KR20130098992A - 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체 및 야금 용기의 라이닝을 수리하기 위한 이 응집체의 용도 - Google Patents

코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체 및 야금 용기의 라이닝을 수리하기 위한 이 응집체의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 야금 용기의 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체, 상기 응집체를 제조하기 위한 방법, 야금 용기의 라이닝을 수리하기 위한 상기 응집체의 용도 및 야금 공정에서 직접 환원에 의하여 고-내화성(highly refractory) 티타늄 화합물의 형성을 가속화하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체 및 야금 용기의 라이닝을 수리하기 위한 이 응집체의 용도{Aggregate Containing Coke and Titanium and Use Thereof to Repair the Lining of Metallurgical Vessel}
본 발명은 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체, 이 응집체의 제조 방법, 야금 용기의 라이닝을 수리하기 위한 이 응집체의 용도 및 이 응집체를 사용하여 야금 공정에서 직접 환원에 의하여 고-내화성 티타늄 화합물의 형성을 가속화하기 위한 방법에 관한 것이다.
예를 들면 용광로(blast furnace)와 같은 야금 용기(metallurgic vessels)의 라이닝을 수리하기 위한 티타늄-함유 응집체(aggregates)의 용도는 오랫동안 알려져 있다.
대부분의 분야에서, 티타늄을 함유하는 응집체를, 예를 들면 TiC, TiN, TiCN 등과 같이, 티타늄을 함유하는 고-내화성/내마모성(refractory/wear-resistant) 화합물의 형태로 변환하는 것이 목적이 되고 있는데, 이들 내화성/내마모성 화합물은 후속 공정에서 각각의 내화 라이닝(refractive lining)의 영역 내에 그 자체가 증착(deposit)되므로, 이들 화합물은 마모 공정에 의해서 위험해질 수 있으며 동일한 보호 및/또는 수리 작업을 제공하여야 한다.
야금 용기 내에 탄소질 소재와 혼합되어 있는 티타늄 함유 소재를 사용하는 것은 종래 기술이다.
제련 공정을 위한 에너지원 및 환원제로서, 석탄(미분탄 취입, pulverized coal injection, 이하 PCI라 함), 오일/가스 및/또는 타르, 피치를 용광로의 블로우 성형(blow moulding)을 통하여 취입하는 것 역시 종래 기술이다. 아울러, 예를 들면 용광로에서 철을 제조함에 있어서 연료 및 환원제로서 코크스가 사용된다. 코크스의 제조는 역청탄(bituminous coal)의 열분해를 통하여 일어난다. 제련 작업을 위하여, 20 내지 150 ㎜ 범위의 입자 크기(grain-size)를 갖는 코크스가 사용된다.
PCI-석탄을 제조하기 위하여 석탄을 함유하는 원료가 일반적으로 사용되는데, 이 원료들은 특별한 밀링 공정(milling process)에서 미세 입자로 분쇄되고 낮은 온도에서 통상적으로 밀링 공정과 병행하여 진행하는 건조 공정에서 건조된다.
따라서 일부의 경우에 미세 입자의 티타늄 기재(substrate)는 석탄-함유 원료와 혼합되고, 이어서 용광로 내부로 취입되어(blown) 용광로의 반응 챔버 내부에서 탄화티타늄(titanium carbide) 또는 탄소질화티타늄(titanium carbonitride)을 형성한다. 용광로 기술분야에서, 블로우 성형 주변의 가스 챔버 영역 내부와 선철(pig iron) 및 슬래그(slag)와 같은 다양한 유체 상(fluid phase) 내에서 가능한 한 신속하게 내마모성(wear-resistance) 탄화티타늄을 제조한 뒤, 제 2 단계에서 수리/보호되어야 하는 내화 라이닝 상에 상기 내마모성 탄화티타늄을 가능한 한 높은 수율로 증착시키는 것이 중요하다.
현재까지 사용되고 있는 석탄-함유 소재에 대한 하나의 단점으로는, 회분 생성체(ash producer)로 인하여, 이들 석탄-함유 소재는 다양한 형태의 탄화수소와 다른 많은 불순물의 복잡한 혼합물을 통상적으로 함유하고 있다는 점이다. 한 편에서 보면, 이러한 소재는 소망되는 내마모성 티타늄 화합물의 형성을 감소시키며, 다른 한 편에서 보면, 소망되는 반응 속도(reaction kinetic)가 원하지 않게 방해되는 것을 초래하므로, 내마모성 티타늄 화합물의 형성에 손상을 주거나 내마모성 티타늄 화합물의 형성을 크게 감소시킨다. 이로 인하여 내마모성 티타늄 화합물(일례로 TiCN)의 양이 감소되고, 그 결과 채택된 티타늄의 주요 부분이 사용되지 않고 슬래깅 공정(slagging)을 통하여 시스템으로부터 제거된다.
본 발명의 목적은 야금 용기 내에서 사용하기 위한, 활용된 티타늄-함유 소재와 관련하여 고-내화성 티타늄 화합물의 수득 수율을 증가시키는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내화 라이닝의 내구성을 증가시키고 내화 라이닝을 수리하기 위하여 야금 용기 내부로 도입되는 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체로서, 상기 응집체는, 상기 응집체 총량을 기준으로 티타늄-함유 화합물의 함량 및 코크스-함유 소재의 함량 10 내지 98 중량%를 가지며, 상기 코크스-함유 소재는, 반응 부위의 온도에서 휘발하는 물질, 특히 유기 물질의 함량이 상기 코크스-함유 소재를 기준으로 25 중량% 이하의 소량을 포함하고 있는 응집체를 제공한다.
상기 코크스-함유 소재는, 반응 부위의 온도에서 휘발하는 물질, 특히 유기 물질의 함량이 상기 코크스-함유 소재를 기준으로 10 중량% 이하일 수 있다.
상기 응집체 총량을 기준으로 상기 코크스-함유 소재의 함량은 25 내지 95 중량%, 바람직하게는 35 내지 85 중량%, 더욱 바람직하게는 45 내지 85 중량%일 수 있다.
상기 응집체 총량을 기준으로 상기 티타늄-함유 화합물의 함량 10 내지 65 중량%와, 상기 코크스-함유 소재의 함량 35 내지 90 중량%를 가질 수 있다.
바람직하게는 Al2O3, 철산화물, CaO, MgO, SiO2, ZrO2, 혼합 산화물 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 추가적인 금속산화물 및/또는 금속수산화물이 상기 응집체 총량을 기준으로 50 중량%까지의 함량을 가질 수 있다.
상기 응집체는, 탄소질 소재 및 상기 티타늄-함유 화합물, 및 선택적으로 추가적인 금속산화물 및/또는 금속수산화물이 조합된 코킹 공정(coking)에 의하여 얻어질 수 있다.
이때, 상기 탄소질 소재로서 열분해성 탄소질 화합물로부터 선택되는 코크스 생성체(coke producer)가 사용될 수 있다.
입자의 90%, 바람직하게는 100%가 100 ㎜ 이하, 바람직하게는 10 ㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 1 ㎜ 이하, 특히 바람직하게는 0.5 ㎜ 이하의 입자 크기를 가질 수 있다.
또는, 입자의 90%, 바람직하게는 100%가 200 ㎛ 이하, 바람직하게는 100 ㎛ 이하의 입자 크기를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체를 제조하는 방법으로서, 티타늄-함유 화합물이 코크스 생성체와 혼합되고, 그 결과로 생성된 혼합물이, 바람직하게는 코크스 오븐 또는 유동층 로(fluidized bed furnace)에서의 열처리, 특히 열분해되는 것을 특징으로 하는 응집체를 제조하는 방법을 제공한다.
이때, 상기 티타늄-함유 화합물은 석탄과 혼합되고, 그 결과로 생성된 상기 혼합물은 상기 코크스 오븐 또는 상기 유동층 로에서 산소가 배제된 상태에서 코팅 공정 처리되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 코킹 공정 후에, 상기 혼합물은 밀링 공정(milling) 또는 시빙 공정(sieving)과 같은 분쇄(comminution) 단계에서 처리될 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체를 제조하는 방법으로서, 상기 티타늄-함유 화합물은 코크스 및/또는 석유 코크스와 혼합되고, 그 결과로 생성된 혼합물은 바람직하게는 건조되며, 필요하다면, 건조된 상기 혼합물은 밀(mill) 내에서 분쇄되는 응집체를 제조하는 방법을 제공한다.
한편, 본 발명은 야금 공정에서 직접 환원을 통하여 고-내화성(highly refractory) 탄화티타늄의 형성을 가속화하는 방법으로서, 바람직하게는 미세하게 분쇄되어 있는 전술한 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체를, 바람직하게는 취입(blowing-in) 공정을 통하여 야금 용기 내로 도입하는 것을 특징으로 하는 탄화티타늄의 형성을 가속화하는 방법을 제공한다.
이때, 용광로 내부로의 취입을 위하여 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체에 PCI-석탄이 첨가되고, 상기 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체와 상기 PCI-석탄의 혼합물은 블로우 성형을 통하여 취입되며, 상기 PCI-석탄에 대하여 상기 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체는 상기 취입된 혼합물 총량을 기준으로 바람직하게는 0.5 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 50 중량%, 특히 바람직하게는 2 내지 40 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 내화 라이닝의 내구성을 증가시키고 내화 라이닝을 수리하기 위하여, 야금 용기 내부로 도입되는 전술한 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체의 용도를 제공한다.
본 발명의 목적과 관련하여, 본 발명의 발명자들은 블로우 성형 전 또는 선철 또는 슬래그와 같은 각각의 유체 상 영역 내에서의 반응 속도가 유의성 있는 영향(significant effect)에 기인하여 가속화될 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명자들의 실험에 따르면, 고속으로 티타늄 화합물과 함께 PCI-혼합물 내에서 취입하는 경우, 각각의 입자들은 상호간에 통계적으로 거의 충돌하지 않는다. 간혹 입자들이 충돌하는 경우, 취입(injection) 석탄의 기화(gassed) 또는 방출 탄화수소에 의하여 티타늄 화합물이 다시 밀쳐지므로(pushed back), 입자의 접촉에도 불구하고, 이 시점에서 탄화티타늄은 형성되지 않는다. 제 2, 제 3 등의 시도에서 추가적으로 충돌하면, 휘발 탄화수소가 더 이상 반발 영향력(repellent influence)을 발휘할 수 없는 경우, 이들 대부분은 이미 기화되었으며, "거의 순수한" 탄소와 각각의 티타늄 화합물의 반응으로 탄화티타늄을 형성하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 코크스-함유 소재와 티타늄-함유 화합물의 응집체를 제공함으로써 종래 문제를 해소할 수 있다.
따라서 본 발명의 방법을 사용하여, 특히 단위 시간당 형성되는 내화성 티타늄 화합물의 양을 증가시킬 수 있으며, 동시에 시스템에 첨가되는 티타늄 화합물의 야금학적 적용을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명은 또한 야금 용기 내부로의 도입을 위하여, 본 발명에 따른 코크스-함유 소재의 응집체, 또는 아주 다양한 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물의 혼합물의 응집체에 관한 것이다.
놀랍게도 이와 같은 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 소재/화합물 응집체의 취입(blowing-in)을 통하여, 즉시 반응(immediate reaction, 직접 환원/direct reduction)에서 고-내화성 탄소질화티타늄을 형성하기 위한 이들 반응 상대방(reaction partners)의 변환이 크게 향상되고, 이에 따라 탄소질화티타늄의 수율은 크게 증가한다는 점을 발견하였다.
본 발명에 따르면, 코크스-함유 소재는 석탄, 코크스 또는 매우 다양한 코크스-함유 소재의 혼합물과 같은 탄소질 소재를 또한 포함하는데, 이들 코크스-함유 소재는 증가된 온도에서 탄화수소, 가스 등과 같은 휘발 물질, 바람직하게는 휘발성 유기 물질을 단지 25 중량% 이하, 바람직하게는 10 중량% 이하의 소량만을 포함하고 있다. 이를 달성하기 위하여, 탄소질 소재는 사전 열처리(prior thermal treatment)될 수 있는데, 사전 열처리 공정에서 휘발성 물질은 제거되고(expelled), 따라서 사용 과정에서 휘발성 물질은 야금 용기 내의 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물 사이에서의 긴밀한 접촉을 더 이상 방해할 수 없다. 이와 같은 사전 열처리(thermal pre-treatment)의 제 1 단계에서, 수분 함량이 존재하는 경우에 이 소재는 통상적으로 건조된다. 본 발명에 따른 응집체는 60 중량%까지, 바람직하게는 35 중량%까지의 수분을 함유할 수 있다. 통상적으로 그리고 사용에 따라, 이와 같은 수분 함량을 갖는 경우에 사전 열처리로서 부분 건조 또는 완전 건조가 요구된다.
따라서 본 발명에 따른 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물의 응집체는 분말 혼합물로서 코크스-함유 소재의 입자 및 티타늄 화합물의 입자를 동시에 함유할 수 있는데, 이들의 입자 크기는 의도된 응용을 목표로 하고 있다. 따라서 분말 입자의 취입에 있어서 200 ㎛ 이하, 바람직하게는 100 ㎛ 이하의 입자 크기가 사용되지만, 다른 방식으로 야금 용기 내부로의 도입을 위해서는 200 ㎜까지의 보다 큰 입자 크기가 사용될 수 있다.
예를 들어 혼합물 내에 탄소질 소재로서 코크스를 사용하고자 하는 경우에, 용광로로부터 코크스 타입 HK 1(> 80 ㎜), 코크스 타입 HK 2(> 60 ㎜), 코크스 타입 HK 3(> 40 ㎜) 및 코크스 타입 HK 4 (> 20 또는 25 ㎜)의 입자 크기가 선택될 수 있지만, 상대적으로 작은 크기가 바람직하다. 따라서 10 ㎜ 이하의 입자 크기를 얻을 때까지, 상대적으로 큰 코크스는 또한 더욱 파쇄(broken down)되거나 분쇄(ground)될 수 있다. 10 ㎜까지의 입자 크기를 갖는 코크스 가루(coke breeze)가 또한 유익할 수 있다.
본 발명에 따르면, 코크스 대신 또는 코크스와 조합하여, 야금 용기 내의 반응 위치에서의 온도에서 휘발하는 물질, 특히 탄화수소와 같은 유기 물질이 탄소질 소재를 기준으로 겨우 25 중량% 이하, 바람직하게는 10 중량% 이하를 포함하는 탄소질 소재가 사용될 수 있다. 이때, 탄소질 소재로서는 석유 코크스, 코크스 가루, 활성탄 또는 중고 활성탄은 물론이고, 조악탄(lean coal) 및 무연탄이 예시적으로 언급될 수 있는데, 바람직하게는 휘발성 부분은 10 중량% 이하이다.
코킹 공정을 위하여 사용되는 석탄 또는 탄소질 물질을 코킹 과정에서 티타늄-함유 화합물에 소망되는 양으로 첨가하여, 티타늄-함유 소재의 존재 하에서 코크스의 형성이 일어날 수 있도록 하고, 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 소재를 동시에 포함하는 덩어리 물질(lumpy material)이 형성되도록 하는 것이 특히 유익하다. 상기 덩어리 물질은 이어서 시빙 공정(sieving), 밀링 공정(milling) 등의 처리에 의하여 소망되는 입자 크기로 조정될 수 있다. 또한 용광로의 경우에서와 같이, 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 소재를 동시에 포함하고 있는 상기 덩어리 소재를 충전(charge)에 대한 첨가제로서 충진(filling)을 경유하여 상부로부터 야금 용기 내부로 도입할 수도 있다. 하지만 상기 덩어리 물질은 또한 취입 공정을 위하여 적절한 입자 크기로 분쇄되기에도 적합하다.
따라서 본 발명에 따른 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물의 응집체(코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체)는 (0.001 내지 200 ㎜와 같은) 0 내지 200 ㎜, 바람직하게는 150 ㎜까지의 입자 크기를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물의 응집체는 입자의 90%, 바람직하게는 100%가 100 ㎜ 이하, 바람직하게는 10 ㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 1 ㎜ 이하, 특히 바람직하게는 0.5 ㎜ 이하의 유익한 입도(fineness)를 보여 준다. 다른 유익한 실시 양태에서, 본 발명에 따른 응집체는 입자의 90%가 100 미크론을 초과하지 않는 직경을 가지는 미세한 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체라는 특징을 갖는다. 이와 같은 실시 양태는 블로우 성형을 통하여 용광로와 같은 야금 용기 내부로 취입하는데 있어서 특히 적합하다.
또한 본 발명의 주제는 150 ㎛ 이하의 직경을 갖는 입자가 적어도 95%이고 수분 함량 0.1 내지 60%인 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체, 상기에서 설명한 절차에 따라 이 응집체를 제조하는 방법, 및 미세 입자의 코크스 탄소질 및 미세 입자의 티타늄 화합물의 혼합을 통하여 상기 응집체를 제조하기 위한 방법이다.
아울러 본 발명의 일부는 10 내지 150 ㎜의 입자 크기를 가지며 수분 함량이 0.1 내지 15 중량%인 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체이다.
또한, 상기 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체는, 코크스-함유 소재를 티타늄-함유 화합물과 혼합하고, 응용 분야에 따라, 이 혼합물을 함께 밀링하여 소망되는 입자 크기를 달성하고, 바람직한 미세 입자 성분의 내부 혼합(inner mixing)에 의하여 유익하게 제조될 수 있다.
상기에서 기술한 것과 같이, 예를 들어 무연탄(hard coal), 갈탄(brown coal), 피치(pitch), 타르(tar) 및 유사한 탄소질 소재인 역청탄(bituminous cola)과 같이 코크스를 제조하기 위하여 사용되는 코크스 생성체(cokes producer)로서 사용되는 소재는 코킹 단계에서 산소를 배제하는 조건에서 열에 노출되는 것을 통하여 티타늄-함유 화합물/소재와 함께 열분해될 수 있는데, 소망되는 경우에는 그 결과로 생성되는 코크스 및 티타늄을 함유하는 소재의 덩어리 열분해 생성물(lumpy pyrolysate)은 사용 분야에 따라 소망되는 입자 크기로 파쇄 또는 분쇄될 수 있다.
이러한 방식에서, 코킹 공정과 같은 사전 열처리를 통하여, 용광로 내에서 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 소재 사이에서의 긴밀한 접촉을 방해하는 휘발성 성분은 코킹 과정에서 신뢰성 있게 제거되므로, 코크스-함유 소재와 티타늄-함유 소재 사이의 긴밀한 접촉이 보장된다. 이러한 절차에 의하여, 활용된 티타늄-함유 화합물은 석탄 함유 소재와 이미 부분적으로 또는 완전히 반응하여 TiOC, TiC, TiCN 및 유사한 고-내화성 화합물을 형성할 수 있다. 본 발명에 따라 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체로서 또한 이해되고 있는, (코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 소재의) 상기 혼합물 또는 부분적으로 물리적으로 상호 결합된(interconnected) 소재는 휘발성 성분의 "증발 반응(evaporation reaction)"을 방해하지 않으면서, 야금 용기 내의 반응 부위에서 즉각 반응하여 탄소질화티타늄을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물의 응집체는, 총 탄소 함량으로부터 측정하고, 바람직하게는 105℃에서의, 건조 물질을 기준으로, 10 내지 98 중량%, 바람직하게는 25 내지 95 중량%, 특히 바람직하게는 35 내지 90 중량%, 아주 특히 바람직하게는 45 내지 80 중량% 함량의 코크스-함유 소재, 특히 코크스를 포함할 수 있다.
특히 통상적인 코킹 공정을 통하여 제조되었을 경우에 본 발명에 따른 티타늄-함유 화합물 및 탄소질 소재의 응집체는 바람직하게는 티타늄-함유 소재/화합물 10 내지 65 중량%와 코크스-함유 소재 35 내지 90 중량%의 양을 함유하며, 바람직하게는 티타늄-함유 소재/화합물 20 내지 55 중량%의 양과 코크스-함유 소재 45 내지 80 중량%의 양을 포함한다. 상기 고체 함량의 중량%의 설명에 있어서 모든 표시는 105℃에서 건조된 물질을 지칭한다.
본 발명에 따른 응집체의 제조를 위하여 사용되는 상기 티타늄-함유 소재는 일반적으로 5 내지 60 중량%, 바람직하게는 10 내지 60 중량%의 티타늄을 포함하고 있는데, 티타늄은 주로 TiO2의 형태로서, 또는 티탄산염(titanate)으로서 다른 소재와 조합되어 있다. 합성 이산화티타늄-함유 물질로서, 황산 공정 또는 염소 공정에 따라 이산화티타늄의 제조로부터 생성되는 물질, 수행중인(running) TiO2-제조로부터 중간체, 부산물 또는 잔여 물질(residual material)이 사용될 수 있다. 화학 산업이나 제지 산업에서 얻어지는 잔여물이나 폐기물, 또는 합성 티타늄-함유 물질로서 티타늄의 추출로부터 얻어지는 물질을 또한 사용할 수 있다. 통상적인 TiO2 잔여물은 황산 방법에 따라 TiO2 제조로부터 얻어지는 TiO2 잔여물이다. 또한 일례로 본 발명의 틀 내에서 사용되는 DENOX-촉매 또는 Claus-촉매인 티타늄을 함유하는 촉매가 유익하게 사용될 수 있다. 아울러, 용광로 내의 반응 부위에서 내화성 탄소질화티타늄을 형성할 수 있는, 예를 들면 티타늄철석(ilmenite), 티타늄철석 모래(ilmenite sand), 금홍석 모래(rutile sand) 및/또는 티타늄 함유 슬래그(예로 소렐 슬래그(sorel slag))인 천연 티타늄 담체(carrier)와 같은 물질이 사용될 수 있다. 코크스-함유 티타늄 화합물의 제조를 위하여 상기에서 언급되고 있는 합성 및 천연 티타늄-함유 담체는 단독으로 또는 다른 물질과 혼합하여 사용될 수 있다.
탄소 및 TiO2 외에도, (총 티타늄으로부터 측정하여) 본 발명에 따른 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물의 응집체는 예를 들면 Al2O3, 산화철, CaO, MgO, SiO2, ZrO2, Al(OH)3, Ca(OH)2, Mg(OH)2 또는 이들의 혼합 산화물, 다른 여러 성분과 이들의 혼합물은 물론이고, 슬래그 생성체와 같은 다른 성분과 같은 금속산화물 및/또는 금속수산화물의 다른 추가 성분을 포함할 수 있는데, 바람직하게는 이 다른 추가 성분은 총 중량의 50 중량%까지의 양으로, 예를 들어 0.01 내지 50 중량%의 양으로 포함할 수 있다.
사용에 따르면, 또한 본 발명에 따른 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물의 응집체는 손상된 영역에 근접한 받침대(pedestal) 영역 내부로 취입될 수 있다. 이 경우에, 본 발명에 따른 상기 응집체는 바람직하게는 0,1 내지 15 중량%의 수분 함량을 가질 수 있다.
선택적으로, 본 발명에 따른 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물의 응집체는, 용광로 내부로의 취입을 위한 미세 입자의 취입 석탄(PCI)을 조제하는 과정에서 첨가될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물의 응집체에 이미 상기 탄소질 원료가 첨가될 수 있다. 본 발명에 따른 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물 응집체의 첨가량은 취입된 소재의 0.5 내지 100 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 50 중량%, 특히 더욱 바람직하게는 2 내지 40 중량%일 수 있다.
선택적으로, 오일, 중유(heavy oil), 타르, 피치 및/또는 천연가스와 같은 탄소질 물질에 본 발명에 따른 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물의 응집체가 첨가될 수 있는데, 이어서 이 응집체는 블로우 성형을 통하여 야금 용기 내부로 취입될 수 있다.
유사한 방식으로, 플라스틱과 같은 취입 물질과 함께 본 발명에 따른 코크스-함유 소재 및 티타늄-함유 화합물의 응집체의 공동(joint) 취입이 블로우 성형을 통하여 야금 용기 내부로 발생할 수 있는데, 응집체는 취입 물질의 총 중량을 기준으로 50 중량%까지의 양이다.
용광로 내에서만 발생하는 시간-소비적이며 값비싼 코킹 공정이 절감될 수 있으며, 사용되는 물질은 휘발 성분 및 다른 불순물 없이도 사용될 수 있다는 사실로부터 본 발명의 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체는 구분된다. 따라서 휘발성 성분의 증발이나 석탄의 코킹을 위하여 용광로에서부터 에너지가 추출되지 않으며, 이데 따라 철의 제조를 위하여 용광로에 첨가되는 코크스가 전혀 사용되지 않으므로, 본 발명의 응집체의 사용은 "에너지 중립적"이다.
(휘발성 성분 물질 없이) 미세 입자의 코크스 입자와 고-반응성의 티타늄 입자가 조합되는 경우, 종래 사용된 미분탄(pulverized coal) 입자를 취입하는 것보다 훨씬 빠른 속도로 탄화티타늄의 형성이 일어난다. 오븐 내부로 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체를 도입함으로써, 휘발 성분에 의하여 크게 방해를 받는 반응이 일어나지 않으면서 2개 반응물의 국지적 근접성으로 인하여 원-위치(in situ)에서 고-내마모성 티타늄 화합물의 형성이 일어난다. 이로 인하여, 단위 시간 당 훨씬 많은 고-내화성 티타늄 화합물이 형성되어, 보호되어야 하는 내화 라이닝 상에 이들 화합물이 증착된다.
내마모성 티타늄 화합물의 형성 및 증착과 관련한 코크스를 함유하는 티타늄 담체를 도입함으로써, 이에 따라 직접 환원이 촉발된다. 이러한 직접 환원의 효과로 인하여, 현재의 종래 기술에서 티타늄-함유 담체를 사용하는 것과 비교하여 보다 적은 양의 티타늄-함유 물질이 필요하다. 이에 따라 값비싼 티타늄 담체의 사용이 감소하며, 본 공정의 경제적 효율성이 증가한다.
이와 같이 감소된 사용량과 Ti(C,N)-화합물로의 보다 높은 전환율로 인하여, 감소된 TiO2-함량을 통하여 슬래그 품질의 향상이 유도되고, 이에 따라 슬래그 모래를 더욱 용이하게 유용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 내화 라이닝의 내구성을 증가시키고 내화 라이닝을 수리하기 위하여 야금 용기 내부로 도입되는 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체로서,
    상기 응집체는, 상기 응집체 총량을 기준으로 티타늄-함유 화합물의 함량 및 코크스-함유 소재의 함량 10 내지 98 중량%를 가지며,
    상기 코크스-함유 소재는, 반응 부위의 온도에서 휘발하는 물질, 특히 유기 물질의 함량이 상기 코크스-함유 소재를 기준으로 25 중량% 이하의 소량을 포함하고 있는 응집체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 코크스-함유 소재는, 반응 부위의 온도에서 휘발하는 물질, 특히 유기 물질의 함량이 상기 코크스-함유 소재를 기준으로 10 중량% 이하인 응집체.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 응집체 총량을 기준으로 상기 코크스-함유 소재의 함량은 25 내지 95 중량%, 바람직하게는 35 내지 85 중량%, 더욱 바람직하게는 45 내지 85 중량%인 응집체.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 응집체 총량을 기준으로 상기 티타늄-함유 화합물의 함량 10 내지 65 중량%와, 상기 코크스-함유 소재의 함량 35 내지 90 중량%를 갖는 응집체.
  5. 선행하는 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서, 바람직하게는 Al2O3, 철산화물, CaO, MgO, SiO2, ZrO2, 혼합 산화물 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 추가적인 금속산화물 및/또는 금속수산화물이 상기 응집체 총량을 기준으로 50 중량%까지의 함량을 갖는 응집체.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 응집체는, 탄소질 소재 및 상기 티타늄-함유 화합물, 및 선택적으로 추가적인 금속산화물 및/또는 금속수산화물이 조합된 코킹 공정(coking)에 의하여 얻어질 수 있는 응집체.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 탄소질 소재로서 열분해성 탄소질 화합물로부터 선택되는 코크스 생성체(coke producer)가 사용되는 응집체.
  8. 선행하는 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서, 입자의 90%, 바람직하게는 100%가 100 ㎜ 이하, 바람직하게는 10 ㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 1 ㎜ 이하, 특히 바람직하게는 0.5 ㎜ 이하의 입자 크기를 갖는 응집체.
  9. 선행하는 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서, 입자의 90%, 바람직하게는 100%가 200 ㎛ 이하, 바람직하게는 100 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 응집체.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체를 제조하는 방법으로서,
    티타늄-함유 화합물이 코크스 생성체와 혼합되고, 그 결과로 생성된 혼합물이, 바람직하게는 코크스 오븐 또는 유동층 로(fluidized bed furnace)에서의 열처리, 특히 열분해되는 것을 특징으로 하는 응집체를 제조하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 티타늄-함유 화합물은 석탄과 혼합되고, 그 결과로 생성된 상기 혼합물은 상기 코크스 오븐 또는 상기 유동층 로에서 산소가 배제된 상태에서 코팅 공정 처리되는 것을 특징으로 하는 응집체를 제조하는 방법.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 코킹 공정 후에, 상기 혼합물은 밀링 공정(milling) 또는 시빙 공정(sieving)과 같은 분쇄(comminution) 단계에서 처리되는 응집체를 제조하는 방법.
  13. 제 1항에 기재되어 있는 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체를 제조하는 방법으로서,
    상기 티타늄-함유 화합물은 코크스 및/또는 석유 코크스와 혼합되고, 그 결과로 생성된 혼합물은 바람직하게는 건조되며, 필요하다면, 건조된 상기 혼합물은 밀(mill) 내에서 분쇄되는 응집체를 제조하는 방법.
  14. 야금 공정에서 직접 환원을 통하여 고-내화성(highly refractory) 탄화티타늄의 형성을 가속화하는 방법으로서,
    제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는, 바람직하게는 미세 입자의 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체를, 바람직하게는 취입(blowing-in) 공정을 통하여 야금 용기 내로 도입하는 것을 특징으로 하는 탄화티타늄의 형성을 가속화하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 용광로 내부로의 취입을 위하여 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체에 PCI-석탄이 첨가되고, 상기 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체와 상기 PCI-석탄의 혼합물은 블로우 성형을 통하여 취입되며, 상기 PCI-석탄에 대하여 상기 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체는 상기 취입된 혼합물 총량을 기준으로 바람직하게는 0.5 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 50 중량%, 특히 바람직하게는 2 내지 40 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 탄화티타늄의 형성을 가속화하는 방법.
  16. 내화 라이닝의 내구성을 증가시키고 내화 라이닝을 수리하기 위하여, 야금 용기 내부로 도입되는 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체의 용도.
KR1020137002744A 2010-08-03 2011-07-22 코크스 및 티타늄을 함유하는 응집체 및 야금 용기의 라이닝을 수리하기 위한 이 응집체의 용도 KR101524237B1 (ko)

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