KR101387811B1 - 소결광의 제조방법 및 소결기 - Google Patents

Abstract

순환 이동하는 팰릿 위에 분광석과 탄재를 포함하는 소결원료를 장입하고, 팰릿 위에 소결원료의 장입층을 형성하는 장입공정과, 장입층 표면의 탄재에 점화로를 사용하여 점화하는 점화공정과, 기체연료를 장입층 위쪽의 공기중에 공급하여 희석하고, 연소하한농도 이하의 희석기체연료를 얻는 희석기체연료 생성공정과, 팰릿 아래에 배치된 윈드박스의 흡인력에 의해, 상기 희석기체연료와 공기를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 소결층내에 있어서 연소시키는 동시에, 장입층내에 흡인된 공기에 의해, 해당 장입층내의 탄재를 연소시키는 것에 의해, 소결케이크를 생성시키는 소결공정을 갖는 소결광의 제조방법.

Description

소결광의 제조방법 및 소결기{PROCESS FOR PRODUCING SINTERED ORE AND SINTERING MACHINE}

본 발명은 하방 흡인식의 드와이트 로이드(Dwight-Lloyd)(DL) 소결기를 이용하여, 고로 원료용 소결광을 제조하는 방법, 및 이 방법에 이용하는 소결기에 관한 것이다.

고로 제선법의 주원료인 소결광은 도 1에 나타내는 바와 같은 공정을 경유하여 제조된다. 원료는 철광석분(紛), 제철소내 회수분, 소결광 사하분(체밑분), 석회석 및 돌로마이트 등의 CaO함유계 부원료, 생석회 등의 조립 조제(granulation aid), 코크스분이나 무연탄 등이다. 이들 원료는 호퍼(1)…의 각각으로부터 컨베이어상에 소정의 비율로 잘라내어진다. 잘라낸 원료는 드럼믹서(2) 등에 의해 적량의 물을 가하여 혼합하고 조립되어, 3.0∼6.0㎜의 평균직경을 갖는 의사입자인 소결원료로 된다. 이 소결원료는 소결기상에 배치되어 있는 서지호퍼(4, 5)로부터 드럼 피더(6)와 장입슈트(7)를 통해, 무단(無端) 이동식의 소결기 팰릿(pallet)(8)상에 장입되고, 소결 베드라고도 하는 장입층(9)을 형성한다. 장입층의 두께(높이)는 400∼800㎜ 전후이다. 그 후, 장입층(9)의 위쪽에 설치된 점화로(點火爐)(10)에 의해, 이 장입층 표층중의 탄재에 점화하는 동시에, 팰릿(8)의 아래에 배치되어 있는 윈드박스(바람상자)(11)를 통해 공기를 아래쪽으로 흡인하는 것에 의해, 해당 장입층중의 탄재를 순차 연소시키고, 이 때에 발생하는 연소열에 의해서, 상기 소결원료를 연소하고, 용융하여 소결케이크를 생성한다. 얻어진 소결케이크는 그 후, 파쇄, 정립(整粒)되고, 5.0㎜이상의 괴성물(塊成物)로 이루어지는 성품(成品) 소결광으로서 회수된다.

상기 제조 프로세스에 있어서는 우선, 점화로(10)에 의해 장입층 표층에 점화가 실행된다. 점화된 장입층중의 탄재는 윈드박스에 의해 장입층의 상층부로부터 하층부를 향해 흡인되는 공기에 의해서 연소를 계속하고, 그 연소대는 팰릿(8)의 이동에 따라 점차 하층으로 또한 앞쪽(하류측)으로 진행한다. 이 연소의 진행에 수반하여, 장입층중의 소결원료입자중에 포함되는 수분은 탄재의 연소로 발생하는 열에 의해서 기화되고, 아래쪽으로 흡인되며, 아직 온도가 상승하고 있지 않은 하층의 소결원료중에 농축되어 습윤대를 형성한다. 그 수분농도가 어느 정도 이상이 되면, 흡인가스의 유로인 원료입자간의 공극을 수분이 메우도록 되어, 통기저항을 증대시킨다. 또한, 연소대에 발생하는 소결화 반응에 필요한 용융 부분도 통기저항을 높이는 요인으로 된다.

소결기의 생산량(t/hr)은 일반적으로, 소결 생산율(t/hrㆍ㎡)×소결기 면적(㎡)에 의해 결정된다. 즉, 소결기의 생산량은 소결기의 기폭이나 기장, 원료 퇴적층의 두께(장입층 두께), 소결원료의 부피밀도, 소결(연소)시간, 수율 등에 의해 변화한다. 그리고, 소결광의 생산량을 증가시키기 위해서는, 장입층의 통기성(압손(壓損))을 개선하여 소결시간을 단축하는 것, 또는 파쇄전의 소결케이크의 냉간강도를 높여 수율을 향상시키는 것 등이 유효하다고 고려되고 있다.

도 2는 두께가 600㎜의 장입층중을 이동하는 연소(화염)전 선이 해당 장입층의 팰릿 위 약 400㎜(장입층 표면으로부터 200㎜)의 위치에 있을 때에 있어서의 장입층내의 압손과 온도의 분포를 나타낸 것이다. 이 때의 압손분포는 습윤대에 있어서의 것이 약 60％, 연소/용융대에 있어서의 것이 약 40％이다.

도 3은 소결광의 고생산시와 저생산시의 장입층내의 온도분포를 나타낸 것이다. 원료입자가 용융하기 시작하는 1200℃이상의 온도에 유지되는 시간(이후, 「고온역 유지시간」이라고 칭함)은 저생산의 경우에는 t₁, 생산성을 중시한 고생산의 경우에는 t₂로 나타나고 있다. 고생산의 경우, 팰릿의 이동 속도를 올리기 위해, 고온역 유지시간 t₂가 저생산 경우의 t₁에 비해 짧아진다. 고온역 유지시간이 짧아지면 소성 부족으로 되어, 소결광의 냉간강도의 저하를 초래하여, 수율이 저하한다. 따라서, 고강도 소결광의 생산성을 향상시키기 위해서는, 단시간의 소결에 있어서도 소결케이크의 강도, 즉 소결광의 냉간강도를 올려 수율의 유지, 향상을 도모할 수 있는 어떠한 수단을 강구할 필요가 있다. 또한, 소결광의 냉간강도를 나타내는 지표로서는 일반적으로 SI(셔터 인덱스), TI(텀블러 인덱스)가 이용된다.

도 4의 (a)는 소결기 팰릿 위의 장입층에 있어서의 소결의 진행과정을, 도 4의 (b)는 장입층내의 소결과정에 있어서의 온도분포(히트 패턴)를, 도 4의 (c)는 소결케이크의 수율 분포를 나타낸 것이다. 도 4의 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 장입층의 상부는 하층부에 비해 온도가 상승하기 어렵고, 고온역 유지시간도 짧아진다. 그 때문에, 이 장입층 상부에서는 연소용융반응(소결화 반응)이 불충분하게 되고, 소결케이크의 강도가 낮아지기 때문에 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 수율이 낮아 생산성의 저하를 초래하는 요인으로 되고 있다.

이러한 문제점에 감안하여, 장입층 상층부에 고온유지를 부여하기 위한 방법이 종래로부터 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1은 장입층에 점화후, 장입층 위에 기체연료를 분사하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 기체연료(가연성 가스)의 종류가 불분명하지만, 프로판가스(LPG)나 천연가스(LNG)라고 해도, 고농도의 가스를 사용하고 있다. 또한, 가연성 가스의 취입(injected) 시에, 탄재량을 삭감하고 있지 않기 때문에, 소결층내가 1380℃를 넘는 고온으로 된다. 그 때문에, 이 기술에서는 충분한 냉간강도의 향상이나 수율의 개선 효과를 누릴 수 없다. 또한, 점화로 직후에 가연성 가스를 분사한 경우에는, 가연성 가스의 연소에 의해 소결 베드 상부공간에서 화재를 일으킬 위험이 높아, 현실성이 떨어지는 기술로서, 실용화에는 이르고 있지 않다.

또, 특허문헌 2도 장입층에 점화후, 장입층에 흡인되는 공기중에 가연성 가스를 첨가하는 기술을 개시하고 있다. 점화후, 약1∼10분 정도의 공급이 바람직하다고 되어 있지만, 점화로에서의 점화 직후의 표층부는 적열상태의 소결광이 잔존하고 있어, 공급의 방법에 따라서는 가연성 가스의 연소에 의해 화재를 일으킬 위험이 높고, 또 구체적 기술은 적지만, 소결완료의 소결대에서 가연 가스를 연소시켜도 효과는 없고, 소결대에서 연소하면, 연소 가스에 의한 온도상승과 열팽창에 의해 통기성을 악화시키기 때문에, 생산성을 저감시켜 버리는 경향에 있으므로, 지금까지 실용화에는 이르고 있지 않다. 또한, 통상의 소결 조업에 있어서 가연성 가스를 첨가하는 조업을 실행하는 제안이며, 가연성 가스를 첨가한 열량분, 소결 조업은 고온 조업으로 되어, 소결광 강도향상은 기대할 수 있지만, 피환원성이 악화된 소결광으로 되어 버리는 문제가 있다.

또, 특허문헌 3은 소결원료의 장입층내를 고온으로 하기 위해, 장입층의 위에 후드를 배치하고, 그 후드를 통해 공기나 코크스로 가스와의 혼합가스를 점화로 직후의 위치에서 취입하는 것을 개시하고 있다. 그러나, 이 기술도 소결층내의 연소 용융대의 온도가 1380℃를 넘는 고온으로 되기 때문에, 코크스로 가스 취입의 효과를 누릴 수 없는 동시에, 가연성 혼합가스가 소결 베드 상부공간에서 발화하여 화재를 일으킬 위험성이 있어, 실용화되고 있지 않다.

또한, 특허문헌 4는 저융점 용제와 탄재나 가연성 가스를 동시에, 점화로 직후의 위치에서 취입하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법도 표면에 화염이 잔류된 상태에서 가연성 가스를 취입하기 때문에, 소결 베드 상부공간에서 화재가 될 위험성이 높고, 또 소결대의 폭을 충분히 두껍게 할 수 없기 때문에(약 15㎜미만), 가연성 가스 취입의 효과를 충분히 발현할 수 없다. 또한, 저융점 용제가 많이 존재하기 때문에, 상층부에 있어서 과잉의 용융현상을 야기하고, 공기의 유로로 되는 기공을 폐쇄해 버려 통기성을 악화시키고, 생산성의 저하를 초래하는 것으로부터, 이 기술도 현재에 이르기까지 실용화되고 있지 않다.

이상 설명한 바와 같이, 지금까지 제안된 종래기술은 모두 실용화되고 있지 않고, 실시 가능한 가연성 가스 취입 기술의 개발이 절망적이었다.

특허문헌 1: 일본국 특개소48-18102호 공보 특허문헌 2: 일본국 특개소46-27126호 공보 특허문헌 3: 일본국 특개소55-48585호 공보 특허문헌 4: 일본국 특개평5-311257호 공보

그런데, 소결광의 품질은 연소시의 최고도달온도나 고온역 유지시간 등에 의해서 결정되는 것으로부터, 이들 최고도달온도나 고온역 유지시간의 제어가 중요하다. 이 점에 대해, 특허문헌 1에 기재된 방법은 기체연료를 장입층의 표면에서 연소시키는 것에 의해, 소결수단의 전반부분의 해당 장입층 상부온도를 높이는 기술이다. 그러나, 이 방법에서는 기체연료의 농도가 높고, 그 때문에 연소를 지지하는 공기(산소)량이 부족하여, 소결원료의 탄재(코크스)의 연소저하를 초래할 우려가 있고, 소결광의 품질개선을 할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또, 특허문헌 2로 해도 구체성이 떨어지고, 공급의 방법에 따라서는 화재를 일으킬 위험이 높고, 또 소결 완료의 소결대 위치에서는 가연성 가스를 연소시켜도 효과는 없어, 지금까지 실용화되고 있지 않다.

또한, 특허문헌 3에 기재된 방법은 소결원료의 장입층내를 고온으로 하기 위해, 이 장입층의 위에 후드를 설치하고, 그 후드를 통해 공기와 코크스로 가스와의 혼합가스를 점화로 직후의 위치에서 취입하는 기술이다. 그러나, 코크스비를 그대로 하고 혼합가스를 취입하면, 고온 유지시간의 연장과 동시에, 최고도달온도도 상승하기 때문에, 유리질의 저강도 광물이 많이 생성되고, 혼합가스 취입의 효과를 누릴 수 없게 된다. 또, 가연성 혼합가스가 발화되고, 화재를 일으킬 위험성이 있어, 실용화되고 있지 않다.

또, 특허문헌 4에 기재된 방법은 공기(산소)량을 증가시키는 동시에, 저융점 용재나 탄재를 혼합하고 있기 때문에 가연성 가스 및 코크스의 연소속도는 크게 되지만, 저융점 용재나 분체를 함께 취입하기 때문에, 연소용 공기의 통기성이 저하한다고 하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 기체연료를 공급하고, 이것을 장입층중에서 연소시키는 것에 의해, 장입층 전체의 통기성을 악화시키는 일 없이, 고강도의 소결광을 고수율로 제조할 수 있는 소결광의 제조방법 및 소결기를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 팰릿 위에 소결원료를 장입하는 장입공정, 장입층 표면의 탄재에 점화하는 점화공정, 희석기체연료 생성공정과 탄재를 소결층내에 있어서 연소시켜, 소결케이크를 생성시키는 연소공정을 갖는 소결광의 제조방법을 제공한다.

상기 장입공정은 순환 이동하는 팰릿 위에 분광석과 탄재를 포함하는 소결원료를 장입하고, 팰릿 위에 소결원료의 장입층을 형성하는 것으로 이루어진다.

상기 희석기체연료 생성공정은 기체연료를 장입층 위쪽의 대기중에 공급하여 희석하고, 연소하한농도 이하의 희석기체연료를 생성하는 것으로 이루어진다.

상기 연소공정은 팰릿 하래에 배치된 윈드박스를 통해 상기 희석기체연료와 공기를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료와 해당 장입층내의 탄재를 소결층내에 있어서 연소시키는 것에 의해, 소결케이크를 생성시키는 것으로 이루어진다.

상기 희석기체연료 생성공정에서는 기체연료 공급수단의 분출구로부터 기체연료를 블로오프(blow-off) 현상이 일어나는 유속으로 분출시킴과 동시에, 연소하한농도 이하의 희석기체연료를 생성하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 블로오프 현상이 일어나는 유속은 기체연료의 연소 속도를 넘는 속도인 것이 바람직하다. 연소공정에서는 희석기체연료의 공급량, 농도 및 소결 원료 중의 탄재량 중의 어느 하나 이상을 조정하는 것에 의해 장입층 내의 온도를 1200℃ 이상으로 유지되는 고온역 유지시간을 연장함과 동시에, 최고도달온도를 1205 ~ 1380℃로 유지하는 것을 특징으로 한다.

상기 희석기체연료 생성공정은 기체연료를 기체연료의 연소 속도의 2배 이상의 속도로 장입층 위쪽의 대기중에 토출시켜 희석하고, 연소하한농도 이하의 희석기체연료를 생성하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 희석기체연료 생성공정은 기체연료를 기체연료의 난류(亂流)연소속도의 2배 이상의 속도로 장입층 위쪽의 대기중에 토출시켜 희석하고, 연소하한농도 이하의 희석기체연료를 생성하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다. 덧붙여서, 메탄가스의 경우 층류연소속도는 약 0.4㎧, 난류연소속도는 약 4㎧이다.

상기 희석기체연료 생성공정은 분위기 압력에 대해 300㎜Aq이상 40000㎜Aq미만의 압력으로 토출시켜 희석하고, 연소하한농도 이하의 희석기체연료를 생성하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 희석기체연료 생성공정은 기체연료를 개구직경이 3㎜φ미만의 분출구로부터 장입층 위쪽의 대기중에 분출시키는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 개구직경은 0.5∼1.5㎜φ인 것이 더욱 바람직하다.

상기 소결광의 제조방법은 연소공정의 히트 패턴을 제어하기 위해, 이하의 공정을 더 갖는 것이 바람직하다.

(a) 소결층내의 최고도달온도 및 고온역 유지시간의 어느 한쪽 또는 양쪽을 조정하는 공정.

(b) 희석기체연료의 공급량 또는 농도를 조정하는 것에 의해, 소결층내의 최고도달온도를 조정하는 공정.

(c) 소결원료중의 탄재량을 조정하는 것에 의해 소결층내의 최고도달온도를 조정하는 공정.

(d) 희석기체연료의 공급량, 농도 및 소결원료중의 탄재량 중의 어느 1개 이상을 조정하는 것에 의해, 상기 최고도달온도를 1205℃∼1380℃로 조정하는 공정.

(e) 희석기체연료의 공급량, 농도 또는 소결원료중의 탄재량에 따라, 소결층내의 고온역 유지시간을 조정하는 공정.

(f) 소결원료중의 탄재량에 따라 상기 희석기체연료의 공급량 또는 농도를 조정하고, 소결층내의 고온역 유지시간을 조정하는 공정.

상기 소결광의 제조방법은 장입층의 위로부터 도입한 희석기체연료를 연소시키고, 소결층내의 연소/용융대의 형태를 조정하는 공정을 더 갖는 것이 바람직하다. 상기 연소/용융대의 형태를 조정하는 공정은 장입층의 위로부터 도입한 희석기체연료를 연소시키고, 연소/용융대의 높이방향의 두께 및/또는 팰릿 진행방향의 폭을 조절하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 소결광의 제조방법은 희석기체연료의 장입층으로의 도입 위치를 조정하는 공정을 더 갖는 것이 바람직하다.

상기 소결광의 제조방법은 소결광의 냉간강도를 조정하는 공정을 더 갖는 것이 바람직하다.

희석기체연료 생성공정과 탄재를 소결층내에 있어서 연소시키고, 소결케이크를 생성시키는 연소공정은 이하인 것이 바람직하다.

(A) 상기 연소공정은 장입층의 위로부터 도입한 희석기체연료의 적어도 일부를 미연소인 채 상기 장입층중의 소결층의 연소/용융대에 도달하도록 하여 연소시키는 것으로 이루어진다.

(B) 상기 연소공정은 소결층내에 있어서 희석기체연료를 연소시키고, 연소/용융대의 고온역 유지시간을 연장하여 소결광의 냉간강도를 조정하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다.

(C) 상기 연소공정은 점화로 이후의 위치에서 희석기체연료를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 소결층내에 있어서 연소시키는 것으로 이루어진다.

(D) 상기 연소공정은 장입층 표층부에 소결케이크가 생성되고 나서 소결이 완료될 때까지의 사이에 희석기체연료를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 소결층내에 있어서 연소시킨다.

(E) 상기 연소공정은 연소/용융대의 두께가 15㎜이상으로 되는 영역에 있어서 희석기체연료의 소결층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 소결층내에 있어서 연소시키는 것으로 이루어진다.

(F) 상기 연소공정은 연소전(前) 선(線)이 장입층 표층 아래 100㎜에 도달한 위치 이후에서 희석기체연료를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 소결층내에 있어서 연소시키는 것으로 이루어진다.

(G) 상기 연소공정은 장입층의 양 사이드월 근방에 있어서 희석기체연료를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 소결층내에 있어서 연소시키는 것으로 이루어진다.

상기 희석기체연료는 연소하한농도의 75％이하이고 또한 2％이상의 농도로 희석된 가연성 가스인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 것은 연소하한농도의 60％이하이고 또한 2％이상의 농도로 희석된 가연성 가스이고, 더욱 더 바람직한 것은 연소하한농도의 25％이하이고 또한 2％이상의 농도로 희석된 가연성 가스이다.

장입층 위에 공급되는 기체연료는 이하인 것이 바람직하다.

(a) 고로 가스, 코크스로 가스, 고로/코크스로 혼합가스, 도시가스, 천연가스, 메탄가스, 에탄가스, 프로판가스 및 그들의 혼합가스로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 가연성 가스.

(b) 도시가스, 프로판가스의 어느 것.

(c) CO 함유량이 50massppm이하의 가스.

(d) 기체 상태에서의 착화온도가 소결 베드 표층의 온도보다 높은 액체연료를 기화시킨 가스. 상기 액체연료는 알코올류, 에테르류, 석유류, 기타의 탄화수소계 화합물류로 이루어지는 군에서 선택된 하나이다.

또한, 본 발명은 이하로 이루어지는 소결기를 제공한다.

순환 이동하는 팰릿과, 해당 팰릿 위에 분광석과 탄재를 포함하는 소결원료를 장입하여 장입층을 형성하는 원료공급장치와, 해당 소결원료중의 탄재에 점화하기 위한 점화로와, 해당 팰릿의 아래쪽에 설치된 윈드박스와, 해당 점화로의 팰릿 진행방향 하류측에 배치되고, 기체연료를 장입층 위쪽의 대기중에 토출하여, 공기와 혼합시키는 기체연료공급장치로서, 기체연료공급 파이프와, 해당 파이프에 배치되고 기체연료를 토출하기 위한, 슬릿, 개구와 노즐로 이루어지는 군으로 이루어지는 하나를 갖는 토출수단으로 이루어지고, 해당 토출수단은 직경 0.5∼3㎜φ의 개구직경을 갖는 기체연료공급장치를 갖는다.

상기 기체연료공급장치는 기체연료를 장입층 위쪽의 대기중에 토출하고, 공기와 혼합시켜, 연소하한농도 이하의 희석기체연료를 생성하는 것이 바람직하다.

상기 기체연료공급장치는 이하로 이루어지는 것이 바람직하다.

(a) 상기 기체연료공급장치는 팰릿의 폭방향을 따라 배치된 복수의 기체연료공급 파이프와, 해당 파이프에 배치되고 기체연료를 토출하기 위한, 슬릿, 개구와 노즐로 이루어지는 군으로 이루어지는 하나를 갖는 토출수단으로 이루어진다.

(b) 상기 기체연료공급장치는 팰릿의 진행방향을 따라 배치된 복수의 기체연료공급 파이프와, 해당 파이프에 배치되고 기체연료를 토출하기 위한, 슬릿, 개구와 노즐로 이루어지는 군으로 이루어지는 하나를 갖는 토출수단으로 이루어진다.

삭제

(c) 상기 기체연료공급장치는 팰릿 폭방향에 있어서의 기체연료의 공급량을 제어하는 제어장치를 갖는다.

(d) 상기 기체연료공급장치는 팰릿 폭방향의 흡인속도의 분포에 따라, 흡인속도가 큰 부분에는 많은 연료를 공급하고, 흡인속도가 작은 부분에는 연료 공급량을 적게 하는 것에 의해, 흡인 공기량당 연료 농도를 일정하게 유지하는 연료농도제어장치를 갖는다.

(e) 상기 기체연료공급장치는 기체연료를 장입층을 향해 아래쪽으로 토출시키는 기체연료공급장치이다.

(f) 상기 기체연료공급장치는 기체연료를 장입층 표면에 평행하게 토출시키는 기체연료공급장치이다.

(g) 상기 기체연료공급장치는 기체연료를 반사판을 향해 토출시키는 기체연료공급장치이다.

(h) 상기 기체연료공급장치는 기체연료공급 파이프와 해당 기체연료공급 파이프에 설치된 기체 토출용 슬릿, 개구 또는 노즐로 이루어지고, 해당 슬릿, 개구 또는 노즐이 장입층 표면을 향해, 그 수직방향에 대해 ±90도의 범위로 분산된 방향을 갖는다.

(i) 상기 기체연료공급장치는 축을 중심으로 회전 가능한 기체연료공급 파이프로 이루어진다.

(j) 상기 기체연료공급장치는 장입층 표면 위쪽 300㎜이상의 높이에 기체연료의 토출구를 갖는다.

(k) 상기 기체연료공급장치는 기체연료의 토출 위치를 장입층 표면 위쪽 300㎜이상의 높이에서 조정할 수 있는 승강기구를 갖는다.

상기 기체연료공급장치는 이하에 배치하는 것이 바람직하다.

(A) 소결기의 기장방향의 점화로 하류측에 적어도 하나 이상 배치한다.

(B) 팰릿 진행방향에 있어서, 연소전 선이 장입층 표층 아래로 진행된 단계에서 소결이 완료될 때까지의 사이의 위치에 배치한다.

(C) 사이드월 근방에 배치한다.

본 발명에 따르면, 하방 흡인식 소결기의 조업에 있어서, 장입층의 위쪽에서 기체연료를 대기중에 토출하여 소정의 농도로 희석 조정된 희석기체연료를 장입층중에 공급(도입)하고, 장입층내의 목표로 하는 위치에서 연소시킬 수 있다. 또한 이 경우에 있어서, 희석기체연료의 공급위치나 연소시의 최고도달온도, 고온역 유지시간을 제어하는 것에 의해, 연소부족으로부터, 소결광의 냉간강도가 낮아지기 쉬운 장입층 상부뿐만 아니라, 장입층 중간층 이하의 임의의 부분에 있어서의 소결광 강도를 높이는 바와 같은 조업을 실행할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 장입층 전체의 통기성을 악화시키는 일 없이, 특히 연소/용융대에서의 반응, 예를 들면 이 대역의 상하방향의 두께나 팰릿 진행방향에 있어서의 폭의 제어를 통해, 임의의 위치에 있어서의 소결케이크의 강도를 제어할 수 있으므로, 소결광 전체적으로 냉간강도가 높은 성품 소결광을 수율 좋고 또한 높은 생산성을 확보하면서 제조할 수 있다. 그리고, 본 발명의 소결기를 이용하면, 이러한 소결기의 조업을 안정하게 실행할 수 있다.

도 1은 소결 프로세스를 설명하는 도면이다.
도 2는 소결층내에 있어서의 압손과 온도분포를 설명하는 도면이다.
도 3은 고생산시와 저생산시의 온도분포를 비교한 설명도이다.
도 4의 (a)∼(c)는 소결기내에 있어서의 온도분포와 수율분포의 그래프이다.
도 5의 (a)∼(b)는 본 발명에 관한 기체연료공급장치의 구조예를 설명하는 도면이다.
도 6의 (a)∼(b)는 본 발명에 관한 기체연료공급장치의 다른 구조예를 설명하는 도면이다.
도 7의 (a)∼(b)는 소결케이크로의 기체연료공급위치의 영향을 조사하는 실험을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 관한 연직(鉛直)방향으로 기체연료를 토출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명에 관한 수평방향으로 기체연료를 토출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명에 관한 경사방향으로 기체연료를 토출하고, 방해판으로 혼합하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명에 관한 여러 방향으로 분산시켜 기체연료를 토출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명에 관한 기체연료의 토출속도, 노즐직경이 희석기체의 농도분포에 끼치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명에 관한 기체연료공급에 미치는 횡풍(橫風)의 영향을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명에 관한 횡풍에 대한 칸막이의 효과를 설명하는 도면이다.
도 15는 후드 하단의 시일(seal) 구조를 설명하는 도면이다.
도 16은 후드 하단의 시일 구조를 설명하는 도면이다.
도 17은 본 발명에 관한 분석에 이용한 기체연료공급장치와 그 위쪽에 설치한 후드의 모델을 설명하는 도면이다.
도 18은 본 발명에 관한 기체연료의 농도분포에 대한 분석결과를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명에 관한 압력분포에 대한 분석결과를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명에 관한 가스유속분포에 대한 분석결과를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명에 관한 가스유속의 벡터선도(線圖)를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명에 관한 횡풍 대책의 예를 설명하는 도면이다.
도 23은 본 발명에 관한 횡풍 대책의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 24는 본 발명에 관한 횡풍 대책의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 25는 본 발명에 관한 횡풍 대책의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 26은 본 발명에 관한 횡풍 대책의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 27은 본 발명에 관한 기체연료공급 프로세스를 설명하는 도면이다.
도 28은 M가스 취입에 의한 시험포트(test pot)내의 연소 용융대의 변화를 나타내는 도면(사진)이다.
도 29는 M가스 취입을 실행한 때의 소결조업조건, 소결광의 특성에 미치는 영향을 설명하는 그래프이다.
도 30은 고로 가스의 연소한계를 구하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 31은 메탄가스의 연소하한농도의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 32는 대기중 상온하에 있어서의 기체연료의 연소성분(연소가스)농도와 온도의 관계를 설명하는 도면이다.
도 33은 본 발명에 관한 희석기체연료의 취입효과와 가스종의 관계를 나타내는 도면이다.
도 34는 본 발명에 관한 프로판가스를 취입한 때의 가스 농도와 셔터 강도, 수율, 소결시간, 생산의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 35는 소결반응에 대해 설명하는 도면이다.
도 36은 스켈레톤 크리스탈린(骸晶)형상 2차 헤마타이트가 생성되는 과정을 설명하는 상태도이다.
도 37은 희석 프로판가스 취입 시의 연소대의 형태를 관찰한 도면(사진)이다.
도 38은 취입위치가 연소상황에 끼치는 영향을 나타내는 도면(사진)이다.
도 39는 취입위치가 연소상황에 끼치는 영향을 설명하는 도면이다.
도 40은 석영유리제 시험포트를 이용한 소결시험에 있어서의 연소상황을, 종래 소결법과 희석가스취입을 실행하는 본 발명법에서 서멀비어(Thermobias)를 이용하여 비교한 도면(사진)이다.
도 41은 석영유리제 시험포트내의 온도분포를 종래 소결법과 희석가스취입을 실행하는 본 발명법에서 비교한 그래프이다.
도 42는 소결시에 있어서의 장입층내의 온도분포를 설명하는 모식도이다.
도 43은 분코크스만의 경우와, 분코크스와 희석 C가스 취입을 병용한 경우에 있어서의 소결상황을 비교한 설명도이다.
도 44의 (a)∼(d)는 투입열량 일정 조건하에 있어서, 희석된 프로판가스의 취입에 의한 장입층내 온도, 배기 가스 온도, 통과풍량, 배기 가스 조성의 경시(시간경과)변화를 나타내는 그래프이다.
도 45의 (a), (b), (a′), (b′)는 희석된 프로판가스 취입(0.5vol％) 시와 코크스 증량(100mass％)만일 때의 장입층내 온도와 배기 가스 농도의 경시변화를 나타내는 그래프이다.
도 46은 각종 취입조건하에 있어서의 소결특성 시험결과를 나타내는 그래프이다.
도 47은 각종 취입조건하에 있어서의 성품 소결광중의 광물상(相)의 조성비율의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 48은 프로판가스의 취입 유무에 의한 성품 소결광의 겉보기비중의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 49는 프로판가스의 취입 유무에 의한 수은 압입식 기공량 미터 (porosimeter)에 의한 0.5㎜이하의 기공직경 분포의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 50의 (a)∼(b)는 코크스만을 사용한 경우와 코크스와 희석기체연료를 병용한 경우의 소결거동을 나타낸 모식도이다.
도 51은 희석한 기체연료를 취입한 경우에 있어서의 소결광의 기공분포의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 52는 냉간강도를 유지할 수 있는 한계 코크스비를 파악하는 실험결과를 나타내는 그래프이다.
도 53은 실시예 1의 결과를 나타내는 도면(사진)이다.
도 54는 실시예 2의 결과를 나타내는 도면(사진)이다.

본 발명에 관한 소결광의 제조방법은 장입공정, 점화공정, 희석기체연료 생성공정 및 연소공정을 갖고 있다. 상기 장입공정은 순환 이동하는 팰릿 위에 분광석과 탄재를 포함하는 소결원료를 장입하고, 팰릿 위에 소결원료의 장입층을 형성하는 공정이다. 상기 점화공정은 장입층 표면의 탄재에 점화로를 사용하여 점화하는 공정이다. 상기 희석기체연료 생성공정은 기체연료를 장입층 위쪽의 공기중에 공급하여 희석하고, 연소하한농도 이하의 희석기체연료를 얻는 공정이다. 상기 소결공정은 팰릿 아래에 배치된 윈드박스의 흡인력에 의해, 상기 희석기체연료와 공기를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 장입층내에 있어서 연소시키는 동시에, 장입층내에 흡인된 공기에 의해, 해당 장입층내의 탄재를 연소시키고, 발생하는 연소열에 의해서, 소결원료를 소결하고 소결케이크를 생성시키는 공정이다. 상기 희석기체연료 생성공정 및 연소공정이 본 발명에 있어서의 특징이다.

상기 희석기체연료 생성공정은 점화로의 팰릿 진행방향의 하류측에서, 기체연료를 장입층 상변 대기중에 고속으로 토출하고, 공기와 혼합시켜, 연소하한농도 이하의 희석기체연료로 하고, 이것을 장입층중에 도입시키기 위한 공정이며, 본 발명의 소결기는 상기 희석기체연료를 얻기 위한 기체연료공급장치를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 기체연료공급장치로서는 이하의 구조를 갖는 것이 바람직하다.

(a) 도 5에 나타나는 바와 같이, 팰릿의 폭방향을 따라, 복수의 기체연료공급 파이프를 배치하고, 그 파이프에는 기체연료를 토출하는 슬릿 또는 개구를 설치하거나 또는 노즐을 배치한 구조를 갖는 기체연료공급장치.

(b) 6에 나타나는 바와 같이, 팰릿의 진행방향을 따라, 복수의 기체연료공급 파이프를 배치하고, 그 파이프에는 기체연료를 토출하는 슬릿 또는 개구를 설치하거나 또는 노즐을 배치한 구조를 갖는 기체연료공급장치.

또, 상기 기체연료공급장치는 예를 들면, 기체연료공급 파이프나 노즐 등에 유량제어수단을 설치하는 것에 의해, 팰릿 폭방향에 있어서의 기체연료의 공급량을 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 특히, 팰릿 폭방향의 사이드월 근방에서는 횡풍의 영향을 받아, 공급한 기체연료가 기측(機側)방향으로 흘려지거나, 기외(機外)에 누출하거나 하여, 기체연료농도가 희박해질 우려가 높으므로, 그 사이드월 근방에 기체연료를 많이 공급할 수 있도록 한 것인 것이 바람직하다.

또, 상기 기체연료공급장치는 기체연료를 장입층의 위쪽에서 대기중에 고속으로 토출시키고, 그것에 의해서 주위의 공기와 단시간으로 혼합하며, 그 기체연료의 연소하한농도 이하의 농도로 희석하며, 그 후, 장입층중에 그 희석기체연료를 도입할 필요가 있다.

또, 기체연료를 연소하한농도 이하의 농도로 희석하는 이유를 하기에 기재한다.

표 1A와 표 1B는 본 발명에서 이용할 수 있는 대표적인 기체연료의 연소하한농도, 공급농도 등을 나타낸 것이다. 소결원료중에 기체연료를 공급할 때의 가스 농도는, 화재의 발생을 방지하기 위해서는 연소하한농도보다 낮을수록 안전하다. 이 점, 도시가스는 C가스(코크스로 가스)와 연소하한농도가 근사하고 있지만, 열량이 C가스보다 높은 것으로부터, 공급농도를 낮게 할 수 있다. 따라서, 안전성을 확보하는 관점에서는, 공급농도를 낮게 할 수 있는 도시가스쪽이 C가스보다 우위(優位)이다. 또한, 도시가스는 후술하는 바와 같이, 성분으로서 인체에 유해한 CO(일산화탄소)를 함유하지 않고, 또 수소도 함유하고 있지 않다.

표 2A와 표 2B는 기체연료중에 포함되는 연소성분(수소, CO, 메탄)과, 그들 성분의 연소하한/상한농도, 층류, 난류 시의 연소 속도 등을 나타낸 것이다. 소결중에 있어서의 화재 발생을 방지하는, 즉 소결중에 공급하고 있는 기체연료에 의한 화재 발생을 방지하기 위해서는 역화방지를 도모할 필요가 있지만, 그것을 위해서는 적어도 층류연소속도 이상, 바람직하게는 난류연소속도 이상의 고속으로 기체연료를 토출시키면 좋다. 예를 들면, 도시가스의 주요 연소성분인 메탄을 기체연료로 할 경우에는, 3.7㎧을 넘는 속도로 토출시키면 역화의 우려는 없다. 한편, 수소가스는 난류연소속도가 CO나 메탄에 비해 빠르기 때문에, 안전을 확보하기 위해서는 그 만큼 고속으로 토출시킬 필요가 있다. 이 점에서, 표 1A와 표 1B에 나타낸 기체연료를 비교하면, 수소성분을 포함하지 않는 도시가스는 수소성분을 59vol%나 함유하고 있는 C가스에 비해, 토출속도를 늦게 할 수 있는 점에서 유리하다. 또한, 도시가스는 CO성분을 포함하지 않으므로, 가스 중독을 일으킬 우려도 없고 안전하다. 따라서, 안전성을 확보하는 관점에서는, 도시가스는 기체연료로서 사용하는 상에서 바람직한 특성을 갖는다고 말할 수 있다. 천연가스도 마찬가지의 것을 말할 수 있다. 또한, C가스도 기체연료로서 사용할 수 있지만, 그 경우에는 가스 토출속도를 높이는 것, 및 CO 대책을 별도로 강구하는 것이 필요로 된다.

표 3은 기체연료를 공급하는 형식에 의한 득실을 평가한 결과를 나타낸 것이다. 표 중, 직상 취입은 도시가스나 C가스 등의 기체연료를, 그대로 공급(토출)하여 주위의 대기를 끌어들이게 하는 것에 의해 소정의 농도로 희석하고, 장입층중에 흡인(도입)시키는 형식, 사전 혼합 취입은 미리 대기와 기체연료를 혼합하여 소정의 농도까지 희석한 것을 장입층 위에 공급하고, 장입층중에 흡인(도입)시키는 소위 프리믹스(prepared mix) 형식을 가리킨다. 직상 취입 형식에서는 상술한 난류연소속도 이상의 속도로 기체연료를 토출하면, 역화 방지는 용이하지만, 사전 혼합 취입 형식에서는 농도편차가 발생했을 때, 역화를 일으킬 가능성이 있다. 한편, 직상 취입 형식에서는 기체연료를 주위의 대기와 혼합하고 희석시킬 때, 농도 불균일이 발생하기 쉽기 때문에, 이상 연소를 일으킬 가능성이 사전 혼합 취입 형식에 비해 크다. 그러나, 설비 비용을 포함하여 종합적으로 평가한 경우에는, 도시가스의 직상 취입이 가장 우위이다.

또, 본 발명에서는 상기 기체연료공급장치에 의해, 기체연료를 장입층의 위쪽에서 대기중에 고속으로 토출시키고, 그것에 의해서 주위의 공기와 단시간으로 혼합하며, 그 기체연료가 갖는 연소하한농도 이하의 농도로 희석하고, 그 후, 장입층중에 그 희석기체연료를 도입할 필요가 있다. 그 이유를 하기에 기재한다.

도 7은 소결케이크로의 기체연료공급위치의 영향을 조사하는 실험을 설명하는 도면이다.

도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 내경 300㎜φ×높이 400㎜의 소결포트에 소결케이크를 충전하고, 그 소결케이크의 중앙부의 위로부터 깊이 90㎜의 위치에 노즐을 메워 넣는다. 대(對) 공기로 1vol%로 되도록 100% 농도의 메탄가스를 취입하고, 소결케이크내의 원주방향 및 깊이방향에 있어서의 메탄가스 농도를 측정했다. 측정결과를 표 4에 나타낸다. 한편, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이 동일 노즐을 이용하여, 소결케이크의 위쪽 350㎜의 위치로부터 메탄가스를 공급한 경우에 대해, 상기와 마찬가지로 하여 메탄가스 농도의 분포를 측정한 결과를 표 5에 나타낸다. 이들 결과로부터, 메탄가스를 소결케이크중에 직접 도입한 경우에는 메탄가스의 횡방향의 확산이 불충분한 것에 대해, 메탄가스를 소결케이크 위쪽에서 공급한 경우에는 소결케이크내의 메탄가스 농도는 대략 균일하고, 충분히 횡방향으로 확산하고 있는 것을 알 수 있다. 이상의 결과로부터, 기체연료는 소결케이크의 위쪽에서 공기중에 공급하는 것에 의해, 장입층내에 도입되기 전에 균일하게 희석해 두는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

다음에, 기체연료공급장치의 기체연료공급 파이프에 설치된 슬릿이나 노즐 등의 분출구로부터 기체연료를 분출시키는 속도는, 역화를 방지하는 관점에서 고속으로 토출시키는 것이 바람직하다. 즉, 기체연료는 장입층 표층에 흡인/도입되는 단계까지, 희석되어 연소하한농도 이하로 되어 있지만, 본 발명의 소결 조업에 있어서는, 소결 팰릿내에 연소/용융대를 형성하거나 또는 형성하고 있는 소결층이 존재하고, 항상 불씨를 갖는 상태에서 장입층의 위쪽에서 기체연료의 공급이 실행된다. 따라서, 어떠한 불씨에 의해서, 기체연료공급장치로부터 공급된 기체연료에 착화된 경우, 노즐 등으로부터 토출시키는 기체연료의 유속이 늦으면 역화를 일으켜, 기체연료공급장치나 기체연료공급 파이프내에서 폭발/연소를 일으킬 우려가 있다. 그래서, 기체연료에 착화되어도 역화하지 않도록 하기 위해, 기체연료의 분출 속도는 그 기체연료가 갖는 연소 속도의 2배 이상으로 토출시키는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 그 기체연료가 갖는 난류연소속도의 2배 이상이다. 덧붙여서, 메탄가스의 경우, 층류연소속도는 약 0.4㎧, 난류연소속도는 약 4㎧이다.

그래서, 상기 연소 속도에서 실제로 블로오프가 일어나는 조건을 확인하는 실험을 실행했다.

이 실험에서는 25A의 배관에, 개구직경이 1㎜φ, 2㎜φ, 및 3㎜φ의 분출구를 가공하고, 이 배관에 LNG가스를 공급하여 상기 분출구로부터 LNG가스를 분출시키며, 그 분출한 LNG가스에 점화원을 이용하여 점화하고, 그 후, 상기 점화원을 떼어 놓았을 때에 블로오프가 일어나는 분출 속도를 측정했다. 여기서, 상기 분출 속도는 LNG가스의 헤더압(header pressure)을 바꾸는 것에 의해 제어했다.

그 결과, 분출구의 개구직경이 1㎜φ에서는 LNG가스의 헤더압을 300㎜H₂O 이상으로 하고, 기체연료의 분출 속도를 70㎧이상으로 했을 때에, 또 2㎜φ의 개구직경에서는 LNG가스의 헤더압을 550㎜H₂O 이상으로 하고, 기체연료의 분출 속도를 130㎧이상으로 했을 때에 블로오프가 일어나는 것을 알 수 있었다. 한편, 3㎜φ의 개구직경에서는 LNG가스의 헤더압을 2000㎜H₂O로서 음속을 넘는 속도로 기체연료를 분출시켜도, 분출구에서의 기체연료의 연소는 방지할 수 있었다고 해도, 그 하류의 저속부에서 연소를 일으키는, 소위 선화(煽火; lifting)가 발생하여, 확실하게 블로오프할 수는 없었다.

상기와 같이, LNG가스 또는 LNG가스와 동등한 연소 속도를 갖는 연료가스(예를 들면, 메탄, 에탄, 프로판가스 등)를 이용하는 경우, 블로오프를 일으켜 역화를 방지하기 위해서는, 적어도 개구직경은 3㎜φ미만으로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다. 또, 기체연료의 분출 속도는 단지 연소 속도 이상으로 한 것만으로는, 분출구에서의 연소는 방지할 수 있어도, 그 하류에서 저속으로 된 부분에서의 연소 (선화)를 방지할 수는 없다. 그래서, 본 발명에서는 이러한 선화도 방지하기 위해, 블로오프 현상이 일어나는 속도 이상에서 분출구로부터 기체연료를 분출시키는 것으로 했다. 그리고, 이 블로오프 현상을 일으키게 하기 위해서는, 기체의 분출구를 개구직경 3㎜φ미만의 크기로 해서 고속으로 기체연료를 분출시키는 것이 바람직하고, 예를 들면 개구직경이 1㎜φ 상당의 경우는 70㎧이상, 개구직경이 1.5㎜φ 상당의 경우는 100㎧이상, 개구직경이 2㎜φ의 경우는 130㎧이상의 고속에서 분출시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명을 실기에 적용하는 경우의 개구직경은 0.5∼1.5㎜φ의 범위인 것이 바람직하다. 0.5㎜φ미만에서는 배관에 구멍 가공하는 것이 어려워지고, 또 가스중에 포함되는 분진 등에 의해서 폐색을 일으키기 쉬워지기 때문이다. 한편, 1.5㎜φ초과에서는 블로오프를 일으키게 하기 위해서는 비교적 큰 분출 속도가 필요로 되기 때문에, 안전성을 확보하기 위해서는 분출 속도는 낮은 쪽이 바람직하기 때문이다.

그런데, 상기 설명에서는 분출구의 형상을 원으로 하고, 그 직경으로 크기를 설명해 왔지만, 열린 분출구의 형상은 동일의 개구 면적을 갖는 것이면 특별히 원에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 타원형상의 것이나 홈형상(슬릿)으로 한 것이라도 좋다.

또, 기체연료의 분출 속도는 개구직경의 이외에, 기체연료의 공급 압력에 의해서도 변화하기 때문에, 상기 블로오프가 일어나는 분출 속도를 확보하기 위해서는, 개구를 형성하는 노즐 압력과 노즐 유속(분출 속도)의 관계에 의거하여 제어를 실행하면 좋다. 노즐압과 노즐 유속의 관계는 하기의 식으로 나타난다.

ΔP=ρㆍV²/(2ㆍg)

여기서, ΔP: 노즐 차압(差壓)(㎜H₂O), ρ: 30℃에 있어서의 기체연료의 밀도(㎏/㎥), V: 노즐 유속(㎧), g: 중력 가속도(㎨)이다.

를 이용하여 노즐 유속을 구할 수 있다.

또, LNG가스를 개구직경이 1㎜φ의 구멍으로부터 분출시키는 경우에는 300㎜H₂O에서 70㎧, 1.5㎜φ의 구멍으로부터 분출시키는 경우에는 700㎜H₂O에서 100㎧의 속도로 분출시키는 것이 가능하고, 블로오프를 일으키게 할 수 있다.

상기 기체연료의 토출 속도를 얻기 위해서는, 상기 노즐, 개구부 또는 슬릿으로부터의 기체연료의 토출 압력을 분위기 압력에 대해 300㎜Aq이상 40000㎜Aq미만으로 하는 것이 바람직하다.

이들 기체연료를 토출시키는 배관과 개구부가 동일 형상인 경우, 일반적으로, 연료를 공급원 헤더에 가까울수록 연료가 나오기 쉽고, 멀어질수록 연료가 나오기 어려워진다. 그래서, 장척의 배관을 사용할 경우에는,

(a) 배관내의 단면적을 서서히 작게 한 테이퍼 형상 배관(tapered pipes)을 이용한다

(b) 연료 공급원 헤더로부터 멀어질수록, 개구 단면적을 크게 한다

(c) 연료 공급원 헤더로부터 멀어질수록, 개구부나 노즐의 피치를 좁히고, 단위 배관 길이당의 개구부 내지 노즐 단면적의 합을 크게 한다,

중의 어느 하나를 적용하거나, 이들을 조합시켜 적용하는 것에 의해, 배관길이가 긴 경우라도 균등하게 연료를 공급할 수 있다.

상기 기체연료를 공기중에 토출시키는 방향에 대해서는, 하기에 기재한 양태를 채용할 수 있다.

(a) 도 8과 같이, 기체연료를 장입층을 향해 아래쪽(연직 아래쪽)으로 토출시키는 것에 의해, 그 일부를 장입층 표면에서 반사시켜 희석시키는 방법.

(b) 도 9와 같이, 기체연료를 장입층 표면에 평행(수평방향)하게 토출시키는 것에 의해 장입층에 도입될 때까지의 경로를 길게 하여 희석을 촉진시키는 방법.

(c) 도 10과 같이, 기체연료를 방해판(반사판)을 향해 토출하고, 반사시키는 것에 의해 희석을 촉진하는 방법.

(d) 도 11과 같이, 기체연료공급 파이프에 설치된 기체 토출용 슬릿, 개구 또는 노즐의 방향을 장입층 표면을 향해, 그 수직방향에 대해 ±90도의 범위로 여러 방향으로 분산시켜 희석을 촉진하는 방법.

(e) 상기 도 11의 변형 양태로서, 기체연료공급 파이프의 축을 중심으로 회전 가능으로 하고, 토출방향을 요동시키는 구조로 하는 방법.

또한, 상기 기체연료공급장치에서의 기체연료의 토출은 장입층 표면 위쪽 300㎜이상의 높이에서 실행하는 것이 바람직하다. 도 12는 노즐직경이 2㎜φ과 1㎜φ의 2종류의 노즐로부터 메탄가스(농도: 100％)를 유속 20∼300㎧의 범위에서 변화시켜 연직하방방향으로 토출했을 때의 메탄가스의 확장을 측정한 결과이다. 노즐 선단으로부터 0.2m, 0.4m, 0.6m, 및 0.8m의 위치에서의 메탄가스의 확장이 나타나고 있다. 도 12로부터, 노즐의 직경은 작을수록, 또 토출시키는 기체연료의 속도는 빠를수록, 주위의 공기와의 혼합이 일어나기 쉽고 희석이 촉진되는 것, 특히 증속에 의한 희석 촉진 효과는 노즐 선단으로부터의 거리가 0.4m에서 커지고 있는 것을 알 수 있다. 그래서, 본 발명에 있어서는 이 결과와, 토출된 기체연료의 장입층 표면에 있어서의 튀어 되돌아옴을 고려하여, 기체연료의 대기중으로의 공급은 장입층 표면 위쪽 300㎜이상의 높이에서 실행하는 것이 바람직하다.

또, 상기와 같이, 토출시키는 기체연료의 연소는 빠를수록, 주위의 공기와의 혼합이 일어나기 쉽고 희석이 촉진되기 때문에, 토출 속도는 빠를수록 바람직하다. 또한, 어떠한 불씨에 의해서, 기체연료공급장치로부터 공급된 기체연료에 착화된 경우, 노즐 등으로부터 토출시키는 기체연료의 유속이 늦으면 역화를 일으켜, 기체연료공급장치나 기체연료공급 파이프내에서 폭발/연소를 일으킬 우려가 있다. 이 위험성을 회파하기 위해서는, 사용하는 기체연료가 갖는 연소 속도의 2배 이상의 속도로 토출시키는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 그 기체연료의 난류연소속도의 2배 이상의 속도이다. 덧붙여서, 메탄가스의 층류연소속도는 약 0.4㎧, 난류연소속도는 약 4㎧이다.

다음에, 본 발명의 기체연료공급장치의 횡풍 대책에 대해 설명한다.

기체연료공급장치로부터 장입층의 위쪽에서 대기중에 공급되는 기체연료는 희석된 후, 팰릿 아래쪽에 배치된 윈드박스에 의해 흡인되고, 통상, 그 전량이 주위의 공기와 함께 장입층내에 도입되지만, 팰릿 진행방향에 대해 횡방향으로부터의 횡풍을 받은 경우, 특히 풍속이 커지면, 상기 공급된 기체연료는 기측방향으로 흘러 버린다. 도 13은 횡풍이 기체연료의 농도분포에 끼치는 영향을, 풍속 2㎧와 5㎧의 경우에 대해 분석한 결과를 나타낸 것이다. 이 결과로부터, 아무것도 대책을 강구하고 있지 않은 경우, 풍속 2㎧의 횡풍에서도 기체연료가 산일(散逸)되고, 장입층내에 도입되는 기체연료의 농도분포에도 악영향이 나오고 있는 것을 알 수 있다.

그래서, 횡풍의 영향의 경감을 도모하기 위해, 기체연료공급장치의 양 사이드에 높이 2m의 칸막이를 설치했을 때의 효과를 분석하고, 그 결과를 풍속 5㎧의 경우에 대해, 도 14에 나타냈다. 도 14의 (a)는 2m의 높이의 칸막이를 설치했을 때의 결과이고, 5㎧의 풍속에서는 칸막이 내부에 와류가 형성되어 기체연료의 산일이 일어나고, 그 결과가 충분히 얻어지지 않는 것을 알 수 있다. 또, 도 14의 (b)는 2m의 높이의 칸막이 상부 1m를 공극률 30％의 재료로 구성했을 때의 결과이고, 공극을 설치하는 것에 의해, 공기의 소용돌이의 형성이 억제되어, 기체연료의 산일을 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.

상기 분석결과로부터, 횡풍에 의한 기체연료의 산일을 방지하기 위해서는 기체연료공급장치의 양 사이드에, 횡풍 방지용의 칸막이 효과를 갖는 것을 설치하는 것이 유효한 것, 또 그 칸막이의 설치에 의해 소용돌이의 형성은 칸막이에 면적률로 30％정도의 공극을 설치하는 것에 의해 경감할 수 있는 것이 명백하게 되었다.

또한, 발명자들은 기체연료공급장치의 위쪽에, 후드를 설치하는 것에 의한 횡풍의 영향 억제에 대해 검토했다. 그 결과, 후드의 설치는 횡풍 대책으로서, 칸막이 이상의 효과가 있는 것을 알 수 있었다. 단, 이 후드는 상방 중앙부를 개구 또는 적당한 투과율(공극률)을 갖는 것으로 하고, 이 부분으로부터 대기를 받아들이는 것을 알 수 있는 구조의 것으로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 후드 내부에서 기체연료공급배관으로부터 토출된 기체연료와 혼합하여, 희석기체연료로 하기 위해서이다. 상기 개구부는 팰릿폭이 5m의 소결기의 경우에는 약 1m정도로 하면, 후드의 압력 손실은 거의 무시할 수 있다. 또, 개구부분에 공극을 설치할 경우에는 투과율을 80％정도이면, 수 ㎜Aq정도의 압손으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 상기 후드내에 정류판(整流板)을 설치하는 것에 의해, 후드내의 와류를 억제하는 효과가 있는 것, 후드 상부(주위)에 설치하는 칸막이의 공극률은 30∼40％의 범위가 가장 유효한 것이 분석의 결과로부터 알 수 있었다.

또, 후드의 하단과, 소결 베드 표면(소결층 표면)의 사이에는 필연적으로 간극이 생기지만, 이 간극 부분의 시일이 충분하지 않으면, 예를 들면 투과율이 20∼30％ 있으면, 이 부분으로부터 후드내부에 공기를 끌어들여, 기체연료의 농도분포의 치우침을 증대시키는 것을 알 수 있었다. 따라서, 후드 하단으로부터의 공기의 침입을 방지하는 것은 중요하며, 후드 하단과 소결 베드 표면의 사이, 또는 후드 하단과 팰릿 사이드월의 사이에, 도 15에 나타낸 바와 같은 체인 커튼, 와이어 플레이트 시일(wire-plate seals), 시일 브러시 등의 시일재를 실치하거나, 밀착 시일을 설치하거나, 또는 도 16에 나타낸 바와 같은 에어 커튼을 설치하는 것 등이 바람직하다. 또한, 상기 시일재는 내열성이 있고, 또한 가요성 내지는 변형의 자유도가 크고, 소결층의 표면을 손상시키지 않는 것인 것이 바람직하다.

5㎧의 횡풍이 있는 경우에 대해, 상기 후드의 효과를 유한 체적법에 의한 수치 유체 분석 코드를 이용하여 분석한 결과에 대해 설명한다. 도 17은 계산에 이용한 기체연료공급장치와 그 위쪽에 설치한 후드를 나타낸 것이다. 소결기의 팰릿폭은 5m로 하고, 기체연료를 토출하기 위한 가스취입배관은 소결광 베드(장입층) 위 500㎜의 높이에, 600㎜ 간격으로 팰릿 진행방향에 평행하게 배열하고, 그 가스취입배관 및 그 상부에는 정류판을 설치하며, 또 그 상부에는 후드를 배치하고, 상방 중앙부에는 폭 1000㎜의 개구부(공극률은 100％와 80％의 경우에 대해 계산)를 설치한 구조로 했다. 또한, 상기 후드의 측면 위쪽에는 횡풍을 감쇠시키기 위한 투과율 30％의 펜스를 설치하고, 후드 하단의 투과율은 체인 커튼을 설치한 것을 상정하고, 20％로 했다.

도 18은 기체연료의 농도분포에 대한 분석결과를 나타낸 것이다. 이 결과로부터, 후드의 측벽 상부를 경사구조로 하고, 후드 상부를 조이는 것에 의해, 기체연료의 농도분포를 개선시키는 것, 개구부의 공극률은 100％의 경우와 80％의 경우에서는 차는 작은 것, 정류판의 설치에 의해 와류의 발생은 억제되는 것을 알 수 있다. 도 19는 압력분포에 대한 분석결과를 나타낸 것이고, 후드 위쪽을 경사구조로 하는 것에 의한 압력손실은 작은 것, 정류판의 설치에 의해 와류의 발생은 억제되는 것을 알 수 있다. 도 20은 가스유속분포에 대한 분석결과이고, 이것으로부터 후드 하단에 투과율이 있으면, 공기의 유입에 의해 편류가 생기는 것을 알 수 있다. 또한, 도 21은 가스유속의 벡터 선도를 나타낸 것이고, 후드 상부를 경사구조로 한 것과 정류판의 설치에 의해, 와류가 억제되고 있는 것을 알 수 있다.

또, 도 18∼도 21로부터 공통해서 말할 수 있는 것은 후드를 설치해도, 풍상 (風上)과 풍하(風下)에서 공기 끌어들임량의 차가 있고, 이 문제를 해결하기 위해서는 다른 수단을 강구할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 이 수단으로서는, 상류측과 하류측에서 기체연료의 토출량을 변경하고, 또는 상기 계산 모델보다 더욱 후드 위쪽의 조리개를 크게 하는 것이 유효하다.

다음에, 상기 지견에 의거하여, 실기(實機) 소결기의 기체연료공급장치에 설치하는 횡풍 방지책의 적용예에 대해 설명한다. 도 22는 그 일례를 나타낸 것이고, 위쪽에 개구부를 갖는 후드를 기체공급장치의 위쪽에 설치하고, 그 상부에 소용돌이 형성 방지용의 투과율 30％의 펜스를 설치하는 동시에, 후드 하단에 후드와 팰릿의 간극으로부터 횡풍의 침입을 방지하기 위한 체인 커튼(와이어 플레이트 시일)을 끌어내리고, 또한 양측단의 가스취입배관에 정류판을 설치한 예를 나타낸 것이다. 도 23은 상기 도 22의 변형예이고, 후드내의 기체연료공급 파이프를 따라 정류판을 설치한 예를 나타낸 것이다. 또, 도 24는 상기 도 23의 후드의 상방부를 개방하고, 그 대신으로서 정류판을 설치한 예이다. 또한, 상기 정류판의 설치 간격은 적절히 변경하는 것이 바람직하다. 또, 도 25는 도 24의 후드의 위쪽을 완전히 개방하고, 정류판만을 위쪽에 설치한 예이고, 도 26은 후드내에 정류판과, 기체연료의 혼합을 촉진하기 위해 방해판을 병용한 예를 나타낸 것이다. 상기에 예시한 후드는 모두 횡풍의 영향을 억제하는 효과를 갖는 것이다.

또, 본 발명에서는 상기 기체연료로서, 가연성 가스에 포함되는 소결성분의 농도를, 대기중에 상온에 있어서의 연소하한농도의 75％이하까지 희석한 기체연료로서 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 연소하한농도의 60％이하, 더욱 바람직하게는 연소하한농도의 25％이하의 농도까지 희석한 것을 사용한다. 연소하한농도 이하의 75％이하로 희석한 가연성 가스를 사용하는 이유는 하기의 2가지이다.

(a) 장입층 상부로의 가연성 가스 그대로에서의 공급은, 경우에 따라서는 폭발적 연소를 초래할 우려가 있고, 적어도 상온에서는 불씨가 있어도 연소하지 않는 상태로 할 필요가 있다.

(b) 장입층중에서 완전히 연소하지 않고 미연소인 채 윈드박스의 하류에 있는 전기 집진기 등에 도달했다고 해도, 전기 집진기의 방전으로 연소할 우려가 없는 것이 필요하다.

또, 희석기체연료의 농도는 후술하는 바와 같이, 소결원료중의 총 탄재(고체연료+기체연료)의 연소에 필요한 공기(산소)의 부족을 초래하여, 연소부족을 일으키지 않을 정도로 희석된 것을 이용할 필요가 있다.

단, 희석기체연료는 연소하한농도의 2％이상의 농도인 것이 바람직하다. 2％미만의 농도에서는 연소에 의한 발열에 의해서도, 소결광의 강도의 향상과 수율의 개선이 얻어지지 않기 때문이다. 또, 희석기체연료는 그 농도를 탄재량(고체연료)에 따라 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 희석기체연료는 농도를 조정하는 것에 의해, 장입층중의 소정의 위치에서 소결을 일으키게 할 수 있다.

본 발명에 관한 소결광의 제조방법에서는 장입층중의 탄재에 점화된 후에, 희석된 기체연료를 장입층중으로 공급(도입)하는 것이 바람직하다. 그 이유는 점화 직후의 위치에서 희석기체연료를 공급해도 장입층의 표층 위에서 연소할 뿐이고, 소결층에 어떠한 영향을 주는 일은 없기 때문이다. 따라서, 장입층 상부의 소결원료가 소성되고, 소결케이크의 층이 형성된 후에, 희석기체연료를 장입층으로 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 희석기체연료의 공급은 장입층의 표면에 소결케이크의 층이 형성되어 있으면, 소결이 완료될 때까지의 임의의 위치에서 실행할 수 있다. 희석기체연료의 공급을 소결케이크의 층이 형성된 후에 실행하는 상기 이하의 이유는 하기와 같다.

(a) 장입층의 상부에 소결케이크가 생성되어 있지 않은 상태에서 희석기체연료의 공급을 실행하면, 해당 장입층 위에서 폭발적인 연소를 일으킬 위험성이 있다.

(b) 희석기체연료의 공급은 소결광의 수율을 향싱시킬 필요가 있는 부분에 대해 실행하고, 즉 소결광의 강도를 상승시키고 싶은 부분에서 연소를 일으키도록 공급하는 것이 바람직하다.

장입층의 최고도달온도 또는 고온역 유지시간의 어느 하나 또는 양쪽을 조정하기 위해서는, 연소/용융대의 두께가 적어도 15㎜이상, 바람직하게는 20㎜이상, 더욱 바람직하게는 30㎜이상으로 된 상태에 있어서, 희석기체연료의 공급을 실행하는 것이 바람직하다. 연소/용융대의 두께가 15㎜미만에서는 소결층(소결케이크)을 통해 흡인되는 공기와 희석기체연료에 의한 냉각효과에 의해서, 기체연료를 연소시켜도 그 효과가 불충분하게 되어, 연소/용융대의 두께의 확대를 도모할 수 없기 때문이다. 한편, 상기 연소/용융대의 두께가 15㎜이상, 바람직하게는 20㎜이상, 더욱 바람직하게는 30㎜이상으로 되는 단계에서 희석기체연료를 공급하면, 연소/용융대의 두께가 크게 확대되고, 고온역 유지시간을 연장할 수 있으며, 나아가서는 냉간강도가 높은 소결광을 얻을 수 있다.

또한, 상기 연소/용융대의 두께의 확인은 예를 들면, 투명 석영제창을 갖는 수직형 관형상 시험포트를 이용하여 실행할 수 있다. 이 시험포트는 희석기체연료의 공급위치의 결정에 유효한 수단이다.

또, 희석기체연료의 장입층으로의 도입은 연소전 선이 표층 아래로 내려가고, 연소/용융대가 표층으로부터 100㎜이상, 바람직하게는 200㎜이상 내려간 위치, 즉 장입층의 중/하층영역을 대상으로 해서 실행하는 것이 바람직하다. 즉, 희석기체연료는 장입층의 표층에 생성된 소결케이크 영역(소결층)을 연소하는 일 없이 통과하고, 연소전 선이 표층으로부터 50㎜이상 이동한 단계에서 연소하도록 공급하는 것이 바람직하다. 그 이유는 연소전 선이 표층으로부터 100㎜이상 내려간 위치이면, 소결층을 통해 흡인되는 공기에 의한 냉각의 악영향이 경감되어, 연소/용융대의 두께의 확대를 도모할 수 있기 때문이다. 또한, 표층으로부터 200㎜이하 내려간 위치이면, 공기에 의한 냉각의 영향이 대략 해소되고, 연소/용융대의 두께를 30㎜이상으로 확대할 수 있다. 또, 희석기체연료의 공급은 수율 저하가 큰 팰릿 폭방향 양단부의 사이드월 근방에서 실행하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 희석기체연료 생성장치는 소결기의 규모에 따라서도 다르지만, 예를 들면 기체연료공급량이 1000∼5000㎥(표준)/h, 생산량이 약 1.5만t/일이고, 기장이 90m의 규모의 소결기에서는 점화로의 하류측 약 5m이후의 위치에 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 제조장치에서는, 희석기체연료의 공급위치(장입층으로의 도입 위치)는 팰릿 진행방향에 있어서의 점화로 출측에서, 소결케이크가 생성된 후의 소위 연소전 선이 표층 아래로 진행한 위치(예를 들면, 표층 아래 100㎜이상, 바람직하게는 200㎜정도 이하에서 기체연료의 연소가 일어나는 위치)로부터 소결이 완료될 때까지의 사이의 1개소 이상의 임의의 위치에서 실행하는 것이 바람직하다. 이것은 상술한 바와 같이, 연소전 선이 장입층의 표층 아래로 이동한 단계에서 해당 기체연료의 도입을 시작하는 것을 의미하고 있고, 그 결과, 기체연료의 연소가 장입층의 내부에서 일어나며, 그리고 경과에 따라 하층으로 이동하므로, 폭발의 우려가 없고, 안전한 소결 조업이 가능하게 되는 것을 의미하고 있다.

본 발명에 관한 제조방법에서는, 장입층중으로의 희석기체연료의 도입은 생성된 소결케이크의 재가열을 촉진하는 것인 것도 의미하고 있다. 즉, 이 희석기체연료의 공급은 원래 고온역 유지시간이 짧아 열부족으로 되기 쉽고, 소결광의 냉간강도가 낮은 부분에 대해, 고체연료에 비해 반응성이 높은 기체연료를 공급함으로써, 부족되기 쉬운 이 부분의 연소열을 보전(補塡)하고, 연소/용융대의 재생-확대를 도모한다고 하는 역할을 담당하는 것이기 때문이다.

또, 본 발명에 관한 소결광의 제조방법에서는, 점화 후의 장입층 상부로부터의 희석기체연료의 공급은 장입층내 도입된 희석기체연료의 적어도 일부가 미연소인 채, 연소/용융대에까지 도달하여, 연소열의 보전을 도모하고 싶은 위치에서 연소시키도록 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 희석기체연료의 공급, 즉 장입층중으로의 도입효과를 단지 장입층 상부뿐만 아니라, 두께방향의 중앙부인 연소/용융대에까지 파급시키는 것이 더욱 효과적이라고 고려되기 때문이다. 즉, 기체연료의 공급이 열부족(고온역 유지시간의 부족)이 되기 쉬운 장입층의 상층부에서 실행되면, 충분한 연소열을 제공하게 되고, 이 부분의 소결케이크의 품질을 개선할 수 있다. 또한, 희석기체연료의 공급작용을 중간층부 이하의 대역에까지 미치도록 하면, 본래의 탄재에 의한 연소/용융대의 위에 희석기체연료에 의한 재연소/용융대를 형성하는 것과 동등한 결과로 되어, 연소/용융대의 상하방향의 확대폭에 연결되므로, 최고도달온도를 올리는 일 없이, 고온역 유지시간의 연장을 달성하는 것이 가능해지므로, 팰릿의 이동속도를 떨어뜨리는 일 없이 충분한 소결을 실현할 수 있다. 그 결과, 장입층 전체의 소결케이크의 품질 개선(냉간강도의 향상)을 가져오고, 나아가서는 성품 소결광의 품질(냉간강도)과 생선성의 향상에 연결된다.

본 발명은 상기 희석기체연료의 공급을, 그 공급의 작용/효과를 장입층중의 어디에 끼치는가 라고 하는 관점에서, 그 공급위치를 결정하는 점에 제 1 특징이 있고, 또 이 연료의 공급과 동시에, 장입층내에 있어서의 최고도달온도나 고온역 유지시간을, 열량 일정 기준의 하에서 고체연료의 양에 따라 어느 정도로 제어하는가 라고 하는 점에 제 2 특징이 있다.

따라서 본 발명에 있어서, 희석기체연료를 장입층중으로 도입(공급)하는 데에 있어서는, 그 공급위치를 조정할 뿐만 아니라, 연소/용융대 자체의 형태를 제어하고, 나아가서는 연소/용융대에 있어서의 최고도달온도 및/또는 고온역 유지시간도 제어하도록 하는 것이 바람직한 구성이다.

일반적으로 점화 후의 장입층에서는, 팰릿의 이동에 수반하여 연소(화염)전 선이 점차 아래쪽으로 또한 앞쪽(하류측)으로 확대해 가는 중에서, 연소/용융대의 위치가 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 변화한다. 그리고, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 소결층내의 소결과정에서 받는 열이력은 상층, 중간층, 하층에서 다르고, 상층∼하층간에서는 고온역 유지시간(약 1200℃이상으로 되는 시간)은 크게 다르다. 그 결과, 팰릿내의 위치별 소결광의 수율은 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같은 분포를 나타낸다. 즉, 표층부(상층부)의 수율은 낮고, 중간층, 하층부에서 높은 수율분포로 된다. 그래서 본 발명방법에 따라, 상기 기체연료를 공급하면, 연소/용융대는 상하방향의 두께나 팰릿 진행방향의 폭 등이 확대되고, 이것이 성품 소결광의 품질 향상에 반영되는 것이다. 그리고, 높은 수율분포로 되는 중간층부나 하층부는 더욱 고온역 유지시간을 제어할 수 있기 때문에, 수율을 더욱 상승시킬 수 있다.

상기 기체연료의 공급(도입) 위치를 조정하는 것에 의해, 연소/용융대의 형태, 즉 연소/용융대의 높이방향의 두께 및/또는 팰릿 진행방향의 폭을 제어할 수 있는 동시에, 최고도달온도나 고온역 유지시간을 제어할 수 있다. 이들 제어는 본 발명의 효과를 가일층 두드러지게 하고, 연소/용융대의 상하방향의 두께나 팰릿 진행방향의 폭의 확대나, 최고도달온도, 고온역 유지시간의 제어를 통해, 항상 충분한 소성을 달성하고, 성품 소결광의 냉간강도의 향상에 유효하게 기여한다.

또 본 발명에 있어서, 장입층중으로의 희석기체연료의 공급(도입)은 성품 소결광 전체의 냉간강도를 제어하기 위해서라고 말할 수도 있다. 즉, 희석기체연료를 공급하는 본래의 목적은 소결케이크, 나아가서는 소결광의 냉간강도를 향상시키는 것에 있고, 특히 기체연료의 공급위치제어나, 소결원료가 연소/용융대에 체재하는 시간인 고온역 유지시간의 제어, 최고도달온도의 제어를 통해, 소결광의 냉간강도(셔터 인덱스 SI)를 75∼85％정도, 바람직하게는 80％이상, 더욱 바람직하게는 90％이상으로 하는 것이다.

이 강도 레벨은 본 발명에서는, 특히 상기 희석기체연료의 농도, 공급량, 공급 위치 및 공급 범위를, 바람직하게는 소결원료중의 탄재량을 고려한(투입 열량을 일정하게 하는 조건 하에서) 후에서 조정함으로써, 저렴하게 달성할 수 있다. 또한, 소결광의 냉간강도의 향상은 한편으로, 통기저항의 증대와 생산성의 저하를 초래하는 일이 있지만, 본 발명에서는 그러한 문제를 최고도달온도나 고온역 유지시간을 제어함으로써 해소한 후에, 소결광의 냉간강도를 향상시킨다. 또한, 실기 소결기에 의해서 제조된 소결광의 냉간강도 SI값은 포트시험에서 얻어지는 값보다 10∼15％ 더욱 높은 값을 나타낸다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 팰릿 진행방향에 있어서의 상기 희석기체연료의 장입층중으로의 도입 위치는 장입층중에 생성한 소결케이크로부터 습윤대까지의 사이의 임의의 대역에 있어서의 소결광의 냉간강도를 어떻게 하는가 라고 하는 것을 기준으로 해서 제어된다. 이 제어를 위해, 본 발명에서는 기체연료공급장치의 규모(크기), 수, 위치(점화로로부터의 거리), 가스 농도를, 바람직하게는 소결원료중의 탄재량(고체연료)에 따라 조정하는 것에 의해, 주로 연소/용융대의 크기(상하방향의 두께 및 팰릿 진행방향의 폭)뿐만 아니라, 고온도달온도, 고온역 유지시간도 제어하고, 이것에 의해서 장입층중에 생성하는 소결케이크의 강도를 제어한다.

본 발명의 상기 제조방법에 있어서, 장입층중에 공급하는 기체연료로서는 고로 가스, 코크스로 가스, 고로/코크스로 혼합가스, 도시가스, 천연가스 또는 메탄가스, 에탄가스, 프로판가스, 부탄가스, 또는 이들의 혼합가스 중의 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 이들은 모두 연소성분을 함유하고 있고, 이들의 기체연료의 어느 것을 공기중에 고속으로 토출시켜 공기와 혼합하여 희석하고, 연소하한농도의 75％정도 이하의 희석기체연료로서 장입층중에 공급(도입)한다.

또한, 본 발명에서는 장입층중에 공급하는 기체연료로서, 상기 기체연료 이외에, 기체상태에서의 착화온도가 소결 베드 표층의 온도보다 높은, 알코올류, 에테르류, 석유류, 기타의 탄화수소계 화합물류 등의 액체연료를 기화시킨 것을 이용할 수도 있다. 본 발명에서 이용할 수 있는 액체연료와 그 특성에 대해, 표 6에 나타냈다. 이러한 액체연료를 기화시킨 기체연료는, 착화온도가 상술한 기체연료에 비해 높기 때문에, 소결 베드 표층의 온도보다 높은, 장입층의 더욱 내부에서 연소하기 위해, 취입하는 위치에서의 연소/용융대의 그 온도의 확대에 유효하다. 특히, 착화온도가 500℃ 가까운 것은 그 효과가 크다. 또한, 액체연료를 기화한 기체연료를 이용하는 경우에는, 기체공급배관은 기화한 연료가 재(再)액화되지 않도록, 해당 액체연료의 비점 이상 착화온도 미만의 온도로 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 폐유 등은 인화되기 쉬운 성분이나 착화온도가 낮은 성분을 포함하는 것이 있으므로, 본 발명에서 이용하는 데에는 바람직하지 않다. 착화온도나 인화점이 낮은 성분을 포함하는 폐유 등의 액체연료를 미리 기화시켜, 소결원료 베드 위에 공급한 경우에는, 원료 베드중의 연소대 근방에 도달하기 전의 원료 베드 표층의 상부 공간 내지는 원료 베드 표층 근방에서 연소되어 버리기 때문에, 본 발명이 의도하는 소결원료 베드의 연소대 근방에서 연소시켜 고온유지시간의 연장을 도모한다고 하는 효과를 얻을 수 없기 때문이다.

또 본 발명에 있어서는, 상기 기체연료의 중에서도 CO함유량이 50massppm이하의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 그것은 CO가스는 인체에 대해 유해하며, 장입층상에 공급된 기체연료가 전량 장입층중에 도입되지 않고, 기외에 누설된 경우에는 인재(人災)를 일으킬 가능성이 있기 때문이다. 구체적으로는, 도시가스(13A)나 프로판가스를 이용하는 것이 더욱 안전성뿐만 아니라, 비용의 면에서도 바람직하다.

또 본 발명의 방법에 의해서 소결광을 제조하는 데에 있어서는, 순환 이동하는 팰릿과, 그 팰릿 위에 분광석과 탄재를 포함하는 소결원료를 장입하여 장입층을 형성하는 원료공급장치와, 그 소결원료중의 탄재에 점화하기 위한 점화로와, 상기 팰릿의 아래쪽에 윈드박스를 구비하는 소결기로서, 상기 점화로의 하류측에, 장입층 위쪽에서 기체연료를 공기중에 공급하여 연소하한농도 이하의 희석기체연료로 하고 나서 장입층에 도입하기 위한 기체연료공급장치가 배치되어 있는 소결기를 이용한다.

본 발명의 소결기에 있어서의 상기 기체연료공급장치는 소결기의 폭방향에 따라, 팰릿의 양 사이드월을 타고 넘도록 배치되는 것이 바람직하다. 상기 기체연료공급장치는 기체연료를 공급하는 배관을 복수개, 바람직하게는 3∼15개, 팰릿 진행방향에 대해 평행방향으로, 또는 수직방향으로 배열된다. 그 각각의 배관에는 기체연료를 대기중에 고속으로 공급하기 위한 슬릿이나 분출 구멍, 또는 노즐을 복수 부착한 것으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기체연료공급장치는 점화로의 하류측에서 연소/용융대가 장입층중을 진행하는 과정에 있어서의 팰릿 진행방향의 어느 위치에 하나 이상 배치된다. 장입층중으로의 상기 기체연료의 공급은 해당 장입층중의 탄재로의 점화가 실행된 후에 실행하는 것이 바람직하다. 즉, 이 장치는 점화로의 하류측에서, 연소전 선이 표층 아래로 진행한 이후의 임의의 위치에 하나 내지 복수개 배치되는 것이고, 목표로 하는 성품 소결광의 냉간강도를 조정하는 관점에서 크기, 위치, 수가 결정된다. 또, 이 기체연료공급장치는 양 사이드월 근방의 저수율부의 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 상기 기체연료는 연소하한농도의 75％이하이고 또한 2％이상, 또는 연소하한농도의 60％이하이고 또한 2％이상, 또는 연소하한농도의 25％이하이고 또한 2％이상의 농도로 희석된 가연성 가스를 이용하는 것이 바람직하다.

도 27은 본 발명에 관한 소결광의 제조장치의 1실시형태를 나타낸 것이지만, 본 발명은 이 예시의 형태에 한정되는 것이 아니다. 도 27에 나타낸 예는, 점화로 (10)의 팰릿 진행방향의 하류측에 닿는 장입층의 상변에, 고로 가스와 코크스로 가스의 혼합가스(M가스) 등의 기체연료를 대기중에 토출하고, 원하는 농도의 희석기체연료로 하기 위한 기체연료공급장치(12)를 1기만 배치한 것이다. 그 기체연료공급장치(12)는 팰릿의 폭방향을 따라 복수의 기체연료공급 파이프(12a)가 배치되고, 그 파이프에는 기체연료를 고속으로 대기중에 토출하는 노즐(12b)을 하향으로 또한 팰릿 폭방향으로 복수개 배열시킨 것을, 도시하지 않은 사이드월의 위로부터 장입층을 덮도록 배치하여 이루어지는 것이다. 이 기체연료공급장치(12)로부터 공급된 상기 M가스는 주변의 공기와 혼합해서 희석기체연료로 되고, 그 후, 팰릿(8) 아래의 윈드박스(도시되어 있지 않음)의 흡인력을 이용하여, 장입층의 위로부터 표층에 생성한 소결케이크를 경유하여, 장입층의 심부(하층)에까지 도입된다. 또한, 이 기체연료공급장치(12)는 특히, 팰릿 양측단(도 4의 (c)의 수율 60％의 영역)의 수율 향상을 도모하고 싶을 때는, 팰릿의 양 사이드월 근방에 기체연료를 많이 공급할 수 있도록, 상기 노즐(12a)을 중점적으로 배치하는 것이 바람직하다.

이 기체연료공급장치(12)로부터 공급하는 기체연료로서는 예를 들면 고로 가스(B가스), 코크스로 가스(C가스), 고로 가스와 코크스로 가스의 혼합가스(M가스), 도시가스, 천연가스(LNG) 또는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄가스, 또는 이들의 혼합가스 등이 이용된다. 이들 기체연료는 점화로(10)와는 별도로 독립한 배관계의 하에서 공급해도 좋고, 또 점화로용 연료배관과 동일한 종류로서, 점화로(10)로의 가스 공급관(도시하지 않음)의 연장상에 접속하도록 구성해도 좋다.

표 7은 본 발명에서 사용하는 각종 기체연료의 연소하한농도와, 그 기체연료의 취입상한농도(연소하한농도의 75％, 60％, 25％)를 나타낸 것이다.

예를 들면, 프로판가스는 연소하한농도는 2.2vol％이기 때문에, 75％로 희석한 가스 농도 상한은 1.7vol％, 60％로 희석한 가스 농도 상한은 1.3vol％, 25％로 희석한 가스 농도는 0.6vol％의 것을 이용한다고 하는 것이다. 따라서, 바람직한 범위는 이하와 같이 된다. 또한, 희석한 가스 농도의 하한, 즉 기체연료공급의 효과가 나타나는 하한농도는 프로판가스의 경우는 0.05vol％이다.

바람직한 범위 (1) : 2.2vol％∼0.05vol％

바람직한 범위 (2) : 1.7vol％∼0.05vol％

바람직한 범위 (3) : 1.3vol％∼0.05vol％

바람직한 범위 (4) : 0.6vol％∼0.05vol％

또, C가스는 연소하한농도는 5.0vol％이기 때문에, 75％로 희석한 가스 농도 상한은 3.8vol％, 60％로 희석한 가스 농도 상한은 3.0vol％, 25％로 희석한 가스 농도는 1.3vol％의 것을 이용한다고 하는 것이다. 따라서, 바람직한 범위는 이하와 같이 된다. 또한, C가스의 경우, 기체연료공급의 효과가 나타나는 하한농도는 0.24vol％이다.

바람직한 범위 (1) : 5.0vol％∼0.24vol％

바람직한 범위 (2) : 3.8vol％∼0.24vol％

바람직한 범위 (3) : 3.0vol％∼0.24vol％

바람직한 범위 (4) : 1.3vol％∼0.24vol％

또, LNG가스는 연소하한농도는 4.8vol％이기 때문에, 75％로 희석한 가스 농도 상한은 3.6vol％, 60％로 희석한 가스 농도 상한은 2.9vol％, 25％로 희석한 가스 농도는 1.2vol％의 것을 이용한다고 하는 것이다. 따라서, 바람직한 범위는 이하와 같이 된다. 또한, LNG가스의 기체연료공급의 효과가 나타나는 하한농도는 0.1vol％이다.

바람직한 범위 (1) : 4.8vol％∼0.1vol％

바람직한 범위 (2) : 3.6vol％∼0.1vol％

바람직한 범위 (3) : 2.9vol％∼0.1vol％

바람직한 범위 (4) : 1.2vol％∼0.1vol％

또, 고로 가스는 연소하한농도는 40.0vol％이기 때문에, 75％로 희석한 가스 농도 상한은 30.0vol％, 60％로 희석한 가스 농도 상한은 24.0vol％, 25％로 희석한 가스 농도는 10.0vol％의 것을 이용한다고 하는 것이다. 따라서, 바람직한 범위는 이하와 같이 된다. 또한, 고로 가스의 기체연료공급의 효과가 나타나는 하한농도는 0.24vol％이다.

바람직한 범위 (1) : 40.0vol％∼1.25vol％

바람직한 범위 (2) : 30.0vol％∼1.25vol％

바람직한 범위 (3) : 24.0vol％∼1.25vol％

바람직한 범위 (4) : 10.0vol％∼1.25vol％

다음에, 표 8은 C가스, LNG, B가스중에 연소성분으로서 포함되는 수소, CO, 메탄, 에탄, 프로판의 함유량과 발열량을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명에 관한 소결광의 제조방법을 개발하는 계기로 된 실험에 대해 설명한다.

이 실험은 투명 석영제창을 갖는 수직형 관형상의 시험포트(150㎜φ×400㎜H)를 이용하고, 사용하는 기체연료로서, 고로 가스/코크스로 가스의 혼합가스(M가스)를 이용하며, 출원인회사의 소결공장에서 사용하고 있는 것과 동일한 소결원료, 즉 표 9에 나타내는 소결원료를 사용하여, 하방 흡인 압력 11.8㎪ 일정의 조건에서 소결포트시험을 실행한 예이다. 여기서, 상기 M가스의 연소성분의 농도는 공기로 희석하여 0.5vol∼15vol％의 범위내에서 변동시켰다. 또한, 이 실험에 이용한 M가스의 연소하한농도는 12vol％이다.

도 28은 시험포트의 투명 석영창으로부터 연소 용융대를 비디오 관찰한 모습, 특히 연소전 선의 이동에 수반하는 연소대의 하강상황을 나타내고 있다. 도 28로부터 알 수 있는 바와 같이, 시험포트내 원료 퇴적층중에 연소하한농도(12vol％)를 넘는 15vol％의 M가스를 포함하는 기체연료를 취입한 경우, 기체연료는 장입층 표면에서 즉시 연소를 시작하고, 장입층의 하층에까지는 도달하지 않아 취입의 효과가 얻어지지 않았다. 이것에 대해, 본 발명에 따라, 상기 기체연료의 연소하한농도(12vol％)의 75％이하인 3vol％까지 공기로 희석한 기체연료를 이용한 경우, 원료 퇴적층 표면에서 연소하는 일이 없이, 장입층 내 깊게, 즉 연소/용융대 상당역까지 도달하고, 연소했다. 그 결과, 공기만으로 소결했을 때의 연소대(연소/용융대라고도 부름)의 두께는 70㎜였던 것에 대해, M가스를 희석하여 이용한 경우에는 연소대의 두께폭을 150㎜, 즉 2배 이상으로 확대시킬 수 있었다. 이 연소대의 두께의 확대는 고온역 유지시간의 연장이 달성되는 것을 의미한다.

또한, 이 시험포트에 의한 실험에 있어서는, 실기 소결기에 있어서의 팰릿의 이동에 수반하는 연소전 선의 진행속도에 상당하는 연소대의 강하속도(이 역수(逆數)가 소결시간임)는 희석기체연료의 공급에 의해서 빨라지고, 또한 코크스를 증량했을 때나 고온공기를 취입했을 때와 동일하도록, 연소대의 상하방향의 두께폭을 확대시킬 수 있었다. 이와 같이, 소결원료의 장입층중에 적절히 희석된 기체연료를 취입한 경우, 종래와 같은 고체연료나 액체연료, 희석하지 않은 가연성 가스를 사용하는 경우와 비교하면, 연소대폭의 확대효과가 현저해지고, 또한 코크스를 증량했을 때와 같은 연소전 선의 강하속도의 저하를 초래하는 일 없이, 대기 소결의 경우와 거의 변함없이 동일한 속도로 진행하는 것을 알 수 있었다.

도 29의 (a)∼(d)는 상기 소결포트 시험결과를 정리한 것이다. 본 발명을 따라서 원료 장입층중에 적절히 희석된 M가스를 취입한 경우, 소결시간은 거의 변화하지 않음에도 불구하고, 수율이 약간 향상하고(도 29의 (a)), 소결생산성도 증가하고 있다(도 29의 (b)). 또한, 고로의 조업성적에 크게 영향을 주는 냉간강도한 관리 지표인 셔터 강도(SI)는 10％이상(도 29의 (c))이나 개선되고, 환원분화특성(還元粉化特性)(RDI)은 8％나 개선되고 있다(도 29의 (d)).

본 발명에서는 장입층중에 도입하는 상기 기체연료로서, 희석된 가연성 가스를 이용하지만, 이하에 그 희석의 정도에 대해 설명한다. 표 10은 고로 가스, 코크스로 가스 및 양자의 혼합가스(M가스), 프로판, 메탄, 천연가스의 연소하한농도 및 연소상한농도를 나타내고 있다. 예를 들면, 이러한 연소 한계를 갖는 가스가 장입층 내에서 연소하지 않고 배풍기를 향하면, 도중의 전기집진기 등으로 폭발이나 연소의 위험이 생긴다. 그래서, 발명자들은 시행 착오의 결과, 상기 위험이 없는 농도, 즉 연소하한 이하의 농도로 희석한 기체연료를 장입층중에 도입하는 것으로 하고, 또한 더욱 안전성을 높이기 위해, 그 연소하한농도의 75％이하의 농도의 희석기체연료를 이용한 실험을 수없이 실행한 결과, 어떠한 문제도 생기지 않는 것을 확인할 수 있었다.

예를 들면, 대기중에서 상온에 있어서 고로 가스가 연소하는 농도범위는, 표 10에 나타내는 바와 같이 연소하한이 40vol％이다. 즉, 40vol％미만에서는 연소하지 않는다. 또, 그 연소상한은 71vol％이다. 이것은 71vol％를 넘으면, 고로 가스 농도가 너무 짙어져, 이 경우도 또 연소하지 않는 상태로 되는 것을 의미하고 있다. 이하에, 이 수치의 근거에 대해 도면에 의거하여 설명한다.

도 30은 고로 가스의 상기 연소 한계를 구하는 방법의 일례를 나타내는 것이다. 도면 중의 고로 가스에 포함되는 연소성분(가연성 가스)과 기타(이너트 (inert): 불활성 가스)의 비율에 대해서는 H₂와 CO₂ 및 CO와 N₂의 조합으로 검토하면 이하와 같다.

(1) 「H₂와 CO₂」부분의 조합에 대한 (이너트 가스)/(가연성 가스)의 비는 20.0/3.5=5.7이다.

그래서, 이 연소 한계도의 (이너트 가스)/(가연성 가스)의 비를 나타내는 횡축의 5.7의 축과 교차하는 H₂+CO₂ 곡선의 교차되는 부분(연소 한계)을 구한다. 하한은 32vol％, 상한은 64vol％로 된다. 즉, H₂+CO₂의 연소 한계의 하한은 32vol％, 상한은 64vol％로 된다.

(2) 한편, 나머지의 연소성분인 「CO와 N₂」의 조합의 경우에 있어서의 (이너트 가스)/(가연성 가스)의 비는 53.5/23.0=2.3이기 때문에, 마찬가지로 해서, 동일 도면으로부터 횡축 2.3과, CO+N₂의 곡선과 교차하는 점으로부터 하한:44vol％, 상한:74vol％가 구해진다. 따라서, 이 경우의 연소 한계의 하한은 44vol％, 상한이 74vol％이다.

(3) 또한, 양 연소성분을 포함하는 고로 가스의 연소하한은 도 30중 왼쪽 최하단의 식으로 구할 수 있다. 또, 동일 식에서 상기 (1), (2)의 상한값을 적용하면 연소상한이 구해진다. 이와 같이 하여 고로 가스의 연소하한 및 연소상한을 구할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서, 기체연료의 연소하한에 주목한 다른 하나의 이유는 연소 한계에는 온도의존성이 있는 점이다. 연료 편람(사단법인 연료협회 편)에서는 온도의 영향으로서, 온도가 높을 때에는 열의 일산(逸散; dissipation) 속도가 늦어지므로, 열의 발생, 일산 양속도 곡선의 교차는 깊어지고, 폭발 범위(연소 범위)는 좌우로 확대되어 온다고 설명하고 있다. 즉, 연소 한계는 상술한 바와 같이 해서 구해지지만, 해당 연소 한계에는 온도의존성이 있어서, 메탄가스의 연소 범위의 온도에 의한 영향으로서, 연료 편람(사단법인 연료협회 편)에서는, 표 11에 기재된 예가 나타나 있다. 이것을 연소하한농도의 온도의존성으로서 작도하면, 대략 도 31에 나타내는 바와 같이 된다. 도면 중 ●표는 표 11에 기재된 메탄가스의 예이다.

또, 도 32는 대기중 상온 하에 있어서의 기체연료의 연소성분(연소 가스)농도와 온도의 관계를 나타내는 것이다. 연소 한계는 상술한 바와 같이 해서 구해지지만, 해당 연소 한계에는 온도의존성이 있어서, 그 온도 의존 경향을 예시하면, 상온에서의 연소 하한값(도면 중에서는 연소 가스 농도에 상당)이 대략 40vol％여도, 200℃ 영역에서는 26∼27vol％로 변화되고, 1000℃ 영역에서는 수 ％, 1200℃ 영역에서는 1vol％미만이라도 연소한다.

이것으로부터, 장입층에 공급하는 기체연료의 농도(연소성분의 함유량)는 상온의 연소하한보다 더욱 낮은 농도로 하면 더욱 안전하고, 그 희석 가스의 농도만 적정 범위로 조정해 두면, 기체연료의 장입층내의 두께방향에서의 연소 위치 제어의 자유도도 높아지는 것을 알 수 있었다.

그리고, 기체연료의 연소 범위에는 이와 같이 온도의존성이 있으며, 예를 들면 연소 범위는 분위기 온도가 고온이 되면 될수록 확대되고, 소결기의 연소/용융대 근방의 온도장에서는 자주 연소하지만, 소결기의 하류측에 있는 전기집진기 내 등의 200℃ 정도의 온도장에서는 본 발명의 적합 실시예에서 나타내는 바와 같은 기체연료의 농도에서는 연소하지 않는 것도 알 수 있었다.

소결광의 제조에 있어서, 소결원료의 장입층중에 공급되는 상기 희석기체연료는 팰릿 아래의 윈드박스에 의해서 흡인되고, 해당 장입층중의 고체연료(분코크스)의 연소에 의해 형성되는 연소/용융대의 고온역에서 연소한다. 따라서, 희석기체연료의 공급은 장입층으로의 투입 열량을 일정하게 한다고 하는 조건 하에 있어서, 상기 희석기체연료의 농도나 공급량 등을 제어하면, 소결원료중의 분코크스량을 조정(감소)할 수 있다. 또, 희석기체연료의 농도 조정은 이 기체연료의 연소를 장입층중의 예기한 위치(농도영역)에서 일어나도록 제어하는 것을 의미하고 있다.

이 의미에 있어서, 종래 기술의 하에서의 장입층중의 연소/용융대는 고체연료(분코크스)만이 연소하는 대역이지만, 본 발명의 경우, 그 분코크스에 부가하여 더욱 기체연료도 병행하여 연소시키는 대역이라고 할 수 있다. 따라서 본 발명에 있어서, 그 희석기체연료의 농도나 공급량, 기타의 공급 조건은 연료의 일부로서 분코크스가 있는 것을 전제로 하여, 분코크스와의 관계에 있어서 적합하게 변화시키면, 최고도달온도 및/또는 고온역 유지시간의 바람직한 제어가 가능하게 되고, 소결케이크의 강도향상을 가져오는 것이 된다.

본 발명 방법에 있어서, 희석된 기체연료를 이용하는 또 다른 하나의 이유는 상술한 연소/용융대의 형태 제어를 통해 소결케이크의 강도, 수율을 제어하기 위해서이다. 그것은 이 소결케이크를 고온대역(연소/용융대역)에 어느 정도의 시간 유지하는지, 또 어느 정도의 온도에까지 도달시키는지 라고 하는 제어를 실행한 후에서, 이 희석기체연료의 역할이 유효하게 기능하기 때문이다. 환언하면, 상기 희석기체연료의 사용은 소결원료의 고온역 유지시간이 길고 또한 최고도달온도가 적당히 높아지도록 제어하는 것을 의미하고 있다. 그리고, 이러한 제어는 소결원료중의 고체연료량(분코크스량)에 따라, 연소 분위기중에서 지연성(支燃性) 가스(공기 또는 산소)의 양이 과부족을 일으키지 않도록 희석 조정된 상기 기체연료를 이용하는 것을 의미하고 있다. 이 점, 종래 기술에서는 소결원료의 고체연료량과 관계 없이, 또한 가연성 가스를 농도 조정하는 일 없이 취입하기 위해, 고체연료나 가연성 가스의 양에 걸맞는 양의 지연성 가스(산소)가 공급되지 않기 때문에, 연소 불량을 일으키거나, 반대로 부분적으로 과연소를 일으키거나 하여, 강도의 불균일을 초래하고 있었던 것이다. 즉, 본 발명은 기체연료를 희석하고 또한 농도 조정을 하는 것에 의해, 이와 같은 문제점을 회피하고 있는 것이다.

다음에, 기체연료의 종류에 의한 희석기체연료의 영향에 대해 나타낸다. 도 33은 수 종류의 기체연료를 연소하한농도 이하로 희석한 희석기체연료를 사용한 본 발명 소결법과, 기체연료의 취입 없는 종래 소결법을 비교한 실험 결과를 나타내는 것이다. 또한, 희석기체연료의 취입을 하지 않는 종래 소결예에서는 분코크스의 첨가량을 5mass％로 하고, 한편 희석기체연료를 취입하는 본 발명예에서는 분코크스 0.8mass％ 상당의 희석기체연료를 취입하기 때문에, 총 열량을 일정으로 하기 위해, 분코크스 첨가량을 4.2mass％로 했다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 희석기체연료를 사용한 경우는 어느 쪽의 예에 있어서도 셔터 강도, 성품 수율, 생산성의 향상이 인정되었다. 이와 같이, 희석기체연료의 사용예에 있어서, 셔터 강도, 성품 수율 등이 향상한 이유는 연소 상황으로서 나타낸 연소/용융대의 확대와, 그것에 의한 고온역 유지시간의 연장에 의한 것으로 고려된다.

도 34는 기체연료로서, 프로판가스를 이용한 경우의 취입가스농도의 영향을 나타내는 도면이고, 희석기체연료의 농도와, 셔터 강도(a), 수율(b), 소결시간(c), 생산율(d)의 관계를 나타낸 것이다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 프로판가스의 경우, 이것을 희석기체연료로서 사용할 경우는 셔터 강도 향상을 위해서는 0.05vol％의 첨가로 효과가 생기고, 수율도 대략 동등한 개선 효과를 나타낸다. 명확한 작용 효과가 나오는 것은 프로판가스에서는 0.1vol％부터, 바람직하게는 0.2vol％이다. 이 결과를 C가스를 취입가스로서 이용한 경우로 환산하면, C가스에서는 0.24vol％의 첨가로 효과가 생기고, 바람직하게는 0.5vol％이상, 명확한 개선 효과는 1.0vol％이상에서 생기게 된다. 따라서, 프로판가스에서는 적어도 0.05vol％이상, 바람직하게는 0.1vol％이상, 더욱 바람직하게는 0.2vol％이상으로 된다. 한편, C가스에서는 적어도 0.24vol％이상, 바람직하게는 0.5vol％이상, 더욱 바람직하게는 1.0vol％이상이고, 상한은 연소하한농도의 75％이다. 또한, 프로판가스의 경우, 0.4vol％의 첨가로 대략 효과는 포화하고 있고, 이 때의 가스 농도는 연소하한농도의 25％에 상당한다.

다음에, 본 발명 방법에 따라, 소결원료중의 탄재량을 고려하여, 상기 기체연료의 공급을 실행해서 제조한 소결광의 냉간강도와 환원분화특성(RDI)에 대해 설명한다. 「광물공학」(이마이 히데키, 다케노우치 스쿠네, 후지키 요시노리 편, 1976,175, 아사쿠라 서점)에 의하면, 소결반응은 도 35의 모식도와 같이 정리된다. 또, 표 12에 소결과정에서 생성하는 각종 광물의 인장강도(냉간강도)와 피환원성의 값을 나타낸다. 도 35로부터 명백한 바와 같이, 소결과정에서는 1200℃에서 융액이 생성하기 시작하고, 소결광의 구성광물 중에서 가장 고강도이고, 피환원성도 비교적 높은 칼슘 페라이트가 생성된다. 또한, 승온이 진행하여 약 1380℃를 넘으면, 냉간강도와 피환원성이 가장 낮은 비정질 규산염(칼슘 실리케이트)과, 환원 분화하기 쉬운 ２차 헤마타이트로 분해되는 것으로 된다. 따라서, 소결광의 냉간강도의 향상과 RDI를 개선하기 위해서는 칼슘 페라이트를 분해시키지 않고, 이것을 안정적으로 계속해서 생성시킬 수 있는지 어떨지가 과제로 된다.

또, 상기 간행물 「광물공학」에 따르면, 소결광의 환원분화의 기점으로 되는 ２차 헤마타이트의 석출 거동에 대해, 도 36에 의해 설명하고 있다. 그 설명에 의하면, 광물합성시험의 결과에서는, 환원분화의 기점으로 되는 스켈레톤 크리스탈린형상 ２차 헤마타이트는 Mag. ss+Liq.역까지 승온하고 냉각한 후에 석출하기 때문에, 상태도상에서는 (1) 경로가 아니고, (2) 경로를 통해 소결광을 제조함으로써, 환원분화성을 억제할 수 있다고 하고 있다. 따라서, 저RDI 소결광과 고강도 소결광을 겸비하는 소결광을 제조하기 위해서는 1200℃(칼슘 페라이트의 고상선(固相線)온도)와 약 1380℃(전이 온도)의 범위내에, 어떻게 해서 장시간 유지한 히트 패턴을 장입층내에 있어서 실현하는지가 중요하게 된다. 따라서, 첨가하는 탄재량을 기체연료의 공급에 의해 조정하고, 장입층내의 최고도달온도를 1200℃초과 1380℃ 미만의 범위로 하는 것이 중요하고, 바람직하게는 1205℃∼1350℃의 범위로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

다음에, 발명자들은 연소대의 상하방향의 두께(폭)와 희석연료가스의 관계를 알기 위해, 투명 석영제창을 갖는 수직형 관형상 시험포트를 이용하여, 소결기 쿨러의 배기가스로 희석한 프로판가스를, 이 포트의 위쪽으로부터 소결원료의 장입층중에 취입하는 실험을 실행했다. 이 실험에서 사용한 소결원료는 출원인회사에서 사용하고 있는 일반적인 것이며, 흡인 압력은 1200㎜Aq 일정으로 했다. 이 실험에서 취입하는 푸로판가스는 0.5vol％와 2.5vol％의 농도로 희석한 것을 이용했다. 또한, 투입 열량을 환산하면, 0.5vol％의 프로판가스 취입은 분코크스 1mass％ 배합량에 대략 상당한다.

도 37은 이 실험에 있어서의 프로판가스 취입시의 연소대의 형태를 관찰한 결과를 나타내는 사진이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 연소하한농도(이론값, 대(對)공기)에 가까운 2.5vol％로 희석한 프로판가스에서는 취입 직후에 원료 장입층상에서 연소하고, 기체연료가 장입층내에 들어가 있지 않아, 기체연료공급의 효과가 얻어지지 않았다. 이것에 대해, 프로판가스의 희석 농도가 공기에 대해 0.5vol％ 농도의 것을 이용하면, 장입층 상부에서 연소하는 일 없이, 장입층 내까지 들어가고, 또한 장입층내에서 빠른 속도로 연소하었다. 그 결과, 대기 조건에서 소결했을 때의 연소대의 상하방향폭(두께)은 약 70㎜였던 것에 대해, 이와 같은 희석 프로판가스를 취입했을 때의 연소대의 폭은 150㎜로 2배 이상으로 확대하였다. 이것은 고온역 유지시간이 연장된 것에 상당한다.

따라서, 연소대의 두께의 확대 효과는 프로판의 연소하한농도의 1/5의 농도인 0.5vol％에서도 발현하는 것을 알 수 있었다. 반대로, 본 발명에 관한 기체연료 취입기술에서는 희석된 기체연료가 아니면, 장입층내에 있어서의 연소 제어가 곤란한 것도 알 수 있다.

또한, 이 실험에 있어서는, 연소대의 강하속도(이 역수가 고온역 유지시간)에 대해서도 검토했다. 그 결과, 단지 코크스를 증량한 경우나 고온의 공기를 취입한 경우에는 강하속도가 크게 저하하여, 생산성이 저하되지만, 희석한 기체연료를 이용한 경우에는 고체연료를 증량한 예에 비해 연소 속도를 빠르게 할 수 있기 때문에, 연소대의 강하속도는 대기 소결의 경우와 거의 차이가 인정되지 않았다.

다음에, 발명자들은 희석기체연료의 장입층중으로의 공급위치의 영향에 대해 조사하기 위해, 기체연료로서 코크스로 가스(C가스)을 2％로 희석하여 이용하고, 희석기체연료의 취입 위치를 장입층 표면으로부터 100∼200㎜의 위치, 200∼300㎜의 위치, 300∼400㎜의 위치로 변화시켜 소결포트실험을 실행하고, 그 결과를 도 38에 나타냈다.

여기서, 도 38의 횡축에 있어서의 취입 위치 100∼200㎜는 도면 중 밝게(하얗게) 나타나 있는 연소/용융대가 장입층 표면으로부터 100㎜ 위치로 이동했을 때부터, 시험포트 위쪽으로부터 희석기체연료의 공급을 시작하고, 그 연소/용융대가 200㎜의 위치에 도달할 때 까지의 사이, 희석기체연료를 취입하여 연소시킨 예이고, 그 경우의 연소/용융대(도면 중, 연소/용융대는 밝게(하얗게) 나타나 있음)의 진행상황을 관찰한 결과를 종축(縱軸)에 나타내고 있다. 마찬가지로, 취입 위치 200∼300㎜는 연소/용융대가 200㎜ 위치에 도달한 단계로부터 300㎜에 도달할 때까지의 사이, 희석기체연료를 공급하여 연소시킨 예, 그리고 취입 위치 300∼400㎜는 연소/용융대가 300㎜ 위치에 도달한 단계로부터 400㎜에 도달할 때까지의 사이, 희석기체연료를 공급하여 연소시킨 예를 나타낸 것이다. 또, 비교로서, 희석기체연료의 취입을 실행하지 않는 종래법의 경우에 대해서도, 연소/용융대의 진행상황을 조사했다. 또한, 시험포트의 연소용 공기의 공급은 통상의 소결 조업과 마찬가지로 위쪽으로부터 아래쪽으로 흐르므로, 기체연료 첨가시는 이 연소용 공기에 기체연료가 소정 농도가 되도록 첨가되고, 공급된다.

도 38로부터 알 수 있는 바와 같이, 연소/용융대가 장입층 표면으로부터 100∼200㎜ 영역에서 희석기체연료를 공급한 경우에는, 종래법에 비해 연소/용융대의 두께가 근소하게 커지는 정도에 머물러 있다. 이것에 대해, 연소/용융대가 200∼300㎜ 영역에서 희석기체연료를 공급한 경우에는, 종래법에 비해 명확하게 연소/용융대의 두께가 증가하고 있고, 300∼400㎜ 영역도 종래법에 비해 명확한 차를 갖고 있는 것을 알 수 있다.

이상의 것으로부터, 희석기체연료의 취입은 연소/용융대의 위치가 장입층 표면으로부터 200㎜이하의 영역으로 되는 부분에 대해 실행되는 것이 바람직하다. 그리고, 장입층 표면으로부터 200㎜미만의 영역에 대해서는 무리하게 기체연료를 공급하지 않아도, 200㎜이하의 영역에 있어서 기체연료를 공급하는 것에 의해, 이 영역의 소결광의 셔터 강도를 대폭으로 향상할 수 있는 것으로부터, 성품 소결광의 수율을 전체적으로 향상시킬 수 있다. 따라서, 기체연료 비용의 저감을 도모할 수도 있다.

도 39는 장입층 표면으로부터 200㎜까지의 상층부와, 200㎜이하의 중, 하층부의 연소상황을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 도면에 나타낸 화살표 A는 소결의 진행방향(연료방향)을 나타내고, 도 39의 (a)는 상층부(<200㎜까지)에 있어서의 분코크스와 기체연료의 연소 위치를 나타내고 있다. 이 경우, 분코크스의 연료에 의해 형성되는 연소대가 장입층의 상부에서는 원래 좁고, 이 분코크스의 연소대와, 이 연소대역에서 연소하는 기체연료의 연소점이 서로 접근하고 있기 때문에, 동일 도면의 우측에 기재한 바와 같은 온도 패턴으로 된다. 또한, 이 온도분포에 있어서, 분코크스(고체연료)의 연소역을 빗금부분으로서 나타내고 있고, 그 위쪽에서 연소하는 기체연료의 온도역을 비(非)빗금부분으로서 나타내고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 장입층 상부에서는 코크스와 기체연료의 연소가 동일 시기에 일어나기 때문에(양자가 서로 접근해서 연소하는 것이 됨), 도면 중의 T₁, T₂로 나타내는 사이의 고온역 유지시간(약 1200℃ 상당)이 도시와 같이 좁은 것이 된다. 즉, 빗금부분으로 나타내는 코크스 연소역이 근소하게 확대할 정도의 온도분포로 된다. 이것은 장입층중으로의 상기 기체연료의 공급은 연소/용융대의 두께가 15㎜이상이 되고 나서 실행하는 것이 바람직하다고 한 바와 같이, 원래의 고온역 유지시간이 좁을 때, 기체연료의 취입 효과가 낮다고 한 것과 일치한다.

한편, 도 39의 (b)는 중간층, 하층부분에 기체연료를 공급한 경우이고, 중간층, 하층역에서는 연소대가 상층으로부터 아랫쪽으로 이행하는 것에 따라 장입층의 온도 상승도 있어서, 연소대 폭이 확대되고, 도 39의 (a)의 경우보다 떨어진 위치에서 연소하도록 된다. 그 결과, 도 39의 (b)의 우측에 나타내는 바와 같은 온도분포로 된다. 즉, 기체연료의 연소점은 빗금하여 나타내는 고체연료(코크스) 연소점으로부터 떨어져 있기 때문에, 합성된 온도분포곡선은 큰 온도분포가 된다. 따라서, T₃, T₄로 나타나는 고체연료와 기체연료의 연소에 의거하는 고온역 유지시간이 연장되어, 얻어지는 소결광의 셔터 강도가 향상하는 것이다.

또한, 도 39의 (b)의 케이스에 있어서, 고온역 유지시간을 제어하기(연장하기) 위한 기체연료의 착화온도는 400℃∼800℃가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 500℃∼700℃이다. 이 이유는 착화온도를 400℃미만으로 하면, 고온역의 확대로 연결되지 않고, 단지 저온역 분포를 확대하는 것에 그칠 뿐이고, 한편, 800℃를 넘으면 고체연료의 연소에 의한 고온역 유지시간과 너무 접근해서, 최고도달온도의 상승을 초래할 뿐으로, 고온역 유지시간의 연장의 효과가 작기 때문이다.

도 40은 소결하고 있는 한창에 있어서의 시험포트의 단면온도를 측정한 결과를 나타낸 것이고, 좌측에 나타낸 예는 분코크스만으로 소결하는 종래 소결법의 경우이며, 우측에 나타낸 예는 희박 농도의 도시가스(LNG)를 취입한 경우이다. 도 40의 결과로부터, 좌측의 분코크스만으로 소결하는 종래 소결법의 경우, 1200℃이상의 온도영역(엷은 황색의 영역)이 적음에도 불구하고, 최고 온도가 1400℃를 넘는 온도영역(흰색의 영역)이 많이 존재하고 있다. 한편, 우측의 희박 농도의 도시가스를 취입한 경우에 있어서는 연소대의 하단에서는 분코크스가 연소하고 있지만, 그 상부에서는 LNG가 연소하고 있고, 분코크스가 연소하고 있는 위치(연소대 하단)와 LNG가 연소하고 있는 위치(용융대 상부)의 사이는 약간 온도가 낮아져 있는 영역이 존재하고 있다. 이 약간 온도가 낮아져 있는 영역의 온도가 1200℃이상으로 되도록 LNG를 연소시킴으로써, 최고 온도는 분코크스 사용량을 억제하여 낮아지지만, 1200℃이상의 온도영역이 광범위하게 분포하도록 되어, 그 결과 고온역 유지시간이 연장되는 것이다.

상기 서멀비어의 결과를 근거로, 소결시의 온도 이력을 정리하여 나타낸 것이 도 41이다. 분코크스만으로 소결한 경우에 비해, LNG를 취입하는 것에 의해 최고온도가 1400℃, 바람직하게는 1380℃를 넘는 일 없고, 1200℃이상의 온도영역을 약 2배로 증가할 수 있다. 또, 관찰되는 2개의 피크로 이루어지는 온도 패턴은 최초의 피크(원료층의 상층측의 피크)가 코크스 연소대 상부에서 취입한 LNG의 연소에 의한 것이고, 2개째의 피크(원료층의 하층측의 피크)가 코크스의 연소에 의한 것이며, 그들 연소에 의한 온도변화가 조합되어 생긴 것으로 추측된다. 즉, 코크스(탄재) 연소와 취입된 도시가스의 연소가 다른 위치에서 복합하여 일어남으로써, 코크스 연소에 의한 최고도달온도가 제어되고(2개째의 피크), 계속해서 LNG의 연소 (1개째의 피크)에 의해, 이 양 영역을 연결하는 사이는 1200℃이상으로 유지되고, 소결광을 생성하는 것에 유효한 연소/용융대를 형성하는 1200℃이상의 고온유지영역이 크게 확대되며, 그 결과, 연소/용융대의 고온역 유지시간이 연속하여 연장되어, 성품 소결광의 강도을 대폭으로 향상할 수 있었던 것으로 생각된다.

다음에, 희석기체연료를 공급하여 장입층중의 최고도달온도(층내 온도)를 제어하는 방법의 일례를 설명한다. 도 42는 소결시에 있어서의 장입층내의 온도분포를 모식적으로 나타내는 것이고, 종래 소결법에 상당하는 고체연료(분코크스) 5mass％ 첨가에 있어서의 온도 분포예를 기준으로 해서, C가스를 희석하여 취입하고, 그 만큼, 코크스량을 줄인 본 발명에 관한 소결법을 설명하는 것이다. 여기서, 코크스를 5mass％ 첨가하여 소결한 종래 소결법의 층내 온도와 시간의 관계를 나타낸 것이 곡선 a이다. 일반적으로, 고온역 유지시간을 연장하기 위해서는, 분코크스의 사용량을 증가시키는 것이 실행되고 있지만, 예를 들면 분코크스를 10mass％ 첨가한 경우의 곡선을 파선 b으로 나타낸 바와 같이, 코크스의 증량에 의해 고온역 유지시간은 (0-A)에서 (0´-B)로 확대하지만, 최고도달온도도 약 1300℃에서 약 1400℃까지 상승하게 되어, 저RDI 소결광이고 또한 고강도 소결광을 얻는 것은 불가능하게 된다.

이러한 점에서, 본 발명법에 따르는 소결조업방법(곡선 c)에서는 분코크스의 사용량을 4.2mass％로 억제하는 한편으로, 희석 C가스를 취입하기 때문에, 최고도달온도는 1380℃로 억제할 수 있는 동시에, 고온역 유지시간은 (0-C)로 확대하기 때문에, 종래법에서는 실현할 수 없었던 저RDI, 고강도 소결광의 제조라고 하는 당초의 목적을 충분히 달성할 수 있다.

요컨대, 종래 소결법은 고온역 유지시간이나 최고온도제어의 어느 한쪽에 주목한 조업방법이었다. 이것에 대해, 본 발명법은 분코크스 사용량의 조정(예를 들면, 4.2mass％로 억제)의 하에서, 최고도달온도를 (1205℃∼1380℃)로 조정하는 한편, 희석기체연료의 취입에 의해, 고온역 유지시간도 조정하는 조업방법이다. 또한, 도 40의 곡선 d는 고체연료 사용량을 단지 4.2mass％로 내린 예를 나타내는 것이며, 최고도달온도도 낮고, 고온역 유지시간도 짧다.

도 43은 종래 소결법으로서 분코크스 5mass％를 이용한 예, 및 본 발명의 적합예로서 분코크스 사용량을 4.2mass％로 하고 농도를 2.0vol％로 한 희석 C가스 취입을 병용한 예에 있어서의 연소상황을 나타낸 것이다. 이 도면의 서멀비어로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래법에서는 1400℃를 넘는 연소상황이 생기고 있다. 한편, 분코크스의 사용량을 4.2mass％로 멈추고, 농도 2vol％의 C가스 취입을 실행한 본 발명의 경우, 1400℃영역은 없어지고, 최고도달온도는 1380℃이하로 억제할 수 있는 동시에, 고온역 유지시간의 연장을 실현할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 44는 투입열량 일정 조건 하에 있어서, 희석된 프로판가스 취입에 의한 장입층내 온도(a), 배기가스온도(b), 통과풍량(c), 배기가스조성(d)의 경시변화를 나타내는 것이다. 또한, 장입층내 온도는 상기 시험포트에 있어서, 장입층 표면 아래 400㎜(장입층 두께: 600㎜)의 위치에 장입한 열전쌍으로 측정한 값이고, 또 시험포트의 원주방향에서는 중심부와 벽으로부터 5㎜의 2곳에서 측정했다. 이들 도면으로부터, 희석한 프로판가스를 취입함으로써, 소결원료가 1205℃이상으로 가열되어, 용융되고 있는 시간(고온역 유지시간)은 2배 이상으로 증가하고 있지만, 최고도달온도는 상승하고 있지 않은 것이 확인되었다. 또, 희석기체연료로서 프로판가스를 취입함으로써, 배기가스중의 산소농도가 저하하고 있어, 산소가 효율적으로 연소반응에 사용되고 있는 것이 추측된다.

또, 도 45는 희석된 프로판가스를 취입한(0.5vol％) 때와, 코크스를 증량(10mass％)했을 때에 있어서의 장입층내 온도(a), (a´)와, 배기가스농도(b), (b´)의 경시변화를 대비하여 나타낸 것이다. 이들 도면으로부터, 분코크스의 사용비율을 배증(倍增)시킨 경우, 1200℃이상의 고온역 유지시간은 농도 0.5vol％로 희석된 프로판가스 취입시와 대략 동등하지만, 최고도달온도가 1380℃를 넘고 있다. 또, 분코크스의 양을 증가시키는 것에 의해, 배기가스중의 CO₂농도가 20vol％에서 25vol％로 크게 상승하고, CO농도도 증가하고 있으며, 분코크스가 연소에 기여하는 비율이 저하하고 있는 것이 확인되었다.

다음에, 표 13에 나타내는 조건으로 소결실험을 실행하고, 조업상황이나 소결광의 품질에 끼치는 영향을 조사했다. 실험 No. 1은 소결원료중의 코크스를 5mass％ 배합한 현상 베이스 조건, 실험 No. 2는 분코크스를 1mass％ 저하시켜 4mass％로 하고, 그 대신에 0.5vol％의 프로판가스를 취입한 투입열량 일정 조건, 실험 No. 3은 분코크스를 10mass％ 배합한 조건, 실험 No. 4는 보열로(保熱爐)(일본국 특개소60-155626호 공보)와의 차이를 검증할 목적으로 450℃의 고온 가스를 취입하는 조건이다.

도 46은 이들 시험에 있어서의 각종의 특성시험결과를 정리한 것이다. 이 도면으로부터 명백한 바와 같이, 희석된 프로판가스 취입에 의해 소결시간이 약간 연장하지만, 수율이나 셔터 강도(SI), 생산율이 함께 개선되는 동시에, 환원분화성 (RDI)도 피환원성(RI)도 크게 개선되어 있고, 희석기체연료의 취입을 적정화하는 것에 의해, 생산율이나 수율의 개선 이외에, 소결광의 고품질화가 가능하게 되는 것이 확인되었다.

이것에 대해, 단지 분코크스를 10mass％까지 증가시킨 경우는 소결시간이 연장될 뿐만 아니라, 최고도달온도가 필요 이상으로 상승하기 때문에, 오히려 저강도의 비정질 규산염이 많이 생성되고, 셔터 강도와 수율이 모두 크게 저하했다. 또, 450℃의 고온가스를 취입하는 케이스에서는 셔터 강도와 수율의 개선효과가 작고, 지금까지의 상업설비에 있어서의 결과와 대략 일치하였다.

이상 설명한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 희석된 기체연료를 이용하는 경우, 이 가스가 장입층내에서 연소하여, 해당 층내의 연소대의 확대를 가져오는 동시에, 소결원료중의 코크스에 의한 연소열과, 희석된 프로판가스의 연소열의 상승적인 작용에 의해, 넓은 연소대가 형성된다. 그 결과, 최고연소도달온도가 과잉으로 오르는 일 없이, 고온역 유지시간을 연장할 수 있다.

다음에, 발명자들은 희석된 기체연료의 취입에 의한 성품 소결광의 피환원성, 냉간강도 등으로의 영향에 대해, 종래법(5mass％, 10mass％ 코크스, 열풍 취입)과 대비하여 조사했다. 측정한 항목은 성품 소결광중의 광물조성비율(냉간강도와 피환원성에 영향), 겉보기 비중(냉간강도에 영향), 0.5㎜이하의 기공직경분포(피환원성에 영향)이다.

도 47은 분말 X선 회절법에 의해서 정량화한 성품 소결광중의 광물상(相)의 조성비율을 조사한 결과를 나타낸 것이다. 이 도면으로부터, 투입열량 일정(코크스 4mass％+프로판 0.5vol％)으로 하여 고체연료와 희석 프로판가스를 병용한 경우에는, 칼슘 페라이트가 안정하게 생성되어 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 이것이 피환원성의 향상과 냉간강도의 증가를 가져오는 것으로 고려된다.

도 48은 프로판가스의 취입 유무에 의한 성품 소결광의 겉보기 비중의 변화를, 또 도 47은 프로판가스의 취입 유무에 의한 수은 압입식 기공량 미터(porosity meter)에 의한 0.5㎜이하의 기공직경분포의 변화를 측정한 결과를 나타내는 것이다. 도 46으로부터, 희석된 프로판가스의 취입에 의해, 겉보기 비중이 커져 있는 것을 알 수 있다. 이것은 프로판가스 취입에 의해, 조립입자 외측으로부터도 가열이 실행되는 결과, 융액 유동이 촉진되고, 0.5㎜이상의 기공율이 저하되었기 때문으로 고려되고, 그 결과는 냉간강도의 향상에 기여하는 것으로 된다. 또, 도 49로부터, 투입열량 일정으로 해서 희석 프로판가스를 취입하는 것에 의해, 0.5㎜이하의 기공직경분포가 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은 소결원료입자중의 열원이 감소하는 것에 의해, 피환원성에 영향을 주는 광석 유래의 500㎛이하의 미세 기공이 잔류하기 쉬워졌기 때문이고, 그 결과, 고피환원성 소결광의 제조가 가능하게 되는 것으로 고려된다.

도 50은 코크스만을 사용한 경우(a)와 코크스와 희석기체연료를 병용한 경우 (b)의 소결 거동을 모식도에 나타낸 것이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 종래의 코크스만을 이용하는 소결에서는 분코크스 연소에 의해서 의사입자 내부로부터 가열하고 있었던 것에 대해, 본 발명과 같이, 코크스+기체연료의 병용방법에서는 기체연료의 연소에 의해 의사입자 외부로부터도 가열되도록 되기 때문에, 광석내의 미세 기공이 잔류하기 쉬워지고, RDI가 낮은 비율로 환원율(RI)을 비교적 높게 할 수 있는 것으로 추측된다.

도 51은 희석한 기체연료를 취입한 경우에 있어서의 소결광의 기공분포의 변화를 모식적으로 나타낸 것이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 소결광의 생산성의 향상에는 수율과 냉간강도에 영향을 주는 0.5∼5㎜ 직경의 기공의 합체를 촉진하고, 그 수를 감소시키는 것, 및 통기성에 영향을 주는 5㎜ 직경 이상의 기공의 비율을 증가시키는 것이 유효하다. 또, 소결광의 피환원성의 향상에는 주로 철광석중에 존재하는 0.5㎜이하의 미세 기공을 많이 잔류시킨 기공구조로 하는 것이 바람직하다. 이 점에서, 본 발명에 따르면, 희석한 기체연료 취입에 의해, 이상적인 소결광의 기공구조에 근접시키는 것이 가능하다고 고려된다.

도 52는 원하는 냉간강도를 유지할 수 있는 한계 코크스비를 파악하는 시험의 결과를 나타내는 것이다. 여기서, 상기 한계 코크스비는 셔터 강도(SI)가 희석된 프로판가스 미사용의 경우에 얻어지는 최대값(73％)과 동등하게 되는 코크스 첨가량이라고 정의한다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 희석된 0.5vol％의 프로판가스 취입에 의해, 현상과 동등한 냉간강도(셔터 강도 73％)를 얻을 수 있는 코크스비는 도 50의 (a)에 나타내는 바와 같이, 5mass％에서 3mass％로 저감(약 20㎏/t)하고 있다. 또, 도 50의 (b), (c)에 나타내는 바와 같이, 74％의 수율 및 1.86t/hrㆍ㎡의 생산율을 얻기 위한 코크스비는 각각 5mass％에서 3.5mass％로 저하하고 있는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 팰릿의 진행에 따라, 연소/용융대가 장입층의 표층에서 하층으로 이동하는 동안에, 함유하는 탄재량에 따라 적절히 희석된 기체연료를 적소(適所)를 선택하여 공급하는 것에 의해, 장입층내의 연소/용융대의 기능을 확대하는 바와 같은 작용을 발생시킬 수 있고, 소결광의 품질개선, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

[실시예 1]

도 28로 나타내는 시험포트를 이용하여, 기체연료로서 1∼2.5vol％로 희석한 코크스로 가스(C가스)를 이용하고, 기타의 조건은 상술한 실험조건과 동일하게 하여, 탄재(코크스)를 5mass％ 포함하는 소결원료의 소결포트시험을 실행했다. 그 결과를 도 51에 나타낸다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 발명법에 따라 희석한 C가스를 사용할 때는, C가스의 농도를 올리면, 연소대의 폭(두께)의 확대가 현저하고, 또한 수율이나 생산율이 향상하는 동시에, 냉간강도(SI)도 개선할 수 있는 것을 알수 있었다.

[실시예 2]

희석기체연료로서, 0.02∼0.5vol％로 희석한 프로판가스를 이용하고, 기타의 조건은 실시예 1과 동일 조건으로 하여, 탄재(코크스)를 5mass％ 포함하는 소결원료의 소결포트시험을 실행했다. 그 결과를 도 52에 나타낸다. 이 도면으로부터, 본 발명법에 따라 희석한 프로판가스를 사용할 때에는, 그 프로판가스의 농도를 올리면, 연소대의 폭(두께)의 확대가 현저하고, 또한 수율이나 생산율이 향상하는 동시에, 냉간강도(SI)도 개선할 수 있는 것을 알 수 있었다.

[실시예 3]

도 28에 나타내는 시험포트를 이용하여, 표 14에 나타낸 바와 같이, 분코크스의 함유량(외수(外數))을 4.9mass％와 4.8mass％의 2 수준으로 변화시킨 소결원료로 이루어지는 장입층중에, 포트의 위쪽으로부터 쿨러 배기가스에서 농도를 1.0vol％와 2.0vol％(대(對)공기)의 2 수준으로 희석한 코크스로 가스(C가스)를 취입하고, 소결포트시험(No. 2∼7)을 실행했다. 또, 비교예로서, 분코크스의 함유량 (외수)을 5.0mass％로 하고, 희석 가스를 취입하지 않는 예(No. 1)에 대해서도 마찬가지로 소결포트시험을 실행했다. 또한 이 실시예에 있어서는, 시험포트에 장입한 소결원료는 전체 두께를 600㎜로 하고, 그 상층부의 400㎜에는 상기 분코크스를 포함하는 소결원료를 적층하며, 그 하층의 200㎜에는 환광(還鑛; return ore)을 적층했다.

또, 상기 희석한 C가스의 취입은 연소/용융대의 위치가 장입층 표면으로부터 100∼200㎜, 200∼300㎜, 300∼400㎜의 각각의 위치에 있을 때에, 흡인 압력 1200㎜Aq(차압 1000㎜Aq)로 장입층중에 도입했다. 또한, 상기 희석 C가스의 취입 위치는 DL 소결기의 전체길이를 80m로 했을 때, 취입 위치 100∼200㎜의 경우는 80(m)×100∼200/600(㎜)=13.3∼26.6(m)의 위치, 즉 팰릿 진행방향을 향해, 팰릿의 이동 기점으로부터 13.3∼26.6m의 사이에, 길이 13.3m의 기체연료공급장치를 설치하여 희석기체연료를 취입하고, 소결 조업을 실행한 예에 상당한다. 마찬가지로, 취입 위치 200∼300㎜의 경우는 팰릿의 이동 기점으로부터 26.6∼39.9m의 위치에, 길이가 13.3m의 기체연료공급장치를 설치하여 소결 조업을 실행한 예에, 취입 위치 300∼400㎜의 경우는 팰릿의 이동 기점으로부터 39.9∼53.2m의 위치에, 길이가 13.3m의 기체연료공급장치를 설치하여 소결 조업을 실행한 예에 상당한다.

표 15는 상기 소결포트시험의 결과를 나타내는 것이다. 이 결과로부터, 기체연료를 취입시키지 않은 비교예의 No. 1에 비해, 기체연료를 취입하는 본 발명예의 No. 2∼No. 7은 모두 소결광의 냉간강도(SI 강도)나 수율이 향상하고 있고, 특히 기체연료의 취입 위치가 장입층의 중간단 이후인 No. 3, 4, 6, 7의 예에 있어서 개선이 현저한 것을 알 수 있다. 또, 코크스량을 4.9mass％로 하고, C가스 농도를 1vol％로 한 조건에 있어서, 생산율이 가장 높아지는 것을 일 수 있었다. 또, 소결광의 품질에 끼치는 희석기체연료의 취입(공급) 위치의 영향에 대해서는, 환원율 (RI), 환원분화율(RDI) 모두 연소/용융대의 위치가 장입층 표면으로부터 200∼300㎜의 중간단 위치에 있을 때에 기체연료의 공급을 실행하는 것이 가장 효과적인 것을 알 수 있었다.

[실시예 4]

본 발명에 관한 소결광의 제조방법을 일산(日産) 2만톤 규모의 DL형 소결기에 적용했다. 사용한 DL 소결기의 기장은 점화로에서 배광부까지가 90m이고, 이 소결기의 점화로의 후방 약 30m의 위치에는 장입층 위쪽 500㎜의 높이에, 길이(팰릿 진행방향) 15m의 기체연료공급 파이프를 팰릿 진행방향에 따라 평행하게 9개 배치하고, 그 파이프의 각각에는 아래쪽을 향해 기체연료를 분출하는 노즐을 100㎜ 간격으로 149개 부착한(합계 1341개) 구조의 기체연료공급장치를 설치하고, 그 노즐로부터 기체연료로서 도시가스를 고속으로 대기중에 토출시키고, 도시가스 농도가 0.8vol％의 희석기체연료로서 장입층 위에 공급했다. 또한, 장입층의 전체 두께를 600㎜(단, 상층 400㎜에는 분코크스를 4.2mass％ 함유하는 소결원료) 적층하고, 상기 기체연료의 공급위치는 연소/용융대가 200∼300㎜의 위치에 존재할 때에 상당한다. 상기와 같이 하여 공급한 희석기체연료는 소결기 팰릿 아래쪽의 윈드박스의 흡인 부압(負壓) 제어에 의해, 장입층중에 흡인/도입되고, 소결층을 통해 상기 위치에 존재하는 연소/용융대에서 연소된다. 또한, 이 때의 C가스 사용량은 3000㎥(표준상태)/hr이었다.

이 실기 소결기에 의한 조업의 결과, 얻어진 소결광의 텀블러 강도(TI)는 전체적으로 통상 조업시보다 약 3％ 향상되고, 환원분화성(RDI)은 통상 조업시보다 약 3％ 개선되고, 환원율(RI)도 통상 조업시보다 약 4％ 개선되었다. 또한, 생산율은 0.03t/hrㆍ㎡ 증가하고, 본 발명의 효과를 확인할 수 있었다.

본 발명의 기술은 제철용, 특히 고로용 원료로서 사용되는 소결광의 제조기술로서 유용하지만, 기타의 광석 괴성화 기술로서도 이용할 수 있다.

1; 호퍼 2; 드럼믹서
4,5; 서지호퍼 6; 드럼 피더
7; 장입슈트 8; 팰릿
9; 장입층 10; 점화로
11; 윈드박스 12; 기체연료공급장치

Claims (48)

1. 순환 이동하는 팰릿 위에 분광석과 탄재를 포함하는 소결원료를 장입하고, 팰릿 위에 소결원료의 장입층을 형성하는 장입공정과,
   장입층 표면의 탄재에 점화하는 점화공정과,
   기체연료를 장입층 위쪽의 대기중에 공급하여 희석하고, 연소하한농도 이하의 희석기체연료를 생성하는 희석기체연료 생성공정과,
   팰릿 아래에 배치된 윈드박스를 통해 상기 희석기체연료와 공기를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료와 해당 장입층내의 탄재를 소결층내에 있어서 연소시키는 것에 의해, 소결케이크를 생성시키는 연소공정을 포함하며,
   상기 희석기체연료 생성공정에서는 기체연료 공급수단의 분출구로부터 기체연료를 블로오프 현상이 일어나는 유속으로 분출시켜 장입층 위쪽의 대기중에 공급하여 희석하고 동시에,
   상기 연소공정에서는, 희석기체연료의 공급량, 농도 및 소결 원료 중의 탄재량 중의 어느 하나 이상을 조정하는 것에 의해 장입층 내의 온도를 1200℃ 이상으로 유지되는 고온역 유지시간을 연장함과 동시에, 최고도달온도를 1205℃ ~ 1380℃로 유지하며,
   상기 희석기체연료 생성공정은 기체연료를 기체연료의 난류연소 속도의 2배 이상의 속도로 장입층 위쪽의 대기중에 토출시켜 희석하고, 연소하한농도 이하의 희석기체연료를 생성하고,
   상기 희석기체연료 생성공정은 분위기 압력에 대해 300㎜Aq이상 40000㎜Aq미만의 압력으로 토출시켜 희석하고, 기체연료를 개구직경이 0.5mm 이상 ~ 3㎜φ미만의 분출구로부터 장입층 위쪽의 대기중에 분출시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
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16. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소공정은 장입층의 위로부터 도입한 희석기체연료의 적어도 일부를 미연소인 채 상기 장입층중의 소결층의 연소/용융대에 도달하도록 하여 연소시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
17. 제 1 항에 있어서,
    장입층의 위로부터 도입한 희석기체연료를 연소시키고, 소결층내의 연소/용융대의 형태를 조정하는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 연소/용융대의 형태를 조정하는 공정은 장입층의 위로부터 도입한 희석기체연료를 연소시키고, 연소/용융대의 높이방향의 두께 및/또는 팰릿 진행방향의 폭을 조절하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
19. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소공정은 소결층내에 있어서 희석기체연료를 연소시키고, 연소/용융대의 고온역 유지시간을 연장하여 소결광의 냉간강도를 조정하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
20. 제 1 항에 있어서,
    희석기체연료의 장입층으로의 도입 위치를 조정하는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
21. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소공정은 점화로 이후의 위치에서 희석기체연료를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 소결층내에 있어서 연소시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
22. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소공정은 장입층 표층부에 소결케이크가 생성되고 나서 소결이 완료될 때까지의 사이에 희석기체연료를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 소결층내에 있어서 연소시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
23. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소공정은 연소/용융대의 두께가 15㎜이상으로 되는 영역에 있어서 희석기체연료의 소결층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 소결층내에 있어서 연소시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
24. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소공정은 연소전 선이 장입층 표층 아래 100㎜에 도달한 위치 이후에서 희석기체연료를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 소결층내에 있어서 연소시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
25. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소공정은 장입층의 양 사이드월 근방에 있어서 희석기체연료를 장입층내에 흡인하고, 해당 희석기체연료를 소결층내에 있어서 연소시키는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
26. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석기체연료는 연소하한농도의 75％이하이고 또한 2％이상의 농도로 희석된 가연성 가스인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
27. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석기체연료는 연소하한농도의 60％이하이고 또한 2％이상의 농도로 희석된 가연성 가스인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
28. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석기체연료는 연소하한농도의 25％이하이고 또한 2％이상의 농도로 희석된 가연성 가스인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
29. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체연료는 고로 가스, 코크스로 가스, 고로/코크스로 혼합가스, 도시가스, 천연가스, 메탄가스, 에탄가스, 프로판가스 및 그들의 혼합가스로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 가연성 가스인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
30. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체연료는 CO 함유량이 50massppm이하의 가스인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
31. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체연료는 기체 상태에서의 착화온도가 소결층 표층의 온도보다 높은 액체연료를 기화시킨 가스인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
32. 제 31 항에 있어서,
    상기 액체연료는 알코올류, 에테르류, 석유류, 탄화수소계 화합물류로 이루어지는 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
33. 순환 이동하는 팰릿과,
    해당 팰릿 위에 분광석과 탄재를 포함하는 소결원료를 장입하여 장입층을 형성하는 원료공급장치와,
    해당 소결원료중의 탄재에 점화하기 위한 점화로와,
    해당 팰릿의 아래쪽에 설치된 윈드박스와,
    해당 점화로의 팰릿 진행방향 하류측에 배치되고, 기체연료를 블로오프 현상이 일어나는 유속으로 분출시켜 장입층 위쪽의 대기중에 공급하여 공기와 혼합시켜, 연소하한농도 이하의 희석 기체연료를 생성하는 기체연료공급장치를 포함하고,
    상기 기체연료공급장치는
    기체연료공급 파이프와, 상기 파이프에 배치되고 기체연료를 토출하기 위한, 슬릿, 개구와 노즐로 구성된 토출수단으로 이루어지고, 상기 토출수단은 직경 0.5mm∼3㎜φ의 개구직경을 갖고,
    기체연료를 기체연료의 난류연소 속도의 2배 이상의 속도로 장입층 위쪽의 대기중에 토출시켜 희석하고, 연소하한농도 이하의 희석기체연료를 생성하고, 분위기 압력에 대해 300㎜Aq이상 40000㎜Aq미만의 압력으로 토출시켜 희석하는 것을 특징으로 하는 소결기.
34. 삭제
35. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 팰릿의 폭방향을 따라 배치된 복수의 기체연료공급 파이프와, 해당 파이프에 배치되고 기체연료를 토출하기 위한, 슬릿, 개구와 노즐로 이루어지는 군으로 이루어지는 하나를 갖는 토출수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결기.
36. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 팰릿의 진행방향을 따라 배치된 복수의 기체연료공급 파이프와, 해당 파이프에 배치되고 기체연료를 토출하기 위한, 슬릿, 개구와 노즐로 이루어지는 군으로 이루어지는 하나를 갖는 토출수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결기.
37. 삭제
38. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 팰릿 폭방향에 있어서의 기체연료의 공급량을 제어하는 제어장치를 갖는 것을 특징으로 하는 소결기.
39. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 팰릿 폭방향의 흡인속도의 분포에 따라, 흡인속도가 큰 부분에는 많은 연료를 공급하고, 흡인속도가 작은 부분에는 연료 공급량을 적게 하는 것에 의해, 흡인 공기량당 연료 농도를 일정하게 유지하는 연료농도제어장치를 갖는 것을 특징으로 하는 소결기.
40. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 기체연료를 장입층을 향해 아래쪽으로 토출시키는 기체연료공급장치인 것을 특징으로 하는 소결기.
41. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 기체연료를 장입층 표면에 평행하게 토출시키는 기체연료공급장치인 것을 특징으로 하는 소결기.
42. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 기체연료를 반사판을 향해 토출시키는 기체연료공급장치인 것을 특징으로 하는 소결기.
43. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 기체연료공급 파이프와 해당 기체연료공급 파이프에 설치된 기체 토출용 슬릿, 개구 또는 노즐로 이루어지고, 해당 슬릿, 개구 또는 노즐이 장입층 표면을 향해, 그 수직방향에 대해 ±90도의 범위로 분산된 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 소결기.
44. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 축을 중심으로 회전 가능한 기체연료공급 파이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결기.
45. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 장입층 표면 위쪽 300㎜이상의 높이에 기체연료의 토출구를 갖는 것을 특징으로 하는 소결기.
46. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 기체연료의 토출 위치를 장입층 표면 위쪽 300㎜이상의 높이에서 조정할 수 있는 승강기구를 갖는 것을 특징으로 하는 소결기.
47. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 팰릿 진행방향에 있어서, 연소전 선이 장입층 표층 아래로 진행된 단계에서 소결이 완료될 때까지의 사이의 위치에 배치된 기체연료공급장치인 것을 특징으로 하는 소결기.
48. 제 33 항에 있어서,
    상기 기체연료공급장치는 사이드월 근방에 배치된 기체연료공급장치인 것을 특징으로 하는 소결기.

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