KR20010024408A - 전기 아크로에서 미세립 직접 환원 철의 제련방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라, 최소한 80 중량%가 최대 3 mm의 결정립 크기를 지닌 직접 환원 철(DRI)을 전기 아크로에서 제련한다. 용광로는 액화 철로 구성된 욕조를 함유한다. 용광로의 가동 동안, 발포성 슬래그층이 욕조상에 형성된다. 직접 환원 철은 중력에 의해 최소 하나의 이동가능한 랜스를 통해 철 욕조상의 발포성 슬래그층으로 떨어진다. 바람직하게는, 랜스 틈에서 철 욕조 사이의 거리는 대략 일정하게 유지된다.

Description

전기 아크로에서 미세립 직접 환원 철의 제련방법{METHOD FOR SMELTING FINE GRAINED DIRECT REDUCED IRON IN AN ELECTRIC ARC FURNACE}

이러한 공정은 DE 196 08 530 A1에 기재되어있으며, 여기서 DRI는 주로 CO₂로 구성된 캐리어 가스와 함께 랜스를 통해 철 욕조상으로 취입된다. 이렇게 함으로써 공기의 사용으로 인한 FeO 형성 및 관련 불량한 발포성 슬래그 형성을 차단하고, 질소 함유 공기를 주입시켜 생긴 강철의 질적 저하를 막는다.

미국 특허 5,433,767에는 최소 2개의 유동층에서 미세립 철광석의 직접 환원에 관해 기재하고 있는데, 여기서 고온 환원 가스가 유동 가스로 사용된다. 차후 1500 내지 1700℃의 온도에서 용융 반응기에서 액화되어 추가로 환원되는 미세립 DRI가 생성된다. 미세립 DRI 생성은 미국 특허 5,603,748에도 기재되어있다.

본 발명의 목적은 용광로의 가동 동안 철 욕조의 대규모 손실이 없고 동시에 소량의 폐가스를 형성하는 간단한 방법으로 고온 조건에서 미세립 직접 환원 철을 공급하는 데 있다. 본 발명에 따르면 이는 DRI가 캐리어 가스의 사용 없이 단지 중력에 의해서만 랜스 또는 랜스들을 통해 철 욕조로 떨어지는 상술된 방법으로 달성된다. DRI 이외의 기타 입상 또는 괴철, 예를 들면, 고철, 고온 단광철 또는 선철도 철 욕조에 첨가될 수 있다. 랜스 또는 랜스들을 통해 공급된 DRI 양은 일반적으로 총 공급 물질의 85 내지 100 중량%에 이른다.

용광로의 가동 동안 폐가스 형태로 용광로 지붕을 통해 배출되는 가스는 철 욕조에서부터 꾸준히 상승한다. 경제적으로는 폐가스의 양을 줄이는 것이 바람직하다.

도입된 DRI는 맨 먼저 다소간 발포성 슬래그층으로 들어가며, 여기서는 중량 및 전류에 의해 유도된 액화조의 이동으로 인해 철 욕조중으로 직접 용융되거나 스며든다. 발포성 슬래그층은 랜스에 의해 도입된 미세립 DRI가 상승 가스와 비말 동반되어 용광로에서 배출되어 생긴, 철의 증가된 손실을 막아준다. 랜스를 통해 취입된 캐리어 가스를 사용하지 않음으로써 이러한 손실이 낮아진다. 비말 동반된 철은 용광로의 상층부 또는 폐가스관에 부착물을 형성하여 용광로 가동을 방해할 수도 있다.

전기 아크로는 직류 또는 교류를 이용하는 공지 방법에 의해 가동될 수 있다. 수직으로 이동가능한 전극으로서 용광로 지붕을 통해 도입된 전극을 설계하여 배치 작업 동안 욕조로부터의 거리가 다소 일정하도록 용광로의 가동 동안 전극을 점진적으로 상승시키는 방법도 알려져 있다.

미세립 DRI는 필요시 수 냉각될 수 있는 일 또는 다수의 랜스를 통해 용광로의 지붕을 통해 철 욕조상으로 공급된다. 랜스 또는 랜스들의 틈은 액화 철 또는 철 욕조와 접촉되는 것이 임시로 차단된다. 따라서, 각 랜스는 수직으로 이동가능하며, 랜스의 틈은 실제로 철 욕조의 표면 위쪽으로 일정한 거리를 유지한다. 한가지 가능성은 랜스가 전극과 같이 철 욕조의 상승 수준에 따라 위로 풀링되는 점이다. 편의상, 철 욕조의 표면으로부터 각 랜스 틈까지의 거리는 3 내지 100 cm이고, 대부분 5 내지 50 cm이다. 랜스 틈은 항상 발포성 슬래그층 안쪽에 위치되어, 상승 가스로 인해 DRI가 용광로의 지붕까지 비말 동반되지 않도록 한다.

탄소와 산소를 별도로 첨가함으로써 공지된 방법에 의해 용광로의 가동 동안 안정한 발포성 슬래그층이 철 욕조에 형성되어 유지되도록 할 수 있다. 이 층은 재산화로부터 미세립 DRI를 보호하는 반응 지대를 구성한다. 동시에 이는 전극(들)을 침지시켜, 산화로부터 이 또는 이들을 보호하고 아크 플레어에서 용융물로의 열 전달을 개선시킨다.

탄소-함유 매질 및 O₂-함유 가스는 수중 풍구를 통해 철 욕조에 공급된다. 탄소-함유 매질은 고체, 액체 또는 가스일 수 있고, O₂-함유 가스로는 보통 공업적으로 순수한 산소가 사용된다. 수중 풍구는 원하는 대로, 예를 들면 용광로의 바닥 또는 측벽에 배치될 수 있다. 편의상, 발포성 슬래그 위쪽의 가스 공간은 O₂-함유 가스를 도입하기 위한 하나 또는 다수의 주입기를 포함하고 있어, CO를 부분 재연소시킨다.

용광로의 철 욕조는 일반적으로 최소 90 중량%의 액화 철로 구성된다. 용광로는 고온 금속 또는 액화 강을 생산하는데 사용될 수 있다. 액화 금속은 1300 내지 1700℃ 범위의 온도, 고온 금속의 경우 바람직하게는 최소 1350℃, 강철의 경우 최소 1550℃의 온도에서 용광로로부터 회수된다.

본 발명은 액화 철 욕조(liquid iron bath) 및 액화 철상의 발포성 슬래그층을 함유한 전기 아크로에서 최소 80 중량%가 최대 3 mm의 결정립 크기를 지니도록 미세립, 직접 환원 철 (DRI)의 제련방법에 관한 것으로, 용광로의 가동 동안 DRI는 최소한 하나의 랜스를 통해 위로부터 랜스의 틈을 통해 액화 철 욕조상의 발포성 슬래그층으로 공급되며, 랜스는 용광로의 지붕을 통해 도입된다. 전문가 사이에서, 직접 환원 철은 해면철 또는 DRI (직접 환원 철)로도 불린다.

본 공정의 양태는 도면을 참조하여 설명될 것이다:

도 1은 개략적으로 나타낸 DC 전기 아크로를 통해 도 2의 선 I-I에 따른 수직 단면도를 도시한다.

도 2는 도 1의 선 II-II에 따른 수평 단면도를 도시한다.

도 3은 도 4의 선 III-III에 따른 단면으로서, 도 1과 유사한 AC 전기 아크로를 도시한다.

도 4는 도 3의 선 IV-IV에 따른 수평 단면도를 도시한다.

도 1과 2의 전기 아크로(1)는 벽돌내장 바닥(2) 및 제거가능한 지붕(3)을 포함한다. 바닥에는 최소 하나의 바닥 전극(4)이 제공된다. 지붕(3)에 있는 구멍을 통해 도입되는 상부 전극(5)과 세 개의 중공 랜스(6)는 정상에서 용광로의 내부로 돌출되는데, 도 1에서는 랜스를 단지 두 개만 도시하고 있다. 다수의 상부 전극(5)과 랜스(6)는 상기 도면과 달리 구성될 수 있다. 랜스(6)에는 수 냉각이 제공되는데, 도면에는 도시되지 않고 있다.

가동 동안, 용광로(1)는 욕조 수준(8a)에 이르는 철 욕조(8)를 내포한다. 용광로의 가동 동안 발포성 슬래그층(9)은 욕조 수준(8a) 위쪽에 형성되는 것이 바람직하다. 수중 풍구(10 및 11)를 통해 탄소-함유 매질 및/또는 O₂-함유 가스가 철 욕조(8)로 도입된다. 이중 랜스(12)를 통해 - 도 2 참조 - 산소 및 탄소-함유 매질이 개방된 용광로 도어(13)를 통해 슬래그층(9)으로 취입되어, 공지된 방법에 의해 기포 형성을 촉진할 수 있다. 욕조 위에 비스듬히 배치된 측면 주입기(14)에 의해, 산소가 공지 방법으로 욕조상으로 취입될 수 있다. 수평 주입기(15)는 CO를 재연소하기 위해 산소를 공급하는 공지 방법으로 이용된다.

상부 전극(5)도 마찬가지로 수직으로 장착되는데, 이는 욕조 수준(8a)으로부터의 거리가 철 욕조의 액체 수준이 증가함에 따라 실제로 일정하게 유지된다. 랜스(6)를 통해 미세립 DRI가 도시되지 않은 저장빈에서 용광로(1)로 떨어져 뚜렷한 손실 없이 철 욕조(8)에 흡수된다. 이를 위해, 랜스(6)의 틈(6a)은 욕조 수준(8a) 이상의 비교적 짧은 거리에서 발포성 슬래그층(9)에 배치된다. 상부 전극(5)과 같이, 랜스(6)는 수직으로 위로 이동이 가능하여, 욕조 수준(8a)에서부터 랜스(6)의 틈(6a)까지의 원하는 거리를 유지한다. 이 거리는 일반적으로 3 내지 100 cm 범위이고, 바람직하게는 5 내지 50 cm이며, 이는 바람직하게는 용광로의 가동 동안 일정하게 유지된다. DRI는 랜스(6)를 통해 용광로로 뜨거운 상태, 예를 들면, 300 내지 1000℃의 온도에서 직접 환원 장치에서 생성된 것이 도입될 수 있다.

용광로(1)는 배치식으로 가동되며, 용융상의 말단에서 고온 금속 또는 액화 강이 밀봉가능한 탭홀(16)을 통해 회수되는데, 도 2를 참조하기 바란다.

도 3과 4에 도시된 AC 전기 아크로(1a)는 세 개의 상부 전극(5)을 포함하며, 도 3에서는 단지 하나만 도시되어있다. 또한, 참조 번호는 도 1과 2에 이미 설명된 것과 같은 의미를 가진다.

3-상 교류로 가동된 전기 아크로가 이용되며, 도 3과 4에 나타나 있다. 용광로는 기울여질 수 있다. 바닥(2)은 150 t 액화 철 용량을 가지고, 전류는 변압기에 의해 100 MVA가 공급된다. 세 전극(5)은 흑연으로 구성되고, 철 욕조에서의 거리는 5 cm로 일정하게 유지된다.

최초 DRI가 장기 비가동 시간 후 용광로에 충진되기 전에, 40 t 고철의 부분 용융을 통해 1560℃의 금속 욕조가 최초로 생성된다. 3개의 수-냉각된 랜스(6)를 통해 1.2 mm의 결정립 크기 상한선을 지닌 DRI가 이 욕조에 충진되는데, 이는 미세 광 직접 환원 장치에서 나온 것이며 650℃의 온도를 가진다. DRI는 금속 철 이외에 7 중량% FeO, 4 중량% SiO₂, 2 중량% Al₂O₃및 1 중량% C를 함유한다. 랜스(6)의 틈(6a)은 전체 용융상에 걸쳐 일정하게 조절 및 유지되는 욕조 수준(8a)에서 8 cm 거리를 가진다. 직접 환원 철의 공급률은 1.2 t/분/랜스이다.

수중 풍구(11)를 통해, 5 N㎥/분의 공업적으로 순수한 산소 및 25 kg/분의 탄소가 경 연료 오일 형태로 용광로에 도입되고, 또한 석회가 300 kg/분의 속도로 제공된다. 또한, 공지된 방법으로 조정가능하고 발포성 슬래그층(9)에 침지된 이중 랜스(12)를 통해, 소량의 산소 및 탄소가 취입되어, 안정한 발포성 슬래그층의 형성을 지지한다. 1시간의 가동 후 용광로에서 회수된 1630℃의 용융강이 생성된다. 1630℃의 온도에서 용광로에 공급된 DRI, 탄소, 산소 및 석회의 양은 150 t의 강철에 0.1 중량% 함량의 탄소를 제공한다. 형성된 슬래그는 2.5의 염기도(CaO/SiO₂의 중량비)를 가진다. 태핑시, 30 t의 강철이 용광로에 남아있어, 다음 가열시 고철을 용융할 필요 없이 DRI 공급이 즉시 개시될 수 있다.

Claims (5)

1. 액화 철의 욕조 및 액화 철상의 발포성 슬래그층을 함유한 전기 아크로에서, 최소 80 중량%가 최대 3 mm의 결정립 크기를 지니도록 하기 위해, 용광로의 가동 동안 DRI가 최소한 하나의 랜스를 통해 위로부터 랜스의 틈을 통해 발포성 슬래그층으로 공급되고, 랜스가 용광로의 지붕을 통해 도입되는 미세립, 직접 환원 철(DRI)의 제련방법에 있어서,

   DRI가 캐리어 가스를 사용하지 않고 단지 중력에 의해서만 랜스 또는 랜스들을 통해 철 욕조상으로 떨어짐을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 각 랜스가 수직으로 조정가능하고 이의 틈이 실제로 용광로의 가동 동안 철 욕조의 표면 위로 3 내지 100 cm의 일정한 거리를 유지함을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 용광로가 탄소-함유 매질 및 O₂-함유 가스를 도입하기 위한 풍구를 지님을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, DRI가 300 내지 1000℃ 범위의 온도에서 용광로에 도입됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 철 욕조가 고온 금속 또는 강철의 특성을 가짐을 특징으로 하는 방법.