KR910009959B1

KR910009959B1 - 자용제련로

Info

Publication number: KR910009959B1
Application number: KR1019880007959A
Authority: KR
Inventors: 노부마사 게모리; 야스오 오지마; 야스히로 곤도
Original assignee: 스미또모 긴조꾸 고오잔 가부시기가이샤; 후지모리 마사지
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1991-12-07
Also published as: KR890014763A; US4848754A; AU599796B2; FI882463A; FI91285B; JPH01252734A; FI882463A0; JPH0796690B2; AU1665588A

Abstract

내용 없음.

Description

자용제련로

제1도는 본 발명에 따르는 자용제련로의 일 실시예의 부분 단면도.

제2도는 제1도의 반응샤프트의 부분 단면도.

제3도는 제1도의 자용제련로의 정광 버너의 부분 단면도.

제4도는 종래의 자용제련로의 예시도.

제5도는 종래의 정광 버너의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 자용 제련로 2 : 정광 버너

3 : 반응 샤프트 4 : 슬랙 배출구

5 : 매트 구멍 6 : 침강부(settler)

7 : 배연도(Uptake) 8 : 제련물질

9 : 반응공기 10 : 매트

11 : 슬랙 12 : 슬랙청정 전기로

13 : 고온 배기가스 14 : 보일러

15 : 전극 17 : 버너 본체

18 : 정광 활강로(concentrate chute) 19 : 흡인부

20 : 보조연료 버너 21 : 송풍로

22 : 버너 코운(burner cone) 23 : 확산 코운

24 : 산소취입관 25 : 정광버너

26 : 플랜지 28 : 반응실

29 : 공기 취입관 30 : 산소

본 발명은 동 또는 니켈의 황화물 광석들로부터 상기 광석들의 제련중간물로서 매트(matte)를 제조하는 자용제련로에 관한 것이다.

자용 제련로는 황화정광을 원료로 사용하는 용해로(smelting furnace)의 일종이다.

제4도에 도시한 바와같이, 종래의 자용 제련로(1)은 기본적으로 정광 버너(2)가 제공된 반응 샤프트(3), 측면벽에 슬랙배출구(4)와 매트구멍(5)가 제공되면서 일단부가 반응 샤프트(3)의 하부와 연결되게 되는 침강부(6) 및 배연도(7)로 구성된다. 상기 로의 제련공정은 이하와 같다. 즉, 첫 번째로 황화정광, 용제(flux) 및 보조연료와 같은 제련물질(8)이 예열된 반응공기(9)와 함께 노(1)의 반응 샤프트(3)내로 취입된다. 그리고 나서 제련물질(8)의 가연 성분인 황 및 철은 반응 샤프트(3)내에서 고온의 반응공기(9)와 반응하여 SO₂개스, 산화철 및 반응열을 생성한다. 산화된 제련물질(8)은 상기 반응열에 의해 용융되고 반응 샤프트(3)을 통해 낙하하여 침강부(6)에 모여 용융 푸울을 형성한다. 침강부(6)내에서 용융상태의 산화된 제련물질(8)은 Cu₂S와 FeS의 혼합물인 매트(10) 및 2FeO·SiO₂를 주성분으로 하는 슬랙(11)로 분리된다. 슬랙(11)은 슬랙 배출구(4)로부터 배출되어 슬랙 청정 전기로(12)에 도입되며, 매트(10)은 전환로(converter)의 작업 사이클에 따라 매트 구멍(5)로부터 출탕되게 된다.

또한, 반응 샤프트(3)에서 생성된 고온의 배기가스(13)은 침강부(6)과 배연도(7)을 통과한 후 보일러(14)의 열원으로 이용된다. 슬랙 청정 전기로(12)에 도입된 슬랙은 다수의 전극(15)에 의해 계속 가열된다. 슬랙내의 매트 입자들은 자연 침강 작용 및 광석 또는 용제의 첨가에 의해 슬랙과 분리되어 노저에 침강하므로 동함량이 적은 슬랙만이 출구(16)을 통해 방출된다.

이와같은 종래의 자용제련로에서는 제련물질이 반응샤프트내에서 낙하하는 동안에 그 산화반응이 완료되어야 한다. 산화반응이 완료되지 않으면 반응하지 않은 물질의 일부가 고온 폐기가스(13)과 함께 연진(flue dust)이 되어 보일러(14)에 축적되고, 또다른 일부는 반응샤프트(3) 하부의 융체표면에 축적된다. 보일러(14)에 축적된 연진은 수집되어 자용제련로 또는 전환로로 재순환시키게 되는데, 연진의 양이 많은 경우에는 이 연진을 제련하는데 필요한 보조 연료의 양도 증가시켜 주어야 하므로 경제적으로 불리하게 된다. 또한, 보일러(14)에 다량의 연진이 고착되면 보일러(14)의 열전달 효율이 저하될뿐 아니라 고착된 연진이 박리 낙하함에 의해 보일러를 파손시킬 위험성도 있다. 또한, 융체의 표면상에 축적된 반응하지 않은 제련물질은 매트(10)의 생성을 방해하며, 심한 온도 변화를 유발시키거나 매트 등급의 불균일을 초래하여 노의 작동을 저해하게 된다.

위의 문제점을 해소하기 위해, 반응 샤프트내에서 제련물질과 반응공기를 균일하게 혼합시켜 혼합물의 산화반응이 완료될 수 있는 충분한 시간 동안 혼합물을 반응샤프트내에 유지시킬 필요가 있으나 종래의 자용제련로는 이러한 요구조건을 만족시키지 못했다. 그 이유는 제련물질과 반응공기와의 균일한 혼합물을 얻기 위해서는 정광 활강로(chute)로부터 낙하하는 제련물질에 소정취입속도 이상의 속도로 반응공기를 취입해주어야 하는데 결과적으로 제련물질은 정광 버너에 의해 형성된 제트류에 의해서만 분산될 수 있고 반응 샤프트내에서의 제련물질의 체류시간은 절대적으로 반응 샤프트의 높이와 반응공기의 취입속도에 의해 결정된다. 따라서, 반응공기의 취입속도 및 제련물질의 체류시간을 동시에 제어하는 것이 불가능하므로 대체적으로 반응공기 취입속도만이 제어장치에 의해 제어될 수 있고, 제련물질의 반응 샤프트내에서의 체류시간은 적절히 제어될 수 없었다.

또한, 제련속도를 증가시키거나 에너지 비용을 절약하기 위해 산소부화공기(oxygeon-enriched air)를 사용하는 경우 종래의 자용제련로는 매우 적절하지 못하게 된다.

제련물질과 반응공기를 균일하게 혼합하기 위해서는 반응공기를 80m/sec이상의 속도로 취입시킬 필요가 있다. 이러한 관점에서 종래의 정광버너(25)에서는 하부가 벤트리(venturi)형태로 되어 있는 버너 본체(17)의 중심축선을 따라 수직방향으로 관형의 정광 활강로(18)을 현수시키며, 상기 정광 활강로(18)의 하단부는 버너 본체(17)의 벤트리 형태의 흡인부(19)를 지나 하방으로 약간 돌출하도록 위치되고, 보조연료 버너(20)은 정광 활강로(18)의 중심축선을 따라 수직방향으로 연장되어 송풍로(21)을 통해 공급된 반응 공기(9)가 벤트리 형태의 흡인부(19)를 경유하여 정광 활강로(18)내에서 낙하중인 제련물질에 가해지도록 하기 위해 제공된다. 그러나, 상기 구조의 정광 버너는 벤트리 형태의 흡인부(19)의 개방면적(즉, 버너 본체(19)의 최소 내경부와 정광 활강호(18)의 외주연부 사이의 틈새)이 항상 일정하게 유지되므로 전술한 바와같은 균일한 혼합을 달성하는데 필요한 반응공기(9)의 취입속도, 즉 반응공기(9)의 공급량이 좁은 범위로 제한되는 문제점이 있다. 특히, 산화공기를 사용하는 경우, 반응하는 공기의 양은 공기의 산화정도에 따라 크게 변하며, 노의 조업은 반응공기의 취입속도의 제한에 기인되어 공기의 산화정도를 선택하는 방식으로 제한된다.

종래의 자용제련로의 상기 단점을 해소하기 위해 제안된 기술로서는 벤트리형태의 흡인부(19)에 코운(cone)(23)을 장착하여 반응공기의 취입속도를 적절히 유지시키는 장치(일본국 실용신안 공개공보 제60-38665호) 및 제련물질을 기술적 등급을 갖는 산소와 초기 혼합시킴에 의해 제련물질의 분산성(diffusibility)을 개선하도록 하는 장치(일본국 특허 공보 제59-41495호)를 들 수 있다.

그러나, 전자의 장치의 경우에는 반응공기의 공급량의 증가에 대한 압력손실이 크므로 팬(fan)의 압력을 과도하게 증가시켜 주어야 하는 단점이 있고, 후자의 장치의 경우에는 제련물질과 혼합되는 기술적 등급의 산소량이 증가하면 제련물질이 정광 활강로(18)내에서 상향으로 역송되고 산소량이 감소하면 역화(backfire)가 발생할 위험성이 있을 뿐 아니라 버너 코운(22)내의 정광 활강로(18)의 하단부에서 반응이 발생하여 활강로(18)가 차단될 우려가 있다.

또한, 전술한 취입속도 조절코운에 의해 반응공기의 취입속도를 80m/sec이상으로 유지함으로써 제련물질과 반응공기를 균일하게 혼합시킬 수 있으나 제련물질이 정광 버너에 의해 생성된 제트류에 의해 산포되므로 반응 샤프트내에서의 제련물질의 체류시간이 짧아지게 되어 제련물질의 온도가 충분한 정도까지 상승하지 못하며, 그 결과 산화반응과 제련반응이 불완전하게 되고 연진의 발생량이 증가하게 된다.

본 발명의 목적은 종래의 자용 제련로에 존재하는 상기 문제점들은 극복하는 개선된 자용 제련로를 제공함에 있으며, 상기 본 발명의 자용제련로는 제련물질과 반응공기를 균일하게 혼합시킬 수 있고, 반응 샤프트내에서 제련물질을 충분한 시간동안 체류시킬 수 있으며, 이에 의해 반응샤프트내에서 제련물질과 공기의 산화 및 제련반응을 완료시킬 수 있다.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명을 상술한다.

제1도 내지 제3도를 참조하면, 본 발명의 자용 제련로(1)은 반응샤프트(3), 정광 활강로(18), 하나 이상의 정광 버너(25) 및 확산 코운(23)으로 구성된다. 상기 반응 샤프트(3)에는 이 반응샤프트(3)의 측벽을 관통하는 하나 이상의 공기 취입관(29)가 구비되어 있고, 상기 공기 취입관(29)를 통해 반응공기(9)는 반응샤프트(3)의 반응실(28)내로 취입된다. 보조 연료 버너(20)은 정광 활강로(18)의 중심축선을 따라 수직 방향으로 연장하여 그 하단부가 정광 활강로(18)의 하단부를 지나 하방으로 돌출된다. 반응 샤프트(3)의 상단부에는 정광 버너(25)가 장착되어 있으며, 상기 정광 버너(25)는 정광 활강로(18) 및 보조연료 버너(20)사이에서 이들과 동심으로 배열되는 산소취입관(24)로 구성된다. 상기 산소취입관(24)의 하단부는 보조연료버너(20)의 하단부와 동일한 수준까지 연장된다. 확산코운(23)은 산소취입관(24)하단부의 외주 연부에 장착된다.

본 발명의 자용 제련로는 반응 샤프트(3)의 반응실(28)내로 반응 공기를 취입하기 위한 공기취입관(29)가 반응 샤프트의 측벽을 통해 설치되어 있으므로 제5도에 도시한 종래의 정광 버너(25)를 사용하는 경우에도 반응 샤프트(3)내에서 정광 버너(25)에 의해 생성된 제련물질(8)과 반응공기(9)의 혼합물 제트류는 반응 샤프트(3)내에서 난류형태로 분산된다. 그 결과, 제련물질(8)과 반응공기(9)가 상호 균일하게 혼합될 뿐 아니라 반응 샤프트(3)의 반응실(28)내에서의 상기 혼합물의 체류시간도 연장된다. 또한, 반응공기(9)가 여러 등급으로 산화되었을 때에도 제련작업을 실시할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 정광 버너를 사용함으로써 하기와 같은 이점이 부각된다. 즉, 산소취입관(24)의 하단부가 보조연료 버너(20) 및 정광 활강로(18)의 하단부보다 아래쪽에 위치하므로 정광 활강로(18)내로 역화되는 현상 및 정광 활강로(18)의 상부쪽으로 제련물질(8)이 역송되는 현상이 방지되고, 정광 활강로(18)의 하단부에 융체 또는 반융체가 고착되는 현상이 발생되지 않는다. 그러나, 제련물질(8)과 반응공기(9)의 적절한 혼합물을 얻기 위해 또는 반응 샤프트(3)내에서 상기 혼합물의 체류시간을 충분히 확보하기 위해서는 상기 정광 버너를 사용하는 것만으로는 불충분하므로 공기 취입관(29)가 추가로 제공되어야 한다.

산소(30)은 정광 버너(25)의 산소 취입관(24)로부터 취입되며, 공기 또는 산화공기는 공기취입관(29)로부터 취입된다. 또한, 반응 샤프트(3)의 크기 및 조업조건에 따라 반응 샤프트의 측벽주위에 다수의 공기취입관(29)가 제공된다.

제1도 및 제2도에 도시한 본 발명의 자용 제련로와 제5도에 도시한 종래의 자용 제련로의 비교하기 위한 실험이 실시되었다.

실험에 사용된 본 발명의 자용 제련로의 반응 샤프트(3)은 직경이 1.5m, 높이가 3.4m이고, 침강부(6)의 길이는 6m였다. 반응 샤프트(3)의 측벽둘레에는 4개의 공기취입관(29)를 상기 반응 샤프트(3)의 중간 높이에 일정한 간격을 두고 설치하여 반응공기(9)가 반응 샤프트(3)의 중앙부로 취입될 수 있도록 하였다. 또한, 반응 샤프트(3)의 상단부 중앙에는 제3도에 도시한 바와같은 정광 버너(25)를 장착하였다. 정광 버너(25)는 정광 활강로(18), 상기 정광 활강로(18)의 중심을 따라 수직방향으로 연장되어 그 하단부가 정광 활강로(18)의 하단부를 지나 하방으로 돌출되게 되는 관형의 보조 버너(20), 상기 정광 활강로(18)과 보조버너(20)사이에 이들과 동심으로 배치되면서 그 하단부가 보조버너(20)의 하단부와 대체로 같은 높이에 위치되게 되는 산소취입관(24) 및 산소취입관(24)의 하단부의 외주연부에 장착된 확산코운(23)으로 구성된다. 또한, 상기 정광버너(25)는 상기 정광 활강로(18)의 외주연부의 중간부에 고정된 플랜지(26)에 의해 반응샤프트(3)의 정부에 장착된다. 한편, 실험에 사용된 종래의 자용 제련로의 치수는 상기한 본 발명의 자용 제련로와 동일하며, 그 상단부에 정광 버너만이 장착된 것이다. 이들 두 자용 제련로를 표 1의 조업조건하에서 14일 동안 작동시켜 표 2의 결과를 얻었다.

[표 1]

[표 2]

표 2로부터 본 발명의 자용 제련로의 경우는 종래의 자용 제련로에 비해 연진의 양 및 슬랙내의 동함량이 적음을 알 수 있다.

전술한 바와같이, 본 발명의 자용 제련로에 의하면 반응 샤프트내에서 정광 및 반응공기의 반응을 연진의 발생량을 최소화하면서 충분한 정도까지 달성할 수 있고, 정광 버너의 작동에 관한 사고 및 실패를 방지할 수 있다.

Claims

자용 제련로에 있어서, 상단부 및 측벽을 갖고 있으며 내부에 반응실을 형성하는 반응 샤프트와, 상기 반응샤프트의 측벽에 위치하여 상기 반응실내로 공기를 취입함으로써 용련 물질 및 그에 수반되어 낙하하는 반응공기에 공기를 공급하는 다수의 공기취입관과, 상기 반응샤프트의 상단부에 장착된 정광버너로 구성되고, 상기 정광버너는 용련물질을 상기 반응실내로 공급하고, 하단부를 갖고 있으며 수직 중심축을 형성하는 정광 활강로, 상기 관형의 정광 활강로내에서 상기 수직 중심축을 따라 연장되며 상기 연신된 정광 활강로의 하단부보다 저부에 위치하는 하단부를 갖는, 상기 반응실내로 산소를 공급하는 산소취입관, 상기 반응실내로 연료를 공급하고, 상기 산소취입관 내에서 그와 동심으로 연장되고 상기 산소취입관의 하단부와 동일 높이에 위치하는 하단부를 갖는 관형의 보조연료버너, 및 상기 산소취입관의 하단부에 부착된 확산코운으로 구성된 것을 특징으로 하는 자용 제련로.
제1항에 있어서, 상기 반응 샤프트의 상기 상단부가 중심을 가지며, 상기 정광버너는 상기 중심에서 상기 반응샤프트의 상단부에 장착되는 것을 특징으로 하는 자용 제련로.
제1항에 있어서, 상기 반응 샤프트는 수직높이 및 수직축을 형성하며, 상기 다수의 공기 취입관들은 상기 수직높이의 절반인 높이에서 동일한 간격으로 상기 반응 샤프트의 측벽 둘레에 배치되는 것을 특징으로 하는 자용 제련로.
제3항에 있어서, 상기 다수의 공기취입관들의 각각의 공기 취입관이 상기 수직축을 지향하는 것을 특징으로 하는 자용 제련로.
제1항에 있어서, 상기 보조연료버너가 상기 반응 샤프트의 상단부 중심에 장착되는 것을 특징으로 하는 자용 제련로.