KR19990053148A - 발열성 함철물질을 첨가한 철광석 소결광 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열성 물질을 첨가한 철광석 소결광 제조 방법에 관한 것으로서,철광석과 각종 철원 잡원료 및 석회석 등의용재를 배합원료로 하여 소결하는 공정에서, 제철소 내에서 발생하는 발열성 함철 물질을 배합원료의 약 10-20%첨가하여 소결하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법에 관한 것으로서 본 발명에 의하면, 소결 배합원료로 사용하는 함철 잡원료 중의 일부 물질들은 잡원료에 함유된 화학 조성의 특성 상 분코크스나 무연탄 보다는 낮지만 상당한 발열량을 갖고 있어 이들 발열성 함철 물질들로 고체 연료를 대체 사용함으로써 코크스를 첨가하지 않고 소결광을 제조할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Description

발열성 함철물질을 첨가한 철광석 소결광 제조방법.

본 발명은 발열성 물질을 첨가한 철광석 소결광 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 철광석을 주 원료로 한 고로 제철용 소결광을 제조하기 위하여 주원료인 분철광석 이외에 분석회석, 규사 등의 용제와 연료인 분코크스 등으로 구성된 소결 배합원료를 수분 및 생석회첨가에 의해 의사입화하고, 이를 소결기에서 연료인 코크스를 연소시켜 소결광으로 제조하는 방법으로 연료인 코크스를 제철소에 발생하는 폐기물(더스트류, 스케일, 슬래그 등)로 대체 사용하는 방법에 관한 것이다.

종래의 철광석 소결법은 분철광석의 괴상화법으로서 가장 보편적으로 채택되고 있는 공정이다. 철광석 소결광의 철원으로 사용하는 물질은 주로 입경 8-10mm 이하인 분철광석과 소결공정에서 발생하는 반광이며, 이외에 제철소에서 부산물 혹은 폐기물로 발생하는 잡원료들, 즉 제강슬래그 중 철분이 높은 입자를 자력선별한 자선분광, 압연공정의 강제에서 박리된 산화피막인 밀스케일, 그리고 철분을 함유한 더스트와 슬러지 들도 철광석 양의 최대 약 5% 정도를 사용하고 있다.

또한 융제인 석회석이나 규석 등은 배합원료의 융점을 낮추고 소결광의 품질을 확보하기 위하여 사용하는데, 일반적으로 석회석은 입경 3-5mm 이하의 것을 규석은 입경 1-3mm 이하의 것을 사용하고 있다.

한편, 소결배합원료의 열원인 연료는 주로 분코크스를 사용하는데, 또한 코크스 제조공정에서 부산물로 발생되는 침전지 코크스나 극미분 코크스 더스트(일명 coke dry quenching dust)로 리싸이클링 차원에서 소량을 사용한다. 소결공정에서 사용하는 분코크스는 코크스공장에서 제조한 괴코크스 중 고로 장입용의 것을 파쇄 및 정립하는 단계에서 발생한 체밀광을 다시 입경 약 3-5mm 이하로 파쇄한 것이다. 최근의 소결공정에서는 소결광 분코크스의 부족한 것을 보충하기 위하여 또는 분코크스에 포함되 질소(N)성분이 소결배기 가스 중의 질소산화물(NOx)로 배출되는 양을 저감하고자 질소함량이 낮은 무연탄을 사용하기 위하여 분코크스의 일부를 무연탄으로 대채 사용하기도 한다.

전술한 바와 같은 철광석등의 주원료, 석회석 등의 용재, 분코크스 등의 연료 등의 소결 배합원료는 소결공정 중 수분이 살수되는 드럼 믹서에 투입되어 혼합된 후 평균입경 약 2-4mm의 의사입자로 조립되고, 이후 이송 및 저장과정을 거쳐 소결기 대차에 장입된다. 분코크등의 연료가 혼재되어 있는 의사입자 들이 장입된 대차에 착화된후 하방흡입에 의해 의사입자 중의 분코크스들이 연소되어 의사입자층 내의 온도가 최대 1350-1450℃에 도달하면서 입자간의 소결반응을 일으켜 대차 내의 장입물들은 커다란 괴가 된다. 이 소결괴는 연속적으로 배출되면서 파쇄 및 정립과정을 거쳐 고로용 소결광이 되고, 일정 크기 이하의 분 소결광은 반광으로써 다시 소결용 철광석 배합원료와 혼합처리 된다.

전술한 일반적인 소결공정에서 소결 배합원료에 첨가되는 분코크스나 무연탄의 첨가량은 약 3-5% 범위내에서 배합된 각종 원료의 특성과 조성 그리고 소결기내에 장입된 의사입자층의 상태들에 따라 조정된다. 연료 물질 중 고정 탄소(fixed carbon)함량은 분코크스의 경우 약 85-90%이고, 무연탄은 약 75-90%이며, 리사이클링 차원에서 소량 사용하는 침전지 코크스나 극미분 코크스 더스트는 근본적으로 크코스와 동일한 물질인 코크스의 분화물이므로 성분상의 차이는 미미하다.

소결 공정에서 분코크스나 무연탄은 소결 배합원료로 소결광을 제조하는데 없어서는 안될 연료로 작용하나 모두 고가인 문제점이 있으며, 또한 이들 물질이 대기 중에서 연소될 때에 다량의 질소산화물(NOx)이 생성되어 소결 배가스로써 대기 중에 배출된다는 문제점이 있다. 소결공정을 모사한 비연속적인 실험적인 소결광 소결광제조 시험을 하는 과정에서는 질소산화물의 순간적인 최대 농도는 약 300-350ppm 수준에 달한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소결공정에서 사용하는 고가의 연료를 대체할 수 있는 물질들을 조사하는 과정에서, 소결 배합원료로 사용하는 함철 잡원료 중의 일부 물질들은 잡원료에 함유된 화학 조성의 특성 상 분코크스나 무연탄 보다는 낮지만 상당한 발열량을 갖고 있는데 착안하여 이들 발열성 함철 물질들로 고체 연료를 대체 사용함으로써 코크스를 첨가하지 않고 소결광을 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 목적은 철광석과 각종 철원 잡원료 및 석회석 등의용재를 배합원료로 하여 소결하는 공정에서, 제철소 내에서 발생하는 발열성 함철 물질을 배합원료의 약 10-20%첨가하여 소결하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법에 의하여 달성된다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자는 소결공정에서 사용하는 고가의 연료를 대체할 수 있는 물질들을 조사하는 과정에서, 소결 배합원료로 사용하는 함철 잡원료 중의 일부 물질들은 잡원료에 함유된 화학 조성의 특성 상 분코크스나 무연탄 보다는 낮지만 상당한 발열량을 갖고 있는데 착안하여 이들 발열성 함철 물질들로 고체 연료를 대체 사용함으로써 코크스를 첨가하지 않고 소결광을 제조하는 방법을 고안하게 되었다.

통상의 소결조업에서 소결 배합원료에 첨가하는 분코크스나 무연탄 등의 첨가량은 약 3-5%에 달하므로, 본 발명자는 종래 첨가하는 양의 연료 물질을 대체할 수 있는 발열성 함철 물질의 첨가량에 대한 일련의 조사 및 시험을 통하여 적정한 첨가 범위를 설정할 수 있었다.

여기에서 발열성 함철 물질은 제철소내에서 폐기물/부산물로 발생하면서 소결 배합원료로 사용되는 잡원료-철원인 함철더스트류, 자선슬래그, 밀스케일 중 다량의 탄소를 함유하고 있거나, 다량의 금속철 성분을 함유한 물질을 말한다.

함철더스트류는 하기의 표 1에 나타낸 바와 같이 화학 성분에 따라 비발열성 함철더스트류(함철더스트1)와 발열성 함철더스트류(함철더스트2)로 분류할 수 있다. 즉 함철더스트(1)에는 소결공정에서 발생하는 소결-R.E/P더스트와 압연공정에서 발생한 슬러지를 소각처리한 압연-소각회가 있다. 함철더스트(2)에는 고로 공정에서 발생하는 고로-E/P더스트, B/F더스트, D/C더스트 및 슬러지들과 제강공정에서 발생하는 제강 -C/F더스트, 슬러지, E/C더스트, E/P더스트들, 그리고 용융환원공정에서 발생하는 용융로-주상더스트, 슬러지가 있다. 이들 함철더스트(2)의 특징은 화학성분면에서 탄소함유량이 많거나 금속철 함유량이 많은 것들이다. 또한 잡원료 중 더스트류 이외의 발열성 함철 물질로는 자선슬래그와 밀스케일이 있는데, 자선슬래그의 경우에는 금속철함량이 높고, 밀스케일의 경우에는 금속철분 함량은 낮으나 금속철이 1차 산화된 상태인 FeO의 함량이 높아 그 산화발열량이 크기 때문에 발열성 함철 물질로 구분하였다.

각종 철원 및 용재용 잡원료의 화학성분

더스트	T.Fe	M.Fe	CaO	SiO2	MgO	Al2O3	C
<함철더스트(1)>
소결-R.E/더스트	47.4	0.9	14.9	7.1	-	2.6	2.3
압연-소각회	59.2	0.8	1.2	2.4	0.6	0.5	0.9
<함철더스트2>
고로-E/P더스트	37.8	2.2	8.7	6.5	1.4	1.4	23.4
고로-B/F더스트	57.5	1.7	0.4	2.6	0.1	0.1	11.3
고로-D/C더스트	53.3	1.5	4.6	5.3	0.7	0.7	41.5
고로-슬러지	23.1	1.3	2.2	5.1	0.5	0.5	52.0
제강-C/F더스트	78.8	45.6	6.2	1.6	1.1	1.1	0.9
제강-슬러지	53.4	17.2	15.2	1.0	2.4	2.4	2.1
제강-E/C더스트	67.8	48.5	9.0	1.0	1.5	1.5	0.6
제강-E/P더스트	58.9	30.5	11.6	1.9	1.8	1.8	0.5
용융로-주상더스트	57.3	1.2	0.8	2.3	0.2	0.2	41.1
용융로-슬러지	30.4	0.9	6.2	8.3	1.8	1.8	47.8
<철원>
밀스케일	74.2	5.1	1.0	0.9	0.1	0.2	-
제강-자선 슬래그	61.2	47.1	16.7	5.0	2.8	2.1	-
<용재>
제강-분슬래그	23.7	8.2	39.9	10.8	5.8	4.5	-

(소결-R.E/P더스트 : 소결기에서 배출되는 소결괴의 파쇄과정에서 발생하는 분진을 room electrostatic precipitator에서 포집한 것,

고로-E/P더스트 : 고로장입물인 제선언료, 즉 철광석, 소결광, 코크스등의 저광조에서 발생한 분진을 electrostatic precipitator에서 포집한 것,

고로-B/F더스트 : 고로조업의 출선과정에서 주상의 탕도를 통과하는 용선에서 발생하는 분진을 bag filter로 포집한 것,

고로-D/C더스트 : 고로노정으로 배출된 배가스에 함유된 굵은 분진을 1차로 dust catcher에서 포집한 것,

제강-C/F더스트 : 제강조업에서 전로 배가스 중의 굵은 분진을 1차로 clarifier로 분급하여 포집한 것,

제강-E/C더스트 : 제강조업에서 전로 배가스 중의 굵은 분진을 1차로 evaporation cooler에서 포집한 것,

제강-E/P더스트 : 제강조업에서 전로 배가스 중의 미세한 분진을 2차로 electrostaatic precipitator에서 포집한 것)

이하 본 발명의 실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다. 철광석 소결광을 제조하기 위하여 표 2에 나타낸 바와 같이 여러 종류의 배합원료를 준비하였다. 표 2에서 실시예 A는 최근의 소결공장에서 적용하는 배합비와 유사한 기준 예이고, 실시 예 B-F는 본 발명의 요지에 따라 발열성 함철 물질 즉, 함철더스트2, 밀스케일, 자선정광의 배합비를 9-23%까지 변화시킨 것이다.

각종 소결원료의 배합비

	비교예	비교예	발명예	발명예	비교예	비교예
배합원료	실시예 A	실시예 B	실시예C	실시예 D	실시예E	실시예 F
철원	철광석류	73.0	72.66	64.06	63.96	57.66	57.16
	밀스케일	1.78	2.0	4.0	4.0	5.0	2.0
	자선분광	0.51	2.5	4.3	4.1	6.0	2.5
	함철더스트1	1.7	-	1.0	1.0	1.0	15.0
	함철더스트2	1.0	4.5	8.3	8.1	12.0	4.5
융제	석회석	13.79	13.79	13.79	13.79	13.79	13.79
	행석회	1.05	1.05	1.05	1.05	1.05	1.05
	규석	0.74	0.74	0.74	0.74	0.74	0.74
	사문암	2.37	2.37	2.37	2.37	2.37	2.37
	분슬래그	0.39	0.39	0.39	0.39	0.39	0.39
연료	분코크스	3.17	0	0	0	0	0
	무연탄	0.5	0	0	0	0	0
	침전지코크스		0	0.5	0	0	0
계	100	100	100	100	100	100
발열성,함철물질,계	3.29	9.0	16.2	16.2	23.0	9.0

표 2의 배합비에서 함철더스트(1)은 소결 -R.E/P더스트: 압연-소각회=9:1의 비율로 혼합한 것을, 함철더스트(2)는 여러 종류의 발열성 함철더스트 탄소 함량과 금속철분 함량이 가장 많은 고로-슬러지와 제강-슬러지를 선정하여 이들을 1:1로 혼합한 것을 사용하였다.

실시예 A는 본 일연의 실험에서 기준이 되는 배합원료 조건으로, 고체 연료인 분코크스 3.17%와 무연탄 0.5%가 배합되어 있으며, 비발열성인 함철더스트(1)을 17%, 발열성 함철물질인 밀스케일, 자선분광 및 함철더스트(2)을 총 3.29% 포함하고 있다.

실시예 B는 배합원료로 A에서의 고체 연료를 생략하는 대신 발열성 함철 물질(밀스케일2%, 자선분광2.5%, 함철더스트(2) 4.5%)만을 9% 배합한 원료이다.

실시예 C는 고체 연료대신 발열성 함철 물질을 16.6%첨가한 경우이고, 실시예 D는 발열성 함철원료 16.2%와 고체 연료의 일종인 침전지 코크스를 0.5% 추가한 것이다.

실시예 E는 고체 연료대신 발열성 함철물질을 23% 첨가한 경우이고, 실시예 F는 발열성 함철물질 9%, 함철더스트(1) 15%와 침전지코크스 0.5%를 첨가한 것이다.

이들 배합원료도 소결광을 제조했을 때의 소결 생산성과 소결광 품질인 회전강도와 배가스 중 질소산화물의 최고 농도를 하기의 표 3에 나타내었다.

배합원료	비교예	발명예	비교예
	실시예 A	실시예 B	실시예 C	실시예 D	실시예 E	실시예 F
생산성,t/d.m2	26.8	24.1	27.2	27.3	25.4	24.2
회전강도,+3mm%	74.9	70.2	74.5	75.1	74.5	70.5
배가스중 질소산화물,ppm	312	98	103	123	142	101

통상적인 고체 연료를 사용하는 기준 예인 실시A의 경우 소결생산성이 26.8t/d.m2, 회전강도가 74.9%, 질소산화물 농도가 312ppm인데 비하여, 고체 연료를 전부삭감하고 발열성 함철 물질만 16%첨가한 실시예 C의 경우 회전강도는 기준예에 비하여 다소 낮았으나, 생산성은 27.5 t/d.m2으로 현저하게 향상되었고, 배가스 중의 질소산화물 농도도 103ppm으로 현저히 저감되었다. 또한 실시예C와 유사하면서 통상적인 조업에서 사용하는 침전지 코크스를 0.5% 첨가하여 열량을 보충한 실시예 D의 경우에는 기준 예에 비하여 생산성 및 강도가 모두 개선 되었으며, 질소산화물 농도는 다소 증가하였다. 그러나 고체 연료를 삭감하는 대신 발열성 함철 물질의 첨가량을 9%,23%첨가한 경우 실시예 B,E의 경우는 기준 예에 비하여 생산성 및 강도가 저하하였다. 그리고 발열성 함철 물질을 9%첨가하면서 함철더스트 1을 15% 첨가한 실시예 F의 경우에는 소결생산성 및 강도가 가장 낮은 수준이었다. 따라서 통상적인 소결 배합원료에서 사용하는 고체 연료인 분코크스 및 무연탄 등을 전량 발열성 함철 물질로 대체하기 위하여는 발열성 함철물질을 약 10-20% 범위 내에서 첨가하면 종래의 소결조업 성적과 동등하거나 그 이상의 성적을 얻는 소결광을 제조할 수 있다는 것을 알수 있었다.

철광석 소결배합원료의 소결을 위한 연료로 종래 사용하던 분코크스나 무연 탄을 함탄소 및 합금속철 잡원료인 발열성 물질로 대체할 경우, 종래의 방법으로 제조할 때의 소결성-생산성, 소결광회전강도, 배가스중 질소산화물-과 동등하거나 그 이상의 수준에 도달하였다. 즉 발명예인 실시 예C,D의 경우 통상적인 소결광 제조조건인 실시예 A에 대비하여 소결 생산성이 26.8→27.2 ∼27.4t/d.m2으로 소결광의 회전강도가 74.9→74.5∼75.1%로, 배가스 중 질소산화물 농도가 312→103∼132ppm으로 개선된 결과를 얻을수 있었다. 이중 소결생산성 및 소결광 회전강도는 종래의 소결성과 동등 수준으로 인정되며, 배가스 중 질소산화물 농도는 획기적으로 저감된 것으로 인정된다. 이와 같은 발열성 함철물질의 사용효과는 두가지로 볼수 있다. 즉, 종래 사용하던 고가의 고체 연료인 분 코크스나 무연탄을 제철소 자체에서 발생하는 환경 오염물질인 질소 산화물의 양을 대폭 저감시킬 수 있는 점이다. 이 중 고체 연료의 대체는 본 발명에서 사용한 발열성 함철물질의 발열작용에 의한 것이다. 즉 발열성 함철물질 중에 함유된 탄소 성분은 고체 연료에 함유된 고정 탄소분과 동일한 결정구조는 아니지만 소결반응조건하에서 산화발열 작용이 일어나고, 또한 금속철 성분이나 FeO성분은 단계적인 산화물로 산화-즉 Fe→FeO→Fe304→Fe203- 될 때 역시 발열작용이 일어나므로, 소결배합원료의 소결반응에 필요한 열량을 공급할 수 있기 때문이다. 한편, 본 발명의 방법으로 소결할 때 배가스 중의 질소산화물 배출량이 대폭저감되는 원인은 고체 연료와 발열성 함철물질 중의 질소 함량 차이 때문 일것으로 생각된다. 즉 분코크스나 무연탄은 모두 자연상태에서 산출되는 석탄을 원료로 한 것이고, 또한 이 석탄의 기원 물질은 식물이므로 분 코크스에는 약 1.0∼1.3%, 무연탄에는 탄종류에 따라 다르지만 대체적으로 0.2∼1.5%의 질소가 함유되어 있어, 이 질소의 일부가 소결반응에서 질소산화물로 배출된다. 그러나 본 발명에서 연료대신 사용한 발열성 함철물질은 대부분 철광석을 원료로한 소결광, 용선 및 용강을 제조하는 과정에서 발생한 부산물/폐기물이므로 질소분을 극미량만 함유하고 있어서, 본 발명의 방법으로 소결하는 과정에서는 배가스 중 질소산화물의 배출량이 대폭적으로 저감되는 것이라 생각된다.

본 발명에 의하여 소결공정에서 사용하는 고가의 연료를 대체할 수 있는 물질들을 조사하는 과정에서, 소결 배합원료로 사용하는 함철 잡원료 중의 일부 물질들은 잡원료에 함유된 화학 조성의 특성 상 분코크스나 무연탄 보다는 낮지만 상당한 발열량을 갖고 있는데 착안하여 이들 발열성 함철 물질들로 고체 연료를 대체 사용함으로써 코크스를 첨가하지 않고 소결광을 제조할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 철광석과 각종 철원 잡원료 및 석회석 등의 용재를 배합원료로 하여 소결하는 공정에서, 제철소 내에서 발생하는 발열성 함철 물질을 배합원료의 약 10-20%첨가하여 소결하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법.