KR20050068245A - 강도를 향상시킨 성형탄을 사용하는 용철제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수냉하여 강도를 향상시킨 성형탄을 사용한 용철제조방법에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 용철제조방법은, 미분탄에 생석회를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계, 제1 혼합물에 당밀을 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계, 제2 혼합물을 반죽하는 단계, 제2 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계, 성형탄을 수냉하는 단계, 수냉한 성형탄을 저장하는 단계, 저장한 성형탄을 장입하여 석탄충진층을 형성하는 단계, 그리고 석탄충진층에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명을 통하여, 운송시 또는 적재시에 파손되지 않는 강도가 향상된 성형탄을 얻을 수 있다.

Description

강도를 향상시킨 성형탄을 사용하는 용철제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING MOLTEN IRONS USING SHAPED COALS WITH IMPROVED STRENGTH}

본 발명은 성형탄을 사용한 용철제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 넓은 입도 범위의 일반탄으로 제조한 성형탄을 수냉하여 강도를 향상시킨 후에 사용하는 용철제조방법에 관한 것이다.

철강산업은 자동차, 조선, 가전, 건설 등의 전체 산업에 기초 소재를 공급하는 핵심기간산업으로서, 인류의 발전과 함께하여 온 가장 역사가 오래된 산업중의 하나이다. 철강산업의 중추적인 역할을 담당하는 제철소에서는 원료로서 철광석 및 석탄을 이용하여 용융 상태의 선철인 용철을 제조한 다음, 이로부터 강을 제조하여 각 수요처에 공급하고 있다.

현재, 전세계 철생산량의 60% 정도가 14세기부터 개발된 고로법으로부터 생산되고 있다. 고로법은 소결 과정을 거친 철광석과 유연탄을 원료로 하여 제조한 코우크스 등을 고로에 함께 넣고 산소를 불어넣어 철광석을 철로 환원하여 용철을 제조하는 방법이다. 용철생산설비의 대종을 이루고 있는 고로법은 그 반응 특성상 일정 수준 이상의 강도를 보유하고 노내 통기성 확보를 보장할 수 있는 입도를 보유한 원료를 요구하므로, 전술한 바와 같이, 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로는 특정 원료탄을 가공처리한 코우크스에 의존하며, 철원으로는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다. 이에 따라 현재의 고로법에서는 코우크스 제조설비 및 소결설비 등의 원료예비처리설비가 반드시 수반되므로, 고로 이외의 부대설비를 구축해야 할 필요가 있을 뿐만 아니라 부대설비에서 발생하는 제반 환경오염물질에 대한 환경오염방지설비의 설치 필요로 인하여 투자 비용이 다량으로 소모되어 제조원가가 급격히 상승하는 문제점이 있다.

이러한 고로법의 문제점을 해결하기 위하여, 세계 각국의 제철소에서는 연료 및 환원제로서 일반탄을 직접 사용하고, 철원으로는 전세계 광석 생산량의 80% 이상을 점유하는 분광을 직접 사용하여 용철을 제조하는 용융환원제철법의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

용융환원제철법은 예비환원과 최종환원의 2단계 환원법이 주류를 이루고 있다. 종래의 용철제조장치는 기포유동층이 형성되는 유동환원로와 여기에 연결되어 석탄충진층이 형성되는 용융가스화로로 이루어져 있다. 상온의 철광석 및 부원료는 유동환원로에 장입되어 예비 환원된다. 유동환원로에는 용융가스화로로부터 고온의 환원가스가 공급되므로, 상온의 철광석 및 부원료가 고온환원가스와 접촉하여 승온된다. 이와 동시에, 상온의 철광석 및 부원료는 90% 이상 환원되고, 30% 이상 소성되어 용융가스화로내로 장입된다.

용융가스화로내에는 석탄이 공급되어 형성된 석탄충진층이 있어서, 상온의 분광 및 부원료가 석탄충진층내에서 용융 및 슬래깅(slagging)되어 용철 및 슬래그로 배출된다. 용융가스화로 외벽에 설치된 다수의 풍구를 통해 산소가 취입되어 석탄충진층을 연소하면서 고온의 환원가스로 전환된다. 고온의 환원 가스는 유동환원로로 보내져 상온의 철광석 및 부원료를 환원한 후 외부로 배출된다.

여기서, 석탄충진층은 괴탄 또는 입도 8mm 이하의 미분을 이용하여 제조한 성형탄을 사용하여 용융가스화로내로 장입하여 형성한다. 이와 관련하여 한국특허공개공보 제2002-49589호는 열간특성이 우수한 성형탄을 개시하고 있다. 여기서의 성형탄은 코렉스 공정에 사용되는 것으로서, 미분탄을 성형탄으로 제조하여 코렉스 공정에서 요구하는 열간 특성을 확보한다. 이를 위하여 자유팽창지수가 6.0 이상인 역청탄 15~70중량%를 함유하는 미분탄과, 이 미분탄 100중량부에 대하여 점결제를 5~15 중량부 혼합한 성형탄을 제조하여 열간특성이 우수한 성형탄을 제조한다.

그러나 이러한 방법으로 제조한 성형탄은 발열화학반응으로 제조되므로 제조직후 초기 성형탄의 온도가 50℃ 정도로 높아서 초기 강도가 낮아진다. 이와 같이 온도가 높아서 강도가 낮으면, 컨베이어 벨트나 트럭으로 적재 또는 운송 도중에 파손되거나 저장소에 저장될 때 낙하 충격과 압력에 의하여 파손되는 문제점이 있다.

이를 위하여 성형탄을 냉각하기 위한 여러 가지 방법이 행해져 왔다, 이러한 방법 중 운송에 따른 자연건조방법은 성형탄의 온도를 적정 수준으로 낮추는 데 10분 정도가 소요되어 컨베이어 벨트를 길게 제작해야 하므로 고비용이고 넓은 공간을 필요로 하는 단점이 있었다. 또한, 냉각팬을 이용한 냉풍으로 성형탄을 냉각시키는 방법은 설치 비용이 많이 들고, 냉각 속도가 느리며 분진 발생이 심한 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 성형기로 제조한 성형탄을 수냉시켜 강도를 향상시킨 다음 용융가스화로에 장입하는 용철제조방법을 제공하고자 한다.

이를 위하여 본 발명의 용철제조방법은, 미분탄에 생석회를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계, 제1 혼합물에 당밀을 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계, 제2 혼합물을 반죽하는 단계, 제2 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계, 성형탄을 수냉하는 단계, 수냉한 성형탄을 저장하는 단계, 저장한 성형탄을 장입하여 석탄충진층을 형성하는 단계, 그리고 석탄충진층에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 성형탄을 수냉하는 단계에서, 성형탄을 5~40초 동안 수냉하는 것이 바람직하다.

그리고 성형탄을 수냉하는 단계는 성형탄을 컨베이어 벨트로 이송하는 도중에 이루어지는 것이 바람직하다.

성형탄을 수냉하는 단계에서, 수냉한 성형탄은 30℃ 미만인 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조장치(10)는 원료 저장빈(100, 105, 115), 혼합기(mixer)(110, 120), 반죽기(kneader)(125), 성형기(briquetter)(130), 컨베이어 벨트(135), 냉각조(140), 성형탄 저장빈(145) 및 용융가스화로(200)를 포함한다. 이외에 기타 필요한 다른 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법은, 먼저 미분탄 저장빈(100)으로부터 배출된 미분탄과 생석회 저장빈(105)으로부터 배출된 수분 함량 조절을 위한 생석회를 제1 혼합기(110)에 균일하게 혼합하여 제1 혼합물을 제조한다. 제1 혼합물은 일정 시간동안 숙성된 후, 당밀 저장빈(115)으로부터 배출된 점결제인 당밀과 제2 혼합기(120)내에서 잘 섞여서 제2 혼합물로 제조된다. 이와 같이 제조한 제2 혼합물을 반죽기(125)에서 숙성시키면서 잘 교반하여 경화 효율을 증가시킨다.

이와 같이 미분탄, 당밀 및 생석회를 균일하게 혼합한 제2 혼합물을 2개의 압착 성형롤을 구비한 성형기(130)로 압착 성형하여 성형탄을 제조한다. 이 경우, 성형된 성형탄의 온도는 약 50℃인데, 가로 5cm, 세로 5cm, 두께 2cm 정도의 크기로 제조된다. 제조한 성형탄을 컨베이어 벨트(135)로 이송하는 도중에 냉각조(140)에서 냉각시키고 계속하여 컨베이어 벨트(135)로 이송한다. 이와 같이 냉각된 성형탄을 성형탄 저장빈(145)에 임시 저장한다. 성형탄 저장빈(145)에 임시 저장한 성형탄을 용융가스화로(200)에 공급하여 석탄충진층을 형성한다. 다음으로, 상부로부터 환원철을 도입하고 용융가스화로(200)의 외벽에 부착된 산소버너로 산소를 취입 연소하여 용융가스화로(200)내의 석탄충진층을 가열함으로써 환원철을 완전 환원하여 용철 및 슬래그로 배출한다.

다음의 표 1은 자연냉각상태에서의 냉각시간별 성형탄 온도 및 성형탄 압축강도를 나타내고 있다. 여기서, LBS는 파운드를 의미한다.

제조한 성형탄의 강도는 성형탄 온도에 따라 큰 차이를 나타내는 데, 성형탄 온도가 30℃미만인 경우, 강도는 120LBS 정도이며, 이러한 강도의 성형탄은 운송이나 보관중에 파손될 위험이 적다. 다소 여유를 두고자 한다면, 성형탄을 짧은 시간내에 25℃ 미만으로 냉각시키는 것이 바람직하다.

표 1을 참고시, 온도가 약 50℃인 성형탄을 자연상태에서 냉각시, 겨울철에는 냉각시간이 10분 이상 소요되며, 여름철에는 기온이 높으므로 별도의 냉각장치를 이용하여 성형탄의 온도를 30℃ 미만으로 유지한다.

이를 위하여 본 발명은 성형후의 온도가 약 50℃ 정도인 성형탄을 5~40초 사이의 단시간동안 냉각조(140)의 냉각수에 침적하여 온도를 약 30℃ 정도로 낮춘다. 도 1에 도시한 바와 같이, 컨베이어 벨트(135) 경로에 냉각수가 담긴 냉각조를 설치하여 짧은 시간에 환경공해를 유발하지 않고 성형탄을 냉각할 수 있다. 이와 더불어, 성형탄 제조시의 택타임(tack time)도 줄일 수 있다.

이하에서는 성형탄을 수냉시 적절한 수냉 시간을 도출하기 위한 본 발명의 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

실험예

미분탄, 생석회 및 당밀을 혼합 및 반죽한 혼합물을 성형기로 성형하였다. 이와 같이 성형한 약 50℃의 성형탄을 상도 냉각수에 5초 내지 240초 동안 침적한 다음에 1분간 자연 건조하였다. 자연 건조한 성형탄의 온도와 압축강도를 측정하여 수냉침적시간별로 표 2에 나타낸다. 여기서, 표면상태는 압축강도 측정시의 표면상태를 의미한다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 온도가 50℃인 성형탄을 냉각수에 5초 이상 침적하면 압축강도가 130LBS 이상인 성형탄을 얻을 수 있었다. 또한, 수냉침적시간이 40초 이상이면 강도는 향상되나, 침적후 1분 동안 자연 건조한 후에도 성형탄 표면에 흡수된 냉각수가 증발하지 않고 잔존하여 성형탄 저장빈에 저장시 성형탄의 수분량을 높이므로 성형탄 품질에 나쁜 영향을 미친다. 따라서 성형탄을 5 내지 40초동안 냉각하면 적절한 강도를 얻을 뿐만 아니라 표면이 건조되어 저장하기에 적합하다는 것을 알 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 용철제조방법에서는 성형탄을 수냉하여 운송시에 파손되지 않는, 원하는 강도의 성형탄을 제조할 수 있다.

또한, 성형탄을 수냉하는 단계는 성형탄을 컨베이어 벨트로 이송하면서 이루어지므로, 컨베이어 벨트 경로에 냉각수가 담긴 냉각조를 설치하여 단시간에 환경공해를 유발하지 않고 냉각할 수 있는 이점이 있다. 이외에, 성형탄 제조시의 택타임도 줄일 수 있다.

그리고 본 발명의 용철제조방법에서는 성형탄을 30℃ 미만으로 냉각하므로, 성형탄 강도 향상으로 인하여 용철제조공정의 실수율이 향상될 뿐만 아니라 제품 품질도 향상시킬 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용철제조방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

Claims (4)

1. 미분탄에 생석회를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계,

   상기 제1 혼합물에 당밀을 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계,

   상기 제2 혼합물을 반죽하는 단계,

   상기 제2 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계,

   상기 성형탄을 수냉하는 단계,

   상기 수냉한 성형탄을 저장하는 단계,

   상기 저장한 성형탄을 장입하여 석탄충진층을 형성하는 단계, 및

   상기 석탄충진층에 산소를 취입하여 용철을 제조하는 단계

   를 포함하는 용철제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 성형탄을 수냉하는 단계에서, 상기 성형탄을 5~40초 동안 수냉하는 용철제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 성형탄을 수냉하는 단계는 상기 성형탄을 컨베이어 벨트로 이송하는 도중에 이루어지는 용철제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 성형탄을 수냉하는 단계에서, 상기 수냉한 성형탄은 30℃ 미만인 용철제조방법.