KR101191962B1 - 탄재 내장 괴성광 제조방법 - Google Patents

Abstract

제조 공정을 단순화하면서 브리켓의 상온 강도 및 열간 강도를 충분히 확보할 수 있도록, 광석 원료와 석탄 원료의 혼합분에 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 혼합물을 성형하여 괴성광을 제조하는 단계, 제조된 괴성광을 저온 소성하는 단계를 포함하는 탄재 내장 괴성광 제조 방법을 제공한다.

Description

탄재 내장 괴성광 제조방법{METHOD FOR PRODUCING CARBON COMPOSITE METAL OXIDE BRIQUETTE}

본 발명은 제선 공정에서 고로용 원료 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 광석 및 석탄을 함께 괴성화하는 탄재 내장 괴성광 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로용 원료 제조 공정에서 원료의 반응 효율 향상을 위해 광석 및 석탄을 동시에 괴성화(塊成化)하는 방법이 다수 제안되고 있다.

탄재 내장 괴성광 제조를 위해서는 다량의 미립자를 포함하는 석탄과 광석을 바인더와 함께 믹서로 혼합하여 혼합물을 만들고, 상기 혼합물을 브리켓 머신으로 압축 성형하여 괴성화하는 과정을 거친다.

최근들어, 괴성광 제조시 바인더로 석탄을 이용하여 브리켓을 제조하는 기술이 개발되어 사용되고 있다.

그런데, 종래에는 석탄을 바인더로 이용하는 경우 탄재 내장 괴성광을 제조하는 과정이 매우 복잡하다는 문제점이 있다. 즉, 종래 석탄을 바인더로 사용하기 위해서는 석탄의 유동성을 확보해야 하며, 이를 위해 석탄을 300 ~ 400℃까지 가열하여 유동성을 확보하는 과정을 거치게 된다. 이와 같이 종래의 구조는 원료를 1차적으로 가열하여 혼합 후 열간 성형공정을 거쳐 브리켓으로 제조하게 된다. 그리고 제조된 브리켓은 다시 600℃로 재가열하는 열처리 공정을 거치게 된다.

따라서 종래의 구조는 수회에 걸쳐 가열과정이 진행되므로 공정이 매우 복잡해지게 되며, 원료인 석탄과 광석을 초기에 가열할 때 석탄의 연화 용융 특성에 의해 광석과 석탄의 혼합이 어려워지는 문제점이 발생한다.

이에, 제조 공정을 단순화하면서 브리켓의 상온 강도 및 열간 강도를 충분히 확보할 수 있도록 된 탄재 내장 괴성광 제조 방법을 제공한다.

이를 위해 본 제조 방법은 광석 원료와 석탄 원료의 혼합 원료에 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 혼합물을 성형하여 괴성광을 제조하는 단계, 제조된 괴성광을 저온 소성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 제조 방법은 저온 소성 후 제조된 괴성광로부터 분상 또는 파편을 제거하는 스크린 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 바인더는 유기바인더일 수 있다.

상기 바인더는 타르 또는 피치 또는 당밀을 포함하는 유기물 계열에서 선택될 수 있다.

상기 바인더는 혼합 원료 100중량부에 대해 3 ~ 10중량부로 포함될 수 있다.

상기 괴성광 제조 단계는 상온에서 이루어질 수 있다.

상기 저온 소성 단계는 300 ~ 700℃의 범위에서 이루어질 수 있다.

상기 석탄원료는 상기 혼합 원료에 대해 5 ~ 30중량%로 포함될 수 있다.

상기 광석 원료 또는 상기 석탄 원료의 입도는 5mm 이하일 수 있다.

상기 석탄 원료의 유동도는 0.5 이상일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 품질이 우수한 탄재 내장 괴성광을 제조할 수 있게 된다.

또한, 공정을 단순화하여 제조가 용이하고 제조비를 최소화하며 고로 적용시 환원제비를 저감할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 방법을 도시한 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 제조 공정을 통해 제조된 탄재 내장 괴성광의 상온 강도에 대한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3과 도 4는 본 실시예에 따른 제조 공정을 통해 제조된 탄재 내장 괴성광의 열간 강도에 대한 실험 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 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 한도 내에서 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.

먼저, 탄재 내장 괴성광 제조를 위한 설비를 살펴보면, 예를 들어 석탄 원료와 광석 원료 및 바인더를 혼합하는 혼합기와, 혼합기에서 혼합된 혼합물을 성형하여 괴성광을 제조하는 성형기와 성형 제조된 괴성광을 저온 소성하는 가열로를 포함할 수 있다.

이에 석탄 원료와 광석 원료 및 바인더를 저장하는 호퍼에서 이송된 원료는 혼합기에서 혼합되고, 그 혼합물은 성형기를 통해 괴성화된다. 성형기를 거치면 압축 성형된 괴성광은 가열로를 거쳐 저온 소성되어 탄재 내장 괴성광으로 제조된다.

도 1은 본 실시예에 따른 탄재 내장 괴성광 제조 과정을 도시한 순서도로, 상기 도면을 참조하여 본 제조 방법을 설명한다.

본 제조 방법은 광석 원료와 석탄 원료의 혼합 원료에 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 혼합물을 성형하여 괴성광을 제조하는 단계, 제조된 괴성광을 저온 소성하는 단계를 포함한다.

또한, 본 제조 방법은 저온 소성하여 제조된 괴성광로부터 분상 또는 파편을 제거하는 스크린 단계를 더 포함한다.

상기 각 과정에 대해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 광석 원료는 입도 5mm 이하로 사전 처리된다. 예를 들어 상기 광석은 파쇄기 및 입도 분리기를 이용하여 입도 분리된다. 선별된 설정된 크기의 광석 원료는 예를 들어 광석 호퍼에 저장되어 준비된다.

상기 광석 원료의 입도가 5mm를 넘게 되면 괴성광의 성형성이 떨어지게 된다.

상기 석탄 원료 역시 파쇄기를 이용하여 파쇄되어 입도 분리기를 통해 입도 5mm 이상의 괴탄을 선별한 후, 5mm 이하의 입도를 갖는 미분탄은 예를 들어 탄재 호퍼에 저장되어 준비된다.

상기 석탄 원료의 입도가 5mm를 넘게 되면 역시 괴성광의 성형성이 떨어지게 된다.

또한, 상기 석탄 원료는 광석 원료와 석탄 원료가 혼합된 혼합 원료에 대해 5 ~ 30중량%의 범위로 포함될 수 있다. 상기 석탄 원료의 혼합량이 상기 범위를 벗어나게 되면 성형성이 저하되는 문제가 발생된다.

또한, 상기 석탄 원료는 유동도(log M.F)가 0.5 이상인 것을 선택할 수 있다. 석탄 원료의 유동도는 높을수록 점결성이 높아지며, 석탄 원료의 유동도가 0.5 이하인 경우 점결성이 저하되어 바인더로서의 역할을 수행하기 어렵다.

상기 광석 원료와 석탄 원료는 혼합기에서 바인더와 함께 혼합된다. 여기서 상기 원료 혼합 전에 광석 원료와 석탄 원료를 건조시키는 과정을 거칠 수 있다.

상기한 구조의 미립자 형태의 석탄 원료는 건조 완료된 후 혼합기로 이송된다. 또한, 상기 미립자 형태의 광석 원료는 건조된 후 혼합기로 이송된다. 또한, 바인더 탱크로부터 바인더가 소정 비율로 송출되어 혼합기로 공급된다.

이와 같이 상기 석탄 원료와 광석 원료 및 바인더는 다음 공정에서 고르게 혼합되어 혼합물로 제조된다.

본 실시예에서 상기 바인더는 괴성광의 성형성을 확보하기 위해 타르나 피치 또는 당일 등과 같은 유기계열의 바인더로 이루어진다.

또한, 상기 바인더는 상기 혼합 원료 100중량부에 대해 외삽으로 3 ~ 10중량부로 포함될 수 있다. 상기 바인더는 수분을 포함하고 있기 때문에 상기 범위를 벗어나게 되면 혼합물의 성형성이 저하된다.

여기서 혼합물의 제조 과정은 상온에서 이루어진다. 이에 본 실시예에서 상기 혼합물 제조를 위해 별도의 가열 공정은 불필요하다.

상기 혼합물은 다음 공정인 성형기로 이송되고 압축 성형되어 소정 형태의 괴성광으로 제조된다.

여기서 상기 혼합물을 압축 성형하여 괴성광을 제조하는 과정은 상온에서 이루어진다. 이에 본 실시예에서 혼합물을 괴성광으로 압축 성형하는 공정에서 별도의 가열 공정은 불필요하다.

상기 성형 과정을 거쳐 제조된 괴성광은 저온 소성 공정을 거쳐 강도를 확보하게 된다.

상기 저온 소성 공정은 예를 들어, 로터리 킬른(ratary kiln)과 같은 가열로를 통해 이루어질 수 있다. 로터리 킬른은 내화물로 라이닝한 원통형 회전체로 내부로 원료를 투입하여 소성하는 장치이다. 상기 저온 소성 공정은 로터리 킬른 외에 다양한 장치를 통해 이루어질 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.

본 제조 방법에서 상기 저온 소성 공정은 괴성광을 300 ~ 700℃의 온도로 가열하는 구조로 되어 있다.

상기 저온 소성 과정을 거침에 따라 괴성광 내에 혼합된 석탄의 유동도를 확보할 수 있고, 석탄이 바인더 역할을 수행하여 괴성광의 결합력을 높이게 된다.

상기 괴성광 가열 온도가 300℃ 이하인 경우에는 석탄의 가열온도가 낮아 유동도를 얻지 못하는 문제점이 있다. 또한, 상기 괴성광 가열 온도가 700℃를 넘게 되면 광석의 환원반응이 일어나 괴성광의 품질이 저하되는 문제점이 발생된다.

여기서 상기 괴성광을 저온 소성하는 시간은 대략 30분 이상이 소요될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.

이와 같이 혼합물을 상온에서 압축 성형하여 괴성광을 제조한 후 제조된 괴성광을 저온 소성하여 석탄에 의한 결합력을 높임으로써, 상온 강도 및 열간 강도가 우수한 탄재 내장 괴성광을 제조할 수 있게 된다.

상기 저온 소성 과정을 거쳐 제조된 괴성광은 다음 공정으로 스크린을 거쳐 분상이나 파편 등이 제거된다. 상기 괴성광 중 분상이나 파편은 연료로서 바람직하지 않기 때문에 제거될 필요가 있다. 이에 상기 저온 소성과정을 거친 괴성광을 소정 치수의 눈 크기를 갖는 스크린을 통해 분 성분을 제거하여 탄재 내장 괴성광으로 제조할 수 있게 된다.

도 2 내지 도 4는 상기와 같은 제조 공정을 통해 제조된 탄재 내장 괴성광의 강도에 대한 실험 결과를 도시하고 있다.

강도 실험은 유동도에 따라 선정된 각 종류의 석탄에 대해 실시되었다.

유동도에 따른 석탄의 분류는 아래 표 1과 같다.

구분	탄 종류	유동도(Log M.F)
고유동	A	4.14
	B	3.17
중유동	C	3.57
	D	2.62
저유동	E	2.38
	F	2.35
미점탄	G	1.98
	H	1.67

상기 각 종류별 석탄 원료와 광석 원료 및 바인더를 혼합하여 괴성광을 압축 성형한 후 저온 소성하여 탄재 내장 괴성광을 제조하였다. 괴성광 제조시 석탄 원료는 0.125mm의 입도를 갖는 원료를 사용하였으며, 상기 각 종 석탄 원료 20%와 광석 원료 80%의 혼합 원료에 바인더로 타르를 혼합 원료 100중량부에 대해 6중량부 혼합하였다. 그리고 성형압을 1.5t/cm로 하여 압축 성형된 괴성광을 코크스 오븐을 활용하여 600℃로 저온 소성하여 탄재 내장 괴성광을 제조하였다.

강도 실험은 상기 유동도에 따른 8종류의 석탄에 대해 제조된 괴성광을 이용하여 이루어졌다. 제조된 괴성광의 크기는 40 x 20 x 11mm이다.

강도 실험 중 상온 강도 실험은 제조된 괴성광을 낙하하여 낙하 강도를 측정하는 낙하강도 측정기기를 통해 이루어졌다.

도 2에 도시된 바와 같이, 괴성광 제조 후 저온 소성 공정을 거치지 않은 비교예의 괴성광의 경우 유동도에 따른 각 석탄의 종류별로 그 강도가 대략 20kgf/p로 나타났다. 그러나 본 제조 방법을 통해 저온 소성 처리한 본 실시예의 괴성광의 경우 동일한 유동도의 석탄에 대한 비교예의 강도와 비교하여 모두 높게 측정되었으며, 특히 유동도가 2이상인 석탄을 원료로 제조된 괴성광의 경우 강도를 100kgf/p 이상 확보 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 제조 방법을 통해 저온 소성 처리하여 제조된 괴성광의 경우 저온 소성 처리하지 않은 괴성광과 비교하여 상온 강도가 월등히 향상됨을 알 수 있다.

도 3과 도 4는 본 실시예에 따라 제조된 탄재 내장 괴성광의 열간 강도 실험 결과를 도시하고 있다.

열간 강도 실험은 상기와 같이 제조된 괴성광을 고로 모사 조건에서 1000℃로 환원 후 압축강도와 분발생율을 확인하여 측정되었다. 압축강도는 압축 파쇄 될때의 강도를 측정하는 압축강도 측정 기기를 통해 이루어졌다.

도 3에 도시된 바와 같이, 저온 소성 공정을 거치지 않은 비교예의 괴성광에 비해 저온 소성을 거친 실시예의 괴성광이 유동도에 따른 모든 종류의 석탄에 대해 열간 강도가 높음을 알 수 있다.

또한 도 4는 괴성광을 1000℃로 환원 후 분발생율을 도시하고 있다. 분발생율에 대한 실험은 1000℃로 환원된 괴성광을 드럼에 넣어 900회 회전하여 분쇄조건을 가한 후, 입도가 2.8mm 이하 크기를 갖는 분쇄물의 무게 질량비를 측정하여 평가였다. 열간 강도는 상기와 같이 분쇄조건을 가한 후 2.8mm 이하 분 발생율의 수치가 낮을수록 우수한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따라 저온 소성된 괴성광의 경우 분불생율이 14중량% 이하로, 소결광의 분발생율인 25%와 비교하여도 매우 높은 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

Claims (8)

1. 광석 원료와 석탄 원료의 혼합 원료에 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 혼합물을 성형하여 상온에서 괴성광을 제조하는 단계, 제조된 괴성광을 저온 소성하는 단계를 포함하고,
   상기 석탄 원료의 유동도는 0.5 이상인 탄재 내장 괴성광 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 바인더는 타르, 피치 및 당밀에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 유기물 계열의 바인더인 탄재 내장 괴성광 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 바인더는 상기 혼합 원료 100중량부에 대해 3 ~ 10중량부로 포함되는 탄재 내장 괴성광 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 저온 소성 후 제조된 괴성광으로부터 분 성분을 제거하는 스크린 단계를 더 포함하는 탄재 내장 괴성광 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 저온 소성 단계는 300 ~ 700℃의 범위에서 이루어지는 탄재 내장 괴성광 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 석탄 원료는 상기 혼합 원료에 대해 5 ~ 30중량%로 포함되는 탄재 내장 괴성광 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 광석 원료 또는 상기 석탄 원료의 입도는 5mm 이하인 탄재 내장 괴성광 제조방법.
8. 삭제

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