KR101242698B1 - 소결용 배합 원료의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

소결광 제조를 위한 소결용 배합 원료의 제조 방법이 개시된다. 소결용 배합 원료의 제조 방법은 극미분 철광석과 수분 바인더를 혼합 및 조립하여 소형 펠렛을 제조하는 단계와, 소형 펠렛의 표면에 전분 수용액을 도포 후 건조시켜 경화된 전분으로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계와, 소형 펠렛들과 부원료 및 고체연료를 혼합 및 재조립하는 단계를 포함한다.

Description

소결용 배합 원료의 제조 방법 {MANUFACTURING METHOD OF MIXING RAW MATERIAL FOR SINTERING}

본 발명은 소결광 제조를 위한 소결용 배합 원료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형 펠렛의 강도를 높여 소결 생산성을 향상시킬 수 있는 소결용 배합 원료의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 선택 조립 방법에 따른 소결용 배합 원료의 제조 공정은 극미분 철광석에 수분을 첨가하여 혼합 후 펠렛타이저로 조립하여 소형 펠렛을 제조하는 단계와, 소형 펠렛들에 부원료(석회석, 생석회와 같은 CaO 함유 원료 또는 규석, 사문암과 같은 SiO₂ 함유 원료)와 고체연료(코크스 및 무연탄 등) 등을 혼합 후 재조립하는 단계를 포함한다.

소결용 배합 원료는 소결 장치로 장입되고, 점화로를 통과하면서 연료인 코크스에 불꽃이 착화되며, 배풍기의 흡입 압력에 의해 대기중 공기가 소결 표층부로 흡입되면서 소결 과정을 거치게 된다. 이러한 과정을 거쳐 반용융 상태인 소결광이 제조되고, 제조된 소결광은 후 공정인 용광로(고로)로 이송된다.

극미분 철광석과 수분만으로 제조된 소형 펠렛은 강도가 낮으므로 소결광을 제조하는 과정에서 소결 베드(bed) 내부의 통기성을 저하시킨다. 따라서 소결 생산성이 저하되고, 소결광의 품질이 낮아지며, 소결에 사용되는 코크스 양을 증대시키는 문제를 유발한다.

본 발명은 소형 펠렛의 강도를 높여 소결 과정에서 소결 베드 내부의 통기성을 개선하고, 그 결과 소결 생산성을 높일 수 있는 소결용 배합 원료의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소결용 배합 원료의 제조 방법은, 극미분 철광석과 수분 바인더를 혼합 및 조립하여 소형 펠렛을 제조하는 단계와, 소형 펠렛의 표면에 전분 수용액을 도포 후 건조시켜 경화된 전분으로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계와, 소형 펠렛들과 부원료 및 고체연료를 혼합 및 재조립하는 단계를 포함한다.

소형 펠렛 제조시 분철광석을 추가하여 핵입자인 분철광석의 표면에 수분 바인더를 매개로 극미분 철광석을 부착시킬 수 있다. 극미분 철광석의 함량은 분철광석의 함량보다 적을 수 있다.

전분 수용액은 0.5% 내지 3%의 전분을 포함하며, 스프레이 노즐로 분사될 수 있다. 전분 수용액은 소형 펠렛의 표면에 0.2mm 내지 0.5mm의 두께로 도포될 수 있다. 건조는 90℃ 내지 110℃ 온도의 열풍을 이용하여 1분 내지 3분 동안 진행될 수 있다.

소형 펠렛들의 강도가 높아짐에 따라 소결광을 제조하는 과정에서 소결 베드 내부의 통기성을 개선하여 소결 생산성을 높일 수 있다. 또한, 소형 펠렛의 표면에만 코팅층을 형성하므로 물질 코팅에 따른 추가 비용을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결용 배합 원료의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 소결용 배합 원료의 제조 장치를 나타낸 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결용 배합 원료의 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 소결용 배합 원료의 제조 장치를 나타낸 구성도이다.

도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 소결용 배합 원료의 제조 방법은 극미분 철광석과 수분 바인더를 혼합 및 조립하여 소형 펠렛을 제조하는 제1 단계(S10)와, 소형 펠렛의 표면에 전분 수용액을 도포 후 건조시켜 경화된 전분으로 이루어진 코팅층을 형성하는 제2 단계(S20)와, 코팅층이 형성된 소형 펠렛들에 부원료와 고체연료를 혼합 및 재조립하는 제3 단계(S30)를 포함한다.

제1 단계(S10)에서 소형 펠렛 제조시 극미분 철광석과 함께 분철광석이 사용될 수 있다. 분철광석과 극미분 철광석은 각자의 저장빈(11, 12)에 저장되고, 저장빈(11, 12)은 제1 혼합기(21)와 연결되어 제1 혼합기(21)로 분철광석과 극미분 철광석을 공급한다. 제1 혼합기(21)는 제공받은 분철광석과 극미분 철광석 및 수분 바인더를 고속으로 균일하게 교반시킨다.

분철광석은 4mm 이하의 크기를 가지며, 극미분 철광석은 분철광석보다 작은 크기, 예를 들어 평균 100㎛ 이하의 입자 크기를 가진다. 분철광석은 핵입자로 기능하고, 극미분 철광석은 수분 바인더를 매개로 핵입자 표면에 부착되어 핵입자를 둘러싼다. 부착 입자인 극미분 철광석의 함량은 핵입자인 분철광석의 함량보다 적다. 예를 들어, 분철광석 70중량%와 극미분 철광석 30중량%의 혼합물이 사용될 수 있다.

제1 혼합기(21)는 펠렛타이저(22)와 연결되어 분철광석과 극미분 철광석의 혼합물을 펠렛타이저(22)로 공급한다. 펠렛타이저(22)는 회전 팬(도시하지 않음)을 구비하며, 제1 혼합기(21)로부터 공급된 혼합물은 회전 팬 위를 유동하면서 입자가 점진적으로 성장하여 조립이 이루어진다. 소형 펠렛은 대략 3mm 내지 8mm의 크기를 가질 수 있다.

제2 단계(S20)에서는 소형 펠렛의 표면에 코팅층을 형성하여 소형 펠렛의 강도를 높인다. 이를 위해 펠렛타이저(22)는 코팅 장치(23)와 연결되어 소형 펠렛을 코팅 장치(23)로 공급하고, 코팅 장치(23)에서 소형 펠렛의 표면에 점성을 갖는 전분 수용액을 도포한다. 코팅 장치(23)는 건조 장치(24)와 연결되어 건조 장치(24)로 소형 펠렛을 공급하고, 건조 장치(24)에서 소형 펠렛을 열풍으로 건조시킬 수 있다. 열풍을 사용하는 경우 건조 시간을 단축시킬 수 있다.

코팅 장치(23)는 스프레이 노즐(도시하지 않음)을 구비하여 소형 펠렛의 표면에 전분 수용액을 도포한다. 전분 수용액은 0.5% 내지 3%의 전분을 포함할 수 있다. 전분 수용액에서 전분 함량이 0.5% 미만이면 코팅층 형성에 따른 소형 펠렛의 강도 개선 효과가 미미하고, 3%를 초과하면 전분 수용액을 도포하는 스프레이 노즐이 막혀 전분 수용액을 도포하기 어려워진다.

하기 표 1에 전분 수용액의 농도에 따른 분사 용이도 평가 결과를 나타내었다.

상기 표에 기재한 바와 같이, 전분 수용액의 농도가 3%를 초과할 때 스프레이 노즐에 이상이 생겨 코팅 성능이 저하되는 것을 알 수 있다.

코팅 장치(23)에서 분사되는 전분 수용액은 소형 펠렛을 구성하는 입자들 중 부착 입자인 극미분 철광석에 작용하여 이들을 상호 결합시킨다. 전분 수용액은 0.2mm 내지 0.5mm의 두께로 소형 펠렛에 도포될 수 있다. 전분 수용액의 도포 두께가 0.2mm 미만이면 극미분 철광석들의 결합력 개선 효과가 미미하고, 0.5mm를 초과하면 극미분 철광석들의 결합력을 더 이상 높아지지 않으면서 재료 소모만 증가한다.

건조 장치(24)에서는 소형 펠렛에 열풍을 가하여 전분 수용액이 도포된 소형 펠렛을 건조시킨다. 수분에 의해 가수분해된 전분은 건조 과정에서 수분이 증발됨에 따라 경화 현상을 일으키며, 경화된 전분들이 상호 결합하여 소형 펠렛의 강도를 높인다. 소형 펠렛의 코팅층은 경화된 전분으로 구성된다.

건조는 90℃ 내지 110℃의 열풍을 이용하여 진행될 수 있다. 건조 온도가 90℃ 미만이면 건조 시간이 늘어나고, 110℃를 초과하면 소형 펠렛 내부의 수분까지도 증발시키는 결과를 초래하여 오히려 소형 펠렛의 강도가 저하된다. 대략 100℃의 열풍을 기준으로 건조 시간은 1분 내지 5분일 수 있다. 이 조건을 만족할 때 소형 펠렛의 강도를 가장 높게 확보할 수 있다.

건조 장치(24)는 소결 장치(도시하지 않음)와 연결되어 소결 공정에서 발생하는 배열을 열풍으로 사용할 수 있다.

코팅층 형성 유무 및 코팅층 형성 조건에 따른 소형 펠렛의 강도 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

실험에 사용된 시료(소형 펠렛)는 핵입자로서 4mm 이하 크기의 철광석 70%와 부착 입자로서 평균 100㎛ 크기의 극미분 철광석 30%를 포함한다. 전분 수용액으로는 분사도가 용이한 전분 2% 수용액을 사용하였다. 실험에 사용된 시료의 양은 300g이고, 시료의 입도는 4mm 내지 5mm이다. 시료를 2미터 높이에서 5회 자유 낙하하였고, 낙하 충격에 의해서도 깨지지 않은 4mm 이상의 입도를 가진 시료를 수거하였다. 수거된 시료의 무게를 최초 시료의 무게로 나누고 100을 곱하여 낙하 강도를 측정하였다.

코팅층을 형성한 시료의 경우, 전분 수용액 도포 직후, 전분 수용액 도포 후 3시간 자연 상태로 건조한 이후, 전분 수용액 도포 후 대략 100℃의 열풍에 각각 2분, 5분, 10분, 20분 건조시킨 후 낙하 강도를 측정하였다.

시료의 표면에 코팅층을 형성한 경우가 코팅층을 형성하지 않은 비교예 대비 낙하 강도가 개선된 것을 확인할 수 있다. 다만, 열풍 건조 시간이 10분을 넘으면 소형 펠렛 자체의 수분까지 증발하여 오히려 낙하 강도가 저하되는 결과를 보이므로, 열풍 건조 시간은 1분 내지 5분이 바람직하다.

건조 장치(24)는 제2 혼합기(25)와 연결되어 소형 펠렛들을 제2 혼합기(25)로 공급한다. 제2 혼합기(25)는 철광석을 담는 저장빈(13), 부원료를 담는 저장빈(14), 및 고체연료를 담는 저장빈(15)과 연결되어 이들로부터 철광석과 부원료 및 고체연료를 제공받는다.

제3 단계(S30)에서는 제2 단계(S20)에서 완성된 소형 펠렛들에 철광석과 부원료 및 고체연료를 혼합 및 재조립하여 소결용 배합 원료를 완성한다. 철광석은 적철광, 마라맘바 광석, 갈철광, 및 자철광 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 부원료는 반광, 석회석, 생석회, 규석, 백운석, 및 사문암 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 고체연료는 코크스 또는 무연탄을 포함한다.

제3 단계(S30)에서 완성된 소결용 배합 원료는 서지 호퍼(26)로 투입되어 도시하지 않은 소결 장치로 장입된다. 도 2에서 부호 27는 소결 장치로 상부광(upper ore)을 투입하는 상부광 호퍼를 나타낸다.

본 실시예에서 소형 펠렛은 전분으로 구성된 코팅층으로 둘러싸임에 따라, 극미분 철광석과 수분 바인더로 조립된 종래의 소형 펠렛 대비 높은 강도를 구현한다. 따라서 본 실시예의 소결용 배합 원료는 소결광을 제조하는 과정에서 소결 베드(bed) 내부의 통기성을 악화시키지 않으므로 소결 생산성을 높인다. 또한, 소형 펠렛의 표면에만 전분을 코팅하므로 물질 코팅에 따른 추가 비용을 최소화할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

11~15: 저장빈 21: 제1 혼합기
22: 펠렛타이저 23: 코팅 장치
24: 건조 장치 25: 제2 혼합기
26: 서지 호퍼 27: 상부광 호퍼

Claims (6)

1. 극미분 철광석과 수분 바인더를 혼합 및 조립하여 소형 펠렛을 제조하는 단계;
   상기 소형 펠렛의 표면에 전분 수용액을 도포 후 건조시켜 경화된 전분으로 이루어진 코팅층을 형성하는 단계; 및
   상기 소형 펠렛들과 부원료 및 고체연료를 혼합 및 재조립하는 단계
   를 포함하고,
   상기 전분 수용액은 0.5% 내지 3%의 전분을 포함하며, 스프레이 노즐로 분사되고,
   상기 전분 수용액은 상기 소형 펠렛의 표면에 0.2mm 내지 0.5mm의 두께로 도포되고,
   상기 건조는 90℃ 내지 110℃ 온도의 열풍을 이용하여 1분 내지 3분 동안 진행되는 소결용 배합 원료의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 소형 펠렛 제조시 분철광석을 추가하여 핵입자인 상기 분철광석의 표면에 상기 수분 바인더를 매개로 상기 극미분 철광석을 부착시키는 소결용 배합 원료의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 극미분 철광석의 함량은 상기 분철광석의 함량보다 적은 소결용 배합 원료의 제조 방법.
4. 삭제
5. 삭제
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