KR20020001655A - 입상 금속 철의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철광석 등의 산화철과 코크스 등의 탄소질 환원제를 포함하는 원료를 환원용융시켜 입상(粒狀)의 금속 철을 제조함에 있어서, 특히 Fe 순도가 높은 동시에 입경이 커서 운반수송 또는 취급성이 뛰어난 입상 금속 철을 고수율 및 높은 생산성으로 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 탄소질 환원제와 산화철 함유 물질을 포함하는 원료를 환원용융로 내에서 가열하여, 상기 원료중의 산화철을 고체 환원시킨 후, 생성되는 금속 철을 다시 가열하여 용융시키는 동시에, 슬래그 성분과 분리시키면서 응집시켜 입상 금속 철을 제조하는 방법에 있어서, 상기 탄소질 환원제로서 고정 탄소 함유율이 73% 이하이고 상기 원료중의 휘발성분 함량이 3.9% 이하인 것을 사용하고, 상기 원료의 산화철 함유 물질중에 포함되는 산화금속 성분에 대하여 탄소질 환원제의 배합량을 45% 이하로 억제하는 입상 금속 철 제조방법에 관한 것이다.

Description

입상 금속 철의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING REDUCED IRON}

본 발명은, 철광석 등의 산화철과 코크스 등의 탄소질 환원제를 포함하는 원료를 환원용융시켜 입상의 금속 철을 제조하는데 있어서, 특히 Fe 순도가 높은 동시에 입경이 커서 운반수송 또는 취급성이 뛰어난 입상 금속 철을 고수율 및 높은 생산성으로 제조할 수 있도록 개선된 방법에 관 한 것이다.

철광석 등의 산화철 공급원과 코크스 또는 석탄가루 등의 탄소질 환원제를 포함하는 원료를 가열하여 고체 환원시키고, 잇따라 가열 용융시켜 금속 철을 제조하는 방법에 대해서는, 예컨대 일본 특허 공개 제 97-256017 호 공보 또는 제 99-335712 호 공보 등에서 보여지는 바와 같이 이미 많은 제안이 이루어져 왔다. 이들 공보에는, 고체 환원에 의해 생성되는 환원 철을 가열하고 상기 환원 철을 침탄하여 융점을 강하시키면 용융이 촉진되어, 금속 철의 생산성 향상을 도모한다는 것도 밝혀져 있다.

그러나, 이들 공보에는 고체 환원에 의해 생성된 금속 철이 용융될 때 고체 환원 공정에서 부생하는 슬래그를 분리하면서 응집시켜 Fe 함량이 높은 금속 철을 수득하는 취지의 기술은 보이지만, 상기 금속 철을 운반수송 또는 취급이 용이한 입도(粒度) 구성의 입상 금속 철로서 어떻게 높은 수율로 제조가능한지에 대해서는 반드시 충분한 검토가 이루어졌다고는 되어 있지 않다. 또한, 원료의 질이나 배합에 따라서는, 고체 환원후의 용융 공정에서 금속 철이 부생 슬래그와 충분히 분리되지 않아 입상화가 잘 진행하지 않음으로써 슬래그를 포함한 것으로 되거나, 또는 매우 미세한 입상물이 되어 그 분리작업이 곤란해져 제품으로서 적정 입경 범위의 것이 높은 수율로 얻어지지 않는 경우도 있다.

또한, 일본 특허 공개 제 97-310111 호 공보에는, 탄재 내장 펠렛을 가열 환원시켜 환원 철 펠렛을 제조할 때에, 탄재 중에 포함되는 휘발성분 함량을 소량으로 억제함으로써, 가열 환원시 상기 펠렛의 파괴(bursting)를 방지하여, 얻어지는 환원 철의 품질 및 생산성을 안정화시키는 기술이 개시되어 있다. 그렇지만, 상기 공보에 개시된 발명은, 원료 펠렛중의 산화철을 용융시키지 않고 가열 환원시켜 환원 철을 제조하는 것으로, 금속화율 자체는 높아지지만, 얻어지는 환원 철은 다량의 슬래그 성분을 포함하고 있어, Fe 순도 자체는 상당히 낮다. 더구나, 이 발명은 미용융 상태의 환원 철을 제조하는 방법이기 때문에, 슬래그 성분이 배척된 높은 Fe 순도의 입상 금속 철을 얻는 기술과는 달리, 목표 입도 구성의 입상 금속 철을 양호한 수율로 제조한다고 하는 과제는 생기지 않는다.

그 외에도, 산화철 공급원과 탄소질 환원제를 포함하는 원료를 가열 환원시켜 환원 철을 제조하거나, 또는 가열 환원 후 더욱 용융시켜 입상의 금속 철을 제조하는 방법은 다수 제안되어 있지만, 상기 공보에 개시되어 있는 방법을 비롯하여 지금까지 알려져 있는 입상 금속 철의 제조기술은, 제철·제강용 또는 합금강 제조용 등의 원료로서의 품질이나 취급성 등을 종합적으로 고려하여, 적정 입경 범위의 입상 금속 철을 양호한 수율로 제조하기 위한 구체적인 기술로서 확립되어 있다고는 말하기 어렵다.

더욱이, 전술한 바와 같은 금속 철의 제조 원료가 되는 탄소질 환원제에 관해서는, 코크스나 오일 코크스와 같은 가공 탄재나 무연탄, 역청탄 같은 고정 탄소 함유율이 높은 양질의 탄재를 사용하는 것이 바람직하지만, 최근에는 양질탄의 고갈에 따라 갈탄 등과 같은 저품질탄을 사용하지 않을 수 없는 경우도 많으며, 이들 저품위탄을 탄소질 환원제로서 사용한 경우에는, 최종적으로 얻어지는 입상 금속철의 품질이나 수율이 낮아지고, 특히 적정 입도 구성의 입상 금속 철을 수득하려고 하면, 예기치 않은 여러 가지 문제가 생긴다.

본 발명은 상기와 같은 사정에 착안하여 이루어진 것으로, 그의 목적은 탄소질 환원제로서 양질의 탄재를 사용한 경우는 물론, 저품질의 탄재를 사용한 경우에도, Fe 순도가 높고 또한 적정 입도 구성의 입상 금속 철을 고수율 및 양호한 생산성으로 제조할 수 있는 방법을 확립하는데 있다.

도 1은 본 발명에 이용되는 환원용융 설비를 예시하는 설명도이다.

도 2는 도 1의 선(A-A)을 따라 취한 단면도이다.

도 3은 도 1을 회전형 로상(爐床)의 회전방향으로 전개하여 도시한 단면설명도이다.

도 4는 용융 개시시의 온도를 1,400℃로 설정한 경우, 탄재중의 고정 탄소량이 입상 급속 철의 수율에 주는 영향을 나타내는 그래프이다.

도 5는 용융 개시시의 온도를 1,460℃로 설정한 경우, 탄재중의 고정 탄소량이 입상 금속 철의 수율에 끼치는 영향을 나타내는 그래프이다.

도 6은 용융 개시시의 온도를 1,400℃로 설정한 경우, 원료중의 휘발성분 함량이 입상 금속 철의 수율에 주는 영향을 나타내는 그래프이다.

도 7은 용융 개시시의 온도를 1,460℃로 설정한 경우, 원료중의 휘발성분 함량이 입상 금속 철의 수율에 끼치는 영향을 나타내는 그래프이다.

도 8은 용융 개시시의 온도를 1,400℃로 설정한 경우, 원료 철광석 중의 T.Fe 양에 대한 탄재의 양이 입상 금속 철의 수율에 끼치는 영향을 나타내는 그래프이다.

도 9는 용융 개시시의 온도를 1,460℃로 설정한 경우, 원료 철광석중의 T.Fe 양에 대한 탄재의 양이 입상 금속 철의 수율에 끼치는 영향을 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 회전형 로상

2 로체

3 연소 버너

4 원료 및 부연료 도입수단

5 진동 피더

6 배출 수단

K 경계벽

C 냉각대역

H 호퍼

상기 과제를 해결할 수 있는 본 발명의 제조방법은, 탄소질 환원제와 산화철 함유 물질을 포함하는 원료를 환원용융로 내에서 가열하여, 상기 원료중의 산화철을 고체 환원시킨 후, 생성되는 금속 철을 더욱 가열하여 용융시키는 동시에, 슬래그 성분과 분리시키면서 응집시켜 입상 금속 철을 제조하는 방법으로서, 고정 탄소 함유율이 높은 탄소질 환원제를 사용하는데 그 요지가 있다.

이 발명을 실시할 때에 쓰이는 상기 탄소질 환원제는, 고정 탄소 함유율이 73%(질량%를 의미함, 이하 동일함) 이상, 보다 바람직하게는 74.5% 이상인 것이며, 상기 원료중의 휘발성분 함량을 3.9% 이하, 보다 바람직하게는 3.2% 이하로 억제하고, 더더구나 상기 원료의 산화철 함유 물질중에 포함되는 산화금속 성분에 대하여 탄소질 환원제의 배합량을 45% 이하, 보다 바람직하게는 44% 이하로 억제하며, 또한 상기 환원용융로 내에서 고체 환원에 의해 생성된 금속 철이 용융할 때의 온도를 1400℃ 이상, 또는 1460℃ 이상으로 제어하면, 입경이 비교적 큰 입상 금속 철을 보다 높은 수율로 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.

상기 적합한 고정 탄소량 범위의 탄소질 환원제로서는, 그 자체 고정 탄소량이 많은 탄재를 단독으로 사용할 수 있는 외에, 비교적 고정 탄소량이 많은 고품질의 탄재와 고정 탄소량이 적은 저품질의 탄재를 병용하여, 이들의 배합비를 조정하여 소정의 고정 탄소량을 확보한다면 저품질의 탄재도 지장없이 쓸 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 환원용융로 내에서 고체 환원에 의해 생성되는 금속 철이 용융하기 전에, 원료 근방에 분말상 탄소질 물질을 도입시키면, 상기 분말상 탄소질 물질이 고체 환원 말기의 원료 근방의 분위기를 고환원성으로 유지할 수가 있어, 생성되는 금속 철의 재산화가 보다 확실히 방지되는 동시에, 상기 탄소질 물질이 금속 철로의 침탄원이 되어 금속 철의 용융 및 응집을 보다 낮은 온도에서 효율적으로 진행시킬 수 있고, 환원용융로의 열 열화의 억제, 조업을 위한 열에너지 저감, 입상 철의 생산성 향상 등에 기여할 수 있기 때문에 바람직하다,

또한, 본 발명에서 얻어지는 입상 금속 철의 입경은 특별히 제한되지 않지만, 생산시에 부생하는 슬래그와의 분리효율이나, 제품으로서의 운반수송 또는 취급의 용이성 등을 종합적으로 고려하여 바람직한 입경은 2 내지 50mm, 보다 바람직하게는 3 내지 40mm의 범위이다. 여기에서, 입상 금속 철이란 반드시 진구상인 것을 의미하는 것이 아니라, 타원상, 난형상 또는 이들이 약간 편평화된 것을 포함하는 입상물을 총칭하는 것으로, 상기 바람직한 입경이란 대략 진구상인 것은 그 직경을, 타원형 또는 난형인 것은 장경과 단경의 평균치를, 또는 약간 편평화된 것의 경우에는 장경과 단경 및 최대 두께의 총화를 3으로 나눈 값을 의미하며, 본 발명에 따르면 입경이 3 내지 40mm 범위인 입상 금속 철을 80% 이상, 더욱이는 90% 이상의 수율로 얻을 수 있다.

또한, 탄소질 환원제중의 고정 탄소란 JlS M8812에 의해 정해지는 정의 및 측정법에 의한 탄소 성분을 의미하며, 휘발성분도 동 규격에 따라 정해진 것으로서, CH₄같은 저급 탄화수소인 휘발성 유기물이나, 흡착된 H₂, CO, CO₂, 수분 등, 또 산화철 함유 물질로서 더스트(dust)류를 사용한 경우에는 Zn, Pb 등이 포함된다.

또한, 상기 환원용융로로부터 상기 입상 금속 철과 같이 로 밖으로배출된 상기 원료중의 탄소질 환원제 또는 분말상 탄소질 물질의 일부 또는 전부를 상기 원료중의 탄소질 환원제로서 재이용하는 것도, 본 발명을 실시할 때의 바람직한 형태로서 추정된다.

상기와 같이, 본 발명에서는 철광석이나 산화철 또는 그의 부분환원물 등의 산화철 함유 물질(이하, 산화철 공급원 또는 철광석 등이라고 함)과, 코크스 또는 석탄 등의 탄소질 환원제(이하, 탄재라고 함)를 포함하는 원료를 환원 용융시켜, 생성되는 금속 철을 더욱 가열하여 용융시키는 동시에, 부생하는 슬래그 성분과 분리하면서 응집시켜 입상 금속 철을 제조할 때에, 특히 원료중의 산화철 공급원에 대하여 환원제로서 작용하는 상기 탄소질 환원제로서 고정 탄소량이 높은 것을 선택하여 사용하고, 또 원료중의 휘발성분 함량 또는 원료중의 산화철 함유 물질 중에 포함되는 산화금속 성분에 대한 탄소질 환원제의 배합량 등을 적정히 조정함으로써, 환원·용융시의 금속 철의 용융과 응집을 촉진하고, 적정 입도 구성의 입상 금속 철이 양호한 수율로 얻어지도록 한 것이다.

여기에 사용되는 원료로서는, 상기 산화철 공급원과 탄재를 포함하는 것이면 그 형태에는 특별한 제한이 없고, 이들 분말의 균일 혼합물, 또는 이들을 필요에 따라 적당한 결합재와 병용하여 펠렛, 브리켓, 또는 소괴상으로 성형한 것이어도 좋지만, 본 발명에서 의도하는 비교적 입경이 큰 입상 금속 철을 보다 높은 수율 및 양호한 생산성으로 수득하기 위해서는, 평균 입경으로 환산하여 3 내지 30mm 정도인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예 도면을 참조하면서, 본 발명에 채용되는 기본적인 제조방법을 보다 구체적으로 설명하는 동시에, 상기 각 요건을 정한 이유를 명확히 하겠다.

도 1 내지 3은 본 발명이 적용되는, 본 발명자들 자신이 개발한 이동상형 환원용융로의 일례를 보여주는 개략 설명도로서, 도넛상의 회전 이동상을 갖는 돔형 구조의 것을 나타내고 있는 바, 도 1은 개략배치도, 도 2는 도 1에 있어서의 선(A-A)을 따라 취한 단면도, 도 3은 이해의 편의를 위해 도 1에 따른 회전 이동상의 회전 이동 방향으로 전개하여 나타내는 개략 단면 설명도로서, 상기 도면에서 (1)은 회전 로상, (2)는 상기 회전 로상을 덮는 로체이며, 회전 로상(1)은 도시되지 않은 구동장치에 의해 적당한 속도로 회전 구동할 수 있도록 구성되어 있다.

로체(2)의 벽면 적소에는 복수의 연소 버너(3)가 설치되어 있고, 상기 연소 버너(3)의 연소열 및 그의 복사열을 회전 로상(1)의 원료에 전함으로써 상기 원료의 가열 환원이 이루어진다. 도시된 로체(2)는 바람직한 예를 보이는 것으로서, 로체(2) 내부는 하나의 경계벽(K)으로 환원용융 대역(Z₁)과 냉각 대역(Z₂)으로 나뉘어지고, 상기 로체(2)의 회전방향 최상류측에는 회전 로상(1)에 임하여 원료 및 부원료 도입수단(4)이 배치되는 동시에, 회전방향 최하류측(회전구조이기 때문에 실제로는 도입수단(4)의 바로 상류측도 된다)에는 배출수단(6)이 설치되어 있다.

상기 가열 환원용융로의 열원으로서는, 가스나 중유, 미분탄, 폐플라스틱 등을 연료로서 사용한 버너 가열 또는 로내에 생성되는 가연성 가스를 효과적으로 이용하여 산소나 공기를 공급하여 이것을 연소시키는 유형 및 축열형 버너를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 생성된 입상 금속 철의 배출에는 스크류 또는 스크래퍼(scrapper) 같은 임의의 배출장치, 또는 가스의 토출 또는 흡인을 이용하여 배출시키는 방법을 채용하는 것도 가능하다.

이 환원용융로를 가동하는데 있어서는, 회전 로상(1)을 소정의 속도로 회전시켜 놓고, 진동 피더(5) 등을 이용하여 원료를 도입장치로부터 상기 회전 로상(1) 위에 적당한 두께가 되도록 공급해 나간다. 상기 원료의 도입에 있어서는, 이것을 보통은 10 내지 40mm, 바람직하게는 20 내지 30mm의 범위가 되도록 도입하고, 또한 원료로서 성형체(펠렛 또는 브리켓 등)를 사용하는 경우는, 그 입경에 따라서 단층 또는 3 내지 10층, 바람직하게는 3 내지 6층으로 적층하여 도입하여, 로상의 단위면적당 원료 도입량을 증대시킴으로써 생산성을 높이는 것이 좋다.

또, 원료를 층상으로 도입할 때에는, 상기 원료층의 표면에 임의의 크기의요철을 형성하면, 표면의 진열유효면적이 확대되어, 도입된 원료에 대한 가열효율을 한층 더 높일 수 있는 동시에, 하층측의 원료에 대한 가열효율도 높아지기 때문에 바람직하다. 상기 요철의 형성은, 예컨대 로상 폭 방향에서 복수의 공급구로부터 도입량을 변화시켜 도입하는 방법, 거의 수평으로 도입한 후 요철을 갖는 표면정형부재로 요철을 형성하는 방법 등을 채용하면 좋다.

로상(1) 위에 도입된 원료는, 환원용융 대역(Z₁)을 이동하는 과정에서 연소 버너(3)에 의한 연소열 및 복사열을 받아, 원료중에 포함된 산화철과 탄소질 환원제의 반응으로부터 생성되는 일산화탄소에 의해 산화철은 환원되고, 생성되는 금속 철은 더욱 탄소가 풍부한 분위기 하에서 가열됨으로써 침탄되어 용융되고, 부생하는 슬래그와 분리되면서 응집되어 입상의 용융 금속 철로 된 후, 냉각 대역(Z₂)에서 임의의 냉각수단(C)으로 냉각되어 고화되고, 그 하류측에 설치된 배출수단(6)에 의해서 순차 배출된다. 이 때, 부생된 슬래그도 동시에 배출되지만, 이들은 호퍼(H)를 경유한 후, 임의의 분리수단(체 또는 자기(magnetic) 선별 장치 등)에 의해 입상 금속 철과 슬래그의 분리가 행하여져, 최종적으로 철분 순도가 95% 정도 이상, 보다 바람직하게는 98% 정도 이상으로 슬래그 성분 함량이 지극히 적은 입상 금속 철로서 얻을 수 있다.

상기 환원·용융공정에서, 환원시(고체 환원기)의 분위기 온도가 지나치게 높은 경우, 구체적으로는 환원과정이 이루어지는 시기에 분위기 온도가 원료중의 맥석성분이나 미환원 산화철 등으로 이루어지는 슬래그 조성의 융점을 넘어 고온이되면, 이들 저융점의 슬래그가 용융하여 이동 로상을 구성하는 내화물과 반응하여 용손시킴으로써, 평활한 로상을 유지할 수 없게 된다. 또한, 고체 환원기에 산화철의 환원에 필요한 이상의 열이 가해지면, 원료중의 철산화물인 FeO가 환원되기 전에 용융하여, 상기 용융 FeO가 탄재중의 탄소(C)와 반응하는 소위 용융 환원(용융상태에서 환원이 진행되는 현상으로, 고체 환원과는 다르다)이 급속하게 진행된다. 상기 용융 환원에 의해서도 금속 철은 생성되지만, 상기 용융 환원이 일어나면 유동성이 높은 FeO 함유 슬래그가 로상 내화물을 현저히 용손시키기 때문에 실용로로서의 연속 조업이 곤란해진다.

이러한 현상은, 원료를 구성하는 철광석이나 탄재 또는 결합재 등에 포함되는 슬래그 형성 성분의 조성 등에 의해서 변하지만, 고체 환원시의 분위기 온도가 약 1400℃를 넘으면, 상기와 같은 저융점 슬래그의 삼출이 일어나 로상 내화물이 용손되고, 1500℃를 넘으면 원료 철광석 등의 상표에 관계없이 바람직하지 못한 상기 용융 환원 반응이 진행되어 로상 내화물의 용손이 현저해지기 때문에, 고체 환원기의 온도는 1500℃ 이하, 보다 바람직하게는 1450℃ 정도 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 또한 상기 고체 환원기의 온도가 지나치게 낮아지면 고체 환원이 효율적으로 진행되기 어려워지기 때문에, 바람직하게는 1200℃ 이상, 더욱 바람직하게는 1300℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

고체 환원 후에는, 계속 분위기 온도를 바람직하게는 50 내지 200℃ 정도 승온시켜 1400 내지 1500℃로 높여, 고체 환원에 의해 생성된 금속 철을 용융시키고, 용융된 금속 철을 응집시킨다. 이 때, 용융 금속 철은 서로 응집하여 조대화되지만, 그 사이 부생한 용융 슬래그를 배척하면서 응집해 나가기 때문에, 응집된 금속 철은 슬래그를 거의 포함하지 않는 Fe 순도가 높은 것으로 되고, 이것을 냉각 응고시켜 입상 금속 철과 슬래그를 체나 자기 선별 등에 의해 분리하면, Fe 순도가 높은 입상 금속 철을 얻을 수 있다.

또, 고체 환원에 의해 생성된 금속 철의 용융은 상기 금속 철의 융점 이상으로 분위기 온도를 높임에 따라 진행되지만, 상기 용융 개시시의 금속 철의 근방에 C나 CO를 존재시켜 놓으면, 이들에 의해 금속 철이 침탄되어 융점 강화를 일으킴으로써 금속 철의 용융을 보다 저온에서 단시간으로 진행시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 즉, 이 용융을 빠르게 진행시키기 위해서는, 고체 환원을 마친 원료 내에 상기 침탄에 충분한 양의 탄소를 잔존시켜 두는 것이 바람직하고, 이 잔류 탄소량은 원료중의 철광석 등과 탄재의 배합비율에 의하여 조정하는 것이 좋다. 그리고, 본 발명자들이 실험에 의해 확인한 결과에 따르면, 고체 환원에 있어서의 최종 환원율이 거의 100%에 달한 상태에서, 상기 고체 환원물중의 잔류 탄소량(즉, 잉여탄소량)이 1.5% 이상이 되도록 당초의 탄재 배합량을 확보해 두면, 고체 환원에 의해 생성된 금속 철을 신속하게 침탄시켜 저융점화시킬 수 있어, 100 내지 155℃의 온도구역에서 빠르게 용융시킬 수 있는 것이 확인되어 있다.

침탄량이 제로인 경우, 즉 순철의 용융 온도는 1537℃이며, 이 온도보다도 고온으로 가열해 주면 금속 철을 용융시킬 수 있지만, 실용로에 있어서는 로상 내화물에 걸리는 열부하를 경감하기 위해서 조업온도는 될 수 있는 한 저온으로 억제하는 것이 바람직하고, 또한 부생하는 슬래그의 융점을 고려하면, 조업온도는 150℃ 정도 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

그리고, 로 내에 도입된 원료의 고체 상태를 유지하면서, 상기 원료중에 포함되는 산화철의 부분적인 용융을 야기시키지 않으면서 상기 원료의 환원을 효율적으로 진행시키기 위해서는, 로 내의 온도를 1200 내지 1500℃, 보다 바람직하게는 1200 내지 1400℃ 범위로 유지하여 고체 환원을 행하고, 잇따라 로 내의 온도를 1400 내지 1500℃로 높여 일부 남겨진 산화철을 환원시키는 동시에 생성된 금속 철을 용융시켜 응집시키는 2단 가열방식을 채용하는 것이 바람직하고, 이러한 조건 설정에 의해 입상의 금속 철을 안정시켜 양호한 수율로 제조할 수가 있는 바, 보통은 10분 내지 13분 정도로 산화철의 고체 환원과 용융 및 응집을 완료시킬 수 있다.

상기와 같은 방법을 채용하여 입상 금속 철을 제조할 때에, 본 발명에서는 산화철 함유 물질중의 산화금속 성분에 대하여 환원제로서 작용하는 상기 탄소질 환원제로서 고정 탄소 함유율이 높은 것을 사용하고, 또 휘발성분 함량이 적은 것을 사용하거나, 또는 산화철 함유 물질중에 포함되는 산화금속 성분에 대한 상기 탄소질 환원제의 사용 비율을 특정함으로써 입상 금속 철로서의 수율을 높이고자 하는데 특징을 갖고 있기 때문에, 이하 이 점에 관해서 상술한다.

도 4 내지 9는, 후술하는 실시예에서 수득한 실험 데이터를 바탕으로, 본 발명에서 정하는 상기 각 요건이 제품으로서의 입상 금속 철의 수율에 주는 영향을 정리하여 나타낸 그래프이다. 이들 도면에서는, 제품으로서의 운반수송이나 취급성에 알맞은 입도 구성을 확보하기 위한 한 기준으로서, 입경이 3.35mm 이상으로성장한 입상 금속 철의 수율(회수율: 질량 %)로 평가하였다. 여기에서는, 산화철 함유 물질로서 철광석을 사용하고 있기 때문에, 여기에 포함되는 산화금속 성분은 산화철 성분이다.

우선 도 4 및 5는, 원료로서 배합되는 탄재중의 고정 탄소량이 입상 금속 철의 수율에 주는 영향을 정리하여 나타낸 그래프로서, 도 4는 고체 환원된 금속 철이 용융을 시작할 때의 온도를 1400℃로 설정한 경우, 도 5는 동 온도를 1460℃로 설정한 경우의 결과를 각각 나타내고 있다. 이들 도면으로부터도 명백한 바와 같이, 입상 금속 철로서의 수율은 용융 개시시의 온도에 의해 상당히 변하여, 용융 개시 온도를 1400℃로 설정한 경우는, 탄재중의 고정 탄소량 74% 전후에서 수율이 급격히 오르고, 고정 탄소량이 74.5% 이상인 탄재를 사용하면 목표 입도 구성의 입상 금속 철의 수율로 약 80% 이상을 확보할 수가 있으며, 상기 고정 탄소량이 약 75% 이상이 되면 90% 이상의 고수율을 확보할 수 있다. 이에 대하여 용융 개시 온도를 1460℃로 설정한 경우는, 도 5에 도시한 바와 같이 탄재중의 고정 탄소량 72% 전후로부터 수율이 급격히 증가하고, 고정 탄소량이 약 73% 이상인 탄재를 사용하면 목표 입도 구성의 입상 금속 철의 수율로 약 80% 이상을 확보할 수가 있으며, 상기 고정 탄소량이 약 73.5% 이상이 되면 90% 이상의 고수율을 확보할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이들 결과로부터도 명백한 바와 같이, 고정 탄소량이 73% 이상인 탄재를 사용한 경우는, 용융 개시시의 온도를 1460℃ 정도 이상으로 설정함으로써 적합한 입경의 금속 철을 80% 이상의 고수율로 제조할 수 있으며, 고정 탄소량이 74.5% 수준 이상인 양질의 탄재를 사용하는 경우는, 용융 개시 온도를 1400℃ 정도까지 낮추어도 충분한 수율을 확보할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

한편, 상기 탄재의 고정 탄소량이 73% 정도 이상 또는 74.5% 수준 이상인 경우는, 상기 탄재를 단독으로 사용해도 좋다. 또한, 고정 탄소량이 73% 미만인 저품위탄이더라도, 고정 탄소 함유율이 높은 고품위탄과 병용하여 전체로서 상기 적합한 고정 탄소량을 확보하면 지장없이 사용할 수가 있는 바, 그 결과 단독으로는 사용하기 어려운 저품위탄이더라도 효율적으로 이용하는 것이 가능해진다.

이어, 도 6 및 7은 원료중의 휘발성분 함량이 입상 금속 철의 수율에 주는 영향을 정리하여 나타낸 그래프로서, 도 6은 고체 환원된 금속 철이 용융을 개시할 때의 온도를 1400℃로 설정한 경우, 도 7은 동 온도를 1460℃로 설정한 경우의 결과를 각각 나타내고 있다. 이들 도면으로부터도 명백한 바와 같이, 이 경우도 입상 금속 철로서의 수율은 용융 개시시의 온도에 의해서 상당히 변하는 바, 용융 개시 온도를 1400℃로 설정한 경우는, 휘발성분 함량이 약 3.2%를 넘으면 수율이 급격히 저하하고, 휘발성분 함량이 3.2% 이하이면 80% 이상의 수율을 얻을 수 있고, 휘발성분 함량이 약 2.9% 이하이면 90% 수준 이상의 높은 수율을 확보할 수 있다. 이에 대하여 용융 개시 온도를 1460℃로 설정한 경우는, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 휘발성분 함량이 3.9% 수준을 넘으면 수율이 현저히 낮아지지만, 3.9% 정도 이하이면 80% 이상의 수율을 얻을 수 있고, 휘발성분 함량을 3.7% 수준 이하로 억제하면 90% 수준 이상의 고수율을 확보할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이들 결과로부터도 명백한 바와 같이, 상기 휘발성분 함량이 3.8% 수준인 경우는, 용융 개시시의 온도를 1460℃ 정도 이상으로 설정함으로써 바람직한 입경의 금속 철을 80% 이상의 고수율로 제조할 수가 있고, 휘발성분 함량이 3.2% 수준 이하인 경우는, 용융 개시 온도를 1400℃ 정도까지 낮추어도 충분한 수율을 확보할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

또한, 도 8 및 9는 원료로서 배합되는 산화철 함유 물질(철광석)중의 산화금속 성분(산화철 성분: T.Fe)에 대한 탄재량이 입상 금속 철의 수율에 주는 영향을 정리하여 나타낸 그래프로서, 도 8은 고체 환원된 금속 철이 용융을 개시할 때의 온도를 1460℃로 설정한 경우, 도 9는 동 온도를 1400℃로 설정한 경우의 결과를 각각 나타내고 있다. 이들 도면으로부터도 명백한 바와 같이, 이 경우도 입상 금속 철로서의 수율은 용융 개시시의 온도에 의해서 상당히 변하는 바, 용융 개시 온도를 1400℃로 설정한 경우는, 상기 탄재량이 약 44.2% 이상이 되면 수율이 급격히 저하하고, 상기 탄재량을 44% 이하로 하면 80% 이상의 수율을 얻을 수 있고, 상기 탄재량을 43.6% 정도 이하로 억제하면 90% 수준 이상의 높은 수율을 확보할 수 있다. 이에 대하여 용융 개시 온도를 1460℃로 설정한 경우는, 도 8에 도시한 바와 같이 상기 탄재량이 45% 수준을 넘으면 수율이 현저히 낮아지지만, 45% 정도 이하로 억제하면 80% 이상의 수율을 얻을 수 있고, 더욱이 탄재량을 44.8% 수준 이하로 억제하면 90% 수준 이상의 고수율을 확보할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이들 결과로부터도 명백한 바와 같이, 상기 탄재량이 45% 수준인 경우는, 용융 개시시의 온도를 1460℃ 정도 이상으로 설정함으로써 적합한 입경의 금속 철을 80% 이상의 고수율로 제조할 수가 있고, 상기 탄재량이 44% 수준 이하인 경우는, 용융 개시 온도를 1400℃ 정도까지 낮추더라도 충분한 수율을 확보할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

본 발명을 실시하는데 사용되는 환원용융로에서는, 원료의 가열에 버너 가열을 채용하는 경우가 많다. 이 경우, 고체 환원기에는, 로 내에 도입된 원료중의 산화철 공급원과 탄재의 반응에 의해 대량의 CO 가스가 발생하기 때문에, 원료 근방은 그로부터 방출되는 상기 CO 가스의 실드(shield) 효과에 의해서 충분한 환원성 분위기로 유지된다.

고체 환원기의 후반부터 말기에 걸쳐서는, 상기 CO 가스의 발생량이 급속히 감소하기 때문에 자기 실드 작용이 저하되어, 버너 가열에 의해서 생기는 연소 배기 가스(CO₂나 H₂O 등의 산화성 가스)의 영향을 받기 쉬워지므로, 모처럼 환원된 금속 철이 재산화되기 쉬워진다. 또한, 고체 환원의 종료 후에는, 원료중의 잔류 탄소에 의한 환원 철의 침탄으로 인한 융점 강하에 의해 미소 금속 철의 용융과 응집이 진행되지만, 이 단계에서도 상기 자기 실드 작용이 부족하기 때문에 금속 철은 재산화되기 쉽다.

따라서, 이러한 재산화를 가급적 억누르면서 고체 환원 후의 용융 및 응집을 효율적으로 진행시키기 위해서는, 용융 영역의 분위기 가스 조성을 적절히 제어하는 것이 바람직하다. 이를 위한 바람직한 수단으로서는, 전술한 바대로 원료를 로상 위에 도입하기 전에 로상 위에 분말상 탄소질 물질을 도입하거나, 또는 원료가 성형체인 경우 그 표면에 미리 탄소질 분말을 부착시켜 놓는 방법이 있다. 즉, 이렇게 로상 면에 분말상 탄소질 물질을 도입하거나 또는 표면에 탄소질 물질을 부착시켜 두면, 이들이 고체 환원 완료 후 용융 개시기에 버너 연소에 의해 생성된산화성 가스(CO₂나 H₂O)와 즉시 반응하여 이들 가스를 CO나 H₂등의 환원성 가스로 변화시키기 때문에, 고체 환원에 의해 생성된 금속 철의 근방을 고환원성 분위기로 유지할 수 있어, 금속 철의 재산화를 가급적 방지할 수 있다. 그리고, 이들 분말상 탄소질 물질은 생성된 금속 철에 대하여 침탄원이 되어, 금속 철의 침탄·용융에 요하는 시간을 더욱 단축하여 입상화를 촉진하는 작용도 발휘하기 때문에 바람직하다.

상기 탄소질 물질의 작용 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 로상 위에 미리 도입되는 상기 분말상 탄소질 물질로서, 입경이 3mm 이하, 보다 바람직하게는 2mm 이하, 특히 바람직하게는 0.3 내지 1.5mm 범위의 미세화물을 사용하여, 이것을 바람직하게는 2 내지 7mm 정도, 보다 바람직하게는 3 내지 6mm 정도의 두께로 도입하는 것이 좋고, 또한 원료를 성형하여 사용할 때에 그 표면에 부착시켜 놓는 경우는, 그 부착량을 상기 성형체에 대하여 1 내지 10질량%, 보다 바람직하게는 3 내지 7질량%의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 분말상 탄소질 물질은 그 효과가 가장 기대되는 용융 개시 시기 전에 윗쪽으로부터 뿌리는 방식으로 도입하는 것도 가능하다.

상기 방법에 의해서 얻어지는 입상 금속 철은, 부생하는 슬래그를 배척하면서 응집시킨 것으로, 슬래그 성분을 거의 포함하지 않아 Fe 순도가 대단히 높은 것이며, 이 입상 금속 철은 전기로나 전로(轉爐) 같은 기존의 제강설비로 보내어져 철 공급원으로서 사용되지만, 이들을 제강원료로서 사용하는 데에는 유황[S]의 함유량을 될 수 있는 한 저감시키는 것이 바람직하다. 이에, 상기 금속 철의 제조공정에서, 철광석이나 탄재중에 포함되는 S 성분을 가급적 제거하여 [S] 함량이 낮은 입상 금속 철을 얻도록 연구한 바, 원료 조제 단계에서 철광석이나 탄재와 함께 적정량의 CaO 공급원(생석회 외에, 소석회나 탄산칼슘 등을 포함한다)을 적극적으로 배합하여, 철광석 등에 포함되는 맥석 성분 등의 슬래그 형성 성분도 가미된 원료중에 포함되는 총 슬래그 형성 성분의 염기도(즉, CaO/SiO₂비)가 0.6 내지 1.8, 보다 바람직하게는 0.9 내지 1.5의 범위로 되도록 성분 조정하면, 최종적으로 얻어지는 입상 금속 철중의 S 함유량을 0.10% 이하, 더욱이 0.05% 정도 이하까지 저감시킬 수 있는 것이 확인되었다.

덧붙여서 말하면, 탄소질 환원제로서 가장 일반적으로 쓰이는 석탄에는 보통 0.2 내지 1.0% 정도의 S가 포함되고 있고, 이들 [S]의 대부분은 금속 철중에 혼입된다. 한편, CaO 공급원의 적극 첨가에 의한 염기도 조정을 하지 않는 경우, 철광석의 상표 등에 따라 상당한 차이가 있지만, 원료중에 포함되는 슬래그 형성 성분으로부터 산출되는 염기도는 대개의 경우 0.3 이하이며, 이와 같은 저염기도의 슬래그로는 고체 환원 또는 그 후의 용융 및 응집과정에서 입상 금속 철로의 S의 혼입(가황)이 불가피하여, 원료중에 포함되는 전체 [S]중 대략 85% 정도가 입상 금속 철중에 혼입된다. 그 결과로서, 입상 금속 철의 [S]량은 O.1 내지 0.2%의 대단히 높은 값이 되어, 입상 금속 철로서의 품질을 손상시킨다.

상기와 같이 원료 조제 단계에서 CaO 공급원의 적극 첨가에 의해 슬래그 형성 성분의 조성을 염기도가 0.6 내지 1.8의 범위가 되도록 조정해 주면, 고체 환원 및 침탄·용융·응집시에 부생하는 슬래그중에 상기 [S]가 고정되고, 그 결과로서 입상 금속 철의 [S]량을 예컨대 0.050 내지 0.080% 수준까지 대폭 저감할 수 있다. 상기 저황화의 메카니즘은 원료 중에 포함되는 [S]가 Ca0와 반응하여(CaO+S=CaS), CaS로서 고정되기 때문인 것으로 생각된다.

또, 본 발명에서 사용하는 원료는, 전술한 바와 같이 산화철 공급원과 탄재를 포함하는 균일 혼합물이나, 이들을 필요에 의해 소량의 결합재(벤토나이트 또는 전분 등)를 병용하여 적당한 사이즈의 입상으로 응집시킨 것, 또는 펠렛, 브리켓 등의 성형체로서 사용할 수 있다. 성형체로 하는 경우는, 예를 들면 팬형 조립기(造粒機), 디스크형 조립기, 드럼형 조립기 등을 쓰는 보통의 성형법을 채용하면 좋다.

또한, 원료가 되는 산화철 공급원은, 철광석 외에 밀 스케일(mill scale) 등을 포함하는 넓은 개념이며, 예컨대 용광로 더스트나 전로 더스트, 제강 더스트 등을 포함하는 것이어도 물론 상관없다. 더욱이, 철광석의 산지에 따라서는 산화철 이외에 Ni, Cr, Mn 같은 다른 금속의 산화물이 포함되는 경우도 있지만, 이들 다른 금속 산화물 성분을 포함하는 것이더라도 물론 상관없다. 또한, 탄소질 환원제의 종류도 특별히 제한이 없고, 가장 일반적인 석탄 분말이나 코크스 분말 이외에 목탄 분말 등을 사용하는 것도 가능하다. 필요에 의해 배합하는 결합재로서는 벤토나이트나 전분 등이 예시되지만, 물론 이들로 제한할 이유는 없다. 더욱이 원료 혼합물 중에 슬래그 형성 성분의 염기도 조정용으로서 적정량의 CaO 공급원(생석회, 소석회, 탄산칼슘 등)을 함유시키면, 이들이 탈황제로서 작용하여 원료 혼합물중에 포함되는 S를 CaS로서 슬래그 측에 고정함으로써, S 함유율이 낮은 입상 금속 철을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.

뿐만 아니라, 고체 환원 공정에서 부생하는 슬래그의 융점 조정용으로서, 원료중에 포함되는 슬래그 형성성 성분의 조성에 따라 석회석이나 소석회, 탄산칼슘과 같은 칼슘 공급원이나 실리카, 알루미늄 등을 적정량 가하는 것도 효과적이다.

로상 면으로의 원료의 공급에는 각별히 특수한 방법이 채용될 이유는 없고, 예컨대 호퍼나 진동 피더, 드럼 피더 등에 의해서 덜어내어, 가이드용의 홈통이나 파이프, 경사판을 사용하여 공급하는 방법 등을 채용하면 좋다.

또, 원료를 층상으로 도입할 때에, 상기 원료층의 표면에 종방향 및/또는 횡방향으로 임의의 형상의 산부분과 골짜기부분을 형성하여 요철상으로 함으로써 표면적을 확대함에 의해, 윗쪽으로부터의 버너 가열이나 복사열에 의한 가열 효율을 높이는 것은, 원료 전체의 가열효율이 높아지는 동시에, 하층측 원료층에 대한 열전달 효율도 높아지기 때문에 바람직하다. 상기 요철의 바람직한 형상이나 크기, 피치 등은 적층 두께에 의해서도 변하기 때문에 일률적으로 규정할 수 없지만, 바람직하게는 높이(산 정상과 골짜기 바닥부와의 간격)로 5 내지 30mm, 보다 바람직하게는 10 내지 30mm의 범위이며, 바람직한 피치(이웃한 산 정상부 사이의 폭)는 10 내지 100mm, 보다 바람직하게는 10 내지 7Omm의 범위인 것을 확인하였다. 상기 요철의 형성법에도 각별한 제한은 없고, 예컨대 로상 폭 방향으로 복수의 공급구로부터 도입량을 변화시켜 도입하는 방법, 로 폭 방향으로 연장하여 설치한 요철상호퍼로부터 도입 두께를 변화시켜 도입하는 방법, 거의 수평으로 도입한 후 요철을 갖는 표면 정형부재를 이용하여 요철을 형성하는 방법 등을 임의로 선택하여 적용할 수 있다.

또, 원료로서 성형체를 사용하는 경우, 그 사이즈에 따라서는 특히 로상 위에 적층 도입할 때 적층 하중으로 찌부러지는 일이 있기 때문에, 바람직하게는 평균 입경이 1 내지 10mm 정도, 보다 바람직하게는 3 내지 7mm 정도인 성형체를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 비교적 작은 직경의 성형체이면, 적층 도입하더라도 적층압으로 찌부러질 가능성은 적고, 또한 열전달이 빠르기도 하여 초기의 가열로 빠르게 건조되기 때문에 미건조 상태 그대로 로상 위에 공급하는 것도 가능해진다. 또한, 도입시의 충격이나 적층 하중에 의한 파손을 보다 확실히 방지하기 위하여, 상기 성형체의 적어도 표층 측을 미리 건조시킨 다음 도입하는 것도 바람직한 실시형태로서 추정된다.

상기 원료의 도입에 있어서는, 로상 위에 분말상 탄소질 물질을 깐 다음 원료를 도입하거나, 또는 성형체를 사용하는 경우는 상기 성형체의 표면에 탄소질 물질을 부착시킨 다음 로상 위에 도입하는 방법을 채용하면, 예컨대

(가) 상기 탄소질 물질이 고체 환원시의 원료 근방의 분위기 가스의 환원도를 높여 고체 환원을 보다 효율적으로 진행시키고,

(나) 상기 탄소질 물질이 고체 환원을 마친 금속 철에 침탄하여 그 융점을 강하시켜, 용융·응집을 촉진시키며,

(다) 상기 탄소질 물질이 로상 표면으로의 용융 금속 철의 부착을 억제하여 입상화를 촉진시키고,

(라) 원료를 층상으로 적층하여 도입할 때 일어나는 경향이 있는 하층측의 환원 부족이 상기 탄소질 물질에 의해서 보충되어, 전체 고체 환원률을 높이며,

(마) 상기 하층측의 환원 부족에 의해서 생기는 경향이 있는 FeO에 작용하여 이를 빨리 환원시키기 때문에, 로상 내화물을 현저히 용손시키는 FeO 함유 용융 슬래그의 생성도 억제하여, 로상 수명의 연장이 도모되며,

(바) 원료를 성형체로서 사용할 때에, 그 표면에 탄소질 물질을 바르듯이 부착시켜 놓으면, 상호 부착이나 도입용 호퍼 등으로의 부착도 방지되기 때문에, 상기 원료 성형체를 미건조 상태로 도입하는 것도 가능해진다.

여기에 사용되는 탄소질 물질로서는, 석탄 분말, 코크스 분말, 목탄 분말 등을 임의로 선택하여 사용한다. 또, 노상 윗면에 까는 탄소질 물질로서 상기 작용을 보다 효과적으로 발휘하기 위한 바람직한 입경은, 평균 입경으로 2mm 이하, 보다 바람직하게는 1.5mm 이하인 것이다. 또한, 원료 성형체의 표면에 탄소질 물질을 부착시키는 경우는, 평균 입경이 0.3mm 정도 이하인 것을 표면에 바르는 방식으로 부착시키는 방법, 탄소질 물질을 물 등의 분산매에 분산시켜 분무 부착시키는 방법 등을 채용하면 좋다. 한편, 환원용융로로부터 입상 금속 철과 함께 상기 탄소질 물질 또는 원료중의 탄소질 환원제(로 내로 도입될 때에 분말로서 도입되는 것, 로 내에서 원료 펠렛이 분말화될 때 발생하는 것 등)가 배출되는 일이 있지만, 이들은 탄소질 환원제로서 재사용될 수 있다. 이들은 이미 로 내에서 고온에 노출되어 휘발성분이 제거되어 있기 때문에, 양질의 원료가 된다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 작용효과를 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니라, 상기 및 하기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경하여 실시하는 것도 가능하며, 이들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예 1

산화철 공급원 및 탄재로서 하기 성분 조성의 것을 사용하고, 도 1 내지 3에 나타낸 바와 같은 회전 로상형 환원용융로를 사용하여 하기의 조건으로 입상 금속 철의 제조실험을 하였다.

[산화철 공급원]

철광석: 주요성분; T.Fe; 68.1%, Al₂O₃; 0.5%, SiO₂; 1.4%, 평균입경; 50㎛

[탄소질 환원제]

탄재(1): 고정 탄소량; 71.6%, 휘발성분 함량; 19.6%, 평균 입경; 30㎛

탄재(2): 고정 탄소량; 77.0%, 휘발성분 함량: 9.4%, 평균 입경; 30㎛

[원료 조제]

상기 산화철 공급원과 탄재 (1) 및 (2)를 하기 표 1에 나타낸 질량비로 배합하여 균일하게 혼합한 후, 팬형 조립장치를 사용하여 입경이 16 내지 19mm인 입상 원료를 조제했다.

[실험법]

상기 입상 원료를 회전 로상형 환원용융로에 두께가 약 20mm가 되도록 도입하고, 버너 가열에 의해 원료 도입으로부터 4분동안 1100℃까지 급속 승온시키고, 약 1350℃에서 고체 환원을 행한 후, 용융 개시부의 온도가 약 1400℃ 또는 약 1460℃로 되도록 온도 조정을 행하고, 용융·응집시킨 금속 철을 냉각부(로상 하부에 설치한 수냉 쟈켓을 이용)로 냉각하여 입상 금속 철을 얻는다. 원료를 도입하기부터 입상 금속 철을 로 밖으로 빼낼 때까지의 시간은 약 10 내지 12분으로 한다. 로 밖으로 빼낸 입상 금속 철은, 동시에 배출되는 부생 슬래그의 응집물을 자기 선별 장치에 의해 분리하여 입상 철만 수득한 후, 체눈이 3.35mm인 체를 사용하여 조립물과 미립물로 분리하고, 입경이 3.35mm 이상인 조립물의 수율을 구했다.

원료의 배합 조성이나, 고정 탄소 함량, 휘발물 함량 등을 포함한 조건 및 수율을 표 1에 일괄하여 나타낸다. 또한, 표 1의 결과를 바탕으로 하여, 「탄재중의 고정 탄소량이 입상 금속 철의 수율에 끼치는 영향」을 표 2, 3 및 도 4, 5에, 「원료중의 휘발성분 함량이 입상 금속 철의 수율에 끼치는 영향」을 표 4, 5 및 도 6, 7에, 「철광석중의 산화철 성분(T.Fe)에 대한 탄재량이 입상 금속 철의 수율에 주는 영향」을 표 6, 7 및 도 8, 9에 각각 나타낸다.

실험 번호	1	2	3	4	5	6
철광석의 배합량(F):(g)	76.09	76.41	76.71	77	77.29	77.55
탄재의 배합량(G):(g)	23.91	23.59	23.29	23	22.71	22.45
철광석중의 T.Fe:(%)	68.1	68.1	68.1	68.1	68.1	68.1
철광석중의 T.Fe 질량(A):(g)	51.82	52.04	52.24	52.44	52.63	52.81
탄재(1) 배합율:(%)	100	80	60	40	20	0
탄재(1)의 질량:(g)	23.91	18.87	13.97	9.2	4.54	0
탄재(1)중의 고정 탄소 함유율:(%)	71.6	71.6	71.6	71.6	71.6	71.6
탄재(1)중의 고정 탄소량(B):(g)	17.12	13.51	10.01	6.59	3.25	0
탄재(1)중의 휘발성분 함유율:(%)	19.6	19.6	19.6	19.6	19.6	19.6
탄재(1)중의 휘발성분 함유량(D):(g)	4.69	3.7	2.74	1.8	0.89	0
탄재(2) 배합율:(%)	0	20	40	60	80	100
탄재(2)의 질량:(g)	0	4.72	9.32	13.8	18.17	22.45
탄재(2)중의 고정 탄소 함유율:(%)	77	77	77	77	77	77
탄재(2)중의 고정 탄소량(C):(g)	0	3.63	7.17	10.63	13.99	17.29
탄재(2)중의 휘발성분 함유율:(%)	9.4	9.4	9.4	9.4	9.4	9.4
탄재(2)중의 휘발성분 함유량(E):(g)	0	0.44	0.88	1.3	1.71	2.11
G/F: 철광석에 대한 탄재량(%)	31.4	30.9	30.4	29.9	29.4	28.9
G/F: 철광석에 대한 탄재량(실험번호 1을 100으로 하여)	100	98	97	95	94	92
G/A: T.Fe에 대한 탄재량(%)	46	45.3	44.6	43.9	43.1	42.5
(B+C)/A: T.Fe에 대한 고정 탄소량(%)	0.33	0.33	0.33	0.33	0.33	0.33
B/A	0.33	0.26	0.19	0.13	0.06	0
C/A	0	0.07	0.14	0.2	0.27	0.33
(B+C)/G: 탄재중의 고정 탄소량(%)	71.6	72.68	73.76	74.85	75.92	77
(D+E)/(F+G): 원료중의 휘발성분 함량(%)	4.69	4.14	3.61	3.1	2.6	2.11
1400℃에서의 입상 금속 철 수율(%)*	용융되지 않음	용융되지 않음	용융되지 않음	84.6	98.5	97.7
1460℃에서의 입상 금속 철 수율(%)*	31.61	56	98.9	98.3	99 이상	99 이상
* 입경이 3.35mm 이상인 입상 금속 철의 수율

탄재중의 고정 탄소량(질량%)	1460℃에서 3.35mm 이상의 입상 철의 수율(질량%)
71.6	31.61
72.68	56
73.76	98.9
74.84	98.3
75.92	99
77	99

탄재중의 고정 탄소량(질량%)	1400℃에서 3.35mm 이상의 입상 철의 수율(질량%)
71.6	0
72.68	0
73.76	0
74.84	84.6
75.92	98.5
77	97.7

(D+E)/(F+G)원료중의 휘발성분 함량(질량%)	1460℃에서 3.35mm 이상의 입상 철의 수율(질량%)
4.69	31.61
4.14	56
3.61	98.9
3.11	98.3
2.6	99
2.11	99

(D+E)/(F+G)원료중의 휘발성분 함량(질량%)	1400℃에서 3.35mm 이상의 입상 철의 수율(질량%)
4.69	0
4.14	0
3.61	0
3.11	84.6
2.6	98.5
2.11	97.7

G/AT.Fe에 대한 탄재량(질량%)	1460℃에서 3.35mm 이상의 입상 철의 수율(질량%)
46.143	31.61
45.335	56
44.583	98.9
43.862	98.3
43.145	99
42.51	99

G/AT.Fe에 대한 탄재량(질량%)	1400℃에서 3.35mm 이상의 입상 철의 수율(질량%)
46.143	0
45.335	0
44.583	0
43.862	84.6
43.145	98.5
42.51	97.7

이들 결과로부터의 고찰은, 도 4 내지 9의 해석으로 이미 설명한 바와 같지만, 요컨대

(1) 고정 탄소량이 73% 이상인 탄재를 사용한 경우는, 용융 개시시의 온도를 1460℃ 정도 이상으로 설정함으로써 적합한 입경의 금속 철을 80% 이상의 고수율로 제조할 수 있으며, 고정 탄소량이 74.5% 수준 이상인 양질 탄재를 사용하면, 용융 개시 온도를 1400℃ 정도까지 낮추더라도 충분한 수율을 확보할 수 있고;

(2) 원료중의 휘발성분 함량이 3.9% 수준인 경우는, 용융 개시시의 온도를 1460℃ 정도 이상으로 설정함으로써 적합한 입경의 금속 철을 80% 이상의 고수율로 제조할 수 있고, 휘발성분 함량이 3.2% 수준 이하인 경우는, 용융 개시온도를 1400℃ 정도까지 낮추어도 충분한 수율을 얻을 수 있고;

(3) 철광중의 산화철 성분(T.Fe)에 대한 탄재량이 45% 수준인 경우는, 용융 개시시의 온도를 1460℃ 정도 이상으로 설정함으로써 적합한 입경의 금속 철을 80% 이상의 고수율로 제조할 수 있으며, 상기 탄재량이 44% 수준 이하인 경우는, 용융 개시 온도를 1400℃ 정도까지 낮추어도 충분한 수율을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.

본 발명은 이상과 같이 구성되어, 산화철 공급원과 탄소질 환원제를 포함하는 원료를 가열 환원시켜 입상 금속 철을 제조할 때에, 상기 원료로서 고정 탄소량이나 휘발성분 함량이 특정된 탄재를 사용하거나, 또는 산화철 공급원에 대한 탄재의 배합량을 적정하게 조정함으로써 상품으로서의 운반수송이나 취급에 적합한 입도 구성의 입상 금속 철을 고수율 및 양호한 생산성으로 제조할 수 있게 되었다.

Claims (15)

1. 탄소질 환원제와 산화철 함유 물질을 포함하는 원료를 환원용융로 내에서 가열하여 상기 원료중의 산화철을 고체 환원시킨 후, 생성되는 금속 철을 더욱 가열하여 용융시키는 동시에, 슬래그 성분과 분리시키면서 응집시켜 입상 금속 철을 제조하는 방법으로서,

   고정 탄소 함유율이 높은 탄소질 환원제를 사용하는 것을 특징으로 하는,

   입상 금속 철의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄소질 환원제의 고정 탄소 함유율이 73%(질량%를 의미함, 이하 동일함) 이상인 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 탄소질 환원제의 고정 탄소 함유율이 74.5% 이상인 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 원료중의 휘발성분 함량이 3.9% 이하인 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 원료중의 휘발성분 함량이 3.2% 이하인 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 원료의 산화철 함유 물질중에 포함되는 산화금속 성분에 대하여 탄소질 환원제의 배합량을 45% 이하로 억제하는 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 원료의 산화철 함유 물질중에 포함되는 산화금속 성분에 대하여 탄소질 환원제의 배합량을 44% 이하로 억제하는 제조방법.
8. 제 2 항, 제 4 항 및 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 환원용융로에 있어서, 고체 환원에 의해 생성된 금속 철이 용융할 때의 온도를 1460℃ 이상으로 하는 제조방법.
9. 제 3 항, 제 5 항 및 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 환원용융로에 있어서, 고체 환원에 의해 생성된 금속 철이 용융할 때의 온도를 1400℃ 이상으로 하는 제조방법.
10. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 탄소질 환원제로서 고정 탄소량이 많은 탄재와 고정 탄소량이 적은 탄재를 병용하고, 이들의 배합 비율을 조정함으로써 소정의 고정 탄소 함유율을 얻는 제조방법.
11. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

    환원용융로 내에서 고체 환원에 의해 생성되는 금속 철이 용융되기 전에, 분말상 탄소질 물질을 원료 근방에 도입하는 제조방법.
12. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

    입경이 3 내지 40mm 범위인 입상 금속 철을 80% 이상의 수율로 수득하는 제조방법.
13. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

    입경이 3 내지 40mm 범위인 입상 금속 철을 90% 이상의 수율로 수득하는 제조방법.
14. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 원료중에 슬래그 융점 조정제를 배합하여, 환원 용융 공정에서 생성되는 슬래그의 융점을 1400℃ 이하로 조정하는 제조방법.
15. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 환원용융로로부터 상기 입상 금속 철과 함께 로 밖으로 배출되는 상기 원료중의 탄소질 환원제 또는 분말상 탄소질 물질의 일부 또는 전부를 상기 원료중의 탄소질 환원제로서 재이용하는 제조방법.