KR100797839B1

KR100797839B1 - 브리켓 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100797839B1
Application number: KR1020060131923A
Authority: KR
Inventors: 정병준; 조병국; 이운재; 이상열
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-01-24

Abstract

본 발명은 제철소내 부산물을 이용한 브리켓 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 브리켓은 i) 분철들, 및 ii) 더스트 또는 슬러지 중 하나 이상의 부산물을 포함한다. 분철들의 입도는 부산물의 입도보다 크고, 분철들 사이의 공극에 부산물이 충전된다.

브리켓, 슬러지, 분철, 압축 강도

Description

브리켓 및 그 제조 방법 {BRIQUETTES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리켓을 제조하기 위한 브리켓 제조 장치의 개략적인 도면이다.

도 2는 더스트 사용비에 따른 브리켓의 압축 강도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3은 슬러지 사용비에 따른 브리켓의 압축 강도 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 제철소내 부산물을 이용한 브리켓 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 제철소내의 다양한 공정에서 슬러지 또는 더스트가 발생하므로, 이들을 재활용하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 슬러지 또는 더스트는 탄소 또는 철을 포함하므로, 이들을 재활용함으로써 원료비를 절감할 수 있다. 더스트는 석탄의 운반 과정 등에서 발생할 수 있고, 슬러지는 용철 제조 중 배가스의 수집진 과정 등에서 발생할 수 있다.

일반적으로, 더스트 또는 슬러지는 그 크기가 너무 작아서 바로 사용하기 어려우므로, 바인더를 첨가하여 펠렛으로 제조한 후 사용한다. 또는, 더스트 또는 슬러지에 바인더를 첨가하여 브리켓으로 제조한 후 사용한다.

제철소내 부산물을 이용하여 압축 강도를 향상시킨 브리켓을 제공하고자 한다. 또한, 전술한 브리켓의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 브리켓은 i) 분철들, 및 ii) 더스트 또는 슬러지 중 하나 이상의 부산물을 포함한다. 분철들의 입도는 부산물의 입도보다 크고, 분철들 사이의 공극에 부산물이 충전된다.

부산물의 밀도가 분철들의 밀도보다 작을 수 있다. 분철들이 20wt% 내지 30wt% 포함될 수 있다. 브리켓은 바인더를 포함하지 않을 수 있다. 분철들은 철광석 또는 환원철일 수 있다. 슬러지는 3wt% 내지 7wt%의 수분을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 브리켓 제조 방법은, i) 분철들을 제공하는 단계, ii) 분철들에 더스트 또는 슬러지를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 및 iii) 혼합물을 압축하여 브리켓을 제조하는 단계를 포함한다. 브리켓을 제조하는 단계에서, 분철들의 입도는 더스트의 입도 및 슬러지의 입도보다 크고, 분철들 사이의 공극에 더스트 또는 슬러지가 충전된다.

브리켓을 제공하는 단계에서, 분철들의 밀도는 더스트의 밀도 및 슬러지의 밀도보다 클 수 있다. 브리켓을 제조하는 단계에서, 분철들은 브리켓의 20wt% 내 지 30wt%일 수 있다. 혼합물을 제조하는 단계에서, 분철들에 슬러지를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 슬러지를 건조하여 슬러지의 수분 함량을 3wt% 내지 7wt%로 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 분철들을 제공하는 단계에서, 분철들은 철광석 또는 환원철일 수 있다. 혼합물을 제조하는 단계에서, 혼합물에 바인더를 첨가하지 않을 수 있다.

첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브리켓(100)을 제조하기 위한 브리켓 제조 장치(1000)를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 확대원에는 브리켓(100)의 내부 구조를 확대하여 개략적으로 나타낸다.

브리켓 제조 장치(1000)는, 슬러지 건조기(10), 슬러지 파쇄기(20), 슬러지 저장 호퍼(30), 더스트 저장 호퍼(40), 철광석 저장 호퍼(50), 환원철 저장 호퍼(60), 이송 스크류 장치(70), 저장 호퍼(80) 및 성형기(90)를 포함한다. 브리켓 제조 장치(1000)를 이용하여 제철소 부산물인 슬러지 또는 더스트와 분철을 적절하게 혼합함으로써 브리켓(100)을 제조할 수 있다. 슬러지와 더스트는 일정량 이상의 탄소를 함유한다. 따라서 탄소로 인해 슬러지 또는 더스트는 자체 열원 또는 환원제로서 사용할 수 있다.

슬러지 건조기(10)는 수집진 등의 방법을 통해 얻은 슬러지를 건조한다. 슬러지는 30wt% 내지 40wt%의 수분을 포함하므로, 슬러지 건조기(10)에서 슬러지를 건조하여 수분 함량을 낮춘다. 슬러지 건조기(10)에서 건조된 슬러지는 3wt% 내지 7wt%의 수분을 포함한다. 슬러지의 수분이 너무 많은 경우, 슬러지가 저장 호퍼(80)의 내벽에 점착될 수 있다. 반대로, 슬러지의 수분이 너무 적은 경우, 분철과 잘 혼합되지 못하여 브리켓의 압축 강도가 저하된다. 구체적으로, 슬러지는 5wt% 정도의 수분을 포함하는 것이 바람직하다.

슬러지 건조기(10)에서 건조된 슬러지는 덩어리 형태이므로, 이를 슬러지 파쇄기(20)를 이용해 파쇄한다. 따라서 슬러지를 분쇄하여 작은 크기로 제조할 수 있다. 파쇄된 슬러지는 슬러지 저장 호퍼(30)에 저장된다.

석탄 등의 운송 중에 발생한 더스트는 모아져서 더스트 저장 호퍼(40)에 저장된다. 철광석 저장 호퍼(50)에는 분철 형태의 철광석을 저장하고, 환원철 저장 호퍼(60)에는 분철 형태의 환원철(direct reduced iron, DRI)을 저장한다. 철광석으로는 산지에서 채취한 일반 광석을 사용할 수 있다. 환원철로는 유동층형 환원 로 또는 충전층형 환원로 등에서 철광석을 환원하여 사용할 수 있다. 환원철의 환원률은 50% 내지 80%이다.

슬러지 또는 더스트를 각각 슬러지 저장 호퍼(30) 또는 더스트 저장 호퍼(40)로부터 이송 스크류 장치(70)에 공급한다. 슬러지 및 더스트는 이송 스크류 장치(70)에 함께 공급하거나 이 중에서 한 원료만을 공급할 수 있다. 철광석 및 환원철도 각각 철광석 저장 호퍼(50) 및 환원철 저장 호퍼(60)로부터 이송 스크류 장치(70)에 공급될 수 있다. 정량의 슬러지, 더스트, 철광석 및 환원철을 이송 스크류 장치(70)에 공급할 수 있다.

이송 스크류 장치(70)에 공급된 슬러지 또는 더스트는 철광석 또는 환원철인 분철과 이송 스크류(701)에 의해 혼합되면서 이송된다. 따라서 슬러지 또는 더스트와 분철을 균일하게 혼합한 혼합물을 제조할 수 있다. 이들은 저장 호퍼(80) 내부에 설치된 스크류(801)에 의해 성형기(90)에 강제 장입된다. 저장 호퍼(80)의 내부에는 스크래퍼(803)가 설치되므로, 저장 호퍼(80)의 내벽에 붙은 슬러지 등을 쉽게 제거할 수 있다. 성형기(90)는 상호 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 롤(901)을 포함한다. 한 쌍의 롤(901) 사이에 장입된 혼합물은 한 쌍의 롤(901)에 의해 압축되어 브리켓(100)으로 제조될 수 있다.

도 1의 확대원은 브리켓(100)의 내부를 확대하여 나타낸다. 도 1의 확대원에 도시한 바와 같이, 브리켓(100)은 분철(101)과 슬러지(201) 또는 더스트(301)를 포함한다. 여기서, 분철(101)의 입도는 슬러지(201) 또는 더스트(301)의 입도보다 크다. 따라서 분철들(101) 사이의 공극에 슬러지(201) 또는 더스트(301)가 충전되 어 브리켓(100)을 제조할 수 있다. 슬러지(201) 또는 더스트(301)가 분철들(101) 사이의 공극을 채우므로, 바인더 없이 기공율이 거의 0에 가까운 브리켓(100)을 제조할 수 있다. 따라서 브리켓(100)의 충전 밀도를 최대로 높일 수 있다.

슬러지(201)는 수분을 적절하게 포함하므로, 수분 함량이 비교적 낮은 분철(101)과 혼합되어 바인더를 사용하지 않고도 적절한 강도를 가지는 브리켓을 제조할 수 있다. 슬러지(201)를 수분 함량이 비교적 낮은 분철(101)과 혼합하므로, 슬러지 건조기(10)에서 슬러지(201)의 수분 제거를 위해 투입되는 건조 열량을 최소화할 수 있다. 그리고 슬러지(201)의 밀도 및 더스트(301)의 밀도는 분철(101)의 밀도보다 작으므로, 분철(101)을 슬러지(201) 또는 더스트(301)와 혼합하는 경우, 브리켓(100)의 밀도를 적절하게 제어할 수 있다.

분철(101)은 브리켓(100)에 20wt% 내지 30wt% 포함될 수 있다. 분철(101)의 양이 너무 적은 경우, 슬러지(201) 또는 더스트(301)의 양이 많아 압축 강도가 저하될 수 있다. 반대로, 분철(101)의 양이 너무 많은 경우, 슬러지(201) 또는 더스트(301)의 재활용 측면에서 부적합하다.

일반적으로, 더스트 및 슬러지는 입도 및 밀도가 작다. 또한, 더스트 및 슬러지는 그 내부 기공율이 높다. 따라서 더스트 및 슬러지만을 이용하여 브리켓을 제조하는 경우, 압축 강도가 좋지 못하다. 더욱이, 더스트 및 슬러지에 성형 압력을 가해도 브리켓을 제조하기가 어렵다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 시멘트를 바인더로 사용하여 더스트 또는 슬러지를 펠렛으로 제조할 수 있다. 이 경우, 일정 시간 동안 펠렛을 양생하면 펠 렛이 일정한 강도를 가진다. 그러나 시멘트를 사용하는 경우, 양생 기간에 따라 시멘트 및 수분과의 결합에 의해 펠렛이 딱딱해지는 수경성을 가진다. 따라서 펠렛을 고로에 장입하는 경우, 고온에서 수분이 증발하면서 시멘트의 결합력이 약해지는 문제점이 있다. 따라서 바인더로서 시멘트를 사용하는 것이 부적합하다. 한편, 고온 성형으로 브리켓을 제조하는 방법은 제조 비용이 너무 고가이다.

본 실시예에서는 전술한 바와 같이, 바인더를 별도로 첨가하지 않고, 분철(101)을 이용하여 상온에서 브리켓(100)을 제조한다. 이 경우, 분철들(101) 사이의 공극에 슬러지(201) 또는 더스트(301)가 충전되므로, 브리켓(100)의 기공율을 최소화면서 충전 밀도를 높일 수 있다. 그 결과, 브리켓(100)의 압축 강도를 최대화할 수 있다. 또한, 브리켓(100)을 상온에서 제조하므로, 브리켓(100)의 제조 비용을 절감할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

더스트 사용시의 실험예

다음의 표 1에 기재된 조성을 가진 더스트를 이용하여 브리켓을 제조하였다. 더스트의 벌크 밀도는 1.10g/cm³으로서, 더스트와 혼합되는 철광석 또는 환원철에 비해 훨씬 낮았다. 철광석은 산지에서 채취한 광석을 사용하였고, 환원철의 환원률은 50% 정도였다.

브리켓에 첨가되는 더스트의 양을 변화시키면서 도 1의 브리켓 제조 장치를 이용하여 브리켓을 제조한 후, 그 압축강도를 측정하였다. 이외의 상세한 실험 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생락한다.

실험예 1

철광석 10wt% 및 분철 더스트를 90wt%를 첨가한 브리켓을 제조하였다.

실험예 2

철광석 20wt% 및 분철 더스트를 80wt%를 첨가한 브리켓을 제조하였다.

실험예 3

철광석 30wt% 및 분철 더스트를 70wt%를 첨가한 브리켓을 제조하였다.

실험예 4

철광석 40wt% 및 분철 더스트를 60wt%를 첨가한 브리켓을 제조하였다.

실험예 5

철광석 50wt% 및 분철 더스트를 50wt%를 첨가한 브리켓을 제조하였다.

실험예 6

환원철 10wt% 및 분철 더스트를 90wt%를 첨가한 브리켓을 제조하였다.

실험예 7

환원철 20wt% 및 분철 더스트를 80wt%를 첨가한 브리켓을 제조하였다.

실험예 8

환원철 30wt% 및 분철 더스트를 70wt%를 첨가한 브리켓을 제조하였다.

실험예 9

환원철 40wt% 및 분철 더스트를 60wt%를 첨가한 브리켓을 제조하였다.

실험예 10

환원철 50wt% 및 분철 더스트를 50wt%를 첨가한 브리켓을 제조하였다.

비교예 1

환원철 및 바인더를 별도로 첨가하지 않고 더스트만을 이용하여 브리켓을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예와 동일하였다.

실험 결과

도 2는 전술한 실험예 1 내지 실험예 10 및 비교예 1에서 더스트 사용비에 따른 브리켓의 압축강도를 나타낸다. 도 2에 도시한 바와 같이, 비교예 1의 경우 브리켓의 압축강도가 20kgf/ea로 상당히 낮으나 실험예 1 내지 실험예 10의 경우 브리켓의 압축강도가 비교예 1의 브리켓에 비해 우수하였다.

실험예 1 내지 3 및 실험예 6 내지 8에서는 더스트의 사용비를 증가시킴에 따라 브리켓의 압축강도가 점차 증가하였으나 실험예 3 및 실험예 8부터는 브리켓의 압축 강도가 서서히 증가하였다. 즉, 분철을 30wt%까지 혼합할 때 브리켓의 강도가 급격히 증가하다가 그 이후부터는 완만히 증가하였다. 따라서 분철을 20wt% 내지 30wt% 사용하는 경우, 브리켓의 압축 강도를 적절하게 유지하면서 더스트의 사용량을 최대화할 수 있었다.

슬러지 사용시의 실험예

다음의 표 2에 기재된 조성을 가진 슬러지를 이용하여 브리켓을 제조하였다. 슬러지의 벌크 밀도는 1.49g/cm³으로서, 슬러지와 혼합되는 철광석 또는 환원철에 비해 훨씬 낮았다. 철광석은 산지에서 채취한 광석을 사용하였고, 환원철은 그 환원률이 50% 정도였다.

브리켓에 첨가되는 슬러지의 양을 변화시키면서 도 1의 브리켓 제조 장치를 이용하여 브리켓을 제조한 후, 그 압축강도를 측정하였다. 이외의 상세한 실험 방법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생락한다.

실험예 11

실험예 12

실험예 13

실험예 14

실험예 15

실험예 16

실험예 17

실험예 18

실험예 19

실험예 20

비교예 2

환원철 및 바인더를 별도로 첨가하지 않고 슬러지만을 이용하여 브리켓을 제조하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예와 동일하였다.

실험 결과

도 3은 전술한 실험예 11 내지 실험예 20 및 비교예 2에서 더스트 사용비에 따른 브리켓의 압축강도를 나타낸다. 도 3에 도시한 바와 같이, 비교예 2의 경우 브리켓의 압축강도가 31kgf/ea로 상당히 낮으나 실험예 11 내지 실험예 20의 경우 브리켓의 압축강도가 비교예 2의 브리켓에 비해 우수하였다.

실험예 11 내지 13 및 실험예 16 내지 18에서는 슬러지의 사용비를 증가시킴에 따라 브리켓의 압축강도가 점차 증가하였으나 실험예 13 및 실험예 18부터는 브리켓의 압축 강도가 서서히 증가하였다. 즉, 분철을 30wt%까지 혼합할 때 브리켓의 강도가 급격히 증가하다가 그 이후부터는 완만히 증가하였다. 따라서 분철을 20wt% 내지 30wt% 사용하는 경우, 브리켓의 압축 강도를 적절하게 유지하면서 슬러지의 사용량을 최대화할 수 있었다.

브리켓의 압축강도 실험예

실험예 1 내지 실험예 20에 따라 제조한 브리켓들의 압축 강도를 측정하여 그 평균값을 구하였다. 압축 강도 측정법은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

실험예 21

실험예 1 내지 실험예 20에 따라 제조한 브리켓들의 압축강도를 상온 25℃에서 측정한 후 그 평균값을 구하였다.

실험예 22

실험예 1 내지 실험예 20에 따라 제조한 브리켓들의 압축강도를 고온 1200℃에서 측정한 후 그 평균값을 구하였다.

브리켓의 압축강도 비교예

더스트를 원료로서 사용하고, 시멘트를 바인더로 사용하여 제조한 비소성 펠렛의 압축 강도를 측정하여 그 평균값을 구하였다. 나머지 실험 조건은 전술한 브리켓의 압축 강도 실험예와 동일하다.

비교예 3

전술한 방법으로 제조한 펠렛들의 압축강도를 상온 25℃에서 측정한 후 그 평균값을 구하였다.

비교예 4

전술한 방법으로 제조한 펠렛들의 압축강도를 고온 1200℃에서 측정한 후 그 평균값을 구하였다.

실험 결과

실험예 21에 따른 브리켓의 압축 강도는 100kgf/ea이었고, 실험예 22에 따른 브리켓의 압축 강도는 115kgf/ea이었다. 반면에 비교예 3에 따른 펠렛의 압축 강도는 150kgf/ea이었고, 비교예 4에 따른 펠렛의 압축 강도는 10kgf/ea이었다.

실험예 21에 따른 브리켓은 비교예 3에 따른 펠렛에 비해 그 압축 강도가 작았다. 비교예 3에 따른 펠렛은 시멘트를 바인더로 사용하므로, 상온에서의 압축강도가 크다. 그러나 실험예 22에서 온도 증가에 따라 브리켓의 압축 강도가 저하되지 않았으며, 오히려 브리켓 중의 철 성분 및 탄소 성분이 고온에서 일부 소성됨에 따라 고온에서의 압축 강도가 증가하였다. 반면에, 비교예 4에서는 펠렛의 고온에서의 압축 강도가 급격히 감소하였다. 따라서 용융가스화로에 펠렛보다 브리켓을 사용하기에 적합하였다.

전술한 바와 같이, 더스트 또는 슬러지에 분철을 혼합하여 브리켓을 제조하는 경우, 바인더가 불필요하고 고온에서의 브리켓의 압축 강도가 우수하다. 따라서 용융가스화로에 브리켓을 사용할 수 있으므로, 제선 비용이 절감된다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims

분철들, 및

더스트 또는 슬러지 중 하나 이상의 부산물

을 포함하고,

상기 분철들의 입도는 상기 부산물의 입도보다 크고, 상기 분철들 사이의 공극에 상기 부산물이 충전된 브리켓.
제1항에 있어서,

상기 부산물의 밀도가 상기 분철들의 밀도보다 작은 브리켓.
제1항에 있어서,

상기 분철들이 20wt% 내지 30wt% 포함된 브리켓.
제1항에 있어서,

상기 브리켓은 바인더를 포함하지 않는 브리켓.
제1항에 있어서,

상기 분철들은 철광석 또는 환원철인 브리켓.
제1항에 있어서,

상기 슬러지는 3wt% 내지 7wt%의 수분을 포함하는 브리켓.
분철들을 제공하는 단계,

상기 분철들에 더스트 또는 슬러지를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 및

상기 혼합물을 압축하여 브리켓을 제조하는 단계

를 포함하고,

상기 브리켓을 제조하는 단계에서, 상기 분철들의 입도는 상기 더스트의 입도 및 상기 슬러지의 입도보다 크고, 상기 분철들 사이의 공극에 상기 더스트 또는 상기 슬러지가 충전되는 브리켓 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 브리켓을 제공하는 단계에서, 상기 분철들의 밀도는 상기 더스트의 밀도 및 상기 슬러지의 밀도보다 큰 브리켓 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 브리켓을 제조하는 단계에서, 상기 분철들은 상기 브리켓의 20wt% 내지 30wt%인 브리켓 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 분철들에 상기 슬러지를 혼합하여 상기 혼합물을 제조하고, 상기 슬러지를 건조하여 상기 슬러지의 수분 함량을 3wt% 내지 7wt%로 하는 단계를 더 포함하는 브리켓 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 분철들을 제공하는 단계에서, 상기 분철들은 철광석 또는 환원철인 브리켓 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 혼합물에 바인더를 첨가하지 않는 브리켓 제조 방법.