KR102043781B1

KR102043781B1 - 소결광 제조 방법 및 소결광 제조 장치

Info

Publication number: KR102043781B1
Application number: KR1020170179920A
Authority: KR
Inventors: 김성완; 정해권; 김정아
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-12-02
Also published as: WO2019132183A1; KR20190078157A

Abstract

저온 융액 생성 촉진제를 제공하여 소결용 원료 입자간 결합력을 증대시킨 소결광 제조 방법과 소결광 제조 장치를 제공하고자 한다. 소결광 제조 방법은 i) 소결용 원료를 적층하여 제1 소결 원료층을 형성하는 단계, ii) 소결용 원료의 입도보다 큰 입도를 가지는 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계, iii) 소결광 원료를 저온 융액 생성 촉진제와 혼합해 제1 소결 원료층 위에 제2 소결 원료층을 적층하는 단계, 및 iv) 제1 소결 원료층과 제2 소결 원료층을 함께 소결하는 단계를 포함한다. 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계에서, 저온 융액 생성 촉진제는 60wt% 내지 70wt%의 철화합물을 포함하고, 저온 융액 생성 촉진제의 연화 온도와 용융 온도의 차이는 10℃ 이하이다. 소결하는 단계에서, 저온 융액 생성 촉진제에 의해 칼슘 페라이트계 소결 융액이 생성되며, 철화합물은 환원 가스를 공급받아 철광석을 환원철로 변환하는 환원로에서 배출되는 배가스로부터 얻어진다.

Description

소결광 제조 방법 및 소결광 제조 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING SINTERED ORES}

본 발명은 소결광 제조 방법 및 소결광 제조 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 소결 원료층 상부에 융액 생성 촉진제를 첨가하는 소결광 제조 방법 및 소결광 제조 장치에 관한 것이다.

고로에 장입되는 소결광은 분철광석, 부원료, 반광 및 연료를 원료로 한다. 여기서, 연료로서 분코크스 또는 무연탄을 사용할 수 있다. 이들 소결 배합 원료를 의사 입자화하여 소결기 대차에 장입해 소결 베드를 형성한다. 그리고 소결 베드 표면을 점화시키고 소결 베드 아래로 공기를 주입한다. 이러한 과정을 통해 소결 배합 원료를 소성시켜서 소결광을 제조한다. 이 후, 소결광은 파쇄 및 정립되어 적절한 입도로 분급된 소결광만 고로에 장입된다. 소결광의 파쇄 및 정립 공정에서 발생되는 입도 5mm 이하의 분광은 반광으로 분류되어 소결광 제조시에 재사용되며, 반광 발생률이 소결광 회수율을 결정한다.

소결광 회수율은 공급 열량, 결합 슬래그의 양, 소결광 강도 및 공극률 등 다양한 인자들에 의해 영향을 받는다. 특히, 소결 베드의 상층부 및 측벽부에 존재하는 취약층은 소결광의 회수율을 현저히 저하시킨다. 이는 소결 베드의 상부로부터 실온의 공기가 흡인되므로, 슬래그 성분의 용융에 필요한 고온까지 원료가 가열되기 전에 연료인 코크스의 연소가 종료되기 때문이다. 특히, 측벽부는 흡인 공기의 유속이 커서 소성 온도가 낮으며 급속 냉각된다. 따라서 중심부에 비해 그 강도가 매우 취약하고 반광 발생량도 많다.

저온 융액 생성 촉진제를 제공하여 소결용 원료 입자간 결합력을 증대시킨 소결광 제조 방법을 제공하고자 한다. 또한, 전술한 소결광 제조 방법을 수행하기 위한 소결광 제조 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조 방법은 i) 소결용 원료를 적층하여 제1 소결 원료층을 형성하는 단계, ii) 소결용 원료의 입도보다 큰 입도를 가지는 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계, iii) 소결광 원료를 저온 융액 생성 촉진제와 혼합해 제1 소결 원료층 위에 제2 소결 원료층을 적층하는 단계, 및 iv) 제1 소결 원료층과 제2 소결 원료층을 함께 소결하는 단계를 포함한다. 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계에서, 저온 융액 생성 촉진제는 60wt% 내지 70wt%의 철화합물을 포함하고, 저온 융액 생성 촉진제의 연화 온도와 용융 온도의 차이는 10℃ 이하이다. 소결하는 단계에서, 저온 융액 생성 촉진제에 의해 칼슘 페라이트계 소결 융액이 생성되며, 철화합물은 환원 가스를 공급받아 철광석을 환원철로 변환하는 환원로에서 배출되는 배가스로부터 얻어진다.

저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계에서, 저온 융액 생성 촉진제의 입도는 1mm 내지 4mm일 수 있다. 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계에서, 저온 융액 생성 촉진제는 석회석을 더 포함할 수 있다. 저온 융액 생성 촉진제는 철화합물이 석회석을 둘러싸는 구조를 가질 수 있다.

저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계에서, 저온 융액 생성 촉진제에 함유된 CaO의 양은 18wt% 내지 23wt%일 수 있다. 제2 소결 원료층을 적층하는 단계에서, 제2 소결 원료층 중 저온 융액 생성 촉진제의 양은 1wt% 내지 3wt%일 수 있다. 철화합물은 FeO, Fe₃O₄ 및 Fe₃C로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 제2 소결 원료층을 적층하는 단계에서, 저온 융액 생성 촉진제는 제2 소결 원료층의 상부 표면으로부터 100mm 내지 300mm의 깊이에 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조 장치는, i) 제1 소결 원료층이 적층되도록 적용된 소결 대차, ii) 소결 대차 위에 경사지게 상호 이격되어 위치하고, 그 사이로 소결용 원료가 낙하하도록 적용된 복수의 롤러들, iii) 복수의 롤러들의 아래에 위치하고 그 위에서 낙하하는 저온 융액 생성 촉진제를 소결용 원료와 혼합시켜 소결 대차 위로 가이드해 제1 소결 원료층 위에 제2 소결 원료층을 적층하도록 적용된 가이드판, iv) 가이드판의 위에 위치하여 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 저장 호퍼, 및 v) 소결 대차 위에 가이드판과 이격되어 위치하는 점화로를 포함한다.

저장 호퍼는, i) 바디부, ii) 바디부 위의 일단에 형성되어 바디부와 연통된 투입부, iii) 바디부 내에 위치하고, 소결 대차의 폭방향으로 길게 뻗으며, 투입부를 통해 투입되는 저온 융액 생성 촉진제를 그 길이 방향에 따라 이송하는 스크류 피더, 및 iv) 바디부의 아래에 형성된 첨가제 배출구를 여닫도록 스크류 피더의 길이 방향을 따라 나란히 배치된 복수의 분할 게이트들을 포함할 수 있다. 스크류 피더의 길이 방향을 따라 상호 이격되어 스크류 피더에 대응해 저온 융액 생성 촉진제를 배출하도록 복수의 절출부들이 바디부에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조 장치는 저장 호퍼와 가이드판 사이에 위치하고, 복수의 분할 게이트들 앞에 경사져서 저온 융액 생성 촉진제를 이송하는 컨베이어 벨트를 더 포함할 수 있다.

복수의 절출부들 각각은 복수의 분할 게이트들 각각에 대응하고, 복수의 절출부등 중 각 절출부는 투입부로부터 멀어질수록 복수의 분할 게이트들 중 대응하는 각각의 분할 게이트와의 이격 거리가 작아질 수 있다. 저장 호퍼는 복수의 분할 게이트들 각각에 부착되어 각 분할 게이트의 개도를 조절하는 밸브를 더 포함하고, 밸브는 복수의 절출부들 중 대응하는 각 절출부를 통해 배출되는 저온 융액 생성 촉진제의 양에 연동하여 분할 게이트들의 개폐를 조절할 수 있다.

저온 융액 생성 촉진제를 이용해 칼슘 페라이트계 소결 융액을 형성하여 소결용 원료 입자간의 결합력을 증대시킴으로써 소결 생산성 및 소결광 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 소결광 제조시에 반광 발생량을 줄여서 소결광 제조 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 도 1의 소결광 제조 방법의 개략적인 개념도이다.
도 3은 도 1의 소결광 제조 방법에서 사용되는 저온 융액 생성 촉진제의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조 장치의 개략적인 도면이다.
도 5는 도 4의 소결광 제조 장치에 포함된 저장 호퍼의 개략적인 사시도이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 소결광 제조 방법의 순서도는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 소결광 제조 방법을 다른 형태로도 변형할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조 방법은, 소결용 원료를 적층하여 제1 소결 원료층을 형성하는 단계(S10), 소결용 원료의 입도보다 큰 입도를 가지는 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계(S20), 소결광 원료를 저온 융액 생성 촉진제와 혼합해 제1 소결 원료층 위에 제2 소결 원료층을 적층하는 단계(S30), 그리고 제1 소결 원료층과 제2 소결 원료층을 함께 소결하는 단계(S40)를 포함한다. 이외에, 소결광 제조 방법은 필요에 따라 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.

단계(S10)에서는 소결용 원료를 적층하여 제1 소결 원료층을 형성한다. 예를 들면, 소결 대차를 그 높이에 따라 3등분하는 경우, 하층부와 중층부에 소결용 원료를 우선 장입하여 제1 소결 원료층을 형성한다. 여기서, 사용되는 소결용 원료는 분철광석, 부원료, 소결반광, 분코크스, 무연탄을 드럼 믹서에 수분을 첨가해 조립해 의사 입자로 제조한다.

단계(S20)에서는 소결용 원료의 입도보다 큰 입도를 가지는 저온 융액 생성 촉진제를 제공한다. 저온 융액 생성 촉진제의 입도는 1mm 내지 4mm일 수 있다. 저온 융액 생성 촉진제의 입도가 너무 크면, 저온 융액 생성 촉진제의 제조 비용이 커진다. 또한, 저온 융액 생성 촉진제의 입도가 너무 작으면 단일 입자로 존재하여 입자간 접촉에 의한 융액생성 반응이 부족하다. 따라서 저온 융액 생성 촉진제의 입도를 전술한 범위로 조절한다.

한편, 저온 융액 생성 촉진제는 60wt% 내지 70wt%의 철화합물을 포함한다. 철화합물의 양이 너무 적은 경우, 칼슘페라이트계 융액 생성온도가 증가하는 문제점이 있다. 또한, 철화합물의 양이 너무 많은 경우에도, 석회석 성분이 부족하여 칼슘페라이트계 융액 생성온도가 증가한다. 따라서, 철화합물의 양을 전술한 범위로 조절한다.

여기서, 철화합물로서 FINEX 또는 COREX 등의 용융환원제철공정에서 나오는 100mm 이하의 입도를 가진 함철 부산물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 환원 가스를 공급받아 철광석을 환원철로 변환하는 환원로에서 배출되는 배가스에는 다량의 철화합물이 포함되어 있으므로, 백필터에 의한 건식 집진 또는 수처리 장치에 의한 습식 집진을 통해 이를 더스트 또는 슬러지 형태로 모은 후 저온 융액 생성 촉진제의 제조시에 사용할 수 있다. 슬러지는 52.7wt% 내지 57.6wt%의 Fe, 14.5wt% 내지 15.8wt%의 슬래그 및 4.5wt% 내지 7.0wt%의 C를 포함한다. 여기서, 슬래그의 성분은 SiO₂, CaO, MgO 또는 Al₂O₃ 등일 수 있으며, C는 소결 과정 중에 열원으로 사용될 수 있다. 한편, 전술한 철화합물은 FeO, Fe₃O₄ 또는 Fe₃C일 수 있다. 철화합물에는 CaCO₃ 및 SiO₂ 등 소량의 맥석 성분이 포함될 수도 있다.

한편, 저온 융액 생성 촉진제는 철화합물 이외에 석회석을 더 포함할 수 있다. 석회석의 양은 30wt% 내지 40wt%일 수 있다. 석회석의 양이 너무 적은 경우, 칼슘페라이트계 융액 생성온도가 증가한다. 또한, 석회석의 양이 너무 많은 경우에도, 철 함량 부족으로 칼슘페라이트계 융액 생성온도가 증가한다. 따라서 석회석의 양을 전술한 범위로 조절한다. 석회석은 분 형태로서 4mm 이하의 입도를 가진다. 석회석은 CaCO₃의 화학식을 가지며, CaO를 약 50.4wt% 정도 함유한다. 한편, 저온 융액 생성 촉진제에 포함된 CaO의 양은 18wt% 내지 23wt%인 것이 바람직하다. CaO의 양이 너무 적은 경우, 칼슘페라이트계 융액 생성온도가 증가한다. 또한, CaO의 양이 너무 많은 경우에도, 철 함량 부족으로 칼슘페라이트계 융액 생성온도가 증가한다. 따라서, CaO의 양을 전술한 범위로 조절한다.

고온 용융 특성에 있어서 전술한 저온 융액 생성 촉진제의 연화 온도는 약 1202℃ 내지 1222℃일 수 있고, 용융 온도는 1210℃ 내지 1224℃일 수 있다. 저온 융액 생성 촉진제의 연화 온도와 용융 온도의 차이는 10℃ 이하이다. 따라서 소결용 원료와 함께 저온 융액 생성 촉진제를 소결시, 저온 융액 생성 촉진제는 소결 초기 융액이 형성되는 연화 후에 급속히 용융된다. 소결 융액은 1200℃ 내지 1350℃에서 충분히 생성된다. 특히, 소결광 광물상중에 강도 확보에 유리한 칼슘페라이트계 융액은 비교적 저온에 해당하는 1200℃ 내지 1250℃에서 생성된다.

단계(S30)에서는 소결광 원료를 저온 융액 생성 촉진제와 혼합한 제2 소결 원료층을 제1 소결 원료층 위에 적층한다. 제2 소결 원료층은 소결 대차의 상층부에 위치한다.

단계(S40)에서는 제1 소결 원료층과 제2 소결 원료층을 함께 소결한다. 제2 소결 원료층은 저온 융액 생성 촉진제를 포함하므로, 철화합물과 석회석의 반응에 의해 저융점의 칼슘 페라이트계 소결 융액을 형성한다. 여기서, 칼슘 페라이트계 소결 융액은 CaO-Fe₂O₃ 또는 CaO-Fe₂O₃-SiO₂-Al₂O₃로서, 소결광의 강도와 환원성을 향상시켜서 반광 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 소결 융액의 생성을 촉진해 소결 원료층 입자간의 결합력을 증대시킴으로써 소결 생산성 및 소결광 품질을 향상시킨다.

본 발명의 일 실시예에서는 저온 융액 생성 촉진제를 이용하여 낮은 강도를 가져서 회수율이 낮고 반광이 다량으로 발생되는 소결 원료층의 상층부 영역을 개선한다. 그 결과, 소결광 강도 및 회수율을 향상시킬 수 있다.

도 2는 도 1의 소결광 제조 방법의 개략적인 개념도이다. 도 2의 소결광의 제조 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

도 2에 도시한 바와 같이, 제1 소결 원료층(b)은 소결 대차(10) 내의 하층부 및 중층부에 적층된다. 그리고 제1 소결 원료층(b)의 상층부에 제2 소결 원료층(c)이 적층된다. 제2 소결 원료층(c)은 저온 융액 생성 촉진제(a)를 포함한다. 여기서, 제2 소결 원료층(c)의 상부 표면으로부터 100mm 내지 300mm의 깊이에 저온 융액 생성 촉진제를 형성한다. 이 깊이가 너무 작으면, 취약층의 강도 및 회수율 개선 효과가 미흡하다. 또한, 이 깊이가 너무 크면, 소결층내에 과잉으로 융액이 형성되어 통기 저항을 초래한다. 따라서 깊이를 전술한 범위로 조절한다. 좀더 바람직하게는, 깊이는 200mm일 수 있다.

한편, 제2 소결 원료층(c) 중 저온 융액 생성 촉진제(a)의 양은 1wt% 내지 3wt%일 수 있다. 저온 융액 생성 촉진제(a)의 양이 너무 적은 경우, 제2 소결 원료층(c)이 잘 소결되지 않아 반광이 다량으로 발생할 수 있다. 한편, 저온 융액 생성 촉진제(a)의 양이 너무 많은 경우, 과잉으로 융액이 형성되어 통기 저항을 초래한다. 따라서 저온 융액 생성 촉진제(a)의 양을 전술한 범위로 조절한다. 한편, 소결 대차(10)가 이동하면서 상부로부터 흡입 가스가 유입되어 제1 소결 원료층(b)과 제2 소결 원료층(c)이 소결된다. 그리고 소결 대차(10)의 아래를 통해 소결 배가스가 방출된다.

도 3은 도 1의 소결광 제조 방법에서 사용되는 저온 융액 생성 촉진제의 단면 구조를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 (A)는 2층 구조로 형성된 저온 융액 생성 촉진제를 나타내고, 도 3의 (B)는 혼합형 저온 융액 생성 촉진제를 나타낸다.

도 3의 (A)에 도시한 바와 같이, 저온 융액 생성 촉진제는 철화합물(a2)이 석회석(a1)을 둘러싸는 구조를 가진다. 즉, 핵인 석회석(a1)에 철화합물(a2)이 부착되어 있다. 이러한 구조는 혼합 및 조립 과정 중에 생성되며, 이러한 구조로 인해 소결 과정 중 저융점의 칼슘페라이트계 소결융액의 생성을 촉진해 소결 원료 입자간 결합력을 증대시킨다. 그 결과, 소결 생산성 및 소결광 품질을 개선할 수 있다. 한편, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 저온 융액 생성 촉진제는 철화합물(a2)과 석회석(a1)의 혼합 구조(a3)로 형성될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조 장치(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 4의 소결광 제조 장치(100)는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 소결광 제조 장치를 다른 형태로도 변형할 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 소결광 제조 장치(100)는 소결 대차(10), 롤러(12), 가이드판(14), 컨베이어 벨트(15), 저장 호퍼(16) 및 점화로(19)를 포함한다. 이외에, 소결광 제조 장치(100)는 필요에 따라 다른 장치들을 더 포함할 수 있다. 소결 대차(10)는 화살표 방향으로 이동하면서 그 내부에서 소결광을 제조한다.

소결 대차(10)는 드와이트 로이드(Dwight Lloyd, DL)식 소결기에 사용될 수 있다. 소결 대차(10)에는 제1 소결 원료층(b)과 제2 소결 원료층(c)이 적층된다. 먼저, 제1 소결 원료층(b)을 소결 대차(10)에 적층한다. 그리고 제1 소결 원료층(b) 위에 제2 소결 원료층(c)을 적층한다. 가이드판(14)과 이격되어 위치하는 점화로(19)는 소결 대차(10) 위에 위치하여 제1 소결 원료층(b)과 제2 소결 원료층(c)을 가열한다. 그 결과, 소결 대차(10) 내에서 소결광을 제조할 수 있다.

도 4에는 도시하지 않았지만, 저온 융액 생성 촉진제는 원료 혼합, 조립, 압력 이송 등의 사전 처리 공정을 거쳐 저장빈(18)에 저장된다. 저장빈(18)의 상부에는 백필터(183)가 설치되어 저장빈(18)으로부터 발생되는 더스트를 포집한다. 저온 융액 생성 촉진제는 사전 처리되어 저장빈(18)에 저장된 후 정량절출장치(181)를 통해서 일정량씩 저장 호퍼(16)에 공급된다. 저장 호퍼(16)는 가이드판(14) 위에 위치하여 저온 융액 생성 촉진제를 컨베이어 벨트(15)를 통해 가이드판(14)에 제공한다. 저장 호퍼(16)는 분할 게이트들(167)을 포함하므로, 분할 게이트들(167)의 개도에 따라 저온 융액 생성 촉진제의 공급량을 조절할 수 있다.

소결용 원료 빈(11)은 소결용 원료를 저장한다. 소결용 원료 빈(11)은 공급 롤러(13)의 회전에 따라 소결용 원료를 롤러들(12) 사이로 통과시키면서 가이드판(14)을 향해 낙하시킨다. 즉, 공급 롤러(13)가 반시계 방향으로 회전하면서 소결용 원료를 롤러들(12) 위로 낙하시킨다. 롤러들(12)은 y축 방향을 따라 수평으로 길게 뻗어 있다.

가이드판(14)은 다수의 롤러들(12) 아래에 위치한다. 가이드판(14)은 이를 타고 아래로 이동하는 저온 융액 생성 촉진제와 롤러들(12) 사이를 통과하여 위에서 낙하하는 소결용 원료와 혼합시켜서 제2 소결 원료층(c)을 제1 소결 원료층(b) 위에 적층한다. 가이드판(14)은 롤러들(12)의 배치 위치에 대응하여 벤딩되어 형성된다. 따라서 저온 융액 생성 촉진제를 처음에는 수직 방향으로 빠르게 가이드하는 부분과 소결용 원료와 만나는 지점부터는 다소 경사를 완만하게 하여 천천히 가이드하여 소결용 원료와 저온 융액 생성 촉진제를 혼합시킨다. 이는 처음에는 저온 융액 생성 촉진제를 빠르게 이동시킬 필요가 있지만 나중에는 저온 융액 생성 촉진제와 소결용 원료를 균일하게 혼합하기 위해서이다.

컨베이어 벨트(15)는 저장 호퍼(16)와 가이드판(14) 사이에 위치한다. 컨베이어 벨트(15)는 분할 게이트들(167) 앞에 경사져서 위치하여 저장 호퍼(16)에서 배출되는 저온 융액 생성 촉진제를 가이드판(14)으로 이송한다.

도 5는 도 4의 소결광 제조 장치(100)에 포함된 저장 호퍼(16)의 사시도를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 저장 호퍼(16)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 저장 호퍼(16)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 저장 호퍼(16)는 바디부(161), 투입부(163), 스크류 피더(165) 및 분할 게이트들(167)을 포함한다. 이외에, 필요에 따라 저장 호퍼(16)는 다른 부품들을 더 포함할 수 있다. 저장 호퍼(16)의 아래에는 저온 융액 생성 촉진제를 이송하는 컨베이어 벨트(15)가 위치한다. 한편, 도 5에는 절출부들(1611)과 분할 게이트들(167)에 의해 8개의 영역으로 구획된 저장 호퍼(16)를 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 해당 영역을 다른 수로 구획할 수도 있다.

먼저, 저온 융액 생성 촉진제가 -z축을 향하는 화살표 방향으로 따라 투입부(163)를 통해 바디부(161)로 유입된다. 투입부(163)는 바디부(161) 위의 일단에 형성되어 바디부(161)와 연통된다. 스크류 피더(165)가 투입되는 저온 융액 생성 촉진제를 -y축 방향으로 이송하기 때문에 투입부(163)를 전술한 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 스크류 피더(165)는 바디부(161) 내에 위치하고, 도 4에 도시한 소결 대차(10)의 폭방향, 즉 y축 방향을 따라 길게 뻗어 있다. 스크류 피더(165)는 투입부(163)를 통해 투입되는 저온 융액 생성 촉진제를 스크류 피더(165)의 길이 방향에 따라 이송한다.

절출부들(1611)는 -y축 방향을 따라 이동하는 저온 융액 생성 촉진제를 컨베이어 벨트(15) 위로 낙하시켜 화살표 방향을 따라 이송한다. 이를 위하여 절출부들(1611)은 바디부(161)에 개구되어 형성되며, y축 방향으로 상호 이격되어 스크류 피더(165)에 대응한다. 또한, 절출부들(1611) 각각은 분할 게이트들(167) 각각에 대응한다. 절출부들(1611)은 투입부(163)로부터 멀어질수록 각각에 대응하는 각 분할 게이트(167)와의 이격 거리가 작아진다. 이는 투입부(163)를 통하여 투입되는 저온 융액 생성 촉진제가 각 절출부들(1611)을 통하여 외부로 배출되는 확률을 높이기 위한 것이다. 즉, 최우측에 형성된 절출부(1611)는 가장 상단에 위치하므로, 투입부(163)를 통해 유입된 저온 융액 생성 촉진제가 배출될 가능성을 높인다. 또한, 최좌측에 형성된 절출부(1611)는 가장 하단에 위치하므로, 스크류 피더(165)의 회전에 따라 그 하부에 부착되어 이송되는 저온 융액 생성 촉진제를 배출할 확률을 높여준다.

한편, 분할 게이트들(167)은 스크류 피더(165)의 길이 방향을 따라 나란히 배치된다. 분할 게이트들(167)은 바디부(161)의 아래에 형성된 첨가제 배출구(미도시)를 여닫도록 스크류 피더(165)의 길이 방향을 따라 나란히 배치된다.

밸브(169)는 분할 게이트(167) 각각에 부착되어 각 분할 게이트(167)의 개도를 조절한다. 특히, 밸브(169)는 그 위에 각각 대응하여 위치하는 절출부(1611)를 통해 배출되는 저온 융액 생성 촉진제의 양에 연동하여 분할 게이트(167)의 개폐를 조절한다. 예를 들면, 절출부(1611)를 통하여 배출되는 저온 융액 생성 촉진제의 양이 많은 경우, 밸브(169)는 대응하는 분할 게이트(167)를 닫도록 제어한다. 또한, 절출부(1611)를 통하여 배출되는 저온 융액 생성 촉진제의 양이 적은 경우, 밸브(169)는 대응하는 분할 게이트(167)를 열도록 제어한다. 이러한 과정을 통하여 8개로 구획된 각 영역에서 저장 호퍼(16)를 통해 배출되는 저온 융액 생성 촉진제의 양을 균일하게 조절할 수 있다. 예를 들면, 컨베이어 벨트(15)의 각 영역마다 중량 센서를 부착하여 이를 밸브(169)의 제어 동작과 연동시킬 수 있다. 밸브(169)를 제어하여 측벽부에도 저온 융액 생성 촉진제를 주입할 수 있다. 그 결과, 측벽부 취약층을 감소시킬 수 있다. 이러한 밸브(169)의 제어는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

실험예

이하에서는 본 발명을 실험예를 통하여 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

저온 융액 생성 촉진제의 원료 준비

본 발명의 실험예에서 사용할 저온 융액 생성 촉진제를 준비하였다. 저온 융액 생성 촉진제의 원료로서 FINEX 함철 부산물과 분석회석을 준비하였으며, 그 상세 조성은 아래의 표 1과 같았다. 여기서, FINEX 함철 부산물은 T-Fe, M-Fe, FeO 등의 철 성분, SiO₂, CaO, MgO, Al₂O₃, S 등의 맥석 성분 및 C 등의 열원 성분을 포함한다. 분석회석은 CaO의 함량이 50.4wt%로서 주성분을 이루고 있다.

[표 1]

소결용 분철광석의 준비

철광석 A 내지 철광석 F의 6가지 철광석을 소결용으로 준비하였다. 그리고 각 철광석의 화학 성분과 입도를 측정하였다. 철광석 A 내지 철광석 C는 적철광계 광석으로서, 철함량은 약 61wt% 내지 66wt%이었고, -0.15mm 이하의 미분 비율은 약 19wt% 내지 26wt%이었다. 한편, 철광석 D는 갈철광계 광석으로서, 철함량은 약 58wt% 내지 59wt%이었고, -0.15mm 이하의 미분 비율은 약 5wt% 내지 6wt%이었다. 그리고 철광석 E 및 철광석 F는 적철광과 갈철광이 혼합된 마라맘바계 광석으로서 철함량은 61wt% 내지 62wt%이었고, -0.15mm 이하의 미분 비율은 약 19wt% 내지 28wt%이었다. 이를 표 2에 정리하여 나타낸다.

[표 2]

소결배합원료의 준비

표 2의 철광석을 이용해 소결배합원료를 준비하였다. 각 철광석의 배합비를 달리하되 부원료, 반광, 분코크스, 무연탄의 양을 동일하게 유지하여 소결광 성분을 일정하여 유지하였다. 즉, 부원료는 11.8wt%, 반광은 21.8wt%, 연료인 분코크스와 무연탄의 합은 4.2wt%로 각 철광석마다 동일하게 유지하였다. 한편, 소결배합원료의 염기도는 1.76이었고, 슬래그량, 즉 CaO, SiO₂, MgO 및 Al₂O₃의 합은 18.4wt%이었다. 이를 표 3에 정리하여 나타낸다.

[표 3]

저온 융액 생성 촉진제의 연화온도 및 용융온도 측정

FINEX 함철부산물과 분석회석의 혼합비를 달리하여 그 연화온도 및 용융온도를 측정하였다. 연화온도와 용융온도의 측정은 고온 용융 특성 시험기(heating microscope, Mijura 3.32)를 사용하여 측정하였다. 여기서, 연화 온도는 2mm의 직경 3mm의 높이를 가진 초기 원통형 시료의 형상이 95% 수준을 나타내는 온도이며, 용융 온도는 시료의 높이에 대한 폭의 비가 3.0에 이르는 온도로 정의한다. 한편, FINEX 함철부산물과 분석회석의 혼합비를 다음과 같이 조절하였다.

실험예 1

FINEX 함철부산물 90wt%와 분석회석 10wt%를 원료로 하여 저온 융액 생성 촉진제를 제조하였다. 그리고 그 화학성분, 연화온도 및 용융온도를 측정하였다.

실험예 2

FINEX 함철부산물 80wt%와 분석회석 20wt%를 원료로 하여 저온 융액 생성 촉진제를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 3

FINEX 함철부산물 70wt%와 분석회석 30wt%를 원료로 하여 저온 융액 생성 촉진제를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 4

FINEX 함철부산물 60wt%와 분석회석 40wt%를 원료로 하여 저온 융액 생성 촉진제를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

실험예 5

FINEX 함철부산물 50wt%와 분석회석 50wt%를 원료로 하여 저온 융액 생성 촉진제를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다. 전술한 실험예 1 내지 실험예 5를 요약한 결과를 아래의 표 4에 나타낸다.

[표 4]

표 4에 기재한 바와 같이, FINEX 함철 부산물의 양이 분석회석의 양에 비해 훨씬 많은 실험예 1 및 실험예 2는 용융온도와 연화온도의 차이가 상당히 커졌다. 이와는 대조적으로, FINEX 함철 부산물의 양이 분석회석의 양에 비해 많지만 그 차이가 줄어든 실험예 3 및 실험예 4에서는 용융온도와 연화온도의 차이가 10℃ 이하로 줄어들었다. 그 결과, 저온 융액 생성 촉진제가 소결 초기 융액이 형성되는 연화 후에 급속히 용융되는 특성을 나타낸다. 이 경우, 철화합물과 석회석(CaO)의 반응에 의해 저융점의 칼슘페라이트계 소결 융액이 생성되어 소결광의 강도 및 환원성을 향상시킨다. 한편, FINEX 함철 부산물의 양과 분석회석의 양이 동일한 실험예 5에서는 다시 용융온도와 연화온도의 차이가 44℃로 커졌다. 실험예 3 및 실험예 4와 같이 용융온도와 연화온도의 차이가 10℃ 이하인 경우, 저온 융액 생성 촉진제가 연화되면서 급속히 용융된다. 그 결과, 칼슘페라이트계 소결 융액의 생성이 촉진되어 소결 원료 입자간 결합력을 증대시킬 수 있다. 따라서 소결 생산성 및 소결광의 품질을 개선할 수 있다.

소결광 제조 실험

직경 330mm 및 높이 770mm의 소결 포트의 소결 원료층 표면으로부터 200mm 깊이에 전술한 실험예 4의 저온 융액 생성 촉진제를 첨가하였다. 그리고 1100℃로 예열된 점화로를 소결 포트의 상부로 이동시켜 1분간 가열하고 부압을 1,700mmAq로 일정하게 유지하면서 소결을 진행하였다. 소결 생산성 및 소결광의 성품 회수율, 회전 강도, 저온환원분화지수(RDI) 및 환원성 지수(RI)를 아래의 수학식 1 내지 수학식 5에 의해 구하였다. 소결 시간은 배가스가 최고 온도에 도달하는 시간을 기준으로 결정하였다.

[수학식 1]

소결생산성(ton/day x m²) = [제조된 전체 소결광 중 +5mm 중량(ton)]/[소결화상면적(m²) x 소결시간(day)]

[수학식 2]

성품 회수율(%) = [제조된 전체 소결광 중 +5mm 중량(kg)]/[제조된 전체 소결광의 중량(kg)] x 100

[수학식 3]

회전강도(%) = [텀블러 200회 회전 후 + 6.3mm 소결광 중량(kg)]/[제조된 +10mm 소결광 중량(15kg)]

[수학식 4]

소결광 RDI(%) = [900℃에서 30분간 환원 및 텀블링 후 -2.8mm 중량(g)]/소결광 중량(500g, 15-20mm) x 100

[수학식 5]

소결광 RI(%) = [900℃에서 3시간 환원 후 중량 감소량(g)]/소결광 중량(500g, 15-20mm) x 100

실험예 6

1wt%의 저온 융액 생성 촉진제를 소결 원료층에 장입하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 소결광 제조 실험과 동일하였다.

실험예 7

2wt%의 저온 융액 생성 촉진제를 소결 원료층에 장입하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 6과 동일하였다.

실험예 8

3wt%의 저온 융액 생성 촉진제를 소결 원료층에 장입하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 6과 동일하였다.

비교예 1

철광석, 부원료, 반광, 분코크스 및 무연탄을 포함하는 소결배합원료를 드럼 믹서에 수분을 첨가해 함께 조립해 의사 입자를 제조한 후 소결 시험기에 장입하여 소결하였다. 나머지 실험 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

소결광 제조 실험 결과

실험예 6 내지 실험예 8의 실험 결과, 비교예에 비해 소결 시간이 단축되었고, 회수율이 증가하였다. 이를 아래의 표 5에 정리하여 나타낸다.

[표 5]

표 5에 기재한 바와 같이, 소결 생산성은 비교예 1의 26.7t/d.m²에서 실험예 6 내지 실험예 8의 28.3t/d.m² 내지 29.1 t/d.m²로 증가하였다. 그리고 소결 원료층의 상층부의 소결최고온도는 비교예 1의 1332℃에서 실험예 6 내지 실험예 8의 1298℃ 내지 1313℃로 소폭 감소하였다. 이는 저온 융액 생성 촉진제가 첨가되어 저융점 소결 융액의 생성이 촉진됨으로써 소결 온도가 저하되었기 때문이다. 그 결과, 소결 원료 입자간 결합력이 증대되어 소결광 회전강도는 비교예 1의 71.5wt%에서 실험예 6 내지 실험예 8의 71.8wt% 내지 73.5wt%로 향상되었고, 소결광 성품 회수율도 마찬가지로 비교예 1의 74.5wt%에서 실험예 6 내지 실험예 8의 76.2wt% 내지 77.8wt%로 개선되었다.

한편, 고로내의 소결광의 피환원성을 나타내는 소결광 RI 지수도 비교예 1의 70.6wt%에서 실험예 6 내지 실험예 8의 71.4wt% 내지 72.5wt%로 향상되었다. 그리고 고로 상부의 저온환원영역에서의 소결광 분화성을 나타내는 RDI 지수도 비교예 1의 41.6wt%에서 실험예 6 내지 실험예 8의 40.8wt% 내지 41.5wt%로 소폭 향상되었다. 이는 소결광의 강도 및 환원성 확보에 유리한 칼슘페라이트계 소결 융액의 생성량이 증가한 것에 기인한다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

10. 소결 대차
11. 소결용 원료 빈
12. 롤러
13. 공급 롤러
14. 가이드판
15. 컨베이어 벨트
16. 저장 호퍼
18. 저장빈
19. 점화로
100. 소결광 제조 장치
161. 바디부
163. 투입부
165. 스크류 피더
167. 분할 게이트
169. 밸브
181. 정량절출장치
183. 백필터
1611. 절출부
a. 저온 융액 생성 촉진제
a1. 석회석
a2. 철화합물
a3. 혼합 구조
b. 제1 소결 원료층
c. 제2 소결 원료층

Claims

소결용 원료를 적층하여 제1 소결 원료층을 형성하는 단계,
상기 소결용 원료의 입도보다 큰 입도를 가지는 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계,
상기 소결용 원료를 상기 저온 융액 생성 촉진제와 혼합해 상기 제1 소결 원료층 위에 제2 소결 원료층을 적층하는 단계, 및
상기 제1 소결 원료층과 상기 제2 소결 원료층을 함께 소결하는 단계
를 포함하고,
상기 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계에서, 상기 저온 융액 생성 촉진제는 60wt% 내지 70wt%의 철화합물을 포함하고, 상기 저온 융액 생성 촉진제의 연화 온도와 용융 온도의 차이는 10℃ 이하이며,
상기 소결하는 단계에서, 상기 저온 융액 생성 촉진제에 의해 칼슘 페라이트계 소결 융액이 생성되며,
상기 철화합물은 환원 가스를 공급받아 철광석을 환원철로 변환하는 환원로에서 배출되는 배가스로부터 얻어지고,
상기 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계에서, 상기 저온 융액 생성 촉진제는 석회석을 더 포함하며, 상기 저온 융액 생성 촉진제는 상기 철화합물이 상기 석회석을 둘러싸는 구조를 가지는 소결광 제조 방법.
제1항에서,
상기 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계에서, 상기 저온 융액 생성 촉진제의 입도는 1mm 내지 4mm인 소결광 제조 방법.
삭제
삭제
제1항에서,
상기 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 단계에서, 상기 저온 융액 생성 촉진제에 함유된 CaO의 양은 18wt% 내지 23wt%인 소결광 제조 방법.
제1항에서,
상기 제2 소결 원료층을 적층하는 단계에서, 상기 제2 소결 원료층 중 상기 저온 융액 생성 촉진제의 양은 1wt% 내지 3wt%인 소결광 제조 방법.
제1항에서,
상기 철화합물은 FeO, Fe₃O₄ 및 Fe₃C로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 소결광 제조 방법.
제1항에서,
상기 제2 소결 원료층을 적층하는 단계에서, 상기 저온 융액 생성 촉진제는 상기 제2 소결 원료층의 상부 표면으로부터 100mm 내지 300mm의 깊이에 형성하는 소결광 제조 방법.
제1 소결 원료층이 적층되도록 적용된 소결 대차,
상기 소결 대차 위에 경사지게 상호 이격되어 위치하고, 그 사이로 소결용 원료가 낙하하도록 적용된 복수의 롤러들,
상기 복수의 롤러들의 아래에 위치하고 그 위에서 낙하하는 저온 융액 생성 촉진제를 상기 소결용 원료와 혼합시켜 상기 소결 대차 위로 가이드해 상기 제1 소결 원료층 위에 제2 소결 원료층을 적층하도록 적용된 가이드판,
상기 가이드판의 위에 위치하여 상기 저온 융액 생성 촉진제를 제공하는 저장 호퍼, 및
상기 소결 대차 위에 상기 가이드판과 이격되어 위치하는 점화로
를 포함하고,
상기 저장 호퍼는,
바디부,
상기 바디부 위의 일단에 형성되어 상기 바디부와 연통된 투입부,
상기 바디부 내에 위치하고, 상기 소결 대차의 폭방향으로 길게 뻗으며, 상기 투입부를 통해 투입되는 상기 저온 융액 생성 촉진제를 그 길이 방향에 따라 이송하는 스크류 피더, 및
상기 바디부의 아래에 형성된 첨가제 배출구를 여닫도록 상기 스크류 피더의 길이 방향을 따라 나란히 배치된 복수의 분할 게이트들
을 포함하고,
상기 스크류 피더의 길이 방향을 따라 상호 이격되어 상기 스크류 피더에 대응해 상기 저온 융액 생성 촉진제를 배출하도록 복수의 절출부들이 상기 바디부에 형성된 소결광 제조 장치.
삭제
제9항에서,
상기 소결광 제조 장치는 상기 저장 호퍼와 상기 가이드판 사이에 위치하고, 상기 복수의 분할 게이트들 앞에 경사져서 상기 저온 융액 생성 촉진제를 이송하는 컨베이어 벨트를 더 포함하는 소결광 제조 장치.
제9항에서,
상기 복수의 절출부들 각각은 상기 복수의 분할 게이트들 각각에 대응하고, 상기 복수의 절출부등 중 각 절출부는 상기 투입부로부터 멀어질수록 상기 복수의 분할 게이트들 중 대응하는 각각의 분할 게이트와의 이격 거리가 작아지는 소결광 제조 장치.
제12항에서,
상기 저장 호퍼는 상기 복수의 분할 게이트들 각각에 부착되어 각 분할 게이트의 개도를 조절하는 밸브를 더 포함하고, 상기 밸브는 상기 복수의 절출부들 중 대응하는 각 절출부를 통해 배출되는 상기 저온 융액 생성 촉진제의 양에 연동하여 상기 분할 게이트들의 개폐를 조절하는 소결광 제조 장치.