KR20010015263A - 직접 제련 공정의 시동 방법 - Google Patents

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테리 에이. 매튜스
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Abstract

제련 용기 내에서 금속철 공급 물질로부터 철을 생산하기 위한 직접 제련 공정을 시동하는 방법에 관한 것이다. 제련 용기는 복수개의 공급 물질 주입용 피침/풍구(11)(13)를 포함하는 형태이다. 직접 제련 공정의 시동 방법은: (a) 용기를 예열하는 단계; (b) 용기에 용선을 공급하여 용기 내에 쇳물을 형성하는 단계; (c) 쇳물에 함탄소 물질과 용제를 공급하고, 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 함산소 기체를 주입하고, 탄소와 쇳물에서 나온 가스(존재한다면)를 연소시켜 쇳물을 가열하여 슬래그를 발생시키는 단계; 및 (d) 함탄소 물질과 용제를 계속 공급하고 함산소 기체를 계속 주입하면서 용기에 금속철 공급 물질을 공급하여 금속철 공급 물질을 용해시켜서 용선을 생산하고 시동 방법을 종료하는 단계를 포함한다.

Description

직접 제련 공정의 시동 방법{START-UP PROCEDURE FOR DIRECT SMELTING PROCESS}
본 발명은 쇳물을 담고 있는 제련 용기에서 광석, 부분 환원 광석 및 금속 함유 폐유동 물질과 같은 금속철 공급 물질로부터 용선을 생산하는 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 금속철 공급 물질로부터 용선을 생산하기 위하여 쇳물을 이용하는 직접 제련 방법에 관한 것이다.
여기서, "직접 제련 방법"은 금속철 공급 물질로부터 용융 금속, 즉 여기서는 철을 생산하는 방법을 의미한다.
특히, 본 발명은 제련 매질로서 용융 금속층에 실시하고 일반적으로 HI용련공정이라고 부르는 쇳물을 이용한 직접 제련 방법에 관한 것이다.
HI용련공정은 (a) 제련 용기 내에서 금속층과 그 위에 슬래그층을 갖는 쇳물을 형성하는 단계; (b) 복수개의 피침/풍구를 통하여 금속층에 금속철 공급 물질과 고체상의 함탄소 물질을 주입하는 단계; (c) 금속층 내에서 금속철 물질을 금속으로 용융시키는 단계; (d) 용융 물질을 비산, 용적 및 유동 방식으로 쇳물의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 사출시켜서 중간대를 형성하는 단계; 및 (e) 한 개 이상의 피침/풍구를 통하여 산소함유 가스를 주입하여 쇳물에서 배출되는 반응 기체를 사후 연소시켜서 중간대에서 상승하였다가 하강하는 용융물의 비산, 용적 및 유동물이 쇳물로 열전달이 용이해지고 중간대가 중간대에 접하고 있는 측벽을 통하여 용기로부터 열이 손실되는 것을 최소화하게 되는 단계를 포함한다.
HI용련공정의 바람직한 형태는 용기의 측벽을 따라 내하향으로 연장되는 피침을 통하여 운반 기체, 금속철 공급 물질, 고체상의 함탄소 물질 및 선택적으로 용제를 쇳물에 주입하여 운반 기체와 고체 물질이 금속층으로 스며들어 용융물이 쇳물로부터 사출되게 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 HI용련공정은 운반 기체와 고체상의 함탄소 물질을 풍구를 통하여 쇳물로 바닥 주입시켜서 중간대를 형성하여 용융물의 비산, 용적 및 유동물이 쇳물로부터 사출되게 하는 방법의 초기 형태를 개선한 것이다.
본 출원인은 HI용련공정에 대하여 중간시험공장 작업을 수행하여 이 공정과 관련한 중요한 몇 가지 사실을 발견하였다.
그 중 한가지는 본 발명의 주제에 해당되는 것으로서, HI용련공정을 효과적이고 효율적으로 시동하는 방법이다.
일반적인 의미로, 본 발명은 복수개의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 포함하는 제련 용기 내에서 금속철 공급 물질로부터 철을 생산하기 위한 직접 제련 공정의 시동 방법에 있어서, (a) 상기 용기를 예열하는 단계; (b) 상기 용기에 용선을 공급하여 용기 내에 쇳물을 형성하는 단계; (c) 쇳물에 함탄소 물질과 용제를 공급하고, 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 함산소 기체를 주입하고, 탄소와 쇳물에서 나온 가스(존재한다면)를 연소시켜 쇳물을 가열하여 슬래그를 발생시키는 단계; 및 (d) 함탄소 물질과 용제를 계속 공급하고 함산소 기체를 계속 주입하면서 용기에 금속철 공급 물질을 공급하여 금속철 공급 물질을 용해시켜서 용선을 생산하고 시동 방법을 종료하는 단계를 포함한다.
바람직하게도, 용기를 예열하는 단계 (a)는 용기 내에서 연료 가스와 공기를 연소시키는 것을 포함한다. 여기서, "연료 가스"라 함은 코크스로가스, 고로가스, 및 천연 가스를 포함하는 것을 의미한다.
바람직하게도, 단계 (c)에서 함탄소 물질 및/또는 용제의 공급은 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 이루어진다.
바람직하게도, 단계 (d)에서 금속철 공급 물질의 공급은 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 이루어진다.
바람직하게도, 고체물질 즉, 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 공급되는 금속철 공급 물질, 함탄소 물질, 및 용제 중에서 한 가지 이상이 운반 기체와 함께 피침(들)/풍구(들)를 통하여 주입된다.
고체 주입용 피침(들)/풍구(들)는 시동 과정 동안에 하위 작동 위치와 끌어당김 위치 사이에서 이동할 수 있다.
또는, 고체 주입용 피침(들)/풍구(들)는 시동 과정 동안에 고정되고, 용기의 측벽을 따라 연장되게 형성시킬 수도 있다.
고체 주입용 피침(들)/풍구(들)가 고정되어 있는 경우, 단계 (b)는 용해 금속이 고체 주입용 피침(들)/풍구(들)에 침투하는 것을 막을 정도의 유속으로 고체물을 제외한 운반 기체를 고체 주입용 피침(들)/풍구(들)를 통하여 주입하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게도, 시동 방법은 단계 (b)와 단계 (c) 사이에 쇳물 내의 산화성 물질을 연소하여 쇳물의 온도를 높이기 위하여 단계 (c)에서 함탄소 물질과 용제를 공급하기 전에 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 함산소 기체를 주입하는 중간 단계를 포함한다.
바람직하게도, 금속철 공급 물질을 공급하는 단계 (d)는 소정의 공정 조건이 기설정된 한계값에 도달하였을 때 시작된다. 이 때, 소정의 공정 조건은 다음 중에서 한 가지 이상을 포함한다:
(ⅰ) 쇳물 온도(바람직하게도, 적어도 1400 ℃ 이상);
(ⅱ) 쇳물의 탄소 농도(바람직하게도, 적어도 4 질량% 이상); 및
(ⅲ) 사후 연소 수준(바람직하게도, 쇳물의 탄소 포화 수준 미만).
바람직하게도, 용기는 전면 노상을 포함하고, 용기에 장입량의 쇳물을 공급하는 단계 (b)는 전면 노상을 통하여 장입물을 공급하는 것을 포함한다.
바람직하게도, 예열 단계 (a)는 전면 노상에 뚜껑을 설치하여 전면 노상을 통한 열손실을 최소화하는 것을 포함한다.
바람직하게도, 시동 방법은 예열 단계 (a) 이전에 용기를 세척하여 용기에서 슬래그를 닦아 내는 것을 포함한다.
바람직하게도, 용기는 용기 측벽의 적어도 일부를 형성하는 수냉각 패널을 포함하고, 시동 방법은 예열 단계 (a) 이전에 상기 패널 상에 주조성 내화재를 분무하여 시동 중에 패널로부터 초기 열손실을 줄이는 것을 포함한다.
바람직하게도, 주조성 내화재는 고알루미나 스피넬이다.
바람직하게도, 시동 방법은 예열 단계 (a) 전에 고체 주입용 피침/풍구의 말단에 연장부를 연결시켜서 쇳물의 수위가 비교적 낮아도 시동 과정 중에 고체 주입의 효율성을 높이는 것을 포함한다. 연장부는 쇳물의 수위가 높아져서 점점 연장부를 잠기게 함에 따라 쇳물에 녹는 물질로 만들어지는 것이 바람직하다.
바람직하게도, 단계 (b)에서 공급되는 용선은 적어도 3 중량%의 탄소를 포함한다.
바람직하게도, 단계 (b)에서 공급되는 용선은 규소 및/또는 알루미늄 및/또는 산화성 물질과 같이 다른 적당한 물질을 포함한다.
바람직하게도, 단계 (c)와, 단계 (b)와 단계 (c)의 중간 단계는 고체 주입용 피침/풍구를 가로질러 측정하였을 때 용기 내에서 적어도 100 ㎪ 이상의 압력에서 운반 기체를 주입하는 것을 포함한다.
바람직하게도, 시동 방법은 단계 (c)와 단계 (d) 각각에서 함산소 기체의 유속을 증가시키는 것을 포함한다.
바람직하게도, 단계 (c)는 적어도 12,000 N㎥/hr의 유속으로 함산소 기체를 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 주입하는 것을 포함한다.
바람직하게도, 단계 (d)는 적어도 20,000 N㎥/hr의 유속으로 함산소 기체를 주입하는 것을 포함한다.
바람직하게도, 시동 방법은 용기에서 배출되는 폐가스의 산소 및/또는 일산화탄소 및/또는 이산화탄소 농도를 측정하여 단계 (c)의 시간을 결정하는 것을 포함한다.
바람직하게도, 시동 방법은 용기에서 배출되는 폐가스의 산수 및/또는 일산화탄소 및/또는 이산화탄소 농도를 측정하여 단계 (b)와 단계 (c) 사이의 중간 단계의 시간을 결정하는 것을 포함한다.
바람직하게도, 시동 방법은 단계 (c) 중에서 용기 내의 압력을 증가시키는 것을 포함한다.
용기의 이전 동작으로 인하여 발생하는 슬래그를 포함하는 슬래그 물질은 단계 (c)에서 용기로 공급되어 쇳물 위에 슬래그층을 형성함으로써 단계 (c)에서 쇳물 중에 철의 과잉 산화를 최소화시킬 수 있다.
바람직하게도, 슬래그 물질은 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 공급된다.
금속철 공급 물질은 철함유 공급 물질일 수 있다. 바람직한 공급 물질은 철광석이다.
철광성은 예열된다.
철광석은 부분적으로 환원된다.
용기에서 높은 열손실이 발생하는 경우, 금속철 공급 물질은 철광석과 고도 환원 철광석 물질의 혼합물이다. 이 경우, 시동 방법은 소정의 시간 동안 쇳물에 공급되는 고도 환원 철광석 물질의 양을 줄이고, 고도 환원 철광석 물질을 철광석으로 대체하고, 계속 함산소 기체를 주입하고 정상 공정 조건에 도달시키는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, "정상 공정 조건"이라 함은 소정의 금속철 공급 물질을 가지고 소정의 열량 및 질량 균형하에 공정이 수행되는 것을 의미한다.
상기 정의는 HI용련 공정이 용기 내에서 쇳물을 세게 교반하는 것에 의존하므로 공정에 상당히 단기간의 변동이 발생하게 되는 것으로 이해할 수 있다.
바람직하게도, 단계 (d)에서 주입되는 고도 환원 철광석 물질이 적어도 60% 금속화된다.
보다 바람직하게는, 고도 환원 철광석 물질이 "DRY"로 직접 환원된다.
바람직하게도, 함산소 기체는 산소를 50 부피%까지 함유하는 공기이다.
본 발명은 상기 시동 방법을 포함하는 직접 제련 공정도 포함한다.
도 1은 용선을 생산하는 HI용련 공정을 수행하기 위한 직접 제련 용기의 수직 단면도
본 발명은 철을 직접 제련하여 용선을 생산하는 HI용련 공정을 수행하기 위한 직접 제련 용기의 바람직한 형태를 도시한 수직 단면도인 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도면에 나타낸 용기는 노상을 구비하며, 노상은 내화연와로 만든 기부(3)와 측면(55); 노상의 측면(55)으로부터 상측으로 연장된 원통형 몸통을 형성하고 상위 몸통부(51)와 하위 몸통부(53)를 포함하는 측벽(5); 덮개(7); 폐가스의 배출구(9); 연속으로 용융 금속을 배출하는 전면 노상(77); 노상과 전면 노상(77)을 상호 연결하는 전면 노상 연결부(71); 및 용융 슬래그를 배출하기 위한 출탕구(61)를 포함한다.
사용시, 정상 공정 조건에서, 용기는 용융 금속층(16)과 금속층(15) 상의 용융 슬래그층(16)을 포함하는 철과 슬래그의 쇳물을 담고 있다. 참조 번호 17로 표시된 화살표는 금속층(15)의 공칭 정지 표면의 위치를 가리키고, 참조 번호 19로 표시된 화살표는 슬래그층(16)의 공칭 정지 표면의 위치를 가리킨다. 여기서, "정지 표면"이란 용기 내부로 가스나 고체가 주입되지 않는 표면을 의미한다.
또한, 용기는 측벽(5)을 통하여 슬래그층(16)으로 수직에 대하여 30-60°의 각도로 내하향으로 연장된 고체 주입용 피침/풍구(11)의 형태로 되어 있는 두 개의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 포함한다. 피침/풍구(11)의 위치는 하부 단면이 정상 공정 조건에 있는 금속층(15)의 정지 표면(17) 위에 오도록 결정한다.
사용시, 정상 공정 조건에서, 운반 기체(보통, N2)에 비말동반되는 고체상의 함탄소 물질(보통, 석탄)과 용제(보통, 석회와 마그네시아)가 피침/풍구(11)를 통하여 금속층(15)으로 주입된다. 고체물/운반 기체의 운동으로 인하여 고체물과 운반 기체가 금속층(15)으로 스며든다. 석탄은 탈휘발화되어 금속층(15)에서 가스를 생성한다. 탄소의 일부는 금속에 용해되고 일부는 고체 탄소로 남는다. 철광석은 금속에 용융되고 용융 반응으로 일산화탄소 기체가 발생한다. 금속층(15)으로 전달되어 탈휘발 과정과 용융 과정을 통하여 발생되는 이들 기체는 금속층(15)으로부터 (고체/기체/주입의 결과로 금속층(15)에 주입된) 용융 금속, 고체 탄소 및 슬래그의 부력 융기를 발생시킨다. 금속층(15)은 용융 금속과 슬래그의 비산, 용적 및 유동물을 상향으로 운동시킨다. 따라서, 이들 비산, 용적 및 유동물이 슬래그층(16)을 통해 이동하면서 슬래그를 비말 동반하게 된다.
용융 금속, 고체 탄소 및 슬래그의 부력 융기는 금속층(15)과 슬래그층(16)을 교반시켜서, 슬래그층(16)이 부피가 팽창되고 화살표(30)로 나타낸 표면을 갖게 된다. 교반 정도는 금속 영역과 슬래그 영역의 균일 온도가 보통 1450-1550 ℃이고 온도 변화량이 30°가 되는 정도이다.
또한, 용융 금속, 고체 탄소 및 슬래그의 부력 융기로 인한 용융 금속과 슬래그의 비산, 용적 및 유동물의 상향 운동은 용기 내에서 용융 물질 상의 상단 공간(31)으로 확장되고,
(a) 중간대(23)를 형성하고; 그리고
(b) 중간대 상위에 위치한 측벽(5)의 상위 몸통부(51)의 일부분과 덮개(7) 위로 일부 용융 물질(대부분이 슬래그)을 사출시킨다.
일반적으로, 슬래그층(16)은 내부에 기체 방울이 발생하는 액상의 연속 용적물이고, 중간대(23)는 용융 금속과 슬래그의 비산, 용적 및 유동물로 이루어진 기체 상태의 연속 용적물이다.
용기는 또한, 중앙에 위치하고 용기 내부로 수직으로 하향되게 연장되어 있는 함산소 기체(보통, 예열된 산소 함유 공기)를 주입하기 위한 피침(13)의 형태를 하고 있는 제 2 공급 물질 주입용 피침/풍구를 포함한다. 정상 공정 조건에서 함산소 기체가 중간대(23)의 중앙 영역으로 침투하고 피침(13)의 단부 주위에 금속/슬래그가 없는 공간(25)을 형성하도록 피침(13)의 위치와 피침(13) 내부의 기체 유속을 결정한다.
사용시, 정상 공정 조건에서, 피침(13)을 통하여 함산소 기체를 주입하면 중간대(23)와 피침(13)의 말단 주변의 자유 공간(25)에서 반응 기체 CO와 N2가 사후 연소하여 기체 공간에서 온도가 2000 ℃ 이상으로 높아진다. 이렇게 발생한 열은 기체 주입 영역에 있는 상승 하강하는 용융 물질의 비산, 용적 및 유동물로 전달된 후, 용융 물질이 쇳물로 되돌아가면 열의 일부가 금속층(15)으로 전달된다.
자유 공간(25)은 중간대(23) 상위의 영역에 있는 기체를 피침(13)의 말단 영역으로 비말 동반할 수 있도록 하여 반응 기체를 사후 연소시키는 기회가 증가되므로 사후 연소를 증가시키는 데에 있어서 중요하다.
피침(13)의 위치와, 피침(13) 내부의 기체 유속, 그리고 용융 금속과 슬래그의 비산, 용적 및 유동물의 상향 운동은 모두 참조 번호 27로 나타낸 피침(13)의 하부 영역 주위의 중간대(23)의 모양을 형성하는 데에 복합적으로 영향을 준다. 이렇게 해서 형성된 영역은 열이 측벽(5)에 복사되어서 발생할 되는 열 전달을 부분적으로 차단한다.
또한, 정상 공정 조건에서, 상승 하강하는 용융 금속과 슬래그의 비산, 용적 및 유동물은 열을 중간대(23)로부터 쇳물로 효과적으로 전달하는 수단으로 작용하여 측벽(5)의 영역에서 중간대(23)의 온도가 1450-1550 ℃로 유지된다.
공정이 정상 공정 조건에서 수행되는 경우에는, 다음 조건을 만족시키도록 용기 내에서 금속층(15), 슬래그층(16) 및 중간대(23)의 수준을 고려하여 용기를 구성하고; 공정이 안정 동작 조건에서 수행되는 경우에는, 중간대(23) 상위의 상단 공간(31)으로 사출되는 용융 금속과 슬래그의 비산, 용적 및 유동물을 고려하여 용기를 구성한다:
(a) 금속층(15)/슬래그층(16)과 접하는 측벽(5)의 노상과 하위 몸통부(53)는 내화연와(도면에서 빗금 친 부분)로 형성된다;
(b) 측벽(5)의 하위 몸통부(53)의 적어도 일부는 수냉각 패널(8)로 뒤를 댄다; 그리고
(c) 중간대(23) 및 상단 공간(31)과 접하는 측벽(5)의 상위 몸통부(53)와 덮개(7)는 수냉각 패널(57)(59)로 형성된다.
측벽(5)의 상위 몸통부(51)에 있는 각각의 수냉각 패널(8)(57)(59)은 서로 나란한 상하 가장 자리와 서로 나란한 측면 가장 자리를 구비하고, 원통형 몸통의 단면을 정의하도록 만곡되어 있다. 각 패널은 내측 수냉각 파이프와 외측 수냉각 파이프를 포함한다. 이들 파이프는 사행형 형상으로 이루어지고, 수평 단면이 만곡면에 의해 서로 연결된다. 각 파이프는 수입구와 수출구를 포함한다. 패널의 노출면 즉, 용기의 내부에 노출되어 있는 면에서 바라보았을 때, 외측 파이프의 수평 단면이 내측 파이프의 수평 단면 뒤에 오지 않도록 수직으로 설치되어 있다. 또한, 각 패널은 각 파이프의 인접한 직선 단면 사이의 공간과 파이프 사이의 공간을 채우는 내화재를 포함한다. 각 패널은 또한, 패널의 외표면을 형성하는 지지판을 포함한다.
파이프의 수입구와 수출구는 파이프를 통하여 높은 유속으로 물을 순환시키는 물공급 회로(도시되어 있지 않음)에 연결되어 있다.
본 출원인은 앞서 언급한 중간시험공장 작업을 서부 오스트레일리아 퀴나나에 소재한 중간시험공장에서 수행하였다.
중간시험공장 작업은 도면에 도시되어 있고 앞서 설명한 용기를 가지고 전술한 정상 공정 조건에 따라 수행되었다.
중간시험공장 작업으로 다음과 같은 조건을 달리하여 용기와 공정을 시험 평가하였다:
(a) 공급 물질;
(b) 고체 및 기체 주입 속도;
(c) 슬래그층의 깊이와 슬래그:금속 비율로 측정한 슬래그 재고량;
(d) 작동 온도; 및
(e) 장치 배치.
중간시험공장 작업을 통하여 효과적인 효율적으로 수행되는 바람직한 시동 방법을 결정하였다. 바람직한 시동 방법은 다음과 같이 요약할 수 있다:
(1) 용기를 세척하여 노상, 측벽(5) 및 덮개(7)로부터 슬래그를 제거한다. 용융 슬래그가 전면 노상(77)으로 사출되거나 이로부터 사출되어 나오면 시동 중에 안전 사고가 발생할 수도 있으므로 슬래그 제거는 중요하다. 용기를 세척한 후, 수냉각 패널에 고알루미늄 스피넬을 분무하여 시동 과정 중에 패널을 통한 열손실을 방지한다. 상기 단계 전후에, 고체 주입 피침/풍구(11)에 연장부(도시되어 있지 않음)를 볼트로 죄거나 부착시켜 용기 내의 용융물의 수위를 비교적 낮게 유지하면서도 시동 과정 중에 피침/풍구의 유효 길이를 길게 한다. 연장부는 쇳물 수위가 높아져서 연장부가 잠길 때에도 쇳물에 녹아드는 스테인레스강이나 다른 적당한 물질로 이루어진다.
(2) 용기를 예열한다.
다른 바람직한 예열 방식은 용기 내에서 연료 가스와 공기를 연소시키는 것이다. 실제로는, 예열 온도를 1400 ℃로 제한하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이 예열 온도를 발생하는 불꽃 온도는 훨씬 높아서 용기의 내화재에 손상을 줄 수 있기 때문이다. 열전달 효율을 개선하기 위하여, 전면 노상(77)에 뚜껑(73)과 하향으로 연장된 덮개판(75)을 설치한다.
열풍로를 사용하는 경우, 다른 바람직한 예열 방식은 피침(13)을 통해 공기를 송풍시켜서 모든 공기가 스토브를 통과할 때까지 스토브로 예열되는 공기량을 증가시킨 후, 전술한 바와 같이 연료 버너를 이용하여 마지막 400 ℃ 이상으로 예열을 보충하는 것이다.
(3) 탄소 4 중량%, 규소 0.75 중량% 및 알루미늄 0.5 중량%를 포함하고 평균 온도가 1360 ℃인 용선을 40-45 톤 마련한다.
(4) 예열 단계를 중단하고, 용융물이 피침/풍구(11)로 침투하는 것을 방지하기 위하여 용기 내부 압력을 적어도 100 ㎪로 하여 용선을 전면 노상(77)을 통하여 용기로 운반하고, 질소(또는 다른 적당한 운반 기체)를 피침/풍구(11)를 통하여 용기 내부로 주입한다.
(5) 용선을 운반한 다음, 단계 (4)에서 설명한 바와 같이 질소 주입을 계속하고, 12,000 N㎥/hr의 초기 유속으로 시작하여 20,000 N㎥/hr(고체 주입에 필요한 최소 유속)로 증가시키면서 피침(13)을 통하여 함산소 기체를 주입하여, 규소와 알루미늄을 연소하고 용선에서 이산화탄소를 제거한다. 이렇게 해서, 일산화탄소/이산화탄소를 발생하여 용선을 가열시킨다. 이와 동시에, 용기 내부의 압력을 고체물을 주입하는 데에 필요한 최소 압력(보통, 20 ㎪)으로 높인다. 일반적으로, 이 단계에 소요되는 시간은 5-10 분이다.
(6) 함산소 기체 주입을 20,000 N㎥/hr에서 안정화시킨 후, 3 톤/hr의 초기 석탄 유속으로 석탄과 용제(보통, 석회)를 피침/풍구(11)를 통하여 주입하고 폐가스 내의 산소 및/또는 CO 및/또는 CO2함량을 측정하여 쇳물이 되었는지를 판단한다. 산소 함량이 증가하고 CO 및/또는 CO2함량이 감소하면 쇳물이 된 것을 나타낸다. 이와 같은 현상이 발생하면, 석탄과 함산소 기체의 유속이 초기 유속보다 높아진다. 이 단계의 목적은 (a) 용선의 온도와 탄소 함량을 1450 ℃의 최소 용선 온도와 4.5 중량%의 최소 탄소 함량으로 신속하게 높이고, (b) 소요 염기성을 갖는 슬래그를 형성하고, (c) 중간대(23)를 형성하기 시작하는 것이다. 이 단계에서, 수냉각 패널에 매우 높은 열이 가해진다. 함산소 기체 유속을 28,000 N㎥/hr로 증가시킨다. 이로써, 용기 내의 압력을 70-75 ㎪로 높이게 된다. 일반적으로, 이 단계는 30 분 동안 진행된다.
(7) 용선 온도가 1450 ℃의 최소 온도에 도달하고 4.5 중량%의 최소 탄소 함량에 이르면, 석탄과 용제를 계속 주입하면서 6 톤/hr의 초기 유속으로 피침/풍구(11)를 통하여 철광석 정제물과 DRI의 혼합물을 주입한다. 혼합물을 용해시키고 전면 노상으로부터 용선을 생성하고 사후 연소하고 중간대(23)를 통하여 쇳물로 열전달한다. 사후 연소 수준이 증가하기 시작하면, 패널의 열 부하가 감소하기 시작하고 혼합물의 유속이 높아진다.
(8) 소정의 공급 물질이 오직 금속철 공급 물질이고 정상 모드로 공정이 수행되는 경우, 시간이 흐름에 따라 DRI가 부분적으로 환원된 철광석으로 대체된다.
(9) 2-3 시간 동안 가동한 후, 용기를 열어서 슬래그 샘플을 얻고 공정 조건을 결정한다.
단계 (7)에서 철광석 정제물과 DRI의 혼합물의 초기 주입량은 용기 크기와 열 손실에 따라 다를 수 있다. 중간시험공장의 경우, 시동 기간 중에 매우 많은 열손실이 발생하고 금속 생산물을 얻기 위해서 DRI를 더 첨가해야 했다. 이보다 큰 상용 규모의 용기에서는, 열 손실이 심각한 문제가 아니며 DRI를 첨가할 필요도 없다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 HI용련공정을 효과적이고 효율적으로 시동할 수 있는 장점이 있다.

Claims (23)

  1. 복수개의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 포함하는 제련 용기 내에서 금속철 공급 물질로부터 철을 생산하기 위한 직접 제련 공정의 시동 방법에 있어서,
    (a) 상기 용기를 예열하는 단계;
    (b) 상기 용기에 용선을 공급하여 용기 내에 쇳물을 형성하는 단계;
    (c) 쇳물에 함탄소 물질과 용제를 공급하고, 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 함산소 기체를 주입하고, 탄소와 쇳물에서 나온 가스(존재한다면)를 연소시켜 쇳물을 가열하여 슬래그를 발생시키는 단계; 및
    (d) 함탄소 물질과 용제를 계속 공급하고 함산소 기체를 계속 주입하면서 용기에 금속철 공급 물질을 공급하여 금속철 공급 물질을 용해시켜서 용선을 생산하고 시동 방법을 종료하는 단계를 포함하는 시동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 용기를 예열하는 단계 (a)가 용기 내에서 연료 가스와 공기를 연소시키는 것을 포함하는 시동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 단계 (c)가 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 주입함으로써 함탄소 물질 및/또는 용제를 공급하는 것을 포함하는 시동 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 단계 (d)가 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 주입함으로써 금속철 공급 물질을 공급하는 것을 포함하는 시동 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 운반 기체와 함께 함탄소 물질, 용제 및 금속철 공급 물질 중에서 한 가지 이상을 주입하는 것을 포함하는 시동 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)와 단계 (c) 사이에 쇳물 내의 산화성 물질을 연소하여 쇳물의 온도를 높이기 위하여 단계 (c)에서 함탄소 물질과 용제를 공급하기 전에 한 개 이상의 공급 물질 주입용 피침/풍구를 통하여 함산소 기체를 주입하는 중간 단계를 포함하는 시동 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 소정의 공정 조건이 기설정된 한계값에 도달하였을 때 단계 (d)를 개시하는 것을 포함하는 시동 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 소정의 조건이 쇳물 온도, 쇳물의 탄소 농도 및 사후 연소 수준 중에서 한 가지 이상을 포함하는 시동 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 상기 용기가 전면 노상을 포함하고, 용기에 장입량의 쇳물을 공급하는 단계 (b)가 전면 노상을 통하여 장입물을 공급하는 것을 포함하는 시동 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 예열 단계 (a)가 전면 노상에 뚜껑을 설치하여 전면 노상을 통한 열손실을 최소화하는 것을 포함하는 시동 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 예열 단계 (a) 이전에 용기를 세척하여 용기에서 슬래그를 닦아 내는 것을 포함하는 시동 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 상기 용기가 용기 측벽의 적어도 일부를 형성하는 수냉각 패널을 포함하고, 상기 시동 방법이 예열 단계 (a) 이전에 상기 패널 상에 주조성 내화재를 분무하여 시동 중에 패널로부터 초기 열손실을 줄이는 것을 포함하는 시동 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)에서 공급되는 용선이 적어도 3 중량%의 탄소를 포함하는 시동 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)에서 공급되는 용선이 규소 및/또는 알루미늄 및/또는 산화성 물질과 같이 다른 적당한 물질을 포함하는 시동 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 단계 (c)가 용기 내에서 적어도 100 ㎪ 이상의 압력에서 운반 기체를 주입하는 것을 포함하는 시동 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 단계 (c)와 단계 (d) 각각에서 함산소 기체의 유속을 증가시키는 것을 포함하는 시동 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 단계 (c)에서 적어도 12,000 N㎥/hr의 유속으로 함산소 기체를 주입하는 것을 포함하는 시동 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 단계 (d)에서 적어도 20,000 N㎥/hr의 유속으로 함산소 기체를 주입하는 것을 포함하는 시동 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 용기에서 배출되는 폐가스의 산소 및/또는 일산화탄소 및/또는 이산화탄소 농도를 측정하여 단계 (c)의 시간을 결정하는 것을 포함하는 시동 방법.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 단계 (c) 중에서 용기 내의 압력을 증가시키는 것을 포함하는 시동 방법.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중에서 어느 한 항에 있어서, 금속철 공급 물질이 철광석과 고도 환원 철광석 물질의 혼합물이고, 상기 시동 방법이 소정의 시간 동안 쇳물에 공급되는 고도 환원 철광석 물질의 양을 줄이고, 고도 환원 철광석 물질을 철광석으로 대체하고, 계속 함산소 기체를 주입하고 정상 공정 조건에 도달시키는 것을 포함하는 시동 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 단계 (e)에서 주입되는 고도 환원 철광석 물질이 적어도 60% 금속화되는 시동 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 고도 환원 철광석 물질이 "DRY"로 직접 환원되는 방법.
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