KR20250009471A

KR20250009471A - 구리를 제련하기 위한 샤프트 로 및 그 방법

Info

Publication number: KR20250009471A
Application number: KR1020247040616A
Authority: KR
Inventors: 비욘 클룸비에스; 토마스 라이스텐; 사비네 립스키
Original assignee: 에스엠에스 그룹 게엠베하
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2023-06-06
Publication date: 2025-01-17
Also published as: WO2023241989A1; DE102022206100A1; EP4540568A1; CN119604732A

Abstract

본 발명은 용융된 구리로 장입 재료를 제련하기 위한 샤프트 로(1)에 관한 것이며, 보다 구체적으로 상기 샤프트 로는: 수직으로 배치된 강재 재킷(2); 및 이 강재 재킷 내에 배치되는 내화 라이닝(3);을 포함하고, 강재 재킷(2)은 샤프트 로(1)의 안쪽으로 장입 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 장입 개구(4) 및 샤프트 로(1)의 바깥쪽으로 용융된 구리를 인출하기 위한 출탕 개구(5)를 포함하고, 장입 개구(4)와 출탕 개구(5) 사이에서 샤프트 로(1)의 기정의된 층들에는 장입 재료를 가열하고 구리를 제련하기 위한 버너(6)들, 바람직하게는 복수의 층에서 샤프트 로(1)의 주연의 둘레에 여러 열로 늘어서 배치되는 복수의 버너(6)가 배치되는 것인, 상기 샤프트 로에 있어서, 상기 샤프트 로(1)의 강재 재킷(2)은 적어도 최상부 버너(6) 또는 최상부 열의 버너(6)들의 위쪽의 상부 영역(7)에서 원통형으로 형성되고 상기 내화 라이닝(3)은 상부 영역(7)에서 상부에서부터 하방으로 일련의 원통형 부분 섹션(8a~e)들을 포함하며, 상기 부분 섹션들은 상호 간에 동심으로 배치되고 상기 부분 섹션들의 지름은 부분 섹션(8)에서 부분 섹션(8)으로 갈수록 확대되는 것을 특징으로 하는 상기 샤프트 로(1)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 샤프트 로에서 용융된 구리로 장입 재료를 제련하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

구리를 제련하기 위한 샤프트 로 및 그 방법

본 발명은 용융된 구리로 장입 재료, 특히 구리 캐소드(copper cathode)를 제련하기 위한 샤프트 로(shaft furnace)에 관한 것이며, 상기 샤프트 로는: 수직으로 배치되는 강재 재킷(steel jacket); 및 이 강재 재킷 내에 배치되는 내화 라이닝(refractory lining);을 포함하고, 강재 재킷은 샤프트 로의 안쪽으로 장입 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 장입 개구(charge opening), 및 샤프트 로의 바깥쪽으로 용융된 구리를 인출하기 위한 출탕 개구(tap opening)를 포함한다. 샤프트 로의 기정의된 층들(levels)에서 장입 개구와 출탕 개구 사이에는, 장입 재료를 가열하고 구리를 제련하기 위한 버너들, 바람직하게는 샤프트 로의 주연(circumference)의 둘레에 여러 열(row)로 늘어서 다수의 층에 배치되는 복수의 버너가 배치된다. 더 나아가, 본 발명은 상기 샤프트 로에서 용융된 구리로 예를 들어 구리 캐소드와 같은 장입 재료를 제련하기 위한 방법에 관한 것이다.

구리의 제련을 위한 방법들과 수직로(vertical furnace)로서도 알려진 샤프트 로들은 수십 년 동안 종래 기술로부터 공지되었다. 이러한 방법들 및 샤프트 로들에서는, 상부 장입 개구를 경유하여 구리가 고체 형태로 장입되고 예를 들어 가스버너와 같이 샤프트 로의 하부 영역에 배치된 버너들에 의해 가열되고 제련되며, 그리고 최종적으로 샤프트 로의 하부 영역에 배치된 출탕 개구를 경유하여 샤프트 로의 바깥쪽으로 유출되며, 예를 들어 연결 탕도(connection trough)를 경유하여 유지로(holding furnace)의 안쪽으로 또는 곧바로 상응하는 주조 장치로 유출된다. 상부에서부터 하방으로 샤프트 로를 통해 장입 재료를 통과시키는 동안, 장입 재료는 연속해서 가열되고 용융 구역의 영역에서 구리의 제련을 위해 필요한, 예를 들어 1250℃의 최소 온도에 도달한다. 샤프트 로는 일반적으로 원통형 강재 재킷과 이 강재 재킷 내에 배치되는 내화 라이닝으로 구성된다.

상기 유형의 샤프트 로 및 이 샤프트 로를 작동시키기 위한 방법은 예를 들어 DE 2 062 144 A1호로부터 공지되어 있다. 다른 한편으로, CN 214701690 U호는 마찬가지로 수직으로 배치된 로 몸체(furnace body)를 포함하여 구리를 생산하기 위한 수직로를 설명하고 있다.

종래 기술로부터는, 장입 개구의 아래쪽에서 바람직하게는 최소한 1m까지 구리 캐소드로 충전되어야 하는 샤프트 로의 충전 레벨을 카메라를 사용하여 모니터링하는 점은 공지되어 있다. 충전 레벨이 하강하면, 조작자는 새 캐소드를 로의 안쪽으로 장입한다. 로의 강재 구조(steel construction) 및 장입 영역과 버너 영역 사이의 내화 라이닝은 일반적으로 실린더로서 형성된다. 이 경우, 내화 라이닝의 벽돌들은, 바람직하게는 장측(long side)이 강재 클래딩(steel claddiing)에 의해 형성되는 연소 공간의 반경에 따르도록 구성된다. 이와 관련하여, 특히 예를 들어 샤프트 내에서 활주 낙하 시 끼임(jamming)과 같은 충전 과정 시 막힘을 방지할 필요가 있되, 샤프트 로의 강재 재킷의 원통형 형태로부터, 또는 로 기하구조에 매칭된 성형 벽돌(molded brick)로부터의 각각의 편차는 제조, 조립 및 정역학과 관련하여 복잡하다.

또한, 버너 용량(burner capacity)의 설정은, 일반적으로 버너들의 용량이 하류에 연결되는 주조 설비를 위한 저장부로서 기능하는 후속하는 유지로의 충전 레벨에 따라서만 설정되도록 설계된다.

용융된 구리는 샤프트 로의 일반적으로 경사지게 형성된 바닥 영역을 경유하여 최하부 버너 열(lowermost burner row)의 아래쪽에서 연속해서 유출되며, 그리고 로 벽(furnace wall) 내에 끼워 넣어진 벽돌 라이닝형 출탕 개구를 경유하여 유지로로 향하는 연결 탕도 내로 안내된다. 이와 관련하여, 출탕 개구의 치수 설계는 경험 값들을 기반으로 한다.

이 경우, 실무 경험에서 공지된 종래 기술의 단점은, 카메라를 사용한 충전 레벨의 모니터링이 설비 조작자의 지속적인 주의를 요구한다는 점에 있다. 설비 조작자는, 통상적으로 장입 장치를 통해 적시에 새로운 캐소드 장입물(cathode charge)이 로 내로 투입되도록 하는 것에 대해 책임을 지고 있다. 이 경우, 장입이 너무 일찍 일어난다면, 캐소드들은 장입 장치에 의해 바람직한 수직 정렬 방향으로 위치될 수 없고 그에 따라 비스듬하게 또는 수평으로 샤프트의 안쪽으로 넣어진다. 이는 추가 진행 과정에서 배출가스와 활주 낙하하는 캐소드 재료 간의 최적의 열 교환을 방해한다. 그와 반대로 장입이 너무 늦게 일어난다면, 캐소드가 너무 높은 낙하 높이에서 내화 라이닝 쪽에 떨어져 부딪치는 곳에서 벽돌 라이닝이 손상을 입는다. 또한, 로가 연속해서 완전하게 채워지지 않으면, 에너지 효율성도 감소된다.

캐소드들은 장입 시 상대적으로 무작위적인 정렬 방향으로 앞서 장입된 캐소드 층 상으로 낙하한다. 로의 하부 영역에 있는 버너들은 캐소드들을 용융하며, 그리고 로의 바닥 상에서 유출되는 용융물은 출탕 개구를 경유하여 유출된다. 캐소드들은 연속해서 상부에서부터 하방으로 활주 낙하하되, 온도는 상부에서부터 하방으로 지속적으로 증가된다. 이 경우, 벽돌 라이닝 및 캐소드들이 팽창되고 캐소드들은 종종 쐐기 모양으로 끼어 고정된다. 이러한 캐소드들은, 보통 상부에서부터 추가로 캐소드들이 장입될 때, 또는 끼어 고정된 재료가 변형되고 파열되었을 때 비로소 활주 낙하한다. 그 결과로, 버너 영역 쪽으로의 공급은 더 이상 연속적으로 수행되는 것이 아니라, 회분식(batch)으로 수행되고 그에 따라 샤프트 로의 용융 속도는 가변된다.

실무 경험에서 공지된, 연속적인 활주 낙하의 빈번한 중단 및 그로 인해 변동되는 용융 속도는 로의 자동화 운영을 어렵게 하고 심지어 불가능하게 하며, 버너 용량은 보통 변경되어야 하며, 부분적으로 개별 버너들 간의 용량의 분배도 가변되어야 한다.

또한, 출탕 개구의 기하구조는 로의 에너지 밸런스를 위해, 그리고 로의 신뢰성을 위해서도 매우 중요하다. 출탕 개구가 예를 들어 너무 크다면, 너무 많은 에너지가 출탕 개구를 경유하여 인접한 연결 탕도의 안쪽으로 새나가고 그곳에서 문제를 야기하며, 예를 들어 그곳에 위치된 버너들의 과열을 야기한다. 그와 반대로, 출탕 개구가 너무 작으면, 샤프트 로의 바닥 영역에서 구리가 막히고 동결되는 위험이 존재한다. 그러나 지금까지의 종래 기술의 경우, 출탕 개구 기하구조의 차후의 최적화는 로의 가동을 중단하고 로 내부의 벽돌 라이닝에 대해 초과 작업을 수행한 후에 비로소 가능하다.

그러므로 본 발명의 과제는, 로 충전 레벨 높이를 이상적인 방식으로 자동으로 모니터링하고 사용자 안내(user guidance)를 대체하는 것에 있다. 본 발명의 추가 과제는, 샤프트 로의 목표하는 연속적인 용융 속도를 달성하기 위해 캐소드들의 끼임 고정이 방지될 수 있는 점을 달성하는 것에 있다. 본 발명의 추가 과제는, 버너 용량의 지금까지 공지된 수동 재조절 대신, 버너 용량의 자동 설정을 달성하는 것에 있다. 본 발명의 마지막 과제는, 외부에서부터 샤프트 로의 실질적인 벽돌 라이닝에 대한 개입 없이, 출탕 개구의 기하구조를 변경하고 최적화할 수 있음으로써, 최종적으로 바람직하게는 에너지 소모량이 분명히 감소되고 샤프트 로의 연속적이면서 변함없는 운영이 달성될 수 있도록 하는 것에 있다.

상기 과제는 본 발명에 따른 맥락에서 청구항 제1항의 특징들을 포함하는 샤프트 로, 및 청구항 제18항의 특징들을 포함하는 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 구성들은 특히 종속 청구항들에 정의되어 있다.

본 발명에 따라, 용융된 구리로 장입 재료를 제련하기 위한 샤프트 로가 제공되되, 상기 샤프트 로는 수직으로 배치된 강재 재킷과 이 강재 재킷 내에 배치되는 내화 라이닝을 포함한다. 샤프트 로는 샤프트 로의 안쪽으로 장입 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 장입 개구, 및 샤프트 로의 바깥쪽으로 용융된 구리를 인출하기 위한 출탕 개구를 포함한다. 장입 개구와 출탕 개구 사이에서 샤프트 로의 기정의된 층들(levels)에는 장입 재료를 가열하고 구리를 제련하기 위한 버너들, 바람직하게는 복수의 층에서 샤프트 로의 주연(circumference)의 둘레에 여러 열로 늘어서 배치되는 복수의 버너가 배치된다. 본 발명에 따라, 샤프트 로의 강재 재킷은 적어도 최상부 버너 또는 최상부 열의 버너들의 위쪽의 상부 영역에서 원통형으로 형성되고 내화 라이닝은 상부 영역에서 상부에서부터 하방으로 일련의 원통형 부분 섹션들(cylindrical partial sections)을 포함하고, 이들 부분 섹션은 상호 간에 동심으로 배치되고 부분 섹션에서 부분 섹션으로 갈수록 확대되는 각각의 지름을 포함한다.

그러므로 본 발명에 따른 맥락에서, 결과적으로 샤프트 로의 작동 동안 내화 라이닝뿐만 아니라 장입 재료의 가열에도 불구하고, 예를 들어 구리 캐소드 플레이트의 형태인 고체 장입 재료의 연속적이고 방해받지 않는 활주 낙하를 가능하게 하기 위해, 자체의 내경이 적어도 부분 영역에서, 바람직하게는 버너들의 위쪽에서 샤프트의 주요 부분(샤프트 길이의 70%를 초과하는, 바람직하게는 80%를 초과하는 부분)에서, 특히 장입 개구 아래의 영역으로 이어지고 최상부 버너 층까지 연장되는, 특히 바람직하게는 버너들의 위쪽에서 샤프트의 전체 길이에 걸쳐 단계적으로 확대되는 것인 샤프트 로가 제공된다.

특히 바람직하게는, 샤프트 로는, 단계적으로 확대되는 내화 라이닝의 내경을 가지면서 연속해서 이어지고 서로 인접하는 적어도 3개, 바람직하게는 적어도 5개의 부분 섹션을 포함한다.

이로써, 원통형 강재 재킷을 유지할 경우, 벽돌 라이닝 및 캐소드들의 열로 인한 팽창에도 불구하고, 샤프트 로의 안쪽에서 캐소드들의 쐐기 모양의 끼임 고정이 감소되거나 완전히 방지될 수 있는 점이 보장될 수 있다. 장입된 캐소드들은 열 팽창에도 불구하고 활주 낙하할 수 있으면서 연속적인 로 작동을 보장할 수 있다. 샤프트 로의 안쪽에서 상부에서부터 하방으로 갈수록 온도는 연속해서 증가되고, 버너들의 배출가스와 활주 낙하하는 캐소드 재료 간의 최적의 열 교환이 보장될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 내화 라이닝의 원통형 부분 섹션들의 지름은, 내화 재료의 열적 팽창, 바람직하게는 내화 재료 및 장입 재료의 열적 팽창이 샤프트 로의 작동 조건에서 적어도 보상되도록 형성된다. 이로써, 캐소드 재료의 활주 낙하가 끼임으로 인해 악화되지 않으면서, 장입 재료, 특히 구리 캐소드가 내화 라이닝의 제1 부분 섹션에서부터 인접하고 그 아래 배치되는 그의 제2 부분 섹션 내로의 전이부에서 확실하게 전달될 수 있는, 샤프트 로의 방해받지 않는 작동이 보장된다. "제1 부분 섹션" 및 "제2 부분 섹션"이란 용어는 본 발명에 따른 맥락에서 서로 상하로 겹쳐서 배치되고 서로 이웃하는 2개의 부분 섹션의 각각의 쌍을 포함한다.

바람직하게는, 제1 부분 섹션과 제2 부분 섹션 간의 지름 차이는 최소한 16㎜이며, 바람직하게는 최소한 20㎜이다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 센서, 바람직하게는 서로 상하로 겹쳐서 배치되는 3개의 센서가 샤프트 로의 장입 재료 충전 레벨의 측정을 위해 제공된다. 이러한 센서들은 특히 바람직하게는 최상부 버너 층의 위쪽에, 그리고 장입 개구의 바로 아래쪽에, 특히 바람직하게는 최상부 센서가 장입 개구의 아래쪽에서 1m 이하로 이격되게 배치된다. 본 발명의 매우 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 센서, 바람직하게는 3개의 센서에 각각 하나의 수신기가 할당되고, 이러한 수신기는 특히 바람직하게는 샤프트 로에서 각각의 센서의 층에서 각각의 센서의 맞은편에 배치된다. 이로써, 샤프트 로의 충전 레벨의 간단하면서도 신뢰성 있는 측정이 달성되고, 이는 육안 검사를 불필요하게 한다.

이로써, 센서들은 수평 방향에서 샤프트의 충전 레벨을 측정하며, 그리고 센서에 의해, 선택적으로는 이 센서와 연결된 수신기에 의해 커버되는 각각의 층에서 샤프트 로가 충전되는지 여부를 확인할 수 있다. 바람직하게는, 충전에 대해 기정의된 임계값을 하회하는 동안, 새로운 장입이 필요한지 여부를 표시하는 경보 신호가 출력된다. 이와 관련하여, 특히 바람직하게는, 센서들은, 기정의된 임계값을 하회할 때 자동으로 장입 시스템을 통한 재충전을 야기하는 장치와 연결된다. 이로써, 매우 간단한 수단들에 의해, 용융된 구리로 장입 재료를 제련하기 위한 종래 공지된 샤프트 로들에서보다 더 높은 자동화 정도가 달성된다.

이상적으로 3개의 센서는 샤프트 로 내에서 장입 층의 아래쪽에서 바람직하게는 400~600㎜, 특히 450~550㎜, 매우 특히 바람직하게는 500㎜의 간격으로 서로 이격되어 배치되며, 그리고 스캐닝되는 층에 장입 재료가 위치하는지 여부를 측정한다. 이처럼 구리가 상온에서 거의 용융 온도까지 가열되는 샤프트 로의 영역에서, 구리 캐소드 또는 각각 다른 장입 재료의 끼임은, 장입 재료의 열 팽창이 상부에서부터 하방으로 갈수록 내화 재료의 지름의 단계적 증가에 의해 적어도 보상되는 것을 통해 방지된다. 구리의 열 팽창은 16.5*10^-6 1/K이며, 그리고 벽돌 라이닝의 열 팽창은 약 5*10^-6 1/K이다. 이 경우, 벽돌 라이닝은, 한편으로 버너 열들의 위쪽에서 강재 재킷 및 내화 재료의 비용 효과적인 원통형 외부 형태가 유지되고 다른 한편으로는 내화 라이닝의 하중 지지 능력이 보장되면서 사전 제조된 벽돌의 제조가 최대한 비용 효과적이게 되도록 형성된다.

바람직하게는, 본 발명에 따라, 출탕 개구의 영역에는, 출탕 개구에서 유출 시 용융된 구리의 온도를 측정하기 위한 측정 센서, 바람직하게는 샤프트 로와 연결된 측정 랜스(measuring lance)가 배치된다. 특히 하류에 연결된 주조 설비의 실제 생산 속도가 마찬가지로 측정된다면, 공정 모델에 의해 샤프트 로의 열 평형이 계산될 수 있고 개별 버너들 또는 버너 열들(burner rows)의 필요한 실제 가스량 또는 버너 용량이 결정될 수 있다. 이를 토대로 버너들의 기본 설정이 결정되며, 버너 용량은 일반적으로 각각의 열(row)의 버너들이 각각 동일한 용량으로 작동하고 개별 열들의 용량 분배가 사전에 설정되도록 설정된다. 특히, 샤프트 로의 하류에 배치된 유지로 내에서 구리 용융물의 실제 중량 및 중량 변화량이 결정된다면, 이들의 값들에 의해 전술한 설정은 지속적으로 교정될 수 있다. 이러한 조절에 의해, 특히 샤프트 로의 운전 개시 후에 버너 설정을 위한 추가의 수동 개입은 필요하지 않으며, 이런 경우 샤프트 로의 작동은 바람직하게는 완전히 자동으로 수행된다.

그 외에, 바람직하게는, 출탕 개구를 위한 내화 라이닝은 내화 라이닝의 영역에서부터, 그리고 강재 재킷을 통과하여 내부에서부터 바깥쪽으로 강재 재킷의 종방향 연장부를 넘어 돌출되는 방식으로 형성된다. 이 경우, 바람직하게는, 출탕 개구의 높이는, 인접한 내화 벽돌들 내로 측면에서 삽입되고 상부에서부터 추가 벽돌들에 의해 고정되는 성형 벽돌(molded brick)에 의해 정의된다. 이와 관련하여, 특히 바람직하게는, 샤프트 로의 강재 재킷보다 더 돌출되는 내화 라이닝의 부분, 특히 성형 벽돌 및 이 성형 벽돌을 에워싸는 내화 벽돌들의 부분은, 성형 벽돌의 개구 둘레에서 샤프트 로의 이러한 영역의 밀봉성을 보장할 수 있는 강재 슬리브(steel sleeve) 또는 강재 프레임(steel frame)에 의해 에워싸인다. 이와 관련하여, 특히 바람직하게는, 강재 슬리브 또는 강재 프레임의 일부분, 보다 구체적으로는 상부 강판(steel plate)은 상기 강재 슬리브 또는 강재 프레임과 탈착 가능하게 연결된다. 강재 슬리브 또는 강재 프레임의 나머지 부분의 강판의 탈착식 연결은 죔 고정(clamping) 또는 나사 결합에 의해 달성될 수 있다. 강판의 탈거 후에, 강재 슬리브 또는 강재 프레임 내에 매립된 내화 벽돌들 및/또는 성형 벽돌에 대한 방해받지 않은 접근이 가능해질 수 있으며, 이와 동시에 샤프트 로의 로 내부에 영향을 미치지 않아도 된다.

또한, 본 발명에 따라 특히 바람직하게는 샤프트 로의 출탕 개구의 하류에 유지로가 배치되고, 이러한 유지로는 센서와 연결되며, 바람직하게는 유지로 내의 용융물의 중량을 측정하고 유지로 내의 중량 변화량을 검출하기 위한 계량 셀(weighing cell)과 연결된다. 이로써 매우 간단한 수단들에 의해 측정 매개변수가 수득되며, 이러한 측정 매개변수는 공정 모델을 사용하여 샤프트 로의 열 평형의 계산, 및 이와 결부되어 요구되는 실제 가스량 및 버너 용량 각각을 결정하도록 허용한다.

특히 바람직하게는, 각각의 열의 버너들의 용량, 바람직하게는 각각의 개별 버너의 용량이 개별적으로, 그리고 바람직하게는 자동으로 조절되거나 제어될 수 있다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 복수의 열전대(thermocouple)가 내화 라이닝의 영역에, 특히 버너들의 영역에, 그리고/또는 그 위에 배치되는 샤프트 내에 내화 라이닝의 온도의 검출을 위해 제공된다. 이를 통해 검출될 수 있는 측정값들은 벽돌 라이닝의 유효수명과 관련하여 그의 온도의 최적화를 위해, 그리고 샤프트 로를 바람직하게 자동으로 작동시키기 위해 고려될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 제어 또는 조절 유닛은, 샤프트 로의 충전 레벨 및/또는 샤프트 로의 용융 속도를 바람직하게는 자동으로 제어하거나 조절하도록, 특히 장입 재료의 연속적인 공급 및/또는 최대한 일정한 용융 속도를 보장하도록 설치되고 구성된다. 이러한 점 모두는 샤프트 로의 효율성 증가 및 최대한 높은 열적 효율성의 달성을 위해 이용된다.

본 발명의 추가 양태에 따라, 본 발명의 앞에서 설명한 제1 양태에 따른 샤프트 로에서 용융된 구리로 장입 재료를 제련하기 위한 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 방법은, 제어 또는 조절 유닛이 샤프트 로의 장입, 샤프트 로 안쪽의 충전 레벨 및 각각의 열의 버너들, 바람직하게는 각각의 개별 버너의 용량을 바람직하게는 자동으로 제어하거나 조절하는 것을 특징으로 한다.

이와 관련하여, 특히 바람직하게는, 제어 또는 조절 유닛은 측정되는 매개변수들에 기초하여, 그리고 공정 모델이 사용되는 조건에서 샤프트 로의 열 평형을 계산한다.

이를 위해 사용되는 측정된 매개변수들은: 샤프트 로의 충전 레벨; 출탕 개구에서 유출 시 용융된 구리의 온도; 및 출탕 개구의 하류에 배치되는 유지로의 안쪽에서 용융된 구리의 중량 및/또는 중량 변화량; 특히 바람직하게는 샤프트 로의 하류에 연결되는 주조 설비의 생산 속도;를 포함한다.

이와 관련하여, 특히 바람직하게는, 측정된 매개변수들은 샤프트 로의 열 평형의 계산을 위해 공정 모델에 입력되고, 이러한 공정 모델에 의해 실제로 요구되는 버너 용량, 특히 각각의 버너에 의해 요구되는 연료량이 결정된다.

출탕 개구의 기하구조는 로의 에너지 밸런스를 위해 함께 결정적으로 중요하며, 이와 동일한 사항은 전체적인 샤프트 로 작동의 신뢰성에 대해서도 적용된다. 출탕 개구 기하구조는 실질적으로 샤프트 로에서부터 연결 탕도의 안쪽으로 유출되는 열풍량(hot air amount)을 제한한다. 이러한 열풍량이 적어질수록, 샤프트 로는 전체적으로 더욱더 에너지 효율적으로 작동될 수 있다. 이와 동시에, 특히 슬래그가 출탕 개구에서부터 구리 용융물의 유출을 방해할 수 있는 점도 고려되어야 한다. 그러므로 특히 바람직하게는 성형 벽돌 및 이 성형 벽돌을 에워싸는 내화 벽돌들과 같이 출탕 개구를 한정하는 구성요소들은 쉽게 접근될 수 있고 강재 재킷의 바깥쪽에 배치된다. 또한, 강재 재킷의 바깥쪽으로 돌출되는 출탕 개구의 부분들의 둘레에 강재 슬리브 또는 강재 프레임의 제공은 의도되지 않는 열풍 유출의 효율적인 제한을 가능하게 한다. 그럼에도 불구하고, 강재 슬리브 또는 강재 프레임 상에서 바람직하게는 탈착 가능한 강판에 의해서는, 출탕 개구의 모든 구성요소에 대한 접근이 용이하게 구현될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라, 샤프트 로의 용융 속도가 전혀 가변되지 않거나 최솟값으로만 가변되는 점이 보장될 수 있다. 또한, 샤프트 로의 최적의 충전이 보장됨으로써 높은 열적 효율성이 달성될 수 있는 점도 보장될 수 있다. 버너 챔버 쪽으로 장입 재료의 연속적인 공급에 의해, 샤프트 로의 용융 속도의 효율적인 조절이 달성될 수 있고, 이와 동시에 구현되는 조절을 통해 버너들의 자동 설정이 수행될 수 있다. 마지막으로, 출탕 개구 높이의 최적화를 통해 로의 에너지 밸런스도 추가로 개선될 수 있다.

본 발명은 하기에서 5개의 도면을 참조하여 보다 더 상세하게 설명되되, 이러한 도면들에는 본 발명의 보호 범위를 제한하지 않는 본 발명의 바람직한 실시예들이 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 샤프트 로를 절단하여 도시한 개략적 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 샤프트 로의 상부 영역을 도시한 상세도이다.
도 3은 본 발명에 따른 샤프트 로의 출탕 개구의 영역에서 내화 라이닝을 절단하여 도시한 단면도이다.
도 4는 3개의 층에서 충전 레벨 높이를 측정하기 위한 시스템을 절단하여 도시한 개략적 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 샤프트 로에서 자동 버너 조절을 위한 개략도이다.

도 1에는, 용융된 구리로 장입 재료를 제련하기 위한 본 발명에 따른 샤프트 로(1)가 횡단면도로 도시되어 있다. 샤프트 로(1)는 수직으로 배치되는 강재 재킷(2) 및 이 강재 재킷 내에 배치되는 내화 라이닝(3)으로 구성된다. 강재 재킷(2)은, 샤프트 로(1) 내에서 상부에 배치되어 샤프트 로(1)의 안쪽으로 장입 재료를 공급하기 위한 장입 개구(4), 및 샤프트 로(1)의 바깥쪽으로 용융된 구리를 인출하기 위한 출탕 개구(5)를 포함한다. 샤프트 로(1)의 하부 영역에는 버너(6)들이 샤프트 로(1)의 주연의 둘레에 여러 열로 늘어서 다수의 층에 배치되되, 본 실시예에서는 3개의 열의 버너(6)들이 제공되어 있다. 상부의 두 열의 버너(6a, b)들은 샤프트 로(1) 내에서 수평층에 배치되어 있는 반면, 하부 열의 버너(6c)들을 위한 층은 샤프트 로(1) 내에서 급경사인 바닥 평면(7)에 대해 실질적으로 평행하게 존재하되, 상기 바닥 평면을 따라서는 용융된 구리가 버너(6)들의 영역에서 출탕 개구(5) 쪽으로 안내된다. 버너(6)들의 영역 위쪽에서 샤프트 로(1)는 샤프트 영역(7)을 포함하고, 이러한 샤프트 영역 내에서 구리 캐소드들의 형태로 실질적으로 고체인 장입 재료가 상부에서부터 하방으로 중력으로 인해 이송되고 그곳에서 장입 온도에서부터 용융 온도로 연속해서 가열된다. 이러한 경우, 버너(6)들 위쪽의 샤프트 로(1)의 샤프트 영역(7)은 최소 내경이 1804㎜이면서 약 9m의 높이를 갖는다. 버너(6)들 위쪽의 샤프트 로(1)의 샤프트 영역(7)은 복수의 원통형 부분 섹션(8a~e)으로 구성되고, 이들 부분 섹션의 지름은 부분 섹션(8)에서 부분 섹션(8)으로 갈수록 각각 20㎜만큼 확대된다. 부분 섹션(8)들의 지름은, 상부에서부터 하방으로뿐만 아니라 내부에서부터 바깥쪽으로도 온도 구배(temperature gradient)를 가지는 내화 재료의 가열 시에도 상부에서부터 하방으로 장입 재료의 확실한 활주가 내화 라이닝(3)의 복수의 부분 섹션(8a~e)을 통해서도 보장되도록 형성된다.

도 2에는, 도 1에서의 샤프트 로(1)의 상부 영역이 상세도로 도시되어 있다. 장입 개구(4)의 영역에는 1804㎜의 지름을 가지는 내화 라이닝(3)의 원통형 섹션이 제공되고, 이러한 원통형 섹션에는 중력 방향에서 하방으로 내화 라이닝(3)의 제1 부분 섹션(8a)이 인접한다. 이러한 제1 부분 섹션에 이어 추가 부분 섹션(8b)이 내화 라이닝(3) 내에 제공되되, 이러한 추가 부분 섹션은 다시금 상부의 인접한 부분 섹션(8a)에서보다 20㎜만큼 더 크게 형성되고 그에 따라 1844㎜인 내경을 갖는다.

도 3에는, 출탕 개구(5)의 영역에서 (미도시된) 샤프트 로의 영역이 횡단면도로 도시되어 있다. 출탕 개구(5)는, 상부 및 하부에서 하나의 열의 내화 벽돌(5b)들에 의해 에워싸인 성형 벽돌(5a)에 의해 한정된다. 성형 벽돌(5a)뿐만 아니라, 이 성형 벽돌(5a)에 직접 인접하는 내화 벽돌(5b)들 역시도, 적어도 성형 벽돌(5a)의 일부분이 샤프트 로(1)에서 바깥쪽으로 강재 재킷(2)의 종방향 연장부를 너머 돌출되는 방식으로 존재하도록 배치된다. 성형 벽돌(5a) 및 이 성형 벽돌을 에워싸는 내화 벽돌(5b)들의 이처럼 바깥쪽으로 돌출된 섹션은 강재 재킷(2)에 이어지면서 강재 슬리브 또는 강재 프레임에 의해 에워싸인다. 이러한 강재 슬리브 또는 강재 프레임의 일체형 구성요소는 상부 강판(5c)이며, 이러한 강판은 클램핑 부재들을 통해 강재 슬리브 또는 강재 프레임과 탈착 가능하게 연결된다. 강판(5c)이 탈거되면, 강재 재킷(2)을 넘어 돌출되는, 출탕 개구(5)의 내화 구성요소들의 부분들에 대해 실질적으로 방해받지 않는 접근이 달성된다.

도 4에는, (미도시된) 장입 개구의 아래쪽에 약 1m 이격된 샤프트 로(1)의 상부 영역이 개략적인 부분도로 도시되어 있다. 강재 재킷(2)의 바깥쪽에는, (미도시된) 장입 개구의 아래쪽에 약 1m 이격된 3개의 층(10a~10c)에, 그리고 약 500㎜의 간격으로 서로 이격되어 3개의 센서(12a~12c) 및 이들 센서와 작동 연결되어 있는 3개의 수신기(13a~13c)가 도시되어 있다. 그에 따라, 이들 센서(12a~12c)에 의해, 센서(12a~12c)들 및 수신기(13a~13c)들의 높이로 샤프트 로(1)의 안쪽에 고체 장입 재료가 존재하는지 여부가 판단될 수 있다.

도 5에는, 본 발명에 따른 샤프트 로(1)의 안쪽에서 버너 용량의 자동 조절에 대한 개략도가 도시되어 있다. 측정 셀(9a)을 사용한, 출탕 개구(5)에서 유출되는 용융된 구리의 온도; 및 측정 셀(9)을 사용한, 유지로(14) 내에 용융된 구리의 중량;의 측정치는 제어 또는 조절 유닛(15)으로 공급되고, 이러한 제어 또는 조절 유닛을 통해서는, 하류에 연결된 미도시된 주조 설비의 실제 생산 속도가 고려되면서, 샤프트 로(1) 안쪽의 각각의 버너(6)의 용량이 설정된다. 이로써, 바람직하게는 버너 용량이 일정하고 출탕 개구(5)에서부터 유지로(14)의 안쪽으로 용융된 구리의 흐름도 일정한 조건에서, 샤프트 로(1)의 일정한 작동이 실질적으로 자동화된 방식으로 보장된다.

1: 샤프트 로
2: 강재 재킷
3: 내화 라이닝
4: 장입 개구
5: 출탕 개구
5a: 성형 벽돌
5b: 내화 벽돌
5c: 강판
6: 버너
7: 바닥 평면
8: 샤프트 영역
9: 측정 셀
9a: 측정 셀
10a~10c: 센서 층
12a~12c: 센서
13a~13c: 수신기
14: 유지로
15: 제어 또는 조절 유닛

Claims

용융된 구리로 장입 재료를 제련하기 위한 샤프트 로(1)로서, 상기 샤프트 로는: 수직으로 배치된 강재 재킷(2); 및 이 강재 재킷 내에 배치되는 내화 라이닝(3);을 포함하고, 강재 재킷(2)은 샤프트 로(1)의 안쪽으로 장입 재료를 공급하기 위한 적어도 하나의 장입 개구(4) 및 샤프트 로(1)의 바깥쪽으로 용융된 구리를 인출하기 위한 출탕 개구(5)를 포함하고, 장입 개구(4)와 출탕 개구(5) 사이에서 샤프트 로(1)의 기정의된 층들에는 장입 재료를 가열하고 구리를 제련하기 위한 버너(6)들, 바람직하게는 복수의 층에서 샤프트 로(1)의 주연의 둘레에 여러 열로 늘어서 배치되는 복수의 버너(6)가 배치되는 것인, 상기 샤프트 로에 있어서, 상기 샤프트 로(1)의 강재 재킷(2)은 적어도 최상부 버너(6) 또는 최상부 열의 버너(6)들의 위쪽의 상부 영역(7)에서 원통형으로 형성되고 상기 내화 라이닝(3)은 상기 상부 영역(7)에서 상부에서부터 하방으로 일련의 원통형 부분 섹션(8a~e)들을 포함하며, 상기 부분 섹션들은 상호 간에 동심으로 배치되고 상기 부분 섹션들의 지름은 부분 섹션(8)에서 부분 섹션(8)으로 갈수록 확대되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항에 있어서, 상기 내화 라이닝(3)의 원통형 부분 섹션(8a~e)들의 지름은, 내화 재료(3)의 열적 팽창, 바람직하게는 상기 내화 재료(3) 및 상기 장입 재료의 열적 팽창이 상기 샤프트 로(1)의 작동 조건에서 적어도 보상되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 부분 섹션(8a)에 이웃하는 제2 부분 섹션(8b)의 지름은 상기 제1 부분 섹션(8a)의 지름보다 최소한 16㎜, 바람직하게는 최소한 20㎜ 더 큰 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원통형 부분 섹션(8a~e)들은 각각 최소한 1200㎜의 높이, 바람직하게는 1300㎜ 이상의 높이, 특히 바람직하게는 1300㎜와 1400㎜ 사이의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 4개, 바람직하게는 5개의 원통형 부분 섹션(8a~e)은 서로 상하로 겹쳐 배치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 센서(12), 바람직하게는 서로 상하로 겹쳐서 배치되는 3개의 센서(12a~c)는 상기 샤프트 로(1)의 장입 재료 충전 레벨의 측정을 위해 샤프트 로(1) 내에, 바람직하게는 최상부 버너 층(6a)의 위쪽에, 특히 상기 장입 개구(4)의 바로 아래쪽에, 특히 바람직하게는 최상부 센서(12a)가 상기 장입 개구(4)의 아래쪽에서 1m 이하로 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서(12), 바람직하게는 상기 3개의 센서(12a~c)에 각각 하나의 수신기(13)가 할당되고, 상기 수신기는 바람직하게는 상기 샤프트 로(1)에서 상기 센서(12)의 층(10)에서 각각의 센서(12)의 맞은편에 배치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출탕 개구(5)의 영역에는, 출탕 개구(5)에서 유출 시 용융된 구리의 온도를 측정하기 위한 측정 센서, 바람직하게는 상기 샤프트 로와 연결된 측정 랜스가 배치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내화 라이닝(3)은 상기 출탕 개구(5)의 영역에서 안쪽에서부터 바깥쪽으로 측면에서 상기 샤프트 로(1)의 강재 재킷(2)을 넘어 돌출되는 방식으로 제공되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내화 라이닝(3)은 상기 출탕 개구(5)의 영역에서 상기 출탕 개구(5)의 높이를 한정하는 적어도 하나의 성형 벽돌(5a)을 포함하고, 상기 성형 벽돌은 상부 및 하부에서부터 뿐만 아니라 측면에서도 상기 성형 벽돌(5a)에 인접하는 상기 내화 라이닝(3)의 벽돌(5b)들에 의해 에워싸이며, 상기 강재 재킷(2)을 넘어 돌출되는 방식으로 배치되는, 상기 출탕 개구(5)의 구성요소들, 특히 성형 벽돌(5a) 및 이 성형 벽돌을 에워싸는 내화 벽돌(5b)들의 구성요소들은 강재 슬리브 또는 강재 프레임에 의해 에워싸이며, 상기 강재 슬리브 또는 강재 프레임은 강판(5c), 바람직하게는 상기 강재 슬리브 또는 강재 프레임의 상부에 배치되는 강판(5c)을 포함하고, 상기 강판은 상기 강재 슬리브 또는 강재 프레임과 탈착 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제10항에 있어서, 상기 강재 슬리브 또는 강재 프레임과 상기 강판(5c)의 연결은 죔 고정 또는 나사 결합에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트 로(1)의 출탕 개구(5)의 하류에 유지로(14)가 배치되고, 상기 유지로는 센서와 연결되며, 바람직하게는 유지로(14) 내의 용융물의 중량을 측정하고 유지로(14) 내의 중량 변화량을 검출하기 위한 계량 셀(9)과 연결되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서(12)들은, 상기 샤프트 로(1)의 장입 재료 충전에 대한 기정의된 임계값을 하회할 때 적어도 하나의 경고 신호; 및 상기 샤프트 로(1)로 장입 재료를 특히 자동으로 장입하기 위한 명령어;를 출력하도록 구성되어 설치된 모니터링 유닛과 연결되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트 로는, 측정되는 매개변수들에 기초하여, 그리고 공정 모델이 사용되는 조건에서 상기 샤프트 로(1)의 열 평형을 계산하고 이를 토대로 요구되는 실제 버너 용량, 바람직하게는 요구되는 실제 연료량을 결정하는 제어 또는 조절 유닛(15)과 연결되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제14항에 있어서, 상기 제어 또는 조절 유닛(15)은, 각각의 열의 버너(6a~c)들, 바람직하게는 각각의 개별 버너(6)의 용량을 개별적으로, 그리고 바람직하게는 자동으로 제어하거나 조절하도록 구성되어 설치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 열전대는 상기 내화 라이닝(3)의 영역에, 특히 상기 버너(6)들의 영역에, 그리고/또는 그 위에 배치되는 샤프트(7) 내에 상기 내화 라이닝(3)의 온도의 검출을 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 또는 조절 유닛(15)은, 상기 샤프트 로(1)의 충전 레벨 및/또는 상기 샤프트 로(1)의 용융 속도를 바람직하게는 자동으로 제어하거나 조절하도록, 특히 장입 재료의 연속적인 공급 및/또는 최대한 일정한 용융 속도를 보장하도록 설치되고 구성되는 것을 특징으로 하는 샤프트 로(1).
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 샤프트 로(1)에서 용융된 구리로 장입 재료를 제련하기 위한 방법에 있어서, 제어 또는 조절 유닛(15)이 상기 샤프트 로(1)의 장입, 상기 샤프트 로(1) 안쪽의 충전 레벨 및 각각의 열의 버너(6a~c)들, 바람직하게는 각각의 개별 버너(6)의 용량을 바람직하게는 자동으로 제어하거나 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서, 상기 제어 또는 조절 유닛(15)은 측정되는 매개변수들에 기초하여, 그리고 공정 모델이 사용되는 조건에서 상기 샤프트 로(1)의 열 평형을 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서, 상기 측정된 매개변수들은: 상기 샤프트 로(1)의 충전 레벨; 상기 출탕 개구(5)에서 유출 시 용융된 구리의 온도; 및 바람직하게는 상기 출탕 개구(5)의 하류에 배치되는 유지로(14)의 안쪽에서 용융된 구리의 중량 및/또는 중량 변화량; 특히 바람직하게는 상기 샤프트 로(1)의 하류에 연결되는 주조 설비의 생산 속도;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 측정된 매개변수들은 상기 샤프트 로(1)의 열 평형의 계산을 위해 공정 모델에 입력되고, 상기 공정 모델에 의해 실제로 요구되는 버너 용량, 바람직하게는 각각의 버너(6)에 의해 요구되는 연료량이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출탕 개구(5)의 높이 및/또는 그의 기하구조, 특히 상기 출탕 개구(5)의 크기 및 이와 결부되어 시간 단위당 상기 샤프트 로(1)에서 유출되는 열풍 또는 고온 가스의 양은 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트 로(1)의 작동은 적어도 상기 샤프트 로의 운전 개시 후에 자동으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.