KR20220157507A

KR20220157507A - Dri 제품으로 액상 선철의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220157507A
Application number: KR1020227039093A
Authority: KR
Inventors: 요헨 슈뤼터; 랄프 뇌르트헤만; 토마스 헨켈; 파울 톡케르트
Original assignee: 에스엠에스 그룹 게엠베하
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-11-29
Also published as: EP4219773A1; CA3181620A1; WO2021219277A1; EP4143351A1; BR112022022134A2; US20230175087A1; CN115485397A; DE102020205493A1

Abstract

본 발명은 액상 선철을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 i) 적어도 75.0 wt.%의 철 함량, 적어도 0.10 wt.%의 탄소 함량, 그리고 CaO, SiO₂, MgO 및 Al₂O₃을 포함하는 그룹에서 선택되는, 최대 15.0 wt.%의 산성 및 염기성 슬래그 성분들의 함량을 함유하는 직접 환원철 제품(1)(DRI 제품)을 제공하는 제공 단계; ii) 전기 작동식 제련 유닛(3) 내로 슬래그 형성제(2)를 첨가하면서 DRI 제품(1)을 공급하는 공급 단계; iii) 전기 작동식 제련 유닛(3) 내로 추가 철 및/또는 탄소 성분(5)을 선택적으로 공급하는 선택적 공급 단계; iv) 슬래그 형성제(2)가 존재하는 상태에서 DRI 제품(1) 및 선택적으로는 추가 철 및/또는 탄소 성분(5)을 제련함으로써 액상 선철상(6) 및 액상 슬래그상(7)이 형성되게 하는 제련 단계; v) 슬래그상(7)이 0.95 내지 1.5의 (CaO + MgO/SiO₂)의 염기도를 갖는 방식으로 슬래그상(7)을 조정하는 조정 단계; vi) 액상 선철상(6)을 태핑하는 태핑 단계; 및 vii) 슬래그상(7)을 태핑하고 입상화하는 태핑 및 입상화 단계;를 포함한다.

Description

DRI 제품으로 액상 선철의 제조 방법

본 발명은 제련 유닛(smelting unit) 내에서 특히 직접 환원철 제품(DRI 제품)으로 액상 선철을 제조하기 위한 방법; 입상화된 슬래그; 및 액상 선철을 제조하기 위한 설비;에 관한 것이다.

상기 유형의 방법들 및 설비들은 종래 기술로부터 기본적으로 공지되어 있다. 예컨대 WO 2017/207472 A1호는, 전기 아크로(EAF) 내에서 용융되는 직접 환원철 제품(DRI)으로 액상 선철을 제조하기 위한 방법 및 설비를 개시하고 있다. 사용되는 DRI는, 탄화철의 형태로 존재하면서 효과적으로 바람직하게는 용융욕(molten bath)에 작용하는 높은 탄소 함량을 함유한다.

또한, 유럽 특허 출원 EP 1 160 338 A1호 및 EP 1 160 337 A1호는 직접 환원철 제품(DRI)을 예열하고 최종적으로 환원하기 위한 높은 에너지 절약형 방법을 개시하고 있다. 상기 직접 환원철 제품은 전기 아크로(EAF) 내에서 제련되되, 제련 공정 동안 발생하는 CO 함유 배기가스는 공정 중에 재사용된다.

유럽 특허 출원 EP 1 298 224 A1호는, 마찬가지로 직접 환원철 제품이 전기 아크 가열을 통해 용융되는 것인, 액상 선철을 제조하기 위한 방법을 개시하고 있다. 전기 아크 가열은 주로 용융로의 내화 재료의 유효 수명을 개선하는 방사선 가열을 포함한다.

액상 선철의 제조를 위한 또 다른 방법은 US 5,810,905로부터 공지되어 있다. 이런 경우, 우선, 철 함유 분광(fine ore)이 유동층 반응기에서 수소가 존재하는 상태에서 탄화철로 변환되며, 이런 탄화철은 그에 뒤이어 전기 아크로(SAF)로 공급되어 액상 선철로 제련되어 액화된다.

비록 종래 기술로부터 직접 환원철 제품으로 액상 선철을 제조하기 위한 다양한 방법들 및 설비들이 공지되어 있다고 하더라도, 여전히 개선된 방법들 및 설비들에 대한 수요가 존재한다.

그러므로 본 발명의 과제는, 상기 배경에서, 액상 선철을 제조하기 위한, 종래 기술에 비해 개선된 방법 및 종래 기술에 비해 개선된 설비를 명시하는 것에 있다.

본 발명에 따라서, 상기 과제는 특허 청구항 제1항의 특징들을 갖는 방법을 통해, 그리고 특허 청구항 제8항의 특징들을 갖는 설비를 통해 해결된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성들은 종속적으로 기재된 청구항들에 명시되어 있다. 종속적으로 기재된 청구항들에 개별적으로 열거된 특징들은 기술적으로 유의미한 방식으로 상호 간에 조합될 수 있으며, 그리고 본 발명의 또 다른 구성들을 정의할 수 있다. 더 나아가, 청구범위에 명시된 특징들은 본원 명세서에 보다 더 상세하게 정확하게 규정되고 설명되며, 본 발명의 또 다른 바람직한 구성들도 설명된다.

제1 양태에 따라서, 본 발명은 하기 단계들을 포함하여 액상 선철을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

i) 적어도 75.0 wt.%의 철 함량, 적어도 0.10 wt.%의 탄소 함량, 및 CaO, SiO₂, MgO 및 Al₂O₃을 포함하는 그룹에서 선택되는, 최대 15.0 wt.%의 산성 및 염기성 슬래그 성분들의 함량을 함유하는 직접 환원철 제품(DRI 제품)을 제공하는 제공 단계;

ii) 전기 작동식 제련 유닛 내로 슬래그 형성제(2)를 첨가하면서 DRI 제품(1)을 공급하는 공급 단계;

iii) 전기 작동식 제련 유닛(3) 내로 추가 철 및/또는 탄소 성분(5)을 선택적으로 공급하는 선택적 공급 단계;

iv) 슬래그 형성제(2)가 존재하는 상태에서 DRI 제품(1) 및 선택적으로는 추가 철 및/또는 탄소 성분(5)을 제련함으로써, 액상 선철상(6)(liquid pig iron phase) 및 액상 슬래그상(7)(liquid slag phase)이 형성되게 하는 제련 단계;

v) 슬래그상(7)이 0.95 내지 1.50의 (CaO + MgO/SiO₂)의 염기도(basicity)를 보유하는 방식으로 슬래그상(7)을 조정하는 조정 단계;

vi) 액상 선철상(6)을 태핑(tapping)하는 태핑 단계; 및

vii) 슬래그상(7)을 태핑하고 입상화(granulation)하는 태핑 및 입상화 단계.

놀라운 사항으로 확인된 점에 따르면, 예컨대 EAF, SAF 또는 IF 유닛들과 같은 전기 작동식 제련 유닛에 대해 특이한 슬래그 분석(slag analysis)의 조정을 통해, 고로(blast furnace)와 유사하게 화학 조성물에 의해, 입상화될 수 있으면서 산업적으로 이용될 수 있는 슬래그가 수득된다. 이렇게, 상기 슬래그는 예컨대 시멘트 제조 시 바람직한 생성물을 형성하는데, 그 이유는 슬래그가 시멘트 생산 시 연료의 사용을 감소시키고 그에 따라 실질적으로 CO₂ 배출량의 절감을 달성하기 때문이다. 따라서, 슬래그들은 고비용으로 처리되거나 심지어 보관되지 않아도 될 뿐만 아니라, 제조 공정에 경제적으로 바람직하게 작용하는 시장 가치도 제공한다.

또한, 사용되는 DRI 제품으로 액상 선철의 생산, 및 의도하는 슬래그 운영 방식을 통해, 고로, 선철 탈황부 및 LE 전로를 포함하는 통합형 제련소에서 조강 생산(crude steel production)을 위한 기존 공정 경로도 유지될 수 있다. 특별한 장점은, 기존 고로 용량이 본 발명에 따른 방법을 통해 순차적으로 보충되거나, 부분적으로 또는 완전하게 대체될 수 있되, 야금 핵심 공정 시퀀스들뿐만 아니라, 예컨대 고로 탈황 슬래그 및 제강 슬래그와 같은 부산물의 처리 공정 시퀀스들 역시도 유의적으로 변경되지 않아도 된다는 점에 있다.

DRI 제품은 한편으로 이른바 프리미엄 "DR 등급 펠릿(DR-grade pellet)"의 형태인 직접 환원철, 또는 그 대안으로 상대적으로 더 높은 슬래그 성분들을 포함하는 이른바 고로 펠릿(blast furnace pellet)으로 이루어진 철, 및/또는 이들의 혼합물들을 포함할 수 있다. 이 경우, 슬래그 성분들의 증가를 통해 제련 유닛 내에서 슬래그량도 증가한다는 점이 적용된다. 바람직한 실시 변형예에서, 직접 환원철 제품(DRI 제품)은 적어도 80.0 wt.%, 보다 더 바람직하게는 적어도 85.0 wt.%의 철 함량을 함유한다.

슬래그 성분들은 각각의 광석 품질에 따라 변동할 수 있고 그로 인해 사용되는 DRI 제품 내에서 최대 15.0 wt.%의 함량, 바람직하게는 최대 12.0 wt.%의 함량을 형성한다. 그러나 DRI 제품은 슬래그 성분들로부터 벗어나지 못하며, 그리고 사용되는 DRI 제품 내에서 바람직하게는 적어도 2.0 wt.%의 함량, 보다 더 바람직하게는 적어도 4.0 wt.%의 함량으로 상기 슬래그 성분들을 함유한다.

입상화될 수 있는 슬래그를 수득하기 위해, 상기 슬래그는 유리화(vitrification)를 위한 능력을 보유해야 하되, 유리화는 일반적으로 염기도 및 조성의 함수로서 표현될 수 있다. 그러므로 본 발명에 따라, 슬래그상은, 0.95 내지 1.50의 (Cao+MgO/SiO₂)의 염기도(B3), 바람직하게는 1.0 내지 1.40의 (Cao+MgO/SiO₂)의 염기도(B3), 보다 더 바람직하게는 1.0 내지 1.25의 (Cao+MgO/SiO₂)의 염기도(B3)를 보유하는 방식으로 설정된다.

슬래그상의 입상화를 수월하게 하기 위해, 슬래그상은 바람직한 방식으로 특정한 유동 거동(flow behavior)을 보유해야 한다. 이런 경우 바람직한 것으로서 확인된 점에 따르면, 슬래그상은, 0.10 내지 0.80Pa*s의 점도, 바람직하게는 0.30 내지 0.50Pa*s의 점도를 보유하는 방식으로 조정된다. 점도는 일반적으로 조성 및 온도의 함수로서 기술될 수 있다. 그러므로 이와 관련하여 매우 바람직하게는, 슬래그상은 1300℃ 내지 1600℃ 범위의 태핑 온도에서, 보다 더 바람직하게는 1350℃ 내지 1550℃ 범위의 태핑 온도에서, 특히 매우 바람직하게는 1400℃ 내지 1500℃ 범위의 태핑 온도에서 태핑된다.

매우 바람직한 실시 변형예에서, 입상화는 습식 또는 건식 입상화로서 수행된다.

또 다른 바람직한 실시 변형예에서, 슬래그 형성제의 첨가는 설비 자동화부에 통합된 공정 모델을 통해 자동으로 수행되되, 이런 공정 모델에 근거하여 슬래그 형성제의 첨가량이 계산되고 공정 매개변수들의 함수로서 설정된다. 이 경우, 공정 모델은 바람직하게는 용융물과 슬래그에 대한 질량 및 에너지 밸런스를 기반으로 한다. 자동화된 첨가를 통해, 의도하는 금속 및/또는 슬래그 매개변수들의 필요한 조정이 보장된다. 또한, 다수의 결정 혼합 산화물(crystalline mixed-oxide)을 포함하는 복잡한 슬래그 시스템 CaO, SiO₂, MgO, Al₂O₃의 경우, 공정 모델은, 조성 및 온도의 함수로서 산화물 및 혼합 산화물과 관련한 포화 한계를 기술하는, 액상 슬래그상의 열역학적 설명을 위한 적합한 모델을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 슬래그 형성제는 양적으로 액상 슬래그상 내에서 성공적인 입상화를 위해 요구되는 특성들인 유동 거동 및 유리화 능력이 달성되도록 첨가된다. 매우 바람직하게는, 슬래그 형성제는 단계 ii)에 따라서 공급되는 DRI 제품량과 관련하여 최대 15.0 wt.%의 함량까지, 특히 매우 바람직하게는 최대 10.0 wt.%의 함량까지 제련 공정에 공급될 수 있다. 이 경우, 슬래그 형성제는 바람직하게는 CaO, SiO₂, MgO 및/또는 Al₂O₃을 포함하는 그룹에서 선택된다. 필요한 점에 한해, 예컨대 CaSiO₃, Ca₂Si₂O₅, Mg₂SiO₄, CaAl₂O₄ 등과 같은 또 다른 혼합 산화물들도 첨가될 수 있다.

특히 입상화될 수 있는 슬래그상은 적어도 70.0 wt.%의 성분들 CaO, MgO 및 SiO₂로 형성되는 조성물을 함유한다.

기본적으로, 공정은 장입물과 관련하여 100% 질량분율의 DRI 제품으로 수행된다. 그 대안으로, 본 발명에 따른 공정에는, 장입물당 추가 철 및/또는 탄소 성분들이 추가될 수 있다. 추가 철 및/또는 탄소 성분들의 공급이 제공되는 한, 상기 추가 철 및/또는 탄소 성분들은 단계 iii)에 따라서 공급되는 DRI 제품량과 관련하여 최대 30.0 wt.%의 함량까지, 바람직하게는 최대 25.0 wt.%의 함량까지, 보다 더 바람직하게는 최대 20.0 wt.%의 함량까지 공급된다. 이 경우, 추가 철 및/또는 탄소 성분들은 냉선(cold pig iron), 장입 석탄(charging coal) 및/또는 강 스크랩(steel srap)을 포함하는 그룹에서 선택된다.

직접 환원철 제품(DRI 제품)은 여러 가지 형태로 제련 유닛에 첨가될 수 있다. 바람직하게는 직접 환원철 제품(DRI 제품)은 HDRI 제품으로서의 고온 형태(이른바 Hot DRI)로, CDRI 제품으로서의 저온 형태(이른바 Cold DRI)로, HBI 제품으로서의 고온 연탄 형태(이른바 Hot Briquetted DRI)로, 그리고/또는 바람직하게는 최대 10.0㎜의 평균 입자 지름을 갖는, 보다 더 바람직하게는 최대 5.0㎜의 평균 입자 지름을 갖는 특정한 형태로 제련 유닛에 공급된다.

직접 환원 방법으로 생산되는 DRI 제품은 통상 0.50과 6.0 wt.% 사이의 탄소 함량을 함유한다. 그러므로 액상 선철상에서 선철과 유사한 분석을 달성하기 위해, 경우에 따라, 단계 iv)에 따라서 형성되는 액상 선철상을 적어도 2.50 wt.%의 탄소 함량으로 탄화할 필요가 있다. 이는, 제련 공정에서 냉선 또는 다른 탄소 담체(carbon carrier)의 첨가를 통해 수행될 수 있다. 이런 공정에서 제조되는 액상 선철상은, 선철 탈황 설비로, 또는 추가 처리를 위한 전로로 공급되는 추가 공정에서, 종래 공정 경로 내로 주입되어야 한다. 그러므로 탄소 함량은 6.0 wt.%의 최대 함량, 보다 더 바람직하게는 최대 4.50 wt.%의 최대 함량을 초과해서는 안 된다.

본 발명에 따른 방법에 따라서 제조되는 선철상은 바람직하게는 wt.% 단위로 하기 조성을 함유한다.

- 2.50 ~ 5.0, 보다 더 바람직하게는 3.50 ~ 4.50의 탄소 함량;

- 0.10 ~ 0.80, 보다 더 바람직하게는 0.20 ~ 0.50의 규소;

- 0.50 ~ 5.0, 보다 더 바람직하게는 0.50 ~ 1.50의 망간;

- 및 각각 최대 0.06, 보다 더 바람직하게는 각각 최대 0.04의 황과 인의 불가피한 불순물.

DRI 제품은 바람직하게는 CO₂ 결핍 제강의 범주에서 직접 환원 설비에서 제조되어 이송 장치를 경유하여 제련 유닛으로, 그리고/또는 보호 분위기 조건의 단열성 벙커 저장소(bunker reservoir)로 공급된다. 환원 가스로서는, 천연가스를 기반으로 하는 종래 리포머 가스(reformer gas)뿐만 아니라, 최대 100%의 수소 함량을 함유하는 수소 농후 리포머 가스 역시도 사용될 수 있다. 농후화를 위해 필요한 수소는 바람직하게는 친환경 전력(green power)에 의해 효과적으로, 그리고 그에 따라 CO₂ 중립적으로 제조된다.

매우 바람직한 실시 변형예에서, DRI 제품 및/또는 슬래그 형성제는 바람직하게는 단열성인 벙커 저장소에서부터 제련 유닛으로 공급된다. 벙커 저장소에서 임시 저장되는 DRI 제품은 보호 가스 분위기 조건에서 보관된다. 그 대안으로, DRI 제품은 직접 환원 설비에서부터 곧바로 금속 컨베이어 벨트들을 포함한 이송 장치를 경유하여 제련 유닛으로, 그리고/또는 보호 가스 분위기 조건의 단열성 벙커 저장소로 공급될 수 있다. 이런 경우, DRI 제품은 750 내지 800℃의 온도를 갖는다.

또한, 또 다른 관점에서, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 통해 수득되는 입상화된 슬래그에 관한 것이다. 상기 입상화된 슬래그는 wt.% 단위로 하기 조성을 함유한다.

- 30.0 ~ 50.0, 바람직하게는 35.0 ~ 40.0의 SiO₂;

- 25.0 ~ 50.0, 바람직하게는 30.0 ~ 43.0의 CaO;

- 5.0 ~ 15.0, 바람직하게는 8.0 ~ 12.0의 Al₂O₃;

- 2.0 ~ 15.0, 바람직하게는 4.0 ~ 12.0의 MgO;

- 및 철(Fe), MnO₂ 및/또는 황(S)을 포함하는 그룹에서 선택되는 불가피한 불순물.

바람직하게는, 불가피한 불순물 내에서 철 함량은 최대 2.0 wt.%이며, 보다 더 바람직하게는 1.0 wt.%이다.

매우 바람직하게는, 입상화된 슬래그 내에서 SiO₂, CaO 및 MgO 성분들의 총 함량은 적어도 70.0 wt.%이며, 보다 더 바람직하게는 75.0 wt.%이며, 보다 더 바람직하게는 80.0 wt.%이며, 가장 바람직하게는 85.0 wt.%이다.

본 발명에 따른 공정에 따라 생산되는 입상화된 슬래그는, 그 자체가 적어도 70.0 wt.%, 바람직하게는 적어도 90.0 wt.%, 보다 더 바람직하게는 적어도 95.0 wt.%의 유리질 응고 함량(glassy solidification content)을 함유하는 것을 특징으로 한다. 90.0 wt.%를 초과하는 유리 함량(glass content)은 바람직하게는 습식 입상화를 통해 달성된다.

또한, 바람직하게는 입상화된 슬래그는 최대 2.0 wt.%의 총 철 함량(Fe), 바람직하게는 최대 1.0 wt.%의 총 철 함량(Fe)을 함유한다.

또한, 입상화된 슬래그의 각각의 적용 사례에 따라서, 환경 기술적인 사용 적합성 검사에서 용출액(염화물, 황산염, 중금속 등)에서 발견되고 선택적으로 존재하는 미량 성분들도 매우 중요할 수 있다. 그러므로 바람직한 실시 변형예에서, 입상화된 슬래그는 유효한 법적 표준(NGS - 2013년5월자 LAGA M20의 TR Boden)에 준하여 0(무제한 설치(unlimited installation)) 또는 1(제한식 개방 설치(limited open installation))의 용출액 할당 매개변수(eluate assignment parameter)를 가질 수 있다.

또한, 또 다른 양태에 따라서, 본 발명은 액상 선철을 제조하기 위한 설비에 관한 것이며, 상기 설비는 직접 환원철 제품(DRI 제품)을 제조하기 위한 직접 환원 설비; 직접 환원철 제품(DRI 제품)이 그 내에서 제련될 수 있는 곳인 전기 작동식 제련 유닛; 및 직접 환원철 제품(DRI 제품)을 직접 환원 설비에서부터 제련 유닛으로 이송할 수 있는 이송 장치;를 포함한다.

제련 유닛은 바람직하게는 전기 아크로(EAF), 침수 아크로(SAF; submerged arc furnace) 또는 유도로(IF; induction furnace)의 형태로 형성된다.

이송 장치는 바람직하게는 금속 컨베이어 벨트의 형태로 형성되고 보호 가스 분위기를 갖추고 있다.

또한, 본원 설비는 바람직하게는 단열성 벙커 저장소를 포함한다.

본 발명 및 기술 환경은 하기에서 도면들을 근거로 보다 더 상세하게 설명된다. 여기서 주지할 사항은, 본 발명이 도시된 실시예들을 통해 제한되지 않아야 한다는 점이다. 특히 다른 방식으로 분명하게 설명되지 않는 한, 도면들에서 설명되는 사안들의 부분 양태들을 발췌하여 본원 명세서 및/또는 도면들에서의 다른 구성요소들 및 지식들과 조합할 수도 있다. 특히 주지할 사항은, 도면들 및 특히 도시된 크기 비율들은 단지 개략적이라는 점이다. 동일한 도면부호들은 동일한 대상들을 표시하며, 그런 까닭에 경우에 따라 다른 도면들의 설명들은 보충하는 방식으로 관련될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 설명하는 근거가 되는 흐름도를 나타낸 개략도이다.
도 2는 제1 실시 변형예에 따른 설비를 매우 간소화하여 도시한 개략도이다.
도 3은 제2 실시 변형예에 따른 설비를 매우 간소화하여 도시한 개략도이다.

도 1에 따라서, 본 발명에 따른 방법은 가능한 실시 변형예로 흐름도에 근거하여 설명된다.

액상 선철의 제조를 위해, 우선, 여기에 도시된 실시 변형예의 경우 80.0 wt.%의 철 함량; 3.0 wt.%의 탄소 함량; 그리고 CaO, SiO₂, MgO 및 Al₂O₃를 포함한 그룹에서 선택되는, 총 최대 12.0 wt.%의 산성 및 염기성 슬래그 성분들의 함량;을 함유하여 약 750 ~ 800℃의 온도를 갖는 고온 DRI 제품의 형태로 존재하는 직접 환원철 제품(1)(DRI 제품)이 제공된다.

DRI 제품(1)은 예컨대 CO₂ 결핍 제강의 범주에서 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같은 직접 환원 설비(11)에서 제조될 수 있다.

다음 단계에서, DRI 제품(1)은 슬래그 형성제(2)가 첨가되면서 전기 작동식 제련 유닛(3)으로 공급된다. 슬래그 형성제(2)는 여기에 도시된 실시 변형예에서 CaO, SiO₂, MgO 및 Al₂O₃를 포함한 그룹에서 선택되며, 그리고 공급되는 DRI 제품량과 관련하여 최대 10.0 wt.%의 양으로 제련 유닛(3)에 첨가된다. 제련 유닛(3)은 여기서는 전기 아크로(EAF)의 형태로 형성되고 예컨대 탄소 전극과 같은 적어도 하나의 전극(4)을 포함한다.

도 1에 도시된 공정은 기본적으로 배치 장입물(batch charge)과 관련하여 100% 질량분율의 DRI 제품에 의해 수행될 수 있다. 그러나 도시된 실시 변형예에서, 제련 유닛(3)에는 석탄 및 강 슬래그의 형태로 추가 철 및/또는 탄소 성분(5)들이 첨가된다. 철 및 탄소 성분(5)들의 질량분율은 본 실례에서 공급되는 DRI 제품량과 관련하여 20.0 wt.%이다.

그런 다음, DRI 제품(1), 슬래그 형성제(2) 그리고 철 및 탄소 성분(5)들로 이루어진 혼합물은 전류에 의해 용융되며, 그럼으로써 액상 선철상(6) 및 액상 슬래그상(7)이 형성되게 된다.

슬래그 형성제(5)의 첨가를 통해, 슬래그상(7)은, 그 자체가 여기에 도시된 실시 변형예에서 0.95 내지 1.25의 (CaO+MgO/SiO₂)의 염기도(B3) 및 0.30 내지 0.50Pa*s의 점도를 보유하는 방식으로 조정된다. 상기 슬래그 매개변수가 도달되는 점에 한해, 슬래그상(7)은 1350℃ ~ 1550℃ 범위의 태핑 온도에서 태핑되고 그런 다음 입상화된다. 최종 단계에서, 액상 선철상(6)은 태핑되어 예컨대 추가 처리를 위한 전로 제강소로 공급된다.

태핑된 선철상(6)은 wt.% 단위로 하기 조성을 함유한다.

- 3.50의 탄소 함량;

- 0.3의 규소;

- 0.50의 망간;

- 각각 최대 0.04의 황 및 인의 불가피한 불순물 및 잔여 철.

태핑된 슬래그상(7)은 습식 입상화를 통해 처리되어 wt.% 단위로 하기 조성을 함유하는 입상화된 슬래그(8)를 형성한다.

- 45.0의 SiO₂;

- 40.0의 CaO;

- 8.0의 Al₂O₃;

- 5.0의 MgO;

- 및 철, MnO₂ 및 황(S)을 함유하는 총 2.0 미만의 불가피한 불순물.

입상화된 슬래그는, 그 자체가 95.0 wt.%의 유리질 응고 함량 및 1.0 wt.% 미만의 총 철 함량(Fe)을 함유하는 것을 특징으로 한다.

도 2에는, 제1 실시 변형예에 따르는 설비(10)가 매우 간소화된 개략도로 도시되어 있다.

액상 선철을 제조하기 위한 설비(10)는 직접 환원철 제품(1)의 제조를 위한 직접 환원 설비(11)를 포함한다. 직접 환원 설비(11)는 환원 샤프트(12)를 형성하는 제1 상부 부분과 냉각부(13)를 형성하는 제2 하부 부분을 포함한다. 환원 가스로서는, 천연가스, 코크스 가스 또는 기타 제련 가스를 기반으로 하는 종래의 리포머 가스뿐만 아니라 최대 100%의 최대 수소 함량을 함유하는 수소 농후 리포머 가스 역시도 사용될 수 있다. 요구되는 수소는 바람직하게는 친환경 전력으로 CO₂ 중립적으로 제조된다.

상기 직접 환원 설비(11)에서 생산되는 DRI 제품(1)은 환원 가스 내의 각각의 수소 함량에 따라서 가변적인 함량의 탄소를 함유할 수 있다. 선철과 유사한 분석을 나타내기 위해, 탄소 함량은 하부 냉각부(13)에서 냉각 목적을 위해 천연가스의 목표되는 주입을 통해 상승될 수 있다.

또한, 설비(10)는, 직접 환원철 제품(1)(DRI 제품)이 그 내에서 제련될 수 있는 곳인 전기 작동식 제련 유닛(3), 및 직접 환원철 제품(1)을 직접 환원 설비(11)에서부터 제련 유닛(3)으로 이송할 수 있는 이송 장치(14)를 포함한다.

제련 유닛(3)은 여기서는 전기 아크로(EAF)의 형태로 형성된다.

직접 환원 설비(11) 내에서 제조되는 DRI 제품(1)은, 여기서는 금속 컨베이어 벨트의 형태로 형성되고 보호 가스 분위기를 포함하는 이송 장치(14)를 경유하여, 파선으로 도시된 것처럼, 곧바로 제련 유닛(3)으로 공급될 수 있다. 바람직하게는, DRI 제품(1)은 이송 유닛(14)을 경유하여 우선 단열성이면서 보호 분위기 상태에 있는 벙커 저장소(15)로 공급되고, 그런 다음 벙커 저장소에서부터, 바람직하게는 자동화 방식으로 제련 유닛(3)으로 공급된다.

도 3에는, 제2 실시 변형예의 설비(10)가 매우 간소화된 개략도로 도시되어 있다. 도 2에 도시된 실시 변형예와 달리, 제련 유닛(3)은 여기서는 침수 아크로(SAF)의 형태로 형성되어 있다. 이런 공정 방식은, 여기서는 제련 유닛(3) 내에 전극(4)을 에워싸는 거품 슬래그상(6)(foamed slag phase)이 첨가되는 것을 특징으로 한다.

1: 직접 환원철 제품/DRI 제품
2: 슬래그 형성제
3: 제련 유닛
4: 전극
5: 철 및/또는 탄소 성분
6: 액상 선철상
7: 액상 슬래그상
8: 입상화된 슬래그
10: 설비
11: 직접 환원 설비
12: 환원 샤프트
13: 냉각부
14: 이송 장치
15: 벙커 저장소
16: 거품 슬래그

Claims

액상 선철을 제조하기 위한 방법으로서,
i) 적어도 75.0 wt.%의 철 함량, 적어도 0.10 wt.%의 탄소 함량, 그리고 CaO, SiO₂, MgO 및 Al₂O₃을 포함하는 그룹에서 선택되는, 최대 15.0 wt.%의 산성 및 염기성 슬래그 성분들의 함량을 함유하는 직접 환원철 제품(1)(DRI 제품)을 제공하는 제공 단계;
ii) 전기 작동식 제련 유닛(3) 내로 슬래그 형성제(2)를 첨가하면서 상기 DRI 제품(1)을 공급하는 공급 단계;
iii) 상기 전기 작동식 제련 유닛(3) 내로 추가 철 및/또는 탄소 성분(5)을 선택적으로 공급하는 선택적 공급 단계;
iv) 상기 슬래그 형성제(2)가 존재하는 상태에서 상기 DRI 제품(1) 및 선택적으로는 상기 추가 철 및/또는 탄소 성분(5)을 제련함으로써 액상 선철상(6) 및 액상 슬래그상(7)이 형성되게 하는 제련 단계;
v) 슬래그상(7)이 0.95 내지 1.5의 (CaO + MgO/SiO₂)의 염기도를 갖는 방식으로 상기 슬래그상(7)을 조정하는 조정 단계;
vi) 상기 액상 선철상(6)을 태핑하는 태핑 단계; 및
vii) 상기 슬래그상(7)을 태핑하고 입상화하는 태핑 및 입상화 단계;를 포함하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 슬래그상(7)은, 그 자체가 1.0 내지 1.40의 (CaO+MgO/SiO₂)의 염기도, 바람직하게는 1.0 내지 1.25의 (CaO+MgO/SiO₂)의 염기도를 보유하는 방식으로 조정되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬래그상(7)은, 0.10 내지 0.80Pa*s의 점도, 바람직하게는 0.30 내지 0.50Pa*s의 점도를 보유하는 방식으로 조정되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬래그상(7)은 1300℃ 내지 1600℃ 범위의 태핑 온도에서 태핑되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬래그 형성제(2)는 바람직하게는 CaO, SiO₂, MgO, Al₂O₃ 및/또는 이들의 혼합 산화물들을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬래그 형성제(2)는 단계 ii)에 따라서 상기 공급되는 DRI 제품량과 관련하여 최대 15.0 wt.%의 함량까지, 바람직하게는 최대 10.0 wt.%의 함량까지 공급되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 철 및/또는 탄소 성분(5)들은 단계 iii)에 따라서 상기 공급되는 DRI 제품량과 관련하여 최대 30.0 wt.%, 바람직하게는 최대 25.0 wt.%, 보다 더 바람직하게는 최대 20.0 wt.%의 함량까지 공급되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입상화는 습식 또는 건식 입상화로서 수행되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬래그 형성제(2)의 첨가는 설비 자동화부에 통합된 공정 모델을 통해 자동으로 수행되되, 상기 공정 모델에 근거하여 상기 슬래그 형성제(2)의 첨가량이 계산되고 공정 매개변수들의 함수로서 설정되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직접 환원철 제품(1)은 HDRI 제품으로서의 고온 형태로, CDRI 제품으로서의 저온 형태로, HBI 제품으로서의 고온 연탄 형태로, 그리고/또는 바람직하게는 최대 10.0㎜의 평균 입자 지름을 갖는 특정한 형태로 상기 제련 유닛(3)에 공급되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 iv)에 따라서 형성되는 상기 액상 선철상(6)은 적어도 2.50 wt.%의 탄소 함량으로 탄화되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 DRI 제품(1) 및/또는 상기 슬래그 형성제(2)는 바람직하게는 단열성인 벙커 저장소(15)에서부터 상기 제련 유닛(3)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 DRI 제품(1)은 직접 환원 설비(11)에서 제조되어 이송 장치(14)를 경유하여 상기 제련 유닛(3)으로, 그리고/또는 보호 분위기 조건의 상기 벙커 저장소(15)로 공급되는 것을 특징으로 하는 액상 선철의 제조 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 통해 수득되는 입상화된 슬래그로서, wt.% 단위로 하기 조성, 즉
- 30.0 ~ 50.0, 바람직하게는 35.0 ~ 40.0의 SiO₂;
- 25.0 ~ 50.0, 바람직하게는 30.0 ~ 43.0의 CaO;
- 5.0 ~ 15.0, 바람직하게는 8.0 ~ 12.0의 Al₂O₃;
- 2.0 ~ 15.0, 바람직하게는 4.0 ~ 12.0의 MgO;
- 및 철(Fe), MnO₂ 및/또는 황(S)을 포함하는 그룹에서 선택되는 불가피한 불순물;을 함유하는 입상화된 슬래그.
제14항에 있어서, 상기 SiO₂, CaO 및 MgO 성분들의 총 함량은 적어도 70.0 wt.%인 것을 특징으로 하는 입상화된 슬래그.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 입상화된 슬래그는 적어도 70.0 wt.%, 바람직하게는 적어도 90.0 wt.%, 보다 더 바람직하게는 적어도 95.0 wt.%의 유리질 응고 함량, 및 최대 2.0 wt.%의 총 철 함량, 바람직하게는 최대 1.0 wt.%의 총 철 함량을 함유하는 것을 특징으로 하는 입상화된 슬래그.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입상화된 슬래그는 0 또는 1의 용출액 할당 매개변수를 갖는 것을 특징으로 하는 입상화된 슬래그.
액상 선철을 제조하기 위한 설비(10)로서, 직접 환원철 제품(1)을 제조하기 위한 직접 환원 설비(11); 상기 직접 환원철 제품(1)이 그 내에서 제련될 수 있는 곳인 전기 작동식 제련 유닛(3); 및 상기 직접 환원철 제품(1)을 상기 직접 환원 설비(11)에서부터 제련 유닛(3)으로 이송할 수 있는 이송 장치(14);를 포함하는 설비(10).
제18항에 있어서, 상기 제련 유닛(3)은 전기 아크로(EAF), 침수 아크로(SAF) 또는 유도로(IF)의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 설비(10).
제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 이송 장치(14)는 보호 가스 분위기를 보유한 금속 컨베이어 벨트의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 설비(10).
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 설비는 바람직하게는 단열성인 벙커 저장소(15)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 설비(10).