KR100433254B1 - 소결공정용 소결배합원료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철광석의 소결을 위하여 사용되는 코크스 중에 포함된 유황 성분의 산화로 발생되는 이산화황의 발생을 저감시키기 위하여 소결배합원료 중에 탄산수소암모늄을 더 포함시키는 것을 내용으로 한다. 이에 의하여 상기 탄산수소암모늄은 소결 중의 열에 의하여 열분해되어 암모니아를 발생시키며, 이 암모니아와 이산화황의 반응에 의하여 이산화황을 암모늄 설페이트로 형성시켜 통상의 집진기로 제거토록 할 수 있다. 따라서, 소결배가스에 포함되어 대기 중으로 방출되는 이산화황을 매우 간편하게 저감시킬 수 있도록 한다.

Description

소결공정용 소결배합원료 제조방법{Method for making sinter mix for the sintering process}

본 발명은 드와이트-로이드(Dwight-Lloyd) 타입의 소결기에 장입되어 소결광을 제조하기 위한 소결배합원료의 제조방법에 관한 것이고, 더 상세하게 분말상의 철광석과 석회석 그리고 분말상의 코크스의 혼합물에 탄산수소암모늄(NH₄HCO₃)을 첨가하여 소결기대차에서 소결반응이 일어날 때 탄산수소암모늄이 열분해되어 생성되는 암모니아(NH₃) 가스가 소결배가스 중에 함유된 이산화황(SO₂)과 반응토록 함으로써 반응배가스 중에 포함되는 이산화황을 저감시킬 수 있는 소결공정용 소결배합원료의 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 드와이트-로이드(Dwight-Lloyd) 철광석 소결기(1)의 구조를 도 1에 나타내었다. 소결기(1)는 무한궤도로 이루어진 소결기대차(2)로 구성되며, 원료공급장치(5)를 통해 소결기대차(2)상으로 소결배합원료가 공급된다. 소결배합원료는 소결기대차(2) 상에서 일정한 높이를 가지면서 소결원료층을 형성하는데 소결기대차(2)가 점화로(6)를 통과할 때 소결원료층의 상단부가 점화로(6)에 의해 점화되어 연소를 통한 소결반응이 시작된다. 소결반응이 진행됨에 따라 소결원료층은 소결광, 연소대, 건조대, 수분응축대로 구성된 소결층을 형성하며, 소결반응이 완료된 후에는 괴상의 소결광 만이 남게 된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 소결기대차(2)의 바닥은 소결반응에 필요한 공기가 소결층을 통과할 수 있도록 화격자(3)로 구성되어 있으며, 소결기대차(2) 하부에는 도 3에 도시한 바와 같은 구조의 공기흡입기(8)가 연결된 주배풍관(7)이 연결된다. 공기흡입기(8)에 의해 소결층 상부로부터 흡입된 공기는 소결층 내에서 소결배합원료와 혼합되어 있는 연료코크스가 연소하는 데 이용된다.

한편, 소결배합원료의 연소에 연료로서 이용되는 코크스는 대략 0.5∼0.6wt% 정도의 유황성분을 함유하고 있다. 그 때문에 소결층 내에서 코크스가 연소될 때 코크스에 함유된 유황도 연소되면서 이산화황 가스를 발생시킨다. 일반적으로 기존의 소결공정에서는 대략 100∼200ppm 정도의 이산화황 농도를 가지는 소결배가스를 배출하는데, 이 이산화황 가스는 도시 스모그 및 산성비를 유발하는 대표적인 대기환경 오염물질로 알려져 있다.

이러한 문제점을 인식하고 소결배가스 중에 포함된 이산화황 가스를 제거하기 위한 여러 가지 방법이 제안되었으며, 그 중 소결배가스를 대기로 방출하기 전 선택적 촉매법이나 습식법 등을 이용하여 소결배가스 중에 포함된 이산화황의 농도를 저하시킬 수 있으나, 소결 공정에서 배출되는 막대한 양의 소결배가스를 고려할 때 투자비용과 운전비용이 과다하여 현재로서는 경제성이 의문시되는 실정이다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 탄산수소암모늄을 소결배합원료에 첨가, 혼합하여 소결기에 장입함으로써, 암모니아 가스를 발생시켜 이 암모니아 가스와 코크스의 유황성분의 연소로 인하여 발생되는 이산화황과의 반응에 의해 반응배가스 중의 이산화황의 농도를 저감시킬 수 있는 소결공정용 소결배합원료의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 무한궤도의 소결기대차로 구성된 드와이트-로이드(Dwight-Lloyd) 타입의 소결기의 구조를 개략적으로 도시한 구성도;

도 2는 도 1의 소결기대차를 개략적으로 도시한 사시도;

도 3은 본 발명의 효과를 입증하기 위해 이용된 소결포트 시험기를 도시한 구성도;

도 4는 본 발명의 효과를 입증하는 실험 결과를 나타낸 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 소결기, 2 : 소결기대차

3 : 화격자, 4 : 소결포트

5 : 원료공급장치, 6 : 점화로

7 : 주배풍관, 8 : 공기흡입기

9 : 가스분석기

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면 철광석의 소결공정에서 발생되는 이산화황을 저감시키기 위하여, 드와이트-로이드 타입의 소결기에서 분말상의 철광석과 석회석 그리고 분말상의 코크스의 혼합물로 이루어져 소결기대차로 공급되는 소결배합원료 중에 탄산수소암모늄을 더 포함시켜 상기 탄산수소암모늄의 열분해반응에 의하여 생성되는 암모늄 가스가 코크스 중에 포함된 유황 성분의 산화에 의하여 생성되는 이산화황 가스와 반응토록 하여 이산화황을 암모늄 설페이트로 전환시키는 것을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의하면, 철광석의 소결에 필요한 소결배합원료에 소량의 탄산수소암모늄을 더 포함시키는 것에 의하여 철광석의 소결에 필요한 연료로서의 코크스에 포함된 유황 성분의 존재로 인하여 발생될 수 있는 이산화황을 저감시키는 것을 특징으로 한다.

소결배합원료에 혼합되는 탄산수소암모늄은 소결과정 중 열분해되어 암모니아 가스를 발생시키며, 이 암모니아 가스는 소결층 내에서 이산화황과 반응함으로써 대기중으로 방출되는 이산화황의 양을 감소시킨다. 암모니아는 이산화황과 반응하여 암모늄 설페이트로 되어 대기중으로 배출되기 전 전기집진기에 의해서 대부분 제거될 수 있다. 탄산수소암모늄이 이산화황과 반응하여 암모늄 설페이트로전환되는 과정을 화학반응식을 이용하여 나타내면 다음과 같다.

S + O₂→ SO₂

NH₄HCO₃+ 가열 → NH₃+ CO₂+ H₂O

2NH₃+ 2H₂O → NH₄OH

2NH₄OH + SO₂+ 1/2O₂→ (NH₄)₂SO₄+ H₂O

즉, 탄산수소암모늄 1분자는 열에 의해 1개의 암모니아 분자와 이산화탄소 그리고 1개의 물분자로 분해된다. 탄산수소암모늄으로부터 분해된 암모니아는 소결층내의 수분응축대에서 물에 용해되어 수산화암모늄 상태로 존재하게 된다. 여기서, 수산화암모늄은 상부 연소대에서 발생하는 이산화황과 반응하여 고체상태의 암모늄 설페이트를 형성하게 되며, 이렇게 생성된 암모늄 설페이트의 대부분은 대기중으로 배출되기 전 전기집진기 등에 의해 포집되게 된다.

탄산수소암모늄은 백색의 결정체로서 무독한 성질을 가지고 있으며, 약 36℃ 내지 60℃에서 쉽게 분해되어 암모니아 가스를 방출한다. 또한, 탄산수소암모늄은 공업적으로 널리 사용되고 있으며, 값이 저렴하면서도 효과적인 암모니아 가스의 공급원이기 때문에 철광석 소결배합원료에 소량혼합하여 줌으로써 소결배가스 중의 이산화황 농도를 별도의 부대설비 없이 간단하고 효율적으로 저감시킬 수 있는 장점을 가진다.

상기 탄산수소암모늄은 전체 소결배합원료에 대하여 0.05 내지 0.2중량%의 범위로 포함될 수 있으며, 특히 0.10 내지 0.15중량%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 탄산수소암모늄이 0.05중량% 미만인 경우에 이산화황의 저감효과가 미미하고 0.2중량%를 초과하는 경우에 이산화황의 저감효과에 비하여 탄산수소암모늄의 첨가량이 과다하다. 상기 탄산수소암모늄은 상기 소결배합원료의 배합 중에 포함될 수 있으며, 또한 상기 소결배합원료의 배합 완료 후에 첨가될 수도 있다. 그러나, 상기 탄산수소암모늄이 고르게 포함되도록 하기 위하여는 상기 탄산수소암모늄은 상기 소결배합원료의 배합 중에 포함시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 구체적인 실시예를 이하에서 설명한다.

실시예

본 발명으로 얻어지는 효과를 입증하기 위하여 도 3에 나타낸 바와 같은 소결포트 시험기를 이용하여 다음과 같은 실험을 행하였다. 여기에서의 소결포트는 대량생산하는 드와이트-로이드 타입의 소결기에서의 소결기대차에 해당하게 된다. 일련의 원료조립과정을 통해 소결공장의 소결기에 장입되는 표준 소결배합원료(주소결원료인 분말상의 철광석과 부원료인 분말상의 석회석 그리고 연료로서 분말상의 코크스를 고루 배합한 철광석 배합원료)를 하기 표 1의 배합비로 준비하였다. 실시예로서는 상기 소결배합원료 41kg에 대하여 50g의 탄산수소암모늄을 고루 섞어준 후, 이 소결배합원료를 소결포트에 장입하였다. 그런 다음, 하기 표 2의 소결실험 조건으로 소결하기 위하여 점화로(6)를 이용하여 소결배합원료의 상부를 2분간 1,100℃로 점화하였다. 그 후, 공기흡입기를 작동시켜 소결배합원료층 상부로부터 하부로 소결에 필요한 공기를 지속적으로 흡인시켰다. 소결이 진행되면서 배출되는 소결배가스는 상용화된 가스분석기(상품명:Testo 33, Fuel Cell type)(9)에 의해 포집되어 연소배가스 중의 이산화황 농도가 조사되었다. 또한, 탄산수소암모늄의 첨가가 소결광의 생산성 및 품질에 미치는 영향을 조사하기 위해 소결생산성, 소결광강도, 회수율 값을 조사하였으며, 그 결과를 하기 표 3 및 도 4에 나타내었다.

<표 1> 소결실험 원료배합안

원료 및 연료	배합비(중량%)
철광석	80.42
석회석	12.07
사문암	2.24
규 석	0.69
생석회	0.93
코크스	3.65

<표 2> 소결실험 조건

소결층 직경	240㎜
소결층 높이	500㎜
점화 온도	1,100℃
공기흡인압력	1,500㎜H2O

<표 3> 소결포트 실험 결과

	배출 이산화황 총량	소결생산성	소결광강도	소결회수율
실시예	17ℓ	25.7t/m2/d	80.2%	77.7%
비교예	47ℓ	25.7t/m2/d	79.8%	76.0%

비교예

소결배합원료에 탄산수소암모늄을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 수행하였으며, 그 결과를 역시 상기 표 3 및 도 4에 나타내었다.

상기한 표 3 및 도 4에 나타난 결과를 보면, 소결배합원료에 탄산수소암모늄을 첨가하지 않은 비교예의 경우 이산화황 총 배출량이 47ℓ인데 비해 소결배합원료에 탄산수소암모늄을 첨가한 본 발명에 따른 실시예의 경우 이산화황 총 배출량이 17ℓ인 것으로 나타났다. 한편, 소결배합원료에 탄산수소암모늄을 첨가했을 때 소결생산성 및 소결광품질에 미치는 영향을 조사한 결과 역시 표 3에서 볼 수있듯이 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 결과를 비교할 때 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

따라서, 본 발명에 의하면 소결기대차 상에 장입되는 소결배합원료에 탄산수소암모늄을 소량 첨가함으로써 소결과정 중 소결배합원료에 혼합된 탄산수소암모늄이 열분해되어 생성되는 암모니아가 소결배가스 중에 함유된 이산화황과 소결층 내에서 반응하여 암모늄 설페이트를 형성함으로써 소결생산성과 소결광품질에 악영향을 주지 않으면서도 이산화황을 효율적으로 저감시켜 줄 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 소결광을 생산하는 위하여 드와이트-로이드 타입 소결기의 소결기대차에 공급되는 소결배합원료의 제조방법에 있어서,

   분말상의 철광석 및 석회석과 분말상의 코크스로 이루어진 혼합물을 준비하는 단계와;

   상기 혼합물에 탄산수소암모늄을 포함시키는 단계로 이루어지고;

   상기 탄산수소암모늄은 전체 소결배합원료에 대하여 0.05~0.2중량%의 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 소결공정용 소결배합원료 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 탄산수소암모늄은 상기 혼합물의 배합 중에 포함되는 것을 특징으로 하는 소결공정용 소결배합원료 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 탄산수소암모늄은 상기 혼합물의 배합 완료 후에 첨가되는 것을 특징으로 하는 소결공정용 소결배합원료 제조방법.