KR20000008004A - 철광석 소결배합원료의 조립방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결광의 제조에 관한 것이며, 그 목적은 배합원료의 조립성에 미치는 작용을 강화시키므로써 소결회수율이나 소결광의 강도, 특히 소결생산성을 향상시키는 소결배합원료의 조립방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 1, 2차 드럼믹서에서 생석회가 포함된 철광석 배합원료에 첨가수를 살수하는 위치를 1차 드럼믹서의 장입측으로부터 길이방향으로 1/8~1/2에 해당되는 위치로 하여 조립한 다음, 2차 드럼믹서에서 조립하는 것을 포함하는 철광석 소결배합원료의 조립방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

철광석 소결배합원료의 조립방법

본 발명은 소결광의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배합원료의 조립성에 미치는 작용을 강화시키므로써 소결회수율이나 소결광의 강도, 특히 소결생산성을 향상시키는 소결배합원료의 조립방법에 관한 것이다.

철광석 소결법은 분철광석을 일정한 크기와 강도를 갖는 고로 장입물, 즉 소결괴상화물로 제조하는 가장 일반적인 철광석 사전처리방법이다. 철광석 소결광의 원료로는 분철광석, 소결공정에서 발생하는 미세 소결광인 반광 등이 철원이고, 응집제로서 각각 CaO, MgO, SiO₂원인 석회석(CaCO₃), 백운석[(Ca·Mg)CO₃], 사문암[Mg₃Si₂O₅(OH)₄], 규사(SiO₂) 등을 사용하며, 연료로서는 분코크스나 무연탄분이 사용된다. 그리고, 결합제로 사용되는 생석회(CaO)나 소석회[Ca(OH)₂]는 첨가수와 함께 배합원료를 조립하는 역할을 하며, 또한 CaO 원으로도 작용한다.

이들 소결원료들을 소결기에 직접 장입할 경우에는 소결층내에서 코크스가 연소될 수 있는 통기성을 악화시켜 정상적인 소결을 어렵게 하기 때문에 통상적으로 2기의 드럼믹서로 구성된 조립단계에서 물을 첨가하여 분말상 원료들을 조립하게 된다. 소결원료들 중 결합제인 생석회를 제외한 원료들은 일정한 비율로 배합되어 컨베이어 밸트로 이송된다. 그리고, 도1에 나타난 바와 같이, 1차 드럼믹서의 직전에서 별도의 생석회저장조에서 배출된 생석회가 밸트상의 배합원료에 합쳐진 후 1차 드럼믹서(4)에 투입된다. 드럼믹서의 내부에는 도2a에 나타난 바와 같이, 물공급용 배관(1) 및 살수노즐(2)이 설치되어 있어서 드럼믹서 내부로 유입된 배합원료(3)는 표층부가 물에 젖는 한편 드럼믹서(4)의 회전에 의해 배합원료가 전동되면서 배합원료 입자들의 혼합과 조립이 거의 동시에 약 4분간 진행된다.

드럼믹서에 첨가되는 물의 양은 최종의사입자의 평균수분이 약 6.0~8.0중량%가 되도록 조절한다. 원료 야드에서 대기에 노출된 상태로 있던 각종 원료들은 자체적으로 약 1.5~3.0중량%의 수분을 포함하고 있기 때문에 배합원료의 조립을 위해 드럼믹서 단계에서 첨가되는 수분의 양은 배합원료의 약 3.0~6.5중량%이다. 이 첨가수는 1, 2차 드럼믹서에서 약 80:20의 비율로 분할되어 각 드럼믹서에서 첨가된다.

통상적인 소결조업에서 1차 드럼믹서에 투입되기 전 배합원료의 평균입경은 약 1.5~3.0mm 수준이다. 그러나, 생석회가 포함된 배합원료가 1차 드럼믹서에 투입된 후 물의 첨가와 함께 회전하는 드럼 내에서 배합원료 입자들의 전동에 의하여 배합원료 중의 굵은 입자는 새로운 조립입자의 핵으로, 그리고 미세한 입자는 의사입자의 부착분으로 작용을 하여 평균입경 2.0~4.0mm 수준인 의사입자를 형성한다. 1차 드럼믹서에서 배출된 의사입자는 다시 2차 드럼믹서에 투입되어 잔여 첨가수를 추가하고, 약 4분간 전동됨으로써 1차 드럼믹서에서 조립입자의 부착되지 않았던 미분 부착입자들을 부착시켜 의사입자를 성장시킨 후 소결기 장입원료 저장조에 저장된다. 저정조에서 배출된 배합원료 조립입자는 소결기에 일정한 높이로 장입된 후 점화로에서의 점화를 거쳐 소결반응이 진행되어 소결괴를 형성한 후 일정한 크기로 파쇄, 정립되어 소결광으로 된다.

한편, 일반적으로 소결기에 장입된 조립입자의 입경이 커지면 소결층 내에서 공기의 통기를 좋게 하여 조립입자 중에 포함된 코크스의 연소성이 개선되고 결과적으로 단위 시간당 제조되는 소결광의 양, 즉 생산성이 커지게 된다. 따라서, 일반 소결조업에서는 소결기에 장입되는 조립입자의 입경을 크게 하기 위하여 다양한 방법이 시도되고 있다.

구체적인 예로, 배합원료중 미분의 양을 제한함으로써 배합원료의 평균입경을 일정 수준으로 유지하거나 믹서에 첨가되는 수분의 양을 최적화하여 조립입자의 입경을 증가시키는 방법, 결합제로 사용되는 생석회를 최대 약 2중량%까지 배합함으로써 조립입자의 입경과 강도를 개선하는 방법, 혹은 통상적인 드럼믹서외에 고속교반믹서나 디스크형 펠리타이저 등의 조립설비를 추가로 보강하여 조립입자의 입경이나 강도를 개선하는 방법이 있다.

보통 소결배합원료의 의사입화를 좋게 하기 위해서는 배합원료에 생석회를 첨가하고 또한 분상입자들을 1차적으로 응집하기 위해 첨가수를 공급하는 것이 필수적이다. 이 첨가수는 도2a에 나타난 바와 같이, 배합원료입자가 드럼믹서에 투입되는 장입구측 상단에서 살수된다. 이에 따라 소결배합원료입자와 생석회입자는 서로 혼합되면서 동시에 분사된 물과 접촉하여 반응식1과 같이 수화반응을 야기한다.

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

상기 반응에서 물과 접촉되는 생석회입자는 콜로이드상으로 분산되면서 핵입자와 부착입자로 구성된 조립입자의 공극에 침투하여 입자간의 부착력과 조립입자의 강도를 증대시킨다. 생석회의 첨가로 입경과 강도가 커진 조립입자는 믹서에서 배출되어 소결기에 장입되고 소결반응이 일어날 때까지의 각종 물리적, 열적 충격으로부터 조립입자가 분화되는 것이 억제되어 소결층내의 통기성을 좋게 하여 생산성을 높이는 작용을 한다.

일반적으로 소결배합원료에 첨가하는 생석회의 첨가량 상한치는 약 1.8~2.0중량%이하로 알려져 있다. 최근 생석회 첨가량이 일정한 경우 배합원료-생석회-물 사이의 반응성을 향상시키기 위하여 여러 가지 시도가 행해지고 있다. 그 중 하나의 시도로서 생석회를 건조 고체분말상태가 아닌 수용액으로 하여 배합원료에 첨가하는 방법이다. 이 방법은 배합원료 입자내에 생석회를 보다 균일하게 분포시킬 수 있기 때문에 동일 생석회 사용량 조건에서 배합원료의 조립성이 개선되는 효과가 있다. 그러나, 고체상의 생석회를 수용액 상태로 하기 위하여는 생석회 입자를 극히 미세한 입자로 분쇄한 후 물탱크에서 계속적으로 교반해야 한다는 점 또는 생석회 입자가 일부 미용해되어 슬러리상으로 될 경우에는 살수노즐의 막힘 현상을 유발하는 문제 등 설비적으로나 경제적으로 실용화하기에는 곤란한 문제가 많다.

또 다른 시도로는, 생석회 입자의 입도를 미세화하는 방법이 있다. 종래의 소결공장에서는 소결용으로 사용하는 생석회의 입도를 대체적으로 3mm이하의 입도로 파쇄한 것을 사용하여 왔으나 최근에는 생석회를 1mm이하의 입도가 되도록 파쇄를 강화하여 보다 미세한 입도의 것을 사용하므로써 생석회의 반응성을 높이고 결과적으로 소결생산성을 증대시키는 조업도 시도되고 있다.

이외에도 본 발명자들은 생석회의 사용 효과를 높이는 방법으로 생석회의 편석첨가방법을 제안하여 대한민국 특허출원 제96-67125호로 특허출원한 바 있다. 이는 1차 드럼믹서에서 배출된 생석회 무첨가 의사입자가 2차 드럼믹서에 장입되었을 때 의사입자의 표층부에 생석회를 부착시킴으로써 최종 의사입자의 강도를 크게 하여 소결 회수율을 향상시키는 방법이다.

그러나, 동일량의 생석회 사용조건하에서 소결배합원료의 조립성을 향상시키기 위한 상기한 여러 방법들은 근본적으로 각각 종래의 생석회 투입설비를 대폭 개조해야 하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 생석회-배합원료-수분 사이의 혼합상태가 불균일하게 하는 종래의 배합원료의 조립과는 달리, 생석회 투입설비 등 설비의 커다란 개조없이도 드럼믹서내에서 배합원료에 물을 첨가하는 조건을 개선하므로써 배합원료의 조립을 강화하여 결과적으로 소결회수율이나 소결광의 강도 향상은 물론, 특히 소결광의 생산성을 향상시키는 철광석 소결배합원료의 조립방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 소결광의 제조공정도

도2a는 종래방법을 적용한 1차 드럼믹서의 개략 구조도

도2b는 본 발명을 적용한 1차 드럼믹서의 개략 구조도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 ...... 배관 2 ..... 살수노즐

3 ...... 소결배합원료 4 ..... 1차 드럼믹서

상기 목적달성을 위한 본 발명은 1, 2차 드럼믹서에서 생석회가 포함된 철광석 배합원료에 물을 첨가하여 배합원료를 조립하고, 조립된 의사입자를 소결기에 장입하여 소결광을 제조하는 방법에 있어서,

상기 배합원료에 첨가수를 살수하는 위치를 1차 드럼믹서의 장입측으로부터 길이방향으로 1/8~1/2에 해당되는 위치로 하여 조립한 다음, 2차 드럼믹서에서 조립하는 것을 포함하는 철광석 소결배합원료의 조립방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

소결배합원료를 조립기내에서 물을 살수하고 전동시키면 배합원료중 미분입자들이 물의 모세관력에 의해 서로 응집되어 의사입자를 형성하면서 보다 큰 입자로 성장하거나 배합원료중 핵입자 역할을 하는 굵은 입자 표면이 물에 젖어 미분입자들을 부착시켜 보다 큰 입자로 성장하게 된다. 이러한 입자의 조립과정에서 결합제로 첨가되는 생석회는 물과 접촉하여 곧 수화반응을 일으켜 미세한 콜로이드상으로 분산된다. 이 분산된 입자는 배합원료 조립물 중에 혼합되거나 침투하여 의사입자 중의 공극을 채우므로써 의사입자의 크기를 성장시키고 강도를 증대시키는 작용을 한다. 이렇게 물이 소결배합원료의 조립에 미친다는 근본적인 작용은 본 발명이나 종래의 여러 수단의 경우나 서로 동일하다.

그러나, 근본적으로 종래의 소결조립공정의 경우 1차 드럼믹서로 장입되기 직전의 배합원료는 철광석류와 석회석, 규석, 사문암 등의 부원료류, 반광 및 연료류 등 모두 수십종의 원료들이 컨베이어밸트상에 불균일하게 존재한다. 이러한 배합원료층의 표층부에 최종적으로 생석회가 얹혀진 상태에서 회전하는 1차 드럼믹서 장입구측에 무더기로 쏟아지게 되고, 동시에 장입구 천정부에 위치한 살수노즐로부터 물이 분사되어 문제가 있다. 이런 상태는 수십 종류의 배합원료들이 드럼믹서내에서 전동에 의해 서로 충분히 혼합되기 전에 생석회와 물이 첨가되므로써 전술한 바와 같이 배합원료-생석회-물 간의 작용이 원활하지 못하게 된다.

이런 문제를 해결하기 위해 본 발명은 1, 2차 드럼믹서에서 생석회가 포함된 철광석 배합원료에 물을 첨가하는 위치를, 도2b와 같이 1차 드럼믹서(4)의 길이방향으로 약 1/8~1/2 에 해당되는 지점에 배치하도록 구성한 것이다. 즉, 본 발명은 배합원료와 생석회가 사전에 혼합된 상태에서 첨가수가 살수되도록 하여 물에 의해 배합원료의 입자들이 조립되면서 또한 조립되는 입자 중에 존재하는 생석회입자가 침투된 물에 의해 수화반응을 일으키도록 입자들간의 혼합과 조립에 시차를 갖도록 한 것이다. 이같이 물이 분사되는 위치가 드럼믹서내에서 배출구측으로 1/8~1/2 위치로 설정되면, 수십종의 배합원료와 생석회는 회전하는 드럼믹서에 장입된 후 서로 혼합될 수 있는 시간이 종래에 비하여 충분히 확보됨으로써 이후 물과 고체입자들이 접촉될 때 생석회의 결합제로서의 작용이 충분히 발휘될 수 있다. 또, 본 발명에 따라 조립된 의사입자는 종래의 수첨가 조건으로 조립된 의사입자에 비하여 구성배합원료입자간의 혼합상태가 진일보하게 되어 2차 드럼믹서단계 이후에서 측정한 조립지수가 개선된다. 그러나, 상기 수첨가 위치가 1차 드럼믹서의 길이방향으로 1/2 지점을 벗어나게 되면 조립지수 및 소결성이 저하되어 바람직하지 않다. 이는 배합원료 구성입자의 혼합상태 개선에 의한 조립지수 개선 효과가 상대적으로 조립된 의사입자의 총 전동거리의 단축에 따른 의사입자의 강도 저하요인에 의하여 서로 상쇄되기 때문이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명은 실조업에 적용될 때 최소한의 설비개조에 의해 가능하다는 장점이 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

[실시예1]

소결배합원료에 첨가하는 생석회와 물의 투입조건을 달리하는 조립실험을 행하였다. 조립실험에서 사용한 소결용 각종 철광석, 부원료, 생석회 및 연료의 배합비율과 입도조건은 표1과 같았다.

실험에 사용된 조립기는 직경 200mm, 길이 500mm 인 드럼을 20rpm의 조건으로 2기를 병렬로 연결, 사용하여 각 4분간 가동하였다. 배합원료에 첨가하는 수분의 총량은 최종 조립입자의 수분이 7.0±0.1중량%가 되도록 하였다. 상기 조립기의 구성과 조작조건은 통상적인 소결조업의 조립공정에서와 동일한 것이다. 이때, 배합원료의 조립공정에서 생석회 및 수분의 첨가조건은 표2와 같이 변화시켰다.

구분	혼합시간(분)	살수위치	조립지수	생석회 첨가위치
종래예1	0	입구	1.59	1차 드럼믹서
발명예2	0.5	1/8	1.85
발명예3	1.0	1/4	1.85
발명예4	1.5	3/8	1.86
발명예5	2.0	1/2	1.80
비교예6	2.5	5/8	1.75
비교예7	3.0	3/4	1.56
종래예8	-	-	1.83	2차 드럼믹서

표2에서 종래예1, 비교예(6,7)과 발명예(2-5)의 조립실험조건에서는 생석회를 포함한 배합원료를 1차 드럼믹서에 투입한 후 드럼믹서를 약 4분간 회전하면서 수분첨가 시점을 혼합시점, 즉 0분부터 혼합후 3분까지 0.5분 간격으로 조절한 것이다. 이러한 조작은 통상적인 소결조업의 조립공정에서 수분을 첨가하는 최적위치를 발견하기 위한 것이다. 즉, 드럼믹서내의 배합원료가 약 4분에 걸쳐 배출되는 과정에서 혼합시간 0분에서 수분을 살수하는 것은 종래의 수첨가 위치를 모사한 것이며, 혼합시간후 0.5분 간격으로 물을 첨가한다는 것은 드럼믹서내 수첨가 위치를 드럼믹서의 길이방향으로 1/8 씩 배출구측으로 이동시킨 경우를 모사한 것이다. 따라서, 본 실시예는 수첨가 위치를 드럼믹서의 한쪽 끝인 장입구로부터 배출구측 3/4 지점까지 변화시켰을 때 배합원료의 조립성이 변화하는 것을 조사한 것이다. 상기 여러 조건의 1차 드럼믹서에서 조립된 조립입자는 다시 2차 드럼믹서에 투입하여 잔여 첨가수를 살수하고, 4분간 최종적으로 전동 조립하였다.

또한, 종래예8의 조립실험조건은 대한민국 특허출원 제96-67125호에 제시된 생석회 편석장입조건이며, 생석회를 2차 드럼믹서에 투입한 경우에 대한 것이다.

이때, 물과 생석회 첨가조건의 변화에 따른 배합원료의 조립성은, 아래와 같이 초기 배합원료의 평균입경으로부터 최종 의사입자 평균입경의 비로 계산한 조립지수로 평가하였다.

조립지수 = (최종 의사입자의 평균입경)/(배합원료입자의 평균입경)

표2에 나타낸 바와 같이, 생석회가 포함된 배합원료를 종래의 조립방법으로 조립한 종래예1의 경우 최종적으로 조립된 입자의 조립지수는 1.59 수준이었다. 또 물의 첨가위치가 1차 드럼믹서의 길이방향으로 1/8씩 배출구측으로 이동한 결과, 조립지수는 1.85~1.56 수준으로 개선되었으며, 특히 물 첨가위치가 1/8~1/2 인 발명예(2-5)의 경우 조립지수가 1.80~1.86 수준으로 현저하게 향상되는 것을 알 수 있었다.

한편, 생석회를 2차 드럼믹서로 첨가한 종래예8의 경우에도 조립지수가 1.83 수준에 도달하므로써 역시 이 경우 종래방법에 비하여 조립지수가 향상되는 방법임을 알 수 있었다.

[실시예2]

실시예1의 경우 소결공정의 조립단계에서 드럼믹서내의 수첨가 위치를 조절하면 배합원료의 조립성은 개선되었으나, 이러한 방법이 실제적으로 소결광 제조공정에서 조업도나 소결광 품질향상에 기여하는지를 확인하기 위하여 일련의 소결광 제조실험을 실시하였다.

소결광 제조는 직경 200mm, 높이 600mm 인 철제 포트를 이용하였으며, 배합원료나 생석회, 물의 첨가조건은 실시예1에서 수행한 동일한 원료조건 및 배합으로 하였다. 즉, 실시예1에서와 같은 방법으로 조립한 입자들을 소결포트에 충진하고, 포트 상부에 1050℃로 가열된 점화로로 2분간 점화한 후 포트하부를 흡인하는 배기부압을 1000mAq로 하여 소결반응을 진행시켰다. 포트에 장입된 원료가 하부방향으로 소결이 진행되면서 배가스의 온도가 상승하였다. 이 배가스의 온도가 최고치에 도달할 때까지의 시간을 소결시간으로 하여 아래 식과 같이 생산성과 회수율을 구하였다.

생산성(톤/day·m²) = (배광량)/(소결시간×포트단면적)

회수율(%) = (+5mm소결광)×100/(배광량)

또한, 제조된 소결광의 품질로는 회전강도를 JIS M-8712에 규정된 방법에 준하여 산출하였다.

구분	혼합시간(분)	살수위치	조립지수	생석회첨가위치	생산성(톤/dm2)	회수율(%)	회전강도(%)
종래예1	0	입구	1.59	1차 드럼믹서	25.7	66.6	74.9
발명예2	0.5	1/8	1.85		26.8	66.8	75.1
발명예3	1.0	1/4	1.85		28.9	66.7	75.6
발명예4	1.5	3/8	1.86		27.1	67.4	75.5
발명예5	2.0	1/2	1.80		26.2	66.7	75.2
비교예6	2.5	5/8	1.75		25.8	66.6	75.0
비교예7	3.0	3/4	1.56		25.5	66.4	74.6
종래예8	-	-	1.83	2차 드럼믹서	26.6	68.0	75.9

종래의 생석회 및 수첨가방법으로 배합원료를 소결한 종래예1의 경우에는 소결생산성 및 회수율이 각 25.7톤/d·m², 66.6%이었으나, 드럼믹서내에서 물첨가 위치를 배출구측으로 1/8~1/2 지점으로 조절한 발명예(2-5)과 비교예6의 경우에는 25.8~27.1톤/d·m²과 66.6~67.4% 수준으로 개선되었다. 그러나, 비교예6은 생산성이 다소 저하되는 경향을 고려할 때 수첨가 위치의 바람직한 위치 구간은 드럼믹서 장입구측으로부터 길이방향으로 1/8~1/2 에 해당하는 지점으로 설정할 수 있다.

반면, 생석회를 편석시킨 종래예8의 경우에는 소결생산성 및 회수율이 26.6톤/d·m²과 68.0%로, 종래예1에 비하여는 생산성과 회수율이 모두 개선되었으나 발명예(2-5)와 비교하면 수첨가위치를 조절하는 경우가 생산성 개선효과가 컸으며, 생석회 첨가위치를 조절할 경우 회수율 개선효과가 컸음을 알 수 있다. 그리고, 소결광 품질중 회전강도 측면에서는 수첨가 위치를 조절한 경우 강도개선효과가 현저한 것을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 소결광 제조시 조립기의 드럼믹서내에서 배합원료에 첨가하는 물의 위치를 적절히 개선하므로써 기존에 비하여 생석회-배합원료-수분 사이의 혼합상태가 균일하게 되고 이에 따라 배합원료의 조립이 강화되어 결과적으로 소결회수율이나 소결광의 강도 향상은 물론, 특히 소결광의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 이러한 본 발명은 간단한 설비의 개조로도 적용 가능한 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (2)

1, 2차 드럼믹서에서 생석회가 포함된 철광석 배합원료에 물을 첨가하여 배합원료를 조립하고, 조립된 의사입자를 소결기에 장입하여 소결광을 제조하는 방법에 있어서,

상기 배합원료에 첨가수를 살수하는 위치를 1차 드럼믹서의 장입측으로부터 길이방향으로 1/8~1/2에 해당되는 위치로 하여 조립한 다음, 2차 드럼믹서에서 조립하는 것을 포함함을 특징으로 하는 철광석 소결배합원료의 조립방법

제1항에 있어서, 상기 1, 2차 드럼믹서내의 배합원료에 살수되는 물은 배합원료의 중량에 대하여 3.0~6.5중량%의 양을 80:20의 비율로 투입함을 특징으로 하는 조립방법