KR101957536B1 - 높은 황 함량의 공급물질을 위한 직접 제련방법 - Google Patents
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Abstract
제련 사이클론 및 용융금속 욕을 함유하는 직접 제련 용기에서 적어도 0.2 wt% 황을 함유하는 금속함유 공급물질을 직접 제련하는 방법이 개시된다. 이 방법은 제련 사이클론으로부터의 오프가스가 적어도 75%의 후 연소도를 가지기에 충분한 산소 포텐셜을 제련 사이클론에서 유지하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 제련 사이클론의 사용과 관련된 금속함유물질을 직접제련하기 위한 용융 욕-기반 방법에 관한 것이다.
특히, 결코 배타적이지 않지만, 본 발명은 높은 황 함량의 철-함유 금속함유 공급물질들을 직접 제련장치에 장입하기 전에 그 공급물질들에서 황을 제거하기 위하여 예비처리할 필요가 없이, 그 공급물질들을 바로 수용할 수 있는 철을 제조하는 용융 욕-기반 제련 방법에 관한 것이다.
용융 욕을 제련 매체로서 주로 이용하고 일반적으로 “HIsmelt 공정”으로 지칭되는 철-함유 금속함유 공급물질들과 같은 금속함유물질을 위한 공지의 직접 제련공정이 본 출원인 명칭의 국제출원 PCT/AU96/00197 (WO 96/31627)에 개시되어 있다.
철-함유 물질의 형태의 금속함유물질, 특히 산화철들을 직접 제련하고 용융 철을 제조하는 것과 관련된 국제출원에 기재된 HIsmelt 공정은 다음 단계들을 포함한다:
(a) 제련장치의 직접 제련용기에서 용융 철과 슬래그의 욕을 형성하는 단계;
(b) 상기 욕 내로 (i) 금속함유물질, 전형적으로 산화철들; 및 (ii) 산화철들의 환원제와 에너지원으로서 작용하는 고체상 탄소질 물질, 전형적으로 석탄을 주입하는 단계; 및
(c) 상기 용융 욕에서 금속함유물질을 철로 제련하는 단계.
용어 “제련”은 용융금속을 제조하기 위하여 금속산화물들을 환원시키는 화학반응들이 일어나는 열적 처리를 의미하는 것으로 여기서 이해된다.
HIsmelt 공정은 또한 상기 욕 위의(above)의 공간에서 상기 욕으로부터 방출된 CO 및 H2와 같은 반응가스들(reaction gases)을 산소-함유 가스, 전형적으로 공기로 후-연소시키고, 또한 금속함유물질들을 제련하는 데 요구되는 열에너지에 기여하기 위하여 후-연소에 의해 발생된 열을 상기 욕에 전달하는 것을 포함한다.
HIsmelt 공정은 또한 천이 구역을 욕의 명목상의 정지표면 위에(above) 형성하는 것을 포함하며, 여기에는 욕 위에 있는 반응가스들의 후-연소에 의해 발생된 열에너지를 욕에 전달하기 위한 유효 매체를 제공하는, 적절한 질량의 상승 및 그 후의 하강하는 용융금속 및/또는 슬래그의 미세방울 또는 스플래시 또는 스트림이 있다.
HIsmelt 공정에서 금속함유물질 및 고체상 탄소질 물질은 직접 제련 용기의 측벽을 통하여 아래쪽으로 및 안쪽으로 연장되도록 하기 위하여 수직에 대하여 경사지고 또한 상기 고체상물의 적어도 일부를, 용기의 바닥에 있는 용융금속층 안으로 이송하기 위하여 상기 용기의 하부 영역으로 경사진, 다수의 고체상물 주입 랜스들(종종 “송풍구들”이라고 지칭됨)을 통해 용융 욕으로 주입된다. 용기의 상부에서 반응가스들의 후-연소를 증가시키기 위하여, 산소-부유될 수 있는 송풍의 고온공기(a blast of hot air)가 하향 연장된 고온 공기 주입 랜스를 통해 용기의 상부 영역으로 주입된다. 용기에서의 반응가스들의 후-연소로 인해 생기는 오프가스들은 오프가스관을 통해 용기의 상부영역으로부터 방출된다. 용기는 용기의 측벽 및 지붕에 수냉 패널들을 포함하며 물은 상기 패널들을 통해 연속순환로로 연속적으로 순환된다.
HIsmelt 공정에 의해 다량의 용융 철이 금속함유물질을 용융 욕에서 직접제련하여 제조될 수 있다. 이러한 정도의 제조를 가능케 하기 위하여 다량의 금속함유물질과 탄소질 물질 둘다가 용기에 공급되어야 한다.
직접 제련 용기 위에(above) 위치되고 이 용기와 연통하는 제련 사이클론에서 장입(incoming) 금속함유 공급물질의 통합된 예비처리와 관련된, 철-함유 금속함유물질의 추가 공지된 직접 제련 공정이 출원인 명칭의 국제출원 PCT/AU99/00884 (WO 00/022176)에 기재되어 있다. 본 발명과 관련하여, 직접 제련 용기 위에 위치되고 이 용기와 연통하는 제련 사이클론은 직접 제련장치를 형성한다. 이 변형예의 추가 설명들은 다음 특허출원 및 특허들에서 찾을 수 있다: (i) (네덜란드) NL9401103 (오스트레일리아) AU-B-21793/95, (ii) 네덜란드 9500264 (오스트레일리아) AU-B-43396/96 and (iii) 타타(Tata) 스틸의 명칭(앞서는 코러스(Corus)로 알려지고 더 앞서서는 후고벤스(Hoogovens)로 알려짐)의 (유럽) EP03740456.3 (오스트레일리아) AU-B-2003281064.
용어 “제련 사이클론”은 전형적으로 원통형 챔버를 정의하는 용기로서, 상기 챔버로 공급된 공급물질들이 상기 챔버의 수직 중심축 둘레의 경로로 이동하도록 구성되며 금속함유 공급물질들을 적어도 부분적으로 제련하기에 충분한 높은 작동온도들을 견딜 수 있는 용기를 의미하는 것으로 여기서는 이해된다. 앞 절에서 언급된 출원들 및 특허들은 제련 사이클론의 예를 개시한다.
편의상, HIsmelt 공정의 제련 사이클론 변형예는 이후에는 “HIsarna”공정이라 지칭한다. “HIsarna” 공정은 (석탄주입, 스플래시 발생, 금속-슬래그 혼합, 후-연소 및 욕으로의 열 전달을 포함하는) 욕 제련이 두 공정에서 본질적으로 동일하다는 의미에 있어서 “HIsmelt”공정을 포함한다고 이해된다. HIsmelt 공정에서는 직접 제련 용기 안으로 연장되는 랜스들을 통하여 광석, 석탄 및 플럭스 모두가 욕 안으로 주입된다. HIsarna 공정에서는 전형적으로 탄소질 공급물질(석탄)과 플럭스만이 직접 제련용기의 랜스들을 통해서 욕 안으로 주입된다. HIsarna 공정에서는, 철광석과 같은 장입 금속함유 공급물질이 전형적으로, 직접 제련용기 바로 위에 위치되고 직접 제련용기와 연통하는 제련 사이클론으로 주입되고 이 제련 사이클론에서 가열되고 부분적으로 용융되고 부분적으로 환원된다. 직접 제련용기로부터의 부분연소된 고온 오프가스가 제련용기의 바닥으로 들어오고 또한 산소-함유 가스(전형적으로 공업용 산소)가 수평평면에, 즉 제련 사이클론 챔버의 수직 중심축 둘레에, 사이클론형 와류 패턴을 발생시키도록 배열된 송풍구를 거쳐서 주입된다. 산소-함유 가스의 이 주입에 의해 제련로 오프가스의 추가 연소가 일어나고 아주 고온의 (사이클론형의) 화염들이 생성된다. 미세하게 분할된 장입 금속함유 공급물질은 압축공기에 의해 송풍구를 통해 이 화염들로 주입되고, 그 결과 부분 환원(개략적으로 10-20% 환원)에 의해 생기는 급속가열 및 부분 용융이 이루어진다. 고온, 부분 용융 금속함유 공급물질은 사이클론의 와류 작용에 의해 외곽으로 제련 사이클론의 벽들로 던져지고 그 후에 중력에 의해 아래의 직접 제련용기로 낙하된다.
실 효과는 HIsarna 공정의 두-단계 역류 공정 구성이다. 장입 금속함유 공급물질은 배출되는 고온 제련장치 오프가스(산소-함유 가스가 추가됨)에 의해 가열, 하소되고 부분적으로 환원된다. 전체적으로, 이 역류 배열은 생산성과 에너지 효율을 증가시킨다.
출원인은 HIsmelt 공정과 HIsarna 공정은 용융 금속 내에 최대 약 0.25wt%의 황을 단지 허용할 수 있다는 것을 결정하였다. 이 양을 넘어서는 금속 황 퍼센트에서는, 석탄으로부터 용융금속으로의 탄소용해가 저하되고 제련장치들에서 공정효율이 감소한다. 이것은 황이 용해 과정에서 탄소와 경쟁하기-황이 많으면 많을수록 주입된 탄소질 물질(전형적으로 석탄)로부터의 탄소가 용융금속에 용해하는 것을 더 어렵게 함-때문에 일어나는 것으로 출원인은 이해하였다. 그러므로, 공급물질들의 황 함량을 제한하고 용융 금속내의 황이 약 0.25 wt% 아래에 머물도록 재료들을 HIsmelt 공정과 HIsarna 공정으로 재순환시킬 필요가 있다.
대부분 형태의 상업적으로 이용가능한 철광석에 있어서는, 통상은 황은 주요한 논쟁이 되지 않는다. 예를 들어, 브라질산 철광석에서 황은 전형적으로 0.01 wt% 미만이고 반면에 호주산 필브라(Pilbara) 광석들에서는 황은 전형적으로 0.02-0.03 wt%이다. 고로용 석탄의 황 함량은 통상 약 0.6-0.8 wt%이고 이 형태의 광석-석탄 결합에 의한 총 황 투입은 통상 석탄에 의해 좌우된다.
전 세계 중 일부 지역들(예, 중국)에서는 실질적으로 높은 황 함량(예0.3-1.0 wt%)을 갖는 금속함유물질을 찾을 수 있다. 이러한 형태의 금속함유 공급물질을 가지고 HIsmelt 직접 제련 공정을 작동시키는 것은 불가능하다고 일반적으로 여겨지는데 그 이유는 용융 금속에서의 황이 0.25 wt%을 큰 차이로 초과할 것이기 때문이다. 이 형태의 금속함유 공급물질을 HIsmelt 공정에서 사용하기 위해서는, 황을 태우기 위해 상기 재료들을 외부에서 예비 처리할(예, 상당한 산화 분위기를 갖는 회전로 또는 유동 층에서 약 800-1100°C를 얻음) 필요가 있다. 이러한 외부 예비처리 조건들에서 고체-구속 황(solid-bound sulphur)은 오프가스로 방출되는 SO2로 변환된다. 그리고 나머지 고체상물들은 감소된 황 레벨을 갖는다.
앞 절에 기재된 외부의 비-통합된 예비 처리는 기술적 의미에서 실행가능성은 있지만, 그것은 부가 자본 및 작동 비용 요구조건들로 인해 상업적 면에서 매력적이지 않을 수 있다.
위의 설명은 오스트레일리아 또는 그 외에서 공통적인 일반지식으로 인정되지 않을 것이다.
본 발명은 높은 황 함량의 공급물질을 위한 직접 제련방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
개시의 요약
본 발명은 개량 형태의HIsarna 공정이 별도의 (외부의) 황 예비처리를 할 필요가 없이 장입 금속함유 공급물질로부터 필요한 레벨의 황 제거를 얻을 수 있다는 발견에 기초를 두고 있다.
본 출원인은 산소 포텐셜을 적절하게 조절한다면 장입 금속함유 공급물질로부터의 상당한 황의 제거가 HIsarna 제련장치의 제련 사이클론에서 이루어질 수 있다는 것을 발견하였다.
본 출원인은 또한 금속함유 공급물질의 온도 및 크기 분포와 같은 기타 파라미터들이 제련 사이클론에서의 금속함유 공급물질로부터의 황 제거에 영향을 줄 수 있다는 것을 찾아냈다.
황의 제거는 높은 산소 포텐셜에 의해 유리하게 된다. HIsarna 제련장치의 작동 조건들의 이 선택은 (황 제거를 위한 예비처리 없이) 높은 황의 금속함유 공급물질의 사용을 가능케 하고 동시에 욕 금속의 황 함량을 0.25 wt% 아래로 유지하는 것을 가능하게 만든다.
산소 포텐셜은 제련 장치 및 제련 사이클론으로 주입되는 산소의 상대적인 양들과 결부하여, 제련 장치로의 광석 및 석탄 공급의 전체 밸런스를 조절함으로써 제어될 수 있다. 제련 사이클론을 떠나는 오프가스의 후 연소의 정도를 75-100%로 유지함으로써, 제련 사이클론에서 충분한 황 제거(전형적으로 50-80%)를 얻을 수 있다.
용어 “후 연소의 정도”는 여기서는 다음을 의미하는 것으로 이해된다:
100 x [%CO2+%H2O]/[%CO+%CO2+%H2+%H2O]).
황의 제거는 또한 고온에 의해 유리하게 된다. 용어 “고온”의 의미는 금속함유 공급물질의 함수이다. 예를 들어, 철-함유 공급물질 형태의 금속함유 공급물질들의 경우에, 용어 “고온”은 여기서는 적어도 1100°C의 온도들 그리고 전형적으로 적어도 1200°C의 온도들을 의미하는 것으로 이해된다.
황의 제거는, 또한 노출된 입자 표면적이 충분하게 황 제거를 할 수 있을 만큼, 즉 황을 태워버릴 만큼 충분하게 크도록, 장입 금속함유 공급물질의 크기 분포를 선택함으로써 유리하게 된다.
본 발명에 따라, 제련 사이클론 및 용융 금속 욕을 함유하는 직접 제련 용기에서 적어도 0.2 wt% 황을 함유하는 금속함유 공급물질을 직접 제련하는 공정이 제공되며, 이 공정은 제련 사이클론으로부터의 오프가스가 적어도 75%의 후 연소도를 갖기에 충분한 산소 포텐셜을 제련 사이클론에서 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라, 적어도 0.2 wt% 황을 함유하는 금속함유 공급물질을 직접 제련하여 금속을 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 (a) 제련 사이클론에서 금속함유 공급물질을 적어도 부분적으로 환원 및 적어도 부분적으로 용융하고 (b) 상기 적어도 부분적으로 환원/용융된 물질을 직접 제련용기의 용융 욕에서 완전하게 제련하는 것을 포함하며, 상기 방법은 제련 사이클론으로부터의 오프가스가 적어도 75%의 후 연소도를 가지기에 충분한 산소 포텐셜을 제련 사이클론에서 유지하는 것을 특징으로 한다.
금속함유 공급물질은 금속 산화물들을 함유하는 임의의 재료일 수 있다.
금속함유 공급물질은 광석들, 부분환원 광석들 및 금속 함유 폐 스트림들일 수 있다.
금속함유 공급물질은 철광석과 같은 철 함유 공급물질일 수 있다.
금속함유 공급물질의 황 함량은 적어도 0.25 wt% 일 수 있다.
금속함유 공급물질의 황 함량은 적어도 0.3 wt% 일 수 있다.
금속함유 공급물질의 황 함량은 적어도 0.5 wt% 일 수 있다.
금속함유 공급물질의 황 함량은 1 wt% 미만 일 수 있다.
공정은 제련 사이클론에서 고온을 유지하는 것을 포함할 수 있다.
금속함유 공급물질이 철 함유 공급물질인 경우에, 공정은 제련 사이클론에서 적어도 1100°C의 고온, 전형적으로 적어도 1200°C의 고온을 유지하는 것을 포함할 수 있다.
공정은 제련 사이클론에의 금속함유 공급물질과 제련 장치에의 탄소질 공급물질의 전체적인 밸런스를, 제련장치와 제련 사이클론에 주입된 산소-함유 가스의 상대적인 양들과 결부하여, 조절함으로써 제련 사이클론에서 산소 포텐셜을 유지하는 것을 포함할 수 있다.
공정은 제련 사이클론으로부터의 오프가스가 적어도 80%의 후 연소도를 갖기에 충분한 산소 포텐셜을 제련 사이클론에서 유지하는 것을 포함할 수 있다.
공정은 제련 사이클론으로부터의 오프가스가 적어도 85%의 후 연소도를 갖기에 충분한 산소 포텐셜을 제련 사이클론에서 유지하는 것을 포함할 수 있다.
공정은 제련 사이클론으로부터의 오프가스가 적어도 90%의 후 연소도를 갖기에 충분한 산소 포텐셜을 제련 사이클론에서 유지하는 것을 포함할 수 있다.
공정은 제련 사이클론에 공급될 금속함유 공급물질의 입자 크기를 6mm보다 더 크지 않게 선택하는 것을 포함할 수 있다.
공정은 제련 사이클론에 공급될 금속함유 공급물질의 입자 크기를 3mm보다 더 크지 않게 선택하는 것을 포함할 수 있다.
제련 사이클론에 공급될 금속함유 공급물질은 바람직하게는 1mm 미만이다.
상기 공정은 제련 사이클론 내의 조건들을 상기 황의 적어도 실질적인 부분이 SO2로서 오프가스로 방출되도록 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라, 적어도 0.2 wt%의 황 함량을 갖는 금속함유 공급물질로부터 제조된 0.2 wt% 미만의 황 함량을 갖는 금속생성물이 또한 제공된다.
본 발명에 따라, 적어도 0.2 wt%의 황 함량을 갖는 금속함유 공급물질로부터 제조된 0.2 wt% 미만의 황 함량을 갖는 철 생성물이 또한 제공된다.
금속함유 공급물질의 황 함량은 적어도 0.25 wt%일 수 있다.
금속함유 공급물질의 황 함량은 적어도 0.3 wt%일 수 있다.
금속함유 공급물질의 황 함량은 적어도 0.5 wt%일 수 있다.
금속함유 공급물질의 황 함량은 1 wt% 미만일 수 있다.
개시의 요약에 기재된 공정의 범위에 속할 수 있는 임의의 기타 여러 형태가 있지만, 본 명세서에서는 특정 구현예로서 도 1의 일 예만을 들어, 본 발명에 따른 철광석을 직접제련하기 위한 공정의 한 구현예의 흐름도인 첨부 도면을 참고하여, 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라서, 철광석을 직접 제련하기 위한 공정도이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라서, 철광석을 직접 제련하기 위한 공정도이다.
황이 HIsmelt 공정에서 어떻게 기록되는 지에 대한 제1예를 통하여, 출원인에 의해 행해진 모델링 작업(modelling work)은 HIsmelt 공정에서 0.2 wt% 황을 함유하는 철광석의 형태의 금속함유 공급물질이 공급되고 또한 더스트가 제련장치로 전혀 재순환되지 않는다면, 결과적으로 용융 금속의 황의 레벨은 0.17 wt%일 것이라는 것을 나타낸다. 이 모델링 작업에서, 공정 더스트/슬러지의 90%가 제련장치에 재순환된다면, 용융 금속에서의 황은 0.23 wt%로 증가될 것이다.
황이 HIsmelt 공정에서 어떻게 기록되는지에 대한 제2 예를 통하여, 출원인에 의해 행해진 모델링 작업은 HIsmelt 공정에서 0.7 wt% 황을 함유하는 철광석의 형태의 금속함유 공급물질이 공급되고 또한 더스트가 제련장치로 전혀 재순환되지 않는다면, 결과적으로 용융 금속의 황의 레벨은 0.37 wt%일 것이라는 것을 나타낸다. 이 모델링 작업에서, 공정 더스트/슬러지의 90%가 제련장치로 재순환된다면, 용융 금속에서의 황은 0.44 wt%로 증가될 것이다.
출원인의 제1 및 제2 예 및 작동 경험에 의하면, HIsmelt 공정에 공급되는 광석에서의 약 0.2wt% 황은 HIsmelt 공정에 대한 상한을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 0.2 wt% 황보다 많은 황을 함유하는 광석에서, 황 함량을 약 0.2 wt%로 감소시키기 위해서는 위에 기재된 광석을 예비처리할 필요가 있게 된다.
제3 예에 의해, HIsmelt 공정에서 출원인에 의해 수행된 모델링 작업은 본 발명에 따른 개량된 HIsarna 공정에 0.7wt% 황을 함유하는 철광석의 형태의 금속함유 공급물질이 공급되고 또한 더스트가 제련장치에 전혀 재순환되지 않고 또한 제련 사이클론의 작동온도, 입자크기 및 산소 포텐셜 등의 조건들이 위와 같이 조절되고 제련 사이클론에 공급된 철광석에 있는 황을 70% 태워버린다면, 그 결과 용융 금속에서의 황의 레벨이 0.16 wt%가 될 것이다. 이 모델링 작업에서, 공정 더스트/슬러지의 90%가 제련장치로 재순환된다면, 용융 금속에서의 황은 0.14 wt%로 감소될 것이다(이것은 폐열 회수 시스템에서 발생하는 더스트로부터의 추가적인 황 태움의 결과이다).
제1 예와 제2 예를 결합하여 이루어진 제3 예는, 본 발명에 따른 개량 HIsarna 공정이 HIsarna 제련장치의 외부에서 황 태움 예비처리를 필요로 하지 않고 높은 황의 금속함유 공급물질을 직접 처리할 수 있다는 것을 보여준다.
본 발명에 따른 개량된 HIsarna 공정은 방출된 황의 대부분을 SO2로 오프가스에 전달하며, 상기 오프가스는 석고를 제조하기 위하여 석회석 슬러리 등의 작용물질(agent)로 세척될 수 있다는 것을 또한 주목할 가치가 있다. 완전 산소-취입된, 제련 사이클론 공정은 (HIsmelt 공정과 비교하여) 휠씬 더 낮은 오프가스의 총 체적을 사용하여 이것을 얻는다. 이것은 또한 요구되는 세척 장치의 면에서 비용을 최소화하여, 비용 효율이 높고 환경적으로 청결한 황 배출 제어를 가능케 한다.
높은 ((0.2-1.0 wt%) 황을 함유하는 금속함유 공급물질을 사용할 본 발명에 따른 개량형 HIsarna 공정의 작동 파라미터들은 다음을 포함할 수 있다:
1. 제련 사이클론을 떠나는 오프가스가 적어도 75% 및 전형적으로 80-100% 범위의 후 연소도를 가지도록 제련 사이클론에서 높은 산소 포텐셜에서 작동하기 위한 공정 작동 조건들을 선택한다. 목표 후 연소도를 달성하는 것은 탄소질 물질(석탄 등) 및 금속함유 공급물질(철광석 등) 공급율들, 제련장치 및 제련 사이클론으로의 산소 공급율 및 제련 장치로부터의 열 손실을 포함하는(이것들에 제한되지 아니함) 상호연결된 세트의 파라미터들로부터 조건들을 선택하는 것을 포함한다.
2. 제련 사이클론에서 고온에서 작동한다.
3. 노출된 입자 표면적이 황을 충분히 제거할 수 있을 정도로, 즉 황을 태워 없앨(burn-out) 수 있을 정도로 크도록 장입 금속함유 공급물질의 크기 분포를 선택한다. 정상 제련 사이클론 작동은 고체상물의 압축공기에 의한 공급을 필요로 하며 또한 이것은 약 6mm 보다 크지 않은 입자 크기 분포 정상 크기(particle size distribution top size)를 요구한다. 더 미세한 그라인드 크기들은 임의의 경우(any event)에도 사용될 수 있다. 그러나, 황 연소를 위해서는, 그렇지 않으면 있었을 경우(입자들의 특정 성질 및 황 연소의 동역학에 의존함)보다 더 작은 정상크기(lower top size)를 갖는 것이 적절할 것이다.
본 발명에 따른 철광석을 직접 제련하는 공정의 구현예는 첨부도면에 보여진 흐름도를 참고하여 설명된다.
도면에 보여진 공정은 제련 사이클론(2)과 제련 사이클론(2)의 바로 밑에 놓여있는 용융 욕-기반 직접 제련용기(4)의 결합체인 직접 제련 장치의 사용에 기반하며, 상기 직접 제련 장치의 두 챔버들 사이의 직접적인 연통이 이루어진다.
위에서 언급된 특허들 및 특허 출원들은 금속함유 공급물질, 탄소질 물질 및 산소 함유가스를 포함하는 공급 물질들의 공급을 포함하여, 제련 사이클론(2) 및 용융 욕-기반 직접 제련용기(4)의 구조 및 기본 작동 조건들의 상세들을 제공한다.
이들 특허 및 특허 출원들의 특허 명세서의 개시는 여기에 상호-참고하여 통합된다.
도면을 참고하여, 0.7 wt% 의 황 함량 및 6 mm 의 정상 크기를 갖는 높은 황의 자철광-기본 광석의 혼합물(1)이 광석 건조기를 거쳐서 공기압 이송 가스(1a)를 사용하여 제련장치의 제련 사이클론(2)으로 공급된다. 석회석은 광석과 석회석의 결합 스트림의 약 8-10 wt%을 나타낸다. 석탄(3)은 별도 건조기를 거쳐서 제련장치의 직접 제련용기(4)로 공급된다. 석탄은 이송가스(2a)를 사용하여 금속과 슬래그의 용융 욕으로 깊이 주입된다. 산소(7)는 용융 욕에서 발생되고 용융 욕으로부터 방출된 가스들, 전형적으로 CO 및 H2를 후 연소시키고 또한 제련공정에 필요한 열을 제공하기 위하여 직접 제련용기(4)안으로 주입된다. 산소(8)는 광석을 예열하고, 부분 용융하며 부분 탈황시키기 위하여 제련 사이클론(2)에 주입된다.
제련장치 생성물들은 고온의, 즉 용융된, 금속(5) 및 용융 슬래그(6)이다.
다음 아래에 기재된 바와 같이, 공정 조건들은 직접 제련용기(4)의 용융금속(5)의 황함량이 0.14-0.16%가 되도록 제어된다.
석탄과 광석의 공급율, 직접 제련 용기(4) 및 제련 사이클론(2)에의 산소 공급율 및 제련장치로부터의 열손실을 포함하지만 이에 제한되지 않는 작동 조건들은, 오프가스 출구관(9)을 통해 제련 사이클론(2)을 떠나는 오프가스가 적어도 80% 및 전형적으로 약 90%의 후-연소도를 갖도록, 선택된다.
약 90%의 후 연소도에서, 광석에 원래부터 존재하는 황의 약 70%는 제련 사이클론에서 오프가스(주로 SO2의 형태로)로 방출된다. 제련 사이클론(2)에서 광석에 있는 이 레벨의 황의 연소는, 제련 사이클론(2)에서 제조되고 나중에 직접 제련용기(4)안으로 아래쪽으로 이동하는 부분 환원되고 부분 용융된 광석에서 황의 양을 감소시킨다. 최종 결과는 직접 제련용기(4)에서 제조된 용융 금속(5)의 황 함량은 0.14-0.16%이라는 것이다. 위의 기재로부터 분명한 바와 같이, 이 황 함량은 허용가능한 작동 범위내에 충분하게 들어간다.
제련 사이클론(2)으로부터의 오프가스는 오프가스관(9)을 거쳐서 오프가스 소각로(10)로 흘러들며, 추가 산소(11)가 잔류 CO/H2를 연소시키고 또한 완전연소 연도가스에서 유리산소도(전형적으로 1-2%)를 제공하기 위하여 주입된다. 더스트(가스에 SO2로서 방출됨)로부터의 황의 일부 추가 제거가 동시에 이루어진다.
그리고, 완전연소된 황을 포함하는 가스(fully combusted sulphur-laden gas)가 폐열 회수부(12)를 통과하여 흐르며, 여기서 상기 가스는 냉각되고 스팀이 발생된다. 그리고나서 연도가스가 습식 세척탑(13)을 통과하여 흐르며 여기서 냉각 및 더스트 제거가 이루어진다. 세척탑(13)의 바닥으로부터 배출된 결과적으로 생긴 슬러지는 광석 공급 스트림(1)을 통하여 제련장치로의 재순환에 이용될 수 있다.
세척탑(13)을 떠나는 황을 포함하는 냉 연도가스(cool sulphur-laden flue gas)가 연도가스 탈황 유닛(14, 15)에 공급된다. 이 유닛에서 석회석 슬러리가 가스 안으로 분무되고 황의 대부분(약 98%)은 부산물로서 회수될 수 있는 CaSO4 수화물(석고)로 변환된다.
그리고나서 청결한 연도가스는 스택(stack)(16)을 통하여 환기된다. 이 가스는 주로 CO2로 이루어지며 적합하다면, 압축되어 지하에 격리된다(geo-sequested)(잔류 비-압축성 가스 종의 적절한 제거와 더불어).
본 발명의 사상 및 범위를 일탈하지 않고 위에 기재된 본 발명의 구현예에 대하여 많은 개량들이 이루어질 수 있다.
예를 통하여, 본 발명은 구현예와 관련하여 기재된 특정 공급물질에 한정되지 않는다.
다음의 청구항들 및 전술한 상세한 설명에서, 명백한 언어 또는 필요한 암시 때문에 문장(context)이 달리 필요로 하는 경우를 제외하고는, 단어 “포함한다” 및 “포함하는(3인칭)” 또는 “포함하는”과 같은 변형들이 포괄적인 의미로 즉, 열거된 특징들의 존재를 특정하지만 여기서 개시된 공정의 다양한 구현예들에서 추가 특징들의 존재 또는 부가를 배제하지 않도록 사용된다.
Claims (12)
- 적어도 0.2 wt% 황을 함유하는 금속함유 공급물질을 직접 제련하여 금속을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 (a) 제련 사이클론에서 금속함유 공급물질을 적어도 부분적으로 환원 및 적어도 부분적으로 용융하고 (b) 상기 적어도 부분적으로 환원 및 용융된 물질을 직접 제련용기의 용융 욕에서 완전하게 제련하는 것을 포함하며, 상기 방법은 제련 사이클론으로부터의 오프가스가 적어도 75%의 후 연소도를 가지도록 산소 포텐셜을 제련 사이클론에서 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,
금속함유 공급물질의 황 함량은 적어도 0.25 wt%인 것인 방법. - 제1항에 있어서,
금속함유 공급물질의 황 함량은 적어도 0.3 wt%인 것인 방법. - 제1 항에 있어서,
금속함유 공급물질의 황 함량은 적어도 0.5 wt%인 것인 방법. - 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 함유 공급물질이 철-함유 공급물질일 때 제련 사이클론에서 적어도 1100°C의 고온을 유지하는 것을 포함하는 방법. - 제1 항에 있어서,
제련 사이클론으로부터의 오프가스가 적어도 80%의 후 연소도를 가질 정도로 제련 사이클론에서 산소 포텐셜을 유지하는 것을 포함하는 방법. - 제1 항에 있어서,
제련 사이클론에 공급될 금속함유 공급물질의 입자크기가 6 mm보다 크기 않도록 선정하는 것을 포함하는 방법. - 제1 항에 있어서,
제련 사이클론에 공급될 금속함유 공급물질은 1mm 미만인 것인 방법. - 제련 사이클론 및 용융금속의 욕을 함유하는 직접 제련 용기에서 적어도 0.2 wt% 황을 함유하는 금속함유 공급물질을 직접 제련하는 방법으로서, 제련 사이클론으로부터의 오프가스가 적어도 75%의 후 연소도를 가지도록 산소 포텐셜을 제련 사이클론에서 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001279315A (ja) * | 2000-03-30 | 2001-10-10 | Midrex Internatl Bv | 粒状金属鉄の製法および該金属鉄を用いた溶鋼の製法 |
Family Cites Families (6)
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---|---|---|---|---|
DE3607774A1 (de) * | 1986-03-08 | 1987-09-17 | Kloeckner Cra Tech | Verfahren zur zweistufigen schmelzreduktion von eisenerz |
CN1037193C (zh) * | 1994-05-23 | 1998-01-28 | 冶金工业部长沙矿冶研究院 | 一种生产直接还原铁的方法 |
NL9401103A (nl) * | 1994-07-01 | 1996-02-01 | Hoogovens Groep Bv | Werkwijze en inrichting voor het voorreduceren van ijzerverbindingen. |
NL9500264A (nl) * | 1995-02-13 | 1996-09-02 | Hoogovens Staal Bv | Werkwijze voor het produceren van vloeibaar ruwijzer. |
IT1291118B1 (it) * | 1997-03-25 | 1998-12-29 | Sviluppo Materiali Spa | Procedimento per la produzione diretta di ghisa a partire da minerale ferrifero fine e da carbone fossile ed apparecchiatura idonea per |
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