KR100569518B1 - 소결용 의사입자원료 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피환원성이 우수하고, 냉간강도가 높은 소결광을 제조하는 것을 목적으로 하는 것이다.
구체적인 발명의 제조방법은 거친입자의 철광석과 미세입자의 SiO2함유원료를 조립기에 의해 거친입자의 철광석을 핵으로하여, 그 주위에 미세입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 부착시켜서 예비조립하고, 그후 석회석계 분말원료와 열원이 되는 고체연료계 분말원료(코크스 무연탄등)를 첨가하여 드럼믹서로 혼합조립하는 방법이다.
또 거친입자의 철광석과 미세입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 드럼믹서의 선단부로부터 첨가하여 의사입자를 형성하면서, 드럼믹서의 후단부로부터 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료를 첨가하여 혼합, 조립하는 방법이다.
또 복수의 드럼믹서를 사용하는경우에는, 거친입자의 철광석과 미세입자의 철광석 및 SiO2 함유원료를 선단측드럼믹서로부터 첨가하여 의사입자를 형성하면서, 최말단드럼믹서의 선단부 또는 후단부로부터 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료를 첨가하여 혼합, 조립하는 방법이다.

Description

소결용 의사입자원료 및 그 제조방법{RAW MATERIAL FOR SINTERING IN FORM OF PSEUDO GRAIN AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 하측흡인의 드와이트 로이드식(Dwight-Lloyd type)소결기를 사용하여 고로용 소결광을 제조할때 사용하는 소결용 의사입자원료 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고로용 원료로서 사용되는 소결광은 일반적으로 다음과 같은 소결원료의 처리방법을 경유하여 제조된다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 우선 입자직경이 10mm이하의 철광석, 입자직경이 10mm이하의 규석, 사문석 또는 니켈슬래그등으로 된 SiO2 함유원료, 분말상의 CaO를 함유하는 석회석계 분말원료 및 분말상의 코크스 또는 무연탄등의 열원이 되는 고체연료계 분말원료를 드럼믹서(drum mixer)를 사용하여, 여기에 적당량의 수분을 첨가해 혼합조립하여 의사입자라 불리우는 조립물(造粒物)을 형성한다.
이 조립물로 된 배합원료는 드와이트 로이드식 소결기의 팔레트(palette)상에 적당한 두께 500∼700mm가 되도록 충전(充塡)시켜서 표층부의 고체연료에 점화시켜, 점화후에는 하측을 향하여 공기를 흡인하면서 고체연료를 연소시켜, 그 연소 열에 의해 배합한 소결원료를 소결시켜서 소결케이크로 한다.
이 소결케이크는 분쇄, 분류되어, 일정한 입자직경이상의 소결광을 얻는 한편, 그 미만의 입자직경을 갖는 것은 반송되어 소결원료로서 재사용된다.
이와 같이 제조된 소결광의 피환원성(reducibility)은 종래로부터 지적되어있는 바와 같이, 특히 고로의 조업을 크게 좌우하는 인자가 된다.
통상, 소결광의 피환원성은 일본공업규격(JIS) M8713 으로 정의되어 있고, 여기에서는 소결광의 피환원성을 JIS-RI라 기술한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 소결광의 피환원성(JIS-RI)과, 고로에서의 가스이용율(ηco)의 사이에는 정의 상관이 있고, 또 도 9에 나타내는 바와 같이, 고로에서의 가스이용율(ηco)과 연료비의 사이에는 부의 상관이 있다.
이 때문에, 소결광의 피환원성(JIS-RI)은 고로에서의 가스이용율(ηco)을 거쳐서 연료비와 양호한 부의 상관이 있고, 소결광의 피환원성을 향상시키면, 고로에서의 연료비는 저하한다.
또한 여기서 가스이용율(ηco)과 연료비는 하기와 같이 정의된다.
ηco =CO2(%)/(CO(%)+CO2(%))
또한 CO2(%), CO(%)는 어느 것이나 고로의 로의 정상가스 중의 체적%이다.
연료비=(석탄+코크스의 사용량(kg/일))/선철의 생산량(ton/일)
더욱이 제조된 소결광의 냉간강도(cold strength)도 고로에서의 통기성을 확보하는 것에서 중요한 인자이며, 각각의 고로에서는 냉간강도의 하한기준을 설정하 여 조업을 행하고 있다.
따라서 고로에 있어서, 바람직한 소결광으로서는, 피환원성이 우수하고, 냉간강도가 높은 것이라고 할 수 있다.
표 1에 소결광을 형성하는 주요광물조직인 칼슘페라이트(CF) : nCaO·Fe2O3, 헤마타이트(He) :Fe2O3, FeO를 함유하는 칼슘실리케이트(CS) : CaO·xFeO·ySiO2 , 마그네타이트(Mg) :Fe3O4 의 4개의 피환원성, 인장강도를 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 피환원성이 높은 것은 헤마타이트(He)이며, 인장강도가 높은 것은 칼슘페라이트(CF)이다.
또한 인장강도는 원판형의 광석시험편을 제작하여 압열 인장시험방법 (radial cpmpression test)으로 규정된 방법으로 측정했다.
본 발명자가 목적으로 하는 바람직한 소결조직이란, 도 5에 나타내는 바와 같이, 괴표면에 강도가 높은 칼슘페라이트(CF)를, 괴내부를 향해서는 피환원성이 높은 헤마타이트(He)를 선택적으로 생성시킨 것이며, 피환원성이나, 강도가 낮은 FeO를 함유하는 칼슘실리케이트(CS)는 가능한 한 생성시키지 않도록 해야 한다.
그러나 종래에는 대부분의 소결기에 있어서, 전술한 바와 같이, 철광석, SiO2 함유원료, 석회석계 분말원료, 고체연료계 분말원료를 동시에 혼합하고 있기 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 의사입자구조에서는 거친 입자의 핵광석의 주위에 분말광석, 석회, 코크스가 혼재하고 있고, 소결에 의해 얻어진 소결광구조에서는, 헤마타이트(He), 칼슘페라이트(CF), FeO를 함유하는 칼슘실리케이트(CS), 마 그네타이트(Mg)의 4가지의 광물조직이 혼재하는게 된다.
여기에서, 이제까지의 칼슘페라이트(CF)와, 헤마타이트(He)를 많이 생성하는 방법이 시도되어 왔다.
예를 들면, FeO를 함유하는 칼슘실리케이트(CS)는 고온에서 소결시킨 경우에 많이 생성되는 것으로부터 일본국 특개평 63-149331호 공보에서는 분말상의 철광석에 결합제나 석회석을 첨가하여 조립한 후에, 열원인 분말코크스를 표면에 피복하는 것으로서 코크스의 연료성을 개선하고, 저온에서 소결시켜 피환원성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다.
그러나 상기 일본국 특개평 63-149331호 공보에 제안된 종래의 방법에서는 CaO와 철계원료 중의 SiO2나 SiO2계 원료가 근접하고 있기 때문에, 아무래도 FeO를 함유하는 칼슘실리케이트(CS)가 많이 생성되어 버려, 칼슘페라이트(CF)와 헤마타이트(He)를 주체로 하는 구조로는 반드시 되지 않는 경우도 많았었다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 소결광을 제조하는 공정의 사전처리로서 방대한 설비를 필요로 하지 않고, 철광석과 SiO2 함유원료를 석회석계 분말원료와 고체연료계 원료로부터 분리하여 단계적으로 의사입자로 함으로써, 괴표면에는 강도가 높은 칼슘페라이트(CF)를, 한편 괴내부를 향해서는 피환원성이 높은 헤마타이트(He)를 선택적으로 생성시킨 구조의 소결광을 제조하여 냉간강도를 향상시키고, 또한 소결광의 피환원성을 개선시킬 수 있는 소결용 의사입자원료 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 제1의 발명은 철광석 및 SiO2함유원료를 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료로부터 분리하여 유사입자를 제조하는 것으로, 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료을 포함하지 않는 철광석 및 SiO2함유원료에 대해서 석회석계 분말원료가 외장화되어 있는 것을 특징으로 하는 소결용 의자입자원료이다.
또 제2의 발명은 제1의 발명에 있어서, 상기 철광석 및 SiO2함유원료는 석회석계 분말원료와 반응하지 않는 미용융 철광석을 확보할 수 있는 양인 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료이다.
또 제3의 발명은 제1 또는 제2 발명에 있어서, 고체연료계 분말원료가 상기 석회석계 분말원료와 함께 또는 상기 석회석계 분말원료 보다 외층에 외장화되는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료이다.
또 제4의 발명은 고로용 소결광을 제조하는 소결용 의사입자원료로서, 거친입자의 철광석을 핵으로 하는 제1층을 구비하며, 상기 제1층의 외표면을 덮도록 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료를 포함하지 않으며 아울러 상기 거친입자의 철광석보다 미세한 입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 부착시킨 제2층을 구비함과 동시에 또한 제3층째 이후로서 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료를 부착시킨 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료이다.
또 제5의 발명은 고로소결광을 제조하는 소결용 의사입자원료로서 평균입자직경이 2mm이상의 거친입자의 철광석을 핵으로 하는 제1층을 갖고, 그 제1층의 외표면을 덮도록 석회석계 분말원료와, 고체연료계 분말원료를 포함하지 않는 평균입자직경이 2mm미만의 미세입자의 철광석 및 SiO2 함유원료를 부착시킨 제2층을 가짐과 동시에, 다시 제3층째 이후로서 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료를 부착시킨 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료이다.
또 제6의 발명은 제5의 발명에 있어서, 상기 제3층이 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료의 혼합층인 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료이다.
또 제7의 발명은 제5의 발명에 있어서, 상기 제3층이 석회석계 분말원료층이며, 그 석회석계 분말원료층의 외층부에 고체연료계 분말원료의 부착층을 구비한 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료이다.
또 제8의 발명은 철광석 및 SiO2함유원료를 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료로부터 분리하여 의사입자를 제조하는 것으로, 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료를 포함하지 않는 철광성 및 SiO2함유원료에 대해서, 석회석계 분말원료가 외장화되어 있는 소결용 의사입자원료를 이용하여 제조된 고로용 소결광이다.
또 제9의 발명은 제8의 발명에 있어서, 괴표면에 강도가 높은 칼슘페라이트(CF)를 괴내부를 향해서는 피환원성이 높은 헤마타이트(He)를 선택적으로 생성시키는 것을 특징으로하는 고로용 소결광이다.
또 제10의 발명은 하측흡인의 드와이트 로이드식 소결기를 이용하여 고로용 소결광을 제조하는 공정의 사전처리로서, 철광석, SiO2함유원료, 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료로 이루어지는 소결원료를 조립하는데 있어서, 거친 입자의 철광석을 핵으로하여 그 주위에 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료를 포함하지 않으며 아울러 상기 거친 입자의 철광석 보다 미세한 입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 부착시켜 제2층째를 조립한 후, 또한 제3층째 이후로서 석회석계 분말원료와 열원이 되는 고체연료계 분말원료를 부착시켜 조립하여, 3층 이상의 피복의 의사입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자 원료의 제조방법이다.
또 제11의 발명은 하측 흡인의 드와이트 로이드식 소결기를 사용하여 고로용 소결광을 제조하는 공정의 사전처리로서, 철광석, SiO2 함유원료, 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료로 된 소결원료를 조립하는데 있어서, 평균입자직경이 2mm이상의 거친입자의 철광석을 핵으로 하여, 그 주위에 석회석계 분말원료와, 고체연료계 분말원료를 포함하지 않는 평균입자직경이 2mm미만의 미세입자의 철광석 및 SiO2 함유원료를 부착시켜 제2층째를 조립한 후, 다시 제3층째 이후로서 위에 석회석계 분말원료와, 열원이 되는 고체연료계 분말원료를 부착시켜서 조립하여, 3층 이상의 피복의 의사입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법이다.
또 제12의 발명은 제11의 발명에 있어서, 상기 제 3층째에 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료의 혼합분말을 부착시켜서 조립하여 3층피복의 의사입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법이다.
또 제13의 발명은 제11의 발명에 있어서, 상기 제3층째로서 석회석계 분말원료를 부착시킨 후, 다시 그 석회석계 분말원료층의 외층부에 고체연료계 분말원료를 부착시켜서 조립하여, 4층 피복의 의사입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법이다.
또 제14의 발명은 제11∼제13의 발명에 있어서, 상기 거친입자의 철광석과 상기 미세입자의 철광석 및 SiO2 함유원료를 별도로 설치한 조립기에 충전시켜, 그 조립기에 의해 거친 입자의 철광석을 핵으로 하여 그 주위에 미세입자의 소결원료를 부착시켜 조립한 후에, 이것을 석회석계 분말원료와 열원이 되는 고체연료계 분말원료를 믹서에 충전시켜서 조립하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법이다.
또 제15의 발명은 제11 ∼제13의 발명에 있어서, 상기 거친입자의 철광석과 상기 미세입자의 철광석 및 SiO2 함유원료를 믹서의 선단부에 충전시켜 상기 거친 입자의 철광석을 핵으로 하여 그 주위에 상기 미세입자의 철광석 및 SiO2 함유원료를 부착시켜 조립하면서, 그 믹서의 후단부로부터 석회석계 분말원료와 열원이 되는 고체연료계 분말원료를 충전시켜서 조립하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법이다.
또 제16의 발명은 제11∼제13의 발명에 있어서, 상기 거친 입자의 철광석과 상기 미세입자의 철광석 및 SiO2 함유원료를 복수믹서의 선단측 믹서로부터 충전시켜, 상기 거친 입자의 철광석을 핵으로 하여 그 주위에 상기 미세입자의 철광석 및 SiO2 함유원료를 부착시켜 조립하면서, 그 복수믹서의 가장 후미의 믹서의 선단부 혹은 후단부로부터 석회석계 분말원료와 열원이 되는 고체연료계 분말원료를 충전시켜서 조립하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법이다.
도 1은 본 발명예에 관한 소결원료의 혼합 조립처리를 행하는 플로차트(방법 A).
도 2는 본 발명예에 관한 다른 소결원료의 혼합 조립처리를 행하는 플로차트(방법 B).
도 3은 본 발명예에 관한 다른 소결원료의 혼합 조립처리를 행하는 플로차트(방법 C).
도 4는 본 발명법과 종래법에 의해 소결원료를 처리한 경우에 있어서의, 소결광의 피환원성 JIS-RI(%), 생산률(t/hr·m2), 셔터강도(%)를 비교하여 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명에서의 바람직한 소결광 구조를 나타내는 모식도.
도 6은 종래예에 관한 의사입자구조 및 소결광구조를 나타내는 모식도.
도 7은 본 발명에서의 바람직한 의사입자구조를 나타내는 모식도.
도 8은 고로에 있어서의 소결광의 피환원성 JIS-RI(%)과 가스이용율 ηco (%)의 관계를 나타내는 그래프.
도 9는 고로에 있어서의 가스이용율 ηco (%)과 연료비(kg/t-pig)의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명법 및 종래법에 의해 처리한 의사입자의 구조를 나타내는 사진.
도 11은 본 발명법에 의해 처리한 의사입자를 절단한 단면을 전자선 마이크로 측정기로 측정한 Ca와 Fe의 분포를 나타내는 사진.
도 12는 본 발명법 및 종래법에 의한 의사입자의 소결체의 단면을 전자선 마이크로 측정기로서 측정한 Ca와 Fe의 분포를 나타내는 사진.
도 13은 본 발명법 및 종래법에 의한 의사입자의 소결체의 외관을 나타내는 사진.
도 14는 본 발명법 및 종래법에 의한 의사입자를 소결시킨 소결체의 기공직경(㎛)과 기공량(cc/g)의 관계를 비교하여 나타내는 그래프.
도 15는 본 발명법(방법 C) 및 종래법에 의해 처리한 의사입자를 소결시킨 경우에 있어서의, 소결광의 피환원성 JIS-RI(%), 생산율(t/hr·m2), 셔터강도(%)를 비교하여 나타내는 그래프.
도 16은 종래예에 관한 소결원료의 혼합, 조립처리를 행하는 플로차트.
도 17은 용융심도의 측정방법을 나타내는 도면.
도 18은 기공률 15%의 통상의 철광석을 사용했을때의 용융심도와 반응시간과의 관계를 나타내는 도면.
도 19는 기공률 35%의 철광석을 사용했을때의 용융심도와 반응시간의 관계를 나타내는 도면.
도 20은 본 발명의 소결용 의사입자원료의 함유비율과 소결광의 피환원성의 관계를 나타내는 도면.
다음에, 본 발명을 완성하기에 이른 경위 및 본 발명의 구체적인 실시의 형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다.
본 발명자들은 각종 검토를 거듭한 결과, 도 7에 나타내는 바와 같이, SiO2를 많이 함유하는 철광석이나, SiO2함유원료를 석회석계 분말원료와, 고체연료계 분말원료로부터 분리하여 의사입자를 제조함으로써, CaO와 SiO2의 반응을 지연시켜 피환원성이 나쁘고, 냉간강도도 낮은 FeO를 함유하는 칼슘실리케이트(CS)의 생성을 억제한다.
이것에 의해 소결광 표면에 강도가 높은 칼슘페라이트(CF)를 소결광 내부를 향해서는 피환원성이 높은 헤마타이트(He)를 선택적으로 생성시킨 소결광이 형성되는 것을 발견했다.
이 경우, 소결광의 냉간강도저하가 염려되었으나 석회석계 분말원료와, 철광석의 계면에서 생성된 칼슘페라이트(CF)계 용융액은 점도가 낮고, 철광석의 주위를 순간적으로 피복하기 때문에 충분한 냉간강도를 갖는다.
상기 조건을 만족시키는 고로용 소결광을 제조하는 소결용 의사입자원료로서는, 평균입자직경이 2mm이상의 거친 입자의 철광석을 핵광석으로 하는 제1층을 갖고, 그 주위에 석회석계 분말원료와, 고체연료계 분말원료를 제외한 평균입자직경이 2mm미만의 미세입자의 소결원료계 분말원료를 부착시킨 제2층을 가짐으로써 CaO와 SiO2의 반응을 지연시켜 피환원성이 나쁘고, 냉간강도도 낮은 FeO를 함유하는 칼슘실리케이트(CS)의 생성을 억제한다.
즉, 철광석이나 SiO2함유원료를 석회석계 분말원료로부터 분리한 석회석이 없는 상태에서 소결용 의사입자원료를 제조함으로써 달성된다.
그리고, 제2층의 외표면을 덮는 제3층인 석회석계 분말원료층에 의해 석회석계 분말원료와 철광석의 계면에서 칼슘페라이트(CF)계 용융액을 생성시켜, 철광석의 주위를 피복함으로써 충분한 냉간강도를 발휘시키는 것이다.
이 소결용 의사입자원료에 의해 상기한 바와 같이 괴표면에 강도가 높은 칼슘페라이트(CF)를, 괴내부로 향해서는 피환원성이 높은 헤마타이트(He)를 선택적으로 생성시킨 소결광이 형성되게된다.
또한 상기 제3층이 되는 석회석계 분말원료층은 석회석계 분말원료층만, 또는 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료와의 혼합층이라도 상관없다.
제3층 중에 포함되는 석회석분에 의해 괴표면에 강도가 높은 칼슘페라이트 (CF)가 형성될 수 있기 때문이다.
또한 제3층이 석회석계 분말원료층만인 경우에는 제4층으로서 고체연료계 분말원료층이 필요하다.
본 발명에서 사용하는 평균입자직경은 현미경 관찰에 의한 면상 해석법에 의해 개개의 입자의 투영면적원상당 직경(Heywood 직경)을 구하여 그것을 산술평균한 것이다.
다음에, 핵이 되는 거친 입자의 철광석의 평균입자직경의 한정이유를 다음에 기술한다.
본 발명의 특징은, 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료를 포함하지 않는 제1, 제2층을 갖고 석회석과 반응하지 않는 미용융의 철광석(잔류원광)의 양을 증가시키는데 있다.
여기에서, 발명자등은 도 17에 나타내는 바와 같이, 철광석의 타블렛(Tablet Fe2O3)위에 석회석(CaO)의 타블렛(Tablet CaO)을 놓고, 소정온도로 반응시킨 후 철광석의 타블렛이 용융한 길이(용융심도)를 측정했다.
그 결과, 용융심도(x)는 (1)식과 같이 표시되는 것을 발견했다.
x=2ψ·△CaO·D1/2·t1/2/(π1/2·ρ)
여기에서, D: Ca의 확산계수(cm2/s)
ρ: 반응층의 밀도(mol/cm3)
△CaO : CaO농도구배(mol/cm3)
t :반응시간 (s)
도 18에, 통상의 철광석인 기공률 15%의 철광석을 사용한 용융심도와 반응시간과의 관계를 나타낸다.
이것에 의해 실제기계의 소결공정에 있어서, 상정되는 소결과정의 가열조건인 1250℃에 360초정도 유지되는 조건을 고려한 경우, 철광석의 평균입자직경이 적어도 2mm이상, 최고온도조건인 1300℃에서는, 바람직하게는 3mm이상이 아니면 철광석의 미용융부분이 남지 않는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 핵이 되는 거친 입자의 철광석의 평균입자직경은 2mm이상으로 하는 것이다.
그리고 이 핵이 되는 광석의 외층에는 제2층이 형성되어서 입자직경은 커지게 되고, 제1, 제2층에 의해 미용융의 철광석(잔류원광)의 양이 확보된다.
이것에 의해 상기한 바와 같이, CaO 와 SiO2의 반응을 지연시켜 피환원성이 나쁘고 냉간강도가 낮은 FeO를 함유하는 칼슘실리케이트(CS)의 생성을 억제한다.
또 도 19에 고결정수광석인 기공률 35%의 철광석을 사용한 용융심도와 반응시간의 관계를 나타낸다.
고결정수광석을 핵광석으로 하여 사용하는 경우에는 평균입자직경 4mm이상의 철광석 입자직경으로 함으로써 본 발명이 실시된다.
또한 핵이 되는 광석의 평균입자직경을 2mm이상으로 하기 위해 의사입자화에 의한 제2층은 핵광석보다도 적은 평균입자직경인 2mm미만의 미세입자로서 석회석계 분말원료와, 고체연료계 분말원료를 제외한 소결원료계 분말원료로 구성한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 의사입자구조를 제조하기 위한 조립플로차트(방법 A)를 나타낸다.
본 발명의 (방법 A)에서는 예를들면, SiO2를 0.5∼5.0%정도 함유하고, 평균입자직경이 2mm이상인 거친입자의 철광석(1)과, SiO2를 0.5∼5.0%정도 함유하고, 평균입자직경이 2mm미만, 예를들면 0.1∼1.0mm정도인 미세입자의 SiO2함유원료(2)(철광석, 규석, 사문석, Ni슬래그등)를 별도의 조립기(6)에 의해 거친 입자의 철광석(1)을 핵으로 하여 그 주위에 미세입자의 SiO2함유원료(2)를 부착시켜서 예비조립한다.
그 후, 다시 또 석회석계 분말원료(3), 또는 석회석계 분말원료(3)와 열원이 되는 고체연료계 분말원료(4)(코크스, 무연탄등)를 첨가하여 드럼믹서(5)로 혼합조립한다.
또 도 2는 별도의 본 발명의 바람직한 의사입자구조를 제조하기 위한 조립플로차트(방법 B)를 나타낸다.
본 발명의 (방법 B)에서는 거친입자의 철광석(1)과 미세입자의 SiO2함유원료(2)(미세입자의 철광석, 규석, 사문석, Ni슬래그등)를 드럼믹서(5)의 선단부로부터 첨가하면서 의사입자를 형성하면서, 드럼믹서(5)의 후단부로부터 석회석계 분말원료(3) 또는 석회석계 분말원료(3)와 고체연료계 분말원료(4)(코크스, 무연탄등)를 첨가하여 혼합, 조립한다.
또 도 3은 별도의 본 발명의 바람직한 의사입자구조를 제조하기 위한 조립플로차트(방법 C)를 나타낸다.
본 발명의 (방법 C)에서는 드럼믹서를 복수의 구성(본예에서는 2조)으로 하여 거친 입자의 철광석(1)과 미세입자의 철광석 및 SiO2함유원료(2)(미세입자의 규석, 사문석, Ni슬래그등)를 선단측의 드럼믹서(5)의 선단부로부터 첨가하여 의사입자를 형성하면서, 최말단측의 드럼믹서(5')의 점선으로 나타내는 선단부로부터 혹은 실선으로 나타내는 바와 같이, 후단부로부터 석회석계 분말원료(3), 또는 석회석계 분말원료(3)와 고체연료계 분말원료(4)(코크스, 무연탄등)를 첨가하여 혼합조립한다.
석회석계 분말원료(3)만을 첨가한 경우에는 그 후, 고체연료계 분말원료(4) (코크스, 무연탄등)를 첨가하여 혼합하여, 제4층을 조립하면 된다.
석회석계 분말원료(3) 및 고체연료계 분말원료(4)는 평균입자직경이 0.5mm이하, 바람직하게는 0.25mm이하로 함으로써 제2층에 부착하기 쉽게 되고, 그 외표면을 피복할 수 있다.
본 발명의 (방법 A) (방법 B) (방법 C)에 의하면, 거친 입자의 철광석(1)을 핵으로 하여 그 주위에 미세입자의 철광석이나, SiO2함유원료(2)가 부착되고, 다시 또 그 주위에 석회석계 분말원료(3)와 열원인 고체연료분말원료(4)(분말코크스)를 부착시킬 수 있고, 3층 이상으로 피복조립된 의사입자가 된다.
이것에 의해 의사입자로 된 소결원료의 소결과정에서 CaO 와 SiO2의 반응이 지연되고, 냉간강도가 낮은 칼슘실리케이트(CS)의 생성이 억제되고, 괴표면에 강도가 높은 칼슘페라이트(CF)를 괴내부로 향하여는 피환원성이 높은 헤마타이트(He)가 선택적으로 생성되고, 미세기공이 많고, 피환원성이 우수한 냉간강도가 높은 소결광이 안정적으로 제조가능하다.
또 본 발명자등은 소결원료전체에의 본 발명의 소결용 의사입자원료의 함유비율을 변화시킨 경우의 소결광 제조실험을 행하여, 그 실험에서 얻어진 소결광의 피환원성을 측정했다.
그 결과의 1예를 도 20에 나타낸다.
이것으로부터 본 발명의 소결용 의사입자원료가 소결원료전체의 20%이상을 점하는 것이 되면, 종래의 소결광보다 피환원성을 향상시키는 효과를 발휘시키는 것을 알 수 있다.
따라서, 소결조업에 있어서, 소결원료내에 본 발명의 의사입자원료의 존재를 20%이상 확보하여 소결광의 제조를 행하는 것이, 피환원성 향상에 필요하고, 피환원성을 70%로 하는 경우에는, 전체소결원료중의 본 발명에 따른 소결용 의사입자원료의 함유비율을 바람직하게는 50%이상 확보하여 소결광을 제조하면 된다.
이 본 발명에 따른 소결용 의사입자원료의 함유비율은 다음과 같이 하여 조 정할 수 있다.
(1) 종래의 조립법에 의한 소결원료중에 별도로 제조한 본 발명의 소결용 의사입자원료를 필요한 함유비율이 되도록 첨가할 것.
(2) 드럼믹서에 의한 소결용 의사입자원료의 제조에서는, 석회석계 원료의 첨가시기를 조정함으로써 필요한 함유비율로 조정할 수 있다.
예를 들면, 드럼믹서에서의 첨가시기를 빨리하면 본 발명의 소결용 의사입자원료의 함유비율은 낮게 되고, 석회석계 원료의 첨가시기를 드럼믹서에 의한 조립말기로 하면, 본 발명의 소결용 의사입자원료의 함유비율을 높게 할 수 있다.
이것에 의해 소망의 피환원성을 갖고, 반응성이 보다 우수한 소결광을 얻을 수 있다.
(실시예)
표 2에 나타내는 배합비율의 소결원료를 사용하여 본 발명의 도 1에 나타내는 (방법 A)로서 조립한 의사입자를 드와이트 로이드소결기에 반송하여, 팔레트(palette)상에 충전시켰다.
비교를 위해 철광석, SiO2함유원료, 석회석계 분말원료, 코크스분말을 동시에 혼합하는 처리방법으로 조립한 의사입자를 드와이트 로이드소결기에 반송하여, 팔레트상에 충전하는 조업을 행했다.
그 후, 팔레트상에서 소결을 행하여, 광물조성, 비표면적, 피환원성을 측정했다.
본 발명법, 종래법에서의 결과를 표 3에 나타낸다.
표 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 도 1에 나타내는 (방법 A방법 A용함으로써 광물조직에서는 피환원성이 높은 헤마타이트(He)가 증가하고, 피환원성이 낮은 칼슘실리케이트(CS)가 감소하고, 또 헤마타이트(He)에 유래하는 미세기공의 증가에 의해 비표면적도 증가하고, 종래법에 비하여 피환원성은 15%향상되었다.
또한 여기서, 비표면적은 Bet법으로, 피환원성은 JIS M 8713에 준거하여 측정했다.
또 본 발명의 도 2에 나타내는 (방법 B)를 사용하여 제조한 의사입자를 같은모양으로 드와이트 로이드소결기에 반송하여, 팔레트상에 충전시켰다.
그후 소결을 행하여, 생산율, 셔터강도(냉간강도 JIS M8711에 준거하여 측정), 피환원성을 측정했다.
그 결과, 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 도 2에 나타내는 (방법 B)에서는 종래법에 비교하여 피환원성 JIS-RI로 약 8%의 증가와 생산율에서 약 0.19t/hr·m2의 향상이 얻어지고, 셔터강도는 0.4%의 증가가 보였다.
또 표 2에 나타내는 배합비율의 소결원료를 사용하여 본 발명의 3에 나타내는 (방법 C)로서 조립한 의사입자를 드와이트 로이드소결기에 반송하여, 팔레트상에 충전시켰다.
비교를 위해 철계원료, SiO2함유원료, 석회석계 분말원료, 코크스분말을 동시에 혼합하는 처리방법으로서, 조립한 의사입자를 드와이트 로이드소결기에 반송 하여 팔레트상에 충전시키는 조업을 행했다.
그후, 소결을 행하여 생산율, 셔터강도(냉간강도 JIS M8711에 준거하여 측정), 피환원성을 측정했다.
그 결과, 도 15에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 도 3에 나타내는 (방법 C)로 말단측의 드럼믹서의 후단부로부터 석회석계 분말원료(3)와, 열원이 되는 고체연료계 분말원료(4)(코크스, 무연탄등)를 첨가했을때, 종래법에 비교하여 피환원성 JIS-RI에서 약 10%의 증가와, 생산율에서 약 0.19t/hr·m2의 향상이 얻어지고, 셔터강도는 0.8%의 증가가 보였다.
또 도 14에 본 발명법에 의해 제조된 소결광의 기공직경분포를 종래법과 비교하여 나타낸다.
기공직경분포는 수은 포로시미터(mercury porosimeter)에 의한 수은 순환방식에 의해 구했다.
본 발명법에 의해 제조된 소결광은 환원가스의 유로가되는 1㎛이하의 미세기공부분이 증가되어 있고, 피환원성의 개선에 적합한 기공구조로 되어 있다.
도 10에 거친 입자의 철광석을 핵광석으로 하여 그 주위에 미세입자의 SiO2함유원료를 부착시키고, 다시 또 그 외측에 석회석과 열원인 분말코크스를 부착시키는 3층 피복의 본 발명법에 의한 의사입자와 석회석을 의사입자내에서 균일하게 혼합한 종래법에 의한 의사입자의 구조를 비교하여 나타냈다.
이것에 의해 본 발명법에 의한 의사입자는 석회석을 외장화하고 있기 때문에 종래법보다도 표면이 적색을 띤 백색으로 되어 있었다.
본 발명법에 의한 의사입자가 표면에 석회석이 부착되어 있는지를 확인하기위해 의사입자를 절단한 단면을 전자선 마이크로측정기(EPMA)로서 Ca와 Fe의 분포를 조사한 결과를 도 11에 나타낸다.
이것에 의해 본 발명법에 의한 의사입자는 표면에 석회석이 확실히 피복되어있는 것이 확인되었다.
본 발명법 및 종래법에 의한 의사입자의 소결체의 단면을 EPMA에 의해 측정한 결과를 도 12에 나타낸다.
본 발명법에 의해 석회석을 외장화함으로써 상기 도 5에 나타내는 것과 같은 괴표면에 강도가 높은 칼슘페라이트(CF)를, 괴내부로 향해서는 피환원성이 높은 헤마타이트(He)를 선택적으로 생성시킨 소결구조가 얻어지는 것이 확인되었다.
도 13에 그 소결체의 외관을 나타낸다.
이것에 의해 종래법에서는 소결체가 집괴암상으로 되는 것에 대하여 본 발명의 특징은 소결체가 포도송이 모양으로 접합하는 것을 알았다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 소결원료의 처리방법에 의하면, 소결원료를 믹서로 혼합하여 조립하는데 있어서, 거친 입자의 철광석을 핵광석으로 하여 그 주위에 석회석계 분말원료와, 고체연료계 분말원료를 포함하지 않는 미세입자의 철광석이나, SiO2 함유원료를 부착시킨 후에 석회석계 분말원료와, 열원인 고체연료계 분말원료를 부착시킨다.
이 때문에, 드와이트 로이드소결기에 의한 소결과정에서, 냉간강도가 낮은 칼슘실리케이트(CS)의 생성이 억제되고, 괴표면에 강도가 높은 칼슘페라이트(CF)를, 괴내부로 향해서는 피환원성이 높은 헤마타이트(He)가 선택적으로 생성되고, 미세기공이 많고, 피환원성이 우수한 냉간강도가 높은 소결광이 생산성이 양호하게 제조된다.
표 1
칼슘페라이트 (CF) 헤마타이트 (He) 칼슘실리케이트 (CS) 마그네타이트 (Mg)
피환원성(%) 34 50 3 27
인장강도(MPa) 102 49 19 58
표 2
종류 배합비율(질량%) 입자크기(mm)
철광석(거친 입자) 50 3.0
SiO2함유원료(미세입자) 36 1.0
석회석계 분말원료 9 1.5
코크스분말 5 0.8
표 3
광물조성(질량%) 비표면적 (m2/g) 피환원성 (%)
CF He CS Mg
본 발명법 20.4 54.9 14.3 10.4 2.75 83.8
종래법 27.6 36.0 27.3 9.1 1.10 68.9

Claims (16)

  1. 철광석 및 SiO2함유원료를 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료로부터 분리하여 유사입자를 제조하는 것으로, 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료를 포함하지 않는 철광석 및 SiO2함유원료에 대해서 석회석계 분말원료가 외장화되어 있는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 철광석 및 SiO2함유원료는 석회석계 분말원료와 반응하지 않는 미용융 철광석을 확보할 수 있는 양인 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    고체연료계 분말원료가 상기 석회석계 분말원료와 함께 또는 상기 석회석계 분말원료 보다 외층에 외장화되는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료.
  4. 고로용 소결광을 제조하는 소결용 의사입자원료로서, 거친입자의 철광석을 핵으로 하는 제1층을 구비하며, 상기 제1층의 외표면을 덮도록 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료를 포함하지 않으며 아울러 상기 거친입자의 철광석보다 미세한 입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 부착시킨 제2층을 구비함과 동시에 또한 제3층째 이후로서 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료를 부착시킨 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료.
  5. 고로용 소결광을 제조하는 소결용 의사입자원료로서, 평균입자직경이 2mm이상의 거친 입자의 철광석을 핵으로 하는 제1층을 가지고, 그 제1층의 외표면을 덮도록 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료를 포함하지 않는 평균입자직경이 2mm미만의 미세입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 부착시킨 제2층을 가짐과 동시에, 또한 제3층째 이후로서 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료를 부착시킨 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3층이 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료의 혼합층인 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제3층이 석회석계 분말원료층이며, 그 석회석계 분말원료층의 외층부에 고체연료계 분말원료의 부착층을 구비한 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료.
  8. 철광석 및 SiO2함유원료를 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료로부터 분리하여 의사입자를 제조하는 것으로, 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료를 포함하지 않는 철광석 및 SiO2함유원료에 대해서, 석회석계 분말원료가 외장화되어 있는 소결용 의사입자원료를 이용하여 제조된 고로용 소결광.
  9. 제8항에 있어서,
    괴표면에 강도가 높은 칼슘페라이트(CF)를 괴내부를 향해서는 피환원성이 높은 헤마타이트(He)를 선택적으로 생성시키는 것을 특징으로 하는 고로용 소결광.
  10. 하측흡인의 드와이트 로이드식 소결기를 이용하여 고로용 소결광을 제조하는 공정의 사전처리로서, 철광석, SiO2함유원료, 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료로 이루어지는 소결원료를 조립하는데 있어서, 거친 입자의 철광석을 핵으로하여 그 주위에 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료를 포함하지 않으며 아울러 상기 거친 입자의 철광석 보다 미세한 입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 부착시켜 제2층째를 조립한 후, 또한 제3층째 이후로서 석회석계 분말원료와 열원이 되는 고체연료계 분말원료를 부착시켜 조립하여, 3층 이상의 피복의 의사입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법.
  11. 하측흡인의 드와이트 로이드식 소결기를 사용하여 고로용 소결광을 제조하는 공정의 사전처리로서, 철광석, SiO2함유원료, 석회석계 분말원료 및 고체연료계 분말원료로 된 소결원료를 조립(造粒)하는데 있어서, 평균입자직경이 2mm이상의 거친 입자의 철광석을 핵으로 하여, 그 주위에 석회석계 분말원료와, 고체연료계 분말원료를 포함하지 않는 평균입자직경이 2mm미만의 미세입자의 철광석 및 SiO2 함유원료를 부착시켜서 제2층째를 조립한 후, 또한 제3층째 이후로서 위에 석회석계 분말원료와 열원이 되는 고체연료계 분말원료를 부착시켜서 조립하여 3층 이상의 피복의 의사입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제 3층째에 석회석계 분말원료와 고체연료계 분말원료의 혼합분말을 부착시켜서 조립하여, 3층피복의 의사입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제3층째로서 석회석계 분말원료를 부착시킨 후, 또한 그 석회석계 분말원료층의 외층부에 고체연료계 분말원료를 부착시켜 조립하여, 4층 피복의 의사입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중, 어느 한 항에 있어서,
    상기 거친 입자의 철광석과 상기 미세입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 별도로 설치한 조립기에 충전하고, 그 조립기에 의해 거친 입자의 철광석을 핵으로 하여, 그 주위에 미세입자의 소결원료를 부착시켜서 조립한 후, 이것을 석회석계 분말원료와 열원이 되는 고체연료계 분말원료를 믹서에 충전시켜서 조립하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법.
  15. 제11항 내지 제13항 중, 어느 한 항에 있어서,
    상기 거친 입자의 철광석과 상기 미세입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 믹서의 선단부에 충전하고, 상기 거친 입자의 철광석을 핵으로 하여 그 주위에 상기 미세입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 부착시켜 조립하면서, 그 믹서의 후단부로부터 석회석계 분말원료와 열원이 되는 고체연료계 분말원료를 충전시켜서 조립하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법.
  16. 제11항 내지 제13항 중, 어느 한 항에 있어서,
    상기 거친 입자의 철광석과 상기 미세입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 복수믹서의 선단측 믹서로부터 충전하고, 상기 거친 입자의 철광석을 핵으로 하여, 그 주위에 상기 미세입자의 철광석 및 SiO2함유원료를 부착시켜 조립하면서, 그 복수믹서의 최후미의 믹서의 선단부 혹은 후단부로부터 석회석계 분말원료와 열원이 되는 고체연료계 분말원료를 충전시켜서 조립하는 것을 특징으로 하는 소결용 의사입자원료의 제조방법.
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