KR20140079818A - 소결 원료의 조립 방법 - Google Patents

Abstract

이 소결 원료의 조립 방법은, 회전 구동하는 연직 중심축에 스크류 날개를 구비한 원통 용기로 이루어지는 분쇄부와, 중력 및 원심력의 작용에 의해 분급하는 분급부와, 분급부에서 분급한 언더플로우를 분쇄부의 원통 용기에 순환시키는 순환부를 가지는 수형 분쇄기를 이용하여 철광석을 습식 분쇄하고, 이 습식 분쇄하여 이루어지는 철광석 슬러리를 소결 원료의 전부 또는 일부에 첨가하여 조립하는 것을 포함한다.
이 방법으로 조립된 소결 원료를 이용함으로써, 펠릿 피드와 같은 특정 품목의 고품위의 미분 철광석을 다량으로 배합하여, 소결 원료의 미분 비율이 증가하는 경우여도, 충전층의 통기성을 확보할 수 있어, 소결광의 생산성을 염가로 유지할 수 있다.

Description

소결 원료의 조립 방법{METHOD FOR GRANULATION OF SINTERING RAW MATERIAL}

본 발명은, 고로(高爐)에서 사용되는 소결광을 제조할 때의 소결 원료의 조립 방법에 관한 것이며, 특히, 소결 원료로서 난조립성의 미분 철광석의 배합 비율을 증가시키는 경우에서도, 소결광의 생산성을 염가로 유지할 수 있는 소결 원료의 조립 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고로에서 철원으로서 사용되는 소결광은, 다음과 같이 하여 제조된다. 다양한 품목의 철광석과, 석회석 등의 부원료와, 가루 코크스 등의 탄재와, 반광(소결된 원료인 소결 케이크를 파쇄하고, 체로 걸러, 사하(篩下)로 하여 얻어지는 입자)을 미리 정해진 비율로 배합하여 소결 원료로 하고, 이 소결 원료에 수분을 첨가하여, 혼합, 조습(調濕) 및 조립 처리를 실시한다. 이것에 의해, 소결 원료는, 3~5mm 정도의 비교적 큰 입자를 핵으로 하고, 이 핵입자의 주위를, 핵입자보다 세밀하며 「부착분」이라고 불리는 1mm 이하의 입자가 둘러싼, 의사적인 입자(이하, 「의사 입자」라고도 한다)로 조립된다.

조립된 소결 원료는, 소결기의 팔레트 상에 장입되어, 팔레트 상에서 소결 원료 충전층(이하, 간단히 「충전층」이라고도 한다)을 형성한다. 충전층은, 소결기의 점화노에서 그 상부 표면에 착화되고, 이것에 의해, 충전층 내에 존재하는 탄재의 연소가 개시되며, 탄재의 연소 부분은 연소대를 형성한다. 연소대는, 충전층이 하방으로부터 흡인되어 있기 때문에, 충전층의 상부에서 하부를 향해 점차 이행한다. 연소대에서는, 연소열에 의해 주위의 의사 입자가 승온되어 부분적으로 용융되고, 그 융액에 의해 의사 입자 간이 가교되어 소결한다. 이것에 의해, 충전층은 최종적으로 소결 케이크가 된다. 소결 케이크는, 소결기로부터 배광(排鑛)되어, 크래셔에 의해 파쇄되고, 체로 정립(整粒)되어, 사상(篩上)이 소결광이 되고, 사하는 반광으로서 소결 원료로 되돌려진다.

그런데, 소결광의 철품위는 고로의 조업 성적에 깊게 관계되며, 또한, 환경 보전의 관점에서 고로에서 배출되는 CO₂량의 삭감이 강하게 요구되는 상황 때문에, 고품위의 소결광을 제조하는 것은 중요하다. 그러나, 최근, 소결 원료로서의 고품위의 분철광석은 고갈되어 가고 있다. 이러한 상황으로부터, 소결광의 철품위를 유지하기 위해서는, 고품위의 분철광석 대신에 고품위의 미분 철광석을 다량으로 사용하는 것이 향후의 소결광의 제조 형태일 것으로 예상된다.

여기서 말하는 고품위의 미분 철광석이란, JIS(Japanese Industrial Standards) M 8716에 규정되는 철광석의 입도 분포 측정법에 의거하여, 체눈이 250μm인 체로 쳤을 때의 사하(입자경이 250μm 이하)의 비율이 80질량% 이상이며, T.Fe(전철)가 60질량% 이상인 철광석을 나타낸다. 구체적인 예로서는 선광 처리에 의해 철품위를 향상시킨 펠릿 피드 철광석을 들 수 있다. 이러한 고품위의 미분 철광석은, 이하에서는, 간단히, 「펠릿 피드」라고도 한다.

그러나, 소결광의 제조에 있어서, 펠릿 피드의 사용량을 단순히 많이 하면, 소결 원료의 미분 비율이 증가하여, 의사 입자를 소결기의 팔레트에 장입할 때에 충전층에 형성되는 공극이, 조립되지 않고 그대로 잔존한 미분으로 폐색되므로, 충전층의 통기성이 저해된다. 그 결과, 연소대가 상부에서 하부를 향해 이행하는 속도인 소성 속도가 저하되어, 소결광의 생산성이 악화된다.

종래, 소결 원료에 있어서의 미분 비율의 증가에 수반하는 생산성의 악화에 대해서는, 예를 들면 하기의 비특허 문헌 1에 기술되어 있는 바와 같이, 생석회의 첨가로 대응하고 있다. 그러나, 동일 문헌에 기술되는 대로, 생석회에 의한 부착분의 착분율 향상 효과는, 생석회의 배합율이 2질량%까지는 현저하지만, 그것을 초과하여 배합해도 대부분 변화하지 않는다. 또, 생석회는, 공업적으로 석회석을 900℃ 이상으로 가열함으로써 생산되기 때문에, 제조에 고에너지를 필요로 하고, 비용이 비싸다. 그 때문에, 생석회의 사용량은 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다.

그래서, 소결 원료에 있어서의 미분 비율의 증가에 대응하여, 생석회에 의존하지 않거나, 또는 생석회의 사용량을 억제하는 기술의 개발이 행해지고 있다. 그 구체적인 기술은, 예를 들면 하기의 특허 문헌 1~5에 제안되어 있다.

특허 문헌 1에는, 조립성이 떨어지는 철계 원료로서 집진 더스트, 사철, 마라만바 광석, 및 펠릿 피드 중 적어도 일종을 전체 소결 원료 중에 30질량% 이상 배합하여, 그 철계 원료에 계면활성제를 함유하는 수분을 첨가하여, 다른 소결 원료와 함께 조립하는 소결광의 제조 방법이 기재되어 있다. 이 방법에 의하면, 상기한 조립성이 떨어지는 철계 원료 입자의 젖음성이 개선되고, 그 결과, 소결광의 조립 및 생산성이 개선되는 것으로 하고 있다.

그러나, 계면활성제는 상기의 생석회와 마찬가지로 고가이며, 펠릿 피드를 다량으로 배합한 경우, 계면활성제의 사용량도 필연적으로 많아진다. 이 때문에, 특허 문헌 1에 기재된 방법에서는, 펠릿 피드의 다량 배합에 의한 미분 비율의 증가에 대한 대응을 염가로 달성하는 것은 곤란하다.

특허 문헌 2에는, 생석회를 습식 분쇄하여 제조한 소석회 슬러리를, 조립기 내의 소결 원료에 분무하여 첨가하는 소결 원료의 조립 방법이 기재되어 있다. 이 방법에 의하면, 생석회를 건식 분쇄하여 첨가하는 것보다도 소결광의 생산성이 향상되는 것으로 하고 있다.

그러나, 소석회 슬러리의 원료는 생석회이기 때문에, 특허 문헌 2에 기재된 방법으로 펠릿 피드를 다량으로 배합한 경우, 소석회 슬러리, 나아가서는 생석회의 사용량도 필연적으로 많아져, 비용의 악화는 피할 수 없다.

특허 문헌 3에는, 소결 원료의 일부를 미리 조립하는 선택 조립 공정에 있어서, 폴리아크릴산 등의 고분자 화합물, 및 탄산칼슘 등의 평균 입경이 200μm 이하인 미립자 중 적어도 하나를 첨가하여, 난조립성의 마라만바 광석이나 펠릿 피드 등을 조립하고, 그 후에, 나머지의 소결 원료와 혼합하는 소결 원료의 조립 방법이 기재되어 있다.

그러나, 고분자 화합물이나 탄산칼슘은 상기의 생석회와 마찬가지로 고가이며, 특허 문헌 3에 기재된 방법으로 펠릿 피드를 다량으로 배합한 경우, 비용의 악화는 피할 수 없다.

특허 문헌 4에는, 소결 원료 입자에, 바인더로서 평균 입경이 10μm 이하인 철광석 초미분을 2~15질량%의 범위 내에서 첨가 혼합하고, 그 원료 입자를 성형하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는, 평균 입경이 10μm 이하인 철광석 초미분으로서, 간단히 철광석의 광산에서 발생하는 선광 잔사인 미광(尾鑛)을 이용하는 것으로 하고 있다.

그러나, 미광은 광산에서 발생하는 것이기 때문에, 바인더로서 필요한 양을 어떻게 안정되게 공급할 수 있을지 불분명하다. 또, 미광 외에 철광석 초미분을 얻는 구체적인 방법도 불분명하다. 이러한 점 때문에, 특허 문헌 4에 기재된 방법은 실현성이 부족하다.

특허 문헌 5에는, 철광석을 포함하는 소결 원료를 롤러 프레스 파쇄기로 압축 파쇄한 후, 폴리아크릴산계의 분산제를 첨가하여 조립하는 소결 원료의 조립 방법이 기재되어 있다. 이 방법에서는, 소결 원료를 롤러 프레스 파쇄기로 처리함으로써, 바인더인 입도 45μm 이하의 초미립자를 대량으로 얻을 수 있어, 조립 시에 의사 입자화를 효율적으로 행할 수 있음과 함께, 조립물의 강도가 향상되는 것으로 하고 있다.

그러나, 특허 문헌 5에 기재된 방법에서는, 롤러 프레스 파쇄기로 건식 분쇄한 초미립자를, 폴리아크릴산계의 분산제를 첨가함으로써 수중에 분산시키고 있어, 분산제의 사용에 의한 비용 악화를 피하지 못하여, 한층 더 개선의 여지가 있다.

일본국 특허공개 2004-183031호 공보 일본국 특허공개 소62-56533호 공보 일본국 특허공개 2005-097686호 공보 일본국 특허공개 2009-144240호 공보 일본국 특허공개 2007-162127호 공보

사토 타케오, 외 4명, 「부선(浮選)」, 1985년, Vol.32, No.2, p.84-90

본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 펠릿 피드와 같은 특정 품목의 고품위의 미분 철광석을 다량으로 배합하여, 소결 원료의 미분 비율이 증가하는 경우여도, 충전층의 통기성을 확보할 수 있어, 소결광의 생산성을 염가로 유지할 수 있는 소결 원료의 조립 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 소결 원료의 조립 방법은, 철광석, 탄재, 부원료 및 반광을 배합하여 소결 원료로 하고, 상기 소결 원료를 혼합, 조습 및 조립 처리할 때에, 회전 구동하는 연직 중심축에 스크류 날개를 구비한 원통 용기로 이루어지는 분쇄부와, 중력 및 원심력의 작용에 의해 분급하는 분급부와, 분급부에서 분급한 언더플로우를 분쇄부의 원통 용기에 순환시키는 순환부를 가지는 수형(竪型) 분쇄기를 이용하여 철광석을 습식 분쇄하고, 이 습식 분쇄하여 이루어지는 철광석 슬러리를 소결 원료의 전부 또는 일부에 첨가하여 조립하는 것을 특징으로 한다.

이 조립 방법에 있어서, 상기 소결 원료는, 입자경 250μm 이하의 비율이 80질량% 이상이며 T.Fe(전철)를 60질량% 이상 함유하는 특정 품목의 미분 철광석을, 적어도 전체 소결 원료 중에 13.20질량%보다 높고 20.00질량% 이하로 함유하고 있으며, 이 소결 원료의 전부, 또는 이 소결 원료의 일부이며 상기 미분 철광석을 50질량% 이상 포함하는 부분에, 상기 철광석 슬러리 중의 철광석 중에서 입자경이 10μm 이하인 극미립자의 양이, 상기 미분 철광석 1.0질량%에 대해 0.01질량% 이상이 되도록, 상기 철광석 슬러리를 첨가하여 조립하는 것이 바람직하다.

여기서 말하는 특정 품목의 미분 철광석은, 예를 들면, 고품위의 남미산의 펠릿 피드가 해당한다.

본 발명의 소결 원료의 조립 방법에 의하면, 수형 분쇄기를 이용하여 철광석을 습식 분쇄하고, 이것에 의해 얻어진 10μm 이하의 철광석의 극미립자가 현탁되어 있는 슬러리를, 조립의 바인더로서 소결 원료에 첨가함으로써, 고품질의 미분 철광석으로서 펠릿 피드를 다량으로 배합해도 소결 생산성을 유지할 수 있다.

도 1은, 펠릿 피드 및 분철광석의 입도 분포를 각각 나타내는 도이다.
도 2는, 분쇄기로 분쇄된 철광석의 주사 전자현미경(SEM)에 의한 관찰 사진이다.
도 3은, 본 발명의 소결 원료의 조립 방법으로 철광석 슬러리를 제조하기 위해 이용하는 타워 밀의 전체 구성을 나타내는 모식도이다.
도 4는, 극미립자의 첨가 비율을 변경하여 제조한 조대 의사 입자의 압괴 강도 시험 결과를 나타내는 도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 있어서의 조립 계통의 구성을 나타내는 도이다.
도 6은, 포트 소결 시험에 의한 소결광의 생산율의 평가 결과를 나타내는 도이다.

이하에, 본 발명의 소결 원료의 조립 방법에 대해서, 본 발명을 완성하기에 이른 경위, 및 본 발명의 바람직한 양태를 설명한다.

우선, 본 발명자들은, 입자경이 10μm 이하인 철광석의 극미립자(이하, 간단히 「극미립자」라고도 한다)가, 조립에 있어서의 바인더가 된다는 지견에 주목했다. 극미립자가 조립에 있어서 바인더로서 일하는 상세한 메카니즘은, 이하와 같다.

소결 원료의 조립에서는, 3~5mm 정도의 비교적 큰 입자를 핵으로 하고, 이 핵입자의 주위를, 핵입자보다 세밀하며 부착분으로 불리는 1mm 이하의 입자가 둘러싸, 의사 입자를 형성한다. 핵입자와 부착분을 결합하는 바인더의 역할을 하는 것은, 첨가된 수분(이하, 「첨가 수분」이라고도 한다)이며, 이 첨가 수분은 혼합·교반·조립의 과정에서 핵입자와 부착분 사이에 들어가 양자를 결합한다.

한편, 소결 원료에 포함되는 입자경이 10μm 이하인 극미립자는, 첨가 수분 중에 현탁시킨 경우에 물과 함께 자유롭게 이동할 수 있으므로, 첨가 수분과 함께 핵입자와 부착분 사이로 들어간다. 이렇게 하여, 극미립자가 핵입자와 부착분 사이를 메워 가교를 형성하므로, 의사 입자의 강도가 증가하는 것이다.

이 메카니즘에 의한 강도 상승은, 핵입자와 부착분으로 이루어지는 의사 입자뿐만이 아니라, 핵입자를 포함하지 않고 전량이 1mm 이하인 입자로 이루어지는 의사 입자(이하, 「P형 의사 입자」라고 한다)에서도 발현한다고 추측된다. 단, 이러한 P형 의사 입자의 제조에서는, 바인더인 극미립자도 대량으로 필요한 것, P형 의사 입자가 통상의 의사 입자와 비교해 소결기의 팔레트 상에 장입되었을 때의 충격으로 붕괴되기 쉬운 것 등을 감안하면, 핵입자와 부착분으로 이루어지는 의사 입자의 조립에 극미립자를 첨가하는 것이 보다 바람직하다.

여기서, 본 발명자들은, 펠릿 피드의 성상을 조사한 바, 펠릿 피드는, 입자경이 250μm 이하인 입자를 80질량% 이상 포함하는 미분 원료인 한편, 10μm 이하의 극미립자를 거의 포함하지 않는 것을 밝혀냈다. 펠릿 피드는, 광산에서 선광 처리, 구체적으로는 분쇄, 마광, 수세, 부선 등의 처리를 행하여 철품위를 향상시키고 있으며, 그 과정에서 극미립자가 제거되어 있기 때문이다.

따라서, 펠릿 피드의 배합에 의해 조립성이 악화될 수 있다. 구체적으로는, 의사 입자를 소결기의 팔레트 상에 장입할 때에 충전층에 형성되는 공극이, 조립되지 않고 그대로 잔존한 미분으로 폐색되어, 충전층의 통기성이 저해된다. 그 원인은, 펠릿 피드에는 바인더가 되는 극미립자가 부족한 부분이 크기 때문이다.

도 1은, 펠릿 피드(PF.A) 및 분철광석 3품목(SF.A, SF.B, SF.C)의 입도 분포를 각각 나타내는 도이다. 입도 분포는, 입자경이 250μm를 초과하는 입자에 대해서는, JIS M 8716에 규정되는 철광석의 습식 체분리법으로 측정하고, 입자경이 250μm 이하인 입자에 대해서는, 습식 체분리법에 의한 측정으로 발생한 250μm 이하의 입자를 함유하는 분별수를 회수하고, 이 분별수를 JIS R 1629로 규정되는 레이저 회절·산란법으로 측정했다.

도 1에 나타내는 바와 같이, PF.A는, 10μm보다 크고 250μm 이하의 입자를 88.2% 포함하고 있지만, 10μm 이하의 극미립자는 0.1%로 거의 포함하고 있지 않는다. 한편, 분철광석은 모두, 10μm보다 크고 250μm 이하의 입자의 함유율은 10~20% 정도로 PF.A와 비교해 적음에도 불구하고 10μm 이하의 극미립자를 10~15% 정도 포함하고 있다.

또 하기 표 1에 PF.A의 성분을 나타낸다. T.Fe를 60% 이상 포함하고 있으며, 고품위이다.

이상으로부터, 고품위의 미분 철광석인 펠릿 피드를 다량으로 배합하는 경우여도, 10μm 이하의 극미립자를 첨가하여 바인더로 함으로써, 충전층의 통기성을 확보할 수 있어, 소결광의 생산성을 유지할 수 있다는 생각에 이르렀다.

또, 상기 서술한 극미립자의 바인더 효과의 발현 메카니즘을 감안하면, 극미립자는, 첨가 수분과 서로 잘 섞여 있는 것이 중요하다고 할 수 있다.

상기 서술한 바와 같이, 특허 문헌 3에서는 탄산칼슘 등을, 특허 문헌 4에서는 미광을, 특허 문헌 5에서는 롤러 프레스를 이용하여 분쇄한 철광석을, 각각 극미립자를 함유하는 바인더로서 이용하고 있다. 그러나, 이러한 방법에 의한 경우에, 극미립자를 바인더로서 충분한 효과를 발휘시키려면, 예를 들면 고분자의 분산제를 첨가하는 등 하여, 극미립자를 수중에 잘 분산시켜 현탁시키는 공정이 불가결해진다고 추측된다.

그래서, 본 발명자들은, 극미립자의 첨가 형태로서, 철광석의 극미립자를 수중에 현탁시킨 슬러리(이하, 「철광석 슬러리」라고도 한다)를 미리 제조하고, 이 철광석 슬러리를 소결 원료에 첨가하는 형태가 염가로 바인더 효과를 얻을 수 있는 최선의 것인 것으로 판단했다.

철광석 슬러리의 제조 방법은, 습식 분쇄가 좋다. 이것에 의해, 철광석의 분쇄와, 분쇄한 철광석의 극미립자의 수중에 대한 현탁을 동시에 행할 수 있어, 분산제를 첨가하지 않고도 극미립자와 물이 서로 잘 섞인 상태가 된다. 건식 분쇄의 경우는, 분쇄에 의해 얻어진 극미립자를 또한 수중에 현탁시키기 위해 혼련·날화(捏和)공정이 별도로 필요하다.

이상으로부터, 분철광석을 습식 분쇄에 의해 분쇄하고, 분쇄에 의해 얻어진 10μm 이하의 철광석의 극미립자가 현탁되어 있는 슬러리를 소결 원료에 첨가함으로써, 펠릿 피드를 다량으로 배합하여, 소결 원료의 미분 비율이 증가하는 경우여도, 충전층의 통기성을 확보할 수 있어, 소결광의 생산성을 염가로 유지할 수 있는 것을 발견했다.

1. 분쇄기로 분쇄하여 이루어지는 철광석 입자의 성상

도 2는, 분쇄기로 분쇄된 철광석의 주사 전자현미경(SEM)에 의한 관찰 사진이다. 이 도면의 (a) 및 (b)는, 상기 특허 문헌 5에 기재되어 있는 볼 밀에 의해 분쇄한 경우를, 이 도면의 (c) 및 (d)는, 동일 문헌에 기재되어 있는 롤러 프레스에 의해 분쇄한 경우를, 각각 비교예로서 나타내고 있다. 이 도면의 (e) 및 (f)는, 본 발명예로서, 후술하는 타워 밀에 의해 분쇄한 경우를 나타내고 있다. 각각의 배율은, 도 2(a), (c) 및 (e)이 500배이며, 도 2(b), (d) 및 (f)이 3000배이다.

도 3은, 본 발명의 소결 원료의 조립 방법으로 철광석 슬러리를 제조하기 위해 이용하는 타워 밀의 전체 구성을 나타내는 모식도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 타워 밀(1)은, 수형의 습식 분쇄기이며, 크게는, 분쇄부와, 분급부와, 순환부로 구성된다. 분쇄부는, 회전 구동하는 연직 중심축(2)에 이중 나선형상의 스크류 날개(3)를 구비한 원통 용기(4)로 이루어지며, 원통 용기(4) 내에는, 분쇄 매체로서 철구가 장입된다. 분급부는, 원통 용기(4)의 상부 측면에 접속된 수력 분급조(5), 및 수력 분급조(5)에 접속된 사이클론 분급 장치(6)로 이루어진다. 순환부는, 수력 분급조(5)의 하부로부터 순환 펌프(7)를 거쳐 원통 용기(4)의 하부로 연결되는 배관(8), 및 사이클론 분급 장치(6)의 하부로부터 수력 분급조(5)의 상부에 연결되는 배관(9)으로 이루어진다.

분쇄 대상인 철광석은, 물과 함께 원통 용기(4)의 상부로부터 투입된다. 투입된 철광석은 원통 용기(4)의 하부로 낙하하여, 원통 용기(4) 내의 철구와 함께, 연직 중심축(2)의 회전 구동에 수반하는 스크류 날개(3)의 회전에 의해 원주 방향으로 회전하는 운동, 스크류 날개(3)에 의해 들어 올려져 상방으로 감아 올려지는 운동, 및 자중에 의해 하방으로 낙하하는 운동을 반복한다. 이러한 복합적인 운동에 의해, 철광석끼리 혹은 철광석과 철구 사이에 전단력이나 압축력이 작용하여, 철광석이 분쇄(파쇄)된다.

원통 용기(4) 내에 있어서, 철광석은, 분쇄가 진행되어 입도가 점차 작아지고, 자중에 의해 수중을 낙하하는 속도보다 스크류 날개(3)의 회전에 의해 상방으로 감아 올려지는 속도가 커지면, 원통 용기(4) 내에 채워져 있는 물에 현탁되어 슬러리형상이 되고, 원통 용기(4)의 상부 측면의 수력 분급조(5)에 흘러든다.

수력 분급조(5)에 흘러든 철광석 슬러리는, 중력의 작용에 의해 조(粗)분급된다. 이 때, 분급된 조립의 철광석 슬러리는, 언더플로우(도 3 중의 「U/F」참조)로서 수력 분급조(5)의 하부로부터 배관(8)으로 흘러들어, 순환 펌프(7)를 거쳐 원통 용기(4)의 하부로 되돌려져 재차 분쇄된다. 한편, 세립의 철광석 슬러리는, 오버 플로우(도 3 중의 「O/F」참조)로서 사이클론 분급 장치(6)로 흘러든다.

사이클론 분급 장치(6)에 흘러든 철광석 슬러리는, 원심력의 작용에 의해 더 세밀하게 분급된다. 이 때, 분급된 조립의 철광석 슬러리는, 언더플로우(도 3 중의 「U/F」참조)로서 배관(9)을 통하여 수력 분급조(5)의 상부로 되돌려지고, 한편, 세립의 철광석 슬러리는, 오버 플로우(도 3 중의 「O/F」참조)로서 타워 밀(1)의 계외로 배출된다. 그리고, 계외로 배출된 철광석 슬러리 만큼, 새롭게 철광석과 물이 원통 용기(4)에 투입된다. 또, 분쇄 매체인 철구는 서서히 마모되기 때문에, 적절히, 철광석과 함께 원통 용기(4)에 투입되어 보충된다.

이상의 프로세스에 의해, 타워 밀(1)은, 조립에 있어서의 바인더가 되는 철광석의 극미립자를, 수중에 현탁된 슬러리로서 연속적으로 공급하는 것이 가능하다. 여기서, 수력 분급조(5)와 사이클론 분급 장치(6) 사이 등의 각 장치 간이나, 사이클론 분급 장치(6)로부터의 오버 플로우의 출구에는, 투입량과 배출량의 균형을 잡기 위해, 철광석 슬러리를 일시적으로 모아 두는 슬러리 탱크를 설치해도 된다.

상기 도 2(a), (c), (e)에 나타내는 관찰 사진을 비교하면, 타워 밀에 의해 분쇄된 철광석은, 볼 밀 및 롤러 프레스에 의해 분쇄된 철광석과 비교해, 입자경이 현저하게 작은 것을 알 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 타워 밀을 이용한 경우, 철광석은, 원주 방향뿐만이 아니라 수직 방향으로도 교반되어 분쇄된다. 그 때문에, 예를 들면 타워 밀 이외의 대표적인 습식 분쇄기인 볼 밀과 같이, 용기의 회전 운동에 수반하는 원주 방향의 교반 만으로 분쇄되는 경우와 비교해, 입자끼리의 전단력이나 압축력이 강하게 작용한다. 그 결과, 타워 밀에 의해 분쇄된 철광석은, 다른 분쇄기에 의한 경우와 비교해 입자경이 현저하게 작아진다고 추측된다.

또, 핵입자와 부착분 사이에 들어가 가교가 된다는 극미립자의 바인더 효과의 발현 메카니즘을 감안하여, 극미립자의 형상은 요철이 많은 것이 핵입자와 부착분 사이에 들어갔을 때의 바인더 효과가 높다고 추측된다. 이 점, 상기 도 2(b), (d), (f)에 나타내는 관찰 사진을 비교하면, 타워 밀에 의해 분쇄된 철광석의 표면은, 볼 밀에 의해 분쇄된 철광석과 비교해 요철이 많은 형상을 하고 있다.

이상으로부터, 타워 밀에 의해 분쇄된 철광석 슬러리는, 조립에 있어서의 양호한 바인더가 되는 성상을 가지고 있는 것이 관찰되었다.

2. 조립물의 강도

하기 표 2에 나타내는 대로의 비율로, 고품위의 미분 철광석으로서 펠릿 피드(PF.A)를 배합한 소결 원료를 4개 준비하고, 각각에 대해 비율이 상이한 극미립자를 첨가하여, 직경 약 10mm 이상의 조대 의사 입자(이하, 「그린 볼」이라고도 한다)를 제조하고, 105℃에서 2시간 이상 건조시킨 후에, 각 그린 볼의 압괴 응력을 측정하는 압괴 강도 시험을 행했다. 그 때, 극미립자는, 피솔라이트 광석인 SF.A를, 10μm 이하의 극미립자를 60질량% 함유하는 상태가 될 때까지 분쇄하여 첨가했다.

도 4는, 극미립자의 첨가 비율을 변경하여 제조한 조대 의사 입자의 압괴 강도 시험 결과를 나타내는 도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 소결 원료 중의 고품위의 미분 철광석인 펠릿 피드(PF.A) 45.60질량%에 대해, 극미립자를 0.60질량% 이상 첨가한 경우, 즉, 이 펠릿 피드 1.0질량%에 대해, 극미립자를 약 0.013질량% 이상 첨가한 경우, 극미립자를 첨가하지 않는 것과 비교해, 조립물의 강도 상승이 확인되었다. 이것은, 극미립자의 첨가에 수반하여 바인더 효과가 발현한 것이라고 추측된다.

3. 포트 시험에 의한 소결광 생산율의 평가

하기 표 3에 나타내는 대로, 각종 품목의 철광석, 부원료, 반광, 탄재 등을 소정의 비율로 배합하고, 배합한 소결 원료를 조립 설비 내에 장입함과 함께, 조립수, 및, 본 발명예에서는 철광석 슬러리(극미립자 슬러리)를 첨가하고 조립하여, 의사 입자를 제조했다. 표 3에 있어서, 철광석 슬러리는, 표 2와 표기를 맞추기 위해, 탄재는, 소결의 실기 조업에 있어서의 관용적인 표기법을 모방하여, 각각 배합율을 외수(外數)로 표기했다. 조립에는, 도 5에 나타내는 바와 같은, 2대의 드럼 믹서로 이루어지는 조립 계통 A, 및 고속 교반 믹서와 팬 펠레타이저로 이루어지는 조립 계통 B를 이용했다. 종래예 1 및 2, 및 비교예 1에서는, 조립 계통 A 만을 이용하여 조립한 후, 소성했다. 한편, 비교예 2 및 3, 및 본 발명예에서는, 표 3에 나타내는 소정의 소결 원료를, 조립 계통 A 및 B의 각각에 장입하고, 조립수, 및, 본 발명예에서는 철광석 슬러리를 첨가하여 조립한 후에, 각 조립 계통 A 및 B로 조립한 소결 원료를 합류시켜 소성했다.

철광석 슬러리는, 피솔라이트 광석의 품목의 하나인 SF.A를 타워 밀에 의해 습식 분쇄하여 얻었다. 또, 본 발명예에서는, 철광석 슬러리 전체 중량에 있어서의 철광석과 물의 중량비가 약 50：50이며, 또한 그 철광석 중에 차지하는 10μm 이하의 극미립자의 비율이 50질량%인 것을 시험에 제공했다.

여기서, 상기 도 3에 나타내는 수형의 습식 분쇄기(타워 밀)에 있어서는, 공급하는 철광석의 양을 증가시키거나 철광석과 함께 공급하는 물의 양을 저하시킴으로써, 슬러리 중의 철광석 입자의 농도를 상승시키는 것이 가능하다. 그러나, 철광석 입자의 농도 상승은, 파쇄 공정 중에 있어서의 철광석 입자의 수중에서의 이동을 저해하는 것으로 연결되므로, 분쇄 효율의 저하를 초래한다. 따라서, 효율적인 분쇄를 행하기 위해서는, 슬러리 중의 입자 농도는, 25체적% 이하, 보다 적합하게는 20체적% 이하로 조절할 필요가 있다.

한편, 공급하는 철광석의 양을 저하시키거나 철광석과 함께 공급하는 물의 양을 증가시킴으로써, 슬러리 중의 철광석 입자의 농도를 저하시키는 것도 가능하다. 그러나, 철광석 입자의 농도 저하도, 파쇄 중에 철광석끼리 혹은 철광석과 분쇄 매체(철구)의 충돌 회수의 저하를 일으켜, 분쇄 효율의 저하를 초래한다. 따라서, 효율적인 분쇄를 행하기 위해서는, 슬러리 중의 입자 농도는, 15체적% 이상으로 조절할 필요가 있다. 단, 조립 시에 첨가할 수 있는 수분에는 상한이 있어, 한계 이상의 수분을 첨가하여 조립하면 원료의 표면 전체에 수분이 존재하게 되어 의사 입자의 강도를 유지할 수 없게 된다. 이 점을 감안하면, 슬러리 중의 철광석 입자의 농도는 가능한 한 높은 것이 바람직하다.

이상으로부터, 철광석 슬러리 중의 철광석 입자의 적합한 농도는, 15체적% 이상, 25체적% 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 철광석의 밀도는, 비교적 다공질의 피솔라이트 광석이나 마라만바 광석에서 약 4g/cm³이며, 비교적 치밀한 헤마타이트 광석에서 약 5g/cm³이기 때문에, 상기 체적%를 질량%로 나타내면, 약 41질량% 이상, 약 63질량% 이하가 적합한 농도 범위이라고 바꾸어 말할 수 있다.

상기 서술한 본 발명예에 있어서의 철광석 슬러리는, 밀도가 약 4g/cm³의 SF.A를 이용했기 때문에, 그 슬러리 중의 철광석 입자의 농도가 20체적%가 되도록 분쇄했을 때에, 철광석과 물의 중량비가 약 50：50이었다. 또, 철광석 슬러리 중의 철광석 입자에 차지하는 10μm 이하의 극미립자의 비율은, 상기 서술한 바와 같이 조립 시에 첨가할 수 있는 수분에 상한이 있기 때문에, 가능한 한 높은 것이 바람직하다. 그러나, 슬러리 중의 철광석 입자에 있어서의 극미립자의 비율을 상승시키면, 소정 입도에 도달할 때까지 분쇄기로부터 배출되지 않고 순환하는 양이 증가하므로, 분쇄 효율이나 분쇄 처리량이 저하된다.

이 때문에, 본 발명예에서는, 그러한 밸런스를 감안하여, 철광석 입자에 차지하는 10μm 이하의 극미립자의 비율이 50질량%인 철광석 슬러리를 이용했다. 그러나, 분쇄기의 능력이 충분히 높으면, 분쇄 처리량을 유지하면서 극미립자의 비율을 상승시키는 것이 비교적 용이하게 가능하다고 생각된다. 반대로, 분쇄기의 능력이 낮아 극미립자의 비율이 낮은 철광석 슬러리밖에 공급할 수 없어도, 펠릿 피드의 배합량에 따른 소정의 극미립자량을 첨가하는 것이 가능하면 문제 없다고 할 수 있다.

상기 서술한 대로 제조한, 종래예 1~2, 비교예 1~3 및 본 발명예의 의사 입자를, 내경이 300mm인 소결 시험 포트에, 원료층 두께가 500mm이며 중량이 약 60kg의 규모가 되도록 장입하여, 포트 소결 시험을 행했다. 그 때, 포트하 압력을 20kPa로 하여 흡인하면서 LPG 버너에 의해 1분간 착화한 후, 포트하 압력을 9.8kPa로 일정하게 하여 소성을 행하여, 배기가스 온도가 최고 온도에 도달하고 나서 3분 후에 흡인을 정지하고, 이것에 의해 소결 케이크를 형성하여 소성을 완료했다. 소결 시험 종료 후, 하기의 수법에 의해, 소결광 생산율을 구하고, 이것을 평가했다.

소결 케이크를 즉시 소결 시험 포트로부터 취출하여, 소결 케이크의 온도가 실온으로 저하될 때까지 방냉했다. 냉각 완료 후에, 제조된 소결 케이크를 2m의 높이로부터 4회 낙하시킨 후에, 체눈이 5mm인 체로 쳐 그 사상의 질량을 측정하여, 소결광 생산율을 구했다. 여기서, 소결광 생산율이란, 5mm의 체로 친 후의 사상의 질량을, 소결기의 유효 면적 및 소결 시간으로 나눈 값을 의미하며, 하기 식(1)에 의해 산출된다. 이 때, 포트 소결 시험의 경우에는, 소결기의 유효 면적으로서 소결 시험 포트의 횡단면적을 사용했다.

소결광 생산율(ton/m²/day)=［입경이 5mm 이상인 소결광의 질량(ton)/｛소결기의 유효 면적(m²)×소결 시간(분)｝］×60×24···(1)

［종래예 1］

종래예 1에서는, 고품위의 미분 철광석(펠릿 피드(PF.A))를 0질량% 배합하여, 즉 펠릿 피드를 배합하지 않고, 전체 소결 원료를 조립 계통 A로 조립했다. 그 후에 소결기에 장입하여 소성했다. 이 경우의 소결광 생산율을 기준치(100)로 하고, 이하에서는, 이 기준치에 대한 소결광 생산율의 비(이하, 「상대 생산율」이라고 한다)로 비교하여, 각각의 경우의 소결광 생산율을 평가했다.

도 6은, 포트 소결 시험에 의한 소결광의 생산율의 평가 결과를 나타내는 도이다. 이 도면에서는, 상기한 대로, 종래예 1의 경우의 소결광 생산율을 기준치(100)로 하고, 이 기준치에 대해, 종래예 2, 비교예 1~3 및 본 발명예 각각의 경우의 소결광 생산 효율을 상대치로 나타내고 있다.

［종래예 2］

종래예 2에서는, 고품위의 미분 철광석(펠릿 피드(PF.A))의 배합율을 5.00, 10.00, 20.00질량%의 3조건으로 하고, 전체 소결 원료를 조립 계통 A로 조립했다. 그 후에 소결기에 장입하여 소성했다. 종래예 2의 경우, 펠릿 피드의 배합율의 상승에 수반하여, 상대 생산율은 저하되었다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 특히, 펠릿 피드를 20.00질량% 배합한 경우, 상대 생산율은 70을 밑돌고 있으며, 펠릿 피드의 다량 배합에 의해 큰 폭으로 생산율이 악화되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

［비교예 1］

비교예 1에서는, 고품위의 미분 철광석(펠릿 피드(PF.A))의 배합율을 5.00, 10.00, 20.00질량%의 3조건으로 하고, 전체 소결 원료를 조립 계통 A로 조립할 때에, 바인더로서 생석회를 3.00질량% 첨가했다. 그 후에 소결기에 장입하여 소성했다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교예 1의 경우, 생석회의 첨가에 의해 상대 생산율은 전체적으로 상승했지만, 펠릿 피드를 20.00질량% 배합한 경우는, 생석회를 3.00질량%로 매우 다량으로 첨가했음에도 불구하고, 상대 생산율은 100에 이르지 않았다.

［비교예 2］

비교예 2에서는, 고품위의 미분 철광석(펠릿 피드(PF.A))를 합계 13.20질량% 배합하여 조립했다. 즉, 조립 계통 B로 펠릿 피드를 9.35질량% 포함하는 전체 소결 원료의 20.00질량%를 조립하고, 조립 계통 A로 펠릿 피드를 3.85질량% 포함하는 전체 소결 원료의 나머지 80.00질량%를 조립했다. 그 때, 생석회를 합계 1.80질량% 첨가했다. 그 후에 조립 계통 A 및 조립 계통 B의 양자를 혼합하여 소결기에 장입하여 소성했다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교예 2의 결과로부터, 펠릿 피드를 13.20질량% 배합할 때까지는, 상대 생산율을 종래예 1과 동등하게 유지하는 것을 확인할 수 있었다.

［비교예 3］

비교예 3에서는, 고품위의 미분 철광석(펠릿 피드(PF.A))를 합계 20.00질량% 배합하여 조립했다. 즉, 조립 계통 B로 펠릿 피드를 9.35질량% 포함하는 전체 소결 원료의 20.00질량%를 조립하고, 조립 계통 A로 펠릿 피드를 10.65질량% 포함하는 전체 소결 원료의 나머지 80.00질량%를 조립했다. 그 때, 생석회를 합계 1.80질량% 첨가했다. 그 후에 조립 계통 A 및 조립 계통 B의 양자를 혼합하여 소결기에 장입하여 소성했다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교예 3의 결과로부터, 펠릿 피드를 20.00질량%까지 배합한 경우는, 조립 계통 B를 병용하고, 또한 생석회를 합계 1.80질량% 첨가해도, 상대 생산율은 약 84%까지밖에 이르지 않는 것을 확인할 수 있었다.

［본 발명예］

본 발명예에서는, 고품위의 미분 철광석(펠릿 피드(PF.A))를 합계 20.00% 배합하여 조립했다. 즉, 조립 계통 B로 펠릿 피드를 14.00질량%(조립 계통 B의 소결 원료 중의 70질량%) 포함하는 전체 소결 원료의 20.00질량%를 조립하고, 조립 계통 A로 펠릿 피드를 6.00질량% 포함하는 전체 소결 원료의 나머지 80.00질량%를 조립했다. 그 때, 생석회를 합계 1.80질량% 첨가했다. 또한, 조립 계통 B로 철광석 슬러리를 첨가했다. 즉, 이 예에서는, 소결 원료의 일부이며 미분 철광석을 50질량% 이상 포함하는 부분에, 철광석 슬러리를 첨가했다. 이 때, 철광석 슬러리는, 상기 철광석 슬러리 중의 수분을 제외한 철광석의 중량이, 전체 소결 원료에 대해 0.40질량%가 되도록 첨가했다. 상기 서술한 대로, 철광석 슬러리에 있어서의 철광석 중의 극미립자의 비율은 50질량%이기 때문에, 배합한 소결 원료 중의 펠릿 피드 1.0질량%당, 10μm 이하의 극미립자는 0.01질량% 첨가한 것이 된다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 본 발명예의 경우, 철광석 슬러리의 첨가에 의해, 펠릿 피드를 20.00질량% 배합해도, 상대 생산율을 종래예 1과 동등하게 유지할 수 있었다.

즉, 본 발명예의 경우에 있어서는, 비교예 1~3의 경우에서는 상대 생산율이 저하된, 펠릿 피드의 배합율이 13.20질량%보다 높은 범위에 있어서도, 펠릿 피드 1.0질량%에 대해 철광석 슬러리 중의 극미립자가 0.01질량% 이상이 되도록, 철광석 슬러리를 첨가함으로써, 펠릿 피드를 20.00질량%까지 배합해도 소결광의 생산율을 유지할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또, 실제의 소결 조업에 있어서는, 반광을 탄재와 마찬가지로 외수로 나타낸, 이른바 신원료의 양을 100질량%로서 나타낸 신원료 베이스의 배합율이 잘 이용된다. 신원료 베이스의 배합율로 생각한 경우, 본 발명예에 의해 펠릿 피드를 25질량%까지 배합해도 생산율이 유지된다고 할 수 있다.

이상의 지견으로부터, 본 발명의 소결 원료의 조립 방법은, 상기 서술한 대로, 회전 구동하는 연직 중심축에 스크류 날개를 구비한 원통 용기로 이루어지는 분쇄부와, 중력 및 원심력의 작용에 의해 분급하는 분급부와, 분급부에서 분급한 언더플로우를 분쇄부의 원통 용기에 순환시키는 순환부를 가지는 수형 분쇄기를 이용하여 철광석을 습식 분쇄하고, 이 습식 분쇄하여 이루어지는 철광석 슬러리를 소결 원료의 전부 또는 일부에 첨가하여 조립하는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 소결 원료는, 입자경 250μm 이하의 비율이 80질량% 이상이며 T.Fe(전철)를 60질량% 이상 함유하는 특정 품목의 미분 철광석(예：펠릿 피드)을, 적어도 전체 소결 원료 중에 13.20질량%보다 높고 20.00질량% 이하로 함유하고 있으며, 이 소결 원료의 전부 또는 일부에, 상기 철광석 슬러리 중의 철광석 중에서 입자경이 10μm 이하인 극미립자의 양이, 상기 미분 철광석 1.0질량%에 대해 0.01질량% 이상이 되도록, 상기 철광석 슬러리를 첨가하여 조립하는 것이 바람직하다.

이하에, 본 발명의 조립 방법을 채용한 소결광의 제조의 개요를 나타낸다. 예를 들면, 소결 원료는, 고품질의 미분 철광석으로서 다량의 펠릿 피드를 포함하는 철광석, 부원료, 반광, 탄재 등의 원료로 구성되며, 조립 계통 A, 조립 계통 B, 및 파쇄 계통의 3계통으로 분할된다. 조립 계통 A의 원료는, 드럼 믹서로 이루어지는 조립기에 의해 조립되어 의사 입자가 된다. 조립 계통 B의 원료는, 고속 교반 믹서에 의해 혼합 조습된 후, 팬 펠레타이저에 의해 조립되어 조대 의사 입자가 된다.

여기서, 파쇄 계통의 원료는, 미리, 수형 분쇄기인 타워 밀을 이용한 습식 분쇄에 의해 물과 함께 분쇄 혼합되어, 철광석 슬러리가 된다. 파쇄 계통으로 제조된 철광석 슬러리는, 조립 계통 B의 조립에 있어서, 조립 계통 B의 원료와 함께 고속 교반 믹서에 첨가되어, 조립 계통 B의 원료가 조립될 때의 바인더가 된다. 각각의 조립 계통의 조립에 의해 제조된 의사 입자는, 서지 호퍼에 장입되는 과정에서 혼합되고, 또한, 롤 피더에 의해 잘라내어지는 과정, 및 소결기의 팔레트 상에 낙하 퇴적하여 소결 원료 충전층을 형성하는 과정에서 혼합된다.

이와 같이 하여 형성된 소결 원료 충전층은, 점화노에서 그 상부 표면에 착화되어, 급광부로부터 배광부로 이동하는 동안에 하방으로부터의 공기 흡인에 의해, 충전층의 상부에서 하부까지 순차적으로 소성된다. 소성 후의 소결 케이크는, 소결기의 배광부로부터 배광되어, 크래셔에 의해 파쇄되고, 쿨러에 의해 냉각된 후, 체로 정립되어 고로에 반송된다.

본 발명에서는, 소결 원료에 첨가하는 철광석 슬러리를 제조하는 수법으로서 습식 분쇄를 채용하고 있지만, 이것은 이하의 이유에 의한 것이다. 상기 서술한 대로, 극미립자의 바인더 효과의 발현 메카니즘 상, 극미립자는, 첨가 수분과 서로 잘 섞여 있는 것이 요구된다. 이 점, 습식 분쇄는, 철광석을 분쇄하고, 분쇄한 극미립자의 수중에 대한 현탁을 분산제 등의 사용없이 실현할 수 있기 때문에, 그 요구를 만족하는 우수한 수법이다.

또, 습식 분쇄에는, 수형 분쇄기인 타워 밀을 이용한다. 상기 서술한 대로, 타워 밀은, 원주 방향과 수직 방향의 복합적인 교반에 의해 큰 분쇄력을 작용시키는 것이 가능하고, 바인더 성상이 우수한 요철이 많은 형상을 가지는 극미립자를 제조할 수 있기 때문이다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명의 소결 원료의 조립 방법에 의하면, 펠릿 피드와 같은 특정 품목의 고품위의 미분 철광석을 다량으로 배합하여, 소결 원료의 미분 비율이 증가하는 경우여도, 충전층의 통기성을 확보할 수 있어, 소결광의 생산성을 염가로 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 고품위의 분철광석의 고갈에도 대응할 수 있는 기술로서 매우 유용하다.

1：타워 밀(수형 분쇄기) 2：연직 중심축
3：스크류 날개 4：원통 용기
5：수력 분급조 6：사이클론 분급 장치
7：순환 펌프 8：배관
9：배관

Claims (2)

1. 철광석, 탄재, 부원료 및 반광(返鑛)을 배합하여 소결 원료로 하고, 상기 소결 원료를 혼합, 조습(調濕) 및 조립(造粒) 처리할 때에,
   회전 구동하는 연직 중심축에 스크류 날개를 구비한 원통 용기로 이루어지는 분쇄부와, 중력 및 원심력의 작용에 의해 분급하는 분급부와, 분급부에서 분급한 언더플로우를 분쇄부의 원통 용기에 순환시키는 순환부를 가지는 수형(竪型) 분쇄기를 이용하여 철광석을 습식 분쇄하고, 이 습식 분쇄하여 이루어지는 철광석 슬러리를 소결 원료의 전부 또는 일부에 첨가하여 조립하는 것을 특징으로 하는 소결 원료의 조립 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 소결 원료는, 입자경 250μm 이하의 비율이 80질량% 이상이며 T. Fe(전철(全鐵))를 60질량% 이상 함유하는 특정 품목의 미분 철광석을, 적어도 전체 소결 원료 중에 13.20질량%보다 높고 20.00질량% 이하로 함유하고 있으며,
   이 소결 원료의 전부, 또는 이 소결 원료의 일부이며 상기 미분 철광석을 50질량% 이상 포함하는 부분에, 상기 철광석 슬러리 중의 철광석 중에서 입자경이 10μm 이하인 극미립자의 양이, 상기 미분 철광석 1.0질량%에 대해 0.01질량% 이상이 되도록, 상기 철광석 슬러리를 첨가하여 조립하는 것을 특징으로 하는 소결 원료의 조립 방법.

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