KR20150034259A - 제련 공정 시동 - Google Patents

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Abstract

금속 함유 물질을 제련하기 위한 용탕 기반 공정을 시동하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 제련 용기 하부의 수냉식 구성 요소들의 열 유속을 이용하여 시동 방법의 적어도 초기 동안 용탕 온도의 표시를 제공하는 단계, 및 제련 용기 내로의 산소 함유 가스 및/또는 탄소계 물질의 주입 속도를 조절하여 임계 열 유속 수준의 초과 및 시동 방법의 비상정지 없이 시동 동안 용탕 온도를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

제련 공정 시동{Starting a smelting process}
본 발명은 금속 함유 물질의 제련 공정을 시동하는 방법에 관한 것이다.
본원에서 "금속 함유 물질"이란 용어는 고상 공급 물질 및 용융 공급 물질을 포함하는 것으로 이해된다. 이는 또한 본 발명의 범위 내에서 부분 환원된 금속 함유 물질도 포함한다.
보다 구체적으로, 본 발명은, 한정하는 것은 아니지만, 용탕(molten-bath)에서 가스 발생에 의해 생성되는 강력한 용탕/슬래그 분수(bath/slag fountain)를 갖는 제련 용기에서 금속 함유 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하기 위한 용탕 기반 제련 공정을 시동하는 방법에 관한 것으로, 가스 발생은 적어도 부분적으로 탄소계 물질이 용탕 속으로 탈휘발(devolatilisation)된 결과이다.
특히, 본 발명은, 한정하는 것은 아니지만, 철광석과 같은 철 함유 물질의 제련 공정을 시동하여 용철(molten iron)을 생산하는 방법에 관한 것이다.
한정하는 것은 아니지만, 본 발명은 특히, 금속 함유 물질의 제련을 위한 제련 챔버를 포함하는 제련 용기에서 제련 공정을 시동하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이스멜트(HIsmelt) 공정으로 일컬어지는 공지의 용탕 기반 제련 공정은 본 출원인 명의의 상당히 많은 특허와 특허 출원에 기술되어 있다.
또 다른 용탕 기반 제련 공정은 이하에서 "하이사르나(HIsarna)" 공정으로 지칭한다. 하이사르나 공정 및 장치는 본 출원인 명의의 국제 출원 제PCT/AU99/00884호(제WO 00/022176호)에 기술되어 있다.
하이스멜트 및 하이사르나 공정은 철광석 또는 기타 철 함유 물질로부터 용철을 생산하는 것과 특히 관련된다.
용철 생산의 맥락에서, 하이스멜트 공정은,
(a) 제련 용기의 제련 챔버에서 용철 및 슬래그의 용탕을 형성하는 단계;
(b) 용탕 내에 (i) 일반적으로는 미분 형태인 철광석; 및 (ii) 철광석 공급 물질의 환원제 및 에너지원으로 작용하는 고상 탄소계 물질(일반적으로 석탄)을 주입하는 단계; 및
(c) 용탕에서 철광석을 철로 제련하는 단계를 포함한다.
본원에서 "제련"이란 용어는 금속 산화물들을 환원시키는 화학 반응들이 일어나서 용융 금속을 생산하는 열적 공정을 의미한다.
하이스멜트 공정에서는 금속 함유 물질 형태의 고상 공급 물질과 고상 탄소계 물질이 다수의 랜스를 통해 운반 가스와 함께 용탕 내로 주입되며, 랜스는 적어도 일부의 고상 공급 물질을 제련 챔버의 바닥에 있는 금속 층까지 전달되도록 하기 위해 수직에 대해 기울어져 제련 용기의 측벽을 통해 내부로 하향 연장된다. 고상 공급 물질 및 운반 가스는 용탕에 침투하여 용융 금속 및/또는 슬래그가 용탕 표면 위의 공간으로 분출되어 전이 구역을 형성하도록 한다. 산소 함유 가스(일반적으로 산소 부화 공기 또는 순산소)의 송풍은 아래로 연장되는 랜스를 통해 용기의 제련 챔버 상부 영역으로 주입되어 용탕으로부터 배출되는 반응 가스가 용기 상부 영역에서 후-연소되도록 한다. 전이 구역에는 유리한 양의 상승 후 하강하는 용융 금속 및/또는 슬래그의 용적(droplets), 또는 비산물(splashes) 또는 스트림(streams)이 있어서 이것이 용탕 위에서 반응 가스들의 후-연소에 의해 생성되는 열에너지를 용탕으로 전달하기 위한 효과적인 매개체 역할을 한다.
일반적으로, 용철을 생산하는 경우, 산소 부화 공기를 사용할 때, 산소 부화 공기는 대략 1,200 ℃ 온도에서 공급되며, 고온의 송풍 스토브에서 발생한다. 공업적으로 순수한 차가운 산소를 사용할 경우, 일반적으로 대기 온도에서 또는 대기 온도에 가까운 온도에서 공급된다.
제련 용기에서 반응 가스들의 후-연소로부터 발생하는 배가스는 배가스 덕트를 통해 제련 용기의 상부 영역으로부터 배출된다.
제련 용기는 노저의 내화물 라이닝부(refractory-lined sections), 측벽의 수냉식 패널들 및 용기의 지붕을 포함하며, 물은 연속 순환 패널들을 통해 연속적으로 순환된다.
하이스멜트 공정은 단일 콤팩트 용기에서 제련함으로써 대량(일반적으로 적어도 0.5 Mt/a)의 용철을 생산할 수 있다.
하이사르나 공정은 (a) 제련 챔버 및 고상 공급 물질들과 산소 함유 가스를 제련 챔버 내로 주입하기 위한 랜스들을 포함하고 용융 금속과 슬래그의 용탕을 수용하기에 적합한 제련 용기, 및 (b) 제련 용기 위에 위치하고 제련 용기와 직접 연통하는, 금속 함유 공급 물질을 전처리하기 위한 제련 사이클론(smelt cyclone)을 포함하는 제련 장치에서 수행된다.
본원에서 "제련 사이클론"이란 용어는, 일반적으로 수직 원통형 챔버를 형성하고 챔버에 공급된 공급 물질들이 챔버의 수직 중심축 주위의 경로로 이동하도록 구성되며 금속 함유 공급 물질들을 적어도 부분적으로 용융시키기에 충분한 고온의 조업 온도를 견딜 수 있는 용기를 의미한다.
하이사르나 공정의 한 형태에서, 탄소계 공급 물질(일반적으로 석탄)과, 선택적으로 플럭스(일반적으로 하소 석회석)가 제련 용기의 제련 챔버 내 용탕 속으로 주입된다. 탄소계 물질은 환원제 및 에너지원으로서 제공된다. 철광석과 같은 금속 함유 공급 물질은, 선택적으로 플럭스와 배합되어, 제련 사이클론 내로 주입되고 그 안에서 가열되어 부분적으로 용융되고 부분적으로 환원된다. 이러한 부분 환원된 용융 금속 함유 물질은 제련 사이클론으로부터 아래로 흘러 제련 용기 내 용탕 속으로 들어가며 용탕 내에서 용융 금속으로 제련된다. 용탕에서 생성된 고온의 반응 가스들(일반적으로 CO, CO2, H2, 및 H2O)은 제련 챔버의 상부에서 산소 함유 가스(일반적으로 공업용 산소)에 의해 부분적으로 연소된다. 후-연소에 의해 발생한 열은 상부에 있는 용융 액적들로 전달되고 그 용융 액적들은 다시 용탕 내로 내려와서 용탕의 온도를 유지한다. 부분 연소된 고온의 반응 가스들은 제련 챔버로부터 위로 흘러서 제련 사이클론 바닥으로 들어간다. 산소 함유 가스(일반적으로 공업용 산소)는 수평면에서, 즉 제련 사이클론 챔버의 수직 중심축을 중심으로 격렬한 소용돌이 패턴을 생성하는 방식으로 배열된 송풍구들을 통해 제련 사이클론 내로 주입된다. 이러한 산소 함유 가스의 주입은 제련 용기 가스들의 추가적 연소로 이어져, 매우 고온의 (격렬한) 화염을 일으킨다. 일반적으로 미분의 형태인 유입 금속 함유 공급 물질은 제련 사이클론의 송풍구들을 통해 공기압으로 이러한 화염 속으로 주입되어, 급속 가열 및 부분적 용융에 수반하여 부분적 환원(대략 10 내지 20 % 환원)을 야기한다. 환원은 적철광의 열분해 및 제련 챔버로부터의 반응 가스들 내 CO/H2의 환원 작용 모두에 기인한다. 부분 용융된 고온의 금속 함유 공급 물질은 격렬한 소용돌이 작용에 의해 제련 사이클론의 벽을 향해 바깥쪽으로 던져지고, 상기에서 설명한 바와 같이, 제련 용기의 제련 챔버에서의 제련을 위해 아래로 흘러 제련 용기 내로 들어간다.
하이사르나 공정의 상기 형태의 순수 효과는 두 단계의 대향류 공정이다. 금속 함유 공급 물질은 (산소 함유 가스 첨가와 함께) 제련 용기로부터 밖으로 나가는 반응 가스들에 의해 가열되고 부분적으로 환원되며, 아래로 흘러 제련 용기 내로 들어가 제련 용기의 제련 챔버에서 용철로 제련된다. 일반적으로, 이러한 대향류 방식은 생산성과 에너지 효율을 증가시킨다.
하이스멜트 및 하이사르나 공정은 수냉식 고체 주입 랜스를 통한 제련 용기의 용탕 내로의 고체 주입을 포함한다.
또한, 두 공정의 주요 특징은 금속 함유 물질을 제련하기 위한 제련 챔버, 및 제련 챔버로부터 금속 생성물을 연속적으로 출탕할 수 있도록 하는 전로(forehearth) 연결부를 통해 제련 챔버에 연결된 전로를 포함하는 제련 용기에서 공정이 작동한다는 것이다. 전로는 용융 금속으로 채워진 사이펀(siphon) 밀봉으로써 작동하는 데, 생산 시 과량의 용융 금속을 제련 용기로부터 자연스럽게 "유출(spilling)"시킨다. 이를 통해 제련 용기의 제련 챔버에서 용융 금속의 높이를 알 수 있으며, 작은 공차 내에서 용융 금속의 높이 제어가 가능하다. 이것은 공장 안전에 필수적이다. 용융 금속의 높이는 제련 챔버 내로 연장되는 고체 주입 랜스와 같은 수냉식 구성요소들 아래로 안전한 거리를 (항상) 유지하여야 하는 데, 그렇지 않을 경우 증기 폭발이 일어날 수 있다. 전로가 하이스멜트 및 하이사르나 공정을 위한 제련 용기에 내재하는 일부로 간주되는 것은 이러한 이유 때문이다.
본원에서 "전로"라는 용어는, 대기에 개방되어 있고, (본원에서는 "전로 연결부"로 지칭하는) 통로를 통해 제련 용기의 제련 챔버에 연결되며, 표준 조업 조건 하에서, 전로 연결부가 용융 금속으로 완전히 채워진 상태로 챔버에 용융 금속을 수용하고 있는 제련 용기의 챔버를 의미한다.
제련 용기에서 하이스멜트 및 하이사르나 공정 모두에 대한 정상적인 시동은 다음의 단계들을 포함한다.
1. 전로 챔버 및 전로 연결부를 포함하여, (명목상 비어 있는) 제련 용기의 하부에 있는 내화재들을 예열하는 단계.
2. 외부에서 준비한 용선(hot metal)을 금속의 높이가 전로 연결부 상단 위로 적어도 약 100 mm가 되는 양으로 전로를 통해 제련 용기 내로 붓는 단계.
3. 선택적으로 연료 가스(예컨대, 천연 가스 또는 LPG) 및 산소 함유 가스를 용탕 위의 가스 공간으로 일정 시간 동안 주입하여 제련 챔버에서 열을 발생시키는 단계.
4. 금속 장입물의 가열, 슬래그 형성의 개시 및 슬래그 양의 증가를 목적으로, (바람직하게는 플럭스 첨가와 함께) 석탄과 산소 함유 가스의 주입을 시작한 후 계속 주입하는 단계.
5. 선택적으로 파쇄 슬래그 및/또는 규사/보크사이트와 석회/돌로마이트 혼합 플럭스와 같은 슬래그 형성제를 주입하여 슬래그 형성을 더 촉진시키는 단계.
6. (석탄 및 플럭스와 함께) 철광석과 같은 철 함유 물질의 주입을 개시하여 정상적인 제련 조업을 시작하는 단계.
본 출원인의 실제 경험상 상기 시동 시퀀스는 주의하여 제어되지 않으면, 제련 용기 하부의 수냉식 패널과 같은 수냉식 구성요소들 상에서 과도하게 높은 열 유속(일반적으로 500 kW/m2를 초과하는 열 유속)으로 쉽게 이어질 수 있다는 것이 밝혀졌다.
본 설명을 위해 사용된 "하부(lower parts)"라는 용어는 공장이 "소규모" 산업적 크기(예컨대, 하이스멜트 6 m 용기)일 경우 제련 용기 내에 있는 모든 수냉식 구성 요소들의 하부 (수직) 2 내지 2.5 m 에 있는 (공장이 조업 중일 때 보통은 응고된 슬래그 층으로 코팅되어 있는) 노출된 수냉식 구성 요소들을 의미한다. 더 작은 공장(예컨대, 하이사르나 2.5 m 파이럿 플랜트)에 대하여 이 거리는 비례적으로 줄어들어, 약 1 내지 1.5 m 정도가 될 수 있다. 반대로, 매우 큰 공장(예컨대, 하이스멜트 8 m 공장)에 대하여 이 거리는 약 2.5 내지 3 m까지 증가할 것이다.
본원에서 "노출된" 수냉식 구성 요소는
(i) 공장이 정상 조업 중일 때 용기 내 외부 표면적의 적어도 30%가 용융 금속 및/또는 슬래그로 비산되고,
(ii) 일반적으로 냉각수가 10 내지 80 ℃ 및 0 내지 10 bar 압력 범위이고, 냉각 채널에서 냉각수 유속이 0.5 m/s를 초과하는 상태인, 액상 물로의 대류 열전달에 의해 내부적으로 냉각되는 구성 요소를 의미한다.
제련 용기 하부의 수냉식 구성 요소의 특별한 설계에 따라, 500 kW/m2을 초과하는 열 유속이 공장을 비상정지시킬 수 있고, 이는 시동 시퀀스를 일시적으로 중단되도록 한다. 비록 구성 요소의 비용을 상승시키는 경향이 있더라도, 수냉식 구성 요소들은 그 이상의 열 유속(예컨대, 700 내지 800 kW/m2)을 견디도록 설계될 수 있다. 수냉식 구성 요소들이 500 kW/m2을 초과하는 열 유속을 견디도록 설계되면 조업의 "윈도우"는 더 커지지만, 전체 논리는 동일하게 적용된다.
본 설명에서 "500 kW/m2"의 양은 용기 하부의 수냉식 구성 요소의 설계 최대 열 유속을 의미한다. 본 발명이 500 kW/m2 의 설계 최대 열 유속을 갖는 수냉식 구성 요소에 국한되는 것은 아니다. 또한, 이러한 열 유속의 측정은 (측정과 관련된) 단기적인 (30초 미만의) 변동을 배제하는 것으로 이해되며, 본원에서 언급하는 열 유속은 30초 이상에 걸친 시간 평균적인 것이다.
설계 최대 열 유속을 초과하는 열 유속의 결과로서 공장이 비상정지될 경우, 결과적으로 예기치 않은 제련 용기 내 금속의 냉각, 특히 전로 연결부에서 금속의 냉각으로 이어지는 지연을 초래한다. 금속이 일정 온도 이하로 냉각되면 전로 연결부가 응고되는 것을 방지하기 위해 용기를 막을 필요가 있다. 따라서, 전체 시동이 중단되고 모든 시동 시퀀스는 (상당한 비용과 생산 시간 손실을 야기하며) 재시작되어야 한다.
일반적으로, 제련 용기 하부의 수냉식 구성 요소들이 가능성 있는 높은 열 유속에 노출되는 기간은 (대부분) 수냉식 구성 요소들의 바닥 열에 슬래그-비산 및/또는 슬래그-잠김이 일어나기에 충분히 깊은 슬래그 층을 형성하는 데 필요한 시간으로 제한된다. 일단 슬래그가 비산되거나 슬래그에 잠기게 되면, 이러한 수냉식 구성 요소들은 적당히 두꺼운(10 mm 초과) 슬래그 응고층(slag freeze-layer)을 형성하여 열 유속은 상당히 더 낮은 수준(일반적으로 200 내지 250 kW/m2 미만)까지 떨어진다.
상기의 설명이 호주 또는 그 외 국가에서 주지 관용 기술의 인정으로 여겨져서는 안 된다.
본 발명은 (1) 본원에서 설명되는 것처럼 제련 용기 하부의 수냉식 구성 요소들의 열 유속이 시동 시퀀스의 초기 동안 용탕 온도의 표시를 제공하고, (2) 이러한 정보를 이용하여, 임계 열 유속 수준의 초과 및 제련 공정 시동 시퀀스의 비상정지 없이, (예를 들어, 산소 함유 가스 및/또는 석탄 주입 속도의 조작을 통해) 용탕 온도를 제어하고 이렇게 어려운 시동 단계, 특히 용기 내 슬래그가 불충분한 일부 단계에 걸쳐 공정을 안전하게 조종할 수 있도록 실현하는 것에 근거를 두고 있다.
일반적으로, 본 발명은 금속 함유 물질을 제련하기 위한 용탕 기반 공정을 시동하는("재시동"을 포함) 방법으로서, 제련 용기 하부의 수냉식 구성 요소들의 열 유속을 이용하여 시동 방법의 적어도 초기 동안 용탕 온도의 표시를 제공하는 단계, 및 임계 열 유속 수준의 초과 및 시동 방법의 비상정지를 막기 위해, 제련 용기 내로의 산소 함유 가스 및/또는 탄소계 물질의 주입 속도를 조절하여 시동 동안 용탕 온도를 제어하는 단계를 포함하는, 방법을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 제련 챔버를 정의하는 제련 용기 내에서 금속 함유 물질의 용탕 기반 제련 공정을 시동하여("재시동"을 포함) 용융 금속을 생산하는 방법으로서, 1회 분의 용선 장입량을 제련 챔버 내에 공급하는 단계; 제련 챔버 내에 공급 물질들을 공급하고 열을 발생시켜 용융 슬래그를 형성시킨 후 제련 챔버 내 용융 슬래그의 양을 증가시키되, 용선과 용융 슬래그가 제련 챔버 내에서 용탕을 형성하는 단계; 용탕과 접하고 있는 용기 측벽의 열 유속을 모니터링하여 슬래그 양이 증가함에 따라 용탕 온도의 표시를 획득하는 단계; 및 제련 챔버 내로의 고상 탄소계 물질 및/또는 산소 함유 가스의 공급 속도 및 선택적으로 금속 함유 물질의 공급 속도를 조절하여 제련 챔버 내로의 입열을 조절함으로써 용탕 온도로 인해 용기의 측벽에서 제련 공정의 시동 시퀀스를 비상정지시키는 높은 열 유속을 야기하지 않도록 용탕의 온도를 제어하는 단계를 포함한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 제련 용기 내에서 금속 함유 물질을 제련하기 위한 용탕 기반 공정을 시동하여 용융 금속을 생산하는 방법으로서, 제련 용기는 (a) 노저 및 노저로부터 위로 연장된 측벽을 가지며, 측벽은 측벽의 적어도 하부에 수냉식 패널과 같은 수냉식 구성 요소들을 포함하는(선택적으로 수냉식 구성 요소들의 최저 높이에 안으로 돌출된 슬래그-구역 냉각기들을 포함), 초기에 비워진 제련 챔버, (b) 전로, 및 (c) 제련 챔버 및 전로를 상호 연결하는 전로 연결부를 포함하며, 상기 방법은,
(a) 전로를 통해 1회 분의 용선 장입량을 제련 챔버 내에 공급하는 단계;
(b) 용선 장입을 완료한 후 제련 챔버 내에 고상 탄소계 물질 및 산소 함유 가스를 공급하고, 탄소계 물질을 점화하여 제련 챔버 및 용선을 가열하고 용융 슬래그를 형성시킨 후 용융 슬래그의 양을 증가시키되, 용선 및 용융 슬래그가 제련 챔버 내에서 용탕을 형성하는 단계;
(c) 용탕 내에 금속 함유 물질을 공급하고 금속 함유 물질을 용융 금속으로 제련하는 단계를 포함하되,
(b) 단계와 (c) 단계에서, 상기 방법은,
(i) 용탕과 접하고 있는 수냉식 구성 요소들의 열 유속을 모니터링하여 용탕 온도의 표시를 획득하는 단계; 및
(ii) 수냉식 구성 요소 열 유속을 고려한 고상 탄소계 물질 및/또는 산소 함유 가스의 공급 속도 및 선택적으로 금속 함유 물질의 공급 속도를 조절하여 제련 챔버 내로의 입열을 조절함으로써 용탕 온도로 인해 수냉식 구성 요소들에서 제련 공정의 시동 시퀀스를 비상정지시키는 높은 열 유속을 야기하지 않도록 용탕의 온도를 제어하는 단계에 의해 용탕의 온도를 제어하는 것을 포함하는, 방법을 제공한다.
상기 방법은 제련 챔버 내로의 고상 탄소계 물질 및 산소 함유 가스의 공급 속도 및 선택적으로 금속 함유 물질의 공급 속도를 조절하여 제련 챔버 내로의 입열을 조절함으로써 (i) 슬래그의 보유량이 증가함에 따라 공장을 비상정지하게 할 수 있는 높은 열 유속을 방지하고, (ii) 슬래그 유동성/포밍(foaming)/열전달 문제들로 이어지는 낮은 용탕 온도를 방지하도록 하는 범위 내에 들도록 용탕의 온도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 만일 이러한 조건을 모두 만족할 경우, 초기에 (상당량의) 금속 생산을 달성할 것이며, 주 챔버로부터 용선이 전로 연결부로 흘러들어갈 것이다. 일반적으로, 전로 연결부에 "새로운" 용선이 존재할 때, 공정은 성공적으로 시동되었다고 간주된다.
수냉식 구성 요소들을 갖는 제련 용기들에 대한 상기 설명의 맥락에서, 노출 구성 요소 표면적에 대한 200 내지 500 kW/m2 범위의 열 유속은 이전 단락에서 언급한 온도 범위를 나타낸다. 열 유속 범위의 정확한 수치적 한계는 상이한 제련로 구성, 상이한 금속 함유 및 다른 공급 물질들을 포함하여 넓은 범위의 인자들에 따라 변할 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
상기 방법은 제련 챔버, 전로, 및 전로 연결부를 예열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 용기의 노저, 전로, 및 전로 연결부를 이들의 평균 표면 온도가 1,000 ℃를 초과하도록 예열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 용기의 노저, 전로, 및 전로 연결부를 이들의 평균 표면 온도가 1,200 ℃를 초과하도록 예열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 용선의 높이가 전로 연결부 상단 위로 적어도 약 100 mm가 되도록 (a) 단계에서 충분한 용선을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 제련 챔버 내에 용선 장입물을 공급한 후 일정 시간 동안 금속 위의 가스 공간으로 가스 또는 액체 연료(예컨대, 천연가스, LPG, 또는 오일) 및 산소 함유 가스를 주입하여 제련 챔버에서 열을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 (b) 단계 및 (c) 단계에서 제련 챔버 내에 플럭스 물질을 공급하여 용융 슬래그 형성을 촉진하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 슬래그 또는 규사/보크사이트와 석회/돌로마이트 혼합 플럭스와 같은 슬래그 형성제를 주입하여 용융 슬래그 형성을 촉진하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 (b) 단계의 과정 중 임의의 시간에 용탕 내에 금속 함유 물질을 공급하는 (c) 단계를 시작하는 것을 포함할 수 있다.
용탕 기반 제련 공정은,
(a) 탄소계 물질 및 고상 또는 용융 금속 함유 물질을 용탕 내에 공급하여 반응 가스를 발생시키고 금속 함유 물질을 제련하여 용탕에서 용융 금속을 생산하는 단계;
(b) 용탕으로부터 방출되는 가연성 가스의 용탕 위에서의 연소를 위해 제련 챔버 내에 산소 함유 가스를 공급하고, 용탕 내 제련 반응을 위해 열을 발생시키는 단계; 및
(c) 제련 챔버의 윗 공간의 연소 영역으로 분출될 때 가열된 후 다시 용탕 내로 내려오는 용융 물질의 열 전달 액적 및 비산물을 생성시키기 위해 가스 용승에 의해 용탕으로부터 용융 물질의 큰 상향 움직임을 만들어서, 금속 함유 물질의 제련에 열이 사용되는 용탕 내로 액적 및 비산물이 열을 하향 전달하도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명은 상기 설명한 공정을 시동하는("재시동"을 포함) 방법을 포함하는, 제련 용기에서 금속 함유 물질을 제련하기 위한 용탕 기반 공정을 제공한다.
본 발명은 상기 설명한 공정을 시동하는("재시동"을 포함) 방법을 포함하는, 제련 용기에서 금속 함유 물질을 제련하기 위한 하이스멜트(HIsmelt) 공정을 제공한다.
본 발명은 상기 설명한 공정을 시동하는("재시동"을 포함) 방법을 포함하는, 제련 용기에서 금속 함유 물질을 제련하기 위한 하이사르나(HIsarna) 공정을 제공한다.
금속 함유 물질은 임의의 적절한 물질일 수 있다. 예로서, 금속 함유 물질은 철 함유 물질일 수 있다.
탄소계 물질은 임의의 적절한 물질일 수 있다. 예를 들어, 탄소계 물질은 석탄일 수 있다.
산소 함유 가스는 공기, 산소, 또는 산소 부화 공기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제련 용기에서 용탕 기반 제련 공정을 시동하는 방법의 일 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 하이스멜트(HIsmelt) 공정에 따라 용융 금속을 생산하는 제련 장치의 제련 용기의 단면도이며, 본 발명에 따른 용기에서 제련 공정을 시동하는 방법의 일 실시예의 과정 중에 용융 금속을 용기에 공급한 후의 용기 내 용융 금속 높이를 도시한다.
도 2는 도 1의 제련 용기의 단면도이며, 본 발명에 따른 용기에서 제련 공정을 시동하는 성공적 방법의 종료시 제련 용기 내 용융 금속 및 슬래그 높이를 도시한다.
도 3은 하이사르나(HIsarna) 공정에 따라 금속 함유 물질을 제련하여 용융 금속을 생산하는 하이사르나 장치의 일 실시예의 개략도이다.
도 1 및 도 2는 하이스멜트(HIsmelt) 공정에 따라 금속 함유 물질을 용융 금속으로 제련하는 제련 용기를 개략적이고 단순화된 형태로 나타낸다.
상기에서 나타낸 바와 같이, 하이스멜트 공정은 적어도 부분적으로 탄소계 물질이 용탕 속으로 탈휘발된 결과인 용탕에서의 가스 발생에 의해 생성되는 강력한 용탕/슬래그 분수를 갖는 제련 용기에서 금속 함유 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하는 용탕 기반 제련 공정의 일례이다. 또한, 상기에서 나타낸 바와 같이, 하이스멜트 공정은 본 출원인 명의의 상당히 많은 특허와 특허 출원에 기술되어 있다. 예로서, 하이스멜트 공정은 본 출원인 명의의 국제 출원 제PCT/AU96/00197호(제WO1996/032627호)에 기술되어 있다. 상기 국제 출원에 기재된 특허 명세서에서의 개시는 본원에 상호 참조로 통합된다. 금속 함유 물질은 임의의 적절한 물질일 수 있다. 철광석 같은 철 함유 물질이 본 출원인이 특히 관심을 갖는 금속 함유 물질의 한 종류이다.
도 1 및 도 2는 용기에서 하이스멜트 공정을 시동하는 방법에서 서로 다른 단계에서의 용기를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 용기는 제련 챔버를 정의하며, 내화물 라이닝 노저(1), 수냉식 고체 주입 랜스(2), 산소 함유 가스용 수냉식 상부 랜스(3), 및 수냉식 측벽(4)을 갖는다. 수냉식 측벽(4)은 일반적으로 외부의 강철 외피(미도시) 및 패널 형태의 다수의 수냉식 구성 요소들(미도시)을 포함하며, 패널은 내부 상에 금속 수냉식 튜브부 및 용기에 직면하는 패널의 측면 상에 응고된 슬래그 및 수냉식 튜브들과 외부의 외피 사이에 응고된 슬래그 또는 캐스터블 내화 재료 둘 중 하나(또는 이들의 조합)를 갖는다. 상기 언급한 국제 출원은 일반적인 수냉식 패널에 대해 더욱 상세한 내용을 제공한다. 용기는 또한 전로 챔버(8)를 정의하는 전로(5) 및 제련 챔버와 전로 챔버를 상호 연결하는 통로를 포함하는 전로 연결부(6)를 포함한다.
슬래그-구역 냉각기들(7)은 노저 내화 재료의 상부에 위치한다. 슬래그 구역 냉각기들은 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 적절한 슬래그 구역 냉각기의 일례는 본 출원인 명의의 국제 출원 제PCT/AU2007/000688호(제WO2007/134382호)에 기술되어 있다. 상기 국제 출원에 기재된 특허 명세서의 개시는 본원에 상호 참조로 통합된다.
슬래그-구역 냉각기들(7) 및 슬래그 구역 냉각기들(7)의 직상에 있는 측벽(4)의 수냉식 패널들은 용기의 "하부"에 있는 수냉식 패널들인 것으로 간주된다.
본 실시예에서, 수냉식 패널에 대해 허용가능한 최대 열 유속은 500 kW/m2이다. 상기에서 나타낸 바와 같이, 임의의 주어진 상황에서 패널들에 대해 허용가능한 최대 열 유속은 상이한 제련로 구성, 상이한 금속 함유 및 다른 공급 물질들과 같은 넓은 범위의 인자들에 의존하며 용이하게 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 용기에서 하이스멜트 제련 공정을 시동하는 방법의 일 실시예는 전로 챔버(8) 및 전로 연결부(6)를 포함하여 용기 내 내화물을 예열하는 제1 단계를 포함한다. 예열 온도 및 시간은 용기 내 내화 재료의 종류 및 양을 포함하여 많은 인자들의 함수이나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
예열 단계가 완료되면, 외부에서 준비된 1회 분의 용선(예컨대, 용철) 장입량을 금속의 높이가 전로 연결부(6)의 상단 위로 적어도 약 100 mm가 되는 양으로 전로(5)를 통해 제련 챔버 내에 붓는다. 이 단계는 도 1에 도시된 바와 같이 제련 챔버 내 금속 보유량(9)의 결과로 이어진다.
그리고 나서, 랜스(2)를 통해 본 실시예의 경우 석탄 형태의 탄소계 물질 및 플럭스의 주입을 개시한다. 동시에, 랜스(3)를 통해 고온의 공기 송풍 형태로 산소 함유 가스의 주입을 개시한다. 이러한 공급 물질들의 주입은 결과적으로 용선 장입물 상에 용융 슬래그(10)를 형성시킨다. 용선 및 슬래그는 용기 내에서 용탕을 형성한다. 석탄, 플러스 및 고온의 공기 주입이 계속됨에 따라 용융 슬래그의 양은 증가한다. 석탄, 플럭스 및 고온의 공기 주입과 함께 금속 비산이 시작되며, 이 시점에서, 용기의 하부 패널들은 금속 비산이 일어나는 어디에서나 높은 열 유속을 나타낸다. 이는 둘레 주위로 균일할 필요는 없으며, 그 영향은 주입 랜스들의 다소 반대측 상에 있는 영역에 집중될 수 있다. 불균일성은 또한 비대칭인 비산 패턴들로부터도 발생할 수 있고, 비산 강도가 낮은 영역들로 우선적으로 향하는 랜스(3)로부터의 고온의 연소 화염으로부터도 발생할 수 있다.
상기에 나타낸 바와 같이, 용기 하부의 높은 열 유속은 용기에서 시동 방법의 시퀀스를 비상정지할 위험성 때문에 관심사이다.
상기에 나타낸 바와 같이, 본 출원인은 (1) 용기 하부 패널들의 열 유속은 특히 용기 내에 소량의 용융 슬래그가 있을 때 용탕 온도의 표시를 제공하며, (2) 이러한 정보를 이용하여 석탄 및/또는 고온 공기의 주입 속도 조작을 통해 용탕 온도 제어가 가능하고 임계 유속 수준의 초과 및 조업 정지로 이어지는 시동 방법의 비상정지를 방지하는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 본 실시예에서, 임계 열 유속 수준은 500 kW/m2이다. 용기 하부 수냉식 패널들에서 열 유속은 수냉식 패널들에 대한 입출 수온 및 유량을 모니터링하고 그 데이터에 근거하여 열 유속을 계산함으로써 결정할 수 있다. 모든 수냉식 패널들을 모니터링할 수 있다. 대안적으로, 수냉식 패널들 중 선택하여 모니터링할 수도 있다. 이러한 선택된 수냉식 패널들은 비산에 매우 민감할 수 있다고 알려진 용기의 부(section)들일 수 있고, 비산은 그러한 부(section)들에서 높은 열 유속을 야기한다. 대안적으로, 선택된 수냉식 패널들은 용기 하부의 전체 열 유속을 대표할 수 있고, 그 데이터는 용기 하부의 모든 수냉식 패널들에 대한 열 유속 계산의 기초로 사용될 수 있다. 열 유속 모니터링은 연속적이거나 또는 주기적일 수 있다.
석탄, 플럭스 및 고온의 공기를 주입하는 이 기간 동안, 열 유속이 허용할 수 없을 정도로 높은 양으로 증가하였거나, 또는 그러한 양으로 증가하고 있는 것으로 열 유속 계산이 나타날 경우, 필요에 따라 용기 하부에서 발생하는 열을 줄이도록 공급 물질 주입 조건들을 조정한다. 일반적으로, 이는 석탄 및/또는 고온 공기의 주입 유량을 감소시키는 것을 포함한다.
고온 공기와 함께 석탄 및 플럭스를 주입하는 이 기간은 약 30 내지 60분 동안 유지되며, 보통 이 기간 동안, 열 유속은 일반적으로 증가한다.
용기 하부의 열 유속이 일반적으로 200 kW/m2을 초과하면, 철광석과 같은 금속 함유 물질의 주입을 시작한다. 이 기간 동안 열 유속 모니터링을 계속한다. 광석 주입 속도를 서서히 증가시키는 한편, 최대 열 유속을 500 kW/m2 미만으로 유지하도록 석탄 및 고온 송풍 속도가 계속 조절되도록 한다.
처음에는, 예를 들어, 석탄 및/또는 금속 함유 물질 공급 속도가 임의 유형의 유동 요동을 겪을 경우, 시동 방법 중 이 단계가 민감하여 열 유속이 "급등"할 수 있다. (특히) 금속 함유 물질 공급이 공칭 설계 속도에 대해 낮은 비율이고 이러한 조건 하에서 고체 공급 장치들이 흔히 원활한 유동을 유지하는 데 어려움을 겪기 때문에 이러한 요동이 일어날 수 있다.
이후 1 내지 3 시간에 걸쳐 슬래그 보유량이 증가하며, 그 결과 공정은 높은 열 유속 급등에 서서히 덜 민감해진다. 비산물의 속성은 대부분 금속이었다가 금속과 슬래그의 혼합물로 변하고, 거기서부터 궁극적으로 대부분 슬래그로 변하며, 용기 하부의 패널들은 패널들의 노출된 표면 상에 응고된 슬래그로 단열되어 열 유속이 떨어진다. 이 단계에서, 열 유속 모니터링은 덜 중요하다. 일단 용기 내에서 (용기 크기에 따라) 약 0.8 내지 1.5 m의 (계산된) 슬래그 높이가 형성되면, 하부 열 유속은 이미 200 kW/m2 미만으로 떨어질 것이고, 공정은 시동 방법을 안전하게 넘긴 것으로 간주된다. 이러한 조건은 도 2에 도시되어 있고, 슬래그 층(10)이 제자리에 있는 용기를 나타낸다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 용탕 기반 직접 제련 공정을 시동하는 방법은 다른 용탕 기반 직접 제련 공정들뿐만 아니라 하이스멜트 및 하이사르나(HIsarna) 공정에도 적용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 하이사르나 공정은 금속 함유 물질을 제련하여 용융 금속, 용융 슬래그, 및 배가스의 공정 산물들을 만들어낸다. 철광석 형태의 금속 함유 물질을 제련하는 맥락에서 이하 하이사르나 공정을 설명한다. 본 발명이 이러한 종류의 금속 함유 물질로 한정되는 것은 아니다.
도 3에 도시된 하이사르나 장치는 제련 사이클론(2) 및, 제련 사이클론(2) 직하에 위치한 제련 챔버(19)를 갖는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 유형의 용탕 기반 제련 용기(4)를 포함하며, 제련 사이클론(2)의 챔버들과 제련 용기(4) 사이는 직접 연통한다.
도 3을 참조하면, 제련 조업기간 중 정상 상태 조업 동안, 최대 입도 6 mm의 자철광계 광석(또는 다른 철광석)과 석회석(1)과 같은 플럭스의 혼합물이 광석 건조기를 통해 그리고 공기압 운반 가스(1a)를 이용하여 제련 사이클론(2) 내로 공급된다. 석회석은 광석과 석회석의 조합 스트림의 대략 8 내지 10 wt%를 차지한다. 산소(8)가 송풍구들을 통해 제련 사이클론(2) 내로 주입되어 광석을 예열하고 부분적으로 용융시키고 부분적으로 환원시킨다. 산소(8)는 또한 제련 용기(4)로부터 제련 사이클론(2) 내로 상향 유동한 가연성 가스를 연소시킨다. 부분 용융 및 부분 환원된 광석은 제련 사이클론(2)으로부터 아래로 흘러 제련 용기(4)의 제련 챔버(19) 내에 있는 금속과 슬래그의 용탕(25) 내로 들어간다. 부분 용융 및 부분 환원된 광석은 용탕(25) 내에서 제련되어 용철을 형성한다. 석탄(3)이 별도의 건조기를 통해 제련 용기(4)의 제련 챔버(19)로 공급된다. 석탄(3)과 운반 가스(2a)는 랜스(35)를 통해 제련 챔버(19) 내에 있는 금속과 슬래그의 용탕(25) 내로 주입된다. 석탄은 환원제 및 에너지원 역할을 한다. 도 3은 용융 금속 층인 층(25a)과 용융 슬래그 층인 층(25b)의 두 개의 층을 포함하는 용탕(25)을 나타낸다. 도면은 층들이 일정한 깊이인 것으로 도시한다. 이는 설명의 목적일 뿐이며 하이사르나 공정의 조업에서 심하게 교반되고 잘 혼합된 용탕으로 되는 것을 정확하게 대표하는 것은 아니다. 용탕(25)의 혼합은 CO 및 H2와 같은 가스를 발생시키는 용탕 내 석탄의 탈휘발에 기인하며, 가스의 상향 이동 및 용탕(25) 위에 있는 제련 챔버(19)의 상부 공간으로 용탕으로부터 비말된 물질을 생기게 한다. 산소(7)는 랜스(37)를 통해 제련 챔버(19) 내로 주입되어, 용탕(25)에서 발생하여 방출되는 이러한 가스들 중 일부(일반적으로 CO 및 H2)를 제련 챔버(19)의 상부 공간에서 후-연소시키며, 용탕 내 제련 공정에 필요한 열을 제공한다.
시동 후, 제련 조업기간 동안 하이사르나 공정의 정상 조업은 (a) 제련 용기(4)의 제련 챔버(19) 내에 랜스(35)를 통한 석탄 주입과 랜스(37)를 통한 차가운 산소 주입, 및 (b) 제련 사이클론(2) 내에 광석 주입(7)과 추가 산소 주입(8)을 포함한다.
한정하는 것은 아니지만, 제련 용기(4)의 제련 챔버(19) 내로의 석탄 및 산소 공급 속도, 제련 사이클론(2) 내로의 광석 및 산소 공급 속도, 및 제련 챔버(19)로부터의 열 손실을 포함한 조업 조건들은 배가스 출구 덕트(9)를 통해 제련 사이클론(2)을 떠나는 배가스의 후-연소도가 적어도 90%가 되도록 선택된다.
제련 사이클론(2)으로부터의 배가스는 배가스 덕트(9)를 경유하여 배가스 소각로(10)로 이동하며, 소각로에서는 추가 산소(11)가 주입되어 남은 CO/H2를 태워 완전 연소된 연도 가스에서 일정한 정도의 유리 산소(일반적으로 1 내지 2 %)를 제공한다.
완전 연소된 배가스는 이후에 가스가 냉각되고 증기가 발생하는 폐열 회수부(12)를 통과한다. 그리고 나서, 연도 가스는 냉각 및 분진 제거가 이루어지는 습식 집진기(13)를 통과한다. 결과적인 슬러지(14)는 광석 공급 스트림(1)을 통해 제련로에 재활용이 가능하다.
집진기(13)를 떠나는 차가운 연도 가스는 연도 가스 탈황 유닛(15)으로 공급된다.
그리고 나면, 깨끗한 연도 가스가 굴뚝(16)을 통해 배기된다. 이러한 가스는 주로 CO2로 이루어져 있으며, 적절하다면, (잔여 비응축성 가스 종들의 적절한 제거와 더불어) 압축되어 지중 격리될 수 있다.
제련 용기(4)는 내화물 라이닝 노저(33) 및 측벽(41)을 포함하며, 측벽은 제련 챔버(19)를 정의하는 수냉식 패널 형태의 수냉식 구성 요소들에 의해 대부분 정의된다. 제련 용기(4)는 또한 전로 연결부(23)를 통해 제련 챔버(19)에 연결되는 전로(21)를 포함한다. 상기에서 나타낸 바와 같이, 제련 용기(4)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 유형의 것이다. 더욱이, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 용기에서 하이스멜트 제련 공정을 시동하는 방법의 실시예는 용기(4)에서 제련 공정을 시동하는 데 이용될 수 있다.
하이사르나 공정의 제련 조업기간의 과정 중에, 제련 챔버(19)에서 생산된 용융 금속은 전로 연결부(23) 및 전로(21)를 통해 제련 챔버(19)로부터 배출된다. 정상 상태의 정상 조업 조건 하에서, 전로(21) 및 전로 연결부(23)는 용융 금속을 수용하고 있다. 정상적인 압력계 오버플로우 시스템은 전로 가장자리(5)를 넘쳐 흐르는 (생산으로부터의) "초과" 금속을 통해 작용하여 제련 챔버(19) 내에 용융 금속 높이를 실질적으로 일정하게 유지한다.
본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위에서 상기 설명한 본 발명의 공정 실시예에 대해서 많은 변형예들이 있을 수 있다.
예로서, 도면들에 도시된 제련 용기들은 전로를 포함하고 있지만, 본 발명의 공정 시동 방법이 전로를 포함하는 용기로 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면들에 도시된 제련 용기들이 측벽(4)의 수냉식 패널들 및 노저 상부의 슬래그-구역 냉각기(7)를 포함하여 수냉식 구성 요소들을 포함하고 있지만, 본 발명의 공정 시동 방법이 이러한 구성 요소들을 포함하는 용기들로 한정되는 것은 아니다. 제련 용기의 측벽들은 용탕과 접하고 있는 용기의 측벽으로부터의 열 유속이 용탕 온도의 표시를 제공하는 임의의 적합한 구성일 수 있다.
또한, 실시예들이 철 함유 물질의 형태의 금속 함유 물질을 제련하는 것에 초점을 맞추고 있지만, 본 발명은 다른 물질들을 제련하는 것까지 포함한다.

Claims (12)

  1. 제련 챔버를 정의하는 제련 용기 내에서 금속 함유 물질의 용탕 기반 제련 공정을 시동하여 용융 금속을 생산하는 방법으로서,
    1회 분의 용선 장입량을 상기 제련 챔버 내에 공급하는 단계;
    상기 제련 챔버 내에 공급 물질들을 공급하고 열을 발생시켜 용융 슬래그를 형성시킨 후 상기 제련 챔버 내 용융 슬래그의 양을 증가시키되, 상기 용선과 상기 용융 슬래그가 상기 제련 챔버 내에서 용탕을 형성하는 단계;
    상기 용탕과 접하고 있는 상기 용기 측벽의 열 유속을 모니터링하여 슬래그 양이 적절한 슬래그 보유량까지 증가함에 따라 상기 용탕 온도의 표시를 획득하는 단계; 및
    상기 제련 챔버 내로의 고상 탄소계 물질 및/또는 산소 함유 가스의 공급 속도를 조절하여 상기 제련 챔버 내로의 입열을 조절함으로써 상기 용탕 온도로 인해 상기 측벽에서 상기 제련 공정의 시동 시퀀스를 비상정지시키는 높은 열 유속을 야기하지 않도록 상기 용탕의 온도를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제련 용기 내에서 금속 함유 물질을 제련하기 위한 용탕 기반 공정을 시동하여 용융 금속을 생산하는 방법으로서, 상기 제련 용기는
    (a) 노저 및 상기 노저로부터 위로 연장된 측벽을 가지며, 상기 측벽은 상기 측벽의 적어도 하부에 수냉식 구성 요소들을 포함하는, 초기에 비워진 제련 챔버, (b) 전로, 및 (c) 상기 제련 챔버 및 상기 전로를 상호 연결하는 전로 연결부를 포함하며,
    상기 방법은,
    (a) 상기 전로를 통해 1회 분의 용선 장입량을 상기 제련 챔버 내에 공급하는 단계;
    (b) 상기 용선 장입을 완료한 후 상기 제련 챔버 내에 고상 탄소계 물질 및 산소 함유 가스를 공급하고, 상기 탄소계 물질을 점화하여 상기 제련 챔버및 용선을 가열하고 용융 슬래그를 형성시킨 후 용융 슬래그의 양을 증가시키되, 상기 용선 및 상기 용융 슬래그가 상기 제련 챔버 내에서 용탕을 형성하는 단계;
    (c) 상기 용탕 내에 금속 함유 물질을 공급하고 상기 금속 함유 물질을 용융 금속으로 제련하는 단계를 포함하되,
    상기 (b) 단계에서, 상기 방법은,
    (i) 상기 용탕과 접하고 있는 수냉식 구성 요소들의 열 유속을 모니터링하여 상기 용탕 온도의 표시를 획득하는 단계; 및
    (ii) 수냉식 구성 요소 열 유속을 고려한 상기 고상 탄소계 물질 및/또는 상기 산소 함유 가스의 공급 속도를 조절하여 상기 제련 챔버 내로의 입열을 조절함으로써 상기 용탕 온도로 인해 상기 수냉식 구성 요소들에서 상기 제련 공정의 상기 시동 시퀀스를 비상정지시키는 높은 열 유속을 야기하지 않도록 상기 용탕의 온도를 제어하는 단계에 의해 상기 용탕의 온도를 제어하는 것을 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제련 챔버, 상기 전로, 및 상기 전로 연결부를 예열하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 용기의 노저, 상기 전로, 및 상기 전로 연결부를 이들의 평균 표면 온도가 1,000 ℃를 초과하도록 예열하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 용기의 노저, 상기 전로, 및 상기 전로 연결부를 이들의 평균 표면 온도가 1,200 ℃를 초과하도록 예열하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 상기 용선의 높이가 상기 전로 연결부 상단 위로 적어도 약 100 mm 가 되도록 충분한 용선을 공급하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제련 챔버 내로의 상기 용선을 완료한 후 일정 시간 동안 상기 금속 위의 가스 공간으로 가스 또는 액체 연료 및 산소 함유 가스를 주입하여 상기 제련 챔버에서 열을 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 제련 챔버 내에 플럭스 물질을 공급하여 용융 슬래그 형성을 촉진하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    슬래그 또는 규사/보크사이트와 석회/돌로마이트 혼합 플럭스와 같은 슬래그 형성제를 주입하여 상기 용탕에서 용융 슬래그 형성을 촉진하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 과정 중 임의의 시간에 상기 용탕 내에 상기 금속 함유 물질을 공급하는 공급하는 상기 (c) 단계를 시작하는 것을 포함하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용탕 기반 제련 공정은,
    (a) 탄소계 물질 및 고상 또는 용융 금속 함유 물질을 상기 용탕 내에 공급하여 반응 가스를 발생시키고 상기 금속 함유 물질을 제련하여 상기 용탕에서 용융 금속을 생산하는 단계;
    (b) 상기 용탕으로부터 방출되는 가연성 가스의 용탕 위에서의 연소를 위해 상기 제련 챔버 내에 산소 함유 가스를 공급하고, 용탕 내 제련 반응을 위해 열을 발생시키는 단계; 및
    (c) 상기 제련 챔버의 윗 공간의 연소 영역으로 분출될 때 가열된 후 다시 상기 용탕 내로 내려오는 용융 물질의 열 전달 액적 및 비산을 생성시키기 위해 가스 용승에 의해 상기 용탕으로부터 용융 물질의 큰 상향 움직임을 만들어, 상기 금속 함유 물질의 제련에 열이 사용되는 상기 용탕 내로 상기 액적 및 비산이 열을 하향 전달하도록 하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 금속 함유 물질을 제련하기 위한 용탕 기반 공정을 시동하는 방법으로서,
    제련 용기 하부의 수냉식 구성 요소들의 열 유속을 이용하여 상기 시동 방법의 적어도 초기 동안 용탕 온도의 표시를 제공하는 단계; 및
    임계 열 유속 수준의 초과 및 상기 시동 방법의 비상정지를 막기 위해, 상기 제련 용기 내로의 산소 함유 가스 및/또는 탄소계 물질의 주입 속도를 조절하여 시동 동안 상기 용탕 온도를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
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