KR800000477B1 - 용광로내의 직접 환원에 유용한 산화철 펠릿의 제조방법 - Google Patents

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Description

용광로내의 직접 환원에 유용한 산화철 펠릿의 제조방법

본 발명은 산화철을 용광로 내에서 직접 환원하는데 유용한 펠릿 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 0.5-3.0%의 산화규소, 0.5-1.0%의 벤토나이트 및 96.5-99.0%의 산화철을 함유하는 철원광 혹은 정광을 7.0-12.0%의 수분과 섞어서 펠릿으로 만들고, 이 펠렛을 1-4.5%의 석회암으로 표면을 피복한 다음 1149-1316℃ 온도에서 소성하여 만든 펠릿은 용광로내의 760℃ 이상의 온도에서 직접 환원하는데 적합하며 융착하는 정도가 최소라는 것을 알아냈다.

지금까지 철원광을 석회 혹은 그와 유사한 물질과 혼합하여 펠릿을 만드는 많은 공지의 방법이 알려져 있다. 또 최근에는 철원광을 직접 환원하는 많은 방법들이 발전되어 왔다. 이들 방법중에는 용광로내의 기체 분위기에 필요한 반응을 진행시키는 방법도 있다.

용광로에 넣어주는 원료는 천연원광이다. 그러나 펠릿형태의 철광석 정광이 더 많이 쓰인다. 이런 펠릿원료는 여러가지 비율의 규소를 포함할 수 있으며 그중 가장 바람직한 것은 산화규소가 2.5%이하 정도로 적은 것이 좋다. 용광로내에 사용될 수 있는 대다수의 펠릿은 고온에서 환원하는 도중 바람직하지 않은 점착성 및 융착성을 갖기 때문에 직접 환원의 원료로 사용하기에는 만족스럽지 못하다. 특히 산화규소가 적은 펠릿은 융착도가 가장 높다.

현재 이 분야에서 융착성이 있는 물질들은 용광로를 통해 유동시키는데 큰 난점이 있기 때문에 용광로에는 보통 사용되지 않고 있다. 이런 류를 사용하면 제품은 저질이며 생산량이 감소되고 때로는 용광로가 완전히 막히기도 한다. 산화규소가 적은 펠릿을 사용하여 융착도를 측정하기 위한 시험을 하면서 환원한 결과 펠릿중 60% 이상이 강하게 융합되었음을 보여준다.

용광로내에서 펠릿의 유동성을 좋게 개선한 방법중의 하나로 용광로에 교반봉을 설치하여 융착물이 생길때 교반봉을 회전시켜서 융착물을 부수는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 비용이 많이들며 고도의 장비 없이는 작동시키기 힘들다.

본 발명의 목적은, 펠릿의 조성을 변경시켜 줌으로서 펠릿의 유동성을 개선시키는 데에 있다. 이 방법에 의해 제조된 펠릿은 융착없이 용광로를 균등하게 유동하며 다른 보조의 기계장치를 필요로 하지 않는다. 구조의 변경없이도 모든 종류의 용광로에서 쉽게 사용할 수 있도록 잘 반응할 수 있는 직접 환원 원료를 제조하는 것이 바람직하다는 것은 명백하다.

용광로내의 고온 환원 과정중에서 낮은 융착성을 갖는 펠릿을, 산화규소가 적은 고운 분말의 철원광 혹은 정광으로부터 제조하여 다른 방법에서 가능한 온도보다 더 높은 온도에서 장입물(burden)의 거동에 아무런 지장없이 환원을 촉진시키고자 하는 것이 본 발명의 주된 목적이다. 장입물이란 말은 용광로내에 공급되는 원료물질을 말한다.

고온에서 환원을 하면 환원기체의 활동도가 고온일수록 더 증가하기 때문에 생산률이 증가할 것이다. 환원온도가 93℃ 높아지면 환원 기체소모의 증가없이, 톤당 노를 통해 나오는 배출율이 40%정도까지 증가된다는 것이 입증됐다. 제품의 품질은 원료의 형태에 좌우될 것이다. 그러나 본 발명에 따르는 원료를 사용하면 환원온도 871℃에서 원료소모의 증가없이 생산율을 효과적으로 증가시킨다는 것을 발견했으며, 환원된 펠릿제품은 높은 환원성 및 우수한 강도를 가지며 낮은 융착성을 갖는다는 것을 알아냈다.

본 발명은 특히 환원 용광로에 유용한 산화철 펠릿 제조방법에 관한 것이다. 본 제조방법은 0.5-2.5%의 산화규소, 0.5-1.0%의 벤토나이트 및 96.5-99.0%의 산화철을 포함하는 산화철광을 1.0-4.5%의 고운 분말형태의 석회암, 석회 혹은 백운석으로 표면이 피복된 펠릿으로 만드는 과정과 이 피복된 펠릿을 최대온도 316℃에서 약 6분간 건조시킨후 927-1093℃의 온도에서 6분이상 예열하고 1149-1316℃의 온도에서 5-15분간 소성함으로서 칼슘페라이트(ferrite)를 함유하고 석회가 많은 표면을 경화시키는 과정을 포함한다. 현미경을 통한 연구에 의하면 대다수의 석회 피복물이 산화철과 반응하여 칼슘페라이트를 만든다는 것을 보여준다.

문제점은 소량의 산화규소를 함유하는 원광으로부터 제조된 펠릿중의 일부가 769℃ 이상의 온도로 용광로내에서 환원될때 융착물을 형성하려는 경향이 있다.

저 염기성인 산화규소가 많은 원광은 지나친 융착없이 높은 환원율로 펠릿 형태로서 환원될 수 있기 때문에 더 이상 말할 필요가 없다.

철원광 혹은 정광 특히 밀도가 높은 적철광 혹은 자철광으로부터 만들어진 펠릿은, 그들의 제조과정에 특별한 기술을 사용하지 않으면 환원도중에 융착하려는 경향을 나타낸다. 다음의 요소들은 화이어 레이크 스페큘러 헤머타이트(specular hematite)로부터 만들어진 것 같은 적철광 정광으로부터 강하고, 비융착성을 가진 고도로 환원될 수 있는 펠릿을 만드는 과정에서 아주 중요한 것들이다. 펠릿은 고온환원에 알맞게 만들어져야 하며 최종 환원 생성물은 강하고 재산화에 대한 저항이 있어야 하며, 또 품위가 낮게 되서는 안된다. 펠릿으로 만들어질 정광은 습식 밀폐회로에 의해서 325메쉬(mesh)이하가 80-95%되도록 분쇄하여야 하며 이때 블레인(Blaine)지수는 1500-2100㎠/gm정도 되어야 한다.

본 발명은 점착(점결)현상이 없이 환원 용광로내에서 사용하기에 적합한 산화철 혹은 철원광 펠릿과 이 펠릿을 적당한 용제물질로서 피복한 후 소성함으로서 최종 펠릿을 제조하는 방법을 포함한다. 펠릿으로 사용할 정광은 0.5-2.5%로 산화규소의 함유량이 적은 것이 좋으며, 또한 이들은 96.5-99.0%의 산화철을 함유한다. 정광을, 결합제로 작용하는 벤토나이트 0.5-1.0%(약 0.5%면 더 좋다)와 섞고, 정광 조성물을 보울링기(機)속에 넣고 펠릿으로 만들어 보았다. 이렇게 만들어진 펠릿은 평균적으로 직경이 1/4-3/4인치이었다(3/8-5/8인치이면 더욱 바람직하다). 생펠릿은 또한 7-12%의 수분을 부가적으로 포함할 것이다.

계량된 펠릿을 제조하는 이 방법은 펠릿을 석회암, 백운석 또는 수화석회 같은 석회를 포함하는 분말로 된 재료와 같이 다시 굴리는, 즉 상기 재료로 피복하는 공정으로 구성되며 이 피복은 펠릿이 산화철 정광 조성물로부터 형성된 후 즉시 이루어져야 한다. 이렇게 만들어진 펠릿은 보통 그린 볼(green ball) 혹은 생펠릿이라 불리우며, 이것은 경화되지 않았다는 것을 표시한다. 생펠릿에 대한 피복은 여러가지 방법에 의해서 할 수 있다. 예를들면 보올링 디스크에 부착되어 있거나 분리된 보올링 드럼속에 있는 재압연링(ring)에 의해서 이루어지는 방법등이 있다.

석회내포 물질은(본 발명에서는 석회암이 바람직함) 소량의 확산수를 사용하며 잘 알려진 스노우-보올링(snow-balling)작용에 의해 펠릿표면에 들러 붙는다. 피복량의 범위는 주로 0.5-4.5% 정도이고 본 발명의 경우 최선의 결과를 얻을 수 있는 바람직한 범위는 1.0-3.0%이다.

피복된 생펠릿은 다음의 경화과정을 밟아야 한다. 경화과정은 6분정도 계속되는 건조단계부터 시작된다. 건조온도는 260-371℃이며, 315℃ 정도가 바람직하다. 다음 단계는 6분정도 계속되는 예열 단계이며, 이때 온도는 927-1093℃ 범위이며 1083℃가 바람직하다. 마지막 단계는 펠릿을 15분정도 소성하는 과정으로 보통 5-10분 일수도 있으며 온도범위는 1149-1316℃이다. 온도는 1232-1288℃이면 더 좋고 1260℃면 최적이다. 소성후 펠릿을 냉각시키면 환원시킬 준비가 다 된 것이다. 소성과정 중에 펠릿은 달구어지고 굳어져서, 표면에 석회가 많은 강한 산화철을 생성하는데 이 생성물의 최소한 일부분은 칼슘 페라이트의 형태로 존재한다. 펠릿의 이와같은 표면변화는 용광로내의 환원기체 존재하에서의 환원 과정중 융착경향을 감소시키는 것으로 믿어지며, 칼슘페라이트는 환원과정중 철간 결합의 형성(용접)을 감소시키거나 방지하는 작용을 하는 것으로 믿어진다.

본 발명의 또 다른 잇점은 본 발명에 따르는 펠릿은, 환원된 펠릿이 결국 사용되어야 하는 제강공정에서 필요한 용재(산화칼슘)를 포함하고 있다는 점이다.

요약해서 말하면, 아직 소성하지 않은 산화철 펠릿의 표면에 고운분말의 석회암을 0.5-4.5%정도 입히고 고온에서 소성하면, 펠릿은 그후의 환원과정 중에 펠릿의 점착을 제거하고 물질의 유동을 원활히 하는 표면성질을 갖게된다. 최종 생성된 펠릿은 훌륭한 기공성을 나타내며 기공율은 20%이상이나 된다.

본 발명은 다음 실시예에 의해 설명되지만, 그것에 제한된다는 의미는 아니다.

[실시예 1]

1.3%의 산화규소를 포함하는 적철광 정광을 0.5%의 벤토나이트와 혼합하고 약 7%의 수분을 첨가하여 보올링 디스크(balling-disc)에서 7/16-1/2인치 크기의 펠릿으로 만들었다. 이 생펠릿은 디스크에서 2%의(65메쉬 이하의 크기) 석회암(49% 산화칼슘)으로 피복했다. 펠릿 75파운드를 도가니로와 같은 단단한 노에 넣고 다음 과정을 진행시켰다.

316℃에서 6분간 건조

1038℃에서 6분간 예열

1232℃에서 15분간 소성

204℃로 식힘

최종으로 생성된 펠릿의 화학적 성분분석은 철 68.1%, 산화규소 1.6%, 산화칼슘 0.7%였다. 물리적 성질을 측정한 결과 텀블지수(tumble index)(-28M)는 2.5%이며 평균 압축 강도는 950파운드였다.

실시예 2-5는 실시예 1의 방법으로 진행시켰으며 각 경우의 정광은 적철광이었다.

[실시예 2-5]

이런 펠릿을 788℃(1061°K)의 작업대 크기의 노에 넣고 수소 53%, 일산화탄소 42%, 이산화탄소 5% 및 수증기를 함유하는 기체를 공급한 후, 20psi(15,151kg/㎡)까지의 여러 하중을 이용하여 하중시험을 하면서 환원시켰다. 환원기간은 6시간이었으며 최종 4시간 동안에는 10-20psi의 하중으로 시험했다. 추가로 871℃(1144。K)에서, 63%의 수소, 23% 일산화탄소, 2%의 이산화탄소 및 7%의 수증기로 조성된 기체를 이용하여 10psi(7,576kg/㎡)까지의 여러 하중을 이용한 하중시험을 하면서 환원시켰다. 이런 시험들의 결과, 환원된 펠릿은 0%의 융착도를 나타내면서 용광로 외부로 자유로이 유동했으며, 고도의 환원성을 나타냈다(95-98%가 환원되었다).

석회암을 사용하지 않은 펠릿의 경우와 비교해보면, 석회암 피복없이 같은 정광으로부터 제조된 펠릿을 사용한 경우에 융착한 펠릿양은 69%였다. 환원된 정도는 피복된 펠릿을 사용한 경우와 거의 같은 97%였다.

본 발명은 상기 특정한 실시예 및 설명에 국한되는 것은 아니며 다양하게 변경실시할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 산화철 펠릿을 제조하는 과정에 있어서 0.5-3.0%의 산화규소, 7-12%의 수분, 96.5-99.0%의 산화철 및 결합제 역할을 하는 벤토나이트를 0.5-1.0% 함유하는 철원광 혹은 정광으로부터 평균 직경이 1/4-3/4인치인 생 펠릿을 만들어서, 석회, 석회암 및 백운석 등에서 어느 한물질로 1-4.5%로 표면을 피복하고, 260-371℃에서 2분 내지 6분동안 건조시키고, 927-1093℃의 온도로 예열하고, 1149-1316℃에서 5-15분간 펠릿을 구어서 칼슘 페라이트를 포함하는 견고한 표면을 형성시킴을 특징으로 하는 역류 환원 용광로에서 형성치 않는 유용한 산화철 펠릿을 제조하는 방법.