KR20230049718A - 소결광의 제조 방법 및 소결광 - Google Patents

Abstract

응집되기 쉬운 미분 광석의 배합이 적은 소결 배합 원료에 있어서 핵 생성을 촉진하여 효과적으로 소결용 조립 원료를 얻을 수 있는 소결광의 제조 방법 및 소결광을 제공한다. 복수 종류의 품목으로 이루어지는 철광석을 포함하는 소결 배합 원료를 조립기로 조립하고, 얻어진 소결용 조립 원료를 소결기로 소성함으로써 소결광을 얻는 소결광의 제조 방법에 있어서, 조립시의 첨가수를 소결 배합 원료에 첨가할 때의 단위 면적당 유량을 120 L/min/m² 이상으로 한다.

Description

소결광의 제조 방법 및 소결광

본 발명은, 고로용 원료인 소결광의 제조 방법, 특히 소결 배합 원료의 조립 (造粒) 방법에 주목한 점에 특징을 갖는 방법 및 소결광에 관한 것이다.

소결광은, 통상적으로, 이하의 공정에 의해 제조된다. 먼저, 복수 종류의 품목으로 이루어지는 분철광석 (일반적으로, -10 ㎜ 정도의 신터 피드라고 불리고 있는 것) 에, 석회석이나 규석, 사문암 등의 부원료 분말과, 더스트, 스케일, 반광 (返鑛) 등의 잡원료 분말과, 분말 코크스 등의 고체 연료를 적당량씩 배합하여 소결 배합 원료를 얻는다. 다음으로, 얻어진 소결 배합 원료에 수분을 첨가한다. 그리고, 수분을 첨가한 소결 배합 원료를 혼합-조립하여 소결용 조립 원료를 얻는다. 다음으로, 얻어진 소결용 조립 원료를 소결기에 장입 (裝入) 하여 소성함으로써, 소결광을 얻고 있다. 그 소결 배합 원료는, 일반적으로, 수분을 포함함으로써 조립시에 서로 응집되어 의사 (擬似) 입자가 된다. 그리고, 이 의사 입자화한 소결용 조립 원료는, 소결기의 팰릿 상에 장입되었을 때, 소결 원료 장입층의 양호한 통기를 확보하는 데에 도움이 되어, 소결 반응을 원활하게 진행시킨다.

상기 서술한 소결광의 제조 방법에 있어서, 조립시에 있어서의 소결 배합 원료에 대한 수분의 첨가가 충분하지 않고 불균일하게 실시되면, 입경이 작은 미분만이 응집되어 강도가 낮은 조대 (粗大) 입자를 형성하거나, 입경이 작은 입자인 채로 남거나 하여, 상기 소결 원료 장입층 내에서의 통기성을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 배경하에서, 종래, 조립시에 있어서의 소결 배합 원료에 대한 물의 첨가의 방법에 주목한 연구가 실시되어 왔다.

예를 들어, 특허문헌 1 에서는, 조립기 내에서의 소결 배합 원료면의 갱신에 따른 살수 유량이나 분무각, 살수 거리 등을 규정함과 함께, 첨가수 액적 직경의 상한을 규정함으로써, 조대 입자의 생성을 억제함과 함께, 미분만으로 조립된 응집 입자 등의 생성을 억제하는 것으로 하고 있다.

일본 공개특허공보 2016-172903호

그러나, 특허문헌 1 에서 제안하고 있는 기술의 경우, 입자경이 큰 조대 입자의 생성은 억제할 수 있지만, 입자경이 작은 미소 입자의 생성까지는 억제할 수 없기 때문에, 소결 원료 장입층의 통기성이 저하된다는 과제가 있었다. 그 결과, 입자경이 과소한 미소 입자가 많이 생성되고, 소결 원료 장입층 나아가서는 소결층 내에서의 통기성의 저하를 초래하여 소결기의 생산율이 저하되거나, 소결광 강도의 저하를 초래함과 함께 성품 수율의 저하를 초래하거나 하고, 나아가서는 소결광을 사용하는 고로 내에서의 통기성의 저하로 이어진다는 문제점이 있었다. 또 특허문헌 1 에서는, 응집되기 쉬운 미분 광석을 대량으로 사용하는 것을 목적으로 하고 있어, 미분 광석이 적고 조립이 불충분해지기 쉬운 원료의 처리에는 적합하지 않았다.

본 발명의 목적은, 응집되기 쉬운 미분 광석의 배합이 적은 소결 배합 원료에 있어서 핵 생성을 촉진하여 효과적으로 소결용 조립 원료를 얻을 수 있는 소결광의 제조 방법 및 소결광을 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위해, 발명자들은, 소결광의 제조 방법에 있어서의 소결 배합 원료의 조립 공정에 있어서 첨가수의 유량에 주목하여 예의 연구한 결과, 종래의 상식에 반하여 그 유량을 극단적으로 증가시킴으로써 조립성을 개선한 소결용 조립 원료가 얻어지는 것을 발견하였다.

즉, 본 발명은, 복수 종류의 품목으로 이루어지는 철광석을 포함하는 소결 배합 원료를 조립기로 조립하고, 얻어진 소결용 조립 원료를 소결기로 소성함으로써 소결광을 얻는 소결광의 제조 방법에 있어서, 조립시의 첨가수를 소결 배합 원료에 첨가할 때의 단위 면적당 유량을 120 L/min/m² 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법이다.

또한, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 소결광의 제조 방법에 있어서는,

(1) 상기 소결 배합 원료로서, 입경 1 ㎜ 이하의 입자를 90 ％ 이상 포함하는 광석을 전체 철광석 중의 10 질량％ 이하 포함하는 소결 배합 원료를 사용하는 것,

(2) 상기 조립시에 드럼 믹서를 사용할 때, 점적률을 10 ∼ 15 ％ 로 하는 것,

(3) 상기 첨가수의 평균 액적 직경을 1.1 ㎜ 이하로 하는 것,

(4) 상기 첨가수는 미분 철광석을 포함하는 것

이 보다 바람직한 해결 수단이 되는 것으로 생각된다.

또, 본 발명은, 상기 서술한 소결광의 제조 방법에 따라서 제조된, 고로 내에서의 통기성이 우수한 것을 특징으로 하는 소결광이다.

본 발명에 관련된 소결광의 제조 방법에 의하면, 조립시의 첨가수를 소결 배합 원료에 첨가할 때의 살수 면적당 유량을 120 L/min/m² 이상으로 극단적으로 증가 시킴으로써, 소결 배합 원료의 조립을 현격히 개선할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 소결광의 제조 방법에 있어서의 각 공정의 일례를 설명하기 위한 플로 차트이다.
도 2 는, 본 발명의 소결광의 제조 방법에 있어서의 조립 프로세스에서의 현상의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은, 배합 A 에 대해 원료 처리량을 1600 t/h 및 1000 t/h 로 하였을 때의, 점적률과 냉간 풍량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 배합 B 에 대해 원료 처리량을 1600 t/h 및 1000 t/h 로 하였을 때의, 점적률과 냉간 풍량의 관계를 나타내는 도면이다.

도 1 은, 본 발명의 소결광의 제조 방법에 있어서의 각 공정의 일례를 설명하기 위한 플로 차트이다. 도 1 에 따라서 본 발명의 소결광의 제조 방법의 각 공정을 설명하면, 먼저, 복수 종류의 품목으로 이루어지는 미분 철광석을 준비한다 (스텝 S1). 다음으로, 스텝 S1 에서 준비한 미분 철광석에, 스텝 S2 에서 준비한 부원료 분말과, 잡원료 분말과, 고체 연료를 적당량씩 배합하여 소결 배합 원료를 얻는다 (스텝 S3). 다음으로, 얻어진 소결 배합 원료에, 첨가수를 첨가하여 소결 배합 원료를 혼합하고, 조립하여 (스텝 S4), 소결용 조립 원료를 얻는다 (스텝 S5). 다음으로, 얻어진 소결용 조립 원료를 소결기에 장입하여 소성함으로써 (스텝 S6), 소결광을 얻고 있다 (스텝 S7).

상기 서술한 도 1 에 따라서, 복수 종류의 품목으로 이루어지는 철광석을 포함하는 소결 배합 원료를 조립기로 조립하고, 얻어진 소결용 조립 원료를 소결기로 소성함으로써 소결광을 얻는 소결광의 제조 방법에 있어서, 조립 프로세스 (스텝 S4) 에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, (1) 핵의 생성, (2) 핵을 기초로 의사 입자의 조립·붕괴를 반복한다는 단계를 거쳐 조립물을 생성한다. 이 때, 수분을 많이 포함한 입자를 핵으로 하고, 그 후, 핵의 과잉 수분을 기점으로 분말이 부착되고 조립이 진행되어 가는 것이 생각된다. 그 때문에, 조립의 촉진을 위해서는 수분을 많이 포함한 영역을 생성할 필요가 있고, 반대로 수분이 과잉이 되지 않고 수분이 균일하게 첨가되면 조립이 진행되지 않는 것으로 생각하였다. 그래서 본 발명에서는, 살수시의 단위 면적당 유량을 극단적으로 증가시킴으로써, 조립시의 핵 생성을 촉진시키는 방법을 검토하여, 조립성을 개선한 소결용 조립 원료를 얻는 기술을 개발하였다.

즉, 본 발명의 최대의 특징은, 조립시의 첨가수를 소결 배합 원료에 첨가할 때의 살수 면적당 유량을 120 L/min/m² 이상으로 극단적으로 증가시키는 것에 있다. 또, 소결 배합 원료로서, 입경 1 ㎜ 이하의 입자를 90 ％ 이상 포함하는 광석을 전체 철광석 중의 10 질량％ 이하 포함하는 소결 배합 원료를 사용하는 것이 바람직한 양태가 된다. 또한, 조립시에 드럼 믹서를 사용할 때, 점적률을 10 ∼ 15 ％ 로 하는 것이 바람직한 양태가 된다. 추가로 또, 첨가수의 평균 액적 직경을 1.1 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직한 양태가 된다. 또, 첨가수는 미분 철광석을 포함하는 것이 바람직한 양태가 된다.

또한, 상기 서술한 본 발명의 소결광의 제조 방법에 있어서, ＜입경＞, ＜점적률＞, ＜첨가수의 액적 직경＞ 은, 이하의 것을 말한다.

＜입경＞

JIS (일본 공업 규격) Z 8801-1 에 준거한 공칭 메시의 체를 사용하여 체가름된 입경이며, 예를 들어, 입경 1 ㎜ 이하란, JIS Z 8801-1 에 준거한 공칭 메시 1 ㎜ 의 체를 전체량이 통과하는 입경을 말하고, -1 ㎜ 라고도 기재한다.

＜점적률＞

점적률 φ 은, 원통상 횡형 용기의 체적 V (m³), 원료의 부피 밀도 ρ (㎏/m³), 원통상 횡형 용기 내에 체류하는 원료의 질량 M (㎏) 을 사용하여, 식 (1) 과 같이 기재할 수 있다.

φ = M/(V × ρ) (1)

상기 점적률 φ 은, 드럼 믹서의 드럼 길이, 드럼 회전수를 사용하여 식 (2) 로 나타내는 필드수 Fr 의 이분의 일승에 반비례하고, 원료 처리량에 비례하는 관계가 알려져 있고, 그 밖의 드럼의 기울기 등의 조건에 의해 정해지는 비례 정수를 K 로 하여 식 (3) 으로 나타낸다.

Fr = {L × (N/60)²}/g (2)

여기서, Fr : 필드수 (-)

L : 드럼 길이 (m)

g : 중력 가속도 (m/s²)

N : 드럼 회전수 (rpm) 이다.

φ = (Q × K)/Fr^1/2 (3)

여기서, φ : 점적률 (-)

Q : 원료 처리량

Fr : 필드수 (-)

Fr^1/2 : 회전수이다.

＜첨가수의 액적 직경＞

첨가수의 액적 직경은, 일반적으로 그 물 분무 노즐이 갖는 액적 직경 (소정 압력에서의 메이커 표시에 관련된 액적 직경) 이 있지만, 실제로 살포하여 측정할 수도 있다. 액적 직경의 측정에 있어서는, 고속도 카메라를 사용하여, 상당수 (예를 들어 100 개 이상) 의 액적의 화상 해석을 실시하여, 그 산술 평균 직경을 산출하는 방법을 취할 수 있다. 또, 액적 직경의 편차가 큰 경우에는, 액적군의 체적 총합과 표면적 총합을 각각 체적과 표면적으로서 구비하는 1 개의 액적의 직경을 부여하는 자우터 평균 입경을 사용해도 된다. 또한, 이 액적 직경의 측정에 대해서는, 예를 들어 특허문헌 1 에 기재된 방법이나 시판되는 레이저 도플러 측정기로 자동적으로 집계 산출해도 되고, 또 사용하는 액 및 분무 조건으로부터 계산하여 구해도 된다.

실시예

실제로 이하의 시험 1 ∼ 시험 3 을 실시하여, 본 발명의 소결광의 제조 방법에 필수인 구성, 및, 바람직한 구성을 검토하였다.

＜시험 1＞

(조립시의 첨가수를 소결 배합 원료에 첨가할 때의 살수 면적당 유량에 대해)

드럼 믹서에서의 단위 면적당 유량의 영향을 검토하였다. 원료로는 남미광 49 mass％, 호주광 49 mass％, 생석회 2 mass％ 를 사용하였다. 시험에서는, 드럼 믹서에 이동 가능한 노즐을 끼워 넣고, 살수 면적을 바꾸면서 시험을 실시하였다. 드럼 믹서로는, 직경 1 m, 깊이 0.3 m 의 것을 사용하고, 5 분간의 조립을 실시하였다. 또, 이번 살수로는, 물과 미분 광석을 4 대 1 내지 2 대 3 의 중량 비율로 혼합한 슬러리, 또는 물만을 사용하였다. 그 후, 직경 100 ㎜, 높이 300 ㎜ 의 원통에 원료를 넣고, 압력이 일정한 조건에서 통풍하였을 때의 냉간 풍량을 통기성으로 하고, 그 향상률을 평가하였다. 이번에는 기준으로서, 통상적인 살수 면적이 0.015 m² 인 경우의 결과를 사용하였다. 결과를 이하의 표 1 에 나타낸다.

표 1 의 결과로부터, 조립시의 첨가수를 소결 배합 원료에 첨가할 때의 단위 면적당 유량이 120 L/min/m² 이상인 경우, 현격히 조립이 개선되어, 통기성이 개선 가능한 것이 분명해졌다. 이것은, 핵 생성이 진행되어, 조립이 개선되었기 때문인 것으로 생각된다. 이상의 점에서, 본 발명에서는, 조립시의 첨가수를 소결 배합 원료에 첨가할 때의 단위 면적당 유량을 120 L/min/m² 이상으로 하는 것이, 필수의 구성이 된다.

＜시험 2＞

(조립시에 드럼 믹서를 사용할 때의 점적률의 적합 범위에 대해)

시험 1 에서의 첨가수의 단위 면적당 유량을 만족하는 조건하에서, 드럼 믹서에 있어서의 최적인 점적률에 대해 검토하였다. 통상적으로 사용하고 있는 호주광과 남미광을 사용하였을 때, 미분 정광을 10 ％ 포함하였을 때의 적정한 점적률을 검토하였다. 호주광과 남미광은 모두 모드 직경이 1 ㎜ 이상의 것인 데 대하여, 미분 정광은 입경 1 ㎜ 이하의 비율이 94 mass％ 인 것을 사용하였다. 이하의 표 2 에, 사용한 배합 A 및 배합 B 의 배합 비율을 나타낸다. 드럼 믹서는, 직경 1 m, 깊이 0.3 m 인 것을 사용하였다. 그 후, 직경 100 ㎜, 높이 300 ㎜ 인 원통에 원료를 넣고, 압력이 일정한 조건에서 통풍하였을 때의 냉간 풍량을 통기성으로 하고, 그 향상률을 평가하였다.

도 3 은, 배합 A 에 대해 원료 처리량을 1600 t/h 및 1000 t/h 로 하였을 때의, 점적률과 통기성의 관계를 나타내는 도면이다. 도 3 의 결과로부터, 배합 A 의 경우, 점적률은 5 ∼ 15 ％ 가 적정이고, 특히 10 ∼ 15 ％ 가 바람직한 것을 알 수 있다. 도 4 는, 배합 B 에 대해 원료 처리량을 1600 t/h 및 1000 t/h 로 하였을 때의, 점적률과 통기성의 관계를 나타내는 도면이다. 도 4 의 결과로부터, 배합 B 의 경우, 점적률은 10 ∼ 20 ％ 가 적정이고, 특히 10 ∼ 15 ％ 가 바람직한 것을 알 수 있다.

이들 결과로부터, 입경 1 ㎜ 이하의 비율이 94 질량％ 인 미분 광석이 10 질량％ 이하인 배합이면, 점적률은 10 ∼ 15 ％ 가 바람직한 것이 분명해졌다. 이 추정 기구로는, 점적률이 10 ∼ 15 ％ 에서는, 살수에 접하여 수분이 과잉이 된 핵의 표면과 분말이 접하여 부착되는 시간이 확보됨으로써, 핵의 표면에 대한 분말의 부착이 보다 적정해지기 때문으로 생각된다.

＜시험 3＞

(조립시에 있어서의 첨가수의 평균 액적 직경의 적합 범위에 대해)

시험 1 의 비교예 1, 실시예 1 - 3 및 새로운 실시예 5, 6 에 대해, 조립시에 있어서의 첨가수의 평균 액적 직경의 적합 범위를 검토하였다. 원료로는, 남미광 49 ％, 호주광 49 ％, 생석회 2 ％ 를 사용하였다. 시험에서는, 드럼 믹서에 이동 가능한 노즐을 끼워 넣고, 살수 면적을 바꾸면서 시험을 실시하였다. 드럼 믹서는 직경 1 m, 깊이 0.3 m 인 것을 사용하고, 5 분간의 조립을 실시하였다. 또, 노즐로는 선형 (扇形) 노즐 및 2 유체 노즐을 사용하여 평가하였다. 노즐을 사용하였을 때의 첨가 면적에 대해서는, 사전에 배트에 깐 원료에 살포함으로써 살수되는 영역을 측정하였다.

그 후, 직경 100 ㎜, 높이 300 ㎜ 의 원통에 원료를 넣고, 압력이 일정한 조건에서 통풍하였을 때의 냉간 풍량을 통기성으로 하고, 그 향상률을 평가하였다. 이번에는 기준으로서, 통상적인 살수 면적이 0.015 m² 이고 물을 첨가한 결과를 사용하였다. 결과를 이하의 표 3 에 나타낸다.

표 3 의 결과로부터, 실시예 3 에서 나타내는 바와 같이 단위 면적당 유량을 향상시킴으로써 조립 후의 통기성을 개선 가능하지만, 2 유체 노즐 또는 선형 노즐을 사용한 편이 통기성을 개선 가능하다는 것을 알 수 있었다. 이 때, 액적 직경이 1.1 ㎜ 이하인 경우, 추가적인 통기성의 향상이 가능한 것을 알 수 있었다. 이것은, 단위 면적당 유량을 늘린 조건에서는 조대한 핵 입자가 생성되기 쉬워지지만, 액적 직경을 작게 함으로써 조대한 핵의 생성을 억제하고, 적정한 조립이 가능하였기 때문인 것으로 생각된다. 또, 조대한 핵의 생성을 억제함으로써, 소결이 균일하게 진행되므로 소결광의 강도도 개선되고, 고로 내에서의 통기성도 개선되는 것으로 생각된다.

본 발명에 관련된 소결광의 제조 방법에 의하면, 조립시의 첨가수를 소결 배합 원료에 첨가할 때의 살수 면적당 유량을 120 L/min/m² 이상으로 극단적으로 증가 시킴으로써, 소결 배합 원료의 조립을 현격히 개선할 수 있고, 이 제조 방법은 예시의 것 이외에, 각종 소결 배합 원료에 대해서도 적용하는 것이 가능하다.

Claims (6)

1. 복수 종류의 품목으로 이루어지는 철광석을 포함하는 소결 배합 원료를 조립기로 조립하고, 얻어진 소결용 조립 원료를 소결기로 소성함으로써 소결광을 얻는 소결광의 제조 방법에 있어서,
   조립시의 첨가수를 소결 배합 원료에 첨가할 때의 단위 면적당 유량을 120 L/min/m² 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 소결 배합 원료로서, 입경 1 ㎜ 이하의 입자를 90 ％ 이상 포함하는 광석을 전체 철광석 중의 10 질량％ 이하 포함하는 소결 배합 원료를 사용하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 조립시에 드럼 믹서를 사용할 때, 점적률을 10 ∼ 15 ％ 로 하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 첨가수의 평균 액적 직경을 1.1 ㎜ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 첨가수는 미분 철광석을 포함하는 것을 특징으로 하는 소결광의 제조 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된, 고로 내에서의 통기성이 우수한 것을 특징으로 하는 소결광.

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