KR20160063433A - 환원철 제조 방법, 그 제조 장치 및 이에 의해 제조된 환원철 - Google Patents

환원철 제조 방법, 그 제조 장치 및 이에 의해 제조된 환원철 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환원철 제조 방법, 그 제조 장치 및 이에 의해 제조된 환원철에 관한 것으로, 철원료 및 탄재를 포함하는 원료를 준비하는 과정; 상기 철원료와 탄재를 혼합하는 과정; 상기 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물을 가압하여 성형탄을 제조하는 1차 성형 과정; 상기 성형탄을 열처리하여 환원철을 제조하는 과정; 상기 환원철을 가압하여 괴성화시키는 2차 성형 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하고, 환원철의 밀도를 높여 산소와의 접촉면적을 감소시킴으로써 재산화를 억제하고, 금속화율을 향상시킬 수 있다.

Description

환원철 제조 방법, 그 제조 장치 및 이에 의해 제조된 환원철{Manufacturing method of reduced iron, the manufacturing apparatus thereof and the reduced ion using the same}
본 발명은 환원철 제조 방법, 그 제조 장치 및 이에 의해 제조된 환원철에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환원철의 금속화율을 향상시킬 수 있는 환원철 제조 방법, 그 제조 장치 및 이에 의해 제조된 환원철에 관한 것이다.
현재, 전세계 철 생산량의 60% 정도가 14세기부터 개발된 고로법으로부터 생산되고 있다. 고로법은 소결 과정을 거친 철광석과 유연탄을 원료로 하여 제조한 코크스 등을 고로에 함께 넣고 고온의 공기를 불어넣어 철광석을 철로 환원하여 용철을 제조하는 방법이다.
용철 생산설비의 대종을 이루고 있는 고로법은 그 반응 특성상 일정 수준 이상의 강도를 보유하고 노내 통기성 확보를 보장할 수 있는 입도를 보유한 원료를 요구하므로, 전술한 바와 같이, 연료 및 환원제로 사용하는 탄소원으로 특정 원료탄을 가공 처리한 코크스에 의존하며, 철원으로는 일련의 괴상화 공정을 거친 소결광에 주로 의존하고 있다.
고로에는 환원가스의 흐름을 원활히 하기 위하여 분 철광석을 덩어리 상태로 만든 소결광과 분석탄을 건류하여 덩어리 상태로 만든 코크스를 장입한다.
그런데, 덩어리 상태인 소결광은 분철광석의 경우에 비하여 단위 부피당 원가스의 접촉면적이 극히 작고, 고로 내에서 환원이 완료된 이후에도 탄소와의 접촉 면적이 작아 환원된 철 내부로의 탄소 침투가 어렵다. 따라서 소결광은 용융 온도가 높으므로 용융시키는 데 에너지가 많이 소모되고, 용선의 생산속도가 늦은 근원적인 문제점을 내포하고 있다.
이에 극미분 철광석을 브리켓이나 펠렛으로 괴성화하여 RHF(Rotary Hearth Furnace)에서 환원을 유도하여 직접환원철을 제조하는 공정이 개발되어 있다. 하지만, 직접환원철의 제조 공정의 경우 생산량이 연산 15만톤~50만톤 규모의 공정으로서 대량 생산에는 한계가 있으며 환원율이 95%이상으로서 전기로용 원료로 사용하고 있다.
또한, 극미분 광석을 브리켓이나 펠렛으로 괴성화하여 최대 1,350℃에서 소성을 함으로써 부분 환원철을 제조하는 공정이 개발되어 있으며, 최대 연산 400만톤의 대량 생산이 가능하다. 그런데 이러한 공정의 경우 밀폐되지 않은 개방형 소성로에서 공정이 진행되기 때문에 소성로 내부의 온도 및 산소 농도를 제어하기 어려워 부분 환원철의 금속화율이 비교적 낮고, 재산화율이 높다는 문제점이 있다.
KR10-1304686B
본 발명은 재산화를 억제하여 금속화율을 향상시킬 수 있는 환원철 제조 방법, 장치 및 이에 의해 제조된 환원철을 제공한다.
본 발명은 강도를 향상시킬 수 있는 환원철 제조 방법, 장치 및 이에 의해 제조된 환원철을 제공한다.
본 발명은 폐열을 재활용하여 에너지를 절감할 수 있는 환원철 제조 방법, 장치 및 이에 의해 제조된 환원철을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 환원철 제조 방법은, 철원료 및 탄재를 포함하는 원료를 준비하는 과정; 상기 철원료와 탄재를 혼합하는 과정; 상기 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물을 가압하여 성형탄을 제조하는 1차 성형 과정; 상기 성형탄을 열처리하여 환원철을 제조하는 과정; 상기 환원철을 가압하여 괴성화시키는 2차 성형 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 탄재는 상기 혼합물의 전체 중량에 대해서 5 내지 30중량%일 수 있다.
상기 철원료와 탄재를 혼합하는 과정에서 결합재를 첨가할 수 있다.
상기 환원철을 제조하는 과정은 건조 과정, 예열 과정 및 환원 과정을 포함할 수 있다.
상기 2차 성형 과정은 상기 환원철이 냉각되기 이전에 수행할 수 있다.
상기 2차 성형 과정은 800 내지 1000℃에서 수행할 수 있다.
상기 2차 성형 과정은 상기 1차 성형 과정보다 높은 성형압을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 2차 성형 과정에서 발생하는 열은 상기 성형탄을 열처리하는 과정에서 열원으로 사용할 수 있다.
이와 같이 제조되는 환원철은 5g/㎤ 이상의 밀도를 가질 수 있으며, 브리켓일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 환원철 제조 장치는, 철원료 및 탄재가 수용되는 복수의 호퍼; 상기 호퍼와 연결되고, 상기 철원료와 탄재를 공급받아 혼합하는 혼합기; 상기 혼합기로부터 혼합물을 공급받아 성형탄을 압축하는 압축부재를 구비하는 제1성형기; 상기 성형기에서 제조된 성형탄을 환원시켜 환원철을 제조하는 소성로; 및 상기 환원철을 압축하는 압축부재를 구비하는 제2성형기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 소성로는 건조대, 예열대 및 환원대를 구비하는 연속식 소성로를 포함할 수 있다.
상기 제2성형기에서 발생하는 폐열을 회수하는 열회수기를 포함할 수 있다.
상기 열회수기는 상기 소성로에 회수된 열을 공급하도록 상기 소성로와 연결될 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 의하면, 환원철을 제조하는 과정에서 고온의 환원철을 다시 괴성화시켜 환원철 내의 기공률을 저감시킴으로써 산소와의 접촉 면적을 줄여 재산화를 억제할 수 있다. 환원철의 재산화가 억제되어 높은 금속화율을 얻을 수 있으며, 괴성화에 따라 환원철의 강도가 향상되어 이를 이용한 조업에서의 실수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 고온의 환원철을 괴성화시키는 과정에서 발생하는 폐열을 환원철 제조에 필요한 열원으로 사용할 수 있어 에너지 효율도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 환원철 제조 방법을 순서적으로 도시한 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환원철 제조 장치의 요부를 도시한 블록도.
도 3은 도 2의 소성로를 상세히 도시한 상세 블록도.
도 4는 산소 농도와 탄재 함량에 따른 환원철의 금속화율을 나타낸 그래프.
도 5는 온도에 따른 환원철 내 기공률의 변화를 나타낸 그래프.
도 6은 종래기술과 본 발명에 따라 제조되는 환원철의 금속화율을 비교하여 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 요소를 명확하게 표현하기 위하여 크기를 과장하거나 확대하여 표현하였으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 환원철 제조 방법을 순서적으로 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환원철 제조 장치의 요부를 도시한 블록도이고, 도 3은 도 2의 소성로를 상세히 도시한 상세 블록도이고, 도 4는 산소 농도와 탄재 함량에 따른 환원철의 금속화율을 나타낸 그래프이고, 도 5는 온도에 따른 환원철 내 기공률의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 6은 종래기술과 본 발명에 따라 제조되는 환원철의 금속화율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 실시예에 따른 환원철 제조 방법은 철원료 및 탄재를 포함하는 원료를 준비하는 과정(S110, S120), 철원료와 탄재를 혼합하는 과정(S130), 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 1차 성형과정(S140), 대차에 성형탄을 투입하는 과정(S150), 대차를 소성로에 진입시켜 성형탄을 열처리하여 환원철을 제조하는 과정(S160) 및 환원철을 압축하는 2차 성형 과정(S170)을 포함한다.
여기서, 철원료는 철성분을 함유하는 물질이며, 피환원제로서 철광석, 철 산화물, 제강 공정 중에 발생된 함철 더스트 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 탄재는 철원료를 환원시키는 환원제로서, 석탄 및 제강 공정에서 발생하는 함탄 더스트 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 실시 예에서는 환원철 제조 방법을 통해 부분 환원철을 제조한다.
이러한 과정으로 환원철을 제조하기 위한 환원철 제조 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 철원료와 탄재가 각각 수용되는 복수의 호퍼(100, 110, 120, 130), 각 호퍼와 연결되고 철원료 및 탄재를 공급받아 혼합하는 혼합기(200), 혼합기(200)에서 혼합된 혼합물을 압축하는 압축부재를 구비하는 제1성형기(300), 제1성형기(300)에서 제조된 성형탄을 내부에 장입시키도록 형성되고 가열부재를 구비하여, 성형탄을 열처리하여 소성하는 소성로(400), 열처리가 종료되어 제조된 환원철을 압축하는 압축부재를 구비하는 제2성형기(500)를 포함한다. 이때, 결합재가 수용되는 호퍼(130)가 더 구비되어, 혼합기(200)에서 철원료와 탄재를 혼합할 때 물유리, 당밀, 타르 등의 결합재를 공급할 수 있다. 또한, 호퍼(110, 120)로부터 철원료 및 탄재 각각을 공급받아 파쇄하는 파쇄기(미도시)를 더 구비하여, 파쇄기를 이용하여 철원료 및 탄재를 각각 파쇄한 후에 혼합기(300)에 파쇄물을 주입할 수도 있다.
제1성형기(300)는 도시되지는 않았지만, 압축부재를 구비한다. 예를 들면, 상호 마주보도록 설치된 한 쌍의 롤을 구비하는 성형기 즉, 쌍롤식 성형기를 사용할 수 있다. 이에, 한 쌍의 롤 사이에 혼합물이 장입되면, 상기 한 쌍의 롤의 회전으로 인한 압출에 의해 성형탄이 제조될 수 있다. 성형탄은 펠렛이나 브리켓으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 펠렛으로 형성될 수 있다.
소성로(400)는 제1성형기(300)에서 제조된 성형탄을 열처리하여 환원시키는 것으로, 내부 공간을 가지며, 소성로(400)를 가열하는 가열 수단(미도시)이 마련된다. 가열 수단은 버너(burner)일 수 있으며, 가열을 위한 연료로 LPG 및 공기(air)를 이용한다. 그리고, 버너(burner)에 의해 발생된 가열 가스는 소성로(400) 내부를 가열하며, 이로 인해 소성로(400) 내에 장입된 성형탄의 철원료와 탄재 간의 환원이 진행된다. 물론, 소성로(400)를 가열하기 위한 수단으로 버너(burner) 이외에 다양한 수단이 사용가능하며, 연료 또한 LPG 및 공기(air) 이외의 다양한 재료의 원료가 사용 가능하다.
또한, 소성로(400)는 내부에 성형탄을 저장한 대차가 이동할 수 있는 경로를 구비할 수도 있고, 경로 상의 각 영역별로 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같이, 소성로(400)는 건조대(410), 예열대(420) 및 환원대(430)를 구비하는 연속식 소성로일 수 있다. 물론 이들에 열풍을 공급하기 위한 버너(440)를 더 포함할 수도 있다. 이로부터 소성로(400) 내부에 대차가 투입되고, 대차가 소성로의 각 영역을 연속적으로 이동하면서 건조, 예열 및 환원 등의 과정이 진행될 수 있다. 성형탄은 성형된 후 수분을 다량 함유하고 있는 데, 이는 펠렛 또는 브라켓 등의 괴상물 형상이라 열이 공급되면 열 충격으로 인한 파열이 일어날 수도 있다. 이에 소성 전에 성형탄이 저장된 대차가 건조대(410)를 통과하도록 하여 성형탄을 건조시킨다. 건조대(410)를 통과한 후 환원을 돕기 위해서 대차가 예열대(420)를 통과하도록 하며, 예열대(420)의 온도는 예를 들면 300 내지 700 ℃로 조절될 수 있다. 이때, 건조대(410)와 예열대(420)는 온도가 조절된 고온의 가스가 대차의 상측 또는 하측으로 공급될 수 있다. 물론 환원대(430)에서 사용된 고온의 배가스를 건조대(410), 예열대(420)에 사용할 수도 있다. 예열대(420)를 통과한 대차는 계속하여 환원대(430)로 이동하며, 환원대(430)에서 환원 반응 및 소성에 의해 환원철이 제조된다. 환원대(430)의 온도는 1000 ℃ 이상인 것이 바람직하여, 환원대(430)의 온도가 1000 ℃ 미만인 경우 환원 반응이 활발하지 않으며 환원 시간이 오래 소요되기 때문이다. 환원대(430)에서는 주요 대차의 상측으로 고온의 열풍이 공급되며, 공급된 열풍이 성형탄을 통과하면서 환원 반응을 진행하게 된다. 환원대(430)에서의 공정이 종료되면 대차는 소성로(400) 외부로 이동하여 제2성형기(500)로 환원철을 공급한다. 여기에서 본 발명의 실시 형태에 따른 소성로(400)는 종래의 소성로와는 달리 환원대(430) 이후에 환원철, 즉 부분 환원철을 냉각시키기 위한 냉각대가 생략되어 있다. 이는 환원철의 재산화율을 낮춰 금속화율의 저하를 방지하기 위하여 환원철을 냉각시키기 않은 열간 상태에서 다시 성형하여 환원철의 밀도를 높이기 위함이다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명하기로 한다.
제2성형기(500)는 도시되지는 않았지만, 압축부재를 구비한다. 예를 들면, 상호 마주보도록 설치된 한 쌍의 롤을 구비하는 성형기 즉, 쌍롤식 성형기를 사용할 수 있다. 이에, 한 쌍의 롤 사이에 환원철이 장입되면, 상기 한 쌍의 롤의 회전으로 인한 압출에 의해 성형체가 제조될 수 있다. 이때, 성형체는 브리켓으로 형성될 수 있다. 이는 분말 형태의 혼합물을 성형하는 제1성형기(300)에 비해 입도가 큰 환원철, 즉 펠렛이나 브리켓 등의 괴상으로 형성된 환원철을 성형하기 때문에 제2성형기(500)에 의해 제조되는 성형체는 브리켓으로 형성될 수 있다.
환원철 제조 장치는 열회수기(600)를 더 구비할 수 있다. 제2성형기(500)는 열간 상태의 환원철을 압축시켜 성형체를 제조하기 때문에 제조된 성형체는 여전히 고온을 유지하게 된다. 따라서 제조된 성형체를 별도의 저장빈(미도시)에 저장하고, 열회수기(600)를 통해 성형체에서 발산되어 저장빈에 축적되는 열을 회수할 수 있다. 열회수기(600)는 소성로(400)와 연결되어 회수된 열을 소성로(400)에 공급하여 성형탄을 환원시키는데 필요한 열원으로 사용할 수 있다. 이때, 열회수기(600)를 통해 회수된 열은 성형탄을 환원시키기에는 열량이 부족하므로, 소성로(400)의 건조대(410)나 예열대(420)로 공급되어 성형탄을 건조시키거나 예열시키는데 사용할 수 있다.
또한, 환원철 제조 장치는 상기에서 설명한 구성 및 구조에 한정되지 않고, 다양하게 변경 가능하다.
하기에서는 환원철을 제조하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 철원료를 마련하고(S110), 환원제로 사용될 탄재를 마련하며(S120), 이들을 별도로 마련된 각각의 호퍼(110, 120)에 저장한다. 이때, 철원료와 탄재의 입도는 1 mm 이하가 되도록 파쇄된 것을 사용할 수 있다.
그리고 각각의 호퍼(110, 120)에 저장된 철원료 및 탄재를 혼합기(200)에 장입하여 혼합한다(S120). 이때 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물 전체를 기준으로 탄재가 전체 중량에 대하여 5 내지 30중량%, 바람직하게는 15 내지 20중량% 정도 함유되도록 혼합할 수 있다. 도 4를 참조하면, 환원철의 금속화율은 탄재의 함량과 산소 농도에 영향을 받는 것을 알 수 있다. 즉, 환원철의 금속화율은 탄재의 함량이 증가할수록, 그리고 산소 농도가 낮을수록 높은 것을 알 수 있다. 다만, 탄재의 함량이 일정 범위, 예컨대 20중량% 이상인 경우에는 금속화율의 향상 정도가 미미한 것을 알 수 있다. 따라서 철원료와 탄재를 혼합할 때 탄재를 제시된 범위 내에서 적절하게 사용하는 것이 공정 효율이나 환원철의 생산율을 향상시키는데 도움을 줄 수 있다.
또한, 철원료 및 탄재 외에 결합재를 추가로 혼합할 수도 있다. 결합재는 탄재 및 철원료의 사이로 화학 결합하여 점도 및 점착성을 높이는 효과가 있다. 이러한 효과를 나타내기 위하여 결합재는 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 5 중량% 포함시킬 수 있다. 또한, 결합재는 물유리, 당밀, 타르 등이 사용될 수 있다. 물론 혼합물에는 철원료, 탄재, 결합재 외에 불가피한 성분이 혼합될 수도 있다.
전술한 바와 같은 원료의 혼합은 철원료와 탄재를 균일하게 혼합하기 위한 1차 혼합과, 후속 성형 공정 시 수분 및 결합재를 첨가하여 혼합물의 조립성을 향상시키기 위한 2차 혼합을 포함할 수 있다. 수분은 철원료와 탄재를 혼합한 혼합물 전체 중량에 대해서 10중량% 이하로 첨가할 수 있으며, 수분 함량이 제시된 범위보다 높은 경우에는 혼합물의 점도가 감소하여 조립성이 저하될 수 있다.
이후, 혼합물은 제1성형기(300)로 장입되어 성형되며(S140), 예를 들면 성형탄은 탄재를 내장하는 펠렛일 수 있다. 제1성형기(300)를 이용하여 성형탄을 제조할 때 1 내지 4ton/㎝ 정도, 바람직하게는 3ton/㎝의 성형압으로 성형탄을 제조할 수 있다. 이에 성형탄은 10㎏f/p 이상의 그린 강도를 확보할 수 있다.
다음, 성형탄을 대차에 투입하고(S150), 대차를 소성로(400) 내부로 진입시켜 대차 내에 투입된 성형탄을 열처리한다. 이로부터, 탄재 내장 성형탄 내에서 환원 반응이 일어나, 환원철, 보다 바람직하게는 부분 환원철이 제조된다.
소성로(400)에서는 성형탄이 투입된 대차가 건조대(410), 예열대(420) 및 환원대(430)를 통과하며 성형탄의 건조, 예열 및 환원 공정이 실시된다. 성형탄의 환원을 유도하기 위해, 소성로(400) 내부를 환원성 분위기로 유도할 수 있고, 유도하지 않을 수도 있다. 즉, 소성로(400) 내부로 CO2 가스, CO 가스 또는 수소(H) 가스를 공급하여, 환원성 분위기로 유도할 수도 있고, 환원 분위기 조성을 위한 가스를 별도로 공급하지 않고, 대기(또는 공기)의 상태와 유사한 자연 상태의 분위기를 사용할 수도 있다. 이때, 비환원 분위기에서는 산소 농도가 높으면 환원철이 산화될 수 있으므로, 소성로(400) 내의 산소 농도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 소성로(400) 내의 산소 농도가 15% 이하가 되도록 조절하여 환원철의 재산화를 방지할 수 있다. 산소 농도의 조절을 위해, 소성로(400) 내부로 불활성 가스 예컨대 질소(N2), 아르곤(Ar) 등을 공급할 수 있다. 또한, 환원철 제조 공정 중에 발생된 가스를 순환시켜 소성로에 공급할 수도 있다.
건조대(410)에서는 성형탄 내에 함유된 수분이 제거되며, 예열대(420)에서는 급속한 온도 변화에 의해 성형탄이 파손되는 것을 방지하기 위해 성형탄의 예열이 수행된다. 이때, 성형탄 예열 시 성형탄 내에 함유되는 탄재의 휘발분이 제거되며 H2O, H2, CH4, CHn, CO 가스 등의 배가스가 발생한다. 이렇게 발생되는 배가스는 소성로 내부로 순환되어 성형탄의 환원반응을 위한 열원과, 소성로 내부의 산소 농도를 제어하는데 사용될 수 있다. 이때, 소성로(400) 내부의 산소 농도는 10% 이하로 유지되는 것이 환원반응 직후 환원철의 재산화를 억제하는데 도움을 줄 수 있다.
그리고 소성로(400) 내의 환원대(430)에서 성형탄의 소성 온도, 환원 온도는 1000℃ 이상 바람직하게는 1100℃ 내지 1300℃가 되도록 하는 것이 바람직하다. 소성로(400) 내부를 1000℃ 이상의 온도로 열처리하면, 소성로(400) 내부로 장입된 성형탄 즉, 탄재 내장 브리켓 내부에서 철원료와 탄재 내의 자체 반응이 일어나며, 이에 부분 환원철이 제조된다. 여기서, 부분 환원철은 철원료에 함유된 Fe 전체 즉, 100%가 환원되지 않고, 100% 미만의 범위로 부분적으로 환원된 것을 의미한다. 물론, 소성로(400) 내부에서 소성 시간 또는 열처리 온도를 조절함으로써 100%가 환원된 환원철을 제조할 수도 있으나, 100%가 환원된 환원철을 제조하기 위해서는 소성로(400)에 부하가 걸릴 수도 있다. 한편, 예를 들어 소성로(400)에서의 열처리 온도가 1000℃ 미만인 경우, 철원료와 탄재 간의 환원 반응이 활발히 일어나지 않아, 부분 환원철 제조가 용이하지 않거나, 환원철 생산율이 낮아질 수 있다.
이와 같은 환원반응에서 발생하는 고온의 가스는 에너지 효율을 향상시키기 위하여 소성로(400) 내로 순환시켜, 예컨대 건조대(410)나 예열대(420)로 순환시켜 열원으로 사용될 수 있다.
소성로(400)에서 소성을 포함한 각 과정이 종료된 후, 대차는 소성로(400) 외부로 이동한다. 소성로(400) 제조된 환원철은 제2성형기(500)로 공급되어 압축시켜 성형체를 제조할 수 있다(S170). 성형체는 브리켓 형태로 형성될 수 있으며, 제2성형기(500)를 이용하여 성형체를 제조할 때 제1성형기(300)를 이용하여 성형탄을 제조할 때보다 높은 성형압, 예컨대 5ton/㎝ 이상의 성형압으로 성형체를 제조할 수 있다. 이는 제1성형기(300)에는 분말 형태의 원료가 공급되나, 제2성형기(500)로 공급되는 원료, 즉 환원철은 제1성형기(300)를 통해 이미 괴상으로 제조된 것으로서, 제2성형기(500)에서는 제1성형기(300)보다 높은 성형압을 이용해야 성형체로의 성형이 가능하기 때문이다. 환원철은 제2성형기(500)로 이송되면서 얼마간의 온도 저하가 일어나긴 하지만, 약 800 내지 1000℃ 정도의 고온으로 반용융상태를 유지하여 어느 정도의 압력이 가해지면 부서지지 않고 형상이 변형되며 성형될 수 있다.
이와 같이 제2성형기(500)를 이용하여 환원철을 성형하면, 환원철의 밀도를 높여 기공률을 저감시킬 수 있다. 도 5를 참조하면, 성형탄은 소성로(400)에서 열처리되면서 성형탄 내 함유되는 탄재가 연소되고, 이에 따라 열처리된 성형탄, 즉 환원철의 기공률을 점점 증가하게 된다. 예컨대 성형탄의 기공률은 약 22% 정도이나, 환원철의 기공률은 약 50%정도까지 증가하게 되며, 이때 환원철의 밀도는 약 2.3g/㎤ 정도이다. 이와 같이 환원철의 기공률이 높으면 환원철을 운반하거나 저장 시 산소와의 접촉 면적이 증가하여 재산화율이 높아지고, 이에 따라 금속화율은 저하된다. 따라서 본 발명에서는 소성로(400)에서 열처리된 환원철을 다시 압축하여 환원철의 밀도를 높임으로써 환원철의 기공률을 저감시킬 수 있다. 이에 따라 환원철과 산소 간의 접촉 면적이 감소하여 환원철의 재산화를 억제하여 금속화율의 저하를 억제 혹은 방지할 수 있다.
제2성형기(500)를 이용하여 성형된 성형체는 5g/㎤ 이상의 밀도를 가질 수 있다. 이와 같이 제조되는 환원철의 금속화율은 도 6에 도시된 바와 같이 종래기술에 의해 제조되는 환원철, 즉 소성로 내의 냉각대를 통과하며 냉각된 환원철은 본발명에 의해 제조되는 환원철에 비해 금속화율이 약 20%정도 더 낮은 것을 확인할 수 있다. 참고로 도 6에서는 본 발명과 종래기술을 나타내는 그래프가 서로 다른 선상에 위치하고 있으나, 본 발명과 종래기술을 비교하기 위한 것으로 각각의 그래프는 동일한 선상에 위치할 수 있다.
이와 같이 제조된 성형체, 즉 환원철을 별도의 저장빈에 저장하여 냉각시킨 후 고로나 전기로 등의 조업에서 철원으로 사용될 수 있다. 이때, 저장빈에 저장되는 환원철은 약 800 내지 1000℃ 정도의 고온을 유지하고 있어, 열이 발산되어 저장빈에 축적될 수 있다. 따라서 저장빈에 공기를 공급하여 가열되는 공기를 열회수기(600)를 통해 회수하고, 회수된 열을 소성로(400)로 공급하여 성형탄을 열처리하는데 사용할 수 있다. 이때, 회수된 열은 약 400 내지 800℃ 정도의 고온으로 소성로(400)의 건조대나 예열대로 공급되어 성형탄을 건조시키거나 예열하는데 열원으로 사용될 수 있다.
상기한 방식으로 제조된 환원철은 5g/㎤ 이상의 밀도를 가지며 기공률이 낮아져 산소와의 접촉면적이 감소될 수 있다. 이에 따라 환원철의 재산화가 억제 혹은 방지되어 80% 정도의 높은 금속화율을 가질 수 있다.
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.
100: 호퍼 200: 혼합기
300: 제1성형기 400: 소성로
500: 제2성형기 600: 열회수기

Claims (15)

  1. 철원료 및 탄재를 포함하는 원료를 준비하는 과정;
    상기 철원료와 탄재를 혼합하는 과정;
    상기 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물을 가압하여 성형탄을 제조하는 1차 성형 과정;
    상기 성형탄을 열처리하여 환원철을 제조하는 과정;
    상기 환원철을 가압하여 괴성화시키는 2차 성형 과정;을 포함하는 환원철 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄재는 상기 혼합물의 전체 중량에 대해서 5 내지 20중량%인 환원철 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 철원료와 탄재를 혼합하는 과정에서 결합재를 첨가하는 환원철 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 환원철을 제조하는 과정은 건조 과정, 예열 과정 및 환원 과정을 포함하는 환원철 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 2차 성형 과정은 상기 환원철이 냉각되기 이전에 수행하는 환원철 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 2차 성형 과정은 800 내지 1000℃에서 수행하는 환원철 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 2차 성형 과정은 상기 1차 성형 과정보다 높은 성형압을 이용하여 수행하는 환원철 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 2차 성형 과정에서 발생하는 열은 상기 성형탄을 열처리하는 과정에서 열원으로 사용하는 환원철 제조 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의하여 제조되는 환원철.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 환원철의 밀도는 5g/㎤ 이상인 환원철.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 환원철은 브리켓인 환원철.
  12. 철원료 및 탄재가 수용되는 복수의 호퍼;
    상기 호퍼와 연결되고, 상기 철원료와 탄재를 공급받아 혼합하는 혼합기;
    상기 혼합기로부터 혼합물을 공급받아 성형탄을 압축하는 압축부재를 구비하는 제1성형기;
    상기 성형기에서 제조된 성형탄을 환원시켜 환원철을 제조하는 소성로; 및
    상기 환원철을 압축하는 압축부재를 구비하는 제2성형기;
    를 포함하는 환원철 제조 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 소성로는 건조대, 예열대 및 환원대를 구비하는 연속식 소성로를 포함하는 환원철 제조 장치.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 제2성형기에서 발생하는 폐열을 회수하는 열회수기를 포함하는 환원철 제조 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 열회수기는 상기 소성로에 회수된 열을 공급하도록 상기 소성로와 연결되는 환원철 제조 장치.
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KR101304686B1 (ko) 2011-11-15 2013-09-06 주식회사 포스코 고로용 부분 환원철 및 그 제조방법

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