KR100293203B1 - 샤프트형환원로내에서의철광석의고온환원성상평가를위한모사환원방법,환원성상평가방법및모사환원장치 - Google Patents

샤프트형환원로내에서의철광석의고온환원성상평가를위한모사환원방법,환원성상평가방법및모사환원장치 Download PDF

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Abstract

철광석의 샤프트형 환원로 내에서의 고온환원성상평가를 위한 모사환원방법 및 이에 따른 점착특성, 환원분화 및 환원성 평가방법과 이에 사용되는 모사환원장치가 제공된다.
본 발명의 모사환원방법은 실제 샤프트형 환원로의 환원환경과 동일한 환경을 갖는 장치를 이용하여 실제 샤프트형 환원로의 예열단계 및 50%이상 환원된 금속철의 인접상과의 상호확산에 따른 점착특성을 모사할 수 있는 환원단계를 포함한다.
상기 환원방법에 따라 시료를 수거한 후 수거된 환원철과의 입경에 따라 점착지수, 분화지수 및 마모지수를 평가하는 방법이 제공된다.
상기 방법에 사용되는 철광석의 모사환원장치 또한 제공된다.

Description

샤프트형 환원로내에서의 철광석의 고온환원성상평가를 위한 모사환원방법, 환원성상평가방법 및 모사환원장치
제1도는 통상적인 샤프트형 환원로의 개략도.
제2도는 본 발명에 부합되는 철광석의 모사환원장치의 개략단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 샤프트형 환원로 2 : 괴상철광석+부원료
3 : 용융가스화로 4 : 용융가스화로 발생가스
6 : 석탄 7 : 용선+슬래그
11 : 내부 반응관 12 : 외부 반응관
20 : 전기 가열로 30 : 하중부하장치
50 : 압력차 측정장치 60 : 높이 측정장치
100 : 모사환원장치 111 : 환원로
112 : 가스배출라인 121 : 환원가스공급로
본 발명은 샤프트형 환원로내에서의 철광석의 고온환원성상을 평가하기 위한 모사환원방법, 환원성상평가방법 및 모사환원장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 로 내부를 상승하는 고온의 환원가스와 로 상부로부터 하강하는 원료의 대향류원리에 따라 철광석을 직접 환원하는 샤프트형 로에 있어서 철광석의 환원로 내부에서의 점착특성, 환원분화 및 환원성과 같은 고온환원성상을 평가하기 위한 모사환원방법, 환원성상평가방법, 및 모사환원장치에 관한 것이다.
샤프트형 로 방식에 의한 환원철 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부로부터 장입되는 괴상철광석 및 석회석 등의 부원료(2)를 샤프트형 환원로(1) 내부로 하강시키면서 하부의 용융가스화로(3)로부터 상승하는 고온의 용융가스화로 발생가스(4)에 의해 원료광석을 직접 환원시키는 방법으로서, 생산성이 높아 직접 제철법 분야의 주류를 이루고 있다.
도 1에서 부호 5는 예비환원광석을, 6은 석탄을, 7은 용선+슬래그를, 그리고 8은 배가스를 나타낸다.
1980년대 이후 본격적으로 연구개발되고 있는 용융환원 제철법의 최초 상업화 설비인 코렉스공정의 경우도 예비환원로는 기본적으로 분광석을 사용하는 유동층로 방식에 앞서 확립된 기술이라고 볼 수 있는 괴광석을 원료로 사용하는 샤프트형로 방식을 채택하고 있다.
이러한 샤프트형 환원로방식에 있어서 생산성 향상을 도모코자 하면, 본질적으로는 환원반응속도의 증대가 필요하며, 이를 위한 조업방안으로 환원온도의 상승이나 반응압력의 증대를 들 수 있다. 이 중 반응압력의 증대, 즉 고압조업 방식은 반응로의 고압화에 따라 특별한 기밀성의 유지 및 안정성 보장을 위한 설비설계 및 제작 필요성 등으로 인하여 설비비용의 증대를 초래하는 문제가 있다.
한편, 환원온도의 상승에 의한 생산성의 향상을 도모하고자 하는 방법은 앞서 언급한 설비비용을 대폭적으로 증대시키지 않는 점에 있어서 고압조업에 비하여 유리한 수단이 되고 있으나, 고온환원에 수반하여 장입물 상호간의 고착현상(Clustering)의 발생빈도가 높은 문제를 야기하고 있다.
즉, 샤프트형 로에서는 장입물인 철광석 원료가 환원로 상단으로부터 공급되어 하단배출구로 배출되기까지 상당한 높이로 누적되어 있으면서 하강하고, 또한 환원대 하부의 고온영역에 있어서 광석 자체의 누적하중에 따른 압력 그리고 광석이 환원됨에 따라 나타나는 야금학적 변화 등에 의해 광석이 상호 고착하는 현상(Clustering)이 발생하게 된다. 이로 인하여 로내 가스류 분포의 불균일을 가져오게 되면서 장입광석의 환원율 저하 등 심각한 문제를 발생하게 되어 결국에는 조업이 불가능해지는 문제를 가져오는 바, 환원철광석의 로체 하부에서의 고착현상은 생산성 향상에 있어서 심각한 저해요인이 되는 것이다.
그리고, 철광석을 환원로에 장입한 후 초기 환원단계에 있어서 일어나는 헤마타이트로부터 마그네타이트로의 이행도중 결정구조의 변화와 함께 균열이 생기면서 일어나는 현상으로 환원분화가 발생되는데, 이러한 환원분화는 펠릿광석보다는 정립광의 경우 더욱 심하며, 고로법의 원료광석인 소결광의 경우 또한 직접환원법에서와 마찬가지로 원료광석의 품질평가를 위한 주요지수로서 별도로 관리하고 있는 것이다.
따라서, 샤프트형 환원로에서 원료광석을 환원시키기전에 원료광석의 고착현상, 환원분화 현상 및 환원성 등의 환원성상을 미리 평가하여 광석원료의 적정성을 평가하는 것이 요구되고 있다.
괴광석을 사용하는 샤프트형 환원로에 대한 철광석의 환원특성을 평가하는 종래방법으로는 하중조건하의 실험방법을 명기한 국제 표준규격으로 ISO 7992를 들수 있는데, 이에 따르면 1050℃의 고온에서 가스조성 40%CO-2%H2-58%N2및 하중조건 0.5Kg/㎠조건에서 환원실험을 행하고, 환원전 시료상태와 광석의 환원이 80% 진행되었을 시점의 광석층 사이의 차압 및 압축율 값의 변화폭이 15%기준으로 광석원료의 적정성을 평가하고 있다.
그러나, 이 방법의 경우에는 기본적으로 고로조업에서의 환원조건(환원가스 조성 및 환원온도)을 모사하여 점착성에 근거하여 원료광석의 적정성을 평가하는 방법이므로, 샤프트형 환원로의 실제조업시의 환원가스조성 및 환원온도와 차이가 있게 된다.
따라서, 상기한 방법을 샤프트형 환원로에서의 철광석의 환원조업에 적용하는 경우에는 적성성 평가에 대한 신뢰성이 떨어질 뿐만 아니라 환원분화현상 및 환원성 등을 평가할 수 없는 문제점이 있다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
이에, 본 발명의 목적은 괴상철광석의 샤프트형 환원로 내에서의 점착특성, 환원분화지수, 마모지수 및 환원성과 같은 고온환원성상을 보다 간편하게 평가할 수 있도록 하는 철광석의 모사환원방법을 제공하고자 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 모사환원방법을 이용하여 철광석의 점착특성, 분화지수 및 마모지수를 평가하는 방법을 제공하고자 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기와 같은 모사환원방법을 실시하는데 사용되는 모사환원장치를 제공하는데 있다.
[발명의 구성 및 작용]
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 그 내부에 환원로를 구비하고 그 상단에 가스배출라인이 형성되어 있는 내부 반응관, 내부 반응관과 환원가스공급로를 형성하도록 내부 반응관의 외부에 위치되는 외부 반응관, 원료광석 및 환원가스를 환원온도로 가열, 유지해주는 전기가열로, 원료광석에 하중을 부가해주는 하중부하장치를 포함하여 구성되는 모사환원장치의 환원로에 원료광석시료를 장입하는 단계; 샤프트형 로의 배가스 조성을 갖는 환원가스를 상기 내부 반응관과 외부 반응관사이의 환원가스공급로에 공급하고 하중부하장치에 의해 원료광석시료에 하중을 부가하면서 전기 가열로에 의해 원료광석시료를 환원온도까지 약 40분만에 승온시키고 약 20분간 유지시켜 예열하는 단계; 및 상기와 같이 원료광석을 예열시킨 후 용융가스화로 발생가스의 조성을 갖는 환원가스를 환원가스공급로에 공급하여 약 150분간 광석을 환원시키는 단계를 포함하는 철광석의 샤프트형 환원로내에서의 고온환원성상 평가를 위한 모사환원방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 본 발명의 모사환원방법에 따라 환원된 원료광석시료를 질소분위기하에서 상온까지 냉각후 배출하는 단계; 상기 배출된 환원철광석 시료를 체거름 기계를 이용하여 1분간 체분리하여 환원된 철광석 중 12.7mm 이상의 입경을 갖는 시료무게를 구하고, 하기 식(1)에 따라 점착지수를 구하는 단계;
상기 점착지수 분석시료를 회수하여 회전강도 시험장치(tumbler drum)에서 분당 30회의 회전속도로 30분간 회전한 후 배출하여 1분간 체분리하고 입경 6.35mm 이상인 시료무게와 입경 0.5mm이하인 시료무게를 구하여, 하기 식 (2) 및 (3)에 따라
분화지수(Degradation Index) 및 마모지수를 각각 구하여 고온환원성상을 평가하는 단계를 포함하여 구성되는 철광석의 환원성상 평가방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 그 내부에 환원로를 구비하고 그 상단에 가스배출라인이 형성되어 있는 내부 반응관; 내부 반응관과 환원가스공급로를 형성하도록 내부 반응관의 외부에 위치되는 외부 반응관; 원료광석 및 환원가스를 환원온도로 가열, 유지해주는 전기 가열로; 및 원료광석에 하중을 부가해주는 하중부하장치를 포함하여 구성되는 철광석의 모사환원장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따라 샤프트형 환원로내에서의 철광석의 고온환원성상 평가를 위하여 원료광석(철광석)을 모사환원시키기 위해서는 모사환원장치를 준비해야한다.
상기 모사환원장치로는 그 내부에 환원로를 구비하고 그 상단에 가스배출라인이 형성되어 있는 내부 반응관, 내부 반응관과 환원가스공급로를 형성하도록 내부 반응관의 외부에 위치되는 외부 반응관, 원료광석 및 환원가스를 환원온도로 가열, 유지해주는 전기 가열로, 원료광석에 하중을 부가해주는 하중부하장치를 포함하여 구성되는 모사환원장치를 들 수 있다.
상기와 같은 모사환원장치가 준비되면 모사환원장치의 환원로에 원료광석시료를 장입한 다음, 상기 하중부하장치에 의하여 원료광석에 하중을 부가하고 샤프트형 로의 배가스 조성을 갖는 환원가스를 상기 내부 반응관과 외부반응관사이의 환원가스공급로에 공급하면서 전기 가열로에 의해 원료광석을 환원온도까지 약 40분만에 승온시키고 약 20분간 유지시켜 원료광석을 예열한다.
상기와 같이 원료광석을 예열시킨 후 용융가스화로 발생가스의 조성을 갖는 환원가스를 환원가스공급로에 공급하여 약 150분간 광석을 환원시킨다.
본 발명에서 상기와 같은 조건으로 원료광석을 예열 및 환원하는 이유에 대하여 설명하면 다음과 같다.
실제 샤프트형 환원로내로 공급되는 철광석은 통상 로 상부로부터 장입후 상부영역의 고온가스에 의해 약 1시간 이내에 약 800℃의 환원가스 공급온도까지 급속히 가열되고, 약 5∼6시간의 일정한 온도영역을 거치면서 환원반응이 진행하게 되며, 따라서 하강과정에서 2∼3시간 동안 하부위치의 철광석은 50% 이상 환원된 상태에서 상부철광석의 하중을 받으면서 로내에 체류하게 된다. 이러한 환원철광석의 하강과 정중 광석의 장입후 초기 예열단계에 있어서는 헤마타이트로부터 마그네타이트로의 상 전이에 따른 구조변화로 환원분화현상이 나타나지만, 이후 마그네타이트상이 뷔스타이트상을 거쳐 금속철로 환원되는 하강과정에는 환원철광석이 플러그흐름 형태로 이동함에 따라 고품위 철광석의 경우 인접한 고체 금속철의 확산소결로 고착현상이 일어나는 것으로 알려져 있다.
이에, 본 발명의 모사환원방법에서 수행되는 상기 1시간 동안의 예열단계는, 실제 샤프트형 로상에서 광석장입후 광석의 예열 및 헤마타이트상으로부터 마그네타이트상으로의 상전이에 따라 동반되는 환원분화 특성을 모사하게 되며, 본 발명의 방법에서 수행되는 상기 환원단계는 50%이상 환원된 금속철의 인접상과의 상호 확산에 따른 점착특성을 모사 평가할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에 따라 원료광석의 고온환원성상을 평가하기 위해서는 상기한 본 발명에 따라 환원된 시료를 질소분위기하에서 상온까지 냉각후 배출한 후, 배출된 환원철광석 시료를 체거름 기계를 이용하여 1분간 체분리하여 환원된 철광석 중 12.7mm 이상의 입경을 갖는 시료무게를 구하고, 하기 식(1)에 따라 점착지수를 구한다.
또한, 상기 점착지수 분석시료를 회수하여 회전강도 시험장치(tumbler drum)에서 분당 30회의 회전속도로 30분간 회전한 후 배출하여 1분간 체분리하고 입경 6.35mm이상인 시료무게와 입경 0.5mm이하인 시료무게를 구하여, 하기 식 (2) 및 (3)에 따라 분화지수(Degradation Index) 및 마모지수를 각각 구하고 이렇게 구한 지수들에 의해 원료광석의 고온환원성상을 평가한다.
상기 식(1), (2), 및 (3)은 ISO 규격에 따른 지수로서, 상기 식(1)은 실제 샤프트형 환원로내로 공급되는 장입 철광석의 입경이 통상 10∼12.7mm임을 고려하여, 그 입경이 12.7mm 보다 큰 철광석은 점착된 것으로 평가한 것이다.
상기 식(2)의 분화지수는, 환원된 철광석을 분화할 경우, 통상 그 입경이 6.3mm 이하로 됨을 고려하여, 그 입경이 6.3mm 이하인 철광석은 분화된것으로 간주하여 평가한 것이다.
또한, 상기 식(3)의 마모지수는, 그 입경이 0.5mm 이하인 철광석을 마모된 것으로 간주하여 평가한 것이다.
상기 점착지수 분석시료를 회전강도 시험장치에서 분당 30회의 회전속도로 30분간 회전하는 이유는, 환원로에서 배출된 시료조건들 균일화하기 위함이다.
상기한 본 발명의 철광석의 환원성상 평가방법에 의하면 초기 예열단계에서의 환원분화특성과 환원후반기의 고온성상인 점착특성즉, 점착지수, 분화지수 및 마모지수 등을 실제 샤프트형 환원로에서의 환원반응을 모사한 본 발명의 모사환원방법에 따라 환원된 환원시료를 대상으로 하여 동시에 평가함으로써, 실제 샤프트로에 장입되는 괴상철광석의 품질평가기준이 마련될 수 있다.
한편, 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 모사환원장치(100)는 그 내부에 환원로(111)를 구비하고 그 상단에 가스배출라인(112)이 형성되어 있는 내부 반응관(11), 내부 반응관(11)과 환원가스공급로(121)를 형성하도록 내부 반응관(11)의 외부에 위치되는 외부 반응관(12), 상기 환원로(111)에 장입되어 있는 원료광석(80) 및 환원가스를 환원온도로 가열, 유지해주는 전기 가열로(20), 및 원료광석에 하중을 부가해주는 하중부하장치(30)를 포함하여 구성된다.
상기 내부 반응관(11)의 상단에는 반응관 덮개(13)가 설치되고, 상기 내부 반응관과 외부 반응관(12)의 결합부와 외부 반응관(12)과 반응관 덮개(13)의 결합부에는 밀폐를 위하여 O-링(14)을 구비시키는 것이 바람직하고, 또한, O-링(14)을 구비시키는 경우에는 O-링(14)을 보호하기 위하여 냉각자켓(15)을 O-링(14)주위에 구비시키는 것이 바람직하다.
상기 내부 반응관(11)의 하단은 외부 반응관(12)의 것보다 짧아 환원가스공급로(121)와 함께 환원가스 유로를 형성하게 된다.
상기 환원가스공급로(121)는 환원가스, 질소가스 등을 공급할 수 있는 가스공급수단(도시되어 있지 않음)과 연결되어 있다.
상기 내부 반응관(11)에 구비되어 있는 환원로(111)의 하부 및 상부에는 가스분산판(113)(114)이 구비되어 있으며, 상기 상부에 구비되어 있는 상부가스분산판(114)은 원료광석의 팽창,수축에 의해 상,하로 움직일 수 있도록 구비된다.
상기 하부 가스분산판(113)의 저부의 내부 반응관(11)내와 외부 반응관의 저면 사이에는 광석 받침대(115)를 구비시키는 것이 바람직하며, 이 광석 받침대(115)를 구비시키는 경우에는 상기 내부 반응관(11)과 외부 반응관(12)의 저면사이의 광석 받침대(115)에는 홀을 형성시켜 환원가스의 유로를 형성하도록 해야 한다.
상기 전기 가열로(20)는 발열체(11)를 구비하여 상기 외부 반응관(12)과 일정한 간격을 두고 그 외부에 구비되어 환원로(111)에 장입되어 있는 원료광석 및 환원가스 공급로(121)을 통해 환원로(111)에 공급되는 환원가스를 환원온도로 가열 및 그 온도로 유지되도록 구성되어 있다.
상기 전기 가열로(20)를 제어하기 위하여 상기 발열체(21)와 외부 반응관(12)사이의 온도를 측정할 수 있도록 가열온도 제어용 온도계(70)를 구비시키는 것이 바람직하다.
상기 하중부하장치(30)는 환원로(111)에 장입되어 있는 원료광석에 하중을 부가하도록 구성되는 것으로서, 분동(31), 분동 받침대(32), 및 중공의 하중막대(33)로 이루어지며, 상기 하중막대(33)는 상기 분동 받침대(32)에서 상부 가스분산판(114)까지 확장되어 있다.
상기 하중부하장치(30)는 환원로(111)내의 원료광석의 수축팽창에 의해 상하로 움직이도록 구성되어 있다.
상기 하중막대(33)의 내부로 확장되어 그 선단이 환원로(111)의 내부에 위치되는 열전대온도계(40)를 상기 하중막대(33)의 상부에 구비시켜 환원로(111)내의 온도를 측정하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 하중부하장치(30)의 분동받침대(32)의 상하운동에 의해 원료광석의 환원동안 원료광석의 팽창/수축거동을 정량적으로 관찰하기 위한 높이 측정장치(60)를 구비시키는 것이 바람직하다.
즉, 환원로(111)에 장입된 원료광석이 팽창하는 경우에는 하중부하장치(30)즉, 분동 받침대(32)가 상승하게 되며, 이 상승정도를 높이 측정장치(60)에 의해 측정하여 원료광석의 팽창/수축거동을 정량적으로 관찰하고 또한, 환원로(111)에 장입된 원료광석이 수축하는 경우에는 하중부하장치(30)즉, 분동 받침대(32)가 하강하게 되며, 이 하강정도를 높이 측정장치(60)에 의해 측정하여 원료광석의 팽창/수축거동을 정량적으로 관찰하게 된다.
또한, 상기 원료광석의 환원을 위해 환원가스공급시 원료광석층 전,후단의 압력차를 측정하기 위한 압력차 측정장치(50)를 구비시키는 것이 바람직하다.
상기 압력차 측정장치(50)로는 내부에 유체가 들어 있는 U자형관을 사용하는 통상적인 마노미터(manometer)등을 들수 있다.
상기 마노미터를 사용하여 원료광석층전,후단의 압력차를 측정하는 원리는 공급되는 환원가스의 일부를 U자형관의 한쪽으로 공급하고 환원로를 통과한 배가스의 일부를 U자형관의 다른 쪽으로 공급하면 공급가스와 배가스의 압력차에 의해 U자형관의 두 수직부에서의 유체의 높이가 변화하게 되는데, 이 높이 차이에 근거하여 원료광석층 전,후단의 압력차를 측정하는 것이다.
이하, 상기 모사환원장치를 이용하여 모사환원하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 샤프트 환원로 원료광석의 대표 입도인 10∼12.7mm로 체질하여 일정량 평량한 후 외부 반응관(12)에 광석 받침대(115)가 설치된 내부 반응관(11)을 조립하고, 외부 반응관(12)상부를 통해 환원로(111)에 원료광석시료를 장입하고, 그 위에 상부가스분산판(114)을 위치시킨 후, 하중부하장치(30)의 하중막대(33)의 하단부가 상기 상부 가스분산판(114)위에 놓이도록 하중부하장치(30)를 위치시킨 다음, 전기 가열로(20)내에 환원로(111)가 위치되도록 상기 외부 반응관(12)을 전기 가열로(20)에 결합시킨다.
분동 받침대(32)에 분동(31)을 위치시켜 원료광석에 하중을 부가하고 환원가스공급로(121)를 통해 환원가스를 공급하면서 전기 가열로(20)를 작동시켜 원료광석을 환원온도까지 가열하고 유지시킨다.
이때 환원가스공급로(121)를 통해 공급되는 환원가스는 환원가스공급로(121)를 통해 하부 가스분산판(113)을 통과할 때까지 예열된다.
본 발명에서의 원료광석의 모사환원에서는 상온에서 800℃까지 약 40분간 승온하고, 그 온도조건에서 예열된 환원가스를 환원로에 공급하면서 약 20분간 유지시킨다.
상기와 같이 예열된 원료광석을 약 150분간 환원시키고, 환원된 광석을 배출하기 위해 질소분위기하에서 상온까지 냉각시킨다.
한편, 본 발명의 모사환원장치를 사용하여 원료광석시료를 환원하는 경우에는 내부 반응관(11)에 구비되어 있는 환원로(111)에 장입되어 있는 원료광석층의 환원가스에 의한 고온 환원과정중 일어나는 부피팽창 및 수축거동을 높이 측정장치(60)에 의하여 관찰할 수 있으며, 또한, 원료광석층 전후단의 압력차 측정장치(50)에 의하여 환원가스공급로와 가스배출라인상의 차압변화를 측정할 수 있고, 이러한 차압의 변화를 통해 환원시간에 따른 분화정도의 진척도를 파악할 수 있다.
이와 같이 구성된 모사환원장치를 이용하여 본 발명의 환원방법에 따라 원료광석을 환원시키면 괴상철광석의 샤프트형 환원로 내에서의 고온환원성상을 파악할 수 있게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
도 1에 개략적으로 도시된, 석탄 용융가스화로 발생가스를 환원가스로 사용하는 샤프트형 환원로에 입도크기 10-16mm인 철광석 펠릿A를 샤프트형 환원로 상부로부터 장입하면서, 용융가스화로부터 발생되는 약 1000℃의 환원가스(CO 65.6%, CO23%, H222%, CH41.8%)를 상온으로 냉각시킨 환원가스와 재순환 혼합하여 약 800℃로 조정한 후 장입광석 톤당 약 1100 N㎥의 가스원단위로 환원가스를 샤프트형 환원로에 공급하며 조업을 행한 바, 샤프트형 환원로의 로내 온도분포는 평균 체류시간 약 8시간중 40분 하강위치에서 환원가스 공급온도와 동일한 온도를 나타내는 온도분포를 나타내었으며, 배출광석의 환원율 또한 약 90-95%였다.
또한, 하기와 같은 조성을 갖는 펠릿 C, P 및 정립광 H에 대해서도 실조업을 행하고, 환원성상을 관찰하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
한편, 본 실시예에서는 상기 실제 샤프트형 환원로의 조업조건 및 결과를 기반으로 도 2에 도시된 바와 같은 내경 78mm, 외경 89mm의 내부 반응관과 내경 102.26mm, 외경 114.3mm의 외부 반응관으로 이루어진 높이 695mm의 모사환원장치를 사용하여, 하기 표 1과 같은 실험조건을 선택하고 실기 샤프트형 환원로의 가스원단위 1100N㎥/ton-철광석보다 장치의 방산열을 고려하여 1500N㎥/ton-철광석으로 약간 많은 유량의 환원가스를 공급하면서 아래의 조성의 펠릿 A, C, P 및 정립광 H를 환원하고, 광석시료별 점착성 및 환원분화특성과 환원성을 본 발명의 방법에 따라 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
펠릿A : T.Fe 67.825%, FeO 0.868%, SiO22.321%, MgO 0.192%, Al2O30.434%, MnO 0.097%, Na2O 0.057%, K2O 0.027%
펠릿C : T.Fe 63.984%, FeO 0.25%, SiO24.952%, CaO 2.78%, MgO 0.05%, Al2O30.51%, MnO 0.142
펠릿P : T.Fe 66.789%, FeO 1.21%, SiO23.88%, MgO 0.06%, Al2O30.43%, MnO 0.024%, Na2O 0.164%, K2O 0.086%
정립광 H : T.Fe 66.253%, FeO 0.24%, SiO23.198%, MgO 0.01%, Al2O32.02%, MnO 0.041%, Na2O 0.022%, K2O 0.013%
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 펠릿 A를 실제 샤프트형 환원로의 장입원료로서 사용한 경우, 심한 클러스터(Cluster)의 생성으로 환원로 하단에서 환원철을 배출하는 스크류 컨베이어의 작동이 중단되는 현상을 관찰할 수 있었으며, 이때 조업조건은 환원가스의 공급온도가 850℃였으며, 환원가스의 공급원단위는 약 1200N㎥/톤-광석 상태였다. 이것은, 하중부하 철광석 환원실험장치를 사용하여 본 발명에서 설정한 시험조건에 따라 환원실험을 수행하여 얻어진 고점착성 펠릿으로 확인된 평가결과와 잘 일치됨을 보인다.
또한, 펠릿C,P 및 정립광H에 있어서도, 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 철광석의 환원성상평가결과와 실기 샤프트형 환원로의 조업결과가 잘 일치함을 알 수 있다.
상기 표 2에서 점착지수가 크다는 것은 클러스터가 일어날 가능성이 높고, 환원분화지수가 크다는 것은 분화가 일어날 가능성이 낮다는 것을 의미하므로, 본 발명에 따라 구한 펠릿 C 및 P의 점착지수는 작고 환원분화지수는 크기 때문에 펠릿 C 및 P를 원료광석으로 사용하여 샤트프형 환원로에서 실제 환원시키는 경우에는 클러스터이나 환원분화가 일어날 가능성이 낮다고 평가할 수 있는데, 이러한 평가 결과는 실조업결과와 잘 일치되고 있음을 알 수 있습니다.
한편, 펠릿 H의 경우에는 점착시수는 작아 클러스터는 일어날 가능성은 없지만, 환원분화지수가 낮아 환원분화가 일어날 가능성이 있는 것으로 평가할 수 있는데, 이러한 평가결과는 실기조업결과와 잘 일치함을 알 수 있다.
한편, 철광석층의 환원과정 중 팽창 및 수축거동을 높이 측정장치를 이용하여 측정한 결과, 예열단계에서의 팽창거동 후 환원말기에서의 수축이 관찰되었으나, 본 실험조건에서는 철광석 펠릿 공히 ±5% 이내의 팽창수축이 일어남을 확인 할 수 있었다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 원료광석의 환원성상을 샤프트형 환원로에서 환원하기전에 보다 정확하게 평가할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 환원법으로부터 광종별 점착특성 및 환원분화특성을 정량적으로 평가하고 이를 기반으로 실제 샤프트형 환원로에서 광종별 장입조건을 수행한 결과로부터, 환원가스 온도 800℃ 및 샤프트형 환원로의 상부배출가스 원단위 11000N㎥/톤-철광석의 조업조건으로 본 발명의 모사환원장치를 사용할 경우에는, 하기 표 3과 같은 품질평가 방법 및 기준에 따라 샤프트형 환원로에서 사용가능한 괴상의 철광석 원료를 선정할 수 있었다.
[발명의 효과]
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 샤프트형 환원로를 모사한 원료광석의 모사환원장치를 이용하여, 샤프트형 환원로내 철광석의 환원성상으로 주요한 관리지수인 점착특성과 더불어 환원성 및 환원분화성을 동시에 평가할 수 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 그 내부에 환원로를 구비하고 그 상단에 가스배출라인이 형성되어 있는 내부 반응관, 내부 반응관과 환원가스공급로를 형성하도록 내부 반응관의 외부에 위치되는 외부 반응관, 원료광석 및 환원가스를 환원온도로 가열, 유지해주는 전기 가열로, 원료광석에 하중을 부가해주는 하중부하장치를 포함하여 구성되는 모사환원장치의 환원로에 원료광석시료를 장입하는 단계; 샤프트형 로의 배가스 조성을 갖는 환원가스를 상기 내부 반응관과 외부반응관사이의 환원가스공급로에 공급하고 하중부하장치에 의해 원료광석시료에 하중을 부가하면서 전기 가열로에 의해 원료광석시료를 환원온도까지 약 40분만에 승온시키고 약 20분간 유지시켜 예열하는 단계; 및 상기와 같이 원료광석을 예열시킨 후 용융가스화로 발생가스의 조성을 갖는 환원가스를 환원가스공급로에 공급하여 약 150분간 광석을 환원시키는 단계를 포함하는 샤프트형 환원로내에서의 철광석의 고온환원성상 평가를 위한 모사환원방법.
  2. 상기 청구항 1에 따라 환원된 원료광석시료를 질소분위기하에서 상온까지 냉각후 배출하는 단계; 상기 배출된 환원철광석 시료를 체거름 기계를 이용하여 1분간 체분리하여 환원된 철광석 중 12.7mm 이상의 입경을 갖는 시료무게를 구하고, 하기 식(1)에 따라 점착지수를 구하는 단계;
    상기 점착지수 분석시료를 회수하여 회전강도 시험장치(tumbler drum)에서 분당 30회의 회전속도로 30분간 회전한 후 배출하여 1분간 체분리하고 입경 6.35mm 이상인 시료무게와 입경 0.5mm이하인 시료무게를 구하여, 하기 식 (2) 및 (3)에 따라
    분화지수(Degradation Index) 및 마모지수를 각각 구하여 고온환원성상을 평가하는 단계를 포함하여 구성되는 철광석의 환원성상 평가방법.
  3. 그 내부에 환원로(111)를 구비하고 그 상단에 가스배출라인(112)이 형성되어 있는 내부 반응관(11); 내부 반응관(11)과 환원가스공급로(121)를 형성하도록 내부 반응관(11)의 외부에 위치되는 외부 반응관(12); 원료광석 및 환원가스를 환원온도로 가열, 유지해주는 전기 가열로(20); 원료광석에 하중을 부가해주는 하중부하장치(30); 상기 원료광석의 환원을 위해 환원가스공급시 원료광석층 전,후단의 압력차를 측정하기 위한 압력차 측정장치(50); 및 환원동안 원료광석의 팽창/수축거동을 정량적으로 관찰하기 위한 높이 측정장치(60)를 포함하여 구성되는 철광석의 모사환원장치.
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