KR20010024881A - 산화철 환원방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전식 노상을 구비한 연속 용융로에서 산화철의 직접 환원을 향상시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 각 층에서 상부 적재면을 향하여 금속 산화물의 함유량을 증가시키고 상부 적재면을 향하여 탄소 함유량을 감소시킴으로써 2 이상의 적층층을 구성하며, 여기서 탄소는 200^oC 정도의 온도까지 예열되며 금속 산화물은 800^oC의 온도까지 예열될 것이다. 상기 용융로에는 적재면에서 삼각형 홈을 형성하는 장치가 제공되어, 용융로의 제 1 영역과 제 2 영역에서 상기 장치에 이중 작용을 부여한다.

Description

산화철 환원방법 및 그 장치 {METHOD FOR REDUCING IRON OXIDES AND INSTALLATION THEREFOR}

금속 산화물, 특히 광석뿐만 아니라 여러 가지 재생 금속 산화물의 직접 환원은 최근 수년동안 상당히 발전하여 왔다.

유럽특허 EP-0 692 543-A1호에는 황 함유량이 낮은 해면철을 생산하기 위한 방법이 기재되어 있다.

상기 공보에는 이동식 노상(mobile hearth) 위에 예열되지 않은 장입물이 놓이는 것으로 기재되어 있으며, 여기서 장입물은 미세하게 분할된 재료들로 이루어진 중첩층들로 구성되며, 이 층들 중 적어도 하나의 층은 산화철로 형성되고 적어도 다른 층들은 고체 탄소질 환원재와 탈황재의 혼합물로 형성된다. 산화철들은 주로 일산화탄소에 의해 석탄으로부터 환원되며, 석탄의 휘발성 성분은 산화철의 환원에만 부분적으로 참여한다.

이와 유사하게, 산화철과 석탄의 혼합물로 형성된 펠릿(pellet)들로부터 해면철을 생산할 때, 산화철들은, 주로 석탄으로부터 일산화탄소에 의해 환원되며, 이때 석탄의 휘발 성분들은 환원 공정에서 단지 부분적으로만 관계한다.

룩셈부르크특허 LU-60981-A(Societe Anonyme des Minerais)에는 측면으로부터 중앙까지 재료를 이동시키면서 연속 회전식 노상 반응(continuous rotating-hearth reaction)을 이용한 해면철 생산 방법이 기재되어 있으며, 이 방법은, 처음에는 석탄만을 공급하고, 그후 펠릿의 형태로 또는 분쇄된 형태로 철광석을 공급하여 반응 온도까지 예열하는 것이다. 이때, 고정된 스크레이퍼(scraper)들을 통하여 매 회전시마다 중앙쪽을 향하여 석탄을 이동시킬 수 있다. 대량으로 코크스 처리된 탄소질 소스와 예열된 철광석을 어느 정도 완전하게 혼합하기 위해서 다른 스크레이퍼를 사용한 후에, 장입물은 중심축을 통하여 방출된다. 석탄과 반응 가스로부터 생성된 증류 가스(distillation gas)는, 반응기 위쪽에 위치한 수집기(collector)를 향하여 비말형 미립자(entrained fine particle)들이 배출되기 전에, 반응기 내로 이동하는 고체 물질을 가열함으로써 부분적으로 또는 완전하게 연소된다.

이 방법(어떠한 도면으로도 도시되어 있지 않음)은 석탄의 휘발성 성분에 의한 환원 특성을 가능한 최대로 이용하기 위한 효과적인 수단을 포함하지 않고 있으며, 여기서 석탄은 반응 범위 바깥쪽에서 연소에 의한 가열 용량을 위해 주로 사용된다. 게다가, 혼합되지 않은 재료의 중첩층에 의해 장입물을 형성하기 때문에, 그리고 매 시간마다 전체 장입물을 이동시키는 스크레이퍼를 사용하기 때문에, 얻고자 하는 장입물의 재료나 온도 면에서 높은 균일성이 가능하지 않을 뿐만 아니라 높은 생산성도 불가능하다.

미합중국특허 US-5 567 224-A(Kundrai)에는 노상의 상부면 바로 위쪽에 위치한 산화 불꽃(oxidising flame)을 이용하는 회전식-노상 용융로에서 해면철을 생산하기 위한 방법이 기재되어 있다. 노상에서는 금속 산화물과 탄소질 환원재가 혼합되며, 이 혼합물은 노상의 회전을 통하여 버너의 정면을 통과한다. 그후, 환원재의 제2층은 장입되며 계속해서 가열된다. 이 출원서에는 재료를 교반 및/또는 혼합시키기 위한 장치는 제공되어 있지 않다. 방출은 주변을 향하여 이루어지며 아르키메데스 스크류(archimedean screw)를 이용하여 실시된다.

미합중국특허 US-3-383 199-A(Schmidt)에는 재료를 다수의 층으로 컨베이어 벨트에 공급함으로써 해면철을 생산하기 위한 방법이 기재되어 있으나, 이 출원서에는 각각의 다른 층을 구성하는 성분들을 층 내에서 혼합하거나 서로 다른 층들을 혼합하기 위한 수단이 기재되어 있지 않다.

미합중국특허 US-3-770 417-A(Kranz)에는 가열 및 천공된 이동식 노상의 위쪽에 배치된 증류 챔버를 이용함으로써 코크스를 생산함과 동시에 해면철을 생산하기 위한 방법이 기재되어 있다. 증류 후에, 환원을 일으키기 위해서 제2층의 형태로 산화물 장입물에 석탄이 첨가된다. 반응기의 지붕에 장착된 스크레이퍼는 재료를 교반하며 이 재료를 중앙 출구를 향하여 배출하기 위해 사용될 수 있다.

미합중국특허 US-3 475 286-A(Kemmerer)에는 반응기의 지붕에 장착된 고정 스크레이퍼가 제공되어 있는 원추형 노상을 구비한 회전식 용융로를 사용하여 해면철을 생산하기 위한 방법이 기재되어 있으며, 여기서 반응기는 재료를 중앙쪽으로 이동시킨다. 이 출원서에서는 노상 위에 놓인 재료의 베드(bed)의 두께를 일정하게 유지하도록 배치된 스크레이퍼가 제공된다.

스틸 타임지 제224권 11호, 1996년 11월호의 399쪽에 발표된 "Comet Process - DRI from fines and coal"[XP00063991]에는 Liege(Belgium) 소재의 금속 연구 센터와 공동 연구하여 본 출원인이 개발한 회전식-노상 용융로의 원리가 기재되어 있다.

상기 문헌들에 기재된 모든 방법들은 상기 특허 LU-60981-A와 관련하여 설명한 단점과 동일한 단점을 갖고 있으며, 다시 말해서, 이 단점은 석탄의 휘발 성분들이 금속 산화물의 환원에서 단지 부분적으로만 참여함으로써, 상기 방법들을 통하여서는 장입물의 온도와 재료에 관련한 높은 생산성이나 높은 균일도를 얻을 수 없다는 것이다.

본 발명은, 더 높은 생산성과 더 낮은 석탄 소비율을 얻을 수 있는 석탄에 의한 금속 산화물, 특히 산화철의 직접 환원(일반적으로 DRI로서 설명되는 것을 생산)을 위한 향상된 방법에 관한 것이다. 또한, 상기 방법을 실시하기 위한 장치와 생산 가능한 해면철(metallic sponge)에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 첫째 장입물을 혼합하고, 용융로로부터의 방사 효율을 증가시키고, 용융로 분위기와 열 교환하기 위한 표면적을 증가시킴으로써 반응율을 증가시키고자 하는 것이며, 둘째 석탄의 휘발 성분들을 예열된 금속 산화물 층 내로 강제 통과시킴으로써 그들의 환원 능력을 이용하고자 하는 것이다. 또한, 이들의 작동 조건들은 단위 면적당 생산 능력을 상당하게 증가시켜야 할뿐만 아니라, 얻은 환원 금속 산화물의 단위량 당 대기 중에 배출되는 이산화탄소의 발생을 감소시켜야 한다.

또한, 본 발명의 목적은 용융로의 체적을 최소로 유지하면서 가스들의 속도 제어에 의해 가스 처리 플랜트로의 먼지 방출을 줄이고자 하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 공지된 기술로부터 얻은 제품과 비교하여 환원 정도 면에서 전체적으로 더 우수한 균일성을 갖는 해면철을 생산하고자 하는 것이다.

도 1은 내부에 교반봉이 분포되어 있는 회전식 용융로를 개략적으로 수평하게 도시한 투시도.

도 2는 회전식 용융로의 단면을 수직하게 도시한 투시도.

도 3은 장입중에 형성된 고랑을 도시한 다이어그램.

도 4는 고정된 교반봉 상에 위치한 블레이드의 제1작동에 의해 형성된 장입물의 고랑을 도시한 다이어그램.

도 5는 고정된 교반봉 상에 위치한 블레이드의 제2작동에 의해 형성된 장입물의 고랑을 도시한 다이어그램.

도 6은 교반봉과 이 교반봉을 고정하는 아암을 구비한 블레이드를 수직하게 개략적으로 도시한 단면 투시도.

본 발명은, 현 기술 상태에 놓인 대부분의 방법에 있어서, 석탄의 휘발 성분, 특히 수소와 메탄의 환원 능력을 위해 사용되지 않고 있으며, 오히려 이러한 환원은 수소의 환원 운동보다 상당히 낮은 일산화탄소에 의해 주로 실시된다는 점을 관찰하여 얻은 것이다. 그 결과, 작동 조건(특히, 금속 산화물과 반응물의 연속 혼합물의 온도에 관련하여) 하에서, 상술한 휘발 성분들을 점진적으로 방출시키며, 그리고 금속 산화물을 함유하는 층을 강제로 통과시키는 통로에 의해 이 휘발 성분들을 금속 산화물과 접촉하게 하여 금속 산화물의 환원에 참여시키는 것이 특히 바람직할 것으로 보인다. 이것은, 환원 공정의 진행을 방해하지 않으면서 금속 산화물과 방출된 환원 가스들을 가능한 높은 온도에서 접촉시키는 것을 의미한다. 이를 위하여, 석탄은 200^oC의 온도까지 예열되며, 한편 금속 산화물은 800^oC의 온도까지 예열될 것이고, 이때 양 성분들은 동일한 열 교환기들을 이용하여 방출된 연소 가스로부터 회수된 열에 의해 예열된다.

본 발명은 연속 회전식-노상 용융로에서 금속 산화물을 직접 환원하기 위한 개선된 방법에 관한 것으로서, 상기 용융로의 직경과 용량에 따르는 링(ring)의 폭에 걸쳐서 노상의 장입 영역이라 불리는 부분에서, 두 개 이상의 층들이 적층되어, 장입물의 상측 표면을 향하여 증가하는 금속 산화물들을 층별로 농축시키고, 특히 높은 농도를 가지며 장입물의 상측 표면을 향하여 감소하는 휘발 성분의 석탄을 농축시키고, 이때, 상기 석탄은 200^oC의 온도까지 예열되며 금속 산화물은 800^oC의 온도까지 예열되고, 또한, 상기 양 성분들은, 석탄을 휘발 성분들이 방출될 수 있는 온도까지 신속하게 도달시키기 위하여, 그리고 상기와 같이 방출된 휘발 성분들의 영향 하에서, 특히 수소의 영향 하에서, 예열된 금속 산화물의 환원을 환원 반응이 시작되기 충분한 온도에서 실시하기 위하여, 동일한 열교환기들을 이용하여 배출 연소 가스로부터 회수된 열에 의해 예열되며, 상기 용융로의 입구에는 장입물의 표면에 삼각형 고랑(furrow)을 생성하는 장치가 제공되며, 상기 용융로의 제1영역에는, 매우 급속하게 가열되어 장입물과의 혼합을 더욱 어렵게 만들 수 있는 덩어리(agglomeration)가 되는 온도에 도달하는 것을 방지하기 위하여, 제1작동에 의해 각 고랑의 정점들의 높이를 이 고랑에 의해 형성된 공동 내로 평탄하게 하고, 각 고랑의 면을 가능한 베이스의 높이로 평탄하게 하기 위하여, 제2작동에 의해 평탄화 부분이 인접한 고랑의 면과 나란하게 배치되어 제1작동에 의해 형성된 재료를 덮는 보조 이중 작동 장치가 제공되고, 상기 장입물이 점점 깊어지는 높이에서 점진적으로 혼합되며 노상이 회전하면서 신속하게 이동되기 때문에, 고랑들의 베이스는 각 장입 영역의 폭에 상응하는 전체 거리를 통하여 하나 이상의 단계에서 신속하게 장입물의 각 회전 단부에 이동하며, 상기 용융로의 제2영역에는, 매우 급속하게 가열되어 장입물과의 혼합을 더욱 어렵게 만들 수 있는 덩어리가 되는 온도에 도달하는 것을 방지하기 위하여, 정점을 평탄화하는 제1작동에 의해 각 고랑의 정점들의 높이를 이 고랑에 의해 형성된 공동 내로 평탄하게 하고, 각 장치의 면을 노상 아래쪽으로 평탄하게 하기 위하여, 제2작동에 의해 평탄화 부분이 인접한 고랑의 면과 나란하게 배치되어 제1작동에 의해 형성된 재료를 덮는 이중 작동 장치가 제공되고, 상기 장입물은 노상이 회전하면서 장입 영역에 대향하는 링의 부분을 향하여 신속하게 이동되어 수회의 회전, 바람직하게는 4회 이상의 회전 후에 배출되는 것을 특징으로 한다.

특별한 사용에 있어서, 금속 산화물 및 석탄의 혼합물 층과 금속 산화물 층은 이 성분들을 포함하는 펠릿 층으로 구성된다.

다음 설명은 "금속 산화물"이란 일반적인 용어에 대한 것이다. 이 용어는 보통의 금속성 광석과, 예를 들어 용광로, 강철 플랜트, 전기로 또는 압연기(rolling mill)를 이용하여 철 및 강철을 제조하는 제조 공정에서 형성되는 재생 금속 산화물뿐만 아니라, 필요하다면 펠릿의 형태로 코크스 분말이나 석탄을 산화물 공급원과 혼합한 혼합물을 포함한다.

석탄은 임의의 고체 탄소질 재료를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

상기 용융로의 제1영역과 제2영역에서, 작동 조건들은, 첫째 장입물의 온도를 가능한 신속하게 높고 균일하게 발생시키는 조건과, 둘째, 금속 산화물과 석탄의 혼합물로 이루어진 상부층이나 금속 산화물층과 점진적으로 접촉하는 조건 사이에서 절충안을 모색하는 식으로 선택되며, 이때 석탄의 하부층 중에서 상단부에 냉각기 하부층을 결합하지 않으므로, 이렇게 하여 얻어진 새로운 혼합물의 온도는 600^oC 이상이며, 특히 700^oC 정도이다.

노상의 회전 속도는 시간당 3회전 내지 12회전이며, 바람직하게는 시간당 8회전이다.

게다가, 장입물의 상부층과 관련하여, 예를 들어 환원 억제 효과를 갖는 페야리트(fayalite) 타입의 실리케이트(silicate)를 형성함으로써 장입물이 유리로 변화되는 것을 본질적으로 피할 수 있다. 이를 위하여, 교반봉과 같은 수단이 표면층과 이 표면층의 바로 아래쪽 층의 신속한 혼합을 보장한다.

물론, 최종 목적은, 5 내지 10cm 두께를 갖는 장입물 중에서 가장 온도가 낮은 지점에 의해 결정되는 제조 시간 중에서, 일반적으로 금속 산화물이 변화 정도에 따라 환원되는 제품을 생산하는 단점을 갖는 현 기술 상태의 환원 방법에 의해 생산된 해면철보다 더 양호한 동질성을 갖는 해면철을 가능한 짧은 시간 내에 얻고자 하는 것이다.

금속 산화물에 임의의 석회를 혼합하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌는데, 그 이유는, 첫째 상기 석회가 반응용 촉매로서 작용하며, 둘째 석회가 해면철에 대한 부착 현상을 방지하기 때문이다. 추가로, 석회는 일반적으로 선철의 탈황과 더 많은 유체 슬러그(slug)나 클링커(clinker)의 형성에 도움이 된다.

바람직한 실시예에 따라서, 다음과 같은 사항이 제공될 수 있다: 즉, 바람직하게는, 작은 원에 해당하는 링의 내측면에서 링 폭의 1/8 내지 1/12에 대해 장입물이 장입되며; 링 폭에 대한 장입 조건에 따라서 4회 이상 완전 회전된 재료가, 상술한 바와 같이 용융로의 영역에 따라서 다른 형태와 다른 기능을 갖는 블레이드가 제공된 교반봉에 의해 100회 이상 회전되고; 각 블레이드에서, 장입물은 반경방향 바깥쪽으로 이동되어 거친 나선 경로를 나타내며; 장입물의 폭이나 이 폭의 절반에 각각 상응하는 길이를 갖는 하나 또는 두 개의 워엄 컨베이어에 의해 링의 바깥쪽으로 장입물을 배출하고; 링 측면의 벽, 주로 큰 원에 해당하는 링의 외벽에는 버너가 배치되며, 가스는 작은 원에 해당하는 링의 내측면에서 벽을 통하여 재료를 이동시키는 방향에 대향하는 방향으로 유동함으로써 배출된다.

다른 크기와 형태를 갖는 이중 작동 블레이드는, 제1영역의 블레이드가 고랑의 베이스까지 점점 낮은 높이로 장입물을 점진적으로 평탄하게 하며, 한편 장입물이 아직 덩어리로 형성되지 않으며 여전히 쉽게 혼합될 수 있는 상태로 있는 제2영역의 블레이드가 제1블레이드의 형태와 다른 적당한 형태를 갖추어 고랑과 베이스를 평탄하게 하는 식으로 교반봉에 배치된다. 이로써 너무 두껍고 강해서 분쇄와 배출이 어려운 환원 금속 산화물 시트의 발생을 방지할 수 있다.

주로, 본 발명은 용융로 내의 가스를 더 양호하게 제어함으로써 장입물의 더 균일한 환원과, 더 간단한 장입 장치와, 더 용이한 배출과, 용융로 분위기에 대한 더 효과적인 제어와 같은 장점을 갖는다.

용융로 내에는 반경방향으로 교반봉이 고정 배치되며, 제1교반봉은 장입 영역, 즉 용융로에 재료를 공급하는 영역에 위치한다.

교반봉들의 블레이드는 선행하는 교반봉의 블레이드에 의해 형성된 고랑에 대하여 약간 엇갈리는 형태로 고정되어 보상되며, 다시 말해서 각 고랑의 경사면을 평탄화하도록, 예를 들어 50mm만큼 엇갈리게 배치된다. 노상에서 재료의 움직임을 통하여 혼합(즉, 교반)하며 새로운 고랑을 형성한다. 블레이드는 장입물의 전체 표면에 대하여 삼각형 고랑을 형성하여, 용융로 분위기와의 경계면에서 장입물의 표면적을 약 35%정도 증가시키며, 이로 인하여 용융로로부터 장입물에 더 많은 열을 전달한다.

이중 작동 블레이드의 제1타입과 제2타입은, 블레이드가 장입물을 통과할 때마다, 장입물의 한 부분이 뒤집어지며, 장입물의 하부층이 상승하는 동안, 초기에는 금속 산화물로, 그후 금속 산화물과 석탄의 혼합물로, 그리고 마지막으로 환원되는 금속 산화물로 구성되며 용융로 분위기와 접촉하는 장입물의 상부층이 하강하도록 설계된다.

블레이드의 단부는, 더 양호한 균질성을 보장하기 위하여 고랑의 최상단부, 즉 최고온 부분이 새롭게 형성된 고랑의 마루로 이동되도록 재료를 뒤집는 식으로 형성된다.

필요하다면, 상기 단부는 (예를 들어, 냉각액의 내부 순환에 의해) 냉각될 수 있다.

교반봉들은 용융로 한쪽 영역의 통로 길이에 대해 용융로의 다른쪽 영역에서 선형적으로 분포될 수 있다. 이러한 분포는 바람직하게는 비선형적일 수도 있으며, 장입물의 표면 온도와 온도 구배에 따를 것이다.

석탄의 양은 내포한 금속 산화물을 완전 환원시키기 위해 필요한 화학양론적 양에 의해 결정되며, 휘발 성분의 환원 작용에 해당하는 양만큼 환원되고, 해면철의 용해 및 이후 합금을 위해 필요한 양만큼 증가된다.

온도가 금속 산화물과 석탄의 경계면 근처 영역에서 이보다 더 멀리 떨어진 층보다 필연적으로 높게 나타나는 하부층과 금속 산화물 층의 점진적인 혼합을 통하여 다음과 같은 결과를 갖는다: 상부층과 용융로 분위기 사이의 경계면에서 표면적의 증가를 통하여 더 큰 열전달이 이루어지며; 처음에 장입물의 상부에서 단일층으로 존재하며 이후에 점진적으로 혼합되는 금속 산화물층의 더 높은 열전도는, 낮은 열전도로 인하여 공정을 방해하는 석탄의 경우에 환원재를 필요로 하지 않고도 다중층을 이용하는 방법보다 더 양호한 열전달을 일으키며; 장입물을 형성하는 층들의 점진적인 혼합을 통하여 장입물 전체의 균일 온도를 신속하게 얻을 수 있으며; 금속 산화물들은 반응성을 더 크게 할 수 있는 고온에 매우 신속하게 도달하여, 환원 공정의 효율을 증가시키고 작업시간을 감소시키며; 온도가 상승하면서 점진적으로 방출되며 석탄에 의해 발생된 휘발 성분이 환원재로서 효율적으로 그리고 직접적으로 사용되며; 수소를 이용한 환원이 곧바로 발생하여 최적화됨으로써 반응과정이 CO가스의 반응과정보다 보다 양호하게 되며; 보다 고온의 상부층이 지나치게 온도가 낮은 상태로 있는 보다 낮은 층과 혼합되는 것이 아니라 적당한 온도를 갖는 바로 아래층과 점진적으로 혼합되기 때문에 CO를 이용한 환원이 보다 효과적이고; 원칙적으로, 생산된 환원 금속의 단위 질량당 이산화탄소를 보다 적게 생산할 수 있으며; 지나치게 높은 표면 온도를 피할 수 있으므로 페야리트가 발생하지 않고; 장입물의 표면에는 너무 두껍고 강해서 분쇄 및 배출이 어려운 환원된 금속 산화물 시트가 나타나지 않으며; 소정의 생산 목적을 갖는 용융로는, 예를 들어 다중층 장입물이나 펠릿으로 이루어진 단일층을 구성하는 장입물로 작업하는 다른 방법보다 부피가 보다 작을 것이다.

원칙적으로, 환원재는 고농도의 휘발 성분을 갖는 석탄, 바람직하게는 25% 이상의 휘발 성분 농도를 갖는 석탄이다.

상기 용융로는, 일반적으로 이동식-노상 용융로의 외벽에 설치되며 링의 내측부에서 차후 연소를 실시하는 버너에 의해 1300 내지 1450^oC의 돔 온도(dome temperature), 바람직하게는 1400^oC의 온도로 유지된다.

하부층과 상부층의 연속 혼합은 도달될 수 있는 최대 표면 온도가 1100 내지 1200^oC를 초과하지 않는다는 것을 의미한다.

또한, 여기서 사용된 방법들을 통하여 장입물의 균일도를 증가시킬 수 있으며, 이것은 더 빠르고 더 효율적인 작동 사이클에 대해, 보다 소형의 용융로에 대해, 그리고 열교환기의 최적화에 대해 펠릿의 두께를 상당히 증가시킨다.

이하에서, 첨부한 도면에 도시한 본 발명의 바람직한 실시 형태를 참조하여 본 발명을 설명할 것이다.

본 방법의 작동 원리를 도 1에 도시한다.

도 1에서 장입 영역은 도면부호 1로 표시하고 회전식 노상(3)으로부터의 배출 영역은 도면부호 2로 표시하며, 이때, 상기 노상은 용융로의 축(5)을 중심으로 화살표 4로 표시한 바와 같이 반시계 방향으로 회전한다. 용융로의 외벽에 고정된 버너는 도면부호 6으로 표시하며, 연소 가스는 도면부호 7에서 용융로의 내벽을 통하여 추출되어 도면부호 8을 통하여 열교환기에 전달된다. 도면부호 9는 블레이드를 지지하는 교반봉을 표시하며, 도면부호 10은 산소 주입기를 표시한다.

도 2에서는 도 1과 동일한 도면부호가 사용된다. 도면부호 11은 장입물을 나타낸다.

도 3은 장입중에 형성된 고랑(12)을 나타낸다.

도 4는 블레이드의 제1작동에 의해 고랑의 정점(13)들의 높이를 평탄하게 한 모습을 나타낸다.

도 5는 블레이드의 제2작동에 의해 고랑의 정점(14)들의 높이를 평탄하게 한 모습을 나타낸다.

도 6은 교반봉에 고정하기 위한 아암(19)을 구비한 블레이드(18)와 함께 외측 단열재(16)와 내측 수냉식 챔버(17)를 구비한 교반봉(15)을 수직하게 투시한 단면을 개략적으로 나타낸다.

Claims (18)

1. 연속 회전식-노상 용융로에서 금속 산화물을 직접 환원하기 위한 개선된 환원방법에 있어서,

   상기 용융로의 직경과 용량에 따르는 링의 폭에 걸쳐서 노상의 장입 영역이라 불리는 부분에서, 두 개 이상의 층들이 적층되어, 장입물의 상측 표면을 향하여 증가하는 금속 산화물들을 층별로 농축시키고, 특히 높은 농도를 가지며 장입물의 상측 표면을 향하여 감소하는 휘발 성분의 석탄을 농축시키고,

   상기 석탄이 200^oC의 온도까지 예열되며 금속 산화물이 800^oC의 온도까지 예열되고,

   상기 양 성분들이, 석탄을 휘발 성분들이 방출될 수 있는 온도까지 신속하게 도달시키기 위하여, 그리고 상기와 같이 방출된 휘발 성분들의 영향 하에서, 특히 수소의 영향 하에서, 예열된 금속 산화물의 환원을 환원 반응이 시작되기에 충분한 온도에서 실시하기 위하여, 동일한 열교환기들을 이용하여 배출된 연소 가스로부터 회수된 열에 의해 예열되며,

   상기 용융로의 입구에는 장입물의 표면에 삼각형 고랑을 생성하는 장치가 제공되며,

   상기 용융로의 제1영역에는, 매우 급속하게 가열되어 장입물과의 혼합을 더욱 어렵게 만들 수 있는 덩어리가 되는 온도에 도달하는 것을 방지하기 위하여, 제1작동에 의해 각 고랑의 정점들의 높이를 이 고랑에 의해 형성된 공동 내로 평탄하게 하고, 각 고랑의 면을 가능한 베이스의 높이로 평탄하게 하기 위하여, 제2작동에 의해 평탄화 부분이 인접한 고랑의 면과 나란하게 배치되어 제1작동에 의해 형성된 재료를 덮는 보조 이중 작동 장치가 제공되고,

   상기 장입물이 점점 깊어지는 높이에서 점진적으로 혼합되며 노상이 회전하면서 신속하게 이동되기 때문에, 고랑들의 베이스는 각 장입 영역의 폭에 상응하는 전체 거리를 통하여 하나 이상의 단계에서 신속하게 장입물의 각 회전 단부에 이동하며,

   상기 용융로의 제2영역에는, 매우 급속하게 가열되어 장입물과의 혼합을 더욱 어렵게 만들 수 있는 덩어리의 온도에 도달하는 것을 방지하기 위하여, 정점을 평탄화하는 제1작동에 의해 각 고랑의 정점들의 높이를 이 고랑에 의해 형성된 공동 내로 평탄하게 하고, 각 장치의 면을 노상 아래쪽으로 평탄하게 하기 위하여, 제2작동에 의해 평탄화 부분이 인접한 고랑의 면과 나란하게 배치되어 제1작동에 의해 형성된 재료를 덮는 이중 작동 장치가 제공되고,

   상기 장입물은 노상이 회전하면서 장입 영역에 대향하는 링의 부분을 향하여 신속하게 이동되어 수회의 회전, 바람직하게는 4회 이상의 회전 후에 배출되는

   환원방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 장입 영역이 링의 내측 부분인 환원방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재료가 링 폭의 1/4 이하에 해당하는 부분에 걸쳐 상기 장입 영역에 적층되는 환원방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장입물이 4회 이상의 회전 후에 배출되는 환원방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 산화물들이, 표면층을 이 층의 바로 아래층으로 신속하게 혼합함으로써, 환원에 불리한 페야리트(fayalite)와 같은 합성물이 형성되는 것을 피하면서 가능한 높은 공급 온도로 유입되는 환원방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치가, 강하며, 분쇄 곤란하고, 배출 곤란한 두꺼운 시트의 환원 금속이 장입물의 표면상에 형성되는 것을 방지하는 환원방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석탄과 이 석탄을 덮고 있는 층의 점진적인 접촉은, 혼합 영역에서 상당한 냉각을 일으키지 않으면서 하부층의 혼합 영역에 낮은 온도로 공급한 후에 가능한 높은 온도에서 얻어지며, 그 결과 이렇게 하여 얻어진 새로운 혼합물의 온도는 약 600^oC 이상이며, 특히 700^oC인 환원방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 사용된 금속 산화물은 철과 강의 제조 공정에서 형성되는 금속 광석이나 재생 금속 산화물인 환원방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장입물에는 석회가 혼합되는 환원방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 장입이 작은 원에 해당하는 링의 내측에서 이 링의 폭의 적어도 1/4 이상으로 실시되며,

    상기 링의 폭에 걸쳐 장입 조건에 따라 4회 이상의 완전 회전이 가해진 재료가 블레이드에 제공된 교반봉에 의해 100회 이상 회전되고,

    상기 각 블레이드에서, 장입물이 반경방향 바깥쪽으로 이동되어 거친 나선 경로를 나타내며,

    상기 배출은 링의 외측 부분에 걸쳐 워엄 컨베이어나 최종 교반봉의 외측 부분의 1/4 이하에 설치된 디플렉터(deflector)에 의해 실시되고,

    상기 링의 측면들에서, 큰 원에 해당하는 주로 링의 외벽 상에 버너가 배치되며,

    작은 원에 해당하는 상기 링의 내측 부분에서 연소 가스의 차후 연소가 실시되고,

    상기 가스가 작은 원에 해당하는 링의 내측면 상에서 벽을 통하여 재료가 이동하는 방향의 반대 방향으로 유동함으로써 배출되는

    환원방법.
11. 청구항 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 것으로서, 회전식-노상 용융로로 구성된 환원장치에 있어서,

    상부층과 하부층의 점진적인 혼합을 실시하기 위한 장치를 포함하는 환원장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 장치는 교반봉의 치차처럼 배열된 이중 작동 블레이드가 제공된 교반봉으로 구성되며, 상기 교반봉은 용융로 내에서 반경방향으로 고정 및 배치되는 환원장치.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 장입 측면 이후에 배치된 교반봉의 부분에서, 블레이드가 링의 배출 측면을 향하여 반경방향으로 장입물을 배치함으로써 이 블레이드의 전체 깊이에 걸쳐서 장입물을 관통하는 환원장치.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블레이드는, 각 고랑의 하나의 경사 측면을 평탄하게 하여 새로운 고랑을 형성하기 위하여, 선행하는 교반봉의 블레이드에 의해 형성된 고랑에 대하여 약간 엇갈린 형태로 갈라져 나와 배열되는 환원장치.
15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블레이드는 장입물을 회전시키도록 형성되는 환원장치.
16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 블레이드는 장입물의 표면상에서 삼각형 고랑을 형성하고, 상기 고랑은 용융로 분위기와 연결되는 경계면의 표면적을 증가시키며, 이로써 용융로로부터 장입물에 더 많은 열을 전달하는 환원장치.
17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융로가, 이동식-노상 용융로의 외벽에 설치된 버너에 의해 1300 내지 1450^oC의 돔 온도로 유지되며, 바람직하게는 1400^oC의 온도로 유지되는 환원장치.
18. 청구항 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어지며, 청구항 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 장치를 이용하는 해면철에 있어서,

    현 기술 상태에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는 것 보다 더 큰 전체 질량에 대해 환원 정도가 균일한 해면철.