KR20140016638A

KR20140016638A - 소결광 제조방법

Info

Publication number: KR20140016638A
Application number: KR1020120083483A
Authority: KR
Inventors: 서유식; 김병철
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-10
Also published as: KR101505245B1

Abstract

본 발명은 소결광 제조방법에 관한 것으로, 철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석, 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석, 물, 생석회, 부원료, 연료를 포함하는 소결원료를 혼합하고 조립하는 단계와, 상기 조립한 소결원료(M)를 서지호퍼(15)로 투입하고, 드럼피드(17)와 경사판(19)을 통해 소결 대차(21)에 장입한 후, 점화하여 소결공정을 수행하는 단계를 포함한다. 본 발명은 고결정수 철광석을 소결광 제조에 사용하여도 소결광의 상온강도 및 생산성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

소결광 제조방법{Method for producing sintered ore}

본 발명은 소결광 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고결정수 철광석을 사용하여 소결광을 제조하는 경우 소결광의 강도 및 생산성을 개선할 수 있는 소결광 제조방법에 관한 것이다.

고로의 주반응은 CO가스에 의한 환원반응이므로 원활한 노내 반응을 위해 장입물층의 통기성 확보가 중요하다.

따라서 철광석을 비롯한 고로 장입물은 적정한 입도를 가져야 하며, 특히 철광석의 경우에는 세계적으로 80% 이상이 분철광석으로 산출되므로 이러한 분철광석을 소결하여 단광화한 소결광을 사용한다.

이와 관련된 선행기술로는 국내특허공보 89-000263(1989.03.13)_"소결광 제조방법"이 있다.

본 발명의 목적은 고결정수의 철광석을 사용하여 소결광을 제조하는 경우 동화성을 증가하고 소결 대차에서 편석을 방지하여 소결광의 강도 및 생산성을 개선할 수 있도록 한 소결광 제조방법 및 소결광 제조장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석, 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석, 물, 생석회, 부원료, 연료를 포함하는 소결원료를 혼합하고 조립하는 단계와, 상기 조립한 소결원료를 서지호퍼로 투입하고 소결 대차에 장입하여 소결공정을 수행하는 단계를 포함한다.

상기 소결원료를 혼합하고 조립하는 단계는, 상기 철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석, 상기 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석, 상기 물, 상기 생석회의 순서로 적층되게 상기 소결원료를 컨베이어 벨트로 배출하는 과정과, 상기 컨베이어 벨트로 배출된 상기 소결원료를 드럼믹서에 장입하여 혼합하고 조립하는 과정을 포함한다.

상기 소결원료를 컨베이어 벨트로 배출하는 과정에서, 상기 철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석과 상기 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석은 30~50:50~70 비율로 배출한다.

상기 소결원료를 컨베이어 벨트로 배출하는 과정에서, 상기 물은 분당 30~40ℓ/min의 분사량으로 배출한다.

상기 소결원료를 컨베이어 벨트로 배출하는 과정에서, 상기 생석회는 상기 철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석과 상기 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석의 총 중량 대비 1~4wt% 범위로 배출한다.

상기 조립한 소결원료를 상기 소결 대차에 장입시 상기 소결원료의 입도 편석이 방지되도록 상기 소결원료의 혼합을 실시하는 단계를 더 포함한다.

상기 혼합은 상기 서지호퍼의 하부에 구비되는 드럼피드와 상기 소결 대차 사이에 설치되는 회전롤이 회전하여 수행된다.

본 발명은 고결정수 철광석을 소결광 제조에 사용하여도 고결정수 철광석에 생석회 및 수분을 첨가하여 동화성을 증가시키고, 드럼피드와 소결 대차 사이에 회전롤을 설치하여 소결 대차에서 입도 편석을 억제함으로써 소결광의 상온강도를 개선하고 생산성을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 소결광 제조방법의 바람직한 실시예를 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 소결광 제조방법을 적용하여 편석이 발생하지 않은 경우(b)와, 비교예로 편석이 발생한 경우(a)를 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 소결광 제조방법을 적용하여 편석이 발생하지 않은 경우(b)와, 비교예로 편석이 발생한 경우(a)의 소결광 평균입도, 소결광 생산성, 소결광의 상온강도를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 소결광 제조방법(c)과 일반조업(a), 생석회만 코팅한 경우(b)를 비교하여 소결광 생산성, 소결광의 상온강도를 나타낸 그래프.
도 5는 생석회 사용비와 소결광의 상온강도의 관계를 나타낸 그래프.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 소결광 제조방법은, 철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석, 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석, 물, 생석회를 포함하는 소결원료를 혼합하고 조립하는 단계와, 조립한 소결원료를 서지호퍼(15)로 투입하고, 드럼피드(17)와 경사판(19)을 통해 소결 대차(21)에 장입한 후, 점화로(23)에서 점화하여 소결공정을 수행하는 단계를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 소결원료를 혼합하고 조립하는 단계는, 고품위 철광석, 고결정수 철광석, 물, 생석회 순서로 적층되게 소결원료를 컨베이어 벨트(11)로 배출하는 과정과, 컨베이어 벨트(11)로 배출된 소결원료를 드럼믹서(13)에 장입하여 혼합하고 조립하는 과정을 포함한다.

고품위 철광석은 철 함유량이 50% 이상인 철광석이다. 고품위 철광석은 적철광, 마라맘바광, 자철광 등이 해당된다.

철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석은 생산량이 적고 고갈이 가속화되고 있다. 최근 생산되는 철광석은 철 함유량이 30% 이하로 낮은 저품위 철광석이 대부분이고, 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석도 많다.

결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석은 결정수 함유율이 3% 미만인 철광석에 비해 평균입도가 높아 소결 대차(21)에서 편석을 일으키게 되고 이로 인해 소결시 통기성 확보가 어려워 회수율이 떨어진다. 또한, 소결시 고결정수 제거를 위한 열량 소모량이 증가하여 동일 열량 투입시 소결광의 강도가 떨어지거나 연료비가 증가하게 된다.

따라서, 고결정수 철광석을 사용하여 소결광을 제조하는 경우 소결광의 강도 및 생산성을 개선할 수 있도록 생석회와의 동화성을 증가시키고 소결 대차 장입시 편석을 억제하는 소결광 제조방법을 제공한다.

참고로, 본 실시예에서 설명하는 고품위 철광석 및 고결정수 철광석은 모두 평균입도가 100mm 이하인 분철광석을 의미한다. 즉, 고품위 철광석은 분철광석이면서 철 함유량이 50% 이상인 철광석이고, 고결정수 철광석은 분철광석이면서 결정수 함유율이 3% 이상인 철광석이 해당된다.

고품위 철광석, 고결정수 철광석, 물, 생석회 순서로 적층되게 소결원료를 컨베이어 벨트(11)로 배출하는 과정은 고결정수 철광석과 생석회를 균일 혼합하여 동화성을 증가시킨다.

고품위 철광석, 고결정수 철광석, 물, 생석회 순으로 적층되면 상호 접한 물과 생석회가 반응하고 고결정수 철광석 표면에 생석회가 코팅된다.

원리는, 물(H₂O)과 생석회(CaO)가 반응하여 점성이 높은 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 생성되고, 물과 생석회의 반응이 400℃ 정도의 격렬한 열을 내는 발열반응이므로 고결정수 철광석에 함유된 결정수가 빠져나가 고결정수 철광석에 기공(s)이 증가한다. 증가한 기공(s)은 고결정수 철광석과 수산화칼슘의 동화성에 유리하게 작용하여 고결정수 철광석 표면에 생석회를 코팅시킨다.

반응식은 아래와 같다.

Fe₂O₃·H₂O + CaO + H₂O → Fe₂O₃ + H₂O↑ + Ca(OH)₂

또한, 고품위 철광석, 고결정수 철광석, 물, 생석회 순으로 적층하는 것은 고결정수 철광석과 생석회의 균일 혼합을 유도해 동화성을 증가시키는데 유리하게 작용한다.

이러한 동화성 증가는 소결시 결정수 제거를 위한 열량 소모를 줄이고 소결광의 강도를 향상시키며 회수율을 증가시켜 소결광 생산성을 증대시킨다.

고품위 철광석과 고결정수 철광석은 30~50:50~70 비율로 컨베이어 벨트(11)에 배출한다. 고품위 철광석과 고결정수 철광석의 배출 비율은 소결에서 원하는 소결광 화학성분 SiO₂, Al₂O₃, MgO의 함량범위를 고려한 것이다.

소결에서 원하는 소결광 화학성분은 아래의 표 1과 같다.(소결광을 고로조업에 적용시 생성되는 슬래그 성분을 분석한 것이다.)

구분	소결광 화학성분(범위)
구분	T-Fe	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	기타
성분(wt%)	56.1~57.8	9.5~10	5.35~5.70	1.70~1.90	0.8~1.00	24~26

고결정수 철광석은 고품위 철광석과 50:50의 비율 이상으로 첨가될 수 있고, 고결정수 철광석의 비율이 증가하여 70:30 이상으로 첨가되면 소결에서 원하는 소결광 화학성분 SiO₂, Al₂O₃, MgO의 함량을 만족하지 않는다.

물은 분당 30~40ℓ/min의 분사량으로 분사된다.

물은 고결정수 철광석과 생석회의 동화성을 증가시키기 위해 분사된다. 물은 분당 30ℓ/min 미만의 분사량으로 분사되면 발열반응이 미비하여 고결정수 철광석에 함유된 결정수의 제거가 미비하고, 40ℓ/min를 초과하면 수분이 과다하여 소결시 수분 제거를 위해 연료를 더 투입해야 하므로 소결광의 생산성이 낮아진다.

소결공정은 배풍기의 강력한 흡인작용에 의해 바람이 발생하여 소결을 수행하는데, 이 과정에서 소결원료(M)에 수분이 과다하면 소결을 위해 연료를 더 투입해야 한다.

생석회는 고품위 철광석와 고결정수 철광석의 총 중량 대비 1~4wt% 범위로 배출한다. 생석회는 CaO성분의 공급원이다.

생석회는 고품위 철광석와 고결정수 철광석의 총 중량 대비 1wt% 미만이면 고결정수 철광석과 생석회의 동화성을 증가시키는 효과가 미비하고, 소결시 CaO 성분 함량이 설정된 기준값을 만족하지 않으며, 4wt%를 초과하면 소결광의 상온강도 및 생산성이 낮아진다.

고품위 철광석, 고결정수 철광석, 물, 생석회 순서로 적층되게 소결원료(M)를 컨베이어 벨트(11)로 배출하는 과정에서 부원료, 반광, 연료가 더 포함될 수 있다.

또한, 부원료, 반광, 연료는 고품위 철광석, 고결정수 철광석, 물, 생석회 순서로 적층되게 소결원료(M)를 컨베이어 벨트(11)로 배출한 이후에 포함될 수도 있다.

부원료는 석회석, 규사, 니켈슬래그, 생석회를 포함한다. 부원료는 소결광 성분조정용으로 사용된다. 석회석은 CaO성분, 규사는 SiO₂성분, 니켈슬래그는 MgO성분을 조정하기 위해 포함된다.

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

컨베이어 벨트(11)로 배출된 소결원료(M)는 드럼믹서(13)에서 혼합되고 조립된다. 조립된 소결원료(M)는 다른 컨베이어 벨트(미도시)에 의해 이송된 후 서지호퍼(15)로 투입되고 드럼피드(17)와 경사판(19)을 거쳐 소결 대차(21)에 장입된다.

소결 대차(21)에 장입된 소결원료(M)는 소결 대차의 상부에 설치된 점화로(23)에 의해 상부가 점화된다. 그리고, 소결 대차(21)는 궤도를 따라 이동하고 그와 동시에 도시되지 않은 블로워에 의해 원드박스에서 발생한 흡인력은 소결 대차(21)에 실려진 소결원료(M)의 내부까지 균일하게 소결한다.

조립한 소결원료(M)는 소결 대차(21)에 장입시 소결원료(M)의 입도 편석이 방지되도록 혼합이 수행된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 혼합은 드럼피드(17)와 소결 대차(21) 사이에 설치되는 회전롤(25)이 회전하여 수행된다.

조립한 소결원료(M)는 드럼피드(17)와 경사판(19)을 거쳐 소결 대차(21)로 장입되는 과정에서 낙하속도 차이로 인해 소결 대차(21) 내 하부에는 조립만 분포하고, 상부에는 세립만 분포하는 입도 편석을 일으키게 된다.(도 2의 (a)참조)

입도 편석은 다른 철광석에 비해 입도가 큰 고결정수 철광석을 사용하는 경우 잘 발생하며, 입도 편석이 발생하면 소결광의 생산성과 품질에 영향을 미치는 소결 대차(21)에서 통기성이 악화된다.

회전롤(25)은 드럼피드(17)와 경사판(19)을 통해 소결 대차(21)에 장입되는 소결원료(M)를 1회전시켜 조립 사이에 세립이 일정부분 혼합되게 한다.

이는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 소결 대차(21) 내의 하부에 분포하는 조립 사이에 세립이 일정부분 분포하게 함으로서 소결 대차(21)에서 유효풍량을 증대시키는 공극을 고르게 형성한다. 고른 공극은 소결 대차(21)에서 통기성을 확보하고, 용융열을 보존하여 용융시간을 억제하고, 반응시간을 증가시켜 소결광의 생산성을 향상시킨다.

회전롤(25)은 단면이 십자형태인 회전롤(25)이 사용된다. 단면이 십자형태인 회전롤(25)은 단면이 원형태인 회전롤에 비해 소결원료(M)의 혼합을 용이하게 하여 소결 대차(21)에서 소결원료(M)의 입도 편석을 억제한다.

이하에서는 본 발명을 실험을 통해 설명하기로 한다.

<실험 1>, <실험 2>

철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석, 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석, 물, 생석회 순서로 적층되게 소결원료를 컨베이어 벨트로 배출하고, 반광, 부원료, 연료를 더 배합하여 혼합 및 조립한 소결원료를 소결기에 장입하고 점화하여 소결광을 제조하였다.

물은 분당 35ℓ/min의 분사량으로 분사하였으며, 생석회는 고품위 철광석와 고결정수 철광석의 총 중량 대비 2wt% 배출하였다.

이 과정에서 실험 1은 소결원료를 드럼피드와 경사판을 통해 소결 대차에 장입하여 입도 편석이 발생하게 하였고(도 2의 (a)), 실험 2는 소결원료를 드럼피드와 경사판을 통해 소결 대차에 장입하는 과정에서 회전롤을 통해 혼합시켜 입도 편석이 발생하지 않도록 하였다.(도 2의 (b))

아래의 표 2는 고품위 철광석, 고결정수 철광석, 물, 생석회, 반광, 부원료, 연료의 배합비를 나타낸 것이다.

광종		총 배합비(범위) (wt%)	철광석 기준 배합비(범위) (wt%)
고결정수 철광석		31.2(6.5~43.7)	50(40~70)
고품위 철광석	적철광	18.7(6.2~24.9)	30(10~40)
	마라맘바광	11.8(0~14.8)	20(0~25)
	자철광	0(0~6)	0(0~10)
반광		25.0(20~30)	-
부원료 (석회석, 규사, 니켈슬래그, 생석회)		9.5(8.0~10.5)
연료비		3.8(3.0~8.0)

표 2 및 도 3을 살펴보면, 입도 편석이 발생한 실험 1에 비해 입도 편석이 발생하지 않은 실험 2에서 소결광의 생산성 및 상온강도가 더 높음이 확인된다. 실험 2에서 소결광의 생산성 및 상온강도가 더 높은 것은 회전롤이 입도 편석을 억제하여 소결 대차에서 용융열을 보존하고 용융시간을 억제하여 반응시간이 증가한 때문이다.

<실험 3>

고결정수 철광석만 컨베이어 밸트로 배출한 경우, 고결정수 철광석과 생석회를 컨베이어 벨트로 배출한 경우, 고결정수 철광석와 생석회를 컨베이어 벨트로 배출하면서 물을 분사한 경우의 소결광의 생산성, 상온강도를 측정하였다.

이때, 나머지는 실험 2와 동일한 조건으로 실험하였다.

도 4를 살펴보면, 고결정수 철광석과 생석회를 컨베이어 벨트로 배출하면서 물을 분사한 경우 소결광의 생산성, 상온강도가 나머지 경우에 비해 개선됨이 확인된다. 이는 동화성 증가에 따른 회수율이 증가되었기 때문이다.

<실험 4>

고결정수 철광석, 물, 생석회를 컨베이어 벨트로 배출시 생석회 사용비에 따른 소결광의 상온강도를 측정하였다.

도 5를 살펴보면, 생석회비 2wt%에서 소결광의 상온강도와 생산성이 우수했으며, 생석회비가 1wt% 미만이거나 4wt%를 초과하면 소결광의 생산성 및 상온강도가 급격히 저하됨이 확인된다.

이를 통해, 고결정수의 철광석을 사용하여 소결광을 제조하는 경우, 고결정수 철광석에 생석회 및 수분을 첨가하여 동화성을 증가시키고, 드럼피드와 소결 대차 사이에 회전롤을 설치하여 소결 대차에서 입도 편석을 억제하는 것이 용융열을 보존하고 소결 반응시간을 증가시켜 소결광의 생산성 및 상온강도를 개선시키는 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.

11:컨베이어 벨트 13:드럼믹서
15:서지호퍼 17:드럼피드
19:경사판 21:소결 대차
23:점화로 25:회전롤
M:소결원료 s:기공

Claims

철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석, 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석, 물, 생석회, 부원료, 연료를 포함하는 소결원료를 혼합하고 조립하는 단계;
상기 조립한 소결원료를 서지호퍼로 투입하고 소결 대차에 장입하여 소결공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 소결원료를 혼합하고 조립하는 단계는,
상기 철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석, 상기 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석, 상기 물, 상기 생석회의 순서로 적층되게 상기 소결원료를 컨베이어 벨트로 배출하는 과정과,
상기 컨베이어 벨트로 배출된 상기 소결원료를 드럼믹서에 장입하여 혼합하고 조립하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 소결원료를 컨베이어 벨트로 배출하는 과정에서,
상기 철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석과 상기 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석은 30~50:50~70 비율로 배출하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 소결원료를 컨베이어 벨트로 배출하는 과정에서,
상기 물은 분당 30~40ℓ/min의 분사량으로 배출하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 소결원료를 컨베이어 벨트로 배출하는 과정에서,
상기 생석회는 상기 철 함유량이 50% 이상인 고품위 철광석과 상기 결정수 함유율이 3% 이상인 고결정수 철광석의 총 중량 대비 1~4wt% 범위로 배출하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 조립한 소결원료를 상기 소결 대차에 장입시 상기 소결원료의 입도 편석이 방지되도록 상기 소결원료의 혼합을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 혼합은 상기 서지호퍼의 하부에 구비되는 드럼피드와 상기 소결 대차 사이에 설치되는 회전롤이 회전하여 수행되는 것을 특징으로 하는 소결광 제조방법.