KR100741237B1 - 직접 제련 공정의 압력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쇳물이 담긴 야금 용기에서 광석, 부분환원 광석 및 금속함유 폐유동 물질과 같은 금속 공급 물질로부터 용융철이나 용선을 생산하는 방법에 관한 것이며, 금속 공급 물질로부터 용선을 생산하기 위하여 쇳물을 이용하는 직접 제련 방법에 관한 것이다. 본 발명은 금속 공급 물질로부터 용융철이나 용선을 생산하기 위한 직접 제련 공정에 있어서, 야금 용기에서 금속층과 용재층을 가진 쇳물을 형성하는 과정; 다수개의 랜스와 송풍구를 통해 상기 금속층으로 금속 공급 물질과 고체상태의 탄소함유 물질을 주입하는 과정; 상기 금속층 안에서 금속 공급 물질을 금속으로 용융하는 과정; 전이 영역을 형성하기 위해 상기 용융 금속을 비산, 용적 및 유동 형태로 쇳물의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 투입하는 과정; 상기 야금 용기로부터 용융 금속을 연속적으로 탭핑하는 과정; 및 상기 야금 용기로부터 용재를 주기적으로 탭핑하는 과정을 포함하며, 상기 야금 용기 내의 압력을 조절함으로써 상기 야금 용기 내의 용융 금속의 레벨을 제어함을 특징으로 한다.

직접 제련 공정, 압력 제어

Description

직접 제련 공정의 압력 제어 방법{PRESSURE CONTROL METHOD IN DIRECT SMELTING PROCESS}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 철광석을 직접 제련함으로써 용융 금속을 얻기 위한 공정이 수행되는 직접 제련 용기의 수직 단면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 시간에 대한 야금 용기 압력을 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 시간에 대한 야금 용기 압력을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 쇳물이 담긴 야금 용기에서 광석, 부분환원 광석 및 금속함유 폐유동 물질과 같은 금속 공급 물질로부터 용융철이나 용선을 생산하는 방법에 관한 것으로서, 특히, 금속 공급 물질로부터 용선을 생산하기 위하여 쇳물을 이용하는 직접 제련 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 직접 제련 공정이란 금속 공급 물질로부터 용융 금속, 즉 철 등을 생산하는 방법을 말한다. 이러한 직접 제련 공정 중 하나로 HI 제련 공정이 있으며, 상기 HI 제련 공정은 제련 매질로서 용융 금속층을 활용하는 쇳물을 이용한 직접 제련 방법에 관한 것이다.

한편, 일반적인 HI 제련 공정은,

(a) 야금 용기에서 금속층과 용재(slag)층을 가진 쇳물을 형성하는 과정;

(b) 다수개의 랜스와 송풍구를 통해 상기 금속층으로 금속 공급 물질과 고체상태의 탄소함유 물질을 주입하는 과정;

(c) 상기 금속층 안에서 금속 공급 물질을 금속으로 용융하는 과정;

(d) 전이 영역을 형성하기 위해 상기 용융 금속을 비산, 용적 및 유동 형태로 쇳물의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 투입하는 과정; 및

(e) 상기 쇳물에서 배출되는 반응 가스를 후-연소시키기 위하여 적어도 하나 이상의 랜스 혹은 송풍구를 통해 상기 야금 용기 안으로 산소함유 가스를 주입함으로써, 상기 전이 영역에서 상승 후 하강하는 용융 금속의 비산, 용적 및 유동으로 인해 쇳물로의 열전달이 용이해지고, 상기 전이 영역과 접하고 있는 측벽을 통한 열손실을 최소하는 과정으로 이루어진다.

상기 HI 제련 공정의 바람직한 실시예는 상기 야금 용기의 측벽을 따라 하향 및 내향 연장되는 랜스를 통해 상기 야금 용기 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 쇳물로부터 사출시키는 과정을 포함한다.

상기 HI 제련 공정은 운반 기체와 고체 탄소함유 물질을 송풍구를 통하여 바닥 주입함으로써 전이 영역을 형성하는 공정의 초기 형태를 개선한 것이다.

본 발명의 목적은 직접 제련 용기 내의 압력 조절을 통해 직접 제련 용기 내의 용융 금속의 레벨을 제어할 수 있는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 금속 공급 물질로부터 용융철이나 용선을 생산하기 위한 직접 제련 공정에 있어서, (a) 야금 용기에서 금속층과 용재층을 가진 쇳물을 형성하는 과정; (b) 다수개의 랜스와 송풍구를 통해 상기 금속층으로 금속 공급 물질과 고체상태의 탄소함유 물질을 주입하는 과정; (c) 상기 금속층 안에서 금속 공급 물질을 금속으로 용융하는 과정; (d) 전이 영역을 형성하기 위해 상기 용융 금속을 비산, 용적 및 유동 형태로 쇳물의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 투입하는 과정; (e) 상기 야금 용기로부터 용융 금속을 연속적으로 탭핑하는 과정; 및 (f) 상기 야금 용기로부터 용재를 주기적으로 탭핑하는 과정을 포함하며, 상기 야금 용기 내의 압력을 조절함으로써 상기 야금 용기 내의 용융 금속의 레벨을 제어함을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법을 제공한다.

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.

본원 출원인은 용융철의 연속적인 충진과 주기적인 용재 테이핑을 수반한 HI 제련 공정을 수행하는 광범위한 시험을 행함으로써, 이 공정과 관련된 중요한 사실 몇 가지를 발견하였다.

그 중 하나가 본 발명의 요지에 해당하는 것으로서, 직접 제련 용기 내의 압력이 상기 직접 제련 용기 내의 용융 금속의 레벨을 제어하는데 중요한 수단이 된다는 것이다. 이러한 사실은 광범위하게는 아닐지라도, 연속적인 용융철의 충진과 주기적인 용재 테이핑이 수반되는 직접 제련 공정에 부분적으로는 적용될 수 있다.

일반적으로, 본 발명은 금속 공급 물질로부터 용융철이나 용선을 생산하기 위한 직접 제련 공정에 관한 것으로서,

(a) 야금 용기에서 금속층과 용재층을 가진 쇳물을 형성하는 과정;

(b) 다수개의 랜스와 송풍구를 통해 상기 금속층으로 금속 공급 물질과 고체상태의 탄소함유 물질을 주입하는 과정;

(c) 상기 금속층 안에서 금속 공급 물질을 금속으로 용융하는 과정;

(d) 전이 영역을 형성하기 위해 상기 용융 금속을 비산, 용적 및 유동 형태로 쇳물의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 투입하는 과정;

(e) 상기 야금 용기로부터 용융 금속을 연속적으로 텝핑하는 과정; 및

(f) 상기 야금 용기로부터 용재를 주기적으로 텝핑하는 과정을 포함하며, 상기 야금 용기 내의 압력을 조절함으로써 상기 야금 용기 내의 용융 금속의 레벨을 제어하는데 그 특징이 있다.

한편, 상기 야금 용기 내의 용융 금속의 레벨을 제어함을 포함하는 직접 제련 공정은,

(i) 용재 텝이 이루어지는 동안과 상기 용재 텝이 완료된 후 15분 동안에는, 상기 야금 용기로부터 용재를 텝핑하는 결과로서 야기되는 금속 높이의 증가를 보상하기 위하여 미리 설정된 P1까지 상기 야금 용기 내의 압력을 증가시키는 단계와;

(ii) 상기 야금 용기 내의 압력이 P1에 도달하면, 금속 높이에 잔류 용재가 증가하게 되는 현상을 보상하기 위하여 다음 용재 텝 과정시의 낮은 압력인 P2로 압력을 조정하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 단계 (i)에 있어서의 압력은 최소 5 kPa이며, 용재 탭이 이루어지는 동안과 상기 용재 탭이 완료된 후 10분 동안에는 상기 야금 용기 내의 압력을 증가시킴을 포함한다. 또한, 상기 단계 (i)는 상기 용재 탭 과정동안에만 야금 용기 내의 압력을 증가시킴을 포함하며, 상기 단계 (i)의 압력은 단계적으로, 혹은 연속적으로 증가시킨다. 바람직하게는, 상기 단계 (i)는 상기 야금 용기 내의 압력을 단계적으로 증가시킴을 포함한다.

바람직하게는, 상기 압력 조절 단계인 단계 (ii)는 단계적으로, 혹은 연속적 으로 압력을 감소시킴을 포함하며, 단계적으로 압력을 감소시킴을 포함한다. 또한, 바람직하게는, 압력 감소 단계간의 시간 간격은 20 내지 30분이다.

전술한 압력 P1에서 P2로 압력을 감소시키는 과정에 있어서, P2로의 압력 감소에 대한 압력 변화가 진행되는 동안 짧은 혼란 시간이 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 용기가 용융 금속을 탭핑하기 위한 전방 노상을 포함하는 경우, 상기 용기 내의 금속 수준을 높이기 위한 짧은 주기를 위해 용재 탭간에 용기 압력을 P2 이하로 줄이는 것이 요구되며, 이로 인해 상기 전방 노상 안의 금속 수준은 전반 노상의 출구보다 낮아져 안전하게 전환할 수 있다. 상기 전환이 완료된 후에는 요구되는 만큼의 압력 증가가 있을 수 있다.

상기 압력 조절 단계(ii)는 다음 용재 탭 과정의 주기 전체에 걸쳐 상기 낮은 압력인 P2로 압력을 조절하는 과정을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 압력 조절 단계는 다음 용재 탭 과정전에 주기를 완료하고, 그 다음 탭까지 상기 낮은 압력 P2에 압력을 맞출 수 있다.

상기 탭과 탭간 주기는 용기의 크기, 사출 속도 및 공급 물질의 조성과 같은 인자 범위에 따라 변화될 수 있다. 전형적인 상기 탭간 주기는 2 내지 3시간이다.

바람직하게는, 상기 압력 증가 단계 및 압력 감소 단계에서의 압력 증가 내지 감소분은 0.5 내지 2 kPa이다. 보다 바람직하게는, 상기 압력 증가 단계(i) 및 압력 감소 단계(ii)에서의 압력 증가 내지 감소분은 0.5 내지 1.5 kPa이다.

바람직하게는, 상기 단계(b)는 금속 공급 물질, 고체 탄소함유 물질 및 용제를 다수개의 랜스/송풍구를 통해 금속층으로 사출시키는 과정을 포함한다. 보다 바람직하게는, 상기 고체 탄소함유 물질은 석탄이다.

바람직하게는, 상기 단계(c)는 상기 금속 공급 물질을 금속층 내의 용융 금속으로 제련하는 과정을 포함한다. 바람직하게는, 상기 직접 제련 공정은 쇳물의 정지 표면 위 공간으로 비산, 용적 및 유동물의 형태로 금속 공급 물질을 사출하여 전이 영역을 형성하는 과정을 포함한다.

보다 바람직하게는, 상기 직접 제련 공정은 한 개 이상의 랜스/송풍구를 통하여 산소함유 가스를 주입하여 쇳물에서 배출되는 반응 기체를 후-연소시켜서 전이 영역에서 상승하였다가 하강하는 용융물의 비산, 용적 및 유동물이 쇳물로 열전달이 용이해지고, 전이 영역이 접하고 있는 측벽을 통한 열손실을 최소화하는 과정을 포함한다. 상기 정지 표면이란 용기 내부로 가스나 고체가 주입되지 않는 용기 표면을 말한다.

바람직하게는, 상기 산소함유 가스는 공기 또는 산소가 풍부한 공기이다. 보다 바람직하게는, 상기 산소함유 가스는 산소 용적이 50% 이상인 산소가 풍부한 공기이다. 바람직하게는, 상기 직접 제련 공정은 높은 후-연소 수준에서 이루어진다. 바람직하게는, 상기 후-연소 수준은 60%보다 크다. 상기 금속 공급 물질은 철을 함유한 공급 물질이다. 바람직한 금속 공급 물질은 철광석이다. 상기 철광석은 예열될 수 있다. 상기 철광석은 부분적으로 환원될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 상기 야금 용기는 노상을 가지며, 상기 노상은 내화재로 이루어진 베이스(3)와 측면(55); 상기 노상의 측면(55)으로부터 상측으로 연장된 원통형 바렐로 이루어지고 상부 바렐부(51)와 하부 바렐부(53)를 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 야금 용기에는 용융 금속층(15)과 금속층(15)상의 용융 용재층(16)을 포함하는 철과 용재의 쇳물이 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 표면이란 용기 내부로 가스나 고체가 주입되지 않는 표면을 의미한다.

또한, 상기 야금 용기는 측벽(5)을 통하여 용융 용재층(16)으로 수직에 대해 30 내지 60도의 각도로 하향 연장된 고체 주입용 랜스/송풍구(11)의 형태로 되어 있는 두 개의 공급 물질 주입용 랜스/송풍구를 포함한다. 상기 랜스/송풍구(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/송풍구(11)를 통하여 금속층(15)으로 주입된다. 고체물 및 운반 기체의 운동으로 인하여 고체물과 운반 기체가 금속층(15)으로 스며든다. 석탄은 탈휘발화 되어 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 용기는 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 용기 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, 용기는 중앙에 위치하고 용기 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/송풍구를 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 후-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 쇳물로 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 후-연소시키는 기회가 증가되므로, 후-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 쇳물로 효과적으로 전달하는 수단으로 작용하여 측벽(5)의 영역에서 전이 영역(23)의 온도가 1450 내지 1550 ℃로 유지된 다.

공정이 정상 공정 조건에서 수행되는 경우에는, 다음 조건을 만족시키도록 용기 내에서 금속층(15), 용재층(16) 및 전이 영역(23)의 수준을 고려하여 용기를 구성하고; 공정이 안정 동작 조건에서 수행되는 경우에는 전이 영역(23) 상위의 상단 공간(31)으로 사출되는 용융 금속과 용재의 비산, 용적 및 유동물을 고려하여 용기를 구성한다.

(a) 금속층(15)/용재층(16)과 접하는 측벽(5)의 노상과 하부 바렐부(53)는 내화재의 벽돌(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 입수구와 출수구를 포함한다. 패널의 노출면, 즉 용기의 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 입수구와 출수구는 파이프를 통하여 높은 유속으로 물을 순환시키는 물공급 회로(도시되지 않음)에 연결되어 있다.

본 출원인은 앞서 언급한 중간 시험 공장 작업을 서부 오스트레일리아 퀴나나에 소재한 중간 시험 공장에서 수행하였다. 중간 시험 공장은 도 1에 도시된 용기를 가지고 상술한 정상 공정 조건에 따라 수행되었다. 중간 시험 공장 작업으로 다음과 같은 조건을 달리하여 용기와 공정을 시험 평가하였다.

(a) 공급 물질;

(b) 고체 및 기체 주입 속도;

(c) 용재층의 깊이와 용재 대 금속비로 측정한 용재 재고량;

(d) 작동 온도; 및

(f) 장치 배치

상술한 바와 같이 본 발명의 중간 시험 공장 작업에서는 용기 내의 용융철의 수준을 조절하는 것이 매우 중요하다. 만일 상기 용융철의 수준이 전면 노상 연결부(71)에 너무 근접하면, 용재와 가스가 전면 노상(77)으로 유입되면서 상기 금속 밀봉이 손상될 수 있다. 또한, 만일 상기 용융철의 수준이 너무 높으면, 랜스/송풍구(11)가 용융철 내에 잠길 수 있다. 용기 내 용융철의 수준은 다수개의 인자들에 의한 함수이며, 그 중 하나의 인자는 금속층(15) 위의 용재층(16) 두께이다.

특히, 용재 잔류량이 증가함에 따라 상기 금속층은 금속층(15)에 부가된 무게로 인해 눌려진다. 반면, 상기 용재 잔류량이 감소함에 따라 상기 금속층(15)의 수준은 올라간다. 또한, 중간 시험 공장 내에서 주기적인 용재 탭핑과 연속적인 용융금속의 충진을 수반한 공정을 수행함으로써 상기 탭-탭 주기와 용기 내의 용융 금속의 수준에 중요한 변화가 발생한다.

본원 출원인은 중간 시험 공장 작업을 통해 용기 내의 압력 조절이 용재 잔류량의 변화를 보상하거나 탭-탭 주기의 허용 높이 이내로 용기 내 용융 금속의 수준을 제어하는데 유효한 수단임을 발견하였다. 특히, 본원 출원인은 용기 내의 압력 조절을 도 2에 도시된 프로파일에 따라 행함으로써 용기 내 용융 금속의 수준에 대한 유효한 제어가 가능함을 발견하였다.

도 2은 2.5시간의 탭-탭 주기에 있어서의 압력-시간 프로파일이다. 이러한 압력-시간 프로파일은 어떠한 탭-탭 주기에도 적용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 용재 탭이 완료되자마자, 상기 용기의 압력은 70 kPa에서 분당 1kPa씩 75 kPa까지 증가한다. 비교적 단시간에 용기내 압력을 이처럼 크게 상승시키면 용기로부터 용재를 탭핑함으로 인해 발생하는 용융 금속의 레벨 상승이 보상된다. 상기 압력의 증가는 폐가스 방출 덕트(9)의 제어 밸브를 조절함으로써 이루어진다.

도 3은 탭과 탭 사이에 용기 내의 용재 잔류량의 변동을 보상하고, 용융 금속 수준(level)을 조절하기 위한 예를 나타낸 것이다.

도 3은 2.5시간의 탭-탭 주기에 있어서의 압력-시간 프로파일이다.

도 3에 도시된 압력조절 예에 따르면, 10분간의 용재 탭핑 과정에서 압력을 일련의 1kPa 단계로 70 kPa에서 75 kPa까지 증가시킨다. 비교적 단시간에 용기내 압력을 이처럼 크게 상승시키면 용기로부터 용재를 탭핑함으로 인해 발생하는 용융 금속의 레벨 상승이 보상된다. 상기 압력의 증가는 도 2에 도시된 예와 마찬가지로 폐가스 방출 덕트(9)의 제어 밸브를 조절함으로써 이루어진다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 직접 제련 공정의 압력 제어 방법은 용재 잔류량의 변화를 보상하거나 탭-탭 주기의 허용 높이 이내로 용기 내 용융 금속의 수준을 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (22)

1. 금속 공급 물질로부터 용융철이나 용선을 생산하기 위한 직접 제련 공정에 있어서,

   (a) 야금 용기에서 금속층과 용재층을 가진 쇳물을 형성하는 과정;

   (b) 다수개의 랜스와 송풍구를 통해 상기 금속층으로 금속 공급 물질과 고체상태의 탄소함유 물질을 주입하는 과정;

   (c) 상기 금속층 안에서 금속 공급 물질을 금속으로 용융하는 과정;

   (d) 전이 영역을 형성하기 위해 상기 용융 금속을 비산, 용적 및 유동 형태로 쇳물의 공칭 정지 표면 위의 공간으로 투입하는 과정;

   (e) 상기 야금 용기로부터 용융 금속을 연속적으로 탭핑하는 과정; 및

   (f) 상기 야금 용기로부터 용재를 주기적으로 탭핑하는 과정을 포함하며, 상기 야금 용기 내의 압력을 조절함으로써 상기 야금 용기 내의 용융 금속의 레벨이 상기 탭핑 주기의 허용높이 이내가 되도록 제어함을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 용융 금속의 레벨을 제어하는 과정은,

   (i) 용재 탭이 이루어지는 동안 또는 상기 용재 탭이 완료된 후, 상기 야금 용기로부터 용재를 탭핑함으로 인해 야기되는 상기 용융 금속의 레벨증가를 보상하기 위하여 미리 설정된 P1까지 상기 야금 용기 내의 압력을 증가시키는 단계와;

   (ii) 상기 야금 용기 내의 압력이 P1에 도달하면, 금속 높이에 잔류 용재가 증가하게 되는 현상을 보상하기 위하여 다음 용재 탭 과정시의 낮은 압력인 P2로 압력을 조정하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 단계(i)의 압력 P1은 5 kPa 임을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 단계(i)는 용재 탭이 이루어지는 동안과 상기 용재 탭이 완료된 후 5분 동안 이루어짐을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 단계(i)는 상기 용재 탭 과정에만 야금 용기 내의 압력을 증가시킴을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 단계(i)는 압력을 연속적으로 증가시킴을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 단계(i)는 압력을 단계적으로 증가시킴을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 야금 용기 내의 압력조절은 상기 야금 용기 내의 폐가스의 방출량을 제어함으로써 이루어짐을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
9. 삭제
10. 제 2항에 있어서,

    상기 단계(ii)는 압력을 연속적으로 감소시킴을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
11. 제 2항에 있어서,

    상기 단계(ii)는 압력을 단계적으로 감소시킴을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 압력은 1 kPa씩 감소시킴을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
13. 삭제
14. 삭제
15. 제 2항에 있어서,

    상기 단계(ii)는 다음 용재 탭 과정의 주기 전체에 걸쳐 상기 낮은 압력인 P2로 압력을 조절함을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
16. 제 2항에 있어서,

    상기 단계(ii)는 다음 용재 탭 과정전에 주기를 완료하고, 그 다음 탭까지 상기 낮은 압력 P2에 압력을 맞출 수 있음을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
17. 제 2항에 있어서,

    상기 용재 탭간 주기는 2 내지 3시간임을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
18. 제 1항에 있어서,

    상기 단계(b)는 금속 공급 물질, 고체 탄소함유 물질 및 용제를 다수개의 랜스/송풍구를 통해 금속층으로 사출시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
19. 제 1항에 있어서,

    상기 단계(c)는 상기 금속 공급 물질을 금속층 내의 용융 금속으로 제련하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
20. 제 1항에 있어서,

    쇳물의 정지 표면 위 공간으로 비산, 용적 및 유동물의 형태로 금속 공급 물질을 사출하여 전이 영역을 형성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
21. 제 20항에 있어서,

    한 개 이상의 랜스/송풍구를 통하여 산소함유 가스를 주입하여 쇳물에서 배출되는 반응 기체를 후-연소시켜서 전이 영역에서 상승하였다가 하강하는 용융물의 비산, 용적 및 유동물이 쇳물로 열전달이 용이해지고, 전이 영역이 접하고 있는 측벽을 통한 열손실을 최소화하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.
22. 제 21항에 있어서,

    상기 산소함유 가스는 공기 혹은 산소가 풍부한 공기임을 특징으로 하는 직접 제련 공정의 압력 제어 방법.

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