KR20120042981A - 고로용의 비소성 함탄 괴성광 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이 비소성 함탄 괴성광은, 탄소 함유량(T.C)이 18 내지 25질량％이고, CaO 함유량(질량％)과 SiO2 함유량(질량％)의 비 CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0이다. 이 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법은, 함철 원료, 함탄 원료 및 바인더를 혼합, 혼련하고, 혼련물을 성형하여 성형체를 얻는 성형체의 형성 공정과, 계속해서 상기 성형체를 양생하여 비소성 함탄 괴성광을 얻는 공정을 갖고, 상기 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T.C)이 18 내지 25질량％, 또한 맥석 성분의 CaO 함유량(질량％)과 SiO2 함유량(질량％)의 비 CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0으로 되도록, 상기 성형체의 형성 공정에 있어서, 광석 품목, 및 바인더 배합량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 배합 조건을 조정한다.

Description

고로용의 비소성 함탄 괴성광 및 그 제조 방법{UNFIRED CARBON-CONTAINING AGGLOMERATE FOR BLAST FURNACES AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}
본 발명은, 고로용의 비소성 함탄 괴성광에 관한 것이고, 특히, 고로의 노 하부 슬래그 융점을 낮게 하여 고로의 환원재비를 저하할 수 있는 비소성 함탄 괴성광에 관한 것이다.
본원은, 2009년 8월 21일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2009-191966호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 제철소의 각종 집진 장치 등으로부터 회수되는 다종의 함철 더스트나 함탄 더스트를 배합하고, 시멘트계의 수경성 바인더를 첨가하여 혼련, 성형하여 8 내지 16㎜ 직경의 비소성 괴성광이 제조되어, 고로 원료로서 사용되고 있다.
비소성 함탄 괴성광의 제조 방법으로서는, 제철 더스트를 펠릿으로 조립(造粒)하고, 계속해서 펠릿을 양생하여 경화시키는 방법이 알려져 있다. 상기 제철 더스트를 펠릿으로 조립하는 공정에서는, 더스트의 입도 분포를 적정 범위로 조정하고, 생석회, 시멘트 등의 바인더와 5 내지 15％의 수분을 첨가하고, 혼합물을 디스크 펠리타이저 등에 의해 조립하여 펠릿을 얻고 있다.
이와 같은 비소성 함탄 괴성광의 제조에 있어서는, 고로 조업에 있어서의 환원재비를 저감하는 목적으로, 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T.C)을 높게 하는 것도 요구되어 있다.
예를 들어, 특허 문헌 1에서는, 함산화철 원료와 카본계 탄재를 배합하고, 바인더를 추가하여 혼련, 성형, 양생하여 카본 내장 비소성 괴성광이 제조되어 있다. 이 카본 내장 비소성 괴성광은, 함산화철 원료에 함유되는 산화철을 환원하여 금속철로 하기 위해 필요한 이론 탄소량의 80 내지 120％의 카본을 갖는다. 또한, 상온에서의 압궤 강도 7850kN/㎡ 이상으로 되도록 바인더가 선택되고, 혼합, 성형, 양생이 행해지고 있다. 비소성 함탄 괴성광 중의 산화철이 내장되는 카본에 의해 환원 반응이 일어나기 때문에, 환원율을 향상시킬 수 있다.
그러나, 이 제조 방법에서는, 강도 확보를 위해 탄소 함유량이 제한되어, 충분한 고로에 있어서의 환원재비를 삭감하는 효과가 얻어지지 않는다. 환원재비를 삭감하는 효과를 충분히 얻기 위해, 이 비소성 함탄 괴성광을 다량으로 고로에서 사용하는 경우, 고로 내에서 바인더의 탈수 반응에 의한 흡열량이 커진다. 이에 의해, 저온 열 보존대를 형성하고, 소결광의 환원 분화를 조장하게 되는 결점이 있었다.
또한, 바인더로서, 생석회나 CaO계 시멘트가 많이 사용되기 때문에, 비소성 함탄 괴성광 중의 CaO 함유량이 높아진다. 이로 인해, 반응 과정에서 비소성 함탄 괴성광으로부터 생성하는 융액(融液)의 점도가 과도하게 높아진다. 이에 의해, 생성 메탈의 응집과 용락(burn through)이 저해된다. 이상에 의해, 고로의 노 하부의 통기ㆍ통액성을 악화시킨다고 하는 결점이 있었다.
예를 들어, 비소성 함탄 괴성광이 저온에서 용융, 적하되면, 종형로 내에 있어서, 비소성 함탄 괴성광은 빠른 시기에 용융되고, 노 내에 충전된 원료의 간극을 용이하게 흘러내린다. 이 경우, 코크스와 접촉하는 기간이 길어지게 된다. 그 결과, 비소성 함탄 괴성광 중의 분상 철광석의 환원 반응이나 생성된 철의 침탄 반응을 촉진할 수 있다.
특허 문헌 2에서는, SiO2, Al2O3의 표면 농화가 발생한 분상 철광석이어도, CaCO3을 코팅함으로써 용융 온도를 저감할 수 있는 데에 착안하고 있다. 그리고, 이 착안점에 기초하여, 분상 철광석과 플럭스가 석탄을 통하여 결합된 비소성 함탄 괴성광을 제안하고 있다.
또한, 특허 문헌 2에서는, 석탄을 23.3 내지 24.6질량％ 함유하는 함탄 괴성광이 개시되어 있지만, 일반적으로 석탄의 함유 카본량은 70％ 정도이고, 나머지는 회분과 휘발분이다. 따라서, 함탄 괴성광 중의 탄소 함유량은 16 내지 17질량％에 상당하다.
한편, 소결광의 적하성과 성분의 관계에 대해서는, 많은 보고가 이루어지고 있다.
예를 들어, 비특허 문헌 1에서는, 소결광의 적하 온도는 CaO/SiO2에 대하여 비선형으로 변화되고, CaO/SiO2=1.0 부근이 가장 적하 온도가 낮아지는 것, 및 MgO를 증가시키면 적하 온도가 저하되는 것이 보고되어 있다.
또한, 비특허 문헌 2에서는, 7％의 카본을 함유하는 더스트 콜드 펠릿(시멘트 결합)에 MgO를 2％ 첨가하면, 고온의 통기 저항이 저하되는 것이 보고되어 있다.
이상과 같이, 탄소 함유량이 10％ 미만의 소결광이나 더스트 펠릿의 메탈 적하성을 개선시키기 위해, 맥석 조성의 CaO/SiO2와 MgO를 적정화하는 것은 주지이다. 그러나, 환원 거동이 전혀 다른 탄소 함유량이 높은(18 내지 25질량％) 함탄 괴성광의 메탈 적하성이나, 그 메탈 적하성을 결정하는 노 하부에 있어서의 슬래그 융점의 적정한 조건은, 지금까지 알려져 있지 않았다.
따라서, 발명자들은, 탄소 함유량이 높은 함탄 괴성광(총 C 함유량 20％, 총 Fe 함유량 40％, CaO 11％, SiO 6％, Al2O3 2.5％, MgO 0.5％)의 환원 특성을 조사하였다. 도 8은, 종래의 소결광(총 Fe 함유량 58.5％, FeO 8％, CaO 10％, SiO2 5％, Al2O3 1.7％, MgO 1.0％)과 탄소 함유량이 많은 함탄 괴성광에 대해서, 온도와 환원율의 관계를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 종래의 소결광에 비해, 함탄 괴성광에서는, 저온 영역에서 현저하게 환원이 진행되는 것을 알 수 있다. 이것이, 탄소 함유량이 높은 함탄 괴성광의 큰 특징이다.
다음으로, 상기 환원 시험의 결과로부터 얻어진 도 8의 환원율을 사용하여, 환원 진행에 의한 슬래그 융점(CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO)의 변화를 컴퓨터에 의해 시뮬레이션하였다. 또한, 소결광 및 함탄 괴성광의 철 성분 중, 미환원의 철은 모두 FeO로서 존재한다고 가정하여, 환원율로부터 슬래그 융점을 계산하였다. 결과를 도 9에 나타낸다. 여기서, 융점이란 모두가 액상으로 되는 온도를 의미하고, 융점 이하에서도 융액은 생성하고 있다. 그러나, 융점이 높을 때에는, 융액량은 낮아지므로, 융점은 간접적으로 융액량을 나타내고 있다.
도 9를 참조하면, 소결광에서는, 1200 내지 1400℃에 있어서, 슬래그 융점이 시료 온도와 거의 일치하고 있고, 이 온도 영역에서 다량의 융액이 생성된다고 생각된다. 이에 대해, 함탄 괴성광에서는, 슬래그 융점은 900℃ 부근으로부터 현저하게 상승하고, 1600℃ 이상에 도달하고 있다. 따라서, 탄소 함유량이 높은 함탄 괴성광에서는, 융액량이 매우 적은 상태로 환원이 진행된다고 생각된다. 이로 인해, 고상(固相)이 항상 존재하므로, 상기 메탈의 응집이 저해되어, 적하 악화의 원인으로 된다. 상기 5성분계(CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO)에 있어서, 탄소 함유량이 높은 함탄 괴성광에서는, FeO가 융점에 미치는 영향이 매우 커서, 저온에서 급속하게 환원이 진행된다. 도 9에서 나타내어진 결과는, 탄소 함유량이 높은 함탄 괴성광에 특유의 현상이다.
이상과 같이, 탄소 함유량이 높은 함탄 괴성광의 환원은, 소결광에 비해, 저온 영역에서 현저하게 진행되어, 융액량이 매우 적은 상태로 환원이 진행된다. 이로 인해, 소결광의 환원 진행에 있어서의 적하 특성에 대한 지식은, 탄소 함유량이 높은 함탄 괴성광에 대해서 그대로 적용할 수는 없다.
함탄 괴성광을 고로에서 사용할 때에, 슬래그 융점이 높은 경우, 융착대 하면이 내려가고, 하부 적하대 영역을 좁히는 동시에, 적하대와 노심부의 슬래그 강도량이 증가된다. 상세하게는, 적하대와 노심부[메탈과 슬래그가 비중 분리되면서 웰부로 흘러내리는 존(zone)]에 있어서, 융액의 흐름이 스무스하게 되지 않아, 공극부(유로)에 융액이 체류되게 된다. 이에 의해, 가스의 흐름이 편류되어 버려, 균일한 가스 가열을 할 수 없게 된다. 이로 인해, 국소적으로 열 부족의 개소가 생기게 되어, 노 하부 통기성이 안정된 조업이 곤란해진다.
일본 특허 출원 공개 제2003-342646호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-325412호 공보
ISIJ International 44(2004), p. 2057 철과 강, 70(1984), p. S825
본 발명에서는, 고로 사용에 최적인 슬래그 융점을 갖는 함탄 괴성광의 성분 조건을 특정한다. 그리고 이 연구 결과에 기초하여, 본 발명은, 슬래그 융점을 낮게 하여 고로의 환원재비를 저감할 수 있는 비소성 함탄 괴성광 및 그 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 함탄 괴성광의 맥석 성분의 CaO/SiO2를 특정한 범위(1.0 내지 2.0)로 함으로써, 노 하부 슬래그 융점을 저감할 수 있어, 우수한 메탈 적하성을 달성할 수 있는 비소성 함탄 괴성광 성품을 발견하였다. 비소성 함탄 괴성광의 맥석 성분의 CaO/SiO2를 1.0 내지 2.0으로 하기 위해서는, 후술하는 바와 같이, 고SiO2 함유 광석 및 MgO 함유 부원료의 배합량을 조정하는 것이 바람직한 것도 발견하였다.
본 발명의 일 형태에 관한 고로용의 비소성 함탄 괴성광은, 함철 원료, 함탄 원료 및 바인더를 혼합, 혼련하고, 혼련물을 성형하여 성형체를 얻고, 계속해서 상기 성형체를 양생하여 제조되고, 탄소 함유량(T.C)이 18 내지 25질량％, 또한 맥석 성분의 CaO 함유량(질량％)과 SiO2 함유량(질량％)의 비 CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0이다.
본 발명의 일 형태에 관한 고로용의 비소성 함탄 괴성광에서는, CaO 함유량(질량％), SiO2 함유량(질량％), Al2O3 함유량(질량％), MgO 함유량(질량％) 및 탄소 함유량(T.C)(질량％)에 의해 표시되는 맥석량[(CaO＋SiO2＋Al2O3＋MgO)/(100-탄소 함유량(T.C))]의 값이 0.25 이하이고, 또한 MgO 함유량이 0.5질량％ 이상이어도 된다.
상기 바인더의 함유량이 5 내지 10질량％이어도 된다.
본 발명의 일 형태에 관한 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법은, 함철 원료, 함탄 원료 및 바인더를 혼합, 혼련하고, 혼련물을 성형하여 성형체를 얻는 성형체의 형성 공정과, 계속해서 상기 성형체를 양생하여 비소성 함탄 괴성광을 얻는 공정을 갖고, 상기 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T.C)이 18 내지 25질량％, 또한 맥석 성분의 CaO 함유량(질량％)과 SiO2 함유량(질량％)의 비 CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0으로 되도록, 상기 성형체의 형성 공정에 있어서, 광석 품목, 및 바인더 배합량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 배합 조건을 조정한다.
본 발명의 일 형태에 관한 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법에서는, 상기 비소성 함탄 괴성광의 CaO 함유량(질량％), SiO2 함유량(질량％), Al2O3 함유량(질량％), MgO 함유량(질량％) 및 탄소 함유량(T.C)(질량％)에 의해 표시되는 맥석량[(CaO＋SiO2＋Al2O3＋MgO)/(100-탄소 함유량(T.C))]의 값이 0.25 이하이고, 또한 MgO 함유량이 0.5질량％ 이상으로 되도록, 상기 성형체의 형성 공정에 있어서, 상기 배합 조건을 조정해도 된다.
상기 바인더 배합량을 5 내지 10질량％의 범위로 조정해도 된다.
상기 성형체의 형성 공정에 있어서, 규석, 사문암, 감람암, 돌로마이트, 니켈 슬래그, 마그네사이트, 브루사이트로부터 선택되는 부원료 및 고SiO2 함유 광석 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 더 배합하고, 상기 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T.C)이 18 내지 25질량％, 또한 CaO 함유량과 SiO2 함유량의 비 CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0으로 되도록, 상기 부원료 및 고SiO2 함유 광석의 배합량을 조정해도 된다.
본 발명의 일 형태에 관한 고로용의 비소성 함탄 괴성광은, 비소성 함탄 괴성광뿐만 아니라, 소결광 등의 주요한 고로용 철 함유 원료의 피환원율을 향상시키기 위해 충분한 탄소 함유량을 갖는다. 또한, 고로의 조업에 있어서, 종래에 비해, 슬래그 융점을 낮게 억제할 수 있어, 우수한 환원 생성 슬래그 특성(메탈 적하성)을 달성할 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 일 형태에 관한 비소성 함탄 괴성광을 고로용 철 함유 원료의 일부로서 사용하면, 고로 조업 시의 노 하부에 있어서 양호한 통기성을 실현할 수 있다. 또한, 환원재비(코크스비)를 대폭으로 저감할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 관한 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법에서는, 비소성 프로세스가 적용되어 있기 때문에, 소성 프로세스에 비해, 에너지 절약화, 저CO2화가 가능해진다. 또한, 비교적 저렴하고 간이한 방법에 의해, 제철 프로세스에서 발생한 더스트를, 철 함유 원료 및 탄재로서 리사이클 처리할 수 있다.
도 1은 바인더(시멘트) 배합량(및 CaO/SiO2의 비)과 냉간 압궤 강도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 MgO 함유량이 1.5％인 경우의 소결광 및 비소성 함탄 괴성광의 CaO/SiO2와 슬래그 융점의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 CaO/SiO2가 1.5인 경우의 소결광 및 비소성 함탄 괴성광의 MgO 함유량과 슬래그 융점의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 비소성 함탄 괴성광과 소결광의 CaO/SiO2와 메탈 적하율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 비소성 함탄 괴성광과 소결광의 MgO 함유량과 메탈 적하율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 맥석량(CaO＋SiO2＋MgO＋Al2O3)/(100-TC)의 값과 메탈 적하율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T.C)과 메탈 적하율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 종래의 소결광 및 고탄소 함유량의 비소성 함탄 괴성광의 온도와 환원율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 종래의 소결광 및 고탄소 함유량의 비소성 함탄 괴성광의 온도와 슬래그 융점의 계산값의 관계를 나타내는 도면이다.
본 실시 형태의 고로용의 비소성 함탄 괴성광은, 함철 원료, 함탄 원료 및 바인더를 혼합, 혼련하고, 혼련물을 성형하여 성형체를 얻고, 계속해서 상기 성형체를 양생하는 방법에 의해 제조된다. 탄소 함유량(T.C)은 18 내지 25질량％이고, 맥석 성분의 CaO/SiO2는 1.0 내지 2.0이다. 이에 의해, 고로 사용에 최적인 슬래그 융점이 얻어지게 되어 있다.
본 실시 형태에 있어서, 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T.C)은 18 내지 25질량％이고, 바람직하게는 20 내지 23질량％이다.
탄소 함유량이 18％ 미만에서는, 맥석 성분을 조정해도, 환원재비를 저감하는 효과가 작아져 버린다. 탄소 함유량이 25질량％를 초과하면, 고로용에 사용되기 때문에 필요한 최저한의 냉간 압궤 강도를 가질 수 없게 된다.
비소성 함탄 괴성광의 맥석 성분의 CaO 함유량(질량％)과 SiO2 함유량(질량％)의 비 CaO/SiO2(염기도라고도 함)는, 1.0 내지 2.0이고, 바람직하게는, 1.4 내지 1.7이다.
CaO/SiO2를 1.0 내지 2.0의 범위 내의 낮은 값으로 함으로써, 메탈 적하율을 향상시킬 수 있다. CaO/SiO2가 2.0을 초과하는 경우, 메탈 적하율이 50％ 미만으로 된다. CaO/SiO2가 1.0 미만인 경우, 메탈 적하율이 향상되는 효과는 포화되게 된다.
본 실시 형태에 있어서, 맥석량의 값은, 0.25 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.22 내지 0.25이다. 여기서, 맥석량은, 이하의 식에 의해 산출되는 값이다.
맥석량=(CaO＋SiO2＋Al2O3＋MgO)/(100-탄소 함유량(T.C))
또한, 식 중의 CaO, SiO2, Al2O3 및 MgO는, 각각 비소성 함탄 괴성광 중의 CaO 함유량(질량％), SiO2 함유량(질량％), Al2O3 함유량(질량％), 및 MgO 함유량(질량％)을 나타낸다.
맥석량의 값을 0.25 이하로 함으로써, 슬래그량을 저하시켜, 적하성을 더욱 개선시킬 수 있다.
MgO 함유량은 0.5질량％ 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.6 내지 2.0질량％이다. 이에 의해, 저FeO 슬래그(FeO 함유량이 적은 슬래그)의 융점이, MgO에 의해 저하되고, 메탈 적하성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태의 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법은, 함철 원료, 함탄 원료 및 바인더를 혼합, 혼련하고, 혼련물을 성형하여 성형체를 얻는 성형체의 형성 공정과, 계속해서 상기 성형체를 양생하여 비소성 함탄 괴성광을 얻는 공정을 갖는다. 성형체의 형성 공정에서는, 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T.C)이 18 내지 25질량％로 되고, 또한 맥석 성분의 CaO 함유량(질량％)과 SiO2 함유량(질량％)의 비 CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0으로 되도록, 광석 품목 및 바인더 배합량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 배합 조건을 조정한다.
본 실시 형태에서 사용하는 함철 원료로서는, 제철 프로세스에 있어서 발생하는 소결 더스트, 고로 더스트 등의 함철 더스트, 소결용 분상 철광석보다 입도가 작은 펠릿 피드, 소결용 분상 철광석을 파쇄 및/또는 정립하여 제작된 미분상 철광석 등을 들 수 있다.
사용하는 광석 품목에 의해, 철 및 SiO2 등의 맥석 성분의 함유량이 크게 다르다. 따라서, 사용하는 광석 품목을 선택함으로써, CaO/SiO2값을 조정할 수 있다. 특히, CaO/SiO2값은, SiO2 함유량이 많은 광석의 배합량에 따라 크게 영향을 미친다.
본 실시 형태에서 사용하는 광석 품목으로서는, 인도하이시리샤스, 로브 리버, 얀디쿠지나, 리오드세(이타비라), 마라맘바 등을 들 수 있다.
본 실시 형태에서 사용하는 함탄 원료로서는, 고로 1차회(first ash), 코크스 더스트, 미분 코크스, 무연탄 등을 들 수 있다.
본 실시 형태에서 사용하는 바인더로서는, 일반적으로 사용되는 고로 수쇄 슬래그를 주성분으로 하는 미세 분말이나 알칼리 자극제로 이루어지는 시효성 바인더, 생석회, 포틀랜드 시멘트, 벤트나이트 등을 들 수 있다. 바인더의 배합량(첨가량)은, 다른 배합 조건 등을 감안하여 적절하게 정할 수 있다. 바인더의 배합량이 지나치게 적으면, 비소성 함탄 괴성광의 냉간 압연 강도를 충분히 유지하는 것이 곤란해진다. 또한, 바인더의 배합량이 지나치게 많으면, 비소성 함탄 괴성광의 슬래그량이 증대되어, 노 하부의 통기성이 불안정화된다. 이에 의해, 안정된 환원재비 저감 효과가 얻어지지 않는다.
따라서, 바인더 배합량을 조정하여 CaO/SiO2를 변화시킨 비소성 함탄 괴성광의 냉간 강도를 조사하였다. 얻어진 결과를 표 1 및 도 1에 나타낸다.
Figure pct00001
바인더(시멘트) 배합량이 적어짐(CaO/SiO2가 저하됨)과 함께, 냉간 강도는 저하되었다. 그리고, CaO/SiO2가 1.0 미만[바인더(시멘트) 배합량은 5질량％ 미만]인 경우, 냉간의 압궤 강도 100㎏/㎠를 유지하는 것이 곤란하게 되었다. 비소성 함탄 괴성광의 냉간 압궤 강도가 100㎏/㎠ 미만으로 되면, 고로에의 반송, 장입 시에 비소성 함탄 괴성광의 분화를 야기시키는 경우가 있다. 냉간의 압궤 강도를 100㎏/㎠ 이상으로 유지하기 위해, 바인더(시멘트) 배합량을 5질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 바인더(시멘트) 배합량이 10질량％를 초과하면, 맥석량의 증대를 초래하는 경우가 있다. 이로 인해, 바인더(시멘트) 배합량을 10질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 바인더의 배합량은 5 내지 10질량％가 바람직하다.
또한, 혼합, 혼련, 성형 및 양생의 제조 공정 중, 양생 중에 시멘트의 수화 반응에 의해 자유수가 함탄 괴성광 중의 수화물에 도입된다. 이 때문에 제조 공정을 거칠 때에, 원료의 전체 배합량은 약간 변화되지만, 그 변화량은 미소하며, 거의 변화되는 일은 없다고 생각해도 좋다. 이로 인해, 예를 들어 바인더의 배합량은, 제조된 비소성 함탄 괴성광 중의 바인더 함유량과 거의 동일하게 된다. 다른 성분에 대해서도 마찬가지로, 제조 공정에서의 배합량과 비소성 함탄 괴성광 중의 함유량은 거의 동일하다.
따라서, 본 실시 형태의 비소성 함탄 괴성광에 있어서, 바인더의 함유량은 5 내지 10질량％인 것이 바람직하고, 이에 의해 상기한 바와 같이 100㎏/㎠ 이상의 냉간 압궤 강도를 달성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 부원료 및 고SiO2 함유 광석을 배합하는 것이 더 바람직하다. 이에 의해, 보다 엄밀하게 성분 조정을 행할 수 있다. 특히, 바인더량에 좌우되는 일 없이, CaO/SiO2값을 조정할 수 있다.
부원료로서는, SiO2를 주성분으로 하는 규석, MgO를 주성분으로 하는 사문암, 감람암, 돌로마이트, 니켈 슬래그, 마그네사이트, 브루사이트 등을 들 수 있다. 또한, 고SiO2 함유 광석은, SiO2 함유량이 3.5질량％ 이상의 광석이다.
일반적으로, 목표로 하는 비소성 함탄 괴성광의 화학 성분이 규정되면, 이들 부원료나 고SiO2 함유 광석의 배합량은 자동적으로 결정되어 버린다. 이로 인해, 이들 부원료나 고SiO2 함유 광석의 배합량은, 특별히 한정되지 않으며, 비소성 함탄 괴성광의 화학 성분에 따라서 적절하게 결정된다.
다음에, CaO/SiO2, MgO 함유량 및 맥석량을 조정하는 방법에 대해서 보다 상세하게 서술한다.
CaO/SiO2는, 배합되는 원료에 포함되는 CaO량 및 SiO2량에 따라 결정된다.
CaO는, 주로, 바인더, 함탄 원료로서 사용되는 고로 1차회, 함철 원료로서 사용되는 소결계 더스트나 전로(轉爐)계 더스트 등에 포함되어 있고, 이들의 배합량을 적절하게 조정함으로써, CaO 함유량을 조정할 수 있다. 단, 바인더로서 CaO분이 높은 시멘트계 바인더를 사용하는 경우, CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0으로 되도록 CaO 함유량을 조정하기 위해서는, 바인더의 배합량 자체를 감소시킬 필요가 있다. 이로 인해, 충분한 냉간 압궤 강도가 얻어지는지의 여부를 고려할 필요가 있다.
SiO2, MgO는, 주로, 바인더, 함탄 원료로서 사용되는 고로 1차회, 함철 원료로서 사용되는 소결계 더스트, 탄소계 감량 중의 회분 등에 포함된다.
본 실시 형태에서는, 비소성 함탄 괴성광 중의 CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0으로 되면, SiO2의 첨가 형태(SiO2를 포함하는 원료의 형태)에 관계없이, 일정한 효과를 초래할 수 있다. 또한, MgO에 대해서도, MgO 함유량이 0.5질량％ 이상으로 되면, MgO의 첨가 형태(MgO를 포함하는 원료의 형태)에 관계없이, 일정한 효과를 초래할 수 있다.
적극적으로 CaO/SiO2의 값을 저감하거나, MgO 함유량을 0.5질량％ 이상으로 하는 경우에는, 규석, 사문암, 감람암, 돌로마이트, 니켈 슬래그, 마그네사이트, 브루사이트 등의 부원료나 고SiO2 함유 광석을 배합하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 전술한 바와 같이 바인더량에 좌우되는 일 없이, CaO/SiO2의 값이나 MgO 함유량을 조정할 수 있다. 단, 이들 부원료나 고SiO2 함유 광석을 다량으로 배합하면, 맥석량이 증대되게 된다. 이로 인해, 맥석량이 0.25 이하로 되도록, CaO/SiO2, MgO를 조정하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서, 전술한 바와 같이, 탄소 함유량(T.C), CaO/SiO2, 맥석량 및 MgO 함유량의 수치 범위를 규정하고 있다. 이들 수치 범위의 임계적 의의를 나타내는 실험 결과를 이하에 나타낸다.
CaO/SiO2가 1.5이고, 또한 MgO 함유량이 1.5％인 소결광과 비소성 함탄 괴성광의 1400℃에 있어서의 환원율을 측정하였다. 그리고, 미환원의 철은 모두 FeO로서 슬래그 중에 존재한다고 가정하여, 얻어진 환원율로부터 슬래그 중의 FeO 농도를 산출하였다. 그 결과, 슬래그 중의 FeO 농도는, 소결광을 사용한 경우는 34％이고, 비소성 함탄 괴성광을 사용한 경우는 2％인 것을 알 수 있었다. 이 FeO 농도를 사용하여, 소결광과 비소성 함탄 괴성광에 대해서, CaO/SiO2의 값 또는 MgO 함유량과, 슬래그 융점의 관계를 조사하였다. 또한, 슬래그 융점(CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO)은, 컴퓨터에 의한 시뮬레이션으로부터 구하였다.
도 2는, MgO 함유량이 1.5％인 경우의 CaO/SiO2와 슬래그 융점의 관계를 나타낸다. 도 3은, CaO/SiO2가 1.5인 경우의 MgO 함유량과 슬래그 융점의 관계를 나타낸다.
도 2로부터 명백해진 바와 같이, 소결광과 비소성 함탄 괴성광에서는, CaO/SiO2가 슬래그 융점에 미치는 영향의 정도가 다르다. 이것은, 고온에서의 환원율(즉 슬래그 중의 FeO 농도)의 차에 기인하고 있다. 구체적으로는, 소결광에서는, CaO/SiO2가 1.0 저하되면, 슬래그 융점이 278℃도 저하된다. 이에 대해, 비소성 함탄 괴성광에서는, CaO/SiO2가 1.0 저하되면, 슬래그 융점이 620℃ 저하된다. 이로 인해, 비소성 함탄 괴성광에 있어서의 CaO/SiO2의 영향은, 소결광에 있어서의 CaO/SiO2의 영향보다도 2배 이상 크다.
비소성 함탄 괴성광에서는, 저온에 있어서의 환원율이 높다. 탄소 함유량이 적은 소성 괴성광에 비해, 탄소 함유량이 많은 비소성 함탄 괴성광을 사용한 경우, 고로의 상부에서 빨리 환원된다. 그러면, 상부에서 환원되어 하부로 이동하는 슬래그 중에 남는 미환원의 철 성분의 양(FeO의 양)이 적어진다. 슬래그 중의 FeO의 양이 적어지면 슬래그 융점이 상승된다. 전술한 바와 같이, 슬래그의 융점은, 염기도(CaO/SiO2)에 의해서도 좌우된다. 이로 인해, 비소성 함탄 괴성광 중의 염기도에 의해, 슬래그 융점이 크게 변화된다고 생각된다. 또한, 비소성 함탄 괴성광 중의 염기도가 크면, 슬래그 융점이 매우 높아져 버린다고 생각된다.
또한, 도 3을 참조하면, 소결광에서는, MgO 함유량이 1.0％ 증가되면, 슬래그 융점은 50℃ 저하된다. 이에 대해, 비소성 함탄 괴성광에서는, MgO 함유량이 1.0％ 증가되면, 슬래그 융점은 22℃ 저하된다. 이로 인해, 비소성 함탄 괴성광에 있어서의 MgO 함유량의 영향은, 소결광에 있어서의 MgO 함유량의 영향에 비해 약 절반이다.
단, 엄밀하게는, 적하 거동은, 슬래그 융점만으로 결정되지 않고, 슬래그량이나 다른 슬래그 물성(점도나 메탈과의 습윤성 등)에 의해서도 좌우된다. 이 때문에 적하 거동은, 복잡한 현상이며, 현시점에서도 완전하게는 해명되어 있지 않다. 그러나, 소결광과 비소성 함탄 괴성광에서는, 슬래그 융점을 저하시켜 메탈 적하를 촉진하는 성분 조건이 다른 것은 명백하다.
따라서, 하중 연화 시험 장치를 사용하여, 다양한 맥석 성분을 갖는 비소성 함탄 괴성광의 적하 특성을 조사하였다.
함철 원료와 함탄 원료를 분쇄하고, 바인더, 부원료와 함께 혼합하고, 혼련하여 혼련물을 얻었다. 다음에 혼련물을 성형하고, 성형체를 소정 기간 양생하여 비소성 함탄 괴성광을 제조하였다. 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량 T.C(토털 카본)는 20질량％로 하였다. 또한 CaO/SiO2와 MgO 함유량이 소정의 값으로 되도록, 함철 원료와 부원료의 배합율을 조정하였다. 바인더(시멘트)의 배합량은 10질량％로 하였다.
구체적으로는, 맥석량[(CaO＋SiO2＋Al2O3＋MgO)/(100-탄소 함유량(T.C))]을 0.22로 일정하게 하고, MgO 함유량을 0.9질량％로 일정하게 하여, CaO/SiO2가 0.5 내지 2.5의 범위에서 소정의 값으로 되도록, 포틀랜드 시멘트와 미분 규석의 배합량을 조정하였다. 이상에 의해, 맥석 성분의 CaO/SiO2가 0.5 내지 2.5의 범위에서 각각 다른 비소성 함탄 괴성광을 제조하였다.
또한, CaO/SiO2를 2.0으로 일정하게 하고, 다양한 MgO 함유량을 갖는 비소성 함탄 괴성광을 제조하였다.
우선, 맥석 성분의 CaO/SiO2가 0.5 내지 2.5의 범위에서 각각 다른 비소성 함탄 괴성광에 대하여 하중 연화 시험을 실시하였다.
실제의 고로 사용을 상정하여, 비소성 함탄 괴성광을 통상의 소결광(CaO/SiO2=1.8)에 대하여 10％의 비율로 혼합하였다. 1600℃까지 가열하여 환원한 단계에서, 도가니로부터 적하한 메탈량(율)을 측정하였다. 그리고, 이하의 식으로 정의되는 메탈 적하율(％)을 계산하였다.
메탈 적하율(％)= 적하 메탈량/(장입한 총 Fe량×0.95)×100
또한 소결광만에 대해서도, 마찬가지로 메탈 적하율을 측정하였다. 또한, 소결광의 메탈 적하율이 50％ 미만으로 되면, 융착대 하면이 내려가고, 하부 적하대 영역을 좁힌다. 이로 인해, 하부 통기성이 악화되어, 안정된 조업이 곤란해진다.
얻어진 결과를 표 2, 도 4에 나타낸다.
Figure pct00002
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 비소성 함탄 괴성광의 CaO/SiO2가 높을수록, 메탈 적하율이 감소되었다. 특히 비소성 함탄 괴성광의 CaO/SiO2가 2.0을 초과하면, 50％의 메탈 적하율을 유지하는 것이 곤란하게 되었다. 비소성 함탄 괴성광을 사용함으로써, 저온 영역으로부터 간접 환원이 진행되므로, 융착층에서 메탈과 공존하는 슬래그 중의 FeO 함유량이 저하되어, 슬래그 융점이 상승된다. 일반적으로, 환원에 의해 생성된 철의 융액은, 고노 하부에 강하할 때에 코크스의 탄소를 포함하고, 탄소 함유량이 증가된다(환원 생성 메탈 침탄). 슬래그 융점이 상승됨으로써, 환원 생성 메탈 침탄 후의 철의 융액끼리의 응집이 방해되어, 도 4에 나타내어진 결과가 얻어졌다고 생각된다. CaO/SiO2가 1.0 미만에서는, 공존 슬래그 융점은 충분히 낮음에도 불구하고, 슬래그 적하율은 50％ 미만으로 되었다. 이것은, 네트워크 포머인 SiO2의 비율이 증가되기 때문에, 공존 슬래그의 점도가 상승되어 메탈의 응집이 저해되기 때문이다.
또한, 도 4에 있어서는, MgO 함유량이 1.5％의 소결광의 CaO/SiO2와 메탈 적하율의 관계를 표시하는 측정 결과도 나타내어져 있다. 소결광에 있어서도, CaO/SiO2의 상승에 수반하여 메탈 적하율이 저하되는 경향이 보인다. 그러나, 그 변화는 완만하다. 도 4의 결과로부터도, 비소성 함탄 괴성광 덩어리와 소결광에서는, 우수한 메탈 적하성을 달성하기 위해 구비해야 할 성분 조건이 다른 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 메탈 적하율의 향상을 위해서는, CaO/SiO2를 1.0 내지 2.0으로 할 필요가 있다. CaO/SiO2는, 바람직하게는 1.4 내지 1.7이고, 60％ 초과의 메탈 적하율을 달성할 수 있다.
또한, CaO/SiO2가 2.0이고, 또한 다양한 MgO 함유량을 갖는 비소성 함탄 괴성광에 대하여, 마찬가지의 방법에 의해 하중 연화 시험을 실시하였다. 그리고, 비소성 함탄 괴성광을 소결광에 대하여 10％의 비율로 혼합하였을 때의, 비소성 함탄 괴성광 중의 MgO 함유량과 메탈 적하율의 관계를 조사하였다. 얻어진 결과를 표 3, 도 5에 나타낸다.
Figure pct00003
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 메탈 적하율을 향상시키기 위해서는, 비소성 함탄 괴성광 중의 MgO 함유량을 상승시키는 것도 유효하다. CaO/SiO2=2.0의 비소성 함탄 괴성광을 10％의 비율로 소결광에 혼합하였을 때의 메탈 적하율의 변화로부터, MgO 함유량이 0.5질량％ 이상으로 되면, 메탈 적하율은 50％를 유지할 수 있는 것을 알 수 있다. MgO 함유량이 높을수록, 메탈 적하율은 상승한다. 그러나, MgO 함유량 2.0％ 부근으로부터는, 효과가 포화되는 것을 알 수 있다. 이것은, 전술한 저FeO 슬래그(FeO 함유량이 적은 슬래그)의 융점이, MgO에 의해 저하되기 때문이며, CaO/SiO2가 높은 조건일수록, MgO에 의한 효과가 유효하게 얻어진다.
따라서, MgO 함유량은 0.5질량％ 이상인 것이 바람직하다. 상한은 특별히 설정하지 않는다.
또한, 도 5에 있어서는 CaO/SiO2가 2.0의 소결광의 MgO 함유율과 메탈 적하율(％)의 관계를 표시하는 측정 결과도 나타내어져 있다. 소결광에 있어서도, MgO 함유량의 상승에 수반하여 메탈 적하율이 상승되는 경향이 보인다. 그러나, 그 변화(영향)는, 비소성 함탄 괴성광과 비교하여 크다. 도 5의 결과로부터도, 비소성 함탄 괴성광 덩어리와 소결광에서는, 우수한 메탈 적하성을 달성하기 위해 구비해야 할 성분 조건이 다른 것을 확인할 수 있다.
또한 공존하는 슬래그량(맥석량＋미환원의 FeO량)도, 적하성을 결정하는 중요한 인자이다. 따라서, CaO/SiO2가 1.5이고, MgO가 1.0％이고, 맥석량이 다른 비소성 함탄 괴성광을 제조하였다. 그리고, 그 메탈 적하율을 측정하고, 적하 특성을 조사하였다.
전술한 바와 같이 맥석량은, 이하의 식에 의해 산출하였다.
맥석량=(CaO＋SiO2＋Al2O3＋MgO)/(100-탄소 함유량(T.C))
얻어진 결과를 표 4, 도 6에 나타낸다.
Figure pct00004
전술한 바와 같이, 슬래그 중의 FeO 농도는, 비교적 저온부에서, 이미 2％까지 저하되므로, FeO 농도의 영향은 작다. 그 결과, 맥석량이 0.25 이하에서는, 슬래그량에 의하지 않고, 양호한 메탈 적하성을 나타냈다. 맥석량이 0.25 이하의 범위에서는, 슬래그량보다도, 고상율, 점도, 메탈과의 습윤성 등의 슬래그 물성이, 메탈 적하성의 지배 인자로 된다고 생각할 수 있다. 그러나, 맥석량이 0.25를 초과하면, 슬래그량의 영향을 무시할 수 없게 되어, 적하성은 악화되었다. 또한 이 레벨(0.25 초과)의 맥석량으로 되면, 고로에서 비소성 함탄 괴성광을 다량으로 사용할 때에, 노상 슬래그량의 현저한 증대를 초래하고, 출재(出滓) 작업이 불안정되어, 통기 변동의 원인으로 된다.
이상의 결과로부터, 맥석량[(CaO＋SiO2＋MgO＋Al2O3)/(100-TC)]이 0.25 이하로 되도록 비소성 함탄 괴성광의 성분을 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 메탈 적하율에 미치는 비소성 함탄 괴성광 중의 탄소 함유량(T.C)의 영향에 대해서 조사하였다.
MgO가 1.0질량％로 일정하고, 맥석량이 0.22로 일정하고, CaO/SiO2가 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 또는 2.5, 탄소 함유량(T.C)이 10, 15, 18, 25, 또는 30질량％로 되도록, 원료의 배합비를 조정하여 비소성 함탄 괴성광을 제조하였다.
전술한 방법과 마찬가지로 하여 메탈 적하량(율)을 측정하였다. 얻어진 결과를 도 7에 나타낸다.
Figure pct00005
도 7의 결과로부터, 탄소 함유량(T.C)의 증가에 수반하여, 메탈 적하율이 저하되는 것을 알 수 있다. 이것은 전술한 바와 같이, 탄소 함유량(T.C)의 증가에 수반하여, 메탈과 공존하는 슬래그 중의 FeO 농도가 감소되기 때문이다.
전술한 바와 같이, 고로에서의 안정된 조업을 실현하기 위해서는, 메탈 적하율은 50％ 이상일 필요가 있다. CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0에 있어서, 탄소 함유량(T.C)이 25질량％ 이하일 때, 50％ 이상의 메탈 적하율을 달성할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 탄소 함유량(T.C)의 상한값을 25질량％로 할 필요가 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 비소성 함탄 괴성광의 성분과 맥석의 배합량을 소정의 범위로 조정하지만, 비소성 함탄 괴성광의 성형 방법, 형상, 물리 구조(기공ㆍ공극률 등)는 제한되지 않는다. 고로용의 비소성 함탄 괴성광이면, 펠릿이나 브리켓 등의 다양한 형태가 적용 가능하다. 또한, 압출 성형 등의 다양한 성형 방법이 적용 가능하며, 동등의 효과가 얻어진다.
고로 내에서는, 장입물이 상부로부터 하부로 이동하고, 환원 가스가 하부로부터 상부로 이동하고, 이에 의해 열 교환과 반응이 진행된다. 이로 인해, 고로는 향류 반응기이다. 일반적으로 고로의 연속 조업에 있어서는, 광석층의 상층에서, 환원 가스의 환원력이 상실되어, 환원이 충분히 진행되지 않는 경우가 있었다. 특히, 소성 괴성광은, 탄소를 함유하지 않아, 자기 환원 능력이 없다. 이로 인해, 소성 괴성광을 사용한 경우, 소성 괴성광은, 광석층의 상부에서 충분히 환원되지 않는다. 그리고, 환원이 불완전된 상태에서, 소성 괴성광이 고로 하부로 이동한 경우, 고로의 적하대와 노심부로 환원되어, 직접 환원을 야기시킨다. 이와 같은 경우, 고로에의 부하가 높아지고, 또한 통기성이 나빠지는 문제가 있었다.
이에 대해, 본 실시 형태의 비소성 함탄 괴성광을 사용하면, 고로 내에서 철광석과 함께 본 실시 형태의 비소성 함탄 괴성광이 존재함으로써, 특히 광석층의 상층에서의 환원 효율을 대폭으로 향상시킬 수 있다.
그러나, 탄소 함유량이 높은 비소성 함탄 괴성광에서는, 전술한 바와 같이, 특히 염기도(CaO/SiO2)에 의한 슬래그 융점에의 영향이 크다(도 2). 본 실시 형태에서는, 전술한 발명자들의 연구 결과에 기초하여, 탄소 함유량(T.C) 및 CaO/SiO2를 규정함으로써, 양호한 메탈 적하성을 달성하고 있다. 이로 인해, 적하대와 노심부의 슬래그 강도량이 감소되어, 양호한 통기성을 확보할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 고로 내에서 철광석과 함께 본 실시 형태의 비소성 함탄 괴성광이 존재함으로써, 특히 광석층의 상층에서의 환원 효율을 대폭으로 향상시킬 수 있다. 환원이 행해지기 어려운 광석층의 상층에서의 환원 효율을 대폭으로 향상시킬 수 있기 때문에, 고로 전체에서의 환원 효율은 대폭으로 향상하게 된다. 이로 인해, 본 실시 형태의 비소성 함탄 괴성광 중의 탄소량의 잉여분과 동일량의 코크스량보다도 많은 양의 환원재를 저감할 수 있다.
[실시예]
함철 원료로서, 미분상 철 함유 원료(소결 더스트와 철광석)를 준비하고, 함탄 원료로서, 탄재(코크스 더스트, 분말 코크스, 및, 고로 1차회)를 준비하였다. 또한, 바인더로서, 시멘트[조강(早强) 포틀랜드 시멘트]를 준비하였다. 또한, 몇 가지의 실시예에서는, SiO2 함유량이 높은 부원료도 사용하였다.
시멘트(조강 포틀랜드 시멘트)의 배합 비율이 4 내지 9질량％이고, 탄재 및 미분상 철 함유 원료의 배합 비율이 다양한 값으로 되도록, 원료의 배합량을 조정하였다. 이들 원료를 수분과 함께 혼합하고, 아이리히 믹서로 혼련하였다. 얻어진 혼련물을 팬 팰레타이저로 조립(형성)하여 생펠릿을 얻었다. 계속해서, 생펠릿을, 2주일, 천일 양생하여 비소성 함탄 괴성광을 제조하였다. 또한, 생펠릿의 수분은, 배합하는 시멘트량에 따라서 10 내지 14질량％로 조정하였다.
얻어진 비소성 함탄 괴성광에 대해서, JISM8718에 준하여, 이하의 방법에 의해 냉간 압궤 강도를 측정하였다. 시료 1개에 대하여, 규정의 가압 속도로 압축 하중을 곱하고, 시료가 파괴되었을 때의 하중값을 측정하였다. 단위 단면적당의 하중값(㎏/㎠)을 구하였다. 그리고 시료 100개의 평균값을 산출하고, 강도 지수로서 사용하였다.
전술한 방법에 의해, 비소성 함탄 괴성광의 슬래그 융점 및 메탈 적하율을 측정하였다.
또한, 유효 용적 5500㎥의 고로에 있어서, 원료의 일부로서, 50kg/tp의 양의 비소성 함탄 괴성광을 사용하여, 고로의 조업을 행하였다. 그리고, 고로의 조업에 있어서의 상부 K값, 하부 K값, 풍압 변동 및 환원재비를 측정하고, 약 1개월간의 조업 결과의 평균값을 구하였다. 결과를 표 6에 나타낸다.
Figure pct00006
표 6을 참조하면, 제1 실시예에서는, 성분의 적정화를 실시하고, CaO/SiO2를 2.0, MgO를 0.6％, 맥석량을 0.22로 하였다. 고로에서 사용하면, 노 하부의 통기성이 개선되고, 환원재비는 470㎏/tp까지 저하되었다. 이로 인해, 탄소 함유량이 높은 비소성 함탄 괴성광을 사용한 효과가 발휘되었다.
또한, 제2 실시예에서는, SiO2 함유량이 높은 부원료를 배합하고, SiO2 함유량을 높여서 CaO/SiO2를 1.0으로 더욱 저하시켰다. 이 제2 실시예에서는, CaO/SiO2와 MgO 함유량이 적정 범위이었기 때문에, 슬래그 융점을 낮게 할 수 있었다. 단, 맥석량이 0.28로 증대되었기 때문에, 메탈 적하성은 약간 낮아지고, 환원재비는 그다지 저하되지 않았다.
제3 실시예에서는, 맥석량을 저감하기 위해 바인더량을 4％까지 저하시켰다. 그러나, 화학 성분의 함유량은 적정하였기 때문에, 메탈 적하율은 향상시켰다. 단, 바인더량이 적기 때문에, 냉간 압궤 강도는 85㎏/㎠로 불충분해졌다. 이로 인해, 고로에서 사용한 경우, 노 내에서의 분말량이 증가되고, 이에 의해 상부 통기성이 나빠지고, 환원재비는 약간 고위(高位)였다.
제4 실시예에서는, 바인더량을 저하시키지 않고, 부원료를 배합함으로써, 화학 성분의 함유량의 조정을 행하였다. 이 결과, 냉간 압궤 강도를 손상시키는 일 없이, 메탈 적하성이 양호한 비소성 함탄 괴성광을 제조할 수 있었다. 고로에서 사용한 경우, 환원재비가 가장 저하되었다.
제5 실시예에서는, CaO/SiO2 및 맥석량은, 본 실시 형태에 의해 규정된 범위(CaO/SiO2 : 1.0 내지 2.0, 맥석량 : 0.25 이하)이지만, MgO 함유량이 0.4％로 낮게 설정되어 있었다. 이로 인해, 메탈 적하율은 52％에 머물러, 환원재비는 저감하지만, 그 환원재비를 저감하는 효과는 비교적 작았다.
이에 대해, 제1 비교예에서는, 탄소 함유량(T.C)이 17질량％로 낮고, CaO/SiO2가 1.9로 낮고, MgO 함유량이 1.0％로 높은 비소성 함탄 괴성광을 제조하였다. 탄소 함유량(T.C)이 낮은 경우도 있어, 슬래그 융점은 충분히 낮아, 적하성에 문제는 없었다. 단, 고로에서 사용한 경우, 카본 함유량이 낮기 때문에, 환원재비를 낮게 하는 데에는 곤란하였다.
제2 비교예에서는, 탄소 함유량(T.C)을 20％로 향상시키고, 또한 CaO/SiO2를 2.2까지 높인 비소성 함탄 괴성광을 제조하였다. 저온에서의 환원율이 향상되므로, 슬래그 융점은 현저하게 상승하였다. 또한 CaO/SiO2가 2.0 초과이므로, 메탈 적하성이 저하되었다. 그러나, 고로에서 사용한 경우, 노 하부에서의 통기성이 악화되어, 풍압의 변동이 현저하게 증가되었다. 이에 의해, 조업은 불안정화하였다. 이로 인해, 탄소 함유량이 높은 것에 의한 효과를 충분히 향수할 수 없어, 환원재비는 500㎏/tp 레벨에 머물렀다.
제3 비교예에서는, 탄소 함유량이 30％이고, 본 실시 형태에 의해 규정된 범위의 상한 25질량％를 초과하는 고탄소의 비소성 함탄 괴성광을 제조하였다. 다른 성분의 함유량은 적절한 범위 내이었기 때문에, 적하율은 65％로 향상시켰다. 그러나, 냉간 강도가 60㎏/㎠로 낮고, 고로에서 사용하기 위해 필요한 최저한의 강도가 얻어지지 않았다. 이로 인해, 고로 내에의 분말의 장입량이 증가되어, 장기적인 안정 조업이 곤란하게 되었다.
이상과 같이, 비소성 함탄 괴성광에 있어서, 탄소 함유량(T.C)을 18 내지 25질량％, CaO/SiO2를 1.0 내지 2.0의 범위 내로 함으로써, 메탈 적하성이 양호하며, 또한 고로에서 사용할 때의 환원재비를 저하할 수 있는 것을 알 수 있다. 특히, 맥석량(CaO＋SiO2＋Al2O3＋MgO)/(100-탄소 함유량(T.C)의 값이 0.25 이하, 및 MgO 함유량이 0.5질량％ 이상인 경우에는, 이 효과가 현저하다. 또한, 이와 같은 성분 조정을 부원료의 첨가에 의해 행하고, 바인더 배합량을 5 내지 10％로 함으로써, 냉간의 압궤 강도도 유지할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 관한 고로용의 비소성 함탄 괴성광은, 고로에서 사용할 때에 비소성 함탄 괴성광뿐만 아니라, 소결광 등의 주요한 고로용 철 함유 원료의 피환원율을 향상시키기 위해 충분한 탄소 함유량을 갖는다. 또한, 고로의 조업에 있어서, 종래에 비해, 슬래그 융점을 낮게 억제할 수 있어, 우수한 환원 생성 슬래그 특성(메탈 적하성)을 달성할 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 일 형태에 관한 비소성 함탄 괴성광을 고로용 철 함유 원료의 일부로서 사용하면, 고로 조업 시의 노 하부에 있어서 양호한 통기성을 실현할 수 있어, 환원재비(코크스비)를 대폭으로 저감할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 관한 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법에서는, 비소성 프로세스가 적용되어 있기 때문에, 소성 프로세스에 비해, 에너지 절약화, 저CO2화가 가능해진다. 또한, 비교적 저렴하고 간이한 방법에 의해, 제철 프로세스에서 발생한 더스트를, 철 함유 원료 및 탄재로서 리사이클 처리할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 형태는, 고로에서 사용되는 함탄 괴성광에 관한 기술 분야에 적절하게 적용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 함철 원료, 함탄 원료 및 바인더를 혼합, 혼련하고, 혼련물을 성형하여 성형체를 얻고, 계속해서 상기 성형체를 양생하여 제조되고,
    탄소 함유량(T.C)이 18 내지 25질량％, 또한 맥석 성분의 CaO 함유량(질량％)과 SiO2 함유량(질량％)의 비 CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0인 것을 특징으로 하는, 고로용의 비소성 함탄 괴성광.
  2. 제1항에 있어서, CaO 함유량(질량％), SiO2 함유량(질량％), Al2O3 함유량(질량％), MgO 함유량(질량％) 및 탄소 함유량(T.C)(질량％)에 의해 표시되는 맥석량[(CaO＋SiO2＋Al2O3＋MgO)/(100-탄소 함유량(T.C))]의 값이 0.25 이하이고, 또한 MgO 함유량이 0.5질량％ 이상인, 고로용의 비소성 함탄 괴성광.
  3. 제1항에 있어서, 상기 바인더의 함유량이 5 내지 10질량％인, 고로용의 비소성 함탄 괴성광.
  4. 함철 원료, 함탄 원료 및 바인더를 혼합, 혼련하고, 혼련물을 성형하여 성형체를 얻는 성형체의 형성 공정과,
    계속해서 상기 성형체를 양생하여 비소성 함탄 괴성광을 얻는 공정을 갖고,
    상기 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T.C)이 18 내지 25질량％, 또한 맥석 성분의 CaO 함유량(질량％)과 SiO2 함유량(질량％)의 비 CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0으로 되도록, 상기 성형체의 형성 공정에 있어서, 광석 품목, 및 바인더 배합량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 배합 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는, 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 비소성 함탄 괴성광의 CaO 함유량(질량％), SiO2 함유량(질량％), Al2O3 함유량(질량％), MgO 함유량(질량％) 및 탄소 함유량(T.C)(질량％)에 의해 표시되는 맥석량[(CaO＋SiO2＋Al2O3＋MgO)/(100-탄소 함유량(T.C))]의 값이 0.25 이하이고, 또한 MgO 함유량이 0.5질량％ 이상으로 되도록, 상기 성형체의 형성 공정에 있어서, 상기 배합 조건을 조정하는, 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 바인더 배합량을 5 내지 10질량％의 범위로 조정하는, 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 성형체의 형성 공정에 있어서, 규석, 사문암, 감람암, 돌로마이트, 니켈 슬래그, 마그네사이트, 브루사이트로부터 선택되는 부원료 및 고SiO2 함유 광석 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 더 배합하고,
    상기 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T.C)이 18 내지 25질량％, 또한 CaO 함유량과 SiO2 함유량의 비 CaO/SiO2가 1.0 내지 2.0으로 되도록, 상기 부원료 및 고SiO2 함유 광석의 배합량을 조정하는 것을 특징으로 하는, 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법.
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