KR800000662B1 - 철광 펠릿트의 환원방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

철광 펠릿트의 환원방법

제1도는 본 발명에 의한 환원로의 공정도이고,

제2도는 환원로 내의 가열대의 온도에 대한 장입물의 유동(버든) 지연을 나타낸 것이다.

비교적 최근까지만 해도 펠릿트형의 환원철광은 철강제조업계에서 보편적으로 사용되지 못했으며 25년전에는 펠릿트형 철광의 사용도 별로 보편적인 것이 되지 못했다. 현재는 철광이 펠릿트형으로 대량 소모되고 있긴 하지만 최초로 사용하기 시작한 것은 오랜 경험의 결과로 필요에 따라 사용하게 된 것이다. 4반세기 전만해도 광업계에서는 철광이 미분된 거대한 광상만 사용하였으나 업계에서 사용될 수 있는 형태로 매매한다는 관점에서 볼 때 취급이 어려웠다. 소결 및 단광 같은 공정은 어떤 용도로서는 불완전하다는 것이 밝혀졌으며, 이러한 문제점은 원광을 선광하고 펠릿트화한 후 펠릿트화된 생성물을 환원시켜 사용하는 방법이 도입될 때까지 남아 있었다.

그러나 현재는 펠릿트형의 환원철광이 제조업계의 인기를 독점하고 있으며, 양호한 펠릿트화를 촉진시킬 수 있는 입도로 분쇄시키고, 펠릿트형 제품으로 거래되고 있다.

본 발명은 쉽게 융착되지 않고 고도의 환원성 및 강도를 갖고 있으며 환원 중 버든(burden) 지연(hesitation)이 적은 다공성의 실리카 함량이 낮은 산화철 펠릿트를 사용하여 환원 철광 펠릿트를 제조하는 개량된 제조공정에 관한 것이다.

본 발명은 철광의 펠릿트화공정, 용제의 첨가 및 펠릿트의 연소공정, 연소된 펠릿트를 용광로의 환원장치로 장입하는 공정 및 1375-1700℉(764-937℃)의 가열범위에서 환원기체의 기류와 역류시키면서 펠릿트를 환원장치를 통해 수직방향으로 아래로 움직이는 공정으로 구성되며 이때 가열대 내의 체류시간은 가열대의 환원기체의 조성 및 장입된 펠릿트의 온도에 좌우되지만 최소 75분, 일반적으로는 125-300분 정도이다. 펠릿트는 환원장치로부터 연속적으로 생산하거나 뱃치(batch)법으로 생산한다. 보다 바람직한 펠릿트 환원방법은 용광로 또는 환원로를 사용하는 방법이며, 이러한 공정의 효율에 영향을 주는 요소는 펠릿트형의 공급원료의 형태, 용제의 형태와 용제 첨가의 비율, 펠릿트의 크기, 경화방법, 환원기체의 조성, 환원온도, 펠릿트가 융착(용융 혹은 클링커링) 하는 정도 및 버든지연 등이다.

본 발명에서는 1/4-5/8인치(0.6cm-1.6cm), 바람직하게는 1/8-1/2인치(1cm-1.3cm)의 펠릿트를 벤토나이트 또는 수화석회를 결합제로 하여 사용하는 것이 효과적이었다. 벤토나이트를 사용하는 경우에는 정광철 원료의 건조 중량을 기준으로 하여 약 0.5-0.75%를 사용하는 것이 좋다. 일반적으로 철광의 형태에 따라 달라질 수 있으나 60-70%의 철, 2.5%까지의 실리카를 함유하며 325메쉬를 최소한 80% 통과할 수 있는 입도를 갖는 정광을 사용하는 것이 가장 좋다. 경화전의 생펠릿트의 수분함량은 총수분중량을 기준으로 하여 최소 8%, 바람직하게는 8.5-9.5%이어야 한다.

본 발명을 실시함에 있어서 용제의 첨가공정은 다음에서 설명하는 바와 같이 매우 중요한 요소이다.

본 발명은 다음의 도면을 참조하면 쉽게 설명될 수 있다.

제1도에서, 실험 용광로에는 수직의 본체(1)가 있는데 스테인레스로 만드는 것이 바람직하다. 이 본체는 절연층(2)으로 둘러싸여 있으며, 위에서부터 로의 3/4 또는 그 이상을 점유하고 있는 환원대(3) 그리고 냉각대(4)를 포함하고 있다. 물론 냉각은 더 긴 냉각대에서 또는 환원로의 외부에서 완전히 완료된다. 로의 두부에는 장입통(21)이 부설되어 있으며, 이 경우에는 밸브(5) 및 (6)을 포함하는 이중밸브 장입 구조로 되어 있다. 밸브(5) 및 (6)은 반응기에 투입되는 장입량을 조절할 수 있는 장입실(7)을 형성한다. 수소와 일산화탄소를 주성분으로 하며 약간의 이산화탄소 및/또는 수분을 함유할 수도 있는 환원기체는 관(8)을 통하여 환원기체 하측입구(9)로 직접 투입되며, 일부분은 가스가열기(10)로 공급되어 예열된 후에 환원대의 최하단이 되는 상측입구(11)을 통해 투입된다. 환원장치의 하단은 밸브(12),(13) 및 (14)를 포함하는 3중 밸브 배출구조로 되어 있으며 상기 3개의 밸브는 환원생성물의 회수를 조절할 수 있는 배출실(15) 및 (16)을 형성한다. 압력 및 온도는 열전대(17) 및 압력탭(18),(19),(20),(22) 및 (23)에 의해 여러 곳에서 측정한다. 배기기체는(24)에서 배출된다.

제2도는 시험공장에서 여러가지 형태의 철광 펠릿트를 사용하여 환원 온도 또는 가열대의 온도의 함수로서 버든 지연의 문제점을 설명하는 도표이다. 버든(burden)이라는 용어는 환원장치내의 펠릿트의 장입 또는 하중을 나타낸다.

제2도로부터 알 수 있는 바와 같이 지나친 펠릿트의 팽윤현상 또는 융착은 지나친 버든 지연 현상을 일으킨다는 것을 알 수 있다. 즉 지나친 팽윤이나 융착이 일어나면 펠릿트의 유동은 지연된다. 즉 도움이 없이는 펠릿트가 반응기를 통해 쉽게 움직이지 못하게 된다. 이런 경우가 제2도에 잘 설명되어 있는데 용제가 첨가된 펠릿트는 버든 지연 작용 없이 871℃ 혹은 그 이상에서 쉽게 환원될 수 있는 반면에 용제가 첨가되지 않은 펠릿트는 충분하게 환원되지 못한다는 것은 명백한 일이다.

최근에 환원철광 펠릿트의 수요가 증가되었으며 최단시간 내에 가장 많이 생산할 수 있는 제조공정의 개발이 요구되어 왔으며, 아마도 가장 신속하며 가장 효율적인 공정은 환원로에서의 환원기술을 사용하는 것이다. 종전의 공정에 의하면 환원온도는 비교적 낮은 편이며 환원로 내에 체류하는 시간은 상대적으로 길었기 때문에 펠릿트의 형태나 조성은 별로 중요한 요소가 되지 못했다. 그러나 0.5-2.5%의 낮은 실리카 함량의 고금 철광(적철광)을 사용하는 공정의 개발에 직면하게 되었다. 이상적인 펠릿트는 융착을 별로 일으키지 않고 고도의 환원성 및 강도를 가져야 한다는 것이 요구된다.

처음에 여러 뱃치의 펠릿트를 준비하여 환원로에서 환원시켰다. 펠릿트가 우수한 강도 및 환원 특성을 나타내는 반면 융착 또는 클링커 현상을 일으키는 경향이 나타났으며 그로 인해 펠릿트의 유동이 지연되거나 불균일한 결과를 나타내고 어떤 경우에는 운동이 완전히 정지되기도 했다. 이에 따라 융착이 일어나는 중에서도 펠릿트의 환원성을 감소시키지 않고서 만족스러운 환원효과를 얻기 위해서는 펠릿트의 조성과 기공 여부가 중요한 요인이며 펠릿트의 보완이 필요하다는 것을 알게 되었다.

융착문제에 대한 연구의 결과, 펠릿트의 건조중량 또는 결합제와 같은 부가물을 포함하여 펠릿트화될 철광의 총 건조중량을 기준으로 하여 약 1-8.5%의 미세분말 석회석을 펠릿트에 부가함으로써 펠릿트의 불균일한 유동현상을 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다.

석회석은 펠릿트의 염기도(CaO+MgO/SiO₂+Al₂O₃)를 약 0.25-2.5로(바람직하게는 0.75-1.5)해준다. 수화석회는 결합제나 용제로 사용할 수 있는데 용제로 사용하는 경우는 다른 용제의 부가사용은 가능하나 벤토나이트의 사용은 불필요하여 0.5-2% 정도를 정광에 첨가한다.

본 발명의 공정을 다음과 같이 수행하였다. 정광을 펠릿트화하고, 용제를 첨가시킨 후 펠릿트를 가열, 연소시킴으로서 경화시키고, 굳게 만들고, 강화시키고 수분을 제거하였다. 냉각시킨 후에 펠릿트를 용광로 또는 환원로로 장입하고 역류하는 가열 환원기체에 의해 환원시켰다. 환원된 펠릿트를 냉각시키고 환원로로부터 회수하여 저장하였다. 펠릿트를 위하여 사용되는 정광은 325메쉬를 최소 80% 통과할 수 있는 입도를 얻을 수 있도록 분쇄시켜야 한다. 다공성을 얻기 위하여 생 펠릿트는 7-12%, 바람직하게는 8.5-9.5%의 수분을 함유해야 한다. 건조된 상태의 분말 정광은 8.5% 혹은 그 이상의 수분 존재하에서도 실질적으로 구상화 하지 못하기 때문에, 습윤상태의 분말을 사용하는 것이 바람직하며, 습윤의 분말전광은 습윤 분쇄 공정으로부터 펠릿트화 공정으로 직접 투입해야 한다.

펠릿트의 건조공정, 예열공정 및/또는 경화공정은 종래의 어느 방법이라도 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이 펠릿트의 염기도는, 8.5%의 석회석을 가해준 결과로 인해, 2.5 정도가 될 것이다. 사용이 가능한 기타의 용제로는 석회, 수화석회 및 백운석 등이 있으나 석회석 및 백운석이 바람직하다. 용제는 펠릿트화 이전에 펠릿트를 형성할 물질에 섞을 수도 있고(내부용제) 또는 생 펠릿트의 표면에 피막으로 형성될 수도 있다(표면 용제).

환원기체는 일반적으로 항상 수소(H₂) 및 일산화탄소(CO)를 포함하고 있다. 전형적으로 상업상의 환원기체는 최소 약 20%의 CO를 포함하고 있다. 전형적인 환원기체의 조성물로는 53% H₂, 42% CO, 5% CO₂및 H₂O 또는 68% H₂, 23% CO, 2% CO₂, 7% H₂O의 기체가 사용된다.

하기 실시예는 수직 환원유닛의 조건과 같게 해준 벤치 스케일(bench scale)의 환원 시험으로부터 얻어진 결과이며 이 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로서 본 발명은 이에만 제한된 것이 아니다.

하중 시험에서는 알고 있는 용적의 펠릿트(1/2×3/8인치) 2파운드(약 0.9kg)을 2.5인치(6,25cm) 직경의 스텐레스강 관상로에 장입했다. 환원기체를 4.0scfm의 일정한 유속으로 유입하고 시료의 온도가(800℉)(427℃)에 도달하자 환원이 시작되었다.

환원기체는 예열기의 하부에서 유입시키고 시료를 통과시켜 위로 배출했다. 물질이 로를 통해 하향 이동할 때 연속 환원 유닛에서 일어나는 기체조성의 변화와 단계적으로 사용 환원기체 혼합물의 조성을 변화시켰다. 총 5시간의 환원시간 동안 환원이 진행되는 동안 하기의 시간계획에 따라 시료에 여러가지 하중을 가했다.

환원이 종료되면 반응기로부터 꺼내기전에 시료를 실온까지 냉각시킨다. 환원된 시료를 융착상태가 파괴되지 않도록 반응기로부터 조심스러이 회수한 후 중량 및 부피를 측정한다. 또한 시료의 압축강도 및 낙하 시험 지수를 결정하고 화학분석의 결과로부터 환원 정도를 계산한다.

표를 참조하면 펠릿트만의 시료 1파운드(0.45kg)을 10피트(3m)의 높이에서 6회 낙하시켜 환원된 물질의 낙하 시험 지수를 결정한다. 6회 낙하후 남아 있는 0.25인치(0.6cm) 이상 크기의 물질의 백분율을 낙하 시험 지수로서 기록한다. 지수가 높을수록 펠릿트는 보다 강하고 내붕괴성이 양호한 것이다.

하기의 실시예 Ⅰ 및 Ⅱ에서 최종(가열대) 환원시기의 온도는 1600-1620℉(871-882℃)이었으며 환원된 정도는 항상 90% 이상이었다.

[실시예 Ⅰ]

여러가지의 염기도 및 실리카함량의 시료를 선택하여 2개의 환원공정에 적용시켰다. 결과는 표 Ⅰ과 같다.

[표 I]

[실시예 Ⅱ]

펠릿트로 사용한 정광의 형태의 영향을 결정하여 표 2에 기록했다.

[표 II]

[실시예 Ⅲ]

연소 온도의 영향을 환원온도에 관련해서 결정해서 표 3에 기록했다.

[표 III]

수화석회 및 백운석의 영향을 표 Ⅳ 및 Ⅴ에 기록했다.

[표 IV]

[표 V]

연소하지 않는 펠릿트의 수분이 연소된 펠릿트의 기공성에 미치는 영향은 수분함량이 7%에서 9%로 증가할 때 기공성(측정된 기공의 백분율)이 21.5에서 29로 증가하는 사실로 설명될 수 있다. 펠릿트의 환원성에 대한 연소된 펠릿트의 기공성의 영향은 동일한 조건하에서 기공성(수은기공측정계로 측정함)이 12%에서 21%로 증가할 때 환원 백분율(산소제거율)이 75%제서 88%로 증가하는 사실에 의해 설명될 수 있다.

식

에 의해 계산된 총 기공율은 최소한 26이어야 하나 35를 초과하지는 않을 것으로 생각된다.

실시예에서 사용된 펠릿트 조성물은 수화석회가 사용되는 경우를 제외하고는 0.5%의 벤토나이트를 결합제로 함유하고 있다.

실시예 및 표로 나타낸 자료로부터 연소시키기 이전에 펠릿트에 석회석, 백운석 또는 석회 수화물을 가해주는 것이 환원 중의 융착현상을 감소시키는테 효과적이라는 것을 알 수 있다.

모든 펠릿트는 상당한 체적의 변화를 수반하고 있다.

연소온도는 중요한 요소임이 밝혀졌다. 즉 고온은 환원 중 융착을 감소시키는데 효과적이다. 그러나 예를 들면 2400℉(1316℃)에서는 기공을 밀폐시킴으로서 환원성에 영향을 주게 된다.

생산효율은 체류시간, 환원온도, 펠릿트의 융착도 및 염기도의 변수이다. 가열대의 온도가 높을수록 환원속도는 빠르다.

환원기체의 소모가 증가하지 않고도 환원기의 가열대 온도가 100℉(56℃) 증가함에 따라 환원물질 톤당 약 20% 정도나 생산이 증가할 것으로 예상될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 종래의 용광로 공정과 비교하여 생산성을 유효하게 증가시킬 수 있다는 것이 명백하다.

Claims (1)

1. 불균일한 장입물의 유동이 방지되어 보다 높은 로작업온도 및 생산능력을 허용하는 환원 기체가 역류하는 수직축이동상로(vertical shaftmoving bed furnace)에서 철광 펠릿트를 환원시킴에 있어서, 2.5% 이하의 실리카를 함유하는 정광으로부터 제조한 7-12%의 수분을 함유하는 생철광 펠릿트를 1.0-8.5%의 미세분말로 된 석회석 혹은 백운석 및 벤토나이트 결합제와 함께 연소하여 제조한, 최소 21.5%의 기공성을 갖는 연소 철광 펠릿트를 기본 철광 원료로서 장입함을 특징으로 하는 철광 펠릿트의 환원방법.

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