KR101313367B1 - 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물 및 그것을 이용한 환원철 제조방법 - Google Patents

Abstract

환원철을 제조하기 위한 이동 노상로의 원료로서 사용되는 탄재 내장 괴성화물로서, 제조된 환원철이, 탄소를 충분히 함유하면서, 보다 높은 압궤 강도를 구비하도록 하는 탄재 내장 괴성화물, 및 그것을 이용한 환원철의 제조방법을 제공하기 위해서, 본 발명은, SiO₂, Al₂O₃, CaO 및 MgO의 합계 함유량이 7∼15질량%, MgO 함유량이 0.1∼6질량%, Al₂O₃/SiO₂의 질량비가 0.34∼0.52, CaO/SiO₂의 질량비가 0.25∼2.0이며, 또한 제조된 환원철 중에 C가 1∼9질량% 잔류하는 C 함유량인 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물을 제공한다.

Description

환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물 및 그것을 이용한 환원철 제조방법{CARBON COMPOSITE BRIQUETTE FOR PRODUCING REDUCED IRON AND METHOD FOR PRODUCING REDUCED IRON EMPLOYING THE SAME}

본 발명은, 환원철을 제조하기 위한 이동 노상로의 원료로서 사용되는 탄재 내장 괴성화물 및 그것을 이용한 환원철의 제조방법에 관한 것이다.

탄재 내장 괴성화물을 회전 노상로로 가열 환원시켜 환원철을 제조하는 기술에 관해서는 여러 가지 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 내지 3 참조).

그런데, 제조된 환원철은, 용광로나 전로, 전기로 등의 철 원료로서 사용되지만, 노의 에너지 효율을 개선하기 위해서 될 수 있는 한 고C 함유량이고, 또한, 분화(粉化)를 방지하기 위해서 될 수 있는 한 고강도인 것이 요망된다. 이들 노에 사용할 수 있는 환원철의 강도를 평가하는 지표로서 일반적으로 압궤 강도가 사용된다. 용광로의 원료로서 사용하는 경우에는, 회전 노상로로부터 배출되어 용광로에 장입되기까지의 취급과, 용광로 내에서의 장입물 하중의 압력에 견디는 데 추장되는 압궤 강도로서 180kgf/개(약 1760N/개) 이상이 요구된다. 전로나 전기로의 원료로서 사용하는 경우에는, 노 내에서의 하중 압력을 고려할 필요가 없기 때문에 용광로의 원료로서 사용하는 경우보다도 낮은 압궤 강도로 좋지만, 환원철의 범용화의 면에서, 될 수 있는 한 높은 C 함유량이고, 또한 180kgf/개(약 1760N/개) 이상의 압궤 강도가 얻어지는 기술의 확립이 요청되고 있다.

일본 특허공개 2004-269978호 공보 일본 특허공개 2009-35820호 공보 일본 특허공개 2009-52138호 공보

그래서, 본 발명은, 환원철을 제조하기 위한 이동 노상로의 원료로서 사용되는 탄재 내장 괴성화물로서, 제조된 환원철이 탄소를 충분히 함유하면서 보다 높은 압궤 강도를 구비하는 탄재 내장 괴성화물, 및 그것을 이용한 환원철의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 발명은, 환원철을 제조하기 위한 이동 노상로의 원료로서 사용되는 탄재 내장 괴성화물로서, SiO₂, Al₂O₃, CaO 및 MgO의 합계 함유량이 7∼15질량%, MgO 함유량이 0.1∼6질량%, Al₂O₃/SiO₂의 질량비가 0.34∼0.52, CaO/SiO₂의 질량비가 0.25∼2.0이며, 또한 제조된 환원철 중에 C가 1∼9질량% 잔류하는 C 함유량인 것을 특징으로 하는 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물이다.

청구항 2에 기재된 발명은, 상기 탄재 내장 괴성화물의 기공률을 37.5% 이하로 하는 청구항 1에 기재된 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물이다.

청구항 3에 기재된 발명은, 상기 탄재 내장 괴성화물 중에 포함되는 탄재의 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법에 의한 평균 입경 d50을 30μm 이하로 하는 청구항 1 또는 2에 기재된 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물이다.

청구항 4에 기재된 발명은, 적어도 제철 더스트를 포함하는 청구항 1 내지 3 중 어느 1항에 기재된 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물이다.

청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 4 중 어느 1항에 기재된 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물을 이동 노상로로 가열하여 환원시켜 환원철을 제조하는 방법으로서, 상기 이동 노상로는 노상의 이동 방향으로 복수의 존(zone)으로 분할되어, 그 최종 존이 산화성 분위기인 것을 특징으로 하는 환원철 제조 방법이다.

청구항 6에 기재된 발명은, 상기 최종 존의 산화성 분위기가 가스 산화도 OD로 1.0 이상인 청구항 5에 기재된 환원철 제조방법이다.

여기서, OD=(CO₂+H₂O+2O₂)/(CO₂+H₂O+O₂+CO+H₂)[단, CO₂, H₂O, O₂, CO 및 H₂의 단위는 용량%]이다.

본 발명에 의하면, 탄재 내장 괴성화물 중의 슬래그 성분의 조성 및 환원 후의 제품 환원철 중의 잔류 C량을 특정한 범위로 함으로써 탄소를 충분히 함유하면서, 보다 높은 압궤 강도를 구비한 환원철이 제조할 수 있게 되었다.

도 1은 환원철의 압궤 강도에 미치는 탄재 내장 브리켓(Briquette)의 슬래그 성분 조성의 영향을 나타내는 그래프도이다.
도 2는 탄재 내장 브리켓의 슬래그 성분과 액상선 온도의 관계를 설명하기 위한 FeO-CaO-Al₂O₃-SiO₂계 상태도이다.
도 3은 탄재 내장 브리켓의 슬래그 성분과 액상선 온도의 관계를 설명하기 위한 MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂계 상태도이다.
도 4는 탄재 내장 브리켓의 환원 후의 내부 구조를 나타내는 단면도이며, (a)는 환원성 분위기하, (b)는 산화성 분위기하의 것이다.
도 5는 환원철 중의 C 함유량과 환원철의 압궤 강도의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 6은 탄재 내장 브리켓의 기공률과 환원철의 압궤 강도의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 7은 고로 습(濕)더스트의 입도 분포를 나타내는 그래프도이다.
도 8은 고로 습더스트를 전자 현미경으로 관찰한 도면이다.

이하에서 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

(실시형태 1)

본 발명은, 탄재 내장 브리켓 중의 슬래그 성분 조성 및 탄소 함유량을 소정의 범위로 하는 것을 특징으로 하여, 이것에 의해, 용광로나 전기로, 전로 등의 철원료로서 보다 적합한, 탄소를 충분히 함유하면서, 압궤 강도가 더욱 높아진 제품 환원철이 얻어진다.

구체적으로는, 탄재 내장 브리켓으로서, 상기 탄재 내장 브리켓 중에서의 SiO₂, Al₂O₃, CaO 및 MgO의 합계 함유량을 7∼15질량%, MgO 함유량을 0.1∼6질량%, Al₂O₃/SiO₂의 질량비를 0.34∼0.52, CaO/SiO₂의 질량비를 0.25∼2.0(보다 바람직하게는 0.25∼1.5, 특히 바람직하게는 0.25∼1.0)으로 함과 더불어, 상기 탄재 내장 브리켓을 환원시켜 수득된 제품 환원철 중에 C가 1∼9질량% 잔류하도록 상기 탄재 내장 브리켓 중의 C 함유량을 조정한 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이하에, 상기 각 파라미터의 수치 한정 근거를 설명한다.

<탄재 내장 브리켓 중에서의 SiO₂, Al₂O₃, CaO 및 MgO의 합계 함유량을 7∼15질량%>

탄재 내장 브리켓 중에서의 SiO₂, Al₂O₃, CaO 및 MgO의 합계 함유량은, 탄재 내장 브리켓 중의 슬래그 성분 함유량에 거의 상당한다. 탄재 내장 브리켓 중의 슬래그 성분 함유량이 지나치게 낮으면 슬래그 성분의 용융화에 의한 금속철의 소결 촉진 효과가 발현할 수 없게 된다. 한편, 탄재 내장 브리켓 중의 슬래그 성분함유량이 지나치게 높으면, 환원 후의 환원철 중의 슬래그 함유량이 높아져 금속철의 소결 반응을 저해하여 강도를 저하시키도록 작용함과 더불어, 철 품위가 저하된다. 탄재 내장 브리켓 중에서의 SiO₂, Al₂O₃, CaO 및 MgO의 합계 함유량의 적합 범위는 7∼15질량%이다.

한편, 하기의 가열 환원 시험에 이용한 탄재 내장 브리켓의, SiO₂, Al₂O₃, CaO 및 MgO의 합계 함유량은 어느 것이나 7∼15질량%의 범위에 있었다.

<MgO 함유량을 0.1∼6질량%>

MgO 함유량이 높아지면, 슬래그의 융점이 높아져, 슬래그의 용융량이 감소하여, 후술하는 환원철의 강도 발현 작용을 충분히 발휘할 수 없으므로, MgO 함유량의 상한은 6질량%로 했다. 한편, 제철 더스트 중에는 불가피하게 MgO 성분이 포함되기 때문에, MgO 함유량의 하한은 0.1질량%로 했다.

한편, 하기의 가열 환원 시험에 이용한 탄재 내장 브리켓의 MgO 함유량은 어느 것이나 0.1∼6질량%의 범위에 있었다.

<Al₂O₃/SiO₂의 질량비를 0.34∼0.52, CaO/SiO₂의 질량비를 0.25∼2.0(보다 바람직하게는 0.25∼1.5, 특히 바람직하게는 0.25∼1.0)>

본 발명자들은, 우선, 제품 환원철의 압궤 강도에 미치는 슬래그 성분 조성의 영향을 조사하기 위해, 이하의 가열 환원 시험을 실시했다.

(탄재 내장 괴성화물의 가열 환원 시험)

용광로 더스트를 포함하는 복수 종류의 제철 더스트를 혼합하여 이루어지는 제철 더스트 혼합물과 철광석의 배합 비율을 조정하여 슬래그 성분 조성을 여러 가지로 변경한 배합 원료를 제작하고, 이것을 쌍롤형 브리켓 머신으로 부피 6∼7cm³의 베개 모양의 탄재 내장 브리켓으로 성형하고, 이것을 건조기로 함유 수분 1질량% 이하까지 건조했다. 건조 후의 브리켓(이하, 「건조 브리켓」이라고 한다.)의 화학 성상의 일례를 표 1에 나타낸다. 한편, 표 중의 「T.C」는 탄소의 전체량, 「T.Fe」는 철의 전체량, 「M.Fe」는 금속철의 양을 나타내고 있고, 「T.Fe」에는 Fe₂O₃, FeO 및 「M.Fe」가 포함된다. 또한, Na, K, Pb는 원자의 상태로서는 존재하지 않고, 산화물 등으로서 존재한다.

이들 건조 브리켓 약 44g분을 알루미나제 트레이에 올려놓고, 용량%로 N₂=100% 또는 CO₂/N₂=30%/70%의 2종류의 가스를 3NL/min 유통시킨 분위기 중에서 1300℃로 가열된 횡형 가열로 내에 삽입하여 환원이 종료될 때까지 유지한 후에, N₂ 가스 분위기 중에서 실온까지 냉각하고 나서 꺼내어, 압궤 강도의 측정을 행했다. 여기서, 환원시에는 브리켓으로부터 소정량의 CO 함유 가스가 발생하기 때문에, N₂=100%의 유통 가스를 이용한 가열 환원 시험은, 브리켓 주위의 가스 조성은 환원 분위기가 되기 때문에, 실기(實機)의 회전 노상로에 있어서의 환원성 분위기 하에서의 환원을 모의한 것이다. CO₂를 함유하는 유통 가스를 이용한 환원 시험은, 브리켓 주위의 가스 조성은 산화성 분위기가 되기 때문에, 실기의 회전 노상로에 있어서의 연소 배기 가스 존재 하에서의 환원을 모의한 것이다.

(가열 환원 시험 결과)

측정 결과를 도 1에 나타낸다. 동 도에 나타낸 바와 같이, Al₂O₃/SiO₂의 질량비를 0.34∼0.52, CaO/SiO₂의 질량비를 0.25∼1.0의 범위로 함으로써, 환원철의 압궤 강도가 180kgf/개(약 1760N/개) 이상으로 더욱 상승하는 것을 발견했다.

이와 같이, 탄재 내장 브리켓의 슬래그 성분의 CaO/SiO₂와 Al₂O₃/SiO₂의 질량비를 특정한 범위로 함으로써 환원철의 압궤 강도가 상승하는 이유는, 아래와 같이 고찰된다.

즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, FeO(30질량% 일정)-CaO-Al₂O₃-SiO₂계 상태도 상에 상기 특정 범위를 플로팅하면, 상기 특정 범위에서는 액상선 온도가 1200∼1300℃ 정도의 비교적 저온의 영역이 되기 때문에, 슬래그 성분(CaO, Al₂O₃, SiO₂)이, 산화철로부터 금속철로의 환원 도중에서 생긴, 또는 금속철이 산화성 분위기에서 재산화되어 생긴 우스타이트(FeO)와 반응하여 저융점화하고, 그 일부가 용융하여 고액 공존 상태가 되어, 금속철의 소결이 촉진되기 때문이라고 생각된다.

여기서, 도 2로부터 분명하듯이, 상기 특정 범위는, 최저 융점인 공정점(P)을 포함하지 않는, 약간 고온측으로 벗어난 영역임을 알 수 있다. 이 이유는 아래와 같이 고찰된다. 즉, 탄재 내장 브리켓의 슬래그 성분을 도 2의 공정점(P) 근방의 조성으로 하면, 슬래그 성분이 우스타이트(FeO)와 반응하여 일거에 전량 용융되어 버리고, 이러한 슬래그 성분의 급격한 전량 용융은, 브리켓 내에 공극을 많이 만들어, 도리어 금속철의 소결의 촉진을 방해하기 때문에, 고강도가 얻어지지 않는다. 이와는 대조적으로, 탄재 내장 브리켓의 슬래그 성분을 도 2의 상기 특정 범위로 함으로써, 슬래그 성분의 전량이 아니라 일부가 용융한 고액 공존 상태가 얻어지는 것에 의해, 슬래그의 용융에 의한 공극의 형성을 억제하면서, 금속철의 소결을 촉진시킬 수 있게 된다. 결국, 환원철의 강도 발현은, 슬래그상에 의한 것이 아니고, 금속철의 소결 구조에 의한 것이다.

여기서, 도 3에 나타낸 바와 같이, MgO(5질량% 일정)-CaO-Al₂O₃-SiO₂계 상태도 상에 상기 특정 범위를 플로팅하면, 상기 특정 범위에서는 액상선 온도는 1300∼1400℃ 정도로 되어, 도 2에 나타내는 FeO가 공존하는 경우에 비하여 100℃ 정도 높은 액상선 온도가 된다. 이로부터, 슬래그 성분의 용융을 쉽게 하기 위해서는 우스타이트(FeO)의 공존이 바람직하다는 것이 이해된다.

한편, 탄재 내장 브리켓의 CaO/SiO₂는, 상술한 시험 결과로부터 0.25∼1.0의 범위로 하는 것이 특히 바람직하지만, 탄재 내장 브리켓 중에 CaO가 지나치게 존재하는 경우에도, CaO의 일부가 용융함으로써, 용융 슬래그의 CaO/SiO₂가 0.25∼1.0의 범위로 될 수 있기 때문에, 상기와 같은 작용에 의해 금속철의 소결이 촉진되어, 환원철의 강도가 발현되기 때문에, CaO/SiO₂는 0.25∼2.0(또한 0.25∼1.5)의 범위를 적합 범위로 한 것이다.

탄재 내장 브리켓의 슬래그 성분의 조성의 조정은, 예컨대, 복수의 다른 슬래그 성분 조성을 갖는 제철 더스트나 철광석의 배합 비율 외에, 석회석, 생석회 등의 CaO원의 첨가량을 조정하는 것 등에 의해서 행할 수 있다.

<탄재 내장 브리켓을 환원시켜 수득된 제품 환원철 중의 C 잔류량: 1∼9질량%>

탄재 내장 브리켓을 환원시켜 수득된 제품 환원철 중의 C 잔류량이 낮게 되면, 용광로나 전로, 전기로 등의 철원료로서 사용한 경우에 있어서의, 제품 환원철 중에 잔류하는 미환원 산화철(FeO 등)을 환원시키는 환원재로서의 잔류 탄소의 작용이 불충분함과 더불어, 금속철에의 침탄에 의한 용융 속도의 향상 효과가 얻어질 수 없게 된다. 한편, 제품 환원철 중의 C 잔류량이 높아지면, 환원철 중에 잔류하는 다량의 탄소 입자가 금속철 입자의 결합을 방해하기 때문에 환원철의 강도가 부족하다. 탄재 내장 브리켓을 환원시켜 수득된 제품 환원철 중의 C 잔류량의 적합 범위는 1∼9질량%이다.

한편, 상기 가열 환원 시험에 이용한 탄재 내장 브리켓을 환원시켜 수득된 제품 환원철 중의 C 함유량은 어느 것이나 1∼9질량%의 범위에 있었다.

제품 환원철 중의 C 잔류량의 조정은, 탄재 내장 브리켓 중의 탄재량(탄소 함유량)을 조정하는 것에 의해 행할 수 있고, 예컨대 탄재 내장 브리켓의 제조시에 있어서, 탄소 함유량이 높은 용광로 더스트의 배합 비율이나, 석탄, 코크스 가루 등의 탄재의 첨가량을 조정함으로써 행할 수 있다.

탄재 내장 브리켓 중의 탄소 함유량 Xc는, 구체적으로는 이하의 수학식 1을 이용하여 설정하면 바람직하다.

여기서, XcT=(12/16)·Xo이며, XcT는 탄재 내장 브리켓 중의 산화철 및 산화아연을 완전히 금속까지 환원시키는 데 필요한 이론 C량이고, XcR은 이 이론 C량 XcT에 의해 상기 산화철 및 산화아연이 완전히 금속까지 환원되었을 때에 있어서의, 환원철 중의 잔류 C량이며, Xo는 탄재 내장 브리켓 중에서의 산화철의 산소와 산화아연의 산소의 합계량이다.

상기 수학식 1에 있어서, 산화철 이외에 산화아연의 환원을 고려한 것은, 원료로서 제철 더스트를 이용하는 경우에는, 상당량의 산화아연이 포함되어, 그 환원에 상당량의 C량을 필요로 하기 때문이다. 단, 납, 알칼리 금속 등 다른 비철금속의 산화물의 함유량은 산화철이나 산화아연에 비하여 적기 때문에 무시했다.

여기서, 이론 C량은, 산화철 또는 산화아연의 산소 1몰을 환원시키는 데 탄소 1몰을 필요로 한다고 하여 정의한 것이다. 그러나 실제 이동 노상로에 의한 탄재 내장 브리켓의 환원에 있어서는, 탄소에 의한 산화철 또는 산화아연의 환원(직접 환원)에서 발생한 CO 가스로 더욱 산화철 또는 산화아연의 환원(가스 환원)이 진행되기 때문에, 산화철 또는 산화아연의 산소 1몰을 환원시키는 데 탄소는 1몰보다 적은 양으로 좋다. 한편, 이동 노상로 내에서의 탄재 내장 브리켓의 가열은 버너의 연소로 실시되기 때문에, 그 연소 가스에 의해서 탄재 내장 브리켓 중의 탄재(탄소)의 일부가, 산화철 및 산화아연의 환원에 사용되는 일 없이 소비된다. 결과적으로는, 가스 환원에 의한 C 소비량의 감소분과 버너 연소 가스에 의한 C 소비량의 증가분이 거의 상쇄되기 때문에, 상기 이론 C량을, 실제로 환원에 필요한 C량이라고 간주할 수 있다.

상술한 바와 같이, 탄재 내장 브리켓 중에 있어 슬래그 성분의 용융을 쉽게 하기 위해서는 우스타이트(FeO)의 공존이 요망되기 때문에, 상기 탄재 내장 브리켓을 이용하여, 이동 노상로(예컨대 회전 노상로)로 가열하여 환원시켜 환원철을 제조함에 있어서, 이 회전 노상로는, 노상의 이동 방향으로 복수의 존으로 분할된 것으로 하고, 그 최종 존을 산화성 분위기로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 최종 존을 산화성 분위기로 함으로써 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 탄재 내장 브리켓이 환원되어 수득된 환원철의 표면 근방의 금속철이 재산화되어 우스타이트(FeO)화하여 슬래그 성분의 용융이 용이해져, 금속철의 소결이 더욱 촉진된다.

여기서, 도 4는, 상기 가열 환원 시험에 있어서, 탄재 내장 브리켓을 환원성 분위기 하(동 도(a))와 산화성 분위기 하(동 도(b))에서 환원시켜 수득된 환원철의 내부 구조를 비교하여 나타내는 것이다. 어느 분위기 하에서도, 금속철 입자 사이의 결합이 진행하고 있는 것이지만, 산화성 분위기 하에서 환원시킨 것(동 도(b))에서는, 브리켓의 표면 근방에, 용융된 우스타이트 입자(회색)가 존재하고, 결합하고 있는 금속철(백색)이 굵게 되어 있는 것이 인정되어, 금속철의 소결이 보다 진행하고 있음을 알 수 있다. 한편, 도 4(a)의 환원철의 압궤 강도는 300kgf/개(약 2940N/개) 정도인 데 반하여, 동 도(b)의 환원철의 압궤 강도는 600kgf/개(약 5880N/개)를 넘어 있었다.

상기 최종 존의 산화성 분위기는, 구체적으로는 가스 산화도 OD로 1.0 이상으로 하면 된다.

여기서, OD=(CO₂+H₂O+2O₂)/(CO₂+H₂O+O₂+CO+H₂)[단, CO₂, H₂O, O₂, CO 및 H₂의 단위는 용량%]이다.

여기서, 가스 산화도 OD는, 분위기 중에 O₂ 성분이 존재하는 경우에는, 그 O₂ 성분은 금속 원소에 대하여 CO₂ 성분 및 H₂O 성분의 2배의 산화능을 가지므로(예컨대, Fe+CO₂=FeO+CO, Fe+H₂O=FeO+H₂, 2Fe+O₂=2FeO의 반응식으로부터, 1몰의 CO₂ 또는 H₂O는 1몰의 Fe를 산화시킬 수 있을 뿐인데 대하여, 1몰의 O₂는 2몰의 Fe를 산화시킬 수 있다), OD=(CO₂+H₂O+2O₂)/(CO₂+H₂O+O₂+CO+H₂)[단, CO₂, H₂O, O₂, CO 및 H₂의 단위는 용량%]로 정의하는 것으로 한다.

상기 최종 존의 분위기의 가스 산화도는, 예컨대 버너의 공연비(空燃比)로 조정할 수 있다.

(실시형태 2)

상기 실시형태 1에서는, 탄재 내장 브리켓 내의 물리적 구조에 관해서는 특별히 한정하지 않는 경우를 예시했지만, 탄재 내장 브리켓 내의 물리적 구조, 특히, 탄재 내장 브리켓의 기공률을 특정한 범위로 함으로써 환원시켜 수득된 제품 환원철 중의 잔류 탄소량이 많은 경우에도, 충분히 높은 압궤 강도가 확실히 얻어진다.

구체적으로는, 탄재 내장 브리켓으로서, 기공률을 37.5% 이하인 것을 이용하는 것이 추장된다.

이하에, 탄재 내장 브리켓의 기공률을 37.5% 이하로 한정한 근거를 설명한다.

본 발명자들은, 제철 더스트를 사용하여 제작한 탄재 내장 브리켓을 상기 실시형태 2과 같은 시험 조건에서 환원시켜 수득된 환원철의 압궤 강도에 미치는 각종 파라미터의 영향의 조사를 행했다.

도 5에, 환원철 중의 C 함유량과 환원철의 압궤 강도의 관계를 나타낸다. 동 도에 나타낸 바와 같이, 용광로 등의 철원료로서 보다 적합한, 압궤 강도가 180kgf/개(약 1760N/개) 이상을 나타내는 환원철은, 저C 함유량(C: 1질량% 이상 4질량% 미만)의 것[영역 A]과, 고C 함유량(C: 4질량% 이상)의 것[영역 B]이 존재하는 것이 알았다. 여기서, 영역 A의 것은, 환원철 중의 C 함유량이 높아질 수록 환원철의 압궤 강도가 저하된다고 하는 종래의 기술 상식(도 중의 직선 L)의 연장선 상에 있는 것이지만, 영역 B의 것은, 이 종래의 기술 상식으로부터 벗어나, 고C 함유량이라도 높은 압궤 강도가 얻어지는 것이다.

이와 같이, 고C 함유량이라도 높은 압궤 강도가 얻어지는 이유에 대하여 더욱 검토를 진행한 결과, 환원 전의 탄재 내장 브리켓의 기공률이 영향을 주고 있는 것을 발견했다.

도 6에, 탄재 내장 브리켓의 기공률과 환원철의 압궤 강도의 관계를 나타낸다. 동 도에 나타낸 바와 같이, 탄재 내장 브리켓의 기공률과 환원철의 압궤 강도 사이에는, 환원철의 C 함유량의 레벨에 의하지 않는, 매우 양호한 상관 관계가 인정된다.

따라서, 동 도에 나타낸 바와 같이, 탄재 내장 브리켓의 기공률을 37.5% 이하로 제어함으로써, C 함유량에 상관없이 180kgf/개(약 1760N/개) 이상의 높은 압궤 강도를 갖는 환원철을 확실히 제조할 수 있다.

이와 같이, 탄재 내장 브리켓의 기공률을 소정치 이하로 함으로써 탄재 내장 브리켓 중에서의 산화철 입자 사이의 거리가 작게 되어, 환원 후의 금속철 입자의 결합(금속철의 소결)이 촉진되어, 환원철의 강도가 보다 향상되는 것으로 생각된다.

한편, 탄재 내장 브리켓의 기공률은 지나치게 작으면, 환원시에 폭렬(버스팅)을 일으키기 쉽게 되기 때문에, 그 하한은 25%로 하는 것이 바람직하다.

여기서, 탄재 내장 브리켓의 기공률은, 탄재 내장 브리켓의 겉보기 밀도와 진밀도로부터,

기공률(%)=(1-[겉보기 밀도]/[진밀도])×100

으로 계산되지만, 탄재 내장 브리켓의 겉보기 밀도로서는, 건조 브리켓의 겉보기 밀도를 측정하여 사용하고, 탄재 내장 브리켓의 진밀도로서는, 탄재 내장 브리켓의 구성 원료 각각 단독의 진밀도를 배합 비율로 가중 평균하여 구한 값을 사용했다.

원료로서 제철 더스트를 사용하는 경우에는, 제철 더스트는 입도가 매우 잘기 때문에 압밀(壓密)시키기 어려워, 사용하는 제철 더스트의 종류나 배합비에 따라서는, 통상의 성형 수단으로는 탄재 내장 브리켓의 기공률을 37.5% 이하로 하기 어려운 경우가 있다. 그와 같은 경우에는, 예컨대, 브리켓 머신으로 압축 성형한 후의 사하(篩下)를 리사이클 원료로서 새 원료에 섞고 브리켓 머신으로 되돌려 압축성 성형함으로써 탄재 내장 브리켓의 겉보기 밀도를 높이는(즉, 기공률을 작게 하는) 수단(일본국 특허공개 2009-7667호 공보 참조)을 채용할 수 있다.

(실시형태 3)

상기 실시형태 1 및 2에서는, 탄재 내장 브리켓 중에 내장되는 탄재의 입도에 관해서는 특별히 한정하지 않는 경우를 예시했지만, 탄재의 입도를 특정한 범위로 함으로써 탄재 내장 브리켓을 환원시켜 수득된 제품 환원철의 압궤 강도를 확보하면서, 환원철 중의 잔류 탄소량을 보다 많게 할 수 있다.

구체적으로는, 탄재 내장 브리켓 중에 포함되는 탄재의 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법에 의한 평균 입경 d50을 30μm 이하(또한 10μm 이하)로 하는 것이 추장된다.

예컨대, 제철 더스트로서, 코크스 가루나 미분탄 유래의 탄소 입자를 다량으로 함유하는 고로 습더스트를 이용하고, 그 고로 습더스트의 탄소 입자를 탄재로 하여 탄재 내장 브리켓을 제작하고, 이것을 환원시켜 수득된 환원철은, 압궤 강도를 확보하면서, 환원철 중의 잔류 탄소량을 많게 할 수 있음을 알았다. 그 고로 습더스트에 대하여 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법으로 입도 분포를 측정한 결과, 도 7에 나타내는 바와 같은 입도 분포가 얻어졌다. 또한, 도 8은, 고로 습더스트를 주사형 전자 현미경으로 관찰한 것이다. 동 도에 있어서, 모난 비교적 큰 입자는 산화철, 구상의 입자는 CaO-SiO₂-FeO계의 슬래그로 동정되었지만, 탄소는 경(輕)원소이기 때문에 어떤 입자가 탄소 입자인지는 확정할 수 없었다. 그러나 산화철의 큰 입자를 제외하면 미세립이기 때문에, 탄소 입자도 미세립으로 되어 있다고 추정된다. 이상의 고찰로부터, 탄소 입자의 입도는, 적어도, 도 7에 나타내는 고로 습더스트 전체의 입도(평균 입경 d50으로 30μm) 이하인 것은 분명하고, 도 8의 주사형 전자 현미경에 의한 관찰 결과로부터, 평균 입경 d50으로 10μm 이하로 추정된다.

이상으로부터, 탄재 내장 브리켓 중에 포함되는 탄재의 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법에 의한 평균 입경 d50의 추장치는 30μm 이하, 또한 10μm 이하로 했다.

탄재 내장 브리켓 중에 포함되는 탄재의 평균 입경 d50의 조정은, 예컨대, 고로 습더스트를 원료의 일부로서 이용하는 경우는, 그 배합 비율을 조정하는 것에 의해 행하면 되고, 탄재로서 분상 석탄이나 코크스 가루를 첨가하는 경우는, 그들의 분쇄 입도를 조정하는 것에 의해 행하면 된다.

(변형예)

상기 실시형태에서는, 탄재 내장 괴성화물의 괴성화물로서의 형태로서 브리켓을 예시했지만, 펠렛이라도 좋다.

또한, 상기 실시형태에서는, 이동 노상로의 노 형식으로서 회전 노상로를 예시했지만, 직선로를 사용해도 좋다.

본 발명을 상세히 또한 특정한 실시태양을 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 분명하다.

본 출원은, 2009년 7월 21일 출원된 일본특허출원(특원 2009-169719)에 근거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

제철 설비에 있어서, 제철 더스트로부터 환원철을 제조하는 기술로서 유용하다.

Claims (6)

1. 환원철을 제조하기 위한 이동 노상로의 원료로서 사용되는 탄재 내장 괴성화물로서, SiO₂, Al₂O₃, CaO 및 MgO의 합계 함유량이 7∼15질량%, MgO 함유량이 0.1∼6질량%, Al₂O₃/SiO₂의 질량비가 0.34∼0.52, CaO/SiO₂의 질량비가 0.25∼2.0이며, 또한 제조된 환원철 중에 C가 1∼9질량% 잔류하는 C 함유량인 것을 특징으로 하는 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄재 내장 괴성화물의 기공률을 37.5% 이하로 하는 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄재 내장 괴성화물 중에 포함되는 탄재의 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정법에 의한 평균 입경 d50을 30μm 이하로 하는 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물.
4. 제 1 항에 있어서,
   적어도 제철 더스트를 포함하는 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 환원철 제조용 탄재 내장 괴성화물을 이동 노상로로 가열하여 환원시켜 환원철을 제조하는 방법으로서,
   상기 이동 노상로는 노상의 이동 방향으로 복수의 존으로 분할되고, 그 최종 존이 산화성 분위기인 것을 특징으로 하는 환원철 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 최종 존의 산화성 분위기가 가스 산화도 OD로 1.0 이상이고, 여기서, OD=(CO₂+H₂O+2O₂)/(CO₂+H₂O+O₂+CO+H₂)[단, CO₂, H₂O, O₂, CO 및 H₂의 단위는 용량%]인 환원철 제조방법.

Images