KR20160142953A - 미분 철광석의 펠릿 점결제와 이를 이용한 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미분 철광석의 펠릿 점결제와 이를 이용한 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고로 조업을 위한 소결광의 배합원료로 사용되기 어려운 미분 철광석을 일정한 크기의 펠릿 형태로 입상화시킴으로써 소결광의 통기성을 개선하여 소결 생산성과 품질을 향상시킬 수 있는 미분 철광석의 펠릿 점결제와 이를 이용한 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 미분 철광석의 펠릿 점결제는 물유리, 붕사, 당밀, 물이 혼합되어 액상으로 형성된다.

Description

미분 철광석의 펠릿 점결제와 이를 이용한 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법{pelletizing binder of fines iron ore and manufacturing method of pellet iron ore for sintered ore}

본 발명은 미분 철광석의 펠릿 점결제와 이를 이용한 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고로 조업을 위한 소결광의 배합원료로 사용되기 어려운 미분 철광석을 일정한 크기의 펠릿 형태로 입상화시킴으로써 소결광의 통기성을 개선하여 소결 생산성과 품질을 향상시킬 수 있는 미분 철광석의 펠릿 점결제와 이를 이용한 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철소의 고로에서는 원료용으로 소결광을 70~80% 사용하고 있다.

소결광 제조에 사용되는 철광석 배합원료는 약 10mm이하의 철광석과, 부원료로서 보통 철광석보다 입도가 작은 석회석, 생석회 등의 CaO함유 원료 및 SiO₂ 를 주성분으로 하는 규석, 그리고 코크스나 무연탄 등의 고체연료가 포함된다. 이들 배합 원료들은 소결광의 품질 및 조성을 고려하여 배합비가 결정된 후에 배합비에 따라 원료 저장빈(미도시)에서 일정량씩 절출되고, 이들을 믹서(미도시)에서 혼합 및 적당량의 수분을 가하여 소결에 적합한 입도로 조립한다.

이와 같이 조립된 배합 원료는 호퍼에 장입된 후에 드럼피더에 의하여 정량 절출되고, 장입경사판을 따라 이송되어 소결대차의 상부에 장입된다. 배합원료가 소결대차에 장입된 후에는 점화로에서 원료 상부를 착화시키고, 대차의 하부에서 계속 공기를 흡인하면 배합 원료 중에 포함된 코크스나 무연탄 등의 연료가 연소하면서 열을 내고 이 열에 의하여 철광석들이 부원료들과 반응하여 융액이 생성되는데, 이러한 융액이 분철광석을 서로 결합시켜 커다란 덩어리(Cake)를 만들게 된다.

소결이 완료되어 배광부(미도시)에서 거대한 소결 덩어리를 배출하게 되며, 배광된 소결덩어리는 파쇄장치에 의하여 파쇄 정립되고, 5mm이상의 소결광은 성품으로서 회수하여 고로 원료로서 사용되며, 일정크기(약 5mm) 이하의 소결광은 반광(Return Ore)으로 불리워지며, 다른 원료들과 혼합되어 소결원료로서 재사용된다.

위에서 언급한 바와 같이 소결광의 제조시 사용되는 철광석은 약 10mm이하의 철광석을 사용하고 있으나, 입도가 너무 작은 미분 철광석(약 0.01~3mm)을 사용하면 조립성이 불량해지고 소결층내 통기성 저하를 초래하여 소결 생산성과 소결광의 품질을 저하시키는 문제점이 있다. 소결광의 품질이 저하되면 불리한 조업효과 초래, 소결반광 재처리 과정, 소결광 통기성 및 강도 저하로 고로조업 악화초래, 소결 및 고로조업의 제조원가 상승의 원인이 된다.

따라서 약 3mm 이상의 철광석만을 소결광의 원료로 사용하면 소결광의 품질에 유리하나 입도가 너무 작은 미분 철광석을 이용할 수 없다는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 미분 철광석을 일정한 입도 크기로 조립한 후 소결광의 원료로 사용하고 있다.

미분 철광석을 조립하는 미분 원료 조립용 펠렛타이저가 대한민국 등록특허 제 10-0711762호에 개시되어 있다.

상기 개시된 등록특허에는 미분 철광석을 소결광 원료로 사용하기에 적당한 입도 크기로 입상화시키기 위해 미분 철광석과 수분을 고속 교반 믹서를 사용하여 균일하게 혼합한 후 펠렛타이저(pelletizer)에 공급하여 조립한다.

하지만 종래의 기술은 수분만을 이용하여 미분 철광석들을 결합시키므로 조립된 펠릿 철광석의 강도와 조립률이 낮은 문제점이 있다. 이러함에도 불구하고 미분 철광석을 입상화시키는 점결제가 아직까지 개발된 적이 없다.

대한민국 등록특허 제 10-0711762호: 미분 원료 조립용 펠렛타이저

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 고로 조업을 위한 소결광의 배합원료로 사용되기 어려운 미분 철광석을 일정한 크기의 펠릿 형태로 입상화시킴으로써 소결광의 통기성을 개선하여 소결 생산성과 품질을 향상시킬 수 있는 미분 철광석의 펠릿 점결제와 이를 이용한 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 결합력이 우수한 수용성 물질들을 물에 혼합한 액상의 혼합물 형태로 제공하여 미분 철광석과 혼합이 용이하고, 입상화된 펠릿 철광석의 강도 와 조립률을 개선시킬 수 있는 펠릿 점결제와 이를 이용한 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법을 제공하고자 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미분 철광석의 펠릿 점결제는 물유리, 붕사, 당밀, 물이 혼합되어 액상으로 형성된다.

그리고 상기 점결제는 상기 물이 65 내지 75중량%로 혼합된다.

또한, 상기 점결제는 상기 물유리 20 내지 30중량%, 붕사 1 내지 5중량%, 당밀 0.5 내지 3중량%로 혼합된다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법은 상기 점결제를 미분 철광석에 첨가하여 혼합하는 단계와; 상기 점결제와 상기 미분 철광석이 혼합된 혼합물을 펠릿으로 성형시키는 단계;를 포함한다.

상기 점결제는 상기 미분 철광석 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부를 첨가한다.

상기 미분 철광석은 0.01 내지 1mm 크기인 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 고로 조업을 위한 소결광의 배합원료로 사용되기 어려운 미분 철광석을 일정한 크기의 펠릿 형태로 입상화시킴으로써 소결광의 통기성을 개선하여 소결 생산성과 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 결합력이 우수한 수용성 물질들을 물에 혼합한 액상의 혼합물 형태로 제공하여 미분 철광석과 혼합이 용이하고, 입상화된 펠릿 철광석의 강도 와 조립률을 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 온도 변화에 상관없이 매우 안정된 구조를 가지는 액체 혼합물로서, 대기나 수질 등에 해를 미치지 않는 친환경 물질들로 구성되어 있다. 특히, 액체 상태의 펠릿 점결제는 종래의 분말 형태 바인더에 비해 환경적으로 안정되며, 제조설비가 간단하고 제조가 용이하여 운용이 손쉽다는 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 펠릿 철광석의 모습을 나타낸 사진이고,
도 2는 펠릿 철광석의 제조에 사용되는 펠릿타이저의 모습을 나타낸 사진이고,
도 3은 test-1, 2, 3, 4의 입경을 나타낸 그래프이고,
도 4는 시험군과 대조군, 비교예의 강도를 나타낸 그래프이고,
도 5는 시험군을 입경별로 분리해놓은 모습을 나타낸 사진이고,
도 6은 대조군을 입경별로 분리해놓은 모습을 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 미분 철광석의 펠릿 점결제와 이를 이용한 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 다른 미분 철광석의 펠릿 점결제는 물유리, 붕사, 당밀, 물을 함유한다. 본 발명의 펠릿 점결제는 물에 수용성 물질들을 첨가함으로써 액상의 형태로 제조된다. 액상의 펠릿 점결제는 미분 철광석과의 혼합이 용이하다.

물유리는 바인더 역할을 하여 미분 철광석의 입자들의 결합을 촉진시킨다. 물유리는 실리카와 탄산나트륨(Na₂CO₃)을 몰비로 SiO₂/ Na₂O=1.6~3.8로 혼합한 것일 수 있다. 물유리의 일 예로 SiO₂ 함량 30 내지 35중량%, 점도 600CP(20℃)인 것을 이용할 수 있다.

물유리는 본 발명의 점결제 총 중량에서 20 내지 30중량%로 함유될 수 있다. 물유리의 함량이 20중량% 미만이면 성형강도가 저하되고, 30중량%를 초과하면 펠릿의 입도가 커져 품질이 저하될 수 있다.

붕사는 본 발명의 펠릿 점결제가 함유된 펠릿 철광석을 소결광 재료로 사용시 소결과정에서 융액의 유동성을 향상시키고 화학반응을 촉진시켜 소결광의 강도를 향상시킨다.

붕사(borax)는 단사정계에 속하는 무색의 판상(板狀) 또는 단주상(短柱狀) 결정으로, 여러 형태의 붕산나트륨수화염(Na₂B₄O₇·10H₂O, Na₂B₄O₇·5H₂O, Na₂B₄O₇·3H2O) 또는 무수화염(Na₂B₄O₇)을 의미한다.

붕사는 본 발명의 점결제 총 중량에서 1 내지 5중량%로 함유될 수 있다. 붕사의 함량이 1중량% 미만이면 소결광의 강도 저하를 초래하고, 5중량%를 초과하면 소결광의 품질이 저하될 수 있다.

당밀(molasses)은 사탕수수나 사탕무에서 설탕을 제조하는 과정에서 얻어지는 부산물로서 갈색 점조의 당액이다. 당밀은 점결제의 결합력을 향상시킨다.

당밀은 본 발명의 점결제 총 중량에서 0.5 내지 3중량%로 함유될 수 있다. 당밀은 함량이 0.5중량% 미만이면 결합력이 약하고, 3중량%를 초과하면 혼합성이 저하된다.

물유리, 붕사, 당밀은 물에 용해되어 균일하게 혼합된다. 물에 의해 본 발명의 점결제는 액상으로 형성되며, 점결제에 의해 입상화된 펠릿 철광석이 일정한 수분함량을 유지할 수 있도록 한다. 수분의 함량이 너무 낮으면 성형 강도가 감소된다.

물은 본 발명의 점결제 총 중량에서 65 내지 75중량%로 함유될 수 있다. 물의 함량이 65중량% 미만이면 성형강도가 감소되고, 75중량%를 초과하면 소결광의 품질을 저하시킨다.

상술한 본 발명의 점결제는 미분 철광석에 혼합하여 미분 철광석을 펠릿 형태의 철광석(펠릿 철광석)으로 입상화시키는 역할을 한다. 여기서 '펠릿 형태'는 구형, 원기둥형 등의 다양한 입체적 형상을 포함하는 의미이다. 미분 철광석은 입도 크기가 0.01 내지 1mm인 것을 의미할 수 있다.이러한 미분 철광석을 바로 소결광의 배합원료로 사용하게 되면 소결광의 조립성이 불량해지고 소결층내 통기성 저하를 초래한다.

따라서 본 발명은 소결광의 배합원료로 사용되기 어려운 미분 철광석을 일정한 크기의 펠릿 형태로 입상화시킨 후 소결광의 배합원료로 이용하기 때문에 소결광의 통기성을 개선하여 소결 생산성과 품질을 향상시킬 수 있다. 펠릿 형태로 입상화된 철광석은 1mm 이상, 바람직하게 3 내지 10mm의 입도 크기를 갖는다. 특히, 본 발명은 결합력이 우수하여 수분만을 이용하는 종래의 기술과 비교하여 펠릿 철광석의 강도와 조립률을 크게 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명의 펠릿 점결제는 온도 변화에 상관없이 매우 안정된 구조를 가지는 액체 혼합물로서, 대기나 수질 등에 해를 미치지 않는 친환경 물질들로 구성되어 있다. 특히, 액체 상태의 펠릿 점결제는 종래의 분말 형태 바인더에 비해 환경적으로 안정되며, 제조설비가 간단하고 제조가 용이하여 운용이 손쉽다는 장점을 갖는다.

이하, 상술한 본 발명의 펠릿 점결제를 이용한 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법에 대하여 살펴본다.

먼저, 점결제를 미분 철광석에 첨가하여 혼합하는 혼합단계를 수행한다. 혼합과정의 일 예로 점결제와 미분 철광석을 통상적인 교반기에 투입하여 균일하게 혼합한다.

미분 철광석 100중량부에 대하여 점결제 0.1 내지 5중량부를 첨가하여 혼합할 수 있다. 점결제의 첨가량이 0.1중량부 미만이면 강도가 낮고, 점결제의 첨가량이 5중량부를 초과하면 펠릿의 입도가 너무 커질 수 있다.

교반기에서 점결제와 미분 철광석을 혼합시킨 다음 혼합물을 펠릿으로 성형시키는 입상화 단계를 수행한다. 이러한 입상화 과정은 통상적인 펠릿타이저저(pelletizer)를 이용할 수 있다. 가령, 대한민국 등록특허 제 10-0711762호에 개시된 펠릿타이저를 이용할 수 있다.

펠릿타이저의 팬 내부에 혼합물이 공급되면 펠릿타이저의 팬 내부에서 혼합물이 유동하면서 입자가 점차 성장하여 조립(Granulation)이 이루어진다. 펠릿타이저에 의한 입상화 과정은 펠렛타이저 팬의 회전수, 기울기, 회전시간 등의 인자에 의하여 조립성에 영향을 받는다. 적절한 조립성을 유지하기 위해 펠렛타이저의 회전수는 20 내지 35rpm, 기울기 각도 30 내지 45도, 회전시간 2 내지 10분으로 수행될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 펠릿타이저를 통해 미분 철광석은 구형의 펠릿 형태로 입상화될 수 있다. 입상화된 펠릿 철광석은 펠릿타이저에서 배출시킨 후 상온에서 1 내지 3시간 정도 방치하여 건조시킨다.

최종적으로 제조된 펠릿 철광석은 소결광의 배합원료로 사용된다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명에 대해 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시 예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 하기의 실험 예로 한정하는 것은 아니다.

(제조예)

물유리, 붕사, 당밀, 물을 일정한 비율로 혼합하여 4종류의 액상 펠릿 점결제를 제조하였다. 각 펠릿점결제의 혼합비율은 하기 표 1에 정리하였다. 시료 1은 붕사가 혼합되지 않았고, 시료 3은 물유리가 혼합되지 않았다.

구분	물유리(wt%)	붕사(wt%)	당밀(wt%)	물(wt%)
시료1	12	-	25	63
시료2	10	2	20	68
시료3	-	3	30	67
시료4	27	2	1	70

<실험예>

1. 제 1실험

입도 분포가 0.1~1mm인 미분 철광석 100중량부에 대하여 상기 제조예들의 각 시료를 1.0중량부 첨가한 후 교반기를 이용하여 혼합한 다음 혼합물을 도 2와 같은 펠릿타이저를 이용하여 구형의 펠릿 형태로 입상화시켰다. 펠릿타이저의 팬의 회전수는 23rpm, 기울기 각도 35도, 회전시간 7분으로 수행하였다.

제조된 각 펠릿 철광석에 대한 수분과 평균 입경을 하기의 표 2에 나타내었다. test-1은 시료 1의 펠릿 점결제, test-2는 시료 2의 펠릿 점결제, test-3은 시료 3의 펠릿 점결제, test-4는 시료 4의 펠릿 점결제를 혼합하여 만든 펠릿 철광석이다. 평균 입경은 하기 표 2와 함께 도 3에 그래프로 나타내었다. 평균 입경은 펠릿 철광석의 각 입경별(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10mm) 백분율을 구한 값의 합계로 나타내었다.

구분	평균 입경(mm)	수분(wt%)
test-1	3.8	9.6
test-2	3.5	9.8
test-3	3.7	9.7
test-4	4.1	10

상기 표 2 및 도 3을 참조하면, test-4가 평균 입경에서 가장 우수한 것으로 나타났다.

2. 제 2실험

상기 제 1실험결과를 바탕으로 test-4의 펠릿 철광석을 시험군으로 하여 실험을 진행하였다.

그리고 대조군은 펠릿 점결제로 물 100중량%를 이용하여 펠릿 철광석을 제조하였다. 그리고 비교예는 펠릿 점결제로 벤토나이트 70중량%, 산화칼슘(CaO) 30중량%를 혼합한 것을 이용하여 펠릿 철광석을 제조하였다.

제조된 펠릿 철광석의 성품률과 강도를 측정하였다.

성품률은 다음과 같이 계산하였다.

제조된 펠릿 철광석을 스크린으로 분급하여 입경에 따라 3mm 미만, 3~5mm, 5mm초과의 3그룹으로 나누었다. 성품률은 펠릿 철광석 중량(시험군: 총 1045.5g, 대조군: 총 1014.8g, 비교예: 총 1063.7g)에서 차지하는 3mm이상의 성품의 중량비율로 측정하였다.

성품률(%)={(5mm초과한 펠릿 철광석의 중량 + 3~5mm 펠릿 철광석의 중량)/전체 펠릿 철광석의 중량}×100

그리고 강도는 다음과 같이 계산하였다.

제조된 펠릿 철광석을 낙하강도 테스트기를 이용하여 높이 2m에서 4회 연속적으로 낙하시험을 실시한 후 스크린으로 분급하여 입경에 따라 3mm 미만, 3mm 이상의 2그룹으로 나누었다. 강도는 낙하시험 후 펠릿 철광석 전체에서 차지하는 3mm이상의 성품의 중량비율로 측정하였다.

강도(%)=(3mm 이상의 펠릿 철광석 중량/전체 펠릿 철광석의 중량)×100

시험군과 대조군, 비교예의 성품률과 강도를 하기 표 3에 나타내었다. 그리고 강도는 도 4의 그래프에 함께 나타내었다. 도 4에서 '첨가제'는 시험군을 의미하고, '무첨가'는 대조군을 의미한다.

구분	성품률	강도
시험군	97.8%	74.4%
대조군	86.8%	58.4%
비교예	89.3%	62.8%

상기 표 3을 참조하면, 소결광의 배합원료로 사용될 수 있는 입경 3mm 이상의 펠릿 철광석의 비율로 측정한 성품률은 시험군이 가장 높게 나타났다. 도 5 및 도 5은 시험군과 대조군을 입경별로 분리해놓은 모습을 각각 나타낸 사진이다. 도 5 및 도 6을 비교하면 육안상으로 시험군과 대조군의 성품비율에서 현저한 차이가 있음을 알 수 있다.

그리고 낙하시험 후 입경 3mm 이상의 펠릿 철광석의 비율로 측정한 강도면에서도 시험군이 대조군과 비교예와 비교하여 우수한 것으로 나타났다.

이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 물유리, 붕사, 당밀, 물이 혼합되어 액상으로 형성된 것을 특징으로 하는 미분 철광석의 펠릿 점결제.
2. 제 1항에 있어서, 상기 점결제는 상기 물이 65 내지 75중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 미분 철광석의 펠릿 점결제.
3. 제 2항에 있어서, 상기 점결제는 상기 물유리 20 내지 30중량%, 붕사 1 내지 5중량%, 당밀 0.5 내지 3중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 미분 철광석의 펠릿 점결제.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 점결제를 미분 철광석에 첨가하여 혼합하는 단계와;
   상기 점결제와 상기 미분 철광석이 혼합된 혼합물을 펠릿으로 성형시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 점결제는 상기 미분 철광석 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 미분 철광석은 0.01 내지 1mm 크기인 것을 특징으로 하는 소결광용 펠릿 철광석의 제조방법.

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