KR20160071032A - 브리켓 및 브리켓 제조방법 - Google Patents

브리켓 및 브리켓 제조방법 Download PDF

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KR20160071032A KR1020140178237A KR20140178237A KR20160071032A KR 20160071032 A KR20160071032 A KR 20160071032A KR 1020140178237 A KR1020140178237 A KR 1020140178237A KR 20140178237 A KR20140178237 A KR 20140178237A KR 20160071032 A KR20160071032 A KR 20160071032A
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Abstract

본 발명은, 함철 부산물을 선별하는 과정, 비정형의 입자를 가지는 밀 스케일과 1종 이상의 선별된 상기 함철 부산물을 혼합하는 과정, 및 상기 밀 스케일과 상기 함철 부산물의 혼합물을 성형하는 과정을 포함하여, 바인더를 첨가하지 않고 밀 스케일을 이용하여 브리켓을 제조할 수 있다.

Description

브리켓 및 브리켓 제조방법{Briquettes and Method for Manufacturing Briquettes}
본 발명은 브리켓 및 브리켓 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바인더를 첨가하지 않고 밀 스케일을 이용하여 제조될 수 있는 브리켓 및 브리켓 제조방법에 관한 것이다.
밀 스케일은 강 또는 용철이 비산되거나 산화되면서 생성될 수 있는데, 철강조업 중 제강 공정 또는 열연 공정에서 주로 발생한다. 일반적으로 밀 스케일은 철(Fe)의 함량이 70질량% 이상이기 때문에, 밀 스케일을 재활용하면 원료비를 크게 절감할 수 있다.
이에, 최근에는 밀 스케일을 재활용하여 소결 공정 및 제강 공정 등에서 철원 공급원 또는 대체재로 사용하였다. 또는, 밀 스케일을 브리켓으로 제조한 후 용융 환원 공정을 통해 환원하여 용철을 생산하고 있다. 이때, 노내 통기성을 확보하기 위해서는 노내에서 밀 스케일 브리켓의 분말 발생률을 감소시켜야 한다. 따라서, 밀 스케일 브리켓 제조시 밀 스케일 브리켓이 가지는 냉간 및 열간 강도가 중요하다.
그런데, 밀 스케일의 경우 입자 형상의 불균일성 또는 다양성 등으로 인해, 고강도의 브리켓으로 제조하는 것이 용이하지 않다. 이에, 종래에는 고강도의 밀 스케일 브리켓을 제조하기 위해 밀 스케일에 바인더를 혼합하여 밀 스케일 브리켓을 제조하였다.
그러나, 바인더를 혼합하여 제조된 밀 스케일 브리켓의 경우, 바인더가 노내에서 고온에 의해 용융 또는 기화될 수 있다. 따라서, 바인더가 바인더로서의 역할을 상실하여 밀 스케일 브리켓의 열간 강도가 취약해지고 노내에서 분말 발생률이 증가하여 노내 통기성 확보가 어려워질 수 있다. 또한, 바인더가 용융 또는 기화되면서 발생한 알칼리계 물질에 의해 조업이나 설비가 불안정화되는 문제가 있다.
KR 2012-0042981 A
본 발명은 밀 스케일을 재활용할 수 있는 브리켓 및 브리켓 제조방법을 제공한다.
본 발명은 바인더를 첨가하지 않고 제조될 수 있는 고강도의 브리켓 및 브리켓 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 강 또는 용철이 비산되거나 산화되어 발생하고 비정형의 입자를 가지는 밀 스케일, 및 환원철 제조공정에서 발생되는 1종 이상의 함철 부산물을 포함한다.
상기 브리켓의 질량에 대하여 상기 함철 부산물이 30~90질량% 함유된다.
상기 함철 부산물의 질량에 대해 상기 함철 부산물에 금속 철(Fe)이 5~100질량% 함유된다.
노 내에서 3mm 이하의 분말 발생률이 30%이하이다.
상기 브리켓의 전체 질량에 대하여 상기 함철 부산물이 30~60질량% 함유된다.
탄소계 물질 1종 이상이 더 혼합되고, 상기 탄소계 물질의 질량에 대해 상기 탄소계 물질에 고정 탄소가 50~100질량% 함유된다.
상기 밀 스케일의 질량에 대해 상기 밀 스케일에 철(Fe)이 60~90질량% 함유된다.
상기 함철 부산물은 구형, 직육각형, 및 다면체 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성된다.
본 발명은, 함철 부산물을 선별하는 과정, 비정형의 입자를 가지는 밀 스케일과 1종 이상의 선별된 상기 함철 부산물을 혼합하는 과정, 및 상기 밀 스케일과 상기 함철 부산물의 혼합물을 성형하는 과정을 포함한다.
상기 함철 부산물을 선별하는 과정은, 평균 입도가 8mm 이하이고, 금속 철(Fe) 함량이 5~100질량%인 함철 부산물을 선별하는 과정을 포함한다.
상기 밀 스케일과 상기 함철 부산물을 혼합하는 과정은, 1종 이상의 탄소계 물질을 혼합하는 과정을 포함한다.
상기 탄소계 물질은 콜(Coal), 코크스(Cokes), 차르(Char), 및 차콜(Char Coal) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 혼합물을 성형하는 과정은, 상기 혼합물을 5~10ton/cm의 성형압으로 성형하는 과정을 포함한다.
상기 혼합물을 성형하는 과정은, 상온 또는 열간 상태에서 상기 혼합물을 성형하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 밀 스케일에 바인더를 혼합하지 않고 브리켓을 제조할 수 있다. 이에, 철강조업에서 밀 스케일을 브리켓으로 재활용하여 원료비를 절감할 수 있다.
또한, 밀 스케일에 바인더를 혼합하지 않고 금속 간의 결합에 의해 브리켓을 제조함으로, 브리켓이 고온에서도 고강도를 유지할 수 있다. 이에, 노내에서 브리켓의 열간 강도가 개선되어 노내 분말 발생률이 증가하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 노내 통기성을 안정적으로 확보할 수 있고, 조업이나 설비가 안정될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓 제조방법을 나타내는 플로우 차트.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밀 스케일과 함철 부산물을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓 제조장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 압축강도 측정장치를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓들과 밀 스케일의 압축강도를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓과 밀 스케일의 입도 분포를 나타내는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 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. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예에 따른 브리켓은, 강 또는 용철이 비산되거나 산화되어 발생하고 비정형의 입자를 가지는 밀 스케일, 및 환원철 제조공정에서 발생되는 1종 이상의 함철 부산물을 포함한다.
밀 스케일은 강 또는 용철이 비산되거나 산화되면서 생성되는 산화철일 수 있다. 또한, 밀 스케일에는 밀 스케일을 100질량%라고 했을 때 철(Fe)이 60~90질량% 함유될 수 있다. 즉, 밀 스케일이 철(Fe)을 60질량% 미만 함유하면 철 성분이 적어 밀 스케일을 원료로 재활용하기에 부적합할 수 있다. 일반적으로 밀 철강조업에서 발생하는 밀 스케일은 철(Fe)을 90질량% 이하로 함유하고 있다. 이에, 밀 스케일을 브리켓으로 재활용하려면, 밀 스케일의 질량에 대해 밀 스케일에 철(Fe)의 함량이 60~90질량%이어야 한다.
이러한 밀 스케일은 제강 공정 또는 열연 공정에서 강 또는 용철의 비산 등으로 인해 생성되기 때문에, 입자들의 크기나 형상이 다양할 수 있다. 즉, 입자 형상이 불균일할 수 있다. 따라서, 밀 스케일만을 성형하여 브리켓을 제조하는 경우, 밀 스케일 입자들의 결합이 안정적이지 못해 브리켓이 충분한 강도를 가지지 못할 수 있고, 노 내에서 분말 발생률이 증가할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시 예의 브리켓은 고강도로 가지기 위해 밀 스케일과 함철 부산물을 포함할 수 있다.
함철 부산물은 환원철 제조공정에서 발생하는 모든 부산물을 포함할 수 있다. 또한, 함철 부산물에는 함철 부산물의 질량을 100질량%라고 했을 때, 금속 철(Fe)이 5~100질량% 함유될 수 있다. 함철 부산물 내 금속 철(Fe)은 바인더 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 함철 부산물이 금속 철(Fe)을 5질량% 미만 함유하면 금속 철(Fe) 성분이 너무 적어 바인더 역할을 수행할 수 없기 때문에, 브리켓의 강도가 개선되지 않을 수 있다. 그리고, 함철 부산물은, 산화칼슘(CaO), 이산화규소(SiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화알루미늄(Al2O3) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
함철 부산물은 광석 자체가 분광이기 때문에, 입자형상이 밀 스케일 비해 균일하다. 예를 들어, 함철 부산물은 구형, 직육각형, 및 다면체 형상 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이러한 함철 부산물과 밀 스케일이 혼합되는 경우 밀 스케일들의 입자형상이 다양하기 때문에, 밀 스케일의 입자들 사이에 빈 공간이 형성될 수 있다. 그런데 입자형상이 일정한 함철 부산물은 밀 스케일의 입자들 사이에 형성된 빈 공간에 배치될 수 있다. 이에, 밀 스케일의 입자들 사이에 형성되는 빈 공간이 감소하고, 함철 부산물과 밀 스케일의 접촉면적이 증가할 수 있다. 따라서, 함철 부산물 내 금속 철(Fe) 성분이 바인더와 같은 역할을 안정적으로 수행할 수 있고, 강도가 개선된 브리켓이 제조될 수 있다.
또한, 함철 부산물은 브리켓의 전체 질량을 100질량%라고 했을 때, 브리켓에 30~90질량% 함유될 수 있다. 즉, 함철 부산물이 브리켓에 30질량%미만으로 함유되면, 함철 부산물의 혼합되는 양이 너무 적어 밀 스케일들 사이에 형성되는 빈 공간들을 충분히 메우지 못할 수 있다. 또한, 함철 부산물이 30질량% 이상 함유되어야 브리켓이 열간상태에서 강도를 유지하기 위한 금속 간 결합이 가능하다. 따라서, 함철 부산물과 밀 스케일 혼합물 내에 빈 공간이 너무 많이 형성되어 브리켓이 충분한 강도를 가지지 못할 수 있다.
한편, 함철 부산물이 브리켓에 30~90질량%를 초과하여 함유되면, 함유되는 밀 스케일의 양이 적어 재활용되는 밀 스케일의 양이 감소할 수 있다. 이에, 제강 공정 또는 열연 공정에서 생성된 밀 스케일을 처리하는데 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 함철 부산물은 브리켓의 강도를 개선할 수 있으면서, 충분한 양의 밀 스케일을 재활용할 수 있도록 브리켓의 전체 질량에 대하여 30~90질량% 함유될 수 있다.
더욱 상세하게는 브리켓의 전체 질량을 100질량%라고 했을 때, 브리켓에 함철 부산물이 30~60질량% 함유될 수 있다. 브리켓의 강도를 개선하면 노 내에서 분말 발생량을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 브리켓을 재활용하는 경우 노 내에서 3mm이하 크기의 분말 발생률이 20~30% 이하로 관리되어야 한다. 이때, '분말 발생률 = 3mm이하 크기의 입자들의 총 질량 / 전체 입자들의 총 질량'이다. 분말 발생량이 증가하면 노 내 통기성이 저하되어 조업의 효율을 저하시키고 조업에 문제를 야기할 수 있다. 그러나, 분말로 판단하는 입도 크기는 3mm 이하로 한정되지 않고 다양할 수 있으며, 분 발생률의 관리 범위도 20~30%로 한정되지 않고 다양할 수 있다.
그런데, 브리켓에 함철 부산물이 60질량% 초과하여 함유되는 경우, 브리켓의 강도 개선 효과가 둔화될 수 있다. 따라서, 브리켓이 일정한 강도를 유지하고 더 많은 밀 스케일을 함유할 수 있도록, 브리켓이 함철 부산물을 30~60질량% 함유하도록 할 수 있다. 즉, 브리켓의 전체 질량에 대하여 함철 부산물이 30~60질량%만 함유되어도 노 내의 브리켓에서 발생하는 3mm 이하의 분말 발생률이 30%이하로 유지될 수 있다. 이에, 노 내의 통기성이 향상되고 더 많은 양의 밀 스케일을 재활용할 수 있다.
또한, 브리켓에는 탄소계 물질 1종 이상이 포함될 수 있고, 상기 탄소계 물질의 질량을 100질량%라고 했을 때, 탄소계 물질에 고정 탄소가 50~100질량% 함유될 수 있다. 즉, 밀 스케일과 함철 부산물을 혼합하면서 탄소계 물질을 함께 혼합하여 탄재 내장 브리켓을 제조할 수도 있다. 이러한 탄소계 물질은 당밀, 전분 등을 포함하는 유기 또는 무기 바인더와 구별된다.
이처럼, 밀 스케일에 바인더를 혼합하지 않고 금속 간의 결합에 의해 브리켓을 제조하여, 철강조업에서 밀 스케일을 브리켓으로 재활용할 수 있다. 이에, 재활용되는 브리켓을 통해 원료비를 절감할 수 있다. 또한, 밀 스케일에 바인더를 혼합하지 않고 브리켓을 제조함으로, 브리켓이 고온에서도 고강도를 유지할 수 있다. 이에, 노내에서 브리켓의 열간 강도가 개선되어 노내 분말 발생률이 증가하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 노내 통기성을 안정적으로 확보할 수 있고, 조업이나 설비가 안정될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓 제조방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밀 스케일과 함철 부산물을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓 제조장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓 제조방법은, 함철 부산물을 선별하는 과정(S100), 비정형의 입자를 가지는 밀 스케일과 1종 이상의 선별된 상기 함철 부산물을 혼합하는 과정(S200), 및 상기 밀 스케일과 상기 함철 부산물의 혼합물을 성형하는 과정(S300)을 포함한다.
이때, 밀 스케일은 제강 공정 또는 열연 공정에서 강 또는 용철의 비산 등으로 인해 생성되기 때문에, 크기나 형상이 다양할 수 있다. 즉, 도 2의 (a)와 같이, 입자 형상이 불균일할 수 있다. 이러한 밀 스케일의 형상 때문에, 밀 스케일 내 금속 철(Fe) 성분이 함유되어 있어도 밀 스케일들끼리 접촉하는 면적이 적어 고강도를 가지는 브리켓을 생산할 수 없다. 즉, 밀 스케일만을 성형하여 브리켓을 제조하는 경우, 밀 스케일들의 결합이 안정적이지 못해 브리켓이 충분한 강도를 가지지 못할 수 있고, 노내에서 분말 발생률이 증가할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시 예의 브리켓을 제조하기 위해 밀 스케일과 함철 부산물을 혼합할 수 있다.
함철 부산물은 환원철 제조공정에서 발생하는 모든 부산물을 포함할 수 있다. 이러한, 함철 부산물은 광석 자체가 분광이기 때문에, 도 2의 (b)와 같이 입자형상이 밀 스케일 비해 균일하다. 예를 들어, 함철 부산물은 구형, 직육각형, 다면체 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 그러나, 함철 부산물의 입자형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
이러한 함철 부산물과 밀 스케일이 혼합되는 경우 밀 스케일들의 입자형상이 다양하기 때문에, 밀 스케일들 사이에 빈 공간이 형성될 수 있다. 그런데 입자형상이 일정한 함철 부산물은 밀 스케일들 사이에 형성된 빈 공간에 배치될 수 있다. 이에, 밀 스케일들 사이에 형성되는 빈 공간이 감소하고, 함철 부산물과 밀 스케일의 접촉면적이 증가할 수 있다. 따라서, 함철 부산물 내 금속 철(Fe) 성분이 바인더와 같은 역할을 안정적으로 수행할 수 있고, 강도가 개선된 브리켓이 제조될 수 있다.
우선, 본 발명을 이해하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓 제조장치에 대해 설명하기로 한다. 도 3을 참조하면, 브리켓 제조장치는, 밀 스케일 또는 함철 부산물이 저장되는 저장부(110), 상기 저장부(110)와 연결되고 상기 저장부(110)로부터 공급되는 밀 스케일과 함철 부산물을 혼합하는 혼합부(120), 및 혼합된 밀 스케일과 함철 부산물을 성형하는 성형부(140)를 포함하고, 밀 스케일과 함철 부산물의 혼합물을 가열하는 가열부(130)를 더 포함할 수 있다.
저장부(110)는 복수의 저장빈을 포함한다. 예를 들어, 저장부(110)는 밀 스케일을 저장하는 공간을 형성하는 제1 저장빈(111), 제1 종의 함철 부산물이 저장되는 제2 저장빈(112), 및 제2 종의 함철 부산물이 저장되는 제3 저장빈(113)을 포함할 수 있다. 이에, 각각의 저장빈에 밀 스케일 또는 1종 이상의 함철 부산물을 저장할 수 있다.
혼합부(120)는 케이싱(121) 및 회전부재(122)를 포함할 수 있다. 케이싱(121)은 내부에 공간을 형성하고 저장부(110)와 연결된다. 회전부재(122)는 케이싱(121) 내에 수직방향으로 연장형성되어 수직방향의 축을 기준으로 회전한다. 따라서, 케이싱(121) 내로 공급된 밀 스케일과 함철 부산물이 회전부재(122)의 회전으로 인해 서로 혼합될 수 있다.
가열부(130)는 혼합부(120)에 구비되거나 혼합부(120)와 성형부(140) 사이에 구비될 수 있다. 이에, 가열부(130)는 밀 스케일과 함철 부산물의 혼합물에 열에너지를 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 가열부(130)가 밀 스케일과 함철 부산물을 가열하는 경우, 함철 부산물 내의 금속 철(Fe) 성분이 용융되면서 밀 스케일과 용이하게 결합되기 때문에 바인더 역할을 더 효과적으로 수행할 수 있다.
성형부(140)는 호퍼(141)와, 스크류 피더(142), 및 성형롤(143)을 포함할 수 있다. 호퍼(141)는 혼합부(120) 또는 가열부(130)와 연결되고, 내부에 공간을 형성한다. 이에, 밀 스케일과 함철 부산물의 혼합물이 호퍼(141)로 공급되어 임시로 저장될 수 있다. 스크류 피더(142)는 호퍼(141) 내에 구비될 수 있다. 따라서, 스크류 피더(142)가 회전하면 호퍼(141) 내의 밀 스케일과 함철 부산물의 혼합물이 하측의 성형롤(143)들 사이로 강제 장입될 수 있다. 성형롤(143)들은 호퍼(141)의 하측에 한 쌍이 구비된다. 이에, 성형롤(143)들이 상호 반대방향으로 회전하면 밀 스케일과 함철 부산물이 성형롤(143)들을 통과하면서 브리켓이 제조될 수 있다. 이렇게 제조된 브리켓은 고로나 용융환원로 등에서 사용될 수 있다.
하기에서는 브리켓의 제조방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
우선, 브리켓 제조에 합당한 함철 부산물을 선별할 수 있다.(S100) 예를 들어, 평균 입도가 0mm초과 8mm 이하이고, 금속 철(Fe) 함량이 5~100질량%인 함철 부산물을 선별할 수 있다. 예를 들어, 함철 부산물의 평균 입도는 0.01mm~8mm일 수 있다. 입도와 관련하여 함철 부산물의 평균 입도가 0.01mm 미만이면 크기가 너무 작아 밀 스케일 사이의 공간들에 안착되지 못하고 날아갈 수 있다. 이에, 함철 부산물이 브리켓 제조에 적합하지 못할 수 있다.
반대로, 함철 부산물의 평균 입도가 8mm를 초과하면 함철 부산물이 밀 스케일들 사이에 형성되는 빈 공간에 배치되는 것이 용이하지 않을 수 있고, 합철 부산물과 밀 스케일이 접촉하여 결합될 수 있는 면적이 감소할 수 있다. 따라서, 합철 부산물 내의 금속 철(Fe) 성분이 바인더 역할을 용이하게 수행하지 못해 브리켓의 강도가 저하될 수 있다. 이때, 0.01mm~8mm 사이의 다양한 입도를 가지는 함철 부산물이 함께 사용될 수도 있다.
또한, 함철 부산물에는 함철 부산물의 질량을 100질량%라고 했을 때, 금속 철(Fe)이 5~100질량% 함유되어야 한다. 즉, 함철 부산물 내 금속 철(Fe)은 바인더 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 함철 부산물이 금속 철(Fe)을 5질량% 미만 함유하면 금속 철(Fe) 성분이 너무 적어 바인더 역할을 수행할 수 없기 때문에, 브리켓의 강도가 개선되지 않을 수 있다. 따라서, 고강도의 브리켓을 제조하기 위해서는 입도와 금속 철(Fe)에 따라 함철 부산물을 선별해야 한다.
이렇게 선별된 1종 이상의 함철 부산물은 밀 스케일과 혼합된다.(S200) 밀 스케일들의 입자형상이 다양하기 때문에, 밀 스케일들 사이에 빈 공간이 형성될 수 있다. 그런데 함철 부산물과 밀 스케일을 혼합하면 입자형상이 일정한 함철 부산물이 밀 스케일들 사이에 형성된 빈 공간에 배치될 수 있다. 이에, 밀 스케일들 사이에 형성되는 빈 공간이 감소하고, 함철 부산물과 밀 스케일의 접촉면적이 증가할 수 있다.
이때, 함철 부산물은 브리켓의 전체 질량은 100질량%라고 했을 때, 상기 브리켓에 30~90질량% 함유될 수 있다. 즉, 함철 부산물이 브리켓에 30질량% 미만으로 함유되면, 함철 부산물의 혼합되는 양이 너무 적어 밀 스케일들 사이에 형성되는 빈 공간들을 충분히 메우지 못할 수 있다. 따라서, 함철 부산물과 밀 스케일 혼합물 내에 빈 공간이 너무 많이 형성되어 브리켓이 충분한 강도를 가지지 못할 수 있다.
더욱 상세하게는 브리켓의 전체 질량을 100질량%라고 했을 때, 브리켓에 함철 부산물이 30~60질량% 함유될 수 있다. 브리켓의 강도를 개선하면 노 내에서 분말 발생량을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 브리켓을 재활용하는 경우 노 내에서 3mm이하 크기의 분말 발생률이 20~30% 이하로 관리되어야 한다. 분말 발생량이 증가하면 노 내 통기성이 저하되어 조업의 효율을 저하시키고 조업에 문제를 야기할 수 있다.
그런데, 브리켓에 함철 부산물이 60질량% 초과하여 함유되는 경우, 브리켓의 강도 개선 효과가 둔화될 수 있다. 따라서, 브리켓이 일정한 강도를 유지하고 더 많은 밀 스케일을 함유할 수 있도록, 브리켓이 함철 부산물을 30~60질량% 함유하도록 할 수 있다. 즉, 브리켓에 함철 부산물이 30~60질량%만 함유되어도 노 내의 브리켓에서 발생하는 3mm 이하의 분말 발생률이 30%이하로 유지될 수 있다. 이에, 노 내의 통기성이 향상되고 더 많은 양의 밀 스케일을 재활용할 수 있다.
또한, 브리켓에는 탄소계 물질 1종 이상이 포함될 수 있고, 상기 탄소계 물질의 질량을 100질량%라고 했을 때, 상기 탄소계 물질에 고정 탄소가 50~100질량% 함유될 수 있다. 즉, 밀 스케일과 함철 부산물을 혼합하면서 탄소계 물질을 함께 혼합하여 탄재 내장 브리켓을 제조할 수도 있다. 예를 들어, 탄소계 물질은 콜(Coal), 코크스(Cokes), 차르(Char), 및 차콜(Char Coal) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
밀 스케일과 함철 부산물의 혼합시켜 생성된 혼합물을 성형할 수 있다.(S300) 예를 들어, 성형부(140)의 성형롤(143)들을 통해 혼합물을 압축 성형할 수 있다. 이때, 상기 혼합물을 5~10ton/cm의 성형압으로 성형할 수 있다. 즉, 혼합물에 대한 성형압이 증가할수록 브리켓의 압축강도가 증가할 수 있다. 따라서, 브리켓이 충분한 압축강도를 가질 수 있도록 5ton/cm 이상의 성형압으로 혼합물을 성형해야 한다. 또한, 성형압이 10ton/cm를 초과하면 성형롤(143)에 너무 큰 부하가 걸려 장치가 손상될 수 있다.
또한, 혼합물의 성형은 상온 또는 열간 상태에서 수행될 수 있다. 즉, 일반적인 외부의 온도에서 혼합물의 성형이 수행될 수도 있고, 열에너지를 제공하여 섭씨 800~1000도의 온도에서 혼합물의 성형이 수행될 수도 있다. 열에너지를 제공하는 경우, 함철 부산물 내의 금속 철(Fe) 성분이 용융되면서 밀 스케일과 용이하게 결합될 수 있다. 이에, 생산되는 브리켓의 압축강도가 향상될 수 있다.
이처럼, 밀 스케일에 바인더를 혼합하지 않고 브리켓을 제조하여, 철강조업에서 밀 스케일을 브리켓으로 재활용할 수 있다. 이에, 재활용되는 브리켓을 통해 원료비를 절감할 수 있다. 또한, 밀 스케일에 바인더를 혼합하지 않고 브리켓을 제조함으로, 브리켓이 고온에서도 고강도를 유지할 수 있다. 이에, 노내에서 브리켓의 열간 강도가 저하되어 노내 분말 발생률이 증가하는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 노내 통기성을 안정적으로 확보할 수 있고, 조업이나 설비가 안정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 압축강도 측정장치를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓들과 밀 스케일의 압축강도를 나타내는 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 브리켓과 밀 스케일의 입도 분포를 나타내는 그래프이다.
하기에서는 실험 예 1 및 실험 예 2를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
실험 예 1을 진행하기 위해 우선, 밀 스케일과, 밀 스케일 및 함철 부산물이 브리켓 전체 질량을 기준으로 1:1으로 혼합된 혼합물을 성형롤(143)을 통과시켜 브리켓을 제조한다. 이때, 성형압은 10ton/cm이고, 제조되는 브리켓들의 크기는 45×23×18mm일 수 있다. 또한, 밀 스케일로는, 밀 스케일의 질량을 100질량%라고 했을 때, 총 철(Fe)이 약 73질량% 함유되고, 금속 철(Fe)이 약 9질량% 함유되며, 입도는 5mm이하로 형성되는 밀 스케일을 사용하였다. 한편, 함철 부산물로는, 함철 부산물의 질량을 100질량%라고 했을 때, 총 철(Fe)이 약 83질량% 함유되고, 금속 철(Fe)이 63질량% 함유되고, 입도는 5mm 이하로 형성되는 함철 부산물을 사용하였다.
이후, 압축강도 측정장치를 이용하여, 밀 스케일로 제조된 브리켓, 밀 스케일과 함철 부산물이 1:1로 혼합되어 제조된 브리켓의 압축강도 즉, 재료가 파괴되지 않고 견딜 수 있는 최대의 압축하중-응력을 측정하였다. 이때, 압축강도 측정장치는, 도 4와 같이, 시료가 안착되는 시료 지지대(30), 시료 지지대(30)의 상측에 배치되고 시료 지지대(30)와 이격되는 로드셀(20), 및 로드셀(20)과 연결되어 로드셀(20)로부터 측정되는 측정값을 시각적으로 표시해주는 디스플레이유닛(10)을 포함할 수 있다. 이러한 압축강도 측정장치를 이용하여, 각각의 브리켓을 시료 지지대(30)에 안착시키고 로드셀(20)을 이용하여 각각의 브리켓의 압축강도를 측정하였다.
도 5는 실험 예 1에 따른 각각의 브리켓들의 압축 강도를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 밀 스케일로 제조된 브리켓의 압축강도는 20kgf/p 미만지만, 밀 스케일에 함철 부산물을 혼합하는 경우, 브리켓의 압축강도 약 80kgf/p로 향상된 것을 알 수 있었다.(이때, p는 paticle 또는 piece의 약자로 브리켓 한 조각을 의미한다.) 이에, 함철 부산물 내의 금속 철(Fe)이 바인더 역할을 하여 밀 스케일들을 안정적으로 결합시켜준 것을 알 수 있다. 또한, 함철 부산물의 함량이 증가할수록 브리켓의 압축강도가 증가하여 함철 부산물의 함량과 브리켓의 압축강도가 선형적인 관계에 있는 것을 알 수 있다. 그리고, 이러한 실험은 상온에서 수행된 것으로 밀 스케일과 함철 부산물의 혼합만으로 상온에서도 브리켓의 압축강도를 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
실험 예 2에서는 밀 스케일로 제조된 브리켓, 및 밀 스케일과 함철 부산물이 1:1로 혼합되어 제조된 브리켓의 열간 강도를 측정하였다. 열간 강도 측정 실험은 열간 상태 또는 노 내의 환경에서 브리켓에 의한 분말 발생률을 측정하는 실험이다. 열간 강도의 측정방법은 다음과 같다. 우선, 각각의 브리켓을 회전(2rpm) 가능한 드럼 속에 넣은 후, 질소 분위기의 섭씨 800~1000도 사이의 온도 변화환경에서 30분간 회전시킬 수 있다. 이후 체를 이용하여 3mm 이하 크기의 입자 발생량 또는 분말 발생량을 측정하였다. 즉, 열간 강도 측정은 노 내의 환경과 유사한 환경을 조성하여 노 내에서 브리켓에 의한 분말 발생률을 예측할 수 있다.
도 6은 실험 예 2에 따른 각각의 브리켓들의 3mm 이하 크기의 분말 발생률을 나타낸다. 도 6을 참조하면, 밀 스케일로 제조된 브리켓의 경우 3mm 이하 크기의 분이 브리켓 전체 질량을 100질량%라고 했을 때, 약 62질량% 발생하였다. 반면, 밀 스케일과 함철 부산물을 1:1로 혼합하여 제조된 브리켓의 경우 3mm 이하 크기의 분이 브리켓 전체 질량을 100질량%라고 했을 때, 약 11질량% 발생한 것을 확인할 수 있다. 이에, 밀 스케일과 함철 부산물을 혼합하여 제조된 브리켓의 열간 강도가 기존의 밀 스케일로 제조된 브리켓의 열간 강도에 비하여 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다.
이러한 결과는 밀 스케일과 함철 부산물을 혼합한 브리켓을 고온 용융 환원 공정에서 사용하는 경우 통기성을 확보할 수 있고, 광석 또는 스크랩 등의 대체재로서 사용가능함으로 보여주고 있다. 따라서, 밀 스케일에 바인더를 첨가하지 않고 고강도의 브리켓을 제조할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 저장부 120: 혼합부
130: 가열부 140: 성형부

Claims (14)

  1. 강 또는 용철이 비산되거나 산화되어 발생하고 비정형의 입자를 가지는 밀 스케일; 및
    환원철 제조공정에서 발생되는 1종 이상의 함철 부산물을 포함하는 브리켓.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 브리켓의 질량에 대하여 상기 함철 부산물이 30~90질량% 함유되는 브리켓.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 함철 부산물의 질량에 대해 상기 함철 부산물에 금속 철(Fe)이 5~100질량% 함유되는 브리켓.
  4. 청구항 3에 있어서,
    노 내에서 3mm 이하의 분말 발생률이 30%이하인 브리켓.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 브리켓의 전체 질량에 대하여 상기 함철 부산물이 30~60질량% 함유되는 브리켓.
  6. 청구항 3에 있어서,
    탄소계 물질 1종 이상이 더 혼합되고, 상기 탄소계 물질의 질량에 대해 상기 탄소계 물질에 고정 탄소가 50~100질량% 함유되는 브리켓.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6에 있어서,
    상기 밀 스케일의 질량에 대해 상기 밀 스케일에 철(Fe)이 60~90질량% 함유되는 브리켓.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6에 있어서,
    상기 함철 부산물은 구형, 직육각형, 다면체 형상 중 적어도 어느 하나의 형상으로 형성되는 브리켓.
  9. 함철 부산물을 선별하는 과정;
    비정형의 입자를 가지는 밀 스케일과 1종 이상의 선별된 상기 함철 부산물을 혼합하는 과정; 및
    상기 밀 스케일과 상기 함철 부산물의 혼합물을 성형하는 과정을 포함하는 브리켓 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 함철 부산물을 선별하는 과정은,
    평균 입도가 8mm 이하이고, 금속 철(Fe) 함량이 5~100질량%인 함철 부산물을 선별하는 과정을 포함하는 브리켓 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 밀 스케일과 상기 함철 부산물을 혼합하는 과정은,
    1종 이상의 탄소계 물질을 혼합하는 과정을 포함하는 브리켓 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 탄소계 물질은 콜(Coal), 코크스(Cokes), 차르(Char), 및 차콜(Char Coal) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 브리켓 제조방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 혼합물을 성형하는 과정은,
    상기 혼합물을 5~10ton/cm의 성형압으로 성형하는 과정을 포함하는 브리켓 제조방법.
  14. 청구항 9 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합물을 성형하는 과정은,
    상온 또는 열간 상태에서 상기 혼합물을 성형하는 과정을 포함하는 브리켓 제조방법.
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