KR101977358B1 - 소결광 제조방법 및 그 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소결광 제조방법 및 그 제조 장치에 관한 것으로서, 환원로에 적철광을 포함하는 제1철광석을 장입하여 환원시키는 과정; 열처리로에 갈철광 및 자철광 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2철광석을 장입하는 과정; 상기 제1철광석을 환원시키는 과정에서 발생하는 배가스를 상기 열처리로에 공급하여 상기 제2철광석을 열처리하는 과정; 및 상기 열처리된 제2철광석을 이용하여 소결배합원료를 마련하는 과정;을 포함하고, 난소결성 철광석을 이용하여 고품질의 소결광을 제조할 수 있다.

Description

소결광 제조방법 및 그 제조 장치{Method and apparatus for manufacturing sintered ore}
본 발명은 소결광 제조방법 및 그 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 난소결성 철광석을 이용하여 고품질의 소결광을 제조할 수 있는 소결광 제조방법 및 그 제조 장치에 관한 것이다.
소결 공정은 고로 공정에서 원료로 사용되는 소결광을 제조하기 위한 공정이다. 분광석을 고로에 사용하는 경우 고로 내 통기성 저하분광석을 고로에 사용하기 위해 철광석 입도가 약 8㎜ 이하의 분광석을 고로에 사용하기 위해 괴상화하는 공정으로서 분철광석과 열원이 되는 분코크스, 석탄(이하, 결합재) 및 석회석 등의 부원료를 물과 함께 혼합기에서 혼합하여 (이하 소결 배합원료) 소결기에 장입한 후 약 1300 ~ 1400℃의 온도에서 소성을 시켜 소결광을 제조하게 된다.
소결기에서는 공기 내 산소와 소결 배합원료 내 혼합되어 있는 결합재에 의해 발생하는 열을 이용하여 분광석을 소성하게 된다. 소결기내 온도 상승과 동시에 분철광석과 부원료인 CaO가 결합하여 저융점 화합물을 일부 형성하게 되어 국부적으로 융액이 생성되며 이러한 융액이 냉각시 고체가 되며 바인더 역할을 하게 되어 강도가 우수한 소결광이 제조하게 된다. 소결기는 소결 대차 하부에서 블로워에 의한 상부로부터 하부로의 공기 흡입을 유도함으로서 결합재의 연소에 의해 발생하는 열은 소결기 하부로 이동하는 특징이 있으며 통상적으로 소결기 하부로 갈수록 열량이 축적되는 특성이 있다.
최근 양질의 적철광의 고갈에 따라 저품위 철광석인 갈철광 또는 자철광 사용이 증가되고 있다. 그런데 갈철광의 경우 다량의 결정수를 함유하고 있어, 승온 시 결정수가 분해됨에 따라 철광석 내 기공이 많이 형성되며 또한 소결 과정에서 융액 생성이 적철광 대비 용이하여 소결 조업에서 과잉의 용융물이 생성되어 소결 조업 및 소결광의 품질에 악영향을 미치게 된다. 한편, 자철광은 Fe3O4로 구성되어 있으며 소결과정에서 산화 반응이 원활하지 않을 경우 부원료인 CaO와의 반응이 미비하여 소결과정에서 필요한 융액 생성량이 적어져 소결광의 품질이 저하되는 문제가 야기된다.
KR 10-1590994 B KR 2014-0002216 A
본 발명은 저품위 철광석을 개질하여 고품질의 소결광을 제조할 수 있는 소결광 제조방법 및 그 장치를 제공한다.
본 발명은 환원로에서 발생하는 배가스를 저품위 철광석을 개질하기 위한 열원으로 사용하여 에너지 비용을 절감할 수 있는 소결광 제조방법 및 그 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조방법은, 환원로에 적철광을 포함하는 제1철광석을 장입하여 환원시키는 과정; 열처리로에 갈철광 및 자철광 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2철광석을 장입하는 과정; 상기 제1철광석을 환원시키는 과정에서 발생하는 배가스를 상기 열처리로에 공급하여 상기 제2철광석을 열처리하는 과정; 및 상기 열처리된 제2철광석을 이용하여 소결배합원료를 마련하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 제1철광석을 환원시키는 과정은, 용선을 제조하기 위한 용융로에서 발생하는 배가스를 환원가스로 이용할 수 있다.
상기 제1철광석을 환원시키는 과정은, CO와 H2 중 적어도 어느 하나를 환원가스로 이용할 수 있다.
상기 환원가스는, 메탄 함유 가스와 CO2 또는 H2O를 반응시켜 제조할 수 있다.
상기 제2철광석을 열처리하는 과정은, 상기 열처리로 내부 온도를 300 내지 600℃로 유지할 수 있다.
상기 제2철광석을 열처리하는 과정은 30 내지 120분 동안 수행할 수 있다.
상기 환원로에서 배출되는 배가스는 CO, H2, CO2 및 H2O 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2철광석을 열처리하는 과정은, 상기 열처리로에 산소 함유 가스를 공급하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 산소 함유 가스는 상기 환원로에서 배출되는 배가스 중 CO 및 H2 중 적어도 어느 하나와 2차 연소 반응을 일으켜 반응열을 발생시킬 수 있다.
상기 제2철광석을 열처리하는 과정은, 상기 열처리로 내부를 가열하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 제2철광석을 열처리하는 과정은, 상기 갈철광으로부터 결정수(H2O)를 분리하여 적철광으로 개질할 수 있다.
상기 제2철광석을 열처리하는 과정은, 상기 자철광을 산화시켜 적철광으로 개질할 수 있다.
상기 제2철광석을 열처리하는 과정은, 상기 열처리로 내 산소 농도를 1 내지 5%로 제어하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조장치는, 제1철광석을 환원시킬 수 있는 공간을 제공하는 환원로; 상기 환원로에서 배출되는 배가스를 이용하여 제2철광석을 개질할 수 있는 공간을 제공하는 열처리로; 및 상기 열처리로에서 개질된 제2철광석을 이용하여 소결광을 제조하는 소결기;를 포함할 수 있다.
상기 환원로에 상기 제1철광석을 환원시키기 위한 환원가스를 공급하는 용융로를 포함할 수 있다.
메탄 함유 가스와 개질가스를 이용하여 상기 제1철광석을 환원시키기 위한 환원가스를 생성하는 반응로를 포함할 수 있다.
상기 열처리로는 산소 함유 가스를 유입시키기 위한 유입구를 구비할 수 있다.
상기 열처리로는 상기 제2철광석을 유동시킬 수 있는 유동형 열처리로를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 저품위 철광석을 개질하여 양질의 소결광을 제조할 수 있다. 즉, 저품위 철광석 중 갈철광과 자철광을 적철광으로 개질하여 소결배합원료로 사용함으로써 소결광 제조시 발생할 수 있는 과잉 융액 형성이나 미소결광 증가를 억제할 수 있다.
또한, 환원로에서 발생하는 배가스를 저품위 철광석을 개질하는데 열원으로 이용하기 때문에 에너지 비용도 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 소결광 제조장치의 구성을 보여주는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조장치의 구성을 보여주는 블록도.
도 3은 본 발명의 변형 예에 따른 소결광 제조장치의 구성을 보여주는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조방법을 도시한 순서도.
도 5는 갈철광의 개질 전 및 개질 후 XRD(X-Ray Diffraction) 분석 결과를 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
철광석은 지구 상에 적철광, 갈철광, 자철광 등 다양한 형태로 존재하고 있다.
적철광(Hematite, Fe2O3)은 철의 주요 광석 중 하나로서, 주성분은 산화철(Fe2O3)로 주상 또는 입상의 덩어리로 산출된다. 적철광은 자철광보다는 낮으나 갈철광보다는 증가된 Fe 함량을 나타내며 60 ~ 70%의 Fe를 함유하고 있다. 소결광을 제조할 때 적철광이 주로 사용되고 있다.
갈철광(Goethite, 2FeOOH)은 다른 철광석이 물(H20)에 한번 용해된 후 다시 형성된 2차적 광석을 나타낸다. 갈철광의 이론적 Fe 함유량은 59.8%이다. 이러한 갈철광을 이용하여 소결광을 제조하면, 소결 시 온도가 상승함에 따라 수분, 예컨대 결정수가 제거되면서 기공이 다량 형성되고, 소결 과정에서 적철광에 비해 융액 생성이 용이하여 과잉 용융물이 생성되기 때문에 소결 조업 및 소결광의 품질에 악영향을 미칠 수 있다.
그리고 자철광(Magnetite, Fe3O4)은 자성을 띤 검은색 산화철 광물로서, 주성분은 Fe3O4로 구성되어 있다. 이때, 자철광의 Fe 함량은 갈철광 보다 높은 70% 이상의 Fe를 함유하고 있다. 자철광은 소결 반응 시 산화 반응이 원활하지 않을 경우 부원료로 사용되는 CaO와 반응이 미비하여 소결과정에서 필요한 융액 생성량이 적어져 소결광의 품질이 저하될 수 있다. 이에 자철광은 소결배합원료로 사용하기 위해서는 별도의 전처리 과정이 필요하다.
본 발명은 갈철광과 자철광을 소결배합원료로 사용하기 위해 개질하는 방법을 제시한다. 이때, 철광석을 환원하는 과정에서 발생하는 배가스를 이용하여 갈철광과 자철광을 개질할 수 있다. 철광석을 환원하는 과정에서 100 내지 200℃ 정도의 배가스가 발생하고, 배가스는 CO, H2 등과 같은 합성가스를 포함하고 있다. 이와 같은 배가스의 열량과, 배가스에 함유되는 합성가스를 2차 연소시켜 발생하는 열량을 이용하여 갈철광과 자철광을 개질하는데 필요한 열원으로 사용할 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 소결광 제조장치의 구성을 보여주는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조장치의 구성을 보여주는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 변형 예에 따른 소결광 제조장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 소결광 제조장치는, 제1철광석을 환원시킬 수 있는 환원로(100)와, 환원로(100)에서 배출되는 배가스를 이용하여 제2철광석을 개질할 수 있는 열처리로(200) 및 열처리로(200)에서 개질된 제2철광석을 이용하여 소결광을 제조하는 소결기(300)를 포함할 수 있다. 이때, 제1철광석은 적철광, 갈철광 및 자철광 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 제2철광석은 갈철광 및 자철광 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
환원로(100)는 내부에 제1철광석을 환원시키기 위한 반응공간을 제공할 수 있다. 환원로(100)는 외부에서 환원가스를 제공받아 제1철광석을 환원시키고, 제1철광석을 환원시키는 과정에서 발생하는 배가스를 열처리로(200)에 공급할 수 있다. 환원로(100)에 제공되는 환원가스는 용선을 제조하는 과정에서 발생하는 배가스일 수도 있고, 메탄함유가스와 CO2나 H2O 등과 같은 개질가스를 이용하여 제조된 CO, H2 등을 포함하는 합성가스일 수도 있다.
도 2는 용선을 제조하는 과정에서 발생하는 배가스를 이용하여 제1철광석을 환원시키는 예를 보여주고 있다. 이때, 용선은 용융 환원 제철법으로 제조될 수 있으며, 용선 제조 장치는 철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 환원로(100a)와, 환원로(100a)에서 제조된 환원철을 고온 상태에서 괴성광으로 성형하는 성형장치(20), 성형장치(20)에서 제조된 괴성광을 용융시켜 용선을 제조하는 용융로(10)를 포함할 수 있다. 이때, 환원로(100a)는 철광석을 유동시키면서 환원시키는 유동 환원로일 수 있다.
환원로(100a)는 철광석을 환원시켜 환원철을 제조하는 수단으로, 내부에 철광석을 환원시키기 위한 공간이 형성될 수 있고, 그 내부에는 환원로(100a) 내부로 공급되는 가스, 예컨대 환원가스를 균일하게 확산시킬 수 있는 분산판이 설치될 수 있다. 이에 환원로(100a)는 내부에서 환원가스에 의해 철광석을 유동시키면서 환원시킬 수 있다. 이와 같은 환원로(100a)는 복수개로 구비될 수 있고, 철광석은 복수의 환원로(100a)를 순차적으로 이동하면서 환원철로 제조될 수 있다.
성형장치(20)는 환원로(100a)에서 제조된 환원철, 즉 미분 상태의 환원철을 열간 상태에서 괴성화할 수 있다. 성형장치(20)는 환원로(100a)에서 배출되는 환원철을 브리켓 등과 같이 괴성화된 환원철로 제조하여 용융로(10)에 공급할 수 있다.
용융로(10)는 성형장치(20)에서 괴성화된 환원철을 용해시켜 용선을 제조하고, 환원로(100a)에 공급할 환원가스를 제조할 수 있는 내부 공간이 형성될 수 있다. 용융로(10)는 하부에 환원철과, 성형탄 및 괴탄 등과 같은 탄재가 수용되고 용선이 제조되는 하부 공간과, 용선을 제조하는 과정에서 발생하는 배가스를 환원로(100a)에 공급하기 위한 환원가스로 제조하기 위한 상부 공간을 포함할 수 있다. 이때, 상부 공간은 하부 공간보다 넓은 돔형으로 형성될 수 있으며, 상부 공간을 통해 환원철과 탄재가 장입될 수 있다. 용융로(10)에는 산소 함유 가스가 취입되는 풍구(미도시)가 구비될 수 있다. 용융로(10)로 취입되는 산소 함유 가스는 탄재를 연소시켜 환원철을 용융시키기 위한 열원을 발생시킬 수 있다.
또한, 용융로(10)에는 환원철을 용해시키는 과정에서 발생하는 타르 등과 같은 휘발성 물질을 제거하기 위해 산소 함유 가스를 공급하기 위한 취입 노즐(미도시)이 구비될 수 있다. 용융로(10) 내부에서 성형탄 및 괴탄 등과 같은 탄재가 장입되면 승온되는 과정에서 타르 등과 같은 휘발성 물질이 발생하는데, 이러한 휘발성 물질을 용융로(10) 외부로 배출시키면 배관 막힘 현상 등과 같은 문제점이 발생한다. 이에 휘발성 물질이 유입되는 용융로(10)의 상부 공간에 산소 함유 가스를 취입하여 일산화탄소나 카본 더스트 등을 연소시키고, 이때 발생하는 연소열을 이용하여 상부 공간의 온도를 900 내지 1100℃ 정도로 승온시켜 휘발성 물질을 고온 화학적 분리(cracking)하면 CO 및 H2를 포함하는 배가스로 변환된다. 이렇게 발생한 CO 및 H2, 예컨대 합성가스는 환원로(100a) 내 철광석을 환원시키기 위한 환원가스로 사용될 수 있다.
또한, 도 3은 메탄 함유 가스와 CO2나 H2O 등과 같은 개질가스를 이용하여 제조된 CO, H2 등을 포함하는 합성가스를 환원가스로서 환원로(100b)에 공급하는 예를 보여주고 있다. 이때, 환원로(100b)는 고정층을 형성한 상태로 제2철광석을 환원할 수 있다. 그리고 환원로(100b)에 공급되는 합성가스는 반응로(30)에서 제조될 수 있다. 반응로(30)는 메탄 함유 가스의 개질이 원활하게 이루어지도록 내부 온도를 600 내지 1000℃ 정도를 유지할 수 있다.
반응로(30)에는 천연가스 등과 같은 메탄 함유 가스와, CO2나 H2O 등과 같은 개질가스가 공급되고, 하기의 식1)과 같은 반응이 이루어지면서 합성가스가 제조될 수 있다.
식1) CO2 + CH4-> 2CO + 2H2
상기 식1의 반응에서 CO2는 메탄 함유 가스에 산소를 제공하여 일산화탄소로 전환되고, 메탄 함유 가스는 CO2로부터 산소를 제공받아 일산화탄소와 수소로 전환될 수 있다.
또한, 하기 식2의 반응와 같은 반응을 통해 H2O는 메탄 함유 가스에 산소를 제공하여 수소로 전환되고, 메탄 함유 가스는 H2O으로부터 산소를 제공받아 일산화탄소 및 수소로 전환될 수 있다.
식2) H2O + CH4-> CO + 3H2
이와 같이 제조된 합성가스는 환원로(100b)에 제공되어 제1철광석을 환원하기 위한 환원가스로 사용될 수 있다. 환원로(100b)에서는 용융로(10) 또는 반응로(30)에서 공급되는 환원가스를 이용하여 제1철광석을 환원시킬 수 있고, 제1철광석을 환원시키는 과정에서 CO, CO2, H2, H2O 등을 포함하는 배가스가 발생할 수 있다.
열처리로(200)는 환원로(100)에서 제1철광석을 환원하는 과정에서 발생하는 배가스를 제공받아 제2철광석을 열처리하여 개질할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 열처리로(200)는 내부에 제2철광석이 수용되는 공간이 형성되고, 환원로(100)로부터 배가스를 공급받을 수 있는 주입구(210)와, 제2철광석을 개질하는 과정에서 발생하는 배가스를 배출할 수 있는 배출구(220)가 형성될 수 있다. 이때, 주입구(210)는 열처리로(200)의 하부측에 형성될 수 있고, 배출구(220)는 열처리로(200)의 상부측에 형성될 수 있다. 그리고 열처리로(200)의 내부에는 배가스를 열처리로(200) 내부에 균일하게 분산시킬 수 있도록 분산판(미도시)이 형성될 수 있다. 이에 제2철광석은 분산판 상부에서 유동층을 형성하며 배가스와 접촉하면서 개질될 수 있다.
또한, 열처리로(200)에는 산소 함유 가스를 내부로 유입시키기 위한 유입구(230)가 형성될 수 있다. 산소 함유 가스는 공기, 순산소, 희석 산소 등일 수 있다. 산소 함유 가스는 열처리로(200) 내부로 공급되어 환원로(100)에서 공급되는 배가스 중 CO 및 H2와 2차 연소를 일으켜 제2철광석을 개질하기 위한 열원을 발생시킬 수 있다. 유입구(230)는 주입구(210)와 연통되도록 구비될 수도 있고, 도면에 도시된 바와 같이 독립적으로 구비될 수도 있다.
또한, 열처리로(200)에는 가열수단(미도시)가 구비될 수 있다. 가열수단은 필요에 따라 작동하여 열처리로(200) 내부를 가열하여 열처리로(200) 내부 온도를 적절하게 조절할 수 있다.
소결기(300)는 열처리로(200)에서 개질된 제2철광석을 이용하여 소결광을 제조하는 장치로서, 소결배합원료를 수용하는 복수의 대차를 구비하는 이동형 소결 대차형의 소결기이다. 이러한 소결기(300)는 구체적으로 도시되지는 않았지만, 상부광이 저장된 상부광 호퍼, 소결배합원료를 저장하는 써지 호퍼, 소결배합원료를 수용하여 공정 진행 방향으로 운송되는 복수의 소결 대차, 복수의 소결 대차를 공정 진행 방향으로 이송시키는 컨베이어, 써지 호퍼의 일측에서 컨베이어의 상측에 설치되어, 소결 원료가 장입된 소결 대차에 화염을 분사하는 점화로, 복수의 소결 대차가 이동하는 이송되는 경로의 하부에 설치되어, 복수의 소결 대차 내부를 흡인하는 복수의 윈드박스 등을 포함할 수 있다. 이와 같은 소결기(300)는 공지된 기술이므로, 각 구성에 대한 설명은 생략한다
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 소결광 제조방법은, 적철광을 포함하는 제1철광석을 환원로(100)에 장입하여 환원시키는 과정(S110))과, 갈철광 및 자철광 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2철광석을 열처리로(200)에 장입하는 과정(S120))과, 제1철광석을 환원시키는 과정에서 발생하는 배가스를 열처리로에 공급하여 제2철광석을 개질하는 과정(S130)과, 열처리된 제2철광석을 포함하는 소결배합원료를 마련하는 과정(S140) 및 소결광을 제조하는 과정(S150)을 포함할 수 있다.
먼저, 적철광, 갈철광 및 자철광 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1철광석을 환원로(100)에 장입하고, 환원로(100)에 환원가스를 공급하여 제1철광석을 환원한다. 이때, 환원로(100)에는 용융로(10)에서 용선을 제조할 때 발생하는 배가스나 반응로(30)에서 생성된 합성가스를 환원가스로 공급할 수 있다. 환원로(100)에 공급되는 환원가스는 CO 및 H2를 포함할 수 있다.
제1철광석을 환원하는 과정에서 CO, CO2, H2 및 H2O 등이 포함되는 배가스가 발생할 수 있다. 배가스는 열처리로(200)로 공급되어 제2철광석을 개질하는데 사용될 수 있다.
갈철광 및 자철광 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2철광석을 열처리로(200)에 장입한다. 이때, 열처리로(200)에는 갈철광 또는 자철광을 단독으로 장입할 수도 있고, 갈철광과 자철광의 혼합물을 장입할 수도 있다.
그리고 환원로(100)에서 공급되는 배가스를 이용하여 제2철광석을 개질할 수 있다. 환원로(100)에서 배출되는 배가스는 100 내지 200℃ 정도의 온도를 가질 수 있다. 그런데 갈철광과 자철광을 개질하기 위해서는 적어도 300℃ 이상의 온도가 요구되므로, 열처리로(200) 내 온도를 승온시킬 필요가 있다. 이에 열처리로(200)에는 산소 함유 가스를 공급하여 배가스와 반응, 예컨대 2차 연소 반응을 시켜 갈철광과 자철광을 개질하는데 필요한 열원을 확보할 수 있다. 즉, 환원로(100)에서 공급되는 배가스에는 CO와 H2가 함유되는데, CO와 H2는 산소와 2차 연소 반응을 일으켜 반응열을 발생시키게 된다. 이렇게 발생한 반응열은 제2철광석을 개질하는데 필요한 열원으로 사용될 수 있다.
열처리로(200)에서 제2철광석을 개질하는 동안 열처리로(200) 내부 온도는 300 내지 600℃ 정도로 제어할 수 있으며, 배가스와 산소 함유 가스에 의해 발생하는 반응열에 의해 제시된 범위의 온도로 제어하지 못할 경우, 가열수단을 이용하여 열처리로(200) 내부 온도를 승온시킬 수 있다. 이때, 열처리로(200) 내부 온도가 제시된 범위보다 낮은 경우에는 제2철광석이 원활하게 개질될 수 없다. 그리고 제2철광석은 제시된 온도 범위에서 충분히 개질될 수 있으므로, 열처리로(200) 내부 온도를 제시된 범위보다 더 높게 조절할 필요는 없다.
제2철광석의 개질은 30 내지 120분 정도 동안 수행될 수 있으며, 개질 시간이 제시된 범위보다 작을 경우 제2철광석을 제대로 개질하기 어렵다. 또한, 제2철광석은 제시된 시간 동안 대부분 개질되기 때문에 개질 시간을 제시된 범위보다 길게 한다면 생산성 및 효율성이 저하되는 문제점이 있다.
한편, 열처리로(200)에 제2철광석을 개질할 때 갈철광은 하기 식3과 같은 반응에 의해 결정수가 분해되면서 적철광으로 개질될 수 있다.
식3) 2FeOOH => Fe2O3 + H2O
그리고 자철광은 하기 식3와 같은 반응을 통해 산화되면서 적철광으로 개질될 수 있다.
식4) 2Fe3O4 + O2 => 3Fe2O3
이때, 자철광은 산소 농도가 높을수록 반응이 원활하게 이루어질 수 있으므로, 자철광을 개질하는 경우 열처리로(200) 내 산소 농도를 비교적 높게 제어하는 것이 좋다. 이에 자철광을 개질하는 경우 열처리로(200) 내 산소 농도를 1 내지 5% 정도로 제어할 수 있다.
이후, 제2철광석을 개질하는 과정이 완료되면, 개질된 제2철광석을 열처리로에서 인출하고, 이를 이용하여 소결배합원료를 마련한다.
그리고 소결배합원료가 마련되면 소결기를 이용하여 소결광을 제조할 수 있다.
이하에서는 철광석을 환원시키는 과정에서 발생하는 배가스와 유사한 분위기 가스를 제조하여 갈철광과 자철광을 개질하는 실험예에 대해서 설명한다.
개질 실험은 입도가 5㎜ 이하의 갈철광 및 자철광을 이용하여 수행되었으며, 이때 유동층을 형성할 수 있는 열처리로를 이용하였다.
개질 실험 중 열처리로 내부 온도를 600℃로 40분 간 유지하였으며, CO 20%, H2 30%, CO2 20% 및 N2 30% 를 포함하는 가스를 열처리로 내부로 공급하였다. 이때, 열처리로 내부에 산소 함유 가스 중 하나인 공기를 유입시켰다.
먼저, 갈철광은 실험 전 약 8.3% 정도의 결정수를 함유하고 있었으나, 개질 후 결정수가 거의 제거됨을 확인할 수 있었다.
도 5는 갈철광의 개질 실험 전 후 XRD(X-Ray Diffraction) 분석 결과를 보여주는 도면이다.
도 5의 (a)를 살펴보면, 갈철광을 개질하기 전에는 부분적으로 적철광을 나타내는 H가 나타나기는 하지만, 대부분 갈철광을 나타내는 G가 차지하는 것을 알 수 있다.
그리고 도 5의 (b)를 살펴보면, 갈철광을 개질한 이후에는 부분적으로 갈철광을 나타내는 G가 나타나기는 하지만, 대부분 적철광을 개질된 것을 알 수 있다.
그리고 자철광을 개질할 때에는 열처리로 내부에 산소 함유 가스를 추가로 유입시켜 열처리로 내 산소 농도를 1%로 제어하였다. 도면으로 제시하지는 않았지만 자철광 역시 개질 후 산화되어 적철광으로 개질되었음을 확인할 수 있었다.
갈철광 및 자철광과 같이 난소결성 저품위 철광석을 적철광으로 개질하여 소결배합원료로 사용하면, 소결 중 과잉 융액이 형성되거나 미소결광이 발생하는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술 되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100 : 환원로 200: 열처리로
300: 소결기

Claims (18)

  1. 환원로에 적철광을 포함하는 제1철광석을 장입하여 환원시키는 과정;
    열처리로에 갈철광 및 자철광 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2철광석을 장입하는 과정;
    상기 제1철광석을 환원시키는 과정에서 발생하는 배가스를 상기 열처리로에 공급하여 상기 제2철광석을 열처리하는 과정; 및
    상기 열처리된 제2철광석을 이용하여 소결배합원료를 마련하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 제2철광석을 열처리하는 과정은,
    상기 열처리로에 산소 함유 가스를 공급하는 과정을 포함하며,
    상기 환원로에서 배출되는 배가스는 CO, H2, CO2 및 H2O 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 환원로에서 배출되는 배가스 중 CO 및 H2 중 적어도 어느 하나와 상기 산소 함유 가스를 2차 연소 반응시켜 반응열을 발생시켜 상기 제2철광석을 개질하기 위한 열원으로 사용하는 포함하는 소결광 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1철광석을 환원시키는 과정은,
    용선을 제조하기 위한 용융로에서 발생하는 배가스를 환원가스로 이용하는 소결광 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1철광석을 환원시키는 과정은,
    CO와 H2 중 적어도 어느 하나를 환원가스로 이용하는 소결광 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 환원가스는,
    메탄 함유 가스와 CO2 또는 H2O를 반응시켜 제조하는 소결광 제조방법.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제2철광석을 열처리하는 과정은,
    상기 열처리로 내부 온도를 300 내지 600℃로 유지하는 소결광 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2철광석을 열처리하는 과정은 30 내지 120분 동안 수행하는 소결광 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2철광석을 열처리하는 과정은,
    상기 열처리로 내부를 가열하는 과정을 포함하는 소결광 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2철광석을 열처리하는 과정은,
    상기 갈철광으로부터 결정수(H2O)를 분리하여 적철광으로 개질하는 소결광 제조방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2철광석을 열처리하는 과정은,
    상기 자철광을 산화시켜 적철광으로 개질하는 소결광 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2철광석을 열처리하는 과정은,
    상기 열처리로 내 산소 농도를 1 내지 5%로 제어하는 과정을 포함하는 소결광 제조방법.
  14. 제1철광석을 환원시킬 수 있는 공간을 제공하는 환원로;
    상기 환원로에서 배출되는 배가스를 이용하여 제2철광석을 개질할 수 있는 공간을 제공하는 열처리로; 및
    상기 열처리로에서 개질된 제2철광석을 이용하여 소결광을 제조하는 소결기;
    를 포함하고,
    상기 열처리로는 상기 배가스 중 CO 및 H2와 2차 연소 반응을 일으켜 반응열을 발생시키기 위해 상기 환원로에서 배가스를 공급받을 수 있는 주입구와, 산소 함유 가스를 유입시키기 위한 유입구를 구비하는 소결광 제조장치.
  15. 청구항 14 에 있어서,
    상기 환원로에 상기 제1철광석을 환원시키기 위한 환원가스를 공급하는 용융로를 포함하는 소결광 제조장치.
  16. 청구항 14 에 있어서,
    메탄 함유 가스와 개질가스를 이용하여 상기 제1철광석을 환원시키기 위한 환원가스를 생성하는 반응로를 포함하는 소결광 제조장치.
  17. 삭제
  18. 청구항 15 또는 16에 있어서,
    상기 열처리로는 상기 제2철광석을 유동시킬 수 있는 유동형 열처리로를 포함하는 소결광 제조장치.
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