KR100660667B1 - 금속철의 제조법 - Google Patents

Abstract

산화철 함유 물질 및 탄소질 환원제를 포함하는 원료를 가열하고, 환원 용융하여 금속철을 제조하는 방법에서, 가열 환원로의 노상 위에 분립상의 분위기 조정용 탄재를 깔고 난 후에 금속철 제조용 원료를 공급하는 경우, 상기 분위기 조정용 탄재로서 비응고성 탄재를 사용함으로써 분립상의 상기 탄재가 전병상으로 응고되는 현상을 억제하여 고체 환원을 안정적인 조업하에서 효율적으로 수행한다.

Description

금속철의 제조법{METHOD FOR PRODUCING METALLIC IRON}

본 발명은 금속철의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 산화철 함유 물질과 탄소질 환원제의 혼합물을 이동 노상 위에 공급하고, 가열 환원하여 금속철을 제조하는 경우에 가열 환원이 실시되는 노상 위의 분위기의 환원 포텐셜을 높이기 위해 노상 위로 뿌려지는 분위기 조정용 탄재가 노상 위에서 응고되어 판 형상으로 굳어져 조업성을 저해하는 현상을 방지하여, 연속 조업을 원활하게 수행할 수 있도록 하는 개선된 방법에 관한 것이다.

철광석 등의 산화철 공급원을 가열 환원하여 금속철을 제조하는 비교적 신규한 방법으로서, 철광석 등의 산화철 공급원과 탄재 등의 탄소질 환원제의 혼합 분말, 또는 상기 혼합물이 펠릿상 등으로 응고된 탄재 내장 원료를 사용하고, 이들을 이동 노상 위에서 가열함으로써 산화철을 환원하여 금속철을 제조하는 방법이 있다.

이러한 방법을 실시하는 경우에 가열 환원이 수행되는 노상 위의 환원 포텐셜을 높여 환원 효율을 높이기 위해, 상기 원료를 노상 위에 공급하기 이전에 노상 위에 분위기 조정용 탄재를 뿌리는 방법이 공지되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개공보 제 1999-106816 호, 일본 특허 공개공보 제 1999-106816 호, 일본 특허 공개공보 제 1999-172312 호, 일본 특허 공개공보 제 1999-335712 호, 일본 특허 공개공보 제 2000-45008 호 등). 상기 분위기 조정용 탄재는, 가열 환원에 의해 생성되는 금속철 및 부생 슬래그가 노상 내화물과 직접 접촉하는 것을 방지하여 노상 내화물의 용융 손실을 억제한다는 점에서 효과적으로 작용한다는 것이 확인되었다.

본 발명자들도 이전부터 분위기 조정용 탄재의 장입을 병용한 금속철의 제조 방법에 관한 연구를 진행해 왔지만, 상술한 종래의 방법에서는 다음과 같은 해결되지 않은 문제가 존재한다는 것을 알았다.

즉, 종래의 방법에 지적되는 최대의 문제는 분위기 조정용으로서 사용되는 분립상 탄재의 종류에 따라 산화철 함유 원료의 가열 환원 공정으로 분립상의 상기 탄재가 응고하여 전병상으로 굳어져 뒤집혀서, 연속 조업을 현저히 저해한다는 점이다. 이러한 현상이 조업 중인 노상 위에서 발생하는 경우,

① 가열 환원에 의해 생성된 금속철과 부생 슬래그는 통상적인 제조 설비의 최하류측에서 냉각 응고되어 스크류 등의 긁어 내는 장치에 의해 노상 위에서 배출되지만, 전병상으로 굳어져 뒤집히는 상기 응고 탄재가 긁어 내는 장치에 걸려 환원 철 및 부생 슬래그 등의 노상 위에서의 배출이 현저히 저해되고,

② 전병상으로 굳어진 응고 탄재를 긁어 내는 장치에 의해 노상 위에서 강제적으로 배출하는 경우, 긁어 내는 장치에 큰 부하가 걸려 상기 장치가 고장나는 원인이 된다. 또한, 응고된 탄재에 의해 노상 내화물이 손상되어 내구성을 현저히 저하시키 고,

③ 환원에 의해 생성된 금속철의 일부가 상기 응고 탄재 내에 혼입되어 금속철의 회수율을 저하시키고,

④ 원료의 장입에 앞서 노상 위에 응고성 탄재를 까는 경우, 상기 탄재가 전병상으로 굳어져 뒤집혀 그 위에 원료를 공급하면 원료가 낮은 쪽으로 흐르거나 탄재 층의 갈라진 틈으로 유입되어 원료를 균일한 두께로 장입할 수 없게 되는 여러 가지 문제를 야기한다.

또한, 노상 위로부터 배출되는 탄재의 대부분은 여전히 높은 환원 활성을 갖지만, 종래 기술에서는 상기 탄재를 실질적으로 그대로 폐기하였으므로, 유가 자원의 효과적인 이용이라는 관점에서도 개선의 여지가 있다.

본 발명은 상기와 같은 사정에 착안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 분위기 조정용으로서 사용되는 분립상의 탄재를 전병상으로 응고시킴으로써 발생하는 상기 여러 가지 장애를 해소하거나, 환원 활성을 보유한 사용된 탄재를 유가 자원으로서 효과적으로 재이용하는 기술을 확립하여 분위기 조정용 탄재의 소비량을 감소하는 데 있다.

발명의 요약

상기 과제를 해결할 수 있는 본 발명에 관한 금속철의 제조 방법은, 산화철 함유 물질 및 탄소질 환원제를 포함하는 원료를 이동 노상 위에서 가열하고, 상기 원료 중의 산화철을 환원하여 금속철을 제조하는 방법에 있어서, 노상 위에 분립상의 분위기 조정용 탄재를 깔고 나서 상기 원료를 공급함에 있어 상기 분위기 조정용 탄재로서 비응고성의 탄재를 사용한다는 점에서 그 요지를 갖는다.

본 발명에서 사용되는 상기 분위기 조정용 탄재로서는 입경이 실질적으로 3.35㎜ 이하이고, 또한 0.5 내지 3.35㎜의 입도 범위의 것이 20질량% 이상을 구성하는 동시에, 유동도가 0인 탄재가 바람직하다. 또한, 상기 분위기 조정용 탄재의 다른 바람직한 예로서 응고성 탄재를 약 500℃ 이상의 온도로 열 처리하여 비응고성으로 한 탄재를 들 수 있다.

또한, 금속철 제조 설비에서 분위기 조정용 탄재로서 사용함으로써 열 이력을 받은 회수 탄재는, 상기 열 이력을 받음으로써 응고성을 잃어 비응고성이 되므로 이 회수 탄재도 비응고성 탄재로서 효과적으로 활용할 수 있으며, 원래 비응고성인 탄재도 상기 열 이력을 받아 비응고성을 유지하므로 또한 회수하여 재활용할 수 있다.

본 발명에서는 다른 탄재로서 응고성 탄재에 비응고성 탄재를 배합함으로써 비응고성으로 한 혼합 탄재를 사용하는 것도 또한 효과적이다. 이 때, 응고성 탄재로서 신선한 탄재를 사용하고, 비응고성 탄재로서 바람직하게는 500℃ 정도 이상의 온도로 열 처리된 탄재를 사용할 수 있다. 특히, 금속철 제조 설비에 의해 열 이력을 받은 탄재는 상기 열 이력을 받음으로써 응고성을 잃으므로 이것을 회수하여 재활용하면 폐기 재료의 효과적인 이용과 함께 분위기 조정용 탄재의 소비량을 감소시킬 수 있으므로 유리하다.

또한, 탄재 재활용법을 사용하면, 회수 탄재 중에 혼입되는 미립상 금속철 및 부생 슬래그를 다음 공정의 처리로 회수할 수 있으므로 금속철의 회수율을 높일 수 있고, 또한 부생 슬래그를 부산물로서 효과적으로 이용하는 경우에는 그 회수율도 높일 수 있으므로 바람직하다.

또한, 상기 응고성 탄재에 비응고성 탄재를 혼합하여 사용하는 경우의 바람직한 배합 비율은 이용하는 응고성 탄재의 응고력에 따라 변하지만, 바람직하게는 응고성 탄재 50 내지 10질량%에 대해 비응고성 탄재 50 내지 90질량%의 범위이다.

이 방법을 실시하는데 있어 이동 노상로로부터 배출되는 금속철의 일부, 특히 미세 금속철에 대해서는 다시 이동 노상으로 반송하는 것이 좋고, 또한 상기 탄재의 회수는 정전기를 이용함으로써 효율적으로 실시할 수 있기 때문에 바람직하다.

도 1은 본 발명의 실시예에서 사용된 환원 용융 흐름도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에서 사용된 환원 용융 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에서 사용된 환원 용융 흐름도이다.

도 4는 참고예에서 사용된 환원 용융 흐름도이다.

도 5는 본 발명에서 사용된 금속철, 부생 슬래그 및 회수 탄재의 분리 공정을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은, 예를 들어 미국 특허 제 6,036,744 호, 일본 특허 공개공보 제 1997-256017 호, 일본 특허 공개공보 제 2000-144224 호, 일본 특허 공개공보 제 1999-131119 호 등의 각각에 개시된 방법, 즉 철광석 등의 산화철 함유 물질과 탄재 등의 탄소질 환원제를 혼합하여, 필요에 따라 괴상화하거나 펠릿상 등으로 성형한 후에 이동 노상 위에서 가열 환원하고, 이어 추가로 가열함으로써 생성되는 환원 철을 용융 응집시키는 동시에 부생 슬래그를 분리함으로써 입상 또는 괴상의 고순도의 금속철을 제조하는 방법에 이용된다.

이러한 금속철의 제조 방법을 실용화하는 경우, 원료 혼합물 중의 산화철 공급원을 이동 노상 위에서 효율적으로 가열 환원하기 위한 수단으로서 원료를 장입하기 이전에 노상 위에 입상의 분위기 조정용 탄재를 깔고, 가열 환원시의 노상 위의 환원 포텐셜을 높은 수준으로 유지함으로써 환원 효율을 높여 금속철로서의 회수율 향상을 도모하는 방법은, 앞서 종래 기술에서 제시하여 설명한 바와 같이 이미 공지된 것이다.

그러나, 이들 종래 기술에서는 분위기 조정용 탄재의 종류에 따라 상술한 바와 같이 상기 탄재가 환원 용융시의 열로 응고되어 판 형상으로 굳어져 상술한 바와 같이 조업상의 여러 가지 장애를 야기한다.

그래서, 상술한 바와 같은 분위기 조정용 탄재의 응고에 의해 야기되는 장애를 해소하고, 금속철의 제조를 효율적이면서 원활하게 수행할 수 있도록 여러 가지 측면에서 연구를 수행하여 왔다. 그 결과, 분위기 조정용으로서 사용되는 탄재로 서 원료 혼합물을 환원 용융하는 경우에 가열 조건하에서도 응고되지 않고, 분립상을 유지하는 탄재를 선택적으로 사용하는 경우, 상기 문제가 간단히 해결된다는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다.

따라서, 본 발명은, 예를 들어 분위기 조정용 탄재로서 비응고성의 탄재를 사용한다는 점에 특징을 갖는 것으로, 비응고성 탄재의 구체적인 예로서, 예를 들어 하기와 같은 탄재를 들 수 있다.

① 입경이 실질적으로 3.35㎜ 이하이고, 또한 입경 0.5 내지 3.35㎜의 범위의 것이 20질량% 이상, 바람직하게는 40질량% 이상을 구성하고, 최고 유동도(후술됨)가 0인 탄재:

이러한 입도 구성과 최고 유동도를 만족시키는 탄재는, 금속철을 제조하는 경우의 본질적으로 환원성의 고온 조건(통상적으로는, 700 내지 1,600℃, 더욱 일반적으로는 900 내지 1,500℃)하에서도 응고되지 않고, 분립 상태를 유지한다. 그러나, 하기 실시예에서도 명백한 바와 같이, 입경이 3.35㎜ 이하이고, 또한 0.5 내지 3.35㎜ 범위의 조질의 입상 물질이 20질량% 미만인 경우, 분립상 탄재는 최고 유동도가 0인 것이라도 환원 용융시의 온도 조건하에서 응고 현상을 일으킨다는 것이 확인되었다. 그 이유는 현재 시점에서 아직 해명되지 않았지만, 이러한 탄재는 0.5㎜ 미만의 미세 분체상 물질을 다량으로 포함하여 이들 미립상 탄재가 결합제로서 작용하여 탄재의 응고를 증진시키기 때문이라고 생각된다. 또한, 0.5㎜ 미만의 미세 분체상 물질이 구성하는 비율이 높아지면, 금속철 제조 설비 내의 기류에 의한 비산도 많아지기 때문에 바람직하지 못하다.

한편, 탄재의 입경이 3.35㎜을 초과하는 조질의 입상 물질인 경우, 응고에 의한 장애는 일으키지 않지만, 표면적이 부족하여 분위기 조정제로서의 작용이 저하되므로 입경이 3.35㎜가 넘는 조질의 입상 물질의 혼입은 극구 피해야 된다. 또한, 분위기 조정제로서의 기능을 효과적으로 발휘하기 위해서는 상기 0.5 내지 3.35㎜의 조질의 입상 물질의 함량이 60질량% 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

② 500℃ 정도 이상의 온도로 열 처리된 탄재:

본 발명자들이 확인한 바에 따르면, 응고성인 탄재를 비산화성 분위기하에서 500℃ 정도 이상의 온도로 가열 처리하면 응고성을 잃어 비응고성이 된다는 것이 확인되었다. 따라서, 응고성에 적절한 특성이 결여된 탄재라도, 이것을 비산화성 분위기하에서 500℃ 정도 이상, 바람직하게는 600 내지 1200℃ 정도에서 5 내지 15분 정도 가열 처리해 주면 비응고성 탄재로서 문제없이 활용할 수 있는 탄재로 변경할 수 있다.

한편, 이동 노상로를 이용하여 금속철을 제조하는 경우에 분위기 조정용 탄재로서 사용된 후에 금속철이나 부생 슬래그와 분리하여 회수되는 회수 탄재는 상기 가열 처리에 상응하는 열 이력을 받고, 비산화성 분위기하에서의 가열에 의해 비응고성 탄재로 개질되므로, 이 재활용 탄재는 회수된 후에 필요에 따라 입도 조정함으로써 분위기 조정용 탄재로서 효과적으로 이용할 수 있다.

③ 응고성 탄재에 적정량의 비응고성 탄재를 배합하여 비응고성으로 한 혼합 탄재의 이용:

하기 실시예에서도 명백한 바와 같이, 최고 유동도가 0 초과의 응고성을 갖는 탄재에 비응고성의 탄재를 적정량 배합하는 경우에 혼합 탄재가 전체적으로 비응고성으로 될 수 있어, 비응고성의 분위기 조정용 탄재로서 효과적으로 이용할 수 있다. 본원에서 비응고성 탄재로서는 상술한 바와 같이 응고성 탄재를 열 처리하여 비응고성으로 개질된 것으로 금속철 제조 설비에서 동일한 열 이력을 받은 후에 회수되는 회수 탄재를 또한 이용할 수 있다.

응고성 탄재에 대한 비응고성 탄재의 바람직한 배합량은 사용되는 응고성 탄재의 응고성의 대소, 예를 들어 최고 유동도의 값에 따라 변하고, 상기 유동도가 원래 작은 탄재인 경우에 소량의 비응고성 탄재를 배합하는 것만으로 비응고성으로 바꿀 수 있다. 한편, 상기 유동도가 높은 응고성 탄재를 사용하는 경우에는 비응고성 탄재를 상대적으로 다량 배합해야 한다. 그러나, 응고성 탄재를 비응고성으로 개질하기 위한 표준 배합량은 응고성 탄재 50 내지 10질량%에 대해 비응고성 탄재 50 내지 90질량%, 더욱 일반적으로는 응고성 탄재 60 내지 10질량%에 대해 비응고성 탄재 40 내지 90질량%의 범위이다.

상기 방법 중에서도 본 발명에서 특히 바람직한 것은, 금속철 제조 설비에서 열 이력을 받아 비응고성으로 개질된 회수 탄재 및 응고성 탄재를 배합하여 비응고성으로 한 혼합 탄재이다. 즉, 환원 효율 향상을 위해 분위기 조정용 탄재를 사용하는 종래 기술에서도, 금속철 및 부생 슬래그 등과 함께 배출되는 분위기 조정용 탄재를 회수하여 재사용하는 방법은 시도된 일이 없고, 이의 대부분은 부생 슬래그 등과 함께 매립 등에 의해 투기되었다.

그러나, 분위기 조정용으로서 사용되는 탄재는 가열 환원 용융의 말기에서도 금속철의 재산화 방지를 위해 환원 활성을 보유해야 하고, 따라서 배출되는 탄재는 상당한 환원 활성을 보유함으로 환원제로서 효과적으로 이용할 수 있다. 또한, 회수 탄재는 상술한 바와 같이 산화철 공급원이 환원 용융시에 열을 받아 비응고성 탄재로 개질된 상태이므로 이것을 재활용 탄재로서 이용함으로써 신선한 탄재를 사용하는 경우보다도 탄재의 응고를 보다 확실히 방지할 수 있어 조업 안정성을 한층 더 높일 수 있다.

또한, 추가로 상기한 바와 같이 회수 탄재를 재활용 사용하는 경우에 회수 탄재 중에 상당량 혼입되는 미립상 금속철도 다시 금속철 제조 설비로 반송하여 금속철의 회수율 향상에도 기여할 수 있다. 또한, 부생 슬래그를 유가 자원으로서 회수하는 경우에도 회수 탄재 중에 미립상으로 혼입되는 슬래그도 상기 탄재와 함께 금속철 제조 설비로 반송되므로 부생 슬래그의 회수율 향상에도 기여한다.

이렇게 본 발명을 잘 활용하면,

1) 탄재 응고의 문제를 해소하면서,

2) 종래에 폐기된 환원 활성을 보유한 탄재를 효과적으로 이용할 수 있어 탄재 소비량의 감소에 기여할 수 있고,

3) 탄재와 함께 폐기되어 손실되던 미세 금속철 입자를 회수 탄재와 함께 재활용함으로써 금속철의 회수율이 향상되고,

4) 또한, 부생 슬래그를 유가 자원으로서 회수하는 경우에도 그 회수율을 높일 수 있다는

많은 이점을 가질 수 있다.

또한, 본 발명을 실시하는 경우에 이용되는 장치, 즉 이동 노상형 환원 용융용 가열 화로의 구성도 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 상기 미국 특허 제 6,036,744 호, 일본 특허 공개공보 제 1997-256017 호, 일본 특허 공개공보 제 2000-144224 호, 일본 특허 공개공보 제 1999-131119 호 등의 각각에 개시된 바와 같은 환원 용융 화로가 모두 적용 가능하다. 그러나, 특히 바람직한 설비는 원료의 가열 환원으로부터 환원 철의 용융과 입상 물질로의 응집 및 부생 슬래그의 분리를 연속적이면서 효율적으로 실시한다는 점에서 회전 노상로의 사용이 추장된다.

본 발명에서 철 공급원으로서 사용되는 산화철 함유 물질의 종류에도 특별히 제한되지 않고, 대표적인 철광석 외에 제철 공장에서 배출되는 제철 제강 더스트(dust)와 같은 제철 폐기 재료 및 단재(端材), 분별 회수된 철 스크랩 등을 모두 원료로서 사용할 수 있고, 이들은 필요에 따라 수개를 적절히 혼합하여 사용하는 것도 물론 가능하다.

또한, 산화철 함유 물질의 환원에 필수적인 탄소질 환원제의 종류도 특별히 제한되지 않고, 석탄 및 코크스와 같이 탄소를 주성분으로서 포함하여 연소 내지 열 분해에 의해 환원성 일산화탄소를 방출하는 것이면 모두 사용할 수 있다. 또한, 분위기 조정용 탄재도 상기 본 발명의 목적에 적합한 것이면 여러 가지 석탄 및 코크스 등을 필요에 따라 개질 또는 혼합하여, 비응고성 탄재로 할 수 있는 것이면 모두 사용 가능하다.

또한, 환원 용융의 구체적인 조건도 특정한 것이 아니라, 예를 들어 상술한 미국 특허 제 6,036,744 호, 일본 특허 공개공보 제 1997-256017 호, 일본 특허 공개공보 제 2000-144224 호, 일본 특허 공개공보 제 1999-131119 호 등에 개시된 조건을 이용하면 바람직하지만, 표준적으로는 화로 내 온도를 1,200 내지 1,500℃, 더욱 바람직하게는 1,200 내지 1,400℃의 범위로 유지하여 고상 환원 주체의 환원을 진행하여, 연속해서 화로 내 온도를 1,400 내지 1,500℃로 높임으로써 일부 잔류하는 산화철을 환원하는 동시에, 생성된 금속철(환원 철)을 용융시켜 입상으로 응집시키는 2개의 가열 방식을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 조건을 설정함으로써 입상 금속철을 안정적으로 고수율로 제조할 수 있다. 이 동안의 1 주기당의 소요 시간은 통상적으로 8분 내지 13분 정도이며, 이렇게 짧은 시간에 산화철의 고상 환원과 용융 및 응집을 완료시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 산화철의 환원이 실시되는 노상 위에 분위기 조정용 탄재를 깔아 놓음으로써 노상 위의 환원 포텐셜을 항상 높은 수준으로 유지할 수 있으므로, 특히 가열 환원의 말기 또는 환원 철의 용융 시점에서 환원 철이 재산화되지 않고, 안정적으로 높은 환원 효율을 확보할 수 있다. 또한, 노상 내화물 상에 뿌려진 상기 탄재는 환원 용융에 의해 생성된 용융 금속철 및 용융 슬래그가 노상 내화물에 직접 접촉하여 내화물을 열화시키는 현상도 방지하므로 노상 내화물의 수명 연장에도 기여한다. 이러한 작용을 효과적으로 발휘하기 위해서는 노상 표면에 분위기 조정용 탄재가 펴진 두께를 1 내지 10㎜의 범위로 하는 것이 바람직하다.

한편, 금속철 제조 설비로부터 통상적인 금속철과 부생 슬래그 및 분위기 조 정용 탄재가 혼합 상태로 배출된다. 이들 중, 금속철은 자력 등에 의해 회수될 수 있다. 또한, 그 일부, 특히 미세 입상 물질은 다시 이동 노상로로 반송되어 재응집함으로써 제품으로서 취급이 용이하고, 또한 산화 열화를 일으키기 어려운 조립 금속철로서의 수율을 높일 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 부생 슬래그 및 분위기 조정용 탄재는 스크리닝 조작에 의해 대체적으로 분리될 수 있지만, 정전기를 이용하는 경우에 스크리닝으로는 분리할 수 없는 정도의 입경 또는 미세한 입경이라도 용이하게 분리할 수 있기 때문에 바람직하다. 필요에 따라서는 스크린 및 자력에 의한 분리 조작과 정전기를 이용한 분리 조작을 병용하는 것도 효과적이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 작용 효과를 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 한정되지 않고, 상기 및 하기의 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경하여 실시할 수도 있고, 이들 모두는 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예 1

하기 표 1에 나타낸 화학 조성의 탄재에 대해 각각 단독으로 하기의 가열 시험에 제공되었다. 또한, 각 탄재는 입도를 0.5 내지 1.0㎜의 범위로 조정하고, 관식 전기로를 이용하여 질소 분위기하에서 1,000℃에서 90초 동안 가열하고, 냉각한 후에 외관을 관찰함으로써 응고 유무를 조사하였다. 또한, 각 탄재에 대해 최고 유동도를 조사하였다. 또한, 최고 유동도는 JIS M8801에 규정된 값으로 기셀러 플 라스토 미터(Gieseler Plasto meter)에 의해 구할 수 있고, logDDPM에 의해 표시되는 값이다.

결과는 표 1에 나타낸 바와 같고, 최고 유동도가 0인 탄재 A 내지 탄재 F는 모두 응고성을 나타내지 않고, 가열 처리 후에도 분립상을 유지한다. 이들에 대해 최고 유동도가 0을 넘는 탄재 G 내지 탄재 J는 모두 관식 전기로 내에서 괴상으로 응고되었다. 또한, 탄재 K 및 탄재 L은 탄재 I 및 탄재 J를 질소 분위기하에서 1,000℃에서 8분 동안 열 처리한 것으로, 상기 열 처리에 의해서 비응고성이 된다는 것이 확인되었다.

또한, 표 2는 상기 표 1에 나타낸 탄재 중에서 응고성을 나타낸 탄재에 비응고성 탄재를 배합하고, 또한 질소 분위기하에서 1,000℃에서 90초 동안 가열하는 경우에 응고성을 조사한 결과를 나타낸다. 상기 표에 의해 명백한 바와 같이, 응고성을 갖는 탄재라도 이것에 적정량의 비응고성 탄재를 배합하는 경우, 비응고성 혼합 탄재로 할 수 있다. 그 경우, 응고성 탄재의 최고 유동도가 높을수록 응고성을 해소하기 위한 비응고성 탄재의 혼합 비율을 높게 해야한다는 것을 확인할 수 있다.

실시예 2

상기 표 1에 나타낸 탄재 H(입경 3㎜ 이하)를 분위기 조정용 탄재로서 사용하고, 도 1에 나타낸 흐름도에 따라 회전 노상형 환원 용융 장치에 의해 탄재 장입 철광석 펠릿(입경: 16 내지 20㎜)을 환원 용융하여 금속철을 제조하는 경우, 분위기 조정용 탄재를 재활용하는 실험을 실시하였다. 즉, 회전 노상로의 원료 공급부 에서 노상 위에 분위기 조정용 탄재(탄재 H의 신선한 제품과 재활용 탄재와의 혼합물)를 약 3 내지 6㎜의 두께로 깔고, 그 위에 원료 펠릿을 공급하면서 가열하여 상기 원료 펠릿의 환원 용융을 실시한다. 그리고, 생성된 환원 철과 부생 슬래그를 노상 위에 잔류하는 분위기 조정용 탄재와 함께 냉각시키고, 긁어 내는 장치에 의해 노상 위로부터 배출한다. 그리고, 배출물을 자기 분리 장치 및 스크린닝에 의해 환원 철과 부생 슬래그 및 잔류 탄재로서 분리하고, 분리된 잔류 탄재는 회수하여 재활용 탄재로서 원료 공급측으로 반송하여 반복 사용한다. 환원 용융의 조업 조건은 수술한 바와 같이 했다.

[조업 조건]

원료 펠릿: 하기 성분 조성의 철광석 원료와 탄재의 분체를 질량비 78:22의 비율로 배합하고, 소량의 결합제를 첨가하여 조립 건조하여 수득된 평균 입경 18㎜의 입상 펠릿을 사용함,

철광석 원료 조성(질량%): T.Fe; 68.1%,

SiO₂; 1.4%, Al₂O₃; 0.5%.

조업 조건:

가열 환원 구역: 온도: 약 1,350℃ 및 통과 시간: 10분,

용융 구역: 온도: 약 1,450℃ 및 통과 시간: 5분.

이 방법에서 신선한 탄재 H, 40질량부와 재활용 탄재, 60질량부를 혼합하여 연속 조업을 실시한 결과, 상기 혼합 탄재는 환원 용융 공정에서 응고되지 않았고, 긁어 내는 장치에 의한 노상로 위로부터의 배출과 재활용을 원활하게 실시할 수 있어 연속 조업을 문제없이 계속할 수 있었다.

실시예 3

다른 실험으로서, 상기와 동일한 회전 노상형 환원 용융 장치를 사용하여 도 2에 나타낸 흐름도에 따라 상기 표 1에 나타낸 탄재 I(응고성)의 신선한 제품, 상기 탄재 F(비응고성)의 신선한 제품, 및 동일 장치에서 열 이력을 받은 후에 회수되는 재활용 탄재를 질량비 20:20:60부의 비율로 혼합하고 공급하여, 동일하게 연속 조업을 실시하였다. 사용된 원료 펠릿 및 조업 조건은 상기 실시예 1과 동일하게 하였다.

그 결과, 냉각 응고한 환원 용융 생성물의 배출 위치에서 분위기 조정용 탄재의 응고는 발생하지 않았고, 긁어 내는 장치에 의한 생성물의 배출을 원활하게 실시할 수 있었다. 또한, 배출물을 자기 분리기 및 스크린에 걸어 입상의 금속철을 회수하는 동시에 부생 슬래그 입자를 분리하는 경우에 잔류 탄재를 수득할 수 있어, 회수된 상기 잔류 탄재(입경: 3㎜ 이하)는 비응고성 탄재로서 문제없이 반복하여 사용될 수 있었다.

실시예 4

상기 표 1에 나타낸 부호 F의 탄재의 파쇄 정도를 변경하여 하기 표 3에 나타낸 입도 구성의 2종의 탄재를 준비하고, 각각의 탄재를 이용하여 상기 실시예 1과 동일한 가열 시험을 하여 응고의 유무를 비교하였다. 결과는 표 3에 나열된 바와 같고, 동일한 성분 조성의 탄재 F일지라도, 그 입도 구성에 따라서는 응고성이 변하고, 입경이 0.5 내지 3.25㎜의 범위의 것이 20질량% 이상인 것은 응고를 일으키지 않지만, 동일한 입경 범위의 것이 20질량% 미만(즉, 0.5㎜ 미만인 미립상 물질이 80질량%를 넘는 것)에서는 약한 응고가 발생한다. 이러한 점에서, 탄재의 입도 구성을 적절하게 조정하는 것도 응고 방지에 효과적이라는 것을 알 수 있다.

실시예 5

실험용 가열 화로의 내화물 트레이상에 상기 표 1에 나타낸 부호 C의 탄재 50g을 깔고, 그 위에 상기 실시예 1에서 이용한 것과 동일한 원료 배합의 건조 펠릿(입경: 9.5 내지 13.2㎜) 약 170g을 1층에 펼쳐서 장입하고, 질소 분위기하에서 화로내 온도 1,450℃에서 20분 동안 가열하여 환원 용융을 하여, 생성된 입상 철과 부생 슬래그의 입도 분포를 조사하였다(실험 1 및 실험 2).

또한, 상기와 동일한 탄재 50g에 입경 1 내지 3.35㎜의 입상 철 20g과 슬래그 1g를 혼합한 것을 내화물 트레이상에 깐다는 것 이외에는 상술한 바와 동일하게 하여 환원 용융 실험을 실시하고, 생성된 입상 철과 부생 슬래그의 입도 분포를 동일하게 하여 구하였다(실험 3 및 실험 4). 결과를 표 4에 나타낸다.

이들 실험은 분위기 조정용으로서 사용된 탄재를 재활용하는 경우, 재활용 탄재 중에 혼입되는 입상 철과 슬래그가 재사용에 의해 어느 정도 회수되는지의 여부를 확인하기 위해 실시한 것으로, 실험 1 및 실험 2는 탄재 재활용을 상정하지 않은 실험 실시예이고, 실험 3 및 실험 4는 탄재 재활용을 상정한 실험 실시예이 다.

표 4의 실험 1 및 실험 2와 실험 3 및 실험 4의 비교에 의해 명백한 바와 같이, 탄재 재활용을 상정한 실험 3 및 실험 4에서는 입상 철 및 슬래그 모두의 1 내지 3.35㎜ 직경의 생성물의 중량이 실험 1 및 실험 2인 경우의 양과 탄재 중에 미리 혼합한 양의 합보다도 감소하고, 3.35 내지 6.7㎜ 직경의 생성물의 양은 그 만큼 증가한다. 이러한 점에서도, 입상 철 및 슬래그 모두가 탄재 중에 미리 혼합된 것(재활용 탄재 중에 혼입된 것에 상응함)이 환원 용융 공정에서 응집한다는 것을 알 수 있다.

실시예 6

도 3에 나타낸 바와 같이, 비응고성 탄재 A(40질량부)와 재활용 탄재(60질량부)를 혼합하여 혼합 탄재(100질량부)로 하고, 이것을 상기 실시예 1과 동일하게 하여 회전 노상로의 노상 위에 깔고, 그 위에 탄재 내장 건조 펠릿을 장입하여 환원 용융을 실시하였다. 생성물을 냉각시키고, 배출한 후에 스크리닝을 실시한 후, 공업적으로 이용하기에 적합한 입경인 약 3㎜ 이상의 입상 철과 부생 슬래그를 회수하는 경우에 미립상 철과 슬래그를 포함하는 약 3㎜ 이하의 탄재가 60질량부로 회수되었다. 따라서, 이 회수 탄재를 전량 재활용 탄재로서 순환 사용하여, 신선한 탄재 40질량부를 추가 공급하는 경우, 생산 라인 전체로서의 균형이 유지되어 연속 조업을 원활하게 실시할 수 있다.

참고예

도 4에 따라 건조 펠릿과 비응고성 탄재 A를 사용하여 탄재 재활용을 하지 않는다는 것 이외에는 동일하게 하여 환원 용융을 실시하고, 입경 약 3㎜에서 입상 철과 부생 슬래그 및 회수 탄재에 스크리닝을 실시하였다. 이 경우, 화로로부터 배출되는 전체 금속철 중 약 9질량%는 미립상 철로서 회수 탄재 중에 포함되고, 그 만큼의 제품이 손실된다. 부생 슬래그도 동일하고, 탄재 재활용을 이용하지 않는 경우에는 화로로부터 배출되는 전체 부생 슬래그 중 약 70질량%가 미세 슬래그로서 회수 탄재와 함께 배출되고, 슬래그를 유가 자원으로서 회수하는 경우에는 이들이 그 만큼 손실된다.

실시예 7

상술한 실시예 1(도 1) 및 실시예 2(도 2)에서의 분리 조작에서, 회전 노상로로부터 배출된 금속철과 부생 슬래그 및 분위기 조정용 탄재의 혼합물을 도 5에 나타낸 바와 같이 먼저 자기 분리를 실시하여 금속철을 회수하였다. 이어, 나머지의 부생 슬래그와 분위기 조정용 탄재의 혼합물을 마찰 대전시킨 후, 양극과 음극이 장착된 정전기 분리 장치에 공급하여 부생 슬래그(음으로 하전됨)와 분위기 조정용 탄재(양으로 하전됨)를 분리하였다. 분리된 분위기 조정용 탄재는 상기 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 재활용하여 재사용할 수 있다.

또한, 대전법으로서는 마찰 대전법 이외의 대전법, 예를 들어 이온 발생 장치를 이용한 대전법 및 코로나 대전 등을 또한 이용할 수도 있다.

본 발명은 상기와 같이 구성되고, 산화철 함유 물질 및 탄소질 환원제를 포함하는 원료를 이동 노상 위에서 가열하여, 상기 원료 중의 산화철을 환원하여 금속철을 제조하는 경우, 노상 위에 분립상의 분위기 조정용 탄재를 깔고 나서 상기 원료를 공급함에 있어 상기 분위기 조정용 탄재로서 비응고성 탄재를 사용함으로써 상기 탄재가 응고되어 전병상으로 굳어져 배출 장애를 일으키는 것을 방지함으로써 연속 조업을 원활히 계속 가능하게 하는 동시에, 노상 내화물의 손상도 억제하여 그 수명을 연장할 수 있다.

또한, 추가로 상기 분위기 조정용 탄재로서 상기 금속철 제조 설비로 회수되는 탄재를 재활용하는 방법을 이용하는 경우에 상기 탄재의 소비량을 대폭 감소할 수 있다는 점 이외에, 종래에는 그대로 폐기되었던 회수 탄재 중의 금속철 및 부생 슬래그도 회수할 수 있어 회수율을 높일 수 있어, 일석 이조 이상의 부가적인 작용 효과도 얻을 수 있다.

Claims (11)

1. 산화철 함유 물질 및 탄소질 환원제를 포함하는 원료를 이동 노상 위에서 가열하고, 상기 원료 중의 산화철을 환원하여 금속철을 제조하는 방법에 있어서, 노상 위에 분립상의 분위기 조정용 탄재를 깔고 나서 상기 원료를 공급함에 있어 상기 분위기 조정용 탄재로서 비응고성 탄재를 사용하고, 이동 노상로로부터 배출되는 금속철의 일부를 다시 이동 노상로로 회수하는 것을 특징으로 하는 금속철의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분위기 조정용 탄재로서 입경이 3.35㎜ 이하이고, 0.5 내지 3.35㎜의 입도 범위의 것이 20질량% 이상이고, 최고 유동도가 0인 탄재를 사용하는 금속철의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 분위기 조정용 탄재로서 응고성 탄재의 열 처리물을 사용하는 금속철의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 분위기 조정용 탄재로서 금속철 제조 설비에서 열 이력을 받은 회수 탄재를 사용하는 금속철의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 분위기 조정용 탄재로서 비응고성 탄재와 금속철 제조 설비에서 열 이력을 받은 회수 탄재를 혼합하여 사용하는 금속철의 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 분위기 조정용 탄재로서 응고성 탄재에 비응고성 탄재를 배합하여 형성된 비응고성인 혼합 탄재를 사용하는 금속철의 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 응고성 탄재로서 신선한 탄재를 사용하고, 비응고성 탄재로서 열 처리된 탄재를 사용하는 금속철의 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 열 처리된 탄재로서 금속철 제조 설비에서 열 이력을 받은 회수 탄재를 사용하는 금속철의 제조 방법.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 응고성 탄재와 비응고성 탄재의 배합 비율을, 응고성 탄재 50 내지 10질량%에 대해 비응고성 탄재 50 내지 90질량%로 하는 금속철의 제조 방법.
10. 삭제
11. 제 4 항, 제 5 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 탄재를 회수하는데 정전기를 이용하는 금속철의 제조 방법.

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