KR101623271B1 - 저품위탄을 이용한 소결광 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결광을 제조하는 방법으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 저품위탄을 이용한 소결광 제조방법은 저품위탄을 직경 5㎜ 이하가 되도록 파쇄하는 과정과 파쇄된 저품위탄을 반응기에 장입하고 상기 반응기 내부로 비활성 가스를 공급하여 비활성 분위기에서 상기 반응기를 회전시키면서 500 ~ 850℃의 온도로 가열하여 저품위탄을 탄화시켜 소결용 챠를 제조하는 과정과 상기 소결용 챠를 제조하는 과정에서 발생된 가스를 물에 통과시켜 가스 중에 함유된 수분 및 타르를 포함하는 수용성 부산물을 분리하여 배출시키는 부산물 배출과정 및 상기 소결용 챠를 냉각시키는 냉각과정을 포함하여, 저품위탄을 활성화시키는 단계, 활성화된 저품위탄과 분 코크스를 배합하여 소결연료를 마련하는 단계, 상기 소결연료와 분 철광석 및 부원료를 배합하여 소결원료를 마련하는 단계 및 상기 소결원료를 소결시켜 소결광을 제조하는 단계를 포함한다.

Description

저품위탄을 이용한 소결광 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING SINTERED ORE BY USING LOW-QUALITY COAL}

본 발명은 소결광을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저품위탄을 개질하여 소결원료에 혼합하여 사용함으로써, 소결광 생산 원가를 절감시킬 수 있는 저품위탄을 이용한 소결광 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로 원료로서 사용되는 소결광은 배합원료와 상부광을 고온으로 소성시켜 제조된다.

이러한 소결광을 제조하는 방법에 대해서는 "상부광 혼합장입에 의한 소결품질이 우수한 소결광 제조방법 (특허공개공보 10-2001-0019980)" 등 에서 구체적으로 공지되어 있다.

도 1는 일반적인 소결광 제조공정을 설명하기 위한 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 소결공정은 분 철광석과 부원료, 코크스(Coke)를 광석 빈(ORE BIN :10)에 저장한 후, 일정량을 절출하여 드럼 믹서(DRUM MIXER:11)에서 수분첨가 및 혼합하여 서지 호퍼(SURGE HOPPER:12)에 저장한다.

이후, 상부광 호퍼(14)를 통하여 10-15mm 입도 범위를 갖는 상부광이 50mm 두께로 소결대차(15)에 장입되어 이동되면, 상부광 호퍼(14)의 후단에 설치된 서지 호퍼(12)를 통하여 배출되는 원료가 드럼피더(13)에서 일정량의 수분이 첨가되어 배출된 배합원료는 분급 현상을 유도하기 위한 경사 플레이트(Deflector Plate, 16)을 따라 소결대차(15) 상부에 장입된다.

이와 같이, 배합원료 장입이 완료된 소결대차(15)는 소결 점화로(17)에서 고온(약 1200℃)의 불꽃으로 배합원료 상부의 코크스를 착화시키고, 메인 블로워(18)를 작동시켜 흡입력을 발생시킨다.

흡입력은 챔버(19)를 통하여 윈드박스(20)로 전달되는 것으로, 윈드박스(20)로 전달된 흡입력은 소결대차(15)의 하부를 강하게 흡입하여 대기 중의 공기가 소결대차(15)에 장입된 배합원료의 상부에서 하부로 통과하면서 고온소성에 의해 분 철광석을 괴성화하여 고로(Blast Furnace)에서 사용하기에 적합한 냉간강도 및 분율을 조정한 상태의 소결광으로 제조하게 된다.

이때, 소결대차(15)의 바닥은 소결반응에 필요한 공기가 통과될 수 있도록 화격자로 구성되며, 소결대차(15) 상부로부터 흡입된 공기는 소결대차(15) 내부에 배합원료와 함께 장입된 코크스 및 무연탄을 연소시킨다.

이와 같은, 소결공정에서 소결광의 생산성 및 품질은 소결 연료로 사용되는 코크스 및 무연탄에 의해 크게 영향을 받게 된다.

그러나, 최근 조강 생산량의 급격한 증가로 인하여 철광석 및 제철용 석탄의 수요가 증가됨에 따라, 석탄 가격 상승으로 인한 제조원가를 상승시키고, 양질의 석탄 확보가 어려워지고 있다.

일반적으로, 소결공정에 사용되는 석탄은 무연탄과 같이 흑연 발생을 쇠소화 하기 위해 휘발분이 낮고, 발열량이 높으며, 고로 내 질소 함량을 낮추기 위해 질소 함량이 낮아야 한다. 그러나, 무연탄과 같은 고품질의 석탄은 매장량이 제한적이며, 지역적으로 편중되어 있는 경향이 있다.

이에 따라, 무연탄과 같은 고품위탄을 대체하여 전체 석탄 매장량의 약 50%를 차지하는 아역청탄 및 갈탄 등 저품위탄을 소결 원료로 사용하기 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.

그러나, 이러한 저품위탄은 매장량이 풍부하며 회재의 함량이 낮고 가격이 저렴하다는 장점이 있으나, 수분이 많게는 약 60%까지 포함되어 있어 발열량이 약 4000㎉/㎏ 이하로 낮아 직접 연료로 사용되기 어려운 문제점을 가지고 있었다.

또한, 저품위탄은 휘발분 함량이 많게는 약 45% 이상으로 야드 적재시 자연발화 가능성이 매우 높아, 화재 등 안전사고를 유발하는 문제점을 가지고 있었다.

종래, 배합원료에 코크스와 무연탄을 분리하여 단계적으로 첨가함으로써, 연료의 연소속도 및 효율을 개선하여 소결광의 강도 및 회수율 저하없이 생산성을 향상시킬 수 있는 방법에 대해서는 "무연탄과 코크스 연료를 이용한 철광석 소결방법 (공개특허공보 10-2003-0035700)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.

그러나, 무연탄의 수요 증가에 따른 가격 상승으로 인하여 제조원가가 상승되는 문제점을 해결하지 못하였다.

또한, 양질의 무연탄 확보가 어려워짐에 따라, 생산되는 소결광의 품질이 저하되며, 생산성이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

특허공개공보 10-2001-0019980 (2001. 03. 15.) 공개특허공보 10-2003-0035700 (2003. 05. 09.)

본 발명은 저품위탄을 소결연로로 사용하여 소결연료 확보가 용이하며, 소결광 제조 원가를 절감시킬 수 있는 소결광 제조방법을 제공한다.

또한, 소결연료에 포함되는 무연탄의 사용량을 저감시킬 수 있는 저품위탄을 이용한 소결광 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 저품위탄을 이용한 소결광 제조방법은 소결광을 제조하는 방법으로서, 저품위탄을 직경 5㎜ 이하가 되도록 파쇄하는 과정과 파쇄된 저품위탄을 반응기에 장입하고 상기 반응기 내부로 비활성 가스를 공급하여 비활성 분위기에서 상기 반응기를 회전시키면서 500 ~ 850℃의 온도로 가열하여 저품위탄을 탄화시켜 소결용 챠를 제조하는 과정과 상기 소결용 챠를 제조하는 과정에서 발생된 가스를 물에 통과시켜 가스 중에 함유된 수분 및 타르를 포함하는 수용성 부산물을 분리하여 배출시키는 부산물 배출과정 및 상기 소결용 챠를 냉각시키는 냉각과정을 포함하여, 저품위탄을 활성화시키는 단계, 활성화된 저품위탄과 분 코크스를 배합하여 소결연료를 마련하는 단계, 상기 소결연료와 분 철광석 및 부원료를 배합하여 소결원료를 마련하는 단계 및 상기 소결원료를 소결시켜 소결광을 제조하는 단계를 포함한다.

삭제

상기 소결용 챠를 제조하는 과정은, 상기 소결용 챠에 함유된 휘발분 함량이 8wt% 이하가 될 때까지 진행되는 것이 바람직하다.

상기 저품위탄은, 아역청탄과 갈탄이 혼합된 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 소결용 챠는, 갈탄이 개질된 갈탄 챠가 50wt% 이하로 함유된 것이 바람직하다.

상기 소결연료를 마련하는 단계에서, 상기 소결용 챠의 일부는 무연탄으로 대체될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 소결광 제조시 비교적 가격이 저렴하고 물량 확보가 용이한 저품위탄을 저온탄화시켜 제조된 소결용 챠를 이용하여 소결연료 중에 포함된 고가의 무연탄을 대체함으로써, 소결광 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 아역청탄 또는 갈탄 등 저품위탄을 개질하여 소결용 챠를 제조함으로써, 소결연료 확보를 용이하게 하고 생산되는 소결광의 품질 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1는 일반적인 소결광 제조공정을 설명하기 위한 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조방법을 보여주는 순서도이며,
도 3은 소결용 챠 함량에 따른, 소결시간을 보여주는 그래프이며,
도 4는 소결용 챠 함량에 따른, 소결광 생산량을 보여주는 그래프이고,
도 5는 소결용 챠 함량에 따른, 소결광의 품질을 설명하기 위한 그래프이며,
도 6은 소결용 챠 함량에 따른, 피환원성을 보여주는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조방법을 보여주는 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저품위탄을 이용한 소결광 제조방법은 저품위탄을 활성화시키는 단계와 활성화된 저품위탄과 분 코크스를 배합하여 소결연료를 마련하는 단계와 소결연료와 분 철광석과 부원료를 배합하여 소결원료를 마련하는 단계 및 소결원료를 소결시켜 소결광을 제조하는 단계를 포함한다.

통상적으로, 저품위탄은 수분을 30% 이상함유하여, 발열량은 약 4000㎉/㎏ 이하로 낮고, 반면 휘발분 함량 및 기공률이 높아 연소속도가 무연탄과 같은 고품위탄에 비하여 연소속도가 빠르고 낮은 온도에서 연소되어 소결연로로 직접 사용이 불가능하다.

따라서, 저품위탄을 소결연료에 적합하도록 개질하기 위한 전처리가 필수적이다.

저품위탄을 활성화시키는 단계는 고품위탄에 비하여 휘발성분의 함량이 높고, 발열량이 낮으며, 질소 함량이 높은 저품위탄을 저온탄화시켜 소결연료로 사용가능하도록 활성화시키는 과정이다.

이러한, 저품위탄을 활성화시키는 단계는 저품위탄을 파쇄하는 과정과 저품위탄에 포함된 휘발분의 일부가 제거되도록 저온탄화시켜 소결용 챠(Char)를 제조하는 과정과 소결용 차 제조시 발생된 부산물을 배출시키는 부산물 배출과정 및 소결용 챠를 냉각시키는 과정을 포함한다.

파쇄하는 과정은 저온탄화시간을 단축시킬 수 있도록 저품위탄의 직경이 5㎜ 이하가 되도록 파쇄시키는 것이 바람직하다.

소결용 챠를 제조하는 과정은 파쇄된 저품위탄을 반응기에 장입시키고, 비활성 분위기에서 약 500 ~ 850℃의 온도로 가열시켜 저품위탄을 탄화시키는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 500℃ 이하로 가열시키는 경우 소결용 챠 제조시 소요되는 시간이 증가되어 생산성이 저하되며, 850℃를 초과하는 경우 저품위탄에 포함된 휘발분이 연소되어 소결용 챠를 제조할 수 없기 때문이다.

이때, 반응기는 일정속도로 회전될 수 있도록 로터리 킬른 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

이에, 반응기 내부에 장입된 저품위탄이 회전되면서 균일하게 가열되어 소결용 챠 생산시 소요되는 시간을 단축시키고, 생산된 소결용 챠의 품질을 균일하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 반응기는 내부로 비활성 가스를 공급할 수 있는 비활성 가스 공급수단을 더 포함하고, 소결용 챠를 제조하는 과정은 반응기 내부에 질소 등 비활성 가스를 공급시키면서 저품위탄을 저온탄화시키는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 저품위탄을 저온탄화시키는 과정에서 수분 및 가스 등 부산물이 발생되더라도 비활성 가스를 공급하여 반응기 내부를 비활성 분위기로 유지함으로써, 생산되는 소결용 챠의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있기 때문이다.

이러한, 소결용 챠를 제조하는 과정은 생산된 소결용 챠에 함유된 휘발분의 함량이 8wt% 이하가 되도록 저품위탄을 탄화시키는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 소결용 챠에 함유된 휘발분의 함량이 8wt%를 초과하는 경우, 발열량이 저하되어 소결원료로 사용이 불가능기 때문이다.

부산물 배출과정은 소결용 챠를 제조하는 과정에서 발생된 수분 및 가스 등 부산물을 분리하여 배출시키는 과정으로, 가스 배출시 물에 통과시켜 대기 중으로 배출시키는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 저품위탄을 저온탄화시키는 과정에서 발생된 가스에는 수분 및 타르가 포함되어 있기 때문에, 가스 중의 수분 및 타르를 제거하여 배출시킴으로써, 주변환경이 오염되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

소결원료를 마련하는 단계는 종래의 소결광 제조시 소결원료 제조방법과 동일하게 진행되되, 종래 사용되던 고가의 무연탄을 대체하여 상기와 같이, 마련된 소결용 챠로 활성화된 저품위탄을 분 코크스와 배합하여 제조한다.

즉, 종류별로 야드에 야적된분 철광석, 부원료, 코크스 및 소결용 챠를 각각 광석 빈(10)에 저장한 후, 드럼 믹서(11)로 일정량을 절출시킨 후, 수분첨가 및 혼합하여 마련된다.

상기와 같이 마련된 소결원료는 소결광을 제조하는 단계에서 서지 호퍼(12)를 통해 소결대차(15)로 장입된 후 소결되어 소결광으로 제조된다.

본 발명에서 사용된 저품위탄은 아역청탄과 갈탄이 혼합되고, 활성화된 저품위탄 즉, 소결용 챠는 갈탄이 활성화된 갈탄 챠가 50wt% 이하로 함유되는 것이 바람직하다.

[실시예]

이하 실시예를 사용하여 본 발명을 설명한다.

먼저, 일반적으로 소결공정에서 사용되는 무연탄과 아역청탄, 갈탄 및 본 발명의 실시예에 따라 제조된 아역청탄 챠와 갈탄 챠의 공업분석 및 원소분석 결과를 표 1에 나타내었다.

구분	공업분석 (wt%)			원소분석 (wt%)					발열량 (㎉/㎏)
	휘발분	Ash	고정탄소	C	H	N	S	O
무연탄	6.10	18.02	75.88	78.53	0.74	1.01	0.19	1.51	6249
아역청탄	45.95	4.44	49.64	72.3	5.49	1.41	0.12	16.24	6446
아역청탄 챠	7.79	14.31	77.90	77.63	1.87	1.59	0.27	4.53	6936
갈탄	46.34	14.20	39.47	62.0	4.57	1.28	1.02	16.93	5303
갈탄 챠	7.52	19.16	73.32	71.5	4.44	1.48	1.15	2.27	6654

표 1에 나타난 바와 같이 활성화되지 않은 아역청탄 및 갈탄과 같은 저품위탄은 휘발분의 함량이 많아 소결용 원료로 적합하지 않았으며 특히, 갈탄의 발열량은 종래 소결원료로 사용된 무연탄에 비하여 낮은 발열량을 나타내었다.

이와 같은, 저품위탄을 본 발명의 실시예에 따라, 약 700 ~ 750℃의 온도로 저온탄화시켜 활성화시킨 아역청탄 챠 및 갈탄 챠는 표 1에 나타난 바와 같이, 고정탄소 비율이 증가하면서 휘발분이 크게 감소되어 종래 사용되던 무연탄에 비하여 높은 발열량을 갖는 것을 알 수 있다.

일반적으로 소결공정에서 사용되는 소결연료는 무연탄과 분 코크스가 1:1의 무게비로 혼합된 것을 사용하기 때문에, 무연탄과 분코크스가 1:1로 배합된 표준연료와 본 발명의 실시예에 따라 제조된 소결용 챠와 분코크스를 1:1로 혼합한 소결연료를 이용하여 소결광 제조에 미치는 영향을 평가하였다.

도 3은 소결용 챠 함량에 따른, 소결시간을 보여주는 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 표준연료에 함유된 무연탄의 25 ~ 100%를 본 발명의 실시예에 따라 제조된 아역청탄 챠 또는 갈탄 챠로 대체하여 소결광을 제조하는 경우, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 소결용 챠의 사용량이 증가함에 따라 소결에 소요되는 시간이 점차 감소 됨을 알 수 있다.

이는 갈탄 또는 아역청탄으로 제조된 소결용 챠가 무연탄에 비하여 연소반응 속도가 빠르기 때문이다.

이에, 소결광 제조시간이 단축됨에 따라 소결광 생산량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

도 4는 소결용 챠 함량에 따른, 소결광 생산량을 보여주는 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 소결광 회수율은 본 발명의 실시예에 따라 활성화된 아역청탄 즉, 아역청탄 챠를 사용하는 경우, 무연탄에 비하여 증가 됨을 알 수 있으며, 활성화된 갈탄 즉, 갈탄 챠를 사용하는 경우 점차 감소되는 추세를 나타내었다.

따라서, 생산성 측면에서 소결용 챠에 함유된 갈탄 챠의 비율은 50wt% 이하인 것이 바람직하다.

도 5는 소결용 챠 함량에 따른, 소결광의 품질을 설명하기 위한 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 소결광 품질 지수 중 하나인 Tumbler Index(TI)는 아역청탄 챠의 사용량이 증가함에 따라, 표준연료에 비하여 소결광 품질이 향상됨을 알 수 있다.

반면, 무연탄을 대체하여 갈탄 챠을 사용하는 경우, 소결연료 중 포함된 갈탄 챠의 중량%가 25wt% 이하인 경우, 표준연료와 비슷한 품질수준을 유지하나, 25wt%를 초과하는 경우 품질이 저하됨을 알 수 있다.

따라서, 소결광 품질 측면에서도 소결용 챠에 함유된 갈탄 챠의 비율이 50wt% 이하인 것이 바람직하다.

도 6은 소결용 챠 함량에 따른, 피환원성을 보여주는 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 소결광 품질 지수 중 하나인 피환원성(RI)은 무연탄을 대체하는 소결용 챠의 사용량이 증가함에 따라, 표준연료에 비하여 소결광 품질이 향상됨을 알 수 있다.

상기와 같은 결과를 토대로 종래 소결연료에 사용되는 무연탄을 대체하여 저품위탄을 활성화시킨 소결용 챠를 사용하는 경우, 제조되는 소결시간이 단축시키면서 생산되는 소결광의 품질을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

또한, 무연탄과 같은 고품위탄을 대체하여 저품위탄을 활성화시킨 소결용 챠를 사용하는 경우, 소결원료 확보가 용이하며 소결광 제조원가를 감소시키고 소결광 생산량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

10: 광석 빈 11: 드럼 믹서
12: 서지 호퍼 13: 드럼피더
14: 상부광 호퍼 15: 소결대차
16: 경사 플레이트 17: 소결 점화로
18: 메인 블로워 19: 챔버
20: 윈드박스

Claims (6)

1. 소결광을 제조하는 방법으로서,
   저품위탄을 직경 5㎜ 이하가 되도록 파쇄하는 과정과 파쇄된 저품위탄을 반응기에 장입하고 상기 반응기 내부로 비활성 가스를 공급하여 비활성 분위기에서 상기 반응기를 회전시키면서 500 ~ 850℃의 온도로 가열하여 저품위탄을 탄화시켜 소결용 챠를 제조하는 과정과 상기 소결용 챠를 제조하는 과정에서 발생된 가스를 물에 통과시켜 가스 중에 함유된 수분 및 타르를 포함하는 수용성 부산물을 분리하여 배출시키는 부산물 배출과정 및 상기 소결용 챠를 냉각시키는 냉각과정을 포함하여, 저품위탄을 활성화시키는 단계;
   활성화된 저품위탄과 분 코크스를 배합하여 소결연료를 마련하는 단계;
   상기 소결연료와 분 철광석 및 부원료를 배합하여 소결원료를 마련하는 단계; 및
   상기 소결원료를 소결시켜 소결광을 제조하는 단계;를 포함하는, 저품위탄을 이용한 소결광 제조방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 소결용 챠를 제조하는 과정은,
   상기 소결용 챠에 함유된 휘발분 함량이 8wt% 이하가 될 때까지 진행되는 것을 특징으로 하는, 저품위탄을 이용한 소결광 제조방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 저품위탄은,
   아역청탄과 갈탄이 혼합된 것을 특징으로 하는, 저품위탄을 이용한 소결광 제조방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 소결용 챠는,
   갈탄이 개질된 갈탄 챠가 50wt% 이하로 함유된 것을 특징으로 하는, 저품위탄을 이용한 소결광 제조방법.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 소결연료를 마련하는 단계에서,
   상기 소결용 챠의 일부는 무연탄으로 대체된 것을 특징으로 하는, 저품위탄을 이용한 소결광 제조방법.
   

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