KR101299385B1 - 소결 생산성 예측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결 생산성 예측방법에 관한 것으로, 배합원료에 포함된 연료의 입경을 증가시키면서 연료의 입경에 따른 소결 생산성의 변화를 측정하는 측정단계와, 상기 측정단계에서 측정된 상기 연료 입경에 따른 소결 생산성의 변화로부터 상기 연료 입경과 소결 생산성과의 상관관계를 도출하는 도출단계와, 상기 도출단계에서 도출된 상관관계로부터 소결 생산성을 예측하는 예측단계를 포함한다.
본 발명은 연료 입경과 소결 생산성과의 상관관계를 도출한 수학식에 의하여 연료 입경에 따른 소결 생산성 변화를 예측하므로 연료 입경 변화에 따른 소결 생산성 변화를 사전 예측하는 것이 가능한 이점이 있다.

Description

소결 생산성 예측방법{Prediction method of sintering productivity}

본 발명은 소결 생산성 예측방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료 입경에 따른 소결 생산성 예측방법에 관한 것이다.

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

철광석은 파쇄(crushing)와 체질(screening)에 의하여 적정한 크기만을 선택하여 고로에 장입한다.

고로에는 철광석뿐만 아니라 분철광석을 단광화한 소결광도 사용된다.

이와 관련된 선행기술로는 국내등록특허 제10-0206486호가 있다.

본 발명의 목적은 소결 생산성을 보다 정량적으로 분석하기 위하여 연료 입경에 따른 소결 생산성 변화를 사전 예측할 수 있도록 한 소결 생산성 예측방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 배합원료에 포함된 연료의 입경을 증가시키면서 연료의 입경에 따른 소결 생산성의 변화를 측정하는 측정단계, 상기 측정단계에서 측정된 상기 연료 입경에 따른 소결 생산성의 변화로부터 상기 연료 입경과 소결 생산성과의 상관관계를 도출하는 도출단계, 상기 도출단계에서 도출된 상관관계로부터 소결 생산성을 예측하는 예측단계를 포함한다.

상기 측정단계에서 상기 연료는 분코크스, 무연탄을 사용한다.

상기 도출단계에서 도출된 상관관계는 하기의 수학식 1을 만족한다.

<수학식 1>

소결 생산성_분코크스= -1.45×MS_분코크스 ² + 6.19×MS_분코크스 + 29.31

(여기서, MS_분코크스는 분코크스의 평균입경을 의미하고, 소결 생산성_분코크스 는 분코크스 평균입경에 따른 소결 생산성이다. )

상기 도출단계에서 도출된 상관관계는 하기의 수학식 2을 만족한다.

<수학식 2>

소결 생산성_무연탄= -1.75×MS_무연탄 ² + 8.01×MS_무연탄 + 25.39

(여기서, MS_무연탄는 무연탄의 평균입경을 의미하고, 소결 생산성_무연탄 은 무연탄 평균입경에 따른 소결 생산성이다.)

본 발명은 연료 입경과 소결 생산성과의 상관관계를 도출한 수학식에 의하여 연료 입경에 따른 소결 생산성 변화를 예측한다.

따라서, 도출된 상관관계 수학식을 활용하여 연료 입경 변화에 따른 소결 생산성 변화를 사전 예측하는 것이 가능하고, 분코크스 또는 무연탄의 단독 사용시 최대 생산성을 확보하기 위한 최적 입경 관리 범위의 도출이 가능하며, 분코크스와 무연탄의 혼합 사용시 도출된 예측식을 활용 가중치를 적용하여 최적 입경 관리 범위 도출이 가능한 효과가 있다.

도 1은 연료 평균입경과 소결 생산성의 관계를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명에 의한 소결 생산성 예측방법을 보인 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 소결 생산성 예측방법은 연료 입경과 소결 생산성과의 상관관계를 도출하여 연료 입경에 따른 소결 생산성 변화를 예측한다. 여기서, 연료 입경은 연료 평균입경을 의미하나, 설명의 편의를 위해 연료 입경이라 칭하기로 한다.

소결광 제조는 분철광석, 부원료, 원료를 포함하는 배합원료를 장입호퍼를 통해 소결기 대차에 장입하고, 점화로의 점화과정을 거친 후 배풍기의 흡입공기를 이용하여 소결을 진행함에 의해 수행된다.

소결광을 제조함에 있어 소결 생산성 및 소결광의 품질은 연료 및 부원료의 화학적 특성, 입도, 광물조성 등 연료적인 측면과 배합원료의 조립 및 장입과 같은 조업적인 측면이 있다.

연료는 코크스의 제조 및 이송과정 중에 발생되는 분코크스와 휘발분이 극히 낮고 발열량이 높은 무연탄이 사용되며, 코크스, 무연탄과 같은 연료의 사용량 및 입도 등도 소결 생산성에 중요한 영향을 미치게 된다.

연료의 사용량이 부족하면 소결시 열량이 부족하여 철광석 입자와 입자를 연결시켜 주는 용액의 생성이 곤란하여 소결광의 강도가 저하되고 소결 생산성이 낮아지며, 반대로 연료의 사용량이 과다하면 용액의 생성량이 많아져 소결시간을 길게하여 소결 생산성이 낮아진다.

연료의 입도 또한 연료의 사용량 못지 않게 중요하다. 입도가 미세한 연료가 다량 함유된 경우 소결시 연소대(적열층)폭을 확대시켜 통기성 저하를 초래하고 소결 생산성을 저하시키게 된다.

특히, 연료는 소결공정 중 최고도달 온도와 소결시간을 결정하는 인자로 작용하여 소결 생산성과 소결 품질에 큰 영향을 미치게 된다.

예를 들어, 동일한 연료비에서 연료의 입경이 조대하면 연료의 균일 분산이 어려워 소결시 불균일 소성을 야기시키고, 조대한 연료의 입경에 의해 연소대폭이 확대되어 소결 생산성까지 동시에 저하된다.

반대로, 연료의 입경이 너무 미세하면 연료의 균일 분산은 용이하나 증가된 비표면적에 의해 연소속도가 과도하게 증가하여 충분한 열량이 체류하지 못하므로 소결 회수율이 저하되고 소결 생산성이 감소하게 된다.

또한, 연료로 사용되는 분코크스와 무연탄은 상이한 연소특성을 가지므로 동일 입경으로는 요구되는 소결 생산성을 확보하기 어렵다. 따라서 분코크스와 무연탄 각각의 연소특성을 반영한 최적 입경 도출을 통해 소결 생산성을 예측한다.

무연탄은 분코크스보다 비표면적이 높아 연소시작온도와 연소종료온도가 분코크스보다 낮다. 또한, 무연탄은 분코크스보다 높은 휘발분과 회분을 포함하여 고정탄소비가 낮기 때문에 발열량 측면에서도 차이를 나타낸다. 무연탄은 200℃부근에서 연소를 시작하고 분코크스는 500℃부근에서 연소를 시작한다.

따라서, 연료 입경에 따른 소결 생산성을 정량적으로 분석하기 위해 분코크스와 무연탄 각각의 연소특성을 반영한 최적 입경 도출을 통해 소결 생산성을 예측하는 것이다.

소결 생산성을 예측하는 구체적인 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 배합원료에 포함된 연료의 입경을 증가시키면서 연료의 입경에 따른 소결 생산성의 변화를 측정하는 측정단계(10)와, 측정단계에서 측정된 상기 연료 입경에 따른 소결 생산성의 변화로부터 상기 연료 입경과 소결 생산성과의 상관관계를 도출하는 도출단계(20)와, 도출단계에서 도출된 상관관계로부터 소결 생산성을 예측하는 예측단계(30)를 포함한다.

측정단계의 연료는 분코크스, 무연탄이다.

측정단계는 예를 들어, 고결정수(Loss on iginition) 철광석인 갈철광과 마라맘바광의 사용비가 30:70 중량비율인 철광석을 기준으로 분코크스와 무연탄의 입경을 1.0mm에서 3.0mm까지 순차적으로 증가시키면서 연료의 입경에 따른 소결 생산성의 변화를 측정한다.

철광석에 대한 분코크스와 무연탄의 사용비는 대략 10 중량%로 하였으며, 분코크스와 무연탄의 입경은 마이크로파를 이용한 방법과 화상해석에 의한 방법 등을 적용하여 측정하였다.

참고로, 고결정수 철광석은 수분과 SiO₂를 각각 3% 이상, Al₂O₃를 1% 이상 포함하고 있는 호주 갈철광이다.

도출단계는 측정결과를 토대로 연료 입경과 소결 생산성과의 상관관계를 도출한다. 도출결과, 도 1과 도시된 바와 같은 상관관계가 도출되었으며, 도출단계에서 도출된 상관관계를 식으로 나타내면 하기의 수학식 1, 수학식 2를 만족한다.

<수학식 1>

소결 생산성_분코크스= -1.45×MS_분코크스 ² + 6.19×MS_분코크스 + 29.31

(여기서, MS_분코크스는 분코크스의 평균입경을 의미하고, 소결 생산성_분코크스 는 분코크스 평균입경에 따른 소결 생산성이다. )

<수학식 2>

소결 생산성_무연탄= -1.75×MS_무연탄 ² + 8.01×MS_무연탄 + 25.39

(여기서, MS_무연탄는 무연탄의 평균입경을 의미하고, 소결 생산성_무연탄 은 무연탄 평균입경에 따른 소결 생산성이다.)

수학식 1 및 수학식 2에 의해 최대 소결 생산성을 나타내는 연료의 입경 범위를 도출하면 분코크스가 2.1~2.2mm, 무연탄은 2.2~2.4mm로 나타난다.

이러한 상관관계를 바탕으로 분코크스와 무연탄의 사용비가 1:1인 소결조업에서 최대 생산성을 확보하기 위한 연료의 최적 입경 범위는 2.15±0.15mm가 적절한 것으로 판단된다.

이를 통해, 분코크스 또는 무연탄의 단독 사용시 최대 생산성을 확보하기 위한 최적 입경 관리 범위의 도출이 가능하며, 분코크스와 무연탄의 혼합 사용시에도 도출된 예측식을 활용 가중치를 적용하여 최적 입경 관리 범위 도출이 가능하다.

본 발명의 권리범위는 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 (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 배합원료에 포함된 연료의 입경을 증가시키면서 연료의 입경에 따른 소결 생산성의 변화를 측정하는 측정단계;
   상기 측정단계에서 측정된 상기 연료 입경에 따른 소결 생산성의 변화로부터 상기 연료 입경과 소결 생산성과의 상관관계를 도출하는 도출단계;
   상기 도출단계에서 도출된 상관관계로부터 소결 생산성을 예측하는 예측단계를 포함하고,
   상기 측정단계에서
   상기 연료는 분코크스, 무연탄을 사용하며,
   상기 도출단계에서 도출된 상관관계는
   하기의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 소결 생산성 예측방법.
   <수학식 1>
   소결 생산성_분코크스= -1.45×MS_분코크스 ² + 6.19×MS_분코크스 + 29.31
   (여기서, MS_분코크스는 분코크스의 평균입경을 의미하고, 소결 생산성_분코크스 는 분코크스 평균입경에 따른 소결 생산성이다. )
4. 배합원료에 포함된 연료의 입경을 증가시키면서 연료의 입경에 따른 소결 생산성의 변화를 측정하는 측정단계;
   상기 측정단계에서 측정된 상기 연료 입경에 따른 소결 생산성의 변화로부터 상기 연료 입경과 소결 생산성과의 상관관계를 도출하는 도출단계;
   상기 도출단계에서 도출된 상관관계로부터 소결 생산성을 예측하는 예측단계를 포함하고,
   상기 측정단계에서
   상기 연료는 분코크스, 무연탄을 사용하며,
   상기 도출단계에서 도출된 상관관계는
   하기의 수학식 2을 만족하는 것을 특징으로 하는 소결 생산성 예측방법.
   <수학식 2>
   소결 생산성_무연탄= -1.75×MS_무연탄 ² + 8.01×MS_무연탄 + 25.39
   (여기서, MS_무연탄는 무연탄의 평균입경을 의미하고, 소결 생산성_무연탄은 무연탄 평균입경에 따른 소결 생산성이다.)

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