KR101299376B1 - 소결광의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결광의 제조방법에 관한 것으로, 미분 철광석에 당분과 수분을 첨가한 후 혼합하고 하소하여 혼합광을 만드는 단계와, 상기 혼합광을 파쇄하여 소결 원료에 혼합시켜 조립하는 단계와, 상기 조립한 원료를 소결기에 장입한 후, 점화하여 소결공정을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 품질이 낮아진 철광석의 사전 처리를 통하여 소결광의 품질을 높이고 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

소결광의 제조방법{Method for producing sintered ore}

본 발명은 소결광의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소결광의 생산성을 향상시키기 위한 소결광의 제조방법에 관한 것이다.

고로는 연료인 코크스와 철광석을 반복 장입하면서 풍구를 통해 열풍을 불어넣어 장입된 철광석을 녹여 용선을 생산하는 설비이다.

철광석은 노내 통기성을 위해 파쇄(crushing)와 체질(screening)에 의하여 적정한 크기만을 선택하여 고로에 장입한다. 고로에는 철광석뿐만 아니라 분철광석을 단광화한 소결광도 사용한다.

이와 관련된 선행기술로는 국내특허공고 제1989-000263호가 있다.

본 발명의 목적은 소결 원료의 사전 처리를 통하여 소결광의 품질 및 생산성을 향상시키는 소결광의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 미분 철광석에 당분과 수분을 첨가한 후 혼합하고 하소하여 혼합광을 만드는 단계, 상기 혼합광을 파쇄하여 소결 원료에 혼합시켜 조립하는 단계, 상기 조립한 원료를 소결기에 장입한 후, 점화하여 소결공정을 수행하는 단계를 포함한다.

상기 미분 철광석은 입도가 0.15mm 이하이다.

상기 하소 온도는 400~500℃이다.

상기 파쇄한 혼합광을 체질하여 입도 6~8mm만 선별하는 단계를 더 포함하며, 상기 선별한 입도 6~8mm의 혼합광을 상기 소결 원료에 혼합시켜 조립한다.

상기 소결 원료는 철광석, 부원료, 반광, 연료를 포함한다.

상기 당분은 상기 미분 철광석 전체 중량 대비 3~4wt% 범위로 첨가된다.

상기 수분은 상기 미분 철광석 전체 중량 대비 7.0~8.0wt% 범위로 첨가된다.

본 발명에 따른 소결광의 제조방법은 소결 원료 중 미분 철광석의 사전 처리를 통하여 소결광의 조립성을 향상시키고 소결광의 상온 강도를 저하시키지 않으면서 생산성을 증대시키는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은 품질이 낮아진 철광석에 대해서도 소결광의 품질 및 생산성을 향상시켜 안정적인 고로 조업이 가능하게 하는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 활용이 어려운 미분 철광석을 고로 조업에 활용하는 것이 가능하므로 고로 조업시 생산 원가를 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 소결광의 제조방법의 바람직한 실시예를 보인 구성도.
도 2는 미분 철광석에 첨가되는 수분 함량과 통기성과의 관계를 나타낸 그래프.
도 3은 미분 철광석에 첨가되는 당분 함량에 따른 통기성과의 관계를 나타낸 그래프.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 소결광의 제조방법은, 미분 철광석의 사전 처리를 통하여 소결 원료의 조립성을 높이고 이를 통해 소결광의 품질 및 생산성을 향상시키는 방법이다.

구체적인 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 미분 철광석에 당분과 수분을 첨가한 후 혼합하고 하소하여 혼합광을 만드는 단계와, 혼합광을 파쇄하여 소결 원료에 혼합시켜 조립하는 단계와, 조립한 원료를 소결기에 장입한 후, 점화하여 소결공정을 수행하는 단계를 포함한다.

고로의 주반응은 CO가스에 의한 환원반응이므로 원활한 노내 반응을 위해 장입물층의 통기성 확보가 무엇보다 중요하다. 통기성 확보를 위해 고로 장입물은 적절한 입도를 가져야하며, 특히 철광석의 경우에는 생산량의 80% 이상이 분철광석으로 산출되므로 이러한 분철광석을 소결하여 단광화한 소결광을 사용해야 한다.

소결광의 생산성은 소결 대차에 장입된 배합원료가 착화되기 전 배합한 소결 원료의 통기성에 큰 영향을 받으며, 이 통기성은 소결 원료의 조립에 영향을 받는다. 소결 원료의 조립성이 떨어지면 통기성이 저하되고 소결시 공기흡입이 되지 않아 소결기에 부하가 발생하고 소결광의 품질도 저하된다.

따라서, 소결광의 생산량을 증대시키기 위해서는 통기성 향상을 위해 소결반광 발생량을 저감시켜야 하고 소결광 제조시 조립성을 향상시켜야 한다. 소결광의 조립성 향상을 위해 조립성이 낮은 미분 철광석의 경우 사전 처리를 수행한다.

사전 처리를 수행하는 미분 철광석은 입도 0.15mm 이하이다.

최근 분철광석(평균입도 0.15mm 초과 100mm 이하)의 사용량이 증가하면서 가격이 상승되고 있어 제조원가 절감을 위한 미분 철광석(평균입도 0.15mm 이하)의 활용이 요구된다.

미분 철광석은 가격이 분철광석에 비해 20%나 저렴해 제조원가를 낮추는 효과가 있으나, 조립성이 낮고 소결광의 생산성과 품질에 영향을 미치는 소결기 대차에서 통기성을 악화시켜 생산성을 악화시키게 된다.

따라서, 미분 철광석을 사전 처리하여 일정한 입도만 선별한 후 소결 원료와 조립함으로써 조립성을 높여 소결기 대차에서의 통기성을 확보하고 소결광의 생산성과 품질을 향상시킨다.

사전 처리는 미분 철광석에 당분과 수분을 첨가한 후 혼합하고 하소하여 혼합광을 만드는 단계이다.

입도 0.15mm 이하의 미분 철광석만 사전 처리하는 것은 당분을 첨가하여 혼합시 미분들간의 입자간 물리적 충격이 작아 조립성이 높기 때문이다.

미분 철광석과 분철광석을 모두 사전 처리하는 경우는 철광석 입자 분포에 편차가 커 입자들이 서로 혼합되는데 입자의 물리적 충격이 커지므로 당분이 조립성 향상에 영향을 주지 못한다.

당분은 조립성 향상을 위한 고형화제이다. 당분은 사탕수수로부터 설탕을 만들때 생기는 부산물이다. 당분은 미분 철광석의 조립을 위해 첨가된다. 당분은 미분 철광석과 혼합되어 미분 철광석을 고형화한다.

당분은 사전 처리하는 미분 철광석 전체 중량 대비 3~4wt% 범위로 첨가되고, 수분은 사전 처리하는 미분 철광석 전체 중량 대비 7.0~8.0wt% 범위로 첨가된다.

당분은 미분 철광석 전체 중량 대비 3~4wt%의 첨가가 최적 첨가범위이며, 3wt% 미만으로 첨가되면 미분 철광석의 고형화 효과가 미비하고, 4wt%를 초과하면 혼합광에 기공이 많아져 강도가 저하된다.

당분은 주성분이 유기물이므로 하소 과정에서 휘발되어 혼합광에 기공을 형성하므로 당분이 과하게 첨가되면 혼합광에 많은 기공이 생겨 강도가 저하된다.

수분은 미분 철광석의 결합을 위한 것이다. 수분은 7.0~8.0wt%의 첨가가 최적 첨가범위인데, 이는 미분 철광석을 결합할 때 수분에 의한 표면 장력을 고려한 입자의 최적 수분 흡수량을 고려한 것이다.

수분이 7.0wt% 미만으로 첨가되면 수분이 미분 철광석을 결합할 능력이 미비하여 혼합광 제조가 어렵고, 8.0wt%를 초과하면 수분이 과다하여 소결공정시 연료를 더 투입해야하므로 소결광의 생산성이 악화된다.

소결공정은 배풍기의 강력한 흡인작용에 의해 바람이 발생하여 소결을 수행하는데 이 과정에서 소결 원료에 수분이 과다하면 소결을 위해 연료를 더 투입해야 한다.

당밀은 미분 철광석과의 혼합 효율을 향상시키기 위해 가온 상태로 첨가가능하며, 작업조건에 따라 수분과 혼합한 후 미분 철광석에 첨가될 수 있다.

또한, 당분 대신 벤토나이트나 시멘트 등이 첨가될 수도 있다.

하소 온도는 400~500℃이다.

하소는 휘발성이 있는 성분이 포함되어 있는 분말체를 가열하여 휘발시키는 공정이고, 소결은 분말체를 적당한 형상으로 만들고 가열하면서 입자들이 서로 확산을 통해 서로 단단히 고결시키는 공정이다. 즉, 하소는 용융이 일어나지 않고 엉켜붙으며, 소결은 용융이 일어나 서로 단단히 고결되는 점에서 차이점이 있다.

철광석은 가열하여 수축율이 10%되면 하소된다고 하며 이 범위가 400~500℃이다. 하소 온도는 400℃ 미만이면 하소 반응이 일어나지 않고, 500℃를 초과하면 그 효과가 포화되므로 에너지 절감 차원에서 바람직하지 않다.

또한, 하소 반응은 내부의 수분들과 결정수, 당분 등을 제거하면서 혼합광에 기공을 발생시켜 조립 후 소결시 통기성을 상승시키는 역할도 한다.

사전 처리를 통해 제조된 혼합광은 파쇄하여 일정한 입도만 선별한 후 소결 원료에 혼합시켜 조립한다.

이를 위해, 파쇄한 혼합광을 체질하여 입도 6~8mm만 선별하는 단계를 더 포함하며, 선별한 입도 6~8mm의 혼합광을 소결 원료에 혼합시켜 조립한다.

혼합광은 입도가 6mm 미만이면 소결광 제조시 다른 미분과 뭉쳐져 통기성 확보 문제가 발생하고, 8mm를 초과하면 고유 강도가 떨어져 강도 저하 문제가 발생한다.

파쇄한 혼합광과 소결 원료를 혼합 조립한 원료는 소결기에 장입한 후, 점화하여 소결공정을 수행한다.

소결 원료는 철광석, 부원료, 반광, 연료를 포함한다. 철광석은 평균입도 0.15mm 초과 8mm 이하의 분철광석이 해당될 수 있다.

부원료는 소결광의 염기도 조정과 결합제 역할을 하는 것으로 석회석, 규사, 사문암, 생석회, 백운석 등이 사용될 수 있다. 반광은 소결공정 중 발생된 입도 5mm 이하를 회수한 것이다. 그리고, 연료는 소결시 분광을 가열하여 소성시키는 열원으로 분코크스, 무연탄 등이 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명을 비교예와 실험예를 통해 설명하기로 한다.

<비교예>

분철광석(입도 0.15mm 이하 10~15wt%, 나머지 입도 0.15mm 초과 8mm 이하), 반광, 부원료, 원료를 포함하는 소결 원료에 수분을 첨가하여 조립한 후 소결하여 소결광을 제조하였다. 소결은 약 1300℃의 반 용융상태에서 수행하였다.

이때, 소결 원료는 분철광석 60wt%, 반광 25wt%, 부원료와 원료의 합 15wt%를 포함하여 전체 중량 100wt%가 되도록 배합한 것이며, 조립시 수분은 소결 원료 전체 중량에 대해 7.5wt% 첨가하였다.

실험 결과, 소결시 입자의 미분율(입도 0.15mm 이하)이 20~30% 증가하면서 조립이 되지 않고 분으로 남아 소결광의 생산성을 악화시켰다.

제조한 소결광의 상온 강도는 89%이고, 소결광의 생산성은 30.5t/㎡/d 이다.

<실험예>

분철광석(주원료), 혼합광, 석회석(부원료), 반광, 분코크스(연료)를 혼합한 소결 원료에 수분을 첨가하여 조립한 후 소결하여 소결광을 제조하였다. 소결은 약 1300℃의 반 용융상태에서 수행하였다.

혼합광은 분철광석 중 입도 0.15mm 이하를 따로 분리하여 혼합광 전체 중량 대비 4wt%의 당분과 7.5wt%의 수분을 첨가한 후 혼합하고 450℃에서 하소하여 혼합광을 만든 후 6~8mm 크기로 파쇄한 것이다.

이때, 소결 원료는 분철광석과 혼합광의 합 60wt%, 반광 25wt%, 부원료와 연료의 합 15wt%를 포함하여 전체 중량 100wt%가 되도록 배합한 것이며, 조립시 수분은 소결 원료 전체 중량에 대해 7.5wt% 첨가하였다.

제조한 소결광의 상온 강도는 89~90% 범위이고, 소결광의 생산성은 33.5~34.0t/㎡/d 이며, 비교예 대비 3~4t/㎡/d 증가하였다.

비교예와 실험예에 의하면, 품질이 낮아진 철광석을 사용하더라도 사전 처리를 통하여 소결광의 상온 강도를 89~90%로 유지할 수 있으며, 소결광의 생산성은 오히려 상승하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 2 및 도 3에 의하면, 수분이 미분 철광석 전체 중량 대비 7.0~8.0wt% 범위로 함유하고, 당분이 미분 철광석 전체 중량 대비 3~4wt% 범위로 첨가된 경우 소결광 제조시 통기성이 가장 양호하다.

이를 통해, 철광석내 불순물의 증가와 미분율이 증가하여 품질이 낮아진 철광석 원료를 사용하여 소결광을 제조하더라도 사전 처리를 통하여 소결광의 품질 및 생산성을 맞출 수 있으므로 고로 경쟁력을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (7)

1. 미분 철광석에 당분과 수분을 첨가한 후 혼합하고 하소하여 혼합광을 만드는 단계;
   상기 혼합광을 파쇄하여 소결 원료에 혼합시켜 조립하는 단계;
   상기 조립한 원료를 소결기에 장입한 후, 점화하여 소결공정을 수행하는 단계를 포함하며,
   상기 미분 철광석은 입도가 0.15mm 이하이고,
   상기 하소 온도는 400~500℃이며,
   상기 당분은 상기 미분 철광석 전체 중량 대비 3~4wt% 범위로 첨가되고,
   상기 수분은 상기 미분 철광석 전체 중량 대비 7.0~8.0wt% 범위로 첨가되는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 파쇄한 혼합광을 체질하여 입도 6~8mm만 선별하는 단계를 더 포함하며, 상기 선별한 입도 6~8mm의 혼합광을 상기 소결 원료에 혼합시켜 조립하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 소결 원료는 철광석, 부원료, 반광, 연료를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
6. 삭제
7. 삭제

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