KR20010019980A - 상부광 혼합장입에 의한 소결품질이 우수한 소결광 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결광(Sintered Ore)제조시 사용되는 주원료인 철광석중에서 갈철광의 사용비를 증대하여 소결광을 제조함에 있어서, 일정 비율의 상부광을 소결층 하부에 혼합장입하여 소결광 품질을 향상시킬 수 있도록 한 상부광 혼합장입에 의한 소결품질이 우수한 소결광 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 갈철광을 주원료로 하여 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 통상의 입도 범위를 갖는 상부광을 배합원료의 5 wt% 이하의 범위로서 소결층 하부에 혼합 장입하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하여 소결광 제조시 가격이 싼 저품위의 철광석인 갈철광계의 광석을 다량 사용시 소결광 품질(소결광 강도 저하) 악화 및 회수율 저하의 문제를 개선하여 저가의 철광석을 다량 사용하여 소결광 제조원가를 저하시키면서 소결광 품질 및 조업을 개선할 수 있는 효과가 제공된다.

Description

상부광 혼합장입에 의한 소결품질이 우수한 소결광 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING SINTERED ORE HAVING GOOD SINTERING QUALITY BY MIXING INJECTION OF SINTERED ORE}

본 발명은 상부광 혼합장입에 의한 소결품질이 우수한 소결광 제조방법에 관한 것으로, 특히 소결광(Sintered Ore)제조시 사용되는 주원료인 철광석중에서 갈철광의 사용비를 증대하여 소결광을 제조함에 있어서, 일정 비율의 상부광을 소결층 하부에 혼합장입하여 소결광 품질을 향상시킬 수 있도록 한 상부광 혼합장입에 의한 소결품질이 우수한 소결광 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 소결광 제조공정을 설명하기 위한 개략도, 도 2는 종래 상부광 혼합장치를 나타내는 정면개략도로서, 일반적으로 소결 조업은 분 철광석과 부원료, 코크스(Coke)를 광석 빈(ORE BIN)(10)에 저장한 후, 일정량을 절출하여 드럼 믹서(DRUM MIXER)(11)에서 수분첨가 및 혼합하고, 서지 호퍼(SURGE HOPPER)(12)에 저장한 후 드럼 피더(DRUM FEEDER)(13)로 절출하여 디플렉터 플레이트(DEFLECTOR PLATE)(14)를 통해 도시되지 않은 그레이트 바 상부에 상부광 호퍼(15)를 통해 절출된 10-15mm 입도 범위를 갖는 상부광이 50mm 두께로 장입된 소결기 대차(16)에 장입한다.

이후, 소결 점화로(17)에서 고온(약 1200℃)의 불꽃으로 배합원료 (18)상부의 코크스를 착화 시키고, 배풍기(MAIN BLOWER)(19)와 가스 메인 덕트(GAS MAIN DUCT)(20) 및, 윈드 박스(WIND BOX)(21)를 이용하여 하부로부터 공기를 흡입시켜 고온소성에 의해 분 철광석을 괴성화하여 고로(Blast Furnace)에서 사용하기에 적합한 냉간강도 및 분율을 조정한 상태로서 고로에 공급하게 된다.

이러한 소결광 제조시 사용되는 주원료인 철광석은 나라 및 산지에 따라 각각 다른 성상을 갖게 되는 데, 아래의 표 1은 이들 철광석의 성상을 나타내고 있다.

위의 표 1에서 알 수 있듯이 결합수 및 미세 기공을 다량 함유하고 있는 철광석을 통상 갈철광이라고 하는 데, 이러한 갈철광을 소결 주원료로 하여 소결광 제조시는 가격이 싸서 소결광 제조원가는 저감이 되지만 기공이 많음으로 인하여 배합원료 조립과정에서 물의 소요량이 증가하고, 소결과정중에서는 이런 물의 증발 및 결합수의 해리에 의해 열량이 많아 소모되며, 기공의 구조 변화로 인해 갈철광의 다량사용시 강도가 취약해지는 문제를 유발한다.

도 3은 갈철광 사용비 증대에 따른 소결 조업의 영향을 나타낸 도표로서, 갈철광을 증대 사용하면서 발생하는 상기의 문제를 해결하기 위해 몇가지 조업방안이 알려져 있다.

첫째, 치밀질의 미분광석을 동일 배합비로 하여 소결하는 방법,

둘째, 밀 스케일(MILL SCALE)의 배합비를 증가시켜 소결과정에서 생성되는 융액의 성상을 개선하는 방법,

셋째, 선택조립에 의해 사문암등의 고융점 물질과 조립하여 갈철광 표면에 보호층을 형성하여 급격한 동화반응을 억제하는 방법,

넷째, 갈철광 3mm 이상을 사문암, 석회석, 탄재로 선택조립하는 자기 치밀화 소결법으로 갈철광이 1200℃이상의 고온에서 재결정으로 치밀화 하는 특성을 이용하여 소결광을 제조하는 방법 등이 있다.

상기의 조업 방법중 첫번째의 방법은 미분광석의 배합비 증대는 생산성 저하 및 소결기 굴뚝의 분진발생 증가에 의한 환경오염의 증대 문제점이 있다.

두번째의 방법은 밀 스케일 배합비 증대를 통한 융액성상 개선은 상기 밀 스케일이 유분을 함유하고 있어 사용비를 증대할 경우 유분에 의한 소결 공정 전기 집진기 내부로 유분 유입에 의한 화재발생 가능성이 있어 사용비 증대에 한계가 있다.

셋째, 넷째 방법은 선택조립을 위한 별도의 설비가 필요하므로 설비투자 비용이 소요된다.

또한, 상기와 같이 제시된 방법들은 소결 배합원료를 소결기 파레트에 장입시, 편석장입에 의한 갈철광의 입도가 소결기 베드 하층부에 다량 분포하는 사항을 고려하지 않은 상태로 배합원료 전체를 대상으로 하기 때문에 적용효과가 적어지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 제반 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 갈철광 고배합 사용에 따른 갈철광의 고흡수성, 고기공성, 고결합수의 특성에 의한 소결조업시의 품질 저하를 줄일 수 있는 상부광 혼합장입에 의한 소결품질이 우수한 소결광 제조방법을 제공함에 있다.

도 1은 소결광 제조공정을 설명하기 위한 개략도,

도 2는 종래 상부광 혼합장치를 나타내는 정면개략도,

도 3은 갈철광 사용비 증대에 따른 소결 조업의 영향을 나타낸 도표,

도 4는 갈철광 사용비 증대에 따른 소결융액 상승을 나타내는 상태도,

도 5는 본 발명에 따른 상부광 혼합장치를 나타내는 정면개략도,

도 6은 갈철광 사용비 증대시 소결 배합원료의 입도 편석을 나타내는 도면,

도 7은 갈철광 사용비 증대시 소결 배합원료의 결합수 편석을 나타내는 도면,

도 8은 본 발명의 적용시 상부광 혼합비율 변화에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프,

도 9는 본 발명의 적용에 따른 소결 강도 및 분율 개선효과를 나타낸 도면이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 광석빈 11 : 드럼 믹서

12 : 서지 호퍼 13 : 드럼 피더

14 : 디플렉터 플레이트 15 : 상부광 호퍼

16 : 소결기 대차 17 : 점화로

18 : 배합원료

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 갈철광을 주원료로 하여 소결광을 제조하는 방법에 있어서, 통상의 입도 범위를 갖는 상부광을 배합원료의 5 wt% 이하의 범위로서 소결층 하부에 혼합 장입하는 것을 특징으로 하는 상부광 혼합장입에 의한 소결품질이 우수한 소결광 제조방법이 제공된다.

이러한 본 발명에서 상기 갈철광의 배합비는 40 wt%로 한 것을 특징으로 한다.

또한, 이러한 본 발명에서 상기 상부광의 장입은 상부광 호퍼를 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 갈철광 고배합시 수반되는 문제점인 강도개선을 위해 디플렉터 플레이트를 통해 배합원료를 소결기 파레트에 장입시 통상 10-15mm 입도 범위를 갖는 소결광(상부광)을 배합원료의 5 wt% 이하의 범위로서 베드 하층부에 혼합 장입함으로서 소결광의 기공 구조 개선 및 용액성상 개선이 이루어지도록 하였다.

일반적으로, 갈철광은 일반 철광석과는 달리 결정수 함량이 높고 보수능이 높은 특성을 갖고 있어 이들을 고배합 하였을 경우 일반적인 철광석인 적철광을 고배합 하였을 경우와는 다른 소결특성을 보이는데 갈철광 고배합시의 소결광 품질 및 조업특성 변화는 다음과 같이 설명할 수 있다.

갈철광의 다공질로 인한 고보수능은 유효조립수분을 감소시키게 되고, 이에 따라 배합원료 조립시 수분첨가량을 증가시키게 되는데 이는 갈철광이 가지고 있는 결정수와 함께 배합원료의 수분이 현저히 높아지는 요인이 되어 소결과정중 수분을 증발시키는데 필요한 연료비의 증가 요인이 되고, 소결베드 하층부의 습윤대에서의 수분 증가로 통기도 저하에 의한 생산성 저하의 요인이 된다.

또한 갈철광 자체의 다공성 및 수분해리에 따른 조대한 균열대의 형성에 기인한 갈철광의 높은 동화특성으로 인하여 소결광의 생산성 저하와 함게 소결광의 강도 및 회수율 저하의 주요 요인으로 작용한다.

이러한 갈철광 고배합시 융액의 유동성 저하는 갈철광이 핵입자로 되어 있는 의사입자에 있어서 철광석이 소결과정중 가열이 되면 승온중에 철광석에 포함되어 있는 결정수가 해리하여 광석 표면에까지 이르는 크랙과 기공들이 발생하게 되며 해리된 수분은 외부로 빠져나가 배출된다.

온도가 점점 상승하여 1100℃에 이르게 되면 핵광석중에 생성된 크랙들이 점차 치밀화 되어 수축하게 되나, 광석내부로의 열전달은 비교적 늦기 때문에 광석 전체가 치밀화 되어 수축하게 되나 광석내부로의 열전달은 비교적 늦기 때문에 광석 전체가 치밀화되지 않으며, 부착분층에서는 고상반응에 의하여 저융점 물질(CF;CaO.Fe2O3)이 생성되기 시작한다.

온도가 1200℃에 이르게 되면 광석표면 크랙의 치밀화가 더욱 진행되고, 부착부분에서는 저융점화합물의 분해용융이 표면에서부터 시작되는데 온도가 더욱 올라가면 부착층 전체가 용융되고 생성된 융액에 접하고 있는 핵광석도 용융이 일어나기 시작한다.

부착층에서 발생된 용액은 크랙을 통하여 핵광석 내부에 까지 침투하게 되는데, 용액의 이동에 따라서 광석 내부에 있는 기체는 온도상승에 따라서 급속한 체적팽창을 하게 되고 용액중에 방출하게 된다. 용액중에 방출된 기체는 핵광석이 융액에 급속히 용융됨으로 인해 점성이 증가한 융체를 빠져나가지 못하고 핵광석 주변에 붙잡히게 되어 기공의 통합 및 재배치가 어려워 폐쇄적인 조대한 기공이 핵광석 주변에 집중되게 발생한다.

도 4는 갈철광 사용비 증대에 따른 소결융액 상승을 나타내는 상태도, 도 5는 본 발명에 따른 상부광 혼합장치를 나타내는 정면개략도로서,

갈철광 고배합시 융액의 점성상승은 도 4의 CaO-Fe₂O₃계의 상태도에서 알 수 있듯이 일정한 양의 CaO에 대하여 용융되는 철광석 양이 증가하기 때문에 CaO에 대한 Fe₂O₃의 농도 상승에 의하여 융액의 융점 상승이 일어나며, 갈철광계 광석은 SiO₂, Al₂O₃등의 불순물을 함유하고 있으므로 이러한 성분은 용액의 점성을 더욱 더 증가시킨다.

일반적으로 소결 케이크(Cake)중의 기공에 증가는 통기성을 개선하지만, 갈철광 광석 사용시에는 통기성이 개선되지 않는데 이는 갈철광 고배합시 형성된 균열과 기공의 형태가 통기에 별로 도움이 되지 못하는 폐쇄구조로 되어 있기 때문이다.

반면에 갈철광은 입도가 기타의 적철광에 비해 입도가 크기 때문에 갈철광 사용은 배합원료의 입도를 증대시켜 통기성을 개선하는 측면도 고려되고 있다.

본 발명은 이와 같이 갈철광 고배합시 소결성 및 품질을 개선하기 위해 융액의 점성저하를 유도하는 조업 방법으로 갈철광이 입도가 커서 소결장입장치에서 배합원료를 장입할 경우 소결기 대차 하부에 다량 분포하는 것을 이용하여 제 5도의 소결기 대차에 배합원료의 유실을 방지하기 위해 사용되는 상부광을 갈철광이 다량 분포하는 대차 하층부에서 혼합되도록 소결 배합원료 장입장치 하단부에 상부광을 혼합하여 소결융액의 점성을 개선할 수 있도록 하였다.

즉, 배합원료를 소결기 파레트에 장입시 통상 10-15mm 입도 범위를 갖는 소결광(상부광)을 배합원료의 5 wt% 이하의 범위로서 베드 하층부에 혼합 장입하여 소결광의 기공 구조 개선 및 용액성상 개선이 이루어지도록 하였다.

이때, 상기 상부광이 배합원료의 5 wt% 이하로 장입되도록 한 것은 상부광이 배합원료의 5 wt% 이상 장입될 경우, 융액의 과도한 점성 개선에 의해 오히려 통기성에 장애가 나타나 강도 및 입도가 불안정해짐에 따라 본발명의 목적을 달성하기 어렵기 때문이다.

또한, 상기 상부광의 장입은 도 5에 도시된 바와 같이, 종래 하부로부터만 인출되던 상부광 호퍼의 일측부에 별도의 개구부를 형성하여 상기 개구부를 통해 상부광을 별도로 장입하거나, 또는 도시되지 않은 별도의 기구를 통해 상부광을 장입할 수도 있다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

(실시예)

도 6은 갈철광 사용비 증대시 소결 배합원료의 입도 편석을 나타내는 도면, 도 7은 갈철광 사용비 증대시 소결 배합원료의 결합수 편석을 나타내는 도면으로서, 소결 배합원료 중에 갈철광 배합비를 0 wt%에서 40 wt%까지 증대하면서 소결기 베드에서 배합원료를 상층부, 중층부, 하층부 구분하여 샘플링후, 평균입도와 결합수 함량의 측정 결과를 도 6과 도 7에 각각 나타내었다.

도 6에서 보는 바와 같이 하층부는 대립의 분포가 많아 평균입도가 크고 상층부는 미립의 분포가 많아 평균입도가 낮음을 알 수 있다. 또한 갈철광 배합비를 증대함에 따라 이러한 현상은 더욱 더 심화됨을 알 수 있으며 도 7에 나타난 바와 같이, 갈철광 배합비가 증가 될 수록 하층부에 분포한 배합원료중에 결정수가 다량 분포함을 알 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 적용시 상부광 혼합비율 변화에 따른 강도의 변화를 나타낸 그래프, 도 9는 본 발명의 적용에 따른 소결 강도 및 분율 개선효과를 나타낸 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 갈철광 배합비를 40 wt%로 일정하게 사용하면서 소결공정 전체에서 사용하는 상부광을 제외한 소결베드 하층부의 배합원료와 혼합사용하는 상부광 비율을 증대하였을 때 소결광의 품질 변화를 나타내고 있다. 배합원료와 혼합사용하는 상부광비가 증가 할수록 소결광 품질을 나타내는 지수가 강도가 개선되고, 소결광의 입도분포중 미립인 10mm 이하의 입도분포비가 적어 소결광 품질을 개선됨을 알 수 있다.

그러나 배합원료와 혼합사용하는 상부광비가 5% 이상으로 증가할 경우는 융액의 과도한 점성 개선에 의해 오히려 통기성에 장애가 나타나 강도 및 입도가 불안정 해진다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따르면 소결광 제조시 가격이 싼 저품위의 철광석인 갈철광계의 광석을 다량 사용시 소결광 품질(소결광 강도 저하) 악화 및 회수율 저하의 문제를 개선하여 저가의 철광석을 다량 사용하여 소결광 제조원가를 저하시키면서 소결광 품질 및 조업을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 갈철광을 주원료로 하여 소결광을 제조하는 방법에 있어서,

   통상의 입도 범위를 갖는 상부광을 배합원료의 5 wt% 이하의 범위로서 소결층 하부에 혼합 장입하는 것을 특징으로 하는 상부광 혼합장입에 의한 소결품질이 우수한 소결광 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 갈철광의 배합비는 40 wt%로 한 것을 특징으로 하는 상부광 혼합장입에 의한 소결품질이 우수한 소결광 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 상부광의 장입은 상부광 호퍼를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 상부광 혼합장입에 의한 소결품질이 우수한 소결광 제조방법.