KR100625921B1 - 직접 용융 공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 공급 물질을 직접 용융시키는 공정에 관한 것이다. 이러한 공정은 금속 공급 물질을 부분적으로 환원시키고 예비환원 용기내에서 석탄을 충분히 비활성화시키고 부분적으로 환원된 금속 공급 물질 및 목탄을 제조하는 단계를 포함한다. 이러한 공정은 또한 목탄을 에너지원 및 환원제로서 사용함으로써, 직접 용용 용기내에서 부분적으로 환원된 금속 공급 물질을 용융 금속으로 환원시키고 직접 용용 공정에서 제조된 반응 가스를 예열된 공기 또는 산소 농축 공기를 70%이상의 후연소 레벨로 후연소시킴으로써 직접 용융 반응에 필요한 열을 발생시키고 금속을 용융 상태로 유지하게 된다.

Description

직접 용융 공정{A Direct Smelting Process}
본 발명은 용융 욕(molten bath)을 포함하는 야금용 용기내에서 광물, 부분적으로 환원된 광물 및 금속함유 폐기물(metal-containing waste stream)과 같은 금속공급 물질(metalliferous feed material)로부터 용융금속(이 용어는 금속합금을 포함함), 특히 반드시 제한되는 것은 아니지만 철을 제조하는 공정에 관한 것이다.
본 발명은 특히 금속공급 물질로부터 용융금속을 제조하기 위한 용융금속 욕에 기초한 직접 용융 공정에 관한 것이다.
금속공급 물질로부터 용융금속을 직접 제조하는 공정은 일반적으로 "직접 용융 공정"이라고 일컬어진다.
일반적으로 로멜트(Romelt) 공정이라고 일컬어지는 직접 용융 공정은 상부에 추가된(top-charged) 금속 산화물을 금속으로 용융하고, 가스반응 생성물을 후연소시키고 금속 산화물을 계속하여 용융하는 데 필요한 열을 전달하기 위하여 큰 부피의 충분히 교반된(highly agitated) 슬래그 욕을 매체로서 사용하는 것에 기초한 다.
로멜트 공정은 산소농축 공기 및 산소를 하부 송풍구를 통하여 슬래그에 주입함으로써, 슬래그 교반 및 슬래그로의 산소주입을 상부 송풍구를 통하여 제공하고 후연소를 촉진시킬수 있다.
로멜트 공정에서 금속층은 중요한 반응 매체가 아니다.
슬래그에 기초한 다른 공지된 직접 용융 공정은 일반적으로 딥 슬래그 (deep slag)공정이라고 일컬어진다. DIOS 및 AISI 공정과 같은 이러한 공정은 주입된 산소와 반응가스를 후연소시키기 위한 상부 영역, 금속에 금속 산화물을 용융시키기 위한 하부 영역 및 상부 영역과 하부 영역을 분리시키기 위한 중간 영역의 3개 영역과 슬래그의 심층(deep layer)을 형성시키는 것에 기초한다. 로멜트 공정에서 처럼, 슬래그층 아래의 금속층은 중요한 반응매체가 아니다.
용융 금속층을 반응매체로서 사용하고 HI용융 공정(HI smelt process)이라 일컬어지는 다른 공지된 직접 용융 공정은 본원 출원인에 의하여 출원된 국제 출원 PCT/AU96/00197(WO96/31627)에 개시되어 있다.
상기 국제출원에 개시된 HI용융 공정은:
(a) 용기내에 금속층 및 금속층위의 슬래그층을 갖는 용융 욕을 형성하는 단계;
(b) (i) 금속공급 물질, 일반적으로 금속 산화물, 및
(ii) 금속 산화물의 환원제로서 그리고 에너지원으로서 기능하는 고체 탄소성 물질, 일반적으로 석탄을 욕에 주입하는 단계;
(c) 금속 공급 물질을 금속층내의 금속에 용융시키는 단계를 포함한다.
HI용융 공정은 또한 욕으로부터 방출된 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)와 같은 반응가스를 욕위의 공간에서 산소함유 가스와 함께 후연소시키는 단계 및 후연소에 의하여 발생된 열을 욕에 전달함으로써 금속 공급 물질을 용융하기 위해 필요한 열에너지를 제공하는 단계를 포함한다.
HI용융 공정은 욕의 공칭정지표면(nominal quiescent surface)위에 전이대를 형성하는 단계를 포함하는 데, 전이대에는 용융 금속 및/또는 슬래그의 상승후 하강하는 방울(droplet), 튐(splash) 또는 기류(stream)가 존재하고 이들은 욕위에서 반응가스를 후연소시킴으로서 발생한 열에너지를 욕에 전달하기 위한 효과적인 매체를 제공한다.
본 발명의 목적은 개량된 직접 용융 공정을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면 금속 공급 물질을 직접 용융시키기 위한 공정이 제공되는 데 이러한 공정은:
(a) 금속 공급 물질 및 석탄을 예비환원 용기에 공급하는 단계;
(b) 예비환원 용기내에서 금속 공급 물질을 부분적으로 환원시키고 석탄을 충분히 비휘발성화(devolitilizing)시킴으로서 부분적으로 환원된 금속 공급 물질 및 목탄(char)을 제조하는 단계;
(c) 단계 (b)에서 제조된 부분적으로 환원된 금속 공급 물질 및 목탄을 직접 용융용기에 공급하는 단계;
(d) 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 직접 용융 용기에 공급하는 단계; 및
(e) 목탄을 에너지원 및 환원제로서 사용함으로서 부분적으로 환원된 금속 공급 물질을 직접 용융 용기내의 용융 금속에 직접 용융시키고, 직접 용융 공정에서 제조된 반응가스를 예열된 공기 또는 산소농축 공기와 함께 70%이상의 후연소 레벨로 후연소시킴으로서 직접 용융 반응에 필요한 열을 발생시키고 금속을 용융상태로 유지하는 단계를 포함한다.
공정은 반드시 제한되는 것은 아니지만 특히 중 및 고 휘발성 석탄과 관련된다. 중 휘발성 석탄(medium volatile coal)은 20-30 중량%의 휘발성물질을 포함하는 석탄을 의미한다. 고 휘발성 석탄은 30 중량%의 이상의 휘발성물질을 포함하는 석탄을 의미한다.
중 및 고 휘발성 석탄의 경우에 있어, 본 발명의 기초는 가열된 공기 또는 산소 농축 공기를 후연소를 위한 산소함유 가스로 사용함으로서, 석탄을 직접 용융 용기에 도입하기 전에 이러한 석탄 타입을 충분히 비휘발성화시킴으로서 70% 또는 그 이상의 후연소레벨에서 직접 용융 공정을 경제적으로 작동시키는 것이다.
바람직하게 단계 (b)는 65%이하의 예비환원도를 갖는 부분적으로 환원된 금속 공급 물질을 제공한다.
바람직하게 산소 농축 공기의 산소농도는 50 체적 % 이하이다.
용어 "충분한 비휘발성화"는 석탄으로부터 적어도 70 중량%의 휘발성물질을 제거하는 것을 의미한다.
용어 "후연소"는
Figure 112001001590617-pct00001
로 정의되고,
여기서,
[CO2]는 오프가스(off-gas)내의 CO2의 제적%
[H2O]는 오프가스 내의 H2O의 체적%
[CO]는 오프가스 내의 CO의 체적%
[H2]는 오프가스 내의 H2의 체적%이다.
용어 "오프가스"는 용융 반응 및 후연소에 의하여 발생되는 가스를 의미하는 것으로 천연가스와 같은 추가적인 탄소성 공급 물질을 그러한 가스내에 선택적으로 추가하기 전의 상태를 말한다.
바람직하게 단계 (d)에 대한 공기 또는 산소농축 공기를 800-1400℃범위의 온도로 예열하고 단계 (d)에서 이러한 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 직접 용융 용기내로 공급하는 단계를 포함한다.
보다 바람직하게 온도는 1000-1250℃의 범위이다.
바람직하게 공정은 직접 용융 용기에서 방출된 오프가스를 단계 (d)에서 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 직접 용융 용기에서 공급하기 전에, 공기 및 산소농축 공기를 예열하기 위한 에너지원으로서 사용하는 단계를 포함한다.
바람직하게 공정은 오프가스를 에너지원으로 사용하기 전에 직접 용융 용기에서 방출된 오프가스를 냉각시키는 단계를 포함한다.
바람직하게 공정은 단계 (d)에서 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 직접 용융 용기에 공급하기 전에, 예비환원 용기에서 방출된 오프가스의 일부를 공기 또는 산소농축 공기를 예열하기 위한 에너지원으로 사용하는 단계를 포함한다.
바람직하게 공정은 하나 또는 그 이상의 열풍 스토브(hot blast stove)에서 공기 또는 산소농축 공기를 예열시키는 단계를 포함한다.
바람직하게 공정은 금속 공급 물질을 예비환원 용기에 공급하는 단계 (a) 이전에 금속 공급 물질을 예열하는 단계를 포함한다.
바람직하게 공정은 예비환원 용기로부터 방출된 오프가스를 사용하여 금속 공급 물질을 예열하는 단계를 포함한다.
바람직하게 예비환원용기는 유동화베드(fluidised bed)이다.
보다 바람직하게 공정은 유동화베드로부터 방출된 오프가스를 다시 유동화베드로 리사이클(recycle)하는 단계를 포함한다.
바람직하게 공정은 유동화베드로부터 방출된 오프가스의 적어도 70 체적%를 다시 유동화베드로 리사이클하는 단계를 포함한다.
용어 "유동화베드"는 버블링(bubbling) 및 서큘레이팅(circulating) 타입을 포함하는 것이며 버블링 및 서큘레이팅 타입의 조합 또한 포함될 수 있다.
용어 "금속 공급 물질"은 광물, 부분적으로 환원된 광물 및 금속함유 폐기물과 같은 금속 산화물을 포함하는 임의의 금속 공급 물질을 의미한다.
단계 (e)는 임의의 적절한 직접 용융 공정일 수 있다.
바람직하게 단계 (e)는 HI용융 공정에 따라 부분적으로 환원된 금속 공급 물 질을 직접 용융하는 것을 포함하는 데, 이러한 단계 (e)는
(i) 직접 용융 용기내에 금속층과 금속층위의 슬래그층을 갖는 용융 욕을 형성하는 단계;
(ii) 다수개의 랜스/송풍구를 통하여 금속 공급 물질 및 목탄을 금속층에 주입하는 단계;
(iii) 금속 공급 물질을 금속층내에 있는 용융 금속으로 충분히 용융시키는 단계;
(vi) 용융 금속 및 슬래그가 용융 욕의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 튐, 방울 또는 기류로 돌출되게하고 전이대를 형성하는 단계; 및
(v) 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 하나 또는 그 이상의 랜스/송풍구를 통하여 직접 용융 용기에 주입하고 용융 욕으로부터 방출된 반응가스를 후연소시킴으로써, 전이대 내의 용융 금속 및 슬래그의 상승후 하강하는 튐, 방울 및 기류가 용융 욕으로의 열전달을 가능하게 하고 전이대가 전이대와 접촉하는 측벽을 통한 용기로부터의 열손실을 최소화하는 단계를 포함한다.
용어 "금속층"은 금속이 주된 영역 또는 대를 의미한다. 구체적으로 금속층은 금속 연속 체적(metal continuous volume)내에 용융 슬래그의 확산을 포함하는 영역 또는 대를 포함한다.
용융 욕에서 용어 "공칭정지표면"은 가스/고체주입이 없고 욕의 교반이 없는 공정상태하에서의 용융 욕의 표면을 의미한다.
본 발명은 이하 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 공정의 확대된 개략 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공정에서 사용하기 위한 직접 용융 용기의 바람직한 형태의 수직 단면도이다.
도 1에 도시된 바람직한 실시예는 철광물로부터 철을 제조하는 내용에 관한 것이다. 그러나 바람직한 실시예는 다른 금속 공급 물질로부터 금속(금속합금을 포함함)을 제조하는 것에도 마찬가지로 적용 가능하다.
도 1에 따르면, 철광석은 예열 사이클론(pre-heat cyclone) 103, 105에서 750℃의 온도로 예열되고 800-1000℃의 온도에서 작동하는 유동화베드 반응기(fluidising bed reactor) 107로 전달된다. 높은 레벨의 일산화탄소(CO) 및 물(H2O)을 포함하는 석탄(일반적으로 중 및/또는 고휘발성 석탄) 및 산소 및 환원가스가 또한 반응기 107에 공급된다. 예열된 철광물은 반응기 107내에서 바람직하게 65% 이하의 환원도로 부분적으로 환원되고 석탄은 충분히 비휘발성화되어 목탄을 형성한다. 본문에서 용어 "예비 환원도"는 Fe가 100% 예비환원이라고 가정할 때 제거된 산소의 퍼센트를 의미한다.
반응기 107로부터 방출된 오프가스는 예열 사이클론 103, 105를 통하여 전달되고 이러한 싸이클론에 공급되는 철광물을 예열한다. 그리고, 오프가스는 벤츄리 스크러버(venturi scrubber) 108에서 냉각된다. 냉각된 오프가스는 두개의 기류로 나누어진다. 적어도 오프가스의 전체 부피의 70%인 하나의 기류는 이산화탄소 서브스크리버(CO2 subscribber) 110에 공급되어, 재가열되고, 환원 유동가스(fluidising gas)로서 반응기 107로 복귀한다. 다른 하나의 기류는 열풍 스토브 109로 공급되어 스토브를 가열하는 연소가스로서 사용된다.
반응기 107로부터의 부분적으로 환원된 일반적으로 600-900℃의 온도인 철광물과 목탄, 및 스토브 109로부터의 1250℃의 온도로 예열된 공기는 직접 용융 용기 111에 공급된다.
부분적으로 환원된 철광물은 용기 111내의 용선(molten iron)에 용융되고, 예비환원된 철광물을 용융시킴으로서 제조된 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)와 같은 반응가스는 적어도 70%의 후연소 레벨로 후연소된다. 후연소에 의하여 발생된 열은 용기 111내의 온도를 유지하는 데 사용된다.
직접 용융 용기 111에서 작동하는 직접 용융 공정은 임의의 적절한 공정일 수 있다.
바람직한 직접 용융 공정은 HI용융 공정으로서 이하 도 2를 참조하여 기술되며 본원 출원인에 의하여 출원된 국제 출원 PCT/AU99/00538에 보다 상세하게 개시되어 있다. 국제 출원의 명세서에 개시된 내용은 본출원에 참고로서 반영되었다.
바람직한 직접 용융 공정은
(a) 직접 용융 용기 111내에 금속층 및 금속층위의 슬래그층을 갖는 용융 욕을 형성하는 단계;
(b) 부분적으로 환원된 철광물 및 목탄(및 선택적으로 추가적인 석탄과 같은 다른탄소성 물질)을 하나 또는 그 이상의 랜스/송풍구를 통하여 금속층에 주입하는 단계;
(c) 부분적으로 환원된 철광물을 금속층내의 용선에 충분히 용융시키는 단계;
(d) 용융물질을 튐, 방울, 및 기류로서 용융 욕의 공칭정지표면위의 공간으로 돌출시키고 전이대를 형성시키는 단계; 및
(e) 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 하나 또는 그 이상의 랜스/송풍구를 통하여 직접 용융 용기에 주입하고 용융 욕으로부터 방출된 반응가스를 70% 이상의 후연소 레벨로 후연소시키고, 전이대에서 2000℃ 또는 그 이상의 가스 상 온도(gas phase temperture) 또는 그 이상의 온도를 발생시킴으로서, 용융 금속 및 슬래그의 상승후 하강하는 튐, 방울 또는 기류가 용융 욕으로의 연전달을 가능하게 하고 전이대는 전이대와 접촉하는 측벽을 통한 용기로부터의 열손실을 최소화하는 단계를 포함한다.
직접 용융 용기 111은 임의의 적절한 용기일 수 있다.
바람직한 직접 용융 용기는 이하 도 2를 참조하여 일반적으로 용기로서 기술되며 본원출원인에 의해 출원된 국제출원 PCT/AU99/00583에 상세하게 개시되어 있다. 국제 출원의 명세서에 개시된 내용은 본출원에 참고로서 반영되었다.
도 2에 도시된 용기 111은 내화벽돌(refractory brick)로 형성된 베이스(base) 3 및 측벽 55를 포함하는 노저(hearth), 노저의 측벽 55로부터 상향 으로 연장되는 일반적으로 실린더형의 배럴(barrel)을 형성하고 배럴 상부 51 및 배럴 하부 53을 포함하는 측벽(side wall) 5; 지붕 7; 오프가스를 위한 출구(outlet) 9; 용융 금속을 연속적으로 방출하기 위한 전상(forehearth) 57; 노저와 전상 57을 상호연결시키는 전상 연결부(forehearth connection) 71 및 용융 슬래그를 방출하기 위한 탭홀(tap-hole) 61을 포함한다.
사용에 있어서, 정상상태 공정조건에서, 용기 111은 용융 금속층 15 및 금속층 15위의 용융 슬래그층 16을 포함하는 철과 슬래그의 용융 욕을 포함한다. 참조번호 17로 표시된 화살표는 금속층 15의 공칭정지표면의 위치를 가리킨다. 참조번호 19로 표시된 화살표는 슬래그층 16의 공칭정지표면의 위치를 가리킨다. 용어 "정지표면"은 용기내로 가스 및 고체의 주입이 없을 때의 표면을 의미한다.
용기 111은 수직에 대하여 30-60℃의 각도로 측벽 5를 통하여 하향 및 내부방향으로 그리고 슬래그층 16으로 연장되는 두개의 고체 주입 랜스/송풍구 11을 포함한다. 랜스/송풍구 11의 위치는 하부 끝단이 정상상태 공정조건에서 금속층 15의 정지표면 15위에 위치하도록 선택된다.
사용에 있어서, 정상상태 공정조건에서, 반응기 107로부터의 부분적으로 환원된 철광물 및 목탄( 및 선택적으로 석탄과 같은 다른 탄소성 물질), 캐리어 가스(일반적으로 N2)에 동반(entrain)되는 플럭스(일반적으로 석회 및 산화마그네슘)가 랜스/송풍구 11을 통하여 금속층 15에 주입된다. 고체물질/캐리어 가스의 모멘텀은 고체물질 및 가스가 금속층 15에 침투하게 한다. 탄소는 부분적으로는 금속으로 용해되고, 부분적으로는 고체 탄소로 남는다. 철광물은 금속으로 용융되고 용융 반응은 탄소 일산화물 가스(carbon monoxide gas)를 발생시킨다. 금속층 15로 이동되고 용융을 통하여 발생된 가스는 금속층으로부터의 용융 금속, 고체 탄소 및 슬래그(고체/가스 주입의 결과로 금속층 15에 유입된)의 상당한 부양 상승(buoyance uplift)을 발생시킨다. 이는 용융 금속 및 슬래그의 튐, 방울 및 기류의 상향이동을 발생시키고 이러한 튐, 방울 및 기류는 그들이 슬래그층 16을 통하여 이동할 때 슬래그를 동반한다.
용융 금속, 고체 탄소 및 슬래그의 부양 상승은 금속층 15 및 슬래그층 16에 상당한 교반을 일으킴으로서, 슬래그의 체적을 확장하고, 화살표 30에 의해 표시된 표면을 갖게된다. 교반의 범위는 금속 및 슬래그 영역에 일정한 온도가 존재할 수 있을 정도로서, 일반적으로 각각의 영역에서 30℃이하의 온도 변화를 가지며 1450-1550℃정도의 온도 범위이다.
추가적으로 용융 금속, 고체 탄소 및 슬래그의 부양 상승에 의한 용융 금속 및 슬래그의 튐, 방울, 기류의 상향 이동은 용기내의 용융 금속의 상부 공간위로 확장되며,
(a) 전이대 23을 형성하는 단계; 및
(b) 용융 물질(주로 슬래그)을 전이대를 지나 전이대 23위의 측벽 5의 배럴 상부 51로 그리고 지붕 7로 돌출시키는 단계를 포함한다.
일반적으로, 슬래그층 10은 그 안에 갖는 가스버블을 갖는 액체 연속 체적(liquid continuous volume)이고, 전이대 23은 용융금속 및 슬래그의 튐, 방울 및 기류를 갖는 가스 연속 체적이다. 용기 111은 추가적으로 스토브 9로부터의 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 용기 111에 주입하기 위한 랜스 11을 포함한다. 랜스 13의 위치 및 랜스 13을 통한 가스 유속(gas flow rate)은 정상상태 공정조건에서 산소함유 가스가 전이대 23의 중앙 영역에 침투하고 필수적으로 금속/슬래그 자유공간(metal/slag free space)을 랜스 13의 끝단 주변에 유지하도록 선택된다.
사용에 있어서, 정상상태 공정조건에서 랜스 13을 통한 산소함유 가스의 주입은 전이대 23 및 랜스 13의 끝단 주변의 자유공간 25에서 반응가스인 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 70% 이상의 후연소레벨로 후연소시키며, 가스공간에 2000℃ 또는 그 이상의 높은 가스 상 온도(gas phase temperature)를 발생시킨다. 열은 가스주입 영역의 용융 물질의 상승후 하강하는 튐, 방울 및 기류로 전달되고 열은 금속/슬래그가 금속층 15로 복귀할 때, 금속층 15에 부분적으로 전달된다.
자유공간 25는 높은 후연소 레벨을 달성하기 위해 중요하며, 이는 전이대 23위의 공간내의 가스를 랜스 13의 끝단 영역으로 동반시킬수 있게 함으로써 이용가능한 반응 가스의 후연소를 후연소시키는 것을 증가시키기 때문이다.
랜스 13의 위치, 랜스 13을 통한 가스 유속 및 용융 금속 및 슬래그의 튐, 방울, 및 기류의 상향 이동의 결합된 효과는 랜스 13의 하부영역 주변(일반적으로 참조번호 17로 표시됨)에 전이대 23을 형성한다. 이렇게 형성된 영역은 방사에 의한 측벽 5로의 열전달에 부분적인 장벽(barrier)을 제공한다.
또한, 정상상태 공정조건에서, 금속 및 슬래그의 상승후 하강하는 방울, 튐 및 기류는 전이대 23으로부터의 열을 용융 욕으로 전달하기 위한 효과적인 수단으로서 측벽 5 영역의 전이대 23의 온도는 1450-1550℃가 된다.
용기 11은, 공정이 정상상태 공정조건에서 수행될 때 용기 111내의 금속층 15, 슬래그층 16 및 전이대 23의 레벨을 고려하여, 그리고 공정이 정상상태 공정조건에서 수행될 때 전이대 23위의 상부공간 31로 돌출되는 튐, 방울 및 기류를 고려하여 건조된다. 따라서 용기 11은
(a) 노저 및 금속/슬래그 층 15/16과 접촉하는 측벽 5의 배럴 하부 53이 내화성 물질의 벽돌로 형성되는 단계(도면에서 교차 음영선으로 표시됨);
(b) 측벽 5의 배럴 하부 53의 적어도 일부가 수냉 패널(water cooled panel) 8에 의하여 지지(back)되는 것;
(c) 전이대 23 및 상부 공간 31과 접촉하는 측벽 5의 배럴 상부 51 및 지붕 7은 수냉각 패널 58, 59로부터 형성되는 것을 포함한다.
측벽 5의 배럴 상부 51의 각각의 수냉 패널 8, 58, 59(미도시)는 평행한 상/하부 에지(edge) 및 평행한 측면 에지를 갖고, 실린더형 배럴부를 정의하도록 곡선을 이룬다. 각각의 패널은 내부 수냉 파이프 및 외부 수냉 파이프를 포함한다. 파이프들은 곡선부와 상호연결된 수평부와 S자 형상(serpentine configuration)으로 형성된다. 각각의 파이프은 추가적으로 입수구(water inlet) 및 출수구(water outlet)를 포함한다. 파이프들은 수직으로 움직임으로서 외부 파이프의 수평부는 패널의 노출면 즉 용기의 내부에 노출된 면으로부터 볼 때, 내부 파이프의 수평부 바로 뒤에 위치하지 않게 된다. 각각의 파이프의 패널의 근접하는 수평부 사이 그리고 파이프 사이의 공간들을 채우는 다져진 내화성 물질을 포함한다. 각각의 패널은 또한 패널의 외부 표면을 형성하는 지지 플레이트(support plate)를 포함한다.
파이프의 입수구 및 출수구는 파이프를 통하여 높은 유속으로 물을 순환시키는 물공급회로(미도시)에 연결된다.
본 발명의 요지 및 범위에서 벗어나지 않고 본 발명의 바람직한 실시예에 많은 변경이 수행될 수 있다.

Claims (19)

  1. 금속 공급 물질을 직접 용융시키기 위한 공정에 있어서,
    (a) 금속 공급 물질 및 석탄을 유동화 베드(fludized bed)에 공급하는 단계;
    (b) 유동화 베드 내에서 금속 공급 물질을 부분적으로 환원시키고 석탄을 비휘발성화시켜서, 부분적으로 환원된 금속 공급 물질 및 목탄을 제조하는 단계;
    (c) 단계 (b)에서 제조된 부분적으로 환원된 금속 공급 물질 및 목탄을 직접 용융용기에 공급하는 단계;
    (d) 유동화 베드로부터 방출된 오프가스를 에너지원으로 사용하고 공기 /또는 산소농축 공기를 예열하여, 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 직접 용융 용기에 공급하며, 상기 유동화베드로부터 방출된 오프가스의 적어도 일부를 유동화 베드로 다시 순환시키는 단계; 및
    (e) 목탄을 에너지원 및 환원제로서 사용함으로서 부분적으로 환원된 금속 공급 물질을 직접 용융 용기 내의 용융 금속으로 직접 용융시키고, 직접 용융 공정에서 제조된 반응가스를 예열된 공기 또는 산소농축 공기와 함께 70%이상의 후연소 레벨로 후연소시킴으로서 직접 용융 반응에 필요한 열을 발생시키고 금속을 용융상태로 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  2. 제1항에 있어서, 산소농축 공기 내의 산소 농도는 50 체적 % 이하인 것을 특징으로 하는 공정.
  3. 제1항에 있어서, 단계 (d)에 대한 공기 또는 산소농축 공기를 800-1400℃범위의 온도로 예열하고, 단계 (d)에서 이러한 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 직접 용융 용기 내로 주입하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  4. 제3항에 있어서, 상기 온도는 1000-1250℃의 범위인 것을 특징으로 하는 공정.
  5. 제3항에 있어서, 직접 용융 용기에서 방출된 오프가스를, 단계 (d)에서 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 직접 용융 용기에서 공급하기 전에, 에너지원으로서 사용하여 공기 또는 산소농축 공기를 예열하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 열풍 스토브에서 공기 또는 산소농축 공기를 예열하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  8. 제1항에 있어서, 유동화 베드로부터 방출된 오프가스의 적어도 70 체적%를 다시 유동화 베드로 재순환하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  9. 제1항에 있어서, 단계 (e)는
    (i) 직접 용융 용기 내에 금속층과 금속층 위의 슬래그층을 갖는 용융 욕을 형성하는 단계;
    (ii) 다수 개의 랜스/송풍구를 통하여 금속 공급 물질 및 목탄을 금속층에 주입하는 단계;
    (iii) 금속 공급 물질을 금속층 내의 용융 금속으로 용융시키는 단계;
    (vi) 용융 금속 및 슬래그가 용융 욕의 공칭정지표면 위의 공간으로 튐, 방울 또는 기류로 돌출되게 하고, 전이대를 형성하는 단계; 및
    (v) 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 하나 또는 그 이상의 랜스/송풍구를 통하여 직접 용융 용기에 주입하고, 용융 욕으로부터 방출된 반응가스를 후연소시킴으로써, 전이대 내의 용융 금속 및 슬래그의 상승 후 하강하는 튐, 방울 및 기류가 용융 욕으로의 열전달을 가능하게 하여 전이대가 전이대와 접촉하는 측벽을 통한 용기로부터의 열손실을 최소화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  10. 제1항에 있어서, (e)단계는 직접 용융 용기에 석탄을 주입함으로서 석탄이 용기 내에서 에너지원 및 환원제로서 기능하는 단계를 추가적으로 포함함을 특징으로 하는 공정.
  11. 금속 공급 물질을 직접 용융시키기 위한 공정에 있어서,
    (a) 금속 공급 물질 및 중휘발성 또는 고휘발성 석탄을 유동화 베드(fludized bed)로 구성된 예비환원용기에 공급하는 단계;
    (b) 예비환원용기에서 금속 공급 물질을 부분적으로 환원시키고 석탄을 비휘발성화시켜서, 부분적으로 환원된 금속 공급 물질 및 목탄을 제조하는 단계;
    (c) 단계 (b)에서 제조된 부분적으로 환원된 금속 공급 물질 및 목탄을 직접 용융용기에 공급하는 단계;
    (d) 예비환원용기로부터 방출된 오프가스를 에너지원으로 사용하고 공기 /또는 산소농축 공기를 예열하여, 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 직접 용융 용기에 공급하며, 상기 예비환원용기로부터 방출된 오프가스의 적어도 일부를 예비환원용기로 다시 순환시키는 단계; 및
    (e) 목탄을 에너지원 및 환원제로서 사용함으로서 부분적으로 환원된 금속 공급 물질을 직접 용융 용기 내의 용융 금속으로 직접 용융시키고, 직접 용융 공정에서 제조된 반응가스를 예열된 공기 또는 산소농축 공기와 함께 70%이상의 후연소 레벨로 후연소시킴으로서 직접 용융 반응에 필요한 열을 발생시키고 금속을 용융상태로 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  12. 제11항에 있어서, 산소농축 공기 내의 산소 농도는 50 체적 % 이하인 것을 특징으로 하는 공정.
  13. 제11항에 있어서, 단계 (d)에 대한 공기 또는 산소농축 공기를 800-1400℃범위의 온도로 예열하고, 단계 (d)에서 이러한 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 직접 용융 용기 내로 주입하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  14. 제13항에 있어서, 상기 온도는 1000-1250℃의 범위인 것을 특징으로 하는 공정.
  15. 제11항에 있어서, 직접 용융 용기에서 방출된 오프가스를, 단계 (d)에서 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 직접 용융 용기에서 공급하기 전에, 에너지원으로서 사용하여 공기 또는 산소농축 공기를 예열하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  16. 제13항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 열풍 스토브에서 공기 또는 산소농축 공기를 예열하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  17. 제11항에 있어서, 예비환원용기로부터 방출된 오프가스의 적어도 70 체적%를 다시 예비환원용기로 재순환하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  18. 제11항에 있어서, 단계 (e)는
    (i) 직접 용융 용기 내에 금속층과 금속층 위의 슬래그층을 갖는 용융 욕을 형성하는 단계;
    (ii) 다수 개의 랜스/송풍구를 통하여 금속 공급 물질 및 목탄을 금속층에 주입하는 단계;
    (iii) 금속 공급 물질을 금속층 내에 있는 용융 금속으로 용융시키는 단계;
    (vi) 용융 금속 및 슬래그가 용융 욕의 공칭정지표면 위의 공간으로 튐, 방울 또는 기류로 돌출되게 하고, 전이대를 형성하는 단계; 및
    (v) 예열된 공기 또는 산소농축 공기를 하나 또는 그 이상의 랜스/송풍구를 통하여 직접 용융 용기에 주입하고, 용융 욕으로부터 방출된 반응가스를 후연소시킴으로써, 전이대 내의 용융 금속 및 슬래그의 상승 후 하강하는 튐, 방울 및 기류가 용융 욕으로의 열전달을 가능하게 하여 전이대가 전이대와 접촉하는 측벽을 통한 용기로부터의 열손실을 최소화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공정.
  19. 제11항에 있어서, (e)단계는 직접 용융 용기에 석탄을 주입함으로서 석탄이 용기 내에서 에너지원 및 환원제로서 기능하는 단계를 추가적으로 포함함을 특징으로 하는 공정.
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