KR20110022667A

KR20110022667A - 브리켓의 제조방법, 환원 금속의 제조방법, 및 아연 또는 납의 분리방법

Info

Publication number: KR20110022667A
Application number: KR20117000595A
Authority: KR
Inventors: 마사히코 데츠모토; 유타카 미야카와; 노리아키 미즈타니
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-03-07
Also published as: CN102089448A; US8419824B2; RU2011105027A; AU2009270230B2; AU2009270230A1; RU2467080C2; EP2298941A1; WO2010005023A1; KR101302765B1; EP2298941A4; US20110107874A1; CA2727581A1

Abstract

바인더의 사용량도 물의 사용량도 최대한 줄여도 강도가 높아지는 브리켓을 제조하는 것을 목적으로 한다. 이 목적을 달성하기 위한 브리켓의 제조방법은, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상, 및 산화철을 포함하는 금속 산화물 분말을 사용하여 1차 입상물을 형성하는 공정과, 상기 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 포함한 상태에서, 복수의 1차 입상물을 가압하는 것에 의해 2차 입상물로 성형하는 공정을 포함한다.

Description

브리켓의 제조방법, 환원 금속의 제조방법, 및 아연 또는 납의 분리방법{BRIQUETTE MANUFACTURING METHOD, REDUCTIVE METAL MANUFACTURING METHOD, AND ZINC OR LEAD SEPARATION METHOD}

본 발명은 산화철을 포함하는 철광석이나 더스트 원료를 사용한 괴성화물(브리켓)의 제조방법에 관한 것이며, 얻어진 괴성화물로부터 환원 금속(환원철)을 제조하는 방법, 및 아연이나 납 등의 휘발성 금속을 분리 회수하는 방법에 적용할 수 있다.

환원철을 제조하기 위한 원료로서는, 당연히 철광석 원료도 사용되지만, 최근의 철광석 원료의 수요 증가에 따른 가격 상승 때문에, 제철소 내에서 생기는 철 원료를 포함하는 더스트를 리사이클하는 것이 주목되고 있다. 제철, 제강 과정에서는, 고로, 전로, 용해로, 전기로 등에서 뿜어 올려진 분상의 철 및 산화철을 포함하는 더스트가 집진기에서 회수되고 있다. 회수된 분말(특허청구범위, 명세서에 있어서 「제강 더스트」라고 기재함)은 철 및 산화철을 함유하기 때문에, 철 원료로서 사용된다.

환원철의 제조 설비 중 하나인 회전 노상로(爐床爐)로서는, 환원 반응의 균일화를 위해, 산화 금속과 탄소질 물질을 포함하는 원료를 괴성화물로서 공급할 필요가 있고, 또한 괴성화물에는 일정한 강도를 갖게 하는 것이 필요하다. 그런데, 탄소질 물질을 포함시키는 경우, 탄소는 비교적 저온에서도 연소해 버리기 때문에, 소결 펠렛이나 소결 광과 마찬가지로, 소결화에 의해 괴성화물의 강도를 높이는 수법은 취할 수 없다. 이 때문에, 전분이나 당밀 등의 비싼 결합제(이하, 「바인더」라고 기재하는 경우도 있음)를 사용하는 것에 의해 괴성화물의 강도를 높이고 있었다.

괴성화물을 제조하는 설비로서는, 펠렛 제조 설비, 브리켓 제조 설비 중 어느 것인가를 사용하는 것이 일반적이고, 그 중 어느 쪽의 설비에서도 가능한 한 균일한 크기이고 또한 고강도를 가진 괴성화물을 제조할 필요가 있다. 그러나, 주로 이하의 두 가지 이유에서, 미분상 원료의 괴성화물을 제조하는 것은 매우 곤란했다. 첫째는, 미분의 더스트 원료는 부피 밀도가 작고 공극이 많기 때문에, 강도를 가진 괴성화물을 제조하기 어렵다. 괴성화물의 강도가 낮으면, 압력에 의해 붕괴할 우려가 있기 때문에 대량으로 저장할 수는 없고, 반송 중에 깨짐 등도 발생한다. 둘째는, 괴성화물의 강도를 높이기 위해 미분 원재료에 바인더를 혼합시키지만, 바인더를 균일하게 혼합하기가 곤란하다. 왜냐하면 바인더는 접착제의 기능을 갖는 것이어서 점성을 갖고, 그 점성 때문에 균일한 혼합이 방해된다. 또한, 바인더 재료 자체가 비싼데다 접착 기능을 갖기 때문에, 괴성화물의 제조 또는 공급 과정(예를 들면, 중간 호퍼 등)에 있어서 재료 막힘이 발생해 버리는 원인으로도 된다. 원재료가 막혀 버리면, 회전 노상로 등에의 원료 공급이 끊기거나, 갑자기 대량으로 공급되거나 하여, 환원로의 조업이 불안정하게 되어 버린다. 따라서, 바인더의 사용량은 최대한 적게 할 것이 요망되고 있다.

이하, 종래 알려져 있는 미분인 더스트 원료의 펠렛 제조방법, 브리켓 제조방법에 대하여 예를 들어 설명한다.

특허문헌 1에는, 동 특허문헌의 도 1에 나타난 바와 같이, 원료 비축조로부터 꺼낸 원료를 혼련 장치에서 혼련하고, 산화 금속과 탄소를 포함하는 입자를 원료로 하여, 팬식 조립(造粒) 장치에서 펠렛을 제조하는 방법이 알려져 있다. 구체적으로는, 복수의 원료 비축 병으로부터, 혼합 비율을 정하여 복수의 원료를 원료 컨베이어 상에 잘라낸다. 원료의 입경, 화학 성분 및 함유 수분의 혼합 비율이 결정된다. 특히, 환원 반응을 적절히 행하기 위해서는 산화 금속과 탄소의 비율이 조정된다. 또한, 특허문헌 1의 특허청구범위에는, 제강 더스트를 함유하는 금속 산화물을 포함하고, 또한 탄소 함유 분체를 포함하는 분체를, 팬식 조립기로 구형 팰렛을 제조함에 있어서, 상기 분체가 10μm 이하 입경의 입자를 20 내지 80% 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 환원로를 대상으로 하는 펠렛 제조방법이 기재되어 있다.

특허문헌 2에서는, 동 특허문헌의 도 1에 나타난 바와 같이, 제강 더스트로부터 고형화물을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 동 도면에서 나타내는 바와 같이, 이 시스템에서는, 철강 생성 과정에서 생기는 철 및 그의 산화물을 주성분으로 하는 더스트를, 탄소를 주성분으로 하는 분체와 혼합시켜 조립하여 펠렛으로 하는 조립 과정과, 이 혼합 조립체에 물을 함침시키는 물 함침 과정과, 이 물을 함침시킨 펠렛을 성형틀에 넣고 가압 성형함으로써 브리켓으로 하는 고형화 과정과, 이 브리켓을 용융로의 원료로서 반송하는 과정과, 상기 더스트를 상기 용융로로부터 얻어 상기 고형화 과정에 이르기까지의 사이에, 이 더스트의 아연 농도를 농축하고, 이 농축한 상태의 더스트를 탈아연 처리하는 탈아연 처리 공정을 포함한다. 또한, 이 방법에서는, 성형 직전에 물을 함침시키는 것에 의해, 혼합 조립체의 표면을 부드럽게 하고, 브리켓 성형시에 조립체의 변형을 용이하게 하여, 이것에 의해 조립체끼리의 접착 강도를 높일 수 있다.

일본 특허공개 제2002-206120호 공보 일본 특허공개 제2007-270229호 공보

보통, 산화철의 환원을 행하는 환원로에서는 균질한 환원 반응을 행할 필요가 있는 점에서, 환원로에 공급하는 괴성화물에는 크기의 균일성이 요구된다. 괴성화물의 크기가 고르지 않으면, 환원 반응이 균질해지지 않아, 환원철의 품질이 매우 낮아져 버리기 때문이다. 특허문헌 1의 도 1에 있어서 펠렛 체(sieve) 장치에 의해 펠렛을 분급하는 것에 의해, 환원로에서 요구되는 바와 같은 균일성을 유지하고자 하고 있다. 그러나, 펠렛 체 장치에 의해 펠렛의 공급 효율이 나빠지는 것은 물론이고, 펠렛 체 장치 자체의 비용 문제도 있다.

특허문헌 2의 방법에서는 브리켓을 성형하고 있다. 브리켓은 펠렛에 비해 균일성은 높고, 또한 큰 괴성화물을 성형할 수 있다. 그러나, 브리켓은 압축에 의해 원료를 눌러 굳히는 것이기 때문에, 보통, 전술한 바와 같이 바인더를 필요로 한다. 특허문헌 2의 방법은, 가능한 한 바인더의 사용량을 줄이기 위해 브리켓의 성형 직전에 물을 함침시키는 것이지만, 펠렛의 집합물 전체에 걸쳐 물을 균일하게 함침시키는 것은 실제상 어렵다. 수분이 부착되지 않은 부분이 일부라도 남으면, 그 부분에서는 혼합 조립체의 표면을 부드럽게 할 수 없기 때문에, 브리켓 전체에서의 강도가 올라가지 않는다. 또한, 브리켓화 후, 수분의 건조 시간도 길어져 버린다.

한편, 특허문헌 2에 있어서 펠렛을 모아 추가로 브리켓화하는 것은, 작은 조개탄 형상으로 조립하는 경우에 비해 어느 정도 크기 때문에 취급성이 좋기 때문이고([0007] 단락), 브리켓의 강도를 펠렛 강도 보다도 더 높게 하기 때문은 아니다.

본 발명은, 바인더 및/또는 물의 사용량을 최대한 낮추어도 강도를 높일 수 있는 브리켓을 제조하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 브리켓의 제조방법은, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상, 및 산화철을 포함하는 금속 산화물 분말을 사용하여 1차 입상물을 형성하는 공정과, 상기 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 포함한 상태에서, 복수의 1차 입상물을 가압하는 것에 의해 2차 입상물로 성형하는 공정을 포함한다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 1차 입상물을 전동 조립, 혼련 조립 또는 가압 성형의 방법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 합계로 10질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 1차 입상물을 형성하는 공정 전에, 금속 산화물 및/또는 환원제를 분쇄하는 공정을 갖고, 상기 분말은, 상기 분쇄 공정에 의해 얻어진 것을 포함하는 태양으로 하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 분쇄 공정과 1차 입상물 형성 공정의 사이에, 금속 산화물과 환원제를 혼합하는 것에 의해 혼합 원료를 준비하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 금속 산화물이 제강 더스트를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 금속 산화물이 아연, 납, 나트륨, 칼륨으로부터 선택되는 금속 중 어느 1종 이상을 함유하고, 상기 금속을 포함한 상태에서 상기 2차 입상물의 성형을 행하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 금속 산화물이 아연, 납, 나트륨, 칼륨으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 산화물, 염화물 또는 황화물 중 어느 1종 이상을 합계로 10질량% 이상 함유하고 있는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 금속 산화물은, 융점이 2000℃ 이하인 금속(이하, 「휘발성 금속」이라고 기재함)의 산화물을 함유하고, 상기 휘발성 금속 산화물을 포함한 상태에서 2차 입상물의 성형을 행하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 1차 입상물에 환원제 및 수분을 함유시키는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 2차 입상물로의 성형 전에 1차 입상물을 건조시키는 것이 바람직하다.

상기 건조 공정에 의해, 1차 입상물의 함유 수분량을 건조 전에 대하여 50 내지 95%로 하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에, 2차 입상물을 건조시키는 공정을 더 추가하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 1차 입상물의 부피를, 2차 입상물을 성형하기 위한 틀의 내용적의 1/500 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 의해 얻어진 브리켓을 환원하는 것에 의해 환원 금속을 제조할 수 있다.

상기 환원 금속의 제조방법에 있어서, 환원 공정이, 회전 노상로, 킬른식 로 또는 전기식 가열 환원 용해로를 사용하여 행해지는 태양으로 하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 의해 얻어진 브리켓이며 산화아연을 함유하는 것을, 가열, 환원에 의해 아연을 휘발시키는 공정을 추가하는 것에 의해 아연을 분리할 수 있다.

상기 브리켓의 제조방법에 의해 얻어진 브리켓이며 산화납을 함유하는 것을 가열 또는 가열, 환원에 의해 납을 휘발시키는 공정을 추가하는 것에 의해 아연을 분리할 수 있다.

한편, 상기의 아연 분리방법에 있어서 가열과 환원의 쌍방을 필요로 한 것은, 산화아연은 포화 증기압이 낮기 때문에, 가열만으로는 거의 휘발하지 않아, 환원될 필요가 있기 때문이다.

상기 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 브리켓의 제조방법은, 산화철 원료를 포함하는 금속 산화물 및/또는 환원제를 분쇄하는 공정과, 금속 산화물 및 환원제를 사용하여 1차 입상물을 형성하는 공정과, 추가로 복수의 1차 입상물을 가압하는 것에 의해 2차 입상물로 성형하는 공정을 포함한다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 1차 입상물이 전동 조립, 혼련 조립 또는 가압 성형의 방법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 있어서, 1차 입상물에 수분을 함유시키는 것이 바람직하다.

상기 건조 공정에 의해, 1차 입상물의 함유 수분량을 건조 전에 대하여 50 내지 95질량%(이하, 간단히 「%」라고 기재하는 경우가 있음)로 하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 의해 얻어진 브리켓을 환원하는 것에 의해 환원철을 제조할 수 있다.

상기 환원철의 제조방법에 있어서, 환원 공정은 회전 노상로, 킬른식 로 또는 전기식 가열 환원 용해로를 사용하여 행해지는 태양으로 하는 것이 바람직하다.

상기 아연의 분리방법에 있어서, 가열, 환원하는 공정은, 회전 노상로, 킬른식 로 또는 전기식 가열 환원 용해로를 사용하여 행해지는 태양으로 하는 것이 바람직하다.

상기 브리켓의 제조방법에 의해 얻어진 브리켓이며 산화납을 함유하는 것을 가열 또는 가열, 환원에 의해 납을 휘발시키는 공정을 추가하는 것에 의해 납을 분리할 수 있다.

상기 납의 분리방법에 있어서, 가열 또는 가열, 환원하는 공정은, 회전 노상로, 킬른식 로 또는 전기식 가열 환원 용해로를 사용하여 행해지는 태양으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 금속 산화물에 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 함유시키는 것에 의해, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상이 금속 산화물을 포함하는 원료의 결합제로서 작용하기 때문에, 당밀 등의 바인더나 물을 브리켓의 성형 전에 사용할 필요는 없고, 설비를 특별히 복잡화하지 않고 고강도의 브리켓을 효율적으로 제조할 수 있다.

또한, 철광석이나 제강 더스트 등의 금속 산화물 및/또는 환원제를 분쇄한 원료를 사용하고, 또한 조립을 2단계로 행한 경우에는, 입자끼리의 사이에 작용하는 분자간 힘에 의해 입자끼리의 결합력이 높아져서, 브리켓의 성형 전에 당밀 등의 바인더나 물을 사용할 필요는 없고, 설비를 특별히 복잡화하지 않고 고강도의 브리켓을 효율적으로 제조할 수 있고, 또한 후술하는 바와 같이 브리켓의 연속적 제조를 가능하게 했다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 공정도이다.
도 2는 동 공정을 실시하기 위한 설비예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용한 전로 더스트의 입도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 2에 따른 공정도이다.

본 발명자들은 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 등, 그림 물감 등의 안료로서 사용되고 있는 재료를 금속 산화물의 분말에 함유시켜 두는 것에 의해, 이들이 금속 산화물의 결합제로서 작용하여, 바인더나 수분을 혼합하지 않아도 성형된 브리켓의 강도가 향상한다고 하는 지견을 얻었다. 또, 산화아연 등의 함유량을 적절히 조절하면, 브리켓을 성형한 후, 브리켓을 건조시키지 않아도 강도가 충분히 향상하는 것이 밝혀졌다.

또한, 펠렛을 제조하는 조립기로서는, 보통, 팬형 펠렛타이저 또는 드럼형 펠렛타이저가 사용된다. 어느 쪽 조립기를 사용하더라도, 그의 조립 원리로부터, 얻어지는 펠렛은 비교적 넓은 입도 분포를 갖는다. 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이 팬식 조립 장치에 의해 펠렛을 형성한 경우에는, 형성된 펠렛을 미리 정한 복수의 입경 범위로 분급하는 장치가 필요해지는 것이 보통이었다. 그러나, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 펠렛을 형성한 후 더욱 펠렛을 가압하여 브리켓화 하면, 큰 펠렛 입자의 간극에 작은 펠렛 입자가 들어가, 펠렛 직경에 편차가 있는 것이 오히려 브리켓의 밀도 증대에 기여하는 것을 밝혀내어, 본 발명을 완성했다.

또한, 본 발명자들은 지금까지 철광석이나 제강 더스트 등의 금속 산화물(산화철)을 원료로서 포함하는 괴성화물의 강도를 향상시키기 위해, 철광석이나 제강 더스트, 환원제, 당밀 등의 바인더의 선정 및 배합량, 수분의 배합량, 수분 배합의 타이밍, 괴성화물의 건조도 등, 다양한 각도에서 검토를 계속해 왔다. 그 결과, 산화철 원료 또는 조(粗) 환원제(바람직하게는 그 양쪽)를 볼밀이나 롤크러셔 등의 분쇄기에 의해 분쇄하면, 입자가 작아질수록 입자 1개당 질량이 작아지기 때문에, 입자끼리가 부착 응집하기 쉬워져서, 1차 입상물, 2차 입상물의 2단계의 조립 공정을 거치는 것에 의해, 최종적인 괴성화물의 강도가 매우 향상하는 것을 밝혀내어, 본 발명을 완성했다. 한편, 환원제로서 대표적으로는 탄소질 물질을 사용할 수 있기 때문에, 본 명세서에서는 「환원제」를 사용한 설명 대신에 「탄소질 물질」을 사용하여 설명하는 경우가 있다.

(실시형태 1)

본 발명의 브리켓 제조방법은, (1) 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상과 금속 산화물을 포함하는 분말을 사용하여 1차 입상물을 형성하는 공정과, (2) 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 포함한 채로의 상태에서, 복수의 1차 입상물을 가압하는 것에 의해 2차 입상물로 성형하는 공정을 포함한다.

1차 입상물의 형성 방법에는, 예를 들면 전동 조립에 의한 방법, 혼련 조립에 의한 방법 또는 가압 성형에 의한 방법이 있지만, 여기서는 전동 조립에 의해 형성된 1차 입상물을 「펠렛」이라고 부르고, 가압 성형한 2차 입상물을 「브리켓」이라고 부르는 경우가 있다. 이하, (1) 펠렛 형성 공정, (2) 브리켓 성형 공정에 대한 설명을 중심으로 하면서, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 공정도이고, 도 2는 이 공정을 실시하기 위한 설비의 일례를 나타내는 도면이다.

1. 공정

도 1에 나타낸 바와 같이, (i) 금속 산화물, (ii) 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상, 및 필요에 따라 (iii) 환원제, (iv) 바인더, (v) 수분을 배합하여 얻어지는 혼합물로부터 (1) 펠렛을 형성한다. 다음으로, 필요에 따라 추가로 (vi) 수분을 가한 후, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 포함한 채로의 상태에서 (2) 가압 압축에 의해 브리켓을 성형한다. 또한, 필요에 따라 (3) 브리켓을 건조한다. 그 후, (4) 얻어진 브리켓을 환원로에 공급하면 환원 금속을 얻을 수 있고, (5) 공급된 브리켓이 아연 및/또는 납을 포함하는 것인 경우는, 환원로에서의 가열 환원에 의해 브리켓으로부터 아연 및/또는 납을 회수할 수 있다.

(i) 금속 산화물

금속 산화물에 산화철이 포함되기 때문에, 성형된 산화철의 브리켓을 환원로에서 환원하는 것에 의해 환원철을 제조할 수 있다. 산화철로서는 제강 더스트를 사용할 수 있다. 제강 더스트로서는, 용강으로부터 한번 휘발한 후에 가스 중에서 고화하는 더스트나 전기로로부터 발생하는 전기로(전로) 더스트 등 다양한 발생원·형태의 것을 사용할 수 있다. 또한, 산화철로서 철광석에서 유래하는 것을 혼합시키는 것도 가능하다.

(ii) 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상

그림 물감 등의 안료에도 사용되고 있는 산화아연, 산화납, 산화타이타늄을 금속 산화물 중에 함유시켜 두는 것에 의해, 이들이 금속 산화물의 결합제로서 작용하여, 바인더나 수분을 혼합하지 않아도 성형된 브리켓의 강도가 향상한다. 브리켓의 강도가 향상하면 다양한 효과를 가져온다. 예를 들면, 브리켓을 환원하는 경우에는, 그의 환원 공정에서도 브리켓이 분화되기 어렵기 때문에, 산화금속의 환원율(환원 금속의 생성율)이 향상한다. 또한, 브리켓에 포함되는 아연이나 납 등의 휘발성 금속을 회수하는 경우에는, 그의 회수율이나 순도도 향상한다. 또한, 펠렛의 조립시에 재료의 혼합과 탈기가 촉진되기 때문에, 금속 산화물의 펠렛화에 있어서, 반죽 기능이 있는 비싼 혼합기를 필요로 하지 않는다.

이상의 이유에 의해, 본 발명에서는, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 금속 산화물에 함유시킨다. 상기 제강 더스트에는, 더스트원의 종류에 따라서도 양은 다르지만, 보통, 아연 도금 강 등에서 유래하는 산화아연 등의 금속을 포함하고 있다.

또한, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄의 합계 함유량을 적절히 조절하면, 한층 확실한 결합 작용이 발휘된다. 구체적인 조절 방법이지만, 전술한 대로 더스트원의 종류에 따라 함유하고 있는 산화아연의 농도는 다르기 때문에, 더스트원이 다른 제강 더스트를 적당량 혼합하는 것에 의해, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄의 합계 함유량을 조절하는 것이 가능하다. 산화아연, 산화납, 산화타이타늄의 합계 함유량은, 예를 들면 10질량% 이상, 보다 바람직하게는 15질량% 이상, 더 바람직하게는 20질량% 이상으로 한다. 한편, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄의 합계 함유량에 특별히 제한은 없지만, 공업적으로 사용할 수 있는 범위를 고려하면, 예를 들면 60질량% 이하, 보다 바람직하게는 50질량% 이하로 한다.

(iii) 환원제

성형된 브리켓을 이동형 환원로, 예를 들면 회전 노상로에 공급하여 금속 산화물을 환원하는 경우에는, 환원 반응에 필요한 환원제를 펠렛의 형성 단계에서 혼합시킨다. 환원제로서 예를 들면 석탄, 갈탄, 무연탄, 코크스분, 탄재를 포함하는 제강 더스트, 플라스틱, 목재분 등의 탄소 함유 물질을 사용할 수 있다. 브리켓의 강도 유지의 관점에서 일반적으로는 휘발분이 적은 환원제를 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명의 브리켓의 제조방법에 의하면 브리켓의 강도가 높아지기 때문에, 휘발분이 많은 석탄이라도 사용 가능해진다.

또한, 환원제 이외에 용해로에서 필요한 조정제(석회, 돌로마이트 등)를 사전 혼합하는 경우에도 본 발명의 방법은 유효하다.

(iv) 바인더

펠렛의 강도 향상을 위해, 필요에 따라 적당량의 전분이나 당밀 등의 바인더를 혼합시킬 수도 있다.

(v) 수분(펠렛화 전, 펠렛화 공정 중)

펠렛의 강도 향상을 위해, 필요에 따라 적당량의 수분을 혼합시킬 수도 있다. 펠렛화 전, 펠렛화 공정 중의 단계에서는, 비교적 용이하게 수분을 균일하게 혼합할 수 있다. 또한, 바인더의 사용량 삭감의 효과도 있다.

(vi) 수분(브리켓화 전)

본 발명은, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 것인가가 전술한 바와 같이 바인더의 역할을 하기 때문에, 기본적으로는 브리켓화 전에 수분을 첨가할 필요는 없다. 그러나, 펠렛에 환원제가 혼합되는 경우, 환원제의 양이나 종류에 따라 보조적으로 수분을 가하는 것은 물론 실시할 수 있는 태양 중 하나이다.

브리켓의 건조는 본 발명의 필수 요건은 아니지만, 건조에 의해 브리켓의 강도를 한층 높일 수 있다. 고강도화에 의해 브리켓 성형 공정 후의 붕괴에 의한 분화(粉化)를 방지할 수 있고, 또한 건조에 의해 표면의 점착성을 억제할 수도 있기 때문에, 병이나 파일 등의 저장고에 중간 제품인 브리켓을 다량으로 축적해 놓을 수 있다. 건조 수법은, 가열 건조, 통기 건조, 자연 건조 등 방법은 불문하지만, 브리켓 안에 탄소가 포함되는 경우에는, 탄소가 자연 발화하지 않는 온도로 해두는 것이 중요하다.

이상, 본 발명의 브리켓의 제조방법에 대하여 설명했지만, 브리켓으로의 성형 전에 펠렛을 건조시키는 것이 바람직하다. 펠렛의 표면이 건조해 있으면, 펠렛이 브리켓 제조 장치에 공급될 때에 장치 내에 부착하기 어려워지기 때문이다. 건조 방법으로서는, 강제 건조시키거나, 또는 자연 건조(예를 들면, 4시간, 바람직하게는 하루 이상)시키는 것을 생각할 수 있다. 한편, 펠렛의 표면이 건조해도 브리켓의 성형시에는 펠렛의 내부에 존재하는 수분이 전체에 분산되기 때문에, 브리켓의 강도 향상에 기여한다. 건조의 정도로서는, 펠렛의 함유 수분량을 건조 전에 대하여 50 내지 95%로 하는 것이 바람직하다. 95% 이하로 한 것은, 브리켓 제조 장치에의 부착 방지 효과를 유효하게 얻기 위함이고, 90% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 50% 이상으로 한 것은 브리켓의 강도를 어느 정도 유지하기 위함이고, 70% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 건조의 정도를 나타내는 지표로서 사용한 펠렛 함유 수분량은, 펠렛의 표면이나 내부로 한 일부분을 측정하는 것이 아니고, 펠렛 전체의 함유 수분량을 측정하는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 브리켓의 제조방법은, 철광석이나 제강 더스트 등의 산화철 원료, 또는 탄소질 물질을 분쇄기에 의해 분쇄하는 공정을 추가로 갖고 있을 수도 있고, 그 분쇄 공정 후, 산화철 원료 및 탄소질 물질을 사용하여 1차 입상물을 형성하는 공정과, 추가로 복수의 1차 입상물을 가압하는 것에 의해 2차 입상물로 성형하는 공정을 포함한다. 우선, 산화철 원료를 분쇄기에 의해 분쇄하는 것에 관해 설명한다. 이후의 설명에 있어서는, 산화철 원료의 일례로서의 제강 더스트 원료를 사용한 경우를 대표적으로 설명한다.

제강 더스트 및/또는 탄소질 물질의 분쇄에는, 원료의 입자를 잘게 깨뜨리는 기능을 갖는 한 어떠한 분쇄기를 사용해도 되지만, 예를 들면 볼밀이나 롤크러셔, 해머밀, 튜브밀 등의 분쇄기를 사용할 수 있다. 분쇄기에 의한 분쇄의 대상은, 제강 더스트 또는 탄소질 물질 중 어느 것이라도 된다.

원료의 입자를 잘게 하면 괴성화물의 강도가 향상하는 것은 종래부터 일반적으로 알려져 있다. 그러나, 원료의 입자가 작은 경우, 원료의 내부에 들어가는 기체량이 많아지기 때문에 원료의 부피 밀도가 낮아지기 쉽다. 원료의 부피 밀도 저하는 성형물의 겉보기 밀도, 나아가서는 성형물의 강도 저하로 연결된다. 이를 방지하기 위해, 종래는, 냉간 등방 가압법을 사용한 초고압기를 사용할 수밖에 없었다. 냉간 등방 가압법을 사용한 초고압기는, 이른바 배치식 생산 설비이기 때문에 연속 조업에 대응할 수 없고, 생산 효율이 한계점이 되어 대량 생산에는 맞지 않았다. 본 발명에서는 분쇄기에 의해 분쇄한 제강 더스트 등의 원료를 2단계로 나누어 조립하는 것에 의해, 연속 조업에 의한 가속화를 실현했다.

기타, 분쇄된 원료를 사용하는 것에 의해 괴성화물의 강도가 향상하는 다른 원인(분자간 힘의 향상 이외의 원인)으로서, 분쇄된 미립자는 구상이 아니라, 요철이 많은 형상을 갖기 때문에, 앵커 효과(뒤얽힘 효과)도 있어, 얼마 안되는 양의 수분 또는 바인더의 배합에 의해 입자끼리의 결착이 강고해진다고 생각된다.

2. 설비예

다음으로, 도 2에 근거하여 본 발명의 실시형태 1에 따른 설비예에 대하여 설명한다. 하기의 설비는 어디까지나 일례이며, 본 발명의 브리켓의 제조방법이 하기 설비의 기능에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 3개의 저장고(1)에는, 제강 더스트, 환원제, 바인더가 각각 저장되어 있다. 저장고(1)로부터 배출된 각 재료는, 믹서(2)에서 혼합된 후, 전동(轉動) 조립기인 팬식 조립 장치(3)에 공급된다. 팬식 조립 장치(3)는, 특허문헌 1에도 기재되어 있는 바와 같이, 중국 냄비의 형상을 한 직경이 2 내지 6m의 회전하는 팬으로 이루어지는 것이다. 팬은 약 45도 경사지어져 있고, 이 속을, 수분을 포함한 제강 더스트나 환원제가 전동하여, 생성된 핵의 주위에 새로운 분체 재료가 발라져 가면서 펠렛이 성장해 간다. 충분히 성장한 펠렛은 자체의 무게로 팬으로부터 나온다.

펠렛상이 된 재료는 브리켓 장치(4)에 삽입된다. 브리켓 장치(4)에서는 오목부를 갖는 2개의 롤러에 의해 펠렛 재료가 가압 압축되는 것에 의해 고형화(브리켓화)되어, 순차적으로 브리켓으로서 배출된다.

한편, 펠렛 등의 1차 입상물의 부피가, 브리켓을 성형하기 위한 틀(보통, 「포켓」이라고 부르고 있음)의 내용적의 1/500 이상인 것이 바람직하다. 1/500 미만이 되면, 브리켓과 포켓 내벽과의 접촉 면적이 지나치게 커서, 포켓 내벽에의 부착이 많아져 버리기 때문이다. 브리켓 부피의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 실용적으로는 포켓의 내용적 이하이다.

이 브리켓 장치(4)에 삽입되는 펠렛은 다음의 두 가지 특징을 갖는다.

(1) 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 포함한 상태에서

펠렛은 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 포함한 상태대로 브리켓 장치(4)에 삽입된다. 따라서, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄의 결합 작용에 의해 생성되는 브리켓의 강도가 향상한다. 따라서, 바인더의 사용량을 삭감하는 것이 가능하다. 바인더 사용량의 삭감은, 중간 호퍼 등, 설비 내벽에의 재료 부착을 방지하는 것으로 연결된다. 또한, 금속 산화물에 탄소질 물질 등의 환원제를 배합하는 경우에는 브리켓의 강도가 저하되기 쉽기 때문에, 산화아연 등의 함유 효과에 의해 강도를 향상할 수 있는 본 발명의 방법이 특히 유용하다.

(2) 조립된 펠렛인채로

본 발명의 바람직한 실시태양으로서, 조립된 펠렛을 그 크기에 따라 분급하지 않고 조립(펠렛화)한 채로 브리켓 장치(4)에 삽입하는 것이 권해진다. 전술한 바와 같이, 펠렛에는 입경에 상당한 편차가 존재하고 있기 때문에, 보통은 펠렛 체 장치를 사용하여 입경을 균일한 것으로 한다. 본 실시형태 1에 있어서의 입경의 편차가 큰 펠렛의 집합체에서는, 큰 펠렛의 간극에 작은 펠렛이 들어가, 부피 밀도가 크고 공극이 적은 상태이다. 이러한 펠렛의 집합체를 가압 압축하는(브리켓화하는) 것에 의해, 부피 밀도가 높고 강도가 높은 브리켓을 얻을 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이 펠렛 체 장치를 설치할 필요가 없고, 더구나 분급에 따라 불필요해지는 펠렛을 리사이클하는 설비를 설치할 필요도 없게 된다.

이상과 같이 성형된 브리켓은, 건조기(5)에 의해 수분을 증발시킨 후에 회전 노상로(6)에 투입되어, 노상 상에서 가열되는 것에 의해, 환원제(탄소)의 작용으로 환원 금속(환원철)이 생성된다. 회전 노상로(6)는, 버너(7)에 의해 가열되어 있다. 회전 노상로(6)에서의 가열에 의해 기화된 아연 또는 납은 더스트 회수 장치(8)(예를 들면, 집진기를 장비하는 것)에 의해 회수되어, 아연 원료 또는 납 원료로서 리사이클된다. 나머지 가스는 배기 팬(9)에 의해 배기된다. 배기 경로의 도중에는 열교환기(10)가 설치되어 있어, 건조기(5) 및 버너(7)에 공급되는 열풍의 열원으로서 유효하게 이용되고 있다.

(실시형태 2)

(1) 금속 산화물(산화철 원료)의 분쇄

본 발명의 브리켓의 제조방법은, 철광석이나 제강 더스트 등의 산화철 원료, 또는 탄소질 물질을 분쇄기에 의해 분쇄하는 공정을 갖고 있고, 그 후, 산화철 원료 및 탄소질 물질을 사용하여 1차 입상물을 형성하는 공정과, 추가로 복수의 1차 입상물을 가압하는 것에 의해 2차 입상물로 성형하는 공정을 포함하기 때문에, 우선, 산화철 원료를 분쇄기에 의해 분쇄하는 것에 관해서 설명한다. 이후의 설명에서는, 산화철 원료의 일례로서의 제강 더스트 원료를 사용한 경우를 대표적으로 설명한다. 1차 입상물 및 2차 입상물의 제조에 관해서는 후술한다.

제강 더스트 및/또는 탄소질 물질의 분쇄에는, 원료의 입자를 잘게 깨뜨리는 기능을 갖는 한 어떠한 분쇄기를 사용해도 되지만, 예를 들면 볼밀이나 롤크러셔, 해머밀, 튜브밀 등의 분쇄기를 사용할 수 있다. 분쇄기에 의한 분쇄의 대상은, 제강 더스트 또는 탄소질 물질 중 어떤 것이어도 된다.

원료 입자를 잘게 하면 괴성화물의 강도가 향상하는 것은 종래부터 일반적으로 알려져 있다. 그러나, 원료의 입자가 작은 경우, 원료의 내부에 들어가는 기체량이 많아지기 때문에 원료의 부피 밀도가 낮아지기 쉽다. 원료의 부피 밀도 저하는 성형물의 겉보기 밀도, 나아가서는 성형물의 강도 저하로 연결된다. 이를 방지하기 위해, 종래는, 냉간 등방 가압법을 사용한 초고압기를 사용해야만 했다. 냉간 등방 가압법을 사용한 초고압기는, 이른바 배치식 생산 설비이기 때문에 연속 조업에 대응할 수 없고, 생산 효율이 한계점이 되어 대량 생산에는 맞지 않았다. 본 발명에서는 분쇄기에 의해 분쇄한 제강 더스트 등의 원료를 두 단계로 나누어 조립하는 것에 의해, 연속 조업에 의한 가속화를 실현했다.

(2) 산화아연 등의 함유

상술한 바와 같게 원료의 분쇄를 하는 것을 전제로 한 다음, 추가로 개량된 본 발명의 브리켓의 제조방법은, (2-1) 산화아연, 산화납 등의 휘발성 금속을 포함하는 분말상의 원료를 사용하여 1차 입상물을 형성하는 공정과, (2-2) 휘발성 금속을 포함한 채로의 상태로, 복수의 1차 입상물을 가압하는 것에 의해 2차 입상물로 성형하는 공정을 포함한다.

1차 입상물의 형성 방법에는, 예를 들면 전동 조립에 의한 방법, 혼련 조립에 의한 방법 또는 가압 성형에 의한 방법이 있지만, 여기서는 전동 조립에 의해 형성된 1차 입상물을 「펠렛」이라고 부르고, 가압 성형한 2차 입상물을 「브리켓」이라고 부르는 경우가 있다. 이하, (2-1) 펠렛 형성 공정, (2-2) 브리켓 성형 공정에 대한 설명을 중심으로 하면서, 본 발명의 실시형태 2에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시형태 2에 따른 공정도이며, 도 2는 이 공정을 실시하기 위한 설비의 일례를 나타내는 도면이다.

(조립 공정)

도 4에 나타낸 바와 같이, (i) 제강 더스트, (ii) 탄소질 물질, 및 필요에 따라 (iii) 휘발성 금속(예를 들면, 아연, 납, 나트륨, 칼륨 등)을 포함하는 산화물 등 또는 그들의 착체나 착염 등, (iv) 바인더, (v) 수분을 각각 배합하여 얻어지는 혼합 원료로부터 (2-1) 펠렛을 형성한다. 다음으로, 필요에 따라 추가로 (vi) 수분을 가한 후, 휘발성 금속을 포함한 채로의 상태에서 (2-2) 가압 압축에 의해 브리켓을 성형한다. 또한, 필요에 따라 (2-3) 브리켓을 건조한다. 그 후, (2-4) 얻어진 브리켓을 환원로에 공급하면 환원철을 얻을 수 있고, (2-5) 공급된 브리켓이 아연 및/또는 납을 포함하는 것인 경우는, 환원로에서의 가열 환원에 의해 브리켓으로부터 아연 및/또는 납을 회수할 수 있다.

(i) 제강 더스트

제강 더스트에는 산화철이 포함되기 때문에, 성형된 산화철의 브리켓을 환원로에서 환원하는 것에 의해 환원철을 제조할 수 있다. 제강 더스트로서는, 고로, 용강로, 전로 등으로부터 한번 휘발한 후에 가스 중에서 고화하는 더스트 등 다양한 발생원·형태의 것을 사용할 수 있다.

(ii) 탄소질 물질

성형된 브리켓을 이동형 환원로, 예를 들면 회전 노상로에 공급하여 산화철을 환원하는 경우에는, 환원 반응에 필요한 환원제를 펠렛의 형성 단계에서 혼합시킨다. 환원제로서 예를 들면 석탄, 갈탄, 무연탄, 코크스분, 탄재를 포함하는 제강 더스트, 플라스틱, 목재분 등의 탄소 함유 물질을 사용할 수 있다. 브리켓의 강도 유지의 관점에서 일반적으로는 휘발분이 적은 환원제를 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명의 브리켓의 제조방법에 의하면 브리켓의 강도가 높아지기 때문에, 휘발분이 많은 석탄도 사용 가능해진다.

(iii) 휘발성 금속을 포함하는 산화물(산화아연 등)

본 발명은 브리켓의 강도를 향상시키는 것을 목적으로 하여, 전술한 바와 같이 제강 더스트 및/또는 탄소질 물질을 분쇄하는 것이지만, 브리켓의 강도를 한층 향상시키기 위해, 혼합 원료에 융점이 2000℃ 이하(바람직하게는 1500℃ 이하)인 휘발성 금속을 함유시킬 수도 있다. 그림 물감 등의 안료에도 사용되고 있는 산화아연, 산화납 등의 휘발성 금속을 포함하는 산화물을 원료에 함유시켜 두는 것에 의해, 이들이 제강 더스트 등의 결합제로서 작용하여, 바인더나 수분을 혼합하지 않더라도 성형된 브리켓의 강도가 향상한다. 브리켓의 강도가 향상하면 다양한 효과를 가져온다. 예를 들면, 브리켓을 환원하는 경우에는, 그 환원 공정에서도 브리켓이 분화하기 어렵기 때문에, 산화철의 환원율(환원철의 생성율)이 향상한다. 또한, 브리켓에 포함되는 아연이나 납 등의 휘발성 금속을 회수하는 경우에는, 그 회수율이나 순도도 향상한다. 또한, 펠렛의 조립시에 재료의 혼합과 탈기가 촉진되기 때문에, 혼합 원료의 펠렛화에 있어서, 반죽 기능이 있는 비싼 혼합기를 필요로 하지 않는다.

이상의 이유에 의해, 본 발명에서는 혼합 재료에 휘발성 금속을 함유시키는 것이 바람직하다. 더스트 원의 종류에 따라서도 양은 다르지만, 상기의 제강 더스트에는 보통, 아연 도금 강 등에서 유래하는 산화아연 등의 금속 산화물이 포함되어 있다.

또한, 휘발성 금속을 포함하는 산화물의 합계 함유량을 적절히 조절하면, 한층 확실한 결합 작용이 발휘된다. 구체적인 조절 방법이지만, 전술한 바와 같이 더스트원의 종류에 따라 함유하고 있는 산화아연의 농도는 다르기 때문에, 더스트 원이 다른 제강 더스트를 적당량 혼합하는 것에 의해 산화아연, 산화납 등의 휘발성 금속을 포함하는 산화물의 합계 함유량을 조절하는 것이 가능하다. 휘발성 금속을 포함하는 산화물의 합계 함유량은, 예를 들면 10질량% 이상, 보다 바람직하게는 15질량% 이상, 더 바람직하게는 20질량% 이상으로 한다. 한편, 휘발성 금속을 포함하는 산화물의 합계 함유량에 특별히 제한은 없지만, 공업적으로 사용할 수 있는 범위를 고려하면, 예를 들면 60질량% 이하, 보다 바람직하게는 50질량% 이하로 한다.

(iv) 바인더

(v) 수분(펠렛화 전, 펠렛화 공정 중)

(vi) 수분(브리켓화 전)

본 발명에서는, 제강 더스트 등의 원료 입자의 분쇄를 행하여 입자끼리의 분자간 힘이 강화되기 때문에, 기본적으로는 브리켓화 전에 수분을 첨가할 필요는 없다. 그러나, 혼합 사용하는 탄소질 물질의 양이나 종류에 따라 보조적으로 수분을 가하는 것은 물론 실시할 수 있는 태양 중 하나이다.

브리켓의 건조는 본 발명의 필수 요건은 아니지만, 건조에 의해 브리켓의 강도를 한층 높일 수 있다. 고강도화에 의해 브리켓 성형 공정 후의 붕괴에 의한 분화를 방지할 수 있고, 또한 건조에 의해 표면의 점착성을 억제할 수도 있기 때문에, 병이나 파일 등의 저장고에 중간 제품인 브리켓을 다량으로 축적해 놓을 수 있다. 건조 수법은, 가열 건조, 통기 건조, 자연 건조 등 방법은 불문하지만, 브리켓 안에 탄소가 포함되는 경우에는, 탄소가 자연 발화하지 않는 온도로 해 두는 것이 중요하다.

이상, 본 발명의 브리켓의 제조방법에 대하여 설명했지만, 브리켓으로의 성형 전에 펠렛을 건조시키는 것이 바람직하다. 펠렛의 표면이 건조해 있으면, 펠렛이 브리켓 제조 장치에 공급될 때에 장치 내에 부착하기 어려워지기 때문이다. 건조 방법으로서는, 강제 건조시키거나, 또는 자연 건조(예를 들면 4시간, 바람직하게는 하루 이상)시키는 것을 생각할 수 있다. 한편, 펠렛의 표면이 건조하더라도 브리켓의 성형시에는 펠렛의 내부에 존재하는 수분이 전체에 분산되기 때문에, 브리켓의 강도 향상에 기여한다. 건조의 정도로서는, 펠렛의 함유 수분량을 건조 전에 대하여 50 내지 95%로 하는 것이 바람직하다. 95% 이하로 한 것은, 브리켓 제조 장치에의 부착 방지 효과를 유효하게 얻기 위함이며, 90% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 50% 이상으로 한 것은 브리켓의 강도를 어느 정도 유지하기 위함이며, 60% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 건조의 정도를 나타내는 지표로서 사용한 펠렛 함유 수분량은, 펠렛의 표면이나 내부로 한 일부분을 측정하는 것이 아니라, 펠렛 전체의 함유 수분량을 측정하는 것으로 한다.

[실시예]

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니라, 전기·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 이들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[실시예 1]

제강 더스트 원료로서, 전체 철분 22.7질량%(이하, 간단히 「%」라고 기재하는 경우도 있음), 산화아연분 38.4질량%, 산화납분 2.1질량%, 산화타이타늄분 0.1질량%가 포함되는 전로 더스트 원료(이하, 간단히 「더스트 원료」라고 기재하는 경우가 있음)를 사용했다. 이 더스트 원료의 입도 분포는 도 3에 나타내는 바와 같고, 피크 입자 직경은 4.3μm 정도이다. 또한, 이 전로 더스트 원료의 부피 밀도는 0.76g/cm³였다. 환원제로서 코크스분(고정 탄소 86%)을 배합했다. 더스트 원료의 배합량은 85.7%, 코크스분의 배합량은 14.3%로 했다.

펠렛화 공정 전의 원료 혼합 공정에서는, 2축식 리본 교반기(케미컬엔지니어링 주식회사제)에서 5분간 혼합하고, 물 4%와 바인더(당밀) 2%를 가하여 추가로 5분간 혼합했다. 교반기의 용기는 폭 45cm, 길이 36cm, 높이 35cm인 것이며, 회전 속도는 77rpm으로 했다.

펠렛화 공정에서는, 혼합된 원료를, 직경: 900mm, 림(limb) 높이: 160mm, 경사 각도: 47°, 회전 속도: 17rpm의 팬 펠렛타이저(마야특수공업주식회사제)에 공급하면서, 추가로 물도 가하여 펠렛을 제조했다. 펠렛의 입도는, 직경 3.0 내지 6.0mm의 범위에 속하는 것이 15.2%, 직경 6.0 내지 9.5mm의 범위에 속하는 것이 84.8%였다. 펠렛의 부피 밀도는 1.39g/cm³(참고로 겉보기 밀도: 2.44g/cm³였음)로, 원료 단계에서의 0.76g/cm³보다도 증대되어 있었다. 또한, 펠렛의 함수율은 10.8질량%였다. 또한, 펠렛의 산화아연분은 32.9질량%, 산화납분은 1.8질량%, 산화타이타늄분은 0.09질량%로 되어 있었다.

이상과 같이 제조된 펠렛을 분급하지 않고, 또한 특허문헌 2와는 달리 탈아연 처리도 하지 않고, 그대로 스크류 피더부의 브리켓 성형기(신토공업주식회사제, 성형 압력: 160kg/cm²(선압 약 4t/cm), 롤 회전 속도: 2.5rpm)에 공급하여 가압 압축하는 것에 의해 브리켓을 얻었다.

여기서 제조된 브리켓의 겉보기 밀도는 2.61g/cm³였다. 브리켓의 강도는, 저장한 상태에서 수송하더라도 분화가 일어나기 어려운 정도일 것이 필요하지만, 낙하 강도(45cm의 높이에서 반복 낙하시켰을 때, 브리켓에 붕괴가 일어나기까지의 회수)는 22회라는 충분한 강도를 나타내었다. 또한, 압궤 강도는 49kN/P였다.

이 브리켓을 105℃에서 하루 밤낮 건조시키면, 강도는 더 증가하여 낙하 강도는 30회가 되었다. 한편, 낙하 강도 30회는 브리켓의 운반, 저장 등의 필요성에서 보아 충분한 것이기 때문에, 이를 상회하는 회수의 낙하 시험은 행하지 않는다.

또한, 건조 후의 브리켓의 압궤 강도는 765kN/P로 비약적으로 향상했다. 이러한 점에서, 후술하는 비교예 1 내지 4에서 사용한 바인더량과 같은 바인더량(2%)으로도, 브리켓의 강도는 향상하는 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 2]

실시예 1과 마찬가지의 방법으로 펠렛을 제조하여, 펠렛으로부터 브리켓을 얻었다. 실시예 1과 다른 점은, 실시예 1에서는 펠렛화 공정 전의 원료 혼합 공정에서 물 4%와 바인더(당밀) 2%를 혼합시킨 것에 비해, 실시예 2에서는 바인더를 사용하지 않고, 물 6%를 혼합한 것이다.

제조된 펠렛의 입도는, 직경 3.0 내지 6.0mm의 범위에 속하는 것이 23.0%, 직경 6.0 내지 9.5mm의 범위에 속하는 것이 77.0%였다. 실시예 2에서는 바인더를 사용하지 않기 때문인지, 펠렛의 부피 밀도는 1.36g/cm³(참고로, 겉보기 밀도는 2.48g/cm³)로 되어, 이 값은 실시예 1의 것(1.39g/cm³)에 비하면 약간 낮았다. 그래도 더스트 원료의 단계에서 0.76g/cm³였던 것에 비하면 충분히 증대했다. 펠렛의 함수율은 실시예 1에 비해 약간 많은 11.0%였다.

실시예 2에서 제조된 브리켓의 겉보기 밀도는 2.65g/cm³였다. 브리켓의 강도는 상기한 바와 같이 저장한 상태에서 수송하더라도 분화가 일어나기 어려운 정도일 것이 필요하지만, 낙하 강도는 20회라는 충분한 강도를 나타내었다. 또한, 압궤 강도는 98kN/P였다.

이 브리켓을 105℃에서 하루 밤낮 건조시키면, 강도는 더 증가하여 낙하 강도는 30회가 되었다. 한편, 낙하 강도 30회는, 브리켓의 운반, 저장 등의 필요성에서 보아 충분한 것이기 때문에, 이를 상회하는 회수의 낙하 시험은 행하지 않는다.

또한, 건조 후의 브리켓의 압궤 강도는 729kN/P로 실시예 1과 마찬가지로 비약적으로 향상했다. 이러한 점에서, 바인더를 사용하지 않아도, 브리켓의 강도는 향상하는 것을 확인하였다.

실시예 1 및 실시예 2에서는, 도 3에 나타내는 입도 분포를 갖는 원료를 사용했지만, 평균 입경 약 100㎛의 철광석에 산화아연 5질량% 정도를 혼합한 원료에서도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것이 밝혀져 있다. 또한, 펠렛 직경이 3.0 내지 9.5mm인 경우의 결과를 나타내었지만, 가압 성형기 포켓의 틀보다 작은 용적이면 펠렛이 양호하게 포켓에 들어가기 때문에, 마찬가지의 효과가 얻어졌다.

또한, 펠렛 제조시에 환원제를 첨가하는 방법을 기재했지만, 이것에 한정되지 않고 펠렛 제조 후에 환원제 또는 바인더, 또는 환원제 및 바인더의 양쪽을 혼합한 후에 가압 성형할 수도 있다.

또한, 실시예 1 및 실시예 2에서는 브리켓을 가열하는 것에 의해 건조했지만, 건조 방법을 한정하는 것은 아니고, 통기 건조(강제 건조), 자연 건조일 수도 있고, 또한 건조 후의 함수율을 6% 이하로 하는 것에 의해, 또는 함수율을 건조 전의 반 이하로 하는 것에 의해 강도 향상을 볼 수 있었다.

[실시예 3]

실시예 2와 마찬가지의 방법으로 펠렛을 제조하여, 펠렛으로부터 브리켓을 얻었다. 실시예 2와 다른 점은, 원료가 되는 제강 더스트의 종류를 다양하게 바꾼 점이다.

표 1은 더스트 원료의 종류가 다른 13종류를 사용하여 실시예 2와 마찬가지의 실험을 한 결과를 나타내는 것이다.

표 1로부터 알 수 있듯이, 더스트 원료의 종류를 불문하고, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 포함하는 금속 산화물 분말을 사용하는 것에 의해, 바인더를 사용하지 않고도 건조 후의 브리켓이 낙하 강도 6회 이상과, 수송하는데 문제가 없는 3회 이상의 강도가 나타났다.

또한, 산화아연, 산화납, 산화타이타늄을 10질량% 이상 함유하는 것에 의해, 건조 후의 브리켓이 낙하 강도 10회 이상으로 충분히 고강도화되고, 더구나 브리켓의 건조 전에도 수송하는데 문제가 없는 3회 이상의 강도가 나타났다.

[실시예 4]

실시예 2에서 시험 제작한 펠렛의 일부를 남겨 두고, 이것을 7일간 자연 건조한 것을 사용하여 브리켓을 얻었다. 브리켓화 전에 펠렛의 함유 수분량을 측정한 결과, 6.7질량%였다. 제조된 브리켓의 겉보기 밀도는 2.83g/cm³였다. 브리켓의 낙하 강도는 평균 8회이며, 수송하는데 문제가 없는 강도를 나타내었다. 또한, 압궤 강도는 303kN/P였다.

이 브리켓을 105℃에서 하루 밤낮 건조시키면, 강도는 더 증가하여 낙하 강도는 30회가 되었다. 실시예 1 내지 3의 경우와 마찬가지로, 낙하 강도 30회는 브리켓의 운반, 저장 등의 필요성으로 보아 충분한 것이기 때문에, 이를 상회하는 회수의 낙하 시험은 행하지 않는다. 또한, 건조 후의 브리켓의 압궤 강도는 1416kN/P로 비약적으로 향상했다.

또한, 브리켓의 성형 후에 브리켓 장치의 내부를 확인해 보았지만, 장치 내부에의 재료의 부착은 거의 볼 수 없었다(실시예 2에서는, 약간 부착되어 있었음).

[실시예 5]

실시예 2와 마찬가지의 조건으로 펠렛을 제조하여, 펠렛으로부터 브리켓을 얻었다. 실시예 2와는 사용한 환원제가 다르다. 환원제로서는, 휘발분 28.0질량%를 포함하는 석탄(고정 탄소 61.6질량%)을 사용했다. 더스트 원료의 배합량은 80.9질량%, 석탄의 배합량은 19.1질량%로 했다.

펠렛의 입도는, 직경 3.0 내지 6.0mm의 범위에 속하는 것이 21.4%, 직경 6.0 내지 9.5mm의 범위에 속하는 것이 78.6%였다. 펠렛의 부피 밀도는 1.29g/cm³로 증대되어 있었다. 또한, 펠렛의 함수율은 12.7질량%였다. 이것을 브리켓화 한 것의 겉보기 밀도는 2.33g/cm³였다. 브리켓의 낙하 강도는 평균 14회이며, 수송하는데 문제가 없는 강도를 나타내었다. 또한, 압궤 강도는 122kN/P였다.

이 브리켓을 105℃에서 하루 밤낮 건조시키면, 강도는 더 증가하여 낙하 강도는 평균 19회가 되었다. 또한, 건조 후의 브리켓의 압궤 강도는 1031kN/P로 비약적으로 향상했다. 따라서, 휘발분이 많은 석탄을 사용하더라도 브리켓의 강도가 충분히 향상하는 것이 밝혀졌다.

[실시예 6]

실시예 2와 마찬가지의 조건으로 펠렛을 제조하여, 펠렛으로부터 브리켓을 얻었다. 실시예 2와는 사용한 환원제가 다르다. 환원제로서는, 휘발분 43.6질량%를 포함하는 석탄(고정 탄소 51.9질량%)을 사용했다. 더스트 원료의 배합량은 78.1질량%, 석탄의 배합량은 21.9질량%로 했다.

펠렛의 입도는, 직경 3.0 내지 6.0mm의 범위에 속하는 것이 31.6%, 직경 6.0 내지 9.5mm의 범위에 속하는 것이 68.4%였다. 펠렛의 부피 밀도는 1.28g/cm³로 증대되어 있었다. 또한, 펠렛의 함수율은 12.1질량%였다. 이것을 브리켓화 한 것의 겉보기 밀도는 2.17g/cm³였다. 브리켓의 낙하 강도는 평균 4회이며, 수송하는데 문제가 없는 강도를 나타내었다. 또한, 압궤 강도는 113kN/P였다.

이 브리켓을 105℃에서 하루 밤낮 건조시키면, 강도는 더 증가하여 낙하 강도는 평균 15회가 되었다. 또한, 건조 후의 브리켓의 압궤 강도는 575kN/P로 비약적으로 향상했다. 따라서, 본 실시예로부터도, 휘발분이 많은 석탄을 사용하더라도 브리켓의 강도가 충분히 향상하는 것이 밝혀졌다.

[실시예 7]

실시예 1 내지 6에서는, 더스트 원료를 우선 펠렛화하고, 다음으로 브리켓화 한 시험에 대하여 설명했지만, 이 참고예에서는, 이 펠렛화 대신에 브리켓화를 행했다. 즉, 가압 성형을 2회 실시하는 것에 의해, 더스트 원료, 환원제, 바인더의 혼합물로부터 직접 브리켓을 성형했다. 그 결과, 브리켓의 겉보기 밀도는 평균하여 2.3g/cm³이고, 낙하 강도는 브리켓의 건조 전에도 건조 후에도 30회를 달성할 수 있었다. 한편, 이 실시예에서는 바인더로서 당밀을 12질량% 함유시켰다.

[비교예 1]

실시예 3에서 나타낸 13종류의 더스트 원료를 사용하여 브리켓을 성형하는 시험을 행했다. 다만, 이 비교예 1의 시험에서는, 더스트 원료로부터 펠렛을 형성하지 않고, 더스트 원료로부터 직접 브리켓을 성형했다. 펠렛화 공정을 생략한 것을 제외하고는 실시예 3과 같은 조건을 적용했다. 그 결과, 전체 더스트 원료에 있어서, 브리켓 형상은 일단 성형되었지만, 매우 약해서, 표 2에 나타낸 바와 같이 낙하 강도 등의 물성 시험을 행하는 것조차 불가능했다.

비교예 2로서, 비교예 1과 마찬가지의 시험을 행했다. 즉, 더스트 원료로부터 펠렛을 형성하지 않고, 더스트 원료로부터 직접 브리켓을 성형했다. 비교예 1과 다른 점은, 실시예 1과 마찬가지로 2%의 바인더(당밀)를 사용한 점이다. 비교 2에서는 환원제나 바인더와 함께 혼합된 더스트 원료의 부피 밀도는 0.80g/cm³로 약간 증가했었지만, 이 혼합물을 스크류 피더부의 브리켓 성형기(실시예 1 내지 6, 비교예 1과 같은 조건)에 공급한 결과, 브리켓은 일단 성형되었지만, 매우 약해서, 낙하 강도 등의 물성 시험을 행하는 것조차 불가능했다.

[비교예 3]

비교예 3으로서, 비교예 2와 같은 배합으로 시험을 행했다. 비교예 2와의 차이는 다음과 같다. 비교예 2에서는 원료 더스트, 환원제, 바인더 등의 혼합이 충분히 되어 있지 않을 가능성이 있다고 생각하여, 물 4%와 바인더(당밀) 2%를 가한 후의 혼합 시간을 30분 동안으로 연장했다. 그 혼합 후의 원료의 부피 밀도는 0.81g/cm³로 비교예 2의 경우에 비해 약간 증가해 있었다. 이 혼합물을, 비교예 2와 마찬가지로 펠렛을 경유하지 않고 스크류 피더부의 브리켓 성형기(실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 2와 같은 조건)에 공급했다. 그 결과는 비교예 2와 같고, 브리켓은 일단 성형되었지만, 매우 약해서, 낙하 강도 등의 물성 시험을 행하는 것조차 불가능했다. 따라서, 혼합 시간을 증가시키더라도, 대폭적인 강도 향상으로 연결되지 않았다.

[비교예 4]

비교예 4로서, 비교예 2와 같은 배합으로 시험을 행했다. 단, 2축식 리본 교반기(실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3에서 사용한 혼합기)를 변경하여, 보다 혼련 능력이 높은 믹스머러 혼합기(용기 크기: 직경 254mm×폭 73mm, 압축 하중: 181 내지 275N, 스프링 가중 방식, 회전 속도: 44rpm)를 사용했다. 원료 더스트의 배합 및 혼합 순서는 비교예 2와 같다.

즉, 미분의 더스트 원료 85.7%와 코크스분 14.3%를 2축식 리본 교반기에서 5분간 혼합하고, 물 4%와 바인더(당밀) 2%를 가하여 추가로 5분간 혼합했다. 그 혼합 후의 더스트 원료의 부피 밀도는 1.01g/cm³로 약간 증가해 있었다. 이 혼합물을 믹스머러 혼합기로 추가로 15분간 혼합했다. 그리고, 펠렛을 경유하지 않고, 스크류 피더부의 브리켓 성형기(실시예 1과 같은 조건)에 공급했다. 결과는, 비교예 2, 3과 같으며, 브리켓은 일단 성형되었지만, 매우 약해서, 낙하 강도 등의 물성 시험을 행하는 것조차 불가능했다. 따라서, 혼련 능력이 높은 믹스머러 혼합기를 사용하더라도 대폭적인 강도 향상으로 연결되지 않았다.

[부호의 설명]

1: 저장고

2: 믹서

3: 팬식 조립 장치

4: 브리켓 장치

5: 건조기

6: 회전 노상로

7: 버너

8: 더스트 회수 장치

9: 배기 팬

10: 열교환기

Claims

산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상, 및 산화철을 포함하는 금속 산화물 분말을 사용하여 1차 입상물을 형성하는 공정과, 상기 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 포함한 상태에서, 복수의 1차 입상물을 가압하는 것에 의해 2차 입상물로 성형하는 공정을 포함하는 브리켓의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 1차 입상물이 전동 조립, 혼련 조립 또는 가압 성형의 방법에 의해 형성되는 것인 브리켓의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 산화아연, 산화납, 산화타이타늄 중 어느 1종 이상을 합계로 10질량% 이상 함유하는 브리켓의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 1차 입상물을 형성하는 공정 전에, 금속 산화물 및/또는 환원제를 분쇄하는 공정을 갖고, 상기 분말은 상기 분쇄 공정에 의해 얻어진 것을 포함하는 브리켓의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 분쇄 공정과 상기 1차 입상물 형성 공정의 사이에, 상기 금속 산화물과 상기 환원제를 혼합하는 것에 의해 혼합 원료를 준비하는 공정을 추가로 포함하는 브리켓의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 분말이 제강 더스트를 포함하는 브리켓의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 금속 산화물이, 아연, 납, 나트륨, 칼륨으로부터 선택되는 금속 중 어느 1종 이상을 함유하고, 상기 금속을 포함한 상태에서 상기 2차 입상물의 성형을 행하는 브리켓의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 금속 산화물이, 아연, 납, 나트륨, 칼륨으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 산화물, 염화물 또는 황화물 중 어느 1종 이상을 합계로 10질량% 이상 함유하는 브리켓의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 금속 산화물은, 융점이 2000℃ 이하인 금속(이하, 「휘발성 금속」이라고 기재함)의 산화물을 함유하고, 상기 휘발성 금속 산화물을 포함한 상태에서 상기 2차 입상물의 성형을 행하는 브리켓의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 1차 입상물에 환원제 및 수분을 함유시키는 브리켓의 제조방법.
제 10 항에 있어서,
상기 2차 입상물로의 성형 전에 상기 1차 입상물을 건조시키는 브리켓의 제조방법.
제 11 항에 있어서,
상기 건조 공정에 의해, 상기 1차 입상물의 함유 수분량을 건조 전에 대하여 50 내지 95질량%로 하는 브리켓의 제조방법.
제 11 항에 있어서,
상기 2차 입상물을 건조시키는 공정을 갖는 브리켓의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 1차 입상물의 부피가, 상기 2차 입상물을 성형하기 위한 틀의 내용적의 1/500 이상인 브리켓의 제조방법.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 브리켓을 환원하는 공정을 포함하는 환원 금속의 제조방법.
제 15 항에 있어서,
상기 환원 공정이, 회전 노상로, 킬른식 로 또는 전기식 가열 환원 용해로를 사용하여 행해지는 환원 금속의 제조방법.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 브리켓이며 산화아연을 함유하는 것을 가열, 환원에 의해 아연을 휘발시키는 공정을 포함하는 아연의 분리방법.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 브리켓이며 산화납을 함유하는 것을 가열 또는 가열, 환원에 의해 납을 휘발시키는 공정을 포함하는 납의 분리방법.
산화철 원료를 포함하는 금속 산화물 및/또는 환원제를 분쇄하는 공정과, 금속 산화물 및 환원제를 사용하여 1차 입상물을 형성하는 공정과, 추가로 복수의 1차 입상물을 가압하는 것에 의해 2차 입상물로 성형하는 공정을 포함하는 브리켓의 제조방법.
제 19 항에 있어서,
상기 1차 입상물이 전동 조립, 혼련 조립 또는 가압 성형의 방법에 의해 형성되는 것인 브리켓의 제조방법.
제 19 항에 있어서,
상기 분쇄 공정과 상기 1차 입상물 형성 공정의 사이에, 상기 금속 산화물과 상기 환원제를 혼합하는 것에 의해 혼합 원료를 준비하는 공정을 추가로 포함하는 브리켓의 제조방법.
제 19 항에 있어서,
상기 금속 산화물이 제강 더스트를 포함하는 브리켓의 제조방법.
제 19 항에 있어서,
상기 금속 산화물이 아연, 납, 나트륨, 칼륨으로부터 선택되는 금속 중 어느 1종 이상을 함유하고, 상기 금속을 포함한 상태에서 상기 2차 입상물의 성형을 행하는 브리켓의 제조방법.
제 23 항에 있어서,
상기 금속 산화물이 아연, 납, 나트륨, 칼륨으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 산화물, 염화물 또는 황화물 중 어느 1종 이상을 합계로 10질량% 이상 함유하는 브리켓의 제조방법.
제 19 항에 있어서,
상기 금속 산화물은 융점이 2000℃ 이하인 금속(이하, 「휘발성 금속」이라고 기재함)의 산화물을 함유하고, 상기 휘발성 금속 산화물을 포함한 상태에서 상기 2차 입상물의 성형을 행하는 브리켓의 제조방법.
제 19 항에 있어서,
상기 1차 입상물에 수분을 함유시키는 브리켓의 제조방법.
제 26 항에 있어서,
상기 2차 입상물로의 성형 전에 상기 1차 입상물을 건조시키는 브리켓의 제조방법.
제 27 항에 있어서,
상기 건조 공정에 의해, 상기 1차 입상물의 함유 수분량을 건조 전에 대하여 50 내지 95질량%로 하는 브리켓의 제조방법.
제 26 항에 있어서,
상기 2차 입상물을 건조시키는 공정을 갖는 브리켓의 제조방법.
제 19 항에 있어서,
상기 1차 입상물의 부피가 상기 2차 입상물을 성형하기 위한 틀의 내용적의 1/500 이상인 브리켓의 제조방법.
제 19 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 브리켓을 환원하는 공정을 포함하는 환원 금속의 제조방법.
제 31 항에 있어서,
상기 환원 공정이 회전 노상로, 킬른식 로 또는 전기식 가열 환원 용해로를 사용하여 행해지는 환원 금속의 제조방법.
제 19 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 브리켓이며 산화아연을 함유하는 것을 가열, 환원에 의해 아연을 휘발시키는 공정을 포함하는 아연의 분리방법.
제 19 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 브리켓이며 산화납을 함유하는 것을 가열 또는 가열, 환원에 의해 납을 휘발시키는 공정을 포함하는 납의 분리방법.