KR20030053768A

KR20030053768A - ＴｉＯ２ 분광석을 이용한 강도가 우수한 비소성 펠릿

Info

Publication number: KR20030053768A
Application number: KR1020010083770A
Authority: KR
Inventors: 김춘수; 이상홍; 손창일
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2003-07-02
Also published as: KR100518321B1

Abstract

TiO₂분광석을 이용한 강도가 우수한 비소성 펠릿이 제공된다.

본 발명의 펠릿은, 중량%로, 소결 R-EP 더스트: 25∼30%, 압연 소각회: 25∼30%, COREX 슬러지: 25∼30%, 그 입도 범위가 2mm이하이고 TiO₂분광석: 5∼10%, 및 시멘트:8~12%를 포함하여 이루어진다.

Description

ＴｉＯ２ 분광석을 이용한 강도가 우수한 비소성 펠릿{Cold bonded pellet obtained by using TiO2 fine ores}

본 발명은 제철공정에서 발생하는 여러가지 부산물을 비소성 펠릿으로 제조하여 고로에서 재활용하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 고로용 원료로서 요구되는 강도를 확보하기 위하여 TiO₂분광석을 이용하여 제조되는 강도가 우수한 비소성 펠릿에 관한 것이다.

제철공정에 있어서 각 단위 공정에서 여러가지 종류의 건 더스트 및 습 더스트(슬러지)가 발생한다. 그러나 이들은 극미분으로 건 더스트의 경우 야드 적재시 더스트가 비산하여 환경오염을 일으킬 수 있으며, 습 더스트의 경우 수분을 상당량 포함하고 있어서 취급이 어렵다. 또한 S나 알칼리와 같은 고로 사용에 부적합한 성분을 함유하고 있어서 사용상에 제약이 따른다.

따라서 이들 더스트류는 S, Zn 및 Al등과 같은 부적합한 성분을 제거한 다음 재활용하거나, 일정한 모양으로 성형하여 입자를 조대화시킨 후 재활용하며, 이 두 가지 모두 용이하지 않을 때 매립지에 매립하게 된다.

현재 이들 더스트류는 펠릿타이저에서 Mini-Pellet으로 제조한 다음 소결공정에서 재활용되거나, 비소성 펠릿(Cold Bonded Pellet)으로 제조하여 고로에서 재활용하고 있다.

비소성 펠릿의 제조에 있어서 가장 중요한 것 중의 하나가 강도이다. 펠릿은 운송과정이나 저광조에 장입등 고로에 장입을 위한 이동 도중 분쇄가 일어나서는 안된다. 특히, 노내 장입시 분쇄된 펠릿은 노내의 통기성을 악화시켜 노황을 불안정하게 하고, 연료 원단위 및 용선 원가는 상승하게 한다.

따라서 비소성 펠릿의 강도를 향상할 필요가 있는데 비소성 펠릿의 강도를 향상시키는 기존의 방법으로는 고온의 스팀(Steam)을 이용하여 비소성 펠릿의 강도를 향상하는 방법과 CO₂가스를 이용하여 탄산화 반응을 통하여 강도를 향상시키는 방법이 있다. 그러나 전자는 고온의 열을 필요로 하므로 에너지면에서 불리하며, 후자는 비소성 펠릿과 CO₂가스를 반응시키기 위한 탄산화 반응탑등 설비의 투자가 요구된다.

TiO₂광석은 원래 고로 노저의 연와를 보호할 목적으로 괴광상태로 고로에서 사용되는데. 이 때 적정입도를 맞추기 위해 파쇄를 하는 과정에서 TiO₂분광석이 발생하며 이러한 분광석은 소결에서 원료로 활용된다. 그러나 TiO₂성분은 소결광을 제조함에 있어서 환원분화성을 악화시키는 것으로 알려져 있다.

이러한 TiO₂분광을 이용하여 비소성 펠릿을 제조하는 기술로서 대한민국 특허출원 번호1997-11946호가 있다. 그러나 상기 특허출원은 TiO₂분 철광석의 입도가 8mm 이하로 크기 때문에 펠릿타이징시 핵입자로 작용하여 비소성 펠릿의 생산속도를 높힐 수 있다는 점에 착안하여 비소성 펠릿의 생산성 및 소결광의 품질(환원분화지수)을 향상시킬 목적으로 사용하고 있다.

따라서 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제철공정에서 발생하는 슬러지중 COREX 슬러지등에 소정의 입도를 갖는 TiO₂분광석을 적정량 배합첨가함으로써 강도가 우수한 비소성펠릿을 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1은 TiO₂분광석 배합비에 따른 비소성 펠릿의 압축강도를 나타내는 그림

도 2는 TiO₂분광석 입도에 따른 비소성 펠릿의 압축강도를 나타내는 그림

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명자는 제철공정에서 발생하는 슬러지중 COREX 슬러지를 재활용함에 있어서, TiO₂분광석을 이용하면 제조되는 비소성 펠릿이 우수한 강도를 나타냄을 발견하고 본 발명을 제안하는 것이다.

TiO₂분광석은 비중인 높아 비소성 펠릿의 밀도를 증가시켜 강도를 향상시키는 역할을 할 수 있으나, 그 배합비 및 입도에 따라 작용이 달라지므로 본 발명에서는 비소성 펠릿을 제조를 위해 TiO₂분광석을 이용함에 있어서 그 적정 입도 및 배합비등을 제시함과 아울러, 기타 더스트 및 슬러지들의 적정 배합비를 제공함을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은, 중량%로, 소결 R-EP 더스트: 25∼30%, 압연 소각회: 25∼30%, COREX 슬러지: 25∼30%, 그 입도 범위가 2mm이하이고 TiO₂분광석: 5∼10%, 및 시멘트:8~12%를 포함하여 이루어진 강도가 우수한 비소성 펠릿에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 비소성 펠릿의 조성성분을 설명한다.

먼저, 본 발명의 비소성 펠릿은 소결 R-EP 더스트을 25∼30%로 포함한다. 본 발명에서 이러한 소결 R-EP 더스트 첨가량이 많을수록 페릿의 강도는 증가하나 상대적으로 재활용되어야할 COREX 슬러지의 사용량이 줄어들 수 있으므로 그 상한을 30%로 한다. 그러나 그 첨가량이 너무 적으면 원하는 강도를 얻을 수 없으므로 적어도 20%이상의 첨가를 요한다.

본 발명의 페릿은 또한 압연 소각회를 25∼30%로 포함한다. 압연소각회란 제철소의 열연, 선재공정등에서 발생한 슬러지를 소각하여 유분을 제거한 것을 말한다. 이러한 압연 소각회에는 밀도가 높은 Fe를 많이 함유하고 있으므로, 그 첨가량이 많을 수록 제조되는 펠릿의 강도를 높일 수 있으나, 상대적으로 재활용되어야 할 COREX슬러지의 사용량이 줄기 때문에 그 상한을 30%로 제한한다. 그리고 그 첨가량이 25%미만이면 원하는 수준의 강도를 얻을 수 없다.

COREX 슬러지는 통상 매립장에 매립되는 것이 일반적이므로 그 재활용측면에서 그 첨가량을 적어도 25%이상으로 함이 바람직하다. 그러나 COREX 슬러지는 탄소를 많이 함유하고 있으며, 또한 극미분이기 때문에 그 첨가량이 증가될수록 펠릿의 강도가 떨어지므로 그 상한을 30%로 제한한다.

본 발명의 펠릿은 또한, 그 입도 범위가 -2mm인 TiO₂분광석 5∼10%을 포함하여 구성된다.

TiO₂분광석은 그 첨가량을 증가시킴에 따라 펠릿의 강도를 향상시킬 수 있는 성분으로서 적어도 5%이상 첨가되어야 첨가에 따른 효과를 기대할 수 있다. 그러나 그 첨가량이 과도하면 도리어 압축강도가 감소되는데, 이는 더스트에 비해 상대적으로 조립인 TiO₂분광석의 첨가량이 많음에 따른 것으로 판단된다.

본 발명에서는 또한 이러한 TiO₂분광석의 입도를 2mm로 이하로 제한하는데, 그 입도가 2mm를 초과하면 비소성 펠릿내에 TiO₂분광석의 분포가 불균일하여 압축강도가 저하될 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명에서는 상기 조성을 결합하는 결합제로서 무기바인더인 시멘트를 8~12%로 첨가한다. 이러한 시맨트가 바인더로서 역할을 제대로 하기 위해서는 8%이상이 첨가를 요하나, 그 첨가량이 12%를 초과하면 고로조업시 상대적적으로 슬래그로 배출되는 양이 많아 비용측면에서 바람직하지 않다.

본 발명에서 이용하는 시멘트는 통상의 Portland 시멘트이면 족하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 실험을 위하여 사용된 각종 더스트류의 화학 조성 및 입도는 표 1 및 표 2와 같다

	T.Fe	SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO	K₂O	Na₂O	C	S
소결R-EP더스트	37.7	10.3	11.2	2.4	5.8	0.1	0.3	12.5	0.1
압연소각회	59.8	2.4	1.2	0.4	0.7	0.1	0.2	0.8	0.2
COREX슬러지	27.4	8.3	6.2	3.3	1.8	1.3	0.4	36.7	0.9
TiO₂분광	48.2	3.8	0.4	4.7	3.6	0.04	0.07	0	0.04
시멘트	2.0	19.9	62.1	5.0	3.8	1.1	0.2	0.5	1.0

	+1mm	+0.5mm	+0.25mm	+0.125mm	+0.074mm	+0.044mm	-0.044mm
소결R-EP더스트	0	0	0	0.1	2.3	80.2	17.4
압연소각회	0	0	2.4	4.0	5.7	6.9	81.0
COREX슬러지	0	0	0	0.6	1.3	1.3	96.6
TiO₂분광	0	0.1	0.8	6.8	52.5	37.6	2.3
시멘트	0	0	0	0	0	0.8	99.2

(실시예 1)

비소성 펠릿의 TiO₂분광석 배합비에 따른 압축강도를 알아보기 위하여, 표 1과 같이 더스트에 TiO₂배합비를 달리하여 혼합하였으며, 이때 TiO₂분광석의 입도는 -1mm로 하였다.

그리고 TiO₂분광석이 혼합된 각종 더스트류를 105±5℃의 건조로에 넣고 완전 건조시킨 후, 결합제인 시멘트를 첨가하여 직경이 40cm, 높이가 60cm인 Tumbler에 넣고 120rpm으로 30분간 혼합하였다. 이때, 결합제로는 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 그 중량비는 총 원료 기준으로 10%로 고정하였다.

이와 같이 완전히 혼합된 시료를 펠릿타이저에서 일정량의 원료와 수분을 공급하면서 펠릿을 제조하였다. 이 때 펠릿타이저의 회전수는 20rpm으로 하였으며,펠릿타이저의 직경은 60cm 였다

제조된 비소성 펠릿은 상온에서 28일간 양생시켰으며, 압축강도는 15∼25mm의 입도를 가지는 펠릿을 이용하여 측정하여, 그 결과를 표 4에 나타내었다.

	소결 R-EP더스트	압연소각회	COREX슬러지	TiO₂분광석	시멘트	합계
비교예 1	35	25	30	0	10	100
발명예 1	30	25	30	5	10	100
발명예 2	25	25	30	10	10	100
비교예 2	20	25	30	15	10	100

	압축강도(kg/pellet)
비교예 1	136.5
발명예 1	152.3
발명예 2	154.7
비교예 2	141.6

표 4에 나타난 바와 같이, 더스트에 TiO₂분광석이 적절한 배합비로 혼합된 본 발명예(1~2)의 경우 모두 그 압축강도가 150이상으로 우수함을 알 수 있다.

이에 대하여, TiO₂분광석 배합비가 5%미만인 비교예(1)은 비소성 필렛의 압축강도가 좋지 않았으며, 특히, 그 배합비가 10%를 비교예(2)에서도 조립인 TiO₂분광석 첨가량의 과다로 압축강도가 좋지 않았다.

한편, 도 1은 TiO₂분광석 배합비에 따른 비소성 펠릿의 압축강도를 나타내는 그림으로서 이러한 관계를 잘 나타내고 있다.

(실시예 2)

TiO₂분광석의 입도에 따른 비소성 펠릿의 압축강도를 알아보기 위하여, 그 입도를 -1mm,-2mm 및 -3mm로 구분하여 실험을 하였으며, 이때 구체적인 배합비는 표 5와 같다. 이때 TiO₂분광석의 첨가량은 7.5%로 하였다.

또한 기타 나머지 실험조건과 압축강도 측정조건은 실시예 1과 동일하다.

	소결 R-EP더스트	압연소각회	COREX슬러지	TiO₂분광석	시멘트	합계	TiO₂분광석 입도
발명예1	27.5	25	30	7.5	10	100	-1mm
발명예2	27.5	25	30	7.5	10	100	-2mm
비교예1	27.5	25	30	7.5	10	100	-3mm

	압축강도(kg/pellet)
발명예 1	154.5
발명예 2	152.8
비교예 1	131.3

표 6에 나타난 바와 같이, TiO₂분광석의 입도가 2mm이하로 제어된 본 발명예(1~2)의 경우 원료가 균일하게 혼합되어 제조된 비소성 펠릿의 압축강도가 우수하였으며, 이는 도 2을 통해 잘 확인할 수 있다. 그러나 TiO₂분광석의 입도가 2mm를 초과하는 비교예(1)은 는 압축강도가 크게 저하하였다. 그 이유는 펠릿의 경우 원료가 균일하게 혼합되면 강도는 향상되는데 -3mm의 경우 입도가 너무 커 비소성 펠릿내에 TiO₂분광석의 분포가 불균일하여 압축강도가 저하하였다.

(실시예 3)

소결 R-EP 더스트외에 압연 소각회 및 COREX 슬러지의 배합비에 따른 강도의 영향을 알아 보고자 실험을 하였으며 그 배합비는 표 7과 같이 다르게 규정하였다.

이렇게 배합비를 달리하는 원료들을 실시예 1과 동일한 조건으로 비소성 펠릿을 제조하였으며, 실시예 1과 동일한 조건으로 펠릿의 압축강도를 측정하여 표 8에 나타내었다.

그리고 동일한 조건으로 제조된 펠릿에 대하여 Tumbler Index를 측정하여 표 9에 나타내었다. 비소성 펠릿은 이동, 운송, 적재 등의 공정에서 분쇄가 되어서는 안되기 때문에 이들의 조건을 모사할 수 있는 Tumbler Index를 평가한다.

Tumbler Index란 원래 성품 소결광의 강도를 측정하는 방법으로 직경이 100cm이며 폭이 50cm 인 Tumbler에 입도가 -40mm 에서 +10mm인 시료를 15kg을 넣고 25rpm으로 200회전후 시료를 분급하여 전체 시료량에 대한 +6.3mm의 중량비율(%)이다. 따라서 Tumbler Index의 값이 높을수록 강도가 강한 것을 의미한다.

	소결 R-EP더스트	압연소각회	COREX슬러지	TiO₂분광석	시멘트	합계
발명예 1	27.5	30	25	7.5	10	100
발명예 2	27.5	25	30	7.5	10	100
비교예 3	27.5	20	35	7.5	10	100

	압축강도(kg/pellet)(28일 양생, 입도 15∼20mm)
발명예 1	170.2
발명예 2	153.5
비교예 3	120.4

	Tumbler Index (28일 양생, 입도 15∼20mm)
발명예 1	88.7
발명예 2	87.5
비교예 3	72.8

표 8에서 나타난 바와 같이, 압연 소각회 및 COREX 슬러지의 배합비가 최적으로 제어된 발명예(1~2)의 경우 비소성 펠릿의 압축강도가 우수하였으나, COREX 슬러지의 첨가량이 30%를 초과하는 비교예(1)은 그 압축강도가 좋지 않았다.

또한 표 9에 나타난 바와 같이, 비교예(1)은 분쇄가 많이 되어 Tumbler Index면에서 그 사용이 곤란함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 제철공정에서 발생하는 슬러지중 COREX 슬러지등에 소정의 입도를 갖는 TiO₂분광석을 적정량 배합첨가함으로써 강도가 우수한 비소성펠릿을 제조할 수 있어, 고로 조업을 안정화시킬 수 있으며, 나아가 고로 노저의 연와를 보호할 목적으로 기존에 사용중인 TiO₂괴광석에 비하여 원가가 저렴하기 때문에 괴광을 분광으로 대체하여 사용함으로써 경제성이 있다는 장점이 있다

Claims

중량%로, 소결 R-EP 더스트: 25∼30%, 압연 소각회: 25∼30%, COREX 슬러지: 25∼30%, 그 입도 범위가 2mm이하이고 TiO₂분광석: 5∼10%, 및 시멘트:8~12%를 포함하여 이루어진 강도가 우수한 비소성 펠릿