변들로부터 노의 긴 변 방향 중앙부 쪽을 향하여 수평 방향으로의 슬래그 유동들이 생성된다. 그 결과, 위에서 언급된 수평 방향 유동에 의해, 슬래그에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료가 노의 긴 변 방향으로 중심방향을 향해 밀리고, 노의 긴 변 방향으로 중앙부 근방에서 슬래그의 욕 표면 부분 내에 부유하게 된다. 상기 중앙부 근방에서 부유하는 탄소 재료는 노의 측벽으로부터의 마찰 저항을 받지 않으므로, 중앙부 근방에서의 하강하는 슬래그 유동에 비교적 용이하게 들어가고, 그리하여 슬래그에 포함되어 슬래그 내에 떠 있는(suspended in the slag) 탄소 재료의 양을 증가시킨다.
네 번째 발명의 두 번째 측면에 따르면, 하부 송풍구들간의 간격 L1은
2 × H × tan θ ＜ L1≤ 4 × H × tan θ
로 되고, 노의 짧은 변에 가장 근접하여 위치하는 하부 송풍구들로부터 노의 짧은 변까지의 거리 L2는
L2≤ H × tan θ
로 된다.
그 결과, 각각의 하부 송풍구 직상부 부분 근방과 노의 각각의 짧은 변 근방에서 슬래그의 상승하는 유동이 생성되고, 인접한 하부 송풍구의 각각의 쌍 사이 중앙부에서 슬래그의 하강하는 유동이 발생한다. 슬래그의 욕 표면 부분에서는, 각각의 하부 송풍구 직상부 부분 근방으로부터 위에서 언급한 송풍구와 그의 인접한 송풍구간의 중앙부 근방을 향하여 수평 방향으로 슬래그의 유동이 생성된다. 따라서, 슬래그에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료가 위에서 언급한 수평 방향으로의 슬래그 유동에 의해 인접한 두 하부 송풍구의 중앙부 근방으로 밀리고, 슬래그의 욕 표면 부분 내 중앙부 근방에 부유한다. 상기 부유하는 탄소 재료는 노 측벽의 마찰 저항을 받지 않으므로, 슬래그의 하강하는 유동에 비교적 용이하게 들어가고, 그리하여 슬래그에 포함되어 떠 있는 탄소 재료의 양을 증가시킨다.
네 번째 발명의 세 번째 측면에서는, L4를 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 가스의 수평 방향 적용범위라 할 때, 하부 송풍구들 높이에서 노의 횡방향 단면의 짧은 변 방향으로의 길이 L5는
2 × L4＜ L5≤ 4 × L4
로 된다. 그 결과, 노의 긴 변 근방에서 슬래그의 상승하는 유동들이 생성되고, 노의 긴 변 방향으로의 중앙부에서 슬래그의 하강하는 유동들이 생성된다. 슬래그의 욕 표면 부분에서는, 노의 긴 변들로부터 노의 짧은 변 방향으로의 중앙부로 향하는 수평 방향 유동들이 생성된다. 그 결과, 슬래그에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료가 위에서 언급된 수평 방향으로의 유동에 의해 노의 짧은 변 방향으로의 중심 방향으로 밀리고, 슬래그의 욕 표면 부분 내에 노의 짧은 변 방향으로의 중앙부 근방에서 부유한다. 중앙부 근방에서 부유하는 탄소 재료는 노 측벽에서의 마찰 저항을 받지 않으므로, 노의 짧은 변 방향으로의 중앙부 근방에서의 슬래그의 하강하는 유동에 비교적 용이하게 들어가고, 그리하여 슬래그에 포함되어 슬래그 내에 떠 있는 탄소 재료의 양을 증가시킨다.
네 번째 발명의 네 번째 측면에 따르면, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 가스를 불어넣기 위한 노즐들이, 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이에 이르기까지, 직사각형 노의 긴 변들 및/또는 짧은 변들에 제공된다. 그 결과, 슬래그에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료가 노의 긴 변들 및/또는 짧은 변들로부터 직사각형 노의 중심을 향해 밀린다. 그 탄소 재료는 노의 측벽에서의 마찰 저항을 받지 않으므로, 슬래그의 하강하는 유동에 비교적 용이하게 타고(get on), 그리하여 슬래그에 포함되어 슬래그 내에 떠 있는 탄소 재료의 양을 증가시킨다.
네 번째 발명의 다섯 번째 측면에 따르면, 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 모서리들은 모따기 되거나 둥글게 된다. 그 결과, 특히 많은 양의 탄소 재료가 보유되는 경향이 있는 슬래그의 욕 표면 부분 내 노의 모서리 부분들의 면적이 줄어든다. 따라서, 슬래그의 욕 표면 부분 내에 부유하는 탄소 재료의 양이 감소되고, 그리하여 슬래그 내에 떠 있는(suspended in the slag) 탄소 재료의 양이 상대적으로 증가한다.
위에서 기술된 것에 의해 아래에서 언급하는 바와 같은 이점들이 얻어질 수 있다.
(1) 탄소 재료가 노 측벽 근방에서, 즉 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변들과 짧은 변들 근방에서 슬래그 욕 표면 부분 내에 부유하며 보유되는 것이 방지되고, 그리하여 용융 슬래그 내에 포함되고 떠 있는 탄소 재료의 양이 증가하고, 그에 따라 금속 원료의 환원 반응, 즉 금속 산화물과 용융 슬래그 내 탄소 재료와의 환원 반응이 증진될 수 있다.
(2) 긴 변 방향으로 슬래그의 중앙부 내에 떠 있는 탄소 재료의 양이 증가되고, 그리하여 슬래그 내에 떠 있는 탄소 재료의 농도가 균질하게 되며, 그에 따라 금속 원료의 환원 반응, 즉 금속 산화물과 용융 슬래그 내 탄소 재료와의 환원 반응이 균일하게 될 수 있다.
(3) 또 다르게는, 노의 긴 변 방향으로 중앙부 내에 떠 있는 탄소 재료의 농도가 노의 짧은 변들 근방의 농도보다 크게 되고, 그에 따라 수냉 패널에 의해 냉각되지 않는 노의 긴 변 방향으로 중앙부 내의 탄소 재료의 환원율이 수냉 패널에 의해 냉각되는 노의 짧은 변들 근방 부분들의 환원율보다 크게 될 수 있다.
다섯 번째 목적을 달성하기 위하여, 다섯 번째 발명의 첫 번째 측면은, 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 수냉 패널이 늘어 세워진 노의 내부에 장입하고, 상기 노의 변들을 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣고, 동시에 노를 관통하도록 제공되는 상부 송풍구 및/또는 상부 랜스를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 작동 방법에 있어서, 상기 하부 송풍구 위로 그리고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 위치에 설치되는 상부 송풍구들 및/또는 상부 랜스들의 팁(tip)들을 통해 노 내부 슬래그 내로 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 공급하는 것을 포함함을 특징으로 하는 용융 환원 장치의 작동 방법을 제공한다.
다섯 번째 발명의 두 번째 측면은, 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 수냉 패널이 늘어 세워진 노의 내부에 장입하고, 상기 노의 변들을 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣고, 동시에 노를 관통하도록 제공되는 상부 송풍구 및/또는 상부 랜스를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, H1을 하부 송풍구로부터 신더 노치까지의 높이라 하면, 하부 송풍구로부터 상부 송풍구 및/또는 상부 랜스의 팁까지의 높이 H3는
H1＜ H3＜ 3 × H1
로 되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치를 제공한다.
다섯 번째 발명에서는, 상부 송풍구 및/또는 상부 랜스의 팁이 하부 송풍구 위로 그리고 노 내부 슬래그의 상부 표면의 높이까지의 위치에 제공되고, 그 결과로, 포밍 슬래그 내에서 생성된 CO 가스와 탄소 재료내의 수소 성분이 상부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 산소와 슬래그 내에서 이차적으로 연소한다. 그러므로, 상부 공간으로부터 슬래그로의 열전달이 불필요하게 된다. 따라서, 금속 욕 표면 아래의 송풍구를 통해 금속을 뒤섞기 위한 가스를 불어넣지 않고서도 슬래그와 가연성 가스간의 온도차가 감소될 수 있다. 그러므로 이하에서 기술하는 바와 같은 이점들이 얻어진다.
(1) 슬래그와 가연성 가스간의 온도차가 감소되고, 그리하여 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도가 그 감소에 따라 낮아질 수 있다. 탄소 재료와 산소의 단위 요구량이 온도가 낮아지는 것에 대응하는 열량의 감소에 따라 감소될 수 있다.
(2) 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도가 낮아질 수 있고, 그리하여 노의 상부 공간을 면하는 수냉 패널 영역에 의해 추출되는 열의 양이 줄어든다. 탄소 재료와 산소의 단위 요구량은 그 열량에따라 감소된다.
(3) 슬래그 내부에서 이차 연소 반응이 일어나므로, 상부 공간이 줄어들 수 있다. 그 결과, 노의 상부 공간을 면하는 수냉 패널 영역에 의해 추출되는 열의 양이 줄어들고, 탄소 재료와 산소의 단위 요구량이 그 열량에 따라 감소된다. 게다가, 노의 높이가 감소될 수 있어 장치 비용이 절감될 수 있다.
(4) 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어넣어지지 않으므로, 용탕이 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 산소 또는 산소를 다량 함유한 가스와 재 산화되지 않고, 이에 따라 환원율, 즉 생산율이 향상된다.
(5) 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어넣어지지 않으므로, 슬래그의 열함량과 열전도도가 작고, 그리하여 슬래그와 접촉하는 노벽과 하부 송풍구들이 수냉 구조로 만들어질 수 있고 그에 따라 반영구적으로 사용될 수 있다. 그 결과, 내화벽돌과 송풍구들의 비용이 크게 절감되고, 수리와 교환을 위해 작동을 중지하는 빈도가 현저히 감소된다.
(6) 금속 욕 표면 아래의 송풍구들이 요구되지 않으므로, 내화벽돌과 송풍구들의 비용이 크게 절감되고, 수리와 교환을 위해 작동을 중지하는 빈도가 현저히 감소된다.
여섯 번째 목적을 달성하기 위하여, 여섯 번째 발명의 첫 번째 측면은, 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 노 내부로 장입하므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 작동 방법에 있어서, 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 각각의 두 긴 변들을 슬래그를 향해 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣는 것과, 하부 송풍구 위로 그리고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 위치에 팁이 설치되도록 제공되는 랜스를 통해 노 내부 슬래그 내로 탄소 재료 및/또는 금속 원료를 불어넣는 것을 포함하는 용융 환원 장치의 작동 방법을 제공한다.
여섯 번째 발명의 첫 번째 측면에 따르는 용융 환원 장치의 작동 방법은 탄소 재료 및/또는 금속 원료를 미리 체로 거르는 것(screening)과, 분말 형상의 탄소 재료 및/또는 금속 원료를 상기 랜스를 통해 불어넣는 것과, 블록 형상의 탄소 재료 및/또는 금속 원료를 노 상측에 제공되는 원료 장입구를 통해 장입하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
여섯 번째 발명의 두 번째 측면은, 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 노 내부로 장입하므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 각각의 두 긴 변들을 슬래그를 향해 관통하도록 하부 송풍구가 제공되고 하부 송풍구 위로 그리고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 위치에 팁이 설치되도록 랜스가 제공되고, H1을 하부 송풍구로부터 신더 노치까지의 높이라 하면, 하부 송풍구로부터 상부 송풍구 및/또는 상부 랜스의 팁까지의 높이 H3는
H1＜ H3＜ 3 × H1
로 되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치를 제공한다.
여섯 번째 발명의 두 번째 측면에 따르는 용융 환원 장치의 노 구조는 노의 상부 표면의 긴 변 방향으로의 일단에 제공되는 단일의 원료 장입구와, 분말 형상의 탄소 재료 및/또는 금속 원료를 불어넣기 위한 것으로 긴 변 방향으로의 타단에 제공되는 랜스들을 가지는 것이 바람직하다.
여섯 번째 발명의 두 번째 측면에 따르는 용융 환원 장치의 노 구조는 노의 상부 표면의 긴 변 방향으로의 양단에 제공되는 두 개의 원료 장입구와, 분말 형상의 탄소 재료 및/또는 금속 원료를 불어넣기 위한 것으로 긴 변 방향으로의 중심에 제공되는 랜스들을 가지는 것이 바람직하다.
여섯 번째 발명에 따르는 용융 환원 장치의 작동 방법과 용융 환원 장치의 노 구조에 따르면, 이하에서 기술하는 바와 같은 이점들이 얻어진다.
(1) 분말 형상의 탄소 재료 및/또는 철 원료를 불어넣기 위한 랜스들이 제공되고 랜스들의 팁은 하부 송풍구 위이고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 위치에 설치되어 탄소 재료 및/또는 철 원료가 슬래그 내로 불어넣어진다. 그 결과, 분말 형상의 탄소 재료 및/또는 철 원료가 슬래그 내에서 녹아 반응하며 슬래그의 상부 표면상에 부유하지 않아, 슬래그로부터 생성되는 가연성 가스의 상승하는 흐름에 의해 날아가 버리는 비율이 현저히 줄어든다. 따라서, 탄소 재료 및/또는 철 원료의 수율이 현저히 향상된다.
(2) 오직 하나의 원료 장입구가 노의 상부 표면의 긴 변 방향으로의 일단에 제공되고, 분말 형상의 탄소 재료 및/또는 철 원료를 불어넣기 위한 랜스들이 노 상부 표면의 긴 변 방향으로의 타단에 제공된다. 그 결과, 슬래그 내의 철 원료와 탄소 재료의 농도가 긴 변 방향으로 균질하게 되고, 그러므로 생산량이 증가되는 때, 즉 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변들이 연장되는 때라도 원료 장입구의 수가 하나로 될 수 있다. 따라서, 원료 장입 장치의 수가 하나로 되고, 설치 비용이 절감된다.
(3) 오직 하나의 원료 장입구가 제공되므로, 원료 장입구와 가스 출구간의 거리가 증가될 수 있다. 그 결과, 금속 원료와 탄소 재료의 입자 크기가 작은 때라도, 노로부터 생성되는 가연성 가스의 흐름을 타서(get on) 직접적으로 흩어지는 금속 원료와 탄소 재료의 양의 증가가 방지될 수 있다.
(4) 저부 송풍구를 통해 산소를 함유한 가스를 용융 선철 쪽으로 불어넣음이 없이, 슬래그 쪽을 향해 노의 측벽을 수평 방향으로 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 불어넣어지고, 슬래그만이 뒤섞이게 된다. 그 결과, 용융 선철의 입자들이 슬래그 내로 또는 위로 불어넣어지지 않고, 상부 송풍구를 통해 불어넣어진 산소 또는 산소를 다량 함유한 가스와 재 산화되지도 않는다. 따라서, 환원율, 즉 생산율이 향상되고, 가연성 가스와 더불어 흩어지는 금속 성분의 양이 감소된다.
(5) 용탕의 입자들이 슬래그 내에 떠 있지 않으므로, 슬래그의 열함량과 열전도도가 낮고, 그리하여 노벽이 수냉 구조로 만들어질 수 있다. 게다가, 노가 금속 욕의 표면 아래에 송풍구를 갖지 않는다. 따라서, 내화벽돌의 단위 요구량과 수리의 빈도가 현저히 감소한다.
예 1
첫 번째 발명의 하나의 실시예가 설명될 것이다.
도 1 은 첫 번째 발명에 따른 용융 환원 장치를 보인 폭 방향 단면도이고, 도 2 는 도 1 의 노 구조의 수직 단면도이다. 도 3 은 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 제안된 종래 기술의 용융 환원 장치의 노 구조를 보인 폭 방향 단면도이다. 도 4 는 도 3 의 종래 기술에 의한 용융 환원 장치에서 노의 하부 송풍구 높이 횡방향 단면의 짧은 변 방향으로의 길이를 연장하므로써 준비된 노 구조의 폭 방향 단면도이다.
종래 기술에 관하여 위에서 했던 설명을 반복하면서 노 구조와 노 내부에서의 반응들이 아래에서 설명될 것이다.
노(1)는 베이스(2)에 고정되고, 노의 내벽에는 수냉 패널(3)과 내화벽돌(4)이 늘어 세워져 있다. 노의 상측에는 철 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 장입하기 위한 원료 장입구(5)와 노로부터 생성되는 가연성 가스를 위한 가스 출구(6)가 제공된다.
용융 선철(7)은 노(1)의 저부에 축적되고, 용융 선철(7)보다 낮은 비중을 갖는 포밍 슬래그(8)가 그 위에 축적된다. 상기 용융 선철(7)과 슬래그는 각각 용융 선철 조(9)를 거쳐 탭 구멍(11)으로부터 그리고 슬래그 조(10)를 거쳐 신더 노치(12)로부터 연속적으로 배출된다.
원료 장입구(5)를 통해 장입되는 철 원료 내의 철 산화물들(FeO 와 Fe2O3)은 동일한 원료 장입구(5)를 통해 포밍 슬래그(8) 내로 장입되는 탄소 재료 내의 탄소 성분과 아래의 식의 반응에 의해 환원된다.
FeO + C → Fe + CO (흡열 반응) (1)
Fe2O3+ 3C → 2Fe + 3CO (흡열 반응) (2)
식 (1), (2)의 환원 반응들은 용융 환원 공정에서 포밍 슬래그(8) 내부에서 일어나므로, 환원율 즉, 용융 선철의 생산율은 슬래그 용적에 대략 비례한다는 것이 널리 알려져 있다.
또, 원료 장입구(5)를 통해 장입된 탄소 재료 내의 탄소 성분의 부분이, 아래의 식의 반응에 의해, 포밍 슬래그(8) 쪽을 향해 노(1)를 관통하도록 제공되는 하부 송풍구(13)를 통해 포밍 슬래그(8) 내로 불어넣어지는 산소와 반응한다.
C + 1/2O2→ CO (발열 반응) (3)
에너지 효율, 즉 용융 환원로의 탄소 재료 단위 요구량은 (1) 내지 (3)식의 반응들에 필요한 탄소 성분의 총량에 의해 결정된다.
더욱이, (1) 내지 (3)식의 반응들에 의해 포밍 슬래그(8) 내부에서 생성되는 CO 가스와 탄소 재료 내부의 수소 성분이, 다음 식들의 반응들에 의해, 이차 연소 영역(16) 쪽을 향해 노(1)를 관통하도록 제공되는 상부 송풍구(14)를 통해 이차 연소 영역(16) 내로 불어넣어지는 산소와 산화된다.
CO + 1/2O2→ CO2(발열 반응) (4)
H2+ 1/2O2→ H2O (발열 반응) (5)
(4) 와 (5)식의 반응들을 노내 이차 연소라 칭한다. 이차 연소의 정도는 아래에서 기술하는 (6)식에 의해 정의되는 노내 이차 연소율에 의해 표현되고, 이차 연소율은 상부 송풍구(14)를 통해 이차 연소 영역(16) 내로 불어넣어지는 산소의 유동율 증가에 의해 증가된다는 것이 널리 알려져 있다.
노내 이차 연소율 = (CO2% + H2O %)
/(CO2% + CO % + H2O % + H2%) (6)
여기서 CO2%, CO%, H2O % 그리고 H2%는 가스 출구(6)에서 가연성 가스 내의 각각의 체적 분율을 나타낸다.
노내 이차 연소율이 증가할 때는, 이차 연소 영역(16) 내에서의 (4)와 (5)식의 반응의 반응열의 일부가 포밍 슬래그(8)로 전달되고, 슬래그 내에서의 식 (3)의 발열 반응을 위해 필요한 탄소 성분을 감소시키므로써 탄소 재료 단위 요구량이 감소된다.
이차 연소 영역으로부터 포밍 슬래그(8)로의 열전달량을 증가시키기 위해서는, 상기 포밍 슬래그(8)는 위에서 언급한 바와 같이 상하 방향으로 충분히 뒤섞여야 한다. 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 제안된 종래 기술의 용융 환원 장치의 노 구조에서는, 순수한 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가, 도 3 에 도시한 바와 같이, 포밍 슬래그(8) 쪽을 향해 수평방향으로 직사각형 노의 두 긴 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구(13)를 통해 포밍 슬래그(8) 내로 불어넣어진다. 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어지는 가스의 횡방향 적용범위(coverage)를 L3라 할 때, 하부 송풍구 높이의 횡방향 단면의 짧은 변 방향의 길이 L1은, 그러므로, L1≤ 2×L3를 만족하도록 된다.
L1＞ 2×L3가 되도록 L1이 세팅되는 때에는 하부 송풍구(13)를 통해 포밍 슬래그(8) 내로 불어넣어지는 순수한 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 하부 송풍구 높이에서의 노의 횡방향 단면의 짧은 변 방향 중앙부에 도달하지 않는다. 그 결과, 짧은 변 방향 중앙부 근방의 포밍 슬래그(8)가 충분히 뒤섞이지 못하는 문제가 발생하게 된다.
한편, 용융 선철(7)과 포밍 슬래그(8) 쪽을 향해 수직 방향으로 제공되는 저부 송풍구(15)를 통해 가스가 불어넣어지는 때는, 그 가스는 가스 유동율의 크기에 무관하게 일정한 산포각 2θ(약 20°)를 가진다는 것이 널리 알려져 있다(Iron and Steel(철과 강), 61, No. 6 (1981) 등).
따라서, 용융 선철(7)과 슬래그(8)의 전체 높이가 H로 정의될 때, 슬래그(8)의 상부 표면상의, 저부 송풍구(15)를 통해 불어넣어진 가스의 산포폭 L4는 L4= 2H × tan θ로 표현된다. 가스 산포폭 L4범위 내의 슬래그는 충분히 뒤섞인다.
도 1 에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 용융 환원 장치의 노 구조에서는, 저부 송풍구들이 노 저부에서의 짧은 변 방향 중앙부 근방에 제공되고, 상기 저부 송풍구들을 통해 용융 선철 내로 불활성 가스가 불어넣어진다. 그 결과, 위에서 언급된 바와 같은 하부 송풍구 높이에서의 횡방향 단면의 짧은 변 방향 중앙부 근방의 포밍 슬래그(8)는 위에서 언급된 L1이 2 × L3＜ L1≤ 2 × (L3+ H × tan θ)을 만족하도록 되는 때라도 충분히 뒤섞인다.
아래의 표 1 은, 하부 송풍구 높이에서의 필요한 횡방향 단면적 S와 하부 송풍구(13)를 통해 수평 방향으로 불어넣어진 가스의 적용범위 L3및 용융 선철(7)과 슬래그(8)의 높이 H 들이: S = 50 ㎡, L3= 1.3 m 그리고 H = 5 m 일 때, 종래 기술에 따른 용융 환원 장치와 본 발명에 따른 하나의 실시예에서의 노 치수들의 보기를 보인다.
표 1
종래 기술 본 발명
하부 송풍구 높이에서의 필요 횡방향 단면적: S = L1× L2 50 ㎡ 50 ㎡
하부 송풍구(13)를 통해 불어넣어진 가스의 수평 방향 적용범위: L3 1.3 m 1.3 m
저부 송풍구(15)를 통해 불어넣어진 가스의 슬래그(8) 상부 표면에서의 산포폭: L4= 2H × tan θ 1.7 m
하부 송풍구 높이에서의 횡방향 단면의 짧은 변 방향으로의 길이: L1 2.5 m 4.2 m
하부 송풍구 높이에서의 횡방향 단면의 긴 변 방향으로의 길이: L2 20 m 12 m
또, 슬래그(8) 쪽을 향해 수평 방향으로 직사각형 노(1)의 두 긴 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구(13)를 통해, 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용융 철 또는 용융 선철을 생산하기 위한 장치에서, (3)식의 발열 반응을 위해 필요한 산소는 하부 송풍구(13)를 통해서만 독점적으로 불어넣어진다. 저부 송풍구(15)를 통해 불어넣어지는 가스는, 그러므로, 슬래그(8)와 용융 선철(7)의 교반(攪拌)에 기여하기 위해서만 요구되고, 산소를 함유할 것이 요구되지 않는다.
한편, 저부 송풍구(15)를 통해 용융 선철 내로 불어넣어지는 가스가 산소를 함유하도록 허용되는 때는 용융 선철 내의 금속 철 성분이 재 산화될 수 있다. 따라서, 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스가 그를 통해 불어넣어진다.
도 2 에 도시된 바와 같은 본 예에서 사이펀 원리(siphon principle)에 기초한 슬래그 방출 시스템에서는, 태핑 구멍(tapping hole)(11)의 노 내부 용융 선철(7)의 상부 표면으로부터의 높이 Hm1과 신더 노치(12)의 용융 선철(7)의 상부 표면으로부터의 높이 Hs1및 포밍 슬래그(8)의 용융 선철(7)의 상부 표면으로부터의 높이 Hs2들간의 관계는 는 다음 식들에 의해 표현된다.
Hs1= Hm1× Ym/Ys1(7)
Hs2= Hm1× Ym/Ys2(8)
여기서 Ym은 용융 선철(7)의 비중이고, Ys1은 슬래그 조(10) 내부 억압된 슬래그(repressed slag)(17)의 비중이며, Ys2는 슬래그 조 내부 포밍 슬래그(8)의 비중이다.
또한, 노 내부 용융 선철(7)과 슬래그(8)의 전체 높이 H와, 용융 선철(7)의 높이 Hm2그리고 용융 선철(7)의 상부 표면으로부터의 포밍 슬래그(8)의 높이 Hs2들간의 관계는 다음 식에 의해 표현된다.
H= Hm2+ Hs2(9)
따라서, 노 내부 용융 선철(7)과 슬래그(8)의 전체 높이 H는, 노 저부로부터의 탭핑 구멍(11)의 높이 Hm1+ Hm2와 신더 노치(12)의 그로부터의 높이 Hs1+ Hm2가 변하지 않으면 일정하게 유지된다.
본 발명의 용융 환원 장치의 노 구조에서는, 저부 송풍구들이 노 저부의 짧은 변 방향 중앙부 근방에 제공되고 그를 통해 용융 선철 내로 불활성 가스가 불어넣어지므로, 하부 송풍구 높이에서의 횡방향 단면의 짧은 변 방향 길이, 즉 노의 짧은 변 방향 길이는 증가될 수 있고, 그리하여 하부 송풍구 높이에서의 횡방향 단면의 긴 변 방향 길이, 즉 노의 긴 변 방향 길이를 증가시킴이 없이 용융 선철의 생산량이 증가될 수 있다.
그 결과, 아래에서 기술하는 효과들이 성취된다.
* 노가 공장 건물 내부에 용이하게 설치될 수 있다.
* 노와 내화벽돌의 열팽창이 용이하게 흡수될 수 있다.
* 직사각형 단면을 갖는 노의 긴 변 방향으로의 반응의 균일이 용이하게 보장된다.
* 저부 송풍구를 통해 불활성 가스를 용융 선철 내로 불어넣으므로써 용융 선철 내부에는 환원 분위기(reducing atmosphere)가 항상 유지되어, 철 성분이 재 산화되지 않는다.
예 2
두 번째 발명의 두 개의 실시예가 설명될 것이다.
도 5 는 본 발명에 따르는 용융 환원 장치의 하나의 실시예에서의 노 구조를 보이는 폭 방향 단면도이다. 도 6 은 도에서의 노 구조의 수직 단면도이다. 도 7 은 본 발명에 따르는 용융 환원 장치의 다른 실시예에서의 노 구조를 보이는 폭 방향 단면도이다. 도 8 은 도 7 에서의 하부 송풍구와 최하부 송풍구가 통합된 송풍구 부분의 확대 단면도이다. 도 9 는 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 제안된 종래 기술의 용융 환원 장치의 노 구조를 다른 관점으로부터 보인 폭 방향 단면도이다.
먼저, 도 5 와 도 6을 써서 두 번째 발명의 하나의 실시예가 설명된다. 도 1 과 도 2 에서의 부분에 해당하는 부분은 동일한 번호를 따른다.
상술한 바와 같이, 노내 이차 연소율이 증가될 때 탄소 재료 단위 요구량의 감소 크기를 증가시키기 위해서는, 이차 연소 영역(16) 내의 (4)와 (5)식의 반응열의 슬래그(8)로의 열전달량을 증가시키는 것이, 즉 상하 방향으로 슬래그를 충분히 뒤섞어 주는 것이 효과적이다. 이차 연소 영역(16)으로부터 슬래그(8)로의 열전달량은 또한 이차 연소 영역(16)의 분위기 온도와 슬래그(8) 온도의 차이의 함수이므로, 용탕(7)과 슬래그(8)간의 온도차를 가능한 한 작게 하고 슬래그(8)의 온도를 낮추는 것이 또한 매우 효과적이다.
따라서, 도 5에 도시된 두 번째 발명에 따른 용융 환원 장치에서는, 최하부 송풍구(17)들이 하부 송풍구 아래로 그리고 노 내부 슬래그와 용탕간의 계면에 대응하는 높이까지에 위치하며, 수평 방향으로부터 0°내지 45°아래쪽으로 향하도록 노의 측벽 부분에 제공되고, 상기 최하부 송풍구(17)들을 통해 불활성 가스가 불어넣어진다. 그 결과, 슬래그와 용탕간의 계면 직상부의 슬래그 부분이 뒤섞이고, 슬래그(8)와 용탕(7)간의 상대 속도가 증가되며, 그에 따라 슬래그(8)로부터 용탕(7)으로의 열전달량이 증가된다.
본 발명자들에 의해 수행된 최하부 송풍구(17)들의 하향 각도에 관한 모형 시험을 통해 아래에 기술하는 바와 같은 결과들이 확인되었다. 각도가 적어도 45°로 만들어지는 때는, 최하부 송풍구(17)들을 통해 불어넣어지는 불활성 가스와 접촉되는 용탕(8)의 부분들 상에 오목한 부분들이 형성되고, 용탕(7)의 입자들이 슬래그(8) 내로 불어 올려진다. 슬래그(8)와 용탕(7)간의 계면으로부터 최하부 송풍구(17)까지의 수직 거리가 작은 때는, 상기 하향 각도가 0°인 때라도 계면 직상부의 슬래그 부분이 충분히 뒤섞인다. 최하부 송풍구(17)의 하향 각도는, 그러므로, 0°내지 45°인 것이 바람직하다.
도 9에 도시된 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 제안된 종래 기술에서는, 하부 송풍구(13)를 통해 불어넣어진 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스와 용탕(7)간의 직접적인 접촉을 피하기 위해, 하부 송풍구(13)들이 슬래그(8)와 용탕(7)의 계면으로부터 약 1,000 ㎜ 위에 제공된다.
더욱이, 최하부 송풍구(17)들은 수냉 구조로 제작되어 반영구적으로 사용될 수 있는 것이 바람직하므로, 용탕(7) 상부 표면의 파도치는 움직임을 고려할 때 상기 최하부 송풍구(17)들은 슬래그(8)와 용탕(7)의 계면 상측으로 200 ㎜ 내지 1,000 ㎜ 에 제공되는 것이 바람직하다.
예 3
두 번째 발명의 다른 실시예가 도 7 과 도 8을 참조하여 설명된다.
본 예에서는 하부 송풍구(13)들과 최하부 송풍구(17)들은 통합된다. 하부 송풍구(13)를 통해 불어넣어지는 산소와 용탕(7)간의 직접적인 접촉을 피하기 위해, 통합되고 수냉 되는 구조의 송풍구들은, 상술한 바와 같이, 슬래그(8)와 용탕(7)의 계면으로부터 약 1,000 ㎜ 위에 제공된다.
하부 송풍구(13)를 통해 불어넣어진 산소, 즉 (3)식의 반응을 위해 필요한 산소는, 상술한 바와 같은 용탕(7)과의 직접적인 접촉을 피하기 위해 수평 방향으로 슬래그 내로 불어넣어진다. 한편, 최하부 송풍구(17)들을 통해 불어넣어진 불활성 가스는, 슬래그(8)와 용탕(7)간 계면 직상부의 슬래그 부분이 뒤섞이도록, 수평 방향으로부터 아래쪽 방향으로 향하도록 된다.
슬래그(8)와 용탕(7)간 계면으로부터 최하부 송풍구(17)들까지의 수직 거리는 1,000 ㎜ 나 되므로, 최하부 송풍구(17)의 하향 각도는 30°내지 45°인 것이 바람직하다.
표 2 는 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 개시된 종래 기술에 따른 용융 환원 장치에서의 탄소 재료와 산소의 단위 요구량들과 두 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 일례에서의 탄소 재료와 산소의 단위 요구량들의 보기를 보인다.
표 2
종래 기술 본 발명
용탕 온도(℃)슬래그 온도(℃)용탕과 슬래그간 온도차(℃) ca. 1400ca. 1500ca. 100 ca. 1400ca. 1400ca. 0
노로부터의 가연성 가스의 온도(℃)수냉 패널의 추출 열량 지수 ca. 1700100 ca. 160083
탄소 재료의 단위 요구량 지수산소의 단위 요구량 지수 100100 9389
두 번째 발명의 용융 환원 장치의 노 구조에서는, 최하부 송풍구들이 노 측벽 부분의 하부 송풍구 아래이고 노 내부 슬래그와 용탕간 계면보다 낮지 않은 위치들에 제공되고 수평 방향으로부터 0°내지 45°하향 각도로 향하며, 그를 통해 불활성 가스가 불어넣어진다. 그 결과, 계면 직상부의 슬래그 부분이 뒤섞이고, 슬래그와 용탕간 상대 속도가 증가되며, 그에 따라 슬래그로부터 용탕으로의 열전달량이 증가된다. 따라서, 슬래그와 용탕간의 온도차는 감소될 수 있다.
그러므로 이하에서 기술하는 효과들이 성취될 수 있다.
* 슬래그와 용융 선철간의 온도차가 감소되고, 그리하여 슬래그와 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도들은 상기 온도차의 감소에 따라 낮아질 수 있다. 탄소 재료와 산소의 단위 요구량들은 그 온도 감소에 대응하는 열량에 따라 적어진다.
* 슬래그와 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도들이 낮아질 수 있고, 그리하여, 이차 연소 영역과 슬래그를 면하는 노 내부 표면 영역에 수냉 패널이 늘어 세워지는 때는, 수냉 패널에 의해 추출되는 열량이 감소된다. 그 결과, 탄소 재료와 산소의 단위 요구량들은 추출된 열량의 감소에 대응하는 열량에 따라 감소된다.
* 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도가 낮아질 수 있고, 그리하여, 이차 연소 영역을 면하는 노 내부 표면 영역에 내화벽돌이 늘어 세워지는 때는, 내화벽돌의 마모율이 감소될 수 있다. 따라서, 수리와 수선의 빈도가 감소될 수 있다.
* 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어 올려지지 않으므로, 용탕이, 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어지는 산소 또는 산소를 다량 함유한 가스와, 재 산화되지 않는다. 따라서, 환원율, 즉 생산율이 향상된다.
* 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어 올려지지 않으므로, 슬래그의 열함량과 열전도도가 감소하고, 그리하여, 슬래그와 접촉하는 노벽과 하부 송풍구들이 수냉 구조로 만들어질 수 있고, 그에 따라 그들이 반영구적으로 사용될 수 있다. 그 결과, 내화벽돌과 송풍구들의 비용이 현저히 절감될 수 있고 수리와 교환을 위해 작동을 정지시키는 빈도가 크게 감소될 수 있다.
* 금속 욕 표면 아래의 송풍구들이 요구되지 않으므로, 내화벽돌과 송풍구들의 비용이 현저히 절감될 수 있고 수리와 교환을 위해 작동을 정지시키는 빈도가 크게 감소될 수 있다.
예 4
도 10 은 세 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 하나의 실시예에서의 노 구조를 보인 수직 단면도이다. 도 11 은 도 10의 A-A선 단면도이고, 도 12 는 도 10의 B-B선 단면도이다.
금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노(1)의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 노의 긴 변(18)들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구(13)를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그(8) 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용융 선철을 생산하기 위한 용융 환원 장치에서, 상기 하부 송풍구(13)들은 노의 긴 변들에 수직인 방향으로부터 원료 장입구(5) 방향의 반대 방향 쪽으로 15°내지 45° 측방향으로 향한다.
그 결과, 하부 송풍구(13)들 위의 슬래그 부분이 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변(18)들 방향으로 그리고 원료 장입구(5) 방향 반대 방향으로 유동한다.
더욱이, 하부 송풍구(13)들 아래의 슬래그 부분은 하부 송풍구들 위의 슬래그 부분의 유동 방향에 반대 방향으로, 즉 원료 장입구 쪽 방향으로 유동한다. 그 결과, 용융 선철(7)과 슬래그(8)간 계면 직상부의 슬래그(8) 부분은, 금속을 뒤섞기 위해 금속 욕 표면 아래의 송풍구를 통해 가스를 불어넣음이 없이, 뒤섞이고, 슬래그(8)와 용융 선철(7)간의 상대 속도가 증가되며, 그에 따라 슬래그(8)로부터 용융 선철(7)로의 열전달량이 증가된다.
본 발명자들에 의해 수행된 모형 시험을 통해 아래에 기술하는 바와 같은 하부 송풍구(13)들의 측방향 각도에 관한 결과들이 확인되었다.
측방향 각도 θ가 적어도 45°로 되는 때는, 하부 송풍구(13)들을 통해 슬래그(8) 내로 불어넣어진 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스의 기포들이 노(1)의 짧은 변(19) 방향 중앙부에 이르지 못하고, 그리하여 상기 중앙부가 충분히 뒤섞이지 않는다. 측방향 각도 θ가 15°까지 되는 때는, 하부 송풍구(13)들 위의 슬래그 부분이 노의 긴 변(18)들 방향으로 그리고 원료 장입구(5) 방향 반대쪽 방향으로 충분히 유동하지 않는다. 따라서, 하부 송풍구(13)들의 측방향 각도는 15°내지 45°인 것이 바람직하다.
표 3
종래 기술 본 발명
용탕 온도(℃)슬래그 온도(℃)용탕과 슬래그간 온도차(℃) ca. 1400ca. 1500ca. 100 ca. 1400ca. 1400ca. 0
노로부터의 가연성 가스의 온도(℃)수냉 패널의 추출 열량 지수 ca. 1700100 ca. 160083
탄소 재료의 단위 요구량 지수산소의 단위 요구량 지수 100100 9389
표 3 은 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 개시된 종래 기술에 따른 용융 환원 장치에서의 탄소 재료와 산소의 단위 요구량들과 세 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 일례에서의 탄소 재료와 산소의 단위 요구량들의 보기를 보인다.
시험 조건은 다음과 같다.
노 면적(하부 송풍구(13)들 높이에서의 횡방향 단면적): 20 ㎡
하부 송풍구(13)들의 측방향 각도 θ: 30°(본 발명), 0°(종래 기술)
용탕의 원료: 철광석(iron ore)
탄소 재료: 코울(coal)
비록 철의 환원이 본 예에서 설명되었지만, 본 발명은 또한 유사한 용융 환원에 의해 비철금속들과 Cr과 Ni 및 Mn과 같은 철 합금을 생산하는 용융 환원 장치에도 적용 가능함은 말할 나위 없다.
금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 노의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 상기 노의 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 본 발명에 따른 용융 환원 장치의 노 구조에서는, 상기 하부 송풍구들이 노의 긴 변들에 수직인 방향으로부터 원료 장입구 방향에 반대 방향 쪽으로 15°내지 45°각도로 측방향으로 향한다. 그 결과, 이하에서 기술하는 효과들이 성취된다.
* 하부 송풍구 위의 슬래그 부분이 원료 장입구에 반대 방향으로 긴 변 방향으로 유동하도록 하므로써, 슬래그 내의 철 원료와 탄소 재료의 농도가 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변 방향으로 균질하게 될 수 있다. 따라서, 생산량이 증가될 수 있다. 다시 말해, 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변이 연장되는 때라도, 원료 장입구의 수는 하나로 될 수 있다. 따라서, 노는 단일의 원료 장입 장치를 써서 가동될 수 있고, 장치 비용이 절감될 수 있다.
* 단일의 원료 장입구를 사용하므로써 원료 장입구와 가스 출구간의 간격이 연장될 수 있다. 그 결과, 원료들의 입자 크기가 작은 때라도, 노에서 생성되는 가연성 가스의 흐름에 타서(get on) 흩어지고 가스 출구로 날아가는 금속 원료와 탄소 재료의 양의 증가가 방지될 수 있다.
더욱이, 하부 송풍구 아래의 슬래그 부분은 하부 송풍구 위의 슬래그 부분의 유동 방향에 반대 방향으로 즉, 원료 장입구 방향으로 유동한다. 그 결과, 용융 선철과 슬래그간 계면 직상부의 슬래그 부분은 유동하도록 허용되고, 그리하여 슬래그와 용융 선철 사이의 상대 속도는 증가한다. 그러므로, 슬래그로부터 용융 선철로의 열전달량은 증가될 수 있고, 따라서 슬래그와 용탕간의 온도차는 감소될 수 있다. 그리하여 이하에서 기술하는 이점들이 얻어질 수 있다.
* 슬래그와 용융 선철간의 온도차는 감소되고, 그리하여 슬래그와 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도들은 온도차의 감소에 따라 감소될 수 있다. 탄소 재료와 산소의 단위 요구량은 온도 감소에 대응하는 열량에 따라 감소된다.
* 슬래그와 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도들은 감소될 수 있고, 그리하여, 이차 연소 영역과 슬래그를 면하는 노의 내부 표면 영역에 수냉 패널이 늘어 세워진 때에는, 수냉 패널에 의해 추출되는 열의 양이 감소된다. 그 결과, 추출된 열량의 감소에 대응하는 열량에 따라 탄소 재료와 산소의 단위 요구량들이 감소한다.
* 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도가 감소될 수 있고, 그리하여, 이차 연소 영역을 면하는 노의 내부 표면 영역에 내화벽돌이 늘어 세워진 때에는, 내화벽돌의 마모율이 감소될 수 있다. 따라서, 수리와 수선의 빈도가 감소될 수 있다.
* 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어 올려지지 않으므로, 용탕은 하부 송풍구들을 통해 불어넣어진 산소 또는 산소를 다량 함유한 가스와 재 산화되지 않는다. 따라서, 환원율, 즉 생산율이 향상된다.
* 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어 올려지지 않으므로, 슬래그의 열함량과 열전도도가 감소되고, 그래서 슬래그와 접촉하는 노벽과 하부 송풍구들은 수냉 구조로 만들어질 수 있고, 그에 따라 그들은 반영구적으로 사용될 수 있다. 그 결과, 내화벽돌과 송풍구들의 비용이 현저히 감소될 수 있고 수리와 교환을 위해 작업을 정지시키는 빈도가 매우 감소될 수 있다.
* 금속 욕 표면 아래의 송풍구들이 요구되지 않으므로, 내화벽돌과 송풍구들의 비용이 현저히 감소될 수 있고 수리와 교환을 위해 작업을 정지시키는 빈도가 매우 감소될 수 있다.
예 5
도 16 은 네 번째 발명의 첫 번째 측면에 따른 용융 환원 장치의 하나의 실시예에서의 노 구조를 보인 수직 단면도이다. 도 17 은 도 16의 A-A선 단면도이고, 도 18 은 도 16의 B-B선 단면도이다.
슬래그(8)의 상승하는 유동들이 용융 환원 장치 내 하부 송풍구(13)들 상측으로 생성된다.
H 가 슬래그 욕 표면의 하부 송풍구들로부터의 높이이고, 2θ가 가스의 산포각(spread angle)일 때, 하부 송풍구들을 통해 불어넣어진 가스의 슬래그 상부 표면에서의 산포폭(spread width) L3는 다음 식으로 표현될 수 있다.
L3= 2 × H × tanθ
이제 노의 긴 변 방향으로의 단면, 다시 말해 도 16에 주의를 기울인다. 노의 긴 변 방향 중앙 부분 내의 두 쌍의 하부 송풍구들 간의 간격 L6가
L3＜ L6≤ 3 × L3
를 만족하도록 하므로써, 슬래그(8)의 하강하는 유동이 노의 긴 변 방향으로의 슬래그(8) 중앙부에서 생성된다. 상기 간격 L6는 아래에 기술하는 이유로 인해 위에서 언급한 바와 같이 한정된다. L6가 L6≤ L3가 되도록 되면, 위에서 언급한 두 쌍의 하부 송풍구들을 통해 불어넣어진 가스의 산포가 슬래그(8)의 상부 표면에서 서로 겹치고, 그 결과 노의 긴 변 방향으로 슬래그 중앙부에 슬래그(8)의 상승하는 유동이 생성되며, 그에 따라 하강하는 유동이 생성되지 않는다. 역으로, L6가 L6＞ 3 × L3가 되도록 되면, 노의 긴 변 방향으로 중앙부에 유동하지 않는 슬래그 부분이 나타난다.
한편, 하부 송풍구(13)들로부터 직사각형 노의 짧은 변(19)까지의 거리 L2는 L2≤ L3/2를 만족하도록 된다. 그 결과, 하부 송풍구(13)들로부터 노의 짧은 변(19)까지의 범위가 하부 송풍구(13)들을 통해 불어넣어지는 가스의 슬래그(8) 상부 표면에서의 산포폭의 범위 내로 된다. 그러므로, 슬래그(8)의 상승하는 유동이 노의 짧은 변(19) 근방에서 생성되고, 노의 긴 변 방향 중앙부 쪽을 향하는 수평 방향으로의 슬래그 유동이 노의 각각의 짧은 변(19)으로부터, 슬래그(8)의 욕 표면 부분에서 생성된다.
그 결과, 슬래그(8)에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료(20)가 위에서 언급한 수평 방향으로의 슬래그 유동에 의해 노의 긴 변 방향으로 중앙 방향으로 밀리고, 노의 긴 변 방향으로 중앙부 근방에 슬래그(8)의 욕 표면 부분에서 부유한다. 노의 긴 변 방향으로 중앙부 근방의 탄소 재료는 노 측벽의 마찰 저항을 받지 않으므로, 노의 긴 변 방향 중앙부 근방에서의 슬래그(8)의 하강하는 유동에 비교적 용이하게 들어가 슬래그(8)에 포함된다. 따라서, 노의 긴 변 방향 중앙부 근방의 슬래그(8) 내의 탄소 재료(20)의 떠 있는 양(suspended amount of the carbon material)은 증가한다.
위에서 언급한 경향은 슬래그(8) 대신 물을 사용하고 물에 비해 낮은 비중을 갖는 코르크와 같은 물질을 탄소 재료 대신 사용하여 본 발명자들이 수행한 모형 시험에 의해 확인되었다.
예 6
도 19 는 네 번째 발명의 두 번째 측면에 따른 용융 환원 장치의 하나의 실시예에서의 노 구조를 보인 수직 단면도이다. 도 20 은 도 19의 A-A선 단면도이고, 도 21 은 도 19의 B-B선 단면도이다.
슬래그(8)의 상승하는 유동들이 용융 환원 장치 내 하부 송풍구(13)들 상측으로 생성된다.
이제 노의 긴 변 방향으로의 단면, 다시 말해 도 19에 주의를 기울인다. 인접한 하부 송풍구(13)들의 쌍 간의 간격 L1이
L3＜ L1≤ 2 × L3
를 만족하도록 하므로써, 슬래그(8)의 하강하는 유동이 임의의 인접한 하부 송풍구들의 쌍 사이의 각각의 중앙부에서 생성된다. 상기 간격 L1은 아래에 기술하는 이유로 인해 위에서 언급한 바와 같이 한정된다. L1이 L1≤ L3가 되도록 되면, 하부 송풍구(13)들을 통해 불어넣어진 가스의 산포가 슬래그(8)의 상부 표면에서 서로 겹치고, 그 결과 인접한 하부 송풍구들 사이의 중앙부에서 슬래그(8)의 상승하는 유동이 생성되며, 그에 따라 하강하는 유동이 생성되지 않는다. 역으로, L1이 L1＞ 2 × L3가 되도록 되면, 인접한 하부 송풍구들 사이의 중앙부에 유동하지 않는 슬래그 부분이 나타난다.
한편, 하부 송풍구(13)들로부터 직사각형 노의 짧은 변(19)까지의 거리 L2는 L2≤ L3/2를 만족하도록 된다. 그 결과, 하부 송풍구(13)들로부터 노의 짧은 변(19)까지의 범위가 하부 송풍구(13)들을 통해 불어넣어지는 가스의 슬래그(8) 상부 표면에서의 산포폭의 범위 내로 된다. 그러므로, 슬래그(8)의 상승하는 유동이 노의 짧은 변(19) 근방에서 생성된다.
따라서, 슬래그(8)의 욕 표면 부분에서는, 노의 짧은 변(19) 근방으로부터 인접한 하부 송풍구 쌍 사이의 중앙부 쪽을 향해 수평 방향으로 유동이 생성되고, 각각의 하부 송풍구(13) 직상부 근방에는 하부 송풍구(13)와 그에 인접한 하부 송풍구 사이의 중앙부 쪽을 향해 수평 방향으로 유동이 생성된다.
그 결과, 슬래그(8)의 욕 표면 부분에서는, 슬래그(8)에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료(20)가 위에서 언급한 유동들에 의해 임의의 인접한 하부 송풍구들의 쌍 사이에 위치하는 중앙부로 밀리고, 그에 따라 탄소 재료(20)는 상기 중앙부들 근방에 부유한다. 상기 중앙부들 근방에 부유하는 탄소 재료(20)는 노 측벽에서의 마찰 저항을 받지 않으므로, 하부 송풍구들 간 중앙부 슬래그(8)의 하강하는 유동에 비교적 용이하게 들어가 슬래그(8)에 포함된다. 따라서, 하부 송풍구들간 중앙부들 근방에서의 슬래그(8) 내의 탄소 재료(20)의 떠 있는 양(suspended amount of the carbon material)은 증가한다.
위에서 언급한 경향은 슬래그(8) 대신 물을 사용하고 물에 비해 낮은 비중을 갖는 코르크와 같은 물질을 탄소 재료 대신 사용하여 본 발명자들이 수행한 모형 시험에 의해 확인되었다.
예 7
도 22 는 네 번째 발명의 세 번째 측면에 따른 용융 환원 장치의 하나의 실시예에서의 노 구조를 보인 수직 단면도이다. 도 23 은 도 22의 A-A선 단면도이고, 도 24 는 도 22의 B-B선 단면도이다.
슬래그(8)의 상승하는 유동이 용융 환원 장치 내 하부 송풍구(13)들 상측으로 생성된다.
이제 노의 짧은 변 방향으로의 단면, 다시 말해 도 23에 주의를 기울인다. L4를 하부 송풍구(13)를 통해 슬래그(8) 내로 불어넣어진 가스의 수평 방향 적용범위라 할 때, 하부 송풍구(13)들 높이에서 노의 횡방향 단면의 짧은 변 방향으로의 길이 L5가
2 × L4＜ L5≤ 4 × L4
를 만족하도록 하므로써 노의 짧은 변 방향으로의 슬래그(8) 중앙부에서 슬래그(8)의 하강하는 유동이 생성된다. 상기 길이 L5는 아래에 기술하는 이유로 인해 위에서 언급한 바와 같이 한정된다. L5가 L5≤ 2 × L4가 되도록 되면, 하부 송풍구(13)들을 통해 불어넣어진 가스의 산포가 슬래그(8)의 상부 표면에서 서로 겹치고, 그 결과 노의 짧은 변 방향 중앙부에서 슬래그(8)의 상승하는 유동이 생성되며, 그에 따라 하강하는 유동이 생성되지 않는다. 역으로, L5가 L5＞ 4 × L4가 되도록 되면, 노의 짧은 변 방향 중앙부 내에 유동하지 않는 슬래그 부분이 나타난다.
한편, 직사각형 노의 긴 변들은 수직벽으로 형성되므로, 슬래그(8)의 상승하는 유동들이 노의 긴 변(18)들 근방에서 생성되고, 노의 짧은 변 방향 중앙부에서는 하강하는 유동들이 생성된다. 노의 짧은 변 방향 중앙부 쪽을 향해 수평 방향으로의 슬래그 유동들이 노의 긴 변(19)들로부터, 슬래그(8)의 욕 표면 부분에서 생성된다.
그 결과, 슬래그(8)에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료(20)가 위에서 언급한 슬래그(8)의 욕 표면 부분에서의 수평 방향 슬래그 유동들에 의해 노의 짧은 변 방향 중앙부 방향으로 밀려, 노의 짧은 변 방향 중앙부 근방에, 슬래그(8)의 욕 표면 부분 내에 부유한다. 상기 노의 짧은 변 방향 중앙부 근방에 부유하는 탄소 재료(20)는 노 측벽의 마찰 저항을 받지 않으므로, 노의 짧은 변 방향 중앙부 근방에서의 슬래그(8)의 하강하는 유동에 비교적 용이하게 들어가 슬래그(8)에 포함된다. 그에 따라 슬래그(8) 내의 탄소 재료(20)의 떠 있는 양(suspended amount of the carbon material)은 증가한다.
위에서 언급한 경향은 슬래그(8) 대신 물을 사용하고 물에 비해 낮은 비중을 갖는 코르크와 같은 물질을 탄소 재료 대신 사용하여 본 발명자들이 수행한 모형 시험에 의해 확인되었다.
예 8
도 25 는 네 번째 발명의 다섯 번째 측면에 따른 용융 환원 장치의 하나의 실시예에서의 노 구조를 보인 수직 단면도이다. 도 26 은 도 25의 A-A선 단면도이고, 도 27 은 도 25의 B-B선 단면도이다.
용융 환원 장치에서, 슬래그(8) 내로 수평 방향으로 가스를 불어넣기 위한 노즐(22)들이, 상기 하부 송풍구(13)들 위로 그리고 노 내부 슬래그(8)의 상부 표면에 대응하는 높이에 이르기까지, 직사각형 노의 긴 변(18)들 및/또는 짧은 변(19)들에 제공된다. 게다가, 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 모서리(23)들은 모따기 된다.
그 결과, 슬래그(8) 쪽을 향해 수평 방향으로 제공되는 노즐(22)들을 통해 불어넣어지는 가스에 의해, 슬래그(8)에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료(20)가, 슬래그(8)의 욕 표면 부분에서 노의 긴 변(18)들 및/또는 짧은 변(19)들로부터 노(1)의 중심을 향해 밀린다. 그 탄소 재료는 노의 측벽의 마찰 저항을 받지 않으므로, 슬래그(8)의 하강하는 유동에 비교적 용이하게 들어가 슬래그에 포함되고, 그에 따라 슬래그 내에 떠 있는 탄소 재료(20)의 양을 증가시킨다.
한편, 특히 많은 양의 탄소 재료가 보유되는 경향이 있는 슬래그의 욕 표면 부분에서의 노의 모서리(23)들의 면적이 줄어들므로, 슬래그(8)의 욕 표면 부분 내에 부유하는 탄소 재료(20)의 양이 감소되고, 그리하여 슬래그(8)내에 떠 있는(suspended in the slag) 탄소 재료(20)의 양이 상대적으로 증가한다.
위에서 언급한 경향은 슬래그(8) 대신 물을 사용하고 물에 비해 낮은 비중을 갖는 코르크와 같은 물질을 탄소 재료 대신 사용하여 본 발명자들이 수행한 모형 시험에 의해 확인되었다.
비록 위에서 언급된 예들이 환원에 의해 철을 생산하는 것에 관해 설명되었지만, 위에서 언급된 것들과 유사한 용융 환원 방법들에 의해 본 발명이 비철금속이나 크롬, 니켈 망간과 같은 철 합금을 생산하는데도 역시 적용될 수 있음은 말할 나위 없다.
네 번째 발명의 첫 번째 측면에 따른 용융 환원 장치의 노 구조에서는, H를 하부 송풍구들로부터 슬래그 욕 표면까지의 높이라 하고 2θ를 하부 송풍구들을 통해 불어넣어지는 가스의 산포각이라 하면, 직사각형 노의 긴 변 방향으로 중앙부 내의 두 쌍의 하부 송풍구들간의 간격 L6는
2 × H × tan θ ＜ L6≤ 6 × H × tan θ 로 되고,
직사각형 노의 짧은 변에 가장 근접하여 위치하는 하부 송풍구들로부터 직사각형 노의 짧은 변까지의 거리 L2는
L2≤ H × tan θ로 된다. 그 결과, 노의 짧은 변들 근방에서는 슬래그의 상승하는 유동들이 생성되고, 노의 긴 변 방향으로 중앙부에서는 슬래그의 하강하는 유동이 생성된다. 슬래그의 욕 표면 부분에서는, 노의 짧은 변들로부터 노의 긴 변 방향 중앙부 쪽을 향하여 수평 방향으로 슬래그 유동들이 생성된다. 그 결과, 위에서 언급된 수평 방향 유동에 의해, 슬래그에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료가 노의 긴 변 방향으로 중심방향을 향해 밀리고, 노의 긴 변 방향으로 중앙부 근방에서 슬래그의 욕 표면 부분 에 부유하게 된다. 상기 중앙부 근방에서 부유하는 탄소 재료는 노의 측벽의 마찰 저항을 받지 않으므로, 중앙부 근방에서의 하강하는 슬래그 유동에 비교적 용이하게 들어가고, 그리하여 슬래그에 포함되어 슬래그 내에 떠 있는(suspended in the slag) 탄소 재료의 양을 증가시킨다.
네 번째 발명의 두 번째 측면에서는, 하부 송풍구들간의 간격 L1은
2 × H × tan θ ＜ L1≤ 4 × H × tan θ
로 되고, 노의 짧은 변에 가장 근접하여 위치하는 하부 송풍구들로부터 노의 짧은 변까지의 거리 L2는
L2≤ H × tan θ
로 된다.
그 결과, 각각의 하부 송풍구 직상부 부분 근방과 노의 각각의 짧은 변 근방에서 슬래그의 상승하는 유동이 생성되고, 각각의 인접한 하부 송풍구들의 쌍 사이 중앙부에서 슬래그의 하강하는 유동이 발생한다. 슬래그의 욕 표면 부분에서는, 각각의 하부 송풍구 직상부 부분 근방으로부터 상기 송풍구와 그것의 인접한 송풍구간의 중앙부 근방을 향하여 수평 방향으로 슬래그의 유동이 생성된다. 따라서, 슬래그에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료가 위에서 언급한 수평 방향으로의 슬래그 유동에 의해 인접한 두 하부 송풍구 사이의 중앙부 근방으로 밀리고, 상기 중앙부 근방에서 슬래그의 욕 표면 부분에 부유한다. 상기 부유하는 탄소 재료는 노 측벽에서의 마찰 저항을 받지 않으므로, 슬래그의 하강하는 유동에 비교적 용이하게 들어가고, 그리하여 슬래그에 포함되어 떠 있는 탄소 재료의 양을 증가시킨다.
네 번째 발명의 세 번째 측면에서는, L4를 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 가스의 수평 방향 적용범위라 할 때, 하부 송풍구들 높이에서 노의 횡방향 단면의 짧은 변 방향으로의 길이 L5는
2 × L4＜ L5≤ 4 × L4
로 된다. 그 결과, 노의 긴 변 근방에서 슬래그의 상승하는 유동들이 생성되고, 노의 긴 변 방향으로의 중앙부에서 슬래그의 하강하는 유동들이 생성된다. 슬래그의 욕 표면 부분에서는, 노의 긴 변들로부터 노의 짧은 변 방향으로의 중앙부로 향하는 수평 방향 유동들이 생성된다. 그 결과, 슬래그에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료가 위에서 언급된 수평 방향으로의 유동에 의해 노의 짧은 변 방향으로의 중심 방향으로 밀리고, 노의 짧은 변 방향으로의 중앙부 근방에서 슬래그의 욕 표면 부분에 부유한다. 상기 중앙부 근방에서 부유하는 탄소 재료는 노 측벽에서의 마찰 저항을 받지 않으므로, 노의 짧은 변 방향으로의 중앙부 근방에서의 슬래그의 하강하는 유동에 비교적 용이하게 들어가고, 그리하여 슬래그에 포함되어 슬래그 내에 떠 있는 탄소 재료의 양을 증가시킨다.
네 번째 발명의 네 번째 측면에서는, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 가스를 불어넣기 위한 노즐들이, 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이에 이르기까지, 직사각형 노의 긴 변들 및/또는 짧은 변들에 제공된다. 그 결과, 슬래그에 비해 낮은 비중을 갖는 탄소 재료가 노의 긴 변들 및/또는 짧은 변들로부터 직사각형 노의 중심을 향해 밀린다. 그 탄소 재료는 노의 측벽에서의 마찰 저항을 받지 않으므로, 슬래그의 하강하는 유동에 비교적 용이하게 들어가고, 그리하여 슬래그에 포함되어 슬래그 내에 떠 있는 탄소 재료의 양을 증가시킨다.
네 번째 발명의 다섯 번째 측면에 따르면, 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 모서리들은 모따기 되거나 둥글게 된다. 그 결과, 특히 많은 양의 탄소 재료가 보유되는 경향이 있는 슬래그의 욕 표면 부분에서의 노의 모서리 부분들의 면적이 줄어든다. 따라서, 슬래그의 욕 표면 부분에 부유하는 탄소 재료의 양이 감소되고, 그리하여 슬래그 내에 떠 있는(suspended in the slag) 탄소 재료의 양이 상대적으로 증가한다.
위에서 기술된 것에 의해 아래에서 언급하는 바와 같은 효과들이 기대될 수 있다.
* 탄소 재료가 노 측벽들 근방에서, 즉 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변들과 짧은 변들 근방에서 슬래그 욕 표면 부분에 부유하며 보유되는 것이 방지되고, 그리하여 용융 슬래그 내에 포함되고 떠 있는 탄소 재료의 양이 증가하고, 그에 따라 금속 원료의 환원 반응, 즉 금속 산화물과 용융 슬래그 내 탄소 재료와의 환원 반응이 증진될 수 있다.
* 슬래그의 긴 변 방향으로 중앙부 내에 떠 있는 탄소 재료의 양이 증가되고, 그리하여 슬래그 내에 떠 있는 탄소 재료의 농도가 균질하게 되며, 그에 따라 금속 원료의 환원 반응, 즉 금속 산화물과 용융 슬래그 내 탄소 재료와의 환원 반응이 균일하게 될 수 있다.
* 또 다르게는, 노의 긴 변 방향으로 중앙부 내에 떠 있는 탄소 재료의 농도가 노의 짧은 변들 근방의 농도보다 크게 되고, 그에 따라 수냉 패널에 의해 냉각되지 않는 노의 긴 변 방향으로 중앙부에서의 탄소 재료의 환원율이 수냉 패널에 의해 냉각되는 노의 짧은 변들 근방 부분들에서의 환원율보다 크게 될 수 있다.
예 9
도 31 은 다섯 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 하나의 실시예에서의 노 구조를 보인 수직 단면도이다. 도 32 는 도 31의 A-A선 단면도이다.
노내 이차 연소율을 증가시킬 때 탄소 재료 단위 요구량의 감소를 증가시키기 위해서는, 위에서 기술한 바와 같이 (4)와 (5)식의 반응열의 포밍 슬래그(8)로의 열전달량을 증가시키는 것이 효과적이다. 본 예에서는 노(1)의 측벽들에 하부 송풍구 위이고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 위치까지에 상부 송풍구들이 제공되고, 그를 통해 슬래그 내로 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 불어넣어지며, 그에 따라 (4)와 (5)식의 이차 연소 반응들이 포밍 슬래그(8)내에서 일어난다. 이차 연소 반응들의 열이 직접적으로 포밍 슬래그(8)를 가열하므로, (4)와 (5)식의 이차 연소 반응들에 의해 슬래그 내에서 생성되어 상부 공간(16)으로 풀려나는 가연성 가스와 포밍 슬래그(8)간에 거의 온도차가 없다.
다음으로, 본 예에서의 노 내부 포밍 슬래그(8) 상부 표면의 높이가 도 31과 도 32를 참조하여 설명된다.
본 예에서는, 탭핑 구멍(11)과 신더 노치(12)가 다른 높이에 제공되고, 노 내부에 유지되는 용융 선철(7)과 포밍 슬래그(8)의 용적이 높이 차에 기초하는 사이펀 원리(principle of siphon)에 의해 조절되며, 조절된 용적을 초과하는 용융 선철과 슬래그 부분은 자동적으로 방출되는 용융 환원 장치에 대해 설명된다. 그러나, 본 발명이, 예를 들어 용광로에서의 탭 구멍 개방 시스템과 같은, 다른 탭핑과 슬래그 방출 시스템을 채용하는 용융 환원 장치에도 또한 적용 가능함은 말할 나위 없다.
본 예에서의 사이펀 원리에 기초한 탭핑과 슬래그 방출 시스템에서는, 하부 송풍구(13)들로부터 신더 노치(12)까지의 높이 H1과 하부 송풍구(13)들로부터 포밍 슬래그(8)의 상부 표면까지의 높이 H2는 다음 식으로 표현된다.
H1= H2× Υ2/Υ1(7)
여기서 Υ1은 슬래그 조(10) 내부의 억압된 슬래그(24)의 비중이고, Υ2는 노 내부 포밍 슬래그(8)의 비중이다.
폼(foams)이 식 (1)과 (2) 및 (3)의 반응에 의해 포밍 슬래그(8) 내에서 생성된 CO가스와 더불어 포밍 슬래그 내에서 대류 되므로, 노 내의 하부 송풍구(13) 위에 위치하는 포밍 슬래그(8)의 비중 Υ1은 슬래그 조(10) 내의 억압된 슬래그(24) 비중 Υ2의 1/2 내지 1/3이 된다. 따라서, 본 발명자들은 하부 송풍구(13)들로부터 탭핑 구멍(12)까지의 높이 H1은 하부 송풍구(13)들로부터 포밍 슬래그(8)의 상부 표면까지의 높이 H2의 두 배 내지 세 배가 됨을 시험 작업등을 수행하여 확인하였다.
하부 송풍구(13)로부터 상부 송풍구(14)의 팁(tip)까지의 거리 H3는 H1＜ H3＜ 3 × H1을 만족하도록 되므로, 상부 송풍구(14)의 팁은 하부 송풍구(13)위이고 노 내부 포밍 슬래그(8)의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 위치에 제공되게 된다.
예 10
도 33 은 다섯 번째 발명에 따른 용융 환원 장치에서 다른 실시예의 노 구조를 보인 수직 단면도이다. 도 34 는 도 33 의 A-A선 단면도이다.
다섯 번째 발명의 다른 실시예가 도 33과 도 34를 참조하여 설명된다.
본 예에서는, 상부 랜스(25)들이 노(1)의 측벽들로부터 비스듬하게 하향으로 노 내부 슬래그의 상부 표면으로부터 삽입되고, 상부 송풍구(14)들의 팁들은 하부 송풍구 위이고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 장소에 위치한다. 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 그리하여 노 내부 슬래그 내로 불어넣어진다.
예 11
도 35 는 다섯 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 또 다른 실시예에서의 노 구조를 보인 수직 단면도이다. 도 36 은 도 35 의 A-A선 단면도이다.
다섯 번째 발명의 또 다른 실시예가 도 35와 도 36을 참조하여 설명된다.
본 예에서는, 상부 랜스(25)들이 노(1)의 상부 표면으로부터 수직 하향으로 삽입되고, 상부 송풍구(14)들의 팁들이 하부 송풍구 위이고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 장소에 위치한다. 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 그리하여 노 내부 슬래그 내로 불어넣어진다.
예 10과 예 11에서도 역시 노 내부 슬래그 내로 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 불어넣어지므로, 식 (4)와 (5)식의 이차 연소 반응들이 포밍 슬래그(8) 내부에서 일어나고, 이차 연소 반응들의 열이 포밍 슬래그(8)를 직접적으로 가열한다. 따라서, 포밍 슬래그(8)와 슬래그 내에서 (4)식과 (5)식의 이차 연소 반응들에 의해 생성되어 상부 공간(16)으로 풀려나는 가연성 가스간의 온도차가 거의 없어진다.
예 10과 예 11에서도 역시 하부 송풍구(13)들로부터 상부 랜스(25)들의 팁들까지의 높이는 (1 ~ 3) × H1으로 되므로, 상부 랜스(25)들의 팁들은 하부 송풍구(13)들 위로 그리고 노 내부 포밍 슬래그(8)의 상부 표면에 대응하는 높이까지에 제공되게 된다.
더욱이, 예 10과 예 11에서는, 상부 송풍구(14)들이 상부 랜스(25)들의 수리에 대비하여 자유로이 상승하고 하강하도록 되는 것이 바람직하다.
표 4 는 일본 특허 공개 공보 번호 1-502276에서 개시된 종래 기술에 따른 용융 환원 장치에서의 탄소 재료와 산소의 단위 요구량들과 본 발명에 따른 용융 환원 장치의 일례에서의 탄소 재료와 산소의 단위 요구량들의 보기를 보인다. 가연성 가스의 열의 양과 수냉 패널에 의해 추출된 열의 양은 각각 약 16% 와 38% 만큼 감소했다. 그 결과, 탄소 재료의 단위 요구량과 산소의 단위 요구량은 각각 약 14% 와 22% 만큼 감소했다.
표 4
종래 기술 본 발명
슬래그 온도(℃)노로부터의 가연성 가스의 온도(℃)가연성 가스와 슬래그간 온도차(℃) ca. 1500ca. 1700ca. 200 ca. 1500ca. 1500ca. 0
가연성 가스의 열량 지수수냉 패널의 추출 열량 지수 100100 8462
탄소 재료의 단위 요구량 지수산소의 단위 요구량 지수 100100 8678
비록 본 예가 환원에 의한 철의 생산에 관해 설명되었지만, 본 발명이 위에서 언급된 것들과 유사한 용융 환원 방법들에 의해 생산되는 비철금속과 크롬, 니켈, 망간 같은 철 합금을 생산하기 위한 용융 환원 장치에도 역시 적용 가능함은 말할 나위 없다.
더욱이, 비록 본 예가 직사각형 횡방향 단면의 노를 갖는 용융 환원 장치에 관해 설명되었지만, 본 발명이 원형 횡방향 단면의 노를 갖는 용융 환원 장치에도 역시 적용 가능함은 말할 나위 없다.
위에서 설명한 바와 같이, 다섯 번째 발명에서는, 상부 송풍구들의 팁들이 하부 송풍구들 위로 그리고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 장소에 제공되고, 그 결과, 포밍 슬래그 내에서 생성되는 CO 가스와 탄소 재료 내의 수소 성분들이 상부 송풍구들을 통해 슬래그 내부로 불어넣어진 산소와 슬래그 내에서 이차적으로 연소된다. 상부 공간으로부터 슬래그로의 열전달은, 그러므로, 불필요하게 된다. 따라서, 금속을 뒤섞기 위해 금속 욕 표면 아래의 송풍구들을 통해 가스를 불어넣음이 없이 슬래그와 가연성 가스간의 온도차가 감소될 수 있다. 따라서, 아래에 기술하는 바와 같은 효과들이 기대될 수 있다.
* 슬래그와 가연성 가스간의 온도차가 감소되고, 그리하여 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도가 그 감소에 따라 낮아질 수 있다. 탄소 재료와 산소의 단위 요구량이 온도가 낮아지는 것에 대응하는 열량의 감소에 따라 감소될 수 있다.
* 노로부터 배출되는 가연성 가스의 온도가 낮아질 수 있고, 그리하여 노의 상부 공간을 면하는 수냉 패널 영역에 의해 추출되는 열의 양이 줄어든다. 탄소 재료와 산소의 단위 요구량은 그 열량에 따라 감소된다.
* 슬래그 내부에서 이차 연소 반응이 일어나므로, 상부 공간이 줄어들 수 있다. 그 결과, 노의 상부 공간을 면하는 수냉 패널 영역에 의해 추출되는 열의 양이 줄어들고, 탄소 재료와 산소의 단위 요구량이 그 열량에 따라 감소된다. 게다가, 노의 높이가 감소될 수 있어 장치 비용이 절감될 수 있다.
* 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어넣어지지 않으므로, 용탕이 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 산소 또는 산소를 다량 함유한 가스와 재 산화되지 않고, 이에 따라 환원율, 즉 생산율이 향상된다.
* 용탕의 입자들이 슬래그 내로 불어넣어지지 않으므로, 슬래그의 열함량과 열전도도가 작고, 그리하여 슬래그와 접촉하는 노벽과 하부 송풍구들이 수냉 구조로 만들어질 수 있고 그에 따라 반영구적으로 사용될 수 있다. 그 결과, 내화벽돌과 송풍구들의 비용이 크게 절감되고, 수리와 교환을 위해 작동을 중지하는 빈도가 현저히 감소된다.
* 금속 욕 표면 아래의 송풍구들이 요구되지 않으므로, 내화벽돌과 송풍구들의 비용이 크게 절감되고, 수리와 교환을 위해 작동을 중지하는 빈도가 현저히 감소된다.
예 12
도 39 는 여섯 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 하나의 실시예에서의 노 구조를 보인 수직 단면도이다. 도 40 은 도 39 의 A-A선 단면도이다. 도 41 은 도 39 의 B-B선 단면도이다.
금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스가 노(1) 내로 장입되어 용융 선철(7)이 직접적으로 생산되는 용융 환원 장치에서, 슬래그 쪽을 향해 수평방향으로 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변(18)들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구(13)들을 통해 포밍 슬래그(8) 내부로 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 불어넣어진다. 하나의 원료 장입구(5)가 노 상부 표면의 긴 변 방향으로의 일단에 제공된다. 노로부터 생성되는 가연성 가스를 위한 하나의 가스 출구(6)가 그 타단에 제공된다.
분말 형상의 탄소 재료를 불어넣기 위한 하나의 랜스(26)와 분말 형상의 철 원료를 불어넣기 위한 하나의 랜스(27)가 가스 출구(6)의 긴 변 방향으로의 단부와 동일한 짧은 변(19)상에 제공되고, 그들은 각각 포밍 슬래그(8) 내로 경사지게 삽입된다. 탄소 재료를 불어넣기 위한 랜스(26)와 철 원료를 불어넣기 위한 랜스(27)의 팁들은 하부 송풍구(13)들 위이고 포밍 슬래그(8)의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 장소에 제공된다.
탄소 재료는 체질 장치(sieving apparatus)(30-a)에 의해 블록 형상(적어도 약 2㎜)의 탄소 재료와 분말 형상(약 2㎜ 까지)의 탄소 재료로 분류된다. 블록 형상의 탄소 재료는 호퍼(hopper)내부로 넣어지고, 컨베이어(32)에 의해 이송되어 원료 장입구(5)를 통해 노(1) 내부로 장입된다. 한편, 분말 형상의 탄소 재료는 불어넣는 장치(33-a)에 넣어지고, 불어넣는 튜브(34-a)를 통해 이송되어 탄소 재료를 불어넣기 위한 랜스(26)를 통해 노(1) 내 포밍 슬래그(8) 내부로 불어넣어진다.
철 원료는 블록 형상(적어도 약 2㎜)의 철 원료와 분말 형상(약 2㎜ 까지)의 철 원료로 분류된다. 블록 형상의 철 원료는 호퍼(31-b)로 넣어지고, 컨베이어(32)에 의해 이송되어 원료 장입구(5)를 통해 노(1) 내부로 장입된다. 한편, 분말 형상의 철 원료는 불어넣는 장치(33-b)로 넣어지고 불어넣는 튜브(34-b)를 통해 이송되어 철 원료를 불어넣기 위한 랜스(27)를 통해 노(1) 내 포밍 슬래그(8) 내부로 불어넣어진다.
이어서, 도 39를 참조하여 본 예에서의 노 내부 포밍 슬래그(8)의 상부 표면의 높이가 설명된다.
본 예에서는, 탭핑 구멍(11)과 신더 노치(12)가 다른 높이에 제공되고, 노 내부에 유지되는 용융 선철(7)과 포밍 슬래그(8)의 용적이 높이차에 기초한 사이펀 원리에 의해 조절되며, 조절된 체적을 초과하는 용융 선철과 슬래그 부분들은 자동적으로 방출되는 용융 환원 장치에 관해 설명된다. 그러나, 본 발명이, 예를 들어 용광로에서의 탭 구멍 개방 시스템과 같은, 다른 탭핑과 슬래그 방출 시스템을 채용하는 용융 환원 장치에도 또한 적용 가능함은 말할 나위 없다.
본 예에서의 사이펀 원리에 기초한 탭핑과 슬래그 방출 시스템에서는, 하부 송풍구(13)들로부터 신더 노치(12)까지의 높이 H1과 하부 송풍구(13)들로부터 포밍 슬래그(8)의 상부 표면까지의 높이 H2는 다음 식으로 표현된다.
H1= H2× Υ2/Υ1(7)
여기서 Υ1은 슬래그 조(10) 내부의 억압된 슬래그(24)의 비중이고, Υ2는 노 내부 포밍 슬래그(8)의 비중이다.
폼(foams)이 식 (1)과 (2) 및 (3)의 반응에 의해 포밍 슬래그(8) 내에서 생성된 CO가스와 더불어 포밍 슬래그 내에서 대류 되므로, 노 내의 하부 송풍구(13) 위에 위치하는 포밍 슬래그(8)의 비중 Υ1은 슬래그 조(10) 내의 억압된 슬래그(24) 비중 Υ2의 1/2 내지 1/3이 된다. 따라서, 본 발명자들은 하부 송풍구(13)들로부터 포밍 슬래그(8)의 상부 표면까지의 높이 H2는 하부 송풍구(13)들로부터 탭핑 구멍(12)까지의 높이 H1의 두 배 내지 세 배가 됨을 시험 작업등을 수행하여 확인하였다.
하부 송풍구(13)들로부터 랜스(26,27)들의 팁(tip)들까지의 높이 H3는 H1＜ H3을 만족하도록 되므로, 탄소 재료를 불어넣기 위한 랜스(26)와 철 원료를 불어넣기 위한 랜스(27)의 팁들은 하부 송풍구(13)들 위로 제공되어야 한다. 더욱이, 하부 송풍구(13)들로부터 상부 송풍구(14)들의 팁까지의 높이 H3는 H3＜ 3 × H1로, 즉 H3＜ H2로 되므로, 탄소 재료를 불어넣기 위한 랜스(26)와 철 원료를 불어넣기 위한 랜스(27)의 팁들은 노 내부 포밍 슬래그(8)의 상부 표면측에 제공되어야 한다. 따라서, 하부 송풍구(13)들로부터 상부 송풍구(14)들의 팁들까지의 높이 H3를 H1＜ H3＜ 3 × H1로 되도록 하는 결과, 탄소 재료를 불어넣기 위한 랜스(26)와 철 원료를 불어넣기 위한 랜스(27)의 팁들은 하부 송풍구(13)들 위이고 노 내부 포밍 슬래그(8)의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 장소에 제공되어야 한다.
예 13
도 42 는 여섯 번째 발명에 따른 용융 환원 장치의 다른 실시예에서의 노 구조를 보인 수직 단면도이다. 도 43 은 도 42 의 A-A선 단면도이다. 도 44 는 도 42 의 B-B선 단면도이다.
금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스가 노(1) 내로 장입되어 용융 선철(7)이 직접적으로 생산되는 용융 환원 장치에서, 슬래그 쪽을 향해 수평방향으로 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변(18)들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구(13)들을 통해 포밍 슬래그(8) 내부로 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 불어넣어진다. 두 개의 원료 장입구(5)가 노 상부 표면의 긴 변 방향으로의 양단에 각각 제공된다. 노로부터 생성되는 가연성 가스를 위한 하나의 가스 출구(6)가 노 상부 표면의 긴 변 방향으로의 중앙에 제공된다.
분말 형상의 탄소 재료를 불어넣기 위한 하나의 랜스(26)와 분말 형상의 철 원료를 불어넣기 위한 하나의 랜스(27)가 긴 변(18)들 상에 긴 변 방향으로 중앙부에 제공되고, 각각 포밍 슬래그(8) 내부로 경사지게 삽입된다. 탄소 재료를 불어넣기 위한 랜스(26)와 철 원료를 불어넣기 위한 랜스(27)의 팁들은 하부 송풍구(13)들 위이고 포밍 슬래그(8)의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 장소에 제공된다.
본 예에서도 역시, 하부 송풍구(13)들로부터 랜스(26,27)들의 팁들까지의 높이 H3는 H1＜ H3＜ 3 × H1을만족하도록 되므로, 탄소 재료를 불어넣기 위한 랜스(26)와 철 원료를 불어넣기 위한 랜스(27)의 팁들은 하부 송풍구(13)들 위이고 노 내부 포밍 슬래그(8)의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 장소에 제공되어야 한다.
비록 본 예들이 환원에 의해 철을 생산하는 것에 관해 설명되었지만, 위에서 언급된 것들과 유사한 용융 환원 방법들에 의해 본 발명이 비철금속이나 크롬, 니켈 망간과 같은 철 합금을 생산하는데도 역시 적용될 수 있음은 말할 나위 없다.
위에서 설명된 바와 같이, 이하에서 기술하는 바와 같은 이점들이 여섯 번째 발명에 의해 얻어진다.
* 분말 형상의 탄소 재료 및/또는 철 원료를 불어넣기 위한 랜스들이 제공되고 랜스들의 팁들은 하부 송풍구 위이고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 위치에 설치되어 탄소 재료 및/또는 철 원료가 슬래그 내로 불어넣어진다. 그 결과, 분말 형상의 탄소 재료 및/또는 철 원료가 슬래그 내에서 녹아 반응하며 슬래그의 상부 표면상에 부유하지 않아, 슬래그로부터 생성되는 가연성 가스의 상승하는 흐름에 의해 날아가 버리는 비율이 현저히 줄어든다. 따라서, 탄소 재료 및/또는 철 원료의 수율(yield)이 현저히 향상된다.
* 오직 하나의 원료 장입구가 노의 상부 표면의 긴 변 방향으로의 일단에 제공되고, 분말 형상의 탄소 재료 및/또는 철 원료를 불어넣기 위한 랜스들이 노 상부 표면의 긴 변 방향으로의 타단에 제공된다. 그 결과, 슬래그 내의 철 원료와 탄소 재료의 농도가 긴 변 방향으로 균질하게 되고, 그러므로 생산량이 증가되는 때, 즉 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 긴 변들이 연장되는 때라도 원료 장입구의 수가 하나로 될 수 있다. 따라서, 원료 장입 장치의 수가 하나로 되고, 설치 비용이 절감된다.
* 오직 하나의 원료 장입구가 제공되므로, 원료 장입구와 가스 출구간의 거리가 증가될 수 있다. 그 결과, 금속 원료와 탄소 재료의 입자 크기가 작은 때라도, 노로부터 생성되는 가연성 가스의 흐름에 들어가 직접적으로 흩어지는 금속 원료와 탄소 재료의 양의 증가가 방지될 수 있다.
* 저부 송풍구를 통해 산소를 함유한 가스를 용융 선철 쪽으로 불어넣음이 없이, 슬래그 쪽을 향해 노의 측벽을 수평 방향으로 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스가 불어넣어지고, 슬래그만이 뒤섞이게 된다. 그 결과, 용융 선철의 입자들이 슬래그 내로 또는 위로 불어넣어지지 않고, 상부 송풍구를 통해 불어넣어진 산소 또는 산소를 다량 함유한 가스와 재 산화되지도 않는다. 따라서, 환원율, 즉 생산율이 향상되고, 가연성 가스와 더불어 흩어지는 금속 성분의 양이 감소된다.
* 용탕의 입자들이 슬래그 내에 떠 있지 않으므로, 슬래그의 열함량과 열전도도가 낮고, 그리하여 노벽이 수냉 구조로 만들어질 수 있다. 게다가, 노가 금속 욕의 표면 아래에 송풍구를 갖지 않는다. 따라서, 내화벽돌의 단위 요구량과 수리의 빈도가 현저히 감소한다.

Claims (22)

  1. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 상기 직사각형 노의 두 긴 변을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서,
    상기 노 저부의 짧은 변 방향으로 중앙부 근방에는 저부 송풍구들이 제공되어 그 송풍구들을 통해 용탕 내로 불활성 가스가 불어넣어지는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, H 를 용탕과 슬래그의 전체 높이, L3를 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 가스의 수평 방향 적용범위 그리고 2θ를 저부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 가스의 산포각이라 할 때, 하부 송풍구 높이에서의 노의 횡방향 단면의 짧은 변 방향으로의 길이 L1은
    2 × L3＜ L1≤ 2 × (L3+ H × tan θ)
    로 되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  3. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 상기 노의 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서,
    하부 송풍구들 아래이고 노 내부 슬래그와 용탕의 계면에 대응하는 위치보다 낮지 않게 상기 노의 측벽 부분에 위치하며, 수평 방향으로부터 0°내지 45°각도로 하향하도록 최하부 송풍구들이 제공되어, 그를 통해 불활성 가스가 불어넣어지는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  4. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 상기 노의 긴 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서,
    상기 하부 송풍구들은 노의 긴 변들에 수직인 방향으로부터 원료 장입구 방향에 반대 방향 쪽으로 15°내지 45°각도로 측방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  5. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 상기 노의 긴 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서,
    H를 하부 송풍구로부터 슬래그 욕 표면까지의 높이라 하고 2θ를 하부 송풍구를 통해 슬래그로 불어넣어지는 가스의 산포각이라 하면, 직사각형 노의 긴 변 방향으로 중앙부 내의 두 쌍의 하부 송풍구들간의 간격 L6는
    2 × H × tan θ ＜ L6≤ 6 × H × tan θ 로 되고,
    직사각형 노의 짧은 변에 가장 근접하여 위치하는 하부 송풍구들로부터 직사각형 노의 짧은 변까지의 거리 L2는
    L2≤ H × tan θ로 되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  6. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 상기 노의 긴 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서,
    H를 하부 송풍구로부터 슬래그 욕 표면까지의 높이라 하고 2θ를 하부 송풍구를 통해 슬래그로 불어넣어지는 가스의 산포각이라 하면, 인접한 하부 송풍구들간의 간격 L1은
    2 × H × tan θ ＜ L1≤ 4 × H × tan θ 로 되고,
    직사각형 노의 짧은 변에 가장 근접하여 위치하는 하부 송풍구들로부터 직사각형 노의 짧은 변까지의 거리 L2는
    L2≤ H × tan θ로 되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  7. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 상기 노의 긴 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서,
    L4를 하부 송풍구를 통해 슬래그 내로 불어넣어진 가스의 수평 방향 적용범위라 할 때, 하부 송풍구들 높이에서 노의 횡방향 단면의 짧은 변 방향으로의 길이 L5는
    2 × L4＜ L5≤ 4 × L4로 되고,
    직사각형 노의 긴 변들은 수직벽으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  8. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 상기 노의 긴 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서,
    슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 가스를 불어넣기 위한 노즐들이, 직사각형 노의 긴 변들 및/또는 짧은 변들 상에, 하부 송풍구 위이고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 이르기까지의 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  9. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 상기 노의 긴 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서,
    상기 직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 모서리들은 모따기 되거나 둥글게 된 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  10. 제 5 항에 따른 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 상기 노 구조는 제 7 항의 용융 환원 장치의 노 구조의 특징들을 포함함을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  11. 제 6 항에 따른 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 상기 노 구조는 제 7 항의 용융 환원 장치의 노 구조의 특징들을 포함함을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  12. 제 8 항에 따른 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 상기 노 구조는 제 9 항의 용융 환원 장치의 노 구조의 특징들을 포함함을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  13. 제 5 항에 따른 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 상기 노 구조는 제 8 항 또는 제 9 항의 용융 환원 장치의 노 구조 중에서 하나의 노 구조의 특징들을, 또는 제 8 항 및 제 9 항의 용융 환원 장치의 노 구조의 특징들을 포함함을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  14. 제 6 항에 따른 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 상기 노 구조는 제 8 항 또는 제 9 항의 용융 환원 장치의 노 구조 중에서 하나의 노 구조의 특징들을, 또는 제 8 항 및 제 9 항의 용융 환원 장치의 노 구조의 특징들을 포함함을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  15. 제 7 항에 따른 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 상기 노 구조는 제 8 항 또는 제 9 항의 용융 환원 장치의 노 구조 중에서 하나의 노 구조의 특징들을, 또는 제 8 항 및 제 9 항의 용융 환원 장치의 노 구조의 특징들을 포함함을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  16. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 수냉 패널이 늘어 세워진 노의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 상기 노의 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣고, 동시에, 노를 관통하도록 제공되는 상부 송풍구 및/또는 상부 랜스를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 작동 방법에 있어서,
    상기 하부 송풍구 위로 그리고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 장소에 설치되는 상부 송풍구 및/또는 상부 랜스의 팁을 통해 노 내부 슬래그 내로 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 공급하는 것을 포함함을 특징으로 하는 용융 환원 장치의 작동 방법
  17. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 수냉 패널이 늘어 세워진 노의 내부에 장입하고, 슬래그 쪽을 향해 수평 방향으로 상기 노의 변들을 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣고, 동시에, 노를 관통하도록 제공되는 상부 송풍구 및/또는 상부 랜스를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 불어넣으므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서,
    H1을 하부 송풍구로부터 신더 노치까지의 높이라 하면, 하부 송풍구로부터 상부 송풍구 및/또는 상부 랜스의 팁까지의 높이 H3는
    H1＜ H3＜ 3 × H1
    로 되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치
  18. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 노 내부로 장입하므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 작동 방법에 있어서,
    직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 각각의 두 긴 변들을 슬래그를 향해 관통하도록 제공되는 하부 송풍구를 통해 산소 및/또는 산소를 다량 함유한 가스를 슬래그 내로 불어넣는 것과,
    하부 송풍구 위로 그리고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 장소에 팁이 설치되도록 제공되는 랜스들을 통해 노 내부 슬래그 내로 탄소 재료 및/또는 금속 원료를 불어넣는 것을 포함하는 용융 환원 장치의 작동 방법.
  19. 제 18 항에 따른 용융 환원 장치의 작동 방법에 있어서, 탄소 재료 및/또는 금속 원료가 미리 체로 걸러지고,
    분말 형상의 탄소 재료 및/또는 금속 원료가 상기 랜스들을 통해 불어넣어지며,
    블록 형상의 탄소 재료 및/또는 금속 원료가 노 상측에 제공되는 원료 장입구를 통해 장입되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치의 작동 방법.
  20. 금속 원료와 탄소 재료 및 플럭스를 노 내부로 장입하므로써 직접적으로 용탕을 생산하기 위한 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서,
    직사각형 횡방향 단면을 갖는 노의 각각의 두 긴 변들을 슬래그를 향해 관통하도록 하부 송풍구들이 제공되고 하부 송풍구 위로 그리고 노 내부 슬래그의 상부 표면에 대응하는 높이까지의 장소에 팁이 설치되도록 랜스들이 제공되며,
    H1을 하부 송풍구로부터 신더 노치까지의 높이라 하면, 하부 송풍구로부터 상부 송풍구 및/또는 상부 랜스의 팁까지의 높이 H3는
    H1＜ H3＜ 3 × H1
    로 되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치
  21. 제 20 항에 따른 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 단일의 원료 장입구가 노의 상부 표면의 긴 변 방향으로의 일단에 제공되고, 분말 형상의 탄소 재료 및/또는 금속 원료를 불어넣기 위한 랜스들이 긴 변 방향으로의 타단에 제공되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
  22. 제 20 항에 따른 용융 환원 장치의 노 구조에 있어서, 두 개의 원료 장입구가 노의 상부 표면의 긴 변 방향으로의 양단에 제공되고, 분말 형상의 탄소 재료 및/또는 금속 원료를 불어넣기 위한 랜스들이 긴 변 방향으로의 중심에 제공되는 것을 특징으로 하는 용융 환원 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100826963B1 (ko) * 2001-11-13 2008-05-02 주식회사 포스코 고로 노심온도 관리 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT506042A1 (de) 2007-11-13 2009-05-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren zum schmelzen von roheisen und stahlvorprodukten in einem schmelzvergaser
CN101445848B (zh) * 2008-12-22 2010-08-11 莱芜钢铁集团有限公司 一种含铁物料连续炼钢工艺方法及装置
CN106544526A (zh) * 2017-01-03 2017-03-29 昆明理工大学 一种熔池熔炼侧吹射流泉涌式强化搅拌方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62224619A (ja) * 1986-03-25 1987-10-02 Nippon Steel Corp 溶融還元炉への炭材供給方法
JPS62247013A (ja) * 1986-04-17 1987-10-28 Nippon Steel Corp 鉄系溶融金属の製造装置
JPH079017B2 (ja) * 1986-05-29 1995-02-01 日本鋼管株式会社 溶融還元法
EP0302111B1 (de) * 1987-02-16 1993-05-12 Moskovsky Institut Stali I Splavov Verfahren und ofen zur herstellung von zwischenprodukten aus eisen-kohlenstoff für die stahlerzeugung
JPH02179806A (ja) * 1988-12-28 1990-07-12 Nkk Corp 鉄鉱石の溶融還元方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100826963B1 (ko) * 2001-11-13 2008-05-02 주식회사 포스코 고로 노심온도 관리 방법

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