KR100500079B1

KR100500079B1 - 금속함유물로부터의 환원 금속의 제조 방법 및 환원 금속 제조용이동식 노상로

Info

Publication number: KR100500079B1
Application number: KR10-1999-0010911A
Authority: KR
Inventors: 사와요시타카; 야마모토테츠야; 다케다간지; 이타야히로시
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: ZA992438B; BR9902358A; US6126718A; AU2258199A; CN1262332A; DE69920866T2; MY138135A; KR20000056944A; AU765530B2; ID24687A; EP1026265B1; DE69920866D1; EP1026265A1; CN1231602C

Abstract

본 발명은 노상 위에 고체 환원제 층을 마련하고, 그 표면에 오목부를 형성하고, 이러한 고체 환원제 층의 표면상에 금속함유물 및 고체 환원제를 포함하는 원료를 퇴적하고, 이 원료를 노상 위에서 적어도 한번은 용융시킴으로써 금속을 맥석 및 회분으로부터 분리시키고, 노상 외부로 금속을 배출시킴으로써, 이동식 노상로의 수평이동하는 노상 위에 금속함유물 및 고체 환원제를 포함하는 원료 물질을 장입하여 환원 금속을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

금속함유물로부터의 환원 금속의 제조 방법 및 환원 금속 제조용 이동식 노상로{Method of producing a reduced metal, and traveling hearth furnace for producing same}

본 발명은 금속함유물부터의 환원 금속의 제조 방법 및 환원 금속 제조용 이동식 노상로에 관한 것이고, 특히 가열되는 노 내부를 수평 방향으로 이동하는 노상 위에 금속함유물을 장입하여 퇴적시켜 그 노상이 이동하는 사이에 상기 금속함유물을 가열 환원시켜 환원 금속을 연속적으로 제조하는 방법 및 이 방법의 실시에 이용되는 이동식 노상로에 관한 것이다.

강철은 일반적으로 전로나 전기로에 의해 제조된다. 이중 전기로법은 고철이나 환원철을 전기 에너지를 사용하여 가열용융하고, 경우에 따라서는, 더욱 정련하여 강철로 만든다. 그러나, 최근 고철 수급이 모자라고, 보다 고품질의 강철에 대한 요구가 높아지고 있기 때문에, 고철 대신에 환원철을 사용하는 경향이 나타난다.

이러한 요청에 응하여 개발된 환원철 제조 방법의 하나로서, 수평 방향으로 이동하는 노상 위에 철광석과 고체 환원제를 장입하여 상부로부터 복사열 전도에 의해서 철광석을 가열 환원시킴으로써 환원철을 제조하는 이동식 노상로법이 알려져 있다(일본 특허 소화 제63-108188호 공보). 이 방법의 실시에 이용되는 이동식 노상로는 도시되어 있는 바와 같이 노상이 수평으로 이동하는 과정에서 장입 원료를 가열할 수 있는 형식의 로이고, 수평으로 이동하는 노상이 도 1에 도시된 바와 같이 환상(선회) 이동하는 형식을 취하는 것이 보통이고, 이 형태의 이동식 노상로를 통상, 회전노상로라고도 부르고 있다.

종래, 이 회전노상로는, 도 1a에 도시된 바와 같이 원료의 공급측에서 배출측으로 향하면서 예열대(10a), 환원대(10b) 및 냉각대(10d)로 구획된 환상의 노체(10)를 갖고, 그 노체 내에는, 환상의 노상(11)이 회전 이동하도록 지지되어 있다. 그 회전하는 노상(11) 위에는, 도 1b에 도시된 바와 같이 예컨대 철광석과 고체 환원제의 혼합물로 이루어지는 원료(2)가 장입된다. 그 원료로서는, 탄소 함유 펠렛이 적합하게 이용된다. 또, 이 노상(11)은 표면에 내화물이 시공되어 있지만, 예를 들면 입상 내화물을 퇴적시킨 것도 바람직하다. 그리고, 이 노체(10)의 상부에는 버너(13)를 배치하고, 이 버너(13)를 열원으로 하여 노상(11) 위에 퇴적된 철광석 등의 금속함유 산화물을 환원제의 개재하에서 가열하여 환원시켜 환원철을 제조한다. 또한, 도 1에서 부호 14는 원료를 노상 위로 장입하는 장입 장치이고, 부호 15는 환원물을 배출하는 배출 장치이다.

상기의 이동식 노상로의 조업시, 노체(10)내의 분위기 온도는 통상 1300℃ 정도인 것이 바람직하다. 그리고, 환원 처리가 종료된 후의 환원 생성물은 로 외부에서의 산화방지와 취급을 쉽게 하기 위해서, 회전하는 노상(11) 위의 냉각대(10d)에서 냉각한 뒤에 로 외부로 배출된다.

또한, 종래의 이동식 노상로 방법(일본국 특허공개 소화 제63-108188호 공보)의 조업에서는, 철광석과 고체 환원제 사이에서 일어나는 환원 반응에 의해서 환원을 진행시키지만 원료층의 두께를 얇게 하여 노상의 이동 속도를 빨리하는 것으로 생산성의 향상을 도모하고 있다.

그런데, 일반적인 금속함유물, 예컨대 철광석은 그 산지에 따라서 차이가 있지만, 많은 맥석분을 포함하고, 한편 고체 환원제인 석탄, 석탄차콜 및 코크스에는 많은 회분이 포함되어 있다. 그 때문에, 환원 반응에 의해서만 환원철을 제조하고자 하면, 제품인 환원철에 많은 맥석이 잔류하는 것을 피하기 어렵고, 또한 환원제중의 회분도 이 환원철중에 부착하여 혼입한다는 문제점이 있었다.

만약에 맥석이나 회분을 많이 포함하는 환원철을 전기로에 장입하면, 탈인 및 탈황을 하기 위한 슬래그 염기도 조정용 석회의 사용량이 많아져, 비용의 증가를 초래할 뿐만 아니라, 석회의 정화에 필요한 열량 증가에 따르는 전력사용량의 증가가 부득이하다는 문제가 있었다.

또한, 환원 반응에만 의해서 수득된 환원철에는 통상적으로 많은 기공이 존재하고, 그 때문에 분위기중에 보관하면 재산화되는 비율이 높아서 제품 품질의 저하를 초래할 뿐만 아니라 재산화시의 발열로 화재가 일어나는 위험조차 있었다. 또한 이러한 환원철은 기공의 존재로 인해 그의 겉보기 밀도가 작고 전기로에 사용할 때에 슬래그상에 부유하여 원활한용해정련을 어렵게 하는 경우도 있었다. 더구나, 얻어진 환원철이 지나치게 크면, 전기로에서의 용융에 시간이 걸려 전기로의 생산성을 저하시키기 때문에 적당한 크기를 수득하는 것이 불가결하였다.

따라서, 종래의 이동식 노상로의 조업에서는, 가능한 한 맥석 성분이 적은 고품질 철광석을 사용함과 동시에 가능한 한 회분이 적은 환원제를 사용하는 것이 요청되고 있었다. 그러나, 양질의 철광석이나 양질의 석탄자원이 부족하므로 현실적으로 저품질의 것을 사용하지 않을 수 없다.

이러한 배경으로부터 이동식 노상로법의 조업에서 금속 성분과 맥석 성분을 효과적으로 분리 회수하는 방법의 확립이 필요하게 되었다. 즉, 금속 성분과 맥석 성분을 완전히 분리하기 위해서는 환원 조업에 있어서 환원철과 맥석 및 회분을 용융 분리시키는 것이 효과적이다. 즉, 이 환원 조업에서 용융 금속과 용융 슬래그를 생성시키면 되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 주된 목적은 맥석이나 회분의 함유율이 낮고 기공이 적고 적당한 크기의 양품질의 환원 금속을 제조하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 우수한 품질의 환원 금속을 내화물이나 전기 에너지를 증가시키지 않고 저비용으로 용이하게 제조하는 기술을 확립하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 제품의 보관성이 우수하고 취급이 편리한 환원 금속을 제조하는 것이다.

종래 기술이 갖는 상술한 문제점들을 해결하는 방법으로서 본 발명은 먼저 금속함유물 및 고체 환원제를 포함하는 원료를 이동식 노상로의 수평 이동하는 노상 위에 장입하여 그 노상이 노 내부에서 이동하는 사이에 상기 원료를 가열함으로써 환원 금속을 수득할 때, 상기 노상 위에 장입 퇴적시킨 원료를 가열 환원시킴과 동시에 적어도 한번은 용융 상태가 되게 함을 특징으로 하는 금속함유물부터의 환원 금속의 제조 방법을 제안한다.

본 발명은 두번째로 금속함유물 및 고체 환원제를 포함하는 원료를 이동식 노상로의 수평 이동하는 노상 위에 장입하여 그 노상이 노 내부에서 이동하는 사이에 상기 원료를 가열함으로써 환원 금속을 수득할 때, 상기 노상 위에 고체 환원제 층을 형성함과 동시에 그 고체 환원제 층상에 상기 원료를 장입 퇴적시켜 가열 환원시켜 적어도 한번은 용융 상태가 되게 함을 특징으로 하는 금속함유물부터의 환원 금속의 제조 방법을 제안한다.

본 발명은 세 번째로 금속함유물 및 고체 환원제를 포함하는 원료를 이동식 노상로의 수평 이동하는 노상 위에 장입하여 그 노상이 노 내부에서 이동하는 사이에 상기 원료를 가열함으로써 환원 금속을 수득할 때, 상기 노상 위에 고체 환원제 층을 형성함과 동시에 그 고체 환원제 층상에 상기 원료를 장입 퇴적시켜 가열 환원시켜 적어도 한번은 용융 상태가 되게 하고, 또한 수득된 용융물 입자를 고체 환원제 층 표면에 점재 유지시켜 냉각시키는 것을 특징으로 하는 금속함유물부터의 환원 금속의 제조 방법을 제안한다.

본 발명은 네 번째로 금속함유물 및 고체 환원제를 포함하는 원료를 이동식 노상로의 수평 이동하는 노상 위에 장입하여 그 노상이 노 내부에서 이동하는 사이에 상기 원료를 가열함으로써 환원 금속을 수득할 때, 상기 노상 위에 고체 환원제 층을 형성함과 동시에 그 고체 환원제 층상으로의 원료의 장입에 있어서 고체 환원제 층의 표면에 다수의 요철이 생성되도록 퇴적시키고, 그 후 가열 환원시킴과 동시에 적어도 한번은 용융 상태가 되게 하고, 또한 수득된 용융물 입자를 고체 환원제 층 표면에 점재 유지시켜 냉각시키는 것을 특징으로 하는 금속함유물부터의 환원 금속의 제조 방법을 제안한다.

본 발명은 다섯 번째로 금속함유물 및 고체 환원제를 포함하는 원료를 이동식 노상로의 수평 이동하는 노상 위에 장입하여 그 노상이 노 내부에서 이동하는 사이에 상기 원료를 가열함으로써 환원 금속을 수득할 때, 상기 노상 위에 고체 환원제 층을 형성함과 동시에 그 고체 환원제 층의 표면에 다수의 오목부를 형성하여 그 고체 환원제 층의 상면에 상기 원료를 장입 퇴적시켜 가열 환원시키고, 또한 원료를 노상 위에서 적어도 한번은 용융 상태가 되게 하고, 또한 수득된 용융물 입자를 고체 환원제 층 표면에 점재 유지시켜 냉각시키는 것을 특징으로 하는 금속함유물부터의 환원 금속의 제조 방법을 제안한다.

본 발명에서는 노상 위를 피복하는 고체 환원제 층 내부 또는 그 표면에 융제를 혼입 또는 산재시키는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 노상 표면을 피복하는 고체 환원제 층의 적어도 노상에 접하는 측에 불연화 용융층을 마련하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 노상 위를 피복하는 고체 환원제의 층두께를 5mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 원료를 고체 환원제 층상에 장입 퇴적시킬 때 이종의 원료를 적층하여 퇴적층을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 환원 생성물중 괴상 금속 및 괴상 슬래그를 체질하여 수득된 체 하부의 분말상 회수물의 전부 또는 일부를 상기 원료중에 혼합하여 재사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 원료가 금속함유물중에 Zn 및/또는 Pb를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 이동식 노상로 내의 분위기는 적어도 원료가 용융하는 영역이 환원성인 것이 바람직하다.

본 발명에서 고체 환원제를 제외한 원료의 전부 또는 일부를 이동식 노상로 외부에서 예열한 후 고체 환원제와 혼합한 후에 이동식 노상로 내부에 장입하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 이용하는 원료에 대하여, 금속함유물로서는 철광석, Cr 광석, Ni 광석, 사철, 환원철분, 제철 더스트, 스테인레스 정련 더스트, 제철 슬러지 등의 철분, Ni분, Cr분 등의 금속을 함유하는 것이 이용된다. 또한, 고체 환원제로서는 석탄차콜, 코크스, 일반탄, 무연탄 등을 사용할 수 있다.

이들 금속함유물 및 고체 환원제는 각각 단일 종류를 사용할 수도 있고, 또한 각각 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이러한 금속함유물과 고체 환원제를 혼합하여 장입 원료로 사용한다.

장입 원료중의 고체 환원제의 중량비는 50중량% 이하인 것이 바람직하다. 고체 환원제가 최대 50중량% 정도로 혼합되면 통상의 금속함유물의 환원이 충분히 달성될 수 있기 때문이다. 또한 고체 환원제가 과다하게 혼합되면 장입 원료의 용융시에 금속 또는 슬래그의 응집이 저해되고, 생성되는 입자의 직경이 작아지기 때문에, 생성된 금속이 바람직한 크기 이내의 크기가 되어야 하는 경우에는, 장입 원료중의 고체 환원제의 중량비가 30중량% 이하인 것이 바람직하다.

또한 이 원료에는 용융시에 환원 금속 및 회분의 용융을 쉽게 하기 위해서 부원료를 첨가할 수도 있다. 그 부원료로서는, 석회석, 형석, 사문석, 돌로마이트 등을 사용할 수 있다.

또한, 이 원료로는 8mm 정도 이하의 분말, 혹은 이 분말을 미리 연탄이나 펠렛 등으로 괴상화한 것을 사용할 수 있다.

한편, 노상 위에 전면에 깔린 형태로 이용되는 상기 고체 환원제 층은 원료중에 혼합되는 것과 동일한 환원제를 사용할 수도 있고, 다른 종류의 고체 환원제를 사용할 수도 있다.

이 고체 환원제의 입경은 상기 원료의 용융시에 고체 환원제 층을 침투하여 노상 내화물로 용융물이 도달하지 않는 정도의 크기로 조절하는 것이 바람직하다. 이 때문에 8mm 이하의 분말을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 5mm 정도 이하로 조절할 수 있다.

노상 또는 그 위에 형성된 상기 고체 환원제 층의 위에 장입한 원료는 가열 환원, 용융되어 금속과 슬래그를 생성한다. 이 때, 원료의 장입은 열전도 효율을 고려하여 노상 위의 거의 전 표면에 균일하게 퇴적시키는 것이 바람직하다.

그리고, 원료를 승온에서 용융시켜 금속 및 슬래그로 분리시킬 때, 금속 및 슬래그는 각각 응집하여 그들 자신의 표면장력에 의해 고체 환원제 층 표면에서 분산 상태로 점재한 상태로 유지된다. 이 금속·슬래그의 점재를 확실히 실현하기 위해서 본 발명에서는 바람직하게는 고체 환원제 층의 표면에 오목부를 형성하여 거기에 수집함으로써 금속 및 슬래그를 점재화 및 분리 저장시킨다.

노상 위에 장입되는 원료의 양에 대해서는 다음과 같이 생각된다.

통상, 용융된 금속 및 슬래그의 체적은 원료의 체적에 대하여 10 내지 60체적% 정도로 수축한다. 따라서, 고체 환원제 층 표면에 형성된 오목부의 내부 공간의 총 체적의 10배 정도까지의 양의 원료를 장입할 수 있다. 바람직하게는 노 내부로의 원료의 장입량의 한도는 고체 환원제 층 표면에 오목부가 형성되었을 때 그 오목부내를 용융 금속 및 슬래그가 충만하는 정도이다.

또한, 본 발명의 환원 금속 제조 방법의 실시에 있어서는 하기 구성의 이동식 노상로를 이용하는 것이 효과적이다. 즉, 이 이동식 노상로는 수평이동하는 노상 및 그 노상의 상부를 피복하는 노체, 상기 노상 위로 금속함유물 및 고체 환원제 등을 포함하는 장입물을 장입하기 위한 장입 장치, 노상 위의 장입물을 가열하기 위한 가열 수단, 장입물의 가열에 의해서 생성한 환원 생성물과 슬래그를 냉각시키는 냉각 수단, 및 냉각된 환원 생성물과 슬래그를 배출하는 수단을 갖는 이동식 노상로로서, 상기 장입 장치로부터 배출 장치로 향하는 노체내에 장입물을 예열하는 예열대, 장입물을 환원시키는 환원대, 장입물을 용융시키는 용융대, 및 용융된 환원 생성물과 슬래그를 냉각시키는 냉각대를 포함하는 환원 금속제조용 이동식 노상로이다.

특히, 이 이동식 노상로가 노상의 상면 및 노체의 내측면에 내화물이 형성되어 고온의 노 내부 온도에 견디는 구조인 것이 바람직하다. 이 로에 가열 수단이 마련되는데, 예를 들면 노 내부의 노상 위쪽에 연료 가스나 액체연료 등의 연소 버너가 배치됨으로써, 그 연소열에 의해 장입물을 직접 가열하거나, 노체 내벽을 승온시켜 그 복사열로 장입물을 가열하는 것이 바람직하다. 그 밖의 예로서는 노상이나 노벽에 마련된 전기히터로 가열하는 등의 방법도 바람직하다. 상기 예열대, 환원대, 용융대 및 냉각대에는 물리적인 칸막이 등이 특별히 마련되지 않더라도 노 내부 온도를 적절하게 조절할 수 있지만, 바람직하게는 용융대와 냉각대 또는 환원대와의 각각의 경계에 노상 및 그 위에 장입한 장입물의 이동을 저해하지 않은 칸막이를 배치하는 것이 용융대에서의 고온 유지를 쉽게 하는데 효과적이다.

본 발명은 금속함유물과 고체 환원제를 포함하는 원료를 이동식 노상로의 회전 이동하는 노상 위에 장입하여 그 노상이 노 내부를 회전 이동하는 사이에 가열 환원시켜 적어도 한번은 용융시킴으로써, 금속함유물의 환원물(환원 생성물)을 생성시킴과 동시에 이 환원 생성물중의 금속 부분과 맥석 및 회분으로 이루어진 슬래그를 분리시키는 환원 금속의 제조 방법에 관한 것이다. 또한 추가로, 생성된 금속의 형상이 적당한 크기가 되도록 함으로써 배출 및 그 후의 취급을 용이하게 할 수 있는 환원 금속의 제조 방법에 관한 것이다. 이하에, 본 발명에 대하여 더욱 상술한다.

본 발명에서는 금속함유물 및 고체 환원제를 포함하는 원료를 노상 위에 장입하고 이 원료를 가열 환원시키고 적어도 한번은 용융시키기 때문에 환원 생성물중의 금속을 슬래그로부터 분리한 상태로 수득할 수 있다. 따라서, 이 금속을 전기로 등에서의 원료로서 사용할 때 슬래그가 혼입되어 있지 않기 때문에 전기로 조업에서 탈인이나 탈황을 하기 위한 슬래그 염기도 조정용 석회의 사용량을 절감시킬 수 있다.

또한 본 발명에서 노상 위에 고체 환원제의 입자를 전면에 깔리도록 장입하여 고체 환원제 층을 형성하고, 그 고체 환원제 층의 위에 상기 원료를 퇴적시키면, 원료중의 고체 환원제가 환원 반응에 의해서 전부 소비된 후에도 원료중의 금속함유물, 특히 용융한 금속에 대하여, 노상 위의 상기 고체 환원제 층으로부터 항상 탄소원을 장입할 수 있는 상태가 유지되어, 환원 생성물(금속)이 재산화되지 않는다.

이것은 가령 노 내부의 상부에 산화성 가스가 체류하고 있더라도 원료층이나 환원 생성물층의 바로 위쪽은 항상 환원 분위기임을 의미한다. 이런 경우 환원, 용융 조작에 변동이 있더라도 환원 금속을 항상 안정하게 제조할 수 있다. 또한, 원료가 고르지 않아 국부적으로 원료중의 고체 환원제가 모자라는 경우가 있더라도, 원료 퇴적층 바로 하부의 고체 환원제 층이 탄소분을 보완할 수 있기 때문에 원활히 환원 반응을 일으킬 수 있다.

또한, 이 고체 환원제 층의 존재는 환원 생성물인 용융 금속과 노상이 직접 접촉하는 것을 방지하므로 용융된 금속에 의한 노상의 침식을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 있어서 중요한 것은 환원 생성물을 노상 위에 적당한 크기를 갖고 섬 형상으로 분산된 상태(점재화)가 되게 하는 것이다. 즉, 용융된 환원 생성물이 노상 위에서 재응고된 후에도 그 응고물이 서로 분산된 상태로 유지되고, 또한 각각의 응고물의 크기가 작고 중량이 작은 상태로 하여, 로 외부로 배출시킬 때 용이하게 배출될 수 있도록 한다. 또한, 응고물이 로 외부로 배출될 때 노상에 충격을 가하게 되지만, 각각의 응고물이 작고 또한 중량도 작으면, 그 충격력이 작아져서 노상을 손상시키는 기회도 적어진다.

또한 노체에는 생성된 금속 및 슬래그의 응고물을 로 외부로 배출시키기 위해서 적어도 그 응고물 크기 이상인 배출구, 또는 배출시키기 위한 배출 장치를 구비하기 위한 개구부가 필요한데, 응고물이 작으면 이들도 작게 할 수 있어 로내외의 밀봉이 용이할 수 있다.

본 발명에서 상기 고체 환원제 층의 표면에 다수의 오목부를 형성하는 것이 상술한 환원 생성물의 점재화에 효과적이다. 이것은 노상 위에 형성된 고체 환원제 층상에 장입 퇴적된 원료가 가열에 의해서 환원되고 용융되어 금속과 슬래그를 생성하지만, 그 금속 및 슬래그는 각각 응집하여 입상화되어 그 표면장력에 의해 상기 고체 환원제 층 표면의 각 오목부내로 이동하여 매설된 바와 같이 모여 섬 형상으로 분산된 상태가 되기 때문이다.

노상 위 또는 고체 환원제 층상에 장입되어 퇴적된 원료는 가열-환원의 과정에서 원료중에 포함되어 있는 휘발분이 배기 가스중으로 이동하고, 금속 산화물중에 포함되는 산소 부분도 고체 환원제에 의해서 환원되어 배기 가스중으로 이동한다. 따라서, 용융 금속 부분과 SiO₂, Al₂O₃ 등의 맥석 부분 및 고체 환원제가 노상 위에 잔류한다.

다음으로 본 발명의 환원철 제조 방법의 바람직한 실시형태를 도면에 근거하여 설명하고자 한다. 우선, 회전 이동하는 노상 위에 원료의 장입 보다 먼저 입자 상태의 고체 환원제를 살포 퇴적시켜 고체 환원제 층을 형성한다. 노상 위에 형성된 이 고체 환원제 층은 기본적으로 환원제의 응집체이기는 하지만, 금속함유물과 혼합되지 않아 조업중에 휘발분이 손실되는 것외에는 거의 변화하지 않는다. 통상, 고체 환원제에는 회분이 10% 정도 포함되어 있지만 나머지는 대부분 탄소 함유 물질이고, 1000 내지 1500℃ 정도의 고온에 있더라도 고체 상태를 유지한다. 따라서, 고체 환원제 층 자체가 이동노상의 상면의 내화물에 용착하는 일은 없다. 이런 측면에서, 이러한 고체 환원제 층은 노상 위의 내화물의 보호층으로서 작용하게 된다.

노상 위에 형성된 상기 고체 환원제 층상에 금속함유물과 고체 환원제의 혼합물, 또는 금속함유물, 고체 환원제 및 부원료의 혼합물을 장입하여 퇴적시킨다. 그리고 그 노상이 회전하여 노 내부를 이동하는 사이에 가열하여 환원시킴과 동시에, 발생된 환원물을 더욱 용융될 때까지 유지시키고, 이 때 생성된 환원 생성물(금속 및 슬래그)은 섬 형상으로 점재한 상태로 한다. 이는 적당한 크기의 정립된 환원 금속을 연속적으로 제조할 수 있음을 의미한다.

그런데, 도 2a, 2b, 2c 및 2d는 상기 이동식 노상로에 있어서의 노상 위에서의 원료 적층 구조의 예와 환원, 용융까지의 과정을 설명하는 도면이다.

상술된 바와 같이, 원료의 장입에 앞서, 이동하는 노상(11)위에는 우선 고체 환원제를 깔아 장입시켜 고체 환원제 층(1)을 형성함과 동시에 바람직하게는 그 고체 환원제 층(1)상에 복수의 오목부(1a)를 형성한다. 이어서, 이렇게 하여 형성된 고체 환원제 층(1)상에 원료(2)를 장입하여 퇴적시킨다. 그 후, 노체의 윗쪽으로부터 버너(13)를 사용하여 가열 환원시킨다. 그 결과, 도 2c에 도시된 바와 같이 원료(2)중의 금속함유물은 함께 혼합된 고체 환원제(탄소 함유 물질)의 작용에 의해 환원되어, 맥석을 포함한 환원 생성물(3)을 생성함과 동시에 원료중에 포함된 환원제로서 사용되는 고체 환원제의 회분을 주성분으로 하는 슬래그를 생성한다. 또한, 원료의 배합 방법 및 사용하는 금속함유물 및 고체 환원제에 따라서 달라지기는 하지만, 원료중의 고체 환원제가 환원반응에 의해 소비되기 때문에, 맥석을 포함한 환원물 및 회분(환원 생성물)의 체적은 원료에 비례해서 감소한다.

여기서, 상기 주원료에 첨가되는 부원료는 환원물이나 회분이 용융될 때 용융이 용이하도록 하기 위해 첨가되는 것으로, 석회석, 형석, 사문암, 돌로마이트 등이 바람직하다. 이들은 용융되기 전까지 결정수의 증발, 일부의 분해 반응(예를 들면 석회석의 주 성분인 CaCO₃는 CaO로 열분해된다)을 일으키지만, 고체 상태를 유지하고 있다.

이어서, 원료의 가열이 진행되면 원료 및 부원료는 단지 환원되는 것만으로 멈추지 않고 용융이 개시되어 도 2d에 도시된 바와 같이 금속(4) 및 슬래그(5)로 용융분리된다. 이 때, 금속함유물과 고체 환원제로 이루어지는 원료, 또는 금속함유물, 고체 환원제 및 부원료를 혼합한 원료는 고체 환원제 층(1)의 위에 점재하기 때문에, 상기 금속(4) 및 슬래그(5)가 고체 환원제 층(1)상에 생성된다. 이 때, 도 2d에 나타낸 바와 같이 고체 환원제 층(1)의 표면에 오목부(1a)를 형성하면, 환원 생성물인 금속(4) 및 슬래그(5)는 용융물의 표면장력 및 중력의 작용에 의해서 고체 환원제 층(1)에 있는 오목부(1a)내로 자연스럽게 이동하여 모여 고체 환원제 층(1)상에 오목부(1a) 단위마다 분할된 상태가 된다. 소위 금속 및 슬래그의 덩어리가 섬 형상으로 점재한 상태로 바뀐다.

이와 같이, 환원 생성물은 고체 환원제 층에 마련된 오목부(1a) 내에 분산된 상태가 되고, 금속 및 슬래그는 각 오목부(1a) 단위마다 분할된 적당한 크기가 된다. 더구나, 생성된 금속 및 슬래그는 그의 부피가 원료의 10 내지 60% 정도밖에 되지 않기 때문에 고체 환원제 층중에 매몰된 것처럼 점재되어, 이들이 서로 접하지않게 된다.

또한 금속 및 슬래그의 비중은 고체 환원제 층(1) 보다 크기 때문에, 이들이 고체 환원제 층(1)의 밑으로 가라앉을 것으로 예상되지만, 실제로는 금속 및 슬래그 각각은 작은 덩어리가 되고, 더구나 표면장력의 작용에 의해서 고체 환원제 층의 표면에 유지되는 상태를 유지한다.

회전 이동하는 노상 위에 이러한 상태로 생성된 슬래그 및 금속은 냉각대에 도달하여 냉각된다. 결국, 응고된 금속 및 슬래그는 고체 환원제 층의 존재에 의해서 노상으로부터 분리된 상태로, 또한 각각이 작은 덩어리가 되어, 로 외부로 용이하게 배출될 수 있다.

또한, 고체 환원제 층 표면에 오목부가 마련되지 않고 평탄한 경우에는 냉각후의 금속 및 슬래그가 작게 분할되지 않고 때로는 큰 덩어리를 형성하기 때문에, 로 외부로의 배출에 대응하여 노상 위에 금속 슬래그를 파쇄하는 파쇄기가 필요한 경우가 있다. 따라서, 고체 환원제 층 표면에 오목부를 형성하는 것이 바람직하다.

이것은 고체 환원제 층의 표면형상에 대하여 발명자들이 행한 실험으로부터도 확인되었다. 즉, 이 실험은 입경 8mm 이하의 분말철광석, 코크스분말, 석회석분말을 중량비로 7:3:1의 비율로 혼합하여, 원료가 되는 혼합분말을 제작하였다. 그리고 도 3에 도시된 바와 같은 원료 적층 조건 1에 근거하여, 코크스분말로 형성된 고체 환원제 층(1)의 표면에 요철부를 만들고, 이의 위에 상기 혼합분말(2)을 적층하고, 이를 도 4에 도시된 실험 장치에 넣어 1480 내지 1500℃로 유지시켜 환원시키고 용융하여 금속 및 슬래그를 생성하였다. 이 때의 실험 결과를 표 1에 나타낸다. 또한 도 4는 실험에 사용된 장치를 예시하는 것으로서 노상(11')이 승강 장치(16)에 의해서 승강하여, 노체(10') 내부에 세팅된 구조예를 나타내고 있다. 이 노상(11') 위에 형성된 고체 환원제 층(1) 및 원료퇴적층(2a)은 버너(13')에 의해 가열되어 상술된 바와 같은 열 이력에 노출되어 환원, 용융된다.

이러한 고체 환원제 층(1)에 형성되는 오목부의 형상으로서는, 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같은 사각형(6)(원료 적층 조건 2) 또는 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같은 크기가 다른 원형의 조합(원료 적층 조건 3)으로 실험을 하였다. 표 1에 있어서, 구멍의 형상은 고체 환원제 층(1)에 형성된 오목부의 형상 및 치수이다. 표중의 L은 구멍의 형상과 동일한 면적에 상당하는 원의 직경(원 상당 직경)을 나타낸다. 원료 적층 조건 3과 같이 다종의 형상을 형성하는 경우는 이들중의 최대값을 나타내었다.

또한 도 3a, 도 5a 및 도 6a는 각각 고체 환원제 층(1)의 표면에 형성된 오목부(1a)의 단면형상이고, 원료분말의 가장 두꺼운 층두께(L₁)와 고체 환원제 단위체의 층 표면의 볼록부에서 원료분말의 가장 얇은 층두께(L₂)로 이루어진다. 또한, 표 1에 도시한 바와 같이 실험후의 금속은 각 오목부내에 분산되어 수득된다.

그런데, 노상 위에 상술된 고체 환원제 층을 형성하는 방법으로서는 고체 환원제의 입자를 일정한 두께가 되도록 전면에 깐 고체 환원제 층의 표면에 다수의 오목부를 형성하는 방법이 기본이다. 이 형성 방법은 오목부를 확실히 형성할 수 있고 더구나 용이하게 형상 변경이 가능하고, 오목부에 주기성이 필요한 경우에 효과적이다. 오목부의 형성 수단으로는 표면에 볼록부를 갖는 롤러 또는 스탬프를 고체 환원제 층의 표면에 가압하는 수단 등을 적합하게 사용할 수 있다.

그 밖의 방법으로서는 우선 노상 위에 고체 환원제 입자를 일정한 층두께가 되도록 전면에 깔아, 상부로부터 연탄 형상의 원료괴를 낙하시켜 그 충격에 의해서 오목부를 형성하고, 추가로 이들 연탄 사이에 별도의 금속함유물 및 고체 환원제를 장입하여 일정 층두께의 오목부를 형성하여 퇴적층으로 하는 방법이 있다. 또한, 상기 괴상의 원료를 다른 분말상 원료와 함께 낙하시켜 도입하는 방법도 효과적이다.

또한 다른 방법으로서는 하층에 미리 고체 환원제를 전면에 깔아 수득된 일정 층두께의 고체 환원제 층의 표면에 원료를 장입 퇴적시킬 때 그 원료 퇴적층의 표면에 다수의 요철이 발생하도록 적층하는 방법도 바람직하다. 즉, 이 방법은 노상 위의 고체 환원제 층(1)에 상술한 오목부(1a)를 마련하는 대신에 장입원료의 퇴적층을 제어하여 요철을 형성시키는 방법으로서, 실질적으로 같은 작용 효과를 얻는 방법이다. 이 방법에 의해 형성되는 퇴적층을 노 내부에서 용융시킴으로써 오목부를 형성한 부분에서 생성되는 금속 및 슬래그의 주변에 생성된 슬래그, 금속이 표면장력에 의해 모이기 때문에, 용융후의 슬래그, 금속이 입자상으로 고체 환원제층의 표면에 점재 유지되는 상태가 되어, 실질적으로 동일한 작용 효과를 실현할 수 있다. 또한, 괴상의 원료를 고체 환원제층 표면상에 분산 상태로 장입 퇴적시킴으로써도, 실질적으로 동일한 작용 효과를 실현할 수 있다.

노상 위에 전면에 깔린 고체 환원제 층의 역할은 용융 금속으로의 침탄원으로 작용하고, 용융 금속으로 탄소분을 장입하여 원료의 환원반응을 보완하고, 용융물과 노상이 직접 접촉하는 것을 방지하여 용융물에 의한 노상의 침식을 방지하는 것이다. 따라서, 이 고체 환원제 층은 실질적으로 이러한 작용이 확보될 수 있는 한 탄소 함유 물질외에 다른 물질을 혼입시킬 수도 있다. 예를 들면, 이 고체 환원제 층중에 융제를 균일하게 혼합하거나, 그 농도가 불균일하게 되도록 경사 배합으로 혼합하거나, 혹은 이 융제를 해당 고체 환원제 층의 표층에만 적층시킬 수도 있다. 이 혼입된 융제는 고체 환원제 층중의 S 분을 흡수함으로써 용융 금속중의 S 분을 감소시키는데 효과적으로 작용하는 성분이다.

상기 고체 환원제 층의 구성 성분으로 석탄차콜, 코크스, 일반탄, 점결탄, 무연탄 등을 사용할 수 있다. 이들 모두는 탄소분을 포함하고 있고, 용융 금속을 위한 침탄원으로서의 역할을 하고，용융 금속으로 탄소분을 장입하고, 환원을 보완한다.

또, 그 고체 환원제중에는 점결탄과 같이 가열됨에 따라 연화용융되는 것이 있다. 이런 것은 종종 그 후 수축하여 거시적인 균열을 발생시켜 고체 환원제 층상의 용융물이 균열로 침투할 가능성이 있다. 그러나, 노상 위에 전면에 깔리는 고체 환원제 층에서 적어도 노상에 접하는 부분을 불연화용융층으로서 깔면, 용융물과 노상이 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있어 용융물에 의한 노상의 침식을 확실히 방지할 수 있다.

또한, 이 불연화용융층은, 고체 환원제의 연화용융 거동이 고체 환원제의 종류 및 가열 패턴에 따라 변화하기 때문에, 조업 조건 및 사용되는 고체 환원제에 따라 층두께 및 적층되는 탄소 함유 물질의 종류를 적절하게 선택하여 실행한다.

이러한 고체 환원제 층은 상술한 바와 같은 작용 효과를 갖지만, 노상 위에 전면에 깔리는 양이 적으면, 침탄 및 환원에 의해 소비되어 기능할 수 없는 경우가 발생한다. 가령 소비되지 않더라도, 로의 진동에 의해서 노상 위에 전면에 깔린 고체 환원제의 층이 부분적으로 없어질 수도 있다. 그 때문에, 용융물과 노상이 직접 접촉하는 것을 방지하여 용융물에 의한 노상의 침식 방지를 보다 확실하게 하기 위해서, 본 발명에서 노상 위에 전면에 깔리는 고체 환원제의 층두께를 5mm 이상, 바람직하게는 10mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 금속함유물 및 고체 환원제를 포함하는 원료를 고체 환원제 층상에 장입 퇴적시킬 때 단일종의 원료를 일정한 층두께로 적층시키는 것뿐만 아니라, 이종의 원료를 다단으로 적층하는 것도 바람직하다. 예를 들면, 고체 환원제 층의 표면에 환원이 상당히 진행된 금속함유물중 고체 환원제의 배합 비율을 감소시킨 원료를 적층하고, 또한 그 위에 이들과 다른 금속함유물 및 고체 환원제로 이루어지는 원료를 적층시킨 경우에서도 문제없이 환원 금속를 얻을 수 있다. 이러한 장입 방법에 따르면 환원이 상당히 진행된 금속함유물의 경우 통상보다도 환원이 조속히 진행되어 그 부분의 용융 침탄이 일찍 진행되고, 이들을 용융 기점으로 하여 상부 층의 환원 및 용융이 촉진되기 때문에 본 발명의 효과를 돕는다.

또한, 원료의 장입에 있어서는 입자의 여과 작용을 이용하여 의도적으로 원료를 불균일하게 하여, 예를 들면 원료퇴적층을 하부에 큰 입자를 퇴적시키고 상부에 소립자의 원료를 분포시키도록 장입하는 것도 바람직하다.

여기서, 이종의 원료를 다단으로 적층시키는 경우에는 단지 금속함유물과 고체 환원제의 배합 비율을 변경한 것뿐만 아니라, 예를 들면 상층 측에 용광로 건식 집진 더스트를, 하층 측에 철광석 및 고체 환원제를 포함하는 원료를 적층하는 등, 금속함유물 및 고체 환원제의 종류를 변경하는 방법도 바람직하다.

냉각 후의 금속 및 슬래그를 배출 장치로 배출되기 쉽도록 노 내부에서 분쇄할 수도 있다. 이때 미분의 금속 및 슬래그가 발생한다. 또한, 용융물 입자를 고체 환원제 표면에 점재 유지하여 냉각하여 얻은 금속 및 슬래그의 소괴도 로 외부에서의 취급 과정에서 미분화된다. 또한, 로로부터의 회수 방법에 따라서 노상 위에 전면에 깔린 고체 환원제가 함께 로 외부로 배출된다.

이상 설명한 바와 같이 금속 원료가 되는 덩어리금속 및 부산물인 덩어리 슬래그의 회수는, 로 외부에서 체질하는 것이 가장 간편하지만, 이 때에도 그 체 하부의 분말상 금속, 분말상 슬래그 및 고체 환원제 분말의 혼합물을 수득할 수 있다.

그래서, 본 발명에서는 체 하부의 분말상 금속이나 분말상 슬래그 및 잔류 고체 환원제 분말의 혼합물을 회수하여 장입 원료중에 첨가하고 다시 로에 장입하여 금속 슬래그 및 고체 환원제의 완전 재활용을 실현한다.

이러한 조작에 의해 금속 부분의 회수율 향상 및 고체 환원제의 양의 절감을 도모할 수 있다. 또, 체 하부의 회수물 분말을 원료로 하여 고체 환원제 층상에 장입할 때, 이것을 상술한 이종의 원료의 하나로서 다단으로 적층시키는 기술을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태로서는 장입 원료중에 Zn 또는 Pb와 같은 휘발성이 높은 금속 원소를 함유시키는 것이 특히 효과적이다. 원료에 포함되는 이들 Zn 및 Pb는 가열시 매우 용이하게 증기화되어 배기 가스중으로 이동한다. 그래서, 이러한 Zn 및 Pb 증기를 함유하는 배기 가스에 물분무 등의 급냉 처리 등을 가함으로써 Zn 및 Pb 분을 효과적으로 회수하는 것이 가능하게 된다. 만약에 원료중에 철이나 Cr, Ni 등이 포함되는 경우, 이들은 노상 위에 잔류함으로써, (Zn, Pb)분과 (Fe, Cr, Ni)분의 분리가 자연스럽게 될 수 있다. 따라서, 이러한 원료를 이용한 경우에는 양질의 Zn, Pb 제조용 원료, 혹은 Fe, Cr, Ni 제조용 원료를 수득할 수 있다.

또한, 배기 가스의 온도 및 산소분압에 따라서, 상기 Zn, Pb가 재산화하여 고체 상태가 되는 경우도 있지만, 이것은 입경이 대단히 작기 때문에 배기 가스에 의해 로 외부로 배출되는 공지된 방법으로 포획된다.

본 발명 방법에서의 로 조업에서 노상 위에 장입 퇴적된 원료를 용융시킬 때, 거기에서의 분위기가 환원성이 되면 산소 분압이 저하되어 노상 위에 깔린 고체 환원제가 금속으로 신속히 침탄될 수 있다. 또한, 분위기를 탄소를 함유하는 가스로 조정하는 경우에는 분위기 가스로부터의 침탄도 실행할 수 있다. 이에 의해 금속의 융점이 저하하여 용융이 촉진되어 생산성이 향상된다. 또한 산소 분압이 저하되어 슬래그-금속 사이의 황 분배에 작용하여 금속중의 황분을 효과적으로 감소시킨다.

본 발명 방법에 있어서 중요한 것은 노 내부 분위기가 환원성인 것이다. 즉, 노상 위에 퇴적된 원료층이 덮히도록 환원성 가스를 장입하는 것, 특히 적어도 용융 대역이 환원성이 되게 하여 동일한 효과를 수득할 수 있다. 버너연소에 의해서 가열하는 방법을 사용하는 경우, 버너의 연소 제어에 의해서 노 내부 전체의 분위기가 환원성이 될 뿐만아니라, 환원성 가스를 다른 경로로 원료층 표면 근처에 도입할 수도 있다.

또한, 본 발명에서 이용되는 원료가 노 내부로 장입되기 전에 예열되는 것이 효과적이다. 이 경우, 혼합된 원료를 로 외부에서 예열한 경우, 그 석탄의 종류 및 예열 온도에 따라 석탄이 연화 용융하여 예열 공정에서 취급 문제를 일으킬 위험이 있다.

이러한 경우, 생산성을 향상시키기 위한 예열을 이동식 노상로 외부에서 주로 금속함유물 및 고체 환원제를 포함하는 원료중 고체 환원제를 제외한 전부 또는 일부에 대하여 실시하고, 원료를 이동식 노상로에 장입하기 직전에 혼합하고, 경우에 따라서는 덩어리를 형성하여 이동식 노상로에 장입함으로써 취급 문제를 회피하면서 생산성 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에서는 원료 장입의 방법, 로 온도 등에 따라서도 변화되지만, 원료가 로에 장입된 후 배출되기까지의 노 내부에서의 원료의 체류 시간은 수십분 정도인데 이 동안 원료가 가열 환원된 후 용융된다. 이런 측면에서, 원료를 신속하게 가열할 수 있으면 이동식 노상로의 생산성을 향상시킬 수 있다. 즉, 원료를 상술한 바와 같이 이동식 노상로 외부에서 예열하여 노 내부에서의 체류 시간을 단축함으로써 이동식 노상로의 생산성을 향상시킬 수 있다.

이동식 노상로의 가열에는 버너 연소 방법을 사용할 수 있다. 버너에는 천연 가스, 코우크스로 가스, 중유 등의 연료, 공기, 산소 등의 조연제가 장입되지만, 이 연료 또는 조연제는 로로부터의 배기 가스와의 열교환에 의해서 예열되므로 버너로의 연료의 장입을 감소, 즉 제조 에너지원 단위를 감소시키는 것이 가능하다.

그리고, 이 버너 연소에 의한 방법을 사용할 때, 상기 원료의 예열에서 발생하는 배기 가스의 온도가 1000℃ 이상이기 때문에, 이 배기 가스를 원료의 로 외부에서의 예열에 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해 상술된 바와 같이 이동식 노상로의 생산성을 향상시키는 것은 물론, 원료를 예열하기 위한 에너지를 이동식 노상로에 장입할 필요가 없어져서, 에너지 양을 감소시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에서 노 내부에 장입된 원료는 환원후에 용융된다. 이를 위해서 내화물, 노체 구조가 고온에 견딜 수 있어야 한다. 이는 설비비용을 상승시킨다. 원료의 환원은 고온일수록 빠르지만, 용융될 정도의 고온이 아니라도 실질적인 환원 속도를 확보할 수 있다. 한편, 용융 대역이 필요 이상으로 짧으면, 용융에 필요한 체류 시간을 확보하기 위해서 이동식 노상로의 수평 이동되는 노상의 이동 속도를 감소시켜, 노 내부에서의 체류 시간이 결과적으로 길어져서, 생산성이 감소되므로, 생산성의 유지와 설비 비용의 억제를 고려하여 용융 대역의 길이를 적절히 선택한다.

노상 위에서 용융된 금속 및 슬래그의 제품류는 로 외부로 배출되기 전에 응고된다. 이때, 버너에 장입되는 천연 가스, 코우크스로 가스, 중유 등의 연료, 공기, 산소 등의 조연제가 냉각 매체로서의 역할도 담당하고 연료 및 조연제의 예열을 수행하여 제조 에너지를 감소시킬 수 있다. 또한, 질소, 환원성 가스 등을 이용하여 노상 위에서 용융된 금속 및 슬래그의 제품류를 냉각시킬 수 있고, 이로써 예열된 질소, 환원성 가스 등을 용융시의 로의 분위기 제어에 이용할 수도 있다.

또한, 금속 및 슬래그의 로 외부로의 배출시 배출 장치 및 방법에 따라 금속 및 슬래그 뿐만아니라 고체 환원제 층의 전부 또는 일부가 배출된다. 또한, 실질적으로 금속 및 슬래그만을 배출시키는 것도 가능하다. 이동식 노상로가 회전로로서, 고체 환원제를 일부 배출시키거나, 또는 실질적으로 배출시키지 않은 경우에는 고체 환원제가 노상에 남겨진 채로 원료 장입부로 이동된다. 이때, 원료 장입부에서는 소비된 만큼만 고체 환원제를 장입한다.

실시예

실시예 1

이 실시예에서는 지름 2.2m의 이동형노상의 상면에 알루미나계의 내화물이 시공된 회전 노상을 갖고 이 노상 위쪽에 버너가 배치되어 환상의 노체에 수용된, 도 7에 나타낸 바와 같은 회전로 노상을 이용하여 이하의 조업을 하였다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 이 회전로 노상은 예열대(10a), 환원대(10b), 용융대(10c) 및 냉각대(10d)로 구획되어 있다. 또한, 이 회전로 노상의 위에는 주로 철함유물과 고체 환원제로 구성된 원료를 장입 및 퇴적시켜 원료층(2)을 형성한다. 또한, 이 설비중 도 1에 나타낸 부호와 동일한 부호는 동일한 구성을 나타낸다. 또한, 부호 17은 환원철을 냉각시켜 취출하기 위해서 배출구 앞에 배치한 냉각기이다. 도 8은 이 조업에 이용된 배출구 부근의 모식도를 나타낸다. 금속은 배출 장치(15)에서 배출된 후, 자석에 의해서 금속과 슬래그가 분리되었다. 경우에 따라서는 파쇄기(18)를 사용하였다.

또한, 이 실시예에서 로의 장입구에서 원료는 장입 장치(14)를 이용하여 금속함유물 및 고체 환원제 등의 원료를 도 9a 및 9b, 도 10a 및 10b, 도 11a 및 11b, 도 12a 및 12b에 나타낸 원료의 적층예로서 나타낸 4종류의 조건으로 각각 회전노상(11)상에 퇴적시켰다. 또한, 이 경우 고체 환원제 층의 표면에 형성되는 오목부는 고체 환원제 층을 형성한 후에 표면에 볼록부가 있는 롤러를 가압 밀착시켜 형성되었다.

금속함유물은 맥석분(SiO₂, Al₂O₃등)을 7% 이상 함유하는 표 2에 나타내는 성분 조성의 철광석을 이용하고, 고체 환원제는 회분을 6 내지 11% 함유하고 표 3에 나타내는 성분 조성의 것을 이용하며, 이들은 한 체눈을 3mm 이하로 조정하여 이용하였다.

이상의 조업 결과를 표 4에 나타낸다. 적합예를 나타내는 No. 1 내지 6은 본 발명의 적합예이다. 도 9a 및 9b에 나타낸 퇴적형상의 예의 어느 조건에서도 노상의 내화물의 손상이 없고, 제품 배출의 문제도 없고, 제품으로의 철 회수율이 97.4% 이상으로 높고, 맥석, 회분이 거의 제거된 상태로 회수될 수 있었고, 생산성의 현저한 저하도 없었다. 또한, No. 5의 경우, 2 내지 3개의 오목부중의 금속이나 슬래그가 각각 합체하여 큰 덩어리로 되어있는 부분이 있었지만, 배출에는 특별히 문제가 없었다.

적합예 No. 7 및 8은 도 10a 및 10b의 퇴적 형상의 예이며, 고체 환원제 층을 통해 원료가 직접 노상과 접촉하지 않도록 소구획화시켜 점재시켜 적층한 것이다. 이 적층 조건에서는 맥석, 회분 제거 조작을 위해 환원철, 회분을 용융시키더라도 고체 환원제 층에 의해서 노상 내화물과의 사이가 분리되어 있기 때문에 슬래그, 용융철에 의해서 노상 내화물이 손상되지는 않았다. 그러나, 퇴적시부터 고체 환원제 층이 표면에 노출되어 있기 때문에, 이 부분에 대한 복사열의 이용이 약간 뒤떨어지므로, 실시예 No. 1 내지 6에 비교하면 약간 생산성이 낮았다.

적합예 No. 9 및 10은 도 11a 및 11b의 적층 조건에 따라 고체 환원제 층 표면을 평활히 퇴적시켜 그 위의 전면에 원료 혼합 분말을 층형상으로 퇴적시킨 예이다. 이 예에서 맥석이나 회분을 제거하기 위해서 환원철, 회분을 용융시켰을 때, 슬래그 및 금속이 함께 큰 판과 같은 상태가 되어, 비록 냉각 과정에서의 수축으로 부분적으로 균열이 있기는 하지만, 냉각 후의 금속 및 슬래그는 큰 판형상이고, 배출구에서 도 8의 냉각기 17 부분까지 연결되어 있는 것도 있었다. 그래서, 이들 적합예에서는 배출 장치전에 파쇄기를 마련하여 제품을 로 외부로 배출하기 전에 노상 위에서 파쇄하였다. 파쇄기 설치의 설비비가 증대하여 구동 비용이 증대하지만, 이 대책에 의해서 이들 적합예에 의한 조업이 가능하여 금속의 제조가 가능하였다. 적합예 No. 11은 도 12a 및 12b의 적층 조건으로서 고체 환원제 층없이 노상 내화물의 위에 원료(2)를 층형상으로 적층한 예이다. 이러한 원료 퇴적층에 대하여 맥석과 회분의 제거조작을 위해, 환원철 및 회분을 용융시켰을 때 원료를 노상 내화물에 직접 접촉하도록 적재하기 때문에 노상 내화물이 용융물에 의해서 용융 손실되었다. 또한, 슬래그 및 금속은 함께 큰 판과 같은 상태가 되어 배출구에서 도 8의 냉각기 17 부근까지 연결되고 있는 것도 있었다. 그래서, 배출 장치측에 파쇄기를 마련하여, 제품을 로의 외부로 배출하기 전에 노상에서 파쇄하였다. 이 대책에 의해 파쇄기 설치의 설비비가 증대하거나 파쇄기 구동 전력 등의 구동 비용, 또한 노상 내화물의 약간의 용융 손실에 의한 비용이 상승할 뿐, 조업이 가능하고 금속의 제조가 가능하였다.

또한, 이 예에 있어서 No. 1 내지 10중 어느 것도 배출부 부근에서 노상에 인접한 부분의 고체 환원제 층(1)은 연화 용융되지 않았다.

실시예 2

실시예 1과 동일한 장치를 이용하여 이하의 조업을 하였다. 로의 장입구에서 원료는 장입 장치(14)를 이용하여 도 9a 및 9b에 도시된 적층 조건으로 회전노상(16)으로 장입 퇴적되었다. 단, 고체 환원제 층(1)중에 석회석을 중량비로 5% 첨가하였다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 조업 조건이 거의 동일한 경우, 고체 환원제 층에 석회석을 배분했을 때 회수 금속중의 S가 감소함을 알수 있었다.

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실시예 3

실시예 1과 동일한 장치를 이용하여 이하의 조업을 하였다. 로의 장입구에서 원료는 장입 장치(14)를 이용하여 도 13의 원료의 적층 조건으로 적층되었다. 도에서 원료(하층)(21) 및 원료(상층)(22)는 표 6에 나타낸 바와 같이 배합이 상이하다. 적합예 16에서는 원료(하층)(21)에 금속함유물로서 표 2의 철함유물 뿐만 아니라, 표 7의 분말무쇠를 배합하였다. 표 6에 나타낸 바와 같이 단위면적 당 철 장입량이 동일하고 로의 회전 속도 이외의 조업 조건도 거의 동일한 경우, 원료(하층)(21)에 분말무쇠를 배합한 조건에서는 빠른 회전 속도에서도 생산이 가능하여, 생산속도를 상승시킬 수 있었다. 적합예 17에서는 원료(상층)(22)에 표 9의 용광로 건식 집진 더스트를 사용하고, 원료(하층)(21)에는 적합예 16과 동일한 것을 이용하였다.

상층의 원료의 성질이 다르기 때문에 직접적으로 생산성을 비교할 수는 없지만 문제없이 생산할 수 있었다.

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실시예 4

실시예 1과 동일한 장치를 이용하여 이하의 조업을 하였다. 로의 장입구에서 원료는 장입 장치(14)를 이용하여 도 9a 및 9b에 도시된 적층 조건으로 노상(11)상에 장입 적층된다. 고체 환원제 층(1)상에 생성된 괴상물을 배출 장치(15)에서 배출한 후, 전량을 3mm의 체에 걸렀다. 그리고, 체 하부의 물질을 전량 원료에 혼입하여 재활용하였다. 원료중의 재활용 부분은 원료중의 1.5∼2%이었다. 표 8에 나타낸 바와 같이 조업 조건이 거의 동일한 경우 금속의 회수율을 상승시킬 수 있었다.

실시예 5

실시예 1과 동일한 장치를 이용하여 이하의 조업을 하였다. 단, 로로부터의 배기 가스에 대하여 수분무하여 배기 가스를 냉각시키는 동시에 배기 가스중의 더스트류를 수중에서 트랩하여 회수하였다. 원료를 장입 장치(14)를 이용하여 도 9a 및 9b에 나타낸 바와 같은 적층 조건으로 노상(11)상에 적층하였다. 단, 원료는 용광로의 건식 집진 더스트로서 금속분으로서 Fe 이외에 Zn 및 Pb를 함유하는 것을 이용하였다. 또한, 건식 집진 더스트중에는 용광로에 장입되는 코크스의 일부가 포함되어 있다. 이 조성을 표 9에 나타낸다. 그 결과, 표 10에 나타낸 바와 같이 수중에 트랩된 2차 더스트중에서 ZnO 및 금속 Pb를 회수할 수 있었다. 여기서, 이 2차 더스트중에는 Fe 분은 거의 포함되어 있지 않다. 또한, 노 내부에서 용융 및 응고되어 회수된 금속은 대부분이 Fe이고, Zn 및 Pb는 전혀 없었다.

실시예 6

실시예 1과 동일한 장치를 이용하여 이하의 조업을 하였다. 단, 용융대에서의 온도를 순산소 프로판 버너 연소로 보상하고, 공기비를 제어하여 연소후 배출 가스의 산화도를 조정하였다. 원료를 장입 장치(14)를 이용하여 도 9a 및 9b에 도시된 적층 조건으로 회전식 노상(11)상에 적층하였다. 그 조업 결과를 표 11에 나타낸다. 연소후 가스의 산화도, 즉 분위기의 환원성, 및 로의 회전 속도 이외의 조업의 조건이 거의 동일한 경우, 분위기의 환원성이 높은 쪽이 약간 생산성을 올릴 수 있었다.

실시예 7

실시예 1과 동일한 장치를 이용하여 이하의 조업을 하였다. 단, 도 14에 도시된 바와 같이 내경 1m, 길이 3m의 회전식로형 예열 장치를 이용하여 이 장치 내에 광석과 동시에 이동식 노상로부터의 배기 가스를 도입하여 이 배기 가스에 의해 광석을 예열하였다. 배기 가스는 1000℃에서 1100℃로 변화하여 예열된 광석은 500℃ 전후로 가열되었다. 예열된 광석을 혼합기(내경 1m, 길이 3m)에 도입하여 상온의 고체 환원제(표 12의 석탄)와 혼합하고, 이어서 도 8에 나타낸 장입 장치(14)를 이용하여 도 10a 및 10b에 나타낸 적층 조건으로 이동식 노상로의 노상(11)상에 적층하였다. 이 때의 조업 결과를 표 13에 나타낸다. 광석을 예열하지 않는 조업에서의 버너용 연료, 소비 고체 환원제 등의 투입 에너지는 7.0 Gca1/t-금속이지만, 예열 광석을 이용한 경우에는 약 6.8 Gcal/t-금속으로 감소되었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 간편한 설비를 이용하면서도 금속함유물과 고체 환원제로부터 맥석 및 회분의 혼입이 없는 환원철, 즉 전기로 등으로 정련할 때의 원료로서 평가가 높은 환원 금속을 수득할 수 있다. 또한, 노상 위에 고체 환원제 층을 형성함으로써 설비의 손상을 회피할 수 있다. 또한, 노상 위의 고체 환원제 층 위에 환원 금속을 점재시켜 생성시킴으로써 환원 금속의 취급이 극히 용이하여 전기로의 원료로서 바람직한 환원 금속을 수득할 수 있다.

도 1a 및 1b는 이동식 노상로의 설명도이다.

도 2a 내지 2d는 본 발명에 적합한 노상 위에 원료를 적층한 상태와 환원 생성물을 용융하였을 때의 변화의 설명도이다.

도 3a 및 3b는 실시예에서 이용한 적층 조건 1의 설명도이다.

도 4는 실시예에서 이용한 가열로의 설명도이다.

도 5a 및 5b는 실시예에서 이용한 적층 조건 2의 설명도이다.

도 6a 및 6b는 실시예에서 이용한 적층 조건 3의 설명도이다.

도 7은 실시예에서 이용한 이동식 노상로의 설명도이다.

도 8은 실시예에서 이용한 배출 장치의 설명도이다.

도 9a 및 9b는 실시예에서 이용한 원료의 적층 조건 A의 설명도이다.

도 10a 및 10b는 실시예에서 이용한 원료의 적층 조건 B의 설명도이다.

도 11a 및 11b는 실시예에서 사용한 원료의 적층 조건 C의 설명도이다.

도 12a 및 12b는 실시예에서 사용한 원료의 적층 조건 D의 설명도이다.

도 13a 및 13b는 실시예 3에서 사용한 원료의 적층 조건의 설명도이다.

도 14는 실시예 7에서 사용한 원료의 예열 장치이다.

도 15는 도 7에 도시된 장입 장치의 상세한 설명이다.

부호의 간단한 설명

1: 고체 환원제 층

1a: 오목부

2: 원료

2a: 혼합분말

3: 환원 생성물

4: 금속

5: 슬래그

10, 10': 노체

10a: 예열대

10b: 환원대

10c: 용융대

10d: 냉각대

11, 11': 노상

13, 13': 버너

14: 장입 장치

14-1: 고체 환원제의 장입기

14-2: 원료의 장입기

14-3: 볼록부를 갖는 롤러

15: 배출 장치

16: 승강 장치

17: 냉각기

18: 파쇄기

21: 원료(하층)

22: 원료(상층)

Claims

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고체 환원제(solid reducing material)를 이동식 노상로(爐床爐; traveling hearth furnace)의 이동하는 노상(爐床)에 예비 장입시키되, 상기 고체 환원제를 노상 표면에 피복시키고; 이어서 상기 환원제 위 및 내에 별도의 스택(stack)의 환원성 물질(reducible material)을 퇴적시키고; 노에서 노상이 이동하는 동안 생성되는 물질을 가열함으로써 금속 함유 물질로부터 환원 금속을 제조하는 방법으로서, 상기 방법이,

고체 환원제 층을 노상 위에 형성하는 단계;

생성되는 물질을 고체 환원제 층에 장입시켜서 퇴적시키는 단계;

가열에 의해 고체 환원성 물질을 환원시키는 단계;

용융에 의해 상기 환원성 물질을 별도의 형태의 용융 환원된 금속 및 용융 슬래그로 분리시키는 단계; 및

이어서 상기 환원성 물질을 응고시키는 단계를 포함하는,

환원 금속의 제조방법.
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노상 표면에서 환원성 금속 물질로부터 환원 금속을 제조하는 방법으로서, 상기 방법이,

상기 노상 표면에 고체 환원제의 연속적인 층을 형성하는 단계;

상기 고체 환원제 층 위에 상기 환원성 금속 물질을 연속적인 형태로 장입시키는 단계로서, 상기 환원성 고체 물질은 상기 고체 환원제 층의 표면에서 대체로 점재(点在) 방식의 별도의 함몰 형태, 서로 분리된 섬(island)의 형태로 물리적으로 배열되고 환원 금속 물질로 구성되는 것인 단계;

상기 노상을 가열함으로써 상기 환원성 물질을 환원시켜서 복수의 컵 또는 함몰을 생성하는 단계;

상기 환원 금속 물질을 추가적으로 가열하여 상기 섬을 용융시켜서 상기 함몰에 별도의 용융 환원 금속 및 용융 슬래그를 생성하는 단계; 및

상기 함몰에서 개별적으로 상기 용융 금속 및 상기 용융 슬래그를 응고시키는 단계를 포함하는,

환원 금속의 제조방법.
제 2 항에 있어서,

상기 노상 위에 고체 환원제 층을 형성시키고, 이어서 그 고체 환원제 층의 표면에 다수의 오목부를 형성시키는 환원 금속의 제조 방법.
제 2 항, 제 4 항 및 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

노상 위를 피복하는 고체 환원제 층 내부 또는 그 표면에 융제를 혼입 또는 산재시킨 것을 특징으로 하는 환원 금속의 제조 방법.
제 2 항, 제 4 항 및 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

노상 표면을 피복하는 고체 환원제 층의 적어도 노상에 접하는 쪽에 불연화용융층을 마련하는 것을 특징으로 하는 환원 금속의 제조 방법.
제 2 항, 제 4 항 및 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

노상 위를 피복하는 고체 환원제의 층두께가 5mm 이상인 것을 특징으로 하는 환원 금속의 제조 방법.
제 2 항, 제 4 항 및 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 원료를 고체 환원제 층상에 장입 퇴적시킬 때 이종의 원료를 적층하여 퇴적층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 환원 금속의 제조 방법.
제 2 항, 제 4 항 및 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

환원 생성물중 괴상 금속 및 괴상 슬래그를 체질하여 수득된 체 하부의 분말상 회수물의 전부 또는 일부를 상기 원료중에 혼합하여 재사용하는 것을 특징으로 하는 환원 금속의 제조 방법.
제 2 항, 제 4항 및 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 원료가 금속함유물중에 Zn 및/또는 Pb를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원 금속의 제조 방법.
제 2 항, 제 4 항 및 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

이동식 노상로 내부의 분위기가 적어도 원료가 용융하는 영역에서 환원성임을 특징으로 하는 환원 금속의 제조 방법.
제 2 항, 제 4 항 및 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 원료중 고체 환원제를 제외한 전부 또는 일부를 이동식 노상로 외부에서 예열한 후 고체 환원제와 혼합한 후에 이동식 노상로 내부로 장입하는 것을 특징으로 하는 환원 금속의 제조 방법.
수평 이동하는 노상, 그 노상의 위를 피복하는 노대, 상기 노상 위로 금속함유물 및 고체 환원제를 포함하는 장입물을 장입하기 위한 장입 장치, 노상 위의 장입물을 가열시키는 가열수단, 장입물의 가열에 의해 생성되는 환원 생성물과 슬래그를 냉각시키는 냉각수단, 및 냉각된 환원 생성물과 슬래그를 배출시키는 수단을 갖는 이동식 노상로로서, 상기 장입 장치로부터 배출장치로 향하는 노체내에 장입물을 예열하는 예열대, 장입물을 환원시키는 환원대, 장입물을 거시적으로 금속 및 슬래그로 분리할 때까지 용융시키는 용융대, 및 용융된 환원 생성물과 슬래그를 냉각시키는 냉각대를 포함하는 환원 금속 제조용 이동식 노상로.
제 14 항에 있어서,

상기 노상 표면이 표면에 다수의 오목부를 갖는 고체 환원제 층으로 피복된 이동식 노상로.