KR20010040181A - 직접 제련 공정용 베슬 및 이를 이용한 직접 제련 공정 - Google Patents

직접 제련 공정용 베슬 및 이를 이용한 직접 제련 공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속층과 용재층을 가진 용융조를 구비하며, 상기 용재층 위에 가스연속층을 가지고, 직접 제련 공정에 의해 금속함유 공급 물질로부터 금속을 생산하기 위한 베슬에 있어서, (a) 쉘과; (b) 상기 용융조와 접하는 베이스와 측면을 가지며, 내화성 물질로 이루어진 노상과; (c) 상기 노상의 측면으로부터 하향으로 연장 형성되며, 상기 용재층과 가스연속층과 접하는 측벽과; (d) 상기 베슬 안으로 하향 연장 형성하며, 상기 베슬 안의 금속층과 용재층 위로 산소함유 가스를 주입하는 적어도 하나 이상의 랜스/투이어와; (e) 상기 베슬 안으로 하향 및 내향 연장 형성하며, 상기 금속층을 관통하여 상기 금속층과 용재층으로부터 비산, 용적, 유동의 형태로 용융 물질을 운반하는 가스 유동을 발생시킴으로써 상기 가스연속층 안에 전이영역 및 하나의 랜스/투이어(온 랜스/투이어)는 200℃ 이상에서 공급 물질, 주로 금속함유 공급 물질을 주입하고, 다른 랜스/투이어(냉 랜스/투이어)는 200℃ 미만에서 공급 물질, 주로 탄소함유 공급 물질을 주입하는 랜스/투이어쌍을 베슬 주위에 형성하고, 운반 가스에 의해 금속함유 공급 물질과 탄소함유 물질공급 물질을 용융조 안으로 주입하는 다수개의 랜스/투이어쌍; (f) 상기 용융 금속과 용재를 탭핑하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬을 제공한다.

Description

직접 제련 공정용 베슬 및 이를 이용한 직접 제련 공정{VESSEL FOR DIRECT SMELTING PROCESS AND DIRECT SMELTING PROCESS THEREBY}
본 발명은 직접 제련 공정용 베슬 및 이를 이용한 공정에 관한 것으로서, 특히 철광석, 부분환원 철광석, 금속함유 폐유동 물질과 같은 금속함유 공급 물질로부터 철과 같은 용융 금속을 생산하기 위한 베슬 및 공정에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 직접 제련 기기의 용융 금속조와 금속함유 공급 물질로부터 용융 금속을 생산하기 위한 공정에 관한 것이다.
철광석으로부터 직접 용융 금속을 생산하는 공정은 일반적으로 "직접 제련 공정"이라 일컷는다. 상기 직접 제련 공정 중 하나는, 일반적으로 로멜트(Romelt) 공정이라 불리며, 산화 금속의 금속에의 용융, 가스 반응 산물의 예연, 연속적인 산화 금속의 용융을 위한 열 전달의 매질로서, 큰 체적과 잘 교반된 용재를 사용함을 기반으로 한다. 상기 로멜트 공정은 용재 교반을 위해 하부 투이어를 통해 산소를 용재 안에 주입하고, 예연을 위해 상부 투이어를 통해 산소를 용재 안에 주입하는 과정을 포함한다. 상기 로멜트 공정 중 용재 아래에 형성되는 금속층은 중요한 반응 매질이 아니다.
직접 제련 공정의 다른 하나는 용재를 기반하는 것으로서, "딥 슬래그(deep slag)" 공정이라 불린다. DIOS 및 AISI 공정과 같은 이러한 공정은 용재의 깊은 층을 형성하는데 기초를 두고 있다. 상기 로멜트 공정과 마찬가지로 상기 용재층 아래의 금속층은 중요한 반응 매질이 아니다.
또다른 직접 제련 공정으로는 반응 매질로서 용융 금속층을 활용하는 HI 제련(HIsmelt) 공정이 있다. 상기 공정은 본원 출원인에 의해 출원된 국제출원 제PCT/AU96/00197(공개번호 WO 96/31627)에 개시된 바 있다.
상기 HI 공정은,
(a) 베슬 안에 금속층과 용재층을 가진 용융조를 형성하는 과정;
(b) 상기 용융조로,
(ⅰ) 산화금속과 같은 금속함유 공급 물질과,
(ⅱ) 석탄과 같이 상기 산화금속의 반응물질과 에너지원으로서 작용하는 고체 탄소함유 물질을 주입하는 과정과;
(c) 상기 금속 공급 물질을 상기 금속층 안의 금속으로 용융시키는 과정을 포함한다.
상기 HI 제련 공정은 산소함유 가스 및 용융조로부터 방출된 예연 반응 가스를 하나 이상의 랜스/투이어를 통해 베슬 안의 용융 금속으로 주입하여, 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로 열을 전달하는 과정을 포함한다.
상기 HI 제련 공정은 예연 반응 가스를 생성하는 열적 에너지를 상기 용융조로 전달하는 매질을 제공하는 비산, 용적 및 유동이 상승 후 하강하는 용융조의 공칭 정지 표면 위에 전이 영역을 형성한다.
바람직한 HI 제련 공정은 베슬의 측벽을 따라 하향 및 내향 연장되는 랜스를 통해 상기 베슬 안으로 운반 기체, 금속 공급 물질, 고체 탄소함유 물질 및 선택적인 용제를 주입하여 전이 영역을 형성함으로써, 상기 운반 기체와 고체 탄소함유 물질이 금속층을 통과하여 용융 물질을 용융조로부터 사출시킨다.
이러한 HI 제련 공정은 운반 가스, 고체 탄소함유 물질을 투이어를 통해 용융조로 주입하여 전이 영역을 형성함으로써 상기 용융조로부터 비산, 용적 및 유동을 사출시키던 종래의 형태와 비교하여 중요한 점이다.
본원 출원인은 2.74m의 직경의 노상을 가진 중간 시험 베슬에서 상술한 HI 제련 공정에 대한 중간 시험 작업을 수행하였다. 상기 베슬의 크기는 연간 100,000톤의 용융 금속을 생산할 수 있는 크기로서, 상업적인 베슬 크기보다는 작은 것이다. 상업적인 베슬의 크기는 연간 500,000톤의 용융 금속을 생산할 수 있는 크기이다. 일반적으로, 상업적인 베슬의 크기는 연간 1 내지 1.5백만톤의 용융 금속을 생산할 수 있다. 이러한 상업적인 베슬은 2.74 m 이상의 직경의 노상을 가진다. 본원 출원인은 상업적인 작동을 위한 베슬을 가지고 발전적인 시험을 행하였다. 본 발명은 이러한 시험에 바탕을 두고 있다.
본 발명의 목적은 용융조로의 열전달을 용이하게 하고, 전이 영역과 접하고 있는 베슬의 측벽을 통한 열손실을 최소화하여, 생산 효율을 극대화할 수 있는 직접 제련 공정용 베슬 및 이를 이용한 직접 제련 공정을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 금속층과 용재층을 가진 용융조를 구비하며, 상기 용재층 위에 가스연속층을 가지고, 직접 제련 공정에 의해 금속함유 공급 물질로부터 금속을 생산하기 위한 베슬에 있어서, (a) 쉘과; (b) 상기 용융조와 접하는 베이스와 측면을 가지며, 내화성 물질로 이루어진 노상과; (c) 상기 노상의 측면으로부터 하향으로 연장 형성되며, 상기 용재층과 가스연속층과 접하는 측벽과; (d) 상기 베슬 안으로 하향 연장 형성하며, 상기 베슬 안의 금속층과 용재층 위로 산소함유 가스를 주입하는 적어도 하나 이상의 랜스/투이어와; (e) 상기 베슬 안으로 하향 및 내향 연장 형성하며, 상기 금속층을 관통하여 상기 금속층과 용재층으로부터 비산, 용적, 유동의 형태로 용융 물질을 운반하는 가스 유동을 발생시킴으로써 상기 가스연속층 안에 전이영역 및 하나의 랜스/투이어(온 랜스/투이어)는 200℃ 이상에서 공급 물질, 주로 금속함유 공급 물질을 주입하고, 다른 랜스/투이어(냉 랜스/투이어)는 200℃ 미만에서 공급 물질, 주로 탄소함유 공급 물질을 주입하는 랜스/투이어쌍을 베슬 주위에 형성하고, 운반 가스에 의해 금속함유 공급 물질과 탄소함유 물질공급 물질을 용융조 안으로 주입하는 다수개의 랜스/투이어쌍; (f) 상기 용융 금속과 용재를 탭핑하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬을 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 베슬의 평면도로서, 루프가 제거된 상태이며, 베슬의 주위에 랜스/투이어들이 배치된 상태를 나타내고 있다.
도 2는 도 1에 도시된 베슬의 A-A` 부분 단면도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 금속층과, 상기 금속층 위에 용재층을 가진 용융조를 구비하며, 상기 용재층 위에 가스연속층을 가지고, 직접 제련 공정에 의해 금속함유 공급 물질로부터 금속을 생산하기 위한 베슬에 있어서,
(a) 쉘과;
(b) 상기 용융조와 접하는 베이스와 측면을 가지며, 내화성 물질로 이루어진 노상과;
(c) 상기 노상의 측면으로부터 하향으로 연장 형성되며, 상기 용재층과 가스연속층과 접하는 측벽과;
(d) 상기 베슬 안으로 하향 연장 형성하며, 상기 베슬 안의 금속층과 용재층 위로 산소함유 가스를 주입하는 적어도 하나 이상의 랜스/투이어와;
(e) 상기 베슬 안으로 하향 및 내향 연장 형성하며, 상기 금속층을 관통하여 상기 금속층과 용재층으로부터 비산, 용적, 유동의 형태로 용융 물질을 운반하는 가스 유동을 발생시킴으로써 상기 가스연속층 안에 전이영역 및 하나의 랜스/투이어(온 랜스/투이어)는 200℃ 이상에서 공급 물질, 주로 금속함유 공급 물질을 주입하고, 다른 랜스/투이어(냉 랜스/투이어)는 200℃ 미만에서 공급 물질, 주로 탄소함유 공급 물질을 주입하는 랜스/투이어쌍을 베슬 주위에 형성하고, 운반 가스에 의해 금속함유 공급 물질과 탄소함유 물질공급 물질을 용융조 안으로 주입하는 다수개의 랜스/투이어쌍;
(f) 상기 용융 금속과 용재를 탭핑하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬을 제공한다.
바람직하게는, 상기 베슬은 연간 최소 500,000톤의 용융 금속을 생산할 수 있을 정도의 크기를 가진다.
바람직하게는 상기 온 랜스/투이어는 최소 600℃ 이상에서 공급 물질을 주입한다.
상기 공급 물질 부분에서 사용된 바 있는 "주로"라는 용어는 랜스/투이어를 통해 공급되는 공급 물질의 중량비 50%를 넘는 양임을 의미한다.
바람직하게는, 상기 공급 물질은 고체 상태이다. 상기 공급 물질은 고체 상태뿐만 아니라 액체나 기체 상태일 수 있다. 예를 들면, 상기 탄소함유 물질은 고체, 액체 및 기체 상태 중 어느 하나일 수 있다.
바람직하게는, 상기 온 랜스/투이어는 비휘발성 탄소함유 물질을 주입한다.
상기 온 랜스/투이어는 차르와 같은 비휘발성 탄소함유 물질을 주입한다.
또한, 상기 온 랜스/투이어는 금속함유 공급 물질과 비휘발성 탄소함유 물질을 200℃ 이상의 온도에서 주입한다.
상기 냉 랜스/투이어를 통한 공급 물질의 주입은 탄소함유 물질만으로 한정되지 않으며, 설비 복귀물을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 랜스/투이어쌍들 중의 몇 개는 상기 랜스/투이어가 한 점을 향해 공급 물질을 주입할 수 있도록 위치한다.
상기 "제련(smelting)"이란 용어는 액체 금속을 생산하기 위해 산화금속을 환원시키는 화학 반응이 일어나는 열적 과정을 가리킨다.
상기 "금속층(metal layer)"이란 용어는 금속 비중이 우세한 용융조의 영역을 가리킨다. 특히, 상기 용어는 금속 연속 체적 내의 용융 용재의 분산을 포함하는 영역을 가리킨다.
상기 "용재층(slag layer)"이란 용어는 용재 비중이 우세한 용융조의 영역을 가리킨다. 특히, 상기 용어는 용재 연속 체적 내의 용융 금속의 분산을 포함하는 영역을 가리킨다.
상기 금속함유 공급 물질은 어떠한 물질이나 형태를 포함한다. 바람직한 금속함유 공급 물질은 철함유 물질이다. 상기 철함유 물질은 철광석, 부분환원 철광석, 직접환원 철광석, 탄화철, 밀스케일, 블래스트 퍼니스 더스트, 신터 파인, 비오에프 더스트 또는 이러한 물질의 혼합물을 포함한다.
부분환원 철광석의 경우, 예비환원의 등급이 상대적으로 낮은 등급(산화철과 같은)에서부터 높은 등급(70 내지 95% 금속화)까지 분포한다.
상기 온 랜스/투이어의 운반 가스는 냉 랜스/투이어의 운반 가스와 같거나 다른 것을 사용한다.
상기 냉 랜스/투이어의 운반 가소는 산소를 포함하지 않거나 산소를 소량 포함한다.
상기 운반 가스는 질소를 포함한다.
상기 전이 영역은 용재층과는 매우 다르다. 상기 공정의 안정 작동 상태에서 상기 용재층은 액체 연속 체적 내에 가스 버블을 포함하며, 상기 전이 영역은 용융 물질, 주로 용재의 비산, 용적 및 유동 형태를 포함한다.
바람직하게는, 상기 산소함유 가스는 하나 또는 그 이상의 산소함유 가스 주입 랜스/투이어를 통해 주입되며, 일산화탄소나 수소와 같은 예연 반응 가스는 상기 용융조의 상부 공간에서 발생하며, 예연에 의해 생성되는 열은 상기 금속층에 전달되어 상기 용융조의 온도를 유지시킨다. 이는 상기 금속층 내 흡열 반응의 관점에서 필수적이다.
상기 고체 공급 물질, 예를 들면 금속함유 공급 물질과 고체 탄소함유 공급 물질을 랜스/투이어쌍을 통해 금속층 안에 주입하는 것은 다음과 같은 결과를 야기한다.
(a) 주입된 고체 물질/운반 가스(액체나 기체 공급 물질 포함)의 모멘텀은 고체 물질/운반 가스가 금속층을 관통하도록 한다.
(b) 석탄과 같은 탄소함유 물질은 비휘발화됨으로써, 상기 금속층 내에 가스를 생산한다.
(c) 탄소는 상기 금속 내에 용해되며, 부분적으로는 고체로 남는다.
(d) 상기 금속함유 공급 물질은 상기 (c)에 기재된 바와 같은 탄소에 의해 금속에 용융되며, 상기 용융 반응은 일산화탄소를 발생시킨다.
(e) 상기 금속층으로부터 전달되어 비휘발화 및 용융에 의해 발생한 가스는 용융 금속, 고체 탄소 및 용재(고체/기체 주입의 결과로서 금속층에서 뽑아지는)에 부력을 제공하며, 비산, 용적 및 유동의 상향 이동을 야기한다.
바람직하게는, 랜스/투이어의 위치 및 작동 파라미터는 다음 사항들에 의해 결정된다.
(a) 상기 산소함유 가스는 전이 영역을 통과한다.
(b) 상기 전이 영역은 랜스/투이어의 하부 영역 주위에서 하향으로 형성하며, 각 랜스/투이어의 단부에 발생하는 연소 영역으로부터 베슬의 측벽을 보호한다.
(c) 각 랜스/투이어의 단부에는 금속과 용재를 포함하지 않는 자유 영역으로서의 가스 연속층이 존재한다.
상기 (c)는 중요한 요소인데, 이는 베슬 상부 영역의 반응 가스들이 각 랜스/투이어의 단부 영역으로 유입되어 예열되는 것을 가능하게 하기 때문이다.
바람직하게는, 상기 베슬은 두 개의 산소함유 가스 주입 랜스/투이어를 포함한다.
바람직하게는, 상기 베슬은 상대적으로 높은 용재 목록을 가지며, 상기 용재는 공정을 조절하는 수단으로서 사용된다.
상기 용어 "상대적으로 높은 용재 목록"이란 베슬 안의 금속 양에 대한 용재의 양을 가리킨다.
또한, 본 발명은 금속함유 공급 물질로부터 금속을 생산하는 직접 제련 공정에 있어서,
(a) 금속층과 상기 금속층 위에 용재층을 가진 용융조를 베슬 안에 형성하는 과정과;
(b) 금속함유 공급 물질과 탄소함유 물질을 포함한 공급 물질을 다수개의 랜스/투이어들, 그들 중 하나의 랜스/투이어는 200℃ 이상에서 공급 물질, 주로 금속함유 공급 물질을 주입하고, 다른 랜스/투이어는 200℃ 미만에서 공급 물질, 주로 탄소함유 공급 물질을 주입하며, 공급 물질과 운반 가스 주입이 가스 유동을 야기하며 이러한 가스 유동이 상기 금속층 안의 용융 물질을 비산, 용적 및 유동의 형태로 이동시키며 상기 용재층 위의 베슬 안 가스 연속층 내에 전이 영역을 형성하는 금속층 안에 금속함유 공급 물질을 용융하는 과정과;
(c) 상기 금속층 안의 금속에 금속함유 공급 물질을 용융시키는 과정과;
(d) 상기 용융조에서 배출되는 반응 가스를 사후 연소시키기 위하여 적어도 하나 이상의 랜스 혹은 바람 구멍을 통해 상기 야금 용기 안으로 산소함유 가스를 주입함으로써, 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로의 열전달이 용이해지고, 상기 전이 영역과 접하고 있는 측벽을 통한 열손실을 최소화하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 직접 제련 공정을 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 베슬은 노상을 가지며, 상기 노상은 내화연화로 이루어진 베이스(3)와 측면(55); 상기 노상의 측면(55)으로부터 상측으로 연장된 원통형 바렐로 이루어지고 상부 바렐부(51)과 하부 바렐부(53)을 포함하는 측벽(5); 윗덮개(7); 폐가스의 배출구(9); 연속으로 용융 금속을 배출하는 전방 노상(77); 상기 노상과 전방 노상(77)을 상호 연결하는 전방 노상 연결부(71); 및 용융 용재를 배출하기 위한 탭 홀(61)을 구비한다.
정상 공정 조건에서의 사용시, 상기 베슬에는 용융 금속층(16)과 금속층(15)상의 용융 용재층(16)을 포함하는 철과 용재의 용융조가 담겨있다. 참조번호 17로 표시된 화살표는 금속층(15)의 공칭 정지 표면의 위치를 가리키고, 참조 번호 19로 표시된 화살표는 용융 용재층(16)의 공칭 정지 표면의 위치를 가리킨다. 여기서, "정지 표면"이란 베슬 내부로 가스나 고체가 주입되지 않는 표면을 의미한다.
또한, 상기 베슬은 측벽(5)을 통하여 용융 용재층(16)으로 수직에 대해 30 내지 60도의 각도로 하향 연장된 4쌍의 고체 주입용 랜스/투이어(11a, 11b)을 포함한다.
상기 랜스/투이어(11)의 위치는 하부 단면이 정상 공정 조건에 있는 금속층(15)의 정지 표면(17) 위에 오도록 결정한다.
정상 공정 조건에서의 사용시, 운반 기체(보통, 질소)에 비말 동반되는 고체상의 탄소함유 물질(보통, 석탄)과 용제(보통, 석회와 마그네시아)가 랜스/투이어(11)을 통하여 금속층(15)으로 주입된다. 고체물 및 운반 기체의 운동으로 인하여 고체물과 운반 기체가 금속층(15)으로 스며든다. 석탄은 탈휘발화되어 금속층(15)에서 가스를 생성한다. 탄소의 일부는 금속에 용해되고, 일부는 고체 탄소로 남는다. 철광석은 금속에 용융되고 용융 반응으로 일산화탄소 기체가 발생한다. 금속층(15)으로 전달되어 탈휘발 과정과 용융 과정을 통하여 발생되는 이들 기체는 금속층(15)으로부터 용융 금속, 고체 탄소 및 용재의 부력 융기를 발생시킨다. 금속층(15)은 용융 금속과 용재의 비산, 용적 및 유동물을 상향으로 운동시킨다. 따라서, 이들 비산, 용적 및 유동물이 용재층(16)을 통해 이동하면서 용재를 비말 동반하게 된다.
용융 금속, 고체 탄소 및 용재의 부력 베슬은 금속층(15)과 용재층(16)을 교반시켜서, 용재층(16)이 부피가 팽창되고 화살표(30)로 나타낸 표면을 갖게 된다. 교반 정도는 금속 영역과 용재 영역의 균일 온도가 보통 1450 내지 1550 ℃이고, 온도 변화량은 30 정도가 된다.
또한, 용융 금속, 고체 탄소 및 용재의 부력 융기로 인한 용융 금속과 용재의 비산, 용적 및 유동물의 상향 운동은 베슬 내에서 용융 물질 상의 상단 공간(31)으로 확장되고,
(a) 전이 영역(23)을 형성하고,
(b) 상기 전이 영역 상위에 위치한 측벽(5)의 상부 바렐부(51)의 일부분과 윗덮개(7) 위로 일부 용융 물질(대부분 용재)을 사출시킨다.
일반적으로, 용재층(16)은 내부에 기체 방울이 발생하는 액상의 연속 용적물이고, 전이 영역(23)은 용융 금속과 용재의 비산, 용적 및 유동물로 이루어진 기체 상태의 연속 용적물이다.
또한, 베슬은 중앙에 위치하고 베슬 내부로 수직으로 하향되게 연장되어 있는 산소함유 기체(보통, 예열된 산소 함유 공기)를 주입하기 위한 랜스(13) 형태를 하고 있는 제2 공급 물질 주입용 랜스/투이어를 포함한다. 정상 공정 조건에서, 산소함유 기체가 전이 영역(23)의 중앙 영역으로 침투하고, 상기 랜스(13)의 단부 주위에 금속/용재가 없는 공간(25)을 형성하도록 랜스(13)의 위치와 랜스(13) 내부의 기체 유속을 결정한다.
정상 공정 조건에서의 사용시, 랜스(13)을 통하여 산소함유 기체를 주입하면, 전이 영역(23)과 랜스(13)의 말단 주변의 자유 공간(25)에서 반응 기체인 일산화탄소와 질소가 사후 연소함으로써, 기체 공간에서의 온도가 2000 ℃ 이상으로 높아진다. 이렇게 발생한 열은 기체 주입 영역에 있는 상승 하강하는 용융 물질의 비산, 용적 및 유동물로 전달된 후, 용융 물질이 용융조로 되돌아가면 열의 일부가 금속층(15)으로 전달된다.
자유 공간(25)은 전이 영역(23) 상위의 영역에 있는 기체를 랜스(13)의 말단 영역으로 비말 동반할 수 있도록 하여 반응 기체를 사후 연소시키는 기회가 증가되므로, 사후 연소를 증가시키는 데에 있어서 중요하다.
랜스(13)의 위치와 랜스(13) 내부의 기체 유속, 그리고 용융 금속과 용재의 비산, 용적 및 유동물의 상향 운동은 모두 참조 번호 27로 나타낸 랜스(13)의 하부 영역 주위의 전이 영역(23)의 모양을 형성하는 데에 복합적으로 영향을 준다. 이렇게 해서 형성된 영역은 열이 측벽(5)에 복사되어 발생하는 열 전달을 부분적으로 차단한다.
또한, 정상 공정 조건에서, 상승 하강하는 용융 금속과 용재의 비산, 용적 및 유동물은 열을 전이 영역(23)으로부터 용융조로 효과적으로 전달하는 수단으로 작용하여 측벽(5)의 영역에서 전이 영역(23)의 온도가 1450 내지 1550 ℃로 유지된다.
공정이 정상 공정 조건에서 수행되는 경우에는, 다음 조건을 만족시키도록 베슬 내에서 금속층(15), 용재층(16) 및 전이 영역(23)의 수준을 고려하여 베슬을 구성하고; 공정이 안정 동작 조건에서 수행되는 경우에는 전이 영역(23) 상위의 상단 공간(31)으로 사출되는 용융 금속과 용재의 비산, 용적 및 유동물을 고려하여 베슬을 구성한다.
(a) 금속층(15)/용재층(16)과 접하는 측벽(5)의 노상과 하부 바렐부(53)는 내화연화(도면에서 빗금친 부분)로 형성된다.
(b) 측벽(5)의 하부 바렐부(53)의 일부는 수냉각 패널(8)로 뒤를 받친다.
(c) 전이 영역(23) 및 상단 공간(31)과 접하는 측벽(5)의 상부 바렐부(51)와 윗덮개(7)는 수냉각 패널(57, 59)로 형성된다.
측벽(5)의 상부 바렐부(51)에 있는 각각의 수냉각 패널(8, 57, 59)은 서로 나란한 상하 가장 자리와 서로 나란한 측면 가장 자리를 구비하고, 원통형 바렐의 단면을 정의하도록 만곡된다. 각 패널은 내측 수냉각 파이프와 외측 수냉각 파이프를 포함한다. 이들 파이프는 사행형 형상으로 이루어지고, 수평 단면이 만곡면에 의해 서로 연결된다. 각 파이프는 수입구와 수출구를 포함한다. 패널의 노출면, 즉 베슬의 내부에 노출되어 있는 면에서 바라보았을 때, 외측 파이프의 수평 단면이 내측 파이프의 수평 단면 위에 오지 않도록 수직으로 설치된다. 또한, 각 패널은 각 파이프의 인접한 직선 단면 사이의 공간과 파이프 사이의 공간을 채우는 내화재를 포함한다. 각 패널은 패널의 외표면을 형성하는 지지판을 포함한다.
파이프의 수입구와 수출구는 파이프를 통하여 높은 유속으로 물을 순환시키는 물공급 회로(도시되지 않음)에 연결되어 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 직접 제련 공정용 베슬 및 이를 이용한 직접 제련 공정은 용융조로의 열전달을 용이하게 하고, 전이 영역과 접하고 있는 베슬의 측벽을 통한 열손실을 최소화하여, 생산 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 금속층과 용재층을 가진 용융조를 구비하며, 상기 용재층 위에 가스연속층을 가지고, 직접 제련 공정에 의해 금속함유 공급 물질로부터 금속을 생산하기 위한 베슬에 있어서,
    (a) 쉘과;
    (b) 상기 용융조와 접하는 베이스와 측면을 가지며, 내화성 물질로 이루어진 노상과;
    (c) 상기 노상의 측면으로부터 하향으로 연장 형성되며, 상기 용재층과 가스연속층과 접하는 측벽과;
    (d) 상기 베슬 안으로 하향 연장 형성하며, 상기 베슬 안의 금속층과 용재층 위로 산소함유 가스를 주입하는 적어도 하나 이상의 랜스/투이어와;
    (e) 상기 베슬 안으로 하향 및 내향 연장 형성하며, 상기 금속층을 관통하여 상기 금속층과 용재층으로부터 비산, 용적, 유동의 형태로 용융 물질을 운반하는 가스 유동을 발생시킴으로써 상기 가스연속층 안에 전이영역 및 하나의 랜스/투이어(온 랜스/투이어)는 200℃ 이상에서 공급 물질, 주로 금속함유 공급 물질을 주입하고, 다른 랜스/투이어(냉 랜스/투이어)는 200℃ 미만에서 공급 물질, 주로 탄소함유 공급 물질을 주입하는 랜스/투이어쌍을 베슬 주위에 형성하고, 운반 가스에 의해 금속함유 공급 물질과 탄소함유 물질공급 물질을 용융조 안으로 주입하는 다수개의 랜스/투이어쌍;
    (f) 상기 용융 금속과 용재를 탭핑하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 온 랜스/투이어는 적어도 600 ℃ 이상의 온도에서 공급 물질을 주입함을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 온 랜스/투이어는 비휘발성 탄소함유 물질을 주입함을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온 랜스/투이어는 목탄(char)와 같은 비휘발성 탄소함유 물질을 주입함을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 온 랜스/투이어는 적어도 600 ℃ 이상의 온도에서 금속함유 공급 물질과 비휘발성 탄소함유 물질을 주입함을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬.
  6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 랜스/투이어쌍들 중의 하나는 상기 랜스/투이어가 한 점을 향해 공급 물질을 주입할 수 있도록 위치함을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬.
  7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속함유 공급 물질은 철함유 물질임을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬.
  8. 제 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉 랜스/투이어용 운반 가스는 산소를 함유하지 않거나 산소가 부족한 가스임을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬.
  9. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소함유 가스는 하나 또는 그 이상의 산소함유 가스 주입 랜스/투이어를 통해 주입되며, 일산화탄소나 수소와 같은 예연 반응 가스는 상기 용융조의 표면 위 상부 공간(전이 영역을 포함)에서 발생하며, 예연에 의해 생성되는 열은 상기 금속층에 전달되어 상기 용융조의 온도를 유지시킴을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬.
  10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베슬은 산소함유 가스를 주입하기 위해 적어도 두 개의 랜스/투이어를 가짐을 특징으로 하는 직접 제련 공정용 베슬.
  11. 금속함유 공급 물질로부터 금속을 생산하는 직접 제련 공정에 있어서,
    (a) 금속층과 상기 금속층 위에 용재층을 가진 용융조를 베슬 안에 형성하는 과정과;
    (b) 금속함유 공급 물질과 탄소함유 물질을 포함한 공급 물질을 다수개의 랜스/투이어들, 그들 중 하나의 랜스/투이어는 200℃ 이상에서 공급 물질, 주로 금속함유 공급 물질을 주입하고, 다른 랜스/투이어는 200℃ 미만에서 공급 물질, 주로 탄소함유 공급 물질을 주입하며, 공급 물질과 운반 가스 주입이 가스 유동을 야기하며 이러한 가스 유동이 상기 금속층 안의 용융 물질을 비산, 용적 및 유동의 형태로 이동시키며 상기 용재층 위의 베슬 안 가스 연속층 내에 전이 영역을 형성하는 금속층 안에 금속함유 공급 물질을 용융하는 과정과;
    (c) 상기 금속층 안의 금속에 금속함유 공급 물질을 용융시키는 과정과;
    (d) 상기 용융조에서 배출되는 반응 가스를 사후 연소시키기 위하여 적어도 하나 이상의 랜스 혹은 바람 구멍을 통해 상기 야금 용기 안으로 산소함유 가스를 주입함으로써, 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 용융조로의 열전달이 용이해지고, 상기 전이 영역과 접하고 있는 측벽을 통한 열손실을 최소화하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 직접 제련 공정.
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