KR20090081021A

KR20090081021A - 핫 브리켓 아이언 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20090081021A
Application number: KR1020097012373A
Authority: KR
Inventors: 히데토시 다나카; 다케시 스기야마
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-07-27
Also published as: EP2096181A4; NZ577224A; TW200831674A; US8404017B2; EP2096181B1; CN101528952B; US20100068088A1; RU2433187C2; AU2007320606A1; EP2096181A1; KR101054136B1; TWI339218B; RU2009122712A; JP5059379B2; CN101528952A; JP2008127580A; NZ600047A; ES2523700T3; CA2669796A1; CA2669796C

Abstract

복수개의 환원철립을 열간 성형하여 당해 환원철립끼리가 부착된 핫 브리켓 아이언으로서, 상기 환원철립이, 평균 탄소 함유량이 0.1 내지 2.5질량%인 표면 영역과, 상기 표면 영역의 내측에 위치하고 평균 탄소 함유량이 당해 표면 영역의 평균 탄소 함유량보다 높은 중심 영역을 갖는 핫 브리켓 아이언.

Description

핫 브리켓 아이언 및 그 제조 방법{BRIQUETTE IRON BY HOT MOLDING AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 탄재 내장 괴성화물을 가열 환원하여 얻어지는 환원철을 이용한 핫 브리켓 아이언(hot briquette iron)(이하 「HBI」로 약칭하는 경우가 있음)의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 고로(高爐)에의 장입 원료로 적합한 HBI 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근의 고출선비(高出銑比) 조업 지향 및 CO₂ 배출 삭감의 양면의 과제에 대응할 수 있는 고로용의 장입 원료로서 HBI가 주목받고 있다(예컨대, 비특허문헌 1 참조).

그러나, 종래의 HBI는 철 품위가 높은 소성 펠렛을 원료로 하고 천연 가스를 개질한 환원 가스로 환원하여 제조된, 이른바 가스 베이스 환원철(이하, 환원철을 「DRI」로 약칭하는 경우가 있음)을 열간 성형한 것이다. 이 때문에, 종래의 가스 베이스 HBI는 전기로에서 스크랩 대체 원료로서 이용되고는 있지만, 고로용 원료로 서는 가격이 지나치게 높기 때문에 실용화에 문제가 있었다.

한편, 최근, 저품위의 철 원료와 환원제로서 저렴한 석탄을 함유하는 탄재 내장 괴성화물을 고온 분위기 하에서 환원하여 얻어지는, 이른바 석탄 베이스 DRI의 제조 기술이 개발되어 실용화가 진행되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이 석탄 베이스 DRI는 맥석 성분(슬래그 성분)이나 황 성분이 많으므로(후기 실시예 2, 표 7 참조), 그대로 전기로에 장입하는 데에는 적합하지 않다. 이에 반하여, 석탄 베이스 DRI를 고로용의 장입 원료로서 이용하는 경우에는, 슬래그 성분이나 황 성분이 많은 것은 그 정도 문제로는 되지 않는다. 또한, 석탄 베이스 DRI는 종래의 HBI와 비교하여 저렴하게 제조할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 석탄 베이스 DRI를 고로용의 장입 원료로서 이용하기 위해서는, DRI 자체가 고로 장입에 견딜 만큼의 강도를 가질 필요가 있다. 석탄 베이스 DRI는 내장 탄재를 환원제로 하므로, 가스 베이스 DRI보다도 기공률이 높고, 또한 잔류 탄소의 함유량도 높다. 이 때문에, 석탄 베이스 DRI의 강도는 가스 베이스 DRI의 강도에 비해 낮다(마찬가지로 후기 실시예 2, 표 7 참조). 그 결과, 석탄 베이스 DRI를 그대로 고로용의 장입 원료로서 이용하기 위해서는, 탄재 배합량을 감하여 DRI 중의 잔류 탄소 함유량(이하, 탄소 함유량을 「C 함유량」으로 약칭하는 경우가 있음)을 극단적으로 저하시켜, 금속화율을 희생시켜서라도 강도를 확보할 수밖에 없는 상황에 있었다(비특허문헌 2의 도 3 참조). 더구나, 석탄 베이스 DRI는 가스 베이스 DRI와 마찬가지로 재산화되기 쉬우므로, 내후성을 갖지 않는다. 이 때문에, 석탄 베이스 DRI는 장시간의 저장이나 장거리의 수송에 맞지 않는다는 과 제도 있다.

비특허문헌 1: 우지사와 유(宇治澤優) 등: 철과 강, vol. 92(2006), No. 10, p. 591~600

비특허문헌 2: 스기야마 겐(杉山健) 등: 「FASTMET(R)법에 의한 더스트 처리」, 자원·소재 2001(삿포로), 2001년 9월 24-26일, 평성 13년도 자원·소재 관계학협회 합동추계대회

특허문헌 1: 일본 특허공개 2001-181721호 공보

발명의 개시

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 고로의 장입 원료로서의 강도 및 내후성을 갖추고, 또한 저렴한 핫 브리켓 아이언을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 핫 브리켓 아이언의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 한 국면에 따른 핫 브리켓 아이언은, 복수개의 환원철립(還元鐵粒)을 열간 성형하여 당해 환원철립끼리가 부착된 핫 브리켓 아이언으로서, 상기 환원철립이, 평균 탄소 함유량이 0.1 내지 2.5질량%인 표면 영역과, 상기 표면 영역의 내측에 위치하고 평균 탄소 함유량이 당해 표면 영역의 평균 탄소 함유량보다 높은 중심 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 다른 국면에 따른 핫 브리켓 아이언의 제조 방법은, 산화철 성분과 탄재를 포함하는 탄재 내장 괴성화물을 과립화하는 괴성화 스텝과, 상기 탄재 내장 괴성화물을 환원로에서 가열 환원함으로써 표면 영역의 평균 탄소 함유량이 0.1 내지 2.5질량%이고, 중심 영역의 탄소 함유량이 상기 표면 영역의 평균 탄소 함유량보다 높은 환원철립을 생성하는 가열 환원 스텝과, 상기 환원로로부터 환원철립을 배출하는 배출 스텝과, 상기 환원로로부터 배출된 복수개의 상기 환원철립을 열간 성형기로 압축 성형하는 열간 성형 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 HBI 제조 흐름의 개략을 나타내는 흐름도이다.

도 2는 석탄 베이스 DRI의, 입경과 압궤(壓潰) 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3은 석탄 베이스 DRI의, C 함유량과 압궤 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4는 회전 노상로에 있어서의, 석탄 베이스 DRI의 금속화율과 생산성의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5는 석탄 베이스 HBI의, C 함유량과 낙하 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6은 석탄 베이스 HBI의, 금속화율과 낙하 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 7은 석탄 베이스 HBI의 단면의 매크로 조직을 나타내는 도면이다.

도 8은 내후성 시험에 있어서의 금속화율의 경시(經時) 변화를 나타내는 그래프이다.

도 9는 석탄 베이스 HBI의 압궤 강도에 미치는 성형 온도의 영향을 나타내는 그래프이다.

도 10은 DRI 내의 탄소 농도 분포를 나타내는 도면으로, (a)는 가스 베이스 DRI, (b)는 석탄 베이스 DRI이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

우선, 석탄 베이스 DRI의 HBI화의 가능성에 대하여 설명한다. 고로용 장입 원료는 고로 장입에 견딜 만큼의 강도를 가질 필요가 있다. 그래서, 장입 원료로서 필요한 강도를 부여할 목적으로, 석탄 베이스 DRI를 열간 성형하여 브리켓상으로 단괴화하는(HBI화) 것을 생각할 수 있다. 그러나, 잔류 C 함유량이 높은 석탄 베이스 DRI를 이용한 경우, 종래의 가스 베이스 DRI를 HBI화하는 기술 상식에 따르면 HBI는 충분한 강도를 얻을 수 없다.

즉, 상기 가스 베이스 DRI를 HBI화할 때의 기술 상식으로서, 가스 베이스 HBI는 전기로에서의 사용시에 DRI 내부의 미환원 산화철을 환원함으로써 전력 소비를 저감시키고 있으므로, DRI의 C 함유량은 가능한 한 높을 것이 요망되고 있다. 그러나, DRI의 C 함유량을 높이면 HBI의 강도가 저하되어 버리기 때문에, DRI의 C 함유량은 최고 1.8질량% 정도로 제한되는 것이 알려져 있다. 따라서, 가스 베이스 DRI를 HBI화하는 기술을, 가스 베이스 DRI와 비교하여 잔류 탄소의 함유량이 높고, 또한 강도가 낮은 석탄 베이스 DRI에 그대로 전용하였다고 해도, 석탄 베이스 HBI는 충분한 강도를 얻을 수 없다.

그래서, 본 발명자들은 상기 가스 베이스 DRI를 HBI화할 때에 DRI의 C 함유량이 HBI의 강도에 미치는 영향에 대하여 조사하였다.

도 10 (a)는 HBI화되기 전의 가스 베이스 DRI(직경: 약 14mm, C 함유량: 약 1.8질량%)의 단면과, 이 단면에서 A선과 B선 사이의 구역에 대하여 EPMA에 의해 면 분석을 행하여 얻은, 직경 방향(도면 중의 좌우 방향)의 탄소 농도 분포(이하, 탄소 농도를 「C 농도」로 약칭하는 경우가 있음)를 모식적으로 나타낸 것이다. 한편, 도면 중의 탄소 농도 분포는 직경 방향(도면 중의 좌우 방향)에 대하여 A선과 B선에 수직인 방향(도면 중의 상하 방향)의 탄소 농도의 평균치를 표시한 것이다.

동 도면 (a)로부터 분명한 바와 같이, DRI의 C 농도는 중심 영역(중심으로부터 직경 약 8mm의 범위)에서 약 0.5질량%로 거의 일정하다. 한편, 둘레 가장자리(즉 표면측)에 가까이 감에 따라서 C 농도가 급격히 상승하고 있다. 그리고, 직경 약 14mm의 DRI 전체의 평균 C 함유량이 약 1.8질량%이며, 직경 약 8mm의 DRI 중심 영역의 평균 C 함유량이 약 0.5질량%인 것으로부터, 밸런스 계산에 의해 표면으로부터 깊이 약 3mm까지의 DRI의 표면 영역의 평균 C 함유량은 약 2.5질량%로 된다.

이와 같이, 가스 베이스 DRI의 표면 영역에서 급격히 C 농도가 상승하는 것은, 가스 베이스 DRI에서는 환원 가스 중에 첨가된 메테인 등에 의해 환원철 표면으로부터 가스 침탄되고, 금속철 표면에 탄소(C)가 석출되어 금속철 중으로 확산됨으로써 C 함유량이 높여지기 때문이다.

따라서, 가스 베이스 DRI의 C 함유량을 더욱 증가시키고자 하면, 금속철 표면에서의 탄소 석출 및 금속철 중으로의 확산량이 더욱 증가하기 때문에, HBI화에 있어서 열간 성형시에 DRI끼리의 부착력이 저하되고, 결과로서 기술 상식이 나타내는 바와 같이 HBI의 강도가 저하되어 버리게 된다.

그러나, 본 발명자들은 상기 조사를 통하여, 가스 베이스 DRI로부터 열간 성형하여 얻은 HBI(가스 베이스 HBI)의 강도는 가스 베이스 DRI 전체 영역의 평균 C 함유량에 의해서 정해지는 것이 아니고, 열간 성형시의 DRI끼리의 부착력에 영향을 미치는 DRI 표면 영역의 평균 C 함유량에 의해서 규정되는 것을 알았다. 한편, 도 10 (a) 중의 중심 영역에 있어서의 쌀알 형상의 것(흰 점)은 공극을 나타내고, 표면 영역에 있어서의 점상물은 탄소의 석출물(일부, 탄화철을 포함함)을 나타낸다.

다음으로, 석탄 베이스 DRI에 관해서도, 도 10 (b)의 DRI의 단면에서 A선과 B선 사이의 구역에 대하여 EPMA에 의해 면 분석을 행하였다. 그리고, 동 도면 (b)에 나타내는 바와 같은 C 농도 분포가 얻어졌다. 동 도면 (b)로부터 분명한 바와 같이, 가스 베이스 DRI와는 반대로 석탄 베이스 DRI의 C 농도는 중심 영역에서 비교적 높은 값으로 거의 일정하게 추이하고 있다. 한편, 둘레 가장자리 영역(즉 표면측의 영역)에서는 C 농도가 급격히 저하되고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 석탄 베이스 DRI의 C 농도 분포를 계측할 때에는, DRI의 도면 중 우측 표면 근방에서 면 분석을 행하고 있지 않으므로, 동 도면 (b)에서는 이 우측 표면 근방의 C 농도 분포를 나타내고 있지 않다. 그러나, 별도로 행한 석탄 베이스 DRI 전체에 걸친 EPMA 면 분석의 결과로부터, DRI의 우측 표면 근방에서도 중심 영역보다 C 농도가 저하되는 것을 확인하였다. (한편, 가스 베이스 DRI의 EPMA용 시료의 제작에 있어서는, DRI를 수지로 메운 후, DRI를 수지째 반할(半割)로 하도록 절단하여 DRI 단면을 그대로 연마할 수 있었다. 이에 반하여, 석탄 베이스 DRI의 EPMA용 시료의 제작에 있어서는, DRI의 중심 영역이 매우 다공질이어서 그대로 연마할 수 없었으므로, DRI를 절단하여 그 단면의 공극을 수지로 메우고 나서 연마할 필요가 있었다. 이 때문에, 가스 베이스 DRI에서는, DRI 전체 영역에 있어서 C 농도의 정량 분석이 가능하였지만, 석탄 베이스 DRI에서는, 수지 중의 탄소 성분의 영향을 받으므로, DRI 중심 영역의 C 농도의 정밀도 좋은 정량은 곤란하며 정성적인 분석 결과에 그치고 있는 것을 주기(主記)해 둔다. 또한, 도 10 (b) 중의 중심 영역에 있어서의 쌀알 형상의 것(흰 점)은 공극을, 참깨알 형상의 것(검은 점)은 탄소 및 탄소 함유 철을 각각 나타낸다.)

이와 같이, 석탄 베이스 DRI의 표면 영역에서 급격히 C 농도가 저하되는 것은, 후에 상세히 설명하지만, 석탄 베이스 DRI의 침탄 메커니즘이 가스 베이스 DRI와는 달리, 석탄 베이스 DRI에서는 표면 영역쪽이 중심 영역보다도 복사(輻射) 가열에 의해서 단시간에 급속 승온되어 중심 영역보다도 솔루션 손실(solution loss) 반응에 의한 탄재 소비량이 많아지기 때문이다.

따라서, 석탄 베이스 DRI에 대해서는, 그 표면 영역의 평균 C 함유량을 상기 가스 베이스 DRI의 표면 영역의 평균 C 함유량의 상한치인 2.5질량% 이하로 규정(억제)하기만 하면, DRI 중심 영역의 평균 C 함유량이 어느 정도 높아도, 이러한 DRI로부터 제조된 HBI도 가스 베이스 DRI로부터 제조된 HBI와 동등한 강도를 확보할 수 있다고 생각하여 더욱 검토를 한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명의 구성에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

〔HBI의 구성〕

본 발명에 따른 핫 브리켓 아이언은, 복수개의 환원철립을 열간 성형하여 얻어진 것으로서, 상기 환원철립이, 평균 C 함유량이 0.1 내지 2.5질량%인 표면 영역과, 상기 표면 영역의 내측에 위치하고 평균 C 함유량이 상기 표면 영역의 평균 C 함유량보다 높은 중심 영역을 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기 구성을 채용한 이유, 수치 한정 이유 등을 설명한다.

본 발명에 따른 핫 브리켓 아이언은, 복수개의 환원철립을 브리켓 형상으로 열간 성형하여 얻어진 것이다. 환원철립은 열간 성형을 통해서 압축 변형되어, 인접하는 환원철립끼리는 서로의 표면에서 부착되어 있다. 여기서, 환원철립의 「표면 영역의 평균 C 함유량」을 규정한 것은, 복수개의 환원철립을 압축 성형하여 HBI를 형성하였을 때, HBI의 강도를 규정하는 환원철립끼리의 부착력은 환원철립의 표면 영역의 금속철 부분에 있어서의 탄재 입자의 존재량에 의존하여 결정된다고 생각되기 때문이다.

상기 「환원철립의 표면 영역」으로서는, 환원철립의 표면으로부터 깊이 약 1 내지 약 5mm까지의 영역이 바람직하다. 표면으로부터의 깊이가 약 1mm보다 작으면, 저탄소의 표면 영역 두께가 지나치게 얇기 때문에 환원철립끼리의 부착력이 불충분해지기 때문이다. 다른 한편, 표면으로부터의 깊이가 약 5mm보다 크면, 석탄 베이스 환원철의 평균 탄소 농도가 지나치게 저하되기 때문이다. 그리고, 압축 성형에 의한 변형이 미치는 범위인 「DRI의 표면으로부터 깊이 약 3mm까지의 영역」으로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 환원철립의 표면 영역의 평균 C 함유량을 「0.1 내지 2.5질량%」로 규정한 것은, 2.5질량%를 초과하면, 환원철립의 표면 영역의 금속철 중에 존재하는 탄재 입자가 지나치게 많아져 환원철립끼리의 부착력이 저하되어 버리기 때문이며, 다른 한편 0.1질량% 미만에서는, 환원철립의 표면 영역의 금속철이 재산화되기 쉬워져 금속철이 감소하는 대신에 산화철이 증가하여, 역시 환원철립끼리의 부착력이 저하되어 버리기 때문이다. 환원철립의 표면 영역의 평균 C 함유량의 바람직한 하한은 나아가 0.3질량%, 특히 0.5질량%이며, 바람직한 상한은 나아가 2.0질량%, 특히 1.5질량%이다.

또한, 환원철립의 「중심 영역의 평균 C 함유량이 상기 표면 영역의 평균 C 함유량보다 높아진다」와 같이 규정한 것은, 표면 영역의 평균 C 함유량을 낮게 설정하여도 중심 영역의 평균 C 함유량을 그것보다 높게 설정함으로써, 환원철립 전체의 평균 C 함유량을 어느 정도 높게 유지하여 고로 내 축부에서의 CO₂ 풍부 가스에 의한 재산화 방지 효과나 고온부에서의 침탄에 의한 녹아 떨어짐 용이화의 효과를 얻기 위해서이다.

한편, 상기 환원철립은 표면 영역과 중심 영역만으로 이루어지는 것이 권장된다.

또한, HBI를 구성하는 환원철립의 전체의 평균 C 함유량은 1.0 내지 5.0질량%인 것이 바람직하다. 1.0질량% 미만에서는, 상기 고로 내 축부에서의 CO₂ 풍부 가스에 의한 재산화 방지 효과나 고온부에서의 침탄에 의한 녹아 떨어짐 용이화의 효과가 충분히 얻어지지 않게 되고, 다른 한편 5.0질량%를 초과하면, 석탄 베이스 DRI의 중심 영역의 C 함유량이 과대해져, 석탄 베이스 DRI의 강도 저하에 따라 HBI 강도도 저하될 우려가 높아지기 때문이다. 환원철립의 전체의 평균 C 함유량의 바람직한 하한은 나아가 2.0질량%, 특히 3.0질량%이며, 바람직한 상한은 나아가 4.5질량%, 특히 4.0질량%이다.

또한, HBI를 구성하는 환원철립의 금속화율은 80% 이상, 나아가 85% 이상, 특히 90% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 금속화율을 높임으로써 보다 큰, 고로의 증산 효과 및 환원재비(還元材比) 저감 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

〔HBI의 제조 방법〕

다음으로, 상기 HBI의 제조 방법에 대하여, 도 1에 나타내는 개략적인 제조 흐름을 참조하면서 설명한다. 동 도면에 있어서, 부호 1은 산화철 성분과 탄재를 포함하는 괴성화물을 가열 환원하여 DRI를 제조하는 환원로로서의 회전 노상로, 부호 2는 DRI를 열간으로 압축 성형하여 HBI를 제조하는 열간 성형기로서의 핫 브리켓 머신을 각각 나타낸다. 이하, 제조 흐름에 따라서 더욱 상세히 설명한다.

(1) 괴성화 공정(괴성화 스텝)

산화철 성분으로서의 철광석(a)과 탄재로서의 석탄(b)을 필요에 따라 별개로 분쇄하여 각각 입경 1mm 미만 정도의 분말상으로 한다. 얻어진 분말상 철광석(A)과 분말상 석탄(B)을 소정의 비율로 배합한다. 그 때의 분말상 석탄(B)의 배합 비율은, 분말상 철광석(A)을 금속철까지 환원시키는 데 필요한 양에, 환원 후의 환원철(F) 중에 잔류시키는 평균 C 함유량(예컨대 2.0 내지 5.0질량%)을 더한 분량으로 되도록 한다. 추가로, 필요에 따라 적량의 바인더나 적량의 수분을 첨가한다(나아가 조재제(造滓濟)로서의 부원료를 첨가하여도 좋다). 그리고, 이들을 혼합기(4)로 혼합한 후, 과립화기(5)로 6 내지 20mm 직경 정도의 입경으로 과립화하여 탄재 내장 괴성화물로서의 탄재 내장 펠렛(E)을 얻는다.

이 탄재 내장 펠렛(E)은, 회전 노상로(14) 내에서의 바스팅(폭렬)을 방지하기 위해, 건조기(6)로 수분량 1질량% 정도 이하로 될 때까지 건조해 두는 것이 바람직하다.

(2) 가열 환원 공정(가열 환원 스텝)

이어서, 건조된 탄재 내장 펠렛(E)을 장입 장치(도시하지 않음)에 의해 회전 노상로(1)의 노상(도시하지 않음) 위에 1 내지 2층 정도의 두께로 탑재한다. 이렇게 하여 노상 위에 탑재된 탄재 내장 펠렛(E)을 가열함과 동시에 회전 노상로(1) 내를 통과시킨다. 구체적으로는, 1100 내지 1400℃, 보다 바람직하게는 1250 내지 1350℃의 분위기 온도로 가열된 회전 노상로(1) 내를 6min 이상, 보다 바람직하게는 8min 이상의 체류 시간으로 통과시킨다.

탄재 내장 펠렛(E)을 가열하는 수단(가열 수단)으로서는, 예컨대 회전 노상로(1)의 측벽 상부에 설치한 복수개의 버너(도시하지 않음)를 이용할 수 있다.

탄재 내장 펠렛(E)은 회전 노상로(1) 내를 통과하는 사이에 복사 가열된다. 그리고, 하기 반응식 1 및 2로 나타내는 연쇄 반응에 의해 탄재 내장 펠렛(E) 중의 산화철 성분이 탄재로 환원되어 금속화되어서 고체의 환원철(F)로 된다.

Fe_xO_y＋yCO→xFe＋yCO₂

C＋CO₂＋2CO

여기서, 탄재 내장 펠렛(E) 내에서 생기는 반응 상황에 대하여 상세히 설명한다.

탄재 내장 펠렛(E)이 회전 노상로(1) 내에서 복사 가열되면, 탄재 내장 펠렛(E)의 표면 영역은 중심 영역보다도 먼저 승온되어 고온의 상태가 오래 유지된다. 이 때문에, 표면 근방에 존재하는 탄재는 중심 영역에 존재하는 탄재보다도 상기 반응식 2로 나타내는 솔루션 손실 반응에 의해 많이 소비된다. 이에 더하여, 중심 영역에서는, 반응식 2로 나타내는 솔루션 손실 반응에 의해 생긴 CO가, 반응식 1로 나타내는 산화철 성분과의 환원 반응에 의해서 CO₂를 생성한다. 이 중심 영역에서 생성된 CO₂가 표면 영역을 통과하여 탄재 내장 펠렛(E)의 밖으로 유출될 때에 표면 영역의 탄재를 더욱 소비하게 된다. 그 결과, 상술한 도 10 (b)에서 나타낸 바와 같이, 표면 영역의 C 농도는 중심 영역의 C 농도보다도 저하된다.

이와 같이, 탄재 내장 펠렛(E)으로부터 얻어진 환원철립(F)의 표면 영역의 평균 C 함유량은 중심 영역의 평균 C 함유량보다도 낮아진다(바꿔 말하면, 석탄 베이스 환원철립(F)의 중심 영역의 평균 C 함유량은 표면 영역의 평균 C 함유량보다도 높아진다).

환원철립(F)의 표면 영역의 평균 C 함유량은 소정 범위(0.1 내지 2.5질량%)로 할 필요가 있는데, 표면 영역의 평균 C 함유량을 0.1 내지 2.5질량%로 하기 위해서는, 상술한 탄재 내장 펠렛(E)의 탄재 배합 비율이나, 회전 노상로(1) 내의 분위기 온도, 회전 노상로(1) 내에 있어서의 탄재 내장 펠렛(E)의 체류 시간 등 회전 노상로(1)의 운전 조건을 적절히 조정하면 좋다. 예컨대, 탄재 배합 비율을 10 내지 26%로, 분위기 온도를 1250 내지 1400℃로, 체류 시간을 8 내지 30분으로 하면 좋다. 특히, 탄소 배합량은 탄재 내장 괴성화물(예컨대 탄재 내장 펠렛(E)) 중의 제거될 산소 몰과 동일한 탄소 몰에 상당하는 탄소량에 3%를 더한 탄소를 포함하는 양으로 하는 것이 바람직하다. 다른 한편, 운전 조건은 탄재 내장 괴성화물을 노상에 1 내지 2층으로 깔아 채우고, 괴성화물 바로 위의 온도를 1300℃로 유지하여, 금속화율이 90% 이상에 달할 때까지 가열하는 조건이 바람직하다.

또한, 환원철립(F) 전체의 평균 C 함유량은 1.0 내지 5.0질량%로 하는 것이 권장되는데, 이러한 환원철립(F) 전체의 평균 C 함유량은 상술한 바와 같이 탄재 내장 펠렛(E)의 탄재 배합 비율로 조정하면 좋다. 그 때, 회전 노상로(1) 내의 분위기 온도, 회전 노상로(1) 내에 있어서의 탄재 내장 펠렛(E)의 체류 시간 등 회전 노상로(1)의 운전 조건에 의해서도 영향을 받으므로, 이들을 고려하여 탄재 배합 비율을 조정한다. 바꾸어 말하면, 환원철립(F) 전체의 평균 C 함유량이 1.0 내지 5.0질량%로 되도록, 상기 괴성화 공정에 있어서의 산화철 성분과 탄재의 배합 비율을 조정하고, 및/또는 상기 가열 환원 공정에 있어서의 회전 노상로(1)의 운전 조건을 제어하면 좋다.

또한, 환원철(F)의 금속화율은 80% 이상으로 하는 것이 권장되는데, 이러한 환원철(F)의 금속화율은, 탄재 내장 펠렛(E) 중에는 철광석(산화철 성분)(a)의 환원에 필요한 양보다 과잉의 석탄(탄재)(b)이 배합되어 있으므로, 회전 노상로(1) 내의 분위기 온도, 회전 노상로(1) 내에서의 탄재 내장 펠렛(E)의 체류 시간 등 회전 노상로(1)의 운전 조건을 적절히 조정함으로써 용이하게 얻어진다. 바꾸어 말하면, 상기 환원철(F)의 금속화율이 80% 이상으로 되도록, 상기 괴성화 공정에 있어서의 산화철 성분과 탄재의 배합 비율을 조정하고, 및/또는 상기 가열 환원 공정에 있어서의 회전 노상로(1)의 운전 조건을 제어하면 좋다.

(3) 배출 공정(배출 스텝)

이렇게 하여 얻어진 환원철립(F)은 배출 장치(도시하지 않음)에 의해 1000℃ 정도에서 회전 노상로(1)로부터 배출된다.

(4) 열간 성형 공정(열간 성형 스텝)

회전 노상로(1)로부터 배출된 환원철립(F)은, 예컨대 컨테이너(7)에 일단 수용하여, 질소 가스 등의 불활성 가스로 통상의 열간 성형에 적합한 온도인 600 내지 650℃ 정도까지 냉각한 후, 예컨대 쌍롤형의 핫 브리켓 머신(2)으로써 가압 성형(압축 성형)하여 핫 브리켓 아이언(G)으로 한다. 환원철립(F)은 그 표면 영역의 평균 C 함유량이 0.1 내지 2.5질량%로 조정되어 있으므로, 핫 브리켓 아이언(G)은 고로용 장입 원료로서 충분한 강도가 확보된다. 또한, 환원철립(F)의 중심 영역은 표면 영역보다 평균 C 함유량이 높으므로, 핫 브리켓 아이언(G) 전체의 평균 C 함유량도 높게 유지된다. 그 때문에, 고로에 장입하였을 때에, 고로 축부에서의 CO₂ 풍부한 노 내 가스에 의한 재산화의 방지 효과나, 고로 고온부에서의 금속철 중으로의 침탄에 의한 녹아 떨어짐 용이화의 효과를 얻을 수 있다.

〔변형예〕

상기 실시형태에서는, 환원철립(F)의 표면 영역의 평균 C 함유량의 조정은 상기 괴성화 공정에 있어서의 산화철 성분과 탄재의 배합 비율을 조정하는 것, 및/또는 상기 가열 환원 공정에 있어서의 회전 노상로(1)의 운전 조건을 제어하는 것에 의해 행하는 예를 나타냈다. 본 발명에 따른 다른 실시형태로서, 이들의 조정 대신에 또는 이것에 더하여, 상기 가열 환원 스텝의 종기(終期), 즉 탄재 내장 펠렛(E) 내부로부터의 가스 발생이 감소 내지 정지하는 시기에 상당하는, 회전 노상로(1) 내의 환원철(F) 배출부 직전의 존(구간)에 있어서의 가스 분위기의 산화도를 승강시켜도 좋다. 이것에 의해 환원철(F) 표면 영역의 탄재의 소비량을 조정할 수 있기 때문이다. 그리고, 상기 가스 분위기의 산화도의 승강에 의해, 환원철(F) 표면 영역의 평균 C 함유량을 보다 정밀도 좋게 조정하는 것이 가능해진다. 회전 노상로(1) 내의 소정의 존에 있어서의 가스 분위기의 산화도를 승강시키기 위해서는, 그 존에 구비된 버너의 공기비를 변경함으로써 용이하게 행할 수 있다. 예컨대, 환원철(F) 표면 영역의 평균 C 함유량이 2.5질량%를 초과하는 경우는, 버너의 공기비를 올려 가스 분위기의 산화도를 상승시키면 좋다. 이것에 의해, 환원철(F) 표면 영역의 탄재의 소비가 촉진되어, 환원철(F) 표면 영역의 평균 C 함유량을 2.5질량% 이하로 유지할 수 있다(제 1 환원철 표면 영역 C 함유량 조정 스텝).

나아가, 회전 노상로(1)로부터 배출된 후에, 환원철(F)에 산화성 가스로서 예컨대 공기나 회전 노상로(1)의 버너 연소 배기 가스 등을 내뿜는 등, 소정량의 산화성 가스와 소정 시간 접촉시켜도 좋다. 이것에 의해서도 환원철(F) 표면 영역의 탄재의 소비량을 조정할 수 있다(제 2 환원철 표면 영역 C 함유량 조정 스텝).

한편, 상기 제 1 및 제 2 환원철 표면 영역 C 함유량 조정 스텝은 어느 하나의 스텝만을 이용하여도 좋고, 양 스텝을 병용하여도 좋다.

또한, 상기 실시형태에서는 회전 노상로(1)로부터 배출한 1000℃ 정도의 환원철립(F)을 600 내지 650℃ 정도까지 냉각한 후에 열간 성형을 행하는 예를 나타냈지만, 환원철립(F)을 실질적으로 냉각하는 일 없이, 즉 상기와 같은 강제적인 냉각 조작을 하지 않고서 열간 성형 온도를 올려 성형하는 것도 가능하다. 이 경우, 핫 브리켓 머신(2)의 내열성이 문제로 되지만, 롤의 수냉의 강화, 롤 재질의 고급화 등에 의해 대처 가능하다. 열간 성형 온도를 올려 성형함으로써, 핫 브리켓 아이언(G) 중의 환원철립(F) 전체의 C 함유량이 5질량% 근방으로 높은 경우라도 높은 강도를 확보할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 산화철 성분(a)으로서 철광석을 사용하였지만, 이것 대신에 또는 이것에 더하여, 산화철을 포함하는 고로 더스트, 전로 더스트, 전기로 더스트, 밀 스케일 등의 제철소 더스트를 사용할 수도 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 탄재(b)로서 석탄을 사용하였지만, 이것 대신에 또는 이것에 더하여, 코크스, 오일 코크스, 목탄, 목재 칩, 폐플라스틱, 고(古)타이어 등을 이용할 수도 있다. 또한, 고로 더스트 중의 탄소 성분을 이용할 수도 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 탄재 내장 괴성화물로서 탄재 내장 펠렛을 사용하여 과립화기로 과립화하였지만, 탄재 내장 펠렛 대신에 탄재 내장 브리켓(핫 브리켓 아이언보다 작은 치수의 브리켓)을 사용하여 가압 성형기로 압축 성형하여도 좋다. 이 경우는, 바인더의 종류에 따라서는 성형시에 수분을 첨가하는 것이 아니고 오히려 건조시킨 원료를 사용하는 경우가 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 환원로로서 회전 노상로를 이용하였지만, 대신에 직선로를 이용하여도 좋다.

〔실시예 1〕

우선, 석탄 베이스 DRI의 표면 영역 및 중심 영역 각각의 평균 C 함유량을 조사하기 위해, 회전 노상로에 의한 가열 환원 공정을 모의한 이하의 환원 시험을 행하였다.

표 1에 나타내는 성분 조성의 석탄과 철광석에 부원료를 첨가하여, 표 2에 나타내는 배합 비율로 혼합하고, 적량의 수분을 첨가하여 소형의 디스크 펠렛타이 저로 과립화한 후, 건조기 내에 유지하여서 충분히 건조하여 평균 입경 18.7mm의 탄재 내장 펠렛의 시료를 제작하였다. 한편, 표 1 중의 「-74㎛」는 「입경이 74㎛ 이하인 입자」를 나타내고, 표 1 중의 「LOI」는 Loss of Ignition의 약어로서, 1000℃에서 1시간 가열하였을 때의 질량 감소량을 나타낸다. 표 4에 있어서도 마찬가지이다.

이 탄재 내장 펠렛의 시료 6개를 알루미나 트레이에 1층으로 늘어놓고, N₂ 100%×3NL/min 유통하에서 1300℃의 분위기 온도로 조정한 소형의 횡형 가열로 내에 빠르게 삽입하고, 배기 가스 중의 CO 농도가 5용량%로 저하되었을 때에 환원이 종료하였다고 간주하고 시료를 냉각 위치로 취출하고, N₂ 분위기 중에서 실온까지 냉각하고, 얻어진 환원철 시료를 단면 관찰 및 화학 분석에 제공하였다. 한편, 시험은 재현성을 확인하기 위해 동일 조건으로 2회 반복하여 행하였다.

단면 관찰에 의하면, 상기 가열 처리에 의해 외주부는 금속철이 소결되어 치밀한 영역을 형성하고 있는 데 대하여, 중앙부는 탄소가 많이 잔류하여 금속철의 소결이 진행되어 있지 않은 환원철이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 한편, 환원철의 평균 입경은 환원 전의 18.7mm로부터 약 16mm로 수축되어 있었다.

외주부의 금속철이 소결되어 치밀해진 영역의 두께는 약 3mm이었으므로, 그 외주부가, 본 발명에 따른 환원철의 표면 영역의 권장 범위인 「표면으로부터 약 3mm 깊이까지의 부분」에 상당하고, 중앙부가 중심 영역(상기 표면 영역을 제외한 부분)에 상당한다고 간주하고, 외주부(표면 영역)와 중앙부(중심 영역)로 분리하여 각각 화학 분석을 행하였다. 화학 분석의 결과를 표 3에 나타낸다.

동 표로부터 분명한 바와 같이, 시험의 재현성은 양호하며, 외주부(표면 영역)의 평균 C 함유량은 1.5 내지 1.6질량%인 데 대하여, 중앙부(중심 영역)의 평균 C 함유량은 약 4.4 내지 4.5질량%이었다. 이것은 본 발명 HBI에 따른 DRI의 성분 규정을 만족하고 있다. 또한, 환원철 시료의 전체의 평균 C 함유량은 약 3.9 내지 4.0질량%, 금속화율은 약 99.7%이었다. 이것은 본 발명 HBI에 따른 DRI의 바람직한 성분 규정, 즉 「환원철립의 전체 영역의 평균 탄소 함유량이 1.0 내지 5.0질량%인 것」, 및 「환원철립의 금속화율이 80% 이상인 것」을 각각 만족하고 있다. 한편, DRI의 금속화율은 DRI 전체를 화학 분석하여 측정하였지만, DRI 전체의 화학 조성은 DRI의 외주부(표면 영역)와 중앙부(중심 영역)의 화학 조성을 샘플 질량으로 가중 평균하여 산출하였다.

따라서, 이렇게 하여 제조된 환원철을 열간 성형하여 얻어지는 HBI는 충분한 강도를 갖는 것으로 상정되므로, 확증을 위해 이하의 HBI 제조 시험을 행하였다.

〔실시예 2〕

(시험의 방법 및 조건)

HBI 제조 시험은 외경 8.5m의 회전 노상로(환원철 생산 규모: 50t/d)와 롤 직경 1m의 핫 브리켓 머신을 이용하여 실시하였다.

원료로서 표 4에 나타내는 성분 조성의 마그네타이트 광석(철광석)과 역청탄(석탄)을 이용하여, 질량 비율로 철광석 80%에 대하여 석탄 20%를 배합하고, 유기 바인더를 외장으로 1.5% 첨가하였다. 추가로 적량의 수분을 첨가하고 믹서로 원료를 혼합 후, 직경 3.0m의 팬형 과립화기로 탄재 내장 펠렛을 제조하였다. 그리고, 분위기 온도를 170℃로 조정한 밴드형 건조기로써 탄재 내장 펠렛을 연속적으로 건조하였다. 건조 후의 탄재 내장 펠렛을 연속적으로 회전 노상로에 장입하여, 표 5의 조건으로 환원을 행하였다. 한편, 회전 노상로 내의 최종 존에 설치된 버너의 공기비는 거의 1.0으로 하였다. 한편, 표 5 중의 「-190」은 「노 내 압력이 190Pa 이하임」을 나타낸다.

회전 노상로로부터 배출된 환원철을 뜨거운 채로 일단 N₂ 가스를 충전한 컨테이너에 수용하고, 컨테이너 2배분의 환원철을 각 컨테이너가 가득차게 될 때마다 핫 브리켓 머신 상에 설치된 호퍼에 장입하고, 약 2.5t 분량의 고온의 환원철을 배치로써 핫 브리켓 머신에 공급하여, 표 6의 조건으로 열간 성형을 행하고, 성형된 브리켓을 수중에 침지하여서 냉각하여 핫 브리켓 아이언을 제조하였다.

(시험 결과)

[석탄 베이스 환원철의 성상]

HBI화하기 전의 환원철을 채취하여 그 물성을 측정하고, 그 대표값을 종래의 가스 베이스 환원철과 비교하였다. 각 측정 결과를 표 7에 나타낸다. 동 표로부터, 석탄 베이스 환원철은 석탄을 환원제로 하기 때문에, 가스 베이스 환원철에 비해 탄소(C), 맥석, 황(S)의 함유량이 높아지고 있다. 또한, 내장한 석탄이 가스화되어 빠지기 때문에 기공률이 높고 압궤 강도도 낮은 것으로 되고 있다.

또한 도 2에, 동시에 샘플링한 50개의 석탄 베이스 환원철립의 개개의 입경과 압궤 강도를 플롯하여 나타낸다. 동 도면으로부터 분명한 바와 같이, 16 내지 20mm의 입경 범위에서 20 내지 60kg중/개(약 200 내지 600N/개) 정도의 폭으로 변동하고 있어, 매우 강도가 낮은 것이 존재한다. 일반적으로 실험실 규모의 소형 가열로에서 제조한 석탄 베이스 환원철은 가열이 균일하기 때문에 균질한 환원철을 제조할 수 있지만, 공업적인 회전 노상로에서는 노 내에서의 버너의 배치나 탄재 내장 펠렛의 겹침 상태 등에 의해 열 받는 방법이 불균일해져 이러한 품질의 편차가 생기는 것을 알 수 있었다.

또한 도 3에 석탄 베이스 환원철립의 전체의 C 함유량과 압궤 강도의 관계를 나타낸다. 동 도면으로부터 분명한 바와 같이, C 함유량의 증가와 함께 압궤 강도가 저하되는 것을 알 수 있었다.

이상의 점으로부터도, 입자 전체의 C 함유량을 가능한 한 높인 석탄 베이스 환원철을 고로 장입물로서 이용하기 위해서는 환원철을 HBI화하여 고강도화할 필요가 있는 것을 확인할 수 있었다.

도 4에 석탄 베이스 환원철의 금속화율과 생산성의 관계를 나타낸다. 목표 생산율이 80 내지 100kg/(m²h)의 범위 내이면, 편차는 크지만 금속화율 80% 이상은 항상 확보되고 있고, 생산성을 약간 저하시킴(목표 생산율을 90kg/(m²h) 이하로 함)으로써 금속화율의 상한치를 최고 95% 정도까지 상승시키는 것이 가능하며, 탄재 내장 펠렛의 회전 노상로 내에서의 체류 시간 등을 조정함으로써 금속화율을 조정할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

[석탄 베이스 HBI의 성상]

석탄 베이스 HBI의 강도를 평가하기 위해 낙하 강도 시험을 실시하였다. 낙하 강도 시험의 방법으로서는, 가스 베이스 HBI와 마찬가지로, HBI를 선박 등으로 해외에 수송하는 것을 상정하여 10개의 HBI를 10m의 높이로부터 두께 12mm의 철판 상에 5회 반복 낙하시킨 후, 체 크기 38.1mm 및 6.35mm의 체로 치고, 크기가 38.1mm 이상인 덩어리(이하, 「+38.1mm」로 약칭하는 경우가 있음)의 질량 비율 및 크기가 6.35mm 이하인 가루(이하, 「-6.35mm」로 약칭하는 경우가 있음)의 질량 비율을 각각 측정하는 방법을 채용하였다.

도 5에 핫 브리켓 머신으로 제조된 석탄 베이스 HBI의 전체의 C 함유량과 낙하 강도의 관계를 나타낸다. 동 도면으로부터, 석탄 베이스 HBI의 C 함유량(즉, 환원철 전체의 평균 C 함유량)이 2.0 내지 5.0질량%인 범위에서, 종래의 가스 베이스 HBI의 낙하 강도의 기준으로 되는 평균치(+38.1mm, 65%)를 거의 만족하는 낙하 강도(+38.1mm)가 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, -6.35mm의 비율도 10% 정도 안에 들어가고 있다.

도 6에 석탄 베이스 HBI의 금속화율과 낙하 강도의 관계를 나타낸다. 동 도면으로부터는 금속화율과 낙하 강도의 명확한 상관 관계가 인정되지 않지만, 82% 정도의 낮은 금속화율이어도 가스 베이스 HBI 수준의 낙하 강도가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

[석탄 베이스 HBI의 외관 및 내부 구조]

본 실시예에서 제조한 석탄 베이스 HBI는 길이 110mm×폭 50mm×두께 30mm, 체적 105cm³의 베개 모양이며, 폭 단부는 양측 모두 양호하게 성형되어, 피시 마우스(fish mouth)라고 불리는, 폭 단부에 발생하기 쉬운 갈라진 곳도 형성되어 있지 않다. 또한, HBI의 몸통 부분도 충분히 두꺼워, 환원철이 고압력으로 압입된 것으로 상정된다.

도 7에 석탄 베이스 HBI를 그 긴 방향으로 수직으로 절단한 단면을 나타내는데, 압축되어 변형된 개개의 환원철의 형상을 판독할 수 있고, 환원철의 표면끼리가 긴밀하게 압착되어 있는 것을 알 수 있다. 한편, 단면에 있어서의 개개의 환원철의 표면이 거무스름하게 보이는 것은, 관찰을 용이하게 하기 위해서 산으로 에칭하여 콘트라스트를 부여하고 있기 때문이다.

[석탄 베이스 HBI의 내후성]

본 실시예에서 제조한 석탄 베이스 HBI의 내후성 시험을 실시하였다. 한편, 비교재로서, 본 실시예의 HBI화하지 않고 있는 석탄 베이스 DRI와, 종래의 가스 베이스 DRI를 이용하였다. 각 시료 약 5kg을 뚜껑이 없는 플라스틱제 바구니에 넣어 옥외(평균 상대습도 71.7%, 평균 온도 7.2℃, 월간 강우량 44mm의 조건)에 방치하고, 2주간마다 소량의 시료를 채취하여 그 화학 분석치로부터 재산화의 정도(금속화율이 저하되는 정도)를 조사하였다.

조사 결과를 도 8에, 경과일수와 금속화율(초기의 금속화율을 1.0으로 하는 상대치)의 관계로서 나타낸다. 동 도면으로부터, DRI의 경우, 석탄 베이스, 가스 베이스 모두 금속화율의 저하는 현저하고, 12주간(84일) 후에는 초기 금속화율의 60 내지 70% 정도로까지 저하되고 있다. 이에 대하여, 석탄 베이스 HBI는 금속화율의 저하는 매우 작고, 12주간 후라도 초기 금속화율의 불과 3%의 저하에 그치고 있다. DRI나 HBI의 내후성은 특히 해상 수송시의 안전 확보의 관점에서 중요한데, 이와 같이 석탄 베이스 DRI는 수송이나 저장시에 있어서의 재산화나 그에 수반되는 발열, 나아가 발화의 위험성까지도 존재하지만, HBI화함으로써 기공률이 대폭 저하되어 치밀화되기 때문에 이러한 위험성을 회피할 수 있는 것을 알 수 있었다.

[석탄 베이스 HBI의 강도에 미치는 열간 성형 온도의 영향]

석탄 베이스 HBI의 강도에 미치는 열간 성형 온도의 영향을 조사하기 위해, 별도로, 핫 브리켓 머신에 공급하는 석탄 베이스 DRI의 온도를 통상 정도의 600℃와, 통상보다 높은 760℃의 2 수준으로 변경하여 석탄 베이스 HBI를 제작하고, 그들의 압궤 강도를 측정하였다. 측정 결과를 도 9에 나타낸다. 한편, HBI의 압궤 강도는 두께 방향으로 하중을 걸어 파단되었을 때의 하중을 HBI의 폭으로 나눈, HBI 폭 단위 길이당 하중으로 표현하고 있다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, HBI의 C 함유량이 2질량% 정도로 낮은 경우는, 성형 온도의 영향은 거의 볼 수 없었다. 그러나, HBI의 C 함유량이 5질량% 정도로 높여진 경우에는, 통상의 600℃의 성형 온도에서는 압궤 강도가 크게 저하되는 데 대하여, 760℃로 통상보다 고온의 성형 온도에서는 압궤 강도의 저하량은 매우 작았다. 따라서, 환원로로부터 배출된 DRI를 실질적으로 냉각하지 않은 채로 보다 고온에서 성형함으로써 고 C 함유량이면서 고강도인 HBI를 제조할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 한 국면에 따른 핫 브리켓 아이언은, 복수개의 환원철립을 열간 성형하여 당해 환원철립끼리가 부착된 핫 브리켓 아이언으로서, 상기 환원철립이, 평균 탄소 함유량이 0.1 내지 2.5질량%인 표면 영역과, 상기 표면 영역의 내측에 위치하고 평균 탄소 함유량이 당해 표면 영역의 평균 탄소 함유량보다 높은 중심 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다. 여기서, 환원철립은 입상, 펠렛상의 환원철뿐만 아니라 브리켓상의 환원철이어도 좋고, 형상은 입상에 한정되지 않는다.

본 발명의 핫 브리켓 아이언에서는, 상기 표면 영역이 상기 환원철립의 표면으로부터 깊이 3mm까지의 영역인 것이 바람직하다.

상기 본 발명에 따른 핫 브리켓 아이언에 의하면, 표면 영역의 평균 C 함유량을 0.1 내지 2.5질량%로 제한하였으므로, 환원철립끼리의 부착력을 유지하여 핫 브리켓 아이언의 강도를 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 핫 브리켓 아이언은 고로의 장입 원료로서의 강도 및 내후성을 갖는다. 또한, 저렴한 석탄 등의 탄재를 환원제로 하고, 저품위의 산화철원을 원료로 하는 석탄 베이스 DRI를 이용할 수 있으므로, 본 발명에 따른 핫 브리켓 아이언은 가스 베이스 HBI와 비교하여 저렴하다.

또한, 본 발명의 핫 브리켓 아이언에서는, 상기 환원철립의 전체 영역의 평균 탄소 함유량이 1.0 내지 5.0질량%인 것이 바람직하다.

이것에 의하면, 핫 브리켓 아이언 중의 환원철립 전체의 평균 C 함유량을 높은 범위로 설정하였으므로, 핫 브리켓 아이언의 강도를 확보하면서, 고로 축부에서의 CO₂ 풍부한 노 내 가스에 의한 재산화가 방지됨과 동시에, 고로 고온부에서의 금속철 중으로의 침탄이 진행되기 쉽고, 용융 적하가 빠르게 일어나서, 고로 내의 통기성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 핫 브리켓 아이언에서는, 상기 환원철립의 금속화율이 80% 이상인 것이 바람직하다.

이것에 의하면, 핫 브리켓 아이언 중의 환원철립 전체의 금속화율을 80% 이상의 높은 금속화율로 설정하였으므로, 이 핫 브리켓 아이언을 고로용 장입 원료로서 사용하면, 고로의 생산성이 증대됨과 동시에, 고로의 환원재비(연료비)를 저감할 수 있으므로 배출 CO₂량을 삭감할 수 있다.

본 발명의 다른 국면에 따른 핫 브리켓 아이언의 제조 방법은, 산화철 성분과 탄재를 포함하는 탄재 내장 괴성화물을 과립화하는 괴성화 스텝과, 상기 탄재 내장 괴성화물을 환원로에서 가열 환원함으로써 표면 영역의 평균 탄소 함유량이 0.1 내지 2.5질량%이고, 중심 영역의 탄소 함유량이 상기 표면 영역의 평균 탄소 함유량보다 높은 환원철립을 생성하는 가열 환원 스텝과, 상기 환원로로부터 환원철립을 배출하는 배출 스텝과, 상기 환원로로부터 배출된 복수개의 상기 환원철립을 열간 성형기로 압축 성형하는 열간 성형 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

이것에 의하면, 환원제로서 저렴한 석탄 등의 탄재와 저품위의 산화철원을 함유하는 탄재 내장 괴성화물을, 가열 환원함으로써 석탄 베이스 환원철립을 생성시키고, 이것을 열간 성형기를 이용하여 핫 브리켓 아이언을 제조하므로, 환원철립끼리의 부착력을 유지하여 핫 브리켓 아이언의 강도를 확보할 수 있다. 그 때문에, 고로의 장입 원료로서 실제로 사용할 수 있는, 저렴하고, 고강도이면서 내후성을 갖춘 핫 브리켓 아이언을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 핫 브리켓 아이언의 제조 방법에서는, 상기 배출된 환원철립이 실질적으로 냉각되는 일 없이 상기 열간 성형 스텝에서 압축 성형되는 것이 바람직하다.

이것에 의하면, 환원철립을 보다 고온의 연화된 상태로 압축 성형할 수 있으므로, 환원철립 전체의 평균 C 함유량이 높은 경우라도 핫 브리켓 아이언의 강도를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 핫 브리켓 아이언의 제조 방법에서는, 상기 괴성화 스텝에서, 상기 산화철 성분과 상기 탄재를, 상기 환원철립의 전체 영역의 평균 탄소 함유량이 1.0 내지 5.0질량%로 되는 비율로 배합하는 것이 바람직하고, 상기 가열 환원 스텝에서, 상기 탄재 내장 괴성화물을, 상기 환원철립의 전체 영역의 평균 탄소 함유량이 1.0 내지 5.0질량%로 조건으로 가열 환원하는 것도 바람직하다.

이들 제조 방법에 의하면, 환원철립의 표면 영역의 평균 C 함유량을 보다 정밀도 좋게 조정할 수 있으므로, 보다 확실하게 본 발명에 따른 핫 브리켓 아이언을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 핫 브리켓 아이언의 제조 방법에서는, 상기 괴성화 스텝에서, 상기 산화철 성분과 상기 탄재를, 상기 환원철립의 금속화율이 80% 이상으로 되는 비율로 배합하는 것이 바람직하고, 상기 가열 환원 스텝에서, 상기 탄재 내장 괴성화물을, 상기 환원철립의 금속화율이 80% 이상으로 되는 조건으로 가열 환원하는 것도 바람직하다.

이들 제조 방법에 의하면, 환원철립 전체의 금속화율이 80% 이상이라는 높은 값이므로, 이 환원철립을 이용하여 얻어진 핫 브리켓 아이언을 고로용 장입 원료로서 사용하면, 고로의 생산성이 증대됨과 동시에, 고로의 환원재비(연료비)를 저감할 수 있으므로 배출 CO₂량을 삭감할 수 있다.

또한, 본 발명의 핫 브리켓 아이언의 제조 방법에서는, 상기 가열 환원 스텝의 종기에, 상기 환원로 내의 가스 분위기의 산화도를 승강시키는 것이 바람직하고, 상기 배출 스텝 후에, 상기 배출된 환원철립을 산화성 가스와 접촉시키는 것도 바람직하다.

이들 제조 방법에 의하면, 환원철립의 금속화율을 높게 할 수 있으므로, 이 환원철립을 이용하여 얻어진 핫 브리켓 아이언을 고로용 장입 원료로서 사용하면, 고로의 생산성이 증대됨과 동시에, 고로의 환원재비(연료비)를 저감할 수 있으므로 배출 CO₂량을 삭감할 수 있다.

본 발명의 다른 국면에 따른 핫 브리켓 아이언의 제조 방법은, 복수개의 환원철립으로 이루어지는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법으로서, 평균 탄소 함유량이 0.1 내지 2.5질량%인 표면 영역과, 상기 표면 영역의 내측에 위치하고 평균 탄소 함유량이 당해 표면 영역의 평균 탄소 함유량보다 높은 중심 영역을 갖는 환원철립을, 열간 성형기로 압축 성형함으로써 핫 브리켓 아이언을 제조하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이것에 의하면, 표면 영역의 평균 C 함유량이 0.1 내지 2.5질량%인 환원철립을 압축 성형하므로, 핫 브리켓 아이언은 환원철립끼리의 부착력을 유지할 수 있다. 그 결과, 고로의 장입 원료로서의 강도 및 내후성을 갖는 핫 브리켓 아이언을 제조할 수 있다. 또한, 환원철립으로서, 저렴한 석탄 등의 탄재를 환원제로 하고, 저품위의 산화철원을 원료로 하는 석탄 베이스 DRI를 이용할 수 있으므로, 가스 베이스 HBI와 비교하여 저렴한 핫 브리켓 아이언을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 복수개의 환원철립으로 이루어지는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법에서는, 상기 환원철립의 전체 영역의 평균 탄소 함유량이 1.0 내지 5.0질량%인 것이 바람직하다.

이것에 의하면, 환원철립의 표면 영역의 평균 C 함유량을 보다 정밀도 좋게 조정할 수 있으므로, 보다 확실하게 본 발명에 따른 핫 브리켓 아이언을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 복수개의 환원철립으로 이루어지는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법에서는, 상기 환원철립의 금속화율이 80% 이상인 것이 바람직하다.

이것에 의하면, 환원철립 전체의 금속화율이 80% 이상이라는 높은 값이므로, 이 환원철립을 이용하여 얻어진 핫 브리켓 아이언을 고로용 장입 원료로서 사용하면, 고로의 생산성이 증대됨과 동시에, 고로의 환원재비(연료비)를 저감할 수 있으므로 배출 CO₂량을 삭감할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 핫 브리켓 아이언은 특히 고로의 장입 원료로서 적합한 것이지만, 전기로용 원료로서의 사용을 배제하는 것은 아니다. 특히 환원철립의 전체 영역의 평균 탄소 함유량이 1.0 내지 5.0질량%인 핫 브리켓 아이언은, 종래의 가스 베이스 DRI로 이루어지는 HBI보다도 C 함유량을 높게 할 수 있으므로, 슬래그 성분이나 황 성분의 처리의 필요성은 존재하지만 전력 소비량을 저감할 수 있는 효과가 커서 전기로에서의 사용을 검토할 가치는 충분히 있다.

Claims

복수개의 환원철립(還元鐵粒)을 열간 성형하여 당해 환원철립끼리가 부착된 핫 브리켓 아이언(hot briquette iron)으로서,

상기 환원철립이, 평균 탄소 함유량이 0.1 내지 2.5질량%인 표면 영역과, 상기 표면 영역의 내측에 위치하고 평균 탄소 함유량이 당해 표면 영역의 평균 탄소 함유량보다 높은 중심 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 핫 브리켓 아이언.
제 1 항에 있어서,

상기 표면 영역이 상기 환원철립의 표면으로부터 깊이 3mm까지의 영역인 핫 브리켓 아이언.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 환원철립의 전체 영역의 평균 탄소 함유량이 1.0 내지 5.0질량%인 핫 브리켓 아이언.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 환원철립의 금속화율이 80% 이상인 핫 브리켓 아이언.
핫 브리켓 아이언의 제조 방법으로서,

산화철 성분과 탄재를 포함하는 탄재 내장 괴성화물을 과립화하는 괴성화 스텝과,

상기 탄재 내장 괴성화물을 환원로에서 가열 환원함으로써 표면 영역의 평균 탄소 함유량이 0.1 내지 2.5질량%이고, 중심 영역의 탄소 함유량이 상기 표면 영역의 평균 탄소 함유량보다 높은 환원철립을 생성하는 가열 환원 스텝과,

상기 환원로로부터 환원철립을 배출하는 배출 스텝과,

상기 환원로로부터 배출된 복수개의 상기 환원철립을 열간 성형기로 압축 성형하는 열간 성형 스텝

을 갖는 것을 특징으로 하는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 배출된 환원철립이 실질적으로 냉각되는 일 없이 상기 열간 성형 스텝에서 압축 성형되는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 괴성화 스텝에서, 상기 산화철 성분과 상기 탄재를, 상기 환원철립의 전체 영역의 평균 탄소 함유량이 1.0 내지 5.0질량%로 되는 비율로 배합하는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 가열 환원 스텝에서, 상기 탄재 내장 괴성화물을, 상기 환원철립의 전체 영역의 평균 탄소 함유량이 1.0 내지 5.0질량%로 되는 조건으로 가열 환원하는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 괴성화 스텝에서, 상기 산화철 성분과 상기 탄재를, 상기 환원철립의 금속화율이 80% 이상으로 되는 비율로 배합하는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 가열 환원 스텝에서, 상기 탄재 내장 괴성화물을, 상기 환원철립의 금속화율이 80% 이상으로 되는 조건으로 가열 환원하는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가열 환원 스텝의 종기(終期)에, 상기 환원로 내의 가스 분위기의 산화도를 승강시키는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 배출 스텝 후에, 상기 배출된 환원철립을 산화성 가스와 접촉시키는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법.
복수개의 환원철립으로 이루어지는 핫 브리켓 아이언의 제조 방법으로서,

평균 탄소 함유량이 0.1 내지 2.5질량%인 표면 영역과, 상기 표면 영역의 내측에 위치하고 평균 탄소 함유량이 당해 표면 영역의 평균 탄소 함유량보다 높은 중심 영역을 갖는 환원철립을, 열간 성형기로 압축 성형함으로써 핫 브리켓 아이언을 제조하는 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 환원철립의 전체 영역의 평균 탄소 함유량이 1.0 내지 5.0질량%인 핫 브리켓 아이언의 제조 방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

상기 환원철립의 금속화율이 80% 이상인 핫 브리켓 아이언의 제조 방법.