KR101311953B1 - 탄재 내장 브리켓의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로에 악영향을 미치는 바인더 사용을 생략하면서도 저온 소성에 의해 고강도의 탄재 내장 브리켓을 획득할 수 있도록 하는 탄재 내장 브리켓의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법은, 철광석 원료와 석탄 원료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 혼합물을 가압 성형하여 상온에서 브리켓을 성형하는 단계와, 성형된 상기 브리켓을 저온 소성하는 단계를 포함한다.

Description

탄재 내장 브리켓의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCING BRIQUET WITH CARBONACEOUS MATERIAL INCORPORATED THEREIN}

본 발명은 탄재 내장 브리켓의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로에 악영향을 미치는 바인더 사용을 생략하면서도 저온 소성에 의해 고강도의 탄재 내장 브리켓을 획득할 수 있도록 하는 탄재 내장 브리켓의 제조방법에 관한 것이다.

제선공정은 고로에서 철광석 및 석탄(코크스)을 이용하여 용선을 제조하는 공정으로서, 일반적으로 원료로 사용되는 철광석 및 석탄(코크스)을 각각 별도로 준비한다. 하지만, 근래에는 철광석과 석탄의 반응 효율을 높이기 위하여 철광석과 석탄을 혼합한 다음 괴성화(塊成化)시켜 사용하는 기술이 연구되어 사용되고 있다.

지금까지는 철광석과 석탄을 혼합한 다음 괴성화시키기 위하여 철광석과 석탄을 가열한 후 열간에서 괴성화시키는 방법을 사용하거나, 철광석과 석탄을 유기 바인더 또는 무기 바인더와 함께 혼합한 후 상온에서 괴성화시키는 방법이 사용되었다.

하지만, 열간에서 괴성화시키는 방법은 철광석과 석탄을 미리 가열시켜야 하는 번거로움과 괴성화 성형공정의 곤란함이 존재하는 문제가 있고, 상온에서 철광석과 석탄에 유기 또는 무기 바인더를 혼합하여 괴성화시키는 방법은 각 바인더 내부에 알칼리 금속 또는 타르 성분 등과 같이 고로 내부에 악영향을 미치는 불순물이 포함되어 있으므로, 이러한 불순물을 제거하는 공정이 추가로 이루어져야 하는 문제가 있다.

특히, 무기 바인더를 사용할 경우 고로 내부의 슬래그가 증대되고 슬래그의 염기도가 상승됨에 따라 염기도를 조절하기 위한 플럭스가 필수적으로 필요하다는 문제가 있다.

공개특허 제10-2005-0107504호 (2005.11.11) 공개특허 제10-2007-0044507호 (2007.04.27) 공개특허 제10-2010-0043103호 (2010.04.27) 공개특허 제10-2010-0011990호 (2010.02.03)

본 발명은 고로에 악영향을 미치는 바인더 사용을 생략하면서도 상온에서 고강도의 탄재 내장 브리켓을 획득할 수 있도록 하는 탄재 내장 브리켓의 제조방법을 제공한다.

특히 본 발명은 성형압에 따라 냉간에서 바인더의 사용 없이 브리켓을 제조한 후 브리켓의 기공율을 관리하여 품질이 우수한 탄재 내장 브리켓을 획득할 수 있도록 하는 탄재 내장 브리켓의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법은, 철광석 원료와 석탄 원료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와, 상기 혼합물을 가압 성형하여 상온에서 브리켓을 성형하는 단계와, 성형된 상기 브리켓을 저온 소성하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 철광석 원료는 평균 입도가 5mm 이하인 철광석이고, 석탄 원료는 평균 입도가 0.1mm 이하인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 브리켓을 성형하는 단계는, 상기 혼합물을 쌍롤식 성형기에 넣고 2t/㎠ 이상의 압력으로 가압하여 상기 브리켓을 성형하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 저온 소성하는 단계는, 성형된 상기 브리켓을 300 ~ 700℃에서 소성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 석탄 원료는 최고유동도 logMF가 0.5 이상인 석탄을 적어도 1종 이상 혼합하여 이루어지며, 상기 석탄은 상기 혼합물의 총중량 대비 5 내지 30중량%인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 철광석 원료는 미분 철광석, 철강 공정으로부터 발생되는 함철 더스트, 슬러지 중 적어도 하나 이상의 조합이며, 상기 석탄 원료는 미분탄, 철강 공정으로부터 발생되는 함탄 더스트 중 적어도 하나 이상의 조합인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 브리켓은 내부 기공율이 20%이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법에 따르면 브리켓의 성형시 쌍롤식 성형기의 압축강도를 적절히 조절하여 냉간에서 탄재 내장 브리켓을 성형하기 때문에 고로 내부에 악영향을 미치는 바인더 사용을 생략하면서도 상온에서 고강도의 탄재 내장 브리켓을 획득할 수 있다.

따라서, 불필요한 후속 및 추가 공정을 없애고 에너지 및 원자재의 사용에 따른 비용 및 시간을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법을 개략적으로 보여주는 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법으로 제조되는 브리켓의 성형압력 대비 압축강도 그래프이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법으로 제조되는 브리켓의 탄재 입도 대비 압축강도 그래프이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법으로 제조되는 브리켓의 내부 기공율 대비 압축강도 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법을 개략적으로 보여주는 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법은 철광석 원료와 석탄 원료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(제 1 단계)와, 상기 혼합물을 가압 성형하여 상온에서 브리켓을 성형하는 단계(제 2 단계)와, 성형된 상기 브리켓을 소성로(30)에 장입하고 저온 소성하는 단계(제 3 단계)를 포함한다.

먼저, 상기 혼합물을 제조하는 단계(제 1 단계) 이전에 철광석 원료 및 석탄 원료는 건조하여 준비한다.

상기 혼합물을 제조하는 단계(제 1 단계)에서는 준비된 철광석 원료와 석탄 원료만을 혼합기(10)에서 혼합하여 혼합물을 제조하는 작업이 이루어지며, 이때 유기 바인더 및 무기 바인더는 사용하지 않는다. 그래서 유기 바인더 및 무기 바인더의 사용에 따른 문제점을 해결할 수 있다. 물론 바인더의 미사용에 따라 철광석 원료와 석탄 원료의 혼합 후 브리켓의 성형성에 영향을 미칠 수 있지만, 브리켓의 성형성은 이후에 진행되는 쌍롤식 성형기(20)의 성형압력을 적절히 조절하여 해결한다. 이에 따라 본 실시예에서는 유기 바인더 및 무기 바인더를 사용하지 않고도 양호한 압축강도를 갖는 브리켓을 생산할 수 있는 것이다.

상기 혼합물을 제조하는 단계(제 1 단계)에서 사용되는 철광석 원료는 평균 입도가 5mm 이하인 철광석이고, 석탄 원료는 평균 입도가 0.1mm 이하인 석탄인 것이 바람직하다. 상기와 같이 철광석 원료의 평균 입도와 석탄 원료의 평균 입도를 한정하는 이유는 제시된 평균 입도를 갖는 철광석 원료와 석탄 원료를 사용하는 것이 브리켓을 성형하기에 최적이기 때문이다. 만약 상기에서 제시된 평균 입도보다 입도가 큰 경우에는 브리켓으로 성형하기보다 괴성광으로 성형하는 것이 더 효과적이고, 상기에서 제시된 평균 입도보다 입도가 작은 경우에는 브리켓으로 성형하기보다 펠렛으로 성형하는 것이 더 효과적이다.

여기서, 상기 석탄 원료는 최고유동도 logMF가 0.5 이상인 석탄을 사용하는 것이 좋다. 바람직하게는 상기 석탄 원료는 최고유동도 logMF가 0.5 내지 3.57인 석탄을 적어도 1종 이상 혼합하여 이루어지며, 상기 석탄은 상기 혼합물의 총중량 대비 5 내지 30중량%을 혼합한다. 상기에서 제시된 석탄의 혼합비율은 철광석 원료와 석탄 원료의 가장 바람직한 혼합비율이고, 상기 비율보다 석탄의 혼합비율이 적으면 용선 제조시 열원이 되는 석탄의 혼합량이 너무 적어 브리켓의 용융이 제대로 이루어지지 않으며, 상기 비율보다 석탄의 혼합비율이 많으면 용선 제조시 철광석의 양이 너무 적어 용선 생산 효율성이 저하되는 문제가 발생된다.

이때 상기 철광석 원료는 미분 철광석, 철강 공정으로부터 발생되는 함철 더스트, 슬러지 중 적어도 하나 이상의 조합이며, 상기 석탄 원료는 미분탄, 철강 공정으로부터 발생되는 함탄 더스트 중 적어도 하나 이상의 조합인 것이 바람직하다.

상기 브리켓을 성형하는 단계(제 2 단계)에서는 상기 혼합물을 가압 성형기, 바람직하게는 쌍롤식 성형기(20)에서 성형하여 브리켓을 성형한다.

여기서, 브리켓의 성형은 상온에서 이루어지며, 구체적으로는 상기 혼합물을 쌍롤식 성형기(20)에 넣고 2t/㎠ 이상의 압력으로 가압하여 브리켓을 성형한다.

이때, 성형 압력이 2t/㎠ 보다 작을 경우에는 성형된 브리켓의 압축강도를 충분히 유지하기 힘들게 된다.

이후, 저온 소성하는 단계(제 3 단계)에서는 전 단계에서 성형된 브리켓을 소성로(30)에 장입하고, 300 ~ 700℃에서 소성하여 탄재 내장 환원금속인 탄재 내장 브리켓(B)을 획득할 수 있게 된다.

상기와 같이 저온 소성을 하는 이유는 브리켓 제조 후 상온에서의 강도를 확보하고 석탄 내에 잔류하는 휘발분 및 기타 불순물을 제거하기 위함이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법으로 제조되는 브리켓의 성형압력 대비 압축강도 그래프이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법으로 제조되는 브리켓의 탄재 입도 대비 압축강도 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 브리켓의 제조방법으로 제조되는 브리켓의 내부 기공율 대비 압축강도 그래프이다.

참고로, 실험에 사용된 미분 철광석 입도는 각각 0.1mm 이하, 1mm 이하, 그리고 5mm 이하인 것을 사용하였으며, 실험에 사용된 미분탄의 입도는 0.1mm 이하, 1mm 이하인 것을 사용하였고, 미분탄의 유동도(logMF)는 3.57이었다.

구체적으로는 도 2에서 미분 철광석 및 미분탄의 입도는 각각 0.1mm였으며, 도 3 및 도 4에서 미분 철광석의 입도는 0.1mm이하였고, 브리켓을 성형하기 위한 쌍롤식 성형기(20)의 성형압력은 2t/㎠였다.

그리고, 도 2 내지 도 4에서 투명한 막대는 소성 전, 진한 막대는 소성 후의 조건을 각각 나타낸다.

따라서, 도 2에서 알 수 있듯이 성형압력이 증가함에 따라 제 2 단계로부터 성형된 브리켓의 압축강도는 소폭 증가하는데 비하여, 제 3 단계의 저온 소성을 마친 후 압축강도는 현저히 증가함을 알 수 있었다.

그리고, 탄재인 미분탄의 입도가 0.1mm이하일 경우 제 3 단계의 소성을 마친 후 탄재 내장 브리켓의 압축강도는 도 3와 같이 현저히 증가됨을 알 수 있는바, 압축강도의 향상에 미분탄의 입도가 큰 영향을 주는 것임을 알 수 있다.

또한, 도 4에서 알 수 있듯이 성형된 브리켓은 내부 기공율이 20%이하인 것이 바람직한데, 이는 도 4를 참고로 하면 브리켓 내부의 기공율이 증가됨에 따라 소성 후 브리켓의 압축강도가 저하되는 것으로 알 수 있다.

따라서, 제 3 단계의 소성을 마친 후 탄재 내장 브리켓의 압축강도 향상을 위해서는 내부 기공율을 20% 이하로 되도록 하는 것 또한 중요한 것임을 알 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims (7)

1. 철광석 원료와 석탄 원료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계와,
   상기 혼합물을 가압 성형하여 상온에서 브리켓을 성형하는 단계와,
   성형된 상기 브리켓을 300℃ 내지 700℃의 온도에서 소성하는 단계를 포함하고,
   상기 철광석 원료는 평균 입도가 5mm 이하인 철광석이고, 석탄 원료는 평균 입도가 0.1mm 이하인 석탄이며,
   상기 브리켓은 내부 기공율이 20%이하인 탄재 내장 브리켓의 제조방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 브리켓을 성형하는 단계는,
   상기 혼합물을 쌍롤식 성형기에 넣고 2t/㎠ 이상의 압력으로 가압하여 상기 브리켓을 성형하는 탄재 내장 브리켓의 제조방법.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 혼합물을 제조하는 단계에서,
   상기 석탄 원료는 최고유동도 logMF가 0.5 이상인 석탄을 적어도 1종 이상 혼합하여 이루어지며, 상기 석탄은 상기 혼합물의 총중량 대비 5 내지 30중량%인 탄재 내장 브리켓의 제조방법.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 혼합물을 제조하는 단계에서,
   상기 철광석 원료는 미분 철광석, 철강 공정으로부터 발생되는 함철 더스트, 슬러지 중 적어도 하나 이상의 조합이며,
   상기 석탄 원료는 미분탄, 철강 공정으로부터 발생되는 함탄 더스트 중 적어도 하나 이상의 조합인 탄재 내장 브리켓의 제조방법.
   
7. 삭제

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