KR20030082993A

KR20030082993A - 탄소계 야금을 실행하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20030082993A
Application number: KR10-2003-7012035A
Authority: KR
Inventors: 칼데른앨버트; 라우비스테리제임스
Original assignee: 칼데른 에너지 컴퍼니 오브 보울링 그린, 인크.
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-10-23
Also published as: MXPA03008238A; KR100851447B1; EP1377688A1; RO121136B1; US6409790B1; PL369933A1; AU2002242294B2; UA74063C2; HUP0303445A2; PL198159B1; JP3830900B2; WO2002075002A1; RU2282664C2; NZ528496A; CN1553964A; SK12632003A3; ZA200307071B; JP2004538363A; CA2440243A1; CZ20032818A3

Abstract

환경 친화적인 에너지 효율적인 석탄계 방법 및 장치이며, 반응기(10)는 풍부한 석탄 또는 다른 탄소 재료 및 저비용의 미립자(또는 광석 농축액)로부터 직접 용융 금속 및 금속화/탄소 생성물을 압력하에서 생산하고, 용융 금속은 맥석 재료가 없고 연속 처리를 위해 감지 가능한 열을 보유하는 고유의 이점을 갖는다.

Description

탄소계 야금을 실행하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRACTICING CARBONACEOUS-BASED METALLURGY}

원 금속 재료를 철 및 비철 생성물로 처리하는 현재의 방법은 비효율적이고, 오염을 발생시키며, 자금 조달, 작동 및 유지를 위해 매우 비용이 드는 것으로 알려져 있다. 또한, 극한 고온에의 노출 및 해로운 먼지와 유해한 기체의 흡입으로 인해 이 분야의 노동자에 가해지는 건강 위험에 관련된 논쟁도 있다.

여기에 개시된 방법 및 장치는 그러한 금속 재료들의 먼지, 폐기물 및 변이물이 포함된 철, 알루미늄, 구리 등의 광석과 같은 다양한 금속 광석의 처리에 적용 가능하다. 철광석이 야금 분야에서 주요한 공급 원료이므로, 예로서, 본 출원의 개시 내용은 용융철을 제작하도록, "산화 용융(oxymelting)"라 불리는 산화제에 의해 용융된 철/탄소 생성물을 생산하기 위해 석탄과 같은 탄소 재료로 "탄소 처리(carbotreating)"라 불리는 철광석의 처리에 초점이 맞추어 진다.

본 발명은 1999년 2월 1일에 출원되고 아트 유닛 1742에 양도된 출원인의 계류 출원 제09/241,649호에 포함된 개시의 연속으로, 탄소 재료 사용에 의한 금속 산화물로부터의 금속 생산에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 특히 원료 공급, 원료 가열 및 이러한 원료들의 서로 간의 반응에 대해 참조 출원에 개시된 내용 이상의 개선을 포함한다. 또한, 금속 생산에서 환경 친화적이고 비용 경쟁력이 있는 효율적 통합 공정 및 그를 실행하는 장치를 제공하도록 용융 및 슬래그 작업에 대한 추가적 개선이 본 명세서에 개시된다.

도1은 용융된 금속을 제작하도록 그 다음에 용융되는 금속화/탄소 생성물을 제작하는 방법을 실행하는 데 사용되는 설비의 도면이다.

도2는 탄소처리가 이루어지는, 도1에 도시된 반응기의 2-2에서 취한 단면도이다.

도3은 도1에 도시된 반응기 챔버의 변형예이다.

도4는 단일 용융 장치/균질 장치내로 배출하는 복수의 반응로를 도시하는, 도1의 단부도이다.

도5는 대기로의 배출 이전에 직접 환원 철 유닛의 생산 및 상기 유닛의 냉각을 도시하는 도면이다.

도6은 대기로 배출되기 전에 브리케트된 철 유닛을 생성하는 다른 구성이다.

도7은 에너지를 보존하고 재산화를 방지하기 위해 절연되고 밀봉되는 용기 내로 고온 환원 금속 유닛을 배출하는 것을 나타낸 도면이다.

도8은 연료의 코어가 생성되고 그러한 코어가 환원될 광석에 의해 둘러싸이고, 공급에 영향을 주는 설비의 다양한 위치를 도시한 연속 단계 8-1 내지 8-6을 갖는 시스템으로의 재료의 공급을 나타낸 도면이다.

도9는 도8의 9-9에서 취해진 단면도이다.

본 개선의 주요 목적은 온실 가스를 환원시키도록 에너지 효율적인 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 환경 보호 단체 및 대중을 포함하는 여러 단체들의 허가 및 용인을 불필요하게 하는 환경 친화적인 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 산업계가 경쟁적 세계 시장에서 생존할 수 있게 하기 위해 생성물을 저비용으로 생산하도록 실행하는 기능 효율적인 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 산업계가 일자리를 창출하고 설비 자금을 조달할 수 있게 하도록 저 자본 투자를 요구하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 위험한 노동 조건 및 건강 관련 장기간의 유독한 영향의 관점에서 고용자들에 해롭지 않은 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 설명 및 첨부된 청구 범위로부터 명확해질 것이다. 금속 유닛을 제작하는 상기 방법을 실행하는 임의의 장치 구조를 설명하는 첨부 도면이 참조되고, 이는 직접 환원 철, 열 브리케트된 철, 철/탄소 생성물 및 용융철 형태로 철을 제작하는 것에 관련된다. 용융되는 동안 또는 냉각되어 처리 공장으로 고체로 운반되는 피그로 주조되고 또는 용융되는 동안, 용융 철은 연속적으로 직접 강철로 변환될 수 있다. 여기에 개시된 방법 및 장치는 단지 철 베어링 재료의 처리에만 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 발명이 다른 실시예를 사용함으로써 효과적으로 이루어질 수 있는 바와 같이, 본 발명은 첨부 도면에 도시된 부분의 배열 또는 상세에 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 여기에 포함된 용어가 제한이 아닌 설명의 목적을 위한 것이라는 것을 이해할 수 있다.

도1을 참조하면, 도면 부호 10은 철/탄소 생성물을 만들기 위해 석탄으로 철 광석을 처리하는 반응기를 나타내며, 이하에서 광석의 이러한 처리는 "탄소 처리(carbotreating)"로 언급된다. 도면 부호 11은 철/탄소 생성물이 용융 금속 및 슬래그를 만들도록 산화제로 용융되는 용융 장치/균질 장치를 나타내며, 이하에서 "산화 용융(oxymelting)"으로 언급된다. 도면부호 12로 표시된 수직관은 용융 장치/균질 장치(11)에 연결된다. 금속 저장기는 용융 금속 및 슬래그를 수용하도록 제공되고, 도면 부호 13으로 표시된다. 도4를 참조하면, 원료를 포함하는 저장 시스템은 도면 부호 14로 표시되며, 이는 광석, 석탄 및 용제와 같은 공급 재료를 각각 저장하기 위한 호퍼(58, 59, 60)를 포함한다. 도면 부호 61로 표시된 원료 혼합기는 상부 밸브(84) 및 하부 공급 제어부(62)가 차례로 구비되는 로크 호퍼(36)로 이송될 때 공급 재료를 혼합하도록 기능을 한다.

상기 방법이 실행될 수 있게 하는 구조의 더욱 상세한 설명을 위해 도1을 다시 참조하면, 반응기(10)는 반응기(10)의 유입 단부에 램(16)이 구비된 가압 장치(15)로 구성되는 데, 이는 호퍼(36)로부터 공동(17) 내에 강하되는 혼합된 유입물(charge)을 가압하는 기능을 한다. 가압 장치(15)에 의해 작동되는 램(16)은, 도면 부호 28로 표시되고 길이를 따라 테이퍼진 처리 챔버 내에 유입물을 압축하고이를 전진시킨다. 처리 챔버(28)는 공동(17)에 연결되고, 압력 쉘(26), 절연부(27) 및 벽 가열 요소(25)로 구성된다. 버너(19)는 입구 포트(29)를 통해 가열 요소(25)와 차례로 연통한다. 가열 요소(25)에는 도2에서 도면 부호 53으로 표시된 통로가 구비되며, 처리 챔버(28)의 길이를 따라 통로[연도(53)]를 거쳐 유동하고 출구(30)를 통해 챔버를 나가도록 버너(19)로부터 입구(29)를 거쳐 고온 가스를 안내하는 도관으로서 작용을 한다. 도면 부호 20으로 표시된 챔버(28)의 배출 단부(20)는 엘보(21)에 부착된다. 엘보(21)는 배출 단부(20)에 탄소 처리되는 재료에 대항하여 강한 열 에너지를 반사하도록 복사 구역을 형성하기 위해, 절연부에 의해 지지되고 압력 케이싱 내부에 포함된 반사벽(23)을 갖는 방식으로 설계된다. 도면 부호 22로 표시된 제1 랜스(또는 복수개의 랜스)는 엘보(21) 내에 장착되며, 랜스(22)는 처리될 재료로부터 후퇴되거나 전방으로 전진되도록 구성된다. 제어기(24)는 랜스(22)를 작동하게 하도록 공기/산소 및 냉각제를 제어하는 작용을 한다. 또한, 랜스(22)는 시동 목적을 위해 연료를 포함할 수 있다.

반응기(10)는 챔버(28)로부터 쉘(85), 라이닝(86), 상부(87) 및 하부(88)를 포함하는 용융 장치/균일 장치(11)로 환원 재료(철/탄소 생성물)를 안내하는 트랜지션(32)에 의해 용융 장치/균일 장치(11)와 연통한다. 도면 부호 34로 표시된 제2 랜스는, 용융 철(42)의 상부 상에 떠다니는 용융 슬래그(43) 및 용융 철(42)을 생산하도록, 철/탄소 생성물 내에 환원 철을 용융하는데 요구되는 열을 공급하는 공정 내에서 생성된 가스 및 철/탄소 생성물 내의 탄소와 반응하기 위한 공기 또는 산소(또는 공기와 산소의 조합)의 형태로 산화제를 제공하는 작용을 한다. 냉각유지되는 랜스(34)는 용융 장치/균질 장치(11) 내에서 작업 높이로 그 레벨을 조정하기 위해 호이스트(39)에 의해 상승되고 하강된다. 용융 장치/균질 장치(11)의 바닥에 배치된 배출 포트(31)는 수직관(12)에 연결된다. 배출 포트(31)를 통해, 가스, 용융 철 및 용융 슬래그가 유동한다. 배출 가스(off-gas) 배출부(47)는 수집 메인(37)을 거쳐 사이클론(46)으로 안내되는 제어 목적을 위해 그러한 가스의 측면 유동을 전환시키는 수직관(12)에 제공된다. 가스 대부분이 철 및 슬래그와 함께 유동하는 동안, 용융 철 및 용융 슬래그 모두는 저장기(13) 내로 강하한다. 배출부(47)와 연통하는 사이클론(46)은 배출 가스로부터 미립자를 제거한다. 사이클론(46)의 바닥부에는 로크 호퍼(41) 내로 공급하는 서지(surge) 호퍼(40)가 공급되며, 제어 밸브(44)는 반응기(10) 내에 유입된 재료로 재순환되는 빈(bin, 33) 내에 수집된 미립자 물질을 배출하기 위해 로크 호퍼(41)를 로크 및 언로크한다. 수직관(12)과 반응기(10)와 용융 장치/균질 장치(11)의 배압을 제어하는 압력 제어기(50)는 사이클론(46)의 하류에 위치되며, 측면 유동은 도시되지는 않았지만 본 기술 분야에 공지된 가스 처리 설비에서의 다른 처리를 위해 덕트(49)를 거쳐 시스템을 나간다.

용융 장치/균질 장치(11)의 바닥부(88)는 침지식 모드로 금속 저장기와 차례로 연결되는 수직관(12)과 연결된 배수/포트(31)를 갖는 원추형으로 형성된다. 도면 부호 35로 표시된 유도 가열 코일 수단은 용융된 금속과 용융된 슬러그가 용융 장치/균질 장치(11)를 떠날 때 냉동되지 않는 것을 보장하도록 보조 가열부를 제공한다. 특히 용융 장치/균질 장치(11)가 정지될 때 이러한 냉동이 발생하는 경우,유도 가열 수단(35)은 냉동된 철과 슬러그를 용융시키도록 전류가 흐른다. 수직관(12)의 라이닝은 유도 가열 수단(35)과 결합하는 이러한 재료로 만들어진다. 금속 저장기(13)는 용융된 철(42)을 탭 구멍(55)을 거쳐 쇳물 바가지(51)로 그리고 슬러그(43)를 탕구(54)를 거쳐 포트(52)로 주입하기 위해 롤러 부분 베드(93)를 회전시키도록 적용된 라인식 챔버로 구성된다.

도3을 참조하면, 도면 부호 10은 챔버(28)의 길이부를 따르는 가열 요소(25)가 제거된 변형된 구성이다. 이 구성에서, 열 입력은 점화가 발생한 후 산화제에 의해 베드(28) 내부에 구멍을 형성하도록 적용된 랜스(22)를 거친다. 랜스(22)는 여러 방향으로 산화제를 주입하는 다중 방향 노즐을 가질 수도 있는 도면 부호 48에 의해 표시된 주입 팁을 구비한다. 도면 부호 92로 도시된 보조 산화제 오리피스의 유입부 내에 석탄으로부터 발생된 가스와 혼합물 내의 석탄과 코크스를 연소할 랜스(22)가 구비된다. 가열 챔버(28)는 일부분이 도면 부호 117에 의해 나타내어진 바와 같이 금속성이고 일부분이 도면 부호 27에 의해 나타내어진 바와 같이 비용융성의 복합 구조로 만들어질 수 있다.

다시 도4를 참조하면, 반응기(10)와 같이 복수의 반응기는 용융 장치/균질 장치(11) 내부로 철/탄소 생성물을 배출하는 반응기(10)를 갖고 도면 부호 104로 표시되는 배터리를 형성하도록 나란히 장착된다. 지면 레벨로 위치된 반응기(10)는 예비품으로 사용된다. 도면 부호 63으로써 표시된 크레인은 배터리(104)로 사용되도록 부가될 수 있다.

도5에서, 본 발명은 외부(off-site)에서 용융될 수 있는 철/탄소 생성물 또는 직접 환원식 철(DRI)을 제작하도록 구성된다. 도면 부호 10은 냉각기(65)에 후속하는 도면 부호 64에 의해 표시된 하류 서지 호퍼(surge hopper)를 구비한 반응기이다. 냉각기(65)는 도면 부호 38에 의해 도시된 냉각식 나사 공급기를 포함하는 여러 공지된 접근법 중 하나를 취할 수 있다. 냉각기는 냉각식 DRI 또는 철/탄소 생성물을 서지 호퍼(66) 내부로 공급한다. 서지 호퍼(66) 아래에, 도면 부호 67로 표시된 로크 호퍼는 값(68, 69)을 사용함으로써 생성물 DRI 또는 철/탄소 생성물을 밀봉 방식으로 대기중 또는 컨베이어(70) 상으로 배출 가능하게 한다. 도6에 도시되고 이하 설명되는 사이클론(95)과 유사한 사이클론은 동반된 미립자 물질의 분리를 위해 사용될 수 있다.

도6을 참조하면, 도면 부호 10은 반응기이고 도면 부호 21은 엘보우이다. 엘보우(21) 아래에서, 도면 부호 94로 표시되는 변환부는 탄소 처리된 재료가 다운커머(73)를 거쳐 탄소 처리된 재료로부터 브리케트를 형성하도록 적용된 고온 브리케터(71, briquetter) 내부로 배출되도록 제공된다. 도면 부호 72에 의해 표시된 나사 공급부는 브리케터로의 공급을 제어하도록 브리케트의 상류부에 배치된다. 브리케터(71) 아래에서, 로크 호퍼(75)에 후속하는 서지 호퍼(74)는 형성된 브리케트를 대기중과 컨베이어(70) 상으로 배출하도록 제공된다. 밸브(76, 77)는 로크 호퍼(75)를 로크 또는 언로크하도록 작용한다.

변환부(94)의 근접에서, 사이클론(95)은 가스로부터 미립자 물질로부터 제거하기 위해 사이클론(95)을 통해 고온 가스를 통과하는 방식으로 파이프(78)를 사용함으로써 장착된다. 단계적인 배플(89)과 같이 충돌면이 구비된 변환부(94)는 과도한 미립자 물질을 방출하기 위해 고온의 탄소 처리된 재료를 붕괴시키는 경향이 있다. 동반된 배출 가스에 남은 이러한 물질은 도면 부호 95로 표시된 사이클론 내에서 결합 해제된다. 사이클론(95)는 압력 제어 수단(98)을 구비하고, 서지 호퍼(96)는 로크 호퍼(97)에 후속된다. 수집 빈(79)은 재활용되는 가스로부터 제거된 미립자 물질을 수용하도록 로크 호퍼(97) 아래에 배치된다(도시 생략).

도7을 참조하면, 도면 부호 118로 표시된 박스는 철/탄소 생성물을 포함하도록 로크 호퍼(75) 아래에 제공되고, 다음의 처리를 위해 리프트 트렁크와 같은 공지된 수단들 중 임의의 하나에 의해 전달된다. 박스(118)는 열 에너지를 보존하고 생성물의 재산화를 방지하는 고온 생성물을 수용하도록 절연되는 방식으로 구성된다.

지금부터 금속 광석으로 둘러싸인 코어와 같은 탄소 재료를 공급하는 구조를 설명하기 위해 도8을 참조한다. 탄소 재료(연료)를 함유하는 호퍼(81) 및 광석을 함유하는 호퍼(82)를 포함하고 도면 부호 80으로 표시되는 재료 저장 배열부가 제공된다. 공급 장치(101, 102)는 각각 호퍼(81, 82)로부터의 연료의 유동과 광석을 제어한다. 밸브(103, 105)는 로크 호퍼(81)에 제공되고, 밸브(104, 106)는 로크 호퍼(82)에 제공된다. 유입 튜브(83)는 재료 저장부(80)의 바닥에 제공되고, 일측면 상의 유입 장치(90) 및 타측면 상의 반응기(10)에 의해 측면에 위치된다. 유입 장치(90)는 도면 부호 99로 표시된 가압 램으로 구성되고, 램(99)을 갖는 가압 플런저(100)는 실린더(107)와 같이 전진 및 후퇴하고 플런저(100)는 실린더(108)와 같이 전진 및 후퇴하여, 램(99) 또는 플런저(100) 각각에 독립적인 이동을 제공하고, 플런저(100)는 환형 형상이고 유입 튜브(83) 내부에 차례로 수용되는 램(99) 내부에 수용된다. 램(99)은 플런저(100)가 후퇴 위치에 있을 때 연료가 공동 내로 강하하도록 유입 구멍(109)을 통과한다. 이하의 코어 형성 작동에 대한 상세한 설명은, 도8-1 내지 도8-6을 참조하면 명확해 질 것이다.

(작동의 상세한 설명)

본 명세서에 개시된 방법 및 장치의 작동에 대한 설명에 있어서, 이하의 내용에 따른다.

(i) 광석 또는 석탄의 공급하는 모드와, 금속화/탄소 생성물을 생산하도록 광석의 탄소 처리를 위해 그러한 재료를 가열하는 모드 및

(ii) 산화 용융을 거쳐 용융된 금속을 생산하도록 금속화/탄소 생성물을 용융하는 모드.

탄소 처리에 대하여, 연료의 코어는 유입된 금속 산화물(광석)로 형성되고, 이는 도8, 도8-1 내지 도8-6 및 도9에 연속적으로 도시된다. 도8-1에서, 램(99) 및 플런저(100) 모두는 도면 부호 110으로 표시되는 연료의 코어 및 도면 부호 111로 표시되고 그를 둘러싸는 산화물을 갖는 전진 위치에 도시된다. 램(99)은 전진된 위치에서 유지되는 반면, 플런저(100)는 실린더(108)에 의해 도8-2에 도시된 위치로 후퇴된다. 도면 부호 112로 표시된 측량된 연료 석탄의 양은 유입 구멍(109)을 통해 공동(113)으로 강하된다. 그 후에, 플런저(100)는 도8-3에 도시된 바와 같이 이전 사이클 중 유입되고 압축된 연료의 코어를 향해 연료(112)를 가압하도록 부분 경로로 전진된다. 다음에, 플런저(100)는 부분 경로 전진 위치에 안착되는반면, 램(99)은 실린더(107)의 전체 행정를 사용하여 후퇴된다. 도면 부호 114로 표시된 산화물의 측정된 양은 도8-4에 도시된 바와 같이 플런저(100)로 둘러싸인 공동(115)으로 강하된다. 이러한 단계 다음에, 램(99) 및 플런저(100) 모두는 동시에 전진된다. 램(99) 및 플런저(100)의 전진이 연료를 전진시키고, 산화물이 연료의 코어를 완전히 둘러싸는 산화물을 갖는 산화물 내부에 형성된 코어로 완전히 압축될 때, 초기에 이완된 재료는 도면 부호 116으로 도8-5에 도시된 바와 같이 압축되기 시작한다. 램(99) 및 플런저(100) 모두의 행정은 압축 후에도 계속 진행하고 반응기(10)의 전체 내용물은 도8에 도시된 바와 같이 반응기(10)의 배출 단부로부터 배출되는 고온 금속화/탄소 생성물로 인해 이동하기 시작하고, 그러한 생성물의 배출은 램(99) 및 플런저(100)가 전진된 위치에서 완전한 행정으로 되었을 때 정지한다. 램(99) 및 플런저(100)의 행정의 종료시에, 램 및 플런저의 관계는 도8-1에 도시된 바와 동일한 도8-6에 도시된다. 이 시점에서 사이클이 완성된다. 연료 코어(110)의 형성은 도9의 단면도에 도시된 산화물(111)에 의해 둘러싸인 코어(110)을 제공함으로써 순환적으로 진행한다. 따라서, 이러한 반복 사이클은 반응기(10)의 챔버(28) 길이를 따라 산화물로 둘러싸인 연료의 코어를 제공한다.

도1, 도3 및 도4를 참조하면 탄소 처리의 작동은 이하와 같다.

상기 방법이 이미 정상 상태 및 압력 하라고 가정하면, 재료 전달 시스템(14) 내에 함유된 광석(바람직하게는 미립자로, 농축액 형태), 석탄 및 유동이 호퍼(36)을 거쳐 처리 챔버(28)의 공동(17) 내로 혼합물로써 비례적으로 혼합되고 공급된다. 그 후에, 램(16)은 반응기(10)의 배출 단부에서 개략적인 도면(도면부호 18)에 의해 도시된 바와 같이 대체로 불침투성이 되는 정도까지 혼합물을 압축하도록 장치(15)의 가압을 거쳐 활성화된다. 혼합물이 반응기(10)의 챔버(28)로 전진될 때, 이하의 방식, 즉 가스를 배출 단부(20)를 향해 챔버(28) 내부로 유동시키는 불침투성의 혼합물을 갖는 석탄으로부터 가스의 발생을 일으키는 방사, 전도, 대류 또는 이러한 시스템의 조합에 의해 혼합물이 가열된다. 이러한 가스의 일부는 광석 내의 산소가 금속화되는 광석을 환원시키는 온도에서 석탄으로부터 잔여 탄소 및/또는 석탄으로부터 유리된 고환원 가스로 반응하게 하도록, 혼합물을 가열하는 강한 열 에너지를 혼합물에 반사시키는 고반사 영역을 제공하기 위해 배출 단부에서 연소된다. 혼합물로의 열 전달을 강화하기 위해, 랜스(22)와 같은 랜스가 제공되고, 이러한 혼합물이 챔버(28)로 진행할 때 랜스는 챔버(28) 내부에 재료의 혼합물 내로 공기, 산소 또는 모두의 조합의 형태로 산화제를 주입하도록 적용된다. 냉각제에 의해 차갑게 유지되는 이러한 랜스는 또한 최적의 열 전달을 위해 전진되고 후퇴되도록 적용된다. 또한 다양한 산화제 랜스 주입은 혼합체 내부로 열 전달을 더욱 강화시키는 사전 연소를 위해 산화제(도면 부호 92 참조)의 보충적인 분사를 갖고, 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이 혼합물 자체 내부로 관통하는 형태를 취한다. 챔버(28)의 벽을 통한 전도열이 없는 경우에, 랜스(22)는 한번 석탄 가스의 연소와 석탄 내의 탄소가 랜스로부터 안정되게 연료 유입되면 차단되는 설비를 갖고 연소를 초기화시키도록, 산소-연료(석탄, 가스 또는 오일)의 형태를 취할 수도 있고, 석탄 및 그 가스는 용융 장치/균질 장치(11) 내로 배출되는 철/탄소 생성물을 생산하는 반응을 지탱하기 위해 요구되는 열 에너지를 공급한다. 대안적인 배열부은 광석 상에 미분탄을 주입하거나 본 기술 분야에 공지된 기술 및 본 명세서에 설명된 배열부의 조합과 같은 랜스(22)를 통해 연료를 공급하는 것일 수도 있다.

이러한 방법으로 만들어진 철/탄소 생성물은 철광석의 부피 밀도 및 특히 용융 금속에 비교하여 상대적으로 가볍다. 또한, 반응기(10)로부터 배출될 때 철/탄소 생성물의 크기는 다양하고 비균일하다. 그러한 생성물이 용융 금속 및 슬래그를 포함하는 용융 장치 내부로 배출될 때, 철/탄소 생성물이 용액속으로 쉽게 들어갈 수 없으므로 에너지의 손실 및 생산성에서 지연을 일으키는 슬래그 및 용융 금속의 상부 상에 철/탄소 생성물은 떠오르는 경향이 있다. 또한, 이러한 목적을 위해, 형성될 때 용융 슬래그 및 용융 철의 배출을 가능하게 하는 용융 장치/균질 장치(11)의 형태를 취하는 용융 슬래그 및 용융 금속의 배스가 없는 균질 장치로서 작용하는 용융 장치가 제공된다.

지금부터 금속화/탄소 생성물의 산화 용융이 도1을 참조하여 설명된다. 용융 장치 균질 장치(11) 내부에, 랜스(34)는 반응기(10)로부터 다운컴머(32)를 거쳐 공급되는 고열 철/탄소 생성물을 용융하는 산화제를 제공한다. 산화제는 철/탄소 생성물 내에 철을 용융시키는 강한 에너지 방출을 일으키도록 탄소 반응 단계로부터 탄소 및 가스와 반응하고, 철 산화제의 일부인 맥석, 석탄의 재뿐만 아니라 유동/탈황기 재료는 용융 철 및 용융 슬러그를 만들도록 부가적으로 사용되고, 이 조합은 생산된 다양한 고열 고압 가스와 함께 배출/포트(31)를 거쳐 용융 장치/균일 장치(11)를 연속적으로 빠져나간다. 배출/포트(31)를 통해 흐르는 그러한 가스는저장기(13) 내부의 용융 금속에 침지된 팁의 수직관(12)을 사용함으로써 용융 철 및 슬러그를 저장기(13) 내부 및 용융 장치/균일 장치로부터 흘러나오게 유지한다. 이러한 침지는 시스템 내에 압력을 유지하는 액체 시일을 제공한다.

반응기(10) 내에 탄소 처리 중 발생된 가스 및 용융 장치/균일 장치(11) 내에 산화 용융 중 발생된 가스는 그러한 가스가 노즐(119)을 통해 산화제를 주입함으로써 부가적인 에너지 방출을 위해 연소되고 배스로부터 거품을 일으키는 저장기(13)로 용융 금속 및 슬래스와 함께 안내되는 동안, 반응기(10), 용융 장치/균일 장치(11) 및 수직관(12)에 후방 압력은 제어 밸브(50)에 의해, 균형을 유지한다. 배출 가스는 도시되지 않았지만 본 기술 분야에 공지된 처리를 위한 후드(120)에 수집된다. 그러한 가스에 동반된 금속 먼지 탄소 및 재는 용융 금속의 생산량을 증대시키는 젖은 가스 세정기로서 작용하는 배스에 의해 배스 내에 남는다. 메인(37)을 통해 흐르는 그러한 가스의 측면 유동은 밸브(50)에 의해 압력 조절을 위해 사용되고 처리를 위해 배출부(47)를 거쳐 사이클론(46)을 향한다. 사이클론(46) 내에 분리된 미립자 물질은 공급 원료와 재순환되고 보조열은, 필요하다면, 유도 가열부에 의해 수직관에 유지된다. 석탄으로부터 기인한 황을 제거하는 충분한 탈황 조건을 제공하는 동안, 반응기(10) 및 용융 장치/균일 장치(11) 내에 작동은 NOx 및 CO₂의 형성을 최소화하고 철의 재 산화를 방지하도록 환원되게 의도적으로 유지된다.

비철 금속에 대한 본 발명의 적용예에 대해, 개시된 변형도 가능하다. 그러나, 그 목적은 개시된 사상으로부터 일탈되지 않는다. 무엇보다도, 여기에서 본 발명은 종래 실행/야금보다 개량된 실시예을 제공하고, 낮은 비용의 원 재료를 사용할 수 있고, 에너지 효율, 환경적 친화적이고 낮은 설비 투자가 실현 가능하다.

Claims

용융 금속과 용융 슬래그를 제조하도록 용융 장치에서 용융시키는 고온 금속화/탄소 생성물을 생성하도록, 유입 단부 및 배출 단부를 각각 구비하는 하나 이상의 챔버 내에서 탄소 물질을 이용하여 금속 산화물을 열처리하는 방법이며,

상기 하나 이상의 챔버의 유입 단부에 금속 산화물 및 탄소 물질을 공급하고, 하나 이상의 챔버의 배출 단부 측을 향해 금속 산화물 및 탄소 물질을 가압하는 단계와,

열에너지를 방출하는 상기 탄소 물질 내에 포함된 에너지의 적어도 일부를 이용하고 고온 금속화/탄소 생성물을 형성하도록 금속 산화물을 환원시키는 고압 환원 가스를 생성하는 방법으로 산화제를 주입하는 단계와,

상기 고온 금속화/탄소 생성물을 상기 하나 이상의 챔버로부터 용융 장치로 배출하는 단계와,

고온 고압 배출 가스, 용융 금속 및 용융 슬래그를 생성하도록 용융 장치 내에서 고온 금속화/탄소 생성물을 가열하는 단계와,

배출 가스, 용융 슬래그 및 용융 금속을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
용융 금속과 용융 슬래그를 제조하도록 용융 장치에서 용융시키는 고온 금속화/탄소 생성물을 생성하도록, 유입 단부 및 배출 단부를 각각 구비하는 하나 이상의 챔버 내에서 탄소 물질을 이용하여 금속 산화물을 열처리하는 방법이며,

탄소 물질과 금속 산화물의 효과적인 반응을 위해 환대로 둘러싸인 코어를 형성하도록 상기 하나 이상의 챔버의 유입 단부에 금속 산화물 및 탄소 물질을 공급하고, 상기 금속 산화물 및 탄소 물질을 상기 하나 이상의 챔버의 배출 단부 측으로 밀어내는 단계와,

상기 탄소 물질 내에 있는 에너지의 적어도 일부를 이용하여 열에너지를 방출하고 금속 산화물을 환원시키는 가압 환원 가스를 생성하여 고온 금속화/탄소 생성물을 형성하도록 산화제를 주입하는 단계와,

상기 고온 금속화/탄소 생성물을 상기 하나 이상의 챔버로부터 용융 장치로 배출하는 단계와,

고온 가압 배출 가스, 용융 금속 및 용융 슬래그를 생성하도록 용융 장치 내에서 고온 금속화/탄소 생성물을 가열하는 단계와,

배출 가스, 용융 슬래그 및 용융 금속을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 산화제를 주입하는 단계는 상기 하나 이상의 챔버의 배출 단부로 산화제를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 일군의 챔버는 상기 각 챔버는 대형화 및 유지가 용이한 독립적인 모듈을 갖는 배터리 형태로 함께 조립된 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 용융 장치 내에서 금속화/탄소 생성물의 가열은 상기 용융 장치 내에서 탄소의 적어도 일부를 소비하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 방법의 단계들을 균형 있게 유지하도록 압력을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 용융 장치에 보조 가열부로서 유도 가열부를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 상기 유도 가열부를 보조하도록 산화제를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 산화제는 실질적으로 순수한 산소인 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 산화제는 공기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 산화제는 산소가 풍부한 공기인 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 금속 산화물이 금속화/탄소 생성물로 변환되는 것을 가속화시키는 복사에 의해 열을 효과적으로 전달하도록, 처리될 재료를 향해 열 에너지를 반사시키는 상기 하나 이상의 챔버의 배출 단부로부터 하류에 복사 가열 구역을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 전도에 의해 챔버 내의 재료를 더 가열시키도록 상기 챔버의 벽에 제공되는 연도를 통해 고온 가스를 통과시킴으로써, 상기 챔버를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 금속 산화물의 환원을 더 가속화시키도록 내부의 가스를 연소시킴으로써, 상기 복사 구역 내에 부가의 에너지가 유입되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 처리될 재료의 새로운 면을 상기 챔버의 배출 단부에 반복적으로 제공하기에 충분한 방식으로, 상기 챔버 내의 재료가 전진되어 상기 챔버로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 용융 금속 및 용융 슬래그를 저장기로 안내하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서, 액체 밀봉을 제공하도록 침지 모드에서 용융 금속 및 용융 슬래그를 저장기로 안내하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 오염 물질을 방출하는 것을 방지하는 환경 친화적인 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 챔버는 상기 챔버의 배출 단부를 향해 발산하는 테이퍼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 금속 산화물은 철 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 탄소 재료는 석탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 열 에너지를 방출하도록 연소 가스의 유동과 함께 용융 금속 및 용융 슬래그를 저장기로 안내하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 용융 장치 내의 용융 금속을 균질화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 용융 금속을 철로 균질화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 용융 금속을 강으로 균질화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 랜스에 의한 산화제의 주입을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 복수의 랜스들에 의한 산화제의 주입을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 금속 산화물 및 탄소 재료에 유동 재료를 첨가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 금속 산화물 및 탄소 재료에 탈황 재료를 첨가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 혼합물을 형성하도록 금속 산화물 내에 상기 탄소 재료의 적어도 일부를 포함시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 연료 코어를 형성하는 방법으로 상기 챔버 내부로 상기 탄소 재료를 충전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제31항에 있어서, 상기 챔버의 배출 단부로부터 상기 연료의 코어를 향해 산화제를 안내하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제32항에 있어서, 상기 산화제는 연료의 상기 코어를 관통하는 것을 특징으로 하는 방법.
용융 금속과 용융 슬래그를 제조하도록 용융 장치에서 용융시키는 고온 금속화/탄소 생성물을 생성하도록, 유입 단부 및 배출 단부를 각각 구비하는 하나 이상의 챔버 내에서 탄소 물질을 이용하여 금속 산화물을 열처리하는 방법이며,

상기 하나 이상의 챔버의 유입 단부에 금속 산화물 및 탄소 물질을 공급하고, 하나 이상의 챔버의 배출 단부 측을 향해 금속 산화물 및 탄소 물질을 가압하는 단계와,

열에너지를 방출하는 상기 탄소 물질 내에 포함된 에너지의 적어도 일부를 이용하고 고온 금속화/탄소 생성물을 형성하도록 금속 산화물을 환원시키는 고압환원 가스를 생성하는 방법으로 산화제를 주입하는 단계와,

상기 하나 이상의 챔버로부터 고온 금속화 탄소 생성물을 용기 내에 배출하는 단계와,

금속화/탄소 생성물을 상기 챔버로부터 용기 내부로 배출하고 고온 고압 배출 가스, 용융 금속 및 용융 슬래그를 생성하도록 용융 장치 내에서 고온 금속화/탄소 생성물을 가열하는 단계와,

배출 가스, 용융 슬래그 및 용융 금속을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서, 상기 용기는 금속화/탄소 생성물의 가열을 유지하고 금속화/탄소 생성물의 재산화를 방지하는 것을 돕는 것을 특징으로 하는 방법.
제35항에 있어서, 생성물을 대기에 노출시키기 전에 상기 용기 내의 금속화/탄소 생성물을 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제34항에 있어서, 금속화/탄소 생성물은 상기 용기 내로 배출되기 전에 브리케트로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
제37항에 있어서, 브리케트로 제조된 금속화/탄소 생성물은 대기에 노출되기 전에 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법.
하나 이상의 챔버에서 금속 산화물 및 탄소 재료를 열처리하기 위한 장치이며,

유입 단부와 배출 단부를 갖는 가열 챔버를 포함하는 반응기와,

상기 챔버의 유입 단부 내부에 금속 산화물 및 탄소 재료를 공급하고, 상기 챔버의 배출 단부를 향해 상기 금속 산화물 및 탄소 재료를 가압하는 공급 장치와,

탄소 재료가 금속화/탄소 생성물을 형성하도록 금속 산화물과 반응하고 온도를 상승시키는 산화제를 주입하도록 적용된 산화제 주입 수단과,

상기 챔버로부터의 금속화/탄소 생성물을 수용하도록 적용되고, 고온 고압 배출 가스, 용융 금속 및 용융 슬래그를 생산하는 금속화/탄소 생성물을 가열하도록 적용된, 상기 챔버의 배출 단부과 연통되는 용융 장치와,

배출 가스, 용융 슬래그 및 용융 금속을 분리하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제39항에 있어서, 용융 장치로부터 용융 금속 및 용융 슬래그를 수용하기 위한 저장기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제40항에 있어서, 용융 장치로부터 용융 금속 및 용융 슬래그를 침지된 모드로 수용하기 위한 저장기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제40항에 있어서, 저장기는 용융 금속을 용융 슬래그로부터 분리되게 탭(tap)하는 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
제39항에 있어서, 상기 챔버는 챔버의 배출 단부를 향해 열 에너지를 복사하도록 적용된 복사 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제39항에 있어서, 시스템 압력을 균형잡도록 적용된 압력 균형 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제39항에 있어서, 상기 산화제 주입 수단은 선택적으로 전진 또는 후퇴되도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
제39항에 있어서, 용융 장치에 작동 연결된 산화제 주입 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제39항에 있어서, 용융 장치에 작동 연결된 유도 가열 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제39항에 있어서, 보충 열을 상기 용융 장치로 공급하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제48항에 있어서, 보충 열을 상기 용융 장치로 공급하기 위한 수단은 유도 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제48항에 있어서, 보충 열을 상기 용융 장치로 공급하기 위한 수단은 산화제 주입 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제39항에 있어서, 연료뿐만 아니라 산화제를 주입하도록 적용된 조합 산화제 주입 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제51항에 있어서, 상기 연료는 가스인 것을 특징으로 하는 장치.
제51항에 있어서, 상기 연료는 분말 석탄인 것을 특징으로 하는 장치.
하나 이상의 챔버 내에서 금속 산화물 및 탄소 재료를 열처리하기 위한 장치이며,

유입 단부 및 배출 단부를 갖는 가열 챔버를 포함하는 반응기와,

둘러싸는 환형부를 갖는 코어로서 챔버의 유입 단부 내부로 금속 산화물 및 탄소 재료를 공급하고, 상기 챔버의 배출 단부를 향해 금속 산화물 및 탄소 재료를 가압하기 위한 공급 장치와,

탄소 재료가 금속화/탄소 생성물을 형성하도록 금속 산화물과 반응하고 온도를 상승시키는 산화제를 주입하도록 적용된 산화제 주입 수단과,

상기 챔버로부터의 금속화/탄소 생성물을 수용하도록 적용되고, 고온 고압 배출 가스, 용융 금속 및 용융 슬래그를 생산하는 금속화/탄소 생성물을 가열하도록 적용된, 상기 챔버의 배출 단부과 연통되는 용융 장치와,

배출 가스, 용융 슬래그 및 용융 금속을 분리하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제54항에 있어서, 상기 코어를 둘러싸는 금속 산화물을 갖는 탄소 재료로부터 상기 코어를 형성하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제54항에 있어서, 산화제를 상기 코어 내부에 배향시키도록 적용된 산화제 주입 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.