KR20200093038A - 특히 샤프트 용융 환원 퍼니스를 위한 충진 시스템 - Google Patents

Abstract

샤프트 용융 호나원 퍼니스를 위한 충진 시스템은 다음을 포함한다: 샤프트 용융 환원 용기(12)의 상부 충진 개구부 상에 장착을 위한 프레임 구조(30); 상기 프레임 구조(30)에 의하여 지지되고, 퍼니스로부터 오프-가스 가스를 제거하고, 과립상 충진 물질을 도입하여 퍼니스 내의 물질의 스택(40)을 형성하기 위하여 구성되는 중앙 샤프트 배열(32). 이때, 중앙 샤프트 배열은 오프-가스 추출을 위한 중앙 후드(34); 상기 중앙 후드의 각각 측면에 배치되는 제1 물질을 위한 한 쌍의 제1 주입 채널(36, 36'); 및 제1 주입 채널의 각각의 측에 배치되는 제2 물질을 위한 한 쌍의 제2 주입 채널(38, 38')을 포함한다. 중앙 후드는 오프-가스 채널(46)을 정의하는 상면하는 한쌍의 오프-가스 패널(44, 44')을 포함하고, 각각의 오프-가스 패널은 각각의 분리벽(48, 48')과 함께 제1 주입 채널(36, 36')을 정의하고; 및 각각의 분리벽(48, 48')은 각각의 외측 벽(50, 50')과 함께 각각의 제2 주입 채널(38, 38')을 정의한다. 분리벽은 중앙 주입 통로(56)를 정의하는 상기 중앙 후드(34) 밑으로 서로를 향하여 연장되는 하부(54, 54')를 포함하고, 이에 의하여 제1 주입 채널을 통하여 하강하는 물질이, 상기 중앙 주입 통로를 통하여 유동하기 전에, 상기 물질의 안식각에 따라 하부(54, 54')에 축적되고, 이에 따라 샤프트 배열 내에서 제1 물질 스톡-라인의 자체 조절이 가능하도록 한다.

Description

특히 샤프트 용융 환원 퍼니스를 위한 충진 시스템

본 발명은 일반적으로 고상 충진물로부터 선철, 주철, 또는 임의의 다른 합금 주조 금속의 생산을 위하여 의도되는 야금 퍼니스의 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 본 발명은 특히 샤프트 용융 환원 퍼니스를 위하여 디자인된 충진 시스템에 관한 것이다.

용융 환원 기술은 통상적인 블라스트 퍼니스에 대안적인 기술이다. 블라스트 퍼니스는 수세기동안 철 생산을 위한 압도적인 기술이었다. 이의 작동은 연속적으로 개선되고 최적화되었고; 이에 따라 매우 효율적인 대규모의 작동 설비가 도출되었다.

용융 환원 기술은 특히 석탄에 기초한 제출 공정이고, 명칭으로부터 명백한 바와 같이, 고상 환원 및 용융 모두를 포함한다.

샤프트 퍼니스에서, 연소에 의하여 형성되는 가스는 충진물로 역류 방향으로 퍼니스를 통하여 올라간다. 이와 같은 가스와 충진물의 접촉은 퍼니스의 효율에 크게 영향을 줄 것이다. 따라서, 일정하고 균일한 충진 수준이 가스의 우수한 투과도 및 분산을 달성하기 위하여 바람직하다.

여기서, 원형의 단면을 갖는 샤프트 퍼니스에서 충진물을 주입하고 분산시키기 위하여 사용되는 통상적인 장치 및 방법은 이미 알려졌고, 이와 같은 장치의 예는 블라스트 퍼니스, 전기 환원 퍼니스, 쿠폴라(cupola) 퍼니스, 등이다.

특히, 블라스트 퍼니스에서, 분류된 광석(ore)으로 형성되는 충진물, 펠렛, 소결물 또는 다른 통상적인 응집물, 코크, 및 라임스톤은 퍼니스의 상부 부분을 통하여 순차적으로 충진되어, 수직상 연속적인 다중층 충진물을 형성한다. 충진물은 충진물에 대하여 역류 방향으로 상방으로 흐르는 가스의 우수한 투과도 및 분산도를 보장하기 위하여 각 구성들의 입자 크기에 따라 퍼니스의 단면에 대하여 균일하게 분산된다. 이는 단일 위치로부터 충진 물질을 주입하는 회전 분배기 및/또는 디플렉터의 사용에 의하여 달성된다.

예를 들어 샤프트 용융 환원 퍼니스와 같은 직사각형 단면을 갖는 퍼니스에서, 연료가 측면을 통하여 공급되는 동안, 철광석을 포함하는 충진물은 중앙 상부 샤프트를 통하여 충진된다.

벽 효과를 최소화하여 상승하는 가스와 충진물 사이의 열교환의 효율을 개선하고, 투과도의 균일성을 최적화하기 위하여, 서로 다른 물질의 컬럼들이 통상적으로 형성된다. 이와 같은 퍼니스의 길이가 이의 폭보다 훨씬 길기 ‹š문에, 원형 단면 퍼니스에 적용되는 분배기의 사용은 이와 같은 퍼니스에서 적절하지 않을 것이다.

용융 환원 퍼니스의 예는 예를 들어, US1,945,341에 개시되어 있다. 퍼니스의 충진이 수행되어 거친 광석의 중앙 컬럼을 형성하고, 반면, 작은 석탄 및 미세물질의 혼합물은 벽에 인접하여 충진된다. 여기서 언급되는 주요 구체예는 벨 및 호퍼를 포함하는 충진 설치물을 구비한 원현 단면의 퍼니스에 관한 것이다. 직사각형 단면의 퍼니스의 가능한 사용도 고려될 수 있으나, 그 이상 다른 충진 설치물은 언급되지 않았다. 그러나, 통상적인 블라스트 퍼니스 장치가 직사각형 퍼니스를 위하여 적절하지 않다는 것은 명확할 것이다.

DE 194 613은 중앙의 가스 오프테이크 파이프를 갖는 블라스트 퍼니스 배열을 개시하고 있고, 여기서 주입부 개구부는 블라스트 퍼니스 둘레를 따라 원형으로 배치된다.

DE 1758372는 원통형 퍼니스 샤프트 위에 배치된 블라스트 퍼니스를 위한 충진 시스템을 개시한다. 이는 하부 호퍼의 큰 볼 밸브, 슛(shoot)을 주입하는 측면 호퍼, 및 하부 호퍼와 슛 및 볼(ball) 밸브를 구비한 중앙 호퍼를 포함한다. 밸브와 호퍼는 퍼니스 샤프트로 하방 연장되고, 중앙 및 두개의 환형 물질 스택을 형성하는 것을 가능하게 하는 내측 및 외측 원형 분리벽과 연동한다.

본 발명의 목적은 개선된 충진 시스템을 제공하는 것이고, 퍼니스의 길이 및 폭(또는 직경)과 무관하게, 일정하고,, 균일한 물질의 충진/스톡라인 수준을 가능하게 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 충진 시스템을 포함하는 샤프트 용융 환원 퍼니스를 통한 단면도이고;
도2는 도 1의 샤프트 용융 환원 퍼니스의 사시도이다.

본 발명에 따르면, 샤프트 용융 환원 퍼니스를 위한 충진 시스템은 다음을 포함한다:

용융 환원 용기의 상부 충진 개구부 상에 장착되는 프레임 구조;

프레임 구조를 지지하고, 퍼니스로부터 오프-가스 가스를 제거하고, 과립상 충진 물질을 도입하여 퍼니스 내에 물질의 스택을 형성하는 중앙 샤프트 배열.

이때, 상기 중앙 샤프트 배열은 다음을 포함한다:

- 오프-가스 추출을 위한 중앙 후드

- 상기 중앙 후드의 각 측면에 하나씩 배치되는 제1 물질을 위한 한쌍의 제1 주입 채널; 및

- 상기 제1 주입 채널의 각 측에 배치되는 제2물질을 위한 한쌍의 제2 주입 채널.

중앙 후드는 오프-가스 채널을 정의하는 상면하는 한쌍의 오프-가스 패널을 포함하고, 각 오프-가스 패널은 각 분리벽과 함께 각 제1 주입 채널을 정의한다. 각 분리벽은 각 외측벽과 함께 각 제2 주입 채널을 정의한다.

분리벽은 중앙 주입 통로를 정의하는 중앙 후드 밑으로 서로를 향하여 연장되는 하부를 포함하고, 이에 의하여 제1 주입 채널을 통하여 하강하는 물질은 중앙 주입 통로를 통하여 유동하기 전에, 상기 물질의 안식각에 따라 하부에 축적된다.

이와 같은 발명의 디자인에 의하여, 분리벽의 하부는 축적면을 제공하고, 제1물질은 물질의 안식각에 따라, 이에 자유롭게 축적된다. 이를 통하여 중앙 주입 통로의 전체 길이에 대하여, 샤프트 배열 내에서 제1물질의 스톡-라인의 자체 조절이 가능하게 된다.

본 발명의 주된 장점은 중앙 물질 스택의 일정하고 균일한 스톡-라인을 보장하고, 이에 의하여, 퍼니스 내에서 상승하는 가스의 우수하고 일정한 투과도 및 분산도를 보장하는 것이다. 충진 시스템은 이동 슈트(chute)를 사용하는 통상적인 디자인보다 적은 부품을 포함하고; 따라서 마모에 덜 노출된다. 스톡-라인 수준은 자체 조절되고; 및 퍼니스의 길이 또는 폭과 관련하여 한계 조건 또는 제한이 없다.

본 충진 시스템은 특히 직사각형(수평) 단면의 샤프트 용융 환원 용기를 위하여 디자인되었다. 그러나, 이는 또한 원형 용기에 적용될 수 있다.

바람직하게는, 충진 시스템은 각각 프레임 구조에 장착되고, 중앙 샤프트 배열의 다운스트림의 퍼니스로 개방된 두개의 측면 주입기를 더 포함한다. 이해되는 바와 같이, 이는 퍼니스 내에서 5개의 서로 다른 물질의 수직 컬럼을 가능하게 한다:

- 중앙 주입통로를 통하여 유동하는 물질에 의하여 형성되는 중앙 물질 컬럼;

- 중앙 컬럼의 각 측면에 각각 배치되는 한쌍의 제2주입 채널에 의하여 형성되는 2개의 물질 컬럼; 및

- 측면 주입기에 의하여 형성되는 물질(길이방향 퍼니스 벽을 따라)의 2개의 외측 컬럼.

물질의 각 컬럼의 함량은 퍼니스의 원하는 작동 모드에 따라 선택될 수 있다. 일반적으로, 컬럼은 연료 컬럼 또는 금속 컬럼으로 구성될 수 있다.

일반적으로 연료 컬럼은 하나 이상의 석탄, 코크, 탄소질 물질, 나무, 차콜을 포함할 수 있고, 환원된 폐기물 또는 일정 양의 금속을 포함하는 물질과 같은 폐 물질을 포함할 수 있다.

일반적으로, 금속 컬럼은 환원된 물질을 포함할 수 있고, 특히 하나 이상의 광석, 폐기물, 철광성, 먼지 등을 포함할 수 있다.

이와 같은 물질은 서로 다른 입도를 가지고, 미세한 입도로부터 거친 입도까지일 수 있고, 이는 하나의 컬럼으로부터 다른 컬럼사이에 다양할 수 있다. 또한, 물질은 임의의 적절한 공정에 의하여 응집될 수 있다.

일 구체예에서, 각 분리벽은 직선의 상방 부분을 포함하고, 바람직하게는 수직이고, 하부에 연결된다. 하부는 오프-가스 패널보다 낮게, 및 오프-가스 채널 밑으로 연장되고, 상기 중앙 주입 통로는 상기 오프-가스 채널보다 좁은 유동 단면을 갖는다.

바람직하게는, 외측 벽은 용기 상부 충진 개구부와 수직으로 정렬된 중앙 주입 통로의 다운스트림인 충진 통로를 정의하기 위하여 상기 프레임과 연결된 각 하부를 포함한다. 특히, 각 외측 벽의 하부는 내측으로 테이퍼된 영역과 각각의 오프-가스 패널과 수직으로 정렬되어 위치하거나 또는 다소 내측으로 위치하는 수직 영역을 포함할 수 있다. 이와 같은 충진 통로는 중앙 샤프트 배열에 의하여 형성되는 물질 스택의 (횡단) 폭을 정의한다.

구체예에서, 오프-가스 패널은 조정가능한 (수직으로) 길이로 디자인된다. 실제로, 오프-가스 패널은 중앙 후드에 제거 가능하도록 장착되어, 서로 다른 길이의 오프-가스 패널과의 교환을 가능하게 한다. 오프-가스 패널의 길이를 조절하는 것은 분리벽의 상응하는 하부로부터 오프-가스 패널의 하부 엣지를 분리하는 거리를 조절할 것이고, 제1 물질의 스톡-라인 수준에 영향을 준다. 예를 들어, 이 거리를 증가시키면 제1물질의 스톡-라인 수준이 올라갈 것이다.

다른 면에 따르면, 본 발명은 또한 용융 환원 용기 및 용융 환원 용기의 상부 충진 개구부에 장착된 본 발명의 충진 시스템을 포함하는 용융 환원 퍼니스에 관한 것이다. 구체예에서, 용융 환원 용기는 일반적으로 직사각형 단면을 갖는다.

본 발명은 예시적으로 도면의 참조번호와 함께 더 설명될 것이다.

도 1은 횡단면에서, 본 발명의 충진 시스템의 구체예를 구비한 샤프트 용융 환원 퍼니스 10을 보여준다. 길이방향, 횡방향 및 수직방향 축(X,Y,Z)은 설명의 편의를 위하여 도면에 표시된다.

이와 같은 퍼니스 10은 샤프트 퍼니스의 종류이고, 통상적으로 용융 환원 용기 12에 의하여 형성되는 하부 샤프트 영역과 용기 12상에 배치되고 일반적으로 14로 표시되는 충진 시스템에 의하여 형성되는 상부 샤프트 영역으로 구분된다.

통상적으로 용융 환원 용기 12는 퍼니스 바닥을 형성하는 바닥벽 16과 측벽 18을 포함하고, 이와 같은 벽은 세라믹 마모 라이닝 22에 의하여 내부적으로 덮이는 외측 금속성 엔빌로프 20으로 이루어진다. 용기 12는 주로 수평면 즉, 면(X,Y)에서 봤을 때 직사각형의 단면이다. 도 1의 단면 뷰가 퍼니스의 폭을 따라 본 수직 단면 뷰이고, 이는 퍼니스의 길이 축(용기의 길이 축)이 도면의 축 X에 평행임을 의미한다.

따라서, 용기 12는 퍼니스의 길이 축을 따라 연장되는 두개의 길이방향 벽 18과 길이 축에 수직인 두개의 말단 벽 18' (도 2)을 포함한다. 이와 같은 벽은 일반적으로 패러럴파이프(parallelpipedic) 형상의 내측 부피를 정의하고, 이와 같은 벽의 내측 상부 엣지는 용기 12의 상부에서 직사각형 충진 개구부 23을 정의한다.

통상적으로, 나아가 용기 12는 화살표 24로 표시되는 복수의 송풍구를 포함하고, 이는 고온의 공기 블라스트를 하부 샤프트 영역으로 주입하고; 또한 고온 금속을 추출하기 위한 하나 이상의 탭홀(미도시)을 포함한다.

샤프트 용융 환원 용기 12는 본 발명의 중점부분이 아니기 때문에 간단히 설명되고, 통상적인 및/또는 임의의 적절한 디자인일 수 있다.

충진 시스템 14를 보다 구체적으로 고려하면, 이는 퍼니스 벽 18, 18'의 상부 엣지에 이하여 정의되는 용기 개구부 23상에 장착되는 프레임 구조 30을 포함한다.

프레임 구조 30은 용기 내부로부터 가스를 추출하고, 주로 용융 물질인 물질을 퍼니스로 공급하기 위하여 구비되는 중앙 샤프트 배열 32를 지지한다. 중앙 샤프트 배열 32는 퍼니스 길이축 X를 따라 연장되고, 다음을 포함한다:

- 오프-가스 추출을 위한 중앙 후드 34;

- 중앙 후드 34의 각 측에 배치되는 제 1물질을 위한 한쌍의 제1 주입채널 36, 26';

- 각 제1 주입 채널 36, 36'에 대하여 다시 측면에 배치되는 제2물질을 위한 한쌍의 제2 주입 채널 38, 38'.

도 1에서 확인되는 바와 같이, 중앙 샤프트 배열 32는 샤프트 퍼니스 10 내에서 물질의 수직 스택 40을 형성하기 위하여 디자인되고, 물질의 수개의 컬럼을 포함한다.

본 발명의 디자인에서, 중앙 샤프트 배열 14의 각 측면에 배치되는 한쌍의 측면 주입기 42, 42'는 바람직하게는 제3의 물질을 퍼니스에 공급하기 위하여 제공된다.

퍼니스에서 선철의 생산을 위하여, 철 함유 물질이 주로 제2 주입 채널 38, 38'로 주입된다. 환원된 물질, 주로 탄소 함유 물질은 제1 주입채널 36, 36' 및 측면 주입기 42, 42'를 통하여 주입된다.

도 1에서, 스택 40은 전체 퍼니스 높이에 대하여 수직으로 연장되는 것으로 개략적으로 도시된다. 하지만, 사용시에, 하부 햐프트 영역은 용융 금속을 포함하는 것이 명확하다. 공정의 측면에서, 연료(환원/탄소함유 물질) 및 철 함유 물질은 사전 가열되고, 부분적으로는 상부 샤프트 영역에서 환원된다. 충진물은 그 후 중앙 용융 영역에서 환원 분위기에서 용융된다. 잔여 산화철의 최종 환원은 하부 샤프트 영역에서 맥석과 에쉬의 슬래깅(slagging of gangue and ahses)과 함께 이루어진다. 금속과 슬래그 액적은 과열되고 바닥에 축적된다.

중앙 샤프트 배열 14 및 측면 주입기 42, 42'의 구조는 퍼니스 내로 제1 주입 채널 36, 36'과 더욱이 중앙 주입 개구부 56을 통하여 유동한 물질로부터 초래되는 중앙 컬럼 40.1을 포함하는 물질의 스택 40을 형성하는 것을 가능하게 한다. 중앙 물질 컬럼 40.1은 두개의 컬럼 40.2와 40.3 사이에 있고, 상기 두개의 컬럼은 각각 제2 주입채널 38', 38로부터 유동한 물질에 의하여 형성된다. 다시말해, 후자는 길이방향 퍼니스 벽 18에 인접한 두개의 물질 컬럼 40.4 및 40.5 사이에 있고, 측면 주입기 42' 및 42를 통하여 도입되는 물질로부터 초래된다. 다섯개 컬럼을 위한 물질은 다음과 같이 분포된다:

컬럼40.1-물질1: 연료, 예를 들어 하나 이상의 석탄, 코크, 탄소성 물질, 나무, 차콜 등.

컬럼 40.2-물질2: 환원되는 물질, 예를 들어 하나 이상의 광물, 폐기물 등.

컬럼 40.3-물질3: 환원되는 물질, 예를 들어, 하나 이상의 광물, 폐기물 등, 컬럼 40.2와 상이한 입도 또는 상이한 화학조성을 가질 수 있음. 종종 컬럼 40.2 와 40.3은 동일 물질을 포함할 수 있음.

컬럼 40.4-물질4: 연료, 예를 들어 컬럼 40.1과 동일한 물질, 환원 폐기물 등. 그러나, 상이한 입도 또는 상이한 화학 조성일 수 있음.

컬럼 40.5-물질5: 연료, 예를 들어 컬럼 40.1과 동일한 물질, 환원 폐기물, 등. 하지만 컬럼 40.1 및/또는 40.4와 상이한 입도 또는 상이한 화학 조성일 수 있음.

다시, 선철의 생산을 위하여, 컬럼 40.2 및 40.3은 주로 철광석 및 다른 철 함유 물질로 이루어진다. 또한, 한쌍의 컬럼(40.2, 40.3), 각각(resp.)(40.4, 40.5)는 상기한 바와 같이, 동일 물질로 주입될 수 있고, 또는 다른 물질로 주입될 수 있다.

추가로 검토되는 사항은 다섯개의 서로 다른 물질의 컬럼을 갖고 작동하는 퍼니스의 일반적인 용량이고, 각 컬럼의 물질은 반드시 상기한 바와 동일할 필요는 없다. 통상의 기술자는 퍼니스를 다르게 작동하도록 결정할 수 있다.

이해되는 바와 같이, 물질의 각 컬럼은 용기 벽 18 및 18'에 의하여 정의되는 바와 같이 용기 내부의 전체 길이를 넘어 연장된다.

중앙 샤프트 배열 32의 구조를 보다 구체적으로 보면, 이는 다양한 주입 채널과 오프-가스 통로를 정의하는 길이방향으로 연장되고, 프레임 구조 30에 의하여 지지되는 복수의 벽을 포함한다.

따라서, 중앙 후드 34는 퍼니스 내부로부터 올라오는 가스를 배출하기 위한 중앙 오프-가스 덕트 또는 채널 46을 정의하는 두개의 상면하는 오프-가스 패널 44, 44'을 포함한다. 오프-가스 패널 44, 44'은 수직으로 배치되고, 바람직하게는 직선으로 형성된다. 중앙 후드 34는 오프-가스 덕트를 폐쇄하고, 추출 파이핑(미도시)을 위한 상부 개구부가 제공되는 상부 커버 34.1(도 2)를 갖는다.

두개의 분리벽 48, 48'은 중앙 후드 34의 측면에 배치되고, 오프-가스 패널 44, 44'과 함께 제1 주입 채널 36, 36'를 정의한다.

분리벽 48, 48'은 더욱이 측면으로 배치된 외측 벽 50, 50'와 함께 제2 주입 채널 38, 38'를 정의한다. 일반적으로 외측 벽 50, 50'는 수직으로 연장되고; 상방 부분은 직선이고, 각각의 분리벽 48, 48'의 상면하는 부분에 수평이다. 하부 영역에서, 외측 벽 50, 50'는 프레임 구조 30과 연결되고, 용기 개구부 23과 수직으로 정렬된 직사각형 상부 샤프트 통로 52를 정의한다.

측면 주입기 42, 42' 각각은 한쌍의 벽 42.1, 42.2 및 42.1, 42.2'를 포함하고, 이들은 여기서 서로에 대하여 평행하게 연장되는 직선의 기울어진 벽이다. 주입부 벽 42.1, 각각(resp.) 42.1'는 충진 통로 52, 즉 중앙 샤프트 배열 14의 다운스트림의 밑에 있는 프레임 30에 연결된다. 연관되는 주입부 벽 42.2, 각각(resp.) 42.2'는 또한 프레임 구조 30에 연결되나, 다른 주입부 벽과 이격되어 퍼니스로 개방되고, 보다 정확하게는 용기 12의 상부 영역, 즉, 중앙 샤프트 배열 밑으로 개방되는 이들 사이의 주입 통로를 정의한다.

통상적으로, 충진 시스템 12의 용기 벽 18, 18'과 벽 44, 48, 50...는 냉매의 순환을 위하여 내화 라이닝에 주로 배치되는 내부 냉각 파이프/채널과 함께 제공될 수 있다.

분리벽 48, 48'이 중앙 후드 34 밑으로 서로의 방향으로 연장되는 하부 벽 부분 54, 54'을 포함한 중앙 주입 통로 56을 정의하는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 같은 디자인을 통하여, 제1 주입 채널 38, 38'를 통하여 하강하는 물질은 중앙 주입 통로 56을 통하여 유동하기 전에, 과립 물질의 안식각에 따라 하부 54, 54'에 축적되고, 이에 의하여 샤프트 배열 14 내에서 60으로 표시되는 제1 물질 스톡-라인의 자체 조절이 가능하게 된다.

확인되는 바와 같이, 분리벽 48, 48'은 직선의 상방 부분 48.1, 48.1'을 갖고, 퍼니스의 중앙부로 보이는 기울어진 하부 54, 54'을 갖는다. 따라서 분리벽 48, 48'은 일종의 깔때기 모양을 형성하고, 그 안에 중앙 후드 34가 배치된다. 이해되는 바와 같이, 중앙 후드 34는 분리벽의 상부 영역 48.1, 48.1'와 함께 제1 주입 채널 36, 36'를 정의한다. 여기서 과립 물질은 연관되는 벽들 사이에 속박된다. 그러나, 과립 물질이 오프-가스 패널 48, 48'의 하부 엣지를 넘어/이의 다운스트림으로 통과하면, 더 이상 수직적으로 후자에 의하여 속박되지 않는다. 따라서, 과립 물질은 자유롭게 하부 분리벽 54, 54'에 의하여 제공되는 경사진 표면에 축적되고, 여기서 실제로 과립 물질의 안식각에 따라 축적될 것이다.

'안식각'이라는 표현은 여기서 이의 통상적인 의미로 사용된다. 즉, 과립 물질과 관련하여, 안식각은 이와 같은 과립 물질의 파일이 안정한 경사를 갖는 최대 각을 의미한다. 예를 들어, 벌크 과립 물질이 수평의 베이스 표면에 부어지면, 원추형 파일이 형성된다. 파일의 표면과 베이스 표면 사이의 내각이 안식각으로 알려진다; 필연적으로 안식각은 파일이 수평과 형성하는 각이다.

샤프트 퍼니스 10은 도 2에서 사시도로 보여진다. 직사각형 형태의 샤프트 용융 환원 용기 12를 확인할 수 있다. 충진 시스템 14는 용기 12의 상부에 기밀 구조로 디자인되어, 오프-가스를 배출하고, 각각의 주입 채널을 공급하기 위한 파이프에 연결된다. 이와 같은 목적을 위하여, 전체 중앙 샤프트 배열 32와 측면 주입기 42, 42'은 바람직하게는 금속성 엔빌로프 내에 포함된다. 이와 같은 엔빌로프는 내화 라이너에 의하여 내부적으로 커버되고, 이에 의하여 외측 벽 50, 50'를 형성하고, 측면 주입기 42, 42'의 벽을 형성한다. 또한, 주목되는 것은, 두개의 반대로 횡단하여(Y,Z 평면) 연장되는 말단 벽 62는 퍼니스 용기의 말단 벽 18'에 상응하고(단지 하나면 보여짐), 따라서, 중앙 샤프트 배열 32, 제1 및 제2 주입 채널 및 측면 주입기의 길이방향 연장을 한정한다는 것이다. 이와 같은 디자인은 상기 벽에 의하여 정의되는 모든 채널이 상방으로 개방되고, 직사각형 유동 단면을 갖도록 한다는 것이 명확하다.

각 측면 주입기 42의 상부 개구부 42.3, 42.3'는 각각의 커버 64에 의하여 폐쇄된다. 물질, 여기서 석탄은 상부로부터 물질 공급 수단(미도시)과 연통하는 파이프 66에 의하여 그곳으로 도달한다. 각각의 파이프 66은 충진 포인트 68에서 각각의 커버 64, 64'으로 개방된다.

유사하게, 커버 70, 70'는 중앙 샤프트 배열 32의 각 측면에 배치되어 제1 및 제2 채널 36, 36', 38, 미 38'을 폐쇄한다. 내부 파티션은 각 커버 70, 70'를 두개의 영역으로 나누어, 파이프 72는 제1 채널 36, 36'와 연통되고, 파이프 74는 제2 채널 38, 38'와 연통된다. 다시, 이들 파이프 72 및 74 각각은 커버에서 각각의 충진 포인트 72.1 및 74.1과 연결되고, 이들의 상부 말단에서, 물질 공급 수단과 연결된다. 예를 들어, 각각의 파이프 또는 파이프의 쌍은 일반적으로 중간 빈(bin) 및 기밀 밸브(미도시)를 통하여 물질 호퍼의 다운스트림에 위치하는 비례 밸브(proportioning valve)와 연통하는 이의 상부 말단을 갖는다.

본 발명의 충진 시스템에서, 이동 가능한 튜브나 슈트 없이, 물질은 단순히 각각의 주입 채널에서 파이프를 통하여 커버 64 및 70으로 충진된다는 것을 주목할 수 있다. 물질은 파이프로부터 각각의 커버로 떨어지고, 나아가 상응하는 주입 채널로 떨어지고; 이의 자연적인 중력에 의한 유동 하에서, 입상 물질은 삼각형의 더미를 형성하는 경향이 있다. 수개의 충진 포인트는 각각의 커버에 제공될 수 있고, 필요한 경우, 특히 더 긴 길이를 갖는 퍼니스를 위하여 상기 수개의 충진 포인트가 제공될 수 있다.

각 주입 채널에서의 충진 수준은 공지 기술로 알려진 바와 같이 레이더의 수단에 의하여 모니터되거나, 도는 임의의 다른 적절한 시스템에 의하여 모니터될 수 있다.

선철의 생산을 위하여, 철 함유 물질은 주로 제2 물질로서 도입될 수 있고, 예를 들어, 제2 주입채널(상기한 물질 2 및 3)로 도입될 수 있다. 철 함유 물질은 입상이고, 특히 5 내지 300 mm의 입자 크기를 갖는다. 필요한 경우, 철 함유 물질은 바인더 및/또는 첨가제를 사용하여 열간 가공 또는 냉간 가공동안 응집체, 펠렛, 브리켓(briquette) 등으로 형성될 수 있다. 필요한 경우, 응집체는 특히 자가 환원 응집체를 형성하기 위하여 환원 물질을 더 포함할 수 있다.

탄소함유 물질이 예를 들어 상기한 물질 1, 4, 및 5와 같은 물질을 사용하여 제1 주입 채널 및 측면 주입기를 통하여 퍼니스로 충진된다.

측면 주입기 42, 42'로 로딩되는 탄소함유 물질은 5 내지 300 mm의 크기를 가질 수 있다.

충진 수준은 상기한 바와 같이 레이더의 수단에 의하여 각각의 채널에서 모니터될 수 있다.

그러나, 중앙 물질 컬럼의 수준은 이 물질의 안식각에 기초하여 스스로 조절될 수 있음이 이해될 것이다. 이는 전체 퍼니스 길이에 걸쳐 일정한 스톡-라인 수준을 담보한다. 따라서 본 발명의 충진 시스템은 물질 1의 중앙 컬럼의 형성을 가능하게 하고, 이는 벽 효과를 최소화함에 의하여 상승하는 가스와 충진물 사이의 열 교환의 효과를 개선시킨다. 나아가, 이는 일정하고 균일한 충진 수준을 보장하고, 이는 가스의 투과도 및 분산도의 관점에서 유리하다.

도1에서, 채널 36, 36', 및 38, 38'를 위한 최소 및 최대 충진 수준이 Lmin 및 Lmax로 표시된다. 이는 채널 및 나아가 상응하는 커버에 형성되는 물질의 각각의 무더기의 기초(base)를 나타낸다.

스톡-라인 수준 60이 분리벽 48, 48'의 하부 54, 54'에 놓인 물질의 안식각에 기초하여 스스로 조절되기 때문에, 채널 36 뭉 36'에서 충진 수준과는 독립적임을 인지할 수 있을 것이다. 그러나, 스톡-라인 수준 60은 오프-가스 패널 44, 44'의 하부 엣지와, 이에 상응하는 하부 36 및 36' 사이의 거리 D를 변화시킴에 의하여 조절될 수 있다. 따라서, 오프-가스 패널 44 및 44'은 바람직하게는 이동 가능한 벽 또는 분절된(segmented) 벽으로 형성되고, 이에 의하여 하부는 예를 들어 다른 더 길거나 더 짧은 벽 부분에 의하여 교체될 수 있다. 이해되는 바와 같이, 증가하는 거리 D는 스톡-라인 수준 60을 증가시킬 것이다.

10 ... 퍼니스
12 ... 용기
14 ... 충진 시스템
16 ... 바닥벽
18, 18' ... 벽
20 ... 외측 금속성 엔빌로프
22 ... 세라믹 마모 라이닝
23 ... 객부
24 ... 화살표
30 ... 프레임 구조
32 ... 중앙 후드
36, 36' ... 제1주입 채널
38, 38' ... 제2주입 채널
40 ... 수직 스택
41.1 ... 40.5 ... 컬럼
42, 42' ... 측면 주입기
42.3, 42.3' ... 상부 개구부
44, 44' ... 오프-가스 패널
46 ... 중앙 오프-가스 덕트
48, 48' ... 분리벽
48.1, 48.1' ... 상방 부분
50, 50' ... 외측벽
52 ... 상부 샤프트 통로
54, 54' ... 하부 벽 부분
56 ... 중앙 주입 통로
60 ... 스톡-라인, 표시됨
62 ... 벽
64 ... 커버
66 ... 파이프
68 ... 충진 포인트
70, 70' ... 커버
72.1, 74.1 충진 포인트
72 파이프
74 파이프
Lmin, Lmax ... 충진 수준
D ... 거리
X,Y,Z ... 축

Claims (9)

1. 샤프트 용융 환원 용기(12)의 상부 충진 개구부에 장착되기 위한 프레임 구조(30);
   상기 프레임 구조(30)에 의하여 지지되고, 및 퍼니스로부터 오프-가스 가스를 제거하고, 퍼니스 내에 물질의 스택(40)을 형성하기 위하여 과립상 충진 물질을 공급하기 위하여 구비되는 중앙 샤프트 배열(32);을 포함하고,
   상기 중양 샤프트 배열은
   - 오프-가스 추출을 위한 중앙 후드(34);
   - 상기 중앙 후드의 각 측면에 하나씩 배치되는 제1 물질을 위한 한쌍의 제1 주입 채널(36, 36'); 및
   - 상기 주입 채널의 각각의 측에 배치되는 제2 물질을 위한 한 쌍의 제2 주입 채널(38, 38')을 포함하고,
   상기 중앙 후드는 오프-가스 채널(46)을 정의하는 한쌍의 상면하는 오프-가스 패널(44, 44')을 포함하고, 각 오프-가스 패널은 각각의 분리벽(48, 48')과 함께 각각의 제1 주입 채널(36, 36')을 정의하고,
   각각의 분리벽(48, 48')은 각각의 외측 벽(50, 50')과 함께 각각의 제2 주입 채널(38, 38')을 정의하고,
   분리벽(48, 48')은 중앙 주입 통로(56)를 정의하는 상기 중앙 후드(34) 밑으로 서로를 향하여 연장되는 하부(54, 54')를 포함하고, 이에 의하여 상기 제1 주입 채널을 통하여 하강하는 물질은 상기 중앙 주입 통로를 통하여 유동하기 전에, 상기 물질의 안식각에 따라 상기 하부(54, 54')에 축적되고, 이에 의하여 샤프트 배열 내에 제1 물질 스톡-라인의 자체 조절을 허용하는 것을 특징으로 하는 샤프트 용융 환원 퍼니스를 위한 충진 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 각각의 분리벽(48, 48')은 직선형 상방 부분(48.1, 48.1')을 포함하고, 바람직하게는 수직이고, 이는 상기 하부로 연결되고; 및 상기 분리벽의 상기 하부(54, 54')는 상기 오프-가스 패널(44, 44')보다 낮게, 및 상기 오프-가스 채널(46) 밑으로 연장되고, 상기 중앙 주입 통로(56)는 상기 오프-가스 채널(46)보다 좁은 유동 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 충진 시스템.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 2개의 측면 주입기(42, 42')를 포함하고, 각각은 상기 프레임 구조에 장착되고, 상기 중앙 샤프트 배열의 다운스트림의 상기 퍼니스로 개방된 것을 특징으로 하는 충진 시스템.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외측 벽(50, 50')은 각각 용기 상부 충진 개구부와 수직으로 정렬된 상기 중앙 주입 통로의 다운스트림인 충진 통로를 정의하는 상기 프레임과 연결된 하부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충진 시스템.
   
5. 제4항에 있어서, 각 외측 벽의 하부는 내측으로 테이퍼된 영역 및 각각의 오프-가스 패널과 수직 정렬로 위치하거나 또는 더 내측으로 위치하는 수직 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 충진 시스템.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오프-가스 패널(44, 44')은 오프-가스 패널의 하부 엣지와 분리벽의 상응하는 하부 사이에서 유동 영역의 조절을 가능하게 하기 위하여 상기 중앙 후드(34)에 제거 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 충진 시스템.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 커버(70)는 상기 제1 및 제2 주입 채널 각각의 상부 개구부를 폐쇄하고, 상기 커버 각각은 물질 공급 시스템으로의 연결을 위한 적어도 하나의 충진 포인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 충진 시스템.
   
8. 샤프트 용융 환원 용기(12) 및 상기 용융 환원 용기(12)의 상부 충진 개구부에 장착되는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 충진 시스템을 포함하는 샤프트 용융 환원 퍼니스.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 용융 환원 용기(12)는 일반적으로 직사각형 단면인 것을 특징으로 하는 샤프트 용융 환원 퍼니스.

Images