KR910009873B1 - 용융물내에서의 연소 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

용융물내에서의 연소
제1도는 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 아노드(Anode)정련로를 나타내고,
제2도는 본 발명의 한 구현에 사용될 수 있는 단일 시라우드 송풍구를 나타내며,
제3도는 본 발명의 바람직한 구현에 사용될 수 있는 이중 시라우드 송풍구를 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 탭홀 14 : 송풍구
15 : 용융배스 16 : 버너
18 : 내화물질 30,40 : 중심튜브
32,42 : 외부튜브 36 : 환상통로
44 : 제2외부튜브 46 : 중심통로
48 : 내부환상통로 50 : 외부환상통로
본 발명은 용융물내의 가열 및 정련방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소 및 유체연료의 표면밑분사에 의한 용융물의 가열 및 정련방법에 관한 것이다.
문헌에 알려진 용융금속 정련방법들은 순수한 산소 및 유체 탄화수소 연료의 표면밑분사를 이용하여 왔다. 몇 가지 금속정련방법에서, 산소 및 탄화수소는 “시라우드(Shroud)”-형태 송풍구를 통해 분사되었다. 이들 경우에, 산소는 중심튜브를 통해 분사되고, 탄화수소는 주변환상통로를 통해 분사되어, 그결과 산소주위에 시라우드가 형성된다. 이러한 시라우드는 산소에 의한 송풍구 및 주변 내화물의 과다한 부식을 예방하는 보호기능을 수행한다. 이런 개념의 가장 폭넓은 상업적인 이용은 미국특허 제3,930,843호에서 제시된 Q-BOP 강 제조에서 찾을 수 있다. 구리제련에의 응용은, 예를들어 미국특허 제3,990,889호 및 3,990,890호에 설명되어 있다.
탄화수소가 상기 처리반응에 사용되는 동안, 이들 공정들은 본질적으로 산화 정련조작이다. 분사된 탄화수소의 양은 용융금속불순물의 산화를 방해하지 않게 하기위하여, 분사된 산소의 양과 비교하여 적다(Q-BOP 강 제조에서는 단지 8%이하이다). 적은 양의 탄화수소는 송풍구 및 내화물을 보호하지만, 이렇게 함으로써, 냉각된 부착물(accretion)을 형성한다. 본 발명에 사용된 “냉각된 부착물”이란 용어는 분사된 유체의 냉각효과의 결과로서 형성되는, 용융금속 배스근처의 송풍구에서의 고형금속 또는 슬랙의 형성을 말한다. 냉각된 부착물은 당해 기술분야에 너들(knurdle), 생커(thanker) 및 머쉬룸 캡(mushroom cap)으로서 다양하게 알려져 있다. 유체분사가 진행됨에 따라, 냉각된 부착물들은 열평형에 도달할 때까지 크기가 증가하는 경향이 있다. 부착물들은 송풍구 구멍의 차단을 일으킬 정도의 크기로 성장할 수 있다. 이러한 이유로 인해, 지금까지는 비교적 많은 양의 탄화수소를 산소주위의 시라우드로서 분사하기 위해서는 부착물 문제와 대면하지 않을 수 없다고 여겨져 왔다.
산소 및 탄화수소는 또한 구리, 특히 아노드 등급의 구리정련에 이용되었다. 아노드 등급 구리는 아노드 또는 다른 제품으로 주조하기 위해 제조되기 전에, 광석으로부터 일련의 단계를 통해 정련된다. 부화처리, 제련 및 전환의 초기 단계들은, 정련되지 않은 “블리스터(blister)”구리를 생산하기 위한 광석의 농축 및 정제에 이용된다. 최종 정련단계(“불꽃정련”으로 당해 기술분야에 알려져 있다)는 블리스터 구리중의 산소 및 황불순물을, 전형적으로 각각 0.70%로부터 0.20%이하, 및 0.05%로부터 0.005%이하로 감소시킨다. 또한, 스크랩(scrap)으로부터 재용융된 구리는 원광석과 함께 또는 그 자체로 불꽃정련될 수 있다.
보통 불꽃정련은 2000℉(1090℃) 내지 2200℉(1200℃)의 온도범위에서 두 단계로 수행된다. 제1단계에서, 산소함유 기체는 용융 블리스터구리 배스의 표면아래로 분사되어 황을 이산화황으로 산화시킨 후, 부유되어 제거된다. 해당 기술분야에서 “포울링(poling)”으로서 알려져있는 제2단계에서, 용융구리에 용해된 산소는 탄화수소를 이용한 환원에 의해 제거된다. “포울링”이란 용어는 용융배스에 생나무 포올을 침지시켜 연료를 공급하는 전통적인 방법으로부터 유래되었다. 보다 최근의 혁신적인 불꽃 정련으로는 배스안에 산소함유기체와 탄화수소 연료의 혼합물을 직접 분사하는 것을 들 수 있다. 일반적으로 용융구리의 표면아래에 위치한 송풍구에 의하여, 이들 혼합물의 직접분사로 불꽃정련공정을 더욱 큰 수준으로 조절할 수 있게 되었다. 이러한 추가의 조절은 파이프상에서 유체의 폭발성 혼합물의 존재로 인해 어느 정도는 위험하다.
용융구리속으로 분사된 탄화수소연료는 탄소 및 수소로 분해된 후, 산소와 반응하여 일산화탄소, 이산화탄소 및 물을 형성한다. 이것들은 용융구리 배스로부터 방출기체(off-gas)로서 방출된다. 포울링 단계동안에, 반응하지 않은 탄화수소는, 배스로부터 방출될뿐만 아니라 탄화수소의 불완전한 연소로부터 형성된 탄소검댕일 수도 있다.
방출(emission)기체의 불투명도(opacity)를 줄이는 것은 상업용 구리 정련기의 주요목표가 된다. 본 발명에서 사용한 “불투명도”는 퍼센트로서 나타낸, 빛의 전달을 방해하는 방출기체의 능력을 말한다. 방해가 없는 것을 0%로서 표시하고, 전체적으로 방해가 일어난 것은 100%로서 표시하였다. 불꽃 정련동안 용융구리 배스로부터 방출된 휘발성탄화수소, 탄소검댕 및 다른 입자들은 구리정련플랜트로부터의 방출기체의 높은 불투명도의 주원인이 된다. 구리를 불꽃정련하는 이전의 방법들은 불투명도라는 한계를 해결하기 위하여 용융구리로부터의 방출기체의 후처리에 의존하였고, 현재는 몇몇 경우에 20%이하로 억제되었다. 고형입자물질의 경우에, 종래의 백하우스(baghouse)는 이탈하는 물질을 회수하기 위해 사용된다. 다른 한편으로 휘발성 물질들은 복잡하고 값비싼 애프터버너, 냉각타워 및 방출기체로부터 휘발성 물질들을 제거하기 위한 다른 시스템을 이용하여 제거된다.
또한 탈산화효율의 개량이 상업용 구리정련기의 중요한 목표가 되고 있다. 본 발명에서 사용된 “탈산화효율”은, 연료의 한 단위와 완전히 반응시키기 위해 필요한 산소의 이론적인 양에 대한, 분사된 연료의 단위 당 용융금속배스로부터 제거된 산소의 실질적인 양(분사된 산소+불순물)의, 퍼센트로서 표시한 비를 말한다. 비교적 작은 규모의 시험에서 약간 높은 탈산화효율이 보고되었지만, 상업적인 규모의 반응기(1-150톤 이상)의 탈산화효율은 여전히 낮다. 이 분야의 개량은 정련된 구리단위당 더 적은 연료소비라는 명백한 장점을 유발한다.
종래의 가열 및 정련방법들은 낮은 열회수로 인해 비효율적으로 수행되었다. 본원에서 사용된 “열회수”는, 분사된 연료로부터 이용할 수 있는 이론적인 연소열에 대한, 용융배스온도를 증가시키는 과정에서 노로부터 그 주변으로 방출되는 열의 양과 흡수되는 열의 양을 합한 양을, 퍼센트로서 표시한 비를 말한다. 이것은 다음과 같이 방정식 형태로 표시된다.
Figure kpo00001
상기식에서,
A=배스의 온도증가율(℉/분)(℃/분)
B=배스의 열용량(Btu/℉)(cal/℃)
C=노의 열손실(Btu/분)(cal/분)
D=연료의 유속(ft3)(㎥/분)
E=연료의 연소열(Btu/ft3)(cal/㎥)
이러한 비효율성은 추가의 외부열 유입이 통상 정련단계전에 고형구리를 용융시키기 위해 필요한 경우에, 구리산업분야에서, 특히 명백하다. 또한 고형구리는 배스온도가 2000℉(1090℃) 내지 2200℉(1200℃)의 종래의 불꽃정련 범위를 초과할 때 배스의 냉각수단으로서 부가된다. 불꽃정련공정전에 불순물 함유 용융구리와 주입된 물질의 반응에 의하여 자체생성된 유용한 열의 회수는, 종래의 불꽃정련온도에서 배스에 부가한 고형구리의 냉각효과를 극복하기에는 충분하지 않았다.
다음에 제시한 특허들에는 단화수소 연료와 산소함유 기체의 분사에 의한 불순물함유 용융구리의 불꽃정련이 기재되어 있다.
미국특허 제3,258,330호에는 여러가지 밀도의 산소함유 공기를 고체 또는 액체탄화수소 연료와 혼합하여, 가열, 산화 및 환원단계로 이루어지는 정련과정중에 용융구리배스안으로 분사함을 특징으로 하는, 블리스터구리의 불꽃정련 공정이 기재되어 있다. 연소를 위해 필요한 이론적인 양의 견지에서 바람직한 산소대 탄화수소의 비는 가열하는 동안에는 80% 내지 130%, 산화하는 동안에는 100% 내지 200%, 그리고 환원하는 동안에는 20% 내지 100%이다. 특허 문헌으로부터 계산된 탈산화효율은 30% 내지 40%이다.
미국특허 제3,619,177호에는, 용융물내에서 환원하는 기체혼합물을 형성하기에 충분한 양으로, 공기, 산소-부화 공기, 또는 순수한 산소와 기체상태의 탄화수소의 혼합물을, 배스표면아래의 단일 송풍구를 통해 주입하여 불꽃정련하는 과정에서 용융구리의 산소함량을 감소시키기 위한 방법이 기재되어 있다. 계산된 탈산화효율은 소규모 시험(939 1bs 이하의 용융구리)에서 46 내지 93%이지만, 플랜트 규모시험(215 내지 325톤의 용융구리)에서 계산된 탈산화효율은 31 내지 35%의 범위로 저하한다. 나아가 상기 특허에서 용융구리 배스로부터 발생한 오염물질들은 배스상에 공기를 브로잉하여 환원기체 혼합물을 생성함으로써 최소화된다고 기재되어 있다.
그러므로, 선행기술의 이러한 및 기타의 단점을 염두에 둘 때, 본 발명의 목적은 용융물질의 효율적인 가열방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공기오염을 감소시키는, 불순물 함유구리의 정련방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 탈산화효율이 증가된, 불순물 함유구리의 정련방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 불꽃정련공정에서 열회수를 증가시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고형구리를 추가의 외부열 유입없이 불꽃정련방법에서 사용하는 것이다.
본 발명의 여전히 또 다른 목적은 송풍구-차단 부착물의 형성이 없는 가열 및 정련방법을 제공하는 것이다.
이 분야의 통상의 지식을 가진자에게 명백하게 될 상기 및 기타의 목적들은 한 면으로는, 배스온도에서 이산화탄소 및 물에 의한 산화에 대해 적어도 니켈과 같은 저항을 갖는 용융물을, 연료의 자연연소온도 또는 그 이상의 배스온도에서 함유하는 배스를 제공하는 단계; 배스의 표면아래의 송풍구를 통해 배스안으로 산소 및 유체연료를 분사하여, 유체연료의 적어도 일부분이 분사된 산소를 둘러싸는 시라우드를 형성하는 단계; 연료의 완전연소를 위해 필요한 양의 150%를 초과하지 않도록 유체연료에 대한 분사된 산소의 양을 조절하는 단계; 그리고 연료를 연소시켜 용융물에 열을 제공하는 단계로 이루어지는, 열을 이용한 용융물의 가열방법을 포함하는 본 발명에 의하여 달성된다.
다른 면으로, 본 발명은 용존 산소를 포함하여 산소-함유 불순물들을 갖는 용융조동의 배스를 제공하는 단계; 산소 및 유체연료를 배스표면아래의 송풍구를 통해 배스안으로 분사하여 연료의 적어도 일부분이 분사된 산소를 둘러싸는 시라우드를 형성하는 단계; 연료의 완전한 연소를 위해 필요한 양보다 작도록 연료에 대한 분사된 산소의 양을 조절하는 단계; 그리고 배스에서 분사된 산소, 연료 및 산소함유 불순물을 반응시켜 불순물을 감소 및 제거하는 단계로 이루어지는, 불순물함유 용융구리의 정련방법을 포함한다.
또 다른면으로, 본 발명은 용존산소를 포함하여 산소-함유 불순물 및 황과 같은 산화할 수 있는 불순물을 갖는 용융조동의 배스를 제공하는 단계; 산소 및 연료를 배스표면아래의 송풍구를 통해 배스안으로 분사하여, 연료의 적어도 일부분이 분사된 산소를 둘러싸는 시라우드를 형성하는 단계; 연료의 완전연소를 위해 필요한 양보다 많도록 연료에 대한 분사된 산소의 양을 조절하는 단계; 배스에서 분사된 산소, 연료 및 산소함유 불순물을 반응시켜서 산화할 수 있는 불순물을 제거하는 단계; 연료의 완전한 연소를 위해 필요한 양보다 작도록 연료에 대한 분사된 산소의 양을 조절하는 단계; 그리고 배스에서 분사된 산소, 연료 및 산소함유 불순물을 반응시켜 산소함유 불순물을 감소 및 제거시키는 단계로 이루어지는, 불순물 함유 용융구리의 정련방법을 포함한다.
추가의 고용물은 가열 또는 정련과정중 어느 시점에서든지 용융배스에서 부가될 수 있고, 어떠한 추가의 외부열 유입없이 주로 분사된 연료의 연소에 의해 발생한 열에 의해 용융된다.
본 발명의 한 구현에서 모든 연료는 분사된 산소를 둘러싸는 시라우드를 형성한다. 바람직한 구현에서는 단지 연료의 일부분만이 분사된 산소 및 연료의 나머지 부분을 둘러싸는 시라우드부분을 형성한다. 보다 더 바람직한 구현에서는, 연료의 일부분이 분사된 산소를 둘러싸는 시라우드를 형성하고, 분사된 산소는 연료의 나머지 부분을 둘러싸는 시라우드를 형성한다.
본 발명은 용융물을 함유하고, 처리하기에 적당한 모든 용기중에서 수행될 수 있지만, 종래의 구리 아노드 정련로를 예로들어 설명하기로 한다. 상기 아노드로는 제1도에 부분 절단면도로 나타낸다. 용기는 일반적으로 수평 실린더의 모양을 갖고, 그것의 세로축 주위로 회전할 수 있다. 아노드로는 물질주입을 위한 입구(10) 및 그곳을 통해 처리된 물질을 제거할 수 있는 탭홀(12)을 갖고 있다. 하나이상의 송풍구(14)는 가열 또는 정련과정중에 용융배스(15) 안으로의 유체표면밑 분사를 위해 용기의 벽에 위치된다. 또한 종래의 아노드로에는 통상 추가열을 가하기 위해 용융배스의 표면위에 연소물을 주입하기 위해 버너(16)가 단부벽(18)에 설치되어 있다. 본 발명에서 알 수 있는 것처럼, 추가의 외부열 유입을 위한 이러한 버너의 사용은 본 발명의 실시에 필요하지 않다. 아노드로는 통상적인 내화물(20)로 라인처리 되어있다. 특히 본 발명은 큰 규모의 상업적인 설비로 실시하기에 적합하므로 노용량은 1 내지 150톤 또는 그 이상일 수 있다.
본 발명의 실시에 사용된 송풍구는, 예를들면 상기 언급된 Q-BOP 공정에서와 같은 강 제조분야에서 잘 알려진 “시라우드”형태이다. 송풍구는 용기에 유체를 분리하여 전달하기 위해 둘 또는 그 이상의 실질적인 동심원튜브를 가질 수 있다. 보호유체는 실질적으로 가장 바깥쪽의 환상통로를 통과하고, 그로 인해 가장 바깥쪽 환상통로내의 하나이상의 통로를 통해 분사되는 나머지 유체 또는 유체들 주위에 시라우드를 형성한다. 제1도에는 2개의 송풍구가 도시되었지만, 상업적 규모의 배치(batch)에서 용융물과 분사된 유체와의 적절한 반응에 따라 여러개의 송풍구들이 사용될 수 있는 것으로 여겨진다.
본 발명의 실시에서 분사되는 유체들은 산소 및 연료이다. 본 발명에 사용된 “연료”는 산소와 발열반응하는 수소-함유물질로서, 예를들면 수소 또는 탄화수소를 말한다. 산소는 바람직하게는 시판되는 산소, 즉, 적어도 70%의 순도, 보다 바람직하게는 적어도 90% 이상의 순도를 갖는 산소이다. 유체연료는 비-반응성 기체상태 또는 액체매질중의 기체, 액체, 또는 분말화된 고체이다. 분말화된 고체가 사용될 때 입도는 공급라인 및 송풍구에서의 차단을 피하기 위해 충분히 미세해야 할 것이다. 사용될 수 있는 기체상태의 탄화수소연료의 예로는 기체상태의 알칸 탄화수소, 천연가스(주로 메탄과 그밖의 다른 저급 알칸탄화수소로 이루어짐) 및, 각각 또는 혼합물형태의 메탄, 에탄, 프로판 및 부탄이 있다. 사용될 수 있는 액체연료의 예로는 연료오일 및 등유가 있다. 분말화된 연료의 예로는 석탄, 목탄 및 톱밥이 있다. 비연소된 탄화수소 또는 탄소-함유 반응생성물에 의한 오염의 문제가 없다면, 본 발명에 사용된 바람직한 연료는 천연가스이고, 문제가 있는 경우에는 수소가 바람직하다.
용융배스온도는 배스표면아래의 산소 및 유체연료의 분사가 자연연소 반응을 일으킬 수 있는 온도이다. 본 발명에서 사용한 “연소”는 열의 방출을 수반하고, 물(H2O)또는 이산화탄소(CO2)의 형성을 초래하는 산소와 수소-함유 연료의 화학결합을 말한다. 실제로 화학양론적 양의 산소와 수소-함유 연료는 종종 일산화탄소(CO) 및 수소와 같은 다른 반응생성물을 생성할 것이다.
본 발명이 의도하는 용융물에 대한 첫번째 요구는, 용융물이 분사된 특정 연료의 자연연소온도 또는 그 이상의 온도에서 액체상태에 있는 것이다. 본 발명에서 사용된 용어 “자연연소온도”는 연료 및 산소의 공급원이 외부 에너지 공급없이 연소하게 되는 가장 낮은 온도를 의미한다. 예를들면, 천연가스의 자연연소온도는 1400℉(760℃)정도이다. 나아가 물질은 용융배스온도에서 이산화탄소 및 물에 의한 산화에 대해 적어도 니켈과 같은 저항을 가져야 한다. 적당한 금속으로는 구리, 니켈, 납, 팔라듐, 오스뮴, 금 및 은이 있다. 적당한 비금속으로는 알루미나, 실리카, 규산염함유 슬랙, 산화금속, 및 석회석이 있다. 자체의 반응성 때문에 적당하지 않은 물질들의 예로는 제1철금속, 주석 및 염화물염이 있다.
산소 및 연료는 배스의 표면아래의 송풍구를 통해 상기 언급한 용융물 안으로 분사된다. 연료의 적어도 일부분은 송풍구의 가장 바깥쪽 환상통로를 통해 분사되어 산소 및 연료의 모든 나머지 부분을 둘러싸는 시라우드를 형성한다. 용융물에서 산소 및 연료의 혼합, 분산 및 반응으로 인해 “시라우드”는 단지 송풍구의 중간근처에만 존재하는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 연료 시라우드는 산소흐름지역에서 과다한 송풍구마모를 예방하기 위해, Q-OBP 강 제조와 같은 공지기술의 금속 정련공정과 같은 기능을 수행한다. 그러나, 본 발명자들은 놀랍게도 연료시라우드가 냉각된 부착물로 인한 송풍구의 차단없이, 산소와 비교하여 비교적 높은 유속을 유지할 수 있는 것을 발견하였다. 나아가, 본 발명자들은 본 발명을 이용하여 탈산화효율 및 열회수결과에서 기대하지 않았던 장점들을 얻을 수 있음을 발견하였다.
한 구현에서, 송풍구를 통해 분사된 모든 연료는 산소주위에 시라우드를 형성한다. 두개의 동심원튜브로 구성되는 하나의 시라우드 송풍구는 이러한 구현을 위해 사용할 수 있다. 적당한 단일 시라우드 송풍구는 제2도로 나타내었다. 이 도면에서, 중심튜브(30)은 외부튜브(32)내에 도시되었고, 그로인해 산소에 대한 중심통로(34)와 연료에 대한 주변의 환상통로(36)를 형성한다.
바람직한 구현에서, 송풍구를 통해 분사된 단지 일부분의 연료는 산소 및 나머지 연료주위에 시라우드를 형성한다. 산소와 나머지 연료를 혼합하고 그 혼합물을 송풍구의 중심통로를 통해 분사하는 것이 가능하지만, 이러한 선혼합(premix)은 배관에서 점화 또는 폭발의 가능성 때문에 바람직하지 않다. 가장 바깥쪽의 환상통로내의 분리된 통로를 통해 산소 및 나머지 연료를 분사하는 것이 가장 바람직하다. 산소자체는 나머지 연료주위에 시라우드를 형성하는 것이 바람직하다. 3개의 동심원 튜브로 이루어진 이중의 시라우드 송풍구는 제3도에 도시한 것처럼 이러한 구현을 위해 사용될 수 있다. 중심튜브(40)는 첫번째 외부튜브(42)와 함께 도시되어 있고, 차례로 두번째 외부튜브(44)내에 위치해 있다. 연료는 중심통로(46) 및 외부환상통로(50)를 통해 분사되고, 산소는 내부 환상통로(48)를 통해 분사된다.
바람직한 구현에서, 10 내지 50 퍼센트의 연료가 가장 바깥쪽 환상통로를 통과하도록 하는 것이 바람직하다. 이중 시라우드 송풍구가 사용되는 경우에, 나머지 90 내지 10 퍼센트의 연료는 중심통로를 통과한다.
본 발명의 방법은 상기 언급한 용융물에 열을 제공할 목적으로 사용할 수 있다. 높은 열전달률은 연료의 자연연소 온도이상의 온도로 유지되는 배스에서 산소 및 연료의 용융물내 연소에 의해 제공된다. 분사물의 가장 효율적인 사용이 필요한 경우에, 연료에 대해 분사된 산소의 양은 연료와의 완전연소를 위해 요구되는 양과 같거나 또는 조금 많거나 적은 양이어야 할 것이다. 그러나, 만족할만한 결과는 넓은 범위의 산소/연료비를 사용하여 얻어질 수 있다. 상대적인 산소분사의 바람직한 상한선은 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 150%이고, 보다 바람직하게는 130%이다. 상대적인 산소분사의 바람직한 하한선은 연료의 완전연소를 위해 필요한 양의 75%,보다 바람직하게는 85%이다.
또한 발명의 방법은 용융구리, 특히 불순물함유 구리 또는 블리스터구리로부터 산화할 수 있는 불순물(주로 황이나 아연, 주석 및 철을 포함한다)의 산화 및 제거와, 산소-함유 불순물(주로 용존산소)을 환원 및 제거하기 위해 사용될 수 있다. 용융구리 배스는 합금제로서 다른 금속들을 포함할 수 있다. 산화 및 환원은 일반적으로 연속수행되지만, 이들은 본 발명에 따라 별도로 및 독립적으로 수행될 수 있다. 나아가, 방법의 공정에서 동시에 발생하는 열방출은, 추가의 외부열 유입없이 고형구리가 2000℉(1090℃) 내지 2200℉(1200℃)의 정규 배스온도 범위내의 용융구리에 가해지고, 고형구리가 용융구리로 녹는 것을 가능하게 한다.
구리불순물의 산화는, 분사되는 산소의 양이 연료와의 완전연소를 위해 이론적으로 필요한 양보다 많도록 산소 및 연료를 분사하여 수행된다. 분사되는 산소의 바람직한 양은 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 450%이하, 바람직하게는 300%이하이다. 산화할 수 있는 불순물의 제거는 연료와의 완전연소에 필요한 양 보다 많은 산소를 분사하여 가장 쉽게 수행된다. 그 다음 불순물제거는 주로, 과다하게 분사된 산소로 산화시켜 배스의 위와 밖으로 불순물을 부유시켜서 수행된다. 심지어 분사된 산소의 양이 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양과 같고, 과다하게 분사된 산소가 거의 또는 전혀 없을 경우에, 이산화탄소 및 수증기와 같은 비반응성 연소 생성물들이 불순물의 배스를 퍼어지(purge)할 수 있다. 이러한 기체의 기포들은 황을 포함하여 불순물의 산화를 위해 용존산소에 의한 핵형성부위를 제공하는 것으로 생각된다. 산소 및 연료의 상대적인 유속은 소정량의 황 및 기타 산화할 수 있는 불순물이 용융구리로부터 제거될 때까지 상기 값으로 유지된다. 0.005%이하의 정도로 낮은 황함량이 본 발명의 방법에 의해 달성된다.
용융구리중의 산소불순물의 감소는, 분사되는 산소의 양이 연료와의 완전연소를 위해 이론적으로 필요한 양보다 상대적으로 적은 양이 되도록 산소 및 연료를 분사함으로써 수행된다. 분사되는 산소의 바람직한 양은 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 25%이상, 보다 바람직하게는 33%이상이다. 분사된 산소 및 연료는 연료성분들을 부분적으로 산화시키기 위해 반응한다. 이 반응의 주요생성물들은 수소이고, 탄화수소 연료가 사용될 때는 일산화탄소 기체이다. 그 다음 첫번째 반응생성물들은 용존산소 및 산소를 함유하는 다른 불순물과 함께 반응시키기 위해 이용될 수 있다. 산소와 연료의 상대적인 유속은 의도한 양의 용존산소 및 다른 산소-함유 불순물들이 용융구리로부터 제거될 때 까지 유지된다. 0.05% 또는 그 이하정도의 산소 수준이 본 발명에 의하여 달성되었다.
구리산화 및 환원반응의 바람직한 구현을 함께 고려하여, 산소 분사량의 전체범위는 연료와의 완전연소에 필요한 양의 25% 내지 450%이다. 메탄이 연료로서 사용될 때, 2100℉(1150℃)의 반응온도에서 완전연소를 위해 주입된 산소기체 대 메탄의 화학양론적 비는 2:1이다. 이것은 메탄의 부피흐름의 50% 내지 900%의 전체 산소부피흐름으로 해석된다. 다른 방법으로 표현하자면, 메탄의 전체 부피흐름범위는 산소의 부피유속의 11% 내지 200%이다.
연료의 전부 또는 대부분이 산소주위에 시라우드를 형성하도록 분사되는 경우에, 연료의 부피유속은 환원반응동안 산소의 부피유속의 200%이상일 수 있다. 시라우딩 연료의 이러한 상태량은 다른 금속정련공정에 사용된 것보다 꽤 많다. 유체흐름(또한 탄화수소 연료의 경우에 흡열분해)으로인한 연로의 큰 냉각효과에도 불구하고, 놀랍게도 냉각 부착물들은 용융구리의 산업용 규모 배치의 정련과정에서 문제를 일으키지 않음을 발견하였다. 약간의 구리가 송풍구 근처에서 응고되지만, 차단정도는 빈정련용기안으로 분사되는 것과 비교하여 배스 표면아래로 연료를 분사시키기 위해 필요한 유체압력의 30%의 증가로 나타나듯이 작은 것이다.
용융배스에 고용물을 부가하고 용융시키는 것은, 연료의 연소에 의해 발생한 열로 인해 배스안에 산소 및 연료의 분사과정의 어느 시점에서든지 수행될 수 있다. 구리가 용융물인 경우, 고형구리의 부가 및 용융은 황 또는 산소의 가열 또는 제거와 동시에 수행될 수 있고, 부가 및 용융은 2000℉ 내지 2200℉(1090℃ 내지 1200℃)의 통상적인 구리불꽃 정련온도 범위내에서 수행될 수 있다. 본 발명은 용융구리의 전체 정련된 덩어리의 5 내지 50%의 양으로 또는 그 이상의 양으로도 고형구리를 부가하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 시험에서 고형구리부가는 사용된 노의 기하학적 제한에 의해 단지 약 50%로 제한된다.
구리환원중의 높은 탈산화효율은 본 발명의 수행으로 달성되었다. 효율은 최소한 60% 내지 71%이다. 이런 수치는 연료로서 메탄의 사용을 기초로 하여 결정되었다. 2100℉(1150℃)의 명목상의 반응온도에서, 탈산화는 다음식에 따라 진행된다.
Figure kpo00002
그결과 이론적으로 메탄의 ft3당 산소 0.165 1b(0.002kg/㎥)가 소모된다. 다른 연료로 수행하여 비교할 수 있는 탈산화효율이 비교할 수 있는 탈산화효율이 예측된다. 이러한 탈산화효율값은 최소한 160톤의 상업적크기 배치(batch)에서 발견되었다.
또한, 열회수는 본 발명에서 매우 높다. 열회수값은 제1도에 도시된 형태의, 직경 13ft(3.96m)×길이 30ft(7.6m)의 아노드로에서의 블리스터 구리정련을 토대로 하였다. 2100℉(1150℃)의 정련온도에서, 주위에 대한 정상상태 열손실은 약 70,000Btu/분(17,640kcal/분)으로 계산되었다. 모든 연료가 산소를 둘러싸는 시라우드를 형성하는 경우에, 실제 상업적인 가동시에 70%이상의 열회수가 주지되었다. 연료의 일부분이 산소 및 나머지 연료를 둘러싸는 시라우드를 형성하는 경우에, 90%이상의 열회수가 다시 상업적인 가동시에 주지되었다. 이점에 대한 정확한 이유는 알려져 있지 않지만, 더 큰 열회수는 바람직한 구현에서 산소 및 연료의 보다 완전한 혼합 및 연소로 인한 것으로 가정하고 있다.
구리환원중에 방출기체제거의 불투명도의 상당한 개량은 본 발명의 결과로서 달성되었다. 20%이하의 방출기체 불투명도는, 분사된 산소의 양이 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 25% 내지 33%일 때 용융 구리의 환원과정중에 일정하게 얻어질 수 있다. 이러한 조건하에서 배스로부터 방출되는 제거기체를 추가로 처리할 필요가 없다. 분사된 산소의 양이 상기 범위이상 일 때, 그러나 여전히 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양 이하일 때, 불투명도를 20%이하로 줄이기 위해 백하우스 또는 등물이 필요하다. 낮은 불투명도 값은 본 발명의 높은 효율을 더욱 잘 나타내고, 선행기술을 뛰어넘는 기대밖의 개량을 나타낸다.
다음의 비-제한 실시예들은 설명을 목적으로 아래에 제시하였다. 실시예들은 제1도에 도시한 것과 같은 250 미국톤(short ton)(227 미터톤)의 블리스터 구리의 외형용적을 갖는 13ft×30ft(3.96m×7.6m)의 원통형 아노드로에서 정련된 50개 예중의 대표적인 것이다. 2개의 시라우드형태 송풍구들은 처리기체의 분사를 위해, 배스표면 아래에 2.5 내지 3ft(0.76 내지 0.91m) 및 단부벽으로부터 대략 2.5ft(0.76m)거리에 위치해 있다. 노에는 주조 및 공전시간동안 온도를 유지하기 위해 한쪽 단부벽에 버너가 위치해 있고, 공정을 증명하기 위해 사용한 결과는 단부벽 버너가 작동하지 않을 때 취한 데이타로부터 얻어진다. 기체유속은 70℉ 및 14.7psi에서 결정된 분당 ft3(21℃ 및 1기압에서 ㎥/분)의 부피유속으로 주어졌다. 사용한 산소의 순도는 99%였다.
실시예1 내지 4는, 유체연료가 중심 및 가장 바깥쪽 환상통로를 통해 분사되고, 산소가 내부환상통로를 통해 분사되는, 제3도에 도시한 것과 같은 이중 시라우드 송풍구를 사용하는 본 발명의 실행방법을 설명한다. 중심통로와 가장 바깥쪽 환상통로 사이에 주어진 연료 분포는 각 실시예의 진행동안 일정하게 유지된다.
[실시예 1]
용융블리스터 구리 225미국톤(204미터톤)의 장입물을 아노드로안에 넣었다. 장입물의 최초 황 및 산소수준은 각각 0.022% 및 0.1933%이었다.
산소 및 천연가스는 2/1의 부피흐름비로 배스안에 브로잉하였다. 유속은 각각 400ft3/분(11.3㎥/분) 및 200ft3/분(5.7㎥/분)이었다. 이중 시라우드 송풍구를 사용하여 천연가스의 45%를 가장 바깥쪽의 환상통로를 통해 분사하고 나머지는 중심통로를 통해 분사하였다. 브로잉은 37분간 계속하였다. 이 시간동안 9.6미국톤(8.7미터톤)의 스크랩(scrap)을, 직접 증가시키면서 배스에 가하여 용융시키고, 배스의 온도를 2042℉(1116℃)로부터 2055℉ 내지 2100℉(1124℃ 내지 1150℃)까지 증가시켰다. 상기 제1브로잉동안 이용할 수 있는 열회수는 95%였고, 블로우후의 황 및 산소수준은 각 0.003% 및 0.270%였다.
그다음, 산소 및 천연가스흐름을, 부피흐름비를 2/3으로 하기 위해 산소는 167ft3/분(4.7㎥/분)으로, 천연가스는 250ft3/분(7.1㎥/분)으로 조절하였다. 이러한 2번째 블로우는 52분간 계속하였다. 이 시간동안 5.4미국톤(4.9미터톤)의 스크랩구리를 가하여 용융시키고, 배스의 온도를 2057℉ 내지 2148℉(1125℃ 내지 1176℃)로 조절하였다. 이 기간동안 이용할 수 있는 열회수는 93%였고, 탈산화효율은 60%였다. 산소함량은 0.093%로 감소하였다.
이 시점에서, 72미국톤(66미터톤)의 구리를 노로부터 출탕시켜 아노드로 주조한다. 주조 아노드의 황 및 산소값은 각각 0.003% 및 0.11%였다.
용융된 장입물의 나머지를, 산소대 천연가스의 부피유속을 2/1로 하여 제3시간동안 브로잉하였다. 산소의 유속은 400ft3/분(11.3㎥/분)이었고, 천연가스의 유속은 200ft3/분(5.7㎥/분)이었다. 세번째 블로우를 하였고, 그 동안에 17미국톤(15.5미터톤)의 스크랩이 용융되었다. 배스온도는 2064℉ 내지 2145℉(1129℃ 내지 1174℃)였다. 이용할 수 있는 열회수는 이 기간동안 96%였고, 장입물의 산소함량은 0.13% 증가하였다.
300ft3/분(8.5㎥/분) 산소 및 200ft3/분(5.7㎥/분)천연가스의 네번째 블로우(산소대 천연가스의 흐름비 : 3/2)는 66분간 수행하였다. 총 13미국톤(11.8미터톤)의 스크랩이 이 블로우동안에 용융되었다. 산소함량은 0.068%로 감소하였고, 이용할 수 있는 열회수는 94%였다.
167ft3/분(4.7㎥/분) 산소 및 250ft3/분(7.1㎥/분) 천연가스의 5번째, 즉 최종블로우는 48분간 수행하였다(산소대 천연가스의 부피흐름비 : 2/3). 이 시간동안 12미국톤(10.9미터톤)의 스크랩을 가하였다. 최종 산소함량은 0.032%였고, 이용할 수 있는 열회수는 94%였다.
[실시예 2]
0.265%산소 및 0.0096%의 황을 함유하는 용융블리스터 구리 161미국톤(147미터톤)을 아노드로에 장입하였다. 산소와 천연가스는 2/1의 부피흐름비, 산소 400ft3/분(11.3㎥/분) 및 천연가스 200ft3/분(5.7㎥/분)의 유속으로 용융배스안에 분사하였다. 이중 시라우드 송풍구를 사용하여 천연가스의 35% 송풍구의 가장 바깥쪽 환상통로를 통해 분사하고, 나머지 65%를 중심통로를 통해 분사하였다.
상기 비를 유지하면서 96분간 브로잉하는 동안, 16미국톤(14.6미터톤)의 스크랩을 배스에 부가하여 용융시켰다. 이 기간동안 배스온도는 1980℉(1082℃)에서 2090℉(1143℃)로 증가되었고, 계산된 열회수는 97%이며, 배스의 산소함량은 0.233%로 감소하였고, 황함량은 0.004%로 감소하였다.
그런다음, 산소와 천연가스를, 2/3의 부피흐름비, 산소 167ft3/분(4.7㎥/분) 및 천연가스 250ft3/분(7.1㎥/분)의 유속으로 배스안에 분사하였다. 이러한 비로 40분간 브로잉한 후, 산소함량은 0.071%로 감소하였고, 배스온도는 2060℉(1127℃)에서 2106℉(1152℃)로 증가되었다. 이 기간동안 계산된 열회수는 98%였고, 탈산화효율은 68%였다. 또한 이 기간동안 방출기체에서 검댕은 나타나지 않았고, 방출기체의 불투명도는 평균 15%였다.
[실시예 3]
산소 0.342% 및 0.276%를 함유하는 용융블리스터구리 239미국톤(217미터톤)을 아노드로에 장입하였다. 이중 시라우드 송풍구를 사용하여 공기를 500ft3/분(14.2㎥/분)의 속도를 용융배스안에 분사하였다. 상기 속도로 70분간 공기를 브로잉한 후, 황함량은 0.0050%로 감소되었고, 산소함량은 0.342%에서 0.354%로 증가하였다.
그런다음 산소와 천연가스를, 2/3의 부피흐름비, 산소 167ft3/분(4.7㎥/분) 및 천연가스 250ft3/분(7.1㎥/분)의 유속으로 분사하였다. 다시 이중 시라우드 송풍구를 사용하여, 천연가스 41%를 가장 바깥쪽 환상통로를 통해 분사하였다. 이 비로 81분간 브로잉하는 동안 8미국톤(7.3미터톤)의 스크랩을 부가하여 용융시켰다. 이 기간동안 배스의 산소함량은 0.354%에서 0.080%로 감소되었고, 배스온도는 2127℉(1164℃)에서 2142℉(1172℃)로 증가되었다. 계산된 열회수는 97%였고, 탈산화효율은 71%였으며, 이 기간동안 방출 기체의 불투명도는 평균 15%였다.
[실시예 4]
산소 0.298% 및 활 0.0010%를 함유하는 용융블리스터구리 197미국톤(179미터톤)을 아노드로에 장입하였다. 산소와 천연가스를, 2/1의 부피흐름비, 산소 400ft3/분(11.3㎥/분) 및 천연가스 200ft3/분(5.7㎥/분)의 유속으로 배스안에 분사하였다. 이중 시라우드 송풍구를 사용하여 천연가스의 45%를 가장 바깥쪽 환상통로를 통해 분사하였다.
상기 비로 42분간 브로잉하는 동안 총 12톤의 스크랩을 배스내에 가하여 용융시켰다. 이 기간동안, 배스온도는 2073℉(1134℃)에서 2142℉(1172℃)로 증가하였다.
그런다음 산소와 천연가스를 1/1의 부피흐름비, 산소 300ft3/분(8.5㎥/분) 및 천연가스 300ft3/분(8.5㎥/분)의 유속으로 배스에 분사하였다. 이러한 비로 43분간 브로잉한 후, 총 6미국톤(5.5미터톤)의 스크랩을 용융시켰다. 배스온도는 2062℉(1128℃)에서 2128℉(1164℃)로 증가되었다. 이 기간동안 계산된 열회수는 88%였고, 배스의 산소함량은 0.185%로 감소되었다.
그런다음 산소와 천연가스를, 2/3의 부피흐름비, 산소 167ft3/분(4.7㎥/분) 및 천연가스 250ft3/분(7.1㎥/분)의 유속으로 분사하였다. 이러한 비로 39분간 브로잉한 후, 배스의 온도는 2070℉(1132℃)에서 2106℉(1152℃)로 증가되었고, 배스의 산소함량은 다시 0.185%에서 0.064%로 감소되었다. 이 기간동안 계산된 열회수는 92%였고, 탈산화효율은 64%, 방출기체의 불투명도는 평균 15%였다.
실시예 5와 6은, 바깥쪽 환상통로를 통해 유체연료가 분사되고, 중심통로를 통해 산소가 분사되는, 제2도에 도시된 것과 같은 단일 시라우드 송풍구를 사용하여 본 발명을 수행하는 방법을 설명한다.
[실시예 5]
산소 0.360% 및 황 0.0207%를 함유하는 용융블리스터구리 189미국톤(172미터톤)을 아노드로에 장입하였다. 산소와 천연가스를, 4/3의 부피흐름비, 산소 400ft3/분(11.3㎥/분) 및 천연가스 300ft3/분(8.5㎥/분)의 유속으로 배스에 분사하였다.
이러한 비로 74분간 브로잉하는 동안, 5.3미국톤(4.8미터톤)의 스크랩을 배스에 부가하여 용융시켰다. 배스온도는 2079℉(1137℃)에서 2138℉(1170℃)로 증가되었다. 이 기간동안 계산된 열회수는 69%였고, 구리의 산소함량은 0.316%로 감소되었으며, 황 함량은 0.0075%로 감소되었다.
그런다음, 산소와 천연가스를, 2/3의 부피흐름비, 산소 200ft3/분(5.7㎥/분) 및 천연가스 300ft3/분(8.5㎥/분)의 유속으로 배스안에 분사하였다. 이 비로 61분간 브로잉한 후, 배스온도는 2094℉(1146℃)에서 2137℉(1170℃)로 증가되었고, 이 시간동안 계산된 열회수는 71%였다. 나아가, 이 시간동안 배스의 산소함량은 0.031%로 감소되었다. 탈산화효율은 62%였다.
[실시예 6]
산소 0.319%와 황 0.0146%를 함유하는 222미국톤(202미터톤)의 용융블리스터구리를 아노드로에 장입하였다. 산소와 천연가스는 단일 시라우드 송풍구를 사용하여 용융배스안에 분사하였다. 산소 및 천연가스의 유속은 각각 400ft3/분(11.3㎥/분) 및 300ft3/분(8.5㎥/분)이었다. 이러한 속도로 98분간 브로잉하는 동안 6미국톤(5.5미터톤)의 스크랩을 부가하여 용융시켰다. 배스의 온도는 2067℉(1131℃)에서 2135℉(1168℃)로 증가되었고, 산소함량은 0.274%로 감소되었다. 이 기간동안 계산된 열회수는 73%였다.
그런다음 산소와 천연가스를, 2/3의 부피흐름비, 산소 200ft3/분(5.7㎥/분) 및 천연가스 300ft3/분(8.5㎥/분)의 유속으로 53분간 용융배스안에 분사하였다. 이 기간에 걸쳐 배스온도는 2120℉(1160℃)에서 2150℉(1177℃)로 증가되었고, 계산된 열회수는 71%였다. 이 시간동안 배스의 산소함량은 0.064%로 더욱 감소되었고, 탈산화효율은 70%였다.
본 발명을 특정 구현과 관련하여 설명하였지만, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 변화가 가능하고, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않는, 설명을 목적으로 제시된 모든 변화 및 변형이 본 발명의 범위내에 포함되는 것은, 이 분야에 통상의 지식을 가진 자들에게 인정될 것이다.

Claims (52)

  1. (a) 유체연료의 자연연소온도이상의 배스온도에서 이산화탄소 및 물에 의한 산화에 대해 니켈과 같은 저항을 갖는 용융물을 함유하는 배스를 제공하는 단계; (b) 상기 배스의 표면아래의 송풍구를 통해 상기 배스로 산소 및 상기 연료를 분사하여 연료의 일부분이 분사된 산소주변에 시라우드를 형성하는 단계; (c) 상기 연료에 대한 분사된 산소의 양을, 상기 연료의 완전연소를 위해 요구되는 양의 150%이하로 조절하는 단계; 그리고 (d) 상기 연료를 연소시켜 상기 용융물에 열을 가하는 단계로 이루어지는 산소 및 유체연료에 의한 용융물내의 가열방법.
  2. 제1항에 있어서, 모든 상기 유체연료가 분사된 산소주위를 둘러싸는 시라우드를 형성함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유체연료의 일부분이 산소 및 상기 연료의 나머지 부분을 둘러싸는 시라우드를 형성함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 시라우드-형성 유체연료는 상기 송풍구를 통해 분사된 총 연료의 10% 내지 50% 임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 분사된 산소가 상기 연료의 나머지 부분을 둘러싸는 시라우드를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 물질이 구리, 니켈, 납, 팔라듐, 오스뮴, 금 및 은으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 금속임을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 물질이 실리카, 알루미나, 및 규산염, 산화금속 및 석회석을 함유하는 슬랙으로 구성되는 군으로부터 선택된 비금속성 물질임을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 금속이 구리임을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, (b) 내지 (d) 단계중의 어느 단계중에, (i) 용융구리에 고형구리를 부가하고; (ii) 주로 단계(d)에서 발생한 열에 의해 상기 배스에서 고형구리를 녹이고; (iii) 상기 배스의 온도를 추가의 외부열 유입없이 2000℉(1090℃)이상으로 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 용융후 상기 스크랩 구리는 5%이상의 상기 용융구리를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 단계(c)동안 분사된 산소의 양은 상기 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 75% 내지 150%임을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 분사된 산소는 70%이상의 순도를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 유체연료는 수소, 천연가스, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 및 이들의 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  14. (a) 용존 산소를 포함하여 산소함유 불순물을 갖는 불순물 함유 용융구리의 배스를 제공하는 단계; (b) 상기 배스의 표면아래의 송풍구를 통해 상기 배스로 산소 및 유체 연료를 분사하여, 상기 유체 연료의 일부분이 분사된 산소주변에 시라우드를 형성하는 단계; (c) 상기 연료에 대한 분사된 산소의 양을, 상기 연료의 완전연소를 위해 필요한 양보다 작도록 조절하는 단계; 그리고 (d) 상기 배스에서 분사된 산소, 연료 및 산소-함유 불순물을 반응시켜 상기 산소함유 불순물을 제거하는 단계로 구성되는 구리정련 방법.
  15. 제14항에 있어서, 모든 상기 유체연료가 분사된 산소주위를 둘러싸는 시라우드를 형성함을 특징으로 하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 유체연료의 일부분이 분사된 산소 및 상기 연료의 나머지 부분을 둘러싸는 시라우드를 형성함을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 시라우드-형성 유채연료는 상기 송풍구를 통해 분사된 총 연료의 10% 내지 50%임을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 분사된 산소가 상기 연료의 나머지 부분을 둘러싸는 시라우드를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제14항에 있어서, (b) 내지 (d) 단계중의 어느 단계중에, (i) 용융구리에 고형구리를 부가하고; (ii) 주로 단계(d)에서 발생한 열에 의해 상기 배스에서 고형구리를 녹이고; (iii) 상기 배스의 온도를 추가의 외부열 유입없이 2000℉(1090℃) 이상으로 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 용융후 상기 고형구리는 5%이상의 상기 용융구리를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  21. 제14항에 있어서, 분사된 산소의 양은 상기 유체 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 25% 내지 100%임을 특징으로 하는 방법.
  22. 제14항에 있어서, 분사된 산소의 양은 상기 유체 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 33% 내지 100%임을 특징으로 하는 방법.
  23. 제14항에 있어서, 분사된 산소는 70%이상의 순도를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  24. 제14항에 있어서, 유체연료는 수소, 천연가스, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 및 이들의 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  25. 제14항에 있어서, 단계(c)동안 분사된 산소의 양은 상기 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 25% 내지 33%이고, 단계(d)동안 반응 생성물은 방출 기체로서 상기 배스로부터 방출된 형태이며, 상기 방출기체의 불투명도가 20%이하임을 특징으로 하는 방법.
  26. 제14항에 있어서, 상기 불순물함유 용융구리는 탈황처리된 미정련 또는 블리스터 구리임을 특징으로 하는 방법.
  27. (a) 황을 포함하여 산화가능한 불순물과, 용존산소를 포함하여 산소-함유 불순물을 갖는 불순물함유 용융구리의 배스를 제공하는 단계; (b) 상기 배스의 표면아래의 송풍구를 통해 상기 배스로 산소 및 유체 연료를 분사하여 상기 유체연료의 일부분이 분사된 산소를 둘러싸는 시라우드를 형성하는 단계; (c) 상기 유체 연료에 대한 분사된 산소의 양을, 상기 연료의 완전연소를 위해 필요한 양보다 많도록 조절하는 단계; (d) 상기 배스에서 분사된 산소, 연료 및 산화할 수 있는 불순물을 반응시켜 상기 산화할 수 있는 불순물을 제거하는 단계; (e) 상기 유체연료에 대한 분사된 산소의 양을, 상기 연료의 완전연소를 위해 필요한 양보다 적도록 조절하는 단계; 그리고 (f) 상기 배스에서 분사된 산소, 연료 및 산소-함유 불순물을 반응시켜 산소-함유 불순물을 제거하는 단계로 구성되는 구리정련 방법.
  28. 제27항에 있어서, 모든 상기 유체연료가 분사된 산소를 둘러싸는 시라우드를 형성함을 특징으로 하는 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 유체연료의 일부분이 분사된 산소 및 상기 연료의 나머지 부분을 둘러싸는 시라우드를 형성함을 특징으로 하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 시라우드-형성 유체연료는 상기 송풍구를 통해 분사된 총 연료의 10% 내지 50%임을 특징으로 하는 방법.
  31. 제29항에 있어서, 분사된 산소가 상기 유체연료의 나머지 부분을 둘러싸는 시라우드를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제27항에 있어서, (b) 내지 (d) 단계중의 어느 단계중에, (i) 용융구리에 고형구리를 부가하고; (ii) 주로 단계(d) 또는 (f)에서 발생한 열에 의해 상기 배스에서 고형구리를 녹이고; (iii) 상기 배스의 온도를 추가의 외부열 유입없이 2000℉(1090℃)이상으로 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 용융후 상기 고형 구리는 5%이상의 상기 용융구리를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  34. 제27항에 있어서, 단계(c)동안 분사된 산소의 양은 상기 유체 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 100% 내지 450%임을 특징으로 하는 방법.
  35. 제27항에 있어서, 단계(c)동안 분사된 산소의 양은 상기 유체연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 100% 내지 360%임을 특징으로 하는 방법.
  36. 제27항에 있어서, 단계(e)에 분사된 산소의 양은 상기 유체연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 25% 내지 100%임을 특징으로 하는 방법.
  37. 제27항에 있어서, 단계(e)에 분사된 산소의 양은 상기 유체연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 33% 내지 100%임을 특징으로 하는 방법.
  38. 제27항에 있어서, 분사된 산소는 70%이상의 순도를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  39. 제27항에 있어서, 유체연료는 수소, 천연가스, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 및 이들의 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  40. 제27항에 있어서, 단계(e)동안 분사된 산소의 양은 상기 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 25% 내지 33%이고, 단계(f)동안 반응 생성물 형태는 방출기체로서 상기 배스로부터 방출되며, 상기 방출기체의 불투명도는 20%이하임을 특징으로 하는 방법.
  41. 제27항에 있어서, 상기 불순물함유 용융구리가 정련되지 않은 또는 블리스터구리임을 특징으로 하는 방법.
  42. (a) 용존산소를 포함하여 산소-함유 불순물과, 황을 포함하여 산화할 수 있는 불순물을 갖는 불순물함유 용융 미정련 또는 블리스터구리의 배스를 제공하는 단계; (b) 상기 배스의 표면아래의 송풍구를 통해 상기 배스로 산소 및 유체연료를 분사하여 연료의 일부분이 분사된 산소를 둘러싸는 시라우드를 형성하는 단계; (c) 상기 유체연료에 대한 분사된 산소의 양을, 상기 연료의 완전연소를 위해 필요한 양보다 많도록 조절하는 단계; (d) 상기 배스에서 분사된 산소, 연료 및 산화할 수 있는 불순물을 반응시켜 산화할 수 있는 불순물을 제거하는 단계; (e) 상기 연료의 완전연소를 위해 필요한 양보다 작도록 상기 유체연료에 대한 분사된 산소의 양을 조절하는 단계; 그리고(f) 상기 배스에서 분사된 산소, 연료 및 산소-함유 불순물을 반응시켜서 산소-함유 불순물을 제거하는 단계; 그리고 (g) 단계(b) 내지 (f)중의 하나이상의 단계동안 (i) 상기 용융구리에 고형구리를 부가하고; (ii) 주로 단계(d) 또는 (f)에서 발생한 열에 의해 상기 배스중에서 고형구리를 녹이고; (iii) 상기 배스온도를 추가의 외부열 유입없이 2000℉(1090℃)이상으로 유지하는 단계로 구성되는 구리정련방법.
  43. 제42항에 있어서, 시라우드를 형성하는 유체연료는 상기 송풍구를 통해 분사된 총 연료의 10% 내지 50%임을 특징으로 하는 방법.
  44. 제42항에 있어서, 분사된 산소가 연료의 나머지 부분을 둘러싸는 시라우드를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제42항에 있어서, 용융후 상기 고형구리는 5%이상의 상기 용융구리를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  46. 제42항에 있어서, 단계(c)에서 분사된 산소의 양은 상기 유체연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 100% 내지 450%임을 특징으로 하는 방법.
  47. 제42항에 있어서, 단계(c)에서 분사된 산소의 양은 상기 유체연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 100% 내지 300%임을 특징으로 하는 방법.
  48. 제42항에 있어서, 단계(e)에서 분사된 산소의 양은 상기 유체연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 25% 내지 100%임을 특징으로 하는 방법.
  49. 제42항에 있어서, 단계(e)에서 분사된 산소의 양은 상기 유체연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 33% 내지 100%임을 특징으로 하는 방법.
  50. 제42항에 있어서, 분사된 산소는 90%이상의 순도를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  51. 제42항에 있어서, 상기 유체연료는 수소, 천연가스, 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 및 이들의 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  52. 제42항에 있어서, 단계(e)동안에 분사된 산소의 양은 연료와의 완전연소를 위해 필요한 양의 25% 내지 33%이고, 단계(f)동안에 반응 생성물은 방출기체로서 상기 배스로부터 방출되는 형태이며 상기 방출기 체의 불투명도는 20%이하임을 특징으로 하는 방법.
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