KR100797243B1 - 소결광의 사전처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소의 고로에서 철원료용으로 사용되는 소결광을 사전처리하는 방법에 관한 것으로서, 보다 경제적으로 그리고 설비의 부식염려 없이 소결광의 저온 환원분화현상을 크게 저하시킬 수 있는 소결광의 사전처리 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 고분자 아크릴 아마이드 화합물을 물에 일정량 용해시켜 일정 농도의 수용액을 제조한 후, 이 수용액을 소결광에 분사하여 소결광의 표면에 고분자 아크릴 아마이드계 화합물을 피복시키는 소결광의 사전처리방법을 그 요지로 한다.

사전처리, 소결광, 저온환원 분화성, 적철광, 자철광, 아크릴 아마이드

Description

소결광의 사전처리방법{Method for Pretreating Sinter Ores}

도 1은 통상적인 소결대차의 일례를 나타내는 사시도

도 2는 통상적인 소결기의 일례를 나타내는 구조도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1..... 소결대차 2..... 화격자 4..... 점화로

5..... 배합원료 장입경사판 6..... 배합원료 호퍼

7..... 배합원료 8..... 드럼피더 9..... 상부광 호퍼

10..... 상부광 12..... 배광부

본 발명은 제철소의 고로에서 철원료용으로 사용되는 소결광을 사전처리하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소결광의 표면에 고분자 아크릴 아마이드계 화합물(물질)을 피복하여 소결광의 저온환원 분화현상을 저감시킬 수 있는 소결광의 사전처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철소의 고로에서는 철원료용으로 소결광을 70-80% 사용하고 있으며, 이 소결광은 도 1과 같은 단위 소결대차(1)를 도 2에서와 같이 무한궤도상에 다수 연결하여 일정방향으로 이동하도록 한 소결장치를 이용하여 제조되고 있다. 소결대차 (1)의 하부에는 화격자(2)가 있고 그 화격자(2)를 통해서 상부에서 하부로 공기가 흡인되도록 되어 있다.

소결광의 제조에 사용되는 원료는 약 10mm이하의 분철광석과 보통 이 보다 입도가 작은 석회석, 생석회 등의 CaO 함유 원료 및 규석, 사문암 등의 SiO₂ 함유 원료 그리고, 코크스나 무연탄 등의 고체연료를 포함한다.

이들 배합원료들은 소결광의 품질 및 조성을 고려하여 배합비가 결정된 후에 배합비에 따라 원료 저장빈에서 일정량씩 절출되고 이들을 믹서에서 혼합 및 적당량의 수분을 가하여 조립(Granulation)한다.

이와 같이 조립된 배합원료(7)들은 도 2에 나타난 바와 같이 배합원료호퍼(6)에 장입된 후에 장입장치의 드럼피더(8)에 의하여 정량 절출되고 배합원료 장입경사판(5)을 따라 이송되어 소결대차의 상부에 장입되며, 또한 상부광 호퍼(9)에 저장된 상부광(10)은 소결대차(1)의 하부에 장입된다.

상기와 같이 배합원료가 소결대차에 장입된 후에는 점화로(4)에서 원료 상부를 착화시키고 대차의 하부에서 계속 공기를 흡인하면 배합원료중에 포함된 코크스나 무연탄 등의 연료가 연소하면서 열을 내고 이 열에 의하여 철광석들이 부원료들과 반응하여 융액(Melt)이 생성되는데, 이러한 융액이 분철광석을 서로 결합시켜 커다란 덩어리(Cake)를 만들게 된다.

소결대차(1)는 무한궤도상을 연속적으로 이동하고 하부에서 계속적으로 공기를 흡인하기 때문에 소결원료에서 연소 및 용융대는 상부에서 대차의 하부방향으로 이동하게 된다.

연소 및 용용대가 대차하부와 화격자에 도달하면 소결이 완료되어 배광부(12)에서 거대한 소결 덩어리를 배출하게 되며, 소결대차(1)는 빈상태로 되어 회전하여 원래의 위치로 되돌아 온다.

도 2에서 부호 11은 "레벨게이트"를 나타낸다.

상기와 같이 배광된 소결덩어리는 파쇄장치에 의하여 파쇄 정립되며, 5mm이상의 소결광은 성품으로서 회수하여 고로 원료로서 사용되며, 일정크기 이하(약 -5mm)의 소결광은 반광(Return Ore)으로 불리워지며, 다른 원료들과 혼합되어 소결원료로서 사용된다.

이와 같은 방법에 의하여 제조된 소결광은 철광석과 석회석이 주로 반응하여 생성된 칼슘페라이트(CaO-Fe₂O₃), 자철광(Fe₃O₄), 적철광(Fe ₂O₃) 및 유리질의 규산염계 슬래그 등의 물질로 구성된다.

소결광중 이들의 상대적인 구성비는 배합원료중의 연료비, 원료의 화학조성, 원료입도 및 소결기의 조업조건에 따라 크게 달라지며, 이 물질들의 구성비 및 조직특성에 따라서 소결광의 강도, 피환원성 및 저온환원 분화특성이 크게 달라진다.

제조된 일정입도의 소결광을 고로에 장입하면 고로에 들어간 소결광은 고로의 상부에서 하부로 내려가면서 온도가 상승하게 되고, 고로에서 발생하는 CO가스에 의하여 점차 환원된다.

그런데, 고로 상부의 온도가 비교적 낮은 400-600℃범위에서는 소결광이 환원되면서 작은 입자로 깨지는 저온환원 분화현상이 발생되어 고로의 통기성을 악화 시켜 안정적인 고로조업 유지에 큰 장애로 작용하는 경우가 많다.

이와 같이 고로상부의 온도가 비교적 낮은 영역에서 소결광의 분화가 심하게 일어나는 현상은 소결광층에 포함된 적철광과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다.

즉, 고로내의 온도가 약 400-600℃이고 CO농도가 약 20-30%의 조건에서는 소결광을 구성하고 있는 광물중에서 적철광만이 일부 환원되어 자철광으로 변화하는데, 이때 적철광이 자철광으로 환원되면서 약 20% 정도의 체적팽창이 일어나게 되고 이에 따라서 환원되는 적철광 내부와 주변에는 커다란 내부응력(Internal stress)이 발생하게 된다.

만일 환원이 일어나는 적철광 주변의 물질들의 강도가 환원에 따라 발생하는 내부응력에 견딜만한 파쇄강도(Fracture toughness)를 갖고 있는 경우에는 저온 환원분화 현상이 일어나지 않는다.

그러나, 파쇄강도가 낮은 경우에는 체적팽창에 따른 이러한 응력에 견딜 수 없게 되어 결국은 적철광과 그 주변에 다량의 균열을 생성시키게 되고 이에 따라서 소결광이 깨어져 다량의 미분이 발생하게 된다.

한편, 소결광이 좀더 하부로 이동하여 소결광의 온도가 더 올라가면 소결광중의 적철광이 자철광으로 환원되는 속도가 크게 증가하고, 점차 산화도가 낮은 우스타이트(FeO)나 금속철(Metal Fe)로 환원된다.

그러나, 고로 내부의 온도가 약 600℃ 이상으로 올라가는 영역에서는 적철광으로부터 자철광으로 변화함에 따라 수반되는 체적변화에 의한 소결광내의 내부응 력이 온도상승에 따른 소결광의 소성변형(Plastic deformation)에 의하여 흡수되기 때문에 고온에서 적철광이 자철광으로 많이 환원됨에도 불구하고 소결광의 분화율은 감소하게 된다.

이러한 연유로, 소결광의 환원분화는 고로내의 온도가 비교적 낮은 400-600℃의 저온영역에서 주로 발생하는 것이다.

상기와 같은 소결광의 저온분화를 억제하는 종래방법으로서 연료인 코크스나 무연탄을 다량으로 배합하여 소결광중에 적철광의 양을 감소시키고 자철광의 형성을 촉진시키는 방법이 알려져 있다.

그러나, 상기 종래방법은 연료비가 많이 들기 때문에 소결광 제조원가가 크게 증가하게 될 뿐 아니라, 다른 원료들에 비하여 S, N 등의 함량이 높은 연료를 다량으로 사용하기 때문에 공해물질인 NOx, SOx 등의 발생도 증가되는 문제점이 있었다.

더욱이, 상기와 같이 제조된 소결광을 사용하여 고로에서 용선을 제조하는 경우에도 다음과 같은 문제점이 있다.

소결광중의 적철광은 일반적으로 환원이 용이하고 자철광, 우스타이트를 거쳐 최종적으로 금속 Fe로 환원되는데, 적철광 환원결과 발생하는 자철광은 적철광이 환원되어 산소가 제거됨에 따라서 다공성으로 변화하게 되어 산화도가 낮은 우스타이트(wustite:FeO)로의 환원이 용이하게 이루어진다.

그러나, 상기한 종래방법에서와 같이 소결광 제조시 연료를 고배합하여 다량 생성된 소결광중의 자철광은 아주 치밀하기 때문에 소결광의 환원시에 다음 단계로 의 환원이 어려워지는 것이다. 따라서, 연료를 고배합하여 얻어진 소결광은 고로에서 환원이 잘 이루어지지 않아 고로에서도 이들을 환원시키는데 연료비가 많이 필요하기 때문에 고로의 생산성이 저하될 뿐 아니라 용선제조 원가도 크게 증가하는 문제점이 있었다.

소결광의 저온환원 분화성을 개선하는 다른 방법으로는 Cl을 포함하는 CaCl₂나 NaCl 등의 염화물을 소결광의 표면에 피복하는 방법이 알려져 있다.

이와 같이 염화물이 소결광 표면에 피막을 형성하게 되면, 염화물들이 저온영역에서 환원개스인 CO개스가 소결광에 직접 접촉하는 것을 차단시켜줄 뿐 아니라, 열분해되어 발생되는 Cl개스가 소결광의 적철광 표면에 우선적으로 흡착되어 CO개스에 의한 소결광중의 적철광의 환원을 억제하여 환원분화가 억제되도록 하는 것이다.

그러나, 이러한 염화물중의 Cl성분은 고로 설비를 크게 부식시키기 때문에 고로설비의 유지 및 관리의 측면에서 문제점으로 작용하고 있어 소결광에 이들 염화물의 부착은 일부의 제철소에서만이 조심스럽게 시행되고 있다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 보다 경제적으로 그리고 설비의 부식염려 없이 소결광의 저온 환원분화현상을 크게 저하시킬 수 있는 소결광의 사전처리 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 고분자 아크릴 아마이드 화합물을 물에 일정량 용해시켜 일정 농도의 수용액을 제조한 후, 이 수용액을 소결광에 분사하여 소결광의 표면에 고분자 아크릴 아마이드계 화합물을 피복시키는 소결광의 사전처리방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 고분자 아크릴 아마이드계 화합물을 열분석한 결과 가열하면 약 240℃이상에서 서서히 열분해가 일어나고 온도가 더욱 올라가면서 연소가 일어나 발열되며 약 612℃ 정도에서 연소가 완료되는 특성이 있음을 확인하였다. 이와 같이 이 물질은 600℃이상까지 견딜수 있는 내열성이 있음을 확인하였다.

또한, 이 물질은 주로 C,H,O,N물질로 구성되어 있기 때문에 열분해나 연소에 의하여 발생되는 물질들이 고로설비를 부식할 염려가 없다는데 착안하여 고분자 아크릴 아마이드계 화합물을 물에 용해시킨 후 소결광 표면에 분사하여 고분자 아크릴 아마이드계 화합물을 피복시킨 다음, 저온환원분화실험을 한 결과 이 화합물이 온도가 비교적 낮은 조건에서 CO가스에 의한 적철광의 환원을 감소시키고 이에 따라 저온환원분화가 감소되는 것을 직접 확인하여 본 발명을 완성하게 이르렀다.

본 발명은 소결광의 표면에 고분자 아크릴 아마이드계 화합물을 피복하는데, 그 특징이 있다.

고분자 아크릴 아마이드계 화합물은 일반적으로 [(CH₂CHCONH₂)n]의 식으로 나타낼 수가 있으며 첨가하는 물질에 따라서 Cl(염소)이온을 포함하는 메타크릴레이트(methacrylate)나 아크릴레이트계(Acrylate) 등의 양이온계와 Na나 S(황)등의 성 분을 포함하는 아크릴(Acryl)산계와 술폰(Sulfon)산계의 음이온계 및 비이온계로서 분류된다.

양이온 및 음이온계 고분자 아크릴 아마이드에는 고로의 내화물이나 철피 및 환경 등에 해로운 Na, Cl, S등의 성분을 포함하고 있는 경우가 많기 때문에 본 발명에 바람직한 고분자 아크릴 아마이드계 화합물은 비이온계 고분자 아크릴 아마이드계 화합물이다.

상기 고분자 아크릴 아마이드계 화합물은 그 분자량에 따라 고온에서 견딜 수 있는 고온특성이 다소 변화하게 된다.

따라서, 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 고분자 아크릴 아마이드계 화합물로서는 환원분화가 많이 일어나는 온도인 저온영역(550-600℃)에서는 가능한한 이들 화합물의 열분해가 최소화되고 그 이상의 온도에서는 피복층이 서서히 제거되는 특징이 있는 것이 바람직하다.

상기한 특징을 갖는 것이 바람직한 이유는, 온도가 약 600℃ 이상으로 올라가면 소결광내의 적철광이 자철광으로 환원되면서 체적변화량이 발생하여도 소결광의 소성변형에 의해 이를 흡수할 수 있으므로, 600℃이상의 고온에서는 소결광을 피복하고 있는 물질이 제거되어 소결광의 환원반응이 크게 저해되어서는 안되기 때문이다.

본 발명에 따라 소결광을 사전처리하기 위해서는 고분자 아크릴 아마이드계 화합물을 물에 용해시켜 일정한 농도의 수용액을 제조한 다음, 이 수용액을 소결광의 표면에 분사하여 피복층을 형성한다.

상기와 같이 형성된 피복층은 환원개스인 CO개스가 소결광에 직접 접촉하는 것을 차단시켜 주어 CO개스에 의한 소결광중의 적철광 환원을 억제함으로써 소결광의 저온환원분화를 감소시키는 작용을 한다.

따라서, 소결광의 표면이 CO가스와 차단되도록 소결광의 표층에 고분자 아크릴 아마이드계 화합물의 피복층을 형성하는 것이 중요하다.

아크릴 아마이드의 종류에 따라 효과가 달라지지만 동일한 아크릴 아마이드계라도 소결광의 표면에 피복되는 두께에 따라서 CO의 차단효과가 다르게 나타나기 때문에 수용액에서의 아크릴 아마이드의 농도에 따라 효과도 다르게 나타난다.

본 발명에 따라 소결광의 표면에 피복되는 고분자 아크릴 아마이드계 화합물의 분자량이 약 10000x10³ ∼ 12000x10³인 경우 바람직한 비이온계인 고분자 아크릴 아마이드 [(CH₂CHCONH₂)n]의 수용액의 농도는 0.1 - 0.3%로 선정하는 것이 바람직하다.

상기 예에 있어서, 상기 고분자 아크릴 아마이드의 수용액 농도가 0.1미만인 경우에는 저온환원분화 개선에 효과가 거의 없고, 그 농도가 0.5%이상에서는 물의 점성이 아주 높아져 이들 물질을 물에 균질하게 용해시키는 것이 어렵고, 소결광 표면에 수용액을 균질하게 살포하는 것이 쉽지 않으며, 0.3%이상으로 해도 저온환원분화의 개선효과가 포화되기 때문이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

분자량이 약 10000x10³인 비이온계 고분자 아크릴 아마이드[(CH₂CHCONH₂)n]의 농도를 하기 표 1과 같이 변화시켜가면서 고분자 아크릴 아마이드 수용액을 제조한 후에 이들 수용액을 동일한 소결기에 의하여 동일한 조건에서 제조된 같은 환원분화특성을 갖는 입도 15-20mm의 소결광에 분사하여 피복하였다.

이와 같이 사전처리된 소결광들을 통상적인 저온 원분화측정방법(JIS규격)에 따라 저온환원분화를 측정하였다. 즉, 소결광 500그램을 환원시험장치내에 장입한 후에 환원분화가 가장 일어나기 쉬운 온도영역인 550℃에서 30% CO-70%N₂의 혼합개스를 분당 15리터 공급하여 30분 동안 환원시키고 그 후에 질소가스의 분위기에서 냉각시켰는데 냉각된 소결광은 내경 130mm, 길이 190mm의 소형 드럼(Drum)에 넣고 900회전시킨 후에 꺼내어 입도 3mm이하의 중량을 측정하여 저온 환원분화율을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	고분자 아크릴 아마이드(중량%)
	0	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3	0.4	0.5
저온환원분화지수(%)	38.33	38.90	37.14	36.0	35.5	34.5	33	33.1	33

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 고분자 아크릴 아마이드의 수용액 농도가 일정 농도범위 이상에서는 저온환원분화가 감소함을 알 수 있다. 즉, 0.05중량%에서는 효과가 거의 없는 것으로 나타났으나 0.1%이상에서는 아크릴 아마이드의 수용액 농도가 증가함에 따라서 저온환원분화 특성이 점차 개선되며, 아크릴 아마이드의 농도가 0.3중량% 이상의 경우에는 첨가량에 비하여 효과가 크게 증가하지 않음을 알 수 있다.

(실시예 2)

분자량이 약 12000x10³인 비이온계인 고분자 아크릴 아마이드[(CH₂CHCONH₂)n]의 농도를 하기 표 2에서와 같이 변화시켜 가면서 고분자 아크릴 아마이드 수용액을 제조한 후에 이들 수용액을 동일한 소결기에 의하여 동일한 조건에서 제조된 같은 환원분화특성을 갖는 입도 15-20mm의 소결광에 분사하여 피복하고 실시예 1과 동일한 시험을 하여 저온 환원분화율을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

	고분자 아크릴 아마이드(중량%)
	0	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3	0.4	0.5
저온환원분화지수(%)	38.33	38.90	38.1	37.5	37.1	36.5	35	35.2	35.13

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 고분자 아크릴 아마이드의 수용액 농도가 0.1-0.3%범위에서는 수용액중의 아크릴 아마이드 농도가 증가함에 따라서 저온환원분화가 감소함을 알 수 있으며, 0.3중량%를 초과하는 경우에는 첨가량에 비하여 효과가 크게 개선되지 않는 것을 알 수 있다.

한편, 실시예 1에서와 같이 고분자 아크릴 아마이드의 농도변화에 따라 저온환원분화지수가 변화하는 경향은 비슷하나 아크릴 아마이드의 종류에 따라서 저온환원분화지수가 저하되는 폭은 다소 다르게 나타남을 알 수 있다.

(실시예 3)

분자량이 약 10000x10³인 고분자 아크릴 아마이드 농도 0.3% 수용액을 제조한 후에 실제 소결설비에서 1, 2, 3차 체(Screen)를 거쳐 나온 성품 소결광 표면에 이들 수용액을 분사하여 피복하였다.

이와 같이 고분자 아크릴 아마이드로 피복한 소결광과 피복하지 않은 소결광들을 채취하여 저온 환원분화를 측정한 결과, 아크릴 아마이드로 피복한 경우에는 저온환원 분화지수가 34, 피복하지 않은 경우에는 39가 나오는 결과를 얻었다.

이와 같이 고분자 아크릴 아마이드로 피복된 소결광을 고로에 사용하였을 경우에는 피복되지 않은 소결광을 고로에서 사용하였을 경우에 비하여 고로의 상부에서 통기성을 나타내는 통기저항지수가 크게 저하되는 것으로 나타나 소결광에 대한 고분자 아크릴 아마이드의 피복이 소결광의 저온환원분화를 억제하여 고로 안정조업에 도움이 되는 것으로 확인하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 소결광의 표면에 고분자 아크릴 아마이드계 화합물을 피복하므로써 소결광의 저온환원분화를 보다 경제적으로 개선할 수 있고, 또한 고로등의 설비 부식염려도 없이 고로의 통기성을 개선하여 용선(Molten iron)의 생산성을 높일 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 물에 고분자 아크릴 아마이드계 화합물을 용해하여 고분자 아크릴 아마이드계 화합물 수용액을 제조한 다음, 이 수용액을 소결광의 표면에 분사하여 코팅하는 소결광의 사전처리방법
2. 제1항에 있어서, 고분자 아크릴 아마이드계 화합물의 분자량이 10000x10³

   ∼ 12000x10³ 이고, 수용액의 농도가 0.1-0.3 중량%인 것을 특징으로 하는 소결광의 사전처리방법

Images