KR100228219B1 - 소결광 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철용 고로의 원료인 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 소결조업시 배출되는 전기집진기의 분진과 석회석 소성시 발생하는 석회석 싸이클론 분진을 1 : 0.5~2.0의 중량비로 배합 한 후, 1200~1250℃의 온도에서 소성하여 칼슘페라이트를 주 구성상으로 하는 조재제를 만들고, 상기 소결 조재제를 2㎜이하의 입도로 파쇄하여 소결원료중 석회석과 중량비로 10~50% 대체하여 소결함을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

소결광 제조 방법

본 발명은 고로의 원료인 소결광을 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 소결 조업시 배출되는 전기집진기의 분진과, 석회석 소성시 발생하는 석회석 싸이클론(Cyclone) 분진을 혼합한 후 소성하여 칼슘페라이트가 주 구성상인 소결체를 제조하고, 이를 2㎜ 이하로 분쇄하여 소결용 원료로 사용할 수 있도록 한 것이다.

최근 국내외적으로 환경오염에 대한 관심이 심화되는 상황에서 제철공정에서 발생하는 각종 폐기물의 재활용이 시급한 문제로 부각되고 있는바, 특히 소결기의 전기집진기에서 발생하는 분진은 하기 표 1과 같이 분진중 알카리 성분(Na, K)의 함량이 높고, 입도가 400mesh 정도로 아주 미세하여 소결공정에 그대로 사용할 경우 2차 분진이 발생되기 때문에 매립에 그 처리를 주로 의존하고 있다.

또한, 석회석 싸이클론 분진의 경우도 미분이므로 운송, 취급 등이 곤란하여 재활용되기 보다는 대부분 폐기되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명에서는 이들을 재활용하여 소결공정에서 재사용할 수 있도록 한 것이다.

상기 표 1에서 보듯이, 소결조업시 발생하는 전기집진 분진 및 석회석 소성시 발생하는 싸이클론 분진은 그 구성 성분상 회수할 경우 제철용 원료로 재투입할 수 있는 자원으로 볼 수 있다.

종래에 이들을 재활용하는 방법으로 각각 따로 조립하여 소결용 원료로 사용하거나, 소결 전기집진기 분진의 경우 조립후 소성하여 알카리 성분을 제거시켜서 고로 또는 전로에 장입하는 방법 등이 사용되고 있었다.

그러나, 이 경우 각각 별도로 장입되는 문제점이 있으며, 미분의 양이 매우 많아 소결용 원료로 사용할 경우 2차 분진의 발생 빈도가 높아 적극적인 재활용을 기피하는 실정이다.

또 다른 방법으로, 소결용 원료의 개발을 위하여 여러가지 광석을 대체하는 소결방법(일본국 특허공보 평4-318126호, 소61-119627호) 및 극미립의 분진을 제거하는 방법(일본국 특허공보 소59-21375호) 등이 있으나, 이들 방법들은 분진의 발생형태 그대로 재투입 또는 제거한다는 점에서 2차 오염발생 및 유효성분을 재활용하지 못한다는 단점이 있다.

또한, 소결 전기집진 분진과 석회석 슬러지를 반응시켜 인공적으로 칼슘페라이트를 제조하거나, 소결 전기집진 분진과 백운석 슬러지를 반응시켜 인공적으로 마그네시오칼슘페라이트를 제조하여 소결원료로 사용하는 방법 등이 있으나(특허출원 제93-31063호 등), 이 석회석 싸이클론의 분진이 아닌 광석들의 슬러지를 사용하였으며 조재제의 입도변화에 따른 효과에 대하여는 게재한 바가 없었다.

소결 공정에서 투입되는 원료의 입도분포에 의해 소결 품질 및 조업에 미치는 영향을 상당히 차이가 난다. 소결에 사용되는 연료 및 원료의 입도 변화는 혼합 및 조립단계에서 의사입화(소결원료들이 뭉쳐져서 하나의 새로운 덩어리 형태를 만드는 것)에 영향을 미쳐서 소결기에 장입되는 조립물의 장입밀도를 결정하게 되고, 이는 소결 생산성 및 품질을 좌우하게 된다.

통상 소결에서 입도를 크게 하면 소결원료의 조립시 핵입자의 수가 증가되어 조립도(크기가 큰 핵입자 주위에 크기가 작은 부착입자를 물리적으로 결합시켜서 눈덩이형태의 가상입자로 만들어서 입자의 크기를 키운 상태의 입도)가 향상된다.

소결 원료의 입도를 변화시켜 소결공정의 생산성이나 소결광의 물성을 향상시키는 예로서, 사문암의 경우에는 전체 소결원료중 사문암이 차지하는 비율이 3중량% 이하이어서 전체입도범위에 미치는 영향이 미소하므로 투입되는 사문암 전량을 반응에 첨가시키기 위한 목적으로 3㎜ 이하에서 1㎜ 이하로 입도를 미세화시키는 경우가 있었다.

그러나, 석회석(본 발명의 조재제와 대체)의 경우에는 첨가비율이 전체 소결 원료 중 17-20 중량% 정도로서 석회석의 입도변화가 전체원료의 입도에 미치는 영향이 크기 때문에 미소한 입도변화에도 소결광의 품질 및 조업지수는 민감한 영향을 받는다. 첨가비율이 높은 소결원료 입도의 변화는 소결원료의 조립에 영향을 미쳐서 소결 품질 및 조업지수를 결정하는 소결통기도를 좌우하기 때문이다.

이러한 이유 때문에 석회석의 경우에는 최적입도의 선정을 위한 입도의 변화가 시도된 경우가 없었다. 또한 석회석과 대체되는 종래의 조재제는 3㎜ 이하의 입도로만 투입되었으며, 입도조절이 시도된 바가 전혀 없었다.

통상 석회석의 경우에는 전체원료에서 석회석이 차지하는 비율이 높다는 점 때문에 최적입도의 선정을 위한 입도의 변화가 시도된 경우가 현재의 3㎜ 이하에서 5㎜ 이하로 시험조업한 것 이외에는 없으며, 특히 2㎜ 이하로 변화시켜 본 경우는 없었다. 또한 석회석과 대체시키는 본 발명에서와 같은 조재제 입도를 변화시킨 경우는 전무한 실정이다.

본 발명은 상기 종래 방법들의 결점을 해소하기 위한 것으로, 소결 조업시 발생하는 전기집진기의 분진과 석회석 소성시 발생하는 싸이클론 분진을 적절히 배합 및 소성하여 칼슘페라이트가 주 구성상인 소결체를 제조한 후 2㎜ 이하의 입도로 파쇄하여, 이를 소결원료로 사용하므로써 폐기되는 분진들을 재활용하고 생산성 및 품질 특성이 우수한 소결광을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 본 발명의 조재제를 소결원료중 석회석과 대체하였을 때의 상온강도 변화를 입도별로 나타낸 그래프.

제2도는 본 발명의 조재제를 소결원료중 석회석과 대체하였을 때의 생산성 변화를 입도별로 나타낸 그래프.

본 발명은 철광석, 석회석, 규석, 사문암, 분코크스 등을 혼합하여 제철용 고로의 원료인 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 소결조업시 배출되는 전기집진기의 분진과 석회석 소성시 발생하는 석회석 싸이클론 분진을 1 : 0.5~2.0 의 중량비로 배합한 후, 1200~1250℃ 의 온도에서 소성하여 칼슘페라이트를 주 구성상으로 하는 조재제를 만들고, 상기 조재제를 2㎜ 이하의 입도로 파쇄하여 소결원료 중 상기 석회석과 중량비로 10~50% 대체하여 소결함을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

소결공정은 하방흡인방식으로서, 사용원료는 철광석, 석회석, 규석, 사문암, 분코크스 등을 잘 혼합하여 상부에서 점화하여 하부로 그 열이 전달되는 중 코크스의 연소에 의해 주위의 철광석과 부원료를 용융시키고, 이 용융물을 상부에서 계속적으로 내려오는 차가운 공기로 응고시켜 입자간 결합을 유도하는 소위 용융형 소결 방식이다.

따라서, 용융 및 냉각을 할 때 용융물을 형성하는 성분과 냉각시 생성되는 광물상들은 소결광의 품질에 큰 영향을 미치게 된다.

자용성 소결광에서 가장 중요한 결합제 역할을 하는 것이 칼슘페라이트라는 사실은 공지의 사실이다. 소결시 원료로 첨가되는 철광석(Fe₂O₃)과 석회석(CaCO₃)은 소결과정에서 아래와 같이 칼슘페라이트를 형성하며, 이 과정에서 많은 열량을 소비하는 것으로 알려져 있다.

그러나, 외부에서 칼슘페라이트를 인위적으로 합성하여 소결원료로 투입할 경우, 이미 열이력을 갖춘 칼슘페라이트는 열량의 소비를 줄이면서 소결시 타 광물상보다 철광석 입자간 결합을 보다 용이하게 할 수 있다는 점에 착안하여 본 발명에서는 전적으로 매립되어 공해를 유발시키는 소결 전기집진 분진과 석회석 싸이클론 분진을 혼합 및 조립 후 소성하여 칼슘 페라이트가 주 구성상인 소결체를 인위적으로 제조하여, 소결원료 중 석회석과 대체하여 사용함으로써 소결 생산성 및 품질의 향상과 함께 폐기자원의 재활용을 통한 환경오염의 극소화를 도모코자 하였다.

또한, 본 발명에서는 석회석을 대체하는 조재제의 입도를 미세화하게 되면 소결원료의 혼합 및 조립단계에서 철광석과 조재제의 접촉기회가 증가하여 반응성이 개선된다는 점에 착안하여, 소결 전기집진 분진과 석회석 싸이클론 분진을 혼합 및 조립 후 소성하여 칼슘페라이트가 주 구성상인 소결체를 인위적으로 제조하고, 이를 2㎜ 이하의 입도로 파쇄하여 소결원료 중 석회석과 대체하여 사용함으로써 소결 생산성 및 품질의 향상과 함께 폐기자원의 재활용을 통한 환경오염의 극소화를 도모코자 하였다.

본 발명의 상기 방법으로 제조된 소결체를 2㎜ 이하의 미분으로 파쇄하여 소결광 제조에 사용함으로써 소결광의 생산성 및 물리적 성질, 예를 들어 강도를 향상시킬 수 있었다.

[실시예]

본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

상기 표 1과 같은 조성을 갖는 소결 전기집진기 분진과 석회석 싸이클론 분진을 1:0.5~2.0의 중량비로 혼합하여 1200~1250℃의 온도에서 소성하고, 소성된 조재제에 대하여 X-선 회절분석을 실시한 후, 칼슘페라이트의 조재에 있어서 소결 전기집진기 분진과 석회석 싸이클론 분진의 배합비에 따른 조재제의 주 구성상을 하기 표 2에, 그리고 소성온도에 따른 조재제의 반응 상태를 하기 표 3에 나타내었다.

상기 표 2 및 표 3에 나타난 바와 같이, 소결전기집진 분진과 석회석 싸이클론 분진의 배합비가 1 : 0.5~2.0 범위에서 칼슘페라이트가 주 구성상인 것으로 나타났으며, 소성온도의 경우에는 1200~1250℃ 범위에서 반응이 양호하게 진행되었으며, 그 이상의 온도에서도 칼슘페라이트는 생성이 되나 용융되어서 조재제의 취급이 곤란하였다.

이러한 결과는 적절한 소성조건을 부여하면, 소결전기집진 분진과 석회석 싸이클론 분진으로도 인공적으로 칼슘페라이트의 제조가 가능하다는 것을 의미한다.

또, 제조된 칼슘페라이트의 입도에 따른 영향과 석회석과의 대체비에 따른 영향을 알아보기 위해 하기 표 4에 기재된 바와 같이, 본 발명의 조재제를 석회석과 대체시키지 않은 종래의 비교예와, 3㎜ 이하로 파쇄한 본 발명의 조재제(시험예 1) 및 2㎜ 이하로 파쇄한 본 발명의 조재제(시험예 2)를 각각 소결원료 중 석회석과 10%~50%의 중량비를 대체하여 소결광을 제조하였을 때의 소결광의 상온강도 및 생산성의 변화를 측정하여 제1도 및 제2도에 나타내었다.

제1도 및 제2도에 나타낸 바와 같이, 소결원료 중 석회석과 본 발명의 조재제를 50%까지 대체하는 경우에는 조재제를 첨가하지 않은 통상의 소결방법으로 실시된 경우에 비하여 상온강도 및 생산성이 향상되었으며, 특히 3㎜ 이하의 입도로 제조한 조재제를 소결원료로 사용한 경우보다 2㎜ 이하의 입도로 제조한 조재제를 사용한 경우 생산성 및 상온 강도가 개선되었다.

또, 석회석과 대체비율이 50% 이상으로 되면 통상의 소결배합비를 기준으로 할 경우 소결광의 성분조정(CaO, 염기도)이 곤란하게 되므로 그 대체효과를 상실하게 된다.

이와 같이 기존의 방법과 비교하여 사용하는 원료를 달리하면서 조재제의 입도를 2㎜이하로 미세화함에 따라 생산성 및 상온강도가 향상된 이유는 소결원료의 혼합 및 조립단계에서 철광석과 조재제의 접촉기회의 증가에 의한 의사입화 개선 및 반응성 향상으로 소결광을 구성하는 광물들간의 결합력이 향상되었기 때문이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의해 소결조업시 발생되는 전기집진기 분진과 석회석 소성시 발생하는 석회석 싸이클론 분진을 재활용할 수 있으며, 이러한 조재제를 2㎜ 이하로 파쇄하여 소결원료 중 석회석과 대체함으로서 소결광의 상온강도 및 생산성 측면에서 우수한 특성을 갖는 소결광이 제공되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 철광석, 석회석, 규석, 사문암, 분코크스 등을 혼합하여 제철용 고로의 원료인 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 소결조업시 배출되는 전기집진기의 분진과 석회석 소성시 발생하는 석회석 싸이클론 분진을 1 : 0.5~2.0 의 중량비로 배합한 후, 1200~1250℃ 의 온도에서 소성하여 칼슘페라이트를 주 구성상으로 하는 조재제를 만들고, 상기 조재제를 2㎜ 이하의 입도로 파쇄하여 소결원료 중 상기 석회석과 중량비로 10~50% 대체하여 소결함을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.