KR100587709B1 - 소결광의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고결정수, 저맥석으로 미분을 많이 함유하는 열등한 품질을 가진 마라맘바와 같은 철광석을 소결광 원료로 하여 사용하여도, 생산성과 제품회수율을 악화시키는 일이 없는 소결광의 제조방법을 제공한다.

결정수를 3.0질량% 이상, SiO₂를 4.0질량% 이하, 입경 0.25mm 이하의 미분을 20질량% 이상 함유하는 상기 철광석에 비표면적이 3m²/g 이상이고, 입경 3mm 이상 5mm 미만의 입자의 비율 A₁(질량%) 및 입경 5mm 이상 10mm 미만의 입자의 비율 A₂(질량%)의 관계가 다음 (1)식을 만족하는 광석을 배합하여 배합물로 하고, 이 배합물을 소정의 교반속도 이상에서 혼합조립한 후 소결한다.

13. 2 - 0.014×A₁ + 0.033×A₂＜14.5 … (1)

또는 상기 철광석에 결정수를 2.0~4.0질량%, SiO₂를 3.0질량% 이상, 0.25mm 이하의 미분을 20질량% 미만 함유하는 헤마타이트 광석을 첨가하고, SiO₂가 3.0~5.0질량%, 0.5mm 이하의 미분이 25질량% 이상 30질량% 미만인 배합물로 하며, 여기에 수분을 5~10질량%, 특히 바람직하게는 7.5~9.5질량% 첨가하여 고속교반기를 이용하여 혼합조립한 후 소결한다.

Description

소결광의 제조방법{manufacturing process for sintered ore}

본 발명은 결정수의 함유율이 높고, 또한 미분(微粉)이 많은 다공질(多孔質)의 열등한 품질로 구성되는 마라맘바 광석과 같은 철광석(이하 "제 1광석"이라 함)을 사용하여 양질의 소결광을 제조함에 유용한 소결광(燒結鑛)의 제조방법에 관한 것이다.

소결광은 그 염기도(CaO/SiO₂)와 SiO₂ 함유량이 목표치가 되도록 철광석에 석회석, 규석, 사문암 등 부원료가 배합되고, 또한 고체연료를 가한 배합원료가 드림믹서와 디스크팰리타이저로 혼합조립된 후, 소결기로 소성하여 얻어진다.

종래 결정수를 고농도로 함유하는 철광석을 댜량으로 배합하여 소결하면, 생산성과 제품회수율이 악화되는 일이 알려져 있다. 또한 미분이 많은 철광석을 다량으로 배합한 경우에도, 생산성과 제품회수율을 악화시키는 일도 잘 알려져 있다. 그러나, 원료사정에 따라 금후 갈수록 철광석원료는 질이 열등하게 되는 경향이 있어, 결정수함유율은 높으나 미분이 비교적 적은 피소라이트광석과, 결정수함유율도 높고 미분도 많은 예컨데 마라맘바광석의 배합비율을 증가시킨 소결광 개발이 초미의 과제로 되어 왔다.

배합원료중 결정수 함유량이 증가되면, 그 결정수를 분해하여 증발시키기 위한 열량이 여분으로 필요하게 되어, 고체연료의 첨가량을 증가시킬 필요가 생긴다. 만일 고체연료 첨가량을 증가시키지 않으면, 소결베드(bed)가 열부족상태로 되어, 제품소결광의 품질이 저하되고, 반광(返鑛)이 증가되어 제품회수율이 저하하게 된다.

한편, 반대로 고체연료 첨가량이 과잉이 되면, 소결베드의 적열대가 대폭 넓어지고, 또한 용융액이 과잉으로 생성되어, 소결베드의 통기저항이 증가되므로써 생산성이 저하되어 제품회수율이 떨어지는 등의 악영향이 나타난다.

또한, 미분함유율이 높은 상기 마라맘바와 같은 제 1광석을 많이 사용하면, 배합원료의 조립성(造粒性)이 악화하여 소결베드의 통기성이 나빠져서 생산성이 저하한다. 또한, 통기성 악화부위 및 그 하부의 소성이 불충분하게 되므로 제품의 회수율도 악화된다.

게다가, 예컨데 마라맘바광석과 같은 제 1광석은, 다른 원료광석에 비해 SiO₂함유량이 적기때문에, 품질이 열등한 마라맘바광석과 같은 제 1광석을 소결광의 원료로 사용하면, 소결광의 염기도(CaO/SiO₂)가 일정할 경우에는 소결광석 중의 SiO₂의 저하에 따라, CaO량도 저하하므로, 소결광형성에 필요한 조재량(造滓量)이 부족하여, 소결광의 제품회수율과 강도가 악화되는 일이 잘 알려져 있다.

또한, 마라맘바광석과 같은 제 1광석은 피소라이트 광석과 같이 기공율이 높은 다공질광석이므로, 상기 제1광석을 사용할 경우, 조립시에 첨가하는 수분의 일부가 그 기공중에 침입하여, 미분광석을 조립(粗粒)광석으로 부착시킬 수분이 부족하게 되므로, 배합원료의 조립성(造粒性)이 악화하여, 생산성과 제품회수율, 강도가 저하된다.

즉, 입경이 0.25mm 이하의 미분이 많은(통상20질량%이상) 다공질의 세립원료인 상기 제 1광석을 조립원료와 고수분으로 조립하여도, 조립원료에의 부착력이 약하기 때문에 배합원료의 의사입자강도가 저하하게 되므로, 소결기로의 수송중 분화하기도 하고, 소결베드내 건조시에 붕괴하여 소결베드의 통기성을 악화시켜, 생산성과 제품회수율을 저하시킨다고 하는 문제가 있었다.

상술한 문제를 해결하기 위한 기술도 지금까지 여러가지 제안되어 왔다. 미분을 많이 함유한 철광석을 사용하는 소결광 제조방법은, 특허 제2953308호 공보, 특개평10-280058호 공보, 특개평10-317069호 공보, 특개평11-61282호 공보에 기재되어 있고, 결정수 함유율이 높고, 또한 미분이 많은 상기 제 1광석의 사용방법은 특개2002-235121호 공보에 개재되어 있다.

이 중 특허제2953308호 공보에는, 「입경이 0.5mm 이하인 입자를 30질량% 이상 함유하고, 또한 소결광의 SiO₂함유량이 3.0 ~ 4.7질량%가 되도록 배합한 소결원료를 일괄하여 고속교반용 블래이드 날개를 내장한 혼합기에서 혼합한 후에 소결한다.」라는 기술이 개시되어 있다.

특개평10-280058호 공보에는, 「Al₂O₃를 2질량% 이상 함유하고, 또한 입경이 1mm 이하의 입자를 80질량% 이상함유하는 소결원료를 처리하는 방법에 있어서, 상기 소결원료의 일부에 집진기로 포집되는 건(乾)더스트와 습(濕)더스트 중 1종 또는 2종이상과, 물 및 슬러리 상의 더스트를 첨가하여, 목표 수분이 되도록 고속 교반믹서로 조습(調習), 혼합, 조립(造粒)한 후, 이를 상기 소결원료의 나머지 남은 것과 혼합 또는 혼합조립하는」방법이 제안되고 있다.

특개평10-317069호 공보에는, 「원료조로 부터 잘려 나오는 소결원료의 일부에 미분철광석 및 더스트 중 1종 또는 2종 이상을 첨가하여(바람직하게는 고속교반믹서로) 사전조립한 후, 이 사전조립물을 상기원료조로 부터 잘려나오는 나머지 소결원료와 혼합 또는 혼합조립하는 소결원료의 처리방법으로서, 사전조립공정에 제공되는 이 원료가 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 소결원료처리방법, AL₂O₃함유량≤2질량%, 입경 1mm 이하의 것의 함유량≤50질량%, 광석중 결정수 함유량≥5질량%」가 기재되어 있다.

특개평11-61282호 공보에는, 「입경 0.5mm 이하의 입자를 30질량% 이상함유하고, 또한 소결광의 SiO₂농도가 2.8 ~ 4.7질량%가 되도록 배합한 소결원료를 고속교반혼합기로 혼합조립하며, 또한 연료성분을 첨가하여, 다시 조립한 후 소결하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법」이 기재되어 있다.

한편, 특개2002-23512호 공보에는, 「결정수를 3.0질량%이상, SiO₂를 4.0질량%이하, 입경0.25mm이하의 미분을 25질량% 이상 함유하는 고결정수·저맥석의 상기 제 1의광석(예컨데 마라맘바광석)을 5질량% 이상 50% 이하 함유한 신원료에, 반광, 고체연료를 배합하고, 혼합, 조립한 배합원료를 소결기에 장입, 소성하여 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 상기 고결정수·저맥석(低脈石)과 다공질피소라이트 광석과의 혼합물 또는 혼합·조립물을 그 배합원료와 혼합, 조립하여 소결하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법」이 기재되어 있다.

그런데 마라맘바광석은 피소라이트광석과 같이 다공질이고, 조립시에 첨가되는 수분의 일부가 기공중에 침입하여, 미분광석을 조립광석의 표면에 부착시키는 수분의 부족을 일으키기 때문에, 조립성이 기타 다른 일반광석보다 열등하다. 그 때문에, 특허 제2953308호 공보, 특개평10-280058호 공보 및 특개평11-61282호 공보에 기재된 방법을 이용하여, 미분이 많은 마라맘바광석을 함유한 소결원료의 전체 또는 일부를 고속교반믹서를 이용하여 혼합조립하여도, 미분광석을 조립광석(粗粒鑛石)의 표면에 충분히 부착시킬 수가 없고, 조립물의 강도를 대폭 향상시킬 수 없다는 결점이 있다.

또한, 특개평10-317069호 공보상의 방법에는, 사전에 이 입자로 되는 조립이 많은 고결정수광석(예컨데 피소라이트광석)과 미분광석을 고속교반믹서로 혼합조립하므로써, 조립성이 개선된다는 내용이 있다. 그러나 미분광석으로 흡수성이 높은 다공질의 마라맘바 광석을 사용하면, 단순히 이 방법의 조건을 적용하는 것만으로는 충분히 높은 조립물의 강도가 얻어지지 않는다는 문제가 있다. 또한 마라맘바 광석은 저맥석(특히 SiO₂ 함유량이 낮다)이기 때문에, 단순히 이 방법상의 조건을 적용하는 것 만으로는 소결광의 조재량이 감소하게 되므로 제품회수율이 유지될수 없는 문제가 있다.

한편, 특개2002-235121호 공보상의 방법에는, 사전에 핵입자로 되는 조립이 많은 피소라이트광석과 마라맘바광석을 혼합조립하므로써, 조립성(造粒性)이 개선되는 일이 기대된다. 그러나, 그 혼합·조립수단에 대해서는 구체적으로 언급되어 있지 않으며, 통상의 드림믹서 등을 사용하는 것으로는 그 장치 특성상, 수분을 충분히 첨가하는 일이 곤란하기 때문에 충분히 높은 조립물 강도가 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같이 종래 기술상의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 고결정수·저맥석인 미분을 많이 함유하는 예컨데 상기 제 1광석으로서의 마라맘바광석을 소결광원료로 사용하더라도 생산성과 제품회수율을 악화시키는 일이 없는 소결광의 제조방법을 제공하는데 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상술한 과제를 해결하기 위해 창안한 본발명상의 제 1방법은, 결정수를 3.0질량%이상, SiO₂를 4.0질량% 이하, 입경 0.25mm 이하의 미분을 20질량% 이상 함유하는 상기 제 1광석에, 비표면적이 3㎥/g 이상이고, 입경 3mm 이상 5mm 미만의 입자의 비율 A₁(질량%) 및 입경 5mm 이상 10mm 미만의 입자비율 A₂(질량%)의 관계가 다음 (1)식을 만족하는 광석을 배합한 배합물로하고, 이 배합물을 통상의 교반속도 이상으로 하기 위하여 고속교반기를 이용하여 혼합·조립한 후, 소결한다는 점에 요지를 갖고 있다. 이 방법에서는, 제 1광석에 배합할 제 2광석(배합광석)의 배합량이, 제 1광석 100질량부에 대하여 20~60질량부인 것이 바람직하다. 또한, 상기 배합물중의 수분 함유율을 5~10질량%하는 것이 좋다.

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여기에서, 본 발명에서 말하는 「비표면적」이라 함은 광석단위질량당 표면적을 의미한다.

상기 과제를 해결할 수 있게 된 본원발명 상기 제 2방법은, 결정수를 3.0질량% 이상, SiO₂를 4.0질량% 이하, 0.25mm 이하의 미분을 2.0질량% 이상 함유하는 상기 제 1광석에 결정수를 2.0~4.0질량%, SiO₂를 3.0질량% 이상, 0.25mm 이하의 미분을 20질량% 미만 함유하는 헤마타이트 광석을 첨가하여, SiO₂가 3.0~5.0질량%, 0.5mm이하의 미분이 25% 이상 30질량% 미만으로 되는 배합물로 하고, 이 배합물을 통상의 교반속도 이상으로 교반하여 혼합조립한 후, 소결하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법이다.

또한, 상기 제1, 2의 본발명에서, 상기 배합물의 함수율을 5~10질량%로 하는 일이 바람직하다.

상기 1, 2의 본 발명에서, 필요한 배합물교반 속도를 얻기 위해서는, 고속교반혼합기를 이용할 필요가 있다. 구체적으로는 아이릿히 믹서-RO₂형(독일 아이릿히회사제)의 고속교반장치를 이용하여 예컨데 아지테이터(agitator) 회전수:891rpm, 팬회전수 47rpm으로 할 정도의 교반속도가 요구된다.

본 발명에서는, 고결정수·저맥석으로 미분을 많이 함유하는 전술한 다공질의 제 1광석을 소결원료로 사용하여도 생산성과 제품회수율을 악화시키지 않는 소결광의 제조방법을 제공할 수 있도록 한 것이다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

먼저, 본원 제 1 발명에 대해 설명한다.

본 발명자 등은 상기 목적을 달성하기 위해 여러가지 각도로 검토하였다. 그 결과 결정수를 3.0질량% 이상, SiO₂를 4.0질량% 이하, 입경 0.25mm 이하의 미분을 20질량% 이상 함유하는 상기 제 1광석에, 비표면적 및 입도분포(입도구성)을 적절히 조정한 광석을 첨가하여 혼합물로 하고, 이 혼합물에 적당량의 물을 가하여 교반속도 이상에서 혼합조립하면, 조립성이 나쁜 제 1광석 단독의 경우에 비하여 조립성(造粒性)이 일층향상되고, 배합원료의 의사입자 평균입경 및 의사입자강도가 증가 함이 판명되었다.

그리고, 이와 같이 된 배합원료를 소결하므로써, 소결베드(bad), 즉, 소결과정에서의 통기성이 개선되어 소성이 대폭 개선되고, 생산성과 제품회수율이 일층 향상됨을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에서, 상기 제1광석에 배합되는 광석(이하 "배합광석"이라 부름)의 비표면적은 3.0㎡/g 이상으로 할 필요가 있다. 이 비표면적이 3.0㎡/g 미만이 되면 광석표면이 미끄럽기 때문에, 표면에 수분이 보지되기 어려워지며, 표면의 요철이 작아지게 되므로써, 물리적으로 부착되는(표면에 달라붙는) 미분의 량이 감소한다고 하는 이유 때문에 조립성이 나빠지고, 소결광 충전층의 통기성이 악화되어 소성시간이 길어지고, 생산성이 저하한다. 단, 이 비표면적이 지나치게 커지면, 표면의 기공에 흡입되는 수분의 비율이 증가하여 보다 많은량의 수분을 필요로하므로, 소결충전층에 도입되는 수분량이 증가하고, 그 결과 소결중의 충전층 통기성이 악화되어 생산성이 저하하므로 3.0㎡/g 이하로 할 것이 권장된다.

본 발명에서는, 제 2광석으로서의 배합광석을 비교적 조립(粗粒)의 것을 사용하는데, 이 입도구성도 중요한 요건이다. 본 발명자 등이 검토한 바, 특히 배합광석 중의 입도(최대 입경이라는 의미)가 3mm 이상 5mm 미만의 광석과, 입경 5mm 이상 10mm 미만의 광석이 조립성에 영향을 미친다. 이들 광석의 배합비율을 적절히 조정하여 다음 (1)식을 만족하면, 상기 목적이 달성될 수 있음이 판명되었다. 또한, 이 (1)식은, 본 발명자 등이 배합광석 중의 입도구성이 조립성 등에 주는 영향에 대해 실험적으로 검토한 결과에 기초를 두고, 중회귀분석법으로 구한 것이다. 또한, 이와 같은 입도구성을 실현하는데는 이 광석을 체질하여 실현할 수가 있다.

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단, A₁: 입경 3mm 이상 5mm 미만의 입자비율(질량%)

A₂: 입경 5mm 이상 10mm 미만의 입자비율(질량%)

를 각각 나타낸다.

본 발명에 있어서, 배합물에 수분을 가한 후의 혼합조립은 전술한 바와 같이 교반속도 이상으로 하기 위해, 고속교반혼합기로 교반혼합할 필요가 있다. 이와 같이 한 구성을 채용하는 이유는 다음과 같다. 즉, 고속교반혼합기에서 교반날개의 강력한 혼합력에 의해서 첨가수분이 혼합물 전체에 걸쳐 침투하고, 미분의 입자표면에도 수막이 형성된다. 이 때문에 미분입자의 가소성이 향상되고, 배합광석(핵이 되는 입자)의 표면에 미분입자가 부착하기 쉽게 되며, 그렇지 않고 자유롭게 되는 미분은 확실히 감소하게 된다. 그 결과, 의사 입자 평균경 및 의사입자강도가 증가하고, 소결베드 즉 소결과정에서의 통기성이 대폭 개선되어, 생산성 및 제품회수율이 향상하게 된다.

이에 대하여 고속교반혼합기가 아니고 통상의 드럼믹서와 디스크팰리타이저 등을 이용할 경우에는, 혼합력이 약해서 미분입자 표면에 수분이 충분치 못하여 가소성이 부족하고, 배합광석표면에 미분입자가 충분히 부착되지 못하게 된다. 그 결과 자유로운 미분이 다량잔류하기도 하고, 부분적으로 수분이 과잉으로 되는 영역이 생기게 되어, 미분이 슬러리화하여 버리게 되기도 한다.

본 발명의 소결원료인 배합물의 함수율은, 5~10질량%가 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 이 함수율이 5질량% 미만이 되면 수분량이 부족하여, 상기 미분입자의 가소성이 충분히 얻어지지 않게 되고, 조립성이 저하하게 되다.

한편, 함수율이 10질량%를 넘으면, 수분이 과잉으로 되므로 소결과정에서의 통기성도 저하하게 된다. 배합원료 중의 함수율이 보다 바람직한 하한치는 7.5질량% 정도이고, 보다 바람직한 상한치는 9.5질량% 정도이다.

또한, 종래의 소결원료에서의 함수율은 통상 7질량% 정도가 한도이다. 이러한 함수율하에서는 드럼믹서와 디스크팰리타이저로로 혼합조립이 가능하게 되지만, 함수율이 8질량% 이상이 되면, 드럼믹서와 디스크팰리타이저 만으로는 충분한 교반이 달성되지 않으므로 조립(造粒)자체가 곤난하였다. 이에 대하여 고속교반혼합기로는 적어도 10질량%까지의 함수율정도는 문제없이 조립가능하다.

본 발명에서는, 전술한 바와 같이 마라맘바 광석과 같은 제 1광석에 성상을 가지는 배합 광석과 같은 제 2광석을 배합하여 교반혼합하여 소결원료로 하는 것을 기본적인 구성으로 하는 것이나, 소결에 앞서, 이와 같은 소결원료에 대하여 다른 일반적인 성상을 가진 광석과 원료(예컨데 석회서, 규석 등)을 배합하여 혼합교반하고, 최종적인 소결원료로 하여도 좋다. 또한, 다른 일반적인 성상을 가진 광석과 원료를 배합하는 혼합교반시, 고속교반혼합기를 이용하여도 좋으며, 통상의 드럼믹서에 의해 혼합교반하여도 본 발명의 목적이 달성된다.

또한, 배합광석(제 2광석)의 배합량은, 전술한 바와 같이 제 1광석 100질량부에 대하여 20~60질량부정도인 것이 바람직하다.

다음, 본 발명의 제 2발명에 대하여 설명한다.

결정수를 3.0질량% 이상, SiO₂를 4.0질량% 이하, 0.25mm 이하의 미분을 20질량% 이상 함유하는 제 1광석을 소결원료로 하여 사용하면 통기성이 악화된다. 그러므로 조립성(造粒性)이 나쁜 마라맘바 광석에, 미리 결정수를 2.0~4.0질량%, SiO₂를 3.0질량% 이상, 0.25mm 이하의 미분을 20질량% 미만 함유하는 헤마타이트 광석을 첨가하여, SiO₂가 3.0~5.0질량%, 0.5mm 이하의 미분이 30질량% 미만으로 되는 배합물로 하고, 이 배합물에 적당량의 수분을 가하여 교반속도 이상으로 혼합조립한다. 이에 따라 비교적 다공질의 헤마타이트 광석의 개(開)기공내에 제 1광석의 미분의 일부가 부착되고, 자유로운 미분량이 감소하여 미분이 적은 혼합조립물로 된다. 이 혼합조립물을 소결하므로써 본 발명상의 소결광을 얻는다.

상기 혼합조립물에 고체연료 및 기타 광석을 첨가하여, 다시 한번 혼합조립하여 배합원료로 하여도 좋다. 그 결과, 배합원료의 의사입자평균경 및 의사입자강도가 증가한다. 이 배합원료를 소결하므로써, 소결베드 즉 소결과정에서의 통기성이 개선되어 소성이 대폭 개선되므로써 생산율과 제품회수율이 향상된다.

여기에서, 제 1광석에 사전에 첨가할 대상물로서의 결정수를 2.0~4.0 질량% 함유하는 헤마타이트 광석을 선택한 것은, 그 표면에 비교적 개기공(開氣孔)이 많기 때문에 여기에 미분이 부착하거나 막히기 쉽기 때문이다. 또한, 헤마타이트 광석의 결정수 함유량을 2.0~4.0질량%로 한 것은, 그 표면에 충분한 개기공을 가진데다, 제 1광석과의 배합물중의 결정수 농도가 과도하게되지 않는 것이 바람직하기 때문이다. 또한, 헤마타이트 광석중의 SiO₂ 함유량을 3.0질량% 이상으로 한 것은, 제 1광석의 SiO₂ 함유량이 다른 원료 광석에 비하여 낮기 때문에, 헤마타이트 광석의 SiO₂ 함유량이 지나치게 낮으면, 소결광의 조재량(造滓量)을 확보할 수 없기 때문이다. 더우기 헤마타이트 광석 0.25mm 이하의 미분량을 20질량% 미만으로 한 것은 입경이 큰 핵 입자의 비율을 확보하고, 헤마타이트 광석의 개기공에 부착하지 않는 자유로운 미분량을 과잉으로 하지 않도록 하기 위함이다.

또한, 제 1광석에 헤마타이트 광석을 첨가한 배합물의 SiO₂ 함유량을 3.0~5.0질량%로 한 것은 3.0질량% 미만에서는 소결광의 조재량이 부족하여 강도가 저하하기 때문이고, 5.0질량%를 초과하면, 소결광을 고로에 사용할 때 고로내에서의 슬라그 발생량이 과잉으로 되기 때문이다. 또한, 배합물 0.5mm 이하의 미분량을 25질량% 이상 30질량% 미만으로 한 것은, 25질량% 미만에서는 조립(粗粒) 광석의 량이 지나치게 많아지므로써 조립광석끼리의 충돌빈도가 증대한 결과, 조립광석에 미분광석이 부착하는 속도보다, 조립광석끼리의 충돌로 일단 부착된 미분광석이 박리되는 속도가 커지게 되어 의사입자화(擬似粒子化)가 저해되기 때문이다. 한편, 30질량% 이상이 되면 자유로운 미분량이 증가되어 의사입자화가 저해되어, 소결과정 상의 통기성이 저하되기 시작하고, 생산율과 제품회수율에 악영향을 미치게 되기 때문이다.

배합물에 수분을 가한 후에 혼합조립에서의 교반속도를 통상적인 속도이상으로 하기 위해서는, 고속교반혼합기를 이용할 필요가 있다. 이는 다음 이유 때문이다. 즉, 고속교반혼합기에 구비된 고속교반날개의 강력한 혼합력으로, 첨가수분이 배합물 전체에 침투하여 미분의 입자표면에도 수막이 형성된다. 이 때문에, 미분입자의 가소성이 향상되고, 헤마타이트 광석의 개기공에 부착하기 쉽게되며, 자유로운 미분이 확실히 감소된다. 그 결과, 의사입자평균경 및 의사입자강도가 증가하여, 소결벳드 즉 소결과정에서의 통기성이 개선되어 소성효율이 대폭 개선되므로써 생산율과 제품회수율이 향상된다. 이에 대하여 고속교반혼합기가 아니고 통상의 드림믹서와 디스크팰리타이저를 이용할 경우에는 혼합력이 약하기 때문에, 미분입자의 표면에 수분이 건너가지 못하고 가소성이 부족하여 헤마타이트 광석의 개기공에 충분히 부착되지 못하므로, 자유로운 미분이 다량으로 잔류해 버린다.

혼합물의 함수율은 5~10질량%가 되도록 수분첨가량을 조정하는 것이 바람직스럽다. 5질량% 미만에서는 수분량이 부족하기 때문에, 상기 미분입자의 가소성이 충분히 얻어지지 않고 조립성이 저하하기 때문이다. 10질량%를 초과하면 수분이 과잉으로 되므로 소결과정에서 통기성이 저하하게 된다. 배합물의 함수율의 권장범위는 7.5~9.5질량%이다.

한편, 종래의 소결원료의 함수율은 통상 7질량% 정도이다. 드럼믹서와 디스크팰리타이저로 혼합조립이 가능하게 되었긴 하지만, 그러나 함수율이 8질량% 이상이 되면, 드럼믹서와 디스크팰리타이저에는 조립이 곤란하게 되는 사실이 알려져 있다. 이에 대하여 고속교반혼합기에서는 적어도 함수율 10질량%까지는 문제없이 조립가능하다.

이상과 같이 마라맘바 광석과 헤마타이트 광석을 사전에 혼합조립한 혼합조립물을 기타 배합원료와 혼합, 조립하여 소결기의 서지호퍼에 장입하고, 드럼피더(drum feeder) 등에 의하여 펠렛트(pellet)로 충전장입 후, 점화로에서 소결벳드 표면에 점화하여, 흡인블로어로 소결베드 아래쪽으로 흡인해 가면서 소결한다고 하는 통상의 소결작업을 행사는 것만으로 제 1광석의 다량배합이 가능하게 되었다.

이하, 본 발명을 일 실시예로서 여기에 상세히 추가설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 것은 아니고, 전·후기 취지에 비추어 설계 변경하는 것은 어느것이나 본 발명의 기술적 범위에 속하는것이다.

[실시예]

제 1발명에 관한 실시예를 들어 설명한다.

실시예 1-1

먼저, 본 발명자 등은 제 1광석과 제 2광석으로서의 배합광석을 배합한 배합물에 대하여 고속교반의 효과를 확인하였다. 다음 표1에 나타낸 화학성분의 각종 원료광석을 이용하여, 이들을 다음 표2에 나타내는 배합비율로 배합하여 소결원료로 하였다. 표1중, 광석 W가 마라맘바 광석에 상당한다. 또한, 표 2의 No.1 ~ No.4에서의 배합순서는 다음과 같다.

(1) No.1 : 표2에 나타낸 배합비율로 원료광석을 배합한 후 드럼믹서를 이용하여 혼합교반 하였다.(처리량: 5~7㎏/뱃치, 드럼회전수: 37rpm, 체류시간: 8분)

(2) No.2 : 마라맘바 광석(광석W)의 배합량을 20질량%로 하는 외(이 광석 H의 배합량을 줄임)에는 No.2와 같이하여 혼합교반하였다.

(3) No.3 : 마라맘바 광석(광석W)을 고속교반혼합처리(처리량: 3~5L/뱃치, 팬회전수: 47rpm, 아지데이터회전수: 891rpm, 체류시간: 45초)한 후, 기타 광석(광석R, Y, H, C, D) 석회석, 생석회, 규석 및 사문암을 배합하고 드럼믹서를 이용하여 혼합교반(처리조건은 No.1과 같음)하였다.

(4) No.4 : 마라맘바 광석(광석W), 광석R 및 광석Y를 배합하여 고속교반혼합처리(처리조건 No.3와 동일)한 후, 기타 광석(광석H, C, D), 석회석, 생석회, 규석 및 사문암을 배합하여 드럼믹서로 혼합교반(처리조건은 No.1과 동일)하였다.

한편, 수분첨가에 대해서는 No.1, No.2에 대해서는 전 원료에 드럼믹서로 7.0질량% 를 첨가하고, No.3, No.4에 대해서는 고속교반혼합처리원료에 대하여 8.0질량%, 기타 원료에 대하여 드럼믹서로 7.0질량%를 첨가하였다. 또한, 고속교반혼합기로서는, 고속회전날개(아지테이터)를 내장한 아이릿히믹서를 사용하였다.

표1

표 2

상기 각 소결원료에 대해, 소결냄비시험장치(대기흡인, 흡인압력: 3.53kPa)에 충전하고, 착하직후의 충전층통기성지수(着荷直後 充塡層通氣性指數)(JPU)를 측정하였다. 한편, 충전층통기성지수JPU는 다음 (2)에 따라 구해지는 값으로, 이 수치가 높을수록 통기성이 양호한 것을 나타낸다.

JPU = F/A ×(h/s)^0.6‥‥‥‥‥‥(2)

단, F : 가스유량(Nm³/min)

A : 흡인면적(m²)

h : 흡인층 두께(m)

s : 흡인부합(mH₂O)

충전통기성지수JPU의 측정결과를 도 1에 나타내었으며, 마라맘바 광석(광석W)을 20질량% 함유한 배합원료를 드럼믹서로 혼합교반한 것(No.2)에서는 냉간통기성 지수가 극히 저하하고 있음을 알 수 있다. 이에 대하여 마라맘바 광석(광석W)을 미리 고속교반혼합한 것(No.3)과 마라맘바 광석(광석W)과 광석R, Y를 미리 고속교반혼합한 것(No.4)에서는, 충전층통기성지수JPU가 향상되어 있음을 알 수 있다. 특히, No.4의 것은 마라맘바 광석을 포함하지 않는 혼합물보다도 양호한 통기성을 나타내는 것을 알 수 있다.

각 소결원료에 대해, 소결이 완료될 때까지의 시간(소결시간)을 비교하여 도 2에 나타내었다. 또한, "소결시간"이라 함은 소성중의 배기가스온도가 최대로 되는 시간을 기준으로 하여 소결이 완료되는 것을 판단한 시간이다. 또한, 상기 "소결시간"에 기초를 두로, 5mm 이상의 제품의 단위 소성면적당 생산율을 평가한 결과를 도 3에 나타내었다.

이 들 결과로 부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 제 1광석으로서 예컨데 마라맘바 광석을 원료로 하여 사용할 경우, 이 광석을 미리 고속교반혼합하고 다른 광석과 혼합하여 소결원료로 하든가, 또는 다른 광석과 혼합하여 고속교반한 후에 다른 광석과 혼합하여 소결원료로 하므로써, 조립성이 나쁜 제 1광석의 조립성을 개선하여 생산성을 높일 수가 있음을 알 수 있다.

실시예 1-2

다음, 배합할 광석의 비표면적의 영향에 대해 조사하였다. 상기 표 1에 나타낸 화학성분을 가진 각 원료광석D, C, H, R, Y를 이용하여, 이들을 마라맘바 광석(상기 광석W) 100질량부에 대하여 각각 25질량부씩 되도록 배합하고, 고속교반혼합처리(처리조건은 실시예 1과 같음)하였다. 이 때의 각 원료광석D, C, H, R, Y의 흡착법에 따른 비표면적은 다음 표 3과 같다.

표 3

고속교반처리원료에 대하여, 다음 표 4에서 나타낸 각종 배합비율로, 다른 광석, 석회석, 생석회, 규석 및 사문암을 상기 고속교반혼합처리원료의 비율이 20질량% 되도록 배합하고(따라서 다음 표 4에 나타낸 원료의 합계가 80질량%) 드럼믹서를 이용하여 혼합교반(처리조건은 실시예 1-1과 동일)하였다.

또한, 수분첨가에 대해서는 고속교반처리원료에 대하여 9.0질량%, 기타 원료에 대하여 드러믹서로 7.0질량% 첨가하였다.

표 4

상기 각 소결원료에 대하여 소결팬 시험장치(대기흡인, 흡인압력: 3.53kPa)에 충전하고, 착화직후 냉간통기성지수(JPU)를 실시예 1-1과 같이 하여 측정하였다.

배합한 각 광석의 비표면적과 충전층 통기성지수JPU의 관계를 도 4에, 비표면적과 소성시간과의 관계를 도 5에 비표면적과 생산성과의 관계를 도 6에 각각 도시하였다. 이 들 결과로 부터 알 수 있는 바와 같이,제 1광석에 배합할 제 2광석의 비표면적은 3㎡/g 이상으로 하므로써 소결원료의 통기성이 개선되고, 생산성을 높일 수 있음을 알 수 있다.

실시예 1-3

다음, 배합할 광석의 입도 구성의 영향에 대해 조사하엿다.

상기 표 1에 나타낸 원료광석 H를 마라맘바 광석(상기 광석W) 150질량부에 대해 50질량부가 되도록 배합하고, 고속교반혼합처리(처리조건은 실시예 1-1과 같다)하였다. 이 때의 원료광석H의 입도구성을 각 입경으로 체질하여서 된 광석H를 소정량 혼합하여 조정하였다. 시험에 제공한 핵광석H의 입도구성을 다음 표5에 나타내었다. 이 때 광석H를 배합하지 않은 원료(No.10)에 대해서도 준비하였다.

표 5

상기 고속교반혼합처리원료에 대하여, 다음 표 6에 나타낸 각종 배합 비율로 다른 광석, 석회석, 생석회, 규석, 사문암을 상기 고속교반혼합처리원료의 비율이 15질량%(No.10) 또는 20질량%(No.11 ~ No.19)로 되도록 배합하고, (따라서, 다음 표6에 나타낸 원료의 합계가 80질량% 또는 85질량%) 드럼믹서를 이용하여 혼합교반(처리조건은 실시예 1-1과 같음)하였다.

또한, 수분첨가에 대해서는 고속교반처리원료에 대하여 9.0질량%, 기타 원료에 대하여 드럼믹서로 7.0질량% 첨가하였다.

표 6

상기 각 소결원료에 대하여, 소결팬시험장치(대기흡인, 흡인입력: 3.53kPa)에 충전하여 소성하고, 배합광석 중의 입경 3mm 이상 5mm 미만의 입자비율과 입경 5mm 이상 10mm 미만의 입자 비율이 소성시간과 생산율에 미치는 영향에 대해 조사하였다.

입경이 3mm 이상 5mm 미만의 입자비율이 소성시간에 주는 영향을 도 7에, 생산성에 주는 영향을 도 8에 각각 도시하였다. 또한, 입경이 5mm 이상 10mm 미만의 입자 비율이 소성시간에 주는 영향을 도 9에, 생산율에 주는 영향을 도10에 각각 도시하였다. 또한, 입경이 1mm 이상 3mm 미만의 입자 비율에 대해서는 소결시간과 생산율에 대해서는 영향이 거의 인정되지 않았다.

이들 결과로 부터 알 수 있는 바와 같이, 입도구성을 가진 핵입자를 배합하므로써, 조립성이 높아지고, 생산율이 향상되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7과 도 9의 결과에 따라, 상기 (1)식의 관계가 구해진다. 즉, (1)식은 소성시간에만 착안하여 구해진다. (1)식에서, 우변의 14.5는 도 7과 도 9에서 이용한 것과 동일한 원료를 통상의 드럼믹서로 조립처리할 때의 소성시간이다.

한편, 도 7 ~ 도 10에서, 각각 착안한 입경범위에 있는 입자가 100%인 경우의 데이터도 참고로 붙였다. 도 7, 도 9에서 100%인 데이터가, %가 낮은 역의 데이터에 기초를 두고 그은 직선상에 있지 않은 이유는 다음과 같은 것으로 생각된다. 도 7에서는 입자량 증가(=미분량 감소)에 따르지 않고, 조립물의 핵으로 존재할 뿐 아니라, 입자 단체(單體)로 존재하도록 되면, 충전층의 충전밀도가 상승하여 통기성을 저해하고, 소성시간은 길어지는 것으로 추측된다. 도 9의 경우에는, 입자량이 증가하면, 충전층의 충전밀도가 저하하므로, 통기성이 개선되고, 그 결과 소성시간이 짧아지는 것으로 추측된다. 식(1)을 구함에 있어서는, 실용적인 영역의 데이터(100%의 데이터를 제외한 도 7, 도 9의 데이터)만을 이용하므로, 그들 직선상에 놓여지지 않는 이유를 생각할 필요는 없다.

[실시예 2]

다음, 본 제 2발명에 관한 실시예를 이하에 설명한다.

실시예 2-1

마라맘바 광석으로서 호주산 웨스트안젤라즈광(WA라 약칭), 헤마타이트 광석으로서 같은 호주산의 하마스레광(HO라 약칭)을 이용하여, WA를 신원료중 20질량%(일정)로 하고, HO를 신원료중 0~15질량%범위로 변화시켜 배합한 것으로 하였다. 신원료중의 WA 및 HO 이외의 원료는 칼라쟈스광 21.7질량%, 리오도세광 6.0질량%, 로 브리바 광석 6.0질량%, 규석 0.9질량%, 석회석 12.9질량%, 생석회 2.0질량%, 사문암 0.7질량%로 각각 일정한 배합율로 하였다. 그리고, 신원료에 대한 외 비율로 반광(返鑛) 20질량%, 분(粉)코크스 5.3질량%를 배합하였다.

WA와 HO의 결정수 함유량, SiO₂ 함유량, 및 입도분포를 표 7에 실었다.

표 7

표 8에, 비교예와 본 발명예의 WA 및 HO의 배합비율과 WA+HO혼합조립전의 ~0.5mm의 미분의 비율을 나타내었다.

표 8

WA와 HO와를 표 8의 배합비율로 배합하고, WA+HO의 합계량에 대하여 외 비율로 8질량%의 수분을 첨가하고, 고속교반혼합기로 혼합조립을 행하였다. 여기에 고속교반 혼합기로서는, 고속교반날개(agitator)를 내장한 아이릿히믹서(처리량 : 3~5 L/뱃치, 팬 회전수 : 47rpm, 아지테이터 회전수 : 891rpm, 체류시간 : 45초)를 이용하였다.

WA+HO에 수분을 첨가한 것을 아이릿히 믹서로 혼합조립한 후에, 남은 배합원료(기타 신원료, 반광, 분 코크스)를 첨가하고, 배합원료 전체에 대한 외 비율로, 7.0질량%의 함수율로 되도록 수분을 추가하고, 드럼믹서(처리량 : 5~7Kg/뱃치, 드럼회전수 : 37rpm, 체류시간 8분)으로 혼합조립하여 소결원료로 하였다.

이 소결원료를 소결팬 시험장치(대기흡인, 흡인압력 : 2.94Kpa)에 충전하고, 착화직후의 냉간통기성지수 JPU를 측정하였다. 측정결과는 도 11과 같다. 도 11에 나타나 있는 바와 같이 배합물(WA+HO) 중의 ~0.5mm의 미분의 비율이 30질량%를 넘어 증가함과 아울러 JPU는 저하하는 경향이 있고, 한편 25질량%미만에서도 JPU는 급격히 저하하는 것이 인정된다. 이에 대하여 배합물(WA+HO) 중의 ~0.5mm의 미분 비율이 25질량% 이상 30질량% 미만의 범위에 있을 때 JPU는 높은 값을 나타내고, 충전층의 냉간에서의 통기성이 유지됨을 알게 되었다.

실시예 2-2

다음, 상기 실시예 2-1에서 만든 각 소결원료를 이용하여 상기 소결팬 시험장치에 의해 소결광의 제조실험을 행하였다. 도 12에 이 실험결과로부터 얻어진 배합물(WA+HO) 중 ~0.5mm의 미분의 비율과 소성시간과의 관계를 나타내었다. 도 12에서와 같이, 배합물(WA+HO) 중의 ~0.5mm의 미분의 비율이 감소함과 아울러 소성시간이 적선적으로 단축됨을 알 수 있다.

상기 실시예 2-1, 2-2의 결과를 종합적으로 판단하면, 배합물(WA+HO) 중의 ~0.5mm의 미분의 비율을 25질량% 이상 30질량% 미만의 범위로 하면, 충전층의 냉간에서의 통기성을 유지하여 수평단면 방향으로 균일 소성이 되는 것을 가능하게 하므로써 높은 제품회수율을 확보하게 되고, 소성시간을 충분한 레벨까지 단축할 수 있으므로 높은 생산율을 유지할 수 있게 된다.

또한, 상기 소결팬 시험장치에 의해 제조된 신터케이크(Sinter cake)의 낙하강도를 측정한 바, 본 발명을 적용한 것은, 종래의 마라맘바 광석과 같은 제 1광석을 이용하지 않은 양호한 배합원료를 드럼믹서만으로 일괄 조립한 것과 비교해도 대략 같은 낙하 강도가 얻어지고, 종래와 대략 동등한 제품회수율 레벨을 유지할 수 있음을 알게 되었다.

도 1은 본 발명 실시예 1-1의 각 조건하에서 조정한 소결원료의 충전층통기성지수JPU의 측정결과를 비교하여 나타낸 막대 그라프이다.

도 2는 실시예 1-1의 각 조건하에서 조정한 소결원료의 소결시간을 비교하여 나타낸 막대 그라프이다.

도 3은 실시예 1-1 각 조건하에서 조정한 소결원료의 생산율을 비교하여 나타낸 막대그라프이다.

도 4는 배합광석의 비표면적과 충전층통기성지수JPU의 관계를 나타낸 그라프이다.

도 5는 배합광석의 비표면적과 소성시간과의 관계를 나타낸 그라프이다.

도 6은 배합광석의 비표면적과 생산율과의 관계를 나타낸 그라프이다.

도 7은 배합광석 중에서 입경 3mm 이상 5mm 미만의 입자비율이 소성시간에 주는 영향을 나타낸 그라프이다.

도 8은 배합광석 중에서 입경 3mm 이상 5mm 미만의 입자비율이 생산율에 주는 영향을 나타낸 그라프이다.

도 9는 배합광석 중에서의 입경 5mm 이상 10mm 미만의 입자비율이 소성시간에 주는 영향을 나타낸 그라프이다.

도 10은 배합광석 중에서 입경 5mm 이상 10mm 미만의 입자비율이 생산율에 주는 영향을 나타낸 그라프이다.

도 11은 품질이 열등한 광석의 일례로서의 마라맘바 광석과 헤마타이트 광석으로 이루어지는 배합물중 ~ 0.5mm의 미분의 비율과 냉간통기성지수JPU와의 관계를 나타낸 그라프이다.

도 12는 품질이 열등한 광석의 일례로서의 마라맘바 광석과 헤마타이트 광석으로 이루어지는 배합물 중 ~ 0.5mm의 미분의 비율과 소성시간과의 관계를 나타낸 그라프이다.

Claims (5)

1. 결정수를 3.0질량% 이상, SiO₂를 4.0질량% 이하, 입경 0.25mm 이하의 미분을 20질량% 이상 함유하는 제 1광석에, 비표면적 3m²/g 이상이고, 입경 3mm 이상 5mm미만의 입자의 비율 A₁(질량%) 및 입경 5mm이상 10mm미만의 입자의 비율 A₂(질량%)의 관계가 다음 (1)식을 만족하는 제 2광석을 배합한 배합물로 하고, 이 배합물을 고속교반혼합기를 이용하여 혼합 조립한 후 소결하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.

   13. 2 - 0.014 ×A₁ + 0.033 ×A₂＜14.5 … (1)
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 배합물 중의 수분함유율을 5~10질량%로 하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
4. 결정수를 3.0질량% 이상, SiO₂를 4.0질량% 이하, 0.25mm 이하의 미분을 20질량% 이상 함유하는 제 1광석에, 결정수를 2.0~4.0질량%, SiO₂를 3.0질량% 이상, 0.25mm 이하의 미분을 20질량% 미만으로 함유하는 헤마타이트 광석을 첨가하여 SiO₂가 3.0~5.0질량%, 0.5mm 이하의 미분이 25질량% 이상 30질량% 미만으로 되는 배합물로 하고, 이 배합물을 고속교반혼합기를 이용하여 혼합조립한 후, 소결하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 배합물의 함수율을 5~10질량%로 하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.