KR20010018360A - 비소성 펠릿의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미분 철광석 또는 함철 더스트류를 주체로 하고 수경성 결합제를 첨가한 비소성 펠릿의 제조방법에 관한 것으로서, 비소성 펠릿의 조립단계를 2단계로 나누고 각 단계에서 사용하는 결합제의 종류를 달리함으로써, 우수한 강도 및 낮은 부착성을 갖는 비소성 펠릿을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 미분 철광석 또는 함철 더스트류를 주체로 하고 수경성 결합제를 첨가한 배합원료를 조립후 양생처리하는 비소성 펠릿의 제조방법에 있어서,

통상의 결합제가 1종 또는 2종 이상 첨가된 1차 배합원료를 펠릿 최종 입경의 70∼96의 입경까지 1차 조립하는 1차 조립단계;

초조강 시멘트가 첨가된 2차 배합원료를 1차 조립단계에서 1차 조립된 생펠릿 표층부에 부착시켜 펠릿의 최종입경까지 2차 조립하는 2차 조립단계; 및

2차 조립단계에서 2차 조립된 생펠릿을 경화시키는 단계를 포함하여 구성되는 비소성 펠릿의 제조방법을 그 요지로 한다.

Description

비소성 펠릿의 제조방법{A METHOD FOR PRODUCING A COLD BONDED PELLET}

본 발명은 미분 철광석 또는 함철 더스트류를 주체로 하고 수경성 결합제를 첨가한 비소성 펠릿의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 조립과정을 2단계로 하여 우수한 강도 및 낮은 부착성을 갖는 비소성 펠릿을 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기 비소성 펠릿의 결합제로는 보통의 포틀란트 시멘트, 초조강 시멘트, 시멘트 클링커, 및 고로 시멘트 등의 시멘트류가 사용되고 있다.

한편, 고가의 시멘트류를 대체하기 위한 물질로는 고로 급냉 슬래그 분말이 주로 사용되며, 고로 급냉 슬래그 분말을 사용할 때에는 경화시간이 지체되는 것을 방지하기 위하여 스텐레스 제조과정에서 발생하는 미분말 슬래그, 석고, 생석회, 생석회공정에서 발생하는 더스트 등을 경화촉진제로 첨가하기도 한다.

비소성 펠릿의 제조시 첨가되는 결합제의 양은 비소성 펠릿의 용도에 따라 다르다. 통상 고로용의 경우, 압축강도가 약 150kgf 이상이 되도록 경화처리하는데 첨가하는 결합제의 양은 약 8 ~ 10정도이다. 그리고 제강용의 경우에는 압축강도를 약 40~50 kgf 이상으로 관리하는데, 이때 소요되는 결합제의 양은 약 3 ~ 6이다.

수경성 결합제를 사용하는 비소성 괴상화물의 경우에는 이 수경성 물질이 물과 수화반응을 일으켜 경화되는데 일정한 시간이 소요된다. 이와 같이, 비소성 괴상화물이 상온에서 소정의 강도에 도달하기까지 소요되는 경화시간, 즉, 양생시간은 원료조건, 조업조건, 그리고 경화조건에 따라 상이하지만, 대체적으로 약 3 ~ 14일이 소요된다. 이러한 비소성 괴상화물의 경화시간을 단축시키는 방법으로는, 일정한 원료 및 결합제 조건하에서 경화온도를 상온보다 높은 약 60 ~ 70℃ 이하로 하는 방법, 시멘트류 사용시 초조강 시멘트류 또는 보통 시멘트보다 입도를 미세화한 시멘트류를 사용하고 급냉 슬래그 분말의 입도를 보다 미세화시켜 사용하는 방법 등이 제안된 바 있다. 그 예로, 종래 비소성 펠릿 제조에서는, 전체 경화시간을 단축하거나 동절기에 경화시간이 지연되는 것을 방지하고자 할 때, 전체 시멘트류의 약 20정도를 초조강 시멘트로 대체하여 사용하였다. 이 초조강 시멘트류는, 비표면적이 약 3800~4500 ㎠/g 정도로, 통상의 보통 시멘트인 포틀랜드 시멘트(약 2600~3000 ㎠/g)보다 높기 때문에, 양생처리시 비소성 펠릿의 강도발현이 빠른 장점이 있었다.

또한, 비소성 괴상화물 조립시, 결합제의 총량을 일정하거나 약간 감소시킨 상태에서, 조립단계를 2단계로 하는 비소성 펠릿 제조 방법도 알려져 있다.

상기한 비소성 펠릿(괴상화물)은 제조된 직후의 습윤상태에서 용도에 따라 소정의 압축강도에 도달할 때까지 옥내 혹은 옥외 야드에 야적하므로, 필수적으로 결합제와 물간의 수화반응으로 경화된다. 야드에서 소정의 강도에 도달한 비소성 괴상화물은, 이후 고로나 전로등의 공정에 사용하기 위해, 벨트 컨베이어나 트럭으로 운송되어 각각의 장입물 저장조에 투입되고, 실제 노내에 투입될 때까지 대기하게 된다. 이러한 비소성 괴상화물이 최종 사용되기까지 저장조에서 대기하는 과정에서 비정상적인 환경즉, 노내에 분화된 괴상화물이 많고 괴상화물에 과잉 수분이 많은 경우 등의 경우, 괴상화물의 분화물 혹은 일부의 괴상화물이 저장조 벽면에 부착된 후 고착되는 상황이 발생한다. 이와 같이 저장조 벽부에 부착물이 있으면, 저장조 하부로의 괴상화물 배출이 순조롭지 못하게 되어, 괴상화물의 정량적인 사용이 곤란해지고, 제철 혹은 제강반응에 교란을 일으킨다. 이러한 경우에는 조업 중 현장 작업자들이 수작업 등으로 저장조 벽면의 부착물들을 파쇄하여 제거하는 작업을 하게 된다.

장입물 저장조에서 비소성 괴상화물 혹은 분화물들이 부착되는 것을 방지하기 위한 방법으로, 다음의 것들이 제안된 바 있다. 즉, 저장조에 괴상화물을 장입할 때, 저장조내 충전제로 분광석을 함께 투입하는 것이다. 수화반응이 일어나지 않는 분광석은 저장조내에서, 괴상화물이나 분화물의 표면에 코팅되므로, 괴상화물이나 분화물이 저장조 내벽에 부착되어 고착되는 것을 방지할 수 있다. 이 때 배출되는 괴상화물과 분광석은, 고로나 전로에 장입하기 전에 체를 거쳐 분리되고, 체밑으로 빠진 분광석은 다시 충전제로 재순환된다. 다른 방법으로는, 저장조에 장입되는 괴상화물의 수분을 관리하는 방법을 들수 있으며, 이 방법의 경우에는 괴상화물의 수분이 약 5~7이하이면 수화반응속도가 상당히 느려지므로, 저장조내에서 괴상화물이나 분화물이 내벽에 고착되기 힘들어진다.

그러나, 이러한 방법들은 별도의 충전용 분광석을 사용해야 하고, 괴상화물의 경화처리시 건조기를 사용하거나 비를 안맞는 옥내에서 처리해야 하는 문제점이 있기 때문에 실용적으로 바람직하지 않다.

한편, 상기한 비소성 펠릿의 결합제로 초조강 시멘트를 일정량 사용하는 방법은 당초의 목적인 경화시간 단축 및 압축강도 개선이외에 부착성 개선효과도 있다.

그러나, 상기 방법의 경우에는 부착성 개선효과가 크지 않을 뿐만 아니라 초조강 시멘트가 고가이기 때문에 그 사용량을 증가시키는 것은 경제적이지 못하므로, 초조강 시멘트의 첨가량을 동일하게 하면서도 그 사용효율을 증가시키는 방법이 요구된다고 할 것이다.

또한, 상기한 조립단계를 2단계로 하는 종래의 비소성 펠릿 제조 방법은 주로 펠릿 압축강도의 향상을 목적으로 하여 펠리타이저의 기능을 개선하거나 1차 조립기와 2차 조립기에 첨가하는 결합제의 비를 조절하는 것이기 때문에 펠릿의 부착성 개선에는 효과적이지 못하다.

즉, 펠릿 표면층에 시멘트류의 결합제 첨가비를 단순히 증가시키는 것만으로는 압축강도의 개선 이외에 부착성 개선효과는 기대할 수 없는 문제점이 있다.

상기 방법의 경우에는 1차 조립 단계에서 배합원료 중의 시멘트 양을 전체의 약 30~40로 하고 배출되는 입경을 최종 입경의 약 80까지 성장시켜 조립하고, 2차 조립단계에서 배출된 펠릿을 다시 전체 시멘트 양의 약 60~70를 첨가한 배합원료로 최종 입도까지 조립한다.

그러나, 상기한 방법은 동일 시멘트 첨가량에서 펠릿의 강도는 향상되지만, 부착성 개선효과는 기대할 수 없는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기한 종래 기술들의 제반 문제점을 해결하기 위하여, 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 함철 더스트류를 주체로 하고, 시멘트류의 수경성 결합제를 첨가한 비소성 펠릿의 제조방법에 있어서 비소성 펠릿의 조립단계를 2단계로 나누고 각 단계에서 사용하는 결합제의 종류를 달리함으로써, 우수한 강도 및 낮은 부착성을 갖는 비소성 펠릿을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 미분 철광석 또는 함철 더스트류를 주체로 하고 수경성 결합제를 첨가한 배합원료를 조립후 양생처리하는 비소성 펠릿의 제조방법에 있어서,

통상의 결합제가 1종 또는 2종 이상 첨가된 1차 배합원료를 펠릿 최종 입경의 70∼96의 입경까지 1차 조립하는 1차 조립단계;

초조강 시멘트가 첨가된 2차 배합원료를 1차 조립단계에서 1차 조립된 생펠릿 표층부에 부착시켜 펠릿의 최종입경까지 2차 조립하는 2차 조립단계; 및

2차 조립단계에서 2차 조립된 생펠릿을 경화시키는 단계를 포함하여 구성되는 비소성 펠릿의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자는 종래 비소성 펠릿의 강도발현거동을 검토하는 과정에서, 경화완료 기간이 비소성 펠릿 제조시 사용되는 결합제의 종류에 따라 다르다는 것을 발견하고, 이에 착안하여 본 발명을 완성하게 이른 것이다.

즉, 본 발명자는 비소성 펠릿 표층부의 경화반응을 조기에 완료시킨다면, 펠릿이 내벽에 고착되는 현상을 방지할 수 있을 것이라는 가정을 세워서, 연구 및 일련의 실험을 통해 본 발명의 비소성 펠릿의 제조방법을 완성하기에 이른 것이다.

본 발명에 따라 조립단계를 2단계로 나누어 비소성 펠릿을 제조하는 경우, 각 단계에서는 사용하는 결합제의 종류를 달리한다.

1차 조립단계에서 사용되는 결합제로는 통상적으로 사용되는 결합제라면 어느것이나 사용가능하며, 그 예로는 시멘트류, 슬래그류 및 생석회등의 수경성 물질을 들수 있다.

상기 시멘트류로는 포틀란드 시멘트 혹은 초조강 시멘트, 시멘트 클링커, 고로시멘트 등을 들수 있으며, 슬래그류로는 고로 급냉 슬래그를 들수 있다.

1차 조립단계에서는 통상적인 결합제를 1종 또는 2종 이상을 배합원료에 통상적인 범위로 첨가한다.

비소성 펠릿의 제조시 첨가되는 결합제의 양은 비소성 펠릿의 용도에 따라 다르다. 통상 고로용의 경우, 결합제의 양은 약 8 ~ 10wt정도 이다. 그리고 제강용의 경우, 결합제의 양은 약 3 ~ 6wt이다.

본 발명에 있어서, 1차 조립단계에서의 바람직한 결합제 첨가량은 1차 배합원료에 대하여 15wt이하이다.

1차 조립단계에서 결합제가 너무 많이 첨가되는 경우에는 강도는 향상되지만, 제철과정에서 불순물의 증가를 가져오게 된다.

본 발명에 있어서는 2차 조립단계에서 결합제로서 초조강 시멘트를 사용한다.

상기 초조강 시멘트의 첨가량은 2차 배합원료에 대하여 5wt이상으로 선정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그 첨가량이 5wt미만 인 경우에는 부착율이 증가하기 때문이다.

한편, 본 발명에서는 1차 조립단계에서는 펠릿을 최종입경의 70∼96까지 조립한다.

1차 조립단계에서의 펠릿의 입경이 너무 적은 경우에는 2차 조립시에 사용되는 결합제의 양이 증가하게 되고 결과적으로 전체 결합제의 양이 증가하게되어 경제성이 떨어지고 제철과정에서 불순물의 증가를 가져오게 되고, 그 입경이 너무 적은 경우에는 2차 조립단계에서 1차조립된 펠릿의 표면에 부착되는 결합제 첨가 배합원료의 양이 적어져 충분한 부착율 저하를 달성할 수 없게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

비소성 펠릿을 제조하기 위하여 함철 원료로 철광석분말과 소결 및 고로에서 발생하는 더스트류를 하기 표1에 나타낸 바와 같이 배합하였고, 결합제 첨가량을 10로 일정하게 하였다. 그리고 결합제의 종류 및 종류별 첨가량은 하기 표2와 같다.

종래예1 ~ 종래예4는 종래기술의 결합제 첨가방법의 예를 나타내며, 발명예5 ~ 발명예7은 본 발명의 결합제 첨가방법의 예를 나타낸다.

하기 표 2에서, 종래예 1은 조립단계를 1단으로 하면서 포틀랜드 시멘트를 단독으로 첨가하는 방법이고, 종래예 2는 포틀랜드 시멘트와 초조강 시멘트를 8:2의 비율로 첨가하는 방법이고, 종래예 3은 포틀랜드 시멘트와 고로 급냉슬래그를 1:1로 배합하면서 반응촉진제인 생석회와 초조강 시멘트를 첨가하는 방법이고, 그리고 종래예 4는 조립단계를 본 발명과 같이 2단계로 구성하면서 1단계와 2단계 조립에서 첨가하는 함출원료와 결합제의 비율을 달리하는 첨가방법이다.

이에 비하여, 조립을 2단계로 하는 본 발명의 방법(발명예5 ~ 발명예7)은, 1단계에서 펠릿 최종 입도의 약 95수준까지 조립하고, 2단계에서 평균 12mm 정도까지 조립하였으며, 결합제의 첨가량은 1단계 조립과정에서는 결합제를 1차 배합원료의 8.9 ~ 9.9수준으로 하고, 2단계 조립과정에서는 결합제를 2차 배합원료의 11.1 ~ 20.0수준으로 하였다.

발명예5 ~ 발명예7에서의 전체 결합제의 첨가량은 종래의 첨가량 수준과 동일하지만, 1단계 조립과정의 배합원료에는 통상량 이하의 결합제를 첨가하며, 2단계에서는 초조강 시멘트를 통상 수준 이상의 비율(2차 배합원료에 대한 결합제의 비율)로 첨가하였다.

상기와 같이 조립한 비소성 펠릿에 대하여 양생기간 7, 14, 21, 28, 및 35 일 후의 강도 및 부착율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

하기 표 3에서의 부착율은 다음과 같이 측정되었다.

본 발명자는 저장조내에서 비소성 펠릿이 내벽에 부착되는 것은 내벽에 접촉하고 있는 펠릿이 과잉의 수분 존재하에서 추가적인 수화반응이 진행되고, 이 수화반응으로 인하여 펠릿이 접촉하고 있는 내벽의 철피에 고착되는 것으로 해석하고, 비소성 펠릿이 저장조 내벽에 부착되는 부착성을 실험실적으로 평가하였다.

즉, 부착성을 측정하기 위하여, 가로 30cm, 세로 30cm, 높이 60cm의 철제 상자에 직경 10 ~ 15mm의 비소성 펠릿을 100kg 투입하였다. 철제 상자에 투입된 상기 비소성 펠릿은, 소정의 양생시간이 경과한 것을 물에 10분간 침지한 후 펠릿 표면의 부착수가 제거된 상태의 것으로, 100kg을 칭량하여 투입하였다. 이와 같이, 비소성 펠릿을 물에 침지하여 펠릿 중의 수분이 약 11 ~ 12에 달하게 하고, 이 펠릿을 철제 상자내에 적치한후 24시간 경과시켜, 과잉 수분의 비소성 펠릿이 저장조내에서 추가의 경화반응을 일으키는 것을 재현하였다. 철제 상자에서 24시간 경과시킨후, 비소성 펠릿을 상자에서 쏟아내고, 상자에 부착된 비소성 펠릿의 양을 칭량하였다. 부착율은 아래와 같이 산출하였다.

부착율 = (상자에 부착된 비소성 펠릿 중량 × 100)/(상자에 투입한 비소성 펠릿 중량)

구분	철광석	소결 더스트	고로/원료 더스트	고로/주상 더스트	고로슬러지	결합제
중량	12	24	16	19	19	10

실시예No.	1차 조립	2차 조립
	함철원료	결합제	함철원료	결합제
		포틀랜드 시멘트		초조강 시멘트	고로/급냉 슬래그	생석회	포틀랜드 시멘트	초조강 시멘트
종래예1	90	10	－	－	－	－	－	－
종래예2	90	8	2	－	－	－	－	－
종래예3	90	3.5	2	3.5	0.5	－	－	－
종래예4	82	8	－	－	－	8	2	－
발명예5	82	8	－	－	－	8	－	2
발명예6	82	3.5	－	3.5	0.5	8	－	2
발명예7	82	8	1	－	－	8	－	1

실시예No.	7일	14일	21일	28일	35일
	강도(kgf)	부착율()	강도(kgf)	부착율()	강도(kgf)	부착율()	강도(kgf)	부착율()	강도(kgf)	부착율()
종래예1	88	43	156	23	181	15	216	9	221	5
종래예2	102	41	176	19	195	12	223	5	230	4
종래예3	82	45	159	24	187	17	218	10	222	5
종래예4	91	39	160	21	185	14	218	9	221	5
발명예5	112	28	192	9	198	2	226	0	232	0
발명예6	101	31	189	10	199	4	228	0	233	0
발명예7	104	33	178	15	197	7	224	2	231	0

상기 표3에 나타낸 바와 같이, 상기한 첨가방법에 따라 종래기술로 제조한 비소성 펠릿의 압축강도는, 경화시간에 따라 다소 차이가 있지만, 통상적으로는 약 14일의 양생시간이 경과하면, 실제적으로 목적하는 압축강도인 150 kgf 이상이 되는 것을 알 수 있다. 그러나 이들 비소성 펠릿의 양생기간에 따른 부착율은, 압축강도 경향과 일치하지 않는 것을 알 수 있다. 즉, 종래예1과 종래예3의 경우, 비소성 펠릿의 14일 양생후 압축강도는 각각 156 kgf와 159 kgf로, 고로 급냉슬래그를 첨가한 경우가 보통시멘트를 첨가한 경우의 압축강도 보다 더 높았으나, 이때의 부착율은 각각 23와 24로, 고로 급냉슬래그를 첨가한 경우의 펠릿이 보다 높은 부착율을 나타낸 것을 알 수 있다.

또한, 종래예 2에 비하여 발명예 5는, 7일 및 14일후 강도에 있어서 각각 102kgf,176kgf에서 112kgf,192kgf로 개선되는 효과가 있었다. 더욱이, 14일 양생후의 비소성 펠릿에 있어서, 종래예 1 ~ 4의 펠릿의 부착율은 19 ~ 24수준이었으나, 발명예 5 ~ 7 펠릿의 부착율은 9 ~ 15수준으로 현저히 낮았으며, 이러한 경향은 양생시간이 연장될수록 더욱 현저하게 나타난 것을 알 수 있다.

한편, 상기 표 3에 나타난 바와 같이, 비소성 펠릿의 부착율은 양생기간이 길어질수록 저하되는 경향을 보이는데, 이는 펠릿 중에 존재하는 수경성 결합제의 경화반응 즉, 수화반응의 진행도에 관계되는 것으로 해석된다. 즉, 펠릿입자의 경화가 진행될수록 펠릿간 혹은 펠릿과 저장조 내벽과의 부착율이 저하되는 이유는, 양생시간이 충분하거나 펠릿의 강도발현이 충분해지면, 저장조에 투입되는 비소성 펠릿에 과잉수분이 존재하더라도 추가의 수화반응이 진행하지 않기 때문인 것으로 생각할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 비소성 펠릿의 조립단계를 2단계로 나누고 각 단계에서 사용하는 결합제의 종류를 달리함으로써, 우수한 강도 및 낮은 부착성을 갖는 비소성 펠릿을 보다 경제적으로 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 미분 철광석 또는 함철 더스트류를 주체로 하고 수경성 결합제를 첨가한 배합원료를 조립후 양생처리하는 비소성 펠릿의 제조방법에 있어서,

   통상의 결합제가 1종 또는 2종 이상 첨가된 1차 배합원료를 펠릿 최종 입경의 70∼96의 입경까지 1차 조립하는 1차 조립단계;

   초조강 시멘트가 첨가된 2차 배합원료를 1차 조립단계에서 1차 조립된 생펠릿 표층부에 부착시켜 펠릿의 최종입경까지 2차 조립하는 2차 조립단계; 및

   2차 조립단계에서 2차 조립된 생펠릿을 경화시키는 단계를 포함하여 구성되는 비소성 펠릿의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 1차 조립단계에서 배합원료에 첨가되는 결합제가 시멘트류, 슬래그류 및 생석회의 수경성 물질로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종 또는 2종이상이고, 결합제의 첨가량은 1차 배합원료에 대하여 15wt이하이고; 그리고 2차 조립단계에서 배합원료에 첨가되는 결합제의 첨가량이 2차 배합원료에 대하여 5wt이상인 것을 특징으로 하는 비소성 펠릿의 제조방법
3. 제2항에 있어서, 시멘트류는 포틀란드 시멘트, 초조강 시멘트, 시멘트 클링커, 및 고로시멘트로 이루어지고, 그리고 슬래그류는 고로 급냉 슬래그인 것을 특징으로 하는 비소성 펠릿의 제조방법
4. 제1항에서 제3항중의 어느 한 항에 있어서, 비소성 펠릿이 고로용인 경우에는 1차 조립단계에서 배합원료에 첨가되는 결합제의 양이 전체 배합원료에 대하여 8 ~ 10wt이고, 그리고 제강용의 경우에는 1차 조립단계에서 배합원료에 첨가되는 결합제의 양이 3 ~ 6wt인 것을 특징으로 하는 비소성 펠릿의 제조방법