KR102288003B1 - 소결광의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

제철 더스트나 밀 스케일 등의 금속철을 함유하는 산화철 분말을 사용하지 않고, 철 함유 원료와 탄재가 근접 배치된, 탄재 핵의 주위를 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 혼합 분말로 피복한 2 층 구조를 갖는 탄재 내장 소결광 (탄재 내장 괴성광) 을 제조한다. 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 혼합 분말로 탄재 핵이 피복된 2 층 구조를 갖는 탄재 내장 조립 입자를 소결기의 팰릿으로 소성하여 탄재 내장 소결광을 제조하는 소결광의 제조 방법으로서, 상기 탄재 내장 조립 입자는, 조립시에 있어서의 수분의 함유량을, 상기 탄재 핵과 상기 혼합 분말과 수분의 합계 질량의 8 ∼ 10 질량％ 로 한다.

Description

소결광의 제조 방법

본 발명은, 고로 등에서 제철 원료로서 사용되는 소결광의 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은, 탄재 핵의 주위를 철광석 분말 등의 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 혼합 분말로 피복한 2 층 구조의 탄재 내장 소결광 (탄재 내장 괴성광) 을 소결기로 제조하는 방법에 관한 것이다.

고로 제철법에서는, 현재, 제철 원료로서, 괴광석, 소결광, 펠릿 등을 사용하고 있다. 여기서, 소결광은, 소결광 제조용의 원료인 의사 입자를 소결기의 순환 이동하는 팰릿에 장입 (裝入) 하고, 의사 입자 중에 포함되는 고체 연료를 연소시켜 소결하고, 얻어진 소결 케이크를 파쇄하고 정립 (整粒) 하여, 일정한 입경 이상의 것을 성품으로서 회수한 괴성광의 일종이다. 상기 의사 입자는, 철 함유 원료, CaO 함유 원료, CaO 함유 원료 이외의 융점 조정제로서의 부원료, 및, 분말 코크스나 무연탄 등의 응결재인 고체 연료 (탄재) 등을 포함하는 조립 (造粒) 원료에 적당량의 물을 첨가하고, 드럼 믹서 등을 사용하여 혼합·조립하여 제조되고 있다.

의사 입자를 구성하는 철 함유 원료로는, 입경이 10 ㎜ 이하인 철광석 이외에, 소 (所) 내에서 발생하는 더스트, 밀 스케일 등을 사용한다. CaO 함유 원료로는, 석회석, 생석회, 슬래그 등을 사용한다. CaO 함유 원료 이외의 융점 조정제로서의 부원료로는, 규석, 사문암, 돌로마이트나 정련 니켈 슬래그 등의 SiO₂ 함유 원료, 및, 마그네시아 클링커, 돌로마이트 등의 MgO 함유 원료 등을 사용한다.

또, 펠릿은, 철광석의 분쇄, 조정, 조립기에서의 생펠릿의 제조, 제조된 생펠릿의 건조, 소성, 냉각의 각 공정에 의해 제조되는 제철 원료로, 펠릿도 괴성광의 일종이다.

최근, 괴성광으로서, 철광석이나 더스트 등의 철 함유 원료와 코크스 등의 탄재를 근접 배치한 것이 주목을 받고 있다. 왜냐하면, 예를 들어, 철광석 등의 철 함유 원료와 탄재를 하나의 괴성광 중에서 근접 배치하면, 철 함유 원료측의 환원 반응 (발열 반응) 과 탄재측의 가스화 반응 (흡열 반응) 이, 빠른 속도로 반복하여 일어나고, 이로써, 환원 효율이 향상됨과 함께, 고로 등의 노 내 온도를 저하시킬 수도 있기 때문이다.

상기 괴성광으로는, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 고로 더스트, 전로 (轉爐) 더스트, 압연 스케일, 슬러지, 철광석 분말 등의 제철 공정에서 발생하는 철 함유 원료 분말을 각각 단독 혹은 혼합한 원료에, 석탄이나 코크스 등의 탄재 및 전분을 추가하여 혼합, 혼련하고, 추가로 조립기로 전분 용액을 공급하여 조립한 제철 원료용 펠릿이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1 에 개시되는 펠릿은, 소성시에 펠릿 내의 탄재가 소실되어 버리기 때문에, 실제로는 철광석 등의 철 함유 원료와 탄재가 근접 배치된 것이 되어 있지는 않았다. 만일, 이 펠릿의 제조 공정에 있어서, 근접 배치를 목적으로 하여, 철광석이나 탄재의 입경을 단순히 작게 한 것 만으로는, 열을 전파하는 가스의 이동 저항이 지나치게 커져서, 오히려 반응 속도의 저하를 초래하여, 환원 효율을 저하시켜 버린다.

그래서, 철 함유 원료와 탄재의 근접 배치를 목적으로 한 기술이 몇 가지 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 ∼ 5 를 참조). 이것들에 개시되는 기술은, 기본적으로는, 철광석 등의 철 함유 원료와 코크스 등의 탄재를 혼합한 후, 열간 성형하여 괴성화한 것을, 혹은, 소성하지 않고 생입자인 상태로, 고로 등에 있어 제철용 원료로서 사용하는 것이다. 그러나, 이들 괴성물은, 균일 혼합물 또는 다층화 조립물로 이루어지는 비소성의 것이므로, 강도가 부족하여, 분화 (粉化) 가 격렬하다. 따라서, 이것들을 고로 등에 장입하면, 탈수 분화나 환원 분화를 초래하여, 고로의 통기성을 저해시키므로, 사용량이 제한된다는 문제점이 있다.

또, 특허문헌 2 ∼ 5 의 기술의 문제점을 해결하는 기술이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 6 에는, 금속철을 5 질량％ 이상 및/또는 탄소를 5 질량％ 이상 함유한 원료로 핵을 형성하고, 금속철을 10 질량％ 이상 및 탄소를 5 질량％ 이하 함유한 원료로 상기 핵을 내포한, 1 층 이상의 외주층을 형성한 후, 300 ∼ 1300 ℃ 의 산화 분위기에서 소성하여 괴성화한 제철용 괴성광의 제조 방법이 제안되어 있다. 그러나, 특허문헌 6 에 개시되는 제조 방법에서는, 원료에 금속철을 사용하는 것이 필수이고, 사용하는 원료에 양적 제약이 있기 때문에, 제철용 괴성광으로서 제조할 수 있는 양에 제약이 있다는 문제점이 있다.

그래서, 특허문헌 1 ∼ 6 이 안고 있는 상기 문제점을 극복하는 기술로서, 탄재 내장 괴성광이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 7 에는, 소괴 코크스로 이루어지는 탄재 핵의 주위에, 조립기를 사용하여, 제철 더스트나 밀 스케일 등의 금속철을 함유하는 산화철 분말을 피복하여 저산화도의 산화철 외피를 피복 형성한 후, 대기 중에서 200 ℃ 이상 300 ℃ 미만의 온도에서, 0.5 ∼ 5 시간 가열하는 산화 처리를 실시함으로써, 상기 산화철 외피 표면에만 고산화도의 산화철로 이루어지는 경질박층을 형성한 탄재 내장 괴성광이 제안되어 있다.

또, 특허문헌 8 에는, 제철 더스트나 밀 스케일 등의 산화철 분말 또는 철광석 분말과 탄재를, 조립기를 사용하여 혼합 조립하고, 이어서, 그 조립물의 외표면에 금속철을 함유하는 산화철 분말을 피복하여 저산화도의 산화철 외피를 피복 형성하고, 그 산화철 외피의 형성 후, 대기 중에서 200 ℃ 이상 300 ℃ 미만의 온도에서, 0.5 ∼ 5 시간 가열하는 산화 처리를 실시함으로써, 상기 산화철 외피 표면에만 고산화도의 산화철로 이루어지는 경질박층을 형성한, 산화철 분말 또는 철광석 분말 중에 3 ㎜ 이하의 크기의 코크스 분말을 분산 상태로 포함하는 탄재 내장 괴성광이 제안되어 있다.

또, 비특허문헌 1 에는, 그린 볼에 무연탄을 외장하여 무연탄으로 펠릿 피드를 피복한 그린 볼을 제작하고, 이것을 냄비 시험 장치의 상부광 (床敷鑛) 상에 장입하고, 그 위에 소결 원료를 장입하여 소결을 실시한 탄재 내포 소결광에 대해, 고로 내 분위기에서 반응성을 평가한 결과가 보고되어 있다.

일본 공개특허공보 2001-348625호 일본 공개특허공보 2001-294944호 일본 공개특허공보 2001-303143호 일본 공개특허공보 2005-344181호 일본 공개특허공보 2002-241853호 일본 공개특허공보 평10-183262호 일본 공개특허공보 2011-195943호 일본 공개특허공보 2011-225926호

CAMP-ISIJ vol. 24 (2011), 194

상기와 같이, 특허문헌 7 및 특허문헌 8 에는, 제철 원료로서 적당한 크기와 충분한 강도를 갖고, 게다가, 철 함유 원료와 탄재가 근접 배치되어, 제철 반응을 일으키기 쉽고, 저온 환원이 가능한 구조의 탄재 내장 괴성광이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 7 및 특허문헌 8 에서는, 금속철을 함유하는 산화철 분말을 사용하여 저산화도의 산화철 외피로 이루어지는 피복층을 형성하고 있고, 이 금속철을 함유하는 산화철 분말로서 바람직한 제철 더스트나 밀 스케일 등의 발생량은 한정되는 점에서, 탄재 내장 괴성광의 생산량이 한정된다는 문제점이 있다. 만일, 탄재 내장 괴성광의 제조 원료로서, 금속철을 함유하는 산화철 분말을 의도적으로 제조한 경우에는, 탄재 내장 괴성광의 제조 비용이 상승하여, 오히려 제철 공정이 비효율적이 된다는 문제가 발생한다. 또, 특허문헌 7 및 특허문헌 8 은, 탄재 내장 괴성광의 제조에 사용하는 탄재 내장 조립 입자의 제조 방법에 대해서는, 전혀 언급하고 있지 않다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 제철 더스트나 밀 스케일 등의 금속철을 함유하는 산화철 분말을 사용하지 않아도, 요컨대, 생산량이 제한되지 않고, 철 함유 원료와 탄재가 근접 배치된 2 층 구조의 탄재 내장 소결광 (탄재 내장 괴성광) 을 제조할 수 있는, 소결광의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 먼저, 철광석의 분체와 CaO 함유 원료의 분체를 포함하는 혼합 분말로 탄재 핵을 피복한 2 층 구조의 탄재 내장 조립 입자를 제작한다. 이어서, 이 2 층 구조의 입자를 소결기로, 종래의 소결광 제조용의 원료인 의사 입자와 함께 소성함으로써, 제철 더스트나 밀 스케일 등의 금속철을 함유하는 산화철 분말을 사용하지 않고, 철 함유 원료와 탄재가 근접 배치된 2 층 구조의 탄재 내장 소결광을 제조할 수 있는 것을 본 발명자들은 알아내었다. 또, 상기 탄재 내장 조립 입자를 제조할 때의 수분 함유량을, 상기 혼합 분말과 상기 탄재 핵과 수분의 합계 질량의 8 ∼ 10 질량％ 로 함으로써, 요컨대, 탄재 내장 조립 입자의 조립시에 있어서의 수분 함유량을 8 ∼ 10 질량％ 로 제어함으로써, 제작되는 탄재 내장 조립 입자의 강도의 면에 있어서 유효한 것을 본 발명자들은 알아내었다.

본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

[1] 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 혼합 분말로 탄재 핵이 피복된 2 층 구조를 갖는 탄재 내장 조립 입자를 소결기의 팰릿으로 소성하여 탄재 내장 소결광을 제조하는 소결광의 제조 방법으로서,

상기 탄재 내장 조립 입자는, 조립시에 있어서의 수분의 함유량이, 상기 탄재 핵과 상기 혼합 분말과 수분의 합계 질량의 8 ∼ 10 질량％ 인 소결광의 제조 방법.

[2] 상기 철 함유 원료의 분말이 철광석 분말이고, 상기 혼합 분말은, 철광석 분말과 CaO 함유 원료의 분말로 이루어지는 상기 [1] 에 기재된 소결광의 제조 방법.

[3] 상기 탄재 내장 조립 입자를, 철 함유 원료, CaO 함유 원료, 고체 연료 (탄재) 에 물을 첨가하고, 혼합하여 조립한 의사 입자의 소결 원료와 함께, 상기 소결기의 팰릿으로 소성하는 상기 [1] 또는 상기 [2] 에 기재된 소결광의 제조 방법.

[4] 상기 의사 입자의 소결 원료는, 추가로, CaO 함유 원료 이외의 융점 조정제로서의 부원료를 포함하고 있는 상기 [3] 에 기재된 소결광의 제조 방법.

[5] 상기 탄재 내장 조립 입자에 함유되는 수분의 일부는, 조립 전의 상기 혼합 분말에 미리 포함되어 있는 상기 [1] 내지 상기 [4] 중 어느 1 항에 기재된 소결광의 제조 방법.

[6] 상기 탄재 내장 조립 입자에 함유되는 수분의 일부는, 조립시에 새롭게 첨가되는 상기 [1] 내지 상기 [5] 중 어느 1 항에 기재된 소결광의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 제철 더스트나 밀 스케일 등의 금속철을 함유하는 산화철 분말을 사용하지 않아도, 탄재 핵의 주위를 철광석 분말 등의 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 혼합 분말로 피복한 2 층 구조의 탄재 내장 소결광 (탄재 내장 괴성광) 을 제조하는 것이 실현된다.

또, 탄재 내장 조립 입자의 조립시에 있어서의 수분 함유량을 8 ∼ 10 질량％ 로 하므로, 소결기 내에서, 탄재 내장 조립 입자를, 종래의 소결광 제조용의 의사 입자의 소결 원료와 함께 소성할 때에, 주위의 장입 원료에 의한 부하 하중에도 견딜 수 있는 강도를 갖는 탄재 내장 조립 입자를 제조하는 것이 가능해진다. 이로써, 탄재 내장 조립 입자의 외층이 부서져 탄재 핵이 노출되는 경우가 없어져, 효율적으로 탄재를 소결광 중에 잔류시킬 수 있다.

도 1 은, 탄재 내장 소결광 제조용의 탄재 내장 조립 입자를 제조하기 위한 조립 설비의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2 는, 탄재 내장 조립 입자의 조립시에서의 수분 함유량과 압괴 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은, 탄재 내장 조립 입자의 조립시에서의 수분 함유량과 소결층 내 하층에 있어서의 최고 도달 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 탄재 내장 조립 입자의 조립시에서의 수분 함유량과, 탄재 내장 소결광의 피환원성 및 탄재 내장 소결광의 잔류 탄소 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 실시예 2 의 수준 11 ∼ 14 에 있어서의 탄재 내장 조립 입자의 압괴 강도를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명은, 탄재 핵의 주위를, 철광석 분말 등의 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 혼합 분말로 피복한 2 층 구조의 탄재 내장 조립 입자를 소결기로 소성하여, 철 함유 원료와 탄재가 근접 배치된 2 층 구조의 탄재 내장 소결광을 제조한다는 기술이다. 본 명세서에 있어서는, 탄재를 핵으로 하고, 이 탄재 핵의 주위를 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 혼합 분말로 피복한, 탄재 핵과 그 주위의 피복층으로 이루어지는 탄재 내장 조립 입자를 「2 층 구조의 탄재 내장 조립 입자」라고 정의한다.

2 층 구조의 탄재 내장 소결광을 제조할 때에, 소결기의 소결 처리에 있어서는, 종래의 소결광 제조용의 원료인 의사 입자와 함께 소결 처리를 실시함으로써, 종래의 소결광 제조용의 원료인 의사 입자에 함유되는 고체 연료의 연소열을, 탄재 내장 조립 입자의 소성용 열원으로서 유효 활용할 수 있어, 용이하게 탄재 내장 소결광 (탄재 내장 괴성광) 을 제조하는 것이 실현된다.

여기서, 종래의 소결광 제조용의 원료인 의사 입자의 소결 원료는, 철 함유 원료, CaO 함유 원료, CaO 함유 원료 이외의 융점 조정제로서의 부원료, 및, 분말 코크스나 무연탄 등의 응결재인 고체 연료 (탄재) 등을 포함하는 조립 원료에 적당량의 물을 첨가하고, 드럼 믹서 등을 사용하여 혼합·조립하여 제조된다. 철 함유 원료로는, 입경이 10 ㎜ 이하인 철광석 이외에, 소 내에서 발생하는 더스트, 밀 스케일 등을 사용한다. CaO 함유 원료로는, 석회석, 생석회, 슬래그 등을 사용한다. CaO 함유 원료 이외의 융점 조정제로서의 부원료로는, 규석, 사문암, 돌로마이트나 정련 니켈 슬래그 등의 SiO₂ 함유 원료, 및, 마그네시아 클링커, 돌로마이트 등의 MgO 함유 원료 등을 사용한다.

도 1 에, 탄재 내장 소결광 제조용의 탄재 내장 조립 입자를 제조하기 위한 조립 설비의 일례를 나타낸다. 도 1 에 있어서, 부호 1 은 조립 설비, 2a 는 철 함유 원료의 분말을 수용하는 호퍼, 2b 는 CaO 함유 원료의 분말을 수용하는 호퍼, 2c 는 탄재를 수용하는 호퍼, 3a, 3b, 3c, 3d 는 반송기, 4 는 혼련기, 5 는 조립기, 6 은 급수용 펌프이다. 도 1 에 따라, 본 발명에서 탄재 내장 소결광을 제조할 때에 사용하는 탄재 내장 조립 입자의 제조 방법을 설명한다.

철 함유 원료의 분말 및 융점 조정제로서의 CaO 함유 원료의 분말을, 반송기 (3a) 를 통하여 혼련기 (4) 에 장입하고, 혼련기 (4) 로 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 균일 혼합한다. 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말의 균일 혼합에 의해 형성되는 혼합 분말을 혼련기 (4) 로부터 배출하고, 배출된 혼합 분말을 반송기 (3c) 를 통하여 조립기 (5) 에 장입한다. 이 혼합 분말의 조립기 (5) 로의 장입과 동시에, 또는, 혼합 분말의 조립기 (5) 로의 장입에 전후하여, 핵 입자가 되는 입자 직경이 3.0 ㎜ 이상인 탄재 (코크스 입자) 를, 반송기 (3b), 반송기 (3c) 를 통하여 조립기 (5) 에 장입한다.

여기서, 철 함유 원료의 분말이란, 철광석을 선광 (選鑛) 한 후의 분정광 (粉精鑛) 이나 분쇄한 철광석 분말, 및 소 내에서 발생하는 제철 더스트나 밀 스케일 등 중 어느 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물이다. 철 함유 원료의 입경은, 조립 가능한 한 규정할 필요는 없지만, 1.0 ㎜ 이하 정도의 입경이면 문제 없다. 본 발명은, 제철 더스트나 밀 스케일 등의 금속철을 함유하는 산화철 분말을 사용하지 않아도, 철 함유 원료와 탄재가 근접 배치된 2 층 구조의 탄재 내장 소결광을 제조하는 것을 목적으로 하여 개발되었지만, 본 발명은, 제철소 등에서 발생하는 제철 더스트나 밀 스케일 등을 철 함유 원료로서 사용하는 것을 금지하는 것은 아니다.

또, 탄재 내장 조립 입자를 제조할 때에 사용하는 CaO 함유 원료의 분말로는, 생석회 (CaO), 석회석 (CaCO₃), 소석회 (Ca(OH)₂) 의 각 분체 중 어느 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물이 바람직하다. CaO 함유 원료의 입경은, 조립 가능한 한 규정할 필요는 없지만, 1.0 ㎜ 이하 정도의 입경이면 문제 없다.

혼련기 (4) 로 혼합되어 있는 혼합 분말에 급수용 펌프 (6) 를 통하여 수분을 공급하거나, 및/또는, 조립기 (5) 에 급수용 펌프 (6) 를 통하여 수분을 공급하여, 조립기 (5) 에서의 조립시에 있어서의 조립 원료 (탄재와 혼합 분말과 수분을 합한 합계 질량) 에 대한 수분의 함유량을 8 ∼ 10 질량％ 로 조정한다. 조립시에 있어서의 탄재 내장 조립 입자의 수분 함유량을 8 ∼ 10 질량％ 로 조정함으로써, 입경이 큰 탄재를 핵으로 하고, 그 주위에, 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말이 균일 혼합된 혼합 분말을 물의 액 가교력에 의해 피복시킨다. 이렇게 하여, 탄재 핵의 주위를 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 혼합 분말로 피복한 2 층 구조의 탄재 내장 조립 입자를 형성한다. 형성되는 탄재 내장 조립 입자는, 탄재 핵이 직경 3 ∼ 10 ㎜ 이고, 피복층의 두께가 7 ㎜ 이하이고, 입자 직경이 8.0 ㎜ 이상 24.0 ㎜ 이하의 크기를 갖는다.

그 후, 이와 같이 하여 제조한 탄재 내장 조립 입자를, 예를 들어 드와이트로이드식 소결기에 반송하고, 이어서, 탄재 내장 조립 입자와 종래의 소결광 제조용의 의사 입자의 소결 원료를 합류시키고, 탄재 내장 조립 입자와 종래의 소결광 제조용의 의사 입자의 소결 원료를 혼재시켜 소결기의 서지 호퍼에 반입한다. 이 경우, 소결 원료 의사 입자에 함유되는 고체 연료의 연소열을 탄재 내장 조립 입자의 소성용 열원으로서 유효 활용하는 관점에서, 탄재 내장 조립 입자와 소결 원료 의사 입자의 질량비가 1 : 9 ∼ 3 : 7 의 범위 내가 되도록, 양자를 합류시키는 것이 바람직하다.

또한, 종래의 소결광 제조용의 의사 입자의 소결 원료는, 전술한 바와 같이, 철광석 이외에, 석회석, 생석회 등의 CaO 함유 원료나, 규석이나 사문암, 정련 니켈 슬래그 등의 SiO₂ 함유 원료 등의 융점 조정제로서의 부원료, 분말 코크스나 무연탄 등의 고체 연료 (탄재) 등을 포함하는 조립 원료에 적당량의 물을 첨가하고 드럼 믹서 등을 사용하여 혼합·조립하여 얻어지는 것으로, 이하, 의사 입자의 종래의 소결 원료를, 「소결 원료 의사 입자」라고도 칭한다.

탄재 내장 조립 입자와 소결 원료 의사 입자를 수용하는 서지 호퍼를 통하여, 탄재 내장 조립 입자와 소결 원료 의사 입자를, 양자를 혼재시킨 상태에서, 소결기의 순환 이동하는 팰릿에 장입한다. 그 후, 팰릿에 장입한 탄재 내장 조립 입자 및 소결 원료 의사 입자의 소결 처리를 실시한다.

소결 처리는, 소결기의 점화로에서 팰릿에 장입된 소결 원료 의사 입자에 포함되는 고체 연료에 착화시킨다. 착화 후, 소결 원료 의사 입자에 포함되는 고체 연료는, 장입 원료층의 상부에서 하부를 향하여 순차 연소하고, 이 고체 연료의 연소열에 의해 소결 원료 의사 입자 상호의 소결 반응 및 용융 반응이 진행되어, 종래의 소결광이 제조된다. 동시에, 탄재 내장 조립 입자의 표층측의 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 혼합 분말에 의한 피복층은, 소결 원료 의사 입자에 포함되는 고체 연료의 연소열에 의해 소성되고, 소결 반응, 나아가서는 용융 반응이 진행되어, 내부에 미연소의 탄재를 갖고, 표층측을 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 강고한 피복층으로 하는 탄재 내장 소결광이 제조된다.

소결 처리 후에는, 형성된 탄재 내장 소결광과 종래의 소결광이 혼재된 소결 케이크를 파쇄하고 정립하여, 일정한 입경 이상의 것을 성품으로서 회수한다. 탄재 내장 소결광의 주위에 종래의 소결광이 융착된 상태에서 탄재 내장 소결광이 회수되지만, 고로에서의 제철 원료로서의 사용에 있어서는 전혀 문제가 되지 않는다.

또한, 탄재 내장 조립 입자는, 종래의 소결 원료 의사 입자보다 입자경이 크기 때문에, 소결기의 팰릿으로의 장입시의 편석에 의해, 소결시의 온도가 팰릿의 상층측보다 높아지기 쉬운 위치인, 팰릿 중층측 및 팰릿 하층측에 많이 존재하여, 탄재 내장 조립 입자 및 종래의 소결 원료의 소결 반응을 충분히 진행시킬 수 있다.

철 함유 원료의 분말로서 철광석 분말만을 사용한 경우에는, 탄재 내장 소결광은, 제철 더스트나 밀 스케일 등의 금속철을 함유하는 산화철 분말을 사용하고 있지 않고, 또한, 기존의 소결기를 이용하여 제조할 수 있으므로, 새로운 소성 설비를 준비하지 않고, 생산량이 제한되지 않고 대량으로 생산하는 것이 실현된다.

따라서, 본 발명에 있어서는, 철 함유 원료의 분말로서 철광석 분말만을 사용하고, 탄재 핵의 주위를 피복하는 혼합 분말로서, 철광석 분말과 CaO 함유 원료의 분말로 이루어지는 혼합 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

탄재 내장 조립 입자의 제조에 있어서, 조립기에 공급하는 조립 원료 (탄재와 혼합 분말과 수분을 합한 것) 의 수분 함유량을 8 ∼ 10 질량％ 로 조정함으로써, 종래부터 사용되고 있는 조립기, 예를 들어, 디스크 펠릿타이저 또는 드럼 믹서 중 어느 것 또는 양방을 사용하여 조립할 수 있다.

본 발명에 있어서, 조립시의 수분 함유량의 상한을 10 질량％ 로 하는 것은, 수분이 과잉이 되면, 조립기 내에서 규정 입경의 직경 24.0 ㎜ 를 크게 상회하는 조대 조립 입자가 생성되어, 이 조대 조립 입자의 생성을 방지하기 위해서이다. 즉, 조립시의 수분 함유량이 10 질량％ 를 초과하면, 분말상의 철 함유 원료 사이의 공극을 가교 수분 이상의 수분이 채우게 되고, 수분이 윤활제와 같은 역할을 담당하는 점에서, 이 조대 형성 입자는 강도가 매우 약하고, 소결층 내에서 주위의 장입 원료에 의한 부하 하중에 의해 피복층이 부서져 탄재 핵이 노출되어, 연소에 의해 탄재 핵이 없어져 버리기 때문이다. 또한, 조대 조립 입자의 피복층이 부서짐으로써, 소결층 내에 있어서의 공기의 통로가 막혀, 소결 프로세스로서의 통기성을 저해시킬 가능성도 있다.

한편, 조립시의 수분 함유량의 하한을 8 질량％ 로 한 것은, 조립시의 수분이 8 질량％ 미만이 되면, 철 함유 원료의 분말의 입자끼리를 결합시키는 가교로서의 수분이 부족하여, 처음부터 조립 입자가 형성되지 않거나, 또는, 강도가 매우 낮은 조립 입자가 되어 버린다. 이 경우에도, 수분이 과잉인 경우와 동일하게, 소결층 내에서 조립 입자의 피복층이 부서져, 탄재 핵이 노출되어 연소에 의해 없어져 버리기 때문이다.

탄재 핵이 없어진 경우에는, 전술한 바와 같은 철 함유 원료와 탄재의 근접 배치에 의한 반응의 고속화 현상은 없어져, 피환원성의 향상 효과는 얻어지지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 제철 더스트나 밀 스케일 등의 금속철을 함유하는 산화철 분말을 사용하지 않아도, 탄재 핵의 주위를 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 혼합 분말로 피복한 2 층 구조의 탄재 내장 소결광을 제조하는 것이 실현된다.

또, 탄재 내장 조립 입자의 조립시에 있어서의 수분 함유량을 8 ∼ 10 질량％ 로 하므로, 소결기 내에서, 탄재 내장 조립 입자를, 종래의 소결광 제조용의 소결 원료 의사 입자와 함께 소성할 때에, 주위의 장입 원료에 의한 부하 하중에도 견딜 수 있는 강도를 갖는 탄재 내장 조립 입자를 제조하는 것이 가능해진다. 이로써, 탄재 내장 조립 입자의 외층이 부서져 탄재 핵이 노출되는 것이 방지되어, 효율적으로 탄재를 소결광 중에 잔류시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 설명의 범위에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어, 탄재 내장 조립 입자의 소성용 열원으로서, 종래의 소결 원료 의사 입자에 함유되는 고체 연료의 연소열에 더하여, 기체 연료를 공급하는 소결 기술이나, 나아가서는, 산소 가스를 부화 (富化) 시켜 공급하는 소결 기술도 이용할 수 있다.

실시예 1

조립시의 수분량을 변경하여 2 층 구조의 탄재 내장 조립 입자를 제조하고, 제조된 탄재 내장 조립 입자와, 별도로 제조한 종래의 소결광의 원료인 소결 원료 의사 입자를 혼합하고, 혼합된 탄재 내장 조립 입자 및 소결 원료 의사 입자를 소결기로 소결 처리하여, 탄재 내장 조립 입자 및 탄재 내장 조립 입자가 소성되어 얻어지는 탄재 내장 소결광에 미치는 조립시의 수분량의 영향을 조사하는 시험을 실시하였다. 2 층 구조의 탄재 내장 조립 입자는, 도 1 에 나타내는 조립 설비를 사용하여 제조하였다.

2 층 구조의 탄재 내장 조립 입자로는, 탄재 핵으로서, 입자 직경이 4 ∼ 5 ㎜ 인 건조 코크스를 사용하고, 탄재 핵의 외주를 피복하는 피복층을 형성하는 철 함유 원료의 분말로서, 입자 직경이 250 ㎛ 이하인 건조 펠릿 피드 분말 (헤마타이트 (Fe₂O₃) : 97.7 질량％) 을 사용하였다. 또, 탄재 핵의 외주를 피복하는 피복층을 형성하는 CaO 함유 원료의 분말로서, 융점 조정제로서의 입자 직경이 200 ㎛ 이하인 생석회 분말 (CaO) 을 사용하였다. 이들 원료를 조립기에 장입하여 혼합하고, 스프레이 노즐을 통하여 조립기 내의 원료에 수분을 첨가하여, 피복층의 두께가 3 ㎜ 이상 또한 입자 직경이 12 ∼ 16 ㎜ 가 되도록 조립한 조립 입자를 제작하여, 시험에 사용하였다. 조립시의 탄재 내장 조립 입자의 수분 함유량은 6 ∼ 11 질량％ 의 범위에서, 수준 1 ∼ 6 의 6 수준으로 변경하였다. 표 1 에, 수준 1 ∼ 6 에 있어서의 조립시의 탄재 내장 조립 입자의 수분 함유량을 나타낸다.

한편, 종래의 소결광의 원료인 소결 원료 의사 입자로는, 조립 원료로서, 철광석 분말과, CaO 량이 소결 원료 의사 입자 중의 10 질량％ 가 되는 양의 부원료로서의 석회석 분말과, 코크스량이 소결 원료 의사 입자 중의 5 질량％ 가 되는 양의 고체 연료로서의 코크스 분말을 사용하였다. 이들 원료를 드럼 믹서에 장입하고, 교반·혼합하여 산술 평균 직경으로 2.9 ㎜ 의 입자 직경으로 조립한 소결 원료 의사 입자를 제작하여, 시험에 사용하였다.

이와 같이 하여 제작한 수준 1 ∼ 6 의 각 탄재 내장 조립 입자의 압괴 강도를 JISM 8717 에 규정되는 방법을 사용하여 측정하였다. 또, 제작한 수준 1 ∼ 6 의 각 탄재 내장 조립 입자와 소결 원료 의사 입자를, 탄재 내장 조립 입자 : 소결 원료 의사 입자 ＝ 2 : 8 의 비율로 혼합하고, 혼합한 탄재 내장 조립 입자 및 소결 원료 의사 입자를 격자상의 원판을 갖는, 높이 ; 400 ㎜ × 직경 ; 300 ㎜ 의 냄비형 소결 시험 장치로 소결 처리를 실시하였다.

도 2 에, 탄재 내장 조립 입자의 조립시에서의 수분 함유량과 압괴 강도의 관계를 나타낸다. 탄재 내장 조립 입자의 피복층이, 소결층 내 하층에서 부서지지 않고 주위의 장입 원료로부터 받는 부하 하중에 견딜 수 있는 강도로는, 1.0 ㎫ 이상이 필요하다고 계산된다. 도 2 로부터, 조립시의 탄재 내장 조립 입자의 수분 함유량이 8 ∼ 10 질량％ 이면, 압괴 강도는 1.0 ㎫ 이상이고, 상기 조건을 만족하는 것을 알 수 있었다.

도 3 에, 탄재 내장 조립 입자의 조립시에서의 수분 함유량과 소결층 내 하층에 있어서의 최고 도달 온도의 관계를 나타낸다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 수분 함유량이 8 ∼ 10 질량％ 의 범위인 경우에는 최고 도달 온도가 1340 ℃ 이하인 것에 비교하여, 수분 함유량이 6 질량％, 7 질량％, 11 질량％ 인 경우에는, 최고 도달 온도가 상승하고 있는 것을 알 수 있다. 소결 처리가 동시에 실시되는 종래의 소결광의 원료인 소결 원료 의사 입자는, 혼합된 분말 코크스의 배합량이 어느 조건에 있어서도 동일하다. 따라서, 수분 함유량이 6 질량％, 7 질량％, 11 질량％ 인 조건에서는, 탄재 내장 조립 입자의 피복층이 부서져, 내부의 탄재 핵이 일부 연소되고, 이로써 최고 도달 온도가 상승한 것이라고 생각된다.

또, 도 4 에, 탄재 내장 조립 입자의 조립시에서의 수분 함유량과, 탄재 내장 소결광의 피환원성 및 탄재 내장 소결광의 잔류 탄소 농도의 관계를 나타낸다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 수분 함유량이 6 질량％, 7 질량％, 11 질량％ 인 조건에서 잔류 탄소 농도가 저하되어 있었다. 상기 도 3 의 결과를 포함하여, 수분 함유량이 6 질량％, 7 질량％, 11 질량％ 인 조건에서는, 내부의 탄재 핵이 일부 연소하고 있는 것을 알 수 있다. 또, 탄재 내장 소결광의 잔류 탄소 농도가 감소함으로써 피환원성이 저하되었다.

실시예 2

조립 전의 혼합 분말에 미리 첨가한 수분과, 조립시에 스프레이 노즐로 첨가한 수분의 합계값이, 실시예 1 의 시험에 있어서 높은 압괴 강도를 나타낸 9 질량％ 가 되도록, 양자의 비를 수준 11 ∼ 14 의 4 종류로 변경하여, 실시예 1 과 동일한 방법으로 2 층 구조의 탄재 내장 조립 입자를 제작하고, 제작한 탄재 내장 조립 입자의 압괴 강도를 조사하는 시험을 실시하였다. 탄재 내장 조립 입자의 원료는, 탄재 핵, 철 함유 원료의 분말 및 CaO 함유 원료의 분말 모두, 실시예 1 에서 사용한 원료와 동일하다.

표 2 에, 수준 11 ∼ 14 에 있어서의, 혼합 분말에 미리 첨가한 수분 및 조립시에 스프레이 노즐로 첨가한 수분의 내역을 나타낸다.

도 5 에, 수준 11 ∼ 14 에 있어서의 탄재 내장 조립 입자의 압괴 강도를 나타낸다. 도 5 로부터도 명백한 바와 같이, 어느 수준에 있어서도 탄재 내장 조립 입자의 압괴 강도에 큰 변화는 없는 것을 알 수 있다. 따라서, 탄재 내장 조립 입자의 조립시에 있어서의 수분 함유량은, 혼합 분말이 미리 포함하고 있었던 수분이어도, 조립시에 첨가하는 수분 중 어느 쪽이어도 상관없이, 그 합계값이 중요하다는 것을 알 수 있었다.

1 : 조립 설비
2a, 2b, 2c : 호퍼
3a, 3b, 3c, 3d : 반송기
4 : 혼련기
5 : 조립기
6 : 급수용 펌프

Claims (6)

1. 철 함유 원료의 분말과 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 혼합 분말로 탄재 핵이 피복된 2 층 구조를 갖는 탄재 내장 조립 입자를 소결기의 팰릿으로 소성하여 탄재 내장 소결광을 제조하는 소결광의 제조 방법으로서,
   상기 탄재 내장 조립 입자는, 조립시에 있어서의 수분의 함유량이, 상기 탄재 핵과 상기 혼합 분말과 수분의 합계 질량의 8 ∼ 10 질량％ 이고,
   상기 철 함유 원료의 분말과 상기 CaO 함유 원료의 분말을 포함하는 상기 혼합 분말을, 상기 수분의 액 가교력에 의해 상기 탄재 핵 상에 피복하고,
   상기 탄재 핵을 피복하는 상기 혼합 분말에 의한 피복층의 두께가 3 ㎜ ~ 7 ㎜ 인 소결광의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 철 함유 원료의 분말이 철광석 분말이고, 상기 혼합 분말은, 철광석 분말과 CaO 함유 원료의 분말로 이루어지는 소결광의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄재 내장 조립 입자를, 철 함유 원료, CaO 함유 원료, 고체 연료 (탄재) 에 물을 첨가하고, 혼합하여 조립한 의사 입자의 소결 원료와 함께, 상기 소결기의 팰릿으로 소성하는 소결광의 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 의사 입자의 소결 원료는, 추가로, CaO 함유 원료 이외의 융점 조정제로서의 부원료를 포함하고 있는 소결광의 제조 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 탄재 내장 조립 입자에 함유되는 수분의 일부는, 조립 전의 상기 혼합 분말에 미리 포함되어 있는 소결광의 제조 방법.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 탄재 내장 조립 입자에 함유되는 수분의 일부는, 조립시에 새롭게 첨가되는 소결광의 제조 방법.

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