KR101171455B1 - 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 제철소 더스트 등 미립자를 많이 포함하는 산화금속 원료를 이용하여도 브리켓의 강도를 확보할 수 있는, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 방법은, 다량의 미립자를 함유하는 산화금속 원료(A)와 탄재(B)를 믹서(15)로 혼합하여 분상 혼합물(E)로 하는 혼합 공정과, 이 분상 혼합물(E)을 브리켓 머신(17)으로 압축 성형하여 성형물(F)로 하는 성형 공정과, 이 성형물(F)을 체(18)로 체상(G)과 체하(H)로 분급하고, 체상(G)을 제품 브리켓으로 하는 분급 공정과, 상기 성형물(F)의 일부를 리사이클 원료(J)로서 믹서(15) 또는 브리켓 머신(17)에 되돌리는 성형물 순환 공정을 포함한다.

Description

탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCTION OF CARBON COMPOSITE METAL OXIDE BRIQUETTE}
본 발명은, 제철소 더스트 등과 같이 다량의 미립자를 함유하는 산화금속 원료와, 미분탄 등의 탄재의 분상(粉狀) 혼합물을 브리켓 머신으로 가압 성형하여 탄재 내장 산화금속 브리켓을 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래의 환원철 제조 프로세스에는, 그 제조를 위한 환원제로서 비싼 천연 가스를 필요로 하는 것, 플랜트의 입지가 통상 천연 가스의 산지에 한정되는 것 등의 제약이 있다. 이 때문에, 최근, 상기 환원제로서 비교적 저렴하고, 또한 플랜트 입지의 지리적 제약도 완화되는 석탄을 이용한 환원철의 제조 프로세스가 주목받고 있다. 그리고, 이 석탄을 사용하는 방법으로서, 철광석과 석탄의 분상 혼합물을 괴성화(塊成化)한 탄재 내장 산화금속을 회전 노상로 내에 장입하고, 이 회전 노상로 내에서 가열하여 환원함으로써 환원철을 제조하는 방법이 다수 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1, 2 참조).
상기 철광석과 상기 석탄의 분상 혼합물의 괴성화에는, 펠릿타이저를 이용한 전동 과립화에 의한 구상 펠릿화, 기계적 압출에 의한 원통상 펠릿화, 브리켓 롤로 프레스하는 것에 의한 브리켓화 등이 있다.
그러나, 상기 전동 과립화에 의한 펠릿화에서는, 원료가 제철소 더스트 등 미립자를 많이 포함하는 것인 경우, 1) 과립화 속도가 저하되어 생산성이 감소하는 것, 2) 원료의 비표면적이 커지기 때문에 과립화에 필요한 수분이 많아져, 후단의 프로세스에서 수분의 건조에 필요한 열량이 증가하여 에너지 소비량이 증가하는 것, 3) 원료 입도가 변동되었을 때에 과립화가 불안정해져 생산량의 변동을 초래하기 쉬운 것 등의 문제가 있다.
또한, 상기 압출에 의한 펠릿화를 위해서는, 유동화한 원료를 사용할 필요가 있기 때문에, 통상은 전동 과립화 이상으로 원료 중에 많은 수분을 함유시켜야 하다. 이것은 후단의 프로세스에서 수분 건조에 필요한 에너지 소비량을 더욱 증가시켜 버린다.
한편, 상기 브리켓 롤에 의한 브리켓화에는, 예컨대 특허문헌 3에 기재된 것과 같은 쌍롤형 브리켓 머신(동 문헌 3에서는 믹서 및 성형기)을 이용할 수 있다. 이 쌍롤형 브리켓 머신은 모터로 회전 구동되는 가압롤과, 그의 상방으로부터 당해 가압롤에 원료를 공급하는 호퍼(hopper)를 구비하고, 이 호퍼 내에 원료 압입용의 스크류 공급기(screw feeder)가 설치된다.
이러한 쌍롤형 브리켓 머신을 이용하는 경우는, 당밀이나 리그닌 등의 액체 바인더를 사용하는 것이 가능하고, 건조한 원료를 그대로, 즉 수분을 첨가하는 일 없이 괴성화할 수 있다. 이것은 후단의 프로세스에서 수분 건조에 필요한 에너지 소비량의 대폭적인 절감을 가능하게 한다.
그러나 본 발명자의 검토에 의해, 제철소 더스트 등과 같이 미립자를 많이 포함하는 원료를 이용하여 쌍롤형 브리켓 머신으로 브리켓을 제조하는 경우에는 하기 (1) 내지 (3)에 나타내는 것과 같은 문제점이 존재하는 것이 밝혀졌다.
(1) 미립 원료는, 그 자신에게 작용하는 중력만으로 가압롤의 포켓(pocket) 내에 확실히 공급되는 것이 어렵기 때문에, 스크류 공급기로 가압롤에 강제적으로 보내질 필요가 있다. 따라서, 가압롤의 중심부에 비해 폭 단부(端部) 근방으로는 원료가 공급되기 어려워, 가압롤의 폭 방향으로 성형압의 분포가 생겨 버린다. 이것은 가압롤의 폭 단부 근방에서 성형되는 브리켓의 강도를 저하시킨다.
(2) 분류성(噴流性)이 높고 유분(油分)을 함유하는 전기로 더스트 등, 미끄러지기 쉬운 원료를 괴성화하는 경우는, 스크류 공급기에 의한 압입력이 스크류 공급기의 반경 방향 외측으로 빠져나가 버린다. 따라서, 원료가 가압롤에 공급되기 어려워, 브리켓 강도가 높아지기 어렵다.
(3) 브리켓 중 그의 표면에는 가압롤에 의한 강한 압축력이 부여되지만, 브리켓의 중심부까지 성형압이 전해지기 어렵다. 따라서, 브리켓 강도가 발현되기 어렵다.
상기 (1) 내지 (3)에 의한 브리켓 강도의 저하를 억제하기 위해서는, 원료가 가압롤의 포켓 내에 확실히 공급되도록 가압롤의 회전수를 극단적으로 저하시키면 좋지만, 이것은 브리켓 머신의 브리켓 제조 능력을 대폭 저하시켜 버린다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 2004-269978호 공보
특허문헌 2: 일본 특허공개 평9-192896호 공보
특허문헌 3: 일본 특허공개 평11-92833호 공보([0026], 도 1)
발명의 개시
본 발명은, 제철소 더스트 등과 같이 미립자를 많이 포함하는 산화금속 원료를 이용하여도 브리켓이 충분한 강도를 확보할 수 있는, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 방법은, 다량의 미립자를 함유하는 산화금속 원료와 탄재를 믹서로 혼합하여 분상 혼합물로 하는 혼합 공정과, 이 분상 혼합물을 브리켓 머신으로 압축 성형하여 성형물로 하는 성형 공정과, 이 성형물을 체로 체상(篩上)과 체하(篩下)로 분급하고, 상기 체상을 제품인 탄재 내장 산화금속 브리켓으로 하는 분급 공정과, 상기 성형물의 일부를 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌리는 성형물 순환 공정을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 방법은, 다량의 미립자를 함유하는 산화금속 원료와 탄재를 믹서로 혼합하여 분상 혼합물로 하는 혼합 공정과, 이 분상 혼합물을 제 1 브리켓 머신으로 압축 성형하여 제 1 성형물로 하는 제 1 성형 공정과, 이 제 1 성형물의 전부 또는 일부를 제 2 브리켓 머신으로 재차 압축 성형하여 제 2 성형물로 하는 제 2 성형 공정과, 이 제 2 성형물을 체로 체상과 체하로 분급하고, 상기 체상을 제품인 탄재 내장 산화금속 브리켓으로 하는 분급 공정을 포함하는 것이어도 좋다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법의 개략을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법의 개략을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법의 개략을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법의 개략을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법의 요부를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시형태에 따른, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법에 이용되는 롤러 스크린을 나타내는 사시도이다.
도 7은 상기 제 1 내지 제 5 실시형태에 따른 브리켓 머신의 개략 구성을 나타내는 종단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법의 개략을 나타내는 흐름도이다.
도 1에는, 원료 빈(1la, 1lb, 11c)과, 이들에 대응하는 공급기(12a, 12b, 12c)와, 믹서(15)와, 브리켓 머신(17)이 도시되어 있다. 상기 원료 빈(1la)으로부터는 상기 공급기(12a)를 통하여 미립자를 다량으로 함유하는 산화금속 원료로서의 전기로 더스트(A)가 꺼내지고, 상기 원료 빈(1lb)으로부터는 상기 공급기(12b)를 통하여 탄재로서의 미분탄(B)이 꺼내지고, 상기 원료 빈(11c)으로부터는 상기 공급기(12c)를 통하여 부원료로서의 CaO원인 소석회(C)가 꺼내진다. 또한, 탱크(13)로부터 펌프(14)로 액체 바인더로서의 당밀(D)이 소정 비율로 송출되고, 이들 A, B, C 및 D가 믹서(15)로 혼합되어 분상 혼합물(E)이 된다. 이 분상 혼합물(E)은 서지(surge) 호퍼(16)를 경유하여 상기 브리켓 머신(17)의 원료로서 호퍼(5)에 투입된다.
상기 브리켓 머신(17)은, 도 7에 나타내는 바와 같은 쌍롤형이며, 고정 회전롤(2) 및 가동 회전롤(3)로 이루어지는 가압롤(1)과, 상기 양 회전롤(2, 3)을 회전 구동시키는 모터(4)와, 상기 가압롤(1)의 상방에 배치되는 원료 공급용의 호퍼(5)와, 이 호퍼(5) 내에 설치되는 원료 압입용의 스크류 공급기(6)와, 호퍼(5) 내에서 회전하는 블레이드(8)와, 상기 가압롤(1)의 가동 회전롤(3)을 상기 고정 회전롤(2)에 밀어붙이기 위한 유압 실린더(7)를 구비한다. 이 브리켓 머신(17)의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않는다.
상기 호퍼(5)에 투입된 원료는, 당해 원료의 호퍼(5) 내벽면으로의 부착이 상기 블레이드(8)의 회전에 의해 방지되면서 상기 스크류 공급기(6)의 회전에 의해 가압롤(1)에 압입되고, 가압롤(1)을 구성하는 한 쌍의 회전롤(2, 3)의 각 표면에 설치된 복수의 포켓에 의해 아몬드형, 베개(pillow)형 등 소정 형상의 성형물(F)로 압축 형성된다.
이 성형물(F) 중 통상 5mm 이하의 것은 노 바닥에 부착물을 형성하는 등 회전 노상로의 원료로서 바람직하지 않기 때문에, 분상이나 소편의 브리켓은 제거될 필요가 있다. 그래서, 브리켓 머신(17)으로 성형된 성형물(F)은 소정 치수(예컨대 5mm)의 눈 크기를 갖는 체(18)로 체상(G)과 체하(H)로 분급되고, 체상(G)이 제품 브리켓으로서 회수된다.
상기 체하(H)는 리사이클 원료(J)로서 2기의 리사이클 원료 빈(19a, 19b)에 분배하여 일단 보관된다. 각각의 리사이클 원료 빈(19a, 19b)으로부터, 리사이클 원료(J)의 전부 또는 일부(J1)가 서지 호퍼(16)에 되돌려지고, 잔부(J2)가 믹서(15)에 되돌려져, 각각 신(新)원료(A+B+C)에 첨가된다. 리사이클 원료(J)의 전부가 서지 호퍼(16)에 되돌려지는 경우는, 당연히 믹서(15)에 되돌려지는 분량은 존재하지 않는다.
즉, 이 방법에서는, 체하(H)가 전량, 리사이클 원료(J)로서 계 내에서 순환 사용된다. 이것에 의해, 상기 특허문헌 3에 기재된 방법과 마찬가지로 높은 원료 이용률을 확보할 수 있다.
상기 믹서(15)에 되돌려진 리사이클 원료(J)의 잔부(J2)는 믹서(15) 내에서 신원료(A+B+C)와 혼합되었을 때에 상당 정도 해쇄되어 분상으로 되돌아가 버리지만, 서지 호퍼(16)에 되돌려진 리사이클 원료(J)의 일부(J1)는 믹서(15)로부터의 분상 혼합물(E)과 함께 단지 서지 호퍼(16) 내에 충전될 뿐이기 때문에, 당해 믹서(15)로 해쇄되는 일이 없다. 따라서, 괴상물은 그대로 브리켓 원료 중에 잔존하여 브리켓 머신(17)에 공급된다.
이와 같이, 리사이클 원료(J)의 전부 또는 일부(J1)가 분상 혼합물(E)에 첨가되면, 그 리사이클 원료(J) 중에 존재하는, 제품 브리켓(G)보다는 작지만 고밀도화된 괴상화물이, 브리켓 머신(17)에서의 성형시에 다음과 같은 작용 (a) 내지 (c)를 일으키고, 그 결과 제품 브리켓(G)의 강도를 상승시킨다.
(a) 고밀도화한 성형물의 첨가는 원료 전체의 평균 밀도를 높게 하여 그의 자중(自重)에 의한 공급을 용이하게 하고, 또한 스크류 공급기에 의한 압입 속도를 상승시킨다.
(b) 분류성이 높고 유분을 함유하는 전기로 더스트 등, 미끄러지기 쉬운 원료를 이용한 경우이더라도, 스크류 공급기의 압입력이 성형물을 통해서 원료 전체에 전해지기 쉬워진다.
(c) 가압롤에 의한 성형압이 성형물을 통해서 브리켓의 중심부까지 전해지기 쉬워진다.
통상, 제품 브리켓의 강도는 원료 성상이나 원료 입도 등이 변하는 것 등에 의해 변동되지만, 리사이클 원료(J)의, 서지 호퍼(16)와 믹서(15)로의 분배 비율을 조정함으로써 용이하게 제품 브리켓의 강도를 유지할 수 있다.
(제 1 실시형태의 변형예)
상기 브리켓 머신(17)에 되돌려지는 리사이클 원료(J1)는 체하(H)의 전부 또는 일부만으로 한정되지 않고, 체하(H)의 전부 또는 일부에 체상(제품 브리켓)(G)의 일부가 첨가된 것이어도 좋다. 이 첨가는 제품 브리켓의 생산 속도를 저하시키지만, 브리켓 머신(17)에 공급되는 괴상물의 비율을 증가시켜 제품 브리켓(G)의 강도를 더욱 높일 수 있다.
상기 믹서(15)와 상기 브리켓 머신(17) 사이의 서지 호퍼(16)는 생략 가능하다. 즉, 믹서(15)로부터의 분상 혼합물(E)과 리사이클 원료 빈(19)으로부터의 리사이클 원료(J)의 전부 또는 일부(J1)가 직접 브리켓 머신(17)에 공급되어도 좋다.
상기 서지 호퍼(16)와 상기 믹서(15)에 분배되는 리사이클 원료(J1과 J2)는 서로 동일한 입도 구성의 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 리사이클 원료(J)가 상기 체(18)보다도 체눈이 작은 별도의 체로 추가로 분급되고, 그 굵은 측의, 괴상물이 많이 포함되는 부분이 J1로서 서지 호퍼(16)에 분배되고, 그 가는 측의, 분말이 많이 포함되는 부분이 J2로서 믹서(15)에 분배되어도 좋다. 이 분배는, 리사이클 원료(J) 중의 괴상물 중 믹서(15)를 경유하여 해쇄되는 것의 비율을 줄여 보다 많은 건전한 괴상물을 브리켓 머신에 공급하는 것을 가능하게 하고, 이것에 의해 제품 브리켓의 강도 향상을 더욱 확실하게 한다.
또한, 체(18)로의 체상(G)과 체하(H)로의 분급 후, 체상(G)이 별도의 체에 의해 체상과 체하로 분급되고, 그 체상이 제품 브리켓이 되어도 좋다. 이 경우, RHF에 장입하기 직전에서의 추가적인 체가, 환원 성능이 낮은 소립 원료의 RHF로의 공급을 더욱 저감시킬 수 있다. 또한, 소립 원료를 브리켓 원료에 사용하는 것이, 제품 브리켓의 강도 향상을 더욱 확실하게 한다.
또한, 상기 브리켓 원료(분상 혼합물)(E)에 첨가되는 CaO원으로서, 상기 제 1 실시형태에서 이용되는 소석회(Ca(OH)2) 대신에 석회석(CaCO3)이나 생석회(CaO) 등이 이용되어도 좋다. CaO원을 첨가하는 경우, 그의 첨가량은 브리켓 원료(분상 혼합물)(E)에 대하여 CaO 환산으로 1질량% 이상 10질량% 이하로 하는 것이 권장된다.
일반적으로, 브리켓 제조용의 액체 바인더로서 당밀(폐당밀)을 사용하는 경우, 소석회 등의 CaO원도 동시에 첨가되는 경우가 많다(한편, 원료 중에 수분이 많은 경우에는 소석회 대신에 생석회를 이용하는 경우도 많다). 단, 이러한 당밀과 CaO원의 병용은 브리켓의 강도 향상이 목적이며, 브리켓 원료로의 CaO원의 첨가 비율은 통상 CaO 환산으로 1질량% 미만이다.
그러나, CaO원의 첨가는 그의 탈황 작용에 의해 회전 노상로로부터의 배기 가스 중의 SOx 함유량을 저감시키는 효과도 있고, 이러한 탈황 작용을 효과적으로 발휘시키기 위해 CaO원을 이용하는 경우는, 브리켓 원료에 대하여 CaO 환산으로 1% 이상의 첨가가 바람직하다. 한편, CaO원 중 소석회와 생석회는 매우 미분(微粉)의 원료이기 때문에, 이들을 다량으로 첨가하면 성형성이 악화되고 브리켓 강도가 저하된다. 또한, CaO원 중 소석회와 석회석은 회전 노상로에서 브리켓을 환원 처리할 때에 분해열을 필요로 하기 때문에, 이들을 다량으로 첨가하면 회전 노상로의 열부하가 증가하여 소비 에너지의 증대나 환원 금속의 생산성 저하를 초래해 버린다. 따라서, CaO원의 첨가는 브리켓 원료에 대하여 CaO 환산으로 10질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 CaO원의 첨가 범위는 브리켓 원료에 대하여 CaO 환산으로 2질량% 이상 5질량% 이하이다.
한편, 탈황의 필요성이 없는 경우는 CaO원의 첨가를 생략하여도 좋다.
도 2에, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 개략적인 제조 흐름을 나타낸다. 한편, 원료(A, B, C)로부터 성형물(F)을 성형하기까지의 공정은 상기 제 1 실시형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략하고, 상기 제 1 실시형태와 다른 부분에 대하여 상세히 설명을 한다.
브리켓 머신(17)으로 성형된 성형물(F)은, 스플리터(splitter)(20)로 두 종류(F1, F2)로 분배된다. 한쪽의 성형물(F1)은 체(18)로 체상(G)과 체하(H)로 분급되고, 체상(G)은 제품 브리켓으로서 회수된다. 다른 쪽의 성형물(F2)은 분급하는 일 없이 그대로 상기 체하(H)와 합쳐져 리사이클 원료(J)가 되고, 리사이클 원료 빈(19)을 경유하여 믹서(15)에 되돌려져, 신원료(A+B+C)에 첨가된다. 즉, 리사이클 원료(J)의 전량이 계 내에서 순환하여 사용되기 때문에, 상기 특허문헌 3에 기재된 방법 및 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 높은 원료 이용률을 확보할 수 있다.
또한, 믹서(15)에 되돌려진 리사이클 원료(J)는 믹서(15) 내에서 신원료(A+B+C)와 혼합되었을 때에 해쇄 작용을 받지만, 브리켓 머신(17)으로 성형된 성형물(F)을 단지 스플리터(20)로 나눈 것(F2)을 포함하기 때문에, 제품 브리켓(체상)(G)과 동등한 입경 및 고강도의 괴상물을 포함한다. 따라서, 이 리사이클 원료(J)는 상기 해쇄 작용을 받더라도 완전히 분상이 되는 일은 없고, 분상 혼합물(E) 중에 어느 정도의 크기를 갖는 괴상물이 잔존한 상태로 브리켓 머신(17)에 공급된다.
따라서, 상기 제 1 실시형태에서 기술한 것과 마찬가지의 작용 효과에 의해 브리켓의 강도가 상승한다.
(제 2 실시형태의 변형예)
상기 제 2 실시형태에서는, 리사이클 원료가 전량, 믹서(15)에 되돌려지지만, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 믹서(15)와 브리켓 머신(17) 사이에 서지 호퍼가 설치되어 이것에 상기 리사이클 원료(J)의 전부 또는 일부가 되돌려지고, 잔부가 믹서(15)에 되돌려져도 좋다. 또한, 상기 제 1 실시형태의 변형예에 대하여 기술한 바와 같이, 상기 서지 호퍼를 설치하는 일 없이 리사이클 원료(J)의 전부 또는 일부를 직접 브리켓 머신(17)에 되돌려도 좋다.
도 3에, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 개략적인 제조 흐름을 나타낸다. 이 제 3 실시형태에서는, 서로 직렬로 설치된 2기의 브리켓 머신이 채용된다.
신원료(A+B+C)는 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 믹서(115)로 혼합되어 분상 혼합물(E)이 되고, 추가로 제 1 브리켓 머신(117)으로 압축 성형되어 제 1 성형물(F1)이 생성되며, 이 제 1 성형물(F1)이 제 2 브리켓 머신(127)으로 재차 압축 성형된다. 이 제 2 성형물(F2)은 체(128)로 체상(G)과 체하(H)로 분급되고, 체상(G)은 제품 브리켓으로서 회수되며, 체하(H)는 제 2 브리켓 머신(127)에 되돌려진다.
이 제 3 실시형태에 있어서도, 제 1 브리켓 머신(117)으로 성형된 성형물(F1) 중의 괴상물이 제 2 브리켓 머신(127)에 공급되기 때문에, 상기 제 1 및 제 2 실시형태와 마찬가지의 작용 효과에 의해 고강도의 제품 브리켓(G)이 얻어진다.
제 1 브리켓 머신(117)과 제 2 브리켓 머신(127) 사이에 체눈이 체(128)보다 굵은 별도의 체(118)가 설치되어 그 체하의 일부 또는 전부가 믹서(115)에 되돌려져도 좋다. 이것에 의해, 믹서(115)의 해쇄 작용에 관계 없이 괴상물이 잔존하기 쉬워져 제 1 브리켓 머신(117)에도 괴상물이 공급되게 되므로, 성형물(F1)의 강도가 상승하고, 그 결과 제품 브리켓(G)의 강도도 더욱 상승할 것으로 기대된다.
(제 3 실시형태의 변형예)
상기 체(128)에 의한 체하(H)는 믹서(115)에 되돌려져도 좋다. 또한, 제 1 브리켓 머신(117)과 제 2 브리켓 머신(127) 사이에 설치되는 별도의 체(118)는 생략도 가능하다.
도 4에, 본 발명의 제 4 실시형태에 따른, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 개략적인 제조 흐름을 나타낸다.
이 제 4 실시형태에서는, 2기의 제 1 브리켓 머신(117)과 1기의 제 2 브리켓 머신(127)의 조합이 이용된다. 제 1 브리켓 머신(117)의 기수(基數)가 제 2 브리켓 머신(127)의 기수보다 많으면, 제 2 브리켓 머신(127)에 괴상물이 보다 많이 공급된다. 이것은 제품 브리켓(G)의 강도 상승 효과를 보다 확실하게 한다. 한편, 이 실시형태에서는, 각 제 1 브리켓 머신(117)마다 믹서(115) 및 체(118)가 설치되어 있다.
(제 4 실시형태의 변형예)
제 1 브리켓 머신(117)의 기수가 제 2 브리켓 머신(127)의 기수보다 많으면, 양 브리켓 머신(117, 127)의 구체적인 기수는 한정되지 않는다. 그의 기수는 브리켓 머신 1기 당의 제조 능력이나 제품 브리켓(G)의 필요 강도 등에 따라 적절히 조정되면 좋다.
상기 제 3 실시형태와 마찬가지로 체(128)에 의한 체하(H)는 믹서(15)에 되돌려져도 좋고, 제 1 브리켓 머신(117)과 제 2 브리켓 머신(127) 사이의 별도의 체(118)는 생략하는 것도 가능하다.
도 5에, 본 발명의 제5의 실시형태에 따른, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 개략적인 제조 흐름을 나타낸다.
이 제 5 실시형태에서는, 분급 공정을 위한 체(18)로서, 진동 스크린(21)과 롤러 스크린(22)의 조합이 이용된다. 이 조합이, 조밀(compact)한 구조로, 브리켓 머신에서의 압축 성형에 의해 생성된 성형물의 적합한 분급을 실현시킨다.
상기 진동 스크린(21)은, 예컨대 평판상의 체를 위한 망과, 이 망을 고속으로 진동시키는 액츄에이터를 구비하고, 상기 망 위에 세팅된 성형물을 제 1 차 분급함과 동시에 그의 진동으로 당해 성형물에 있어서의 버(burr)를 제거하는 기능을 갖는다. 이 진동 스크린(21)에는, 종래부터 주지의 것이 그대로 적용 가능하다. 이 진동 스크린(21)의 체 위에는 대직경의 성형물이 남고, 체 아래에는 소직경의 성형물 및 제거된 버가 떨어뜨려진다.
상기 롤러 스크린(22)에는 상기 진동 스크린(21)의 체 위의 성형물이 반입된다. 그 중에는, 당해 성형물 외에, 당해 성형물에 부착된 분말이나 당해 성형물의 반송시에 생긴 분말이 포함된다. 이 실시형태에 따른 롤러 스크린(22)은 오로지 그와 같은 분말을 제거하기 위한 제 2 차 분급을 행한다.
이 롤러 스크린(22)도 종래부터 주지의 것이 그대로 적용될 수 있는 것이다. 그의 구조예를 도 6에 나타낸다. 이 도면에 도시되는 롤러 스크린(22)은 복수개의 롤러(23)를 구비하고, 이들 롤러(23)가 그의 축 방향과 직교하는 방향으로 적당한 간격을 두고 배열되며, 그 위를 반입물(성형물(24)과 분말(26)의 혼합물)이 굴러간다. 롤러(23)끼리의 간격은 상기 진동 스크린(21)의 체 위에 남는 데 충분한 직경을 갖는 성형물(24)의 해당 직경보다도 작고, 또한 제거해야 할 분말(26)의 직경보다도 큰 치수로 설정된다.
이 롤러 스크린(22)의 체 위에 남는 성형물(24)은 상기 롤러(23) 위를 굴러간 후에 제품으로서 덕트(duct)(27)를 통하여 반출된다. 한편, 롤러(23)끼리의 간극으로부터 체 아래로 떨어뜨려진 분말(26)은 덕트(28)를 통하여 리사이클 원료로서 회수되고, 상기 각 실시형태와 마찬가지로 브리켓 머신(17) 또는 믹서(15)에 되돌려진다. 이것에 의해, 부착된 분말이 제거된 고품질의 브리켓의 제공과, 당해 분말의 재이용의 쌍방이 실현된다.
이 롤러 스크린(22)에는, 상기 진동 스크린(21)으로 이미 소직경의 성형물이 체질되어 떨어뜨려진 후의 대직경의 성형물만이 반입되기 때문에, 그 대직경의 성형물과 극히 소직경의 분말(26)의 분급을 할 수 있으면 좋고, 따라서 롤러(23)끼리의 간격 설정은 극히 용이하다. 또한, 이 간격을 작게 설정함으로써 롤러 스크린(22) 전체의 소형화도 도모할 수 있다.
이 롤러 스크린(22)은, 진동 스크린(21)과 비교하여, 성형물의 표면에 부착된 분말을 제거하는 수단으로서 보다 유효하다. 상기 진동 스크린(21)에서는, 예컨대 평판상의 체 표면에 성형물이 얹어질 뿐이기 때문에, 이 성형물이 체와 접촉하는 면은 하면뿐이며, 체 위에서 성형물이 굴러가는 일도 적다. 또한, 성형물로부터 분말이 이탈하여도 이 분말이 상기 망눈 이외의 망 위에 남아서 체 아래로 떨어지지 않을 가능성도 있다. 이에 반하여 상기 롤러 스크린(22)에서는, 성형물이 상기 복수의 롤러(23) 위를 굴러갈 때에 당해 성형물 표면의 분말이 벗겨지기 쉽다. 그리고, 일단 벗겨진 분말은 롤러(23)를 넘어갈 수 없기 때문에 당해 분말은 확실히 체 아래로 떨어뜨려진다.
또한, 이 롤러 스크린(22)은 상기 진동 스크린(21)과 달리, 성형물에 충격을 주기 어렵기 때문에, 제품으로서의 성형물에 금이 생기게 하는 등의 우려가 낮다.
따라서, 이 롤러 스크린(22)이 진동 스크린(21)의 하류측에 설치되는 것은 품질 향상의 점에서도 바람직하다.
그 한편으로, 당해 롤러 스크린(22)의 상류측에 설치되는 진동 스크린(21)도, 반입되는 성형물의 버를 제거함으로써 품질 향상에 기여할 수 있음과 동시에, 당해 롤러 스크린(22)의 상류측에서 제 1 차 분급을 행함으로써 상기와 같이 롤러 스크린(22)의 설계 용이화 및 소형화에 기여할 수 있다.
따라서, 상류측에 배치되는 진동 스크린(21)과 하류측에 배치되는 롤러 스크린(22)의 조합이, 조밀한 구조로 고품질의 브리켓을 제공하는 것을 가능하게 한다.
(상기 각 실시형태에 공통인 변형예)
미립자를 다량으로 함유하는 산화금속 원료로서는, 상기 전기로 더스트 외에 용광로 더스트, 전로 더스트, 밀 스케일(mill scale) 등의 다른 제철소 더스트는 물론이고, 펠릿 공급물 등의 미립 철광석이나, 산화니켈, 산화크로뮴, 산화망간, 산화타이타늄 등의 비철산화물을 함유하는 미립 광석에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 탄재로서는, 상기 석탄(미분탄) 외에 코크스, 오일 코크스, 목탄, 목재칩, 폐플라스틱, 헌 타이어 등을 사용할 수도 있다.
또한, 액체 바인더는 상기 당밀 외에 리그닌 등을 사용하여도 좋다.
1) 브리켓용 배합 원료의 제조
우선, 브리켓용 배합 원료가 제조된다. 신원료로서, 하기 표 1에 나타내는 평균 입경 및 화학 성분을 갖는 탄재(석탄)와 산화금속 원료(철광석, 전기로 더스트)가 이용된다. 이들 신원료만을 이용하여 제조된 브리켓의 체하가 리사이클 원료로서 별도 회수된다. 이들 원료가 하기 표 2에 나타내는 배합 조건으로 배합되고, 이것에, 액체 바인더로서의 폐당밀이, 리사이클 원료를 제외한 신원료에 대하여 외수(外數)로 4질량% 첨가되어 믹서로 혼합됨으로써 브리켓용 배합 원료가 생성된다.
표 2의 원료 No. 5에서는 리사이클 원료만이 사용되고, 새로운 폐당밀의 첨가는 행해지고 있지 않다. 또한, 표 2의 원료 No. 2 ,4, 5 및 6에 배합된 각 리사 이클 원료로서는, 각 원료 No.에서의 신원료만을 배합하여 미리 제조한 브리켓의 체하(5mm 이하)가 이용되고 있다.
여기에, 석탄과 철광석은 건조기로 사전에 건조되고, 함유 수분량은 0.1질량% 미만이지만, 전기로 더스트(A, B)는 건조 분말 상태이었기 때문에 건조 처리되어 있지 않다. 폐당밀에는 다량의 수분이 포함되어 있고, 그의 수분 함유량은 대폭 변동되기 때문에, 제조된 브리켓의 수분 함유량에는 건조 분말 기준으로 1 내지 2질량% 정도 범위의 변동이 있다.
Figure 112009080124659-pct00001
Figure 112009080124659-pct00002
2) 브리켓 제조 시험
상기의 각 배합 원료를 이용하여 브리켓을 제조하는 시험이 행해진다.
이 시험에서는, 도 7에 도시되는 브리켓 머신이 이용된다. 이 브리켓 머신은 회전롤을 구비하고, 이 회전롤의 롤 직경은 520mm, 롤 폭은 200mm, 포켓 치수는 길이 30mm×폭 25mm×깊이 7mm이다. 이 브리켓 머신에 의해 체적 약 10cm3의 브리켓이 제조된다.
브리켓의 압궤(壓潰) 강도는 ISO4700에 준거하여 측정된다. 구체적으로는, 10개의 브리켓에 대하여, 각 브리켓을 옆으로 뉜 상태로 그의 두께 방향으로 압축 하중을 걸어 브리켓이 파괴되었을 때의 최소 하중이 측정되고, 그 10개의 평균치가 채용된다. 압축 강도의 단위인 「kgf」는 9.80665N에 상당한다.
브리켓의 낙하 강도는 10개의 브리켓에 대하여 45cm의 높이로부터 브리켓을 철판 상에 낙하시키고, 브리켓이 깨질 때까지 그 낙하를 반복한 회수의 평균치이다.
이상의 측정 결과를 하기 표 3에 나타낸다.
Figure 112009080124659-pct00003
표 3에 의하면, 산화철 금속 원료로서 철광석을 사용한 배합 원료 No. 1에서는, 브리켓의 강도(낙하 강도, 압궤 강도 모두)가 높을 뿐만 아니라, 높은 생산 속도가 얻어지는 것을 알 수 있다. 이것은, 철광석의 평균 입경이 크기 때문에 미립 원료를 사용한 경우와 같은 문제점이 발생하지 않기 때문이라고 생각된다.
산화철 금속 원료로서 전기로 더스트를 사용한 배합 원료 No. 2 내지 5에서는, 전기로 더스트의 평균 입경이 상기 철광석과 비교하여 대폭 작고, 배합 원료 No. 1과 비교하여 브리켓 강도, 생산 속도 모두 낮아져 있다. 배합 원료 No. 2와 4의 결과를 비교하면, 서로 평균 입경이 동일한 정도이고 리사이클 원료의 첨가 비율도 동일함에도 불구하고, 배합 원료 No. 4 쪽이 생산 속도는 낮다. 구체적으로, 배합 원료(4)에 관해서는, 생산 속도를 배합 원료 No. 2와 동일한 정도인 2.5t/h로 높이면, 브리켓 강도가 저하되어 브리켓을 제조할 수 없기 때문에, 생산 속도가 1.6t/h까지 억제되어 있다. 이것은, 양자의 전기로 더스트의 입도 및 화학 성분은 비슷하지만, 배합 원료 No. 4는 배합 원료 No. 2와 비교하여 유분의 함유량이 많기 때문에, 브리켓 머신 위의 호퍼 내에 설치된 스크류 공급기에 의한 압입력이 저하되어, 브리켓의 생산 속도를 저하시키지 않으면 어느 정도의 강도를 갖는 브리켓을 제조할 수 없었기 때문이라고 생각된다.
배합 원료 No. 3 내지 5는 리사이클 원료의 첨가 비율을 변경한 예이다. 리사이클 원료의 첨가 비율을 증가시키면, 브리켓의 강도(낙하 강도, 압궤 강도 모두), 생산량 모두 상승하는 것을 알 수 있다.
또한, 배합 원료 No. 6은 배합 원료(4)에 대하여 소석회 첨가의 효과를 확인하기 위한 것이다. 미분 원료인 소석회를, 통상 바인더로서 사용하는 경우(1질량% 미만)보다 다량(4질량%)으로 첨가했음에도 불구하고, 리사이클 원료를 병용함으로써 브리켓의 강도(낙하 강도, 압궤 강도 모두)의 저하를 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 본 실시예에서는, 시험 설비의 구성상 제약으로 리사이클 원료를 신원료와 함께 믹서로 혼합했기 때문에 리사이클 원료 중의 괴상물이 상당 정도 해쇄될 가능성이 있음에도 불구하고, 리사이클 원료의 첨가에 의해 브리켓의 강도가 상승하는 경향이 확인되었다. 이것은, 본 발명의 적용이, 미립자를 함유하는 원료를 이용하면서도 생산성을 저하시키는 일 없이 제품 브리켓의 강도를 상승시키는 것을 가능하게 하는 것을 입증하는 것이다.
이상과 같이, 본 발명은 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은, 다량의 미립자를 함유하는 산화금속 원료와 탄재를 믹서로 혼합하여 분상 혼합물로 하는 혼합 공정과, 이 분상 혼합물을 브리켓 머신으로 압축 성형하여 성형물로 하는 성형 공정과, 이 성형물을 체로 체상과 체하로 분급하고, 상기 체상을 제품인 탄재 내장 산화금속 브리켓으로 하는 분급 공정과, 상기 성형물의 일부를 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌리는 성형물 순환 공정을 포함한다.
이 방법에서는, 이미 브리켓 머신으로 압축 성형된 성형물의 전부 또는 일부가 리사이클 원료로서 신원료에 첨가되고, 재차 브리켓 머신으로 압축 성형된다. 이것은 다음과 같은 작용이 생기게 한다.
(1) 고밀도화한 성형물의 첨가에 의해 원료 전체의 평균 밀도가 높아져, 자중에 의한 공급이 용이해진다.
(2) 분류성이 높고 유분을 함유하는 전기로 더스트 등, 미끄러지기 쉬운 원료를 이용한 경우이더라도, 스크류 공급기 등에 의한 압입력이 성형물을 통해서 원료 전체에 전해지기 쉬워지고, 그의 압입 속도도 상승한다.
(3) 가압롤에 의한 성형압이 성형물을 통해서 브리켓의 중심부까지 전해지기 쉬워진다.
그리고, 이들 작용에 의해 브리켓의 강도가 상승한다.
이 방법에 있어서, 상기 성형물 순환 공정에서는, 상기 체하의 전부 또는 일부가 상기 리사이클 원료로서 상기 브리켓 머신에 되돌려져도 좋고, 상기 체하의 일부가 상기 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌려져도 좋다. 또는, 상기 체하의 전부 또는 일부와 상기 체상의 일부의 합계가 상기 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌려져도 좋고, 상기 분급 전의 상기 성형물의 일부와 상기 체하의 전부 또는 일부의 합계가 상기 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌려져도 좋다.
또한 본 발명에 따른 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법은, 다량의 미립자를 함유하는 산화금속 원료와 탄재를 믹서로 혼합하여 분상 혼합물로 하는 혼합 공정과, 이 분상 혼합물을 제 1 브리켓 머신으로 압축 성형하여 제 1 성형물로 하는 제 1 성형 공정과, 이 제 1 성형물의 전부 또는 일부를 제 2 브리켓 머신으로 재차 압축 성형하여 제 2 성형물로 하는 제 2 성형 공정과, 이 제 2 성형물을 체로 체상과 체하로 분급하고, 상기 체상을 제품인 탄재 내장 산화금속 브리켓으로 하는 분급 공정을 포함하는 것이어도 좋다.
이 방법에 있어서, 상기 제 1 브리켓 머신이 서로 병렬로 설치된 복수기의 브리켓 머신으로 이루어지고, 그의 기수가 상기 제 2 브리켓 머신을 구성하는 브리켓 머신의 기수보다 많으면, 제 2 브리켓 머신에 괴상물이 보다 많이 공급되기 때문에 제품 브리켓의 강도 상승 효과가 보다 확실해진다.
또한, 본 발명에 따른 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법은, 다량의 미립자를 함유하는 산화금속 원료와 탄재를 믹서로 혼합하여 분상 혼합물로 하는 혼합 공정과, 이 분상 혼합물을 브리켓 머신으로 압축 성형하여 성형물로 하는 성형 공정과, 이 성형물을 진동 스크린으로 체상과 체하로 분급하고, 그 체상을 복수의 롤러를 포함하는 롤러 스크린으로 체상과 체하로 추가로 분급하고, 이 롤러 스크린의 체상을 제품인 탄재 내장 산화금속 브리켓으로 하는 분급 공정과, 상기 롤러 스크린의 체하를 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌리는 성형물 순환 공정을 포함하는 것이어도 좋다.
이 방법에서는, 분급 공정에 있어서 상류측에 설치되는 진동 스크린과 하류측에 설치되는 롤러 스크린의 조합이, 조밀한 구조로, 브리켓 머신에서의 압축 성형에 의해 생성된 성형물의 바람직한 분급을 행하는 것을 가능하게 한다.
구체적으로, 상기 진동 스크린에서는, 상기 성형물에 진동을 주면서 그의 분급이 행해지기 때문에, 당해 성형물에 형성된 버가 제거되고, 이 버가 소직경의 성형물과 함께 체 아래로 체질되어 떨어뜨려지는 한편, 대직경의 성형물 및 이 성형물의 표면에 부착된 분말이 체 위에 남겨진다. 그리고, 이 체 위의 성형물 및 이것에 부착되는 분말이 하류측의 롤러 스크린으로 체질되어 나누어지고, 상기 분말이 제거된 후의 고품질의 성형물이 제품으로서 제공된다. 나아가 롤러에 의한 체는 진동에 의한 체와 비교하여 성형물의 분말화를 억제할 수 있다.
상기 롤러 스크린에서는, 상기 진동 스크린으로부터 공급되는 성형물에 혼재하는 분말이 체하로 분급되고 상기 성형물이 체상으로 분급되도록 롤러 사이의 간극 치수가 설정되는 것이 바람직하다.
상기 각 방법에 있어서, 상기 혼합 공정에서는, 추가로, 상기 분상 혼합물에 대하여 CaO원이 CaO 환산으로 1질량% 이상 10질량% 이하 첨가되는 것이 보다 바람직하다.

Claims (11)

  1. 탄재 내장 산화금속 브리켓을 제조하기 위한 방법으로서,
    평균 입경 50μm 이하의 다량의 미립자를 함유하는 산화금속 원료와 탄재를 믹서로 혼합하여 분상(粉狀) 혼합물로 하는 혼합 공정과,
    이 분상 혼합물을 브리켓 머신으로 압축 성형하여 성형물로 하는 성형 공정과,
    이 성형물을 체로 체상(篩上)과 체하(篩下)로 분급하고, 상기 체상을 제품인 탄재 내장 산화금속 브리켓으로 하는 분급 공정과,
    상기 성형물의 일부를 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌리는 성형물 순환 공정을 포함하는,
    탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형물 순환 공정에서는, 상기 체하의 전부 또는 일부가 상기 리사이클 원료로서 상기 브리켓 머신에 되돌려지는, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형물 순환 공정에서는, 상기 체상의 일부가 상기 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌려지는, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형물 순환 공정에서는, 상기 체하의 전부 또는 일부와 상기 체상의 일부의 합계가 상기 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌려지는, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형물 순환 공정은, 상기 분급 전의 상기 성형물의 일부와 상기 체하의 전부 또는 일부의 합계가 상기 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌려지는, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 분급 공정은, 상기 성형물을 체로 체상과 체하로 분급한 후, 상기 체상을 체로 체상과 체하로 추가로 분급하고, 그 체상을 제품인 탄재 내장 산화금속 브리켓으로 하는, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법.
  7. 탄재 내장 산화금속 브리켓을 제조하기 위한 방법으로서,
    평균 입경 50μm 이하의 다량의 미립자를 함유하는 산화금속 원료와 탄재를 믹서로 혼합하여 분상 혼합물로 하는 혼합 공정과,
    이 분상 혼합물을 제 1 브리켓 머신으로 압축 성형하여 제 1 성형물로 하는 제 1 성형 공정과,
    이 제 1 성형물의 전부 또는 일부를 제 2 브리켓 머신으로 재차 압축 성형하여 제 2 성형물로 하는 제 2 성형 공정과,
    이 제 2 성형물을 체로 체상과 체하로 분급하고, 상기 체상을 제품인 탄재 내장 산화금속 브리켓으로 하는 분급 공정을 포함하는,
    탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 브리켓 머신이, 서로 병렬로 설치된 복수기의 브리켓 머신으로 이루어지고, 그의 기수(基數)가 상기 제 2 브리켓 머신을 구성하는 브리켓 머신의 기수보다 많은, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법.
  9. 탄재 내장 산화금속 브리켓을 제조하기 위한 방법으로서,
    다량의 미립자를 함유하는 산화금속 원료와 탄재를 믹서로 혼합하여 분상 혼합물로 하는 혼합 공정과,
    이 분상 혼합물을 브리켓 머신으로 압축 성형하여 성형물로 하는 성형 공정과,
    이 성형물을 진동 스크린으로 체상과 체하로 분급하고, 그 체상을 복수의 롤 러를 포함하는 롤러 스크린으로 체상과 체하로 추가로 분급하고, 이 롤러 스크린의 체상을 제품인 탄재 내장 산화금속 브리켓으로 하는 분급 공정과,
    상기 롤러 스크린의 체하를 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌리는 성형물 순환 공정을 포함하는,
    탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 롤러 스크린에서는, 상기 진동 스크린으로 상기 성형물로부터 제거된 버(burr)에 의한 분말 및 당해 성형물에 부착된 분말이 체하로 분급되고 상기 성형물이 체상으로 분급되도록 롤러 사이의 간극 치수가 설정되는, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 공정에서, 추가로, 상기 분상 혼합물에 대하여 CaO원이 CaO 환산으로 1질량% 이상 10질량% 이하 첨가되는, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법.
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