KR20020077934A - 직접제련 방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR20020077934A
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테크놀라지칼 리소시스 피티와이. 리미티드.
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    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Abstract

본 발명은 용융 욕을 이용하는 직접제련방법에 의해 철 함유 공급물질로부터 철 함유 금속을 생산하기 위한 방법을 개시한다. 상기 방법은 적어도 하나의 랜스(27)를 통해서 200-600 m/s의 속도로, 하나의 수평축에 대하여 20 내지 90도의 각도로 그리고 800-1400℃의 온도로 야금 용기에 대해 하향으로 예열된 공기를 주입함을 특징으로 한다. 상기 방법은, 랜스 하단부의 영역에서 용융된 물질을 상기 랜스에서 떨어지도록 하여 상기 상승된 욕에서의 용융 물질의 농도보다 더 낮은 용융 물질의 농도를 갖는 상기 랜스의 하단부 주변에 일종의 "자유" 공간을 형성한다. 상기 랜스는 또한, (i) 랜스가 적어도 랜스 하단부의 외경 만큼의 거리로 상기 용기 안으로 신장되도록; 그리고 (ii) 상기 랜스의 하단부가 용융 욕의 정지표면 위로 상기 랜스 하단부의 외경의 적어도 3배가 되도록 배치된다.

Description

직접제련 방법 및 그 장치{DIRECT SMELTING PROCESS AND APPARATUS}
반응가스의 적절한 후연소(post combustion)가 없고 또한 상기한 용융 욕으로의 후속적인 실질적인 열 전이가 없다면, 상기 욕(bath)을 이용하는 직접제련 공정, 특히 예비환원과정이 결여된 공정들은 철 함유 공급물질의 환원시의 흡열반응 때문에 비경제적으로 되거나 심지어는 많은 경우에는 작동이 불가능하게 된다. 예열 공기식 시스템에 대하여 산소방식 후연소 시스템(대략 50% O2농도의 비순수 산소를 포함)은 이탈가스(offgas) 체적의 최소화와 같은 장점을 보유하지만 다량의 산소를 공급함에 있어서 또한 고비용이 필요하게 된다.
다른 필요조건은, 상기 공정이 비효율적으로 진행될 때 양호한 후연소를 도모하기 위하여 용융 욕에 있어서 용해된 철 함유 금속의 상당한 양의 재산화(re-oxidation)를 대가로 해서는 안 된다는 것인데, 여기서 과도한 양의 고체 탄소질 물질이 그러한 산화를 상쇄시킬 필요가 있게 된다. 게다가, 상기한 용융 욕에서의 과도하게 많은 양의 액체 FeOx(주로 FeO)는 용해된 철함유 금속물질의 명목적인(nominal) 정지표면 레벨과 전체적인 상기 욕의 레벨 사이의 영역에서의 내화성 마멸에 특히 치명적이다.
용융된 철 함유 금속을 생산하기 위한 용융 욕에 기초한 기존의 직접제련공정 중의 하나는 소위 DIOS 공정이다. 이 DIOS 공정은 예비환원과정과 용해환원과정을 포함하여 이루어진다. 상기 DIOS 공정에 있어서 원광석(-8mm)은 750℃로 예열되어 금속과 슬래그의 용융 욕을 함유하는 용융 환원용기로부터의 이탈가스를 활용하여 액화된 층에서 예비환원(10 내지 30%) 되는데, 여기서 상기 슬래그는 금속 상에 깊은 층을 형성하게 된다. 미세하거나(-3mm) 또한 조악한(-8mm) 원광석 성분들은 상기 공정중의 예비환원과정에서 서로 분리된다. 그 다음, 석탄과 예열 및 예비환원 처리된 원광석(두 개의 공급라인을 통해 공급됨)은 용광로의 상부로부터 용융 환원로에 연속적으로 공급된다. 원광은 용해되어 슬래그의 깊은 층에서 FeO를 형성하고, 석탄은 슬래그 층에서 숯(차르:char)과 휘발성 물질로 분해된다. 거품이 생긴 슬래그에서 이차적인 연소를 촉진하는 특별한 형태의 랜스(창)를 통해 공기가 취입된다. 산소는 용해환원반응으로써 생성되는 연소된 일산화탄소를 분출시켜 용해된 슬래그에 전달되는 열을 발생한다. 상기한 FeO는 슬래그/금속 및 슬래그/차르 계면에서 환원된다. 용융 환원용기의 바닥으로부터 고온의 금속 욕으로 투입되는 교반(stirring) 가스는 열전달의 효율을 향상시키고 환원을 위한 슬래그/금속 계면을 증가시킨다. 슬래그 및 금속은 주기적으로 추출된다.
용융 철함유 금속을 생산하기 위한 기존의 직접제련공정 중의 다른 하나는 소위 AISI 공정이다. 이 AISI 공정도 또한 예비환원과정과 용해환원과정을 포함하여 이루어진다. 상기 AISI 공정에 있어서는 예열된 그리고 부분적으로 예비환원된 철광석 덩어리(pellet)들, 석탄 또는 코크스 분말 및 유동체가 금속 및 슬래그의 용융 욕을 함유하는 압력화 용해 반응기에 상부에서부터 투입된다. 석탄은 슬래그 층에서 액화되고 철광석 덩어리들은 슬래그로 용융되어 슬래그에서 탄소(차르)에 의해 환원된다. 높은 가스 발생율에 의해 슬래그에 거품이 초래된다. 상기 공정에서 발생되는 일산화탄소와 수소는 슬래그 층에서 또는 바로 그의 상부에서 후연소되어 흡열성 환원반응을 위하여 필요한 에너지를 제공하게 된다. 산소가 중앙의 수냉식 랜스(lance)를 통해 상부에서 취입되고 질소가 반응기의 저부에서 바람구멍(통풍구: tuyeres)을 통해 주입되어 욕에 대한 후연소 에너지의 열전달을 촉진하기 위한 충분한 교반작용을 보장해 준다. 공정의 이탈가스는 고온의 사이클론(cyclone)에서 먼지가 제거된 다음에 FeO 또는 우스타이트(wustite)를 만들기 위한 상기한 원광석 덩어리들의 예열 및 예비환원을 위한 샤프트형의 노(furnace)에 공급된다.
용해된 철함유 금속을 생산하기 위한 기존의 직접제련공정 중의 또 다른 하나는 소위 HIsmelt 공정이다. 이러한 HIsmelt 공정 중의 한 형태는 본원 출원인의 국제출원 제PCT/AU96/00179호(국제공개 WO 96/31672호)에 상세히 기술되어 있는데, 이 공정은 주로 다음과 같은 과정을 포함하여 이루어진다:
(a) 용기에 금속과 슬래그의 용융 욕을 형성하는 단계;
(b) 상기 욕에,
(i) 철함유 원료물질, 전형적으로는 금속산화물, 및
(ii) 상기 금속산화물의 환원제 및 에너지원으로서 작용하는 고체 탄소질 물질, 전형적으로는 석탄을 투입하는 단계; 및
(c) 상기 철함유 원료물질을 용융 욕의 금속층에서의 금속으로 용융하는 단계.
상기 HIsmelt 공정은 또한 산소함유 가스를 상기 욕 상부의 공간으로 주입시켜 상기 욕으로부터 방출된 CO 및 H2와 같은 반응가스를 후연소하고, 발생된 열을 상기 욕에 전달하여 금속을 함유하는 원료물질을 용해하기 위해 필요로 하는 열에너지에 기여하도록 하는 과정을 포함하여 이루어진다.
본원 출원인은 상기한 HIsmelt 공정에 대한 광범위한 시험플랜트 작업 및 컴퓨터에 의한 유체역학적 모델링 작업을 실시하였으며, 그 결과 예열공기식 시스템에 관련하여 일련의 현저한 발견을 성취하였다.
본 발명은 용융 욕(molten bath)에 기초한 직접제련 방법 및 용융된 철을 함유하는 금속(이 용어는 철합금을 포함한다)을 생산하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 이것에 한정되는 것은 아니지만, 상기한 용융 욕에서 발생되는 반응가스(주로 CO 및 H2)를 후연소(post-combustion)하기 위한 예열 공기식(대략 50% O2농도의 산소가 농후한 공기를 포함함) 시스템을 사용하는 금속함유 폐기물 스트림(waste stream), 원광석 및 부분환원 원광석과 같은 철함유(ferrous) 원료공급물질로부터 철을 생산하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법 및 장치의 바람직한 실시예를 개요적으로 도시하는 수직 단면도이다;
도 2는 도 1에 개시된 고온의 공기 주입 랜스를 통해 본 길이방향의 단면도이다;
도 3은 랜스의 전방 단부를 통해 본 확대된 길이방향의 단면도이다;
도 4는 도 3의 절개선 4-4에 따른 단면도이다;
도 5는 도 3의 절개선 5-5에 따른 단면도이다;
도 6은 도 5의 절개선 6-6에 따른 단면도이다;
도 7은 도 6의 절개선 7-7에 따른 단면도이다;
도 8은 랜스의 전방 단부와 함께 배치된 중앙부 몸체(body)의 전방부분에 형성된 유수 통로를 도시한다;
도 9는 랜스의 전방 부분에 있는 네 개의 소용돌이 유동 날개(vane) 및 상기중앙부 몸체를 위한 입구 및 복귀(return) 유수 통로들의 구성을 도시하는 전개도이다; 그리고
도 10은 랜스의 후방 부분을 통해 본 확대된 단면도이다.
일반적인 견지에서 본 발명의 목적은 철 함유 원료물질로부터 철 함유 금속을 생산하기 위한 직접제련 방법 및 장치를 제공함에 있는데, 상기한 방법은 다음의 과정을 포함하여 이루어진다:
(a) 야금 용기에 용융된 금속과 슬래그의 용융 욕을 형성하는 과정;
(b) 상기 용융 욕에 철 함유 원료물질을 투입하고 상기 철 함유 원료물질을 용해하여 용융 욕의 금속으로 만드는 과정;
(c) 고체 탄소질 물질을 상기 용융 욕에 투입하는 과정;
(d) 상기 용융 욕의 정지표면 위쪽으로 용융된 물질을 이송하여 상승된 욕을 형성하는 상기 욕에 있어서 투입된 물질의 반응에 의해서 적어도 부분적으로는 용융 욕에서의 가스의 유동을 일으키는 과정; 및
(e) 상기 용기에 예열된 공기를 투입함으로써 그것이 상기한 상승된 욕에 닿거나 또는 그를 통과하도록 하고 상기 상승된 욕 내에 함유된 또는 그로부터 방출된 반응가스를 후연소하도록 하는 한편, 그렇게 함으로써 상기 용융 욕에 대한 열전달을 촉진하는 과정.
상기한 직접제련방법은 또한 수평축에 대하여 20 내지 90도의 각도로 그리고 적어도 하나의 랜스를 통해 200-600 m/s의 속도 및 800-1400℃의 온도로 상기 용기에 하향으로 예열된 공기를 주입함을 특징으로 하며, 랜스 하단부의 영역에 있는 상기한 상승된 욕에 존재하는 용융된 물질을 상기 랜스에서부터 떨어지도록 함과 아울러 상기 상승된 욕에서의 용융 물질의 농도보다 더 낮은 용융 물질 농도를 갖는 상기 랜스의 하단부 주변의 "자유" 공간을 형성하도록 함을 특징으로 하며, 한편 상기 랜스는 (i) 상기 랜스가 적어도 랜스 하단부의 외경 만큼의 거리로 상기용기 안으로 신장되고, 또한 (ii) 상기 랜스의 하단부가 용융 욕의 정지표면 위로 랜스 하단부의 외경의 적어도 3배가 되도록 위치함을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 랜스의 하단부 주변의 자유공간에서 용융 물질의 농도는 상기 공간의 체적대비 대략 5% 또는 그 이하로 한다.
바람직하게는, 상기 랜스의 하단부 주변의 자유공간은 상기 랜스의 하단부 외경의 적어도 2배에 해당하는 직경을 갖는 반구형의 체적을 갖도록 한다.
바람직하게는, 상기 랜스의 하단부 주변의 자유공간의 직경은 상기 랜스의 하단부 외경의 단지 4배가 되도록 한다.
바람직하게는 상기 예열된 공기의 산소체적의 적어도 50%, 더 바람직하게는 그의 60%는 상기 랜스의 하단부 주변의 자유공간에서 연소되도록 한다.
바람직하게는, 상기 방법은 소용돌이치는 동작으로 상기 용기에 예열된 공기를 주입하는 과정을 포함한다.
상기한 용어 "제련(smelting)"은 열적 공정을 의미하는 것으로 여기서 이해되어야 할 것인데, 이것은 액체 금속을 생산하기 위하여 철함유 원료물질을 환원하는 일련의 화학적 반응들이 일어나는 공정을 의미한다.
상기한 용어 "정지표면(quiescent surface)"은 어떠한 기체/고체의 투입이 없어서 욕의 교반(agitation)이 존재하지 않는 공정조건 하에서 관련된 용융 욕의 표면을 의미하는 것으로 여기서 이해될 것이다.
전술한 바와 같이, 상기한 용어 "공기(air)"는 일반적인 공기 또는 산소체적 50% 정도까지의 산소를 함유하는 산소농후 공기를 의미하는 것으로 이해되어야 할것이다.
바람직하게는, 상기 용융 욕에서의 겉보기(superficial) 가스 유동율은 용융 욕의 정지표면의 적어도 0.04 N㎥/s/㎡이다.
바람직하게는, 상기 겉보기 가스 유동율은 용융 욕의 정지표면의 적어도 0.2 N㎥/s/㎡이다.
바람직하게는, 상기 겉보기 가스 유동율은 용융 욕의 정지표면의 2 N㎥/s/㎡ 이하이다.
용융 욕에서의 가스유동은 하나 또는 다수의 소정의 요인들에 의해 야기될 수 있다. 예를 들면, 가스유동은 용융 욕으로, 바람직하게는 그것의 하부영역으로의 철함유 원료물질 및 고체 탄소질 물질의 투입의 결과 적어도 부분적으로는 발생될 수가 있다. 더 예를 들자면, 상기한 가스유동은 용융 욕으로, 더 바람직하게는 그것의 하부영역으로, 주입된 철함유 원료물질 및/또는 고체 탄소질 물질과 함께 캐리어 가스의 투입의 결과로서 적어도 부분적으로는 발생될 수 있다. 더욱 예를 들자면, 상기한 가스유동은 용융 욕으로, 더 바람직하게는 그것의 하부영역으로 가스의 저부 및/또는 측벽에서의 투입의 결과로서 적어도 부분적으로는 발생될 수도 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 용융된 철에서의 용해된 탄소의 레벨을 적어도 3wt% 정도가 되도록 제어하는 한편, 강한 환원조건에서의 슬래그를 6wt% 이하의 FeO 레벨, 더욱 바람직하게는 5wt% 이하의 FeO 레벨에 달하도록 유지하는 과정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 용기에서의 용해된 철함유 금속에 대비하여 높은 슬래그 재고를 용기 내에서 유지하도록 하는 과정을 포함한다.
용기에서의 슬래그의 양, 즉 슬래그 재고량은 용융 욕의 상부영역에 있는 슬래그의 양에 대한 직접적인 영향을 갖게 된다.
금속에 대비하여 슬래그의 상대적으로 낮은 열전달 특성은 상기 용기의 측벽을 통한 용기로부터 그리고 수냉식 측벽으로의 열손실을 최소화하기 위한 관점에서 중요하다.
적절한 공정제어를 통해서 슬래그는 상기 측벽으로부터의 열손실을 막아주는 측벽 상에 하나의 층 또는 다수의 층들을 형성할 수 있다.
따라서, 슬래그의 재고량을 변경함으로써 측벽 상의 슬래그 양을 감소하거나 또는 증가하는 것이 가능하고 이에 따라서 상기 용기의 측벽을 통한 열손실을 제어할 수가 있게 된다.
상기한 슬래그는 측벽 상에 "습성(wet)" 층 또는 "건성(dry)" 층을 형성한다. 상기 습성 층은 측벽에 고착하는 동결 층, 반고체(mush) 층 및 외부 액체 필름을 포함한다. 한편, 상기한 건성 층은 모든 슬래그가 실질적으로 동결되어 있는 하나의 층을 일컫는다.
상기 용기에서의 슬래그의 양은 또한 후연소의 정도에 대한 제어의 측정방법을 제공한다.
구체적으로 말하면, 슬래그 재고량이 너무 낮으면, 금속의 노출이 증가될 것이고 이에 따른 금속과 금속에 있어서 용해된 탄소의 산화가 증가될 것이며, 금속층에 대한 열전달에 있어 금속이 갖는 긍정적인 효과에도 불구하고 후연소를 위한 포텐셜(potential)이 감소하게되고 이에 따른 후연소의 감소가 초래될 것이다.
첨언하면, 슬래그 재고량이 너무 높으면, 하나 또는 다수의 예열공기 주입 랜스가 용융 욕에 묻히게 되고 이것은 상기한 랜스 또는 각각의 랜스의 단부에 대한 상부공간 반응기체의 운동을 최소화하게 되므로 그 결과 후연소를 위한 포텐셜을 감소시키게 된다.
상기 용기에 있어서 슬래그의 양, 즉 슬래그 재고량은 금속 및 슬래그의 취출율(tapping rate)에 의해 제어될 수 있다.
용기에서의 슬래그의 생산은 용기에 대한 철함유 원료물질, 탄소질 물질 및 플럭스의 공급율을 변경함으로써 그리고 산소함유 가스 주입율과 같은 변수들을 조작함으로써 제어할 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 환원제로서 그리고 에너지원으로서 작용하는 철함유 물질 및 탄소함유 물질을 상기한 용융 욕의 하부영역에 주입하는 과정을 포함한다.
하나의 선택 가능한 실시예는 하향으로 신장하는 랜스/통풍구(바람구멍)들을 통해 철함유 물질 및 탄소질 물질을 용융 욕으로 주입하는 것이다. 통상적으로 상기 랜스/통풍구들은 상기 용기의 측벽들을 통해 신장하도록 되어 있고 용융 욕 내에서 안쪽으로 그리고 아래쪽으로 경사져 있다.
또 다른 방법은, 그것이 유일한 방법은 아니지만, 상기 용융 욕에 접촉하는 용기의 측벽에 또는 그 용기의 바닥에 있는 통풍구를 통해 철 함유 물질 및 탄소질물질을 용융 욕으로 주입하는 것이다.
상기한 철 함유 물질 및 탄소질 물질의 주입은 동일한 또는 분리된 랜스/통풍구들을 통해 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 후연소의 레벨은 적어도 40%이고, 여기서 후연소는 다음의 식에 의해 정의된다:
여기서, [CO2] = 이탈가스에서의 CO2의 체적%
[H2O] = 이탈가스에서의 H2O의 체적%
[CO] = 이탈가스에서의 CO의 체적%
[H2] = 이탈가스에서의 H2의 체적%
본 발명에 따르면, 직접제련방법에 의해 철함유 공급물질로부터 철함유 금속을 생산하기 위한 장치가 또한 제공되는데, 상기 장치는 용융 금속 및 용융 슬래그의 욕을 함유하고 상기 용융 욕의 상부에 가스의 연속적인 공간을 함유하는 하나의 용기를 포함하며, 상기 용기는:
(a) 상기 용융 욕의 하부영역과 접촉하는 하나의 바닥 및 측면들을 구비하는 내화성 물질로 이루어진 하나의 노(hearth);
(b) 상기 가스의 연속적인 공간 및 상기 용융 욕의 상부영역과 접촉하고 상기 노의 측면들로부터 상측으로 신장하도록 배치된 측벽(side walls)으로서, 상기 가스의 연속적인 공간을 접촉하도록 되어 있고, 수냉식의 패널들과 이 패널들 상에 하나의 슬래그 층을 포함하는 측벽들;
(c) 상기 용기에 철함유 공급물질과 탄소질 물질을 공급하는 수단;
(d) 상기 용융 욕의 공칭 정지표면 위의 상측방향으로 용융된 물질을 이송하여 상승된 욕을 형성하는 용융 욕에서 가스유동을 발생시키는 수단;
(e) 200-600 m/s의 속도로 수평축에 대하여 20 내지 90도의 각도로 그리고 800-1400℃의 온도로 상기 용기로 하향으로 신장하고 그에 예열된 공기를 주입하기 위한 하나의 랜스로서,
(i) 상기 랜스는 적어도 랜스 하단부의 외경 만큼의 거리로 상기 용기 안으로 신장되도록; 그리고
(ii) 상기 랜스의 하단부가 용융 욕의 정지표면 위로 상기 랜스 하단부의 외경의 적어도 3배가 되도록 구성된 적어도 하나의 상기 랜스;
여기서, 상기 공기는 상기한 상승된 욕에 닿거나 또는 그를 통과하도록 하고 상기 상승된 욕 내에 함유된 또는 그로부터 방출된 반응가스를 후연소하도록 하는 한편, 공기의 주입에 의해 랜스 하단부의 영역에서 상기한 상승된 욕에 존재하는 용융된 물질을 상기 랜스 하단부에서 떨어지도록 함으로써 상기 상승된 욕에서의 용융 물질의 농도보다 더 낮은 용융 물질의 농도를 갖는 상기 랜스의 하단부 주변에 일종의 "자유" 공간을 형성하도록 구성하며; 그리고
(f) 상기 용기로부터 용융 금속 및 슬래그를 취출하기 위한 수단을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 공급수단/가스발생수단은 상기 용융 욕으로 운반체 가스와 함께 철함유 물질 및 탄소질 물질을 주입하는 다수의 랜스/통풍구들을 포함한다.
이하 본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 단지 예시적인 방법으로써 더 상세하게 기술될 것이다.
다음의 설명은 용융 철을 생산하기 위한 철광석을 제련하는 기술의 관점에서 기술되며, 본 발명은 이러한 응용예에만 한정되지는 않으며 부분적으로 환원된 철함유 광석 및 폐기물 재생 물질을 포함하는 어떠한 적절한 철함유 원광 및/또는 농축물 등에도 적용될 수도 있다는 점을 이해하여야 할 것이다.
도 1에 도시된 직접제련장치는 11과 같이 일반적으로 표시되는 야금학적 용기를 포함한다. 상기 용기 11은, 내화성 벽돌로부터 만들어지는 바닥 12 및 측면 13을 포함하는 노(hearth); 상기 노의 측면들 13으로부터 상부방향으로 신장된 대체적으로 원통형의 배럴을 형성하고, 또한 수냉식 패널들로부터 형성된 상부 배럴 부위 151 및 내화벽돌로 이루어진 내부 라이닝을 갖는 수냉식 패널들로 형성된 하부 배럴 부위 153을 포함하는 측벽들 14; 지붕 17; 이탈 가스를 위한 배출구 18; 용융된 금속을 연속적으로 방출하기 위한 전로(forehearth) 19; 및 용해된 슬래그를 방출하기 위한 취출구(tap-hole) 21을 포함하여 구성된다.
가동시, 상기 용기는 정지조건하에서 용융 금속 층 22 및 상기 금속 층 22 사의 용융 슬래그 층 23을 포함하는 철과 슬래그의 용융 욕(molten bath)을 구비한다. 상기 용어 "금속 층"은 주로 금속으로 이루어진 상기한 욕의 영역을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 상기한 용어 "슬래그 층"은 주로 슬래그로 이루어진 상기욕의 영역을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 인용기호 24로 표시된 화살표는 상기 금속 층 22의 명목적인 정지표면의 위치를 지시하고 인용기호 25로 표시된 화살표는 상기 용융 욕의 슬래그 층 23의 명목적인 정지표면의 위치를 지시한다. 상기한 용어 "정지표면(quiescent surface)"은 상기 야금 용기에 기체 및 고체의 어떠한 주입도 없는 경우의 표면을 의미하는 것으로 이해된다.
상기 용기는 그의 상부영역으로 고온의 공기를 송풍하기 위하여 그리고 용융 욕으로부터 방출된 반응가스를 후연소하기 위하여 아래로 신장하는 고온의 공기주입 랜스 26으로써 장착된다. 상기 랜스 26은 그의 하단부에서 외경 D를 갖도록 설계된다. 또한 상기한 랜스 26은 다음과 같이 구성된다:
(1) 랜스 26의 중심축은 수평축에 대해 20 내지 90도의 각도로 배치되는데, 이것은 고온의 공기의 주입이 이러한 각도범위 내에서 이루어지게 한다;
(2) 상기 랜스 26은 적어도 그의 하단부의 외경 D에 해당하는 거리로 상기 용기로 신장한다; 그리고
(3) 상기 랜스 26의 하단부는 용융 욕의 정지표면 25 상부의 랜스 하단부의 외경 D의 적어도 3배이다.
상기한 랜스 26은 이하에서 도 2 내지 10을 참조하여 더 상세히 기술된다.
상기 야금 용기는 또한 용융 욕으로 산소가 결핍된 운반체 가스에 실려진 플럭스, 고체 탄소질 물질, 및 철광석을 주입하기 위해 측벽 14를 통해서 하방으로 그리고 내부쪽으로 상기 용융 욕을 향해 신장하는 고체 주입용 랜스 27(도면에서는 두개가 도시됨)이 장착된다. 상기 랜스 27의 위치는 그들의 출구쪽 단부 82가 금속층 22의 정지표면 위에 있도록 선택된다. 이러한 랜스의 위치에 의해서 용융된 금속과의 접촉을 통한 손상의 위험성을 경감시키며, 이것은 또한 용기에서 용융 금속과 접촉하게 되는 물의 심각한 위험성을 야기함이 없이 강제적인 내부 수냉작용에 의해 랜스를 냉각하는 것이 가능하게 한다.
가동시 운반체 가스(통상적으로 N2가스)에 실려진 철광석, 고체 탄소질 물질(통상적으로 석탄), 및 플럭스(통상 석회 및 마그네시아)는 랜스 27을 통해 용융 욕 15에 투입된다. 고체 물질/운반체 가스의 운동량에 의해 고체 물질 및 가스가 용융 욕의 하부영역으로 침투하도록 허용된다. 석탄은 액화되고 상기 욕의 하부영역에서 가스를 생성한다. 탄소가 부분적으로 금속으로 용해되고 부분적으로는 고체탄소로 남는다. 철광석은 금속으로 용융되고 용융 반응에 의해 일산화탄소 가스를 생성한다. 상기 하부 욕 영역으로 이송되어 액화 및 용융에 의해 발생된 가스는 상기한 하부 욕 영역으로부터 용융된 금속, 고체탄소 및 슬래그(고체/가스/주입의 결과로서 하부 욕 영역으로 인출된)의 현저한 부양성 융기(uplift)를 일으키는데, 이것은 용융된 금속 및 슬래그의 용솟음(splashes), 비적(droplets), 및 유동 수류(stream)에 의한 격심한 상승운동을 일으키는 한편, 또한 이러한 용솟음, 비적 및 수류에 의해 그들이 용융 욕의 상부영역을 통해 이동할 때 슬래그가 실려가게 된다. 전술한 운반체 가스의 주입 및 욕의 반응에 의해 야기되는 가스의 유동은 용융 욕의 정지표면(즉, 도면상의 표면 25)에 대해 적어도 0.4 Nm3/s/m2이다.
용융 금속, 고체탄소 및 슬래그의 부양성 융기는 용융 욕에서 현저한교반(agitation)을 야기함으로써 그 결과 상기 용융 욕 23은 체적이 확장되고 화살표 30으로 표시된 표면을 갖게 된다. 교반의 정도는 용융 욕의 전체에 걸쳐서 통상적으로 1450-1550℃의 비교적 균일한 온도로 진행되도록 한다.
게다가, 용융된 금속, 고체탄소 및 슬래그의 현저한 부양성 융기에 의해 야기된 전술한 용융 물질의 용솟음, 비적 및 유동 수류에 의한 격심한 상승운동은 상기한 용기에서 용융 욕 상부의 상층부 공간으로 연장되는 한편, 상기 상승운동은 또한,
(a) 하나의 전이구역 28을 형성하고, 그리고
(b) 상기 전이구역 28 위의 지붕 17 상에 위치한 측벽 14의 상부 배럴 부분 151의 일부에 그리고 상기 전이구역 28을 넘어서 약간의 용융 물질(주로 슬래그임)을 사출하게 한다.
상기한 확장된 용융 욕과 전이구역 28은 상승된 욕(raised bath)을 정의하게 된다.
상기한 것에 추가해, 가동시 800-1400℃ 온도에서 고온의 공기가 랜스 26을 통해 200-600m/s의 속도로 방출되어 상기 전이구역 28의 중심부를 통과해 필연적으로 금속/슬래그 자유(free) 공간인 영역 29가 랜스 26의 단부 주위에 형성되게 한다.
상기한 랜스 26을 경유한 고온의 공기송풍은 전이구역 28에서 그리고 랜스 26의 단부 주위의 자유공간 29에서 반응가스 CO 및 H2를 후연소하도록 하고, 가스공간에서 2000℃ 정도 또는 그 이상의 고온을 발생시킨다. 상기한 열은 가스주입 영역에서 상승 및 하강하는 용융 물질의 용솟음, 비적 및 수류에 전달되고 그 다음 용융 욕 전체에 걸쳐 부분적으로 전이된다.
상기한 자유공간 29는 그것이 랜스 26의 말단부 영역으로 전이구역 28 위의 공간에서 가스의 끌려감을 가능하게 할뿐만 아니라 그것에 의해 이용가능한 반응가스의 후연소에 대한 노출기회를 증가시키기 때문에 높은 수준의 후연소를 달성함에 매우 중요하다.
용융 물질의 용솟음, 비적 및 수류에 의한 상승운동, 랜스 26을 통한 가스 유동율 및 랜스 26의 위치 등의 복합적인 효과는 랜스 26의 하부영역 주위에 전이구역 28을 형성하는 것이다. 이러한 영역형성에 의해 측벽 14에 대한 방사(radiation)에 의한 열전달에 대한 부분적인 장벽이 제공된다.
더욱이, 상승 및 하강하는 용융 물질의 용솟음, 비적 및 수류는 전이구역 28에서부터 용융 욕에 열을 전달하는 효과적인 수단으로 되는데, 그 결과 측벽 14의 영역에서 상기한 전이구역 28의 온도는 1450-1550℃정도에 이른다.
도 2 내지 도 9에는 상기한 고온 공기주입 랜스 26의 구성이 도시되어 있다. 이러한 도면들에서 도시된 바와 같이, 랜스 26은 고온의 공기의 흐름을 통과시키기 위한 길다란 덕트(도관:duct) 31을 구비하는데, 상기 공기는 산소가 농후한 공기일 수도 있다. 덕트 31은 이것의 앞쪽 단부 36으로 신장하는 네 개의 스테인리스 스틸제의 동심관들(32, 33, 34, 35)을 포함하는데, 이들은 팁 단부 37에 연결된다. 길다란 몸체부분 38은 상기 덕트의 앞쪽 단부 36 내에서 중앙으로 배치되어 네 개의소용돌이(회전) 전달날개들 39를 갖고 있다. 중앙 몸체부분 38은 황소코 형태의(bull-nosed) 또는 돔(dome)형태의 전방 및 후방 단부들 41 및 42를 갖는 신장된 원통형 형상으로 되어 있다. 날개 39는 나선형의 4-지(four-start) 형태로 되어 있고 그들의 전방부분들에서 방사형태로 외부 쪽으로 신장하는 날개 단부들 45에 의해 덕트의 전방부위에 연결된다.
덕트 31은 그의 전체길이의 대부분에 걸쳐 안쪽으로 내부 내화성 라이닝 43이 부착되어 있는데, 이것은 덕트의 가장 안쪽 금속관 35내에 장착되고 상기 날개의 전방 단부들 42를 통해 연장되며, 상기 날개들 39는 이러한 전방 단부들 42의 후방의 내화성 라이닝(lining) 안쪽으로 적절하게 장착된다.
상기 덕트의 팁 단부(tip end piece) 37은 속이 빈 환상의 헤드 또는 팁의 형상 44를 갖고 있는데, 이것은 덕트의 나머지 부분으로부터 전방으로 돌출 되어 있어 덕트를 통한 가스의 효율적인 유동의 통로를 형성하는 내화성 라이닝 43의 내부측 표면과 대체적으로 같은 높이로 되어 있다. 상기 중앙 몸체부분 38의 전방 단부는 이러한 팁 형상부 44를 넘어서 전방으로 돌출하도록 구성되는데, 상기 몸체부분의 전방 단부 및 팁 형상부는 서로 협동하여 환상의 노즐을 형성하게 되고 이로부터 고온의 공기분출이 상기 날개들 39에 의해 제공되는 강력한 회전 또는 소용돌이 동작과 함께 환상의 분지형태의 유속으로 발생된다.
본 발명에 따르면, 덕트 팁 형상부 44, 중앙 몸체부분 38 및 날개들 39는 덕트의 벽을 통해 연장된 냉각수 유동통로(도면에서 51로 표시)에 의해 제공된 냉각수의 흐름을 이용해 모두 내부적으로 냉각된다. 냉각수 유동통로 수단 51은 덕트관 33 및 34 사이의 환상(annular)의 공간에 의해 정의된 물 공급 통로 52를 포함하는데, 이것은 상기한 팁 단부 37에서 주위에 이격된 개부부 54를 통해 덕트 팁 형상부 44의 내부 구멍 53에 냉각수를 공급하기 위한 것이다. 상기한 팁 단부에서부터 주위에 이격된 개구부 55를 통해서, 상기 덕트 관 32 및 33 사이에 정의되어 냉각수 유동통로 수단 51의 일부를 형성하는 환상의 냉각수 복귀 통로 56으로 냉각수가 복귀된다. 따라서 팁 단부 37의 내부의 빈 구멍 52에는 냉각수가 연속적으로 공급되어 내부 냉각통로로서 작용한다. 랜스 팁 부분을 위한 냉각수는 랜스의 후방 단부에서 냉각수 입구 57을 통해 공급통로 52에 전달되고 복귀한 물은 랜스의 후방 단부에서 또한 출구 58을 통해 이 랜스를 떠나게 된다.
덕트 관 34 및 35 사이의 환상(annular)의 공간 59는 덕트의 후방 단부에서부터 그의 전방 단부 36을 통해 연장된 여덟 개의 분리된 나선형 통로들로 나선형으로 굴곡이 진 분배막대들에 의해서 배분된다. 이러한 통로들 중의 네 개는 주위에 이격하여 배치된 네 개의 냉각수 입구들 62를 통해 독립적으로 물이 공급되는데, 이는 날개 39 및 몸체부분 38의 냉각을 위한 독립적인 물의 공급을 위해 제공되는 것이다. 다른 네 개의 통로들은 하나의 공통 환상 복귀 다기관(manifold) 통로 63과 단일한 냉각수 출구 64에 연결되는 복귀 유동통로로서의 역할을 한다.
날개(vane) 39는 속이 빈 형상으로 되어 있는데, 그들의 내부는 냉각수의 입구 및 출구 통로들을 형성하도록 나뉘어져 있고 그들을 통해서 냉각수는 내부 냉각을 위한 냉각수 유동통로와 함께 형성된 중앙의 몸체부분 38 안팎으로 유동하게 된다. 상기 날개 39의 전방 단부들 45는 네 개의 냉각수 입구 구멍들 65 주변의 가장안쪽의 덕트 관 35의 전방 단부에 연결되는데, 이들 구멍들을 통해서 상기한 네 개의 분리된 냉각수 입구 통로들로부터 날개들의 전방 단부들에 있는 방사형으로 내부 측으로 지향된 입구 통로들 66을 향해 냉각수가 흐르게 된다. 그 다음 냉각수는 중앙 몸체(body)부분 38의 전방 단부를 향해 흐르게 된다.
상기 중앙 몸체부분 38은 원통형의 주 요소 71 및 돔형의 전방 및 후방 단부 41 및 43으로 이루어진 케이스 70 내에 배치된 전방 및 후방의 내부 몸체부위들 68 및 69를 포함하여 이루어지는데, 상기 전방 및 후방 단부들은 고온의 가스 유동에 의해 수반되는 내화성 물질의 알갱이들 또는 다른 미립자 물질에 의한 마모에 저항하도록 단단한 표면으로 되어 있다. 중앙 몸체부위의 내부부위 68 및 69와 외부 케이스 사이의 여유공간 74는 상기 내부 몸체부위들 68 및 69의 외부 주변표면들 상에 형성된 분배기 리브(rib)들 77 및 78을 이용하여 두 세트의 주변의 냉각수 유동통로 75 및 76으로 분할된다. 상기한 주변 냉각수 유동통로들 중의 전방에 있는 통로들 75는 도 8에 도시된 방법으로 상기 몸체 부근에서 후방으로 중앙 몸체부위의 전방 단부로부터 부채꼴 모양으로 벌려지도록(팬-아웃) 배열된다. 유동 안내 삽입장치 81은 내부 몸체부위 68 내에서 중심부에 위치하여 상기 냉각수 유동통로 67을 통해 연장됨과 아울러 그 통로를 네 개의 주변에 이격된 냉각수 유동통로들로 분배하며, 이 통로들은 날개들의 전방 단부들에서 냉각수 입구 통로 66을 통해 냉각수의 유입을 독립적으로 수용하게 된다. 이에 따라서 중앙 몸체부위의 전방 단부를 통한 네 개의 독립된 냉각수 입구로의 유입작용을 유지하게 되는 것이다. 이러한 분리된 냉각수의 흐름은 중앙 몸체부위의 전방 단부 부근에서 냉각수가 반대로 흐르게 하는 상기한 네 개의 전방 주변 냉각수 유동통로 75와 통하도록 해준다.
배플(baffle) 플레이트 82는 중앙 몸체부위와 날개의 후방부위에 있는 냉각수 통로에서부터 중앙 몸체부위와 날개의 전방부위에 있는 냉각수 통로 66 및 67을 분리한다. 전방부위의 주변 통로들 75를 통해 거꾸로 흐르는 냉각수는 후방 몸체부위 69에 있는 중앙 통로 84에 거꾸로 흐르도록 입구 통로들 66 사이에 배치된 이러한 배플에 있어서의 슬롯들 83을 통해 뻗어나간다. 이러한 통로는 또한 중앙의 유통 가이드 85를 통하여 네 개의 분리된 유동 채널로 분리되어 중앙 몸체의 후방 단부를 통해 상기한 네 개의 독립된 냉각수 유동이 지속되게 해준다. 후방의 주변 유동 통로들 76은 중앙 몸체의 전방 단부에서 우회통로들 75에 네 개가 한 세트로 유사한 방식으로 또한 배열되는데, 이것은 상기 몸체의 후방 단부에서 네 개의 분리된 냉각수의 흐름을 수용하도록 하는 한편, 몸체의 주위에서 이러한 흐름을 케이스에 있는 네 개의 주변에 이격된 출구 슬롯들 86으로 되돌리도록 구성되며, 상기 케이스를 통해서는 냉각수가 날개에 있는 복귀용 통로 87로 흘러들어 가게 된다.
가운데가 빈 상기 날개들은 세로방향의 배플들 89에 의해 내부적으로 분리되어 상기 냉각수 통로들은 날개의 내부의 전방 단부로부터 날개의 후방 단부로, 그 다음에는, 상기 날개의 외부 세로 단부를 따라서 그의 전방 단부 42에 있는 방사형으로 신장하는 냉각수 배출 통로 91로 연장되는데, 이것은 덕트의 후방 단부에서 공통 출구 64에 덕트의 벽을 통해 거슬러 연장되는 네 개의 주변의 이격된 복귀 통로들과 출구 슬롯 92를 통해 서로 통하게 구성된다. 배플 82는 날개 내의 입구 및 출구 통로들 66, 91과 냉각수 입구 및 출구 유동슬롯들 65, 93을 분리하게 되는데,이것은 각 날개가 도 3에 도시된 날개들의 나선(helix) 각도에 적합하도록 세로방향으로 소정의 각도로 내부 덕트 관 35의 전방 단부에 형성되기 때문이다.
네 개의 동심형 덕트 관 32, 33, 34 및 35의 전방 단부들은 팁 단부(피스) 55의 세 개의 플랜지(flange) 94, 95 및 96에 접합되어, 그것들이 랜스의 전방 단부에서 강한 구조로 견고하게 연결되도록 한다. 덕트 관의 후방 단부들은 랜스의 동작시에 차별적인 열팽창을 허용하도록 서로에 대해 세로로 이동할 수 있게 구성된다. 도 10에서 가장 명백하게 이해되는 바와 같이, 덕트 관 32의 후방 단부에는 돌출한 플랜지 101이 제공되고 그것에는 여러 개의 냉각수 입출구들 57, 58, 62, 64를 보유하는 연속적인 구성체 102가 용접된다. 상기한 구조물 102는 덕트 관 33의 후방 단부를 위한 미끄러짐 받침대로서 기능을 하는 O-링 형태의 밀봉체 104가 장착된 내부 환상 플랜지 103을 포함함으로써 덕트 관 33이 외부 덕트 관 32와 독립적으로 세로방향으로 화장하고 수축하도록 하여준다. 덕트 관 34의 후방 단부에 용접된 구성체 105는 O-링 형태의 밀봉체 108 및 109가 장착된 환상의 플랜지들 106 및 107을 포함하는데, 이것은 덕트 관 32의 후방 단부에 고정된 외부 구성체 102 내에서 덕트 관 34의 후방 단부를 위한 미끄러짐 받침재를 제공하게 되며, 이로써 덕트 관 34는 덕트 관 32와 독립적으로 팽창하거나 수축할 수 있다. 제일 안쪽의 덕트 관 35의 후방 단부에는 O-링 형태의 밀봉체 112가 장착된 돌출하는 플랜지 111이 제공되는데, 이 밀봉체는 외부 구성체 102에 장착된 환상(annular)의 링 113을 꼭 맞물도록 함으로써 독립적인 길이방향으로의 수축 및 팽창을 허용하는 가장 내부의 덕트 관을 위한 미끄러짐 받침재(sliding mounting)를 제공하도록 한다.
유동 안내 날개 39 및 내부 몸체부위 38의 열팽창을 위한 수단이 또한 제공된다. 상기 날개들 39는 덕트에 연결되고, 또한 그들의 전방 단부들에서는, 특히 날개들의 전방 단부들의 내부 및 외부에서 냉각수의 입출구 유동이 존재하는 위치에서는, 내부 몸체부위에만 연결된다. 날개들의 주요 부위들은 덕트의 내화성 라이닝 43 및 중앙 몸체부위의 케이스 사이에서 간단하게 설치되고 세로로 자유롭게 확장된다. 내부 몸체부위의 후방부분에서의 냉각수 유동 분배기 85는 배플 82 상에 원통형의 마개 또는 뚜껑(spigot) 122의 절단된 표면 내에서 미끄러지는 원형의 전방 단부 플레이트를 갖는데, 이것은 분리된 냉각수 유동 통로들 간의 밀폐를 잘 유지하면서 중앙 몸체부위의 전방 및 후방 부분들이 열팽창 하에서 서로 떨어져 이동할 수 있도록 해준다. 한편, 열팽창 조인트(joint) 133이 제공되어 상기한 중앙 몸체부위의 전방 및 정면 단부들 간의 열팽창에 적응할 수 있도록 한다.
열팽창에 더 잘 적응할 수 있도록 하기 위해, 날개 39는, 단면으로 보여질 때, 이들이 덕트의 내화성 라이닝과 중앙 몸체부위의 케이스 사이에서 방사상으로 외측으로 신장되지 않도록, 그러나 상기 랜스 관과 중앙 몸체가 냉각상태에 있을 때 정확히 방사방향으로의 소정의 각도에서 약간 상쇄되도록 구성함이 좋다. 랜스 동작중의 덕트 관의 후속적인 팽창으로 인해 덕트 라이닝 및 중앙 몸체부위와의 적절한 접촉을 유지함과 아울러 한편으로는 열팽창으로 인한 날개들에 대한 방사방향으로의 변형작용을 피하면서 정확하게 방사상의 위치들로 상기한 날개가 잡아당겨지도록 허용할 것이다.
도시된 고온의 공기의 랜스를 통한 주입시에 독립적인 냉각수의 유동이 네개의 소용돌이 날개들 39에 제공될 것이며, 따라서 차별적인 유동효과로 인한 냉각효율의 손실은 없을 것이다. 이러한 독립적인 냉각수의 유동은 중앙 몸체부위 38의 전방 및 후방 단부들에도 또한 제공되는데, 이것은 가능한 차별적인 유동효과 때문에 냉각수 유동의 결여로 인한 특히 뜨거운 부위를 제거할 수 있게 한다. 이것은 제련용기 안에서 극도로 높은 온도조건에 노출되는 중앙 몸체부위의 전방 단부 72의 냉각에 특히 중요하다.
상기한 덕트 관은 열 팽창 및 수축의 영향하에서도 세로방향으로 독립적으로 수축하거나 팽창할 수가 있게 되고 날개와 중앙 몸체부위들은 또한 냉각수의 다양한 독립적인 유동의 유지 또는 랜스의 구조적인 완전성에 손상을 끼침이 없이 수축하거나 팽창할 수가 있게 된다.
전술한 바와 같이, 도시된 랜스 26은 용융된 철이 HIsmelt 공정에 의해 생산되는 직접제련용 용기 안에서 극도로 높은 온도조건 하에서고 잘 동작할 수 있는 것으로 판명되었다. 전형적으로, 전술한 네 개의 소용돌이 날개들 및 중앙 몸체부위를 통과하는 냉각수의 유동율은 대략 90 ㎥/Hr 정도일 것이며, 외부 하우징 및 랜스 팁을 통과하는 유동율은 대략 400 ㎥/Hr 정도일 것이다. 따라서 총 유동율은 1500 kPag 정도의 최대 작동압력에서 490 ㎥/Hr 정도일 것이다.
전술한 실시예는 발명의 더 양호한 이해를 위하여 단지 예를 들어 설명한 것이며, 당해 기술분야의 전문가라면 본 발명의 정신을 이탈함이 없이 어떠한 변경도 가능할 것임을 이해하여야 할 것이다. 따라서 그러한 모든 변경 및 변화들은 본 발명의 영역 내에서 해석되어져야할 것이며, 그것의 성질은 전술한 설명으로부터 결정되어야만 할 것이다.

Claims (17)

  1. (a) 야금용 용기에 용융된 금속과 용융된 슬래그의 용융 욕을 형성하는 단계;
    (b) 상기 용융 욕에 철 함유 원료물질을 투입하고 상기 철 함유 원료물질을 용융 욕에서 금속으로 용해하는 단계;
    (c) 고체 탄소질 물질을 상기 용융 욕에 투입하는 단계;
    (d) 상기 용융 욕의 정지표면 위쪽으로 용융된 물질을 이동시켜 상승된 욕을 형성하는 상기 욕에 있어서 투입된 물질의 반응에 의해서 적어도 부분적으로는 용융 욕에서의 가스의 유동을 일으키는 단계; 및
    (e) 상기 용기에 예열된 공기를 투입함으로써 그것이 상기한 상승된 욕에 닿거나 또는 그를 통과하도록 하고 상기 상승된 욕 내에 함유된 또는 그로부터 방출된 반응가스를 후연소하도록 하는 한편, 그렇게 함으로써 상기 용융 욕에 대한 열전달을 촉진하는 단계를 포함하는 철 함유 원료 물질로부터 철 함유 금속을 생산하기 위한 직접제련 방법에 있어서,
    상기한 방법은 수평축에 대하여 20 내지 90도의 각도로 그리고 800-1400℃의 온도로 또한 적어도 하나의 랜스를 통해 200-600 m/s의 속도로 상기 용기에 하향으로 예열된 공기를 주입하고, 랜스의 하단부 영역에 있는 상기한 상승된 욕에 존재하는 용융 물질을 상기 랜스에서부터 떨어지도록 함과 아울러, 상기 상승된 욕에서의 용융 물질의 농도보다 더 낮은 용융 물질 농도를 갖는 상기 랜스의 하단부 주변의 "자유" 공간을 형성하도록 함을 특징으로 하며, 한편 상기 랜스는, (i) 상기 랜스가 적어도 랜스 하단부의 외경 만큼의 거리로 상기 용기 안으로 연장되고, 그리고 (ii) 상기 랜스의 하단부가 용융 욕의 정지표면 위로 랜스 하단부의 외경의 적어도 3배가 되도록 위치함을 특징으로 하는 직접제련 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 랜스의 하단부 주변의 자유공간에서 용융 물질의 농도는 상기 공간의 체적대비 대략 5% 또는 그 이하로 함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 랜스의 하단부 주변의 자유공간은 상기 랜스의 하단부 외경의 적어도 2배에 해당하는 직경을 갖는 반구형의 체적을 갖도록 함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 랜스의 하단부 주변의 자유공간의 직경은 상기 랜스의 하단부 외경의 단지 4배가 되도록 구성함을 특징으로 하는 방법.
  5. 전기한 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 예열된 공기중 산소의 적어도 50 체적%는 상기 랜스의 하단부 부근의 상기 자유공간에서 연소되도록 함을 특징으로 하는 방법.
  6. 전기한 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 소용돌이 동작으로 상기 용기에 예열된 공기를 주입하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 전기한 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 욕에서의 겉보기(superficial) 가스 유동율은 용융 욕의 정지표면의 적어도 0.04 N㎥/s/㎡ 임을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 겉보기 가스 유동율은 용융 욕의 정지표면의 적어도 0.2 N㎥/s/㎡ 임을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 겉보기 가스 유동율은 용융 욕의 정지표면의 2 N㎥/s/㎡ 이하임을 특징으로 하는 방법.
  10. 전기한 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 용융 욕으로 철 함유 원료물질 및 고체 탄소질 물질을 투입함으로써 상기 용융 욕으로부터 가스의 유동을 발생시키는 것을 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 용융 욕의 하부영역을 침투하는 철 함유 원료물질 및 고체 탄소질 물질을 투입함으로써 상기 용융 욕으로부터 가스의 유동을 발생시키는 것을 포함하는 방법.
  12. 전기한 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 욕 안으로 하향으로 신장하는 랜스/통풍구(바람구멍)들을 통해 철 함유 물질 및 탄소질 물질을 용융 욕으로 주입하는 것을 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 용융 욕 내에서 안쪽으로 그리고 아래쪽으로 경사져 있는 상기 용기의 측벽들을 통해 신장하도록 되어 있는 상기 랜스/통풍구들을 통해 철 함유 물질 및 탄소질 물질을 용융 욕으로 주입하는 것을 포함하는 방법.
  14. 전기한 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 40%의 수준까지 상기 상승된 용융 욕 내에서 함유되거나 그로부터 방출된 반응가스를 후연소하는 것을 포함하는 방법.
  15. 전기한 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 욕의 용융된 철에서의 용해된 탄소의 레벨을 적어도 3중량% 정도가 되도록 제어하며, 강한 환원조건에서 슬래그를 6중량% 이하의 FeO 레벨로 유지하는 것을 포함하는 방법.
  16. 직접제련방법에 의해 철 함유 공급물질로부터 철 함유 금속을 생산하기 위한 장치로서 용융 금속 및 용융 슬래그의 용융 욕을 함유하고 상기 용융 욕의 상부에 가스의 연속적인 공간을 함유하는 하나의 용기를 포함하는 장치에 있어서:
    (a) 상기 용융 욕의 하부영역과 접촉하는 하나의 바닥 및 측면들을 구비하는 내화성 물질로 이루어진 하나의 노(hearth);
    (b) 상기 가스의 연속적인 공간 및 상기 용융 욕의 상부영역과 접촉하고 상기 노의 측면들로부터 상측으로 신장하도록 배치된 측벽으로서, 상기 가스의 연속적인 공간을 접촉하도록 되어 있고, 수냉식의 패널들과 이 패널들 상에 하나의 슬래그 층을 포함하는 상기한 측벽들;
    (c) 상기 용기에 철 함유 공급물질 및 탄소질 물질을 공급하는 수단;
    (d) 상기 용융 욕의 명목적인 정지표면 위의 상측방향으로 용융된 물질을 이동시켜 상승된 욕을 형성하는 상기 용융 욕에서 가스유동을 발생시키는 수단;
    (e) 200-600 m/s의 속도로 하나의 수평축에 대하여 20 내지 90도의 각도로 그리고 800-1400℃의 온도로 상기 용기에 대해 하향으로 신장하고 그에 예열된 공기를 주입하기 위한 하나의 랜스로서,
    (i) 상기 랜스는 적어도 랜스 하단부의 외경 만큼의 거리로 상기 용기 안으로 신장되도록; 그리고
    (ii) 상기 랜스의 하단부가 용융 욕의 정지표면 위로 상기 랜스 하단부의 외경의 적어도 3배가 되도록 구성된 적어도 하나의 상기 랜스를 포함하고;
    상기 공기는 상기한 상승된 욕에 닿거나 또는 그를 통과하도록 하고 상기 상승된 욕 내에 함유된 또는 그로부터 방출된 반응가스를 후연소하도록 하는 한편, 공기의 주입에 의해 랜스 하단부의 영역에서 상기한 상승된 욕에 존재하는 용융된 물질을 상기 랜스 하단부에서 떨어지도록 함으로써 상기 상승된 욕에서의 용융 물질의 농도보다 더 낮은 용융 물질의 농도를 갖는 상기 랜스의 하단부 주변에 일종의 "자유" 공간을 형성하도록 구성하며; 그리고
    (f) 상기 용기로부터 용융 금속 및 슬래그를 취출하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 공급수단/가스발생수단은 상기 용융 욕으로 운반체 가스와 함께 철함유 물질 및 탄소질 물질을 주입하는 다수의 랜스/통풍구들을 포함함을 특징으로 하는 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220282345A1 (en) * 2011-06-03 2022-09-08 Elemental Recycling, Inc. Gasification or Liquefaction of Coal Using a Metal Reactant Alloy Composition

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPQ783100A0 (en) * 2000-05-30 2000-06-22 Technological Resources Pty Limited Apparatus for injecting solid particulate material into a vessel
AU2003900357A0 (en) * 2003-01-24 2003-02-13 Ausmelt Limited An improved smelting process for the production of iron
AU2003901693A0 (en) * 2003-04-10 2003-05-01 Technological Resources Pty Ltd Direct smelting process and plant
CA2554805A1 (en) * 2004-01-30 2005-08-11 Technological Resources Pty. Limited Ironmaking and steelmaking
AU2005209334B2 (en) * 2004-01-30 2011-02-10 Tata Steel Limited Ironmaking and steelmaking
ATE453730T1 (de) * 2004-10-15 2010-01-15 Tech Resources Pty Ltd Vorrichtung zum injizieren von gas in einen behälter
JP5209189B2 (ja) * 2005-05-31 2013-06-12 テクノロジカル リソーシズ プロプライエタリー リミテッド ガス流中の渦巻き誘起
AU2006202305B8 (en) * 2005-05-31 2011-08-11 Technological Resources Pty. Limited Inducing swirl in a gas flow
UA91601C2 (uk) * 2006-03-01 2010-08-10 ТЕХНОЛОДЖИКАЛ РЕСОРСИЗ ПиТиВай. ЛИМИТЕД Установка прямої плавки
US20080128963A1 (en) * 2006-12-05 2008-06-05 Berry Metal Company Apparatus for injecting gas into a vessel
US8012409B2 (en) * 2006-12-15 2011-09-06 Technological Resources Pty. Limited Apparatus for injecting gas into a vessel
AU2007246207B2 (en) * 2006-12-15 2011-11-24 Technological Resources Pty. Limited Apparatus for injecting gas into a vessel
CN101294231B (zh) * 2006-12-15 2011-12-28 技术资源有限公司 用于将气体注入到容器中的装置
CN101280350A (zh) * 2006-12-15 2008-10-08 技术资源有限公司 用于向容器内注入物料的装置
CN101294771B (zh) * 2006-12-15 2011-05-25 技术资源有限公司 在气流中产生涡旋
AP2010005222A0 (en) 2007-09-14 2010-04-30 Barrick Gold Corp Process for recovering platinum group metals usingreductants
DE112009004355T5 (de) * 2008-12-11 2012-06-28 Technological Resources Pty. Ltd. Vorrichtung zum Einblasen von Gas in ein Gefäß
US9175907B2 (en) * 2009-02-09 2015-11-03 Technological Resources Pty. Limited Direct smelting process and apparatus
AU2011301784B2 (en) * 2010-09-15 2015-01-22 Tata Steel Limited Direct smelting process
CN102127609B (zh) * 2011-02-21 2012-07-18 唐山市嘉恒实业有限公司 一种短流程铁合金熔炼装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62167811A (ja) * 1986-01-20 1987-07-24 Nippon Kokan Kk <Nkk> 溶融還元製鋼法
ATE107710T1 (de) * 1987-08-13 1994-07-15 Nippon Kokan Kk Ofen und verfahren zur reduktion eines chromvorproduktes durch schmelzen.
JPH0723499B2 (ja) * 1988-04-13 1995-03-15 日本鋼管株式会社 溶融還元法
JPH023450U (ko) * 1988-06-15 1990-01-10
MX174486B (es) * 1990-03-13 1994-05-18 Cra Services Un procedimiento para producir metales y aleaciones de metales en un recipiente de reduccion por fusion
DE4343957C2 (de) * 1993-12-22 1997-03-20 Tech Resources Pty Ltd Konverterverfahren zur Produktion von Eisen
AUPN226095A0 (en) 1995-04-07 1995-05-04 Technological Resources Pty Limited A method of producing metals and metal alloys
DE19518343C2 (de) * 1995-05-18 1997-08-21 Tech Resources Pty Ltd Schmelzreduktionsverfahren mit erhöhter Effektivität
AUPO944697A0 (en) * 1997-09-26 1997-10-16 Technological Resources Pty Limited A method of producing metals and metal alloys
AUPP442698A0 (en) 1998-07-01 1998-07-23 Technological Resources Pty Limited A direct smelting process
MY119760A (en) * 1998-07-24 2005-07-29 Tech Resources Pty Ltd A direct smelting process
AUPP570098A0 (en) 1998-09-04 1998-10-01 Technological Resources Pty Limited A direct smelting process
AUPQ890700A0 (en) * 2000-07-20 2000-08-10 Technological Resources Pty Limited A direct smelting process and apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220282345A1 (en) * 2011-06-03 2022-09-08 Elemental Recycling, Inc. Gasification or Liquefaction of Coal Using a Metal Reactant Alloy Composition

Also Published As

Publication number Publication date
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