KR101300170B1

KR101300170B1 - 브리켓 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101300170B1
Application number: KR1020110116054A
Authority: KR
Inventors: 손상한; 김현수; 이종열; 이달회
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-08-26
Also published as: KR20130050805A

Abstract

본 발명은 브리켓 및 그 제조방법에 관한 것으로, 탄재 : 1~30중량% , 수분: 10중량% 이하를 포함하고 잔부는 철원료로 이루어지는 혼합물을 준비하는 단계; 상기 혼합물로 펠렛타이저에서 펠렛을 제조하는 단계; 상기 제조된 펠렛을 유동환원로에 장입하여 상기 펠렛을 부분환원시키는 단계; 및 상기 부분환원된 펠렛을 브리켓으로 제조하는 단계; 를 포함하는 브리켓 제조방법 및 이에 의해 제조되는 브리켓을 제공하여, 철원료와 탄재의 함량 및 크기 등을 제어함으로써 고반응성 부분환원철을 제조할 수 있고, 용융로내에서 환원 및 용융 부하 저하를 통한 FINEX공정의 연료비를 대폭 저하시킬 수 있다.
또한, 극미분 철광석 또는 난환원성 철광석을 탄재와 혼합하여 펠렛으로 제조하므로 극미분광석을 유동환원로에 다량 사용할 수 있으며, 유동환원로에 장입시 철광석의 환원율을 증대시킬 수 있다.

Description

브리켓 및 그 제조방법{BRIQUETTE AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 브리켓 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극미분광을 다량 사용하여 제조된 펠렛을 유동환원로에서 부분환원시켜 브리켓을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조되는 브리켓에 관한 것이다.

종래의 고로 제선법에서는 원료로 주로 소결광을 사용하고 환원제로는 코크스를 사용하여 하나의 공간에서 환원 및 용융을 실시하였으나, 최근에는 환원로와 용융로가 분리된 FINEX법이 개발되어 원료로는 펠렛과 정립광을 사용하고 환원제로는 일반 석탄을 사용하여 석탄은 용융로에 투입하고 석탄에서 발생한 환원가스를 환원로로 공급하여 광석을 환원하는 방식이 사용되고 있다.

상기 FINEX에서는 미분광을 유동환원로에 장입함에 의해 철광석을 부분 환원시킨 후 유동환원로에서 배출된 원료를 부분환원철(HCI)로 제조하여 용융로에 장입하여 용선을 제조한다.

즉, 종래 FINEX 공정의 유동환원로에는 8mm 이하의 극미분 광석을 전처리 없이 사용하여 부분환원 후 브리켓으로 제조하여 용융로에서 브리켓의 환원 및 용융에 의해 용선을 제조하였다.

그러나, 0.1mm이하의 극미분광 다량 사용시 유동환원로 내에서의 광석 비산량 증가의 문제가 있으며 난환원성 계열의 광석 사용시 환원성 저하에 따른 부분환원철(HCI)의 환원율이 낮은 문제가 있었다. 이러한 부분환원철의 환원율 저하는 용융로 내에서의 연료비 상승을 야기하게 되며 전체 FINEX 공정의 에너지 효율을 저하시키게 된다. 이후, 부분환원철의 환원율 저하에 따른 용융로내에서의 연료비 상승의 문제점을 해결하기 위해 유동환원로에서 배출된 부분환원철에 탄재를 혼합하여 탄재를 내장한 부분환원철을 제조하는 방법이 제안되었으나 탄재 첨가 방법, 부분환원철과 탄재의 혼합의 곤란 및 브리켓팅등의 어려움이 있었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예는 FINEX 공정에서 극미분광석을 다량 사용함과 동시에 난환원성의 광석 사용시에도 부분환원철의 환원율 저하를 방지하여 브리켓을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 탄재 : 1~30중량% , 수분: 10중량% 이하를 포함하고 잔부는 철원료로 이루어지는 혼합물을 준비하는 단계; 상기 혼합물로 펠렛타이저에서 펠렛을 제조하는 단계; 상기 제조된 펠렛을 유동환원로에 장입하여 상기 펠렛을 부분환원시키는 단계; 및 상기 부분환원된 펠렛을 브리켓으로 제조하는 단계; 를 포함하는 브리켓 제조방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예의 철원료는 난환원성 광석을 포함하는 미분 철광석, 함철 더스트 또는 슬러지 중 하나 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예의 탄재는 점결탄 또는 함탄 더스트 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 탄재의 최고 유동도(logMF)는 0.5이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 철원료 및 탄재의 크기는 1mm이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 펠렛의 크기는 8mm이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서 브리켓은 쌍롤식 성형기에서 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 제조되는 브리켓이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 철원료와 탄재의 함량 및 크기 등을 제어함으로써 고반응성 부분환원철을 제조할 수 있고, 용융로내에서 환원 및 용융 부하 저하를 통한 FINEX공정의 연료비를 대폭 저하시킬 수 있다.

또한, 극미분 철광석 또는 난환원성 철광석을 탄재와 혼합하여 펠렛으로 제조함으로써 극미분광석을 유동환원로에 다량 사용할 수 있으며, 유동환원로에 장입시 철광석의 환원율을 증대시킬 수 있다.

또한, 유동환원로에서 환원된 부분환원철에는 미반응된 잔존 카본에 의해 브리켓 제조시 탄재를 포함한 부분환원철 브리켓 제조가 가능하며 용융로내에서 상기 브리켓의 환원반응의 가속화 및 용융온도의 저하에 의해 용융로내 에너지 절감 및 공정 전체의 연료비를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부분환원철 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄재 혼합량에 따른 펠렛의 환원율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄재 첨가에 따른 적철광, 자철광의 환원율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 석탄 유동도에 따른 유동환원로 내에서의 렐렛의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 펠렛내 수분 함량에 따른 유동환원로 내에서의 펠렛의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 펠렛내 탄재 함량에 따른 유동환원로 이후 미반응된 탄재의 부분환원철내의 잔존함량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부분환원철 브리켓내의 카본함량에 따른 부분환원철 브리켓 용융온도를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 위주로 설명한다.

이러한 실시예는 본 발명에 따른 일실시예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다 할 것이다.

본 발명에 따른 실시예에서는 철원료, 탄재 및 수분을 적당량 혼합하여 펠렛(65)을 제조한 후 제조된 펠렛(65)을 유동환원로(70,71,72,73)에 장입함으로써 부분환원된 철을 브리켓(95)으로 제조하는 방법이 제공된다. 보다 구체적으로는 탄재 :1~30중량% , 수분: 10중량% 이하를 함유하고 잔부는 철원료로 구성된 혼합물을 이용하여 펠렛타이저(50)와 믹서(40)를 이용하여 펠렛(65)을 제조한 후, 제조된 펠렛(65)을 유동환원로(70,71,72,73)에 장입한다. 이후, 상기 유동환원로(70,71,72,73)에서 환원되면서 부분환원된 철을 브리켓(95)으로 제조하는데, 브리켓(95)은 쌍롤식 성형기(90)에서 제조된다.

이때, 상기 철원료는 난환원성 광석인 자철광을 포함하는 미분 철광석, 철강 공정에서 발생되는 함철 더스트 또는 슬러지 중 하나 이상을 사용하고, 탄재는 석탄 및 철강 공정에서 발생되는 함탄 더스트 중 하나 이상을 사용하며, 상기 철원료 및 탄재의 크기는 1mm이하인 극미분을 사용한다. 상기와 같이 극미분 광석을 탄재와 함께 펠렛으로 조립 후 유동환원로에 장입하면 유동환원로의 극미분 광석 사용량이 증대될 수 있으며, 탄재와의 혼합에 의해 난환원성의 광석을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시예의 탄재는 유동환원로(70,71,72,73)에서 환원시 일부 사용이 되지만 유동환원로(70,71,72,73)에서 철광석의 환원 완료 후 배출시 일부 미반응된 탄재가 잔류하게 되며 부분환원철을 괴성화(briquetting)시 탄재도 동시에 괴성화가 되어 반응성이 우수한 부분환원 브리켓의 제조가 가능하고, 유동환원로(70,71,72,73)내에서 철광석의 환원 반응을 촉진함과 동시에 잔류 탄재에 의한 부분환원된 브리켓 제조시 탄재가 포함된 브리켓 제조가 가능하도록 1~30중량%를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 극미분 광석과 탄재를 동시에 펠렛으로 제조 후 유동환원로에 직접 사용함으로서 유동환원로내 극미분 광석 사용량 증대 및 난환원성 철광석의 환원율 증대가 가능하며 유동환원로내 반응 완료 후 잔류 탄재에 의한 부분환원된 브리켓의 고반응성에 의한 용융로(미도시)내 반응효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 펠렛(65)은 8mm이하의 크기로 제조하고, 탄재의 최고 유동도(logMF)는 0.5이상이 되도록 한다. 유동환원로(70,71,72,73)에서는 입자 크기가 커질수록 입자의 유동에 필요한 유동화 속도가 상승하여 조업이 어렵게되는 문제가 있으므로 펠렛의 크기를 8mm 이하로 한정한다. 그리고, 일반적으로 야금용 코크스 제조에 사용되는 원료탄은 점결탄과 비점결탄으로 구분되는데, 상기 비점결탄은 용융 특성이 매우 미흡하기 때문에 고강도 코크스 제조에는 적합하지 않으며, 또한 혼합물에 다량으로 배합될수록 용융성을 저하시키기 때문에 제조되는 코크스의 강도를 저하시킬 수 있다. 이러한 원료탄의 용융 특성을 평가하는 방법으로는 기슬러 플라스토미터 (Gieseler Plastometer)에 의한 방법(ASTM D2639-74)이 있는데, 상기 방법은 0.5mm 이하로 미분쇄된 석탄을 실린더형의 용기에 넣고 일정 속도로 승온시킴과 동시에 교반하면서 교반기 회전수의 최대치 로그값(logMF)을 최고유동도로 사용하여 원료탄의 유동도를 나타내는 방법이다.

상기 원료탄의 유동도 중 최고유동도(이하 "logMF"라 함) 값이 높을수록 유동성이 높은 원료탄으로 분류되고, 본 발명에 따른 실시예에서는 최고 유동도가 0.5이상이 되도록 한다. 만약, 0.5보다 작으면, 석탄 입자들 간의 결합력 부족으로 고강도의 코크스가 제조될 수 없게 된다.

본 발명에 따른 실시예에서는 수분의 함량을 10%이하로 한정한다. 이는 탄재와 철원료의 결합력을 증가시키기 위한 것으로 사용되나, 10%를 초과하여 혼합하면 브리켓이 낮은 소지 강도를 나타내게 되어 브리켓 품질의 손상과 수율 저하를 초래할 수 있기 때문이다.

이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 브리켓(95) 제조과정을 구체적으로 설명한다.

먼저, 철원료 호퍼(10)에는 극미분 철광석 또는 철강공정에서 발생하는 함철 부산물이 저장되어 있고, 탄재 호퍼(20)에는 석탄 또는 함탄 부산물이 저장되어 있다. 석탄의 경우 파쇄기(30)에서 파쇄된 후 탄재 호퍼(20)에 저장된다.

이후 수분을 상기 철원료 및 탄재와 혼합하고, 이들 혼합물을 믹서(mixer)(40)에서 균일하게 혼합한다. 혼합 후 펠렛타이저(50)에서 상기 혼합물로 펠렛(65)을 제조하고 스크린(60)을 사용하여 8mm이하의 입도를 갖는 펠렛(65)만 유동환원로(70,71,72,73)에 장입한다. 상기 유동환원로(70,71,72,73)를 본 발명에 따른 실시예에서는 제1예열로(70), 제2예열로(71), 예비환원로(72) 및 최종환원로(73)로 구성하였으나, 이에 한정할 것은 아니며 필요에 따라 적정한 수의 유동환원로(70,71,72,73)를 사용할 수 있다.

상기 펠렛(65)은 차례로 연결된 연결된 4단의 제1예열로(70), 제2예열로(71), 예비환원로(72) 및 최종환원로(73)를 차례로 거치면서 광석도관(70b,71b,72b)을 통하여 용융로(미도시)에서 배출되는 환원용 석탄가스 기류와 접촉하여 부분적으로 환원된다. 이때, 상기 환원용 석탄가스는 환원가스관(70a,71a,72a)을 통해 최종환원로(73), 예비환원로(72), 제2예열로(71) 및 제1예열로(70)로 순환하면서 최종적으로 외부로 배출(off-gas)되게 된다.

상기의 최종환원로(73)에서 부분환원된 펠렛(65)은 성형기 호퍼(80)에 이송되어, 쌍롤식 성형기(90)에 의해 탄재를 내장한 고반응성 부분환원철 브리켓(95)으로 제조된다.

본 발명에 따른 실시예에서는 극미분광석 및 탄재를 이용하여 펠렛(65)으로 제조 후 유동환원로(70,71,72,73)에서 유동환원 실험을 실시하였으며, 이하 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

8mm이하의 입자를 이용한 유동환원로(70,71,72,73)내 적정 유동화 속도는 1m/s로서 이 이상의 입도 분포를 가진 원료의 경우 유동환원로(70,71,72,73)내 유동화시 문제가 발생하는 경우가 있었는데, 본 발명에 따른 실시예에서는 극미분광석과 탄재 혼합에 의한 펠렛 제조시 펠렛 사이즈를 유동환원로에 직접 사용하기에 적합하도록 8mm이하로 하였다.

도 2는 본 발명에 따른 실시예의 탄재 혼합량에 따른 펠렛의 환원율을 나타낸 그래프인데, 극미분광석 및 탄재 혼합시 철광석의 환원율에 미치는 탄재 첨가량의 영향을 조사하기 위해 탄재를 최대 20%까지 혼합 후 유동환원로(70,71,72,73) 모사 조건에서 환원 반응 실험을 실시한 결과를 나타내었다. 탄재 혼합량의 증가와 함께 철광석의 환원율이 향상됨을 알 수 있으며 10%이상의 탄재 첨가시에는 환원율 향상에 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 본 발명에 따른 실시예에서는 30%이하의 탄재를 포함한 경우로 한정하였다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탄재 첨가에 따른 적철광, 자철광의 환원율을 나타낸 그래프인데, 난환원성 철광석의 탄재 혼합에 의한 환원율 향상을 조사하기 위해 자철광 계열의 철광석에 탄재를 혼합하여 펠렛(65)으로 제조 후 유동환원로(70,71,72,73) 모사 조건에서 환원에 미치는 영향을 조사하였으며 그 결과를 도 3에 나타내었다. 탄재 첨가 없이 환원반응 실험시 적철광 대비 자철광의 환원율이 낮게 나타남을 알 수 있다. 그러나, 10% 탄재 첨가시 자철광의 환원율이 크게 향상되어 적철광에 10% 탄재를 혼합한 경우의 적철광의 환원율과 비교시 유사한 환원율을 나타냄을 알 수 있다. 이에 탄재를 첨가함으로서 난환원성 철광석의 환원율 향상에 크게 기여함을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 석탄 유동도에 따른 유동환원로(70,71,72,73) 내에서의 펠렛의 압축강도를 나타낸 그래프인데, 극미분광석과 탄재를 혼합하여 펠렛(65)으로 제조 한 후 유동환원로(70,71,72,73)에 장입시 유동환원로(70,71,72,73)내 원료의 유동화에 의해 펠렛(65)의 파괴가 조업의 효율을 저하시킬 수 있으므로 첨가된 석탄의 유동도에 따른 유동환원로(70,71,72,73)내부에서의 펠렛의 압축강도를 측정하여 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 의하면 석탄의 유동도가 증가함에 따라 펠렛의 압축강도가 증가함을 알 수 있으며 석탄의 유동도가 높은 탄재를 첨가함에 의해 펠렛의 압축강도 향상 및 유동환원로(70,71,72,73)내 유동에 의한 펠렛의 파괴율을 저하시킬 수 있음을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 펠렛(65)내 수분 함량에 따른 유동환원로(70,71,72,73) 내에서의 펠렛의 압축강도를 나타낸 그래프인데, 펠렛 제조 시 수분 첨가량에 따른 유동환원로(70,71,72,73)내 펠렛의 압축강도를 측정하였으며 그 결과를 도 5에 나타내었다. 수분의 경우 온도 상승시 증발하게 되며 펠렛(65) 내부의 기공율 향상과 동시에 펠렛(65)을 취약하게 하여 유동환원로(70,71,72,73)내 파괴를 야기할 수 있다. 도 5에 의하면 펠렛(65)내 수분 함량 증가와 함께 펠렛의 압축강도가 저하되며 10% 이상 첨가시 펠렛의 압축강도가 현저히 저하됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 수분을 10% 이하로 한정한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 펠렛(65)내 탄재 함량에 따른 유동환원로(70,71,72,73) 이후 미반응된 탄재의 부분환원철내의 잔존함량을 나타낸 그래프인데, 펠렛 제조시 첨가한 탄재 함량에 따른 유동환원로(70,71,72,73)에서 환원 후 배출된 부분환원광내의 탄재 잔존량을 측정하였으며 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6을 참조하면, 펠렛 제조시 초기 탄재 함량 증가와 함께 반응 후 잔존 탄재량이 증가함을 알 수 있으며 30% 이상 첨가시 탄재 잔존량 증가폭이 감소함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 탄재의 함량을 30%이하로 한정하였다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부분환원철 브리켓(95)내의 카본함량에 따른 부분환원철 브리켓(95) 용융온도를 나타낸 그래프인데, 유동환원로(70,71,72,73)에서 부분환원된 부분환원철을 브리켓(95)으로 제조 후 브리켓(95) 내 카본 함량에 따른 브리켓(95)의 용융온도 측정 결과를 도 7에 나타내었다. 브리켓(95) 내 카본함량 증가와 함께 브리켓(95)의 용융온도는 현저히 저하됨을 알 수 있으며 펠렛(65) 내 탄재 첨가에 의해 유동환원로(70,71,72,73)에서의 환원 후 잔존 카본에 의한 부분환원철 브리켓(95)의 용융온도 저하 효과가 큼을 알 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 철원료 호퍼 20: 탄재 호퍼
30: 파쇄기 40: 혼합기
50: 펠렛타이저 60: 스크린
65: 펠렛 70,71,72,73: 유동환원로
70a,71a,72a: 환원가스관 70b,71b,72b: 광석도관
80: 성형기 호퍼 90: 성형기
95: 브리켓

Claims

난환원성 광석을 포함하는 미분 철광석, 함철 더스트 또는 슬러지 중 하나 또는 2 이상으로 이루어지는 철원료를 잔부로하고, 탄재 : 1~30중량% , 수분: 10중량% 이하를 포함하는 혼합물을 준비하는 단계;
상기 혼합물로 펠렛타이저에서 펠렛을 제조하는 단계;
상기 제조된 펠렛을 유동환원로에 장입하여 상기 펠렛을 부분환원시키는 단계; 및
상기 부분환원된 펠렛을 브리켓으로 제조하는 단계;
를 포함하는 브리켓 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 탄재는 점결탄 또는 함탄 더스트 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 브리켓 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 탄재의 최고 유동도(logMF)는 0.5이상인 것을 특징으로 하는 브리켓 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 철원료 및 탄재의 크기는 1mm이하인 것을 특징으로 하는 브리켓 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 펠렛의 크기는 8mm이하인 것을 특징으로 하는 브리켓 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 브리켓은 쌍롤식 성형기에서 제조되는 것을 특징으로 하는 브리켓 제조방법.
제1항 또는 제3항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 의해 제조되는 브리켓.