KR100433251B1 - 고결정수 철광석을 함유하는 소결광 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고결정수 철광석을 포함하는 소결광을 제조하는 방법에 관한 것으로, 제조 방법은 표면에 고체연료가 피복되어 있는 고결정수 철광석을 함유하는 분철광석과, 석회석 및 생석회 등의 CaO함유 부원료와, 규석 및 사문암 등의 SiO₂함유 부원료와, 코크스 등의 고체 연료로 이루어진 배합원료를 준비하는 단계와, 배합원료를 소결기의 소결대차 상에 장입하는 단계와, 소결대차 상에 장입된 배합원료를 착화하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하므로, 소결광의 강도, 회수율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

고결정수 철광석을 함유하는 소결광 제조 방법{Method for manufacturing sintered ore}

본 발명은 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석을 포함하는 고로용 소결광을 제조하는 방법에 관한 것이고, 특히 고결정수 철광석을 함유한 배합원료를 사용하여 제조되는 소결광의 상온 강도, 성품 회수율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 소결광 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고로에서 철을 생산하는 데 필요한 소결광은, 안정된 고로조업을 위하여, 강도, 피환원성, 내환원분화성 등이 우수한 품질을 구비하여야 한다. 따라서, 소결광의 품질을 엄격하게 관리하고 있으며, 특히 소결광 제조 비용의 관점에서, 소결광의 성품 회수율 및 생산성도 조업 관리의 중요한 지표로서 관리되고 있다.

도1 및 도2를 참조하면, 소결광을 생산하기 위한 소결 장치에는 화격자(12)가 하부에 설치되어 있는 소결대차(10)가 무한궤도 상에 다수 연결되어 있고, 화격자(12) 상에 장입되는 소결광용 배합원료를 점화시키기 위한 점화로가 구비되어 있으며, 화격자(12)를 통하여 상부에서 하부로 공기가 흡인된다.

소결 공정에 사용되는 원료는 보통 8 ㎜ 내지 10 ㎜ 이하 크기의 분철광석과, 석회석 및 생석회 등의 CaO함유 부원료와, 규석 및 사문암 등의 SiO₂함유 부원료와, 코크스 등의 고체 연료로 이루어진다. 이들 원료들은, 소결광 품질 및 조성을 고려하여 결정된 소정의 배합비에 따라, 원료저장용 빈(bin)으로부터 혼합기(mixer)로 공급되어 혼합된 후, 첨가되는 적당량의 수분에 의해 소정크기로 조립된다.

장입장치를 통하여 화격자(12) 상에 장입된 배합원료들은 점화로(13)의 점화장치에 의해 착화된다. 그리고, 화격자(12)를 통해 공기가 계속 흡인되므로, 배합원료의 연소대 및 용융대가 소결대차(10)의 하부방향으로 이동하여 소결대차(10)의 화격자(12)에 도달하면 소결 공정이 완료되고 이때 생산된 거대한 소결체인 소결블록은 배광부(14)를 통해 배출된다. 즉, 상기 점화 장치에 의해 배합원료 중의 코크스가 연소되면서 열을 생성하고, 이 열에 의하여 분철광석들이 부원료와 반응하여 용액을 생성하며, 이러한 용액에 의하여 분철광석들은 서로 결합하게 된다.

한편, 배광된 소결블록은 파쇄 장치에 의하여 파쇄 정립되는 데, 일정한 입자크기 이상의 소결광을 성품으로서 회수하는 반면에, 대체적으로 -5 ㎜ 이하의 크기를 갖는 소결광은 반광으로 분리된 후, 다른 원료들과 혼합되어 배합원료로서 사용된다.

이와 같은 소결광 제조에 있어서, 종래에는 소결광을 만드는 철원료로서 주로 적철광(Fe₂O₃) 이나 소량의 자철광(Fe₃O₄)이 사용되어 왔으나, 최근에는 이들 양질의 철광석이 고갈됨에 따라, 보통 수분과 SiO₂를 각각 3% 이상 함유하고 있는 갈철광(Fe₂O₃·nH₂O)을 다량으로 함유한 고결정수 철광석의 사용이 점차 증가하고 있다.

이러한 고결정수 철광석은, 철광석의 종류에 따라서, Al₂O₃를 1.2% 내지 1.7% 정도 포함하고 있고, 특히 상온 또는 가열 후에 기공율이 높으므로, 소결원료로서 다량 사용하는 경우에, 소결광의 강도를 저하시키거나 또는 소결광의 회수율 및 생산성을 저하시키는 문제점을 파생시킨다.

일반적으로, 소결광 제조 시에 배합되는 원료의 구성비는 고로조업 특성에 따라서 달라지지만, 대체로 철광석이 약 75% 내지 85%, 부원료로서 석회석이 약 10% 내지 16%, 사문암과 규석이 각각 1% 내지 2% 정도이기 때문에, 철광석 소결에서 CaO와 철광석이 반응하여 발생하는 칼슘페라이트 생성 반응이 주반응을 형성하고 있다.

따라서, 철광석으로서 적철광을 주로 함유하고 있는 배합원료에서는, 미분의 철광석과 석회석이 반응하여 용액이 생성되고, 이 후에 이러한 용액은 조립의 철광석 표면에서부터 내부로 서서히 확산하므로, 조립 상태인 철광석의 상당 부분은 미반응인 상태로 소결광 내에 잔류하게 되고, 또한 용액 내에는 소량의 기포가 존재하여, 기공율이 상대적으로 낮은 양질의 소결광을 얻을 수 있다.

또한, 소결 반응에 있어서, 석회석(CaCO₃)의 열분해와 연료의 연소에 따라서 CO₂가스가 다량으로 발생하는 데, 이들 CO₂가스 뿐만 아니라 공기는 용액 생성 반응 중에 용액 중에 포획되어 기포를 형성한다. 그러나, 조립의 적철광을 다량 사용하여 용액과 철광석과의 반응이 서서히 일어나는 반응에서는, 용액의 유동성이 좋으므로, CO₂가스 또는 공기는 용액으로부터 쉽게 빠져나오거나 상호 합체되어 공기의 흐름에 유리한 개기공(open pore)을 형성하고, 그 결과 소결광 중에는 조대한 기공의 잔류가 적어진다.

그러나, 고결정수 철광석을 배합하여 소결한 경우에는, 철광석이 가열됨에 따라서 결정수가 해리되어, 갈철광이 적철광(Fe₂O₃)으로 변화하고, 철광석 내에는 대소의 균열대(18)가 다량으로 생성된다(도4 참조).

따라서, 고결정수 철광석과 CaO가 반응하여 형성된 용액은 균열대(18)를 따라서 철광석 내에 침투하게 되고, 그 결과 용액과 철광석이 급격하게 반응하므로, 훨씬 많은 양의 용액이 생성됨과 동시에 Fe₂O₃의 농도가 상대적으로 높은 용액이 생성된다. 이 결과, 고결정수 철광석의 사용량 증가에 따라, 용액 내에는 Fe₂O₃농도가 증가하여, 도5의 CaO-Fe₂O₃계 상태도에서와 같이, 용액의 액상 온도가 증가하여 철광석의 용융 온도를 상승시키고 또한 상대적으로 점성이 증가하여 용액의 유동성이 악화된다.

또한, 고결정수 철광석에는 적철광에 비하여 SiO₂함량이 높기때문에, 철광석 중의 Fe₂O₃성분과 함께 SiO₂성분도 용액 생성 반응에 급속하게 참여하게 되어, 칼슘페라이트계 용액 내에서 SiO₂의 농도가 증가하게 된다. 칼슘페라이트(CaO-Fe₂O₃)계 용액에서 SiO₂농도의 증가는, 도6에 도시된 바와 같이, 용액의 점성을 크게 증가시켜 용액의 유동성을 더욱 악화시키는 요인이 된다. 또, Al₂O₃의 농도 증가도 용액의 유동성을 악화시키는 큰 요인이 된다.

따라서, 소결 반응 결과 생성된 CO₂가스 또는 공기는 점성이 높은 용액으로부터 빠져나오기 어렵기 때문에, 소결 반응 후 얻어지는 소결광 중에는, 도7에 도시된 바와 같이, 약 1 ㎜ 내지 5 ㎜ 정도의 폐기공이 많이 잔류하게 되며, 그 결과 소결광의 강도와 회수율이 저하하게 된다.

일반적으로 소결반응시 기공의 증가는 통기성을 개선하는 것으로 알려져 있지만, 고결정수 철광석을 다량 사용 시에는 기공 증가에도 불구하고, 통기성이 개선되지 않는다. 이것은 형성된 기공의 형태가 공기의 흐름에는 별로 도움을 제공하지 않는 폐기공(close pore) 구조로 되어 있기 때문이며, 고결정수 철광석을 다량으로 사용하는 경우에는 용액의 점도가 증가하여 공기의 흐름이 저하되고, 그 결과 소결시간이 길어져 생산성을 저하시킨다.

상기 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고결정수 철광석을 다량으로 사용하는 경우에 있어서, 생산성의 저하 또는 부원료의 대폭적인 증가 등의 문제를 유발시키지 않고 소결광의 상온 강도, 생산성 및 회수율을 유지 또는 개선시킬 수 있는 소결광 제조 방법을 제공하는 데 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 소결광 제조 방법은 표면에 고체연료가 피복되어 있는 고결정수 철광석을 함유하는 분철광석과, 석회석 및 생석회 등의 CaO함유 부원료와, 규석 및 사문암 등의 SiO₂함유 부원료와, 코크스 등의 고체 연료로 이루어진 배합원료를 준비하는 단계와, 상기 배합원료를 소결기의 소결대차 상에 장입하는 단계와, 상기 소결대차 상에 장입된 배합원료를 착화하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도1은 일반적인 소결대차의 사시도.

도2는 도1의 소결대차가 무한궤도 상에 장착되어 있는 소결기의 구조도.

도3은 적철광 소결시 소결광의 결정구조의 개념도.

도4는 고결정수 철광석 가열시 철광석 내에 생성된 균열대의 개념도.

도5는 CaO-Fe₂O₃계 상태도.

도6은 CaO-Fe₂O₃-SiO₂계에서 SiO₂농도변화에 따르는 용액의 점성 변화도.

도7은 고결정수 철광석 사용 시 소결광의 결정구조 개념도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 소결대차

11 : 측벽

12 : 화격자

13 : 점화로

14 : 배광부

15 : 미반응 잔류 적철광

16 : 칼슘페라이트

17 : 기공

18 : 균열대

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

본 발명에 따르면, 소결광용 배합원료는 고결정수 철광석을 함유하는 분철광석과, 석회석 및 생석회 등의 CaO함유 부원료와, 규석 및 사문암 등의 SiO₂함유 부원료와, 코크스 등의 고체 연료로 이루어지고, 상기 고결정수 철광석의 표면에는 고체 연료가 피복되어 있다.

철광석과 부원료를 포함하는 소결원료 중에서 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석이 차지하는 무게 구성비만큼 전체 원료 중의 일부를 고결정수 철광석에 혼합 및 조립하여 고결정수 철광석의 표면에 연료를 피복한다.

사문암과 규석의 입도는 -4 ㎜ 또는 바람직하게는 이보다 더 크게 하는 것이 바람직하다. 특히, 이들 사문암과 규석의 입도는 일반 철광석들의 입도와 유사하게 -8 ㎜ 정도로 유지하는 것이 바람직하다.

따라서, 1차적으로 코크스 등의 고체 연료를 고결정수 철광석의 표면에 피복시킨 후, 사전처리된 원료를 다른 모든 원료들과 혼합 및 조립하여, 배합원료를 생산하고, 이들 배합원료들을 소결대차에 장입하여 소결을 행한다.

따라서, 고체연료가 표면에 피복되어 있는 고결정수 철광석을 포함하는 배합원료를 점화시키면, 고결정수 철광석 표면의 코크스의 연소열이 직접적으로 고결정수 철광석 내부나 주위에서 생성되는 용액을 가열하며, 그 결과 고결정수 철광석 사용시 발생하는 용액 중 Fe₂O₃와 SiO₂농도의 상승에 따른 용액의 점성 상승을 억제하여 용액의 유동성을 개선시킨다.

또한, 철광석 소결에 첨가하게 되는 규석이나 사문암의 입도를 조대화시키면, 이들 부원료들의 입도가 크게되어 소결 용액 중에 SiO₂가 반응하여 들어가는 양이 상대적으로 크게 감소하고, 이에 따라 용액의 점성도 그만큼 낮아지게 되어 용액의 유동성이 개선된다.

[실시예]

본 발명의 실시예에서는, 고결정수 철광석 사용시 소결광의 품질 및 소결공정에서의 문제점을 파악하여, 규석과 사문암의 입도를 조대화시키고, 고결정수 철광석 표면에 코크스 등의 연료를 피복하였다. 그리고, 소결광의 품질 및 조업개선효과를 시험하기 위하여 소결시험을 실시하였다.

시험에 사용된 소결시험용 포트(port)는 직경이 240㎜이고, 점화온도는 1,100℃이고, 점화시간은 2분간 유지하였으며, 소결층내 초기부압은 1,500(㎜H₂O)으로 유지하였다.

본 소결시험에 사용된 배합원료의 배합비는, 하기 표1에 나타난 바와 같이, 고결정수 철광석을 전혀 포함하지 않은 배합비1과 결정수 함량이 약 9% 정도인 고결정수 철광석을 25% 포함한 배합비2를 사용하였다. 그리고, 소결반광과 연료를 이들 원료에 포함한 총원료 중 반광비와 연료비는 각각 1.6%, 3.65%가 되도록 하였다.

[표 1]소결시험용 원료배합비(단위: %)

	적철광	자철광	고결정수 광석	석회석	생석회	사문암	규 석	총 계
배합비1	77	3	0	15.1	1.4	2.5	1	100
배합비2	52	3	25	15.1	1.4	2.5	1	100

이와 같은 배합비를 갖는 소결광용 배합원료에 대하여, 표2에 나타낸 바와 같이, 사문암 및 규석의 입도를 결정하고, 또한 고결정수 철광석의 사전처리 여부를 결정하여, 생산된 배합원료를 장입밀도 1.95로 포트에 장입하고, 소결시험을 실시하였다.

[표 2]소결시험 실시조건

	배합 조건	고결정수 광석사전처리	사문암 입도	규석 입도
실 시 예 1	배합비 1	미실시	-1 ㎜	-1 ㎜
실 시 예 2	배합비 2	미실시	-1 ㎜	-1 ㎜
실 시 예 3	배합비 2	갈철광표면에코크스 코팅	-8 ㎜	-8 ㎜

본 실시 조건들로부터, 얻어진 소결 결과는 표3과 같다.

[표 3]소결시험 결과

	실 시 예 1	실 시 예 2	실 시 예 3
상온 강도(%)	74	71	73.5
성품 회수율(%)	68	64	67
생산성(T/D/m2)	32	30	32

표3에서, 고결정수 철광석을 전혀 포함하지 않고 있는 실시예1에 비하여 부원료인 사문암과 규석의 입도를 -1㎜로 유지하고 또한 사전처리되지 않은 고결정수 철광석을 25% 포함하고 있는 실시예2에서는 강도, 회수율 및 생산성이 크게 저하되는 것을 알 수 있다.

그러나, 실시예3에서와 같이 본 발명의 실시예에 따라서, 부원료인 사문암과 규석의 입도를 -8㎜로 조대화시키고, 또한 고결정수 철광석의 표면에 코크스를 혼합 및 조립하여 피복한 후에 이들 배합원료들을 나머지 원료들과 혼합한 후에, 이들 원료를 포트에 장입하여 소결하였을 경우에는 실시예2에 비하여 소결광의 강도, 성품 회수율 및 생산성이 크게 개선되는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 소형의 소결시험 모사장치를 통하여 본 발명의 효과를 확인한 후에는 소결광을 대량으로 생산하는 산업용 소결장치를 이용하여 시험조업을 실시하였다.

이때, 결정수를 약 9% 정도 함유하는 고결정수 철광석을 30% 포함하는 원료배합 상태하에서 고결정수 철광석에 대한 코크스의 피복처리와 함께 사문암과 규석의 입도를 -8㎜ 정도로 조대화시켰을 경우에는, 고결정수 철광석을 30% 배합하고 고결정수 철광석을 사전처리하지 않고 사문암과 규석의 입도가 -1㎜인 경우에 비하여, 소결광의 강도는 저하되지 않았다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 고결정수 철광석의 성품회수율이 67%이고, 생산성이 32 ton/day/M²인 것으로 나타났다.

따라서, 본 발명에 따르면, 코크스 등의 고체연료가 표면에 피복되어 있는 고결정수 철광석을 포함하고 또한 사문암과 규석 등의 부원료의 입도를 조대화시킨 배합원료를 사용하여 소결광을 제조함으로써, 소결광의 강도, 회수율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지를 변경시키지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

Claims (3)

1. 고체연료가 표면에 피복되어 있는 고결정수 철광석을 함유하는 철광석과, CaO함유 부원료와, SiO₂함유 부원료와, 고체 연료를 소정의 배합비로 배합하여 배합원료를 준비하는 단계와;

   상기 배합원료를 소결기의 소결대차 상에 장입하는 단계와;

   상기 소결대차 상에 장입된 배합원료를 착화하는 단계로 이루어지고,

   상기 SiO₂함유 부원료의 입도는 -8㎜인 것을 특징으로 하는 소결광 제조 방법.
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