KR101834217B1 - 원료 처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1배합 원료 및 바인더를 조립하여 조립물을 제조하는 조립기, 제2배합 원료를 장입받아 복수의 구간을 이동시키며 열처리하는 소결기, 내부에 상기 조립물을 장입받아 상기 복수의 구간 중 어느 하나의 구간에 장입하는 장입기를 포함하는 원료 처리 장치와, 제2배합 원료를 소결기에 장입하여 복수의 구간을 이동시키며 열처리하는 중에, 제1배합 원료 및 바인더를 이용하여 제조된 조립물을 상기 복수의 구간 중 어느 하나의 구간에 장입하여 열처리하는 원료 처리 방법으로서, 강도가 향상된 펠렛을 제조하면서 소결광의 품질이 저하되는 것을 억제할 수 있는 원료 처리 장치 및 방법이 제시된다.

Description

원료 처리 장치 및 방법{Raw material processing apparatus and processing method}

본 발명은 원료 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 강도가 향상된 펠렛을 제조하면서 소결광의 품질이 저하되는 것을 억제할 수 있는 원료 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

고로는 내부에 연료인 코크스와 철원료인 철광석을 장입한 후 풍구를 통하여 내부로 열풍을 불어 넣으면서, 장입된 철광석을 환원 용융시켜 용선을 생산하는 설비이다. 통상적인 고로 조업 시 고로 내부에 철광석 및 소결광과 함께 비소성 펠렛 또는 탄재 내장 브리켓과 같은 괴성광이 장입된다.

비소성 펠렛은 미분광석 또는 제철소 더스트와 슬러지를 원료로 하여 제조되는 고로 장입물로서, 고로에서 사용 가능한 상온 강도를 확보하면서 극미분의 원료를 괴상화하는데 있어, 고온의 열에서 소성하지 않고, 시멘트를 바인더로 사용하여 강도를 확보한다. 이 비소성 펠렛의 상온 강도를 고로 사용에 적합한 상온 강도로 높게 확보하기 위해서는, 비소성 펠렛의 제조 시 바인더의 사용량을 증가시켜야 하나, 이 방법으로 비소성 펠렛의 상온 강도를 확보하면 고로 장입물로서의 주요 성분인 철 성분의 함량이 감소하게 된다. 또한, 이 방법으로 제조된 비소성 펠렛을 고로 조업에 사용하면 고로의 슬래그 발생량이 증가하는 문제점이 있다.

소결기는 분철광석, 석회석, 분코크스 및 무연탄 등을 배합한 원료를 대차의 내부에 장입한 후 소결기의 연장 방향으로 이동시키면서 분코크스와 무연탄을 연소시키고, 연소 시 발생하는 열로 분철광석을 소결하여 소결광을 생산하는 설비이다. 통상적인 소결기 조업 시 배가스 발생량을 줄여 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)의 발생을 줄이면서 배가스의 열을 회수하려는 목적으로 배가스를 순환시킨다.

이 배가스는 분코크스와 무연탄이 착화되어 생성된 연소대를 원료의 상부층에서 하부층으로 이동시키기 위하여 대차의 하부에서 대차의 내부를 흡인하는 과정에서 윈드박스로 회수된다. 이후 배가스는 소결기의 연장 방향으로 형성된 소결 구간의 적어도 일측 예컨대 하류 측을 지나는 대차의 상부에 공급된 후, 대차의 내부를 통과하여 윈드박스로 회수되면서 소결기의 내부를 순환한다. 이때, 배가스가 취입되는 소결 구간 상의 일 지점에서부터 소결 구간이 끝나는 지점까지, 배가스에 의해 소결광의 냉각 속도가 저하되면서 2차 헤마타이트의 생성이 촉진되어 소결광의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

KR 10-2000-0025494 A KR 10-1998-0075701 A KR 10-2015-0078066 A KR 10-2002-0014877 A

본 발명은 소결기의 배가스를 이용하여 펠렛의 강도를 향상시킬 수 있는 원료 처리 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 펠렛을 이용하여 소결기의 배가스 순환에 의한 소결광의 냉각 속도 저하를 억제하거나 방지하여 소결광의 품질을 향상시킬 수 있는 원료 처리 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 장치는, 제1배합 원료 및 바인더를 조립하여 조립물을 제조하는 조립기; 제2배합 원료를 장입받아 복수의 구간을 이동시키며 열처리하는 소결기; 및 내부에 상기 조립물을 장입받아 상기 복수의 구간 중 어느 하나의 구간에 장입하는 장입기;를 포함한다.

상기 조립기는, 내부에 제1배합 원료가 저장되는 제1배합 원료 호퍼; 내부에 바인더가 저장되는 바인더 호퍼; 상기 제1배합 원료 호퍼 및 바인더 호퍼로부터 상기 제1배합 원료 및 바인더를 공급받아 혼합하는 혼합부; 상기 혼합부로부터 상기 제1배합 원료와 바인더의 혼합물을 공급받아 조립하여 조립물을 제조하는 조립부; 및 상기 조립물을 공급받아 상온 및 대기 분위기에서 비소성으로 양생하는 양생부;를 포함할 수 있다.

상기 소결기는, 내부에 상기 제2배합 원료를 열처리하는 공간이 형성되고, 상기 복수의 구간이 배열된 방향으로 주행 가능하게 설치되는 대차부; 내부에 상기 제2배합 원료가 저장되고, 상기 대차부 상에 위치하는 투입부; 상기 투입부에서 상기 대차부가 주행하는 방향으로 이격되어 상기 대차부 상에 위치하는 점화로; 일측이 상기 대차부의 하부에 연결되고, 타측이 상기 대차부 상에 개방되어, 상기 복수의 구간 중 적어도 하나의 배가스를 순환시키는 배가스 순환부;를 포함할 수 있다.

상기 복수의 구간은, 상기 투입부가 위치하는 장입 구간; 상기 점화로가 위치하는 점화 구간; 및 상기 점화 구간을 중심으로 상기 장입 구간의 반대측에 위치하는 소결 구간;을 포함하고, 상기 대차부는 상기 장입 구간, 점화 구간 및 소결 구간의 순서로 상기 제2배합 원료를 이동시키면서 열처리하며, 상기 배가스 순환부는 타측이 상기 소결 구간의 적어도 일부에 위치하여 상기 복수의 구간 중 적어도 하나의 배가스를 상기 소결 구간의 적어도 일부에 순환시킬 수 있다.

상기 장입기는, 상기 복수의 구간 중 상기 점화로가 위치하는 점화 구간의 이후 구간에 상기 점화로에서 이격되어 위치하고, 상기 대차부의 내부에 장입된 제2배합 원료 상에 상기 조립물을 장입하여 적층시킬 수 있다.

상기 장입기는, 상기 대차부가 주행하는 방향을 기준으로 상기 배가스 순환부의 타측에 선행하여 상기 대차부 상에 위치하고, 상기 대차부의 내부에 장입된 제2배합 원료 상에 상기 조립물을 장입하여 적층시킬 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 원료 처리 방법은, 제1배합 원료 및 바인더를 이용하여 조립물을 제조하는 과정; 제2배합 원료를 소결기에 장입하여 복수의 구간을 이동시키며 열처리하는 과정; 및 상기 복수의 구간 중 어느 하나의 구간에 상기 조립물을 장입하여 열처리하는 과정;을 포함한다.

상기 제1배합 원료는, 철광석, 탄재, 함철 더스트, 함철 슬러지를 포함하고, 상기 바인더는 무기 바인더를 포함하며, 상기 제2배합 원료는 소결광 제조용 배합 원료를 포함할 수 있다.

상기 조립물을 제조하는 과정은, 상기 제1배합 원료와 바인더를 혼합하여 혼합물을 마련하는 과정; 상기 혼합물을 조립하여 조립물로 제조하는 과정; 및 상기 조립물을 비소성으로 양생하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 제1배합 원료는, 상기 제1배합 원료의 전체 중량에 대하여, 탄재를 20 중량% 함유하며, 상기 혼합물은, 상기 혼합물의 전체 중량에 대하여, 상기 바인더를 10 중량% 함유하며, 상기 조립물은 10㎜ 내지 20㎜의 입도 또는 10㎜ 내지 20㎜의 입도로 조립될 수 있다.

상기 조립물을 비소성으로 양생하는 과정은, 상기 조립물을 상온 및 대기 분위기에서 양생하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 제2배합 원료를 열처리하는 과정은, 상기 복수의 구간이 배열된 방향으로 주행하는 상기 소결기의 대차부에 상기 제2배합 원료를 투입하는 과정; 상기 제2배합 원료를 점화하여 열처리하는 과정; 상기 복수의 구간 중 적어도 하나의 배가스를 순환시키는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 복수의 구간은, 상기 제2배합 원료가 투입되는 장입 구간, 상기 제2배합 원료를 점화하여 연소대를 형성하는 점화 구간, 및 상기 연소대를 상기 제2배합 원료의 상부에서 하부로 이동시키면서 상기 제2배합 원료를 소결하는 소결 구간;을 포함하고, 상기 배가스를 순환시키는 과정은, 상기 복수의 구간 중 적어도 하나의 배가스를 상기 소결 구간의 적어도 일부에 순환시키는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 조립물을 열처리하는 과정은, 상기 복수의 구간 중 상기 제2배합 원료를 점화하는 점화 구간의 이후 구간에서 상기 제2배합 원료 상에 상기 조립물을 장입하여 적층시키는 과정; 상기 배가스의 순환을 이용하여, 상기 조립물을 배가스 분위기에서 열처리하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 조립물이 장입되는 위치 이후에 상기 배가스를 공급하면서 순환시킬 수 있다.

상기 조립물을 배가스 분위기에서 열처리하는 과정은, 상기 조립물을 이산화탄소 및 증기 중 적어도 하나를 함유하는 배가스 분위기에서 200℃ 내지 400℃의 온도로 열처리하는 과정;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 펠렛을 제조할 때 소결기의 배가스를 이용하여 펠렛의 강도를 향상시킬 수 있고, 소결광을 제조할 때 펠렛을 이용하여 소결기의 배가스 순환에 의한 소결광의 냉각 속도 저하를 억제하거나 방지하면서 소결광의 품질을 향상시킬 수 있다. 따라서, 강도가 향상된 펠렛을 제조할 수 있으면서 소결광의 품질이 저하되는 것도 억제할 수 있다. 또한, 펠렛의 제조에 소결기의 배가스를 이용하게 되면, 펠렛의 제조 시 바인더의 사용량을 종래보다 줄이더라도 펠렛의 강도를 원하는 강도로 향상시킬 수 있다.

예컨대 제철소의 고로 장입물 제조 조업에 적용되면, 배가스 순환부를 가진 소결기의 점화 구간의 이후 구간인 소결 구간 상류측 또는 중류측에 펠렛을 투입한 후 소결 구간을 순환 중인 배가스를 이용하여 이산화탄소 및 수분을 함유하는 배가스 분위기에서 펠렛을 열처리 할 수 있다. 이 열처리에 의해서 펠렛의 상온 압축강도가 향상될 수 있고, 소결광의 냉각 속도가 저하되는 것을 방지하여 소결광의 품질을 향상시킬 수 있다.

즉, 철광석과 탄재와 바인더를 혼합한 후 수분을 첨가하면서 조립한 펠렛을 일정 기간 양생한 후, 이산화탄소와 증기가 함유된 분위기에서 약 200 내지 400℃ 또는 300 내지 600℃의 저온으로 열처리하면 펠렛의 상온 압축강도가 크게 향상되는 점, 소결기의 배가스가 이 펠렛의 저온 열처리에 적합한 온도와 성분인 점에 착안하여, 이 펠렛을 소결기 배가스 분위기에서 저온 열처리하면서 상온 압축강도를 크게 향상시킬 수 있다. 이처럼 펠렛의 열처리에 소결기의 배가스 순환을 이용함에 따라 상온 압축강도가 크게 향상된 비소성의 펠렛을 제조할 수 있고, 더하여, 바인더 성분을 종래보다 적게 함유하면서도 상온 압축강도가 크게 향상된 비소성의 펠렛을 제조할 수도 있다.

또한, 소결기의 윈드박스에 회수된 배가스가 소결 구간을 지나는 대차의 상부에 공급되면서 소결기의 내부를 순환하면, 배가스가 공급되는 부분 이후부터 소결광의 냉각 속도가 저하될 수 있는데, 이때, 대차에 투입된 펠렛이 배가스로부터 열을 회수하여 배가스의 온도를 저하시킴으로써 배가스의 온도에 의해 소결광의 냉각 속도가 저하되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 이처럼 펠렛을 이용하여 소결기를 순환하는 배가스의 온도를 저하시킬 수 있어, 냉각 중인 소결광에 공급되는 열량을 줄일 수 있고, 따라서, 소결광의 냉각 중에 2차 헤마타이트의 생성이 촉진되는 것을 효과적으로 억제 또는 방지하여, 소결광의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 펠렛의 열처리 이전 강도값과 이후 강도값의 비를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 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 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 용어 중, '상부'와 '하부'는 구성 요소의 일부분으로서 윗부분과 아랫부분을 각각 지칭한다. 또한, '상에'와 '하에'는 구성 요소의 상부와 하부에 직간접적으로 접하여 작용을 미치는 공간을 지칭한다. 또한, '제1방향(X)', '제2방향(Y)' 및 '제3방향(Z)'은 기준이 되는 구성 요소 예컨대 후술하는 소결기의 길이 방향, 폭 방향 및 높이 방향을 각각 지칭한다.

본 발명은 소결기의 배가스를 이용하여 바인더의 사용량을 줄이면서 강도가 향상된 펠렛 예컨대 비소성 펠렛을 제조할 수 있는 원료 처리 장치 및 방법에 관한 것이고, 또한, 펠렛 예컨대 비소성 펠렛을 이용하여 소결기에 배가스를 순환시키면서 소결광의 냉각 속도가 감소하는 것을 억제 또는 방지할 수 있는 원료 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 강도가 향상된 펠렛을 제조하면서 소결광의 품질 저하를 억제할 수 있는 원료 처리 장치 및 방법에 관한 것이다. 이하, 제철소의 고로 장입물 제조 조업을 기준으로 하여 실시 예를 상세하게 설명한다.

한편, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 본 발명의 이해가 명확하도록 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 장치의 구성 요소 간의 연결 구조와 각각의 기능을 중심으로 상세하게 설명한 후 이를 기반으로 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 방법을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 장치는, 조립기(10), 소결기(20) 및 장입기(30)를 포함한다.

조립기(10)는 제1배합 원료 및 바인더를 조립하여 조립물(1)을 제조할 수 있는 조립기(10)이다. 조립기(10)는 제1배합 원료 및 바인더를 소정의 입도로 조립하여 조립물(1)을 제조할 수 있는 다양한 구성 및 방식으로 형성될 수 있다.

예컨대 조립기(10)는 제1배합 원료 호퍼(11), 바인더 호퍼(12), 혼합부(13), 조립부(14) 및 양생부(미도시)를 포함할 수 있다. 제1배합 원료 호퍼(11)는 내부에 제1배합 원료가 저장될 수 있는 다양한 호퍼일 수 있다. 바인더 호퍼(12)는 내부에 바인더가 저장될 수 있는 다양한 호퍼일 수 있다.

혼합부(13)는 제1배합 원료 호퍼(11) 및 바인더 호퍼(12)에서 각각 제1배합 원료 및 바인더를 공급받은 후, 이를 내부에서 균일하게 교반하여 혼합물로 제조할 수 있는 각종 혼합기일 수 있다. 예컨대 혼합부(13)는 교반믹서를 포함할 수 있다. 조립부(14)는 혼합부(13)에서 혼합물을 공급받아 소정의 입도로 조립하여 조립물(1)을 제조할 수 있는 각종 조립부일 수 있다. 이 조립부(14)는 예컨대 펠렛타이저를 포함할 수 있다. 양생부(미도시)는 조립부(14)로부터 조립물(1)을 공급받아 상온의 대기 분위기에서 비소성으로 양생하는 다양한 양생부일 수 있고, 예컨대 펠렛을 대기 중에서 적치 가능한 각종 적치대의 구조가 적용될 수 있다.

상술한 것처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 조립기(10)는 바인더를 사용하여 제1배합 원료를 펠렛으로 조립한 후 상온의 대기 중에서 양생하는 조립기(10)이며, 이 제조 방식을 비소성 방식이라 하고, 이 방식으로 제조된 조립물(1)을 비소성 펠렛이라 한다. 한편, 조립기(10)에서 조립 및 양생된 비소성 펠렛은 소결기(20)에서 저온 예컨대 200 내지 400℃ 또는 300 내지 600℃의 배가스 분위기로 열처리되어, 상온 압축강도가 크게 향상될 수 있다.

한편, 펠렛을 제조하는 방식에는 상술한 비소성 방식과 달리 바인더 없이 펠렛을 조립한 후 소정의 온도 약 1200℃ 이상의 고온에서 소성시키는 방식인 소성 방식도 있는데, 이 방식으로 제조된 조립물은 소성 펠렛이라고 한다.

조립물(1)은 용선 제조를 위한 고로 조업 시, 고로 내부에 장입되는 펠렛 예컨대 비소성 펠렛을 포함할 수 있다. 제1배합 원료는 고로 조업용의 비소성 펠렛을 제조하기 위한 배합 원료를 포함할 수 있다. 즉, 조립물(1)은 고로 장입물이며, 분철광석이나 미분철광석과 같은 철 공급원과 제철소의 더스트나 슬러지와 같은 함철 부산물을 탄재와 배합하여 제1배합 원료를 제조하고, 이 제1배합 원료를 바인더 예컨대 시멘트와 혼합한 후 수분과 함께 소정 입도로 괴상화하여 펠렛으로 조립하고, 이 펠렛을 비소성으로 양생하여 제조된다. 이때, 펠렛을 비소성으로 양생하는 것은 펠렛을 상온의 대기 분위기에서 소정 시간이나 소정 기간 동안 양생하는 것을 의미한다.

비소성 펠렛의 상온 압축강도는 바인더의 사용량에 비례하나, 비소성 펠렛의 상온 압축강도를 고로 사용에 적합한 값으로 높게 확보하기 위해 바인더의 사용량을 증가시키면, 비소성 펠렛 내의 철 성분 함량이 감소하고, 고로 조업 시 슬래그의 발생량이 증가하게 된다.

따라서, 펠렛의 제조 시 바인더 사용량은 최소화하는 것이 좋고, 이때, 소결기(20)를 이용하여 조립물(1)을 소결기(20)의 배가스 분위기에서 열처리하면, 비소성 펠렛의 상온 압축강도를 고로에서 사용 가능한 값으로 높게 확보할 수 있다. 즉, 제조된 조립물(1)의 상온 압축강도를 높일 수 있고, 이 경우, 조립물(1)의 제조 시 바인더의 사용량을 이전보다 줄여도 조립물(1)의 원하는 상온 압축강도를 확보할 수도 있다.

소결기(20)는 제2배합 원료를 장입받아 복수의 구간을 따라 순서대로 이동시키며 열처리할 수 있으면서, 복수의 구간에서 발생하는 배가스의 적어도 일부를 복수의 구간 중 적어도 일부에 순환시킬 수 있는 소결기일 수 있다. 예컨대 배가스 순환부를 가지는 하방흡입식의 드와이트-로이드식 소결기일 수 있다. 소결기(20)는 대차부(21), 투입부(22), 상부광 투입부(23), 점화로(24), 윈드박스(25) 및 배가스 순환부를 포함할 수 있고, 배기부를 더 포함할 수도 있다.

대차부(21)는 소결기(20)의 연장 방향으로 연속하여 배열되어 서로 결합된 복수개의 대차를 구비할 수 있다. 복수개의 대차는 복수의 구간이 배열된 방향으로 주행 가능하게 설치될 수 있다. 각각의 대차는 내부가 상측으로 개방될 수 있는데, 이 내부의 공간에 제2배합 원료를 적재한 후 열처리하는 공간이 형성되고, 제2배합 원료는 대차의 내부에 낙하 장입될 수 있다.

대차부(21)는 상부측에 이송경로를 형성할 수 있고, 하부측에 회송경로를 형성할 수 있다. 대차부(21)는 이송경로를 따라 일 방향으로 주행하며 내부에 적재된 제2배합 원료를 일 방향으로 이동시키면서 열처리하고, 회송경로로 진입하면서 열처리가 완료된 소결광(2)을 파쇄부(27)에 배광한 후, 일 방향의 반대 방향으로 회송경로를 주행하여 이송경로로 회차될 수 있다.

이송경로는 복수의 구간을 포함할 수 있다. 이 복수의 구간은, 투입부(23)가 위치하는 장입 구간, 점화로(24)가 위치하는 점화 구간, 및 점화 구간을 중심으로 장입 구간의 반대측에 위치하는 소결 구간을 포함할 수 있다. 제2배합 원료가 이동하는 방향을 기준으로 할 때, 장입 구간, 점화 구간 및 소결 구간의 순서로 연속하여 배열될 수 있다.

장입 구간은 이송경로의 제1방향(X)의 양측 가장자리 중 제2배합 원료가 이동하는 방향에 대하여 상대적으로 선행하는 일측 가장자리 예컨대 이송경로의 상류측에 위치할 수 있다. 장입 구간에서 대차부(21)에 제2배합 원료가 제3방향(Z)으로 적재되어 원료층을 형성한다. 점화 구간은 제2배합 원료가 이동하는 방향에 대하여 장입 구간에 상대적으로 후행하도록 장입 구간의 하류 측에 연결되어, 제2배합 원료가 이동하는 방향으로 연장될 수 있다. 점화 구간에서 대차부(21) 내에 적재된 제2배합 원료의 원료층이 점화된다. 소결 구간은 대차부(21)에 적재된 제2배합 원료의 상부층에서 형성된 연소대를 제2배합 원료의 하부층으로 이동시키면서 제2배합 원료를 소결시키는 구간이며, 제2배합 원료가 이동하는 방향을 기준으로 점화 구간에 상대적으로 후행하여 위치할 수 있다. 대차부(21)는 장입 구간, 점화 구간 및 소결 구간의 순서로 제2배합 원료를 이동시키면서 제2배합 원료를 열처리하여 소결광(2)을 제조할 수 있다.

투입부(22)는 내부에 제2배합 원료가 저장되는 소정의 호퍼이고, 대차부(21) 상의 일측 예컨대 장입 구간 상에 위치할 수 있다. 투입부(22)는 하측 개구에 장입 슈트와 드럼 피더가 마련될 수 있다. 투입부(22)는 내부의 제2배합 원료를 대차부(21)에 수직 편석으로 장입하는 역할을 한다.

제2배합 원료는 소결광 제조용 배합 원료를 포함할 수 있다. 예컨대 제2배합 원료는 원료, 부원료 및 고체 연료를 혼합 및 조습한 후 조립하여 수 ㎜ 정도의 입도로 마련할 수 있다. 이때, 원료는 철 성분을 가진 원료로서 철광석과 분철광석을 포함할 수 있고, 부원료는 탄산칼슘을 함유하는 부원료로서 석회석을 포함할 수 있고, 고체 연료는 석탄계 고체 연료로서 미분 코크스 및 무연탄을 포함할 수 있다.

상부광 투입부(23)는 제2배합 원료의 이동 방향으로 투입부(22)보다 선행하여 장입 구간의 상류 측에 구비될수 있다. 상부광은 소결광 중 예컨대 8㎜ 내지 15㎜ 입도의 소결광을 선별하여 마련할 수 있다. 상부광은 대차부(21)의 바닥에 제2배합 원료가 부착되거나 바닥의 틈새로 배합 원료가 유실되는 것을 방지하도록, 제2배합 원료보다 먼저 대차부(21)의 내부에 장입된다.

점화로(24)는 투입부(22)에서 대차부(21)가 주행하는 방향으로 이격되어 대차부(21) 상에 위치할 수 있고, 예컨대 투입부(22)가 위치하는 대차부(21) 상의 일측에서 대차부(21)가 주행하는 방향으로 소정 거리 이격되어 이송경로의 점화 구간 상에 위치할 수 있다. 점화로(24)는 하측으로 화염을 분사 가능하게 형성될 수 있고, 대차부(21)에 적재된 제2배합 원료의 원료층 상부(이하 상부층)에 화염을 인가하여 착화시키는 역할을 한다. 화염은 상부층에 함유된 고체 연료에 착화된다.

윈드박스(25)는 이송경로의 하부에 구비되되, 복수개로 구비되어 대차부(21)의 주행 방향으로 연속하여 배열될 수 있고, 대차부(21)의 하부에 연통할 수 있다. 윈드박스(25)는 내부에 부압을 형성하여 대차부(21)의 내부를 흡기하는 역할을 하며, 이에 연소대가 상부층에서 제2배합 원료의 원료층 하부(이하 하부층)으로 이동할 수 있고, 연소대의 이동에 의해 제2배합 원료가 소결광으로 소결될 수 있다. 이 과정에서, 윈드박스(25)로 배가스가 수집된다.

배가스 순환부는 일측이 윈드박스(25)를 통하여 대차부(21)의 하부에 연결되고, 타측이 대차부(21) 상에 개방되어, 복수의 구간 중 적어도 하나의 구간에서 회수되는 배가스를 복수의 구간 중 적어도 하나의 구간에 순환시키는 배가스 순환부이다. 이때, 배가스 순환부는 타측이 소결 구간의 적어도 일부에 위치하여 복수의 구간 중 적어도 하나의 구간에서 회수되는 배가스를 소결 구간의 적어도 일부에 순환시킬 수 있다.

예컨대 배가스 순환부는, 일측이 적어도 이송경로의 1/2 지점부터 배가스 온도가 최대인 지점 또는 고체 연료가 소진되어 원료층 내의 연소가 종료되는 지점까지에 해당하는 소결 구간의 중류 측의 윈드박스들, 배가스 온도가 최대인 지점 또는 원료층 내의 연소가 종료되는 지점부터 이송경로의 종료 지점까지에 해당하는 소결 구간의 하류 측의 윈드박스들을 통하여 대차부(21)의 하부에 연결되고, 타측이 소결 구간의 적어도 하류 측에 위치하여, 복수의 구간 중 적어도 소결 구간의 중류 및 하류 측의 배가스를 소결 구간의 적어도 하류 측에 순환시킬 수 있다. 이때, 배가스 순환부에 연결되지 않은 윈드박스들은 배기부에 연결될 수 있고, 배기부를 통하여 배가스를 대기 중에 배기시킬 수 있다.

한편, 상기 배가스 순환부의 연결 구조는 배가스를 소결기(20)에 순환시키는 여러 방식들 중 하나의 방식에 해당하는 구조를 예시한 것이다. 이 외에도 배가스 순환부는 하기의 구조를 포함하여 그 구조가 다양할 수 있고, 따라서, 다양한 방식으로 배가스를 소결기(20)에서 순환시킬 수 있다.

예컨대 배가스 순환부는 일측이 이송경로의 전체 구간의 윈드박스들을 통해 대차부(21)의 하부에 연결되어 이송경로의 전체 구간의 배가스를 배가스 순환에 활용할 수 있다. 또는 배가스 순환부는 윈드박스들 중 이송경로의 시작 지점부터 이송경로의 1/2지점까지에 해당하는 장입 구간, 점화 구간 및 소결 구간의 상류 측의 윈드박스들을 통해 대차부(21)의 하부에 연결되어 이들 구간의 배가스를 배가스 순환에 활용할 수 있다. 또한, 배가스 순환부는 타측이 소결 구간의 중류 및 하류 측에 모두 개방되어 배가스 순환부의 일측에서 회수되는 배가스를 소결 구간의 중류 및 하류 측으로 공급하며 순환시킬 수 있다. 또는 배가스 순환부는 타측이 소결 구간 상류 및 하류 측에 각각 개방되어 배가스 순환부의 일측에서 회수되는 배가스를 소결 구간의 상류 및 하류 측에 각각 공급하며 순환시킬 수 있다.

이때, 상기에서 소결 구간을 상류, 중류 및 하류 측으로 나누어 설명했는데, 이는 발명을 설명하기 위한 일 예시이고, 소결 구간은 조업 상의 필요에 따라서 그 세부 영역이 다양하게 구분될 수 있다.

이하에서는 소결 구간의 중류 및 하류 측의 배가스를 소결 구간의 하류 측에 순환시키도록 형성된 배가스 순환부를 기준으로 배가스 순환부의 구조를 설명한다. 배가스 순환부는 제1챔버(26a), 순환관(26f), 송풍기(26e) 및 후드(26g)를 포함할 수 있다. 제1챔버(26a)는 내부에 통로가 구비되고, 예컨대 소결 구간에 중류 및 하류측의 윈드박스들에 연결될 수 있다. 순환관(26f)는 일단이 제1챔버(26a)에 연결되고, 타단이 소결 구간의 하류 측 상부로 연장될 수 있다.

송풍기(26e)는 순환관(26f)의 일단에서 타단측으로 배가스의 흐름을 생성하도록 장착될 수 있다. 후드(26g)는 소결 구간의 하류 측의 상부에 위치할 수 있고, 내부가 대차부(21)를 향하여 하측으로 개방될 수 있으며, 순환관(26f)의 타단에 연통할 수 있다. 후드(26g)는 배가스를 공급받아 대차부(21)의 상부에 공급하면서 순환시킬 수 있다.

배기부는 제2챔버(26b), 집진기(26c) 및 송풍기(26e)를 포함할 수 있다. 제2챔버(26b)는 배가스 순환부가 연결되지 않은 윈드박스 예컨대 장입 구간, 점화 구간 및 소결 구간의 상류 측의 윈드박스들에 연결되고, 단부의 송풍기(26e)를 통하여 대기 중에 연통될 수 있다. 이때, 제2챔버(26b)의 내부 가스 통로로 회수되어 송풍기(26e)에 의해 대기 중으로 배기되는 배가스에서 분진 등의 오염물을 여과하도록 배가스의 흐름 방향으로 송풍기(26e)에 선행하는 제2챔버(26b)의 일측에 집진기(26c)가 설치될 수 있다.

파쇄부(27)는 소결 구간의 하류 측 단부에 마련된다. 대차부(21)에서 배광되는 소결광(2)은 이 파쇄부(27)에서 소정 입도로 파쇄된 후, 스크린(28)에서 선별되어 그 입도에 따라 타공정 예컨대 고로 조업으로 공급되거나, 상부광으로 사용되거나 제2배합 원료로 재 사용될 수 있다.

한편, 배가스 순환부에 의하여 소결 구간의 하류 측에 순환되는 배가스에 의해 소결 구간의 하류 측을 통과 중인 소결광의 냉각 속도가 저하되면, 소결광이 고온에서 체류하는 시간이 상대적으로 길어지게 되어 산화철(FeO)이 다수 생성되면서 2차 헤미타이트 생성이 촉진되어, 소결광의 저온환원분화특성인 저온환원분화지수가 악화될 수 있다. 이때, 저온환원분화지수(RDI; Reduction Degradatior Index)는 소결광이 환원과정에서의 분화정도를 나타내는 지수이다.

본 발명의 실시 예에서는 이 배가스의 열량을 비소성 펠렛에 흡수시켜, 소결 구간의 하류 측을 순환하는 배가스에 의해 이 구간을 지나는 소결광의 냉각 속도가 저하되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이 과정 중에, 배가스의 열량은 비소성 펠렛의 상온 압축강도를 향상시키는 것에 사용될 수 있다. 즉, 소결기에 순환 중인 배가스의 열량을 비소성 펠렛에 일부 흡수시키는 방식으로, 비소성 펠렛의 상온 압축강도와 소결광의 저온환원분화지수를 모두 향상시킬 수 있다.

상기한 바를 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 장치는 내부에 조립물 예컨대 비소성의 펠렛을 장입받아 대차부(21)가 주행 중인 복수의 구간 중 어느 하나의 구간에 장입하는 장입기(30)를 포함할 수 있다.

장입기(30)는 점화 구간의 이후 구간에 위치하여 점화로(24)에서 이격되고, 원료층에 연소대가 형성된 이후에 원료층 상에 장입될 수 있어 원료층이 점화되는 것이 비소성 펠렛에 간섭되지 않고 원활할 수 있다. 또한, 장입기(30)는 대차부(21)가 주행하는 방향을 기준으로 배가스 순환부의 타측 예컨대 후드(26g)에 선행하여 위치하고, 이에, 비소성 펠렛이 원료층 상에 적층된 상태에서 배가스가 순환되는 구간을 지나갈 수 있다.

한편, 배가스 순환부의 타측 예컨대 후드(26g)가 소결 구간의 상류 측에 위치할 때 장입기(30)가 후드(26g)에 선행하여 위치하면 점화로(24)에 구조적으로 간섭될 수 있기 때문에, 이 경우 장입기(30)는 예컨대 하부 절출구가 후드(26g)와 대차부(21) 사이로 연장되어 소결 구간의 상류 측에서 개방될 수도 있다.

상기와 같이, 장입기(30)는 점화 구간의 이후 구간인 소결 구간의 상류 또는 중류 또는 하류 측에 위치하되, 점화로(24)와 배가스 순환부의 후드(26g) 사이에 위치하고, 이 위치에서 원료층상에 조립물(1)을 소정 두께로 장입하여 고르게 적층시킬 수 있다. 조립물(1) 예컨대 비소성 펠렛은 원료층과 함께 소결 구간을 이동하면서, 소결 구간의 하류 측을 순환하는 배가스에 원료층보다 먼저 접촉하여 배가스의 열을 흡수하고, 이 열을 이용해서 내부의 조직이 치밀해지면서 상온 압축강도가 향상될 수 있다. 이때, 조립물(1)에 열이 손실되어 온도가 낮아진 배가스는 원료층의 적어도 상부층에서 냉각중인 소결광을 통과하면서 소결광의 냉각 속도를 저하시키지 않을 수 있고, 원료층의 하부층을 통과하여 윈드박스들로 원활하게 회수될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 방법을 순서대로 설명하는 순서도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 방법은, 제1배합 원료 및 바인더를 이용하여 조립물(1)을 제조하는 과정, 제2배합 원료를 소결기(20)에 장입하여 복수의 구간을 이동시키며 열처리하는 과정 및 복수의 구간 중 어느 하나의 구간에 조립물(1)을 장입하여 열처리하는 과정을 포함한다.

우선, 제1배합 원료 및 바인더를 이용하여 조립물(1)을 제조한다. 이때, 제1배합 원료는 미분철광석, 탄재, 함철 더스트 및 함철 슬러지를 포함할 수 있고, 바인더는 무기 바인더 예컨대 시멘트를 포함할 수 있다. 예컨대 0.1㎜ 이하의 입도를 가진 미분철광석에 0.1㎜ 이하의 입도를 가진 탄재를 혼합하여, 제1배합 원료를 마련한다. 이때, 제1배합 원료에는 함철 더스트 및 함철 슬러지 중 적어도 하나가 더 첨가될 수 있다. 또는, 상술한 입도의 미분철광석, 함철 더스트 및 함철 슬러지 중 적어도 하나에 탄재를 첨가 후 혼합하여 제1배합 원료를 마련할 수도 있다. 이렇게 마련된 제1배합 원료는 제1배합 원료 호퍼(11)에 저장되는데, 제1배합 원료의 전체 중량에 대하여 탄재를 20중량% 함유할 수 있다. 한편, 함철 더스트 및 함철 슬러지는 제선 공정이나 제강 공정 중에 발생된 더스트 및 슬러지를 포함할 수 있다.

제1배합 원료가 마련되면, 제1배합 원료와 무기 바인더를 혼합하여 혼합물을 마련한다. 이때, 무기 바인더는 무기물 계열의 바인더로서 예컨대 시멘트를 포함할 수 있고, 바인더 호퍼(12)에 준비되었다가 사용될 수 있다. 제1배합 원료와 바인더의 혼합 과정은 혼합부(13)에서 실시되는데, 혼합물의 전체 중량에 대하여 바인더를 10 중량% 함유하도록 혼합비가 정해질 수 있다.

혼합물이 마련되면, 이 혼합물을 조립부(14)에서 조립하여 조립물(1)로 제조한다. 이때, 혼합물에 소정량의 수분이 첨가되면서 조립물(1)인 펠렛으로 조립되는데, 10㎜ 내지 20㎜의 입도 또는 10㎜ 내지 20㎜의 입도로 조립될 수 있다.

조립물(1) 마련되면 이를 비소성으로 양생한다. 예컨대 조립물(1)을 예컨대 적치대나 야드에 적치하여 상온 및 대기 분위기에서 소정 시간이나 소정 기간 양생한다. 즉, 조립된 펠렛을 대기 중에서 상온으로 자연 양생하여 비소성 펠렛을 마련한다.

이후, 제2배합 원료를 소결기(20)에 장입하여 복수의 구간을 이동시키며 열처리(S200)한다.

제2배합 원료를 열처리하는 과정은 다음과 같다. 먼저, 제2배합 원료로서 소결광 제조용의 배합 원료를 마련한다. 예컨대 분철광석, 석회석, 분코크스 및 무연탄을 혼합 및 조습하고, 이를 수 ㎜ 입도로 조립하여 제2배합 원료를 마련할 수 있다. 제2배합 원료는 투입부(22)에 저장되어 준비될 수 있다. 이때, 예컨대 8㎜ 내지 15㎜ 입도를 가지는 소결광을 상부광으로 선별하여 상부광 투입부(23)에 마련할 수 있다.

제2배합 원료와 상부광이 각각의 투입부에 마련되면, 복수의 구간이 배열된 방향으로 이송경로를 따라 대차부(21)를 주행시키면서 복수의 구간 중 장입 구간에서 대차부(21)의 바닥에 상부광을 투입하고, 상부광의 상면에 제2배합 원료를 투입하여 원료층을 형성한다. 원료층이 형성되면 이 원료층을 점화 구간과 소결 구간의 순서로 이동시키면서, 점화 구간에서 원료층을 점화하여 연소대를 형성하고, 소결 구간에서 연소대를 원료층의 상부층에서 하부층으로 이동시키면서 약 1300℃ 내지 1400℃ 의 고온으로 원료층을 열처리하여 소결광으로 소결한다.

이 과정과 함께, 장입 구간, 점화 구간 및 소결 구간 중 적어도 하나의 구간에서 발생되는 배가스를 소결 구간의 적어도 일부에 순환시킨다. 이때, 장입 구간, 점화 구간 및 소결 구간의 배가스가 전부 순환되거나, 이들 구간 중 일부 구간의 배가스만 순환될 수 있는데, 일부의 배가스만 순환되는 경우, 소결 구간으로 공급되어 순환되지 않는 구간의 배가스는 배기부의 집진기(26c)에서 분진이 집진된 후 배기부를 통하여 외부로 방출될 수 있다. 이때, 배가스는 조립물(1)이 장입되는 위치 즉, 장입기(30)가 설치된 위치 이후부터 소결 구간의 종료 지점까지의 대차부(21)상에 공급되면서 순환될 수 있다.

이 배가스는 약 200℃ 내지 400℃ 범위의 온도일 수 있고, 배가스 중에는 약 10% 내지 25% 정도의 농도로 이산화탄소가 함유될 수 있고, 약 5% 정도의 농도로 증기가 함유될 수 있다. 이외에도 다량의 질소산화물과 황산화물을 함유할 수 있다. 한편, 배가스가 상기 온도 그대로 소결광에 취입되면 냉각 중인 소결광의 냉각 속도가 저하될 수 있다.

예컨대 연소대가 원료층의 상부층에서 하부층으로 이동하면서 원료층의 상부에서 하부의 순서로 소결이 완료되어 소결광이 제조되는데, 소결광은 윈드박스(25)의 부압에 의해 대차부(21)의 상측에서 대차부(21)의 내측 하부로 흡기되는 외기 또는 배가스에 의해 냉각된다. 이때, 배가스가 상술한 온도 예컨대 200℃ 내지 400℃ 범위의 온도 그대로 소결광에 취입되면 배가스에 의해 원료층 내의 소결광 냉각 속도가 적정 속도 미만으로 저하된다. 따라서, 소결광의 고온 체류 시간이 길어지게 되어, 산화철(FeO)의 생성이 많아지게 되면서 2차 헤마타이트 생성도 촉진된다. 이는 결국 소결광의 저온분화특성지수를 악화시켜 소결광의 품질을 저하시킨다.

하지만 소결기(20)의 배가스 순환은 환경 오염물질의 저감과 소결이 진행 중인 원료층의 하부에 열량을 공급하는 효과 때문에 여전히 필요하다. 이 경우, 배가스가 순환되는 구간에서 원료층의 상면이 조립물(1)의 층에 보호되면, 조립물(1)이 먼저 배가스와 접촉하면서 이 배가스의 열을 흡수하여 원료층 내에서 냉각 중인 소결광의 냉각 속도의 저하를 억제 또는 방지할 수 있다. 결국, 소결광의 품질을 향상시킬 수 있다.

더구나, 배가스의 온도 및 성분에 의해 조립물(1)의 내부에서 부착수가 증발하고, 입자간의 거리가 수축하며, 마찰저항이 증가하고, 침상 수화물이 판상 수화물로 변화하는 등의 반응이 일어나게 되어, 조립물(1)의 조직이 치밀해질 수 있다. 또한, 조립물(1) 내부의 수산화칼슘 성분이 배가스 내의 이산화탄소와 반응해서 탄산칼슘을 생성하게 되고, 이 탄산칼슘도 조립물(1)의 강도 향상에 기여하게 된다. 즉, 조립물(1)의 상온 압축강도가 상당히 향상될 수 있다. 즉, 하나의 조업 또는 공정으로 소결광의 품질과 비소성 펠렛의 강도를 모두 향상시킬 수 있다.

또한, 조립물(1) 예컨대 비소성 펠렛을 이용하여 배가스의 온도를 조절하는 방식은 열효율의 관점에서 배가스의 열을 버리는 것이 아니고, 비소성 펠렛의 저온 열처리에 사용하는 것이기 때문에, 전체 조업의 열효율이 향상될 수 있고, 이전의 배가스 순환부의 구조를 그대로 유지할 수 있기 때문에, 설비적인 관점에서도 상당히 경제적이다. 예컨대 배가스의 온도를 조절 가능한 별도의 구조를 배가스 순환부 또는 조업 설비에 부가하여 배가스의 온도를 조절하게 되면 설비가 복잡해지고, 배가스의 열을 폐기 또는 낭비하게 되어 전체 설비의 열 효율이 저하된다.

이하, 복수의 구간 중 어느 하나에 조립물(1)을 장입하여 열처리(S300)하는 과정을 설명한다. 이 열처리 과정은 장입기(30)를 이용하여 점화 구간의 이후 구간 예컨대 소결 구간의 상류 측에서 원료층 상에 조립물(1)을 장입하여 고르게 적층시키고, 소정의 구간 예컨대 소결 구간의 하류 측을 순환 중인 배가스의 현열 및 배가스에 함유된 이산화탄소 및 증기를 이용하여 조립물(1)을 배가스 분위기에서 열처리하는 순서로 실시된다.

즉, 배가스는 복수의 구간 전체 혹은 일부 구간에서 회수되어 조립물(1)이 장입되는 위치 이후에 공급되면서 소결기(20)를 순환하고, 이 배가스에 의해, 조립물(1)을 이산화탄소 및 증기를 함유하는 배가스의 분위기에서 200℃ 내지 400℃의 온도로 열처리할 수 있다. 예컨대 배가스가 소결 구간의 중류 및 하류 측의 윈드박스에서 회수된 후 소결 구간의 하류 측에 설치된 후드(26g)를 통하여 대차부(21)에 적층 장입된 비소성 펠렛 층과 원료층의 순서로 공급되면서 소결기(20)를 순환하게 되고, 비소성 펠렛의 열처리는 소결 구간의 하류 측에서 실시될 수 있다. 물론, 이는 일 예시이고, 배가스의 순환과 비소성 펠렛의 열처리는 소결기의 여러 위치에서 다양하게 실시될 수 있다.

이 열처리에 의해, 조립물(1) 예컨대 비소성 펠렛의 상온 압축강도가 향상될 수 있다. 이 과정에서 온도가 적정 온도범위로 낮아진 배가스는 냉각중인 소결광을 통과하여 원료층의 하부로 공급되고, 윈드박스(25)에 수집되어 순환될 수 있다. 이때, 배가스의 온도가 펠렛을 통과하며 적정 온도로 낮아졌기 때문에 소결광의 냉각 속도가 배가스에 의해 저하되는 것이 억제 또는 방지될 수 있다.

대차부(21)의 내부에 장입되어 소결이 완료된 소결광(2)은 이송경로의 종료 지점에서 대차부(21)에서 파쇄부(27)로 배광되고, 파쇄부(27)에서 소정의 입도로 파쇄된 후, 스크린(28)에서 선별되어 그 입도에 따라 타공정인 고로 조업으로 공급되거나, 상부광으로 선별 사용되거나, 반광으로 분류되어 제2배합 원료로 재사용될 수 있다.

대차부(21)의 내부에 장입되어 열처리가 완료된 비소성 펠렛(1)은 소결광(2)과 함께 대차부(21)에서 파쇄부(27)로 배광되고, 스크린(28)에서 선별되어 타공정인 고로 조업으로 공급될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는 비소성 펠렛의 저온 열처리에 소결기의 배가스 순환을 이용함에 따라, 소결기를 이용해서 고강도의 비소성 펠렛을 제조할 수 있고, 비소성 펠렛을 이용하여 성품 소결광의 품질을 향상시킬 수 있고, 즉, 고품질의 고로 장입물 예컨대 비소성 펠렛과 소결광을 동시에 획득할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비소성 펠렛의 열처리 이전 강도값과 이후 강도값의 비를 도시한 그래프이다. 도 3을 참조하여, 비소성 펠렛의 열처리의 효과를 상세하게 설명한다.

먼저, 입도가 0.1mm 이하인 극미분 철광석에 입도가 0.1mm 이하인 탄재를 첨가하여 혼합한다. 이때, 극미분 철광석과 탄재의 전체 중량의 20중량%로 탄재가 함유되도록 탄재의 첨가 비율을 정한다. 극미분 철광석과 탄재가 혼합된 배합 원료에 바인더를 혼합하여 혼합물을 마련하는데, 바인더로 시멘트를 사용하고, 혼합물의 전체 중량 대비 10중량%의 시멘트가 혼합되도록 혼합 비율을 정한다. 이후, 혼합물에 수분을 첨가하면서 펠렛타이저에서 조립하여 약 10mm 내지 15mm 입도의 펠렛으로 제조하고, 제조 후 대기에서 양생을 실시한다. 이후, 양생된 비소성 펠렛의 상온 압축강도를 측정한다. 이때 측정된 강도를 비소성 펠렛의 초기강도라고 한다.

상온 압축강도의 측정이 완료된 비소성 펠렛은 300℃ 내지 600℃의 온도의 질소(N₂) 분위기에서 5분간 열처리하고, 열처리가 완료되면 상온 압축강도를 측정한다. 이때 측정한 강도를 비소성 펠렛의 열처리후강도 라고 한다.

또한, 상온 압축강도의 측정이 완료된 비소성 펠렛은 300℃ 내지 600℃의 온도의 질소(N₂)-이산화탄소(CO₂) 분위기에서 5분간 열처리하는데, 이산화탄소 농도를 전체 분위기의 20% 농도가 되도록 정한다. 열처리가 완료되면, 상온 압축강도를 측정한다. 이때 측정한 강도를 비소성 펠렛의 열처리후강도 라고 한다.

각 결과를 도 3에 그래프로 도시하였다. 즉, 도 3은 질소 분위기 및 질소-이산화탄소 분위기에서의 펠렛 열처리 전후 강도 변화를 나타내고 있다. 예컨대 500℃의 온도에서 질소 분위기로 펠렛을 열처리하면, 열처리전보다 압축강도가 1.2배 이상 향상되고, 질소-이산화탄소 분위기에서 동일 온도로 펠렛을 열처리하면, 열처리전보다 압축강도가 1.4배 이상 향상될 수 있다.

즉, 비소성 펠렛을 소결기의 배가스 분위기와 유사한 분위기에서 열처리하게 되면 상온 압축강도가 1.2 내지 1.5배 이상 상승하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 배가스에 이산화탄소가 혼합되면 그 향상폭이 더 커짐을 알 수 있다. 이 이유를 아래에서 설명한다.

비소성 펠렛의 바인더로 사용되는 시멘트는 조립 및 양생 시에 하기의 반응식 1 및 반응식 2와 같이, 침상 수화물이 형성되면서 강도가 발현되는 것이다.

반응식 1)

2(3CaOSiO₂) + 6H₂O → 3CaO₂SiO₂3H₂O + 3Ca(OH)₂

반응식 2)

2(2CaOSiO₂) + 4H₂O → 3CaO₂SiO₂3H₂O + Ca(OH)₂

이때, 상온의 대기 중에서 비소성 펠렛을 양생하게 되면 상기의 반응이 펠렛의 내부에서 균일하게 일어나는 것이 아니고, 일부 CaOSiO₂ 화합물은 반응하지 못하게 남아있게 된다. 이때, 양생된 펠렛을 300℃ 내지 600℃의 온도로 열처리하게 되면 상기 두 반응식의 반응이 모두 활발하게 일어나게 되어 비소성 펠렛의 강도가 잘 발현되게 된다.

또한, 비소성 펠렛을 열처리하게 되면, 비소성 펠렛 내부의 부착수 등이 증발하게 되고, 입자간의 거리 수축되며, 마찰저항이 증가되고, 침상 수화물의 판상 수화물로 변화하며 조직이 치밀질 조직으로 변하는 등에 의해 비소성 펠렛의 상온 압축강도가 더욱 향상될 수 있다.

또한, 양생된 펠렛을 300℃ 내지 600℃의 온도로 열처리할 때 이 펠렛의 주변 분위기에 이산화탄소 성분이 존재하게 되면 하기의 반응식 3과 같이 탄산칼슘이 형성되면서 펠렛의 강도가 더욱 향상될 수 있다.

반응식 3)

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

이때, 펠렛의 열처리 분위기에 수분이 더 첨가되면 상기 반응이 더 잘 일어나게 된다.

한편, 소결기(20)의 배가스의 경우, 소결기(20)에서 발생한 열이 소결 과정에 사용된 후 배가스에 의하여 윈드박스를 통해 배출하게 되며 그 온도는 200℃ 내지 400℃ 정도이다. 또한, 소결광 제조용의 배합 원료는 소결 시 배합 원료에 함유된 탄재의 연소반응에 의해 이산화탄소 및 수분을 다량 생성하고, 이는 그대로 배가스에 혼입된다. 즉, 소결기(20)의 배가스가 비소성 펠렛의 열처리에 활용되기 적합한 온도 범위와 성분을 가지게 된다.

본 발명의 실시 예에서는 원료층의 상부에 비소성 펠렛의 층을 마련하고, 소결기의 배가스가 원료층에 공급되어 순환되는 동안, 순환 중인 배가스의 온도와 성분으로 비소성 펠렛의 내부에 상기 반응식들과 같은 반응을 유도하고, 특히 반응식 3과 같은 반응을 유도하여 비소성 펠렛의 강도를 향상시키게 된다.

또한, 배가스가 원료층에 순환하면 약 200℃ 내지 400℃ 정도의 온도를 가지는 배가스의 열량으로 인해 소결광의 냉각 속도가 저하되고, 고온 체류 시간이 길어진다. 이에, 소결광 내에 산화철(FeO)이 많이 생성되고, 2차 헤마타이트의 생성이 촉진되어 결국 소결광의 저온환원분화지수(RDI)가 악화될 수 있다.

하지만, 본 발명의 실시 예는 원료층의 상부에 비소성 펠렛을 배치함으로서, 배가스가 비소성 펠렛의 층을 통과하면서 온도가 저하된 후 원료층의 소결광과 접촉되므로, 냉각중인 소결광에 공급되는 열량을 줄일 수 있다. 따라서, 소결광의 냉각 속도 저하를 억제 또는 방지하여 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 제시된 구성과 방식들은 서로 결합하거나 교차 적용되어 다양한 형태로 변형될 것이고, 이의 변형 예들을 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 결국, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

10: 조립기 20: 소결기
30: 장입기

Claims (12)

1. 제1배합 원료 및 바인더를 조립하여 조립물을 제조하는 조립기;
   제2배합 원료를 장입받아 복수의 구간을 이동시키며 열처리하는 소결기; 및
   내부에 상기 조립물을 장입받아 상기 복수의 구간 중 어느 하나의 구간에 장입하는 장입기;를 포함하고,
   상기 조립물은 철광석, 탄재, 함철 더스트, 함철 슬러지, 무기 바인더를 포함하는 고로 조업용의 비소성 펠렛을 포함하고,
   상기 조립기는 대기 중에서 상기 조립물을 적치하여 비소성으로 양생하는 적치대를 구비하며,
   상기 소결기는 열처리가 완료된 조립물과 소결광을 선별하는 스크린을 구비하는 원료 처리 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 조립기는,
   내부에 제1배합 원료가 저장되는 제1배합 원료 호퍼;
   내부에 바인더가 저장되는 바인더 호퍼;
   상기 제1배합 원료 호퍼 및 바인더 호퍼로부터 상기 제1배합 원료 및 바인더를 공급받아 혼합하는 혼합부;
   상기 혼합부로부터 상기 제1배합 원료와 바인더의 혼합물을 공급받아 조립하여 조립물을 제조하고, 상기 조립물을 상기 적치대로 공급하는 조립부;를 포함하는 원료 처리 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 소결기는,
   내부에 상기 제2배합 원료를 열처리하는 공간이 형성되고, 상기 복수의 구간이 배열된 방향으로 주행 가능하게 설치되는 대차부;
   내부에 상기 제2배합 원료가 저장되고, 상기 대차부 상에 위치하는 투입부;
   상기 투입부에서 상기 대차부가 주행하는 방향으로 이격되어 상기 대차부 상에 위치하는 점화로; 및
   일측이 상기 대차부의 하부에 연결되고, 타측이 상기 대차부 상에 개방되어, 상기 복수의 구간 중 적어도 하나의 배가스를 순환시키는 배가스 순환부;를 포함하는 원료 처리 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 장입기는,
   상기 복수의 구간 중 상기 점화로가 위치하는 구간의 이후 구간에 위치하고, 상기 대차부의 내부에 장입된 제2배합 원료 상에 상기 조립물을 장입하여 적층시키는 원료 처리 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 장입기는,
   상기 대차부의 주행 방향을 기준으로 상기 배가스 순환부의 타측에 선행하여 상기 대차부 상에 위치하고, 상기 대차부의 내부에 장입된 제2배합 원료 상에 상기 조립물을 장입하여 적층시키는 원료 처리 장치.
6. 제1배합 원료 및 바인더를 이용하여 조립물을 제조하고, 대기 중에서 상기 조립물을 적치하여 양생하는 과정;
   제2배합 원료를 소결기에 장입하여 복수의 구간을 이동시키며 열처리하는 과정;
   상기 복수의 구간 중 어느 하나의 구간에 상기 조립물을 장입하여 열처리하는 과정;
   열처리가 완료된 조립물과 소결광을 선별하는 과정;을 포함하고,
   상기 제1배합 원료는, 철광석, 탄재, 함철 더스트, 함철 슬러지를 포함하고,
   상기 바인더는 무기 바인더를 포함하며,
   상기 제2배합 원료는 소결광 제조용 배합 원료를 포함하며,
   상기 조립물은 고로 조업용의 비소성 펠렛인 원료 처리 방법.
7. 삭제
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 조립물을 제조하는 과정은,
   상기 제1배합 원료와 바인더를 혼합하여 혼합물을 마련하는 과정;
   상기 혼합물을 조립하여 조립물로 제조하는 과정; 및
   상기 조립물을 비소성으로 양생하는 과정;을 포함하는 원료 처리 방법.
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 제2배합 원료를 열처리하는 과정은,
   상기 복수의 구간이 배열된 방향으로 주행하는 상기 소결기의 대차부에 상기 제2배합 원료를 투입하는 과정;
   상기 제2배합 원료를 점화하여 열처리하는 과정;
   상기 복수의 구간 중 적어도 하나의 배가스를 순환시키는 과정;을 포함하는 원료 처리 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 조립물을 열처리하는 과정은,
    상기 복수의 구간 중 상기 제2배합 원료를 점화하는 점화 구간의 이후 구간에서 상기 제2배합 원료 상에 상기 조립물을 장입하여 적층시키는 과정;
    상기 배가스의 순환을 이용하여, 상기 조립물을 배가스 분위기에서 열처리하는 과정;을 포함하는 원료 처리 방법.
11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 조립물이 장입되는 위치 이후에 상기 배가스를 공급하며 순환시키는 원료 처리 방법.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 조립물을 배가스 분위기에서 열처리하는 과정은,
    상기 조립물을 이산화탄소 및 증기 중 적어도 하나를 함유하는 배가스 분위기에서 200℃ 내지 400℃의 온도로 열처리하는 과정;을 포함하는 원료 처리 방법.

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