KR101000142B1 - 금속용기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철 및 강제 금속용기에 관한 것으로, 상기 금속용기는 바닥부, 측벽 및 산소함유가스를 용기 내부로 공급하기 위한 두 개 이상의 랜스로 구성되는 랜스조립체를 포함하고, 각각의 랜스는 산소함유가스를 방출하기 위한 단부를 포함하며, 랜스조립체는 용기 측벽에서의 후연소 가스의 하향유동 및 용기 중앙에서의 후연소 가스의 상향이동을 얻도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

금속용기{METALLURGICAL VESSEL}

본 발명은 바닥부, 측멱 및 작업중에 용기의 내부에 산소함유가스(oxygen containing gas)를 제공하기 위한 두 개 이상의 랜스(lance)로 이루어진 랜스 조립체(lance arrangement)를 포함하는 제철 및 제강용 금속용기에 관한 것으로, 각각의 랜스는 산소함유가스를 방출하기 위한 단부를 포함한다. 또한, 본 발명은 철의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 제조효율을 증가시키고, 용기의 천장에 위치되는 장비의 폐쇄(막힘)를 감소시키고, 대규모로 사용되는 금속용기를 제공하는 것이다.

본 발명은 작업중에 용기 측벽에서의 후연소 가스의 하향유동 및 용기 중앙에서의 후연소 가스의 상향유동을 얻도록 랜스 조립체를 형성하여 종래기술을 향상시키고 있다.

상기 후연소 가스(post-combusted gas)는 금속용기 내에서의 반응동안에 형성되고 나중에 적어도 부분적으로 연소가 이루어진 가스를 의미한다. 상기 용기의 중앙은 용기의 중앙축을 포함하며 감싸는 용기의 중앙 기둥영역(column area)을 의미한다. 금속용기를 똑바로 세웠을 경우에 중앙축은 용기의 중앙축을 통해 실질적으로 수직으로 연장된다.

본 발명의 두드러진 특징으로는 용기의 몸체 내에서 가장 알맞은 가스 유동을 자극함으로써 직경이 큰 용기에 사용할 수 있다는 것을 들 수 있다. 복수의 랜스가 산소함유가스의 양호한 분포를 가능케 하여 용기 영역 전반에 걸쳐 열분포를 양호하게 함으로써 상기 가스 유동은 벽에 적은 열부하(heat load)를 가하게 되고, 따라서 제조효율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 용기의 천장부분에 위치되고, 교체 및 수리가 어렵고 또 고가인 포트, 밀봉재(seal), 센서 및 측정장비 등에 대한 손상 및 이들에의 폐쇄(막힘)에 관한 문제를 줄일 수 있다. 이 폐쇄(막힘) 문제는 입자들이 용기의 천장부분을 향하는 후연소 가스의 상향유동에 동반될 때에 발생된다. 본 발명의 랜스구성은 측벽에서 후연소 가스의 하향유동을 실질적으로 발생시키고, 용기의 중앙에서는 상향유동을 실질적으로 발생시킨다. 따라서, 상향유동에 동반되는 입자는 용기의 중앙을 통과하게 되므로, 천장을 통해 돌출된 장비, 포트, 밀봉재 또는 센서 등과 접촉할 기회가 적게된다. 예를 들어, 금속산화물로부터 직접 용융금속을 생산하는 공정은 용련반응(smelting reaction)의 주요 에너지원으로 전기로를 사용하는 단계, Romelt공정, DIOS공정, AISI공정, Hismelt공정 및 사이클론 컨버터로를 이용하는 단계를 포함한다.

예비환원된(pre-reduced) 철광석이 최종 환원을 거치는 컨버터 타입의 금속용기가 유럽특허 제0 735 146호에 개시되고 있다. 금속용기의 바닥부는 철욕(iron bath)을 포함하고, 슬래그층을 둘러싸는 벽 또는 측벽은 바닥부로부터 상향으로 연장된다. 천장부는 용기의 내부 전반에 걸쳐 측벽의 상부로부터 연장되고 용융 사이클론과 연결된다. 단수의 랜스는 금속용기의 벽을 통해 돌출되어 용기의 내부로 산소를 공급한다. 랜스는 중앙 랜스를 사용할 때와 같은 효과를 얻기위해 가능한 수직이 되도록 배향되어 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 작업중에 용기 측벽에서의 후연소 가스의 하향유동 및 용기 중앙에서의 후연소 가스의 상향유동을 얻도록 구성하여 종래기술을 향상시키고 있다. 작업중에 얻는 용기 측벽에서의 후연소 가스의 하향유동 및 용기 중앙에서의 후연소 가스의 상향유동은 예컨대 용기의 천장부 및 측벽에서 단위 면적(m²)당 열손실을 감시 및 계산함으로써 당업자에 의해 직접적으로 그리고 확실하게 확인될 수 있다.

금속용기의 측벽과 천장영역은 용기 및/또는 고온에 견디는 내화 재료의 냉각을 위해 물이 유동하는 관 또는 스테이브(stave)를 포함할 수 있다. 상기 금속용기의 측벽 및 천장영역에는 보통 열감지센서가 장착된다.

상기 열감지센서는 냉각수 온도를 측정하는 열전기쌍(thermocouple) 또는 용기 측벽 및 천장부 주위 및 높이에 따라 다양한 부분에서 내열벽의 온도를 측정하는 열전기쌍일 수 있다. 따라서 당업자는 용기의 측벽 및 천장부의 온도를 감시함으로써 작업중에 용기 측벽에서의 후연소 가스의 하향유동 및 용기 중앙에서의 후연소 가스의 상향유동이 존재하는 지를 확인할 수 있다.

단일 중앙 랜스 또는 수직 배향 랜스를 갖는 종래의 금속용기에서는, 랜스에 의해 발생되는 연소가 측벽쪽 및 위로 뜨거운 연소 배기가스를 유동시키는 용기 중앙에서의 강력한 가스 팽창을 유발한다.

본 발명에 따른 금속용기에서는, 용기 측벽에서의 후연소 가스의 하향유동이 측벽에 냉각효과를 가해 보다 더낮은 내화온도 또는 열유속(heat flux)을 얻게 된다. 따라서, 고온의 후연소 가스가 용기의 중앙을 통해 상향으로 유동하게 되어 측벽과 접촉하지 않게 된다. 또한, 본 발명은 특히 랜스 근처의 측벽 영역에서 내화온도 및 열유속을 감소시킨다.

본 발명의 금속용기에서는 하나 이상의 랜스가 그 단부로부터 산소함유가스의 복수의 제트를 방출하는 수단을 구비할 수 있다. 상기 랜스는 단일 제트에 비해 용기 내용물의 보다 넓은 표면 영역에 산소를 방출할 수 있다. 각각의 랜스는 그 단부로부터 산소함유가스의 복수의 제트를 방출하기 위한 수단을 구비할 수 있다.

상기 랜스는 그 중 하나 이상이 금속용기의 천장부를 통해 돌출하도록 구성하는 것이 바람직하다. 용기의 천장부는 측벽의 상부로부터 연장된다. 만약 용융 사이클론이 용기 위에 개방 소통(연결) 상태로 위치되면 천장부는 측벽의 상부에서 용융 사이클론까지 연장된다. 따라서 적어도 하나 이상의 랜스가 용기의 내용물과 접촉하지 않는 용기부분을 통해 관통함으로써, 용기를 관통하는 지점의 랜스 주위 밀봉재에 대한 손상을 피할 수 있다. 각각의 랜스는 금속용기의 천장부를 통해 돌출될 수 있다.

하나 이상의 랜스는 산소함유가스를 금속용기의 중앙축쪽으로 내측으로 향하도록 배치되는 것이 바람직하다. 각각의 랜스는 산소함유가스가 금속용기의 중앙축쪽으로 내측으로 향하도록 배치된다. 상기 가스를 용기의 중앙축쪽으로 내측으로 향하도록 함으로써 랜스 단부에서 압력이 낮은 영역을 발생시켜 측벽에서 후연소 가스를 랜스의 단부쪽으로 하향유동에 동반시키고 후연소 가스의 상향유동이 용기의 중앙을 관통하여 발생된다.

하나 이상의 랜스는 그 단부가 금속용기의 중앙축을 향해 경사지도록 제 1 예각 이하로 수직축으로부터 경사진다. 이와 같이 랜스를 경사지게 함으로써 산소함유가스가 금속용기의 중앙축을 향해 내측으로 향하도록 하고 용기 내용물의 표면 전반에 걸쳐 산소함유가스의 분포를 향상시킨다. 각각의 랜스는 그 단부가 금속용기의 중앙축을 향해 경사지도록 수직축으로부터 경사진다.

상기 하나 이상의 랜스의 단부는 산소함유가스가 수직축으로부터 제 2 예각 이하로 금속용기의 중앙축을 향하도록 구성될 수 있고, 상기 제 2 예각은 제 1 예각보다 크다. 랜스의 경사각보다 큰 랜스의 수직축으로부터의 각도는 용기내에서 발생되는 상향 및 하향 가스유동을 증가시킨다. 각각의 랜스는 랜스의 경사각보다 큰 각도로 산소함유가스가 수직축으로부터 금속용기의 중앙축을 향하도록 구성될 수 있다.

랜스는 높이를 조절할 수 있기 때문에 용기의 충전 높이가 다양할 경우에 용기 내용물의 표면 위의 최적의 높이로 조절하여 위치될 수 있다. 상기 랜스의 경사각도는 용기 내용물의 표면으로 산소함유가스를 분포시키는 것을 최적화하도록 조정될 수 있다.

랜스 단부들은 제조효율을 최대로 하기 위해 용기 내용물의 표면으로 가장 효과적으로 열을 분포시키기도록 측벽으로부터 동일한 간격으로 위치될 수 있다. 열분포 및 제조효율의 최적화를 위해 세 개 또는 그 이상의 랜스로 산소함유가스를 용기의 내용물에 공급하는 것이 바람직하다.

랜스로부터 짧은 거리에 위치되는 공급슈트(feed chute)를 통하여 입자형 재료(particulate material)를 상기 후연소 가스의 하향유동 내에서 금속 용기로 추가하는 것이 바람직하다. 따라서 측벽 근처의 하향 가스유동은 미세분탄(coal fine)형태로 입자형 재료를 동반하여 산소 랜스의 단부 및 슬래그층으로 수송하게 된다. 이렇게 함으로써 용기의 내용물과 반응하기 전에 상향 가스유동에 동반되는 입자형 재료 때문에 발생하는 용기에 추가된 입자형 재료의 상당한 손실에 관한 문제를 피하게 된다. 따라서, 바람직한 실시예는 용기로부터 미세 분탄과 같은 입자형 재료의 손실을 상당히 낮추게 되고 반응물로서의 입자형 재료의 비율이 커지기 때문에 제조효율을 높이게 된다. 배출 가스(off gas)에 포함된 입자형 재료의 환원을 확인하기 위해 종래에 알려진 바와 같이 작업중에 금속용기를 빠져나가는 가스(배출 가스)를 표본으로 조사할 수 있다. 석탄이 작업동안에 금속용기 내부의 뜨거운 대기와 접촉할 때에 자발적으로 발산하는 석탄 열분해 생성물이 측벽에서의 하향 가스유동에 동반되고 용기에서 방출되지 않고 연소되기 때문에 배출 가스의 연소정도가 향상될 것이다. 배출 가스의 연소정도는 종래에 알려진 바와 같은 배출 가스 샘플링 및 분석으로 확인될 수 있다.

공급 슈트를 통해 추가되는 입자형 재료가 하향 가스유동에 동반되도록 각각의 랜스가 대응되는 공급슈트를 구비하면 입자형 재료의 손실을 추가로 최소화할 수 있다. 각 슈트의 최적의 위치는 방사상 방향으로 금속용기의 측벽과 랜스 사이이고, 여기서 후연소 가스의 하향유동이 최대로 된다.

용기의 측벽은 사용중에 용융금속욕과 슬래그층을 수용하기 위한 하부 및 사용중에 슬래그층의 나머지를 수용하기 위한 상부를 포함하는 것이 바람직하고, 두 개 이상의 랜스는 용기의 상부로 돌출되어 용기의 상부에 산소함유가스를 공급하며, 복수의 풍구는 가스 및/또는 액체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마를 용기의 하부내의 슬래그층으로 공급하기에 적합하도록 용기 하부의 주변에 배치된다. 두 개 이상의 랜스는 산소함유가스를 공급하여 용기 상부의 슬래그에 열을 가하고, 풍구에 의해 공급되는 가스 및/또는 액체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마는 하부 슬래그층이 정지상태가 되지 않도록 한다. 정지상태가 되면 하부 슬래그층의 냉각 및 생산성의 손실을 가져온다.

풍구는 가스 및/또는 액체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마를 하부 슬래그층에 직접 공급하지만, 가스는 바닥을 교반하여 용기의 바닥을 통해 용융금속으로 분사된다. 따라서, 본 발명의 일 측면은 용융금속내에서 높은 유속을 발생시키지 않음으로써 바닥 교반의 주요 결함 중 하나, 즉 용융금속을 함유하는 용기부분에서의 용기벽의 빠른 부식을 피하는 것이다. 따라서 풍구에 의해 용기 하부의 슬래그층에 가스 및/또는 액체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마를 공급함으로써 고온 금속 영역의 내화 라이닝에 부식을 발생시키지 않고, 하부 슬래그층을 교반함으로써 생산성을 유지할 수 있다. 하부 슬래그층을 교반하여 하부 슬래그층 내의 반응을 최대화하고, 하부 슬래그층이 정지되지 않도록 한다. 또한, 풍구를 통해 가연성 가스 및/또는 액체 및/또는 고체를 공급함으로써 슬래그층으로부터 용기의 하부의 용융금속으로의 열전달을 증가시키게 된다. 또한 풍구는 용기의 탭 높이(tap level) 이상으로 위치되기 때문에 유지가 용이하다.

금속용기의 하부 직경은 상부보다 작은 것이 바람직하다. 풍구는 용기의 하부 주위에 배치되므로 풍구에 의해 방출되는 제트는 슬래그를 통해 용기의 상부로 오르기 전에 용기의 하부의 슬래그층을 관통한다. 따라서 풍구에 의해 공급된 가스 및/또는 액체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마에 의해 발생되는 용기 상부의 슬래그층에 있어서의 과열부(hot spot) 즉, 고온영역은 벽의 부식 및 침식의 발생이 증가하지 않도록 용기의 벽으로부터 충분히 멀리 떨어지게 된다.

풍구는 용기 하부의 슬래그층에서 직접적인 열원 역할을 하는 산소연료(oxy-fuel) 버너를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 산소연료 버너는 흡열환원반응의 발생을 증가시켜 반응기의 반응용량을 증가시킴으로써 슬래그층의 환원 용량을 증가시킨다.

본 발명에 따른 금속용기는 용기 위에서 개방 연결되는 용융 사이클론을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서 어떠한 산소 랜스도 사이클론을 통해 연장되지 않으므로 사이클론의 부식환경과 열에 견뎌야할 필요가 없다. 상기 용융 사이클론은 네덜란드 특허 제C 257692호 및 유럽특허 제0735146호에 개시되어 있다.

상기 랜스는 용융 재료가 랜스에 손상을 입히지 않도록 하기 위해 용융 사이클론에서 금속용기로 하향으로 통과하는 용융 재료와의 접촉을 피하도록 위치시키는 것이 바람직하다. 손상된 랜스의 교체 및/또는 수리는 비용이 비싸고 생산효율을 감소시킨다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 금속용기를 이용하여 철로 산화철을 환원시키는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 산화철을 용기에 공급하는 단계, 탄소질물질을 용기에 공급하여 산화철을 환원시키는 단계 및 랜스를 통해 산화철에 산소함유가스를 공급하는 단계를 포함한다. 상기 산소함유가스는 랜스를 통해 금속용기의 상부에 공급될 수 있으며, 가스 및/또는 액체 및/또는 기체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마는 상기 복수의 풍구를 통해 용기 하부의 슬래그층에 공급될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 철 제조방법은 산화철 또는 예비환원된 산화철을 금속용기로 수송하는 단계, 용기 측벽에서의 후연소 가스의 하향유동 및 용기 중앙에서의 후연소 가스의 상향유동을 얻도록 구성되는 두 개 이상의 랜스로 이루어진 랜스 조립체를 통해 금속용기로 산소함유가스를 공급하는 단계 및 용기에 탄소질 물질을 공급하는 단계를 포함한다.

또한 본 발명은 산화철을 포함하는 물질을 용융 사이클론으로 수송하는 단계, 금속용기에서 발생된 후연소 가스를 환원시켜 상기 산화철을 포함하는 물질을 예비환원시키는 단계, 용융 사이클론으로 산소함유가스를 공급하고 상기 연소후 가스를 환원시키는 단계에서 후연소 효과를 더해 용융 사이클론의 산화철을 포함하는 물질을 부분적으로 용융하는 단계, 예비환원되어 부분적으로 용융된 산화철을 포함하는 물질이 상기 용융 사이클론으로부터 최종 환원이 이루어지는 금속용기로 하향으로 통과하도록 하는 단계 및 랜스를 통해 금속용기로 산소함유가스를 공급하고 금속용기에 석탄을 공급하여 환원된 가스를 형성하고, 상기 산소함유가스를 공급함으로써 상기 금속용기 내의 상기 감소된 가스에서 부분적인 후연소를 실시하여 슬래그층 내에서 금속용기의 최종 환원을 실시하는 단계를 포함하는 철 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 가스 및/또는 액체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마를 용기 하부의 슬래그층에 공급하는 단계를 포함하는 철 제조방법에 관한 것이다.

또 다른 금속용기는 용융금속욕 및 슬래그층 부분을 수용하기 위한 하부 및 나머지 슬래그층 및 용기 상부로 돌출되는 복수의 랜스를 수용하기 위한 상부를 포함하고, 용기의 상부에 산소함유가스를 공급하며, 가스 및/또는 액체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마를 용기 하부의 슬래그층에 공급하기 위해 용기의 하부 주위에 복수의 풍구를 배치하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 랜스는 산소함유가스를 공급하여 용기 상부의 슬래그에 열을 가하고, 풍구에 의해 공급된 가스 및/또는 액체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마는 하부 슬래그층이 정지상태가 되지 않도록 한다. 풍구는 가스 및/또는 액체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마를 하부 슬래그층에 직접 공급하고, 반면 가스는 바닥 교반으로 용기의 바닥을 통해 용융금속 내로 분사된다. 따라서 본 발명의 관점은 용융금속 내에서 고속의 유동을 발생시키지 않음으로써 바닥 교반의 주요 결점 즉, 용융 금속을 포함하는 용기 부분에서의 용기벽의 빠른 부식을 피하는 것이다.

따라서, 풍구를 통해 가스 및/또는 액체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마를 용기 하부부분의 슬래그층에 공급함으로써 고온 금속영역의 내화성 라이닝의 부식이 발생하지 않고 하부 슬래그층을 교반함으로써 생산성을 유지하게 된다. 하부 슬래그층을 교반함으로써 하부 슬래그층 내의 반응을 최대화하고, 이것이 정지상태에 있지 않게 된다. 또한, 풍구를 통해 가연성 가스 및/또는 액체 및/또는 고체를 공급함으로써 슬래그층으로부터 용기 하부의 용융금속으로의 열전달을 증가시키게 된다. 또한, 상기 풍구는 용기의 탭 높이 위에 위치되기 때문에 유지가 용이하다.

금속용기의 하부의 직경은 상부의 직경보다 작은 것이 바람직하다. 상기 풍구는 용기 하부의 주위에 배치되기 때문에 풍구에 의해 방출되는 제트는 슬래그를 통해 용기 상부로 오르기 전에 용기 하부의 슬래그층으로 관통하게 된다. 풍구에 의해 공급된 가스 및/또는 액체 및/또는 고체 및/또는 플라즈마에 의해 발생되는 용기 상부의 슬래그층 내의 과열부 즉, 고온 영역은 벽의 침식 및/또는 부식의 발생이 증가하지 않도록 용기 벽으로부터 충분히 떨어져 위치된다.

풍구는 용기 하부의 슬래그 층에서 직접적인 열원 역할을 하는 산소연료 버너를 포함한다. 상기 산소연료 버너는 흡열환원반응의 발생을 증가시켜 슬래그층의 환원 용량을 증가시킴으로써 반응물의 생산성을 증가시키게 된다.

도면의 간단한 설명

첨부되는 도면을 참고로 본 발명에 따른 실시예를 보다 상세히 기술하겠지만, 본 발명이 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 도시한 도면,

도 2는 도 1에서 축 "A"를 따라 본 도면,

도 3은 용기 영역으로 돌출된 하나의 랜스를 구비하는 장치에 대한 부분적인 도면으로, 랜스로부터 짧은 거리에서 추가되는 석탄입자의 시뮬레이션 궤적을 나타낸 도면,

도 4는 용기 영역으로 돌출된 하나의 랜스를 구비하는 장치에 대한 부분적인 도면으로, 랜스 사이에서 추가되는 석탄입자의 시뮬레이션 궤적을 나타낸 도면,

도 5는 산소함유가스의 네 개의 제트를 방출하기 위한 네 개의 포트를 구비하는 랜스 단부를 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 특정 실시예를 도시한 도면 및

도 7은 또 다른 금속용기를 도시한 도면이다.

발명의 바람직한 실시예

도 1에 도시된 장치는 금속용기(1), 용융 사이클론(2)(자세히 도시하지 않음) 및 복수의 랜스(3)를 포함하고, 상기 랜스는 그 중 두 개만 도시하고 있다. 용기의 크기 및 랜스의 성능 인자에 따라 보다 많은 랜스를 사용할 수도 있다. 금속용기(1)는 바닥부(4), 측벽(5) 및 천장부(6)를 포함하고, 상기 천장부(6)는 측벽(5)의 상부로부터 용융 사이클론(2)으로 연장된다. 상기 금속용기(1)는 상부에 슬래그층(10)을 구비하는 철욕(11, iron bath)을 포함하고, 상기 용기(1)는 용융 철 및 슬래그를 배출(tapping off)하기 위한 하나 이상의 탭 홀(19)을 포함한다.

산소함유가스는 랜스(3)에 의해 용기(1) 내부로 공급되고, 상기 랜스는 슬래그층(10)에서 예비환원된 산화철(iron oxide)을 최종적으로 환원시키는 작용을 한다. 최종 환원 동안에, 일산화탄소 환원제를 포함하는 공정 가스가 생성되고, 상기 슬래그층(10) 위에서 적어도 부분적으로 연소되어 최종환원에 필요한 열을 방출하게 된다. 후연소에 의해 적어도 부분적으로 후연소된 가스를 후연소 가스라 한다. 석탄입자는 공급슈트(12)를 통해 용기(1)의 내부로 공급된다. 랜스(3)는 천장(6)을 통해 용기(1) 내부로 돌출되고 용기 측벽(5)에서의 후연소 가스의 하향유동 및 용기 중앙(9)에서의 후연소 가스의 상향 유동을 발생시키도록 구성된다. 일산화탄소 환원제를 포함하는 상향유동 후연소 가스는 용융 사이클론에 공급된 산소함유가스로 용융 사이클론(2)에서 추가로 후연소된다. 장치(13)를 통해 용융 사이클론(2)에 공급된 산화철은 대략 FeO로 예비환원되고 적어도 부분적으로 용융된다. 예비환원된 산화철(14)은 금속용기(1)로 유입된다. 금속용기(1)를 바로 세웠을 때 중앙축은 용기의 중앙을 통해 실질적으로 수직으로 연장된다.

작업동안에, 랜스는 슬래그층(10) 위로 연장되고, 용기의 충전 높이가 변할지라도 산소함유가스를 공급하기 위한 최적의 위치에 위치되도록 높이조정이 가능하다. 랜스(3)는 수직축으로부터 경사지고, 단부(8)는 산소함유가스의 제트(들)(7)가 랜스의 경사보다 큰 수직축으로부터의 각도로 또는 동일한 경사도로 용기의 중앙을 향하도록 한다.

도 5는 산소함유가스의 네 개의 제트(18)를 방출하는 네 개의 포트(17)를 구비하는 랜스의 단부(8)를 상세히 도시하고 있다. 상기 랜스(3)는 그 단부가 모두 측벽에서 동일한 거리에 있도록 위치된다. 용기로 돌출되는 랜스의 수는 금속용기의 크기 및 각각의 랜스에 의해 덮여지는 슬래그의 표면영역에 따라 다르다. 랜스 단부(end portion)의 포트의 수 또한 변경할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시한 세 개의 산소 랜스(3)에 대한 세 개의 공급슈트(12)(feed chute)의 위치를 도시하고 있다.

도 3은 용기(1)의 일부 영역(section), 상기 용기의 일부 영역으로 돌출되는 랜스(3) 및 용기에 추가되는 석탄입자의 궤적(15)을 도시하고 있다. 랜스로부터 짧은 거리에서 석탄입자를 추가함으로써 얻는 잇점은 명확한데, 그 이유는 입자가 용기 측벽에서의 후연소 가스의 하향유동을 갖는 슬래그층으로 동반되기 때문이다. 반대로, 도 4는 랜스 사이에서 추가되는 석탄입자의 궤적(16)을 도시하고 있다. 대부분의 입자가 용기 중앙에서의 후연소 가스의 상향유동에 동반되어 용기를 빠져나가고 있는 것을 볼 수 있다. 따라서, 추가되는 석탄입자의 대부분은 슬래그층(10) 내에서 반응물로서 이용하지 못하게 된다.

도 6은 금속용기(1), 용융 사이클론(2)(자세히 도시하지 않음) 및 복수의 랜스(3)를 도시하고 있고, 상기 랜스(3)는 그 중 두 개만을 도시하고 있다. 랜스(3)는 천장(6)을 통해 용기(1)로 돌출되고 용기 측벽(5)에서의 후연소 가스의 하향유동 및 용기 중앙(9)에서의 후연소 가스의 상향유동을 발생하도록 구성된다. 랜스(3)는 수직축으로부터 경사지고, 단부(8)는 산소함유가스의 제트(들)(7)가 랜스의 경사보다 수직축으로부터 큰 각도 또는 랜스의 경사와 동일하게 용기의 중앙으로 향하도록 구성된다. 금속용기의 측벽(5)은 상부(upper portion)(21) 및 하부(lower portion)(20)를 포함한다. 하부(20)는 사용중에 용융 금속욕(11) 및 슬래그층(10)의 일부를 수용한다. 상부(21)는 사용중에 슬래그층의 나머지를 수용하고, 랜스(3)는 용기의 상부로 돌출되어 용기의 상부(3)의 슬래그층(6)에 산소함유가스를 공급한다. 복수의 풍구(tuyer)(22)(두 개만 도시)는 가스 및/또는 액체 및/또는 고체(재생 먼지 등) 및/또는 플라즈마를 용기 하부(20)의 슬래그층에 공급하기 위해 용기의 하부 주위에 배치된다. 용기의 하부 주위에 배치되는 풍구의 수는 용기의 크기 및 풍구의 성능 인자에 따라 다르다. 풍구는 산소연료 버너를 포함할 수 있다. 도 6에 자세히 도시된 나머지는 도 1 내지 도 5에 도시된 도면부호와 그 설명에 따른다.

도 7은 또 다른 금속용기(31)와 용융 사이클론(38)을 도시한다. 용융 사이클론은 자세히 도시하지 않았다. 금속용기는 철욕(39) 및 슬래그층(36)을 수용하는 하부(32)를 포함하고, 용융 철 및 슬래그를 배출하기 위한 하나 이상의 탭 홀(41)을 포함한다. 또한, 용기는 슬래그층(36)의 나머지를 수용하는 상부(33) 및 천장부(34)를 포함한다. 따라서, 슬래그층(36)은 철욕(39)의 상부에 놓여져 용기의 하부(32)로부터 상부(33)로 연장된다. 예비환원된 산화철(40)은 용융 사이클론으로부터 금속용기로 유동하여 슬래그층에서 최종적으로 환원된다. 복수의 랜스(35)는 용기 상부(33)의 슬래그층(36)으로 산소함유가스를 공급한다. 도면에는 랜스가 두 개만 도시되고 있지만 용기의 크기 및 랜스의 성능 인자에 따라서 달리할 수 있다. 복수의 풍구(37)는 용기 하부의 주위에 배치된다. 풍구는 가스 및/또는 액체 및/또는 고체(재생 먼지 등) 및/또는 플라즈마를 용기 하부(32)의 슬래그층에 공급한다. 용기 하부의 주위에 배치되는 풍구의 수는 용기의 크기 및 풍구의 성능 인자에 따라 달라질 수 있다. 풍구는 산소연료 버너를 포함할 수 있다. 예비환원된 산화철의 최종 환원동안에, CO 환원제를 포함하는 공정 가스가 생성되고 용기(31)의 슬래그층(36) 위에서 부분적으로 후연소되어 최종 환원에 필요한 열을 방출한다. 환원처리 가스가 상승하고 용융 사이클론에 공급된 산소함유가스로 용융 사이클론(38)에서 추가로 후연소된다. 용융 사이클론에 공급된 산화철은 FeO로 대략 예비환원되고 용융 사이클론 내에서 적어도 부분적으로 용융된다. 예비환원된 산화철(40)은 금속용기(31)로 유입된다.

지금까지 특정 실시예를 통해 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 기술사상에서 벗어나지 않는 범위내에서 변경 및 수정이 가능하다.

Claims (23)

1. 바닥부, 측벽, 중앙 개구부를 갖는 천장부 및 작업중에 금속용기 내부로 산소함유가스를 공급하기 위한 랜스 조립체를 포함하는 제철 및 제강용 금속용기에 있어서,

   상기 랜스 조립체는 3 이상의 랜스를 갖고, 각각의 랜스는 상기 산소함유가스를 방출하기 위한 단부를 포함하며,

   상기 랜스는 상기 천장부를 통해 연장하여 상기 금속용기의 상부로 돌출하고,

   하나 이상의 상기 랜스는 단부로부터 상기 산소함유가스의 복수의 제트를 방출하기 위한 수단을 구비하고, 또한 상기 산소함유가스를 상기 금속용기의 중앙축 쪽으로 향하게 하기 위해 배치되며,

   상기 랜스 조립체는 작업중에 상기 금속용기 측벽에서의 후연소 가스의 하향유동 및 상기 금속용기 중앙에서의 후연소 가스의 상향유동을 발생시키고,

   하나 이상의 공급슈트를 통하여 입자형 재료가 상기 후연소 가스의 하향유동 내의 상기 금속용기에 추가되며,

   각각의 상기 공급슈트는 상기 천장부를 통해 돌출하여 상기 금속용기의 상부로 연장되고, 또한 방사상 방향으로 상기 금속용기의 측벽과 랜스 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 금속용기.
2. 제 1 항에 있어서,

   하나 이상의 상기 랜스는 상기 금속용기의 천장부를 통해 돌출되는 것을 특징으로 하는 금속용기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 단부가 상기 금속용기의 중앙축 쪽으로 제 1 예각 이하로 경사지도록, 하나 이상의 상기 랜스는 수직축으로부터 경사지는 것을 특징으로 하는 금속용기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 랜스의 단부는 수직축으로부터 상기 제 1 예각보다 큰 제 2 예각 이하로 상기 산소함유가스를 상기 금속용기의 중앙축 쪽으로 향하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 금속용기.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 랜스의 단부는 모두 상기 측벽으로부터 동일한 거리에 있는 것을 특징으로 하는 금속용기.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   하나 이상의 상기 랜스는 높이를 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속용기.
7. 제 1 항에 있어서,

   각각의 상기 랜스는 대응되는 공급슈트를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속용기.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 측벽은 용융 금속욕과 슬래그층을 수용하기 위한 하부 및 슬래그층을 수용하기 위한 상부를 포함하고,

   상기 산소함유가스를 상기 금속용기의 상부에 공급하기 위한 2 이상의 상기 랜스가 상기 금속용기의 상부로 돌출되며,

   가스, 액체, 고체 및 플라즈마 중에서 적어도 하나를 상기 금속용기 하부의 슬래그층에 공급하기 위한 복수의 풍구는 상기 금속용기 하부 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속용기.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 금속용기 하부의 직경은 상부의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 금속용기.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 풍구는 산소연료 버너를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속용기.
11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 금속용기 위에 위치되고 개방연결되는 용융 사이클론을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속용기.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 랜스는 상기 용융 사이클론으로부터 상기 금속용기로 하향 통과하는 용융 재료와의 접촉을 피하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 금속용기.
13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 금속용기를 이용하여 산화철을 철로 환원하는 방법에 있어서,

    상기 금속용기에 산화철을 공급하는 단계,

    상기 금속용기에 탄소질 물질을 공급하여 상기 산화철을 환원시키는 단계, 및

    랜스를 통해 산소함유가스를 상기 산화철에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화철 환원방법.
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