KR20120047948A

KR20120047948A - 비소성 함탄 괴성광 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20120047948A
Application number: KR1020127004077A
Authority: KR
Inventors: 겐이찌 히구찌; 히로까즈 요꼬야마; 가즈야 구니또모
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-05-14
Also published as: CN102471822A; CN102471822B; KR101444562B1; BR112012003768B1; JP4842403B2; JPWO2011021560A1; IN2012DN00992A; BR112012003768A2; WO2011021560A1

Abstract

이 고로용의 비소성 함탄 괴성광은, 탄소 함유량(T. C)이 18 내지 25질량％, 또한 기공률이 20 내지 30％이다. 이 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％이고, 또한 기공률이 20 내지 30％로 되도록, 상기 성형체의 형성 공정에 있어서, 원료 수분, 원료 입도, 미분 코크스량, 고결정수 광석 배합량, 바인더 배합량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 배합 조건을 조정한다.

Description

비소성 함탄 괴성광 및 그 제조 방법{UNFIRED CARBON-CONTAINING AGGLOMERATE AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은, 함철 원료와 함탄 원료를 혼합, 성형 후, 양생하여 제조되는 고로용의 비소성 함탄 괴성광에 관한 것이다. 특히, 탄소 함유량(T. C)이 18 내지 25질량％, 기공률이 20 내지 30％인 고로용의 비소성 함탄 괴성광 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2009년 8월 21일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2009-192273호에 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 비소성의 괴성광이나 브리켓이 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 펠레타이저 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 강도가 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, 특허 문헌 1의 비소성 괴성광에서는, 강도 확보를 위해 탄소 함유량이 제한되어, 고로의 환원재비를 저감하는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 환원재비를 저감하는 효과를 얻기 위해, 특허 문헌 1의 비소성 함탄 괴성광을 다량으로 고로에서 사용하는 경우, 고로 내에서 바인더의 탈수 반응에 의한 흡열량이 커져, 저온 열 보존대가 형성된다. 이 저온 열 보존대에 의해, 소결광의 환원 분화를 조장하게 되는 결점이 있었다.

특허 문헌 2에서는, 탄재의 입도 및 탄소 함유량이, 함탄 비소성 함탄 괴성광의 냉간 강도와 함께, 환원 온도 영역에서의 열간 강도에 크게 영향을 미치는 것에 착안하고, 냉간 압궤 강도 50㎏/㎠ 이상의 고로용 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법을 제안하고 있다. 이 제조 방법은, 철분을 40질량％ 이상 함유하는 미분상 철 함유 원료와, 탄소분을 10질량％ 이상 함유하는 미분상 탄재에, 수경성 바인더를 첨가하고, 수분을 조정하면서 혼합하고, 조립하는 공정을 갖고, 전체 원료의 입도를 2㎜ 이하로 하고, 전체 원료 중의 탄소 함유 비율(T. C)이 15 내지 25질량％로 되도록 상기 미분상 탄재의 배합 비율을 조정하고, 또한 상기 미분상 탄재의 메디안 직경을 100 내지 150㎛로 하고 있다.

이상과 같이, 고로용의 비소성 함탄 괴성광에 있어서는, 탄소 함유율의 향상, 환원율의 향상, 냉간 및 열간 강도(노 내의 분화율에 영향이 미침)의 향상이 과제로 되어 있다.

또한, 고로용 비소성 괴성광은, 조립, 성형 공정에서 적정한 수분이 필요하다. 또한, 시멘트계의 바인더는 수화 반응에 의해 강도 발현되므로, 다른 원료와 비교해 결정수가 많아, 고로에서의 폭렬 특성이 열화되는 결점을 갖고 있다.

한편, 제철소에서 발생하는 전로(轉爐) 더스트는, 비연소식의 가스 처리 장치에 의해 집진되고, 철 원료로서 탄소분과 혼합되고, 펠릿이 제조된다. 이 펠릿은, 회전 노상식 환원로에 있어서 환원철에 부분 환원되고, 재이용된다. 회수되는 전로 더스트는, 수분을 많이 함유하여, 핸들링성이나 다른 분체와의 혼합성이 나쁘다. 이 때문에 전로 더스트는 건조시켜 사용되지만, 지나치게 건조하면, 전로 더스트 중의 미립 상태에서 비표면적이 큰 금속철이 공기와 반응하여 산화 발열하는 문제가 있었다.

특허 문헌 3에서는, 전로 더스트의 리사이클법이 개시되어 있다. 이 방법은, 전로 가스의 비연소식 집진기에 의해 집진된 전로 더스트에, 산화철을 포함하는 분체 및 탄소를 넣는 분체를 혼합하고, 혼합물의 함수율을 17 내지 27질량％로 조정하고, 혼합물을 성형하여 기공률이 40 내지 54％의 성형체를 제조하고, 성형체를 회전 노상식 환원로에서 환원하는 공정을 갖는다. 이 방법에 의해, 금속철의 산화 발열이 방지되어, 환원율도 양호하게 할 수 있다.

그러나, 이 방법은, 회전 노상식 환원로에서 성형체를 환원할 때에 산화 발열을 방지하는 효과가 있다. 이로 인해, 이 방법은, 온도 등의 조업 조건이 다른 고로에 있어서의 폭렬 특성의 개선에 직접적으로 도움이 되는 것은 아니다.

또한, 특허 문헌 4에서는, 회전 노상식 환원로를 사용한 산화철의 환원 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 이동하는 노상 상에 산화 금속과 탄소를 포함하는 성형체를 정치하여, 상부의 연소 가스로부터의 열에 의해 성형체를 가열하여 소성 환원하는 공정을 갖고, 산화 제2철을 포함하는 성형체의 기공률이 특정한 값으로 조정되어 있다. 성형체의 기공률이 특정한 값으로 조정되어 있음으로써, 산화철의 헤마타이트로부터 마그네타이트로의 환원 시에 발생하는 체적 팽창이 기공에 의해 흡수된다. 이로 인해, 분화가 적어 안정된 환원을 가능하게 되어 있다.

그러나, 이 방법도, 회전 노상식 환원로에서 성형체를 환원할 때의 분화 방지에는 효과가 있지만, 온도 및 환원 패턴 등의 조업 조건이 다른 고로에 있어서의 분화 방지에 직접적으로 도움이 되는 것은 아니다.

고로용의 비소성 함탄 괴성광에 있어서, 수증기에 의한 폭렬이나 환원 분화 등의 내분화성, 비소성 함탄 괴성광 중의 산화철의 피환원성, 냉간 및 열간 압궤 강도를 개선하고, 효율적인 고로의 조업을 행할 수 있는 고로용의 비소성 함탄 괴성광을 제공하기 위해서는, 고로용 함탄 괴성광의 탄소 함유량을 일정 레벨로 유지하면서, 기공률에 대해서 상세한 구조 설정이 필요하다.

그러나, 기공률이 크면, 탄재의 가스화나 산화철의 환원 속도가 촉진되지만, 냉간ㆍ열간 강도의 저하를 수반한다. 또한, 기공률이 지나치게 작으면, 수증기에 의한 폭렬이나 환원 분화 등의 노 내 분화가 높아진다고 하는 문제가 있다.

일본 특허 출원 공개 제2003-342646호 공보 일본 특허 출원 공개 제2008-95177호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-82418호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-89813호 공보

본 발명에서는, 효율적인 고로의 조업에 최적인 함탄 괴성광의 기공률 및 탄소 함유량을 특정하고, 효율적인 고로의 조업을 가능하게 하는 고로용의 비소성 함탄 괴성광 및 그 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 기공률 및 탄소 함유량에 대해서 예의 검토를 행하였다. 그 결과, 비소성 함탄 괴성광의 기공률이 20 내지 30％, 탄소 함유량이 18 내지 25질량％로 되도록, 배합 조건이나 제조 조건을 제어함으로써, 이하의 특성을 실현할 수 있는 비소성 함탄 괴성광을 제공할 수 있는 것을 발견하였다.

(a) 수증기에 의한 폭렬이나 환원 분화 등에 대한 우수한 내분화성

(b) 비소성 함탄 괴성광 중의 산화철이 높은 피환원성

(c) 주위의 철광석(철계 장입물)의 환원의 촉진

제어해야 할 배합 조건은, 원료 입도, 미분 카본량, 고결정수 광석 배합량, 시멘트량 등이다.

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 기공률이 20 내지 30％이다.

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％이고, 또한 기공률이 20 내지 30％로 되도록, 상기 성형체의 형성 공정에 있어서, 원료 수분, 원료 입도, 미분 코크스량, 고결정수 광석 배합량, 바인더 배합량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 배합 조건을 조정한다.

본 발명의 일 형태에 관한 고로용의 비소성 함탄 괴성광은, 비소성 함탄 괴성광뿐만 아니라, 소결광 등의 주요한 고로용 철 함유 원료의 환원율을 향상시키기 위해 충분한 탄소 함유량을 갖는다. 또한, 고로용 원료로서 요구되는 냉간 압궤 강도 100㎏/㎠ 이상을 유지하는 동시에, 종래에 비해, 환원 온도 영역에서의 열간 강도가 우수하다.

이로 인해, 고로 조업에 있어서, 수증기에 의한 폭렬이나 환원 분화 등의 비소성 함탄 괴성광의 분화를 억제할 수 있다. 또한, 고로 조업 시의 환원재비(코크스비)를 대폭으로 저감할 수 있다. 이에 의해, 효율적인 고로의 조업이 가능해진다.

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 비소성 함탄 괴성광의 기공률과 환원 분화율의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 비소성 함탄 괴성광의 기공률과 폭렬성의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 비소성 함탄 괴성광의 환원 분화율과 상부 K값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T. C)과 폭렬성의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 비소성 함탄 괴성광의 폭렬성과 상부 K값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 탄소 함유량이 다른 비소성 함탄 괴성광의 기공률과 냉간 압궤 강도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 탄소 함유량이 다른 비소성 함탄 괴성광의 기공률과 BIS로 환원재비의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 탄소 함유량이 다른 비소성 함탄 괴성광의 기공률과 1000℃ 환원율의 관계를 나타내는 도면이다.

본 실시 형태의 고로용의 비소성 함탄 괴성광은, 함철 원료, 함탄 원료 및 바인더를 혼합, 혼련하고, 혼련물을 성형하여 성형체를 얻고, 계속해서 성형체를 양생하는 방법에 의해 제조된다. 탄소 함유량(T. C)이 18 내지 25질량％이고, 기공률이 20 내지 30％이다. 이에 의해, 고로 조업에 있어서, 수증기에 의한 폭렬이나 환원 분화 등의 비소성 함탄 괴성광의 분화를 억제할 수 있고, 또한 고로의 환원재비를 저감할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T. C)을 18 내지 25질량％로 한다.

실시예에 있어서 후술하는 바와 같이, 탄소 함유량(T. C)이 25질량％를 초과하면, 고로용으로 사용되기 위해 필요한 최저한의 냉간 압궤 강도를 가질 수 없게 된다(도 6). 또한 폭렬성이 커져, 실제 노의 고로에 있어서, 안정적인 조업을 행할 수 없게 된다(도 4, 도 5).

탄소 함유량(T. C)이 18질량％보다 낮으면, 환원율의 향상 효과가 작다(도 7, 도 8). 이로 인해, 고로 조업의 개선 효과가 얻어지지 않게 된다.

비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T. C)은, 바람직하게는 20 내지 23질량％이고, 더욱 바람직하게는 22 내지 23질량％이다.

본 실시 형태에 있어서, 비소성 함탄 괴성광의 기공률을 20 내지 30％로 한다.

실시예에 있어서 후술하는 바와 같이, 기공률이 20％ 미만에서는, 환원율의 향상 효과가 한정된다(도 7, 도 8). 또한, 고로 내에서의 분화율이 증대되고, 고로에서 사용되는 원료에 요구되는 분화율의 상한을 초과하게 되는 경우가 있다(도 1).

기공률이 30％를 초과하면, 환원율의 향상의 효과가 포화한다(도 7, 도 8). 또한 냉간 압궤 강도가 저하되고, 고로용으로 사용되기 위해 필요한 최저한의 냉간 압궤 강도를 가질 수 없게 된다(도 6).

비소성 함탄 괴성광의 기공률은, 바람직하게는 23 내지 27％이고, 더욱 바람직하게는 24 내지 26％이다.

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 양생하는 공정을 갖는다. 성형체의 형성 공정에서는, 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T. C)이 18 내지 25질량％로 되고, 또한 기공률이 20 내지 30％로 되도록, 원료 수분, 원료 입도, 미분 코크스량, 고결정수 광석 배합량, 바인더 배합량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 배합 조건을 조정한다.

본 실시 형태에서 사용하는 함철 원료로서는, 제철 프로세스에 있어서 발생하는 소결 더스트, 함유 슬러지를 소성해서 얻어지는 소성 더스트 등의 함철 더스트, 소결용 분상 철광석보다 입도가 작은 펠릿 피드 등의 미분상 철광석, 결정수를 많이 함유하는 고결정수 광석 등을 들 수 있다.

본 실시 형태에서 사용하는 함탄 원료로서는, 고로 1차재, 코크스 더스트, 미분 코크스, 무연탄 등을 들 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 「원료 수분」이란, 자유수라고도 불리고, 성형 후의 미가공(양생 전)의 성형품 원료 중에 포함되는 수분량을 의미한다. 원료 수분을 많이 함으로써, 기공률을 증가시킬 수 있다. 그러나, 원료 수분이 지나치게 많으면, 분화율(폭렬성)이 높아진다. 이로 인해, 원료 수분을 8 내지 15％의 범위로 조정하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 있어서, 원료 입도란, 사용하는 함철 원료 및 함탄 원료의 중량 기준의 메디안 직경 d50의 가중 평균값을 의미한다. 원료 입도를 작게 함으로써, 기공률을 감소시킬 수 있다. 그러나, 원료 입도가 지나치게 작으면, 분화율(폭렬성)이 높아지고, 제조 시의 부착 등의 문제도 발생한다. 이로 인해, 중량 기준의 메디안 직경 d50의 가중 평균값을 10 내지 50㎛의 범위로 조정하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 있어서, 미분 코크스란, 중량 기준의 메디안 직경 d50의 값이 100㎛ 이하의 미분상의 코크스를 의미한다. 함탄 원료로서의 미분 코크스량을 많게 하면, 기공률을 증가시킬 수 있다. 그러나, 미분 코크스량이 지나치게 적으면, 분화율(폭렬성)이 높아진다고 하는 문제도 발생한다. 이로 인해, 미분 코크스량을 10 내지 30％의 범위로 조정하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 있어서, 고결정수 광석이란, 로브 리버, 얀디쿠지나, 마라맘바 등의 결정수를 5％ 이상 함유하는 광석을 의미한다. 고결정수 광석량을 많게 함으로써, 비소성 함탄 괴성광의 기공률을 증가시킬 수 있다. 그러나, 고결정수 광석량이 지나치게 많으면, 분화율(폭렬성)이 높아진다. 이로 인해, 고결정수 광석의 배합량을 5 내지 20％의 범위로 조정하는 것이 바람직하다.

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. 바인더 배합량(첨가량)은, 다른 배합 조건 등을 감안하여 적절하게 정할 수 있다. 바인더 배합량이 지나치게 적으면, 비소성 함탄 괴성광의 냉간 압연 강도를 충분히 유지하는 것이 곤란해진다. 또한, 바인더 배합량이 지나치게 많으면, 비소성 함탄 괴성광의 슬래그량이 증대되어, 노 하부의 통기성이 불안정화된다. 이로 인해, 안정적으로 환원재비를 저감하는 효과가 얻어지지 않는다. 상기의 관점에서, 특히 바람직한 바인더 배합량의 범위는 5 내지 19질량％이다.

성형체의 형성 공정에서는, 원료 호퍼로부터 잘라내어진 함철 원료 및 함탄 원료를, 시멘트 등의 바인더와 함께, 습식 볼밀이나 뢰디게 믹서 등에 투입되고, 혼합된다. 그리고, 가수된 후에 혼련된다. 충분히 혼련되어 얻어진 원료의 혼련물은, 팬 펠레타이저나 브리켓 머신 등으로 성형된다. 계속해서, 성형체의 양생 공정에서는, 1차 양생 야드에 의해, 핸들링에 필요한 강도가 발현될 때까지, 성형체를 수일간, 햇빛에서 양생한다. 그 후, 2차 양생 야드에 의해, 성형체를 햇볕에서 양생시켜, 시멘트 등의 바인더에 의한 강도 발현을 충분히 도모한다. 이상에 의해 고로용의 비소성 함탄 괴성광은 제조된다. 그리고, 고로에 공급되어 사용된다.

본 실시 형태에 있어서, 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T. C)을 18 내지 25질량％, 기공률을 20 내지 30％로 하기 위해서는, 제조 프로세스(펠릿, 브리켓), 배합 조건(원료 수분, 원료 입도, 미분 코크스량, 고결정수 광석 배합량, 바인더 배합량)을 조정함으로써 행할 수 있다. 특히, 원료 수분, 원료 입도, 미분 코크스량, 고결정수 광석 배합량, 바인더 배합량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 배합 조건을 조정함으로써 행할 수 있다.

일반적으로 펠릿 성형의 쪽이, 브리켓 성형에 비해 다공질로 되지만, 원료 조건에 맞춰서 어느 쪽을 선택해도 상관없다.

상술한 바와 같이, 시멘트 배합량(바인더 배합량)이 많을수록, 치밀한 비소성 함탄 괴성광으로 된다. 원료 수분, 미분 카본량(미분 코크스량), 고결정수 광석의 배합량은, 모두 많은 쪽이 기공률은 증가한다. 그러나, 성형 수율, 제조 시의 부착, 제품 성분도 고려하여 적절하게 조정하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태의 비소성 함탄 괴성광 중의 탄소는, 비소성 함탄 괴성광 중의 산화철을 환원하지만, 잉여분의 탄소는, 또한 고로 내의 주위의 철광석도 환원한다. 이로 인해, 환원율을 향상시킬 수 있다(도 7, 도 8).

고로의 연속 조업에서는, CO 가스(환원 가스)가 고로의 하층으로부터 상층으로 상승하면서, 철광석을 환원한다. 그러나, 환원재로서 코크스만을 사용하여 고로를 조업한 경우, 광석층의 상층부에서는 환원 가스의 환원력이 약해져, 충분히 광석의 환원이 진행되지 않는 경우가 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. 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(도 7).

또한, 고로 전체에서의 환원 효율을 대폭으로 향상시킬 수 있기 때문에, 송풍구로부터 취입되는 미분탄도 포함시킨 고로의 조업에 관한 환원재비를 저감할 수 있다. 환원재비를 저감할 수 있기 때문에, 제철 공정에서 발생하는 CO₂양도 저감할 수 있어, 환경 부하를 저감할 수 있다.

실시예

이하에, 구체적인 실시예에 기초하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 이것은, 실시 형태이며, 본 발명은, 이에 의해 한정되는 것이 아닌 것은 물론이다.

[제1 실시예]

(비소성 함탄 괴성광의 제조)

함철 원료, 함탄 원료, 바인더를 사용하여, 표 1에 나타내어지는 바와 같이 원료의 배합량, 입도 및 수분량을 조정하면서, 혼합, 가수, 혼련, 성형(조립), 양생을 행하여 비소성 함탄 괴성광을 제조하였다.

얻어진 비소성 함탄 괴성광에 대해서, 수(水)치환시켜 겉보기 비중을 측정하는 수법(水法)(JIS K2151 준거)에 의해 기공률을 측정하였다.

표 1에는, 구체적으로 사용한 함철 원료의 종류, 함탄 원료의 종류, 원료 수분량, 원료 입도(평균값), 결정수 광석의 종류와 배합량, 바인더의 종류 및 배합량, 얻어진 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량과 기공률을 나타내고 있다.

표 1에 나타내어진 바와 같이, 원료 수분, 원료 입도, 고결정수 광석 배합량 및 바인더량을 실시 형태에 기재된 수치 범위로 조정함으로써, 본 실시 형태의 비소성 함탄 괴성광을 제조할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 조립 설비는, 특별히 한정할 필요가 없으며, 원료의 혼련, 가수, 조립, 성품체의 기능을 갖는 것이면 좋고, 혼련기, 조립기 등은 특별히 한정되는 것은 아니다.

[제2 실시예]

(기공률의 영향)

기공률이 다른 비소성 함탄 괴성광을 준비하여, 노 내에서의 비소성 함탄 괴성광의 분화 현상에 미치는 기공률의 영향을 조사하였다.

제1 실시예와 마찬가지의 함철 원료와 함탄 원료를 분쇄하고, 시멘트(바인더)와 함께 혼합, 혼련하고, 혼련물을 성형하였다. 얻어진 성형체를 소정의 기간 양생하여, 탄소 함유량(T. C) 15, 25질량％의 비소성 함탄 괴성광을 제조하였다.

또한, 함철 원료와 함탄 원료의 배합량은 일정한 값으로 하고, 압축 성형 시의 성형압과 시멘트량을 조정하여, 기공률이 5％, 10％, 15％, 20％, 25％, 30％, 35％, 40％의 비소성 함탄 괴성광을 제작하였다. 또한, 시멘트 배합량의 변화에 따라서 함탄 원료의 품목을 미세 조정하여 탄소 함유량(T. C)이 15질량％ 또는 25질량％로 일정해지도록 하였다.

분화성(환원 분화성)은, 환원 분화 시험(JIS M8720)을 적용하여, 이하의 방법에 의해 평가하였다. 시료 500g을 N₂ 중에서 승온하고, 550℃에서, CO가 30％ 함유되는 환원 가스 중에서 소정 시간 유지하였다. 이때, 550℃에서의 환원 시간을 1분, 10분, 30분, 60분으로 하여, 측정용 시료를 제작하였다. 그리고, 회전 시험기에 의해 900 회전의 회전 충격을 측정용 시료에 부여하였다. 회전 충격을 부여한 후의 측정용 시료의 2.8㎜ 이하의 입자의 비율[분화율(-2.8㎜％)]을 측정하고, 이 분화율(-2.8㎜％)에 의해, 환원 분화성을 평가하였다. 탄소 함유량(T. C)이 25 중량％의 비소성 함탄 괴성광의 결과를 표 2 및 도 1에 나타내었다. 또한, 본 명세서에서는, 이 환원 분화 시험을 적용하여 측정된 분화율(-2.8㎜％)을 환원 분화율이라고도 한다.

또한, 비소성 괴성광의 최대의 약점인 고로 내에서의 폭렬성에 대해서도 평가를 행하였다.

폭렬성은, 철광석의 열 균열 시험법(ISO 8371 : Iron ores-Determination of description index)을 참조하고, 이하의 방법에 의해 측정하였다. 시료 500g을 N₂ 중에서 최고 온도 700℃까지 급속 가열하였다. 이때, 가열 속도(승온 속도)의 영향을 검토하기 위해, 가열 속도를 5℃/분, 50℃/분, 500℃/분, 1000℃/분으로 하여, 측정용 시료를 제작하였다. 그리고, 측정용 시료의 6.3㎜ 이하의 입자의 비율[분화율(-6.3㎜％)]을 측정하고, 이 분화율(-6.3㎜％)을 폭렬성으로서 평가하였다. 탄소 함유량(T. C)이 15 중량％의 비소성 함탄 괴성광의 결과를 표 3 및 도 2에 나타내었다.

또한, 일반적으로는 함유 수분, 결정수(철광석 유래와 시멘트 유래)의 증발과 가스화에 의한 가스 발생이 원인으로 일어나는 분화 현상을 폭렬이라고 부른다. 또한, 환원에 수반하는 공극의 발생 혹은 체적 팽창이나 내부 응력이 원인으로 일어나는 분화 현상을 환원 분화라고 부른다. 본 명세서에서는, 그 원인에 관계없이 노 내의 분화량에 대한 조건의 규정을 목적으로 하므로, 이하에 있어서는, 「분화」와 통일시켜 사용하는 경우가 있다.

도 1을 참조하면, 기공률의 증가와 함께, 분화율은 저하하는 경향을 나타내지만, 환원 시간의 영향이 큰 것을 알 수 있다. 환원 분화는, 헤마타이트로부터 마그네타이트의 환원 시의 체적 팽창과 내부 응력에 의해 야기되고, 550℃ 부근에 있어서 가장 격렬하게 분화한다. 이로 인해, 환원 분화는 550℃ 부근의 체류 시간에 좌우되는 것이 알려져 있다. 즉, 550℃ 이상의 환원에서는, 분화는 오히려 작아진다. 이 점으로부터, 550℃의 체류 시간이 기공률과 함께 환원 분화에 영향을 준다. 회전 노상식 환원로는, 승온 속도가 1000℃/분으로 높고, 550℃의 체류 시간은 약 1분 정도이며, 어느 쪽의 기공률에서도 환원 분화는 작다. 이에 대해, 고로에서의 550℃의 체류 시간은 10분(중심부) 내지 60분(주변부)이고, 환원 분화율이 높아진다고 하는 문제가 있다.

[제3 실시예]

(환원 분화율의 허용 범위)

일반적으로 실제 노의 고로에 있어서, 안정적인 조업을 행하기 위해서는, 상부 K값을 0.4 이하로 할 필요가 있다. 이 상부 K값의 상한값으로부터, 비소성 함탄 괴성광의 환원 분화율의 허용 범위에 대해서 검토하였다.

탄소 함유량(T. C)이 25질량％로 되도록 원료의 배합량을 조정하고, 제2 실시예의 방법과 마찬가지로 하여, 기공률이 다른 비소성 함탄 괴성광을 제작하였다.

제2 실시예의 환원 분화성의 평가 방법과 마찬가지로 하여, 분화율(-2.8㎜％)을 측정하였다.

또한, 고로 사용 시의 샤프트부 통기성을 평가하기 위해, 이하의 방법에 의해 상부 K값을 측정하였다. 내용적 4500㎥의 고로에서, 기공률(즉 분화율)이 다른 다양한 비소성 함탄 괴성광을 사용하여 단기 시험을 실시하였다. 전체 철계 장입물의 10 중량％의 양의 비소성 함탄 괴성광을 광석층으로 혼합 장입하였다. 고로의 베이스 조건의 조업 제원은, 환원재비 480㎏/tp, 광석과 코크스의 중량 비율이 5.0이었다. 노벽에 설치된 압력 프로브의 측정값으로부터, 샤프트 상부에서의 통기 저항값(상부 K값)을 산출하였다. 얻어진 결과를 표 4 및 도 3에 나타낸다.

도 3은, 비소성 함탄 괴성광의 분화율과 상부 K값의 관계를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 실제 노의 고로에서 안정적인 조업을 행하기 위해서는, 상부 K값을 0.4 이하로 할 필요가 있다. 도 3에 도시된 비소성 함탄 괴성광의 분화율(환원 분화율)과 상부 K값의 관계로부터, 탄소 함유량이 25 중량％의 비소성 함탄 괴성광에서는, 분화율(환원 분화율)이 40％ 초과로 되면, 상부 K값이 0.4 초과로 상승되어, 안정적인 조업이 곤란해지는 것을 알 수 있다. 따라서, 탄소 함유량이 25 중량％의 비소성 함탄 괴성광에서는, 분화율(환원 분화율)을 40％ 이하로 저하시키는 것이 중요하다.

도 1을 참조하면, 기공률 20％ 이상에서는, 분화율이 비교적 낮은 값이다. 이에 대해, 20％를 경계로 하여, 기공률이 20％ 미만으로 되면, 환원 분화율이 급증하고 있다. 특히, 환원 시간이 30분 이상의 경우에, 이 경향이 현저하다. 반대로, 기공률을 20％ 이상으로 하면, 환원 시간이 60분이어도, 분화율(환원 분화율)을 40％ 이하로 억제할 수 있다. 기공률이 증대되면, 비소성 함탄 괴성광의 체적 팽창에 기인하는 내부 응력이 기공에 의해 분산되어, 환원 분화가 억제되기 때문이라고 생각된다. 따라서, 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 분화(환원 분화)의 문제를 해소하기 위해서는, 환원 시간을 가능한 한 짧게 하는 동시에, 기공률을 20％ 이상으로 해야 하는 것을 알 수 있다.

도 2를 참조하면, 기공률의 상승과 함께, 분화(폭렬성)는 저하되는 경향이 있지만, 승온 속도의 영향이 현저하다. 이것은, 승온 속도가 급할수록, 시간당의 시료 내부에서의 수증기 발생량과 배출량의 밸런스가 취해지지 않게 되어, 내부 압력이 증가되기 때문이라고 생각된다. 회전 노상식 환원로는, 승온 속도가 1000℃/분으로 높아, 비소성 함탄 괴성광은 폭열하기 쉽다. 한편, 고로의 승온 속도는 5℃/분(주변부) 내지 50℃/분(중심부)이다. 이로 인해, 도 2를 참조하면, 탄소 함유량이 15질량％의 비소성 함탄 괴성광을 고로에서 사용하는 경우, 분화(폭렬성)의 문제는 발생하지 않는다고 생각해도 된다.

[제4 실시예]

(탄소 함유량의 영향)

다음에 비소성 함탄 괴성광의 탄소 함유량(T. C)의 영향을 검토하였다.

탄소 함유량(T. C) 및 기공률이 다른 비소성 함탄 괴성광을 준비하여, 분화(폭렬성)에 미치는 탄소 함유량(T. C)의 영향을 조사하였다.

함철 원료와 함탄 원료의 배합량, 압축 성형 시의 성형압 및 시멘트량을 조정하는 것 이외에는, 제2 실시예의 방법과 마찬가지로 하여, 탄소 함유량(T. C)이 15질량％, 18질량％, 25질량％, 30질량％이며, 기공률이 10％, 20％, 30％, 40％의 비소성 함탄 괴성광을 제작하였다.

가열 속도(승온 속도)를 50℃/분으로 하는 것 이외에는, 제2 실시예의 폭렬성의 평가 방법과 마찬가지로 하여, 분화율(-6.3㎜％)을 측정하여 폭렬성을 평가하였다. 또한, 가열 속도의 50℃/분은, 고로 내에 있어서 가장 엄격한 승온 조건이다. 얻어진 결과를 표 5 및 도 4에 나타낸다.

도 4에 도시된 바와 같이, 비소성 함탄 괴성광 중의 탄소 함유량(T. C)의 증가에 수반하여, 폭렬에 의한 분화가 증가되고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 탄소 함유량(T. C)의 증가에 수반하여, 비소성 함탄 괴성광의 기질 강도가 저하되어, 내부 발생 가스 압력에의 내력이 저하되었기 때문이라고 생각된다. 이로 인해, 본 실시 형태와 같이, 탄소 함유량(T. C)이 18질량％ 이상인 경우, 폭렬성을 고려할 필요가 있다.

[제5 실시예]

(폭렬성의 허용 범위)

전술한 바와 같이, 실제 노의 고로에 있어서, 안정적인 조업을 행하기 위해서는, 상부 K값을 0.4 이하로 할 필요가 있다. 이 상부 K값의 상한값으로부터, 비소성 함탄 괴성광의 폭렬성의 허용 범위에 대해서 검토하였다.

함철 원료와 함탄 원료의 배합량, 압축 성형 시의 성형압 및 시멘트량을 조정하는 것 이외에는, 제2 실시예의 방법과 마찬가지로 하여, 탄소 함유량(T. C)이 20질량％이고, 기공률이 다양한 값인 비소성 함탄 괴성광을 제작하였다.

가열 속도(승온 속도)를 50℃/분으로 하는 것 이외에는, 제2 실시예의 폭렬성의 평가 방법과 마찬가지로 하여, 분화율(-6.3㎜％)을 측정하여 폭렬성을 평가하였다.

비소성 함탄 괴성광을 전체 철계 장입물에 대하여 10질량％의 양으로 사용하여, 제3 실시예와 마찬가지로 하여 상부 K값을 측정하였다. 얻어진 결과를 표 6 및 도 5에 나타낸다.

도 5는, 탄소 함유량(T. C)이 20질량％의 비소성 함탄 괴성광의 폭렬성과 상부 K값의 관계를 나타낸다. 이 도 5로부터, 고로에서 비소성 함탄 괴성광을 전체 철계 장입물에 대하여 10질량％의 양으로 사용한 경우에, 비소성 함탄 괴성광의 폭렬성이 고로의 통기성에 미치는 영향을 조사하였다.

도 5에 도시된 고로 사용 시의 비소성 함탄 괴성광의 폭렬성과 상부 K값의 관계로부터, 폭렬성이 30％ 초과로 되면, 상부 K값이 0.4 초과로 상승되어, 안정적인 조업이 곤란해지는 것을 알 수 있다. 따라서, 폭렬성을 30％ 이하로 저하시키는 것이 중요하다.

제2 실시예, 제3 실시예에 있어서, 도 2로부터, 기공률이 클수록, 폭렬성은 작아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 1로부터, 기공률을 20％ 이상으로 할 필요가 있는 것도 알 수 있었다. 도 4를 참조하면, 기공률 20％ 이상의 비소성 함탄 괴성광에서는, 탄소 함유량(T. C)이 25질량％ 이하일 때, 폭렬성이 30％ 이하로 되는 것을 알 수 있다. 이로 인해, 탄소 함유량(T. C)을 25질량％ 이하로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다.

[제6 실시예]

(냉간 압궤 강도, BIS로에 있어의 1000℃ 환원율 및 환원재비)

함철 원료와 함탄 원료의 배합량, 압축 성형 시의 성형압 및 시멘트량을 조정하는 것 이외에는, 제2 실시예의 방법과 마찬가지로 하여, 탄소 함유량(T. C)이 15질량％, 18질량％, 25질량％, 26질량％이고, 기공률이 5％, 10％, 15％, 20％, 25％, 30％, 35％, 40％의 비소성 함탄 괴성광을 제작하였다.

고로용의 장입 원료에는, 고로에 장입할 때까지의 이송이나 정립 등의 핸들링에 견디기 위한 강도가 요구된다. 이와 같은 강도의 지표로서, 본 실시예에서는, 비소성 함탄 괴성광의 냉간 압궤 강도를 측정하였다.

냉간 압궤 강도는, JIS M8718 「철광석 펠릿 압궤 강도 시험 방법」에 따라서, 이하와 같이 측정하였다. 시료 1개에 대하여, 규정된 가압반 속도로 압축 하중을 가하여, 시료가 파괴되었을 때의 하중값을 측정하고, 시료 100개의 평균값을 냉간 압궤 강도로서 평가하였다. 얻어진 결과를 표 7 및 도 6에 나타낸다.

도 6은, 비소성 함탄 괴성광의 기공률과 냉간 압궤 강도의 관계를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 본 실시 형태의 탄소 함유량의 범위 내(18질량％, 25질량％)에서는, 냉간 압궤 강도는 탄소 함유량에 의존하지 않고, 거의 기공률의 차이에 따라 결정되는 것을 알 수 있다. 어느 쪽의 탄소 함유량의 함탄 괴성광에서도, 기공률 30％ 이상에서는, 고로에서 사용되기 위해 필요한 냉간 압궤 강도의 하한이라고 하는 100㎏/㎠를 유지하는 것이 곤란하였다. 따라서, 냉간 압궤 강도의 관점에서는, 기공률을 30％ 이하로 해야만 한다.

또한, 탄소 함유량이 26질량％(본 실시 형태에서 규정된 범위의 상한값 25질량％를 초과함)의 비소성 함탄 괴성광에서는, 기공률이 20％ 이상에 있어서, 냉간 압궤 강도가 100㎏/㎠(고로 사용의 하한값)를 하회한다. 이로 인해, 탄소 함유량은 25질량％ 이하로 해야만 한다. 배합되는 코크스량이 과도하게 많아지면, 코크스 중의 개(開)기공 내에 침투하는 바인더량이 증대된다. 따라서, 탄소 함유량이 25질량％ 초과에서는, 효율적으로 바인더에 의해 강도를 발현하는 것이 곤란해진다고 생각된다.

다음에, 얻어진 비소성 함탄 괴성광에 대해서, 고로 사용 시의 특성 평가법(BIS로 : 철과 강, 72(1986)1529 참조)에 따라서, 이하와 같이 BIS로 환원재비 및 1000℃ 환원율을 측정하였다.

전체 철계 장입물의 10 중량％의 양의 비소성 함탄 괴성광을 광석층으로 균일 혼합하고, 코크스층과 층 형상으로 되도록 BIS로에 장입하였다. 또한, BIS로는, 고로 샤프트부의 향류 반응을 모의하기 위한 시험 장치이며, 소결광과 코크스가 층 형상으로 장입되는 반응관과, 상하 이동식의 전기로로 구성된다. 장입량은, 산화철과 탄소의 중량 비율이 5.0으로 되도록 조제하였다. 그리고, 환원재비가 480㎏/tp이며, 미분탄 취입비가 150㎏/tp의 조업에 상당하는 보쉬 가스량과 조성의 가스를 BIS로에 공급하여, 광석의 환원을 행하였다.

BIS로의 샤프트 효율과 열 보존대 온도를 측정하고, 이들 측정값으로부터 열 물질 수지를 산출하였다. 열 물질 수지로부터 BIS로의 환원재비를 구하였다.

또한, BIS로에 의한 광석의 환원을 종료한 후에, 1000℃ 위치의 소결광과 비소성 함탄 괴성광을 채취하였다. 그리고 채취한 소결광과 비소성 함탄 괴성광의 화학 분석을 행하고, 분석값으로부터 1000℃ 환원율을 구하였다. 여기서, 1000℃ 환원율은, 장입된 비소성 함탄 괴성광을 포함하는 전체 철계 장입물의 환원 특성을 의미한다.

얻어진 결과를 표 8, 표 9 및 도 7, 도 8에 나타낸다.

도 7, 도 8은, 각각 전체 철계 장입물의 10 중량％의 양의 비소성 함탄 괴성광을 광석층으로 균일 혼합하였을 때의 BIS로에 있어서의 환원재비 및 1000℃ 환원율을 나타낸다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 탄소 함유량이 높을수록, 1000℃ 환원율은 높아지고, 환원재비는 저하되는 것을 알 수 있다. 탄소 함유량 15％에서는, 현저하게 1000℃ 환원율이 저하되어 있어, 고로 조업의 효율이 저하된다. 이로 인해, 탄소 함유량(T. C)의 하한값을 18％로 한다.

또한, 기공률이 증대되는 동시에, 1000℃ 환원율은 향상하고 있다. 탄소 함유량(T. C)이 18질량％의 비소성 함탄 괴성광이어도, 기공률이 20％일 때, 환원율은 75％에 도달하고, 환원재비는 470㎏/tp 이하에 도달하였다. 그러나, 기공률이 20％ 미만에서는, 1000℃ 환원율을 향상시켜 환원재비를 저감하는 효과는 한정되고, 비소성 함탄 괴성광이 없는 조건과 거의 동일하게 되었다. 또한, 기공률이 30％를 초과하면, 1000℃ 환원율을 향상시켜 환원재비를 저감하는 효과는 포화하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 탄소 함유량(T. C)이 18질량％, 25질량％의 함탄 괴성광에 대해서는, 기공률을 20％ 이상, 30％ 이하로 하면 되는 것을 알 수 있다.

이상의 결과로부터, 고로 조업에 있어서의 분화율, 폭렬성, 냉간 압궤 강도, 환원율 및 환원재비의 효과를 가장 효율적으로 발휘하기 위해서는, 탄소 함유량(T. C) 18 내지 25질량, 또한 기공률 20 내지 30％의 비소성 함탄 괴성광을 사용하면 되는 것을 알 수 있다.

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 미소하고, 대부분 변화되는 일은 없다고 생각해도 된다. 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.

본 발명의 일 형태에 관한 비소성 함탄 괴성광은, 고로에서 사용할 때에 비소성 함탄 괴성광뿐만 아니라, 소결광 등의 주요한 고로용의 철 함유 원료의 피환원율을 향상시키기 위해 충분한 탄소 함유량을 갖는다. 또한 고로용 원료로서 요구되는 냉간 압궤 강도 100㎏/㎠ 이상을 유지하는 동시에, 종래에 비해, 환원 온도 영역에서의 열간 강도가 우수하다. 이로 인해, 고로 조업 시의 환원재비(코크스비)를 대폭으로 저감할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 형태에 관한 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법에서는, 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 발명 일 형태는, 고로에서 사용되는 함탄 괴성광에 관한 기술 분야에 적절하게 적용할 수 있다.

Claims

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 기공률이 20 내지 30％인 것을 특징으로 하는, 고로용의 비소성 함탄 괴성광.
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％이고, 또한 기공률이 20 내지 30％로 되도록, 상기 성형체의 형성 공정에 있어서, 원료 수분, 원료 입도, 미분 코크스량, 고결정수 광석 배합량, 바인더 배합량으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2 이상의 배합 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는, 고로용의 비소성 함탄 괴성광의 제조 방법.