KR19980039091A

KR19980039091A - 고강도 비소성 펠릿의 제조방법

Info

Publication number: KR19980039091A
Application number: KR1019960058048A
Authority: KR
Inventors: 김태동; 김성완; 주진남
Original assignee: 김종진; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 1998-08-17
Also published as: KR100226944B1

Abstract

본 발명은 철광석 또는 함철더스트류를 주체로 하고 수경성 결합제를 혼합하여 비소성 펠릿을 제조하는 방법에 관한 것으로써, 제철소등에서 폐기되고 있는 석회슬러리를 조립용 첨가수로 사용함으로써, 폐자원의 활용과 비소성 펠릿의 강도를 향상시킬수 있는 비소성 펠리의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 철광석 또는 함철더스트와 수경성 결합제를 혼합한 후, 조립용 첨가수를 첨가하여 배합원료를 조립한 다음, 양생하여 비소성 펠릿을 제조하는 방법에 있어서, 상기 조립용 첨가수 대신에 첨가하는 고강도 비소성 펠릿의 제조방법을 그 요지로 한다.

Description

[발명의 명칭]

고강도 비소성 펠릿의 제조방법

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 철광석 또는 함철더스트류를 주체로 하고 시멘트류 및 제철 슬래그류를 결합제로 하여 비소성 펠릿을 제조하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 제철소등에서 폐기되고 있는 석회슬러리를 조립수용으로 사용하여 고강도 비소성 펠릿을 제조하는 방법에 관한 것이다.

석회슬러리는 제철소등에서 폐기되고 있는 물질로써, 석회석의 불순물을 물로 세척하는 과정에서 발생한 미세입자와 세척수가 혼합된 슬러리와 석회석을 원료로 한 생석회 제조과정에서 발생된 더스트함유 배가스를 물로 집진하는 과정에서 발생된 슬러리 등과 이들이 혼합된 슬러리 등을 들 수 있다. 이 슬러리는 부피가 크기 때문에 그대로 폐기하지는 못하고, 이 슬러리를 농축조에서 농축한 후 프레스 필터나 진공 드럼 필터등으로 탈수한 함수율 약 30%정도인 슬리지 케이크로 한후, 매립장에서 매립처리 하고, 여액은 재순환하여 공정수로 사용하면서 증발분만 보충하고 있는 실정이다.

한편, 제철공정 중 분말상 철광석이나 함철더스트류를 주체로 하고 수경성 결합제를 첨가한 비소성 괴상화물의 제조공정은 미분 철광석류, 더스트류 등의 주원료에 결합제인 시멘트류(보통 시멘트, 시멘트 클링커, 조강시멘트 등)혹은 슬래그 및 첨가제류(고로 수쇄슬래그, 석고, 생석회등)를 혼합기에서 혼합한 후 이 배합원료를 전동조립형 조립기(디스크 펠리타이저, 드럼 펠리타이저)에 공급하면서 보통의 담수를 살수하여 배합원료를 소정의 크기로 조립한 후 일정한 장소에 적치하여 양생시켜 강고한 괴상화물을 제조시키는 것이다. 이러한 방법으로 제조된 비소성 펠릿은 그 제조공정의 특성상 타 괴성광제조법에 비하여 제조비 저감 및 공해요인의 감소측면에서 그 효과가 크다는 것이 일반적으로 알려져 있다.

비소성 펠릿의 제조에 관하여 지금까지 공개된 특허나 조업기술에 의하면, 제철 및 제강용의 장입물로 사용하는 비소성 펠릿에 가장 필요한 품질은 강도이며, 대체적으로 고로용은 약 150㎏f이상, 제강용은 약 30-50㎏f 이상 수준을 목표 강도로 관리하고 있다. 이러한 실용적인 강도의 비소성 펠릿을 제조하기 위하여 첨가되는 시멘트류나 수쇄슬래그류의 양은 고로용 펠릿의 경우 약 10중량%, 제강용 펠릿의 경우 약 5중량%이며, 또한 일반적인 야드 양생장에서의 양생기간은 조강시멘트류를 사용할 경우 약 10일, 보통 시멘트류를 사용할 경우 최대 약 28여일의 장시간이 소요되기 때문에 비소성 펠릿의 강도를 높일 수 있는 개선방안이 요구된다.

석회슬러리로부터 분리된 고체입자, 즉 슬러지는 화학성분상으로는 석회석 광석과 유사하여 유용한 원료로 간주할 수 있으나, 다음과 같은 문제점들 때문에 폐기되고 있다. 즉 슬러지는 그 입도가 극히 미세하고 함수율이 높아 수송, 혼합, 분급 등의 취급성이 나쁘기 때문에 제철용이나 다른 소재용으로 그대로 재활용하기에 곤란하고, 또한 별도의 설비에서 건조하여 분쇄처리를 하면 소결용 융제나 다른 용도의 원료로 사용할 수 있으나, 그 처리 경비 때문에 결국은 폐기되고 있다.

한편, 비소성 펠릿 제조공정에서는 소요 강도에 도달되기 까지의 양생 시간을 단축하기 위한 공지 기술(NKK Technical Report, 1984, No.40, p.77, NKK-CORAC Process)로서는 이단의 반응로에 펠릿을 장입하여 양생시키는 방법이 있다. 이방법에서는 펠리타이저에서 조립직후 배출된 생펠릿을 1차 반응로에 장입하여 150℃이하의 온도에서 건조-스팀 양생-탄산화반응이 일어나도록 조작하고, 이를 다시 2차 반응로에 장입하여 250℃ 이하의 온도에서 탄산화반응이 일어나도록 조절한 후 펠릿을 배출하면 약 10여 시간의 짧은 양생 시간을 통해 최종 성품 펠릿은 약 150㎏f 이상의 강도를 갖게 되나, 이러한 방법은 반응로와 가열 및 탄산가스 공급장치 등의 부대 설비가 많이 소요되는 단점이 있다. 한편 결합제로 보통 시멘트를 조강 시멘트로 대체하는 경우에도 양생기간은 단축되나 조강 시멘트의 가격이 현저하게 고가이기 때문에 일정량 이상 대체하기가 곤란한 실정이다.

이에 본 발명자들은 상기한 종래기술들의 제반문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 철광석 또는 함철더스트류를 주체로 하고 수경성 결합제를 혼합하여 비소성 펠릿을 조립하는 단계에서 제철소 등에서 폐기되고 있는 석회슬러리를 조립용 첨가수로 사용함으로써, 폐자원의 활용과 비소성 펠릿의 강도를 향상시킬수 있는 비소성 펠릿의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 철광석 또는 함철더스트와 수경성 결합제를 혼합한 후, 조립용 참가수를 첨가하여 배합원료를 조립한 다음, 양생하여 비소성 펠릿을 제조하는 방법에 있어서, 상기 조립용 첨가수 대신에 Ca⁺²을 함유하고 알카리성인 석회슬러리를 첨가하는 것을 특징으로 하는 고강도 비소성 펠릿의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 석회슬러리를 비소성 펠릿을 조립할 때 사용하는 첨가수로 활용하는 일련의 실험을 통하여, 비소성 펠릿의 배합원료에 석회슬러리를 첨가하여 조립하면 석회슬러리 중의 유용성분을 회수하면서도 비소성 펠릿의 강도를 개선하게 되는 효과를 확인하였다.

비소성 펠릿 제조시, 분말상의 철광석이나 함철 더스트류 등을 주체로하는 원료에 결합제로 수경성 물질, 예를들어 시멘트류, 슬래그류와 석고 혹은 생성회의 혼합물을 혼합하고, 이 혼합물을 디스크형이나 드럼형의 펠리타이저에 공급하면서 동시에 석회슬러리를 살수하여 소정의 입도로 조립한 생펠릿을 펠리타이저에 배출한 다음 적당한 양생처리를 하여 최종 성품 비소성 펠릿을 제조하게 된다.

본 발명에 따라 비소성 펠릿을 제조하는 경우에는 결합제로서 수경성 결합제를 사용해야 한다.

본 발명에 바람직하게 적용될수 있는 수경성 결합제로는 시멘트류와, 슬래그류와 석회 또는/ 및 생석회의 혼합물 등을 들 수 있다.

상기 시멘트류로는 보통시멘트 및 조강시멘트 등을 들 수 있고, 슬래그류로는 고로 수쇄슬래그 등을 들 수 있다.

본 발명에 있어 조립용 첨가수와 대체되는 석회슬러리로는 Ca⁺²:165∼607ppm, PH:9.3∼12.2 및 고형물:3.5∼43중량%를 함유하고, 그리고 상기 고형물의 입도가 128μ이하의 입경을 90%이상 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어 보다 바람직하게 사용될수 있는 석회슬러지로는 석회석의 불순물을 물로 세척하는 과정에서 발생한 미세입자 세척수가 혼합된 슬러리와 석회석을 원료로한 생석회 제조과정에서 발생된 더스트함유 배가스를 물로 집진하는 과정에서 발생된 슬러리가 서로 혼합된 석회 슬러리를 들수 있으며, 이 석회슬러리 및 탈수한 석회슬러리의 물성은 각각 하기표 1 및 표 2와 같다.

석회슬러리의 수질분석결과(단위:ppm)

Ca⁺²	Na⁺¹	K⁺¹	pH(-)	고형물(중량%)
165-607	83-159	110-148	9.3-12.2	3.5-43

석회슬러지(고형물)의 화학 성분 및 입도분포(단위:중량%)

화 학 성 분CaO SiO₂MgO Al₂O₃	입 도 분 포-24μ -64μ -128μ +128μ
46.8 2.1 5.1 0.9	61.4 26 11.5 1.1

한편, 일반적으로, 비소성 펠렛제조시, 배합원료에 물을 첨가하여 조립한 생펠릿 단계에서의 수분함량은 원료종류 및 입도 등에 따라 대소차이는 있지만, 대체적으로 5∼15% 수준이다.

본 발명에 따라 비소성 펠릿을 제조하는 경우에도 조립한 생펠릿 단계에서의 수분함량이 5∼15%가 되도록 석회슬러리를 첨가하는 것이 바람직하다.

수경성 결합제를 첨가한 비소성 펠릿의 일반적인 경화기구는 다음과 같다. 비소성 펠릿에 있어서 초기인 생펠릿 단계에서의 강도는 조립용으로 첨가된 물과 미분 입자간의 계면화학적인 결합력과 모세관 힘, 그리고 첨가된 결합제가 물에 의해 콜로이드상으로 분산되어 펠릿 내 공극을 충전함에 의해 나타나며, 그 이후 양생과정에서 펠릿의 강도는 결합제에 따라 다소 다르게 나타난다. 비소성 펠릿의 결합제로 시멘트류를 사용하는 경우 펠릿의 강도는 주로 시멘트 구성광물과 물과의 수화반응, 즉, 시멘트류 중의 CaO-SiO₂, CaO, CaO-SiO₂-Al₂O₃등의 화합물이 물과 반응하여 CaO(OH)₂, CaO-SiO₂-H₂O계, CaO-SiO₂-Al₂O₃-H₂O계 등의 수화물을 생성하는 반응에 의해 나타난다.

그리고 결합제로 고로 수쇄슬래그와 석고를 첨가하는 경우에는 슬래그로부터 용출된 CaO 성분 및 Al₂O₃성분, SiO₂성분들이 CaSO₄의 존재하에서 3CaO·Al₂O₃.3CaSO₄·32H₂O인 화합물과 CaO-SiO₂-H₂O계의 수화물이 생성되면서 펠릿의 강도가 충진되는 것으로 알려져 있다. 따라서 결합제로 슬래그류를 사용할 때에는 일반적으로 석고, 생석회, 소석회, 수산화 나트륨 등의 알칼리성 화합물을 선택적으로 병행 사용하여 슬래그의 수화반응을 촉진시킨다.

본 발명에서와 같이 석회 슬러리를 비소성 펠릿의 조립수로 사용했을 때 펠릿의 강도가 개선되는 것은 석회 슬러리의 경우 슬러리 내에 극히 미세한 더스트 입자들이 현탁상태로 존재하고 있으며, 또한 그 수용액에는 생석회에서 기인하는 Ca이온이 용존하고 있기때문인 것으로 생각된다. 즉 석회 슬러리를 사용할 경우 펠릿중의 공극에 슬러리 중의 미립자가 잘 분산 존재하게 되어 펠릿의 충전 밀도를 높이는 작용을 하며, 또한 그 수용액 중에 추가로 존재하는 Ca이온이 각종 수경성 결합제의 수화반응을 촉진하는 역할 한다는 점, 그리고 일반적으로 수용액이 알칼리성이 되면 수용액의 점도가 커져서 입자간의 결합력을 크게 할수 있다는 점 등이 복합적으로 작용하여 비소성 펠릿의 강도를 높게 하는 효과를 나타낸다고 생각된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

비소성 펠릿을 제조하기 위하여 함철 원료로 티탄철광석과 소결 및 고로 공정에서 발생하는 더스트류를 하기 표 3에 나타낸 바와 같이 혼합하였고, 결합제는 첨가량을 10%로 일정하게 하면서 그 종류는 하기 표 4에 나타낸 바와 같이 3종류로 하였으며, 조립용으로 첨가되는 물은 비교예인 종래의 담수와 발명예인 상기 표 1 및 표 2와 같은 석회 슬러리를 사용하였다. 물의 첨가량은 종류에 관계없이 생펠릿의 수분이 12%가 되도록 하였으며, 이를 상온에서 펠릿의 수분이 약 5%이상 유지되도록 하면서 양생시켰다. 발명예의 효과를 조사하기 위하여 생펠릿과 양생도중 7일, 14일, 21일 째의 펠릿에 대한 압축강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

비소성 펠릿용 배합원료의 배합비(단위:중량%)

철광석	소결-더스트	고로 원료더스트	고로-주상더스트	고로-습더스트	결합제
12	24	16	19	19	10

상기 표 5에 나타난 바와같이, 비소성 펠릿 제조시 수경성 결합제의 첨가량을 동일하게 하고 그 종류를 변화시킨 결과, 펠릿의 압축강도는 조강시멘트, 보통시멘트, 슬래그 혼합물의 순으로 높은 경향을 보이고 있으며, 또한 세 경우 모두 첨가수를 담수에서 본 발명에서와 같이 석회 슬러리로 대체 사용하는 것이 펠릿의 압축강도를 개선하는데 유효한 방법임을 알 수 있다.

즉, 제철소에서 폐기되는 석회 슬러리를 비소성 펠릿 제조시 조립수로 사용하면, 수경성 결합제의 종류에 관계없이 담수를 사용한 경우에 비하여 펠릿의 강도가 개선되었는데, 21일 양생 후의 압축강도로 보면 결합제로 보통시멘트, 조강시멘트, 슬래그 혼합물을 사용한 경우에 각 7.1%, 6.6% 및 10.6%의 강도 개선효과가 나타남을 알 수 있다. 또한, 비소성 펠릿의 조립수로 석회슬러리를 사용하면 수경성 결합제 종류에 따라 그 개선효과는 차이가 있지만, 전체적으로 압축강도가 결합제 종류에 따라 그 결합제로 슬래그 혼합물을 사용하는 경우 압축강도의 절대치는 다른 수경성 결합제의 경우에 비하여 다소 낮지만, 압축강도 개선효과는 가장 큰 것을 알 수 있다.

Claims

철광석 또는 함철더스트와 수경성 결합제를 혼합한 후, 조립용 첨가수를 첨가하여 배합원료를 조립한 다음, 양생하여 비소성 펠릿을 제조하는 방법에 있어서, 상기 조립용 첨가수 대신에 Ca⁺²을 함유하고 알칼리성인 석회슬러리를 첨가하는 것을 특징으로 하는 고강도 비소성 펠릿의 제조방법.
제 1항에 있어서, 석회슬러리가 Ca⁺²:165-607ppm, pH:9.3∼12.2 및 고형물:3.5∼43중량%를 함유하고, 그리고 상기 고형물의 입도가 128μ이하의 입경은 90%이상 갖고, 그리고 석회슬러리의 첨가량이 조립한 생펠릿 단계에서의 수분함량이 5-15%되도록 선정되는 것을 특징으로 하는 고강도 비소성 펠릿의 제조방법
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 석회슬러리가, 석회석의 불순물을 물로 세척하는 과정에서 발생한 미세입자와 세척수가 혼합된 슬러리와 석회석을 원료로 한 생석회 제조과정에서 발생된 더스트 함유 배가스를 물로 집진하는 과정에서 발생된 슬러리가 혼합된 석회슬러리임을 특징으로 하는 고강도 비소성 펠릿의 제조방법