KR20150036719A - 철광석 펠릿의 최적화된 제조를 위한 공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철광석 펠릿을 제조하기 위한 유리하고 효과적인 간소화 공정을 설명하고, 그린 펠릿이 연소 단계 동안 "이동식 화격자" 가열로에서 금속 표면을 피복하기 위한 연소된 펠릿을 대체하고, 상기 공정은 철광석을 분쇄하는 단계; 파쇄된 철광석을 여과하는 단계; 여과된 철광석을 적어도 하나의 결합제와 혼합하는 단계; 혼합물을 펠릿화하는 단계; 그린 펠릿을 건조하는 단계; 펠릿을 "이동식 화격자" 가열로 설비의 측면 및 바닥면 그리드로 수송하는 단계 및 연소된 철광석 펠릿을 선별하는 단계 중 적어도 일부 또는 모두를 포함한다. 현행 공지 공정과 비교 시 혁신적이고 효율적이며 경제적인, 철광석 펠릿을 제조하기 위한 최적화된 공정이 제공된다.

Description

철광석 펠릿의 최적화된 제조를 위한 공정 {PROCESS FOR THE OPTIMIZED PRODUCTION OF IRON ORE PELLETS}
본 출원은 2012년 7월 23일 자 출원의 발명의 명칭이 "Process Optimized for the Production of Ore Pellets"인 미국 특허출원 제61/674,633호를 우선권으로 주장하고, 이는 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명의 양태는, 연소 장치의 전체 부피를 이용하면, 특히 현행의 공지 공정과 비교하여, 철광석 펠릿을 효율적이고 경제적으로 생산하기 위한 최적화된 공정에 관련된다.
발명의 배경
펠릿화 공정은 펠릿 형태로 물질을 압착 또는 성형하는 것이다. 화학물질, 철광석, 동물 사료 등을 포함하는 다양한 물질이 그러한 공정을 거칠 수 있다. 철광석 펠릿의 경우에, 초미세 입자가 열처리에 의하여 수득된다. 그렇게 초미세 분획(0.15 mm 이하)이 자연적으로 발견되거나 가공에서 발생된다. 펠릿은 용광로와 같은 환원 유닛에 제공하기에 적절한 특징을 가지는 8 내지 18 mm 범위의 다양한 크기의 구형 클러스터로 형성될 수 있다.
공업적으로 이용되는 철광석의 모든 펠릿화 공정에서, 펠릿의 열경화 단계가 존재한다. 공지 공정 중 하나에서, "이동식 화격자(Traveling Grate)" 유형의 가열로가 적용된다. 이러한 경우에, 설비의 손상을 피하기 위하여 물질의 연소가 제한된 작업 온도로써 금속 표면상에 놓인 펠릿층에서 일어난다. 이러한 한계는 금속 표면에 더 가까운 층의 더 낮은 온도를 수반하며; 그러한 온도는 입자의 완전한 소결을 보장하기에 충분하지 않고, 이는 그린(green) 펠릿으로 연소 설비의 전체 부피를 채우는 것을 허용하지 않는다. 이러한 공정에서, 상기 문제점을 피하기 위하여 금속 표면상에 측면 및 바닥면에 재순환된 연소된 펠릿의 층을 도포하는 것이 이용된다.
연소된 철광석의 펠릿을 제조하는 상기 "이동식 화격자" 공정은 금속 표면에서 측면 및 바닥면에 라이너(liner) 층을 형성하기 위하여, 제조된 물질의 20 내지 30%의 재순환을 필요로 한다.
DE 4109396은 가열 설비의 금속 구조물을 보호하는 재순환 피복 요소를 포함하는 철광석 펠릿 제조 방법을 기재한다.
따라서 선행기술의 어떠한 교시나 지식도, 철광석 펠릿의 제조에서 불편함을 야기하는 철광석 펠릿의 연소 단계 동안의 금속 표면 가열 문제를 위하여, 더욱 혁신적이고, 효율적이며 경제적인 해결책을 제공하는 철광석 펠릿화 공정을 개시하지 않는다.
발명의 간단한 설명
위에 기재된 문제점 및 충족되지 않은 요구사항에 비추어, 본 발명은 철광석 펠릿을 제조하기 위한 유리하고 효과적인 간소화 공정을 설명하고, 여기서 그린 펠릿이 연소 단계 동안 "이동식 화격자" 가열로에서 금속 표면을 피복하기 위한 연소된 펠릿을 대체하고, 상기 공정은 다음 단계 중 적어도 일부 또는 모두를 포함한다:
a. 철광석을 분쇄하는 단계;
b. 단계 a로부터 획득한 파쇄된 철광석을 여과하는 단계;
c. 단계 b로부터 얻은 여과된 철광석을 적어도 하나의 결합제와 혼합하는 단계;
d. 단계 c로부터 얻은 혼합물을 펠릿화하는 단계;
e. 단계 d로부터 얻은 그린 펠릿을 건조하는 단계;
f. 철광석의 펠릿을 "이동식 화격자" 가열로 설비의 측면 및 바닥면 그리드(grid)로 수송하는 단계.
g. 연소된 철광석 펠릿을 선별(screening)하는 단계.
본 발명의 이러한 양태의 추가적인 장점 및 신규한 특징이 일부는 다음의 설명에 제시될 것이고, 일부는 다음의 검토 시에 또는 발명의 실시에 의한 습득 시에 당해 분야의 숙련가에게 더욱 명백해질 것이다.
발명의 상세한 설명
다음의 상세한 설명은 본 발명의 범위, 적용 가능성 또는 구성을 어떠한 방식으로든 제한하도록 의도하지 않는다. 더욱 구체적으로, 다음의 설명은 본 발명의 예시적인 양상을 실시하기 위하여 필요한 이해를 제공한다. 본 명세서에 제공된 교시를 이용 시, 당해 분야의 숙련가는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이용될 수 있는 적절한 대안을 인지할 것이다.
본 발명은, 더욱 구체적으로, 철광석 펠릿의 제조를 위한 공정을 설명하며, 여기서 그린 펠릿이 연소 단계 동안 "이동식 화격자" 가열로에서 금속 표면을 피복하기 위한 연소된 펠릿을 대체하고, 상기 공정은 다음 단계를 포함한다:
a. 철광석 및 석회석을 0.044mm 미만의 크기까지 분쇄하는 단계;
b. 단계 a로부터 획득한 파쇄된 철광석을 여과하는 단계;
c. 단계 b로부터 얻은 여과된 철광석 적어도 규산나트륨 및 옥수수 녹말 및, 대안으로, 마이크로실리카와 혼합하는 단계;
d. 단계 c로부터 얻은 혼합물을 펠릿화하는 단계;
e. 단계 d로부터 얻은 그린 펠릿을 건조하는 단계.;
f. 철광석의 펠릿을 "이동식 화격자" 가열로 설비의 측면 및 바닥면 그리드로 수송하는 단계.
g. 연소된 철광석 펠릿을 선별하는 단계.
본 발명의 양태는 철광석 펠릿의 제조를 위한 간소화 공정에 관련되고, 여기서 그린 펠릿이 연소 단계 동안 "이동식 화격자" 가열로에서 금속 표면을 피복하기 위한 연소된 펠릿을 대체하고, 다음 단계를 포함한다:
a. 바람직하게는 건조 펠릿에서 약 0.15, 바람직하게는 0.90 이상의 CaO/SiO2 비율을 얻도록 철광석 및 석회석 또는 돌로마이트를 분쇄하는 단계. 석회의 첨가는 주로 최종 제품의 야금학적 품질을 보장하기 위한 것이다. 분쇄 단계는 약 90%의 재료가 0.044 mm 미만 및 약 1800 ㎠/g의 비표면적인 생성물을 야기한다. 분쇄는 수직 습식 볼 밀 및 일부 보조 설비, 예컨대 프레스 롤을 통하여 이루어진다. 습식 분쇄는 수력사이클론과 함께 폐회로에서 또는 개회로에서 수행될 수 있다. 폐회로가 사용될 경우, 분쇄된 생성물이 탈수를 위하여 농축기(thickner)에 보내질 수 있고, 펄프 중의 고형분 함량이 약 20 내지 75%로 증가된다. 개회로에서의 습식 분쇄의 경우에, 최종 물질이 균질화 탱크에 직접 보내질 수 있다.
b. 수분을 약 9%로 감소시키기 위한, 단계 a로부터 획득한 파쇄된 철광석을 여과하는 단계;
c. 단계 b로부터 얻은 여과된 철광석을 적어도 하나의 결합제와 혼합하는 단계. 이는 공정에서 핵심적인 단계이고 철광석을 SiO2/Na2O = 2.40의 몰비를 가지는 규산나트륨 및 옥수수 녹말, 바람직하게는 젤라틴화 옥수수 녹말, 및 추가적으로 초미세이고 (100<0.044 mm) SiO2 의 중량 백분율이 (% SiO2> 99%)인 마이크로실리카와 조합하는 것을 포함한다. 다음은 사용되는 결합제의 기능을 설명한다:
i. 규산나트륨은 건조된 그린 펠릿의 압축강도에 중요하다.
ii. 옥수수 녹말은 습식 및 건식 그린 펠릿의 품질에 결정적이다. 그린 펠릿의 제조에서, 옥수수 녹말은 고 수분흡수 용량으로 인하여 펠릿화 공정을 제어하는 역할을 한다.
iii. 마이크로실리카는 규산나트륨의 성능을 향상시킨다.
혼합물 중의 결합제의 비율은, 건량 기준으로, 다음을 따라야 한다:
i. 규산나트륨: 1 내지 4%, 바람직하게는 3%.
ii. 옥수수 녹말: 1 내지 2%, 바람직하게는 1.5%.
iii. 마이크로실리카: 최대 0.50%, 바람직하게는 0.30%.
d. 단계 c로부터 얻은 혼합물을 펠릿화하는 단계;
e. 단계 d로부터 얻은 그린 펠릿을 건조하는 단계. 건조는 바람직하게는, 공정 동안 옥수수 녹말의 손실을 피하면서 규산나트륨의 중합을 보장하기 위하여 약 150℃의 온도하에 정지층 건조기에서 수행된다. 건조된 그린 펠릿의 저항성(resistance)은 최소 60 daN/p이어야 하고, 따라서 이는 "이동식 화격자" 펠릿화 가열로에서 취급 및 로딩(loading)에 저항성이다. 이 단계에서, 가열 속도는 바람직하게는, 펠릿의 저항성을 손상시키는 펠릿의 크랙의 출현을 피하도록 제어된다.
f. 철광석의 펠릿을 "이동식 화격자" 가열로의 측면 및 바닥면 그리드로 수송하는 단계.
g. 연소된 철광석 펠릿을 선별하는 단계.
본 발명은 선행기술과 대비하여 다음 장점을 제공한다:
i. 그린 펠릿의 펠릿화 설비 내부 부피의 전체 사용 또는 고도 사용, 따라서 생산성이 증가됨;
ii. 선행기술의 공정에서와 같이 금속 표면으로부터 배출된 연소된 펠릿의 재순환 및 이후 라이너 층의 형성이 더 이상 필요하지 않아, 금속 표면의 생산성이 증가됨;
iii. 공정에서 에너지 파워의 최적화, 따라서 제조 비용이 감소됨.
이런 점에서, 본 발명의 주요 혁신적인 특징은 다음과 같다:
i. 혼합 단계 c에서, 취급 및/또는 측면 및 바닥면 그리드로의 수송 및 가열로로의 공급 동안 그린 펠릿에 저항성을 부여하기 위한, 다른 유기 결합제 또는 보조 물질와 조합된 종래의 결합제의 사용;
ii. 단계 c의 혼합물로써 생성된 그린 펠릿이, 연소 가열로에 수송되는 대신, 건조기에 보내진다. 따라서 건조된 생성물은 "이동식 화격자" 가열로 설비의 측면 및 바닥면 그리드로 수송되기에 충분히 저항성이다 (약 100 내지 약 80 kg/w).
iii. 건조된 그린 펠릿이 "이동식 화격자" 가열로 설비의 측면 및 바닥면 그리드에 공급되고, 따라서 선행기술에서 사용된 연소된 펠릿을 대체하고, 생성물로서 오븐 및 이후의 일반적인 공지 흐름에 로딩되지 않는다.
위에 주어진 실시예는 본 발명의 공정 목적의 바람직한 변형이고 제한으로 해석되지 않아야 한다. 이런 점에서, 본 발명의 범위가 첨부된 청구범위의 내용에 의해서만 제한되지 않고 가능한 균등물을 포함하여 다른 가능한 변형을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (7)

  1. 철광석 펠릿 제조 방법에 있어서, 그린 펠릿이 연소 단계 동안 "이동식 화격자" 가열로에서 금속 표면을 피복하기 위한 연소된 펠릿을 대체하고, 다음 단계를 포함하는 철광석 펠릿 제조 방법:
    a. 철광석 및 석회석을 0.044mm 미만의 크기까지 분쇄하는 단계;
    b. 단계 a로부터 획득한 파쇄된 철광석을 여과하는 단계;
    c. 단계 b로부터 얻은 여과된 철광석을 적어도 규산나트륨 및 옥수수 녹말 및, 대안으로, 마이크로실리카와 혼합하는 단계;
    d. 단계 c로부터 얻은 혼합물을 펠릿화하는 단계;
    e. 단계 d로부터 얻은 그린 펠릿을 건조하는 단계;
    f. 철광석의 펠릿을 "이동식 화격자" 가열로 설비의 측면 및 바닥면 그리드로 수송하는 단계.
    g. 연소된 철광석 펠릿을 선별하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 분쇄 단계는 펠릿이 0.20 미만 또는 0.90 초과의 CaO/SiO2 비율을 가짐을 보장하는 비율의 석회석 또는 돌로마이트를 포함하는 철광석 펠릿 제조 방법.
  3. 제1항 및 제2항에 있어서, 석회석은 탄산칼슘 광석의 혼합물을 포함하고, MgO의 공급원은 감람석(olivine), 마그네사이트(magnesite), 사문암(serpentinite) 또는 MgO가 풍부한 산업폐기물을 포함하는 철광석 펠릿 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서, 규산나트륨은 1 내지 4%의 범위, 바람직하게는 3% 몰비의 SiO2/Na2O를 포함하는 철광석 펠릿 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항에 있어서, 젤라틴화 옥수수 녹말은 1 내지 2%, 바람직하게는 1.5%로 첨가되는 철광석 펠릿 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항에 있어서, 고 SiO2 함량(%SiO2>99%)을 가지는 초미세 마이크로실리카(100% <0.044 mm)가 1 내지 2%의 범위, 바람직하게는 1.5%로 혼합물에 첨가되는 철광석 펠릿 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제5항에 있어서, 그린 펠릿이 150℃의 온도하에 건조되는 철광석 펠릿 제조 방법.
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