KR20070099364A - 소결광의 저온환원 분화지수 개선제와 이의 제조방법 - Google Patents

소결광의 저온환원 분화지수 개선제와 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고로 원료인 소결광의 저온환원 분화지수(RDI: Reduction Degradation Index : RDI)를 개선시킬 수 있는 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 소결광을 고로에 장입하기 전단계에서 수용액상태의 칼슘 및 나트륨금속의 착화합물 중합체를 소결광 표면 또는 기공내에 흡착 또는 부착하는 방식으로 공급하여 고로 상부에서의 저온환원에 의해 소결광의 강도저하를 방지할 수 있는 금속착화합물 중합체 수용액을 이용한 소결광의 저온환원 분화지수 개선제와 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 칼슘 및 나트륨금속의 착화합물 중합체 수용액(유효성분: 0. 11무게%~20무게%)을 제조하여, 원액 또는 최적의 비율로 물로 희석한 후 이를 소결광에 첨가제로 부착 또는 흡수시켜 사용함으로써 고로의 원료인 소결광의 RDI를 개선시킴과 동시에 고로로 유입되는 염소의 양을 대폭적으로 줄이는 금속착화합물 중합체 수용액을 이용한 소결광의 저온환원 분화지수 개선제와 이의 제조방법이다.
고로, 소결광, 저온환원분화지수, RDI, 분화, 첨가제

Description

소결광의 저온환원 분화지수 개선제와 이의 제조방법{A chemicals and making method for improving a Reduction Degradation Index of sintered ore}
도 1은 종래 방식과 본 발명을 적용시의 유효성분별 RDI의 개선효과 및 개선율을 나타내는 그래프.
본 발명은 고로 원료인 소결광의 저온환원 분화지수(RDI: Reduction Degradation Index : RDI)를 개선시킬 수 있는 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 소결광을 고로에 장입하기 전단계에서 수용액상태의 칼슘 및 나트륨금속의 착화합물 중합체를 소결광 표면 또는 기공내에 흡착 또는 부착하는 방식으로 공급하여 고로 상부에서의 저온환원에 의해 소결광의 강도저하를 방지할 수 있는 소결광의 저온환원 분화지수 개선제와 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고로를 이용한 용선 제조 공정의 경우 고로 상부로부터 연료인 코크스와 함께 원료인 철광석, 펠렛 또는 소결광이 장입되며, 이 원료중에서는 소 결광이 차지하는 비율이 가장 크다.
이와 같이 고로에 장입하는 원료로서의 소결광을 고로 상부에 설치된 저장조로부터 낙하시키면 철산화물을 포함하는 소결광이 상부로부터 하부로 내려오는 동안 고로하부로부터 상승하는 고온의 환원가스에 의해 환원되어 산화철중의 산소가 이산화탄소의 가스형태로 날라가고 산화철은 보다 낮은 이온상태의 산화철 또는 금속철의 형태를 띠게 되고, 이금속철 또는 일부의 산소가 보다 낮은 이온상태로 잔존하는 산화철은 계속해서 아래로 내려오는 동안 용융, 적하 및 환원되는 과정을 통해 액상의 쇳물로 변화한다.
이때 소결광 구성성분중 환원가스로도 환원이 불가능한 성분은 맥석형태로 잔존하게 된다. 계속해서 아래쪽으로 내려와 고온영역에 도달하면 이들 금속철 함유상과 맥석상이 분리되어 철함유상은 쇳물로, 맥석상은 슬래그로 내려오게 된다.
한편 고로는 하부의 연소대에서 고온의 공기와 코크스가 반응하여 열과 환원가스를 발생하기 때문에 하부 연소대 온도가 가장 높고 위쪽으로 올라갈수록 온도가 낮아져서 내부의 가장 상부인 노정에서는 100~300℃ 정도를 유지하게 된다. 이때 노내 온도는 고로의 반경 방향에서 서로 다르고 수직 높이에 따라서도 다른 분포를 갖고 있다. 하부에서 발생하여 상부로 상승하는 환원가스는 소결광들을 환원하게 된다. 역으로 상온상태에서 고로내에 투입된 소결광은 환원가스에 의해 승온되고 환원된다.
따라서 원료로서의 소결광을 상부에 설치된 호퍼로부터 낙하시키면 철산화물을 포함하는 상온의 소결광이 우선 환원가스의 열에 의해 승온된 후 하부로 강하하 는 동안 하부로부터 상승하는 고온의 환원가스에 의해 환원된다. 이때 고로내의 환원가스는 CO가스를 포함한 복합상의 가스이다. 소결광 입자내에서의 환원되는 주요 성분은 철이온과 산소이온이 결합된 철 산화물들이다. 이때 소결광중의 산화철은 Fe2O3, Fe3O4 및 칼슘-페라이트(Ca-Ferrite) 상태로 존재한다. 이 철함유물들이 환원가스와 반응하면 Fe3O4가 Fe2O3로 환원되고 이 Fe2O3는 다시 FeO로 , FeO는 환원되어 금속 Fe로 변한다.
이때 Fe2O3와 Fe3O4 상이 서로 다른 격자 상수를 갖기 때문에 Fe3O4가 Fe2O3로 환원되는 과정에서 격자의 체적 팽창에 의한 크랙이 발생되고 이로 인해 소결광의 강도가 저하하게 된다. 이와 같이 소결광 입자의 강도가 감소하게 되면 입도가 적은 분상의 소결광 입자들이 발생하게 되고 이들 입자들이 고로내의 환원가스의 통로를 막게 되어 노내 통기성 악화와 고로내 상황의 불안정을 초래하게 된다.
이 경우 통기성 악화에 따른 안정적인 조업이 이뤄지지 못하고 용선 제조에 필요한 연료비가 증가하여 운전의 경제성이 악화된다. 한편 소결광의 환원에 의한 입자강도의 저하는 500℃~550℃정도의 상대적으로 낮은 온도에서 가장 심하며 , 환원 반응이 일어나는 온도가 증가하면 오히려 저하의 정도가 크게 줄어든다는 것은 이미 확인된 사실이다.
실제 고로운전에서는 이와 같은 소결광의 저온환원분화의 정도가 매우 중요한 사항으로 저온환원분화를 정량화하는 시험방법을 사용하여 지수화하고 저온환원분화지수(RDI)로서 관리하고 있다. 이와 같이 소결광의 RDI 관리가 고로 운전에서 가장 중요한 관리 항목의 하나로 인지되어 있으며, 상기와 같은 낮은 온도 영역에서의 소결광의 저온환원분화를 감소시키기 위한 방안이 필요하다.
지금까지 RDI를 낮추기 위해서 각종 염화물질들(CaCl2,MgCl2,NaCl)은 수용액상태로 소결광 원료에 첨가하여 사용된 적이 있으며, 이 중 염화칼슘은 일부 RDI개선용으로 소결광의 표면에 부착시켜 사용중이나, 염소성분으로 인해서 고로 가스의 세정설비수의 염소농도 증가와 고로내 및 고로후단에서의 설비부식의 문제가 발생되는 단점이 있다. 그럼에도 이를 사용하는 공장은 가능하면 염소의 농도를 낮추는 노력을 기울이고 있다.
현재까지 실용화 되어있는 RDI개선제로서는 염화칼슘을 이용하고 있고 그 염화칼슘의 농도를 하향조정하여 운전하므로서 고로내로의 염소농도 유입을 줄여 가고 있으며, 그 부식을 최소화하는 노력을 기울이고 있다.
따라서 고로내의 소결광의 RDI를 저온영역에서 개선하고, 고로의 배가스중의 염소농도를 기존 실용방법인 염화칼슘 수용액 대비 대폭 감소하면서, 실제 상용성이 있는 방법을 제공하는 것이 강하게 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 칼슘 및 나트륨금속의 착화합물 중합체 수용액(유효성분: 0. 11 무게%~20무게%)을 제조하여, 원액 또는 최적의 비율로 물로 희석한 후 이를 소결광에 첨가제로 부착 또는 흡수시켜 사용함으 로써 고로의 원료인 소결광의 RDI를 개선시킴과 동시에 고로로 유입되는 염소의 양을 대폭적으로 줄이는 금속착화합물 중합체 수용액을 이용한 소결광의 저온환원 분화지수 개선제와 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 염화칼슘과 헥사메타인산소다를 각각 수용액 상태로 반응시켜 수용액 상태의 칼슘 및 나트륨금속의 착화합물 중합체 수용액을 제조하고, 칼슘 및 나트륨금속 착화합물 중합체 수용액에 소결광을 침적 또는 동수용액을 분무시키거나, 소결광의 표면 및 기공내에 칼슘 및 나트륨금속 착화합물 중합체 수용액을 흡수 또는 부착시킨 소결광을 제조하며, 해당 소결광을 건조시켜 소결광 입자내의 수분을 제거하여 소결광 RDI를 대폭적으로 향상시키는 소결광의 저온환원 분화지수 개선제와 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 소결광의 저온환원 분화지수 개선제는, 유효성분 0. 11무게%~20무게%의 칼슘 및 나트륨금속을 주성분으로 하는 착화합물 수용액인 것을 특징으로 하며, 상기 개선제의 착화합물 수용액의 성분함량은 알카리금속(칼륨 K)과 나트륨(Na)이 0.1~3.0 무게%, 칼슘금속(Ca)이 0.22~4.0 무게%, 염소(Cl) 0.15~4.0 무게%, 산소(O2) 0.44~8.0 무게%, 인(P)이 0.22~4.0무게%, 물(H20)이 77~99% 무게%로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 소결광의 저온환원 분화지수 개선제의 제조방법은, 염화칼 슘 74.0무게% 이상을 A의 무게% 로 계량하여 B의 물 무게%와 혼합하여 A+B가 100무게%가 되도록 염화칼슘 수용액을 만드는 단계와, 헥사메타인산소다 98.0무게% 이상을 상기 A의 무게%로 계량하여 상기 B의 물 무게%와 혼합하여 A+B가 100무게%가 되도록 헥사메타인산소다 수용액을 만드는 단계와, 유효성분 15.0무게%의 수용액인 경우 상기 염화칼슘 수용액과 상기 헥사메타인산소다 수용액을 같은 용적비율로 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 유효성분 5.0무게%와 상기 유효성분 1.5무게%의 경우 상기 염화칼슘 수용액 용적비율로 1/3과 상기 헥사메타인산소다 수용액을 용적비율로 2/3가 되게 혼합하고, 유효성분 0.11무게% 인 경우에는 상기 유효성분 15.0무게%의 경우에서 같은 용적 비율로 혼합된 수용액의 접착성 고형물을 0.11무게%로 취하고 물 99.89무게%와 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본발명의 금속착화합물 중합체 수용액을 이용한 소결광의 저온환원 분화지수 개선제와 이의 제조방법을 상세히 설명한다.
유효성분 0. 11무게%~20무게%의 칼슘 및 나트륨금속의 착화합물 수용액을 제조하고, 해당 착화합물 수용액을 소결광 표면 및 기공내에 부착 또는 흡수시킨 소결광을 제조하고, 해당 소결광을 건조시켜 소결광 입자내의 수분을 제거하는 방식으로 처리하여 소결광의 저온환원 분화지수를 개선시킨다.
먼저, 유효성분 0. 11 무게%~20무게%의 칼슘 및 나트륨금속을 주성분으로 하는 착화합물 수용액으로 이루어지는 개선제와 제조 방법의 실시예를 설명한다.
하기의 저온환원 분화지수의 개선제와 제조방법은 샘플로서 대표적인 몇가지 만 기술하고 있으나 유효성분 0.11무게%~20무게%의 칼슘 및 나트륨금속의 착화합물 수용액의 제조방법 모두가 본 발명의 범위에 해당된다.
먼저, 유효성분 15.0무게% 칼슘 및 나트륨금속의 착화합물 중합체 수용액을 제조하는 방법으로, 염화칼슘 순도 74.0무게%를 15.0무게% 계량하여 물 85.0무게%와 혼합하여 염화칼슘 수용액을 만든다.
다음에 헥사메타인산소다 순도 98.0무게%를 15.0무게% 계량하여 물 85.0 무게%와 혼합하여 헥사메타인산소다 수용액을 만든다.
상술한 염화칼슘 수용액과 헥사메타인산소다 수용액을 같은 용적비율로 혼합한다. 상술한 혼합된 두 용액은 화학결합을 통해서 유효성분 15.0% 칼슘 및 나트륨 금속의 착화합물이 만들어 진다. 이렇게 만들어진 칼슘 및 나트륨금속의 착화합물 중합체는 일부는 수용액 상태로 존재하고 일부는 접착성 고형물로 수용액 아래로 침전하게 된다.
이렇게 제조된 유효성분 15.0무게% 수용액과 접착성 침전물은 모두 소결광의 RDI 개선에 제공된다. 수용액의 경우는 수용액 그 상태로 제공 되며, 접착성물질은 다시 물에 사용 양만큼 희석해서 소결광의 RDI 개선에 제공된다.
언급한 유효성분 15.0무게%의 칼슘 및 나트륨 금속의 착화합물 중합체 수용액의 구성 성분함량은 알카리금속(K)과 나트륨(Na)이 1.0~3.0 무게%, 칼슘금속(Ca) 3.0~4.0 무게%, 염소(Cl) 2.0~4.0 무게%, 산소(O2) 6.0~8.0 무게%, 인(P)이 3.0~4.0무게%, 물(H20)이 85~77% 무게%로 구성되며, 소결광에 흡수 또는 부착시켜서 RDI를 대폭적으로 향상시킨다.
다음의 예로, 유효성분 5.0무게% 칼슘 및 나트륨금속이 주성분인 착화합물 수용액의 제조 방법을 설명하면, 염화칼슘 74.0무게%를 5.0무게% 계량하여 물 95.0무게%와 혼합하여 염화칼슘 수용액을 만들고, 헥사메타인산소다 98.0무게%를 5.0무게% 계량하여 물 95.0무게%와 혼합하여 헥사메타인산소다 수용액을 만든다.
염화칼슘 수용액의 용액 용적비율은 3/9로 하고 두번째 용액인 헥사메타인산소다 수용액의 용적비율은 6/9가 되게 혼합한다.
혼합된 두용액은 화학결합을 통해서 유효성분 5.0% 칼슘 및 나트륨금속의 착화합물 수용액이 만들어 진다. 이 또한 소결광의 RDI 개선에 제공 된다.
상술한 유효성분 5.0무게%의 칼슘 및 나트륨 금속의 착화합물 중합체 수용액의 구성 성분함량은 알카리금속(K)과 나트륨(Na)이 0.34~1.0 무게%, 칼슘금속(Ca) 1.0~1.34 무게%, 염소(Cl) 0.67~1.34 무게%, 산소(O2) 2.0~2.67 무게%, 인(P) 1..0~1.34무게%, 물(H20)이 92.3~95.0% 무게%로 구성된다.
세번째의 예로, 유효성분 1.5무게% 칼슘 및 나트륨금속이 주성분인 착화합물 수용액 제조 방법을 설명하면, 염화칼슘 74.0무게%를 1.5무게% 계량하여 물 98.50무게%와 혼합하여 염화칼슘 수용액을 만들고, 헥사메타인산소다 98.0무게% 를 1.5무게%로 계량하여 물 98.50무게%와 혼합하여 헥사메타인산소다 수용액을 만든다.
상술한 수용액을 혼합하는 것은, 염화칼슘 수용액을 용액 용적비율로 3/9로 하고 헥사메타인산소다 수용액을 용적비율로 6/9가 되도록 혼합한다.
혼합된 용액은 화학결합을 통해서 유효성분 1.5% 칼슘 및 나트륨금속이 주성분인 착화합물로 만들어 진다. 이렇게 만들어진 칼슘 및 나트륨금속의 착화합물 중합체는 수용액 상태로 존재하고 접착성 고형물은 거의 없게 된다. 이 또한 소결광의 RDI 개선에 제공 된다.
상술한 유효성분 1.5무게%의 칼슘 및 나트륨 금속이 주성분인 착화합물 중합체 수용액의 구성 성분함량은 알카리금속(K)과 나트륨(Na) 0.1.~0.3 무게%, 칼슘금속(Ca) 0.3~0.4 무게%, 염소(Cl) 0.20~0.4 무게%, 산소(O2) 0.6~0.8 무게%, 인(P)이 0.3~0.4무게%, 물(H20)이 97.7~98.5% 무게%로 구성된다.
네번째의 예로, 유효성분 0.11무게% 칼슘 및 나트륨 착화합물 수용액 제조 방법을 설명하면, 상술한 유효성분 15.0무게%의 칼슘 및 나트륨 금속의 착화합물 중합체 수용액의 제조 방법에서 설명한 방식에 의하여 혼합하여 만들어진 접착성 고형물을 0.11무게%로 취하고 물 99.89무게%와 혼합하면 유효성분 0.11무게% 칼슘 및 나트륨 착화합물 수용액이 된다.
이 용액의 구성 성분함량은 알카리금속(K)과 나트륨(Na)이 0.0073.~0.022 무게%, 칼슘금속(Ca) 0.22~0.3 무게%, 염소(Cl) 0.15~0.29 무게%, 산소(O2) 0.44~0.59 무게%, 인(P)이 0.22~0.29무게%, 물(H20)이 98.5~99.0% 무게%로 구성되며 또한 소결광의 RDI 개선에 제공된다.
상술한 방식으로 제조된 개선제에 소결광을 침적 또는 해당 개선제를 소결광에 뿌려 표면 및 기공내의 부착 또는 흡수시키고, 해당 소결광을 건조시켜서 소결 광의 RDI를 개선하는 것이다.
또한, 본 발명에서 수용액 상태의 칼슘 및 나트륨 금속의 착화합물 중합체 수용액을 유효성분 0.11무게%~20무게%로 한정하여 소결광에 적용시키는 이유는 수용액을 혼합시 가장 적합한 혼합상태가 되기 때문이며, 유효성분의 농도가 20% 이상인 경우에는 혼합시 침강성물질과 앙금이 다량 발생되는 문제점이 있으며, 제조과정에서 희석시 발생되는 여러가지 문제점이 있어서 20% 이하로 한정하고, 유효성분의 농도가 0.11% 미만에서는 착화합물 수용액 상태로 형성되지 않으며, RDI 개선의 효과가 거의 없어지기 때문이다.
본 발명의 유효성분 0.11무게%~20무게%의 칼슘 및 나트륨금속이 주성분인 착화합물 수용액중에서 샘플로 5종의 유효성분의 수용액을 제조, 테스트한 후 소결광의 RDI를 측정하였다.
표1은 종래방식을 적용한 것과 본 발명을 사용시의 유효성분별 RDI의 개선효과(율)를 수치로 표시하고 있다.
유효성분(%) RDI(%) 비고
종래방식 적용시 본 발명 적용시 개선효과 (개선율)
15 38.8 2.3 △36.5 (△94.1) *사용비* 소결광500g : 본 발명품5g
5 38.4 11.5 △26.9 (△70.1)
3 39.5 18.8 △20.7 (△52.4)
1.5 34.8 23.4 △11.4 (△32.8)
0.11 38.4 32.9 △ 5.5 (△14.3)
표 1에는 소결광에 유효성분 0. 11무게%~20무게%의 칼슘 및 나트륨금속이 주성분인 착화합물 수용액을 적용시킨 결과 저온환원 분화지수의 개선율이 작게는 14%대에서 94% 대에 이르는 우수한 성능을 나타내고 있다.
도 1은 종래 방식과 본 발명을 적용시의 유효성분별 RDI의 개선효과 및 개선율을 나타내는 그래프로, 종래의 방식에 비하여 본 발명의 유효성분 0. 11 무게%~20무게%의 칼슘 및 나트륨금속이 주성분인 착화합물 수용액을 소결광에 적용시킨 결과 매우 우수한 성능을 나타내고 있다.
본 발명은 칼슘 및 나트륨금속이 주성분인 착화합물 수용액을 유효성분 0. 11무게%~20무게% 제조하여, 원액 또는 최적의 비율로 물로 희석한 후 소결광에 첨가제로 부착 또는 흡수시켜 사용함으로써 소결광의 RDI를 개선시킴과 동시에 고로로 유입되는 염소의 양을 대폭적으로 줄인다.
본 발명의 유효성분 0. 11무게%~20무게% 로 구성되는 칼슘 및 나트륨 금속이 주성분인 착화합물 수용액의 성분함량은 알카리금속(칼륨 K)과 나트륨(Na)이 0.1~3.0 무게%, 칼슘금속(Ca)이 0.22~4.0 무게%, 염소(Cl) 0.15~4.0 무게%, 산소(O2) 0.44~8.0 무게%, 인(P)이 0.22~4.0무게 물(H20)이 77~99% 무게%로 이루어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 고로내로 들어가는 소결광의 저온환원분화지수 를 감소시켜 고로내 분발생 억제와 통기성 개선이 가능하며 이로 인해 고로내 환원가스의 보다 효율적인 제어를 할 수 있으며 또한 고로내로 유입되는 염소농도를 대폭 감소시킴으로서 고로가스의 세정설비수의 염소농도 증가와 고로내 및 고로후단에서의 설비부식의 문제를 해결할 수 있는 유용한 효과가 있다.
위에서 설명한 본 발명은 특정한 실시 예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 이는 단지 예시적으로 본 발명을 설명하기 위하여 기재된 것이며, 본 발명을 상술한 실시 예로만 제한하려는 것은 아니다. 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 이러한 수정 및 변형들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.

Claims (4)

  1. 유효성분 0.11무게%~20무게%의 칼슘 및 나트륨금속을 주성분으로 하는 착화합물 수용액인 것을 특징으로 하는 소결광의 저온환원 분화지수 개선제.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 개선제의 상기 착화합물 수용액의 성분함량은 알카리금속(칼륨 K)과 나트륨(Na)이 0.1~3.0 무게%, 칼슘금속(Ca)이 0.22~4.0 무게%, 염소(Cl) 0.15~4.0 무 게%, 산소(O2) 0.44~8.0 무게%, 인(P)이 0.22~4.0무게%, 물(H20)이 77~99% 무게%로 이루어진 것을 특징으로 하는 소결광의 저온환원 분화지수 개선제.
  3. 염화칼슘 74.0무게%를 A 무게% 로 계량하여 B 물 무게%와 혼합하여 A+B가 100무게%가 되도록 염화칼슘 수용액을 만드는 단계와,
    헥사메타인산소다 98.0무게%를 상기 A 무게%로 계량하여 상기 B 물 무게%와 혼합하여 A+B가 100무게%가 되도록 헥사메타인산소다 수용액을 만드는 단계와,
    유효성분 15.0무게%의 수용액인 경우 상기 염화칼슘 수용액과 상기 헥사메타인산소다 수용액을 같은 용적비율로 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광 저온환원분화지수 개선제의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유효성분 5.0무게%와 상기 유효성분 1.5무게%의 경우 상기 염화칼슘 수용액 용적비율로 1/3과 상기 헥사메타인산소다 수용액을 용적비율로 2/3가 되게 혼합하고,
    상기 유효성분 0.11무게% 인 경우에는 상기 유효성분 15.0무게%의 경우에서 같은 용적 비율로 혼합된 수용액의 접착성 고형물을 0.11무게%로 취하고 물 99.89무게%와 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 소결광 저온환원분화지수 개선제의 제조 방법.
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