KR102205814B1 - 페로코크스의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

페로코크스의 강도를 유지하면서 반응성을 향상시킬 수 있거나, 또는 페로코크스의 반응성을 유지하면서 강도를 향상시킬 수 있는 페로코크스를 제조한다.
석탄과 철 원료를 혼합하여 혼합 원료로 하고, 혼합 원료를 성형하여 건류시키는 페로코크스의 제조 방법으로서, 철 원료는, 직경이 0.5 mm 이하가 되는 입상물의 비율이 25 ∼ 80 질량％ 인 범위 내의 반광이다.

Description

페로코크스의 제조 방법

본 발명은, 페로코크스의 원료로서 반광 (返鑛) 을 사용함으로써, 페로코크스의 강도 또는 페로코크스의 반응성을 향상시킬 수 있는 페로코크스의 제조 방법에 관한 것이다.

제철 원료에 사용되는 철원으로는, 괴광석 또는 소결광 등과 같은 괴상 (塊狀) 으로, 그대로 고로에 원료로서 장입할 수 있는 것 이외에, 분철광석, 소결분, 더스트 및 밀 스케일 등의 분상 (粉狀) 인 것이 있다. 이들 분상의 원료는, 그대로의 상태로 고로에 장입하면 노내의 통기성을 악화시킨다. 그러나, 고로 일관 제철 공정의 토탈 비용을 낮추기 위해서는, 이와 같은 분상의 원료도 유효하게 활용할 필요가 있다. 그래서, 각종 기술이 개발되고 있고, 분상의 철 원료를 분상 석탄과 혼합해서 환원하고 페로코크스로서 고로에 장입하는 기술도 그 중 하나이다.

페로코크스는, 내부에 혼합된 철이 촉매 작용을 하므로, 통상적인 코크스보다 반응성이 높아, 통상적인 코크스보다 낮은 온도에서 반응한다. 페로코크스의 반응은, 흡열 반응이므로 고로의 열 보존대 온도를 낮출 수 있고, 고로 내에서 소결광의 환원을 촉진시켜 환원재비를 저하시킬 수 있다.

또한, 고로의 안정적인 조업을 위해서는, 양호한 통기성을 확보하는 것이 중요하고, 그러기 위해서는, 페로코크스의 강도를 높이는 것도 중요해진다. 그래서, 페로코크스의 강도를 일정 이상으로 유지하면서 반응성을 높이는 것, 또는 페로코크스로서 필요한 반응성은 유지하면서 강도를 높이는 것이 요구되고 있다.

페로코크스의 강도를 높이는 기술로서, 특허문헌 1 에서는, 철광석의 최대 입경을 조정함으로써, 페로코크스의 강도를 높이는 방법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2 에는, 철분의 배합량을 0.05 ∼ 5 질량％ 로 함으로써, 코크스와의 반응성을 향상시키면서 페로코크스의 강도를 유지시키는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3 에는, 석탄과 입경 3 mm 이하인 반광을 주성분으로 하는 원료를 혼합하고 건류 (乾留) 시켜, 페로코크스를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

국제 공개 제2011/034195호 일본 공개특허공보 2001-288477호 일본 공개특허공보 2007-177214호

특허문헌 1 에 기재된 방법은, 철광석의 최대 입경을 규정하고, 철광석의 환원율을 유지하면서 고강도의 페로코크스를 제조하는 것이지만, 페로코크스의 반응성에 대해서는 전혀 고려되어 있지 않다. 특허문헌 2 에 기재된 방법은, 철분의 배합량이 적어 페로코크스의 반응성이 나쁘다는 과제가 있다. 또한, 특허문헌 3 에 기재된 방법은, 반광의 입경이 3 mm 이하로 크므로 페로코크스의 반응성을 향상시킬 수 없다는 과제가 있었다. 본 발명은, 상기 과제를 해결하여, 페로코크스의 강도를 유지하면서 반응성을 향상시킬 수 있거나, 또는 페로코크스의 반응성을 유지하면서 강도를 향상시킬 수 있는 페로코크스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징은 이하와 같다.

(1) 석탄과 철 원료를 혼합하여 혼합 원료로 하고, 상기 혼합 원료를 성형하여 건류시키는 페로코크스의 제조 방법으로서, 상기 철 원료는, 직경이 0.5 mm 이하가 되는 입상 (粒狀) 물의 비율이 25 ∼ 80 질량％ 인 범위 내의 반광인, 페로코크스의 제조 방법.

(2) 상기 반광은, 눈금 간격이 2.0 ∼ 3.0 mm 인 범위 내의 체로 체분리하여 얻어지는 체 아래의 반광인, (1) 에 기재된 페로코크스의 제조 방법.

(3) 석탄과 철 원료를 혼합하여 혼합 원료로 하고, 상기 혼합 원료를 성형하여 건류시키는 페로코크스의 제조 방법으로서, 상기 철 원료는, 직경이 0.5 mm 이하가 되는 입상물의 비율이 40 ∼ 70 질량％ 인 범위 내의 반광이고, 상기 철 원료를, 상기 혼합 원료의 질량에 대하여 2 ∼ 10 질량％ 의 범위 내가 되는 비율로 사용하는, 페로코크스의 제조 방법.

본 발명에 관련된 페로코크스의 제조 방법에 의해, 목표 강도를 유지하면서 반응성이 향상된 페로코크스 또는 페로코크스의 반응성을 유지하면서 강도가 향상된 페로코크스를 제조할 수 있다.

도 1 은 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율과 페로코크스의 반응성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2 는 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율과 페로코크스의 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 하중 연화 시험 장치를 나타내는 단면 모식도이다.
도 4 는 하중 연화 시험 장치에 설치한 시료의 상태를 나타내는 단면 모식도이다.
도 5 는 하중 연화 시험의 온도 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 6 은 하중 연화 시험의 하중 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 7 은 하중 연화 시험의 혼합 가스 조성의 전환 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 8 은 혼합 원료의 질량에 대한 철 원료의 비율과 페로코크스의 반응성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 혼합 원료의 질량에 대한 철 원료의 비율과 페로코크스의 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율과 페로코크스의 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명에서는, 소결 공정의 제품 체 아래인 반광을 사용하여 페로코크스를 제조한다. 여기서 반광이란, 소결광으로서의 입경을 만족시키지 못하는 소정 입경, 예를 들어, 눈금 간격 5 mm 인 체를 사용하는 체 아래에 체분리된 소결광이다. 반광은, 통상적이면, 소결 원료로서 재이용되지만, 본 발명에서는 그 중 일부를 페로코크스의 원료로서 사용한다. 철광석과 비교하여 반광에는 석회석이 함유되므로, 그 성분 중에 Ca 가 함유된다. 페로코크스가 코크스보다 고반응성인 이유는, 내부에 함유되는 Fe 가 가스화 반응의 촉매로서 기능하기 위함이지만, Ca 도 마찬가지로 가스화 반응 촉매로서 작용한다. 그리고, Ca 의 촉매 작용은, Fe 와는 독립적으로 작용한다. 그래서, Fe 에 더하여 Ca 를 함유하는 페로코크스의 반응성은, Fe 를 함유하고, Ca 를 함유하지 않은 페로코크스와 비교하여 비약적으로 향상된다.

본 실시형태에 관련된 페로코크스의 제조 방법으로서, 먼저 페로코크스의 강도를 일정 이상으로 유지하면서 페로코크스의 반응성을 높일 수 있는 페로코크스의 제조 방법에 대해서 설명한다. 페로코크스의 반응성은, 철 원료의 입도 (粒度) 가 작을수록 높아진다. 그러나, 분쇄 후의 철 원료는 입도 분포를 가지므로, 평균 입경만으로 일률적으로 논할 수 없다. 본 발명자들은, 페로코크스의 반응성에 대해서는, 세립 비율의 영향이 커, 특히 눈금 간격 0.5 mm 인 체 아래에 있는 직경이 0.5 mm 이하 (이후의 설명에서는 「－0.5 mm」로 기재한다) 가 되는 입상물의 비율이 페로코크스 중 카본의 반응성에 크게 영향을 미치는 것을 알아냈다.

먼저, 반광을 철 원료로서 사용한 페로코크스의 반응성 및 강도를 확인한 실험의 결과를 도 1, 도 2 를 사용하여 설명한다. 도 1 은, 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율과 페로코크스의 반응성의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 1 에 있어서, 가로축은 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율 (질량％) 이고, 세로축은 페로코크스 중 카본의 반응률 (％) 이다.

페로코크스 중 카본의 반응률은, 페로코크스의 하중 연화 시험을 실시하고, 시험 전후의 카본의 질량 변화율로서 산출하였다. 하중 연화 시험은, 도 3 에 나타내는 하중 연화 시험 장치에, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 1 개의 페로코크스 (10) 의 주위를 350 g 의 소결광 (12) 으로 둘러싸고, 상하에 코크스 (14) 를 배치한 시료를 설치하고, 도 5 에 나타내는 승온 패턴으로 각 시료를 1200 ℃ 까지 승온시키고, 도 6 에 나타내는 하중 패턴으로 하중을 가하면서, 도 7 에 나타내는 바와 같이 소정 온도에서 가스 조성을 전환한 혼합 가스를 30 ℓ/min 의 유량으로 불어넣고 실시하였다. 그리고, 카본의 화학 분석에 의해 시험 전의 페로코크스 중 카본량과 시험 후의 페로코크스 중 카본량을 측정하고, 이것을 사용하여 하중 연화 시험 전후의 카본의 질량 변화율을 산출하였다.

평가된 페로코크스는, 석탄과 철 원료를 혼합한 혼합 원료의 질량에 대하여 30 질량％ 가 되는 비율의 철 원료를 석탄에 혼합한 혼합 원료를, 치수 30 mm × 25 mm × 18 mm 의 계란형 브리켓으로 성형하고, 그 후, 건류시켜 제조하였다. 도 1 에 있어서, 백색 원 플롯은, 철광석을 철 원료로 한 페로코크스의 결과를 나타낸다. 흑색 원 플롯은, 반광을 철 원료로 한 페로코크스의 결과를 나타낸다. 또, 철 원료의 혼합 원료의 질량에 대한 비율은, 2 ∼ 40 질량％ 의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 철 원료의 비율을 2 질량％ 미만으로 하면, 페로코크스의 반응성이 낮아지고, 40 질량％ 보다 높게 하면, 페로코크스의 강도가 낮아지기 때문이다.

도 1 로부터, 철 원료로서 철광석을 사용한 페로코크스와 비교하여 반광을 사용한 페로코크스쪽이 카본의 반응률이 높아, 페로코크스의 반응성이 높은 것을 알 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 반광은 Ca 를 함유하고, Ca 는 카본의 가스화 반응 촉매로서 작용한다. 당해 촉매 효과에 의해, 철광석을 원료로 한 페로코크스와 비교하여 반광을 원료로 한 페로코크스쪽이 카본의 반응률이 향상된 것으로 생각된다. 도 1 로부터, 철광석을 원료로 한 페로코크스에서는, 카본의 반응률은 30 ％ 정도가 상한이 되지만, 반광을 원료로 한 페로코크스에서는 －0.5 mm 의 비율을 25 질량％ 이상으로 하면, 철광석을 원료로 하는 페로코크스 이상의 카본의 반응률로 할 수 있다.

또한, 도 1 로부터 철 원료로서 반광을 사용한 경우에도 철광석을 사용한 경우에도, 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 늘어나면, 페로코크스의 반응성이 향상되었다. 한편, 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 줄어들면, 페로코크스의 반응성이 저하되었다. 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 적어진다는 것은, 눈금 간격 0.5 mm 인 체 위에 있는 직경이 0.5 mm 보다 큰 (이후의 설명에서는 「＋0.5 mm」로 기재한다) 입상물의 비율이 늘어나는 것을 의미한다. 그래서, 철 원료의 ＋0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 늘어나면 카본의 반응률은 저하된다고 할 수 있다.

또한, 발명자들은, 페로코크스의 반응성뿐만 아니라 페로코크스의 강도에 대해서도, 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 크게 영향을 미치는 것을 알아냈다. 도 2 는, 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율과 페로코크스의 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 2 에 있어서, 가로축은 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율 (질량％) 이고, 세로축은 페로코크스의 강도 (％) 이다. 페로코크스의 강도는, 드럼 시험기를 사용한 드럼 강도 150 회전 15 mm 지수 (DI¹⁵⁰ ₁₅) 로 평가하였다. 드럼 강도의 측정은, 이하에 나타내는 수순으로 실시하였다. 먼저, 건류시킨 페로코크스 10 ㎏ 을 눈금 간격 20 mm 인 체로 체분리하여 체 위에 있는 것을 시료로 한다. 당해 시료를 JIS K 2151 (1977) 에 규정되어 있는 회전 드럼 내에 넣는다. 회전 드럼을 15 ± 0.5 rpm 으로 150 회전시킨다. 회전 드럼으로부터 시료를 취출하여, 눈금 간격 15 mm 인 체로 체분리하고, 시료 전체 질량에 대한 체 위에 있는 것의 질량의 백분율을 산출하여 1 개의 측정값으로 한다. 이 측정을 2 회 실시하여, 2 개의 측정값의 평균을 페로코크스의 강도 (％) 로 하였다. 페로코크스의 강도의 목표는, 이 실시형태에서는 고로의 통기성을 확보하는 것을 목적으로 하여 81.0 ％ 로 하였다.

평가된 페로코크스는, 석탄과 철 원료를 혼합한 혼합 원료의 질량에 대하여 30 질량％ 가 되는 비율의 철 원료를 석탄에 혼합한 혼합 원료를, 치수 30 mm × 25 mm × 18 mm 의 계란형 브리켓으로 성형하고, 그 후, 건류시켜 제조하였다. 도 2 에 있어서, 백색 원 플롯은, 철광석을 철 원료로 한 페로코크스의 결과를 나타낸다. 흑색 원 플롯은, 반광을 철 원료로 한 페로코크스의 결과를 나타낸다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 사용하는 철 원료가 철광석인지 반광인지에 관계 없이, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 20 ∼ 80 질량％ 일 때에 목표 강도인 81.0 ％ 를 상회하였다. 한편, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 20 질량％ 보다 적어지면, 페로코크스의 강도는 저하되었다. 이는, 페로코크스 중에 철 원료의 거친 입상물이 많아짐으로써 페로코크스 중에 조대한 결함 구조가 생성되고, 이로써 페로코크스의 강도가 저하된 것으로 생각된다. 또한, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 80 질량％ 보다 많아져도 페로코크스의 강도는 저하되었다. 이는, 페로코크스 중에 철 원료의 고운 입상물이 많아짐으로써 입상물의 표면적이 지나치게 커져 단위 표면적당의 바인더의 양이 저하되고, 이로써 페로코크스의 강도가 저하된 것으로 생각된다.

본 실시형태에 관련된 페로코크스의 제조 방법에서는, 석탄과 철 원료를 혼합하여 혼합 원료를 얻고, 당해 혼합 원료를 성형, 건류시켜 페로코크스를 제조한다. 그리고, 도 1 과 도 2 의 결과로부터, 철 원료로서 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 25 ∼ 80 질량％ 인 범위 내의 반광을 사용하고 있다. 이와 같이 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 25 ∼ 80 질량％ 인 범위 내의 반광을 페로코크스에 사용함으로써, 페로코크스의 목표 강도를 유지하면서 페로코크스의 반응성을 높일 수 있다. 또한, 페로코크스의 반응성을 향상시키려 한다면, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 30 ∼ 80 질량％ 의 범위 내로 한 반광을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 페로코크스의 강도를 향상시키려 한다면, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 40 ∼ 70 질량％ 인 범위 내의 반광을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

반광의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 25 ∼ 80 질량％ 의 범위 내로 조정하기 위해서는, 소결 공정에서 발생한 반광을 분쇄하여 조정하는 것이 바람직하다. 만일, 분쇄하지 않고, 체에 의한 분급만으로 조정을 행한 경우에는, 소결 조업에 의해 반광의 발생량이나 입도 분포가 바뀌어 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율도 변동된다. 그래서, 반광의 안정적인 입도 관리는 곤란하고, 제조되는 페로코크스의 강도나 반응성에 편차가 발생한다. 그래서, 본 실시형태에서는, 소결 공정에서 발생한 반광을 분쇄하여 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 소정 범위 내로 조정하였다. 또, 반광의 분쇄에 사용되는 분쇄기는, 목표하는 입도 범위로 반광을 분쇄할 수 있는 분쇄기이면 되고, 예를 들어, 회전식 분쇄기를 사용하는 경우라면, 회전수를 변경하여 입도 제어를 실시해도 된다.

또한, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 특정 범위로 한 반광을, 또한 눈금 간격이 2.0 ∼ 3.0 mm 인 범위 내의 체를 사용하여 체분리하고, 이로써 얻어진 체 아래의 반광을 페로코크스의 철 원료로서 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 거친 입상물의 혼입을 방지하여, 페로코크스의 강도 저하나 반응성 저하의 발생을 회피할 수 있다. 또, 사용하는 체의 눈금 간격을 2.0 mm 미만으로 하면 철 원료의 수율이 저하되므로 바람직하지 않다. 또한, 사용하는 체의 눈금 간격을 3.0 mm 보다 크게 하면, 거친 입상물을 충분히 배제할 수 없으므로 바람직하지 않다.

또한, 반광은, 소결 공정을 거치므로 함유 수분이 적다. 그래서, 페로코크스의 제조에 소결 공정의 제품 체 아래인 반광을 사용함으로써, 야드 원료인 철광석을 사용한 경우와 비교하여 건조 공정을 생략할 수 있게 되어, 경제적으로도 유리해진다.

또, 상기에 있어서, 페로코크스의 철 원료로서 반광을 사용한 예를 나타냈지만, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 25 ∼ 80 질량％ 인 범위 내의 반광을 사용한 경우에 제조되는 페로코크스의 카본의 반응률을 30 ％ 정도보다 높게 할 수 있으면, 철 원료는, 반광 이외에 철광석이나 철분을 함유하는 더스트 등을 포함해도 된다.

다음으로, 다른 실시형태로서 페로코크스의 반응성을 유지하면서 페로코크스의 강도를 높일 수 있는 페로코크스의 제조 방법에 대해서 설명한다.

반광을 철 원료로서 사용한 페로코크스의 반응성 및 강도를 확인한 실험의 결과를 도 8 ∼ 도 10 을 사용하여 설명한다. 도 8 은, 혼합 원료의 질량에 대한 철 원료의 비율과, 페로코크스의 반응성의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8 에 있어서, 가로축은 혼합 원료의 질량에 대한 철 원료의 비율 (질량％) 이고, 세로축은 카본의 반응률 (％) 이다. 또, 카본의 반응률은, 도 3 ∼ 도 7 에서 설명한 하중 연화 시험을 실시하고, 시험 전후의 카본의 질량 변화율로서 산출하였다. 또한, 철 원료의 입도 분포 중, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 페로코크스 중 카본의 반응성에 크게 영향을 미쳤기 때문에, －0.5 mm 를 철 원료의 입도 지표로서 사용하였다.

평가된 페로코크스는, 석탄과 철 원료를 혼합한 혼합 원료의 질량에 대하여 철 원료의 비율을 바꿔 혼합한 혼합 원료를, 치수 30 mm × 25 mm × 18 mm 의 계란형 브리켓으로 성형하고, 그 후, 건류시켜 제조하였다. 또, 철 원료로서는, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 20 질량％ 로 한 철광석 (백색 원 플롯), －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 40 질량％ 로 한 철광석 (백색 삼각 플롯), －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 20 질량％ 로 한 반광 (흑색 원 플롯), －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 40 질량％ 로 한 반광 (흑색 삼각 플롯) 및 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 70 질량％ 로 한 반광 (흑색 사각 플롯) 의 5 종을 사용하였다.

도 8 로부터, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 20 질량％ 인 철광석을 원료로 한 페로코크스와 비교하여 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 20 질량％ 인 반광을 원료로 한 페로코크스쪽이 카본의 반응률이 높은 것을 알 수 있다. 이는, 상기 서술한 바와 같이, 반광은, Ca 를 함유하고, Ca 는 카본의 가스화 반응 촉매로서 작용하므로, 이 촉매 효과에 의해, 철광석을 원료로 한 경우와 비교하여 반광을 원료로 한 경우쪽이 카본의 반응률이 향상된 것으로 생각된다. 또한, 철광석을 반광으로 하는 것에 의한 카본의 반응률의 향상 효과는, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 40 질량％ 로 함으로써 보다 커졌다.

반광을 사용한 페로코크스에 주목하면, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 늘어날수록, 카본의 반응률은 상승되고, 철 원료를 사용하는 비율이 낮은 경우에도 카본의 반응률은 크게 상승되었다. 이는, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 늘림으로써, 촉매인 반광과 코크스의 접촉 면적이 커져, 철 원료의 배합률이 낮은 경우에도 큰 촉매 효과가 발현된 것으로 생각된다. 한편, 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 줄어들면, 카본의 반응률은 저하된다. 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 적어진다는 것은, ＋0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 많아지는 것을 의미한다. 그래서, 철 원료의 ＋0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 많아지면, 카본의 반응률은 저하된다고 할 수 있다.

또한, 혼합 원료의 질량에 대한 철 원료의 비율에 주목하면, 반광을 혼합 원료의 질량에 대하여 2 질량％ 이상 사용하면 카본의 반응률을 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

도 9 는, 혼합 원료의 질량에 대한 철 원료의 비율과, 페로코크스의 강도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9 에 있어서, 가로축은 혼합 원료의 질량에 대한 철 원료의 비율 (질량％) 이고, 세로축은 페로코크스의 강도 (％) 이다. 또, 페로코크스의 강도는, 도 2 에서 설명한 드럼 강도 150 회전 15 mm 지수 (DI¹⁵⁰ ₁₅) 로 평가하였다.

도 9 에 있어서, 백색 원 플롯은, 철 원료로서 철광석을 사용한 페로코크스의 철 원료의 비율과 강도의 관계를 나타내고, 흑색 원 플롯은, 철 원료로서 반광을 사용한 페로코크스의 철 원료의 비율과 강도의 관계를 나타낸다.

도 9 로부터, 동일 비율에서의 강도는, 반광과 철광석에서 거의 변함없지만, 어느 쪽을 사용한 경우에도 철 원료의 비율이 많을수록 페로코크스의 강도는 저하되었다. 특히, 철 원료의 비율을 20 질량％ 이상으로 한 경우에 페로코크스의 강도 저하는 커졌다. 도 9 로부터, 페로코크스의 강도를 향상시키기 위해서는, 혼합 원료의 질량에 대한 철 원료의 비율을 10 질량％ 이하로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

도 10 은, 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율과 페로코크스의 강도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10 에 있어서, 가로축은 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율 (질량％) 이고, 세로축은 페로코크스의 강도 (％) 이다. 또, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율과 페로코크스의 강도의 관계를 평가한 페로코크스는, 혼합 원료의 질량에 대하여 5 질량％ 인 철 원료를 사용한 페로코크스이다.

도 10 에 있어서, 백색 원 플롯은, 철 원료로서 철광석을 배합한 페로코크스의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율과 강도의 관계를 나타내고, 흑색 원 플롯은, 철 원료로서 반광을 배합한 페로코크스의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율과 강도의 관계를 나타낸다. 도 10 으로부터, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율과 강도의 관계는, 반광과 철광석에서 거의 변함없지만, 어느 쪽을 사용한 경우에도 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 40 ∼ 70 질량％ 인 범위 내일 때에 페로코크스의 강도가 높아졌다. 한편, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 40 질량％ 보다 적어지면, 페로코크스의 강도는 저하되었다. 이는, 페로코크스 중에 철 원료의 조대한 입상물이 많아짐으로써 페로코크스 중에 조대한 결함 구조가 생성되고, 이로써 페로코크스의 강도가 저하된 것으로 생각된다. 또한, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 70 질량％ 보다 많아져도 페로코크스의 강도는 저하되었다. 이는, 페로코크스 중에 철 원료의 고운 입상물이 많아짐으로써 입자의 표면적이 지나치게 커져 단위 표면적당의 바인더의 양이 저하되고, 이로써 페로코크스의 강도가 저하된 것으로 생각된다.

이 결과들로부터, 페로코크스의 철 원료로서 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 40 ∼ 70 질량％ 인 범위 내의 반광을, 혼합 원료의 질량에 대하여 2 ∼ 10 질량％ 의 범위 내가 되는 비율로 사용함으로써, 페로코크스의 반응성을 유지하면서 그 강도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 또, 도 10 으로부터, 철 원료로서 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 50 ∼ 60 질량％ 의 범위 내로 한 반광을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이로써, 페로코크스의 강도를 더욱 높일 수 있다.

한편, 반광을 사용하는 비율을, 혼합 원료의 질량에 대하여 2 질량％ 미만으로 하면, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 페로코크스의 반응성이 급격히 저하되므로 바람직하지 않고, 반광을 사용하는 비율을, 혼합 원료의 질량에 대하여 10 질량％ 보다 많게 하면, 페로코크스의 강도가 저하되므로 바람직하지 않다. 또한, 반광을 혼합 원료의 질량에 대하여 2 ∼ 10 질량％ 의 범위 내의 비율로 사용함으로써, 페로코크스 중 철 원료의 양을 적게 할 수 있다. 철 원료의 양을 적게 함으로써, 페로코크스의 제조에 있어서의 건조 공정에서의 건류·환원 시간을 단축시킬 수 있다. 이로써, 에너지 소비량의 삭감이나 페로코크스의 생산량의 증가도 가능해진다.

또, 상기에 있어서도 페로코크스의 철 원료로서 반광을 사용한 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 40 ∼ 70 질량％ 인 범위 내의 반광을 혼합 원료의 질량에 대하여 2 ∼ 10 질량％ 의 범위 내가 되는 비율로 사용한 경우에 제조되는 페로코크스의 카본의 반응률을 20 ％ 정도보다 높게 할 수 있으면, 철 원료는, 반광 이외에 철광석이나 철분을 함유하는 더스트 등을 포함해도 된다.

실시예 1

우선, 실시예 1 로서, 페로코크스의 강도를 일정 이상으로 유지하면서 페로코크스의 반응성을 높일 수 있는 페로코크스의 제조 방법의 실시예를 설명한다. 먼저, 석탄과 철 원료를 혼합하여 혼합 원료로 하였다. 철 원료는, 혼합 원료의 질량에 대하여 30 질량％ 가 되는 비율로 사용하였다. 이 혼합 원료에 바인더를 혼합 원료의 질량에 대하여 내할 (內掛) 로 5 질량％ 첨가하고, 고속 믹서로 140 ∼ 160 ℃ 에서 2 분간 혼련하였다. 바인더로는, 석탄계의 연 (軟) 피치 (SOP) 를 3 질량％, 아스팔트 피치 (ASP) 를 2 질량％ 사용하였다.

그 후, 더블 롤형 성형기를 사용하여, 혼련된 원료를 성형한 성형기의 롤의 사이즈는 직경 650 mm × 폭 100 mm 이며, 롤 회전수 6 rpm, 성형 압력 4 t/cm 로 성형하였다. 성형물은 계란형이며, 그 사이즈는 30 mm × 25 mm × 18 mm (6 cc) 이다. 그 후, 성형물을 높이가 3 m 인 수형 (竪型) 건류로에서 연속 건류시켜, 페로코크스를 제조하였다. 건류로 내를 600 ℃ 까지는 10 ℃/min 의 승온 속도로 승온시키고, 600 ℃ 에서 850 ℃ 까지는 3 ℃/min 의 승온 속도로 승온시키고, 그 후, 1.5 시간 850 ℃ 의 온도를 유지시키며 성형물을 건류시키였다.

철 원료로서 철광석 또는 반광을 분쇄한 것을 사용하였다. 분쇄기로는 케이지 밀을 사용하고, 철광석 및 반광의 입도는, 분쇄기의 회전수를 바꿈으로써 조정하였다. 이와 같이 철 원료의 입도를 조정한 페로코크스를 사용하여, 철 원료의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 페로코크스의 강도 및 페로코크스의 반응성에 미치는 영향을 확인하였다. 또한, 일부 실시예에서는, 분쇄기로 분쇄한 후에 눈금 간격 3.0 mm 인 체를 사용하여 체분리하여, 체 아래 것만을 철 원료로서 사용하였다. 이 결과들을 하기 표 1 에 나타낸다. 또, 페로코크스의 강도는, 드럼 강도 150 회전 15 mm 지수 (DI¹⁵⁰ ₁₅) 를 사용하여 평가하였다. 또한, 페로코크스의 반응성은, 페로코크스 중 카본의 반응률로 평가하였다. 실시예 1 에 있어서의 강도의 목표는, 상기 서술한 바와 같이 드럼 강도 150 회전 15 mm 지수 (DI¹⁵⁰ ₁₅) 로 81.0 ％ 로 하였다.

비교예 1 ∼ 비교예 3 은, 철 원료로서 철광석을 사용하여 제조한 페로코크스이다. 비교예 1 은, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 25 질량％ 인 철광석을 사용한 페로코크스이다. 비교예 1 의 페로코크스의 강도는 목표 강도를 상회하는 81.1 ％ 이고, 카본의 반응률은 18.8 ％ 였다.

비교예 2 는, 페로코크스의 반응성을 향상시키는 것을 목표로 하여 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 80 질량％ 인 철광석을 사용한 페로코크스이다. 비교예 2 의 페로코크스의 강도는 목표 강도와 동등한 81.0 ％ 이고, 카본의 반응률은 29.2 ％ 였다. 이와 같이 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 80 질량％ 인 철광석을 사용함으로써, 비교예 2 의 페로코크스의 강도는 목표 강도인 81.0 ％ 를 유지하며, 카본의 반응률은 29.2 ％ 로 향상되어, 페로코크스의 반응성은 향상되었다.

비교예 3 은, 더나은 반응성의 향상을 목표로 하여 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 85 질량％ 인 철광석을 사용한 페로코크스이다. 비교예 3 의 페로코크스의 강도는 목표 강도보다 낮은 80.0 ％ 이고, 카본의 반응률은 29.6 ％ 였다. 이와 같이 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 85 질량％ 인 철광석을 사용함으로써, 비교예 3 의 카본의 반응률은 29.6 ％ 로 향상되어, 페로코크스의 반응성은 향상되었다. 그러나, 비교예 3 의 페로코크스의 강도는 목표 강도를 하회하였다. 이 결과들로부터, 철 원료로서 철광석을 사용한 페로코크스에 있어서, 목표 강도를 만족시키면서 반응성을 최대로 하기 위해서는, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 80 질량％ 인 철광석을 사용하면 되는 것을 알 수 있었다.

비교예 4 ∼ 비교예 6 및 발명예 1 ∼ 발명예 3 은, 철 원료로서 반광을 사용한 페로코크스이다. 비교예 4 는, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 20 질량％ 인 반광을 사용한 페로코크스이다. 비교예 4 의 페로코크스의 강도는 목표 강도인 81.0 ％ 이고, 카본의 반응률은 27.2 ％ 였다. 이와 같이 비교예 4 의 페로코크스의 강도는 목표 강도를 유지했지만, 카본의 반응률은 비교예 2 보다 낮아, 페로코크스의 반응성은, 철광석을 철 원료로서 사용한 비교예 2 보다 저하되었다.

비교예 5 는, 비교예 4 에서 사용한 반광을 눈금 간격 3.0 mm 인 체로 체분리하여, 체 아래에 있는 반광을 사용한 페로코크스이다. 눈금 간격 3.0 mm 인 체로 체분리하였으므로, 비교예 5 에서 사용한 반광에서는 조대한 입상물이 제거되어, 3.0 mm 이하 (이후의 설명에서는 「－3.0 mm」로 기재한다) 의 비율이 100 질량％ 로 되어 있다. 비교예 5 의 페로코크스의 강도는 목표 강도를 상회하는 81.2 ％ 이고, 카본의 반응률은 27.6 ％ 였다. 조대한 입상물을 제거함으로써, 비교예 5 의 페로코크스의 강도 및 반응성은 비교예 4 보다 향상되었다. 그러나, 비교예 5 의 카본의 반응률은 비교예 2 보다 낮아, 페로코크스의 반응성은, 철광석을 철 원료로서 사용한 비교예 2 보다 저하되었다.

발명예 1 은, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 25 질량％ 인 반광을 사용한 페로코크스이다. 발명예 1 의 페로코크스의 강도는 목표 강도를 상회하는 81.2 ％ 이고, 카본의 반응률은 29.4 ％ 였다. 이와 같이 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 25 질량％ 인 반광을 사용함으로써, 페로코크스의 강도는 목표 강도 이상이 되었다. 또한, 발명예 1 의 카본의 반응률은, 비교예 2 보다 높아, 페로코크스의 반응성은, 철광석을 철 원료로서 사용한 경우보다 향상되었다. 또한, 비교예 2 와 비교하여 발명예 1 의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율은 25 질량％ 로 적다. 그래서, 비교예 2 와 비교하여 철 원료를 용이하게 분쇄할 수 있으므로, 경제적으로 유리하다.

발명예 2 는, 발명예 1 에서 사용한 반광을 눈금 간격 3.0 mm 인 체로 체분리하여, 체 아래에 있는 반광을 사용한 페로코크스이다. 눈금 간격 3.0 mm 인 체로 체분리하였으므로, 발명예 2 에서 사용한 반광에서는 조대한 입상물이 제거되어, －3.0 mm 의 비율이 100 질량％ 로 되어 있다. 발명예 2 의 페로코크스의 강도는 목표 강도를 상회하는 81.3 ％ 이고, 카본의 반응률은 29.7 ％ 였다. 조대한 입상물을 제거함으로써, 발명예 2 의 페로코크스의 강도 및 반응성은, 발명예 1 보다 향상되었다.

발명예 3 은, 페로코크스의 반응성을 향상시키는 것을 목표로 하여 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 80 질량％ 인 반광을 사용한 페로코크스이다. 또, 발명예 3 의 반광은, 눈금 간격 3.0 mm 인 체를 사용하지 않아도 －3.0 mm 의 비율은 100 질량％ 이고, 조대한 입상물을 포함하지 않았다. 발명예 3 의 페로코크스의 강도는 목표 강도인 81.0 ％ 이고, 카본의 반응률은 43.8 ％ 였다. 이와 같이 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 80 질량％ 인 반광을 사용함으로써, 페로코크스의 강도는 목표 강도를 유지하며, 페로코크스의 반응성은, 발명예 1 및 발명예 2 보다 향상되었다.

비교예 6 은, 더나은 반응성의 향상을 목표로 하여 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 85 질량％ 인 반광을 사용한 페로코크스이다. 비교예 6 의 페로코크스의 강도는 목표 강도를 하회하는 80.0 ％ 이고, 카본의 반응률은 44.4 ％ 였다. 이와 같이 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율을 80 질량％ 보다 많은 85 질량％ 로 함으로써, 페로코크스의 반응성은, 발명예 3 보다 향상되었지만, 그 강도는, 80.0 ％ 로 저하되고, 목표 강도인 81.0 ％ 를 하회하였다.

이상의 결과로부터, 페로코크스의 원료로서 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 25 ∼ 80 질량％ 인 범위 내의 반광을 사용함으로써, 페로코크스의 목표 강도인 81.0 ％ 를 유지하면서, 그 반응성을, 철광석을 철 원료로서 사용한 경우보다 향상시킬 수 있음이 확인되었다. 또한, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 25 ∼ 80 질량％ 인 범위 내의 반광을 또한, 눈금 간격 3.0 mm 인 체로 체분리하여, 체 아래에 있는 반광을 사용함으로써, 페로코크스의 강도 및 반응성을 더욱 향상시킬 수 있음이 확인되었다. 또, 눈금 간격 3.0 mm 인 체로 체분리함으로써, 페로코크스의 강도 및 반응성을 향상시킬 수 있어, 눈금 간격이 작은 눈금 간격 2.0 mm 인 체를 사용하여 체분리하여, 그 체 아래에 있는 반광을 사용해도, 동일한 효과가 얻어지는 것은 분명하다.

실시예 2

다음으로, 실시예 2 로서 페로코크스의 반응성을 유지하면서 페로코크스의 강도를 높이는 페로코크스의 제조 방법의 실시예를 설명한다. 실시예 2 에 있어서도 실시예 1 과 동일한 장치를 사용하여 성형하고, 건류시켜 제조하였다. 철 원료로서 철광석 또는 반광을 분쇄한 것을 사용하였다. 분쇄기로는 케이지 밀을 사용하고, 철광석 및 반광의 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율은, 분쇄기의 회전수를 바꿈으로써 조정하였다. 이와 같이 철 원료의 배합률 및 입도를 조정한 페로코크스를 사용하여, 철 원료의 비율 및 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 페로코크스의 강도 및 페로코크스의 반응성에 미치는 영향을 확인하였다. 이 결과들을 하기 표 2 에 나타낸다. 실시예 2 에 있어서도, 페로코크스의 강도는, 드럼 강도 150 회전 15 mm 지수 (DI¹⁵⁰ ₁₅) 를 사용하여 평가하였다. 또한, 페로코크스의 반응성에 대해서는, 페로코크스 중 카본의 반응률로 평가하였다. 실시예 2 에 있어서의 강도의 목표는, 철 원료를 배합하지 않은 비교예 11 의 코크스 강도로 하였다. 또한, 반응성의 목표는, 종래의 페로코크스인 철광석을 30 질량％ 의 비율로 사용한 페로코크스의 반응성으로 하였다.

비교예 11 은, 철 원료를 함유하지 않은 코크스이다. 코크스의 강도는 85.0 ％ 이고, 카본의 반응률은 8.0 ％ 였다.

비교예 12, 13 은, 철 원료로서 철광석을 사용하여 제조한 페로코크스이다. 비교예 12 는, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 60 질량％ 인 철광석을, 혼합 원료의 질량에 대하여 30 질량％ 가 되는 비율로 사용한 페로코크스이다. 비교예 12 의 페로코크스의 강도는 81.1 ％ 로, 코크스와 비교하여 크게 저하되었다. 또한, 비교예 12 의 카본의 반응률은 26.8 ％ 로, 코크스와 비교하여 페로코크스의 반응성은 크게 향상되었다.

비교예 13 은, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 60 질량％ 인 철광석을, 혼합 원료의 질량에 대하여 5 질량％ 가 되는 비율로 사용한 페로코크스이다. 비교예 13 의 페로코크스의 강도는 85.0 ％ 로, 코크스와 동등하였다. 또한, 비교예 13 의 카본의 반응률은 17.5 ％ 로, 비교예 12 와 비교하여 페로코크스의 반응성은 크게 저하되었다.

비교예 14 ∼ 비교예 17 및 발명예 11 은, 철 원료로서 반광을 사용하여 제조한 페로코크스이다. 비교예 14 는, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 60 질량％ 인 반광을, 혼합 원료의 질량에 대하여 15 질량％ 가 되는 비율로 사용한 페로코크스이다. 비교예 14 의 페로코크스의 강도는 84.0 ％ 로, 코크스와 비교하여 약간 저하되었다. 또한, 비교예 14 의 카본의 반응률은 34.2 ％ 이고, 반광을 사용함으로써, 페로코크스의 반응성은 크게 향상되었다.

비교예 15 는, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 20 질량％ 인 반광을, 혼합 원료의 질량에 대하여 5 질량％ 가 되는 비율로 사용한 페로코크스이다. 비교예 15 의 페로코크스의 강도는 83.6 ％ 로, 코크스와 비교하여 약간 저하되었다. 또한, 비교예 15 의 카본의 반응률은 15.0 ％ 로, 비교예 12 와 비교하여 페로코크스의 반응성은 크게 저하되었다. 이는, 비교예 15 에서 사용한 반광이 적고 또한 반광의 －0.5 mm 가 되는 입상물이 적으므로, 페로코크스의 강도가 낮고, 반응성이 저하된 것으로 생각된다.

비교예 16 은, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 80 질량％ 인 반광을, 혼합 원료의 질량에 대하여 5 질량％ 가 되는 비율로 사용한 페로코크스이다. 비교예 16 의 페로코크스의 강도는 83.6 ％ 로, 코크스와 비교하여 약간 저하되었다. 또한, 비교예 16 의 카본의 반응률은 32.0 ％ 로, 비교예 12 와 비교하여 페로코크스의 반응성은 향상되었다. 비교예 16 은, 사용한 반광은 적기는 하지만, 반광의 －0.5 mm 가 되는 입상물이 많으므로, 페로코크스의 반응성이 향상된 것으로 생각된다.

비교예 17 은, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 60 질량％ 인 반광을, 혼합 원료의 질량에 대하여 1 질량％ 가 되는 비율로 사용한 페로코크스이다. 비교예 17 의 페로코크스의 강도는 85.0 ％ 이고, 코크스와 동등하였다. 또한, 비교예 17 의 카본의 반응률은 12.7 ％ 로, 비교예 12 와 비교하여 페로코크스의 반응성은 크게 저하되었다. 비교예 17 은, 사용한 반광이 지나치게 적었으므로, 페로코크스의 반응성이 저하된 것으로 생각된다.

발명예 11 은, －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 60 질량％ 인 반광을, 혼합 원료의 질량에 대하여 5 질량％ 가 되는 비율로 사용한 페로코크스이다. 발명예 11 의 페로코크스의 강도는 85.0 ％ 로, 코크스와 동등하였다. 또한, 발명예 11 의 카본의 반응률은 28.5 ％ 로, 비교예 2 와 비교하여 페로코크스의 반응성도 향상되었다. 이와 같이 발명예 11 은, 강도 및 반응률 모두 목표를 달성할 수 있었다.

이상의 결과로부터, 페로코크스의 철 원료로서 －0.5 mm 가 되는 입상물의 비율이 40 ∼ 70 질량％ 의 범위 내인 60 질량％ 가 되도록 분쇄한 반광을, 혼합 원료의 질량에 대하여 2 ∼ 10 질량％ 의 범위 내인 5 질량％ 의 비율로 사용한 발명예 11 은, 페로코크스의 반응성을 유지하면서, 그 강도를, 철 원료를 배합하지 않은 코크스의 강도까지 향상시킬 수 있음이 확인되었다.

10 : 페로코크스
12 : 소결광
14 : 코크스

Claims (3)

1. 석탄과 철 원료를 혼합하여 혼합 원료로 하고,
   상기 혼합 원료를 성형하여 건류시키는 페로코크스의 제조 방법으로서,
   상기 철 원료는, 직경이 0.5 mm 이하가 되는 입상물의 비율이 40 ∼ 80 질량％ 인 범위 내의 반광인, 페로코크스의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 반광은, 눈금 간격이 2.0 ∼ 3.0 mm 인 범위 내의 체로 체분리하여 얻어지는 체 아래의 반광인, 페로코크스의 제조 방법.
3. 석탄과 철 원료를 혼합하여 혼합 원료로 하고,
   상기 혼합 원료를 성형하여 건류시키는 페로코크스의 제조 방법으로서,
   상기 철 원료는, 직경이 0.5 mm 이하가 되는 입상물의 비율이 40 ∼ 70 질량％ 인 범위 내의 반광이고,
   상기 철 원료를, 상기 혼합 원료의 질량에 대하여 2 ∼ 10 질량％ 의 범위 내가 되는 비율로 사용하는, 페로코크스의 제조 방법.
   

Images