KR20080011157A

KR20080011157A - 에너지 절약, 휘발성 금속 제거 및 슬래그 제어를 위한산화철 회수로의 조작

Info

Publication number: KR20080011157A
Application number: KR20077020766A
Authority: KR
Inventors: 제임스 이. 브라티나; 킴 엠. 렌티
Original assignee: 제임스 이. 브라티나; 킴 엠. 렌티
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2008-01-31
Also published as: EP1863943A2; AU2006232236B2; EP1863943A4; CN101203619B; ZA200708298B; RU2007140398A; US7513929B2; CN101203619A; TW200702442A; JP2008534785A; MX2007012199A; TR200706651T1; US20070062330A1; CA2603121A1; WO2006107715A3; AU2006232236A1; RU2407812C2; WO2006107715A2; UA90139C2; BRPI0609774A2

Abstract

본 발명은 전기 아크로(EAF) 분진, 염기성 산소로(BOF) 슬러지/분진 및/또는 그 밖에 철 및 휘발성 금속 함유 재료를 공급 스트림으로서 받아들이도록 철 함유 공급 재료와 함께 배치식, 연속식 또는 반연속식으로 채널 유도로를 가동하고, 상기 공급 재료로부터 철 유가물을 회수하고, 상기 공급 재료에 함유된 휘발성 금속 성분을 회수하면서 철 함유 핫 메탈 또는 선철 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

산화철, 휘발성 금속, 슬래그, 채널 유도로, 헤드스페이스, EAF 분진, BOF 슬러지

Description

에너지 절약, 휘발성 금속 제거 및 슬래그 제어를 위한 산화철 회수로의 조작{OPERATION OF IRON OXIDE RECOVERY FURNACE FOR ENERGY SAVINGS, VOLATILE METAL REMOVAL AND SLAG CONTROL}

본 발명은 금속 제품의 생산 및 철과 휘발성 금속의 회수를 진행하면서, 전기 아크로(electric arc furnace; EAF) 분진, 염기성 산소로 슬러지(basic oxygen furnace sludge), 밀 스케일(mill scale), 아연도금(galvanizing) 슬러지/분진, 전지 및 기타 재료와 같은 폐기물을 처리하는 방법 및 프로세스에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 에너지 효율적 방식으로 휘발성 물질, 슬래그 및 철을 분리하는 것을 내포하는 폐기물 처리 방법 및 프로세스에 관한 것이다.

제강 및 기타 제조 공정중에는 여러 가지 폐기물이 생성된다. 제강중에는, 전기 아크로(EAF) 분진 및 염기성 산소로(BOF) 분진/슬러지가 폐기 또는 재생을 위해 포획되고 수집된다.

이들 분진의 주성분은 보통 산화물 형태로 되어 있는 철(60 중량% 이하) 및 아연(30 중량% 이하)이다. 또한, 이들 분진은 소량의 칼슘, 마그네슘, 망간, 염화물, 납, 카드뮴 및 그 밖의 미량 원소를 함유한다. 철강 산업은 제강 설비에서 생산되는 철강 1톤당 약 30∼40 파운드의 이러한 형태의 분진을 발생시킨다. 미국에 서 1997년에 발생시킨 이들 분진의 추정량은 백만톤을 초과하며, 그중 거의 절반은 매립되어 폐기된다.

EAF 분진은 미국 환경 규제에 따라 목록에 등재된 유해 폐기물(K061)이다. 이 규제 프로그램에 따르면, EAF 분진은 이의 재생이나 폐기시 특정한 기록의 유지, 취급 요건 및 처리 비용의 대상이 된다. BOF 슬러지/분진은 목록에 등재된 유해 폐기물은 아니지만, 적절한 재사용 옵션(reuse option)이 결여되어 있는 결과로 대량의 이 물질이 매립되어 폐기되고 있다.

EAF 분진과 BOF 슬러지/분진은 모두 상당한 양의 철을 함유하고 있으므로, 이들 물질은 스크랩 강(scrap steel), 핫 메탈(hot metal), 소결 분진(sinter dust), 기타 제강 설비에 존재하는 산화철과 같은 다른 철 함유 물질에 대한 치환체로서 제강 공정에서 직접 사용되는 매우 유용한 재료가 된다. 또한, EAF 분진은 상당한 양의 아연을 함유하고 있어서, 아연 제조 공정을 위한 원료로서 매우 유용하다. BOF 슬러지/분진은 그보다 적은 양의 아연을 함유하지만, 존재하는 아연은 아연 제품으로서 재사용하기 위해 회수될 수 있다.

현재 EAF 분진을 취급하는 방법으로는 웰즈 킬른(Waelz kiln), 회전형 로(rotary hearth furnace)에서의 처리 및 화염 반응기(flame reactor) 프로세스에 의한 아연 회수 방법이 포함된다. EAF 분진은 또한 안정화 공정으로 처리된 후 매립 페기된다. 소량의 BOF 슬러지/분진은 몇몇 지점에서는 BOF 제강 공정으로 반송되고, 일부는 다른 방식으로 재순환되지만, 대부분의 양은 폐기물로서 매립되어 폐기된다.

일반적으로, 아연 함량이 높은 EAF 분진은 기존 아연 회수 공정에서 처리하고, 아연 함량이 낮은 EAF 분진은 폐기물로서 폐기되도록 매립시키는 것이 경제적일 수 있다. BOF 설비에서는 핫 메탈이 유일한 에너지원이기 때문에, BOF 공정에서 사용되는 데에 에너지를 필요로 하는 스크랩 및 기타 고체 원재료의 제한된 양(총 강철 생산의 약 20% 비율)만이 장입 혼합물(charge mix)에 첨가될 수 있다. 이것은 BOF 제강 공정으로 반송될 수 있는 BOF 슬러지/분진의 양을 제한한다. 그 결과, BOF 슬러지/분진의 일부분은 통상적으로 폐기되도록 매립에 보내어진다.

EAF 분진 및 BOF 슬러지/분진으로부터 아연 및/또는 철을 회수하기 위한 다른 방법들이 시도되어 제한적으로 성공했다. 그러한 방법으로는 열적 방법, 습식 야금(hydrometallurgical) 방법 또는 이들의 조합이 포함된다. 거의 모든 경우에, 이들 방법은 성공적이 아니었는데, 그 이유는 설비 구성이 고가이고, 조작하기에 고비용이고, 및/또는 EAF 분진 및 BOF 슬러지/분진 재료 모두를 처리하는 데 사용될 수 없어서, 여전히 매립으로 폐기해야 하는 폐기물이 잔류하기 때문이다.

또한, EAF 분진을 처리하는 모든 방법은 자원 보존 및 회수법("RCRA")에 따른 유의적 환경 규제 요건의 대상이다. 이것은 현재의 방법들이 유해 폐기물로서 EAF 분진을 처리하는 것을 유일한 목적으로 개발되었다는 사실에 기인한다. 이제까지, 철강 산업 관계자들은 EAF 분진을 목록에 등재된 유해 폐기물로 간주하며, 따라서 EAF 분진을 임의 형태의 원료 또는 반응제로서 사용하는 것은 필연적으로 유해 물질의 형성, 생성 또는 보존을 초래한다고 논리적으로 결론을 내린다.

1999년 5월 17일∼19일 기간중 펜실베이니아주 피츠버그에서 열린 컨퍼런 스(Gorham/Intertech 주관)에서 Southwick이 발표한 "제강 압연 폐기물로부터 철과 아연의 회수"라는 논문은 압연 폐기물로부터 철과 아연을 회수하기 위해 제안된 다양한 공정을 종합한다. 그 밖에, 미국특허 제4,605,435호, 제5,013,532호, 제5,082,493호, 제5,435,835호, 제5,439,505호, 제5,493,580호, 제5,538,532호, 제5,667,553호, 제5,879,617호, 제5,993,512호, 제6,102,982호, 제6,120,577호, 및 제6,221,124호는 EAF 분진을 처리하는 다양한 방법 및 장치에 관한 것이다.

미국특허 제6,136,059호(발명자: Zoppi)는 EAF 분진을 처리하는 것을 유일한 목적으로 하는 유도로(induction furnace)의 사용을 개시한다. 즉, 요구되는 산화 및 환원 반응을 위한 "heel"을 제공한 후 유도로에 공급할 유일한 공급원료는 1/2 장입량의 주철로서, 이것은 보충되는 것이 아니고 석탄과 소량의 슬래그 제거제(slagging agent)와 함께 EAF 분진의 펠릿이 여기에 첨가된다. Zoppi는 종래 기술의 유도로가 일반적으로 2차 강 및 비철 금속 처리에서 제련 수단으로만 사용된다고 언급한다.

미국특허 제6,831,939호(발명자: Bratina 및 Fehsenfeld)는 Zoppi 특허를 확장하는 방법으로서, 핫 메탈과 선철 제품 모두를 제조하고 철과 휘발성 금속 함유 재료를 처리하여 철 유가물(iron value)을 회수하고 유도로의 가동 온도에서 휘발성인 금속을 농축하는 단계를 포함하는 방법을 개시한다. 상기 방법은 금속 산화물과 환원 재료 모두를 혼합하여 유도로에 공급하는 단계에 의존한다. 상기 방법의 효율은 사용되는 유도로에 의해 제한된다.

강철 처리 분진을 내포하는 제련 공정에서 유도로를 이용하는 공정과 관련된 다른 특허로는 미국특허 제5,980,606호, 제5,304,230호, 제5,249,198호, 제5,188,658호, 제4,878,944호, 제4,802,919호, 제4,762,554호, 제4,612,041호, 및 제4,403,327호가 포함된다.

본 발명은 에너지 효율적인 방식으로 금속 제품을 생산하고 철 및 휘발성 금속을 회수하면서 폐기물질을 처리하기 위한 유도로를 구성하고 조작하는 방법을 제공하고, 휘발성 금속의 분리를 향상시키고 슬래그 점도의 제어를 개선하는 것을 목표로 한다.

이하에서 설명이 진행됨에 따라 명백해질 본 발명의 다양한 태양, 특징 및 실시예에 따르면, 본 발명은, 철과 휘발성 금속을 함유하는 공급원료로서, 제강로(steel furnace) 분진을 함유하는 휘발성 금속 및 선택적으로(optionally) 다른 재료를 처리하는 방법으로서,

용융 철을 수용한 채널 유도로 내에 철 함유 재료를 배치식, 연속식 또는 반연속식으로 공급하는 단계;

휘발성 금속 함유 재료를 상기 채널 유도로 내에 배치식, 연속식 또는 반연속식으로 공급하는 단계;

제어된 양의 산소를 상기 유도로에 유입시켜,

i) 상기 유도로의 용융조(molten bath) 상부의 헤드스페이스(headspace)의 온도, 및

ii) 상기 헤드스페이스 내 이산화탄소의 양

중 적어도 하나를 제어하는 단계; 및

철 함유 제품을 배치식, 연속식 또는 반연속식으로 수득하고 휘발성 금속을 회수하는 단계

를 포함하는 처리 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 철 및 휘발성 금속 함유 재료를 처리하는 방법으로서,

채널 유도로를 제공하는 단계;

상기 채널 유도로 내에 철 함유 재료를 배치식, 연속식 또는 반연속식으로 공급하는 단계;

상기 철 함유 재료를 수용한 상기 채널 유도로 내에 휘발성 금속 함유 공급 재료를 휘발성 금속 성분과 함께 공급하는 단계;

제어된 양의 산소를 상기 유도로에 유입시켜,

i) 상기 유도로의 용융조 상부의 헤드스페이스의 온도, 및

ii) 상기 헤드스페이스 내 이산화탄소의 양

중 적어도 하나를 제어하는 단계; 및

를 포함하는 처리 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 채널 유도로의 가동 방법으로서,

채널 유도로 내에 철 함유 공급 재료를 배치식, 연속식 또는 반연속식으로 공급하는 단계;

공급원료로서 휘발성 금속 함유 재료를 상기 채널 유도로 내에 배치식, 연속식 또는 반연속식으로 공급하는 단계;

제어된 양의 산소를 상기 유도로에 유입시켜,

i) 상기 유도로의 용융조 상부의 헤드스페이스의 온도, 및

ii) 상기 헤드스페이스 내 이산화탄소의 양

중 적어도 하나를 제어하는 단계;

상기 채널 유도로로부터 철을 연속식 또는 반연속식으로 회수하는 단계; 및

휘발성 금속을 회수하는 단계

를 포함하는 채널 유도로의 가동 방법을 제공한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하는데, 도면은 비제한적 예로서 제시되는 것이다.

도 1은 선철 및 휘발성 금속 제품을 제조하기 위해 EAF 분진을 처리하는 것만을 목적으로 유도로를 사용하는 종래 기술의 시스템을 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템으로서, 아연, 납, 카드뮴 등과 같은 휘발성 금속을 농축하면서, EAF 분진을 포함하여 철 및 휘발성 금속 함유 재료로부터 핫 메탈(또는 선철)을 생산함과 아울러 철 유가물을 회수하기 위해 유도로를 사용하는 시스템을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용되는 채널 유도로의 정면도이다.

도 4는 도 3의 채널 유도로의 평면도이다.

도 5는 도 3의 채널 유도로의 측면도이다.

도 6은 도 3 내지 도 5의 채널 유도로의 개략도로서, 본 발명의 방법이 일 실시예에 따라 작동되는 방법을 예시하기 위한 도면이다.

본 발명은 일반적으로 금속 제품을 생산하고 철 및 휘발성 금속을 회수하면서, 폐기물질을 처리하기 위한 유도로의 사용을 내포하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 에너지 효율적인 방식으로 금속 제품을 생산하고 철 및 휘발성 금속을 회수하면서 폐기물질을 처리하기 위한 유도로를 구성하고 조작하는 방법에 관한 것으로, 휘발성 금속의 분리를 향상시키고 슬래그의 제어 및 제거를 개선하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따라 처리될 수 있는 폐기물질은 제강 조작으로부터의 EAF 분진 및 BOF 슬러지/분진과 같은 철 및 휘발성 금속 함유 재료를 포함하며, 이러한 재료는 철의 회수 및 농축 및/또는 아연, 납, 카드뮴 등과 같은 휘발성 물질의 회수를 위해 유도로 내에 공급 스트림(feed stream)으로서 사용될 수 있는 것이다. 처리될 수 있는 다른 폐기물로는 밀 스케일(mill scale), 아연도금 슬러지/분진, 전지 및 기타 재료가 포함된다.

본 발명에 따른 유도로의 구성에 의하면,

1) 상기 노에 유입되는 과량의 공기를 제어함으로써 노의 헤드스페이스에서의 가스 온도가 높은 상태로 노를 가동할 수 있고;

2) 최소량의 공기가 가스 헤드스페이스 내 일산화탄소의 일부를 연소할 수 있게 함으로써 헤드스페이스에 부가적 열을 제공하고, 가스 헤드스페이스는 아연 및 기타 휘발성 금속이 산화되는 것을 방지하는 환원 상태에 잔류할 수 있도록 노를 가동할 수 있고;

3) 실리카(또는 라임)와 같은 물질을 분리된 재료로서, 또는 노로부터 용이하게 제거될 수 있는 유체 슬래그 재료를 생성하도록 노에 공급되는 연탄 믹스(briquette mix)에 혼입함으로써 첨가하여 프로세스에서 형성된 슬래그의 화학적 성질을 제어할 수 있고;

4) 프로세스를 위한 연장된 반응 시간을 제공하는 플러그 유동(plug flow)형 반응기에 대해 프로세스에서 슬래그와 공급 재료를 보다 완전히 분리할 수 있도록 가스 및 슬래그 제거 위치의 반대측 단부에 공급 위치를 제공할 수 있고;

5) 프로세스로부터 열손실을 감소시키고 또한 내화물 라이닝 재료의 교체 시기 사이에 가동 기간을 더 길게 하는, 더 두꺼운 내화물 섹션을 구비하여 보다 에너지 효율적인 노를 사용할 수 있게 하는 채널형 유도로를 제공할 수 있다.

본 발명의 개선된 에너지 및 분리 효율은 종래의 방법에 비해 더 비용 효율적인 방식으로 매우 다양한 공급 재료를 처리할 수 있는 시스템을 제공할 수 있게 한다.

본 발명을 위해 사용되는 장치는 주된 구성 요소로서 노 본체의 저부 또는 다른 적합한 하부에 유도자(inductor)를 가진 채널형 유도로를 포함한다. 이러한 태양은 노의 주된 본체(드럼부)에 내화물의 더 두꺼운 층을 결합시킴으로써 에너지 효율이 더 높은 방식으로 노를 설계할 수 있게 한다. 이러한 두꺼운 내화물은 또한 내화물 교체가 필요한 시점간의 기간을 더 길게 한다. 이러한 형태의 유도로를 사용하는 것은 그 자체로 독특한 것은 아니지만, 본 발명에 따라 금속 제품을 제조하고, 철과 휘발성 금속을 제조하기 위해 그러한 유도로를 사용하는 것은 종래 기술의 방법에 비해 유의적 개선을 가져오는, 본 명세서에서 설명된 특정한 태양 및 가동 방법에 의해 입증되는 바와 같이 독특하다.

채널형 유도로의 사용은 또한 에너지 효율 형태로 부가적 개선이 이루어질 수 있게 한다. 노의 본체는 수평 드럼으로서, 공기가 프로세스에 유입되는 것이 제한되고 제어될 수 있도록 둘러싸일 수 있다. 드럼으로 유입되는 공기를 제한하면 노에서 가열되고 노에 설치된 가스 제어 시스템에 의해 제거되는 공기의 양이 제한되므로, 전형적 유도로 가동에 있어서 정상적 현상인 대기 중으로의 열손실이 감소된다. 노에 유입되는 공기는 노 내의 금속 환원 공정에 의해 발생되는 일산화탄소의 일부를 연소시킨다. 이러한 일산화탄소의 연소는 노의 가스 헤드스페이스에 부가적 열을 제공하며, 그 결과 가동에 있어서 정상적인 것보다 더 높은 헤드스페이스 온도로 노를 가동할 수 있게 된다. 본 발명의 방법에 의해 달성되는 가스 헤드스페이스의 높은 온도는 약 1,300℃ 내지 약 1,500℃ 범위일 수 있는 것으로, 노의 용융조 표면으로부터 열손실을 배제하거나 현저히 감소시키고, 그 결과 용융조 표면 상의 슬래그가 보다 높은 온도에서 유지될 수 있다.

노에 유입되는 공기의 흐름도 원하는 바에 따라 시스템 내 금속 산화 환원 공정의 결과로서 형성되는 일산화탄소가 완전히 산화되지 않는 수준으로 공기를 제한하도록 제어될 수 있다. 노의 가스 헤드스페이스 내 일산화탄소를 과량으로 유지함으로써, 시스템은 가스가 노에서 배출될 때까지 환원 모드로 가동된다. 환원 모드로 가동될 때, 아연, 납 및 카드뮴(증기 형태)과 같은 휘발성 금속은 제거되기 전에 노 내에서 산화되지 않는다. 이러한 방식의 가동은 노에서 배출되는 슬래그에 산화된 휘발성 금속이 적층되는 것을 제한한다. 그 결과, 프로세스 동안 청결한 슬래그가 유지된다.

청정한 슬래그를 유지하는 것에 더하여, 본 발명은 유도로 프로세스로부터 보다 용이하게 제거할 수 있는 고품질의 유체 슬래그를 만들 수 있는 능력을 제공한다. 이것은 세 가지 방식으로 달성된다. 첫째로, 앞에서 언급한 바와 같이, 노에 유입되는 공기 흐름은, 본 발명에 따라 더 높은 온도의 가스 헤드스페이스를 생성하도록 제어될 수 있다. 이러한 가스 헤드스페이스 내의 높은 온도는 슬래그 표면에 열을 제공한다. 전형적인 유도로의 가동에 의해서는 제공되지 않는 가스 헤드스페이스 내의 높은 온도는 슬래그 표면으로부터 정상적 열의 손실을 방지하고, 실제로는 반전시킬 수 있으며, 그에 따라 어느 경우에든, 슬래그층에 대한 더 높은 온도를 제공한다. 결과적으로, 슬래그의 유동성은 유도로가 전형적으로 가동되는 방식에 비해 증가된다.

둘째로, 본 발명에 따르면 슬래그층의 화학적 성질이 더 많은 유체 슬래그를 제공하도록 조절될 수 있다. 이것은 슬래그의 유동성 및 품질을 개선하기 위해 실리카, 라임 또는 몇 가지 다른 물질 또는 공지된 슬래그 제거제를 첨가함으로써 달성된다.

셋째로, 본 발명에 따라 사용되는 유도로에는 노의 일단에 공급부 및 반대측 단부에 슬래그/가스 제거부가 설치된다. 이러한 배열은 프로세스 체류 시간을 증 가시키는 반응 구역(reaction zone)을 제공한다. 이러한 체류 시간의 증가는 공급 지점으로부터 슬래그 배출 지점까지 철 용융조의 표면에서 슬래그가 플러그 유동하여 운동함으로써 제공된다. 이 체류 시간은 슬래그가 노에서 제거되기 전에 휘발성 금속이 반응하여 슬래그 표면을 남기는 데에 더 많은 시간을 제공한다. 따라서, 제거된 슬래그는 휘발성 금속의 더 낮은 농도, 및 도로 건설 용도의 골재(aggregate)로서 가치 있는 적절한 화학적 성질을 가진다.

도 1 내지 6을 참조하여 본 발명을 설명하는데, 도면에서, 유사하거나 동일한 요소를 반복적으로 설명하는 것을 피하기 위해 가능한 경우에 유사하거나 동일한 요소를 식별하는 데에 동일한 참조 번호를 사용했다.

도 1은 EAF 분진을 처리하는 단일 목적을 위해 유도로를 사용하는 종래 기술의 시스템을 나타낸다. 도 1에서, 코어 없는(coreless)(또는 채널)형일 수 있는 유도로(10)가 도시되어 있는데, 그 내부에 용융된 주철의 장입물(charge)(11)이 유도로(10)를 단지 부분적으로 채운 상태로 나타나 있다. 따라서, 장입물(11)은 유도로에서 전형적인 고강도 유도 전류의 효과로 인해 유도로(10) 내부의 난류 조건 하에서 용융조(molten bath)로서 존재한다.

전기적 제강소에서 배출된 아연 및 산화철이 농후한 분진은 입구(12)를 통해 유도로(10)에 공급되고, 유도로(10)를 빠져나오는 고온의 공기 흐름에 대해 향류(countercurrent) 상태로 경사진 드럼(13)을 따라 흐르게 된다. 이렇게 해서 유도로(10) 내부에서 발생된 반응열은 분진이 유도로(10) 방향으로 흐르는 동안 분진을 건조하고 예열시키는 데 사용된다.

비철 금속의 산화물은 CO 농도가 높은 고온 가스의 흐름에 동반되어 유도로(10)를 빠져나간다. CO와 후드 공기의 반응은 다음과 같고:

CO + 1/2O₂ → CO₂

경사진 드럼을 따라 흄에 대해 향류하여 아래쪽으로 흐르는 습윤된 분진 펠릿과 함께 흄이 경사진 드럼(13)을 통과하는 동안 일어난다.

드럼(13)을 빠져나가면, 배출 가스는 통로(14)에서 공기의 첨가에 의해 1차 냉각되고, 사이클론(15)에 유입되어 여기서 가장 굵고 무거운 성분이 제거된다. 완전한 분진의 제거는 굴뚝(18)의 상류에 설치된 "펄스-젯(pulse-jet)" 형태일 수 있는 자루, 즉 백 필터(16) 내부에서 이루어진다.

예열되고 건조된 분진 내에 함유된 휘발성 금속 산화물은 유도로(10)에 유입되면 유도로(10)에 수용된 배스(bath) 내에서 환원됨으로써 휘발성 금속 증기가 방출된다. 휘발성 금속 증기가 배스를 빠져나오면 산화되어, 아연, 납, 카드뮴 등의 포집 및 회수를 위해 휘발성 금속 산화물이 자루 즉 백 필터에 포집된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템으로서, 아연, 납, 카드뮴 등과 같은 휘발성 금속을 농축하면서, EAF 분진 또는 그 밖의 철 및 휘발성 금속 함유 재료로부터 핫 메탈 또는 선철을 생산함과 아울러 철 유가물을 회수하기 위해 채널 유도로(17)를 사용하는 시스템을 나타낸다. 도 2에 나타낸 시스템은 채널 유도로(17) 내에 투입되고 그로부터 제거되는 재료들을 제외하고는 도 1에 나타낸 시스템과 유사하다. 도 1에 도시되고 앞에서 언급되고 도 2에서 동일한 참조번호에 의 해 식별되는 요소에 더하여, 도 2는 채널 유도로(17)의 입구(19)로 스크랩 강, 핫 메탈, 소결 분진, 염기성 산소로(basic oxygen furnace; "BOF") 슬러지 및 기타 산화철 함유 재료를 공급 또는 장입하기 위한 장입(charge) 또는 공급 스트림(feed stream)(20), 및 채널 유도로(17)의 입구(19)로 철 및 휘발성 금속 함유 재료를 공급 또는 장입하기 위한 또 다른 장입 또는 공급 스트림(21)을 추가로 포함한다. 장입 또는 공급 스트림(20, 21)으로 채널 유도로(17)에 공급 또는 장입되는 것으로 도시된 재료는 합쳐져서 채널 유도로(17)의 입구(19)로 공급 또는 장입될 수 있음을 이해해야 한다.

도 2에는 또한 채널 유도로(17)로부터 배출되는 철 제품과 같은 핫 메탈 제품 또는 선철을 나타내는 제품 스트림(22)이 도시되어 있으며, 참조번호 25로 포집 지점이 식별되는데, 종래 기술인 도 1의 출처인 미국특허 제6,136,059호에 의해 교시된 방식으로 아연, 납, 카드뮴 및 그 밖의 휘발성 금속의 산화물이 여기서 회수된다. 이러한 포집된 휘발성 금속 산화물은 계속해서 처리되어 본 발명에 따른 휘발성 금속이 회수될 수 있다. 도 2에는 또한 채널 유도로(17)로부터 슬래그가 제거되는 슬래그 스트림(23)을 도시되어 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용되는 채널 유도로의 정면도이다. 도 4는 도 3의 채널 유도로의 평면도이다. 도 5는 도 3의 채널 유도로의 측면도이다. 도 3 내지 5의 채널 유도로(17)는 핫 메탈 또는 선철을 생산하고 아연, 납, 카드뮴 등과 같은 휘발성 금속 및 슬래그를 농축하면서, 공급 재료를 처리하기 위해 연속방식으로 가동되도록 구성되어 있다. 유도로를 배치식 또는 반연속 배치식 으로 가동할 수도 있다. 또한, 채널 유도로(17)는 슬래그를 연속식으로 제거하도록 구성되고, 도 2에 도시된 후드(27)와 결합될 수 있는 가스 출구(26)를 가지도록 구성된다. 또한, 상기 슬래그를 배치식 또는 반연속 배치식으로 제거할 수 있다.

채널 유도로(17)는 일반적으로, 라이너로서 제공되는 내화재(29)에 의해 둘러싸이고 한정되어 있는 드럼형 또는 원통형 챔버(28)를 포함한다. 그러한 내화물 라이너를 채널 유도로에 사용하고 설치하는 것은 내화재 자체와 마찬가지로 알려져 있다. 드럼형 챔버(28)의 저부에는 종래 설계의 유도자(30)가 설치되어, 채널 유도로(17)에서의 용융조를 형성하고 유지하는 데 사용된다.

도면에 나타낸 바와 같이, 채널 유도로(17)의 정상에는 일단부 근방에 유도로(17)에 재료를 공급하기 위한 입구(19) 및 반대측 단부(opposite ene)에는 가스를 제거하기 위한 출구(26)가 제공되어 있다. 채널 유도로(17)에는 또한 가동중에는 일반적으로 폐쇄되어 있는 액세스 포트(access port)가 설치될 수 있다. 액세스 포트(31)는 유도로(17)의 정상에 중앙 위치에 있는 것으로 도시되어 있다.

채널 유도로(17)의 일단부에는 유도로(17) 내의 용융조 상에 형성되는 슬래그층을 제어하기에 적합한 높이에 슬래그 배출부(32)가 설치되어 있다. 슬래그 배출부(32)는 채널 유도로(17)의 측면으로부터 연장되고 드럼형 또는 원통형 챔버(28)와 유체로 연통되는 트러프(trough) 또는 채널 구조를 포함한다. 슬래그 배출부(32)에는 슬래그의 배출을 제어하는 데 사용될 수 있는 게이트 또는 제거가능형 댐(dam)이 설치될 수 있다.

채널 유도로(17)에는 또한 용융조로부터의 용융 금속이 드럼형 또는 원통형 챔버(28)로부터 통과하여 제거될 수 있는 홈통(spout)(33)이 유도로(17)의 전방에 설치되어 있다. 이와 관련하여, 채널 유도로(17)에는 드럼형 또는 원통형 챔버(28)를 그의 축을 중심으로 공지된 방식으로 회전시켜 용융조 내의 용융 금속이 홈통(33)을 통해 유출될 수 있도록 하는 데 사용되는, 참조번호 34로 일반적으로 표시된 메커니즘이 제공되어 있다.

도 6은 도 3 내지 도 5의 채널 유도로의 개략도로서, 본 발명의 방법이 일 실시예에 따라 작동되는 방법을 예시하기 위해 제시되어 있다. 도시된 바와 같이, 유도자(30)는 유도로(17)의 저부에 위치하고, 여기서 전술한 드럼형 또는 원통형 챔버(28)와 연통되어 있다. 스크랩 강, 핫 메탈, 소결 분진, EAF 분진, 염기성 산소로(BOF) 슬러지 및 기타 산화철 함유 재료를 포함하는 공급 스트림(21)은 유도로(17)의 정상에 일단부 근방에 설치된 입구(19)를 통해 연속적으로 노에 유입된다. 슬래그 배출부(32)보다는 드럼형 또는 원통형 챔버(28)의 반대측 단부에 있는 입구(19)를 통해 실리카, 라임, 등과 같은 슬래그 조절재(35)가 프로세스에 첨가될 수 있다. 입구(19)를 통해 공급 재료가 노에 유입되면, 공급 재료는 가스 헤드스페이스(36)를 통해 슬래그층(37)의 표면 상에 낙하한다. 노의 가동 온도로 인해 공급 재료의 온도가 상승되고, 공급 재료의 성분들은 반응하여 철 금속, 슬래그 및 휘발성 재료를 형성한다.

밀도가 높은 철은 슬래그층(37)을 통과하여 노(17)의 저부에 있는 액상 철 금속 배스(38) 내에 들어간다. 유도자(30)는 상기 배스(38)를 원하는 가동 온도로 유지하기 위해 전력을 공급받아 철 금속 배스(38)용 에너지를 제공한다. 액상 철(38)은 노(17)의 전방에 있는 홈통(33)을 통해 시스템으로부터 제거된다.

액상 철보다 낮은 밀도를 가진 슬래그는 노(17)의 반대측 단부에서 입구(19)로부터 슬래그 배출부(32) 방향으로 철 배스(38)의 표면 상에 부유한다. 슬래그는 가스 헤드스페이스(36) 내의 높은 온도와 전술한 바와 같이 슬래그 점도를 향상시키는 슬래그 조절 첨가제의 조합에 의해 유체 상태로 유지된다. 슬래그는 시스템 가동에 의해 소망되는 바에 따라 연속식 또는 반연속식으로 제거될 수 있다. 새 공급재료의 첨가로부터 슬래그 성분의 배출까지 이송되는 시간은 노(17) 내 슬래그층(37)의 깊이 또는 두께를 변화시키거나, 장치 설계 변경을 통해 노 내 액체 수준의 표면적을 변화시킴으로써 조절될 수 있다.

상기 프로세스로부터 생성된 가스는 일산화탄소, 이산화탄소 및 휘발성 금속 증기의 조합일 것이다. 공기의 일부는 공급 재료 스트림(21)과 함께 슬래그 배출부(32)에서 시스템에 첨가될 수 있다. 이때 첨가되는 공기 중의 산소는 가스 헤드스페이스 내 일산화탄소의 일부분을 연소시킴으로써 가스 헤드스페이스(36)에 추가적 열이 가해진다. 너무 많은 공기를 첨가하거나 이 지점에서 유입되면, 가스 헤드스페이스(36) 내에 존재하는 일산화탄소는 전부 연소되고, 이어서 금속 증기의 일부가 연소되거나 산화된다. 금속 증기가 연소되거나 산화되도록 방치되면, 노에서 응축되어 슬래그층(37)이 될 수 있는 금속 산화물을 형성하게 된다. 이러한 금속 증기의 불필요한 연소 또는 산화는 휘발성 금속 회수의 낮은 회수율 및 슬래그층 내 불필요한 물질의 증가를 초래한다.

본 발명에 따른 방법은 적절한 가스 헤드스페이스(36)의 가동 온도를 제공하 고 가스 헤드스페이스(36)에 유입되는 산소를 제한하기 위해, 노에 유입되는 공기를 제어하여 시스템을 가동하는 단계를 내포한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 노(17)를 빠져나가는 가스 스트림(39)은 노(17)를 떠날 때 공기와 반응하게 되어 휘발성 금속을 산화시키고, 그 결과 미국특허 제6,139,059호(발명자: Zoppi) 및 미국특허 제6,831,939호(발명자: Bratina 및 Fehsenfeld)에 교시된 방식으로 포집될 수 있다. 또한, 배출되는 가스의 냉각은 회수할 휘발성 금속 산화물이 응축되는 시스템 내 영역(14)에서 달성된다. 회수될 수 있는 휘발성 금속은 아연, 납, 카드뮴 및 그 밖에 원소 상태의 금속, 할로겐화물 또는 산화물로서 존재할 수 있는 것들을 포함된다. 이와 같이 포집된 휘발성 금속 재료는 이어서 종래의 방법에 따라 휘발성 금속을 회수하기 위해 처리될 수 있다.

가동시, 슬래그층(37)은 제거될 수 있고, 따라서 밑에 있는 용융 금속층의 표면이 슬래그 배출부(32)의 높이에 도달할 때까지 슬래그층의 두께가 감소되고, 그 이전에 드럼형 또는 원통형 챔버(28)를 그 축을 중심으로 회전시킴으로써 배스(38) 내의 용융 금속이 홈통(33)을 통해 유출될 수 있다.

이상과 같은 설명으로부터 본 발명은 특별한 수단, 재료 및 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 본질적 특징을 용이하게 확인할 수 있으며, 전술한 바와 같은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 다양한 용도 및 특징에 순응하도록 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다.

Claims

철과 휘발성 금속을 함유하는 공급원료로서, 제강로(steel furnace) 분진을 함유하는 휘발성 금속 및 선택적으로(optionally) 다른 재료를 처리하는 방법으로서,

용융 철을 수용한 채널 유도로(channel induction furnace) 내에 철 함유 재료를 배치(batch)식, 연속식 또는 반연속식으로 공급하는 단계;

휘발성 금속 함유 재료를 상기 채널 유도로 내에 배치식, 연속식 또는 반연속식으로 공급하는 단계;

제어된 양의 산소를 상기 유도로에 유입시켜,

i) 상기 유도로의 용융조(molten bath) 상부의 헤드스페이스(headspace)의 온도, 및

ii) 상기 헤드스페이스 내 이산화탄소의 양

중 적어도 하나를 제어하는 단계; 및

철 함유 제품을 배치식, 연속식 또는 반연속식으로 수득하고 휘발성 금속을 회수하는 단계

를 포함하는 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 철 함유 재료가 스크랩 강, 핫 메탈 및 소결 분진 중 하나 이상을 포함 하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 휘발성 금속이 아연, 납 및 카드뮴 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 휘발성 금속이, 상기 채널 유도로로부터 상기 휘발성 금속을 증기로서 방출시키고, 상기 휘발성 금속 증기를 회수함으로써 회수되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
제1항에 있어서,

i) 상기 채널 유도로 내 슬래그층의 점도; 및

ii) 상기 채널 유도로 내 슬래그층의 화학적 성질

중 적어도 하나를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
제5항에 있어서,

하나 이상의 화학적 반응제가 상기 슬래그층에 첨가되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
철 및 휘발성 금속 함유 재료를 처리하는 방법으로서,

채널 유도로를 제공하는 단계;

철 함유 재료를 상기 채널 유도로 내에 연속식 또는 반연속식으로 공급하는 단계;

상기 휘발성 금속 성분들이 내포된 상기 휘발성 금속 함유 공급 재료를 상기 철 함유 재료와 함께 상기 채널 유도로 내에 공급하는 단계;

제어된 양의 산소를 상기 유도로에 유입시켜,

i) 상기 유도로의 용융조 상부의 헤드스페이스의 온도, 및

ii) 상기 헤드스페이스 내 이산화탄소의 양

중 적어도 하나를 제어하는 단계; 및

철 함유 제품을 연속식 또는 반연속식으로 수득하고 휘발성 금속을 회수하는 단계

를 포함하는 처리 방법.
제7항에 있어서,

상기 철 함유 재료가 스크랩 강, 핫 메탈 및 소결 분진 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
제7항에 있어서,

상기 휘발성 금속이 아연, 납 및 카드뮴 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
제7항에 있어서,

상기 휘발성 금속이, 상기 채널 유도로로부터 상기 휘발성 금속을 증기로서 방출시키고, 상기 휘발성 금속 증기를 회수함으로써 회수되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
제7항에 있어서,

i) 상기 채널 유도로 내 슬래그층의 점도; 및

ii) 상기 채널 유도로 내 슬래그층의 화학적 성질

중 적어도 하나를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
제11항에 있어서,

하나 이상의 화학적 반응제가 상기 슬래그층에 첨가되는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
채널 유도로의 가동 방법으로서,

채널 유도로 내에 철 함유 공급 재료를 배치식, 연속식 또는 반연속식으로 공급하는 단계;

공급원료로서 휘발성 금속 함유 재료를 상기 채널 유도로 내에 배치식, 연속식 또는 반연속식으로 공급하는 단계;

제어된 양의 산소를 상기 유도로에 유입시켜,

i) 상기 유도로의 용융조 상부의 헤드스페이스의 온도, 및

ii) 상기 헤드스페이스 내 이산화탄소의 양

중 적어도 하나를 제어하는 단계;

상기 채널 유도로로부터 철을 연속식 또는 반연속식으로 회수하는 단계; 및

휘발성 금속을 회수하는 단계

를 포함하는 채널 유도로의 가동 방법.
제13항에 있어서,

상기 철 및 휘발성 금속 함유 재료가, 상기 채널 유도로를 가진 설비와는 상이한 설비에서 제조되는 것을 특징으로 하는 채널 유도로의 가동 방법.
제13항에 있어서,

상기 철 함유 공급물이 스크랩 강, 핫 메탈 및 소결 분진 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 유도로의 가동 방법.
제13항에 있어서,

상기 휘발성 금속이 아연, 납 및 카드뮴 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 유도로의 가동 방법.
제13항에 있어서,

상기 휘발성 금속이, 상기 채널 유도로로부터 상기 휘발성 금속을 증기로서 방출시키고, 상기 휘발성 금속 증기를 회수함으로써 회수되는 것을 특징으로 하는 채널 유도로의 가동 방법.
제13항에 있어서,

i) 상기 채널 유도로 내 슬래그층의 점도; 및

ii) 상기 채널 유도로 내 슬래그층의 화학적 성질

중 적어도 하나를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 유도로의 가동 방법.
제18항에 있어서,

하나 이상의 화학적 반응제가 상기 슬래그층에 첨가되는 것을 특징으로 하는 채널 유도로의 가동 방법.
제13항에 있어서,

상기 철 함유 공급 재료 및 상기 휘발성 금속 함유 재료가, 상기 채널 유도 로로부터 슬래그가 제거되는 반대측 단부에서 상기 채널 유도로 내에 공급되는 것을 특징으로 하는 채널 유도로의 가동 방법.