KR101908483B1

KR101908483B1 - 조립물 제조장치, 이를 구비하는 소결광 제조장치 및 소결광 제조방법

Info

Publication number: KR101908483B1
Application number: KR1020160159430A
Authority: KR
Inventors: 조병국; 김성완; 정은호; 박종인
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-11-28
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2018-12-19
Also published as: EP3546603A4; WO2018097387A1; JP2020501014A; EP3546603A1; CN110023520A; KR20180060206A

Abstract

본 발명은 조립물 제조장치, 이를 구비하는 소결광 제조장치 및 소결광 제조방법에 관한 것으로, 제1철광석, 부원료 및 연료를 혼합하여 제1배합원료를 제조하고, 상기 제1배합원료를 결합시켜 제1조립물을 제조할 수 있는 제1사전처리부; 및 제2철광석, 분원료 및 연료를 포함하는 제2배합원료를 압축 성형하여 성형체를 제조하고, 상기 성형체를 파쇄하여 제2조립물로 제조할 수 있는 제2사전처리부;를 포함하고, 원료층 내 통기성의 확보가 가능하여 소결 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

조립물 제조장치, 이를 구비하는 소결광 제조장치 및 소결광 제조방법{Manufacturing apparatus for lump, manufacturing apparatus for sintered ore using the same and method thereof}

본 발명은 조립물 제조장치, 이를 구비하는 소결광 제조장치 및 소결광 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소결광의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 조립물 제조장치, 이를 구비하는 소결광 제조장치 및 소결광 제조방법에 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.

한편, 소결광 제조에 있어서 철 함량이 높고 입도가 비교적 큰 양질의 고품위 철광석이 감소함에 따라 0.15㎜ 이하의 미분 비율이 높은 저품위 철광석의 사용량이 점차 증가하고 있다. 그런데 DL식 소결 공정에서 소결 반응을 효율적으로 진행시켜 생산성을 향상시키고, 양호한 품질의 소결광을 제조하기 위해서는 적정량의 공기가 층내를 흐를 수 있도록 통기성을 확보하는 것이 중요하다. 따라서 소결 원료 중 미분 비율의 최소화가 필요하며, 철광석의 선광 과정을 거쳐 생산되는 미분 철광석과 같이 미분 비율이 매우 높은 철광석을 사용할 경우에는 별도의 사전 처리를 통해 조립물로 제조하여 소결 원료로 사용해야 한다.

또한, 소결 과정에서 조립물의 입도 분포 외에 조립물의 강도가 소결층의 통기성에 크게 영향을 미친다. 따라서 조립물이 수송, 장입, 그리고 소성 과정에서 받게 되는 기계적, 열적 충격 등에 견딜 수 있는 강도를 갖도록 제조할 수 있는 방법이 요구되고 있다.

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본 발명은 조립물의 강도를 확보하고, 원료층 내 통기성을 확보할 수 있는 조립물 제조장치, 이를 구비하는 소결광 제조장치 및 소결광 제조방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 조립물 제조장치는, 원료가 주입되는 공간을 형성하고 판상의 성형체를 제조할 수 있도록 이격되어 구비되는 한 쌍의 제1롤을 포함하는 성형기; 상기 성형체가 유입되는 공간을 형성하도록 이격되어 구비되는 한 쌍의 제2롤을 포함하는 파쇄기;를 포함할 수 있다.

상기 성형기는 상기 한 쌍의 제1롤 사이로 상기 원료를 가압 주입하는 주입기를 포함할 수 있다.

상기 제2롤의 외주면에는 돌기가 형성될 수 있다.

상기 제2롤의 이격 거리는 상기 제1롤의 이격 거리보다 짧을 수 있다.

상기 파쇄기는 상기 성형기의 직하부에 구비되고, 상기 성형기에서 제조되는 상기 성형체가 상기 한 쌍의 제2롤 사이로 삽입되도록 상기 한 쌍의 제1롤과 상기 한 쌍의 제2롤은 나란하게 배치될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 소결광 제조장치는, 소결광을 제조하는 장치로서, 제1철광석, 부원료 및 연료를 혼합하여 제1배합원료를 제조하고, 상기 제1배합원료를 결합시켜 제1조립물을 제조할 수 있는 제1사전처리부; 및 제2철광석, 분원료 및 연료를 포함하는 제2배합원료를 압축 성형하여 성형체를 제조하고, 상기 성형체를 파쇄하여 제2조립물로 제조할 수 있는 제2사전처리부;를 포함할 수 있다.

상기 제1철광석을 입도선별할 수 있는 선별기가 포함될 수 있다.

상기 제2사전처리부는, 상기 제2철광석, 부원료 및 연료를 혼합하여 제2배합원료를 제조할 수 있는 제1혼합기를 포함할 수 있다.

상기 제2사전처리부는, 상기 제2배합원료가 주입되는 공간을 형성하도록 이격되어 구비되는 한 쌍의 제1롤을 포함하는 성형기; 상기 성형기의 하부에 구비되고, 이격되어 구비되는 한 쌍의 제2롤을 포함하는 파쇄기;를 포함할 수 있다.

상기 성형기는 상기 제2배합원료를 상기 한 쌍의 제1롤 사이로 가압 주입하는 주입기를 포함할 수 있다.

상기 제2롤의 외주면에는 돌기가 형성될 수 있다.

상기 제1조립물과 상기 제2조립물을 혼합하는 제2혼합기가 포함될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 소결광 제조방법은, 소결광 제조방법으로서, 제1철광석, 부원료 및 연료를 포함하는 제1배합원료를 결합시켜 제1조립물을 제조하는 과정; 제2철광석, 부원료 및 연료를 포함하는 제2배합원료를 성형 및 파쇄하여 제2조립물을 제조하는 과정; 및 상기 제1조립물과 상기 제2조립물을 소결대차에 장입하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 제1철광석을 입도선별하는 과정을 포함하고, 상기 제1철광석을 입도선별하는 과정에서 3㎜ 이하의 입자 크기를 갖는 철광석은 제2배합원료에 포함시키는 과정을 포함할 수 있다.

상기 제2배합원료를 마련하는 과정에서 바인더를 투입하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 제2조립물을 제조하는 과정은, 상기 제2배합원료를 압축 성형하여 판상의 성형체를 제조하는 과정; 상기 판상의 성형체를 파쇄하여 입자 형태의 제2조립물을 제조하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 성형체를 파쇄하는 과정에서 상기 제2조립물의 크기를 조절할 수 있다.

상기 소결대차에 장입하는 과정 이전에, 상기 제1조립물과 상기 제2조립물을 혼합하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 따르면, 미분 철광석을 포함하는 배합원료를 압축 성형하여 성형체를 제조하고, 성형체를 파쇄하여 입자 형상의 조립물을 제조함으로써 조립물의 생산성을 향상시킬 수 있고, 소결광 제조에 적합한 물리적 특성의 확보가 가능하다. 또한, 이렇게 제조된 조립물을 이용하여 소결광을 제조하는 경우 원료층 내 통기성의 확보가 가능하여 소결 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 조립물 제조장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조방법을 순차적으로 보여주는 순서도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 조립물 제조장치로 조립물을 제조하는 방법을 개념적으로 보여주는 도면.
도 5는 조립물의 종류에 따른 생산성을 비교하여 보여주는 그래프.
도 6은 파쇄기의 롤 간 거리에 따른 조립물의 입자 크기 분포를 보여주는 그래프.
도 7은 조립물의 종류에 따른 초기 강도를 비교하여 보여주는 그래프.
도 8은 조립물의 종류에 따른 압축 강도를 비교하여 보여주는 그래프.
도 9는 조립물의 종류에 따른 수분저항강도를 비교하여 보여주는 그래프.
도 10은 조립물의 종류에 따른 원료층을 통과하는 공기의 유속을 비교하여 보여주는 그래프.

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 따른 소결광 제조장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 조립물 제조장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 설비는, 일방향으로 배열되어 이동 가능하게 형성되고 내부에 배합원료를 열처리할 수 있는 공간이 마련되는 복수개의 소결대차(200)와, 소결대차(200)가 무한궤도방식으로 회전하도록 폐루프를 형성하는 이동경로(120)와, 소결대차(200)에 장입된 배합원료에 화염을 분사하는 점화로(130)를 포함할 수 있다. 또한, 소결광 제조 설비는 제1철광석을 포함하는 제1배합원료를 이용하여 제1조립물을 제조하는 제1사전처리부(300)와, 제2철광석을 포함하는 제2배합원료를 이용하여 제2조립물을 제조하는 제2사전처리부(400) 및 제1조립물과 제2조립물을 소결대차(200)에 장입하는 원료공급부(110)를 포함할 수 있다.

이동경로(120)는 소결대차(200)가 무한궤도방식으로 회전하도록 폐루프를 형성하며, 원료의 장입과 소결이 이루어지는 상부측 이동 경로와, 소결이 완료된 소결광을 배광한 빈 소결대차(200)가 소결 공정을 위해 상부측 이동 경로로 이동하는 하부측 이동 경로를 포함할 수 있다. 상부측 이동 경로에는 소결대차(200)에 원료를 장입하는 원료공급구간, 점화구간 및 소결구간이 구비될 수 있고, 하부측 이동 경로는 다음 소결공정을 위해 소결대차(200)가 이동하는 회차 구간일 수 있다. 이때, 상부측 이동 경로에서 하부측 이동경로로 전환되는 구간은 소결이 완료된 소결광이 배광되는 배광부(126)일 수 있다. 배광부(126)의 일측에는 소결대차(200)에서 배광되는 소결광을 파쇄하는 파쇄장치(140)와, 파쇄된 소결광을 냉각시키는 냉각장치(150)가 구비될 수 있다.

원료공급부(110)는 상부측 이동 경로의 일측에 구비될 수 있고, 점화로(130)는 소결대차(200)의 이동 방향에 대해서 원료공급부(110)의 전방에 구비될 수 있다. 또한, 상부측 이동 경로의 하부에는 점화구간의 하부에서 소결구간까지 소결대차의 내부를 흡인하도록 복수의 윈드박스(121)가 구비될 수 있다. 윈드박스(121)는 부압을 형성하여 소결대차(200)의 내부를 흡인함으로써 소결대차(200) 내부에서 원료층의 상부에서 하부로 향하는 공기의 흐름을 형성하여 원료를 소결할 수 있다.

윈드박스(121)의 끝단에는 덕트(122)가 연결되고, 덕트(122)의 끝단에는 블로워(124)가 설치되어 윈드박스(121) 내부에 음압을 형성함으로써 소결대차(200) 내부를 흡인할 수 있도록 한다. 또한, 덕트(122)에는 블로워(124)의 전방에 집진기(123)가 설치되어 있어 윈드박스(121)를 통해 흡인된 배기가스 중 불순물을 여과시켜 굴뚝(125)을 통해 배출시킬 수 있다. 윈드박스(121)는 외기를 흡인하여 소결 원료 표층의 점화 및 소결 원료의 연소를 가능하게 하여 소결광의 생산할 수 있도록 한다.

제1사전처리부(300)와 제2사전처리부(400)는 소결광을 제조하기 위한 원료 중 철광석의 입도에 따라 소결광 제조에 적합한 크기로 조립하는 역할을 할 수 있다. 이때, 제1사전처리부(300)는 10㎝ 이하의 제1철광석을 포함하는 제1배합원료를 상호 결합시켜 제1조립물, 예컨대 펠렛을 제조할 수 있고, 제2사전처리부(400)는 100㎛ 이하의 제2철광석을 포함하는 제2배합원료를 압축 성형한 후 파쇄하여 입자 형태의 제2조립물을 제조할 수 있다.

제1사전처리부(300)는 제1철광석, 부원료 및 연료 물질을 저장하는 복수의 제1호퍼(310)와, 제1철광석, 부원료 및 연료 물질을 혼합하여 제1배합원료를 제조하는 제1혼합기(320) 및 제1배합원료를 결합시켜 제1조립물을 제조하는 조립기(330)를 포함할 수 있다. 제1사전처리부(300)는 기존에 배합원료를 혼합 및 교반하면서 조립물을 제조하는 장치와 거의 유사할 수 있다. 즉, 제1사전처리부(300)는 제1혼합기(320)에서 10㎝ 이하의 입도를 갖는 제1철광석과, 석회석 등의 부원료 및 코크스 등과 같은 연료물질을 균일하게 혼합하여 제1배합원료를 제조하고, 조립기(330)에서 제1배합원료에 수분을 첨가하면서 교반하여 제1철광석, 부원료 및 연료물질을 상호 결합시킴으로써 펠렛(pellet) 등과 같은 제1조립물을 제조할 수 있다.

또한, 제2사전처리부(400)는 제2철광석, 부원료, 연료 물질 및 바인더를 저장하는 복수의 제2호퍼(410)와, 제2철광석, 부원료 및 연료 물질을 혼합하여 제2배합원료를 제조하는 제2혼합(420)기 및 제2배합원료를 이용하여 제2조립물을 제조하는 조립장치를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 조립장치는 제2배합원료를 압축성형하여 판상(plate type)의 성형체를 제조하는 성형기(430)와, 성형기(430)에서 제조된 판상의 성형체를 파쇄하여 입자 형태의 제2조립물을 제조하는 파쇄기(440)를 포함할 수 있다.

성형기(430)는 한 쌍의 제1롤(432)을 포함하는 쌍롤형 압축기를 포함할 수 있다. 이때, 한 쌍의 제1롤(432)은 그 사이에 제2배합원료가 주입되는 공간을 형성할 수 있도록 이격되어 나란하게 구비될 수 있다. 또한, 성형기(430)는 제2배합원료가 수용되는 용기(433)와, 용기(433) 내부에 구비되고 제2배합원료를 제1롤(432) 사이에 주입할 수 있도록 주입기(434)를 포함할 수 있다. 주입기(434)는 성형기(430)에서 고밀도의 성형체를 제조할 수 있도록 제1롤(432) 사이에 제2배합원료를 가압 주입할 수 있다. 예컨대 주입기(434)는 성형기(430)의 상부에서 제1롤(432) 사이에 제2배합원료를 가압 주입할 수 있는 스크류 피더를 포함할 수 있다.

파쇄기(440)는 성형체가 삽입되는 공간을 형성할 수 있도록 이격되어 나란하게 구비되는 한 쌍의 제2롤(442)을 포함할 수 있다.

파쇄기(440)는 성형기(430)에서 제조되는 성형체를 실시간으로 파쇄할 수 있도록 성형기(430)의 직하부에 구비될 수 있다. 이 경우 파쇄기(440)의 제2롤(442)은 성형기(430)의 제1롤(432)을 통해 제조되는 성형체가 삽입될 수 있도록 제1롤(432)과 나란하게 배치될 수 있다. 제2롤(442) 상부에는 성형체의 이탈을 방지하는 가이드플레이트(446)가 구비될 수 있다. 이때, 제2롤(442) 사이의 간격(D2)이 제1롤(432) 사이의 간격(D1)보다 넓거나 동일한 경우에는 성형체를 파쇄할 수 없으므로, 제2롤(442) 사이의 간격은 제1롤(432) 사이의 간격보다 작게 설정하는 것이 바람직하다. 성형기(430)에서 제조되는 성형체는 경화되지 않은 상태로 파쇄기(440)를 구성하는 제2롤(442) 사이로 삽입되면서 그 두께가 감소될 수 있다. 이렇게 제조되는 제2조립물은 2차례에 걸쳐 가압되기 때문에 성형체보다 더 큰 강도를 가질 수 있다. 이와 같은 원리를 이용하여 성형기(430)와 파쇄기(440) 사이에는 성형기(430)에서 제조되는 성형체를 압축하기 위한 압축기(미도시)를 추가로 구비할 수도 있다. 이 경우 압축기는 성형기(430)와 같이 서로 이격되어 배치되는 한 쌍의 롤을 구비할 수 있으며, 이때 롤 간 간격은 제1롤(432)의 간격보다 작고 제2롤(442)의 간격보다 큰 간격을 가질 수 있다.

또한, 제2롤(442)은 성형체를 용이하게 파쇄할 수 있도록 외주면에 돌기(444)가 형성될 수 있다. 돌기(444)는 제2롤(442)의 외주면에 일정 간격(D3)를 갖도록 구비될 수 있으며, 이때 돌기(444)의 간격은 성형체를 파쇄하여 제조되는 제2조립물의 크기를 결정하는데 영향을 미칠 수 있다. 돌기(444)는 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 예컨대 성형체를 파쇄하여 길이, 폭 및 두께를 가지는 입자형태의 제2조립물을 제조할 수 있도록 격자형상으로 형성될 수 있다. 제2조립물의 크기는 제2롤(442)의 간격이나 제2롤(442)의 외주면에 형성되는 돌기(444)의 크기를 통해 조절될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 설비는, 선별기(500)를 더 포함할 수도 있다. 선별기(500)는 제1철광석으로부터 특정 입도 이하, 예컨대 1㎜ 이하 또는 3㎜ 이하의 입도를 갖는 철광석을 선별할 수 있다. 선별기(500)에서 선별된 철광석은 제2사전처리부(400)로 제공되어 제2철광석과 함께 제2조립물을 제조하는데 사용될 수 있다.

또한, 원료공급부(110)는 제1사전처리부(300)에서 제조된 제1조립물과 제2사전처리부(400)에서 제조된 제2조립물을 저장하는 서지호퍼(114)와, 상부광을 저장하는 상부광호퍼(112) 및 소결대차(200)에 배합원료 및 상부광을 장입하는 장입장치(116)를 포함할 수 있다. 이때, 제1조립물과 제2조립물은 별도의 혼합기(미도시)에서 혼합된 후 서지호퍼(114)에 저장될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조 방법에 대해서 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조방법을 순차적으로 보여주는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 조립물 제조장치로 조립물을 제조하는 방법을 개념적으로 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 소결광 제조 방법은, 제1철광석을 마련하는 과정(S110)과, 제1철광석, 부원료 및 연료물질을 혼합하여 제1배합원료를 제조하는 과정(S114)과, 제1배합원료를 결합시켜 제1조립물을 제조하는 과정(S116)과, 제2철광석을 마련하는 과정(S120)과, 제2철광석, 부원료, 연료물질 및 바인더를 혼합하여 제2배합원료를 마련하는 과정(S122)과, 제2배합원료를 압축 성형하여 판상의 성형체를 제조하는 과정(S124)과, 성형체를 파쇄하여 입자형태의 제2조립물을 제조하는 과정(S126) 및 제1조립물과 제2조립물을 소결대차에 장입(S130)하여 소결하는 과정(S140)을 포함할 수 있다. 이때, 제1철광석을 마련하는 과정 이후에 제1철광석으로부터 특정 크기, 예컨대 3㎜ 이하의 크기를 갖는 제1철광석을 입도 선별하는 과정(S112)을 포함할 수 있다. 여기에서 선별된 3㎜ 이하의 크기를 갖는 제1철광석은 제2조립물을 제조하는데 사용할 수도 있다.

먼저, 제1철광석은 10㎝ 이하의 크기를 갖는 분철광석일 수 있다. 제1철광석은 제1조립물을 제조하는데 사용될 수 있으며, 필요에 따라 제1철광석으로부터 1㎜ 이하 또는 3㎜ 이하의 크기를 갖는 철광석을 입도선별하여 제2조립물을 제조하기 위한 제2사전처리부(400)로 이송할 수도 있다.

제1철광석이 마련되면, 석회석 등의 부원료 및 연료물질과 함께 제1혼합기(320)에 장입한 후 균일하게 혼합하여 제1배합원료를 제조한다. 제1배합원료가 제조되면, 제1배합원료를 조립기(330)에 장입하고 수분을 첨가하면서 교반하여 제1철광석, 부원료 및 연료물질을 상호 결합시켜 펠렛 등과 같은 제1조립물을 제조한다.

제2철광석은 100㎛ 이하의 크기를 갖는 미분철광석일 수 있다. 제2철광석은 제2조립물을 제조하는데 사용될 수 있으며, 제2철광석 단독 또는 제2철광석과 제1철광석으로부터 입도선별된 1㎜ 이하 또는 3㎜ 이하의 철광석과 혼합되어 제2조립물로 제조될 수 있다. 제2철광석이 마련되면 석회석 등의 부원료와 코크스 등과 같은 연료물질 및 바인더와 함께 제2혼합기(420)에 장입하여 균일하게 혼합함으로써 제2배합원료를 제조한다. 이때, 바인더는 당밀, 생석회(CaO) 및 수분 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

제2배합원료가 제조되면, 조립물 제조장치에서 부정형 입자 형태의 제2조립물을 제조할 수 있다. 제2배합원료는 주입기(434)를 이용하여 성형기(430)에 가압주입되고, 성형기(430)는 제1롤(432)을 이용하여 제2배합원료를 압축 성형함으로써 판상의 성형체를 제조할 수 있다. 이렇게 제조되는 성형체는 제1롤(432)의 간격 정도의 두께를 가질 수 있다. 이와 같은 방법으로 성형체를 제조하면, 브리켓 제조 시 성형롤의 회전방향과 반대방향 힘의 작용이 요구되지 않기 때문에 브리켓을 제조할 때보다 상대적으로 생산속도가 빠르고 강도가 균일한 판상 성형체를 제조할 수 있다.

성형체는 성형기(430) 하부의 파쇄기(440)로 공급되고, 성형체는 파쇄기(440)의 제2롤(442) 사이를 빠져나가면서 제2롤(442)의 외주면에 형성되는 돌기(444)에 의해 파쇄되어 입자 형태의 제2조립물로 제조될 수 있다. 이때, 성형체는 제2롤(442)에 의해 다시 한 번 가압되면서 파쇄되기 때문에 제2조립물은 성형체보다 높은 압축 강도를 가질 수 있다.

제2조립물이 제조되면, 제1사전처리부(300)에서 제조된 제1조립물과 함께 원료공급부(110)의 서지호퍼(114)에 저장될 수 있다. 이때, 제1조립물과 제2조립물은 별도의 혼합기에서 혼합된 후 서지호퍼(114)에 저장될 수도 있고, 각각 서로 다른 서지호퍼에 저장될 수도 있다.

이후, 장입장치(116)를 이용하여 이동경로(120)를 따라 이동하는 소결대차(200)에 상부광, 제1조립물 및 제2조립물을 장입하여 원료층을 형성한다. 그리고 소결대차(200)는 이동경로(120)를 지나가면서 원료층의 표층부가 점화되고 원료층의 소결이 진행될 수 있다.

이와 같은 방법으로 소결광을 제조하는 경우 공정 효율 및 생산성의 개선 가능성을 확인하고자 다음과 같은 시험을 실시하였으며, 그 시험 결과는 도 5 내지 도 10에 도시된 바와 같다.

도 5는 조립물의 종류에 따른 생산성을 비교하여 보여주는 그래프이고, 도 6은 파쇄기의 롤 간 거리에 따른 조립물의 입자 크기 분포를 보여주는 그래프이고, 도 7은 조립물의 종류에 따른 초기 강도를 비교하여 보여주는 그래프이고, 도 8은 조립물의 종류에 따른 압축 강도를 비교하여 보여주는 그래프이고, 도 9는 조립물의 종류에 따른 수분저항강도를 비교하여 보여주는 그래프이고, 도 10은 조립물의 종류에 따른 원료층을 통과하는 공기의 유속을 비교하여 보여주는 그래프이다.

[철광석 마련]

시험을 위해 소결광의 원료로 사용될 철광석을 마련하였다. 시험에 사용된 철광석의 화학 성분 및 입도를 아래의 표 1에 나타내었다.

철광석	화학성분(wt%)						입도
철광석	T.Fe	FeO	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	평균입경 (㎜)	0.15㎜ 이하 (wt%)
A	58.70	0.22	4.49	1.51	0.05	0.05	2.68	5.3
B	66.74	0.47	2.41	0.40	0.02	0.03	0.09	92.0

철광석 A는 대표적인 소결용 분철광석이며, 전술한 제1철광석에 대응할 수 있다. 그리고 철광석 B는 적철광계 미분광석(또는 펠렛 피드(pellet feed))으로, 미분 비율(입도 0.15㎜ 이하)이 약 90중량% 정도로 매우 높다. 철광석 B는 제2철광석에 대응할 수 있다.

[조립물 제조]

철광석 A는 제1사전처리부(300)를 통해 제1조립물로 제조하였고, 철광석 B는 제2사전처리부(400)를 통해 제2조립물로 제조하였다. 이때, 제1사전처리부(300)를 통해 제조된 제1조립물은 STD라 한다. 제1조립물과 제2조립물 제조 시 부원료, 연료물질, 수분 및 바인더 중 적어도 어느 하나를 이용하였다.

제2조립물은 본 발명의 실시 예에 따른 제2사전처리부(400)를 이용하여 제조하였으며, 이때 성형기(430)의 제1롤(432) 간격을 각각 1㎝과 2㎝로 조절하여 판상의 성형체를 제조한 후 파쇄기(440)의 제2롤(442) 간격을 1 내지 2㎝ 사이의 범위로 조절하여 성형체를 파쇄함으로써 제2조립물을 제조하였다. 이때, 제1롤(432)을 1㎝로 조절하여 제조된 성형체를 파쇄하여 제조된 조립물은 PA1이라 하고, 제1롤(432)을 2㎝로 조절하여 제조된 성형체를 파쇄하여 제조된 조립물은 PA2라 한다.

그리고 제2조립물의 물리적인 특성 및 이를 이용한 소결조업의 개선 가능성을 확인하기 위하여 철광석 B를 이용하여 브리켓과 펠렛을 제조하였다.

브리켓은 0.5cc, 1.0cc 및 2.0cc의 부피를 갖도록 제조하였으며, 각각 B1, B2 및 B3라 한다. 그리고 펠렛은 직경 1㎝ 및 2㎝의 크기를 갖도록 제조하였으며, 각각 P1, P2라 한다.

[소결광 제조]

상기 제1조립물과 제2조립물을 이용하여 시료를 제조하고, 이를 이용하여 소결광을 제조하였다.

시료1은 제1조립물 30㎏으로 제조하였다. 그리고 시료1을 직경 150㎜의 소결포트에 장입하여 원료층을 형성하고, 원료층의 표층부를 점화한 후, 소결포트의 하부에서 1,500㎜Aq의 압력으로 흡인하면서 소결을 진행하였다.

시료2는 제1조립물과 브리켓 B1의 혼합물 30㎏으로 제조하였다. 그리고 시료2를 직경 150㎜의 소결포트에 장입하여 원료층을 형성하고, 원료층의 표층부를 점화한 후, 소결포트의 하부에서 1,500㎜Aq의 압력으로 흡인하면서 소결을 진행하였다.

시료3은 제1조립물과 브리켓 B2의 혼합물 30㎏으로 제조하였다. 그리고 시료3을 직경 150㎜의 소결포트에 장입하여 원료층을 형성하고, 원료층의 표층부를 점화한 후, 소결포트의 하부에서 1,500㎜Aq의 압력으로 흡인하면서 소결을 진행하였다.

시료4는 제1조립물과 브리켓 B3의 혼합물 30㎏으로 제조하였다. 그리고 시료4를 직경 150㎜의 소결포트에 장입하여 원료층을 형성하고, 원료층의 표층부를 점화한 후, 소결포트의 하부에서 1,500㎜Aq의 압력으로 흡인하면서 소결을 진행하였다.

시료5는 제1조립물과 제2조립물 PA1의 혼합물 30㎏으로 제조하였다. 그리고 시료5를 직경 150㎜의 소결포트에 장입하여 원료층을 형성하고, 원료층의 표층부를 점화한 후, 소결포트의 하부에서 1,500㎜Aq의 압력으로 흡인하면서 소결을 진행하였다.

시료6은 제1조립물과 제2조립물 PA1의 혼합물 30㎏으로 제조하였다. 그리고 시료6을 직경 150㎜의 소결포트에 장입하여 원료층을 형성하고, 원료층의 표층부를 점화한 후, 소결포트의 하부에서 1,500㎜Aq의 압력으로 흡인하면서 소결을 진행하였다.

상기 시료2 내지 6을 제조하는데 사용된 철광석 A와 철광석 B는 8:2의 중량비로 사용되었다.

[시험 결과]

먼저, 철광석 B를 이용하여 조립물을 제조할 때 브리켓으로 제조하는 경우와 본 발명의 실시 예에 따라 제2조립물로 제조하는 경우 생산속도를 비교해보았다.

도 5를 참조하면, 철광석 B를 이용하여 브리켓을 제조하는 경우 브리켓의 부피가 증가할수록 시간당 생산량이 증가한다. 또한, 철광석 B를 이용하여 브리켓을 제조하는 경우보다 본 발명의 실시 예에 따라 판상의 성형체를 제조한 후 파쇄기를 이용하여 파쇄하여 제2조립물을 제조할 때 시간당 생산량이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 제2조립물 제조 시 성형기의 제1롤 간 거리가 증가하는 경우 그 생산량이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다.

이를 통해 본 발명의 실시 예에 따라 분상의 철광석을 성형체로 제조하고, 성형체를 파쇄하여 입자 형태의 조립물을 제조하는 방법이 분상의 철광석을 이용하여 소정의 형상을 갖는 브리켓을 제조할 때보다 그 생산성이 우수한 것을 알 수 있다.

다음은 철광석 B를 이용하여 제2조립물을 제조할 때 파쇄기(440)의 제2롤(442) 간 간격을 조절한 경우 제2조립물의 입자 크기에 따른 무게 비율을 살펴보았다. 도 6을 참조하면, 제2롤(442) 간 거리를 1 내지 2㎝ 범위에서 변경하면서 성형체를 파쇄하여 제2조립물을 제조한 결과, 제2롤(442) 간 거리에 따라 제2조립물의 평균 입경 및 분포를 조정할 수 있음을 알 수 있다. 예컨대 제2롤(442) 간 거리를 증가시키는 경우 제2롤(442) 간 간격에 대응하여 제2조립물의 크기를 증가시킬 수 있다. 다만, 제2롤(442) 간 거리와 제2조립물의 크기가 비례하는 것은 아니다.

철광석 B를 이용하여 제조된 조립물, 즉 브리켓과 제2조립물의 초기 강도를 비교해보았다. 도 7을 참조하면, 브리켓의 강도는 브리켓의 부피가 가장 작은 브리켓 B1에 비해 브리켓의 부피가 상대적으로 큰 브리켓 B2 및 B2의 초기 강도가 큰 것으로 나타났다. 그러나 브리켓의 부피가 증가할수록 브리켓의 초기 강도가 증가하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 제2조립물의 경우 제1롤(432) 간 거리가 1㎝일 때 제1롤(432) 간 거리가 2㎝일 때 보다 높은 초기 강도를 갖는다. 여기에서 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 제2조립물의 경우 브리켓의 부피에 관계없이 유사하거나 높은 초기 강도를 가지며, 특히 제1롤(432) 간 간격을 적절히 조절하면 제2조립물의 강도를 획기적으로 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.

다음으로 철광석 B를 이용하여 제조된 제2조립물 중 10㎜의 크기를 갖는 제2조립물과 브리켓(B1, B2, B3)의 압축 강도를 비교해보았다. 도 8을 참조하면, 제2조립물(PA1, PA2)는 부피가 가장 작은 브리켓 B1에 비해 압축강도가 높은 것으로 나타나고 있고, 브리켓 B2 및 B3와는 유사한 압축강도를 나타내고 있다. 이때, 제1롤(432) 간 거리가 비교적 넓은 성형기(430)를 이용하여 제조된 제2조립물 PA2의 압축강도가 제2조립물 PA1의 압축 강도보다 낮게 나타났지만, 브리켓 B2 및 B3에 비해 높거나 유사한 압축 강도를 갖는 것을 알 수 있다.

또한, 철광석 B를 이용하여 제조된 펠렛(P1, P2), 브리켓(B1, B2, B3) 및 제2조립물(PA1, PA2)의 수분저항강도를 측정하였다. 수분저항강도는 소결광을 제조하는 과정에서 수분이 응축되는 슬러리 영역에서 펠렛, 브리켓 및 제2조립물이 강도와 유지할 수 있는지 여부를 나타낸다. 도 9를 참조하면 펠렛(P1, P2)에 비해 브리켓(B1, B2, B3)과 제2조립물(PA1, PA2)의 수분저항강도가 높게 나타났다. 이때, 제2조립물(PA1, PA2)의 경우 브리켓(B1, B2, B3)에 비해 수분저항강도는 낮지만, 거의 유사하거나 높은 수분저항강도를 갖는 것을 알 수 있다.

그리고 철광석 A를 이용하여 제조된 제1조립물과, 철광석 B를 이용하여 제조된 펠릿, 브리켓 및 제2조립물을 이용하여 소결광을 제조할 때 소결대차에 장입된 원료층 내 통기성을 측정하였다.

도 10을 참조하면, 철광석 A를 이용하여 제조된 제1조립물, 즉 제1시료를 이용하여 소결광을 제조하는 경우, 제1조립물과 브리켓(B1, B2, B3) 및 제2조립물(PA1, PA2)을 이용하여 소결광을 제조할 때보다 원료층 내 통기성이 현저하게 낮은 것을 알 수 있다. 즉, 제1조립물과 함께 브리켓 또는 제2조립물을 혼합하여 소결공정을 진행하면, 제1조립물을 이용하여 소결을 진행할 때보다 원료층 내 공극이 많이 확보되어 통기성이 향상될 수 있다.

또한, 제1조립물과 제2조립물(PA1, PA2)을 이용하여 소결을 진행하는 경우, 제1조립물과 부피가 가장 작은 브리켓 B1을 이용하여 소결을 진행할 때보다 원료층 내 통기성이 향상된 것을 알 수 있다. 그리고 제1조립물과 제2조립물 PA1을 이용하여 소결을 진행할 때보다 제1조립물과 제2조립물 PA2를 이용하여 소결을 진행할 때 원료층 내 통기성이 더 우수한 것을 알 수 있다. 이와 같은 결과는 제2조립물 PA1 및 PA2의 부피가 브리켓 B1의 부피에 비해 크고, 제2조립물 PA2의 크기가 제2조립물 PA1의 크기보다 크기 때문이며, 소결에 사용되는 원료의 입자 크기 또는 부피가 증가할수록 원료층의 통기성 확보에 유리하다는 것을 나타낸다.

이와 같은 결과를 통해 본원발명의 실시 예에 따른 소결광 제조방법으로 소결광을 제조하는 경우, 미분 철광석을 이용한 조립물, 즉 제2조립물의 제조 효율이 향상될 수 있다. 또한, 미분 철광석은 소결광 제조에 적합한 압축강도, 수분저항강도 등을 갖는 제2조립물로 제조되고, 제2조립물은 크기 조절이 가능하여 소결과정 중 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.

200: 소결대차 300: 제2사전처리부
330: 성형기 340: 파쇄기
400: 제1사전처리부

Claims

원료를 수용하는 용기와, 상기 용기의 하부에 구비되고 상기 원료가 주입되는 공간을 형성하며 판상의 성형체를 제조할 수 있도록 이격되어 구비되는 한 쌍의 제1롤 및 상기 원료를 상기 한 쌍의 제1롤 사이로 가압 주입할 수 있도록 상기 용기에 구비되는 주입기를 포함하는 성형기;
상기 성형체가 유입되는 공간을 형성하도록 이격되어 구비되는 한 쌍의 제2롤을 포함하는 파쇄기;를 포함하며,
상기 판상의 성형체를 파쇄하여 입자 형상의 조립물을 제조할 수 있도록 상기 제2롤의 외주면에 돌기가 형성되는 조립물 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 성형기와 상기 파쇄기 사이에 상기 성형체를 압축하여 두께를 감소시키기 위한 압축기를 포함하는 조립물 제조장치.
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2롤의 이격 거리는 상기 제1롤의 이격 거리보다 짧은 조립물 제조장치.
청구항 4에 있어서,
상기 파쇄기는 상기 성형기의 직하부에 구비되고,
상기 성형기에서 제조되는 상기 성형체가 상기 한 쌍의 제2롤 사이로 삽입되도록 상기 한 쌍의 제1롤과 상기 한 쌍의 제2롤은 나란하게 배치되는 조립물 제조장치.
소결광을 제조하는 장치로서,
제1철광석, 부원료 및 연료를 혼합하여 제1배합원료를 제조하고, 상기 제1배합원료를 결합시켜 제1조립물을 제조할 수 있는 제1사전처리부; 및
제2철광석, 부원료 및 연료를 포함하는 제2배합원료를 압축 성형하여 판상의 성형체를 제조하고, 상기 판상의 성형체를 파쇄하여 입자형상의 제2조립물로 제조할 수 있는 제2사전처리부;
를 포함하며,
상기 제2사전처리부는
상기 제2배합원료를 수용하는 용기와, 상기 용기의 하부에 구비되고 판상의 성형체를 제조하기 위해 상기 제2배합원료가 주입되는 공간을 형성하도록 이격되어 구비되는 한 쌍의 제1롤 및 상기 제2배합원료를 상기 제1롤 사이로 가압 주입할 수 있도록 상기 용기에 구비되는 주입기를 포함하는 성형기;
상기 성형기의 하부에서 이격되어 구비되고, 상기 판상의 성형체를 파쇄하여 입자 형상의 조립물을 제조하기 위해 외주면에 돌기가 형성되는 한 쌍의 제2롤을 포함하는 파쇄기;를 포함하는 소결광 제조장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제1철광석을 입도선별할 수 있는 선별기가 포함되는 소결광 제조장치.
청구항 7에 있어서,
상기 제2사전처리부는,
상기 제2철광석, 부원료 및 연료를 혼합하여 제2배합원료를 제조할 수 있는 제1혼합기를 포함하는 소결광 제조장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제2사전처리부는,
상기 성형기와 상기 파쇄기 사이에 상기 성형체를 압축하여 두께를 감소시키기 위한 압축기를 포함하는 소결광 제조장치.
삭제
삭제
청구항 6 또는 청구항 9에 있어서,
상기 제2롤의 이격 거리는 상기 제1롤의 이격 거리보다 짧은 소결광 제조장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제1조립물과 상기 제2조립물을 혼합하는 제2혼합기가 포함되는 소결광 제조장치.
소결광 제조방법으로서,
제1철광석, 부원료 및 연료를 포함하는 제1배합원료를 결합시켜 제1조립물을 제조하는 과정;
제2철광석, 부원료 및 연료를 포함하는 제2배합원료를 성형 및 파쇄하여 제2조립물을 제조하는 과정; 및
상기 제1조립물과 상기 제2조립물을 소결대차에 장입하는 과정;
을 포함하고,
상기 제1조립물을 제조하는 과정은,
상기 제1배합원료를 혼합 및 교반하여 상기 제1철광석, 부원료 및 연료를 상호 결합시킴으로써 펠렛 형상의 제1조립물을 제조하는 과정을 포함하고,
상기 제2조립물을 제조하는 과정은,
이격되어 구비되는 한 쌍의 제1롤 사이로 상기 제2배합원료를 가압 주입하는 과정;
상기 제1롤 사이에 상기 제2배합원료를 통과시켜 압축 성형함으로써 판상의 성형체를 제조하는 과정;
상기 제1롤의 하부에서 이격되어 구비되는 한 쌍의 제2롤 사이로 상기 판상의 성형체를 통과시켜 파쇄함으로써 입자 형태의 제2조립물을 제조하는 과정;
을 포함하는 소결광 제조방법.
청구항 14에 있어서,
상기 제1철광석을 입도선별하는 과정을 포함하고,
상기 제1철광석을 입도선별하는 과정에서 3㎜ 이하의 입자 크기를 갖는 철광석은 제2배합원료에 포함시키는 과정을 포함하는 소결광 제조방법.
청구항 15에 있어서,
상기 제2배합원료를 마련하는 과정에서 바인더를 투입하는 과정을 포함하는 소결광 제조방법.
청구항 16에 있어서,
상기 판상의 성형체를 파쇄하기 이전에 상기 판상의 성형체를 한 쌍의 롤 사이에 통과시켜 압축하는 과정을 포함하는 소결광 제조방법.
청구항 17에 있어서,
상기 성형체를 파쇄하는 과정에서 상기 제2조립물의 크기를 조절하는 소결광 제조방법.
청구항 18에 있어서,
상기 소결대차에 장입하는 과정 이전에,
상기 제1조립물과 상기 제2조립물을 혼합하는 과정을 포함하는 소결광 제조방법.