KR910009868B1 - 용융금속욕 속으로 열에너지를 공급하기 위한 방법 - Google Patents

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Description

용융금속욕 속으로 열에너지를 공급하기 위한 방법

제1도는 용융도가니로위에 장입물예열기가 배치된 용융도가니로의 종단면에 대한 선도.

제2도는 탄소를 내장하고 있는 얇은 금속으로 된 용기(이하 “탄소내장판금용기”라 한다)를 도시하는 도.

본 발명은 특허청구의 범위 제1항의 전제부에 기술된 것처럼 용융철욕(bath)에 열에너지를 공급하는 방법에 관한 것이다.

1986년 10월발행 학술잡지 MBM(Metal Bulletin Monthly)의 47 내지 51페이지에 개시된 이러한 종류의 방법에서는 고상탄소는 언더-배쓰 노즐에 의해 용융금속욕속으로 취입된다.

이러한 방식으로 상당하는 양의 산소와 함께 분사된 고상탄소가 연소되더라도 연소될 때 발생되는 반응열이 주로 CO인 연소단계의 반응가스를 용융금속욕의 온도까지 가열하는데 필요한 열에 거의 해당되기 때문에 용융철욕에 사용할 수 있는 열의 양에 있어서 실질적인 이득이 생성되지 않는다. 그러므로, 용융될 철광석을 도가니(crucible)로 즉 용융로에 장입되기전에 850℃이상의 온도로 가열하기 위하여 공지 방법에서는 용융금속욕으로부터의 CO-함유반응가스를 후-연소처리하여 도가니로에 배치된 장입물예열기를 통과시킨다.

이러한 것은 전체적인 열효율수준을 실질적으로 개선하는 것을 가능하게 해준다.

독일연방공화국 공고공보(DE-AS) 제 28 38 983에는 개시부에 이러한 종류의 방법이 개시되어 있는데, 여기에서 산소는 프리 제트의 형태로 욕의 표면에 부가적으로 취입된다. 이러한 방법에 있어서, 가스공간에서 일산화탄소가 후-연소될 때 발생되는 열이 용융욕에 다시 저장될 수 있고 고철장입물이 증대될 수 있다.

독일연방공화국 공개공고(DE-OS) 제 27 37 441호에는 바람직하게 고철로부터 생산된 용융철욕을 연속적으로 가열하기 위한 방법이 기술되어 있는데, 여기에서 용융금속욕은 도가니로와는 별도지만 이것과 직접 연통되는 가열실속으로 유통되고 고상탄소와 산소는 가열실속의 용융금속으로 공급된다. 이 장치에 있어서, 탄소는 이동시킬 수 있는 형상체 예컨대 욕 속으로 공급될 수 있는 전극의 형태로 용융욕의 표면밑의 용융욕속으로 통과되거나 욕의 표면 위 또는 아래에서 종결되는 샤프트를 통해서 바람직하게는 코우크스 덩어리의 형태로 도입될 수도 있다. 이 경우 코우크스의 칼럼은 가열실로부터의 고온 반응기체로써 예열된다.

독일연방공화국 공개공보(DE-OS)N 29 33 133호에는 특히 미세하게 분쇄된 첨가물을 용융금속욕 특히 용융강철욕에 첨가하기 위한 방법이 개시되어 있다. 여기에서, 첨가물은 결합제를 사용하지 않는 상태에서 판금(sheet metal)통에 진공 포장되어, 이러한 형태로 용융금속욕에 첨가된다. 첨가물은 용융금속욕의 조성을 조정하기 위한 합금첨가제일 수 있는데, 용융강철욕인 경우에 예컨대 철합금, 황, 석탄, 원광과 킬드강제조용 알루미늄이다. 과립상 첨가물이 판금 통 또는 용기에 진공포장되므로, 이 용기가 녹으면 용융된 물질이 이 입자사이로 끌어당겨져서, 그 결과 용융된 물질과 첨가물간에 특별히 양호한 접촉이 생긴다.

특허청구의 범위 1항의 전제부에 개시된 방법에 있어서 본 발명의 목적은 열의 공급을 용융금속욕으로 증대시켜서 고상 금속물질 특히 고상철재료를 보다 높은 비율로 용융시키는 것을 가능하게 하는 것이다.

이 목적은 특허청구의 범위 1항과 17항의 특징부에 의해서 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예는 기타 다른 특허청구의 범위에 청구되어 있다.

본 발명의 다음 개념에 근거한다.

열에너지를 공급하기 위해 도가니로에 도입되는 탄소는 용융욕에서 가능한 한 완전하게 분해되어야 한다. 즉 이것은 용융욕에서 에너지를 직접 변환시키기 위하여 언더-배쓰노즐 또는 용융욕의 표면으로 향하는 랜스 또는 노즐을 통해서 용융금속욕으로 취입되는 산소로써 Fe₃C로 변환되어, 이로써 석탄을 보다 잘 이용할 수 있게 된다. 용융욕에서 탄소의 분해는 용융욕중의 탄소함량, 용융욕의 온도, 용융물질과 접촉하게 되는 석탄의 온도 및 석탄-용융물질의 접촉시간에 특히 종속적이다.

상온의 석탄이 언더-배쓰 노즐을 통해서 캐리어가스에 의해 용강속으로 분사되면, 높은 온도와 용융욕중의 낮은 탄소함량에서라도 즉 철-탄소다이아그램으로 판단하건대 탄소가 급속히 분해되리라고 예상되는 조건하에서라도 탄소가 캐리어 가스와 함께 가속된 속도로 상향으로 이동됨에 따라서 분출된 탄소의 일부분만이 분해된다. 그래서 용융욕중에서의 짧은 잔류시간동안 탄소가 유통하는 영역에서 용융욕은 국부적으로 심하게 냉각되고, 용융욕중의 탄소함량은 그 지점에서 증대되며 즉 탄소가 유통하는 영역에서의 용해도는 감소된다. 그 결과 석탄의 많은 부분이 철과 반응하지 않으면서 용융욕에 잔류하게 된다.

본 발명에 따르면, 도가니로에 장입되는 박판용기에 위치된 탄소는 용융금속과 즉시 접촉하지 않고 당해 판금용기가 용융되었을때만 용융금속과 접촉하게 된다. 판금재료와 그것의 판두께를 선택함으로써, 산소를 분사하기 시작한 후에 탄소가 용융욕과 접촉되는 시간을 제어하는 것이 가능하므로, 그 결과 용융욕에서 탄소의 양호한 용해도를 위한 용융욕의 조건 즉 충분히 낮은 탄소함량과 충분히 높은 온도의 조건을 제어할 수 있게 된다. 그러나, 동시에 판금용기가 용융될 때까지 용기내의 탄소는 거의 판금용기의 용융온도까지 가열되므로, 그것이 원하는 분해조건을 나타내는 용융욕과 접촉하게 될때, 그것의 온도는 용융욕의 온도에 근접하게 되어 그 위치에서 냉각효과를 발생시키지 않게 된다. 이러한 사실은 예컨대 탄소가 강철속에서 분해될 때, 당해온도에서 탄소의 비열용량이 용융된 강철욕의 약 두배이기 때문에 중요하다.

결국, 석탄의 분사에 대비하여 본 발명의 방법에서는 석탄과 용융금속간의 접촉시간이 가스로 인한 상향-상승 보우얀시(bouyancy)효과가 제거됨에 따라서 용기가 용융된 후에 충분히 증대되고, 탄소의 조각 또는 입자는 도가니로의 저부부터 욕의 표면까지의 긴 거리에 걸쳐있게 되므로 거기에 부하를 가하는 강철 고철에 의해 하방으로 눌려진다.

석탄이 용융금속과 접촉하게 될 때, 그것에 수분이 없도록하는 것을 보장하는 것이 필요하다. 밀봉된 판금용기가 사용되었다면, 그것은 습기를 함유하지 않아야 한다. 통기성 판금용기를 사용할 경우 적어도 수증기와 보우얀시 효과를 증대시키는 기타 다른 휘발성 구성물질을 가능한 한 멀리 배출시키기 위하여 이 용기는 용융욕속에 침지되기전에 예열되어야 한다. 그러므로 이것은 적어도 100℃를 초과하는 온도까지 예열되어야 한다. 이 예열작업은 도가니로에 용융금속이 없는 한 도가니로 그 자체에서 수행할 수도 있고 또는 이 작업은 별도의 용기 즉 장입물예열기에서 실행될 수도 있다. 도가니로의 내부나 또는 외부에서 보다 높은 온도까지 예열할 때, 용융금속물질에는 고상탄소의 반응의 화학적 열뿐만 아니라 현열도 공급되는데, 이러한 것은 석탄의 높은 비열용량에 고려할 때 용융금속과 대비하여 특히 유리하다. 탄소를 내장하는 판금용기는 앞서의 용련공정중에 도가니로부터의 고온 폐가스가 통과되는 장입물예열기에서 도가니로에 도입되기 전에 가열된다.

특히 언더-배쓰 노즐을 사용할 때, 장입 작업중에 이 용기가 산소노즐의 전면에 직접 높이지 않도록 주의하여야 한다고 판단된다. 그렇지 않으면 그것은 노즐을 통해서 분사된 산소로 인하여 조기에 용융될 수 있기 때문이다. 그러므로 저부취입전로의 경우에 산소노즐은 한쪽에 배치되거나 또는 한쪽에서 작동되어야 한다. 탄소내장용기는 산소의 분사류가 직접 작용하는 영역에서 떨어진 위치로 전로내로 장입되어야 한다.

판금용기의 판두께와 사용된 재질을 선택함으로써 산소분사 작업을 개시한 후에 탄소가 용융욕과 접촉하는 시간을 제어할 수 있으므로, 용융금속욕에서 석탄을 분해하기 위한 과정이 원하는 방식으로 일어나게 하기 위하여 상이한 탄소함량을 구비한 강철시이트와 같은 상이한 용융온도의 재료로 구성되는 판금용기와 다른 판두께와 부수적으로 다른 크기의 판금용기를 사용하는 것은 장입에 대하여 유리하다.

용융금속욕에 열에너지를 공급하기 위한 방법은 한 스테이지 또는 다중 스테이지의 형태로 LD-전로, 저부취입전로, 지멘스-마틴로, 전기아아크로 또는 용융금속욕속으로 산소가 분사되는 기타 용융도가니로 또는 용기에서 특정 조건을 고려하면서 사용될 수 있다. 그러나 1986년 10월 발행 학술잡지 MBM의 47 내지 51페이지에 기술된 것과 같은 EOF-방법으로서 공지된 것과 관련하여 사용하기에 특히 적당하다.

지금부터 본 발명을 두 도면과 관련하여 실시예에 의해 보다 상세히 기술한다.

제1도에는 그위에 장입물예열기(2)를 갖춘 용융도가니로 또는 용기(1)이 도시되어 있다. 도가니로(1)는 용융철욕(3)을 수용한다. 용융욕의 액면은 4로 표시되어 있다. 이 욕의 표면(4)의 아래에는 언더-배쓰노즐(5)이 산소를 분사하기 위해 도가니로(1)내에 개구되어 있는 한편 솔리드 노즐(6)을 캐리어 가스에 의해서 분말화된 석탄 또는 첨가제와 같은 고상물질을 분사하기 위해 도가니로(1)내에 유사하게 개구되어 있다. 또한 노즐(7)이 열교환기(8)에서 예열되어 링 도관(9)을 경유해서 공급될 수 있는 공기와 링도관(10)을 경유해서 도입될 수 있는 산소를 분사하기 위하여 욕의 표면(4) 위에서 도가니로(1)내에 개구되어 있다. 버너(11)도 욕의 표면(4) 상방에 설치되어 있다. 슬라이더 형태의 탭핑 장치(12)가 도가니로(1)의 저부에 배설되어 있다.

장입물예열기(2)는 수평적으로 이동할 수 있는 커버(3)에 의해 최상부에서 폐쇄될 수 있는 용기 형태이다. 이 용기는 그리드부(14,15 및 16)에 의해 상호 중첩되는 관계로 배치된 세개의 예열부(17,18 및 19)로 분할되어 있다. 이 그리드부는 이것들이 용기의 내부로 돌출해 있는 폐쇄위치(도시된 위치)와 용기의 내부로부터 퇴출되어 있는 개방위치사이를 작동장치에 의해서 이동가능하다. 장입물은 예열부에 수용되고 화살표 21로 표시된 것처럼 도가니로(1)에서 유래하는 고온 폐가스는 유입되어 그것을 가열한다. 장입물(20)은 욕으로 용융될 강철스크랩과 같은 고상철재료로 실질적으로 이루어진다. 석탄으로 충전된 강철판 용기(22)는 개개의 예열부에서 고상철재료 밑에 배치된다.

제2도는 이와 같은 강철판 용기(22)에 관한 확대단면도이다. 강철관 케이싱은 부재번호 23으로 표시되어 있고 실질적으로 입상 석탄으로 이루어지는 그것의 함유물은 부재번호 24로 표시되어 있다. 이 종류의 구성 요소는 예컨대 아마도 타르 또는 당밀과 같은 유기결합제로써 혼합된 입상의 석탄으로 강철관을 충전시키고 함께 스퀴즈시켜서 원하는 길이의 탄소충전 판금용기를 만들기 위해 이 강철관을 절단함으로써 생산될 수 있다. 이와 관련하여 각각의 용기의 양단에서의 폐쇄부는 통기성이 있어야 한다. 그래서 상술한 것처럼 포장된 고형석탄이 가열될 때, 가스 특히 습기가 방출될 수 있다. 특별한 가스입구가 강철판 케이싱에 구비되는 것이 가능하다. 포장된 고형석탄에도 페로실리콘과 같은 합금첨가제가 함유될 수 있다.

이하 제1도에 도시된 장치를 사용해서 작업과정을 실시예에 의해서 기술한다.

약 1670℃의 탭핑온도에서 도가니로에 형성된 용융강철욕을 탭핑한 후에, 탄소함량이 4%인 1250℃의 액상 선철을 도가니로내로 도입한다. 이때, 가장 낮은 예열부(17)의 함유물은 그리드부(14)를 예열기밖으로 이동시킴으로써 도가니로(1)내로 장입되어, 장입물은 스크랩 예열기(2)와 도가니로(1) 사이에서의 수축부에 의해서 도가니로(1)의 중간부분에 원추형 퇴적더미로 수용된다. 입상의 석탄으로 충전된 강철판 용기(22)는 그것들의 최상부에 놓은 고상철채료에 의해 용융선철내로 압압된다. 용융선철은 도가니로의 가장자리로 가압되어 산소노즐이 용융욕에 의해 덮힌다. 예열부(17)로부터의 장입물은 앞서의 용련공정에서 850℃이상의 온도로 가열되었다.

그리드부(14)가 예열기내로 이동된 후에, 그리드부(15와 16)는 장입물을 예열부(18과 19)로부터 각각의 예열부로 이송하기 위하여 연속적으로 왕복운동하게 된다. 그 다음, 커버(13)를 제거한 후, 강철판 용기(22)가 고상철재료 밑에 도입되었던 장입 바스켓의 내용물은 최상의 예열부(19)로 장입된다. 도가니로가 커버(13)로 닫힌 후에, 언더-배쓰노즐(5)을 통해 산소를 분사하는 작업이 시작된다. 용융선철에서 분해되는 탄소가 연소함으로써 용융욕의 온도가 증대되고 용융물중의 탄소함량이 감소된다. 이러한 것이 일어날 때, 용융물과 접촉하고 있거나 접촉하게 되는 강철판 용기도 대응적으로 가열된다. 약 1530℃의 온도에서 용기(22)의 강철판 케이싱은 용융되고 고상탄소는 욕중에서 분해된다. 탄소는 온도가 높고 용융욕중의 탄소의 함량이 낮기 때문에 매우 신속히 분해한다. 장입물예열기에서 예열처리를 받을 때 가스가 이미 제거되어 용융물과 접촉하게 되는 석탄은 거기에 부하를 가하는 고상철재료로 인하여 용융욕속으로 압압되므로, 탄소의 높은 분해 속도와 탄소가 욕중에서 거치는 비교적 긴 경로와 관련하여, 탄소가 사용되지 않고 욕바깥으로 상향으로 이탈되는 위험이 없게 된다.

용융욕으로부터의 CO-함유 폐가스는 산소로 부화될 수 있고 노즐(7)을 통해서 공급되는 예열된 공기에 의해서 이 방법에 대한 연료에 함유된 에너지를 충분히 사용하기 위해 후-연소처리를 받는다. 이 고온 폐가스는 예열부의 장입물을 850℃ 이상으로 가열한다.

열교환기(8)를 떠난 후의 폐가스의 온도는 200℃ 이하이다.

산소를 분사하는 조업중에, 분말화된 석탄과 같은 추가적인 고상물질이 단기간온도 제어 또는 분석보정을 위해 솔리드 노즐(6)을 통해서 도입될 수 있다. 버너(11)는 추가적인 열에너지를 공급하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (25)

1. 고상탄소와 강철스크랩인 용융될 고상 금속물질을 용융금속욕을 수용하는 용융도가니로로 도입하고 산소를 도가니로에 장입되어지는 용융금속욕속으로 또는 도가니로에 잔류하는 잔류 용융금속속으로 노즐 및/또는 랜스를 통해서 취입하는, 용융금속욕속으로 열에너지를 공급하기 위한 방법에 있어서, 탄소를 판금용기내에 위치된 상태로 도가니로내로 장입하고 이 경우에 이 판금 재료를 그것의 융점이 상기 금속물질이 용융되는 온도범위에 있도록 선택하고, 산소를 분사할 때 이 판금용기를 그 위에 놓이는 고상금속물질에 의해 용융금속욕속으로 하향으로 누르는 것을 특징으로 하는 용융금속욕속으로 열에너지를 공급하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 판금용기는 통기성이 있는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄소를 내장하고 있는 판금용기(탄소내장판금용기)를 용융욕속에 침지되기 전에 또는 용융금속으로 덮히기 전에 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 탄소내장판금용기를 100℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 탄소내장판금용기를 판금재료의 연화온도에 근접하는 온도까지 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 탄소내장판금용기를 용융금속으로 덮히기 전에 도가니로내에서 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 탄소내장판금용기를 도가니로에서의 고온 폐가스가 통과되는 장입물 예열기에서 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 탄소내장판금용기를 도가니로의 위에 배치된 장입물 예열기로 장입하고, 용융될 금속물질을 판금용기위로 예열기에 장입하고, 용융금속욕으로부터의 CO함유 폐가스를 장입물 예열기로 통과시키기 전에 후-연소처리를 하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 사용된 금속물질은 철재료이고 용융된 금속은 용융된 철 또는 강인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 판금용기는 고상 탄소에 더하여 합금 첨가제 또는 기타 혼합물을 내장하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 판금용기는 고상 탄소에 더하여 결합제를 내장하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 판금용기의 용적은 0.5 내지 50dm³인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항에 있어서, 판금용기의 두께는 1 내지 2dm인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항에 있어서, 판금용기의 판두께는 0.5 내지 5mm인 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항에 있어서, 판금용기를 양단부가 폐쇄된 관상 부재로 성형하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 탄소함유판금용기를 이것이 용융금속욕으로 분사되는 산소의 직접적인 작용으로부터 떨어지는 방식으로 도가니로내로 장입하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 고상탄소와 강철스크랩인 용융될 고상금속물질을 용융금속욕을 수용하는 용융 도가니로로 도입하고 산소를 도가니로에 장입되어지는 용융금속욕속으로 또는 도가니로에 잔류하는 잔류 용융금속속으로 한 노즐 및/또는 한 랜스를 통해서 취입하는, 용융금속욕속으로 열에너지를 공급하기 위한 방법에 있어서, 탄소를 판금용기내에 위치된 상태로 도가니로내로 장입하고, 판금용기의 완전용융과 판금용기내에 내장된 탄소의 분해개시를 재료의 선택과 가능하게는 판금용기의 판두께의 선택을 통하여 제어하는 것을 특징으로 하는 용융금속욕속으로 열에너지를 공급하기 위한 방법.
18. 제17항에 있어서, 판금용기의 물질을 강으로 구성하고 판금용기의 용융온도를 강의 탄소함량을 통해서 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제17항에 있어서, 탄소의 분해개시와 가능하게는 판금용기의 판두께를 결정하는 상기 물질을 용융금속욕의 원하는 조성을 고려하는 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제17항에 있어서, 다양한 용융점 및 판금의 상이한 판두께를 구비한 물질로 구성되는 판금용기를 장입하는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제18항에 있어서, 판금의 재질과 판금의 판두께를 용융금속욕의 탄소함량이 2중량% 이하에 해당하고 용융금속욕의 온도가 1400℃ 이상에 도달할 때만 판금케이싱이 용융되도록 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제20항에 있어서, 판금의 재질과 판금의 판두께를 용융금속욕의 탄소함량이 1중량% 이하에 해당하고 용융금속욕의 온도가 1500℃ 이상에 도달할 때만 판금 케이싱이 용융되도록 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제17항에 있어서, 판금의 재질과 판금의 판두께를 용융금속욕에서 기결정된 잔류시간 경과후에만 판금케이싱이 용융되도록 선택하는 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제23항에 있어서, 잔류시간이 5분이상인 것을 특징으로 하는 방법.
25. 강관에 유기결합제가 혼입된 입상의 석탄을 충전한 다음, 절단후 양단 폐쇄부에 가스유통구가 남도록 그 관을 소정간격으로 압착하고 절단함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 24항중 어느 한 항에 따른 방법에 사용하기 위한 탄소로 충전된 판금용기.

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