KR20140082820A - 페로크롬의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

페로크롬 합금의 제조 방법으로서, 크로마이트 광석 및 단지 탄소질 재료로서의 그리고 단지 환원제로서의 탄화규소를 함유하는 펠릿화용 공급물을 제공하는 단계; 상기 펠릿화용 공급물을 펠릿화시켜, 펠릿을 획득하는 단계; 상기 펠릿을 소결시켜, 소결된 펠릿을 획득하는 단계; 상기 소결된 펠릿을 외부 환원제와 혼합하여, 제련용 공급물을 획득하는 단계; 및 상기 제련용 공급물을 제련하는 단계를 포함하는, 페로크롬 합금의 제조 방법.

Description

페로크롬의 제조 방법{PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF FERROCHROME}
본 발명은 페로크롬의 제조 방법에 관한 것이다.
탄화규소는 제련과 같은 야금 프로세스에 채용될 수 있는 환원제로서 종종 사용된다.
EP 1 274 870 Bl 은, 산화물로서 크롬 및 철을 함유하는 재료에 탄화물을 첨가함으로써 페로크롬 합금을 제조하는 제련 프로세스에 관한 것이다.
US 4, 576, 637 은 펠릿으로부터 합금의 제조를 위한 프로세스에 관한 것이다. 펠릿은 산화물, 탄소질 환원제 및/또는 탄화물을 포함한다.
본 발명의 목적은, 철 및 크롬의 높은 회수를 특징으로 하는 페로크롬 합금의 향상된 제조 방법을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 생형(green)/젖은 펠릿 (소결용 공급물) 에서의 탄화규소의 존재가 소결된 펠릿의 제조 (소결 프로세스) 및 해당 합금의 제조 (제련 프로세스) 에 유리하다는 것이 밝혀졌다.
소결 동안, 탄화규소의 약간의 산화가 펠릿 내부에 열을 생성하고 (발열 반응: C → CO2 그리고 Si → SiO2), 따라서 소결 프로세스에 탄소의 첨가가 필요하지 않다. 다시 말해, 탄화규소가 사용되는 때, 펠릿에서 추가 탄소가 필요하지 않다. 소결에 사용되는 연료 (예컨대, 부탄) 의 양은 상기 발열 반응의 발생으로 인해 훨씬 더 적다. 더욱이, 철의 금속화 (metallisation) 가 낮고 (보통 4 % 미만), 특히 소결 동안 크롬의 환원이 무시해도 될 정도이다. 따라서, 크로마이트 광석의 활용이 향상되고, 에너지 소비가 감소되어, 광석, 화석 연료 및 에너지와 같은 천연 자원을 절약한다. 소결된 펠릿의 압축 강도가 평균적으로 탄화규소가 없는 펠릿보다 더 높다는 것에 또한 주목하여야 한다. 더욱이, 소결 프로세스 동안 탄화규소의 손실이 작다. 그러므로, 탄화규소는 소결된 펠릿에 여전히 남게 되고; 사용되지 않은 상기 탄화규소는 제련 동안 환원 프로세스를 지지한다.
탄화규소의 사용에 의해, 양호한 제련 특징을 나타내는 높은 그레이드의 소결된 펠릿이 제조된다. 탄화규소가 없는 소결된 펠릿의 제련에서의 슬래그의 크롬 함량은 탄화규소 펠릿의 경우보다 훨씬 더 높다. 따라서, 소결된 펠릿에서의 탄화규소의 존재는 슬래그에서의 크롬 함량을 감소시킨다. 더욱이, 크롬 및 철의 회수 (recovery) 는 탄화규소를 함유하는 펠릿이 사용되는 때에 훨씬 더 높았다. 이상에서 개략적으로 설명한 바와 같이, 탄화규소의 산화는 발열성 (열 에너지가 방출됨) 이다. 따라서, 코크스 또는 야금 코크스와 같은 외부 환원제가 제련에 덜 필요하다. 그러므로, 화석 연료가 덜 필요하고, 천연 자원의 소비가 감소된다. 더욱이, 탄화규소의 존재는 제련용 공급물에서의 전기 저항을 증가시키고, 이는 전기 에너지의 소비를 감소시켜, 원료를 절약한다.
본 설명의 목적을 위해, 용어 "페로크롬 합금" 및 "탄화규소" 는 각각 "FeCr" 및 "SiC" 로 축약된다.
본 발명의 제 1 양태는, 페로크롬 합금의 제조 방법으로서,
a) - 크로마이트 광석 및
- 단지 탄소질 재료로서의 그리고 단지 환원제로서의 탄화규소
를 함유하는 펠릿화용 공급물을 제공하는 단계;
b) 상기 펠릿화용 공급물을 펠릿화시켜, 펠릿을 획득하는 단계;
c) 상기 펠릿을 소결시켜, 소결된 펠릿을 획득하는 단계;
d) 상기 소결된 펠릿을 외부 환원제와 혼합하여, 제련용 공급물을 획득하는 단계; 및
e) 상기 제련용 공급물을 제련하는 단계
를 포함하는, 페로크롬 합금의 제조 방법에 관한 것이다.
바람직하게는, 펠릿화용 공급물은
- 단지 금속 광석으로서의 크로마이트, 및
- 단지 탄소질 재료 및 단지 환원제로서의 탄화규소
를 함유한다.
본 설명의 목적을 위해, 용어 "단지 탄소질 재료로서의 탄화규소" 는 펠릿화용 공급물이 단지 탄소 소스로서의 탄화규소를 함유하는 것을 의미하고; 다시 말해, 펠릿화용 공급물은 탄화규소 이외에 어떠한 다른 탄소질 재료도 함유하지 않는다. 유사하게, 용어 "단지 환원제로서의 탄화규소" 는 탄화규소가 펠릿화용 공급물에서 단지 환원제인 것을 의미하고; 다시 말해, 펠릿화용 공급물은 탄화규소 이외에 어떠한 다른 환원제도 함유하지 않는다. 더욱이, 용어 "탄소질 재료" 는, 제련과 같은 야금 프로세스에서 이산화탄소로 산화될 수 있는 원자 탄소의 소스로서 역할하는 임의의 성분을 나타낸다. 탄소질 재료의 전형적인 예가 탄화물, 숯 (char), 석탄 및 무연탄이다. 본 설명의 목적을 위해, 용어 "단지 금속 광석으로서의 크로마이트" 는 크로마이트가 펠릿화용 공급물에서 단지 금속 광석인 것을 의미하고; 다시 말해, 펠릿화용 공급물은 크로마이트 이외에 어떠한 다른 금속 광석도 함유하지 않는다. 더욱이, 용어 "펠릿화용 공급물" 은 바람직하게는, 펠릿화 설비에서 펠릿의 제조를 위한 출발 물질 (원료) 로서 역할하는 고체 혼합물을 나타내고; 획득된 펠릿은 소결 설비에서 후속 처리되어, FeCr 을 획득하기 위한 제련 프로세스용 출발 물질로서 역할하는 소결된 펠릿을 생성한다.
바람직하게는, 펠릿화용 공급물은
- 단지 금속 광석으로서의 크로마이트,
- 단지 탄소질 재료 및 단지 환원제로서의 탄화규소, 및
- 결합제
로 구성된다.
펠릿화용 공급물에 대하여, 용어 "구성된다" 는 펠릿화용 공급물이 단지 언급된 성분들로 구성되는 것을 의미하고, 따라서 임의의 추가 성분의 존재는 배제된다. 다시 말해, 성분 크로마이트, 탄화규소, 및 결합제의 백분율의 합은 100% 이다.
바람직하게는, 펠릿화용 공급물은 분쇄된 분말과 같은 고체 혼합물이다.
펠릿화용 공급물은 바람직하게는 4 ~ 20 wt-% SiC, 더 바람직하게는 4 ~ 15 wt-% SiC, 보다 더 바람직하게는 4 ~ 7 wt-% SiC, 가장 바람직하게는 4 ~ 6.5 wt-% SiC, 특히 6±0.5 wt-% SiC 를 함유한다. 전형적으로, 펠릿화용 공급물은 6 wt-% SiC 를 함유한다.
펠릿화용 공급물은 석회석, 백운석, 석영, 규암, 방해석, 또는 규회석, 또는 이들의 임의의 혼합물과 같은 융제 (fluxing agents) 를 함유할 수도 있다. 융제로 규암 또는 방해석 또는 이들의 임의의 혼합물이 사용되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시형태에서, 펠릿화용 공급물은 임의의 융제를 함유하지 않고, 따라서 펠릿 및 소결된 펠릿은 어떠한 융제도 함유하지 않는다. 이 경우, 개별 제련용 공급물을 획득하기 위해 적절한 융제가 추가될 수도 있다.
바람직하게는, 펠릿화용 공급물은 결합제를 함유한다. 결합제는 바람직하게는 벤토나이트, 특히, 나트륨-활성화된 칼슘 벤토나이트와 같은 활성화된 벤토나이트이다.
펠릿화용 공급물은 바람직하게는 0.5 ~ 3 wt-%, 더 바람직하게는 0.75 ~ 2.5 wt-%, 보다 더 바람직하게는 1 ~ 2 wt-%, 가장 바람직하게는 1.2±0.3 wt-%, 특히 1.2 wt-% 결합제 (벤토나이트 또는 나트륨-활성화된 칼슘 벤토나이트 등) 를 함유한다.
나트륨-활성화된 칼슘 벤토나이트와 같은 벤토나이트의 흡수능 (water absorption capacity) 은 바람직하게는 500 ~ 750%, 더 바람직하게는 550 ~ 700%, 보다 더 바람직하게는 600 ~ 650% 이다.
나트륨-활성화된 칼슘 벤토나이트와 같은 벤토나이트의 평균 입자 크기는 바람직하게는 2.5 ~ 5 ㎛ (d50%), 더 바람직하게는 3 ~ 4 ㎛ (d50%), 보다 더 바람직하게는 3.7±0.5 ㎛ (d50%), 가장 바람직하게는 3.7 ㎛ (d50%) 이다.
나트륨-활성화된 벤토나이트와 같은 벤토나이트의 비표면적은 바람직하게는 20 ~ 30 ㎡/g, 더 바람직하게는 24 ~ 27 ㎡/g, 보다 더 바람직하게는 26±0.3 ㎡/g, 가장 바람직하게는 25.9 ㎡/g 이다.
벤토나이트 또는 나트륨-활성화된 칼슘 벤토나이트와 같은 결합제는 바람직하게는 7 ~ 13%, 더 바람직하게는 10 ~ 11.5%, 보다 더 바람직하게는 10.8% 의 점화손실 (loss of ignition) 을 나타낸다.
바람직하게는, 크로마이트 및 SiC 는 200 mesh 미만의 60 ~ 90%, 더 바람직하게는 200 mesh 미만의 75 ~ 85%, 보다 더 바람직하게는 200 mesh 미만의 80% 의 입자 크기 분포를 갖는다.
SiC 는 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 70 ~ 80%, 더 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 75±2%, 보다 더 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 75% 의 입자 크기 분포를 갖는다. 다른 바람직한 실시형태에서, SiC 는 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 70 ~ 80% 및 37 ㎛ 미만의 40 ~ 60%, 더 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 75±2% 및 37 ㎛ 미만의 45 ~ 55%, 보다 더 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 75% 및 37 ㎛ 미만의 50% 의 입자 크기 분포를 갖는다.
크로마이트는 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 70 ~ 90%, 더 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 75 ~ 90%, 보다 더 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 79 ~ 85% 의 입자 크기 분포를 갖는다. 다른 바람직한 실시형태에서, 크로마이트는 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 70 ~ 90% 및 37 ㎛ 미만의 40 ~ 60%, 더 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 75 ~ 90% 및 37 ㎛ 미만의 45 ~ 55%, 보다 더 바람직하게는 74 ㎛ 미만의 79 ~ 85% 및 37 ㎛ 미만의 47 ~ 54% 의 입자 크기 분포를 갖는다.
펠릿화용 공급물은
- 크로마이트, 탄화규소, 및 결합제를 제공하는 단계;
- 상기한 성분들을 혼합하는 단계
를 포함하는 프로세스에 따라 제조될 수도 있다.
바람직하게는, 크로마이트는 선광 설비로부터의 크로마이트 정광의 형태이다. 바람직한 실시형태에서, 크로마이트는 제공된 단지 금속 광석이고; 즉, 펠릿화용 공급물에 다른 금속이 첨가되지 않는다. 다른 바람직한 실시형태에서, 펠릿화용 공급물에 첨가되는 단지 탄소질 재료 및 환원제는 탄화규소이고; 즉, 석탄, 숯 또는 무연탄과 같은 다른 탄소질 재료가 펠릿화용 공급물에 첨가되지 않는다.
바람직하게는, 프로세스 혼합물의 최적의 균질화를 달성하기 위해 각 성분 - 즉, 탄화규소, 결합제, 크로마이트 - 가 개별적으로 첨가된다.
바람직한 실시형태에서, 성분들의 혼합이 분쇄 단계 전에, 동안에 또는 후에 일어난다.
바람직하게는, 탄화규소는 크로마이트 또는 크로마이트 정광에 관련하여 도싱된다 (dosed). 전형적으로, 탄화규소는 분쇄 전에 크로마이트에 공급되고, 따라서 크로마이트 및 탄화규소는 바람직하게는 함께 분쇄된다. 분쇄 전에 탄화규소를 공급하는 것은, 이런 식으로 탄화규소가 획득되는 펠릿 내에 가장 균일하게 퍼지기 때문에, 소결 프로세스에 유리하다. 그렇지만, 단일 성분의 분쇄가 개별적으로 또한 행해질 수 있고, 개별적으로 분쇄된 성분이 바람직하게는, 분쇄 단계 후에 서로 혼합된다. 성분들의 임의의 혼합물 및/또는 임의의 단일 성분을 개별적으로 분쇄하는 것도 또한 가능하고, 개별적으로 분쇄된 혼합물 및/또는 단일 성분이 바람직하게는, 분쇄 후에 서로 혼합된다.
결합제의 입자 크기 분포에 따라, 벤토나이트 또는 나트륨-활성화된 칼슘 벤토나이트와 같은 결합제가 분쇄 전에 또는 후에 프로세스 혼합물에 첨가된다. 분쇄 후에 첨가되는 경우, 프로세스 혼합물은 믹서, 바람직하게는 트윈-셸 (twin-shell) 믹서로 균질화될 수 있다.
바람직하게는, 벤토나이트 또는 나트륨-활성화된 칼슘 벤토나이트와 같은 결합제가 크로마이트 정광 1톤당 7 ~ 12 ㎏ 의 양으로 펠릿화용 공급물에 첨가된다.
분쇄 회로에서, 프로세스 혼합물은 바람직하게는 습식 분쇄된다. 습식 분쇄는 바람직하게는 볼 밀에서, 더 바람직하게는 개방 회로 (재순환 없음) 의 볼 밀에서 일어난다. 분쇄의 목적은, 펠릿화용 공급물을 미립자 입자 크기로 으깨고 펠릿화 및 소결에 적합한 특정 입자 크기 분포를 획득하는 것이다.
바람직하게는, 프로세스 혼합물은 이하의 입자 크기 분포가 획득될 때까지 분쇄된다:
체 통과 기준
200 mesh (74 ㎛) 80 ~ 82%
300 mesh (53 ㎛) 65 ~ 72%
400 mesh (37 ㎛) 50 ~ 58%
1 ㎛ 미만 2% 이하, 바람직하게는 1% 이하
밀은 바람직하게는 오버플로우 타입 볼 밀이다. 바람직하게는, 분쇄 프로세스 동안 슬러리 밀도는 일정하게 유지된다. 슬러리 밀도는 바람직하게는, 70 ~ 72 wt-% 의 고체 함량에 해당하는 2.15 ~ 2.25 ㎏/d㎥ 이다. 바람직하게는, 분쇄 프로세스 동안 밀 파워가 측정된다. 보통, 각 프로세스 혼합물은 공급 속도 및 밀 파워에 영향을 미치는 특정 분쇄 에너지 요건 (일반적으로 kWh/t 로서 표시됨) 을 갖는다. 바람직하게는, 요구되는 파워 입력 및 프로세스 혼합물의 희망 입자 크기 분포를 획득하기 위해, 특정 크기의 분쇄 볼이 밀 내에 더해진다. 분쇄될 재료들의 공급 속도를 조절함으로써, 파라미터들이 최적화될 수 있다. 바람직하게는, 2 ㎜ 초과의 오버사이즈는 분쇄 후에 여과로 제거된다.
분쇄된 펠릿화용 공급물은, 분쇄 프로세스 후에 바람직하게 탈수되는 슬러리의 형태로 보통 획득된다.
바람직한 실시형태에서, 슬러리를 탈수하여 필터 케이크를 얻기 위해, 모세관 (capillary) 디스크 필터와 같은 세라믹 필터가 사용된다. 필터 케이크의 수분 함량은 바람직하게는 7 ~ 16 wt-%, 더 바람직하게는 7 ~ 11 wt-%, 보다 더 바람직하게는 8 ~ 10 wt-%, 가장 바람직하게는 8.5 ~ 9.7 wt-%, 특히 9.3 ~ 9.7 wt-% 이다.
전형적으로, 각 필터의 용량은 정광, 프로세스 혼합물 및 슬러리의 특징 (예컨대, 입자 크기 분포 및 온도) 및 고도와 같은 주위 조건에 의존한다. 바람직하게는, 필터는 반연속적으로 (semi-continuously) 운전된다. 프로세스 혼합물이 여과 프로세스에 들어가기 전에, 슬러리-혼합 탱크에 도입되는 것이 바람직하다. 전형적으로, 슬러리-혼합 탱크는 밀과 필터 사이에서 서지 탱크로서 작동하고, 심지어 밀 공급과 작동에서의 편차를 균형잡을 수 있으며, 슬러리를 완전히 혼합할 수 있다. 슬러리의 균질성은 펠리화 및 소결 프로세스에 있어 중요하다. 바람직하게는, 탱크의 교반 파워는 슬러리를 적절한 현탁액으로 유지하기 위해 약 1 kW/㎥ 이다. 바람직하게는, 탱크의 교반기는 0.3 ㎜ 의 무거운 크로마이트 입자 및 더 가벼운 입자가 전체 탱크 내에서 균일한 현탁액으로 유지되도록 작동한다. 교반기는 바람직하게는 가변 속도 드라이브를 구비하여서, 교반 파워가 탱크 내의 슬러리 레벨에 따라 제어될 수 있다.
바람직하게는, 적절한 입자 크기 분포를 갖는 벤토나이트 또는 나트륨-활성화된 칼슘 벤토나이트와 같은 결합제가 프로세스 혼합물의 여과 후에 필터 케이크에 추가된다.
바람직하게는, 필터 케이크, 결합제 (벤토나이트 또는 나트륨-활성화된 칼슘 벤토나이트 등) 및 선택적인 융제가 프로포셔닝 빈 (proportioning bins) 에 저장된다. 필터-케이크 프로포셔닝 빈은 혼합 프로세스에의 재료의 공급을 측정 및 제어하기 위한 디스크 피더를 구비하는 것이 바람직하다. 보통, 정상 작동 동안 프로포셔닝 빈에서 유동하는 재료를 유지하기 위해 모든 피더가 사용된다. 바람직하게는, 벤토나이트를 위해 칭량 벨트를 갖는 스크루 피더 또는 중량 감속식 피더가 사용된다. 전형적으로, 각 공급물 재료 (필터 케이크, 벤토나이트 및 선택적인 융제) 는 개별적으로 프로포셔닝된다. 선택적인 융제는 주된 필터 케이크 유동에 비례하여 공급될 수도 있다.
보통, 프로포셔닝된 재료 (필터 케이크, 벤토나이트 및 선택적인 융제) 는 펠릿화 전에 믹서에 공급되어 잘 혼합된다. 믹서는 2 개의 고속 로터를 전형적으로 구비하는 회전 혼합 팬 (rotating mixing pan) 을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 믹서 내의 레벨은 배출 게이트의 개방을 제어함으로써 일정하게 유지된다. 바람직하게는, 믹서는 효과적인 혼합을 위해 실행가능한 한 충전된 채로 (충전 정도 대략 80%) 유지된다. 보통, 요구되는 결합제 (예컨대, 벤토나이트 또는 나트륨-활성화된 칼슘 벤토나이트) 의 양은 혼합 파워에 의존한다.
바람직한 실시형태에서, 크로마이트는 존재하는 단지 금속 광석이고; 즉, 혼합 및/또는 분쇄 프로세스 동안 다른 금속 광석이 첨가되지 않는다. 다른 바람직한 실시형태에서, 존재하는 단지 탄소질 재료 및 환원제는 탄화규소이고; 즉, 혼합 및/또는 분쇄 프로세스 동안 다른 환원제 및 탄소질 재료 (석탄, 숯 또는 무연탄 등) 가 첨가되지 않는다.
바람직하게는, 획득되는 혼합물 (펠릿화용 공급물) 이 펠릿을 형성하는 펠릿화 드럼에 제공된다.
이상에서 간략히 설명한 바와 같이, 소결용 공급물을 획득하기 위해 사용되는 펠릿화용 공급물은 펠릿의 형태이다.
본 설명의 목적을 위해, 용어 "소결용 공급물" 은 소결 설비에서 보통 일어나는 소결된 펠릿의 제조를 위한 출발 물질 (원료) 을 형성하는 펠릿, 바람직하게는 생형 펠릿 (젖은 펠릿) 을 의미하고; 그리고 소결된 펠릿은 FeCr 을 획득하기 위한 제련 프로세스용의 출발 물질 (제련용 공급물) 로서 역할한다.
바람직하게는, 펠릿 (소결용 공급물) 은 단지 금속 광석으로서의 크로마이트를 함유하고; 즉, 소결용 공급물은 크로마이트 광석 이외에 어떠한 다른 금속 광석도 함유하지 않는다. 다른 바람직한 실시형태에서, 펠릿은 단지 탄소질 재료 및 단지 환원제로서의 탄화규소를 함유하고; 즉, 펠릿은 탄화규소 이외에 어떠한 다른 탄소질 재료 및 환원제를 함유하지 않는다.
SiC 는 상기 SiC 가 펠릿화용 공급물 (이로부터 펠릿이 획득됨) 의 성분이기 때문에 펠릿 (소결용 공급물) 에 함유된다. 펠릿에 함유된 SiC 는 여기서 "내부 환원제" 로도 불린다.
바람직한 실시형태에서, 펠릿, 바람직하게는 생형 펠릿 (젖은 펠릿) 은 본 발명에 따른 펠릿화용 공급물로 구성된다.
펠릿에 대하여, 용어 "구성된다" 는 소결용 공급물이 단지 펠릿화용 공급물로 구성되고, 따라서 어떠한 추가적인 성분의 존재가 배제되는 것을 의미한다. 다시 말해, 본 발명에 따른 펠릿화용 공급물은 100% 에 달한다. 따라서, 펠릿은 단지 탄소질 재료 및 단지 환원제로서의 SiC 를 함유한다.
펠릿은 바람직하게는 8 ~ 16 ㎜, 더 바람직하게는 10 ~ 14 ㎜, 보다 더 바람직하게는 12±1 ㎜, 가장 바람직하게는 12 ㎜ 의 펠릿 크기를 갖는다.
펠릿은 바람직하게는, 생형 펠릿 (젖은 펠릿) 의 형태이다. 또한, 펠릿은 건조된 펠릿의 형태, 또는 생형 펠릿 (젖은 펠릿) 및 건조된 펠릿을 포함하는 임의의 혼합물의 형태일 수 있다. 그렇지만, 소결용 공급물은 전형적으로 생형 펠릿 (젖은 펠릿) 의 형태이다.
젖은 펠릿 (생형 펠릿) 의 습기 함량은 바람직하게는 7 ~ 16 wt-%, 더 바람직하게는 7 ~ 11 wt-%, 보다 더 바람직하게는 7 ~ 10 wt-%, 가장 바람직하게는 8 ~ 10 wt-%, 특히 9 ~ 10 wt-% 이다.
생형 펠릿의 압축 강도는 바람직하게는 1 ~ 3 ㎏/pellet, 더 바람직하게는 1.2 ~ 2.8 ㎏/pellet, 보다 더 바람직하게는 1.2 ~ 2.1 ㎏/pellet 이다.
건조된 펠릿의 압축 강도는 바람직하게는 5 ~ 15 ㎏/pellet, 더 바람직하게는 5.5 ~ 14 ㎏/pellet, 보다 더 바람직하게는 7 ~ 14 ㎏/pellet 이다. 전형적으로, 건조된 펠릿은 생형 펠릿을 캐비넷 건조기에서 일정한 중량까지, 바람직하게는 높은 온도 (예컨대, 100 ~ 150℃) 에서 그리고 대기압, 부압 또는 진공에서 건조시킴으로써 획득된다.
건조된 펠릿의 밀도는 바람직하게는 3±1 g/㎤, 더 바람직하게는 2.8 ~ 3.4 g/㎤, 보다 더 바람직하게는 3 ~ 3.3 g/㎤, 가장 바람직하게는 3 ~ 3.25 g/㎤ 이다.
전형적으로, 펠릿은 펠릿화용 공급물을 펠릿화 설비의 펠릿화 드럼에 공급함으로써 획득된다.
펠릿화 드럼으로부터의 배출물은 바람직하게는, 펠릿화 드럼의 배출 단부 아래에 위치되는 롤러 스크린에서 스크리닝된다. 보통, 오버사이즈 럼프는 스크린 언더사이즈로 파쇄되어 재순환 로드로서 펠릿화 드럼으로 다시 되돌려진다. 희망 크기의 생형 펠릿은 소결 노의 셔틀 피더에 공급하는 벨트 컨베이어 상에 적하된다. 생성물 생형 펠릿과 재순환 미세분 (fines) 의 비율이 칭량될 수 있다. 정상 작동에서, 재순환 로드가 생성물의 로드보다 약 2.5 배인 것이 바람직하다.
위에서 간략히 설명한 것처럼, 펠릿 (소결용 공급물) 은 소결된 펠릿의 제조를 위한 출발 물질로서 사용된다. 따라서, 소결된 펠릿은 위에서 규정된 것처럼 펠릿, 바람직하게는 젖은/생형 펠릿으로부터 유래한다.
바람직하게는, 소결된 펠릿은 위에서 규정된 것처럼 펠릿 (소결용 공급물) 으로 구성되고; 즉, 소결된 펠릿은 단지 펠릿 (소결용 공급물) 으로부터 유래하고 (다른 첨가제가 첨가되지 않음); 다시 말해, 생형 펠릿 (소결용 펠릿) 의 양은 소결된 펠릿의 100% 를 나타낸다.
바람직하게는, 소결된 펠릿은 단지 금속 광석으로서의 크로마이트 광석을 함유하고; 즉, 소결용 공급물은 크로마이트 광석 이외에 어떠한 다른 금속 광석도 함유하지 않는다. 바람직한 실시형태에서, 소결된 펠릿은 단지 탄소질 재료 및 단지 환원제로서의 SiC 를 함유하고; 즉, 소결용 공급물은 SiC 이외에 어떠한 다른 탄소질 재료 및 환원제를 함유하지 않는다.
SiC 는 상기 SiC 가 펠릿 (소결용 공급물) 의 성분 (이로부터 소결된 펠릿이 유래함) 이기 때문에 소결된 펠릿에 함유된다. 소결된 펠릿에 함유된 SiC 는 여기서 "내부 환원제" 로도 불린다.
소결 조건으로 인해, 성분 SiC 는 생형 펠릿 (소결용 공급물) 이 소결됨에 따라 산화를 겪을 수 있다. 본 발명에 따르면, 소결된 펠릿은 소결 프로세스의 완료 후에 SiC 를 여전히 함유한다. 다시 말해, 생형 펠릿 (소결용 공급물) 에 존재하는 SiC 는 소결 프로세스 동안 단지 부분적으로 산화된다.
본 발명에 따른 소결된 펠릿은 바람직하게는 25% 이상, 더 바람직하게는 30% 이상, 보다 더 바람직하게는 40% 이상, 가장 바람직하게는 50% 이상, 특히 60% 이상의 잔류 탄소를 함유한다.
다른 바람직한 실시형태에서, 소결된 펠릿은 바람직하게는 10 ~ 100%, 더 바람직하게는 20 ~ 100%, 보다 더 바람직하게는 30 ~ 100%, 보다 더 바람직하게는 40 ~ 100%, 가장 바람직하게는 50 ~ 100%, 특히 60 ~ 100% 잔류 탄소를 함유한다. 또한, 소결된 펠릿은 70 ~ 100%, 80 ~ 100%, 90 ~ 100% 또는 심지어 95 ~ 100% 잔류 탄소를 함유할 수도 있다.
본 설명의 목적을 위해, 용어 "잔류 탄소" 는 펠릿 (소결용 공급물) 또는 펠릿화용 공급물 내에 존재하는 탄소의 초기 양에 관하여 소결된 펠릿에 남겨진 산화가능한 탄소의 백분율을 의미한다. 이는 다음 식에 따라 계산될 수 있다:
[C]R = [C]s / [C]F * 100%, 여기서
[C]R : 잔류 탄소;
[C]s : 소결된 펠릿 내의 탄소의 양 [wt-%];
[C]F : 펠릿화용 공급물 또는 소결용 공급물 내의 탄소의 양 [wt-%].
소결된 펠릿은 바람직하게는 25% 이상, 더 바람직하게는 30% 이상, 보다 더 바람직하게는 40% 이상, 가장 바람직하게는 50% 이상, 특히 60% 이상의 잔류 SiC 를 함유한다.
다른 바람직한 실시형태에서, 소결된 펠릿은 바람직하게는 10 ~ 100%, 더 바람직하게는 20 ~ 100%, 보다 더 바람직하게는 30 ~ 100%, 보다 더 바람직하게는 40 ~ 100%, 가장 바람직하게는 50 ~ 100%, 특히 60 ~ 100% 잔류 SiC 를 함유한다. 또한, 소결된 펠릿은 70 ~ 100%, 80 ~ 100%, 90 ~ 100% 또는 심지어 95 ~ 100% 잔류 SiC 를 함유할 수도 있다.
본 설명의 목적을 위해, 용어 "잔류 SiC" 는 펠릿 (소결용 공급물) 또는 펠릿화용 공급물 내에 존재하는 SiC 의 초기 양에 관하여 소결된 펠릿에 남겨진 SiC 의 백분율을 의미한다. 이는 다음 식에 따라 계산될 수 있다:
[SiC]R = [SiC]s / [SiC]F * 100%, 여기서
[SiC]R : 잔류 SiC;
[SiC]s : 소결된 펠릿 내의 SiC 의 양 [wt-%];
[SiC]F : 펠릿화용 공급물 또는 소결용 공급물 내의 SiC 의 양 [wt-%].
소결된 펠릿의 총 기공률은 바람직하게는 15 ~ 55 vol-%, 더 바람직하게는 20 ~ 50 vol-%, 보다 더 바람직하게는 30 ~ 48 vol-%, 가장 바람직하게는 34 ~ 45 vol-%, 특히 35.5 ~ 41.5 vol-% 이다.
소결된 펠릿은 바람직하게는 8 ~ 16 ㎜, 더 바람직하게는 10 ~ 14 ㎜, 보다 더 바람직하게는 12 ± 1 ㎜, 가장 바람직하게는 12 ㎜ 의 펠릿 크기를 갖는다.
소결된 펠릿의 압축 강도는 F12㎜ 로서 표현하였을 때 바람직하게는 200 ㎏/pellet 이상이다. 압축 강도 (F12㎜) 는 다음 식에 따라 계산될 수 있다:
F12㎜ = (12 / D )2 * FD, 여기서
D : 펠릿의 측정된 직경 [㎜];
12 : 희망 펠릿의 기준 직경 [㎜];
FD : 펠릿의 측정된 압축 강도 [㎏/pellet].
8 분 후에 측정된 소결된 펠릿의 마멸 저항 (abrasion resistance) 은 바람직하게는 2 ~ 8% ≤ 5 ㎜ 및 2 ~ 8% ≤ 0.59 ㎜, 더 바람직하게는 3 ~ 7% ≤ 5 ㎜ 및 3 ~ 7% ≤ 0.59 ㎜, 보다 더 바람직하게는 4 ~ 6% ≤ 5 ㎜ 및 4 ~ 6% ≤ 0.59 ㎜, 가장 바람직하게는 4.5 ~ 5.5% ≤ 5 ㎜ 및 4.5 ~ 5.5% ≤ 0.59 ㎜, 특히 4.9% ≤ 5 ㎜ 및 4.9% ≤ 0.59 ㎜ 이다.
32 분 후에 측정된 소결된 펠릿의 마멸 저항은 바람직하게는 5 ~ 11% ≤ 5 ㎜ 및 5 ~ 11% ≤ 0.59 ㎜, 더 바람직하게는 6 ~ 10% ≤ 5 ㎜ 및 6 ~ 10% ≤ 0.59 ㎜, 보다 더 바람직하게는 7 ~ 9% ≤ 5 ㎜ 및 7 ~ 9% ≤ 0.59 ㎜, 가장 바람직하게는 7.5 ~ 8.5% ≤ 5 ㎜ 및 7.5 ~ 8.5% ≤ 0.59 ㎜, 특히 7.8% ≤ 5 ㎜ 및 7.8% ≤ 0.59 ㎜ 이다.
90 분 후에 측정된 소결된 펠릿의 마멸 저항은 바람직하게는 10 ~ 16% ≤ 5 ㎜ 및 10 ~ 16% ≤ 0.59 ㎜, 더 바람직하게는 11 ~ 15% ≤ 5 ㎜ 및 11 ~ 15% ≤ 0.59 ㎜, 보다 더 바람직하게는 12 ~ 14% ≤ 5 ㎜ 및 12 ~ 14% ≤ 0.59 ㎜, 가장 바람직하게는 12.5 ~ 13.5% ≤ 5 ㎜ 및 12.5 ~ 13.5% ≤ 0.59 ㎜, 특히 12.8% ≤ 5 ㎜ 및 12.8% ≤ 0.59 ㎜ 이다.
마멸 저항은 수정 텀플러 시험 (modified Tumbler Test) 에 따라 측정된다.
소결된 펠릿의 진밀도 (true density) 는 바람직하게는 3 ~ 5 g/㎤, 더 바람직하게는 3.5 ~ 4.5 g/㎤, 가장 바람직하게는 3.8 ~ 4.1 g/㎤ 이다.
소결된 펠릿의 밀폐 기공률 (closed porosity) 은 바람직하게는 7 ~ 10%, 더 바람직하게는 8 ~ 9%, 가장 바람직하게는 8.4% 이다.
본 발명에 따른 소결된 펠릿의 체적 중량 (volume weight)은 바람직하게는 1 ~ 3 g/㎤, 더 바람직하게는 1.4 ~ 2 g/㎤, 가장 바람직하게는 1.8 g/㎤ 이다.
본 발명에 따른 소결된 펠릿의 롤러 각도 (roller angle) 는 바람직하게는 20 ~ 40°, 더 바람직하게는 25 ~ 35°, 보다 더 바람직하게는 28 ~ 32°, 가장 바람직하게는 29.5°이다.
소결된 펠릿의 열간 로딩 온도는 바람직하게는 1218℃ T-1%, 1263℃ T-2%, 1292℃ T-3%, 1313℃ T-4%, 1330℃ T-5% 이다.
바람직한 실시형태에서, 5% 의 수축이 1330 ~ 1350 ℃ 의 범위에서 발생하였고, 이는 제련에 최적의 값이다.
소결된 펠릿은 크로마이트 광석 내의 크롬의 초기 총량에 대하여 바람직하게는 5% 미만, 더 바람직하게는 4% 미만, 보다 더 바람직하게는 3% 미만, 보다 더 바람직하게는 2% 미만, 가장 바람직하게는 1% 미만, 특히 0.5% 미만의 크롬의 금속화를 특징으로 한다.
소결된 펠릿은 바람직하게는 1 wt-% 미만, 더 바람직하게는 0.75 wt-% 미만, 보다 더 바람직하게는 0.5 wt-% 미만, 가장 바람직하게는 0.25 wt-% 미만, 특히 0.2 wt-% 미만의 금속 크롬을 함유한다.
소결된 펠릿은 바람직하게는 35% 미만, 더 바람직하게는 30% 미만, 보다 더 바람직하게는 25% 미만, 가장 바람직하게는 21% 미만, 특히 15% 미만의 철의 금속화를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 소결된 펠릿은 바람직하게는 10 wt-% 미만, 더 바람직하게는 7.5 wt-% 미만, 보다 더 바람직하게는 5 wt-% 미만, 가장 바람직하게는 4 wt-% 미만, 특히 3.7 wt-% 미만의 금속 철을 함유한다.
전형적으로, 소결된 펠릿은 생형 펠릿 (소결용 공급물) 을 가열하여 소결시킴으로써 소결 설비 (소결 노) 에서 획득된다. 펠릿은 바람직하게는, 소결 노를 통해 스틸 벨트에 의해 운반된다.
스틸 벨트는 바람직하게는, 소결 노의 스테이지들을 통해 소결용 공급물을 운반하기 위한 무단 컨베이어 벨트로서 사용된다. 이 프로세스는 Outotec 의 스틸 벨트 소결 프로세스 (SBS) 로도 또한 알려져 있다.
펠릿 (소결용 공급물) 은 바람직하게는 1250 ~ 1500℃, 더 바람직하게는 1300 ~ 1450℃, 가장 바람직하게는 1350 ~ 1420℃ 의 최대 소결 온도까지 가열된다.
소결 노는 바람직하게는 다중구획 (multicompartment) 오븐이고, 이를 통해 천공된 스틸 컨베이어 벨트 상에서 생형 펠릿이 운반된다. 바람직하게는, 냉각 가스의 향류가 소결된 펠릿으로부터 전방단부 구획에 진입하는 펠릿으로 폐열을 운반한다. 전형적으로, 가스가 흡인되고, 냉각 공기가 컨베이어 벨트 아래에 위치된 윈드박스를 통해 송풍된다. 바람직하게는, 소결된 펠릿 (사이징된 (sized) 생성물 펠릿) 은 매우 높은 온도로부터 스틸 벨트를 보호하기 위한 스틸 벨트 상의 저부 층으로서 사용된다.
저부 층을 형성하는 펠릿은 소결 노의 공급단부에 위치되는 저부층 공급 빈으로부터 컨베이어 벨트에 공급될 수 있다. 저부 층의 두께는 바람직하게는 180 ~ 250 ㎜ 이고; 두께는 전형적으로, 공급 속도 및 조작자의 경험에 의존한다. 저부 층은, 예컨대 커미셔닝 및 히팅업 단계 동안, 250 ㎜ 보다 훨씬 더 두꺼울 수도 있다.
바람직하게는, 생형 펠릿은 셔틀 피더 및 와이드 피더 벨트를 구비한 롤러 피더로 구성된 공급 시스템에 의해 소결 노에 공급된다. 롤러 피더는 바람직하게는, 저부 층 펠릿 상에 펠릿을 퍼뜨리고, 공급 시스템은 바람직하게는, 소결 노까지 생형 펠릿 층을 형성하도록 조절된다. 저부 층과 생형 펠릿 층의 총 층 두께는 바람직하게는, 400 ~ 500 ㎜, 더 바람직하게는 450 ㎜ 로 고정된다. 생형 펠릿 층의 두께는 개별 저부 층에 의존할 수도 있다. 따라서, 생형 펠릿 층의 공칭 두께는 바람직하게는 약 250 ㎜ 이다.
바람직하게는, 컨베이어 벨트 (바람직하게는, 스틸 벨트의 형태) 는 후술하는 바와 같이, 소결 노에서의 소결 프로세스의 상이한 스테이지들을 통해, 소결될 펠릿을 운반한다.
소결 노는 전형적으로, 제 1 스테이지로서 건조 구획을 포함한다. 건조 구획에서는, 바람직하게는 제 3 냉각 구역으로부터 재순환된 고온 가스가 상기 층을 통해 흡인될 수 있고, 그 결과, 층은 건조되기 시작한다. 건조 가스의 온도는 바람직하게는 320 ~ 400℃ 이다. 상기 온도는 제 3 냉각 구역을 통한 냉각공기 유동을 조절함으로써 제어될 수도 있다. 전형적으로, 추가의 재순환 가스가 건조 구획을 우회하도록 안내된다. 바람직하게는, 온도 제어를 위해 바이패스 라인에 위치된 바이패스 댐퍼가 사용된다.
소결 노는 전형적으로, 제 2 스테이지로서 가열 구획을 더 포함한다. 가열 구획에서는, 바람직하게는 제 2 냉각 구역으로부터 재순환된 고온 가스가 층 온도를 증가시키기 위해 층을 통해 보통 흡인된다. 층은 바람직하게는, 생형 펠릿 층 내의 탄소 (SiC 로부터 유래함) 가 점화되어 소결 반응이 시작되는 온도까지 가열된다. 가열 가스의 온도는 바람직하게는 1050 ~ 1150 ℃ 이다. 바람직하게는, 열은 순환 가스 덕트 내에 위치된 버너에서 연료 가스를 연소시킴으로써 획득된다.
또한, 소결 노는 전형적으로, 소결된 펠릿을 획득하기 위한 제 3 스테이지로서 소결 구획을 포함한다. 소결 구획에서는, 바람직하게는 제 1 냉각 구역으로부터 순환된 고온 가스가 층을 통해 보통 흡인된다. 층의 온도는 바람직하게는 소결 온도까지 증가되며, 소결 온도는 광물학에 따라 1250 ~ 1500℃ 일 수도 있다. 소결 가스의 온도는 바람직하게는 1250 ~ 1500℃, 더 바람직하게는 1300 ~ 1450℃, 가장 바람직하게는 1350 ~ 1420℃ 이다. 바람직하게는, 소결 스테이지에 필요한 열은 가열 스테이지에서 버너 등에서 연료 가스를 연소시킴으로써 획득된다.
바람직하게는, 프로세스 가스는 소결 노의 소결 온도, 압력 및 가스 프로파일을 제어하기 위해 각 전방단부 구역으로부터 개별적으로 취출된다. 전형적으로, 가스는 습식 (예컨대, 케스케이드 타입) 스크러버에서 세척된다. 가스 유동은 오프가스 팬의 속도를 제어 (예컨대, 수동 제어) 함으로써 조절될 수도 있다.
바람직한 실시형태에서, 소결된 펠릿은 여러 개의 연속적인 냉각 구획에서 냉각된다. 소결된 펠릿은 바람직하게는, 벨트 아래로부터 층을 통해 공기를 송풍함으로써 냉각된다. 바람직하게는, 소결 노는 3 개의 냉각 구획을 포함하거나 3 개의 냉각 구획으로 구성된다. 냉각 가스는 전방단부 구획으로 순환될 수도 있다. 전형적으로, 공기는 층에 걸친 구획들에서의 압력 설정에 따라 각 윈드박스로 개별적으로 송풍된다. 소결 반응은 보통, 생성물 펠릿을 더 강화하기 위해 냉각 구역들에서 - 적어도 부분적으로 - 여전히 계속된다.
전형적으로, 본 발명에 따른 프레시 (fresh) 소결된 펠릿은 저부 층과 함께 배출되고, 바람직하게는 컨베이어 벨트 (예컨대, 스틸 벨트) 상에서 스크리닝 및 펠릿 빈까지 운반된다. 업셋 (upset) 조건이 이행되는 경우, 펠릿은 빈에 진입하기 전에 디바이더 슈트에 의해 스톡파일 (stockpile) 에서 취출될 수도 있다. 전형적인 업셋 조건은 온도 프로파일에서의 불균형으로 인해, 또는 일반적으로 층에서의 충돌이나 펠릿에서의 너무 많이 연소하는 탄소로 인해 시동 동안의 비상 냉각 상황을 포함할 수도 있다. 전형적으로, 생성된 펠릿은 6 ㎜ 의 최대 입자 크기까지 (즉, +6 ㎜ 까지) 스크리닝되고, 소결기의 전방 단부에서 저부 층 공급 빈을 충전하도록 공급된다. 최종 생성물 펠릿 (제련용 공급물) 은 약 2 또는 6 ㎜ 의 최대 입자 크기까지 (즉, 약 +2/+6 ㎜ 의 입자 크기까지) 스크리닝될 수도 있고, 그리고 나서 전형적으로 제련기 (smelter) 로 전달된다.
본 발명에 따르면, 소결된 펠릿은 소결용 공급물을 획득하기 위해 외부 환원제와 혼합된다. 따라서, 소결된 펠릿은 페로크롬 합금의 제조를 위한 하나의 출발 물질로서 사용된다.
본 설명의 목적을 위해, 용어 "외부 환원제" 는 제련용 공급물을 획득하기 위해 소결된 펠릿에 추가되는 임의의 환원제를 의미한다. 소결된 펠릿의 성분인 "내부 환원제" SiC 와는 달리, "외부 환원제" 는 소결된 펠릿의 성분이 아니다.
외부 환원제는 바람직하게는, 원소 탄소의 소스로서 역할하는 화합물이다. 다른 바람직한 실시형태에서, 외부 환원제는 코크스 (예컨대, 야금 코크스), 숯, 무연탄, 또는 탄화물 또는 이들의 임의의 혼합물이다. 다른 바람직한 실시형태에서, 외부 환원제는 코크스, 숯 및 무연탄으로 구성된 그룹으로부터 선택되거나 또는 이들의 임의의 혼합물이다.
바람직한 실시형태에서, 외부 환원제는 자유 유동 고체 (예컨대, 고체 분말) 의 형태이다. 따라서, 외부 환원제는 바람직하게는, 펠릿의 형태가 아니고, 어떠한 다른 압착된 형태도 아니다. 이는 외부 환원제가 크로마이트 및 SiC 를 함유하는 소결된 펠릿과 밀착 접촉하게 되는 것 (외부 환원제가 소결된 펠릿을 에워싸는/둘러싸는 것) 을 보장한다. 그렇지만, 외부 환원제는 다른 성분, 예컨대 융제(들)를 더 포함하는 고체 혼합물의 형태일 수도 있다.
전형적으로, 석탄은 예열 킬른 (kiln) 및 폐쇄형 소결 노에서 타르를 형성할 수도 있기 때문에 사용하기 어렵다. 무연탄의 경우 동일한 문제가 발생할 수도 있다. 타르는 예열 킬른 및 가스 라인을 막히게 할 수도 있다. 따라서, 석탄 또는 무연탄이 사용되지 않는다면, 예열 킬른의 유용성이 더 높을 수도 있고, 적절한 외부 탄원제로서 다른 탄소질 재료에 비해 코크스 또는 야금 코크스 또는 이들의 임의의 혼합물이 선호된다. 야금 코크스는 바람직하게는, 높은 레벨의 고정 탄소를 갖는다.
바람직한 실시형태에서, 외부 환원제는 야금 코크스와 같은 코크스이고, 제련용 공급물은 야금 코크스와 같은 코크스 이외에 어떠한 다른 외부 환원제를 함유하지 않는다.
외부 환원제는 바람직하게는 100% < 2.5 ~ 5 ㎜, 더 바람직하게는 100% ≤ 297 ㎛ 의 입자 크기를 갖는다.
제련용 공급물은 1000 펠릿 유닛당 바람직하게는 220 미만, 더 바람직하게는 210 미만, 보다 더 바람직하게는 150 ~ 210, 가장 바람직하게는 160 ~ 210, 특히 169 ~ 207 유닛의 외부 환원제를 함유한다. 제련용 공급물은 1000 펠릿 유닛당 바람직하게는 220 미만, 더 바람직하게는 210 미만, 보다 더 바람직하게는 150 ~ 210, 가장 바람직하게는 160 ~ 210, 특히 169 ~ 207 유닛의 코크스, 바람직하게는 야금 코크스를 함유한다.
다른 실시형태에서, 본 발명에 따른 제련용 공급물은 위에서 규정된 것처럼 적어도 하나의 융제를 더 포함한다. 바람직하게는, 융제는 규암 또는 방해석 또는 이들의 임의의 혼합물이다. 또한, 광석 내의 슬래그 형성 성분들의 비율에 따라, 석회석, 백운석, 석영, 또는 규회석 또는 이들의 임의의 혼합물과 같은 다른 융제가 사용될 수도 있다.
바람직하게는, 규암과 같은 융제의 실리카 함량이 높다. 바람직한 실시형태에서, 질은 붕괴 (disintegration) 없이 가열될 수 있는 정도이다. 제련은 바람직하게는 산성 슬래그에 기초한다. 슬래그 화학물질의 미세-튜닝 (fine-tuning) 을 위해 일부 석회석 또는 백운석이 추가될 수도 있다.
규암 및 방해석의 입자 크기는 바람직하게는 5 ㎜ 미만, 더 바람직하게는 2-5 ㎜ 미만이다.
제련용 공급물은 1000 펠릿 유닛당 바람직하게는 20 ~ 80 규암 유닛, 더 바람직하게는 30 ~ 70 규암 유닛, 보다 더 바람직하게는 40 ~ 60 규암 유닛, 가장 바람직하게는 45 ~ 55 규암 유닛, 특히 49 규암 유닛을 함유한다. 제련용 공급물은 1000 펠릿 유닛당 바람직하게는 41 방해석 유닛을 함유한다. 다른 실시형태에서, 제련용 공급물은 1000 펠릿 유닛당 49 규암 유닛 및 1000 펠릿 유닛당 41 방해석 유닛을 함유한다.
본 발명에 따른 제련용 공급물은 덩어리성 (lumpy) 광석, 바람직하게는 덩어리성 크로마이트 광석을 더 포함할 수도 있다. 그렇지만, 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 제련용 공급물은 어떠한 덩어리성 광석 첨가제를 포함하지 않는다.
본 발명에 따르면, 페로크롬 합금은 위에서 규정된 것처럼 제련용 공급물을 제련함으로써 획득된다.
제련 프로세스는 바람직하게는, 소결된 펠릿 및 소량의 외부 환원제를 이용하여 폐쇄 및 밀봉된 서브머지드 아크로에서 행해지고; 제련용 공급물의 선택적인 성분은 융제 및 덩어리성 광석이다. 제련용 공급물은 바람직하게는, 소결 노 위에 위치된 샤프트 킬른에서 예열된다. 전형적으로, 노 가스는 2 개의 벤투리 스크러버 및 일산화탄소 (CO) 필터에서 세척된다. 제련 프로세스 동안에 생성되는 CO-가스는 예열 및 소결 프로세스에서 사용될 수도 있다.
여기서 설명된 고속 페로크롬 제조 기술은 제련 프로세스에서 이상에서 설명한 것처럼 소결된 크로마이트 펠릿을 이용하는 것에 기초한다. 본 발명에 따른 소결된 펠릿의 조성물은 그의 SiC 함량으로 인해 제련에 유리하다.
바람직하게는, 원료는 본 발명에 따른 소결된 펠릿, 선택적으로는 덩어리성 광석, 외부 환원제로서의 소량의 코크스, 및 플럭싱을 위한 규암이다. 또한, 광석 내의 슬래그 형성 성분들의 비율에 따라 다른 융제가 사용될 수도 있다.
바람직하게는, 외부 환원제로서 야금 코크스와 같은 고품질 코크스가 선택된다. 야금 코크스는 바람직하게는, 높은 고정 탄소 함량을 특징으로 한다. 전형적으로, 석탄 및 무연탄은 예열 킬른 및 폐쇄된 제련 노에서의 타르 (예열 킬른 및 가스 라인을 막히게 할 수도 있음) 의 형성 때문에 세련 프로세스에서 사용되어서는 안 된다. 전형적으로, 코크스가 붕괴 없이 예열 킬른 및 공급 시스템을 통해 공급될 수 있으므로, 코크스의 강도가 중요하다. 바람직하게는, 정확한 도싱을 보장하기 위해, 코크스는 도싱 전에 건조된다.
바람직한 실시형태에서, 원료 (예컨대, 소결된 펠릿, 야금 코크스, 방해석과 규암과 같은 융제) 가 직접 데이 빈 (day bins) 에 공급되거나 또는 저장고 (covered storages) 에 저장된다. 데이 빈은 바람직하게는 제련 설비 외부에 위치된다. 원료는 수집 벨트 상에 자동 배칭 (batching) 시스템에 의해 공급되고, 킬른 공급 빈까지 들어올려질 수도 있다. 전형적으로, 배칭 시스템은 제련 프로세스에의 제련용 공급물의 공급을 제어함에 있어 중요하고; 정확하고 신뢰가능하게 작동해야 한다. 바람직하게는, 예열 전에 도싱 스테이션에서 제련을 위한 모든 재료 수정이 행해진다. 전형적으로, 도싱 후의 프로세스는 폐쇄 시스템에서 일어난다. 도싱 시스템은 바람직하게는, 레시피에 따라 공급 재료를 배칭하는 것에 기초하고; 배치 (batch) 에서의 각 성분은 칭량되고, 과잉 재료 또는 부족이 다음 배치에서 수정된다.
전형적으로, 예열의 목적은, 공급물 장입 혼합물 (feed charge mixture) 로부터 습기를 제거하는 것과, 내부 환원제 (즉, SiC) 및 외부 환원제 (예컨대, 야금 코크스와 같은 코크스) 의 연소 없이 가능한 한 높은 온도까지 하소 및 예열하는 것이다. 탄소를 없애는 반응, 특히 부다 (Boudouard) 반응 C(s) + CO2 (g) → 2C0 (g) 이 보통 제한 인자이다. 샤프트 킬른 내의 예열 온도는 환원제의 반응도에 따라 국부적으로 최대 650 ~ 700℃ 일 수도 있지만, 고온 장입물의 평균 온도는 전형적으로 약 450 ~ 550℃ 이다. 정상 작동 동안의 예열의 화력 (thermal power) 은 보통 약 8 ~ 11 MWh/h 이다.
일반적으로, 예열은 제련 프로세스에서의 전기 에너지 소비를 감소시키지만, 노 가스의 CO 함량을 또한 증가시키고 부하 (burden) 의 저항을 안정시킨다. 전형적으로, 예열은 제련의 작업, 생산 및 안전성을 향상시킨다.
전형적으로, 예열은 제련 노 위에 위치된 샤프트 킬른 - 바람직하게는 강철 사일로 - 에서 행해진다. 킬른은 바람직하게는 내화 라이닝을 포함한다. 사일로의 하측 부분은 바람직하게는 개별 장입 튜브에 재료를 공급하는 호퍼들로 분할된다. 사일로 내부의 가스 분배 시스템은 전형적으로 내화재에 의해 형성된다. 연소 챔버는 바람직하게는 가스 분배 챔버에 연결된다. 본 발명에 따른 제련용 공급물은 바람직하게는, 2 개의 진동 피더에 의해 킬른 공급 빈으로부터 예열 킬른에 반연속적으로 공급된다. 킬른에는, 장입 재료를 섹션들에 분배하는 회전 분배 디바이스가 제공될 수도 있다. 각 섹션은 바람직하게는, 킬른 내 재료 레벨을 제어하기 위해 레벨 지시기를 포함한다. 전형적으로, 재료는 장입 튜브를 통해 제련 노까지 자유롭게 유동한다. 튜브 내의 그리고 사일로 내의 재료는 바람직하게는, 노 및 킬른 내의 가스 공간들 사이에서 가스 시일을 형성한다.
전형적으로, 제련은 3 개의 전극을 바람직하게 구비하는 서브머지드 아크로 내에서 행해진다. 예열된 공급물은 보통 전극 팁 주위에서 부하를 형성한다. 전형적으로, 내부 및 외부 환원제는 크롬 및 철을 FeCr 로 환원시키고 다른 성분은 슬래그를 형성한다. 더 무거운 액체 금속은 보통 노의 저부에 침전되고, 슬래그는 전형적으로 금속 위에 층을 형성한다. 슬래그의 점도 및 제련 온도는 규암 및/또는 방해석과 같은 융제의 사용에 의해 조절될 수도 있다. 형성된 FeCr 및 슬래그는 공통 출탕구 (tap hole) 를 통해 노로부터 단속적으로 (바람직하게는 매 2 ~ 2½ 시간) 태핑 (tapping) 될 수도 있다.
바람직하게는, 제련 노는 편평한 지붕으로 폐쇄된다. 지붕은 수냉 부재 및 내화 재료를 포함할 수도 있다. 전형적으로, 노는 노 내에서 가스 연소가 존재하지 않도록 또는 주위로의 누출이 존재하지 않도록 밀봉된다. 누출을 막기 위해 지붕 아래 노 내의 압력을 대기 레벨로 제어하기 위해 CO 팬 (fan) 이 사용될 수도 있다.
전극 시스템은 바람직하게는 셀프베이킹 Soderberg 전극 타입이다. 전극 개구에는 특별한 타입의 건조 시일이 전형적으로 사용된다.
바람직한 실시형태에서, 전극에 전기를 공급하기 위해 3 개의 단상 (one-phase) 노 변압기가 사용된다. 전극은 수냉 구리 튜브에 의해 변압기에 연결된다. 변압기는 바람직하게는, 노에 대한 이차 전압을 제어하기 위한 탭 챠저를 구비한다.
노는 내화 라이닝 및 개방-수냉 (open-water-cooled) 강철 셸을 보통 구비한다. 노 저부는 바람직하게는 공기 팬으로 냉각된다. 제련에서의 고유 에너지 소비는 보통 원료 질에 의존한다. 소결된 펠릿은 안정된 제련 조건 및 높은 회수와 적은 에너지 소비를 제공하는 제련용 공급물의 고품질의 성분이다. 또한, 소결된 펠릿과 선택적으로 혼합될 수도 있는 덩어리성 광석은 바람직하게는 고품질이어야 한다. 미세분 및 더스트의 양이 증가하면, 작동은 균형이 깨어지게 되고, 그 결과 파워 입력이 감소하고 따라서 생산이 감소한다. 소결된 펠릿이 고품질의 덩어리성 광석과 혼합되면, 높은 작업 효율이 가능하고, 많은 생산 유닛이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 본 발명에 따른 프로세스를 실행함으로써 획득가능한 페로크롬 합금에 관한 것이다.

Claims (15)

  1. 페로크롬 합금의 제조 방법으로서,
    a) - 크로마이트 광석 및
    - 단지 탄소질 재료로서의 그리고 단지 환원제로서의 탄화규소
    를 함유하는 펠릿화용 공급물을 제공하는 단계;
    b) 상기 펠릿화용 공급물을 펠릿화시켜, 펠릿을 획득하는 단계;
    c) 상기 펠릿을 소결시켜, 소결된 펠릿을 획득하는 단계;
    d) 상기 소결된 펠릿을 외부 환원제와 혼합하여, 제련용 공급물을 획득하는 단계; 및
    e) 상기 제련용 공급물을 제련하는 단계
    를 포함하는, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펠릿화용 공급물은 결합제를 더 포함하는, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 펠릿화용 공급물은 4 ~ 20 wt-% 탄화규소를 함유하는, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    크로마이트 광석은 존재하는 단지 금속 광석인, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 펠릿화용 공급물 내의 크로마이트 및 탄화규소는 200 mesh 미만의 60 ~ 90% 의 입자 크기 분포를 갖는, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 펠릿의 입자 크기는 8 ~ 16 ㎜ 인, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 펠릿은 생형 (green) 펠릿의 형태인, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 생형 펠릿은 7 ~ 16 wt-% 의 습기 함량을 갖는, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 생형 펠릿은 1 ~ 3 ㎏/pellet 의 압축 강도를 갖는, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 소결된 펠릿은 10% 이상의 잔류 탄소를 함유하는, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 소결된 펠릿은 10% 이상의 잔류 탄화규소를 함유하는, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 소결된 펠릿의 총 기공률 (total porosity) 이 15 ~ 55 vol-% 인, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 소결된 펠릿의 압축 강도가 F12㎜ 로서 표현하였을 때 200 ㎏/pellet 이상인, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 소결된 펠릿은 5% 미만의 크롬의 금속화를 특징으로 하는, 페로크롬 합금의 제조 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 하나 이상의 항에 따른 방법에 의해 획득가능한 페로크롬 합금.
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