KR19990066823A - 고탄소 함유 브리켓 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입자물질(particulate material) 전체 중량에 대하여 4% 이상의 산화철을 포함하는 철입자 및 전체 입자물질의 중량에 대하여 2% 이상의 탄소입자로 구성되는 입자물질을 준비하는 단계 ; 및 상기 입자물질의 안정된 덩어리 브리켓(agglomerate briquettes)을 제조하기 위하여 상기 입자물질에 브리케팅 온도와 압력을 가하는 단계로 이루어지는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고탄소 함유 브리켓
본 발명은 철강제조공법에 유용한 원료물질(feed material)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고탄소함유 브리켓과 그의 제조방법에 관한 것이다.
미세하거나 굵은 산화철로부터 철강제조로(iron and steel furnaces)에서 원료물질로 사용되기 되기 위한 적당하게 안정된 덩어리(stable agglomerate)를 제조하는 방법은 잘 확립되어 있으며, 급속도로 확장되는 분야이다. 이러한 덩어리는 적절한 결합입자(cementing particle)나 결합제(binder)를 사용하여 입자를 결합시킴으로써 제조되며, 이는 소결(sintering), 점화(firing), 접착(cementing)의 과정을 거친다. 고온 브리켓팅은 압축공법과 화학적 환원, 열, 압력을 적절히 조합하여 철광석 입자를 덩어리로 만드는 공법이다. 이러한 공법을 사용하여 만들어진 브리켓은 산업적으로 고온브리켓철강(Hot Briquetted Iron ; HBI)으로 통용되고 있다. 결합제를 사용하지 않는 고온브리켓팅 공법은 약 0.01%에서 최대 2%의 탄소를 함유하는 고도로 금속화된 물질을 사용하여 성공적으로 완성되었다. 탄소의 함유량이 2%를 초과하는 경우, 현재 알려진 압축공법으로는 충분히 안정적인 덩어리 물질을 만들어 내지 못한다.
그러므로 탄소의 함유량이 높은 출발물질로부터 브리켓을 제조하는 방법이 요구된다.
그러므로 본 발명의 첫째 목적은 적절하게 안정된 브리켓을 제조하기 위하여 고탄소를 함유하는 철입자를 덩어리로 만드는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 결합제를 첨가하지 않으면서, 용융된 광물찌끼(slag)나 유리질의 상을 함유하지 않은 고탄소 함유의 브리켓을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 철강제조로에서 원료물질로 유용하게 사용되며 물리적 성질이 우수한 고탄소 함유의 브리켓을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적과 잇점은 후술하는 바와 같다.
전술한 목적과 잇점은 본 발명에 의해 용이하게 달성된다.
본 발명은 고탄소 함유의 브리켓을 제조하기 위한 과정을 제공하며, 이 과정은 입자물질 전체 중량의 4% 이상을 차지하는 산화철이 포함된 철입자와 상기 입자물질 전체 중량의 2% 보다 많은 양의 탄소입자로 이루어진 입자물질(particulate material)을 준비하는 단계 ; 및 상기 입자물질의 안정된 덩어리 브리켓을 만들기 위해 상기 입자물질에 브리켓팅 온도와 압력을 가하는 단계로 이루어진다.
또한 본 발명은 금속화된 철과, 브리켓 중량에 대해 4% 이상 함유된 산화철을 포함하는 철입자 ; 및 브리켓 중량에 대해 2.0%보다 많은 양이 함유된 탄소입자의 안정된 덩어리로 이루어진 고탄소 함유 브리켓을 제공한다.
본 발명은 철강제조공법에서 원료물질로 유용하게 사용되는 고탄소 함유 브리켓과 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 다량의 탄소를 함유하는 철입자는 결합제나 그와 유사한 것을 사용하지 않고도 덩어리가 되어 유용한 원료물질인 브리켓이 될 수 있다.
본 발명에 의하면, 고탄소 함유 브리켓 또는 고탄소 브리켓(High Carbon Briquette ; HCB)은 철입자와 탄소입자를 함유하는 입자 물질을 출발물질로 하여 제조된다. 여기에서 철은 산화철뿐만 아니라 금속화된, 즉 환원된 철을 포함하며 탄소는 출발입자물질 중량의 약 2% 보다 많은 양이 포함되는데, 약 2.1%에서 약 6.5% 사이가 바람직하다. 이는 통상적으로 약 0.01%에서 최대 2.0%사이의 매우 적은 양의 탄소를 함유하는 물질을 필요로하는 선행기술에 비하여 유리한 점이라고 할 것이다.
본 발명에 의해 안정적인 덩어리 즉, 브리켓은, 철입자가 특정한 양의 금속화된 철과 산화철을 포함한다면, 탄소량을 증가시켜도 제조될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
본 발명에 있어서, 출발물질인 입자물질은 입자물질 중량의 약 80%이상의 전체 철(total iron)을 포함하는 것이 바람직하며, 입자물질 중량의 약 88%에서 약 93% 사이의 전체 철을 포함하는 것이 더 바람직하다. 그리고 금속화된 즉, 환원된 철의 양은 출발입자물질 중량의 약 85%에서 89% 사이가 바람직하며, 산화철의 양은 출발물질 중량의 약 4%에서 6%가 적당하다. 출발입자물질은 적당하게 미세한 것이거나 굵은 것이거나 상관없다. 출발입자물질의 바람직한 입자크기는 약 0.1mm에서 10mm까지 이다. 적당한 출발입자물질은 약 11.5%에서 18.62% 정도는 + 16 메시를, 32.7%에서 36.83% 정도는 +100메시, 그리고 40%에서 약 57.22% 정도는 -100메시의 입자크기를 보이는 입자분석(granulometric analysis)에 의하여 특정된다.
또한 본 발명에 있어서, 출발입자물질은 결합지수, 즉 금화된 철에 대한 산화철(Fe+2)의 비율이 약 0.03에서 약 0.05인 것이 바람직하다. 출발입자물질의 탄소입자 부분은 세멘타이트(Fe3C)와 그라파이트(graphite)의 형태인 것이 바람직하며, 탄소입자 중량의 약 85%에서 95% 사이의 세멘타이트와 약 5%와 약 15% 사이의 그라파이트를 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 탄소입자, 특히 세멘타이트는 매우 단단하기 때문에 온도와 압력을 이용하여 브리케팅하는 것이 어려운 것으로 알려져 있다. 그러나 본 발명에 따라 상기에서 제시된 특징을 갖는 출발입자물질은 브리케팅 온도와 압력이 가해질 수 있으며, 그 온도는 약 650℃에서 약 750℃ 사이가 적당하고 250kg/cm2에서 약 350kg/cm2사이의 압력이 적당하다. 그렇게 해야 금속화된 철 및 산화철 즉, 우스타이트(wustite)가 고탄소함유 입자, 특히 세멘타이트 입자 사이의 틈과 공간으로 유입되어 탄소입자에 철입자가 직접결합됨으로써 목적하는 안정된 덩어리 브리켓을 형성할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면 상기의 과정은, 입자물질의 덩어리인 브리켓을 제공하기 위해 쉽게 적용될 수 있다. 이러한 브리켓은 특히 철강제조과정에서 재료물질로서 유용한 것이며, 철입자와 탄소입자의 안정적인 덩어리로 이루어진 것으로 여기에서 전체 철은 브리켓 중량의 80% 이상을 차지하며 탄소는 브리켓 중량의 2.0%, 바람직하게는 약 2.1%에서 6.5% 정도 차지한다. 브리켓의 전체 철 함유량은 브리켓 중량의 약 88%에서 93% 사이가 적당하고 이러한 철에서 금속화된 철의 비율은 브리켓 중량의 약 85%에서 89%사이의 양이 바람직하다.
본 발명에 있어서 제조된 브리켓은 약 4.4g/cm3에서 약 5.6g/cm3사이의 밀도와 약 1.4%(wt)에서 약 1.6%(wt)-6mm 사이의 파괴지수(breakdown index)를 갖는다. 파괴지수는 브리켓에 표준 파괴테스트를 가한 이후에 주어진 6mm 이하의 크기의 광석미분말(ore fines)을 백분율로 나타낸 것이다. 본 발명에 따라 제조된 브리켓은 비록 고탄소함유 물질로 만들어진 브리켓일지라도, 최대 2%의 탄소를 함유한 출발물질을 사용하는 종래의 고온 브리켓 철강 만큼의 밀도와 파괴지수를 가지고 있다는 장점이 있다.
그러므로 본 발명에 있어서 브리켓과 그의 제조방법은 출발물질이 더 많은 양의 탄소를 함유할 수 있으며, 그럼에도 불구하고 제조된 브리켓은 목적하는 과정에서 매우 적절한 원료물질로 사용될 수 있다. 더 나아가 본 발명에서 사용되는 고탄소 함유 물질은 고에너지를 함유하고 있어서 이 물질을 사용하면 에너지와 관련된 비용의 절감에도 큰 잇점을 가지고 있다. 또한 본 발명에 의한 브리켓은 습기와 반응하는 경향이 적고 물과 반응하는 탄화물(carbides)의 경향이 낮기 때문에 기후에 대한 저항성도 높다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 과정에서 만들지는 브리켓은 입자들을 효과적으로 결합시키며, 또한 제조된 브리켓의 강도는 주로 입자들간의 결합강도에 따른 것이기 때문에 본 발명에서 사용되는 출발입자물질은 미세한 것(fines)에 국한되지 않으며, 굵거나(coarse) 덩어리인(lumpy) 물질도 가능하다.
본 발명의 고탄소 함유 브리켓은 철강판매점에서의 취급과 운송을 견디어 낼수 있는 물리적인 강도가 우수하다. 더 나아가 유리탄소(free carbon)를 함유하는 미분말(fines)과 분진(dust)이 적기 때문에 철강취급에 관련된 환경오염을 줄일 수 있다.
본 발명은 그 목적이나 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 한 다른형태로 구체화되거나 또는 다른 방식으로 수행될 수 있을 것이다. 그러므로 본 명세서는 모든 점에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 나타나며, 이와 동일한 의미 및 동일한 범위내의 모든 변화는 발명의 범위내에 포함되는 것으로 한다.

Claims (21)

  1. 입자물질(particulate material) 전체 중량에 대하여 4% 이상의 산화철을 포함하는 철입자 및 전체 입자물질의 중량에 대하여 2% 이상의 탄소입자로 구성되는 입자물질을 준비하는 단계 ; 및 상기 입자물질의 안정된 덩어리 브리켓(agglomerate briquettes)을 제조하기 위하여 상기 입자물질에 브리케팅 온도와 압력을 가하는 단계로 이루어지는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 입자물질에 브리케팅 온도와 압력을 가하는 단계에서 상기 철입자와 탄소입자를 직접 결합시키기 위해 상기 철과 산화철이 상기 탄소입자 사이로 유입되는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 입자 물질의 준비단계에서 입자 물질은 상기 입자 물질 중량에 대해 최소 약 4%에서 약 6% 정도의 산화철을 포함하는 80% 이상의 전체 철(total iron)과 상기 입자물질 중량에 대해 약 2.1%에서 약 6.5% 정도의 탄소입자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 입자물질의 준비단계는, 상기 브리켓이 실질적으로 결합제가 포함되지 않음으로 인하여, 상기 철입자와 상기 탄소입자만으로 구성된 입자물질을 제공하는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 입자물질의 준비단계에서 입자물질은 탄소입자 중량의 약 85%에서 95% 사이의 세멘타이트와 탄소입자 중량의 약 5%에서 15% 사이의 그라파이트로 이루어지는 탄소입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 입자물질의 준비단계에서의 입자물질은 입자물질 중량의 약 88%에서 약 93% 사이의 전체 철을 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 입자물질의 준비단계에서 입자물질은 입자물질 중량의 약 85%에서 약 89% 사이의 금속화된 철(metallized iron)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 입자물질의 준비단계에서 입자물질은 금속화된 철에 대한 산화철의 중량비가 약 0.03에서 약 0.05인 금속화된 철 및 산화철을 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 브리케팅 온도는 약 650℃에서 약 750℃ 사이이며, 브리케팅 압력은 약 250kg/cm2에서 약 350kg/cm2사이인 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 입자물질에 브리케팅 온도와 압력을 가하는 단계에서 브리켓은 철과 브리켓 전체 중량의 2% 보다 많은 양의 탄소를 함유하는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 입자물질에 브리케팅 온도와 압력을 가하는 단계에서 브리켓은 약 4.4g/cm3에서 5.6g/cm3사이의 밀도와 6mm 이하에서 약 1.4%(wt.)에서 1.6%(wt.)사이의 파괴지수를 갖는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 입자물질은 약 0.1mm에서 10mm 까지의 입자크기를 갖는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓의 제조방법.
  13. 금속화된 철과, 브리켓 중량에 대해 4% 이상 함유된 산화철을 포함하는 철입자 ; 및 브리켓 중량에 대해 2.0% 보다 많은 양이 함유된 탄소입자의 안정된 덩어리(stable agglomerate)로 이루어지는 고탄소 함유 브리켓.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 브리켓은 전체 중량의 약 80% 이상의 전체 철로 이루어져 있으며, 상기 산화철은 상기 브리켓 중량의 약 4%에서 약 6%로 존재하고, 상기 탄소입자는 상기 브리켓 중량의 약 2.1%에서 약 6.5%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 탄소입자는 그 중량의 약 85%에서 약 95%를 차지하는 세멘타이트와 상기 탄소입자 중량의 약 5%에서 15% 사이의 그라파이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 브리켓은 그 중량의 약 88%에서 약 93%의 철을 포함하는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓.
  17. 제 16항에 의해서, 상기 금속화된 철은 상기 브리켓 중량에 대하여 약 85%에서 약 89%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓.
  18. 제 13항에 의해서, 상기 금속화된 철에 대한 상기 산화철의 비율은 약 0.03에서 약 0.05 사이인 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓.
  19. 제 13항에 의해서, 상기 브리켓은 약 4.4g/cm3에서 약 5.6g/cm3사이의 밀도와 6mm 이하에서 1.4%(wt.)에서 1.6%(wt.)사이의 파괴지수를 갖는 것으로 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓.
  20. 금속화된 철과, 브리켓 중량에 대하여 4%이상 함유된 산화철을 포함하는 철입자 ; 및 브리켓 중량에 대하여 2.0% 보다 많은 양이 함유된 탄소입자로 이루어지는, 즉 철입자와 탄소입자만으로 구성되는 고탄소 함유 브리켓.
  21. 제 20항에 의해서, 상기 철입자와 상기 탄소 입자는 실질적으로 서로 직접 결합하는 것을 특징으로 하는 고탄소 함유 브리켓.
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