KR101723446B1 - 원료처리방법 및 원료처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원료를 마련하는 과정과, 첨가제를 마련하는 과정과, 일방향으로 이동경로를 주행하는 대차의 하부에 상기 원료를 장입하는 과정과, 상기 대차의 상부에 상기 원료 및 첨가제를 혼합 또는 교차 장입하는 과정과, 상기 대차를 상기 이동경로의 점화구간 및 소결구간의 순서로 이동시키며 열처리하는 과정을 포함하는 원료처리방법 및 이에 적용되는 원료처리장치로서, 원료를 처리하는 과정에서 원료층의 상부의 냉각을 지연시켜, 처리가 완료된 원료의 품질 및 회수율을 향상시킬 수 있는 원료처리방법 및 원료처리장치가 제시된다.

Description

원료처리방법 및 원료처리장치{Raw material processing method and Raw material processing apparatus}
본 발명은 원료처리방법 및 원료처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료를 처리하는 과정에서 원료층의 상부가 냉각되는 것을 지연시켜 처리가 완료된 원료의 품질 및 회수율을 향상시킬 수 있는 원료처리방법 및 원료처리장치에 관한 것이다.
소결광은 제철소의 고로 공정에서 사용되는 주원료의 80% 이상을 차지한다. 이러한 소결광은 예를 들어 분철광석과 부원료와 석회석과 분코크스와 무연탄 등을 배합하여 소결광 배합원료로 마련하고, 이를 소결기에 장입하여 소결시킨 후에, 소성이 완료된 소결광을 배광하는 과정으로 제조된다.
한편, 소결광 배합원료의 소결 공정이 적용되는 소결기로는 일반적으로 드와이트 로이드형 소결기가 널리 사용되고 있다. 이때, 드와이트 로이드형 소결기에서 소결광 배합원료를 소결시키는 과정은 다음과 같다.
먼저, 원료호퍼에서 무한궤도로 연결되어 있는 대차의 내부에 조립된 소결광 배합원료를 장입하여 원료층을 마련한다. 다음으로, 점화로에서 원료층의 상부층을 착화시키고, 대차의 하부에서 대차의 내부를 흡인하여 상부층의 연소대를 원료층의 하부층으로 이동시키며 소결광 배합원료를 소결광으로 소결시킨다.
이러한 소결광 배합원료의 소결 과정에서 가장 중요한 것은 소결광의 품질을 높게 유지하고, 연료소비 및 점화 연료소비를 최소로 유지하면서, 소결광의 회수율 및 생산성을 극대화할 수 있는 소결광의 제조방법을 채택하는 것이다.
그러나 제조된 소결광의 30% 정도를 차지하는 상부층의 소결광은 대부분 소결에 필요한 열을 충분히 공급받지 못하여 입자의 크기가 원하는 입자의 크기 예컨대 5㎜ 보다 작다. 이는, 대차의 하부에서 대차의 내부를 흡인하여 상부층의 연소대를 하부층으로 이동시키는 과정에서, 상대적으로 차가운 외기가 상부층으로 지속적으로 유입되며 상부층을 빠르게 냉각시켜 상부층의 열량이 부족해지기 때문이다. 따라서, 상부층의 소결광은 스크린으로 체질하여 걸러낸 후 다시 소결용 배합원료의 제조에 재투입되며, 이에 소결광의 회수율이 저하되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위하여 종래에는 소결광 배합원료를 대차에 장입할 때 열원이 될 수 있는 카본 입자들을 상부층의 표층부에 더 많이 분포하도록 편석 장입을 하거나 소결광 배합원료의 전체 카본 함량을 증가시키는 방법을 사용하였다. 하지만, 편석 장입에 의한 소결광의 회수율 향상 정도는 미미한 수준이고, 소결광 배합원료의 카본 함량을 증가시키는 경우, 하부층의 열축적이 심화됨에 따라 하부층의 소결광이 과소결되어 원료층 통기성을 악화시키는 등의 문제점이 있다.
KR 10-2014-0016658 A KR 10-2015-0071386 A
본 발명은 원료층의 상부에서 고효율의 발열반응을 유도할 수 있는 원료처리방법 및 원료처리장치를 제공한다.
본 발명은 원료층의 상부에 직접적으로 열을 공급할 수 있는 원료처리방법 및 원료처리장치를 제공한다.
본 발명은 원료층의 상부의 냉각을 지연시킬 수 있는 원료처리방법 및 원료처리장치를 제공한다.
본 발명은 처리가 완료된 원료의 품질 및 회수율을 향상시킬 수 있는 원료처리방법 및 원료처리장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료처리방법은 원료를 마련하는 과정; 첨가제를 마련하는 과정; 일방향으로 이동경로를 주행하는 대차의 하부에 상기 원료를 장입하는 과정; 상기 대차의 상부에 상기 원료 및 첨가제를 장입하는 과정; 및 상기 대차를 상기 이동경로의 점화구간 및 소결구간의 순서로 이동시키며 열처리하는 과정;을 포함한다.
상기 첨가제를 마련하는 과정은, 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나의 성분을 함유하는 제1첨가물질을 준비하고, 산화철 성분을 함유하는 제2첨가물질을 준비하는 과정; 및 상기 제1첨가물질 및 제2첨가물질을 혼합하여 혼합물을 준비하고, 상기 혼합물을 괴상화하여 펠렛으로 제조하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 펠렛은 전체 중량을 기준으로 하여, 상기 산화철 성분을 70wt% 내지 80wt% 함유하고, 상기 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나를 20wt% 내지 30wt% 함유할 수 있다.
상기 펠렛은 1㎜ 내지 12㎜의 입도로 제조될 수 있다.
상기 대차의 상부에 원료 및 첨가제를 장입하는 과정은, 상기 대차의 상부에 상기 원료 및 첨가제를 혼합 장입하여 상부층을 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 대차의 상부에 원료 및 첨가제를 장입하는 과정은, 상기 대차의 상부에 상기 원료 및 첨가제를 교차 장입하여 상부층을 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 원료 및 첨가제가 임의의 순서로 적층되어 복수의 층이 되도록 상기 원료 및 첨가제를 교차 장입할 수 있다. 상기 복수의 층 중 적어도 최상부의 층이 상기 원료의 층이 되도록 상기 원료 및 첨가제를 교차 장입할 수 있다. 상기 복수의 층 중 상기 첨가제의 층이 서로 이격되는 높이에서 각각 100㎜ 이하의 두께가 되도록 상기 원료 및 첨가제를 교차 장입할 수 있다. 상기 복수의 층 중 상기 원료의 층이 서로 이격되는 높이에서 각각 200㎜ 이하의 두께가 되도록 상기 원료 및 첨가제를 교차 장입할 수 있다.
상기 대차의 상부에 원료 및 첨가제를 교차하여 장입하는 과정은, 상기 대차의 상부에 상기 첨가제를 장입하여 제1상부층을 형성하는 과정; 상기 대차의 상부에 상기 원료를 장입하여 제2상부층을 형성하는 과정; 상기 대차의 상부에 상기 첨가제를 장입하여 제3상부층을 형성하는 과정; 및 상기 대차의 상부에 상기 원료를 장입하여 표층을 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 대차의 상부에 장입되는 상기 원료 및 첨가제는 상기 상부층의 전체 중량을 기준으로 하여, 상기 원료가 70wt% 내지 80wt% 장입되고, 상기 첨가제가 20wt% 내지 30wt% 장입될 수 있다.
상기 대차의 하부에 원료를 장입하는 과정은, 상기 대차의 하부에 400㎜ 내지 500㎜의 높이로 상기 원료를 장입하여 하부층을 형성하는 과정;을 포함할 수 있다. 상기 대차의 상부에 원료 및 첨가제를 장입하는 과정은, 상기 대차의 상부에 800㎜ 내지 1000㎜의 높이로 상기 원료 및 첨가제를 혼합 또는 교차 장입하여 상부층을 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료처리장치는 일방향으로 이동경로를 주행 가능하도록 형성되고, 내부에 원료 및 첨가제가 장입되는 복수개의 대차; 상기 이동경로의 상부에 위치하는 장입부; 및 상기 장입부로부터 상기 일방향으로 이격되어 상기 이동경로의 상부에 위치하는 점화로;를 포함하고, 상기 장입부는 상기 일방향으로 서로 이격되어 상기 이동경로의 상부에 위치하는 원료 호퍼 및 첨가제 호퍼를 포함한다. 상기 원료 호퍼 및 첨가제 호퍼 각각의 하측에는 원료 슈트 및 첨가제 슈트가 각각 하향 경사지게 배치되되, 상기 원료 슈트 및 첨가제 슈트 각각의 안내면이 서로 마주보도록 배치되어 상기 원료 및 첨가제의 낙하 영역이 서로 중첩될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 원료처리장치는 일방향으로 이동경로를 주행 가능하도록 형성되고, 내부에 원료 및 첨가제가 장입되는 복수개의 대차; 상기 이동경로의 상부에 위치하는 장입부; 및 상기 장입부로부터 상기 일방향으로 이격되어 상기 이동경로의 상부에 위치하는 점화로;를 포함하고, 상기 장입부는 내부가 복수의 공간으로 수직 분할되어 상기 원료 및 첨가제가 각각 저장되는 장입 호퍼를 포함한다. 상기 장입 호퍼의 하측 개구는 제1개구 및 제2개구로 수직 분할되어 상기 원료 및 첨가제가 각각 통과되며, 상기 제1개구 및 제2개구에는 각각 호퍼게이트가 장착되며, 상기 제1개구 및 제2개구의 하측에는 장입 슈트가 하향 경사지게 배치될 수 있다.
상기 첨가제는 산화철 성분을 함유하고, 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나를 함유하는 펠렛을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 대차의 내부에 마련된 원료층의 상부 예컨대 상부층에서 고효율의 발열반응 예컨대 테르밋반응을 유도하여, 상부층에 직접적으로 열을 공급할 수 있어, 상부층의 냉각을 지연시킬 수 있다. 따라서, 처리가 완료된 원료의 품질 및 회수율을 향상시킬 수 있다.
예컨대 소결광 제조 공정에 적용되는 경우, 대차의 하부에 원료를 장입하여 하부층을 마련하고 이후, 대차의 상부에 소결광 배합원료와 펠렛을 혼합하여 장입하거나, 격층으로 교차 장입하여 상부층을 마련한다. 이때, 펠렛은 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나의 성분과 산화철 성분을 혼합하여 마련한다.
이로부터 소결광 배합원료가 소결되는 동안 상부층에서 펠렛의 테르밋반응을 유도할 수 있고, 따라서, 소정의 열량을 상부층에 직접 공급할 수 있어, 상부층의 냉각을 장시간 효과적으로 지연시킬 수 있다. 또한, 소정의 균일한 입도를 가지는 펠렛이 상부층에 혼합되거나 격층으로 교차 장입됨에 따라 상부층의 통기성이 더욱 향상될 수 있어 상부층의 소결이 더욱 원활하게 진행될 수 있다.
상기한 바에 의하여 성품 소결광의 강도가 향상될 수 있으며, 상부층에서의 소결광 회수율이 향상될 수 있다. 예컨대 종래에 약 30% 가량 발생하던 반광을 현저히 줄여주어, 상부층의 소결광 회수율이 종래보다 20% 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리장치의 장입부를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리장치를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리장치의 장입부를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 원료처리방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 원료처리방법의 첨가제를 마련하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리방법의 원료를 장입하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리방법의 원료를 장입하는 과정을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장되거나 확대될 수 있으며, 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리장치를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리장치의 장입부를 도시한 개략도이다.
먼저, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 일방향은 대차(100)가 원료(1)를 적재한 상태에서 주행하는 방향을 의미한다. 그리고 두께는 대차(100)의 내부에 복수의 층으로 적재된 원료(1) 및 첨가제(2)의 층별 두께를 의미한다. 그리고 높이는 대차(100)의 바닥면을 기준으로 하여 대차(100)의 바닥면으로부터 이에 연직하는 방향으로의 각 층의 상부면의 높이를 의미한다.
다음으로, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리장치를 설명한다.
원료처리장치는 대차(100), 제1장입부(200), 제2장입부(300), 점화로(400), 파쇄부(500), 냉각부(600), 윈드박스(700) 및 배기부(800)를 포함할 수 있다.
원료(1)는 소결광을 제조하는 소결 공정에서 원료로서 사용되는 소결광 배합원료를 포함할 수 있다. 예를 들어 소결광 배합원료는 분철광석과 부원료와 석회석과 분코크스와 무연탄 등을 혼합 및 조습하여 배합할 수 있다.
원료(1)는 대차(100)의 내부에 소정 높이로 장입되어 원료층을 형성한다. 이때, 대차(100)의 내부를 상부와 하부로 구분하여, 대차(100) 상부에 위치하는 원료층을 상부층 또는 원료의 상부층 또는 대차의 상부층이라 하고, 대차(100) 하부에 위치하는 원료층을 하부층 또는 원료의 하부층 또는 대차의 하부층이라 한다.
첨가제(2)는 산화철 성분을 함유하고, 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나를 함유하는 펠렛을 포함할 수 있다. 예를 들어, 첨가제(2)는 알루미늄-산화철 혼합펠렛 또는 마그네슘-산화철 혼합펠렛일 수 있다. 첨가제(2)는 원료의 상부층에 혼합되며, 발열반응 예컨대 테르밋반응을 이용하여 원료의 상부층에 직접 열을 공급하는 열 공급원의 역할을 한다.
상기의 테르밋반응은 산화금속과 알루미늄 사이의 각종 탈산반응을 총칭하는 용어로서, 이들 탈산반응은 모두 강렬한 발열반응이며, 생성물은 환원금속과 산화알루미늄이다. 예컨대 반응물로서 산화철의 분말과 알루미늄의 분말을 마련하고, 이들을 배합해서 가열 또는 점화하면, 탈산반응이 진행되어 철과 산화알루미늄이 생성됨과 함께 고열이 방출된다. 이때의 이론적인 발열온도는 반응물 1 몰당 3000℃ 이상이다.
원료의 상부층에 혼합되거나 격층으로 장입된 첨가제(2)는 원료의 상부층에 공급되는 열 에너지의 일부를 이용하여 테르밋반응을 유도하고, 이로부터 발생되는 열을 원료(1)의 탄소성분을 착화시키는 에너지원으로서 원료의 상부층에 다시 공급한다. 이에, 원료의 상부층은 상부층의 소결에 필요한 열에너지의 부족분을 충분히 공급받을 수 있다.
대차(100)는 일방향으로 이동경로를 주행 가능하도록 형성될 수 있고, 내부에 소정의 공간이 형성되어 상측으로 개방될 수 있으며, 개방된 상측으로 원료(1) 및 첨가제(2)가 낙하되어 내부에 장입될 수 있다. 이러한 대차(100)는 복수개 구비되어 일방향으로 연속하여 배열되되, 엔드리스 구조 예컨대 무한궤도로 연결되어, 상부측의 이동경로와 하부측의 회송경로를 형성할 수 있다.
대차(100)는 일방향으로 이동경로를 주행하며 첨가제(2)가 혼입된 원료(1)를 장입받아 일방향으로 이동시키고, 하부측의 회송경로로 진입하는 과정에서 소결된 원료(1)를 파쇄부(500)로 배광하고, 일방향의 반대방향으로 회송경로를 주행하여 상부측의 이동경로로 회차될 수 있다.
이동경로는 복수의 구간을 포함할 수 있다. 예컨대 복수의 구간은 장입구간, 점화구간 및 소결구간을 포함할 수 있다. 복수의 구간은 원료가 이동하는 방향을 기준으로 장입구간, 점화구간 및 소결구간의 순서로 연속하여 배열될 수 있다.
장입구간은 상부광(10), 원료(1) 및 첨가제(2)가 대차(100)에 적재되는 소정의 구간일 수 있고, 점화구간은 대차(100)에 적재된 원료(1)의 상부층 또는 표층이 점화되는 소정의 구간일 수 있다. 또한, 소결구간은 대차(100)에 적재된 원료(1)의 상부층 또는 표층에 착화 형성된 화염을 원료(1)의 하부층으로 이동시키며 원료(1)를 소결시키는 소정의 구간일 수 있다.
제1장입부(200)는 내부에 상부광이 저장되는 예컨대 상부광 호퍼일 수 있다. 여기서, 상부광은 제조가 완료된 소결광 중 8㎜ 내지 15㎜의 입도를 가지는 소결광을 선별하여 마련할 수 있다. 상부광은 대차(100)에 장입되는 원료(1)가 대차(100)의 바닥면을 형성하는 팰릿(Pallet) 하부의 그레이트 바(Grate Bar)로 유실되거나 그레이트 바에 부착되는 것을 방지하는 역할을 한다. 제1장입부(200)는 장입구간의 상부에 위치하여, 하측으로 상부광을 낙하 장입시키도록 형성될 수 있다.
제2장입부(300)는 장입구간의 상부에 위치하되, 일방향을 기준으로 하여 제1장입부(200)의 전방에 위치할 수 있다. 제2장입부(300)는 원료 호퍼(310), 첨가제 호퍼(320)를 포함할 수 있다. 한편, 일방향을 기준으로 하여, 첨가제 호퍼(320) 및 원료 호퍼(310)의 순서로 이격되어 위치할 수 있다.
원료 호퍼(310)는 내부에 원료(1)가 저장되는 공간이 구비되는 소정의 호퍼일 수 있고, 내부에 원료(1)를 임시 저장하는 역할을 한다. 원료 호퍼(310)의 하측 개구에는 원료(1)의 원활한 장입을 유도하는 드럼피더(311) 및 원료 슈트(312)가 구비될 수 있다. 드럼피더(311)는 원료 호퍼(310)의 하측 개구에 회전 가능하게 장착되며, 회전수를 조절하여 원료 호퍼(310)에서 절출되는 원료(1)의 양을 제어하는 역할을 한다. 원료 슈트(312)는 드럼피더(311)의 하측에서 일방향의 반대방향으로 하향 경사지도록 배치되어 경사진 상부면 예컨대 안내면을 따라 경사지게 원료(1)를 낙하시킨다. 원료 슈트(312)는 상대적으로 작은 입도의 원료(1)가 대차(100)의 상부에 적재되고, 상대적으로 큰 입도의 원료(1)가 대차(100)의 하부에 적재되도록, 원료(1)를 입도별로 수직하게 편석시켜 대차(100)에 장입하는 역할을 한다.
첨가제 호퍼(320)는 내부에 첨가제(2)가 저장되는 공간이 구비되는 소정의 호퍼일 수 있으며, 대차(100)의 내부에 첨가제(2)를 낙하 장입시키는 역할을 한다. 첨가제 호퍼(320)의 구조 및 방식에는 원료 호퍼(310)의 구조 및 방식이 적용될 수 있다. 첨가제 호퍼(320)의 하측 개구에는 드럼피더(321) 및 첨가제 슈트(322)가 구비될 수 있다. 드럼피더(321)는 첨가제 호퍼(320)의 하측 개구에 회전 가능하게 장착되며, 회전수를 조절하여 첨가제 호퍼(320)에서 절출되는 첨가제(2)의 양을 제어하는 역할을 한다. 첨가제 슈트(322)는 드럼피더(321)의 하측에서 일방향의 반대방향으로 하향 경사지도록 배치되어 경사진 상부면 예컨대 안내면을 따라 경사지게 첨가제(2)를 낙하시키는 역할을 한다.
한편, 원료 호퍼(310) 및 첨가제 호퍼(320) 각각의 하측에 각각 하향 경사지게 배치되는 원료 슈트(312) 및 첨가제 슈트(322)는 각각의 안내면이 서로 마주보고 아래가 좁아지도록 배치될 수 있다. 이로부터, 원료(1) 및 첨가제(2)의 낙하 영역 또는 낙하 경로가 대차(100)의 상측에서 서로 중첩될 수 있고, 이에, 원료(1) 및 첨가제(2)가 원활하게 혼합되며 대차(100)의 상부에 균일하게 장입될 수 있다.
상기에서는 원료 호퍼(310) 및 첨가제 호퍼(320)가 서로 이격되도록 장입구간의 상부에 위치하되, 일방향을 기준으로 첨가제 호퍼(320) 및 원료 호퍼(310)의 순서로 위치하는 장입부(300)의 구조를 예시하나, 장입부(300)는 이 외에도 다양한 구조로 변경될 수 있다.
점화로(400)는 제2장입부(300)로부터 일방향으로 이격되어 점화구간의 상부에 위치할 수 있다. 점화로(400)는 하측으로 화염을 분사하도록 형성될 수 있으며, 일방향으로 이동하는 대차(100)의 내부에 적재된 원료(1)의 상부층 또는 표층으로 화염을 공급하여 착화시키는 역할을 한다.
한편, 제2장입부(300)와 점화로(400)의 사이에는 표면고름부(미도시)가 구비될 수 있고, 표면고름부는 원료(1)의 상부층 또는 표층의 상부면에 접촉하여 이의 높이를 폭방향으로 고르게 평탄화시키도록 형성될 수 있다. 이의 구조는 다양할 수 있고, 본 발명의 실시 예에서는 이를 특정 구조로 한정하지 않는다.
파쇄부(500)는 점화구간의 반대측에서 소결구간의 외측으로 이격되어 배치될 수 있다. 소결구간을 일방향으로 통과하며 소결이 완료된 원료(1) 예컨대 소결광은 대차(100)가 하부측의 회송경로로 진입하는 과정에서 대차(100)로부터 배출되며, 파쇄부(500)는 이의 배광을 공급받아 소정의 입도로 파쇄하는 역할을 한다.
냉각부(600)는 내부에 소결광이 수용되는 공간을 가지며 파쇄부(500)의 외측으로 이격되어 배치될 수 있다. 냉각부(600)에는 소결광의 냉각을 위하여 냉매 예컨대 쿨러가스가 공급될 수 있다.
윈드박스(700)는 이동경로의 하부에 구비되되, 복수개 구비되어 일방향으로 연속하여 배열될 수 있고, 일방향으로 이동경로를 주행하는 대차(100)의 내부에 각각 연결될 수 있으며, 부압을 형성하여 대차(100)의 내부를 흡기하는 역할을 한다. 윈드박스(700)에 의하여 대차(100)의 내부에 적재된 원료(1)의 상부층에서 하부층을 향하는 방향으로 화염면이 전파되며 원료(1)가 소결될 수 있다.
배기부(800)는 배기챔버(810), 집진기(820), 송풍기(830) 및 배기구(840)를 포함할 수 있고, 강한 흡인력 예컨대 음압을 제공하여 윈드박스(700)에서 흡기되는 배가스를 외기로 배기하는 역할을 한다. 배기챔버(810)는 배가스가 통과되는 통로를 구비하며, 복수개의 윈드박스(700)에 연결될 수 있다. 집진기(820)는 배가스에 혼입되는 분진을 제거하도록 형성되어 배기챔버(810)의 끝단에 연결될 수 있으며, 송풍기(830)는 배기챔버(810)의 반대측에서 집진기(820)에 연결되어 배기챔버(810)에서 집진기(820)측으로 배가스의 흐름을 유도하는 역할을 한다. 송풍기(830)에는 배기구(840)가 연결되어 배가스를 외기로 배출하는 역할을 한다.
상기와 같이 형성되는 원료처리장치는 제2장입부(300)를 이용하여 첨가제(2) 및 원료(1)를 혼합하여 대차(100)의 상부에 함께 장입할 수 있다. 원료(1)에 혼입되는 첨가제(2)는 가열 또는 점화에 의하여 고효율로 발열반응됨에 따라, 원료의 상부층의 냉각이 지연될 수 있으며, 따라서, 상기의 원료처리장치를 이용하여 소결된 원료의 품질 및 회수율은 종래보다 향상될 수 있다.
상기에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리장치를 설명하였으나, 본 발명은 하기의 제2실시 예를 포함하여 다양한 형식으로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리장치를 도시한 개략도이며, 도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리장치의 장입부를 도시한 개략도이다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리장치를 설명한다.
원료처리장치는 대차(100), 제1장입부(200), 제2장입부(300'), 점화로(400), 파쇄부(500), 냉각부(600), 윈드박스(700) 및 배기부(800)를 포함할 수 있으며, 제2장입부(300)를 이용하여 원료층의 상부에서 고효율의 발열반응을 유도할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리장치는 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리장치와 구성이 유사하므로, 하기에서는 본 발명의 제1실시 예와 구분되는 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리장치의 특징을 중심으로 설명한다.
제2장입부(300')는 장입구간의 상부에 위치하되, 일방향을 기준으로 하여 제1장입부(200)의 전방에 위치할 수 있다. 제2장입부(300)는 장입 호퍼(310')를 포함할 수 있다.
장입 호퍼(310')는 내부에 원료(1)가 저장되는 제1공간(311') 및 첨가제(2)가 저장되는 제2공간(312')이 구비되는 소정의 호퍼일 수 있으며, 제1공간(311')과 제2공간(312')은 격벽(313')에 의하여 수직 분할될 수 있다. 장입 호퍼(310')는 대차(100)의 내부에 원료(1) 및 첨가제(2)를 낙하 장입시키는 역할을 한다.
장입 호퍼(310')의 하측 개구는 제1개구 및 제2개구로 수직 분할되어 각각 제1공간(311') 및 제2공간(312')에 연결되고, 원료(1) 및 첨가제(2)는 각각 제1개구 및 제2개구를 통과하여 하측으로 낙하될 수 있다. 장입 호퍼(310')의 제1개구 및 제2개구에는 각각의 절출량을 조절하도록 각각 제1호퍼게이트(316') 및 제2호퍼게이트(317')가 슬라이딩 가능하게 장착되어 각각의 개도를 조절할 수 있다. 이를 이용하여 대차(100)의 상부에 원료(1)와 첨가제(2)를 격층으로 교차하여 장입할 수 있다.
장입 호퍼(310')의 하측 개구에는 원료(1) 및 첨가제(2)의 장입이 용이하도록 드럼피더(314') 및 장입 슈트(315')가 구비될 수 있다. 드럼피더(314')는 장입 호퍼(310')의 하측 개구에 회전 가능하게 장착되며, 회전수를 조절하여 원료(1) 또는 첨가제(2)의 절출량을 제어한다. 장입 슈트(315')는 드럼피더(314')의 하측에서 일방향의 반대방향으로 하향 경사지도록 배치되어 원료(1) 및 첨가제(2)를 경사지게 낙하시키며, 특히, 원료(1)의 경우, 상대적으로 큰 입도의 원료(1)가 대차(100)의 하부에 적재되도록 원료(1)를 입도에 따라 수직하게 편석시켜 대차(100)에 장입하는 역할을 한다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리장치의 나머지 구성부들은 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리장치의 구성부들과 구성이 유사하므로, 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위하여, 이들 구성부의 구체적인 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 원료처리방법을 도시한 순서도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 원료처리방법의 첨가제를 마련하는 과정을 도시한 공정도이다. 또한, 도 7은 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리방법의 원료를 장입하는 과정을 도시한 공정도이다.
다음으로, 도 1, 도 2, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리방법을 설명한다. 원료처리방법은 원료를 마련하는 과정과, 첨가제를 마련하는 과정과, 일방향으로 이동경로를 주행하는 대차의 하부에 원료를 장입하는 과정과, 일방향으로 이동경로를 주행하는 대차의 상부에 원료 및 첨가제를 장입하는 과정과, 일방향으로 이동경로를 주행하는 대차를 이동경로의 점화구간 및 소결구간의 순서로 이동시키며 열처리하는 과정을 포함한다.
우선, 원료를 마련(S100)한다. 예컨대 분철광석과 부원료와 석회석과 분코크스와 무연탄 등을 혼합 및 조습하여 소정 입도의 소결광 배합원료를 마련한다.
이후, 첨가제를 마련(S200)한다. 첨가제를 마련하는 과정은, 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나의 성분을 함유하는 제1첨가물질을 준비하고, 산화철 성분을 함유하는 제2첨가물질을 준비하는 과정과, 제1첨가물질 및 제2첨가물질을 혼합하여 혼합물을 준비하고, 혼합물을 괴상화하여 펠렛으로 제조하는 과정을 포함할 수 있다.
이의 과정을 도 6에 도시하였다. 예를 들어, 제1첨가물질(21)을 제1첨가물질호퍼(22)에 마련하고, 제2첨가물질(23)을 제2첨가물질호퍼(24)에 마련한 후, 혼합기(25) 예컨대 고속교반믹서에 제1첨가물질(21)과 제2첨가물질(22)을 장입하여 균일하게 교반한다. 이어서, 균일하게 교반된 제1첨가물질(21)과 제2첨가물질(22)을 구형의 펠렛으로 괴상화하는 성형기(26) 예컨대 펠렛타이징 장치에서 펠렛으로 제조하여, 상온에서 건조시키는 과정으로 첨가제(2)를 마련할 수 있다.
이때, 제1첨가물질(21)은 알루미늄(Al) 성분 및 마그네슘(Mg) 성분 중 적어도 하나의 성분을 함유하는 금속 파우더를 포함할 수 있고, 제2첨가물질(22)은 산화철(Fe2O3) 성분을 함유하는 제철소 더스트 등의 각종 부산물을 포함할 수 있다.
상기한 과정으로 마련되는 펠렛은 전체 중량을 기준으로 하여, 산화철 성분을 70wt% 내지 80wt% 함유하고, 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나를 20wt% 내지 30wt% 함유할 수 있다. 이하에서는 알루미늄 성분을 20wt% 내지 30wt% 함유하는 펠렛을 기준으로 본 발명을 설명하나, 이의 경우에 따른 기술적 특징들은 마그네슘 성분을 20wt% 내지 30wt% 함유하는 펠렛에도 동일하게 적용될 수 있다.
펠렛에 함유된 알루미늄 성분은 산화철 성분에 결합되어 있는 산소와 반응하며 산화되고, 이에 산화철 성분이 환원되며 열이 발생된다. 이러한 반응이 완전하게 발생되도록 하는 산화철 성분과 알루미늄 성분의 중량비는 예컨대 7:3 내지 8:2 일 수 있고, 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같이 펠렛의 전체 중량을 기준으로 하여 산화철 성분을 70wt% 내지 80wt% 함유하고, 알루미늄 성분을 20wt% 내지 30wt% 함유하는 펠렛을 예시한다.
예컨대 펠렛에 함유된 산화철 성분과 알루미늄 성분이 상술한 성분 함량을 벗어하는 경우, 발열반응 시에 각 성분이 충분하게 반응하지 못하여 산화철 성분 또는 알루미늄 성분이 펠렛 내에 잔류할 수 있고, 또한, 발열반응이 충분하게 일어나지 않게 되어 발열반응에서의 반응열이 원하는 온도보다 낮아질 수 있다.
상기한 과정으로 마련되는 펠렛은 1㎜ 내지 12㎜의 입도로 제조될 수 있다. 펠렛의 입도가 상기의 수치와 같이 제조되는 이유는 다음과 같다. 펠렛은 입도가 작을수록 비표면적이 커지고, 비표면적이 커질수록 반응성이 좋아진다. 펠렛의 반응성이 클수록 효과적으로 원료의 상부층 또는 표층에 열을 공급할 수 있기 때문에, 적정 수준의 비표면적값을 유지하도록 펠렛의 입도는 12㎜ 이하의 입도로 제어될 수 있다. 한편, 펠렛의 입도가 1㎜ 미만일 경우, 원료층의 통기성을 저하시키게 되어, 펠렛은 1㎜ 이상의 입도로 제조될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 1㎜ 내지 12㎜의 입도로 제조되는 펠렛을 예시한다. 물론, 상기한 입도의 범위 외에도 펠렛은 원료의 평균 입도에 대응하는 입도로 제조될 수 있고, 예컨대 펠렛은 3㎜ 내지 5㎜의 입도로 제조될 수 있다.
원료(1) 및 첨가제(2)가 상기의 과정으로 마련되면, 이를 원료 호퍼(310) 및 첨가제 호퍼(320)에 장입하여 준비한다.
이후, 장입구간을 주행하는 대차(100)의 하부에 원료(1)를 장입(S300)하여 하부층을 형성한다. 이의 과정은 대차(100)의 하부에 상부광(10)을 장입하는 과정과, 대차(100)의 하부에 소정의 높이로 원료(1)를 장입하는 과정을 포함할 수 있고, 이의 과정을 통하여 대차(100)의 하부에 하부층(A)이 형성될 수 있다. 이때, 하부층의 높이(H1)는 400㎜ 내지 500㎜일 수 있다.
이후, 일방향으로 장입구간을 주행하는 대차(100)의 상부(B)에 원료(1) 및 첨가제(2)를 장입(S400)한다. 이의 과정은, 대차(100)의 상부에 원료(1) 및 첨가제(2)를 소정의 높이로 혼합 장입하여 상부층(B)을 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 상부층의 높이(H2)는 800㎜ 내지 1000㎜일 수 있다.
상기의 과정으로 대차(100)의 상부에 장입되는 원료(1) 및 첨가제(2)는 상부층(B)의 전체 중량을 기준으로 하여, 원료(1)가 70wt% 내지 80wt% 장입되고, 첨가제(2)가 20wt% 내지 30wt% 장입될 수 있다.
예컨대 첨가제(2)가 20wt% 미만으로 장입되는 경우, 원료의 상부층의 소결에 필요한 열원을 충분히 공급하기 어려울 수 있고, 첨가제(2)가 30wt% 를 초과하여 장입되는 경우, 후공정인 고로 공정으로 알루미나 성분이 적정 함량보다 많이 유입될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 원료(1)가 70wt% 내지 80wt% 장입되고, 첨가제(2)가 20wt% 내지 30wt% 장입되는 상부층(B)을 예시한다.
상기의 과정으로 원료의 상부층(B)에 균일하게 분산되어 혼합된 첨가제(2)는 상부층(B)이 소결되는 동안 상부층(B)의 곳곳에 다방면으로 열을 공급할 수 있고, 이에, 상부층(B)의 혼합광이 급격히 냉각되는 것을 효과적으로 지연시킬 수 있다.
이후, 일방향으로 주행하며 장입구간을 통과한 대차(100)를 이동경로의 점화구간 및 소결구간의 순서로 이동시키며 열처리(S500)한다. 예컨대 일방향으로 점화구간을 주행하는 대차(100)의 내부로 화염을 분사하여 원료(1)의 상부층(B)에 화염을 착화시킨다. 이어서, 대차(100)가 일방향으로 소결구간을 주행하는 동안 대차(100)의 내부를 흡기하여 원료(1)의 상부층(B)에 착화된 화염을 원료(1)의 하부층으로 전파시키고, 이를 이용하여 원료(1)를 연소시켜 열처리 예컨대 소결한다.
소결이 진행되는 동안, 원료층 내부의 연소대는 상부층(B)에서 하부층(A)을 향하는 방향으로 이동하기 때문에, 연소대가 지나간 상부층(B)의 소정 영역은 공기의 유입에 의하여 냉각될 수 있다. 이의 경우, 부층(B)의 열량 불균형이 발생되며 상부층(B)의 소결광의 회수율 및 강도가 저하될 수 있고, 하부층(A)에 열량이 과잉되어 환원성이 저하될 수 있다.
이를 방지하고자, 본 발명의 실시 예에서는 원료의 상부층(B)에 첨가제(2)를 혼합 장입한 후 이를 발열반응시켜 상부층(B)에 열량을 원활하게 공급할 수 있고, 이로부터 상부층(B)의 열량을 균일하게 제어할 수 있어 상부층(B)의 소결광의 회수율 및 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 첨가제(2)에 의하여 상부층(B)의 열량이 균일하게 제어될 수 있기 때문에, 첨가제(2)로부터 공급받는 열량에 해당하는 만큼, 원료층에 혼입된 고체 연료 예컨대 코크스와 무연탄의 전체 배합 비율을 줄일 수 있어, 하부층(A)의 열량 과잉을 억제 또는 방지할 수 있다.
이후, 소결이 완료된 원료 예컨대 소결광을 배광하여 소정 입도로 파쇄하고, 이를 냉각시킨다. 냉각이 완료된 소결광은 입도에 따른 선별 과정을 거쳐 고로 설비로 공급되는 소결광과, 소결광 배합원료 등으로 재사용되는 반광으로 분류될 수 있다.
한편, 상기에서는 도 1, 도 2, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리방법을 설명하였으나, 본 발명은 하기의 제2실시 예를 포함하여 다양한 형식으로 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리방법의 원료를 장입하는 과정을 도시한 공정도이다. 다음으로, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리방법을 설명한다.
원료처리방법은 원료를 마련하는 과정과, 첨가제를 마련하는 과정과, 일방향으로 이동경로를 주행하는 대차의 하부에 원료를 장입하는 과정과, 일방향으로 이동경로를 주행하는 대차의 상부에 원료 및 첨가제를 장입하는 과정과, 일방향으로 이동경로를 주행하는 대차를 이동경로의 점화구간 및 소결구간의 순서로 이동시키며 열처리하는 과정을 포함한다.
한편, 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리방법은 본 발명의 제1실시 예에 따른 원료처리방법과 구성이 유사하므로, 하기에서는 본 발명의 제1실시 예와 구분되는 본 발명의 제2실시 예에 따른 원료처리방법의 특징을 중심으로 설명한다.
우선, 원료를 마련(S100)한다. 예컨대 분철광석과 부원료와 석회석과 분코크스와 무연탄 등을 혼합 및 조습하여 소정 입도의 소결광 배합원료를 마련한다.
이후, 첨가제를 마련(S200)한다. 첨가제를 마련하는 과정은, 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나의 성분을 함유하는 제1첨가물질을 준비하고, 산화철 성분을 함유하는 제2첨가물질을 준비하는 과정과, 제1첨가물질 및 제2첨가물질을 혼합하여 혼합물을 준비하고, 혼합물을 괴상화하여 펠렛으로 제조하는 과정을 포함할 수 있다.
상기한 과정으로 마련되는 펠렛은 전체 중량을 기준으로 하여, 산화철 성분을 70wt% 내지 80wt% 함유하고, 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나를 20wt% 내지 30wt% 함유할 수 있다.
상기한 과정으로 마련되는 펠렛은 1㎜ 내지 12㎜의 입도 또는 3㎜ 내지 5㎜의 입도로 제조될 수 있다.
원료(1) 및 첨가제(2)가 상기의 과정으로 마련되면, 이를 장입 호퍼(310')의 제1공간(311') 및 제2공간(312')에 분할 장입하여 준비한다.
이후, 일방향으로 장입구간을 주행하는 대차(100)의 하부에 원료(1)를 장입(S300)한다. 이의 과정은 대차(100)의 하부에 상부광(10)을 장입하는 과정과, 대차(100)의 하부에 소정의 높이로 원료(1)를 장입하는 과정을 포함할 수 있고, 이의 과정을 통하여 대차(100)의 하부에 하부층(A)이 형성될 수 있다. 이때, 하부층의 높이(H1)는 400㎜ 내지 500㎜일 수 있다.
이후, 일방향으로 장입구간을 주행하는 대차(100)의 상부(B)에 원료(1) 및 첨가제(2)를 장입(S400)한다. 이의 과정은, 대차(100)의 상부에 원료(1) 및 첨가제(2)를 교차 장입하여 소정 높이의 상부층(B)을 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 상부층(B)의 전체 높이는 800㎜ 내지 1000㎜일 수 있다.
이때, 원료(1) 및 첨가제(2)가 임의의 순서로 적층되어 복수개의 층 예컨대 적어도 넷 이상의 층이 되도록 원료(1) 및 첨가제(2)를 격층으로 교차하여 장입할 수 있다 이때, 복수의 층 중 첨가제(2)의 층이 서로 이격되는 높이에서 각각 100㎜ 이하의 두께가 되도록 교차 장입될 수 있고, 복수의 층 중 원료(1)의 층이 200㎜ 이하의 두께가 되도록 교차 장입될 수 있다. 이에, 첨가제(2)가 원료(1)의 높이 방향으로 분산되는 위치에 각각 장입될 수 있다. 한편, 원료의 상부층(B)을 이루는 복수의 층 중 적어도 최상부의 층은 원료(1)의 층이 될 수 있으며, 이처럼 최상부의 층을 원료(1)의 층으로 함에 따라 첨가제(2)로부터 발생되는 열을 손실을 줄일 수 있다. 즉, 최상부의 층 예컨대 후술하는 표층(B4)을 형성하는 원료(1)에 의하여 첨가제(2)의 반응열이 외기로 손실되는 것을 방지할 수 있다.
대차(100)의 상부에 원료(1) 및 첨가제(2)를 교차 장입하여 상부층(B)을 형성하는 과정은, 대차(100)의 상부에 첨가제(2)를 장입하여 100㎜ 미만 또는 100㎜ 이하의 두께로 제1상부층(B1)을 형성하는 과정과, 대차(100)의 상부에 원료(1)를 장입하여 200㎜ 미만 또는 200㎜ 이하의 두께로 제2상부층(B2)을 형성하는 과정과, 대차(100)의 상부에 첨가제(2)를 장입하여 100㎜ 미만 또는 100㎜ 이하의 두께로 제3상부층(B3)을 형성하는 과정과, 대차의 상부에 900㎜ 내지 1000㎜의 높이(H6)로 원료를 장입하여 표층(B4)을 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 이의 일련의 과정을 도 8에 순차적으로 도시하였다. 이때, 표층(B4)이 소정의 두께를 가지도록 제1상부층(B1) 및 제3상부층(B3) 중 적어도 하나의 층의 두께가 100㎜ 미만일 수 있고, 또는 적어도 제2상부층(B2)의 두께가 200㎜ 미만일 수 있다.
상기한 바에 의하여 제1상부층(B1)은 600㎜ 이하의 높이(H3)로 장입될 수 있고, 제2상부층(B2)은 800㎜ 이하의 높이(H4)로 장입될 수 있으며, 제3상부층(B3)은 900㎜ 이하의 높이(H5)로 장입될 수 있고, 표층(B4)은 1000㎜ 이하의 높이(H6)로 장입될 수 있다.
상기의 과정으로 대차(100)의 상부에 장입되는 원료(1) 및 첨가제(2)는 상부층(B)의 전체 중량을 기준으로 하여, 원료(1)가 70wt% 내지 80wt% 장입되고, 첨가제(2)가 20wt% 내지 30wt% 장입될 수 있다.
이후, 일방향으로 주행하며 장입구간을 통과한 대차(100)를 이동경로의 점화구간 및 소결구간의 순서로 이동시키며 열처리(S500)한다. 예컨대 일방향으로 점화구간을 주행하는 대차(100)의 내부로 화염을 분사하여 원료(1)의 상부층(B)에 화염을 착화시킨다. 이어서, 대차(100)가 일방향으로 소결구간을 주행하는 동안 대차(100)의 내부를 흡기하여 원료의 상부층(B)에 착화된 화염을 원료의 하부층(A)으로 전파시키고, 이를 이용하여 원료(1)를 연소시켜 열처리 예컨대 소결한다. 이때, 원료의 상부층(B)에 교차 장입된 첨가제(2)는 원료의 상부층(B)을 통과하는 공기의 흐름을 방해하지 않으면서 원료층의 상부에 열을 충분히 공급할 수 있다. 이로부터, 소결광 회수율을 향상시킬 수 있고, 성품 소결광의 강도를 향상시킬 수 있다.
이후, 소결이 완료된 원료 예컨대 소결광을 배광하여 소정 입도로 파쇄하고, 이를 냉각시킨다. 냉각이 완료된 소결광은 입도에 따른 선별 과정을 거쳐 고로 설비로 공급되는 소결광과, 소결광 배합원료 등으로 재사용되는 반광으로 분류될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 원료처리장치 및 원료처리방법이 적용되는 소결광의 제조 공정에서, 원료층의 상부층(B)에 공급되는 첨가제(2) 예컨대 펠렛에 의하여 원료층의 상부층(B)에 공급될 수 있는 열량을 하기 화학식들을 참조하여 설명한다. 이때, 펠렛은 전체 중량을 기준으로 산화철(Fe2O3) 성분을 80 wt% 함유하고, 알루미늄(Al) 성분을 20 wt% 함유하는 펠렛을 기준으로 설명한다.
하기 화학식들의 계산에 사용된 전제는 다음과 같다. 펠렛은 외부와의 열출입 없이 자체에서 그대로 발열한다. 또한, 테르빗반응의 비열은 0.2 kcal/kg℃ 이고, 알루미늄의 분자량은 26.98g 이며, 산화철의 분자량은 159.69g 이다. 또한, 철의 용융에 필요한 열량(잠열)은 1538℃이고, 외부로 방출되는 방열은 화학식의 계산 과정에서 제외한다.
펠렛에 함유된 금속성분의 산화반응은 하기 [화학식1] 및 [화학식2]와 같다.
[화학식1]
2Fe(s)＋(3/2)O2(g) -> Fe2O3(s), ΔH＝－824.2kJ/mol(197.81kcal/mol)
[화학식2]
2Al(s)＋(3/2)O2(g) -> Al2O3(s), ΔH＝－1675.7kJmol(402.17kcal/mol)
이때, 하첨자 s는 고체 상태, 하첨자 g는 기체 상태를 의미하며, ΔH는 엘탈피의 변화량으로 예컨대 반응열을 의미한다.
따라서, 테르밋반응의 반응열(ΔH)은 하기 [화학식3]과 같다.
[화학식3]
2Al(s)＋Fe2O3(s) → Al2O3(s)＋2Fe(s), ΔH＝－851.5kJ/mol(204.36kcal/mol)
여기서, 펠렛의 분자량은 213.64g 이므로, 1몰(mol)당의 테르밋반응 온도는 4782.8℃에서 1538℃를 뺀 3244.8℃로서, 펠렛은 1몰당 약 3000℃의 온도로 발열반응하며 원료층의 상부에 열에너지를 공급할 것으로 예측된다.
일반적으로 소결광 제조 설비에 사용되는 에너지의 열량은 소결광 배합원료 1톤(ton)을 기준으로 한 시간에 450~500Mcal 정도가 소모되고 있으며, 테르밋반응 유도를 위한 펠렛을 원료층의 전체 중량을 기준으로 1wt% 사용하면 원료층 1톤당 약 9.6Mcal의 열원을 더 공급하는 것이 가능하다. 이때 사용되는 펠렛은 전체 원료층의 무게 예컨대 4.8 톤을 기준으로 하면 약 1wt% 내지 10wt%의 비율로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1:원료 2: 첨가제
100: 대차 200: 제1장입부
300: 제2장입부 400: 점화로
500: 파쇄부 600: 냉각부
700: 윈드박스 800: 배기부

Claims (19)

  1. 원료를 마련하는 과정;
    첨가제를 마련하는 과정;
    일방향으로 이동경로를 주행하는 대차의 하부에 상기 원료를 장입하는 과정;
    상기 대차의 상부에 상기 원료 및 첨가제를 장입하는 과정; 및
    상기 대차를 상기 이동경로의 점화구간 및 소결구간의 순서로 이동시키며 열처리하는 과정;을 포함하고,
    상기 원료는 연료가 배합된 소결광 배합원료를 포함하고,
    상기 첨가제는 산화철 성분을 함유하면서 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나를 함유하여 상기 소결광 배합원료가 소결되는 동안 테르밋반응을 유도하는 원료처리방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 첨가제를 마련하는 과정은,
    알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나의 성분을 함유하는 제1첨가물질을 준비하고, 산화철 성분을 함유하는 제2첨가물질을 준비하는 과정; 및
    상기 제1첨가물질 및 제2첨가물질을 혼합하여 혼합물을 준비하고, 상기 혼합물을 괴상화하여 펠렛으로 제조하는 과정;을 포함하는 원료처리방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 펠렛은 전체 중량을 기준으로 하여, 상기 산화철 성분을 70wt% 내지 80wt% 함유하고, 상기 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나를 20wt% 내지 30wt% 함유하는 원료처리방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 펠렛은 1㎜ 내지 12㎜의 입도로 제조되는 원료처리방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 대차의 상부에 원료 및 첨가제를 장입하는 과정은,
    상기 대차의 상부에 상기 원료 및 첨가제를 혼합 장입하여 상부층을 형성하는 과정;을 포함하는 원료처리방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 대차의 상부에 원료 및 첨가제를 장입하는 과정은,
    상기 대차의 상부에 상기 원료 및 첨가제를 교차 장입하여 상부층을 형성하는 과정;을 포함하는 원료처리방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 원료 및 첨가제가 임의의 순서로 적층되어 복수의 층이 되도록 상기 원료 및 첨가제를 교차 장입하는 원료처리방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 층 중 적어도 최상부의 층이 상기 원료의 층이 되도록 상기 원료 및 첨가제를 교차 장입하는 원료처리방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 층 중 상기 첨가제의 층이 서로 이격되는 높이에서 각각 100㎜ 이하의 두께가 되도록 상기 원료 및 첨가제를 교차 장입하는 원료처리방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 층 중 상기 원료의 층이 서로 이격되는 높이에서 각각 200㎜ 이하의 두께가 되도록 상기 원료 및 첨가제를 교차 장입하는 원료처리방법.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 대차의 상부에 원료 및 첨가제를 교차하여 장입하는 과정은,
    상기 대차의 상부에 상기 첨가제를 장입하여 제1상부층을 형성하는 과정;
    상기 대차의 상부에 상기 원료를 장입하여 제2상부층을 형성하는 과정;
    상기 대차의 상부에 상기 첨가제를 장입하여 제3상부층을 형성하는 과정; 및
    상기 대차의 상부에 상기 원료를 장입하여 표층을 형성하는 과정;을 포함하는 원료처리방법.
  12. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 대차의 상부에 장입되는 상기 원료 및 첨가제는 상기 상부층의 전체 중량을 기준으로 하여, 상기 원료가 70wt% 내지 80wt% 장입되고, 상기 첨가제가 20wt% 내지 30wt% 장입되는 원료처리방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 대차의 하부에 원료를 장입하는 과정은,
    상기 대차의 하부에 400㎜ 내지 500㎜의 높이로 상기 원료를 장입하여 하부층을 형성하는 과정;을 포함하는 원료처리방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 대차의 상부에 원료 및 첨가제를 장입하는 과정은,
    상기 대차의 상부에 800㎜ 내지 1000㎜의 높이로 상기 원료 및 첨가제를 혼합 또는 교차 장입하여 상부층을 형성하는 과정;을 포함하는 원료처리방법.
  15. 일방향으로 이동경로를 주행 가능하도록 형성되고, 내부에 원료 및 첨가제가 장입되는 복수개의 대차;
    상기 이동경로의 상부에 위치하는 장입부; 및
    상기 장입부로부터 상기 일방향으로 이격되어 상기 이동경로의 상부에 위치하는 점화로;를 포함하고,
    상기 장입부는 상기 일방향으로 서로 이격되어 상기 이동경로의 상부에 위치하는 원료 호퍼 및 첨가제 호퍼를 포함하며,
    상기 원료 호퍼는 내부에 연료가 배합된 소결광 배합원료가 저장되고,
    상기 첨가제 호퍼는 내부에 산화철 성분을 함유하면서 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나를 함유하여 상기 소결광 배합원료가 소결되는 동안 테르밋반응을 유도 가능한 첨가제가 저장되는 원료처리장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 원료 호퍼 및 첨가제 호퍼 각각의 하측에는 원료 슈트 및 첨가제 슈트가 각각 하향 경사지게 배치되되, 상기 원료 슈트 및 첨가제 슈트 각각의 안내면이 서로 마주보도록 배치되어 상기 원료 및 첨가제의 낙하 영역이 서로 중첩되는 원료처리장치.
  17. 일방향으로 이동경로를 주행 가능하도록 형성되고, 내부에 원료 및 첨가제가 장입되는 복수개의 대차;
    상기 이동경로의 상부에 위치하는 장입부; 및
    상기 장입부로부터 상기 일방향으로 이격되어 상기 이동경로의 상부에 위치하는 점화로;를 포함하고,
    상기 장입부는 내부가 복수의 공간으로 수직 분할되어 상기 원료 및 첨가제가 각각 저장되는 장입 호퍼를 포함하며,
    상기 복수의 공간은 내부에 연료가 배합된 소결광 배합원료가 저장되는 제1공간 및 산화철 성분을 함유하면서 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나를 함유하여 상기 소결광 배합원료가 소결되는 동안 테르밋반응을 유도 가능한 첨가제가 저장되는 제2공간을 포함하는 원료처리장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 장입 호퍼의 하측 개구는 제1개구 및 제2개구로 수직 분할되어 상기 원료 및 첨가제가 각각 통과되며,
    상기 제1개구 및 제2개구에는 각각 호퍼게이트가 장착되며,
    상기 제1개구 및 제2개구의 하측에는 장입 슈트가 하향 경사지게 배치되는 원료처리장치.
  19. 청구항 15 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 첨가제는 산화철 성분을 함유하고, 알루미늄 성분 및 마그네슘 성분 중 적어도 하나를 함유하는 펠렛을 포함하는 원료처리장치.
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