KR101870709B1 - 소결광 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 소결광 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결광 제조용 브리켓, 그 제조 방법 및 이를 이용한 소결광 제조 방법에 관한 것으로, 소결배합원료를 마련하는 과정; 함철 미분 원료와 바인더를 이용하여 조립물을 제조하는 과정; 상기 소결배합원료와 상기 조립물을 소결대차에 장입하는 과정; 상기 소결배합원료와 상기 조립물을 소결하여 소결광을 제조하는 과정;을 포함하고, 상기 조립물은 상기 소결배합원료와 상기 조립물의 양을 합한 양을 100중량%로 할 때 5 내지 20중량% 포함시켜, 소결광 중 슬래그량을 저감시켜 소결 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

소결광 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 소결광{Manufacturing method of sintered ore and the sintered ore using it}

본 발명은 소결광 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 소결광에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소결광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 소결광 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 소결광에 관한 것이다.

미립의 분철광석을 소결하여 고로 사용에 적합한 크기로 제조하는 소결광 제조 공정은 대량 생산이 가능한 드와이트-로이드(Dwight-Lyoid, 이하, "DL"이라 함)식 소결 공정이 주로 이용된다. 이러한 DL식 소결 공정에서는 분철광석, 부원료 및 연료(분코크스, 무연탄) 등을 드럼 믹서에 넣어 혼합 및 조습(원료중량비 약 7∼8%)을 실시하여 소결 배합 원료를 의사 입자화시켜 소결기 대차상에 일정 높이로 장입한다. 그리고, 점화로에 의해 표면 점화 후 하방으로부터 공기를 강제 흡인하면서 소결 배합 원료의 소성이 진행되고 소결광이 제조된다. 소결이 완료된 소결광은 배광부의 파쇄기(crusher)를 거쳐 냉각기(cooler)에서 냉각되고, 고로 내 장입 및 반응에 용이한 5∼50㎜의 입도로 분급되어 고로로 이송된다.

DL식 소결 공정에서 소결 반응을 효율적으로 진행시키고, 양호한 품질의 소결광을 제조하기 위해서는 적정량의 공기가 층내를 흐를 수 있도록 통기성을 확보하는 것이 중요하며, 소결 생산성은 소결층 내 통기성에 크게 영향을 받는다. 또한, 소결층 내의 통기성은 의사 입자의 입도 분포에도 영향을 받으며, 통기성을 개선하기 위해서는 평균 입경의 증가보다는 미분부의 비율을 감소시키는 것이 효과적이다. 따라서, 소결 원료 중 미분 비율의 최소화가 필요하며, 철광석의 선광 과정을 거쳐 생산되는 극미분 철광석(ultra-fine iron ore)과 같이 미분 비율이 매우 높은 철광석을 사용할 경우에는 별도의 사전 처리를 통하여 소결 원료로 사용해야 한다.

또한, 소결 과정에서 의사 입자의 입도 분포 외에 강도가 소결층의 통기성에 크게 영향을 미친다. 통기성은 조립물이 수송, 장입, 그리고 소성 과정에서 받게 되는 기계적, 열적 충격에 견딜수 있는 강도를 갖는 것이 바람직하다. 통기성이 양호하면 소결광의 생산성이나 품질에 대한 조정이 용이해지므로 조립 공정에서는 원료 성상(입도 등)의 변화에도 불구하고 일정한 통기성을 확보할 수 있는 강도를 가진 의사 입자를 만드는 것이 중요하다.

한편, 고로조업에 있어서 고 미분탄 조업하에서 노하부 통기/통액성 확보 및 열손실 억제가 요구된다. 이에 고로 장입물의 슬래그량(slag volume) 저감, 소결광의 환원성 및 고온성상 등의 개선이 필요하다. 그 중 고로장입물의 슬래그량 저감 방안의 하나로 슬래그가 적은 소결광을 사용함으로써 고로 내 가스 이용율을 상승시키고, 고로 조업 시 발생하는 슬래그량을 저감시킬 수 있다. 즉, 슬래그량이 적은 소결광이란 철 성분 이외의 성분을 적게 포함하는 소결광을 의미하는 것으로, 일반적으로 소결광 중의 슬래그량이 저감되면 소결광의 피환원성이 개선되며, 고로 내 융착대 폭에 해당하는 연화용융온도차(ΔT)는 감소하여, 노하부에서의 통기성 향상 및 연료비 저감 등 조업효율 개선이 가능하며, 고로 조업 시 발생하는 슬래그 량을 저감시킬 수 있다. 따라서 고로조업을 효율적으로 수행하기 위하여 슬래그량이 저감된 소결광의 확보가 요구된다.

JP2010-185104A JP2009-114485A JP2003-82416A KR1449456B JP4268419B

본 발명은 함철 미분 원료를 이용하여 소결광을 제조할 수 있는 소결광 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 소결광을 제공한다.

본 발명은 슬래그의 양을 저감시킬 수 있는 소결광 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 소결광을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 소결광 제조방법은, 소결배합원료를 마련하는 과정; 함철 미분 원료와 바인더를 이용하여 조립물을 제조하는 과정; 상기 소결배합원료와 상기 조립물을 소결대차에 장입하는 과정; 상기 소결배합원료와 상기 조립물을 소결하여 소결광을 제조하는 과정;을 포함하고, 상기 조립물은 상기 소결배합원료와 상기 조립물의 양을 합한 양을 100중량%로 할 때 5 내지 20중량% 포함시킬 수 있다.

상기 함철 미분 원료는 직경 0.15㎜ 이하 크기의 입자를 90중량% 이상 포함할 수 있다.

상기 함철 미분 원료는 0중량% 초과, 3중량% 미만의 SiO₂와 0중량% 초과, 1중량% 미만의 Al₂O₃를 포함할 수 있다.

상기 함철 미분 원료와 상기 바인더를 합한 양을 100중량%로 할 때, 상기 바인더는 3 내지 5중량% 포함될 수 있다.

상기 바인더는 당밀과 생석회(CaO)를 포함하고, 상기 당밀은 상기 바인더 100중량%에 대하여 60 내지 70중량% 포함될 수 있다.

상기 조립물을 제조하는 과정에서, 상기 함철 미분 원료와 상기 바인더를 합한 양을 100중량%로 할 때 5 내지 6중량%의 수분을 첨가할 수 있다.

상기 조립물을 제조하는 과정에서 상기 함철 미분 원료와 상기 바인더를 성형기로 가압 성형하여 조립물을 제조하고, 상기 조립물을 건조하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 조립물의 압괴 강도는 5 내지 10㎏f를 포함할 수 있다.

상기 소결배합원료와 상기 조립물을 소결대차에 장입하기 이전에 상기 소결대차에 상부광을 장입할 수 있다.

상기 소결배합원료와 상기 조립물을 소결대차에 장입하는 과정에서, 상기 상부광의 상부에 상기 소결배합원료와 상기 조립물의 혼합물 및 상기 소결배합원료의 순서가 되도록 장입하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 소결배합원료와 상기 조립물을 소결대차에 장입하는 과정에서, 상기 조립물은 높이 방향으로 상기 소결대차의 내부 바닥으로부터 10 내지 60% 위치에 포함되도록 장입할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 소결광은, 상기 소결광 제조방법으로 제조되고, 상기 소결광의 중량을 100중량%로 할 때, 상기 소결광 100중량%에 대해서 CaO, SiO₂, MgO 및 Al₂O₃가 16.2 내지 16.9중량% 포함될 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 따르면, 함철 미분 원료를 이용하여 소결광을 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 소결광은 소결 후 슬래그의 양이 저감되어 소결광의 환원성을 향상시킬 수 있다. 또한, 소결 중 수축을 억제할 수 있고, 통기성이 향상되어 소결 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 제조된 소결광을 고로조업에 적용하면 고로조업 시 발생하는 슬래그량을 저감시켜 노하부에서의 통기성 및 통액성을 확보할 수 있고, 열손실 억제하여 고로 조업의 공정 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 소결광을 제조하기 위한 설비의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 방법에서 조립물을 제조하는 장치 및 제조된 조립물을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 방법을 순차적으로 보여주는 순서도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 방법으로 소결광을 제조할 때 소결대차 내에 원료층의 적층 상태를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조방법으로 제조된 소결광의 성상을 보여주는 사진.

이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 소결광을 제조하기 위한 설비의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 방법에서 조립물을 제조하는 장치 및 제조된 조립물을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 소결광을 제조하기 위한 설비는, 복수의 소결광 원료와 함철 미분 원료 및 바인더를 저장하는 복수의 호퍼(110)와, 복수의 소결광 원료를 혼합하는 제1혼합기(120)와, 함철 미분 원료 및 바인더를 이용하여 조립물, 예컨대 브리켓을 제조하는 조립장치(130)와, 제1혼합기(120)에서 혼합된 소결광 원료와 조립물을 혼합하는 제2혼합기(150) 및 소결광 원료와 조립물의 혼합물을 이용하여 소결광을 제조하는 소결기(160)를 포함할 수 있다.

복수의 호퍼(110)는 소결광의 원료로 사용되는 철광석을 저장하는 철광석 호퍼(111)와, 반광을 저장하는 반광 호퍼(112)과, 부원료인 석회석, 규석 등을 저장하는 부원료 호퍼(113)와, 연료인 코크스, 석탄(무연탄) 등을 저장하는 연료 호퍼(114)와, 함철 미분 원료를 저장하는 함철 미분 원료 호퍼(116) 및 바인더를 저장하는 바인더 호퍼(115)를 포함할 수 있다. 이때, 부원료 호퍼(113)는 석회석, 규석 등의 부원료를 성분 별로 각각 저장할 수 있도록 복수개로 구비될 수 있다.

여기에서 철광석 호퍼(111)는 적철광계 분철광석과, 갈철광계 분철광석을 저장하며, 복수 개로 구성될 수 있으며 함철 미분 원료보다 비교적 입자 크기가 큰 분철광석일 수 있다. 또한, 함철 미분 원료는 철광석 호퍼(111)에 저장되는 분철광석보다 입경이 작을 수 있으며, 펠렛피드(pellet feed)와 같은 극미분 철광석일 수도 있고, 철 성분을 포함하는 다양한 제강 부산물일 수도 있다.

이와 같은 분철광석과 함철 미분 원료는 후술하는 표 1에 기재된 성분과 입경을 가질 수 있으며, 이에 대해서는 나중에 다시 설명하기로 한다.

그리고 바인더를 저장하는 바인더 호퍼(115)도 당밀, CaO 등을 성분 별로 각각 저장할 수 있도록 복수개로 구비될 수 있다.

도 2의 (a)를 참조하면, 조립장치(130)는 함철 미분 원료 호퍼(116)에 저장된 함철 미분 원료와, 바인더 호퍼(115)에 저장된 바인더를 혼합하는 혼합기(132)와, 혼합기(132)에서 혼합된 함철 미분 원료와 바인더의 혼합물을 가압 성형하여 조립물을 제조하는 성형기(136)를 포함할 수 있다. 이때, 혼합기(132)에는 혼합물을 성형기(136)로 일정하게 배출시키기 위한 스크류 피더 등과 같은 절출기(134)가 구비될 수 있다.

혼합기(132)는 내부에 처리물을 수용하는 공간이 형성되고, 회전 가능한 고속 교반 믹서일 수 있다. 혼합기(132)는 내부에 함철 미분 원료와 바인더를 수용한 상태로 고속으로 회전하여 함철 미분 원료와 바인더를 교반하여 균일하게 혼합할 수 있다. 이때, 혼합기(132)에는 수분 공급기(미도시)가 구비되어 내부에 수분을 공급하며 함철 미분 원료와 바인더를 혼합할 수 있다.

성형기(136)는 외주면에 일정 패턴이 형성되는 적어도 2개의 롤을 포함하여 구성되며, 2개의 롤의 외주면이 서로 접촉되어 회전하며 외주면에 형성된 패턴과 대응하는 형상의 조립물, 예컨대 브리켓을 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 조립물은 도 2의 (b)에 도시된 것처럼 상하 및 좌우방향으로 대칭형상을 갖는 필로우(Pillow) 타입으로 형성될 수 있다. 브리켓은 길이(x)×폭(y)×두께(z)가 13×9×6 (±10%의 오차를 가질 수 있음) 정도의 크기와, 약 0.5㎤ 정도의 체적을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 성형기(136)에서 조립물을 제조할 때 선압기준으로 8 내지 12kN/㎝ 정도의 성형압력을 이용할 수 있다. 이렇게 제조되는 조립물은 3 내지 5㎏f 정도의 압괴 강도를 가질 수 있다. 여기에서 압괴 강도는 조립물을 가압하였을 때 조립물이 찌부러지는 등 변형을 일으키는 강도를 의미한다.

조립장치(130)에서 제조된 조립물을 5 내지 6중량% 정도의 수분을 함유하고 있기 때문에 소결배합원료와 혼합하는 과정이나 소결대차에 장입하는 과정에서 파괴되기 쉽다. 이에 조립장치(130)에서 제조된 조립물은 건조기(140)에서 열풍 등을 이용하여 건조시킨 후 소결배합원료와 혼합된 후 소결대차에 장입될 수 있다.

한편, 제1혼합기(120)는 철광석 호퍼(111)와, 반광 호퍼(112)와, 부원료 호퍼(113) 및 연료 호퍼(114)로부터 분철광석, 반광, 부원료 및 연료를 공급받아 균일하게 혼합하여 소결배합원료를 제조한다. 이때, 제1혼합기(120)는 조립장치(130)의 혼합기(132)와 거의 동일한 구조 및 방법으로 소결배합원료를 제조할 수 있다.

제2혼합기(150)는 제1혼합기(120)에서 제조된 소결배합원료와 건조기(140)에서 건조가 완료된 조립물을 공급받아 혼합기(132)와 거의 동일한 방법으로 소결배합원료와 조립물을 혼합한다. 이하에서는 소결배합원료와 조립물의 혼합물을 소결원료라 한다.

소결기(160)는 이동경로를 따라 이동가능하도록 구비되는 복수의 소결대차와, 이동경로의 일측에 구비되어 소결대차에 소결원료를 장입하는 원료공급부와, 소결대차의 이동방향에 대해서 원료공급부의 전방에 구비되어 소결대차 내의 원료층의 표층부를 점화시키는 점화로와, 소결대차의 이동경로를 따라 배치되어 소결대차 내부를 흡인하는 복수의 윈드박스를 포함하여 구성될 수 있다. 소결기(160)는 이동경로의 타측에 구비되어 소결대차로부터 배광되는 소결광을 파쇄하는 파쇄기와, 파쇄된 소결광을 냉각시키는 냉각장치를 포함할 수 있다. 이와 같은 소결기(160)의 구성은 공지의 기술로서 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제2혼합기(150)에서 제조된 소결원료는 소결기(160)의 소결대차에 장입되고, 소결원료는 소결대차가 소결경로를 따라 이동함에 따라 소결되면서 소결광으로 제조될 수 있다.

이와 같은 소결광 제조 설비를 이용하여 소결광을 제조하는 방법에 대해서 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 방법으로 소결광을 제조할 때 소결대차 내에 원료층의 적층 상태를 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 소결광 제조 방법은, 소결 배합 원료를 마련하는 과정(S110)과, 함철 미분 원료와 바인더를 이용하여 조립물을 제조하는 과정(S120)과, 소결 배합 원료와 조립물을 혼합하여 소결원료를 제조하는 과정(S130)과, 소결원료를 소결대차에 장입하는 과정(S140) 및 소결원료를 소결하여 소결광을 제조하는 과정(S150)을 포함할 수 있다. 이때, 소결원료를 제조하는 과정에서 소결배합원료와 조립물의 양을 합한 양을 100중량%로 할 때 조립물을 5 내지 20중량% 포함되도록 할 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 소결광 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 철광석, 부원료, 반광, 그리고 연료 등으로 구성되는 소결 배합 원료를 마련한다. 여기서, 철광석은 적철광, 갈철광, 자철광 중 적어도 어느 한 가지를 이용할 수 있으며, 철광석은 함철 미분 원료보다 입도가 큰 1㎜ 이상의 입도를 갖는 분철광석일 수 있다. 그리고 부원료는 석회석, 규석 등을 포함할 수 있고, 연료는 코크스, 석탄 등을 포함할 수 있다.

철광석 호퍼(111), 반광 호퍼(112), 부원료 호퍼(113) 및 연료 호퍼(114)에 각각 저장된 철광석, 반광, 부원료 및 연료는 제1혼합기(120)로 일정량씩 배출된 후 혼합되고, 이를 통해 소결배합원료가 마련될 수 있다.

그리고 함철 미분 원료 호퍼(116)와 바인더 호퍼(115)에 각각 저장된 함철 미분 원료와 바인더는 조립장치(130)에서 혼합 및 성형되어 조립물로 형성될 수 있다. 함철 미분 원료 호퍼(116)와 바인더 호퍼(115)에 각각 저장된 함철 미분 원료와 바인더는 조립장치(130)의 혼합기(132)로 일정량씩 배출되어 혼합된 후, 성형기(134)에서 가압 성형되어 브리켓 등과 같은 조립물로 형성될 수 있다.

함철 미분 원료는 직경이 0.15㎜ 이하 크기의 입자를 90중량% 이상 포함하고 있어, 이를 그대로 소결배합원료에 포함시키는 경우, 소결 시 통기성 악화로 소결광의 생산성이 저하되는 문제점이 있다. 그러나 함철 미분 원료는 100중량%에 대해서 철 함량이 66중량% 이상이고, SiO₂의 함량은 0중량% 초과, 3중량% 미만이며, Al₂O₃의 함량은 0중량% 초과, 1중량% 미만 포함될 수 있다. 이와 같은 함철 미분 원료는 소결배합원료를 구성하는 분철광석에 비해 철 함량이 높고, SiO₂ 및 Al₂O₃ 등과 같은 맥석 함량이 비교적 낮기 때문에 본원발명에서와 같이 조립물로 제조하여 사용하는 경우, 철원을 확보하는데 유용하며, 슬래그의 양도 저감시킬 수 있는 이점이 있다.

바인더는 함철 미분 원료와 바인더를 합한 양을 100중량%로 할 때, 3 내지 5중량% 포함될 수 있다. 바인더는 당밀과 생석회(CaO)를 포함할 수 있으며, 당밀은 바인더 100중량%에 대하여 60 내지 70중량% 포함될 수 있다.

바인더는 소결 과정 중 조립물의 입자 붕괴를 억제하고, 특히 소결 융착대 하부의 소결원료층의 건조 영역에서 조립물의 입자 상태를 건전하게 유지시킴으로써 소결층의 통기성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 즉, 조립물이 수송, 장입, 그리고 소성 과정에서 받게 되는 기계적, 열적 충격에 견딜 수 있는 내구성을 향상시키는 기능을 할 수 있다. 또한, 바인더의 함량에 따라 조립물의 낙하 강도를 향상시킬 수 있다. 이러한 바인더는 함량이 증가할수록 브리켓의 습윤 입자의 낙하 강도가 증가한다. 그러나 지나치게 많이 사용되는 경우 슬래그의 양이 증가할 수 있고, 바인더의 양이 증가함에 따라 소결대차에 장입되는 소결배합원료 및 함철 미분 원료의 비율이 저감하여 최종적으로 제조되는 소결광 내 철 함량이 저하될 수 있다. 또한, 바인더의 함량이 지나치게 적은 경우에는 조립물의 성형성이 저하되고, 함철 미분 원료 간 결합력이 저하되어, 조립물의 강도가 저하될 수 있다.

이와 같이 함철 미분 원료와 바인더가 마련되면, 혼합기(132)에 일정량씩 투입하여 균일하게 혼합하여 함철 미분 원료와 바인더의 혼합물을 제조한다. 이때, 혼합기(132)에 수분을 공급할 수 있으며, 혼합기(132)에 공급되는 수분의 양은 함철 미분 원료와 바인더를 합한 양을 100중량%라고 할 때 5 내지 6중량% 정도 공급할 수 있다. 이때, 수분은 바인더 중 생석회를 수화시키는데 사용될 수 있다. 즉, 생석회는 첨가되는 수분에 의해 수화되어 소석회(Ca(OH)₂)로 되는데, 소석회는 배합 원료의 바운딩(Bounding) 역할을 할 수 있다. 수분의 첨가량은 제시된 범위보다 적은 경우 상기한 반응이 미미하게 발생하여 함철 미분 원료를 원활하게 결합시킬 수 없고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 이후 수행되는 성형 공정 시 조립물의 성형성이 저하되고 강도가 저하되는 문제점이 있다.

이후, 성형기(134)에서 함철 미분 원료와 바인더의 혼합물을 이용하여 브리켓 등과 같은 조립물을 제조할 수 있다. 전술한 바와 같이 조립물은 상하 및 좌우방향으로 대칭형상을 갖는 필로우(Pillow) 타입으로 형성될 수 있다. 조립물은 길이(x)×폭(y)×두께(z)가 13×9×6 (±10%의 오차를 가질 수 있음) 정도의 크기와, 약 0.5㎤ 정도의 체적을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 성형기(136)에서 조립물을 제조할 때 선압기준으로 8 내지 12kN/㎝ 정도의 성형압력을 이용할 수 있다. 이렇게 제조되는 조립물은 3 내지 5㎏f 정도의 압괴 강도를 가질 수 있다.

성형기(134)에서 제조된 조립물은 수분을 함유하고 있기 때문에 강도가 낮아 후속 공정으로 이송하는 과정, 혼합하는 과정 및 장입하는 과정에서 손상될 수 있다. 따라서 건조기(140)에서 조립물을 건조시킨 후 소결배합원료와 혼합 및 장입하는 과정을 거칠 수 있다. 건조기(140)에서 조립물에 함유되는 수분 대부분이 제거되고, 조립물에 함유된 바인더 중 일부가 경화능을 발현하여 조립물의 압괴 강도는 5 내지 10㎏f 정도까지 증가할 수 있다.

이와 같이 함철 미분 원료를 성형기(134)에서 가압 성형하여 조립물로 만들어 소결광 제조에 사용하면, 함철 미분 원료의 사용량을 증대시킬 수 있는 동시에 소결 시 통기성 저하없이 함철 미분원료를 효율적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

이후, 건조기(140)에서 건조된 조립물은 제2혼합기(150)로 이송하여 소결배합원료와 균일하게 혼합하여 소결대차에 장입할 소결원료를 제조한다. 이때, 조립물은 소결배합원료와 조립물을 합한 양을 100중량%라고 할 때 약 5 내지 20중량% 정도 포함될 수 있다. 이때, 조립물의 양이 제시된 범위보다 적은 경우에는 비교적 저렴한 함철 미분 원료의 사용량이 현저하게 감소함으로써 생산비용이 증가할 수 있고, 제시된 범위보다 많은 경우에는 소결 공정 시 소결대차 내 통기성 증가로 인해 융액 형성이 저하되어 제조되는 소결광의 강도가 저하되는 등 소결광의 품질을 저하하는 문제점이 있다.

이렇게 제조된 소결원료는 도 4에 도시된 것처럼 소결대차(200)에 장입될 수 있다. 소결대차(200)는 내부 바닥으로부터 상부까지 3개의 영역으로 구분할 수 있다. 이때, A영역은 상부광이 장입되는 영역이고, B영역과 C영역은 소결원료가 장입되는 영역이다.

소결원료의 장입 시 소결대차의 저부, 예컨대 소결대차의 높이 방향으로 바닥면으로부터 10% 정도의 범위인 A영역에는 상부광이 장입될 수 있고, 소결원료는 상부광의 상부에 입도편석되어 장입될 수 있다. 이때, 조립물은 소결대차의 높이 방향으로 10 내지 60% 정도의 범위인 B영역에 포함되도록 장입될 수 있다. 조립물이 제시된 범위를 벗어나도록 장입, 예컨대 소결대차의 높이 방향으로 60% 이상의 범위인 C영역까지 장입되는 경우, 소결대차 내 통기성이 증가하여 소결원료가 소결되면서 발생하는 열량의 유지 시간이 단축되면서 소결원료를 충분하게 소결시키는데 문제가 발생한다. 이에 소결원료에서 융액이 원활하게 발생하지 않아 소결원료의 입자간 결합이 제대로 이루어지지 않게 되고, 결국에는 제조되는 소결광의 강도가 저하되는 등 소결광의 품질을 저하하는 문제점이 있다.

이후, 소결광이 제조되면 배광부에서 배광한 다음 냉각장치에 일정 온도까지 냉각시켜 필요한 조업에 사용할 수 있다.

이렇게 제조된 소결광은 철 함량이 비교적 높고, SiO₂, Al₂O₃ 등과 같은 맥석 성분, 예컨대 철 이외의 성분이 비교적 낮은 함철 미분 원료를 이용하기 때문에 소결광 제조 시 소결광 내 슬래그의 함량을 저감시킬 수 있다. 또한, 함철 미분 원료는 가압 성형된 조립물 형태로 사용되기 때문에 펠릿 형태로 조립물을 만들어 사용할 때보다 소결공정 시 소결층의 수축이 억제되어 통기성 저하로 인한 소결 생산성 및 소결광의 품질 저하를 억제할 수 있다.

이와 같이 제조되는 소결광의 품질 개선 가능성을 확인하고자 다음과 같은 실험을 실시하였다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조방법으로 제조된 소결광의 성상을 보여주는 사진이다.

이하의 실험 예에서는 함철 미분 원료를 성형하여 조립물을 제조하고, 조립물과 소결배합원료를 혼합한 소결원료를 실험용 소결포트에 장입하여 소결을 실시하였다. 그리고 실험 과정 중 조립물의 물리적인 특성 중 일부를 측정하고, 실험 후 제조된 소결광의 성분 분석 및 물리적인 특성 측정하여 본 발명에 의해 소결 생산성 및 품질의 개선이 가능함을 확인하였다.

[철광석의 화학 성분 및 입도]

본 발명에 사용된 철광석의 화학 성분 및 입도를 표 1에 나타내었다.

철광석	화학성분(wt%)						입도
	T.Fe	FeO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	평균입경 (㎜)	0.15㎜ 이하 (wt%)
A	61.53	0.08	3.94	2.12	0.04	0.04	2.33	22.3
B	65.15	0.96	3.94	0.82	0.00	0.01	2.07	26.5
C	61.65	0.07	3.51	2.06	0.01	0.04	2.31	38.1
D	65.55	0.24	1.62	1.57	1.72	0.17	1.55	20.7
E	58.15	0.07	5.29	1.42	0.04	0.04	2.86	6.0
F	58.70	0.22	4.49	1.51	0.05	0.05	2.68	5.3
G	66.74	0.47	2.41	0.40	0.02	0.03	0.09	92.0

철광석의 성분 측면에서 적철광계 분철광석(A, B, C, D) 및 갈철광계 분철광석(E, F)의 철 함량은 58.15 내지 65.55중량%정도이고, 함철 미분 원료(G)의 철함량은 약 66.74중량% 정도로, 분철광석과 유사하거나 높다.

또한, 철광석의 성분 측면에서 적철광계 분철광석(A, B, C, D) 및 갈철광계 분철광석(E, F)의 SiO₂ 함량은 1.62 내지 5.29중량%이고, Al₂O₃ 함량은 약 0.82∼2.12중량%정도이다. 이에 비해 함철 미분 원료(G)의 SiO₂ 함량은 약 2.41중량%이고, Al₂O₃ 함량은 약 0.4중량% 정도로, 분철광석에 비해 매우 낮다.

또한, 철광석의 입도 측면에서 함철 미분 원료(G)의 평균 입경은 약 0.09㎜ 정도로, 분철광석에 비해 매우 작다.

[소결 원료의 조건]

본 발명에 사용된 소결 원료의 조건을 아래의 표 2에 나타내었다. 실제 소결 공정 배합 원료의 조건과 유사하도록 하였으며, 철광석은 적철광계 분철광석 4종(A, B, C, D), 갈철광계 분철광석 2종(E, F), 함철 미분 원료(G)를 사용하였다.

참고로, 아래의 표 2에 기재된 배합비는 소수점 2번째 자리에서 반올림된 값으로 합계에 오차가 발생할 수 있다.

구분		배합 1	배합 2	배합 3	입도(㎜)
철광석 (wt%)	A	11.6	10.2	8.8	8㎜ 이하
	B	12.6	11.9	11.2	8㎜ 이하
	C	8.3	7.3	6.3	8㎜ 이하
	D	6.7	5.9	5.1	8㎜ 이하
	E	16.0	14.0	12.2	8㎜ 이하
	F	28.8	25.4	21.9	8㎜ 이하
	G	0	10.0	20.0	1㎜ 이하
부원료 (wt%)	생석회 석회석 규사	2.4 13.4 0.3	2.4 12.6 0.3	2.4 11.8 0.3	1㎜ 이하 4㎜ 이하 1㎜ 이하
철광석과 부원료 합계(wt%)		100.0	100.0	100.0
반광(wt%)		25.9	25.9	25.9	5㎜ 이하
분코크스(wt%)		2.8	2.8	2.8	3㎜ 이하
무연탄(wt%)		2.8	2.8	2.8	3㎜ 이하
총합계(wt%)		131.5	131.5	131.5

그리고 아래의 표 3에는 본 발명에 사용된 소결 원료의 조건으로 소결광을 제조할 때 목표 조성을 나타내고 있다. 표 3에서는 소결광의 철 함량과 슬래그량을 기재하고 있으며, 여기에서 철 함량은 순수한 철 성분의 함량을 나타낸 것이다. 철 성분은 소결 원료 내에서 철산화물 형태로 존재하기 때문에 철산화물 형태로 환산하면 약 80 내지 84wt% 정도로 나타낼 수 있다. 이때, 목표 조성으로 기재된 성분 이외에도 미량으로 존재하는 기타 성분의 함량은 기재하지 않았다.

목표조성	구분	배합1	배합2	배합3
	T.Fe(wt%)	56.0	57.0	58.0
	CaO(wt%)	9.8	9.4	9.1
	SiO2(wt%)	5.5	5.3	5.1
	MgO(wt%)	0.6	0.6	0.5
	Al2O3(wt%)	1.7	1.6	1.5
	슬래그량(wt%)	17.6	16.9	16.3
	염기도(CaO/SiO2)	1.78	1.78	1.78

철광석과 부원료 합계를 기준으로 배합 1은 함철 미분 원료(G)를 배합하지 않은 기준 배합이고, 배합 2는 본 발명에 따라 함철 미분 원료(G)를 배합한 비교 배합이다. 이때, 배합3은 함철 미분 원료(G)의 사용량 증가에 따른 소결광의 성분 변화를 살펴보기 위한 배합이다.

그리고 철광석을 제외한 부원료, 연료 및 반광의 배합비는 유사하거나 동일하게 유지하였다.

또한, 함철 미분 원료(G)를 이용하여 조립물을 제조할 때 사용되는 바인더의 배합비는 기재되어 있지 않다.

[조립물 제조]

배합 2 및 배합 3에 사용되는 조립물은 다음과 같이 제조하였다.

함철 미분 원료(G)와 바인더를 혼합기(132)에 장입하여 균일하게 혼합한 후 성형기(134)를 이용하여 조립물을 제조하였다. 이때, 바인더는 당밀과 생석회를 이용하였으며, 함철 미분 원료(G)와 바인더 총 중량에 대하여 당밀은 2.5중량%, 생석회는 1.5중량% 배합하였다. 그리고 함철 미분 원료(G)와 바인더를 혼합하는 과정에서 함철 미분 원료(G)와 바인더 총 중량에 대해서 5 내지 6중량% 정도의 수분을 첨가하였다.

그리고 성형기(134)에서 이렇게 마련된 혼합물을 이용하여 길이(x)×폭(y)×두께(z)가 13×9×6 정도의 크기와, 약 0.5㎤ 정도의 체적을 갖는 조립물을 형성하였다. 성형기(136)에서 조립물을 제조할 때 선압기준으로 10kN/㎝ 정도의 성형압력을 이용하였다. 이렇게 제조되는 조립물의 압괴 강도를 측정한 결과, 압괴 강도는 3 내지 5㎏f 정도로 측정되었다.

성형기(134)에서 제조된 조립물은 건조기(140)에서 건조하였다. 건조 후 조립물의 압괴 강도를 측정한 결과, 압괴 강도는 5 내지 10㎏f 정도로 측정되었다.

[소결광 제조]

배합 1 내지 배합 3을 이용하여 소결광을 제조하였다.

소결 포트에 배합 1 내지 배합 3의 소결원료를 장입하고, 1100℃로 예열된 점화로를 소결 포트 상부로 이동시켜 1분 동안 점화한 후 부압을 1,700㎜Aq로 일정하게 유지하여 소결을 진행하였다.

여기에서 소결 포트에 소결원료를 장입할 때, 소결 포트의 저부에는 상부광을 장입하고, 그 상부에 소결배합원료와 조립물이 혼합된 소결원료를 장입하고, 그 상부에는 조립물이 제외된 소결원료, 즉 소결배합원료를 장입하였다.

소결 포트는 직경 330㎜, 높이 700㎜ 크기를 갖는다. 이때, 상부광은 소결 포트 내부 바닥면으로부터 100㎜ 높이까지 장입하고, 소결배합원료와 조립물이 혼합된 소결원료는 소결 포트 바닥면으로부터 400㎜ 높이까지 장입하고, 소결배합원료는 소결 포트 바닥면으로부터 700㎜ 높이까지 장입하였다.

제조된 소결광은 도 5에 도시된 바와 같이 소결된 조립물의 표면 적어도 일부를 소결된 소결배합원료가 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이때, 소결된 조립물은 소결된 소결배합원료에 비해 기공이 적으로 것을 알 수 있다.

[소결 포트 시험 결과]

이와 같이 제조된 소결광을 이용하여 소결광의 물리적 특성과 성분을 분석하였다.

먼저, 제조된 소결광의 생산성, 회전강도, 소결광의 저온환원분화지수(RDI) 및 소결광의 환원지수(RI)는 하기의 수학식 1 내지 4에 의해 구하였으며, 소결시간은 배가스가 최고온도에 도달하는 시간을 기준으로 정하였다. 그 결과는 아래의 표 3에 기재하였다.

여기에서 'T'는 'ton'을 의미하고 'D'는 'day'를 의미한다.

구 분	배합 1	배합2	배합3
조립물 배합비(%)	0	10	20
의사입자 평균입경(㎜)	3.90	4.36	5.58
장입밀도(ton/㎥)	2.01	2.02	2.04
소결층 수축율(%)	9.3	7.9	6.4
소결시간(min)	37.8	33.7	33.6
생산성(t/d/㎡)	31.3	33.9	35.2
회전강도(%)	72.7	73.4	72.6
소결광의 환원지수(RI)(%)	70.8	74.7	71.9
소결광의 저온환원분화지수(RDI)(%)	41.1	37.7	36.5
소결광 슬래그량(%)	17.7	16.9	16.2

여기에서 소결광 슬래그량(wt%)은 소결광 100중량%에 대해서 CaO, SiO₂, MgO 및 Al₂O₃가 차지하는 비율을 나타낸다.

상기 표 3을 참조하면, 소결 포트 실험 결과, 조립물을 이용하지 않은 배합1에 비해 의사입자의 평균 입경이 3.90㎜이었으나, 함철 미분 원료를 조립물로 제조하여 소결원료로 이용하는 배합 2 및 3의 경우, 의사입자의 평균 입경이 4.36 내지 5.58㎜정도로 현저하게 증가하였다.

그리고 장입 밀도 면에서는 배합1에 비해 함철 미분 원료를 조립화하여 이용하는 배합 2 및 3에서 다소 증가한 것을 알 수 있다.

또한, 배합2 및 3을 이용하여 소결광을 제조하는 경우, 소결 시 소결층의 수축률은 배합1에 비해 낮아진 것을 알 수 있다.

또한, 배합 2 및 3을 이용한 경우 장입밀도 증가에도 불구하고 소결층 수축 억제에 따른 통기성이 개선되어 소결시간이 단축되고, 이에 따라 소결생산성이 배합 1에 비해 증가하였다.

그리고 소결광의 회전강도는 배합 2 및 3을 이용한 경우, 배합 1을 이용한 경우와 유사하거나 향상되었다.

또한, 배합2 및 3을 이용하였을 때 소결광 중의 슬래그량은 배합 1에 비해 0.8 내지 1.5% 정도 감소하였다. 그리고 배합2 및 3을 이용한 경우 배합1에 비해 저온환원분화지수(RDI) 및 환원지수(RI)가 모두 개선되었다. 이는 소결과정 중 소결층의 통기성이 향상되고, 이에 따라 소결속도가 증가하여 저온환원분화지수에 악영향을 미치는 2차 헤마타이트 생성이 억제되었기 때문이다. 또한, 소결광 중 슬래그량이 감소하여 그에 따라 환원지수(RI)가 개선된 것이다.

이와 같이 함철 미분 원료를 조립물로 만들고, 이를 제시된 범위로 소결배합원료와 배합하여 소결광을 제조함으로써 소결광 중 슬래그 함량을 낮출 수 있고, 소결과정 중 소결층의 수축억제 및 통기성 개선에 의하여 소결 생산성 및 소결광 품질을 개선할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110 : 호퍼 120 : 제1혼합기
130: 조립장치 140: 건조기
150: 제2혼합기 160 : 소결기

Claims (13)

1. 소결배합원료를 마련하는 과정;
   함철 미분 원료와 바인더의 혼합물을 가압 성형하여 조립물을 제조하는 과정;
   소결대차에 상부광을 장입하는 과정;
   상기 소결배합원료와 상기 조립물을 소결대차에 장입하는 과정;
   상기 소결배합원료와 상기 조립물을 소결하여 소결광을 제조하는 과정;을 포함하고,
   상기 조립물은 상기 소결배합원료와 상기 조립물의 양을 합한 양을 100중량%로 할 때 5 내지 20중량% 포함되고,
   상기 소결배합원료와 상기 조립물을 소결대차에 장입하는 과정에서,
   상기 상부광의 상부에 상기 소결배합원료와 상기 조립물의 혼합물 및 상기 소결배합원료의 순서가 되도록 장입하되, 상기 조립물은 높이 방향으로 상기 소결대차의 내부 바닥으로부터 10 내지 60% 위치에 포함되도록 장입하는 소결광 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 함철 미분 원료는 직경 0.15㎜ 이하 크기의 입자를 90중량% 이상 포함하는 소결광 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 함철 미분 원료는 0중량% 초과, 3중량% 미만의 SiO₂와 0중량% 초과, 1중량% 미만의 Al₂O₃를 포함하는 소결광 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 함철 미분 원료와 상기 바인더를 합한 양을 100중량%로 할 때,
   상기 바인더는 3 내지 5중량% 포함되는 소결광 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 바인더는 당밀과 생석회(CaO)를 포함하고,
   상기 당밀은 상기 바인더 100중량%에 대하여 60 내지 70중량% 포함되는 소결광 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 조립물을 제조하는 과정에서,
   상기 함철 미분 원료와 상기 바인더를 합한 양을 100중량%로 할 때 5 내지 6중량%의 수분을 첨가하는 소결광 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 조립물을 제조하는 과정에서
   상기 조립물을 제조하고,
   상기 조립물을 건조하는 과정을 포함하는 소결광 제조방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 조립물의 압괴 강도는 5 내지 10㎏f를 포함하는 소결광 제조방법.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 상기 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 의한 소결광 제조방법으로 제조되는 소결광.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 소결광의 중량을 100중량%로 할 때, 상기 소결광 100중량%에 대해서 CaO, SiO₂, MgO 및 Al₂O₃가 16.2 내지 16.9중량% 포함되는 소결광.

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