KR20140069604A

KR20140069604A - 소결광 제조 방법

Info

Publication number: KR20140069604A
Application number: KR1020120137066A
Authority: KR
Inventors: 김성완; 서인국; 서정일; 곽성대
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-10
Also published as: KR101526451B1

Abstract

본 발명은 복수의 소결 배합 원료를 혼합하는 단계와, 알루미나 함량이 높은 고 알루미나 철광석과 고 알루미나 철광석보다 알루미나 함량이 낮고 입자 크기가 작은 저 알루미나 철광석을 이용하여 미니 펠렛을 제조하는 단계와, 소결 배합 원료와 미니 펠렛을 혼합한 후 소결하여 소결광을 제조하는 단계를 포함하는 소결광 제조 방법이 제시된다.

Description

소결광 제조 방법{Method for manufacturing sintered ore}

본 발명은 소결광 제조 방법에 관한 것으로, 특히 철광석 미니 펠렛을 이용한 소결광 제조 방법에 관한 것이다.

미립의 분철광석을 소결하여 고로 사용에 적합한 크기로 제조하는 소결광 제조 공정은 대량 생산이 가능한 드와이트-로이드(Dwight-Lyoid)식 소결 공정이 주로 이용된다. 이러한 DL식 소결 공정에서는 분철광석, 부원료 및 연료(분코크스, 무연탄) 등을 드럼 믹서에 넣어 혼합 및 조습(원료중량비 약 7∼8%)을 실시하여 소결 배합 원료를 의사 입자화시켜 소결기 대차상에 일정 높이로 장입한다. 그리고, 점화로에 의해 표면 점화 후 하방으로부터 공기를 강제 흡인하면서 소결 배합 원료의 소성이 진행되고 소결광이 제조된다. 소결이 완료된 소결광은 배광부의 파쇄기(crusher)를 거쳐 냉각기(cooler)에서 냉각되고, 고로내 장입 및 반응에 용이한 5∼50㎜의 입도로 분급되어 고로로 이송된다.

DL식 소결 공정에서 소결 반응을 효율적으로 진행시키고, 양호한 품질의 소결광을 제조하기 위해서는 적정량의 공기가 층내를 흐를 수 있도록 통기성을 확보하는 것이 중요하며, 소결 생산성은 소결층 내 통기성에 크게 영향을 받는다. 또한, 소결층 내의 통기성은 의사 입자의 입도 분포에도 영향을 받으며, 통기성을 개선하기 위해서는 평균 입경의 증가보다는 미분부의 비율을 감소시키는 것이 효과적이다. 따라서, 소결 원료중 미분 비율의 최소화가 필요하며, 철광석의 선광 과정을 거쳐 생산되는 극미분 철광석(ultra-fine iron ore)과 같이 입경 약 200㎛ 이하의 미분 비율이 매우 높은 철광석을 사용할 경우에는 별도의 사전 처리를 통하여 소결 원료로 사용해야 한다.

또한, 소결 과정에서 의사 입자의 입도 분포 외에 강도가 소결층의 통기성에 크게 영향을 미친다. 통기성은 조립물이 수송, 장입, 그리고 소성 과정에서 받게 되는 기계적, 열적 충격에 견딜수 있는 강도를 갖는 것이 바람직하다. 통기성이 양호하면 소결광의 생산성이나 품질에 대한 조정이 용이해지므로 조립 공정에서는 원료 성상(입도 등)의 변화에도 불구하고 일정한 통기성을 확보할 수 있는 강도를 가진 의사 입자를 만드는 것이 중요하다.

한편, 최근 제선 공정에서는 저급 철광석의 사용 증대로 고로 슬래그중 Al₂O₃ 함량이 지속적으로 증가하여 예를 들어 16.5% 이하의 관리 한계치에 근접하고 있다. 고 Al₂O₃ 광석을 소결 원료로 사용할 경우 소결 조업 측면에서는 소결 융액의 융점 상승 및 유동성 저하로 소결광 강도 및 회수율이 저하하여 생산성이 저하된다. 또한, 생성 융액으로부터 2차 헤마타이트(hematite; Fe₂O₃)가 정출될 때 Al₂O₃ 고용에 따른 결정 구조 불안정으로 소결광의 저온 환원 분화지수(RDI)가 악화된다. 그리고, 고로 조업 측면에서는 고로 슬래그 용량(slag volume)이 증가하고, 슬래그중 Al₂O₃ 성분 상승에 의한 점성 증가로 인해 슬래그 배출성 악화 및 고로 조업 불안정을 초래하게 된다.

본 발명은 고 Al₂O₃ 광석을 소결 원료로 사용하는 소결광 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 소결광 중의 Al₂O₃ 성분의 증가 없이 소결 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있는 소결광 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 소결광 제조 방법은 복수의 소결 배합 원료를 혼합하는 단계; 알루미나 함량이 높은 고 알루미나 철광석과 상기 고 알루미나 철광석보다 알루미나 함량이 낮고 입자 크기가 작은 저 알루미나 철광석을 이용하여 미니 펠렛을 제조하는 단계; 및 상기 소결 배합 원료와 상기 미니 펠렛을 혼합한 후 소결하여 소결광을 제조하는 단계를 포함한다.

상기 소결 배합 원료는 철광석, 부원료, 반광 및 연료를 포함하며, 상기 소결 배합 원료의 혼합 시 수분을 더 첨가한다.

상기 미니 펠렛은 상기 고 알루미나 철광석과 상기 저 알루미나 철광석에 바인더를 첨가하여 혼합한 후 펠렛타이징에 의해 제조한다.

상기 고 알루미나 철광석은 알루미나 함량이 3중량% 내지 4중량%이고, 상기 저 알루미나 철광석은 알루미나 함량이 0.05중량% 내지 0.4중량%이다.

상기 고 알루미나 철광석은 평균 입도가 2.0 내지 4.0㎜이고, 상기 저 알루미나 철광석은 평균 입도가 50 내지 200㎛이다.

상기 바인더는 상기 고 알루미나 철광석과 상기 저 알루미나 철광석의 양을 100으로 할 때 2 내지 5% 첨가된다.

상기 조립용 바인더는 당밀 및 CaO를 포함하고, 상기 당밀과 CaO는 3:1∼7:1의 비율로 첨가된다.

상기 미니 펠렛은 상기 고 알루미나 철광석 입자를 상기 저 알루미나 철광석 입자가 피복한 형상으로 제조된다.

상기 미니 펠렛과 상기 소결 배합 원료의 배합에 의해 상기 저 알루미나 철광석 입자를 피복하도록 상기 소결 배합 원료에 의한 부착 입자층이 형성된다.

상기 소결광은 상기 고 알루미나 철광석에 의한 고 알루미나 철광석 잔류 원광이 형성되고, 상기 잔류 원광을 피복하도록 상기 고 알루미나 철광석과 상기 저 알루미나 철광석의 동화 조직이 형성되며, 상기 동화 조직을 피복하도록 상기 저 알루미나 철광석의 용융 조직이 형성되고, 상기 용융 조직을 피복하도록 소결 배합 원료 조직이 형성된다.

본 발명의 다른 양태에 따른 소결광 제조 원료는 알루미나 함량이 높은 고 알루미나 철광석 입자를 고 알루미나 철광석보다 알루미나 함량이 낮고 입자 크기가 작은 저 알루미나 철광석 입자가 피복하도록 형성되고, 상기 저 알루미나 철광석 입자를 소결 혼합 원료에 의한 부착 입자층이 피복하도록 형성된다.

상기 소결 배합 원료는 철광석, 부원료, 반광 및 연료를 포함한다.

본 발명의 또다른 양태에 따른 소결광은 알루미나 함량이 높은 고 알루미나 철광석에 의한 고 알루미나 철광석 잔류 원광과, 상기 광석 잔류 원광을 피복하도록 형성된 고 알루미나 철광석과 상기 고 알루미나 철광석보다 알루미나 함량이 낮고 입자 크기가 작은 저 알루미나 철광석의 동화 조직과, 상기 동화 조직을 피복하도록 형성된 저 알루미나 철광석의 용융 조직과, 상기 용융 조직을 피복하도록 형성된 소결 배합 원료 조직을 포함한다.

본 발명의 실시 예들에 따른 소결광 제조 방법은 알루미나(Al₂O₃) 성분을 3∼4중량% 함유하는 고 Al₂O₃ 분철광석과 입도가 극히 미세하지만 알루미나 함량이 낮은 저 Al₂O₃ 극미분 철광석을 이용한 미니 펠렛 입자를 소결 배합 원료의 2차 조립 공정에 투입하여 미니 펠렛 입자를 소결 배합 원료와 함께 최종 조립후 소결을 진행함으로써 소결광을 제조한다.

따라서, 종래의 소결 공정에서 사용하기 곤란한 고 Al₂O₃ 분철광석을 소결 공정에서 유효하게 활용하고, 소결광중의 Al₂O₃ 성분의 증가없이 소결 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 소결광 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 소결광 제조 공정에 따라 제조된 입자들의 모식도.
도 3은 소결 포트 시험에서 소결 시간에 따른 소결 배가스 온도 및 소결층 통과 유량 패턴을 도시한 그래프.

이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 소결광 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 2는 소결광 제조 공정에 따라 제조된 입자의 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 소결광 제조 방법은 철광석을 포함한 소결 배합 원료를 혼합하는 단계(S100)와, 고 Al₂O₃ 분철광석과 저 Al₂O₃ 극미분 철광석을 이용하여 미니 펠렛을 제조하는 단계(S200)와, 소결 배합 원료와 미니 펠렛을 혼합하고 소결하여 소결광을 제조하는 단계(S300)를 포함한다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 소결광 제조 방법을 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 철광석, 부원료, 반광, 그리고 연료 등으로 구성되는 소결 배합 원료를 준비한다(S110). 여기서, 철광석은 적철광, 갈철광, 자철광 등을 이용할 수 있는데, 이들의 어느 하나 또는 둘 이상을 이용할 수 있다. 또한, 부원료는 생석회, 석회석, 규사, 사문석 등의 적어도 어느 하나를 포함하고, 연료는 분코크스, 무연탄 등의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들 배합 원료들은 일정 비율로 예를 들어 드럼 믹서(drum mixer) 등의 1차 혼합기에서 혼합된다(S120). 이때, 혼합된 배합 원료에 수분을 첨가하여 생석회를 소석회로 수화시킨다. 즉, 1차 혼합기에 수분을 첨가하면, 배합 원료 내의 생석회는 수화 반응에 의해 소석회(Ca(OH)₂)로 되는데, 소석회는 배합 원료의 바운딩(Bounding) 역할을 하여 배합 원료를 1차 조립하여 의사 입자화한다. 여기서, 혼합된 배합 원료의 수분 함량은 예를 들어 7∼8중량% 정도로 유지할 수 있다.

그리고, 알루미나(Al₂O₃) 성분을 예를 들어 3∼4중량% 정도 함유하는 고 Al₂O₃ 분철광석과 알루미나 성분을 예를 들어 0.05∼0.4중량% 정도 함유하는 저 Al₂O₃ 극미분 철광석을 준비한다(S210). 여기서, 저 Al₂O₃ 극미분 철광석은 입도가 극히 미세하지만, 알루미나 함량이 극히 낮아 소결광 중에서 고 Al₂O₃ 분철광석에 의한 알루미나의 증가를 억제하는 원료로 이용된다. 또한, 고 Al₂O₃ 분철광석은 평균 입도가 2.0∼4.0㎜ 정도이고, 저 Al₂O₃ 극미분 철광석은 평균 입도가 50∼200㎛ 정도이다. 그리고, 고 Al₂O₃ 분철광석과 저 Al₂O₃ 극미분 철광석은 6:4 내지 5:5의 비율로 첨가될 수 있다. 이러한 고 Al₂O₃ 분철광석과 저 Al₂O₃ 극미분 철광석은 예를 들어 고속 교반 믹서를 이용하여 혼합할 수 있는데, 이때 당밀, CaO 등을 포함하는 조립용 바인더를 첨가하여 균일하게 혼합한다(S220). 조립용 바인더는 소결 과정중 미니 펠렛 입자의 붕괴를 억제하고, 특히 소결 융착대 하부의 소결 원료층 건조 영역에서 의사 입자 상태를 건전하게 유지시켜 소결층의 통기성을 향상시키는 역할을 한다. 즉, 미니 펠렛 입자들이 수송, 장입, 그리고 소성 과정에서 받게 되는 기계적, 열적 충격에 견딜 수 있는 내구성을 향상시키는 기능을 한다. 또한, 조립용 바인더의 첨가량에 따라 미니 펠렛의 낙하 강도를 향상시킬 수 있다. 이러한 조립용 바인더는 고 Al₂O₃ 분철광석과 저 Al₂O₃ 극미분 철광석을 100으로 할 때 2∼5중량% 정도 첨가될 수 있으며, 이때 당밀과 CaO는 3:1∼7:1의 비율로 첨가될 수 있다. 이러한 당밀 및 CaO 첨가량이 증가할수록 미니 펠렛의 습윤 입자의 낙하 강도가 증가한다. 그러나, 미니 펠렛의 완전 건조 후에는 낙하 강도가 당밀 첨가량에 따라 직선적으로 증가하고, CaO 첨가량이 증가할수록 강도 증가 기울기는 소폭 감소한다. 이는 CaO 첨가량이 증가할수록 경화능이 증가하지만, 건조에 의한 취성이 증가하기 때문이다. 또한, 동일한 바인더 첨가 조건에서 미니 펠렛 입자의 낙하 강도는 습윤 상태보다 완전 건조 후에 더욱 높게 나타나며, 이는 건조 과정을 통해 조립용 바인더의 경화능이 더욱 향상되기 때문이다. 그리고, 펠렛 타이저에서 펠렛타이징에 의해 입자 크기가 예를 들어 4∼10㎜의 미니 펠렛 입자를 제조한다(S230). 이때, 미니 펠렛의 수분 함량은 종래와 유사하게 약 7∼8중량%로 유지할 수 있다. 이렇게 미니 펠렛을 제조하게 되면 입자가 큰 고 Al₂O₃ 분철광석의 주변을 입자가 작은 저 Al₂O₃ 극미분 철광석이 조립용 바인더에 의해 피복되기 때문에 도 2(a)에 도시된 바와 같이 고 알루미나 철광석(11)을 핵 입자로 하여 주변에 저 알루미나 극미분 철광석(12)이 피복된 형태를 갖게 된다.

상기와 같이 제조된 미니 펠렛 입자를 1차 조립된 소결 배합 원료의 의사 입자에 첨가한 후 2차 드럼 믹서에서 2차 조립을 통해 균일 혼합하여 소결용 조립물을 제조한다(S310). 이렇게 제조된 소결용 조립물은 도 2(b)에 도시된 바와 같이 고 알루미나 철광석(11)에 저 알루미나 극미분 철광석(12)이 피복된 미니 펠렛의 주변에 부착 입자층(13)이 형성되어 3층 구조의 의사 입자 형태를 갖는다. 즉, 미니 펠렛 입자와 소결 배합 원료와의 혼합 조립 과정에서 철광석, 부원료 및 연료로 구성되는 부착 입자층(13)이 미니 펠렛 주변에 형성된다. 그리고, 점화로에 의해 표면 점화 후 하방으로부터 공기를 강제 흡인하면서 소결용 조립물의 소결이 진행되어 소결광이 제조된다(S320). 이렇게 제조된 소결광은 도 2(c)에 도시된 바와 같이 소결 과정을 거친 후 고 알루미나 철광석(11)은 고 알루미나 광석 잔류 원광(21)이 되어 알루미나 성분이 주변 조직에 용융, 확산되는 것이 억제되어 고립화된다. 그리고, 고 알루미나 광석 잔류 원광(21) 조직 주변에는 고 알루미나 철광석과 저 알루미나 극미분 철광석의 동화 조직(22)과 저 알루미나 극미분 광석의 용융 조직(23)이 형성되고, 그 외부층에는 일반 소결광 조직(24)이 형성되어 견고한 결합 상태의 소결광이 얻어진다.

상기한 바와 같이 소결 배합 원료의 2차 조립 공정에 고 Al₂O₃ 분철광석과 저 Al₂O₃ 극미분 철광석을 이용한 미니 펠렛 입자를 투입하여 미니 펠렛 입자를 소결 배합 원료와 함께 최종 조립후 소결을 진행시킴으로써 종래의 소결 공정에서 사용하기 곤란한 고 Al₂O₃ 분철광석과 극미분 광석을 소결 공정에서 유효하게 활용할 수 있다. 이에 따라, 소결광중의 Al₂O₃ 성분의 증가없이 소결 생산성 및 품질의 개선 가능성을 확인하고자 다음과 같은 테스트를 실시하였다.

실시 예

이하의 실시 예에서는 고 Al₂O₃ 철광석과 저 Al₂O₃ 극미분 철광석을 펠렛타이징 처리하여 미니 펠렛 입자를 제조하고, 이를 소결 배합 원료와 혼합하여 소결광중의 Al₂O₃ 성분의 증가없이 소결 생산성 및 품질의 개선이 가능함을 확인하였다.

[소결 배합 원료의 조건]

본 발명에 사용된 소결 배합 원료의 조건을 [표 1]에 나타내었다. 실제 소결 공정 배합 원료의 조건과 유사하도록 하였으며, 철광석은 적철광계 분철광석 4종(A, B, D, F), 갈철광계 분철광석 2종(E, C), 고 Al₂O₃ 분철광석(G), 적철광계 극미분 광석(H) 및 자철광계 극미분 광석(I)를 사용하였다.

구분		배합 1	배합 2	배합 3	배합 4	입도(mm)
철광석 (wt.%)	A	4.5	3.7	2.6	2.6	-8
	B	6.9	5.7	4.1	4.1	-8
	C	5.2	4.3	3.0	3.0	-8
	D	5.1	4.2	3.0	3.0	-8
	E	46.1	38.0	27.2	27.2	-8
	F	17.7	14.6	10.4	10.4	-8
	G	-	15.0	15.0	15.0	-8
	H	-	-	20.0	-	-0.1
	I	-	-	-	20.0	-0.1
부원료 (wt.%)	생석회 석회석 규사	2.2 12.0 0.5	2.2 12.0 0.5	2.2 12.0 0.5	2.2 12.0 0.5	-1 -4 -1
신원료 합계(wt.%)		100.0	100.0	100.0	100.0
반광(wt.%)		26.3	26.3	26.3	26.3	-5
반코크스(wt.%)		2.4	2.4	2.4	2.4	-3
무연탄(wt.%)		3.3	3.3	3.3	3.3	-3
총합계(wt.%)		131.9	131.9	131.9	131.9
목표 조성	CaO(%) SiO2(%) MgO(%) Al2O3(%) Slag Vol. 염기도	9.0 5.0 0.6 1.7 16.3 1.80	9.0 5.2 0.6 1.9 16.6 1.73	9.0 4.9 0.6 1.7 16.2 1.80	9.0 5.0 0.6 1.7 16.3 1.80

소결 신원료를 기준으로 배합 1은 고 Al₂O₃ 광석(G)이 배합되지 않은 기준 배합이며, 배합 2는 고 Al₂O₃ 분철광석(G)이 15중량% 배합된 비교 배합이다. 또한, 배합 3 및 배합 4은 고 Al₂O₃ 광석(G) 15중량%가 배합된 경우 소결 원료의 Al₂O₃ 함량을 표준 배합(배합 1)과 동일하게 유지하기 위해 저 Al₂O₃ 극미분 광석(H 또는 I)을 각각 20 중량% 배합한 것이다. 그리고, 부원료로는 석회석 12.0중량%, 생석회 2.2중량%, 규사 0.5중량%를 이용하였다. 따라서, 철광석과 부원료를 혼합한 신원료의 합이 100중량%가 되도록 하였다. 한편, 반광은 26.3중량%, 연료로서 분코크스와 무연탄을 5.7중량% 배합하여 소결 원료 배합의 합을 131.9중량%로 하였다. 그리고, 배합 3와 배합 4에서 소결광 목표 성분은 표준 배합(배합 1)과 동일하게 Al₂O₃ 함량 1.7중량%, 슬래그량 16.3중량%, 염기도 1.8 수준으로 유지하였다.

[철광석의 화학 성분 및 입도]

본 발명에 사용된 철광석의 화학 성분 및 입도를 표 2에 나타내었다.

철광석	화학성분(wt.%)						입도
철광석	T.Fe	FeO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	M.S(mm)	-0.15mm
A	62.80	0.25	4.29	2.35	0.04	0.06	2.06	14.9
B	65.15	0.96	3.94	0.82	0.00	0.01	2.07	26.5
C	61.65	0.07	3.51	2.06	0.01	0.04	2.31	38.1
D	62.98	0.00	3.02	1.46	0.06	0.08	2.94	7.5
E	58.15	0.07	5.29	1.42	0.04	0.04	2.86	6.0
F	65.55	0.24	1.62	1.57	1.72	0.17	1.55	20.7
G	57.18	0.05	5.66	3.39	0.10	0.11	3.18	13.1
H	66.74	0.47	2.41	0.40	0.02	0.03	0.09	92.0
I	68.33	26.56	2.63	0.05	0.11	1.42	0.07	90.0

철광석의 성분 측면에서 적철광계 분철광석(A, B, D, F) 및 갈철광계 분철광석(E, C)의 Al₂O₃ 함량은 약 0.8∼2.4중량%인데 비하여 고 Al₂O₃ 철광석(G)의 Al₂O₃ 함량은 약 3.4중량%로 가장 높고, 극미분 저 Al₂O₃ 철광석 2종(H, I)의 Al₂O₃ 함량은 0.05∼0.4중량%로 매우 낮은 특성을 나타낸다. 또한, 철광석의 입도 측면에서 극미분 광석 2종(H, I)의 평균 입경은 약 70∼90㎛이고, 미분 비율(-0.15㎜)은 약 90∼92중량% 수준으로 극히 미세한 입도를 갖는 철광석이다.

[소결광 제조]

배합 1 내지 배합 4를 이용하여 소결광을 제조하였다. 이때, 소결광은 배합 1 내지 배합 4를 종래의 제조 방법으로 제조하였으며, 배합 3 및 배합 4를 본 발명의 제조 방법으로 제조하였다.

철광석, 부원료, 반광 및 연료로서 분코크스 또는 무연탄 등으로 구성되는 배합 1 내지 배합 4 각각을 1차 드럼 믹서에서 수분 첨가와 함께 2분간 1차 조립하였다. 이때, 배합 3 및 배합 4의 고 Al₂O₃ 분철광석(G) 15중량%와 저 Al₂O₃ 극미분 철광석(H 또는 I) 20중량%도 다른 철광석과 함께 1차 조립하였다. 한편, 이때의 조립 수분비는 7.5% 수준으로 하였다. 이렇게 제조된 1차 조립 입자를 2차 드럼 믹서에서 2분간 2차 조립한 후 소결하여 소결광을 제조하였다. 이렇게 종래의 방법으로 제조된 배합 1 내지 배합 4에 따른 소결광을 종래 예 1 내지 종래 예 4라 하겠다.

또한, 본 발명에 따른 제조 방법은 배합 1 내지 배합 4의 적철광계 분철광석 4종(A, B, D, F), 갈철광계 분철광석 2종(E, C)과 부원료, 반광 및 연료로서 분코크스 또는 무연탄 등으로 구성되는 배합 1 내지 배합 4 각각을 1차 드럼 믹서에서 수분 첨가와 함께 2분간 1차 조립하였다. 이때, 조립 수분비는 7.5% 수준으로 하였다. 그리고, 배합 3 및 배합 4의 전체 소결 원료중 고 Al₂O₃ 분철광석(G) 15중량%와 저 Al₂O₃ 극미분 철광석(H 또는 I) 20중량%를 고속 교반 믹서에서 조립용 바인더(당밀과 CaO)를 사용하여 균일하게 혼합하였다. 이때, 조립용 바인더는 당밀 1.5∼3.5중량%과 CaO 0.5∼1.5중량%를 첨가하여 3분간 균일하게 혼합하였다. 이후, 펠렛 타이저에서 약 10분간 펠렛타이징에 의해 입자 크기 4∼10㎜의 미니 펠렛 입자를 제조하였다. 이때, 미니 펠렛의 수분 함량은 종래와 유사하게 약 7∼8중량%으로 하였다. 이와 같이 얻어진 미니 펠렛 입자를 1차 조립 입자에 첨가한 후 2차 드럼 믹서에서 2분간 2차 조립을 통해 균일 혼합하고 소결하여 소결광을 제조하였다. 이렇게 본 발명에 따른 방법으로 배합 3 및 배합 4를 이용하여 제조된 소결광을 실시 예 1 및 실시예 2라 하겠다.

[조립용 바인더의 첨가비에 따른 미니 펠렛 입자의 낙하 강도]

본 발명에 의한 미니 펠렛 제조에 있어서 조립용 바인더의 첨가비에 따른 미니 펠렛 입자의 습윤 및 건조 후 낙하 강도를 측정하였다. 미니 펠렛 입자의 낙하강도는 다음의 [수학식 1]에 의하여 구하였으며, 제조된 4∼6㎜ 크기의 미니 펠렛(600g)을 높이 2m에서 3회 낙하 후 4㎜ 이상 입자의 중량 비율(g)을 백분율로 정의하였다.

본 발명에 의한 미니 펠렛 입자 제조에 있어서 조립용 바인더의 첨가비에 따른 미니 펠렛 입자의 습윤 및 건조 후 낙하 강도 측정결과를 [표 3]에 나타내었다.

바인더 배합비(%)		선택조립 입자 습윤강도(+4mm %)	선택조립 입자 건조후 강도(+4mm %)
당밀	CaO	선택조립 입자 습윤강도(+4mm %)	선택조립 입자 건조후 강도(+4mm %)
-	-	10.5	17.9
1.5	0.5	19.3	29.1
1.5	1.0	31.3	35.8
1.5	1.5	57.8	39.4
2.5	0.5	21.1	59.9
2.5	1.0	39.4	63.3
2.5	1.5	51.5	56.3
3.5	0.5	31.3	92.8
3.5	1.0	43.7	87.3
3.5	1.5	67.1	76.0

조립용 바인더로서 당밀을 1.5∼3.5중량% 및 CaO 0.5∼1.5중량%로 변화시켜 미니 펠렛 입자의 낙하 강도를 측정한 결과 당밀 및 CaO 첨가량이 증가할수록 습윤 입자의 낙하 강도가 증가하였다. 한편, 완전 건조 후 미니 펠렛 입자의 낙하 강도는 당밀 첨가량에 따라 직선적으로 증가하였고, CaO 첨가비가 증가할수록 강도 증가 기울기는 소폭 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 CaO 첨가비가 증가할수록 경화능이 증가하나, 건조에 의한 취성이 증가하기 때문으로 사료된다. 동일한 바인더 첨가 조건에서 미니 펠렛 입자의 낙하 강도는 습윤 상태보다 완전 건조 후에 더욱 높게 나타나며, 이는 건조 과정을 통해 조립용 바인더의 경화능이 더욱 향상되기 때문이다.

[소결 포트 시험 결과]

위와 같이 고 Al₂O₃ 철광석과 저 Al₂O₃ 극미분 철광석으로 구성되는 미니 펠렛 입자를 첨가한 소결 배합 원료를 직경 250㎜, 높이 600㎜의 소결 포트에 장입하였으며, 장입 밀도는 1.9t/㎥ 수준으로 유지하였다. 장입 완료후 1050℃로 예열된 점화로를 포트 상부로 이동시켜 1분간 점화한 후 부압을 1,500㎜Aq로 하여 소결을 진행하고, 생산성과 품질을 조사하였다. 제조된 소결광의 생산성, 회수율, 회전 강도, 저온 환원 분화율(RDI) 및 연료 원단위는 다음의 [수학식 2] 내지 [수학식 6]에 의해 구하였으며, 소결 시간은 배가스가 최고 온도에 도달하는 시간을 기준으로 정하였다.

본 발명에 의한 미니 펠렛 입자 배합 소결 포트 시험 결과를 [표 4]에 나타내었다.

구 분	종래예				실시예
구 분	배합 1	배합 2	배합 3	배합 4	배합 3	배합 4
생산성(t/d/㎡)	30.5	28.6	22.8	25.0	33.0	33.7
소결시간(min)	32.8	34.3	45.0	42.6	30.7	31.2
회수율(%)	75.4	75.1	74.3	76.2	76.6	77.5
회전강도(%)	73.3	72.3	72.4	71.5	73.9	73.7
저온환원분화율(%)	46.6	48.3	50.0	49.3	46.9	46.6
연료 원단위(㎏/t-s)	68.3	68.8	67.9	65.9	66.7	65.6
소결광 Al2O3(%)	1.70	1.93	1.72	1.62	1.73	1.66

종래의 방법으로 고 Al₂O₃ 분철광석(G)을 15중량% 배합한 배합 2에 의해 제조된 소결광은 배합 1의 기준 예에 대비하여 소결광중의 Al₂O₃ 함량(1.70→1.93%) 증가와 더불어 소결 시간 증가로 생산성(30.5→28.6t/d.㎡)이 저하되었고, 소결광 강도(73.3→72.4%) 및 저온 환원 분화율(46.6→48.3%)이 악화되었다. 이는 소결 원료중 Al₂O₃ 증가로 인한 소결 속도 저하, 융액 생성량 및 유동성 저하, 저온 환원 분화율에 악영향을 미치는 2차 헤마타이트의 생성량 증가에 기인한다. 또한, 종래의 방법으로 고 Al₂O₃ 분철광석(G)을 15중량% 배합하고 Al₂O₃ 함량 유지를 위해 저 Al₂O₃ 극미분 철광석(H 또는 I)를 20중량% 배합한 배합 3 및 배합 4에 의해 제조된 소결광은 원료 입도 미세화로 인하여 소결층 통기 저항이 증가되고, 그에 따라 소결 시간이 급격히 증가하여 소결 생산성 및 품질(강도, 저온 환원 분화율)의 악화를 초래하였다.

반면, 본 발명에 따른 방법으로 고 Al₂O₃ 분철광석(G)을 15중량% 사용시 Al₂O₃ 함량 유지를 위해 저 Al₂O₃ 극미분 광석(H 또는 I)를 20중량% 배합하여 미니 펠렛을 제조하고(배합 3, 배합 4) 소결 배합 원료와 혼합하여 제조된 소결광은 종래에 비하여 소결 시간이 현저히 단축되고, 소결 생산성(22.8∼25.0t/d.㎡→33.0~33.7t/d.㎡)이 증가하게 된다.

또한, 소결 포트 시험에서 소결 시간에 따른 소결 배가스 온도 및 소결층 통과 유량 패턴을 도시한 도 3에 도시된 바와 같이 종래 방법에 비하여 본 발명(배합 3, 배합 4)은 소결 배가스 온도 패턴이 빨라지고, 소결층 통기성 개선에 의해 소성 과정중 소결층 통과 유량도 증가됨을 알 수 있다.

그리고, 본 발명에 의해 제조된 소결광의 강도가 73.7∼73.9%로서 종래의 방법으로 제조된 소결광의 강도 71.5∼72.4%보다 높고, 회수율은 76.6∼77.5%로서 종래의 74.3∼76.2%보다 높으며, 저온 환원 분화율 또한 46.6∼46.9%로서 종래의 49.3∼50.0%보나 낮으며, 표준 배합(배합 1)과 동일 수준 이상으로 확보할 수 있었다. 또한, 자철광계 극미분 철광석(I)를 사용한 경우에는 소결 과정중 자철광의 산화 발열(119kcal/kg)에 의한 소성 열량 증가로 인해 표준 배합 조건(배합 1)에 비하여 소결광 회수율(75.4→77.5%)이 향상되고, 연료 원단위(68.3→65.6%)의 저감이 가능하였다.

상기한 바와 같이 고 Al₂O₃ 분철광석(G)과 저 Al₂O₃ 극미분 광석(H 또는 I)으로 구성되는 미니 펠렛 입자를 제조하여 기존 소결 배합 원료와 함께 사용하면 종래 소결 공정에서 사용하기 곤란한 고 Al₂O₃ 분철광석과 극미분 광석을 소결 공정에서 유효하게 활용할 수 있고, 소결광중 Al₂O₃ 성분의 상승없이 소결 생산성 및 품질 향상이 가능하다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

복수의 소결 배합 원료를 혼합하는 단계;
알루미나 함량이 높은 고 알루미나 철광석과 상기 고 알루미나 철광석보다 알루미나 함량이 낮고 입자 크기가 작은 저 알루미나 철광석을 이용하여 미니 펠렛을 제조하는 단계; 및
상기 소결 배합 원료와 상기 미니 펠렛을 혼합한 후 소결하여 소결광을 제조하는 단계를 포함하는 소결광 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 소결 배합 원료는 철광석, 부원료, 반광 및 연료를 포함하는 소결광 제조 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 소결 배합 원료의 혼합 시 수분을 더 첨가하는 소결광 제조 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 미니 펠렛은 상기 고 알루미나 철광석과 상기 저 알루미나 철광석에 바인더를 첨가하여 혼합한 후 펠렛타이징에 의해 제조하는 소결광 제조 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 고 알루미나 철광석은 알루미나 함량이 3중량% 내지 4중량%이고, 상기 저 알루미나 철광석은 알루미나 함량이 0.05중량% 내지 0.4중량%인 소결광 제조 방법.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 고 알루미나 철광석은 평균 입도가 2.0 내지 4.0㎜이고, 상기 저 알루미나 철광석은 평균 입도가 50 내지 200㎛인 소결광 제조 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 바인더는 상기 고 알루미나 철광석과 상기 저 알루미나 철광석의 양을 100으로 할 때 2 내지 5% 첨가되는 소결광 제조 방법.
청구항 7에 있어서, 상기 조립용 바인더는 당밀 및 CaO를 포함하고, 상기 당밀과 CaO는 3:1∼7:1의 비율로 첨가되는 소결광 제조 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 미니 펠렛은 상기 고 알루미나 철광석 입자를 상기 저 알루미나 철광석 입자가 피복된 형상으로 제조된 소결광 제조 방법.
청구항 9에 있어서, 상기 미니 펠렛과 상기 소결 배합 원료의 배합에 의해 상기 저 알루미나 철광석 입자를 피복하도록 상기 소결 배합 원료에 의한 부착 입자층이 형성되는 소결광 제조 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 소결광은 상기 고 알루미나 철광석에 의한 고 알루미나 철광석 잔류 원광이 형성되고, 상기 잔류 원광을 피복하도록 상기 고 알루미나 철광석과 상기 저 알루미나 철광석의 동화 조직이 형성되며, 상기 동화 조직을 피복하도록 상기 저 알루미나 철광석의 용융 조직이 형성되고, 상기 용융 조직을 피복하도록 소결 배합 원료 조직이 형성된 소결광 제조 방법.
알루미나 함량이 높은 고 알루미나 철광석 입자를 고 알루미나 철광석보다 알루미나 함량이 낮고 입자 크기가 작은 저 알루미나 철광석 입자가 피복하도록 형성되고, 상기 저 알루미나 철광석 입자를 소결 혼합 원료에 의한 부착 입자층이 피복하도록 형성된 소결광 제조 원료.
청구항 12에 있어서, 상기 소결 배합 원료는 철광석, 부원료, 반광 및 연료를 포함하는 소결광 제조 원료.
알루미나 함량이 높은 고 알루미나 철광석에 의한 고 알루미나 철광석 잔류 원광과,
상기 광석 잔류 원광을 피복하도록 형성된 고 알루미나 철광석과 상기 고 알루미나 철광석보다 알루미나 함량이 낮고 입자 크기가 작은 저 알루미나 철광석의 동화 조직과,
상기 동화 조직을 피복하도록 형성된 저 알루미나 철광석의 용융 조직과,
상기 용융 조직을 피복하도록 형성된 소결 배합 원료 조직을 포함하는 소결광.