KR20130080844A

KR20130080844A - 환원철의 제조 방법

Info

Publication number: KR20130080844A
Application number: KR1020137009208A
Authority: KR
Inventors: 유키히로 우에스기; 나오후미 데라모토; 유우키 구와우치
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-07-15
Also published as: JP5423645B2; JP2012082493A; CN103154276A; WO2012049974A1; BR112013008360A2

Abstract

본 발명의 환원철의 제조 방법은, 모두 가루 상태인 산화철 원료 및 환원재를 포함하는 혼합물에 대하여 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분을 첨가해서 혼련하는 혼련 공정과; 이 혼련 공정 후의 상기 혼합물을 괴성화해서 괴성화물로 하는 조립 공정과; 이 조립 공정 후의 상기 괴성화물을 환원해서 환원철을 생성하는 환원 공정을 갖는다.

Description

환원철의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCTION OF REDUCED IRON}

본 발명은 환원철의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2010년 10월 14일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-231512호에 기초해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

제철이나 제강 과정에 있어서 용광로나 전로, 전기로, 용해로 등에서 발생하는, 철분이 주성분인 더스트를 원료로서 재이용하는 것이 행해지고 있다.

상기 더스트와 같은 고형 함철 냉재를 원료로 이용하기 위하여, 수집된 고형 함철 냉재인 산화철 원료에 대하여 환원재를 혼합한 후에 혼련하고, 그 후에 괴성화 처리를 거쳐서 괴성화물로 하고, 또한 그 후에 이 괴성화물을 환원함으로써 환원철을 제조하는 것이 행해지고 있다(예를 들어, 이하의 특허문헌 1을 참조.) .

일본 특허 공개 2009-97065호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1에 기재되어 있는 것과 같은 환원철의 제조 방법에 있어서는, 괴성화 처리를 실시하는 조립 공정 시에, 원료의 혼합물이 전부 괴성화되지 않고 분체가 잔류하는 경우가 있어, 가일층의 조립성의 향상을 도모할 때의 과제가 되고 있었다.

본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명이 목적으로 하는 점은, 환원철의 원료가 되는 혼합물을 괴성화할 때 조립성을 더욱 향상시키는 것이 가능한, 환원철의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 형태를 채용하였다.

(1) 즉, 본 발명의 일 형태에 관한 환원철의 제조 방법은, 모두 분말 상태인 산화철 원료 및 환원재를 포함하는 혼합물에 대하여 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분을 첨가해서 혼련하는 혼련 공정과; 이 혼련 공정 후의 상기 혼합물을 괴성화해서 괴성화물로 하는 조립 공정과; 이 조립 공정 후의 상기 괴성화물을 환원해서 환원철을 생성하는 환원 공정을 갖는다. 본 발명에서 말하는 수분이란, 물이나 수증기를 포함하고 있다.

(2) 상기 (1)에 기재된 형태에 있어서의 상기 혼련 공정에서는 상기 혼합물에 대하여, 상기 수분에 가용인 바인더를 더 첨가해도 좋다.

(3) 상기 (2)의 경우, 상기 바인더를 액체 상태의 유기계 바인더 또는 분말 상태의 유기계 바인더로 해도 좋다.

(4) 상기 (3)의 경우, 상기 바인더가 상기 분말 상태의 유기계 바인더이고, 또한, 쌀, 타피오카, 호밀 및 옥수수로 이루어지는 군에서 선택되는 곡물의 전분이어도 좋다.

(5) 상기 (1)에 기재된 형태에 있어서의 상기 혼련 공정에서 상기 수분의 첨가에 의해, 상기 혼합물의 수분 함유율을 6％ 내지 9％로 해도 좋다.

(6) 상기 (1)에 기재된 형태에 있어서의 상기 혼련 공정에서 혼련되기 전에 있어서의 상기 혼합물의 입경을, 망 아래(undersize) 80％ 입경으로 70㎛ 내지 500㎛으로 해도 좋다.

(7) 상기 (1)에 기재된 형태에 있어서의 상기 혼련 공정에서 상기 수분이 첨가되기 전에 있어서의 상기 혼합물의 수분 함유율을 1％ 내지 3％로 해도 좋다.

본 발명의 상기 형태에 의하면, 산화철 원료와 환원재를 포함하는 혼합물을 조립할 때, 이 혼합물에 대하여 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분을 첨가하기 때문에, 상기 혼합물 중의 수분의 균일화를 도모하는 것이 가능하게 되고, 조립 공정에서의 조립성을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다.

도 1은 환원철의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법의 각 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 혼합물로의 수분의 침투에 필요로 하는 시간을 도시한 그래프다.
도 4는 혼합물 중에 존재하는 덩어리의 비율을 도시한 그래프다.
도 5는 옥수수 전분의 수분에 대한 용해 비율의 변화를 도시한 그래프다.
도 6은 괴성화물의 건조 후의 강도의 변화를 도시한 그래프다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 말하는 수분이란, 물이나 수증기를 포함하고 있다.

<환원철의 제조 공정에 대해서>

본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법에 대해서 설명하기에 앞서, 도 1을 참조하면서, 환원철의 제조 공정에 대해서 상세하게 설명한다. 도 1은 환원철의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.

제철소에 있어서의 각 설비로부터 수집된 제철 더스트나 철광석 등의 산화철 원료와, 석탄, 코크스, 미립 카본 등의 환원재가 미리 호퍼(11) 등에 저장되어 있다. 산화철 원료 및 환원재는 미리 설정된 배합비가 되도록 배합된 후에, 분쇄기(13)에 장입된다.

볼 밀 등의 진동 밀로 대표되는 분쇄기(13)는, 장입된 산화철 원료 및 환원재를 혼합하면서 소정의 입경이 될 때까지 분쇄한다. 분쇄 후의 산화철 원료 및 환원재의 입경은, 환원철의 제조에 사용되는 회전 노상로나 회전 가마 등의 환원로에 적합한 값에 따라, 적절히 설정하면 좋다. 분쇄 후의 산화철 원료 및 환원재로 이루어지는 혼합물은 혼련기(15)로 운반된다.

혼련기(15)는 분쇄기(13)에 의해 소정의 입경으로 분쇄된 혼합물을 받아들여서 혼련한다. 또한, 혼련기(15)는 혼합물의 혼련 시에, 환원철의 제조에 사용하는 환원로에 장입하기에 적합한 수분량이 될 때까지, 혼합물에 가수(加水)를 행하는 조습 처리를 실시하는 경우가 많다. 혼련기(15)의 일례로서, 믹스 멀러를 들 수 있지만, 이외에도 다양한 종류의 혼련기를 이용할 수 있다. 혼련기(15)에 의해 혼련된 혼합물은 성형기(17)에 반송된다.

팬 펠리타이저(접시형 조립기), 더블롤 압축기(브리켓 제조기), 압출 성형기 등인 성형기(17)는 산화철 원료 및 환원재를 포함하는 혼합물을 받아들여서 성형하고, 예를 들어 펠릿이나 브리켓과 같은 괴성화물로 한다. 여기서, 괴성화물이란, 펠릿, 브리켓, 압출 성형해서 재단한 성형품, 입도 조정된 괴상물 등의 입상물·괴상물을 말한다. 성형기(17)는 후술하는 건조·가열 환원 후, 예를 들어 열간에서 용해로(23)에 장입할 때, 노 내 상승 가스류로 비산하지 않을 크기가 되도록, 상기 혼합물을 괴성화한다. 생성된 괴성화물은 건조기(19)에 장입된다.

건조기(19)는 성형기(17)로부터의 괴성화물을 받아들여서 건조하고, 후술하는 가열 환원 공정에 적합한 수분 함유율(환언하면, 환원철의 제조에 사용하는 환원로마다 적합한 수분 함유율: 예를 들어, 1％ 이하)이 되도록 조정한다. 소정의 수분 함유율로 조정된 괴성화물은 후술하는 환원로(21)로 반송된다.

예를 들어 회전 노상로(Rotary Hearth Furnace: RHF)나 회전 가마 등과 같은 환원로(21)는 장입된 괴성화물을, LNG 버너나 COG 버너 등을 사용한 가열 분위기에서 가열 및 환원하고, 환원철로 한다. 환원로는 괴성화물을, 예를 들어 1000 내지 1300℃ 정도까지 가열함으로써 괴성화물의 환원 처리를 행하여, 환원철을 제조한다. 제조된 환원철은 용해로(23)에 반송된다.

용해로(23)는, 예를 들어 고온 펠릿 등의 상태로 환원로(21)로부터 공급되는 환원철을 용해하여, 용선으로 한다. 이와 같이 하여 용해로(23)에서 생성된 용선은, 레이들 등을 사용해서 반송되고, 탈황·정련 처리가 실시된 후에, 조(粗) 용강으로서 이용된다.

<환원철의 제조 방법에 대해서>

이상의 설명을 감안하여, 이하에서는 본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법에 대해서, 상세하게 설명한다.

[본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법의 개략]

본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법은, 상술한 바와 같이 산화철 원료와 환원재를 혼합해서 성형한 괴성화물을 가열·환원 처리함으로써, 환원철을 제조한다. 본 실시 형태에 따른 산화철 원료로는, 제철 더스트(예를 들어, 함철 냉재 용해용 전로, 정련용 전로 및 더스트 용해용 전로 등에서 발생하고, 습식 집진 장치 등에서 집진된 전로 더스트나, 용광로 더스트나, 밀 스케일이나, 전기로 더스트 등), 비철 제련 더스트 및 철광석 중에서 적절히 선택할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 환원재로는, 예를 들어 분말 석탄 등의 석탄이나, 코크스나, 미립 카본 등의 탄재를 사용하는 것이 가능하다.

여기서, 본 실시 형태의 환원철의 제조 공정에 있어서, 조립기를 사용한 조립 공정 시에, 원료의 혼합물이 전부 괴성화되지 않고 분체가 잔류하는 경우가 있었다. 이러한 분체의 잔류는 조립 공정에서의 조립성을 향상시키는 것에 있어서 방해가 된다. 따라서, 본 발명자는 조립 공정에서의 조립성의 향상을 목적으로 하여 예의 검토를 행한 결과, 조립 공정 시에 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 온도의 수분을 원료의 혼합물에 첨가함으로써, 조립 공정에서의 조립성을 향상시키는 것이 가능한 점에 상도하였다.

이하에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명자에 의해 검토한 결과, 조립 공정에 있어서 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분을 이용함으로써, 표면 장력이 낮아지고, 친수성이 증가하여, 분자의 운동이 활발해져서, 분자간의 척력이 되어 산화철 원료 및 환원재를 포함하는 혼합물에 대한 수분의 침투성을 향상시키는 것이 가능하게 되고, 혼합물로의 수분의 확산 효율을 비약적으로 향상시키는 것이 가능하게 되는 것이 명확해졌다. 이러한 확산 효율의 향상에 의해, 산화철 원료 및 환원재를 포함하는 혼합물 중에 존재하는 수분의 분포를 종래보다도 균일화하는 것이 가능하게 되고, 조립 시에 있어서의 조립성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명자에 의한 검토의 결과, 조립 공정 시에 있어서 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 온도의 수분을 이용함으로써, 조립성의 향상뿐만 아니라, 제조되는 괴성화물의 강도를 종래보다도 향상시키는 것이 가능한 것도 판명되었다. 앞서 설명한 바와 같은 환원철의 제조 방법에 있어서는, 괴성화물의 강도를 향상시키기 위해서, 산화물 원료 및 환원재로 이루어진 혼합물에 대하여, 각종 바인더를 첨가하는 것이 행해져 왔다. 그러나, 본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법과 같이, 조립 공정에 있어서 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 온도의 수분을 혼합물에 첨가함으로써, 혼합물로의 수분의 확산 효율이 비약적으로 향상됨으로써, 보다 깊은 곳까지 수분이 순간적으로 침투하므로, 첨가하는 바인더의 양을 증가시키는 일 없이, 제조되는 괴성화물의 강도를 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 조립 공정에 있어서 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분을 첨가하는 것 외에, 혼합물에 대하여 추가로 바인더를 첨가함으로써, 제조되는 괴성화물의 강도를 한층 더 향상시키는 것이 가능하게 된다.

[본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법의 흐름]

이하에서는, 상술한 바와 같은 지식에 기초하는 본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법의 흐름의 일례를, 도 2를 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.

본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법에서는, 우선 제철 프로세스에서 발생하는 제철 더스트 및 철광석으로 이루어지는 군에서 선택되는 산화철 원료가, 환원재와 혼합되어(스텝 S101), 호퍼(11)로부터 분쇄기(13)에 장입된다. 상기 환원재로서 사용되는 분말 석탄으로서, 예를 들어 망 아래 80％ 입경이 5㎜ 내지 10㎜ 정도이고, 수분 함유율이 8 내지 12％ 정도인 것을 사용할 수 있다. 또한, 산화철 원료와 환원재의 배합 비율은, 후술하는 환원 공정에서 양호한 환원철을 얻기 위해서 적합한 조건을 고려해서 조정되지만, 산화철 원료와 환원재의 질량비를, 예를 들어 90:10 정도로 하는 것이 가능하다. 이 혼합물은, 분쇄기에 장입되는 시점에서, 예를 들어 4㎜ 정도의 입경을 갖고 있다.

산화철 원료와 환원재의 혼합물은, 계속해서 분쇄기(13)에 의해, 예를 들어 70㎛ 내지 500㎛의 입경(사하 80％ 입경)이 될 때까지, 바람직하게는 150㎛ 내지 300㎛의 입경이 될 때까지 분쇄된다(스텝 S103). 혼합물의 입경을, 70㎛ 내지 500㎛로 함으로써 금속화율의 편차가 작은(예를 들어, 6％ 정도 이하) 고금속화율의 환원철을 제조하는 것이 가능하게 되고, 입경의 하한값을 70㎛로 함으로써 환원 공정에서의 괴성화물의 폭렬을 억제할 수 있게 된다. 또한, 혼합물의 입경을 150㎛ 내지 300㎛로 함으로써 금속화율의 편차가 매우 작은(예를 들어, 3％ 정도 이하) 고금속화율의 환원철을 제조할 수 있고, 입경의 하한값을 150㎛로 함으로써 환원 공정에서의 괴성화물의 폭렬을 피할 수 있다.

또한, 이 분쇄 공정(스텝 S103)에 있어서, 산화철 원료 및 환원재로 이루어지는 혼합물의 수분 함유율을, 약 1％ 내지 3％ 정도로 조정하는 것이 바람직하다. 이러한 수분 함유율로 함으로써, 후술하는 혼련 공정에 있어서, 양호한 혼련성을 유지하는 것이 가능하게 된다.

혼합물을 분쇄하는 분쇄기로서, 예를 들어 볼 밀이나 로드 밀 등의 진동 밀을 사용하는 것이 가능하다. 볼 밀 등의 진동 밀의 출측에서, 혼합물의 입경을 상술한 범위로 하고, 혼합물의 수분 함유율을 약 1％ 내지 3％로 하기 위해서는, 분쇄에 사용하는 볼 밀 등의 처리 속도를 적절히 설정하면 좋다. 예를 들어, 우선, 진동 밀(볼 밀)의 출측에서의 입경의 목표값과, 진동 밀의 입측에서의 입경으로부터 분쇄비를 산출한다. 그리고, 산출한 분쇄비와, 특허문헌 1에 기재되어 있는 것과 같은, 진동 밀의 출구측에서의 수분 함유율의 목표값에서의 진동 밀의 분쇄 능력 이론 곡선을 이용함으로써, 진동 밀의 처리 속도를 결정하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서의 환원철의 제조 방법에 있어서는, 혼합 전에 산화철 원료를 건조함으로써, 분쇄기 장입 시에 있어서의 혼합물의 수분 함유율을, 진동 밀이 적정한 분쇄성을 나타내는 값으로 유지하는 것이 가능하게 되고, 분쇄시의 진동 밀의 제어를 끊임없이 변경할 필요가 없어진다. 또한, 산화철 원료의 수분 함유율이, 여러 가지 요인에 의해 오르내렸다고 하더라도, 혼합 전의 건조시에 건조기(12)의 설정을 적절하게 제어함으로써, 진동 밀의 분쇄성을 적합한 값으로 유지하는 것이 가능하게 된다.

혼합물의 분쇄가 종료되면, 분쇄된 혼합물은 믹스 멀러 등의 혼련기(15)에 장입되어서, 수분 함유율이 혼련에 적정한 값(예를 들어, 6 내지 9％ 정도)이 되도록 가수된 후에 혼련된다(스텝 S105). 또한, 혼합물을 혼련할 때 제조되는 괴성화물 강도의 향상을 도모하기 위해서, 혼합물에 대하여 소정의 바인더를 첨가해도 좋다.

여기서, 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법에서는, 혼합물의 수분 함유율을 조정하기 위해서, 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 온도를 갖는 수분을 이용한다. 이러한 수분을 이용함으로써, 혼합물에 대한 수분의 침투성을 향상시키는 것이 가능하게 되고, 혼합물로의 수분의 확산 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 그 결과, 혼합물 중에 존재하는 수분을 더욱 균일화하는 것이 가능해지고, 조립 시에 있어서의 조립성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법으로는, 수분 함유율을 조정하기 위한 가습 처리에 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분을 이용함으로써, 조립성의 향상뿐만 아니라, 제조되는 괴성화물의 강도를 비약적으로 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법에 따르면, 첨가하는 바인더의 양을 증가시키지 않고, 제조되는 괴성화물 강도의 증강을 도모하는 것이 가능하게 된다.

혼련 공정에서 사용되는 바인더는 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분에 가용인 것이라면, 임의의 것을 사용할 수 있다. 이러한 바인더로서, 액체 상태의 유기계 바인더나, 분말 상태의 유기계 바인더를 들 수 있다. 액체 상태의 유기계 바인더의 예로는, 당밀이나 리그닌 등이 있다. 또한, 분말 상태의 유기계 바인더의 예로는 쌀, 타피오카, 호밀, 옥수수 등의 곡물의 전분 등이 있다. 이것들의 유기계 바인더 중, 혼련 공정에 있어서의 필요 수분과 바인더 첨가를 슬러리 첨가한 경우, 점성 첨가가 되어, 혼련 공정에서 잘 혼합되지 않으므로, 액체 상태보다는 분말 상태인 편이 좋다. 유기계는 환원시에 기화하고, 환원 향상에도 기여하므로, 특히, 분말 상태의 유기계 바인더를 이용하는 것이 바람직하다.

60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분에 가용인 바인더를 이용함으로써, 바인더 자체의 수분에 대한 용해성이 향상되게 되고, 그 결과, 바인더의 분산 효율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 바인더 자체가 혼합물 전체에 널리 퍼지게 되어, 제조되는 괴성화물의 강도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 유기계 바인더 외에, 또한 시멘트, 벤토나이트, 플라이애시 등의 무기계 바인더를 더욱 첨가해도 좋다.

또한, 혼합물에 첨가되는 바인더의 양에 대해서, 첨가하면 할수록 제조되는 괴성화물의 강도 증강을 도모하는 것이 가능한데, 제조 비용 등의 관점에서, 혼련되는 혼합물의 전체 질량에 대하여, 건조시에 있어 2％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

혼련기(15)에 의한 혼련이 종료되면, 혼합물은 팬 펠리타이저(접시형 조립기), 더블롤 압축기(브리켓 제조기), 압출 성형기 등의 성형기(17)에 장입되어서 조립되어(스텝 S107), 괴성화물이 된다.

생성된 괴성화물은 건조기(19)에 의해 건조 처리되고, 예를 들어 1％ 이하의 수분 함유율이 된다(스텝 S109). 건조가 종료된 괴성화물은 RHF 등의 환원로(21)에 장입되어, 환원 처리가 실시된다. 본 실시 형태에 따른 괴성화물은, 혼련 공정에 있어서 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분을 사용함으로써 양호한 조립성을 나타낼 뿐만 아니라 양호한 압괴 강도를 나타낸다. 그로 인해, 환원 공정에서도 환원로(21) 내에서 괴성화물이 깨지는 경우가 적고, 괴성화물을 충분히 환원할 수 있다. 예를 들어, 환원로(21)로서 RHF를 사용하는 경우에는, 예를 들어 환원로(21) 내의 온도를 1350℃ 정도로 설정하고, 약 15분에 환원 처리가 완료되도록, 회전 바닥의 속도를 설정하는 것이 가능하다. 이러한 환원 처리를 행함으로써, 깨지기 어렵고, 또한 고금속화율을 갖는 환원철을 효율적으로 제조할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법에 의하면, 조립 공정에서의 조립성의 향상을 도모하는 것이 가능하게 될 뿐만 아니라, 깨지기 어렵고, 또한 고금속화율을 갖는 환원철을 제조하는 것이 가능하다. 그로 인해, 환원철 용해용 전로의 산소 원단위를 향상시키는 것이 가능하고, 나아가, 용선의 생산성을 고위로 유지할 수 있게 된다.

<실시예>

이하에서는 실시예 및 비교예를 나타내면서, 본 발명에 따른 환원철의 제조 방법에 대해서, 추가로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 어디까지나 본 발명의 일 구체예이며, 본 발명이 이하에 나타내는 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

이하에서 설명하는 실시예 및 비교예에서는, 도 2에 도시한 순서에 따라, 괴성화물의 제조를 행하였다. 또한, 분쇄 공정(스텝 S103)에서는, 볼 밀(직경×길이: 3.3m×6.0m, 투입량: 40ton/h, 모터 용량: 700KW, 볼: 49ton)을 사용하고, 혼련 공정(스텝 S105)에서는 믹스 멀러를 사용하였다. 또한, 조립 공정(스텝 S107)에서는 더블롤 압축기를 사용하고, 건조 공정(스텝 S109)에서는 밴드 건조기를 사용하였다.

또한, 이하에서 설명하는 실시예 및 비교예에서는 전로 더스트 및 용광로 더스트를 포함하는 제철소 더스트를 산화철 원료로서 사용하고, 석탄을 환원재로서 사용하였다. 또한, 이하에서 설명하는 실시예 및 비교예에서는, 산화철 원료와 환원재를 87:13의 질량비가 되도록 혼합하여, 혼합물로 하였다. 혼합물의 입경은 사하 80％ 입경에서 300㎛ 이하였다. 또한, 혼련 공정에 있어서의 가수 처리에서는, 수분 함유율이 8.0％가 되도록 수분을 첨가하였다. 이하의 예에 있어서 실시예와 비교예의 차이는 혼련 공정에서 사용한 수분의 온도이다.

[혼합물로의 수분의 침투 시간에 대해서]

우선, 도 3을 참조하면서, 혼합물로의 수분의 침투 시간의 변화에 대해서 설명한다.

혼합물로의 수분의 침투 시간은, 상술한 비율로 산화철 원료 및 환원재가 혼합된, 가수 및 혼련 전의 혼합물 20g을 채취한 다음, 이 혼합물에 대하여 수분 함유율 8％에 상당하는 수분을 첨가한 경우에, 첨가한 수분이 혼합물에 끝까지 침투할 때까지의 시간을 계측함으로써 측정하였다. 여기서, 첨가하는 수분의 온도는 0℃, 15℃, 60℃, 80℃ 및 90℃의 5종류로 하고, 도 3에서는 15℃의 수분이 끝까지 침투할 때까지의 시간을 기준으로 한 상대 시간을 도시하고 있다.

도 3을 참조하면 명백한 바와 같이, 빙수 내의 0℃의 수분을 첨가한 경우에는, 15℃의 수분을 첨가한 경우에 비하여, 혼합물으로의 수분의 침투 시간이 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 60℃, 80℃ 및 90℃의 수분을 첨가한 경우에는, 15℃의 수분을 첨가한 경우에 비하여 혼합물로의 수분의 침투 시간이 감소하고 있어, 수분의 온도가 높아질수록, 침투 시간은 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 90℃의 수분을 혼합물에 첨가함으로써, 15℃의 수분을 첨가하는 경우에 비하여 60％의 시간으로 수분이 침투하고, 혼합물로의 수분의 침투 시간을 40％ 삭감할 수 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분(본 예에서는 60℃, 80℃ 및 90℃의 수분)을 혼합물에 첨가함으로써, 혼합물로의 수분의 침투 시간을 대폭 삭감할 수 있게 된다.

[덩어리의 존재 비율에 대해서]

계속해서, 도 4를 참조하면서, 혼련 후(또한 조립 전)에서의 혼합물 중에 존재하는 덩어리의 비율의 변화에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「덩어리」란, 혼합물을 체가름했을 때 남은 입경이 5㎜ 이상의 덩어리를 나타낸다. 본 실시예에서는 15℃, 60℃, 80℃ 및 90℃의 4종류의 온도의 수분을 첨가한, 혼련 후(또한 조립 전)의 혼합물을 채취하고, 그 후 체가름하여, 5㎜ 이상의 입경을 갖는 수분을 함유한 덩어리의 총중량을 계측하였다. 도 4에서는 혼련 공정에 있어서 온도가 15℃인 수분을 첨가한 경우의 덩어리의 중량을 기준으로 했을 경우의 비율을 나타내고 있다.

도 4로부터 명백한 바와 같이, 혼련 공정에서 온도가 60℃, 80℃ 및 90℃의 수분을 이용함으로써, 덩어리의 존재 비율이 15℃의 수분을 이용했을 때와 비교해서 감소하고 있고, 또한 수분의 온도가 높아질수록, 덩어리의 존재 비율의 감소 정도가 큰 것을 알 수 있다. 또한, 혼련 공정에 있어서 온도가 90℃의 수분을 이용함으로써, 덩어리의 존재 비율이 15℃의 수분을 이용했을 때에 비하여 약 87％까지 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분(본 예에서는 60℃, 80℃ 및 90℃의 수분)을 이용함으로써, 수분이 혼합물에 대하여 보다 균일하게 확산되고, 혼합물 중의 수분의 균일화가 실현되어, 조립성이 향상된 것을 나타내고 있다.

[옥수수 전분의 용해 비율에 대해서]

이어서, 본 실시예에 있어서, 유기계 바인더로 이용한 옥수수 전분에 대해서, 수분에 대한 용해 비율이 수분의 온도의 변화에 따라 어떻게 변화하는 것인지를 실제로 측정하였다. 이러한 측정에 있어서, 5.0g의 옥수수 전분을 500mL의 수분(수분의 온도는 20℃, 60℃, 80℃, 90℃의 4종류)에 대하여 첨가하고, 녹다 남은 용질량(g)을 측정함으로써, 용해 비율을 산출하였다.

얻어진 결과를 도 5에 도시한다. 도 5로부터 명백해진 바와 같이, 수분의 온도가 20℃인 수분에 대하여 용해한 옥수수 전분의 비율은 40％였던 것에 반해, 수분의 온도가 60℃인 수분에 대해서는 용해 비율이 약 48％가 되고, 수분의 온도가 80℃인 수분에 대해서는 용해 비율이 약 70％가 되며, 수분의 온도가 90℃인 수분에 대해서는 용해 비율이 약 96％가 되었다.

이러한 결과는 혼련 공정에서 첨가하는 수분의 온도를 60℃ 이상 또한 90℃ 이하로 함으로써, 바인더 자신의 수분에 대한 용해성이 향상되는 것을 나타내고 있고, 바인더가 수분에 용해함으로써, 바인더의 분산 효율이 향상되는 것을 나타내고 있다.

[괴성화물 강도의 변화에 대해서]

이어서, 상술한 바와 같은 공정에 의거해서 제조한 복수 종류의 괴성화물에 대해서, 건조 후에 있어서의 압괴 강도를 측정하였다. 압괴 강도의 측정은 JIS Z-8841에 규정되는 강도 측정 방법 중, 압괴 강도의 측정 방법에 의거해서 실시하였다.

또한, 압괴 강도를 측정한 괴성화물은 15℃, 60℃, 80℃, 90℃, 120℃, 160℃, 200℃ 온도의 수분을 각각 첨가해서 제조한 괴성화물 및 상기 혼합물에 대하여 1％의 옥수수 전분을 추가로 첨가(외첨)하고, 상기 온도의 수분을 첨가해서 제조한 괴성화물의 합계 14종류다. 또한, 이러한 예 이외에도 바인더의 첨가량을 13％ 삭감한 혼합물에 대하여 90℃의 수분을 첨가해서 제조한 괴성화물 및 바인더의 첨가량을 21％ 삭감한 혼합물에 대하여 90℃의 수분을 첨가해서 제조한 괴성화물에 대해서도 마찬가지로 압괴 강도를 측정하였다. 또한, 제조한 괴성화물은 긴 직경이 20 내지 30㎜의 타원 형상을 갖고 있다.

얻어진 결과를 도 6에 나타내었다. 또한, 도 6에서는 바인더가 첨가되어 있지 않은 혼합물에 대하여 15℃의 수분을 첨가한 경우의 괴성화물의 압괴 강도를 1로 한 상대 강도를 나타내고 있다.

도 6으로부터 명백한 바와 같이, 바인더를 첨가하지 않았을 경우 및 바인더를 첨가한 경우의 양쪽에 있어서, 첨가한 수분의 온도가 60℃ 이상인 경우에, 압괴 강도가 현저하게 향상하고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 혼련 공정에 있어서 60℃ 이상의 수분을 첨가함으로써, 조립 공정에서의 조립성의 향상뿐만 아니라, 제조되는 괴성화물의 강도를 향상시키는 것이 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 바인더를 첨가하지 않았을 경우 및 바인더를 첨가한 경우의 양쪽에 있어서, 첨가한 수분의 온도가 90℃ 내지 200℃인 경우에는, 압괴 강도가 거의 일정한 값으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 혼합물에 첨가되는 수분의 온도의 상한은, 혼련 공정이나 혼련 공정 후에 실시되는 각 공정에서 사용되는 설비의 내열 온도나 증기 공급 설비의 설비 제약 등과, 도 5의 수분에 대한 용해 비율이 90℃인 수분의 온도에서 100％ 가까이에 도달하고 있는 점에서, 제조되는 괴성화물의 강도를 향상시키는 수분의 온도는 60℃ 이상 또한 90℃ 이하가 최적이다.

이어서, 바인더가 첨가된 혼합물에 대하여 15℃의 수분을 첨가한 경우의 강도와, 바인더의 첨가량을 삭감한 혼합물에 대하여 90℃의 수분을 첨가한 경우의 강도에 착안한다. 도 6으로부터 명백한 바와 같이, 동일한 90℃의 수분을 첨가한 괴성화물 사이에서는, 바인더의 첨가량을 삭감함으로써, 압괴 강도의 저하가 보여진다. 그러나, 바인더의 첨가량을 13％ 삭감해서 90℃의 수분을 첨가한 괴성화물의 압괴 강도는, 바인더를 포함하는 혼합물에 대하여 80℃의 수분을 첨가한 경우의 압괴 강도와 동일 정도의 값을 갖고 있으며, 바인더의 첨가량을 21％ 삭감해서 90℃의 수분을 첨가한 괴성화물의 압괴 강도는, 바인더를 포함하는 혼합물에 대하여 15℃의 수분을 첨가한 경우의 압괴 강도와 동일 정도의 값을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 이 결과는 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분을 혼합물에 대하여 첨가함으로써, 바인더의 첨가량을 제어할 수 있는 것을 나타내고 있어, 본 실시 형태에 따른 환원철의 제조 방법을 사용함으로써 환원철을 제조하기 위한 조업의 폭을 확장할 수 있음을 시사하고 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에만 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 이것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

본 발명의 환원철의 제조 방법에 의하면, 환원철의 원료가 되는 혼합물을 괴성화할 때 조립성을 더욱 향상시키는 것이 가능하게 된다.

11: 호퍼
12: 건조기
13: 분쇄기
15: 혼련기
17: 성형기
19: 건조기
21: 환원로
23: 용해로

Claims

모두 분말 상태인 산화철 원료 및 환원재를 포함하는 혼합물에 대하여 60℃ 이상이면서 90℃ 이하의 수분을 첨가해서 혼련하는 혼련 공정과;
이 혼련 공정 후의 상기 혼합물을 괴성화해서 괴성화물로 하는 조립 공정과;
이 조립 공정 후의 상기 괴성화물을 환원해서 환원철을 생성하는 환원 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 환원철의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 혼련 공정에서는 상기 혼합물에 대하여, 상기 수분에 가용인 바인더를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는, 환원철의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 바인더는 액체 상태의 유기계 바인더 또는 분말 상태의 유기계 바인더인 것을 특징으로 하는, 환원철의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 바인더는 상기 분말 상태의 유기계 바인더이고, 쌀, 타피오카, 호밀 및 옥수수로 이루어진 군에서 선택되는 곡물의 전분인 것을 특징으로 하는, 환원철의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 혼련 공정에서 상기 수분의 첨가에 의해, 상기 혼합물의 수분 함유율을 6％ 내지 9％로 하는 것을 특징으로 하는, 환원철의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 혼련 공정에서 혼련되기 전에 있어서의 상기 혼합물의 입경이 사하 80％ 입경으로 70㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는, 환원철의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 혼련 공정에서 상기 수분이 첨가되기 전에 있어서의 상기 혼합물의 수분 함유율이 1％ 내지 3％인 것을 특징으로 하는, 환원철의 제조 방법.