KR101228599B1 - 금속 소결용 첨가제 조성물 - Google Patents

금속 소결용 첨가제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철광석 등을 소결할 때 알칼리금속화합물과 함께 첨가제 조성물을 추가로 사용하는 화학적인 메카니즘을 통해 철광석의 소결에 필요한 석탄이나 코크스 등의 열원을 절감하고, 소결광의 융점강화 및 소결의 효율성을 증진시킬 수 있도록, 철광석의 소결공정에서 용융점을 낮추는 용융촉진제인 탄산칼슘과 함께 첨가하는 알칼리금속화합물을 포함하고, 상기 알칼리금속화합물은 리튬, 칼륨, 나트륨으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 포함하는 금속 소결용 첨가제 조성물을 제공한다.

Description

금속 소결용 첨가제 조성물{Composition Of Additive For Metal Sintering}
본 발명은 금속 소결용 첨가제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철광석 등을 소결할 때 알칼리금속화합물과 함께 첨가제 조성물을 추가로 사용하는 화학적인 메카니즘(mechanism)을 통해 철광석의 소결에 필요한 석탄이나 코크스 등의 열원을 절감하고, 소결광(燒結鑛)의 융점강화 및 소결의 효율성을 증진시킬 수 있는 금속 소결용 첨가제 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 철광석은 경제적으로 채광작업을 할 수 있는 철을 함유한 광석을 말하는 것으로 보통 30~70%의 철분(Fe)을 함유한 광석을 의미하며, 자철석, 적철석, 갈철석, 능철석의 형태로 종류가 나뉘고, 대부분 순수한 철이 아닌 산화철 상태로 존재하여 고로에서 제선(製銑)작업을 거치게 된다.
여기서, 제선작업은 고로에 철광석을 넣고 코크스를 태워서 철광석 중의 산소를 제거하고 선철로 만드는 공정이지만 철광석을 사전 처리하는 소결 과정을 거치도록 되어 있다.
먼저, 제선에 필요한 코크스는 석탄을 코크스로(爐)에 넣어 1,000∼1,300℃의 고온으로 장시간 구운 것으로 철과 산소의 화합물인 철광석을 고로 내에서 녹이는 열원인 동시에 철분을 철광석에서 분리시키는 환원제로서 필수 불가결한 역할을 한다.
또한, 좋은 철광석이란 철분이 풍부하고 황(S), 인(P), 동(Cu)과 같은 유해성분이 적으며 크기가 일정한 것을 들 수 있는데, 이와 같은 이상적인 철광석은 그리 흔하지 않고 원산지에 따라 품질, 성분, 형상이 각기 다르므로 그대로 고로에 투입할 수는 없다. 따라서, 고로조업에 투입하기 전에 품질을 고르게 하고 철광석 가루를 일정한 크기로 만들어 내는데, 이를 소결작업이라 한다.
상기와 같이, 소결과 관련하여 한국공개특허 제10-2008-0074524호에는, 미립자 광석, 용제, 및 코크스 분체를 함유하는 원재료를 제조하는 단계; 상기 원재료의 접착성 미분을 물 및 점성 농축 감미제를 통해 상기 원재료의 조핵(coarse nuclei) 상에 결합시켜 소결 혼합물을 형성함으로써 유사 입자를 형성하는 단계; 및 상기 코크스 분체를 연소시켜 상기 소결 혼합물을 소결 케이크로 통합시키는 단계를 포함하는 광석 소결 방법과 함께 상기 방법을 이용하여 미립자 광석; 용제; 코크스 분체; 및 점성 농축 감미제를 함유하는 생산성 향상제를 포함하는 광석 소결 조성물이 공지되어 있다.
이처럼, 철광석을 소결하여 필요한 금속을 추출함에 있어서, 용융 및 열분해를 하는데 많은 열이 필요한바, 이때 열분해를 촉진하기 위해 용제 등 첨가제를 사용하였다.
이때, 종래에 사용했던 기존 첨가제는 주로 탄산칼슘(CaCO3) 또는 산화칼슘(CaO)을 사용하였으나, 이는 광물의 품질이 저급화됨에 따라 사용되는 열원량이 많이 소요될 뿐만 아니라 소결 및 용련의 효율성이 떨어지고, 소결광의 강도가 저하되는 등의 많은 문제점이 있었다.
또한, 소결작업을 함에 있어, 앞으로 양질의 광물이 계속해서 고갈되어감에 따라 저품질의 광물을 효율적으로 소결해야 하며, 이렇게 효율성을 높이는 소결과정은 물리적인 방법보다는 화학적인 방법이 바람직하여 첨가제를 이용한 화학적인 반응을 통해 소결작업의 효율성을 높이는 조성물이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광물의 열적 평형상태를 촉진하도록 촉매적 성격인 강한 탄산칼슘과 함께 염기성이 강하면서도 연소성을 촉진시키는 알칼리금속화합물을 비롯한 첨가제 조성물을 추가로 사용하여 소결광의 조직을 다공성으로 바꾸며 통기성 확보로 환원성을 증진시키고, 소결광의 융점강화 및 강도를 극대화하는 금속 소결용 첨가제 조성물을 제공하는데, 그 목적이 있다.
뿐만 아니라, 알칼리금속화합물을 비롯한 첨가제 조성물의 사용으로 열원인 석탄이나 코크스의 연소를 촉진시켜 화염의 전진속도의 증진 및 화염의 최고온도를 지속적으로 유지하는 시간이 길어져 소결 생산성이 증진됨과 동시에 소결에 필요한 석탄이나 코크스 등의 열원을 절감할 수 있는 금속 소결용 첨가제 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제안하는 금속 소결용 첨가제 조성물은 철광석의 소결공정에서 용융점을 낮추는 용융촉진제인 탄산칼슘과 함께 첨가하는 알칼리금속화합물을 포함하고, 상기 알칼리금속화합물은 리튬(Li), 칼륨(K), 나트륨(Na)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 알칼리금속화합물은 알루미나산화물(Al2O3)이 많은 철광석 또는 철광석의 소결성을 더욱 높이는데 있어서, 칼슘페라이트(Calcium Ferrite)의 형성을 촉진함과 동시에 소결공정의 효율을 높이는 수산화물계열의 화합물, 탄산계열의 화합물, 산화물의 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속화합물인 것을 포함하여 이루어진다.
상기 수산화물계열의 화합물은 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로서 소결시 수산화물(OH)이 발생하고, 상기 탄산계열의 화합물은 탄산칼륨(K2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산리튬(Li2CO3), 탄산수소칼륨(KHCO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 탄산수소리튬(LiHCO3)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로서 소결시 이산화탄소(CO2)가 발생하며, 상기 산화물의 화합물은 산화리튬(Li2O), 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O), 과산화리튬(Li2O2), 과산화칼륨(K2O2), 과산화나트륨(Na2O2), 질산리튬(LiNO3), 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로서 소결시 산소(O)가 발생하는 것을 특징으로 하여 구성된다.
또, 상기 알칼리금속화합물에 철광석 입자 간에 결합역할을 하는 칼슘페라이트(Calcium Ferrite) 및 마그네슘페라이트(Magnesium Ferrite)의 형성이 증진되도록 마그네슘화합물을 추가로 첨가하는 것을 포함하여 이루어진다. 구체적으로는, 상기 마그네슘화합물은 산화마그네슘(MgO), 탄산마그네슘(MgCO3), 탄산수소마그네슘(Mg(HCO3)2), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 과산화마그네슘(MgO2), 질산마그네슘(Mg(NO3)2)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로 이루어진다.
상기 마그네슘화합물 중에서 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산수소마그네슘(Mg(HCO3)2)을 이루는군 중에 선택된 1종 이상의 화합물을 사용하여 소결시 이산화탄소(CO2)가 발생하고, 상기 마그네슘화합물 중에서 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 화합물을 사용하면 소결시 수산화물(OH)이 발생하고, 상기 마그네슘화합물 중에서 과산화마그네슘(MgO2), 질산마그네슘(Mg(NO3)2)을 이루는 화합물 중에 선택된 1종 이상을 사용하여 소결시 산소 라디칼(oxygen radicals)이 발생하는 것을 특징으로 하여 구성된다.
또한, 상기 알칼리금속화합물에 소결공정의 효율을 높이기 위해 융점이 더 높은 망가니즈화합물을 추가로 첨가하는 것을 포함하고, 상기 망가니즈화합물은 이산화망간(MnO2), 탄산망간(MnCO3), 산화망간(MnO), 삼산화망간(MnO3), 삼산화이망간(Mn2O3), 사산화삼망간(Mn3O4), 질산망간(Mn(NO3)2), 과망가니즈산칼륨(KMnO4)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로 이루어진다.
또, 상기 알칼리금속화합물에 마그네슘계열 수화물, 망간계열 수화물, 붕소계열 수화물, 규산계열 수화물, 구리계열 수화물, 아연계열 수화물, 칼슘계열 수화물, 철수화물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 추가로 첨가하는 것을 포함하여 이루어진다.
상기 금속 소결용 첨가제 조성물에는 슬러리 형태 및 투명한 액체 상태를 유지하거나 용해도를 높일 수 있도록 계면활성제 및 암모니아수, 질산, 인산, 황산, 염산 중에서 선택된 1종 이상을 첨가하는 것을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 금속 소결용 첨가제 조성물을 사용하여 소결할 때는, 철광석:물:조성물을 각각 1000:1~30:0.1~30의 비율로 혼합하여 사용하도록 한다.
본 발명에 따른 금속 소결용 첨가제 조성물에 의하면, 기존에 철광석을 용융시키기 위해 사용했던 용융촉진제인 탄산칼슘 외에 알칼리금속화합물을 첨가로 화학반응이 일어남에 따라 소결광의 소결에 필요한 열적 평형상태가 신속하게 이루어지도록 하고, 소결광의 조직이 다공성으로 바뀌어 환원성을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 알칼리금속화합물을 통한 화학적 반응으로 열원인 석탄이나 코크스의 연소를 촉진시켜 화염의 전진속도를 증진하고, 화염의 최고온도를 지속적으로 유지하는 시간이 길어져 소결 생산성이 증진되며, 소결에 필요한 석탄이나 코크스 등의 열원을 절감할 수 있는 효과를 얻는다.
또한, 소결을 방해하는 알루미나산화물이 많은 저품질의 철광석으로 인해 많은 양의 탄산칼슘이 소요 및 고로의 단위 선철 생산량의 감소를 방지하도록 상기 탄산칼슘과 함께 상기 알칼리금속화합물을 추가로 첨가하여 철광석의 열적 평형상태를 빠르게 하고, 철광석의 입자간 결합강도를 형성하는데 필요한 칼슘페라이트의 형성을 촉진시키는데, 이러한 칼슘페라이트의 촉진은 소결광석의 강도를 약간 증가시킴으로 소결광에 포함된 탄산칼슘의 비율을 줄임과 함께 소결광의 양을 높이고도 소결광의 회수율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또, 상기 알칼리금속화합물을 수산화물계열의 화합물 및 탄산계열의 화합물로 사용하게 되면, 소결시 각각 수산화물 및 이산화탄소가 발생하여 소결광의 다공성의 확보 및 크기가 큰 다공이 증진되며, 소결광의 통기성이 확보되어 환원성이 더욱 증가하는 효과가 있었고, 상기 알칼리금속화합물을 산화물의 화합물로 사용하면, 소결시 산소가 발생하여 연소속도를 촉진되고, 이는 화염의 전진속도를 빠르게 증진시킴에 따라 소결의 생산성이 더욱 증진되는 효과를 얻는다.
또, 상기 알칼리금속화합물에 상기 마그네슘화합물 중 산화마그네슘을 적용하여 소결하면 소결광의 다공성 및 통기성을 확보하고 환원성이 증진되는 효과가 있었고, 상기 마그네슘화합물 중 탄산마그네슘 및 탄산수소마그네슘을 적용하여 소결하면 이산화탄소가 발생하여 소결광에 크기가 큰 다공성이 확보되고 상기 산화마그네슘을 사용할 때보다도 환원성이 크게 증진되는 효과가 있었으며, 상기 마그네슘화합물 중에 수산화마그네슘을 사용하면 소결시 수산화물이 발생하여 상기 산화마그네슘을 사용할 때보다도 소결광의 다공성을 확보하고 통기성의 증진으로 환원성이 크게 증진되는 효과를 나타냈고, 상기 마그네슘화합물 중에 과산화마그네슘 및 질산마그네슘의 첨가로 이루어진 첨가제 조성물은 소결시 산소 라디칼이 발생하여 산화마그네슘이나 수산화마그네슘 및 탄산마그네슘을 사용할 때보다도 화염의 전진속도가 빨라지고 소결광에 크기가 큰 다공성이 증가되며 통기성의 확보로 소결광의 강도증가는 물론이고 환원성과 생산성이 더욱 크게 극대화되는 등의 전반적인 부분에서 모두 증진되는 효과를 얻는다.
또, 상기 알칼리금속화합물과 함께 융점이 더 높은 상기 망가니즈화합물을 추가로 첨가하여 사용하면, 소결광의 강도가 높아지게 될 뿐만 아니라 상기 마그네슘화합물을 추가로 첨가하여 사용했을 때와 같이 화염의 전진속도 및 생산성이 증가하였고, 상기 마그네슘화합물을 추가로 사용했을 때보다도 소결광이 더 높은 강도로 증진되는 효과가 있다.
또, 상기 알칼리금속화합물과 상기 각종계열의 수화물 중에 선택된 1종 이상의 화합물을 사용하게 되면, 소결과정에서 물의 증발과 분해과정으로 발생되는 기체로 인해, 소결광이 큰 크기의 다공성을 확보함과 동시에 다공성이 더욱 증가하였고, 소결로의 통기성이 크게 확보되어 소결의 생산성 및 환원성이 더욱 크게 증진되는 효과를 얻는다.
도 1은 본 발명의 소결첨가제의 첨가전/후의 화염전진속도를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 소결첨가제의 첨가전/후의 회수율을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 소결첨가제의 첨가전/후의 낙하강도를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 소결첨가제의 첨가전/후의 저온환원분화강도를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 소결첨가제의 첨가전/후의 환원율을 나타낸 그래프.
다음으로 본 발명에 따른 금속 소결용 첨가제 조성물의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 발명의 실시예는 해당 기술분야에서 보통의 지식을 가진 자가 본 발명을 이해할 수 있도록 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
상기 금속 소결용 첨가제 조성물을 통한 철광석의 소결로 주로 생성되는 소결광은 철이나, 특별히 소결광의 종류를 제한하는 것은 아니고 소결 공정이 적용되는 모든 소결광을 포함하여 적용할 수 있다.
일반적으로, 알칼리금속이란 성질이 비슷한 리튬(Li), 칼륨(K), 나트륨(Na)을 비롯해 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr)의 6원소를 총칭하는 것을 뜻한다. 알칼리금속은 은백색의 무른 금속으로 공기 중에서는 곧 광택을 잃어버리며, 비중, 녹는점, 끓는점 등이 낮은 것을 특징으로 한다. 또한, 불꽃반응을 나타내고 많은 비금속원소들과 활발하게 직접 작용하는데, 특히 산소, 할로젠 등과 잘 화합한다. 또, 수소와 반응하여 수소화물을 만들며 리튬은 질소 및 탄소와도 직접 화합하고, 상온에서 물과 반응하여 수소를 발생시키며 강한 염기인 수산화물을 생성한다.
상기 알칼리금속화합물은 평소 공기 중에 그대로 방치하면 공기 중의 습기와 반응(예를 들면, 이산화탄소와의 반응)하게 되므로, 석유나 파라핀 속에 넣어 저장하는 것이 바람직하다.
이하 실시예를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.
실시예 1 : 탄산칼슘(CaCO3)+알칼리금속화합물(Li,K,Na)
먼저, 본 발명에 따른 금속 소결용 첨가제 조성물에 대한 실시예는, 소결할 때의 첨가제인 탄산칼슘(CaCO3)과, 알칼리금속화합물을 포함하는 조성물로 이루어진다.
상기 탄산칼슘 및 알칼리금속화합물은 철광석의 소결공정에서 용융점을 낮추는 용융촉진제로서, 석탄이나 코크스 및 석탄이나 코크스의 분말 등의 열원을 통한 철광석의 소결시 화학반응을 일으키는 역할을 한다. 구체적으로 살펴보면, 상기 탄산칼슘은 열원의 연소를 통해 철광석에 화학반응을 일으키되 반응열은 크게 달라지지 않으나 화학적 반응속도를 빠르게 발생시키는 촉매적 성격이 강하고, 상기 알칼리금속화합물은 염기성이 강하면서도 열원에 의한 연소성을 촉진하는 화학반응으로 반응열을 높이도록 작용한다.
상기 탄산칼슘은 산화칼슘(CaO) 등의 용융촉진제를 적용하여 사용하는 것도 가능하다.
상기 알칼리금속화합물은 알칼리금속(alkali metal)에 포함되는 임의의 원소성분 중에 리튬(Li), 칼륨(K), 나트륨(Na)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로 형성한다.
또한, 상기 금속 소결용 첨가제 조성물은 화학적 반응을 이용한다. 즉, 철광석을 고로 내에 넣고 적절한 열원을 사용하여 연소할 때, 적당한 조건하에 적합한 반응성 성분의 첨가제 조성물을 함께 연소한다. 상기에서의 첨가제 조성물은 탄산칼슘과 알칼리금속화합물을 기반으로 하며, 하기에서 설명하는 화합물을 추가로 포함하되 원하는 형태의 첨가제를 선택적으로 형성할 수 있게 된다.
즉, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 금속 소결용 첨가제 조성물의 제1실시예에 의하면, 철광석을 용융시켜 소결하기 위해서는 열원이 필요하며 철광석에 함유된 소결광의 용융점을 낮추기 위해 탄산칼슘을 주로 사용하는데, 이처럼 기존의 용융촉진제인 탄산칼슘 외에 알칼리금속화합물을 첨가로 화학반응이 일어남에 따라 소결광의 소결에 필요한 열적 평형상태가 신속하게 이루어지도록 하고, 소결광의 조직이 다공성으로 바뀌어 환원성을 증진시키는 것이 가능하다.
뿐만 아니라, 알칼리금속화합물을 통한 화학적 반응으로 열원인 석탄이나 코크스의 연소를 촉진시켜 화염의 전진속도를 증진하고, 화염의 최고온도를 지속적으로 유지하는 시간이 길어져 소결 생산성이 증진되며, 소결에 필요한 석탄이나 코크스 등의 열원을 절감하는 것이 가능하다.
그리고, 철광석 중에서 알루미나산화물(Al2O3)이 많은 저품질의 철광석은 소결시 용융작용을 방해하는바, 상기 알칼리금속화합물은 수산화물계열과 탄산계열 및 산화물의 화합물로 구성된다.
즉, 상기 알칼리금속화합물은 알루미나산화물(Al2O3)이 많은 철광석 또는 철광석의 소결성을 더욱 높이느데 있어서, 칼슘페라이트(Calcium Ferrite)의 형성을 촉진함과 동시에 소결공정의 효율을 높이는 수산화물계열의 화합물, 탄산계열의 화합물, 산화물의 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속화합물을 포함하여 이루어진다.
상기에서 수산화물계열의 화합물은 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로서, 소결시 수산화물(OH)이 발생한다.
또한, 상기 탄산계열의 화합물은 탄산칼륨(K2CO3), 탄산나트륨(NaCO3), 탄산리튬(LiCO3), 탄산수소칼륨(KHCO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 탄산수소리튬(LiHCO3)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로서, 소결시 이산화탄소(CO2)가 발생하게 된다.
또, 상기 산화물의 화합물은 산화리튬(Li2O), 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O), 과산화리튬(Li2O2), 과산화칼륨(K2O2), 과산화나트륨(Na2O2), 질산리튬(LiNO3), 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로서, 소결시 산소(O)가 발생하게 된다.
상기와 관련하여 본 발명의 제1실시예에 따른 금속 소결용 첨가제 조성물을 첨가하기 전과 첨가한 후의 소결상태를 각각 실험하여 측정하였다.
[측정평가기준]
① 화염의 전진속도(FFS:Flame Front Speed)
화염의 전진속도는 화염온도의 상승에 의한 소결속도를 측정하기 위한 것이다. 즉, 고로 내로 장입된 원료표면에 착화 된 화염이 하부로 타들어가는 속도를 측정하였다.
- FFS(mm/min)=(Pallet층후×Pallet속도)/(유효화상길이)
② 회수율(YI)
회수율은 소결광의 융점저하와 화염의 전진속도에 의한 생산성을 측정하였다.
- YI(%)=((덤블링(30회전)+5mm중량(kg))/표층부소결광전체중량)×100
③ 낙하강도(SI), 저온환원분화강도(RDI)
낙하강도와 저온환원분화강도는 소결광의 강도증진을 측정하기 위한 것이다. 즉, 낙하강도는 소결에서부터 고로 장입시까지 수송과정 중 분화정도를 나타내는 냉간강도의 지수이고, 저온환원분화강도는 고로 내에 장입된 소결광이 환원과정에서의 분화정도를 나타내는 지수이다.
- SI(%)=(시험후+10mm중량)/(시험전+10mm중량)×100
- RDI(%)=(시험후-3mm중량)/(시험전중량)×100
④ 환원율(RI)
환원율은 다공성 증진 및 통기성 증진을 측정하기 위한 것이다. 즉, 환원개 시료의 산화제1철(B)에 의하여 측정한다.
- RI(%)=((Wo-Wf)/WI(0.43A-0.112B))×100
상기의 측정평가기준을 토대로 본 발명의 첨가제 조성물을 적용하여 소결 공정을 실험하였다. 상기와 같은 실험 예를 구체적으로 살펴보면, 40kg급 소결포트(Sinter Port)를 준비한 다음 T.Fe 58중량%, SiO2 1.2중량%, Al2O3 2.97(2.80보다 많음)중량%의 성분을 가진 철광석 분말에 탄산칼슘 10%, 분말 코크스 3%을 고르게 혼합한‘성품’을 만들었으며 “성품:물:첨가물=500:10:3”의 비율로 샘플(Sample)을 만들어 대기압조건에서 코크스를 열원으로 하여 최고 1300℃까지 가열하여 소결 공정을 실험하였다.
또, 상기 실험에 의한 측정치는 첨가 전/후로 각각 나누어 측정된 데이터를 하기 표 1 내지 표 34와 도 1 내지 도 5에 각각 나타내었으며, 이를 참조로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 조성물 중 수산화리튬 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(LiOH)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.51 1.2 7.36
YI(%) 78.20 81.83 3.63 4.64
SI(%) 87.42 87.82 0.40 0.46
RDI(%) 50.71 51.20 0.49 0.97
RI(%) 76.53 78.11 1.58 2.06
입도분포(5mm이상) 66.24 67.52 1.28 1.93
본 발명의 조성물 중 수산화칼륨 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.90 1.59 9.75
YI(%) 78.20 82.10 3.90 4.99
SI(%) 87.42 87.60 0.18 0.21
RDI(%) 50.71 51.10 0.39 0.77
RI(%) 76.53 78.45 1.92 2.51
입도분포(5mm이상) 66.24 67.20 0.96 1.45
본 발명의 조성물 중 수산화나트륨 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(NaOH)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.33 1.02 6.25
YI(%) 78.20 81.51 3.31 4.23
SI(%) 87.42 87.65 0.23 0.26
RDI(%) 50.71 50.98 0.27 0.53
RI(%) 76.53 78.32 1.79 2.34
입도분포(5mm이상) 66.24 66.81 0.57 0.86
본 발명의 금속 소결용 첨가제 조성물을 사용함에 있어서, 특히 알루미나산화물(Al2O3)이 많은 저품질의 철광석은 소결을 방해하는바, 종래에는 이를 해결하기 위해 용융촉진제인 탄산칼슘을 더 많이 사용하였는데, 이에 고로의 단위 선철 생산량의 감소를 초래하였으나, 본 발명에서 용융촉진제인 상기 탄산칼슘과 함께 상기 알칼리금속화합물을 추가로 첨가하여 소결한 결과, 철광석의 열적 평형상태를 빠르게 하고, 철광석의 입자간 결합강도를 형성하는데 필요한 칼슘페라이트의 형성을 촉진하게 된다. 이러한 칼슘페라이트의 촉진은 소결광석의 강도를 약간 증가시킴으로 소결광에 포함된 탄산칼슘의 비율을 줄임과 함께 소결광의 양을 높이고도 소결광의 회수율을 높이는 것이 가능하다.
또한, 상기 표 1 내지 표 3은 각각 알칼리금속화합물에 대해 수산화물계열의 화합물을 적용하여 소결 공정의 실험결과를 나타낸 것으로서, 이를 참조하면, 상기 알칼리금속화합물을 수산화물계열의 화합물(LiOH, NaOH, KOH)로 사용하게 되면, 소결시 각각 수산화물이 발생하여 소결광의 다공성의 확보 및 다공의 크기가 증진되었고, 소결광의 통기성이 확보되어 환원성이 더욱 증가시키는 효과를 나타내었다.
본 발명의 조성물 중 탄산리튬 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(Li2CO3)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.22 0.91 5.58
YI(%) 78.20 81.20 3.0 3.84
SI(%) 87.42 87.91 0.49 0.56
RDI(%) 50.71 51.34 0.63 1.24
RI(%) 76.53 78.35 1.82 2.38
입도분포(5mm이상) 66.24 67.25 1.01 1.52
본 발명의 조성물 중 탄산칼륨 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(K2CO3)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.64 1.33 8.15
YI(%) 78.20 82.11 3.91 5.00
SI(%) 87.42 87.61 0.19 0.22
RDI(%) 50.71 51.54 0.83 1.64
RI(%) 76.53 78.48 1.95 2.55
입도분포(5mm이상) 66.24 67.82 1.58 2.39
본 발명의 조성물 중 탄산나트륨 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(Na2CO3)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.32 1.01 6.19
YI(%) 78.20 81.51 3.31 4.23
SI(%) 87.42 87.66 0.24 0.27
RDI(%) 50.71 51.55 0.84 1.66
RI(%) 76.53 78.44 1.91 2.50
입도분포(5mm이상) 66.24 66.80 0.56 0.85
상기 표 4 내지 표 6은 각각 알칼리금속화합물에 대해 탄산계열의 화합물을 적용하여 소결 공정의 실험결과를 나타낸 것으로서, 이를 참조하면, 상기 알칼리금속화합물을 탄산계열의 화합물(K2CO3, Na2CO3, Li2CO3)로 사용하게 되면, 소결시 각각 이산화탄소가 발생하여 소결광의 다공성의 확보 및 다공의 크기가 증진되었고, 소결광의 통기성이 확보되어 환원성이 더욱 증가시키는 등의 상기 수산화물계열의 화합물을 사용하였을 때와 동일한 효과를 나타내었다.
상기에서, 표에 측정평가를 나타내지는 않았지만, 탄산수소칼륨(KHCO3)과 탄산수소나트륨(NaHCO3) 및 탄산수소리튬(LiHCO3)도 사용이 가능하고, 소결시 각각 이산화탄소가 발생한다.
본 발명의 조성물 중 산화리튬 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(Li2O)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.88 1.57 9.63
YI(%) 78.20 82.99 4.8 6.13
SI(%) 87.42 87.91 0.49 0.56
RDI(%) 50.71 51.34 0.63 1.24
RI(%) 76.53 77.51 0.98 1.28
입도분포(5mm이상) 66.24 67.51 1.27 1.92
본 발명의 조성물 중 산화칼륨 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(K2O)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.56 2.25 13.80
YI(%) 78.20 85.67 7.47 9.55
SI(%) 87.42 87.97 0.55 0.63
RDI(%) 50.71 51.53 0.82 1.62
RI(%) 76.53 77.11 0.58 0.76
입도분포(5mm이상) 66.24 67.82 1.58 2.39
본 발명의 조성물 중 산화나트륨 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(Na2O)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.21 1.90 11.65
YI(%) 78.20 83.32 5.12 6.55
SI(%) 87.42 87.90 0.48 0.55
RDI(%) 50.71 51.45 0.74 1.46
RI(%) 76.53 77.02 0.49 0.64
입도분포(5mm이상) 66.24 67.91 1.67 2.52
상기 표 7 내지 표 9는 각각 알칼리금속화합물에 대해 산화물의 화합물을 적용하여 소결 공정의 실험결과를 나타낸 것으로서, 이를 참조하면, 상기 알칼리금속화합물을 산화물의 화합물(Li2O, K2O, Na2O)로 사용하게 되면, 소결시 각각 산소가 발생하여 연소속도를 촉진되고, 이는 화염의 전진속도를 빠르게 증진시킴에 따라 소결의 생산성이 더욱 증진되는 효과가 있었다.
상기 산화물의 화합물 중에 과산화리튬(Li2O2), 과산화칼륨(K2O2), 과산화나트륨(Na2O2) 및 질산리튬(LiNO3), 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3)도 상기 표에 측정평가를 나타내지는 않았지만, 사용시 산소가 발생하여 연소속도의 촉진에 따른 화염의 전진속도 증진 및 생산성이 더욱 증진되는 효과가 있음은 물론이다.
실시예 2 : 탄산칼슘 + 알칼리금속화합물 + 마그네슘화합물
본 발명의 제2실시예는 소결할 때의 첨가제인 탄산칼슘과, 알칼리금속화합물에 마그네슘화합물을 추가로 포함하는 조성물로 구성된다. 즉, 상기 알칼리금속화합물에 철광석 입자 간에 결합역할을 하는 칼슘페라이트(Calcium Ferrite) 및 마그네슘페라이트(Magnesium Ferrite)의 형성이 증진되도록 마그네슘화합물을 추가로 첨가하여 이루어지는 것이다.
상기 마그네슘화합물은 상기 알칼리금속화합물을 다량으로 사용할 경우, 소결시 소결광의 치밀성이 약화됨에 따라 강도가 덜 증진됨을 보완하는 역할을 한다.
상기 마그네슘화합물은 산화마그네슘(MgO), 탄산마그네슘(MgCO3), 탄산수소마그네슘(Mg(HCO3)2), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 과산화마그네슘(MgO2), 질산마그네슘(Mg(NO3)2)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하여 이루어진다.
상기처럼 첨가제 조성물로 탄산칼슘 및 알칼리금속화합물에 마그네슘화합물을 추가로 사용하여 소결하는 경우, 소결광의 조직을 다공성으로 만들어 통기성을 확보함은 물론이고 철광석 입자 간의 결합역할을 하는 칼슘페라이트 및 마그네슘페라이트의 증진으로 환원성과 강도를 더욱 증진시키는 것이 가능하다.
상기 마그네슘화합물의 다양한 첨가군에 따른 각각의 효율은 하기 표 10 내지 표 22에서 나타낸 바와 같이, 각각의 첨가군의 실험 예에 따른 측정결과를 참조하여 설명한다. 이때, 측정실험에 대한 샘플은 상기 제1실시예와 동일한 방법으로 제작하되 상기 알칼리금속화합물:마그네슘화합물=7:3의 비율로 만들어 소결 공정을 실험하였다.
본 발명의 조성물 중 산화리튬+산화마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(LI2O+MgO)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.71 1.4 8.58
YI(%) 78.20 82.32 4.1 5.27
SI(%) 87.42 89.03 1.61 1.84
RDI(%) 50.71 51.87 1.16 2.29
RI(%) 76.53 78.11 1.58 2.06
입도분포(5mm이상) 66.24 67.88 1.64 2.48
본 발명의 조성물 중 산화칼륨+산화마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(K2O+MgO)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.99 1.68 10.30
YI(%) 78.20 85.65 7.45 9.53
SI(%) 87.42 89.02 1.60 1.83
RDI(%) 50.71 51.93 1.22 2.41
RI(%) 76.53 78.21 1.68 2.20
입도분포(5mm이상) 66.24 67.89 1.65 2.49
본 발명의 조성물 중 산화나트륨+산화마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(Na2O+MgO)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.75 1.44 8.83
YI(%) 78.20 82.23 4.03 5.15
SI(%) 87.42 89.00 1.58 1.81
RDI(%) 50.71 51.91 1.20 2.37
RI(%) 76.53 78.12 1.59 2.08
입도분포(5mm이상) 66.24 67.88 1.64 2.48
상기 표 10 내지 표 12는 각각 상기 알칼리금속화합물(산화리튬, 산화칼륨, 산화나트륨)에 상기 마그네슘화합물 중 산화마그네슘을 적용하여 소결 공정의 실험결과를 나타낸 것으로서, 소결광의 다공성 및 통기성을 확보하고 환원성이 증진되는 효과를 나타냈다.
또한, 상기 마그네슘화합물 중에서 탄산마그네슘과 탄산수소마그네슘을 이루는군 중에 선택된 1종 이상의 화합물을 사용하게 되면, 소결시 이산화탄소(CO2)가 발생하는 것을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 조성물 중 산화리튬+탄산마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(Li2O+MgCO3)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.70 1.39 8.52
YI(%) 78.20 82.23 4.0 5.15
SI(%) 87.42 89.00 1.58 1.81
RDI(%) 50.71 51.85 1.14 2.25
RI(%) 76.53 78.29 1.76 2.30
입도분포(5mm이상) 66.24 67.12 1.88 2.84
본 발명의 조성물 중 산화칼륨+탄산수소마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(K2O+Mg(HCO3)2)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.78 1.47 9.01
YI(%) 78.20 85.00 6.80 8.70
SI(%) 87.42 88.99 1.57 1.80
RDI(%) 50.71 51.98 1.27 2.50
RI(%) 76.53 77.93 1.40 1.83
입도분포(5mm이상) 66.24 68.57 2.33 3.52
본 발명의 조성물 중 산화나트륨+탄산마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(Na2O+MgCO3)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.72 1.41 8.65
YI(%) 78.20 82.21 4.01 5.13
SI(%) 87.42 88.95 1.53 1.75
RDI(%) 50.71 51.88 1.17 2.31
RI(%) 76.53 78.45 1.92 2.51
입도분포(5mm이상) 66.24 68.12 1.88 2.84
상기 표 13 또는 표 15는 각각 상기 알칼리금속화합물 중 산화리튬 및 산화나트륨과 상기 마그네슘화합물 중 탄산마그네슘을 적용하여 소결 공정을 실험한 것이고, 상기 표 14는 알칼리금속화합물 중 산화칼륨과 상기 마그네슘화합물 중 탄산수소마그네슘을 적용하여 소결 공정을 실험해 측정한 것이다. 이러한 상기 알칼리금속화합물과 상기 마그네슘화합물 중에서 탄산마그네슘 및 탄산수소마그네슘을 이루는군 중에 선택된 1종 이상의 화합물을 사용하게 되면, 소결시 이산화탄소가 발생하여 소결광에 크기가 큰 다공성이 확보되고, 상기 마그네슘화합물 중 산화마그네슘을 사용할 때보다도 환원성이 크게 증진되는 효과가 있다.
또한, 상기 마그네슘화합물 중에서 수산화마그네슘 화합물을 사용하면, 소결시 수산화물(OH)이 발생하는 것을 포함한다.
본 발명의 조성물 중 수산화리튬+수산화마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(LiOH+Mg(OH)2)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.30 17.71 1.41 8.65
YI(%) 78.20 82.22 4.02 5.14
SI(%) 87.40 89.01 1.6 1.84
RDI(%) 50.70 51.87 1.17 2.31
RI(%) 76.50 78.50 2 2.61
입도분포(5mm이상) 66.20 67.88 1.68 2.54
본 발명의 조성물 중 수산화칼륨+수산화마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH+Mg(OH)2)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.30 18.02 1.72 10.55
YI(%) 78.20 85.12 6.92 8.85
SI(%) 87.40 88.40 1.00 1.14
RDI(%) 50.70 52.20 1.50 2.96
RI(%) 76.50 78.60 2.10 2.75
입도분포(5mm이상) 66.20 68.53 2.33 3.52
본 발명 조성물 중 수산화나트륨+수산화마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(NaOH+Mg(OH)2)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.30 17.88 1.58 9.69
YI(%) 78.20 84.42 6.22 7.95
SI(%) 87.40 89.01 1.61 1.84
RDI(%) 50.70 51.98 1.28 2.52
RI(%) 76.50 78.55 2.05 2.68
입도분포(5mm이상) 66.20 68.41 2.21 3.34
상기 표 16 내지 표 18은 각각 상기 알칼리금속화합물 중 수산화리튬, 수산화칼륨, 수산화나트륨에서 선택된 1종 이상과 상기 마그네슘화합물 중 수산화마그네슘을 적용하여 소결 공정을 실험해 측정한 것이다. 즉, 상기 알칼리금속화합물과 상기 마그네슘화합물 중에 수산화마그네슘을 사용하게 되면, 소결시 수산화물이 발생하여 상기 산화마그네슘을 사용할 때보다도 소결광의 다공성을 확보하고 통기성의 증진으로 환원성이 크게 증진되는 효과를 나타냈다.
또한, 상기 마그네슘화합물 중에서 과산화마그네슘(MgO2), 질산마그네슘(Mg(NO3)2)을 이루는 화합물 중에 선택된 1종 이상을 사용하여 소결시 산소 라디칼(oxygen radicals)이 발생하는 것을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 조성물 중 산화리튬+과산화마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(Li2O+MgO2)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.13 1.82 11.16
YI(%) 78.20 85.65 7.5 9.53
SI(%) 87.42 89.87 2.45 2.80
RDI(%) 50.71 52.14 1.43 2.82
RI(%) 76.53 78.25 1.72 2.25
입도분포(5mm이상) 66.24 68.74 2.5 3.77
본 발명의 조성물 중 산화칼륨+과산화마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(K2O+MgO2)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 19.15 2.84 17.41
YI(%) 78.20 87.74 9.54 12.20
SI(%) 87.42 89.75 2.33 2.67
RDI(%) 50.71 51.88 1.17 2.31
RI(%) 76.53 78.11 1.58 2.06
입도분포(5mm이상) 66.24 68.51 2.27 3.43
본 발명의 조성물 중 산화나트륨+과산화마그네슘 첨가군 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(Na2O+MgO2)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.12 1.81 11.10
YI(%) 78.20 86.25 8.05 10.29
SI(%) 87.42 89.13 1.71 1.96
RDI(%) 50.71 51.55 0.84 1.66
RI(%) 76.53 77.84 1.31 1.71
입도분포(5mm이상) 66.24 67.66 1.42 2.14
본 발명의 조성물 중 질산칼륨+질산마그네슘 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KNO3+Mg(NO3)2)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.23 1.92 11.77
YI(%) 78.20 86.12 7.92 10.13
SI(%) 87.42 89.15 1.73 1.98
RDI(%) 50.71 51.56 0.85 1.68
RI(%) 76.53 78.01 1.48 1.93
입도분포(5mm이상) 66.24 68.11 1.87 2.82
상기 표 19 내지 표 21은 각각 상기 알칼리금속화합물 중 산화리튬, 산화칼륨, 산화나트륨에서 선택된 1종과 상기 마그네슘화합물 중 과산화마그네슘을 적용하여 소결 공정을 실험해 측정한 것이고, 상기 표 22는 알칼리금속화합물 중 질산칼륨과 상기 마그네슘화합물 중 질산마그네슘을 적용하여 소결 공정을 실험해 측정한 것이다. 이러한, 상기 알칼리금속화합물과 상기 마그네슘화합물 중에 과산화마그네슘 및 질산마그네슘의 첨가로 이루어진 첨가제 조성물은 소결시 산소 라디칼이 발생하여 산화마그네슘이나 수산화마그네슘 및 탄산마그네슘을 사용할 때보다도 화염의 전진속도가 빨라지고, 소결광에 크기가 큰 다공성이 증가되며 통기성의 확보로 소결광의 강도증가는 물론이고 환원성과 생산성이 더욱 크게 극대화되는 등의 전반적으로 모두 증진된 효과를 얻었다.
실시예 3 : 탄산칼슘 + 알칼리금속화합물 + 망가니즈화합물
본 발명의 제3실시예는 소결할 때의 첨가제인 탄산칼슘 및 알칼리금속화합물에 망가니즈화합물을 추가로 포함하는 조성물로 이루어진다. 즉, 상기 알칼리금속화합물에 보다 소결공정의 효율을 높이기 위해 융점이 더 높은 망가니즈화합물을 추가로 첨가하여 이루어지는 것이다.
상기 망가니즈화합물은 이산화망간(MnO2) 및 탄산망간(MnCO3)을 비롯하여 산화망간(MnO), 삼산화망간(MnO3), 삼산화이망간(Mn2O3), 사산화삼망간(Mn3O4), 질산망간(Mn(NO3)2), 과망가니즈산칼륨(KMnO4)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함한다.
상기 망가니즈화합물의 다양한 첨가군에 따른 각각의 효율은 하기 표 23 내지 표 26에서 나타낸 바와 같이, 각각의 첨가군의 실험 예에 따른 측정결과를 참조하여 설명한다. 이때, 측정실험에 대한 샘플은 상기 제1실시예 및/또는 제2실시예와 동일한 방법으로 제작하되 상기 알칼리금속화합물:망가니즈화합물=7:3의 비율로 만들어 소결 공정을 실험하였다.
본 발명의 조성물 중 수산화칼륨+이산화망간 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH+MnO2)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.50 2.19 13.43
YI(%) 78.20 85.99 7.79 9.96
SI(%) 87.42 89.25 1.83 2.09
RDI(%) 50.71 52.11 1.40 2.76
RI(%) 76.53 78.21 1.68 2.20
입도분포(5mm이상) 66.24 68.13 1.89 2.85
본 발명의 조성물 중 수산화칼륨+탄산망간 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH+MnCO3)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.21 1.90 11.65
YI(%) 78.20 85.87 7.67 9.81
SI(%) 87.42 89.22 1.80 2.06
RDI(%) 50.71 52.00 1.29 2.54
RI(%) 76.53 78.01 1.48 1.93
입도분포(5mm이상) 66.24 67.86 1.62 2.45
본 발명의 조성물 중 수산화칼륨+질산망간 첨가군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH+Mn(NO3)2)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.20 1.89 11.59
YI(%) 78.20 85.78 7.58 9.69
SI(%) 87.42 89.20 1.78 2.04
RDI(%) 50.71 52.12 1.41 2.78
RI(%) 76.53 77.99 1.46 1.91
입도분포(5mm이상) 66.24 67.77 1.53 2.31
본 발명 조성물 중 수산화칼륨+과망가니즈산칼륨 첨가군 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH+KMnO4)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.56 2.25 13.80
YI(%) 78.20 86.12 7.92 10.13
SI(%) 87.42 89.1 1.68 1.92
RDI(%) 50.71 51.64 0.93 1.83
RI(%) 76.53 77.55 1.02 1.33
입도분포(5mm이상) 66.24 67.84 1.6 2.42
상기 표 23 내지 표 26은 각각 상기 알칼리금속화합물에 상기 망가니즈화합물을 적용하되 상기 알칼리금속화합물 중 수산화칼륨을 적용하고, 상기 망가니즈화합물 중 이산화망간, 탄산망간, 질산망간, 과망가니즈산칼륨을 각각 적용하여 소결 공정을 실험해 측정한 것이고, 상기 실험에 적용한 망가니즈화합물 외에도 산화망간, 삼산화망간, 삼산화이망간, 사산화삼망간 중에 알칼리금속화합물과 함께 추가로 선택하여 첨가제 조성물을 형성할 수도 있다.
상기 실험하여 측정한 결과, 상기 알칼리금속화합물과 함께 융점이 더 높은 상기 망가니즈화합물을 추가로 첨가하여 사용하게 되면, 소결광의 강도가 높아지게 될 뿐만 아니라 상기 마그네슘화합물을 추가로 첨가하여 사용했을 때와 같이 화염의 전진속도 및 생산성이 증가하였고, 상기 마그네슘화합물을 추가로 사용했을 때보다도 소결광이 더 높은 강도로 증진되는 효과를 나타내었다.
실시예 4 : 탄산칼슘 + 알칼리금속화합물 + 마그네슘 등 각종 계열 수화물
본 발명의 제4실시예는 소결할 때의 첨가제인 탄산칼슘 및 알칼리금속화합물에 마그네슘계열 수화물, 망간계열 수화물, 붕소계열 수화물, 규산계열 수화물, 구리계열 수화물, 아연계열 수화물, 칼슘계열 수화물, 철수화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 추가로 첨가하는 것을 포함하는 조성물로 이루어진다.
여기서, 수화물은 물이 다른 화합물에 결합되어 있는 화합물이며, 함수화물이라고도 한다. 즉, 상기 마그네슘계열 수화물은 마그네슘계열의 화합물에 물이 결합되어 있는 화합물로서, 상기 마그네슘계열 수화물은 Mg(OH)2.nH2O, MgCO3.nH2O, 4MgCO3.Mg(OH)2.4H2O 중에 1종으로 구성된다.
상기 망간계열 수화물, 붕소계열 수화물 및 규산계열 수화물도 각각의 계열의 화합물에 물이 결합되어 있는 화합물로서, 상기 망간계열 수화물은 Mn(OH)2.nH2O, MnCO3.nH2O, KMnO4.nH2O 중에 1종으로 구성되고, 상기 붕소계열 수화물은 Na2B4O7.10H2O, B2O3.nH2O, B2O4.nH2O, NaBO2.nH2O, NaBO3.nH2O, NaBO4.nH2O 중에 1종으로 구성되며, 상기 규산계열 수화물은 NaSiO2.nH2O, KSiO2.nH2O, LiSiO2.nH2O 중에 1종으로 구성된다.
또한, 상기 각종 계열의 수화물 중에도 Mn(NO3)2.9H2O 및 Mg(OH)2.4H2O 와 Na2B4O7.10H20 및 KMnO4.7H2O 의 수화물을 사용함이 가장 바람직하며, 다른 금속으로 이루어진 수화물로서 Cu(NO3)2.nH2O, Zn(NO3)2.6H2O, Ca(OH)2.nH2O과 같은 수화물도 통기성을 확보하기 위한 첨가 조성물로 사용이 가능하다.
상기 마그네슘계열의 수화물을 비롯한 각종 계열의 수화물의 첨가군에 따른 효율은 표 27 내지 표 32에서 나타낸 바와 같이, 각각의 첨가군의 실험 예에 따른 측정결과를 참조하여 설명한다.
본 발명 조성물 중 수산화칼륨+마그네슘계열수화물 군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH+MgCO3.Mg(OH)2.4H2O)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.75 2.45 15.03
YI(%) 78.20 87.56 9.35 11.95
SI(%) 87.42 87.60 0.08 0.09
RDI(%) 50.71 51.11 0.41 0.81
RI(%) 76.53 80.10 3.60 4.71
입도분포(5mm이상) 66.24 68.52 2.32 3.50
본 발명의 조성물 중 수산화칼륨+망간계열수화물 군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH+Mn(NO3)2.6H2O)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.33 2.03 12.45
YI(%) 78.20 86.51 8.31 10.63
SI(%) 87.42 87.78 0.38 0.43
RDI(%) 50.71 51.2 0.53 1.05
RI(%) 76.53 79.68 3.2 4.16
입도분포(5mm이상) 66.24 68.21 2.01 3.04
본 발명의 조성물 중 수산화칼륨+붕소계열수화물 군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH+NaBO3.4H2O)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.12 1.81 11.10
YI(%) 78.20 86.55 8.35 10.68
SI(%) 87.42 87.56 0.14 0.16
RDI(%) 50.71 51.12 0.41 0.81
RI(%) 76.53 79.85 3.32 4.34
입도분포(5mm이상) 66.24 68.25 2.01 3.03
본 발명 조성물 중 수산화칼륨+철수화물 군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH+Fe(NO3)2.6H2O)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.11 1.80 11.04
YI(%) 78.20 86.52 8.32 10.64
SI(%) 87.42 87.60 0.18 0.21
RDI(%) 50.71 51.23 0.52 1.03
RI(%) 76.53 79.51 2.98 3.89
입도분포(5mm이상) 66.24 67.58 1.34 2.02
본 발명의 조성물 중 수산화칼륨+붕소계열수화물 군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH+Na2B4O7.10H2O)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 18.25 1.94 11.89
YI(%) 78.20 86.64 8.44 10.79
SI(%) 87.42 87.50 0.08 0.09
RDI(%) 50.71 51.02 0.31 0.61
RI(%) 76.53 79.25 2.72 3.55
입도분포(5mm이상) 66.24 67.65 1.41 2.13
본 발명 조성물 중 수산화칼륨+규산수화물 군의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(KOH+NaSiO3.10H2O)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 16.31 17.55 1.24 7.60
YI(%) 78.20 84.12 5.92 7.57
SI(%) 87.42 87.51 0.09 0.10
RDI(%) 50.71 50.9 0.18 0.35
RI(%) 76.53 79.58 3.1 3.99
입도분포(5mm이상) 66.24 67.13 0.89 1.34
상기 표 27 내지 표 32는 알칼리금속화합물 중 수산화칼륨에 상기 각종 계열의 수화물을 첨가한 것으로서, 표 27에는 마그네슘계열 수화물을, 표 28에는 망간계열 수화물을, 표 29 및 표 31에는 각각 붕소계열 수화물을, 표 30에는 철수화물을, 표 32에는 규산계열 수화물을 각각 적용하여 소결 공정을 실험해 측정한 것이다.
즉, 상기 알칼리금속화합물과 상기 각종계열의 수화물 중에 선택된 1종 이상의 화합물을 사용하게 되면, 소결과정에서 물(H2O)의 증발과 분해과정으로 발생되는 기체로 인해, 상기 알칼리금속화합물로 산화마그네슘과 수산화마그네슘 및 탄산마그네슘을 적용해 사용했을 때보다는 소결광의 강도증가가 낮아졌지만, 소결과정에 필요한 소결광의 큰 크기의 다공성을 확보함과 동시에 다공성이 더욱 증가하였고, 소결로의 통기성이 크게 확보되어 소결의 생산성 및 환원성이 더욱 크게 증진되는 효과를 나타냈다.
그리고, 상기 모든 과정(제1실시예 내지 제4실시예)에 적용된 조성물은 분말상태로 사용하는 것도 가능하나, 상기 금속 소결용 첨가제 조성물에 슬러리 형태 및 투명한 액체 상태를 유지하거나 용해도를 높일 수 있도록 계면활성제 및 암모니아수, 질산, 인산, 황산, 염산 중에서 선택된 1종 이상을 첨가하는 것을 포함하여 이루어진다.
상기 계면활성제는 성질이 다른 두 물질이 맞닿을 때에, 경계면에 잘 달라 붙어서 표면장력을 현저하게 감소시키는 역할을 하는 물질로서, 솔비톨(CH2OH(CHOH)4CH2OH)을 적용하여 사용하는 것이 바람직하며, 그 외의 계면활성제를 적용하여 사용하는 것도 가능하다.
본 발명 조성물 중 수산화리튬+마그네슘수화물+질산+물의 첨가 전/후 비교
구 분 Sample(LiOH+Mg(OH)2.4H2O+질산+물)
첨가 전 첨가 후 증가량 증가율(%)
FFS(mm/min) 18.21 18.89 0.68 3.73
YI(%) 86.70 88.85 2.15 2.48
SI(%) 87.96 88.86 0.90 1.02
RDI(%) 51.26 52.33 1.07 2.09
RI(%) 79.90 80.95 1.05 1.31
입도분포(5mm이상) 68.10 69.21 1.11 1.63
상기 표 33은 상기 알칼리금속화합물 중 수산화리튬과 상기 마그네슘계열 수화물이 적용된 첨가 군에 질산을 첨가하여 소결 과정을 실험측정한 것이다. 구체적으로 설명하면, 소결광 및 철광석과의 혼합면적을 넓혀 효율을 증진시키기 위해서 질산용액 35중량%에 수산화리튬과 마그네슘계열 화합물(Mg(OH)2.4H2O)을 녹여서 소결광:물:샘플A=1000:10:3의 비율로 소결 포트에 실험하되 상기 샘플은 LiOH:Mg(OH)2.4H2O:질산:물=20:7:50:100의 비율로 실험하여 측정한 결과 화염전진속도 및 소결광의 강도와 회수율 및 환원율이 물을 포함하지 아니할 때보다도 더욱 크게 증가 하였다.
또한, 상기 금속 소결용 첨가제 조성물을 사용하여 소결할 때는, 철광석:물:조성물을 각각 1000:1~30:0.1~30의 비율로 혼합하여 사용한다.
이에, 상기 표 33의 실험에서 얻은 샘플을 가지고 소결광(70%)+철광석(30%):물:조성물=1000:10:3의 비율로 혼합하여 고로(6500ton/d급)에서 1일간의 실험으로 첨가 전/후를 비교한 측정결과 하기 표 34와 같은 데이터를 얻었다.
구분 첨가 전 첨가 후 효율
선철 산량(kg/일일) 46,080.0 40,118.0 12.94
코크스(kg/ton) 377.0 348.0 7.69
파인 코크스(kg/ton) 117.0 110.0 5.98
석탄 비(kg/ton) 124.0 119.0 4.03
연료 비(kg/ton) 1,802.0 1,725.0 4.27
광재 비(kg/ton) 1,802.0 1,692.0 6.10
용재(CaCO3)비(kg/ton) 34.1 27.8 18.42
상기 표 34에 나타낸 바와 같이, 상기 실험은 선비가 3.56(ton/㎥)이고, 부하율이 80%이며, 노의 크기는 150㎥로서, 수냉식의 냉각방식인 제원의 고로를 사용하여 소결시 고로의 효율을 측정하였다. 상기 측정결과, 상기 첨가 조성물을 소결광에 적용한 것보다는 미흡하나 직접 철광석에 분사하여 고로에 장입하여도 고로의 통기성이 확보되고, 철광석의 열적 평형상태가 증진됨에 따라 코크스나 석탄과 같은 열원의 사용량을 줄이며, 선철의 단위 생산량을 늘리는 효과를 나타내었다.

Claims (14)

  1. 철광석의 소결공정에서 용융점을 낮추는 용융촉진제인 탄산칼슘과 함께 첨가하는 알칼리금속화합물을 포함하고,
    상기 알칼리금속화합물은 칼륨(K), 나트륨(Na)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물이되,
    상기 알칼리금속화합물은, 알루미나산화물(Al2O3)이 많은 철광석 또는 철광석의 소결성을 더욱 높이는 칼슘페라이트(Calcium Ferrite)의 형성을 촉진함과 동시에 소결공정의 효율을 높이는 수산화계열의 화합물, 탄산계열의 화합물, 산화물계열의 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 알칼리금속화합물인 것을 특징으로 하는 금속 소결용 첨가제 조성물.인 것을 특징으로 하는 금속 소결용 첨가제 조성물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수산화계열의 화합물은, 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로서, 소결시 수산화물(OH)이 발생하는 것을 특징으로 하는 금속 소결용 첨가제 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄산계열의 화합물은, 탄산칼륨(K2CO3), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산수소칼륨(KHCO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로서, 소결시 이산화탄소(CO2)가 발생하는 것을 특징으로 하는 금속 소결용 첨가제 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화물계열의 화합물은, 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O), 과산화칼륨(K2O2), 과산화나트륨(Na2O2), 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물로서, 소결시 산소(O)가 발생하는 것을 특징으로 하는 금속 소결용 첨가제 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 알칼리금속화합물에 상기 철광석 입자 간에 결합역할을 하는 칼슘페라이트(Calcium Ferrite) 및 마그네슘페라이트(Magnesium Ferrite)의 형성이 증진되도록 마그네슘화합물을 추가로 첨가하는 것을 포함하는 금속소결용 첨가제 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 마그네슘화합물은, 산화마그네슘(MgO), 탄산마그네슘(MgCO3), 탄산수소마그네슘(Mg(HCO3)2), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 과산화마그네슘(MgO2), 질산마그네슘(Mg(NO3)2)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 금속 소결용 첨가제 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 마그네슘화합물 중에서 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산수소마그네슘(Mg(HCO3)2)을 이루는군 중에 선택된 1종 이상의 화합물을 사용하여 소결시 이산화탄소(CO2)가 발생하는 것을 특징으로 하는 금속 소결용 첨가제 조성물.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 마그네슘화합물 중에서 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 화합물을 사용하면 소결시 수산화물(OH)이 발생하는 것을 특징으로 하는 금속 소결용 첨가제 조성물.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 마그네슘화합물 중에서 과산화마그네슘(MgO2), 질산마그네슘(Mg(NO3)2)을 이루는 화합물 중에 선택된 1종 이상을 사용하여 소결시 산소 라디칼(oxygen radicals)이 발생하는 것을 특징으로 하는 금속 소결용 첨가제 조성물.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 알칼리금속화합물에 융점이 더 높은 망가니즈화합물을 추가로 첨가하는 것을 포함하고,
    상기 망가니즈화합물은 이산화망간(MnO2), 탄산망간(MnCO3), 산화망간(MnO), 삼산화망간(MnO3), 삼산화이망간(Mn2O3), 사산화삼망간(Mn3O4), 질산망간(Mn(NO3)2), 과망가니즈산칼륨(KMnO4)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 금속 소결용 첨가제 조성물.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 알칼리금속화합물에 마그네슘수화물, 망간수화물, 붕소수화물, 규산수화물, 구리수화물, 아연수화물, 칼슘수화물, 철수화물로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 추가로 첨가하는 것을 포함하는 금속 소결용 첨가제 조성물.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 소결용 첨가제 조성물에는 슬러리 형태 및 투명한 액체 상태를 유지하거나 용해도를 높일 수 있도록 계면활성제 및 암모니아수, 질산, 인산, 황산, 염산 중에서 선택된 1종 이상을 첨가하는 것을 포함하는 금속 소결용 첨가제 조성물.
  14. 삭제
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