KR101499316B1 - 소결광의 소결부압 예측방법 - Google Patents

소결광의 소결부압 예측방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소결 배합원료의 소결부압 예측방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 소결 배합원료의 소결부압 예측방법은, 소결 용기에 소결 배합원료를 장입한 다음 장입된 소결 배합원료의 장입밀도를 측정하는 장입밀도 측정단계와, 상기 장입밀도 측정단계에서 장입밀도가 측정된 소결 배합원료를 상기 소결 용기에서 소결시켜며, 소결과정 중 발생되는 소결부압을 측정하는 소결단계와, 상기 장입밀도 측정단계와 상기 소결단계를 복수의 소결 배합원료의 배합안으로 수행하고, 회귀분석하여 장입밀도로 소결부압을 예측할 수 있는 수학식을 도출하고, 상기 수학식으로 소결부압을 도출하는 장입밀도-소결부압 도출단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 소결 배합원료의 평균밀도와 장입밀도 및 소결부압의 상관관계를 도출하여 소결 배압원료의 평균밀도에 대한 정보를 파악하면 소결공정에서의 소결부압, 즉, 통기성을 예측할 수 있으므로 최적의 소결 배압원료를 사전에 예측가능한 장점이 있다.

Description

소결광의 소결부압 예측방법{FORECASTING METHOD OF BLENDED RAW MATERIALS FOR SINTER ORE}
본 발명은 소결광의 소결부압 예측방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 소결 배합원료의 밀도를 통해 소결부압을 손쉽게 예측할 수 있는 소결 원료의 밀도를 이용한 소결광의 소결부압 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.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허 특1999-013132호(발명의 명칭:소결광 제조방법, 공개일자:1999년 02월 25일)가 있다.
본 발명의 목적은 소결 배합원료의 평균밀도와 장입밀도 및 소결부압의 상관관계를 도출하여 소결 배압원료의 평균밀도에 대한 정보를 파악하면 소결공정에서의 소결부압, 즉, 통기성을 예측할 수 있으므로 최적의 소결 배압원료를 사전에 예측가능한 소결광의 소결부압 예측방법을 제공하는 것이다.
또한, 소결 배합원료의 정량적 밀도 특정을 통하여 소결 배합원료의 소결 대차 장입밀도 또한 예측가능하며, 장입밀도에 따라 소결부압도 예측할 수 있는 소결광의 소결부압 예측방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 소결광의 소결부압 예측방법은, 소결 용기에 소결 배합원료를 장입한 다음 장입된 소결 배합원료의 장입밀도를 측정하는 장입밀도 측정단계와, 상기 장입밀도 측정단계에서 장입밀도가 측정된 소결 배합원료를 상기 소결 용기에서 소결시켜며, 소결과정 중 발생되는 소결부압을 측정하는 소결단계와, 상기 장입밀도 측정단계와 상기 소결단계를 복수의 소결 배합원료의 배합안으로 수행하고, 회귀분석하여 장입밀도와 소결부압을 상호 예측할 수 있는 수학식을 도출하고, 상기 수학식으로 장입밀도 또는 소결부압을 도출하는 장입밀도-소결부압 도출단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장입밀도 측정단계 이전에는, 상기 장입밀도 측정단계의 소결 배합원료를 이루는 구성원료들의 평균밀도를 각각 측정하는 평균밀도 측정단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평균밀도 측정단계와 상기 장입밀도 측정단계에서 측정된 평균밀도와 장입밀도를 회귀분석하여 평균밀도와 장입밀도를 상호 예측할 수 있는 수학식을 도출하고 상기 수학식으로 평균밀도 또는 장입밀도를 도출하는 평균밀도-장입밀도 도출단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장입밀도-소결부압 도출단계는 하기의 수학식
[수학식]
소결부압=795*장입밀도+214.31을 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 평균밀도-장입밀도 도출단계는 하기의 수학식
[수학식]
장입밀도=0.91*평균밀도+0.11을 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장입밀도-소결부압 도출단계와 평균밀도-장입밀도 도출단계에서 도출된 수학식을 통해 상기 평균밀도 측정단계에서 측정된 평균밀도로부터 소결부압을 예측하는 소결부압 예측단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소결부압 예측단계는 하기의 수학식
[수학식]
소결부압=731.95*평균밀도+292.04를 만족하는 것을 특징으로 한다.
이상 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 소결 배합원료의 평균밀도와 장입밀도 및 소결부압의 상관관계를 도출하여 소결 배압원료의 평균밀도에 대한 정보를 파악하면 소결공정에서의 소결부압, 즉, 통기성을 예측할 수 있으므로 최적의 소결 배압원료를 사전에 예측가능한 장점이 있다.
또한, 결 배합원료의 정량적 밀도 특정을 통하여 소결 배합원료의 소결 대차 장입밀도 또한 예측가능하며, 장입밀도에 따라 소결부압도 예측할 수 있는 장점이 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소결광의 소결부압 예측방법에서 소결 배합원료가 장입되는 소결용기의 일례인 소결 모사팟의 사시도이다.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소결광의 소결부압 예측방법의 순서도이다.
도 5는 [표 1]과 [표 2]에 따른 소결 배합원료를 이루는 구성원료들의 평균밀도를 나타낸 막대그래프이다.
도 6은 [표 1]과 [표 2]에 따른 소결 배합원료의 평균밀도와 장입밀도의 상관관계를 나타낸 선형그래프이다.
도 7은 [표 1]과 [표 2]에 따른 소결 배합원료의 장입밀도와 소결 모사팟 또는 소결대차에서 소결시 블로워에 발생되는 소결부압의 상관관계를 나타낸 선형그래프이다.
도 8은 [표 1]과 [표 2]에 따른 소결 배합원료의 평균밀도와 소결 모사팟 또는 소결대차에서 소결시 발생되는 소결부압의 상관관계를 나타낸 선형그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 도 1 내지 도 2을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소결광의 소결부압 예측방법에서 소결 배합원료가 장입되는 소결용기 중 하나의 예로서 사용되는 소결 모사팟에 대해 간략하게 설명하며, 상기 소결용기는 실제 소결 대차일 수도 있다.
상기 소결 모사팟(100)은 횡단면이 원형으로 제작되는 관형상으로 제작되며, 내부에는 소결 배합원료가 수용되는데, 소결공정이 완료된 후, 소결된 배합원료를 외부로 인출이 용이하도록 좌우로 분리되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 좌우로 분리되는 소결 모사팟(100)은 소결 배합원료의 장입시 및 소결공정시 결합된 상태가 유지되도록 예컨대, 바이스(110) 등의 체결수단이 구비되는 것이 바람직할 것이며, 상기와 같이 결합된 소결 모사팟(100)의 상부에는 열원(예:버너)이, 하부에는 블로워가 연결되어 소결공정이 진행될 수 있다.
또한, 상기와 같은 소결 모사팟(100)은 이동이 용이하도록 별도의 이동용 후크(120)가 구비되며, 이 이동용 후크(120)에는 견인장치(미도시)와의 결합을 위한 견인용 홈(121)이 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 소결 모사팟(100)에는 내부에 장입된 소결 배합원료가 이탈되는 것이 방지되도록 하부에는 도시되지 않은 그물망이 구비되어야 할 것이다.
도 3 내지 도 4에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소결 배합원료의 소결부압 예측방법의 순서가 도시된 순서도가 도시되어 있는데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소결 배합원료의 소결부압 예측방법은 장입밀도 측정단계와 소결단계 및 장입밀도-소결부압 도출단계가 포함되며, 장입밀도 측정단계 이전에는 평균밀도 측정단계가 더 포함될 수 있다.
먼저, 평균밀도 측정단계에 대해 설명하기로 한다.
평균밀도 측정단계는, 본 발명에서 시료로 사용되는 소결 배합원료를 이루는 구성원료들의 실측 평균밀도를 각각 측정하는 단계로서, 상기 소결 배합원료는 하기의 [표 1]에 도시된 바와 같다.
구성원료 시료1(%) 시료2(%) 시료3(%) 시료4(%) 시료5(%) 시료6(%) 시료7(%)
A 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8
B 12.8 11.1 9.4 7.7 6.0 4.3 0.0
C 18.5 16.0 13.5 10.8 8.1 5.4 0.0
D 3.8 3.3 2.8 2.3 1.8 1.3 0.0
E 6.7 5.7 4.6 3.5 2.4 1.3 0.0
F 10.6 16.6 22.8 29.0 35.3 41.6 54.5
G 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6
규사 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
*MgO원 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9
석회석 8.6 8.4 8.1 7.7 7.4 7.1 6.4
생석회 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4
연료 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1 4.1
반광 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0
합계 100 100 100 100 100 100 100
철광석 합 57.28 58.17 59.05 59.95 60.90 61.84 63.68
염기도 1.71 1.71 1.71 1.71 1.71 1.71 1.71
*MgO원=니켈원석을 정련하면서 발생되는 니켈슬래그나 철광석을 정련하는 과정에서 발생되는 제철슬래그 속에 포함되는 성분으로서 염기도 조절을 위해 혼합된다. 염기도는 일반적으로 CaO(%)/SiO2(%)로 계산하고, 염기성분으로 분사에 MgO, MnO, FeO를 추가할 수 있다.
*A~G는 철광석이다.
*T.Fe는 Total Fe로써, 원료에 포함된 Fe의 합을 나타냄.
본 발명의 시료인 소결 배합원료는 다양한 구성원료들을 포함하며, 이렇게 다양한 구성원료로 구성된 소결 배합원료의 배합안은 [표 1]에 도시된 바와 같이 시료 1~ 시료 7로 한다.
[표 1]에 나타낸 A~G는 철광석이며, 이 중 A,F,G는 나머지 철광석(B,C,D,E)들에 비해 고품위광으로 분류된다.
철광석은 통상 밀도의 차이가 상당히 나는 것으로 알려져 있는 적철광, 갈철광 및 마라맘바광을 혼합하여 배합하였으며, 부원료는 소결광의 목표 설정을 위한 적정량을 배합하였다.
[표 1]을 참조하면, 시료 1에서 시료 7로 갈수록 고품위광인 F의 비율을 증가시키고, 저품위광들(B,C,D,E)의 비율은 감소시키면서 소결 배합원료를 배합하였다.
또한, 소결광의 품질을 일정하기 위하여 염기도를 고정하였으며, 통상적인 소결 배합원료를 모사하기 위하여 반광비 및 연료비는 각각 25%와 4.1%로 고정하였다.
상기와 같은 소결 배합원료는 상술한 소결 모사팟(예:직경 250mm, 높이 750mm)에 건조된 철광석, 부원료 및 연료를 소결 모사팟의 최대 높이까지 장입한 후 장입된 중량과 소결 모사팟의 부피를 연산하여 산정한 것이며, 이러한 방법으로 측정된 각각의 연료와 원료의 밀도는 하기의 [표 2]와 같다.
구분 밀도(g/cm3) 최적조립수분(%)
A 2.08 2.95
B 1.55 9.20
C 1.57 8.70
D 1.73 9.10
E 1.76 11.40
F 2.07 6.60
G 2.05 7.50
규사 1.12 7.20
MgO원 1.31 5.54
석회석 1.24 7.00
생석회 0.97 32.10
연료 0.75 19.30
반광 2.61 3.40
[표 2]에 나타난 바와 같이, 고품위광인 A,F,G의 밀도는 저품위광인 B,C,D,E에 비해 더 큰 것임을 확인할 수 있다.
한편, [표 2]에는 소결 배합원료를 이루는 구성원료들의 밀도와 함께 최적조립수분이 병기되어 있는데, 최적조립수분은 소결조업에서 최대 생산성 확보를 위해 최대 통기도를 나타내는 수분비를 의미하는 것으로서, 소결 배합원료를 조립할 때 첨가되는 적정 수분의 양을 의미한다.
상기 최적조립수분은 각각의 소결 배합원료(시료 1~시료 7)에 수분비를 다르게 조절하여 혼합 조립하여 소결 모사팟에 장입한 후 최대 풍속을 나타내는 지점에서 구한 값을 정리한 것이다. 이는 최적조립수분비를 연산하여 순수하게 장입밀도가 소결부압에 미치는 영향만을 도출하고자 한 것이다.
도 5에는 [표 2]에 정리한 소결 배합원료의 구성원료들의 밀도를 활용하여 [표 1]의 배합 안에서의 소결 배합원료의 평균밀도를 가중 연산한 것을 막대그래프로 표시한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 밀도가 높은 광석의 비율이 증가함에 따라 배합안에서의 평균밀도도 지속적으로 증가함을 알 수 있다.
다음으로, 장입밀도 측정단계에 대해 설명하기로 한다.
장입밀도 측정단계는 상술한 평균밀도 측정단계에서 측정된 소결 배합원료를 최적조립수분을 적용하여 믹서에서 혼합 및 조립하고, 상술한 소결 모사팟 또는 실제의 소결 대차에 장입한 밀도, 즉, 장입밀도를 측정하는 단계이다.
여기서, 상술한 평균밀도 측정단계에서 측정한 밀도는 소결 배합원료를 이루는 구성원료들의 평균밀도이고, 장입밀도 측정단계에서 측정한 밀도는 구성원료들을 배합안과 최적조립수분비에 따라 조립하여 정해진 부피를 갖는 소결 모사팟 또는 소결 대차에 장입하였을 때의 밀도를 나타내는 것이다.
본 발명에 있어서, 장입밀도를 측정하는 방법은 소결 모사팟 또는 소결 대차에 장입된 소결 배합원료의 중량을 소결 모사팟 또는 소결 대차에서 소결 배합원료가 수용되는 공간의 부피로 나눈 값(g/cm3)이다.
즉, 장입밀도 측정단계에서는 조립된 소결 배합원료들 사이에 공극이 존재하며, 이러한 공극은 후술할 소결단계에서 수행되는 소결공정에서 통기도를 결정하는 중요한 인자이다.
다음으로, 소결단계에 대해 설명한다.
소결단계는 상술한 장입밀도 측정단계에서 장입밀도가 측정된 소결 배합원료를 소결 모사팟 또는 소결 대차에서 소결시키는 단계로서, 소결시 소결용기에서 발생되는 소결부압을 측정한다.
예컨대, 소결 대차는 폭 5m, 길이 100m, 소결층 높이는 0.75m의 크기를 가질 수 있다.
다음으로, 장입밀도-소결부압 도출단계와 평균밀도-장입밀도 도출단계 및 소결부압 예측단계에 대해 설명한다.
먼저, 평균밀도-장입밀도 도출단계는 상술한 평균밀도 측정단계와 장입밀도 측정단계에서 측정된 밀도들 간의 상관관계를 도출하는 단계로서, 이러한 평균밀도-장입밀도 도출단계에서는 [표 1]에 나타낸 소결 배합원료의 구성원료들로 구성된 시료 1~시료 7의 평균밀도와, 시료 1~시료 7을 [표 2]에 나타낸 최적조립수분으로 각각 조립한 후, 소결 모사팟 또는 소결 대차에 장입한 상태에서의 장입밀도의 상관관계를 도출하는 것이다.
소결 배합원료의 평균밀도와 장입밀도는 도 6에 도시된 바와 같이, 직선적인 상관성을 가지며, 하기의 수학식
[수학식 1]
장입밀도=0.91*평균밀도+0.11을 만족하고, 상관관계 R2=0.99이다.
여기서, 상관관계는 두 변위량 x, y에 있어서, x의 변화와 y의 변화 사이에 어떤 관계가 있을 때, 이러한 관계를 상관관계라 하고, 두 변위량 x, y 사이에는 상관관계가 있다고 한다.
또한, 장입밀도-소결부압 도출단계는 상술한 장입밀도 측정단계에서 [표 1]의 시료 1~시료 7에 따른 소결 배합원료의 장입밀도와, 시료 1~시료 7을 최적조립수분으로 각각 조립한 후, 소결 모사팟 또는 소결 대차에 장입하여 소결하는 소결공정에서 발생되는 소결부압의 상관관계를 도출하는 단계이다.
소결 배합원료의 장입밀도와 소결부압은 도 7에 도시된 바와 같이, 직선적인 상관성을 가지며, 하기의 수학식
[수학식 2]
소결부압=795*장입밀도+214.31을 만족하고, 상관관계 R2=0.98이다.
또한, 소결부압 예측단계는 상술한 장입밀도와 소결부압의 상관성을 통해 소결 배합원료의 평균밀도만으로 소결공정에서의 부압을 산정하기 위하여 평균밀도와 소결부압의 상관성을 비교하였으며, 평균밀도와 소결부압은 도 8에 도시된 바와 같이, 직선적인 상관성을 갖는다.
상기와 같은 평균밀도와 소결부압은 하기의 수학식
[수학식 3]
소결부압=731.95*평균밀도+292.04를 만족하고, 상관관계 R2=0.99이다.
다시말하면, 소결부압 예측단계는 상술한 장입밀도-소결부압 도출단계와 평균밀도-장입밀도 도출단계에서 도출된 상관관계를 통해 평균밀도 측정단계에서 측정된 평균밀도로부터 소결부압을 예측하는 단계로서, 이러한 소결부압 예측단계에서는 [표 1]에 나타낸 소결 배합원료의 구성원료들로 구성된 시료 1~시료 7의 평균밀도와, 시료 1~시료 7을 최적조립수분으로 각각 조립한 후, 소결 모사팟 또는 소결 대차에 장입하여 소결하는 소결공정에서 발생되는 소결부압의 상관관계를 도출하는 단계라 할 수 있다.
상술한 바와 같이 시료 1~시료 7의 배합안을 갖는 소결 배합원료의 평균밀도, 장입밀도 및 소결부압은 하기의 [표 3]에 나타내었으며, 이와 동시에 최적조립수분도 병기하였다.
구분 시료 1 시료 2 시료 3 시료 4 시료 5 시료 6 시료 7
평균밀도(g/cm3) 1.86 1.89 1.92 1.95 1.98 2.01 2.07
장입밀도(g/cm3) 1.81 1.84 1.86 1.89 1.91 1.94 2.01
최적조립수분(%) 7.74 7.58 7.42 7.25 7.08 6.91 6.59
소결부압(-mmAq) 1646.9 1680.8 1693.4 1729.0 1742.7 1759.7 1805.2
본 발명은 소결 배합원료의 평균밀도와 장입밀도 및 소결부압의 상관관계를 도출하여 소결 배압원료의 평균밀도에 대한 정보를 파악하면 소결공정에서의 소결부압, 즉, 통기성을 예측할 수 있으므로 최적의 소결 배압원료를 사전에 예측가능한 것이 특징이다.
이와 더불어, 소결 배합원료의 정량적 밀도 특정을 통하여 소결 배합원료의 소결 대차 장입밀도 또한 예측가능하며, 장입밀도에 따라 소결부압도 예측할 수 있을 것이다.
도면과 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100-소결 모사팟 110-바이스
120-이동용 후크 121-견인용 홈

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 소결 용기에 소결 배합원료를 장입한 다음 장입된 소결 배합원료의 장입밀도를 측정하는 장입밀도 측정단계와,
    상기 장입밀도 측정단계에서 장입밀도가 측정된 소결 배합원료를 상기 소결 용기에서 소결시켜며, 소결과정 중 발생되는 소결부압을 측정하는 소결단계와,
    상기 장입밀도 측정단계와 상기 소결단계를 복수의 소결 배합원료의 배합안으로 수행하고, 회귀분석하여 장입밀도와 소결부압을 상호 예측할 수 있는 수학식을 도출하고, 상기 수학식으로 장입밀도 또는 소결부압을 도출하는 장입밀도-소결부압 도출단계가 포함되며,
    상기 장입밀도 측정단계 이전에는,
    상기 장입밀도 측정단계의 소결 배합원료를 이루는 구성원료들의 평균밀도를 각각 측정하는 평균밀도 측정단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 소결광 원료의 소결부압 예측방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 평균밀도 측정단계와 상기 장입밀도 측정단계에서 측정된 평균밀도와 장입밀도를 회귀분석하여 평균밀도와 장입밀도를 상호 예측할 수 있는 수학식을 도출하고 상기 수학식으로 평균밀도 또는 장입밀도를 도출하는 평균밀도-장입밀도 도출단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 소결광 원료의 소결부압 예측방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 장입밀도-소결부압 도출단계는 하기의 수학식
    [수학식]
    소결부압=795*장입밀도+214.31
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 소결광 원료의 소결부압 예측방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 평균밀도-장입밀도 도출단계는 하기의 수학식
    [수학식]
    장입밀도=0.91*평균밀도+0.11
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 소결광 원료의 소결부압 예측방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 장입밀도-소결부압 도출단계와 평균밀도-장입밀도 도출단계에서 도출된 수학식을 통해 상기 평균밀도 측정단계에서 측정된 평균밀도로부터 소결부압을 예측하는 소결부압 예측단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 소결광 원료의 소결부압 예측방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 소결부압 예측단계는 하기의 수학식
    [수학식]
    소결부압=731.95*평균밀도+292.04
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 소결광 원료의 소결부압 예측방법.
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