KR20010058058A

KR20010058058A - 고상 환원법에 의한 괴상 환원철의 제조방법

Info

Publication number: KR20010058058A
Application number: KR1019990061519A
Authority: KR
Inventors: 박양덕
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-07-05
Also published as: KR100376540B1

Abstract

본 발명은 환원철의 제조방법에 관한 것으로, 입경 8mm 이하의 분광석과 탄소질 점결제를 혼합한 후 열처리함으로써, 85% 이상의 금속 Fe를 포함한 괴상 환원철을 제조할 수 있는 괴상 환원철의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 환원철의 제조방법에 있어서,

입경 8mm 이하의 분광석과 고정탄소함량이 50~70wt%인 탄소질 점결제를 중량비로 50:50~80:20로 혼합하고, 그 혼합물을 혼련하여 용융혼합물로 한 다음, 불활성분위기하의 800~1200℃의 온도범위에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 고상 환원법에 의한 괴상 환원철의 제조방법을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고상 환원법에 의한 괴상 환원철의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING REDUCED ORE BY SOLID PHASE DIRECT REDUCTION PROCESS}

본 발명은 제철소에서 사용이 어려운 미분광을 괴상의 환원철로 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환원철의 제조방법에 있어서 미분광석과 탄소질 점결제를 혼합하고 열처리함으로써, 괴상 환원철을 고수율로 제공할 수 있는 괴상 환원철의 제조방법에 관한 것이다.

현재 제철기술은 200여년간 고로방식을 사용하여 왔으나, 이 방식은 대단위 장치산업으로서 초기 투입자의 부담과 설비확층의 어려움은 물론, 지구규모에서의 환경규제에 따른 환경오염부담이 가중되는 등의 문제점을 가지고 있다.

한편, 고로방식의 제철법에서는 고로내에서의 통기성 및 고온강도확보를 위해 미분상태의 철광석을 그대로 사용할 수 없으므로, 고로내에 투입하기 위한 전처리로 괴상화를 위한 소결공정을 거치게 된다. 상기 소결공정에서는 분말상태의 철광석과 석회 및 석탄을 혼합하여 가열함으로써, 부분환원 및 괴상화를 유도하게 되는데, 이들은 코크스와 함께 고로내에 장입되어 용선으로 제조된다.

최근에는 이러한 고로방식의 문제점을 해결하기 위하여, 8mm 이상의 입경을 갖는 철광석과 석탄을 이용해 용선을 제조할 수 있는 용융환원제철법인 COREX법의 개발이 활발히 이루어지고 있으나, 이러한 용융환원제철법의 경우도 앞에서 언급한 바와같이, 사용할 수 있는 철광석 및 원료탄의 입경이 8mm 이상의 괴재원료에만 한정되기 때문에, 미분상태의 철광석 및 원료탄을 사용하지 못하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 분광석을 그대로 사용할 수 있는 FINEX공정의 개발을 서두르고 있는 실정이다. 그러나, 미분광을 직접 투입하는 FINEX법의 경우, 투입된 미분광의 30% 이상이 다시 반응계외로 배출되기 때문에, 이들을 재순환시키기 위한 집진 및 순환설비 등이 요구되고 이로인한 막대한 투자가 소요될 뿐만 아니라 제조원가의 상승요인으로 작용하고 있는 실정이다.

또한, Midrex법 및 SN/RL법과 같은 직접 환원철(DRI) 제조기술의 경우도, 원료 철광석의 30~70% 이상을 괴재원료로 사용해야할 뿐 아니라, 환원제로 천연가스 또는 석탄을 기체상태로 전환시켜 사용해야 하는 문제점이 있다.

한편, 유동층 환원로를 이용한 탄화철(FeC₄: Iron carbide)제조의 경우에는, 미분말의 철광석을 사용하지만, 철광석을 유동시키기 위한 유동기체로서의 용도와 더불어 환원제로서의 역할을 수행할 수 있도록 천연가스를 사용하여야 하기 때문에, 이러한 원료를 보유하고 있는 지역이나 국가에서 제조하지 않을 경우에는 경제성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래 기술들의 제반 문제점을 해결하기 위하여, 연구 및 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은, 입경 8mm 이하의 미분광석과 탄소질 점결제를 혼합한 후 열처리함으로써, 85% 이상의 금속 Fe를 포함한 괴상 환원철을 제조할 수 있는 괴상 환원철의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도1은 본 발명에 따라 제조된 환원철의 X-선 회절분석 결과도

본 발명은, 환원철의 제조방법에 있어서,

입경 8mm 이하의 분광석과 고정탄소함량이 50~70wt%인 탄소질 점결제를 중량비로 50:50~80:20로 혼합하고, 그 혼합물을 혼련하여 용융혼합물로 한 다음, 불활성분위기하의 800~1200℃의 온도범위에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 고상 환원법에 의한 괴상 환원철의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 입경 8mm 이하, 특히 0.1mm 이하의 미분광석이 40% 이상 함유된 미분광석을 괴상 환원철로 제조하는데 유용하다. 또한, 1mm 이하의 미분광석에도 적용이 가능하다.

상기와 같은 미분광석을 탄소질 점결제와 혼합하여 열처리함으로써 괴상 환원철을 제조하는데, 상기 탄소질 점결제는 고정탄소함량이 50~70wt%인 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 고정탄소함량이 50wt% 미만인 경우에는 유기물의 량이 증가하여 제조원가의 상승이 초래되고, 반면에 70wt%를 초과하는 경우에는 점결력을 갖지 못하기 때문이다.

또한, 상기 분광석과 탄소질 점결제는 중량비로 80:20~50:50으로 혼합하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 혼합물의 구성비가 상기 범위를 벗어나면 환원반응이 충분히 진행되지 못하여 환원율이 저조하기 때문이다.

한편, 상기 열처리는 800~1200℃의 온도범위에서 실시하는 것이 바람직한데, 그 온도가 800℃ 미만인 경우에는 환원반응이 원활히 이루어지지 못하여 장시간이 요구되고, 반면에 1200℃보다 높은 온도에서 실시할 경우에는 에너지 소요량이 증가하여 제조원가가 상승하기 때문이다. 따라서, 열처리는 800~1200℃에서 1~2시간 실시하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

(실시예)

35메쉬의 체를 이용하여 철광석에서 입도가 8mm 이하인 미분광(0.1mm 이하인 것을 30% 이상 포함)만을 분리한 후, 고정탄소함량이 60wt%인 핏치를 점결제로 하여 미분광석과 점결제의 혼합비가 중량비로 50:50~90:10이 되도록 건식혼합하였다.그 다음, 혼련기를 이용해 가열혼련을 실시하여 혼합물을 얻었다. 제조된 혼합물을 불활성분위기에서 3~5℃/min의 승온속도로 500℃까지 승온시킨 후, 1~3℃/min로 600~1200℃까지 승온시킨 다음, 1~5시간 동안 열처리하여 괴상의 환원철을 제조하였다.

그 후, 제조된 환원철의 특성을 측정하고, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

항목구분	분광석/점결제혼합비(wt%)	열처리 조건(℃-hr)	환원율(wt%)
발명예 1	80/20	1200-1	87
발명예 2	70/30	1200-1	90
발명예 3	60/40	1100-1	90
발명예 4	50/50	1000-1	91
발명예 5	60/40	800-2	86
발명예 6	70/30	900-2	88
발명예 7	80/20	800-2	85
비교예 1	90/10	1200-1	75
비교예 2	60/40	600-5	75
비교예 3	50/50	700-3	78

상기 표1에 나타낸 바와 같이, 발명예(1)~(7)의 경우에는 800~1200℃에서 1~2시간 열처리함으로써, 금속 Fe의 함량이 85wt%를 상회하는 결과를 얻을 수 있었다. 반면에, 비교예(1)~(3)은 분광석/점결제 혼합비 또는 열처리조건이 본 발명의 범위를 벗어나거나기 때문에, 환원율이 85wt% 미만으로 충분한 환원반응이 진행되지 못하고 있음을 알 수 있다.

한편, 도1에는 발명예(1)과 같이 제조된 환원철에 대한 X-선 회절분석(XRD)결과를 나타내었다. 상기 X-선 회절분석도에 나타나 있는 바와 같이, 금속 Fe가 생성되었음을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 고상 환원법에 의해 괴상 환원철을 제조함으로써, 금속 Fe를 85% 이상 함유한 괴상 환원철을 얻을 수 있고, 이에 따라 전기로용 스크랩 대체재로의 활용이 가능할 뿐 아니라, 연속제조가 가능하여 제조시간을 단축할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

환원철의 제조방법에 있어서,

입경 8mm 이하의 분광석과 고정탄소함량이 50~70wt%인 탄소질 점결제를 중량비로 50:50~80:20로 혼합하고, 그 혼합물을 혼련하여 용융혼합물로 한 다음, 불활성분위기하의 800~1200℃의 온도범위에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 고상 환원법에 의한 괴상 환원철의 제조방법
제1항에 있어서, 상기 분광석이 입경 0.1mm 이하인 미분광석을 40% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 고상 환원법에 의한 괴상 환원철의 제조방법
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열처리시 열처리시간이 1~2시간인 것을 특징으로 하는 고상 환원법에 의한 괴상 환원철의 제조방법