KR100398278B1 - 저 산화도 소결광 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DL소결기를 사용하는 철광석 소결공정에 있어서 고로장입원료인 소결광의 산화도를 감소시키기 위한 소결광 제조방법에 관한 것으로서, 소결과정에서 산화철의 환원반응을 촉진하고 냉각단계에서는 환원철의 재 산화반응을 억제할 수 있도록 소결배합원료에 탄재를 함유한 산화철 브리켓트를 혼합하여 소결하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 제조된 소결광은 그 평균산화도가 감소하게 되어 고로에 산화도가 낮은 소결광을 장입할 수 있게 되므로 고로조업의 생산성을 향상시킬 수 있는 동시에 연료비를 절감할 수 있는 효과가 있다

Description

저 산화도 소결광 제조 방법{Method of reducing sinter with Low Oxidation Degree}

본 발명은 저산화도 소결광 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 드와이트로이드(Dwight Lloyd) 타입의 연속식 소결기를 이용하여 철광석 소결공정에 서 소결배합원료에 탄재가 함유된 산화철 브리켓(briquette)을 혼합하여 소결광을 제조하는 저 산화도 소결광 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 드와이트로이드(이하 DL로 명기함) 타입의 소결공정은 미분의 철광석을 소결하여 고로에 장입 및 반응에 용이한 적합한 크기를 가진 괴상의 소결광을 제조하는 것으로, 일반적인 DL 소결기의 구조는 도1a에 나타낸 바와 같다.

도1a에서 보는 바와 같이 DL소결기(20)는 무한궤도로 이루어진 다수의 소결기대차(10)로 구성되어 있으며 드럼피더(6)를 통해 소결기대차(10)상으로 소결배합원료가 공급된다. 상기 드럼피더(6)에 의해 공급된 소결배합원료는 소결기대차(10)상에서 일정한 높이를 가지는 소결원료층을 형성하는데, 상기 소결기대차(10)가 점화로(8)를 통과하면서 소결원료층의 상부 표면이 점화되면 소결배합원료에 함유된 연료코크스가 연소 되면서 철광석의 소결반응이 개시된다.

한편, 도1b는 상기 소결배합원료가 적층되어 이동하게 되는 소결기대차(10)의 구조를 나타내고 있는데, 소결기대차(10)의 바닥은 소결반응에 필요한 공기가 소결층을 통과할 수 있도록 화격자(fire grate)(12)로 구성되어 있으며 소결기대차 (10) 하부의 주배풍관(미도시)과 연결된 공기흡인기에 의해 소결층 상부로부터 흡인된 공기는 소결층 내에서 소결배합원료와 혼합되어 있는 연료코크스를 연소하게된다.

또한, 연료코크스의 연소에 의해 소결기대차(10)의 소결배합원료의 소결반응이 진행됨에 따라 소결원료층은 도2에 예시된 구조를 가지는 소결층으로 전환되며 소결반응이 완료된 후에는 소결광 만이 남게된다.

한편, 상기 소결배합원료는 주원료인 미분의 원료철광석에 석회석,규석 등의 부원료와 연소에 필요한 연료코크스의 혼합물로 구성되어 있다. 여기서 헤마타이트 (hematite;Fe₂O₃)가 주성분인 원료철광석은 연료코크스가 연소하면서 방출하는 연소열과 CO가스 및 코크스 중의 탄소에 의해 환원과정을 거치게 된다. 즉 연료코크스의 연소열에 의해 소결층의 연소대의 온도는1300~1500℃에 이르게 되며 연료코크스가 연소하면서 다량의 CO가스가 방출되어 소결연소대는 환원분위기를 유지하며 분말의 원료철광석을 환원시키게 된다.

그러나, 연료코크스가 모두 연소된 후 소결연소대는 소결층 하부로 이동되며 소결연소대가 위치했던 지점은 소결층 상부로부터 흡인되는 찬 공기에 의해 냉각되면서 괴상의 소결광이 형성된다. 소결광이 형성되는 냉각단계에서는 산화분위기로써 연료코크스의 연소과정에서 환원된 원료철광석은 재산화 과정을 거치게 되며, 이 때 전체적으로 소결광의 산화도가 증가하게 된다.

이와 같이 소결광의 산화도가 증가할수록 소결광은 고로 내에서 환원되기 어려우며 고로에 장입되는 연료코크스의 양은 증가되어 결과적으로 연료비가 상승하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고로내에서 소결시 산화철의 환원반응이 촉진되며, 환원철의 재 산화반응이 억제되어, 고로내의 연료코크스의 공급량을 감소시켜 연료비를 절감할 수 있는 저 산화도 소결광을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

도1a는 DL소결기의 개략적인 구조를 나타낸 단면도.

도1b는 소결기 대차의 구조를 나타낸 사시도.

도2는 소결층의 구조를 예시하는 블록도.

도3은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 저산화도 소결광을 분석하기 위한 모사 시험기의 개략적인 구조를 도시한 단면도.

도4는 XRD분석에 의한 잔류 환원 브리켓트의 성분을 나타낸 파형도.

도5는 광학현미경을 통해 본 잔류 환원 브리켓트의 조직 사진.<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

6 : 드럼피더(Drum Feeder) 8 : 점화로(Ignitor)

10 : 소결기대차(Pallet) 12 : 화격자(Grate Bar)

20 : 소결기(Sinter Machine) 32 : 공기흡인기(Blower)

40 : 소결포트(Sinter Pot)

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 DL소결기를 이용하여 고로장입원료인 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 고로에 장입되는 소결광의 산화도를 감소시키기 위하여, 분말철광석과, 석회석과, 사운암과, 규석과, 생석회와, 코크스로 이루어진 소결배합원료에, 85중량%의 Fe₂O₃(분말)와, 8중량%의 석회석과, 5중량%의 규석과, 2중량%의 알루미나로 이루어지며 7중량%의 탄재를 함유한 브리켓을 혼합하여 소결하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 저 산화도 소결광 제조방법에 있어서 산화철 브리켓트에 혼합되는 탄재는 탄소(Carbon) 또는 탄소가 주함유된 것으로 이후 소결과정에서 산화되어 CO가스를 발생시킬 수 있는 물질을 말하며 본 발명의 실시 예에서는 코크스를 사용하였다.

산화철 브레킷트는 상기 탄재와 함께 석회석,규석,알루미나 등과 같은 슬래그(slag) 성분을 일정비율 혼합 첨가하여 제조되는데 그 제조되는 형태는 필렛(pe llet) 또는 브리켓트(briquette)형태의 복합물(composite)을 포함하며 헤마타이트( Fe₂O₃)나 마그네타이트(Fe₃O₄) 또는 그 혼합물로 구성된다. 상기와 같이 제조되는 산화철 브레킷트는 소결공정시 소결배합원료 내에 일정비율로 첨가 및 혼합되어 소결하게 된다.

상기와 같이 구성된 소결배합원료에 브리켓트를 첨가하여 소결시키는 방법에 의하면, 산화철 브리켓트가 혼합된 소결배합원료가 드럼피더(6)를 통해 소결기대차(10) 내에 공급된 후 점화로(8)에서 소결원료층의 표면이 점화되어 소결되는 것이다.

점화된 소결원료층은 일정시간이 지나면 전술된 도2와 같이 소결층 상태로 전환되는데, 그 가열된 내부의 소결연소대에는 CO가스가 많은 환원 분위기에서 브리켓트를 구성하는 고체탄소와 산화철(Fe₂O₃)이 활발하게 반응하여 산화철의 환원반응이 진행된다.

그 결과 상기 브리켓트중의 헤마타이트 (산화도 1.5)는 마그네타이트(산화도 1.33)를 거쳐 뷔스타이트(FeO;산화도 1.0) 와 Metal Fe가 생성될 때까지 환원된다. 이러한 환원반응이 계속 진행됨에 따라 고체탄소가 소멸되어 환원력이 저하하게 되면 상기 환원된 브리켓트의 표면으로부터 재산화 반응이 시작되는데, 여기서 재산화 속도는 냉각 공기 중의 산소가 브리켓트 내부로 확산되는 속도에 의해 결정된다.

그러나, 상기 브리켓트의 미세기공을 통한 산소의 확산 속도는 매우 느리게 진행되어지고 또한 여기에서 탄재 내장 브리켓트 중의 산화철을 충분히 환원시키고도 남을 여분의 탄재(탄소)를 첨가하면 탄소의 일부가 환원철에 용해되어 결국 환원된 브리켓트가 재산화 되는 것을 지연시켜 준다.

<실시예>

본 발명에 따른 효과를 입증하기 위하여 도3과 같은 소결기 모사 시험장치를 이용하여 다음과 같은 실험을 행하였다.

먼저 99% 이상의 순도를 가지는 미세한 분말의 헤마타이트 시약을 사용하여 브리켓트를 제조하였다. 상기 브리켓트에 혼합되는 탄재로 분말의 코크스를 7% 첨가하였으며 석회석 등의 슬래그 성분을 혼합 첨가하였다. 이렇게 코크스가 첨가되어 제조된 브리켓트의 성분을 표1에 나타냈다.

성분	배합비(wt%)
Fe2O3(분말)	85
석회석	8
규석	5
알루미나	2

그리고, 상기 브리켓트는 배합원료를 5ton/cm²의 압력으로 압축, 성형하여 직경 15mm 높이 10m의 원주형으로 제조하였다. 또한 일련의 원료조립 과정을 통해 소결기에 장입되는 표준 소결배합원료(주원료인 미분의 철광석과 부원료인 분말의 석회석, 그리고 코크스를 고루 배합한 철광석 배합원료)를 준비하였다. 이러한 소결실험의 원료배합안을 표2에 나타내었다.

원료 및 연료	배합비(wt%)
분말 철광석	80.42
석회석	12.07
사문암	2.24
규석	0.69
생석회	0.93
코크스	3.65

한편, 상기 제조된 탄재 내장 브리켓트를 소결배합원료에 첨가하여 도3에 예시한 소결모사 시험기의 소결포트(sinter pot)(40)에 장입하고, 점화로(8)를 이용하여 소결원료층 상부를 2분간 1100℃로 유지하여 점화하였다. 그 후 공기흡인기(3 2)를 작동하여 소결원료층 상부로부터 하부로 소결에 필요한 공기를 지속적으로 흡인하였다. 소결 실험조건은 표3에 상세히 나타내었다.

소결층 직경	240mm
소결층 높이	500mm
점화온도	1100℃
공기흡인압력	1500mmH2O

소결과정이 완전히 끝나고 생성된 소결광을 대기 중에서 냉각시킨 후 해체하여 탄재 내장 브리켓트를 수거하여 XRD 분석을 통해 환원된 정도를 조사하고 소결광의 성분과 비교하였다.

본 실험에서 얻어진 환원철 브리켓트와 소결광의 XRD 성분분석 결과를 도4에 나타내었다. 소결광에는 뷔스타이트가 발견되지 않은 반면 브리켓트에는 뷔스타이트가 존재하는 것으로 나타났다.

도4에 나타난 헤마타이트와 마그네타이트, 그리고 뷔스타이트 성분에 대한 XRD 피크 강도(Peak Intensity)를 고려할 때, 환원철 브리켓트 중 뷔스타이트의 양은 상당히 많은 것을 알 수 있다.

소결배합원료의 연료 코크스가 연소할 때는 소결원료와 브리켓트 중의 산화철이 모두 부분적으로 환원될 수 있지만 냉각단계에서 브리켓트는 재산화 반응이 억제되어 소결광과는 달리 헤마타이트와 마그네타이트에 비해 산화도가 낮은 뷔스타이트가 상당량 존재하게 된다.

한편, 광학현미경을 이용하여 환원된 브리켓트의 조직을 관찰하였다. 도5는 연마 브리켓트의 표면을 200 배로 확대하여 관찰한 것으로 중앙의 밝은 원은 Metal Fe로 주변의 작은 다각형의 마그네타이트 및 슬래그 성분에 둘러싸여 있는 것을 볼 수 있다. 일반적으로 소결시 냉각 단계의 재산화 분위기로 인해 소결광에는 Metal Fe가 존재하지 않지만 브리켓트 중의 산화철은 뷔스타이트를 거쳐 Metal Fe 까지 환원되고 재산화 반응이 억제되어 잔존하는 것으로 나타났다.

따라서, 소결배합원료에 탄재 내장 산화철 브리켓트를 혼합하여 소결할 경우 전체적으로 평균 산화도가 낮은 소결광이 얻어 짐을 알 수 있다.

상술한 바에 따른 본 발명에 의하면 소결광을 제조하기 위한 원재료에 탄재가 내장된 산화철 브리켓트를 혼합하여 소결시켜 저산화도 소결광을 제조할 수 잇으므로, 소결광의 평균산화도가 감소하게 되어 고로에 산화도가 낮은 소결광을 장입할 수 있게 되므로 고로조업의 생산성을 향상시킬 수 있음은 물론 동시에 연료비를 절감할 수 있는 효과가 있다

Claims (3)

1. 드와이트로이드(Dwight Lloyd) 타입의 연속식 소결기를 이용하여 철광석 소결공정으로 고로장입원료인 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 고로에 장입되는 소결광의 산화도를 감소시키기 위해, 분말철광석과, 석회석과, 사운암과, 규석과, 생석회와, 코크스로 이루어진 소결배합원료에, 85중량%의 Fe₂O₃(분말)와, 8중량%의 석회석과, 5중량%의 규석과, 2중량%의 알루미나로 이루어지는 산화철 브리켓트에 7중량%의 탄재를 함유시킨 후 혼합하여 소결하는 것을 특징으로 하는 저 산화도 소결광 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄재는 코크스인것을 특징으로 하는 저 산화도 소결광 제조방법.
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