KR101974429B1 - 소결광의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

소결기의 점화로의 하류에 기장(機長) 방향으로 복수 설치된 기체 연료 공급 장치로부터 공급한 기체 연료를 포함하는 장입측 상방의 공기를 팔레트하에 배치된 윈드 박스로 흡인하여 장입층 내에 도입하고, 장입층 내에 있어서 상기 기체 연료와 탄재를 연소시켜 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 상기 기체 연료 공급 장치로부터 공급되는 기체 연료의 총 공급량을 일정하게 하고, 또한, 각 기체 연료 공급 장치로부터 공급하는 기체 연료의 공급량을, 각 기체 연료 공급 장치가 설치된 영역에 있어서 장입층 내에 흡인되는 공기량에 따라서 기체 연료의 공급량을 증감하여 기체 연료의 공급 비율을 적정화함으로써, 기체 연료의 공급 효과를 최대한으로 발현시키고, 고강도이고 또한 피(被)환원성이 우수한 고품질의 소결광을 고수율로 제조한다.

Description

소결광의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING SINTERED ORE}

본 발명은, 하방 흡인식의 드와이트 로이드 소결기를 이용하여, 고강도이고 피(被)환원성이 우수한 고품질의 고로(高爐) 원료용 소결광을 제조하는 방법에 관한 것이다.

고로 제선법의 주(主)원료인 소결광은, 일반적으로, 도 1에 나타내는 바와 같은 공정을 거쳐 제조된다. 소결광의 원료는, 철광석분(粉)이나 소결광 사하분, 제철소 내에서 발생한 회수분, 석회석 및 드로마이트 등의 CaO계 함유 부원료, 생석회 등의 조립(造粒) 조제, 코크스분이나 무연탄 등이며, 이들 원료는, 호퍼(1…)의 각각으로부터, 컨베이어 상에 소정의 비율로 절출된다. 절출된 원료는, 드럼 믹서(2 및 3) 등에 의해 적당량의 물이 더해지고, 혼합, 조립되어, 평균 지름이 3∼6㎜의 의사 입자인 소결 원료가 된다. 이 소결 원료는, 그 후, 소결기 상에 배치되어 있는 상부광 호퍼(bedding ore hopper; 4), 서지 호퍼(surge hopper; 5)로부터 드럼 피더(6)와 절출 슈트(7)를 통하여, 무단(無端) 이동식의 소결기 팔레트(8) 상에 400∼800㎜의 두께로 장입되고, 소결 베드라고도 불리는 장입층(9)을 형성한다. 그 후, 장입층(9)의 상방에 설치된 점화로(10)에서 장입층 표층의 탄재에 점화함과 함께, 팔레트(8)의 바로 아래에 배치된 윈드 박스(11)를 통하여 장입층 상방의 공기를 하방으로 흡인함으로써, 장입층 내의 탄재를 연소시키고, 이때에 발생하는 연소열로 상기 소결 원료를 용융하여 소결 케이크를 얻는다. 이와 같이 하여 얻은 소결 케이크는, 그 후, 파쇄, 정립(整粒)되고, 약 5㎜ 이상의 괴성물(塊成物)이, 성품(成品) 소결광으로서 회수되어, 고로에 공급된다.

상기 제조 프로세스에 있어서, 점화로(10)에서 점화된 장입층 내의 탄재는, 그 후, 장입층 내를 상층으로부터 하층을 향해 흡인되는 공기에 의해 연소를 계속하고, 두께 방향으로 폭을 가진 연소·용융대(이후, 단순히 「연소대」라고도 함)를 형성한다. 이 연소대의 용융 부분은, 상기 흡인되는 공기의 흐름을 저해하기 때문에, 소결 시간이 연장되어 생산성이 저하되는 요인이 된다. 또한, 이 연소대는, 시간의 경과, 즉, 팔레트(8)가 하류측으로 이동하는 것에 수반하여 점차 장입층의 상층으로부터 하층으로 이행하고, 연소대가 통과한 후에는, 소결 반응이 완료된 소결 케이크층(소결층)이 생성된다. 또한, 연소대가 상층으로부터 하층으로 이행하는 것에 수반하여, 소결 원료 중에 포함되는 수분은, 탄재의 연소열로 기화하고, 아직 온도가 상승되어 있지 않은 하층의 소결 원료 중에 농축하여, 습윤대를 형성한다. 이 수분 농도가 어느 정도 이상이 되면, 흡인 가스의 유로가 되는 소결 원료 입자 간의 공극이 수분으로 메워져, 용융대와 동일하게, 통기 저항을 증대시키는 요인이 된다.

도 2는, 두께가 600㎜의 장입층 안을 이동하는 연소대가, 장입층 내의 팔레트 상 약 400㎜의 위치(장입층 표면으로부터 200㎜ 아래)에 있을 때의, 장입층 내의 압력손실과 온도의 분포를 나타낸 것이며, 이때의 압력손실 분포는, 습윤대에 있어서의 것이 약 60％, 연소대에 있어서의 것이 약 40％임을 나타내고 있다.

그런데, 소결기의 생산량(t/hr)은, 일반적으로, 생산율(t/hr·㎡)×소결기 면적(㎡)에 의해 결정된다. 즉, 소결기의 생산량은, 소결기의 기폭(機幅)이나 기장(機長), 원료 장입층의 두께, 소결 원료의 부피 밀도, 소결(연소) 시간, 수율 등에 의해 변화한다. 따라서, 소결광의 생산량을 증가시키려면, 장입층의 통기성(압력손실)을 개선하여 소결 시간을 단축하거나, 혹은, 파쇄 전의 소결 케이크의 냉간 강도를 높여 수율을 향상하는 것 등이 유효하다고 생각된다.

도 3은, 소결광의 생산성이 높을 때와 낮을 때, 즉, 소결기의 팔레트 이동 속도가 빠를 때와 느릴 때의 장입층 내의 어느 점에 있어서의 온도와 시간의 추이를 나타낸 것이다. 소결 원료가 용융하기 시작하는 1200℃ 이상의 온도로 보존유지되는 시간은, 생산성이 낮은 경우는 T₁, 생산성이 높은 경우는 T₂로 나타나고 있다. 생산성이 높을 때는 팔레트의 이동 속도가 빠르기 때문에, 고온영역 보존유지 시간 T₂가, 생산성이 낮을 때의 T₁에 비해 짧아진다. 1200℃ 이상의 고온에서의 보존유지 시간이 짧아지면 소성 부족이 되어, 소결광의 냉간 강도가 저하되고, 수율이 저하되어 버린다. 따라서, 고강도의 소결광을, 단시간에 또한 고수율로, 생산성 좋게 제조하기 위해서는, 어떠한 수단을 강구하여, 1200℃ 이상의 고온에서 보존유지되는 시간을 연장하고, 소결광의 냉간 강도를 높여 줄 필요가 있다.

도 4는, 점화로에서 점화된 장입층 표층의 탄재가, 흡인되는 공기에 의해 연소를 계속하여 연소대를 형성하고, 이것이 장입층의 상층으로부터 하층으로 순차 이동하고, 소결 케이크가 형성되어 가는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 또한, 도 5(a)는, 상기 연소대가, 도 4에 나타낸 굵은 테두리 내에 나타낸 장입층의 상층부, 중층부 및 하층부의 각 층 내에 존재하고 있을 때의, 각각의 온도 분포를 개략적으로 나타낸 것이다. 소결광의 강도는, 1200℃ 이상의 온도로 보존유지되는 온도와 시간의 곱에 영향을 받으며, 그 값이 클수록 소결광의 강도는 높아진다. 장입층 내의 중층부 및 하층부는, 장입층 상층부의 탄재의 연소열이 흡인되는 공기에 의해 운반되어 예열되기 때문에, 고온도로 장시간에 걸쳐 보존유지되는 것에 대하여, 장입층 상층부는, 예열되지 않을수록, 연소열이 부족하여, 소결에 필요한 연소 용융 반응(소결 반응)이 불충분해지기 쉽다. 그 결과, 장입층의 폭방향 단면(斷面) 내에 있어서의 소결광의 수율 분포는, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 장입층 상층부일수록 수율이 낮아진다. 또한, 팔레트 양폭 단부(端部)도, 팔레트 측벽으로부터의 방열이나, 통과하는 공기량이 많은 것에 의한 과도한 냉각에 의해, 소결에 필요한 고온영역에서의 보존유지 시간을 충분히 확보하지 못하여, 역시 수율이 낮아진다.

이들 문제에 대하여, 종래는, 소결 원료 중에 첨가되어 있는 탄재(분(粉)코크스)를 증량하는 것이 행해져 왔다. 그러나, 코크스의 첨가량을 늘림으로써, 도 6에 나타낸 바와 같이, 소결층 내의 온도를 높여, 1200℃ 이상으로 보존유지되는 시간을 연장할 수 있기는 하지만, 그와 동시에, 소결시의 최고 도달 온도가 1400℃를 초과하게 되어, 이하에 설명하는 이유에 의해, 소결광의 피환원성이나 냉간 강도의 저하를 초래하게 된다.

비특허문헌 1에는, 소결 과정에서 소결광 안에 생성하는 각종 광물의 인장 강도(냉간 강도)와 피환원성에 대해서, 표 1과 같이 나타나 있다. 그리고, 소결 과정에서는, 도 7과 같이, 1200℃에서 융액이 생성되기 시작하여, 소결광의 구성 광물 중에서 가장 고강도이고, 피환원성도 비교적 높은 칼슘 페라이트가 생성되는 것이 나타나 있다. 이것이, 소결 온도로서 1200℃ 이상을 필요로 하는 이유이다. 그러나, 추가로 승온이 진행되어 1400℃를 초과, 정확하게는 1380℃를 초과하게 되면, 칼슘 페라이트는, 냉간 강도와 피환원성이 가장 낮은 비정질 규산염(칼슘 실리케이트)과, 환원 분화되기 쉬운 해정(骸晶) 형상 2차 헤마타이트로 분해되기 시작한다. 또한, 소결광의 환원 분화의 기점이 되는 2차 헤마타이트는, 광물 합성 시험의 결과로부터, 도 8의 상태도에 나타낸 바와 같이, Mag.ss＋Liq.영역까지 승온하고, 냉각했을 때에 석출되기 때문에, 상태도상에 나타낸 (1)의 경로가 아니라, (2)의 경로를 통하여 소결광을 제조하는 것이, 환원 분화를 억제하는 데에 있어서 중요하다고 하고 있다.

즉, 비특허문헌 1에는, 소결광의 품질을 확보하는 데에 있어서는, 연소시의 최고 도달 온도나 고온영역 보존유지 시간 등의 제어가 매우 중요한 관리 항목이며, 이들의 제어 여하에 따라 소결광의 품질이 거의 결정되는 것이 개시되어 있다. 따라서, 고강도이고 피환원성이 우수하고, 또한, 환원 분화성(RDI)도 우수한 소결광을 얻기 위해서는, 1200℃ 이상의 온도에서 생성한 칼슘 페라이트를, 칼슘 실리케이트와 2차 헤마타이트로 분해시키지 않는 것이 중요하며, 그러기 위해서는, 소결시에 있어서의 장입층 내의 최고 도달 온도를 1400℃ 초과, 바람직하게는 1380℃ 초과로 하는 일 없이, 장입층 내의 온도를 1200℃(칼슘 페라이트의 고상선(固相線) 온도) 이상으로 장시간 보존유지하는 것이 필요시된다. 이후, 본 발명에서는, 상기 1200℃ 이상 1400℃ 이하의 온도영역에 보존유지되는 시간을, 「고온영역 보존유지 시간」으로 칭하는 것으로 한다.

또한, 종래부터, 장입층 상층부를 장시간에 걸쳐 고온으로 보존유지하는 것을 목적으로 한 기술이 몇 가지 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 장입층에 점화 후, 장입층 상에 기체 연료를 분사하는 기술이, 특허문헌 2에는, 장입층에 점화 후, 장입층에 흡인되는 공기 중에 가연성 가스를 첨가하는 기술이, 또한, 특허문헌 3에는, 소결 원료의 장입층 내를 고온으로 하기 위해, 장입층 위에 후드를 배치하고, 그 후드로부터 공기나 코크스로 가스와의 혼합 가스를 점화로 직후의 위치에서 취입하는 기술이, 또한, 특허문헌 4에는, 저융점 용제와 탄재나 가연성 가스를 동시에 점화로 직후의 위치에서 취입하는 기술이 제안되고 있다.

그러나, 이들 기술은, 고농도의 기체 연료를 사용하고, 게다가 연료 가스의 취입시에 있어서 탄재량을 삭감하고 있지 않기 때문에, 소결시에 있어서의 장입층 내의 최고 도달 온도가 조업 관리상의 상한 온도인 1400℃를 초과하는 고온이 되고, 소결 과정에서 생성한 칼슘 페라이트가 분해되어, 피환원성이나 냉간 강도가 낮은 소결광이 생성되어 기체 연료 공급 효과가 얻어지지 않거나, 기체 연료의 연소에 의한 온도 상승과 열팽창에 의해 통기성이 악화되어, 생산성이 저하되거나 하고, 나아가서는, 기체 연료의 공급에 의해 소결 베드(장입층) 상부 공간에서 화재를 일으킬 위험성이 있거나 하기 때문에, 모두 실용화에는 이르고 있지 않다.

그래서, 발명자들은, 상기 문제점을 해결하는 기술로서, 소결 원료 중에 첨가하는 탄재량을 삭감한 후에, 소결기의 점화로의 하류 또한 소결에 필요한 열량이 부족한 장입층 상층부가 소결 반응을 일으키는, 소결기의 기장의 전반(前半) 부분에 있어서, 연소 하한 농도 이하로 희석한 각종 기체 연료를, 팔레트 상방으로부터 장입층 내에 도입하고, 장입층 내에서 연소시킴으로써, 장입층 내의 최고 도달 온도 및 고온영역 보존유지 시간의 양쪽을 적정 범위로 제어하는 기술을 개발하여, 특허문헌 5∼7 등에 제안하고 있다.

소결광의 제조 방법에, 상기 특허문헌 5∼7의 기술을 적용하여, 소결 원료 중으로의 탄재 첨가량을 삭감한 후에, 연소 하한 농도 이하로 희석한 기체 연료를 장입층 내에 도입하고, 기체 연료를 장입층 내에서 연소시킨 경우에는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 기체 연료는, 탄재가 연소한 후의 장입층 내(소결층 내)에서 연소하기 때문에, 연소·용융대의 최고 도달 온도를 1400℃ 초과로 하는 일 없이, 연소·용융대의 폭을 두께 방향으로 확대할 수 있어, 효과적으로 고온영역 보존유지 시간의 연장을 도모할 수 있다.

일본공개특허공보 소48-018102호 일본특허공고공보 소46－027126호 일본공개특허공보 소55-018585호 일본공개특허공보 평05-311257호 국제공개공보 WO 2007/052776호 일본공개특허공보 2010-047801호 일본공개특허공보 2008-291354호

「광물 공학」；이마이 히데키, 타케우치 스쿠네, 후지키 요시노리 편, (1976), p.175, 아사쿠라 서점

전술한 바와 같이, 고강도이고 또한 피환원성이 우수한 고품질의 소결광을 고수율로 제조하기 위해서는, 1200℃ 이상 1400℃ 이하의 고온영역으로 유지하는 시간(고온영역 보존유지 시간)을 적어도 소정 시간 이상 확보할 필요가 있다. 그러나, 팔레트 상에 장입된 원료 장입층의 내부에 흡인되는 공기량은, 기장 방향에서는 반드시 일정해지지는 않는다고 생각된다. 예를 들면, 팔레트의 이동, 즉, 소결의 진행에 수반하여, 장입층 내부에 연소·용융대나 습윤대가 형성됨으로써, 도 2에 나타낸 바와 같이, 장입층 내의 통기 저항이 변화하여, 기장 방향에서 장입층 내에 흡인되는 공기량이 변화하는 것이 예상되기 때문이다.

그러나, 전술한 특허문헌 5∼7의 기술에 있어서는, 기체 연료의 공급량은 기장 방향으로 균일하게 하고 있다. 그 때문에, 소결에 필요한 열량이 부족한 장입층의 상층부에 대해서는, 반드시 충분한 양의 기체 연료의 공급이 이루어지고 있지 않아, 기체 연료 공급 효과가 충분히 얻어지고 있지 않을 우려가 있다.

본 발명은, 종래 기술이 안고 있는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 기체 연료의 총 공급량을 일정하게 한 후에, 각 기체 연료 공급 장치로부터 공급하는 기체 연료의 공급 비율을 적정화함으로써, 고강도이고 또한 피환원성이 우수한 고품질의 소결광을 고수율로 제조할 수 있는 소결광의 제조 방법을 제안하는 것에 있다.

발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭했다. 그 결과, 기체 연료를 공급하는 영역에 있어서는, 기체 연료의 공급량을 기장 방향으로 일정하게 하는 것이 아니라, 소결 원료의 장입층 내에 흡인되는 공기량(풍량, 풍속)에 따라서, 기체 연료의 공급량을 변화시켜 주는 것이 유효한 것을 발견하여, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 순환 이동하는 팔레트 상에 분광석과 탄재를 포함하는 소결 원료를 장입하여 장입층을 형성하고, 그 장입층 표면의 탄재에 점화함과 함께, 점화로의 하류에 기장 방향으로 복수 설치된 기체 연료 공급 장치로부터 공급한 기체 연료를 포함하는 장입층 상방의 공기를 팔레트하에 배치된 윈드 박스로 흡인하여 장입층 내에 도입하고, 장입층 내에 있어서 상기 기체 연료와 탄재를 연소시켜 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 상기 기체 연료 공급 장치로부터 공급되는 기체 연료의 총 공급량을 일정하게 하고, 또한, 각 기체 연료 공급 장치로부터 공급하는 기체 연료의 공급량을, 각 기체 연료 공급 장치가 설치된 영역에 있어서 장입층 내에 흡인되는 공기량에 따라서 기체 연료의 공급량을 증감하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법이다.

본 발명의 소결광의 제조 방법은, 상기 기체 연료 공급 장치로부터 공급되는 기체 연료의 공급량을, 각 기체 연료 공급 장치의 기체 연료 공급 영역에 있어서 장입층 내에 흡인되는 공기량에 비례하는 양 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 소결광의 제조 방법은, 상기 기체 연료 공급 장치로부터 공급되는 기체 연료의 공급량을, 각 기체 연료 공급 장치의 기체 연료 공급 영역에 있어서 장입층 내에 흡인되는 공기량의 2승에 비례하는 양 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 소결광의 제조 방법은, 상기 장입층 내에 도입되는 공기에 포함되는 기체 연료를 연소 하한 농도 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 소결광의 제조 방법은, 상기 기체 연료의 총 공급량을, 연소열 환산으로, 18∼41MJ/t-s의 범위로 하고, 또한, 연소열 환산으로, 상기 기체 연료의 총 공급량을 초과하는 양의 탄재를 삭감하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 소결에 필요한 열량이 가장 부족한 소결 원료 장입층의 상층부에 중점적으로 기체 연료를 공급하여, 기체 연료의 공급 효과를 최대한으로 발현시키기 때문에, 장입층 내의 거의 모든 영역에 있어서 소결시에 있어서의 최고 도달 온도를 1200℃ 이상 1400℃ 이하의 고온영역에서 장시간 보존유지할 수 있어, 고강도이고 또한 피환원성이 우수한, 고품질의 소결광을 고수율로 제조하는 것이 가능해진다.

도 1은 소결 프로세스를 설명하는 개요도이다.
도 2는 소결시에 있어서의 장입층 내의 압력손실 분포를 설명하는 그래프이다.
도 3은 고생산시와 저생산시의 장입층 내의 온도 분포를 설명하는 그래프이다.
도 4는 소결의 진행에 수반하는 장입층 내의 변화를 설명하는 개략도이다.
도 5는 연소대가 장입층의 상층부, 중층부 및 하층부의 각 위치에 존재하고 있을 때의 온도 분포와, 장입층의 폭방향 단면 내에 있어서의 소결광의 수율 분포를 설명하는 도면이다.
도 6은 탄재량의 변화(증량)에 의한 장입층 내의 온도 변화를 설명하는 도면이다.
도 7은 소결 반응에 대해서 설명하는 도면이다.
도 8은 해정 형상 2차 헤마타이트가 생성되는 과정을 설명하는 상태도이다.
도 9는 기체 연료 공급이 고온영역 보존유지 시간에 미치는 효과를 설명하는 개략도이다.
도 10은 장입층 내로 흡인·도입되는 공기량의 측정 방법의 일 예를 설명하는 도면이다.
도 11은 장입층 내로 흡인·도입되는 공기량의 기장 방향의 변화의 측정 결과예를 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 11의 위에, 기체 연료 공급 장치의 배치 위치와 각 장치 설치 영역 내에 있어서의 흡기량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 소결기 A의 생산율과 텀블러 강도 TI와의 관계에 미치는 본 발명의 효과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 소결기 B의 생산율과 텀블러 강도 TI와의 관계에 미치는 본 발명의 효과를 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

발명자들은, 팔레트 하방에 배치된 윈드 박스에 의해 소결 원료 장입층의 상방으로부터 장입층 내로 흡인·도입되는 공기량의 기장 방향의 변화를, 하기 표 2에 나타낸 바와 같은, 설비 사양이 상이한 A 및 B의 2가지의 실기(實機) 소결기에 있어서 측정했다. 상기 A, B의 실기 소결기는, 유효 기장이 A는 82m, B는 74m로, 모두, 점화로의 하류측 약 4m 이후에 7.5m의 길이의 기체 연료 공급 장치가 각각 3기(基) 직렬로 배치되어 있어, 개별로 기체 연료의 공급량을 제어할 수 있도록 되어 있다.

또한, 장입층 내로 흡인·도입되는 공기량의 측정은, 기체 연료의 공급을 정지하고, 기체 연료 공급 장치를 잭업(jack up)한 후, 도 10에 나타낸 바와 같이 점화로의 출측(出側)에서, 원료 장입층의 상면에 풍속계를 폭방향으로 복수대(도 10에서는 5대) 설치하고, 팔레트의 이동에 수반하는 풍속의 변화를 모니터함으로써 행했다.

상기 측정의 결과를 도 11에 나타냈다. 이 결과로부터, 소결기의 기장 방향에 있어서는, 장입층 내로 흡인되는 공기의 풍속은, 소결의 전반에서는 서서히 저하되고, 반대로, 후반에서는 서서히 상승하는 경향이 있는 것이 확인되었다. 여기에서, 상기 소결 개시 후의 풍속의 저하는, 팔레트 상에 퇴적된 원료 장입층은, 팔레트 하방에 배치된 윈드 박스에 의한 흡인에 의해 수축을 일으켜 밀도가 높아지거나, 도 2에 나타낸 바와 같이, 소결의 진행에 수반하는 연소·용융대나 습윤대의 형성에 의한 통기 저항의 상승에 의한 것으로 생각된다. 또한, 소결 후반에 있어서의 풍속의 증가는, 원료 장입층의 소결이 어느 정도까지 진행되면, 배기 가스에 의해 전해져오는 열에 의해 습윤대가 서서히 소실되어 가는 것 및, 소결이 완료된 소결 케이크는 공극률이 높은 것에 의한 것으로 생각된다.

도 12는, 상기 도 11의 위에, 3기(＃1∼＃3)의 기체 연료 공급 장치가 설치되어 있는 영역을 겹쳐 나타낸 것이다. 도 12(a)로부터, 전술한 풍속이 저하되어 있는 영역은, 소결에 필요한 열량 부족을 보상하기 위해 기체 연료 공급 장치를 설치하고 있는 영역과 거의 중복되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 12(b)는, 각각의 소결기에 설치한 3기의 기체 연료 공급 장치의 각 설치 구간 내에 있어서의 풍속으로부터 환산한 공기량과, 그 공기량을 3기 전체에서 1.0으로 했을 때의 각 설치 구간 내의 공기량의 비율을 나타낸 것이다. 이 도면으로부터, A, B 소결기 모두 ＃3의 기체 연료 공급 장치 설치 구간 내에 있어서의 공기량은 ＃1의 그것보다 약 20％ 감소하고 있는 것, 그러나, A의 소결기에서는, 공기량이 ＃1부터 ＃3에 있어서 서서히 감소하고 있는 것에 대하여, B의 소결기에서는 최초 ＃1과 ＃2 사이에서 크게 저하되고 있어, 소결기에 의해 저하의 방법에 차이가 있는 것을 알 수 있다.

이 결과는, 기장 방향으로 복수 배치된 기체 연료 공급 장치로부터 공급하는 기체 연료를, 소결기에 공급하는 기체 연료의 총량을 일정하게 한 경우, 종래와 같이 3기의 기체 연료 공급 장치로부터 균등하게 공급하면, 원료 장입층 내에 도입되는 기체 연료는 상류측에서 저농도, 하류측에서 반대로 고농도가 되고, 그 결과, 그렇지 않아도 소결에 필요한 열량이 부족한 경향의 원료 장입층의 상층 부분의 열량 부족이 해소되지 않으며, 한편, 소결에 필요한 열량이 충분한 원료 장입층의 하부에는 추가로 과잉한 열량을 공급하게 되는 것, 그리고, 그 상황은 소결기에 따라 상이한 것을 나타내고 있다.

그래서, 발명자들은, 소결기에 공급하는 기체 연료의 총량을 일정하게 한 후에, 각 기체 연료 공급 장치의 설치 구간 내에 있어서의 공기량을 측정하여, 그 측정 결과에 따라서 기체 연료의 공급량을 증감해 줌으로써, 기체 연료 공급 효과를 최대한으로 발현시키는 것으로 했다.

여기에서, 소결기에 공급하는 기체 연료의 총량을 일정하게 하는 이유는, 상류측의 기체 연료의 농도를 소정의 농도로 하기 위해, 전체 기체 연료 공급 장치로부터의 기체 연료의 공급량을 증가시키는 것은, 하류측에 대하여 필요 이상으로 기체 연료를 공급하게 되어, 역효과가 되는 것 외에, 연료 비용의 상승을 초래하기 때문이다.

또한, 상기 기체 연료의 총량은, 연소열로 환산하여, 18∼41MJ/t-s의 범위로서 공급하는 것이 바람직하다. 18MJ/t-s 미만에서는, 기체 연료 공급에 의한 소결광의 품질 개선 효과가 충분히 얻어지지 않고, 한편, 41MJ/t-s를 초과하여 첨가해도 상기의 효과가 포화되어 버리기 때문이다. 보다 바람직하게는 21∼29MJ/t-s의 범위이다.

또한, 상기 기체 연료를 공급한 경우, 탄재 첨가량이 그대로이면, 탄재와 기체 연료의 총 연소 열량이 증가하고, 삽입층 내부의 최고 도달 온도가 1400℃를 초과할 우려가 있다. 그 때문에, 기체 연료의 공급량에 따라서, 탄재의 첨가량을 삭감하는 것이 바람직하다. 이 경우의 탄재 삭감량은, 연소열 환산으로, 기체 연료의 공급량 초과로 하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 2∼5배의 양을 삭감해도, 본 발명의 효과를 충분히 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명은, 전술한 고품질의 소결광이 얻어진다는 효과 외에, 탄재 사용량 삭감에 의한 탄산 가스 배출량의 저감이라는 효과도 있다.

또한, 각 기체 연료 공급 장치의 설치 구간 내에 있어서의 공기량에 따라서 기체 연료의 공급량을 증감해 주는 이유는, 도 12에 나타낸 결과에 대응하여, 상류측의 기체 연료 공급 장치로부터의 기체 연료 공급량을 많게 하고, 하류측의 기체 연료 공급 장치로부터의 기체 연료 공급량을 적게 함으로써, 장입층 내에 도입되는 기체 연료의 농도를 기장 방향에서 균일화하고, 상류측에 있어서도 소기한 기체 연료 공급 효과를 발현시키기 때문이다.

여기에서, 기체 연료 공급 효과를 충분히 발현시키기 위해서는, 각 기체 연료 공급 장치로부터 공급하는 기체 연료의 양은, 각 장치의 설치 구간 내에 있어서의 공기량에 비례하는 양 이상으로 하는 것이 바람직하지만, 추가로, 장입층 상층부의 열량 부족을 효과적으로 보상해 주기 위해서는, 각 장치의 설치 구간 내에 있어서의 공기량의 2승에 비례하는 양 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 단, 5승에 비례하는 양을 초과하면, 기체 연료의 연소 위치가 탄재의 연소 위치에 가까운 상류측에만(예를 들면, 도 12의 ＃1만) 과잉하게 기체 연료를 공급하게 되기 때문에, 즉, 연소 위치가 겹치기 때문에, 온도 상승 효과가 커져 최고 도달 온도가 지나치게 오르거나, 고농도의 기체 연료의 연소에 의해 공기 중의 산소가 소비되어, 장입층 중의 분코크스의 연소에 이용되는 산소의 부족을 초래하거나 할 우려가 있는 점에서, 상한은 5승 정도로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 비례시키는 양은, 엄밀할 필요는 없고, ±20％ 정도의 범위 내이면, 소결기의 특성에 맞추어, 적절하게 조정해도 좋다.

또한, 장입층 내에 도입하는 공기 중에 포함되는 기체 연료는, 그 기체 연료의 연소 하한 농도 이하인 것이 바람직하다. 희석한 기체 연료를 공급하는 방법은, 미리 기체 연료를 연소 하한 농도 이하로 희석한 공기를 공급하는 방법, 기체 연료를 고속으로 공기 중에 분출시켜 순간적으로 연소 하한 농도 이하로 희석시키는 방법 중 어느 것이라도 좋다. 희석 기체 연료의 농도가 연소 하한 농도보다 높으면, 장입층 상방에서 연소해 버려, 기체 연료를 공급하는 효과가 상실되어 버리거나, 화재나 폭발을 일으키거나 할 우려가 있다. 또한, 희석 기체 연료가 고농도이면, 소결이 완료된 소결층 내의 저온도영역에서 연소하게 되기 때문에, 고온영역 보존유지 시간의 연장에 유효하게 기여할 수 없을 우려가 있기 때문이다. 바람직하게는, 희석한 기체 연료의 농도는, 대기 중의 상온에 있어서의 연소 하한 농도의 3/4 이하, 보다 바람직하게는 연소 하한 농도의 1/5 이하, 더욱 바람직하게는 연소 하한 농도의 1/10 이하이다. 단, 희석 기체 연료의 농도가, 연소 하한 농도의 1/100 미만에서는, 연소에 의한 발열량이 부족하고, 소결광의 강도 향상과 수율의 개선 효과가 얻어지지 않기 때문에, 하한은 연소 하한 농도의 1％로 한다. 이것을, 천연 가스(LNG)에 대해서 보면, LNG의 실온에 있어서의 연소 하한 농도는 4.8vol％이기 때문에, 희석 기체 연료의 농도는 0.05∼3.6vol％의 범위가 바람직하고, 0.05∼1.0vol％의 범위가 보다 바람직하고, 0.05∼0.5vol％의 범위가 더욱 바람직하게 된다.

실시예

전술한 표 2에 나타낸 A, B의 실기 소결기에 있어서, 소결 열원으로서, 탄재 외에 기체 연료를 공급하여 소결 조업을 행할 시에 있어서, 본 발명을 적용하여, 기장 방향에 3기 직렬로 설치된 각 기체 연료 공급 장치로부터의 기체 연료의 공급량을, 도 12에 나타낸 각 기체 연료 공급 장치 설치 구간 내에 있어서의 풍속(공기량)에 따라서, 표 3에 나타내는 바와 같이 1승∼6승에 비례시켜 기체 연료의 공급량을 변화시켰다. 또한, 공급하는 기체 연료로서는 LNG를 이용하고, 희석 후의 기체 연료의 농도는, 0.4vol％ 일정하게 되도록 했다. 또한, 본 발명의 적용의 효과는, 각 소결기의 배광부로부터 배출된 소결 케이크의 텀블러 강도 TI(JIS M8712)를 측정함으로써 행했다.

상기 각 소결 조건의 평가 결과를, 각 소결기에 있어서의 본 발명을 적용하기 전, 즉, 3기의 각 기체 연료 공급 장치로부터의 기체 연료의 공급량을 균등(0.33)하게 하고 있던 경우와 비교한, 텀블러 강도 TI의 향상구간으로서 표 3 중에 나타냈다. 이 결과로부터, 3기의 기체 연료 공급 장치로부터의 기체 연료의 공급량을, 각 기체 연료 공급 영역에 있어서 장입층 내에 흡인되는 공기량에 따라서 변화시킴으로써, 소결광의 텀블러 강도, 바꾸어 말하면 소결광의 성품 수율을 대폭으로 향상할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 참고로서, 도 13 및 도 14에는, 소결기 A 및 B의 각각에 있어서의 본 발명 적용 전(No.1, No.5)의 소결기의 생산율과 텀블러 강도 TI와의 관계와, 본 발명 적용 후(No.2∼4, No.6∼8)의 소결기의 생산율과 텀블러 강도 TI와의 관계를 대비하여 나타냈다. 이들 도면으로부터도, 본 발명의 효과는 분명하다.

본 발명의 소결 기술은, 제선용, 특히 고로용 원료로서 사용되는 소결광의 제조 기술로서 유용할 뿐만 아니라, 그 외의 광석 괴성화 기술로서도 이용할 수 있다.

1 : 원료 호퍼
2, 3 : 드럼 믹서
4 : 상부광 호퍼(bedding ore hopper)
5 : 서지 호퍼
6 : 드럼 피더
7 : 절출 슈트
8 : 팔레트
9 : 장입층
10 : 점화로
11 : 윈드 박스(풍상)
12 : 컷 오프 플레이트

Claims (6)

1. 순환 이동하는 팔레트 상에 분(粉)광석과 탄재를 포함하는 소결 원료를 장입하여 장입층을 형성하고, 그 장입층 표면의 탄재에 점화함과 함께, 점화로의 하류에 기장(機長) 방향으로 복수 설치된 기체 연료 공급 장치로부터 공급한 기체 연료를 포함하는 장입층 상방의 공기를 팔레트하에 배치된 윈드 박스로 흡인하여 장입층 내로 도입하고, 장입층 내에 있어서 상기 기체 연료와 탄재를 연소시켜 소결광을 제조하는 방법에 있어서,
   상기 기체 연료 공급 장치로부터 개별적으로 공급되는 기체 연료의 총 공급량을 연소열 환산으로 18~41MJ/t-s의 범위내의 일정치로 하고, 또한, 각 기체 연료 공급 장치로부터 공급하는 기체 연료의 농도를 균일하게 유지한 상태에서 상기 기체 연료의 공급량을, 연소열 환산으로, 상기 복수 설치된 기체 연료 공급 장치의 전체 설치 구간내의 공기량에 대한 각 기체 연료 공급 장치가 설치된 영역에 있어서 장입층 내로 흡인되는 공기량의 비율에 비례하여 증감하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 기체 연료 공급 장치로부터 공급되는 기체 연료의 공급량을, 연소열 환산으로, 각 기체 연료 공급 장치의 기체 연료 공급 영역에 있어서 장입층 내로 흡인되는 공기량의 비율의 2승~5승에 비례하여 증감 하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 장입층 내에 도입되는 공기에 포함되는 기체 연료를 연소 하한 농도 이하로 하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   소결 원료중의 탄재를, 연소열 환산으로, 기체 연료의 총공급량의 2~5배의 양을 삭감하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.
6. 제4항에 있어서,
   소결 원료중의 탄재를, 연소열 환산으로, 기체 연료의 총공급량의 2~5배의 양을 삭감하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.

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