KR20010048637A - 탄산가스 분사에 의한 소결광의 저온환원분화강도 개선방법 - Google Patents

탄산가스 분사에 의한 소결광의 저온환원분화강도 개선방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소결광 제조공정에서 생산되는 소결광을 CaO수용액 첨가와 CO2분사에 의해 소결광 기공폐쇄 및 표면에 석출상의 코팅을 유도하여 고로내에서의 저온환원분화강도를 향상시킬 수 있는 탄산가스 분사에 의한 소결광의 저온환원분화강도 개선방법에 관한 것이다.
본 발명은 소결광내의 기공과 취약조직의 공극 및 표면에 CaCO3화합물이 석출할 수 있도록 생석회(CaO) 수용액을 소결광 표면에 살수하고 CO2가스를 분사하여 소결광의 저온환원분화강도 개선방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 소결광에 pH를 7이상, Ca+2이온이 다량 존재하는 수용액을 살수한 후 CO2를 분사시킴으로써 소결광내 존재하는 기공의 패쇄 및 표면에 석출상(CaCO3)의 코팅을 유도하여 고로내의 저온환원영역에서 환원가스의 침투를 막아 저온환원분화강도의 향상시키는 효과가 있다.

Description

탄산가스 분사에 의한 소결광의 저온환원분화강도 개선방법{IMPROVEMENT OF REDUCTION DEGRADATION STRENGTH OF IRON SINTER BY CARBONIC ACID GAS INJECTION}
본 발명은 소결광 제조공정에서 생산되는 소결광을 CaO수용액 첨가와 CO2분사에 의해 소결광 기공폐쇄 및 표면에 석출상의 코팅을 유도하여 고로내에서의 저온환원분화강도를 향상시킬 수 있는 탄산가스 분사에 의한 소결광의 저온환원분화강도 개선방법에 관한 것이다.
일반적으로 소결공정에서 생산된 소결광은 5-50mm의 입도로 정립하여 고로내에 장입되는데, 이와 같이 고로에 장입되는 소결광은 고로 상부의 약 550℃부근인 저온환원영역에서 헤마타이트가 마그네타이트로 환원되면서 체적팽창이 일어나 소결광의 분화가 일어난다. 이렇게 분화된 미분의 소결광은 고로내 적충구조의 공극을 막아버리게 되기 때문에 노내 통기성을 악화시키고, 또한 환원가스의 흐름을 방해하여 노황을 불안정하게 하고 출선비를 저하시키는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 각종 염화물(CaCl2, MgCl2, NH4Cl, NaCL 등)을 소결배합원료에 첨가하여 소결과정에서 배합원료 맥석성분의 슬래그화를 촉진시킴으로써 소결광 내부 공극 및 기공을 폐쇄하고 환원가스의 침투를 억제시켜 저온환원분화성을 개선["성품소결광의 CaCl2수용액중의 침지처리"일본학술진흥회(1987.11), "염화칼슘 첨가 소결광의 저온환원분화" 철과 강(1980)S676]시키거나 해수등의 할로겐화합물(NaCl, CaCl2, KCl, Kl, KBr 등) 수용액을 소결광에 살수하여 소결광 표면의 염화물 코팅효과에 의해 저온환원분화성을 개선[철과 강, No.4, Vol.66(1980)]하는 방법등이 있다.
그러나 전자의 방법은 소결과정과 배가스중에 "Cl"농도가 증가되어 "Cl+H2O→HCl↑"와 같은 반응이 일어나 소결설비의 부식과 집진효율을 저하시키며, 후자의 경우는 비스코프 스크루버(Bischoff scrubber) 및 노정압 발전기를 부식시켜 설비의 수명을 단축시키게 되는 결점이 있다.
본 발명은 상기와 같이 고로내에서 저온환원분화에 의한 통기성 악화와 설비의 부식에 대한 문제점을 해결하기 위하여, 소결광에 CaO 첨가 및 CO2분사를 통해 소결광의 기공 패쇄 및 표면에 석출상의 코팅을 유도하여 고로내에서의 저온환원분화강도를 향상시킬 수 있는 탄산가스 분사에 의한 소결광의 저온환원분강도 개선방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 소결광처리 공정도
도 2는 본 발명의 CO2분사에 의한 석출상의 생성메카니즘을 나타낸 개략도
도 3은 CaO 첨가에 따른 pH 변화를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명에 의한 저온환원분화강도를 나타낸 그래프
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *
1. CaO 저장조 2 : 수욕조 3 : CaO 수용액 혼합조
4. 혼합기 5. CO2저장조
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
소결광내의 기공과 취약조직의 공극 및 표면에 CaCO3화합물이 석출할 수 있도록 생석회(CaO) 수용액을 소결광 표면에 살수하고 CO2가스를 분사하여 소결광의 저온환원분화강도 개선방법을 제공한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다
도 1은 본 발명에 의한 소결광처리 공정도로서, CaO 저장조(1)와 수욕조(2)에서 각각 공급된 CaO 및 물을 CaO 수용액 혼합조(3)에서 혼합기(4)를 이용하여 균일하게 혼합하여 수용액을 만든 다음, 이 수용액으로 소결기(6)에서 제조된 소결광에 살수를 한 후 CO2저장조(5)에서 CO2를 소결광 표면에 분사시켜 탄화반응 석출층(CaCo3)을 생성시킨다. 이와 같이 CaCo3가 표면에 석출된 소결광은 저온환원분화강도가 향상되어 다음 공정인 고로(7)내에 장입된다.
도 2는 본 발명의 소결광 표면 CO2분사에 의한 석출상의 생성메카니즘을 나타낸 개략도로서, 수용액중의 생석회가 수용액 상태에서 Ca(OH)2의 이온화에 의해 Ca+2이온과 OH-이온으로 해리되며, 그림과 같이 CO2가 물속에 용해되어 형성된 CO3-2이온과 Ca(OH)2가 이온화되어 형성된 Ca+2이온이 결합하여 CaCo3의 화합물이 소결광 표면에 석출하게 된다.
이러한 석출상은 소결광내의 기공이나 표면을 따라 성장하기 때문에 내부의 공극들을 막아주는 역할을 하게 되며, 이렇게 기공과 취약한 조직의 공극에 CaCO3화합물로 채워진 소결광은 고로의 저온환영영역에서의 환원가스의 침투를 방해함으로서 저온환원분화를 억제하여 고로내의 통기성을 안정되게 유지하게 된다.
또한 CaCo3석출상은 아래 반응식(1)에 나타난 바와 같이 650∼850℃의 온도영역에서 완전히 분해되기 때문에 900℃이상의 고온역에서의 소결광의 환원율에는 전혀 영향을 미치지 않는다.
650∼850℃
CaCO3 → CaO+CO2↑ + ΔH(흡열) ------------------------(1)
실시예
소결광 기공 및 취약조직의 공극에 CaCO3화합물이 석출시키기 위해서는 표1에 나타낸 바와 같이 수용액중 Ca+2이온과 결합되어 발생되는 화합물의 안정화정도
를 나타낸 깁스자유에너지(Δ Gf025℃,1atm)가 낮아야 하는데, 특히 CaSO4와 CaCO3화합물이 가장 낮은 깁스자유에너지를 가지며, Ca(OH)2, CaCl2순으로 수용액 상태에서 안정함을 알 수 있다.
수용액중 Ca+2이온과 결합되어 발생되는 화합물의 깁스자유에너지(Δ Gf025℃, 1atm)
화합물 Δ GF0
CaCO3 -1128.8
CaCI2 - 748.1
Ca(OH)2 - 898.0
CaSO4 -1309.1
또한 CO2의 수용액중의 용해도 및 CO3-2로의 이온화는 pH에 따라 차이가 있으며, 각 pH에 따른 반응식은 (2)∼(4)와 같다.
CO2(g) + H2O = H2CO3(pH〈7) ----------------(2)
CO2(g) + H2O = HCO3- + H+ (pH≒7)----------------(3)
CO2(g) + H2O = CO3-2+ 2H+ (pH〉7)-----------------(4)
CaO + H2O = Ca(OH)2= Ca+2+ 2OH------------------(5)
즉, pH7 이상의 수용액에서는 CO2의 CO3-2이온화가 지배적이기 때문에 "(4)+(5)→CO2(g)+CaO+2H2O = CaCO3+ 2H+ + 2OH-"반응이 촉진되어 CaCO3석출이 용이하게 된다. 또한 제3도에 나타난 바와 같이 생석회(CaO)농도가 증가함에 따라 수용액중에서 "CaO+2H2O = Ca++2OH-"이온화반응에 의해 OH-이온이 증대되어 pH가 상승(7→12)되고 식(5)와 같이 Ca+2이온농도도 증가됨으로써 CaCO3의 석출반응을 더욱 촉진하게 된다.
제4도는 종래법 대비 본 발명에 의한 소결광 저온환원분화강도를 나타낸 결과로, CaO농도를 증가시킴에 따라 저온환원분화강도가 약 30%정도 개선되었다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 소결광에 pH를 7이상, Ca+2이온이 다량 존재하는 수용액을 살수한 후 CO2를 분사시킴으로써 소결광내 존재하는 기공의 패쇄 및 표면에 석출상(CaCO3)의 코팅을 유도하여 고로내의 저온환원영역에서 환원가스의 침투를 막아 저온환원분화강도의 향상시키는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 소결공정에서 생산된 소결광의 저온환원분화강도를 개선하는 방법에 있어서,
    소결광내의 기공과 취약조직의 공극 및 표면에 CaCO3화합물이 석출할 수 있도록 생석회(CaO) 수용액을 소결광 표면에 살수하고 CO2가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 탄산가스 분사에 의한 소결광의 저온환원분화강도 개선방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 생석회는 pH가 7이상이고 농도가 20%이상인 것을 특징으로 하는 탄산가스 분사에 의한 소결광의 저온환원분화강도 개선방법.
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