KR102084554B1 - 망간 소결광 제조 방법 및 망간 소결광 - Google Patents

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    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
    • C22B1/16—Sintering; Agglomerating

Abstract

본 발명은 망간 소결광 제조방법 및 망간 소결광에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 망간 광석 및 결합재를 포함하는 배합원료를 준비하는 단계, 준비된 배합원료를 혼합하고 조립하는 단계, 및 상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 결합재는 무연탄 및 코크스를 포함하는 망간 소결광 제조방법을 제공한다.

Description

망간 소결광 제조 방법 및 망간 소결광{MANUFACTURING METHOD FOR MANGANESE SINTERED ORE AND MANGANESE SINTERED ORE}
본 발명의 일 구현예는 망간 소결광 제조 방법 및 망간 소결광을 제공한다. 또한, 대형 소결기를 이용한 망간 소결광 제조 방법을 제공한다.
고로에 사용되는 장입 원료는 크게 소결광, 정립광 및 Pellet 등의 원료와 그리고 고로내의 통기도 확보 및 철광석의 환원을 위한 코크스로 대별된다. 그 중 사용 비율이 가장 많을 뿐만 아니라, 가격 또한 가장 싼 핵심 원료가 소결광이다. 따라서 이의 사용 비율을 높이려는 다양한 노력이 지속적으로 실행되어 왔다.
그에 따라 철광석 소결광 제조를 위한 소결기는 점차 유효 화상 면적을 키워 종전 150~200㎡ 수준의 유효 화상 면적에서 현재는 450~600㎡ 수준으로 증가되고 있으며, 그 결과 소결 대차의 높이 또한 종전의 500mm 수준에서 700~1000mm 수준으로 대형화 하기에 이르렀으며, 이들 대형 소결기를 활용하여 철광석, 석회석, 생석회, 규석 및 사문암 등의 부원료, 반광 그리고 코크스(Coke) 및 무연탄 등의 결합재를 활용하여 다량의 철광석 소결광을 제조하여 고로에 공급하고 있다.
반면, 망간 소결광의 경우 합금철 제조 공정인 Fe-Mn 제조에 있어 사용되는 핵심 원료로 통상의 경우 망간 광석 중에서 입도가 큰 광석은 그대로 전기로에 투입하여 Fe-Mn 제조의 원료로 바로 사용되는 반면, 망간 광석 중 입도가 작은 분광의 경우 그대로 전기로에 투입될 경우 분진 발생 등에 따른 조업 불안정화에 기인하여 바로 사용되지는 않고 있으며, 이의 활용 방안으로써 망간 분광을 활용 망간 소결광을 제조함으로써 제조된 망간 소결광을 활용 Fe-Mn 제조시 원료로 사용되고 있다.
플럭스(Flux)를 사용하지 않고, 기존 소결광 대비 동등 수준 이상의 망간 소결광을 제조할 수 있는 망간 소결광 제조 방법 및 이에 의해 제조된 망간 소결광을 제시하고자 한다. 또한, 대형 소결기를 이용한 망간 소결광 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조방법은 망간 광석 및 결합재를 포함하는 배합원료를 준비하는 단계, 준비된 배합원료를 혼합하고 조립하는 단계 및 상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 결합재는 무연탄 및 코크스를 포함하는 것일 수 있다.
상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는 대형 소결기를 이용하여 수행하는 것일 수 있다.
상기 망간 광석 및 결합재를 포함하는 배합원료를 준비하는 단계에서 상기 배합원료에 대한 결합재의 비율은 6 중량%이상인 것일 수 있다.
상기 망간 광석 및 결합재를 포함하는 배합원료를 준비하는 단계에서 상기 배합원료에 대한 상기 결합재의 비율은 6 중량%이상 및 6.5 중량%이하인 것일 수 있다.
상기 망간 광석의 평균 입도가 3.0mm 내지 7.0mm인 것일 수 있다.
상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는 소결 부압이 1700 mmAq 미만인 것일 수 있다.
상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는 소결 부압이 1000 내지 1100 mmAq 인 것일 수 있다.
상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는 27분 내지 35분동안 수행되는 것일 수 있다.
상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는 소결 대차 내에 상부광과 소결배합원료를 순차적으로 장입하여 원료층을 형성하는 단계 및 상기 원료층을 소결하는 단계를 포함하고, 상기 상부광은 소결 대차 높이에 대하여 10%이상의 높이로 장입하는 것일 수 있다.
상기 상부광은 소결 대차 높이에 대하여 10% 이상 및 12%이하 높이로 장입하는 것일 수 있다.
상기 망간 광석은 성분 함량이 다른 2이상의 망간 광석을 혼합 사용하는 것일 수 있다.
상기 망간 광석은 산화 계열의 제1 망간 광석과 탄산 계열의 제2 망간 광석을 혼합 사용하는 것일 수 있다.
상기 제1 망간 광석은 Mn 성분을 40 중량% 이상 포함하는 것이고, 상기 제2 망간 광석은 Mn 성분을 35 중량% 이상 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1 망간 광석은 MnO2성분을 30 중량%이상 포함하는 것이고, 상기 제2 망간 광석은 MnOCaCO3성분을 30 중량%이상 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광은 전체 망간 소결광 100중량% 내에 10 중량% 미만의 CaO 성분을 포함하는 것일 수 있다.
상기 망간 소결광은 소결광 강도가 71.4%이상인 것일 수 있다.
상기 망간 소결광은 망간(Mn)성분을 45 중량% 이상 및 60 중량% 미만 포함하는 것일 수 있다.
상기 소결광은 성분 함량이 다른 2 이상의 망간 광석 원료 물질로부터 제조된 것일 수 있다.
플럭스(Flux)를 사용하지 않고, 기존 소결광 대비 동등 수준 이상의 망간 소결광을 제조할 수 있는 망간 소결광 제조 방법 및 이에 의해 제조된 망간 소결광을 제시하고자 한다. 또한, 대형 소결기를 이용한 망간 소결광 제조 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명이 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조방법의 개략도이다.
도 2는 통상적인 소결광 제조공정을 도시한 구성도이다.
도 3에서는 본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조공정에서 배합 원료들의 이동 경로를 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
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.
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. 예를 들어, 혼합은 배합과 동일한 의미로 사용된다.
망간 소결광 제조방법
본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조 방법은 플럭스(Flux)를 사용하지 않는 망간 소결광 제조 방법에 대한 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조 방법은 대형 소결기를 활용한 망간 소결광 제조 방법에 관한 것으로, 특히 통상의 철광석 제조에 사용되는 기존의 철광석 소결용 대형 소결기를 활용한 망간 소결광의 제조가 가능토록 하는 방법에 관한 것이다. 대형 소결기를 이용하여 망간 소결광 제조하는 경우 회수율 및 강도 측면에서 유리하다.
본 발명의 일 구현예에서는, 기존 결합재비 대비 다소 높은 결합재비를 사용할 수 있으며, 대신에 철광석 소결광 제조시 사용되는 플럭스(Flux: 석회석, 생석회, 규석, 사문암 등)을 사용하지 않을 수 있다. 이 뿐만 아니라, 통상의 철광석 대비 다소 입도가 큰 망간 광석의 물성을 고려하여 통상의 소결 부압 대비 낮은 흡인 부압을 이용하여 소결 진행 속도를 느리게 할 수 있다.
또한, 기존 대비 결합재 증가에 따른 소결 대차 하부에 부착광 증대에 대응하여 통상적인 수준인 상부광 사용 대비 다소 높은 수준의 상부광 사용을 통한 소결 대차 하부 융착 억제할 수 있다.
상기 플럭스(Flux)란 소결광 제조시 용융점을 낮추어주어 용융이 보다 쉽게 이루어질 수 있도록 도와주는 물질을 의미한다. 일반적으로 소결광 제조시 플럭스(Flux)로는 석회석, 생석회, 규석 및 사문암 등이 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현에에 따른 망간 소결광 제조방법의 개략도이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조방법은, 망간 광석 및 결합재를 포함하는 배합원료를 준비하는 단계, 준비된 배합원료를 혼합하고 조립하는 단계, 및 상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 결합재는 무연탄 및 코크스를 포함하는 망간 소결광 제조방법을 제공한다. 이와 같이 본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조방법은 배합원료에 석회석, 규석, 생석회 등의 플럭스(Flux)를 포함하지 않는다,
통상의 철광석 소결광 제조에 있어 용융 결합을 이용하게 되는데, 철광석의 경우 녹는점이 1450℃ 정도 이므로 석회석 및 규석 등의 플럭스(Flux)의 도움 없이 용융시키기 어렵다. 그러나 석회석을 사용시 철광석의 녹는점을 1200~1250℃ 정도로 낮출 수 있기 때문에 철광석 소결광 제조 시에는 플럭스(Flux)의 사용을 필요로 한다.
반면, 망간 광석의 녹는점이 1230℃ 수준으로 철광석 대비 상대적으로 낮기 때문에 석회석, 규석, 생석회 등의 플럭스(Flux)를 사용하지 않고도 용융이 가능하다.
따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조방법은 플럭스(Flux)를 사용하지 않으므로, 망간 소결광 제조시 망간 소결광 중의 망간 품위를 높일 수 있는 한 이점이 있다.
상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는 대형 소결기를 이용하여 수행할 수 있다. 상기 대형 소결기는 기존의 철광석 소결용 대형 소결기를 사용할 수 있으며, 그 동작 원리는 철광석 소결광 제조와 유사하다.
도 2 은 통상적인 소결광 제조공정을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조공정에서 배합 원료들의 이동 경로를 나타내는 구성도이다.
종래 철광석 소결광 제조의 경우, 철광석등의 주원료, 석회석등의 부원료 및 코크스 등의 연료를 포함한 소결 배합 원료들은 각각의 호퍼(Hopper)에 저장된 후 적절한 배합 비율에 맞도록 정량 절출된 후 혼합 및 조립을 행하여진다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 호퍼에는 망간 광석(21), 무연탄(22), 코크스(23)를 포함한 소결 배합 원료들은 각각의 호퍼(Hopper)에 저장된 후 적절한 배합 비율에 맞도록 정량 절출된 후 1차 믹서(24)로 장입되고, 적절한 수분을 첨가하여 혼합 및 조립을 행한 후에 2차 믹서(25)로 이송되어 비로소 완전한 조립이 이루어진 후 서지 호퍼(1)로 장입될 수 있다.
한편, 융액 상태의 소결광이 소결 대차 하부에 부착되지 않을 목적으로 상부광을 사용하는데, 소결광 2차 스크린(Screen)을 거친 후의 10~15mm 정도의 입도를 가진 소결광을 상부광 호퍼(Hopper)(3)에 장입하게 된다. 상부광 호퍼(3)를 통해 상부광이 대차 하부에 장입된 후, 서지 호퍼(1)로 부터 조립된 배합원료들이 드럼 피더(4)를 거쳐 경사판(5)을 통해서 입도 및 밀도차이에 따른 편석을 일으켜 소결 대차(2)에 장입될 수 있다. 이후 소결 장입이 완료된 다음 점화로(6)에 가기전에 컷오프플래이트(cut off plate)(12)에서 장입 원료의 표층부 평탄화 작업이 이뤄진 후 점화로(6)로 이송될 수 있다. 점화로(6)에서 소결 베드 상부를 점화시킨 후 메인블로우(Main Blow)(7)를 통해서 상부의 공기를 하부로 흡인해가면서 소결이 진행될 수 있다. 이때 소결이 진행됨에 따라 소결 베드 내에서의 반응이 완료된 배가스들은 윈드박스(wind Box)(8)를 거쳐 주배풍관(9)을 지나 전기집진기(10)에서 먼지나 분진(Dust)등을 집진한 후 스택(Stack)(11)으로 빠져나갈 수 있다. 이러한 일련의 과정이 연속적으로 진행되어 고로에 사용되는 망간 소결광이 만들어질 수 있다.
상기 망간 광석 및 결합재를 포함하는 배합원료를 준비하는 단계에서 상기 배합원료에 대한 결합재의 비율은 6%이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 배합원료에 대한 상기 결합재의 비율은 6%이상 및 11%이하, 6%이상 및 7.5% 이하 또는 6%이상 및 6.5%이하일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조 방법은, 플럭스(Flux)를 포함하지 않는 대신 망간 광석을 용융시키기 위해서 기존 통상의 철광석 제조에 사용되는 결합재비 대비 다소 높은 결합재비를 사용한다. 상기 배합원료에 대한 결합재 비율이 작은 경우 충분한 용융이 일어나지 않을 수 있으며, 배합원료에 대한 결합재 비율이 큰 경우 국부적인 과용융 현상이 일어나게 되고, 이는 전반적으로 불균일 소성을 야기하여 전체적인 소결광 강도를 저하시킬 수 있다.
상기 망간 광석의 평균 입도가 2.0mm 내지 12.0mm 일 수 있다. 구체적으로, 망간 광석의 평균 입도는3.0mm내지 7.0mm일 수 있다.
망간 광석의 입도에 따라 소결시간이 달라질 수 있으며, 망간 광석의 평균 입도가 큰 경우 전체적인 소결 시간이 짧아지게 되어, 소결시 소성 반응에 소요되는 시간이 부족함에 따라 성품 회수율이 낮아질 수 있다. 따라서, 망간 광석의 평균 입도가 큰 경우 기존 대비 낮은 부압을 활용하여 전반적인 소결 시간을 느리게 함으로써, 소성 반응에 소요되는 시간을 확보함으로써, 성품 회수율을 향상시킬 수 있다.
상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는 소결 부압이 800 mmAq 이상 및 1700 mmAq 미만일 수 있다. 구체적으로, 소결 부압이 1000 mmAq 내지 1100 mmAq 일 수 있다.
상기 소결 부압이 큰 경우 소결 시간이 짧아져 소성 반응에 소용되는 충분한 시간이 부족함에 따라 성품 회수율 및 소결광 강도가 낮아질 수 있으며, 상기 소결 부압이 작은 경우 소결 시간이 길어져, 소결 생산성이 감소할 수 있다.
상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는 27분 내지 35분일 수 있다. 소결시간이 짧은 경우 소결광 강도 및 성품 회수율이 감소할 수 있으며, 소결 시간이 긴 경우 소결 생산성이 감소할 수 있다.
상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는 소결 대차 내에 상부광과 소결배합원료를 순차적으로 장입하여 원료층을 형성하는 단계 및 상기 원료층을 소결하는 단계를 포함하고, 상기 상부광은 소결 대차 높이에 대하여 10%이상의 높이로 장입할 수 있다. 구체적으로 10% 이상 및 12%이하 높이로 장입할 수 있다.
망간 소결광 제조에 있어 플럭스(Flux)를 사용하지 않는 대신 결합재를 다량 사용하여 망간 소결광을 제조하는 공정상의 특성으로 인해서 소결 대차 하부에 있는 그래이트바(Grate Bar)에의 융착 여부는 장입되는 상부광의 높이와 관련된다.
상기 소결대차 하부에 장입되는 상부광의 양이 적은 경우 그래이트바(grate bar)에의 융착현상이 일어날 수 있으며, 소결 설비의 강건성이 감소하는 문제가 있으며, 상부광의 양이 많은 경우, 상부광의 사용량 증가로 신규 망간 소결광 생산에 있어서 회수율이 감소하는 결과가 된다.
상기 망간 광석은 성분 함량이 다른 2이상의 망간 광석을 혼합 사용하는 것일 수 있다.
성분 함량이 다른 2이상의 망간 광석을 혼합 사용하는 경우 한가지 종류의 망간 광석을 사용하는 경우에 비하여 소결광 강도가 향상될 수 있으며, 이는 소결시 상대적으로 단단한 망간 광석이 틀(frame)을 형성하고, 상대적으로 무른 망간 광석이 용융반응을 야기하여 전체적인 소결광 강도를 개선시킬 수 있고, 성품 회수율이 향상될 수 있다.
상기 망간 광석은 산화 계열의 제1 망간 광석과 탄산 계열의 제2 망간 광석을 혼합 사용하는 것일 수 있다.
산화 계열의 망간 광석이란 광석 중의 망간성분이 대부분 MnO2 의 형태로 존재하고, 일부는 Mn2O3 존재하는 것을 의미한다. 탄산 계열의 망간 광석이란 광석 중의 망간 성분이 주로 Ca(Mn,Mg)CO3 또는 MnOCaCO3 형태로 존재하는 것을 의미한다. 상기 제1 망간 광석은 산화계열의 망간 광석일 수 있으며, MnO2성분을 30중량%이상 및 70중량%이하 포함하는 것일 수 있다.
상기 제2 망간 광석은 탄산 계열의 망간광석일 수 있으며, MnOCaCO3성분을 30 중량%이상 및 70중량%이하 포함하는 것일 수 있다.
망간 소결광
본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광은, 전체 망간 소결광 100중량% 내에 10 중량% 미만의 CaO 성분을 포함하는 망간 소결광을 제공한다. 구체적으로 전체 망간 소결광 100중량%에 대하여 CaO는 8 중량%미만 0 중량%초과, 5 중량%미만 0 중량% 초과, 3 중량%미만 0.5 중량%초과 또는 3 중량%미만 0 중량%초과로 포함될 수 있으며, 본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광은 CaO를 포함하지 않을 수 있다.
최종 소결 후에 망간 소결광 내에 존재하는 CaO는 주로 플럭스(Flux)로 사용되는 석회석과 망간 광석 자체에 포함되어 있던 CaO에 의한다. 석회석을 플럭스(Flux)로 사용하여 제조된 망간 소결광의 경우 대략 10 중량%의 CaO성분이 망간 소결광 내에 잔존하게 되나, 본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광은 플럭스를 사용하지 않으므로, 최종 소결 후에 망간 소결광 내에 잔존하는 CaO 양이 감소할 수 있다. 즉 본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광은 Mn의 품위가 향상된 소결광을 제공한다,
상기 망간 소결광은 소결광 강도가 71.4%이상 및 77%이하 일 수 있다. 구체적으로, 71.4%이상 및 74%이하, 73%이상 및 75%이하, 71.6%이상 및 76.5%이하, 74%이상 및 76.5%이하일 수 있다. 이는 통상적인 철광석 제조와 동일한 조건으로 제조된 망간 소결광 대비 강도가 향상된 소결광이다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광은 종래 철광석 소결광 제조와 동일한 결합재비 조건에서 제조된 망간 소결광에 비하여 높은 소결광 강도 를 가질 뿐만 아니라, 이와 같은 제조 방법에 의한 경우 높은 망간 소결광의 성품 회수율을 가진다.
상기 망간 소결광은 망간을 45중량% 이상 및 60중량% 미만 포함하는 것일 수 있다.
상기 소결광은 이종 이상의 망간 광석 원료 물질로부터 제조된 것일 수 있으며, 기존의 망간 소결광 보다 강도 및 회수율 측면에서 우수하다는 이점이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예 : 소결광 배합안
표 1에 비교예로서 대형 소결기를 활용한 통상의 철광석 소결광 제조시의 배합안과, 실시예로서 본 발명에서의 망간 소결광 제조를 위한 배합안을 나타내었다.
철광석 소결광 망간 소결광
철광석 또는 망간 광석
(중량%)		 64.0
(총 7~10개 브랜드 사용)		 94.0
(단일 브랜드)
석회석(중량%) 9.00 -
규석(중량%) 0.50 -
생석회(중량%) 2.00 -
반광(중량%) 20.0 -
무연탄(중량%) 2.25 3.00
코크스(중량%) 2.25 3.00
표 1을 보면, 통상의 철광석 제조용 소결광 배합안 대비, 본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조용 배합안의 경우 석회석, 규석, 생석회 및 반광 사용량이 없음을 알 수 있다.
상기 표 1의 배합안에 따라 후술하는 각각의 실험을 수행하였다.
후술하는 각각의 실험에서 소결광 강도(%)는 [TI(Tumbler Index) 값을 사용하며, 이는 입도 +10mm 이상의 소결광 15kg을 Tumbler에 넣은 후 25rpm 속도로 200회전을 행한 후에 남아있는 입도 +6.3mm 이상의 소결광의 양을 계산하는 방법으로 측정한다. TI= 입도 6.3mm 이상 소결광 질량 kg (Tumbler 회전 후)/ 15kg (Tumbler 회전 전)에 의하여 산출된 값이다.
성품회수율(%)은 소결 후 전체 소결광 중 입도 5mm 이상의 크기를 갖는 소결광의 비율을 계산하는 방법으로 측정하여, 성품 회수율 = 입도 5mm 이상 소결광 양 / 전체 배광되는 소결광 양에 의하여 산출된 값이다.
소결 생산성(t/d·m2)은 단위 화상면적당 하루에 생산되는 소결광 양을 계산하는 방법으로 측정하여 산출된 값이다.
실험예 1 : 결합재비 변동에 따른 소결 특성
플럭스(Flux)의 도움없이 망간 광석을 용융 시키기 위해서는 결합재를 통상적인 철광석 소결광 제조시 결합재 사용비인 4~5% 수준 대비 많은 양을 첨가할 필요가 있다. 따라서 본 발명에서는 기존의 철광석 소결광 제조 대비 망간 소결광 제조에 있어 적정 결합재 사용비 선정을 위한 테스트를 진행하여 표 2에 나타내었다.
철광석 소결광 망간 소결광
결합재비(중량%) 4.5 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5
성품
회수율(%)		 72.5 52.0 63.9 69.4 74.0 76.5 78.9 80.5
소결광
강도(%)		 74.6 55.9 60.2 67.3 71.4 73.5 73.2 72.8
표 2를 보면, 통상의 철광석 소결광 제조 대비 망간 소결광 제조시 결합재 사용비를 6.0% 이상으로 배합하는 경우 성품 회수율은 기존 철광석 소결광 제조시보다 동등 이상의 수준으로 지속적으로 증가하는 반면, 소결광 강도의 경우 6.5% 수준까지는 지속적인 증가 경향을 나타내지만, 그 이후부터는 오히려 작아지는 경향을 나타낸다. 이는 6.5% 이상의 결합재가 사용될 경우 국부적인 과 용융 현상이 일어나게 되고, 이는 전반적으로 불균일 소성을 야기하여 전체적인 소결광 강도를 약화시키는 원인으로 작용될 수 있기 때문이다.
성품 회수율이나, 소결광 강도 측면을 고려하면 결합재를 7.0% 수준까지 배합할 수 있을 것이나, 결합재 사용 비율이 6.5% 이상으로 높아질 경우 소결 베드 하부에 설비 보호용으로 설치되어 있는 그레이트바(grate bar)에의 융착 현상이 나타나기 시작하므로, 결합재비를 6.5%이상 첨가하는 경우 설비 안정성을 저하시킬 수 있다.
또한 망간 소결광의 경우 그 용도가 철광석 소결광과 같이 고로에 사용되는 것이 아니라, 주로 전기로에 사용되는 특징이 있으므로, 지나치게 높은 강도를 확보하기 위해 결합재를 더 사용하는 것은 제조 비용을 상승시킬 수 있다. 따라서 대형 소결기에 있어서 적절한 결합재 사용비는 6.0~6.5% 수준으로 판단된다.
다만, 대형 소결기를 사용하는 경우 소형 소결기를 사용하는 경우에 비해 열손실이 적어, 소형 소결기에 비하여 적은 양의 결합재 만으로도 충분히 용융이 가능하나, 소형 소결기에 적용하는 경우 상기 실험에서 최적값으로 나타나는 결합재비보다 많은 양의 결합재를 배합하여야 망간 소결광을 효과적으로 제조 가능하다.
실험예 2 : 동일 결합재비 조건에서 부압 변동에 따른 소결 특성 평가
일반적으로 망간 광석이 경우 통상의 철광석에 비하여 입도가 굵은 특징이 있다. 따라서 전체적인 소결 시간이 통상의 철광석 제조시와 비교하여 상당히 짧으므로, 소결시 소성 반응에 소요되는 시간이 부족하여 성품 회수율이 낮아지는 문제가 있다.
본 실험에서는 사용된 망간 광석의 경우 평균 입도가 6.0mm 수준으로 통상의 철광석의 평균 입도인 2.0~4.0mm 수준 대비 굵은 것을 사용하였으며, 통상적으로 소결광 제조시 사용되는 부압인 1700mmAq 대비 상대적으로 낮은 부압을 활용하여 부압 변동에 따른 망간 소결광 제조 실험을 실시하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
이때 사용된 결합재비는 6.0%로 일정하게 하였으며, 전반적인 소결 시간을 길게 하여 소성 반응에 소요되는 시간을 확보할 목적으로, 통상적으로 소결광 제조시 사용되는 부압인 1700mmAq 대비 상대적으로 낮은 부압을 활용하여 소결을 수행하였다.
철광석 소결광
(결합재비 4.5중량%)		 망간 소결광
(결합재비 6.0중량%)
부압
(mmAq)		 1700 1700 1500 1300 1100 1000 900 800
소결
시간 (min)		 32.75 26.85 27.9 29.3 30.6 31.2 32.2 33.5
성품
회수율
(%)		 72.5 74.0 74.9 75.8 76.3 76.9 76.9 77.0
소결
생산성
(t/d·m2)		 32.2 40.3 41.4 41.6 41.5 41.4 40.5 38.6
소결광
강도
(%)		 74.6 71.4 71.9 73.2 74.5 75.0 75.1 75.1
표 3을 보면, 망간 소결광 제조시 동일 결합재비 조건에서 부압을 감소시키면서 조업을 행한 결과, 소결 시간은 점차 길어지고, 이에 따라 성품 회수율은 점차 증가하는 경향을 나타내었다,
그러나, 부압 1000mmAq 이하에서는 성품 회수율의 증가폭이 완만하게 나타나는 반면, 소결 시간은 지속적으로 길어져서 전체적인 소결 생산성은 부압 1000mmAq 이하에서는 오히려 감소하는 경향을 보인다.
소결광 강도에 있어서도 부압 1000mmAq 이하에서는 증가폭이 완만하다. 따라서 망간 소결광 제조에 있어 적합한 부압 범위는 성품 회수율, 강도 및 소결 생산성을 고려할 경우 1000~1100mmAq 으로 판단된다.
대형 소결기를 사용하는 경우, 소결 대차에 적재되는 상부광과 소결배합원료의 충진 높이가 높기 때문에 장입 밀도가 크고, 소결시 소형 소결기를 사용하는 경우에 비해 상대적으로 큰 부압을 필요로 한다. 따라서, 소형 소결기를 사용하는 경우, 상기 실험에서 나타난 것 보다 더 작은 부압 범위에서도 소결광 강도 및 소결 생산성을 확보할 수 있다.
실험예 3 : 상부광 높이에 따른 그레이트바(Grate bar) 융착 정도 평가
앞서 설명한 바와 같이, 망간 소결광 제조에 있어 플럭스(Flux)를 사용하지 않는 대신 결합재를 다량 사용하여 망간 소결광을 제조하는 공정상의 특성으로 인해서 소결 대차 하부에 있는 그레이트바(Grate bar)의 융착을 방지하기 위해 장입되는 상부광의 높이에 대한 검토가 필요하다.
표 4에 상부광 높이에 따른 그레이트바(Grate bar)에의 융착 거동을 평가한 결과를 나타내었다. 현장의 소결 설비에서의 직접적인 실험이 불가하여 현장 소결 설비를 모사한 소결 포트(POT) 실험 설비를 사용하여 모사 실험을 행하였다. 이때 결합재비는 다소의 과용융이 예상되는 7%정도를 사용하여 실험하였으며, 그레이트바(Grate bar)에의 융착 여부를 표 4에 나타내었다.
사용된 소결 포트(POT)의 높이는 700mm를 사용하였으며, 부압은 1100mmAq 조건에서 실험을 실시하였고, 전체 소결 포트(POT) 높이 대비 상부광 높이를 변동해 가면서 그레이트바(Grate bar)에의 융착 여부를 확인하였다. 예를 들어 4%라 함은 전체 700mm 중 4%인 28mm를 상부광 층후로 사용하는 것을 의미한다.
상부광 층후
4% 6% 8% 10% 12% 14% 16%
Grate bar
융착
여부		 융착 有 융착 有 융착 有 일부 융착 융착 無 융착 無 융착 無
표 4를 보면, 소결 층후 대비 10~12% 이상인 경우 그레이트바(Grate bar)에의 융착 현상이 일어나지 않으며, 이에 따라 설비의 강건성이 확보된다. 그러나, 상부광은 재활용(recycle)되는 물질이며, 상부광의 사용량이 증가할 경우 결과적으로 새로 생산되는 망간 소결광의 회수율 감소를 야기하게 된다. 따라서 상부광의 층후는 그레이트바(Grate bar)로의 융착이 일어나지 않는 최소한의 조건으로 하는 것이 효율적이며, 따라서 대형 소결기를 활용한 망간 소결광 제조시 상부광 층후는 소결 대차 높이 대비 10~12% 수준으로 하는 것이 가장 효율적임을 확인하였다.
실험예 4 : 2종 이상의 망간 광석을 혼합 사용하는 경우의 소결 특성 평가
앞에서 설명된 실험에서는 단일 망간 광석을 이용하여 테스트를 진행하였다. 사용된 망간 광석은 산화 계열의 망간 광석으로 주로 MnO2 성분으로 구성되어 있는 광석이며, 평균 입도는 6.0mm 수준으로 통상의 철광석 대비 큰 특징을 가지므로, 소결 시간의 단축에 따른 성품 회수율이 저하되는 것을 앞서 설명하였다.
본 발명의 일 구현예에 따른 망간 소결광 제조방법은, 단일 망간 광석 대신에 서로 물성이 다른 망간 광석을 혼합하여 사용하는 방법을 통해 개선된 소결성 및 소결광 품질 특성을 갖는 망간 소결광 제조 방법을 제공한다.
본 실험에서는 물성이 상이한 2종의 망간 광석을 이용하여 소결광을 제조하였으며, 제조된 소결광을 이용하여 소결광 특성을 평가하였다.
표 5에 망간 광석 혼합 사용에 따른 새로운 배합안을 나타내었다.
철광석 소결광 망간 소결광
철광석 or 망간 광석(중량%) 64.0
(총 7~10개 브랜드)		 망간 광석 A 0~94
망간 광석 B 94~0
석회석(중량%) 9.00 -
규석(중량%) 0.50 -
생석회(중량%) 2.00 -
반광(중량%) 20.0 -
무연탄(중량%) 2.25 3.00
코크스(중량%) 2.25 3.00
망간 광석 A는 산화 계열의 평균 입도 6.0mm 인 망간 광석이다. 망간 광석 B는 망간 광석 A에 비해 상대적으로 Mn 품위가 낮고, 망간 성분이 주로 MnO2CaCO3 형태로 존재하는 탄산 계열의 광석이며, 평균 입도는 대략 4.0mm 이다.
표 6에 망간 광석 A 및 망간 광석 B의 화학 성분을 나타내었다.
Mn Fe SiO2 Al2O3 CaO MgO
Mn
광석 A
(중량%)		 47.7 5.00 8.00 3.50 0.09 0.13
Mn
광석 B
(중량%)		 36.7 4.33 4.81 0.08 15.94 3.74
망간 광석 혼합 비율에 따른 망간 소결광 제조시의 소결성 및 소결 품질 특성을 표 7에 나타내었다. 이때 결합재비 사용 조건은 6% 수준으로 동일하게 사용하였다.
철광석 소결광 망간 소결광 (망간 광석 A : 망간 광석 B 중량비)
100:0 80:20 60:40 50:50 40:60 20:80 0:100
성품
회수율
(%)		 72.5 74.0 76.5 78.2 79.3 78.6 77.5 76.0
소결광
강도
(%)		 74.6 71.4 74.2 75.9 76.5 73.8 71.6 69.9
표 7을 보면, 망간 광석 A를 100% 사용한 경우와 비교하여 망간 광석 B를 혼합한 경우 성품 회수율이 증가하는 경향을 나타내며, 특히 망간 광석 A: 망간 광석 B 광석 사용 비율이 50:50인 경우 성품 회수율 증가 경향이 가장 크게 나타났다.
소결광 강도의 경우 망간 광석 A 100% 사용시 대비 망간 광석 B 100% 사용시 강도가 약간 저하하는 경향을 나타낸다. 이는 망간 광석 B는 상대적으로 망간 광석 A 에 비해 무른 특성이 있어, 소결광 강도가 감소하는 것으로 판단된다. 반면 망간 광석 A와 망간 광석 B를 혼합 사용한 경우 전반적으로 망간 광석 A을 100% 사용한 경우보다 소결광 강도가 증가하는 경향을 나타낸다. 특히, 50:50의 비율로 사용시 소결광 강도가 가장 높게 나타난다. 이는, 단단한 망간 광석 A가 전반적인 프레임(frame)을 형성하고 반응성이 좋은 망간 광석 B가 전반적으로 용융반응을 야기하기 때문에 전체적으로 소결광 강도가 개선되는 것으로 판단된다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 서지 호퍼 2: 소결 대차 3: 상부광 호퍼
4: 드럼 피더 5: 경사판 6: 점화로
7: 메인 블로우(Main Blow) 8: 윈드박스(Wind Box)
9: 주배풍관 10: 전기 집진기 11: 스택(Stack)
12: 컷오프플래이트(Cut off Plate)
21: 망간 광석 호퍼 22: 무연탄 호퍼 23: 코크스 호퍼
24: 믹서 25: 믹서 26: 상부광 스크리닝 장치

Claims (18)

  1. 망간 광석 및 결합재를 포함하는 배합원료를 준비하는 단계;
    상기 준비된 배합원료를 혼합하고 조립하는 단계; 및
    상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 망간 광석은 산화 계열의 제1 망간 광석과 탄산 계열의 제2 망간 광석을 혼합 사용하며,
    제1망간 광석 : 제2 망간 광석의 중량비는 80:20 내지 40:60이고,
    상기 결합재는 무연탄 및 코크스를 포함하며,
    상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는 소결 부압이 1700 mmAq 미만인,
    망간 소결광 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는
    대형 소결기를 이용하여 수행하는
    망간 소결광 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 망간 광석 및 결합재를 포함하는 배합원료를 준비하는 단계에서
    상기 배합원료에 대한 결합재의 비율은 6 중량%이상인
    망간 소결광 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 망간 광석 및 결합재를 포함하는 배합원료를 준비하는 단계에서
    상기 배합원료에 대한 상기 결합재의 비율은 6 중량%이상 및 6.5 중량%이하인
    망간 소결광 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 망간 광석의 평균 입도가 3.0mm 내지 7.0mm인
    망간 소결광 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는
    소결 부압이 1000 내지 1100 mmAq 인
    망간 소결광 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는
    27분 내지 35분인
    망간 소결광 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조립된 소결원료를 소결하여 소결광을 형성하는 단계는
    소결 대차 내에 상부광과 소결배합원료를 순차적으로 장입하여 원료층을 형성하는 단계 및
    상기 원료층을 소결하는 단계를 포함하고,
    상기 상부광은 소결 대차 높이에 대하여 10%이상의 높이로 장입하는 것인
    망간 소결광 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상부광은 소결 대차 높이에 대하여 10% 이상 및 12%이하 높이로 장입하는 것인
    망간 소결광 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 망간 광석은 Mn 성분을 40 중량% 이상 포함하는 것이고,
    상기 제2 망간 광석은 Mn 성분을 35 중량% 이상 포함하는 것인
    망간 소결광 제조방법.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 망간 광석은 MnO2성분을 30 중량%이상 포함하는 것이고,
    상기 제2 망간 광석은 MnOCaCO3성분을 30 중량%이상 포함하는
    망간 소결광 제조방법.
  15. 전체 망간 소결광 100중량% 내에 10 중량% 미만의 CaO 성분을 포함하고,
    상기 망간 소결광은 소결광 강도가 73%이상 및 75% 이하인,
    망간 소결광.
  16. 삭제
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 망간 소결광은 망간(Mn)성분을 45 중량% 이상 및 60 중량% 미만 포함하는 것인
    망간 소결광.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 소결광은 성분 함량이 다른 2 이상의 망간 광석 원료 물질로부터 제조된 것인
    망간 소결광.
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