KR100311790B1 - 저급 철산화물을 이용한 소결광 제조시 코크스 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결원료로서 저급 철산화물을 이용한 소결광의 제조에 관한 것이며; 그 목적은 저급 철산화물을 이용한 소결광 제조시 소결과정중 열량이 과잉되지 않도록 코크스의 배합비를 보정하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 코크스를 첨가하여 소결배합원료로부터 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 저급 철산화물을 포함하고 있지 않은 표준소결배합원료의 소결시간변화에 따른 온도변화곡선을 구하는 단계; 다시 저급 철산화물이 일정량 첨가되고 코크스의 배합비를 단계적으로 저감시킨 소결배합원료를 각 코크스 배합비별로 소결시간변화에 따른 온도변화곡선을 구하는 단계; 상기 각 소결배합원료의 소결시간-소결온도변화곡선에서 1100℃이상의 면적을 구하고, 각각의 면적을 비교하여 상기 표준소결배합원료의 면적과 가장 근접한 면적을 갖는 소결배합원료를 정하는 단계; 및 상기와 같이 정해진 소결배합원료의 코크스 배합비를 상기 일정량의 저급 철산화물이 첨가된 소결배합원료의 코크스 배합비로 결정하는 단계; 를 포함하여 구성되는 저급 철산화물을 이용한 소결광 제조시 코크스의 보정방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

저급 철산화물을 이용한 소결광 제조시 코크스 보정방법

본 발명은 소결원료로서 저급 철산화물을 이용한 소결광의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저급 철산화물을 이용한 소결광 제조시 소결과정중 열량이 과잉되지 않도록 코크스의 배합비를 보정하는 방법에 관한 것이다.

미립의 분철광석을 소결하여 고로사용에 적합한 크기의 소결광을 제조하는 드와이트-로이드(Dwight-Lyoid)식 소결공정에서는 일반적으로 주원료인 미립의 철광석에 부원료인 석회석, 사문암, 규석 및 연료인 코크스 또는 무연탄 등을 일정비율로 배합한다. 배합 및 조립과정을 거쳐 사전 처리된 원료는 도 1과 같이 측벽부(1)와 화격자로 구성된 소결대차(3)에 공급되는데, 소결대차(3)는 도 2와 같이 무한 궤도상의 휠(4)에 연결되어 회전하게 되어 있다. 즉, 소결배합원료가 장입호퍼(7)로부터 소결대차(3)에 장입된 후에는 점화로(8)에 의해 장입원료의 상부를 착화시키고 하부에서 주송풍기(11)에 연결된 주배풍관(9)과 풍상(5)을 통해 계속 흡입하면 도 3과 같이 배합원료중의 코크스나 무연탄이 연소하면서 화염이 계속적으로 하부로 진행된다. 이때 발생된 연소열로 인하여 주원료인 철광석과 부원료인 규석 및 석회석이 상호 반응하여 융액이 생성되고 이러한 융액이 미분 철광석 등을 서로 결합시켜 거대한 케익모양의 소결광을 만든다. 도면에서 `6'은 상부광 장입호퍼이고, `10'은 집진기, `12'는 굴뚝을 나타낸다.

이같이 연소대가 하부까지 진행하여 소결이 완료된 후에는 대차에서 소결케익(cake)을 배출시켜 고로에 적합한 입도로 파쇄하여 고로에 공급한다.

한편, 소결공장에 따라서는 철광석, 부원료, 연료외에도 분괴, 열연, 후판, 연주, 및 선재 등과 같은 제철공정에서 발생하는 밀스케일(mill scale)이나 제강과정중 발생하는 더스트(dust) 류를 폐자원의 재활용 측면에서 소결원료로서 사용하기도 한다. 일반적으로 밀스케일이나 제강과정 중에 발생된 더스트류는 철광석의 주요한 원료인 적철광(Fe₂O₃)에 비하여 산화도가 낮은 Fe, FeO, Fe₃O₄와 같은 저급 철산화물을 상당량 포함하고 있다. 이들을 소결원료로서 철광석과 같이 혼합하여 사용할 경우에는 저급 철산화물이 소결과정 중에 산화하면서 발열반응이 일어나기 때문에 주요한 열원인 코크스를 상당량 대체할 수 있고 다음과 같은 효과도 기대된다.

첫째는 저급철산화물 첨가에 따라서 NOx 및 SOx 의 주요한 발생원인이 되는 코크스의 배합비가 저하되어 소결과정중 NOx 및 SOx의 발생량이 감소하게 된다.

둘째는 저급 철산화물들이 코크스 등의 연소과정에서 발생된 NOx를 N으로 환원하여 NOx 의 발생을 억제하게 된다.

셋째는 소결원료로서 첨가한 저급 철산화물이 고온에서 공기중의 산소와 반응하여 산화물을 생성시켜 코크스 등이 연소하는 연소대에서의 산소분압을 낮춤으로 인하여 연료중에 있는 질소와 공기중 산소와의 반응을 억제시켜 소결배가스 중의 NOx 발생을 억제하는 것이다.

이와같이 밀스케일이나 제강 더스트류와 같은 저급 철산화물을 소결원료로 사용하면 NOx 및 SOx 등의 공해물질 발생억제뿐 아니라 저급 철산화물의 발열성에 따른 코크스의 배합비 저하로 소결광 제조시 제조원가를 낮출 수 있다. 그러나, 저급 철산화물 첨가시 과도하게 코크스 배합비를 낮추면 열량부족으로 소결광의 강도 및 회수율 등을 크게 저하시킬 수 있고, 이와는 반대로 저급 철산화물의 발열에 비하여 코크스의 배합비를 적게 감소시키면 열량이 과잉되어 불균일 소성을 일으킬 수 있고 소결광의 환원성도 나빠지기 쉽다.

그럼에도 불구하고 종래에는 저급 철산화물을 소결원료로 첨가시 일정한 기준없이 경험적으로 적당하게 코크스 배합비를 낮추거나 또는 저급 철산화물과 코크스의 발열량을 측정하여 얻어진 발열량을 기준으로 코크스의 대체비율을 정하여 배합비를 낮추어 왔다. 이러한 경험적인 방법에서는 적당한 코크스 대체비를 얻기위하여 많은 조업경험이 필요할 뿐 아니라 저급 철산화물의 특성이 변화하였을 때에는 곧바로 대체하기 어려운 문제점이 있고 저급 철산화물과 코크스의 발열량을 기준으로 코크스의 대체비율을 정할 경우에도 이들의 발열량 측정조건이 철광석 소결시의 온도, 개스분위기, 발열물질의 입도 및 냉각 등의 조건과 현저히 다르기 때문에 임의의 조건에서 측정한 발열량만을 고려하여 저급 철산화물의 코크스 대체비를 정하면 대체비가 거의 맞지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 저급철산화물을 소결원료로 사용할 때 이들의 발열을 고려하여 적정한 코크스 대체비를 설정하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 철광석 소결장치의 소결대차의 사시도

도 2는 소결장치 개략 구조도

도 3은 소결진행에 따른 소결광 생성상황을 나타내는 개념도

도 4는 소결시험용 소형포트(pot) 시험장치의 구성도

도 5는 소결시 소결층에 삽입된 열전대를 통하여 얻어지는 시간-온도변화곡선도

도 6은 저급철산화물인 제강더스트(dust)의 X-선 회절분포도

도 7은 소형시험장치의 열전대로부터 얻어진 각 소결배합원료의 시간에 따라 실측된 온도곡선변화도

도 8은 각 소결배합원료의 소결시간-온도곡선에서 1100℃이상의 면적을 비교한 그래프

도 9는 각 소결배합원료별로 제조된 소결광의 강도를 비교한 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1. 소결대차 측벽부 2. 화격자(grate bar)

3. 소결대차 4. 무한궤도차 휠

5. 풍상(wind box) 6. 상부광 장입호퍼(hopper)

7. 배합원료 장입호퍼 8. 점화로

9. 주배풍관 10. 집진기

11. 주 송풍기(main blower) 12.굴뚝(stack)

13. 소결시험용 포트 14. 소결배합원료

15. 열전대 16. 컴퓨터

17. 압력계

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 코크스를 첨가하여 소결배합원료로부터 소결광을 제조하는 방법에 있어서,

저급 철산화물을 포함하고 있지 않은 표준소결배합원료를 상부로부터 가열하여 소결원료중의 코크스를 착화시켜 소결시간변화에 따른 온도변화곡선을 구하는 단계;

상기 표준소결배합원료의 소결시간-소결온도변화곡선에서 1100℃이상의 면적을 구하는 단계;

다시 저급 철산화물이 일정량 첨가되고 코크스의 배합비를 단계적으로 저감시킨 소결배합원료를 상기와 같이 착화시켜 각 코크스 배합비별로 소결시간변화에 따른 온도변화곡선을 구하는 단계;

상기 저급 철산화물이 포함하고 코크스의 배합비를 단계적으로 저감시킨 각각의 소결배합원료의 소결시간-소결온도변화곡선에서 1100℃이상의 면적을 구하는 단계;

상기 표준소결배합원료의 소결시간-소결온도변화곡선에서 구한 1100℃이상의 면적과 상기 저급 철산화물이 포함되고 코크스의 배합비를 단계적으로 저감시킨 각 소결배합원료의 소결시간-소결온도변화곡선 각각에서 구한 1100℃이상의 면적을 비교하고, 상기 표준소결배합원료의 면적과 가장 근접한 면적을 갖는 소결배합원료를 정하는 단계; 및

상기와 같이 정해진 소결배합원료의 코크스 배합비를 상기 일정량의 저급 철산화물이 첨가된 소결배합원료의 코크스 배합비로 결정하는 단계; 를 포함하여 구성되는 저급 철산화물을 이용한 소결광 제조시 코크스의 보정방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 통해 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에서 언급되는 저급 철산화물은 Fe, FeO, 및 Fe₃O₄이 적어도 1종이상 포함된 철산화물 또는 이들이 혼재된 각 제철 및 금속가공과 같은 산업공정에서 발생하는 밀스케일(millscale), 제강더스트, 금속철중에서 선택된 것이 적어도 1종이상 포함되어 있는 철산화물을 의미한다.

본 발명은 밀스케일, 제강슬러지, 금속철 등과 같은 저급철산화물을 전혀 포함하고 있지 않은 표준소결배합원료의 경우와, 상기 저급철산화물을 첨가하고 코크스의 배합비를 단계적으로 저감시킨 소결배합원료의 경우 등에 대하여 배합비를 작성한다. 배합비에 따라 각 소결배합원료들을 칭량한 후에는 통상적인 방법으로 혼합 및 조립하여 도 4와 같이 소결시험용 소형포트(pot)(13)에 장입하고 소결배합원료 층의 일정깊이에 열전대(15)를 삽입한다. 이와같은 처리 후에 포트(13)의 하부에 연결된 주송풍기(11)을 회전시켜 포트의 상부로부터 공기를 흡입시킨다. 이러한 상태에서 소결원료의 상부를 바나(burner) 등을 사용하여 일정시간동안 가열하여 소결배합원료 중의 코크스를 착화시킨다. 소결원료가 착화된 후에는 코크스의 연소대가 하부로 이동하여 상부로부터 소결이 하부로 진행되는데, 일정깊이에 설치한 열전대(15)를 통하여 도 5와 같이 소결시간변화에 따른 온도 변화곡선들을 구한다. 그리고, 동일한 방법에 의하여 각 소결배합원료들에 대하여 시간-온도 곡선을 구할 수 있는데, 저급 철산화물을 첨가하지 않고 통상의 코크스가 포함된 경우의 시간-온도변화곡선을 기준으로 하고, 일정 배합비의 저급철산화물을 첨가하고 코크스 배합비를 변화시켜 얻어진 각 시간-온도곡선을 비교하여 기준곡선과 가장 유사한 경우의 코크스 배합비를 택하면 된다. 이러한 곡선의 비교시 육안으로 평가하면 비교가 어렵기 때문에 소결광의 강도나 품질에 큰 영향을 미치는 온도, 예를들면 1100℃ 온도이상의 면적을 구하여 그 면적이 저급 철산화물을 첨가하지 않은 기준의 것과 가장 근접한 경우의 코크스 배합비를 찾으면 저급철산화물 첨가시의 적정 배합비를 쉽게 구할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 따라 보다 상세히 설명한다.

실시예

포트직경이 240mm, 소결두께가 500mm인 시험용 소형 소결시험장치를 이용하여 상기 소결시험용 포트에 소결원료 42.35Kg장입하였다. 이때, 장입밀도를 1.95로 하였다.

저급 철산화물로는 제강더스트를 사용하였다. 제강더스트는 발열반응에 중요한 영향을 미치는 Fe, FeO 의 화학성분이 각각 28%, 33%이며, X-선회절분석결과 얻어진 회절분포도를 도 6에 나타내었다. 도 6에서와 같이 X-선 회절분석결과 상기 제강더스트를 주로 금속 Fe와 우스타이트(FeO)로 구성되어 있는 것이 확인되었다. 열량계에 의하여 소결시험에 사용될 제강더스트와 코크스의 발열량을 측정하였는데 발열량은 각각 519cal/g, 6849cal/g 으로 나타났다.

단위 :wt%
원료종류	배합비 변화
	표준배합	배합 1	배합 2	배합 3	배합 4
철광석	59.75	56.75	56.95	57.15	57.35
제강더스트	0	3	3	3	3
석회석	11.85	11.85	11.85	11.85	11.85
생석회	1.01	1.01	1.01	1.01	1.01
사문암	1.84	1.84	1.84	1.84	1.84
규석	0.55	0.55	0.55	0.55	0.55
소결반광	21.35	21.35	21.35	21.35	21.35
분코크스	3.65	3.65	3.45	3.25	3.05
총계	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00

점화온도	1,100℃
점화시간	2분
점화시 부압	1,000mmAq
점화후 부압	1,500mmAq

표 1에서와 같이 저급 철산화물인 제강더스트를 포함하지 않는 경우의 표준 배합비, 제강더스트를 3% 첨가하고 코크스의 배합비를 변동시키지 않을 때의 배합비(배합1), 제강더스트 발열량의 1,2,3배에 해당되는 만큼의 코크스의 배합비를 감소시켰을 때의 배합비(배합 2,3,4)를 나타냈다.

이와같은 배합비에 따라 칭량된 원료들을 통상의 방법으로 혼합 및 조립하여 사전처리된 원료를 시험용 포트에 장입하였다. 그리고, 시간변화에 따른 온도측정을 위한 열전대는 포트상단에서 125mm 하부에 나있는 측면의 구멍을 통하여 삽입하여 열전대의 끝단이 포트의 중심에 오도록 설치한 후에 표 2와 같은 시험조건에서 소결시험을 실시하였다. 소결진행시 열전대와 연결된 컴퓨터를 통하여 매초마다 온도를 측정하여 도 7과 같은 시간-온도 곡선을 얻었다.

또, 도7과 같은 곡선으로 부터 소결에 큰 영향을 미치는 1100℃이상의 면적을 계산하여 도 8에 표시하였다.

도 7, 8에서와 같이 소결원료에 저급 철산화물인 제강더스트를 3% 첨가하였으나 코크스를 감하지 않으면 시간변화에 따른 소결층의 온도가 저급 철산화물을 첨가하지 않았을 때인 표준의 시간-온도 곡선에 비하여 크게 높으나 저급 철산화물의 발열량을 기준으로 코크스의 배합비를 단계적으로 감할수록 소결중의 온도가 점차 낮아짐을 알 수 있었다. 그 중에서도 제강더스트를 3% 배합하고 코크스의 배합비를 0.6% 저하시켰을 경우(배합4)에 코크스를 첨가히지 않은 경우의 표준의 온도곡선과 가장 잘 일치하는 것으로 나타났다. 이와같은 저급 철산화물을 첨가하지 않은 표준소결배합원료의 경우, 저급 철산화물을 첨가하였으나 코크스를 저감시키지 않은 배합(1)의 경우, 및 저급 철산화물을 첨가하고 코크스를 저급 철산화물의 발열량 기준으로 단계적으로 코크스의 배합비를 감하였을 경우(배합 2 내지 4)에 대하여 소결광의 중요한 품질인 강도변화를 도 9에 나타내었다. 도 9에서와 같이 저급 철산화물을 첨가하고 코크스를 저감하지 않았을 경우(배합 1)에는 표준이 되는 저급 철산화물을 첨가하지 않았을 경우에 비하여 열량의 증가로 융액생성량이 증가하여 소결광의 강도가 크게 향상되나 저급 철산화물의 발열량 기준으로 단계적으로 코크스의 배합비를 감하였을 경우(배합 2 내지 4)에는 소결광의 강도도 점차 낮아짐을 알 수 있었다. 특히, 제강더스트를 3% 배합하고 코크스 배합비를 0.6% 감소시킨 배합 (4)의 경우에는 저급 철산화물을 첨가하지 않은 표준소결배합원료의 것과 거의 같게 나타났다. 이와같은 시간-온도 곡선의 형태, 즉 1100℃이상의 면적과 그에 따른 소결광의 강도로부터 판단할 때 저급 철산화물을 3% 첨가시 코크스를 0.6% 저하시키는 것이 적합한 것으로 나타났기 때문에 1%의 제강더스트를 소결배합원료로 사용할 때에는 0.2%의 코크스를 대체 가능한 것으로 나타나 본 발명이 저급 철산화물을 소결원료로 첨가시 코크스와 같은 연료의 대체비를 설정하는데 아주 유용한 방법인 것으로 확인되었다.

이상과 같이 저급 철산화물을 소결원료로 활용시 종래에 있어서는 일정한 기준없이 경험적으로 적당하게 코크스 배합비를 낮추거나 또는 저급 철산화물과 코크스의 발열량을 측정하여 얻어진 발열량을 기준으로 코크스의 대체비용을 정하여 왔으나 본 발명은 실제의 소결배합원료들을 소결광 생산조건과 유사한 시험장치를 사용하여 소결하면서 열전대를 통하여 얻어진 표준의 시간-온도변화곡선을 기준으로 하여 저급 철산화물을 첨가하고 코크스 배합비를 변화시켜 얻어진 각 시간-온도곡선과 비교하여 기준곡선과 가장 유사한 경우의 코크스 배합비를 택하는 것으로써 종래의 경험적인 방법 등에 비하여 정확하고 쉽게 저급 철산화물 첨가시의 적정 코크스 배합비를 구할 수 있다.

이 결과 저급 철산화물 첨가시 적량의 코크스 배합에 따라 열량의 과잉되거나 모자라지 않게 할 수 있어 열량의 변동에 따른 소결광의 품질변화도 최소화 할 수 있다.

Claims (2)

1. 코크스를 첨가하여 소결배합원료로부터 소결광을 제조하는 방법에 있어서,

   저급 철산화물을 포함하고 있지 않은 표준소결배합원료를 상부로부터 가열하여 소결원료중의 코크스를 착화시켜 소결시간변화에 따른 온도변화곡선을 구하는 단계;

   상기 표준소결배합원료의 소결시간-소결온도변화곡선에서 1100℃이상의 면적을 구하는 단계;

   다시 저급 철산화물이 일정량 첨가되고 코크스의 배합비를 단계적으로 저감시킨 소결배합원료를 상기와 같이 착화시켜 각 코크스 배합비별로 소결시간변화에 따른 온도변화곡선을 구하는 단계;

   상기 저급 철산화물이 포함하고 코크스의 배합비를 단계적으로 저감시킨 각각의 소결배합원료의 소결시간-소결온도변화곡선에서 1100℃이상의 면적을 구하는 단계;

   상기 표준소결배합원료의 소결시간-소결온도변화곡선에서 구한 1100℃이상의 면적과 상기 저급 철산화물이 포함되고 코크스의 배합비를 단계적으로 저감시킨 각 소결배합원료의 소결시간-소결온도변화곡선 각각에서 구한 1100℃이상의 면적을 비교하고, 상기 표준소결배합원료의 면적과 가장 근접한 면적을 갖는 소결배합원료를 정하는 단계; 및

   상기와 같이 정해진 소결배합원료의 코크스 배합비를 상기 일정량의 저급 철산화물이 첨가된 소결배합원료의 코크스 배합비로 결정하는 단계; 를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 저급 철산화물을 이용한 소결광 제조시 코크스의 보정방법
2. 제1항에 있어서, 상기 저급 철산화물은 Fe, FeO, 및 Fe₃O₄이 적어도 1종이상 포함된 철산화물 또는 이들이 혼재된 각 제철 및 금속가공과 같은 산업공정에서 발생하는 밀스케일(millscale), 제강더스트, 금속철중에서 선택된 것이 적어도 1종이상 포함되어 있는 것임을 특징으로 하는 보정방법

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