KR100301983B1 - 석회소성집진수를이용한소결광의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DL식 소결기를 사용하여 제철용 고로 장입원료인 소결광제조시 배합원료 조립용 첨가수로 사용되는 물을 일반 공업용수에서 석회소성공장 집진수로 대체함으로써 배합원료의 조립성을 개선시키고 이에따라 제조 소결광의 생산성 및 품질을 향상시키는 방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

석회소성 집진수를 이용한 소결광의 제조방법

본 발명은 제철용 고로 장입원료인 소결광의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 드와이트로이드(Dwight Lloyd; 이하, 단지 `DL')식 소결기를 이용하여 소결광 제조시 조립수를 대체하여 배합원료의 조립성을 개선시키고 이에 따라 생산성과 품질향상을 가져오는 소결광의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 DL식 소결공정에서는 분철광석, 부원료 및 열원인 분코크스 등을 드럼믹서에 넣어 혼합 및 조습(원료중량비 약 6-7%)을 행하여 소결배합원료를 의사입자화시켜 소결기 대차상에 일정높이로 장입하고, 점화로에 의해 표면점화후 하방으로부터 공기를 강제 흡인하면서 소결배합원료로의 소성이 진행되고 소결광이 제조된다.

소결광 제조시 생산성은 대차에 장입된 배합원료의 통기성에 큰 영향을 받으며, 이 통기성은 배합원료의 의사입화성 개선에 따라 향상된다. 따라서, 배합원료의 의사입화성을 개선하여 적정한 통기성을 유지하는 것이 소결광의 제조공정에서 매우 중요하다.

보통 소결광 제조용 배합원료는 입도분포가 불균일하고 미립의 철광석 및 부원료가 많기 때문에 사전에 혼합 및 조립과정을 거쳐 소결반응을 진행시키는데, 소결원료로 사용되는 분철광석은 그 입도가 매우 작고(평균입도 2.0mm), 분포가 넓어 그대로 사용시 통기성을 악화시켜 생산성이 악화되므로 소결원료의 조립공정(Granulation)에서 수분(H₂O,6-7%)과 바인더인 생석회(CaO,1-2%)를 사용하여 1mm이상의 핵입자 주위에 1mm이하의 미분입자들을 부착시켜 의사입자를 제조함으로써 입경을 증가시키고, 미분부를 감소시키는 방법을 사용하고 있다. 이때, 생석회 및 수분이 배합원료의 조립과정에서 바인더로 작용하는 반응식은 다음과 같다.

CaO + H₂O = Ca(OH)₂+ 15.59 kcal/mol

즉, 생석회가 물과 반응하여 Ca(OH)₂로 수화되며, 의사입자 부착분층에 균일하게 분포하여 입자간의 결합력을 증가시키고, 또한 원료입자간의 간격을 채움으로써 의사입화 촉진 및 강도를 향상시키게 된다. 따라서, 일정한 량의 생석회를 사용할 경우 Ca(OH)₂로 수화되는 정도가 높을수록 조립이 잘 되기 때문에 이를 위해 배합원료 자체의 온도나 첨가수의 온도를 상승시키는 방법 등을 이용하고 있다.

또한, 종래에는 소결광 제조시 배함원료의 조립성을 개선하는 방법의 하나로 석회소성 슬러지를 이용하는 방법이 알려져 있는데, 이 방법은 석회석의 수세 및 집진에 의해 발생되는 슬러지류를 첨가수에 혼합하여 사용한 것으로써 미분의 석회석 첨가에 의한 기존 배합비중의 CaO 및 석회석의 사용량을 감소시킴은 물론 소결배합원료의 조립성 향상을 도모한 것이다.

본 발명은 석회소성 슬러지를 이용하는 상기 종래방법과는 달리, 배합원료의 조립에 사용되는 첨가수로서 고염기도의 석회소성 집진수를 사용하여 생석회의 수화반응을 높임으로써, 배합원료의 조립성을 개선시키고 이에 따라 제조 소결광의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있는 소결광의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

제1도는 25℃ 표준상태에서의 Ca와 H₂O 전위(potential)-산도 평형상태를 나타낸 그래프

제2도는 본 실시예에 사용된 소결포트시험기기의 개략 구성도

상기한 목적달성을 위한 본 발명은 분철광석, 부원료 및 열원인 코크스 등의 소결용 배합원료를 조립 및 소결하여 소결광을 제조하는 방법에 있어서,

상기 소결배합원료의 조립은 첨가되는 조립수를 석회소성 집진수를 60%이상 첨가하여 실시함을 포함하여 구성되는 석회소성 집진수를 이용한 소결광의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

일반적으로 소결광 제조용 배합원료의 조립시 조립수는 바인더인 생석회와 수화반응하여 입자간의 결합력을 증가시키고 원료입자간의 간격을 채움으로써 의사입화를 촉진하고 소결입자의 강도를 향상시킨다. 이때, 상기 수화반응은 조립수 용액의 산도(pH)에 영향을 받는다. 즉, 25℃ 표준상태에서의 Ca와 H₂O 전위(potential)-산도 평형상태를 나타낸 제1도에도 나타난 바와 같이, 표준상태에서 Ca(OH)₂는 pH 11이상에서 안정한다. 따라서, 배합원료내 CaO가 혼합되어 수분과 반응하여 조립시 바인더로 작용하는 Ca(OH)₂로 수화되는 반응은 접촉하는 물의 pH가 높을 경우 더 빠르게 진행된다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 이러한 점에 착안하여 종래의 석회소성 슬러지의 첨가와는 달리 pH가 높은 조립수를 사용함에 특징이 있다. 본 발명에 부합되는 석회소성 집진수는 일반적으로 석회소성로의 비산더스트를 물로 집진할 때 발생되는 것이다. 구체적으로는 기존의 조립수에 약 60%이상 또는 전부를 석회소성 조립수로 대체 사용하는 것이다. 더욱 바람직하게는 석회소성 조립수를 여과하고 그 pH가 9.5이상으로 조절된 집진수를 사용하는 것이며, 이와같은 조건의 조립수는 CaO의 활성도(수화율)을 크게 증가시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명한다.

<실시예1>

먼저, 기존에 조립수로 사용되었던 공업용 담수와 본 발명에서 제시된 석회소성 집진수의 특성을 하기표1에 나타내었다.

구분	pH	Ca++	탁도
공업용수	7.5	29ppm	0.7ppm
집진수	11.8	224ppm	11700ppm

상기표1에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제시된 석회소성의 경우 pH가 평균 11.8로서 강알카리의 영역을 나타내었으며, 용액중의 Ca⁺⁺이온 농도가 약 224ppm 정도로 높고, 또한 탁도가 약 12% 정도로 90%이상이 석회석인 것으로 나타났다. 본 실시예에서는 배합원료중의 석회석 함량을 일정하게 하기 위해 집진수중의 슬러지를 모두 여과시켜 순수한 용액만으로 조립 및 소결광 제조시험에 이용하였다.

우선, 본 실시예에서 이용한 표준원료의 배합비는 하기표2와 같았으며, 소결원료로서 철광석은 적철광계 광석 3종(A,B,C)를 각각 12-15wt%, 자철광계광석 1종(D)을 약 3wt%, 갈청광계 광석 1종(E)를 약 20wt% 사용하였다. 그리고, 부원료로는 석회석, 생석회, 사문암, 규사, 반광을 사용하였고, 연료로는 분코크스를 사용하였다.

구분	배합비	입경
철광석	ABCDE	12.0014.0013.003.0019.80	-8mm
부원료	석회석	11.60	-3mm
	생석회사문암규사	1.341.800.50	-1mm
	반광	19.20	-5mm
	분코크스	3.80	-3mm
합계	100.0
목표조성(wt%)	SiO2MgOCaOAl2O3슬래그량염기도(CaO/SiO2)	5.791.569.821.7018.871.70

(주) 슬래그량 = ( SiO₂+ MgO + CaO + Al₂O₃)

소결시 배합원료의 조립성은 소결광과 성품 및 생산성에 직접적인 영향을 미치므로 입자의 조립성을 대표할 수 있는 조립도와 통기도를 조사하기 위해 상기와 같은 소결광 배합원료를 갖도록 하여 조립시험을 행하였다. 즉, 상기표2의 배합조건을 갖는 소결배합원료를 직경 200mm, 깊이 500mm인 원통형 드럼믹서에 장입하고, 적정 수분인 6.8wt% 조건으로 고정한 상태에서 하기표3과 같이 석회소성 집진수를 조립용 첨가수 중량대비 0%에서 100%까지 혼합한 후, 분사노즐을 통하여 배합원료에 분사하여 조립시험을 행하였다. 이렇게 조립후 얻어진 시료에 대하여 의사입자의 붕괴를 방지하기 위하여 액체질소를 약 15초간 분사하여 동결시킨 다음, 의사입도분포 및 조립도를 구하고, 그 결과를 하기표3에 나타내었다.

상기 통기도는 풍속측정기를 사용하여 직경 100mm, 길이 300mm인 원통형 소결포트의 소결베드 표층부로의 흡인풍속을 부압 1000mmAq 의 조건하에서 측정하여 구하였다.

여기서, F는 유량(Nm³/min), A는 흡인면적(㎥)

h는 장입층 두께(m), s는 부압(mmAq)

실시예	집진수 사용비(%)	조립수의 pH	미분부 (-1mm,wt%)	조립도(-)	배합원료의 평균입도(mm)	평균풍속(m/초)	통기도(J.P.U)
종래예	0	7.5	13.4	64.7	3.1	3.8	109.85
비교예1	20	7.9	12.9	66.0	3.1	4.0	115.67
비교예2	40	8.3	11.3	70.3	3.2	4.1	118.59
발명예1	60	9.6	7.4	80.5	3.4	5.2	150.47
발명예2	80	11.0	5.5	85.5	3.5	5.4	156.24
발명예3	100	11.8	4.8	87.4	3.5	5.6	162.08

상기표3에 나타난 바와 같이, 조립시험결과 집진수 사용비가 증가할수록 조립후 미분부의 함량이 감소하는 것을 확인할 수 있었으나 배합원료의 평균입도는 60%이상에서 현격히 증가함을 알 수 있었다. 이로부터 첨가수의 산도(pH)를 조정하여 생석회(CaO)의 수화율 증가에 의한 조립성을 개선시키려면 석회소성 집진수를 60%이상으로 첨가하여야 함을 확인할 수 있었다.

<실시예2>

조립수중의 석회소성 집진수 비율을 60%, 80%, 및 100%로 하여 소결배합원료를 조립하고 기존의 소결광 제조방법인 공업용수를 첨가한 조건과 소결성을 비교하여 보았다.

소결포트시험은 제2도와 같은 소결포트시험기기(100)를 통해 행하였는데, 먼저 상기표2의 배합조건 및 목표성분을 갖는 소결배합원료를 혼합한 후, 소형드럼믹서에 장입하고 혼합, 수분첨가 및 조립을 행하였으며, 배합원료의 수분함량은 6.8wt%로 일정하게 첨가하여 수분변동에 의한 영향을 최소화하였다. 원료를 장입하기전 먼저 상부광(111) 3Kg을 30-35mm의 두께로 그레이트바(grater bar)(108)의 상부에 장입하고 배합원료(104)를 소결포트(103)의 상부까지 장입하였다. 장입이 완료된 원료는 1050℃로 예열된 점화로를 포트상부로 이동시켜 2분 동안 점화하였다. 점화와 동시에 배풍기(미도시됨)를 가동시켜 점화되는 동안 부압을 1000mmAq로 유지시키고, 점화직후에는 점화로를 제거시키고, 부압을 1500mmAq로 하여 소결을 진행시켰다. 제2도중 미설명부호 101은 후드(hood), 102는 풍속계, 105와 107은 열전대, 106는 윈드박스(wind box), 109는 부압계, 110은 밸브, 그리고 112는 흡인방향을 나타낸다.

이와같이 제조된 소결광에 대하여 회전강도(Tumbling Index;TI), 저온환원분화율(Reduction Degradation Index;RDI),피환원율(Reducibility Index;RI), 소결생산성 및 소결회수율을 구하고, 그 결과를 하기표4에 나타내었다.

상기 회전강도는 소결완료직후 2m 높이에서 1회 낙하, 회전강도시험기(tumbling tester)에서 24rpm으로 30회 회전시켜 파쇄후 10-50mm의 성품소결광 15Kg을 상기 회전강도시험기에 넣고 200회 회전시킨 다음, +6.3mm 소결광의 중량백분율로 나타내었다.

또한, 저온환원분화율은 15-20mm 소결광 500g을 550℃에서 30%CO, 70%N₂의 혼합가스(15Nl/min)를 사용하여 약 30분간 환원시킨 후, 회전강도시험기에서 30rpm으로 30분간 회전시켜 파쇄한 다음, -2.83mm 소결광의 중량백분율로 나타내었다.

또한, 상기 피환원율은 15-20mm 소결광 500g을 900℃에서 30%CO, 70%N₂의 혼합가스(15Nl/min)를 사용하여 약 120분간 환원시킨 후, 중량감소량과 시료의 T.Fe 및 FeO함량으로부터 구하였다.

실시예	장입밀도(g/㎤)	첨가수분(NT%)	소결온도(℃)	소결시간(초)	생산성 (T/D/M2)	회수율 (%)	TI(%)	RI(%)	RDI (%)
종래예	1.86	6.8	1296	1957	26.92	68.5	75.2	73.48	42.19
발명예1	1.84	6.8	1328	1872	28.44	68.9	75.6	73.26	39.54
발명예2	1.84	6.8	1330	1866	28.66	69.3	75.4	74.22	39.21
발명예3	1.84	6.8	1347	1854	28.76	69.1	74.9	73.54	38.24

상기표4에 나타난 바와 같이, 집진수 첨가비에 따른 제조 소결광의 품질을 비교한 결과 실시예1의 조립성 시험결과와 마찬가지로 집진수 첨가비가 60%이상일 경우 배합원료의 조립성 개선에 의해 소결시간이 현저히 빨라지고, 이에따라 생산성이 증가됨을 알 수 있었다. 또한, 소결반응속도 증대에 의한 냉각속도의 증가로 RDI가 개선됨을 알 수 있으며, 소결시간 감소에 의해 나타날 수 있는 회수율 및 강도의 저하가 없음을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 소결배합원료의 조립공정에서 사용되는 첨가수를 석회소성집진수로 일부 또는 전부 대체하므로써, 조립용 바인더인 생석회의 수화율을 높이고 또한 수화반응을 촉진시켜 소결배합원료의 조립성 개선 및 소결베드의 통기성 개선으로 소결품질의 악화없이 소결광 배합원료층을 더 두껍게 장입할 수 있어고생산성 조업이 가능한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 분철광석, 1~2중량%의 생석회(CaO)가 함유된 부원료 및 열원인 코크스를 포함하는 소결용 배합원료에 6~7중량%의 조립수를 첨가하여 조립화한 후 소결하여 소결광으로 제조하는 방법에 있어서, 상기 조립수에 고염기도의 석회소성 집진수가 상기 조립수의 중량대비 60%이상 함유되는 것을 특징으로 하는 석회소성 집진수를 이용한 소결광의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 고염기도의 석회소성 집진수는 pH가 9.5이상인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.