KR0173842B1 - 고결정수 철광석을 원료로 사용하는 소결광의 제조방법 - Google Patents

Abstract

결정수를 3%이상 함유한 게사이트 광석1(철광석A)을 원료의 일부로 사용하여 수율이 좋고, 강도높은 소결광을 제조하는 경우, 게사이트 광석1을 주원료에 대하여 60%배합하고, 게사이트 광석의 1/4의 반광(2)을 가하여 과립기(4)를 사용하여 혼합·유사 과립하고, 이들 유사입자를 저결정수광석, 석회석, 규석, 코크스 등의 배합원료(3)와 드럼믹서(5)로 혼합하여 소결원료로 한다.

Description

[발명의 명칭]

고결정수 철광석을 원료로 사용하는 소결광의 제조방법

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 결정수의 함유율이 3%이상인 고결정수 철광석을 원료의 일부로서 사용하여 용광로용 소결광을 제조하는 방법에 관한 것이다.

[배경기술]

용광로를 안정되고 효율을 높게 조업하기 위해서는 고품질의 소결광이 요구되고, 냉간강도, 피환원성, 내환원분화성 등의 품질이 엄격히 관리되고 있다. 또한, 소결광의 제조비용을 절감하기 위하여 소결광성품의 수율 및 생산성도 중요한 관리항목으로 되어 있다.

그리고 이와 같은 소결광은 일반적으로 다음과 같은 방법으로 제조되고 있다. 우선, 10mm정도 이하의 분철광석에 석회석 등의 CaO함유 부원료, 규석, 사문암 등의 SiO₂함유 부원료 및 코크스 등의 고체연료를 혼합하고, 이것에 적당한 수분을 가하여 과립화한다. 이 과립물을 드와이트로이드식 소결기의 이동 펠렛상에 적당한 두께로 장입하여 표층부의 고체연료에 착화한다. 착화 후에는 하측방향을 향하여 공기를 흡인하면서 고체연료를 연소시키고, 그 연소열에 의해 배합원료를 소결시켜, 소결 케이크로 한다. 이 소결 케이크를 파쇄·정립하고, 일정한 입자지름 이상의 소결광을 수득한다. 일정 입자지름 미만(통상은 -5mm)의 소결광은 반광(返鑛)이라고 불리고, 소결광의 원료로 되돌려진다.

종래, 소결광의 철원료로서는 주로 적철광(Fe₂O₃: Hematite)이나 자철광(Fe₃O₄: Magnetite)등이 사용되어 왔다.

그러나, 최근에 양질의 이들 철광석의 산출량이 감소함에 따라, 침철광(Fe₂O_3·nH₂O : 게사이트 : Goethite)을 다량으로 함유한 철광석의 사용량이 점점 증가하는 경향이다. 침철광은 다량의 결정수를 함유하고 있고, 상온 및 가열후의 기공율이 높은 것이 특징이며, 소결원료로서 다량으로 사용하면 성품강도를 저하시킬 뿐만 아니라, 수율이나 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제가 발생하는 이유는 다음과 같이 생각되어진다. 즉, 소결과정에 있어서, CaO와 Fe₂O₃가 반응하여 칼슘페라이트계의 용융액을 생성하는 경우, 게사이트를 다량으로 함유하는 철광석의 가열 후, 기공율은 다른 철광석과 비교하여 대단히 높기 때문에, 반응성이 높고, 용융액중의 Fe₂O₃농도가 높아진다. 이 때문에 액상온도가 높아지고, 기공의 재배열에 필요한 시간이 짧아진다. 이 결과, 기공의 재배열이 저해되고, 1내지 5mm정도의 조대기공(粗大氣孔)의 비율이 증가하며, 소결광의 강도, 수율이 저하된다.

상기와 같이 고결정수를 함유한 철광석, 예를 들어 게사이트를 다량으로 함유한 철광석을 소결원료로서 사용하면 많은 문제가 발생된다. 그래서, 이들 철광석을 다량으로 사용하기 위하여 여러 가지 기술이 제안되어 왔다.

예를 들어, 일본국 특허공개 평3-47927호 공보에는 이들 철광석의 주변에 소정 비율의 MgO-SiO₂를 함유하는 부원료를 배합함으로써, 칼슘페라이트계의 용융액중에 Fe₂O₃가 다량으로 용융하는 것을 방지하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는 소결원료로서 게사이트를 많이 함유한 철광석을 다량으로 사용한 경우, MgO-SiO₂를 함유하는 부원료를 상당히 많이 배합하여야 하며, 제조비용이 높아진다. 또한, 이 방법에서는 MgO-SiO₂를 함유한 부원료의 피복을 완전히 행하기 위하여 고체연료를 첨가할 필요가 있고, 소비 열량의 증대에 의해 제조비용이 더욱 높아진다고 하는 문제가 있었다. 또한, MgO-SiO₂함유 부원료와 고결정수를 함유한 철광석의 비가 지정되어 있는 것으로부터, 고결정수를 함유한 철광석의 배합율이 30%를 초과하면 MgO-SiO₂를 대량으로 배합할 필요가 있고, 용광로에서의 슬래그비가 상승한다고 하는 문제가 발생한다.

또 한편, 일본국 특허공개 평3-10027호 공보에는 게사이트를 다량 함유한 철광석을 1200℃이상의 온도에서 일정시간 가열하고, 철광석을 치밀화시킴으로써 기공율을 저하시켜, 칼슘페라이트계의 용융액중에 Fe₂O₃가 다량으로 용융하는 것을 방지하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는 원료를 미리 고온으로 가열처리해야 하므로, 소비열량의 증대에 의해 제조비용이 높아지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 현상에 착안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 소결원료로서 고결정수를 함유한 철광석, 예를들어 게사이트 등을 다량으로 사용한 경우에 있어서, 소비열량의 증대나 생산성의 저하, 부원료의 대폭적인 증가라고 하는 문제를 발생시키는 일 없이, 소결광을 수율을 좋게 생산하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

[발명의 개시]

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 고결정수 철광석을 원료의 일부로 하여 소결광을 제조하는데 있어서, 고결정수 철광석을 반광과 혼합, 과립화한 후, 다른 원료와 배합하여 소결함을 특징으로 하는 고결정수 철광석을 원료로 하는 소결광의 제조방법이다.

더욱 구체적으로, 본 발명은 결정수의 함유율이 3%이상인 고결정수 철광석과 5mm이하의 반광을 반광/고결정수 철광석의 비가 1/5이상이 되는 비율로 혼합, 과립화한 후, 다른 원료와 혼합하여 소결함을 특징으로 하는 고결정수 철광석을 원료로 하는 소결광의 제조방법이다. 이 경우에, 상기 반광으로서는 CaO함유율이 8내지 15중량%인 반광을 사용하는 것이 바람직하고, 또한 상기 반광은 입도가 작은 편이 바람직하며, 예를 들어 1mm이하이면 적당하다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 소결원료의 제조공정의 개략 설명도이다.

제2도는 게사이트를 주성분으로 하는 철광석A의 배합율과 수율과의 관계를 나타낸 그래프이다.

제3도는 철광석A의 배합율을 변화시켰을때의 소결 케이크의 기공지름분포를 나타낸 그래프이다.

제4도는 철솽석A의 배합율과 용융액의 이동거리와의 관계를 나타낸 그래프이다.

제5도는 용융액의 이동거리와 기공지름 분포지수와의 관계를 나타낸 그래프이다.

제6도는 CaO-Fe₂O₃계의 상태도이다.

제7도는 용융심도의 실험방법의 설명도이다.

제8도는 철광석의 기공율과 용융심도와의 관계를 나타낸 그래프이다.

제9도는 용융심도의 실험방법의 설명도이다.

제10도는 타블렛중의 CaO농도와 용융심도와의 관계를 나타낸 그래프이다.

제11도는 용융심도의 실험방법의 설명도이다.

제12도는 반광의 피복이 철광석의 용융심도에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.

제13도는 실시예 2에 있어서의 반광피복실험방법의 작업흐름도이다.

제14도는 실시예 2에 있어서의 실험결과를 나타낸 그래프이다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 실험경과를 따라 본 발명의 구성 및 작용을 설명한다.

우선, 본 발명자들은 게사이트를 주체로 하는 고결정수 철광석(이하, 철광석A라고 약칭함)의 배합율을 증가시켰을 때의 소결광 수율 변화를 조사하였다. 그 결과를 제2도에 나타낸다. 이것으로부터 철광석A를 다량으로 사용하면 소결광 수율이 크게 저하하는 것을 알아냈다.

제3도에 철광석A 배합율 0%와 40%일 때의 소결 케이크의 기공지름분포를 조사한 결과를 나타낸다. 제3도는 종축에는 기공지름 D(mm)를, 횡축에는 측정한 기공지름 이상의 회수비율 R(%)을 세어 양 로그로 플로트한 것이다. 제3도로부터 철광석A의 배합율을 증가시켜감에 따라, 1mm내지 5mm정도의 조대기공의 비율이 증가하고 있음을 알아냈다.

여기에서, 소결과의 수율은 소결 케이크의 강도와 높은 상관이 있고, 소결광의 수율은 (1)내지 (4)의 식에 의해 소결케이크의 강도로부터 추정할 수 있다.

기공지름분포지수(β)는 제3도의 그래프의 기울기이고, 각 소결 케이크 고유의 값이다. 이것을 사용하여 상기(4)식으로부터 상기(2)식 중의 c를 구할 수 있다.

철광석A의 배합율을 0%에서 40%로 증가시켰을 때의 광물조성, 기공율, 기공지름분포지수의 측정치와 상기(1)내지 (4)식을 사용하여 요인별로 수율변화를 계산한 결과, 수율 저하의 약 80%는 기공지름분포지수의 저하에 기인하는 것으로 추정된다. 이상과 같이, 철광석 A에 의한 수율 저하는 기공지름분포로 대표되는 기공구조의 변화에 기인하는 것으로 생각된다. 그래서, 철광석A의 증가에 따른 기공구조의 변화는 기공의 합체를 지배하는 용융액의 유동성과 밀접한 관계가 있다고 생각하고, 용융액의 성상을 나타내는 지수로서 용융액의 이동거리를 측정하여 용융액의 유동성에 미치는 철광석A의 영향을 조사하였다.

제4도는 SrO를 트레이서로서 사용하고 투입열량 일정조건에서 용융액의 이동거리를 측정한 결과이다. 제4도로부터, 철광석A의 증가에 따라 용융액의 이동거리는 감소함을 알아냈다.

제5도에 용융액의 이동거리와 기공지름분포지수의 관계를 나타낸다.

용융액의 이동거리의 감소와 함께 기공지름분포지수는 저하하고 있다. 이것은 용융액의 유동성의 저하에 의해 기공의 합체가 저해된 것에 기인하는 것으로 생각된다.

또한, 표 1은 철광석A의 배합율을 0%에서 40%로 증가시켰을 때의 칼슘페라이트계 용융액의 조성을 나타낸 것이다. 이것으로부터 철광석A의 배합율이 증가함에 따라서 칼슘페라이트계 용융액중의 Fe₂O₃농도가 높아지고 있음을 알아냈다.

이것으로부터 철광석A의 배합율의 증가에 따라 용융액의 이동거리가 감소하는 것은, 제6도에 나타낸 CaO-Fe₂O₃계의 상태도로부터, Fe₂O₃농도의 증가에 따라 액상온도가 높아지고, 용융액의 이동시간이 감소하기 때문이라고 생각된다.

지금까지의 결과로부터 철광석A의 증가에 따른 수율 저하는 용융액중의 Fe₂O₃농도의 상승에 기인하는 것으로 생각된다. 그래서, 용융액조성은 철광석과 생석회와의 반응성과 밀접한 관계가 있는 것으로 생각되어, 제7도에 나타낸 실험을 행하였다.

제7(a)도에 도시된 바와 같이 16mm×16mm×높이10mm의 철광석(11)위에 8mmφ×8mm×높이8mm의 석회석(12)을 얹은 샘플을 1300℃의 온도로 각각 2,4,6분간 유지시킨 후, 수냉시켰다. 냉각후에 샘플의 중심부를 절단하였더니, 제7(b)도에 나타낸 바와 같이 철광석중(11)에 석회석(12)이 관입되어 있었다. 이 절단면을 연마하고 단면을 10배의 투영기로 촬영하여, 제7(b)도에 나타낸 용융심도(14)를 구했다.

제8도에 철광석(11)의 기공율이 상기 용융심도(14)에 미치는 영향을 나타냈다. 곡선(21), (22), (23)은 각각 철광석의 기공율이 11.0%, 22.8%, 32.4%인 것을 나타낸 것이다. 제8도로부터 알 수 있듯이, 철광석의 기공율이 높아짐에 따라 용융심도는 증가하고 있고, 철광석의 반응속도에 대하여 철광석의 기공율의 영향이 큰 것을 알아냈다.

다음에, 제9도에 도시된 바와 같이 지금까지 생석회(12)를 얹고 있던 곳에 표 2에 나타내듯이 CaO농도를 100.0%, 62.0%, 42.0%, 22.0%로 변화시킨 타블렛(15)을 얹고, 제7도와 동일하게 실험하였다.

제10도에 타블렛(15)중의 CaO농도가 상기 용융심도(14)에 미치는 영향을 나타냈다. 제10도에 있어서, 철광석(11)의 기공율(11.0%), 유지시간(4분)은 일정하다. 제10도로부터 알 수 있듯이, 타블렛(15)중의 CaO농도 저하에 따라 용융심도가 저하한다는 것을 알아냈다.

또한, 철광석과 생석회의 반응계면에 있어서 CaO의 농도구배가 있는 것으로부터, 철광석과 생석회의 반응은 확산율속이라고 생각되어지나, Fick의 법칙으로부터 확산계수를 역산하면, 본 실험으로부터 산출된 확산계수는 종래 보고되어 있는 것과 비교하면 10³-10⁴크다. 이것은, 생성된 용융액이 철광석중의 기공이나 균열에 침투하고, 통상의 벌크확산이 아닌 표면확산이 지배적으로 되어 있기 때문이라고 생각된다.

이것으로부터, 철광석A의 배합율을 증가시킴에 따라서 칼슘페라이트용융액중의 Fe₂O₃농도가 높아지고 있는 것으로 생각된다.

이것은, 실기(實機)소결층내에서는 CaO가 Fe₂O₃에 대하여 부족하기 때문에 소결과정에 있어서 CaO와 Fe₂O₃가 반응하여 칼슘페라이트계의 용융액을 생성할 때에, 철광석A의 가열후의 기공율이 다른 철광석과 비교하여 대단히 높기 때문에 (2내지 3배)표면확산이 조장되고, 용융심도가 증가하여 Fe₂O₃의 반응량이 증가하기 때문이라고 생각된다. 따라서, 철광석A를 다량으로 배합할 때에는 용융액이 과잉으로 생성되는 반응을 억제하는 것이 중요하다고 생각된다.

그래서, 지금까지 제7도에 나타낸 방법으로 용융심도를 측정하고 있던 것에 대하여, 제11도에 나타내듯이 생석회(12)와 철광석(11) 사이에 표 3에 나타낸 조성의 반광(13)을 샌드위치한 실험을 행하였다. 제12도에 있어서 곡선(24)는 제7(a)도에 나타낸 실험결과, 곡선(25)는 반광(13)을 샌드위치한 제11도에 나타낸 실험결과를 나타내는 것이다. 제12도로부터 생석회(12)와 철광석(11)사이에 반광(13)을 샌드위치함으로써 용융심도를 억제할 수 있다. 이것은 철광석과 석회석과의 용융반응이 반응층내에서의 CaO의 농도구배가 구동력으로 되어 있는 것에 기인하는 것으로 생각되었다. 즉, 미리 석회석보다도 CaO농도가 낮은 반광을 철광석에 피복함으로써, 철광석의 용융반응을 억제할 수 있음을 시사하고 있다.

본 발명은 이들의 실험결과로부터 연구를 진행한 결과 이루어진 것이다. CaO농도가 낮고 이미 Fe₂O₃와 반응한 반광으로 철광석A의 주변을 피복하고, 철광석A와 생석회와의 급속한 반응을 억제하며, 칼슘페라이트계의 용액중의 Fe₂O₃농도를 감소시킴으로서, 기공의 재배열에 필요한 시간을 증가시키고, 고체연료의 배합량을 증대시키는 일 없이, 소결광의 수율을 높이는 일에 성공한 것이다.

철광석A를 피복하는 반광의 입도는 미세한 것이 필요하며, 5mm이하의 것으로 한다. 이것은 미세한 입자 쪽이 철광석A의 주변에 부착시키기 쉽기 때문이고, 바람직하게는 1mm이하의 입도로 한다. 철광석A와 혼합하는 반광의 양은 철광석A의 1중량부에 대하여 0.2중량부 이상 1중량부 이하로 한다. 0.2중량부 미만에서는 반광이 철광석A의 표면을 피복하는데 불충분하고, 1중량부를 초과하여 혼합하여도 효과가 포화하며, 또한 양적인 밸런스로부터도 적당치 않음에 의한다.

또한, 상기 반광으로서는 CaO함유율이 8-15중량%인 반광을 사용하는 것이 바람직하고, CaO함유율이 8중량% 미만에서는 CaO함유율이 너무 적어 용융반응을 저해하므로 바람직하지 않으며, 15중량%를 초과하면 용융반응을 억제하는 효과가 많고, 반광을 첨가하는 장점이 손실되기 때문이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다. 이하, 철분함유원료를 주체로 한 것을 주원료라 부르고, 그것에 석회석, 규석을 가한 것을 신원료라 부르며, 또한 반광, 코크스를 가한 것을 배합원료로 부르는 것으로 한다.

[실시예 1]

실험에 사용한 철광석A의 화학성분을 표 4에 나타낸다. 이 철광석A는 호주산 철광석으로, 산술평균지름이 3.1mm, 결정수 함유율이 8.9%인 것이다. 이 철광석A를 제1도에 나타낸 작업흐름도에 따라 배합한다. 제1도에 있어서, 1은 철광석A, 2는 반광, 3은 기타 남은 소결원료, 4는 혈형과립기, 5는 드럼믹서를 각각 나타내고 있다.

주원료에 대하여 철광석A(철광석1)를 60% 배합하는 것으로 하고, 반광(2)을 철광석A의 1/4만큼 가하여, 혈형과립기(4)를 사용하여 철광석A와 혼합·유사 과립화하였다. 이들 유사 입자를 드럼믹서(5)에서 남은 배합원료(3)(저결정수 함유 철광석, 석회석, 규석, 코크스)과 혼합하여 소결원료로 하였다.

이것을 직경 300mm, 높이 400mm의 소결시험과에 장입하고, 풍량1.2Nm³/min로 공기를 흡인하면서 소성을 행하여, 수득된 소결케이크를 2m의 높이에서 1회 낙하시켜, 그때의 10mm이상의 중량비율을 가지고 수율로서 산출하였다. 그 결과를 제2도에 나타낸다. 단, 제2도에 있어서 소결원료중의 CaO함유량(9.5wt%), SiO₂함유량(5.0wt%), 코크스 배합량(3.5wt%)을 모두 일정하게 하였다. 제2도에 도시된 바와 같이 철광석A를 60%배합하였을 때 종전 방법에서는 수율이 66.3%였으나, 실시예에서는 69.5%로 되었다.

제2도로부터도 알 수 있듯이 철광석A의 주변에 반광을 첨가함으로써 제조비용의 증가라고 하는 문제를 발생시키는 일 없이, 수율이 좋게 고품질의 소결광을 제조할 수 있게 되었다.

[실시예 2]

실험에 사용한 철광석A와 반광의 화학조성을 표 5에 나타낸다. 이 철광석A는 호주산 철광석으로, 산술평균지름이 3.0mm, 결정수의 함유율이 8.4%인 것이다. 이 철광석A를 제9도의 작업흐름도에 따라 배합한다. 제9도에 있어서 1은 철광석A, 2는 반광, 3은 기타 남은 소결원료, 5는 드럼믹서, 6은 철광석A와 반광의 예비 과립품을 각각 나타내고 있다.

주원료에 대하여 철광석A(철광석1)를 50%배합하는 것으로 하고, 반광을 철광석A의 1/4만큼 가하여 드럼믹서(5)를 사용하여 철광석A와 혼합, 과립화하였다. 이 철광석A와 반광의 예비 과립품(6)을 일단 원료야드까지 수송한 후, 소결공장내에 수납하여 남은 소결원료(3)와 혼합, 과립화하여 소결원료로 하였다.

실험은 실기소결기를 사용하여 행하고, 생산율, 수율, RI를 종래법과 비교하여 제10도에 나타낸다. 철광석A를 반광으로 예비과립화함으로써 생산율을 0.06(t/h·㎡), 수율을 1.7%, JIS-RI를 2.2%향상시킬 수 있었다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명에 의하면 고결정수 철광석을 원료의 일부로 사용하는 소결광의 제조에 있어서, 소결 케이크의 강도저하를 방지하고, 수율, 생산성의 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 철광석 자원의 유효이용에 기여한다고 하는 효과를 나타낸다.

Claims (2)

1. 고결정수 철광석을 원료의 일부로 하여 소결광을 제조하는데 있어서, 결정수의 함유율이 3%이상인 고결정수 철광석과 입도가 5mm이하이고, CaO함유율이 8내지 15중량%인 반광을 반광/고결정수 철광석의 비가 1/5이상이 되는 비율로 혼합하고 과립화하는 것을 특징으로 하는 고결정수 철광석을 원료로 하는 소결광의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 반광의 입도가 1mm이하임을 특징으로 하는 고결정수 철광석을 원료로 하는 소결광의 제조방법.