KR20140130458A - 페로코크스의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

비교적 입경이 작은 페로코크스를 제조할 때에, 원료가 되는 철광석의 입도를 적정화함으로써, 목표의 환원율을 유지하면서, 고강도인 페로코크스를 제조할 수 있는 야금용 성형 페로코크스의 제조 방법을 제공하는 것. 석탄과 최대 입경이 1 ∼ 2 ㎜ 인 철광석을 혼합하여 성형물을 제조하고, 그 성형물을 건류시키는 것을 특징으로 하는 페로코크스의 제조 방법을 사용한다. 철광석의 철 함유율이 63 mass% 이하인 것, 석탄과 철광석의 합계량에 대한 상기 철광석의 배합률이 40 mass% 이하인 것, 철광석이, 체의 메시가 1 ∼ 2 ㎜ 인 체로 체질한 체 아래에 있는 것이 바람직하다.

Description

페로코크스의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING FERRO COKE}

본 발명은 석탄과 철광석의 혼합물을 성형하고 건류시켜 제조하는 페로코크스의 제조 방법에 관한 것이다.

고로의 조업을 효율적으로 실시하기 위해서, 석탄을 실로식(室爐式) 코크스로에서 건류시켜 제조한 코크스가 고로에 장입되어 있다. 고로 내에 장입된 코크스에는, 고로 내의 통기를 양호하게 하기 위한 스페이서의 역할, 환원재로서의 역할, 열원으로서의 역할 등이 있다. 최근, 코크스의 반응성을 향상시킨다는 관점에서, 석탄에 철광석을 혼합하고 성형하여 건류시켜, 야금용 페로코크스를 얻는 기술이 알려져 있다.

최근, 수직형 건류로를 사용한 연속식 성형 코크스 제조법이 개발되어 있는데 (예를 들어, 비특허문헌 1 참조), 페로코크스에 대해서도 동일한 수직형 건류로에 의한 제조가 검토되고 있다. 연속식 성형 코크스 제조법에서는, 건류로로서 규석 벽돌이 아니라 샤모트 벽돌로 구성되는 수직형 샤프트로를 사용하여, 석탄을 냉간에서 소정의 크기로 성형 후, 수직형 샤프트로에 장입하고, 순환 열매 가스를 사용하여 가열함으로써 성형탄을 건류시켜, 성형 코크스를 제조한다. 성형탄은 수직형 샤프트로 내를 강하하면서 서서히 성형 코크스가 되어 수직형 샤프트로 바닥부로부터 송풍되는 냉각 가스에 의해 냉각되어, 노 밖으로 배출된다. 성형탄은 강하 중에 마모되어 분화(紛化)되기 때문에, 높은 마모 강도가 요구된다. 페로코크스의 개발에 있어서도 마찬가지이며, 마모 강도를 나타내는 I 형 강도 (30 회전, 16 ㎜ 지수) 를 중시하고 있다. 또, 상기의 수직형 건류로를 사용하여 건류시켜 제조된 페로코크스는 고로의 원료로서 사용할 때에는, 통상 코크스보다 고로 내에서의 반응 부하가 크기 때문에, 고강도인 페로코크스인 것이 바람직하다. 이하, 실로식 코크스에서 제조된 통상적인 야금용 코크스를 「실로 코크스」라고 기재한다.

페로코크스의 강도를 지배하는 인자 중 하나로서, 철광석의 입도를 들 수 있다. 특허문헌 1 에는, 입경 10 ㎜ 이하의 철광석을 전체량에 대해 최대 75 % 배합한 92 cc 사이즈의 성형 페로코크스를 제조했다는 취지의 기재가 있으며, 2 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하의 입경의 철광석을 전체량에 대해 6 ∼ 65 중량% 배합하면 철광석을 내장한 성형 페로코크스의 강도는 유지되는 것으로 되어 있다. 또, 특허문헌 2 에 의하면, 페로코크스는 소결광의 환원성을 촉진시키기 때문에, 페로코크스와 소결광 (철광석) 을 혼합하여 고로 내에 장입하고 있다.

일본 공개특허공보 평08-012975호 일본 공개특허공보 2006-28594호

일본 철강 협회 「연속식 성형 코크스 제조 기술의 연구 성과 보고서」1978-1986년

페로코크스를 고로에 장입하는 경우, 실로 코크스의 장입량이 감소되기 때문에, 고로의 통기성 확보가 중요해진다. 이 때문에, 고로 상부에 있어서의 페로코크스의 사이즈는, 소결광과 거의 동일한 크기 (6 cc 정도) 로 하는 것이 바람직하고, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 92 cc 로는 지나치게 크다. 보다 작은 페로코크스를 제조하는 경우에는 배합되는 철광석의 사이즈의 상한은 보다 작아질 것으로 생각된다. 게다가, 철광석의 입경이 작으면 철광석의 환원도 진행되기 쉽기 때문에, 어떠한 입경의 철광석을 페로코크스 원료로서 사용할지는 매우 중요할 것으로 생각된다.

일반적으로 제철소에 반입되는 덩어리의 철광석은, 10 ㎜ 전후의 메시의 체로 체질되어, 입경이 큰 체 위의 철광석은 고로로, 입경이 작은 체 아래의 철광석은 소결 공장으로 보내진다. 체 아래의 철광석을 페로코크스용 원료로 이용하면 입경 10 ㎜ 이하의 철광석을 석탄에 배합하게 된다. 체 아래의 철광석을 그대로 이용할지 적당한 크기로 분쇄하여 원료로 할지에 의해, 페로코크스 제조의 설비 구성, 설비비, 운전비 등이 달라진다. 따라서, 페로코크스 품질 (강도, 환원율) 에 미치는 철광석 사이즈의 영향을 검토할 필요가 있다. 입경 10 ㎜ 의 철광석을 함유한 페로코크스 (크기 6 cc, 평균 입경 22 ㎜) 는, 내부에 큰 구조 결함을 가지게 되어 강도 저하가 염려된다. 게다가 철광석의 입경이 크면, 입경이 작은 경우와 비교하여, 동일한 건류 조건에서도 환원율의 저하가 생각된다.

본 발명은, 비교적 입경이 작은 페로코크스를 제조할 때에, 원료가 되는 철광석의 입도를 적정화함으로써, 목표의 환원율을 유지하면서, 고강도인 페로코크스를 제조할 수 있는 야금용 성형 페로코크스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 석탄과, 최대 입경이 1 ∼ 2 ㎜ 인 철광석을 혼합하여 성형물을 제조하고, 그 성형물을 건류시키는 페로코크스의 제조 방법을 제공한다.

상기 페로코크스의 제조 방법에 있어서, 상기 철광석이 63 mass% 이하의 철 함유율을 갖는 것이 바람직하다. 63 mass% 이하의 철 함유율이면, 철광석의 입경을 크게 해도, 철광석의 환원에 의해 생성된 금속 철을 기점으로 균열이 발생하는 경우가 없다. 상기 철광석의 철 함유율이 55 ∼ 63 mass% 인 것이 보다 바람직하다.

상기 철광석이, 석탄과 철광석의 합계량에 대해 40 mass% 이하의 철광석의 배합률을 갖는 것이 바람직하다. 철광석의 배합률이 40 mass% 이하이면, 성형물 중에서 석탄의 점결 성분이 확보되어 강도가 저하되는 경우가 없다. 상기 철광석의 배합률이 1 ∼ 40 mass% 인 것이 보다 바람직하다. 10 ∼ 40 mass% 인 것이 가장 바람직하다.

상기 철광석이 체의 메시가 1 ∼ 2 ㎜ 인 체로 체질한 체 아래에 있는 것이 바람직하다. 상기 석탄이 3 ㎜ 이하의 입경을 갖는 것이 바람직하다. 페로코크스의 강도를 향상시키기 위해서는, 2 ㎜ 이하의 입경이 보다 바람직하다.

상기 페로코크스의 제조 방법에 있어서, 상기 성형물의 제조가, 석탄과 최대 입경이 1 ∼ 2 ㎜ 인 철광석과, 바인더를 혼합하여 성형물을 제조하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 바인더는, 석탄과 철광석의 합계량에 대해, 4 ∼ 6 mass% 의 첨가량을 갖는 것이 바람직하다.

상기 페로코크스는, 0.5 ∼ 25 cc 의 사이즈를 갖는 것이 바람직하다. 5 ∼ 8 cc 인 것이 보다 바람직하다. 고로의 통기성을 확보하기 위해서, 소결광과 거의 동일한 크기인 6 cc 로 하는 것이 바람직하기 때문이다.

본 발명에 의하면, 목표의 환원율을 유지하면서, 고강도인 페로코크스를 제조할 수 있다.

도 1 은 성형물의 그린 강도와 철광석 입경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2 는 건류 후 성형물의 환원율과 철광석 입경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 건류 후 성형물의 강도와 철광석 입경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 철광석 배합률과 건류 후 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 실시형태에서는, 석탄과 철광석의 성형물을 건류시켜 입경이 작은 5 ∼ 8 cc 정도의 페로코크스를 제조할 때에, 최대 입경이 1 ∼ 2 ㎜ 의 범위인 철광석을 사용하여 석탄과 혼합하여 성형물을 제조한다. 또한, 예를 들어 최대 입경이 1 ㎜ 인 철광석이란, 분쇄한 철광석을 1 ㎜ 의 메시의 체를 사용하여 체질을 실시한 체 아래의 철광석을 가리키고, 입경 1 ㎜ 이하 (-1 ㎜) 로 기재한다. 따라서, 본 실시형태에 사용하는 철광석으로는, 원료 철광석을 그대로, 또는 분쇄 후에, 체의 메시 1 ∼ 2 ㎜ 의 체로 체질을 실시하여, 체질한 체 아래의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

성형물 원료로서 사용하는 철광석을 입경 0.25 ㎜ 이하로 분쇄하면, 바인더를 다량으로 첨가하지 않는 한, 성형물 강도가 저하된다. 따라서, 철광석을 입경 0.25 ㎜ 이하로 분쇄하는 것은 바람직하지 않다. 한편, 철광석 입경이 2 ㎜ 이하이면, 성형물 건류 후의 페로코크스의 환원율을 80 % 이상으로 할 수 있다. 또, 철광석 입경이 1 ㎜ 이하부터 3 ㎜ 이하까지이면, 성형물 건류 후의 페로코크스의 드럼 강도를 충분히 높게 유지할 수 있다. 따라서, 입경을 1 ㎜ 이하부터 2 ㎜ 이하까지로 조정한 철광석을 원료로서 사용함으로써, 환원율, 드럼 강도 모두 높은 페로코크스를 얻을 수 있다.

철 함유율이 63 mass% 초과인 철광석을 사용하는 경우에는, 철광석 입경이 크면 철광석의 환원에 의해 생성된 금속 철을 기점으로 균열이 발생하기 쉬워지기 때문에, 철 함유율이 63 mass% 이하의 철광석을 사용하는 것이 바람직하다. 63 mass% 이하인 철 함유율이면, 철광석의 입경을 크게 해도, 철광석의 환원에 의해 생성된 금속 철을 기점으로 균열이 발생하는 경우가 없다. 상기 철광석의 철 함유율이 55 ∼ 63 mass% 인 것이 보다 바람직하다. 철 함유율이 63 mass% 초과인 철광석을 사용하는 경우에는, 철광석 입경은 1 ㎜ 를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

성형물 원료로서 사용하는 석탄은, 입경 3 ㎜ 이하로 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하다. 입경이 3 ㎜ 를 초과하면, 건류 중의 성형물끼리의 융착이 일어나기 쉬우며, 또 성형물 건류 후의 페로코크스의 강도가 향상되지 않는 경우가 있다. 페로코크스의 강도 향상 면에서는, 석탄의 입경을 2 ㎜ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 석탄은 미점결탄, 비점결탄을 배합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

철광석은 원료 전체량 (석탄과 철광석의 합계량) 에 대해 40 mass% 이하 배합하는 것이 바람직하다. 상기 철광석의 배합률이 1 ∼ 40 mass% 인 것이 보다 바람직하다. 10 ∼ 40 mass% 인 것이 가장 바람직하다. 철광석 배합률이 40 mass% 를 초과하면, 성형물 중에서 상대적으로 석탄의 점결 성분이 감소되고, 철광석의 환원에 수반하여 페로코크스 중의 카본이 소비되어 페로코크스 내부가 다공질화되기 때문에, 강도가 대폭 저하된다.

성형물을 제조할 때에는 석탄과 철광석에 바인더를 첨가하는 것이 바람직하다. 바인더의 첨가량은, 석탄과 철광석의 합계량에 대해, 4 ∼ 6 mass% 로 하는 것이 바람직하다.

석탄과 철광석의 성형물은, 예를 들어, 석탄과 철광석과 바인더를 고속 믹서로 혼련하고, 성형기를 사용하여 제조한다. 성형물을 건류로 등을 사용하여 건류시켜, 페로코크스를 제조한다.

[실시예 1]

석탄과 철광석을 원료로 하여, 페로코크스의 제조 시험을 실시하였다. 페로코크스 원료 성형물의 성형 조건을 표 1 에 나타낸다.

성형 조건

성형압	4 ∼ 5 t/㎝
롤 사이즈	650 ㎜Φ× 104 ㎜
롤 주속	0.2 m/s
컵 용량	30 ㎜×25 ㎜×18 ㎜, 6cc
믹서 온도	140 ∼ 160 ℃

성형물을 성형할 때에 바인더를 석탄, 철광석 원료 질량 전체에 대해 6 mass% 첨가하고, 고속 믹서로 140 ∼ 160 ℃ 에서 약 2 분간 혼련하였다. 더블 롤형 성형기를 사용하여, 혼련한 원료로 브리켓을 제조하였다. 성형기의 롤의 사이즈는 650 ㎜φ×104 ㎜ 로 하고, 주속 0.2 m/s, 선압 4 ∼ 5 t/㎝ 로 성형하였다. 성형물의 사이즈는 30 ㎜×25 ㎜×18 ㎜ (6 cc) 이고, 형상은 난형(卵型)이다.

성형물의 원료 조건을 표 2 에 나타낸다.

원료 조건

바인더	6 mass%
성형 원료	석탄/철광석 = 7/3
석탄 입경	전체량 -3 ㎜
철광석 입경	-0.1, -0.25, -0.5, -1.0, -1.5, -2.0, -2.5, -3.0 ㎜

석탄은 전체량 입경 3 ㎜ 이하가 되도록 분쇄하였다. 석탄은 미점결탄과 비점결탄의 배합으로 하였다. 철광석의 입경은 분쇄 후의 체질에 의해, 0.1 ㎜ 이하 (-0.1 ㎜), 0.25 ㎜ 이하 (-0.25 ㎜), 0.5 ㎜ 이하 (-0.5 ㎜), 1.0 ㎜ 이하 (-1.0 ㎜), 1.5 ㎜ 이하 (-1.5 ㎜), 2.0 ㎜ 이하 (-2.0 ㎜), 2.5 ㎜ 이하 (-2.5 ㎜), 3.0 ㎜ 이하 (-3.0 ㎜) 의 각각으로 조제하였다. 철광석은 원료 전체량에 대해 30 mass% 가 되도록 석탄에 배합하였다. 철 함유율이 상이한 철광석을 4 종류 준비하여, 시험에 제공하였다. 사용한 각 철광석의 철 함유율을 표 3 에 나타낸다.

철광석 종류	철 함유율 (mass%)
광석 A	57.6
광석 B	61.5
광석 C	62.8
광석 D	65.5

일례로서, 사용한 철광석 A 의 입도 분포를 표 4 에 나타낸다.

가로 세로 300 ㎜, 높이 400 ㎜ 의 건류 캔에 성형물을 3 ㎏ 충전하고, 노벽 온도 1000 ℃ 에서 6 시간 건류시켜, 페로코크스를 제조하였다.

도 1 에 성형물의 강도 (그린 강도) 와 철광석 입경의 관계를 나타낸다. 성형물 강도는 I 형 드럼 시험 장치 (내경 130 ㎜×700 ㎜ 의 원통상) 를 사용하여, 1 분간 20 회전의 회전 속도로 30 회전시킨 후의 16 ㎜ 이상의 잔존율에 의해 평가를 실시하였다. 광석 A ∼ D 중 어느 광석을 사용한 경우에도, 철광석을 전체량 0.25 ㎜ 이하로 분쇄하면, 성형물 강도는 저하되었다. 철광석을 잘게 분쇄하면, 입자 외표면적을 상승하여 하여 필요한 바인더량이 증가되지만, 본 실험에서는 바인더량이 일정하게 시험했기 때문에, 이와 같은 결과가 된 것으로 생각된다. 철광석 입경 0.5 ㎜ 이하 ∼ 3 ㎜ 이하까지에서는, 광석 종류가 변하지 않으면, 성형물의 강도에 큰 차이는 관찰되지 않았다.

도 2 에 성형물 건류 후의 환원율과 철광석 입경의 관계를 나타낸다. 철광석 입경이 0.5 ㎜ 이하이면 환원율은 거의 일정하였지만, 그 이상의 입경에서는 환원율은 점차 저하되고, 철광석 입경 3 ㎜ 이하에서는 대체로 10 % 저하되었다. 철광석 중심 부분의 환원이 저하되었기 때문인 것으로 추찰된다. 목표의 환원율을 80 % 이상으로 하면, 어느 광석 종류에 있어서도 철광석 입경은 2 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

도 3 에 성형물 건류 후의 강도와 철광석 입경의 관계를 나타낸다. 건류 후의 강도는 드럼 시험 장치를 사용하여, 150 회전시킨 후의 6 ㎜ 이상의 잔존율에 의해 평가를 실시하였다. 철 함유율 63 mass% 이하의 광석 A, B, C 는, 철광석 입경 0.5 ㎜ 이하에서 강도가 저하하였다. 철광석 입경이 작아지면 철광석의 환원의 진행에 수반되는 코크스 부분의 다공질화 (기공율 상승) 가 일어난 것이 일 요인인 것으로 생각된다. 건류 후 강도 (드럼 강도) 의 목표치를 82 이상으로 하면, 철광석 입경을 전체량 1 ㎜ 이하에서부터 3 ㎜ 이하까지로 하면, 드럼 강도의 목표치를 클리어하는 것을 알 수 있다. 한편, 철 함유율 65.5 mass% 의 광석 D 에서는 철광석 입경이 1 ㎜ 를 초과하면 강도 저하가 관찰되었다. 철광석 D 의 분쇄 후의 외관을 관찰하면 끝이 뾰족한 평평한 형상의 입자가 존재하고 있는 것을 알 수 있고, 철광석 입경이 크면 강도 시험시의 충격에 의해 철광석의 환원에 의해 생성된 금속 철을 기점으로 균열이 발생한 것으로 추찰된다. 철 함유율 63 mass% 이하의 광석에서는, 철광석 입경 1 ㎜ 이하에서부터 2 ㎜ 이하까지에서는, 목표 환원율을 유지하여 강도도 목표치가 되는 것을 알 수 있다.

도 4 에 광석 A 와 광석 C 에 대해, 철광석 배합률과 건류 후 강도의 관계를 나타낸다. 철광석 배합률 40 mass% 까지는, 철광석의 배합 비율이 상승함에 따라 건류 후 강도는 서서히 저하되었다. 한편, 철광석 배합률이 40 mass% 를 초과하면 대폭적인 강도 저하가 관찰되었다. 철광석 배합률이 상승하면 석탄의 점결 성분이 감소되는 것, 철광석의 환원에 수반하여 페로코크스 중의 카본이 소비되어 페로코크스 내부가 다공질화되는 것이 강도 저하의 원인인 것으로 생각된다.

Claims (8)

1. 석탄과, 최대 입경이 1 ∼ 2 ㎜ 인 철광석을 혼합하여 성형물을 제조하고, 그 성형물을 건류시켜, 페로코크스를 제조하고,
   상기 바인더가, 석탄과 철광석의 합계량에 대해, 4 ∼ 6 mass% 의 첨가량을 갖고,
   상기 석탄은 미점결탄과 비점결탄을 배합한 것을 사용하고,
   상기 페로코크스가 5 ∼ 8 cc 의 사이즈를 갖는, 페로코크스의 제조 방법.
2. 석탄과, 최대 입경이 0.25 ∼ 1 ㎜ 인 철광석을 혼합하여 성형물을 제조하고, 그 성형물을 건류시켜, 페로코크스를 제조하고,
   상기 바인더가, 석탄과 철광석의 합계량에 대해, 4 ∼ 6 mass% 의 첨가량을 갖고,
   상기 석탄은 미점결탄과 비점결탄을 배합한 것을 사용하고,
   상기 페로코크스가 5 ∼ 8 cc 의 사이즈를 갖는, 페로코크스의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 석탄과 상기 철광석의 혼합이 140 ~ 160 ℃ 의 온도에서 혼련함으로써 실시되는 페로코크스의 제조 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 성형물이 더블 롤 성형기에서 4 ~ 5 t/㎝ 의 선압으로 성형되는, 페로코크스의 제조 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 석탄이 2 ㎜ 이하의 입경을 갖는 페로코크스의 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 철광석의 철 함유율이 55 ∼ 63 mass% 인 페로코크스의 제조 방법.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 철광석의 철 함유율이 63 mass% 초과인 페로코크스의 제조 방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 철광석의 배합률이 1 ∼ 40 mass% 인 페로코크스의 제조 방법.

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