KR20090110832A - 티타늄을 함유한 몰딩된 바디 - Google Patents

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담쉴드 아미르차데-아슬
디터 퓐더스
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작스트레벤 케미 게젤샤후트밋트베슈렝크테르하후트웅
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Abstract

본 발명의 청구 대상은 티타늄을 포함하는 몰딩된 바디, 그 제조 방법, 및 그 용도이다.

Description

티타늄을 함유한 몰딩된 바디{MOLDED BODY CONTAINING TITANIUM}
본 발명의 청구대상은 티타늄-함유한 몰딩 또는 형성된 바디, 그 제조 방법 및 그 용도이다.
특히, 본 발명은 예를 들어, 브리켓(briquette), 펠릿(pellet) 또는 프레싱된 스톤(pressed stone) 형태의 티타늄-함유 몰딩 바디, 상기 몰딩 바디의 제조 방법, 그리고 상기 몰딩 바디의 야금학적 프로세스에서의 용도, 특히 1차, 2차, 및 3차 야금(primary, secondary and tertiary metallurgy)과 관련된 용융 용기(melting vessels) 또는 용기들에서의 도입(introduction)을 위한 용도에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 합성 및/또는 천연 티타늄 캐리어(carrier)를 이용함으로써 내화 벽돌 라이닝의 내구성을 높이기 위한, 특히 철 분석(iron analysis) 및 폐기 가스에서의 질소 산화물 및 황 함량의 감소를 위한, 그리고 용융 퍼니스(furnace; 노) 또는 샤프트 퍼니스(고로), 특히 큐폴라 퍼니스(cupola furnace)에서의 유해한 재순환 물질들을 감소시키기 위한, 방법에 관한 것이다.
또한, 티타늄-함유 몰딩 바디를 슬래그-형성제, 슬래그-보호제 및 합금제(alloying agents)로서 이용하는 방법이 설명된다.
금속 용융시에 환경 보호와 관련하여 증대되는 요구에 따라, 제조업자들은 환경에 유해한 물질들을 감소시키기 위해서 보다 고비용의 방법을 실시하여야 하는 경우가 있다. 이는 제조 비용을 높이고 그에 따라 이용 방법의 경제적인 효율을 떨어뜨리게 된다. 그에 따라, 이러한 복잡한 문제를 가능한 한 경제적인 방법으로 해결하기 위한 많은 방법들이 개발되어 왔다. 특히 금속의 용융시에 환경에 유해한 물질을 감소시키기 위해서, 폐기물의 용융 가스화(melting gasification)와 같이 이미 존재하는 방법이 이용되고 있다. 폐기물의 용융 가스화는 야금학적 프로세스 기술의 적용을 기초로 한다. 결과적으로, 이점은 다음과 같은 효과를 가진다. 즉:
a) 높은 온도는, 광물 및 금속 폐기물 성분이 용융 상(phase)으로 변환될 수 있게 하고, 그리고 유기질 및 무기질 유해 물질들이 파괴될 수 있게 한다. 그에 따라, 결과적인 생성물은, 가스 또는 증기 형태로 빠져나가지 않는다면, 액체 슬래그에서 비용리(non-elutable) 방식으로 결합되거나 및/또는 액체 금속 내로 결합된다. 이어서, 슬래그 및 금속은 유해 물질의 프로세스-통합형 감소 장치(process-integrated reducers)로서 작용한다.
b) 환원 분위기의 결과로서, 금속 산화물의 감소가 보장된다. 이는 액체 금속 합금의 형성을 위한 전제조건(precondition)이다.
c) 폐기물의 전술한-평균 물질 이용(above-average material utilization)은 현저히 낮은 잔류 폐기물(분진, 슬러지, 원료-가스(crude-gas) 세정으로부터의 염(salt))에 의해서 보장된다. 또한, 건식 또는 습식 상태에서 과립화될 수 있는 액체 슬래그 생성의 결과로서, 세계적으로 널리 이용될 수 있는 상당한 건축 자재가 생산되며; 그에 따라 고철 무역에서 처리(disposed of)할 수 있는 또는 용융 작업이나 주조에서 직접적으로 처리할 수 있는 금속 합금의 제조 또는 생산이 가능하다.
2차 야금에서, 특히 알루미노서믹 생산(aluminothermic production)으로부터의 티타늄 알루미늄, 페로티타늄(ferrotitanium) 및 페로카본 티타늄이 합금제로서 이용된다. 이들 합금제, 특히 페로티타늄은 매우 고가이다. 페로티타늄의 분석 결과, 페로티타늄은 주로 20 내지 75 중량% 또는 그 이상의 Ti, 2 내지 10 중량% 또는 그 이상의 Al + Al2O3, 0.2 내지 8 중량% 또는 그 이상의 Si 그리고 20 내지 65 중량% 또는 그 이상의 Fe로 이루어진다. 페로카본 티타늄은, 예를 들어, 다음과 같은 주요 성분의 조성을 갖는다. 즉: Ti: 30 내지 40 %; C: 5 내지 8 %; Si: 3 내지 4%; Al: 1 내지 2 %; Mn: 0.5 %. 티타늄 알루미늄은, 예를 들어, 다음과 같은 주요 성분의 조성을 갖는다. 즉: Ti: 5 내지 10 % 또는 50 내지 63 %; Al: 나머지.
이들 합금제를 보다 저렴한 물질로 대체한다면, 스틸 제조의 경제적인 효율이 상당히 높아질 것이다.
최근에 스틸 또는 주조 철(cast iron)에서 티타늄을 이용하는 주된 이유는 주조 철 내의 그라파이트 개재물(inclusion)의 정련 및 균열에 대한 민감도와 관련하여 오스테나이트 크롬/니켈/스틸의 안정화에 있다.
종종 매우 긴 시간동안(2 시간 이상까지) 지속되는 2차 야금에서의 프로세스의 결과로서, 레이들(ladles) 또는 용기의 슬래그 영역이 슬래그 열역학 또는 동역학(thermodynamics or kinetics)에 의해서 매우 큰 정도로 스트레스를 받는다.
이는, 레이들의 조기의 사용 중단 및 고비용의 유지보수를 필수적으로 초래한다.
큐폴라 퍼니스는 금속이 내부에서 용융될 수 있는 샤프트 퍼니스이다. 일반적으로, 큐폴라 퍼니스는 금속 생산에 이용된다. 이와 관련하여, 샤프트 퍼니스의 위쪽으로부터 에너지 캐리어로서의 코크스, 장입 물질 그리고 부가적인 물질이 적재된다. 장입 물질은 고체 원료 철(solid crude iron), 재순환(재활용) 물질, 시트 스택(sheet stacks) 및 생산 목적에 따라 선택된 금속 스틸 스크랩이 될 것이다. 철 분석에서 Si 함량을 조정하기 위해서 그리고 슬래그의 바람직한 유동 특성을 설정하기 위해서, 실리콘 카바이드, 그래블(gravel) 및 라임스톤의 몰딩된 바디가 부가적인 물질로서 이용된다. 금속을 제거하기 위해서, 퍼니스는 반드시 바닥(base)의 약간 위쪽에서 태핑(출탕)되어야 한다. 태핑 다음에, 2개의 배출구를 가지는 사이펀(siphon)이 이어진다. 이와 관련하여, 액체 슬래그가 상부의 것을 통해서 수집 컨테이너로 전환된다. 슬래그 아래쪽의 철은 다른 나마지 하나를 통해서 프레싱되고, 예를 들어, 리드-포인트 퍼니스(lead-point furnace) 내로 지향될 수 있다. 사이펀의 기능성은 샤프트 퍼니스 내의 약간의 과압으로 인해서만 가능하다.
그러나, 종종, 용융 또는 샤프트 퍼니스가 한계에 도달하였으며, 그에 따라 야금학적 폐기물의 이용을 촉진할 수 있는 신규하고 특별한 기술을 개발할 필요성이 여전히 존재한다.
그러나, 이제까지 공지된 폐기 물질 처리를 위한 모든 방법의 경우에, 예를 들어, 아연, 나트륨, 포타슘, 납, 구리, 바나듐 등의 야금학적 재순환 물질에 의한 로딩(loading)이 여전히 존재한다. 처리하여야 할 폐기 물질이 많을 수록, 이러한 바람직하지 못한 물질의 함량이 더욱 많아질 것이다. 이는, 특히 내화 벽돌 라이닝 및 골재(aggregate)의 내구성을 상당히 감소시킨다.
그에 따라, 예를 들어, OxiCup 방법에 따라 작동되는 샤프트 퍼니스에서, 예를 들어 철-함유 분진, 환원제, 슬래그-형성제 및 바인더와 같은 여러 폐기 물질로 조성이 이루어진 예비 프레싱된 피스(ready pressed pieces)들이 이용된다. 이러한 기술의 목적은, 브래스트-퍼니스(blast-furnace) 프로세스에서 일반적으로 실시되는 용융 프로세스가 개별적으로 프레싱된 몰딩 바디 자체에서 실시될 수 있게 허용하는 것이다. 그에 따라, 용융 프로세스에서 계속적으로 발생되는 분진-유사(dust-like) 철-산화물 캐리어가 보다 양호한 방식으로 프로세싱된다. 이러한 기술이 없는 경우에, 재사용될 수 있는 분진의 비율이 상대적으로 작아질 것이고, 그에 따라 환경에 유해한 다른 형태의 처리가 필요하게 될 것이다.
이제까지 이용되는 모든 프레싱된 피스들은 전술한 유해 금속 재순환 물질을 포함한다. 또한, 그러한 폐기 물질의 열적 처리의 경우에, 추가적으로 NOx(질소 산화물) 및 SO2 (이산화황)을 포함하는 폐기 가스가 생성된다. 특히, OxiCup 방법 의 경우에, 아연, 납, 나트륨 및 포타슘이 유해한 재순환 물질로 지적될 수 있을 것이다.
아연은, 낮은 융점 및 낮은 증발점으로 인해서, 부정적인 특성을 가지며, 그러한 부정적인 특성은 아연이 스로트 더스트(throat dust) 내에 축적되고 그리고 재순환 동안에 재순환 프로세스내로 계속적으로 새롭게 유입된다는 것이다. 내화 벽돌 라이닝과 접촉하는 그러한 아연 입자는 내구성을 떨어뜨린다. 이제까지, 사이펀으로부터 아연을 제거하는 것 이외에, 아연의 부정적인 영향을 무해하게 만드는 어떠한 근본적인 방법도 없다 할 것이다.
납은, 높은 비중으로 인해서, 샤프트 퍼니스의 바닥에서 벽돌 라이닝의 구멍(porosity) 지점으로 침투하며, 그에 따라 벽돌 라이닝을 파괴하게 된다.
나트륨 및 포타슘과 같은 알칼리는, 퍼니스로부터 배출하기 위해서 산성 슬래그를 필요로 하기 때문에, 가능한한 알칼리성인 슬래그를 필요로 하는 원료 철로부터 황을 제거하는 것을 어렵게 만든다. 반대되는 요구사항들(contrary demands)은 블래스트-퍼니스 프로세스를 매우 어렵게 만든다. 또한, 알칼리는 임의의 내화 벽돌 라이닝에 대한 용융제(fluxing agents)로서 작용하며, 이는 다시 경제적 효율성에 매우 부정적인 방식으로 영향을 미치게 된다.
구리, 크롬, 니켈 및 바나듐 원소는 액체 원료 철 내에서 거의 완전히 용해되며, 그에 따라 하류의 스틸-제조 프로세스에서 제거할 수 없다. 또한, 준비단계(run-up) 중에 가능한 한 함량을 줄이는 것이 역시 중요하다.
모든 샤프트 퍼니스에서, 코크스가 에너지 캐리어로서 이용된다. 이와 관련 하여, 코크스는 불순물로서 특히 바람직하지 못한 황을 포함한다. 코크스 연소의 결과로서, 추가적인 프로세싱을 방해하는 방식으로 작용하는 황의 일부 비율을 액체 철이 흡수하게 될 것이다. 그에 따라, 매우 비용이 많이 들고 많은 노력을 필요로 하는 1차 및/또는 2차 야금과 관련한 특별한 설비에서 황을 철로부터 제거하여야 할 것이다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하고 그에 따라 특히 합성 및/또는 천연 티타늄 캐리어를 이용하여 전술한 부정적인 재순환 또는 수반(accompanying) 물질의 함량을, 특히 해당되는 경우에(if applicable), 철 내의 질소 및 황의 함량을 감소시키는 것이며, 그에 따라 NOx 형성을 감소시켜 폐기 가스의 품질을 개선하고 그리고 환경을 보호하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은, 해당되는 경우에, 내화 벽돌 라이닝 및 골재의 내구성을 동시에 증대시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 1차, 2차 및 3차 야금에서 합금제로서 티타늄-함유 몰딩 바디를 제공하는 것이다.
놀랍게도, 이러한 목적들은 주요 청구항의 특징들에 의해서 달성된다.
본 발명에 따라, 티타늄-함유 몰딩 바디가 합성 및/또는 천연 티타늄 캐리어를 포함한다. 이와 관련하여, 티타늄 캐리어라는 것으로부터, 물질이 예를 들어, 원소로서의, 화합물로서의, 및/또는 염의 구성물로서의 원소 티타늄을 포함한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 합성 및/또는 천연 티타늄 캐리어가 다른 물질과 균일하게 혼합되고, 해당되는 경우에, 결합제가 첨가되며, 후속하는 성형 프로세스에 의해서 예를 들어 괴상 스톤(agglomerated stones), 브리켓, 펠릿 또는 프레싱된 스톤으로 성형된다. 필요한 경우에, 티타늄-함유 몰딩 바디가 후속하여 열처리된다. 처리 온도는 1,500℃ 이하, 바람직하게는 80℃ 내지 1,400℃ 이다.
본 발명에 따라, 주로 이산화 티타늄 또는 그 화합물로 이루어진 티타늄-함유 몰딩 바디를 이용할 수 있을 것이다.
본 발명에 따라, 티타늄-함유 몰딩 바디는 0.5 내지 100, 바람직하게 1 내지 90, 특히 바람직하게 1 내지 80, 특히 바람직하게 3 to　70, 특히 바람직하게 4 내지 65, 바람직하게 4 내지 50, 특히 바람직하게 5 내지 30 중량%의 TiO2 (전체 티타늄 함량으로부터 계산됨)를 포함한다. 본 발명에 따라, 이러한 몰딩 바디는 1차, 2차 및 3차 야금에서의 용융 및 샤프트 퍼니스에서 특히 적합하게 이용될 수 있다.
화학 산업계로부터 공급되는 합성 원료 물질은 여러 가지 화학적 결합제에 의해서 팰릿화되거나 또는 소결 프로세스에서 재-성형되어 장입가능한 티타늄 캐리어를 형성하고 그리고 2차 야금의 각각의 프로세스에서 금속 또는 슬래그와 같은 액체 매체 내로 장입된다.
사용자의 각 설비 시스템이 적절한 블로우-인(blow-in) 시스템을 가지는 경우에, 합성 티타늄 캐리어가 역시 합성제로서 블로잉-인(취입)될 수 있을 것이다.
각각의 양(quantities)은 각각의 요건(requirement) 및 장입-구성(charge- make-up) 계산에 매칭될 것이다.
합성 티타늄 캐리어들은 요건에 따라서 액체 금속 또는 슬래그 내에서 용해되고 그리고 각각의 티타늄 함량을 높일 것이다.
필요에 따라서(one's disposal), 본 발명에 따른 합성 티타늄 캐리어는, TiO2 로서 계산하였을 때, 10 내지 100 중량%, 25 내지 35 중량%, 45 내지 65 중량%, 70 내지 90 중량% 그리고 100 중량%가 될 수 있을 것이다.
TiO2 의 산소 함량이 바람직하지 못한 경우(예를 들어, 외부 진공 시스템의 경우)에, 티타늄 카보니트리드(titanium carbonitride), 티타늄 질화물 또는 티타늄 탄화물을 기초로 하는 합성 티타늄 캐리어가 이용될 수도 있을 것이다. 요건에 따라서 융통성(flexibility)을 가질 수 있을 것이다.
용융 또는 샤프트 퍼니스의 경우에, 원료 물질이 몰딩 바디 형태로 존재하는 것이 바람직할 것이다. 그에 따라, 예를 들어 실리콘 탄화물이 큐폴라 퍼니스로의 로딩을 위해서 브리켓 형태로 이용될 수 있다. 종래 기술에 따라서, 그러한 몰딩 바디는 또한 산업적으로 처리되어야 하는 장입 물질을 기초로 하여 생산될 수도 있을 것이다. 석탄 또는 석탄 슬러지, 실리콘-탄화물-함유 잔류물, 스로트(throat) 및 스틸워크(steelwork) 더스트 그리고 슬러지 및 기타 물질이, 예를 들어, 산업적인 장입 물질로서 이용될 수 있을 것이다.
스로트 및 스틸워크 더스트, 그리고 슬러지는 철을 매우 많이 함유하기 때문에(ferrous), 그것들이 괴상의 고체 바디로서 샤프트 퍼니스 내로 도입된다면, 그 것들로부터 경제적인 방식으로 원료 철을 얻을 수 있을 것이다. 이를 위한 방법이 개발되었으며, 그러한 방법에서 결합제의 도움으로 소위 괴상 스톤이 분진으로부터 생산된다. 몰딩 바디를 프레싱하는 프로세스에 앞서서, 처리되고 용융될 각각의 장입 물질들이 석탄계 슬래그 형성제, 결합제 및 환원제와 함께 혼합된다.
천연 티타늄 광석으로부터 선택된 티타늄-함유 물질, 이산화 티타늄-부화(rich) 슬래그 및 합성 티타늄-함유 물질 또는 이들 물질 중 둘 이상의 혼합물을 이용하여 본 발명에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디를 생산한다.
합성 이산화 티타늄-함유 물질이 본 발명에 따라 이하에 나열한 물질들 또는 그 혼합물들로부터 선택된다. 즉:
- 이산화 티타늄 생산으로부터의 중간의, 커플링된(coupled), 및/또는 최종(finished) 제품. 상기 물질들은 황산염 프로세스(sulfate process)에 따른 이산화 티타늄의 생산으로부터 기원(originate)할 수 있을 뿐만 아니라 염화물 프로세스에 따른 이산화 티타늄의 생산으로부터 기원할 수 있을 것이다. 중간 및 커플링된 제품이 현재의 TiO2-생산으로부터 얻어질 수 있을 것이다.
- 이산화 티타늄의 생산으로부터의 잔류물. 상기 물질들은 황산염 프로세스에 따른 이산화 티타늄의 생산(분해 잔류물; disintegration residues)으로부터 기원할 수 있을 뿐만 아니라 염화물 프로세스에 따른 이산화 티타늄의 생산으로부터 기원할 수 있을 것이며; 필요하다면, 예를 들어 중화, 세척 및/또는 사전-건조에 의해서 물질들은 추가적인 물질로서 사용되기에 앞서서 예열될 수 있을 것이다.
- 화학 산업으로부터의 잔류물, 예를 들어 TiO2-함유 촉매로부터의 잔류물, 다시 예를 들어, DENOX 촉매로부터의 잔류물.
- 황산 생산으로부터의 잔류물, 철 산화물 및 필터 염(황산철)의 분리 중에 발생되는 소위 번-업(burn-up) 잔류물도 이산화 티타늄을 포함한다.
본 발명에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디의 생산은 천연 티타늄 광석, 예를 들어 일메나이트 샌드 및/또는 소오렐(Sorel) 슬래그, 이산화 티타늄-부화 슬래그 및/또는 합성 이산화 티타늄-함유 물질의 혼합 및/또는 첨가에 의해서 실행된다.
해당되는 경우에, 예를 들어, 석탄을 기초로 하는, 실리콘-카바이드-함유 잔류물, 석탄 및 석탄 슬러지, 스로트 및 스틸워크 분진 및 슬러그 그리고 기타 물질과 같은 추가적인 물질, 예를 들어 산업적으로 처리되어야 하는 장입 물질 및/또는 환원제가 이러한 티타늄-함유 물질에 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디을 생성하기 위해서, 하나 이상의 전술한 미세-입자형(fine-grained) 티타늄-함유 물질이 프레싱, 브리켓팅 또는 펠릿팅에 의한 성형에 앞서서 미세 입자형 장입 물질의 혼합물에 첨가된다. 그렇게 얻어지는 혼합물은 결합제의 도움과 함께 프레싱되어 본 발명에 따른 몰딩 바디를 형성한다. 필요하다면, 티타늄-함유 몰딩 바디가 후속하여 열처리된다. 처리 온도는 1,500도 이하, 바람직하게 80℃ 내지 1,400℃ 이다.
본 발명에 따라 티타늄-함유 몰딩 바디를 생산하기 위해서 이용되는 티타늄 광석 및 이산화 티타늄-부화 슬래그는 15 내지 95, 바람직하게 25 내지 90 중량%의 TiO2(전체 티타늄 함량으로부터 계산)를 포함한다. 추가적인 물질 생성을 위해서, 티타늄 광석이 정련되지 않은 형태로 사용될 수 있고 또는 불순물 및 맥석(gangue)의 분리 후에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디를 생성하기 위해서 이용되는 합성 티타늄-함유 물질은 5 내지 100, 바람직하게 10 내지 100, 특히 바람직하게 20 내지 100 중량%의 TiO2(전체 티타늄 함량으로부터 계산)를 포함한다.
추가적으로, 본 발명의 청구대상은 다음과 같다:
ㆍ 내화 시스템의 내구성을 높이기 위해서 본 발명에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디를 이용하는 것;
ㆍ 질소 산화물 및 황을 감소시키기 위해서 본 발명에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디를 이용하는 것;
ㆍ 예를 들어, 1차 야금 분야의 용융 또는 샤프트 퍼니스에서, 용융 프로세스 동안에 바람직하지 못한 수반 물질을 감소시키기 위해서 본 발명에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디를 이용하는 것;
ㆍ 본 발명에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디를 슬래그-보효제 및 합금제로서 이용하는 것.
본 발명에 따라서:
ㆍ 야금학적 프로세스에서 사용하기 위한, 특히 1차, 2차 및 3차 야금과 관련된 용융 용기 또는 용기들에서 사용하기 위한 티타늄-함유 몰딩 바디가 제공된 다;
ㆍ 퍼니스 벽돌 라이닝의 내구성을 높이기 위해서 샤프트 퍼니스에 부가하기 위한 티타늄-함유 몰딩 바디가 제공된다;
ㆍ 재순환 물질을 감소시키기 위해서 샤프트 퍼니스에 부가하기 위한 티타늄-함유 몰딩 바디가 제공된다;
ㆍ 질소, 황 및/또는 질소를 감소시키기 위해서 샤프트 퍼니스에 부가하기 위한 티타늄-함유 몰딩 바디가 제공된다;
ㆍ 각각의 내화 라이닝의 내구성을 높이기 위해서 1차, 2차 및 3차 야금과 관련된 샤프트 퍼니스 및 용융 용기 또는 용기에 부가하기 위한 티타늄-함유 몰딩 바디가 제공된다;
ㆍ 1차, 2차 및 3차 야금에서의 합금제로서의 티타늄-함유 몰딩 바디가 제공된다.
본 발명에 따른 이들 티타늄-함유 몰딩 바디가 샤프트 퍼니스 내로 도입되었을 때, 이들 몰딩 바디는 야금학적 용융 프로세스 동안에 가열된다. 몰딩 바디 내에 존재하는 환원제는 샤프트 퍼니스의 산화(oxidic) 성분을 감소시킨다. 이는, 스톤과 미리 혼합된 티타늄 화합물 및 철 산화물 모두에 적용된다. 이와 관련하여, 일메나이트(일메나이트 내에서 티타늄은 철 티타네이트로서 존재한다)와 같은 천연 티타늄 광석의 존재하에서 주어지는 몰딩 바디 내의 환원제가 제 1 단계에서 환원되어 반응성(reactive) TiO2 를 형성하며; 후속하여, CO 및 금속 티타늄을 형성 하기 위해서 획득된 TiO2-미립자(particles)의 최종 환원이 실시된다.
이러한 반응은 합성 티타늄 캐리어의 경우에 즉각적으로 실시되는데, 이는 티타늄이 주로 이산화 티타늄으로 존재하기 때문이다. 금속 티타늄으로 환원된 원소들이 마지막 단계에서 반응하여 극히 높은(highly) 내화성의 티타늄 탄화물, 티타늄 질화물 및/또는 티타늄 카보니트리드를 형성한다. 또한, 알루미늄, 마그세늄, 칼슘을 포함하는 높은 내화성의 화합물, 예를 들어, 알루미늄 티타네이트, 마그네슘 티타네이트 및 칼슘 티타네이트가 형성된다. 또한, 티타늄을 포함하는 금속 산화물 스피넬(spinels)이 또한 형성된다. 이어서, 몰딩 바디가 용융 프로세스 동안에 반응을 하고 미세 철-슬래그 혼합물의 형성과 함께 용해된다. 이와 관련하여, 액체가 내화 벽돌 라이닝과 접촉하는 곳에서, 유화된(emulsified) 티타늄 탄화물, 티타늄 질화물 및/또는 티타늄 카보니트리드 또는 금속 티타네이트 및 스피넬이 부착(deposit)된다. 이들 초-미세 미립자들이 보호되어야 하는 표면에 부착되는 경우에, 매우 내화성을 가지며 상대적으로 조밀한 티타늄 카보니트리드, 금속 티타네이트 및 스피넬의 층들이 형성된다. 이들 부착 층들은 결함이 있는 지점을 보수할 뿐만 아니라, 철 또는 슬래그와 같은 액체의 침투로부터 건전한 영역들을 보호하며, 그에 따라 내구성을 분명하게 증대시킨다. 이러한 보호 효과는 특히 샤프트 퍼니스의 내부 뿐만 아니라, 예를 들어 탭핑 채널 또는 사이펀 구조물 내로 확장된다.
본 발명에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디가 슬래그-보호제로서 이용될 때, 철 및 스틸 산업의 다양한 2차/3차 슬래그에 대한 티타늄 캐리어 첨가의 결과로서, 바람직하게 합성 티타늄 캐리어 첨가의 결과로서, 스틸 레이들의 슬래그 영역 내의 마모 진행(advance wear)이 명백하게 감소될 수 있고 또는 완전히 방지될 수 있다.
슬래그 내에 존재하는 바륨 및/또는 칼슘 및/또는 알루미늄 및/또는 마그네슘의 화합물과 함께 합성 티타늄 캐리어의 조대한-입자형의 번들을 장입함으로써 또는 취입함으로써 액체 시스템 내로 첨가하는 것은 여러 가지의 높은 내화성의 티타네이트를 형성한다는 사실에 의해서, 이러한 프로세스가 가능해진다.
야금학적 린싱(rinsing) 프로세스의 결과로서 슬래그 및 금속들이 상당히 이동되기 때문에, 티타늄-함유 슬래그는 레이들의 슬래그 영역 내에서 마모 진행 영역과 영구적으로 접촉한다. 높은 내화성의 바륨-칼슘-마그네슘 및/또는 알루미늄 티타네이트가 각각의 접촉 면상에 부착되고 그리고 스틸 레이들의 이러한 임계(critical) 영역의 마모를 감소 또는 방지한다.
여러 가지 티타늄 캐리어의 보호 기능의 이러한 변형 실시예의 이점은, 심지어 산화 시스템과 함께하는 경우에도, 보호 대상이 되는 용융 용기의 내화 라이닝의 내화성이 각각의 티타네이트 또는 티타늄 화합물에 의해서 높아진다는 사실에 있다.
바람직하지 못한 수반 물질, 예를 들어 아연, 납, 나트륨, 포타슘 등은 티타늄-함유 캐리어를 금속 티타늄로서 이용함으로써 결합되고(bound) 그에 따라 슬래그의 성분으로서 샤프트 퍼니스로부터 제거될 수 있다.
이산화 티타늄의 촉매 활동도 및 티타늄이 질소와 함께 티타늄 카보니트리드 를 형성하는 경향을 조건으로 하는(conditional) 방식에서, 한편으로는 결과적인 질소 산화물이 촉매적으로 환원되어 질소를 형성하고 그리고 다른 한편으로는 고온 내열성(high-temperature-resistant)의 티타늄 질화물, 티타늄 카보니트리드 및/또는 티타늄 옥시니트리드의 형성이 촉진된다. 이는, 유해한 질소 산화물이 폐기 가스로부터 제거된다는 이점을 제공한다.
또한, 철 내에 존재하는 황은 티타늄과 함께 티타늄 황화물을 형성하며, 그러한 티타늄 황화물은 슬래그의 성분으로서 샤프트 퍼니스로부터 제거된다.
일메나이트 및/또는 소오렐 슬래그 및/또는 루타일(rutile) 샌드가 바람직하게 천연 티타늄 캐리어로서 사용된다. 티타늄 화합물, 특히 이산화 티타늄이 합성 이산화 티타늄-함유 캐리어로서 사용된다. 또한, 본 발명에 따라, 황산염 프로세스 뿐만 아니라 염화물 프로세스에 따른 이산화 티타늄으로부터의 잔류물을 이용할 수도 있을 것이다. 본 발명에 따라, 화학 산업 및 DENOX-설비로부터의 촉매와 같은 이산화 티타늄-함유 폐기 물질의 이용도 가능할 것이다.

Claims (26)

  1. 티타늄-함유 몰딩 바디에 있어서,
    합성 티타늄 캐리어 및 천연 티타늄 캐리어 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  2. 제 1 항에 있어서,
    원소 티타늄, 티타늄 화합물, 및 염의 성분으로서의 티타늄 중 하나 이상을 티타늄 캐리어로서 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    이산화 티타늄 또는 그 화합물을 티타늄 캐리어로서 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 있어서,
    천연 티타늄 캐리어, 바람직하게는 일메나이트, 소오렐 슬래그, 및 루타일 샌드 중 하나 이상을 티타늄 캐리어로서 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 있어서,
    합성 티타늄 캐리어를 티타늄 캐리어로서 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 있어서,
    TiO2 함량이 50 내지 100 중량%, 바람직하게는 60 내지 95 중량%(전체 Ti 함량으로부터 계산)인 합성 티타늄 캐리어 및 천연 티타늄 캐리어 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 있어서,
    상기 천연 티타늄 캐리어는 함량이 15 내지 95 중량%, 그리고 특히 바람직하게 25 내지 90 중량%(전체 티타늄 함량으로부터 계산)인 이산화 티타늄을 바람직하게 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 있어서,
    티타늄 카보니트리드, 티타늄 질화물, 및 티타늄 탄화물 중 하나 이상을 기초로 하는 합성 티타늄 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 있어서,
    0.5 내지 100 중량%, 바람직하게 1 내지 90 중량%, 특히 바람직하게 1 내지 80 중량%의 티타늄 캐리어(전체 티타늄 함량으로부터 계산)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 있어서,
    3 내지 70 중량%, 바람직하게 4 내지 65 중량%, 특히 바람직하게 4 내지 50, 특히 5 내지 30 중량%의 티타늄 캐리어(전체 티타늄 함량으로부터 계산)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 있어서,
    45 내지 55 %, 80 내지 90 % 또는 100 %의 티타늄 캐리어(전체 티타늄 함량으로부터 계산)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 있어서,
    이산화 티타늄 함량이 10 내지 100 중량%, 25 내지 35 중량%, 45 내지 65 중량%, 70 내지 90 중량% 및 100 중량%(전체 티타늄 함량으로부터 계산)인 합성 티타늄 캐리어를 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  13. 제 1 항 내지 제 12 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 있어서,
    괴상형 스톤, 브리켓, 펠릿, 또는 프레싱된 스톤의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디.
  14. 제 1 항 내지 제 13 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    천연 티타늄 광석, 이산화 티타늄-부화 슬래그, 및 합성 티타늄-함유 물질, 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물로부터 선택된 티타늄-함유 물질이, 결합제의 도움으로, 그리고 해당되는 경우에, 예를 들어 석탄 및 석탄 슬러지와 같은 석탄을 기초로 하는, 추가적인 장입 물질, 예를 들어 슬래그-형성제, 실리콘-탄화물-함유 잔류물, 스로트 및 스틸워크 분진 및 슬러지 그리고 다른 물질 및/또는 환원제와 함께, 프레싱되어 몰딩 바디를 형성하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 티타늄-함유 몰딩 바디가 1,500℃ 이하의 온도에서 후속하여 열처리되는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디 제조 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    티타늄-함유 몰딩 바디의 제조에 이용되는 이산화 티타늄-부화 슬래그 및 티타늄 광석이 15 내지 95 중량%, 바람직하게 25 내지 90 중량%의 TiO2(전체 티타늄 함량으로부터 계산)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디 제조 방법.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 있어서,
    티타늄-함유 몰딩 바디의 제조에 이용되는 합성 티타늄-함유 물질이 5 내지 100 중량%, 바람직하게 10 내지 100 중량%, 특히 바람직하게 20 내지 100 중량%의 TiO2(전체 티타늄 함량으로부터 계산)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    티타늄-함유 몰딩 바디 제조 방법.
  18. 내화 시스템의 내구성을 높이기 위한 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디의 용도.
  19. 재순환 물질을 감소시키기 위한 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디의 용도.
  20. 질소 산화물 및 황을 감소시키기 위한 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디의 용도.
  21. 예를 들어 1차 야금 분야의 용융 또는 샤프트 퍼니스에서의 용융 프로세스 중에, 원하지 않는 수반 물질을 감소시키기 위한 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디의 용도.
  22. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디의 슬래그-보호제 및 합금제로서의 용도.
  23. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디의 야금 프로세스에서의, 특히 1차, 2차 및 3차 야금과 관련된 용기에 서의 용도.
  24. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디의 1차, 2차 및 3차 야금 분야의 용융 및/또는 샤프트 퍼니스에서의 용도.
  25. 퍼니스 벽돌 라이닝의 내구성을 높이기 위한 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디의 용융 및/또는 샤프트 퍼니스에서의 용도.
  26. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항 또는 둘 이상의 항에 따른 티타늄-함유 몰딩 바디의 1차, 2차 및 3차 야금 분야의 합금제로서의 용도.
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