KR890002800B1 - 비철금속이있는 용융조의 고산소 가스 취입법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

비철금속이있는 용융조의 고산소 가스 취입법

본 발명은 용융조(熔融槽)속으로 반응기벽을 통해 연장되며 보호용 냉각액체가 각 이중관 노즐의 한쪽 관을 통해 주입되는 이중관 노즐을 통하여 비철금속이 있는 용융 조속으로 산소함량이 많은 가스를 취입하는 방법에 관한 것이다.

비철금속제조용 고온 야금법에 있어서 시판되고 있는 순수한 산소 또는 산소가 풍부한 가스로 된 고산소가스를 용융조속으로 취입하고 있다. 이러한 방법을 이용하여 예컨대 황화광으로부터 비철금속이 많은 매이트상(matte phase)또는 비척금속을 추출하거나 비철금속을 함유한 용융조를 제련하고있다. 반응기의 바닥 또는 옆쪽에서부터 반응기의 벽돌속을 통해 연장되는 노즐을 통하여 용융조속으로 고산소 가스를 취입한다. 보호용 유체를 이용하여 노즐과 주위의 벽돌이 노즐에서 나타나는 고온에 대해 보호되게끔 한다. 이러한 목적으로 이중관 노즐을 사용한다. 일반적으로 내부관속을 통해 고산소 가스를 취입하고 보호용 냉각유체를 내부관과 외부관 사이의 환대(環帶)속을 통해 취입한다. 이러한 방법들은 독일특허 제2417979 및 2807964에 나와 있다.

이러한 이중관 노즐과 보호용 냉각유체와 더불어 고산소 가스를 주입하는 방법은 강철 공업에서 먼저 사용되었다(독일특허 공고 1583968, 1783149, 1758816, 2052988, 2259276, 1433398, 영국특허 명세서 1, 253, 581, 오스트리아 특허 명세서 265, 341). 피각(皮殼)이 생기면 용융조의 운동에 불필요한 영향을 주고 벽돌을 부식시키며 안전조업을 할 수 없게 되므로 노즐에 피각이 생성되지 않도록 하고자 여러가지 노력을 항상 기울여 왔던 것이다. 수 냉식(水冷式) 단일 노즐을 사용한다는 것만이 응고된 철 또는 금속으로 된 층을 형성하게되므로 해서 냉각된 노즐팁(tip) 부분이 파괴되지 않게된다. 보호용 유체와 더불어 고산소 가스를 주입하기위해 비철공업에서 이중관 노즐을 사용한예는 (독일특허 2417979와 2807964, 영국특허 명세서 1, 414, 769) 분명히 동일한 가정에 입각한것이었다. 그러나 이러한 방법에 의해서는 노즐과 주위의 벽돌이 상단히 마멸된다는 결점이 나타난다.

본 발명의 목적은 비철금속이 있는 용융조속으로 고산소 가스와 보호용 냉각유체를 취입하는 방법에 있어서 이중관 노즐과 주위의 벽돌이 마멸되는 일이 없거나 그 정도를 감소시키고자 함에 있다.

이러한 목적은 보호용 냉각 유체의 유속을 광제(slag)의 조성과 광제의 온도와 노즐에서 피각이 소요의 두께를 초과하지 않을 정도로 생기는 응고점과의 차이에 따라 선택한다는 본 발명에 따라 성취된다.

노즐과 주위의 벽돌에 생기는 피각의 두께를 조절하므로서 소요의 보호 효과가 나타나도록 하고 피각의 양호한 기체투과성을 가지게 하며 피각을 통한 가스의 분포가 양호하게 된다. 이 두께는 공정의 조업 조건에 따라 좌우되며 실험적으로 결정된다. 보호용 냉각유체의 소요의 유속을 연속법에서 거의 일정하게 유지하는 한편 단속법(batch process)에서는 비교적 큰 범위에서 조절해야 한다. 보호용 냉각유체는 연소성 및 비연소성의 기체 또는 액체, 즉 질소, SO₂, CO₂, 수증기, 탄화수소 같은 것으로 된 것이라야 한다. 이들을 선정하는 것은 공정 조건에 따라 달라진다. 피각 생성에 소요되는 보호용 유체의유속은 광제나 고융점 광제 성분의 응고점 및 상기 응고점과 광제가 보호용 유체에 의해 접촉되기전의 광제의 온도와의 차이에 따라 달라진다. 보호용 유체의 유출 온도를 될수 있는 한 낮도록 해야 하고 보호용 유체를 고압, 즉 6바아(bar)이상에서 주입하여 보호용 유체의 소요의 유석을 극소화 할 수 있도록 해야 한다. 적절한 특징에 의하면 노즐에서 광제의 다소 국부적인 냉각으로 인해 광제중에서 본래부터 용액속에 있었던 고융점 성분의 결정화 온도 이하로 온도가 떨어지도록 광제의 온도와 조성을 조절한다. 광제의 조성을 조절하므로서 마그네타이트(magnetite), 규산칼슘 또는 이와 유사한 화합물 같은 고융점 화합물로 광제가 거의 포화되도록 한다. 이것은 적당한 화학 조성을 가진 광제를 사용하고, 회수될 비철금속의 소요의 황화금속과 산화 금속과의 평행에 따라 좌우되는 적당한 산화 전위를 부여하며, 고융점 화합물의 포화온도보다 다소 높은 광제의 적정온도를 선택하면 된다. 이렇게 하므로서 낮은 유속의 보호용 유체로 피각 생성이 양호하게 된다.

또 다른 적절한 특징에 의할 것 같으면 노즐을 통해 취입된 가스의 교반작용을 적절히 조절하므로서 반응기 바닥에 있는 금속욕의 층의 높이와 무관하게 광제-금속 에멀젼이 노즐에 도달하게 된다. 가스의 압력이나 유속을 적절하게 조절하고/또는 노즐위에 형성되는 금속층의 높이를 적절히 조정하므로서 주입된 가스의 교반작용을 조절할 수있다. 이렇게 되면 피각이 양호하게 형성된다.

본 발명에서 또 다른 적절한 특징을 볼 것 같으면 유입되는 보호용 유체 및/또는 고산소 가스의 압력이 원래의 압력이상으로 상승된 바람직한 압력 상태에서 유지되게 하므로서 피각의 두께를 조절한다는 점이다. 피각이 형성되면 피각이 형성되기전에 있었던 압력보다 큰 압력이 생기게 된다. 압력 상승의 크기는 피각의 두께와 형상에 따라달라진다. 압력 상승의 크기는 피각의 소요 두께에 상응한 것으로서 실험적으로 측정되며 유지된다. 압력이 대체적으로 0.1-0.5바아 정도 상승되면 충분하다. 이러한 압력 상승이 되면 직접 관찰한다는 것은 불가능하겠지만 피각 두께를 간단히 조절할 수 있게된다.

본 발명의 또 다른 적절한 특징을 보면 압력을 소요의 값에서 일정하게 유지한다는 점이다. 압력을 일정하게 유지하여 주기만 하면 체적 그 자체는 이에 상응하는 값으로 조절이 된다. 이렇게 되면 피각의 두께를 특히 간단하고도 효과적으로 조절할 수 있게 된다는 점이다.

본 발명의 다른 특징에 의할것같으면 고융점 성분의 일정한 피막이 벽돌에 형성되는 벽돌의 온도와 광제의 조성에 의존하도록 반응기를 만들수 있다는 점이다. 복사열로 인하여 내부에서 광제가 냉각이되어 두께가 얇은 피각막이 형성되어 노즐에 인접한 벽돌을 보호하고 보호용 유체의 직접적인 작용을 받아 피각이 형성되는 일이 없도록 벽돌 공사를 한다.

[실시예]

여기에 나오는 실시예들은 길이가 4.50m이고 직경이 1.80m인 수평식 실린더로 되었으며 내화물로 내장(內張)된 반응기중에서 황화물농축물을 연속 산화시키는 방법에 관한 것이다. 융제(融劑)를 황화물 농축물에 첨가하여 본 발며에 의한 방법을 실시하는데 필요한 일정한 화학 조성을 가진 광제를 얻었다. 반응기에는 직경이 10mm인 내부관을 가진 세개의 이중관 노즐과 화학 및 금속반응과는 관계 없이 용융조직의 온도에 영향을 주는 프로판-산소 보조 버어너를 장치했다.

이 실시예들은 황화납 농축물의 산화에 국한된다. 산화납 함량으로 인해 생성되는 광제는 모든 금속과 요업재료에 대해 특히 공격작용이 있기 때문에 반응기의 벽돌과 노즐 보호에 대한 실시예들에 있어서 채택된 방법들을 농출물, 매트, 비화물(砒化物), 광제, 분진 및 이수(泥水)등을 포함하여 구리, 니켈, 코발트, 아연, 납, 주석, 안티몬 또는 비스무트 등을 함유한 비철금속이 있는 여러가지 선구물질과 중간생성물의 융융과 관련하여 쉽사리 이용할 수 있다.

일반적으로 Pb56.1%, Zn3.2%, FeO7.2%, CaO3.9%, MgO0.6%, Al₂O₂0.7%, SiO₂10.3% 및 S11.2%의 조성을 가진 혼합물들을 사용했다. 용융되는 혼합물들은 납함량이 63-66%이고 마그네타이트를 함유한 광제가 저황함량의 금속 납(S1%이하)와 더불어 생성되는 산화 전위를 가진 것이었다. 금속납은 반응기의 바닥에서 200mm높이의 층으로 수집되었는데 이것을 주기적으로 유출시켰다. 광제를 연속적으로 배출시켰다.

[실시예 1]

1000℃의 광제 온도에서 이중관 노즐에 일정한 유속으로 산소를 공급하였고 상이한 유속으로 보호용 유체로서 질소를 공급했다.

시험이 끝났을때 노즐을 끌어당겨 측정했다.

시험결과에서 알수 있었던 것은 높이가 약 30mm이고 바닥 직경이 약 50mm이며 마그네타이트 70%와 각종 규산염 30%로 된 원추형의 다공질 피각으로 세번째 노즐끝이 피복되어 있었다는 점이다. 두개의 다른 노즐끝에 인접한 벽돌은 직경이 각각 약 50 및 100mm인 깔떼기 모양으로 부식되어 있었고, 노즐의 산화에 따라 상응하는 깊이를 가졌다. 세번째 노즐에 인접한 벽돌은 거의 보존되어 있었다.

[실시예 2]

광제의 과열 효과를 파악하고자 상이한 온도에서 광제에 대해서 세가지 시험을 하였다. 두번째 노즐에 대해 실시예 1에서 선택한 보호용 가스의 유속을(6.9바아의 질소압)조절했다. 시험이 끝났을때 노즐을 끌어당겨 내어 측정했다.

세개의 노즐중 어느 것이나, 그리고 주위의 벽돌의 어느 부분이나 시험 번호 2에서는 부식되지 않았다. 노즐끝의 앞쪽에서 마그네틱 및 규산염으로 된 원추형 다공질 피각이 다시 생성되었다.

이 피각은 높이가 30-35mm였고 바닥 직경은 50-60mm였다.

시험번호 3번과 4번에서 사용한 노즐가까이 있는 벽돌은 실시예 1에서 상술한 것과 같이 부식이 되었다.

[실시예 3]

두가지 시험을 추가하여 확인된 바로는 노즐과 주위의 벽돌에 대해 앞서 설명한 보호 메카니즘이 사용된 광제가 적절한 조성을 가지고 있지 않으면 효과가 없다는 점이다.

이러한 목적으로 한쪽 시험에 대해서는 반응기에 순수한 산화납광제(PbO)를 채웠고 다른 시험에서는 2PbO·SiO₂에 가까운 조성을 한 규산납 광제를 채웠다. 두가지 시험에 있어서 광제 온도를 930℃에서 유지하였고 노즐에는 6.9바아의 압력으로 산소와 질소를 공급하였다. 이들 시험에 있어서 농축물과 융제로된 어떠한 혼합물을 사용하지 않았으므로 광제조성은 변화가 없었다. 이러한 이유로 해서 금속납으로된 바닥 상(相)은 없었다. 이들 두가지 시험에 있어서 어느 것이나 노즐 끝의 앞쪽에 고체 피각을 형성시킬 수 없었다. 시험이 끝난후 노즐과 주위의 벽돌은 거의 파괴되어 있었다.

[실시예 4]

또 다른 추가시험(시험번호 7)에 있어서 확인된 것은 노즐끝에 형성된 피각의 크기를 보호용 유체의 압력을 조절하면서 쉽사리 조절할 수 있었다는 점이다. 이러한 목적으로 시험번호 2번의 경우와 같은 조건(온도 930℃)하에서 반응기를 조작하였으나 세개의 노즐을 다소 상이한 보호용 가스압에서 작동시켰다. 즉 질소압을 노즐 1에서 6.7바아로 일정하게 유지시켰고 노즐 2에서는 7.1바아로 유지시켰다.

노즐 3에서의 질소압을 10분간격으로 6.7- 7.1바아 사이에서 주기적으로 변화시켰다. 시험이 끝난후 노즐이나 주위의 벽돌은 부식되지 않았지만 크기가 여러가지로 상이한 다공질 피각이 노즐끝에 형성되었다.

온도, 보호용 유체의 압력, 광제의 조성 및 노즐 유출구에서의 기하학적인 형상과 관련된 적절하고도 일정한 조건으로 인하여 열적 평형이 되었는데 이 평형은 일정한 형상과 크기를 가진 다공질 피각을 형성시키게 된다.

[실시예 5]

마지막 시험에 있어서 나타난 사실은 바닥에서의 금속상의 높이는 노즐끝에 피각형성에 영향을 끼쳤다. 한가지 시험(8번)에 있어서 반응기에 마그네타이트를 함유한 광제만을 충전시키고 이속에 산소와 질소(6.9바아의 압력하에서)를 취입하는 한편 광제의 온도를 930℃로 하였다. 농축물과 융제를 첨가하지 않고서는 금속납의 바닥상(相)이 형성되지 않았다. 다른 시험(9번)에 있어서 금속납을 가하여 높이가 400mm인 납층을 형성시켰고 농축물과 융제를 첨가하여 주기적으로 배출시킬 수 있도록 이 납층을 일정하게 유지했다. 다른 측면에 있어서는 시험 2(온도930℃, 질소압 6.9바아)에서와 동일한 조건을 시험 2에서 처럼 유지했다.

시험이 끝난후 노즐과 주위의 벽돌은 거의 그대로 보존되었으나 크기가 다른 피각이 형성되었다.

분명하게 나타난 사실로서는 바닥에 있는 금속상의 높이를 고려해야 하는데, 이때는 금속상이 저융점 금속이어야 하고 일정한 형상과 크기를 가진 피각을 형성시킬 필요가 있어야 할 경우인 것이다.

200mm의 납층을 유지시킨 실시예 4에서와 같이 바닥에 있는 금속상의 노즐끝에 피각형성에 미치는 불필요한 영향을 고압하에서 보호용 유체를 사용하므로서 보상할 수 있다.

본 발명에서 나타나는 장점은 간단한 방법으로 노즐과 주위의 벽돌이 용융상에 의한 화학적인 공격과 부식을 받지 않고 보호용 유체의 유속을 극소화 하는 한편 용융조의 기체의 분포가 양호하도록 할수 있다는데 있다.

Claims (4)

1. 가스 침투할 수 있는 원추형 다공질 피각을 노즐의 선단에 걸쳐 형성시키기 위해 광제의 조성 및 광제의 응고점과 광제의 온도사이의 온도차에 따라 보호용 유체의 유속을 선태하고, 소요의 두께를 초과하지 않게 유속을 조절함을 특징으로 하는, 이중관 노즐중 한가지 관을 통하여 본질적으로 가스 혹은 액체로 이루어진 보호용 냉각 유체를 주입하여 용융조속으로 반응기벽을 통해 연장되며 각각 선단으로 끝난 이중관 노즐을 통해 취입하는, 반응기 벽을 갖고 벽 내부에 비철금속이 있는 용융조를 포함하는 반응기내로 고산소가스를 취입하는 방법.
2. 청구범위 제1항에 있어서 광제의 조성과 온도를 조절하므로서 노즐에서의 광제의 다소국부적인 냉각을 시켜 본래부터 광제의 용액속에 있었던 고융점 성분의 결정화 온도 이하의 온도로 강화시킴을 특징으로 하는 방법.
3. 청구범위 제1항에 또는 제2항에 있어서 노즐을 통하여 주입되는 기체의 교반작용을 조절하므로서 반응기의 바닥에 있는 금속용융층의 높이에 관계없이 광제-금속 에멀젼이 노즐에 도달하도록 함을 특징으로 하는 방법.
4. 청구범위 제1항에 있어서 피각의 두께를 조절하므로서 유입되는 보호용 유체 및/또는 고산소가스의 압력상승이 원래의 압력보다 소요의 값으로 유지되도록 함을 특징으로 하는 방법.