KR20170040826A

KR20170040826A - 소결광 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR20170040826A
Application number: KR1020150139586A
Authority: KR
Inventors: 박종력; 양영철; 곽성대
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2015-10-05
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2017-04-14
Also published as: AT518585A2; CN107208977A; WO2017061664A1; DE112015005874T5; JP2018505965A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조장치는 무한궤도상으로 다수의 소결대차를 연결하여 소결공정을 진행하는 소결광 제조장치에 있어서, 상기 소결대차에 상부광 및 배합원료를 각각 공급하는 상부광 호퍼와 써지 호퍼를 포함하는 원료 공급부; 상기 소결대차의 진행방향으로 상기 원료 공급부 후단에 배치되어 상기 소결대차에 장입된 배합원료의 표층부를 착화시키는 점화로; 및 상기 점화로의 후단에 배치되어 상기 소결대차에 장입된 배합원료의 표층부에 마이크로웨이브를 조사하는 마이크로웨이브 가열로;를 포함한다.

Description

소결광 제조장치 및 제조방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SINTERED ORE}

본 발명은 소결광 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소결대차의 상부에 마이크로웨이브를 조사하여 소결대차 상층부의 반광생성을 최소화함으로써, 소결광의 입도를 개선하고 소결광 회수율을 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 소결광 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 고로에서 원료로 사용되는 소결광은 주 원료의 약 80%를 차지하며, 소결광은 소결장치에 배합원료와 상부광을 장입하고 고온으로 소성시켜 제조한다.

도 1은 일반적인 하방 흡입식(Dwight Loyd) 소결장치를 이용한 소결공정을 보여주는 개략도이고, 도 2는 종래 일반적인 하방 흡입식 소결장치의 소결대차 위치별 회수율을 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하방 흡입식 소결장치를 이용한 소결공정은 분 철광석과 부원료, 코크스(Coke)를 광석 빈(ORE BIN; 10)에 저장한 후, 일정량을 절출하여 드럼 믹서(DRUM MIXER; 11)에서 수분을 첨가 및 혼합하여 써지 호퍼(SURGE HOPPER; 12)에 저장한다.

이후, 상부광 호퍼(14)를 통하여 상부광이 장입된 소결대차(15)가 이동되면 상부광 호퍼(14) 후단에서 드럼피더(13)가 써지 호퍼(12)를 통해 배출되는 원료에 수분을 첨가하여 배합원료를 마련되며, 상기와 같이 마련된 배합원료는 분급 현상을 유도하기 위한 경사 플레이트(Deflector Plate, 16)을 따라 소결대차(15) 상부에 장입된다.

이와 같이, 배합원료 장입이 완료된 소결대차(15)는 점화로(17)에서 고온(약 1200℃)의 불꽃으로 배합원료 표층부를 착화시키고, 메인 블로워(18)를 작동시켜 흡입력을 발생시킨다.

흡입력은 챔버(19)를 통하여 윈드박스(20)로 전달되는 것으로, 윈드박스(20)로 전달된 흡입력은 소결대차(15)의 하부를 강하게 흡입하여 대기 중의 공기가 소결대차(15)에 장입된 배합원료의 상부에서 하부로 통과하면서 고온소성에 의해 분 철광석을 괴성화시켜 소결광을 제조한다.

한편, 소결광 제조공정은 소결광의 품질은 우수하고 연료소비를 최소화하면서도 회수율 및 생산성을 극대화하는 방법을 채택하게 되는데, 상기와 같은 하방 흡입식 소결장치는 소결대차(15)의 하방에서 지속적으로 연소가스를 흡입함에 따라 차가운 공기가 소결대차(15)의 전체 깊이에 대하여 배합원료의 평면으로부터 1/3 깊이까지 형성되는 상층부를 빠르게 냉각시키기 때문에 제조된 소결광의 약 1/3을 차지하는 소결대차(15) 상층부 소결광이 소결에 필요한 열을 충분히 공급받지 못함에 따라 입자의 직경이 5㎜ 미만인 반광이 다량 발생되어 소결광의 회수율이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

종래 이러한 문제점을 해결하기 위해 마이크로웨이브를 이용한 기술에 대해서는 "소결광의 제조방법(한국공개특허 제10-1995-0018555호)", "소결광 제조 방법(일본공개특허 제1996-014763호)", "소결광 배합원료 수분 제거장치 및 방법(한국공개특허 제10-2010-0026457호)" 등이 있다.

그러나, 선행문헌들은 모두 소결대차에 원료를 장입한 후 표층부를 점화시키기 전에 마이크로웨이브를 이용하여 원료를 가열하여 수분을 건조시켜 의사입자의 강도를 증진시키거나, 예열시킴으로써 소결시 에너지 소모를 감소시키는 방법으로 소결대차의 상층부가 빠르게 냉각됨에 따라 상층부의 소결광 입자의 크기가 감소된 반광이 다량 생성되어 소결광 회수율이 저하되는 문제점을 해결하지 못하였다.

한국공개특허 제10-1995-0018555호 (1995. 07. 22.) 일본공개특허 제1996-014763호 (1996. 01. 19.) 한국공개특허 제10-2010-0026457호 (2010. 03. 10.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 소결대차에 장입되어 점화로를 통과하면서 표층부가 착화된 배합원료의 평면에 마이크로웨이브를 조사하여 소결대차 상층부에 부족한 열원을 공급하여 미소결로 인한 반광 발생을 최소화함으로써, 소결광의 품질 및 회수율을 향상시킬 수 있는 소결광 제조장치 및 제조방법을 제공한다.

상기 마이크로웨이브 가열로는, 주파수가 800㎒ ~ 3㎓인 마이크로웨이브를 조사하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 마이크로웨이브 가열로는, 상기 소결대차가 통과되면서 그 내부에 수용된 배합원료의 표면에 마이크로웨이브를 조사할 수 있도록, 상기 소결대차의 진행방향으로 양단이 개구된 터널형상으로 형성된 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조방법은 하방 흡입식(Dwight Loyd) 소결장치를 이용한 소결광 제조방법에 있어서, 무한궤도상에서 이동되는 소결대차에 상부광 및 배합원료를 공급하는 원료공급 단계; 상기 소결대차에 장입된 배합원료의 표층부를 착화시키는 점화 단계; 및 표층부가 점화된 배합원료의 평면에 마이크로웨이브를 조사하여 배합원료의 상층부를 가열시키는 가열 단계;를 포함한다.

상기 가열 단계는, 주파수가 800㎒ ~ 3㎓인 마이크로웨이브를 조사하는 것이 바람직하다.

상기 가열 단계는, 마이크로웨이브를 10초 ~ 3분간 조사하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 마이크로웨이브 가열로를 이용하여 연소가스의 흐름에 영향을 주지 않으면서 소결대차에 장입된 배합원료의 상층부에 필요한 열에너지를 공급함으로써, 소결광 품질 및 회수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 하방 흡입식(Dwight Loyd) 소결장치를 이용한 소결공정을 보여주는 개략도이고,
도 2는 종래 일반적인 하방 흡입식 소결장치의 소결대차 위치별 회수율을 보여주는 도면이며,
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른, 소결광 제조장치를 보여주는 개략도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 마이크로웨이브 가열로를 설명하기 위한 도면이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 소결광 제조방법을 보여주는 순서도이고,
도 6은 종래 일반적인 하방 흡입식 소결장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조장치의 온도분포를 보여주는 도면이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른, 소결광 제조장치를 보여주는 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 마이크로웨이브 가열로를 설명하기 위한 도면이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조장치는 무한궤도상으로 복수 개가 연결된 소결대차(15) 내부로 원료를 공급하는 원료 공급부와 각각의 소결대차(15)에 장입된 원료의 표층부를 착화시키는 점화로(17) 및 소결대차(15)에 장입된 원료의 표면에 마이크로웨이브를 조사하는 마이크로웨이브 가열로(30)를 포함한다.

각각의 소결대차(15) 내부로 공급되는 원료는 상부광과 상부광의 상부에 적층되는 배합원료로 구성되며, 원료 공급부는 무한궤도로 형성된 주행레일을 따라 소결대차(15)가 이동되는 경로 일측 상부에 소결대차(15)의 폭방향으로 설치된 상부광 호퍼(14)와 상부광 호퍼(14) 후단에 배치된 써지 호퍼(12)로 구성된다.

상부광 호퍼(14)는 소결대차(15) 내부에 10 ~ 15mm 입도 범위를 갖는 상부광을 약 50mm 두께로 소결대차(15)에 장입시키며, 후단에 설치된 써지 호퍼(12)는 일정량의 수분이 첨가된 배합원료를 소결대차(15)에 공급한다.

이때, 써지 호퍼(12)는 하부에 설치된 드럼피더(13)가 회전되면 써지 호퍼(12) 내부에 수용된 배합원료가 소결대차(15) 내부로 불출되며 드럼피더(13)의 회전속도에 따라 배합원료의 불출량이 조절되며, 그 하부에는 불출되는 배합원료의 분급 현상을 유도하기 위한 경사 플레이트(Deflector Plate, 16)가 설치되어 써지 호퍼(12)에서 불출되는 배합원료가 경사 플레이트(16)를 따라 소결대차(15) 내부로 장입된다.

점화로(17)는 소결대차(15)에 장입된 배합원료의 표층부를 착화시킬 수 있도록 그 상부에 복수의 버너가 소결대차(15)의 폭방향으로 일정간격 이격되어 설치되어 연속하여 그 하부를 통과되는 복수의 소결대차(15)에 장입된 배합원료의 표층부를 차례로 점화시킨다.

마이크로웨이브 가열로(30)는 복수의 소결대차(15)가 연속적으로 통과될 수 있도록 그 저면 및 양단이 개방된 터널 형상으로 형성되며 그 하부로 통과되는 소결대차(15)에 장입된 배합원료의 표층부에 마이크로웨이브를 조사할 수 있도록 그 천정에 마이크로웨이브 발진수단이 설치된다.

일반적으로 마이크로웨이브는 전자기 에너지 중 낮은 주파수를 갖는 에너지의 한 형태로 800 ~ 300,000㎒의 주파수 범위를 갖고, 전자기장 범위 내에서 분자의 회전만을 야기시키고 분자 구조에는 영향을 미치지 않는다.

보다 구체적으로 마이크로웨이브는 전기장과 자기장으로 구성되는데 그 중 전기장이 물질을 가열시키는 역할을 하며, 광속으로 전파되고 광자 에너지(0.037㎉/mole)는 분자결합을 끊을 수 있는 에너지(80 ~ 120㎉/mole)에 비하여 낮기 때문에 물질을 가열시킬 뿐 분자 구조에는 영향을 주지 않는다.

이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 가열로(30)는 전도열을 이용하여 에너지 전달속도가 느리고 물질의 열평형까지 장시간이 소요되어 비효율적인 종래 일반적인 가열방식을 대체하여, 내외부 온도를 균일하고 빠르게 가열시킬 수 있는 마이크로웨이브를 조사한다.

이때, 사용되는 마이크로웨이브의 주파수는 800㎒ ~ 3㎓인 것이 바람직한데, 그 이유는 마이크로웨이브의 주파수가 3㎓를 초과하는 경우 비용이 상승되며 소결온도를 과도하게 상승시켜 생산되는 소결광의 품질을 저하시키는 문제점이 있으며, 800㎒ 미만인 경우 배합원료의 내부로 침투되는 깊이가 늘어나면서 에너지 밀도가 낮아져 입도가 5㎜ 미만인 반광이 발생되는 배합원료의 상층부를 충분히 가열하지 못하며 가열에 장시간이 소요되기 때문이다.

구분	화학조성	온도(℃)
적철석(Hematite)	Fe₂O₃	1,000
자철석(Magnetite)	Fe₃O₄	700
갈철광(Limonite)	mFe₂·nH₂O	150
석회암(Limestone)	CaCO₃	200
실리카(Silica)	SiO₂	140

표 1은 일반적으로 소결대차에 장입되는 배합원료의 주요 성분에 대하여 2kW용량, 2.4㎓의 마이크로웨이브를 1분간 조사한 후 그 온도를 측정하여 나타낸 표이다.

표 1에서 알 수 있듯, 마이크로웨이브를 사용하여 배합원료 가열시 단시간에 배합원료의 주요 성분을 가열시킬 수 있어, 마이크로웨이브를 소결대차(15)에 장입된 배합원료의 표면에 조사함으로써, 소결대차(15)의 전체 깊이에 대하여 배합원료의 평면으로부터 1/3 깊이까지 형성되는 상층부를 가열시켜 소결대차(15)의 하방에서 지속적으로 연소가스를 흡입함에 따라 차가운 공기에 의하여 냉각되는 온도를 보상하여 상층부의 반광 생성을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 가열로(30)는 각각의 소결대차(15)가 10초 ~ 3분 동안 통과될 수 있는 길이로 형성되는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 그 이유는 마이크로웨이브의 길이가 그 하부를 통과하는 소결대차(15)의 통과시간이 1분 미만으로 형성된 경우 소결대차(15)에 장입된 배합원료의 상층부를 충분히 가열하지 못하여 반광 생성량이 증가되며, 3분 이상 가열되도록 형성된 경우 제조원가 상승에 비하여 반광 발생 감소량이 미미하여 마이크로웨이브 가열로(30)의 길이는 소결대차(15)가 10초 ~ 3분의 통과시간을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

마이크로웨이브(2kW, 2.4㎓) 조사시간	반광 발생비
-	33.2%
1분	25.8%
2분	19.8%

표 2는 마이크로웨이브 조사 조건에 따른 반광 발생비를 나타낸 표로, 본 발명에서는 120㎏ 배합원료의 표면을 화염을 이용하여 착화시킨 후 마이크로웨이브(2kW, 2.4㎓)를 조사하여 상층부를 가열시킨 다음, 하방에서 1,600㎜Hq의 압력으로 연소가스를 흡입하고, 연소가 완전히 종료된 후 시료를 50㎜ 이하로 파쇄하고 드럼강도를 측정한 후 5㎜ 미만의 반광 발생량을 측정하였다.

표 2에서 알 수 있듯, 마이크로웨이브를 조사하지 않은 종래 하방 흡입식 소결장치에 비하여 마이크로웨이브를 1분간 조사한 경우 반광 발생량이 약 7.4% 감소되고, 2분간 조사한 경우 반광 발생량이 13.4% 감소되어 소결시 발생되는 반광 발생량을 현저히 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.

마이크로웨이브(5kW, 2.4㎓) 조사시간	반광 발생비
-	33.2%
10초	30.7%
30초	24.4%
60초	18.5%

표 3은 마이크로웨이브 파워를 5kW로 증가시켰을 때, 조사시간에 따른 반광 발생비를 나타낸 표로, 표 2의 2kW에 비하여 짧은 시간에 반광 발생비가 급격히 감소하는 것을 알 수 있다.

따라서 표 2와 표 3의 측정 결과로부터 마이크로웨이브 파워가 증가함에 따라 조사시간은 현저히 감소될 수 있음을 알 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조장치를 이용한 소결광 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 소결광 제조방법을 보여주는 순서도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조방법은 원료공급 단계와 배합원료의 표면을 착화시키는 점화 단계 및 배합원료의 표층부에 마이크로웨이브를 조사하는 가열 단계를 포함한다.

원료공급 단계는 무한궤도상에서 이동되는 소결대차(15)의 내부에 상부광 호퍼(14) 및 써지 호퍼(12)를 이용하여 각각 상부광 및 배합원료를 순차적으로 공급시킨다.

소결대차(15) 내부로 원료 공급이 완료되면, 원료가 장입된 소결대차(15)가 점화로(17)를 통과하면서 그 내부에 수용된 배합원료의 표층부를 점화시킨다.

도 6은 종래 일반적인 하방 흡입식 소결장치의 온도분포(a)와 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조장치의 온도분포(b)를 보여주는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 소결광 제조방법은 표층부 점화가 완료되면, 가열 단계에서 소결대차(15)에 장입된 배합원료의 표층부에 800㎒ ~ 3㎓인 마이크로웨이브를 10초 ~ 3분간 조사하여 배합원료의 상층부를 가열시킨다.

이에, 이후 하방에서 지속적으로 연소가스를 흡입함에 따라 냉각되는 배합원료의 상층부의 냉각온도를 보상해줄 수 있어 소결대차(15)에 장입된 배합원료의 상층부에 필요한 열에너지를 공급함으로써, 소결광 품질 및 회수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 마이크로웨이브를 이용하여 가열시킴으로써 연소가스의 흐름에 영향을 주지 않아 생산되는 소결광의 품질을 일정하게 하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

상기와 같이 배합원료의 상층부 가열이 완료되면 메인 블로워(18)를 작동시켜 소결대차(15)의 하방으로 흡입력을 발생시켜 연소가스를 흡입하면서 소결광을 제조한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 광석 빈 11: 드럼 믹서
12: 써지 호퍼 13: 드럼피더
14: 상부광 호퍼 15: 소결대차
16: 경사 플레이트 17: 점화로
18: 메인 블로워 19: 챔버
20: 윈드박스 30: 마이크로웨이브 가열로

Claims

무한궤도상으로 다수의 소결대차를 연결하여 소결공정을 진행하는 소결광 제조장치에 있어서,
상기 소결대차에 상부광 및 배합원료를 각각 공급하는 상부광 호퍼와 써지 호퍼를 포함하는 원료 공급부;
상기 소결대차의 진행방향으로 상기 원료 공급부 후단에 배치되어 상기 소결대차에 장입된 배합원료의 표층부를 착화시키는 점화로; 및
상기 점화로의 후단에 배치되어 상기 소결대차에 장입된 배합원료의 표층부에 마이크로웨이브를 조사하는 마이크로웨이브 가열로;를 포함하는, 소결광 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로웨이브 가열로는,
주파수가 800㎒ ~ 3㎓인 마이크로웨이브를 조사하는 것을 특징으로 하는, 소결광 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로웨이브 가열로는,
상기 소결대차가 통과되면서 그 내부에 수용된 배합원료의 표면에 마이크로웨이브를 조사할 수 있도록, 상기 소결대차의 진행방향으로 양단이 개구된 터널형상으로 형성된 것을 특징으로 하는, 소결광 제조장치.
하방 흡입식(Dwight Loyd) 소결장치를 이용한 소결광 제조방법에 있어서,
무한궤도상에서 이동되는 소결대차에 상부광 및 배합원료를 공급하는 원료공급 단계;
상기 소결대차에 장입된 배합원료의 표층부를 착화시키는 점화 단계; 및
표층부가 점화된 배합원료의 평면에 마이크로웨이브를 조사하여 배합원료의 상층부를 가열시키는 가열 단계;를 포함하는, 소결광 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 가열 단계는,
주파수가 800㎒ ~ 3㎓인 마이크로웨이브를 조사하는 것을 특징으로 하는, 소결광 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 가열 단계는,
마이크로웨이브를 10초 ~ 3분간 조사하는 것을 특징으로 하는, 소결광 제조방법.