KR20050120792A

KR20050120792A - 야금용 개질탄의 제조방법, 및 야금용 개질탄을 이용한 환원금속 및 산화 비철금속 함유 슬래그의 제조방법

Info

Publication number: KR20050120792A
Application number: KR1020057019166A
Authority: KR
Inventors: 다카오 하라다; 히데토시 다나카; 이사오 고바야시; 노리유키 오쿠야마; 다쿠오 시게히사
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-12-23
Also published as: KR100730820B1; EP2246447B1; CN1771340A; CN101935728A; EP1616968B1; EP1616968A4; US20060278041A1; US7799100B2; EP2246447A1; CN101935727A; JP4295544B2; RU2005134656A; WO2004090175A1; JP2004307714A; CN101935727B; AU2004227214A1; RU2302450C2; CA2520070C; CA2520070A1; ATE510030T1

Abstract

종래의 탄재 내장법에 의한 환원금속 제조법에는 적합하지 않은 저품위탄을 개질하여 탄재 내장법에 적합한 야금용 개질탄을 제조하는 방법을 개시하며, 또한 이것을 내장 탄재로서 이용하는 것에 의해, 고품질의 환원금속을 제조하는 방법을 개시한다. 상기 방법에서는, 우선 석탄을 유기 용제중에서 가열하여 숙성시킴으로써 상기 석탄보다 연화유동성을 높인 야금용 개질탄을 제조한다. 이 야금용 개질탄과 산화금속 함유 원료의 혼합물을 과립화기로 괴성화하여, 이 괴성물을 이동 노상형로 내에서 가열 환원한 후, 계속해서 가열 용융하여 환원 용융물로 한다. 이 환원 고화물을 이동 노상형로 내에서 냉각·고화시켜 환원 고화물로 한 후, 이 환원 고화물을 화로 밖으로 배출하고, 슬래그를 스크린으로 분리 제거하고, 금속을 환원금속으로서 회수한다.

Description

야금용 개질탄의 제조방법, 및 야금용 개질탄을 이용한 환원금속 및 산화 비철금속 함유 슬래그의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING IMPROVED COAL FOR USE METALLURGY, AND METHOD FOR PRODUCING REDUCED METAL AND SLAG CONTAINING OXIDIZED NONFERROUS METAL}

본 발명은, 환원재로서 석탄을 이용하는 환원철을 비롯한 환원금속 및 산화 비철금속 함유 슬래그의 제조기술 분야에 속하는 것이다. 상세하게는, 고휘발분탄 등 저품위 석탄의 개질 방법, 및 그 개질탄을 이용한 환원금속 및 산화 비철금속 함유 슬래그의 제조방법에 관한 것이다.

고로법을 대신하는 석탄 베이스 직접 환원법의 하나로서 탄재 내장 산화철 괴성물을 회전 노상형로 내에서 복사 가열하여 환원철을 얻는 방법(이른바, 탄재 내장법)이 있으며, 상업적인 규모의 실용화가 이미 성공하였다. 그러나, 이 공정은 환원재로서 이용하는 석탄의 성상에 따라서 괴성물의 강도나 괴성물내의 전열이 불충분해져, 결과적으로 제품 환원철의 성상에 영향을 미친다는 문제가 있었다.

또한, 본 출원인은, 상기 탄재 내장법을 발전시켜, 탄재 내장 산화철 괴성물을 회전 노상형로 내에서 복사 가열하여 환원철로 한 후, 계속해서, 추가로 고온에서 가열하여 환원철을 용융시켜 금속과 슬래그로 분리하고, 금속을 회수하는 방법을 개발하여, 상업적인 규모에서의 실용화를 진행시키고 있다. 그러나, 이 공정은 환원재로서 이용하는 석탄의 성상에 따라서 금속과 슬래그의 분리가 불충분해져, 슬래그 중에 금속이 잔존하기 때문에 금속의 회수 수율이 낮아진다는 문제가 있었다.

또한, 종래 비철야금 분야에서는, 예컨대 일메나이트광 등의 산화타이타늄과 산화철을 함유하는 물질로부터 철분을 분리하여 산화타이타늄 함유 슬래그를 제조하는 방법으로서, 일메나이트광을 탄소질 환원재와 함께 전기로에 공급하여, 산화철을 환원·용융하여 용융철로서 빼내는 동시에, 산화타이타늄 함유 슬래그를 타이타늄 정련 원료용의 중간 제품으로서 회수하는 방법이 채용되었다. 그러나, 이 방법에서는, 흡열 반응인 산화철의 환원 반응의 진행에 의해서 노내 온도가 저하되기 때문에, 노내 온도를 유지하는데 다량의 전력이 소비된다. 게다가, 처리 공정에서 대량의 용융 FeO가 발생하고, 이 용융 FeO에 의한 노내 내화물의 손상이 심하다는 문제가 있기 때문에, 전기로에서는 효율적인 산화타이타늄 함유 슬래그의 제조가 곤란했다. 또한, 산화철을 환원하기 위해서는 노내를 고환원성 분위기로 유지해야만 하며, 이 환원성 분위기에 의해서 산화타이타늄도 환원되어 버리는 문제가 발생하였다.

그리하여, 본 출원인은, 상기 전기로법을 대체하는 제조방법으로서, 본 출원인이 개시한 상기 방법이, 원리적으로는 비철야금의 중간 제품인 산화 비철금속 함유 슬래그의 제조에 응용할 수 있다고 생각하여 실용화를 위해 연구 개발을 진행시키고 있다. 그러나, 이 방법은 기본적으로 전력을 불필요하고 용융 FeO의 생성이 없으며 내화물의 손상이 방지되지만, 상기 전기로법과 같이 석탄의 회분이 슬래그에 혼입되어 버리기 때문에, 제품 가치가 저하된다고 하는 문제점이 남아 있었다. 또한, 환원재로서의 석탄의 성상에 따라서 금속과 슬래그의 분리가 불충분해져, 슬래그에 금속철이 혼입되어 슬래그 중의 산화 비철금속의 농도가 낮아지고, 나아가 제품 가치가 저하되어 버린다는 문제가 있었다.

한편, 고휘발분탄 등의 저품위 석탄을 용제처리하여 야금용 탄재로 개질하는 시도가 이루어졌다. 유동성이 없는 고휘발분탄을 400℃ 정도의 용제 중에서 처리하면, 용제에 추출되는 추출물과 잔사로 분리된다. 이 추출물은 원탄에 없는 유동성을 갖는 것으로 알려져 있고, 이 추출물과 원탄 등을 혼합함으로서 용광로나 큐폴라(cupola)에 이용가능한 고강도의 코크스를 제조할 수 있는 것이 지적되었다.

이러한 종래의 용제에 의한 석탄 개질법은, 용광로 등의 종형로에서의 사용을 목적으로 하기 때문에 탄재의 하중 강도가 필요하며, 유동성 외에 점결성을 발현시키는 조작을 가해야 했다. 또한, 이 종래의 석탄 개질법에서는, 용제로서 석탄 용해력을 상승시키기 위해 테트랄린 등의 수소 공여성을 갖는 물질, 또는 N-메틸피롤리디논 또는 콜타르 등의 질소 함유 용제를 이용하고 있지만, 하기의 이유로 공업적인 제조에 난점이 있었다.

즉, 수소 공여성 용제의 경우, 추출시 수소 공여성을 잃어 버리기 때문에 용제의 순환 사용을 위해서는 용제를 재수소화해야 할 필요가 있지만, 수소는 매우 고가이며, 실질적으로 야금 이용 분야에서는 상업화에 이르렀던 예가 없었다. 또한 질소 함유 용제의 경우는, 석탄과의 융화성이 지나치게 높고 용제가 추출탄과 결합하기 때문에, 용제를 회수할 수 없게 되고, 용제의 순환 사용을 할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 종래의 탄재 내장법에는 부적합했던 고휘발분탄 등의 저품위 탄을 탄재 내장법에 적합한 야금용 개질탄으로 개질하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 이러한 야금용 개질탄을 이용하는 것에 의해, 고품질의 환원금속 및 산화 비철금속 함유 슬래그를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

발명의 요약

본 발명은, 석탄을 유기 용제로 추출처리하는 것에 의해 야금용 개질탄을 제조하는 방법에 있어서, 석탄과 유기 용제를 혼합하여 원료 슬러리로 하는 슬러리 제조 공정, 이 원료 슬러리를 가열하여 숙성시킴으로써 상기 유기 용제 중에 상기 석탄으로부터 가용분을 추출하여 추출처리 슬러리로 하는 추출 공정, 및 이 추출처리 슬러리로부터 상기 유기 용제를 증발 제거함으로써 고체 잔류물인 야금용 개질탄을 수득하는 용제 제거 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법이다.

상기 본 발명에 있어서는, 상기 용제 제거 공정이, 상기 추출처리 슬러리를 정치하여 상기 석탄의 미용분을 침강시킴으로써, 상기 추출된 가용분인 추출탄을 포함하는 상청액과 상기 침강한 미용분인 잔탄을 포함하는 잔탄 슬러리로 분리하는 침강 분리 공정, 상기 상청액으로부터 상기 유기 용제를 증발 제거하여 수득된 상기 추출탄을 야금용 개질탄으로 하는 제 1 용제 제거 공정을 구비하거나, 또는 상기 용제 제거 공정이, 상기 추출처리 슬러리를 정치하여 상기 석탄의 미용분을 침강시킴으로써, 상기 추출된 가용분인 추출탄을 포함하는 상청액과 상기 침강한 미용분인 잔탄을 포함하는 잔탄 슬러리로 분리하는 침강 분리 공정, 상기 상청액으로부터 상기 유기 용제를 증발 제거하여 고체 잔류물인 상기 추출탄을 수득하는 제 1 용제 제거 공정, 및 상기 잔탄 슬러리로부터 상기 유기 용제를 증발 제거하여 고체 잔류물인 상기 잔탄을 수득하는 제 2 용제 제거 공정을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 제조방법을 실시하는 경우, 상기 추출탄에 상기 잔탄을 배합하여 연화유동성을 조정한 야금용 개질탄을 수득하는 배합 공정을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

야금용 개질탄에 대한 상기 잔탄의 배합율은 0질량% 초과 70질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 또한 상기 추출 공정에서의 바람직한 가열 온도는 250 내지550℃, 상기 추출 공정에서의 바람직한 숙성 시간은 5 내지 120분이며, 상기 추출 공정에서의 숙성은 0.5 MPa 이상의 질소 분위기 하에서 하는 것이 좋다.

또한, 본 발명의 제조방법을 실시하는 경우 이용하는 상기 유기 용제로서는, 2환 방향족 화합물을 주성분으로 하고, 상압에서의 비점이 200 내지 300℃인 것이 바람직하다. 이 제조방법에 있어서는, 증발 제거된 상기 유기 용제를 회수하여, 상기 슬러리 제조 공정으로 순환시키는 용제 회수 공정을 구비하는 것이 바람직하며, 상기 회수된 유기 용제에는 실질적으로 재수소화 처리는 실시되지 않는다. 상기 유기 용제를 회수하는 바람직한 수단으로서는, 감압 증류법 또는 스프레이 드라이법을 들 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 제조 방법에 의해 제조되는 야금용 개질탄도 보호 대상에 포함한다.

본 발명의 또다른 구성은, 석탄을 유기 용제로 추출처리하는 것에 의해 수득된 야금용 개질탄을 이용하여 환원금속을 제조하는 방법에 있어서, 석탄을 유기 용제 중에서 가열하여 숙성시킴으로써 상기 석탄보다 연화유동성을 높인 야금용 개질탄을 수득하는 석탄 개질 공정, 상기 야금용 개질탄과 산화금속을 함유하는 산화금속 함유 원료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 공정, 및 상기 혼합물을 이동 노상형로 내에서 가열 환원하여 환원 혼합물인 환원금속을 수득하는 환원 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 환원금속의 제조방법을 실시하는 경우, 하기의 공정을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.

1) 상기 환원 혼합물을 상기 이동 노상형로 내에서 계속해서 가열하여 상기 환원 혼합물 중의 환원금속을 응집시키는 응집 공정, 또는 추가로

2) 상기 환원 혼합물을 용해로 내에서 가열 용해하여 금속과 슬래그로 분리하는 용해 공정, 및 이 금속을 화로 밖으로 배출하여 환원금속으로서 회수하는 회수 공정, 또는 추가로

3) 상기 혼합물을 이동 노상형로 내에서 가열 환원하여 환원 혼합물로 한 후, 계속해서 이 환원 혼합물을 가열 용융하여 환원 용융물인 환원금속을 수득하는 환원·용융 공정, 추가적으로

4) 상기 혼합물을 이동 노상형로 내에서 가열 환원하여 환원 혼합물로 한 후, 계속해서 이 환원 혼합물을 가열 용융하여 환원 용융물인 환원금속을 얻는 환원·용융 공정, 이 환원 용융물을 상기 이동 노상형로 내에서 냉각하여 고화시켜 환원 고화물을 얻는 고화 공정, 이 환원 고화물을 화로 밖으로 배출하여 금속과 슬래그로 분리하여 이 금속을 환원금속으로서 회수하는 분리 회수 공정.

본 발명에 따른 또다른 구성은, 석탄을 유기 용제로 추출처리함으로써 수득된 야금용 개질탄을 이용하여 산화 비철금속 함유 슬래그를 제조하는 방법에 있어서, 석탄을 유기 용제 중에서 가열하여 숙성시킴으로써 상기 석탄보다 연화유동성을 높인 야금용 개질탄을 얻는 석탄 개질 공정, 이 야금용 개질탄과 산화철 및 산화 비철금속을 함유하는 산화금속 함유 원료를 혼합하여 혼합물과 하는 혼합 공정, 이 혼합물을 이동 노상형로 내에서 가열하여 이 혼합물 중의 산화철을 환원하여 금속철로 한 환원 혼합물로 한 후, 계속해서 이 환원 혼합물을 가열하여 상기 금속철을 용융시켜 산화 비철금속 슬래그로부터 분리시키는 환원·용융 공정, 이 산화 비철금속 슬래그와 용융한 금속철과의 혼합물을 상기 이동 노상형로 내에서 냉각하여 상기 금속철을 고화시켜 환원 고화물을 수득하는 고화 공정, 및 이 환원 고화물을 화로 밖으로 배출하여 슬래그와 금속을 분리하고, 이 슬래그를 산화 비철금속 슬래그로서 회수하는 분리 회수 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 산화 비철금속 함유 슬래그의 제조방법이다.

본 발명에 있어서는, 상기 방법에 의해 수득되는 환원금속이나 산화 비철금속 슬래그도 그 보호 대상에 포함되는 것으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 야금용 개질탄의 제조방법의 실시형태를 예시하는 공정 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 따른 야금용 개질탄의 제조방법의 별도의 실시형태를 나타내는 공정 흐름도이다.

도 3은 또다른 실시형태에 따른 공정 흐름도이다.

도 4는 본 발명에 따른 야금용 개질탄을 이용한 탄재 내장법에 의한 환원금속의 제조방법의 실시형태를 예시하는 것으로, 크로뮴 함유 원료의 환원 공정을 나타내는 흐름도이다.

도 5는 본 발명의 야금용 개질탄을 이용한 탄재 내장법에 의한 환원금속의 제조방법의 다른 실시형태를 예시하는 것으로, 크로뮴 함유 원료의 환원 공정을 나타내는 흐름도이다.

도 6은 본 발명의 야금용 개질탄을 이용한 탄재 내장법에 의한 산화 비철금속 함유 슬래그의 제조방법의 실시형태를 예시하는 것으로, 타이타늄 함유 원료의 환원 공정을 나타내는 흐름도이다.

도 7은 추출 온도와 석탄 추출율과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 8은 추출 시간과 석탄 추출율과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 용제의 반복 사용 회수와 석탄 추출율의 관계를 나타내는 그래프이다.

* 부호의 설명

1 석탄(원탄) 2 유기 용제

3 슬러리 제조조 4 원료 슬러리

5 슬러리 펌프 6 열교환기

7 가열기 8 숙성조

9 침강조

12,13 용제 제거 장치(용제 회수 장치)

14 추출탄 16 순환 용제

17 잔탄 24 용제 펌프

25 처리후 슬러리 26 상청액

27 잔탄 슬러리 32 야금용 개질탄(혼합물)

101,111 크로뮴 함유 원료 102,112 야금용 개질탄

103,113 과립화기

104,114 괴성물(원료 혼합물, 혼합물)

105,115 이동 노상형로 106 환원 괴성물(환원 혼합물)

107 용해로 108,118 금속

109,119 슬래그 116 환원 고화물

117 스크린 211 타이타늄 함유 원료

212 야금용 개질탄 213 과립화기

214 괴성물(혼합물) 215 이동 노상형로

216 환원 고화물 217 스크린

218 금속 219 슬래그

이하에서, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.

실시형태 1

도 1에서는, 본 발명에 따른 야금용 개질탄의 제조방법의 실시형태를 나타내는 공정 흐름도의 일례를 나타낸다. 원료가 되는 석탄(원탄)(1)으로서는 역청탄, 무연탄, 아역청탄, 갈탄 등 유동성이 없거나 또는 유동성이 낮은 저품위탄을 이용할 수 있다.

[슬러리 제조 공정] : 우선, 석탄(1)과 유기 용제(이하, 단지「용제」라고 하기도 함)(2)를 슬러리 제조조(3)에서 혼합하여 원료 슬러리(4)를 제조한다.

[추출 공정] : 이 원료 슬러리(4)를 슬러리 펌프(5)에 의해 가열기(7)로 보내어 승온시킨다. 가열 온도는 250 내지 550℃, 바람직하게는 350 내지 420℃로 한다. 가열기(7)의 열 부하를 저감시키기 위해서 가열기(7)의 상류 측에 열교환기(6)를 설치하고, 후술하는 순환 용제(16)의 현열을 이용하여 원료 슬러리(4)를 예열하는 것이 바람직하다.

가열한 원료 슬러리(4)를 숙성조(8)로 이송하여 상기 온도 범위로 유지하여 숙성시킨다. 가열 온도(숙성 온도)를 250 내지 550℃로 하는 것은, 250℃ 미만에서는 용제(2) 중으로의 석탄(1)의 추출율이 저하되기 때문이며, 한편 550℃를 초과하면 열분해에 의해 석탄이 변질되어, 용제(2) 중으로의 석탄(1)의 추출율이 저하되고 일단 추출된 석탄(추출탄)의 열분해가 진행되어 메탄, 에탄 등의 저비점 화합물의 생성이 촉진되고, 추출탄의 수율이 저하되어 버리기 때문이다. 숙성조(8)에서의 원료 슬러리(4)의 숙성 시간은 5 내지 120분, 바람직하게는 30 내지 80분으로 한다.

숙성조(8)의 압력은, 용제의 증발을 막기 위해서는 높은 쪽이 좋지만, 고압으로 하면 장치 비용이 상승하기 때문에, 숙성 온도(가열 온도)에 있어서의 용제의 증기압 +50 내지 500 kPa 정도가 권장된다. 탄 종이나 용제 종에 따라, 구체적으로는 1 MPa 정도(0.5 내지 1.5 MPa)가 된다. 숙성조(8) 내에서 원료 슬러리(4) 중의 석탄(1)의 가용분은 용제(2) 중에 추출물(추출탄)로서 용해되지만 미용해분은 잔탄으로서 고체 상태로 남기 때문에 이들은 슬러리 상태를 유지한다.

[용제 제거 공정] : 이 처리 후의 슬러리(이하, 「추출처리 슬러리」라고 함)(25)를 용제 제거 장치(용제 회수 장치)(12)로 이송하여, 용제 제거 장치(용제 회수 장치)(12)내에서 용제를 증발시켜 제거하여, 고체 잔류물인 추출탄과 잔탄의 혼합물(32)을 얻는다. 추출처리 슬러리(25)는 온도·압력을 갖기 때문에, 감압하면 용제는 그 현열에 의해 증발하지만, 추출탄과 잔탄의 혼합물(32)은 증기압을 갖지 않으므로 고체로서 남는다. 따라서, 용제 제거 장치(용제 회수 장치)(12)로서는 감압 증류법, 스프레이 드라이법 등을 이용할 수 있다.

상기 용제처리에 의해, 잔탄에는 유동성 발현 효과는 생기지 않지만, 추출탄에는 유동성 발현 효과에 의해 유동성이 없거나 낮은 원탄(석탄)(1)에 비해 높은 유동성이 부여된다. 이 때문에, 추출탄과 잔탄의 혼합물(32)도 원탄(1)보다 높은 유동성을 갖는 것이 되어, 이 혼합물(32)을 야금용 개질탄(이하, 단지「개질탄」이라고도 함)으로서 사용할 수 있다.

본 실시형태에는, 추출탄 뿐만아니라 잔탄도 전량 회수하여 사용하기 때문에, 소정의 유동성을 갖는 야금용 개질탄(32)을 얻기 위해서는 원탄의 종류가 제한된다고 하는 결점이 있지만, 후술하는 실시형태 2, 3과 같이 침강조(9)를 필요로 하지 않고, 용제 제거 장치(용제 회수 장치)도 하나일 수 있고, 설비 비용이 적은 이점을 갖는다.

[용제 회수 공정] : 한편, 용제 제거 장치(용제 회수 장치)(12)에 의해 제거된 용제(16)는 순환 사용하는 것이 좋다. 즉, 이 용제(순환 용제)(16)를 열 교환기(6)를 통과시켜 이 현열을 원료 슬러리(4)의 예열로 이용한 후, 용제조(3), 용제 펌프(24)를 지나서 용제(2)로서 순환 이용할 수 있다.

유기 용제(2)로서는, 석탄 구조 단위와 유사한 2환 방향족 화합물을 주성분으로 하고, 비점이 200 내지 300℃ 정도의 것을 이용하는 것이 계내 압력을 추출처리하기에 적합한 1 MPa 정도로 유지할 수 있고, 게다가 추출처리 후의 액으로부터 용제(2)의 회수를 쉽게 하는 데 바람직하다. 구체적으로는, 메틸나프탈렌, 다이메틸나프탈렌, 나프탈렌, 또는 이들과 유사한 2환 방향족 화합물, 또는 이들이 혼합된 2환 방향족 화합물로 주로 이루어진 것이며, 석탄건류로나 석탄류의 상기 비점 범위에 있는 것 등을 이용할 수 있다. 이렇게 하여 선택된 용제(2)를 상술한 온도·압력에서 용제처리에 사용하는 한, 용제(2)의 용해 능력을 유지하기 위해서 순환 용제(16)를 수소화할 필요는 없다. 또한, 용제(16)가 추출탄과 결합하여 회수(제거) 불능이 되는 일은 없기 때문에, 용제(16)를 반복 사용하는 것에 문제가 발생하지는 않는다. 이에 더불어, 추출 공정에서의 가열처리에 의해서 석탄(1)으로부터 소량의 유분이 생성된다. 이 유분의 대부분은 2환 방향족 화합물이며, 자생 유분에 의해 순환 용제(16)를 보충하는 효과가 있다.

실시형태 2

일반적으로, 용제 불용분인 잔탄에서는 유동성 발현 효과를 기대할 수 없기 때문에, 상기 실시형태 1과 같이, 용제처리후의 추출탄과 잔탄의 혼합물을 그대로 야금용 개질탄으로서 이용한 경우, 원탄의 종류에 따라서는 야금용 개질탄의 유동성이 부족하게 되어, 탄재 내장법에 의한 환원금속의 제조 등에 충분히 적합하지 않는 경우가 있다. 이러한 경우, 추출탄과 잔탄을 혼합 상태로 빼내는 것이 아니라, 따로따로 빼내어, 탄재 내장법에 의한 환원금속의 제조 등에 적합한 유동성이 되도록 추출탄에 잔탄을 적량 배합하여 이용하는 것이 좋다.

도 2에서는, 상기 기술적 사상에 근거하는 본 발명의 야금용 개질탄의 제조방법의 별도의 실시형태로서 이러한 공정 흐름도의 일례를 나타낸다. 한편, 본 실시형태의 설명에서는, 실시형태 1과 공통된 부분의 설명은 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명한다.

[침강 분리 공정] : 숙성조(8)에서 숙성된 추출처리 슬러리(25)를 침강조(9)로 이송하여 소정 시간 정치시킨다. 이에 의해 고체인 잔탄이 조의 저부에 중력 침강한다. 침강 처리를 위한 시간은 석탄(1)의 종류에 따라 다르지만, 30 내지 120분 정도가 바람직하다. 이 침강처리에 의해, 석탄(1)이 용제(2)로 추출된 용액 중에서 잔 사가 침강한다. 석탄(1)이 용제(2)로 추출된 용액은 상청액(26)으로서 연속적으로 빼내는 것은 용이하지만, 조의 저부로부터 잔사인 잔탄 만을 연속적으로 빼내는 것은 보통 곤란하므로, 용제의 일부를 수반하는 잔탄 슬러리(27)로서 빼내는 것이 된다.

[제 1 및 제 2 용제 제거 공정] : 즉, 상청액(26)과 잔탄 슬러리(27)를 별도로 빼내고, 각각을 별개로 설치된 용제 제거 장치(용제 회수 장치)(12,13)에서 용제를 증발시켜 제거함으로써 추출탄(14)과 잔탄(17)을 따로따로 회수한다. 한편, 용제 제거 장치(용제 회수 장치)(12,13)로서는, 상기 실시형태 1의 용제 제거 장치(용제 회수 장치)(12)와 같이 감압 증류법, 스프레이 드라이법 등을 이용할 수 있다.

[배합 공정] : 이렇게 하여 개별적으로 회수한 추출탄(14)에 잔탄(17)을 배합하는 비율을 조정함으로써, 잔탄(17)을 유효하게 이용하면서 원하는 연화유동성을 갖는 야금용 개질탄(32)이 수득된다. 야금용 개질탄(32)에 대한 잔탄(17)의 배합율은 0질량% 초과 70질량% 이하, 바람직하게는 60질량% 이하로 한다.

[용제 회수 공정] : 상기 실시형태 1과 같이 용제 제거 장치(용제 회수 장치)(12,13)에 의해 제거된 용제(15,16)는 순환 사용하는 것이 좋다.

실시형태 3

예컨대, 야금용 개질탄을 탄재 내장법에 의한 산화 비철금속 함유 슬래그의 제조에 이용하는 경우에는, 제품인 슬래그에 석탄재를 혼입시키면 제품의 가치가 저하되기 때문에 야금용 개질탄으로서는 회분을 포함하는 잔탄을 혼합하지 않고 회분이 포함되어 있지 않는 추출탄만을 이용하는 것이 바람직하다.

도 3에서는, 상기 기술 사상에 근거하는 본 발명의 야금용 개질탄의 제조방법의 별도의 실시형태에 따른 공정 흐름도를 나타낸다. 한편, 본 실시형태는, 실시형태 2로부터는 [배합 공정]이 불필요할 뿐 다른 부분은 공통된다. 즉, 본 실시형태에서는, 용제 제거 장치(용제 회수 장치)(12)에서 수득된 추출탄(14)만을 그대로 야금용 개질탄(14)으로서 이용함으로써, 잔탄(17)은 별도 이용 방법을 검토해야 하지만, 고유동성을 갖고 회분이 없는 야금용 개질탄(14)이 수득된다.

실시형태 4

도 4에서는, 본 발명의, 야금용 개질탄을 이용한 탄재 내장법에 의한 환원금속의 제조방법의 한 실시형태로서, 산화금속 함유 원료인 크로뮴 함유 원료의 환원 공정을 나타낸다. 한편, 산화금속 원료로서는, 본 실시형태의 Fe, Cr의 산화물을 포함하는 것에 한정되는 것이 아니라, Ni, Mn 등의 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있고, 또한 그 형태는 광석, 정련 더스트 등 임의 형태일 수 있다. 물론 제품으로서는, 환원철이나 용선, 용강, 입철일 수 있다.

여기에서, 부호 101은 산화크로뮴 및 산화철을 함유하는 크로뮴 함유 원료(이하, 단지「원료」라고도 한다), 부호 102는 야금용 개질탄, 부호 103은 과립화기, 부호 104는 괴성물(혼합물), 부호 105는 이동 노상형로, 부호 106은 환원 괴성물(환원 혼합물), 부호 107은 용해로, 부호 108은 금속, 부호 109는 슬래그를 나타낸다.

크로뮴 함유 원료(101)로서는, 크로뮴 광석 외에 크롬철 제조 공장에서 발생하는 더스트나 슬래그 등의 크롬철 제조 공정의 잔사도 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라 철광석이나 밀 스케일을 가하여 성분조정을 실시할 수도 있다. 원료(101)중에 수분을 대부분 포함하는 경우는, 사전에 건조해 두는 것이 바람직하다. 건조 정도는 이후 공정의 혼합 공정에서의 혼합 수단(본 실시형태에서는 과립화기(103))을 고려하여 정할 수 있다.

크로뮴 함유 원료(101)와 야금용 개질탄(102)의 입도는, 후술하는 바와 같이, 환원 반응의 면에서는 미세하게 하면 접촉 기회를 늘리므로 바람직하지만, 너무 세밀하면 과립화가 곤란해지므로, 200메쉬 이하(75μm 이하)가 70% 정도로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 크로뮴 함유 원료(101)와 야금용 개질탄(102)은 필요에 따라 사전에 분쇄할 수 있다.

야금용 개질탄(102)의 괴성물(혼합물)(104)중의 배합율은, 이동 노상형로(105) 내에서 원료(101)중의 산화크로뮴 및 산화철을 환원하는 데 필요한 탄소량, 용해로(107)에서 환원 괴성물(환원 혼합물)(106) 중의 잔류 산화크로뮴의 환원 등에 의해 소비되는 탄소량, 및 금속(108) 중에 잔존시키는 목표 탄소량으로부터 결정하면 바람직하다. 한편, 산화크로뮴의 환원이 고상 반응인 것을 고려하여, 괴성물(혼합물)(104)에 배합하는 탄소량은, 후술하는 이론 필요 탄소량보다 과잉으로 하는 것이 크로뮴 환원율을 높이는 데에 있어 중요하다. 이와 같이, 이론 필요 탄소량보다 과잉의 탄소를 배합하더라도, 야금용 개질탄(102)이 가열시 유동성을 발휘하여 바인더로서 작용하기 때문에, 괴성물(104)이나 환원 괴성물(106)의 강도가 유지된다.

[혼합 공정] : 원료(101)와 야금용 개질탄(102)을 혼합하기 위해서는 도시하지않은 혼합기를 이용할 수 있다. 혼합물은 그대로 이동 노상형로(105)에 장입시킬 수도 있지만, 과립화기(103)에서 괴성화하는 것이 바람직하다. 괴성화함으로써 이동 노상형로(105)나 용해로(107)로부터의 더스트 발생량이 감소하는 동시에, 이동 노상형로(105) 내에서의 괴성물(혼합물)(104) 내부의 전열 효율이 향상하여 환원 속도가 상승하기 때문이다. 특히, 본 발명에 있어서는, 탄재로서 고유동성의 야금용 개질탄(102)을 이용하고 있기 때문에, 가열시 탄재가 유동화하여 괴성물(104)을 구성하는 입자가 긴밀화하는 것에 의해 높은 전열 효율이 얻어진다. 괴성물(혼합물)(104)에는 조재재(造滓材) 등의 부원료를 첨가할 수도 있다. 과립화기(103)로서는, 브리켓 프레스 등의 압축 성형기나 디스크형 펠렛타이저 등의 전동 과립화기 외에 압출 성형기를 사용할 수 있다. 과립화 후의 괴성물(혼합물)(104)의 수분이 높은 경우는, 이동 노상형로(5)에 장입시키기 전에 건조할 수도 있다.

[환원 공정] : 과립화한 괴성물(혼합물)(104)은 이동 노상형로(105)에 장입시켜 복사 가열한다. 이동 노상형로(105)로서는 회전 노상형로나 직선 화로, 다단 화로 등을 사용할 수 있다. 또한, 복사 가열에는 연소 버너 등을 사용할 수 있다.

괴성물(혼합물)(104)은 복사 가열에 의해 급속 승온되어, 괴성물(혼합물)(104) 내부에서 크로뮴 함유 원료(101) 중의 산화철과 산화크로뮴이 탄소질 환원재(야금용 개질탄)(102) 중의 고정 탄소에 의해 주로 하기 반응식 1 및 2에 의해 환원된다(일본철강협회편, 철강편람, 제3판, 제2권, 발행소: 일본철강협회, 1979년 10월 15일 발행, p.412-415 참조).

FeO + C → Fe + CO - 36.8 kca1

ΔG⁰ = 35350 - 35.9T

7Cr₂O₃+ 27C → 2Cr₇C₃ + 21CO - 1250.6 kca1

ΔG⁰ = 1230132 - 886.97T

반응식 1의 반응 개시온도는 712℃이며, 반응식 2의 반응 개시온도는 1114℃이다. 반응식 2에서 환원된 Fe는 그 일부가 반응식 2에 의해 생성되는 Cr₇C₃에 고용하여 (Cr·Fe)₇C₃이 되는 것으로 생각된다.

괴성물(혼합물)(104)의 복사 가열이 시작된 시점에서, 괴성물(혼합물)(104)의 온도가 산화크로뮴의 환원 반응 개시온도인 1114℃에 도달한 시점까지의, 괴성물(혼합물)(104)의 평균 승온속도를 13.6℃/s 이상으로 하는 것이 좋다. 여기에서, 「괴성물(혼합물)(104)의 복사 가열이 시작된 시점」이란, 이동 노상형로(105) 내에서 연소 버너 등으로 복사 가열되어 있는 영역(복사 가열 영역)에 괴성물(혼합물)(104)이 들어 간 시점을 가리키며, 괴성물(혼합물)(104)이 화로 바닥상에 공급된 시점에서 복사 가열에 들어가는 시점까지의 영역은 포함하지 않는다. 이 괴성물(혼합물)(104)이 화로 바닥 상에 공급된 시점에서 복사 가열 영역으로 들어가는 시점까지의 영역을 포함하지 않는 이유는, 이 영역에서는 괴성물(혼합물)(104)은 주로 화로 바닥으로부터의 전도 전열만으로 가열되고, 또한, 이 영역의 체류시간(통과시간)은 보통 짧기 때문에, FeO의 환원 반응 개시온도인 712℃까지 승온되지 않고, 환원 반응에 의한 내장탄재의 고정 탄소분이 실질적으로 소비되지 않기 때문이다.

괴성물(혼합물)(104)의 복사 가열을 실시하는 영역(환원 공정)의 분위기 온도는 1250 내지 1400℃로 하는 것이 바람직하다. 1250℃ 미만에서는 괴성물(혼합물)(4)의 1114℃까지의 승온 속도가 불충분해지기 쉽고, 1400℃를 초과하면 환원 괴성물(환원 혼합물)(104)이 연화하여 환원 괴성화물(106)끼리 고착하거나 화로 바닥에 부착하기 쉽게 되기 때문이다.

또한, 괴성물(혼합물)(104)의 복사 가열을 실시하는 영역(환원 공정)의 체류 시간은, 예컨대 분위기 온도 1300℃의 경우, 5.3 내지 42.7분이 적합하다.

또한, 환원 생성한 Fe나 Cr₇C₃가 재산화하지 않도록, 괴성물(혼합물)(104)의 복사 가열을 실시하는 영역(환원 공정)의 분위기 조성은, 연소 버너의 공기비의 조정이나 이동 노상형로(1) 내로의 환원가스의 취입 등에 의해서 환원성 분위기로 할 수 있다.

이동 노상형로(105) 내에서 환원된 환원 괴성물(환원 혼합물)(106)은, 이동 노상형로(105)내에 설치된 복사식 냉각판이나 냉매 분사 장치 등에 의해 보통 1000℃ 정도로 냉각한 후 배출 장치에 의해 배출한다.

한편, 전술한 이론 필요 탄소량이란, 괴성물(혼합물)(104) 중의 산화철 및 산화크로뮴을 상기 반응식 1 및 2의 반응을 지나서, (Cr·Fe)₇C₃를 생성하는데 이론상 필요로 되는 탄소량을 말하며, 구체적으로는 하기 식으로 정의된다.

이론 필요 탄소량(몰) = (Cr₂O₃의 몰수) × 27/7 + (Fe와 결합하고 있는 O의 몰수) + (Fe의 몰수) × 3/7

한편, 상기 환원 공정에서, 괴성물(혼합물)(104)과 함께 이동 노상형로(105)의 화로 바닥 상에 탄소질의 분위기 조정재를 장입시키는 것도 권장된다. 분위기 조정재는 괴성물(혼합물)(104)을 화로 바닥 상에 장입시키기 전에 바닥 깔개로서 장입시키는 것이 특히 바람직하지만, 괴성물(혼합물)(104)과 함께 또는 괴성물(혼합물)(104)의 장입 후에 장입시키더라도 일정한 효과가 얻어진다.

탄소질의 분위기 조정재를 장입시키는 효과는,

1) 괴성물(혼합물)(104) 근방을 환원 분위기로 유지하여, 환원 괴성물(환원 혼합물)(106)의 재산화를 방지하고,

2) 분위기 조정재로부터 발생하는 휘발분이나 CO 가스 등이 이동 노상형로(105)의 연료로서 이용할 수 있어 이동 노상형로(105)에서의 연료 소비량을 삭감할 수 있고,

3) 화로 바닥의 빌드업을 방지하여 배출장치의 부하나 칼 날 등의 부재의 마모를 저감시키고,

4) 환원 괴성물(환원 혼합물)(106)과 함께 배출되는 탈휘발 후의 분위기 조정재는 다음 공정인 용해 공정에서 환원제 및/또는 열원으로서 이용할 수 있다는 것이다.

탄소질의 분위기 조정재로서는, 석탄이나 폐플라스틱, 폐타이어, 바이오매스가 바람직하다. 예컨대, 석탄이나 바이오매스를 이용한 경우는, 이동 노상형로(105)내에서 숯으로 만들고, 휘발분은 이동 노상형로(105)에서의 연료가 되고, 숯이 된 부분은 용해로에서의 환원제 및/또는 열원으로서 이용할 수 있다. 이밖에, 코크스, 목탄, 석유코크스, 숯 등도 사용할 수 있다. 이들은 휘발분이 적기 때문에 이동 노상형로(105)에서의 연료 소비량의 저감 효과는 석탄 등에 비해 작다.

분위기 조정재의 크기(입경)는 특별히 제한되는 것이 아니지만, 바람직하게는 평균 5 mm 이하, 보다 바람직하게는 평균 2 mm 이하로 하는 것이 권장된다.

또한, 화로 바닥 상에 공급하는 분위기 조정재의 두께는 1 내지 50 mm 정도가 바람직하다.

또한, 분위기 조정재에 가하여, 화로 바닥에의 빌드업 방지를 위해 화로 바닥 보호재를 공급할 수도 있다. 이 경우, 분위기 조정재는 화로 바닥 보호재의 위에 장입시키는 것이 바람직하다. 화로 바닥 보호재로서는 고융점 물질을 포함하는 것이 바람직하며, 탄소질 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 고융점 물질로서는, 알루미나 및/또는 마그네시아를 포함하는 산화물, 또는 탄화규소를 포함하는 것이 권장된다.

[응집 공정] : 상기 [환원 공정]에서 환원된 환원 괴성물(환원 혼합물)(106)을 이동 노상형로 내에서 계속해서 가열하여, 이 환원 괴성물(환원 혼합물)(106) 중의 환원금속(Fe, Cr₇C₃)을 응집시킬 수 있다. 가열 온도는 상기 [환원 공정]과 같은 정도 내지 약간 높은 온도로 환원금속이 용융되지 않는 정도의 온도로 하고, 가열 온도에 따라 가열 시간을 적당히 조정할 수 있다. 이에 의해, 환원 괴성물(환원 혼합물)(106) 내부에 환원금속이 응집하여 그 응집물의 입경이 커지기 때문에, 본 [응집 공정]을 거치지 않고서 상기「환원 공정」까지로 머물게 한 환원 괴성물(환원 혼합물)(106)에 비해, 금속과 슬래그의 분리성이 향상하고, 환원금속으로 이루어지는 응집물의 표면적 감소에 의해서 재산화되기 어렵게 되는 것 등의 효과가 얻어진다.

[용해 공정] : 이동 노상형로(105)로부터 배출된 환원 괴성물(환원 혼합물)(106)은, 바람직하게는 그 이상 냉각하지 않고서 고온 그대로 용해로(107)에 장입시킨다. 용해로(107)는 슈트(chute) 등으로 이동 노상형로(105)의 배출부와 직결할 수도 있고, 컨베이어 등의 반송 기기를 이용하거나, 일단 컨테이너 등에 저장한 후 용해로(107)에 장입시킬 수도 있다. 이동 노상형로(105)와 용해로(107)가 근접하지 않은 경우나, 용해로(107)의 운전을 정지하고 있는 경우에는, 환원 괴성물(환원 혼합물)(106)은 상온까지 냉각하여 반제품(크롬철 정련 원료)으로 하여, 보관·수송하여 사용할 수 있다. 또는 냉각하지 않고서 고온 그대로 열간 성형하고, 표면적을 작게 한 후 냉각하여 내재산화성이 양호한 반제품으로 하여, 보관·수송하여 이용하는 것도 바람직하다. 용해로(107)로서는 전기로를 사용할 수 있지만, 석탄, 중유, 천연가스 등 화석 에너지를 이용한 용해로를 사용할 수도 있다. 용해로(107)에는 필요에 따라 조재재 등을 장입시키고, 1400 내지 1700℃의 고온에서 환원 괴성물(환원 혼합물)(106)을 용해하고, 금속(108)과 슬래그(109)로 분리한다. 금속(108)은 그대로 충전 크로뮴으로 하거나, 필요에 따라 2차 정련하여 크롬철로 한다.

한편, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 가열시에서의 탄재의 유동화에 의한 괴성물(104)의 긴밀화에 의해 환원 괴성물(106)도 치밀화하여 겉보기 밀도가 상승하기 때문에, 환원 괴성물(106)이 용탕 상에 부유하는 일이 없고, 용탕 중에 침지되기 쉬우므로 용해 속도가 상승하여 높은 생산성이 얻어진다.

실시형태 5

도 5에서는, 본 발명의 야금용 개질탄을 이용한 탄재 내장법에 의한 환원금속의 제조방법의 별도의 실시형태로서, 산화금속 함유 원료인 크로뮴 함유 원료의 환원 공정을 나타낸다. 여기에서, 부호 111은 산화크로뮴 및 산화철을 함유하는 크로뮴 함유 원료(이하, 단지「원료」라고도 함), 부호 112는 탄소질 환원재, 부호 113은 과립화기, 부호 114는 괴성물(혼합물), 부호 115는 이동 노상형로, 부호 116은 환원고화물, 부호 117은 스크린, 부호 118은 금속, 부호 119는 슬래그를 나타낸다.

본 실시형태 5에 있어서, 원료(111), 탄소질 환원재(112), 과립화기(113) 및 괴성물(혼합물)(114)은, 상기 실시형태 4의 원료(101), 탄소질 환원재(102), 과립화기(103) 및 괴성물(혼합물)(104)과 마찬가지로 [혼합 공정]에 관해서도 상기 실시형태 4와 동일하므로 설명을 생략한다.

[환원·용융 공정] : 과립화한 괴성물(혼합물)(114)을 이동 노상형로(115)에 장입시키고, 우선 분위기 온도 1250 내지 1400℃에서 복사 가열한다. 이 복사 가열에 의한 괴성물(혼합물)(114)의 승온 속도는, 상기 실시형태 4와 같이, 괴성물(혼합물)(114)의 복사 가열이 시작된 시점에서 괴성물(혼합물)(114)의 온도가 산화크로뮴의 환원 반응 개시온도인 1114℃에 도달한 시점까지의, 괴성물(혼합물)(114)의 평균 승온 속도를 13.6℃/s 이상이면 좋다. 또한, 이 영역에서의 괴성물(혼합물)(114)의 체류 시간은 5.3 내지 42.7 분이 적합하다.

계속해서 이동 노상형로(115) 내에서 이 환원 괴성물(환원 혼합물)을, 상기 환원을 실시하는 영역의 분위기 온도(1250 내지 1400℃)보다 높은 1350 내지 1700℃, 바람직하게는 1350 내지 1650℃, 보다 바람직하게는 1350 내지 1600℃의 분위기 온도로 가열 용융하여, 환원 용융물로 한다. 가열 용융 온도의 하한을 1350℃로 한 것은, 이 온도 미만의 온도에서는 환원 괴성물(환원 혼합물)의 용융이 곤란해지기 때문이며, 상한을 1700℃로 한 것은 이 온도를 초과하면 환원로의 내열성에 문제가 생기기 쉽게 되기 때문이다. 이 온도 영역에서의 환원 괴성물(환원 혼합물)의 체류 시간은 0.5 내지 10분의 범위에서 환원 괴성물(환원 혼합물)이 충분히 용융하여 금속과 슬래그로 분리하도록 적절히 조정하면 바람직하다. 환원 괴성물(환원 혼합물)의 체류 시간의 하한을 0.5분으로 한 것은, 이보다 체류 시간이 짧으면 금속과 슬래그의 분리가 불충분해지기 쉽고, 상한을 10분으로 한 것은, 이보다 체류 시간을 연장하더라도 금속과 슬래그의 분리 정도는 포화하고, 오히려 재산화의 우려가 증가하기 때문이다.

한편, 본 발명에서는 탄재로서 고유동성의 야금용 개질탄을 이용함으로써, 후술하는 실시예에 나타낸 바와 같이, 금속의 응집성이 향상하고 금속과 슬래그의 분리가 촉진된다.

한편, 상기한 바와 같이 이동 노상형로(115) 내에서 2단계로 분위기 온도를 변화시키는 일 없이, 처음부터 1350 내지 1700℃의 분위기 온도로 1단계로 가열하여 환원과 용융을 동시에 진행시킬 수 있으며, 보다 단시간에 환원 용융물을 얻을 수 있다.

한편, 금속과 슬래그의 용융 상태는, 반드시 양자와도 용융한 상태일 필요는 없고, 이 양자가 분리할 수 있는 상태이면, 슬래그만이 용융한 상태이거나 또는 금속만이 용융한 상태일 수 있다.

또한, 분위기 조정재와 화로 바닥 보호재는 상기 실시형태 4와 동일하다.

[고화 공정] : 이 환원 용융물을 이동 노상형로(115) 내에서 1000℃ 정도로 냉각하고, 고화시켜 환원 고화물(116)로 한다. 이동 노상형로(115) 내에서의 냉각·고화 수단으로서는, 상기 실시형태 4에서 서술한 복사식 냉각판이나 냉매 분사 장치 등을 이용할 수 있다. 또한, 이동 노상형로(115)로부터 배출한 후에 추가로 냉각할 수도 있으며, 이 때의 냉각·고화 수단으로서는 수쇄, 간접 수냉, 냉매 분사 등의 수단을 이용할 수 있다.

[분리 공정] : 이 환원 고화물(116)을, 필요에 따라 해쇄한 후, 스크린(117)에 의해 금속(조질의 크롬철)(118)과 슬래그(119)로 체로 쳐서 분리한다. 분리된 슬래그(119)로부터는, 필요에 따라 추가로 자기 분리, 부유 분리 등의 수단으로 금속분을 회수할 수 있다. 분리된 금속(조질의 크롬철)(118)은 필요에 따라 2차 정련하여 제품 크롬철로 한다. 또는 금속(조질의 크롬철)(118)는 반제품(크롬철 정련 원료)으로서 용해로에서의 용해 원료로서 사용할 수 있다. 반제품으로서 이용하는 경우, 상기 실시형태 4의 방법에서는 반제품인 환원 괴성물 중에 슬래그분이 잔존하고 있는 한편, 본 실시형태 5의 방법에 따르면, 반제품인 금속(118)으로부터는 이미 슬래그분이 제거되어 있기 때문에, 용해로에서의 슬래그분의 용해 에너지가 불필요해지어, 용해로의 소비 에너지가 대폭 감소한다. 또한 용해로에서의 슬래그 생성량이 현저히 감소하는 것으로부터 용해로의 생산 효율도 현저히 향상된다. 또한, 이 금속(조질의 크롬철)(118)은 크롬철의 원료로서 사용할 수 있는 것 외에, 그대로 크로뮴 함유 합금 제조용의 원료로서도 사용할 수 있다. 또한, 슬래그분이 없는 부분의 반제품의 중량이 감소하여 보관이나 수송비용을 삭감할 수 있기 때문에, 크로뮴 광석의 산출 장소에서 본 발명을 실시하면 적합하다. 또한, 보관이나 수송의 편리를 위해, 필요에 따라 괴성화 등을 실시할 수 있다.

본 발명에서는, [환원·용해 공정]에서 금속(118)과 슬래그(119)의 분리가 충분히 실시되고 있기 때문에, [분리 공정]에 있어서의 기계적 분리 조작에 의해 용이하게 높은 금속 회수 수율이 얻어진다.

한편, 분위기 조정재는 회수하여 재이용할 수 있고, 또한 금속과 함께 용해로에 장입시킬 수 있다. 또한, 화로 바닥 보호재는 회수하여 재이용하는 것이 바람직하다.

실시형태 6

도 6에서는, 본 발명의 야금용 개질탄을 이용한 탄재 내장법에 의한 산화 비철금속 함유 슬래그의 제조방법의 한 실시형태로서, 산화철 및 산화 비철금속을 함유하는 산화금속 함유 원료인 타이타늄 함유 원료의 환원 공정을 나타낸다. 한편, 산화금속 원료로서는, 본 실시형태의 Fe, Ti의 산화물을 포함하는 것에 한정되는 것이 아니라, V, Nb 등의 금속 산화물을 포함하는 것일 수 있고, 또한 그 형태는 광석, 정련 더스트 등 임의 형태일 수 있다. 여기에, 부호 211은 타이타늄 함유 원료(이하, 단지 「원료」라고도 함), 부호 212는 야금용 개질탄, 부호 213은 과립화기, 부호 214는 괴성물(혼합물), 부호 215는 이동 노상형로, 부호 216은 환원 고화물, 부호 217은 스크린, 부호 218은 금속, 부호 219는 슬래그를 나타낸다.

타이타늄 함유 원료(211)로서는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 타이타늄 철광(일메나이트광), 타이타늄 자철광, 모조 판티탄석(pseudobrookite) 등의 천연광석이외에도, 황산법에 의한 산화타이타늄 제조 공정의 원심분리기에서의 잔사나 필터 후의 잔사, 또는 염소법으로 염소화한 후에 분리된 잔사 등, 산화타이타늄이나 타이타늄 제조시의 부산물을 사용할 수 있다. 또한, 이들 원료는 필요에 따라 조합할 수도 있고, 예컨대 철광석이나 제철 더스트 등을 가하여 산화철량을 조정하거나, 루틸, 아나타제, 합성 루틸 등을 가하여 산화타이타늄량을 조정할 수도 있다. 이하, 일메나이트광(211)과 야금용 개질탄(212)을 혼합한 원료 혼합물(214)을 대표예로서 설명하지만, 일메나이트광(211)은, 천연에 존재하는 것일 수 있고, 타이타늄이나 철분 등의 비율에 대해서는 특별히 한정되지 않는다.

한편, 일반적으로 일메나이트광(211)은 40 내지 60질량%의 산화타이타늄, 30 내지 50질량%의 산화철을 함유하고 있다. 타이타늄 슬래그를 효율적으로 제조하기 위해서는, 원료 혼합물(214) 중의 산화철 성분이 산화타이타늄 성분의 1/20 이상, 보다 바람직하게는 3/20 이상인 것이 바람직하다.

또한, 천연의 일메나이트광(211)에는, 맥석 성분으로서 상당량의 SiO₂ 등이 포함되어 있지만, Al₂O₃, CaO, MgO 등을 포함하여 맥석 성분은 타이타늄 슬래그에 혼입하여 타이타늄 순도를 저감시키는 요인이 되기 때문에, 원료 혼합물(214)중의 함유량은 적은 것이 바람직하다.

야금용 개질탄(212)으로서는, 상기 실시예 1 내지 3의 어느 것을 사용할 수 있으나, 상기 실시예 3의 추출탄만으로 이루어지는 야금용 개질탄을 이용하는 것이 회분을 제품 슬래중에 혼입시키지 않기 때문에 바람직하다. 원료 혼합물(214) 중에의 야금용 개질탄(212)의 배합량은 특별히 한정되지 않지만, 이 야금용 개질탄(212)이 산화철의 환원에 충분한 양이 되도록 적절히 배합량을 변경하는 것이 바람직하고, 예컨대 원료 혼합물(214) 중의 고정탄소의 몰수가 산화철로서 철에 결합한 산소의 몰수 이상이 되도록 배합하는 것이 바람직하다. 탄소의 이용율은 원료나 탄소마다 다르기 때문에, 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 환원반응에 잉여인 탄소는 환원철 중에 침탄하여, 선철 중의 탄소로서 이용할 수도 있다. 또한, 이 혼합물(214)과 함께 탄소질 환원재를 화로에 장입시키거나, 미리 화로 바닥에 위치시킬 수 있으며, 이에 의해 환원시 산화철 근방을 높은 환원성 분위기로 유지할 수 있고, 환원철의 재산화를 억지할 수 있기 때문에 바람직하다.

[혼합 공정] : 원료 혼합물(괴성물)(214)은 원료(211), 야금용 개질탄(212) 등을 분말 형상으로 한 것을 믹서 등 임의의 도시되지 않는 혼합 수단을 이용하여 혼련하면 바람직하고, 혼련방법에 관해서는 특별히 한정되지 않는다. 수득된 혼합물(214)은 분말 상태로 사용할 수 있지만, 취급성을 향상시키기 위해서는, 브리켓 프레스, 전동 조립화 또는 압출 성형 등 임의의 성형법에 의한 과립화기(213)를 이용하여 혼합물(214)을 브리켓상, 펠렛상, 판상 등의 괴성물로 하는 것이 바람직하다. 한편, 본 실시형태에서는 브리켓 상의 괴성물(214)을 대표예로서 설명한다.

괴성물(214)을 제조할 때에, 이 괴성물(214)중에 적정량의 산화칼슘원(예컨대 소석회, 석회석 등)을 배합하여, 괴성물(214) 중에 포함되는 타이타늄 슬래그 형성 성분(산화타이타늄 및 원료로서 이용한 광석중의 맥석 성분이나 탄재중의 회분 등으로 하여 포함되는 SiO₂, Al₂O₃, CaO 등의 슬래그 성분)의 조성을 조정하면, 환원철의 용융시 생성하는 타이타늄 슬래그의 융점이 저하되면서 이 타이타늄 슬래그의 유동성도 높아져 타이타늄 슬래그와 용융철의 분리성이 높아지기 때문에 바람직하다. 산화칼슘원은 용융처리시 존재할 수 있으며, 예컨대 산화칼슘을 배합하여 괴성물(214)을 과립화하거나, 괴성물(214)에 산화칼슘원을 외장하여 산화처리할 수도 있다.

괴성물(214)의 과립화에 있어서는, 필요에 따라 벤토나이트, 전분, 소석회, 유기 점결제 등의 바인더를 사용할 수도 있다.

[환원·용융 공정] : 본 발명에 사용되는 이동 노상형로(215)로서는, 이동형 화로 바닥을 포함하는 것이면 한정되지 않으며, 예컨대 스트레이트 그레이트(straight grate)형이나 회전 노상형로 등 모든 구조의 것을 활용할 수 있다.

이동 노상형로(215)는 온도 제어가 용이하고, 종래의 전기로에 비해 저온, 즉 산화메탄의 환원이 시작되는 온도 이하의 온도로 유지하면서, 산화철을 선택적으로 단시간에 고효율의 환원처리를 할 수 있기 때문에 바람직하다. 특히, 회전 노상형로는 설치에 필요한 공간이 비교적 적어 바람직하고, 또한 노 내의 분위기 조정도 용이하며 이산화메탄의 환원을 억제하면서 산화철의 환원율을 높일 수 있기 때문에 바람직하다.

이하, 이동 노상형로(215)로서 회전 노상형로를 이용한 경우를 대표예로서 설명하지만, 본 발명의 방법을 회전 노상형로에 한정하려는 것은 아니다.

노내 온도는, 1200 내지 1500℃, 보다 바람직하게는 1200 내지 1400℃의 범위로 유지하여 환원을 실시하는 것이 바람직하다. 1200 내지 1500℃의 범위이면, 산화타이타늄을 환원하는 일 없이, 산화철만을 선택적으로 효율적으로 환원할 수 있기 때문이다.

덧붙여 말하면, 가열 온도가 1200℃ 미만에서는, 산화철의 환원 반응의 진행이 느리고, 노내 체류시간을 오래해야 하므로 생산성이 나빠진다. 한편, 노내 온도가 1500℃를 초과하면, 이산화타이타늄의 환원 반응이 진행하여 타이타늄 슬래그로서의 회수율이 낮아진다. 또한, 1500℃를 초과하면 환원기에 FeO를 포함하는 저융점 슬래그의 삼출이 일어나, 화로 바닥 내화물의 용융 손실이 현저해져 연속 조업이 곤란하게 될 수 있다. 또한, 괴성물의 조성이나 배합량에 따라서, 1400 내지 1500℃에서의 온도 영역에서 삼출 현상을 일으킬 수도 있지만, 그 빈도와 가능성은 비교적 적다. 따라서, 환원기의 적합 온도로서는 1200 내지 1500℃, 보다 바람직하게는 1200 내지 1400℃의 범위를 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 실조업에 있어서는, 환원기의 초기에는 노내 온도를 1200℃ 이하로 설정하고, 그 후에는 1200 내지 1500℃로 온도를 높여 환원을 진행시키는 것도 물론 가능하다.

괴성물(214)을 구성하는 산화철이나 산화타이타늄의 비율, 탄재(야금용 개질탄)의 종류에 따라 약간의 차이는 있지만, 보통 5 내지 20분 정도로 산화철의 환원을 완료시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 혼합물(괴성물)(214)을 환원처리하면, 산화철의 대부분이 금속철로 환원되어 있음에도 불구하고, 산화 타이타늄은 거의 환원되어 있지 않은 환원 혼합물이 된다.

계속해서, 노내 온도를 1300 내지 1500℃로 높여 일부 남겨진 산화철을 환원하는 동시에, 생성한 환원철을 용융시키는 2단 가열방식을 채용하면, 금속철과 함께 산화메탄을 안정하게 효율적으로 제조할 수 있다. 따라서, 이러한 2단 가열방식을 채용하는 경우는, 예컨대 회전 노상형로 내를 격벽에 의해 화로 바닥의 이동방향으로 적어도 2 이상으로 나누어, 칸막이된 구획 중 상류측은 환원 구획, 하류측은 가열용융 구획으로 하여, 각각의 구획에서 온도 및 분위기 가스 조성을 개별적으로 제어할 수 있는 구조로 하는 것이 바람직하다. 한편, 노내를 2장 이상의 격벽에 의해 3구획 이상으로 나누어, 보다 엄밀한 온도와 분위기 가스 조성의 제어가 이루어질 수 있으며, 이러한 분할구획의 수는 이동 노상형로의 규모나 구조 등에 따라 임의로 증감하는 것이 가능하다.

노내 온도는 환원과 용융을 보다 원활하고 또한 효율적으로 진행시키기 때문에, 상기 용융시의 온도를 환원시의 온도보다도 100 내지 300℃, 보다 바람직하게는 120 내지 250℃ 정도 높은 온도로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 타이타늄 슬래그는 용융하지 않아도 좋다. 배출물을 입철(218)과 슬래그 입자(219)의 혼합물로서 회수하는 경우에는, 하기 [분리 회수 공정]에서 설명하는 바와 같이 화로 밖으로 배출한 후에 파쇄한 다음 자기 분리 등의 임의의 수단으로 선별함으로써 메탄 함유 슬래그(219)를 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서는, 탄재로서 고유동성의 야금용 개질탄(212)을 이용하기 때문에, 용융철의 응집성을 높일 수 있고, 입철(218)과 슬래그 입자(219)가 분리되기 쉬워지고, 슬래그 입자중에 금속철이 혼입하는 것이 적고, 고품질의 타이타늄 함유 슬래그(219)를 얻을 수 있다.

[고화 공정] : 추가로, 이 노내에 임의의 냉각수단을 갖춘 냉각부를 설치하여 용융철을 냉각·고화하여 환원 고화물(216)로 제조함에 따라, 그 하류측에 설치된 배출 장치에 의해서 환원 고화물(216)을 용이하게 화로 밖으로 배출할 수 있다.

[분리 회수 공정] : 이 환원 고화물(216)을 필요에 따라 해쇄한 후 스크린(217)으로 체를 쳐서 분리하고, 또한 필요에 의해 도시되지 않은 자기 분리 등에 의해 금속(입철)(218)과 슬래그(슬래그 입자)(219)로 분리함으로써 고품위의 타이타늄 슬래그(219)가 얻어진다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니며, 전후 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적절히 변경하여 실시할 수 있으며, 이들은 어느 것이나 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예 1

표 1에 나타내는 2종류의 석탄을, 유기 용제로서 2환 방향족인 1-메틸나프탈렌을 이용하여, 표 2에 나타내는 추출 온도(가열 온도) 및 추출 시간(숙성 시간)으로 용제처리했다. 그 결과, 표 2에 병기한 바와 같은 수율로 추출탄과 잔탄이 얻어졌다.

상기의 석탄 1(아역청탄, 고휘발분탄)에 대한 용제처리로 수득된 추출탄과 잔탄을, 배합비율을 바꿔 혼합하여 제작한 개질탄을 이용하여 기셀러(Gieseler) 유동성 시험을 하여, 표 3에 나타낸 결과가 얻어졌다. 이 표로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 방법을 채용하면, 원래 유동성을 나타내지 않는 석탄을 유동성을 발현하는 석탄으로 개질되고, 또한 추출탄과 잔탄의 배합 비율에 의해 연화유동성을 변화시키는 것을 알았다.

또한, 석탄 1에 대한 용제처리로, 추출탄과 잔탄의 분리를 하지 않고, 용제중에서의 가열처리(400℃)만으로 수득된 개질탄에 관해서도, 표 4에 나타낸 바와 같이 연화유동성이 얻어졌다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 분리조작이 없음에도 불구하고 유동성을 갖지 않는 석탄을 용제 가열처리에 의해 유동성을 갖는 석탄으로 개질할 수 있다. 단, 추출탄과 잔탄으로 일단 나누는 경우(표 3의 시험번호 3)가 같은 조건으로 가열처리만을 하는 경우(표 4의 시험번호 4)보다도 유동성이 향상하고 있음을 알 수 있다. 이는, 가열에 의해 석탄 분자의 응집 상태를 완화하여 유동성을 가지는 성분을 용출시키더라도 이 성분이 잔탄과 공존하는 경우는, 냉각에 의해 유동성을 갖지 않는 잔탄 성분 분자와의 재응집이나 일부의 열분해 라디칼이 잔탄과 중합하여 안정화함으로써 분리 조작을 한 경우보다 유동성이 저하되기 때문이라고 생각된다. 따라서, 보다 양호한 유동성을 얻기 위해, 또는 개질탄의 회분 농도 및 유동성을 조정하기 위해, 일단 추출탄과 잔탄을 분리한 후, 적절히 잔탄의 배합율을 조정하는 방법을 채용하는 것이 바람직하다.

한편, 원래 연화유동성을 갖는 석탄 2의 경우도, 그 추출탄은 더욱 양호한 연화유동성을 나타내는 것을 확인했다. 또한, 잔탄에 관해서는 석탄 1, 석탄 2와 함께 연화유동성을 나타내지 않았다.

실시예 2

석탄 1과 석탄 2를 각각 상기 실시예 1에서 이용한 2환 방향족 용제인 1-메틸나프탈렌 중에서 추출 시간(숙성 시간)은 40분의 일정한 조건으로, 추출 온도(가열 온도)를 바꿔 용제처리했을 때의 추출 온도와 석탄 추출율과의 관계를 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 200℃ 정도의 가열로 석탄이 용출하여, 추출율은 온도와 함께 상승하지만, 일정한 온도 이상이 되면 반대로 저하된다. 이것은 석탄의 열분해가 심하게 되어, 열분해한 분자끼리의 중합 반응 등에 의해 원래의 분자보다 커지기 때문이며, 함부로 가열하는 것이 바람직한 것이 아니라, 탄 종마다 최적 온도가 존재한다. 많은 석탄을 이용하여 시험해 본 결과, 가열처리 온도는 350 내지 420℃ 정도가 바람직한 것을 알았다.

실시예 3

석탄 1과 석탄 2를 각각 상기 실시예 1에서 이용한 2환 방향족 용제인 1-메틸나프탈렌중에서 추출 온도(가열 온도)는 일정한 조건으로 추출 시간(가열 시간)을 바꿔 용제처리했을 때의, 추출 시간과 석탄 추출율의 관계를 도 8에 나타낸다. 도 8에 도시된 바와 같이, 석탄 추출율은 추출 온도에 의하지 않고 추출시간 40 내지 120분 정도로 거의 변화 없이 포화상태를 나타내지만, 추출 온도가 420℃와 같은 고온에서는, 추출 시간은 10분 정도로 충분하다는 것을 알았다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 이용한 2환 방향족계 용제인 1-메틸나프탈렌을 초기 용제로서 사용하여, 석탄 1을 이용하여 석탄 추출과 용제 회수를 반복했을 때의 반복 사용 회수와 석탄 추출율의 관계를 도 9에 나타낸다. 도 9에 도시된 바와 같이, 반복하여 사용하더라도 추출율에 거의 변화가 없고, 2환 방향족 용제를 안정적으로 순환사용할 수 있는 것을 알았다.

실시예 5

탄재 내장법에 의한 환원금속(환원철)의 제조를 모의하는 환원 시험을 실시했다. 산화금속으로서 철광석을 이용하고, 탄재로서 (1) 용제처리하지 않은 고휘발분탄(석탄 1), (2) 고휘발분탄(석탄 1)을 용제처리한 상태로 추출탄과 잔탄으로 분리하지 않은 개질탄(실시예 1의 시험번호 4), (3) 고휘발분탄(석탄 1)을 용제처리한 후 추출탄과 잔탄으로 분리하고, 쌍방을 분리 비율과 같은 비율로 재배합한 개질탄(실시예 1의 시험번호 4)의 3종류를 각각 이용했다. 표 8 내지 10에는 본 실시예에서 이용한 철광석 및 각 탄재의 성분 조성 및 입도를 나타낸다. 철광석에 탄재를 혼합하여 제조한 혼합 원료 5g을 직경 20mm의 실린더에 장입시키고, 20톤의 하중을 가하여 태블릿으로 성형하여, 이것을 소형 가열 노내에서 1300℃, 질소 분위기 하에서 환원했다. 한편, 혼합 원료중의 탄재의 배합율은 환원철 중의 잔류 탄소량이 6질량%가 되도록 조정했다.

환원시험에 의해 수득된 환원철의 압궤 강도를 표 5에 나타낸다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 연화유동성을 갖지 않는 석탄 1(고휘발분탄)을 이용하면 환원철의 강도는 매우 낮게 되지만(시험번호 1-1), 본래는 연화유동성을 갖지 않는 석탄 1(고휘발분탄)을 용제처리에 의해 개질하면 연화용융성을 나타내게 되고, 이러한 개질탄을 내장 탄재로서 사용하면 환원철의 강도가 현저히 개선되는 것을 알았다(시험번호 1-2, 1-3). 한편, 원탄 1(고휘발분탄)으로부터의 개질탄의 수율은 96%였다. 또한, 모든 시험에 있어서 환원철의 금속화율은 약 90%였다.

실시예 6

상기 실시예 5와는 달리, 환원 온도를 1450℃로 상승시켜, 금속과 슬래그를 용융 분리시키는 조건하에 있어서의 환원 시험을 실시했다. 또한, 혼합 원료중의 탄재의 배합율은 금속(입철) 중의 잔류 탄소량이 4.5질량%가 되도록 조정했다.

환원 시험에 의해 생성한 용융물을 냉각하여 수득된 고화물을 해쇄하고, 자기 분리에 의해 입철(금속)과 슬래그로 분리했다. 분리 후 회수할 수 있던 입철 중 0.5 mm 이상의 입경의 것의 비율을 표 6에 나타낸다. 표 6에 나타낸 바와 같이, 연화유동성을 갖지 않는 석탄 1(고휘발분탄)을 이용하면, 수득된 입철은 입경이 0.5 mm보다 작은 것이 대부분이지만(시험번호 2-1), 연화유동성을 갖는 개질탄을 이용하면 0.5 mm보다 작은 것은 대폭 감소하고, 대부분이 0.5 mm보다 큰 것이 된다(시험번호 2-2, 2-3). 석탄을 용제처리에 의해 개질함으로써 연화유동성이 높아져, 이러한 개질탄을 내장 탄재로서 이용하는 것에 의해 용융철의 응집성이 개선되어, 입철의 입경이 커졌기 때문이라고 생각된다. 한편, 원탄으로부터의 개질탄의 수율은, 석탄 1의 고휘발분탄(시험번호 2-2)의 경우 96%, 석탄 2의 역청탄(시험번호 2-3)의 경우 97%였다. 한편, 모든 시험에 있어서 입철의 금속화율은 거의 100%였다.

실시예 7

탄재 내장법에 의한 산화 비철금속 함유 슬래그(산화타이타늄 슬래그)의 제조를 모의하는 환원 시험을 실시했다. 산화금속으로서 일메나이트 광석을 이용하고, 탄재로서 (1) 용제처리하지 않은 역청탄(석탄 2), (2) 역청탄(석탄 2)을 용제처리한 추출탄, (3) 고휘발분탄(석탄 1)을 용제처리한 추출탄(실시예 1의 시험번호 1)의 3종류를 각각 이용했다. 한편, 상기 (2)의 탄재를 이용하는 경우, 일메나이트 광석하고만 혼합하여 혼합 원료로 하는 경우 외에, 슬래그 조성의 CaO/SiO₂가 0.4가 되도록 혼합 원료에 추가로 생석회를 첨가하는 경우, 및 혼합 원료중의 전체 Fe분이 40질량%가 되도록 FeO 시약을 첨가하는 경우에 관해서도 환원 시험을 실시했다. 표 8 내지 10에 본 실시예에서 이용한 일메나이트 광석 및 각 탄재의 성분 조성 및 입도를 병기한다. 일메나이트 광석에 탄재 등을 혼합하여 제작한 혼합 원료 5g을 직경 20mm의 실린더에 장입시키고, 20톤의 하중을 가하여 태블릿으로 성형하고, 이것을 소형 가열로 내에서 1500℃, 질소 분위기 하에 환원했다. 한편, 혼합 원료중의 탄재의 배합율은, 금속(입철) 중의 잔류 탄소량이 2질량%가 되도록 조정했다.

환원 시험에 의해 생성된 용융물을 냉각하여 수득된 고화물을 해쇄하고, 자기 분리에 의해 입철(금속)과 슬래그로 분리했다. 분리후 회수할 수 있던 입철중 0.5 mm 이상의 입경의 것의 비율과 슬래그의 성분 조성을 표 7에 나타낸다.

원래 어느 정도의 연화유동성을 갖지만 용제처리하지 않은 석탄 2(역청탄)를 이용하면, 수득된 입철은 입경이 0.5 mm보다 작은 것이 상당히 많지만(시험번호 3-1), 연화유동성이 현저히 높아진 개질탄을 이용하면 0.5 mm보다 작은 것은 대폭 감소하고, 대부분 0.5 mm보다 큰 것이 된다(시험번호 3-2 내지 3-5). 특히, 석회석을 첨가하여 슬래그의 염기도를 조정한 것(시험번호 3-4)에서는, 슬래그 중의 TiO₂순도가 약간 저하되었지만, 환원시 금속뿐만 아니라 슬래그도 용융하고, 그 결과 금속의 응집이 용이해지고, 입철은 입경이 0.5 mm보다 큰 것이 대폭 증가했다. 또한, FeO 시약을 첨가하여 혼합 원료중의 철분을 증가시킨 것(시험번호 3-5)에서는, 환원시 슬래그의 용융은 거의 인정되지 않으므로, 상기 염기도 조정한 것(시험번호 3-4)만큼은 금속의 응집 효과가 크지 않지만, 금속(용융철)의 양이 증가한 것에 의해 금속의 응집이 촉진되고, 입철은 입경이 0.5 mm보다 큰 것이 약간 증가했다. 단, 이 방법에서는 슬래그 중의 TiO₂ 순도는 저하되지 않는다.

또한, 회분을 갖지 않는 추출탄을 개질탄으로서 이용한 경우(시험번호 3-2 내지 3-5)는, 회분을 갖는 고휘발분탄을 이용한 경우(시험번호 3-1)에 비해 슬래그 중의 TiO₂성분의 비율(TiO₂ 순도)이 상승했다.

한편, 고휘발분탄의 개질탄(추출탄)을 이용한 경우(시험번호 3-3)에는 추출탄의 휘발분도 높아져, 환원 및 침탄에 기여하는 고정 탄소분이 적기 때문에, 역청탄의 개질탄(추출탄)을 이용한 경우(시험번호 3-2, 3-4, 3-5)보다 탄재량을 많이 필요로 했다.

한편, 원탄으로부터의 개질탄(추출탄)의 수율은, 고휘발분탄(시험번호 3-2)의 경우 62%, 역청탄(시험번호 3-3 내지 3-5)의 경우 42%였다. 한편, 모든 시험에 있어서 입철의 금속화율은 거의 100%였다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래 탄재 내장법에서는 불가능했던 고휘발분탄 등의 저품위탄을 탄재 내장법에 적합한 야금용 개질탄으로 개질하는 방법을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 야금용 개질탄을 이용함으로써, 고품질의 환원금속 및 산화 비철금속 함유 슬래그를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

Claims

석탄을 유기 용제로 추출처리함으로써 야금용 개질탄을 제조하는 방법에 있어서,

석탄과 유기 용제를 혼합하여 원료 슬러리로 하는 슬러리 제조 공정,

상기 원료 슬러리를 가열하여 숙성시킴으로써, 상기 유기 용제중에서 상기 석탄으로부터 가용분을 추출하여 추출처리 슬러리로 하는 추출 공정, 및

상기 추출처리 슬러리로부터 상기 유기 용제를 증발 제거함으로써 고체 잔류물인 야금용 개질탄을 수득하는 용제 제거 공정

을 구비하는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 용제 제거 공정이,

상기 추출처리 슬러리를 정치하여 상기 석탄의 미용분을 침강시킴으로써, 상기 추출된 가용분인 추출탄을 포함하는 상청액과, 상기 침강한 미용분인 잔탄을 포함하는 잔탄 슬러리로 분리하는 침강 분리 공정, 및

상기 상청액으로부터 상기 유기 용제를 증발 제거하여 수득된 상기 추출탄을 야금용 개질탄으로 하는 제 1 용제 제거 공정을

구비하는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 용제 제거 공정이,

상기 추출처리 슬러리를 정치하여 상기 석탄의 미용분을 침강시킴으로써, 상기 추출된 가용분인 추출탄을 포함하는 상청액과, 상기 침강한 미용분인 잔탄을 포함하는 잔탄 슬러리로 분리하는 침강 분리 공정,

상기 상청액으로부터 상기 유기 용제를 증발 제거하여 고체 잔류물인 상기 추출탄을 수득하는 제 1 용제 제거 공정, 및

상기 잔탄 슬러리로부터 상기 유기 용제를 증발 제거하여 고체 잔류물인 상기 잔탄을 수득하는 제 2 용제 제거 공정

을 구비하는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 3 항에 있어서,

상기 추출탄에 상기 잔탄을 배합하여 연화유동성을 조정한 야금용 개질탄을 수득하는 배합 공정을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 4 항에 있어서,

야금용 개질탄에 대한 상기 잔탄의 배합율을 0질량% 초과 70질량% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 추출 공정에서의 가열 온도를 250 내지 550℃로 하는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 추출 공정에서의 숙성 시간을 5 내지 120분으로 하는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 추출 공정에서의 숙성을 0.5 MPa 이상의 질소 분위기 하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 유기 용제로서, 2환 방향족 화합물을 주성분으로 하고 상압에서의 비점이 200 내지 300℃인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 증발 제거된 유기 용제를 회수하여 상기 슬러리 조정 공정으로 순환시키는 용제 회수 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 회수된 유기 용제에 재수소화 처리를 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 10 항에 있어서,

상기 유기 용제를 회수하는 수단이 감압 증류법 또는 스프레이 드라이법에 의한 것임을 특징으로 하는 야금용 개질탄의 제조방법.
제 1 항에 기재된 제조방법에 의해 수득되는 야금용 개질탄.
석탄을 유기 용제로 추출처리함으로써 수득된 야금용 개질탄을 이용하여 환원금속을 제조하는 방법에 있어서,

석탄을 유기 용제 중에서 가열하여 숙성시킴으로써 상기 석탄보다 연화유동성을 높인 야금용 개질탄을 수득하는 석탄 개질 공정,

상기 야금용 개질탄과 산화금속을 함유하는 산화금속 함유 원료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 공정, 및

상기 혼합물을 이동 노상형로 내에서 가열 환원하여 환원 혼합물인 환원금속을 수득하는 환원 공정

을 구비하는 것을 특징으로 하는 환원금속의 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 환원 혼합물을 상기 이동 노상형로 내에서 계속해서 가열하여 상기 환원 혼합물중의 환원금속을 응집시키는 응집 공정을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 환원금속의 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 환원 혼합물을 용해로 내에서 가열 용해하여, 금속과 슬래그로 분리하는 용해 공정, 및

상기 금속을 화로 밖으로 배출하여 환원금속으로서 회수하는 회수 공정을

추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 환원금속의 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 혼합물을 이동 노상형로 내에서 가열 환원하여 환원 혼합물로 한 후, 계속해서 이 환원 혼합물을 가열 용융하여 환원 용융물인 환원금속을 수득하는 환원·용융 공정을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 환원금속의 제조방법.
제 14 항에 있어서,

상기 혼합물을 이동 노상형로 내에서 가열 환원하여 환원 혼합물로 한 후, 계속해서 이 환원 혼합물을 가열 용융하여 환원 용융물인 환원금속을 수득하는 환원·용융 공정,

상기 환원 용융물을 상기 이동 노상형로 내에서 냉각하여 고화시켜 환원 고화물을 수득하는 고화 공정, 및

상기 환원 고화물을 화로 밖으로 배출하여 금속과 슬래그로 분리하고, 이 금속을 환원금속으로서 회수하는 분리 회수 공정을

추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 환원금속의 제조방법.
석탄을 유기 용제로 추출처리함으로써 수득된 야금용 개질탄을 이용하여 산화 비철금속 함유 슬래그를 제조하는 방법에 있어서,

석탄을 유기 용제중에서 가열하여 숙성시킴으로써 상기 석탄보다 연화유동성을 높인 야금용 개질탄을 수득하는 석탄 개질 공정,

상기 야금용 개질탄과 산화철 및 산화 비철금속을 함유하는 산화금속 함유 원료를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 공정,

상기 혼합물을 이동 노상형로 내에서 가열하고, 이 혼합물중의 산화철을 환원하여 금속철로 한 환원 혼합물로 한 후, 계속해서 이 환원 혼합물을 가열하고 상기 금속철을 용융시켜 산화 비철금속 슬래그로부터 분리시키는 환원·용융 공정,

상기 산화 비철금속 슬래그와 용융한 금속철의 혼합물을 상기 이동 노상형로 내에서 냉각하고, 상기 금속철을 고화시켜 환원 고화물을 수득하는 고화 공정, 및

상기 환원 고화물을 화로 밖으로 배출하여 슬래그와 금속으로 분리하고, 이 슬래그를 산화 비철금속 슬래그로서 회수하는 분리 회수 공정

을 구비하는 것을 특징으로 하는 산화 비철금속 함유 슬래그의 제조방법.
제 14 항에 기재된 제조방법에 의해 수득되는 환원금속.
제 19 항에 기재된 제조방법에 의해 수득되는 산화 비철금속 함유 슬래그.