KR101118285B1

KR101118285B1 - 분환원철 함유 환원체의 괴성체 제조 장치 및 이를 이용한용철제조장치

Info

Publication number: KR101118285B1
Application number: KR1020040083446A
Authority: KR
Inventors: 주상훈; 이광희; 김명식; 최종원
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2012-03-20
Also published as: KR20060034424A; ZA200601410B; CN1842605A; CN1842605B

Abstract

본 발명은 분환원철 함유 환원체의 괴성체 제조 장치 및 이를 이용한 용철제조장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 괴성체 제조 장치는, 상부로부터 장입되는 분환원철 함유 환원체를 압축하여 괴성체를 제조하는 한 쌍의 롤, 이로부터 배출되는 괴성체를 안내하는 가이드 슈트, 및 가이드 슈트로 안내되는 괴성체를 파쇄하는 파쇄기를 포함한다. 여기서, 괴성체를 안내하는 가이드 슈트의 안내면은 직선형 경사면 및 곡선형 경사면으로 형성된다. 이러한 본 발명을 통하여 괴성체를 끊김 없이 연속적으로 파쇄기에 공급할 수 있다.

괴성체 제조 장치, 용철제조장치, 가이드 슈트, 안내면

Description

분환원철 함유 환원체의 괴성체 제조 장치 및 이를 이용한 용철제조장치 {AN APPARATUS FOR MANUFACTURING COMPACTED IRONS OF REDUCED MATERIALS COMPRISING FINE DIRECT REDUCED IRONS AND AN APPARATUS FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 괴성체 제조 장치의 개략적인 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 괴성체 제조 장치의 개략적인 정면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 슈트(guide chute)의 정면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 괴성체 제조 장치를 포함하는 용철제조장치의 개략적인 도면이다.

도 5는 본 발명의 실험예 1 내지 실험예 3에 따른 스트립형 판의 응력 분포를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 실험예 4 내지 실험예 6에 따른 포켓형 판의 응력 분포를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 실험예 7에 따른 스트립형 판의 응력 분포를 나타낸 도면 이다.

도 8은 본 발명의 실험예 8에 따른 포켓형 판의 응력 분포를 나타낸 도면이다.

본 발명은 분환원철 함유 환원체의 괴성체 제조 장치 및 이를 이용한 용철제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 롤로 압축한 괴성체를 파쇄기로 안내하는 가이드 슈트를 개선한 괴성체 제조 장치 및 이를 이용한 용철제조장치에 관한 것이다.

철강산업은 자동차, 조선, 가전, 건설 등의 전체 산업에 기초 소재를 공급하는 핵심기간산업으로서, 인류의 발전과 함께하여 온 가장 역사가 오래된 산업중의 하나이다. 철강산업의 중추적인 역할을 담당하는 제철소에서는 원료로서 철광석 및 석탄을 이용하여 용융 상태의 선철인 용철을 제조한 다음, 이로부터 강을 제조하여 각 수요처에 공급하고 있다.

현재, 전세계 철생산량의 60% 정도가 14세기부터 개발된 고로법으로부터 생산되고 있다. 고로법은 소결 과정을 거친 철광석과 유연탄을 원료로 하여 제조한 코우크스 등을 고로에 함께 넣고 산소를 불어넣어 철광석을 철로 환원하여 용철을 제조하는 방법이다. 용철생산설비의 대종을 이루고 있는 고로법은 그 반응 특성상 일정 수준 이상의 강도를 보유하고 노내 통기성 확보를 보장할 수 있는 입도를 보 유한 원료를 요구하므로, 전술한 바와 같이, 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로는 특정 원료탄을 가공처리한 코우크스에 의존하며, 철원으로는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다. 이에 따라 현재의 고로법에서는 코우크스 제조설비 및 소결설비 등의 원료예비처리설비가 반드시 수반되므로, 고로 이외의 부대설비를 구축해야 할 필요가 있을 뿐만 아니라 부대설비에서 발생하는 제반 환경오염물질에 대한 환경오염방지설비의 설치 필요로 인하여 투자 비용이 다량으로 소모되어 제조원가가 급격히 상승하는 문제점이 있다.

이러한 고로법의 문제점을 해결하기 위하여, 세계 각국의 제철소에서는 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하고, 철원으로는 전세계 광석 생산량의 80% 이상을 점유하는 분광을 직접 사용하여 용철을 제조하는 용융환원제철법의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

미국특허공보 제5,534,046호는 일반탄 및 분광을 직접 사용하는 용철제조설비를 개시하고 있다. 미국특허공보 제5,534,046호에 개시된 용철제조장치는 기포유동층이 형성된 3단의 유동환원로와 여기에 연결된 용융가스화로로 이루어져 있다. 상온의 분광 및 부원료는 최초의 유동환원로에 장입된 다음, 3단의 유동환원로를 차례로 거친다. 3단의 유동환원로에는 용융가스화로로부터 고온환원가스가 공급되므로, 상온의 분광 및 부원료가 고온환원가스와 접촉하여 승온된다. 이와 동시에, 상온의 분광 및 부원료는 90% 이상 환원되고, 30% 이상 소성되어 용융가스화로내로 장입된다.

용융가스화로내에는 석탄이 공급되어 석탄충진층이 형성되어 있어서, 상온의 분광 및 부원료가 석탄충진층내에서 용융 및 슬래깅(slagging)되어 용철 및 슬래그로 배출된다. 용융가스화로 외벽에 설치된 다수의 풍구를 통해 산소가 취입되어 석탄충진층을 연소하면서 고온의 환원가스로 전환되어 유동환원로로 보내져 상온의 분광 및 부원료를 환원한 후 외부로 배출된다.

그러나 전술한 용철제조장치에서는 용융가스화로 상부에 고속의 가스기류가 형성되어 있으므로 용융가스화로에 장입되는 분환원철 및 소성 부원료가 비산 손실되는 문제점이 있다. 또한, 분환원철 및 소성 부원료를 용융가스화로에 장입하는 경우, 용융가스화로내의 석탄충진층의 통기성 및 통액성 확보가 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 분환원철 및 소성 부원료를 고온 브리켓화하여 용융가스화로에 장입하는 방법이 연구되고 있다. 이와 관련하여 미국특허공보 제5,666,638호는 타원형의 해면철 브리켓을 제조하는 방법과 장치를 개시하고 있다. 또한, 미국특허 제4,093,455호, 제4,076,520호 및 제4,033,559호는 판형 또는 골판형의 부정형 해면철 브리켓을 제조하는 방법과 장치를 개시하고 있다. 여기서는, 장거리 수송에 적합하도록 분환원철을 고온 브리켓화하고 냉각하여 해면철 브리켓으로 제조한다.

특히, 해면철 브리켓 제조시, 한 쌍의 롤을 이용하여 분환원철을 판형으로 압착 성형한 다음 이를 파쇄기로 유도하여 파쇄함으로써 해면철 브리켓을 제조하는 방법이 사용되고 있다. 이 경우, 판형으로 압착 성형된 환원철을 파쇄기로 적절히 유도하기 위하여 가이드 슈트를 사용하고 있지만, 압착 성형된 괴성체가 불연속적 으로 배출되어 파쇄기로 원활하게 장입되지 않을 뿐만 아니라 중간에 끊어져서 미분이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 심한 경우 가이드 슈트의 후단에 위치한 파쇄기의 열부하가 증대되는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 괴성체를 끊김없이 연속으로 파쇄기에 제공하는 괴성체 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 품질이 양호한 괴성체를 사용하여 양질의 용철을 제조할 수 있는 용철제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 괴성체 제조 장치는, 상부로부터 장입되는 분환원철 함유 환원체를 압축하여 괴성체를 제조하는 한 쌍의 롤, 이로부터 배출되는 괴성체를 안내하는 가이드 슈트, 및 가이드 슈트로 안내되는 괴성체를 파쇄하는 파쇄기를 포함한다. 여기서, 괴성체를 안내하는 가이드 슈트의 안내면은 직선형 경사면 및 곡선형 경사면으로 형성된다.

여기서, 한 쌍의 롤은 고정형 롤과 이에 대향하는 이동형 롤로 이루어지고, 안내면의 상단부로부터 고정형 롤의 중심까지의 거리는, 고정형 롤의 반경과 괴성체의 평균 두께의 반의 합 이상인 것이 바람직하다.

또한, 안내면의 상단부로부터 고정형 롤의 중심까지의 거리는, 고정형 롤의 반경과 괴성체의 평균 두께의 합 이하인 것이 바람직하다.

그리고 안내면의 상단부는 한 쌍의 롤 중 고정형 롤에 더 가깝게 위치하는 것이 바람직하다.

안내면의 상단부는 고정형 롤의 중심축 높이 이하 및 고정형 롤의 최하단 표면 높이 이상으로 위치할 수 있다.

안내면의 상부는 직선형 경사면으로 형성되고, 안내면의 하부는 직선형 경사면과 이어진 곡선형 경사면으로 형성될 수 있다.

그리고 안내면 하부의 높이에 대한 안내면 상부의 높이의 비는 5.0 내지 6.0인 것이 바람직하다.

직선형 경사면의 각도는 연직 방향에 대해 6°내지 8°인 것이 바람직하다.

그리고 직선형 경사면의 각도는 연직 방향에 대해 실질적으로 7°인 것이 바람직하다.

곡선형 경사면의 곡률 반경은 1700mm 내지 1900mm인 것이 바람직하다.

그리고 곡선형 경사면의 곡률 반경은 실질적으로 1800mm인 것이 바람직하다.

가이드 슈트의 밑변 길이에 대한 가이드 슈트의 높이의 비는 1.0 내지 2.0인 것이 바람직하다.

환원체는 소성 부원료를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 용철제조장치는, 전술한 괴성체 제조 장치, 고온 괴성화 장치로부터 배출되는 괴성체를 파쇄하는 파쇄기, 및 파쇄기에서 파쇄한 괴성체를 장입하여 융용하는 용융가스화로를 포함한다.

여기서, 괴탄 및 성형탄 중 적어도 하나가 융융가스화로에 공급될 수 있다.

이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이러 한 본 발명의 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 괴성체 제조 장치(100)의 개략적인 도면으로서, 한 쌍의 롤(20), 가이드 슈트(10) 및 파쇄기(30)를 사용하여 분환원철 함유 환원체를 압축하여 괴성체로 제조하는 괴성체 제조 장치(100)를 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상부로부터 장입되는 분환원철(direct reduced iron, DRI)은 상호 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 롤(20)에 의하여 압축되어 괴성체(B)로 제조된 다음 파쇄기(30)로 공급된다. 도 1에서는 분환원철을 압축하는 환원체를 압축하는 것으로 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 분환원철을 함유한 환원체를 압축할 수도 있으며, 여기서 환원체는 소성 부원료를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 상부에 위치하는 한 쌍의 롤(20)로 압축한 괴성체(B)를 하부에 위치한 파쇄기(30)로 원활하게 안내하기 위하여 가이드 슈트(10)를 설치한다. 괴성체(B)는 가이드 슈트(10)에 의하여 파쇄기(30)로 원활하게 안내된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 롤(20) 표면에는 롤(20)의 축 방향을 따라 골판형 오목부(201)가 형성되어 있으므로, 골판형 오목부(201)가 상호 엇갈리거나 같이 맞물리도록 각 롤(20a, 20b)이 회전하면서 분환원철(F)을 압축하여 골판형 표면 형상을 가진 괴성체(B)를 제조한다. 도 1에서는 이와 같이 골판형 표면을 가진 괴성체(B)를 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 다른 형태의 표면 형상을 가진 괴성체 (B)를 제조할 수도 있다.

각 롤(20a, 20b)로 유입되는 분환원철의 양이 증가하는 경우, 상호 반대 방향으로 회전하면서 분환원철(DRI)을 압축하는 각 롤(20a, 20b)은 분환원철(DRI)로 인한 압축력을 받아서 밀리게 된다. 이를 탄력적으로 유지하면서 형태가 균일한 괴성체(B)를 제조하기 위하여, 한 쌍의 롤(20) 중 좌측에 위치한 롤(20a)을 고정하여 고정형 롤(fixed roll)(20a)로 사용하고, 우측에 위치한 롤(20b)은 이동형 롤(moving roll)(20b)로 사용한다. 도 1에는 도시하지 않았지만, 이동형 롤(20b)의 경우, 이동형 롤(20b)의 양쪽에서 이동형 롤(20b)의 축의 회전을 지지하는 베어링 블록(bearing block)이 설치되어 있다. 베어링 블록의 일측을 유압 실린더(미도시)로 지지함으로써 다량의 분환원철(DRI)이 한 쌍의 롤(20) 사이로 유입되는 경우에 이동형 롤(20b)이 밀려서 한 쌍의 롤(20)간의 갭(gap)이 커지는 것을 방지한다. 이에 따라 균일한 형태의 괴성체(B)를 연속으로 제조할 수 있다. 이러한 이동형 롤(20b)의 지지 구조는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로 그 자세한 설명을 생략한다.

전술한 바와 같은 형태로 제조된 괴성체(B)는 한 쌍의 롤(20)의 하부에 위치한 가이드 슈트(10)로 안내되어 파쇄기(30)로 파쇄된다. 파쇄기(30)의 표면에는 파쇄용 돌출부(32)가 돌출되어 있다. 파쇄기(30)는 유압 모터와 연결된 축(34)에 의해 회전하고, 파쇄기(30)의 회전시 관성력에 의한 충격에 의해 파쇄용 돌출부(32)로 괴성체(B)를 파쇄한다. 지지대(36)는 괴성체(B)를 하부에서 지지하도록 설치되어 파쇄기(30)와의 이격된 틈으로 괴성체(B)를 통과시키면서 파쇄한다. 괴성 체(B)의 표면은 골판형 형태로서 오목부가 형성되어 있으므로, 파쇄용 돌출부(32)의 충격으로 쉽게 파쇄된다.

이와 같은 방법으로 파쇄된 괴성체(B)는 중간 제품 형태로 보존할 수 있을 뿐만 아니라 바로 용융가스화로에 장입하여 용융함으로써 용철을 제조할 수 있다. 특히, 파쇄된 괴성체(B)는 소정 크기를 가지므로, 용융가스화로내에서의 통기성 확보에 유리하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 괴성체 제조 장치(100)의 개략적인 정면도로서, 도 1의 괴성체 제조 장치(100)를 Y축 방향에서 바라본 상태를 나타내는 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 가이드 슈트(10)는 한 쌍의 롤(20a, 20b)로부터 배출되는 괴성체(B)를 안내하여 파쇄기(30)로 장입한다. 여기서, 가이드 슈트(10) 의 안내면(12)의 상단부(10a)는 한 쌍의 롤(20a, 20b) 중 고정형 롤(20a)에 더 가깝게 위치한다. 이동형 롤(20b)의 경우 한 쌍의 롤(20a, 20b) 사이로 유입되어 압축되는 분환원철(DRI)의 양에 따라 가변한다. 따라서, 가이드 슈트(10)의 상단부(10a)를 이동형 롤(20b)에 가깝게 위치시키는 경우, 이동형 롤(20b)의 변위에 따라 가이드 슈트(10)와 이동형 롤(20b)이 상호 접촉할 가능성이 있다. 이에 따라 괴성체 제조 장치(100)에 고장이 발생할 위험성이 있다. 따라서 가이드 슈트(10)의 상단부(10a)를 이동형 롤(20b)보다는 고정형 롤(20a)에 더 가깝게 위치시킨다. 고정형 롤(20a)의 경우, 그 위치가 가변되지 않으므로 설비 배치면에서 볼 때 좀더 안정적이다. 이에 따라 괴성체 제조 장치(100)의 설비 안정성을 확보하여 괴성체(B) 제조시 연속적이고 안정적인 조업이 가능하다.

가이드 슈트(10)를 고정형 롤(20a)에 가깝게 위치시키되, 가이드 슈트(10)의 상단부(10a)가 고정형 롤(20a)의 중심축(20c) 높이 이하 및 고정형 롤(20a)의 최하단 표면(20d) 높이 이상으로 오도록 위치시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 가이드 슈트(10)를 배치하는 경우 가이드 슈트(10)가 고정형 롤(20a)의 표면에 인접하므로, 압축된 괴성체(B)가 고정형 롤(20a)의 표면에 달라붙으면서 감겨 괴성체 제조 장치(100)에 고장을 일으키는 것을 사전에 방지할 수 있다.

이와 같이, 괴성체(B)가 고정형 롤(20a)의 표면에 달라붙으면서 감기는 것을 방지하는 가이드 슈트(10)의 위치를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 제1 가상선(40a)은 고정형 롤(20a)의 중심(20c)으로부터 고정형 롤(20a)의 반경(r)과 괴성체(B)의 평균 두께의 반(t/2)을 합한 거리를 나타내는 데, 가이드 슈트(10)의 안내면(12) 상단부(10a)로부터 고정형 롤(20a)의 중심(20c)까지의 거리(d)는 고정형 롤(10a)의 반경(r)과 괴성체(B)의 평균 두께의 반(t/2)의 합 이상인 것이 바람직하다. 즉, 가이드 슈트(10)의 상단부(10a)가 제1 가상선(40a)에 걸치거나 제1 가상선(40a)의 바깥쪽에 위치하는 것이 바람직하다. 여기서, 괴성체(B)의 평균 두께(t)는 도 2의 확대원에 도시한 바와 같이, 괴성체의 단면을 기준으로 상호 엇갈려서 위치하는 볼록부간의 거리를 의미한다.

이와 같이 가이드 슈트(10)의 상단부(10a)가 고정형 롤(20a)에 인접 위치하되, 고정형 롤(20a)과의 거리를 괴성체(B)의 평균 두께의 반(t/2) 정도로 유지하므로, 괴성체(B)가 압축 후에 고정형 롤(20a)의 표면에 달라붙어 고정형 롤(20a)의 회전에 따라 상승하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 고정형 롤(20a)의 표면에 달라붙은 괴성체(B)가 상승하지 못하고 가이드 슈트(10)에 걸려서 파쇄기(30)측으로 향하게 된다. 이와 같은 방법으로 가이드 슈트(10)를 배치함으로써, 고정형 롤(20a)에 괴성체(B)가 부착되는 것을 방지할 수 있으므로, 별도의 윤활제를 고정형 롤(20a)에 도포하거나 스크래퍼(scraper)를 설치하여 괴성체(B)가 고정형 롤(20a)의 표면에 부착되는 것을 방지할 필요가 없는 이점이 있다.

또한, 도 2에 도시한 제2 가상선(40b)은 고정형 롤(20a)의 중심(20c)으로부터 고정형 롤(20a)의 반경(r)과 괴성체(B)의 평균 두께(t)를 합한 거리를 나타내는 데, 가이드 슈트(10)의 안내면(12) 상단부(10a)로부터 고정형 롤(20a) 중심(20c)까지의 거리(d)는 고정형 롤(10a)의 반경(r)과 괴성체(B)의 평균 두께(t)의 합 이하인 것이 바람직하다. 즉, 가이드 슈트(10)의 상단부(10a)는 제2 가상선(40b)에 걸치거나 제2 가상선(40b) 안쪽으로 위치하는 것이 바람직하다. 이에 따라 괴성체(B)가 고정형 롤(10a)에 감겨도 가이드 슈트(10)에 의해 고정형 롤(10a)로부터 떨어져서 가이드 슈트(10)측으로 향하게 되므로 괴성체(B)를 연속 제조할 수 있다.

이와 같이 가이드 슈트(10)의 위치를 적절하게 배치함으로써 한 쌍의 롤(20a, 20b)에 괴성체(B)가 감기는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 괴성체(B)를 파쇄기(30)로 원활하게 공급하여 파쇄할 수 있다. 뿐만 아니라 가이드 슈트(10)의 형상을 개선하여 끊김 없는 괴성체(B)를 좀더 원활하게 공급할 수 있다. 이하에서는 이러한 목적을 위한 가이드 슈트(10)의 형상에 대하여 도 3을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 슈트(10)의 정면도로서, 가이드 슈트(10)의 형상을 개략적으로 나타낸 도면이다. 가이드 슈트(10)는 sus(stainless steel, 스테인리스강) 등의 소재를 가공하여 제조할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 슈트(10)에서 괴성체(B)를 안내하는 안내면(12)은 직선형 경사면(12a) 및 곡선형 경사면(12b)으로 형성된다. 도 3에는 가이드 슈트(10)의 안내면(12) 상부를 직선형 경사면(12a)으로 형성하고, 안내면(12) 하부를 곡선형 경사면(12b)으로 형성하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 다른 형태의 조합으로도 가이드 슈트(10)의 안내면(12)을 직선형 경사면(12a)과 곡선형 경사면(12b)으로 형성할 수 있다.

일례로, 가이드 슈트(10)의 안내면(12) 상부를 직선형 경사면(12a)으로 형성하면, 괴성체(B)는 균일한 속도로 가이드 슈트(10)로 진입한다. 이에 따라 괴성체(B)는 파쇄기(30)로 연속되면서 안정적으로 안내된다. 또한, 가이드 슈트(10)의 안내면(12) 하부는 곡선형 경사면(12b)으로 형성되어 있으므로 상부로부터 하강하는 괴성체(B)가 파쇄기(30)로 유입되는 속도가 다소 감소된다. 이에 따라 파쇄기(30)로 파쇄시의 충격을 최소화하여 판상으로 파쇄한 괴성체(B)를 연속으로 배출한다.

이와 같은 방법을 사용하여 괴성체를 파쇄하는 경우, 미파쇄된 괴성체를 통하여 전달되는 충격을 흡수할 수 있다. 이에 따라 압착 성형된 괴성체를 연속으로 배출하므로 괴성체의 끊김 발생시의 미분 성형분의 배출을 방지할 수 있다. 이로 인하여 파쇄기의 후단에 위치하는 설비의 열부하를 감소시킬 수 있어서 설비의 안정화를 도모할 수 있다.

여기서, 안내면 하부(12b)의 높이(h₂)에 대한 안내면 상부(12a)의 높이(h₁)의 비는 5.0 내지 6.0인 것이 바람직하다. 이와 같은 범위로 높이(h₁, h₂)의 비를 조절함으로써 가이드 슈트(10)로 유입되는 괴성체의 속도를 적절하게 유지하고, 파쇄기로 공급하여 괴성체가 잘 파쇄되면서 연속적으로 공급되도록 해 준다.

가이드 슈트(10)의 직선형 경사면(12a)의 각도인 경사각(α)을 살펴보면, 경사각(α)은 6°내지 8°인 것이 바람직하다. 경사각(α)이 6°내지 8°인 경우에 괴성체는 균일한 속도로 연속으로 파쇄기로 장입된다. 특히, 경사각(α)이 실질적으로 7°인 경우, 즉 경사각(α)이 7°이거나 7°에 가까운 경우에 괴성체의 장입이 가장 균일하게 이루어진다.

여기서, 경사각(α)이 6°미만인 경우, 괴성체가 압착되는 순간으로부터 진행하면서 괴성체의 내부 응력이 감소하지만, 곡선형 경사면(12b)에서는 발생되는 응력이 커지는 문제점이 있다. 또한, 경사각(α)이 8°보다 커지면 괴성체의 압축 직후에 결합력이 가장 약한 롤 배출 직후 지점에서의 높은 응력 발생으로 괴성체가 끊어지게 된다. 따라서 연속으로 괴성체를 파쇄기로 유입할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 가이드 슈트(10)의 안내면(12) 중 하부의 곡선형 경사면(12b)의 곡률 반경은 1700mm 내지 1900mm인 것이 바람직하다. 곡선형 경사면(12b)의 곡률 반경 이 1700mm 내지 1900mm인 경우, 끊어지지 않도록 하면서 괴성체를 연속으로 파쇄기에 장입할 수 있다. 특히, 곡선형 경사면(12b)의 곡률 반경이 실질적으로 1800mm 인 경우, 즉 1800mm이거나 1800mm에 가까운 경우 괴성체가 끊어지지 않고 연속으로 파쇄기에 장입될 수 있다.

여기서, 곡선형 경사면(12b)의 곡률 반경이 1700mm 미만인 경우, 곡선형 경사면(12b)이 급격하게 휘어지므로 파쇄기로 장입되는 괴성체에 응력이 크게 작용하여 괴성체의 중간부가 끊기는 문제점이 있다. 또한, 곡선형 경사면(12b)의 곡률 반경이 1900mm를 넘는 경우, 곡선형 경사면(12b)이 너무 완만해져서 직선에 가깝게 되므로 파쇄기로 괴성체가 장입되는 속도가 증가하여 파쇄기에 부하가 많이 걸린다.

가이드 슈트(10)의 밑변 길이(L)에 대한 가이드 슈트(10)의 높이(h)의 비는 1.0 내지 2.0으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 높이비로 가이드 슈트(10)를 제조함으로써 가이드 슈트(10)를 한 쌍의 롤과 파쇄기의 중간에 적절하게 배치할 수 있고, 상부로부터 가이드 슈트(10)로 유입되는 괴성체를 하부의 파쇄기에 연속으로 원활하게 공급할 수 있다.

이와 같은 구조의 가이드 슈트를 사용함으로써, 압착 성형한 괴성체를 파쇄기로 자연스럽게 유도하면서 파쇄기의 파쇄시에 미파쇄된 괴성체를 통해 전달되는 충격을 흡수하도록 하여 괴성체가 끊김없이 연속으로 배출되도록 한다. 이에 따라 괴성체의 끊김 발생시의 미성형분의 배출을 방지함으로써 파쇄기 등 후단 설비의 열부하를 감소시키고 설비의 안정화를 도모할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 괴성체 장치를 이용한 용철제조장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 괴성체 제조 장치(100)를 포함하는 용철제조장치(1000)의 개략적인 도면으로서, 괴성체를 용융가스화로(70)에 장입하여 용철을 제조하는 용철제조장치(1000)를 나타낸다.

도 4에 도시한 용철제조장치(1000)는 본 발명의 일 실시예에 따른 괴성체 제조 장치(100), 괴성체 제조 장치(100)로부터 배출되는 괴성체를 파쇄하는 파쇄기(50), 그리고 파쇄기(50)에서 파쇄한 괴성체를 장입하여 용융하는 용융가스화로(70)를 포함한다. 이외에 파쇄기(50)에서 파쇄한 괴성체를 임시 저장하기 위한 저장조(60)를 더 포함할 수 있다. 파쇄기(50) 및 용융가스화로(70)의 구조는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로 그 자세한 설명을 생략한다.

용융가스화로(70)에는 괴탄 및 성형탄에서 선택한 적어도 하나의 석탄을 공급한다. 일반적으로 괴탄은 생산지에서 채취한 입도 8mm 초과의 석탄을 그 예로 들 수 있으며, 성형탄은 생산지에서 채취한 입도 8mm 이하의 석탄을 분쇄하여 프레스로 성형한 석탄을 그 예로 들 수 있다.

이와 같은 종류의 석탄을 용융가스화로(70)에 장입하고 산소(O₂)를 공급하여 괴성체를 용융한 다음 출탕구로 배출한다. 이와 같은 방법으로 양호한 품질의 용철을 용이하게 제조할 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.

실험예

한 쌍의 롤로부터 압축되어 배출되는 괴성체를 파쇄기로 적절하게 안내하기 위한 가이드 슈트의 형상을 파악하기 위하여 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션은 I-DEAS 구조해석 소프트웨어를 통하여 실시하였으며, 괴성체와 유사한 형태가 되도록 표면을 음각한 판 형상을 길이 1300mm, 폭 94mm로 모델링하였다. 판 형상은 스트립형(strip type) 또는 포켓형(pocket type)이 되도록 음각하였다. 다음으로, 여기에 가이드 슈트에 의한 강제 변위를 적용하였으며 상부 배출 지점과 하부 파쇄 위치는 고정하였다. 즉, 가이드 슈트를 실제로 사용하지는 않았지만, 판이 가이드 슈트를 따라 진행하는 것과 동일한 상태에 놓이도록 강제 변위를 적용하여 판을 휘게 만든 상태로 시뮬레이션하였다. 기타 시뮬레이션 조건은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로 그 자세한 설명을 생략한다.

실험예 1

스트립형으로 음각한 판 형상에 가이드 슈트에 의한 강제 변위를 적용하여 판 형상을 2차원적으로 변화시켰다. 스트립형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 10°로 하여 경사지게 하고, 스트립형 판 하부의 곡률 반경이 1550mm가 되도록 휘게 만들어 스트립형 판의 압축부, 경사부 단부 및 곡면 중간부에서의 응력을 측 정하였다. 도 5의 좌측에는 본 발명의 실험예에 따른 스트립형 판의 응력 측정 지점을 나타내며, 도 5의 우측의 (A)는 본 발명의 실험예 1에 따른 스트립형 판의 각 지점의 평균 응력 분포를 나타낸다. 실험예 1에서 측정한 응력은 하기의 표 1에 나타낸다.

실험예 2

스트립형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 10°로 하여 경사지게 하고, 스트립형 판 하부의 곡률 반경이 1800mm가 되도록 휘게 만들어 스트립형 판의 압축부, 경사부 단부 및 곡면 중간부에서의 응력을 측정하였다. 도 5의 좌측에는 본 발명의 실험예에 따른 스트립형 판의 응력 측정 지점을 나타내며, 도 5의 우측의 (B)는 본 발명의 실험예 2에 따른 스트립형 판의 각 지점의 평균 응력 분포를 나타낸다. 실험예 2에서 측정한 응력은 하기의 표 1에 나타낸다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하다.

실험예 3

스트립형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 7°로 하여 경사지게 하고, 스트립형 판 하부의 곡률 반경이 1800mm가 되도록 휘게 만들어 스트립형 판의 압축부, 경사부 단부 및 곡면 중간부에서의 응력을 측정하였다. 도 5의 좌측에는 본 발명의 실험예에 따른 스트립형 판의 응력 측정 지점을 나타내며, 도 5의 우측의 (C)는 본 발명의 실험예 3에 따른 스트립형 판의 각 지점의 평균 응력 분포를 나타낸다. 실험예 3에서 측정한 응력은 하기의 표 1에 나타낸다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 1과 동일하다.

실험예 4

포켓형으로 음각한 판 형상에 가이드 슈트에 의한 강제 변위를 적용하여 판 형상을 2차원적으로 변화시켰다. 포켓형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 10°로 하여 경사지게 하고, 포켓형 판 하부의 곡률 반경이 1550mm가 되도록 휘게 만들어 포켓형 판의 압축부, 경사부 단부 및 곡면 중간부에서의 응력을 측정하였다. 도 6의 좌측에는 본 발명의 실험예에 따른 포켓형 판의 응력 측정 지점을 나타내며, 도 6의 우측의 (A)는 본 발명의 실험예 4에 따른 포켓형 판의 각 지점의 평균 응력 분포를 나타낸다. 실험예 4에서 측정한 응력은 하기의 표 1에 나타낸다.

실험예 5

포켓형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 10°로 하여 경사지게 하고, 포켓형 판 하부의 곡률 반경이 1800mm가 되도록 휘게 만들어 포켓형 판의 압축부, 경사부 단부 및 곡면 중간부에서의 응력을 측정하였다. 도 6의 좌측에는 본 발명의 실험예에 따른 포켓형 판의 응력 측정 지점을 나타내며, 도 6의 우측의 (B)는 본 발명의 실험예 5에 따른 포켓형 판의 각 지점의 평균 응력 분포를 나타낸다. 실험예 5에서 측정한 응력은 하기의 표 1에 나타낸다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 4와 동일하다.

실험예 6

포켓형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 7°로 하여 경사지게 하고, 포켓형 판 하부의 곡률 반경이 1800mm가 되도록 휘게 만들어 포켓형 판의 압축부, 경사부 단부 및 곡면 중간부에서의 응력을 측정하였다. 도 6의 좌측에는 본 발명의 실험예에 따른 포켓형 판의 응력 측정 지점을 나타내며, 도 6의 우측의 (C)는 본 발명의 실험예 6에 따른 포켓형 판의 각 지점의 평균 응력 분포를 나타낸다. 실험예 6에서 측정한 응력은 하기의 표 1에 나타낸다. 나머지 실험 조건은 전술한 실험예 4와 동일하다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 스트립형 판에 관한 본 발명의 실험예 3에서 압축부 지점의 응력은 316kg/mm², 경사부 단부 지점의 응력은 312kg/mm², 곡면 중간부 지점의 응력은 2011kg/mm²로서 실험예 1 및 실험예 2에서 측정된 응력보다 작았다. 이와 같은 실험예 1 내지 실험예 3을 통하여 실험예 3과 같이 스트립형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 7°로 하고, 스트립형 판 하부의 곡률 반경이 1800mm가 되도록 하면 스트립형 판에 작용하는 응력을 최소화할 수 있다.

한편, 포켓형 판에 관한 본 발명의 실험예 6에서 압축부 지점의 응력은 442kg/mm², 경사부 단부 지점의 응력은 446kg/mm², 곡면 중간부 지점의 응력은 2510kg/mm²로서 실험예 5 및 실험예 6에서 측정된 응력보다 작았다. 이와 같은 실험예 4 내지 실험예 6을 통하여, 실험예 6과 같이 포켓형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 7°로 하고, 포켓형 판 하부의 곡률 반경이 1800mm가 되도록 하면 포켓형 판에 작용하는 응력을 최소화할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실험예 7 및 실험예 8을 통하여 각각 본 발명의 실험예 3 및 실험예 6에서 2차원적으로 시뮬레이션한 스트립형 판 및 포켓형 판을 3차원적으로 시뮬레이션하여 좀더 정확한 응력을 측정하고자 하였다. 실험예 7 및 실험예 8의 실험 조건은 다음과 같다.

실험예 7

스트립형으로 음각한 판 형상에 가이드 슈트에 의한 강제 변위를 적용하여 판 형상을 3차원적으로 변화시켰다. 스트립형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 7°로 하여 경사지게 하고, 스트립형 판 하부의 곡률 반경이 1800mm가 되도록 휘게 만들어 스트립형 판의 압축부, 경사부 단부 및 곡면 중간부에서의 응력을 측정하였다. 도 7의 좌측에는 본 발명의 실험예에 따른 스트립형 판의 응력 측정 지점을 나타내며, 도 7의 우측에는 본 발명의 실험예 7에 따른 스트립형 판의 각 지점의 평균 응력 분포를 나타낸다. 실험예 7에서 측정한 응력은 하기의 표 2에 나타낸다.

실험예 8

포켓형으로 음각한 판 형상에 가이드 슈트에 의한 강제 변위를 적용하여 판 형상을 3차원적으로 변화시켰다. 포켓형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 7°로 하여 경사지게 하고, 포켓형 판 하부의 곡률 반경이 1800mm가 되도록 휘게 만들어 포켓형 판의 압축부, 경사부 단부 및 곡면 중간부에서의 응력을 측정하였다. 도 8의 좌측에는 본 발명의 실험예에 따른 포켓형 판의 응력 측정 지점을 나타내며, 도 8의 우측에는 본 발명의 실험예 8에 따른 포켓형 판의 각 지점의 평균 응력 분포를 나타낸다. 실험예 8에서 측정한 응력은 하기의 표 2에 나타낸다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 스트립형 판을 3차원적으로 시뮬레이션한 본 발명의 실험예 7에서 압축부 지점의 응력은 270kg/mm², 경사부 단부 지점의 응력은 303kg/mm², 곡면 중간부 지점의 응력은 2001kg/mm²이었다. 실험예 7을 통하여 스트립형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 7°로 하고, 스트립형 판 하부의 곡률 반경이 1800mm가 되도록 하면 스트립형 판에 작용하는 응력을 최소화할 수 있었다.

또한, 포켓형 판을 3차원적으로 시뮬레이션한 본 발명의 실험예 8에서 압축부 지점의 응력은 416kg/mm², 경사부 단부 지점의 응력은 425kg/mm², 곡면 중간부 지점의 응력은 2320kg/mm²이었다. 실험예 8을 통하여 포켓형 판 상부가 연직 방향과 이루는 각도를 7°로 하고, 포켓형 판 하부의 곡률 반경이 1800mm가 되도록 하면 포켓형 판에 작용하는 응력을 최소화할 수 있었다.

본 발명의 괴성체 제조 장치를 통하여 가이드 슈트의 안내면에 대하여 연직 방향에 대한 경사각 및 곡률 반경을 최적화함으로써 롤에서의 압착 성형에 따라 괴성체가 연속으로 배출되도록 하여 원활한 공정을 진행하는 동시에 끊김으로 인한 분발생량을 최소화할 수 있다. 또한, 파쇄기의 괴성체 파쇄에 따른 충격 흡수를 최소화하여, 분파쇄기 등 가이드 슈트 후단 장치의 열 부하를 최소화할 수 있는 이점이 있다.

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

상부로부터 장입되는 분환원철 함유 환원체를 압축하여 괴성체를 제조하는 한 쌍의 롤(roll),

상기 한 쌍의 롤로부터 배출되는 괴성체를 안내하는 가이드 슈트(guide chute), 및

상기 가이드 슈트로 안내되는 괴성체를 파쇄하는 파쇄기

를 포함하고,

상기 괴성체를 안내하는 상기 가이드 슈트의 안내면은 직선형 경사면 및 곡선형 경사면으로 형성된 괴성체 제조 장치.
제1항에서,

상기 한 쌍의 롤은 고정형 롤과 상기 고정형 롤에 대향하는 이동형 롤로 이루어지고, 상기 안내면의 상단부로부터 상기 고정형 롤의 중심까지의 거리는, 상기 고정형 롤의 반경과 상기 괴성체의 평균 두께의 반의 합 이상인 괴성체 제조 장치.
제2항에서,

상기 안내면의 상단부로부터 상기 고정형 롤의 중심까지의 거리는, 상기 고정형 롤의 반경과 상기 괴성체의 평균 두께의 합 이하인 괴성체 제조 장치.
제2항에서,

상기 안내면의 상단부는 상기 한 쌍의 롤 중 상기 고정형 롤에 더 가깝게 위치하는 괴성체 제조 장치.
제2항에서,

상기 안내면의 상단부는 상기 고정형 롤의 중심축 높이 이하 및 상기 고정형 롤의 최하단 표면 높이 이상으로 위치하는 괴성체 제조 장치.
제1항에서,

상기 안내면의 상부는 직선형 경사면으로 형성되고, 상기 안내면의 하부는 상기 직선형 경사면과 이어진 곡선형 경사면으로 형성되는 괴성체 제조 장치.
제6항에서,

상기 안내면 하부의 높이에 대한 상기 안내면 상부의 높이의 비는 5.0 내지 6.0인 괴성체 제조 장치.
제1항에서,

상기 직선형 경사면의 각도는 연직 방향에 대해 6°내지 8°인 괴성체 제조 장치.
제8항에서,

상기 직선형 경사면의 각도는 연직 방향에 대해 7°인 괴성체 제조 장치.
제1항에서,

상기 곡선형 경사면의 곡률 반경은 1700mm 내지 1900mm인 괴성체 제조 장치.
제10항에서,

상기 곡선형 경사면의 곡률 반경은 1800mm인 괴성체 제조 장치.
제1항에서,

상기 가이드 슈트의 밑변 길이에 대한 상기 가이드 슈트의 높이의 비는 1.0 내지 2.0인 괴성체 제조 장치.
제1항에서,

상기 환원체는 소성 부원료를 더 포함하는 괴성체 제조 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 괴성체 제조 장치,

상기 괴성체 제조 장치로부터 배출되는 괴성체를 파쇄하는 파쇄기, 및

상기 파쇄기에서 파쇄한 상기 괴성체를 장입하여 융용하는 용융가스화로

를 포함하는 용철제조장치.
제14항에서,

괴탄 및 성형탄 중 적어도 하나가 상기 융융가스화로에 공급되는 용철제조장치.