KR100534047B1

KR100534047B1 - 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법

Info

Publication number: KR100534047B1
Application number: KR10-2003-0099821A
Authority: KR
Inventors: 정병준; 이덕원; 이주혁; 김완득
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2005-12-06
Also published as: KR20050070372A

Abstract

본 발명은 환원철 제조 공정에서 제조된 환원철의 환원율을 측정된 자화율을 이용하여 신속히 측정할 수 있는 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법에 관한 것이다.

본 발명은 환원철의 환원율을 측정하는 방법에 있어서, (a) 자화율 측정 장치를 이용하여 환원철의 시료의 자화율을 측정하는 단계; (b) 상기 환원철의 시료와 동일한 성분을 가지는 환원철을 습식 분석 방법으로 미리 측정하여 얻은 습식 분석 환원율과 상기 (a) 단계에서 측정된 자화율의 상관 관계를 회귀 분석하여 정의된 회귀식에 상기 자화율을 대입하여 산출 환원율을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법을 제공한다.

Description

자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법{Method for Measuring Reduction Degree of Direct Reduction Iron Using Measured Magnetic Susceptibility}

본 발명은 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환원철 제조 공정에서 제조된 환원철의 환원율을 측정된 자화율을 이용하여 신속히 측정할 수 있는 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법에 관한 것이다.

통상적으로 환원철(Direct Reduction Iron; 이하, "DRI"라 한다)의 환원율 측정에는 정확한 습식 분석 방법을 사용한다.

습식 분석 방법에 의한 환원율 측정 방법은 시료중의 T.Fe, FeO 및 M.Fe 함량을 분석한 후, 그 값으로부터 환원율을 계산하는 방식이다. 측정된 각각의 값으로부터 수학식 1을 활용하여 Fe₂O₃의 함량을 계산한다.

환원율(reduction Degree, %)은 T.Fe가 모두 M.Fe 상태로 존재할 경우를 100%로 하여, 각 분석 시료에서 측정된 T.Fe 및 FeO 값과 계산에 의해 얻어진 Fe₂O₃ 값을 활용하여 수학식 2에 의해 환원율을 산출한다.

환원철의 습식 분석을 행함에 있어 분석 시료의 평량에서부터 평량 시료의 용해, 용해 시료 중 SiO₂ 분해, 용해 시료의 환원, 환원 시료의 냉각 그리고 마지막으로 적정에 이르기까지의 일련의 단계를 거칠 경우 통상 소요 시간은 4시간 이상이 소요된다.

그밖에 핵 분석기(Nuclear Analyzer)를 활용하여 연속적으로 환원되는 동안의 Hot Ore로부터 철(Iron), 산소(Oxygen), 탄소(Carbon) 및 규소(Silicon) 함량을 측정하는 기술도 있으나, 핵 분석기의 특성상 조작에 특별한 주의를 요할 뿐만 아니라 장치 자체의 가격도 상당히 비싸다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 통상적으로 사용되는 습식 분석 방법에 의한 환원철의 환원율을 분석하는 대신에 자화율 측정 장치를 통하여 간편하게 측정된 환원철의 자화율을 이용하여 환원철의 환원율을 신속하게 측정할 수 있는 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 환원철의 환원율을 측정하는 방법에 있어서, (a) 자화율 측정 장치를 이용하여 환원철의 시료의 자화율을 측정하는 단계; (b) 상기 환원철의 시료와 동일한 성분을 가지는 환원철을 습식 분석 방법으로 미리 측정하여 얻은 습식 분석 환원율과 상기 (a) 단계에서 측정된 자화율의 상관 관계를 회귀 분석하여 정의된 회귀식에 상기 자화율을 대입하여 산출 환원율을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법을 제공한다.

상기 (a) 단계에서 자화율 측정에 사용되는 상기 환원철의 시료의 양은 25∼35g인 것이 적당하고, 상기 자화율 측정 장치와 상기 환원철의 시료의 간격(G)은 시료의 종류와 상관없이 일정한 간격으로 유지되어 측정되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 (b) 단계에서의 상기 회귀식은, 산출 환원율 = 1.13 × 자화율 + 33.3이다.

(실시예)

상기와 같은 본 발명에 따른 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법을 구현하기 위한 환원철의 자화율을 측정하기 위한 측정 원리는 다음과 같다.

자기적으로 투자성을 갖는 물질들은 자기장의 자속 밀도(Flux Density)를 변화시킬 수 있는 특성을 가지고 있다. 그리고, 광물, 환원철 혹은 환원 펠릿(Pellet)들은 지구 등과 같은 외부 자기장에 놓여 있을 경우 유도 자력(Induced Magnetism)을 얻게 되는데, 이들의 강도는 물질의 자화율(Magnetic Susceptibility; χ)에 의해 결정된다.

이 때, 자화율(χ)은 수학식 3과 같이 정의된다.

χ = M/H

(여기서, M은 자화 강도(Induced Intensity of Magnetization), H는 외부 자기장 강도(External Magnetizing Force)이다.)

그리고, 각각의 물질들은 표 1에 나타난 것과 같은 고유한 자화율 값을 가지고 있다.

물질별 자화율 측정값

물질(Materials)	투자율 범위(Susceptibility Range)(×10^-3emu/cm³)
석회석(Limestones)	0.002 ~ 0.280
사암(Sandstones)	0.000 ~ 1.660
혈암(Shales)	0.005 ~ 1.480
화강암(Granite)	0.000 ~ 4.000
현무암(Basalt)	0.020 ~ 14.50
황철광(Pyrite)	0.004 ~ 0.420
크롬철광(Chromite)	0.240 ~ 9.400
Specular Hematite	2.600 ~ 10.50
Pyrrhotite(Fe_1-XS)	0.100 ~ 500.0
Magnetite	100.0 ~ 1600.0

본 발명에 따라 환원철의 환원율을 측정하기 위하여 필요한 자화율을 측정하는데 사용되는 자화율 측정 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 환원철의 시료(30)에 일정 거리(G)를 두고 접촉되는 "ㄷ"자형 코어(22), 상기 코어(22)에 권선되는 코일(24)로 이루어진 자화율 센서(20); 상기 자화율 센서(20)에 연결되어, 상기 자화율 센서(20)에 주파수 신호를 공급하여 자화율을 측정하는 자화율 측정부(10)로 구성되어 있는데, 상기 자화율 측정 장치는 기존의 것을 이용하여 측정하여도 무방하다.

상기와 같은 자화율 측정 장치에 사용되는 상기 코어(22)는 높은 투자성 물질로 형성되어 있으며, 통과하는 자속(Magnetic Flux; F)의 자기 저항(Reluctance)의 변화를 감지한다.

상기와 같은 자화율 측정 장치는 상기 자화율 센서(20)의 초기 인덕턴스(시료가 접촉되기 전의 인덕턴스)에 의하여 일정한 주파수를 발진한다.

이러한 상태에서 일정 거리(G)를 두고 시료(30)가 접촉되면, 상기 시료(30)에 의하여 상기 자화율 센서(20)의 인덕턴스가 변화되어 결과적으로 발진 주파수가 변경되며, 발진 주파수의 차이는 인덕턴스의 변화에 대응하여 변화한다.

따라서, 시료(30)의 성분에 따라 자화율이 다르고, 각 시료별로 다른 자화율은 상기 자화율 센서(20)의 인덕턴스를 다르게 하기 때문에 발진 주파수도 각각 다르게 출력되므로, 각각 다른 주파수를 통하여 각 시료의 자화율을 측정할 수 있는 것이다.

상기와 같은 방식으로 각 물질의 자화율을 측정하는 자화율 측정 장치의 자화율 측정에 소요되는 시간은 1초 미만으로 빠르게 측정이 가능하고, 측정의 정밀성을 높이기 위해서 시료의 개수를 증가시켜 그 평균값으로부터 자화율 값을 용이하게 설정할 수 있다.

하지만 상기 자화율 측정 장치가 미칠 수 있는 자장의 범위가 한정되어 있으며, 이는 각 측정 장치의 고유 특성인데, 본 발명에 사용된 자화율 측정 장치의 경우 도 2에서 보여지는 것과 같이 시료 질량이 30g에 이르기까지는 시료 질량 증가에 따라 자화율 값이 비례하여 증가되는 경향을 나타내어 주고 있으나, 그 이상에서는 시료 질량의 증가에 의한 측정값의 변동폭은 크지 않다.

따라서, 자화율을 측정할 때에는 자화율 측정 장치의 특성에 따라 다르지만, 대체적으로 시료의 질량을 25∼35g으로 한정하여 측정하는 것이 비교적 정확한 자화율 측정값을 얻을 수 있다.

상기와 같이 측정된 자화율 측정값만을 가지고 절대적인 환원율 값을 산출해 내는 것은 불가능하기 때문에 도 3에서 보여지는 것과 같이 습식 분석을 통해 계산된 환원율 값과 자화율 측정 장치를 통해 얻어진 자화율 값 사이에 회귀 분석을 행하여 회귀식을 구하였다.

상기와 같은 회귀 분석을 통해 얻어진 회귀식을 수학식 4에 나타내었다.

환원율 = 1.13 × 자화율 + 33.3

수학식 4를 활용하면, 상기 자화율 측정 장치에 의해 측정된 자화율 값을 이용하여 신속하게 환원율을 계산해 내는 것이 가능하였다.

상기와 같은 방식으로 본 발명을 활용하여 실질적으로 현장에서 생산되는 DRI의 환원율 측정에 적용하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

표 2에 잘 나타나 있듯이 본 발명에 따라, 자화율 측정 장치에 의해 측정된 자화율 측정값을 이용하여 환원율을 분석할 경우 ±7% 정도의 오차 범위 내에서 습식 분석에 의한 환원율 측정값과 상당히 잘 일치함을 알 수 있다.

그리고, 상기와 같은 자화율 측정 장치를 활용하여 측정된 자화율 값을 활용하여 환원율을 분석할 경우 1회 분석에 소요되는 시간은 실질적으로 자화율을 측정하는 시간과 환원율 산출에 필요한 시간만 필요하기 때문에 통상적으로 사용되는 기존의 습식 분석에 의한 환원율 분석에 소요되는 최소 4시간과 비교하여 매우 신속한 환원율 분석이 가능하였다.

자화율 측정법 및 습식 분석법에 의한 환원율 계산값 비교

시료번호	습식분석환원율(%)	자화율 측정값에 의해계산된 환원율(%)	습식분석방법과자화율측정법에 따른환원율 차이(%)
1	47.50	48.77	1.27
2	48.20	51.75	3.55
3	52.00	55.67	3.67
4	54.70	58.65	3.95
5	63.00	63.88	0.88
6	89.10	93.36	4.26
7	54.00	55.67	1.67
8	55.90	56.79	0.89
9	51.50	48.39	-3.11
10	49.50	57.72	8.22
11	55.50	54.18	-1.32
12	67.07	65.74	-1.33
13	66.82	59.77	-7.05
14	84.05	87.76	3.71
15	77.47	82.91	5.44
16	71.88	71.53	-0.35
17	90.16	83.28	-6.88
18	88.23	88.69	0.46
19	68.27	63.32	-4.95
20	64.54	70.97	6.43
21	41.14	44.10	2.96
22	43.08	46.34	3.26
23	61.64	61.83	0.19
24	78.97	73.58	-5.39
25	64.77	55.48	-9.29
26	65.89	64.25	-1.64
27	86.24	81.42	-4.82
28	55.58	53.80	-1.78
29	49.18	49.89	0.71
30	48.04	48.39	0.35

한편, 상기 수학식 4에 정의된 환원율 산출식은 사용되는 자화율 측정 장치 및 측정 환경에 따라 달라질 수 있는 것이므로, 자화율의 측정 조건에 따른 회귀식을 설정하여 산출하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 자화율 측정 장치를 활용해 측정된 자화율 측정값을 사전에 습식 분석 방법에 의한 환원율과 자화율 측정값으로부터 구해진 회귀식에 대입하여 산출함으로써 기존의 습식 분석을 통한 환원율 분석할 때에 4시간 이상이 소요되는 것을 25분 이내의 신속한 환원율 측정이 가능케 하는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 장치를 설명하기 위한 구성도.

도 2는 환원철 시료의 질량에 따른 자화율 측정값 그래프.

도 3은 자화율 측정값과 습식분석 측정에 의한 환원율간의 회귀 분석 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10 : 자화율 측정부 20 : 자화율 센서

22 : 코어 24 : 코일

30 : 시료

Claims

환원철의 환원율을 측정하는 방법에 있어서,

(a) 자화율 측정 장치를 이용하여 환원철의 시료의 자화율을 측정하는 단계;

(b) 상기 환원철의 시료와 동일한 성분을 가지는 환원철을 습식 분석 방법으로 미리 측정하여 얻은 습식 분석 환원율과 상기 (a) 단계에서 측정된 자화율의 상관 관계를 회귀 분석하여 정의된 회귀식에 상기 자화율을 대입하여 산출 환원율을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 자화율 측정에 사용되는 상기 환원철의 시료의 양은 25∼35g인 것을 특징으로 하는 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 자화율 측정 장치와 상기 환원철의 시료의 간격(G)은 시료의 종류와 상관없이 일정한 간격으로 유지되어 측정되는 것을 특징으로 하는 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 장치 방법.
제 1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서의 상기 회귀식은, 산출 환원율 = 1.13 × 자화율 + 33.3인 것을 특징으로 하는 자화율 측정에 의한 환원철의 환원율 측정 방법.