KR20060009941A - 슬래그의 활용 방법 - Google Patents

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Abstract

제철 산업에서 나오는 산화철 입자를 함유한 슬래그(2, 2")의 활용 방법에 있어서, 환원제(29)의 첨가 및 슬래그(2, 2")의 산화철 입자와 그 밖에 선택적으로 제공되는 금속 산화물의 환원이 상기 환원제(29)에 의해 이루어진다.
에너지의 적은 소비 및 낮은 투자비를 내포하는 효율적인 슬래그 환원을 달성하기 위해, 본 발명의 방법은 다음 단계를 포함하여 수행된다:
- 반응 용기(7) 내에, 용해된 탄소를 함유하는 잔류 철 멜트(25) 상에 상기 슬래그(2, 2")를 연장된 시간에 걸쳐 서서히 연속적으로 투입하는 단계;
- 상기 슬래그(2), 상기 잔류 철 멜트 및 새로 형성된 철 멜트(17)를 연장된 시간에 걸쳐 전기 가열하는 단계;
- 랜스(11)를 이용하여, 탄소 함유 환원제(29)를 불활성 가스와 함께 연장된 시간에 걸쳐, 상기 슬래그(2)와 상기 철 멜트(25) 사이의 경계면에 근접한 영역 또는 상기 철 멜트(25)에 직접 주입하는 단계;
- 상기 환원제(29)의 탄소를 상기 철 멜트(25) 중에 용해시키는 단계;
- 상기 슬래그(2)의 산화철 입자를 연장된 시간에 걸쳐 환원시켜 금속성 철과 CO를 형성하는 단계;
- 얻어지는 CO에 의해 연장된 시간에 걸쳐 포말화 슬래그(2')를 형성하는 단계;
- 산소 함유 가스 또는 산소를 상기 포말화 슬래그(2') 내에 도입하고, 연장 된 시간에 걸쳐 CO를 후연소하여 CO2를 형성하는 단계;
- 상기 반응 용기(7)의 저면을 불활성 가스로 연장된 시간에 걸쳐 플러싱하는 단계;
- 처리된 슬래그(16)를 배출하는 단계; 및 선택적으로,
- 철 멜트(17)를 배출함으로써 용해된 탄소를 함유한 잔류 철 멜트(25)를 상기 반응 용기(7)에 남기는 단계.
슬래그, 포말화 슬래그, 철 멜트, 틸팅식 팬 반응기, 환원제, 보조제, 랜스

Description

슬래그의 활용 방법{METHOD FOR UTILIZING SLAG}
본 발명은 제철 산업에서 배출되는 산화철 입자를 함유한 슬래그의 활용 방법으로서, 환원제를 첨가하고, 상기 슬래그의 산화철 입자와 그 밖에 선택적으로 제공되는 금속 산화물이 상기 환원제에 의해 환원되는 공정을 포함하는 활용 방법, 및 상기 방법을 수행하기 위한 설비에 관한 것이다.
제철 산업에서 나오는 슬래그를 선광하는 공정은 환경 친화적 슬래그, 특히 경제적으로 유용하고, 예를 들면 시멘트 클링커 대체물의 제조용 원료로 사용할 수 있는 슬래그의 형성을 목표로 한다.
이러한 부류의 공정은, 예를 들면, 특허문헌 WO 96/24696 또는 WO 97/46717을 통해 공지되어 있다. 이에 따라, 제강 슬래그와 같은 산화철 함유 액체 슬래그를 철광석, 염기성 광석, 롤링 밀 스케일, 또는 제련 분진과 석회와 같은 산화철 캐리어와 혼합하고, 형성되는 페라이트 슬래그를 환원 반응기에서 환원함으로써 탄소가 연소되거나 열풍이 주입되거나 하여 철 배스(iron bath) 및 소결상(sintering phase)이 형성된다.
이들 공지된 방법의 단점은 배스(bath)를 통해 하부로부터 잔류 물질과 석탄의 주입으로 초래되는 다량의 폐가스와 높은 분진 유실률이다. 또 다른 단점은 슬 래그의 산화철 입자를 환원하는 동안 발열하는 환원 공정에 의해 야기되는 열손실은 화학적 처리나 고온의 공기에 의해, 즉 탄소의 연소에 의한 화학적 방법으로 보상된다는 점이다. 이러한 대책은 심한 난류(turbulence)를 유발하고, 그에 따라 높은 분진 함량과 더 많은 양의 폐가스로 인해 높은 탄소 손실을 초래한다. 탄소의 연소에 의해 야기되는 화학적 가열은 화학 평형에 영향을 주며, 따라서 슬래그를 처리하는 동안 공정에 영향을 준다. 그로 인해 불가피하게 일어나는 높은 CO2 방출은, 머지않아 지불하게 될 CO2 부담금을 고려할 때 경제적으로 불리해지며, 지속가능한 공정을 지향하는 추세에 합치되지 않는다. 게다가, 슬래그의 활용은 구조가 복잡한 전로(converter) 또는 정지형 환원 반응기에서 일어나므로 높은 투자비가 소요된다.
상기 공지된 방법의 또 다른 단점은 조업이 연속적이 아니라는 점이다. 즉, 처리할 슬래그를 투입하고 마무리 처리한 후에, 주조되거나 출선(tapping)된다. 이는 각각의 슬래그 배치(batch)에 있어서 격렬한 반응을 수반하며, 그와 함께 반응 용기 내에 존재하는 상들의 화학적 조성을 실질적으로 변화시키며, 반응 용기, 즉 전로나 정지형 환원 반응기의 내화 라이닝에 높은 변형을 야기한다. 이 높은 변형은 전술한 화학적 가열에 의해 더욱 가중된다.
본 발명은 상기 단점 및 문제점을 피하는 것을 과제로 하며, 간단한 수단을 이용하여 달성할 수 있고, 그에 따라 적은 투자비만을 필요로 하는, 서두에 언급한 종류의 방법 및 그러한 방법을 실행하기 위한 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 분진 손실은 가능한 한 피해야 하며, 유지 보수 작업의 필요성이 별로 없어야 한다. 즉, 슬래그의 투입 및 분진의 주입에 의해, 반응 용기 내에 존재하는 상들의 화학적 조성이 연속적으로 변하고, 전체적으로는 약간만 변해야 한다. 또 다른 본질적 측면은 발열성 환원 반응에서 일어나는 열 소비가, 화학적 평형에 전혀 변화를 일으키지 않는 열을 공급함으로써 보상되어, 슬래그의 선광이 열의 도입에 의해, 즉 에너지 공급에 의해 영향을 받지 않고 일어날 수 있다는 점이다. 이러한 열 공급은 또한 앞으로 치러야 할 CO2 부담금을 고려할 때 CO2 절감의 이점을 이용할 수 있도록, 전술한 종래 기술보다 낮은 CO2 배출을 가능하게 할 것이다. 종래 기술에 비해 감소되는 폐가스의 양도 분진 배출을 낮추며, 따라서 도입된 재료를 보다 효율적으로 활용할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 다음과 같은 단계의 조합에 의해 달성된다:
- 반응 용기, 바람직하게는 틸팅식 팬 반응기(tiltable pan reactor) 내에, 용해된 탄소를 함유하는 잔류 철 멜트(iron melt) 상에 슬래그를 연장된 시간에 걸쳐 서서히 연속적으로 투입하는 단계;
- 상기 슬래그, 상기 잔류 철 멜트 및 새로 형성된 철 멜트를 연장된 시간에 걸쳐 전기 가열하는 단계;
- 랜스(lance)를 이용하여, 탄소 함유 환원제를 가스, 바람직하게는 불활성 가스와 함께 연장된 시간에 걸쳐, 상기 슬래그와 상기 철 멜트 사이의 경계면에 근접한 영역 또는 상기 철 멜트에 직접 주입함으로써, 탄소를 상기 철 멜트에 용해시켜 상기 철 멜트와 상기 슬래그를 혼합시키는 단계;
- 상기 환원제의 탄소를 상기 철 멜트 중에 용해시키는 단계;
- 상기 슬래그의 산화철 입자를 연장된 시간에 걸쳐 환원시켜 금속성 철과 CO를 형성하는 단계;
- 얻어지는 CO에 의해 연장된 시간에 걸쳐 포말화 슬래그(foamed slag)를 형성하는 단계;
- 산소 함유 가스 또는 산소를 상기 포말화 슬래그 내에 도입하고, 연장된 시간에 걸쳐 CO를 후연소(postcombustion)하여 CO2를 형성하는 단계;
- 반응 용기의 저면을 불활성 가스로 연장된 시간에 걸쳐 플러싱(flushing)하는 단계;
- 처리된 상기 슬래그를 배출하는 단계; 및 선택적으로,
- 상기 철 멜트를 배출함으로써 용해된 탄소를 함유한 잔류 철 멜트를 상기 반응 용기에 남기는 단계.
액체 슬래그의 투입은 제강 전로(예컨대, LD 전로 또는 스테인리스강 밀에서의 AOD 전로)의 투입 시간에 대한 조절 및 그에 따라 제조되는 액체 슬래그의 양을 조절함으로써 이루어진다. 응집체 크기와 투입 속도는, 제강 전로(들)에 누적되는 슬래그의 양이 본 발명에 따른 환원 반응기에서의 출선 공정들 사이의 시간에 처리될 수 있도록 조절된다. 이렇게 하는 가운데, 슬래그의 양은 2개 이상의 전로 배치로부터 포집될 수 있고, 이어서 환원 반응기 내에 연속적으로 투입될 수 있다.
슬래그가 연장된 시간에 걸쳐 서서히 연속적으로 도입됨으로 인해, 이미 존재하는 양을 기준으로 비교적 적은 양의 처리할 슬래그가 단위 시간당 반응 용기에 투입되고, 그에 따라 반응 용기에 존재하는 상(phase)의 화학적 조성이 별로 변동되지 않는다. 따라서, 이른바 "준연속식(quasi-continuous)" 작동, 즉, 적어도 반응 용기의 최대 용량에 도달했을 때, 처리된 슬래그의 배출이 항상 불연속적으로 일어나더라도 사용된 물질의 연속적 변환이 보장된다.
"준연속성"은 또한 연속적으로 성장하는 양의 슬래그와 잔류 철 멜트, 및 연장된 시간에 걸쳐 새로 형성된 철 멜트를 전기 가열함으로써 보장된다. 또한, 화학 반응은 상기 가열 공정에 의해서 영향을 받지 않은 상태로 유지된다. 이점은 화학 반응을 보다 용이하게 관리하고 제어할 수 있으며, 배출되는 산물, 처리된 슬래그 및 처리된 철 멜트의 품질에 긍정적인 효과를 갖는 이점을 내포한다.
또 다른 본질적인 이점은 탄소 함유 환원제를 철 멜트 또는 슬래그와 철 멜트 사이의 경계면에 인접한 영역에 직접 주입하는 것에서 비롯되는데, 이것은 상승하는 블로우 가스, 철 멜트와 슬래그의 혼합 및 그에 따른 최적 상태로 진행되는 직접적인 환원을 통해, 거의 전량의 탄소가 철 멜트 내에 주입되는 탄소의 거의 전량이 틀림없이 용해되는 것을 수반하기 때문이다. 그로 인해, 탄소 함유 금속 액적(droplet)과 슬래그 함유 금속 산화물의 직접 접촉이, 그와 같이 형성된 환원 반응에 이용가능한 큰 계면을 통해 중요한 역할을 한다. 그 결과, 환원가능한 슬래그의 금속 산화물이 금속 멜트에 용해된 탄소로 직접 환원된다.
랜스를 이용한 환원제의 도입도 중요한데, 특히 그 이유는 첨가제를 상방으로 불어줌으로써, 폐가스 스트림 속으로 주입 가스와 함께 이른바 송풍으로 인한 이들 첨가제의 실질적 손실과 그에 따라 다량의 분진 축적을 초래하게 되는 저면 송풍구(tuyere)와는 대조적으로, 상기 방식으로 공정에 대해 이상적인 조절(특정한 높이로 조절) 가능성이 제공되기 때문이다. 또한, 랜스를 이용함으로써, 금속 배스 내에서의 환원제의 긴 체류 시간 및 그에 따라 환원제로부터 탄소를 보다 효율적으로 분리할 수 있다.
바람직하게는, 또한 잔류 물질, 특히 스크랩 야드 잔사(scarp yard residue), 분진 함유 산화철 및 가스 정제 공정에서 나오는 슬러리, 스케일 등과 같은 야금학적 잔류 물질을 연장된 시간에 걸쳐 랜스에 의해 가스, 바람직하게는 불활성 가스와 함께 슬래그와 철 멜트 사이의 경계면에 근접한 영역에 또는 직접 철 멜트 내에 서서히 연속적으로 주입되어 철 멜트와 슬래그를 혼합시킬 수 있다.
슬래그를 처리하기 위해서는, 잔류 물질 및/또는 보조제를 환원제와는 다른 레벨, 바람직하게는 환원제의 주입 레벨 상부에서 반응 용기에 주입할 경우, 예를 들면 철 멜트와 상기 철 멜트 위에서 형성되는 포말 슬래그 사이의 경계층 영역에 직접 주입할 경우에 유리할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 탄소 함유 환원제 및/또는 잔류 물질 및/또는 보조제의 주입은 반응 용기에 존재하는 철 멜트 및 상기 철 멜트 상부에 위치한 슬래그의 경계면에 대해 횡단 방향으로 이루어진다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 연장된 시간에 걸쳐 수행할 공정 단계들이, 기본적으로는 슬래그의 배출 및, 선택적으로, 후속 슬래그의 배출 시까지 철 멜트의 배출에 의해, 그리고 본질적으로는 동시에 수행되는 것이 이상적이다.
처리할 야금학적 잔류 물질, 특히 슬래그와 분진 중의 무기 물질의 양이 환원가능한 금속 산화물의 양보다 많기 때문에, 처리된 철 멜트보다 처리된 슬레그가 훨씬 더 많은 양으로 생성되며, 슬래그는 연속적으로 여러 번 배출되고, 그 후에만 철 멜트가 주조될 것이다. 연장된 시간에 걸쳐 수행될 공정 단계들이 각각의 경우에 2개의 연속된 슬래그 배출 공정 사이에, 선택적으로는 철 멜트를 배출하고 이어서 슬래그를 배출한 후, 일어난다면, 처리할 잔류 물질, 즉 구체적으로 슬래그와 분진은 제강 설비, 즉 생성된 액체 슬래그의 로지스틱스에 합당한 단위 시간당 가능한 최소량으로 첨가될 수 있고, 단위 시간당 처리되어야 한다. 그러나, 예를 들면 빈 슬래그 용기를 채워진 용기로 교체하거나 중간 샘플을 채취하거나 보조제 등의 도입을 일시적으로 증가시켜 슬래그의 조성을 조절하기 위해, 슬래그의 도입 및/또는 잔류 물질 및/또는 환원제의 주입을 일시적으로 중단할 필요가 있을 수도 있다. 본 발명에 따른 공정에 의하면, 이러한 투입 및 주입의 중단뿐 아니라 전기 가열의 중단은 상호 독립적으로 실행가능하므로, 2개의 슬래그 출선 공정 사이의 시간 내에 요건에 대한 이상적 조절이 가능하다.
탄소가 비산되어 폐가스 내에 들어가는 것을 방지하고, 각각 포말 슬래그의 상부 영역 내 산화성 구역(oxidative zone)에서의 탄소의 연소를 방지하기 위해서, 탄소 함유 환원제의 주입은, 철 멜트 내에서 탄소의 최대 포화 한도가 다다를 때까지의 시간 동안만 수행되는 것이 바람직하다.
환원 공정중에 형성되는 CO의 일부에 대한 효율적이되 상기 환원 공정을 해치지 않는 예비연소를 보장하기 위해서, 산소 함유 가스 또는 산소를 상부 절반, 유리하게는 슬래그 높이의 위에서부터 1/3 영역에 있는 슬래그에 도입하는 것이 적합하다.
슬래그와 철 멜트 사이의 경계면의 양측면 부위의 높이로서 슬래그 전체 높이의 최대 25%에 걸쳐 연장되는 높이 영역, 또는 그와 동일한 철 멜트에서의 높이 영역, 바람직하게는 슬래그 전체 높이의 최대 10%에 걸쳐 연장되는 높이 영역, 또는 철 멜트에서의 측면으로 반대되는 높이에서 보조제 및/또는 잔류 물질을 주입하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다.
도입되는 물질의 전환을 특별히 신속하게 하기 위해, 이들 물질을 랜스의 측면 배출 개구를 통해, 이상적인 평탄한 경계면을 향해 대략 수평 방향으로 또는 약간 경사지게 주입하는 것이 적합하다.
전기 가열은 전기 아크 및/또는 형성되는 포말화 슬래그로 인해 전기 아크의 연소가 불가능한 경우에는 저항 가열을 통해 이루어지는 것이 바람직하다.
슬래그는 적어도 부분적으로는 액체 형태로 투입되는 것이 바람직하다.
특정한 공정 태양은, 탄소와 산소의 연소를 통해 CO 가스를 생성하고 그것을 이용하여 금속 산화물의 환원이 이루어지는 것이 아니고, 금속 맬트에 용해된 탄소에 의한 직접 환원을 통해 금속 산화물의 환원이 주로 이루어지는 점에 있다.
예컨대, MnO, Cr2O3, P2O5와 같은 환원가능성이 불량한 화합물을, 처리된 슬래그에서 소망되는 낮은 값으로 환원시키기 위해서, 알루미늄, 페로실리콘(ferrosilicon), 탄화칼슘 등과 같은 탄소에 대해 강한 환원제를, 바람직하게는 처리된 슬래그를 배출하기 전에 환원 공정의 최종 단계에서 사용한다.
필요할 경우, 처리된 슬래그의 성질을 추가로 조절하기 위해서, 환원제의 첨가가 완료되었을 때 보조제를 더 첨가한다. 본 발명에 따라 가능하고, 일시적으로 독립적이며 제어 방식으로 수행될 수 있는 상기 첨가는, 다른 이점들 중에서도, MoN 또는 P2O5와 같은 산화물에 대한 보다 효율적인 환원이 초기에 낮은 염기성 강도로 일어날 수 있고, 그 후에만 슬래그 조성이 원하는 염기성 강도로 조절된다는 이점을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 의하면, 마찬가지로 유리하게 주입 랜스를 통해, 미세 광석, 크롬철 광석 등과 같은 광석 함유 산화철을 도입할 수 있다.
본 발명에 따르면, 최대로 높은 포말화 슬래그가 형성되며, 따라서 더 크게 선택되는 환원 반응 용기의 높이가 이용된다. 이러한 이유에서, 슬래그의 높이는 유리하게 측정되고, 최대 허용 높이를 초과하여 슬래그 높이의 제한 값이 부족할 경우에는 교정 조치가 취해진다.
바람직하게는, 슬래그로부터의 금속 액적을 적층하는 공정은 잔류 물질 및/또는 보조제 및/또는 환원제를 도입한 후에, 상기 처리된 슬래그를 배출하기 전에 준비된다.
반응 용기 내의 내화성 재료에 대한 손상을 피하고 에너지 소비량을 절감하기 위해, 처리된 슬래그의 과립화에 필요한 온도보다 낮은 온도로 슬래그를 반응기에서 처리하는 것이 적합하다.
본 발명의 방법을 수행하기 위한 설비는 다음과 같은 특징을 갖는다:
- 높이가 최대 직경보다 큰 내부 구조를 가진 틸팅식 팬 반응기,
상기 팬 반응기는 하기 부재들을 구비한다:
- 가스, 바람직하게는 불활성 가스를 공급하는 저면 송풍구 및/또는 저면 플러싱 벽돌,
- 산소를 공급하며 상부로부터 팬 반응기에 삽입가능한 하나 이상의 랜스,
- 탄소 함유 환원제를 공급하며 상부로부터 팬 반응기에 삽입가능한 하나 이상의 랜스, 및
- 상부로부터 삽입가능한 전기 가열장치, 바람직하게는 전기 아크 전극.
처리할 슬래그를 연장된 시간에 걸쳐 반응기에 도입하기 위해서, 서서히 기울일 수 있는 액체 슬래그용 슬래그 투입장치가 제공되는데, 상기 장치를 기울이는 속도는 1차 기술 유닛, 특히 전로(스테인리스강 밀의 경우에는 보통 LD 전로 또는 AOD 전로)로부터 발생되는 액체 슬래그의 투입 시간에 맞추어 조절된다.
응고 슬래그를 도입하기 위해서는, 별도의 투입장치가 편리한 것으로 입증되었는데, 바람직하게, 상기 별도의 장치는 진동 슈트(vibrating chute)나 스파우트(spout), 또는 진동 슈트/스파우트 조합으로 설계된다.
상기 팬 반응기는 잔류 물질 및/또는 보조제를 주입하기 위한 상부로부터 삽입가능한 하나 이상의 랜스를 구비하는 것이 유리하다.
스크랩 패키지 등과 같은 비교적 큰 덩어리진 공급 재료도 투입할 수 있도록, 상기 반응 용기에는 이들의 투입이 가능한 개구부가 형성되어 있다. 상기 개구부는, 유리하게 폐가스의 흡입을 위한 음압(negative pressure)을 유지하는 기능도 가진, 반응 용기의 덮개에 위치한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 상기 랜스가 환원제를 위한 하나 이상의 배출구 및 잔류 물질 및/또는 보다 높은 위치에 설치되는 보조제용 하나 이상의 배출구를 나타내는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예를 개략적으로 나타내는 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반응 용기의 측면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 반응 용기의 평면도이다.
도 4는 삽입 공정이 진행되는 상태의 반응 용기의 단면도이다.
제강 전로는 도면부호 1로 표시되고, 이 제강 전로로부터 한편으로는 슬래그(2), 예시된 경우는 LD 슬래그가 슬래그 레이들(3) 내에 투입되고, 다른 한편으로는 강(steet)(4)이 배출된다. 슬래그(2)는 수송 레이들(5)을 통해 상기 슬래그 레이들(3)로부터 틸팅 스탠드(tilting stand)(6)로 들어가고, 틸팅 스탠드는 수송 레이들(5)을 기울임으로써 처리할 액체 슬래그(2)를 서서히 연속적으로 직립형 틸팅식 팬 반응기(7)에 유입시킨다.
슬래그(2)의 투입은 상기 슬래그에 대해 액체 형태로 이루어지되, 그러한 투 입이 로지스틱 측면에서 가능하고 합리적이도록 이루어지는 것이 바람직하다. 이것은, 예를 들면, 전로 슬래그(C 강에 있어서는 LD 슬래그이고 스테인리스강에 있어서는 AOD 슬래그)의 경우에 가능하다. 이러한 바람직한 투입 형태의 이유는 액체 슬래그(2)의 높은 열 함량에 따른 에너지 측면이 이점이며, 이에 수반하여 금속 산화물을 가열하고 환원하기 위한 대응 에너지 요구량이 적다.
잔류 철 맬트(25)는 슬래그(2)의 최종 출선 후에도 여전히 팬 반응기(7)에 들어있다. 상기 멜트는 수리 작업을 위해서만 완전히 출선되고, 그렇지 않으면 충분한 높이(전형적으로 0.6m 이상)의 하나 이상의 금속 섬프(sump)가 항상 반응 용기(7)에 잔류한다. 전형적으로 매 5회의 슬래그 출선 후, 금속 산화물의 환원 결과로서 그사이에 형성된 부가적 금속 배스가 최대 금속 배스 높이(전형적으로 약 1.25m)를 넘지 않도록, 또한 그 결과 포말화 슬래그의 형성을 위한 충분한 프리보드(freeboard)가 유지되도록 출선된다.
액체 슬래그(2)를 채우는 시간 동안, 들어있는 금속 산화물(주로 FeOx, 및 부가적으로 MnO; 스테인리스강의 경우에는 또한 유의적 양의 Cr2O3 및 NiO)의 환원이, 금속 내에 들어있는 용해된 탄소와의 반응 결과로서 일어난다.
틸팅식 팬 반응기(7)는 최대 내경(8)을 초과하는 높이(9)를 가진다. 팬 반응기에는 전극 가열기(10)가 제공되고, 또한 환원제, 보조제 및/또는 잔류 물질 및/또는 광석과 같은 저장 용기로부터 공급되는 공급 재료를 주입하기 위한, 상부 삽입형 하나 이상의 랜스(11) 및 샘플 채취용 장치(13)가 제공되며, 공급 재료의 주 입은 불활성 가스와 함께 이루어진다. 상기 랜스(11)의 하단에는 도입할 물질을 위한 측면에 설치된 배출 기구가 제공되는 것이 바람직하다. 질소와 같은 불활성 가스를 도입하기 위한 플러싱 송풍구가 팬 반응기(7)의 저면에 제공된다. 또한, 랜스(15)는 산소를 주입하는 역할을 한다. 상기 랜스는 내부 공간의 상부, 즉 형성되는 포말화 슬래그 내에만 도달한다.
처리된 슬래그(16) 및 처리된 철 멜트(17)의 배출을 위해, 팬 반응기(7)를 기울이고, 처리된 슬래그(16)를 수송 레이들(18)에 쏟아 넣은 다음 과립화 장치(19')에 이송한다. 철 맬트(17)를 배출할 경우, 마찬가지로 슬래그(16)를 배출한 후 팬 반응기(7)를 기울임으로써 이루어지고, 철 맬트(17)는 수송 레이들(19)에 의해 선택적으로 레이들 처리 스탠드(20)에 이어서 전로(1)에 이송된다.
도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 전극(10)은 폐가스 흡수를 위해 제공된 팬 반응기(7)의 덮개(21)를 통해 중앙으로 삽입되는 반면, 산소를 공급하는 랜스(15)는 덮개(21)에 제공되어 배출 라인(22)에 연결되고 버너(23')로 플러싱되는 개구부(23) 옆쪽에 설치된다.
도 1에 개략적으로 예시된 운반 수단, 예를 들면 진동 슈트(24)는 응고된 슬래그를 도입하는 역할을 하며, 이 슈트에 의해 덩어리진 고체 슬래그는 연장된 시간에 걸쳐, 바람직하게는 2회의 캐스팅 작업 사이의 시간 동안 팬 반응기(7)에 도입될 수 있다.
도 4는 팬 반응기(7) 내부의 공정을 예시한다. 상기 반응기는 새로 형성된 철 멜트에 의해 보충되는 철(선철)의 잔류 멜트(25)를 나타낸다. 포말화 상태에 있는 슬래그(2')는 철 멜트(25)의 상부에 위치한다. 랜스911)는 팬 반응기(7) 내부의 깊숙한 위치에 도달하며, 그 하단에는 환원제(29)의 도입을 위한 측면 배출 개구부(28)를 포함한다. 이중 포트(dual-port) 랜스로 되어 있는 상기 랜스(11)의 하단은 철 멜트(25) 내에 밀려 들어간다. 그 상부에 철 멜트(25)와 슬래그(2') 사이의 경계면 높이 근방 위치에, 상기 랜스는 보조제 및/또는 잔류 물질(27) 및 선택적으로 광석을 도입하기 위한 또 하나의 측면 배출 개구부(30)를 가진다. 고체 슬래그(2")의 도입은 마찬가지로 상기 도면에 예시되어 있다.
산소 공급 랜스(15)는 포말화 슬래그(2')의 상부 영역 내에 삽입되어 슬래그의 환원 시 형성되는 CO를 후연소하는 데 이용된다. 상기 높이의 영역에서 산화 구역(32)은 환원 구역(31) 상부에 형성된다.
반응을 촉진시키기 위해, 팬 반응기(7)의 저면에 삽입된 플러싱 송풍구(14)를 통해 불활성 가스, 바람직하게는 질소를 주입한다.
포말화 슬래그의 높이를 제어하기 위해, 포말화 슬래그의 높이를 측정하기 위한 장치가 제공되며, 상기 높이 측정은 카메라, 레이저 또는 초음파에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 설비의 작동을 아래와 같이 두 가지 실시예를 이용하여 설명한다.
실시예 A
슬래그 및 잔류 물질의 표시된 양은, LD 공정에 따라 액체강(LS), 또는 구조강과 같은 탄소강 1톤을 제조하는 동안 축적되는 전형적인 특정량이다.
따라서, 환원제(29), 보조제(27) 및 필요한 전기 에너지의 양도 표시된다.
[표 1] 공급 재료
명칭 LD 슬래그 레이들 슬래그 탈황 슬래그 LD 분진 HO 분진 스케일 플라이 애쉬
성분 % % % % % % %
Al2O3 2.62 18.72 3.59 0.321 1.73 0.56 19.44
C 0.09 0.00 4.30 1.44 27.41 0.00 10.76
CaO 40.35 41.41 12.60 7.47 5.28 0.00 4.28
Cr2O3(Cr) 0.64 0.00 0.00 0.00 0.00 0.19 0.01
Fe 0.49 0.19 59.32 15.15 1.02 1.49 0.48
FeO 15.20 0.00 4.41 25.55 7.72 63.98 0.97
Fe2O3 8.38 0.00 0.00 46.68 45.68 25.78 4.60
MgO 6.16 14.75 3.69 0.31 1.42 0.23 3.19
MnO(Mn) 4.67 0.41 0.82 0.93 1.42 1.36 0.10
NiO(Ni) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.13 0.00
SiO2(Si) 17.18 22.59 10.66 0.82 6.80 2.39 51.21
TiO2(Ti) 0.53 0.23 0.00 0.00 0.00 0.00 0.85
표 1에 기재된 바와 같은 조성의 액체 LC 슬래그(2) 110kg/t LS를 LD 전로로부터 슬래그 레이들(3)에 투입된다. 상기 슬래그 레이들(3)의 함량을 수송 레이들(5)에 기울여 쏟아 넣는다. 계속해서, 수송 레이들(5)을 틸팅 스탠드(6)에 장착하고, 액체 슬래그(2)를 기울일 수 있는 팬-퍼니스형 환원 유닛(7) 내 선철 금속 배스(25)에 서서히 연속적으로 쏟아 넣는다.
팬-퍼니스 슬래그(2") 12kg/t LS 및 탈황처리(De-S) 슬래그 8kg/t LS를 진동 슈트(24)와 스파우트를 통해 팬 반응기(7) 내에 서서히 연속적으로 투입한다(조성은 표 1에 기재).
슬래그(2, 2")의 가열, 열손실에 대한 보상 및 용해된 탄소를 이용한 금속 산화물의 발열성 직접 환원에 소요되는 에너지(90 kWh/t LS)는 3개의 전극(10)을 통해 전기방식으로 공급된다.
도입된 슬래그(2, 2")의 금속 산화물의 환원은 액체 선철(25)에 용해된 탄소를 사용하여, 직접 환원을 거쳐 충전과 동시에 가열하는 동안 이미 진행된다. 폐탄소는 환원제(29), 즉 석탄 분진 4.7kg/t LS 및 코크스 2kg/t LS를 금속 배스(25)에 깊숙하게 주입함으로써 교체된다(분석 결과: 표 2 참조).
[표 2] 환원제
명칭 석탄 코크스
성분 % %
C 83.18 91.66
Al2O3 2.83 1.79
CaO 0.57 0.26
Fe2O3 0.74 0.00
MgO 0.45 0.15
SiO2 5.20 2.98
TiO2 0.16 0.07
환원제(29)에 더하여, 전형적으로 C-제강 작업에서 축적되는 잔류 물질(27), 즉 LD 분진 17kg/t LS, 고로 더스트(blast-furnace dust) 15kg/t LS 및 스케일 5kg/t LS을 주입용 랜스(11)를 통해 질소와 함께 주입한다(조성은 표 1에 기재됨). 잔류 물질을 함유하는 이들 산화철의 주입 공정은 철 멜트(25)와 슬래그(2) 사이의 경계층(26)에 근접한 위치에서 상기 경계층의 표면을 확장하기 위해 이루어진다.
클링커 치환체로서 수경 바인더(hydraulic binder)용 최적 슬래그 조성을 조절하기 위해, SiO2 공급물로서 35kg/t LS의 플라이애쉬(fly ash)를 추가로 주입한다.
공압식 주입 및 저면 플러싱을 위해서는 6 N㎥ N2/t LS가 필요하다.
환원은 1420℃의 온도에서 일어난다. 상기 온도에서, 환원 반응중에 형성되는 CO로 인해 포말화 슬래그(2')가 형성된다. 금속 산화물과 선택적으로 분산된 금속 액적의 접촉 면적이 크기 때문에 금속 액적 중에 용해된 탄소를 통해 효율적인 직접 환원이 일어난다. 에너지 밸런스를 향상시키고 표시된 전기 가열 용량치를 얻기 위해서, 환원 반응중에 형성되는 CO의 부분적 후연소가 O2에 의해 이루어진다. 포말화 슬래그(2')의 상부 1/3 부분에 O2 랜스(15)를 통해 4kg/t LS의 O2가 주입되어, CO의 25%를 CO2로 산화시킨다. 이러한 비교적 낮은 정도의 후연소는 용이하게 제어할 수 있고, 그에 따라 방출된 에너지를 포말화 슬래그(2') 및 금속 멜트(25) 내로의 효율적인 열전달을 가져온다. O2의 주입은 상기 산화 구역(32)이, 가능한 한 환원 구역(31)과 혼합되는 것이 방지되도록 실행되어, 금속 산화물 입자의 환원이 일어난다.
이어지는 완전 연소의 결과로서, 폐가스에서는 CO2만, 즉 45kg/t LS의 양으로 발견할 수 있다. 이것은 바람직한 직접 환원 및 전기 가열에 의해서만 달성할 수 있는 매우 낮은 값이며, 따라서 임박한 CO2 부담금을 감안할 때 이점을 제공하는 것이다.
1kg/t LS에서, 분진 함량은 깊은 위치에서의 석탄 주입 및 포말화 슬래그(2')의 여과 효과로 인해 매우 낮고, 이는 배출 및 여과 분진을 회피하는 측면에서 이점을 나타낸다.
LD 슬래그(2)의 전량이 전환된 후, 나머지 잔류 물질(27) 및 환원제(29)의 주입이 완료되어 환원반응이 완료되면, 슬래그 샘플을 채취하고, 미리 계산된 분석치와의 일치성을 체크한다. 제조된 슬래그(16)의 125kg/t LS에 대해 얻어진 표적 분석치가 표 3에 포함되어 있다.
[표 3] 슬래그 생성물
성분 %
CaO 45.60
SiO2 33.82
Al2O3 10.52
MgO 7.24
MnO 1.20
TiO2 0.80
FeO 0.20
Fe(금속) 0.10
Cr2O3 0.20
P2O5 0.30
합계 99.98
계속해서, 시험한 슬래그(16)의 과립화에 필요한 온도를 얻는 한편, 감소된 점도의 결과로서 포말화 슬래그로부터 분산된 금속 액적의 적층을 촉진하기 위해서, 온도를 1450℃로 올린다. 이러한 목적에서, 5분의 레이턴시(latency)를 관찰한다.
계속해서,반응 용기(7)를 기울임으로써 잔여량을 제외한 슬래그를 수송 레이들(18)에 쏟아 넣는다. 수송 레이들(18)의 내용물을 간식 과립기(19)에 투입한다. 단시간에 행해지고 그에 따라 유리형 응고를 내포하는 과립은 슬래그 젯(slag jet)을 회전 디스크 상에서 미세 액적으로 분할하고 기류 하에서 상기 미세 액적을 급 냉함으로서 이루어진다.
환원으로부터 얻어진 54kg/t LS의 금속(분석: 표 4 참조)을 포함하는 금속 배스(25)를 핀 반응기(7)에서의 각각의 슬래그 처리 후에 출선하지 않고, 포말화 슬래그(2')에 대한 충분한 프리보드가 더 이상 제공되지 않을 때까지 반응기 내에 잔류시킨다. 전형적으로 이것은 5회 처리 후의 경우이지만, 필요할 경우 팬 반응기(7)의 형태에 따라 변경될 수 있다.
[표 4] 금속 생성물
성분 %
Fe 87.11
C 4.00
Mn 6.10
Cr 0.90
Ni 0.01
P 1.44
S 0.04
합계 99.60
계속해서, 팬 반응기(7)를 처리 위치로 복귀시키고, LD 슬래그(2)의 다음 번 배치를 서서히 연속적으로 다시 첨가한다. 나머지 공정 단계도 전술한 방식에 따라 반복된다.
5회 처리한 다음, 0.6m 이상 높이의 금속 섬프를 제외하고 금속 배스(25)도 출선하고, 인 제거(De-P) 처리를 행한다. 이 때 상기 금속 배스는 통합된 야금학적 플랜트에서 활용가능한 선철의 양을 증가시키고 그에 따라 생산을 증가시키는 역할을 하거나, 1차 유닛 코크스 플랜트 및 고로에서의 원재료, 에너지 및 CO2 생성을 절감하는 역할을 한다.
실시예 B
슬래그 및 분진의 표시량은 1톤의 액상 스테인리스강을 제조하는 동안 축적되므로 전형적인 규정량이다.
따라서 필요한 환원제(29), 보조제(27) 및 전기 에너지를 계산하여 표시한다.
[표 1]
명칭 스테인리스 슬래그 스테인리스 분진 플라이애쉬
% % %
CaO 46.13 18.59 4.28
SiO2 26.92 7.30 51.21
Al2O3 6.30 0.00 19.44
MGO 8.00 3.30 3.19
C 0.00 0.00 10.76
Cr2O3 4.20 16.44 0.01
Fe 2.52 0.00 0.48
FeO 3.40 0.00 0.97
Fe2O3 0.00 40.28 4.60
MnO 1.50 3.60 0.10
NiO 0.22 3.51 0.00
TiO2 0.73 0.00 0.85
표 1에 기재된 조성을 가진 317kg/t LS의 액상 스테인리스(AOD) 슬래그(2)를 AOD 전로(1)로부터 슬래그 레이들(3)에 투입한다. 상기 슬래그 레이들(3)의 내용물을 수송 레이들(5) 내에 출선한다. 계속해서, 수송 레이들(5)을 틸팅 스탠드(6)에 장착하고, 기울일 수 있는 팬-퍼니스형 환원 유닛(7) 내의 Cr/Ni 함유 잔류 금속 배스(25) 위에 액체 슬래그(2)를 서서히 연속적으로 주입한다.
슬래그(2)의 가열과 열손실의 보상 및 용해된 탄소에 의한 금속 산화물(구체적으로는 산화철이되 산화크롬과 산화니킬을 다량 함유한 것)의 발열성 직접 환원 에 필요한 에너지(204kW/t LS)를 3개의 전극(10)을 통해 전기적으로 도입한다.
도입된 슬래그(2)의 금속 산화물의 환원은 합금을 형성한 선철에 용해되어 있는 탄소를 이용하여 직접 환원을 통해 충전과 동시에 가열하는 동안 이미 진행되고 있다. 폐탄소는 환원제(29), 즉 석탄 분진 6.1kg/t LS 및 코크스 2.0kg/t LS를 금속 배스(25)에 깊숙하게 주입함으로써 교체된다(분석 결과: 표 2 참조).
[표 2] 환원제
명칭 석탄 코크스
성분 % %
C 83.18 91.66
Al2O3 2.83 1.79
CaO 0.57 0.26
Fe2O3 0.74 0.00
MgO 0.45 0.15
SiO2 5.20 2.98
TiO2 0.16 0.07
환원제(29)에 더하여, 전형적으로 스테인리스 제강 작업에서 축적되는 잔류 물질(27), 즉 다량의 Cr 및 Ni를 함유한 스테인리스 분진 36kg/t LS를 주입용 랜스(11)를 통해 주입한다(조성은 표 1에 기재됨). 상기 주입 공정은 금속 배스(25)와 슬래그(2') 사이의 경계층(26)에 근접한 위치에서 상기 경계층(26)의 표면을 확장하기 위해 이루어진다.
클링커 치환체로서 수경 바인더용 최적 슬래그 조성을 조절하기 위해, SiO2 공급물로서 70kg/t LS의 플라이애쉬를 추가로 주입한다. 탄소 함량이 비교적 높은 플라이애쉬를 사용하는 것이 유리하다.
공압식 주입과 저면 플러싱을 위해서는 7N㎥ N2/t LS가 필요하다.
환원은 초기에 1430℃의 온도에서 탄소를 사용하여 이루어진다. 상기 온도에서, 환원 반응중에 형성되는 CO로 인해 포말화 슬래그(2')가 형성된다. 금속 산화물과 선택적으로 분산된 금속 액적의 접촉 면적이 크기 때문에 금속 액적 중에 용해된 탄소를 통해 효율적인 직접 환원이 일어난다.
에너지 밸런스를 향상시키고 표시된 전기 가열 용량치를 얻기 위해서, 환원 반응중에 형성되는 CO의 부분적 후연소가 O2에 의해 이루어진다. 포말화 슬래그(2')의 상부 1/3 부분에 O2 랜스(15)를 통해 4.0kg/t LS의 O2가 주입되어, CO의 25%를 CO2로 산화시킨다. 이러한 비교적 낮은 정도의 후연소는 용이하게 제어할 수 있고, 그에 따라 방출된 에너지를 포말화 슬래그(2') 및 금속 멜트(25) 내로의 효율적인 열전달을 가져온다. O2의 주입은 상기 산화 구역(32)이, 가능한 한 환원 구역(31)과 혼합되는 것이 방지되도록 실행되어, 금속 산화물 입자의 환원이 일어난다.
이어지는 완전 연소의 결과로서, 폐가스에서는 오로지 CO2를, 즉 44kg/t LS의 양으로 발견할 수 있다. 이것은 바람직한 직접 환원 및 전기 가열에 의해서만 달성할 수 있는 매우 낮은 값이며, 따라서 임박한 CO2 부담금을 감안할 때 이점을 제공하는 것이다.
1.2kg/t LS에서, 분진 함량은 깊은 위치에서의 석탄 주입 및 포말화 슬래그(2')의 여과 효과로 인해 매우 낮고, 이는 배출 및 여과 분진을 회피하는 측면에서 이점을 나타낸다.
스테인리스 슬래그(2), 스테인리스 분진(27) 및 플라이애쉬를 투입하는 단계 후, 그리고 탄소가 환원제(29)의 주입에 의해 교체된 금속 배스(25)에 용해되어 있는 탄소에 의한 환원반응 후에, 슬래그 샘플을 채취하고, 미리 계산된 분석치와의 일치성을 체크한다. 계속해서, 환원성이 약한 산화물, 구체적으로는 Cr2O3의 함량을 줄이기 위해, 보다 강한 환원제로서 1kg/t LS의 Fe75Si를 첨가하고, 5분의 레이턴시를 관찰한다. 제조된 슬래그(16)의 354kg/t LS에 대해 얻어진 표적 분석치가 표 3에 포함되어 있다.
[표 3] 슬래그 생성물
성분 %
CaO 45.59
SiO2 35.86
Al2O3 9.66
MgO 8.24
TiO2 0.80
MnO 0.50
FeO 0.20
Fe(금속) 0.10
Cr2O3 0.02
P2O5 0.01
합계 99.98
계속해서, 시험한 슬래그(16)의 과립화에 필요한 온도를 얻는 한편, 감소된 점도의 결과로서 포말화 슬래그(2')로부터 분산된 금속 액적의 적층을 촉진하기 위해서, 온도를 1460℃로 올린다. 이러한 목적에서, 5분의 레이턴시를 관찰한다.
계속해서,반응 용기(7)를 기울임으로써 잔여량을 제외한 슬래그를 수송 레이 들(18)에 쏟아 넣는다. 수송 레이들(18)의 내용물을 간식 과립기(19)에 투입한다. 단시간에 행해지고 그에 따라 유리형 응고를 내포하는 과립은 슬래그 젯을 회전 디스크 상에서 미세 액적으로 분할하고 기류 하에서 상기 미세 액적을 급냉함으로서 이루어진다.
환원으로부터 얻어진 50kg/t LS의 금속(분석: 표 4 참조)을 포함하는 금속 배스(25)를 핀 반응기(7)에서의 각각의 슬래그 처리 후에 출선하지 않고, 포말화 슬래그(2')에 대한 충분한 프리보드가 더 이상 제공되지 않을 때까지 반응기 내에 잔류시킨다. 전형적으로 이것은 5회 처리 후의 경우이지만, 필요할 경우 팬 반응기(7)의 형태에 따라 변경될 수 있다.
[표 4] 금속 생성물
성분 %
Fe 58.12
C 5.00
Cr 26.20
Mn 6.77
Ni 3.08
P 0.10
S 0.04
합계 99.31
계속해서, 팬 반응기(7)를 처리 위치로 복귀시키고, LD 슬래그(2)의 다음 번 배치를 서서히 연속적으로 다시 첨가한다. 나머지 공정 단계도 전술한 방식에 따라 반복된다.
5회 처리한 다음, 0.6m 이상 높이의 금속 섬프를 제외하고 금속 배스(25)도 출선하고, 필요할 경우, 인 제거(De-P) 처리를 행한다. 이 때 상기 금속 배스는 통합된 야금학적 플랜트에서 활용가능한 선철의 양을 증가시키고 그에 따라 생산을 증가시키는 역할을 하거나, 1차 유닛 코크스 플랜트 및 고로에서의 원재료, 에너지 및 CO2 생성을 절감하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 방법의 주된 이점은, 여러 가지 잔류 물질 및 필요할 경우 보조제를 주입함으로써 생성된 슬래그의 선택적 미세 조절을 실행할 수 있다는 점이다. 바람직하게, 여러 가지 공급 재료에 대한 요구량은 공급 재료의 공지된 분석에 기초한 프로세스 모델에서 계산되며, 그 각각의 양은 주입 플랜트의 파라미터를 제어함으로써 조입된다. 검사는 슬래그와 금속 배스의 샘플을 채취함으로써 실행된다.
일측면에서, 온도는 자동화 온도 랜스(침지형 열전대(immersion thermocouple))를 이용하여 결정할 수 있다. 다른 측면에서, 온도는 고온계(pyrometer)에 의해 중간에, 바람직하게는 연속적으로 제어될 수 있다.

Claims (25)

  1. 제철 산업에서 나오는 산화철 입자를 함유한 슬래그(2, 2")의 활용 방법으로서, 환원제(29)를 첨가함으로써, 상기 슬래그(2, 2")의 산화철 입자와 그 밖에 선택적으로 제공되는 금속 산화물이 상기 환원제(29)에 의해 환원되고,
    - 반응 용기(7), 바람직하게는 틸팅식 팬 반응기(tiltable pan reactor)(7) 내에, 용해된 탄소를 함유하는 잔류 철 멜트(iron melt)(25) 상에 상기 슬래그(2, 2")를 연장된 시간에 걸쳐 서서히 연속적으로 투입하는 단계;
    - 상기 슬래그(2), 상기 잔류 철 멜트 및 새로 형성된 철 멜트(17)를 연장된 시간에 걸쳐 전기 가열하는 단계;
    - 랜스(lance)(11)를 이용하여, 탄소 함유 환원제(29)를 가스, 바람직하게는 불활성 가스와 함께 연장된 시간에 걸쳐, 상기 슬래그(2)와 상기 철 멜트(25) 사이의 경계면에 근접한 영역 또는 상기 철 멜트(25)에 직접 주입함으로써, 탄소를 상기 철 멜트(25)에 용해시켜 상기 철 멜트(25)와 상기 슬래그(2)를 혼합시키는 단계;
    - 상기 환원제(29)의 탄소를 상기 철 멜트(25) 중에 용해시키는 단계;
    - 상기 슬래그(2)의 산화철 입자를 연장된 시간에 걸쳐 환원시켜 금속성 철과 CO를 형성하는 단계;
    - 얻어지는 CO에 의해 연장된 시간에 걸쳐 포말화 슬래그(foamed slag)(2')를 형성하는 단계;
    - 산소 함유 가스 또는 산소를 상기 포말화 슬래그(2') 내에 도입하고, 연장된 시간에 걸쳐 CO를 후연소(postcombustion)하여 CO2를 형성하는 단계;
    - 상기 반응 용기(7)의 저면을 불활성 가스로 연장된 시간에 걸쳐 플러싱(flushing)하는 단계;
    - 처리된 슬래그(16)를 배출하는 단계; 및 선택적으로,
    - 상기 철 멜트(17)를 배출함으로써 용해된 탄소를 함유한 잔류 철 멜트(25)를 상기 반응 용기(7)에 남기는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 랜스(11)를 이용하여, 잔류 물질(27), 특히 스크랩 야드 잔사(scarp yard residue), 분진 함유 산화철 및 가스 정제 공정에서 나오는 슬러리, 스케일 등과 같은 야금학적 잔류 물질을 가스, 바람직하게는 불활성 가스와 함께 연장된 시간에 걸쳐 서서히 연속적으로, 상기 슬래그(2')와 상기 철 멜트(25) 사이의 경계면(26)에 근접한 영역 또는 상기 철 멜트(25)에 직접 주입하여, 상기 철 멜트(25)와 상기 슬래그(2')를 혼합시키는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 랜스(11)를 이용하여, 보크사이트 및/또는 석회 분말 및/또는 실리콘 캐리어와 같은 보조제(auxiliary agents)(27)를 가스, 바람직하게는 불활성 가스와 함께 연장된 시간에 걸쳐 서서히 연속적으로, 상기 슬래그(2')와 상기 철 멜트(25) 사이의 경계면(26)에 근접한 영역 또는 상기 철 멜트(25)에 직접 주입함으로써, 각각의 경우에 상기 철 멜트(25)와 상기 슬래그(2')를 혼합시키는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 잔류 물질(27) 및/또는 상기 보조제(27)를 상기 환원제(29)의 주입 높이와 상이한 높이, 바람직하게는 상기 환원제(29)의 주입 높이보다 위에서 상기 반응 용기(7)에 주입하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 함유 환원제(29) 및/또는 상기 잔류 물질(27) 및/또는 상기 보조제(27)의 주입이, 상기 반응 용기(7)에 존재하는 상기 철 멜트(25)와 상기 철 멜트 상부에 위치한 상기 슬래그(2')의 경계면(26)에 대해 횡방향으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    연장된 시간에 걸쳐 수행되는 상기 공정 단계들이, 기본적으로 상기 슬래그(2') 및 선택적으로 상기 철 멜트(25)의 배출 시점으로부터 후속되는 상기 슬래그 (2')의 배출 시점까지 수행되어 본질적으로는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소 함유 환원제(29)를 주입하는 단계가, 상기 철 멜트(25)에서 탄소의 최대 포화 한계가 도달할 때까지의 시간 동안만 수행되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    산소 함유 가스 또는 산소를 상기 슬래그(2')에 도입하는 단계가, 상기 슬래그(2') 높이의 상측 절반, 바람직하게는 상측 1/3 부분에서 수행되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조제(27) 및/또는 상기 잔류 물질(27)의 주입 단계는 상기 슬래그와 상기 철 멜트 사이의 경계면(26) 양측의 소정의 높이 영역에서 수행되거나, 또는 상기 철 멜트(25)에서의 동일한 높이 영역에서 수행되고, 상기 높이 영역은 상기 슬래그의 총 높이의 최대 25%에 걸쳐 연장되고, 바람직하게는 상기 철 멜트(25)에서의 상기 슬래그(2')의 총 높이의 최대 10%에 걸쳐 연장되거나, 또는 횡방향으로 반전하여 연장되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    주입할 물질(27, 29)이 상기 랜스(11)의 측면 배출 개구부(opening)(28, 30)를 통해 대략 수평 방향 또는 이상적으로 평탄한 상기 경계면(26) 쪽으로 약간 횡방향으로 주입되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 가열하는 단계가 전기 아크 및/또는 저항식 가열을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬래그(2)가 적어도 부분적으로 액체 형태로 투입되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 산화물의 환원이 주로 상기 금속 멜트 중에 용해된 탄소에 의한 직접 환원을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    알루미늄, 페로실리콘(ferrosilicon), 탄화칼슘 등과 같이 탄소에 대해 더 강한 환원제를, 바람직하게는 상기 처리된 슬래그(2')를 배출하기 이전에 최종 환원 단계에서 사용하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬래그 성질을 조절하기 위한 상기 보조제(27)는 상기 환원제(29)의 첨가가 완료되었을 때 첨가되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    미세 광석, 크롬철광석 등의 광석을 함유하는 산화철이 추가로 사용되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬래그(2')의 높이가 측정되고, 상기 높이가 최대 허용 높이를 초과하여 슬래그 높이의 한계치를 넘을 경우에는 교정 조치가 취해지는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  18. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬래그(2')로부터의 금속 액적의 침적은 상기 잔류 물질(27) 및/또는 상기 보조제(27) 및/또는 상기 환원제(29)의 도입 후, 상기 처리된 슬래그(2')의 배출 이전까지 대기시키는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 용기(7)에서의 상기 슬래그(2)의 처리가 상기 처리된 슬래그(2')의 과립화 온도보다 낮은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 활용 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 설비로서,
    높이(9)가 최대 직경(8)보다 큰 내부 구조를 가진 틸팅식 팬 반응기(7)를 포함하고,
    상기 팬 반응기는,
    - 가스, 바람직하게는 불활성 가스를 공급하는 저면 송풍구(tuyere)(14) 및/또는 저면 플러싱 블록,
    - 산소를 공급하며, 상부로부터 팬 반응기(7)에 삽입가능한 하나 이상의 랜스(15),
    - 탄소 함유 환원제(29)를 공급하며, 상부로부터 팬 반응기에 삽입가능한 하나 이상의 랜스(11), 및
    - 상부로부터 삽입가능한 전기 가열장치(10), 바람직하게는 전기 아크 전극(10)
    을 구비하는 설비.
  21. 제20항에 있어서,
    액체 슬래그(2)를 위한, 서서히 기울일 수 있는 슬래그 투입 장치(5, 6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 설비.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    진동 슈트(vibrating chute)(24) 또는 스파우트(spout)로서 설계된 응고 슬래그(2")용 슬래그 투입 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 설비.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 잔류 물질(27) 및/또는 상기 보조제(27)의 주입을 위해 상부로부터 상기 팬 반응기(7) 내에 삽입가능한 랜스(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 설비.
  24. 제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응 용기(7)가 덩어리진 철 함유 공급 재료, 바람직하게는 블록형인 철 함유 공급 재료의 투입용 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 설비.
  25. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 랜스(11)는 상기 환원제(29) 배출용의 하나 이상의 개구부(28) 및 상기 잔류 물질(27) 및/또는 상기 보조제(27)의 배출용인, 더 높은 위치에 설치된 하나 이상의 개구부(30)를 구비하고, 2개 이상의 분리된 덕트(duct)를 이용하여 상기 랜 스 및 상기 배출용 개구부에 대한 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 설비.
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