KR101572144B1 - 고함수율, 극미분의 제철 부산물을 이용하여 고강도 펠릿을 제조하는 방법 및 이에 의한 펠릿 - Google Patents

고함수율, 극미분의 제철 부산물을 이용하여 고강도 펠릿을 제조하는 방법 및 이에 의한 펠릿 Download PDF

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윤용철
전명길
위봉현
김영우
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Abstract

펠릿의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 펠릿이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의한 펠릿의 제조방법에 의하면 T-Fe: 45wt% 내지 75%, 수분 30wt% 내지 40wt% 를 포함하는 고함수율의 제철 부산물을 사용하여 특정 입도 및 강도가 우수한 펠릿을 제조할 수 있다. 또한, 제조된 펠릿을 제철 공정의 원료로 재사용할 수 있어 경제적이며 자원 폐기에 따른 환경오염을 억제할 수 있다.

Description

고함수율, 극미분의 제철 부산물을 이용하여 고강도 펠릿을 제조하는 방법 및 이에 의한 펠릿 {METHOD FOR MANUFACTURING A HIGH COMPRESSIVE STRENGTH PELLET BY USING IRON MAKING BYPRODUCTS THAT HAVE HIGH MOISTURE CONTENT AND FINE POWDER, AND PELLETS PRODUCED BY THE SAME}
펠릿 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
제철소에서 용선을 제조하는 방법으로는 코크스와 소결광을 사용하는 고로방식이 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 최근에는 분철광석, 분석탄을 사용하는 파이넥스 공법이 상용화되고 있다.
이러한 파이넥스 공법에서 발생한 파이넥스 슬러지는 높은 T-Fe(Total Fe)를 가지고 있어 제철 공정에서 재사용할 수 있다. 파이넥스 슬러지를 제철 공정에서 재사용하기 위하여는 특정 입도 및 압축강도를 가진 펠릿으로 제조되어야 한다. 그러나 파이넥스 슬러지는 대단히 미세한 입자이며, 탈수기에서 탈수를 하여도 함수율이 대단히 높아 파이넥스 공정에서 재사용하기 위하여 요구되는 특정 입도 및 압축강도를 가진 펠릿으로 제조되기 어렵다.
본 발명의 일 실시예는 펠릿을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 펠릿을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 펠릿은, T-Fe: 40wt% 내지 60wt% 및 수분: 3wt%이하(0%를 포함하지 않음)를 포함하되, 입도는 1mm 이상 10mm 이하일 수 있다.
또한, 상기 펠릿의 압축압축강도는 1.0kgf/p 이상일 수 있다.
또한, 상기 펠릿의 압축압축강도는, 입도가 4mm미만인 펠릿은 1.0kgf/p 내지 1.8kgf/p, 입도가 4mm 이상 7mm 미만인 펠릿은 1.8kgf/p 내지 2.7kgf/p, 및, 입도가 7mm 이상인 펠릿은 2.7kgf/p 내지 4.0kgf/p일 수 있다.
상기 펠릿은 Zn: 0.1 wt% 내지 0.7 wt%, S: 0.1 wt% 내지 0.5 wt%, 나트륨 산화물: 0.4 wt% 이하(0%를 포함하지 않음), 칼륨 산화물 0.7 wt% 이하(0%를 포함하지 않음) 및 잔부는 불순물을 더 포함할 수 있다.
상기 펠릿은 파이넥스 공정에서 발생된 제철 부산물로부터 제조된 것 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 펠릿의 제조방법은, T-Fe: 40wt% 내지 60wt%, 및, 수분: 15wt% 내지 35wt% 를 포함하는 제철 부산물을 포함하는 원료를 제공하는 단계; 상기 원료를 1차 건조하는 단계; 상기 1차 건조된 원료에 바인더를 혼합하는 단계; 상기 원료 및 바인더가 혼합된 혼합물을 펠릿화하는 단계; 및 상기 펠릿화가 완료된 펠릿을 2차 건조하는 단계;를 포함한다.
상기 바인더는 원료의 중량 대비 1wt% 내지 5wt% 첨가될 수 있다.
상기 바인더는 알루미늄 산화물 5wt% 내지 30wt% 및 실리콘 산화물 50wt% 내지 70%를 포함하는 것 일 수 있다.
상기 펠릿화하기 전 원료의 수분량은 3wt% 내지 11wt% 일 수 있다.
상기 1 차 건조하는 단계 이후 1차 건조된 원료를 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분쇄하는 단계 이후 원료의 입도는 3㎛ 이하: 40~50wt%, 100㎛이상: 10wt% 이하(0%를 포함하지 않는다), 잔부는 3㎛초과 100㎛ 미만일 수 있다.
상기 원료는, Zn: 1.5wt% 이하(0%를 포함하지 않음), S: 0.4wt% 이하(0%를 포함하지 않음), 나트륨 산화물: 0.4wt% 이하(0%를 포함하지 않음), 칼륨 산화물 1.5wt% 이하(0%를 포함하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
상기 2 차 건조하는 단계에서 펠릿은 건조기 내에서 컨베이장치에 의하여 이송되면서 연속적으로 건조되는 것 일 수 있다.
상기 2차 건조하는 단계에서 건조기의 온도는 입측으로부터 출측으로 진행할수록 상승하는 것 일 수 있다.
상기 2차 건조하는 단계에서 건조기의 온도구간을 5개의 구간으로 구성되며, 제 1 구간: 90℃ 내지 110℃, 제 2 구간: 120℃ 내지 140℃, 제 3 구간: 150℃ 내지 170℃, 제 4 구간: 160℃ 내지 180℃ 및 제 5 구간: 170℃ 내지 190℃일 수 있다.
상기 2차 건조하는 단계에서 컨베이 장치 상에 적재되는 펠릿의 적재층의 높이는 입경: 5mm미만인 펠릿은 80mm이하의 높이로 적재되며, 입경: 5mm이상인 펠릿은 100mm 이하의 높이로 적재되어 건조되는 것 일 수 있다.
상기 2차 건조하는 단계는, 체(sieve)를 이용하여 펠릿의 입도에 따라 분류하는 단계를 더 포함하는 것 일 수 있다.
상기 펠릿화 하는 단계는 원료의 5 내지 15 wt%를 펠릿타이저에 먼저 장입하여 핵을 형성한 후, 나머지 원료를 펠릿타이저에 장입하는 것 일 수 있다.
상기 제철 부산물은 파이넥스 슬러지일 수 있다.
상기 원료는 T-Fe: 45wt% 내지 75%, 수분: 10wt% 내지 30wt%를 포함하고, 잔부는 불순물인 기타 제철 부산물을 25wt% 이하 포함하고 잔부는 파이넥스 슬러지일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 극미분 특성을 가진 고함수율의 제철 부산물을 재사용하여 제철 공정에서 제철 원료로 사용할 수 있는 입도 및 압축강도를 만족하는 펠릿을 제공할 수 있다. 또한, 파이넥스 슬러지를 재사용하여 파이넥스 제조공정의 제철 원료로 사용할 수 있는 입도 및 압축강도를 만족하는 펠릿을 제공할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 %는 wt%를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 펠릿의 제조방법은, T-Fe: 50wt% 내지 65wt%, 및, 수분: 30wt% 내지 40wt% 를 포함하는 제철 부산물을 포함하는 원료를 제공하는 단계; 상기 원료를 1차 건조하는 단계; 상기 1차 건조된 원료에 바인더를 혼합하는 단계; 상기 원료 및 바인더가 혼합된 혼합물을 펠릿화하는 단계; 및 상기 펠릿화가 완료된 펠릿을 2차 건조하는 단계를 포함한다.
먼저 펠릿을 제조하기 위한 원료에 대하여 설명한다.
제철 부산물은 T-Fe를 40wt% 내지 65wt%,수분을 15wt% 내지 35wt%, 및 잔부는 불순물로 이루어진다.
또한, 상기 제철 부산물은 Zn: 1.5wt% 이하, S: 0.4wt% 이하, 나트륨 산화물: 0.4 wt% 이하, 칼륨 산화물 1.5 wt% 이하를 더 포함할 수 있다.
상기 제철 부산물은 파이넥스 슬러지일 수 있다.
또한 T-Fe: 45wt% 내지 75%, 수분: 10wt% 내지 30wt%를 포함하고, 잔부는 불순물인 기타 제철 부산물에 상기 파이넥스 슬러지를 혼합하여 원료로 사용할 수 있다. 상기 기타 제철 부산물은 원료 대비 25wt%이하일 수 있다.
상기 원료를 1차 건조한다. 1차 건조 이후 펠릿타이저에 장입하기 전의 원료의 수분량은 3wt% 내지 11wt%인 것이 바람직하다.
또한 상기 1차 건조가 완료된 후 원료에 바인더를 혼합한다. 이때 바인더의 혼합비는 원료의 중량 대비 1wt% 내지 5wt%일 수 있다.
상기 바인더의 함량이 5wt%를 초과할 경우 펠릿이 목표 입도에 도달하지 못하였음에도 더 이상의 성장이 일어나지 않는 문제점이 있다.
또한, 상기 바인더는 벤토나이트, 당밀, 시멘트 등이 사용될 수 있다. 또한, 벤토나이트, 당밀, 시멘트 등의 성분과 알루미늄 산화물 5wt% 내지 30wt% 및 실리콘 산화물 50wt% 내지 70%를 혼합하여 사용할 수 있다. 바인더의 성분을 상기와 같이 하면 수분 흡수시 바인더가 팽창하여 팽창이 완료된 이후 수분 흡수를 방지하고 압축강도를 강화시킬 수 있다.
원료에 바인더를 혼합 후 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 분쇄에 의하여 원료의 입도는 3㎛ 이하: 40~50wt%, 100㎛이상: 10wt% 이하(0%를 포함하지 않는다), 잔부는 3㎛초과 100㎛ 미만인 것이 바람직하다.
100㎛ 이상의 입도를 가지는 원료가 존재하면 펠렛의 핵의 형성에 유리하지만, 10wt%를 초과할 경우 압축강도 저하가 발생할 수 있다.
3㎛ 이하의 입도가 40wt% 미만일 경우 압축강도가 저하되며, 50wt% 초과일 경우 핵 형성 시간이 길어지는 문제점이 발생할 수 있다.
분쇄가 완료되면 이를 펠릿타이저(pelletizer)에 장입하여 펠릿화 한다.
이때, 펠릿타이저에는 원료의 일부분을 먼저 장입하여 핵을 형성한 후 나머지 원료를 펠릿타이저에 장입하여 펠릿화시킬 수 있다. 바람직하게는 원료의 50wt% 이하를 먼저 장입할 수 있다. 펠릿화 초기부터 전량을 장입하여 펠릿화 시킬 경우 핵의 형성이 어렵고 압축강도가 저하된다.
펠릿화가 완료된 이후 제조된 펠릿을 2차 건조한다.
상기 2 차 건조단계는 컨베이장치에 의하여 이송되면서 건조기 내에서 열풍에 의하여 연속적으로 건조되는 방식일 수 있다.
또한, 건조기의 온도는 입측으로부터 출측으로 진행할수록 상승하도록 할 수 있다.
또한, 건조기의 온도구간을 5개의 구간으로 구성하여, 제 1 구간: 90℃ 내지 110℃, 제 2 구간: 120℃ 내지 140℃, 제 3 구간: 150℃ 내지 170℃, 제 4 구간: 160℃ 내지 180℃ 및 제 5 구간: 170℃ 내지 190℃으로 할 수 있다. 이때, 건조기의 입측에서부터 출측으로 제 1 구간, 제 2 구간, 제 3 구간, 제 4 구간, 제5구간 순서이다. 온도범위를 다수개의 구간에 따라 달리함으로써, 2차 건조시 펠릿이 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 다수개의 구간은 히터의 온도를 달리 설정함으로써 구현할 수 있다.
또한, 컨베이장치 상에 적재되는 펠릿 적재층의 높이는, 입경 1mm이상 5mm미만인 펠릿은 80mm 이하의 높이로, 입경 5mm이상인 펠릿은 100mm 이하의 높이로 적재되어 건조될 수 있다. 적재층의 높이를 상기와 같이 유지할 경우 바닥층까지 수분이 2wt%이하로 건조될 수 있다.
또한, 펠릿타이저에 의하여 제조된 펠릿은 다양한 입경을 가지는 펠릿이 혼합되어 있으므로, 입경별로 적재층의 높이를 달리하기 위하여 체(sieve)를 사용하여 5mm 미만인 입경을 가지는 펠릿과 5mm 이상의 입경을 가지는 펠릿을 분류하여 적재할 수 있다.
상기 기재의 펠릿 제조방법에 의하여 하기와 같은 일 실시예에 따른 펠릿이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 펠릿은 T-Fe: 40wt% 내지 60wt% 및 수분: 3wt%이하(0%를 포함하지 않음)를 포함한다. 또한, 상기 펠릿은 Zn: 0.1 wt% 내지 0.7 wt%, S: 0.1 wt% 내지 0.5 wt%, 나트륨 산화물: 0.4 wt% 이하(0%를 포함하지 않음), 칼륨 산화물 0.7 wt% 이하(0%를 포함하지 않음)를 더 포함하며, 잔부는 불순물 일 수 있다.
상기 펠릿의 압축압축강도는 1.0kgf/p 이상일 수 있다.
또한, 상기 펠릿의 압축압축강도는, 입도가 4mm미만인 펠릿은 1.0kgf/p 내지 1.8kgf/p, 입도가 4mm 이상 7mm 미만인 펠릿은 1.8kgf/p 내지 2.7kgf/p, 및, 입도가 7mm 이상인 펠릿은 2.7kgf/p 내지 4.0kgf/p일 수 있다.
이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예1]
파이넥스 슬러지 100% (원료1)에 바인더의 혼합량을 달리하여 펠릿을 제조하여 그 결과를 표1에 나타내었다.
또한, 파이넥스 슬러지 85wt% 및 기타 표1과 같은 성분의 제철 부산물을 15wt% 혼합한 것을 원료2로 하여 동일한 실험을 하였다.
바인더는 Al2O3: 15wt%, SiO2: 60wt% 잔부로 벤토나이트가 사용되었다.
파이넥스 슬러지의 성분은 표2와 같다.
바인더(wt%) 핵형성 입도 압축강도
0.5 X X X
3 O O O
6 O X X
* 입도 항목에서 펠릿의 입도가 1mm 이상으로 형성된 것을 O 으로 표시하였고, 압축강도 항목에서 펠릿의 압축강도가 1.0kgf/p 이상인 것을 O 으로 표시하였다.
구분 T-Fe Zn S Na2O K2O 수분
파이넥스
슬러지		 58.71 0.11 0.25 0.01 0.02 35
기타 제철부산물 65.05 5.21 0.10 0.39 2.28 22.40
* 각각의 슬러지 및 기타 제철부산물에는 칼슘산화물, 탄소 등의 불순물 성분이 잔부로 포함되어 있다.
표1에서, 바인더의 첨가량이 1% 미만인 경우 점결성이 약해져서 핵이 형성되지 않아 펠릿이 제조 되지 않은 것으로 파악되었다. 또한, 바인더의 첨가량이 5% 초과인 경우 목표하는 입도에 도달하지 못하였음에도 더 이상의 펠릿 성장이 일어나지 않았다.
또한, 원료2 및 원료3 에 대한 실험 결과도 표1과 동일하였다.
[실시예2]
실시예1과 동일한 원료1, 2, 3 및 바인더 3wt%조건에서 펠릿타이저 장입시 원료 전량을 투입한 경우와 원료의 30wt%를 먼저 투입하여 핵을 형성한 후 나머지 원료를 투입하는 경우로 나누어 실험하였다.
원료의 30wt%만을 먼저 투입한 경우는 수분량 2wt% 미만, 압축강도 1.0kgf/p 이상인 펠릿이 제조되었으나, 원료 전량을 펠릿타이저에 투입한 경우에는 핵형성이 제대로 되지 않았고, 압축강도가 1.0kgf/p 이상인 조건을 만족하지 못 하였다.
[실시예3]
실시예1과 동일한 원료1에 펠릿타이저에 장입 전의 원료의 수분량을 달리하여 펠릿으로 제조하였다.
함수분(wt%) 핵형성 압축강도
1 X X
5 O O
15 O X
*압축강도 항목에서 펠릿의 압축강도가 1.0kgf/p 이상인 것을 O 으로 표시하였다.
표3에서, 수분량 1wt%인 원료를 펠릿타이저에 장입한 경우 핵이 형성되지 않아 원하는 입도와 압축강도를 가진 펠릿이 제조되지 않았고, 수분량 15wt% 인 원료를 펠릿타이저에 장입한 경우 필요로 하는 압축강도의 펠릿이 제조되지 않았다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. T-Fe: 40wt% 내지 60wt%, 및, 수분: 15wt% 내지 35wt% 를 포함하는 제철 부산물을 포함하는 원료를 제공하는 단계;
    상기 원료를 1차 건조하는 단계;
    상기 1차 건조된 원료에 바인더를 혼합하는 단계;
    상기 원료 및 바인더가 혼합된 혼합물을 펠릿화하는 단계; 및
    상기 펠릿화가 완료된 펠릿을 2차 건조하는 단계;를 포함하되,
    상기 펠릿화하는 단계는 원료의 50wt% 이하를 펠릿타이저에 먼저 장입하여 핵을 형성한 후, 나머지 원료를 펠릿타이저에 장입하는 펠릿 제조방법이되,
    상기 바인더는 원료의 중량 대비 1wt% 이상 및 3wt% 이하 첨가되고,
    상기 펠릿화하기 전 원료의 수분량은 3wt% 이상 및 10wt% 미만이고,
    상기 제조된 펠릿에서,
    입도가 4mm미만인 펠릿은 1.0kgf/p 내지 1.8kgf/p 인 압축강도를 가지고,
    입도가 4mm 이상 7mm 미만인 펠릿은 1.8kgf/p 내지 2.7kgf/p 인 압축강도를 가지고,
    입도가 7mm 이상인 펠릿은 2.7kgf/p 내지 4.0kgf/p인 압축강도를 가지고,
    상기 1차 건조하는 단계 이후 1차 건조된 원료를 분쇄하는 단계를 더 포함하고,
    상기 분쇄하는 단계 이후 원료의 입도는 3㎛ 이하: 40~50wt%, 100㎛이상: 10wt% 이하(0%를 포함하지 않는다), 잔부는 3㎛초과 100㎛ 미만이고,
    상기 2차 건조하는 단계에서 건조기의 온도는 입측으로부터 출측으로 진행할수록 상승하고,
    상기 2차 건조하는 단계에서 건조기의 온도구간을 5개의 구간으로 구성되며, 제 1 구간: 90℃ 내지 110℃, 제 2 구간: 120℃ 내지 140℃, 제 3 구간: 150℃ 내지 170℃, 제 4 구간: 160℃ 내지 180℃ 및 제 5구간: 170℃ 내지 190℃이며,
    상기 2차 건조하는 단계에서 컨베이장치 상에 적재되는 펠릿의 적재층의 높이는 입경 5mm미만인 펠릿은 80mm이하의 높이로 , 입경 5mm이상인 펠릿은 100mm 이하의 높이로 적재되어 건조되고,
    상기 2차 건조하는 단계는, 체(sieve)를 이용하여 펠릿의 입도에 따라 분류하는 단계를 더 포함하는 펠릿 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 바인더는 알루미늄 산화물 5wt% 내지 30wt% 및 실리콘 산화물 50wt% 내지 70%를 포함하는 펠릿 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 원료는, Zn: 1.5wt% 이하(0%를 포함하지 않음), S: 0.4wt% 이하(0%를 포함하지 않음), 나트륨 산화물: 0.4wt% 이하(0%를 포함하지 않음), 칼륨 산화물 1.5wt% 이하(0%를 포함하지 않음)를 더 포함하는 펠릿 제조방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 2 차 건조하는 단계에서 펠릿은 건조기 내에서 컨베이장치에 의하여 이송되면서 연속적으로 건조되는 펠릿 제조방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 6 항, 제8항, 제12항, 및 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제철 부산물은 파이넥스 슬러지인 펠릿 제조방법.
  20. 제 6 항, 제8항, 제12항, 및 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 원료는 T-Fe: 45wt% 내지 75%, 수분: 10wt% 내지 30wt%를 포함하고, 잔부는 불순물인 기타 제철 부산물을 25wt% 이하 포함하고 잔부는 파이넥스 슬러지인 펠릿의 제조방법.
KR1020140112634A 2014-08-27 2014-08-27 고함수율, 극미분의 제철 부산물을 이용하여 고강도 펠릿을 제조하는 방법 및 이에 의한 펠릿 KR101572144B1 (ko)

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