KR101178362B1 - 미세 그린 응집체의 생산 방법 및 장치 - Google Patents

미세 그린 응집체의 생산 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

미분(fines), 용제(fluxes)와 경우에 따라 결합제(binder)를 포함하는 그린 응집체(green agglomerates)를 포함하는 광석의 생산방법에 있어서, 이 그린 응집체는 코크스(coke)와 같은 세립(fine grain) 탄소를 함유하는 가연물(combustilbe)로 외부 코팅이 되어 있다. 이 과정에서 광석은 용제 및 경우에 따라 결합제와 혼합되어 펠릿화(pelletizing)되고, 이때 형성된 그린 응집체는 응집 드럼(agglomeration drum) 뿐 아니라 공정 설비 속에 첨가된 가연물로 코팅된다.
일정한 품질의 그린 응집체를 연속적으로 생산하기 위해, 혼합물은 응집 드럼(7)에서 펠릿화되고, 응집 드럼(7)의 종방향 확장부 영역(11)에서 가연물이 첨가되며, 응집 드럼(7)에서 형성된 그린 응집체는 이후의 공정에 적합한 적당한 크기를 가지게 된다. (도 1)
Figure 112006003104952-pct00001
그린 응집체(green agglomerates), 펠릿화(pelletizing), 응집 드럼(agglomeratioon drum), 가연물 공급수단(charging means for the combustilbe), 응집기(agglomerator)

Description

미세 그린 응집체의 생산 방법 및 장치 {PROCESS AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF FINE GREEN AGGLOMERATES}
본 발명은 미분(fines), 용제(fluxes)와 경우에 따라 결합제(binder)를 함유하는 그린 응집체(green agglomerates)를 포함하는 광석의 생산방법에 관한 것으로서, 이 그린 응집체는 코크스(coke)와 같은 세립(fine grain) 탄소와 경우에 따라 결합제를 함유하는 가연물(combustible)로 형성된 외부 코팅을 가지고 있다. 상기 광석은 용제 및 경우에 따라 결합제와 혼합되어 펠릿화(pelletizing)되고, 이때 형성된 그린 응집체는 응집 드럼(agglomeration drum) 뿐 아니라 공정 설비 속에 첨가된 가연물로 코팅된다.
이러한 종류의 방법은 이미 EP A2 0 271 863에 소개되어 있다. 이 문헌에 따르면 소정량의 미분, 용제 및 결합제를 갖는 광석은 펠릿타이징 디스크 (pelletizing disk)를 통해 펠릿화되고 이때 형성된 그린 응집체는 그 후 낙하 드럼(tumble drum)으로 이동되어, 이곳에서 코크스 가루(coke breeze)로 코팅된다.
상기 방법은 펠릿타이징 디스크가 제한된 용량을 가지고 있다는 단점이 있다. 즉 비교적 큰 규모의 설비를 설치하기 위해서는 다수의 펠릿타이징 디스크가 필요하지만, 펠릿타이징 디스크에서 만들어진 그린 응집체를 코팅하기 위해서는 하나의 응집 드럼만으로도 충분하다. 여러 개의 펠릿타이징 디스크의 각각과 하나의 응집 드럼을 연결시키는 운반수단이 필요하기 때문에 펠릿타이징 디스크와 응집 드럼간의 운반수단은 복잡할 수밖에 없다. 이러한 유형의 운반수단은 이미 형성된 그린 응집체의 일부를 훼손시킬 수 있다. 더욱이 이러한 방법은 연속적으로 이루어지기도 힘들며, 오히려 펠릿타이징 디스크의 장전 정도 및 이에 따른 펠릿화 작업의 진행방식에 따라 응집 드럼에서 단위시간당 불규칙적인 산출량이 발생한다. 더 큰 단점은, 서로 다른 수분함유량을 가진 광석의 종류, 입도 분포(grain-size distributions)에 따라 이를 각각 재조정하는 것이 매우 복잡하다는 것이다. 왜냐하면, 펠릿타이징 디스크에서 그린 응집체가 형성되는 시간이 변하기 때문이다.
본 발명의 목적은 상기 언급한 종래 기술의 문제점을 해결하여 그린 응집체를 균일하게 연속적으로 생산하는 방법 및 장치를 제안하는 데 있다. 또한 본 발명을 이용하면 기존의 복잡한 설비 없이도 단위시간당 많은 산출량을 얻을 수 있고, 서로 다른 조성 및 용제에 의해 발생되는 여러 가지 작동 모드에 대한 재조정 작업을 매우 간단한 방법으로 수행할 수 있다.
응집 드럼에서 혼합물을 펠릿화하고, 응집 드럼의 종방향 확장부 영역에 가연물을 첨가함으로써, 초기에 설명한 생산방법으로 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 응집 드럼에서 형성된 그린 응집체는 이후의 공정에 적합한 적당한 크기를 가지게 된다.
상기의 과정에서는 혼합이 강력하게 이루어지는 것이 바람직한데, 혼합은 스쿠핑(scooping)에 의해, 바람직하게는 수평 또는 수직 샤프트 믹서(shaft mixer)를 이용하여 혼합과정이 수행된다면 훨씬 더 도움이 된다.
본 발명의 특징은 각기 다른 작동모드, 광석, 광석의 조성 등에 따른 공정의 조정이 매우 간단하게 이루어진다는 점에 있다. 왜냐하면 그린 응집체의 성질과 크기에 따라 응집 드럼으로 가연물을 첨가할 수 있는 영역을 응집 드럼의 전 영역에 걸쳐 변경할 수 있기 때문이다.
미분, 용제와 경우에 따라 결합제를 함유하는 그린 응집체는 코크스와 같은 세립 탄소를 함유하는 가연물로 형성된 외부 코팅을 가지고 있다. 이러한 그린 응집체를 포함하는 광석의 생산설비는 광석, 용제와 경우에 따라 결합제의 혼합을 위한 혼합기와 그 아래쪽에 배열된 펠릿화 장치를 포함한다. 펠릿화 장치는, 종방향 확장부 영역에 가연물의 공급수단을 구비한 응집 드럼으로서 설계된다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 응집 드럼 내부로 가연물을 공급하는 종방향 확장부 영역을 변화시킴으로써, 공급수단을 변경할 수 있는 특징이 있다.
바람직하게는, 가연물 공급수단은 응집 드럼 내부로 돌출된 컨베이어 벨트(conveyor belt)로서 설계된다. 컨베이어 벨트의 속도 또는 응집 드럼의 종방향 확장부에 대한 컨베이어 벨트의 위치는 적절하게 변화가능하며, 이를 통해 컨베이어 벨트의 배출 영역이 변화될 수 있다.
응집 드럼 내부로 돌출된 컨베이어 나사(conveying screws) 또는 드래그링크 컨베이어(drag-link conveyors)도, 바람직하기로는 응집 드럼의 종방향으로 움직일 수 있는 가연물 공급수단으로서 제공될 수 있다.
재료들을 충분히 혼합하여 양질의 그린 응집체를 형성하기 위해서는, 혼합기는 수평 또는 수직 방향의 샤프트에 날(blades)이 부착된 수평 또는 수직 샤프트 믹서로서 설계되는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에서, 혼합기는 응집 드럼과 일체형으로 만들어지므로 광석, 용제와 경우에 따라 결합제가 혼합된 후, 혼합물은 곧바로 응집 드럼으로 직접 이동된다. 따라서 혼합기로부터 응집 드럼으로의 별도의 운반수단은 불필요하다.
만약 응집 드럼 내부로 가연물을 공급하는 공급수단의 위치가 응집 드럼의 종방향 확장부의 1/3 에서 4/4, 바람직하게는 1/2에서 2/3 범위에 놓인다면, 공정을 수행하는데 있어서 상당히 편리하다.
도 1 내지 도 4는 몇 개의 대표적인 실시양태을 표현한 것이며, 이하 이들 도면을 참조하여 몇 가지 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 광석과 용제(그 속에는 코크스와 같은 가연물이 용제로서 포함될 수 있다)가 나란히 정렬해 있는 벙커(1)로부터 공급되어 컨베이어 벨트(2)와 같은 운반수단에 의해 혼합기(3)로 이동된다. 혼합기(3)는 후에 기술할 고성능 혼합기로 설계되는 것이 바람직하다.
혼합기(3) 내부로 물질들이 투입됨과 동시에 소성 석회(burnt lime)와 같은 결합제가 공급라인(4)을 통해 부가적으로 첨가된다. 후속적으로 이루어지는 혼합과정과 응집과정의 최적화를 위해 소정량의 물이 공급라인(5)을 통해 혼합기(3)로 보충되고 이를 통해 혼합기 속의 물질은 특정한 최적 수분 함유량을 가지게 된다.
혼합기(3)에서 배출된 혼합물은 컨베이어 벨트(6)와 같은 운반수단을 통해 응집 드럼(7)에 도달하게 되고, 이곳에서 과립화(granulation)되며, 공급라인(8)에서 물을 보충하여 최종적으로 요구되는 수분 함유량을 가지게 된다. 그린 응집체가 점진적으로 형성되어 최종적으로 2 mm 에서 8 mm 사이의 적당한 크기로 형성되는 동안, 재료가 응집 드럼(7)의 입력단으로부터 들어와 반대쪽의 출력단으로 나아가고, 이후 추가 공정을 위해 운반된다. 추가 공정은 바람직하기로는 벨트타입의 소결 장치에서의 소결화 공정(sintering)을 포함할 수 있다.
상기 설명한 예에서, 응집 드럼(7)은 수평방향으로 배열되어 있다. 하지만 배출용량을 향상시키기 위해 약간 기울어진 형태로 배열하는 것도 가능하며, 만약 혼합기(3)가 드럼형태의 혼합기이거나 고성능 혼합기로 설계되었다면 혼합기(3)도 경사지게 배열할 수 있다.
입자 크기가 약 2 mm 에서 8 mm 인 최적의 그린 응집체, 특히 최대 입자 크기를 갖는 그린 응집체의 제조를 위해 그린 응집체(그린 펠릿(green pellets)이라고도 한다)는 최적 사이즈에 도달하자마자 미세 가연물(바람직하기로는 코크스 가루가 좋다)에 의해 코팅된다. 본 발명에 따르면, 위 작업은 응집 드럼(7) 내부에서 이루어지며, 가연물 공급수단(9)은 응집 드럼(7)의 종방향 확장부의 특정 위치에 놓여 있게 된다. 가연물 공급수단(9)은 컨베이어 벨트로서 설계하는 것이 바람직하며, 응집 드럼(7) 내부의 가연물 배출위치(10)는 가연물이 그린 응집체에 첨가되는 영역(11)을 결정한다. 컨베이어 벨트(9) 상으로의 가연물 공급은 벙커(bunker)(12), 계량 벨트(weighing belt)(13), 투하수단(feed chute)(14)에 의해 이루어진다. 가연물에는 소성 석회, 수화 석회(hydrate lime), 유리와 같은 구조를 가진 용광로 슬래그(slag) 등의 미세 결합제가 첨가될 수 있다.
바람직하기로는, 컨베이어 벨트(9)는 응집 드럼(7)의 일 단부를 지나서 돌출되어 있고 응집 드럼(7)의 종방향으로 연장되어 있다.
컨베이어 벨트(9) 대신에 컨베이어 나사나 드래그-링크 컨베이어 등과 같은 다른 공급수단들이 사용될 수 있다.
가연물의 배출영역(11), 즉 가연물이 최초로 그린 응집체와 접촉하는 위치는 편리하게 변경될 수 있다. 컨베이어 벨트의 속도 변화를 통해 가연물의 낙하 궤적을 변화시키거나, 도면에 양방향 화살표(15)로 표시한 것처럼 컨베이어 벨트를 응집 드럼(7)의 종방향으로 이동시킴으로써 가연물의 배출영역(11)을 조정할 수 있다.
그린 응집체가 최초로 가연물과 접촉하게 되는 위치에서부터 그린 응집체는 가연물로 코팅이 되어 안정화되기 때문에, 그린 응집체의 추가적인 성장이 방지된다. 입자가 큰 코크스와 같은 가연물이 코팅된 그린 응집체에 살포될 수도 있다.
본 발명의 특유의 장점은 그린 응집체가 형성과 동시에 가연물에 의해 코팅되어 그 형상이 안정화되며, 이러한 과정이 짧은 시간 안에 이루어진다는 데에 있다. 이는 그린 응집체를 펠릿타이징 디스크와 같은 펠릿화 수단으로부터 다른 펠릿타이징 디스크나 응집 드럼으로서 설계되는 가연물 코팅 장치까지 운반할 필요가 없다는 것을 의미한다. 그린 응집체는 응집 드럼(7) 내부에서 적합한 크기에 도달하게 되면 중간 이동과정 없이 즉시 가연물로 코팅되기 때문에 정밀한 그린 응집체의 과립화가 가능하며, 중간 이동과정에서 발생할 수 있는 훼손을 막을 수 있다.
따라서, 본 발명을 이용하면 매우 저렴한 비용으로 많은 양의 미분이 포함된 소결 혼합물을 비교적 거친 그린 응집체로 만들 수 있다. 또한 그린 응집체의 결정 입자 크기도 그린 응집체가 가연물과 접촉하게 되는 영역을 변경함으로써 응집 드럼(7)의 길이 범위 내에서 쉽게 조절이 가능하다. 이렇게 만들어진 코팅된 그린 응집체는 소결기(sintering machine)에서 쉽게 훈증(fumigation)이 되므로 소결 설비의 생산성 향상이 가능하며, 향상된 투과율(permeability)로 인해 소결기의 에너지 소비를 줄일 수 있다. 이러한 과정을 통해 얻어진 소결은 일정 수준의 고급 품질 특성을 가지게 되며, 철광석의 경우에는 FeO 성분이 적게 함유되어 용광로에서 좋은 피환원성(reducibility)을 가진다. 주로 그린 응집체로 이루어진 주입스토크(charging stock)는 높은 투과율(permeability)을 가지므로, 공정에 필요한 기체 중의 2차 공기의 함유량은 소결과정 중에 낮게 나타난다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 혼합기(3)는 수평으로 움직이는 샤프트(16)를 가진 고성능 혼합기로서, 반경 방향으로 배열된 날(17)이 부착되어 있다. 이러한 고성능 혼합기를 사용하면 그린 응집체의 수분 함유량을 최소화할 수 있고, 이에 따라 소결기에서의 생산 효율도 추가적으로 높일 수 있다. 게다가 혼합물 중의 재료들은 균일하게 분포되므로 일정한 품질의 최종 생성물을 얻을 수 있다.
도 3에서, 혼합기(3)는 응집 드럼(7)과 일체형으로 구성되어 있다. 즉 혼합물이 컨베이어 벨트(2)를 통해 드럼으로 유입되고 드럼의 앞부분은 혼합기(3)와 같은 역할을 하게 되며, 뒷부분은 응집 드럼(7)의 기능을 하게 되며 이곳에서 코크스 가루가 첨가된다.
도 4에서도 응집 드럼(7)은 혼합기(3)와 일체형으로 구성되어 있다. 하지만, 응집 드럼은 바닥에 고정되어 있으며, 응집 드럼 내부에 배열된 날(17)이 부착된 적어도 1개의 샤프트(16)를 가지고 있다. 날(17)이 부착된 이 샤프트(16)는 혼합기(3)를 관통하여 구동된다. 선택적으로 구비될 수 있는 개구(18)를 통해 공급수단(9)는 응집 드럼(7)에 이르게 된다. 즉, 혼합과정, 응집과정 및 코팅과정은 혼합 응집기(mixing agglomerator)라고 하는 하나의 장치에서 이루어진다. 응집 드럼(7)의 특정한 곳에 위치해 있는 날(17)의 설계를 변경함으로써 혼합, 응집, 코팅과정 중에 발생하는 다양한 요구 조건을 충족시킬 수 있다.
도 1은 미분, 용제와 경우에 따라 결합제를 함유하는 그린 응집체를 포함하는 광석의 생산과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 수평 샤프트에 날이 부착된 고성능 혼합기가 포함된 광석의 생산과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 혼합기와 응집 드럼이 일체형으로 된 광석의 생산과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 내부에 날이 부착된 샤프트를 가진 혼합 응집기가 포함된 광석의 생산과정을 나타낸 도면이다.
실험에 의하면, 공정을 거친 철광석의 입자 중 40%는 0.125 mm 이하의 크기 를 나타낸다. 원료(예를 들어 철광석 등), 용제, 결합제는 시간당 400톤의 비율로 혼합기(3)에 유입된다. 수분함유량은 3 ~ 4%에 이른다. 혼합기로 물이 공급되어 혼합기 내의 재료들과 혼합되고, 이 때 혼합물들의 수분함유량은 5 ~ 6% 이다.
이 후 혼합물은 응집 드럼(7)으로 유입되며, 약 10%의 수분함유량과 입자 크기가 1mm 이하인 코크스 가루도 시간당 8톤의 비율로 응집 드럼(7)에 공급된다. 그 결과, 수분함유량이 약 6% 인 그린 응집체를 시간당 468톤(건조중량)의 비율로 얻을 수 있다. 그린 응집체의 입자 크기는 2 mm 내지 8 mm 이다.
전술한 과정을 통해 생산된 광석의 그린 응집체는 양호한 투과율을 가지므로 소결화 과정에 매우 적합하다.
본 발명은 철광석으로부터 그린 응집체를 생산하는데에 한정되지 않고, 납 또는 망간 등과 같은 비철광석에도 적용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 코크스(coke)와 같은 세립(fine grain) 탄소와 경우에 따라 결합제로 형성된 외부 코팅이 제공된 미세 그린 응집체(green agglomerates)의 생산방법으로서,
    광석이 상기 용제 및 경우에 따라 결합제와 혼합되고, 이렇게 형성된 혼합물이 상기 그린 응집체를 형성하도록 펠릿화(pelletizing)되고, 이렇게 형성된 펠릿화된 그린 응집체가 응집 드럼(7; agglomeration drum) 내에서 상기 세립 탄소로 코팅되는, 미세 그린 응집체의 생산방법에 있어서,
    상기 혼합물은 응집 드럼(7) 내에서 펠릿화되고, 상기 세립 탄소는 상기 응집 드럼(7)의 종방향 확장부 영역(11) 내에 첨가되며, 상기 응집 드럼(7)에서 형성되는 그린 응집체의 크기는 이후의 공정에 따라 정해지며, 상기 응집 드럼(7)의 종방향 확장부 영역(11) 내에 세립 탄소를 첨가하는 장입 수단이 상기 응집 드럼(7) 내부로 돌출하는 컨베이어 벨트(9)이며, 상기 컨베이어 밸트(9)의 속도가 가변적이며, 상기 응집 드럼(7)의 종방향 확장부 영역(11)에 대응하는 컨베이어 벨트의 배출 영역이 변경될 수 있음으로써, 상기 세립 탄소가 상기 응집 드럼의 종방향 확장부 영역(11) 전반에 연속적으로 첨가되는 것을 특징으로 하는,
    미세 그린 응집체의 생산방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    혼합은 수평 또는 수직 샤프트 믹서(shaft mixer)를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    미세 그린 응집체의 생산방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 응집 드럼(7) 내부로 상기 세립 탄소를 첨가하는 상기 응집 드럼의 종방향 확장부 영역(11)은 상기 그린 응집체의 속성에 기초하여 상기 응집 드럼(7)의 길이에 걸쳐 변경되는 것을 특징으로 하는,
    미세 그린 응집체의 생산방법.
  4. 용제 및 경우에 따라 결합제를 포함하고 코크스와 같은 세립 탄소와 경우에 따라 결합제로 형성된 외부 코팅이 제공된 그린 응집체의 생산장치로서,
    광석, 용제 및 경우에 따라 제공되는 결합제를 혼합하는 혼합기(3), 및 상기 혼합기(3) 하류에 배치된 펠릿화 장치(7)를 포함하는 그린 응집체의 생산장치에 있어서,
    상기 펠릿화 장치(7)는 응집 드럼(7)의 종방향 확장부 영역(11)에 상기 세립 탄소용 장입 수단(9)을 구비한 응집 드럼(7)이며, 상기 응집 드럼(7)의 종방향 확장부 영역(11) 내에 세립 탄소를 첨가하는 장입 수단이 상기 응집 드럼(7) 내부로 돌출하는 컨베이어 벨트(9)이며, 상기 컨베이어 밸트(9)의 속도가 가변적이며, 상기 응집 드럼(7)의 종방향 확장부 영역(11)에 대응하는 컨베이어 벨트의 배출 영역이 변경될 수 있음으로써, 상기 세립 탄소가 상기 응집 드럼의 종방향 확장부 영역(11) 전반에 연속적으로 첨가되는 것을 특징으로 하는,
    그린 응집체의 생산장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 장입수단은 상기 응집 드럼의 내측으로 돌출하는 컨베이어 나사(conveying screws) 또는 드래그링크 컨베이어(drag-link conveyors)로서 설계되고, 상기 응집 드럼의 종방향으로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    그린 응집체의 생산장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합기(3)는 샤프트(shaft)(16) 위에 또는 각각의 샤프트들 위에 배열된 날(blades)(17)을 갖고 수평 또는 수직 샤프트 믹서(shaft mixer)로서 설계되는 것을 특징으로 하는,
    그린 응집체의 생산장치.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 혼합기(3)는 상기 응집 드럼(7)과 일체로 형성되는 고정형 혼합 응집기(agglomerator)로서 설계되고, 상기 날(17)을 포함하는 샤프트(16)와 같은 하나 이상의 혼합 도구가 상기 혼합기(3) 및 상기 응집 드럼(7) 내에 제공되며, 상기 세립 탄소용 장입수단(9)은 개구(18)를 통해 상기 응집 드럼(7)에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    그린 응집체의 생산장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 장입 수단(9)이 상기 응집 드럼의 내측으로 상기 세립 탄소를 첨가하는 상기 응집 드럼의 종방향 확장부 영역(11)이 상기 응집 드럼(7)의 종방향 확장부의 1/3 에서 4/4 범위에 위치되는 것을 특징으로 하는,
    그린 응집체의 생산장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 장입 수단(9)이 상기 응집 드럼의 내측으로 상기 세립 탄소를 첨가하는 상기 응집 드럼의 종방향 확장부 영역(11)이 상기 응집 드럼(7)의 종방향 확장부의 1/2 에서 2/3 범위에 위치되는 것을 특징으로 하는,
    그린 응집체의 생산장치.
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