KR20140061417A - 용융 환원 조립체 및 용융 환원 조립체 작동 방법 - Google Patents

용융 환원 조립체 및 용융 환원 조립체 작동 방법 Download PDF

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KR20140061417A
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프란츠 베르너
얀-프리데만 플라울
쿠르트 비이더
요한 부름
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지멘스 브이에이아이 메탈스 테크놀로지스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 용융 환원 조립체(1) 및 용융 환원 조립체 작동 방법에 관한 것으로, 용융 환원 조립체는 고체 탄소 캐리어들 및 철 투입 재료들을 위한 로딩 장치들을 가지며, 고체 탄소 캐리어들 및 철 투입 재료들에 의해 형성된 충전 층(4)을 포함하는 용융 기화 존을 가지며, 액체 선철(6) 또는 미가공 강 재료 및 액체 슬래그(7)를 수용하기 위한 하부 섹션을 가지며, 액체 슬래그 및 액체 선철용 탭(9)을 가지며, 산소를 공급하기 위한 복수의 산소 노즐(5)들을 가지며, 복수의 산소 노즐들은 서로 공간 이격되어 배열되고 수직 방향으로 평행한 두 개 이상의 노즐 수준들로 분리되고 용융 환원 조립체(1)의 쉘(10)의 원주 위에 수평방향으로 분포되고 서로에 대해 상이한 노즐 수준들로 오프셋되어 배열된다.

Description

용융 환원 조립체 및 용융 환원 조립체 작동 방법 {MELTING REDUCTION ASSEMBLY AND METHOD FOR OPERATING A MELTING REDUCTION ASSEMBLY}
본 발명은 석탄 조각(piece)들과 같은 고체 탄소 캐리어(solid carbon carrier)들, 및 부분적으로 환원되고 및/또는 완전히 환원된 해면철과 같은 철 투입 재료(ferrous input material)들을 위한 로딩 장치들을 가지며, 고체 탄소 캐리어들 및 철 투입 재료들에 의해 형성된 충전 층들을 포함하는 융용 가스화 존(zone)을 가지며, 액체 선철 또는 미가공 강(raw steel) 재료 및 액체 슬래그를 수용하기 위한 하부 섹션을 가지며, 액체 슬래그 및 액체 선철용 탭(tap)을 가지며, 용융 환원 조립체의 쉘(shell)에 배열된 복수의 산소 노즐들 및 산소를 산소 노즐들에 공급하기 위한 공급 라인들, 특히 링 형태로 용융 환원 조립체의 쉘을 둘러싸고 이로부터 산소-함유 가스가 가스 라인들을 통해 산소 노즐들로 공급될 수 있는 링 회로를 가지는 용융 환원 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 또한 용융 환원 조립체 작동 방법에 관한 것이다.
용융 환원 조립체의 주변에 복수의 산소 노즐들을 배열하는 것이 종래 기술, 예를 들면 WO 01/14599 A1호로부터 공지된다. 이러한 방식으로, 용융 환원 조립체 내에 고체 탄소 캐리어들 및 철 투입 재료들로 제조된 충전 층에서 C0-함유 및 H2-함유 환원 가스를 형성하는 것이 가능하다. 그러나, 산소 노즐들의 이러한 유형의 배열에서, 산소 노즐들의 개수 및 이에 따른 최대 성취가능한 융용물 출력 또는 선철 생산 수준이 제한된다.
용융 환원 조립체, 특히 용융기(melter)-기화기(gasifier)를 가지는 COREX 및 FINEX와 같은 용융 환원 방법들에서, 산소 노즐들은 환원 가스를 형성하고 요구된 에너지를 제공하도록 탄소의 기화를 위해 주변에 가능한 균일하게 산소를 취입하기 위하여 하스(hearth)와 차르(char) 층(충전 층, 탄소 층) 사이의 주변에 설치된다. 또한 석탄 사용, 특히 석탄 조각들 또는 석탄 브릭(brick)들의 사용을 감소시키기 위해 산소 노즐들을 통해 분탄(fine coal)을 취입하는 것이 공지되어 있다.
작동 결과들은 형성된 너무 많은 가스 및 너무 많은 액체 선철 및 액체 슬래그가 산소 노즐 평면 앞 및/또는 아래 및/또는 위에 불충분한 투과성을 일으킬 수 있기 때문에 산소 노즐당 출력 용융물이 제한된다는 것을 보여주었다. 이는 이용된 미가공 재료들에 제기된 더 큰 요구들을 초래하여, 적절한 충전 층 안정성이 그럼에도 불구하고 성취될 수 있거나 얻어질 수 있다. 추가의 중요성은 이러한 조치(measure)가 또한 투과성-감소 효과를 가질 수 있기 때문에 분탄 주입의 제한이 되어, 프로세스 결함(fault)들, 예를 들면, 출력의 제한 또는 품질 변화들이 초래될 수 있다. 더욱이, 유체 상들(예들 들면, 선철, 슬래그)의 불충분한 배출이 또한 노즐 손상(damage)을 초래할 수 있다.
이러한 유형의 시스템들의 이전의 작동 결과들은 노즐 손상의 빈도와 노즐당 출력 용융물 사이의 관계가 개연성이 있다는 것을 보여주었다. 또한 노즐당 취입될 수 있는 분탄 양이 제한된다는 것이 발견되었다.
해결책들에 대한 상이한 접근법들은 노즐 기하학적 형상들의 변화들을 고려하였다. 그러나, 그 결과들이 지금까지 특히 높은 선철 생산 수준들을 구비한 시스템들에서 만족스럽지 않았다.
더 많은 선철 생산 수준을 목적으로 하는 개발 계획들이 또한 존재한다. 노즐 평면 및 용융 환원 조립체의 주변에 산소 노즐의 이전에 공지된 배열들은, 노즐 지지부들 사이에 기화기 금속 쉘 내의 판금의 요구된 두께들 및 노즐 지지부들의 크기때문에, 더 적은 개수의 산소 노즐들 및 이에 따라 출력이 제한된 시스템들 또는 프로세스 결함들 및 노즐 결함들에 의한 감소된 유용성(availability)을 초래한다.
더욱이, 용융 환원 조립체의 출력에서의 증가는 하스 영역, 즉 용융 환원 조립체의 내부 횡단면에서 증가를 통하여 성취되며, 여기에서 주변은 동일한 정도로 증가하지 않아서, 또한 이에 대한 제한들이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 더 많은 선철 생산과 동시에 확실한 작동을 가능하게 하는 용융 환원 조립체 및 용융 환원 조립체 작동 방법를 제공하는 것이다.
이 목적은 본 발명에 따라, 특히 수직 방향으로, 서로로부터 공간 이격되어 배열되고 서로 평행하게 배열된 두 개 이상의 노즐 평면들 내에 배열되는 복수의 산소 노즐들을 포함하고 상기 노즐이 용융 환원 조립체의 쉘의 주변 둘레에 수평 방향으로 배열되는, 청구항 1의 특징부에 의해 성취된다. 또한, 상이한 노즐 평면들의 노즐들은 서로에 대해 오프셋(offset)되어 배열된다. 산소 노즐들은 엄밀히 따지면(technically) 순수한 산소 또는 산소-풍부(rich) 가스, 예를 들면 산소-부화(enriched) 공기를 인가하기 위해 이용될 수 있다.
용융 환원 조립체들은 액체 선철 또는 액체 미가공 강 재료들의 제조를 위해 기능한다. 철 투입 재료 및 석탄 또는 코크스로부터 시작하여, 철 투입 재료들은 선철로 환원되어 용융된다. 이는 석탄 또는 코크스 및 철 투입 재료들을 포함하는 충전 층 내에 수행된다. 공지된 용융 환원 조립체들의 일 예는 용융기-기화기이다. 용광로, 특히 고 산소 농도를 가지는 가스들로 작동되는 용광로가 또한 사용될 수 있으며, 용광로 내에서 충전 층으로부터의 액체 선철 및 슬래그가 형성된다.
두 개 또는 세 개 이상의 노즐 평면들 내의 산소 노즐들의 배열에 의해, 가능하게는 용융 환원 조립체 내에 배열될 수 있는 노즐들의 개수가 증가하거나 최대화될 수 있다.
용융 환원 조립체 당 선철 생산을 증가시킬 수 있도록, 프로세스 결함들 및 빈번한 노즐 손상의 문제점이 먼저 해결되어야 하는데, 이는 더 많은 선철 생산이 또한 노즐당 더 높은 수준의 출력 용융물을 요구하기 때문이다. 노즐 손상의 빈도의 증가는 노즐당 더 많은 출력 용융물에 의해, 선철 및 슬래그 유동들이 증가하고 선철 및 슬래그 유동들은 이어서 노즐들에 대한 손상 또는 결함들을 초래할 수 있다.
산소 노즐들은 용융 환원 조립체의 쉘의 주변 둘레에 동일하게 분포될 수 있으며, 상기 주변 둘레에 그룹들로 분포된 산소 노즐들의 배치가 또한 제공될 수 있다. 이때 예를 들면 하나의 그룹의 산소 노즐들이 함께 제어될 수 있다.
본 발명에 따라, 두 개 이상의 노즐 평면들 내의 산소 노즐들의 배열을 통하여, 산소 노즐들의 개수가 증가될 수 있어 산소 노즐당 출력 용융물이 감소될 수 있다. 두 개 이상의 노즐 평면들에 걸친 산소 노즐들의 오프셋 배치에 의해, 노즐 평면들 내의 산소 노즐들의 상호 장애(impairment) 또는 상기 산소 노즐들에 대한 손상이 방지될 수 있다. 서로 위에 직접 두 개의 노즐 평면들의 노즐들의 배열은 위에 배열된 산소 노즐들이 그 아래 놓이는 산소 노즐들로부터의 가스 스트림에 의해 손상되는 것이 초래될 것이다. 또한 하부 산소 노즐들이 그 아래 놓이는 산소 노즐들로부터의 선철 유동 및 슬래그 유동에 의해 장애가 발생하거나 심지어 손상될 수 있는 위험이 존재한다. 본 발명의 배열에 의해, 용융 환원 조립체의 감소된 유용성의 결과를 가질 더 큰 노즐 손상의 위험 없이 산소 노즐들 및 이에 따라 용융 환원 조립체의 전체 출력 용융물을 증가시키는 것이 가능하다. 상기 노즐 평면들은 서로에 대해 평행하게 배열되어 상기 노즐 평면들이 용융 환원 조립체의 전형적인 수직 축선에 대해 수직하게 배열된다. 또한, 노즐 평면들은 산소 노즐들이 용융 환원 조립체 내에 형성되는 충전 층의 구역 내에 위치되도록 배열된다.
본 발명의 용융 환원 조립체의 유용한 실시예에 따라, 노즐 평면들 사이의 수직 간격, 특히 산소 노즐들의 출구 개구들 사이의 수직 간격은 노즐들 사이의 수평 간격보다 작거나 이에 대해 최대한(at most) 동일하다. 노즐 평면들의 가능한 최소 간격은 노즐들의 상호 손상이 방지되는 장점을 가진다. 유용하게는, 가능한 최소 간격은 노즐 평면들 사이로 설정된다. 이는 예를 들면 노즐들 사이의 증가된 수평 간격에 의해 성취될 수 있다. 특히, 여기서 중요한 것은 용융 환원 조립체의 내부의 산소 노즐들로부터 산소의 출구 지점들 사이의 간격이다.
본 발명의 용융 환원 조립체의 다른 가능한 실시예에 따라, 노즐들 중 하나 이상의 노즐은 수평선에 대해 하방으로 지향되는 노즐 축선들의 경사 각도, 특히 0°내지 16°, 바람직하게는 4°내지 12°의 범위의 경사 각도를 가진다.
노즐 축선들의 하방으로 지향된 경사에 의해, "레이스웨이(raceway)"로 지정되는 기포(gas bubble)는 산소 노즐의 전방에 형성되고, 산소 노즐로부터의 산소 발생에 비해 수평 노즐 축선의 경우에서보다 더 깊게 놓인다. 이에 따라, 이러한 구역에서 형성되는 액체들(예를 들면, 선철, 슬래그)의 수준은 기포 내에 있고 이에 따라 산소 노즐에 대한 손상이 거의 배제될 수 있도록 산소 노즐보다 더 깊은데, 이는 산소가 액체 내로 직접 취입되지 않고 이에 따라 기포들이 액체 내에 형성되지 않기 때문이다.
본 발명의 용융 환원 조립체의 유용한 실시예는 두 개의 상이한 노즐 평면들에 배열되는 노즐들 중 두 개 이상의 노즐이 상이한, 특히 하방으로 지향되는, 노즐 축선들의 경사를 가지는 것을 제공한다. 따라서, 산소 노즐들에 대한 위치에 대해 형성되는 레이스웨이들을 규정하고, 선택적으로 산소 양들에 대해 상기 레이스웨이들을 조정하는 것이 가능하다.
본 발명에 따라, 노즐 평면의 하나 이상의 노즐은 특히 6°내지 25°범위의 그 위에 놓이는 노즐 평면의 노즐보다 수평선에 대해 노즐 축선의 더 작은, 특히 0°내지 15°의 범위의 경사를 갖는다. 노즐 평면들 사이의 경사 각도를 조정함으로써, 산소 노즐들의 전체적으로 균일한 출력 용융물이 설정될 수 있으며 산소 노즐들의 상호 부정적인 영향이 용융 환원 조립체의 내부의 가능한 최소 수직 간격을 통하여 방지될 수 있다. 특히 예를 들면 분탄의 주입을 위해 이용된 산소 노즐들의 경사 각도를 조정하는 것이 또한 가능하다.
본 발명의 용융 환원 조립체의 특별한 실시예에 따라, 하나의 노즐 평면의 산소 노즐들 모두는 수평에 대한 노즐 축선의 동일한, 특히 하방으로 지향된, 경사를 갖는다. 산소 노즐들의 균일한 배향은 장착 요소들, 예를 들면 노즐 지지부들이 동일하게 구성될 수 있는 장점을 가진다. 또한, 매우 균일한 출력 용융물은 용융 환원 조립체의 주변에 걸쳐 성취될 수 있다.
본 발명의 용융 환원 조립체의 특히 유용한 실시예는 산소 노즐로부터 나오거나 산소에 의해 형성된 가스 스트림 및/또는 유체 유동이 서로 겹쳐지지(overlap) 않도록 산소 노즐들 모두가 배열되는 것이 제공된다. 산소 노즐들의 작동 동안, 첫째로 가스 스트림들, 및 두번째로, 선철 및 슬래그 유동들이 생산된다. 이 스트림들 및 유동들은 다른 산소 노즐들에 대한 어떠한 손상도 일으키지 않고 서로 덮어씌우거나 영향을 주지 않아야 한다. 공지된 작동 매개변수들을 기초로 하여, 산소 노즐들은 작동 매개 변수 범위 내에서 덮어씌우거나 겹쳐지거나 상호 영향을 미치지 않도록 배열될 수 있다.
가스 및/또는 액체 스트림들의 약간의 겹침은 이로부터 초래되는 어떠한 노즐 손상도 없이 허용될 수 있다. 이는 또한 작동 시험들에 의해 설정될 수 있다.
본 발명의 조립체의 유용한 실시예에 따라, 두 개 이상의 노즐 평면들 내의 산소 노즐들의 배열 및 노즐 축선들의 경사는 최소 수직 간격이 노즐 팁들 사이로 설정되도록 선택된다. 노즐 팁들의 최소 간격의 결과로서, 산소 노즐들의 상호 손상의 위험이 또한 감소될 수 있다. 산소가 산소 노즐들로부터 나오는 산소 노즐의 포인트들은 서로 가능한 근접하게 위치되고 이에 의해 상호 손상이 배제된다.
상기 목적은 용융 환원 조립체 내로 산소-함유 가스 또는 산소의 공급이 서로로부터 특히 수직 방향으로 공간 이격되어 배열된 두 개 이상의 노즐 평면들 내에 배열되고 서로 평행하게 배열되는 산소 노즐들을 통해 수행되고 상기 노즐들이 용융 환원 조립체의 쉘의 주변 둘레에 수평방향으로 분포되고 상이한 노즐 평면들의 산소 노즐들이 서로에 대해 오프셋되어 배열되는 본 발명의 방법에 의해 추가로 성취된다. 유용한 배열에 의해, 산소 노즐들의 개수가 증가될 수 있고 선철 생산이 상기 방법의 낮은 유용성의 위험을 받아들일 필요 없이 상당히 증가될 수 있다. 본 발명의 배열에 의해, 산소 노즐들은 산소 노즐당 감소된 출력 용융물로 작동될 수 있어, 유용성 또는 노즐 고장의 가능성이 또한 감소된다.
유용하게는, 산소 노즐들로부터 나오는 가스 스트림들 및/또는 유체 유동들 및 산소-함유 가스 또는 산소에 의해 형성된 가스 스트림들 및/또는 유체 유동들이 서로 겹쳐지지 않는다. 이에 따라 작동 동안 노즐 손상이 발생하지 않고 최적의 출력 용융물이 성취되는 것이 보장된다. 이는 이러한 방식으로 석탄이 선철의 양을 감소시키지 않으면서 절약될 수 있기 때문에 분탄이 산소 노즐을 통해 공급될 때 특히 관련된다.
위 아래로 배치된 산소 노즐들에 의해, 상부 산소 노즐에 형성된 유체는 하부 산소 노즐 위로 유동하고 충전 층 내의 갭들의 양이 배출하기에 불충분하기 때문에 산소 노즐의 전방의 충전 층에 부가적으로 부담을 주거나 과중한 부담을 주어서, 유체가 이 영역에 고인다(back up). 하부 산소 노즐로부터의 가스는 상부 산소 노즐을 지나 흐른다. 둘다 막대한 프로세스 결함들 및 증가된 노즐 손상을 초래할 수 있다. 오프셋 배열에 의해, 소정의 환경들 하에서, 유사한 부정적인 영향들이 여전히 발생할 수 있다. 하부 산소 노즐들이 경사지게 배열되고 상부 노즐이 하부 산소 노즐들 사이에 배열되고 하부 산소 노즐들에 대해 더 크게(strongly) 경사질 때, 더 작은 수직 간격이 형성되어, 유체들 및 가스들의 스트림들/유동들이 더 이상 산소 노즐들 사이의 상호 간섭을 유발하지 않는다.
본 발명에 따라, 두 개 이상의 노즐 평면들 내에 배열된 산소 노즐들을 통해 도입되는 산소의 양은 형성하는 가스 스트림들 및/또는 유체 유동들이 산소 노즐들과 접촉하지 않도록 설정된다. 본 발명의 산소 노즐들의 배열 및 산소 노즐들의 전체 개수로부터 및 이에 다른 산소 노즐당 특정 산소 양으로부터 초래되는 특정 출력 용융물의 결과로서, 첫째 노즐 배열 및 가스 스트림들 또는 선철 및 슬래그 유동이 서로 일치할 수 있어 산소 노즐들이 이의 작동에서 손상되거나 제한되지 않는다. 하나의 노즐 평면의 산소 노즐의 가스 스트림들 및/또는 유체 유동들은 단지 프로세스 결함들 또는 노즐 손상이 발생하지 않는 정도로 다른 노즐 평면의 산소 노즐들에 영향을 미칠 수 있다. 상부 노즐 평면으로부터 가스 스트림이 하부 평면으로부터 가스 스트림을 용융 환원 조립체의 중심을 향하여 더욱 크게 기울어지게 하여(deflect) 충전 층의 활성(active) 횡단면을 증가시킨다는 점에서 추가의 긍정적인 영향이 생성된다. 이로부터 초래되는 하부 가스 속도들은 더욱 안정된 작동을 초래한다. 주변 방향에서, 입력 에너지는 가능한 더 많은 노즐 총수(count)에 의해 더 잘 분포되고 노즐들 사이의 비활성 구역이 감소되어 개선된 가스 분포, 하부 국부 가스 속도들, 유체들의 향상된 분포 및 결과적으로 선철 양에 대해 출력에서의 증가, 및 개선된 프로세스 안정성 및 제품 품질이 성취된다.
본 발명은 지금부터 예들로서 도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하여 설명될 것이지만, 이에 제한되지 않는다.
도 1은 용융기-기화기로서 구성된 용융 환원 조립체의 수직 단면도이다.
도 2는 조립된 상태의 산소 노즐들의 도면의 일 부분이다.
도 3은 배열 및 물질 유동의 개략도이다.
도 1은 용융기-기화기(1)로서 구성된 용융 환원 조립체를 통한 수직 단면도를 보여주는데, 고체 탄소 캐리어(2)들 및 철 투입 재료(3)들이 로딩 장치들에 의해 위로부터 이 용융기-기화기(1)에 공급된다. 탄소 캐리어(2)들은 바람직하게는 석탄 조각들 및/또는 코크스 및/또는 석탄 브릭들로서 제공되며, 반면 철 투입 재료들은 바람직하게는 부분적으로 환원되고 및/또는 완전히 환원된 형태로, 조각들로 및/또는 미체 입자 형태로 해면철로 제조된다.
용융기-기화기(1) 앞에 배열된 것은 전형적으로 하나 또는 둘 이상의 환원 조립체(도시안됨), 예를 들면 철 산화물-함유 재료가 용융기-기화기(1) 내에 발생된 환원 가스에 의해 부분적으로 또는 완전히 환원된 해면철로 환원되는 유동화 층 조립체들 또는 직접 환원 샤프트들이다. 상기 해면철은 환원 샤프트로부터 이송되어 용융기-기화기(1)로 통과한다. 용융 환원 조립체는 용광로로서 구성될 수 있다. 여기에서, 환원 존 및 용융 존이 하나의 조립체 내에 배열되어 용융 환원 조립체가 용광로의 하부 부분에 의해 형성되고, 반면 사전-환원이 용광로의 상부 부분에서 발생한다.
용용기-기화기(1)의 용융 기화 존에서, 충전 층(4)은 고체 탄소 캐리어(2)로 형성된다. 용광로에서, 충전 층은 또한 산소 노즐들의 구역에 형성된다. 이러한 충전 층(4)에서, 산소-함유 가스, 바람직하게는 산업용 산소 또는 산소-함유 가스들이 산소 노즐(5)들을 통해 취입된다. 철 투입 재료(3)들은 액체 선철(6) 및 액체 슬래그(7)로 용융됨과 동시에 환원 가스를 형성한다. 형성된 환원 가스는 환원 가스 제거 라인(8)을 통해 용융기-기화기(1)의 외부로 취출된다.
액체 선철(6) 및 액체 슬래그(7)는 용융기-기화기(1)의 하부 섹션 내에 수집되어 탭(9)을 통해 취출된다. 산소 또는 산소-함유 가스는 초기에 공급 라인(도시안됨)을 통해, 예를 들면 용융기-기화기(1)를 둘러싸는 순환 링 회로를 통해 공급된다. 유사한 방식으로, 용광로는 링 회로를 통해 채워진다. 산소 노즐(5)들은 공급 라인으로부터 가스 라인(도시안됨)들을 통해 공급될 수 있다.
산소 노즐(5)들은 용융기-기화기(1)의 쉘의 외측 구역에 배열되고 보어 채널을 통해 용융기-기화기(1)의 내부로 연결된다. 그 위치가 선철 및 슬래그를 운반하기 위해 보통 주입 베이(pouring bay) 및 채널들의 높이에 의해 규정되는, 탭(9)으로부터 시작하여, "하스 높이(hearth height)"(탭(9)과 산소 노즐(5) 사이의 간격)가 이에 의해 규정된다. 이러한 구역은 생성된 액체들(선철 및 슬래그)을 저장하기 위한 그리고 발생될 야금학적 반응들을 위해 기능한다. 산소 노즐(5)들 위에 배열된 것은 제어를 위해 가스 챔버를 제공하는 돔(dome)까지의 가스-침투식 탄소 층(유체 충전 층)이다.
도 2는 용융기-기화기(1) 내의 산소 노즐(5)들의 배열의 개략도를 도시하며, 여기에서 산소 노즐(5)들은 용융기-기화기(1)의 쉘(10)에 배열된다. 용용기-기화기(1)의 쉘에 산소 노즐(5)들을 장착하는 기능을 하는 노즐 지지부들은 여기서 단지 개략적으로 표시된다. 산소 노즐(5)들은 용융기-기화기(1)의 프로세싱 챔버 내로 방화 레이어(11)(표시됨)를 통하여 연장한다. 노즐 지지부들은 또한 산소 노즐 축선들의 경사와 상이한 경사로 구성될 수 있다. 이는 용융기-기화기(1) 또는 용광로의 쉘의 경사와 관련하여 관측될 수 있다. 예를 들면, 8°의 쉘 경사 및 또한 8°의 노즐 축선의 경사는 조립체의 쉘 내에 산소 노즐들 및 노즐 지지부들의 장착을 위해, 밀봉 시팅(seating)들 및 원뿔형 시팅들의 구성이 회전 대칭을 갖는 것을 가능하게 하기 위하여 이용될 수 있다. 그러나, 회전 대칭을 구비하지 않는 해결책은 또한 소정의 쉘 기하학적 구성들에 의해 유용하게 된다.
산소 노즐(5)들은 위 아래로 위치되는 두 개의 노즐 평면들 내에 배열되지만, 서로 수평방향으로 오프셋되어, 산소 노즐(5)이 그 아래 위치되는 산소 노즐(5) 위에 직접 배열되지 않는다. 산소 및 가능하게는 또한 미세 탄소 캐리어들, 예를 들면 석탄 가루 또는 분탄은 산소 노즐(5)들을 통해 용융기-기화기(1) 및 탄소 캐리어들의 조각들로 이루어지는, 용융기-기화기에 존재하는 충전 층(4) 내로 도입된다. 용융기-기화기(1)의 작동을 위해 필요한 산소의 양이 이에 따라 도입되어 요구된 에너지가 제공되며, 석탄은 기화되고 이에 의해 환원 가스가 형성된다. 각각의 산소 노즐(5)에 대해, 출력 용융물은 이에 따라 발생되어 선철 유동, 슬래그 유동 및 가스 스트림이 형성된다.
이는 개략적으로 도 3에 나타난다. 용융기-기화기(1)의 쉘(10)의 주변에서 산소 노즐들의 가능한 배열이 개략적으로 도시된다. 산소 노즐들의 그룹은 노즐 평면(12 및 13)들의 각각에 배열된다. 본 명세서에서 쉘(10)의 주변에 걸쳐 균일하게 분포된 산소 노즐들을 배열하는 것이 적합하다. 산소 노즐들의 개수는 본질적으로 용융기-기화기(1)의 직경 또는 주변 및 바람직한 선철 생산 양에 의해 결정된다. 하나의 노즐 평면에 있는 두 개의 산소 노즐들 사이의 간격(A)은 두 개의 노즐 평면(12 및 13)들 내의 산소 노즐들의 개수가 최대화되도록 선택되며, 여기서, 노즐 평면(12 및 13)들 사이의 간격(B)이 산소 노즐들의 상호 간섭 또는 손상을 방지하기 위하여 가능한 작게 유지된다. 통상적으로, 간격(B)은 간격(A) 보다 더 작게 되도록 선택된다.
결함 없는 작동을 성취하기 위하여, 제일 중요한 것은 노즐 팁(14)들 사이의 간격(C), 즉 용융 산화 조립체의 내부의 두 개의 노즐 평면들의 산소 노즐(5)들의 출구 개구들 사이의 수직 간격이다.
본 발명의 산소 노즐(5)들의 배열에 의해, 상당히 더 많은 개수가 산소 노즐의 작동 또는 시스템 유용성에 대한 단점들을 받아들이지 않으면서 실현될 수 있다. 또한 유용하게는 노즐 지지부들이 용융기-기화기(1)의 쉘(10)에서 더 용이하게 장착될 수 있어 덜(less) 복잡하고 더 경제적인 노즐 장착 장치들 또는 노즐 지지부들이 실현될 수 있다.
산소 노즐(5)들의 축선(17)들은 수평에 대해 경사지게 구성된다. 비록 종종 균일한 경사 각도가 하나의 노즐 평면의 산소 노즐들 모두에 대해 선택될 수 있지만, 노즐 평면의 축선들의 경사 각도들은 상이하게 되도록 구성될 수 있다. 그 위에 배열된 노즐 평면의 산소 노즐들의 축선들의 경사 각도들은 유용하게는 그 아래 놓이는 노즐 평면의 경사 각도보다 더 크게 구성된다. 이에 의해 성취되는 것은 노즐 개구(5)들의 출구 개구들이 서로 근접하게 놓인다는 것이다.
공급된 산소 및, 선택적으로, 분탄은 노즐 팁(14)들을 통해 용융기-기화기의 프로세싱 챔버 내로 통과하며, 여기에서 각각의 산소 노즐(5)에 대해, 본질적으로 상방으로 지향된 가스 스트림(15) 및 하방으로 지향된 선철 및 슬래그 유동(16)이 발생된다. 이 스트림들/유동들은 도 3의 우측 부분에 개략적으로 나타나며 여기에서 상기 스트림들/유동들이 그 위 및 그 아래 배치된 다른 산소 노즐들과 접촉하거나 만나지 않는 것이 명백하다. 상기 스트림들/유동들은 또한 서로 겹쳐지지 않는다. 노즐 평면들의 개수가 요구된 출력 용융물에 따라 선택되고 및/또는 최대화되고 또한 3개 또는 4개 이상의 노즐 평면들로 증가될 수 있다.

Claims (11)

  1. 석탄 조각(piece)들과 같은 고체 탄소 캐리어(2)들, 및 철 투입 재료(3)들, 예를 들면 부분적으로 환원된 및/또는 완전히 환원된 해면철을 위한 로딩 장치들을 가지고, 상기 고체 탄소 캐리어(2)들 및 철 투입 재료(3)들에 의해 형성된 충전 층(4)을 포함하는 용융 기화 존을 가지며, 액체 선철(6) 또는 미가공 강 재료 및 액체 슬래그(7)를 수용하기 위한 하부 섹션을 가지며, 액체 슬래그 및 액체 선철용 탭(9)을 가지며, 상기 용융 환원 조립체(1)의 쉘(10) 내에 배열된 복수의 산소 노즐(5)들 및 산소-함유 가스 또는 산소를 산소 노즐(5)들에 공급하기 위한 공급 라인들, 특히 링 형태로 용융 환원 조립체(1)의 쉘(10)을 둘러싸는 링 회로를 가지는, 용융 환원 조립체(1)에 있어서,
    상기 복수의 산소 노즐(5)들은, 특히 수직 방향으로, 서로로부터 공간 이격되게 배열된 두 개 이상의 노즐 평면들에 분포되어 배열되며, 서로 평행하게 배열되며, 상기 노즐들은 상기 용융 환원 조립체의 쉘의 주변 둘레에 그리고 상이한 노즐 평면들에 수평 방향으로 분포되며, 각각 서로에 대해 오프셋되어 배열되는 것을 특징으로 하는,
    용융 환원 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 평면들 사이의 수직 공간(B), 특히 산소 노즐(5)들의 출구 개구들 사이의 수직 공간(C)은 상기 산소 노즐(5)들 사이의 수평 공간(A) 보다 작거나 상기 수평 공간과 최대한(at most) 동일한 것을 특징으로 하는,
    용융 환원 조립체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 산소 노즐(5)들 중 하나 이상의 산소 노즐은 수평선에 대한 하방으로 지향되는 상기 노즐 축선(17)의 경사 각도, 특히 0°내지 25°의 범위의 경사 각도를 갖는 것을 특징으로 하는,
    용융 환원 조립체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 상이한 노즐 평면들에 배열되는 산소 노즐(5)들 중 두 개 이상의 산소 노즐은 노즐 축선(17)들의 상이한, 특히 하방으로 지향된, 경사들을 갖는 것을 특징으로 하는,
    용융 환원 조립체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    노즐 평면의 하나 이상의 산소 노즐(5)은, 특히 6°내지 25°의 범위의, 그 위에 놓이는 노즐 평면의 하나 이상의 산소 노즐(5) 보다 특히 0°내지 15°의 범위의, 수평선에 대한 상기 노즐 축선(17)의 더 작은 경사를 갖는 것을 특징으로 하는,
    용융 환원 조립체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 노즐 평면의 산소 노즐(5)들 모두는 각각의 경우 수평선에 대한 산소 노즐의 노즐 축선(17)의 동일한, 특히 하방으로 지향된, 경사를 가지는 것을 특징으로 하는,
    용융 환원 조립체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소 노즐(5)들 모두는 상기 산소 노즐(5)로부터 나오거나 상기 산소에 의해 형성된 가스 스트림(15) 및/또는 유체 유동(16)이 서로 겹쳐지지 않도록 배열되는 것을 특징으로 하는,
    용융 환원 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    두 개 이상의 노즐 평면들 내의 노즐들의 배열 및 상기 노즐 축선들의 경사는 최소 수직 공간이 상기 용융 환원 조립체의 내부 내의 상기 노즐 팁들 사이로 설정되도록 선택되는 것을 특징으로 하는,
    용융 환원 조립체.
  9. 철 투입 재료들, 예를 들면 부분적으로 및/또는 완전히 환원된 해면철은 가능하게는 고체 탄소 캐리어들의 첨가 및 고체 탄소 캐리어들로 형성된 충전 층 내의 용융 환원 조립체의 주변 둘레에 분포되어 배열되는 복수의 산소 노즐들을 통해 산소-함유 가스 또는 산소의 공급에 의해 완전히 환원되고 CO 및 H2를 함유하는 환원 가스의 동시 형성과 함께 액체 선철 또는 미가공 강 재료로 용융되며, 상기 산소-함유 가스는 가스 라인들을 통해 산소 노즐들로 공급되고 상기 산소 노즐들로부터 상기 산소-함유 가스가 상기 충전 층 내로 취입되는, 용융 환원 조립체 작동 방법에 있어서,
    상기 용융 환원 조립체 내로 상기 산소-함유 가스의 공급은, 특히 수직 방향으로, 서로로부터 공간 이격되게 배열되고 서로 평행하게 배열된 두 개 이상의 노즐 평면들 내에 위치되는 산소 노즐들을 경유하여 수행되고, 상기 노즐들은 상기 용융 환원 조립체의 쉘의 주변 둘레에 수평방향으로 분포되며, 상기 상이한 노즐 평면들의 노즐들이 서로에 대해 오프셋되게 배열되는 것을 특징으로 하는,
    용융 환원 조립체 작동 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 노즐들로부터 나오는 가스 스트림들 및/또는 유체 유동들 그리고 상기 산소-함유 가스 또는 상기 산소에 의해 형성된 가스 스트림들 및/또는 유체 유동들이 서로 겹쳐지지 않는 것을 특징으로 하는,
    용융 환원 조립체 작동 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    두 개 이상의 노즐 평면들 내에 배열된 상기 노즐들을 통해 도입되는 산소의 양은 형성되는 상기 가스 스트림들 및/또는 유체 유동들이 어떠한 노즐들과도 접촉하지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는,
    용융 환원 조립체 작동 방법.
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