KR100415920B1 - 예비환원철의괴상화방법 - Google Patents

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    • C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
    • C22B1/24—Binding; Briquetting ; Granulating

Abstract

본 발명은 직접 환원에 의해 제조되는 예비환원철의 괴상화 조건을 추정하는 관계를 규명하여 후공정에서 요구되는 단광을 제조하기 위한 공정조건을 결정하기 위한 예비환원철의 괴상화 방법에 대한 것이다.
본 발명의 예비환원철의 괴상화 방법은 예비환원철을 성형하는 성형압력과 단광의 강도간의 관계식과, 예비환원철을 성형하는 성형온도와 단광의 강도간의 관계식으로부터 구해지는 단광강도 = (0.0081 x e0.0083x(성형온도)x 성형압력) + 558.5 - (1.24 x 성형온도)에 의하여 예비환원철을 괴상화하는 것을 기술요지로 한다.

Description

예비환원철의 괴상화 방법
본 발명은 직접 환원에 의해 제조되는 예비환원철의 괴상화 조건을 추정하는 관계를 규명하여 후공정에서 요구되는 단광을 제조하기 위한 공정조건을 결정하기 위한 예비환원철의 괴상화 방법에 대한 것이다.
괴상화 공정은 미립의 물질을 밀폐된 주형 내에서 외부 압력을 가해 임의의 성상을 갖는 동일 크기의 고밀도 형상으로 결합하는 공정을 의미한다. 이러한 괴상화 공정은 이제까지 흔히 석탄의 괴상화, 요업 재료의 괴상화, 의약품의 당의정화 등에 사용되어 왔으며, 철강 공정에서의 이용으로는 미분 광석 및 직접 환원에 의해 제조되는 환원철의 괴상화, 제강 공정에서 발생되는 분진의 냉각제로의 투입을 위한 괴상화 등에 응용하여왔다.
또한, 근년에 들어 장입 광석의 전처리, 코크스 제조공정 등 고로법에 의한 용선 제조시의 문제점을 해결하고 여러 종류의 에너지를 사용하고자 할 목적으로 용융환원법의 개발이 시도되고 있다.
용융환원법에 의한 용선제조에 있어서는 철광석을 예비 환원하여 얻어지는 예비환원철을 생산하고, 이 예비환원철을 용해하는 2단계 공정으로 이루어진다. 이때 철광석을 예비 환원시키는 방법으로는 유동층을 이용한 직접 환원에 의해 분상의 환원철이 얻어진다. 이 분상의 예비환원철을 하부의 용광로에 장입하는 방법이 공정상의 어려운 문제이다.
이상과 같이 여러 공정상의 부산물 및 직접 환원 또는 용융환원의 생산물로서 미립의 환원철이 얻어진다. 이때 예비 환원된 환원철은 불규칙한 형상의 미립으로 높은 기공도와 이에 따른 큰 반응 비표면적을 가진다. 이 미립의 환원철을 최종적으로 용융로 또는 용해로에 장입하는 경우 수송과정에서의 공기와의 접촉에 의한 재산화 및 화재 발생의 가능성이 있으며 용융로 상부로의 입자 비산, 노벽에의 부착물 형성 등의 이유로 인한 공정상의 제반 문제점으로 인해 직접적인 장입이 불가능하다.
한편, 용융로 외부로 배출되는 경우 용해 속도의 감소, 청정 장치의 부하, 배출 미립의 재산화 등의 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 분상의 환원철을 후공정에 이용하기 위한 기술이 요구된다.
분상의 환원철을 용융로 내에 투입할 수 있는 방법으로는 미분 환원철을 괴상화하여 투입하는 공정을 선택할 수 있다. 이때 괴상화법은 저온 괴상화법과 고온 괴상화법이 있다. 저온 괴상화법은 상온 또는 이보다 약간 높은 온도에서 행해진다. 환원철의 괴상화를 위해 저온 괴상화법을 사용하기 위해서는 매우 높은 성형압이 요구되기 때문에 실제 사용하기가 곤란하다.
한편 괴상화된 입자의 강도 요구치는 후공정까지의 환경 및 후공정의 형태에 의해 영향을 받게 된다.
즉, 괴상화 공정으로부터 후공정까지의 수송 거리, 수송 시간, 저장시간 및 형태, 후공정 자체에서는 필요 강도치 등에 의해 서로 다른 값이 요구된다. 따라서, 후공정까지의 요구 조건에 따른 괴상화 입자(이하 단광으로 칭함)의 성상이 달라지며, 이를 감안한 괴상화 공정조건이 결정되어야 한다.
그러나, 현재의 환원철의 괴상화를 위한 공정인자의 결정을 위한 이론적 설정 근거 또는 강도를 추정할 수 있는 공정인자간의 관계식이 제시되지 못하고 있는 실정이다. 이로 인해 실공정의 작업조건 설정은 경험에 의해 임의로 행해지고 있으며, 보다 경제적인 제조공정의 선택이 합리적으로 이루어지지 못하고 있다. 향후 환원철의 괴상화 공정은 더욱 확대될 것으로 사료되며, 이 경우 보다 경제적인 공정의 선택을 위해 환원철의 요구 강도치를 갖는 단광의 제조에 필요한 공정상의 주요 인자인 성형압력과 성형온도를 합리적으로 제시할 수 있는 방법이 요청된다.
따라서, 본 발명은 상기 설명한 종래 기술의 문제를 해결하고자 이루어진 것으로, 환원철을 이용하여 단광을 제조시 강도에 큰 영향을 미치는 성형압력 및 성형온도의 영향을 확인하여 공정인자의 변화에 따른 단광의 강조를 추정할 수 있는 예측식물 제공함으로써 보다 합리적이고 경제성 있는 단광 제조 작업이 이루어질 수 있는 예비환원철의 괴상화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에서 성형압력과 예비환원철 단광의 강도간의 관계를 나타내는 그래프도,
도 2는 성형온도와 기울기간의 상관관계를 나타내는 그래프도,
도 3은 성형온도와 절편과의 관계를 나타내는 그래프도,
도 4는 본 발명에 의해 추정된 단광강도와 실제 측정된 단광강도와의 관계를 나타내는 그래프도이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 예비환원철의 괴상화하는 방법에 있어서, 예비환원철을 성형하는 성형압력과 단광의 강도간의 관계식과, 예비환원철을 성형하는 성형온도와 단광의 강도간의 관계식으로부터 구해지는 하기 수학식에 의하여 계산된 단광강도에 의하여 예비환원철을 괴상화하는 것을 특징으로 하는 예비환원철의 괴상화 방법을 제공한다.
단광강도 = (0.0081 x e0.0083x(성형온도)x 성형압력) + 558.5 - (1.24 x 성형온도)
이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 예비환원철의 괴상화 방법은 다음의 공정으로 이루어진다.
우선, 성형압력과 단광의 강도간의 관계식을 구한다.
다음에, 성형온도와 강도간의 관계식을 구한다. 이러한 공정을 통해 구해진 예비환원철의 단광강도와 성형압력 및 성형온도간의 관계식은, 강도 = 0.0081 x e0.0083x(성형온도)x (압력) + 558.5 - 1.24 x (성형온도)로 나타내진다.
이를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
표 1은 본 발명의 실시예에 사용된 예비환원철에 대한 화학 분석치를 나타낸다.
[표 1]
또한, 도 1에 성형압력의 변화에 따른 단광의 강도 변화를 나타낸 것으로, 도시와 같이, 성형압력의 증가에 따라 단광의 강도는 직선적으로 증가하고 있다. 이러한 강도의 증가는 성형압력이 증가함에 따라 환원철 입자들의 이동과 재배열에 의해 기공의 감소가 현저하여 조직이 치밀화되며, 입자간의 소성변형의 증가에 의해 내부 입자간의 결합력이 증가하는 것에 기인한다.
도 1 도시와 같이, 단광의 강도는 성형압력에 대해 다음과 같은 1차식으로 표현될 수 있다.
(여기에서 a: 기울기 상수(-), b: 절편 상수(-))
이때 상기 (1) 식의 상수는 성형하는 분위기의 온도에 의해 영향을 받아 변하게 된다. 따라서, 각 상수의 성형온도에 대한 의존성의 확인이 필요하다.
도 2는 상수(a)에 대해 여러 성형온도에 따른 온도 의존성을 확인하기 위한 실시예의 결과를 나타내는 데, 도 2의 도시와 같이, 단광의 강도는 온도 증가에 대해 매우 큰 의존성을 가지며, 온도의 지수함수로서 나타낼 수 있음을 확인하였다.
이와 같은 현상은 높은 성형온도의 경우 동일 압력 하에서 가압에 따른 입자의 이동이 매우 용이하게 이루어지며, 입자간의 결합이 보다 용이해지는 것에 기인한다. 따라서, 도 2 도시와 같이, 상수(a)는 성형온도에 대해 지수 함수적으로 증가하며, 이 온도 의존성은 다음과 같이 표현될 수 있음을 확인하였다.
도 3은 (1) 식의 상수 b에 대한 온도 의존성을 나타낸 그래프도인데, 도시와 같이, 상수(b)는 온도에 의존하나, 그 의존성은 선형성을 나타내며, 다음식과 같이 나타낼 수 있다.
상기 (2) 식과 (3) 식을 (1) 식에 대입하면 단광의 강도와 성형압력 및 성형온도 간에 다음과 같은 관계를 가지는 것으로 추정식을 도출할 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 단광의 강도 추정치를 실제 단광을 제조하여 실측한 강도치와 비교하여 나타내고 있는데, 도시와 같이, 실제 제조된 단광의 강도 실측치는 본 발명에 의해 도출된 측정치에 매우 근접한 강도치를 나타냄을 알 수 있다.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 예비환원철의 괴상화 방법에 의하면, 임의의 압력과 온도치에 대해 제조 가능한 단광의 강도 추정을 매우 신뢰성 있게 실시할 수 있으며, 실공정에서 요구되는 임의의 강도치를 갖는 단광을 제조하기 위한 압력과 온도를 임의로 조정할 수 있어서 제조공정시 자유롭게 성형온도 및 성형압력을 선택하여 단광 제조시의 경제성을 최대화하도록 가장 경제성 있는 조업을 실시할 수 있으며, 단광 수요가의 단광 요구 강도치에 보다 탄력적으로 대응하여 조업을 실시할 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (1)

  1. 예비환원철의 괴상화하는 방법에 있어서,
    예비환원철을 성형하는 성형압력과 단광의 강도간의 관계식과, 예비환원철을 성형하는 성형온도와 단광의 강도간의 관계식으로부터 구해지는 하기 수학식에 의하여 계산되는 단광강도를 구하여 예비환원철을 괴상화하는 것을 특징으로 하는 예비환원철의 괴상화 방법.
    단광강도 = (0.0081 x e0.0083x(성형온도)x 성형압력) + 558.5 - (1.24 x 성형온도) [여기서, e는 자연로그 지수함수]
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS57165485A (en) * 1981-04-06 1982-10-12 Kawasaki Steel Corp Preparation of metallurgical coke
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