KR20160007544A - 고형물 주입 랜스 - Google Patents

고형물 주입 랜스 Download PDF

Info

Publication number
KR20160007544A
KR20160007544A KR1020157033957A KR20157033957A KR20160007544A KR 20160007544 A KR20160007544 A KR 20160007544A KR 1020157033957 A KR1020157033957 A KR 1020157033957A KR 20157033957 A KR20157033957 A KR 20157033957A KR 20160007544 A KR20160007544 A KR 20160007544A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solid
tube
lance
metal mineral
feedstock
Prior art date
Application number
KR1020157033957A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102139683B1 (ko
Inventor
자크 필로트
로드니 제임스 드라이
마크 프레스턴 데이비스
Original Assignee
테크놀라지칼 리소시스 피티와이. 리미티드.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2013901732A external-priority patent/AU2013901732A0/en
Application filed by 테크놀라지칼 리소시스 피티와이. 리미티드. filed Critical 테크놀라지칼 리소시스 피티와이. 리미티드.
Publication of KR20160007544A publication Critical patent/KR20160007544A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102139683B1 publication Critical patent/KR102139683B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/0033—Charging; Discharging; Manipulation of charge charging of particulate material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4606—Lances or injectors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/52—Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5211—Manufacture of steel in electric furnaces in an alternating current [AC] electric arc furnace
    • C21C5/5217—Manufacture of steel in electric furnaces in an alternating current [AC] electric arc furnace equipped with burners or devices for injecting gas, i.e. oxygen, or pulverulent materials into the furnace
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces
    • F27B3/10—Details, accessories, or equipment peculiar to hearth-type furnaces
    • F27B3/18—Arrangements of devices for charging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/0025—Charging or loading melting furnaces with material in the solid state
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/0025—Charging or loading melting furnaces with material in the solid state
    • F27D3/0026—Introducing additives into the melt
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/18—Charging particulate material using a fluid carrier
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B2014/002—Smelting process, e.g. sequences to melt a specific material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F27D2003/168—Introducing a fluid jet or current into the charge through a lance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F27D2003/168—Introducing a fluid jet or current into the charge through a lance
    • F27D2003/169—Construction of the lance, e.g. lances for injecting particles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)

Abstract

고형 공급 재를 고형물 주입 랜스를 통해 주입하는 방법으로서, 상기 랜스의 주입 통로에서의 유동 조건들을 생성하여, 상기 통로를 따라 흐르는 상기 공급 재의 적어도 일부가 상기 통로를 정의하는 튜브의 벽과 상기 통로의 중심 부분을 따라 흐르는 공급 재 사이에 완충 구역을 형성하는 것을 포함하는 방법.

Description

고형물 주입 랜스{A SOLIDS INJECTION LANCE}
본 발명은 고형 공급 재를 고형물 주입 랜스를 통해 주입하는 것에 관한 것이다.
본 발명은 특히, 결코 제한되지 않지만, 고형 금속 광물, 전형적으로 고온 고형 금속 광물 및 고형 탄소질 재, 전형적으로 주변 온도의 고형 탄소질 재를 고형 주입 랜스를 통해 주입하는 것에 관한 것이다.
본 발명은 특히, 결코 제한되지 않지만, 고형 금속 광물, 전형적으로 고온 금속 광물 및 고형 탄소질 재, 전형적으로 고형 탄소질 재 중 하나 이상으로부터 선택된 고형 공급 재를, 고형물 주입 랜스를 통해, 직접 용융 정련 공정으로 철과 같은 용융 금속을 제조하기 위한 용융 욕에 기반한 직접 용융 정련 용기과 같은 직접 용융 정련 용기 안으로 주입하는 것에 관한 것이다.
공지의 용융 욕에 기반한 용융 정련 공정은 일반적으로 "HIsmelt" 공정으로 지칭되며 상당한 수의 본 출원인 명의의 특허 및 특허 출원에 기재되어 있다.
HIsmelt 공정은 일반적으로 금속 광물을 용융 정련하는데 적용되지만 철광석 또는 또 하나의 철-함유 재로부터 용융 철을 제조하는데 특히 관련이 있다.
용융 철의 제조와 관련하여, HIsmelt 공정은 다음 단계들을 포함한다:
(a) 직접 용융 정련 용기의 주 챔버에서 용융 철과 슬래그의 욕(bath)을 형성하는 것;
(b) (i) 철광석, 전형적으로 미립자(fines) 형태의 철광석; 및 (ii) 철광석 공급 재의 환원제 및 에너지 원으로서 역할을 하는, 고형 탄소질 재, 전형적으로 석탄을 용융 욕 안으로 주입하는 것; 및
(c) 상기 욕에서 철광석을 철로 용융 정련하는 것.
용어 "용융 정련"이란 여기서는 금속 산화물들을 환원하는 화학 반응들이 용융 금속을 제조하기 위하여 일어나는 열 가공(thermal processing)을 의미하는 것으로 이해된다.
HIsmelt 공정에서 금속 광물 형태의 고형 공급 재들(예열될 수 있음) 및 탄소질 재 및 선택적으로 플럭스 재가 반송 가스와 함께, 용융 정련 용기의 주 챔버의 측벽을 통해 하방 및 내측방(downwardly and inwardly)으로 연장되도록 수직에 대하여 경사진 다수의 수냉식 고형물 주입 랜스들을 통해 상기 용융 욕 안으로 주입되고, 또한 고형 공급 재들의 적어도 일부를 주 챔버의 바닥에 있는 금속 층 안으로 운반하기 위하여 상기 용기의 하부 영역 안으로 주입된다. 고형 공급 재들 및 반송 가스는 용융 욕을 뚫고 들어가고 용융 금속 및/또는 슬래그가 상기 욕의 표면 위의 공간으로 돌출되어 천이 영역(transition zone)을 형성한다. 산소-함유 가스, 전형적으로 산소-풍부 공기 또는 순수 산소의 송풍이 하방 연장 랜스를 통해 용기의 주 챔버의 상부 영역 안으로 주입되어, 용기의 상부 영역에서 상기 용융 욕으로부터 방출된 반응 가스들의 후 연소(post-combustion)를 일으킨다. 천이 영역에서는 바람직한 다량의 상승하고 및/또는 그 후에 하강하는 용융 금속 및/또는 슬래그의 작은 방울들 또는 액체 방울들(splashes) 또는 스트림들이 존재하는데 그것들이 상기 욕 위에 있는 후-연소 반응 가스들에 의해 발생된 열 에너지를 상기 욕으로 전달할 유효 매질(effective medium)을 제공한다.
전형적으로, 용융 철을 제조하는 경우에, 산소-풍부 공기가 사용될 때, 상기 산소-풍부 공기는 열풍로들에서 생성되고 거의 1200°C 정도의 온도에서 용기의 주 챔버의 상부 영역으로 공급된다. 공업용 냉기 산소가 사용된다면, 공업용 냉기 산소는 전형적으로 주위 온도 또는 주위 온도 근처의 온도에 있는 주 챔버의 상부 영역 안으로 공급된다.
용융 정련 용기에서 반응 가스들의 후 연소의 결과로 생기는 오프 가스들은 오프 가스관을 통해 용융 정련 용기의 상부 영역으로부터 제거된다.
용융 정련 용기는 금속 광물을 용융 정련하기 위한 주 챔버 및 용기로부터 연속적인 금속생성물 유출을 가능케 하는 전상 연결부(forehearth connection)를 통해 주 챔버에 연결된 전상을 포함한다. 주 챔버는 하부 노상의 내화물-라이닝 부분들 및 측벽들의 수냉식 패널들 및 주 챔버의 지붕을 포함한다. 물은 연속회로로 상기 패널들을 통해서 연속적으로 순환된다. 전상은 용용 금속-충전 사이펀 시일(siphon seal)로서 작동하여, 과량의 용융 금속을 그것이 제조된 그대로 용용 정련 용기로부터 자연스럽게 흘린다("spilling"). 이로써 용융 정련 용기의 주 챔버에서의 용융 금속의 수위가 알려질 수 있고 작은 공차 내로 제어될 수 있다 - 이것은 플랜트 안전에 필수적이다.
HIsmelt 공정에 의해 전형적으로 적어도 0.5 Mt/a의 다량의 용융 철이 단일 컴팩트 용기에서 용융 정련에 의해 제조될 수 있다.
이러한 수준의 제조를 가능케 하기 위하여, 다량의 고형 금속 광물과 고형 탄소질 재 둘 다가 용기에 공급되어야 한다.
본 발명은 고형 금속 광물과 고형 탄소질 재를 그리고 선택적으로 고형 플럭스 재를 직접 용융 정련 용기 안으로 함께 주입하기 위한 효율적이고 신뢰성 있는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 고형 금속 광물과 고형 탄소질 재를 그리고 선택적으로 고형 플럭스 재를 직접 용융 정련 용기 안으로 함께 주입하기 위한 고형물 주입 랜스를 제공한다.
본 발명은 또한 고형 금속 광물과 고형 탄소질 재를 그리고 선택적으로 고형 플럭스 재를 직접 용융 정련 용기 안으로 전달하기 위한 효율적인 장치 및 공정을 제공한다.
상기한 설명은 호주 또는 기타 국가에서 기술상식임을 인정하는 것으로 받아들여져서는 아니 된다.
본 발명은 고형 공급 재를 고형물 주입 랜스를 통해 주입하는 방법이며 상기 방법은 랜스의 주입 통로에 유동 조건들을 생성하여, 통로를 따라 흐르는 공급 재의 적어도 일부가 통로를 정의하는 튜브의 벽과 통로의 중심 부분을 따라 흐르는 공급 재 사이에 완충 구역을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명은 또한 상술한 완충 구역을 형성할 수 있는 고형물 주입 랜스이다.
완충 구역용 고형 공급 재를 적절하게 선정함으로써 튜브의 연마 마모 및/또는 열 충격을 최소화시킬 수 있게 되고, 그것들은 확장된 개로 시간(extended campaign)에 걸쳐서 고형물 주입 랜스의 효율적이고 신뢰성 있는 작동을 제공하는 관점에서 볼 때 잠재적으로 중대한 문제들이다.
고형 공급 재는 임의의 적절한 재료일 수 있다.
고형 공급 재는 금속 광물을 포함할 수 있다.
고형 공급 재는 금속 광물 및 탄소질 재를 포함할 수 있다.
고형 공급 재는 금속 광물, 탄소질 재 및 플럭스 재를 포함할 수 있다.
본 발명은 랜스를 통해 주입된 금속 광물 및 탄소질 재가 있는 상황들로 확장된다. 예를 들면, 완충 구역 재는 탄소질 재 단독 또는 탄소질 재와 금속 광물의 혼합물일 수 있다. 중심 부분 재는 금속 광물 또는 탄소질 재와 금속 광물의 혼합물일 수 있다. 전형적으로, 중심 부분 재는 대부분은, 즉 70 중량% 보다 큰, 금속 광물일 수 있다. 탄소질 재는 주위 온도에 있을 수 있고 금속 광물은 고온일 수 있다. 금속 광물이 철광석일 때, 철광석은 적어도 500°C일 수 있다. 탄소질 재와 금속 광물은 주위 온도에 있을 수 있다.
본 발명은 또한, 랜스를 통해 주입된 금속 광물이 단독으로 있는 상황들로 확장한다. 완충 구역에 있는 금속 광물은 통로의 중심 부분에 있는 금속 광물과 다를 수 있다. 예를 들면, 완충 구역 재는 미립자 재(fines material)일 수 있고 중심 부분 재는 입상 재(granular material)와 같은 더 큰 입자 크기 재(larger particle size material)일 수 있다. 완충 구역 재는 주위 온도에 있을 수 있고 중심 부분 재는 고온 재일 수 있다. 금속 광물이 철광석일 때, 철광석은 적어도 500°C일 수 있다. 완충 구역 재 및 중심 부분 재는 주위 온도에 있을 수 있다.
본 발명은 또한, 플럭스 재가 탄소질 재와 함께 주입되는 상황들로 확장한다.
본 발명은 앞선 세 단락에 기재된 상황들에 한정되지 아니한다.
본 발명의 다음의 기재는 금속 광물과 탄소질 재의 공동-주입에 중점을 두지만, 앞선 단락들로부터 알 수 있듯이 본 발명은 이들 재의 공동-주입에 한정되지 아니한다.
금속 광물과의 접촉에 의한 튜브의 연마 마모가 주 고려 사항이고 튜브의 열 충격이 2차 고려 사항인 경우, 탄소질 재는 금속 광물보다 전형적으로 덜 마모성이 있기 때문에 완충 구역에 있는 탄소질 재가 유리하다.
튜브의 열 충격이 주 고려 사항이고 튜브의 연마 마모가 2차 고려 사항일 때는, 주요한 고려 사항은 완충 구역의 공급 재는 랜스의 중심 부분의 공급 재의 온도와 비교하여, (바람직하게는 주위 온도) 상대적으로 저온의 재료 또는 상대적으로 저온의 재료들의 혼합물을 포함하여야 한다는 점이다. 그러므로, 완충 구역 재의 선정은 모두 바람직하게는 주위 온도에 있는, 탄소질 재, 금속 광물 및 탄소질 재와 금속 광물의 혼합물 중 임의의 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있도록 이루어진다.
완충 구역은 연속 구역일 수 있다.
완충 구역은 균일 두께를 가질 수 있다.
실용적인 관점에서 완충 구역은 연속 구역이 아닐 수 있고 균일한 두께가 아닐 수 있다는 것이 주목된다. 그러나, 이 상황에서 조차도, 비교 관점에서, 완충 구역은 완충 구역이 전혀 없는 상황들과 비교하여, 연마 마모 및/또는 열 충격 문제들(공급 재 선정에 의존)을 감소시킬 것이다.
공급 재들이 통로를 따라 흘러서 궁극적으로 통로를 따라 흐르는 공급 재들의 균일한 혼합이 있기 때문에 완충 구역 및 통로의 중심 부분에서 공급 재들의 혼합이 있을 것이라는 것도 주목된다.
본 방법은 완충 구역이 통로에 흐르는 물질을 가속시키는 튜브의 부분내의 벤투리관의 테이퍼진 부분의 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장하도록 완충 구역을 형성하는 것을 포함한다.
본 방법은 완충 구역이 벤투리관의 테이퍼진 부분의 전체 길이를 따라 연장하도록 완충구역을 형성하는 것을 포함한다.
본 방법은 완충 구역이 벤투리관의 테이퍼진 부분의 전체 길이를 따라 그리고 테이퍼진 부분의 전방으로 연장하도록 완충 구역을 형성하는 것을 포함한다.
기본적으로, 본 방법은 완충 구역이 높은 연마 마모 또는 열 충격을 받기 쉬운 튜브의 부분들을 차폐하기 위하여 튜브의 필요한 길이를 따라 연장하도록 완충 구역을 형성하기 위해 작동 조건들을 선정하는 것을 포함할 수 있다.
본 방법은 통로를 따라 금속 광물의 흐름을 형성하는 것 및 통로를 따른 금속 광물의 이동 방향에 대하여 횡단하는, 전형적으로 수직인 방향으로 또 하나의 공급 재의 흐름을 통로 안으로 공급하는 것을 포함할 수 있으며, 그에 의해서 금속 광물의 흐름은 완충 구역을 형성하기 위하여 타 공급 재(the other feed material)의 흐름을 통로 안으로 전환한다.
타 공급 재는 탄소질 재 단독, 금속 광물 단독, 또는 탄소질 재 및 금속 광물을 포함하는 혼합물일 수 있다. 이 혼합물은 플럭스 재를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 고형 금속 광물 및 고형 탄소질 재를 주입하기 위한 방법을 제공하며 이 방법은 랜스의 후단으로부터 랜스의 전단으로 연장하는 통로 안으로 고형 금속 광물을 금속 광물 주입구를 통해 주입하는 것 및 금속 광물의 흐름을 랜스를 따라 생성하는 것 및 고형 탄소질 재를 탄소질 재 주입구를 통해, 통로에의 금속 광물 주입구의 하류에 있는 통로 안으로 주입하고 그에 따라 탄소질 재의 적어도 일 부분이 통로를 정의하는 튜브의 벽과 통로를 따라 흐르는 광속 광물 사이에 완충 구역을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명은 또한, 튜브를 포함하는 고형물 주입 랜스를 제공하며 상기 튜브는 튜브를 통해 주입될 고형 공급 재를 위한 통로를 정의하며 그리고 후단에 고형 공급 재용 주입구, 통로를 따른 공급 재의 이동 방향으로 후방 주입구의 하류의 튜브의 벽에 있는 고형 공급 재용 별개의 주입구, 및 전단에 있는 고형 공급 재를 배출하기 위한 출구를 구비하며, 그리고 여기서 상기 랜스는 공급 재를 하류 주입구를 통해 통로 안으로 공급하도록 구성되어 공급 재의 적어도 일부는 통로를 정의하는 튜브의 벽과 통로를 따라 흐르는 공급 재 사이에 완충 구역을 형성한다.
고형 공급 재는 임의의 적절한 재료일 수 있다.
고형 공급 재는 금속 광물을 포함할 수 있다.
고형 공급 재는 금속 광물 및 탄소질 재를 포함할 수 있다.
고형 공급 재는 금속 광물, 탄소질 재 및 플럭스 재를 포함할 수 있다.
사용시, 전달 시스템은 통로에 따른 공급 재의 이동 방향에 대하여 횡단하는, 전형적으로 수직인 방향으로 튜브 벽 주입구를 통해 공급재를 통로 안으로 공급하며, 이에 의해서 금속 광물의 흐름은 공급 재의 흐름을 튜브 벽 주입구를 통해 통로 안으로 전환하여 완충 구역을 형성한다.
랜스는 하나 보다 많은 튜브 벽 주입구를 포함할 수 있다.
튜브 벽 주입구들은 완충 구역의 형성을 촉진시키기 위하여 튜브 벽의 길이 둘레에 및/또는 상기 튜브 벽의 길이를 따라 선정된 위치들에 배열될 수 있다.
상기 복수의 튜브 벽 주입구들은 튜브 벽의 원주 둘레에 간격을 두고 배치될 수 있다.
상기 복수의 튜브 벽 주입구들은 튜브 벽의 원주 둘레에 고형물 주입 튜브의 후단으로부터 동일한 간격으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 튜브 벽 주입구들은 튜브 벽의 원주 둘레에 고형물 주입 튜브의 후단으로부터 상이한 간격으로 배치될 수 있다.
고형물 주입 튜브는 벤투리관을 통해 흐르는 고형 공급 재를 가속하기 위한 튜브의 후방 부분에 벤투리관을 포함할 수 있으며 상기 벤투리관은 넓은 후단으로부터 좁은 전단으로 내방으로 테이퍼진 부분을 포함한다.
벤투리관의 테이퍼진 부분은 후방 주입구의 하류에 그리고 튜브 벽 주입구의 하류에 있을 수 있으며 그래서 사용시에 완충 구역이 테이퍼진 부분의 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장한다.
테이퍼진 부분은 테이퍼진 부분에서의 금속 광물의 가속으로 인해 높은 연마 마모의 영역이며 그러므로 완충 구역이 테이퍼진 부분에서의 연마 마모를 감소시키기 위하여 적어도 부분적으로 테이퍼진 부분의 길이를 따라 연장하고, 그리고 바람직하게는 상기 테이퍼진 부분의 길이 전체에 걸쳐서 연장하는 것이 아주 유리하다.
마모가 문제로 남아있는 경우 완충 구역의 긍정적인 영향이 튜브의 테이퍼진 부분을 지나 가능한 멀리 연장할 수 있다.
고형물 주입 튜브는 벤투리관의 테이퍼진 부분과 튜브의 전단 사이에서 튜브의 길이를 따라 일정한 단면적을 가질 수 있다.
랜스는 수냉식 랜스일 수 있다.
랜스는 랜스의 길이의 실질적인 부분을 따라 연장하는 외측 환상 재킷 및 상기 환상 재킷에 수용된 수냉 시스템을 포함할 수 있다.
렌스는 튜브에서의 관통 파괴의 결과로 인한 고형물 주입 튜브내의 압력 변화 또는 튜브 안으로의 또는 상기 튜브로부터의 가스 흐름을 검출하도록 구성된 관통 파괴 검출 시스템을 포함할 수 있다.
관통 파괴 검출 시스템은 본 출원인 명의의 호주 가출원 2013901599에 기재된 바와 같은 것일 수 있으며 가출원와 함께 제출된 특허명세서의 개시내용은 상호참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
고형물 주입 튜브는 랜스의 중심에 배열될 수 있다.
튜브는 서로 결합된 구조재의 외측 튜브와 내마모재의 내측 튜브의 조립체를 포함할 수 있다.
외측 튜브는 스테인레스 강과 같은 강으로 형성될 수 있다.
외측 튜브는 적어도 1 mm 두께를 가질 수 있다.
외측 튜브의 두께는 3 내지30 mm의 범위 내에 있을 수 있다.
내측 튜브는 크롬철 백주철과 같은 백주철, 세라믹 또는 둘의 혼합물로 제조된 내마모성 라이닝으로 형성될 수 있다.
내마모성 라이닝은 적어도 3 mm 두께를 가질 수 있으며 보다 바람직하게는 적어도 5 mm 두께를 가질 수 있다.
외측 튜브와 내측 튜브 사이의 결합부(bond)는 적어도 그 두 튜브 사이의 계면의 전체 표면적에 걸쳐서 확장할 수 있다.
외측 튜브와 내측 튜브 사이의 결합부는 금속 라이너의 경우에 금속 야금학적 결합일 수 있다.
튜브는 적어도 2 m 길이를 가질 수 있다.
튜브는 50 mm의 최소 내경을 가질 수 있다.
튜브는 300 mm의 최대 내경을 가질 수 있다.
튜브는 400 mm의 최대 외경을 가질 수 있다.
본 발명은 또한, 고형 공급 재를 고형물 주입 랜스에 공급하는 장치를 제공하며, 상기 장치는 다음을 포함한다:
(a) 상술한 고형물 주입 랜스의 후단에 있는 주입구에 고형 공급 재를 공급하는 고형 공급 재 전달 시스템 - 상기 전달 시스템은 저장/분배 유닛 및 상기 저장/분배 유닛으로부터 상기 랜스로 금속 광물을 공급하기 위한 고형물공급 라인을 포함한다 -; 및
(b) 상술한 고형물 주입 랜스의 튜브 벽에 있는 주입구로 고형 공급 재를 공급하기 위한 전달 시스템 - 상기 전달 시스템은 저장/분배 유닛 및 상기 저장/분배 유닛으로부터 상기 랜스로 타 공급 재를 공급하기 위한 고형물 공급 라인을 포함한다 -.
고형 공급 재는 임의의 적절한 재료일 수 있다.
고형 공급 재는 금속 광물을 포함할 수 있다.
고형 공급 재는 금속 광물 및 탄소질 재를 포함할 수 있다.
고형 공급 재는 금속 광물, 탄소질 재 및 플러스 재를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 적어도 하나의 고형 금속 광물을 고형물 주입 랜스에 공급하는 장치를 제공하며, 상기 장치는 다음을 포함한다:
(a) 상술한 고형물 주입 랜스에 고형 금속 광물을 공급하는 고형 금속
광물 전달 시스템 - 상기 전달 시스템은 저장/분배 유닛 및 상기 저장/분배 유닛으로부터 상기 랜스로 금속 광물을 공급하기 위한 고형물 공급 라인을 포함한다 -; 및
(b) 상술한 고형물 주입 랜스로 또 하나의 공급 재를 공급하기 위한 전달 시스템 - 상기 전달 시스템은 저장/분배 유닛 및 상기 저장/분배 유닛으로부터 상기 랜스로 타 공급 재를 공급하기 위한 고형물 공급 라인을 포함한다 -.
타 공급 재는 탄소질 재 단독, 금속 광물 단독, 또는 탄소질 재와 금속 광물의 혼합물일 수 있다.
금속 광물은 철광석, 바람직하게는 철광석 미립자일 수 있다.
고형 금속 광물이 철광석일 때는, 바람직하게는 철광석은 고형물 공급 라인에서 적어도 500℃의 온도에 있다.
고형 탄소질 재는 석탄일 수 있다.
본 발명은 추가로, 상술한 고형물 주입 랜스를 갖는 직접 용융 정련 용기를 포함하는 직접 용융 정련 플랜트를 제공한다.
본 발명은 또한 다음을 포함하는 직접 용융 정련 플랜트를 제공한다:
(a) 고형 금속 광물 및 고형 탄소질 재를 용기 안으로 주입하기 위한 상술한 고형물 주입 랜스를 구비한 직접 용융 정련 용기; 및
(b) 상술한 재료 공급 장치.
상기 플랜트는 고형 금속 광물을 가열하기 위한 예비처리 유닛을 포함할 수 있다.
고형 금속 광물은 철광석, 바람직하게는 철광석 미립자일 수 있다.
고형 금속 광물이 철광석일 때는, 바람직하게는 철광석은 고형물 공급 라인에서 적어도 500℃의 온도에 있다.
고형 탄소질 재는 석탄일 수 있다.
본 발명은 추가로, 고형 금속 함유 공급 재로부터 용융 금속을 제조하는 용융욕에 기반한 직접 용융 정련 공정을 제공하며, 상기 공정은 고형 금속 광물 및 고형 탄소질 재 중 하나 또는 둘 이상으로부터 선정된 고형 공급 재를 상술한 고형물 주입 랜스를 통해 직접 용융 정련 용기내의 용융 욕 안으로 주입하는 것을 포함한다.
금속 광물의 하나의 예는 철광석이다.
철광석은 철광석 미립자일 수 있다.
철광석은 적어도 600°C의 온도로 예열될 수 있다.
상기 공정은 용융 금속 및 용융 슬래그의 형태의 용융 재의 욕을 함유하는 용융 정련 용기 안으로 금속 광물, 탄소질 재, 플럭스 재 또는 임의의 다른 고형물을 주입하는 것, 용융 욕에서의 가스 분출을 통해 욕/슬래그 원(fountain)을 생성하는 것, 오프 가스를 생성하는 것, 용융 욕 내에서 금속 광물을 용융 정련하는 것 그리고 용융 금속을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
상기 공정은 300℃ 보다 낮은 온도에서 연료 가스를 연소하여 금속 광물을 예열하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 연료 가스는 용융 정련 용기로부터 배출되는 오프 가스로부터 제조된다. 연료 가스는 용융 정련 용기로부터 방출된 고온 오프 가스로부터 제조된 그리고 300℃ 보다 낮은 온도로 냉각된 연료 가스일 수 있다.
고형 금속 광물이 철광석이고 고형 탄소질 재가 석탄일 때, 상기 공정은 총량으로 적어도 160 t/h 광석 및 적어도 70 t/h 석탄을 직접 용융 정련 용기로 공급하는 것을 포함할 수 있다.
상기 공정은 가열된 고형 금속 광물 및 고형 탄소질 재를 직접 용융 정련 용기로 1.0 내지 2.0 바아(g)의 압력 강하를 가지는 랜스를 통해 공급하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 고형 금속 광물을 직접 용융 정련하여 용융 금속을 제조하는 공정을 제공하며, 상기 공정은:
(a) 직접 용융 정련 용기에서 용융 금속 및 슬래그의 욕을 형성하는 것;
(b) 고형 금속 광물 및 고형 탄소질 재 중 임의의 하나 이상을 용기 안으로 연장하는 상술한 고형물 주입 랜스를 통해 공급하는 것을 포함하여, 고형 금속 광물 및 고형 탄소질 재를 용기 안으로 공급하는 것;
(c) 산소-함유 가스를 용기 안으로 주입하고 용기 내에서 발생된 가연성 가스들을 후 연소하는(post-combusting) 것; 및
(d) 고형 금속 광물을 상기 욕에서 용융 금속으로 용융 정련하는 것을 포함한다.
고형 금속 광물은 철광석, 바람직하게는 철광석 미립자일 수 있다.
고형 금속 광물이 철광석일 때는, 바람직하게는 철광석은 고형물 공급 라인에서 적어도 500℃의 온도에 있다.
고형 탄소질 재는 석탄일 수 있다.
고형 금속 광물이 철광석이고 고형 탄소질 재가 석탄일 때, 상기 공정은 총량으로 적어도 160 t/h 광석 및 적어도 70 t/h 석탄을 직접 용융 정련 용기로 공급하는 것을 포함할 수 있다.
상기 공정은 가열된 고형 금속 광물 및 고형 탄소질 재를 직접 용융 정련 용기로 1.0 내지 2.0 바아(g)의 압력 강하를 가지는 랜스를 통해 공급하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참고하여 예로써만 추가로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 직접 용융 정련 플랜트의 실시예의 일부분을 형성하는 직접 용융 정련 용기의 수직 단면도이다.
도 2는 직접 용융 정련 플랜트의 상술한 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 보여진 고형물 주입 랜스의 실시예의 상부 부분의 개략적인 부분 단면도 및 랜스를 통해 주입된 고온 광석 및 주위 온도 석탄/석회에 대한 온도 등고선들(temperature contours)이다.
도 4는 석탄 트랙들(coal tracks)이 랜스를 통한 석탄의 흐름을 도시하는, 도 3에 보여진 개략적인 부분 단면도이다.
도 1은 본 출원인 명의의 국제특허출원 PCT/AU96/00197 (WO 1996/031627)에 한 예로서 기재된 특히 HIsmelt 공정을 수행하는데 적합한 직접 용융 정련 용기(11)를 보여준다.
다음 기재는 HIsmelt 공정에 따라 용융 철을 제조하기 위해 철광석 미립자를 용융 정련하는 것과 관련된다.
본 발명은 광석들, 부분 환원 광석들, 및 금속 함유 폐 스트림을 포함하는 임의의 금속 광물을 임의의 적절한 용융욕-기반 직접 용융 정련 공정을 통해 용융 정련하는데 적용될 수 있으며 또한 HIsmelt 공정에 한정되지 않는다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 이 광석들은 철광석 미립자의 형태를 취할 수 있다는 것을 또한 인식할 수 있을 것이다.
다음의 설명은 고형물 주입 랜스를 통한 금속 광물 및 탄소질 재의 공동 주입에 중점이 두어지지만, 상기한 것으로부터 알 수 있듯이, 본 발명은 이들 재료의 공동 주입에 제한되지 않으며 또한 탄소질 재 없는 금속 광물의 주입으로 확장한다.
다음의 설명은 고형물 주입 랜스의 연마 마모 및 열 충격을 최소화하기 위한 금속 광물 및 탄소질 재의 공동 주입에 중점이 두어진다. 그러나, 상기로부터 알 수 있듯이, 본 발명은 그것에 제한되지 않고 열 충격을 최소화하는 것과 비교하여, 연마 마모를 최소화하는 것이 주요한 고려사항인 경우 및 그 역인 경우로 확장한다.
용기(11)는 내화벽돌로 형성된 저부(12) 및 측부들(13)을 포함하는 노상, 노상의 측부들(13)로부터 상방 연장되는 전체적으로 원통형의 배럴을 형성하는 측벽들(14), 및 지붕(17)을 구비한다. 열을 측벽들(14) 및 지붕(17)로부터 전달하기 위한 수냉식 패널들(미도시)이 제공된다. 용기(11)는 용융 금속이 용융 정련 동안에 연속적으로 배출되는 전상(19) 및 용융 슬래그가 용융 정련 동안에 주기적으로 배출되는 출탕구(21)를 추가로 구비한다. 지붕(17)은 공정 오프가스들이 배출되는 출구(18)를 구비한다.
HIsmelt 공정에 따라 용융철을 제조하기 위하여 철광석 미립자를 용융 정련하기 위한 용기(11)의 사용시, 용기(11)는 용융 금속의 층(22) 및 상기 금속층(22)상의 용융 슬래그의 층(23)을 포함하는 철 및 슬래그의 용융욕을 함유한다. 금속층(22)의 공칭 정지면(nominal quiescent surface)의 위치는 화살표(24)로 표시된다. 슬래그 층(23)의 공칭 정지면의 위치는 화살표(25)로 표시된다. 용어 "정지 면"은 용기(11) 안으로 가스 및 고형물의 어떠한 주입도 없을 때의 표면을 의미하는 것으로 이해된다.
용기(11)는 상기 용기의 측벽들(14)에 있는 개구들(미도시함)을 통해 하방 및 내측 방으로 그리고 슬래그 층(23) 안으로 연장하는 고형물 주입 랜스들(27)을 구비하고 있다. 고형물 주입 랜스들(27)은 도 3 및 도 4와 관련하여 더 상세하게 설명된다. 두개의 고형물 주입 랜스(27)가 도 1에 도시되어 있다. 그러나, 용기(11)는 임의의 적절한 수의 이러한 랜스들(27)을 가질 수 있다는 것을 알 수 있다. 사용시에, 가열된 철광석 미립자 및 주위 온도 석탄(및 플럭스들, 전형적으로 석회 등)이 적절한 반송 가스(산소-결핍 반송 가스, 전형적으로 질소)에 혼입되며 랜스들(27)에 분리 공급되고 그리고 랜스들(27)의 출구 단부들(28)을 통해 용융 욕 안으로 그리고 바람직하게는 금속 층(22)안으로 공동 주입된다. 다음 설명은 철광석 미립자 및 석탄용 반송 가스가 질소인 상황에서 이루어진다.
고형물 주입 랜스들(27)의 출구 단부들(28)은 공정의 작동 동안에는 금속층(22)의 표면 위에(above) 위치한다. 랜스들(27)의 이 위치는 용융 금속과의 접촉에 의한 손실의 위험을 감소시키며 또한 아래에 더 설명하는 바와 같이, 용기(11)내에서 물이 용융 금속과 접촉할 심각한 위험이 없이 강제 내부 수냉(forced internal water cooling)에 의해 랜스들을 냉각시키는 것을 가능케 만든다.
용기(11)는 고온 에어 블라스트를 용기(11)의 상부 영역 안으로 전달하기 위한 가스 주입 랜스(26)을 또한 구비한다. 랜스(26)는 용기(11)의 지붕(17)을 통해 용기(11)의 상부 영역 안으로 하방으로 연장한다. 사용시, 랜스(26)은 고온 가스 공급소(미도시)로부터 연장하는 고온 가스 송출관(미도시)을 통해 산소-풍부 고온 공기 흐름을 받아들인다.
도 2는 직접 용융 정련 플랜트가 가열된 철광석 미립자 및 주위 온도 석탄을 하나의 고형물 주입 랜스(27)에 공급하는 것과 관련이 있는 한에 있어서 본 발명에 따른 직접 용융 정련 플랜트의 일 실시예를 개략적으로 보여준다.
본 플랜트는 도 1에 보여진 직접 용융 정련 용기(11)를 포함한다.
본 플랜트는 철광석 미립자를 전형적으로 적어도 600°C의 온도까지 가열하기 위한 예열기 형태의 예비 처리 유닛(34)을 또한 포함한다. 예열기는 임의의 적절한 형태의 예열기일 수 있다.
본 플랜트는 철광석 미립자를 랜스(27)에 공급하기 위한 광석 전달 시스템을 또한 포함한다.
광석 전달 시스템은 (a) 가열된 철광석 미립자를 저장 및 분배하기 위한 광석 저장/분배 유닛(32) 및 (b) 가열된 광석을 광석 저장/분배 유닛(32)으로부터 랜스들(27)로 공급하기 위한 광석 공급 라인(36)을 포함한다.
광석 저장/분배 유닛(32)은 질소 반송 가스에 혼입된 가열된 철광석 미립자를 저장 및 분배하도록 구성된다. 광석 저장/분배 유닛(32)은 가열된 철광석 미립자가 표준 대기 조건들로부터 가압 반송 가스의 환경으로 전달될 수 있게 하는 복수의 통들(bins)의 형태를 취할 수 있다. 그러나, 본 발명의 목적에 있어서, 광석 저장/분배 유닛(32)은 단일 유닛으로 여겨질 수 있다.
사용시, 철광석 미립자는 저장장(stockpile)(미도시함)으로부터 예열기(34)로 공급되며 이 예열기는 상기 미립자를 가열한다. 상기 미립자가 적어도 500°C의 온도에 있도록 그리고 전형적으로 용기(11)로의 주입 지점에서 거의 600°C 내지 700°C 정도의 온도에 있도록 상기 미립자를 가열하기 위하여 예열기(34)는 배열된다. 열이 오프 가스들로부터 철광석 미립자로 전달될 수 있도록 오프 가스들은 출구(18)로부터 예열기(34)로 공급될 수 있다. 예열기(34)는 가열된 철광석 미립자를 광석 저장/분배 유닛(32)으로 공급하도록 배열된다.
가열된 철광석 미립자를 저장/분배 유닛(32)로부터 랜스(27)로 운송하기 위한 광석 공급 라인(36)은 (a) 상기 미립자를 용기(11)에 근접한 장소로 반송하는 제1 부분(48), (b) 상기 미립자를 용기(11)의 저부(12)와 대략적으로 동일한 높이에 있는 위치로부터 적어도 랜스(27)의 높이로 운반하는 상방 연장 부분(42), 및 (c) 상기 라인을 랜스(27)의 광석 주입구로 연결하는 하방 연장 부분(46)을 포함한다. 상기 부분(46)은 도 2에 보여진 작동 위치에 있을 때 랜스(27)과 동축을 이루도록 형성된다. 랜스(27)의 광석 주입구 및 랜스(27)의 전체 구조는 도 3 및 도 4을 참조하여 더 상세하게 설명된다.
상기 플랜트는 또한 석탄을 랜스들(27)에 공급하기 위한 석탄 전달 시스템을 포함한다.
상기 석탄 전달 시스템은 (a) 저장장(미도시함)으로부터 석탄을 받아 그 석탄을 주위 온도 하에서 저장 및 분배하는 석탄 저장/분배 유닛(38) 및 (b) 석탄 저장/분배 유닛(38)으로부터 석탄을 운송하기 위한 공급 라인(40)을 포함한다.
사용시, 주위 온도에 있는 석탄이 석탄 분배 조립체(38)로부터 배출되고 질소 반송 가스에 혼입되고 그리고 석탄 공급 라인(40)을 통해 랜스(27)에 전달된다.
석탄 저장/분배 유닛(38)은 석탄이 표준 대기 조건들로부터 가압 질소 반송 가스의 환경으로 전달될 수 있게 하는 복수의 통들(bins)의 형태를 취할 수 있다. 그러나, 본 발명의 목적에 있어서, 석탄 분배 유닛(38)은 단일 유닛으로 여겨질 수 있다.
석탄 공급 라인(40)은 랜스(27)에 있는 석탄 주입구에 연결된다. 랜스(27)의 상기 석탄 주입구 및 랜스(27)의 전체적인 구조는 도 3 및 도 4를 참조하여 더 상세하게 설명된다. 전형적으로, 상기 석탄 전달 시스템은 석탄 및 석회와 같은 플럭스 재를 공급한다.
도 3은 도 1 및 도 2에 보여진 고형물 주입 랜스(27)의 상부 부분의 개략적인 부분 단면도 및 랜스(27)를 통해 주입된 고온 철광석 미립자 및 주위 온도 석탄 (및 석회)에 대한 온도 등고선들이다.
도 4는 석탄 트랙들(coal tracks)이 랜스(27)를 통한 석탄의 흐름을 나타내는, 도 3에 보여진 개략적인 부분 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 랜스(27)는, 고형 공급 재가 튜브(60)를 통해 주입되고 도 1 및 도 2에 보여진 랜스의 출구 단(28)을 통해 랜스(27)로부터 떠나는 통로(62)를 정의하는 튜브(60)를 포함한다.
튜브(60)는 튜브(60)의 상단 부분에 번호(52)에 의해 전체적으로 식별되는 벤투리관을 구비하며 여기서 상기 벤투리관은 상기 벤투리관을 통과하여 흐르는 고형 공급재를 가속시키기 위한 것이다. 벤투리관(52)은 넓은 후단 부분(56), 벤투리관의 좁은 전단 부분(58), 및 넓은 부분(56)으로부터 좁은 부분(58)로 내측 방으로 테이퍼진 부분(54)을 포함한다.
벤투리관(52)로부터 랜스(27)의 전단(28)으로 연장하는 튜브(60)의 잔여부분은 균일한 단면을 갖는다.
튜브(60)는 튜브(60)의 후단에 있는 가열된 철광석 미립자용 주입구(64) 및 광석 주입구(64)의 하류에 있는 튜브(6)의 석탄용 한 쌍의 정반대의 별개의 주입구들(66)을 구비한다. 석탄 주입구들(66)은 벤투리관(52)의 넓은 부분(56)에 형성된다. 광석 주입구(64) 및 석탄 주입구들(66)은 통로(62)에서 유동 조건들을 생성하도록 배열되어, 사용시에 석탄 주입구들(66)을 통해 통로(62)안으로 공급된 석탄의 적어도 일 부분이 튜브 벽과, 통로(62)의 중심 부분에 흐르는 철광석 미립자 사이에 완충 구역을 형성한다. 석탄은 철광석 미립자 보다 덜 마모성이 있으며 그러므로 완충 구역(70)은 튜브(60)의 벽을 형성하는 재료의 연마 마모를 감소시킨다. 게다가, 철광석 미립자가 고온이고 석탄이 주위 온도에 있는 상황들에서는, 상술한 실시예의 경우와 같이, 완충 구역(70)은 튜브 벽의 유효 기간을 감소시킬 수 있는 열 충격을 최소화한다.
석탄 주입구들(66)의 임의의 적절한 수 및 배열이 있을 수 있다. 석탄 주입구들(66)은 튜브(6)의 길이를 따라 동일한 위치에 있을 수 있고 및/또는 튜브(60)의 길이를 따라 간격을 두고 배치될 수 있다.
통로(62)에서의 철광석 미립자의 흐름이 석탄의 횡단하는, 전형적으로 수직인 흐름을 석탄 주입구들(66)을 통해 통로(62)로 전환하도록, 석탄 주입구들(66)의 장소 및 수가 광석 주입구(64) 및 석탄 및 철광석 미립자에 대한 주입 파라미터들(체적 유량, 주입 속력, 입자 크기 분포 등)과 관련하여 선정되며 그에 따라, 완충 구역(70)을 형성하도록 주입된 석탄의 충분한 흐름의 방향이 전환된다.
벤투리관(52)의 테이퍼진 부분(54)은 테이퍼진 부분에서의 공급 재들의 가속으로 인해 높은 연마 마모의 영역이며 그러므로 완충 구역(70)이 테이퍼진 부분(54)에서의 연마 마모를 감소시키기 위하여 적어도 부분적으로 테이퍼진 부분(54)의 길이를 따라 연장하고, 그리고 바람직하게는 상기 테이퍼진 부분(54)의 길이 전체에 걸쳐서 연장하는 것이 아주 유리하다.
기본적으로, 본 방법은 높은 연마 마모 또는 열 충격을 받기 쉬운 튜브의 부분들을 차폐하기 위하여 튜브의 필요한 길이를 따라 완충 구역이 연장되도록 완충 구역(70)을 형성하기 위해 주입 유량 및 주입 속력과 같은 작동 조건들을 선정하는 것을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 고온 철광석 미립자 및 주위 온도 석탄의 주입이 있는 기재된 실시예에서 랜스(27)에서의 온도를 도시하는 온도 등고선들을 포함한다. 완충 구역(70)에서의 온도가 통로(62)의 중심 부분에서의 온도 보다 상당히 더 낮다는 것은 분명하다.
도 4는 또한 통로(62)내의 석탄의 이동의 통로들을 도시한 트랙들을 포함한다. 특히, 그 도면은 통로(62)내의 철광석 미립자의 전방 흐름이 그 도면에 대한 특정 주입 조건들 하에서 그 통로내의 석탄의 흐름을 어떻게 전환하는가를 도시한다.
완충 구역(70)에 의해 제공된 장점들은 튜브 벽용 높은 내마모성 및 내 열 충격성 재료들에 대한 현재의 요구사항을 감소시키며, 이에 따라서 제한된 범위에서 고가 재료들이 사용되는 경향이 생기며 더 넓은 범위에서 덜 고가의 재료들을 사용할 수 있는 가능성이 열린다.
실용적인 관점에서 완충 구역(70)은 연속 구역이 아닐 수 있으며 균일한 두께가 아닐 수 있으며 그리고 상기 구역에 철광석 미립자가 있을 수 있다는 것이 주목된다. 그러나, 이 상황에서 조차도, 비교 관점에서, 도 3 및 도 4와 관련하여 설명된 완충 구역(70)은, 완충 구역이 전혀 없으며 철광석 미립자와 석탄의 혼합물이 통로(62)를 따라 흐르는 상황들과 비교하여, 연마 마모 및/또는 열 충격 문제들을 감소시킬 것이다.
재료들이 통로(62)를 따라 흐름에 따라 궁극적으로 완충 구역(70)내의 재료와 통로(62)의 중심 부분내의 재료의 혼합이 있을 것이며 그에 따라서 통로(62)를 따라 흐르는 철광석 미립자와 석탄의 균일한 혼합이 있다는 점이 또한 주목된다.
도면들을 참고하여 설명된 본 발명의 고형물 주입 랜스의 실시예에 대하여 본 발명의 사상 및 범위를 일탈하지 않고도 많은 개량이 이루어질 수 있다.
예로서, 고형물 주입 랜스의 실시예가 HIsmelt 직접 용융 정련 공정과 관련하여 기재되어 있지만, 본 발명은 그와 같이 제한되지 않으며 임의의 용융 욕에 기반한 용융 정련 공정으로 확장한다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
예로서, 고형물 주입 랜스의 실시예가 용융 정련 철광석과 관련하여 기재되어 있지만, 본 발명은 이 재료에 제한되지 않으며 임의의 적절한 금속 광물로 확장한다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
예로서, 고형물 주입 랜스의 실시예가 철광석 및 탄소질 재의 형태의 고형 공급 재들을 주입하는 것과 관련하여 기술되지만, 본 발명은 그것에 제한되지 않고 임의의 적절한 공급 재를 주입하는 것으로 확장한다는 것은 쉽게 이해될 것이다.
이어지는 청구범위 및 발명의 전술한 상세한 설명에서, 문맥이 명백한 언어 또는 필요한 함축으로 인해 달리 요구하는 경우를 제외하고는, 단어 "포함하다" 또는 "포함하다(3인칭)" 또는 "포함하는"과 같은 변형들은 포괄적인 의미(inclusive sense)로, 즉 기재된 특징들의 존재를 명시하지만 본 발명의 다양한 실시예에서의 추가 특징들의 존재 또는 부가를 배제하지 않는 것으로 사용된다.

Claims (28)

  1. 고형 공급 재를 고형물 주입 랜스를 통해 주입하는 방법으로서, 상기 랜스의 주입 통로에 유동 조건들을 생성하여 상기 통로를 따라 흐르는 상기 공급 재의 적어도 일부가 상기 통로를 정의하는 튜브의 벽과 상기 통로의 중심 부분을 따라 흐르는 공급 재 사이에 완충 구역을 형성하는 것을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공급 재는 금속 광물을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공급 재는 탄소질 재를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공급 재는 플럭스 재를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 완충 구역 재는 (a) 탄소질 재 단독, (b) 탄소질 재와 금속 광물의 혼합물 또는 (c) 탄소질 재, 금속 광물 및 플럭스 재의 혼합물인 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중심 부분 재는 (a) 탄소질 재 단독, (b) 탄소질 재와 금속 광물의 혼합물 또는 (c) 탄소질 재, 금속 광물 및 플럭스 재의 혼합물인 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중심부분 재는 대부분, 즉 70 중량% 보다 많은, 금속 광물인 방법.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소질 재는 주위 온도에 있고 상기 금속 광물은 고온인 방법.
  9. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소질 재 및 상기 금속 광물은 주위 온도에 있는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 완충 구역은 연속 구역일 수 있고 균일한 두께를 갖는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 완충 구역이 상기 통로에 흐르는 공급 재를 가속시키는 상기 튜브의 부분의 벤투리관의 테이퍼진 부분의 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장하도록 상기 완충 구역을 형성하는 것을 포함하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 완충 구역이 상기 벤투리관의 상기 테이퍼진 부분의 길이 전체를 따라 연장하도록 상기 완충 구역을 형성하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 완충 구역이 상기 벤투리관의 상기 테이퍼진 부분의 길이 전체를 따라 그리고 상기 테이퍼진 부분의 전방으로 연장하도록 상기 완충 구역을 형성하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통로를 따라 금속 광물 형태의 공급 재의 흐름을 형성하는 것 및 상기 통로에 따른 상기 금속 광물의 이동 방향을 대하여 횡단하는, 전형적으로 수직인 방향으로 또 하나의 공급 재의 흐름을 상기 통로 안으로 공급하여, 그에 의해 금속 광물의 상기 흐름이 타 공급 재의 흐름을 상기 통로 안으로 전환하여 상기 완충 구역을 형성하는 것을 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 타 공급 재는 탄소질 단독, 금속 광물 단독, 또는 탄소질 재 및 금속 광물을 포함하는 혼합물인 방법.
  16. 고형 금속 광물 및 고형 탄소질 재를 주입하는 방법으로서, 고형 금속 광물을 금속 광물 주입구를 통해, 상기 랜스의 후단에서 전단으로 연장하는 통로 안으로 주입하는 것, 상기 랜스를 따라 금속 광물의 흐름을 생성하는 것, 그리고 탄소질 재 주입구를 통해, 상기 통로에의 금속 광물 주입구의 하류에 있는 상기 통로 안으로 고형 탄소질 재를 주입하여 상기 탄소질 재의 적어도 일부가 상기 통로를 정의하는 튜브의 벽과 상기 통로를 따라 흐르는 금속 광물 사이에 완충 구역을 형성하는 것을 포함하는 방법.
  17. 튜브를 포함하는 고형물 주입 랜스로서, 상기 튜브는 상기 튜브를 통해 주입되는 고형 공급재를 위한 통로를 정의하며, 또한 상기 튜브는 후단에 고형 공급 재를 위한 주입구, 상기 통로를 따라 흐르는 공급 재의 이동 방향으로 상기 후방 주입구의 하류의 상기 튜브의 벽에 있는 고형 공급 재를 위한 별개의 주입구, 및 전단에서 고형 공급 재를 배출하기 위한 출구를 구비하며, 그리고 상기 랜스는 상기 하류 주입구를 통해 공급 재를 상기 통로 안으로 공급하도록 구성되어 상기 공급 재의 적어도 일부가 상기 통로를 정의하는 튜브의 벽과 상기 통로를 따라 흐르는 공급 재 사이에 완충 구역을 형성하는, 고형물 주입 랜스.
  18. 제17항에 있어서, 하나 보다 많은 튜브 벽 주입구를 포함하는 랜스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 튜브 벽 주입구들은 상기 완충 구역의 형성을 촉진시키기 위하여 상기 튜브 벽의 길이 둘레에 및/또는 상기 튜브 벽의 길이를 따라 선정된 위치들인 랜스.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 복수의 상기 튜브 벽 주입구들은 상기 튜브 벽의 원주의 둘레에 이격되어 있는 랜스.
  21. 제20항에 있어서, 상기 복수의 상기 튜브 벽 주입구들은 상기 튜브 벽의 원주의 둘레에 상기 고형물 주입 튜브의 상기 후단으로부터 동일한 거리에 이격되어 있는 랜스.
  22. 제20항에 있어서, 상기 복수의 상기 튜브 벽 주입구들은 상기 튜브 벽의 원주의 둘레에 상기 고형물 주입 튜브의 상기 후단으로부터 서로 다른 거리에 이격되어 있는 랜스.
  23. 제17항 내지 제22항에 있어서, 상기 고형물 주입 튜브는 상기 벤투리관을 통과하여 흐르는 고형 공급 재를 가속하기 위한 상기 튜브의 후방 부분에 있는 벤투리관을 포함하며, 상기 벤투리관은 넓은 후단에서 좁은 후단으로 내측 방으로 테이퍼진 부분을 포함하는 랜스.
  24. 제23항에 있어서, 상기 벤투리관의 상기 테이퍼진 부분은 상기 후방 주입구의 하류에 그리고 상기 튜브 벽 주입구의 하류에 있어서, 사용시에 상기 완충 구역이 적어도 부분적으로 상기 테이퍼진 부분의 길이를 따라 연장하는 랜스.
  25. 고형 공급 재를 고형물 주입 랜스에 공급하는 장치로서, 상기 장치는
    (a) 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에서 정의된 고형물 주입 랜스의 후단에 있는 상기 주입구에 고형 공급 재를 공급하기 위한 고형 공급 재 전달 시스템으로서, 저장/분배 유닛 및 상기 저장/분배 유닛으로부터 상기 랜스로 금속 광물을 공급하기 위한 고형물공급 라인을 포함하는 전달 시스템; 및
    (b) 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에서 정의된 상기 고형물 주입 랜스의 상기 튜브 벽에 있는 상기 주입구로 고형 공급 재를 공급하기 위한 전달 시스템으로서, 저장/분배 유닛 및 상기 저장/분배 유닛으로부터 상기 랜스로 타 공급 재를 공급하기 위한 고형물 공급 라인을 포함하는 전달 시스템을 포함하는 장치.
  26. 적어도 하나의 고형 금속 광물을 고형물 주입 랜스에 공급하는 장치로서,
    (a) 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에서 정의된 고형물 주입 랜스에 고형 금속 광물을 공급하는 고형 금속 광물 전달 시스템로서 저장/분배 유닛 및 상기 저장/분배 유닛으로부터 상기 랜스로 금속 광물을 공급하기 위한 고형물 공급 라인을 포함하는 전달 시스템; 및
    (b) 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에서 정의된 고형물 주입 랜스에 또 하나의 공급 재를 공급하기 위한 전달 시스템으로서, 저장/분배 유닛 및 상기 저장/분배 유닛으로부터 상기 랜스로 타 공급 재를 공급하기 위한 고형물 공급 라인을 포함하는 전달 시스템을 포함하는 장치.
  27. 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에서 정의된 상기 고형물 주입 랜스를 구비한 직접 용융 정련 용기를 포함하는 직접 용융 정련 플랜트.
  28. 고형 금속 함유 공급 재로부터 용융 금속을 제조하는 용융욕에 기반한 직접 용융 정련 공정으로서, 고형 금속 광물 및 고형 탄소질 재 중 하나 이상으로부터 선정된 고형 공급 재를 직접 용융 정련 용기의 용융욕 안으로 제17항 내지 제24항 중 어느 한 항에서 정의된 상기 고형물 주입 랜스를 통해 주입하는 것을 포함하는 공정.
KR1020157033957A 2013-05-16 2014-05-02 고형물 주입 랜스 KR102139683B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2013901732A AU2013901732A0 (en) 2013-05-16 A solids injection lance
AU2013901732 2013-05-16
PCT/AU2014/000489 WO2014183150A1 (en) 2013-05-16 2014-05-02 A solids injection lance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160007544A true KR20160007544A (ko) 2016-01-20
KR102139683B1 KR102139683B1 (ko) 2020-07-31

Family

ID=51897504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157033957A KR102139683B1 (ko) 2013-05-16 2014-05-02 고형물 주입 랜스

Country Status (11)

Country Link
US (1) US10619927B2 (ko)
EP (1) EP2997167B1 (ko)
JP (1) JP6654133B2 (ko)
KR (1) KR102139683B1 (ko)
CN (1) CN105264094B (ko)
BR (1) BR112015028423B1 (ko)
CA (1) CA2910537C (ko)
EA (1) EA030667B1 (ko)
NZ (1) NZ713550A (ko)
PL (1) PL2997167T3 (ko)
WO (1) WO2014183150A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105264094B (zh) * 2013-05-16 2019-02-05 塔塔钢铁公司 固体注射喷枪
US11319168B2 (en) * 2017-04-28 2022-05-03 Robert Joseph CHENARD Pellet transfer system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010181097A (ja) * 2009-02-06 2010-08-19 Nippon Mining & Metals Co Ltd 吹き込みノズル
US20110308354A1 (en) * 2008-09-16 2011-12-22 Rodney James Dry Material supply apparatus and process

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU71435A1 (ko) * 1974-12-06 1976-11-11
DE2559975C2 (de) * 1975-06-27 1983-12-08 Klöckner-Werke AG, 4100 Duisburg Tauchlanze
FR2432552A1 (fr) * 1978-08-03 1980-02-29 Siderurgie Fse Inst Rech Lance a double flux pour l'insufflation en profondeur de produits pulverulents au sein d'une masse en fusion
JPS5679188A (en) * 1979-11-30 1981-06-29 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Utilization of gaseous by-product and device therefor
JPH0617157A (ja) * 1992-01-08 1994-01-25 Mitsubishi Materials Corp 製錬炉
JP3610584B2 (ja) * 1993-12-22 2005-01-12 住友金属鉱山株式会社 自熔製錬用精鉱バーナー
AUPN226095A0 (en) 1995-04-07 1995-05-04 Technological Resources Pty Limited A method of producing metals and metal alloys
AUPQ532800A0 (en) * 2000-01-28 2000-02-17 Technological Resources Pty Limited Apparatus for injecting solid particulate material into a vessel
WO2004087601A1 (en) * 2003-02-24 2004-10-14 Posco METHOD AND BURNER APPARATUS FOR INJECTING A PULVERIZED COAL INTO ROTARY KILNS, METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING CaO USING THEM
EA009964B1 (ru) * 2004-07-27 2008-04-28 Текнолоджикал Ресорсиз Пти Лимитед Устройство для ввода в емкость материала в виде частиц
TWI373529B (en) * 2004-07-27 2012-10-01 Tech Resources Pty Ltd Smelting apparatus
RU2395772C2 (ru) * 2004-07-27 2010-07-27 Текнолоджикал Ресорсиз Пти Лимитед Устройство для инжекции твердого сыпучего материала в емкость
WO2006105578A1 (en) * 2004-10-18 2006-10-12 Technological Resources Pty Limited Apparatus for injecting solid particulate material into a vessel
US7687020B2 (en) * 2006-12-15 2010-03-30 Technological Resources Pty. Limited Apparatus for injecting material into a vessel
CN101772582B (zh) * 2007-06-19 2013-01-02 技术资源有限公司 用于将固体材料注入容器中的喷管
WO2010088740A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Technological Resources Pty. Limited A direct smelting process and apparatus
EA030690B1 (ru) 2013-05-06 2018-09-28 Тата Стил Лимитед Фурма для введения твердых веществ
CN105264094B (zh) * 2013-05-16 2019-02-05 塔塔钢铁公司 固体注射喷枪

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110308354A1 (en) * 2008-09-16 2011-12-22 Rodney James Dry Material supply apparatus and process
JP2010181097A (ja) * 2009-02-06 2010-08-19 Nippon Mining & Metals Co Ltd 吹き込みノズル

Also Published As

Publication number Publication date
EA201592088A1 (ru) 2016-05-31
BR112015028423A8 (pt) 2018-08-14
JP2016522324A (ja) 2016-07-28
BR112015028423B1 (pt) 2020-03-10
US20160116215A1 (en) 2016-04-28
BR112015028423A2 (pt) 2017-07-25
CA2910537C (en) 2022-05-10
EP2997167A1 (en) 2016-03-23
WO2014183150A1 (en) 2014-11-20
CA2910537A1 (en) 2014-11-20
EA030667B1 (ru) 2018-09-28
EP2997167B1 (en) 2019-07-31
CN105264094B (zh) 2019-02-05
CN105264094A (zh) 2016-01-20
NZ713550A (en) 2019-01-25
KR102139683B1 (ko) 2020-07-31
US10619927B2 (en) 2020-04-14
EP2997167A4 (en) 2017-01-11
PL2997167T3 (pl) 2020-01-31
JP6654133B2 (ja) 2020-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10151014B2 (en) Direct smelting process and apparatus
US9599399B2 (en) Material supply apparatus and process
US20020158377A1 (en) Apparatus for injecting gas into a vessel
US8613790B2 (en) Lance for injecting solid material into a vessel
KR100764042B1 (ko) 직접제련 방법 및 장치
AU2001248156A1 (en) A direct smelting process and apparatus
CN103108967A (zh) 直接熔炼方法
KR20160007544A (ko) 고형물 주입 랜스
CA2910743C (en) A solids injection lance
EP1377689B1 (en) Apparatus for injecting gas into a vessel

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right