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KR950001909B1 - 금속 및 금속합금을 회수하는 방법 및 장치 - Google Patents

금속 및 금속합금을 회수하는 방법 및 장치 Download PDF

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KR950001909B1
KR950001909B1 KR1019870012075A KR870012075A KR950001909B1 KR 950001909 B1 KR950001909 B1 KR 950001909B1 KR 1019870012075 A KR1019870012075 A KR 1019870012075A KR 870012075 A KR870012075 A KR 870012075A KR 950001909 B1 KR950001909 B1 KR 950001909B1
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gas
oxygen
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오텐쉬래거 에리히
엘. 케플링어 베르너
Original Assignee
뵈스트 알핀 인두스트리안 라겐 바우. 게젤샤프트. 엠. 베. 하
쉬미트 막스밀리안, 쉬타르쳐 베른하트
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Abstract

내용없음.

Description

금속 및 금속합금을 회수하는 방법 및 장치
제1도는 용해가스 발생로와 그 부대설비에 대한 개략도.
제2도는 용해가스 발생로내의 온도곡선.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 용해가스 발생로 5 : 출선구
6 : 출재구 7 : 석탄장입용 장입구
8 : 산소 또는 산소함유 가스용 취입관 9 : 미세입자 산화물 장입재용 취입관
10 : 버어너 12, 17 : 고온 사이클론
19 : 저장고 A : 하부 정적층
B : 중간 정적층 C : 상부 정적층
본 발명은 환원성 가스가 통과하는 석탄층으로 이루어진 환원영역에서 산화 금속을 환원시킴으로써, 금속 또는 금속합금, 특히 철합금을 회수하는 방법 및 그 방법을 수행하기 위해 장치에 관한 것이다.
EP-A-0 174 291에는 산화물인 미세한 입자의 비철광석으로 부터 금속, 즉, 동, 납, 아연, 니켈, 코발트 및 주석을 용해하는 방법이 공개되어 있는데, 여기에서 장입재는 용해가스 발생로의 석탄 유동층에 의하여 형성된 환원영역내로 장입된다. 이 환원영역을 통과할 때, 산화물인 장입재료는 금속으로 환원되고, 이 금속이 용해 가스 발생로의 하부에 모아진다.
EP-A-0 174 291에 따른 방법은 1000℃ 이하의 온도에서 원소탄소와 반응시켜 산화물을 환원시키는데 유리하게 사용되지만, 금속 및 금속합금, 특히 망간철 및 규소철과 같은 철합금을 회수할때는 문제점이 발생한다. 즉, 이들 철합금은 원소탄소를 환원제로 사용하여 단지 1000℃이상의 온도에서만 그것들의 산화물로 부터 회수될 수 있다. 왜냐하면 1000℃ 이하의 온도에서는 산화물 장입재(고온에서 반응함)와 유동층을 형성하는 탄소입자들과의 접촉시간이 비교적 짧기 때문이다.
본 발명은 이러한 단점 및 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 용해가스 발생로에서 미세한 입자의 장입재로 부터 금속 및 금속합금, 특히 망간철, 크롬철 및 규소철과 같은 철합금을 제조할 수 있는 , 앞서 언급한 종류의 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 여기서, 금속은 산소와의 아주 높은 친화력을 가져서 1000℃ 이상에서만 원소탄소와 반응한다.
본 발명은 서두에 언급한 방법으로서, 석탄층을 3개의 정적층(static bed layer)으로 형성함으로써 그 목적이 달성된다. 3개의 정적층은 환원된 금속 및 슬래그의 용탕을 덮는, 탈가스된 석탄의 하부 정적층과, CO로 이루어진 고온의 환원성 가스를 형성하기 위하여 산소 또는 산소함유가스가 도입되고 이보다 위로 떨어져서 미세입자 산화물 장입재가 도입되는 중간 정적층과, 그리고 탄소입자들의 연소가스 및 산소와 산소 함유가스중 어느 하나의 가스가 도입되는 상부 정적층으로 구성된다.
바람직하게도, 최대 6mm의 결정입도를 갖는 미세한 입자의 산화물 장입재가 사용된다.
정적층을 형성하기 위하여, 5 내지 100mm, 바람직하게는 5 내지 30mm의 결정입도를 갖는 적절한 석탄이 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 중간층 및 상부층의 두께는 1 내지 4m범위내에서 유지된다.
본 발명에 따른 방법의 또하나의 실시예는 환원영역을 지나는 폐가스로 부터 분진상의 탄소입자가 분리되고, 바람직하게는 고온상태인 이들 탄소입자가 산소 또는 산소함유가스와 함께 ,상부 정적층을 지향하고 있는 버어너에 공급된다는 점에 특징이 있다.
탄소입자가 제거된 폐가스는 미세입자의 산화물 장입재용 운반매체로서 사용된다.
석탄, 특히 탈가스후 괴상을 유지하는 석탄이 사용되기 때문에, 5 내지 100mm, 바람직하게는 5 내지 30mm의 결정입도 범위가 사용된다면, 탈가스후 형성된 탈가스 석탄의 적어도 50%는 5 내지 100mm, 또는 5 내지 30mm의 최초의 결정입도 범위로 존재하고, 나머지는 이보다 작은 입자로서 존재한다.
본 발명에 따른 방법은 화석 에너지로 가열된 용광로에서의 역류 열교환과 같은 환원공정, 귀금속이 아닌 금속의 산화물을 환원하는데 필요한 야금학적 반응(정적층에서 원소탄소와 반응함) 및 금속과 슬래그의 우수한 분리와 같은 모든 공지된 장점이 유지된다는 잇점을 제공한다. 석탄의 탈가스 또는 코크스화는 타르 및 다른 응축가능한 화합물의 형성없이 수행될 수 있다. 석탄의 탈가스 동안에 생기는 가스는 탈가스 석탄의 가스화로 부터 생긴 환원성 가스에 부가하여 환원제로서 작용한다.
특정한 실시예에 따르면, 장입된 산화물 재료는 철합금을 제조할 때 특히 유리한 환원단계에서 예비환원 될 수 있고 , 장입된 재료중 산화철 부분은 이러한 예비환원의 영향을 받기 쉽다.
본 발명에 따른 방법의 특별한 장접은 규소, 크롬, 망간과 같은 비귀금속 원소의 산화물 환원이 전기에너지를 사용하지 않고 이루어 질 수 있다는 것이다. 본 발명에 따른 방법에서, 석탄을 탈가스하는데 필요한 에너지는 간단한 방식으로 조절된다. 왜냐하면, 작은(5mm이하) 크기의 입자는 용해가스 발생로의 고온 폐가스와 함께 배출분리되고, 산소함유가스의 상부 취입영역으로 되돌아와서 산소함유 가스에 의하여 산화되어 열을 방출하기 때문이다.
입자 열분해거동은 16내지 20mm결정입도의 석탄입자를 1400℃로 예열된 챔버내에서 1시간동안 탈가스화 하여 시험한다. 챔버의 용적은 12dm3이다. 차가운 불활성가스를 분출시켜서 냉각한 후에 입자분포를 결정한다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치로 이루어진다. 본 발명의 장치는 내화성 라이닝을 갖춘 립로형 용해가스 발생로로 구성된다. 이 용해 가스 발생로의 상부에는 석탄을 도입하기 위한 장입구 및 가스 배출관을 설치하였고, 용해가스 발생로의 측벽에는 탄소입자 및 산소 또는 산소함유가스 취입관을 설치하였다. 용해가스 발생로내에는 용해금속 및 액체 슬래그를 수집하기 위한 하부영역이 제공된다. 본 발명의 장치에서는 용해가스 발생로내에 3개의 중첩된 적층된 A, B, C가 제공되고, 하부 정적층(A)과 중간 정적층(B) 사이의 구역에 산소 또는 산소함유가스용 취입관이 링 형태로 설치되며, 상기 취입관으로 부터 윗쪽으로 떨어진 위치에 미세입자 산화물 장입재용 취입관이 링 형태로 설치되고, 상기 산화물 장입재용 취입관으로 부터 윗쪽으로 떨어진 위치에서 중간 정적층(B)과 상부 정적층(C) 사이의 구역에 탄소입자 및 산소 또는 산소함유가스가 장입된 버어너가 링 형태로 설치됨을 특징으로 한다.
폐가스로 부터 탄소입자를 분리하기 위한 고온 사이클론이 가스배출관에 구비되고, 이 고온 사이클론의 배출단부는 링 형태의 버어너와 유체 연통됨이 바람직하다.
특정한 실시예에 따르면, 또하나의 고온 사이클론이 상기 고온 사이클론과 유체연결되며, 산화물 장입재료를 위한 장입장치가 두개의 고온 사이클론 연결관내로 들어오고, 상기 또하나의 고온 사이클론의 배출단부는 운반관에 의하여 산화물 장입재료용 취입관과 연결된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
직립로형 용해가스 발생로(1)는 내화성 라이닝(2)을 가진다. 용해가스 발생로의 하부 영역은 용해금속(3) 및 용해 슬래그(4)를 수용하는 역할을 한다. 용해 금속용출선구는(5)로 표시하고, 용해 슬래그용 출재구는 (6)으로 표시한다. 용해 가스 발생로의 상부에는 괴상석탄장입용 장입구(7)가 갖추어진다. 액체상태인 용해 금속(3)과 용해 슬래그(4) 위에는 정적석탄층이 형성된다. 즉, 가스가 통하지 않는 탈가스 석탄의 하부 정적층(A), 가스가 통하는 탈가스된 석탄의 중첩 가스관통 중간 정적층(B) 및 석탄입자의 중첩 상부 정적층(C)이 형성된다.
용해가스 발생로(1)의 측벽은 취입관, 즉 산소 또는 산소함유가스를 도입하기 위한 링 형태의 취입관(8)에 의하여 관통된다. 이들 관은 가스가 통하지 않는 하부 정적층(A)과 중간 정적층(B) 사이의 경계구역에 배열된다. 상기 경계구역으로 부터 윗쪽으로 떨이진 위치, 즉 중간 정적층(B)의 상부 중간 지점에는 노즐 형상의 취입관(9)이 설치된다. 이 취입관을 통해서, 미세입자 산화물 장입재료가 중간 정적층(B)내로 취입된다.
상기 노즐형상의 취입관으로 부터 윗쪽으로 떨어진 위치에, 즉 중간 정적층(B)과 상부 정적층(C) 사이의 경계구역에는 용해가스 발생로(1)의 측벽을 관통하여 버어너(10)가 일 형태로 설치된다. 이 버어너를 통해서 분진상 탄소입자 및 산소 또는 산소함유가스와의 혼합물이 도입된다. 용해가스 발생로(1)에서 형성된 폐가스는 용해가스 발생로의 상부로 부터 고온 사이클론(12)으로 연결된 가스 배출관(11)을 통해서 고온 사이클론(12)으로 운반된다.
폐가스내에 부유된 분진상의 탄소입자들은 고온 사이클론(12)내에서 분리되어 도우징 수단(13)이 구비된 고온 사이클론(12)의 배출단부로 부터 관(14)을 거쳐서 버어너(10)에 공급된다. 버어너(10)에 이르는 산소함유가스용 관은(15)로 표시된다. 도우징 수단(13)에 의하여 고온 사이클론(12)의 충전정도가 조절될 수 있고, 고온 사이클론(12)의 분리효과가 영향을 받을 수 있다.
고온 사이클론(12)의 상부로 부터 시작된 관(1)은 또하나의 고온 싸이클론(17)으로 연결된다. 연결관(16)에 장입장치(18)가 설치되는데, 이 장입장치는 미세입자 산화물 장입재료를 담고 있는 저장고(19)에 의하여 충전된다. 관(16)을 통해서 유동하는 가스는 운반매체로서 역할을 한다. 미세입자의 산화물 장입재는 고온 사이클론(17)의 배출단부를 통해서 운반관(20)으로 배출되고, 관(21)을 거쳐서 취입관(9)에 공급된다.
고온 사이클론(17)의 상단부에 구비된 관(22)을 통해서 과도한 량의 폐가스가 배출된다. 과도한 량의 폐가스는 냉각압축되고, 관(23)을 거쳐서 운반매체로서 관(21)내로 취입된다.
본 발명에 따른 방법은 용해가스 발생로(1)의 상부로 장입된 석탄이 상부 정적층(C)에서 탈가스되도록 바람직하게 수행된다. 탈가스에 필요한 열은, 한편으로 중간 정적층(B)으로 부터 생기는 고온 환원성 가스에 의해서 제공되며, 다른 한편으로는 버어너(10)내에서 고체 탄소입자가 산소함유가스에 의하여 연소될 때 발생하는 연소열에 의하여 제공된다. 상부 정적층(C)의 수직범위(vertical extension)는 상부 정적층(C)을 떠나는 가스가 950℃의 최소온도를 가지도록 선택된다. 이에의해, 타르 및 다른 응축가능한 화합물의 (열)분해가 보장된다. 그러므로, 상부 정적층(C)의 불가능하게 된다. 실제로, 상부 정적층(C)은 1 내지 4m의 두께를 갖는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 또한, 1 내지 4m 층두께 (즉, 수직범위)는 중간 정적층(B)에 대하여도 바람직하다. 상부 정적층(C)에서 탈가된 석탄은 가라앉으면서 중간 정적층(B)을 형성한다.
미세입자 산화물 장입재는 또 하나의 고온 사이클론(17)내의 미세분진 및 고온의 환원성 가스에 의하여 예비 환원되고, 가스로 부터 재분리된다. 고온의 환원성 가스에 미세입자 탄소함유 분진을 함유시키는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 왜냐하면, C0를 형성하는 환원반응에서, 탄소가 이미 형성된 CO2와 반응하여 CO를 형성함으로써, 용해 가스 발생로(1)로 부터 나오는 고온가스는 계속적으로 강환원성을 유지하기 때문이다. 미세분진으로 예비 환원된 후에 분리된 미세입자 산화물 장입재료는 중간 정적층(B)에서 용해ㅑ되고 원소탄소에 의하여 환원된다. 용해 및 환원에 필요한 열은 취입관(8)을 거쳐서 용해가스 발생로로 도입된 산소함유가스에 의하여 고온의 탈가스 석탄을 가스화함으로써 얻어진다. 중간 정적층(B)내에 형성되는 용해 금속 및 용해 슬래그는 아랫방향으로 흘러서 수집되고 하부 정적층(A) 아래로 출탕된다.
제2도는 용해가스 발생로(1)의 높이에 대한 온도변화를 나타내는데, 높이조건을 세로축상에, 온도를 가로축상에 표시하였다. 실선은 장입석탄의 온도변화를 나타내고, 점선은 형성가스의 온도변화를 나타낸다. 높이 8은 링 형태의 취입관(8)을 나타내고, 높이 9는 미세입자 산화물 장입재(광석)용 취입관(9)의 높이를 나타내며, 높이 10은 버어너(10)를 통하여 재순환하는 탄소입자를 나타내고, 높이 24는 정적층 상한지(24)이고, 높이 11은 가스배출관(11) 및 석탄용 장입구(7)를 각각 나타낸다.
[실시예]
1. 광석, 결정입도 : 0-10mm(미세광), 약 42%의 Mn을 함유하는 망간광, 분석치 : Fe : 5.7%, MnO : 53.2%, CaO : 11.8%, CO2:17.9%, MgO : 2.2%, H2O :1.5%, SiO2: 5.2%, Al2O3 :0.1%.
2. 석탄
중간 휘발성, 역청탄 함유율 약 61% 고정탄소, 25% 휘발성분, 10% 재, 4% H2O , 입자범위 : 1-40mmø, 장입물 : 망간철 75% 톤당, 1750kg 석탄
3. 망간철 분석치 : Mn :75%, C : 7%, Si :0.8%, S : 0.02%
4. O2사용량 : 망간철 1톤당 950Nm3
5. 가스 사용량 : Nm3당 약 2,000cal의 순칼로리 값 n,c,v를 갖는 망간철 1 톤당 3,200Nm3

Claims (11)

  1. 환원성 가스가 통과하는 석탄층으로 이루어진 환원영역에서 금속 산화물을 환원시킴으로써 금속 및 금속합금을 회수하는 방법으로서, 환원된 액상의 용해금속 및 용해 슬래그를 덮는 탈가스 석탄층인 하부 정적층, 중간 정적층 및 상부 정적층으로 구성된 3개의 정적 석탄층을 제공하는 낟계와, 일산화탄소(CO)로 이루어진 고온의 환원성 가스를 형성하기 위해서 상기 중간 정적층내로 산소와 산소함유가스중 어느 하나의 가스를 도입하는 단계와, 산소와 산소함유 가스중 어느 하나의 가스 및 탄소 입자들의 연소가스를 상기 상부 정적층내로 도입하는 단계와, 그리고 환원된 액상의 용해금속 및 용해 슬래그를 형성하도록 상기 중간 정적층내로 산소와 산소함유가스중 어느 하나의 가스를 도입하는 높이 윗쪽으로 소정의 거리만큼 떨어진 위치에서 미세입자의 산화물 장입재를 도입하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미세입자의 산화물 장입재가 최대 6mm의 결정입도를 가지는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 3개의 정적 석탄층이, 5 내지 100mm의 결정입도를 갖는 석탄으로 형성되는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 석탄이 5 내지 30mm의 결정입도를 갖는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중간 정적층 및 상기 상부 정적층의 두께가 1 내지 4m의 범위에서 유지되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 중간 정적층과 상기 상부 정적층에서 형성된 폐가스가 상기 환원영역을 구성하는 상기 중간 정적층과 상기 상부 정적층을 통과하여 외부로 배출되는 단계와, 상기 폐가스로 부터 분진상의 탄소입자들을 분리시키는 단계와, 산소와 산소함유가스중 어느 하나의 가스와 함께 상기 탄소입자들을 상기 상부 적정층을 지향하고 있는 버어너로 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 분리된 상기 탄소입자들은 고온상태로 상기 버어너로 도입되는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 탄소입자로 부터 제거된 폐가스를 미세입자의 산화물 장입재용 운반매체로서 사용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 환원성 가스가 통과하는 석탄층으로 이루어진 환원영역에서 금속 산화물을 환원시킴으로써 금속 및 금속합금을 회수하는 장치로서, 환원된 액상의 용해금속(3)과 용해 슬래그(4)를 덮는 탈가스 석탄층인 하부 정적층(A), 중간 정적층(B) 및 상부 정적층(C)으로 이루어진 3개의 중첩된 정적 석탄층이 내부에 형성되어 있고, 괴상의 석탄장입용 장입구(7), 일산화탄소(CO)로 이루어진 고온의 환원성 가스를 형성하기 위하여 산소와 산소함유 가스중 어느 하나의 가스를 도입하도록 상기 하부 정적층(A)과 상기 중간 정적(B) 사이에 링 형태로 배치된 취입관(8), 미세입자의 산화물 장입재를 도입하도록 상기 취입관(8)으로 부터 소정의 거리만큼 윗쪽으로 떨어져서 링 형태로 배치된 취입관(9), 및 산소와 산소함유가스중 어느 하나의 가스 및 탄소입자들을 도입하도록 상기 중간 정적층(C) 사이에 링 형태로 배치된 버어너(10)가 구비되어 있는 , 내화성 라이닝을 갖춘 직립로형 용해 가스 발생로(1)와, 상기 용해가스 발생로 (1)내에서 형성된 폐가스를 배출시키기 위하여 상기 용해 가스 발생로(1)의 상부로 부터 외부로 연장된 배출관(11)과, 그리고 산소와 산소함유 가스 중 어느 하나의 가스 및 탄소입자들을 상기 용해가스 발생로(1)내로 도입하기 위하여 상기 버어너(10)에 연결된 공급관(14,15)을 포함하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 폐가스로 부터 탄소입자들을 분리하기 위하여 상기 가스배출관에 제공되고 배출단부를 갖추고 있는 고온 사이클론 및, 상기 고온 사이클론의 상기 배출단부와 상기 버어너를 유체연결시키는 수단을 포함하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 배출단부를 갖춘 추가의 고온 사이클론과, 상기 고온 사이클론과 상기 추가의 고온 사이클론을 유체 연결시키는 연결관과, 상기 연결관으로 들어오는, 산화물 장입재용 장입수단과, 그리고 상기 추가의 고온 사이클론의 상기 배출단부와 미세입자의 산화물 장입재용 취입관을 연결시키는 운반관을 더 포함하는 장치.
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