KR20140069543A - 소결광 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결광 제조장치를 개시한다. 개시된 본 발명에 의하면, 배합원료가 장입되는 소결기 대차; 상기 대차의 진행 방향에 설치되는 지지프레임; 상기 대차의 폭 방향을 가로질러 상기 지지프레임에 회전 가능하게 결합되는 회전축; 상기 회전축에 고정 결합되어 배합원료를 혼합시키는 적어도 하나 이상의 혼합블레이드; 상기 회전축에 회전력을 제공하도록 연결되는 회전모터;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 소결기 대차에 장입되는 배합원료를 혼합블레이드에 의해 혼합하여 장입 밀도를 균일하게 하면서 소결 공정시 통기성이 양호하게 되어 소결광의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

소결광 제조장치{Apparatus for manufacturing sintered ore}

본 발명은 소결광 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소결광의 강도와 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 소결광 제조장치에 관한 것이다.

철강산업은 자동차, 조선, 가전, 건설 등의 전체 산업에 기초 소재를 공급하는 핵심 기간산업이다. 제철 공정에서 일반적으로 사용되는 공법으로는, 철광석과 코크스 등의 재료를 용광로(고로) 내에 장입한 후 산소 등의 기체를 주입함으로써 선철(pig iron)을 제조하는 용광로 공법이 있다.

제철공장의 고로 조업에 있어서 분철광석을 고로에 직접 장입하면 고로 내부에서 환원가스의 흐름이 원활하지 못하기 때문에, 고로 조업시 노황불량을 초래하여 고로의 출선량을 감소시키게 된다.

따라서, 고로 조업시 이와 같은 분철광석은 환원가스의 흐름을 원활하게 하면서 고로 장입을 원활하게 하도록 적정한 크기 예를 들어, 직경이 대략 5mm - 50mm 정도로 분철광석을 괴상화 시켜줄 필요가 있으며, 이와 같은 분철광석의 괴상화 공정을 철광석 소결 공정이라 하고, 분광석을 소결(1,200∼1,300℃의 반 용융상태로까지 가열해서 재결정이나 용융 등으로 분광끼리 결합시켜 단광화)해서 만든 인조 광석을 소결광이라 한다.

이러한 소결광을 제조하기 위해 가장 널리 사용되는 소결법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 소결 배합원료로 사용되는 철광석과 부원료 그리고 반광과 결합재를 저장한 여러 개의 원료저장조(1)에서 정량 절출하여 벨트 컨베이어에 적층시켜 운송한 후, 1, 2차 믹서(2)(3)에서 물과 혼합 및 조립시켜 소결기에서 소성하여 소결광을 제조하는 것이다.

더욱 상세히 설명하면, 가루 철광석을 주원료로 하여 석회석, 규석, 생석회 등의 부원료와 고체 연료인 결합재로 분코크스, 무연탄 그리고 소결광의 분광인 반광(返鑛) 등으로 이루어진 배합원료를 1차(2) 및 2차 믹서(3) 등으로 혼합 및 조립(造粒)하여 의사 입자로 한다.

다음으로, 배합 원료의 의사 입자를 바닥에 통풍이 가능한 격자가 설치된 대차(10)에 장입한 후, 대차의 표층부 배합원료 중의 고체 연료를 고온의 점화로(40)에 의해 착화하고 대차의 하방(下方)으로 메인블로워(도시 생략)에 의해 흡인 통풍함으로써 연소를 상층부에서 하층부로 이동시켜, 배합원료 중 고체 연료인 결합재가 용융되어 하방으로 이동하여 분체가 결합되도록 하여 공극을 감소시켜 밀도를 높이는 괴성화 현상에 의해 소결광이 제조되는 것이다.

이러한 소결광 제조과정에서는 도 2에 나타낸 것과 같이, 통상 배합원료를 소결기 대차(10)에 장입할 때에는 예각으로 설치된 다중 장입롤(30)에 의해 배합원료가 흘러내리면서 조립 입도가 굵은 입자는 하층부에, 미세한 입자는 상층부에 편석되도록 유도된다.

이렇게 상층부는 미세한 원료를 장입하고, 하층부는 굵은 원료를 장입하는 수직 편석 장입 방법은 흡인시 통기성을 개선하여 생산성을 향상하고, 소결광의 품질을 향상시키고 있어 조업에 적극 활용되고 있으나 고체 연료로 사용되는 분코크스와 무연탄 또한 표층부에 다량 분포되어 고온의 점화로(40)에 의해 착화 후 쉽게 소성되어 취약층이 발생하기 때문에 통상 표층으로부터 50∼100mm는 소결광의 강도 저하에 의해 고로에서 사용할 수 없는 반광의 발생량이 증대되는 문제점이 있게 된다.

이러한 문제를 해소하기 위해, 특허출원 제2000-0045983호 "소결광 제조장치 및 제조방법"에서는, 소성 상태가 취약한 장입 원료의 상층 표층부에 고체 연료인 분코크스와 무연탄을 별도로 증배합시켜 소결광 배합원료 표층부의 취약층을 감소시키고 소결광의 강도를 향상시켜 소결광의 회수율을 향상시킬 수 있는 소결광 제조장치 및 제조방법이 개시되어 있다. 이 기술에 따르면, 취약 부분에만 연료를 증배합하고 취약층을 제외한 부분은 감소시켜 전체적으로는 연료 원단위가 저감되고 배가스 중 대기 오염물질이 감소되는 효과가 있으나 표층부 탄재 첨가시 과용융으로 인한 통기성 저해 요인이 되며, 또한 표층부 깊숙이는 탄재가 투입되지 못해 취약층을 감소시키지 못하고, 성분 변동을 발생시키는 문제점이 있게 된다.

그리고 특허출원 제2002-0049664호의 "소결 원료층 표층부 분코크스 첨가장치 및 방법"에서는, 소결광 제조시 소결 베드의 원료 충진층내에 융액 형성을 촉진할 수 있는 소결용 분코크스 등의 고체 연료를 원료 충진층 표층부에 공급하여 표층부의 소성 열량 및 융액생성량을 증가시킴으로써 소결광 강도 및 회수율을 향상시키는 "소결 원료층 표층부 분코크스 첨가장치 및 방법"을 제공하고 있으나, 표층부 배합원료와 연료와의 혼합이 불량하여 품질의 편차가 과다하게 발생하고 결합재 상승은 물론 오염 물질을 다량 발생시키는 문제점이 있게 된다.

본 발명의 일 실시예는, 장입롤과 점화로 사이에 배합원료를 혼합할 수 있는 혼합유닛을 설치하여 상층부에 많이 분포된 미분의 배합원료와 결합재를 중간 입자와 혼합시켜 고열 유지 시간을 길게 하고, 표층부 장입 밀도를 저하시켜 통기성을 향상시킬 수 있도록 한 소결광 제조장치를 제공한다.

본 실시예의 소결광 제조장치는, 배합원료가 장입되는 소결기 대차; 상기 대차의 진행 방향에 설치되는 지지프레임; 상기 대차의 폭 방향을 가로질러 상기 지지프레임에 회전 가능하게 결합되는 회전축; 상기 회전축에 고정 결합되어 배합원료를 혼합시키는 적어도 하나 이상의 혼합블레이드; 상기 회전축에 회전력을 제공하도록 연결되는 회전모터;를 포함한다.

본 실시예에 따르면, 상기 혼합블레이드는 원호 형태로 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 지지프레임에 결합되며, 배합원료의 비산을 방지하는 비산방지커버를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 지지프레임의 높이를 조절하기 위한 제1 승강부재를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 대차 내에 장입되는 배합원료의 높이를 제어하는 커팅플레이트, 상기 커팅플레이트를 승강시키는 제2 승강부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 배합원료를 소결기 대차에 장입함에 있어서 장입 밀도를 균일하게 하면서도 소결 공정시 통기성이 양호하게 되어 소결광의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 배합원료의 통기성을 향상시켜 윈드박스의 부압을 일정하게 유지할 수 있게 되어, 소결기 대차의 진행 속도를 안정화시키고 생산성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 소결 공정을 도시한 개략도.
도 2는 일반적인 소결 공정시 대차에 배합원료가 장입되는 과정을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명에 의한 소결광 제조장치를 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 따른 소결광 제조장치의 혼합유닛 중 주요 구성을 도시한 사시도.

이하에서는, 본 발명에 의한 소결광 제조장치의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 구성 요소 중 종래 기술과 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 부여한다.

도 3은 본 실시예에 의한 소결광 제조장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 실시예에 의한 소결광 제조장치의 혼합유닛을 도시한 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 소결광 제조장치는 연속적으로 결합된 복수 개의 소결기 대차(10), 소결기 대차(10)의 진행 방향을 따라 입측에 설치되어 대차(10) 내부로 배합원료를 정량 절출하는 드럼피더(20), 배합원료를 소결기 대차(10) 내로 장입하는 장입롤(30), 배합원료 상부 표면을 점화하기 위한 점화로(도 1 참조, 40), 소결기 대차(10)의 하부에 연속적으로 복수 구비되어 소결기 대차(10) 하부로 공기를 흡입하는 윈드박스(도시 생략)를 포함한다.

소결기 대차(10)는 레일을 따라 이동하여 배합원료의 적재와 소결 및 배광 과정을 반복적으로 진행하게 된다. 소결기 대차(10)의 하부에는 소결 공정이 일어나는 무한 궤도 위에서 소결기 대차(10)를 이동시키는 복수의 주행차륜을 포함한다.

한편, 본 실시예의 소결광 제조장치는 소결기 대차(10) 내에 장입된 배합원료의 표층부를 혼합해 주는 혼합유닛(100)을 더 포함한다. 혼합유닛(100)은 소결기 대차(10) 내에 적재된 배합원료의 장입 밀도를 낮춤으로써 윈드박스에 의한 공기 흡입시 배합원료의 통기성을 높일 수 있다. 혼합유닛(100)은 장입롤(30)과 점화로 사이에 위치될 수 있으며, 필요에 따라 소결기 대차(10)의 진행 방향을 따라 복수 개가 배치될 수 있다.

혼합유닛(100)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 장입롤(30)과 점화로 사이에 설치되는 지지프레임(110), 소결기 대차(10)의 폭 방향으로 설치되는 회전축(120), 소결기 대차(10)에 적재된 배합원료 내부로 삽입되어 배합원료를 혼합시킴으로써 통기를 위한 공간을 형성하는 혼합블레이드(130), 회전축(120)에 기어박스를 매개로 연결되어 회전축(120)을 회전시키는 회전모터(140)를 포함한다.

지지프레임(110)은 회전축(120)과 기어박스 및 회전모터(140)를 지지하는 역할을 한다. 지지프레임(110)은 소결기 대차(10)의 진행에 간섭되지 않도록 정면에서 봤을 때 대략 "┏┓"자 형태로 이루어진다. 즉, 지지프레임(110)은 대차(10)의 소정 높이 상측에 수평으로 위치하는 수평프레임(111)과, 수평프레임(111)의 양단에 수직으로 입설되어 지면에 고정되는 수직프레임(112)을 포함한다.

회전축(120)은 레일을 따라 이동하는 대차(10)의 진행 방향에 대해 대차(10)의 폭 방향으로 배치된다. 회전축(120)은 단면상 원형의 장봉 형태로 이루어지고, 그 양단에는 회전축(120)을 회전 가능하게 지지하는 제1 기어박스(G1)가 설치된다. 어느 하나의 제1 기어박스에는 회전모터(140)가 연결되어 회전축(120)에 회전력을 부여한다. 제1 기어박스(G1)는 지지프레임(110)에 스크류 등의 고정부재를 이용하여 고정 결합될 수 있다. 그리고 제1 기어박스가 연결되지 않은 나머지 기어박스에는 필요에 따라 회전축(120)을 수동으로 회전시킬 수 있는 수동핸들(도시 생략)이 결합될 수 있다. 제1 기어박스의 내부에는 웜기어, 베벨기어 또는 헬리컬기어 등이 기어축의 교차 방식에 따라 선택적으로 구비될 수 있으며, 이러한 기어박스의 구성은 기존에 공지되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

혼합블레이드(130)는 회전축(120)에 용접 또는 별도의 고정부재 등을 이용하여 고정 결합될 수 있다. 혼합블레이드(130)의 설치 개수는 특별히 한정되지 않는다. 혼합블레이드(130)는 소정 각도의 곡률반경을 갖는 원호 형상으로 이루어져 배합원료 표면에서 내부로 보다 용이하게 삽입되는 한편 보다 쉽게 배합원료를 혼합시킬 수 있는 구조로 되어 있다. 혼합블레이드(130)는 그 두께 및 재질에 있어서 특별히 한정되지 않으나, 배합원료 내부로 삽입시 변형되지 않도록 충분한 내구성을 갖는 재질, 예컨대 금속재로 이루어질 수 있다.

회전모터(140)는 제1 기어박스(G1)를 매개로 회전축(120)에 연결되어 소결기 대차(10)의 주행 속도에 상응하는 속도로 회전축(120)의 회전을 제어하며, 이를 위해 회전모터(140)는 인버터와 적절한 감속기구를 더 포함할 수 있다. 회전축(120)의 회전 방향은 대차(10)의 진행 방향에 상관없이 정방향 및 역방향 모두 가능하다.

한편, 본 실시예의 소결광 제조장치는 지지프레임(110)을 승강시켜 배합원료에 대한 혼합블레이드(130)의 삽입 깊이를 조절하는 제1 승강부재(150)를 더 포함할 수 있다.

제1 승강부재(150)는 수직프레임(112)에 나사 결합되는 제1 나선축(151)과, 제1 나선축(151)에 제2 기어박스(G2)를 매개로 결합되는 제1 승강모터(152)를 포함한다. 제2 기어박스(G2)는 위에서 언급한 제1 기어박스와 동일 또는 유사한 구성을 가질 수 있다.

제1 승강모터(152)에 전원이 인가되면 제2 기어박스(G2)에 연결된 제1 나선축이 정방향 또는 역방향으로 회전하면서 지지프레임(110)의 수직프레임(111)을 상승 또는 하강시키고, 이에 따라 혼합블레이드(130)가 구비된 회전축(120)의 높이를 가변시킴으로써 대차(10)에 적재된 배합원료에 대한 혼합블레이드(130)의 삽입 깊이를 조절할 수 있다. 혼합블레이드(130)가 배합원료에 삽입된 상태에서 대차(10)가 진행하게 되면 대차(10)에 적재된 배합원료의 표층부가 적절하게 혼합되고, 이에 따라 공기가 용이하게 흡입되어 배합원료의 통기성을 확보할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 실시예의 소결광 제조장치는 대차(10) 내에 적재되는 배합원료의 높이를 조절해 주는 커팅플레이트(160) 및 커팅플레이트(160)의 높낮이를 조절할 수 있는 제2 승강부재(170)를 더 포함할 수 있다.

커팅플레이트(160)는 대략 장방형의 평판으로 이루어지며, 회전축(120)과 소정 거리 이격되어 설치된다. 커팅플레이트(160)의 양단에는 대략 "┓"자 형태의 브래킷(161)이 결합된다.

제2 승강부재(170)는 브래킷에 나사 결합되는 제2 나선축(171)과, 제2 나선축(171)에 제3 기어박스(G3)를 매개로 결합되는 제2 승강모터(172)를 포함한다. 제3 기어박스(G3)는 위에서 언급한 제1 기어박스와 동일 또는 유사한 구성을 가질 수 있다. 제2 승강모터(172)에 전원이 인가되면 제3 기어박스(G3)에 연결된 제2 나선축(171)이 정방향 또는 역방향으로 회전하면서 브래킷(161)을 상승 또는 하강시키고, 이에 따라 커팅플레이트(160)의 높이를 가변시킴으로써 대차(10)에 배합원료의 적재 높이를 조절할 수 있다.

한편, 제3 기어박스는 연결프레임(113)을 매개로 수직프레임(112)과 연결되어 제1 승강부재(150)의 동작시 커팅플레이트(160) 역시 일체로 상승 또는 하강할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 본 실시예의 소결광 제조장치는 혼합블레이드(130)의 회전시 배합원료가 외부로 비산되는 것을 방지하는 비산방지커버(180)를 더 포함할 수 있다.

비산방지커버(180)는 지지프레임(110)의 수평프레임(111)에 고정 결합되는 상부커버(181)와, 상부커버(181)의 일측에 소정의 경사 각도를 갖도록 절곡되는 경사커버(182)를 포함한다. 본 실시예에서 경사커버(182)는 상부커버(181)의 전방(도 3에서 우측 방향)에 절곡 형성되어 있으나, 회전축(120)의 회전 방향에 따라 상부커버의 후방 또는 양측에 모두 형성될 수도 있다. 비산방지커버(180)는 배합원료가 부착되는 것을 방지하도록 고밀도 우레탄 재질로 형성될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 소결광 제조장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 실시예는 드와이트-로이드(Dwight-Lloyd,DL) 형태 즉, 무한궤도상을 이동하는 소결기 대차(10)를 갖는 연속식 철광석 소결기를 이용하여 소결광을 제조하는 소결 공정을 도시하고 있다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 소결 배합원료인 분철광석과 부원료 석회석 및 연료코크스 등의 혼합물은 드럼피더(20)를 통하여 무한궤도상으로 이동하는 연속식 소결기 대차(10)에 장입되어 소결기 대차(10)의 측벽 높이까지 채워져 원료층을 형성시킨다.

다음으로, 원료층의 상부를 점화로를 통하여 점화시키고 점화가 끝나면 이동하는 대차(10) 하부의 윈드박스를 이용하여 공기를 원료층의 상부로부터 하부로 흡입하여 원료층이 계속하여 연소될 수 있도록 한다.

이때, 대차(10)가 무한궤도 방식으로 진행하는 동안 장입층 상측에서부터 하측으로 연료가 타 내려가면서 발산하는 열에 의해 일부 미분 철광석과 부원료인 석회석의 용융으로 철광석 입자들이 결합하여 소결이 이루어진다.

한편, 대차(10)가 이동하게 되면 그 이동속도에 상응하는 속도로 회전모터(140)가 회전축(120)을 회전시키고, 회전모터(140)에 의해 회전축(120)이 회전되면 회전축(120)에 설치된 혼합블레이드(130)가 일 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 대차(10)에 적재된 배합원료의 표층부가 혼합되면서 배합원료의 내부로 공기가 침투할 수 있어, 배합원료의 통기성을 확보할 수 있게 된다.

즉, 다중 장입롤(30)에 의하여 소결기 대차(10)에 수직 편석된 배합원료와 결합재 등의 조립입자 및 미세입자는 혼합블레이드(130)에 의해 서로 고르게 혼합되면서 표층부의 밀도를 저하시켜 통기성을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 소결 설비에 의해 검출된 윈드박스의 부압이 설정치보다 더 내려가는 등 혼합블레이드(130)의 삽입 깊이를 더 깊게 하기 위해서는 제1 승강부재(150)가 구동하여 지지프레임(110)을 하강시키게 된다. 지지프레임(110)이 하강하게 되면 회전축(120)이 대차(10) 쪽으로 하강하게 되고, 이에 회전축(120)에 설치된 혼합블레이드(130)가 더 밑으로 내려와 배합원료 내부로 더 깊숙이 파고들게 된다. 따라서 배합원료 내부로 혼합블레이드(130)가 더 깊이 삽입되어 배합원료 내부의 통기성을 더욱 향상시켜 소결기 대차(10)의 진행 속도를 높일 수 있다.

반대로, 윈드박스의 부압이 설정치보다 더 올라가게 되면 제1 승강부재(150)의 구동에 의해 지지프레임(110)을 상승시켜 회전축(120)을 상승시킨다. 회전축(120) 상승에 따라 회전축(120)에 설치된 혼합블레이드(130)가 대차(10) 상에서 위로 올라가 배합원료에 대한 삽입 깊이가 얕아지게 된다. 따라서 배합원료에 대한 통기성이 줄어 윈드박스의 부압을 정상치로 낮출 수 있게 된다.

이와 같이 진행하여 소결기 대차(10)에 적층된 원료층의 하부까지 완전한 연소가 이루어지면, 원료층의 소결 작업은 종료되고, 소결기 대차(10) 상에는 괴상화된 소결광만이 남게 되는 것이며, 소결기 끝에서 낙하하여 냉각, 선별, 파쇄 과정을 거쳐 고로 작업에 적한 크기 및 형태의 소결광으로 만들어지게 된다.

이때 소결기 대차(10)는 연속적으로 무한궤도를 이루면서 이동하며, 배광부에서 소결광을 배출한 빈 소결기 대차(10)는 궤도 이동하여 다시 원료 장입단계 및 연소단계 등의 소결과정을 연속적으로 반복 수행하게 된다.

10 ; 대차 20 ; 드럼피더
30 ; 장입롤 100 ; 혼합유닛
110 ; 지지프레임 111 ; 수평프레임
112 ; 수직프레임 113 ; 연결프레임
120 ; 회전축 130 ; 혼합블레이드
140 ; 회전모터 150 ; 제1 승강부재
160 ; 커팅플레이트 170 ; 제2 승강부재
180 ; 비산방지커버 181 ; 상부커버
182 ; 경사커버

Claims (5)

1. 배합원료가 장입되는 소결기 대차;
   상기 대차의 진행 방향에 설치되는 지지프레임;
   상기 대차의 폭 방향을 가로질러 상기 지지프레임에 회전 가능하게 결합되는 회전축;
   상기 회전축에 고정 결합되어 배합원료를 혼합시키는 적어도 하나 이상의 혼합블레이드;
   상기 회전축에 회전력을 제공하도록 연결되는 회전모터;
   를 포함하는 소결광 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 혼합블레이드는 원호 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 소결광 제조장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 지지프레임에 결합되며, 배합원료의 비산을 방지하는 비산방지커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 지지프레임의 높이를 조절하기 위한 제1 승강부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 대차 내에 장입되는 배합원료의 높이를 제어하는 커팅플레이트, 상기 커팅플레이트를 승강시키는 제2 승강부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광 제조장치.

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