KR20100129793A

KR20100129793A - 소결광의 제조 방법

Info

Publication number: KR20100129793A
Application number: KR1020107025116A
Authority: KR
Inventors: 야스시 다까모또; 히데아끼 야베
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-12-09
Also published as: BRPI0911318B1; CN101999004A; BRPI0911318A2; KR101284532B1; JP4384698B2; JP2009249725A; CN101999004B; WO2009125693A1

Abstract

소결광 제조 프로세스에 있어서, 소결 원료로서 사용하는 피솔라이트 광석 또는 마라맘바 광석 등의 결정수를 포함하는 분철광석의 일부 또는 전부를, 고로 가스 등의 환원성 가스를 사용하여 유동층 등의 환원로에서 예비 환원하고, 분철광석 중의 결정수를 제거하는 동시에, 분철광석 중의 헤마타이트를 마그네타이트 또는 우스타이트까지 환원한다. 그리고, 이 예비 환원 분광석과 그 밖의 분철광석, 잡철원, 부원료, 반광 및 응결재와 배합한 원료를 소결광 제조 프로세스에서 사용한다.

Description

소결광의 제조 방법 {PRODUCTION OF SINTERED ORE}

본 발명은, 철강 제조 프로세스에 있어서의 소결광의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 결정수를 포함하는 분철광석을 소결 원료로 사용하는 소결광의 제조 방법에 관한 것이다.

소결광의 제조 프로세스에서는, 소결 원료로서, 분철광석 및 잡철원 등의 주원료 및 조재재(造滓材)(부원료)를 사용하고 있다. 잡철원은 소결 공장 시스템 안 및 소결 공장 시스템 밖에서 발생하는 체가름 가루, 더스트, 밀 스케일 등으로, 철분을 포함하고 있다. 조재재(부원료)는 석회석 등이다. 이와 같이, 소결광의 제조 프로세스에서는 화학 성분이 상이한 복수 종류의 소결 원료를 사용하고 있다. 따라서, 고로의 조업에 적합한 화학 성분의 소결광을 제조하기 위해, 소결 원료 각각의 사용 비율을 적절하게 배합하고 있다. 그리고, 복수 종류의 소결 원료를 적절하게 배합하고, 또한 코크스, 석탄 등의 응결재를 추가한 것을 배합 원료로 하고 있다. 일반적인 드와이트 로이드(DL)식 소결기의 소결 프로세스에서는, 배합 원료로 이루어지는 충전층의 하방을 부압(負壓)으로 하고, 상방으로부터 하방으로 공기를 유통시켜 배합 원료 중의 응결재를 연소시키고 있다. 그리고, 발생한 연소열에 의해 분철광석 등의 철분을 포함하는 주원료와 부원료를 소결하여 괴성화한 소결광을 제조하고 있다. 이 소결광을 고로에서는 주요한 원료로서 사용한다.

휘발분이 높은 석탄은, 그 상태로는 소결광의 제조 프로세스에서의 응결재로서 사용할 수 없으므로, 가루 형상의 코크스 또는 무연탄 등을 혼합한 후에 응결재로서 사용하고 있다. 응결재에 사용하는 코크스는, 입경이 작기 때문에 고로에 사용하는 데에는 부적당한 것을, 더욱 분쇄하여 응결재로서 적당한 입경으로 한 것이다. 단, 입경이 작아 고로 사용에 부적당한 코크스의 양은, 소결 프로세스에서 필요로 하는 응결재의 양에 비해 적다. 이로 인해, 부족한 양을 무연탄으로 보충하고 있다.

소결광의 제조 프로세스의 주원료인 분철광석으로서는, 적철광석 등이 사용되어 왔다. 그러나, 최근에는, 적철광석 등의 공급량이 감소하고 있어, 분철광석으로서, 로브 리버 광석 및 얀디쿠지나 광석 등의 피솔라이트 광석 및 웨스트 앤절러스 광석 등의 마라맘바 광석 등의 사용량이 증가하고 있다. 이들 분철광석은 결정수를 포함하고 있다. 결정수를 포함하는 분철광석을 소결광의 제조 프로세스의 주원료로서 사용하면, 분철광석 중의 결정수의 열분해에 큰 열이 필요하므로, 열의 공급원인 응결재의 사용량이 증대된다. 즉, 소결광의 제조 프로세스에 있어서 결정수를 포함하는 분철광석의 사용량을 늘리기 위해, 응결재의 비율(응결재비)을 높이고 있다.

그러나, 응결재비를 높이면, 응결재의 연소에 의해 발생하는 열량이 커져, 배합 원료로 이루어지는 충전층 내에서 소결 반응이 진행되는 과정에서, 충전층 내에 응결재의 연소 발열에 의해 형성되는 고온 영역이 확대되어, 융액이 과잉으로 생성된다. 이로 인해, 소결층에서의 통기 저항이 상승하여, 응결재의 연소에 필요한 공기의 공급이 저해되어 소결광의 생산성이 저하된다. 또한, 과잉으로 생성된 융액에 의해 소결광의 기공량이 감소하여, 소결광의 피환원성이 저하되고, 고로에서의 제철에 필요한 환원재의 비율(환원재비)의 상승을 초래하여, 경제성이 저하된다.

특허 문헌 1에는 소결광의 제조 프로세스와는 관계가 없는 고로 조업 방법으로서, 결정수를 포함하는 철광석을 환원한 환원철을 고로 원료로서 사용하는 기술이 기재되어 있다.

그러나, 이 고로 조업 방법의 기술을 소결광의 제조 프로세스에 적용할 수는 없다. 또한, 이 기술에서는 금속철을 포함하는 환원율 30％ 이상의 환원철의 제조를 위해 환원 능력이 높은 환원 가스를 사용할 필요가 있다. 이로 인해, 환원 가스의 제조에 드는 비용이 높아, 제조하는 환원철의 가격은 높은 것으로 된다.

또한, 응결재비의 상승은 무연탄의 사용량의 증대로도 이어진다. 그러나, 무연탄의 매장량은 역청탄이나 아역청탄에 비교하여 적고, 시장이 작기 때문에, 안정적인 구입이 어렵고, 장래적으로는 그 절대량이 부족하다고 생각된다. 무연탄의 공급량이 부족하면, 본래, 고로에서 사용 가능한 크기의 코크스를 분쇄하여 응결재의 양을 확보하는 것이 생각된다. 그러나, 이 경우에는 코크스로를 신설하거나 고가의 점결성이 높은 원료탄의 사용량을 늘려 코크스 생산량을 증가시키거나, 고가의 코크스를 구입하는 것이 필요해질 수도 있다. 즉, 비용의 대폭적인 상승이 초래되므로, 고로에서 사용 가능한 크기의 코크스를 응결재로 사용하는 것은 경제적이지 않다.

일본 특허 출원 공개 평9-165607호 공보

본 발명은 결정수를 포함하는 철광석을 사용하는 경우의 응결재비를 저감시킬 수 있고, 또한 생산성을 향상시킬 수 있는 소결광의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 이하를 요지로 한다.

즉, 본 발명의 요지로 하는 바는 이하와 같다.

(1) 결정수를 포함하는 철광석을, 환원성 가스를 사용하여 환원하고, 얻어지는 환원광석을 소결 원료로 사용하여 소결광을 제조하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.

(2) 상기 결정수를 포함하는 철광석이, 피솔라이트 광석 또는 마라맘바 광석 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 소결광의 제조 방법.

(3) 상기 환원을, 유동층을 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 소결광의 제조 방법.

(4) 상기 환원에 사용하는 환원성 가스로서, 고로 가스를 부분 산화한 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 소결광의 제조 방법.

(5) 상기 부분 산화하는 고로 가스에 사전에, 전로 가스, 코크스로 가스, 천연 가스, 액화 석유 가스, 그 밖의 고로 가스보다도 발열량이 높은 가스로부터 선택되는 1종 이상을 추가하는 것을 특징으로 하는 상기 (4)에 기재된 소결광의 제조 방법.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 환원광석을 사용하는 소결광의 제조 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 소결기 본체 상의 소결 원료층의 승온 곡선의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 관한 환원광석을 사용하는 소결광의 제조 방법을 도시하는 도면이다.

소결광의 제조 프로세스에서 사용하는 분철광석의 입경은, 통상 10㎜ 정도 이하이다. 소결광의 제조 프로세스에서 사용하는 분철광석 중, 로브 리버 광석 및 얀디쿠지나 광석 등의 피솔라이트 광석 및 웨스트 앤절러스 광석 등의 마라맘바 광석은 결정수를 포함하고 있다. 피솔라이트 광석은 8％ 정도, 마라맘바 광석은 3％ 이상의 결정수를 포함하고 있다. 이들 분철광석은, 예를 들어 호주에서 산출된다.

본 발명의 소결광의 제조 방법은 첫째로, 결정수를 포함하는 철광석을, 환원성 가스를 사용하여 환원하고, 얻어지는 환원광석을 소결 원료로 사용하여 소결광을 제조하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 결정수를 포함하는 분철광석을 그대로 소결광의 제조 프로세스의 소결 원료로서 사용하면, 분철광석 중의 결정수의 열분해에 열이 필요하므로, 열의 공급원인 응결재의 사용량이 증대된다. 한편, 분철광석 등의 철광석을, 환원성 가스를 사용하여 환원하면, 환원에 적합한 온도에 있어서는 철광석 중의 결정수를 환원과 동시에 제거할 수 있다. 그로 인해, 얻어진 환원광석을 소결 원료로 사용하면, 결정수의 열분해는 불필요하므로, 응결재비를 감소할 수 있다. 이에 수반하여, 결정수를 포함하는 분철광석을 그대로 소결 원료로서 사용하는 경우와 비교하여, 고가의 무연탄 사용량을 삭감할 수 있는 동시에, 소결층에서의 통기 저항이 감소하여, 소결광의 생산성이 개선된다. 또한, 소결광의 기공량이 증대되므로, 소결광의 피환원성이 개선된다.

또한, 환원광석을 소결 원료로 사용하여 제조한 소결광은, 피환원성이 양호하므로, 고로에서의 환원재비를 저감시켜, 고가의 코크스나 미분탄의 사용량을 저감시킬 수 있다.

또한, 소결 원료로서 사용하는 결정수를 포함하는 철광석으로서, 피솔라이트 광석 또는 마라맘바 광석 중 적어도 하나를 포함하는 철광석을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 환원을, 유동층 환원로를 사용하여 행하는 것이 바람직하다.

입경이 10㎜ 정도 또는 그 이상의 크기인 괴형상의 철광석의 환원에는 샤프트로 또는 로터리 킬른 등이 사용되고 있다. 그러나, 상기한 로브 리버 광석 및 얀디쿠지나 광석 등의 피솔라이트 광석 및 웨스트 앤절러스 광석 등의 마라맘바 광석(예를 들어, 호주산)은 입경이 10㎜ 정도 이하의 가루 형상이므로, 이들 철광석을 그대로 환원하여 소결 원료로서 사용 가능한 가루 형상의 환원광석을 제조하기 위해서는 유동층 환원로가 적합하다.

여기서, 도 1을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 여기서는 유동층 환원로를 사용한 방법에 대해 설명한다.

도 1에 있어서, 원료인 분철광석(11)을 유동층 환원로(1)에 공급하고, 환원 가스(15)에 의해 환원을 행한다. 유동층 환원로(1)에서 얻어진 환원광석(19)을 다른 원료[철광석, 잡철원, 부원료, 반광 및 응결재(20)]와 혼합하여 배합 원료(21)로 하고, 소결기 본체(5)에 장입한다. 소결기 본체(5)로부터 배출된 소결광(23)은 파쇄되어 체(7)로 체가름되어 체 위의 고로 원료로서 적합한 입경의 성품 소결광(24)과 체가름된 고운 반광(25)으로 나뉜다.

또한, 환원에 사용하는 환원성 가스로서, 고로 가스를 부분 산화한 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 환원에 사용하는 환원성 가스로서, 전로 가스, 코크스로 가스, 천연 가스, 액화 석유 가스를 부분 산화한 가스를 사용할 수도 있지만, 전로 가스, 코크스로 가스, 천연 가스, 액화 석유 가스보다도 저렴한 고로 가스를 부분 산화한 가스를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 고로 가스를 부분 연소하면, 고온의 환원 가스가 얻어지므로, 철광석의 환원에 필요한 온도까지 유동층 반응 온도를 승온하는 것이 용이하다. 고로 가스를 그대로 환원 가스로서 사용하는 것도 가능하지만, 이 경우에는 철광석의 환원에 필요한 온도까지 유동층 반응 온도를 승온하기 위해, 고로 가스의 예열 온도를 높게 하거나, 철광석을 고온까지 예열할 필요가 발생하여, 설비 부하가 커진다. 이로 인해, 고로 가스를 부분 연소(부분 산화)한 가스를 사용하는 경우와 비교하면, 설비 비용이 상승하여 경제적이지 않다. 또한, 고로 가스로 한정되지 않고, 상술한 전로 가스, 코크스로 가스 등을 사용하는 경우에도, 고로 가스와 마찬가지로 부분 연소하여 고온의 환원 가스로서 사용하는 것이 바람직하다.

도 1에 도시한 예에 있어서, 유동층 환원로 배기 가스(16)의 현열을 이용하여 열교환기(2)에서 고로 가스(12)가 예열된다. 예열된 예열 고로 가스(13)를, 또한 부분 연소로(3)에 있어서 공기(14)에 의해 부분 연소시켜 환원 가스(15)를 얻는다. 환원 가스(15)는 CO 가스, CO₂ 가스 및 N₂ 가스를 주성분으로 한다. 이와 같이 하여 얻어진 환원 가스(15)를 유동층 환원로(1)에 공급하고, 유동층 환원로(1)에 있어서 피솔라이트 광석 또는 마라맘바 광석 등의 결정수를 포함하는 분철광석(11)을 환원한다.

유동층 환원로(1)의 상부로부터 배출되는 유동층 환원로 배기 가스(16)는, 전술한 바와 같이 열교환기(2)에서 고로 가스(12)의 예열에 이용되고, 그 후, 또한 잔존하는 열교환기 배기 가스(17)의 현열은 폐열 회수 장치(4)에서 증기 회수에 이용되고, 폐열 회수 장치 배기 가스(18)는 시스템 밖에서 처리된다.

또한, 환원 가스(15)의 온도를 올리거나, 환원 능력을 높이는 것이 바람직한 경우, 고로 가스(12) 또는 예열 고로 가스(13)의 적어도 한쪽에, 전로 가스, 코크스로 가스, 천연 가스, 액화 석유 가스, 그 밖의 고로 가스보다도 발열량이 높은 가스로부터 선택되는 1종 이상을 추가하는 것이 바람직하다.

700℃ 정도보다도 낮은 온도에서는 환원 속도가 느리므로, 환원 온도는 700℃ 이상으로 한 쪽이 높은 환원율을 얻기에는 사정이 좋다. 피솔라이트 광석 또는 마라맘바 광석 등의 결정수는 350℃ 정도로부터 분해를 시작하므로, 700℃ 이상의 온도에서 환원 처리를 행함으로써 결정수도 동시에 제거된다. 광석은 환원 분위기에서 1200℃ 정도 이상으로 가열되면 부분적으로 용융되어 입자끼리가 융착되므로, 1200℃ 정도보다도 낮은 온도에서 환원 처리하는 것이 바람직하다. 원료로 하는 고로 가스(12)를 열교환기(2)에서 승온하여 예열 고로 가스(13)로 하고, 또한 부분 연소로(3)에서 부분 연소하여 온도를 상승시켜 고온의 환원 가스(15)로 하므로, 상기 환원 온도를 확보하기 위한 열량을 환원 가스(15)의 현열로서 공급할 수 있다.

고로 가스(12)를 부분 연소시켜 제조한 환원 가스(15)는 그 CO 가스 분율에 대한 CO₂ 가스 분율의 비가 높고, 또한 그 H₂ 가스 분율에 대한 H₂O 가스 분율의 비가 높기 때문에, 철광석을 금속철까지 환원할 만큼의 환원 능력은 없지만, 우스타이트까지 환원하는 것은 가능하다. 단, 환원 온도가 낮을 때에는 환원 속도가 느리기 때문에, 헤마타이트로부터 마그네타이트까지는 빠르게 환원되지만, 마그네타이트로부터 우스타이트까지의 환원에 시간이 걸린다. 따라서, 고로 가스(12)를 부분 연소시켜 제조한 환원 가스(15)에 의해 피솔라이트 광석 또는 마라맘바 광석 등의 결정수를 포함하는 분철광석(11)을 유동층 환원로(1)에서 환원하면, 결정수가 제거되어, 주로 마그네타이트로부터 우스타이트까지의 사이에 환원된 환원광석(19)을 얻을 수 있다(일부에 금속철도 존재하는 경우가 있음).

전술한 바와 같이, 입경이 10㎜ 정도 이하인 가루 형상의 로브 리버 광석 및 얀디쿠지나 광석 등의 피솔라이트 광석 및 웨스트 앤절러스 광석 등의 마라맘바 광석을 그대로 환원하여 소결 원료로서 사용 가능한 가루 형상의 환원광석을 제조하기 위해서는 유동층 환원로가 적합하다. 단, 예를 들어 호주산의 피솔라이트 광석 및 마라맘바 광석에, 소량이지만, 입경이 10㎜ 이상 20㎜ 이하 정도인 것이 혼재하는 경우가 있다. 이와 같이 입도 분포 폭이 큰 분철광석을 환원하는 유동층 환원로로서는, 기포 유동층 환원로보다도 순환 유동층 환원로가 보다 적합하다. 기포 유동층 환원로에서는 가스 유속을 입자의 유동 개시 속도 이상 또한 종말 속도 이하로 제어하여, 유동층 내에서의 입자의 유동 상태를 양호하게 유지하는 동시에 유동층으로부터 입자의 비산을 억제할 필요가 발생하는 경우가 있다. 이로 인해, 분철광석의 입도 분포 폭이 크면 대응할 수 없는 경우가 있다. 한편, 순환 유동층 환원로에서는 비산된 입자를 사이클론으로 포집하여 입자를 유동층 내에 순환시키므로, 큰 가스 유속으로 운전하는 것이 가능하다. 순환 유동층 환원로가 적합한 이유는, 사이클론의 포집 한계의 미립자로부터 큰 가스 유속에 따른 조대 입자까지 처리할 수 있으므로, 입도 분포 폭이 큰 입자(분철광석)를 사용하는 것이 가능하기 때문이다.

10㎜ 정도 이하의 가루 형상의 피솔라이트 광석 또는 마라맘바 광석을 사용하여 순환 유동층 환원로에서 환원하는 경우, 환원 가스의 공탑 속도가 지나치게 낮으면 유동층의 하부에 조립(粗粒)이 편적되어 압력 변동이 큰 상태(슬러깅 상태)로 되어, 환원 효율이 저하되는 경우가 있다. 한편, 환원 가스의 공탑 속도가 지나치게 높으면 유동층 내는 철광석의 입자의 체류량이 적은 희박한 상태로 되어 환원 효율이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 안정된 유동 상태를 얻기 위해서는, 환원 가스의 공탑 속도는 4m/s 정도로부터 15m/s 정도까지로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 형태에 있어서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 결정수를 포함하는 철광석(11)을 환원성 가스(15)를 사용하여 환원하고, 얻어지는 환원광석(19)을 소결 원료로 사용하여, 이 환원광석(19)의 소결을 행하여, 소결광(23)을 제조한다. 환원광석(19)을 소결 원료로 사용하면, 소결 프로세스에 있어서 소결 원료는 산소를 함유하는 고온 가스 분위기에 노출되므로, 환원광석(19)은 산화되어 발열한다. 따라서, 환원광석 산화에 의한 산화열로서 공급되는 열량에 상당하는 분만큼, 응결재의 연소에 의해 발생하는 열량을 줄이는 것이 가능하다. 즉, 환원광석을 소결 원료로 사용함으로써, 소결에서의 응결재의 사용량을 줄이는 것이 가능해진다. 환원광석의 환원율이 높을수록, 환원광석의 단위 질량당의 산화될 때에 발생하는 열량은 크기 때문에, 환원광석의 사용량이 일정할 때에는 환원율이 높을수록 응결재의 사용량을 저감시키는 효과는 크다. 또한, 환원광석의 환원율이 동일할 때에는, 환원광석의 사용량이 많을수록 산화 발열량은 커지므로, 응결재의 사용량을 저감시키는 효과는 크다. 또한, 환원광석을 제조하는 과정에서 결정수가 제거되어 있으므로, 환원광석을 사용함으로써, 결정수의 분해에 필요한 열량을 공급하기 위한 응결재의 사용이 불필요해진다. 따라서, 이만큼의 응결재의 사용량을 줄이는 것도 가능해진다.

소결 프로세스에서의 환원광석의 산화에 있어서는, 철광석 자체가 발열하기 때문에 산화 반응열이 철광석의 온도의 상승에 직접적으로 작용하는 것에 대해, 응결재의 연소에 있어서는 고온의 연소 가스 및 연소 과정에 있어서의 고온의 응결재 입자로부터의 전열에 의해 철광석이 승온한다. 이로 인해, 환원광석의 산화에 의한 발열량보다도 보다 많은 응결재의 발열량과 승온 시간을 필요로 한다.

따라서, 환원광석을 사용하는 경우에 비해 환원광석을 사용하지 않는 경우에는 소결재의 연소에 의해 소결층 내에 형성되는 고온 연소 영역이 커진다. 즉, 소결 원료층 중의 승온 패턴에 관하여, 도 2에 도시한 바와 같이 환원광석을 사용하지 않는 경우의 승온 패턴(32)보다도 환원광석을 사용하는 경우의 승온 패턴(31)의 쪽이 승온 속도가 크고 또한 냉각 속도가 커진다. 그 결과, 과잉의 융액 생성을 억제하여, 생성된 융액에 의한 기공의 폐색을 억제할 수 있으므로, 환원광석을 사용하면 피환원성이 높은 소결광을 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 결정수를 포함하는 피솔라이트 광석 또는 마라맘바 광석을 그대로 소결 원료로서 사용하는 것 대신에, 환원광석(19)을 사용하면, 소결 중에 결정수 유래의 증기의 발생량이 감소하고, 또한 결정수의 열분해에 필요한 응결재의 사용량 저하에 수반하여, 응결재의 연소와 환원광석의 산화에 의해 형성되는 고온 연소 영역이 감소하여, 과잉의 융액 생성이 억제된다. 이로 인해, 도 1에 도시하는 소결층(22)의 압력 손실이 저하된다. 그로 인해, 소결 주배기 가스 흡인 블로어(6)의 흡인 부압이 일정한 조건 하에서는 단위 시간당으로 소결층(22)에 흡인되는 공기량이 증가하여, 소결 주배기 가스(26)의 양이 증가한다. 또한, 환원광석(19)의 사용에 의해 소결층(22) 중의 승온 패턴이, 도 2에 도시한 바와 같이 승온 속도가 크고 또한 냉각 속도가 커지므로 소결 완료 시간이 짧아진다. 이들의 결과, 소결기 본체(5)의 팔레트 스피드를 상승시킬 수 있다. 따라서, 소결광의 생산성을 향상시킬 수 있다.

환원광석의 환원율이 30％를 초과하면, 통상, 환원광석은 금속철을 많이 포함하게 된다. 800℃ 정도보다도 높은 온도에서 환원하여, 금속철을 많이 포함하는 환원율이 30％를 초과하는 환원광석을 제조한 경우, 환원광석에 생성되는 금속철은 기공률이 낮은 치밀한 조직으로 되어, 환원광석의 재산화 속도가 느려져 소결층(22)에서의 히트 패턴이 브로드해지는 경우가 있다.

한편, 800℃ 정도보다도 낮은 온도에서 환원하여, 금속철을 많이 포함하는 환원율이 30％를 초과하는 환원광석을 제조한 경우, 환원광석에 생성되는 금속철은 기공이 많은 조직으로 되어, 재산화되기 쉬워, 환원광석을 소결기 본체(5)에 장입하기 전에 환원광석이 연소될 우려가 있다.

즉, 환원 온도가 800℃ 정도보다도 높은 온도에서 환원율이 30％를 초과하는 환원광석을 제조하면, 소결광의 제조 프로세스에서 소결층(22)에서의 히트 패턴이 브로드해지는 경우가 있고, 800℃ 정도보다도 낮은 온도에서 환원율이 30％를 초과하는 환원광석을 제조하면, 소결광의 제조 프로세스에서 소결기 본체(5)에 장입하기 전에 환원광석이 연소되거나 한다. 따라서, 환원광석의 환원율은 30％ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 환원율이 30％를 초과하는 금속철을 포함하는 환원광석은 고로에서 사용함으로써 고로에서 사용하는 코크스량을 저감시키는 것이 가능하다. 따라서, 환원율이 30％를 넘는 금속철을 포함하는 환원광석은 소결광의 제조 프로세스에서 사용하는 것보다도 고로에서 사용하는 쪽이 경제성이 우수하다.

환원 가스(15)의 산화도(OD : ％)는 환원 가스 중의 H₂ 농도(H₂％ : vol％), H₂O 농도(H₂O％ : vol％), CO 농도(CO％ : vol％) 및 CO₂ 농도(CO₂％ : vol％)를 사용하여 이하와 같이 정의할 수 있다.

OD ＝ (H₂O％＋CO₂％)/(H₂％＋H₂O％＋CO％＋CO₂％)×100

환원 가스(15)의 산화도(OD)가 낮을 때, 환원 가스(15) 중의 H₂ 농도 및 CO 농도의 합이 크고, 환원 가스(15)의 환원 능력은 크다. 환원 가스(15)의 산화도(OD)가 20％ 정도보다도 낮으면, 환원광석(19) 중에 금속철을 많이 포함하게 된다. 따라서, 환원광석(19) 중에 금속철이 다량으로 생성되는 것을 억제하여, 소결층(22)에서의 히트 패턴이 브로드해지는 것을 회피하거나, 소결기 본체(5)에 장입하기 전에 환원광석(19)이 연소되는 것을 회피하기 위해서는, 환원 가스(15)의 산화도(OD)를 20％ 정도 이상으로 하여, 환원광석(19) 중에 포함되는 금속철의 양을 적게 하는 것이 바람직하다.

고로 가스(12)의 산화도(OD)는 평균적으로 40 내지 50％이므로, 고로 가스(12)를 부분 연소하여 환원 가스(15)를 제조할 때에는, 고로 가스(12)의 산화도(OD)보다도 높아져, 환원 가스(15)의 OD가 20％ 정도보다도 작아지는 경우는 없다. 또한, 고로 가스(12)에 고로 가스(12)보다 발열량이 높은 제철 부산(副産) 가스를 혼합함으로써, 고로 가스(12)만으로부터 환원 가스(15)를 제조하는 것보다도 산화도(OD)가 작고 환원 능력이 우수한 환원 가스를 제조하는 것이 가능해진다. 이 결과, 유동층 환원로(1)에 있어서의 환원광석(19)의 생산성을 상승시킬 수 있게 된다. 그러나, 환원율을 30％ 초과로 하지 않고, 금속철을 많이 생성하지 않도록 하기 위해서는, 환원 가스(15)의 산화도(OD)를 20％ 정도 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 환원 가스(15)의 산화도(OD)가 70％ 정도보다도 높아지면 환원의 진행이 느려, 환원광석의 환원율이 낮아지거나 환원광석의 생산성이 저하된다. 따라서, 환원 가스(15)의 산화도(OD)를 70％ 정도 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음에, 실제로 본원 발명자가 행한 소결광의 제조에 대해 설명한다. 여기서는, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 비교예 및 상술한 실시 형태에 따른 실시예에 대해 설명한다. 실시예에서는, 상세한 것은 후술하지만, 결정수를 포함하는 분철광석의 일부를 예비 환원하여, 분철광석 중의 결정수를 제거하는 동시에, 분철광석 중의 헤마타이트를 주로 하여 마그네타이트 또는 우스타이트까지 환원하고, 이 예비 환원 분광석을 사용하여 소결광을 제조하였다. 비교예 및 실시예 중 어느 것에 있어서도, 배합 원료로서, 결정수를 포함하는 분철광석, 잡철원, 부원료, 반광 및 응결재로 이루어지는 것을 사용하였다. 또한, 결정수를 포함하는 분철광석으로서, 비교예 및 실시예 중 어느 것에 있어서도, 피솔라이트 광석의 1종인 러브 리버 분철광석을 사용하였다. 러브 리버 분철광석은 배합 원료의 16mass％를 차지했다. 또한, 소결광의 피환원성을 나타내는 지표로서, JISM8713에 의해 환원율을 측정하였다.

(비교예)

비교예에서는, 분철광석에 대해 본 발명과 같은 환원을 행하지 않고, 분철광석을 그대로 소결 원료로서 소결 프로세스에 사용하였다. 성품 소결광을 1톤 제조하는 데 사용하는 배합 원료는 1477㎏이다. 응결재는 성품 소결광 1톤당 60.2㎏ 사용하였다. 이 중, 무연탄의 사용량은 성품 소결광 1톤당 18.4㎏이었다.

환원율은 65％이고, 소결광의 생산성은 단위 시간당 및 단위 소결 면적당 1.50t/h/㎡였다.

고로에서 용선을 생산하는 데 있어서, 소결광, 괴철광석 및 펠릿으로 이루어지는 주원료를 용선 1톤당 1620㎏ 사용하고, 소결광은 그 중 1245㎏이었다. 이때 성품 소결광을 용선 1톤당 1402㎏ 생산하고 있고, 이 차분은 고로로의 장입까지 체가름된 체가름 분소결광이고, 이는 소결 원료로서 재사용하였다.

고로에서 용선을 연간 400만톤 생산하는 데, 성품 소결광을 연간 561만톤 생산하고, 무연탄을 연간 10.3만톤 사용하고, 러브 리버 분철광석을 연간 107.8만톤 사용하였다. 이때, 고로에서 사용한 코크스 및 미분탄을 합한 환원재의 사용량은 용선 1톤당 490㎏이었다.

(실시예)

도 3에, 실시예의 개요를 도시한다. 실시예에서는, 유동층 환원로로서, 제1 유동층 환원로(42) 및 제2 유동층 환원로(41)로 이루어지는 순환 유동층을 사용하였다. 공탑 속도를 7m/s로 하였다.

제1 유동층 환원로(42)에 있어서 러브 리버 분철광석(51)을 900℃에서 환원하여 환원광석1(52)로 하고, 제2 유동층 환원로(41)에 있어서 환원광석1(52)을 900℃에서 환원하여 환원광석2(53)로 하였다.

승압 고로 가스(54)를, 열교환기(44)에 의해 예열하여 예열 후의 승압 고로 가스(55)로 하고, 부분 연소로(45)에서 승압 공기(56)를 사용하여 부분 연소시켜 환원 가스(57)를 제조하여, 제1 유동층 환원로(42)에 공급하였다. 상기 열교환기(44)에 있어서는, 제2 유동층 환원로(42)의 배기 가스(60)를 연소기(43)로 승압 공기(61)에 의해 연소한 연소 배기 가스(62)를 사용하여 승압 고로 가스(54)를 예열하였다.

제1 유동층 환원로(42)에 공급하는 러브 리버 분철광석(51)의 결정수는, 건조 후의 상태에서, 8mass％였다. 이 값은, 강수, 살수 등에 의해 철광석 입자의 표면, 철광석 입자 사이의 공극, 철광석 입자 내의 기공 등에 존재하는 수분(부착수라고 칭함)이 없는 상태의 것으로, 실제의 부착수는 4mass％였다. 실시예에 있어서는, 부착수 4％를 포함하는 러브 리버 분철광석(51)의 질량 1042㎏을 순환 유동층에서 환원할 때에, 온도가 975℃, 산화도(OD)가 56％인 환원 가스(57)를 1244Nm³ 사용하였다. 이 1244Nm³의 환원 가스(57)는 승압 고로 가스(1140Nm³)(54)를 열교환기(44)에 의해 711℃로 예열하고, 계속해서 부분 연소로에서 부분 연소시켜 제조하였다.

제2 유동층 환원로(41)에서는, 이 환원 가스(57)에 의해 환원광석1(52)을 환원하여 환원율 22％의 환원광석2(53)를 864㎏ 제조하였다.

제1 유동층 환원로(42)에서는, 제2 유동층 환원로(41)의 배기 가스(58)를 도입하여 환원 가스로서 사용하고, 러브 리버 분철광석(51)을 900℃에서 환원하여 환원광석1(52)을 제조하였다. 제1 유동층 환원로(42)에서의 환원 온도를 900℃로 유지하기 위해, 제1 유동층 환원로(42)에 승압 공기(59)를 344Nm³ 도입하여 부분 연소시켰다.

제1 유동층 환원로(42)의 배기 가스(60)는 러브 리버 분철광석(51)의 결정수 및 부착수를 포함하여, 1667Nm³으로 되었다. 이 제1 유동층 환원로(42)의 배기 가스(60)는 미연 가스 성분을 포함하므로, 전술한 바와 같이 연소기(43)로 6184Nm³의 승압 공기에 의해 완전 연소시켜, 989℃로 승온한 후, 열교환기(44)에서 승압 고로 가스(54)를 예열하여, 열교환기(44)로부터 열교환기 배기 가스(63)로서 배출하였다. 열교환기 배기 가스(63)에 대해서는, 폐열 회수 장치(46)로 증기 회수하여 폐열 회수 장치 배기 가스(64)로 하고, 계속해서 냉각 제진 장치(47)로 처리하여 냉각 제진 장치 배기 가스(65)로 하고, 또한 압력 회수 장치(48)로 압력을 전력으로 변환함으로써 전력 회수하여 압력 회수 후 배기 가스(66)로 하고, 압력 회수 후 배기 가스(66)를 시스템 밖에서 처리하였다.

환원광석2(53)는 철광석, 잡철원, 부원료, 반광 및 응결재(81)와 혼합하여 배합 원료(82)로 하였다. 배합 원료(82)는 소결기 본체(71)에 장입되어 소결층(83)을 형성하였다. 소결기 본체(71)로부터 배출된 소결광(84)을 파쇄하여 체(73)로 체가름하고, 체 위의 고로 원료로서 적합한 입경의 성품 소결광(85)과 체가름 고운 반광(86)으로 분별하였다. 소결 주배기 가스(87)는 소결 주배기 가스 흡인 블로어(72)로 흡인하고, 그 후 탈진, 탈유, 탈초 등의 배기 가스 처리를 행하였다.

실시예에 있어서는, 비교예와 마찬가지로 러브 리버 분철광석이 배합 원료의 16mass％를 차지했다. 단, 실시예에 있어서는, 이 러브 리버 분철광석을 상술한 바와 같이 환원하고, 이와 같이 하여 얻어진 환원광석을 배합 원료의 일부로서 배합하였다. 그 결과, 무연탄을 사용하지 않고, 41.8㎏의 응결재를 사용한 것만으로 소결광을 제조할 수 있었다. 즉, 성품 소결광 1톤당의 응결재의 사용량은 41.8㎏으로 되었다. 이 응결재의 사용량은 비교예의 응결재 사용량으로부터 무연탄의 사용량을 뺀 양에 상당한다.

이때, 소결광의 피환원성을 나타내는 JISM8713에 의해 측정한 환원율은 68％로 되어, 비교예의 상기 환원율 65％보다도 3포인트 상승하였다. 즉, 소결광의 피환원성을 향상시킬 수 있었다. 또한, 소결광의 생산성은 단위 시간당 및 단위 소결 면적당 1.58t/h/㎡로 되어, 비교예의 상기 생산성 1.50t/h/㎡보다도 0.08t/h/㎡ 상승하였다. 즉, 생산성을 향상시킬 수 있었다.

113.2만톤의 러브 리버 분철광석을 상술한 바와 같이 예비 환원하고, 예비 환원한 환원광석을 배합 원료의 일부로 하여 소결광을 제조함으로써, 피환원성이 3포인트 향상된 성품 소결광을 연간 589만톤 생산할 수 있었다.

그 결과, 고로에서 용선을 연간 400만톤 생산하는 데, 용선 1톤당 소결광을 1307㎏ 사용할 수 있어, 비교예의 용선 1톤당의 소결광의 사용량 1245㎏보다도 소결광의 사용량을 늘리는 동시에 피환원성이 뒤떨어지는 괴철광석을 줄일 수 있었다.

소결광의 피환원성의 개선과 소결광 사용 비율의 상승에 의해, 고로에서 사용한 코크스 및 미분탄을 합한 환원재의 사용량은 용선 1톤당 482㎏으로 되어, 비교예의 환원재 사용량의 용선 1톤당 490㎏보다도, 환원재 사용량을 용선 1톤당 8㎏ 저감시킬 수 있었다.

비교예에서는, 응결재를 성품 소결광 1톤당 60.2㎏ 사용하여, 성품 소결광을 연간 561만톤 생산하고, 응결재를 연간 33.8만톤 사용하였다. 한편, 실시예에서는 응결재를 성품 소결광 1톤당 41.8㎏ 사용하고, 성품 소결광을 연간 589만톤 생산하고, 응결재를 연간 24.6만톤 사용하였다. 따라서, 비교예에 대해, 실시예에서는, 응결재의 사용량을 연간 9.2만톤 삭감한 것으로 된다.

비교예에서는, 환원재를 용선 1톤당 490㎏ 사용하고, 용선을 연간 400만톤 생산하였으므로, 환원재를 연간 196만톤 사용한 것으로 된다. 한편, 실시예에서는, 환원재를 용선 1톤당 482㎏ 사용하고, 용선을 연간 400만톤 생산하였으므로, 환원재를 연간 192.8만톤 사용한 것으로 된다. 따라서, 비교예에 대해, 실시예에서는, 환원재의 사용량을 연간 3.2만톤 삭감한 것으로 된다.

실시예에서는, 비교예에 대해 CO₂ 발생원인 응결재와 환원재의 사용량의 합계를 연간 12.4만톤 삭감하고 있어, 그만큼 CO₂ 발생량을 삭감할 수 있었다.

본 발명에 따르면, 응결재비를 감소시켜, 소결광의 생산성 및 피환원성을 향상시킬 수 있다. 소결광의 제조 프로세스에 있어서는, 응결재비를 삭감함으로써, 고가이고 또한 공급 불안정인 무연탄의 사용량을 삭감할 수 있다. 또한, 피환원성이 양호한 소결광의 생산량을 늘리는 것이 가능해지므로, 고로 프로세스에 있어서는 환원재비를 저감시켜, 고가의 코크스 및 미분탄의 사용량을 저감시킬 수 있다. 또한, 소결 프로세스에 있어서의 응결재비의 삭감과 고로 프로세스에 있어서의 환원재비의 저감에 의해, 제철 프로세스 전체의 CO₂ 발생량을 억제하여, 지구 온난화 방지에 기여할 수 있다.

Claims

결정수를 포함하는 철광석을, 환원성 가스를 사용하여 환원하고, 얻어지는 환원광석을 소결 원료로 사용하여 소결광을 제조하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 결정수를 포함하는 철광석이, 피솔라이트 광석 또는 마라맘바 광석 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 환원을, 유동층을 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 환원을, 유동층을 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 환원에 사용하는 환원성 가스로서, 고로 가스를 부분 산화한 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 환원에 사용하는 환원성 가스로서, 고로 가스를 부분 산화한 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 환원에 사용하는 환원성 가스로서, 고로 가스를 부분 산화한 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 환원에 사용하는 환원성 가스로서, 고로 가스를 부분 산화한 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 부분 산화하는 고로 가스에 사전에, 전로 가스, 코크스로 가스, 천연 가스, 액화 석유 가스, 그 밖의 고로 가스보다도 발열량이 높은 가스로부터 선택되는 1종 이상을 추가하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 부분 산화하는 고로 가스에 사전에, 전로 가스, 코크스로 가스, 천연 가스, 액화 석유 가스, 그 밖의 고로 가스보다도 발열량이 높은 가스로부터 선택되는 1종 이상을 추가하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 부분 산화하는 고로 가스에 사전에, 전로 가스, 코크스로 가스, 천연 가스, 액화 석유 가스, 그 밖의 고로 가스보다도 발열량이 높은 가스로부터 선택되는 1종 이상을 추가하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 부분 산화하는 고로 가스에 사전에, 전로 가스, 코크스로 가스, 천연 가스, 액화 석유 가스, 그 밖의 고로 가스보다도 발열량이 높은 가스로부터 선택되는 1종 이상을 추가하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
환원성 가스를 사용하여, 결정수를 포함하는 철광석의 환원을 행하는 공정과,
상기 환원에 의해 얻어지는 환원광석을 소결하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 결정수를 포함하는 철광석이, 피솔라이트 광석 또는 마라맘바 광석 중 적어도 한쪽인 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 환원을, 유동층을 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 환원을, 유동층을 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 환원에 사용하는 환원성 가스로서, 고로 가스를 부분 산화한 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 환원에 사용하는 환원성 가스로서, 고로 가스를 부분 산화한 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제15항에 있어서, 상기 환원에 사용하는 환원성 가스로서, 고로 가스를 부분 산화한 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 환원에 사용하는 환원성 가스로서, 고로 가스를 부분 산화한 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는, 소결광의 제조 방법.