KR20140002217A - 소결광 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결광 제조방법에 관한 것으로, 철광석, 생석회, 부원료를 포함하는 소결원료에 수분을 첨가한 후 혼합하고 조립하는 단계와, 조립한 소결원료를 소결기에 장입한 후, 점화하여 소결공정을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 부원료는 MgO성분의 공급원으로서 제강내화물을 포함한다.
본 발명은 폐기처리되는 제강내화물을 소결광 제조시 MgO 성분을 조절하기 위한 부원료로 사용하여 소결광 슬래그 중 SiO₂성분을 저감시키는 것은 물론 환경오염을 방지할 수 있는 이점도 있다.

Description

소결광 제조방법{Method for producing sintered ore}

본 발명은 소결광 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬래그 볼륨(Slag volume)을 저감하면서 소결광의 품질을 유지하는 소결광 제조방법에 관한 것이다.

고로는 연료인 코크스와 철광석을 반복 장입하면서 풍구를 통해 열풍을 불어넣어 장입된 철광석을 녹여 용선을 생산하는 설비이다.

철광석은 파쇄(crushing)와 체질(screening)에 의하여 적정한 크기만을 선택하여 고로에 장입한다.

고로에는 철광석뿐만 아니라 분철광석을 단광화한 소결광도 사용된다.

이와 관련된 선행기술로는 국내공고특허 특1995-0001864(1995.03.04) "소결광 제조방법"이 있다.

본 발명의 목적은 소결광 제조시 MgO 성분을 조절하기 위한 부원료로 제강내화물을 사용하여 용선 생산시 슬래그 볼륨을 저감하고 소결광의 품질을 유지하는 소결광 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 철광석, 생석회, 부원료를 포함하는 소결원료에 수분을 첨가한 후 혼합하고 조립하는 단계와, 상기 조립한 소결원료를 소결기에 장입한 후, 점화하여 소결공정을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 부원료는 MgO성분의 공급원으로서 제강내화물을 포함한다.

상기 제강내화물은 백운석에 MgO코팅이 이루어진 것이다.

상기 제강내화물은 파쇄하여 입도 1~8mm인 것을 사용한다.

상기 철광석은 상기 소결원료 전체 중량 대비 60~85wt%, 상기 생석회는 상기 소결원료 전체 중량 대비 1~5wt%, 상기 수분은 상기 소결원료 전체 중량 대비 7~8wt%, 상기 제강내화물은 상기 소결원료 전체 중량 대비 1.6~3.5wt% 범위로 첨가하고, 나머지는 반광 및 연료를 포함한다.

본 발명은 소결광 제조시 MgO 성분을 조절하기 위한 부원료로 폐기되는 제강내화물을 사용한다. 제강내화물은 품질이 낮은 철광석을 사용하여 소결광을 제조하더라도 소결광 슬래그 중 SiO₂성분을 저감시켜 슬래그 볼륨은 저감시키고 소결광의 상온강도는 유지하는 효과가 있다.

또한, 슬래그 볼륨 감소는 용선 생산량을 증가시키고, 고로의 환원제비를 감소시켜 연료원가 절감으로 이어지는 효과가 있다.

또한, 제강내화물은 사용 후 매립 또는 폐기물로 처리되는 것을 재활용하므로 환경오염을 방지하는 등 환경적으로도 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 소결광 제조방법의 바람직한 실시예를 보인 모식도.
도 2는 부원료로 니켈슬래그와 제강내화물을 사용한 경우 슬래그 볼륨(a)과 상온강도(b)를 비교한 그래프.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 소결광 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 철광석, 생석회, 부원료를 포함하는 소결원료에 수분을 첨가한 후 혼합하고 조립하는 단계와, 조립한 소결원료를 소결기에 장입한 후, 점화하여 소결공정을 수행하는 단계를 포함하며, 부원료는 MgO성분의 공급원으로서 제강내화물을 사용한다.

철광석은 30~70%의 철분(Fe)를 함유한 광석을 의미한다. 품질이 우수한 철광석은 철분이 풍부하고 황, 인, 동과 같은 유해성분이 적으며 크기가 일정하다. 그러나, 품질이 우수한 철광석은 생산량이 적고 원산지에 따라 품질, 성분, 형상이 달라 고로에 투입이 어렵다.

또한, 철광석은 생산량의 80% 이상이 분철광석으로 산출된다. 따라서, 철광석을 고로에 투입하기 전 성분 조정을 통한 원활한 노내 반응과 통기성 확보를 위해 분철광석을 단광화한 소결광을 사용한다.

분철광석은 평균입도 100mm 이하를 의미한다. 분철광석은 소결광의 주원료이며 SiO₂, Al₂O₃성분의 공급원이다. 분철광석은 소결원료 전체 중량 대비 60~85wt% 범위로 첨가된다. 본 실시예의 철광석은 분철광석을 의미한다.

분철광석은 소결원료 전체 중량 대비 60wt% 미만 범위로 함유되면 철분 함량이 미비하여 소결 생산성이 저하되고, 85wt%를 초과하면 상대적으로 다른 성분이 적어 소결광의 생산성이 낮아진다.

생석회는 CaO성분의 공급원이다. CaO성분은 소결반응에서 분철광석과 반응하여 분철광석들을 상호 결합시키고, 고로반응에서 SiO₂, Al₂O₃와 반응하여 융점이 낮은 슬래그를 만들어 유황 등의 불순물을 제거하는 역할을 한다.

생석회는 소결원료 전체 중량 대비 1~5wt% 범위로 첨가된다. 생석회는 1wt% 미만이면 소결광의 CaO 성분이 낮아져 소결광의 염기도가 낮아지고, 5wt%를 초과하면 CaO 성분이 많아져 소결광의 염기도가 높아지고 소결광의 생산성이 낮아진다.

부원료는 CaO, SiO₂, MgO, TiO₂, Mn 등의 성분이 다량 함유된 원료로서 소결광 성분조정용으로 사용된다. 소결광은 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO 성분을 포함한다.

부원료는 제강내화물을 사용한다. 제강내화물은 일반적으로 사용되는 부원료인 사문암, 백운석, 니켈슬래그를 대체한다.

사문암은 석면 함유로 인해 환경적으로 사용이 바람직하지 않고, 백운석은 탄산석회와 탄산마그네슘이 1:1 비율로 함유되어 있어 MgO성분의 공급원으로 사용하기 위해서는 투입량이 많아야 하고, 소결반응에서 흡열에 따른 연료비가 증가하여 비용문제가 있다. 그리고, 니켈슬래그는 SiO₂의 함량이 니켈슬래그 전체 중량 대비 50~55wt%로 높은 고SiO₂ 함유 부원료이므로 용선 제조시 슬래그 볼륨을 증가시킨다.

부원료는 석회석을 더 포함할 수 있다.

슬래그 볼륨은 CaO, SiO, MgO성분의 합에 의해 결정된다. 소결광에 포함된 CaO, SiO, MgO성분의 합이 높으면 용선 제조시 슬래그 볼륨이 증가한다. 슬래그 볼륨 증가는 용선 생산성을 감소시키고 연료비를 상승시킨다.

특히, 최근에는 철광석 품질 저하에 따라 철광석에 함유된 SiO₂가 증가하여 부원료로 니켈슬래그를 사용하면, 소결광 중의 SiO₂가 과도하게 증가하게 되어 소결광 염기도(CaO/SiO₂)가 낮아지고 용선 제조시 슬래그 볼륨이 증가하게 된다.

소결광 중의 SiO₂를 감소시키고 염기도를 높여 슬래그 볼륨을 저하시키기 위해 부원료로 제강내화물을 사용한다.

제강내화물은 백운석에 MgO코팅이 이루어진 것이다. 제강내화물은 축조시에는 백운석으로 이루어지나, 제강과정에서 용강에 포함된 MgO가 백운석과 만나고 백운석에 MgO코팅이 이루어진다.

제강내화물은 수명이 다하여 폐기 처분시에는 제강내화물 내에 MgO가 94%까지 포함된다. 따라서 폐기되는 제강내화물을 소결광 제조시 MgO성분의 공급원으로 사용한다.

제강내화물은 전로내화물, 전기로내화물, 래들내화물 중 선택된 1종 이상일 수 있다.

아래의 표 1은 백운석, 경소백운석, 예미강, 전로내화물의 성분을 분석한 것이다.

성분	MgO(wt%)	SiO2(wt%)	기타(wt%)
니켈슬래그	32~34	50~55	11~17
백운석	19~22	0.8~1	77~78
경소백운석	29~32	1~1.2	67~70
예미광	11~17	15~20	65~70
전로내화물	94~97	1~3	0.5~4

표 1에 의하면, 전로내화물은 MgO성분이 94~97wt%로 높고, SiO₂성분은 1~3wt%로 낮다. 니켈슬래그는 SiO₂성분이 50~55wt%로 높고, MgO성분이 32~34wt%로 낮다.

제강내화물은 통기성을 위해 파쇄하여 입도 1~8mm인 것을 사용한다. 입도 8mm 초과는 소결공정시 통기성을 저하시켜 소결광의 생산성이 저하된다.

수분은 분철광석의 결합을 위한 것이다. 수분은 소결원료 전체 중량 대비 7~8wt% 범위 첨가가 최적 첨가범위이다. 수분 첨가범위는 분철광석을 결합할 때 수분에 의한 표면 장력을 고려한 입자의 최적 수분 흡수량을 고려한 것이다.

수분이 7wt% 미만으로 첨가되면 수분이 분철광석을 결합할 능력이 미비하여 조립이 어렵고, 8wt%를 초과하면 수분이 과다하여 소결공정시 연료를 더 투입해야하므로 소결광의 생산성이 악화된다.

철광석은 소결원료 전체 중량 대비 60~85wt% 범위로 첨가하고, 생석회는 소결원료 전체 중량 대비 1~5wt% 범위로 첨가하며, 수분은 소결원료 전체 중량 대비 7~8wt% 범위로 첨가하고, 부원료로 파쇄한 제강내화물은 소결원료 전체 중량 대비 1.6~3.5wt% 범위로 첨가하며, 나머지는 반광 및 원료를 포함한다.

제강내화물은 1.6wt% 미만으로 첨가되면 SiO₂성분 저감효과가 미비하고, 3.5wt%를 초과하면 소결광에서 요구하는 MgO성분을 초과하게 된다.

조립한 소결원료는 소결기에 장입한 후, 점화하여 소결공정을 수행한다. 소결공정은 배풍기의 강력한 흡인작용에 의해 바람이 발생하여 소결을 수행한다.

반광은 소결공정 중 발생된 입도 5mm 이하를 회수한 것이다. 연료는 소결시 분광을 가열하여 소성시키는 열원으로 분코크스, 무연탄 등이 사용될 수 있다.

소결공정을 수행하는 단계는, 도시하지는 않았지만 소결기의 소결 대차 내에 조립한 소결원료를 장입한 후 소결 대차를 점화로를 통과시켜 소결 대차의 상부면에 노출된 소결원료를 점화시키는 점화과정과, 점화과정 후 소결대차를 경로를 따라 이동시키고 하부에 배치된 블로워로 공기를 빨아들이면서 소결원료를 소결하는 소결과정을 포함한다.

이하에서는 본 발명을 실험을 통해 설명하기로 한다.

<실험>

실험 1. 분철광석 80wt%, 생석회 2wt%, 수분 7wt%, 니켈슬래그 3.5wt%, 반광 과 연료의 합 7.5wt%를 배합하고 조립한 소결원료를 소결기에 장입하고 점화하여 소결광을 제조하였다.

실험 2. 분철광석 80wt%, 생석회 2wt%, 수분 7wt%, 제강내화물 3.5wt%, 반광과 연료의 합 7.5wt%를 배합하고 조립한 소결원료를 소결기에 장입하고 점화하여 소결광을 제조하였다.

제강내화물은 폐기 처분되는 전로내화물이며, 성분 분석결과 MgO 94wt%, SiO₂ 3wt%를 포함하였다. 전로내화물은 파쇄하여 8mm 이하만 선별한 후 소결원료에 혼합시키고 드럼믹서에 장입하여 조립하였다. 조립한 소결원료는 소결기에서 장입하여 소결공정을 수행하였다.

실험 1과 실험 2에 의해 제조된 소결광의 상온강도, 고로 조업 적용시 슬래그 중 CaO, SiO₂, MgO 함량, 슬래그 볼륨을 측정하였으며, 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

구분	CaO (wt%)	SiO2 (wt%)	MgO (wt%)	상온강도 (%)	슬래그 볼륨 (%)
실험 1	9	6	1	92.1	16.5
실험 2	10	5.5	0.6	91.9	16

표 2에 의하면, 소결광 슬래그 중 SiO₂를 저감시키게 되어 슬래그 볼륨이 0.5% 낮아짐이 확인된다. 슬래그 볼륨을 0.5% 낮추는 것은 소결광 1톤당 용선 20kg을 더 생산할 수 있는 효과를 유발한다.

또한, 슬래브 볼륨은 낮아졌으나 상온강도는 유지됨이 확인된다. 참고로, 상온강도 ±0.5 이내는 오차를 고려하여 동일한 결과로 판단한다.

슬래그 볼륨 감소는 고로의 환원제비를 감소시킨다. 슬래그 볼륨 0.1% 감소시 용선 1톤당 5kg의 환원제비가 저감된다.

도 2에는 부원료로 니켈슬래그와 제강내화물을 사용한 경우 슬래그 볼륨(a)과 상온강도(b)를 비교한 그래프가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바에 의하면, 전로내화물을 부원료로 사용한 경우 슬래그 볼륨은 낮아졌으나 상온강도는 91% 이상을 유지함이 확인된다.

이를 통해, 사용 후 매립 또는 폐기물로 처리되는 제강내화물을 소결광 제조에 재사용하는 것이 환경오염을 방지하고, 소결광의 품질을 유지하여 용선 생산성을 향상시킴과 동시에 환원제비도 저감할 수 있는 유용한 방법임을 알 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (4)

1. 철광석, 생석회, 부원료를 포함하는 소결원료에 수분을 첨가한 후 혼합하고 조립하는 단계;
   상기 조립한 소결원료를 소결하는 소결공정을 수행하는 단계를 포함하며,
   상기 부원료는 MgO성분의 공급원으로서 제강내화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제강내화물은 백운석에 MgO코팅이 이루어진 것임을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제강내화물은 파쇄하여 입도 1~8mm인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 철광석은 상기 소결원료 전체 중량 대비 60~85wt%,
   상기 생석회는 상기 소결원료 전체 중량 대비 1~5wt%,
   상기 수분은 상기 소결원료 전체 중량 대비 7~8wt%,
   상기 제강내화물은 상기 소결원료 전체 중량 대비 1.6~3.5wt% 범위로 첨가하고,
   나머지는 연료를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조방법.
   

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