KR100929181B1

KR100929181B1 - 바인더리스 브리켓의 제조 방법 및 그 제조 장치

Info

Publication number: KR100929181B1
Application number: KR1020070132112A
Authority: KR
Inventors: 이운재; 손상한; 김성만; 조일현
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-12-01
Also published as: KR20090064785A

Abstract

본 발명은 바인더리스 브리켓의 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것이다. 바인더리스 브리켓의 제조 방법은, i) 철광석 건조시에 배출되는 배가스를 건식 집진하여 포집한 더스트를 제공하는 단계, ii) 건조된 철광석을 환원한 환원철을 제공하는 환원로 및 환원철을 용융하여 용철을 제조하는 용융가스화로를 포함하는 용철 제조 장치에서 배출되는 환원광을 제공하는 단계, iii) 더스트 및 환원광을 건조 및 혼합한 혼합물을 제공하는 단계, 및 iv) 바인더를 사용하지 않고 혼합물을 성형하여 바인더리스 브리켓을 제조하는 단계를 포함한다.

바인더리스 브리켓, 더스트, 환원광, 성형

Description

바인더리스 브리켓의 제조 방법 및 그 제조 장치 {METHOD FOR MANUFACTURING BINDERLESS BRIQUETTES AND APPARATUS FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 바인더리스 브리켓의 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용철 제조시에 발생하는 더스트 또는 환원광 등을 이용한 바인더리스 브리켓의 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것이다.

용철 제조 공정에서 많은 다양한 부산물들이 발생한다. 부산물들은 탄소 또는 철을 포함하므로, 이들을 재활용하면 원료비를 크게 절감할 수 있다. 부산물로는 더스트 또는 환원광 등을 그 예로 들 수 있다.

더스트는 시멘트를 바인더를 사용하여 펠렛으로 제조된 용철 제조 공정에서 재활용된다. 그러나 시멘트를 바인더로 사용하므로, 펠렛 제조 후 양생이 필요하고, 펠렛을 고로에 사용하는 경우 다량의 슬래그가 발생한다.

용철 제조 공정에 발생되는 더스트 또는 환원광 등을 이용하여 바인더리스 브리켓을 제조하는 방법을 제공하고자 한다. 또한, 전술한 바인더리스 브리켓을 제조하는 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 바인더리스 브리켓의 제조 방법은, i) 철광석 건조시에 배출되는 배가스를 건식 집진하여 포집한 더스트를 제공하는 단계, ii) 건조된 철광석을 환원한 환원철을 제공하는 환원로 및 환원철을 용융하여 용철을 제조하는 용융가스화로를 포함하는 용철 제조 장치에서 배출되는 환원광을 제공하는 단계, iii) 더스트 및 환원광을 건조 및 혼합한 혼합물을 제공하는 단계, 및 iv) 바인더를 사용하지 않고 혼합물을 성형하여 바인더리스 브리켓을 제조하는 단계를 포함한다.

환원광을 제공하는 단계에서, 환원광은 건조 및 입도 선별되어 제공될 수 있다. 환원광은 건조 및 입도 선별되기 전에 10wt% 내지 30wt%의 수분을 포함할 수 있다. 환원광의 환원률은 30% 내지 60%일 수 있다. 환원광은 입도 선별되어 조립 환원광 및 세립 환원광으로 나누어지고, 조립 환원광은 용융가스화로에 장입될 수 있다. 조립 환원광의 입도는 8mm 이상일 수 있다.

바인더리스 브리켓을 제조하는 단계에서, 혼합물을 성형시의 성형압은 6t/cm 내지 10t/cm일 수 있다. 혼합물을 제공하는 단계에서, 환원광의 수분량은 0 보다 크고 6wt% 이하일 수 있다. 혼합물을 제공하는 단계에서, 환원광의 입도는 1mm 내지 5mm일 수 있다. 혼합물을 제공하는 단계에서, 혼합물 중 더스트의 양은 0 보다 크고 50wt% 이하일 수 있다. 환원광을 제공하는 단계에서, 환원광은 환원로로부터 제공될 수 있다.

환원광을 제공하는 단계에서, 용철 제조 장치는, 환원로 및 용융가스화로를 상호 연결하고 환원로에서 배출된 환원철을 압축하여 제조한 괴성체를 용융가스화로에 공급하는 괴성체 제조 장치를 더 포함하고, 환원광은 괴성체 제조 장치로부터 제공될 수 있다. 바인더리스 브리켓을 제조하는 단계에서, 바인더리스 브리켓의 강도는 80kgf/p 내지 100kgf/p일 수 있다. 환원광을 제공하는 단계에서, 환원로는 유동층형 환원로 또는 충전층형 환원로일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 바인더리스 브리켓 제조 장치는, i) 철광석 건조시에 배출되는 배가스를 건식 집진하여 포집한 더스트를 저장하는 더스트 호퍼, ii) 건조된 철광석을 환원한 환원철을 제공하는 환원로 및 환원철을 용융하여 용철을 제조하는 용융가스화로를 포함하는 용철 제조 장치에서 배출되는 환원광을 저장하는 환원광 호퍼, iii) 더스트 호퍼 및 환원광 호퍼와 연결되고, 더스트 및 환원광을 건조 및 혼합한 혼합물을 제공하는 혼합기, 및 iv) 혼합물을 성형하여 바인더리스 브리켓을 제공하는 한 쌍의 성형롤을 포함한다.

혼합기는, i) 케이싱 및 ii) 케이싱 내에서 일방향으로 뻗어 회전하는 스크류형 부재를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더리스 브리켓 제조 장치는, i) 환원광을 건조하는 건조기, 및 ii) 건조기 및 환원광 호퍼를 상호 연결하고, 건조된 환원광을 세립 환원광 및 조립 환원광으로 입도 선별하는 입도 선별기를 더 포함할 수 있다. 건조기는 회전형 노상로(rotary kiln)일 수 있다.

조립 환원광의 입도는 8mm 이상일 수 있다. 조립 환원광은 용융가스화로에 장입될 수 있다. 건조기는 10wt% 내지 30wt%의 수분을 포함하는 환원광을 건조할 수 있다. 환원광의 환원률은 30% 내지 60%일 수 있다. 한 쌍의 성형롤은 6t/cm 내지 10t/cm의 성형압으로 혼합물을 성형할 수 있다. 환원광의 수분량은 0 보다 크고 6wt% 이하일 수 있다. 환원광의 입도는 1mm 내지 5mm일 수 있다. 혼합물 중 더스트의 양은 0 보다 크고 50wt% 이하일 수 있다.

환원로가 환원광을 환원광 호퍼에 공급할 수 있다. 용철 제조 장치는, 환원로 및 용융가스화로를 상호 연결하고 환원로에서 배출된 환원철을 압축하여 제조한 괴성체를 용융가스화로에 공급하는 괴성체 제조 장치를 더 포함하고, 환원광은 괴성체 제조 장치로부터 환원광 호퍼에 공급될 수 있다. 바인더리스 브리켓의 강도는 80kgf/p 내지 100kgf/p일 수 있다. 환원로는 유동층형 환원로 또는 충전층형 환원로일 수 있다.

용철 제조시에 발생하는 더스트, 슬러지 또는 환원광 등의 부산물을 용철제조장치 자체에 재활용할 수 있으므로, 원료비를 최소화할 수 있다. 또한, 더스트, 슬러지 또는 환원광 등을 이용하여 제조한 브리켓의 고온 강도가 높으므로, 용융가스화로에 장입하여 용철을 제조할 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.

이하에서 사용하는 바인더리스 브리켓의 의미는 바인더를 첨가하지 않고 제조한 브리켓을 의미한다. 따라서 바인더를 임의로 첨가하지 않고 브리켓을 제조한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더리스 브리켓 제조 장치(10)를 개략적으로 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같이, 바인더리스 브리켓 제조 장치(10)는 환원광 호퍼(101), 더스트 호퍼(102), 혼합기(108), 및 성형기(110)를 포함한다. 이외에 필요에 따라, 바인더리스 브리켓 제조 장치(10)는 입도 선별기(105) 및 저장빈들(106, 107)을 더 포함한다.

환원광 호퍼(101)에는 용철 제조 장치(1000)(도 2에 도시)에서 배출되는 환원광이 공급되어 저장된다. 환원광은 리멧(remet)이라고도 한다. 환원광은 환원된 철광석을 의미한다. 환원광은 완전히 환원되거나 부분적으로 환원된 철광석일 수 있다.

환원광의 환원율은 30% 내지 60%일 수 있다. 환원광의 환원율이 30% 미만이거나 60%를 넘는 경우 바인더리스 브리켓으로 제조하기 어렵다. 환원광은 용철 제조 중에 철광석을 환원하거나 분환원철을 괴성화하면서 발생된다. 환원광은 용철 제조 중에 부분 환원된 후 냉각 과정에서 다시 산화하므로 전술한 범위의 환원율을 가진다.

환원광은 용철제조장치(1000)(도 2에 도시) 내의 서로 다른 장치들에서 배출된다. 따라서 환원광이 서로 다른 장치들에서 배출되어 혼합되므로, 그 입도가 불균일할 뿐만 아니라 그 수분 함량도 비교적 많다. 따라서 환원광을 바로 바인더리스 브리켓 제조용 원료로서 사용할 수 없다. 따라서 환원광은 바인더리스 브리켓 을 제조하기 전에 건조 및 입도 선별된다.

더스트 호퍼(102)에는 더스트가 공급되어 저장된다. 더스트는 철광석을 건조하거나 철광석을 수송하면서 발생한다. 좀더 구체적으로, 더스트는 철광석 건조시에 배출되는 배가스를 건식 집진하여 포집할 수 있다. 전술한 방법으로 더스트를 포집하여 더스트 호퍼(102)에 공급한다.

용철제조장치(1000)(도 2에 도시)로부터 배출되는 환원광 또는 더스트를 야드에 쌓은 것보다 전술한 바와 같이 환원광 또는 더스트를 이용하여 바인더리스 브 리켓을 바로 제조하여 용철제조장치(1000) 자체에 재사용함으로써 원료 이용 효율을 최대화할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 건조기(104)로는 회전형 노상로(rotary kiln)를 사용한다. 이외에 다른 형태의 건조기를 사용할 수도 있다. 건조기(104)는 열풍을 이용하여 건조기(104)에 장입된 환원광을 건조한다. 즉, 건조기(104)는 화살표 방향으로 회전하고, 그 내부에 열풍이 공급된다. 환원광은 건조기(104)에 장입된 후 열풍에 의해 건조되어 배출된다.

환원광의 수분 함량은 열풍의 온도를 제어하여 조절한다. 환원광은 용철제조장치(1000)(도 2에 도시)로부터 배출되어 건조되기 전에 10wt% 내지 30wt%의 수분을 포함한다. 환원광이 수분을 너무 적게 포함하는 경우, 브리켓의 강도가 약해져서 브리켓이 부서지기 쉽다. 반대로, 환원광이 수분을 너무 많이 포함하는 경우, 환원광이 슬러리 형태로 되므로, 브리켓을 제조하기 어렵다. 따라서 건조기(104)를 이용하여 환원광의 수분 함량을 적절하게 조절한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 건조된 환원광은 입도 선별기(105)로 이송된다. 입도 선별기(105)는 건조기(104)와 연결되어 환원광을 입도 선별한다. 용철제조장치(1000)(도 2에 도시)로부터 배출된 환원광의 입도는 불균일하다. 따라서 입도 선별기(105)를 이용하여 환원광의 입도를 균일하게 조절한다.

입도 선별기(105)는 건조된 환원광을 세립 환원광 및 조립 환원광으로 입도 선별한다. 예를 들면, 8mm의 입도를 기준으로 8mm 이상의 입도를 가진 환원광은 조립 환원광으로 선별되고, 8mm 미만의 입도를 가진 환원광은 세립 환원광으로 선 별된다. 여기서, 조립 환원광은 바인더리스 브리켓의 원료로 사용하기에는 그 입도가 너무 커서 부적절하다. 따라서 조립 환원광은 용융가스화로에 바로 장입한다. 입도 선별기(105)의 구조는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 세립 환원광은 환원광 저장빈(106)에 공급되어 저장되고, 더스트는 더스트 저장빈(107)에 공급되어 저장된다. 환원광 및 더스트는 각각 환원광 저장빈(106) 및 더스트 저장빈(107)으로부터 배출되어 혼합기(108)로 이송된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 혼합기(108)는 케이싱(1081) 및 스크류형 부재(1083)를 포함한다. 스크류형 부재(1083)는 케이싱(1081) 내에 일방향으로 뻗어 회전한다. 따라서 스크류형 부재(1083)는 각각 환원광 저장빈(106) 및 더스트 저장빈(107)으로부터 배출된 환원광 및 더스트를 혼합하면서 성형기(110)측으로 이송시킨다. 혼합기(108)에 의해 환원광 및 더스트가 건조된다.

혼합기(108)는 환원광 및 더스트의 건조, 혼합 및 이송을 동시에 실시할 수 있으므로, 공정 시간을 크게 단축할 수 있다. 환원광 및 더스트는 혼합기(108) 내에서 균일하게 혼합된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 환원광 및 더스트가 건조 및 혼합된 혼합물은 성형기(110)로 이송된다. 성형기(110)는 호퍼(1100), 스크류(1102), 및 한 쌍의 성형롤들(1104)을 포함한다. 이외에, 성형기(110)는 일정한 압력으로 혼합물을 성형하기 위하여 한 쌍의 성형롤들(1104)에 설치한 유압장치(미도시)와 로드셀(미도시) 을 더 포함할 수 있다.

혼합물은 호퍼(1100)에 장입되어 임시 저장된다. 스크류(1102)는 화살표 방향으로 회전하면서 호퍼(1100)에 임시 저장된 혼합물을 한 쌍의 성형롤들(1104) 사이로 강제 장입한다. 한 쌍의 성형롤들(1104)은 상호 반대 방향으로 회전하면서 혼합물을 냉간 성형하여 브리켓을 제조한다.

성형기 호퍼(1100) 내에는 스크류(1102)가 설치되어 혼합물을 한 쌍의 성형롤들(1104) 측으로 강제 장입한다. 한 쌍의 성형롤들(1104) 사이에 형성된 갭에 혼합물이 장입되고 한 쌍의 성형롤들(1104)이 회전하면서 브리켓을 제조한다. 제조된 바인더리스 브리켓은 다시 용융가스화로에 장입하여 용철 제조에 사용할 수 있다. 환원광의 환원력으로 인하여 환원광은 더스트와 잘 결합된다. 따라서 일정한 압축 강도를 가지는 바인더리스 브리켓을 제조할 수 있다.

도 2는 도 1의 환원광이 바인더리스 브리켓의 원료들이 배출되는 용철 제조 장치(1000)를 나타낸다.

도 2에 도시한 바와 같이, 용철 제조 장치(1000)는, 유동층형 환원로(20), 괴성체 제조 장치(30), 용융가스화로(60), 환원 가스 공급관(70), 및 광석 건조 유닛(80)을 포함한다. 또한, 용철 제조 장치(1000)는 고온 균배압 장치(40) 및 저장조(50)를 더 포함한다. 용철 제조 장치(1000)는 필요에 따라 다른 장치를 더 포함할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 광석 건조 유닛(80)은 유동층형 환원로(20)에 장입되는 철광석을 건조시킨다. 철광석의 수분량이 많은 경우, 철광석이 유동층형 환원로(20) 내부에서 유동하지 않고 그 내부에 점착될 수 있다. 따라서 철광석을 광석 건조 유닛(80)에서 사전 건조함으로써 유동층형 환원로(20)에서 철광석이 잘 유동된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 유동층형 환원로(20)는 제1 유동환원로(20a), 제2 유동환원로(20b), 제3 유동환원로(20c) 및 제4 유동환원로(20d)를 포함한다. 제1 유동환원로(20a), 제2 유동환원로(20b), 제3 유동환원로(20c) 및 제4 유동환원로(20d)는 차례로 연결된다. 유동층형 환원로(20)는 환원가스 공급관(70)을 통하여 용융가스화로(60)로부터 환원가스를 공급받아 철광석을 환원시킨다. 제1 유동환원로(20a)는 건조된 철광석을 광석 건조 유닛(80)으로부터 이송받아 환원가스에 의해 철광석을 예열한다. 제2 유동환원로(20b) 및 제3 유동환원로(20c)는 예열된 철광석을 예비 환원한다. 그리고 제4 유동환원로(20d)는 예비 환원된 철광석을 최종 환원하여 분환원철로 제조한다.

유동층형 환원로(20)는 분환원철을 괴성체 제조 장치(30)로 이송한다. 괴성체 제조 장치(30)는 분환원철을 괴성화한다. 용융가스화로(60)에 분환원철을 바로 장입할 경우, 용융가스화로(60) 내부의 환원가스에 의해 분환원철이 외부로 비산된다. 또한, 분환원철이 용융가스화로(60) 내부로 바로 장입되는 경우, 용융가스화로(60) 내부의 통기성이 악화될 수 있다. 따라서 괴성체 제조 장치(30)에 의해 분환원철을 괴성체로 제조한 후 용융가스화로(60)에 공급한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 괴성체 제조 장치(30)는, 저장조(301), 한 쌍의 롤들(302), 파쇄기(304), 및 괴성체 저장조(306)를 포함한다. 저장조(301)는 분환 원철을 임시 저장한다. 분환원철은 저장조(301)로부터 배출되어 한 쌍의 롤들(302)에 의해 스트립 형태의 괴성체로 제조된다. 파쇄기(304)는 괴성체를 파쇄하여 일정한 크기로 제조한다. 파쇄된 괴성체는 괴성체 저장조(306)에 저장된다.

고온 균배압 장치(40)는 괴성체 제조 장치(30) 및 저장조(50)를 상호 연결한다. 고온 균배압 장치(40)는 괴성체 제조 장치(30) 및 저장조(50) 사이의 압력을 조절하여 괴성체를 괴성체 제조 장치(30)로부터 저장조(50)로 압송한다. 저장조(50)는 괴성체를 저장하고, 용융가스화로(60)에 괴성체를 공급한다.

괴성체는 용융가스화로(60)에 장입되어 용융된다. 괴상 탄재가 용융가스화로(60)에 장입되어 그 내부에 석탄충전층을 형성한다. 여기서, 괴상 탄재는 괴탄 또는 성형탄을 예로 들 수 있다. 용융가스화로(60)에 산소를 취입함으로써 석탄충전층을 연소시키고, 석탄충전층의 연소열에 의해 괴성체를 용융시킨다. 괴성체는 용융되어 용철로 제조된 후 외부로 배출된다. 석탄충전층으로부터 발생한 환원가스는 환원가스 공급관(70)을 통하여 유동층형 환원로(20)에 공급된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 더스트는 더스트 공급관(90)을 통하여 광석 건조 유닛(80)으로부터 공급된다. 광석 건조 유닛(80)에서 철광석을 건조시에 배출되는 배가스를 건식 집진하여 더스트를 포집한다. 전술한 방법을 이용하여 포집한 더스트를 더스트 공급관(90)을 통해 바인더리스 브리켓 제조 장치(10)에 공급한다. 또한, 용철제조장치(1000)로부터 발생되는 환원광을 모아서 환원광 공급관(85)을 통해 바인더리스 브리켓 제조 장치(10)에 공급한다. 이하에서는 도 3 내지 도 5를 통하여 용철제조장치(1000)로부터 더스트 및 환원광이 배출하는 과정에 대하여 설 명한다.

도 3은 더스트가 배출되는 도 2의 광석 건조 유닛(80)를 개략적으로 나타낸다. 도 3에 도시한 더스트의 배출 과정은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 더스트는 다른 방법을 이용하여 배출될 수도 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 광석 건조 유닛(80)은 광석 건조기(801), 싸이클론(804), 백필터(808), 및 연소기(809) 등을 포함한다. 광석 건조기(801)는 코크스 오븐 가스(cokes oven gas, COG) 및 공기를 공급받아 철광석을 건조한다. 건조된 철광석은 광석 건조기(801)로부터 저장빈(802)으로 이송되어 저장된다. 저장빈(802)에 저장된 철광석은 유동층형 환원로(20)(도 2에 도시)에 공급된다.

광석 건조기(801)로부터 배출된 배가스는 연소기(809)에 의해 연소된다. 따라서 배가스에 포함된 미분광들이 연소되어 제거된다. 그러나 연소되지 않은 미분광들은 여전히 배가스에 포함되며, 배가스와 함께 싸이클론(804)에 유입된다. 여기서, 예를 들면 입도가 1.5㎛ 이상인 미분광은 중력에 의해 싸이클론(804)의 하부로 추출된다. 추출된 미분광들은 제1 컨베이어 벨트(806)에 의해 화살표 방향으로 이송되어 저장빈(802)에 저장된다.

한편, 싸이클론(804)에 의해 미분광들을 분리시키고 남은 배가스는 백필터(808)로 이송되고, 싸이클론(804)에서 포집되지 않은 더스트들이 백필터(808)에 포집된다. 더스트들은 예를 들면 20㎛ 정도의 평균 입도를 가진다. 백필터(808)에 포집된 더스트는 모아져서 제2 컨베이어 벨트(807)에 의해 바인더리스 브리켓 제조 장치(10)로 이송된다. 따라서 바인더리스 브리켓 제조 장치(10)에서 더스트를 이용하여 브리켓을 제조할 수 있다.

도 4는 환원광이 배출되는 도 2의 유동층형 환원로(20)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 유동층형 환원로(20)는 도 2의 유동층형 환원로(20)와 동일하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.

유동층형 환원로(20)로부터 환원광이 제공될 수 있다. 유동층형 환원로(20)에는 철광석을 환원시킨다. 유동층형 환원로(20)를 정비하는 경우, 유동층형 환원로(20)의 작동을 정지시키고, 유동층형 환원로(20) 내부에 퇴적된 환원광을 외부로배출한다. 예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같이, 제4 유동층형 환원로(20) 하부의 윈드박스를 통하여 환원광을 외부로 배출시킬 수 있다. 환원광은 임시 저장조(200)에 저장되고 수냉된 후, 환원광 공급관(85)을 통하여 바인더리스 브리켓 제조 장치(10)에 공급된다.

도 5는 환원광이 배출되는 도 2의 괴성체 제조 장치(30)를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 괴성체 제조 장치(30)는 도 2의 괴성체 제조 장치(30)와 동일하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 괴성체 제조 장치(30)는 환원광을 제공한다. 괴성체 제조 장치(30)는 분환원철을 공급받아 스트립 형태의 괴성체를 제조한다. 스트립 형태의 괴성체는 파쇄기(304)에 의해 파쇄되어 괴성체 저장조(306)에 저장된다. 파쇄기(304)로 괴성체를 파쇄하는 경우, 괴성체가 파쇄되면서 분진, 즉 환원광이 발생한다. 따라서 환원광은 파쇄기(304)로부터 환원광 공급관(85)을 통하여 바인더리스 브리켓 제조 장치(10)에 공급된다.

도 4 및 도 5에 도시한 환원광의 배출 과정은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 환원광은 다른 방법을 이용하여 배출될 수도 있다.

도 6은 환원광이 배출되는 또다른 용철제조장치(2000)를 개략적으로 나타낸다. 도 6의 용철제조장치(2000)는 도 2의 용철제조장치(1000)와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며, 그 상세한 설명을 생략한다. 도 6에 도시한 환원광의 배출 과정은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 환원광은 다른 방법을 이용하여 배출될 수도 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 용철제조장치(2000)는 하나의 충전층형 환원로(52)를 포함한다. 도 6에는 도시하지 않았지만, 용철제조장치는 충전층형 환원로 및 유동층형 환원로를 함께 구비할 수도 있다. 또한, 용철제조장치는 복수의 충전층형 환원로를 구비할 수도 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 철광석은 충전층형 환원로(52)에 장입된다. 용융가스화로(50)로부터 생성된 환원가스는 환원가스 공급관(71)을 통해 충전층형 환원로(52)에 공급된다. 충전층형 환원로(52)에 공급된 환원가스는 철광석을 환원철로 변환시킨다. 환원철은 용융가스화로(60)에 장입되어 용융되어 용철로 제조된 후 외부로 배출된다.

충전층형 환원로(52)를 정비하는 경우, 충전층형 환원로(52)를 비워야 한다. 따라서 충전층형 환원로(52)의 내부에 있는 환원광을 외부로 배출한다. 환원광은 환원광 공급관(85)을 통하여 바인더리스 브리켓 제조 장치(10)에 공급된다. 따라서 환원광을 이용하여 브리켓 제조 장치(10)에서 브리켓을 제조할 수 있다.

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

실험예

도 1의 바인더리스 브리켓 제조 장치에 사용하는 더스트 및 환원광의 성분을 분석하였다. 더스트의 성분 및 환원광의 성분을 분석한 결과를 하기의 표 1에 나타낸다.

표 1에 기재한 바와 같이, 환원광은 부분 환원되었기 때문에 철함량이 상당히 높았다. 반면에, 더스트는 철광석의 건조 중에 포집하였으므로, 철광석의 성분과 거의 동일한 성분을 가졌다.

더스트 및 환원광을 이용하여 특성이 우수한 바인더리스 브리켓을 제조하기 위하여 다양한 실험들을 실시하였다. 여기서, 바인더리스 브리켓은 용융가스화로에 장입시 용융가스화로 내부의 환원가스에 의해 고온 분화되지 않도록 높은 열간 강도를 가질 수 있다.

실험예 1

도 1의 한 쌍의 성형롤들(1104)과 동일한 한 쌍의 성형롤들을 사용하여 더스트 및 환원광이 포함된 혼합물을 압축 성형하였다. 여기서, 환원광의 입도는 5mm 이하였다. 한 쌍의 성형롤들의 토크를 제어하여 성형압을 다양하게 변화시키면서 바인더리스 브리켓들을 제조하였다. 그리고 바인더리스 브리켓들의 압축강도를 측정하였다. 성형압을 각각 4ton/cm, 6ton/cm, 8ton/cm 및 10ton/cm로 변화시키면서 바인더리스 브리켓들을 제조하였고, 각 성형압마다 바인더리스 브리켓들의 압축 강도를 측정하였다.

실험예 1의 실험 결과

도 7은 본 발명의 실험예 1에 따른 바인더리스 브리켓의 압축 강도의 변화를 나타낸다. 도 7에는 각 성형압마다의 바인더리스 브리켓들의 압축 강도들을 흑색원 또는 백색원으로 나타낸다. 또한, 도 7에는 바인더리스 브리켓들의 압축 강도들을 최소 자승법(least square method)에 의해 선형화하여 점선으로 나타낸다.

도 7에 도시한 바와 같이, 성형압이 4ton/cm로부터 10ton/cm로 2ton/cm씩 증가함에 따라 바인더리스 브리켓의 압축강도가 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있었다. 바인더리스 브리켓을 이송하기 위한 바인더리스 브리켓의 최소 압축 강도는 약 50kgf/p이었다. 또한, 바인더리스 브리켓을 용융가스화로에 장입하는 경우, 바인더리스 브리켓의 압축 강도가 80kgf/p 이상이면, 분화율이 크게 감소하였다. 따라서 바인더리스 브리켓의 압축 강도가 80kgf/p 이상인 경우, 바인더리스 브리켓을 용융가스화로에 장입할 수 있다. 즉, 바인더리스 브리켓의 압축 강도는 80kgf/p 내지 100kgf/p일 수 있다. 바인더리스 브리켓의 압축 강도가 너무 큰 경우, 성형압이 커야 하므로, 한 쌍의 성형롤들에 너무 큰 부하가 걸린다.

도 7에 점선으로 도시한 바와 같이, 80kgf/p의 바인더리스 브리켓 압축강도는 6ton/cm의 성형압에 대응한다. 따라서 성형압은 6ton/cm 내지 10ton/cm가 될 수 있다. 성형압이 너무 작은 경우, 바인더리스 브리켓의 압축 강도가 작아서 바인더리스 브리켓을 용융가스화로에 사용할 수 없다. 반대로, 성형압이 너무 큰 경우, 한 쌍의 성형롤들에 부하가 너무 크게 걸려서 한 쌍의 성형롤들에 고장이 발생할 수 있다.

실험예 2

도 1의 한 쌍의 성형롤들(1104)과 동일한 한 쌍의 성형롤들을 사용하여 더스트 및 환원광이 포함된 혼합물을 압축 성형하였다. 여기서, 한 쌍의 성형롤들의 성형압은 6ton/cm이었다. 다양한 입도를 가진 환원광들을 사용하여 바인더리스 브리켓들을 제조한 후 바인더리스 브리켓들의 압축 강도를 측정하였다. 입도가 각각 1mm 이하, 5mm 이하, 및 10mm 이하인 환원광들을 사용하여 바인더리스 브리켓을 제조하였다.

실험예 3

도 1의 한 쌍의 성형롤들(1104)과 동일한 한 쌍의 성형롤들을 사용하여 더스트 및 환원광이 포함된 혼합물을 압축 성형하였다. 여기서, 한 쌍의 성형롤들의 성형압은 10ton/cm이었다. 다양한 입도를 가진 환원광들을 사용하여 바인더리스 브리켓들을 제조한 후 바인더리스 브리켓들의 압축 강도를 측정하였다. 각각 1mm 이하, 5mm 이하, 및 10mm 이하의 입도를 가진 환원광들을 사용하여 바인더리스 브리켓을 제조하였다.

실험예 2 및 실험예 3의 실험 결과

도 8은 본 발명의 실험예 2 및 실험예 3에 따른 바인더리스 브리켓의 압축 강도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8에서 사각형은 실험예 2를 나타내고, 원형은 실험예 3을 나타낸다. 또한, 도 8에 바인더리스 브리켓들의 압축 강도를 최소 자승법에 의해 선형화하여 점선으로 나타낸다. 점선들 중 하부 점선은 실험예 2를 나타내고, 상부 점선은 실험예 3을 나타낸다.

도 8에 도시한 바와 같이, 환원광의 입도가 커질수록 바인더리스 브리켓의 압축 강도는 감소하였다. 또한, 실험예 2 및 실험예 3을 비교하면, 실험예 2에서의 바인더리스 브리켓의 압축 강도는 실험예 3에서의 바인더리스 브리켓의 압축 강도보다 환원광의 입도 증가에 따라 훨씬 적게 감소된다. 따라서 성형압이 작은 경우, 바인더리스 브리켓의 압축 강도는 환원광의 입도에 큰 영향을 받지 않았다.

환원광의 입도는 1mm 내지 5mm일 수 있다. 환원광의 입도가 너무 작은 경우, 예를 들면 입도가 1mm 미만인 경우, 바인더리스 브리켓의 압축 강도는 높지만 환원광의 입도 선별 효율이 저하되고 에너지가 많이 소비된다. 반대로, 환원광의 입도가 너무 큰 경우, 바인더리스 브리켓을 제조시 성형롤의 오목홈에 대한 혼합물의 충전 비율이 낮아진다. 따라서 바인더리스 브리켓의 제조 공정이 불안정해진다.

실험예 4

도 1의 한 쌍의 성형롤들(1104)과 동일한 한 쌍의 성형롤들을 사용하여 더스트 및 환원광이 포함된 혼합물을 압축 성형하였다. 여기서, 환원광의 수분량을 각각 0wt%, 3wt%, 6wt%, 9wt%, 12wt%, 및 17.5wt% 정도로 변화시키면서 제조한 바인더리스 브리켓들의 압축 강도를 측정하였다.

실험예 5

도 1의 한 쌍의 성형롤들(1104)과 동일한 한 쌍의 성형롤들을 사용하여 더스트 및 환원광이 포함된 혼합물을 압축 성형하였다. 여기서, 환원광의 수분량을 각각 0wt%, 3wt%, 6wt%, 9wt%, 12wt%, 및 17.5wt% 정도로 변화시키면서 제조한 바인더리스 브리켓들의 압축 강도를 측정하였다. 실험예 5에서는 실험예 4의 환원광과 상이한 환원광을 사용하였다.

실험예 4 및 실험예 5의 실험 결과

도 9는 본 발명의 실험예 4 및 실험예 5에 따른 바인더리스 브리켓의 압축 강도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 9에서 원형은 실험예 4를 나타내고, 사각형은 실험예 5를 나타낸다. 도 9에는 바인더리스 브리켓들의 압축 강도를 최소 자승법에 의해 선형화하여 점선으로 나타낸다.

도 9에 도시한 바와 같이, 환원광의 수분량이 증가할수록 바인더리스 브리켓의 압축 강도는 선형적으로 감소하였다. 환원광의 수분량이 증가할수록, 혼합물이 한 쌍의 성형롤들의 표면에 부착되어, 성형성이 크게 저하된다. 따라서 환원광의 수분량은 6wt% 이하로 조절한다. 환원광의 수분량이 6wt%를 넘는 경우, 바인더리스 브리켓의 압축 강도가 크게 저하된다.

실험예 6

도 1의 한 쌍의 성형롤들(1104)과 동일한 한 쌍의 성형롤들을 사용하여 더스트 및 환원광이 포함된 혼합물을 압축 성형하였다. 여기서, 환원광의 수분량은 0wt%이었다. 환원광과 함께 혼합되는 더스트의 배합량을 각각 0wt%, 20wt%, 40wt%, 60wt%, 80wt%, 및 100wt%로 증가시키면서 제조한 바인더리스 브리켓의 압축 강도를 측정하였다.

실험예 7

도 1의 한 쌍의 성형롤들(1104)과 동일한 한 쌍의 성형롤들을 사용하여 더스트 및 환원광이 포함된 혼합물을 압축 성형함으로써 바인더리스 브리켓을 제조하였다. 여기서, 환원광의 수분량은 3wt%이었다. 환원광과 함께 혼합되는 더스트의 양을 각각 0wt%, 20wt%, 40wt%, 60wt%, 80wt%, 및 100wt%로 증가시키면서 바인더리스 브리켓의 압축 강도를 측정하였다.

실험예 6 및 실험예 7의 실험 결과

도 10은 본 발명의 실험예 6 및 실험예 7에 따른 바인더리스 브리켓의 압축 강도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 10에서 실험예 6은 원형으로 나타내고, 실험예 7은 사각형으로 나타낸다. 또한, 도 10에서 바인더리스 브리켓들의 압축 강도를 최소 자승법에 의해 선형화하여 실험예 6 및 실험예 7을 점선으로 나타낸다.

도 10에 도시한 바와 같이, 더스트의 양이 증가할수록 바인더리스 브리켓의 압축 강도는 감소하였다. 더스트의 양이 50wt% 이하인 경우, 바인더리스 브리켓의 압축 강도를 적절히 확보할 수 있었다. 더스트의 양이 50wt%를 초과하는 경우, 바인더리스 브리켓의 압축 강도가 크게 저하된다. 따라서 용융가스화로에 바인더리스 브리켓을 사용하기에 부적합하다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더리스 브리켓의 제조 장치의 개략적인 도면이다.

도 2는 도 1의 바인더리스 브리켓의 원료들이 배출되는 용철 제조 장치의 개략적인 도면이다.

도 3은 더스트가 배출되는 광석 건조 유닛의 개략적인 도면이다.

도 4는 환원광이 배출되는 유동층형 환원로의 개략적인 도면이다.

도 5는 환원광이 배출되는 괴성체 제조 장치의 개략적인 도면이다.

도 6은 환원광이 배출되는 또다른 용철 제조 장치의 개략적인 도면이다.

도 7은 본 발명의 실험예 1에 따른 바인더리스 브리켓의 압축 강도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 8은 본 발명의 실험예 2 및 실험예 3에 따른 바인더리스 브리켓의 압축 강도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 9는 본 발명의 실험예 4 및 실험예 5에 따른 바인더리스 브리켓의 압축 강도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 10은 본 발명의 실험예 6 및 실험예 7에 따른 바인더리스 브리켓의 압축 강도 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims

철광석 건조시에 배출되는 배가스를 건식 집진하여 포집한 더스트를 제공하는 단계,

상기 건조된 철광석을 환원한 환원철을 제공하는 환원로 및 상기 환원철을 용융하여 용철을 제조하는 용융가스화로를 포함하는 용철 제조 장치에서 배출되는 환원광을 제공하는 단계,

상기 더스트 및 상기 환원광을 건조 및 혼합한 혼합물을 제공하는 단계, 및

바인더를 사용하지 않고 상기 혼합물을 성형하여 바인더리스 브리켓(binderless briquette)을 제조하는 단계

를 포함하는 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 환원광을 제공하는 단계에서, 상기 환원광은 건조 및 입도 선별되어 제공되는 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 환원광은 건조 및 입도 선별되기 전에 10wt% 내지 30wt%의 수분을 포함하는 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 환원광의 환원률은 30% 내지 60%인 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제4항에 있어서,

상기 환원광은 입도 선별되어 조립 환원광 및 세립 환원광으로 나누어지고, 상기 조립 환원광은 상기 용융가스화로에 장입되는 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제5항에 있어서,

상기 조립 환원광의 입도는 8mm 이상인 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 바인더리스 브리켓을 제조하는 단계에서, 상기 혼합물을 성형시의 성형압은 6ton/cm 내지 10ton/cm인 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 혼합물을 제공하는 단계에서, 상기 환원광의 수분량은 0 보다 크고 6wt% 이하인 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 혼합물을 제공하는 단계에서, 상기 환원광의 입도는 1mm 내지 5mm인 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 혼합물을 제공하는 단계에서, 상기 혼합물 중 상기 더스트의 양은 0 보다 크고 50wt% 이하인 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 환원광을 제공하는 단계에서, 상기 환원광은 상기 환원로로부터 제공되는 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 환원광을 제공하는 단계에서, 상기 용철 제조 장치는, 상기 환원로 및 상기 용융가스화로를 상호 연결하고 상기 환원로에서 배출된 상기 환원철을 압축하여 제조한 괴성체를 상기 용융가스화로에 공급하는 괴성체 제조 장치를 더 포함하고, 상기 환원광은 상기 괴성체 제조 장치로부터 제공되는 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 바인더리스 브리켓을 제조하는 단계에서, 상기 바인더리스 브리켓의 강 도는 80kgf/p 내지 100kgf/p인 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 환원광을 제공하는 단계에서, 상기 환원로는 유동층형 환원로 또는 충전층형 환원로인 바인더리스 브리켓의 제조 방법.
철광석 건조시에 배출되는 배가스를 건식 집진하여 포집한 더스트를 저장하는 더스트 호퍼,

상기 건조된 철광석을 환원한 환원철을 제공하는 환원로 및 상기 환원철을 용융하여 용철을 제조하는 용융가스화로를 포함하는 용철 제조 장치에서 배출되는 환원광을 저장하는 환원광 호퍼,

상기 더스트 호퍼 및 상기 환원광 호퍼와 연결되고, 상기 더스트 및 상기 환원광을 건조 및 혼합한 혼합물을 제공하는 혼합기, 및

상기 혼합물을 성형하여 바인더리스 브리켓을 제공하는 한 쌍의 성형롤

을 포함하는 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제15항에 있어서,

상기 혼합기는,

케이싱, 및

상기 케이싱 내에서 일방향으로 뻗어 회전하는 스크류형 부재

를 포함하는 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제15항에 있어서,

상기 환원광을 건조하는 건조기, 및

상기 건조기 및 상기 환원광 호퍼를 상호 연결하고, 상기 건조된 환원광을 세립 환원광 및 조립 환원광으로 입도 선별하는 입도 선별기

를 더 포함하는 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제17항에 있어서,

상기 건조기는 회전형 노상로(rotary kiln)인 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제17항에 있어서,

상기 조립 환원광의 입도는 8mm 이상인 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제17항에 있어서,

상기 조립 환원광은 상기 용융가스화로에 장입되는 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제17항에 있어서,

상기 건조기는 10wt% 내지 30wt%의 수분을 포함하는 환원광을 건조하는 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제17항에 있어서,

상기 환원광의 환원률은 30% 내지 60%인 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제15항에 있어서,

상기 한 쌍의 성형롤은 6ton/cm 내지 10ton/cm의 성형압으로 상기 혼합물을 성형하는 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제15항에 있어서,

상기 환원광의 수분량은 0 보다 크고 6wt% 이하인 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제15항에 있어서,

상기 환원광의 입도는 1mm 내지 5mm인 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제15항에 있어서,

상기 혼합물 중 상기 더스트의 양은 0 보다 크고 50wt% 이하인 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제15항에 있어서,

상기 환원로가 상기 환원광을 상기 환원광 호퍼에 공급하는 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제15항에 있어서,

상기 용철 제조 장치는, 상기 환원로 및 상기 용융가스화로를 상호 연결하고 상기 환원로에서 배출된 상기 환원철을 압축하여 제조한 괴성체를 상기 용융가스화로에 공급하는 괴성체 제조 장치를 더 포함하고, 상기 환원광은 상기 괴성체 제조 장치로부터 상기 환원광 호퍼에 공급되는 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제15항에 있어서,

상기 바인더리스 브리켓의 강도는 80kgf/p 내지 100kgf/p인 바인더리스 브리켓의 제조 장치.
제15항에 있어서,

상기 환원로는 유동층형 환원로 또는 충전층형 환원로인 바인더리스 브리켓의 제조 장치.