KR100571063B1 - 고로용 탄소가 내장된 비소성 괴 성광 및 그 제조방법 - Google Patents

고로용 탄소가 내장된 비소성 괴 성광 및 그 제조방법 Download PDF

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가부시키가이샤 데츠겐
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Abstract

고로(高爐) 샤프트부에서의 피환원성이 양호하고 급열 폭발성능이 개선된 품질을 가진 비소성 괴(塊) 성광(成鑛)과 그 제조방법을 제공한다.
함산화철 원료와 탄재를 배합하고 바인더를 가하여 혼련, 성형, 양생하여 이루어진 탄소가 내장된 비소성 괴 성광에 있어서, 철광석류의 피환원 산소를 환원하여 금속철로 하기 위해 필요한 이론 탄소량의 80∼120%의 탄소를 함유하고, 또 상온에서의 압궤(壓潰)강도 7850kN/㎡ 이상이 되도록 바인더를 선택하여 혼련, 성형, 양생하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고로용 탄소가 내장된 비소성 괴 성광 및 그 제조방법.

Description

고로용 탄소가 내장된 비소성 괴 성광 및 그 제조방법{Carbon containing nonfired agglomerated ore for blast furnace and production method thereof}
도 1은 고로에서의 장입(裝入)원료, 환원가스의 온도분포를 도시한 설명도이다.
도 2a 및 도 2b는 로(爐)내 승온 히트패턴과 각종 고로용 원료의 환원특성을 도시한 도면이다.
도 3은 900∼1000℃에서의 탄재가 내장된 비소성 펠렛의 환원특성을 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 석탄이 배합된 비소성 펠렛의 환원특성과 분위기 온도, 가스농도와의 관계를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 비소성 펠렛의 급열 폭발특성과 설정온도의 관계를 도시한 도면이다.
도 6은 탄소가 내장된 비소성 펠렛의 공업적 제조 흐름도이다.
본 발명은 고로 샤프트부에서의 피환원성이 양호하며 급열 폭발성능이 개선된 품질을 갖는 비소성 괴 성광과 그 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 제철소의 각종 집진장치 등에서 회수되는 다양한 함철, 함탄 더스트를 배합하고 시멘트계의 시효성 바인더를 사용하여 혼련, 성형하여 8∼16mm 직경의 비소성 펠렛이나 브리켓 등의 괴 성광을 제조하여 고로 원료로서 사용하고 있다. 현재의 제조방법으로 제조되는 비소성 괴 성광의 문제는 시멘트계 바인더를 사용한 수화(水和) 반응에 의해 제품의 강도를 확보하는 방식인데 결정수(結晶水)나 몇%의 부착수를 포함한다는 것이다. 그 결과 고로 샤프트부에서의 환원 지연이나 고로 내에서의 500∼700℃ 영역에서의 급열 폭발 등을 우려하여 원료의 사용이 고로 주원료의 약 3% 이하로 제한되어 있으며 제철소의 재활용율 확대의 관점에서 비소성 괴 성광의 품질 개선이 요청되고 있다. 또한 탄소를 내장한 비소성 펠렛에 대해서는 통상의 고로 원료인, 소위 탄소를 포함하지 않은 소결광, 소성 펠렛, 생광석에 비해 보다 우수한 환원진행을 나타낸 것으로 보고되고 있는데, 각종 제철 더스트의 이용 형태나 배합 제약의 결과로서 몇%의 탄소를 포함한 것이 많으며 고로 조업면에서의 최적값에 대해 보고한 예는 적다.
본 발명은 상기 시멘트계 비소성 괴 성광의 고로 조업면에서의 환원지연이나 급열 폭발성 등의 열화성능을 개선하기 위한 발본적인 개선책을 제공하는 것이다. 즉 더스트 원료의 배합에 있어서 최적의 배합 비율의 탄소를 내장하고, 높은 냉간강도를 가진 탄소가 내장된 비소성 괴 성광을 제조하고, 이로써 고로 프로세스의 특징 중 하나인 열보존대나 환원반응 평형대에서의 환원정체를 회피하여 환원을 진 행시킴과 동시에 탄소 내장효과와 바인더에 의한 기질강도의 향상을 적극적으로 꾀하여 고로에서의 급열 폭발 방지를 꾀하는 비소성 괴 성광과 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 요지가 되는 것은,
(1) 함산화철 원료와 탄재를 배합하고 바인더를 가하여 혼련, 성형, 양생하여 이루어진 탄소가 내장된 비소성 괴 성광에 있어서, 철광석류의 피환원 산소를 환원하여 금속철로 하기 위해 필요한 이론 탄소량의 80∼120%의 탄소를 함유하고, 또한 상온에서의 압궤강도 7850kN/㎡ 이상이 되도록 바인더를 선택하여 혼련, 성형, 양생하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고로용 탄소가 내장된 비소성 괴 성광.
(2) 상기 (1)에 기재된 함산화철 원료로서 철광석 또는 제철소 집진장치 등에서 회수되는 다양한 함철, 함탄계 더스트를 이용하는 것을 특징으로 하는 고로용 탄소가 내장된 비소성 괴 성광.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 함산화철 원료와 탄재에 석탄, 플라스틱, 폐토너 등의 탄화수소계 첨가재를 배합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고로용 탄소가 내장된 비소성 괴 성광.
(4) 함산화철 원료와 탄재를 배합하고 바인더를 가하여 혼련, 성형, 양생하여 이루어진 탄소가 내장된 비소성 괴 성광의 제조방법에 있어서, 철광석류의 피환원 산소를 환원하여 금속철로 하기 위해 필요한 이론 탄소량의 80∼120%의 탄소를 함유하고 또한 상온에서의 압궤강도 7850kN/㎡ 이상이 되도록 바인더를 선택하여 혼련, 성형, 양생하여 제조함으로써 고로의 샤프트부에서의 열보존대에서의 환원정 체와, 급열 폭발에 의한 원료의 분화(粉化)를 효과적으로 방지하는 것을 특징으로 하는 고로용 탄소가 내장된 비소성 괴 성광의 제조방법이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
우선 고로 샤프트부에서의 열보존대와 환원반응 평형대에서의 가스온도 분포, 가스농도 분포와 고로 원료의 환원진행의 정체에 관해 설명한다. 도 1은 고로에서의 장입원료, 환원가스의 온도분포를 도시한 설명도이다. 고로 프로세스는 장입원료와 환원가스의 역류 반응로이다. 장입원료의 온도상승에 관해 장입되어 하강하는 원료는 역류하는 고로 환원가스로부터의 급속도의 열교환에 의해 가열되어 도 1에 도시한 바와 같이 900∼1000℃까지 가온되어 가스와 장입원료간의 온도차이가 없어져 평형에 도달한다. 또 하부에서는 환원가스로부터의 열공급에 의해 승온되어 풍구(風口, tuyere)레벨에서는 1600℃ 정도의 최고온도에 도달한다.
한편 풍구레벨에서 열풍과 코크스(coke)의 연소에 의해 생성된 2200℃ 이상의 고로 환원가스는 철광석의 직접환원반응이나 용해에 필요한 반응열을 장입원료에 공급한 결과 급격히 900∼1100℃ 정도까지 강온하여 일단 평형에 도달한 후, 샤프트 상부에서 장입된 원료와 열교환하여 100∼200℃에서 로 밖으로 배출된다. 고로는 장입원료와 환원가스의 역류 열전달과 환원반응에 의해 규제된 적절한 온도분포에 의해 안정적인 조작을 계속할 수 있으며 일반적으로 도 1에 도시한 바와 같은 열류비가 1보다 작은, 소위 샤프트 상부에서 위로 볼록한, 고로 하부에서는 아래로 볼록한 온도 패턴을 나타내는 경우에 열적인 안정조작이 가능하다.
이 결과 샤프트 중간에서 하부로 900∼1100℃의 열보존대가 생긴다. 이 열보존대의 온도는 고로의 연로비 수준이나 통기대책으로서 선택되는 분포제어수단의 결과인 로 반경방향의 ore/coke 분포에 따라 달라서, 고로의 연료비가 높은 경우 또는 반경방향에서의 ore/coke비가 낮은(즉 열류비가 낮은) 고로 중심부분에서는 열보존대의 평형온도는 1100℃ 정도까지 상승하고, 반대로 고로의 연료비가 낮은 조업의 경우 또는 반경방향에서 ore/coke비가 높은(즉 열류비가 높은) 고로 중간영역 부분에서는 열보존대의 평형온도는 900℃ 가까이로 저하된다.
고로에서의 원료 환원진행을 지배하는 요소로서 고로의 환원분위기측의 요인으로는 환원가스의 온도와 환원도[η-CO라 칭함. CO/(CO+CO2)]가 있으며 열보존대 온도에서의 평형가스 환원도로부터 제약받는 환원율 이상으로 환원이 진행되지 않아 환원정체가 생기는 것이 일반적으로 알려져 있다. 본 발명은 상기 환원정체의 회피를 제공하는 것이다.
훤원정체를 회피할 수 있게 하는 비소성 괴 성광의 제조를 검토하기 위해 발명자들이 실시한 연구결과에 대해 상세히 설명하기로 한다. 고로 샤프트부에서의 온도상승을 모의실험한 히트패턴에서의 각종 장입원료의 환원시험 결과를 도 2A 및 도 2B에 도시한다. 도 2A 및 도 2B는 로내 승온 히트패턴과 각종 고로용 원료의 환원특성을 도시한 도면이다. 도 2A는 로내의 승온 히트패턴을 도시하며, 도 2B는 각종 고로용 원료의 환원특성을 도시한다. 이 도면에 도시한 바와 같이 원료장입 후 1시간 만에 1000℃에 도달하여 2시간 동안 1000℃의 열보존대에 체류한 경우의 예 에서 환원분위기로서 가스환원도 η-CO=30%인 경우의 각종 원료의 환원율 추이를 도시하고 있다.
각종 원료로서 본 발명의 탄소가 내장된 비소성 펠렛, 종래의 비소성 펠렛, 소결광석, 수입 소성펠렛, 수입 괴 광석을 사용했다. 본 발명의 탄소가 내장된 비소성 펠렛은 다음과 같이 제조했다.
① 내장 탄재에 관해서는, 철광석의 피환원 산소를 금속철까지 환원할 때 필요한 이론 탄소량(이하 탄소환원당량=1.0)을 내장한 비소성 펠렛으로서, 탄소 함유량은 13%로서 종래의 비소성 펠렛보다 상당히 높다. 탄재 형으로는 고로의 1차가스탄을 주로 배합조정했다.
② 내장탄소의 증가에 따라 비소성 펠렛 조직이 취약해지기 때문에 조강성(早强性) 포트랜드 시멘트를 10% 배합하여 7일간 양생한 후의 압궤강도 7850kN/㎡ 이상을 확보하여 급열 폭발성능의 발본적 개선을 꾀하였다.
종래의 비소성 펠렛은 제철 더스트를 원료로 하여 제조된 것으로서 탄소환원당량=0.3, 탄소 함유량 3.5%, 7일간 양생한 후의 압궤강도 4900kN/㎡의 통상의 비소성 펠렛이다.
도 2A 및 2B에서 알 수 있듯이 내장탄재를 포함하지 않은 소결광, 철광석, 수입 소성펠렛의 도달환원율은 모두 환원분위기로서 η-CO 30%의 가스환원도의 영향을 받아 환원율은 30% 정도로 낮고 환원진행이 정체되어 있다. 한편, 본 발명의 탄소가 내장된 비소성 펠렛은 도달환원율은 70% 이상에 도달해 있으며 탄소를 내장하지 않은 원료에 비해 현저하게 환원이 진행되고 있다. 탄소 함유량이 적은 종래의 비소성 펠렛의 도달환원율은 상당히 낮았다. 그 이유는 다음과 같다.
탄소를 함유하지 않은 소결광, 철광석, 수입 소성펠렛의 가스환원은 광석입자의 표면으로부터의 환원가스의 확산에 의해 진행되기 때문에 환원도달률은 광석입자의 환원온도와 환원가스의 환원도(η-CO)에 의해 지배되고 있으며 열보존대의 온도에서 이론적으로 평형한 가스환원도에 도달하는 환원율에 도달하면 환원진행이 정체된다. 본 시험에서는 가스환원도(η-CO)를 열보존대에서의 이론적 평형가스농도에 가까운 30%로 함으로써 이와 평형한 환원율 30% 정도에서 환원정체가 발생하는 것으로 이해된다.
한편, 탄소환원당량이 1인 탄소가 내장된 비소성 펠렛의 가스환원진행 형태는 표면으로부터의 환원가스의 입자내 확산에 더하여, 입자내에 내장된 탄재 중의 탄소가 철광석 중의 탄소와 직접 환원됨으로써 새롭게 생성되는 CO가스의 내압 증가에 의해 표면에서 확산되는 환원도가 낮은 성분의 환원가스를 압출하고, 탄소가 내장된 비소성 펠렛의 표면부분은 내부에서 발생되는 환원도가 높은 CO가스에 덮혀 열보존대의 온도에서의 평형가스 환원도에 비해 환원력이 훨씬 강한 가스농도로 되어 있으며 그 결과 환원도달도가 높아졌다는 것을 이해할 수 있다.
즉, 탄소가 내장된 비소성 펠렛은 고로의 열보존대의 온도레벨에서의 환원제약을 받지만, 열보존대에서의 평형가스농도의 영향을 회피할 수 있으며 이로써 탄소가 내장된 비소성 펠렛의 환원도달도를 높일 수 있다. 종래의 비소성 괴 성광의 탄소함유량은 탄소환원당량이 낮아 열보존대 온도에서의 환원정체를 회피하는 데 필요한 탄소를 포함하고 있지 않기 때문에 환원진행이 불충분하다.
본 발명의 고로에서의 열보존대 온도에서의 환원정체를 방지하기 위해서는철광석의 피환원 산소를 환원하는데 필요한 이론 탄소량(탄소환원당량=1)의 80% 이상, 120% 이하의 탄소를 함유하는 것이 필요조건이다. 120%를 초과하는 탄소의 존재는 환원철 중에 잔류하여 고로의 환원제로서, 또는 용해촉진을 위해 유리하게 기능하지만, 과잉 탄소의 존재는 펠렛의 압궤강도의 저하 원인이 되므로 120%를 상한으로 했다. 여기에서 말하는 이론 탄소량이란 다음 화학식에 기초한 탄소량이다.
Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO
Fe3O4 + 3C → 3Fe + 4CO
본 발명의 탄소가 내장된 비소성 펠렛의 이점은 상술한 바와 같이, 비소성 펠렛에 내장된 탄소가 철광석 중의 산소와 반응하여 환원성 CO가스가 펠렛 내부에서 새롭게 발생하여 외부 표면을 봉함으로써 주위 부분의 열보존대 온도에서 평형가스농도를 회피할 수 있기 때문이다. 한편, 비소성 펠렛에 내장된 탄소와 산소의 반응은 직접환원반응으로서 온도의존성이 높아 일반적으로 900℃ 이상이 필요하다. 고로의 열보존대 온도는 900∼1100℃이다. 열보존대 온도의 환원도달율에 미치는 영향을 실험으로 구한 결과를 도 3에 도시했다.
도 3은 900∼1000℃에서의 탄재가 내장된 비소성 펠렛의 환원특성을 도시한 도면이다. 도 3의 결과에서 고로의 열보존대 온도가 950℃ 이상이면 환원정체가 적어 환원은 진행되지만 900℃인 경우에는 내장된 탄소와 산소의 직접환원반응이 별로 진행되지 않아 열보존대 온도에서의 평형가스농도의 영향을 적극적으로 회피할 수 없다. 본 발명자들은 탄소와 철광석 중의 산소와의 직접환원반응이 불충분한 900℃ 온도영역의 열보존대에서도 평형가스농도의 영향을 회피하는 방법으로서, 반응성이 높은 내장탄소를 선택하거나 일반적으로 300∼500℃에서 열분해하여 경질의 탄화수소나 수소, CO가스를 발생시키는 석탄, 플라스틱, 폐토너 등의 탄화수소계 첨가재를 미리 함유시키고 탄소가 내장된 비소성 펠렛을 제공했다.
도 4A는 휘발분(揮發分)이 높은 석탄을 배합한 비소성 펠렛 및 휘발분이 없는 코크스 분말을 배합한 비소성 펠렛의 환원온도와 환원율의 관계를 도시한다.
도 4B는 석탄이 배합된 비소성 펠렛에서의 환원시간과 분위기온도 및 가스농도와의 관계를 도시한다.
이 도면에서 알 수 있듯이 석탄 등의 탄화수소계 환원제는 400℃ 정도에서부터 분해되어 수소계 환원가스를 발생시키고 탄소가 내장된 비소성 펠렛의 내부와 표면부분을 지배함으로써 탄소와 철광석 중의 산소와의 직접환원반응이 불충분한 온도영역에서도 그를 대신하는 역할을 하여 열보존대 온도에서의 평형가스농도의 영향을 회피하여 높은 환원도달율을 얻을 수 있었다. 즉, 고로내에서 900∼950℃ 등 탄소와 산소의 직접환원반응이 활발하지 않은 온도에서의 환원정체를 회피하는 방법으로서 석탄, 플라스틱, 폐토너 등의 탄화수소계 환원제의 첨가가 유효하다는 것을 발견했다.
다음으로 본 발명의 주요 요건인 탄소가 내장된 비소성 펠렛의 강도를 확보하는 대책에 대해 설명한다.
고로는 가스와 장입원료의 역류 반응로로서, 고로에 장입할 때까지 원료의 이송이나 정립(整粒) 등의 핸들링을 견딜 수 있는 강도가 원료에 있어서 필요하며, 또 고로로 장입되어 고로 하부로 차례로 이동되어 가는 과정에서의 전동(轉動), 마쇄에 견딜 수 있는 내마모강도, 광석의 환원진행이나 열적 이력에 의한 광물조직의 취약화를 견딜 수 있는 고온강도 등을 고려하여 고로 장입원료의 각종 강도에 관한 품질관리지표를 실험적, 경험적으로 설치하여 원료의 공정분석에서의 품질관리가 실행되고 있다. 종래의 비소성 괴 성광에 대해서는 고로 장입전의 냉간압궤강도로서 4900kN/㎡ 정도의 수준에서 품질관리가 실시되어 왔다.
본 발명자들은 비소성 괴 성광의 최대 약점인 고로내에서의 급열 폭발특성의 개선을 중심으로 하는 개선방법을 검토함과 동시에 종래 실시되어 왔던 각종 원료의 강도시험을 고로에서 통상 사용되고 있는 소결광, 수입 소성펠렛, 수입광석을 비교원료로서 조사하여 본 발명의 탄소가 내장된 비소성 괴 성광에 필요한 강도향상대책을 연구했다. 원료의 시험방법으로서 압궤강도, 급열 폭발특성, 환원후 압궤강도에 대해 실시했는데 각종 원료강도 시험방법은 다음과 같다.
냉간압궤강도: JIS M8718 「철광석 펠렛 압궤강도 시험방법」에 따라 시료 1개에 규정된 가압반(盤)속도로 압축하중을 걸어서 파괴시켰을 때의 하중값을 측정한다. 강도지수는 단위 단면적당 하중값으로 표시한다.
급열 폭발성능 평가: 소정 온도로 설정한 전기로에 시료를 1개 투입함으로써 급속가열처리를 하고(동일한 조건에서 N=5로 실시) 그 때의 폭발 유무를 관찰한다.
환원후 압궤강도: 소정의 환원조건에서 환원한 시료를 상기 냉간압궤 강도시험과 마찬가지로 압축하중을 걸어서 파괴시켰을 때의 하중값을 측정한다. 강도지수 는 단위 단면적당 하중값으로 표시한다.
텀블러 강도: 500g의 시료를 분당 900번 회전하는 회전드럼에 충전하여 30분간 회전시킨다. 그 후 3㎜의 체로 치고 강도지수는 -3㎜의 분율(粉率)로 표시한다.
낙하 강도: JIS M8711「철광석 소결광 낙하강도 시험방법」에 따라 10∼19㎜의 시료를 20±0.2㎏ 시험상자에 넣어 2m의 높이에서 두께 10㎜ 철판 위에 16회 낙하시킨 후 5㎜의 체로 치고 강도지수에 대해서는 -5㎜의 분율(粉率)로 표시한다.
본 발명의 제철 더스트류를 원료로 한 탄소환원당량이 1이 되는 탄소가 내장된 비소성 펠렛은 내장 탄소량을 상당량 증가시킬 필요가 있고, 이에 의해 압궤강도가 열화된다는 것이 경험적으로 상정되므로, 강도개선방법으로서 종래부터 사용되어 온 에스멘트(Esment) 5%에 알칼리 자극제로서 1%의 생석회를 더한 시효성 바인더를 대신하여 조강 포트랜드 시멘트 10%를 사용한 탄소가 내장된 비소성 펠렛을 제조하여 평가했다.
압궤강도, 급열 폭발특성, 환원후 압궤강도의 측정결과를 각각 표 1 및 도 5A, 도 5B에 도시한다. 도 5A, 도 5B는 비소성 펠렛의 급열 폭발특성과 설정온도와의 관계를 도시한 도면이다. 표 1에서 알 수 있듯이 종래부터 사용되어 온 바인더의 경우에 탄소가 내장된 비소성 펠렛의 압궤강도는 다른 고로 원료에 비해 낮은 수준에 있지만 본 발명의 조강 포트랜드 시멘트 10%를 사용한 탄소가 내장된 비소성 펠렛의 압궤강도는 다른 원료에 비해 높은 압궤강도 수준으로 개선되었다.
고로용 원료의 냉간 압궤강도(단위는 kN/㎡) 고로용 원료의 환원후 압궤강도(단위는 kN/㎡)
탄재내장 비소성 펠렛 에스멘트5%+생석회1% 4510 510
조강시멘트10% 10590 1410
통상의 고로 장입물 소성펠렛 23540 1030
소결광 4810 470
일반 괴 광석 10890 280
치밀질 괴 광석 20990 3090
통상의 비소성 펠렛 4510 320
고로 장입원료는 그 제조과정이나 고로 장입시까지의 핸들링 공정에 따라 수분을 포함하고 있다. 특히 비소성 괴 성광은 조립(造粒), 성형공정에서 적정 수분이 필요하며 또한 시멘트계의 시효성 바인더는 수화반응에 의해 강도 발현함으로써 다른 원료에 비해 결정수나 부착수가 많아 고로에서의 급열 폭발특성이 떨어지는 약점을 가지고 있어 그 대책이 필요하다. 상기 시험방법으로 500∼800℃의 각 일정온도로 유지한 로내에 각종 수분의 원료를 장입하여 급열 폭발특성의 유무를 평가하고 그 결과를 도 5A, 도 5B에 도시했다. 도면 중의 ○는 n=5개의 측정 중 5개 모두 급열 폭발하지 않은 양호한 것, △는 1개 이상 4개 이하 급열 폭발한 것, ×는 5개 전부가 급열 폭발한 것을 나타낸다.
그 결과 종래의 에스멘트 5%의 바인더에서의 탄소환원당량 0.3펠렛은 수분 1∼2%에서도 500℃에서의 급열 폭발조건에서 급열 폭발을 발생시켜 분화(粉化)되는 것으로 판명되었다. 한편, 본 발명의 조강 포트랜드 시멘트 10%를 사용한 탄소가 내장된 비소성 펠렛은 수분 4∼5%, 700℃ 이상의 급열 폭발조건에서도 급열 폭발을 일으키지 않아 양호했다. 그 원인은 탄소 함유량의 증가에 따라 고온증기가 쉽게 이탈되고, 또 조강 포트랜드 시멘트 배합에 의한 펠렛의 기질 강도 향상이 고온에 서의 수분의 급속한 증기화에 기인하는 급열 폭발을 회피하기 때문이라고 생각되므로, 본 발명의 500∼700℃ 온도영역에서의 급열 폭발의 회피는 탄소가 내장된 비소성 괴 성광의 중요하고도 필요한 조건이라는 것이 밝혀졌다.
또한 환원시험 후의 압궤강도의 시험결과를 표 1에 나타냈다. 환원의 진행에 따라 모든 장입원료의 환원후 압궤강도가 저하되어 있다. 산화철의 환원진행에 따른 환원조직의 상변화와 기공률 증가의 영향을 받은 결과로서, 고로 내의 환원상황을 모의실험한 환원가스에 의한 3시간 환원후의 시험결과를 표 1에 나타냈는데 본 발명의 조강 포트랜드 시멘트 10%를 배합한 경우의 환원후 압궤강도는 소결광, 수입광석에 비해 손색이 없었다.
이상과 같이 본 발명의 철광석을 금속철까지 환원하는 데 필요한 이론 탄소량에 상당하는 탄소를 함유하고 또한 상온 압궤강도 7850kN/㎡ 이상이 되도록 조강 포트랜드 시멘트 10%를 배합하여 제조한 탄소가 내장된 비소성 펠렛은, 고로에서의 열보존대 온도에서의 환원정체의 방지 및 종래의 비소성 괴 성광의 결점인 급열 폭발성 모두를 발본적으로 개선할 수 있는 우수한 고로 원료라는 것이 확인되었다.
(실시예)
본 발명의 방법에 따라 제조된 공업적 규모에서의 탄소가 내장된 비소성 펠렛의 제조결과와 해당 제품의 품질과 고로 사용평가에 대해 설명한다.
제철소에서 발생되는 더스트류를 배합하여 여러 가지 수준의 탄소환원당량비의 탄소가 내장된 비소성 펠렛을 제조했다. 표 2에 원료의 배합표의 예를 나타냈다. 원료배합의 케이스 1∼3은 환원탄소당량을 변화시킬 목적으로 탄소함유 더스트 인 고로 1차 가스회(灰)의 배합량을 10∼30%로 변화시켜 환원탄소당량비 0.8, 1.0, 1.2의 탄소가 내장된 비소성 펠렛을 제조했다. 바인더로서 압궤강도 및 급열폭발성을 개선하기 위해 조강 포트랜드 시멘트 10%를 배합했다.
도 6은 탄소가 내장된 비소성 펠렛의 공업적 제조의 흐름을 도시한 도면이다. 본 실험에서 제조한 펠렛의 제조는 원료배합표에 나타낸 각 종목의 원료를 각각 배합조에서 떠내서 윤식(潤式) 볼밀로 가습분쇄 혼련하여 믹서로 수분을 조정한 후 6m 직경의 디스크 펠렛 제조기로 조립(造粒)하여 5∼15㎜ 직경의 펠렛을 제조하고 덮개가 있는 양생 야드로 4일간 양성하여 원료 야드로 내보냈다. 각 케이스에서의 제조 t/h, 조립 수율 등의 제조상황, 생펠렛의 성상(性狀)을 표 2에 나타냈다.
No 고로 1차 가스회 전로(轉爐) 더스트미립 (微粒) 전로 더스트 조립(coarse grain) 소결 더스트 사 철 탈수 케이크 에스 멘트 생 석회 조강 시멘트 조립 수율 생산량 (t/h) 비 고
1 10 15 18 29 18 - - - 10 97.6 36.2 본발 명의 실시예
2 20 15 18 19 18 - - - 10 92.9 31.4
3 30 15 18 9 18 - - - 10 92.9 29.9
4 - 12 7 35 35 5 5 1 - 93.5 31.0 비교예
고로 1차가스회의 증량에 의해 원료의 부피밀도(bulk density)가 저하됨에 따라 제조 t/h, 조립 수율은 약간 저하됐지만 30t/h 수준의 고생산성을 유지할 수 있었다. 양성 일수에 따른 상온 압궤강도의 추이를 표 2에 나타냈는데 7일 강도로 7850kN/㎡ 이상의 양호한 제품을 제조할 수 있었다. 환원탄소당량 1에 가까운 No.2(1차가스회 20% 배합)의 탄소가 내장된 비소성 펠렛에 관해 마모·충격강도지 표인 텀블러 강도, 낙하강도 및 급열 폭발성능 시험, η-CO 30%에서의 승온환원시험의 결과를 표 3에 도시했는데, 모두 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 탄소가 내장된 비소성 펠렛을 제조할 수 있었다. 또한 본 제품을 장입원료에 10% 배합하여 고로 조업을 실시했는데 안정적인 조업이 학인되었다.
텀블러강도(-3㎜%)(%) 낙하강도(-5㎜%)(%) 환원율(%)
본발명예 No.1 1.03 0.05 53.76
본발명예 No.2 1.84 0.67 70.80
본발명예 No.3 2.65 1.29 71.89
비교예 No.4 (통상의 비소성펠렛) 7.10 5.43 30.10
소결광 2.46 7.90 26.90
소성펠렛 3.41 2.02 28.90
통상의 비소성펠렛 7.10 5.43 30.10
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 품질 개선에 의해 종래의 배합 제약이 완화되어 제철소의 더스트 재활용을 촉진할 수 있으며 그 결과 철광석, 석탄 등 자원의 유효 활용이 가능하다. 또한 본 발명의 펠렛은 고로 열보존대에서 탄소를 내장하지 않은 소결광 등에 보이는 환원정체를 회피할 수 있기 때문에 환원진행이 빨라 연료비(比)를 줄일 수 있다. 또한 환원진행이 빨라 고로 융착대에서의 금속화율이 높아져 고온특성도 우수하며 고로의 통기성 안정에 공헌할 수 있다. 더스트 중의 미립탄소, CDQ 분말이나 석탄 등의 환원용 탄재를 탄소환원당량에 내장한 원료이기 때문에 본 발명의 제품은 고로의 괴 코크스를 소비하지 않고 철을 제조할 수 있어 고로 연료 비용 절감에 공헌할 수 있다.

Claims (4)

  1. 함산화철 원료와 탄재를 배합하고 바인더를 가하여 혼련, 성형, 양생하여 이루어진 탄소가 내장된 비소성 괴 성광에 있어서, 철광석류의 피환원 산소를 환원하여 금속철로 하기 위해 필요한 이론 탄소량의 80∼120%의 탄소를 함유하고, 또 상온에서의 압궤강도 7850kN/㎡ ~ 10590kN/㎡이 되도록 바인더를 선택하여 혼련, 성형, 양생하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고로용 탄소가 내장된 비소성 괴 성광.
  2. 제1항에 있어서, 함산화철 원료로서 철광석 또는 제철소 집진장치에서 회수되는 함철, 함탄계 더스트를 이용하는 것을 특징으로 하는 고로용 탄소가 내장된 비소성 괴 성광.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 함산화철 원료와 탄재에 석탄, 플라스틱 및 폐토너로 이루어진 군으로부터 선택된 탄화수소계 첨가재를 배합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고로용 탄소가 내장된 비소성 괴 성광.
  4. 삭제
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