KR101074893B1 - 소결광의 제조방법 - Google Patents

Abstract

소결기의 팰릿 위에 퇴적시킨 소결원료의 장입층의 위로부터 각종 기체연료를 공급하여 소결광을 제조하는 방법으로서, 팰릿 위의 상기 장입층의 위로부터 공급하는 기체연료로서, 연소 하한농도 이하로 희석된 기체연료를 이용하고, 그 기체연료를 공급하여 소결할 때에는 그 공급 위치, 장입층 최고 도달온도 또는 고온역 유지시간 중의 어느 1개 이상을 조정하여 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 연소 하한농도 이하로 희석된 기체연료가, 연소하한농도의 25% 이하이며 2% 이상의 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

소결광의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCING SINTERED ORE}

본 발명은 하방 흡인식의 드와이트 로이드(Dwight Lloyd)(DL) 소결기를 이용하여, 고로 원료용 소결광을 제조하는 방법에 관한 것이다.

고로 제선법의 주원료인 소결광은 일반적으로, 도 1에 나타내는 바와 같은 공정을 경유하여 제조된다. 원료는 철광석분(粉), 제철소내 회수분, 소결광 사하분(체밑분), 석회석 및 돌로마이트 등의 CaO 함유원료, 생석회 등의 조립(造粒; granulate) 조제, 코크스분이나 무연탄 등이다. 석회석이나 돌로마이트 등의 CaO함유 원료는 이하 「CaO계 부원료」라 한다. 이들 원료는 각 호퍼(1)…로부터 컨베이어상에 소정의 비율로 잘라내어진다. 잘라내어진 원료는 드럼믹서(2) 등에 의해 적량의 물을 가하면서 혼합, 계속해서 조립되어, 3.0∼6.0㎜의 평균직경을 갖는 의사입자인 소결원료가 형성된다. 형성된 소결원료는 회전가마(kiln)(3)에서 건조된다. 건조된 소결원료는 소결기상에 배치되어 있는 서지호퍼(4, 5)로부터 드럼 피더(6)와 장입슈트(7)를 통해, 무단(無端) 이동식의 소결기 팰릿(8)상에 장입되고, 소결베드라고도 하는 장입층(9)이 형성된다. 장입층의 두께(높이)는 400∼800㎜ 전후이다. 그 후, 장입층(9)의 위쪽에 설치된 점화로(點火爐)(10)에 의해, 이 장입층중의 탄재에 점화된다. 팰릿(8)의 아래에 배치설치되어 있는 윈드박스(바람상자)(11)를 통해 아래쪽으로 흡인하는 것에 의해, 해당 장입층중의 탄재는 순차 연소하고, 이 때에 발생하는 연소열에 의해서, 상기 소결연료가 소결, 용융되고, 소결케이크가 생성된다. 그 후, 얻어진 소결케이크는 파쇄후 정립(整粒)되고, 5.0㎜ 이상의 괴성물(塊成物)로 이루어지는 성품(成品) 소결광으로서 회수된다.

상기 제조 프로세스에 있어서는 우선, 점화로(10)에 의해 장입층의 표면에 점화가 실행된다. 장입층중의 탄재는 이 장입층의 정상부로부터 하층부에 흡인되는 흡인가스의 작용에 의해 연소하는 동시에, 그 연소는 팰릿(8)의 이동에 따라 점차 하층으로 또한 앞쪽으로 진행한다. 이 연소의 진행과 동시에 해당 장입층중의 소결원료입자의 수분은 탄재의 연소로 인해 발생하는 열에 의해서 증발하지만 아래쪽에 흡인되고, 아직 온도가 올라가 있지 않은 하층의 습윤대의 소결원료중에 농축된다. 그 수분농도가 어느 정도 이상 커지면, 흡인가스의 유로인 원료입자간의 공극을 수분이 메우도록 되기 때문에, 통기저항이 증대한다. 또한, 소결화 반응에 필요하게 되는 용융을 하고 있는 부분도 또한 통기저항이 높아진다.

소결광의 생산량(t/hr)은 일반적으로 소결 생산율(t/hr·㎡)×소결기 면적(㎡)에 의해 결정된다. 즉, 생산량은 소결기의 기폭이나 기장, 원료퇴적층의 두께(장입층 두께), 소결원료의 부피밀도, 소결(연소)시간, 수율 등에 따라 변화한다. 이 소결광의 생산량을 증가시키기 위해서는 장입층의 통기성(압손(壓損))을 개선하여 소결시간을 단축하는 방법, 혹은 파쇄전의 소결케이크의 냉간강도를 향상시키는 것에의해 수율을 향상시키는 방법 등이 유효하다고 고려되고 있다.

도 2는 장입층 내의 압손과 온도의 분포를 나타내는 그래프이다. 도 2의 온도분포곡선은 장입층중을 이동하는 연소(화염)전 선이 해당 장입층의 두께방향의 팰릿(pallet)상의 약 400㎜의 위치에 있을 때를 나타내고 있다. 이 때의 압손분포는 습윤대에 있어서의 것이 약 60%, 연소용융대에 있어서의 것이 약 40%이다.

도 3은 소결광의 고생산시와 저생산시의 장입층 내의 온도분포를 나타낸 것이다. 원료입자가 용융하기 시작하는 1200℃이상의 온도로 유지되는 고온역 유지시간은 저생산의 경우에는 t₁이고, 생산성을 중시하는 고생산의 경우에는 t₂로 나타나고 있다. 고생산의 경우, 팰릿 속도를 올릴 필요가 있으며, 고온역 유지시간 t₂가 저생산시의 고온역 유지시간 t₁에 비해 짧아진다. 고온으로 유지되어 있는 시간이 짧아지기 때문에 소성 부족으로 되어, 소결광의 냉간강도의 저하를 초래하여 수율이 저하한다. 따라서, 고강도 소결광의 생산량을 향상시키기 위해서는 어떠한 방법에 의해 소결케이크의 강도, 즉 소결광의 냉간강도를 올려 수율의 유지, 향상을 도모하는 것이 유효하게 된다고 고려된다. 또한, 소결광 냉간강도에는 SI(셔터 인덱트), TI(텀블러 인덱스)가 이용된다.

도 4의 (a)는 소결기 팰릿 위의 장입층의 소결진행의 원리를, 도 4의 (b)는 장입층 내의 소결과정의 온도분포(히트 패턴)를, 도 4의 (c)는 소결케이크의 수율 분포를 나타내고 있다. 도 4의 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 장입층 상부(소결층)는 하층부에 비해 온도가 상승하기 어렵고, 고온역 유지시간이 짧아진다. 그 때문에, 이 장입층 상부에서는 연소용융반응(소결화 반응)이 불충분하게 되고, 도 4 의 (c)에 나타내는 바와 같이, 소결케이크의 강도가 낮아지기 때문에 수율이 올라가지 않아, 생산성이 저하하는 경향으로 된다.

종래, 장입층 상부에 고온유지를 부여하기 위한 방법이 제안되고 있다.

일본국 특허공개공보 소화48-18102호는 점화로 직후에서 고농도의 가연성 가스를 취입(inject)하는 것을 개시하고 있다. 가연성 가스의 취입시에 탄재량을 삭감하고 있지 않기 때문에, 소결층내가 1380℃를 넘는 고온으로 되며, 충분한 냉간강도 향상, 수율 증가의 개선효과를 누릴 수 없다. 또, 점화로 직후에서 0분∼2분간 가연성 가스를 취입하는 것은 가연성 가스에 착화하여 큰 화재를 야기할 위험이 높아, 현실성이 떨어지는 기술로서, 실용화에는 이르고 있지 않다.

또, 일본국 특허공개공보 소화55-18585호는 소결원료의 장입층 내를 고온으로 하기 위해, 이 장입층의 위에 후드를 배치설치하고, 그 후드를 통해 공기나 코크스로 가스와의 혼합가스를 점화로 직후의 위치에서 취입하는 것을 개시하고 있다. 소결층내의 온도는 1350℃를 넘는 고온이 되어, 그 취입의 효과를 누릴 수 없게 되는 동시에, 가연성 혼합가스가 발화하여 큰 화재의 위험이 있어, 실용화되고 있지 않다.

또한, 일본국 특허공개공보 평성5-311257호는 저융점 용제와 탄재나 가연성 가스를 동시에 점화로 직후의 위치에서 취입하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법도 또한 표면에 화염이 잔류된 상태에서 가연성 가스를 취입하기 때문에, 큰 화재로 될 위험이 높은 동시에, 소결대의 폭이 충분히 두껍게 되어 있지 않기 때문에(약 15㎜이하), 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 또한, 저융점 용제가 많이 존재하기 때문에, 상층부에 있어서 과잉의 용융현상을 야기하고, 공기의 유로인 기공을 막아 버려 통기성을 악화시키고, 생산성의 저하를 초래하기 때문에, 이 기술도 또한 현재에 이르기까지 실용화되고 있지 않다.

상기와 같이 지금까지 제안된 종래기술은 모두 실용화되고 있지 않으며, 경제적으로 성립하는 취입조건의 탐색이 절망적이었다.

소결광의 품질 조정에 있어서 중요한 것은 연소시의 최고도달온도나 고온역 유지시간 등의 조정이 중요하고, 이들 조정에 의해서 소결광 품질이 결정된다. 이 점에 대해 일본국 특허공개공보 소화48-18102호에 기재된 방법은 기체연료를 장입층의 표면에서 연소시키는 것에 의해, 소결공정의 전반부분의 해당 장입층 상부온도를 높이는 기술이다. 그러나, 이 방법에서는 기체연료의 농도가 높고, 그 때문에 연소를 지지하는 공기(산소)량이 부족하여, 소결원료의 탄재(코크스)의 연소저하를 초래할 우려가 있으며, 소결광 품질의 개선을 할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또, 일본국 특허공개공보 소화55-18585호에 기재된 방법은 후드를 설치하여 연소용공기와 함께 가연성 가스를 공급하는 것에 의해 한층의 고온을 얻는 방법이지만, 이 방법도 또한 열량 부족이 일어난다. 즉, 이 방법의 경우도 또 고온대역에 있어서 코크스의 연소에 요하는 산소가 취입되고 가연성 가스의 연소용으로 소비되기 때문에, 코크스의 연소가 지연되어 소결시간이 길어진다고 하는 문제가 있다.

또한, 일본국 특허공개공보 평성5-311257호에 기재된 방법은 공기(산소)량을 증가시키는 동시에, 저융점 용재나 탄재를 혼합하고 있기 때문에 가연성 가스 및 코크스의 연소속도는 크게 되지만, 저융점 용재나 분체를 함께 취입하기 때문에, 연소용공기의 통기성이 저하한다고 하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 하방 흡인식 소결기의 조업에 있어서, 장입층 전체의 통기성을 악화시키는 일 없이, 고강도의 소결광을 고수율로 제조하는 방법 및, 이 방법을 실시하기 위해 이용되는 소결기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 순환 이동하는 펠릿 위에 분광석과 탄재를 포함하는 소결원료를 장입하고, 팰릿 위에 탄재를 포함하는 장입층을 형성시키는 장입공정; 점화로에 있어서 장입층 표면의 탄재에 점화하는 점화공정; 팰릿 아래에 배치된 윈드박스를 통해 공기를 흡인하고, 장입층중의 탄재를 연소시키며, 발생하는 연소열에 의해서 소결케이크를 생성시키는 소성공정; 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 장입층 내에서 상기 기체연료를 연소시키는 기체연료연소공정을 갖는 소결광의 제조방법에 있어서, 상기 연소 하한농도 이하로 희석된 기체연료가 연소하한농도의 25% 이하이며 2% 이상의 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서, 상기 연소 하한 농도 이하로 희석된 기체연료가, 프로판 가스: 0.4 vol% ~ 0.05 vol%, C가스: 0.9 vol% ~ 0.24 vol%, LNG: 0.9 vol% ~ 0.1 vol%, 고로가스: 7.6 vol% ~ 1.25 vol%에서 선택된 적어도 하나일 수 있으며, 0.4 vol% ~ 0.05vol%의 프로판 가스일 수 있으며, 0.9 vol% ~ 0.1 vol% LNG일 수 있으며, 0.8 vol% ~ 0.1 vol%의 LNG일 수 있다.

상기 장입층 내의 최고도달온도의 조정을 다음의 양태로 실시하는 것이 바람직하다.

(A) 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 장입층 내의 최고도달온도를 조정한다.

(B) 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고 또한 소결원료중의 탄재량을 조정하는 것에 의해 장입층 내의 최고도달온도를 조정한다.

(C) 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 기체연료의 공급량을 조정하며, 최고도달온도를 조정한다.

(D) 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 소결원료중의 탄재량과 기체연료의 공급량을 조정하는 것에 의해, 상기 최고도달온도를 조정한다.

상기의 (A)∼(D)에 있어서 상기 최고도달온도를 1205℃∼1350℃로 조정하는 것이 바람직하다.

상기 장입층 내의 고온역 유지시간의 조정을 다음의 양태로 실시하는 것이 바람직하다.

(a) 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 장입층 내의 고온역 유지시간을 조정한다.

(b) 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 소결원료중의 탄재량에 따라 상기 기체연료의 농도를 조정하며, 장입층 내의 고온역 유지시간을 조정한다.

또, 상기 기체연료연소공정이 다음의 양태로 연소·용융대의 형태를 조정하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.

(A) 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 연소·용융대의 형태를 조정한다.

(B) 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 연소·용융대의 고온유지시간을 연장하여 소결광의 냉간강도를 조정한다.

(C) 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 적어도 그의 일부가 미연소인채, 상기 장입층중의 연소·용융대에까지 도달하도록 장입층의 위로부터 공급하고, 연소·용융대의 형태를 조정한다. 연소·용융대역의 높이방향의 두께 및/또는 팰릿이동방향의 폭을 조절하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 기체연료연소공정을 기체연료의 공급위치에 관해 다음의 양태로 실시하는 것이 바람직하다.

(a) 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 장입층 내에서 상기 기체연료를 연소시키며 또한 상기 기체연료의 장입층으로의 공급위치를 조정한다.

(b) 점화로 이후의 위치에서 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 장입층 내에서 상기 기체연료를 연소시킨다.

(c) 연소·용융대의 두께가 15㎜이상으로 되는 영역에 있어서 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 공급하고, 장입층 내에서 상기 기체연료를 연소시킨다.

(d) 연소전(前) 선(線)이 표층 아래의 100㎜에 도달한 위치 이후에서 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 공급하고, 장입층 내에서 상기 기체연료를 연소시킨다. 연소전 선이 표층 아래의 200㎜에 도달한 위치 이후에서 연소하한 이하의 농도를 갖는 기체연료를 공급하는 것이 더욱 바람직하다.

(e) 해당 장입층의 양 사이드월 근방에 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 공급하고, 장입층 내에서 상기 기체연료를 연소시킨다.

(f) 연소하한농도 이하로 희석된 기체연료를 소결기 길이방향에 있어서 장입층의 위로부터 공급하고, 장입층 내에서 상기 기체연료를 연소시키며, 소결광의 냉간강도를 조정한다.

상기 기체연료는 연소하한농도의 75%이하이고 또한 2%이상의 농도로 희석된 가연성 가스인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 것은 연소하한농도의 60%이하이고 또한 2%이상의 농도로 희석된 가연성 가스이며, 더욱 바람직한 것은 연소하한농도의 25%이하이고 또한 2%이상의 농도로 희석된 가연성 가스이다.

상기 기체연료는 고로 가스, 코크스로 가스, 고로-코크스로 혼합가스, 프로판가스, 천연가스와 메탄가스로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 가스인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 순환 이동하는 팰릿과, 상기 팰릿의 아래쪽에 배치설치된 흡인용 윈드박스와, 팰릿 위에 소결원료를 공급하기 위한 원료공급장치와, 소결원료중의 탄재에 점화하기 위한 점화로를 구비하는 소결기에 있어서, 상기 점화로의 하류측에, 장입층의 위로부터 연소하한농도 이하의 농도로 희석된 기체연료를 해당 장입층중에 취입하기 위한 기체연료공급장치가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 소결기를 제공한다.

상기 기체연료공급장치는 점화로 하류측의 소결기의 기장방향에 적어도 1개이상 배치설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 기체연료공급장치는 팰릿 진행방향에 있어서 연소전 선이 표층 아래로 진행한 단계에서 소결이 완료될 때까지의 사이의 위치에 배치설치되어 있는 것이 더욱 바람직하다.

또, 상기 기체연료공급장치가 사이드월 근방에 배치설치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 하방 흡인식 소결기의 조업에 있어서, 장입층의 위쪽으로부터, 희석된 기체연료를 이용함으로써 장입층 내의 목표로 하는 위치에서 연소시킬 수 있게 되며, 또한 이 경우에 있어서 희석 기체연료의 공급위치나 연소시의 최고도달온도, 고온역 유지시간을 조정하는 것에 의해, 연소 부족으로 되기 쉽고 소결광의 냉간강도를 낮게 하기 쉬운 장입층 상부뿐만 아니라, 장입층의 중층 이하의 임의의 부분의 소결광 강도를 높이는 바와 같은 조업을 실행할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 장입층 전체의 통기성을 악화시키는 일 없이, 특히 연소·용융대에서의 반응, 예를 들면 이 대역의 상하방향의 두께폭이나 팰릿 이동방향에 있어서의 폭의 조정을 통해, 임의의 위치에 있어서의 소결케이크의 강도를 조정할 수 있으므로, 소결광 전체로서 냉간강도가 높은 성품 소결광을 수율좋고 또한 높은 생산성을 확보하여 제조할 수 있게 된다. 그리고, 본 발명의 소결기를 이용하면, 이러한 소결기의 조업을 안정하게 실행할 수 있다.

도 1은 소결 프로세스의 설명도,
도 2는 소결층내에 있어서의 압손과 온도분포의 그래프,
도 3은 고생산시와 저생산시의 온도분포의 그래프,
도 4는 소결기내에 있어서의 온도분포와 수율분포의 그래프,
도 5는 본 발명에 의거하는 기체연료 취입 프로세스의 설명도,
도 6은 본 발명방법에 대한 실험결과를 나타내는 시험포트(test pot)내 연소용융대의 추이를 나타내는 도면(사진),
도 7은 소결포트 시험결과에 대한 비교 그래프,
도 8은 기체연료의 연소한계의 계산방법을 설명하는 도면,
도 9는 연소의 온도 의존성을 나타내는 설명도,
도 10은 기체연료 취입시의 가스종의 영향을 나타내는 도면,
도 11은 취입가스 농도와 셔터강도, 수율, 소결시간, 생산과의 관계를 나타내는 설명도,
도 12는 소결반응의 모식도,
도 13은 스켈레톤 크리스탈린(骸晶)형상 2차 헤마타이트의 생성과정의 모식도 그래프,
도 14는 희석 프로판 취입시의 연소한계의 관찰도(사진),
도 15는 취입위치의 영향을 나타내는 도면,
도 16은 취입위치의 영향을 나타내는 도면,
도 17은 소결시에 있어서의 층내 온도분포의 설명도,
도 18은 취입위치의 영향을 검증한 결과의 설명도,
도 19는 희석 프로판 취입시의 장입층 온도(a), 배기가스온도(b), 통과풍량(c), 배기가스조성(d)의 경시변화의 그래프,
도 20은 희석 프로판 취입시와 코크스만의 증량시의 장입층 내 온도(a), (a′), 배기가스온도(b), (b′)의 경시(시간경과)변화의 그래프,
도 21은 각종 취입조건하에 있어서의 소결특성 시험결과를 나타내는 그래프,
도 22는 각종 취입조건하에 있어서의 광물 조성비율의 변화를 나타내는 비교 그래프,
도 23은 성품 소결광의 겉보기비중의 변화를 나타내는 그래프,
도 24는 성품 소결광중의 0.5㎜ 이하의 기공직경 분포 그래프,
도 25는 코크스만 사용시(a)와, 기체취입시(b)의 소결거동의 모식도,
도 26은 희석가스 취입시의 기공구조의 모식도,
도 27은 냉간강도를 유지할 수 있는 한계 코크스비의 파악 실험결과의 그래프,
도 28은 실시예 1의 결과를 나타내는 도면(사진),
도 29는 실시예 2의 결과를 나타내는 도면(사진).
공급장치

본 발명에 관한 소결광의 제조방법은 장입공정, 점화공정, 소성공정과 기체연료연소공정을 갖는다. 상기 장입공정은 순환이동하는 팰릿 위에 분광석과 탄재를 포함하는 소결원료를 장입하고, 팰릿 위에 탄재를 포함하는 장입층을 형성시키는 것으로 이루어진다. 상기 점화공정은 점화로에 있어서 장입층 표면의 탄재에 점화하는 것으로 이루어진다. 상기 소성공정은 팰릿 아래에 배치된 윈드박스를 통해 공기를 흡인하고, 장입층중의 탄재를 연소시키며, 발생하는 연소열에 의해서 소결케이크를 생성시키는 것으로 이루어진다. 상기 기체연료연소공정은 연소 하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 장입층 내에서 상기 기체연료를 연소시킨다. 이 기체연료연소공정이 본 발명의 특징 중의 하나이다.

상기 기체연료연소공정에 있어서, 상기 기체연료로서, 연소성분의 함유농도가 대기중의 상온에 있어서의 연소 하한농도 이하의 75%이하까지 희석된 가연성 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 기체연료로서 더욱 바람직하게는 60%이하까지 희석된 가연성 가스, 더욱 바람직하게는 25%이하의 농도까지 희석된 가연성 가스를 사용한다. 연소하한농도 이하의 75%이하까지 희석된 가연성 가스를 사용하는 것이 바람직한 이유는 다음의 2가지이다.

(a) 상기 기체연료의 장입층 상부로의 공급은 때로 폭발적 연소를 초래할 우려가 있으므로, 적어도 상온에서는 불씨가 있어도 또한 연소하지 않는 상태로 한다.

(b) 소결기상(장입층중)에서 완전히 연소하지 않고, 미연소인채 소결기의 하류측에 있는 전기집진기 등에 도달했다고 해도, 전기집진기의 방전하에서 연소할 우려가 전혀 없는 상태, 즉 연소하한농도 이하의 조건에서 실행한다.

또한, 후술하는 바와 같이, 이 기체연료의 농도는 소결원료중의 총 탄재(고체연료 + 기체연료)의 연소에 필요한 공기(산소)의 부족을 초래하여, 연소 부족으로 되지 않도록, 희석된 것을 이용할 필요가 있다. 상기 기체연료는 연소하한농도의 2%이상의 농도로 희석된 가연성 가스인 것이 바람직하다. 2%이상의 농도이면, 소결광의 강도와 수율이 더욱 개선된다. 또, 기체연료는 그 농도를 탄재량(고체연료)에 따라 조정한다. 또한, 후술하는 바와 같이, 기체연료는 이것을 희석하는 것에 의해, 장입층중의 소정 영역위치에서의 연소를 조정할 수 있다.

본 발명에 관한 소결광의 제조방법에서는 해당 장입층중의 탄재에 점화된 후에, 희석된 기체연료가 장입층에 공급된다. 점화 직후의 위치에서는 희석 기체연료를 공급해도, 표층 위에서 단지 연소가 일어날 뿐, 소결층에 어떠한 영향을 주는 바와 같은 일이 없다. 장입층 상부에 있어서 소결원료가 소성되어 소결케이크의 층이 형성된 후에, 희석된 기체연료를 장입층에 공급하는 것이 바람직하다. 희석된 기체연료의 공급은 소결케이크의 층이 형성되어 있으면, 임의의 위치에서 실행할 수 있다. 희석된 기체연료의 공급을 소결케이크의 층이 형성된 후에 실행하는 이유는 다음과 같다.

(a) 장입층의 상부에 아직 소결케이크가 생성되어 있지 않은 상태에서 이 기체연료의 공급을 실행하면, 해당 장입층상에서 폭발적인 연소가 일어날 위험이 있다.

(b) 기체연료의 공급은 수율을 향상시킬 필요가 있는 부분을 대상으로 한다. 즉, 소결광 강도를 상승시키고자 하는 부분에 공급하는 것이 유효하다.

장입층 최고도달온도 또는 고온역 유지시간중의 어느 하나를 조정하기 위해, 상기 연소·용융대의 두께가 적어도 15㎜이상, 바람직하게는 20㎜이상, 더욱 바람직하게는 30㎜이상으로 되는 조건하에서 희석 기체연료의 공급을 실행하는 것이 바람직하다. 15㎜미만에서는 소결층(소결케이크)을 통해 흡인되는 대기(대기와 기체연료의 혼합기체)에 의한 냉각에 수반하여, 기체연료를 공급해도 연소·용융대의 두께의 확대를 수반하지 않아, 기체연료공급의 효과가 불충분하게 된다. 상기 연소·용융대의 두께가 15㎜이상, 바람직하게는 20㎜이상, 더욱 바람직하게는 30㎜이상으로 되는 단계에서 상기 기체연료를 희석해서 공급하면, 연소·용융대의 두께가 크게 확대되고, 고온역 유지시간이 연장된다.

또한, 상기 연소·용융대의 두께의 확인은 예를 들면 투명 석영제창이나 수직형 관상의 시험포트를 이용하여 확인할 수 있으며, 상기 희석 기체연료의 공급위치의 결정에 기여한다.

또, 상기 희석된 기체연료를, 연소전 선이 표층 아래로 내려가고, 연소·용융대가 표층으로부터 100㎜이상, 바람직하게는 200㎜이상 내려간 위치에서 공급하는 것이 바람직하다. 즉, 중하층부 영역을 대상으로 하여 희석된 기체연료를 공급하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 희석 기체연료가 상기 장입층중에 소결케이크가 생성된 후의 장입층중의 중하층부, 즉 연소전 선이 표층으로부터 100㎜ 이동한 단계(미연소인채 그 영역에 도달하도록)에서 비로서 연소하도록, 희석 기체연료를 공급한다. 그 이유는 100㎜이상 내려간 위치이면, 소결층을 통해 흡인되는 대기에 의한 냉각에 수반하는 영향이 경감되어, 연소·용융대의 두께 확대를 수반하기 때문이다. 더욱 바람직하게는 200㎜이상이면, 대기에 의한 냉각에 수반하는 영향은 해소되고 연소·용융대의 두께는 30㎜이상으로 확대된다. 또, 이 공급은 수율 저하가 현저한 사이드월 근방의 폭방향(팰릿 진행방향과 직교하는 방향) 양단부에서 실행하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 기체연료공급장치는 소결기의 규모에도 따라서 다르지만, 예를 들면 기체연료 공급량 1000∼5000㎥(표준)/h, 약 1.5만t/일-기장90m의 소결기의 규모의 것으로서, 점화로의 하류측의 약 5m 이후의 위치에 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 제조방법에서는 상기 희석 기체연료의 공급위치는 팰릿 이동방향에 있어서의 점화로 출측에서 소결케이크가 생성된 후의 소위 연소전 선이 표층 아래로 진행한 위치(예를 들면, 표층 아래 100㎜이상, 바람직하게는 약 200정도 이하에서 기체연료의 연소가 일어나는 위치)로부터 소결이 완료될 때까지의 사이의 1개소 이상의 임의의 위치에서 실행하는 것이 바람직하다. 즉, 이것은 상술한 바와 같이, 연소전 선이 장입층의 표층 아래로 이동한 단계에서 해당 기체연료의 공급을 개시하는 것을 의미하고 있고, 이것은 기체연료의 연소가 장입층의 내부에서 일어나고, 그리고 점차 하층으로 이동하므로, 폭발의 우려가 없어지고, 안전한 소결 조업이 가능하게 되는 것을 의미하고 있다.

본 발명에 관한 제조방법에서는 장입층중으로의 희석 기체연료의 공급은 또 생성된 소결케이크의 재가열을 촉진하는 것인 것도 의미하고 있다. 즉, 이 해당 기체연료의 공급은 원래 고온역 유지시간이 짧아 열부족으로 되기 쉽기 때문에, 소결광의 냉간강도가 낮은 소결케이크에 대해, 이 부분에 고체연료의 공급에 비해 반응성이 높은 기체연료를 공급하는 것에 의해서, 연소·용융대의 재생-확대를 도모하고, 부족되기 쉬운 이 부분의 연소열을 보전(補塡)한다고 하는 의의를 갖는 것이기 때문이다.

또, 본 발명에 관한 소결광의 제조방법에서는 점화 후의 장입층 상부로부터 공급한 상기 기체연료의 적어도 그 일부를 미연소인 채, 연소·용융대에까지 흡인(도입)하여, 타겟위치에서 연소하도록 공급하는 것이 바람직하다. 그것은 기체연료의 공급, 즉 장입층중으로의 취입의 효과를 단지 장입층 상부뿐만 아니라, 두께방향의 중앙부인 연소·용융대까지 파급시키는 것이 더욱 효과적이라고 고려되기 때문이다. 그것은 기체연료의 공급이 열부족(고온역 유지시간의 부족)으로 되기 쉬운 장입층의 상층부에 실행되면, 충분한 연소열을 제공하는 것으로 이어지고, 이 부분의 품질(소결강도)을 개선할 수 있기 때문이다. 그리고, 기체연료공급작용이 중충부 이하의 대역에까지 파급하도록 하면, 본래의 연소·용융대의 위에 재연소·용융대를 형성하는 것과 동등한 결과로 되고, 이 대역의 상하방향의 폭확대로 이어지고, 최고도달온도를 올리는 일 없이, 고온역 유지시간의 연장을 도모하는 것이 가능하게 되고, 팰릿 속도를 떨어뜨리는 일 없이 충분한 소결이 실현되게 된다. 그 결과, 장입층 전체의 소결케이크의 품질 개선(냉간강도의 향상)을 초래하고, 더 나아가서는 성품 소결광의 품질(냉간강도)과 생산성을 향상시키는 것으로 이어진다.

본 발명에 있어서, 상기 희석 기체연료의 공급은 그 공급이 작용 효과를 장입층중의 어디에 미칠지라는 관점에서 그 공급위치를 조정하는 점에 제 1 특징이 있고, 또 이 연료의 공급과 함께 장입층 내에 있어서의 최고도달온도나 고온역 유지시간을 열량 일정기준 하에서 고체연료의 양에 따라 어느 정도로 조정할지라는 점에 제 2 특징이 있다.

따라서, 본 발명에 있어서, 상기 희석 기체연료의 장입층중으로의 공급에 있어서는 그 공급의 위치를 조정할 뿐만 아니라, 연소·용융대 자체의 형태를 조정, 더 나아가서는 연소·용융대에 있어서의 최고도달온도 및/또는 고온역 유지시간도 조정하도록 하는 것이 바람직하다.

일반적으로, 점화후의 장입층은 팰릿의 이동에 수반해서 연소(화염)전 선이 점차 아래쪽으로 또한 앞쪽(하류측)으로 확대해 가는 중에, 연소·용융대의 위치가 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 변화한다. 그리고, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 소결층내의 소결과정에서 받는 열이력은 상층, 중층, 하층에서 다르며, 도시한 바와 같이, 상층∼하층간에서는 고온역 유지시간(약 1200℃ 이상)은 크게 다르다. 그 결과, 소결층은 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같은 수율분포로 된다. 즉, 표층부(상층)의 수율은 낮고, 중층, 하층방향으로 높은 수율분포로 된다. 그래서, 본 발명방법에 따라, 상기 기체연료를 공급하면, 연소·용융대는 상하방향의 두께폭이나 범위 등이 확대되는 방향으로 변화하고, 이것이 성품 소결광의 품질 향상에 반영되는 것이다. 그리고, 높은 수율분포로 되는 중층, 하층은 고온역 유지시간을 또한 조정할 수 있기 때문에, 수율을 더욱 상승시킬 수 있다.

상기 기체연료의 공급위치를 조정하는 것에 의해, 연소·용융대의 형태, 즉 이 대역의 높이방향의 두께 및/또는 팰릿 이동방향의 폭을 조정할 수 있는 동시에, 최고도달온도나 고온역 유지시간의 조정으로 이어진다. 이들 조정은 본 발명의 효과를 가일층 향상시키며, 연소·용융대의 상하방향의 두께폭의 확대나 최고도달온도, 고온역 유지시간의 조정을 통해, 항상 충분한 소성을 이루어, 성품 소결광의 냉간강도의 향상에 유효하게 기여한다.

또, 본 발명에 있어서, 장입층중으로의 상기 기체연료의 공급은 성품 소결광 전체의 냉간강도를 조정하기 위한 것이라고 할 수도 있다. 이 점에 대해, 이 기체연료의 취입을 실행하는 목적은 원래, 소결케이크 더 나아가서는 소결광의 냉간강도를 향상시키는 것에 있으며, 특히 기체연료공급위치 조정, 소결원료가 연소·용융대에 체재하는 시간 등의 고온역 유지시간의 조정, 최고도달온도의 조정을 통해, 소결광의 냉간강도(셔터 인덱스 SI)를 75%이상∼85% 정도, 바람직하게는 80%이상, 더욱 바람직하게는 90%이상으로 하는 것이다.

이 강도 레벨은 본 발명의 경우, 특히 상기 기체연료의 농도, 공급량, 취입위치, 취입의 범위를 바람직하게 소결원료중의 탄재량을 고려한(투입 열량을 일정하게 하는 조건하에서) 후에 조정하는 것에 의해서 저렴하게 달성할 수 있다. 또한, 소결광의 냉간강도의 향상은 한편으로 통기저항의 증대와 생산성의 저하를 초래할 수 있지만, 본 발명에서는 그러한 문제를 최고도달온도나 고온역 유지시간도 조정하는 것에 의해서 해소한 후에, 소결광의 냉간강도를 향상시킨다. 또한, 상기 냉간강도 SI값은 실기 소결기에 의해서 제조된 소결광의 경우는 포트시험값보다도 또한 10%∼15% 높은 SI값을 나타낸다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 팰릿 이동방향에 있어서의 상기 기체연료의 공급위치의 조정은 장입층중에 생성한 소결케이크로부터 습윤대까지의 사이의 임의 대역의 소결광의 냉간강도를 어떻게 할 지라는 것을 기준으로 한다. 이 조정을 위해, 본 발명에서는 기체연료공급장치의 규모(크기), 수, 위치(점화로부터의 거리), 가스농도를 바람직하게는 소결원료중의 탄재량(고체연료)에 따라 조정하는 것에 의해, 주로 연소·용융대의 크기(상하방향 및 팰릿 이동방향의 폭) 뿐만 아니라, 최고도달온도, 고온역 유지시간도 조정하고, 이것에 의해서 장입층중에 생성하는 소결케이크의 강도를 조정한다.

본 발명의 상기 제조방법에 있어서, 기체연료로서는 고로 가스, 코크스로 가스, 고로-코크스로 혼합가스, 프로판가스, 천연가스 혹은 메탄, 또는 이들 혼합가스 중의 어느 하나를 이용하는 것이 바람직한 구성이다. 이들은 모두 연소성분을 함유하고 있으며, 이것을 공기 등으로 희석하여 연소하한농도의 75%정도 이하의 농도의 기체연료로서 이용한다. 또한, 기체연료의 희석은 공기 이외에, 불활성가스에 의한 희석, 불활성가스와 산소, 불활성가스와 공기, 공기와 산소의 조합에 의한 희석이어도 상관없다.

또, 본 발명의 소결광의 제조방법의 실시에 있어서는 소결원료의 장입층을 탑재하여 순환 이동하는 팰릿 아래에 흡인용 윈드박스를 배치설치하고, 그 팰릿 위에는 원료공급장치와 이 장치의 팰릿 진행방향 하류측에는 점화로를 구비하여 이루어지는 하방 흡인식 DL 소결기에 있어서, 상기 점화로의 하류측에, 장입층의 위로부터 연소하한농도 이하의 농도로 희석된 기체연료를 해당 장입층중에 취입하기 위한 기체연료공급장치를 배치설치하여 이루어지는 소결기를 이용한다.

본 발명에 있어서는 상기 기체연료공급장치는 소결기의 폭방향을 따라, 팰릿의 양 사이드월을 타고 넘도록 배치설치되는 것이 바람직하다. 상기 기체연료공급장치는 희석된 기체연료를 공급하는 취입후드, 혹은 취입후드 내에 슬릿형상 혹은 취입노즐을 판형상으로 열(列) 설치하여 이루어지는 기체연료 혹은 희석된 기체연료의 공급 취입파이프를 배치설치한 것으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기체연료공급장치는 점화로의 하류측이고 또한 연소·용융대가 장입층중을 진행하는 과정에 있어서의 팰릿 진행방향 중의 어느 하나의 위치에 1개 이상 배치설치되고, 장입층중으로의 상기 기체연료의 공급은 해당 장입층중의 탄재로의 점화후의 위치에서 실행되는 것이 바람직하다. 즉, 이 장치는 점화로의 하류측, 연소전 선이 표층 아래로 진행한 이후의 임의의 위치에 1개 내지 복수개 배치설치되는 것이며, 목표로 하는 성품 소결광의 냉간강도를 조정하는 관점에서, 크기, 위치, 수가 조정된다. 또, 이 기체연료공급장치는 양 사이드월 근방에 있어서의 낮은 수율부의 위치에 배치설치하는 것, 상기 기체연료는 연소하한농도의 75%이하이고 또한 2%이상의 농도로 희석된 가연성 가스를 이용하는 것, 더 나아가서는 연소하한농도의 60%이하이고 또한 2%이상의 농도로 희석된 가연성 가스를 이용하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 하방 흡인식 소결기의 조업에 있어서, 장입층의 위쪽으로부터, 희석된 기체연료를 이용함으로써 장입층 내의 목표로 하는 위치에서 연소시킬 수 있게 되며, 또한 이 경우에 있어서 희석 기체연료의 공급위치나 연소시의 최고도달온도, 고온역 유지시간을 조정하는 것에 의해, 연소 부족으로 되기 쉽고 소결광의 냉간강도를 낮게 하기 쉬운 장입층 상부뿐만 아니라, 장입층의 중층 이하의 임의의 부분의 소결광 강도를 높이는 바와 같은 조업을 실행할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 장입층 전체의 통기성을 악화시키는 일 없이, 특히 연소·용융대에서의 반응, 예를 들면 이 대역의 상하방향의 두께폭이나 팰릿 이동방향에 있어서의 폭의 조정을 통해, 임의의 위치에 있어서의 소결케이크의 강도를 조정할 수 있으므로, 소결광 전체로서 냉간강도가 높은 성품 소결광을 수율좋고 또한 높은 생산성을 확보하여 제조할 수 있게 된다. 그리고, 본 발명의 소결기를 이용하면, 이러한 소결기의 조업을 안정하게 실행할 수 있다.

도 5는 본 발명에 관한 소결광의 제조장치의 1실시형태를 나타낸다. 본 발명은 이 예시의 형태에만 한정되는 것은 아니다. 고로 가스와 코크스로 가스의 혼합가스(M가스) 등의 기체연료를 취입하기 위한 기체연료 공급장치(후드)(12)가 점화로(10)의 팰릿 이동방향의 하류측에 닿는 장입층의 윗변에 1기만 배치설치되어 있다. 그 기체연료 공급장치(12)는 복수의 파이프형상 가스취입노즐(12a)을 하향으로 또한 기폭방향으로 복수개 배열시킨 것으로 이루어진다. 상기 복수의 파이프형상 가스취입노즐(12a)은 기체연료 공급장치(12)를 통해 도시하지 않은 사이드월의 위로부터 장입층을 덮도록 배치설치된다. 기체연료 공급장치(12)로부터 공급된 상기 M가스는 장입층의 위로부터 표층에 생성한 소결케이크를 경유하여, 장입층의 심부(하층)에까지 팰릿(8) 아래의 윈드박스(11)의 흡인력을 이용하여 흡입된다. 또, 도 4의 (c)에 나타내고 있는 수율이 60%로 낮은 영역의 수율 향상을 목표로 할 때, 팰릿의 양 사이드월 근방의 위치에 많이 기체연료를 공급할 수 있도록, 상기 노즐(12a)의 배치를 실행하는 것이 바람직하다.

이 기체연료 공급장치(12)로부터 공급하는 기체연료로서는 예를 들면 고로 가스(B가스), 코스크로 가스(C가스), 고로 가스와 코크스로 가스의 혼합가스(M가스), 프로판가스, 천연가스(LNG) 또는 메탄, 혹은 이들 혼합가스 등을 희석한 것이 이용된다. 이들 기체연료는 점화로(10)와는 별도로 독립된 배관계 하에서 공급해도 좋다. 또, 점화로용 연료배관과 공통의 배관에, 특히 희석가스 도입관과 함께 배치설치하여, 기체연료의 농도를 연소하한농도 이하로 희석 조정한 후에, 이것을 점화로(10)로의 가스공급관(도시하지 않음)의 연장상에 접속하도록 구성해도 좋다.

하기 표 1은 본 발명에서 사용하는 각종 기체연료의 각각의 연소하한농도, 및 취입농도 상한(75%, 60%, 25%)의 가스 농도예를 나타낸 것이다.

예를 들면, 프로판가스에 있어서는 연소하한농도는 2.2vol%이고, 75%로 희석한 취입가스 농도 상한은 1.7vol%, 60%로 희석한 취입가스 농도 상한은 1.3vol%, 25%로 희석한 취입가스 농도는 0.4vol%이다. 취입의 효과가 나타나기 시작하는 농도, 즉 희석한 취입가스 농도 하한은 0.05vol%이다. 따라서, 바람직한 범위는 다음과 같이 된다.

바람직한 범위(1) : 2.2vol%∼0.05vol%

바람직한 범위(2) : 1.7vol%∼0.05vol%

바람직한 범위(3) : 1.3vol%∼0.05vol%

바람직한 범위(4) : 0.4vol%∼0.05vol%

C가스에 있어서는 연소하한농도는 5.0vol%이고, 75%로 희석한 취입가스 농도 상한은 3.8vol%, 60%로 희석한 취입가스 농도 상한은 3.0vol%, 25%로 희석한 취입가스 농도는 0.9vol%이다. 취입의 효과가 나타나기 시작하는 농도, 즉 희석한 취입가스 농도 하한은 0.24vol%이다. 따라서, 바람직한 범위는 다음과 같이 된다.

바람직한 범위(1) : 5.0vol%∼0.24vol%

바람직한 범위(2) : 3.8vol%∼0.24vol%

바람직한 범위(3) : 3.0vol%∼0.24vol%

바람직한 범위(4) : 0.9vol%∼0.24vol%

LNG에 있어서는 연소하한농도는 4.8vol%이고, 75%로 희석한 취입가스 농도 상한은 3.6vol%, 60%로 희석한 취입가스 농도 상한은 2.9vol%, 25%로 희석한 취입가스 농도는 0.9vol%이다. 희석한 취입가스 농도 하한은 0.1vol%이다. 따라서, 바람직한 범위는 다음과 같이 된다.

바람직한 범위(1) : 4.8vol%∼0.1vol%

바람직한 범위(2) : 3.6vol%∼0.1vol%

바람직한 범위(3) : 2.9vol%∼0.1vol%

바람직한 범위(4) : 0.9vol%∼0.1vol%

고로 가스에 있어서는 연소하한농도는 40.0vol%이고, 75%로 희석한 취입가스 농도 상한은 30.0vol%, 60%로 희석한 취입가스 농도 상한은 24.0vol%, 25%로 희석한 취입가스 농도는 7.5vol%이다. 희석한 취입가스 농도 하한은 0.24vol%이다. 따라서, 바람직한 범위는 다음과 같이 된다.

바람직한 범위(1) : 40.0vol%∼1.25vol%

바람직한 범위(2) : 30.0vol%∼1.25vol%

바람직한 범위(3) : 24.0vol%∼1.25vol%

바람직한 범위(4) : 7.5vol%∼1.25vol%

다음에, 표 2는 C가스, LNG, B가스의 연소성분으로서의 수소, CO, 메탄, 에탄, 프로판의 함유량과 발열량을 나타낸 것이다.

다음에, 본 발명에 관한 소결광의 제조방법을 개발하는 계기가 된 실험에 대해 설명한다.

이 실험은 도 6에 나타내는 실험장치, 즉 투명 석영제창을 갖는 수직형 관상의 시험포트(1500㎜φ×400㎜H)를 이용하고, 사용하는 기체연료로서, 고로가스-코크스로 가스의 혼합가스(M가스)를 이용하고, 출원인회사의 소결공장에서 사용하고 있는 것과 동일한 소결원료, 즉 표 3에 나타내는 소결원료를 사용하여, 하방 흡인압력 11.8Kpa 일정의 조건에서 조업한 예이다. 여기서, 상기 M가스의 연소성분의 농도는 공기로 희석하여 0.5vol%∼15vol%의 범위내에서 변동시킨 예이다. 또한, 이 실험에 이용한 M가스의 연소하한농도는 12vol%이다.

원료종류	비율(mass%)
로브 리버(Robe River)	9.6
얀디(Yandi)	23.8
카라쟈스(Carajas)	42.6
석회석	16.6
규석	2.7
분코크스	4.7

이 도 6은 또, 상기 투명 석영창으로부터 비디오 관찰한 모습, 특히 연소전 선의 이동에 수반하는 하강상황을 나타내고 있다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 시험포트내 원료 퇴적층중에 연소하한농도(12vol%)를 넘는 15vol%의 M가스를 포함하는 기체연료를 취입한 경우, 기체연료는 장입층 표면에서 즉시 연소를 개시하고, 장입층의 하층에까지는 도달하지 않아 취입의 효과가 적었다. 이에 반해, 본 발명에 따라, 상기 기체연료의 연소하한농도인 12vol%의 75%이하인 3vol%까지 공기로 희석한 기체연료를 이용한 경우, 원료퇴적층 표면에서 연소하는 바와 같은 일이 없어지고, 장입층 내 깊이 즉 연소·용융대 상당역까지 도달하였다. 그 결과, 대기중에서 소결했을 때의 연소대(연소·용융대라고도 함)의 두께는 70㎜이었던 것에 반해, 이 예에서는 연소대의 두께폭을 150㎜, 즉 2배 이상으로 확대시킬 수 있었다. 즉, 연소대의 두께 확대는 고온역 유지시간의 연장이 달성되어 있을 수 밖에 없다.

또한, 이 시험포트에 의한 실험에 있어서, 실기 소결기에 있어서의 팰릿의 이동에 수반하는 연소전 선의 진행에 상당하는 연소대의 강하속도(이 역수(逆數)가 소결시간임)는 희석 기체연료의 공급에 의해서 빨라지고, 코크스를 증량했을 때나 고온공기를 취입했을 때와 동일하도록, 연소대의 상하방향의 두께폭을 확대시킬 수 있었다. 이와 같이 소결원료의 장입층중에 적절히 희석된 기체연료를 취입한 경우, 종래와 같은 고체연료, 액체연료, 희석하지 않은 가연성 가스를 사용하는 경우와 비교하면, 이 연소대폭의 확대효과가 현저해지고, 또한 연소전 선의 강하속도도 대기 소결의 경우와 거의 변함없이 동일한 속도로 진행하는 것을 알 수 있었다.

도 7의 (a)∼(d)는 상기 실험에 있어서의 소결포트 시험결과를 정리한 것이다. 이 결과에 의하면, 본 발명에 따라서 원료 장입층중에 적절히 희석된 M가스를 취입한 경우, 소결시간은 거의 변화하지 않음에도 불구하고, 수율이 약간 향상하고(도 7의 (a)), 소결생산성도 증가하였다(도 7의 (b)). 또한, 고로의 조업성적에 크게 영향을 주는 냉간강도의 관리지표인 셔터강도(SI)는 10% 이상(도 7의 (c))이나 개선되고, 환원분화특성(還元粉化特性)(RDI)은 8%나 개선되었다(도 7의 (d)).

본 발명에서는 장입층중에 공급하는 상기 기체연료로서 희석된 가스를 이용하지만, 이하에 그 희석의 정도에 대해 설명한다. 표 4는 고로 가스, 코크스로 가스 및 양자의 혼합가스(M가스), 프로판, 메탄, 천연가스의 연소하한 및 연소상한을 나타내고 있다. 예를 들면, 이러한 연소한계를 갖는 가스가 만약 장입층 내에서 연소하지 않고 배풍기를 향하면, 도중의 전기집진기 등에서 폭발이나 연소의 위험이 생긴다. 그래서, 발명자들은 시행착오의 결과, 상기 위험이 없는 한계, 즉 연소하한 이하의 농도로 희석한 기체연료를 사용하는 것으로 하고, 또한 안전성을 높이기 위해, 그 연소하한농도의 또한 75%이하의 농도의 기체연료를 이용한 결과, 수많은 실험에서는 어떠한 문제도 생기지 않는 것을 확인할 수 있었다.

예를 들면, 고로 가스가 연소하는 범위는 표 4에 나타내는 바와 같이, 대기중 상온에 있어서 연소하한이 40vol%(즉 40vol%미만에서는 연소하지 않음)이고, 또 그 연소상한은 71vol%이다. 이것은 71vol%를 넘으면, 고로 가스 농도가 너무 짙어져, 이 경우에도 또 연소하지 않는 상태로 되는 것을 의미하고 있다. 이하, 이 수치의 근거에 대해 도면에 의거하여 설명한다.

(vol%)

	연소 하한	연소 상한
고로 가스	40.0	71
코크스로 가스	5.0	22
혼합가스(M가스)	12.0	42

도 8은 고로 가스의 상기 연소한계를 구하는 방법의 일예를 나타내는 것이다. 도면 중의 고로 가스에 포함되는 연소성분(가연성 가스)과 기타(이너트(inert):불활성가스)의 비율에 대해서는 H₂와 CO₂ 및 CO와 N₂의 조합으로 검토하면 다음과 같다.

(1) 「H₂와 CO₂」부분의 조합에 대한 (이너트 가스)/(가연성 가스)의 비는 20.0/3.5 = 5.7이다.

그래서, 이 연소 한계도의 (이너트 가스)/(가연성 가스)의 비를 나타내는 횡축의 5.7의 축과 교차하는 H₂ + CO₂ 곡선의 교차되는 부분(연소한계)을 구하였다. 하한은 32vol%, 상한은 64vol%로 된다. 즉, H₂ + CO₂의 연소한계의 하한은 32vol%, 상한은 64vol%로 된다.

(2) 한편, 나머지 연소성분인 「CO와 N₂」의 조합의 경우에 있어서의 (이너트 가스)/(가연성 가스)의 비는 53.5/23.0=2.3이기 때문에, 마찬가지로 해서, 동일도면으로부터 횡축 2.3과, CO + N₂의 곡선이 교차하는 점으로부터 하한:44vol%, 상한:74vol%가 구해진다. 따라서, 이 경우의 연소한계의 하한은 44vol%, 상한이 74vol%이다.

또한, 양 연소성분을 포함하는 고로 가스의 연소 하한은 하기의 식으로 구할 수 있다.

연소 하한=100/(23.5/32 + 76.5/44)≒40%

또, 동일 식에서 상기 (1), (2)의 상한값을 적용하면 연소상한이 구해진다. 이와 같이 하여 고로 가스의 연소하한 및 연소상한을 구할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서 기체연료의 연소하한에 주목한 다른 하나의 이유는 다음과 같이 설명된다. 도 9는 대기중 상온하에 있어서의 기체연료의 연소성분(연소가스)농도와 온도의 관계를 나타내는 것이다(참조: 코로나사(社) 연소 편람). 그러나, 연소한계는 상술한 바와 같이 하여 구해지지만, 해당 연소한계에는 온도의존성이 있으며, 일예를 나타내면, 상온에서의 연소하한값(도면 중에서는 연소가스농도에 상당)이 대략 40vol%이어도, 200℃영역에서는 26∼27vol%로 변화하고, 1000℃영역에서는 수%, 1200℃영역에서는 1vol%미만에서도 연소하는 것이 알려져 있다.

이것으로부터 장입층에 공급하는 기체연료의 농도(연소성분의 함유량)는 상온의 연소하한보다 더욱 낮게 한 안전한 영역까지 희석하여 공급하면 안전하고, 그 희석가스의 농도만 조정해 두면, 장입층 내의 두께방향(온도분포)에서의 연소위치조정의 자유도도 높아지는 것을 알 수 있었다.

그리고, 기체연료의 연소에는 이와 같이 온도의존성이 있으며, 예를 들면 연소범위는 분위기 온도가 고온으로 되면 될수록 넓어지고, 소결기의 연소 응용대 근방의 온도장에서는 잘 연소하지만, 연소기의 하류측에 있는 전기집진기내 등의 200℃정도의 온도장에서는 본 발명의 바람직한 실시예에서 나타내는 바와 같은 농도로는 연소하지 않는 것도 알 수 있었다.

그런데, 소결광의 제조에 있어서, 소결원료의 장입층중에 공급된 상기 기체연료는 팰릿 아래의 윈드박스에 의해서 흡인되고, 해당 장입층중의 고체연료(분코크스)의 연소에 의해 형성되는 연소 응용대의 고온역에서 연소한다. 따라서, 기체연료의 공급은 장입층으로의 투입열량을 일정하게 한다는 조건에 있어서, 상기 기체연료의 농도나 공급량 등을 조정하면, 소결원료중의 분코크스량을 조정(감소)할 수 있게 된다. 또, 기체연료의 농도 조정은 이 기체연료의 연소를 장입층중의 예기한 위치(농도영역)에서 일어나도록 조정하는 것을 의미하고 있다.

이 의미에 있어서, 종래기술 하에서의 장입층중의 연소 응용대는 고체연료(분코크스)만이 연소하는 대역이지만, 본 발명의 경우, 그 분코크스에 더해서 또한 기체연료도 함께 연소시키는 대역이라 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서 그 기체연료의 농도나 공급량, 그 밖의 공급조건은 연료의 일부로서 분코크스가 있는 것을 전제로 하고, 이것과의 관계에 있어서 바람직하게 변화시키면, 최고도달온도 및/또는 고온역 유지시간의 바람직한 조정이 가능하게 되어, 소결케이크의 강도향상을 초래하게 된다.

본 발명방법에 있어서, 희석된 기체연료를 이용하는 또 다른 하나의 이유는 상술한 소결·용융대의 형태 조정을 통해 소결케이크의 강도, 수율을 조정하기 위한 것이기도 하다. 그것은 그 소결케이크를 고온대역(연소·용융대역)에 어느 정도의 시간 유지할지, 어느 정도의 온도까지 도달시킬지라는 조정을 실행한 후에, 이 희석 기체연료의 역할이 유효하게 기능하기 때문이다. 바꾸어 말하면, 상기 기체연료의 사용은 소결원료의 고온역 유지시간이 길고 또한 최고도달온도가 적절히 높아지도록 조정하는 것을 의미하고 있다. 그리고, 이러한 조정은 소결원료중의 고체연료량(분코크스량)에 따라, 연소분위기 중에서 지연성(支燃性)가스(공기 또는 산소)의 양이 과부족을 일으키지 않도록 희석 조정된 상기 기체연료를 이용하는 것을 의미하고 있다. 이 점에서 종래기술에서는 소결원료의 고체연료량과 관계없이, 또한 가연성 가스를 농도 조정하는 일 없이 취입하기 때문에, 고체연료량이나 가연성 가스의 양에 적합한 지연성가스(산소)의 부족을 초래하여 연소불량을 일으키거나, 반대로 부분적으로 과연소를 일으켜, 강도의 불균일을 초래하고 있던 것이다. 즉, 본 발명은 기체연료를 희석 농도 조정하여 이용함으로써, 이러한 문제점을 회피할 수 있는 것이다.

다음에, 기체연료의 종류마다 희석하여 공급한 희석 기체연료의 영향에 대해 나타낸다. 도 10은 종래 소결법(기체연료의 취입 없음)과, 연소하한 이하로 희석한 기체연료를 사용한 본 발명 소결법의 비교실험의 조건 및 결과를 나타내는 것이다. 희석 기체연료 취입을 하지 않은 종래 소결법은 분코크스 5%사용의 예이고, 본 발명에 따르는 희석 기체연료의 취입예에서는 분코크스 0.8% 상당의 희석 기체연료를 취입하여 총열량 일정으로 하기 위해 분코크스 첨가량은 4.2mass%로 한 예를 나타낸다. 희석 기체연료 사용예는 어느 것에 있어서도 셔터강도, 성품수율, 생산성의 향상이 보였다. 또한, 희석 기체연료 사용예에 있어서, 셔터강도, 성품수율 등이 향상한 이유는 연소상황으로서 나타낸 연소·용융대의 확대에 기인하는 것으로 고려되며, 고온역 유지시간이 연장된 결과로서 나타나고 있는 것을 알 수 있었다.

도 11은 기체연료로서, 프로판가스와 C가스를 이용한 경우의 취입가스 농도의 영향을 나타내는 도면이고, 희석 기체연료의 농도와, 셔터강도(a), 수율(b), 소결시간(c), 생산율(d)의 관계를 나타낸 것이다. 이 도면에 명확한 바와 같이, 프로판가스의 경우, 이것을 희석 기체연료로서 사용하는 경우에는 셔터강도 향상을 위해서는 0.05vol%의 첨가에서 효과가 생기고, 수율도 대략 마찬가지의 개선효과를 나타낸다. 명확한 작용효과가 나오는 것은 프로판가스에서는 0.1vol%부터, 바람직하게는 0.2vol%이고, C가스 환산에서는 0.24vol%의 첨가에서 효과를 나타내고, 바람직하게는 0.5vol%이상, 명확한 개선효과는 1.0vol%이상이다. 따라서, 프로판가스에서는 적어도 0.05vol%이상, 바람직하게는 0.1vol%이상, 더욱 바람직하게는 0.2vol%이상으로 된다. 한편, C가스에서는 적어도 0.24vol%이상, 바람직하게는 0.5vol%이상, 더욱 바람직하게는 1.0vol%이상이며, 상한은 연소하한농도의 75%이하이다. 또한, 프로판가스의 경우, 0.4vol%의 첨가로 대략 효과는 포화하고 있으며, 이 때의 가스 농도는 연소하한농도의 25%에 상당한다.

다음에, 본 발명방법에 따라서, 소결원료중의 탄재량을 고려하여, 상기 기체연료의 공급을 실행하여 제조한 소결광의 냉간강도와 환원분화특성(RDI)에 대해 설명한다. 「광물공학」(이마이 히데키, 다케노우치 스쿠네, 후지키 요시노리 편, 1976,175, 아사쿠라서점)에 의하면, 소결반응의 모식도는 도 12에 나타내는 바와 같이 정리된다. 또, 표 5에, 소결과정에서 생성하는 각종 광물의 인장강도(냉간강도)와 피환원성의 값을 나타낸다. 도 12로부터 명백한 바와 같이, 소결과정에서는 1200℃에서 융액이 생성하기 시작하고, 소결광의 구성광물 중에서 가장 고강도이고, 피환원성도 비교적 높은 칼슘-페라이트가 생성된다. 또한, 승온이 진행하여 약 1380℃를 넘으면, 냉간강도와 피환원성이 가장 낮은 비정질 규산염(칼슘 실리케이트)과, 환원 분화하기 쉬운 2차 헤마타이트로 분해되게 된다. 따라서, 소결광의 냉간강도의 향상과 RDI를 개선하기 위해서는 칼슘-페라이트를 분해시키지 않고, 이것을 안정적으로 계속해서 생성시킬지 어떨지가 과제로 된다.

또, 상기 간행물「광물공학」의 설명에 따르면, 소결광의 환원분화의 기점으로 되는 2차 헤마타이트의 석출 거동에 대해서는 도 13에 나타내는 바와 같이 설명하고 있다. 그 설명에 의하면, 광물합성시험의 결과, 환원분화의 기점으로 되는 스켈레톤 크리스탈린형상 2차 헤마타이트는 Mag. ss + Liq.역까지 승온하고 냉각한 후에 석출하기 때문에, 상태도상에서는 (1) 경로가 아닌, (2) 경로를 통해 소결광을 제조함으로써, 환원분화성을 억제할 수 있다고 하고 있다. 따라서, 저RDI 소결광과 고강도 소결광을 제조하기 위해서는 1200℃(칼슘-페라이트의 고상선(固相線) 온도)와 약 1380℃(전이온도)의 범위내에, 어떻게 하여 장시간 유지한 히트패턴을 장입층 내에 있어서 실현할지가 중요하다. 따라서, 첨가하는 탄재량을 기체연료의 공급에 의해 조정하는 장입층 최고도달온도는 1200℃초과 1380℃미만으로 하는 것이며, 1205℃∼1350℃의 범위로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

다음에, 발명자들은 연소대의 폭과 희석연료가스의 관계를 알기 위해, 투명 석영제 창을 갖는 수직형 관상의 시험포트를 이용하고, 소결기 쿨러의 배기가스로 희석한 프로판가스를 이 포트의 위로부터 소결원료의 장입층중에 취입하는 실험을 실행하였다. 이 실험에서 사용한 소결원료는 출원인회사에서 사용하고 있는 일반적인 것으로서, 흡입압력은 1200㎜H₂O 일정으로 하였다. 이 실험에서, 취입 프로판가스의 농도는 0.5vol%와 2.5vol%로 희석한 것이다. 또한, 투입열량 환산에서는 프로판가스 0.5vol% 취입에서, 분코크스 1mass% 배합에 대략 상당하는 것이다.

도 14는 이 실험에 있어서의 프로판가스 취입시의 연소대의 관찰결과를 나타내는 사진이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 농도 2.5vol%로 희석한 프로판가스에서는 취입 직후에 원료 장입층상에서 연소하고, 기체연료가 장입층 내에 들어가 있지 않아 효과가 없었다. 이에 반해, 프로판가스의 희석의 정도가 공기에 대해 0.5vol%농도의 것을 이용하면, 장입층 상부에서 연소하지 않고, 해당 장입층 내까지 들어가고, 또한 해당 장입층 내에서 빠른 속도로 연소하였다. 그 결과, 대기조건에서 소결했을 때의 연소대의 상하방향폭은 약 70㎜이었던 것에 반해, 이러한 희석 프로판가스의 취입시에서는 연소대의 폭(즉, 고온역 유지시간에 상당)이 150㎜까지의 2배 이상으로 확대하였다.

따라서, 연소대 두께의 확대의 효과는 프로판의 연소하한농도 2.5vol%(이론값, 대(對)공기)의 1/5의 농도인 0.5vol%에서도 발현하는 것을 알 수 있었다. 반대로, 본 발명에 관한 기체연료 취입기술에서는 희석된 기체연료가 아니면, 장입층 내에 있어서의 연소 조정이 곤란한 것도 알 수 있었다.

또한, 이 실험에 있어서, 연소대의 강하속도(이 역수가 고온역 유지시간)에 대해서도 검토하였지만, 그 결과, 단지 코크스를 증량한 경우나 고온의 공기를 취입한 경우에는 강하속도가 크게 저하하여, 생산성이 저하하지만, 희석한 기체연료를 이용한 경우, 고체연료의 사용예에 비해 연소속도가 현격이 빨라지기 때문에, 연소대의 강하속도는 대기소결의 경우와 거의 차이가 보이지 않았다.

다음에, 발명자들은 희석 기체연료의 취입위치의 영향에 대해 조사하였다.

이 실험의 사양을 표 6에 나타낸다. 실험 No.1은 소결원료중의 코크스:5mass% 배합의 현 상태의 베이스조건, 실험 No.2는 분코크스의 비율을 1mass% 저하시켜 4mass%로 하고, 그 대신에 프로판가스 0.5vol% 취입한 투입열량 일정조건, 실험 No.3은 분코크스 10mass% 배합한 조건, 실험 No.4는 보열로(일본국 특허공개공보 소화60-155626호)와의 차이를 검증할 목적으로 450℃의 고온가스를 취입하는 조건이다.

시험 No.	No.1	No.2	No.3	No.4
분코크스비(대 원료, mass%)	5	4	10	5
프로판농도(대 공기, vol%)	0	0.5	0	0
보열로(450℃ 열풍 취입)	OFF	OFF	OFF	ON

도 15는 그 결과를 나타낸 것으로써, 기체연료로서 코크스로 가스(C가스)를 2%로 희석하여 이용한 예이다. 이 도면은 기체연료의 취입을 실행했을 때의 그 취입위치와, 성품 소결광 셔터강도나 성품 수율의 관계를 조사한 결과를 나타내는 것이다. 희석 기체연료의 취입위치는 장입층 표면으로부터 100∼200㎜의 위치, 200∼300㎜의 위치, 300∼400㎜의 위치로 하였다. 이 도면에 나타내는 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 취입위치 100∼200㎜에 있어서는 도면 중 밝게(하얗게) 나타나지는 연소·용융대가 100㎜위치로 이동하고 나서, 그 시험포트 위쪽으로부터 희석 기체연료를 공급하고, 100∼200㎜에 위치하는 동안, 연소·용융대에 있어서 희석 기체연료를 연소시킨 것이다. 또 마찬가지로, 200∼300㎜ 위치에 있어서는 연소·용융대가 200㎜ 위치에 도달한 단계부터, 시험포트 위쪽으로부터 희석 기체연료를 공급하고, 그리고 300∼400㎜ 위치에 있어서도 마찬가지로, 연소·용융대가 300㎜ 위치에 도달한 단계부터 희석 기체연료를 공급하도록 하여 실행한 것이다. 또한, 참고로 종래법의 희석 기체연료의 취입을 실행하지 않을 때의 상기 각 층 위치의 연소·용융대도 나타내고 있다.

또, 시험포트의 연소용 공기의 공급은 통상의 소결조업과 마찬가지로 위쪽에서 아래쪽으로 흐르는 것이므로, 기체연료 첨가시에는 이 연소용 공기에 기체연료가 소정 농도로 되도록 첨가되고 공급된다.

도 15 중, 연소·용융대가 밝게(하얗게) 나타나고 있는 바와 같이, 100∼200㎜ 영역에서는 종래법에 비해 약간 두꺼워진 바와 같은 정도에 머무르고 있다. 200∼300㎜ 영역에서는 종래법에 비해 명확히 연소·용융대의 두께가 증가해 있으며, 300∼400㎜영역도 종래법에 비해 명확한 차를 갖고 있는 것을 알 수 있다.

이상으로부터, 희석 기체연료 취입효과는 장입층 표면으로부터 200㎜ 이하의 영역으로 되는 소결기의 팰릿 위의 연소·용융대의 부분에 기체연료의 공급이 실행되는 것이 바람직하며, 기체연료 사용 코스트(비용)의 저감을 도모할 수도 있다. 그리고, 장입층 표면으로부터 200㎜ 미만의 영역에 대해서는 무리하게 기체연료를 공급하지 않아도, 200㎜ 이하의 영역에 공급했을 때의 소결광의 셔터강도가 대폭 상승하기 때문에, 성품 소결광 수율을 전체적으로 향상시킬 수 있다.

도 16은 장입층 표면으로부터 200㎜까지의 상층부와, 200㎜ 이하의 중하층부의 연소상황을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 도면에 나타낸 화살표 A는 소결의 진행방향(연료방향)을 나타내고, 도 16의 (a)는 상층부(<200㎜까지)에 있어서의 분코크스와 기체연료의 연소위치를 나타내고 있다. 이 경우, 분코크스의 연료에 의해 형성되는 연소대가 장입층의 상부에서는 원래 좁고, 이 분코크스의 연소대와 이 연소대역에서 연소하는 기체연료의 연소점이 서로 접근해 있기 때문에, 동일도면의 우측에 기재한 바와 같은 온도패턴으로 된다. 또한, 이 온도분포에 있어서 분코크스(고체연료)의 연소역을 빗금부분으로서 나타내고 있고, 그 위쪽에서 연소하는 기체연료의 온도역을 비빗금부분으로서 나타내고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 장입층 상부에서는 코크스와 기체연료의 연소가 동시기에 일어나기 때문에(양자가 서로 접근하여 연소하게 되므로), 도면 중의 T₁, T₂로 나타내는 동안의 고온역 유지시간(약 1200℃ 상당)이 도시한 바와 같이 좁은 것으로 된다. 즉, 빗금부분으로 나타내는 코크스 연소역이 약간 확대되는 정도의 온도분포로 된다. 이것은 장입층중으로의 상기 기체연료의 공급은 연소·용융대의 두께가 15㎜이상으로 되고 나서 실행하는 것이 바람직하다고 한 바와 같이, 원래의 고온역 유지시간이 좁을 때, 기체연료의 취입효과가 낮다고 한 것과 일치한다. 한편, 도 16의 (b)는 중층, 하층부분에 기체연료를 공급한 경우이며, 중층, 하층역에서는 연소대가 상층에서 아래쪽으로 이행함에 따라 장입층의 온도상승도 있어 연소대폭이 확대하고, 도 16의 (a)의 경우보다 떨어진 위치에서 연소하게 된다. 그 결과, 도 16의 (b)의 우측에 나타내는 바와 같은 온도분포로 된다. 즉, 기체연료의 연소점은 빗금쳐서 나타내는 고체연료(코크스) 연소점보다 떨어져 있기 때문에, 합성된 온도분포 곡선은 기슭이 큰 온도분포로 된다. 따라서, T₃, T₄로 나타나는 고체연료와 기체연료의 연소에 의거하는 고온역 유지시간이 연장되어, 얻어지는 소결광의 셔터강도가 향상하는 것이다.

또한, 도 16의 (b)의 케이스에 있어서, 고온역 유지시간을 조정하기 위한 기체연료의 착화온도는 400℃∼800℃가 바람직하고, 더욱 바람직한 착화온도는 500℃∼700℃이다. 그 이유는 착화온도를 400℃미만으로 하면, 고온역의 확대로 이어지지 않고, 단지 저온역 분포를 확대하는 것에 그치고, 한편, 800℃를 넘으면 고체연료의 연소에 의한 고온역 유지시간에 너무 접근하여, 고온역 유지시간의 연장의 효과가 작기 때문이다.

다음에, 희석 기체연료를 공급하여 장입층중의 최고도달온도(층내온도)를 조정하는 방법의 일예를 설명한다. 도 17은 소결시에 있어서의 층내온도분포의 상태를 모식적으로 나타내는 것이다. 이 도면은 종래 소결법에 있어서의 온도분포예를 고체연료(분코크스) 5mass% 첨가를 기준으로 하여, 본 발명에 관한 소결법을 설명하는 것이다. 예를 들면, 코크스 5mass% 첨가에 의한 소결 조업에 있어서, 종래 소결법을 곡선 a로 나타낸다. 일반적으로, 고온역 유지시간의 연장을 위해서는 분코크스의 사용량을 첨가시키는 것이 유효하고, 예를 들면 도시한 바와 같이, 분코크스를 10mass% 첨가한 경우를 파선 a′로 나타내며, 층두께로 나타나는 고온역 유지시간은 (0-A)에서 (0-B)로 확대하지만, 최고온도도 약 1300℃에서 약 1370℃∼1380℃까지 상승하게 되어, 저RDI 소결광이고 또한 고강도 소결광을 얻는 것은 불가능하게 된다.

이러한 점에서, 본 발명법에 따르는 소결조업방법에서는 분코크스의 사용량을 4.2mass%로 억제하는 한편, 희석 C가스를 취입하기 때문에, 최고도달온도는 1270℃로 억제할 수 있는 동시에, 고온역 유지시간은 (0-C)로 확대하기 때문에, 종래법에서는 실현할 수 없었던 저RDI, 고강도 소결광의 제조라는 당초의 목적을 충분히 달성할 수 있게 된다.

요컨대, 종래 소결법은 고온역 유지시간 또는 최고온도 조정의 어느 한쪽에 주목한 조업방법이었다. 이러한 점에서, 본 발명법은 분코크스 사용량의 조정(예를 들면, 4.2mass%로 억제) 하에서, 최고도달온도를 (1205∼1350℃) 조정하는 한편, 희석 기체연료의 취입에 의해, 고온역 유지시간도 조정하는 조업방법이다. 또한, 도 17의 곡선 d는 고체연료 사용량을 단지 4.2mass%로 내린 예를 나타내는 것이며, 최고도달온도도 낮고, 고온역 유지시간도 짧다.

도 18은 종래 소결법으로서 분코크스 5mass%를 이용한 예를 나타내고, 본 발명의 적합예로서 분코크스 사용량을 4.2mass%로 하고 농도를 2.0vol%로 한 희석 C가스 취입을 병용한 예를 나타낸다. 이 도면의 서멀비어(Thermobias)로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래법에서는 고온역 유지시간을 유지하기 위해, 1400℃를 넘는 연소상황이 생겼다. 한편, 분코크스의 사용량을 4.2mass%로 멈추고, 농도 2vol%의 C가스 취입을 실행한 경우, 1400℃영역은 없어지고, 최고도달온도는 1350℃이하로 억제할 수 있는 동시에, 고온역 유지시간의 연장을 실현할 수 있는 상황으로 되었다.

도 19는 투입열량 일정 조건시에 있어서의 희석된 프로판가스의 취입에 의한 장입층 내 온도(a), 배기가스온도(b), 통과풍량(c), 배기가스조성(d)의 경시변화를 나타내는 것이다. 여기서, 장입층 내 온도는 상기 시험포트에 있어서 그레이트 바(grate bar)로부터의 높이 200㎜(장입층두께: 600㎜)의 위치에 장입한 열전쌍으로 측정한 값이다. 또, 시험포트의 원주방향에서 중심부와 벽으로부터 5㎜의 2곳에서 측정하였다. 이들 도면으로부터, 희석한 프로판가스를 취입함으로써, 1205℃이상으로 가열된 소결원료가 용융되어 있는 시간(이하, 「고온역 유지시간」이라 함)은 2배이상 증가해 있지만, 최고도달온도는 상승해 있지 않은 것이 확인되었다. 또, 희석은 프로판가스를 취입함으로써, 배기가스중의 산소농도가 저하하고 있어, 산소가 효율적으로 연소반응에 기여한 것이 추측된다.

또, 도 20은 희석된 프로판 취입(0.5vol%)시와 코크스만의 증량(10mass%)시의 장입층 내 온도(a), (a′)와, 배기가스농도(b), (b′)의 경시변화를 대비하여 나타낸 것이다. 이들 도면으로부터, 분코크스의 사용비율을 증량시킨 경우, 1200℃이상의 고온역 유지시간은 농도 0.5vol%로 희석된 프로판가스 취입시와 대략 동등하지만, 최고도달온도가 1350℃를 넘고 있었다. 또, 분코크스의 양을 증가시킴으로써, 배기가스중의 CO₂농도가 20vol%에서 25vol%로 크게 상승하고, CO농도도 증가하고 있으며, 분코크스가 연소에 기여하는 비율이 저하하고 있는 것이 확인되었다.

도 21은 이들 시험에 있어서의 각종 특성시험결과를 정리한 것이다. 이 도면에 명확한 바와 같이, 희석된 프로판가스 취입에 의해 소결시간이 약간 연장되지만, 수율이나 셔터강도, 생산율이 모두 개선되는 동시에, 환원분화성(RDI)도 피환원성도 크게 개선되고, 희석 기체연료의 취입을 적정화하는 것에 의해, 생산율이나 수율의 개선 이외에, 소결광의 고품질화가 가능하게 되는 것이 확인되었다.

이에 대해, 단지 분코크스만을 10mass%까지 증가시킨 경우에는 소결시간이 연장될 뿐만 아니라, 최고도달온도가 필요 이상으로 상승하기 때문에, 오히려 저강도의 비정질 규산염이 많이 생성되고, 셔터강도와 수율 모두 크게 저하하였다. 또, 450℃ 보열로의 케이스에서는 셔터강도와 수율의 개선효과가 작고, 지금까지의 상업설비에 있어서의 결과와 대략 일치하였다.

이상 설명한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 희석된 기체연료를 이용하는 경우, 이 가스가 장입층 내에서 연소하여, 해당 층내의 연소대의 확대를 초래하는 동시에 소결원료중의 코크스에 의한 연소열과, 희석된 프로판가스의 연소열의 상승적인 작용에 의해, 넓은 연소대가 형성된다. 그 결과, 최고도달온도가 과잉으로 오르지 않고, 한편 고온역 유지시간에 대해서는 공급되는 희석가스의 연소에 의해서 연장된다.

다음에, 발명자들은 희석된 기체연료의 취입에 의한 성품 소결광의 피환원성, 냉간강도 등으로의 영향에 대해, 종래법(5mass%, 10mass% 코크스, 열풍 취입)과 대비하여 조사하였다. 측정한 항목은 성품 소결광중의 광물조성비율(냉간강도와 피환원성에 영향), 겉보기비중(냉간강도에 영향), 0.5㎜ 이하의 기공직경분포(피환원성에 영향)이다.

우선, 도 22는 분말 X선 회절법에 의해서 정량화한 성품 소결광중의 광물상(相)의 조성비율을 조사한 결과를 나타내고 있다. 이 도면으로부터, 투입열량 일정(코크스 4mass% + 프로판 0.5vol%)로 하여 고체연료와 희석 프로판가스를 병용한 경우, 칼슘-페라이트가 안정하게 생성되고, 이것이 피환원성의 향상과 냉간강도의 증가를 초래했다고 고려된다.

도 23은 성품 소결광의 겉보기비중의 측정결과를, 그리고 도 24는 수은압입식 기공량 미터(porosity meter)에 의한 0.5㎜이하의 기공직경분포의 측정결과를 나타내는 것이다. 도 22로부터, 희석된 프로판가스의 취입에 의해, 조립입자 외측으로부터의 가열이 실행되는 결과, 융액 유동이 촉진되고, 0.5㎜이상의 기공율(겉보기비중)이 저하하며, 이것이 냉간강도 향상의 요인으로 고려된다. 또, 도 24로부터, 투입열량 일정으로 희석 프로판가스를 취입하는 것에 의해, 소결원료 입자중의 열원이 감소함으로써, 피환원성에 영향을 주는 광석 유래의 500㎛이하의 미세 기공이 잔류하기 쉬워져, 고피환원성 소결광의 제조가 가능하게 되었다고 고려된다.

도 25는 코크스만 사용시(a)와 희석 기체연료 병용 취입시(b)의 소결 거동의 모식도를 나타내는 것이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 종래의 코크스만을 이용하는 소결에서는 분코크스 연소에 의한 의사입자 내부로부터 가열하고 있던데 반해, 본 발명과 같은 코크스 + 기체연료의 병용방법에서는 기체연료의 연소에 의해 의사입자 외부로부터 가열되게 되기 때문에, 광석내의 미세기공이 잔류하기 쉽고, RDI가 낮은 비율로 JIS-RI도 비교적 고위로 추이할 수 있는 것으로 추찰된다.

도 26은 희석한 기체연료 취입시의 소결광의 기공구조의 모식도를 나타낸다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 소결광의 생산성의 향상에는 수율과 냉간강도에 영향을 주는 0.5∼5㎜ 기공의 합체를 촉진하고, 그 수를 감소시켜, 통기성에 영향을 주는 5㎜이상의 기공의 비율을 증가시키는 것이 유효하다. 또, 소결광의 피환원성의 향상에는 주로 철광석내에 존재하는 0.5㎜이하의 미세기공을 많이 잔류한 기공구조로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 이 점에서, 본 발명에 의하면, 희석된 기체연료 취입에 의해, 이상적인 소결광의 기공구조에 가까워지는 것이 가능하다고 고려된다.

도 27은 필요한 냉간강도를 유지할 수 있는 한계 코크스비(한계 코크스비는 셔터강도가 희석된 프로판가스 미사용시의 최대값인 73%와 동등하게 되는 코크스비임)를 파악하는 시험의 결과를 나타내는 것이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 희석된 프로판가스 취입에 의해(농도 0.5vol%), 현 상태와 동일한 냉간강도(셔터강도 73%)를 얻기 위한 코크스비는 도 27의 (a)에 나타내는 바와 같이, 5mass%에서 3mass%로 저감(약 20kg/t)할 수 있다. 또, 도 27의 (b), (c)에 나타내는 바와 같이, 73% 수율 및 1.86의 생산율을 얻기 위해 코크스비는 각각 5mass%에서 3.5mass%로 저하하는 것이 명백하다.

이상 설명한 바로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 팰릿의 진행에 수반하여, 연소·용융대가 장입층의 표층에서 하층으로 이동하는 동안에, 탄재량에 따라 적절히 희석된 기체연료를 적소(適所)를 선택하여 공급하는 것에 의해, 장입층 내의 연소·용융대의 기능을 확대하는 바와 같은 작용을 발생시킬 수 있고, 소결광 품질의 개선, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

실시예

(1) 실시예 1: 도 6에 나타내는 시험포트를 이용하여 희석한 기체연료(1∼2. 5vol%)로서 코크스로 가스(C가스)를 이용하고, 원료중의 탄재(코크스)량 5mass%로 한 소결포트 시험을 실행하였다. 그 밖의 조건은 상술한 실험조건과 동일하게 하였다. 그 결과를 도 28에 나타낸다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 발명법에 따라 희석한 C가스를 사용할 때, 그 C가스의 농도를 올리면, 연소대폭의 확대가 현저하고, 또한 수율이나 생산율이 향상하는 동시에, 냉간강도(SI)도 개선할 수 있는 것을 알 수 있었다.

(2) 실시예 2: 실시예 1과 동일한 조건에서 시험을 하였다. 그 결과를 도 29에 나타낸다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 발명법에 따라 희석한 프로판가스(0.02∼0.5vol%)를 사용할 때, 그 C가스의 농도를 올리면, 연소대폭의 확대가 현저하고, 또한 수율이나 생산율이 향상하는 동시에, 냉간강도(SI)도 개선할 수 있는 것을 알 수 있었다.

(3) 실시예 3: 이 실시예는 도 6에 나타내는 시험포트를 이용하고, 희석가스 취입이 없는 예와의 대비로 쿨러 배기가스로 희석한 코크스로 가스(C가스)를 이 포트의 위쪽으로부터 표 7에 나타내는 소결원료(환광(還鑛; return fine) 20mass% 포함)를 장입층중에 취입한 예이다.

이 실시예에 있어서, 소결층중은 분코크스를 4.8∼5.0mass%(외수(外數))를 포함하고, 본 발명 적합에로서, 농도 1.0∼2.0vol%(대 공기)의 C가스를 흡인압력 1200㎜Aq(차압 1000Aq)의 조건에서, 장입층 표면에서 100∼400㎜(전체두께 600㎜, 차두께는 최하층에 환광 200㎜를 적층)의 위치에 취입한 예이다. 또한, 상기 취입위치는 DL 소결기의 전체길이를 80m로 한 경우, 이것을 전체높이 600㎜에 적용하면, 시험 No.2의 취입위치 100∼200㎜는 80(m)×100∼200/600(㎜)=13.3∼26.6(m)의 위치에 13.3m 길이의 희석가스 취입 후드(12)를 설치하여 소결기의 조업을 실행한 예에 상당하는 것이다. 따라서, 시험 No.2의 취입위치 200∼300㎜의 예는 소결기 팰릿 위의 점화로 뒤쪽의 약 26.7∼39.7㎜의 위치에 역시 13.3m 길이의 희석가스 취입 후드(12)를 설치하여, 가스취입을 실행한 경우에 상당하는 것이다.

표 8은 이 실시예(No.1∼No.7)의 실시결과를 나타내는 것이다. 이 실시결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 소결광의 냉간강도(SI강도)나 수율은 비교예로 되는 No.1에 비해, 본 발명의 적합예를 나타내는 No.2∼No.7 모두 높아져 있고, 특히 장입층의 중간단에 취입위치가 오는 예(No. 3, 4, 6, 7)에 있어서 개선이 현저한 것을 알 수 있다. 또, 코크스량을 내려 취입가스량의 농도를 올리는 것보다도 일정한 코크스량(4.8mass%) 하에서 취입가스 농도를 1vol%로 조정한 쪽이 생산율이 높아지는 것을 알 수 있었다. 또, 소결광의 품질에 대해서는 환원율(RI), 환원분화율(RDI) 모두 취입위치 200∼300㎜의 장입층의 중간단에 영향을 주는 바와 같은 취입방법이 가장 효과적인 것을 알 수 있었다.

(4) 실시예 4: 이 실시예는 본 발명에 관한 소결광의 제조방법을 일산(日産) 1만톤 규모의 DL형 소결기에서 적용한 예를 설명하는 것이다. 사용한 DL 소결기의 기장은 점화로에서 배광부까지 90m이다. 이 소결기의 점화로의 후방 약 30m의 위치에, 길이(팰릿 이동방향) 15m, 기폭전체를 커버하는 크기의 가스취입후드를 설치하고, 기체연료로서 코크스로 가스(C가스)를 이용하였다. 특히, 이 소결기의 원료의 장입층의 상층부분을 타켓으로 하는 일 없이, 장입층 층두께 600㎜(환강 두께 200㎜ 제외)의 조건에서 장입층 두께방향의 표층으로부터 200㎜ 상당까지 진행한 연소·용융대가 존재하는 위치로부터 300㎜ 상당 위치에, 상온의 공기로 희석하여 농도 2vol%로 한 C가스를 공급하였다. 이 취입 C가스는 소결기 팰릿 아래쪽의 윈드박스의 흡인부압조정에 의해, 소결층을 통해 상기의 위치에 도달하여 연소·용융대에서 연소되도록 하였다. 또한, 상기 가스취입후드내는 대기압에 의해 약간 정압(正壓)으로 하여, 상기 윈드박스의 흡인 부압(負壓)과 밸런스시켰다. 이 때의 C가스 사용량은 3000㎥(표준상태)/h이었다.

이 소결기의 조업 결과, 텀블러 강도는 전체적으로 통상 조업시보다도 약 3% 향상하고, RDI도 통상 조업의 레벨보다도 약 3% 개선되며, RI는 통상 조업시보다 약 4% 개선되었다. 또한, 생산율은 0.03t/hr·㎡ 증가하였다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 하방 흡인식 소결기의 조업에 있어서, 장입층의 위쪽으로부터, 희석된 기체연료를 이용함으로써 장입층 내의 목표로 하는 위치에서 연소시킬 수 있게 되며, 또한 이 경우에 있어서 희석 기체연료의 공급위치나 연소시의 최고도달온도, 고온역 유지시간을 조정하는 것에 의해, 연소 부족으로 되기 쉽고 소결광의 냉간강도를 낮게 하기 쉬운 장입층 상부뿐만 아니라, 장입층의 중층 이하의 임의의 부분의 소결광 강도를 높이는 바와 같은 조업을 실행할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 장입층 전체의 통기성을 악화시키는 일 없이, 특히 연소·용융대에서의 반응, 예를 들면 이 대역의 상하방향의 두께폭이나 팰릿 이동방향에 있어서의 폭의 조정을 통해, 임의의 위치에 있어서의 소결케이크의 강도를 조정할 수 있으므로, 소결광 전체로서 냉간강도가 높은 성품 소결광을 수율좋고 또한 높은 생산성을 확보하여 제조할 수 있게 된다. 그리고, 본 발명의 소결기를 이용하면, 이러한 소결기의 조업을 안정하게 실행할 수 있다.

1; 원료 호퍼
2 드럼 믹서
3; 회전가마
4, 5; 서지 호퍼
6; 드럼 피더
7; 장입 슈트
8; 팰릿
9; 장입층
10; 점화로
11; 윈드 박스
12: 기체연료 공급장치

Claims (14)

1. 순환 이동하는 팰릿 위에 분광석과 탄재를 포함하는 소결원료를 장입하고, 팰릿 위에 탄재를 포함하는 장입층을 형성시키는 장입공정과,
   점화로에서 장입층 표면의 탄재에 점화하는 점화공정과,
   팰릿 아래에 배치된 윈드박스를 통해 공기를 흡인하고, 장입층 중의 탄재를 연소시키며, 발생하는 연소열에 의해서 소결케이크를 생성시키는 소성공정과,
   연소 하한농도 이하로 희석된 기체연료를 장입층의 위로부터 공급하고, 장입층 내에서 상기 기체연료를 연소시키는 기체연료 연소공정을 갖는 소결광의 제조방법에 있어서,
   상기 연소 하한농도 이하로 희석된 기체연료가 연소하한농도의 25% 이하이며 2% 이상의 농도를 가지는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 연소 하한 농도 이하로 희석된 기체연료가, 하기로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법:
   프로판 가스: 0.4 vol% ~ 0.05 vol%,
   C가스: 0.9 vol% ~ 0.24 vol%,
   LNG: 0.9 vol% ~ 0.1 vol%,
   고로가스: 7.6 vol% ~ 1.25 vol%.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 연소 하한 농도 이하로 희석된 기체연료가, 0.4 vol% ~ 0.05vol%의 프로판가스인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 연소 하한 농도 이하로 희석된 기체연료가, 0.9 vol% ~ 0.1 vol% LNG인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 연소 하한 농도 이하로 희석된 기체연료가, 0.8 vol% ~ 0.1 vol% LNG인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
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