KR101744733B1 - 고품위 단광 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고품위 단광의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 산화철과 CF(Crush Ferric: 습식 스케일)의 적절한 혼합비율을 통해 품위 85% 이상이며 제품 회수율이 높은 고품위 단광을 제공하는 한편, 이러한 고품위 단광을 저렴한 설비비용으로 대량 생산할 수 있도록 하는 단광 제조방법을 제공하기 위한 것으로서, 산화철로부터 미분과 기타 비금속 이물질을 제거하여 품위 93% 이상의 산화철을 얻은 후, 품위 93% 이상의 상기 산화철과 품위 85% 이상의 CF를 혼합하는 원료 준비 단계(S10)와; 상기 원료 준비 단계(S10)에서 준비한 원료를 이송장치로써 이송시키며, 계량 호퍼로 원료를 계량하여 믹서기에 투입하는 원료 공급 단계(S20)와; 상기 원료 공급 단계(S10)와 병행되는 것으로, 바인더를 이송장치로써 이송시키며, 계량 호퍼로 바인더를 계량하여 믹서기에 투입하는 바인더 공급 단계(S30)와; 투입된 분말상의 원료와 액상의 바인더를 혼합하는 혼합 단계(S40)와; 혼합된 원료와 바인더를 성형기로 직육면체 형상의 단광으로 가압 성형하는 성형 단계(S50)로 구성되어, 고품위 단광에 대한 생산성을 크게 향상시키는 한편, 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있도록 하는 것이다.

Description

고품위 단광 제조방법{Method for producing high grade iron briquet}

본 발명은 고품위 단광 제조방법에 관한 것으로서 특히, 산화철과 CF(Crush Ferric: 습식 스케일)의 적절한 혼합비율을 통해 품위 85% 이상이며 제품 회수율이 높은 고품위 단광을 저렴한 설비비용으로 대량 생산할 수 있도록 하는 단광 제조방법을 제공하기 위한 것으로써, 변형 또는 파손이나 이로 인한 분진의 발생이 없는 매끄럽고 강도 높은 고품위 단광을 대량 생산할 수 있어 생산성을 크게 향상시키는 한편, 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있는 것이다.

일반적으로 단광(團鑛)이란 분광석, 즉 산화철을 제련에 적합하도록 덩어리 상태로 상온에서 굳힌 것을 지칭한다.

최근 부유 선광법이 널리 응용되게 되어, 정광(精鑛)은 미세한 분말의 산화철 형태로 얻어지는 경우가 많으며, 산화철을 용광로에 그대로 넣는 것은 일반적으로 부적당하고, 덩어리 상태, 즉 단광의 상태로 넣는 것이 바람직하다.

이와 같이 산화철을 단광으로 하는 데 사용되는 단광법은 대부분의 경우 점결제, 즉 바인더(binder)와 적당량의 수분을 조합하여 압착해서 압출 하거나(압착 단광법), 쳐서 굳히기(스탬프식 단광법) 때문에 상온에서 공정이 이루어진다.

또한, 단광에 강도를 주기 위해서 연속 가열 건조하거나, 고압 수증기 가열을 하는 경우도 있다.

이와 같은 공정을 통해 생산되는 단광은 철에 대한 품위에 따라 80% 이상의 고품위, 70% 이상의 중품위, 그리고 60% 이상의 저품위로 구분되어, 용도에 따라 적절한 품위의 단광이 사용되고 있다.

그러나, 종래에는 품위 80% 이상인 고품위 단광을 생산하기에 적합한 바인더의 개발이 이루어지지 않아 고품위 단광의 생산이 매우 어려웠다.

이는 원료인 분광과 바인더의 비중 및 입도 성형율이 대략 30% 미만에 그쳐 단광의 모양이 제대로 나오지 않을 뿐 아니라 소망하는 강도의 단광을 얻을 수도 없었기 때문이다.

이러한 문제점은 매끄럽지 못한 단광 표면 및 낮은 강도로 나타나며, 특히 반복적인 이동이나 상차 적재 시 단광이 쉽게 깨지는 현상이 빈번하게 발생하게 됨으로써, 단광의 가치를 떨어트리게 되는 원인이 되고 있다.

이에 본 출원인은 국내 등록특허 제10-1419456호를 통해 고품위 단광의 생산에 적합한 바인더를 개발하였으나, 단순히 바인더만을 개발하는 것으로 품위 85% 이상의 고품위 단광을 제조하는 데에는 한계가 있었다.

즉, 단순히 바인더의 혼합비율을 증대시킬 경우 소망하는 강도의 단광을 얻을 수는 있으나, 단광의 품위를 80% 이상의 고품위로 유지하기 어렵고, 비교적 가격이 높은 바인더의 과용으로 인해 단광 생산비용도 현저하게 높아지게 되어 결과적으로는 단광의 생산 단가가 크게 상승한다는 문제점을 가지고 있었다.

이와는 다르게, 바인더의 혼합비율을 증대시키지 않고 소망하는 강도의 단광을 얻고자 할 경우에는, 수분 함유량, 비중, 성분, 건조시간 등의 조절로 고품위 단광을 얻을 수도 있으나, 이러한 경우에는 많은 시간과 설비 투자가 수반되어야 하기 때문에, 이 또한 단광의 생산에 바람직하지 않다는 종래 기술상의 문제점이 있었다.

국내 등록특허 제10-1419456호

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 산화철과 CF의 적절한 혼합비율을 통해 변형 또는 파손이나 이로 인한 분진의 발생이 없는 매끄럽고 강도 높은 단광을 품위 85% 이상으로 저렴하게 대량 생산할 수 있어 고품위 단광에 대한 생산성을 크게 향상시키는 한편, 고품위 단광의 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있도록 하는 고품위 단광 제조방법을 제공하고자 한다.

이러한 본 발명의 고품위 단광 제조방법은, 산화철로부터 미분과 기타 비금속 이물질을 제거하여 품위 93% 이상의 산화철을 얻은 후, 품위 93% 이상의 상기 산화철과 품위 85% 이상의 CF(Crush Ferric: 습식 스케일)를 혼합하는 원료 준비 단계와; 상기 원료 준비 단계에서 준비한 원료를 이송장치로써 이송시키며, 계량 호퍼로 원료를 계량하여 믹서기에 투입하는 원료 공급 단계와; 상기 원료 공급 단계와 병행되는 것으로, 바인더를 이송장치로써 이송시키며, 계량 호퍼로 바인더를 계량하여 믹서기에 투입하는 바인더 공급 단계와; 투입된 분말상의 원료와 액상의 바인더를 혼합하는 혼합 단계와; 혼합된 원료와 바인더를 성형기로 직육면체 형상의 단광으로 가압 성형하는 성형 단계로 구성함으로써 달성된다.

이때, 상기 원료 준비 단계에서 품위 93% 이상의 상기 산화철과 품위 85% 이상의 상기 CF의 혼합 중량비는 6:4~5:5인 것이 양호하다.

이와 함께, 상기 원료 공급 단계에서 투입되는 상기 원료와 상기 바인더 공급 단계에서 투입되는 상기 바인더의 투입 중량비는 99:1~95:5인 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 원료 공급 단계의 이송장치는 폭 1m 이상이며 길이 25m 이상의 벨트 컨베이어로 이루어져, 밀집된 원료를 풀어주는 것이 좋다.

마지막으로, 상기 성형 단계의 성형기에는 가로ㅧ세로ㅧ높이가 4.2mmㅧ4.2mmㅧ3.2mm에 ㅁ2mm의 오차범위를 갖는 다수의 포켓이 2~5mm 간격으로 다수 형성되어 있는 것이 가장 바람직하다.

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이상과 같은 본 발명은 산화철과 CF의 적절한 혼합비율을 통해 변형 또는 파손이나 이로 인한 분진의 발생이 없는 매끄럽고 강도 높은 단광을 품위 85% 이상으로 저렴하게 대량 생산할 수 있어 고품위 단광에 대한 생산성을 크게 향상시키는 한편, 고품위 단광의 시장 경쟁력을 극대화시킬 수 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 고품위 단광 제조방법을 도시하는 개략적인 공정도,
도 2는 산화철과 CF의 혼합비에 따른 성분 분석표,

도 1은 본 발명의 고품위 단광 제조방법을 도시하는 개략적인 공정도이다.

본 발명의 고품위 단광 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 원료 준비 단계(S10), 원료 공급 단계(S20) 및 바인더 공급 단계(S30), 혼합 단계(S40), 그리고 성형 단계(S50)로 이루어지되, 상기 원료 준비 단계(S10)에서 높은 품위의 산화철을 선별한 후, 산화철과 CF(Crush Ferric: 습식 스케일)를 적절한 비율로 혼합하는 것과, 상기 원료 공급 단계(S20)를 통한 원료와 상기 바인더 공급 단계(S30)를 통한 바인더를 최적의 비율로 혼합하여 단광을 제조하는 것에 그 기술상의 가장 큰 특징이 있는 것이다.

우선, 본 발명에 있어서 "품위(品位, grade)"란 광석 중에서 유용원소의 함유량을 말하는 것으로, 지금(地金)의 순도를 지칭하며, 100에서 불순물의 수치를 빼는 방법으로 나타낸다.

따라서 철광석을 대상으로 하는 본 발명에 있어서 품위란 철에 대한 품위를 나타내는 것으로, 이하에서는 간단히 품위라 지칭할 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 고품위 단광 제조방법은 도 1에 도시한 바와 같이, 산화철로부터 미분과 기타 비금속 이물질을 제거하여 품위 93% 이상의 산화철을 얻은 후, 품위 93% 이상의 상기 산화철과 품위 85% 이상의 CF를 혼합하는 원료 준비 단계(S10)와; 상기 원료 준비 단계(S10)에서 준비한 원료를 이송장치로써 이송시키며, 계량 호퍼로 원료를 계량하여 믹서기에 투입하는 원료 공급 단계(S20)와; 상기 원료 공급 단계(S10)와 병행되는 것으로, 바인더를 이송장치로써 이송시키며, 계량 호퍼로 바인더를 계량하여 믹서기에 투입하는 바인더 공급 단계(S30)와; 투입된 분말상의 원료와 액상의 바인더를 혼합하는 혼합 단계(S40)와; 혼합된 원료와 바인더를 성형기로 직육면체 형상의 단광으로 가압 성형하는 성형 단계(S50)로 구성되는 것이 바람직하다.

우선, 상기 원료 준비 단계(S10)에서는 품위 약 90~92%의 산화철, 바람직하게는 산화철을 준비한 후, 스크린 선별 작업을 실시함으로써 산화철로부터 소량의 미분 부분과 기타 비금속 이물질을 제거하게 된다.

이러한 선별 작업을 통해, 품위 약 90~92%의 산화철은 철의 함유량이 약 1~2% 상승하여 품위 약 93% 이상의 고품위 산화철을 얻을 수 있게 된다.

이와 함께, 품위 약 85% 이상이며 수분 함유량 약 3% 미만의 CF를 별도로 준비한다.

이후, 준비된 품위 약 93% 이상의 상기 산화철과 품위 약 85% 이상의 CF를 혼합하게 되는 것이다.

이와 같이 단광의 원료로 서로 다른 품위의 산화철과 CF를 혼합하여 준비하는 이유는, 단일 원료를 사용할 경우 입자가 균일하고 자체 강도 즉, 탄소 함유량이 높아 성형 시 단광의 성형이 원활하지 않으며, 또한 단광의 전체 강도가 소망하는 수준에 미치지 못하기 때문에 단광의 생산 시는 물론 이송 시 쉽게 깨지는 현상이 빈번하게 발생하기 때문이다.

따라서, 본 발명에 있어서는 서로 다른 품위, 보다 바람직하게는 품위 약 93% 이상의 산화철과 품위 약 85% 이상의 CF를 혼합한 원료를 사용하는 것에 기술적인 특징이 있는 것이다.

특히, 본 출원인의 반복적인 시험 결과, 상기 원료 준비 단계(S10)에서 품위 93% 이상의 상기 산화철과 품위 85% 이상의 상기 CF의 혼합 중량비는 6:4~5:5인 것이 가장 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

다음으로, 원료 공급 단계(S20)에서는 상기 원료 준비 단계(S10)를 통해 준비한 원료를 이송시키는 한편, 믹서기에 원료를 정량적으로 계량하여 투입하는 역할을 하게 된다.

이를 위해, 상기 원료 공급 단계(S20)에는 원료를 이송시키기 위한 이송장치와 원료를 계량하기 위한 계량 호퍼가 마련되어 있다.

이러한 상기 원료 공급 단계(S20)에 마련되는 이송장치는 폭 대략 1m 이상이며 길이 대략 25m 이상의 벨트 컨베이어를 포함하는 것이 양호하다.

이와 같이 이송장치로 사용되는 벨트 컨베이어의 폭을 대략 1m 이상으로 비교적 넓게 설정하는 것은 원료를 넓고 일정하게 펴서 이송시키기 위함이며, 길이를 대략 25m 이상으로 길게 설정하는 것은 원료의 이송 시간을 비교적 길게 하여, 원료의 이송 중 밀집되어 있는 원료를 고르게 풀어주게 됨으로써, 이후 공정에서 미량의 수분과 바인더 혼합 시 혼합이 보다 원활하게 이루어지도록 하기 위함이다.

또한, 상기 원료 공급 단계(S20)에 마련되는 계량 호퍼는 원료를 정량적으로 정확하게 계량하여 믹싱기에 투입하기 위한 것으로 주지의 구성이다.

추가적으로, 상기 원료 공급 단계(S20)에는 혼합된 원료가 들어있는 원료 호퍼와 계량 호퍼 사이에 원료를 일시적으로 저장할 수 있는 최대 적재용량 약 45톤 규모의 사일로가 마련될 수 있다.

이에 따라, 상기 원료 공급 단계(S20)에는 원료 호퍼와 사일로 사이 및 상기 사일로와 계량 호퍼 사이에 각각 1대씩 최소 2대 이상의 벨트 컨베이어가 마련될 수 있는 것이다.

다음으로 바인더 공급 단계(S30)는 상술한 원료 공급 단계(S20)와 병행하여 수행되는 것으로, 준비된 바인더를 이송장치로써 이송시키며, 계량 호퍼로 바인더를 계량하여 믹서기에 투입하는 역할을 한다.

이때, 상기 바인더로는 본 출원인에 의한 국내 등록특허공보 제10-1419456호에 따라 제조된 바인더를 준비하는 것이 바람직하며, 이와 같이 준비된 바인더는 별도의 이송장치를 통해 바인더 보관 호퍼에 저장된다.

이러한 바인더 보관 호퍼는 자중에 의해 계량 호퍼로 바인더가 공급될 수 있도록, 계량 호퍼의 상측에 마련되는 것이 양호하다.

그리고, 상기 바인더 공급 단계(S30)에 마련되는 계량 호퍼에는 스크루 벨트를 구비하고 있어 바인더 투입 시 바인더가 서로 뭉치는 것을 방지하는 한편, 미분 발생량을 최소화하여 바인더의 손실을 줄이고 정량적으로 투입할 수 있도록 하는 것이 좋다.

특히, 본 발명에 있어서, 상기 원료 공급 단계(S20)에서 투입되는 상기 원료와 상기 바인더 공급 단계(S30)에서 투입되는 상기 바인더의 투입 중량비는 99:1~95:5인 것이 가장 바람직하다는 것을 본 출원인의 반복적인 시험을 통해 알 수 있었다.

다음으로 혼합 단계(S40)에서는 투입된 분말상의 원료와 액상의 바인더를 믹서기를 통해 혼합하게 된다.

이러한 혼합 단계(S40)에서는 원료와 바인더의 혼합 시간이 중요하다.

혼합 시간이 길어질 경우, 믹서기 내의 열기로 인하여 수분이 발생하게 되며, 이로 인해 수분의 과다로 양생을 하더라도 단광의 품위가 떨어지는 결과를 낳는다.

이뿐 아니라, 단광이 많은 수분을 함유할 경우 강도도 떨어지며 공극이 생겨 쉽게 깨지는 현상까지 발생하게 된다.

따라서, 상기 혼합 단계(S40)에서는 원료와 바인더가 고르게 혼합될 수 있는 적정 시간 동안 혼합을 실시하는 것이 좋다.

마지막으로, 성형 단계(S50)에서는 상기 혼합 단계(S40)를 통하여 혼합된 원료와 바인더를 성형기를 이용하여 직육면체 형상의 단광으로 가압 성형하게 된다.

이때, 상기 성형기에는 가로×세로×높이가 4.2mm×4.2mm×3.2mm에 ±2mm의 오차범위를 갖는 다수의 포켓이 1~10mm 간격, 보다 바람직하게는 2~5mm 간격으로 다수 형성되어 있는 것이 적절하다.

이러한 단광의 크기 또한 중요하며, 만약 단광의 크기가 너무 클 경우 압축 강도가 낮아지기 쉬우므로 단광으로써의 가치가 떨어지며, 반대로 단광의 크기가 너무 작을 경우 사용 용도에 맞추기 어려울 뿐 아니라 이후 용광로에 투입 시 단광이 날리는 결과를 낳는다.

따라서, 본 발명에 있어서는 단광의 개당 평균 무게가 대략 250g, 그리고 비중 대략 4.5가 가장 적당할 것이다.

이와 같은 성형 단계(S50) 이후에는 성형된 단광에 대하여 양생을 실시하는 양생 단계(S60)가 이어질 수도 있다.

본 출원인은 본 발명의 고품위 단광 제조방법을 통하여 제조된 단광을 검증하기 위하여, 원료 공급 단계(S20) 및 바인더 공급 단계(S30)를 통해 각각 믹서기로 투입되는 원료와 바인더의 투입 중량비를 99:1~95:5로 유지하는 상태에서, 원료 준비 단계(S10)에서 품위 93% 이상의 산화철과 품위 85% 이상의 CF의 혼합 중량비를 다양하게 변경시키면서 단광을 제조한 후, 제조된 단광에 대하여 철에 대한 품위와 강도, 그리고 제품 회수율을 확인하였다.

그 결과, 품위 93% 이상의 산화철과 품위 85% 이상의 CF이 6:4의 중량비로 혼합되었을 때, 제조된 단광은 품위 94.80%에 강도 1,500[kg/mm²], 제품 회수율 85%로 확인되었다.

또한, 품위 93% 이상의 산화철과 품위 85% 이상의 CF이 5:5의 혼합 중량비로 혼합되었을 때, 제조된 단광은 품위 84.00%에 강도 2,000[kg/mm²], 제품 회수율 92%로 확인되었다.

즉, 높은 품위의 단광을 얻고자 할 때에는 품위 93% 이상의 산화철과 품위 85% 이상의 CF이 6:4의 중량비로 혼합되는 것이 가장 바람직하고, 단광에 대한 높은 강도와 높은 제품 회수율을 얻고자 할 때에는 품위 93% 이상의 산화철과 품위 85% 이상의 CF이 5:5의 중량비로 혼합되는 것이 가장 바람직한 것으로 확인되었다.

그리고, 본 발명의 고품위 단광은 상술한 바와 같은 본 발명의 고품위 단광 제조방법을 통해 제조된 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 본 발명의 고품위 단광 및 그 제조방법은 높은 단가의 바인더를 단순히 더 첨가하거나 또는 적절한 환경을 조성하기 위하여 많은 시간과 설비 투자 없이도, 품위 93% 이상의 산화철과 품위 85% 이상의 CF의 적절한 혼합 중량비와 함께, 원료와 바인더의 적절한 투입 중량비를 통해 품위 85% 이상의 고품위 단광을 소망하는 높은 강도를 가지면서도 빠른 시간 내에 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있다는 탁월한 이점을 지닌 것이다.

도 2에는 산화철과 CF의 혼합비에 따른 성분 분석표가 도시되어 있으며, 산화철과 CF의 혼합비에 따른 성분 분석표는 본 출원인이 3년간의 생산 조건 변화를 관찰한 것을 데이터로 표현한 것이다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명의 범위는 상기의 도면이나 실시예에 한정되지 않는다.

S10 : 원료 준비 단계 S20 : 원료 공급 단계
S30 : 바인더 공급 단계 S40 : 혼합 단계
S50 : 성형 단계 S60 : 양생 단계

Claims (6)

1. 품위 90~92%의 산화철로부터 스크린 선별 작업을 통하여 미분과 기타 비금속 이물질을 제거하여 품위 93% 이상의 산화철을 얻은 후, 품위 85% 이상이면서 수분 함유량이 3% 미만인 CF(Crush Ferric: 습식 스케일)를 준비하여, 원료 혼합을 위하여 마련되는 원료 호퍼 내부에서 품위 93% 이상의 상기 산화철과 CF의 혼합 중량비를 6:4~5:5로 혼합하는 원료 준비 단계와;
   상기 원료 준비 단계에서 준비한 원료를 폭이 1m 이상이고, 이송 중에 밀집된 원료가 풀어지도록 길이를 25m 이상이 되게 제작한 벨트 컨베이어로 이루어지는 이송장치로 이송시키며, 계량 호퍼로 원료를 계량하여 믹서기에 투입하되, 상기 원료 호퍼와 계량 호퍼 사이에 원료가 일시적으로 저장되는 45톤 용량의 사일로를 마련하여, 상기 벨트 컨베이어를 원료 호퍼와 사일로 사이 및 사일로와 계량 호퍼 사이에 각각 적어도 하나씩 설치하는 것을 특징으로 하는 원료 공급 단계와;
   상기 원료 공급 단계와 병행되는 것으로, 바인더를 이송장치로 이송시키며, 계량 호퍼로 바인더를 계량하여 믹서기에 투입하되, 상기 원료 공급 단계에서 투입되는 원료와 바인더의 중량비가 99:1~95:5가 되도록 바인더를 계량하여 믹서기에 투입하되, 상기 계량 호퍼에 스크루 벨트를 설치하여 바인더 투입시 바인더 간에 서로 뭉침 현상이 일어남을 방지하고 미분 발생량을 최소화 시켜 바인더의 손실을 줄임으로써 바인더를 정량적으로 투입하는 것을 특징으로 하는 바인더 공급 단계와;
   투입된 분말상의 원료와 액상의 바인더를 혼합하되, 혼합 과정에서 수분이 발생되는 시점의 전까지의 일정한 시간 동안만 혼합시키는 것을 특징으로 하는 혼합 단계와;
   혼합된 원료와 바인더를, 가로×세로×높이가 4.2mm×4.2mm×3.2mm에 ±2mm의 오차범위를 갖는 다수의 포켓이 2~5mm 간격으로 다수 형성되어 이루어지는 성형기를 제작하여, 직육면체 형상의 단광으로 가압 성형하는 성형 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 고품위 단광 제조방법.
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