KR101245321B1 - 소결용 배합 원료의 제조 방법 - Google Patents

소결용 배합 원료의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

소결광 제조를 위한 소결용 배합 원료의 제조 방법이 개시된다. 소결용 배합 원료의 제조 방법은 분철광석과 극미분 철광석 및 바인더를 혼합하여 핵입자인 분철광석의 표면에 바인더를 매개로 극미분 철광석을 부착시키는 단계와, 상기 단계의 혼합물을 조립하여 소형 펠렛들을 제조하는 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 소결 생산성을 높이고 코크스 사용량을 감소시킬 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 또는 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 소결 과정에서 소결 베드 내부의 통기성을 개선하여 소결 생산성을 높이고, 소결에 사용되는 코크스 양을 저감시킬 수 있는 소결용 배합 원료의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소결용 배합 원료의 제조 방법은, 분철광석과 극미분 철광석 및 바인더를 혼합하여 핵입자인 분철광석의 표면에 바인더를 매개로 극미분 철광석을 부착시키는 단계와, 상기 단계의 혼합물을 조립하여 소형 펠렛들을 제조하는 단계와, 소형 펠렛들과 부원료 및 고체연료를 혼합 및 재조립하는 단계를 포함한다.
분철광석은 갈철광을 포함할 수 있고, 극미분 철광석은 자철광을 포함할 수 있다. 극미분 철광석의 함량은 분철광석의 함량보다 적을 수 있다. 극미분 철광석은 분철광석의 10중량% 내지 50중량%로 상기 혼합물에 포함될 수 있다.
바인더는 석회 소성 과정 중 발생하는 포집 더스트와 미파쇄 석회석 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 바인더는 분철광석과 극미분 철광석의 혼합물에 대해 1중량% 내지 15중량%로 포함될 수 있다.
소형 펠렛들의 강도가 높아짐에 따라 소결광을 제조하는 과정에서 소결 베드 내부의 통기성을 개선하여 소결 생산성을 높일 수 있다. 또한, 소결 과정에서 사용되는 코크스의 사용량을 줄일 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 분철광석과 극미분 철광석 및 바인더를 혼합하는 제1 단계(S10)와, 제1 단계(S10)의 혼합물을 조립하여 소형 펠렛을 제조하는 제2 단계(S20)와, 소형 펠렛들에 부원료와 고체연료를 혼합 및 재조립하는 제3 단계(S30)를 포함한다.
제1 단계(S10)에서 분철광석과 극미분 철광석 및 바인더는 각자의 저장빈 (11, 12, 13)에 저장되며, 복수의 저장빈(11, 12, 13)은 제1 혼합기(21)와 연결되어 제1 혼합기(21)로 분철광석과 극미분 철광석 및 바인더를 공급한다. 제1 혼합기(21)는 제공받은 분철광석과 극미분 철광석 및 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 핵입자 표면에 부착되어 핵입자를 둘러싼다. 핵입자로 사용되는 분철광석은 갈철광(limonite)을 포함하고, 부착 입자로 사용되는 극미분 철광석은 자철광(magentite)을 포함한다.
갈철광은 대표적인 저가 원료로서 소결용 배합 원료의 제조 비용을 낮추며, 반응성이 우수하다. 극미분 자철광은 반응성이 낮은 대신에 소결 과정 중 자체 발열하여 소결 열원으로 작용하므로 고체연료인 코크스의 사용량을 낮추는 기능을 한다. 이때 갈철광으로 인해 소결광의 유동성이 저하될 수 있으나 극미분 자철광이 갈철광의 단점을 보완하므로 소결 생산성은 저하되지 않는다.
극미분 철광석의 함량은 분철광석의 함량보다 적다. 극미분 철광석은 분철광석의 10중량% 내지 50중량%로 포함될 수 있다. 극미분 철광석의 함량이 분철광석 함량의 10중량% 미만이면 코크스 사용량 저감 효과가 작고, 반면 50중량%를 초과하면 코크스 사용량 저감에는 효과적이나 소형 펠렛의 강도가 낮아져 소결 생산성이 저하될 수 있다.
바인더는 분철광석에 대한 극미분 철광석의 부착력을 높이는 역할을 하며, 수분이나 생석회가 아닌 석회 소성 과정에서 발생하는 포집 더스트 또는 미파쇄 석회석으로 이루어진다. 입도가 극히 작은 미파쇄 석회석들은 극미분 철광석 사이로 고르게 분포하여 핵입자와 극미분 철광석을 연결하는 다리 역할을 하므로 극미분 철광석의 결합력을 높인다.
전술한 바인더 사용에 따라 고가 재료인 생석회를 사용하지 않아도 되므로 소결 배합 원료의 제조 비용을 낮출 수 있다.
바인더는 분철광석과 극미분 철광석 혼합물에 대해 1중량% 내지 15중량%로 포함될 수 있다. 바인더의 함량이 1중량% 미만이면 핵입자에 부착 입자를 결합시키는 바인더로서의 기능이 저하된다. 반면 바인더의 함량이 15중량%를 초과하면 재료 비용이 높아질 뿐만 아니라 핵입자와 부착 입자들 사이에서 오히려 바인더들끼리 결합하는 현상이 발생하여 균형잡힌 바인더로서의 기능에 제약이 생길 수 있다.
제1 혼합기(21)는 펠렛타이저(22)와 연결되어 제1 혼합기(21)에서 균일하게 교반된 제1 단계(S10)의 혼합물을 펠렛타이저(22)로 공급한다.
제2 단계(S20)에서는 제1 단계(S10)의 혼합물로 소형 펠렛을 제조한다. 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)에서 완성된 소형 펠렛들은 극미분 철광석으로만 구성된 소형 펠렛보다 높은 강도를 구현한다.
펠렛타이저(22)는 제2 혼합기(23)와 연결되어 소형 펠렛들을 제2 혼합기(23)로 공급한다. 제2 혼합기(23)는 철광석을 담는 저장빈(14)과, 부원료를 담는 저장빈(15), 및 고체연료를 담는 저장빈(16)에 연결되어 이로부터 철광석과 부원료 및 고체연료를 제공받는다.
제3 단계(S30)에서는 소형 펠렛들에 철광석과 부원료 및 고체연료를 혼합 및 재조립하여 소결용 배합 원료를 완성한다. 철광석은 적철광, 마라맘바 광석, 소형 펠렛을 구성하는 갈철광 및 자철광과 다른 갈철광 및 다른 자철광 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 부원료는 반광, 석회석, 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(24)로 투입되어 도시하지 않은 소결 장치로 장입된다. 도 2에서 부호 25는 소결 장치로 상부광(upper ore)을 투입하는 상부광 호퍼를 나타낸다.
본 실시예에서 소형 펠렛은 핵입자인 갈철광 표면에 극미분 자철광이 부착된 구조로 이루어짐에 따라, 극미분 철광석만으로 구성된 소형 펠렛 대비 높은 강도를 구현한다. 이때 갈철광은 반응성이 우수한 대신 소결광의 유동성을 저하시킬 수 있지만 극미분 자철광이 갈철광의 단점을 보완하므로, 갈철광을 사용함에도 불구하고 소결 생산성은 저하되지 않는다.
전술한 소형 펠렛들을 포함하는 본 실시예의 소결용 배합 원료는 높아진 강도 특성에 의해 소결광을 제조하는 과정에서 소결 베드(bed) 내부의 통기성을 악화시키지 않으므로 소결 생산성을 높일 수 있다. 또한, 소결 과정에서 사용되는 코크스의 사용량을 줄여 소결광의 제조 원가를 낮출 수 있다.
이하, 수분 바인더의 종류와 함량에 따른 소형 펠렛의 강도 측정 결과에 대해 설명한다.
먼저 분철광석(갈철광)과 극미분 철광석 및 수분 바인더의 혼합물을 조립하여 비교예의 소형 펠렛을 제조하였다. 실험에 사용된 시료(소형 펠렛)의 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.
하기 표 1에 수분 바인더를 사용한 비교예의 소형 펠렛에 대한 낙하 강도 측정 결과를 나타내었다.
Figure 112010086766514-pat00001
수분 바인더를 사용한 소형 펠렛의 경우 분철광석과 극미분 철광석의 함량에 따라 다양한 낙하 강도를 보이고 있으며, 측정된 낙하 강도의 평균값은 60.1%이다.
이어서 분철광석(갈철광)과 극미분 철광석(자철광) 및 석회석 바인더의 혼합물을 조립하여 실시예의 소형 펠렛을 제조하였다. 실험에 사용된 시료(소형 펠렛)의 양과 시료의 입도 및 낙하 강도 측정 방법은 전술한 내용과 동일하다.
하기 표 2에 석회석 바인더를 포함하지 않은 소형 펠렛 및 1중량% 내지 20중량%의 석회석 바인더를 사용한 실시예의 소형 펠렛에 대한 낙하 강도 측정 결과를 나타내었다. 하기의 실험 결과는 분철광석(갈철광) 70중량%와 극미분 철광석(자철광) 30중량% 배합 조건에서 측정된 값이다.
Figure 112010086766514-pat00002
실시예의 소형 펠렛에서 석회석 바인더는 1중량% 내지 15중량%로 포함될 수 있으며, 이 범위에서 측정된 낙하 강도의 평균값은 76.4%로서 석회석 바인더를 포함하지 않은 경우 및 비교예의 소형 펠렛 대비 높은 낙하 강도를 구현하고 있음을 알 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.
11~16: 저장빈 21: 제1 혼합기
22: 펠렛타이저 23: 제2 혼합기
24: 서지 호퍼 25: 상부광 호퍼

Claims (6)

  1. 분철광석과 극미분 철광석 및 바인더를 혼합하여 핵입자인 상기 분철광석의 표면에 상기 바인더를 매개로 상기 극미분 철광석을 부착시키는 단계;
    상기 단계의 혼합물을 조립하여 소형 펠렛들을 제조하는 단계; 및
    상기 소형 펠렛들과 철광석, 부원료 및 고체연료를 혼합 및 재조립하는 단계
    를 포함하고,
    상기 분철광석은 갈철광을 포함하고, 상기 극미분 철광석은 자철광을 포함하고,
    상기 소형 펠렛에 혼합되는 상기 철광석은 적철광, 마라맘바 광석, 소형 펠렛을 구성하는 갈철광 및 자철광과 다른 갈철광 및 다른 자철광 중 하나 이상을 포함하는 소결용 배합 원료의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 극미분 철광석의 함량은 상기 분철광석의 함량보다 적은 소결용 배합 원료의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 극미분 철광석은 상기 분철광석의 10중량% 내지 50중량%로 상기 혼합물에 포함되는 소결용 배합 원료의 제조 방법.
  5. 제1항, 제3항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바인더는 석회 소성 과정 중 발생하는 포집 더스트와 미파쇄 석회석 중 어느 하나를 포함하는 소결용 배합 원료의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바인더는 상기 분철광석과 상기 극미분 철광석의 혼합물에 대해 1중량% 내지 15중량%로 포함되는 소결용 배합 원료의 제조 방법.
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