KR20140012754A - 합금철의 제련에서의 환원 정도를 향상시키는 방법 - Google Patents

합금철의 제련에서의 환원 정도를 향상시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테인리스강의 제조에 적합한 합금철 (ferroalloy) 의 제련시에 크로마이트 정광 (chromite concentrate) 의 금속 성분들의 환원 정도 (reduction degree) 를 향상시키는 방법에 관한 것이다. 크로마이트 정광은 니켈함유 원료와 함께 공급되어서, 니켈함유 원료의 양에 의해, 합금철의 금속 성분들의 희망 환원 정도가 획득된다.

Description

합금철의 제련에서의 환원 정도를 향상시키는 방법{METHOD FOR IMPROVING THE REDUCTION DEGREE IN THE SMELTING OF FERROALLOY}
본 발명은 스테인리스강의 제조에 적합한 페로크롬으로서 합금철 (ferroalloy) 의 제련시에 처리되는 재료에서의 금속 성분들의 환원 정도 (reduction degree) 를 향상시키는 방법에 관한 것이다. 본 방법에 따르면, 니켈함유 재료가 합금철에 공급된다.
WO 특허공보 2010/092234 로부터, 니켈 광석 및/또는 니켈 정광, 또는 니켈 광석 및/또는 니켈 정광의 용액으로부터 침전된 중간 생성물이 페로크롬의 제조 프로세스에서 응집되어서, 철함유 크로마이트 정광 및 바인더제 (binder agent) 펠릿과 함께 니켈함유 재료로부터 먼저 생성되고, 니켈함유 재료의 건조 및 하소가 유리하게는 펠릿의 1단계 열처리, 즉 소결에서 행해지는 방법이 알려져 있다. 펠릿의 열처리의 목적은 열처리된 대상물이 희망하는 때에 개별 프로세스 단계들 사이에서 본질적으로 완전히 운반가능하도록 강화하는 것이다. 필요하다면, 펠릿은 소결 전에 예열될 수 있다. 열처리된 대상물은 희망하는 때에 개별 프로세스 단계들 사이에서 본질적으로 완전히 운반될 수 있다. 열처리된 대상물은, 희망하는 경우, 개별 프로세스 단계들 또는 프로세스 유닛들 사이에서 대상물을 운반하는 때에 소형화될 수 있다. 소결된, 따라서 강화된 펠릿은 환원 조건에서 행해지는 제련 프로세스에서 재료로서 사용되고, 이 경우, 제련 생성물로서 니켈함유 합금철, 즉 페로크롬니켈이 회수된다.
따라서, 상기한 WO 특허공보 2010/092234 는 주로 소결에 의한 니켈함유 펠릿의 제조에 관한 것이다. 대신에, 소결된 펠릿의 제련 조건은 정확히 설명되어 있지 않다. 그렇지만, 에너지 효율을 설명하면서, 펠릿에 포함된 니켈이 펠릿에서의 크롬 환원을 촉진하여서 합금철 제조에서 환원제 (유리하게는 탄소) 의 소비율 (specific consumption) 을 감소시킨다고 언급하고 있다.
이제, 놀랍게도, 펠릿에 포함된 니켈이 크롬 펠릿의 크롬의 환원을 촉진할 뿐만 아니라, 크로마이트의 제련에 사용되는 노 (furnace) 의 공급물에 포함된 니켈이 제련 프로세스에서 제련로의 공급물에 포함된 모든 본질적인 금속 성분들, 즉 철, 크롬 및 니켈의 환원을 향상시킨다는 것이 밝혀졌다. 본 발명의 목적은, 이러한 놀라운 발견을 활용하는 것, 크로마이트 재료의 제련 프로세스에서의 환원 정도를 증가시키기 위한, 이전보다 더 효과적인 방법으로서, 니켈함유 재료의 제련에 들어갈 재료에의 합금화에 의해 제련 동안 크로마이트의 금속 성분들의 환원이 향상되는, 상기 방법을 획득하는 것, 그리고 그와 동시에, 스테인리스강의 제조에 적절한 합금분말 (prealloy) 인 페로크롬니켈을 획득하는 것이다. 본질적인 특징들은 첨부된 청구항들에 기재된다.
본 발명에 따르면, 제련 전에 합금철 제조에서 제련될 원료에 크로마이트로서 니켈함유 재료가 합금화되고, 이 경우, 니켈함유는 니켈함유 재료 자체가 합금철의 금속 성분으로서 환원되는 동시에 공급 재료에 포함된 금속 성분들의 환원을 향상시킨다. 본 발명에 따르면, 합금철에 첨가되는 니켈의 양에 의해, 합금철의 금속 성분들의 환원 정도가 유리하게 조절될 수 있고, 동시에 상이한 니켈 함량을 갖는 페로크롬니켈 합금으로서, 희망 니켈 함량을 함유하는 합금철이 획득될 수 있다. 희망 니켈 함량을 함유하는 페로크롬니켈 합금은 예컨대, 오스테나이트 또는 듀플렉스 스테인리스강과 같은 상이한 스테인리스강의 제조에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 니켈함유 원료로서 적어도 부분적으로 니켈 산화물, 적어도 부분적으로 니켈 광석 및/또는 니켈 정광 또는 적어도 부분적으로 니켈 광석 및/또는 니켈 정광의 침출 및/또는 침전에 의해 획득되는 니켈함유 중간 생성물이 사용될 수 있다. 니켈함유 원료는 페로크롬 원료와 함께 제련 프로세스에 공급된다. 제련로에 공급하기 전에, 니켈함유 원료는 페로크롬 원료와 함께 니켈함유 재료로부터 소결된 펠릿이 형성되도록 전처리되거나, 또는 니켈함유 원료는 크로마이트 펠릿과는 별개로 전처리된다. 또한, 제련로에 공급되는 니켈함유 원료의 일부가 크로마이트 펠릿과 함께 전처리되고 니켈함유 원료의 일부가 크로마이트 펠릿과는 별개로 전처리되도록, 니켈함유 원료의 전처리를 행하는 것이 가능하다. 상이한 전처리 덕분에, 제련로에 공급되고 상이한 금속 성분들의 환원을 촉진시키는 니켈함유 원료는 예컨대 부분적으로 니켈함유 수산화물 중간 생성물, 부분적으로 황함유 (sulphidic) 또는 라테라이트함유 (lateritic) 니켈 정광일 수 있다.
본 발명의 방법에서 사용될 니켈함유 원료는 유리하게는 광산 또는 다른 습식제련 프로세스로부터의 니켈함유 수산화물 중간 생성물이고, 상기 중간 생성물은 라테라이트함유 및/또는 황함유 니켈 광석 및/또는 황함유 광석의 니켈함유 정광의 용액으로부터 침전된다. 이 종류의 니켈함유 수산화물 중간 생성물은 예컨대, 라테라이트함유 또는 황함유 니켈 광석 또는 니켈 정광의 가압 침출, 대기압 침출 또는 퇴적 침출 (heap leaching) 로부터의 니켈함유 중간 생성물, 및 니켈함유 재료의 용매 추출 프로세스 또는 이온 교환 프로세스로부터의 용매 추출 용액, 스트리핑 용액, 또는 정제 용액의 니켈함유 침전 생성물이다. 또한, 본 발명의 방법에서, 탄산염 또는 황산염 니켈 재료가 원료로서 사용될 수 있다. 더욱이, 황함유 니켈 정광 자체 및 습식제련 침전된 황화니켈 중간 생성물은 본 방법의 니켈함유 원료에 적합하다.
본 발명에 따르면, 제련로에 공급되는 니켈함유 재료의 양은 제련로에 공급되는 전처리된 재료의 총 매스 (total mass) 로부터 5 ~ 25 중량%, 바람직하게는 10 ~ 20 중량% 에서 조절된다. 제련로에 공급되는 니켈함유 재료의 양을 조절할 때, 각 경우에 유리한 스테인리스강의 제조에 적절한 합금분말 (prealloy) 인 페로크롬니켈의 제조 및/또는 에너지-경제적으로 유리한 환원 조건의 획득이 고려된다. 니켈함유 원료의 소량 첨가를 이용하면, 환원 정도는 낮게 유지되고, 이 경우, 니켈 함량이 낮은 합금철인 페로크롬니켈이 생성된다. 이러한 종류의 니켈 함량이 낮은 합금철은 특히 듀플렉스 스테인리스강 그레이드의 제조에 유리한 합금철이다. 니켈함유 원료를 더 많이 첨가하면, 환원 정도가 증가하고, 또한 제련 생성물에서의 니켈 함량이 더 커진다. 이러한 종류의 니켈 함량이 더 높은 페로크롬니켈은 높은 니켈 함량을 갖는 오스테나이트계 스테인리스강 그레이드의 제조에 사용하기에 유리하다.
본 발명의 방법에 따라 제련로에 공급되는 니켈함유 원료의 전처리에서, 니켈 원료의 조성 및 미세조직을 고려하는 것이 유리하다. 니켈함유 원료가 예컨대 니켈함유 용액의 용액으로부터 침전된 광산 또는 다른 습식제련 프로세스의 니켈함유 중간 생성물 (이 중간 생성물은 전처리로서 특히 더 높은 온도에서의 하소를 행하는 것을 필요로 함) 이라면, 니켈함유 원료의 전처리는 크로마이트 펠릿의 제조 및 펠릿의 소결과 함께 행해진다. 대신에, 본 발명에 따른 방법의 니켈함유 원료가 가능한 건조에 추가로 더 높은 온도에서의 임의의 다른 필수적인 전처리를 필요로 하지 않는, 예컨대 니켈 산화물, 니켈 광석 및/또는 니켈 정광과 같은 재료라면, 니켈함유 원료는 크로마이트 펠릿의 공급과 함께 제련로에 공급될 수 있다. 또한, 니켈함유 원료의 미세조직 및 조성은, 크로마이트 펠릿화와는 별개로 원료를 전처리하는 것과 제련로에 공급하기 전에 크로마이트 펠릿의 소결에 니켈함유 원료를 공급하는 것이 유리하게 되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 예열 장비를 구비하여서 제련로에 들어가는 공급물이 예열 장비를 통해 제련로 내로 안내되는 제련로가 유리하게 사용된다. 본 발명에 따르면, 전처리된 니켈함유 원료가 또한 예열 장치 내로 안내되고, 니켈함유 원료는 제련로에 공급되는 다른 재료와 늦어도 접촉할 것이다. 제련로에서, 니켈함유 원료는 크로마이트 펠릿과 함께, 희망 조성을 갖는 페로크롬니켈로 제련되고, 이 페로크롬니켈은 그 조성에 따라 예컨대 오스테나이트계 또는 듀플렉스 스테인리스강의 제조에 유리하게 이용될 수 있다.
본 발명에 따라 니켈함유 원료의 제련이 유리하게는 폐쇄형 서브머지드 아크로 (closed submerged arc furnace) 에서 행해지는 때, 환원 및 제련에서 생성되는 일산화탄소 가스가 한편으로, 예컨대 크로마이트 펠릿의 제련 및 가능한 다른 전처리 및 예열에 이용될 수 있고, 다른 한편으로, 예컨대 제련 생성물인 페로크롬니켈로부터 제조되는 스레인리스강의 제조 경로 (production path) 의 상이한 단계들에서 이용될 수 있다.
첨부된 예에 의해 본 발명에 따른 방법을 더 상세하게 설명한다.
예
철 및 크롬을 함유하는 크로마이트 정광 및 니켈을 함유하는 중간 생성물로부터, 혼합물을 형성하고, 이 혼합물에 바인더로서 1.2 중량% 벤토나이트 및 3 중량% 슬래그 형성 재료, 플럭스, 석회석이나 규회석을 첨가하였다. 표 1 에, 혼합물 중의 크롬, 철, 니켈, 탄소 및 황의 함량을 중량% 로서 나타내었고, 혼합물에 10 중량% (실험 1) 및 20 중량% (실험 2) 니켈 수산화물을 첨가하엿다. 또한, 표 1 에는 기준 재료 (REF) 로서 혼합물을 나타내었고, 이 혼합물에는 니켈 수산화물을 첨가하지 않았다.
Cr 중량% Fe 중량% Ni 중량% C 중량% S 중량%
REF 28.3 18.3 0.3 0.12 0.06
실험 1 26.5 16.8 5.3 0.10 0.03
실험 2 24.4 15.1 10.1 0.10 0.03
바인더를 함유하고 표 1 의 각 재료를 보여주는 혼합물들을 펠릿화하고 소결시켰다. 소결된 펠릿의 일부를 대표적으로, 슬래그 형성제 (slag former) 및 환원제를 갖는 제련로에 공급하였다.
표 1 에 따른 재료들을 제련하였고, 표 2 에, 해당 제련 생성물에서의 크롬, 철, 니켈, 탄소 및 규소의 함량, 및 제련 생성물에의 금속 성분들 크롬, 철 및 니켈의 회복을 나타내었다. 탄소 함량은 금속 합금의 평형 및 조성에 따라 구성된다. 또한, 공급물 배치 (feed batch) 는 탄소를 많이 가져서, 탄소는 규소의 제련 생성물로의 환원에 충분하다. 공급물 합금은 원료 및 제조 벌크 서플라이 (production bulk supplies) 에 규소 산화물을 갖는다.
함량 (중량%) 회복
Cr % Fe % Ni % C % Si % Cr % Fe % Ni %
REF 53.5 33.4 0.36 8.1 2.4 88.9 90.3 -
실험 1 49.8 30.1 7.1 6.7 2.8 86.6 88.7 86.0
실험 2 46.2 26.9 13.3 6.1 4.2 91.5 90.1 88.6
소결된 펠릿의 일부는, 1550 ℃ 의 최대 온도를 갖는 상이한 온도 구역에서의 제련 프로세스를 나타내는 조건에서 펠릿의 금속 성분들, 크롬, 철 및 니켈의 환원 정도를 모니터링하기 위해 실험실 스케일 열중량 (thermogravimetric) 측정으로 제조되었다. 표 3 에는, 1400 ℃ 및 1550 ℃ 의 온도에서의 크롬 (Crmet/Crtot), 철 (Femet/Fetot) 및 니켈 (Nimet/Nitot) 의 환원 정도를 위한 열중량 측정의 결과를 나타내었다.
(Crmet/Crtot) % (Femet/Fetot) % (Nimet/Nitot) %
REF (1400 ℃) 1.1 16.8 -
REF (1550 ℃) 6.1 47.2 -
실험 1 (1400 ℃) 2.6 37.4 67.3
실험 1 (1550 ℃) 15.4 70.6 78.9
실험 2 (1400 ℃) 5.2 56.7 79.1
실험 2 (1550 ℃) 57.4 94.3 99.1
펠릿에의 니켈함유 원료의 첨가는 1550 ℃ 의 온도에서 크롬 및 철의 환원 정도를 상당히 증가시키고, 표 2 의 니켈 함량의 경우 니켈의 환원 정도는 100 % 가까이 증가하는 동시에, 크롬의 환원 정도를 15 % 초과 그리고 철의 환원 정도를 70 % 초과 증가시킨다. 니켈함유 원료의 첨가에 의한 소결된 펠릿에서의 모든 금속 성분들, 크롬, 철 및 니켈에 대한 환원 정도의 증가는 제련 프로세스의 환원 조건의 획득에서 환원제로서 사용되는 코크스의 필요를 동시에 감소시킨다.

Claims (16)

  1. 스테인리스강의 제조에 적합한 합금철 (ferroalloy) 의 제련시에 크로마이트 정광 (chromite concentrate) 의 금속 성분들의 환원 정도 (reduction degree) 를 향상시키는 방법으로서,
    상기 크로마이트 정광은 니켈함유 원료와 함께 공급되어서, 상기 니켈함유 원료의 양에 의해, 합금철의 금속 성분들의 희망 환원 정도가 획득되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 니켈함유 원료는 제련로 (smelting furnace) 에 공급되는 재료의 총량의 5 ~ 25 중량%, 유리하게는 10 ~ 20 중량% 로 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제련 동안, 상기 크로마이트 정광에 함유된 크롬의 적어도 2.6 % 가 환원되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제련 동안, 상기 크로마이트 정광에 함유된 철의 적어도 37.4 % 가 환원되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 니켈함유 원료의 적어도 일부가 상기 크로마이트 정광으로부터 생성되는 펠릿에서 상기 제련로에 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 니켈함유 원료의 적어도 일부가 상기 제련로에 공급되기 전에 크롬 정광 펠릿과는 별도로 전처리되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 니켈함유 원료로서 니켈 산화물이 적어도 부분적으로 상기 제련로에 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 니켈함유 원료로서 니켈 광석 및/또는 니켈 정광이 적어도 부분적으로 상기 제련로에 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 니켈함유 원료로서 니켈 광석 및/또는 니켈 정광의 침출 (leaching) 및/또는 침전 (precipitating) 에 의해 획득되는 니켈함유 중간 생성물이 적어도 부분적으로 상기 제련로에 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    라테라이트함유 (lateritic) 또는 황함유 (sulphidic) 니켈 광석 또는 니켈 정광의 가압 침출 (pressure leaching) 에 의해 획득되는 니켈함유 중간 생성물이 적어도 부분적으로 상기 제련로에 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    라테라이트함유 또는 황함유 니켈 광석 또는 니켈 정광의 대기압 침출에 의해 획득되는 니켈함유 중간 생성물이 적어도 부분적으로 상기 제련로에 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    라테라이트함유 또는 황함유 니켈 광석 또는 니켈 정광의 퇴적 침출 (heap leaching) 에 의해 획득되는 니켈함유 중간 생성물이 적어도 부분적으로 상기 제련로에 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    니켈함유 용매 추출 용액의 니켈함유 침전 생성물이 적어도 부분적으로 상기 제련로에 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    니켈함유 스트리핑 용액의 니켈함유 침전 생성물이 적어도 부분적으로 상기 제련로에 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    니켈함유 정제 용액의 니켈함유 침전 생성물이 적어도 부분적으로 상기 제련로에 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 9 항에 있어서,
    상기 제련로에 니켈함유 재료로서 니켈 정광이 부분적으로 그리고 니켈 광석 및/또는 니켈 정광의 침출 및/또는 침전에 의해 획득되는 니켈함유 중간 생성물이 부분적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 환원 정도를 향상시키는 방법.
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