KR20000057623A

KR20000057623A - 용융금속 생산방법

Info

Publication number: KR20000057623A
Application number: KR1019990705418A
Authority: KR
Inventors: 나글미카엘
Original assignee: 암루쉬 만프레드, 프로머 우어줄라; 뵈스트-알핀 인두스트리안라겐바우 게엠바하; 포항 아이런 앤드 스틸 씨오. 엘티디.; 리서치 인스티튜트 오브 인더스트리얼 싸이언스 앤드테크놀로지인코포레이티드 파운데이션
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2000-09-25
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: WO1998027233A1; US20020008337A1; KR100444277B1; US6315943B1; UA46876C2; ZA9711236B; EP0946758A1; BR9713585A; DE59704819D1; JP2001508125A; AU5303698A; AU737413B2; CA2275336A1; US6488738B2; ATA220596A; RU2181148C2; AT404362B; EP0946758B1

Abstract

적어도 부분적으로 미립인 금속매체로부터 용융가스화로(2)에서 탄소함유 물질 및 산소 또는 산소함유 가스를 공급하여 고체 탄소매체로 형성된 층(11)에 환원가스가 생성되는 동시에 상기 금속매체를 용융시켜 용융금속(8)을 생산하는 방법에 있어서, 상기 공급된 미립 금속매체가 연소공정에 의하여 지지된 고온 연소대(13)에 장입되어 배출이 방지되며 적어도 대부분 또는 완전하게 용융되고, 상기 고온 연소대(13)는 층(11) 상측에 위치된 용융가스화로(2)의 프리보드(12)로부터 공간적으로 격리되어 층(11) 내로 연장되고, 상기 고온 연소대(13)에 형성된 배가스는 적어도 층(11)의 일부를 통과하여 고온 연소대로부터 배출되며, 또한 배가스는 층(11)에서 냉각되어 상기 층(11) 내에 형성된 환원가스와 함께 용융가스화로(2)로부터 배출된다.

Description

용융금속 생산방법 {METHOD FOR MAKING LIQUID METAL}

유럽특허 EP-B-0 010 627에는, 예비환원된 해면철과 같은 미립 철함유 물질을 용융가스화로의 후드(hood)에 중앙으로 배열된 장입구(charging opening)를 통하여 위로 부터 공급하는 방법이 공지되어 있으며, 미립물질은 중력의 영향으로 용융가스화로 내에 투입되어 용융가스화로 내에 존재하는 유동층(fluidized bed)에서 강하한다. 괴상탄(coal in lumpy form)도 또한 중력의 영향으로 용융가스화로의 후드 또는 상단을 향하여 용융가스화로가 종료되는 돔(dome)에 횡방향으로 배열된 장입구를 통하여 장입된다. 용융가스화로에 형성된 환원가스는 중앙으로 배열된 철함유 물질용 장입구를 통하여 배출된다.

이러한 종류의 방법은, 가스화대(gasification zone)에 형성되어 용융가스화로의 후드 또는 돔에 중앙으로 배열된 장입구를 통하여 환원가스가 강하게 배출됨으로 미립 금속매체가 용융가스화로에서부터 즉시 휩쓸려 나갈 수 있기 때문에 미립 금속매체, 특히 미립 해면철의 처리에는 부적합하다. 이러한 미립 금속매체의 배출은 용융가스화로의 상측 영역, 즉 가스화대 상측 영역에 퍼져있는 온도에 의하여 더 촉진된다. 이 영역은 장입사이트에서 상승하는 가스흐름에도 불구하고 가스화대 내에 가라앉을 수 있도록 보다 큰 입자를 형성하는 미립자의 괴상화, 즉 용융하강을 보장하기에는 온도가 너무 낮다.

유럽특허 EP-A-0 217 331에는, 예비환원된 분광석(fine ore)을 용융가스화로 내에 투입하고 탄소함유 환원제를 공급하면서 플라즈마버너(plasma burner)에 의하여 완전하게 환원 및 용융시키는 방법이 공지되어 있다. 예비환원된 분광석 또는 해면철 파우더는 각각 용융가스화로의 하측 섹션에 제공된 플라즈마버너에 공급된다. 상기 방법의 단점은, 예비환원된 분광석이 하측 용융영역, 즉 용융물이 포집되는 영역에 직접 공급됨으로써 완전환원이 보장될 수 없고 선철의 후속 공정에 필요한 화학 조성물을 전혀 얻을 수 없다는 것이다. 또한, 용융가스화로의 하측 영역에 석탄으로 형성되는 유동층 또는 고정층으로 인하여 다량의 예비환원된 분광석을 장입할 수 없는데, 그 이유는 충분한 양의 용융제품을 플라즈마버너의 고온대로부터 배출할 수 없기 때문이다. 다량의 예비환원된 분광석을 장입하게 되면 플라즈마버너가 즉각 열적 및 기계적으로 고장날 수 있다.

유럽특허 EP-B-0 111 176에는, 해면철 입자 중 미립(fine grain fraction)을 용융가스화로의 헤드로부터 석탄 유동층에 근접하게 돌출하는 다운파이프(downpipe)를 통하여 용융가스화로 내로 공급하는 방법이 공지되어 있다. 다운파이프의 말단에 배플플레이트(baffle plate)가 제공되어 미립의 속도를 최저로 함으로써 미립이 다운파이프로부터 매우 느린 속도로 배출된다. 용융가스화로의 장입사이트에 퍼져있는 온도가 매우 낮아서, 공급된 미립이 즉시 용융되는 것이 방지된다. 상기 및 다운파이프로부터 느린 속도로 배출됨으로, 공급된 미립의 상당 부분이 용융가스화로에 생성된 환원가스와 함께 용융가스화로로부터 다시 배출된다. 미립을 함유하는 해면철 입자 또는 단지 미립을 다량으로 장입하는 것은 상기 방법으로는 불가능하다.

유럽특허 EP-A-0 594 557에는, 해면철 미립을 이송가스(conveying gas)에 의하여 용융가스화로 내의 가스화대에 의하여 형성된 유동층 내로 직접 장입하는 방법이 공지되어 있다. 그러나, 미립의 유동층 내 직접 송풍으로 인하여 필터로서 작용하는 유동층이 폐색(obstruction)될 수 있으므로 유동층에서의 가스 순환이 방해받을 수 있다는 것이 단점이다. 그 결과, 가스가 돌발적으로 분출하여 폐색된 유동층을 해체시킬 수 있다. 이로써, 탄소매체의 가스화공정 및 환원된 철광석의 용융공정 또한 현저하게 방해를 받게 된다.

유럽특허 EP-A-0 576 414에는, 미립 금속매체를 분진버너(dust burner)를 거쳐 가스화대 내에 공급하는 방법이 공지되어 있다. 이 방법은 입자가 고온 불길(hot flame)내에 체류하는 시간이 짧기 때문에 불충분하게 용융된다.

본 발명은 적어도 부분적으로 미립인 금속매체(fine-particulate metal carriers), 특히 부분적으로 환원되거나 또는 환원된 해면철(reduced sponge iron)을 용융가스화로(melter gasifier)에서 탄소함유 물질 및 산소 또는 산소함유 가스를 공급하여 고체 탄소매체로 형성된 층에 환원가스(reducing gas)가 생성되는 동시에, 선택적으로 선행하는 완전환원에 따라, 금속매체를 용융시켜 용융금속(molten metal), 특히 선철(pig iron) 또는 철강 반제품(steel pre-products)을 생산하는 방법, 및 상기 방법을 실행하는 용융가스화로에 관한 것이다.

도 1은 용융가스화로를 개략적으로 예시한 수직 종단면도.

본 발명의 목적은 이들 단점 및 곤란함을 방지하고 전술한 종류의 방법 및 이 방법을 실행하는 용융가스화로를 제공하는 것으로서, 상기 방법은 미립 금속매체를 단광(briquetting)할 필요없이 처리할 수 있으며, 이렇게 함으로써, 한편으로는 공급된 미립 금속매체가 용융가스화로 내에 생성된 환원가스에 의하여 선택적으로 예비환원 상태 또는 완전환원 상태로 배출되는 것이 확실하게 방지되고, 다른 한편으로는 경우에 따라 필요할 수 있는 미립자의 완전환원이 보장된다. 특히, 본 발명의 목적은 대부분, 바람직하게는 100%가 미립 철함유 물질로 구성된 장입물을 용융가스화로를 이용하여 선철 및/또는 철강 반제품으로 처리할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

전술한 종류의 방법에 있어서, 상기 목적은 미립 금속매체를 연소공정에 의하여 유지된 고온 연소대(combustion zone)에 장입하고, 선택적으로 완전환원 시에, 적어도 대부분 또는 완전히 용융시킴으로써 달성되며, 여기서 고온 연소대는 층 상측에 위치된 용융가스화로의 프리보드(freeboard)로부터 공간적으로 이격되어 층 내로 연장되고, 고온 연소대에 형성된 오프가스(offgas)는 적어도 층의 일부를 통과하여 용융가스화로로부터 배출되며, 또한 오프가스는 층 내에서 냉각되어 층 내에 형성된 환원가스를 따라 용융가스화로로부터 배출된다.

상기 방법을 실행하는 용융가스화로에 있어서, 상기 용융가스화로는 용융가스화로 내로 통하는 산소함유 가스, 탄소매체 및 금속매체용 공급관(feed duct) 및 용융가스화로에서 분지되는, 고체 탄소매체로 형성된 용융가스화로의 층에 생성된 환원가스용의 적어도 하나의 가스배출관(gas discharge duct), 및 용융금속과 슬래그용 출탕구(tap)를 가지고, 미립 금속매체를 공급하는 적어도 하나의 공급관이 용융가스화로의 내부와 공간적으로 격리된 적어도 하나의 고온 연소실 내로 연통하며 마우스(mouth)에 의하여 다시 고체 탄소매체로 형성된 층 내로 돌출하고, 버너가 제공되는 것을 특징으로 한다.

고온 연소실에 용이하게 접근하고 연소실의 장기간 사용을 보장하기 위하여, 고온 연소실은 용융가스화로의 돔으로부터 분지되는 내화재(refractory material)가 제공되고 바닥이 개방된 원통형상의 벽으로 구성되는 것이 바람직하다.

단지 하나의 고온 연소실이 중앙으로, 그 종축이 용융가스화로의 수직방향 종축에 위치되도록 제공되는 간단한 구조체를 특징으로 한다.

바람직하게, 고온 연소실은 그 상측 말단이 용융가스화로의 돔을 통하여 외측으로 돌출하고 이 외측 말단에서 미립 금속매체용 공급관이 고온 연소실 내로 통하며, 또한 버너가 상기 외측 말단에 중앙으로 배열되어 버너 상에서 수리작업을행하거나 또는 버너를 용이하게 교환할 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 탄소매체용 공급관이 고온 연소실로부터 반경방향으로 떨어져서 용융가스화로 내, 용융가스화로의 돔 내로 돌출하는 경우, 이상적인 구조의 층을 얻을 수 있다.

고온 연소실의 내벽이 냉각되어 있는 경우 수명이 더 연장될 수 있으며, 여기서 고온 연소실의 벽은 냉매(cooling medium)가 통과하는 핀이 있는 튜브(finned tube)가 구비되고 양 측면 상에 내화라이닝이 제공되는 것이 바람직하며, 또한 고온 연소실의 상측 말단 및 하측 말단에는 냉매, 바람직하게는 냉각수용의 링형상 헤더(ring-shaped header)가 고온 연소실의 벽 내에 일체로 제공되는 것이 바람직하다.

용융가스화로의 돔을 통하여 외측으로 돌출하는 고온 연소실의 말단에는 제거 가능한 커버가 제공되고 버너 및 공급관이 이 커버에 배열되는 것이 바람직하다.

버너가 분탄/산소 버너로 형성되는 경우 공정에 유리하다.

다음에, 본 발명을 예시적인 실시예를 나타낸 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

예비환원되거나 또는 완전환원된 분광석―철함유 분광인 경우는 해면철 파우더임―이 상세하게 후술하는 방식으로 적어도 하나의 이송관(1)을 통하여 용융가스화로(2)에 공급된다. 용융가스화로(2)에서, CO- 및 H₂-함유 환원가스가 석탄(4)으로부터 생성되고 산소함유 가스가 가스화대(3)에 생성되어, 환원가스 배출관(5)을 거쳐 예를 들어 유동층 반응로(fluidized bed reactor)(도시되지 않음) 내에 공급된다. 환원가스가 광석 흐름과 반대방향으로 이 유동층을 통과하여 미립 산화철함유 물질을 환원시키고 톱가스 배출관(top-gas discharge duct)을 거쳐 유동층 반응로에서 배출된 후, 습식 스크러버(wet scrubber)에서 냉각 및 세척되어 다른 소비처(consumer)에 톱가스로서 사용할 수 있게 된다.

용융가스화로(2)에는 괴상 형태의 고체 탄소매체용 공급관(6), 산소함유 가스용 공급관(7) 및 선택적으로, 탄화수소와 같은, 실온에서 액체 또는 기체인 탄소매체 및 연소된 플럭스(burned fluxes)용 공급관이 제공된다.

용융가스화로(2)의 가스화대(4) 하측의 하부섹션(I)에서는, 용융선철(8) 또는 용융 철강 반제품 및 용융 슬래그(molten slag)(9)가 포집되어 출탕구(10)를 거쳐 배출된다.

하부섹션(I)의 상측에 배열된 용융가스화로(2)의 섹션(II)에는, 고체 탄소매체로부터 층(11), 바람직하게는 고정층 및/또는 유동층이 형성된다. 중간섹션(II) 상측에 제공된 상부섹션(III)은 용융가스화로(2)에 형성되는 환원가스 및 환원가스에 동반되는 고체 입자를 위한 안정공간(calming space)(12)으로 기능한다.

예비환원되거나 또는 완전환원된 분광석은 용융가스화로(2)에 수직으로 중앙에 배열된 고온 연소대(13)를 거쳐 여러 개로 분지된 이송관(1)이 통하는 가스화대(3) 내에 장입된다. 고온 연소대(13)는 용융가스화로(2)의 돔을 관통하며 층(11) 내로 하향하여 돌출하는 고온 연소실(14) 내에 제공된다. 고온 연소실은 바닥이 개방된 원통형으로 구성되며 내화성을 갖도록 설계된 벽(15)이 제공된다.

고온 연소실(14)의 그 상측 말단에는 분지관(branch duct)을 가진 이송관(1)이 관통하는 제거가능한 커버(16)가 제공된다. 커버(16)의 중앙에는 그 불길(flame jet)이 수직방향 하측으로 향하는 버너(17), 바람직하게는 분탄/산소 버너가 배열된다.

고온 연소실(14)의 벽(15)에는 냉매가 통과하는, 핀을 가진 튜브(18)로 형성되어 내벽이 냉각된다. 핀을 가진 튜브(18)의 양쪽에는 내화라이닝(19)이 배열된다. 고온 연소실(14)의 상측 말단 및 하측 말단에는, 냉매, 바람직하게는 냉각수용의 링형상 헤더(20)가 고온 연소실(14)의 벽 내에 각각 일체로 되어 배열된다.

고체 탄소매체용의 공급관(6)은 고온 연소실(14)의 반경방향 외측에서 용융가스화로(2)의 돔(21)을 관통한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 층(11)은 고온 연소실(14)의 반경방향 외측에 링형상으로 형성된다. 고온 연소실(14)의 하측에는 대략 원뿔 형상의 공동(cavern)(22)이 형성된다.

해면철 파우더는 버너(17)에 의하여 지지된 고온 연소대(13)에서 대부분, 바람직하게는 완전히 용융되어 층(11) 또는 연소대(3)에 각각 액체상태로 흘러 들어간다. 용융된 해면철은 층(11)을 형성하는 코크스 네트워크(coke network)를 통하여 하향으로 똑똑 떨어져서 공정 중에 탄화된다(carburized). 고온 연소대(13)에서 발생한 고온의 배가스(offgas)는 적층된 물질이 없는 콘형상대(cone-shaped zone), 즉 콘형상 공동(22)으로부터 층(11)으로 들어가서 가스화대(3)에 형성된 환원가스와 함께 연소실(14)에 반경방향으로 인접한 환형의 층을 거쳐 상측으로 흘러서 환원가스 배출관(5)을 거쳐 배출된다. 배가스는 층(11)을 통과하면서 원하는 배가스 온도인 대략 1000℃로 냉각된다.

본 발명에 따르면, 층(11) 상측에서 전적으로 또는 적어도 거의 전적으로 용융이 일어나기 때문에 해면철이 용융가스화로(2) 내에 잔류하는 시간이 상당히 증가된다. 또한, 해면철 파우더가 고온 연소대(13)에 형성된 배가스와 함께 하측방향으로 층(11)에 직접 공급되기 때문에 해면철 파우더가 용융가스화로(2)에서부터 배출될 가능성이 없다. 용융물 액적(melt droplets)이 층(11)에서 배가스로부터 여과되므로 용융가스화로(2)의 운전이 종래 기술에 비하여 현저하게 향상된다.

본 발명은 도시된 예시적인 실시예에만 한정되지 않고 여러 양태로 변형될 수 있다. 특히, 철 이외의 금속, 특히 동(산화동, 황화동), 주석, 납(금속납, 산화납 또는 황화납), 광석 형태의 니켈 및 크롬이 사용되는 것을 고려해야 한다. 또한, 일부 해면철은 괴상 형태, 예를 들면 펠릿(pellet)으로 층(11), 이른 바 고온 연소대(13) 외측에 장입할 수 있으므로 대(3)는 가스화대 뿐만 아니라 용융가스화대를 의미해야 한다.

산화물질, 예를 들면 환원되지 않은 산화철 또는 산화동, 주석, 납이 효과적으로 사용될 수 있다. 이 경우, 산소 및 석탄의 공급량을 증가시켜야 예비환원 및 완전환원이 고온대에서 일어날 수 있다.

Claims

적어도 부분적으로 미립인 금속매체, 특히 부분적으로 환원되거나 또는 환원된 해면철을 용융가스화로(2)에서 탄소함유 물질(4) 및 산소 또는 산소함유 가스를 공급하여 고체 탄소매체(4)로 형성된 층(11)에 환원가스가 생성되는 동시에, 선택적으로 선행하는 완전환원에 따라, 금속매체를 용융시켜 용융금속, 특히 선철(8) 또는 철강 반제품을 생산하는 방법에 있어서,

상기 미립 금속매체가 연소과정에 의하여 지지된 고온 연소대(13)에 장입되어, 선택적으로 완전환원에 따라, 적어도 대부분 또는 완전하게 용융되고,

상기 고온 연소대(13)는 층(11) 상측에 위치된 용융가스화로(2)의 프리보드(12)로부터 공간적으로 격리되어 층(11) 내로 연장되고,

상기 고온 연소대(13)에 형성된 배가스는 적어도 층(11)의 일부를 통과하여 고온 연소대로부터 배출되며, 또한 배가스는 층(11)에서 냉각되어 상기 층(11) 내에 형성된 환원가스와 함께 용융가스화로(2)로부터 배출되는

것을 특징으로 하는 용융금속 생산방법.
미립 금속매체를 일부 함유하는 적어도 부분적으로 환원된 금속매체, 특히 해면철로부터 용융금속, 특히 용융선철(8)을 생산하는 제1항에 따른 방법을 실행하는 용융가스화로(2)에 있어서,

상기 용융가스화로(2)는 용융가스화로 내로 통하는 금속매체, 탄소매체 및 산소함유 가스용 공급관 및 용융가스화로에서 분지되는, 고체 탄소매체(4)로 형성된 용융가스화로(2)의 층(11)에 생성된 환원가스용의 적어도 하나의 가스배출관(5), 및 용융금속과 슬래그용 출탕구(10)를 가지고,

상기 미립 금속매체를 공급하는 적어도 하나의 공급관(1)이 용융가스화로(2)의 내부(12)로부터 공간적으로 격리된 적어도 하나의 고온 연소실(14) 내로 연통하며, 마우스에 의하여, 다시 고체 탄소매체(4)로 형성된 층(11) 내로 돌출하고 버너(17)가 제공되는

것을 특징으로 하는 용융가스화로.
제2항에 있어서, 상기 고온 연소실(14)은 용융가스화로(2)의 돔(21)으로부터 분지되어 바닥이 개방된 원통형상이며 내화재(19)가 제공된 벽(15)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 용융가스화로.
제3항에 있어서, 단지 하나의 고온 연소실(14)이 중앙으로, 그 종축이 상기 용융가스화로(2)의 수직방향 종축에 위치되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 용융가스화로.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 고온 연소실(14)은 그 상측 말단이 상기 용융가스화로(2)의 돔(21)을 통하여 외측으로 돌출하고 이 외측 말단에서 미립 금속매체용 공급관(1)이 상기 고온 연소실(14) 내로 통하며, 또한 버너(17)가 상기 외측 말단에 중앙으로 배열되는 것을 특징으로 하는 용융가스화로.
제3항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소매체용 공급관(6)이 상기 고온 연소실(14)로부터 반경방향으로 떨어져서 상기 용융가스화로(2) 내, 즉 용융가스화로(2)의 돔(21) 내로 돌출하는 것을 특징으로 하는 용융가스화로.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고온 연소실(14)의 벽(15)은 내벽이 냉각되어 있는 것을 특징으로 하는 용융가스화로.
제7항에 있어서, 상기 고온 연소실(14)의 상기 벽(15)에는 냉매가 통과하는 핀이 있는 튜브(18)가 구비되고 양 측면 상에는 내화라이닝(19)이 제공되는 것을 특징으로 하는 용융가스화로.
제8항에 있어서, 상기 고온 연소실(14)의 상측 말단 및 하측 말단에는 냉매, 바람직하게는 냉각수용의 링형상 헤더(20)가 상기 고온 연소실(14)의 상기 벽 내에 각각 일체로 제공되는 것을 특징으로 하는 용융가스화로.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고온 연소실(14)은 상기 용융가스화로(2)의 돔(21)을 통하여 외측으로 돌출하는 그 말단에 제거 가능한 커버(16)가 제공되고, 버너(17) 및 공급관(1)이 상기 커버(16)에 배열되는 것을 특징으로 하는 용융가스화로.
제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버너(17)가 분탄/산소 버너인 것을 특징으로 하는 용융가스화로.