KR101552145B1

KR101552145B1 - 소결광 제조 방법

Info

Publication number: KR101552145B1
Application number: KR1020130161159A
Authority: KR
Inventors: 김성완; 서인국; 나지훈; 손형준
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-09-10
Also published as: KR20150073451A

Abstract

본 발명은 소결광 제조방법에 관한 것으로서, 복수의 소결 배합 원료를 마련하는 과정; 상기 복수의 소결 배합 원료 중 알루미나 함량이 높은 고 알루미나 철광석과 상기 고 알루미나 철광석보다 알루미나 함량이 낮고 입자 크기가 작은 저 알루미나 철광석을 이용하여 브리켓을 제조하는 과정; 및 상기 브리켓과 나머지 소결 배합 원료를 혼합한 소결광 제조용 혼합물을 소결대차에 장입하여 소결시키는 과정;을 포함하고, 상기 소결광 제조용 혼합물을 소결대차에 장입하는 과정에서, 상기 소결대차에서 상기 소결광 제조용 혼합물에 의해 형성되는 원료층을 상층부, 중층부 및 하층부로 구분하고, 상기 하층부에 상기 브리켓의 함량을 가장 높게 장입하여, 원료층 내 통기성을 확보하여 소결광의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

소결광 제조 방법{Manufacturing method of sintered ore}

본 발명은 소결광 제조 방법에 관한 것으로, 알루미나(Al₂O₃)를 다량 함유하는 철광석을 이용한 소결광 제조 방법에 관한 것이다.

미립의 분철광석을 소결하여 고로 사용에 적합한 크기로 제조하는 소결광 제조 공정은 대량 생산이 가능한 드와이트-로이드(Dwight-Lyoid)식 소결 공정이 주로 이용된다. 이러한 DL식 소결 공정에서는 분철광석, 부원료 및 연료(분코크스, 무연탄) 등을 드럼 믹서에 넣어 혼합 및 조습(원료중량비 약 7∼8%)을 실시하여 소결 배합 원료를 의사 입자화시켜 소결기 대차상에 일정 높이로 장입한다. 그리고, 점화로에 의해 표면 점화 후 하방으로부터 공기를 강제 흡인하면서 소결 배합 원료의 소성이 진행되고 소결광이 제조된다. 소결이 완료된 소결광은 배광부의 파쇄기(crusher)를 거쳐 냉각기(cooler)에서 냉각되고, 고로 내 장입 및 반응에 용이한 5∼50㎜의 입도로 분급되어 고로로 이송된다.

DL식 소결 공정에서 소결 반응을 효율적으로 진행시키고, 양호한 품질의 소결광을 제조하기 위해서는 적정량의 공기가 층 내를 흐를 수 있도록 통기성을 확보하는 것이 중요하며, 소결 생산성은 소결층 내 통기성에 크게 영향을 받는다. 또한, 소결층 내의 통기성은 의사 입자의 입도 분포에도 영향을 받으며, 통기성을 개선하기 위해서는 평균 입경의 증가보다는 미분부의 비율을 감소시키는 것이 효과적이다. 따라서, 소결 원료 중 미분 비율의 최소화가 필요하며, 철광석의 선광 과정을 거쳐 생산되는 극미분 철광석(ultra-fine iron ore)과 같이 입경 약 200㎛ 이하의 미분 비율이 매우 높은 철광석을 사용할 경우에는 별도의 사전 처리를 통하여 소결 원료로 사용해야 한다.

또한, 소결 과정에서 의사 입자의 입도 분포 외에 강도가 소결층의 통기성에 크게 영향을 미친다. 통기성은 조립물이 수송, 장입, 그리고 소성 과정에서 받게 되는 기계적, 열적 충격에 견딜수 있는 강도를 갖는 것이 바람직하다. 통기성이 양호하면 소결광의 생산성이나 품질에 대한 조정이 용이해지므로 조립 공정에서는 원료 성상(입도 등)의 변화에도 불구하고 일정한 통기성을 확보할 수 있는 강도를 가진 의사 입자를 만드는 것이 중요하다.

한편, 최근 제선 공정에서는 저급 철광석의 사용 증대로 고로 슬래그 중 Al₂O₃ 함량이 지속적으로 증가하여 예컨대 16.5% 이하의 관리 한계치에 근접하고 있다. 고 Al₂O₃ 광석을 소결 원료로 사용할 경우 소결 조업 측면에서는 소결 융액의 융점 상승 및 유동성 저하로 소결광 강도 및 회수율이 저하하여 생산성이 저하된다. 또한, 생성 융액으로부터 2차 헤마타이트(hematite; Fe₂O₃)가 정출될 때 Al₂O₃ 고용에 따른 결정 구조 불안정으로 소결광의 저온 환원 분화지수(RDI)가 악화된다. 그리고, 고로 조업 측면에서는 고로 슬래그 용량(slag volume)이 증가하고, 슬래그중 Al₂O₃ 성분 상승에 의한 점성 증가로 인해 슬래그 배출성 악화 및 고로 조업 불안정을 초래하게 된다.

JP2010-185104A JP2009-114485A JP2003-82416A

본 발명은 소결광 중 알루미나 성분의 증가를 억제할 수 있는 소결광 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 통기성을 향상시켜 소결 생산성 및 소결광의 품질을 향상시킬 수 있는 소결광 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 소결광 제조방법은, 복수의 소결 배합 원료를 마련하는 과정; 상기 복수의 소결 배합 원료 중 알루미나 함량이 3중량% 내지 4중량%인 고 알루미나 철광석과 상기 고 알루미나 철광석보다 알루미나 함량이 낮고 입자 크기가 작은 저 알루미나 철광석을 이용하여 브리켓을 제조하는 과정; 및 상기 브리켓과 나머지 소결 배합 원료를 혼합한 소결광 제조용 혼합물을 소결대차에 장입하여 소결시키는 과정;을 포함하고, 상기 소결광 제조용 혼합물을 소결대차에 장입하는 과정에서, 상기 소결대차에서 상기 소결광 제조용 혼합물에 의해 형성되는 원료층을 상층부, 중층부 및 하층부로 구분하고, 상기 하층부에 상기 브리켓의 함량을 가장 높게 장입하되, 상기 브리켓을 0.5 내지 1.5의 수직 편석도를 갖도록 상기 소결대차에 장입할 수 있다.

상기 소결 배합 원료는 철광석, 부원료, 반광, 고 알루미나 철광석, 저 알루미나 철광석, 연료 및 바인더를 포함할 수 있다.

상기 저 알루미나 철광석은 알루미나 함량이 0.05중량% 내지 0.4중량%일 수 있다.

상기 복수의 소결 배합 원료를 마련하는 과정에서 상기 복수의 소결 배합 원료 중 고 알루미나 철광석을 4㎜ 이상의 입도를 갖는 알루미나 철광석과 4㎜ 이하의 입도를 갖는 고 알루미나 철광석으로 선별하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 4㎜ 이하의 입도를 갖는 고 알루미나 철광석은 상기 브리켓을 제조하는 과정에 사용될 수 있다.

상기 철광석, 부원료, 고 알루미나 철광석, 저알루미나 철광석 및 바인더 전체 중량에 대해서 상기 고 알루미나 철광석은 5 내지 15중량% 사용되고, 상기 저 알루미나 철광석은 7 내지 20중량% 정도 사용될 수 있다.

상기 바인더는 상기 고 알루미나 철광석과 상기 저 알루미나 철광석의 양을 100중량%으로 할 때 2 내지 5중량% 첨가될 수 있다.

삭제

상기 브리켓은 상기 하층부에 상기 소결광 제조용 혼합물의 전체 중량에 대해서 26.9중량% 내지 37.6중량% 장입될 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 따른 소결광 제조 방법은 알루미나(Al₂O₃) 성분을 3∼4중량% 함유하는 고 알루미나 철광석과 입도가 극히 미세하지만 알루미나 함량이 낮은 저 알루미나 철광석을 소결광 제조 공정에 사용하는 경우, 고 알루미나 철광석과 저 알루미나 철광석을 선택 조립하여 소결 원료층에 장입할 수 있다. 이때, 브리켓을 원료층의 하층부에 상대적으로 많이 장입함으로써 통기성을 확보하여 소결 생산성 및 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제조된 소결광 내에 알루미나 성분이 증가하는 현상도 억제하여 소결광의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 소결광을 제조하기 위한 설비의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 공정에 따라 제조된 브리켓의 모식도.
도 4는 소결광의 품질을 측정하기 위한 소결 포트 시험 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 소결 포트 시험에서 소결 시간에 따른 소결 배가스 온도 변화를 보여주는 그래프.
도 6은 소결 포트 시험에서 소결 시간에 따른 소결 배가스의 유속 변화를 보여주는 그래프.

이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 소결광을 제조하기 위한 설비의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 공정에 따라 제조된 브리켓의 모식도이다.

도 1을 참조하면, 소결광을 제조하기 위한 설비는, 복수의 소결 배합 원료를 저장하는 복수의 저장빈(110)과, 복수의 소결 배합 원료 중 일부를 이용하여 조립물, 예컨대 브리켓을 제조하는 조립장치(140)와, 복수의 소결 배합 원료 중 일부와 조립물을 혼합하여 소결광 제조용 혼합물을 제조하는 혼합장치(130) 및 소결기(150)를 포함한다. 그리고 저장빈(110)에 저장된 원료 중 일부의 원료를 입도 선별하기 위한 선별기(120)를 포함할 수 있다.

복수의 저장빈(120)은 소결광의 원료로 사용되는 철광석을 저장하는 철광석 저장빈(111)과, 반광을 저장하는 반광 저장빈(112)과, 부원료인 석회석을 저장하는 석회석 저장빈(113), 생석회 저장빈(114) 및 규석 저장빈(115)과, 연료인 코크스, 석탄(무연탄) 등을 저장하는 연료 저장빈(116)과, 고 알루미나 철광석을 저장하는 고 알루미나 철광석 저장빈(117)과, 저 알루미나 철광석을 저장하는 저 알루미나 철광석 저장빈(118) 및 바인더를 저장하는 바인더 저장빈(119)을 포함한다. 여기에서 철광석 저장빈(111)은 적철광계 분철광석과, 갈철광계 분철광석을 저장하며, 복수 개로 구성될 수 있다. 그리고 바인더를 저장하는 바인더 저장빈(119)도 당밀, CaO 등을 저장하며, 복수 개로 구성될 수 있다.

조립장치(140)는 선별기(120)에서 선별된 고 알루미나 철광석, 저 알루미나 철광석 및 바인더를 혼합하는 혼합기(142) 및 혼합기(142)에서 혼합된 혼합물을 조립하는 조립기(144)를 포함한다.

선별기(120)는 고 알루미나 철광석 저장빈(117)에서 공급되는 고 알루미나 철광석 중 일정 크기의 입도를 갖는, 예컨대 4㎜ 이상의 입도를 갖는 고 알루미나 철광석과 4㎜ 이하의 입도를 갖는 고 알루미나 철광석으로 선별한다. 이렇게 선별된 고 알루미나 철광석 중 4㎜ 이상의 입도를 갖는 고 알루미나 철광석은 혼합장치(130)에서 다른 종류의 철광석, 부원료, 반광 및 원료와 혼합되면서 1차적으로 입자화되어 의사입자로 형성되고, 4㎜ 이하의 입도를 갖는 고 알루미나 철광석은 저 알루미나 철광석 및 바인더와 혼합되어 조립물, 즉 브리켓으로 제조된다.

혼합기(142)는 고속 교반 믹서일 수 있으며, 고 알루미나 철광석, 저 알루미나 철광석 및 바인더를 고속으로 교반하여 균일하게 혼합한다. 이때, 혼합기(142)에는 수분 공급기(미도시)가 구비되어 내부에 수분을 공급하며 고 알루미나 철광석, 저 알루미나 철광석 및 바인더를 균일하게 혼합한다.

조립기(144)는 외주면에 일정 패턴이 형성되는 적어도 2개의 롤을 포함하여 구성되며, 2개의 롤의 외주면이 서로 접촉되어 회전하며 외주면에 형성된 패턴과 대응하는 형상의 조립물, 즉 브리켓을 제조한다. 이렇게 제조된 브리켓은 도 3에 도시된 것처럼 상하 및 좌우방향으로 대칭형상을 갖는 필로우(Pillow) 타입으로 형성될 수 있다. 예컨대 브리켓은 길이(x)×폭(y)×두께(z)가 14×10×6 크기(±10%의 오차를 가질 수 있음)로 형성될 수 있다.

한편, 혼합장치(130)는 소결광을 제조하기 위한 혼합물을 제조하는 구성으로서, 복수의 드럼 믹서, 예컨대 1차 드럼 믹서(132)와 2차 드럼 믹서(134)로 이루어지는 2기의 드럼 믹서로 구성되며, 각각의 드럼 믹서(132, 134)는 내부 공간을 가지는 통 형상이며, 회전 가능하도록 형성된다. 혼합장치(130)에는 내부 공간에 수분을 분사하는 수분 공급기(미도시)가 구비될 수 있다. 이에 혼합장치(130)에서는 철광석, 부원료, 반광, 연료 및 조립물이 회전에 의해 내부 공간을 따라 이동하면서 조립화될 수 있다. 이때, 소결광을 제조하기 위한 혼합물은 1차 드럼 믹서(132) 및 2차 드럼 믹서(134)를 이용하여 제조되는데, 1차 드럼 믹서(132)에서는 선별기(120)에서 선별된 4㎜ 이상의 입도를 갖는 고 알루미나 철광석과, 철광석(갈철광, 적철광), 부원료, 반광 및 연료를 혼합 및 입자화시켜 의사입자를 제조하고, 2차 드럼 믹서(134)에서는 조립장치(140)에서 제조된 조립물(브리켓)과 의사입자를 혼합하여 소결광 제조용 혼합물을 제조한다.

이렇게 제조된 소결광 제조용 혼합물은 소결기(150)에서 소결되어 소결광으로 제조될 수 있다.

이와 같은 소결광 제조 설비를 이용하여 소결광을 제조하는 방법에 대해서 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 소결광 제조 방법은, 복수의 소결 배합 원료를 마련하는 과정(S100)와, 복수의 소결 배합 원료 중 일부를 혼합 및 입자화하여 의사입자를 제조하는 과정(S110)과, 고 알루미나 철광석(4㎜ 이하)과 저 알루미나 철광석을 선택 조립하여 조립물(브리켓)을 제조하는 과정(S120)과, 의사입자와 조립물을 혼합하여 소결광 제조용 혼합물을 제조하는 과정(S130) 및 소결광 제조용 혼합물을 소결하여 소결광을 제조하는 과정(S140)을 포함한다.

이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 소결광 제조 방법을 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 철광석, 부원료, 반광, 그리고 연료 등으로 구성되는 소결 배합 원료를 마련한다. 여기서, 철광석은 적철광, 갈철광, 자철광, 고 알루미나 철광석 등을 이용할 수 있는데, 이들의 어느 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있다. 이때, 고 알루미나 철광석은 선별기에서 선별된 4㎜ 이상의 입도를 갖는 것이다. 이에 소결 배합 원료를 마련하는 과정에서는 고 알루미나 철광석의 입도를 선별하는 과정을 더 포함할 수 있다. 입도 선별하는 과정에서 고 알루미나 철광석은 4㎜ 이상의 입도를 갖는 고 알루미나 철광석(조립질)과 4㎜ 이하의 입도를 갖는 고 알루미나 철광석(세립질)으로 입도 선별되며, 이때 고 알루미나 철광석 중 조립질은 전체 고 알루미나 철광석의 중량에 대해서 약 15중량% 정도를 차지하고, 세립질은 약 85중량% 정도를 차지한다.

이와 같이 소결 배합 원료가 마련되면 입도 선별된 고 알루미나 철광석(4㎜ 이상)은 다른 철광석, 부원료, 반광 및 연료와 함께 조립장치, 예컨대 1차 드럼 믹서에서 혼합되어 입자화되어 의사입자로 형성된다. 이들 배합 원료들은 일정 비율로 조립장치의 1차 드럼 믹서에서 혼합된다. 이때, 혼합된 배합 원료에 수분을 첨가하여 생석회를 소석회로 수화시킨다. 즉, 1차 드럼 믹서에 수분을 첨가하면, 배합 원료 내의 생석회는 수화 반응에 의해 소석회(Ca(OH)₂)로 되는데, 소석회는 배합 원료의 바운딩(Bounding) 역할을 하여 배합 원료를 1차 조립하여 의사 입자를 형성한다. 여기서, 혼합된 배합 원료의 수분 함량은 예를 들어 7∼8중량% 정도로 유지할 수 있다.

그리고 입도 선별된 고 알루미나 철광석(4㎜ 이하)과 저 알루미나 철광석 및 바인더는 조립장치의 혼합기에 투입되어 균일하게 혼합된다.

고 알루미나(Al₂O₃) 철광석은 Al₂O₃ 성분을 예를 들어 3∼4중량% 정도 함유하고, 저 알루미나 철광석은 알루미나 성분을 예를 들어 0.05∼0.4중량% 정도 함유한다. 저 알루미나 철광석은 입도가 극히 미세하지만, 알루미나 함량이 극히 낮아 소결광 중에서 고 알루미나 철광석에 의한 알루미나의 증가를 억제하는 원료로 이용될 수 있다. 또한, 고 알루미나 철광석은 평균 입도가 2.0∼4.0㎜ 정도이고, 저 알루미나 철광석은 평균 입도가 약 50㎛∼200㎛ 정도이다. 그리고, 브리켓 제조에 사용되는 고 알루미나 철광석은 반광과 연료물질을 제외한 소결광 제조용 혼합물 전체 중량에 대해서 5 내지 15중량% 사용될 수 있고, 저 알루미나 철광석은 7 내지 20중량% 정도 사용될 수 있다. 여기에서 고 알루미나 철광석의 양을 증가시킬수록 제조 비용을 절감할 수 있으나, 제시된 범위보다 고 알루미나 철광석의 비율을 높이는 경우에는 소결광 중 알루미나(Al₂O₃) 성분이 증가하게 되고, 제시된 범위보다 낮추는 경우에는 제조 비용 절감 효과가 적다.

그리고 바인더는 소결 과정 중 브리켓의 입자 붕괴를 억제하고, 특히 소결 융착대 하부의 소결 원료층 건조 영역에서 브리켓의 입자 상태를 건전하게 유지시켜 소결층의 통기성을 향상시키는 역할을 한다. 즉, 브리켓이 수송, 장입, 그리고 소성 과정에서 받게 되는 기계적, 열적 충격에 견딜 수 있는 내구성을 향상시키는 기능을 한다. 또한, 바인더의 첨가량에 따라 브리켓의 낙하 강도를 향상시킬 수 있다. 이러한 바인더는 당밀과 CaO가 사용될 수 있고, 고 알루미나 철광석과 저 알루미나 철광석의 전체 중량에 대해서 2∼5중량% 정도 첨가될 수 있으며, 이때 당밀과 CaO는 3:1∼7:1의 비율로 첨가될 수 있다. 여기에서 당밀은 실질적인 바인더로 사용되고, CaO는 당밀의 경화를 촉진시키는 역할을 하며, 이러한 당밀 및 CaO 첨가량이 증가할수록 브리켓의 습윤 입자의 낙하 강도가 증가한다.

혼합기에는 고 알루미나 철광석과 저 알루미나 철광석의 전체 중량에 대하여 약 5 ~ 6중량% 정도의 수분을 공급하여 고 알루미나 철광석, 저 알루미나 철광석 및 바인더를 균일하게 혼합한다.

이후, 성형기에서 혼합기에서 혼합된 혼합물을 가압하여 브리켓을 제조한다. 브리켓을 제조시 선압기준으로 5 내지 15kN/㎝, 바람직하게는 10kN/㎝의 성형압력을 유지한다.

이렇게 브리켓이 제조되면, 앞서 제조된 의사입자와 브리켓을 2차 드럼 믹서에 투입하여 2분 정도 균일 혼합함으로써 소결광 제조용 혼합물을 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 소결광 제조용 혼합물은 브리켓이 핵으로 사용되고 브리켓의 표면에 의사입자가 부착될 수도 있다.

이후, 소결광 제조용 혼합물을 소결기에 장입하여 소결한 후 소결광을 제조조한다. 여기에서 소결광 제조용 혼합물을 소결기에 장입할 때 비교적 입자 크기가 큰 브리켓이 소결기의 소결대차에 형성되는 원료층의 하층부에 장입되면 소결시 원료층 내의 통기성을 향상시킬 수 있다. 이에 본 발명에서는 소결광 제조용 혼합물을 소결대차에 장입할 때 원료층의 하부로부터 1/2 높이 정도의 하층부, 바람직하게는 1/3 높이까지 브리켓의 장입량을 증가시킴으로써 원료층 내의 통기성을 향상시켜 소결광의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다. 이때, 원료층의 하층부에 브리켓이 21.5 내지 37.6중량% 정도 편석장입되도록 하여 0.5 내지 1.5 정도의 수직 편석도를 갖도록 할 수 있다. 원료층의 하층부에서 브리켓의 중량과 수직편석도가 제시된 범위보다 작은 경우에는 원료층 내 통기성 향상에 큰 도움을 줄 수 없고, 제시된 범위보다 큰 경우에는 소결광 제조용 혼합물 내 브리켓과 의사입자가 지나치게 불균일하게 분포하게 되어 제조되는 소결광의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

상기한 바와 같이 소결광 제조 시 입도가 작은 고 알루미나 철광석과 저 알루미나 철광석을 원료로 이용하는 경우, 이들을 조립화한 조립물을 소결기의 원료층 하층부에 장입되는 비율을 증가시켜 원료층 내의 통기성을 향상시킬 수 있다. 이에 제조되는 소결광의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.

이에 따라, 소결광 중의 Al₂O₃ 성분의 증가 없이 소결 생산성 및 품질의 개선 가능성을 확인하고자 다음과 같은 테스트를 실시하였다.

도 4는 소결광의 품질을 측정하기 위한 소결 포트 시험 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 5는 소결 포트 시험에서 소결 시간에 따른 소결 배가스 온도 변화를 보여주는 그래프이고, 도 6은 소결 포트 시험에서 소결 시간에 따른 소결 배가스의 유속 변화를 보여주는 그래프이다.

[소결 배합 원료의 조건]

본 발명에 사용된 소결 배합 원료의 조건을 [표 1]에 나타내었다. 실제 소결 공정 배합 원료의 조건과 유사하도록 하였으며, 철광석은 적철광계 분철광석 4종(A, B, C, F), 갈철광계 분철광석 2종(D, E), 고 알루미나 철광석(G) 및 저 알루미나 철광석(H)을 사용하였다. 여기에서 고 알루미나 철광석(G)의 배합비는 입도가 4㎜ 이상 및 이하의 고 알루미나 철광석의 총 합을 나타낸다.(고 알루미나 철광석의 총 중량이 100중량%인 경우, 4㎜ 이상은 약 15중량%, 4㎜ 이하는 약 85중량%) (아래의 표1에 기재된 배합비는 소수점 2번째 자리에서 반올림된 값으로 합계에 오차가 발생할 수 있다.)

구분		비교예 (기준배합)	실시예 1	실시예2	실시예 3	입도(mm)
철광석 (wt.%)	A	9.5	8.2	7.0	5.6	-8
	B	6.9	5.7	5.1	4.1	-8
	C	5.2	4.4	3.8	3.0	-8
	D	25.2	21.7	18.4	14.9	-8
	E	20.9	17.9	15.3	12.3	-8
	F	17.7	15.2	12.9	10.4	-8
	G	-	5.0	10.0	15.0	-8
	H	-	7.0	13.0	20.0	-0.1
부원료 (wt.%)	생석회 석회석 규사	2.2 12.0 0.5	2.2 12.0 0.5	2.2 12.0 0.5	2.2 12.0 0.5	-1 -4 -1
배합원료 합계(wt.%)		100.0	100.0	100.0	100.0
반광(wt.%)		26.3	26.3	26.3	26.3	-5
분코크스(wt.%)		2.4	2.4	2.4	2.4	-3
무연탄(wt.%)		3.3	3.3	3.3	3.3	-3
총합계(wt.%)		131.9	131.9	131.9	131.9
목표 조성	CaO(%) SiO₂(%) MgO(%) Al₂O₃(%) Slag Vol. 염기도	9.0 5.0 0.6 1.7 16.3 1.80	8.9 5.0 0.6 1.7 16.3 1.80	8.9 5.0 0.6 1.7 16.3 1.80	8.9 4.9 0.6 1.7 16.2 1.80

기준 배합은 고 알루미나 철광석(G) 및 저 알루미나 철광석(H)이 배합되지 않은 종래기술에 따른 배합이며, 실시예1 내지 3은 고 알루미나 철광석(G)이 각각 5, 10 및 15중량% 배합된 비교 배합이다. 여기서 실시예1 내지 3에서 기준배합과 알루미나 함량을 동일하게 유지하기 위해서 저 알루미나 철광석(H)을 7 내지 20중량% 배합하였다. 그리고, 부원료로는 석회석 12.0중량%, 생석회 2.2중량%, 규사 0.5중량%를 이용하여 철광석과 부원료를 혼합한 원료의 합이 100중량%가 되도록 하였다. 한편, 반광은 26.3중량%, 연료로서 분코크스와 무연탄을 5.7중량% 배합하여 소결 원료 배합의 합을 131.9중량%로 하였다. 그리고, 소결광 목표 성분은 기준배합과 동일하게 Al₂O₃ 함량 1.7중량%, 슬래그량 16.3중량%, 염기도 1.8 수준으로 유지하였다.

[철광석의 화학 성분 및 입도]

본 발명에 사용된 철광석의 화학 성분 및 입도를 표 2에 나타내었다.

철광석	화학성분(wt.%)						입도
철광석	T.Fe	FeO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	M.S(mm)	-0.15mm
A	61.53	0.08	3.94	2.21	0.04	0.04	2.33	22.3
B	65.15	0.96	3.94	0.82	0.00	0.01	2.07	26.5
C	61.65	0.07	3.51	2.06	0.01	0.04	2.31	38.1
D	58.15	0.07	5.29	1.42	0.04	0.04	2.86	6.0
E	58.70	0.22	4.49	1.51	0.05	0.05	2.68	5.3
F	65.55	0.24	1.62	1.57	1.72	0.17	1.55	20.7
G	56.43	0.05	5.51	3.40	0.08	0.07	3.18	13.1
H	66.74	0.47	2.41	0.40	0.02	0.03	0.09	92.0

철광석의 성분 측면에서 적철광계 분철광석(A, B, D, F) 및 갈철광계 분철광석(E, C)의 Al₂O₃ 함량은 약 0.8∼2.2중량% 정도인데 비하여 고 알루미나 철광석(G)의 Al₂O₃ 함량은 약 3.4중량%로 가장 높고, 저 알루미나 철광석(H)의 Al₂O₃ 함량은 0.4중량%로 매우 낮은 특성을 나타낸다. 또한, 철광석의 입도 측면에서 저 알루미나 철광석(H)의 평균 입경은 약 90㎛ 정도이고, 미분 비율(-0.15㎜)은 약 92중량% 수준으로 극히 미세한 입도를 갖는 것을 알 수 있다.

[소결광 제조]

실시예1 내지 3의 배합을 이용하여 소결광을 제조하였다. 이때, 기준배합을 이용해서는 브리켓을 형성하지 않는 종래의 방법으로 소결광을 제조하였고, 실시예1 내지 3의 배합을 이용해서는 미분입자로 이루어지는 고 알루미나 철광석과 저 알루미나 철광석을 브리켓으로 조립화하여 소결광을 제조하였다.

철광석, 부원료, 반광 및 연료로서 분코크스 또는 무연탄 등으로 구성되는 기준배합을 1차 드럼 믹서에서 조립 수분비가 7.5% 정도가 되도록 수분 첨가와 함께 2분간 입자화하여 의사입자를 제조한 후 2차 드럼 믹서에서 2분간 혼합하여 소결광 제조용 혼합물을 제조하였다.

그리고 실시예1 내지 3의 배합을 이용해서는 조립장치의 혼합기에 고 알루미나 철광석(G)과 저 알루미나 철광석(H) 및 조립용 바인더를 투입한 후 약 3분간 균일하게 혼합하였다. 이때, 조립용 바인더는 고 알루미나 철광석(G)과 저 알루미나 철광석(H)의 전체 중량에 대하여 당밀 2.5중량%과 CaO 0.5∼1.5중량%를 첨가였다. 이후, 선택조립기인 성형기(Force Feeder)를 이용하여 브리켓을 제조하였다. 브리켓은 선압기준으로 10kN/㎝의 성형 압력을 유지하여 14×10×6㎜ 크기로 제조하였다. 이때, 브리켓의 수분 함량은 통상의 소결 배합 원료 조립시보다 적은 약 5∼6중량%으로 하였다. 이와 같이 얻어진 브리켓을 혼합장치의 1차 드럼 믹서에서 제조된 의사 입자와 함께 2차 드럼 믹서에 투입하여 2분간 균일 혼합하여 소결광 제조용 혼합물을 제조하였다.

[소결 포트 시험]

도 4를 참조하면, 소결 포트 시험기는 소결광 제조용 혼합물이 장입되는 소결포트(514)와, 소결포트(514) 하부에 구비되는 윈드박스(518)와, 소결포트(514) 상부에 구비되는 점화기(530)를 포함한다. 이때, 소결포트(514)의 바닥은 윈드박스(518)와 연통되도록 격자 또는 매트릭스 형상 등의 그레이트바(513)가 형성될 수 있다.

소결포트(514)는 직경 250㎜, 높이 600㎜의 크기로 형성되고, 원료층의 상층부, 중층부 및 하층부가 형성되는 위치에 열전대 등과 같은 온도측정기(516)가 구비될 수 있다.

그리고 윈드박스에는 소결광이 제조되면서 발생하는 배가스가 배출되는 배기관(521)이 구비되고, 배기관에는 배가스의 배출량을 조절하는 밸브(524)가 구비되고, 밸브(524) 전단에는 배가스의 유속을 측정하기 위한 부압계(522)가 구비될 수 있다. 또한, 윈드박스(518) 내부에는 소결포트(514)에서 배출되는 배가스의 온도를 측정하기 위한 온도측정기(520)가 구비될 수 있다.

위와 같이 구성되는 소결포트 시험기를 이용하여 소결광을 제조하고, 제조된 소결광의 생산성과 품질을 조사하였다.

소결광의 제조는 고 Al₂O₃ 철광석과 저 Al₂O₃ 극미분 철광석으로 구성되는 철광석 브리켓을 첨가한 소결광 제조용 혼합물을 소결 포트에 장입하였으며, 장입 밀도는 1.8ton/㎥ 수준으로 유지하였다. 장입 완료후 1050℃로 예열된 점화기를 소결포트 상부로 이동시켜 1분간 점화한 후 부압을 1,500㎜Aq로 하여 소결을 진행하고, 생산성과 품질을 조사하였다. 제조된 소결광의 생산성, 회수율, 회전 강도, 저온 환원 분화율(RDI) 및 환원지수는 다음의 [수학식 1] 내지 [수학식 5]에 의해 구하였으며, 소결 시간은 배가스가 최고 온도에 도달하는 시간을 기준으로 정하였다.

소결 포트 시험 결과를 [표 3]에 나타내었다.

구 분	종래	본 발명(브리켓 배합)
구 분	비교예	실시예1	실시예2	실시예3
의사입자 평균입경(㎜)	3.19	4.05	4.60	5.62
장입밀도(ton/㎥)	1.79	1.82	1.84	1.85
소결층 수축율(%)	8.0	4.2	4.0	3.5
생산성(ton/day/㎡)	26.5	30.0	31.0	32.6
소결시간(min)	28.4	24.6	24.8	23.9
회수율(%)	67.8	67.8	67.7	68.3
회전강도(%)	72.1	70.0	70.1	69.5
저온환원분화지수(%)	46.7	40.5	39.8	37.8
소결광 Al₂O₃(%)	1.83	1.75	1.79	1.84

상기 표 3에 따르면, 본 발명의 실시 예1 내지 3에 따라 제조된 소결광의 경우, 종래기술에 따라 제조된 비교예에 비하여 배합원료의 의사입자의 평균입경(3.19->4.05~5.62㎜)이 증가하고, 장입밀도(1.79->1.82~1.85ton/㎥)는 증가하였다. 이는 입자크기가 비교적 조대하고, 밀도가 높은 철광석 브리켓이 혼합됨에 따라 의사입자의 평균 입경이 증가하고, 소결광 제조용 혼합물의 장입밀도가 증가한 것이다.

또한, 실시 예1 내지 3의 경우 비교예에 비하여 소결층의 수축률(0.8 -> 3.5~4.2%)이 약 50~56% 감소하였으며, 소결시간이 현저하게 단축되어 소결 생산성(26.5t/d.m²->30.0~32.6t/d.m²)이 향상된 것을 알 수 있다. 이는 조대한 브리켓의 사용으로 원료층의 통기성 개선으로 인한 것임을 알 수 있다.

즉, 도 5를 참조하면, 비교예에 비하여 본 발명의 실시예1 내지 3의 소결광 제조용 혼합물을 이용하여 소결광을 제조할 때 소결 배가스의 온도 패턴이 앞당겨져 형성되고 있어 소결광 제조시간이 단축됨을 알 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면 비교예에 비하여 본 발명의 실시예1 내지 3의 소결광 제조용 혼합물을 이용하여 소결광을 제조할 때 소결 배가스의 유속이 현저하게 증가되는 것으로 보아 원료층 내 통기성이 향상되었음을 알 수 있다. 즉, 철광석 브리켓 입자 배합시 소성 과정 중 소결층의 수축현상을 완화시켜 소결층 통기성을 향상시키고, 소결과정 중 생성된 융액과 철광석 브리켓의 결합이 양호하여 소결 생산성 및 품질의 확보가 가능하다.

한편, 소결광의 품질 측면에서 본 발명에 의한 철광석 브리켓 배합의 경우 소결속도의 증가로 인하여 소결광의 강도(72.1% -> 69.5~70.1%)는 소폭 저하하였으나, 저온환원분화지수(46.7 -> 37.8~40.5%)가 현저히 개선되었다. 저온환원분화지수의 개선은 소결층 통기성 개선에 의한 소결속도 증가 및 냉각속도 증가로 인하여 환원분화에 악영향을 미치는 2차 헤마타이트의 생성이 감소된데 기인한다.

이하에서는 소결광 제조용 혼합물을 소결포트에 수직 편석 장입함으로써 소결생산성 및 품질의 향상에 미치는 영향에 대해서 살펴본다.

여기에서는 상기 표 1의 소결배합원료 조건에서 고 알루미나 철광석(G)을 10 중량% 배합하고, 소결배합원료의 Al₂O₃ 함량 유지를 위해 저 알루미나 철광석(H)을 13 중량% 배합한 실시 예2의 경우, 소결대차 내 소결광 제조용 혼합물의 원료층 내 수직방향으로 브리켓의 편석도를 0.5~1.5 범위로 변경하여 소결포트시험을 실시하였다. 편석도는 상층부, 중층부 및 하층부에서의 브리켓 배합량의 평균에 대해서 하층부에서 상층부의 배합량의 차이로 정의될 수 있다. 즉, 원료층 내 브리켓의 편석도는 원료층 전체 높이에 대하여 상층부(높이 400~600mm), 중층부(높이 200~400mm), 하층부(높이 200mm 이하)의 3단계로 구분하고, 하층부와 상층부의 브리켓 배합비의 차이를 전체 평균 브리켓 배합비로 나눈 값을 편석도로 정의한다.

본 발명에 의한 브리켓의 원료층 내 편석장입에 따른 소결포트시험 결과를 표 4에 나타내었다.

구 분	종래	본 발명(브리켓 배합)
구 분	비교예	실시예2-1	실시예2-2	실시예2-3	실시예2-4
브리켓 전체 평균 배합비(중량%)		21.5	21.5	21.5	21.5
상층부 브리켓 배합비(중량%)		21.5	16.1	10.8	5.4
중층부 브리켓 배합비(중량%)		21.5	21.5	21.5	21.5
하층부 브리켓 배합비(중량%)		21.5	26.9	32.3	37.6
원료층 내 브리켓 편석도			0.5	1.0	1.5
소결층 수축율(%)	8.0	4.0	4.2	4.2	3.7
생산성(ton/day/㎡)	26.5	31.0	33.8	31.8	33.0
소결시간(min)	28.4	24.8	23.7	24.7	23.6
회수율(%)	67.8	67.7	70.2	69.4	68.4
회전강도(%)	72.1	70.1	71.5	70.1	69.9
저온환원분화지수(%)	46.7	39.8	40.4	41.9	38.8
환원지수(%)	76.4	75.2	80.8	82.0	80.6
소결광 Al₂O₃(%)	1.83	1.79	1.81	1.79	1.81

표 4를 살펴보면, 원료층 내 브리켓 전체 평균 배합비가 21.5 중량%으로 동일한 조건에서 원료층 상층부의 브리켓 배합비는 21.5 중량%에서 5.4 중량%로 감소시키고, 하층부의 브리켓 배합비는 21.5 중량%에서 37.6 중량%로 증가시켜 소결원료층 내 수직방향으로 철광석 브리켓의 수직 편석도를 0.5~1.5 범위로 설정하였다. 이때, 브리켓 배합비가 상층부, 중층부 및 하층부에 모두 동일하게 적용되는 경우 수직 편석도는 0이다.

소결원료층 내 철광석 브리켓의 편석도가 증가할수록 소결층 수축율(4.0 -> 3.7%)은 소폭 저하하고, 소결시간(24.8 ->23.6분)이 단축되는 경향을 나타냈다. 이는 소결과정 중 소결층 내 통기 저항이 높고, 융액 생성이 많은 소결층 하층부에서의 수축율 감소 및 통기성 개선에 의한 것으로 판단된다.

이와 같이 브리켓의 편석장입에 의하여 소결 생산성과 회수율은 향상되지만, 편석도 0.5 이상에서 회수율 저하로 인해 생산성 향상 효과가 감소되었으며, 브리켓의 편석도 0.5 수준에서 최대 생산성을 나타내었다. 이는 원료층 하층부에 브리켓의 장입비율이 증가하면 상대적으로 소성열량 및 소결 융액이 감소되어 소결광 강도 및 회수율이 저하하기 때문이다.

또한, 브리켓의 원료층 내 편석장입에 의하여 소결광의 환원지수(76.4 -> 80.6~82.0%)는 현저히 증가하였다. 일반적으로 소결층 하부에서는 소성열량 과잉으로 인하여 소결광 강도는 높으나, 소결광 밀도가 높고, 기공율이 낮아 환원율이 낮은 특성을 나타낸다. 본 발명에 의한 혼합 철광석 브리켓의 하층부 편석장입에 의하여 하층부에서 열량이 과잉되는 현상이 감소하여 소결광 환원지수가 증가하게 되고, 열량이 부족한 상층부에는 분코크스를 함유하는 일반 배합원료가 상대적으로 증가하게 되어 소성 열량이 증가하게 되므로 소결광의 강도 및 회수율이 향상된다. 따라서 원료층의 수직 편석도를 0.5 내지 1.5 정도로 제어함으로써 소결층 수직방향으로 균일 소성 효과를 나타내어 소결광 생산성 및 품질의 향상이 가능하게 된다. 이때, 원료층의 하층부에 장입되는 브리켓의 중량은 소결광 제조용 혼합물의 전체 중량에 대해서 26.9중량% 내지 37.6중량% 정도가 될 수 있다.

이와 같이 본 발명에서 사용된 고 알루미나 철광석(G)과 저 알루미나 철광석(H)으로 구성되는 브리켓을 제조하여 기존 소결 배합원료와 함께 사용하면 종래 소결공정에서 사용하기 곤란한 고 알루미나 철광석과 저 알루미나 철광석을 소결 공정에서 효과적으로 활용할 수 있고, 소결원료층 내 철광석의 브리켓 편석장입을 통하여 소결 생산성 및 품질(저온환원분화율, 환원성)의 개선이 가능하다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

110 : 저장빈 120 : 선별기
130 : 조립장치 140 : 조립장치
150 : 소결기

Claims

복수의 소결 배합 원료를 마련하는 과정;
상기 복수의 소결 배합 원료 중 알루미나 함량이 3중량% 내지 4중량%인 고 알루미나 철광석과 상기 고 알루미나 철광석보다 알루미나 함량이 낮고 입자 크기가 작은 저 알루미나 철광석을 이용하여 브리켓을 제조하는 과정; 및
상기 브리켓과 나머지 소결 배합 원료를 혼합한 소결광 제조용 혼합물을 소결대차에 장입하여 소결시키는 과정;을 포함하고,
상기 소결광 제조용 혼합물을 소결대차에 장입하는 과정에서,
상기 소결대차에서 상기 소결광 제조용 혼합물에 의해 형성되는 원료층을 상층부, 중층부 및 하층부로 구분하고, 상기 하층부에 상기 브리켓의 함량을 가장 높게 장입하되, 상기 브리켓을 0.5 내지 1.5의 수직 편석도를 갖도록 상기 소결대차에 장입하는 소결광 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 소결 배합 원료는 철광석, 부원료, 반광, 고 알루미나 철광석, 저 알루미나 철광석, 연료 및 바인더를 포함하는 소결광 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 저 알루미나 철광석은 알루미나 함량이 0.05중량% 내지 0.4중량%인 소결광 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 복수의 소결 배합 원료를 마련하는 과정에서 상기 복수의 소결 배합 원료 중 고 알루미나 철광석을 4㎜ 이상의 입도를 갖는 알루미나 철광석과 4㎜ 이하의 입도를 갖는 고 알루미나 철광석으로 선별하는 과정을 포함하는 소결광 제조 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 4㎜ 이하의 입도를 갖는 고 알루미나 철광석은 상기 브리켓을 제조하는 과정에 사용되는 소결광 제조 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 철광석, 부원료, 고 알루미나 철광석, 저알루미나 철광석 및 바인더 전체 중량에 대해서 상기 고 알루미나 철광석은 5 내지 15중량% 사용되고, 상기 저 알루미나 철광석은 7 내지 20중량% 사용되는 소결광 제조 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 바인더는 상기 고 알루미나 철광석과 상기 저 알루미나 철광석의 양을 100중량%으로 할 때 2 내지 5중량% 첨가되는 소결광 제조 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 브리켓은 상기 하층부에 상기 소결광 제조용 혼합물의 전체 중량에 대해서 26.9중량% 내지 37.6중량% 장입하는 소결광 제조 방법.