KR101217392B1

KR101217392B1 - 고로용 자용성 펠렛 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101217392B1
Application number: KR1020107013572A
Authority: KR
Inventors: 에이사쿠 야스다; 노부히로 하세가와; 요시유키 마츠이; 슈지 기타야마
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2012-12-31
Also published as: US8211204B2; TWI383051B; EP2239344A4; CN101896627A; KR20100084576A; WO2009081784A1; BRPI0818372B1; CN101896627B; EP2239344A1; EP2239344B1; US20100206131A1; JP4418836B2; TW200948979A; BRPI0818372A2; JP2009149942A

Abstract

CaO/SiO₂ 질량비 C/S가 0.8 이상, MgO/SiO₂ 질량비 M/S가 0.4 이상이고, 펠렛 전체에 대한 철분 함유율(질량%)을 %TFe로 했을 때, %TFe가 65% 이하이며, 또한, 하기 수학식 1로 계산되는 고온 가중 환원 시험에서의 압손 급상승 개시 온도 Ts(단위:℃)가 1290℃ 이상인 것을 특징으로 하는 고로용 자용성 펠렛을 제공한다.
[수학식 1]
Ts= 110×C/S+100×M/S+25×%TFe-480

Description

고로용 자용성 펠렛 및 그 제조방법{SELF-FLUXING PELLETS FOR USE IN A BLAST FURNACE AND PROCESS FOR THE PRODUCTION OF THE SAME}

본 발명은, 고로(高爐)용 철 원료로서 이용되는 자용성 펠렛(self-fluxing pellet, 이하, 간단히 「펠렛」이라고 하는 경우도 있음) 및 그 제조방법에 관한 것이고, 상세하게는, 소결광과 함께 고로에 장입(charge)하여 이용하는 데 적합한 자용성 펠렛 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 출원인은, 1970년대부터 1980년대에 걸쳐, 고로용 철 원료로서 이용되는 자용성 펠렛의 개질 기술의 개발에 대처하여, 철광석에 CaO 및 MgO원으로서 석회석 및 돌로마이트(dolomite)를 배합하여 CaO/SiO₂ 질량비를 0.8 이상, MgO/SiO₂ 질량비를 0.4 이상으로 한 배합 원료를 조립(造粒; pelletize)한 생펠렛(raw pellet)을 소성(burning)하는 것으로, 고온의 피환원성(reducibility, 이하 「고온환원성」이라고 함)이 우수한 자용성 펠렛(자용성 돌로마이트 펠렛)을 제조할 수 있는 기술을 완성했다(특허문헌 1, 2 참조).

한편, 본 출원인은, 상기 자용성 펠렛의 개질 기술의 개발과 병행하여, 고로의 장입물 분포 제어(burden distribution control) 기술의 개발을 추진하여, 고로 내의 통기성·통액성을 획기적으로 개선하는 코크스 중심 장입(center coke charging) 기술을 완성했다(비특허문헌 1 참조).

상기 자용성 돌로마이트 펠렛의 사용과 코크스 중심 장입 기술의 적용에 의해, 철 원료로서 펠렛과 소결광을 병용하는 고로에 있어서 미분탄(pulverized coal)을 다량으로 불어넣더라도 안정적이고 고생산으로 주철을 제조할 수 있게 되었다.

여기서, 상기 자용성 돌로마이트 펠렛(이하, 간단히 「자용성 펠렛」, 또는, 「펠렛」이라고 하는 경우가 있음)은, 철광석에 부원료로서 석회석과 돌로마이트를 첨가하여, CaO/SiO₂ 질량비(C/S로 약기) 및 MgO/SiO₂ 질량비(M/S로 약기)를 소정치 이상으로 하는 것이지만, 펠렛 제조 비용 삭감의 관점에서는, 석회석과 돌로마이트의 배합량은 될 수 있는 한 적게 하는 것이 요구되고 있다.

또한, 최근의 철강 수요의 급속한 증대에 대응하도록, 주철의 한층 더 증산이 요구되고 있어, 철 원료로서 소결광과 펠렛을 병용하는 고로에 있어서, 고미분탄비 조업 하에서 더욱 생산성을 높일 수 있고, 보다 고온환원성이 우수한 펠렛의 공급이 요망되고 있다.

본 출원인의 그 후의 지견에 의하면, 상기 자용성 돌로마이트 펠렛의 고온환원성은 단순히, C/S와 M/S를 규정하는 것만으로 일의적으로 정해지는 것은 아니고, 펠렛의 철 품위(iron ore grade, 즉, 사용하는 철광석의 철 품위)에 의해서 적지 않게 영향을 받는 것이 밝혀졌다. 즉, 펠렛의 철 품위에 의해, 최적의 C/S와 M/S의 조합 범위가 변동함이 밝혀졌다.

그러나 그 정량적인 영향의 정도에 관해서는, 지금까지 계통적으로 검토된 일이 없어, 펠렛의 철 품위를 포함한, 보다 적정한 C/S와 M/S의 조합의 범위에 관해서는 분명하지 않았다.

일본 특허공고 1991-77853호 공보 일본 특허공고 1991-77854호 공보

마츠이 등, 「당사에서의 고로 조업 기술의 진보와 코크스 중심 장입법으로서의 중심류 조업 사상」, R&D 고베 제강 기보, 제55권, 제2호, 2005년 9월, p.9-17

그래서 본 발명은, 자용성 펠렛의, 철 품위를 포함한, 보다 적정한 CaO/SiO₂ 질량비와 MgO/SiO₂ 질량비의 조합의 범위를 밝혀, 고로용 철 원료로서 소결광과 병용하여 이용하는 데 더욱 적합하고, 저비용이고 또한 보다 고온 환원성이 우수한 자용성 펠렛 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, CaO/SiO₂ 질량비 C/S가 0.8 이상, MgO/SiO₂ 질량비 M/S가 0.4 이상이고, 펠렛 전체에 대한 철분 함유율(질량%)을 %TFe로 했을 때, %TFe가 65% 이하이며, 또한, 하기 수학식 1로 계산되는 고온 가중 환원 시험에서의 압손(壓損) 급상승 개시 온도 Ts(단위:℃)가 1290℃ 이상인 것을 특징으로 하는 고로용 자용성 펠렛이다.

또한, 본 발명은, 철광석에, CaO 및 MgO를 함유하는 부원료를 배합하고, 수득된 배합 원료의 CaO/SiO₂ 질량비가 0.8 이상, MgO/SiO₂ 질량비가 0.4 이상이고, 펠렛 전체에 대한 철분 함유율(질량%)을 %TFe로 했을 때, %TFe가 65% 이하이며, 또한, 하기 수학식 1로 계산되는 고온 가중 환원 시험에서의 압손 급상승 개시 온도 Ts가 1290℃ 이상으로 되도록 조정하는 원료 배합 공정과, 이 배합된 원료를 조립하여 생펠렛으로 성형하는 조립 공정과, 이 생펠렛을 1220 내지 1300℃로 가열 소성하여 자용성 펠렛으로 하는 소성 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 고로용 자용성 펠렛의 제조방법이다.

[수학식 1]

Ts= 110×C/S+100×M/S+25×%TFe-480

본 발명에 의하면, 자용성 펠렛의 CaO/SiO₂ 질량비 C/S와 MgO/SiO₂ 질량비 M/S를 소정치 이상으로 함과 아울러, C/S, M/S 및 %TFe에서 추산되는 압손 급상승 개시 온도 Ts를, 소결광의 압손 급상승 개시 온도인 1290℃ 이상으로 함으로써 고로용 철원료로서 소결광과 병용했을 때에, 고로 내에서 융착대의 폭이 확대되는 것이 확실히 방지되어 통기성이 확보되기 때문에, 고로의 생산성을 더욱 높이는 것이 가능해진다.

〔본 발명에 따른 고로용 자용성 펠렛의 구성〕

본 발명에 따른 고로용 자용성 펠렛은, CaO/SiO₂ 질량비 C/S가 0.8 이상, MgO/SiO₂ 질량비 M/S가 0.4 이상이고, 펠렛 전체에 대한 철분 함유율(질량%)을 %TFe로 했을 때, %TFe가 65% 이하이며, 또한, 하기 수학식 1로 계산되는 고온 가중 환원 시험에서의 압손 급상승 개시 온도 Ts(단위:℃)가 1290℃ 이상인 것을 특징으로 한다.

[수학식 1]

Ts= 110×C/S+100×M/S+25×%TFe-480

%TFe의 보다 바람직한 범위는, 64% 이하이다.

한편, %TFe를 전체 철분 함유량이라고 부르는 경우도 있다.

이하, 상기 본 발명을 구성하는 각 요건에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

(슬래그 조성)

자용성 펠렛의 슬래그 조성을 규정하는 CaO/SiO₂ 질량비 및 MgO/SiO₂ 질량비를 함께 소정치(0.8 및 0.4) 이상으로 높게 함과 동시에, 철 품위(%TFe)를 가미하여 추산되는 압손 급상승 개시 온도를, 소결광의 압손 급상승 개시 온도인 1290℃ 이상으로 함으로써 고온 환원시에서의 펠렛의 연화·용락 온도를 소결광과 동등 내지 보다 높게 유지할 수 있다. 이 결과, 펠렛의 고온 환원성이 개선됨과 아울러, 고로 내에서의 융착대의 폭을, 소결광 단독으로 사용한 경우와 거의 동등하게 유지할 수 있게 된다.

여기서, 상기 수학식 1의 도출 과정을 이하에 설명한다.

발명자들은, 실제의 펠렛 공장에서, 소정의 철광석 원료에 대하여, 석회석, 돌로마이트 및 사문암(serpentinite)의 배합 비율의 조합을 적절히 조정함으로써 %TFe, C/S 및 M/S의 3변수를, 표 1에 나타낸 바와 같이 순차적으로 변경하여 펠렛을 제작하고, 각 펠렛에 대하여 고온 하중 환원 시험을 실시하여, 압손 급상승 개시 온도를 측정했다. 그 결과를 표 1에 더불어 나타낸다.

그리고, 압손 급상승 개시 온도에 미치는, %TFe, C/S, 및 M/S의 3변수의 각 영향 정도는, 어느 것이나 일차 근사할 수 있다고 가정하여, 상기 표 1의 결과를 이용하여 중회귀 분석(multiple regression analysis)을 행하여, 상기 수학식 1의 관계를 얻었다.

여기에, 고온 하중 환원 시험은, 고로 내에서의 승온 환원 패턴을 시뮬레이트한 것으로, 하기의 시험 조건에 나타낸 바와 같이, 흑연 도가니(graphite crucible) 내에 소정량의 시료를 충전하고, 일정한 하중을 걸면서, 승온 조건하에서 환원 가스를 유통시켜, 배기 가스 분석에 의한 환원율 측정과, 변형 게이지(strain gauge)에 의한 시료 충전층의 수축률 측정과, 차압계에 의한 시료 충전층의 압손 측정을 행하는 것이다.

〔고온 하중 환원 시험의 시험 조건〕

· 흑연 도가니 내경: 43mm

· 시료량: 약 87g(충전 높이: 약 33.5mm)

· 하중: 1.0kgf/cm²(=9.80665×10⁴Pa)

· 온도: [실온→1000℃]×10℃/min, [1000℃→ 용락 종료]×5℃/min

· 환원 가스: [30용량% CO+70용량% N₂]×7.2NL/min

그리고, 압손 급상승 개시 온도란, 시료 충전층의 압손의 상승 속도가 처음으로 50mmH₂O/min(=490.3325Pa/min) 이상이 되는 온도이다. 이와 같이, 시료 충전층의 압손이 급상승하는 것은, 시료의 용융이 개시한 것에 의한 것으로, 따라서, 압손 급상승 개시 온도는, 고로 내에서의 융착층의 상면 위치의 온도에 상당하는 것이다.

또한, 소결광의 압손 급상승 개시 온도를 1290℃로 한 것은, 공지 문헌(스나하라 등: 철과 강, vol. 92(2006) No. 12, p. 183-192) 중의, 소결광의 고온 하중 연화 시험(상기 고온 하중 환원 시험과 마찬가지로 고로 내에서의 승온 환원 패턴을 시뮬레이트한 시험)에 있어서의, 온도와 압손의 관계를 나타내는 Fig. 23에 근거한다.

상술한 대로, C/S는, 0.8 이상으로 할 필요가 있지만, 1.0 이상, 더욱이 1.2 이상, 특히 1.4 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, M/S는, 0.4 이상으로 할 필요가 있지만, 0.5 이상, 더욱이 0.6 이상, 특히 0.7 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 수학식 1로 추산되는 압손 급상승 개시 온도 Ts는, 소결광의 압손 급상승 개시 온도인 1290℃ 이상으로 하지만, 1300℃ 이상, 더욱이 1310℃ 이상, 특히 1320℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

단, C/S, M/S, 압손 급상승 개시 온도 Ts를 지나치게 높이면, 펠렛 소성시에 CaO 및 MgO 성분이 슬래그화하기 어렵게 되어, 소성 펠렛의 강도가 저하됨과 아울러, CaO 및 MgO원으로서의 석회석 및 돌로마이트의 사용량이 증가하여 비용 증가가 되기 때문에, C/S는 2.0 이하, 더욱이 1.8 이하, 특히 1.6 이하로 하는 것이 바람직하고, M/S는 1.1 이하, 더욱이 1.0 이하, 특히 0.9 이하로 하는 것이 바람직하고, 압손 급상승 개시 온도 Ts는 1370℃ 이하, 더욱이 1360℃ 이하, 특히 1350℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 철 품위와 슬래그 조성을 동시에 만족하는 자용성 펠렛은, 펠렛 자신의 고온 환원성이 우수함과 아울러, 고로용 원료로서 소결광과 병용하더라도, 고로 내에서 융착대의 폭이 확대하는 것이 방지되어 통기성이 확보되기 때문에, 고로의 생산성을 더욱 높이는 것이 가능해진다.

〔본 발명에 따른 고로용 자용성 펠렛의 제조방법〕

상기 본 발명에 따른 고로용 자용성 펠렛은, 예컨대, 이하와 같이 하여 제조할 수 있다.

(원료 배합 공정)

예컨대, 철 원료인 철광석(펠렛 피드(pellet feed))의 철 품위에 따라, CaO 및 MgO를 함유하는 부원료로서 석회석과 돌로마이트를 배합하여, CaO/SiO₂ 질량비가 0.8 이상(바람직하게는 1.0 이상, 더 바람직하게는 1.2 이상, 특히 바람직하게는 1.4 이상), MgO/SiO₂ 질량비가 0.4 이상(바람직하게는 0.5 이상, 더 바람직하게는 0.6 이상, 특히 바람직하게는 0.7 이상), 상기 수학식 1로 규정되는 압손 급상승 개시 온도 Ts가 1290℃(바람직하게는 1300℃ 이상, 더 바람직하게는 1310℃ 이상, 특히 바람직하게는 1320℃ 이상)가 되도록 조정한다. 철광석 및 부원료는, 필요에 따라, 사전에 또는 배합 후에 볼밀(ball mill) 등으로 분쇄하여, 배합 원료의 입도가 44μm 이하, 80질량% 이상으로 되도록 한다.

(조립 공정)

이 배합 원료에 적량의 수분을 첨가하고, 조립기로서 팬 펠렛타이저(pan pelletizer) 또는 드럼 펠렛타이저(drum pelletizer)를 이용하여 조립하여, 생펠렛을 형성한다.

(소성 공정)

상기한 바와 같이 하여 성형된 생펠렛은, 소성 장치로서의 그레이트·킬른(grate kiln) 또는 스트레이트 그레이트(straight grate)의 이동 그레이트 상에 충전되어, 그 펠렛층에 고온 가스를 유통시키는 것에 의해, 건조, 이수(離水)(필요한 경우만), 예열의 각 단계를 거친 후, 전자에서는 로터리 킬른(rotary kiln)에서 후자에서는 그대로 이동 그레이트 상에서, 1220 내지 1300℃의 고온 가스로 가열되어 소성되어 자용성 펠렛이 얻어진다. 가열 소성의 온도는, 사용하는 철광석의 종류나, CaO/SiO₂ 질량비, MgO/SiO₂ 질량비 등에 따라, 상기 온도 범위로 적절히 조정하면 바람직하다.

상기한 바와 같이 하여 얻어진 자용성 펠렛은, 그 철 품위와 슬래그 조성이, 본 발명이 규정하는 CaO/SiO₂ 질량비, MgO/SiO₂ 질량비, 및, 상기 수학식 1로 규정되는 압손 급상승 개시 온도 Ts≥1290℃를 만족한다.

실시예

본 발명에 따른 자용성 펠렛을 고로용 철 원료로서 소결광과 병용했을 때의 효과를 확증하기 위해, 하기에 나타낸 바와 같이, 본 발명이 규정하는 철 품위 및 슬래그 조성을 만족하는 실제의 자용성 펠렛과, 실제의 소결광을 이용하여, 이들의 배합율을 순차적으로 변경하여 혼합한 것에 대하여 고온 하중 환원 시험을 실시하여, 압손 급상승 개시 온도의 실측을 행했다.

실제의 자용성 펠렛으로서는, 출원인의 가코가와 제철소 내의 펠렛 공장에서 제조된 자용성 돌로마이트 펠렛을 이용하고, 실제의 소결광으로서는, 출원인의 가코가와 제철소 내의 소결 공장에서 제조된 자용성 소결광을 이용했다. 이들 성분조성을 표 2에 나타낸다. 동 표에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 이용한 자용성 펠렛은, 본 발명의 규정하는 철 품위 및 슬래그 조성(C/S≥0.8, M/S≥0.4, 수학식 1의 값≥1290℃)을 만족시키는 것이다.

고온 하중 환원 시험에 의해 실측된 압손 급상승 개시 온도를 하기 표 3에 나타낸다.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 이용한 소결광의 압손 급상승 개시 온도의 실측치는 1277℃였던(시험 No. 1)데 대하여, 자용성 펠렛의 압손 급상승 개시 온도의 실측치는 1317℃로(시험 No. 5), 소결광의 압손 급상승 개시 온도보다 높다. 그리고, 이러한 펠렛을 소결광과 혼합하여 사용하면, 압손 급상승 개시 온도는, 단순(plain) 소결광의 경우보다도 오히려 높아지고, 펠렛의 배합율이 높아짐에 따라, 단순 펠렛의 압손 급상승 개시 온도에 가까이 감을 알 수 있다(시험 No. 2 내지 4).

이 결과로부터, 본 발명의 성분 규정을 만족하는 자용성 펠렛을 이용함으로써 고로용 철 원료로서 소결광과 병용했을 때에, 고로 내에서 융착대의 폭이 확대되는 것을 확실히 방지할 수 있음이 확인되었다.

Claims

CaO/SiO₂ 질량비 C/S가 0.8 이상 2.0 이하, MgO/SiO₂ 질량비 M/S가 0.4 이상 1.1 이하이고, 펠렛 전체에 대한 철분 함유율(질량%)을 %TFe로 했을 때, %TFe가 65% 이하이며, 또한, 하기 수학식 1로 계산되는 고온 가중 환원 시험에서의 압손 급상승 개시 온도 Ts(단위:℃)가 1310℃ 이상 1370℃ 이하인 것을 특징으로 하는 고로용 자용성 펠렛.
[수학식 1]
Ts= 110×C/S+100×M/S+25×%TFe-480
철광석에, CaO 및 MgO를 함유하는 부원료를 배합하고, 수득된 배합 원료의 CaO/SiO₂ 질량비 C/S가 0.8 이상 2.0 이하, MgO/SiO₂ 질량비 M/S가 0.4 이상 1.1 이하이고, 펠렛 전체에 대한 철분 함유율(질량%)을 %TFe로 했을 때, %TFe가 65% 이하이며, 또한, 하기 수학식 1로 계산되는 고온 가중 환원 시험에서의 압손 급상승 개시 온도 Ts가 1310℃ 이상 1370℃ 이하로 되도록 조정하는 원료 배합 공정과, 이 배합된 원료를 조립(造粒)하여 생펠렛으로 성형하는 조립 공정과, 이 생펠렛을 1220 내지 1300℃로 가열 소성하여 자용성 펠렛으로 하는 소성 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 고로용 자용성 펠렛의 제조방법.
[수학식 1]
Ts= 110×C/S+100×M/S+25×%TFe-480