KR870002182B1 - 용선로중의 용융금속의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용선로중의 용융금속의 제조방법

제 1 도는 본 발명의 방법을 실제로 수행하는 데 적합한 장치의 바람직한 배열도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 송풍구 3 : 산소취입관

4 : 로벽 5 : 노즐

6 : 송풍

본 발명은 용선로에서 용융금속을 제조하는 방법에 관한 것이다.

통상의 용선로는 본래 직립형의 로(shaft furnace)로 이루어진다. 용융금속을 모아놓고 코우크스의 베드장입물을 초기에 받아들이기 위한 탕류부(well portion)가 노흉(shaft)의 바닥에 놓인다. 여압상테의 다량의 공기를 공급하기 위한 송풍구는 탕류부의 바로위에 되고 장입구는, 노흉의 상부에 설치된다. 용선로는 금속정련공정에 사용되지 않고, 금속을 용해시키는데 사용된다.

일반적인 용선로작업은 본래 단순하다. 직립로에 코우크스가 충진되며, 이 코우크스는 송풍구를 통해서, 로흉바닥에서 강제로 주입된 공기에 의해서 연소되어, 열을 발생시킨다. 백열코우크스베드(glowing coke bed)의 상부에 놓여진 금속은 용해하여, 코우크스를 통과해서 낙하하여, 탕류부 또는 로상(hearth)에 모여지고, 이곳에서 용융금속은 충탕구를 통해서 주기적으로 충탕된다.

이 분야에서는 송풍이라 일컬어지는 흡입공기(incoming air)는 연소코우크스와 접촉할때, 연소코우크는 연소하여 이 산화탄소로된다. 이 이산화탄소는 나머지 코우크스와 즉시 반응하여, 이산화 탄소를 만드나, 이산화탄소를 형성할때, 최초의 이산화탄소연소 반응에 의해서 방출된 열의 약 45%을 흡수한다. 일산화탄소가 코우크스기둥을 통과해 상승하면서, 더 냉각됨에 따라서, 일산화 탄소의 일부는, 이산화탄소와 탄소로 분해하는 발열반응을 일으킨다.

그래서, 노흉으로부터 배출된 가스들은 일산화탄소, 이산화탄소 및 질소의 혼합물이다. 이들 고온배출 기체들은 코우크스의 연소에 의해 발생한 열의 약 10%를 실어낸다. 발생한 열의 약 45%가 용융금속에 의해 제거되며, 발생한 열의 나머지 45%의 열이 상기한 불완전연소반응에 의해 사용되어진다.

이 분야에 숙련자들은 이와 같은 불완전 연소에 의한 비효율성을 완화시키기 위한 여러방법들을 제안해왔다. 그러한 방법의 하나는, 산소를 사용하여 주입공기의 산소농도를 증가시키는 것이었다. 이 방법은 우수한 결과를 가져왔지만, 누출에 의한 산소손실과, 용융금속의 화학적 성질을 조절하는데 일부 손실이 발생하였다.

산업에 널리 이용되는 또다른 방법은, 여분의 산소를 연소성코우크스에 직접 주입하는 방법이다. 산소를 이 방법으로 주입 했을 때, 연소는 노상근처에서 더욱 빨라지고, 연소영역의 길이는 공기만을 주입했을 때보다 더 아짧지는 경향이있다. 이것은 코우크스상의 꼭대기를 약간 더 차게하여 일산화탄소가 이산화탄소와 탄소로 더 많이 분해되게하며, 이 반응 에의해서, 더 많은 열의 방출이 일어난다. 이에 따라서, 더 고온의 금속이 만들어지고, 금속의 톤당필요로하는 코우크스의 양이 감소하며, 금속의 탄소함량이 증가하게 된다. 이러한 하나의 방법은 미합중국특허 제3,089,766호에 기술되어 있으며, 여기에는 산소가, 송풍의 속도보다 더 큰 속도로 하나 또는 그 이상의 송풍구내로 직접 주입된다.

또 다른 방법은 영국특허 제914,904호에 기술되어 있는데, 여기에는 산소가, 공기가 도입되는 송풍구들의 아래에 위치한 송풍구들을 통해서 로에 주입된다. 또 하나의 다른 방법은 영국특허 제1,006,274호에 기술되어있는데, 여기서 산소는, 공기가 도입되는 송풍구와 같은 수준에 위치한 송풍구를통해로내로 주입되나, 공기와 산소의 분출물이, 실질적으로 혼합되지않고, 코우크스 장입물의 다른 구역들에 충돌하도록 주입된다.

용선로내의 금속용융작업의 경제적 중요성이 크기때문에 지금까지 얻은 공정의 효율을 개선하는 방법이 아주 바람직하다.

따라서 본 발명의 목적은 용선로에서 금속을 용융시키는 더욱 효율적인 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 용선로에 직접 산소를 주입함을 특징으로하는, 용선로에서 금속을 용해시키는 개선된 방법을 제공하는데 있다.

이 분야에 숙달된 자에게는 명백하게 될 상기의 목적들은, 하기의 개선된 공정으로 이루어지는 본 발명에 의해서 이루어진다. 용선로중의 용융금속을 제조하는 방법은

a) 용선로에 금속과 코우크스를 채우고,

b) 첫째 산소-함유가스를 주입시켜, 코우크스를 연소시키고,

c) 추가로, 첫째 산소함유기체보다 더 진한 산소농도를 가지는 둘째 산소함유가스를, 첫째 산소함유가스의 산소농도를 0.5 내지 10%만큼 증가시키는데 요구되는 유속으로 직접 용선로에 주입함으로 이루어지며, 이 공정에서, 둘째 산소함유기체를 초음속으로 용선로에 직접 주입함을 특징으로 한다.

용선로에 조작 및 기본구성은 이 분야에 숙달된 자에게 잘 알려져있다. 용선로 및 그것의 조작을 기술한 예시적인 특허로는, 예를들면, 미합중국 특허 제3,089,766호 및 4,045,212호가 있다.

본 발명을 실시할때, 용선로의 장입과 점화는, 통상적인 방법으로 수행된다. 예를들면, 노상(hearth)위에 있는 용선로 바닥의 코우크스가 점화되고, 코우크스 베드의 깊이는 직립로의 상부에서 장입되는 코우크스의 양에 의해서 조절된다. 코우크스연소를 위한 공기와 같은 산소함유 가스는 송풍구를 통해서 용선로에 입된주다. 통상 용선로 장입물은 원하는 양의 장입물이 도입될 때까지의, 코우크스층과 그 위에 금속과 코우크스의 층들로 구성된다. 추가량의 금속 및 코우크가, 노흉내의 장입물이 낮아지는 만큼 신속하게 첨가된다. 선회석 또는 그 외의 용제가 용선로 슬래그의 점도를 감소시키기 위하여, 각 코우크스 장입물의 상부에 가해지기도 한다.

용선로가 조작되는 동안, 용융금속 방울이 코우크스 베드를 통해서, 떨어지고, 용선로의 바닥에 있는 탕류부 또는 도가니부위의 코우크스조각들 사이에 모아진다. 마찬가지로, 더 가벼운 용융슬래그는 이슬래그가 용선로로부터 슬래그 배출구를 통해서 배출되어지는 도가니부위의 상부에 이 슬래그가 도달할때까지 송풍구의 밑에 있는 코우크스 베드내에 축적된다. 이때에 용융금속은, 용선로로부터 출탕되며 이 용융금속은, 슬래그 배출구아래의 도가니의 바닥에 위치한 출탕구를 통해 배출되어질 수 있다.

상기한 대로, 산소함유가스를 부화시키기 위해서, 산소가 산소함유가스에 가해져왔다. 산소함유 기체는 보통 약 21%의 산소함량을 가진 공기이다. 산소 또는 산소 부유기체는, 용선로에 공급되는 가스가 원하는 산소함량을 갖게되는 유속으로 공기에 가해진다. 예를 들면, 용선로에 가해지는 전체가스의 산소함량은 23%이며, 이것은 2%부화된 것이다.

본 발명의 공정은, 첫번째 산소함유가스에 둘째 산소-함유가스를 도입하는 것과는 대조적으로, 둘째 산소-함유가스를 직접 용선로에 공급하는 것이다. 둘째 산소함유가스는, 이 가스가 첫째 산소함유 기체에 공급된다면 0.5 내지 10%부화도를 초래할정도의 유속으로 용선로에 공급된다. 당연히, 둘째 산소함유가스는 첫째 산소함유 기체보다 더 진한 산소농도를 가져야만 한다.

첫째 산소함유가스는 일반적으로, 그리고 바람직하게는, 약 21%의 산소농도를 갖는 공기이다. 둘째 산소함유가스는, 첫째 산소함유가스보다 더 진한 산소농도를 갖는데, 일반적으로 50 내지 100%산소, 바람직하게는 90내지 100%산소, 가장 바람직하게 99내지 100%산소이다.

본 발명의 발명은 둘째 산소함유가스를 초음속으로 용선로에 직접 주입함을 특징으로 한다. 이 가스를 초음속으로 주입함에 의해서, 용선로의 작동상에 여러가지 개선점이 생기는데 예를들면, 연소반응 침투(combustion reaction penetration)가 더 커짐으로써, 용선로의 용해특성을 유지하는데 필요로하는 코우크스와 연료의 양이 감소되고, 규소회수율이 증가되며, 탈탄량(carbon pickup)이 증가하고, 용선로의 벽이 더 냉각되는 점 등이다.

둘째 산소함유가스는 첫째 산소함유 기체와 별도로 용선로에 직접 주입된다. 둘째 산소함유가스는 첫째 산소함유가스와 같은 구멍을 통해 또는 다른 구멍을 통해 주입되어도 된다. 만약 다른 구멍을 통해서 주입된다면, 송풍구들이 서로 동일한 높이이거나 또는 서로 다른 높이에 설치되어도 되고, 송풍구들이 서로 인접한 용선로의 같은 쪽에 있거나, 또는 서로 180°만큼 떨어져 다른 면들상에 있어도 된다.

둘째 산소함유가스는 초음속으로 연소성 코우크스와 충돌한다. 첫째 및 둘째 산소함유가스가 서로 인접한 위치로부터 용선로 내에 주입된다면, 연소성 코우크스에 충돌하기전에, 두 가스기류는 혼합될 것이다. 그러나, 이런 충돌전에, 두 가스 기류가 서로 혼합해야될 필요는 없다.

상기한 바와 같이, 둘째 산소함유가스는, 초음속으로, 바람직하게는 초당 1200내지3000피드(초당 365.9 내지 4.6미터)의 속도로, 보다 바람직하게는 초당 1450내지 1650피트(초당 442.1내지 503.1미터)의 속도로 주입된다. 본 출원의 목적을 위해, 0℃에서 건조공기를 통과하는 음속은 초당 1087피트(초당 331.4미터)로 간주되었다.

둘째 산소함유가스는, 첫째 산소함유가스의 산소농도를 0.5내지 10%, 바람직하게는 0.5내지 5%, 보다 바람직하게는 1내지 4%, 부화시키는데 요구되는 유속으로 주입된다.

금속은 고상(固相)으로서 용선로에 장입된다. 금속은 용선로에서 용해시키는데 적합한 어떤 금속이라도 된다. 보통, 금속은, 회주철, 고철, 선철 또는 강스크랩(steel scrap)와 같은 철함유금속이다.

본 발명의 개선된 공정을, 실시하는데 사용될 수 있는 하나의 배열체가 제 1 도에 제시된다. 이 분야에 숙달된 자는 다른 배열체도 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 제 1 도를 언급해보면, 송풍(6)은 도관(1)을 통해 송풍구(2)로 도입된다. 초음속의 산소는, 송풍구(2)의 중앙을 뻗어 있는 산소취입관(3)(oxygen lance)을 통해 공급된다. 송풍구(2)와 산소취입관(3)은 용선로의 벽을 관통하여 용선로내로 뻗어있다. 산소는, 노즐(5)를 통과하여 산소취입관(3)을 빠져나온다. 노즐(5)는 어떤 노즐도 적합하나, 바람직한 노즐의 형은, 초음속을 얻는데 도움이되는 수렴-확대노즐이다. 그래서, 실제적으로 순수한 산소는, 송풍과 별도 산소취입관(3)으로부터 분출되어, 초음속으로 연소성 코우크스에 제공된다.

다음 실시예는 본 발명의 방법을 예시한다. 그것은 본 발명을 예시하기 위한 것이지 그 범위를 제한하는 것이 아니다.

[실시예 1]

회주철과 코우크스를 통상적인 조작으로 종래의 용선로에 장입하였다. 그리고, 송풍을 시작하여 코우크스를 테었다. 약 99.5%의 산소농도를 갖는 실질적으로 순수한 산소가, 제 1 도에 보여진것과 같은 장치를 사용하여, 용선로내에 직접 주입되었다. 이 실질적으로 순수한 산소는 매시간당 22,000표준입방피이트의 유속(173 1/sec.)에서, 매초당 약 1520피이트(463.4 m/sec)의 속도와 약 100psig(8.06 kg/cm²)의 압력으로 산소취입관으로부터 수렴-확대 초음속노즐을 통해서 분사되었다. 이 유속은 약 2.5%부화도(enrichment)에 해당된다.

회주철의 용해가 완료된 후에, 코우크스가 송풍구로부터 12내지 18인치(30.5내지 45.7cm)까지 완전히 연소되었음이 관찰되었고, 따라서 초음속의 산소분사에 의해서 연소반응 침투가 증가되었음을 보여주었다. 코우크스 사용량은 종래의 용선로 작업을 사용직을 때 예상되는 사용량보다 매 장입회수당 약 20파운드(9kg)만큼 감소되었다. 금속의 온도는 약 2825(1552℃)내지 약 2875℉(1579℃)이었다. 실리콘의 회수율은 거의 100%이었다. 용선로의 수관벽(cupola water-wall)의 온도는 종래의 용선로작업동안에 벽의 온도보다 약 20-30℉(11-17℃) 더 낮았다. 더구나, 3일동안 작업하고나터도, 전혀 어떤 종류의 코우크스 부우스터(coke booster)도 사용할 필요가 없었다.

Claims (11)

1. a) 용선로에 금속과 코우크스를 장입하고, b) 첫째 산소함유가스를 주입시켜, 코우크스를 연소시키고, c) 추가로, 첫째 산소함유가스보다 더 진한 산소농도를 갖는 둘째 산소함유가스를, 첫째 산소함유가스의 산소농도를 0.5내지 10%만큼 증가시키는데 필요한 유속으로 직접 용선로에 주입함으로 이루어지는 용선로에서 용융금속을 제조하는 공정에 있어서, 둘째 산소함유가스를 초음속으로 용선로에 직접 주입함을 특징으로 하는 용선로의 용융금속제조공정.
2. 제 1 항에 있어서, 둘째 산소함유가스가 매초당 1200내지 3000피이트의 속도로 용선로에 직접 주입됨을 특징으로 하는 용선로의 용융금속 제조공정.
3. 제 1 항에 있어서, 둘째 산소함유가스가 매초당 1450내지 1650피이트의 속도로 용선로에 직접 주입됨을 특징으로 하는 용선로의 용융금속제조공정.
4. 제 1 항에 있어서, 둘째 산소함유가스가 50내지 100%의 산소농도를 가짐을 특징으로 하는 용선로의 용융금속제조공정.
5. 제 1 항에 있어서, 둘째 산소-함유가스가 90내지 100%의 산소농도를 가짐을 특징으로 하는 용선로의 용융금속제조공정.
6. 제 1 항에 있어서, 둘째 산소-함유가스가 99내지 100%의 산소농도를 가짐을 특징으로 하는 용선로의 용융금속제조공정.
7. 제 1 항에 있어서, 둘째 산소-함유가스가, 첫째 산소-함유가스의 산소농도를 0.5내지 5%만큼 증가시키는데 필요한 유속으로 주입됨을 특징으로 하는 용선로의 용융금속제조공정.
8. 제 1 항에 있어서, 둘째 산소-함유가스가 첫째 산소-함유가스의 산소농도를 1 내지 4%만큼 증가시키는 데 필요한 유속으로 주입됨을 특징으로 하는 용선로의 용융금속제조공정.
9. 제 1 항에 있어서, 금속이 철함유금속임을 특징으로 하는 용선로의 용융금속제조공정.
10. 제 1 항에 있어서, 금속이 철임을 특징으로 하는 용선로의 용융금속제조공정.
11. 제 1 항에 있어서, 첫째 산소함유가스가 공기임을 특징으로 하는 용선로의 용융금속제조공정.

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