KR20020022132A - 금속 철의 제조 방법 및 원료 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 환원 융해로에서 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질을 포함하는 성형 원료를 가열하여 성형 원료에 함유된 산화철을 고상 환원시키는 단계; 및 고상 환원 단계로부터 생성된 환원된 철을 탄소질 환원제에 함유된 탄소로 침탄시켜 환원된 철을 용융시키는 한편, 성형 원료에 함유된 맥석 성분을 분리하고 생성된 용융 금속 철을 입상 금속 철로 응집시키는 단계를 포함하되, 상기 침탄-용융 단계에서 성형 원료에 인접해서 존재하는 분위기 가스가 0.5 이상의 환원도를 갖는, 입상 금속 철의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 노상 내화물 상에 환원 용융 과정에서 생성된 슬래그 함유 침착층을 형성함으로써 금속 철을 제조하면서 노상 내화물을 보호하는 금속 철을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 금속 철을 제조하는데 적합한 이동식 노상형 환원 융해로의 노상으로 보조 원료를 공급하기 위한, 노의 천장 부분과 수직으로 연결된 도관을 공급 도관을 포함하는 장치에 관한 것이다.

Description

금속 철의 제조 방법 및 원료 공급 장치{METHOD OF PRODUCING METALLIC IRON AND RAW MATERIAL FEED DEVICE}

미드렉스 방법 중 대표적인 노흉 가마 방법은, 통상적으로 탄소 물질 또는 환원 가스를 사용하여 철광석 또는 산화철과 같은 산화철 공급원을 직접 환원시킴으로써 환원된 철을 수득하는 직접 철제조 방법으로서 공지되어 있다. 이러한 유형의 직접 철제조 방법에서, 천연 가스로부터 제조된 환원 가스는 노흉 가마의 저부에 한정된 송풍구를 통해 상기 노로 송풍되어, 산화철은 환원 가스의 환원력에 의해 금속 철로 환원된다. 최근의 관심은, 환원제로서 천연 가스 대신 석탄과 같은 탄소 물질을 사용하는 다른 환원된 철 제조 방법, 및 이미 실용화된 "SL/RN" 방법으로 불리는 상기와 같은 방식의 한 방법에 관한 것이다.

미국 특허 제 3,443,931 호는, 탄소 물질 및 분말 산화철을 함께 혼합하여 덩어리 또는 펠렛을 형성하고, 계속해서 회전식 노상 상에서 가열하여 환원시켜 환원된 철을 제조하는 다른 방법을 개시한다.

미국 특허 제 5,885,521 호는, 건조로에서 건조된 환원된 철의 입상 원료는, 이동식 노상형 노의 천장 부분을 통해 노상의 인접한 위치 아래로 연장되어 공급 파이프를 통해 노상에 공급되고, 환원된 철의 입상 원료의 층 두께는 공급 파이프의 선두 말단 부분의 측면에 구비된 펠렛 레벨러(pellet leveler)로 주로 조절한 후, 노상의 이동방향에서 펠렛 레벨러의 다운스트림에 구비된 스무서(smoother)를 사용하여 추가로 조절하는 기법을 개시한다.

또한, DIOS 방법과 같은 용융 환원 방법은 산환철을 환원된 철로 직접 환원시키는 방법으로서 공지되어 있다. 이러한 방법으로, 산화철을 약 30%의 환원율로 미리 환원시킨 후, 산화철이 금속 철로 될 때까지 상기 산화철을 직접 철 욕에서탄소로 환원 반응시킨다.

일본 특허 공개공보 제 평성 8-27507 호는, 탈황제를 함유한 탄소질 환원제 분말 층 및 산화철 분말 층이 서로 이동식 노상 위에 쌓여있고, 이와 같이 형성된 스택을 가열하여 스폰지 철을 수득하는 다른 직접 환원 철제조 방법을 개시한다.

일본 특허 공개공보 제 평성 11-106812 호는, 노의 천장 부분을 통해 연장되어 있는 파이프형 장입구를 통해 회전식 노상형 노(환원 노)로 공급된, 철광석 및 고체 환원제를 포함하는 원료가 격벽을 지나 노상으로 운반되고, 원료를 보유한 노상을 이동시켜, 노 내를 한 바퀴 도는 동안 원료를 환원시킨 후 배출시키는 기법을 개시한다. 이러한 기법은, 특히 온도가 낮은 환원된 광석을 배출구를 통해 배출시키면서, 환원된 고온 광석을 격벽 아래에 놓고, 환원된 광석으로부터 발생하는 복사열을 이용하여 격벽 상의 원료를 예열하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발명자들은, 상대적으로 낮은 철 함량을 갖는 철광석 뿐만 아니라 그보다 높은 철 함량을 갖는 산화철로부터 간단한 처리로 Fe 순도가 높은 금속 철을 효율적으로 수득할 수 있는 기법을 개발하기 위해서 오랜 기간동안 연구하였다. 이러한 연구의 결과로서 개발된 하기의 방법은, 이전에 일본 특허 공개공보 제 평성 9-256017 호에서 제안되었다.

이 방법은, 탄소질 환원제 및 산화철을 포함하는 성형 본체를 가열에 의해 환원킴으로써 제조되는 금속 철의 제조에 있어서, 산화철을 가열에 의해 고체 상태에서 환원시켜, 금속 철 외장을 형성 및 성장시키고, 산화철이 더 이상 내부에 존재하지 않을 때까지 열에 의한 환원을 계속하고, 추가로 가열시켜 내부에 생성된슬래그를 금속 철 외장 밖으로 흘러나오게 함으로써 금속 철 및 슬래그를 서로 분리하는 것을 특징으로 한다.

발명의 요약

본 발명의 한 양태에 따라, 환원 융해로에서 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질을 포함하는 성형 원료를 가열하여 성형 원료에 함유된 산화철을 고상 환원시키는 단계; 및 고상 환원 단계로부터 생성된 환원된 철을 탄소질 환원제에 함유된 탄소에 의해 침탄시켜 환원된 철을 용융시키는 한편, 성형 원료에 함유된 맥석 성분을 분리하고 용융 금속 철을 입상 금속 철로 응집시키는 단계를 포함하되, 상기 침탄-용융 단계에서 성형 원료에 인접해서 존재하는 분위기 가스가 0.5 이상의 환원도를 갖는, 입상 금속 철의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 양태에 따라, 노상 내화물 상에서 환원 용융 과정에서 생성된 슬래그 함유 침착층을 형성함으로써, 금속 철을 제조하면서 노상 내화물을 보호함을 포함하는, 금속 철을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 양태를 따라, 융해로의 천장 부분과 수직으로 연결된 공급 도관을 포함하는, 금속 철을 제조하는데 적합한 이동식 노상형 환원 융해로의 노상으로 원료 또는 보조 원료를 공급하는 장치를 제공한다.

본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징, 및 부수적인 이점은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 상세한 설명을 읽음으로써 자명하게 될 것이다.

본 발명은, 코크스와 같은 탄소질 환원제와 함께 가열하여 금속 철을 제조하는, 철광석과 같은 산화철의 환원 분야에서의 개선책에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 철광석 등에서 맥석으로서 포함된 슬래그 형성 성분을 금속 철로부터 슬래그 형태로 효율적으로 분리하면서도 간단한 처리에 의해 산화철을 금속 철로 효율적으로 환원시킴으로써, 순도가 높은 입상 금속 철을 고수율로 수득할 수 있는 개선된 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질을 포함하는 성형 원료로부터 이동식 노상형 환원 융해로를 사용하여 금속 철을 제조하면서 발생하는 문제점인 노상 내화물의 손상을 감소시킴으로써, 안정화된 연속적인 제조를 보장하도록 개선된 금속 철을 제조하는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 분위기 조절제와 같은 보조 원료를 이동식 노상형 환원 융해로의 노상 위로 효율적으로 공급하기 위한 개선된 공급 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 사용된 환원 용융 장치를 설명하는 개략도이다.

도 2는 도 1에서 선 A-A를 따라 절취한 단면도에 상응하는 도면이다.

도 3은 종방향으로 전개된 도 1의 장비를 설명하는 단면도이다.

도 4는 분위기 온도, 성형 원료의 온도, 환원율, 및 본 발명에서 사용된 2-단계 가열 시스템의 고상 환원 단계 및 융용 단계 동안의 CO 배출 가스 및 CO₂배출 가스의 양의 각각의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 5는 또한 성형 원료에 함유된 산화철의 금속화율 및 고상 환원 단계 및 융용 단계 동안의 잔류 FeO의 양의 각각의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 6은 금속화율이 100%에 도달할 때의 환원된 철 중 잔류 탄소의 양 및 최종적으로 수득된 금속 철 중 잔류 탄소의 양 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7은 금속화율 및 환원율 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8은 성형 원료 내부의 온도, 및 분위기 조절제로서 석탄 분말을 사용하거나 사용하지 않은 분위기 가스의 환원율의 각각의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 9는 본 발명의 한 바람직한 실시태양에 따른 이동식 노상형 노의 주요 부분의 구조를 설명하는 도식적인 단면도이다.

도 10은 도 9에서 선 A-A를 따라 절취한 단면도이다.

도 11은 본 발명에 따른 그밖의 바람직한 공급 장치의 주요 부분을 설명하는 도면이다.

도 12는 본 발명에 따른 그밖의 바람직한 공급 장치의 주요 부분을 설명하는도면이다.

도 13은 본 발명에 따른 그밖의 바람직한 공급 장치의 주요 부분을 설명하는 도면이다.

도 14는 실험 제조에서 침탄-용융 직후의 상태에서의 금속 철 및 슬래그를 나타내는 사진이다.

도 15는 CaO 공급원을 성형 원료에 의도적으로 첨가하여 슬래그 염기도를 조절하는 실험에서 금속 철 중 황 함량을 낮춘 결과를 증명하는 그래프이다.

도 16은 생성된 슬래그의 염기도 및 생성된 금속 철 중 황 함량 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 17은 본 발명에서 사용된 철제조-강철제조의 전체 생산을 설명하는 설명도이다.

도 18A 내지 18E는 본 발명을 적용한 경우 형성되는 슬래그 침착층의 상태를 설명하는 개념도이다.

도 19A 및 19B는 본 발명의 다른 실시예에 따라 노상을 수선하는 법을 설명하는 개념도이다.

도 20A 내지 20C는 본 발명의 다른 실시예에 따라 노상을 수선하는 방법을 설명하는 개념도이다.

도 21A 내지 21C는 본 발명의 다른 실시예에 따라 노상을 수선하는 방법을 설명하는 개념도이다.

도 22A 내지 22E는 분위기 조절제의 오버레이층을 형성한 경우 수선되는 노상의 상태를 설명하는 개념도이다.

도 23A 및 23B는 분위기 조절제의 오버레이층을 형성한 경우 수선되는 노상의 다른 상태를 설명하는 개념도이다.

도 24는 실시예에서 사용된 금속 철 제조 방법에서 원료의 배합, 생성물의 비율 및 조성 등을 나타내는 설명도이다.

도 25는 본 발명의 실시예에서 수득된 전형적인 금속 철을 나타내는 사진이다.

도 26은 다른 실시예에서 사용된 금속 철 제조 방법에서 원료의 배합, 생성물의 비율 및 조성 등을 나타내는 설명도이다.

도 27은 성형 원료에 근접해서 존재하는 분위기 가스가 침탄-용융-응집 단계에서 0.5 미만의 환원도를 갖는 경우 생성된 금속 철의 상태를 나타내는 사진이다.

본 발명의 발명자들은 상기 언급한 그들의 공개공보의 발명을 추가로 개선시키기 위해서 계속해서 연구하고 있다. 이러한 개선에 관한 연구는, 특히 고상 환원 단계 이후의 침탄-용융 단계에서 산화 가스, 예를 들어 CO₂또는 H₂O로 인한 금속 철의 재산화를 억제함으로서 금속 철의 순도 및 수율을 증가시키려는 시도에서 주로 침탄-용융 단계의 조건을 조절하는 것에 관한 것이다.

그 결과, 성형 원료에 근접해서 존재하는 분위기 가스의 환원력은, 고상 환원이 진행되는 경우 성형 원료에 함유된 다량의 탄소질 환원제 및 산화철 사이의 반응으로부터 생성되는 환원 가스(주로 일산화탄소)에 의해 높게 유지되지만, 이렇게 제조된 환원된 철은 고상 환원의 최종 단계 및 후속적인 침탄-용융 단계에서 쉽게 재산화되는데, 가열하는 동안 버너 연소로부터 발생하는 배출 가스로서 생성된 이산화탄소 가스와 같은 산화 가스의 농도 또는 수분 함량은 상기 단계에서 상대적으로 높아지지만 상기 단계에서 생성된 일산화탄소의 양은 감소하기 때문인 것으로 밝혀졌다.

따라서, 본 발명의 목적은 고상 환원의 최종 단계, 및 이후, 특히 금속 철 제조의 침탄-용융 단계에서 금속 철의 재산화를 최소화함으로써, 높은 금속화율 및 철 순도가 높은 입상 금속 철을 고수율로 효율적으로 제조할 수 있는 기법을 확립하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 금속 철 제조 방법에서 생성된 용융된 FeO로 인한 노상 내화물의 부식 또는 마모를 줄여 노상 내화물의 수명을 연장시킴으로써, 장비의 보전성을 향상시키고 장기간 연속적으로 제조할 수 있는 기법을 확립하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 노상의 폭방향으로 균일한 보조 원료의 박층을 형성하는 방식으로 노상 위에 보조 원료를 장입시킬 수 있는 기법을 확립하는 것이다.

한 양태에서, 본 발명의 발명은, 철광석, 산화철 또는 이들의 부분적으로 환원된 생성물(이후부터는, 경우에 따라 "철광석 등"으로서 언급함)과 같은 산화철 공급원 및 코르크 또는 석탄과 같은 탄소질 환원제(이후부터는, 경우에 따라 "탄소 물질"로서 언급함)를 포함하는 성형 원료를 환원 용융시켜 입상 금속 철을 제조할때, 제조의 최종 단계, 특히 침탄-용융 단계에서 분위기의 조건을 적합하게 조절하여 환원된 철이 재산화되는 것을 방지함으로써, 금속 철의 재산화로 인한 FeO의 생성을 억제시켜 노상 내화물의 부식 또는 마모를 최소화하면서 Fe 순도가 높은 입상 금속 철을 제조할 수 있음을 특징으로 한다. 하기에서, 본 발명의 구체적인 특징은 본 발명의 예를 설명하는 도면을 참고로 하여 상세히 기술될 것이다.

도 1 내지 3은, 본 발명이 적용되는, 본 발명의 발명자들에 의해 개발된 이동식 노상형 환원 융해로의 예를 설명하는 단면도이다. 도시한 노는 회전식 노상을 갖는 돔형 구조이다. 도 1은 노의 구조를 나타내는 개략도이고; 도 2는 도 1에서 선 A-A를 따라 절취한 단면도에 상응하는 도면이고; 도 3은 용이한 이해를 위해서 도 3의 노가 회전식 노상의 회전 방향으로 진행함을 나타내는 도식적인 설명도이다. 이들 도면에서, 참고번호(1)는 나타내지 않은 구동 장치에 의해 적합한 속도로 회전하도록 구동된 회전식 노상을 나타내고, 참고번호(2)는 회전식 노상(1)을 덮는 노 본체를 나타낸다.

본 발명이 적용가능한 이동식 노상형 환원 융해로는 도 1 내지 3에서 나타낸 형태 및 구조로 한정되지 않는다. 본 발명은, 노가 필수 구성요소로서 이동식 노상을 갖는 한, 직선형 로스톨형 구조와 같은 임의의 다른 구조를 갖는 이동식 노상형 환원 노에도 효과적으로 적용될 수 있다.

노 본체(2)는 그의 적합한 벽 표면에 다수의 버너(3)가 구비되어 있고, 이러한 버너(3)에 의해 발생하는 연소열 및 그의 복사열은 회전식 노상(1) 상의 성형 원료로 이동되어 가열하에 성형 원료를 환원시킨다. 바람직한 예로서 도시한 노본체(2)는 3개의 격벽(K₁, K₂및 K₃)을 사용하여 제 1 영역(Z₁), 제 2 영역(Z₂), 제 3 영역(Z₃) 및 제 4 영역(Z₄)으로 구획된 내부 공간을 갖는다. 회전식 노상(1)을 향하는 원료 및 보조 원료 공급 수단(4)은, 회전식 노상(1)의 회전 방향을 기준으로 노 본체(2)의 가장 업스트림 측면에 놓여 있지만, 배출기(6)는 회전 방향으로 가장 다운스트림 측면에 구비되어 있다. 노상(1)이 회전식이기 때문에, 배출기(6)는 공급 수단(4)의 인접한 업스트림 측면에 구비됨을 인지해야 한다.

환원 융해로의 작동시, 철광석 등 및 탄소 물질을 포함하는 성형 원료의 일부는 공급 수단(4)으로부터 적합한 두께를 갖는 층을 형성하는 방식으로 소정의 속도로 회전하는 회전식 노상(1) 위로 공급된다. 노상(1) 위에 장입된 성형 원료는 영역(Z₁)을 통해 통과하는 동안 버너(3)에 의해 발생하는 연소열 및 그의 복사열을 받게 되어, 그 결과 성형 원료 중 산화철이 성형 원료에 함유된 탄소 물질 및 탄소 물질의 연소에 의해 생성된 일산화탄소에 의해 그의 고체 상태를 유지하면서 가열하에 환원된다. 계속해서, 성형 원료는 제 2 영역(Z₂)에서 가열하에 추가로 환원되어 실질적으로 완전히 환원된 철을 생성한다. 이어서, 생성된 환원된 철은 제 3 영역(Z₃)에서 환원성 분위기에서 추가 가열에 의해 침탄 및 용융되어, 그 결과 부산물로서 생성된 슬래그와 분리되면서 환원된 철을 입상 금속 철로 응집시킨다. 이렇게 생성된 입상 금속 철을 제 4 영역(Z₄)에서 임의의 냉각 수단(C)에 의해 냉각하여 고형화한 후, 다운스트림에 위치한 배출기(6)에 의해 순차적으로 제거한다. 이때, 부산물로서 생성된 슬래그도 금속 철과 함께 배출된다. 이러한 금속 철 및 슬래그는 호퍼(H)에 의해 바람직한 분리 수단(체 또는 자기 선별기)으로 공급되어 각각 분리된다. 따라서, 극히 낮은 슬래그 함량을 갖고, 약 95% 이상, 바람직하게는 약 98% 이상의 철 순도를 갖는 금속 철을 수득할 수 있다.

도면에서 제 4 영역(Z₄)은 외부 분위기로 개방되어 있지만, 커버를 사용하여 노를 실질적으로 폐쇄하여 열 손실을 최소화하고 내부 분위기를 적합하게 조절하는 것이 실제로 바람직하다. 도시한 노의 내부 공간은 3개의 격벽(K₁, K₂및 K₃)을 사용하여 제 1 영역(Z₁), 제 2 영역(Z₂), 제 3 영역(Z₃) 및 제 4 영역(Z₄)으로 분할되어 있지만, 본 발명은 이러한 구획된 구조로 한정되지 않고, 노의 크기, 목적 생산 용량, 작동 시스템 등을 수용하도록 적합하게 변형시킬 수 있다. 그러나, 본 발명에서는, 적어도 가열에 의한 환원 과정의 전반 단계에 해당하는 고상 환원 영역과 상기의 후반 단계에 해당하는 침탄-용융-응집 영역 사이에 격벽을 제공하여 노의 온도 및 분위기 가스를 영역을 기준으로 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 적어도 가열 환원의 전반 단계에 해당하는 고상 환원 영역과 상기의 후반 단계에 해당하는 침탄-용융-응집 영역 사이에 고체 환원 성숙 영역을 제공하여, 노의 온도 및 분위기 가스를 영역을 기준으로 조절하도록 하는 것이 바람직하다.

도 3으로부터 자명한 바와 같이, 제 1 영역(Z₁)은 고체 환원 영역이고, 제 2영역(Z₂)은 고체 환원 성숙 영역이고, 제 3 영역(Z₃)은 침탄-용융-응집 영역이다. 상기 고체 환원 성숙 영역에서, 천연 가스, COG 가스, 메탄 가스 등을 첨가하는 방법으로 노의 분위기 가스의 환원도를 증가시키고, 성형 원료가 고상으로 유지되는 온도로 노의 내부를 유지시킨다. 그 결과, 성형 원료의 입도 크기 분포 및 노에서의 상태의 불균일성 등으로 인한 성형 원료의 환원율의 분산이 감소하고, 전체 성형 원료의 환원율은 증가하게 된다. 후속적으로 계속되는 침탄-용융-응집 영역에서의 성형 원료의 침탄 및 용융은 안정하게 된다.

환원 용융 방법의 환원 단계(고상 환원)에서의 분위기 온도가 매우 높은 경우, 더욱 구체적으로는 분위기 온도가 환원 과정의 일정 기간에서 원료에 함유된 맥석 성분, 환원되지 않은 산화철 등을 포함하는 슬래그 성분의 융점 보다 높은 경우, 낮은 융점을 갖는 상기 슬래그 성분은 용융되어 이동식 노상을 형성하는 내화물과 반응하여 내화물의 부식 또는 마모를 일으킨다. 따라서, 노상의 평탄함이 유지될 수 없다. 또한, 산화철을 고상 환원 단계에서 환원시 필요한 것보다 많이 가열한 경우, 원료에 함유된 산화철과 같은 FeO는 환원되기 전에 용융되어, 용융된 FeO가 탄소 물질에 함유된 탄소(C)와 반응하는 이른바 "용련 환원(smelting reduction)"(산화철이 고상 환원과 다른 용련물로 환원되는 현상)이 급속히 진행된다. 용련 환원으로도 금속 철이 제조되지만, 용련 환원은 높은 유동성을 갖는 FeO-함유 슬래그를 생성하여 노상 내화물의 부식 또는 마모를 일으킨다. 따라서, 노에서의 실제 사용을 위해서 필요한 연속적인 제조를 달성하기가 어렵다.

이러한 현상은 성형 원료를 형성하는 철광석 및 탄소 물질의 종류, 또는 결합재 등에 함유된 슬래그 형성 성분의 조성에 의해 영향을 받지만, 고상 환원에서 분위기 온도가 약 1400℃ 보다 높은 경우, 전술한 저-융점 슬래그가 스며나와 노상 내화물의 부식 또는 마모를 일으키고, 분위기 온도가 1500℃ 보다 높은 경우, 철광석 또는 유사한 원료의 종류 또는 품질에 무관하게 원하지 않는 용련 환원이 진행되어 노상 내화물이 심하게 부식되거나 마모되는 것으로 밝혀졌다.

도 4는 산화철 공급원으로서 철광석 및 탄소질 환원제로서 석탄을 포함하는 성형 원료(16 내지 19의 직경을 갖는 펠렛의 형태)를 약 1300℃(그래프에서 직선(1)로 표시됨)의 분위기 온도를 유지하도록 조절된 노에 장입시키는 경우, 환원율(성형 원료에 함유된 산화철로부터 제거되는 산소의 비율)이 약 100%에 도달할 때까지 고상 환원을 실시하고, 생성된 환원된 철을 직선(3)으로 표시된 시점에서 약 1425℃(직선(2)로 표시됨)의 분위기 온도를 유지하도록 조절된 용융 영역으로 장입시킨 반응 상태를 그래프로 나타낸 것이다. 또한, 도 4는 성형 원료에 미리 삽입된 열전대에 의해 연속적으로 측정한 성형 원료의 내부 온도, 노의 분위기 온도, 및 환원 과정 중에 생성된 이산화탄소 및 일산화탄소의 시간에 따른 농도의 각각의 변화를 나타낸다.

도 4로부터 자명한 바와 같이, 2-단계 가열 시스템을 적용하여 환원율(산소 제거율)이 80%(도 4에서 지점(A)로 표시됨) 이상, 바람직하게는 95%(도 4에서 지점(B)로 표시됨) 이상 도달할 때까지 환원을 진행시키면, 입상 금속 철이 효율적이고 안정하게 제조되어, 성형 원료에 함유된 슬래그 성분의 부분적인 용융이 일어나지 않고, 노의 성형 원료를 고상으로 유지할 수 있다. 구체적으로, 2-단계 가열 시스템으로 노의 내부 온도가 1200 내지 1500℃ 범위, 바람직하게는 1200 내지 1400℃ 범위 내로 유지되도록 고상 환원을 진행시키고, 계속해서 노의 내부 온도를 1350 내지 1500℃로 올려서, 환원되지 않은채 남아있는 산화철 부분을 환원시키고 생성된 금속 철을 침탄-용융-응집시킨다.

도 4에서 시간에 대한 연속적으로 측정된 분위기 온도의 변화에서, 성형 원료를 노에 장입시켰을 때, 실험을 시작하기 전에 1300℃로 설정되었던 내부 온도로부터 약 80 내지 100℃ 낮은 온도가 관찰되었고, 이후부터 내부 온도가 점차로 올라, 고상 환원의 최종 단계에서는 다시 최초 설정 온도가 되었다. 실험의 시작 부분에서의 온도 강하는 노의 특성으로 인해 발생하므로, 노의 가열 수단을 개질시킨다면 초기 단계에서의 이러한 온도 강하를 최소화할 수 있다.

도 4에서 가로좌표로서 표시된 시간에 대해서, 산화철의 고상 환원, 용융 및 응집은 통상적으로 약 10 내지 13 분 후에 완결될 수 있지만, 이러한 시간은 성형 원료를 형성하는 철광석 및 탄소 물질의 조성 및 이와 유사한 인자에 따라 약간 변하게 된다.

80% 미만의 환원율로 성형 원료의 고상 환원이 진행되고, 가열에 의해 용융되면, 전술한 바와 같이, 성형 원료로부터 저-융점 슬래그가 스며나와 노상 내화물을 부식 또는 마모시킨다. 반대로, 환원율이 고상 환원의 최종 단계에서 80% 이상, 바람직하게는 95% 이상으로 유지되고, 후속적인 과정, 즉, 침탄-용융-응집이 수행되면, 성형 원료 중 환원되지 않은채 남아있는 일부의 FeO의 환원은 성형 원료의 내부에서 진행되고, 슬래그의 스며나옴을 최소화함으로써, 노상 내화물의 심한 부식 또는 마모 없이 안정화되고 연속적인 제조를 달성할 수 있다.

제 1 단계, 즉 도 4의 고상 환원 단계에서 저-융점 슬래그의 스며나옴 없이 높은 환원율을 달성할 수 있는 적합한 노의 내부 온도는 1200 내지 1500℃, 바람직하게는 1200 내지 1400℃의 범위내이다. 노의 내부 온도가 1200℃ 보다 낮다면, 고상 환원은 천천히 진행되어, 성형 원료가 노에 장시간 존재해야 하므로, 생산성이 떨어지게 된다. 다른 한편, 내부 온도가 1400℃ 이상, 특히 1500℃ 이상이면, 전술한 바와 같이, 원료 중 철광석 등의 종류 또는 품질에 상관없이 환원 과정 중 저-융점 슬래그가 스며나와 노상 내화물의 심한 부식 또는 마모를 일으키게 되어 연속적인 제조를 어렵게 만든다. 원료로서 사용된 광석 철의 일부 조성 또는 비율이 1400 내지 1500℃의 온도 범위에서 스며나옴 현상을 일으키지 않게 하는 경우도 있을 수 있지만, 그러한 경우의 빈도수 및 가능성은 비교적 낮다. 따라서, 고상 환원 단계에서의 적합한 온도는 1200 내지 1500℃, 바람직하게는 1200 내지 1400℃의 범위이다. 실제 작동시, 물론 노의 내부 온도를 고상 환원 단계의 초기에 1200℃ 이하로 설정한 후, 고상 환원 단계의 후반부에서 1200 내지 1500℃ 범위 내의 온도로 올려 고상 환원을 진행시킬 수 있다.

고상 환원 영역에서 목적하는 고상 환원으로 마무리가공된 성형 원료를, 노의 내부 온도를 1425℃로 올린 용융 영역으로 이송한다. 용융 영역에서, 성형 원료의 내부 온도를 잠시 동안 올리고, 지점(C)에서 일시적으로 내린 후, 다시 1425℃로 올려 일정하게 유지시킨다. 지점(C)에서의 온도 강하는 환원된 철의 용융시관여하는 잠열에 의한 열 손실에 의해 발생하는 것처럼 보이므로, 지점(C)은 용융의 시작점으로서 간주될 수 있다. 용융의 시작점은 환원된 철 입자 중 잔류 탄소의 양으로 실질적으로 결정된다. 용융의 시작점에서, 상기 환원된 철 입자의 융점은 잔류 탄소 및 CO 가스와의 침탄으로 인해 낮아질 수 있어, 환원된 철은 급속히 용융된다. 이러한 급속한 용융을 보장하기 위해서, 침탄시키기에 충분한 양의 탄소가 고상 환원으로 마무리가공된 환원된 철 입자에 존재해야 한다. 잔류 탄소의 양은 성형 원료의 형성시 혼합된 철광석 등 및 탄소 물질의 비율에 의해 결정된다. 본 발명의 발명자들에 의해 수행된 실험에 의하면, 고상 단계에서의 최종 환원율이 실질적으로 100%에 도달하거나, 달리 언급해서 금속화율이 100%에 도달한 경우, 고상 환원 생성물의 잔류 탄소의 양이 1.5% 이상이 되도록 하는 양(즉, 과량의 탄소의 양)이도록 탄소 물질을 일정한 양으로 초기에 혼합하면, 환원된 철이 급속히 침탄되어 그의 융점을 내리고, 1300 내지 1500℃ 온도 범위에서 급속히 용융될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 환원된 철 중 잔류 탄소의 양이 1.5% 미만이면, 침탄시키기에 불충분한 탄소의 양으로 인해 환원된 철의 융점을 충분히 내릴 수 없어, 가열에 의한 용융을 위해 온도를 1500℃ 이상으로 올려야 함을 숙지해야 한다.

전혀 침탄되지 않는 순수한 철은 1537℃의 융점을 갖는다. 따라서, 환원된 철은 융점보다 높은 온도로 가열한 경우 용융될 수 있다. 그러나, 실제 노의 작동 온도를 가능한 낮춰서, 노상 내화물 위의 가열 적재물을 이동시키는 것이 바람직하다. 부산물로서 생성된 슬래그의 융점을 추가로 고려할 경우, 작동 온도는 바람직하게 약 1500℃ 이하로 설정된다. 더욱 구체적으로는, 온도를 도 4에서 나타낸 용융 단계에서 용융의 시작점(지점(C))으로부터 약 50 내지 200℃까지 올릴 수 있도록 작동 조건을 조절하는 것이 바람직하다. 이는 침탄-용융 단계에서의 온도가 고상 환원을 위해서 고상 환원 단계의 온도 보다 바람직하게는 약 50 내지 200℃, 더욱 바람직하게는 약 50 내지 150℃ 높게 설정되어, 침탄-용융이 더욱 원활하고 더욱 효율적으로 진행되기 때문이다.

본 발명에서, 최종-수득된 금속 철 중 탄소 함량이 1.5 내지 4.5%, 바람직하게는 2.0 내지 4.0%이도록 제조 조건을 조절하는 것이 또한 바람직하다. 이러한 탄소 함량은 실질적으로 고상 환원 단계에서 성형 원료의 제조시 혼합된 탄소 물질의 양 및 분위기 조절에 의해 결정된다. 상기 탄소 함량의 하한치는, 특히 고상 환원의 최종 단계에서의 환원된 철 중 잔류 탄소의 양 및 계속되는 체류 시간(즉, 침탄량)에 의해 결정된다. 그러나, 최종적으로 수득된 금속 철의 탄소 함량은, 전술한 바와 같이, 고상 환원의 최종 단계에서의 환원율이 실질적으로 100%에 도달하고, 동시에 잔류 탄소의 양이 1.5%에 달성된다면 전술한 범위의 하한치 보다 높은 값으로 올릴 수 있다. 또한, 최종으로 수득된 금속 철의 탄소 함량은, 최대값, 또는 고상 환원 단계의 완결시 환원된 철 중 잔류 탄소의 양이 4.0% 이상이라면 4.8%까지 올릴 수 있고, 침탄-용융-응집을 후속적인 용융 단계로 진행하게 하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 안정화되고 연속적인 작동 및 고품질의 금속 철 생성물을 수득하기 위해서, 잔류 탄소의 양은 바람직하게 1.5 내지 4.5%의 범위이다.

분위기 가스 대해서, 다량의 CO가 성형 원료에 함유된 산화철과 탄소 물질의 반응에 의해 생성되므로, 성형 원료에 근접해서 존재하는 분위기는 자가-차폐 작용에 의해 높은 환원성이 유지된다. 그러나, 이러한 자가-차폐 작용은, 생성된 CO 가스의 양이 고상 환원의 최종 단계 및 후속적인 침탄-용융 단계에서 급속히 줄어들기 때문에, 상기 단계에서는 기대할 수 없다.

도 5는 고상 환원된 생성물의 금속화율, 잔류 FeO의 양 및 잔류 탄소의 양 사이의 관계를 측정한 결과를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 잔류 FeO의 양은, 고상 환원이 진행될수록, 즉 금속화율이 증가할수록, 감소하였다. 성형 원료의 고상 환원은, 도 4에서 도시한 바와 같이 1200 내지 1500℃로 유지되는 노에서, 도 5의 직선(1)까지 진행되고, 그다음 생성된 환원된 철의 침탄-용융-응집은, 분위기에 높은 환원성을 부여하고 그의 온도를 조절하여 1350 내지 1500℃ 정도로 높게 유지되는 용융 영역에서 진행되었다. 후자 단계에서의 금속화율, 잔류 FeO의 양 및 잔류 탄소의 양 사이의 관계는, 도 5에서 직선(1)의 오른쪽에서 나타낸 곡선에 따라 변한다.

도 5에서 곡선(1) 및 (2)은 금속화율 및 잔류 탄소의 양 사이의 관계를 나타낸다. 구체적으로, 곡선(1)은 100%의 금속화에 도달한 시점에서의 잔류 탄소의 양이 1.5%인 경우를 나타내고, 곡선(2)은 100%의 금속화에 도달한 시점에서의 잔류 탄소의 양이 3.0%인 경우를 나타낸다. 실제 본 발명에서는, 성형 원료를 제조하는데 혼합된 탄소 물질의 양을 조절하여 잔류 탄소의 양이 곡선(1) 보다 큰 곡선을 그릴 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

금속화율이 100%에 도달한 시점에서의 잔류 탄소의 양은, 일정한 양의 탄소 물질이 성형 원료를 제조하는데 혼합되는 경우에도, 노의 분위기 가스의 환원도의변화로 인해 약간 변하게 됨을 인지해야 한다. 따라서, 성형 원료를 제조할 때마다 탄소 물질의 혼합량을 노의 작동시 분위기 가스의 환원도에 따라 조절하는 것이 바람직하다. 어떤 경우에는, 금속화율이 100%에 도달한 시점에서 잔류 탄소의 최종량을 1.5% 이상이 되도록 혼합된 탄소 물질의 양을 조절해야 한다.

도 6은 100%의 금속화율에서 잔류 탄소의 최종량 및 생성된 금속 철의 C 함량 사이의 관계를 측정한 결과를 나타낸다. 도 6에서 나타낸 바와 같이, 잔류 탄소의 양이 1.5 내지 5.0% 범위내인 경우, 생성된 금속 철의 C 함량은 1.0 내지 4.5% 범위내로 보장되지만, 잔류 탄소의 양이 2.0 내지 4.0% 범위내인 경우, 생성된 금속 철의 C 함량은 1.0 내지 4.5% 범위내로 보장되었다.

전술한 2가지 표시인자, 즉 금속화율 및 환원율을 사용하여 FeO의 환원된 상태를 나타낸다. 이러한 표시인자는 각각 하기 수학식 1 및 2에 기술된 정의를 갖고, 이들 사이의 관계는, 예를 들어 도 7에서 나타낸 그래프에 의해 나타낼 수 있다. 이들 둘 사이의 관계는 산화철 공급원으로서 사용될 철광석의 종류 또는 품질에 따라 변하지만, 도 7은 산화철 공급원으로서 자철광(Fe₃O₄)을 사용한 경우의 금속화율 및 환원율 사이의 관계를 보여준다.

실제로 본 발명에 사용된 환원 융해로에서, 전술한 바와 같이 버너를 사용하여 성형 원료를 가열한다. 또한, 도 4에서 기술된 바와 같이, 다량의 CO 가스 및 소량의 CO₂는 노에 장입된 성형 원료에 함유된 산화철 공급원 및 탄소 물질 사이의 반응으로부터 발생하고, 성형 원료에 근접해서 존재하는 분위기는, 고상 환원에서 성형 원료로부터 배출된 CO 가스의 차폐 효과에 의해, 충분한 환원성을 유지한다.

그러나, 이러한 자가-차폐 작용은 고상 환원의 중반 단계 내지 후반 단계 동안 생성된 CO 가스의 양의 급격한 감소로 인해 약화되므로, 분위기는 버너에 의한 연소로부터 발생하는 배출 가스(CO₂, H₂O 등을 포함하는 산화 가스)에 의해 쉽게 영향을 받게 된다. 따라서, 과정 중에 환원되었던 금속 철은 재산화되기 쉽다. 고상 환원의 완결 이후의 단계에서, 순수한 환원된 철의 용융 및 응집은, 성형 원료에 함유된 잔류 탄소에 의해 침탄시킴으로써 야기된 환원된 철의 융점 강하로 인해 진행된다. 또한 이러한 단계에서, 자가-차폐 효과는 불량하므로 환원된 철이 재산화되기 쉽다.

따라서, 침탄-용융-응집을 고상 환원 후 효율적으로 진행하게 하면서 침탄-용융 영역에서 상기 재산화를 최소화하도록, 분위기 가스의 조성을 적합하게 조절하는 것이 중요하다.

이어서, 고상 환원의 완결 후 침탄-용융 단계에서 환원된 철이 재산화되는것을 방지하면서 침탄-용융을 효율적으로 진행하게 하는 분위기 조건을 결정하는 것에 대하여 연구하였다.

상기 연구의 결과는 하기 도 8에서 기술된다. 상기 연구의 실험에서, 박스형 전기로를 사용하고, 침탄-용융 단계에서 분위기 조절제로서 분말 또는 입상 탄소질 물질을 사용하고, 노상 위에 탄소질 물질을 도포하여 적합한 두께의 층을 형성함으로써 침탄-용융 단계에서 높은 환원성 분위기를 유지하는 방법을 적용시켰다.

더욱 구체적으로, 분위기 조절제로서 사용된 입도가 상이한 다른 유형의 입상 석탄을 각각 약 3㎜ 두께로 알루미나 트레이 위에 도포하고, 약 19㎜의 직경을 각각 갖는 성형 원료 50 내지 60개의 단편(이들 단편 중 하나에는 열전대가 구비됨)을 그 위에 일렬로 놓았다. 성형 원료를 포함하는 트레이를 박스형 전기로에 장입시켜 가열하에 성형 원료의 온도를 측정하고, 생성된 금속 철의 재산화의 가능성의 분석을 위해 생성된 가스의 조성을 측정하였다. 전기로의 온도를 최고 약 1450℃까지 도달하도록 설정하였지만, 전기로의 분위기 가스의 최초 조성은 CO₂가 20%이고 N₂가 80%였다.

도 8은, 노의 온도가 점차로 증가함에 따른, 열전대에 의해 검출된 성형 원료의 시간에 따른 온도의 측정, 및 분위기 가스의 조성의 측정 결과를 보여준다. 도 8에서, 가로좌표는 온도를 나타내고, 세로좌표는 분위기 가스의 간단한 환원도[CO/(CO+CO₂)]를 나타낸다. 상기 도면에서 4가지 실험의 결과들을 도시하였다. 구체적으로, 플롯(3)은 분위기 조절제를 사용하지 않은 경우 수득된 결과를 나타내고; 플롯(4)은 분위기 조절제로서 3.0㎜ 이상의 평균 입경을 갖는 조질 입상 석탄을 사용한 경우 수득된 결과를 나타내고; 플롯(1) 및 (2)는 각각 2.0㎜ 이하의 입경을 갖는 미세 석탄 분말 A 및 B를 사용한 경우에 수득된 결과들을 나타낸다. 또한, 도 8은 재산화의 가능성의 기준에서 FeO-Fe 평형 곡선 및 Fe₃O₄-Fe 평형 곡선을 나타낸다. 도 8에서, 원형 영역은, 각각의 실험에서 고상 환원의 실질적인 완결 이후의 침탄-용융-응집이 시작되는 시점을 각각 나타낸다. 상기 시점에서 분위기 가스를 조절하는 것이 본 발명에서 가장 중요하다.

도 8에서 자명한 바와 같이, 분위기 조절제가 사용되지 않은 플롯(3)의 경우, 침탄-용융-응집이 시작되는 영역(C)은 FeO-Fe 평형 곡선 보다 상당히 아래 부분에 있다. 이는 환원된 철 모두가 부분적인 용련 환원이 일어나면서 용융되는 것을 의미한다. 이 경우에서도 금속 철은 생성되지만, 용련 환원의 발생은, 전술한 바와 같이, 성형 원료로부터 용융된 슬래그를 스며나오게 할 뿐만 아니라 용융된 FeO를 생성하고, 계속해서 노상 내화물의 심한 부식 또는 마모를 일으켜, 실제 제조에서는 장애가 된다.

미세 입자를 갖는 석탄 분말을 사용한 플롯(1) 및 (2)의 경우, 반대로 분위기 가스의 환원도는 매우 개선되어, 환원된 철의 침탄-용융-응집이 시작되는 영역(A)은 FeO-Fe 평형 곡선 위에 있고, FeO가 생성될 수 없는 영역에 존재한다. 조질 입상 석탄을 사용한 플롯(3)의 경우, 침탄-용융-응집이 시작되는 영역(B)은FeO-Fe 평형 곡선 보다 약간 아래에 있다. 이는 상기 영역에서 약간의 재산화가 일어날 수도 있음을 의미한다. 그러나, 생성된 금속 철 성분의 분석으로 재산화가 거의 일어나지 않음이 밝혀졌다.

따라서, 분위기 가스를 0.5 이상, 바람직하게는 0.6 이상, 더욱 바람직하게는 0.7 이상의 환원도를 갖도록, 가장 바람직하게는 침탄-용융-응집의 시작 단계에서 적어도 FeO-Fe 평형 곡선 보다 높게 조절한다면, 재산화를 일으키지 않고 고상 환원에 의해 생성된 환원된 철의 침탄-용융-응집이 원활하게 진행될 수 있으므로, Fe 순도가 높은 금속 철을 효율적으로 제조할 수 있음이 확인되었다. 이와 같이 실험 데이터를 분석한 경우, 0.5 내지 0.7의 단순 환원도에서는 실질적인 재산화의 우려가 있지만, 상기 실험이 분위기 가스의 단순 환원도를 측정하는데 수행되고, 실제로 측정된 0.5 내지 0.7의 환원도를 갖는 분위기 가스에서는 재산화가 일어나지 않음을 추정하였는데, 이는 성형 원료의 내부 및 근접해서 실제로 존재하는 분위기는 성형 원료 및 분위기 조절제 중 잔류 탄소의 존재에 의해 높은 환원성으로 유지됨이 틀림없고, 또한 성형 원료를 향해 노상 위에 존재하는 분위기로부터 발생하는 산화 가스, 예를 들어 CO₂및 H₂O는 탄소질 물질의 분위기 조절제에 의해 즉시 환원되기 때문임을 주지하여야 한다. 환원도가 0.5 미만인 경우, 금속 철은 이후에 설명할 도 27에서 나타낸 바와 같이 재산화되기 쉽고, 동시에 침탄이 진행되기 어렵고, 따라서 그레인으로의 금속 철의 응집이 진행되기 어려워서, 내부에 슬래그가 부분적으로 함유된 쉘형 철 그레인이 생성되게 된다. 이러한 생성물은 낮은 Fe순도 및 저등급형 품질을 갖기 때문에, 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.

환원된 철의 침탄-용융-응집의 완결 이후에 분위기 가스의 환원도는 급격히 저하되지만, 용융되고 응집된 금속 철은 실제 제조시에는 부산물로서 생성된 슬래그로부터 실질적으로 완전히 분리되어, 분위기 가스의 환원도에서의 상기 강하에 의해 영향을 거의 받지 않는다. 이러한 용융된 금속 철을 냉각하여 고형화한 경우, 고등급 철의 입상 금속 철을 효율적으로 수득할 수 있다.

전술한 내용으로부터 자명한 바와 같이, 분위기 조절제로서 사용된 석탄 분말은 바람직하게 3㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 2㎜ 이하의 미세한 입경을 갖는데, 이러한 미세 석탄 분말은 침탄-용융-응집 단계에서 더욱 확실하게 재산화를 방지할 수 있다. 실제 제조시 수율 및 노의 작동가능성 등을 추가로 고려할 때, 상기 석탄 분말의 입경의 가장 바람직한 범위는 0.3 내지 1.5㎜이다. 노상 위로 도포되는 석탄 분말 층의 두께에 대한 특별한 제한은 없지만, 석탄 분말 층이 너무 얇으면 분위기 조절제로서의 석탄의 절대량이 불충분하게 되기 때문에, 두께는 바람직하게는 약 2㎜ 이상, 더욱 바람직하게는 3㎜ 이상이다. 층 두께의 상한치에 대한 특별한 제한은 없지만, 분위기 조절제의 분위기 조절 작용이 자연적으로 포화되기 때문에, 지나친 층 두께는 비경제적이라는 실용적인 관점에서, 층 두께의 상한치는 바람직하게는 약 7㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 약 6㎜ 이하이다. 분위기 조절제로서 석탄 대신에 코르크 또는 목탄과 같은 CO 생성 공급원을 사용할 수도 있다. 이러한 CO 생성 공급원은 단독 또는 혼합물로서 사용할 수 있다.

분위기 조절제로서 인화성 가스, 예를 들어 천연가스, COG 가스, 메탄 가스등을 사용할 수 있다. 이 경우, 고상 환원의 최종 단계 내지 침탄-용융-응집 단계 동안에 성형 원료에 근접하게 가스를 도입시켜 환원율을 조절할 수 있다.

성형 원료를 노에 장입시키기 전에 분위기 조절제를 노상 위에 도포시킬 수 있다. 이 경우, 분위기 조절제는 또한 환원 용융 과정에서 작동 조건의 변화로 인해 스며나올 수 있는 용융된 슬래그로부터 노상 내화물을 보호하는 작용도 한다. 물론, 성형 원료의 침탄-용융이 개시되기 직전에 분위기 조절제를 노상 위에 장입시키는 것이 효과적인데, 분위기 조절제가 고상 환원의 완결 후에 수행되는 침탄-용융-응집 단계에서 보호 작용을 하기 때문이다.

또한, 환원 가스를 발생시키는 가스, 또는 천연 가스, COG 가스 및 메탄 가스와 같은 환원 가스가 분위기 조절제로서 사용할 수 있다. 이 경우, 격벽에 가스 공급 수단을 제공하고, 격벽 말단으로부터 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 이로써, 가스 공급 수단을 노의 고온 분위기로부터 용이하게 보호할 수 있고, 환원 가스를 확실히 노상 근처로 공급할 수 있다.

분위기 조절제를 장입하는 방식에 대한 특별한 제한은 없다. 그러나, 파이프형 공급기를 사용하는 경우, 노상 위로 균일한 두께로 보조 원료를 연속적으로 공급하기가 어려울 수도 있다.

따라서, 분위기 조절제와 같은 보조 원료를 노상 위에 장입시키는 공급 장치를 개선하고, 노의 천장 부분과 수직으로 연결된 도관을 사용하여 보조 원료를 공급하는 것이 본 발명에서 바람직하다. 바람직하게, 이러한 공급 장치는 도관을 통해 보조 원료가 중력에 의해 노상 아래로 낙하하도록 구성되어 있다. 이러한 도관을 사용하여 노상의 폭방향으로 균일한 두께를 갖는 분위기 조절제의 얇은 층을 노상 위에 형성함으로써, 보조 원료가 노상의 폭방향으로 균일하지 않게 장입되는 문제점을 해결할 수 있게 되었다. 이렇게 균일하게 장입된 분위기 조절제는 재산화 방지 효과를 효율적으로 나타낼 수 있다.

그러나, 노상 및 도관 출구 사이의 길이는, 이들 사이의 노의 분위기 가스의 유동에 의해 부여되는 노상에서의 물질의 균일한 두께의 공급에 역효과(물질의 낙하 통로의 장애)를 피하기 위해서, 바람직하게는 300㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 200㎜ 이하이다. 도관 출구가 노상과 매우 인접하게 연장되어 있다면, 이러한 부분에서의 분위기 가스의 유동 속도가 매우 빨라서, 보조 원료가 튈 수 있다. 따라서, 노상 및 도관 출구 사이의 충분한 거리 확보가 분위기 가스의 유동 속도를 감소시켜 물질의 종단 속도를 충족시키기 위해서 요구된다.

본 발명에 따른 공급 장치의 한 바람직한 실시태양을 사용하여 보조 원료로서 분위기 조절제를 공급하는 것은, 실시태양을 도시한 도 9 내지 14를 참고로 하여 하기에서 기술된다. 도 9는 이동식 노상형 노에서 분위기 조절제 장입 부분을 나타내는 개략도이다.

공급 장치(10)는 공급 호퍼(11) 및 배출 도관(12)을 포함하는데, 분위기 조절제는 공급 호퍼(11)로부터 상기 배출 도관(12)을 통해 공급 조절 수단으로서 작용하는 공급기(13)로 공급된다. 공급 장치(10)의 구조에 대한 특별한 제한은 없다. 도 9에서 공급기(13)는 진동의 진폭을 변화시켜 분위기 조절제의 공급을 조절하도록 구성된 진동 공급기로서 예시되지만, 이러한 진동 공급기에 대한 특별한 제한은 없고, 예를 들어 드럼 공급기를 사용할 수 있다.

공급 장치(10)로부터 노상(1)으로 분위기 조절제를 공급하는 수단으로서 공급 도관(4)은, 공급기(13)의 공급구(14a) 및 노의 천장 부분에서 한정된 개구 사이에서 수직으로 연결되어 있다. 도관(14)을 통해 낙하하는 분위기 조절제가 도관(14)의 내벽과 접촉하는 경우, 분위기 조절제는 내벽의 접촉된 부분에 부착될 수 있으므로, 분위기 조절제가 노상 위에 불균일하게 공급될 수 있다. 이러한 이유로, 분위기 조절제를 노상에 균일하게 공급하기 위해, 도관(14)을 노의 천장 부분과 수직으로 연결하는 것이 요구된다.

분위기 조절제를 노상의 폭방향으로(노상의 이동방향에 대해 수직인 방향으로) 균일하게 도포하기 위해서, 도관(14)의 폭은 바람직하게 노상의 폭과 동일해야 한다. 또한, 각각 임의의 폭을 갖는 개별적인 도관을 사용하여 그의 전체 폭이 노상의 폭과 동일하게 할 수 있다. 이 경우, 각각의 도관은 제거가능하게 독립적으로 탑재될 수 있는 독립적인 유형일 수 있거나, 도관(14)은 분위기 조절제가 각각의 분할 도관을 통해 낙하하도록 그 내부에 제공된 구획 부재(15)로 구획된다. 도 10에서는 3개의 구획 패널(15)로 나타냈지만, 구획 패널(15)의 갯수에 대한 특별한 제한은 없고 각각의 도관의 폭에 따라 결정될 수 있다.

공급 호퍼(11)에 공급된 분위기 조절제를 필요한 다른 첨가제와 혼합한 후, 배출 도관(12)을 통해 진동 공급기(13)로 공급한다. 진동 공급기(13)는 공급 속도를 조절하면서 분위기 조절제를 공급구(14a) 및 공급 도관(14)을 통해 노로 공급한다. 이 경우, 독립적인 도관(14)은, 바람직하게 분위기 조절제의 공급을 조절하기위한 진동 공급기(13)가 각각 구비된 개별적인 공급구(14a)를 갖는다. 특히, 회전식 노상형 노에서, 노상의 폭방향으로 균일한 두께를 갖는 분위기 조절제의 연속층을, 각각의 진동 공급기(13)를 조절하여 형성하여, 분위기 조절제의 공급을 변화시킬 수 있다.

또한, 도관(14)이 노상의 폭방향으로 다수의 구획으로 분할된다면, 위쪽을 향해 도관(14)으로 침투하는 노의 가스의 유동이 노상의 폭방향으로 전개되는 것을 방지할 수 있다. 낙하하는 분위기 조절제는 낙하 관성력을 갖기 때문에, 이들의 낙하 통로는 도관(14)에서 상승하는 가스의 유동에 의해 방해받지 않는다. 따라서, 분위기 조절제는 실질적으로 낙하 통로의 연장 부분을 따라 중력에 의해 도관의 한 측면으로 기울어지지 않고 낙하하고, 분위기 조절제의 생성된 층은 연속적이고 노상의 폭방향의 한 측면으로 기울어지지 않는다.

이렇게 구성된 공급 장치는 펠렛 레벨러 또는 스무서를 사용할 필요 없이 노상 위에 균일한 두께를 갖는 분위기 조절제의 연속층을 형성할 수 있다.

질소 가스와 같은 비활성 가스를 도관의 상부로부터 공급하여, 분위기 가스의 도관(14)으로의 상향 흐름을 방지하는 것이 바람직하다. 도관내 공급된 비활성 가스의 하향 흐름은, 분위기 조절제의 낙하 통로의 방해를 감소시키면서 노의 내부로부터의 분위기 가스의 상향 흐름을 억제시킬 수 있음으로써, 균일한 두께를 갖는 분위기 조절제 층을 보다 효과적으로 형성할 수 있다.

비활성 가스가 공급되는 위치에 대한 특별한 제한은 없지만, 도 11에서 나타낸 바와 같이, 도관(14)으로의 분위기 가스의 상향 흐름을 억제하는 관점에서, 도관(14)의 내부로 배향된 하나 이상의 가스 공급구(16)가 바람직하게 제공된다. 이 경우, 가스 공급구(16)의 선두 말단 부분은 바람직하게 비활성 가스가 도입될 수 있도록 노상을 향해(수직 하향) 배향된다.

비활성 가스가 도관(14)으로의 분위기 가스의 상향 흐름을 억제하는 필요량으로 공급되기만 하면, 공급될 비활성 가스의 양에 대한 특별한 제한은 없다. 공급되는 비활성 가스의 양은, 예를 들어 흐름 조절 밸브(나타내지 않음)를 갖는 가스 공급구(16)를 제공하여 적합하게 조절할 수 있다.

또한, 도관(14)내로 낙하하는 분위기 조절제와 같은 보조 원료가 도관(14)의 내벽에 부착되는 것을 방지하기 위해서, 냉각 수단을 도관(14)의 외벽에 제공하는 것이 바람직하다. 냉각 수단의 위치에 대한 특별한 제한은 없지만, 예를 들어 냉각 수단은 도관의 전체 또는 일부에 제공될 수 있다. 그러나, 도 12에서 나타낸 바와 같이 냉각 재킷(17)을 도관의 하부에 제공하는 것이 바람직한데, 이러한 배치가 분위기 조절제가 노의 천장의 개구에 인접하게 놓인 도관의 내벽에 부착되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있기 때문이다.

분위기 조절제와 같은 보조 원료의 부착 또는 침착은, 도관의 내벽을 상기 보조 원료의 부착 또는 침착을 방지할 수 있는 부착방지제로 코팅함으로써 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 예를 들어, 도 13에서 나타낸 바와 같이, 플루오로플라스틱으로 제조된 부착방지제 층(18)을 형성시킬 수 있다. 부착방지제 층의 위치 및 두께에 대한 특별한 제한은 없다. 도관의 내벽에는 이러한 부착방지제 층을 완전히 또는 부분적으로 형성할 수 있지만, 부착방지제 층은 바람직하게는 고온으로가열될 도관의 하부에 형성된다.

본 발명에 따른 전술한 특징을 갖는 공급 장치를 사용하여, 분위기 조절제 뿐만 아니라 이후에 기술될 융점 조절 첨가제 및 초기 보호층을 형성하는 알루미나로 주로 구성된 산화물과 같은 다른 보조 원료를 장입할 수 있다. 이러한 보조 원료의 형태는 분말로 제한되지는 않는다. 보조 원료는 크기가 작은 펠렛 형태, 또는 분말 형태 보다 큰 입자 크기를 갖는 분쇄 형태일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 공급 장치를 사용하여 원료(예를 들어, 분말상 원료)를 장입시킬 수 있다.

본 발명의 한 특징은, 분위기 가스의 환원도를 특히 침탄-용융 단계에서 증가시킴으로써 환원된 철의 재산화를 방지하여 침탄-용융을 효율적으로 진행하게 하는데 있다. 고상 환원으로부터 침탄-용융-응집의 완결에 이르는 일련의 과정을 효율적으로 진행하게 하기 위해서, 각각의 단계에서 온도 및 분위기 가스를 적합하게 조절하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 고상 환원 단계에서의 온도는, 용련 환원 반응에 의해 용융된 FeO가 생성되지 않도록, 바람직하게 1200 내지 1400℃ 범위내로 유지되지만, 침탄-용융-응집 단계에서의 온도는, 바람직하게 1300 내지 1500℃ 범위내로 유지된다. 더욱 바람직하게, 고상 환원 단계에서의 온도는 침탄-용융-응집 단계에서의 온도 보다 50 내지 200℃ 낮게 조절된다.

분위기 가스의 조건을 조절하는 것은 고상 환원 단계에서는 요구되지 않는데, 이는 분위기 가스가 이러한 단계에서는 성형 원료에 함유된 탄소 물질의 연소에 의해 생성된 다량의 CO 가스에 의해 높은 환원성을 유지하고 있기 때문이다.그러나, 침탄-용융-응집 단계 및 이후의 단계에서 노의 분위기 가스의 적합한 조절이 중요한데, 이는 성형 원료로부터 생성된 CO 가스의 양이 상당히 줄어들어 버너 연소에 의해 생성된 산화 가스에 의한 재산화가 일어날 수 있기 때문이다.

분위기 가스의 온도 및 조성을 환원 용융 방법의 각각의 진행 단계에 따라 적합하게 조절하기 위해서, 환원 융해로는 바람직하게 도 1 내지 3에서 전술한 바와 같이, 노상의 이동방향으로 격벽을 사용하여 2 이상의 구획으로 분할된 구조를 갖는다. 다른 구획과 독립적인 각각의 구획에서 분위기 가스의 온도 및 조성을 조절하기 위해서, 고상 환원 구획으로서 각각 업스트림 측의 구획 및 다운스트림 측의 구획을 사용한다. 도 3은 3개의 격벽을 사용하여 4개의 구획으로 분할되어 분위기 가스의 온도 및 조성을 더욱 정확하게 조절할 수 있는 전형적인 노를 예시하지만, 사용된 환원 용융 장치의 규모 또는 구조에 따라 요구되는 구획의 수는 변할 수 있다.

전술한 방법에 의해 수득된 금속 철은 실질적으로 슬래그 성분이 전혀 없고, Fe 순도가 높다. 통상적으로, 이러한 금속 철을 전기로 또는 전로와 같은 현재의 강철제조 장치로 이송하여 철 공급원으로서 사용한다. 강철의 원료로서 이러한 금속 철을 사용한 경우, 황(S) 함량을 가능한 많이 감소시키는 것이 바람직하다. S 함량이 낮은 금속 철을 수득하기 위해서, 금속 철 제조 방법에서 철광석 또는 탄소 물질 중 S 함량을 감소시키는 것에 대한 추가 연구를 진행하고 있다.

그 결과, 철광석 및 탄소 물질을 포함하는 성형 원료의 형성시 원료 중에서 CaO 공급원(생석회, 소석회, 탄산칼슘 등을 포함함)을 의도적으로 혼합함으로써 최종적으로 수득된 금속 철 중 S 함량을 0.10% 이하, 더욱 구체적으로는 약 0.05% 이하로 줄일 수 있고, 철광석에 함유된 맥석 성분으로서 슬래그 형성 성분을 포함하는 총 슬래그 형성 성분 염기도(CaO/SiO₂비)는 0.6 내지 1.8, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.5 범위의 값인 것으로 밝혀졌다.

탄소질 환원제로서 가장 통상적으로 사용되는 코르크 또는 석탄은, 일반적으로 약 0.2 내지 1.0%의 S를 함유하고, 상기 S 함량의 대부분은 금속 철에 혼입될 것이다. CaO 공급원의 의도적 첨가에 의한 염기도 조절을 실시하지 않은 경우, 성형 원료에 함유된 슬래그 형성 성분으로부터 계산된 염기도는 일반적으로 0.3 미만이지만, 상기 염기도는 철광석의 종류 또는 품질, 또는 유사한 인자에 따라 변한다. 이러한 낮은 염기도를 갖는 슬래그를 사용하면, 고상 환원 단계 또는 후속적인 침탄-용융-응집 단계에서 금속 철로의 S의 혼입(황화)은 불가피하고, 성형 원료 중 총 S 함량의 약 85%가 금속 철로 혼입된다. 따라서, 0.1 내지 0.2%의 매우 높은 S 함량을 갖고, 마무리가공된 생성물로서 저등급 품질의 금속 철을 최종적으로 수득하게 된다.

그러나, 전술한 바와 같이, 성형 원료의 형성시 CaO 공급원을 의도적으로 첨가하여 슬래그 형성 성분의 염기도를 0.6 내지 1.8 범위내의 값으로 조절한다면, 고상 환원 단계 및 침탄-용융-응집 단계에서 부산물로서 생성된 슬래그 중 S의 고정이 일어나, 생성된 금속 철 중 S 함량을 많이 감소시킬 수 있다.

S 함량을 낮추는 메커니즘은 성형 원료에 함유된 S가 CaO와 반응하고 슬래그에 고정되어 CaS(CaO+S=CaS)를 생성하는 것으로 생각된다. 본 발명에 따른 환원 용융 메타니즘이 명확하게 설명되지 않았던 통상적인 기술분야에서는, 전형적인 고온 금속 탈황 방법인 CaO의 첨가에 의한 탈황이 환원 용융 방법에서는 기대할 수 없는 것으로 여겼다. 그러나, 본 발명의 발명자에 의한 발견에 따르면, 환원된 철의 용융과 응집, 및 슬래그의 분리가 고상 환원의 완결시 환원된 철에 남아있는 잔류 탄소와의 침탄에 의해 진행되는 방법에서, 슬래그에 함유된 CaO는 S를 포획 및 고정시켜, 생성된 금속 철 중 S 함량을 실질적으로 감소시킨다.

본 발명의 발명자는, 금속 철 중 S 함량을 낮추는 상기 메커니즘이 CaO-함유 슬래그를 이용하는 전형적인 고온 금속 탈황법과는 다르지만 실제 본 발명의 방법의 반응 특성인 것으로 생각한다. 물론, 가열하에 용융된 철 및 부산물인 용융된 슬래그 사이의 충분한 접촉이 환원된 철의 침탄-용융 이후에 달성된다면, 슬래그 중 S 함량(S%) 대 금속 철 중 S 함량(S%)의 비, 즉 분배비는 액체(용융된 철)-액체(용융된 슬래그) 반응에 의해 결정됨을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에서, 슬래그-금속 접촉 면적은 도 14의 사진에 의해 확인될 수 있는 바와 같이 매우 작아서, 환원된 철의 침탄-용융-응집이 완결된 이후에 일어나는 슬래그-금속 평형 반응으로부터 생성되는 금속 철 중 S 함량의 낮춤 효과를 크게 기대할 수 없다. 따라서, 본 발명에 따른 성형 원료로의 CaO의 의도적 첨가에 기초를 둔 탈황 메커니즘은, 환원된 철의 침탄-용융-응집 및 슬래그의 분리가 진행되는 공정에서 일어나는 CaO의 특징적인 S-포획 반응 및 S-포획 반응에 기인한 금속 철에 대한 황화-방지 작용으로 이루어진 것으로 여겨진다.

염기도를 조절하기 위해서 첨가된 CaO의 양이 철광석 등에 함유된 맥석 성분의 양 및 조성, 혼합된 탄소 물질의 종류 및 양, 및 유사한 인자에 따라 결정되어야 하지만, 슬래그 형성 성분의 총 염기도를 0.6 내지 1.8 범위의 값으로 조절하는데 첨가된, 순수한 CaO 함량을 기준으로 한 CaO의 표준량은, 성형 원료의 총량을 기준으로 2.0 내지 7.0%, 더욱 바람직하게는 3.0 내지 5.0%의 범위내이다. 소석회(Ca(OH)₂), 탄산칼슘(CaCO₃) 등을 사용한 경우, 상기 물질의 양은 순수한 CaO 함량을 기준으로 한 상기 양을 만족시켜야 한다. 예를 들어 4%의 양으로 CaCO₃를 성형 원료에 첨가하여 슬래그 형성 성분의 염기도를 약 0.9 내지 1.1로 조절한 경우, 45 내지 50% 정도의 겉보기 탈황률을 수득할 수 있고, 약 6%의 양으로 CaCO₃를 성형 원료에 첨가하여 슬래그 형성 성분의 염기도를 약 1.2 내지 1.5로 조절한 경우, 70 내지 80% 정도의 겉보기 탈황률을 수득할 수 있는 것으로 확인되었다. 겉보기 탈황률은 하기 수학식 3에 의해 결정된다:

CaO의 첨가로 인한 S 함량의 낮춤 효과는 박스형 전기로를 사용하여 수득된 실험 데이터로서 하기에서 기술된다. 도 15는, 철광석, 탄소 물질, 소량의 결합재(벤토나이트 등) 및 적합한 양의 CaO를 혼합하여 제조된 성형 원료를 사용하고, 본 발명의 방법에 따른 환원 용융을 수행한 실험에서의 S 함량의 변화를 나타낸다.

도 15에서 건조 성형 원료의 막대 그래프는, 환원 용융을 수행하기 이전의 성형 원료 중 S 함량이 100%인 경우, S 함량의 약 89%는 탄소 물질에 기인하고, 약 11%는 철광석에 기인한 것임을 나타낸다. 상기 성형 원료를 본 발명의 방법에 따라 환원 용융시킨 경우, S 함량의 약 85%는 도 4에서 전술한 고상 환원의 완결시 환원된 철에 남아있고, S 함량의 약 12%는 고상 환원 동안에 노로부터 증발되었다. 임의의 CaO 공급원과 혼합되지 않은 성형 원료(성형 원료에 함유된 슬래그 형성 성분의 조성으로부터 측정된 염기도는 0.165이었음)를 사용한 경우, S 함량의 74.8%가 최종적으로 수득된 금속 철에 혼입되어 있고, S 함량의 10.2%가 슬래그에 의해 포획되어 있음이 발견되었다.

반대로, 4.5%의 CaO와 혼합된 성형 원료를 사용하여 슬래그 형성 성분의 염기도를 1.15로 조절한 경우, 금속 철에 혼입된 S의 양이 43.2%로 감소하고, 슬래그에 의해 포획된 S의 양은 48.8%로 증가하지만, 제조 과정 동안에 노로부터 증발되어 제거된 S의 양은 약 8%로 감소하였다. 5.0%의 CaO와 혼합된 성형 원료를 사용하여 슬래그 형성 성분의 염기도를 1.35로 조절한 경우, 금속 철에 혼입된 S의 양은 19.7%로 감소하고, 슬래그에 의해 포획된 S의 양은 78.8%로 증가한 반면, 제조 과정 동안에 노로부터 증발된 S의 양은 약 1.5%로 감소하였다.

박스형 전기로를 사용한 기본 실험으로, CaO 공급원의 첨가에 의한 염기도 조절이 금속 철 중 S 함량을 낮추는데 매우 효과적임을 확인하였으므로, 상기 노를 사용한 유사한 실험을 실시하여, 첨가된 CaO 공급원의 양을 변화시킴으로써 슬래그의 염기도가 다르게 변하는 경우에 금속 철 중 S 함량의 낮춤 효과에 미치는 염기도의 정량적인 영향을 조사하였다. 결과는 도 16에서 나타낸다.

도 16은 첨가된 CaO 공급원의 양을 변화시킨 경우에 일어나는 슬래그의 최종 염기도 및 금속 철 중 S 함량 사이의 관계를 보여준다(여기서, 각각의 점은 실측치를 나타냄). 또한, 도 16은 상기 박스형 전기로를 사용한 기본 실험의 결과를 어두운 영역으로서 나타낸다. 기본 실험은 비활성 가스를 분위기 가스로서 사용한 전기 가열 시스템에 이용하였으므로, 분위기의 산화력은 매우 낮아, 겉보기 탈황에 유리하였다. 다른 한편, 가열을 위해 버너 연소를 이용한 상기 노의 경우, 분위기 가스의 환원도는 연소에 의해 생성된 배출 가스로 인해 기본 실험에서의 환원도 보다 낮았고, 금속 철 중 S 함량은 기본 실험 결과 보다 높았다. 그러나, 이 경우에 수득된 결과의 경향은 근본적으로 실질적으로 기본 실험의 결과를 따랐다. 나타낸 바와 같이, 일정한 CaO 공급원을 전혀 첨가하지 않은 경우를 나타내는 영역(A)에서의 금속 철 중 S 함량은 약 0.120이었지만, 염기도를 약 1.0으로 조절한 경우를 나타내는 영역(B)에서의 금속 철 중 S 함량은 0.050 내지 0.080%로 감소하였고, 겉보기 탈황률은 약 33 내지 59%였다. 염기도를 추가로 1.5로 증가시킨 경우, 영역(C)로 나타낸 바와 같이 금속 철 중 S 함량은 0.050%까지 감소하였음이 확인되었다.

염기도가 1.8 이상이 될 때까지 CaO 공급원을 첨가한다면, 생성된 슬래그의 융점의 증가로 인해 작동 온도를 매우 많이 올려야 함을 숙지해야 한다. 이러한 상태는 노의 손상이 연료절약의 손실과 함께 가속화되기 때문에 바람직하지 못하고, 또한 환원된 철의 응집 특성이 불량하게 되어, 상업적 가치가 낮은 미세 입상금속 철을 수득하게 된다.

이러한 실험으로부터 자명한 바와 같이, 적합한 양의 CaO 공급원을 성형 원료에 의도적으로 첨가하여 슬래그 형성 성분의 염기도를 약 0.6 이상으로 올린 경우, 생성된 슬래그의 S-포획 능력은 상당히 향상되어 금속 철에 혼입되는 S의 양을 크게 감소시켜 S 함량이 낮은 금속 철을 수득하게 된다. 또한, 도 15에서 도시한 바와 같이, SO_x등의 형태로 노로부터 배출된 S의 양을 크게 감소시켜, 이러한 배출 가스로 인한 대기 오염을 줄이고, 상기 배출 가스가 탈황되는 경우 부과되는 탈황 의무를 줄일 수 있다.

CaO 공급원을 첨가하여 금속 철 중 S 함량을 낮추는 경우, 특정량의 CaO 공급원을 첨가함으로써 부산물로서 생성된 슬래그의 융점이 낮아져, 저융점 슬래그가 쉽게 스며나와 노상 내화물의 부식 또는 마모를 일으킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 수행시에, 전술한 바와 같이, 2-단계 가열 시스템을 적용하여 고상 환원 단계 및 침탄-용융-응집 단계의 온도 조건을 각각 바람직하게 1200 내지 1400℃ 및 1350 내지 1500℃로 설정하고, 고상 환원을 부산물 슬래그의 융점 보다 낮은 온도에서 충분히 진행하게 한 후, 부분적으로 남아있는 FeO의 환원 및 환원된 철의 침탄-용융-응집을 진행시켜, 상기 부산물 슬래그의 바람직하지 못한 스며나옴을 최소화할 수 있다.

따라서, 본 발명은, 특히 철광석 및 탄소 물질을 포함하는 성형 원료를 고상 환원시킨 후 침탄-용융-응집시키는 금속 철의 제조 중 침탄-용융 단계에서 분위기가스의 환원도를 0.5 이상, 바람직하게는 0.6 이상, 더욱 바람직하게는 0.7 이상으로 조절하여, 환원된 철의 재산화를 일으키지 않고, Fe 순도가 높은 입상 금속 철을 수득하는 것을 가능하게 한다. 또한, 본 발명은 성형 원료에 CaO를 의도적으로 첨가하여 슬래그 형성 성분의 염기도를 조절함으로써 상기 금속 철 중 S 함량을 낮출 수 있다. 냉각에 의해 고형화하고, 이어서 고형화된 슬래그로부터 분리한 후 수득된 입상 금속 철을 다양한 철제조용 또는 강철제조용 노에서 용융되는 원료로서 사용하였다.

본 발명에서, 환원 융해로로부터 제거된 금속 철을 그의 융점보다 낮지만, 여전히 고온인 800 내지 1200℃ 온도로 냉각하였다. 강철제조용 노로 공급하기 전에 금속 철을 실온으로 추가 냉각하는 것은 열 에너지를 낭비하는 것이다. 따라서, 금속 철의 잠재적인 열을 효율적으로 이용하기 위해서, 고온 금속 철 그 자체 또는 추가의 가열에 의해 용련물이 된 고온 금속 철을 강철제조용 노에 공급하도록 고안된 철제조-강철제조의 전체 생산 라인을 설치한다면 열 손실을 줄이는데 매우 실용적이다.

물론, 공지된 기법, 예를 들어 전기로 등의 전력 유니트를 줄이고, 공지된 환원 철 생산 방법에 의해 수득된 고온 환원된 철을 냉각하지 않고 전기로와 같은 인접한 강철제조용 노로 공급하여 생산성을 개선시키는 기법; 석탄계 탄소 물질을 사용하여 환원된 철 제조용 노에서 고온 환원된 철을 제조하고, 즉시 상기 환원된 철을 융해로로 공급하여 용융된 철을 제조하는 철제조-강철제조 방법(국제 공개공보 제 99/11826 호); 및 유사한 기법 등이 있다. 환원된 철이 석탄계 환원제를 사용하여 제조되는 경우, 이러한 공지된 기법들은 재 성분 및 맥석 성분으로부터의 상당량의 슬래그, 환원의 최종 단계에서 재산화로부터 발생되는 산화철, 및 선택적으로 다량의 S를 함유한, 이른바 "환원된 철"을 생성한다는 점에서, 상기 기법은 본 발명에 의해 제안된 전체 생산 방법과 구별된다. 반대로, 본 발명에 따른 전체 생산 방법은 침탄-용융-응집에 의해 슬래그 성분으로부터 완전히 분리된 금속 철을 제조하고 사용한다.

S 함량이 낮은 금속 철을 사용하면 전체 생산 방법에서 정련노에서의 탈황의 필요성이 완화되므로, 철 공급원 및 용융 정련의 환원 용융을 수행하는 철제조-강철제조의 전체 생산 시스템으로서, 매우 유용하고 실용적인 생산 시스템을 설계할 수 있다.

도 17은 전체 생산 시스템의 예를 설명하는 설명도이다. 도 17에서, 과정(A)은 환원 융해로에 의해 제조된 슬래그 없는 금속 철을 실온으로 냉각한 후, 강철제조 원료로서 적합한 양으로 전기로와 같은 강철제조용 노로 공급하는 강철제조 과정이고; 과정(B)은 금속 철을 고온 상태(800 내지 1200℃)로 환원 융해로와 인접한 위치에 있는 전기로와 같은 강철제조용 노로 공급하여 열 공급을 위해 요구되는 전력 유니트를 줄이도록 적용되고; 과정(C)은 환원 융해로에 의해 생성되는 모든 고온 금속 철을 금속 철의 가열-용융을 위한 인접한 융해로에 공급한 후 용융된 철을 강철제조용 노로 공급하도록 적용된다. 본 발명에 따라 수득된 금속 철은 슬래그가 없고, 철 순도가 매우 높고, 선택적으로 S 함량이 낮기 때문에, 염기도를 조절하여 S 함량이 낮은 금속 철이 제조되는 경우, 강철제조의 원료로서 상기 금속철을 사용하도록 설계된 전체 생산 시스템은 전기로의 전력 유니트 등을 줄이거나 요구되는 탈황 의무를 완화시키면서, 높은 생산성과 안정화된 품질의 용융된 강철을 제조할 수 있다.

철 공급원인 산화철 및 산화철을 환원시키는 작용을 하는 탄소질 환원제를 포함하는 성형 원료를 이동식 노상 위에서 가열하여, 상기 산화철을 고상 환원시키고, 생성된 환원된 철을 침탄-용융-응집시켜 입상 금속 철을 형성하고, 이어서 냉각 후 노로부터 회수하는 상기 금속 철 생산 방법에서, 작동 조건의 변화는 용융된 슬래그를 스며나오게 하여, 상기 용융된 슬래그에 의해 노상 내화물을 심하게 부식 또는 마모시킨다. 특히, 환원되지 않은 용융된 FeO가 상기 용융된 슬래그에 포함되는 있는 경우, 상기 부식 또는 마모는 침투 및 부식으로 인해 더욱 심화되어 노상 내화물의 수명을 실질적으로 단축시킨다.

전술한 관점에서, 본 발명은, 노상 내화물의 부식 또는 마모를 최소화하면서 상기 손실이 일어나더라도 노상 내화물의 손상된 부분이 노가 작동하는 동안에 자체적으로 수선되게 함으로써, 노상 내화물의 수명을 오래 연장하고 노의 연속적인 작동을 향상시킬 있도록 하는 기법을 제공한다.

본 발명은, 상기 환원 용융 과정에서 생성된 슬래그 함유 침착층이 노상 내화물 상에 형성되어, 이를 보호하면서 금속 철을 제조하는 것을 특징으로 한다.

도 18A, 18B, 18C, 18D 및 18E는 본 발명의 한 바람직한 실시태양을 설명하는 도식적인 단면도이다. 나타낸 바와 같이, 주로 알루미나(또는 환원 용융 과정에서 부산물로서 생성된 슬래그 또는 재순환된 슬래그와 유사한 조성을 갖는 광석의 혼합물)로 구성된 산화물을 포함하는 초기 보호층(28)은 제조의 개시에 이동식 노상형 환원 융해로의 노상 내화물(27) 상에 미리 형성되고, 성형 원료(G)의 단편은 노상 회전기 위로 연속적으로 공급된다(도 18A 참조).

도 1 내지 3에 기술된 바와 같이, 성형 원료는 환원 용융 영역(Z₁)을 통해 통과하는 동안 버너로부터 발생하는 열 및 복사열에 노출되고, 성형 원료 중 산화철은 고상 환원에 의해 환원된 철이 되고, 환원된 철은 추가로 가열 및 침탄되고, 환원된 철의 융점이 낮아져 용융된 철을 수득하게 된다. 이렇게 수득된 용융된 철은 응집되고, 부산물 슬래그(Sg)로부터 분리되면서 상대적으로 크기가 큰 그레인을 갖는 입상 금속 철(Fe)로 성장한다. 또한, 슬래그(Sg)는 응집되고, 금속 철 및 슬래그(Sg)가 서로 분리된다(도 18B 참조).

입상 금속 철(Fe) 및 슬래그(Sg)를 상기 배출 수단에 인접한 업스트림 위치에서 냉각한 후, 배출 수단의 위치로 이송하고, 계속해서 노상의 표면으로부터 고형화된 상태로 입상 금속 철(Fe) 및 슬래그(Sg)를 제거한다. 상기 과정은 나타내지 않았다.

환원 용융 과정 동안에 부산물로서 생성된 용융된 슬래그는 초기 보호층(28)으로 통합되어 슬래그 침착층(T)을 형성한다. 용융-고형화 방법은, 아직 응집되지는 않았지만 충분히 성장한 미세 입상 금속 철(Fe_s)(이후부터는, 경우에 따라 "미립자 철"로서 언급됨) 및 고-융점 슬래그(Sg_s)를 상당한 양으로 생성하므로, 상기 미립자 철(Fe_s) 및 슬래그(Sg_s)는 배출기(6) 및 슬래그 침착층(T)의 표면 사이의 공간을 통과하여, 슬래그 침착층(T)의 표면에 존재하거나 그 사이에서 부분적으로 포획되어, 침착층(T)에 강제로 묻힌다(도 18C 참조).

이러한 상태에서 연속적인 제조를 수행하면, 슬래그 침착층(T)의 표면 위에 존재하거나 묻힌 미립자 철(Fe_s) 등이 점차로 침착되고 커져서, 배출되는 것이 불가능하게 될 수 있다.

본 발명에서, 미립자 철(Fe_s) 등의 침착으로 인한 불편함은, 침착층(T) 위에 침착되고 묻힌 미립자 철(Fe_s)의 양이 특정 수치까지 도달할 때 침착층(T)의 일부 또는 전부와 함께 미립자 철(Fe_s) 등을 긁어냄으로써 해결된다. 따라서, 노상 위의 침착층(T)의 표면은 도 18D에서 나타낸 바와 같이 평탄하고, 제조의 개시에 형성된 초기 보호층(28) 및 이를 덮는 얇은 침착층(T)을 포함하는 평탄한 보호층을 수득하게 된다.

이러한 상태에서 제조를 추가로 계속하여, 슬래그 침착층(T)이 침착 및 부착으로 인해 다시 일정한 수치로 성장하면, 침착층(T)(또는 침착층 및 보호층(28)의 일부)을 미립자 철(Fe_s) 등과 함께 간헐적으로 또는 연속적으로 제거한다. 적당한 간격으로 이러한 작동을 반복적으로 수행함으로써, 첫번째로 형성된 초기 보호층(28)이 슬래그 침착층(T)의 상부에서 점차로 복원되고, 최종적으로 초기 보호층(29)이 슬래그 침착층(T)으로 대부분 대체되어, 도 18E에서 나타낸 상태를 수득하게 된다. 따라서, 노상의 표면은 이러한 상태로 안정화된다. 이 경우, 초기보호층(28)의 일부는 제조의 개시부터 상당히 긴 기간 동안 노상 내화물(27)의 표면에 존재하거나, 초기 보호층(28)의 작은 부분은 슬래그 침착층(T)이 제거되는 특정 조건하에서 계속해서 노상 내화물(27)의 표면에 존재할 수 있다.

이러한 상태에서 제조를 추가로 계속한다면, 침착층(T)의 표면만이 환원 용융 과정에서 부산물로서 생성된 슬래그로 연속적으로 복원되어, 그 결과 노상의 표면은 노상 내화물(27)에 어떠한 손상도 주지 않고 영구적으로 평탄하게 유지된다.

슬래그 침착층(T)의 두께는, 이동 수단 및 노상의 표면 사이의 공간을 조절하는 수직 이동식 침착층 제거 수단(배출기(6)로서도 작동할 수 있거나 이와는 개별적으로 제공될 수도 있음)에 의해 간단히 조절될 수 있다. 더욱 구체적으로, 초기 제조 단계에서, 제거 수단인 블레이드 위치를 점차로 상향으로 이동시킴에 따라 블레이드와 침착층(T) 사이의 공간이 넓어지게 되어 침착층(T)이 점차적으로 두꺼워지도록 하되, 미립자 철(Fe_s) 등의 양이 특정 수치까지 증가되었을 때, 제거되거나 잔류하는 침착층의 두께는 제거될 침착층(T)의 깊이에 상응하는 위치까지 제거용 블레이드를 하향 이동하여 목적하는 바와 같이 조절한다. 적합한 간격으로 블레이드의 상향 및 하향 이동을 간헐적으로 또는 연속적으로 반복함으로써, 침착층(T)에의 미립자 철(Fe_s)의 과도한 침착을 방지하면서 침착층의 표면을 평탄하게 영구적으로 유지할 수 있다.

도 19는 이러한 작동을 도식적으로 설명한다. 구체적으로, 도 19A는 배출기의 블레이드 위치를 상향으로 점차로 이동시킴으로써 침착층(T)을 두껍게 하는 작동을 설명하지만, 도 19B는, 침착층(T)에 잔재하고 묻힌 미립자 철(Fe_s) 등의 침착된 양이 특정 수치까지 증가되었을 때, 배출기(6)의 블레이드 위치를 제거될 침착층(T)의 깊이에 상응하는 위치까지 하향 이동시킴으로써 미립자 철(Fe_s)과 함께 침착층(T) 일부를 제거하는 작동을 설명한다.

상기 설명은, 배출기의 블레이드 위치를 상향으로 점차로 이동시킴으로써, 침착층(T)을 점차로 두껍게 하고, 미립자 철(Fe_s)의 부착 또는 침착된 양이 특정 수치까지 증가되었을 때, 배출기(6)의 블레이드 위치를 스트레치에 의해 제거될 침착층(T)의 깊이에 상응하는 위치까지 하향 이동시킴으로써 침착층(T)의 표면 부분을 목적하는 깊이로 제거하는 경우에 관한 것이지만, 다른 방법, 예를 들어 노가 작동할 때 침착층의 수치를 제조의 개시에 미리 설정하는 방법; 배출기(6)의 제거용 블레이드를 침착층의 소정의 수치에 상응하는 위치에 놓고 초기 보호층(28)을 상기 수치로 침착시키는 방법; 초기 보호층(28)의 침투와 부식 및 미립자 철의 침착이 일정한 정도까지 진행되었을 때, 제거용 블레이드를 스트레치에 의해 내려 침착층(T)의 표면 부분을 제거하는 방법도 가능하다.

전술한 바와 같이, 슬래그 침착층 제거 수단은 또한 생성된 금속 철(Fe)의 배출 수단으로서 작용할 수 있거나, 개별적으로 제공될 수도 있다. 제거 수단의 특별한 메커니즘 및 구조에 대한 특별한 제한은 없고, 제거 수단이 보호층을 평탄하게 만들면서 침착층(T)의 일부 또는 전부를 효율적으로 제거하는 작용을 한다면 임의의 유형, 예를 들어 스크류형 또는 스크래퍼형 제거 수단도 사용할 수 있다.또한, 제거 수단인 블레이드 위치를 수직으로 이동시키는 구체적인 수단에 대한 특별한 제한은 없고, 임의의 공지된 수직 이동 수단을 사용 목적에 따라 선택할 수 있다.

본 발명에 따르면, 노상 내화물의 표면은 제조 개시 시점에서 형성된 초기 보호층(28) 및 제조의 후속 과정 동안에 부산물로서 생성된 슬래그의 침착에 의해 형성된 침착층(T)에 의해 영구적으로 보호되고, 노상의 표면에 부착되거나 침착된 미립자 철은 노상의 표면으로부터 배출되어 침착층(T)의 표면 부분을 주기적으로 또는 연속적으로 배출한다. 따라서, 미립자 철의 과도한 침착으로 인한 문제점 또는 불편함은 발생하지 않는다.

슬래그 침착층(T)의 표면이 약간 손상되었을지라도, 이러한 손상 부분은 노가 작동하는 동안에 부산물로서 생성된 슬래그의 침착에 의해 자체적으로 수선되고, 노상의 표면은 갑작스런 사건이 일어나지 않으면 반영구적으로 평탄하게 유지될 수 있다. 도 20은 슬래그 침착층(T)의 표면에 움푹 들어간 곳이 생긴 경우 자체-수선 과정을 설명하는 도식적인 단면도이다. 침착층(T)의 표면에 움푹 들어간 곳(Q)이 형성된 경우(도 20A 참조), 부산물 슬래그(Sg)는, 미립자 철(Fe_s) 및 다음의 제조 주기의 환원 용융 과정에서 생성된 유사한 물질과 함께, 움푹 들어간 곳(Q)에 침착되고(도 20B 참조), 이렇게 침착된 슬래그(Sg) 및 미립자 철(Fe_s)을 함유한 침착층(T)의 표면 부분은 다운스트림 측면에서 제거됨으로써, 노상의 표면은 평탄하게 된다(도 20C 참조). 또한, 도 21A 내지 도 21C에서 나타낸 바와 같이,광석 혼합물(O)(또는 재순환된 슬래그)의 조성을 부산물 슬래그의 조성과 실질적으로 동일하게 조절하여 움푹 들어간 곳(Q)에 넣어 유사한 수선 효과를 달성할 수 있다.

노상 표면을 이러한 부산물 슬래그의 자체-수선 작용에 의해 영구적으로 평탄하게 유지하기 위해서, 적당한 범위, 바람직하게는 수 ㎜ 내지 수십 ㎜ 범위내의 슬래그 침착층(T)의 두께를 유지하도록 조절하는 것이 바람직하다.

초기 보호층(28)을 형성하는 물질로서, 전형적인 용융된 슬래그에 의한 부식 또는 마모에 대한 우수한 내성을 갖는 알루미나로 주로 이루어진 산화물이 가장 바람직하다. 그러나, 본 발명의 방법은 제조 동안에 부산물로서 생성된 슬래그의 침착물을 이용하므로, 이러한 부산물 슬래그 또는 재순환된 슬래그와 유사한 조성을 갖는 광물질을 사용할 수 있다. 침착층(T)이 제조의 초기 단계에서부터 노상 내화물의 표면에 점차로 형성되기 때문에, 일단 노상 내화물을 보호하기 위한 최소필요량으로 초기 보호층(28)을 형성하고, 부산물 슬래그를 그 위에 침착시킴으로써 충분한 노상 내화물 보호 효과를 달성할 수 있다. 제조의 개시에 형성된 초기 보호층(28)은, 특히 장기 연속 제조시 그 전부가 실질적으로 부산물 슬래그의 침착층(T)에 의해 대체될 수 있지만, 충분한 노상 내화물 보호 효과는 여전히 나타난다.

초기 보호층을 형성하는 물질의 크기에 대한 특별한 제한은 없다. 그러나, 물질은 바람직하게 분말 형태로 크기가 작은 것이 바람직한데, 이는 물질 중 크기가 큰 고체 성분은 간극을 형성하여 임의의 용융물을 노상 내화물쪽으로 아래로 흐르게 하여 노상 내화물과 접촉하게 하기 때문이다. 따라서, 물질의 바람직한 크기는 4㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 2㎜ 이하이다.

초기 보호층을 형성하는 물질은, 바람직하게 본 발명에 따른 보조 원료를 공급하는 공급 장치로 노상으로 장입되는데, 공급 장치를 사용하면 노상의 폭방향으로 균일할 두께를 갖고 노상의 이동방향으로 연속적인 초기 보호층을 형성할 수 있기 때문이다.

전술한 바와 같이 환원 용융 과정에서 부산물로서 생성된 용융 또는 반용융 슬래그에 의해 점차로 대체된 슬래그 침착층의 표면 부분의 융점이 매우 낮은 경우, 비중이 높은 생성된 입상 금속 철은 침착층(T)으로 스며들어 배출하기 어렵게 된다. 이러한 이유로, 침착층(T)의 경도는 바람직하게 상기 입상 금속 철이 침착층(T)으로 스며들지 않을 정도로 유지된다. 따라서, 성형 원료에 혼입되는 슬래그 형성 성분의 조성을 성형 원료의 제조시 조절할 수 있어, 목적하는 융점을 갖는 슬래그를 부산물로서 제조할 것이다. 그러나, 부산물 슬래그의 융점이 매우 높은 경우, 고상 환원으로부터 생성된 금속 철은 용련 분리 단계에서 부산물 슬래그로부터 분리되기가 어렵다. 이는 생성물로서 금속 철의 순도를 감소시키기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 부산물 슬래그의 융점을 상대적으로 낮게 유지하면서, 복원된 슬래그 침착층(T)의 융점을 올려 금속 철이 침착층으로 스며드는 것을 가능한 방지하는 것을 연구하였다. 그 결과, 침착물의 융점을 올리는 작용을 하는 융점 조절 첨가제를 슬래그 침착층(T)의 표면 부분에 첨가하는 것이 효과적임이 밝혀졌다. 구체적으로, 이러한 융점 조절 첨가제를 목적하는 위치의 침착층(T)의 표면 부분에 간헐적으로 또는 연속적으로 첨가한 경우, 부산물 슬래그가 낮은 융점을 가질지라도 침착층(T)의 융점은 올라가고 침착층(T)이 경화됨으로써, 입상 금속 철이 침착층으로 스며드는 것을 가능한 방지하게 된다.

사용되는 융점 조절 첨가제의 종류는 부산물 슬래그의 조성에 따라 변하지만, 바람직한 융점 조절 첨가제의 예로는 알루미나를 포함하는 산화물 및 마그네시아를 포함하는 산화물을 들 수 있다. 이러한 바람직한 첨가제를 단독 또는 이들 중 2 이상의 조합으로 사용할 수 있다.

상기 융점 조절 첨가제는 제한없이 임의의 위치에서 부산물 슬래그의 조성에 따라 적합한 양으로 사용할 수 있다. 통상적으로, 융점 조절 첨가제를 성형 원료의 장입 지점에 인접한 위치 또는 환원 용융 대역의 적합한 위치에서 슬래그 침착층(T) 위로 주기적으로 또는 연속적으로 장입시킨다. 첨가제의 장입 방식에 대한 제한은 없지만, 본 발명에 따른 보조 원료를 공급하기 위한 공급 장치를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 냉각 가스의 냉각 재킷 또는 분무에 의해 노상의 하부 측면으로부터 슬래그 침착층(T)을 냉각하여, 침착층(T)을 금속 철이 침착층(T)으로 스며드는 것을 방지할 정도의 경도로 고형화하는 냉각 방법이 상기와 동일한 결과를 수득하는데 있어서 효과적이다. 냉각에 의해 야기되는 산화철의 가열 환원에 대한 장애는 이러한 냉각 방법에 의해 해결될 수 있으므로, 노상의 하부 측면부터 냉각하는 상기 방법을 이용하여 침착층(T)의 고형화를 용이하게 한다. 환원 융해로의 벽면에 탑재된 버너에 의해 발생하는 연소열 및 전술한 상기 노상으로부터의 복사열에 의해 산화철을 가열하고 환원시키므로, 노상의 표면 상의 슬래그 침착층(T)을 환원 과정 중에 노상의 하부 측면부터 강제로 냉각하더라도, 환원-용융 효율은 실질적으로 영향을 받지 않는다.

전술한 바와 같이, 과량의 슬래그 침착층(T)의 제거는 생성물로서 수득된 입상 금속 철의 배출기로서 작동하는 배출 수단, 또는 이러한 과량의 슬래그 침착층의 제거 전용 제거 수단에 의해 달성된다. 이러한 배출 수단 또는 제거 수단에 놓인 적재물을 최소화하고, 제거 후 표면을 가능한 평탄하게 만들기 위해서, 제거에 의한 제거시 슬래그 침착층이 고체-액체 공존 상태와 유사한 셔벳이 되도록 온도를 조절하는 것이 바람직하다. 이러한 온도 조절을 실현하는 수단으로는, 예를 들어 냉각 가스의 냉각 재킷 또는 분무에 의해 노상의 하부 측면부터 냉각하는 것이다.

슬래그 침착층으로부터 제거된 슬래그 침착물은 상당량의 미립자 철뿐만 아니라 슬래그 성분을 함유하고, 이러한 미립자 철은 철 순도가 높기 때문에, 상기 미립자 철은, 바람직하게 자기 선별기와 같은 임의의 바람직한 수단을 사용하여 제거된 슬래그 침착물로부터 분리됨으로써, 생성물 금속 철과 함께 수집된다.

본 발명의 다른 방식에서, 분위기 조절제를 성형 원료를 장입시키기 전에 보호층(28) 또는 슬래그 침착층(T) 위에 얇게 도포하는 것이 효과적이다. 환원된 철이 가열하는 동안에 연소로부터 발생하는 산화 가스(CO₂및 H₂O를 포함함)에 의해 재산화되는 것을 방지하고, 가열에 의한 고상 환원을 촉진하는데 있어서, 노의 분위기, 특히 성형 원료에 근접해서 존재하는 분위기의 환원력을 높이는 것이 효과적이다. 전술한 바와 같이 분위기 조절제를 노상 표면 위로 도포함으로써, 노의 분위기의 환원력을 높게 유지하여, 환원된 철의 재산화를 방지하면서 환원-용융을 효율적으로 촉진시킨다. 또한, 분위기 조절제는 금속 철이 슬래그 침착층(T)에 부착되는 것을 억제하는 작용을 하므로, 노상 표면으로부터 입상 금속 철의 배출을 용이하게 하여 그의 배출을 원활하게 한다.

도 22A 내지 22E는 분위기 조절제가 노상 위로 도포된 경우에 환원-용융이 진행되는 방법 및 노상의 자체-수선이 달성되는 방법을 설명하는 도식적인 단면도이다. 이 경우는, 분위기 조절제 층(C_L)이 슬래그 침착층(T) 위에 형성되고 성형 원료(G)가 그 위에 놓인 것은 제외하고는, 도 18A 내지 18E에서 나타낸 경우와 실질적으로 다르지 않다.

도 23A 및 도 23B는 분위기 조절제(C_L)가 노상 위에 도포된 경우 노상이 수선되는 방법을 설명하는 도식적인 단면도이다. 상기 방법은 다음과 같이 진행된다. 일단 분위기 조절제(C_L)를 슬래그 침착층(T) 위에 도포한 후, 성형 원료(G)를 분위기 조절제 층 위에 장입시키고, 성형 원료를 환원 용융시킨다(도 23A 참조). 슬래그 침착층(T) 및 분위기 조절제 층(C_L)의 내부 및 위에 침착된 미립자 철(Fe_s) 등의 양이 일정한 정도까지 증가할 때, 블레이드를 도 23B에서 나타낸 바와 같이 내려 분위기 조절제(C_L)와 함께 축적된 미립자 철(Fe_s)을 포함하는 슬래그 침착층(T)의 표면 부분을 제거하여 슬래그 침착층(T)을 수평으로 평탄하게 만든다.계속해서, 노상이 회전에 의해 원료의 공급 위치에 도달하기 전에 보조 원료 공급 장치(9)로부터 분위기 조절제(C_L)를 다시 소정의 두께로 장입시킨 후, 성형 원료(G)를 다시 장입시킨다. 이러한 방식으로, 연속 제조를 실현할 수 있다. 분위기 조절제의 장입 또는 공급시, 상기 공급 장치의 사용이 바람직하다.

도포될 분위기 조절제 층(C_L)의 두께에 대한 특별한 제한은 없지만, 매우 얇은 두께로도 성형 원료에 근접해서 존재하는 분위기의 환원력을 효과적으로 올리거나 노상 표면으로부터 입상 금속 철의 배출을 용이하게 하는데 충분할 것이다. 통상적으로, 약 1 내지 10㎜ 이하의 두께를 갖는 분위기 조절제 층(C_L)이 상기 목적을 만족시킨다. 실제로 간단하고 효과적인 방법으로서, 상기 융점 조절 첨가제의 적합한 양을 분위기 조절제(C_L)와 혼합하여, 분위기 조절제(C_L)의 상기 효과와 조합한 슬래그 침착층(T)의 융점 올림 효과를 수득하는 것이 바람직하다.

이후부터, 본 발명은 실시예에 의해 발명의 구성 및 이점을 구체적으로 설명할 것이다. 본 발명은 물론 하기 실시예로 제한되지 않고, 하기 실시예의 변화 또는 변형이 본 발명의 내용을 만족시키기만 한다면 변화 또는 변형을 실행할 수도 있다. 물론, 상기 변화 또는 변형은 본 발명의 기술적인 범위내이다.

실시예 1

철 공급원으로서 헤마타이트 철광석, 석탄 및 소량의 결합재(벤토나이트)를균일하게 혼합하여 약 19㎜의 직경을 갖는 성형 원료를 제조하고, 이러한 성형 원료를 사용하여 금속 철을 제조하였다. 구체적으로, 성형 원료를 도 1 내지 3에서 나타낸 바와 같이 회전식 노상형 환원 융해로에 장입시키고, 노의 분위기의 온도를 약 1350℃로 조절하여 금속화율이 약 90%에 도달할 때까지 고상 환원시킨다. 이러한 고상 환원에 이어서, 성형 원료를 분위기 온도가 1440℃로 설정되어 철의 침탄-용융-응집 및 부산물 슬래그의 분리가 일어나는 침탄-용융-응집 대역으로 이송하여 슬래그가 없는 금속 철을 수득하였다.

이 경우, 성형 원료를 장입시키기 전에 분위기 조절제로서 작용하는 2㎜ 이하의 입경을 갖는 입상 석탄 층을 노상 위에 약 5㎜의 두께로 미리 형성시켜 침탄-용융-응집 단계에서 분위기 가스의 환원도는 0.60 내지 0.75 범위내의 값이 되었다. 도 24는 상기 제조 방법에서 원료의 배합, 고상 환원의 완결시 환원된 철의 조성, 최종적으로 수득된 금속 철의 조성, 생성된 슬래그의 조성 등을 나타낸다.

용융-응집에 의해 슬래그로부터 실질적으로 완전히 분리된 금속 철을 냉각 대역으로 이송하여, 고형화를 위해 100℃로 냉각하고, 이렇게 고형화된 금속 철을 배출 수단에 의해 배출시킨다. 이렇게 수득된 금속 철, 부산물 슬래그 및 과량의 탄소 물질을 이들의 제조비 및 각각의 조성에 대해서 분석하였다. 또한, 침탄-용융 단계 직전에 환원 융해로로부터 환원된 철 샘플의 조성 분석에 따르면, 금속화율은 약 90%였고, 잔류 탄소의 양은 4.58%였다. 성형 원료를 노에 장입시켜서 상기 노로부터 금속 철을 제거하기까지의 시간은 약 9분으로 매우 짧았고, 생성된 금속 철은 C 2.88%, Si 0.25% 및 S 0.17%를 함유하였다. 따라서, 부산물 슬래그로부터 금속 철을 분리할 수 있었다. 최종적으로 수득된 금속 철의 외양은 도 25(사진)에서 나타낸다.

실시예 2

철 공급원으로서 마그네타이트 철광석, 석탄, 소량의 결합재(벤토나이트) 및 슬래그 염기도 조절 및 혼합물의 입상화를 위한 5% 양의 CaCO₃를 균일하게 혼합하여 약 19㎜의 직경을 갖는 성형 원료를 제조하였다.

분위기 조절제로서 입상 석탄(평균 입경: 약 3㎜) 층이 도포된 노상 위로 성형 원료를 장입시키고, 노의 분위기 온도를 실시예 1에서와 같이 약 1350℃로 유지시켜 금속화율이 약 100%에 도달할 때까지 고상 환원시킨다. 이러한 고상 환원에 이어서, 성형 원료를 분위기 온도가 1425℃로 설정되어 철의 침탄-용융-응집 및 부산물 슬래그의 분리가 일어나는 용융 대역으로 이송하여 슬래그가 없는 금속 철을 수득하였다. 도 26은 상기 제조 방법에서 원료의 배합, 고상 환원의 완결시 환원된 철의 조성, 최종적으로 수득된 금속 철의 조성, 생성된 슬래그의 조성 등을 나타낸다.

용융 및 응집에 의해 슬래그로부터 실질적으로 완전히 분리된 금속 철을 냉각 대역으로 이송하여, 고형화를 위해 100℃로 냉각하고, 이렇게 고형화된 금속 철을 배출 수단에 의해 배출시킨다. 이렇게 수득된 금속 철, 부산물 슬래그 및 과량의 탄소 물질을 이들의 제조비 및 각각의 조성에 대해서 분석하였다. 또한, 침탄-용융 단계 직전에 환원 융해로로부터 환원된 철 샘플의 조성 분석에 따르면, 금속화율은 약 92.3%였고, 잔류 탄소의 양은 3.97%였다. 성형 원료를 노에 장입시켜서 상기 노로부터 금속 철을 제거하기까지의 시간은 약 분으로 매우 짧았고, 생성된 금속 철은 C 2.10%, Si 0.09% 및 S 0.065%를 함유하였다. 이번 실험에서는 CaO 공급원을 성형 원료에 첨가하여 생성된 금속 철의 S 함량을 낮추었기 때문에, 실시예 1과 비교해서 향상된 S-함량 저하 효과를 수득하였다.

부산물 슬래그의 융점을 CaO 공급원의 첨가에 의해 낮추었기 때문에 고상 환원 단계의 후반에서 용융된 슬래그가 스며나올 우려가 있지만, 용융된 슬래그의 스며나옴으로 인한 노상 내화물의 부식 또는 마모의 문제는 발생하지 않았는데, 고상 환원 단계에서의 온도가 1200 내지 1400℃ 내로 설정되어 고상 환원 단계에서 높은 금속화율을 갖는 환원된 철을 제공하고, 이어서 온도를 1350 내지 1500℃ 범위내로 올리는 2-단계 가열 시스템을 적용하였고, 분위기 조절제로서 작용하는 석탄 분말 층을 노상 표면에 도포시켰기 때문이다.

고상 환원의 최종 단계에서 환원된 철 샘플을 상세히 현미경으로 관찰하여, 고농도 Fe-(Mn)-S가 임의의 CaO 공급원을 전혀 첨가하지 않은 실시예 1의 환원된 철 샘플의 표면에 존재하고, 이어서 침탄-용융 단계에서 용융된 철에 혼입되지만, CaO 공급원을 첨가한 실시예 2에서는 대부분의 S는 고상 환원의 최종 단계에서 CaO 공급원과 반응하고 고정되어, 침탄-용융 단계에서 S가 용융된 철로 혼입되는 것이 억제되는 것을 확인하였다.

분위기 조절제로서 2.0㎜ 이하의 입자 크기를 갖는 미세 석탄 분말을 사용한 것을 제외하고는 상기 실험에서와 같이 추가의 실험을 수행하였다. 상기 실험에서수득된 금속 철은 0.032%로 저하된 양의 S를 함유하는 것으로 확인되었다.

실시예 3

19 내지 20㎜의 입자 크기를 갖고, 석회암 5%와 합된 성형 원료를 사용하여, 실시예 2와 동일한 방식으로 고상 환원 및 침탄-용융-응집을 실시하여 입상 금속 철을 제조하였다. 상기 금속 철을 800℃로 냉각하고 노로부터 제거하였다. 계속해서, 동일한 온도로 유지된 금속 철을 철 공급원으로서 설철과 함께 전기로에 장입시키고, 그 안에서 용융시켰다. 사용된 철 공급원의 총량 중 금속 철의 비율은 약 40%였고, 설철과 균형을 이루었다.

그 결과, 전기로가 설철만으로 이루어진 원료의 용융시 448kWh/t을 소비하는 경우와 비교해서, 전기로의 전력 소비를 약 68kWh/t 만큼 줄였고, 생산성은 짧은 용융 시간으로 약 14% 개선되었음이 확인되었다. 또한, 금속 철은 0.018%로 저하된 양의 S을 함유하는 것으로 확인되었고, 이는 의도된 용융된 강철의 S 함량과 실질적으로 동등하였고, 따라서 전기로에 부과된 탈황 의무를 크게 완화시킬 수 있었고, 안전하고 효율적인 생산을 달성할 수 있었다. 또한, 금속 철은 실질적으로 슬래그가 없기 때문에, 상기 금속 철을 사용하여 낮은 불순물 함유물을 갖는 고품질의 용융된 강철을 생산하였다.

비교예 1

분위기 조절을 수행하고, 고상 환원으로 실질적으로 마무리가공된 미립자 환원된 철을 침탄 및 용융시키는 침탄-용융 대역에서 분위기 가스의 환원도가 0.35 내지 0.45 범위내인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 입상 금속 철을제조하였다. 상기 실험에서 생성된 금속 철은 상업적 가치가 낮은데, 도 27에서 나타낸 바와 같이 뒤얽힌 슬래그를 부분적으로 갖는 쉘-유사 형태이고, 약 90% 이하로 낮은 Fe 순도 및 낮은 C 함량(약 0.7% 이하)을 가졌기 때문이다.

이러한 결과로부터 자명한 바와 같이, 침탄-용융-응집 단계에서 분위기의 환원도가 0.5 보다 낮은 경우, Fe 순도가 높은 입상 금속 철을 수득할 수 없는데, 잔류 탄소가 분위기 가스에 의해 소모되고; 미세 및 활성 환원된 철이 재산화되기 쉽고; 환원된 철이 불충분한 침탄으로 인해 1500℃ 이하에서는 용융되기 어렵고; 부산물 슬래그의 분리가 효율적으로 진행되지 않기 때문이다.

실시예 4

분위기 조절제(탄소질 물질을 함유한 분말)를 도 9에서 나타낸 바와 같이 공급 장치(10)를 사용하여 이동식 노상형 노의 노상(1) 위에 공급하여 분위기 조절제 층을 형성하였다. 계속해서, 적어도 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질을 혼합하여 제조된 환원된 철의 분말상 원료를 보조 원료(분위기 조절제 층) 위에 공급하여 노상(1)과 직접 접촉하지 않게 하였다. 이어서, 분말상 원료를 승온에서 고상 환원시키고, 고상 환원으로부터 생성된 금속 철을 후속적인 가열에 의해 용융시켜 적어도 분말상 원료에 함유된 슬래그 성분을 분리하고 용융된 금속 철을 입상 철로 응집시켰다.

본 발명의 실시예 4에 따른 환원된 철 제조 방법으로, 얇고 연속적인 분위기 조절제 층을 원료 공급 장치(10)에 의해 노상(1) 위에 균일한 두께로 형성할 수 있고, 개선된 품질의 균질한 입상 철을 적은 비용으로 높은 수율로 수득할 수 있다.또한, 노상(1) 위에 균일한 두께로 형성된 얇고 연속적인 분위기 조절제 층은 노상(1)을 보호하면서 높은 금속화율에 도달하게 할 수 있다. 또한, 최소필요량의 분위기 조절제를 공급할 수 있으므로, 탄소질 물질 함유 분말의 비경제적인 사용을 회피할 수 있고, 동시에 환원된 철이 노상(1)과의 차이로 인해 불균질화되는 것을 방지할 수 있다.

이동식 노상형 노(11)가 회전식인 경우, 노상의 내부 원주 측면 및 외부 원주 측면 사이의 이동 속도 차가 생기면, 노의 분위기 가스가 다른 속도로 다르게 흐를 수 있다. 그러나, 상기 실시예에 따른 방법은, 이러한 차이로 인해 성형 원료 중 철의 환원된 상태가 변하는 것을 매우 효과적으로 방지한다.

실시예 4에서, 실시태양 1에 따라 원료 공급 장치(10)를 사용하여 분위기 조절제를 공급하여 분위기 조절제 층을 노상(1) 위에 형성한 후, 분말상 원료를 공급하여 성형 원료 층을 노상(1) 위에 형성하였다. 원료 공급 장치(10)는 구획 패널로 분할되지 않은 공급 도관을 갖는 원료 공급 장치, 또는 본 발명의 임의의 실시태양에 따른 한 원료 공급 장치로 대체될 수 있다. 적어도 산화철 함유 분말 및 탄소질 물질 함유 분말을 혼합하여 제조된 환원된 철의 분말상 원료를 포함하는 혼합된 분말, 및 탄소질 물질 함유 분말을 공급하더라도, 일정한 효과를 수득할 것으로 기대할 수 있다.

물론, 공급될 원료는, 분말 형태뿐만 아니라 적어도 작은 괴상 형태 또는 크기가 작은 펠렛 형태일 수도 있다.

실시예 5

본 실시예에 따른 환원된 철 제조 방법에서, 도 9에서 나타낸 공급 장치(10)를 사용하였다. 일단, 탄소질 물질 함유 분말을 이동식 노상형 노(11)의 노상(1) 위에 도포하여 노상(1) 위에 탄소질 물질 함유 분말 층을 형성하였다.

계속해서, 적어도 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질을 혼합하여 제조된 환원된 철의 분말상 원료를 공급하고 노상(1) 위에 층을 형성하여, 노상(1)과 직접 접촉하지 않게 하였다. 이어서, 환원된 철의 분말상 원료를 승온에서 고상 환원시키고, 고상 환원으로부터 생성된 금속 철을 후속적인 가열에 의해 용융시켜 적어도 분말상 원료에 함유된 슬래그 성분을 분리하고, 용융된 철 배출구를 통해 슬래그 성분으로부터 분리된 용융된 철을 배출시켰다.

이동식 노상형 노의 노상(1)에 구비된 용융된 철 배출구는, 예를 들어 용융된 철을 수집하고 저장하는 홈, 상기 홈의 저부에 위치한 용융된 철 배출구, 및 상기 용융된 철 배출구 아래에 위치한 슬라이드 밸브를 포함한다.

또한, 본 발명의 범위는 탄소질 물질 함유 분말을 원료 공급 장치(1)에 의해 노상(1) 위로 공급하여 탄소질 물질 함유 분말 층을 노상(2) 위에 형성하는 경우를 포함하고, 산화철 함유 분말 및 탄소질 물질 함유 분말을 혼합하여 수득된 혼합된 분말을 포함하는 환원된 철의 원료로부터 형성된 중간-크기 또는 대-크기 펠렛을 다른 공급 장치에 의해 탄소질 물질 함유 분말 층 위로 공급한다.

상기로부터 명백하게 이해할 수 있는 바와 같이, 실시예 4가 입상 철의 제조에 관한 것이고 실시예 5가 용융된 철의 제조에 관한 것인 것을 제외하고는 실시예 5는 실시예 4와 유사하므로, 실시예 5는 실시예 4의 이점과 유사한 이점을 제공할수 있다. 실시예 4에서, 원료 공급 장치(10)는 구획 패널로 분할되지 않는 공급 도관을 갖는 원료 공급 장치, 또는 도 10 내지 12에서 나타낸 실시태양에 따른 원료 공급 장치 중 하나로 대체될 수 있다. 적어도 산화철 함유 분말 및 탄소질 물질 함유 분말을 혼합하여 제조된 환원된 철의 분말상 원료를 포함하는 혼합된 분말, 및 탄소질 물질 함유 분말을 공급하더라도, 일정한 효과를 수득할 것으로 기대할 수 있다. 유사하게, 적어도 산화철 함유 분말 및 탄소질 물질 함유 분말을 혼합하여 제조된 환원된 철의 분말상 원료만을 공급하더라도, 일정한 효과를 수득할 것으로 기대할 수 있다.

물론, 공급될 원료는 크기가 작은 펠렛 형태일 수도 있다.

실시예 6

분위기 조절제(탄소질 물질을 함유하는 분말)를 도 9에서 나타낸 공급 장치(10)를 사용하여 이동식 노상형 노의 노상(1) 위로 공급하여 분위기 조절제 층을 형성하였다. 계속해서, 적어도 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질을 혼합하여 제조된 성형 원료(펠렛)를 도 9에서 나타낸 바와 같은 다른 공급 장치(나타내지 않았음)를 사용하여 보조 원료(분위기 조절제 층) 위에 공급하여 노상(1)과 직접 접촉하지 않게 하였다. 이어서, 성형 원료를 승온에서 고상 환원시키고, 고상 환원으로부터 생성된 금속 철을 후속적인 가열에 의해 용융시켜 적어도 원료에 함유된 슬래그 성분을 분리하고, 용융된 철을 입상 철로 응집시켰다.

실시예 6에 따른 환원된 철 제조 방법으로, 얇고 연속적인 분위기 조절제 층을 원료 공급 장치(10)에 의해 노상(2) 위에 균일한 두께로 형성할 수 있고, 개선된 품질의 균질한 입상 철을 적은 비용으로 높은 수율로 수득할 수 있다. 또한, 노상(1) 위에 균일한 두께로 형성된 얇고 연속적인 분위기 조절제 층은 노상(1)을 보호하면서 높은 금속화율에 도달하게 할 수 있다. 또한, 최소필요량의 분위기 조절제를 공급할 수 있으므로, 탄소질 물질 함유 분말의 비경제적인 사용을 회피할 수 있고, 동시에 환원된 철이 노상(1)과의 차이로 인해 불균질화되는 것을 방지할 수 있다.

이동식 노상형 노(11)가 회전식인 경우, 노상의 내부 원주 측면 및 외부 원주 측면 사이의 이동 속도 차가 생기면, 노의 분위기 가스가 다른 속도로 다르게 흐를 수 있다. 그러나, 상기 실시예에 따른 방법은, 이러한 차이로 인해 성형 원료 중 철의 환원된 상태가 변하는 것을 매우 효과적으로 방지한다.

실시예 6에서, 실시태양 1에 따라 원료 공급 장치(10)를 사용하여 분위기 조절제를 공급하여 분위기 조절제 층을 노상(1) 위에 형성한 후, 성형 원료를 공급하여 성형 원료 층을 노상(10) 위에 형성하였다. 원료 공급 장치(10)는 구획 패널로 분할되지 않은 공급 도관을 갖는 원료 공급 장치 또는 본 발명의 임의의 실시태양에 따른 한 원료 공급 장치로 대체될 수 있다.

실시예 7

본 실시예에 따른 환원된 철 제조 방법에서, 도 9에서 나타낸 공급 장치(10)를 사용하였다. 일단, 탄소질 물질 함유 분말을 이동식 노상형 노(11)의 노상(1) 위에 도포하여 노상(1) 위에 탄소질 물질 함유 분말 층을 형성하였다.

계속해서, 적어도 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질을 혼합하여 제조된 환원된 철의 분말상 원료로부터 제조된 성형 원료(펠렛)를 공급하고 노상(2) 위에 층을 형성하여 노상(2)과 직접 접촉하지 않게 하였다. 이어서, 환원된 철의 성형 원료를 승온에서 고상 환원시키고, 고상 환원으로부터 생성된 금속 철을 후속적인 가열에 의해 용융시켜 적어도 분말상 원료에 함유된 슬래그 성분을 분리하고, 용융된 철 배출구를 통해 슬래그 성분으로부터 분리된 용융된 철을 배출시켰다.

이동식 노상형 노의 노상(1)에 구비된 용융된 철 배출구는, 예를 들어 용융된 철을 수집하고 저장하는 홈, 상기 홈의 저부에 위치한 용융된 철 배출구, 및 상기 용융된 철 배출구 아래에 위치한 슬라이드 밸브를 포함한다.

상기로부터 명백하게 이해할 수 있는 바와 같이, 실시예 6이 입상 철의 제조에 관한 것이고 실시예 7이 용융된 철의 제조에 관한 것인 것을 제외하고는, 실시예 7은 실시예 6과 유사하므로, 실시예 7은 실시예 6의 이점과 유사한 이점을 제공할 수 있다. 실시예 6에서, 원료 공급 장치(10)는 구획 패널로 분할되지 않는 공급 도관을 갖는 원료 공급 장치 또는 도 10 내지 12에서 나타낸 실시태양에 따른 원료 공급 장치 중 하나로 대체될 수 있다.

본 발명에 따르면, 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질로서, 노 더스트, 전기로 더스트, 밀 스케일(mill scale), 슬러지, 강철 밀 더스트 등을 사용할 수 있다.

이렇게 구성된 본 발명에 따라, 환원된 철의 재산화를 최소화함으로써 생성된 금속 철의 Fe 순도를 증가시킬 수 있지만, 특히 고상 환원 단계 이후의 침탄-용융-응집 단계에서 분위기 가스를 적합하게 조절하여 부산물 슬래그를 금속 철로부터 실질적으로 완전히 분리할 수 있다. 또한, 본 발명은, 용융된 슬래그의 스며나옴 및 생성된 용융된 FeO로 인한 노상 내화물의 부식 또는 마모를 최소화함으로써, 철 순도가 높은 입상 금속 철을 연속 제조에 의해 효율적으로 제조할 수 있게 한다.

실제 본 발명에서, CaO 공급원의 적합한 양을 제조시 성형 원료에 의도적으로 첨가하여 생성된 슬래그의 염기도를 증가시키면, 탄소 물질로부터 발생하는 황을 슬래그에 의해 효과적으로 포획할 수 있어, 금속 철 중 생성된 황 함량을 낮추고, 이후에 부과될 탈황 의무를 완화시킬 수 있다. 또한, SO_x의 형태로 노로부터 배출된 황의 양을 가능한 많이 감소시켜, 배출 가스가 탈황된다면 부과되는 탈황 의무를 줄일 수 있다.

철제조-강철제조 전체 생산 시스템이, 환원 용융 장치에 인접해서 위치한 강철제조용 노를 갖도록 구성되고, 철 공급원으로서 고온 금속 철 또는 추가의 가열에 의해 용융된 고온 금속 철을 사용하는 경우, 이러한 제조 시스템은 상기 금속 철에 의해 보유된 열을 효율적으로 이용할 수 있으므로, 실제 제조에 있어서 매우 적합하다.

또한, 본 발명에 따르면, 성형 원료로부터 생성된 슬래그 성분을 이동식 노상형 환원 융해로의 노상 내화물 위에 침착시키고, 생성된 슬래그 침착층을 제조하는 동안에 주기적으로 또는 연속적으로 제거함으로써, 침착층의 손상된 표면을 자체-수선하여 노상 표면을 평탄하게 영구적으로 유지하면서 미립자 금속 철이 연속제조시 슬래그 침착층 위에 부착 또는 침착되는 것을 방지한다. 따라서, 초기에-구비된 노상 내화물의 실질적인 손상없이 연속 제조를 달성할 수 있지만, 노상 보존 주기를 길게 연장시킴으로써 연속 제조 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 노상의 수선은 제조하는 동안에 생성된 슬래그를 효율적으로 이용하는 자체-수선 작용에 의해 달성되므로, 제조의 개시에 초기 보호층을 형성하기 위한 물질을 제외하고는 외부로부터 어떠한 수선 물질도 공급할 필요가 없으므로, 상기 방법은 매우 비용 효율적이다. 초기 보호층을 형성하기 위한 물질로서 재순환된 슬래그를 사용한다면, 상기 방법은 더욱 비용 효율적이 된다.

본 발명의 공급 장치는 노상 위에 실질적으로 균일한 두께를 갖는 보조 원료 연속층을 목적하는 두께로 형성시킬 수 있다. 도관은 노상의 폭방향으로 분할될 수 있으므로, 공급되는 보조 원료의 양을 도관의 각각의 구획의 개방을 조절하여 변화시킴으로써, 회전식 노상이더라도 노상의 폭방향으로 실질적으로 균일한 두께를 갖는 얇고 연속적인 보조 원료 층을 형성할 수 있다. 따라서, 노에서 레벨러 또는 스무더와 같은 층 두께 조절 수단을 제공할 필요가 없으므로, 제조에 비용이 덜 든다. 또한, 본 발명의 공급 장치를 사용하여 노상 위로 보조 원료를 공급한다면, 상기 보조 원료가 도관의 내벽 표면에 부착되는 것을 방지하여, 도관이 막히고 침착된 보조 원료가 덩어리로 떨어지는 것과 같은 문제를 효과적으로 회피하게 된다.

지금까지 본 발명의 특정 바람직한 실시태양을 상세히 기술하였지만, 당해 기술분야의 숙련자에게 자명한 바와 같이, 일정한 변화 또는 변형은 하기 첨구범위에 의해 한정된 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 실시태양에서 실시될 수 있다.

Claims (36)

1. 환원 융해로에서 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질을 포함하는 성형 원료를 가열하여 성형 원료에 함유된 산화철을 고상 환원시키는 단계; 및 고상 환원 단계로부터 생성된 환원된 철을 탄소질 환원제에 함유된 탄소로 침탄시켜 환원된 철을 용융시키는 한편, 성형 원료에 함유된 맥석 성분을 분리하고 생성된 용융 금속 철을 입상 금속 철로 응집시키는 단계를 포함하되, 상기 침탄-용융 단계에서 성형 원료에 인접해서 존재하는 분위기 가스가 0.5 이상의 환원도를 갖는, 입상 금속 철의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   적어도 성형 원료가 용융되기 전에, 탄소질 물질의 분위기 조절제를 환원 융해로의 노상 위에 장입시키는 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   분위기 조절제가 3㎜ 이하의 평균 입경을 갖고, 상기 조절제를 노상 위에 7㎜ 이하의 두께로 장입시키는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   성형 원료를 그의 제조 동안에 산화칼슘 공급원과 혼합하여 성형 원료에 함유된 슬래그 형성 성분의 염기도(CaO/SiO₂)를 0.6 내지 1.8 범위의 값으로 조절하여, 성형 원료에 함유된 황을 제조 동안에 생성된 슬래그에 고정시킴으로써, 황 함량이 낮은 입상 금속 철을 수득하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

   환원 융해로가 노상의 이동방향으로 2개 이상의 구획으로 분할된 이동식 노상형 환원 융해로이되, 여기서 이동방향상 업스트림 측의 구획이 고상 환원을 위해 사용되고, 이동방향상 다운스트림 측의 다른 구획이 침탄 및 용융을 위해 사용되고; 각각의 구획이 구획에 따라 내부의 온도 및 분위기 가스 조성이 조절되도록 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   침탄 및 용융 구획의 온도가 고상 환원 구획의 온도 보다 50 내지 200℃ 높은 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,

   고상 환원 단계의 최종 단계에서 산화철이 80% 이상의 환원율 및 3.5% 이상의 잔류 탄소 함량을 갖는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 입상 금속 철을 강철제조용 노에 장입시킴을 포함하는 용융된 강철의 제조 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   강철제조용 노에 장입되는 금속 철의 온도를 800℃ 이상으로 유지하는 방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    강철제조용 노에 장입시키기 전에 입상 금속 철을 용융하는 방법.
11. 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질을 포함하는 성형 원료를 이동식 노상형 환원 융해로에 공급하는 단계; 상기 성형 원료를 가열하여 산화철을 환원 용융시키는 단계; 및 생성된 금속 철을 냉각한 후 배출하여 수집하는 단계를 포함하되, 여기서 환원 용융 과정에서 생성된 슬래그 함유 침착층이 노상 내화물 위에 형성되어, 노상 내화물을 보호하면서 금속 철을 제조하는 금속 철의 제조 방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    제거 수단에 의해 주기적으로 또는 연속적으로 침착층에 잔류하는 금속 철과 함께 침착층을 완전히 또는 부분적으로 제거하는 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    제거 수단이 제조된 금속 철의 배출기를 포함하는 방법.
14. 제 12 항에 있어서,

    제거 수단인 블레이드의 위치와 노상 내화물의 표면 사이의 공간을 조절함으로써 침착층의 두께를 조절하는 방법.
15. 제 11 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서,

    침착층의 표면 부분에, 침착층을 형성하는 침착물의 융점을 조절하기 위한 첨가제를 주기적으로 또는 연속적으로 공급하는 방법.
16. 제 12 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 있어서,

    고체-액체 공존 상태로 변화시킨 후 침착층을 제거하는 방법.
17. 제 11 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서,

    환원 융해로의 노상의 저부를 강제로 냉각시켜, 침착층의 고형화 및 형성을 촉진하는 방법.
18. 제 11 항 내지 제 17 항중 어느 한 항에 있어서,

    환원 융해로의 작동 개시 단계에서 초기 보호층을 노상 내화물 상에 미리 형성하는 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    초기 보호층이 알루미나를 함유한 산화물을 포함하는 방법.
20. 제 18 항에 있어서,

    초기 보호층이, 환원 과정에서 생성된 슬래그와 실질적으로 동일하도록 미리 조절된 조성을 갖는 광석 혼합물, 또는 재순환된 슬래그를 포함하는 방법.
21. 제 11 항 내지 제 20 항중 어느 한 항에 있어서,

    환원 융해로의 작동 동안에 침착층의 표면에 형성된 움푹 들어간 곳을, 환원 과정 중에 생성된 슬래그와 실질적으로 동일하게 미리 조절된 조성을 갖는 광석 혼합물 또는 재순환된 슬래그로 충전시켜 침착층을 수선하는 방법.
22. 제 11 항 내지 제 21 항중 어느 한 항에 있어서,

    분위기 조절제를 노상 위에 미리 도포하여, 성형 원료를 공급하기 전에 노상 위에 층을 형성하는 방법.
23. 제 15 항에 있어서,

    융점 조절 첨가제를 분위기 조절제와 혼합하는 방법.
24. 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질을 포함하는 성형 원료를 가열하여 성형 원료에함유된 산화철을 고상 환원시키는 단계; 및 고상 환원 단계로부터 생성된 환원된 철을 탄소질 환원제에 함유된 탄소로 침탄시켜 환원된 철을 용융시키는 한편, 성형 원료에 함유된 맥석 성분을 분리하고 생성된 용융 금속 철을 입상 금속 철로 응집시키는 단계에 의해, 입상 금속 철을 제조하기 위한 이동식 노상형 환원 융해로의 노상으로 보조 원료를 공급하기 위한 장치로서, 노의 천장 부분과 수직으로 연결된 공급 도관을 포함하는 장치.
25. 제 24 항에 있어서,

    공급 도관에 노상의 폭방향으로(노상의 이동방향과 교차하는 방향으로) 임의의 간격으로 하나 이상의 구획 부재에 의해 구획된 내부 공간이 구비되어, 다수의 분할 도관이 형성되고, 각 분할 도관의 내부가 인접한 분할 도관과는 독립적인 장치.
26. 제 25 항에 있어서,

    각 분할 도관에 공급구가 각각 구비된 장치.
27. 제 26 항에 있어서,

    공급구에 공급기가 구비된 장치.
28. 제 24 항 내지 제 27 항중 어느 한 항에 있어서,

    비활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급구를 갖는 공급 도관이 형성된 장치.
29. 제 25 항 내지 제 28 항중 어느 한 항에 있어서,

    비활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급구를 갖는 하나 이상의 분할 도관이 형성된 장치.
30. 제 24 항 내지 제 29 항중 어느 한 항에 있어서,

    공급 도관의 적어도 연결 부분에 인접한 부분에 냉각 수단이 구비된 장치.
31. 제 24 항 내지 제 30 항중 어느 한 항에 있어서,

    공급 도관이 부착 방지를 위해 처리된 내벽을 갖는 장치.
32. 제 2 항에 따른 방법을 수행하는데 있어서 노상 위에 분위기 조절제를 장입시키는 방법으로서, 노의 천장 부분과 수직으로 연결된 공급 도관을 통해 분위기 조절제를 장입시킴을 포함하는 방법.
33. 제 15 항에 따른 방법을 수행하는데 있어서 노상 위에 융점 조절 첨가제를 장입시키는 방법으로서, 노의 천장 부분과 수직으로 연결된 공급 도관을 통해 융점 조절 첨가제를 장입시킴을 포함하는 방법.
34. 제 18 항에 따른 방법을 수행하는데 있어서 노상 위에 초기 보호층을 형성하는 물질을 장입시키는 방법으로서, 노의 천장 부분과 수직으로 연결된 공급 도관을 통해 상기 물질을 장입시킴을 포함하는 방법.
35. 제 22 항에 따른 방법을 수행하는데 있어서 노상 위에 분위기 조절제를 장입시키는 방법으로서, 노의 천장 부분과 수직으로 연결된 공급 도관을 통해 분위기 조절제를 장입시킴을 포함하는 방법.
36. 탄소질 환원제 및 산화철 함유 물질을 포함하는 원료를 가열하여 원료에 함유된 산화철을 고상 환원시키는 단계; 및 고상 환원 단계로부터 생성된 환원된 철을 탄소질 환원제에 함유된 탄소로 침탄시켜 환원된 철을 용융시키면서, 원료에 함유된 맥석 성분을 분리하는 단계에 의해 금속 철을 제조하기 위한 이동식 노상형 환원 융해로의 노상으로 원료를 공급하기 위한 장치로서, 노의 천장 부분과 수직으로 연결된 공급 도관을 포함하는 장치.