KR100342674B1 - 발열성함철물질을첨가한소결광제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철원물질과, 융제와, 연료물질을 배합하여 배합원료를 준비하는 단계와, 배합원료를 소결하여 소결광을 제조하는 단계로 이루어진 소결광 제조방법에 관한 것으로서, 배합원료의 연료물질은 제철소 내에서 발생하는 발열성 함철물질로 이루어지고, 발열성 함철물질은 배합원료의 10-20wt%로 첨가되는 것을 특징으로 하므로, 종래의 소결조업에 비해 소결생산성, 소결광 회전강도는 동등하거나 그 이상의 수준으로 얻을 수 있으며, 배가스중 질소산화물의 농도는 현저하게 저감된 소결광을 제조할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Description

발열성 함철물질을 첨가한 소결광 제조방법

본 발명은 발열성 함철물질을 첨가한 소결광 제조방법에 관한 것으로서, 특히 철광석을 주 원료로 한 고로 조업용 소결광을 제조하기 위하여 주원료인 분철광석 이외에 분석회석, 규사 등의 융제와 연료인 분코크스 등으로 구성된 소결 배합원료에 수분 및 생석회를 첨가하여 의사입자화시킨 후 소결기에서의 코크스 연소에 의해서 소결광으로 제조하는 방법에서 연료물질로 사용되는 코크스를 제철소에서 발생하는 더스트류, 스케일, 슬래그 등의 발열성 함철물질로 대체해서 사용하는 소결광 제조방법에 관한 것이다.

종래 실시예에 따르면, 철광석 소결광을 제조하기 위하여 분철광석의 괴상화 방법이 가장 보편적으로 채택되고 있다. 이때, 입경 8-10mm 이하인 분철광석과, 소결공정에서 발생하는 반광이 철광석 소결광의 철원으로 사용하고 있으며, 이외에도 제철소에서 부산물 혹은 폐기물로 발생하는 잡원료들, 즉 제강슬래그 중 철분이 높은 입자를 자력선별한 자선분광, 압연공정의 강제에서 박리된 산화피막인 밀스케일, 그리고 철분을 함유한 더스트와 슬러지들도 철광석 양의 최대 5% 정도로 사용되고 있다.

또한, 융제인 석회석이나 규석 등은 배합원료의 융점을 낮추고 소결광의 품질을 확보하기 위하여 사용하는데, 일반적으로 석회석은 입경 3-5mm의 것을 사용하고 규석은 입경 1-3mm의 것을 사용하고 있다.

한편, 소결광 배합원료의 열원인 연료물질는 주로 분코크스가 사용되고 있으며, 이러한 분코크스 이외에 코크스 제조공정에서 부산물로 발생되는 침전지 코크스나 극미분 코크스 더스트(일명 coke dry quenching dust)도 자원 재활용차원에서 소량으로 사용되고 있다. 소결공정에서 사용하는 분코크스는 코크스공장에서 제조한 괴코크스를 입경 3-5mm로 파쇄함으로써 준비된다. 최근의 소결공정에서는 소결용 분코크스의 부족량을 보충하기 위하여 또는 소결 배가스 중 질소산화물(NOx)의 배출량을 저감시키기 위하여 질소함량이 낮은 무연탄이 대체하여 사용되기도 한다.

상술한 바와 같이, 철광석 등의 주원료, 석회석 등의 융재, 분코크스 등의 연료로 이루어진 소결 배합원료는 수분이 살수되는 드럼 믹서에 투입되어 혼합된 후 평균입경 약 2-4mm의 의사입자로 조립되고, 이 후에 이송 및 저장과정을 거쳐 소결 대차에 장입된다. 분코크스 등의 연료가 혼재되어 있는 의사입자들은 소결대차의 착화기에 의해서 착화된 후 하방흡입에 의해 의사입자 중의 분코크스들이 연소되어 의사입자층 내의 온도가 최대 1350-1450℃에 도달하면서 입자간의 소결반응을 일으켜 소결대차 내의 장입물들은 커다란 소결괴를 형성한다. 이러한 소결괴는 연속적으로 배출된 후 파쇄 및 정립과정을 거쳐 고로용 소결광을 형성하고, 일정 크기 이하의 분 소결광은 반광으로써 다시 소결용 배합원료에 혼합처리된다.

일반적인 소결공정에서 소결 배합원료에 첨가되는 분코크스나 무연탄의 연료 물질은 각종 배합원료의 특성과 조성 그리고 소결기 내에 장입된 의사입자층의 상태에 따라 3-5wt%의 범위내에서 조정된다. 한편, 연료물질 중 고정 탄소(fixed carbon) 함량은 분코크스의 경우 약 85-90wt%이고, 무연탄은 75-90wt%이며, 리사이클링 차원에서 소량 사용하는 침전지 코크스나 극미분 코크스 더스트는 근본적으로 코크스와 동일한 물질인 코크스의 분화물이므로 성분상의 차이는 거의 없다.

분코크스나 무연탄은 소결광을 제조하는데 없어서는 안될 연료로 작용하지만, 모두 고가인 문제점이 있으며, 또한 이들 물질이 대기 중에서 연소될 때에 다량의 질소산화물(NOx)이 생성되어 소결 배가스로써 대기 중에 배출된다는 문제점이 있다. 예를 들어, 소결공정을 모사한 비연속적인 소결광 제조시험에서 질소산화물의 순간적인 최대 농도가 300-350ppm 수준에 달하였음을 알 수 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소결공정에서 사용하는 고가의 연료물질를 대체할 수 있는 대체물질을 조사하고 실험하는 과정에서, 소결 배합원료로 사용하는 함철 잡원료 중의 일부 물질들은 잡원료에 함유된 화학조성의 특성상 분코크스나 무연탄 보다는 낮지만 상당한 발열량을 갖고 있는데 착안하여 이들 발열성 함철물질들을 고체 연료물질의 대체물질로 사용함으로써 코크스나 무연탄을 첨가하지 않고 소결광을 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 소결광 제조방법은 철원물질과, 융제와, 연료물질을 배합하여 배합원료를 준비하는 단계와, 상기 배합원료를 소결하여 소결광을 제조하는 단계로 이루어지고, 상기 배합원료의 연료물질은 제철소 내에서 발생하는 발열성 함철물질로 구성되고, 상기 발열성 함철물질은 상기 배합원료의 10-20wt%로 첨가되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이 통상의 소결조업에서 소결 배합원료에 첨가되는 분코크스나 무연탄 등의 첨가량은 3-5wt%에 달하는 것을 확인하고, 본 발명자들은 상기의 분코크스나 무연탄 등의 고체 연료물질을 대체할 수 있는 발열성 함철물질의 첨가량에 대한 일련의 조사 및 시험을 통하여 적정한 첨가 범위를 설정할 수 있었다.

여기에서 발열성 함철물질은 제철소내에서 폐기물/부산물로 발생하면서 소결 배합원료로 사용되는 잡원료로서 철원인 함철더스트류, 자선슬래그, 밀스케일 중 다량의 탄소를 함유하고 있거나, 다량의 금속철 성분을 함유한 물질을 말한다.

함철 더스트류는 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 화학 성분에 따라 비발열성 함철 더스트류(함철 더스트1)와 발열성 함철 더스트류(함철 더스트2)로 분류할 수 있다. 비발열성 함철 더스트류에는 소결공정에서 발생하는 소결-R.E/P더스트와, 압연공정에서 발생한 슬러지를 소각처리한 압연-소각회가 있다. 발열성 함철 더스트류에는 고로 공정에서 발생하는 고로-E/P더스트, B/F더스트, D/C더스트 및 슬러지들과, 제강공정에서 발생하는 제강-C/F더스트, 슬러지, E/C더스트 및 E/P더스트들과, 용융로에서 발생하는 용융로-주상더스트 및 슬러지가 있다.

이들 발열성 함철 더스트류의 특징은 화학성분면에서 탄소함유량이 많거나 금속철 함유량이 많다는 것이다. 또한, 잡원료 중 더스트류 이외의 발열성 함철 물질로는자선슬래그와 밀스케일이 있는데, 자선슬래그의 경우에는 금속철 함량이 높고, 밀스케일의 경우에는 금속철 함량이 낮으나 금속철이 1차 산화상태, 즉 FeO의 함량이 높아 그 산화발열량이 크기 때문에 발열성 함철 물질로 구분하였다.

[표 1]

여기에서, 소결-R.E/P더스트는 소결기에서 배출된 소결괴의 파쇄과정에서 발생하는 분진을 정전 석출기(electrostatic precipitator)에서 포집한 것이고, 고로-E/P더스트는 고로 장입물인 제선원료, 즉 철광석, 소결광, 코크스 등의 저장조에서 발생한 분진을 정전 석출기에서 포집한 것이고, 고로-B/F더스트는 고로조업의 출선과정에서 주상의 탕도를 통과하는 용선에서 발생하는 분진을 백 필터(bag filter)로 포집한 것이고, 고로-D/C더스트는 고로노정으로 배출된 배가스에 함유된 굵은 분진을 1차로 더스트 캐쳐(dust catcher)에서 포집한 것이고, 제강-C/F더스트는 제강조업에서 전로 배가스 중 굵은 분진을 1차로 정화기(clarifier)에서 분급하여 포집한 것이고, 제강-E/C더스트는 제강조업의 전로 배가스 중 굵은 분진을 1차로 증발 냉각기(evaporation cooler)에서 포집한 것이고, 제강-E/P더스트는 제강조업의 전로 배가스 중 미세한 분진을 2차로 정전 석출기에서 포집한 것이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.

철광석 소결광을 제조하기 위하여 표 2에 나타낸 바와 같이 여러 종류의 배합원료를 준비하였다. 하기 표 2에서 실시예 A의 배합비는 최근의 소결공정에서 적용하는 배합비와 유사한 예이고, 실시예 B-F는 본 발명에 따라서 발열성 함철물질 즉, 함철 더스트2, 밀스케일, 자선분광의 배합비를 9-23wt%까지 변화시킨 예이다.

하기 표 2의 배합비에서 함철 더스트1은 소결-R.E/P더스트와 압연-소각회를 9:1의 비율로 혼합한 경우이고, 함철 더스트2는 여러 종류의 발열성 함철더스트 탄소 함량과 금속철분 함량이 가장 많은 고로-슬러지와 제강-슬러지를 선정하여 이들을 1:1의 비율로 혼합한 경우이다.

[표 2]

실시예 A는 고체 연료물질인 분코크스 3.17wt%와 무연탄 0.5wt%를 포함되어 있으며, 비발열성인 함철더스트1을 1.7wt%, 발열성 함철물질인 밀스케일, 자선분광 및 함철 더스트2을 총 3.29wt% 포함하고 있다.

실시예 B는 고체 연료물질을 배합원료에 포함하는 대신에 발열성 함철 물질(밀스케일 2wt%, 자선분광 2.5wt%, 함철 더스트2 4.5wt%)이 9wt% 배합되어 있는 경우이다.

실시예 C는 고체 연료물질대신 발열성 함철물질을 16.6wt% 첨가한 경우이고, 실시예 D는 발열성 함철물질 16.2wt%와 고체 연료물질의 일종인 침전지 코크스를 0.5wt% 추가한 경우이다.

실시예 E는 고체 연료물질대신 발열성 함철물질을 23wt% 첨가한 경우이고, 실시예 F는 발열성 함철물질 9wt%, 함철 더스트1 15wt%와 침전지 코크스 0.5wt%를 첨가한 것이다.

이들 배합원료로 소결광을 제조했을 때의 소결 생산성과 소결광 품질인 회전강도와 배가스 중 질소산화물의 최고 농도를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

통상적인 고체 연료물질을 사용하는 실시예 A에 있어서 소결생산성은 26.8(t/d·m²), 회전강도는 74.9(%), 질소산화물 농도는 312(ppm)인데 비하여, 고체 연료물질를 사용하지 않고 발열성 함철물질만 16.6wt% 첨가한 실시예 C의 경우 회전강도는 기준예에 비하여 다소 낮았으나, 생산성은 27.5(t/d·m²)으로 현저하게 향상되었고, 배가스 중의 질소산화물 농도도 103(ppm)으로 현저히 저감되었다.

또한, 실시예 C와 유사하면서 통상적인 조업에서 연료물질로 사용되는 침전지 코크스를 0.5wt% 첨가하여 열량을 보충한 실시예 D는 실시예 A에 비하여 생산성 및 강도가 모두 개선되었으며, 질소산화물 농도는 실시예 C에 비해 약간 증가하였다.

그러나, 고체 연료물질을 사용하는 대신에 발열성 함철 물질이 9wt%와 23wt%로 각각 첨가되어 있는 실시예 B, E의 경우는 실시예 A에 비하여 생산성 및 강도가 저하하였다. 그리고, 발열성 함철물질을 9wt% 첨가하면서 함철 더스트1을 15wt% 첨가한 실시예 F는 소결생산성 및 강도가 가장 낮은 수준이었다.

따라서, 통상적인 소결 배합원료에 사용하는 고체 연료물질인 분코크스와 무연탄등을 전량 발열성 함철 물질로 대체하기 위하여는 발열성 함철물질을 10-20wt% 범위 내에서 첨가하면 종래의 소결조업에 비해 소결생산성과 소결광 회전강도는 동등하거나 그 이상의 수준으로 얻을 수 있으며, 배가스중 질소산화물의 농도는 현저하게 저감된 소결광을 제조할 수 있다는 것을 알수 있었다.

결과적으로, 본 발명에 따라서 발열성 함철물질을 사용하는 효과는 두가지로 요약될 수 있다. 즉, 종래 사용하던 고가의 고체 연료물질을 분코크스나 무연탄을 제철소 자체에서 발생하는 부산물/폐기물로 대체할 수 있다는 것과, 소결공정에서 발생하는 환경 오염물질인 질소산화물의 발생량을 대폭 저감시킬 수 있는 것이다.

이때, 고체 연료물질의 대체효과는 본 발명에 따라서 사용되는 발열성 함철 물질의 발열작용에 기인한다. 즉, 발열성 함철물질에 함유된 탄소성분은 고체 연료물질에 함유된 고정 탄소분과 동일한 결정구조는 아니지만 소결반응조건 하에서 산화발열 작용이 일어나고, 또한 금속철 성분이나 FeO 성분의 단계적인 산화반응(즉, Fe→FeO→Fe₃0₄→Fe₂0₃)에서 역시 발열작용이 일어나므로, 소결배합원료의 소결반응에 필요한 열량을 공급한다.

또한, 본 발명에 따라서 소결할 때 배가스 중의 질소산화물 배출량이 대폭저감되는 원인은 고체 연료물질과 발열성 함철물질 중의 질소 함량 차이 때문인 것으로 생각된다. 즉, 분코크스나 무연탄은 모두 자연상태에서 산출되는 석탄을 연료로 한 것이고, 또한 이 석탄의 기원 물질은 식물이므로 분코크스에는 1.0∼1.3wt%, 무연탄에는 탄종류에 따라 다르지만 대체적으로 0.2∼1.5wt%의 질소가 함유되어 있어, 이들 질소의 일부가 소결반응에서 질소산화물로 배출된다. 그러나, 본 발명에 따라서 연료물질대신 사용한 발열성 함철물질은 대부분 철광석을 원료로 한 소결광, 용선 및 용강을 제조하는 과정에서 발생한 부산물/폐기물이므로 질소분을 극미량만 함유하고 있으므로 본 발명에 따라 소결하는 과정에서는 배가스 중 질소산화물의 배출량이 대폭적으로 저감되는 것이라 생각된다.

본 발명에 의하여 소결공정에서 사용하는 고가의 고체 연료물질을 사용하지 않고 발열성 함철물질을 대체 사용함으로써 종래의 소결조업에 비해 소결생산성, 소결광 회전강도는 동등하거나 그 이상의 수준으로 얻을 수 있으며, 배가스중 질소 산화물의 농도는 현저하게 저감된 소결광을 제조할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 철원물질과, 융제와, 연료물질을 배합하여 배합원료를 준비하는 단계와, 상기 배합원료를 소결하여 소결광을 제조하는 단계로 이루어진 소결광 제조방법에 있어서,

   상기 배합원료의 연료물질은 제철소 내에서 발생하는 발열성 함철물질로 구성되고, 상기 발열성 함철물질은 상기 배합원료의 10-20wt%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 발열성 함철물질을 첨가한 소결광 제조방법.