KR960001708B1 - 금속 산화물의 환원 방법 및 장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

금속 산화물의 환원 방법 및 장치

본 발명은 금속 산화물의 환원 방법, 특히 철광석의 환원 방법 및 그 방법의 이용을 위한 장치에 관한 것이다.

철광석의 환원 방법으로는 크게 두가지가 있다.

첫 번째로서, 바람직히게는 예열되고 예비 환원된 철광석 및 석탄이 반응 장치내의 철 용융탕 내로 또는 위로 주입되어지는 방법이 있다. 이 방법에 의하여 상기 석탄은 철 용융탕에 용해되고 상기 철광석은 용융철로 환원된다. 상기 방법에 있어서, 산소가 함유된 가스가 상기 철용융탕으로 발생하는 CO 및 H₂를 후연소시키기 위해 철용융탕위의 가스 공간으로 주입되어 방출되는 에너지의 상당한 부분이 상기 철용융탕으로 다시 이동되도록 되어 있다. 상기 방법의 바람직한 일형태로서, 석탄 및 산소함유 가스가 용광로 하부의 구멍을 통하여 상기 철용유탕내로 주입되어 용유 금속 및 슬랙의 방을 적하 형태 및 스트림이 상기 가스공간으로 위로 분출되게 함으로써 CO 및 H₂의 후연소에 의해 생성된 에너지가 효율적으로 전달되도록 하는 매개물이 형성되도록 할 수 있다. 그러나, 상기 방법은 철광석의 흡열 환원 반응에 기인한 철융용탕으로부터의 열 손실을 보완시켜 줄 수 있도록 상기 청융용탕으로 효과적으로 에너지 절단이 이루어지는 이점이 있기는 하지만, 상기 가스 공간내로 분출된 용융 금속의 일부가 산화됨으로써 이것이 상기 철융용탕내에서 재환원 되어야 한다는 단점을 가지고 있다.

두 번째 방법으로서, 비교적 깊은 슬랙층에 의하여 상기 가스 공간으로부터 상기 용융철은 분리시키고 하부 송풍 속도를 줄임으로써 용융철의 바람직하지 않은 산화를 피하는 방법이 있다. 이와같이하여 상기 용융철 및 가스 공간 사이의 접촉이 최소한으로 되도록 하는 것이다. 그러나 이 방법에 있어서는 상기 가스 공간내에서의 후연소에 의해 생성된 에너지를 상기 철융융액내로 효과적으로 전달 할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 또한 상기의 에너지 전달 결여는 고온의 가스 에너지를 버리게 되고 이는 반응장치의 내화 구조물의 수명을 단축시키는 결과를 초래한다.

본 발명의 목적은 상술한 조래 기술의 문제점을 해결한 철광석의 환원방법을 제공함에 있다.

본 발명에 따르면 금속층과 슬랙층으로 구성되는 용융탕을 포함하는 장치내에서 금속 산화물이 환원되며, (a) 금속 산화물을 상기 용융탕내로 및/또는 위로, 그리고 탄소질의 물질을 상기 용융탕내로 및/또는 위로 주입하여 상기 금속산화물이 용융되어 금속층내에서 금속으로 환원되도록 하는 과정; (b) 가스가 슬랙층으로 주입되어 금속층으로부터의 금속의 비산을 최소한으로 하변서 상기 용융탕위의 가스층 내부로 용융된 슬랙부분 및 용융철을 적하 형태의 방울, 튀기는 듯한 형태 및/또는 스크림 형태로 분출시키는 과정; 및 (c) 산소함유 가스를 상기 가스공간으로 주입하여 CO 및 H₂를 후연소시킴으로써 상기 후 연소에 의하여 생성된 열이 상기 용융 슬랙 부분, 적하 형태, 튀기는 물질 형태 및/또는 스트림 형태의 용융물에 전달되도록 하는 과정으로 이루어지는 금속 산화물의 환원 방법이 제공된다.

본 명세서에서 사용된 용어 "금속층"은 전적으로 금속으로 이루어진 층을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "슬랙층"은 전적으로 슬랙으로 이루어진 층을 의미한다.

실제에 있어서, 상기 슬랙층은 상기 금속층과 상기 용융탕 위의 가스층을 분리시켜 상기 가스공간내에서의 CO 및 H₂의 산화가 상기 금속층에서의 금속 산화물의 환원에 영향을 주지 않으며 그 역도 마찬가지이다. 그리고 가스를 직접 상기 슬랙층으로 주입함으로써 가스 공간내에서 CO 및 H₂의 후연소에 의하여 생성된 열이 효과적으로 상기 슬랙층을 거쳐 상기 금속층으로 전달되도록 하여 금속 산화물의 환원에 있어서 열 손실을 보충해 준다.

금속 산화물 및 탄소질 물질은 상기 용융탕의 내부 및 위로 함께 주입되는 것이 더 바람직하다.

상기 탄소질 물질은 석탄 알루미늄 용융로로부터의 폐기 포트라이닝 및 페슬러지로 이루어지는 군중 하나 또는 그 이상으로 선택되는 것이 바람직하다. 상기 탄소질 물질은 선택으로 되는 것이 가장 바람직하다.

상기 슬랙층에 주입된 가스로는 불활성 기체, 회수 공정가스, CO, CO₂, 천연가스, 프로판 또는 부탄중의 하나 또는 둘이상이 선택되는 것이 바람직하며, 질소로 되는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 가스를 상기 슬랙층으로 주입하기 위한 수단의 출구 개구들은 상기 장치의 측벽으로부터 일정한 거리를 두고 상기 슬랙층의 용융탕 표면 아래에 배열된다. 상기 가스 스트림을 상기 전환로(converter) 형태의 장치내에 측벽 구멍을 구비한 케이스 형태로 된 장치의 측벽에 직각으로 상기 슬랙층내로, 그러나 측벽으로부터 일정한 거리를 두고 형성시키는 것이 바람직하다. 슬랙부분, 적하 형태의 방울 및/또는 스트림 형태의 용융물로 구성되는 분출 구역의 형태 및 그에 의하여 성취되는 슬랙층의 표면 확장을 위해서는 슬랙층으로 상기 가스를 주입하기 위한 수단들을 상기 가스 주입 구멍 직경의 5배 이상 장치 벽으로부터 일정거리를 두고 배열하는 것이 바람직하다. 상기 장치의 벽은 실린더 용융 환원 반응기처럼 수직 벽의 형태로 될 수도 있다. 상기 벽이 경사져 있으며, 예를 들어 코너스(conus) 형태로 되어있으며, 상기 장치 벽상의 상기 슬랙층의 비유등 표면에 의하여 형성된 선은 상기 주입 구멍들의 거리가 계산되는 기준 지점이 된다. 상기 구멍의 직경, 즉 외경은 10 내지 150mm범위가 바람직하며 25 내지 60mm로 되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 가스는 상기 슬랙층의 표면을 향한 방향으로 상기 슬랙층 안으로 주입된다. 상기의 주입은 상기 슬랙층 표면에 직각으로 하는 것이 바람직하다. 상기 슬랙층 표면에 대하여 경사지게 하는 것이 가능하다. 이러한 형태의 가T스 주입은 상기 슬랙층의 표면으로부터 멀리 경사지게 또는 상기 슬랙층 표면에 평형하게 주입하는 것과는 대조적인 방법이다. 가스 주입의 이러한 바람직한 형태는 분출 구역의 형성을 개선시키고, 장치 라이닝의 열화를 최소화한다.

상기 산소함유 가스는 산소, 공기 및 스팀 중에서 선택된는 것이 바람직하며 예열된 공기로 하는 것이 바람직 하다.

본 발명에 따르면 금속층 및 그 위에 형성되는 슬랙층으로 구성되는 용융탕을 지지하며, (a) 금속 산화물은 상기 용융탕내로 및/또는 위로, 그리고 탄소질이 물질을 상기 용융탕 내로 및/또는 위로 주입하여 상기 금속 산화물이 용융되어 금속층내에서 금속으로 환원되도록 하는 수단; (b)가스가 슬랙층으로 주입되는 금속층으로부터의 금속의 비산을 최소한으로 하면서 상기 용융탕 위의 가스층 내부로 용융된 슬랙 부분 및 용융철을 적하 형태의 방울 및/또는 스트림 형태로 분출시키기 위한 수단; 및 (c) 산소 함유 가스를 상기 공간으로 주입하여 CO 및 H₂를 후연소시킴으로써 상기 후연소에 생성된 열이 직접 상기 용융 슬랙부분, 적하 형태 및/또는 스트림 형태의 용융물에 전달되도록 하는 수단으로 구성되는 금속 산화물을 환원장치가 제공된다.

상기 장치의 바닥은 하부층과 상부층으로 구성되며, 공정에서 상기 금속층은 상기 하부층 위, 상기 상부층 아래 및 상부층까지 확장되고, 상기 슬랙층은 상기 금속층 및 상기 상부층위로 확장된다.

이와 같은 구성에 있어서 가스를 슬랙층으로 주입하기 위한 수단은 상기 상부층을 관통하여 확장되는 구멍들로 구성되는 것이 바람직하다.

또한 금속 산화물 및 탄소질 물질을 상기 금속층내로 주입하기 위한 수단은 상기 하부층을 관통하여 확장되는 구멍들로 구성되는 것이 바람직하다.

도면에서 보여지는 상기 장치는 외부 금속 셀 및 내화물질로 된 내부 라이닝으로 구성되며, 실제 공정에 있어서, 금속층(3) 및 슬랙층(5)으로 구성되는 용융철탕을 지지하게 된다. 상기 장치는 경사 축(21)을 중심으로 회전될 수 있도록 지지되며 폐기 가스가 상기 장치로부터 방출될 수 있는 원추형 상부 개구 단부(23)를 그비하고 있다.

또한 상기 장치는 바닥에 하부층(7)과 상부층(9)을 구비하고 있어서 상기 금속층(3)이 상기 상부층(9) 수준까지 그 아래까지 확장되도록 상기 용융철 탕을 조절한다.나아가서 상기 장치는 바닥에 하부층(7)과 관통하는 구멍(11) 및 상기 상부층(15)을 관통하는 구멍(13)을 구비하여 부분적으로 예비 환원된 철광석 및/또는 석탄이나 다른 적합한 탄소질 물질을 상기 철탕 안으로 또는 위로 주입할 수 있게 되어 있다.

또한 상기 장치는 상기 상부층(9)을 관통하는 구멍(18)들을 구비함으로써 질소 또는 다른 적합한 가스가 상기 슬랙층(5)으로 주입되어 상기 슬랙층(5)을 젓고 적하방출울 및/또는 스트림 형태의 용융 슬랙이 상기 철용융탕위의 가스공간으로 위쪽으로 분출되도록 한다.

상기 구멍들(17)은 상기 상부충(9)의 하부에서 장치의 측벽으로부터 일정거리(10)에 구비된다. 상기 측벽으로부터의 거리는 상기 구멍들의 외경이 3mm의 10배인 30mm로 되는 것이 바람직하다.

또한 상기 장치는 상기 상부 벽(15)를 통하여 상기 가스 공간으로 확장되도록 배열된 노즐(19)을 구비하고 있어서 예열된 공기 또는 다른 적합한 산소 함유 가스의 스트림이 그 내부로 용융 슬랙의 적하 방울 및/또는 스트림이 분출된되는 구역(27)(이하에서"후연소 구역"이라 칭함)을 직접 지향하도록 되어 있다.

실제에 있어서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 철용융탕의 안으로 및/또는 위로 주입된 철광석은 상기 금속층(3)내에 환원되고, 상기 금속층(3)내에서 생성된 반응 기체들 CO 및 H₂는 후연소 구역(27)에서 후연소되어 상기 금속층(3)내에서 열평형을 유지하기 위하여 상기 금속층(3)으로 전달될 에너지를 발생시킨다. 질소가 상기 구멍(17)을 통하여 상기 슬랙층(5)으로 주입되고, 직접 상기 금속층(3)에는 접촉되지 않기 때문에 상기 금속층(3)은 비교적 정적인 구역이라는 것이 쉽게 이해되어질 것이다. 이와 같이 상기 후연소 구역(27)으로 위로 분출되는 용융철은 최소한이다. 이는 상기 후연소 구역내에서 생성된 에너지의 열전달 효율에 영향을 주지 않으면서 성취된다는 것이 주목되어져야 한다.

상기 슬랙층(5)은 상기 금속층(3)과 상기 후연소 구역(27)을 분리시켜서 상기 후연소 구역(27)내에서의 CO 및 H₂의 산화가 상기 금속층내에서 금속 산화물의 환원에 영향을 주지 않으며, 그 역도 마찬가지이다.

부가적으로 상기 도면에서 보여지는 바와 같이 상기 바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속층(3) 및 상기 후연소 구역의 분리는 철광석 및/또는 석탄을 상기 철용융탕의 표면 및 상기 후연소 구역(27)위로 주입시키기 위한 상부 구멍(13)을 상기 장치의 대향 단부에 위치시킴으로써 이루어진다.

상기 바람직한 실시예의 잇점은 다음의 실시예에서 명확하게 예증된다. 용융철 1t을 생산하기 위하여 800℃의 산화철(FeO) 1250Kg 및 약 30%의 휘발성분을 가진 석탄 350Kg이 상부 구멍(13)을 통하여 상기 철용융탕위로 주입되었다. 동시에 철광석 정제광 200Kg, 폐 가스 정화에 의한 정제광 더스트(dust) 50Kg 및 석탄 80Kg이 하부 구멍(11)을 통하여 주입되었고, 1300℃의 가열 공기 1450N㎥가 노즐(19)을 통하여 상기 후연소 구역(27)으로 공급되었다. 그리고 질소 30 내지 300N㎥이 하부 구멍(17)을 통하여 상기 슬랙층(5)안으로 주입되었다. 상기 용융 철탕의 온도는 약 1500℃이었고, 폐가스 온도는 약 1650℃이었다. 상기 후연소 구역(27)으로부터 상기 금속층(3)으로의 에너지 전달 효율은 약 90%이었다.

즉 상기 실시예에서 상기 장치는 두 개의 층을 구비하고 있지만 이것은 본 발명의 제한적인 특징이 아니며, 질소 또는 다른 적합한 가스가 상기 슬랙층(5)으로 직접 주입될 수 있으며 이는 단일 층 바닥의 하부로부터 상기 금속층을 통하여 확장되도록 구비되는 노즐과 같은 다른 수단에 의해 성취될 수 있다. 상기 장치의 경사벽부를 가지는 바람직한 실시예에 따르면 상기 가스를 상기 슬랙층(5)으로 주입시키기 위한 상기 노즐들은 상기 슬랙 표면이 상기 장치 측벽과 접촉되는 지점으로부터 일정거리(10)만큼 떨어져 위치된다.

Claims (15)

1. 금속층과 슬랙층으로 구성되는 용융탕을 포함하는 장치내에서, (a) 금속산화물을 상기 용융탕내로 또는 위로 또는 내부 및 위로, 그리고 탄소질의 물질을 상기 용융탕내로 또는 위로 또는 내부 및 위로 주입되어 상기 금속산화물이 용융되어 금속층내에서 금속으로 환원시키는 과정; (b) 가스가 슬랙층로 직접 주입되어 금속층으로부터의 금속의 비산을 최소한으로 하면서 상기 용융탕 상의 가스층 내부로 용융된 슬랙부분 및 용융철을 방출 및 비산의 형태로 분출시키는 과정; 및 (c) 산소함유가스를 상기 가스공간으로 직접 주입하여 일산화탄소(CO) 및 수소(H₂)를 후연소시킴으로써 상기 후연소에 의하여 생성된 열을 방출 및 비산의 형태의 용융물로 직접 상기 용듕된슬랙부분으로 전달시키는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 금속산화물을 환원시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물 및 탄소질물질들을 상기 용융탕의 내부 및 위로 주입시킴을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄소질물질이 석탄, 알루미늄용융로로부터의 폐기포트라이닝(pot linings) 및 폐슬러지로 이루어지는 군 중에서 하나 또는 둘 이상 선택되어진 것임을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 탄소물질이 석탄인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스가 상기 장치 측벽으로부터 일정거리를 두고 상기 슬랙층내로 주입되도록 함을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있서,상기 슬랙층으로 가스주입을 하기 위한 상기 구멍의 상기 장치 측벽으로부터의 거리가 적어도 상기 구멍 직경의 5배 이상이 되도록 함을 특징으로 하는 방법.
7. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬랙층으로 주입되는 가스가 상기 슬랙층 표면을 향하여 주입되도록 함을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 슬랙층으로 주입되는 가스가 상기 슬랙층 표면에 수직으로 주입되도록 함을 특징으로 하는 방법.
9. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬랙층으로 주입되는 가스가 불활성기체, 회수공정가스, 일산화탄소, 이산화탄소, 천연가스, 프로판 도는 부탄 들로 이루어진 그룹으로부터 하나 또는 둘 이상 선택되어짐을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 불활성기체가 질소인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 선행하는 항들 증 어느 한 항에 있어서, 상기 산소함유가스가 산소, 공기 또는 스팀으로 구성되는 군으로부터 선택되어짐을 특징으로 하는 방법.
12. 금속층 및 그 위에 형성되어 슬랙층으로 구성되는 용융탕을 지지하며, (a) 금속산화물을 상기 용융탕내로 또는 위로, 도는 내부와 위로, 그리고 탄소질의 물질을 상개 용융탕 내로 또는 위로, 또는 내부와 위로 주입하여 상기 금속산화물이 용융되어 금속층내에 금속으로 환원되도록 하는 수단; (b) 가스가 슬랙층으로 직접 주입되어 금속층으로부터의 금속의 비산을 최소한으로 하면서 상기 용유탕 위의 가스층 내부로 용융된 슬랙부분 및 용융철을 방울 및 비산의 형태로 분출시키기 위한 수단; 및 (c) 산소함유가스를 상기 가스공간으로 직접 주입하여 일산화탄소 및 수소를 후연소시킴으로써 상기 후연소에 의하여 생성된 열을 방울 및 비산의 형태를 용융물로 직접 상기 용융된 슬랙부분으로 전달시키도록 하는 수단으로 구성되고, 상기 장치의 바닥이 하부층과 상부층으로 구성되며, 상기 금속층은 상기 하부층 위에 상기 상부층 수준까지 또는 그 아래로 확장되고, 상기 슬랙층은 상기 금속층 및 상기 상부층 위로 확장되며; 상기 가스를 상기 슬랙층으로 주입시키기 위한 수단이 상기 상부층을 통하여 확장되는 구멍들로 구성되고; 금속산화물 또는 탄소질 물질을 상기 금속층 안으로 주입하기 위한 수단이 상기 하부층을 통하여 확장되는 구멍들로 구멍되며; 상기 가스를 상기 슬랙층에 주입하기 위한 수단이 상기 장치 측벽으로부터 일정거리를 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 금속산화믈의 환원장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 가스를 상기 슬랙층 내로 주입하기 위한 상기 구멍들의 상기 측벽으로부터의 거리가 상기 구멍 직경의 적어도 5배 이상인 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 가스를 상기 슬랙층 내로 주입하기 위한 수단이 상기 슬랙층 표면을 지향하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제12항에 있어서, 상기 가스를 슬랙층에 주입하기 위한 수단이 상기 슬랙층 표면에 수직으로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.