KR850000851B1 - 금속화 된 철 펠레트 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

금속화 된 철 펠레트 제조방법

제1도는 본 발명의 방법의 바람직한 예를 보이는 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,12,14,16 : 공급호퍼 18 : 콘베아

20 : 혼합기 22 : 필폐용기

24 : 볼디스크 26 : 스크린

28 : 건조기 30 : 오토클레이브

32 : 회전킬른로 40 : 수냉탱크

46 : 콘베아

본 발명은 다량의 금속철을 함유하는, 철 및 강 제조용로의 공급원료로서 특히 적합한 경화 펠레트(PEL-LETS)를 제조하기 위하여, 철산화물 함유물질로부터 만든 펠레트를 직접 환원하는 방법에 관한 것이다.

제강용 전기로의 이용증대에 수반하여 최근 10년간에 경화한 금속화 철 펠레트에 대한 수요는 현저학 증대하였다. 전기 제강로의 공급원료의 일부로써 일반에게 이용되어온 스크래프강의 대체품으로써, 일정한 화학조성을 가지며, 또한 안정된 가격의 금속화 철 펠레트는 바람직한 것이다. 그밖에, 고로(高爐)-염기성 산소로법과 비교하여 금속화 펠레트-전기로법에 의한 제강설비는 자본투자가 상당히 적을 것이다. 소규모 생산회사 및 발전도상국, 특히 코크스용 석탄의 공급이 충분피 못한 나라들에 있어서는 이러한 문제는 흔히 중대한 의의를 갖는다.

종래 금속화철 펠레트는 두가지 서로 다른 방법, 즉, 고체-기체법 및 고체-고체법에 의하여 주로 생산되어 왔다. 예를들면 미합중국특허 제2,793,109호(Huebler et al) 및 동 제3,369,888호(Cruse)에 공개되어 있는 것과 같은 고체-기체법에서는, 철광석 펠레트 및/또는 괴상체는 수직반응기 즉, 샤후트로(SHAFTFURNACE)에 도입되어, 거기에서 수소 및/또는 일산화탄소와 같은 환원성 개스와 고온하에서 접촉한다. 이 환원성 개스는 펠레트 또는 괴상체내에 확산하여 가므로, 철산화물을 금속철에까지 환원하는 것이다. 이 환원성 개는 통상 천연개스 또는 석유개스를 개질(改質)함에 의하여 공급된다. 따라서 이러한 방법의 장래성은 천연개스 또는 석유개스의 입수가 용이한지 여부에 크게 좌우된다. 또한, 형성되는 금속화 펠레트는 통상 대단히 다공질이며 현저하게 발화성이어서, 그것의 취급 및 저장을 안전한 것으로 하기 위하여 다시금 별도의 처리를 할 필요가 있다. 더구나, 환원반응에 수시간 걸리므로, 조업비용의 증가를 수반하지 않는 생산속도상의 제약도 생각하게 된다.

미합중국특허 제3,377,156호(Kalina 및 그의 동료)에 예시되어 있는 것과 같은 별도의 형식의 고체-기체법에서는, 입상철광석의 층이 광석의 소결온도의 바로 밑의 온도까지의 범위의 높은 온도로 가열시킨 일산화탄소 함유개수에 의하여 유동화된다. 그러나, 이와같은 방법도 상술한 결점을 가지고 있다.

미합중국특허 제2,855,290호(Freemann). 등 제3,029,141호(Sibakin 및 그의 동료) 및 동 제3,386,816호(English)에 공개된 형식의 고체-고체법에서는, 배소한 혹은 경화된 철산화물 펠레트를 회전 킬른(KILN) 로(爐)에 장입하여, 고온에서 코크스 또는 석탄미세화물 및 통상으로는 석회석 또는 돌러마이트와 같은 용제의 존재하에서 교반한다. 석탄 또는 코크스의 부분연소에 의하여 발생한 일산화탄소는 펠레트를 통하여 확산하여 가므로 철산화물을 금속철에까지 환원한다.

경우에 따라서는 충분한 일산화탄소를 발생시키기 위하여 산화성 개스가 필요하게 된다. 이 형식의 방법에서는, 펠레트의 피환원성은, 다른 많은 인자가운데, 킬른의 온도, 펠레트의 다공성, 철산화물의 입자의 크기 및 석탄 또는 코크스의 반응성에 따라서 결정된다. 따라서, 킬른의 조업온도를 철산화물의 융점이하의 온도에까지 정확하게 제어하여 기공이 열리도록하고, 펠레트를 통하여 환원성 개스가 확실하게 확산하도록 하지 않으면 안된다. 사용하는 산화철의 종류에 따라서는 펠레트의 환원에는, 16시간까지의 장시간이 걸리므로, 길이 약 410휘트(120m) 길이의 로가 필요하게 되고, 열회수가 되지도 않은 조건아래 금속화 펠레트 톤당 2000만 BTU 또는 그 이상의 열을 소비하는 일도 있다.

미합중국특허 제3,219,436호(Heitmann et al)에 공개된 방법에는, 석탄 또는 코크스의 미세화물로 덮어 씌워진 습기가 많은 생철산화물 펠레트를 추가량의 석탄 혹은 코크스 및 돌로마이트와 함께 회전킬른로에 직접 장입한다. 형성되는 펠레트는 대단히 다공질(결국, 저밀도임)인바, 이것들을 파쇠하여 부리켓트(BRI-QUET 團塊)화하고, 용해로 공급원료의 일부로써 사용한다.

미합중국특허 제2,806,779호(Case), 등 제3,264,092호(Ban), 등 제3,313,617화(Ban), 등 제3,333,591호(Ban) 및 동 제3,938,987호(Ban)에 예시되어 있는 것과 같은 다른 형성의 고체-고체법에서는, 탄소질 미세화물을, 석회석과 같은 용제를 사용하거나 혹은 이를 사용하지 않고, 철산화물의 100%를 금속철로 환원하는데 필요한 양 이하의 양을 철산화물 미세화물과 혼합시켜 환원속도를 증가시킨다. 이와같은 혼합물로부터 형성한 펠레트는 어떤 추가처리를 하지 않으면 회전킬른로내에서의 운동에 견딤에 필요충분한 강도조차 갖지 못함으로, 따라서 이들은 이동화격자(移動火格子) 혹은 원형화격자(圓形火格子)를 사용해서 환원하지 않으면 안된다. 이러한 이유로 이 방법은 상업적 규모로 사용하지 못하였다.

특히 상기의 미합중국특허 제3,938,987호(Ban)에 주목하지 않을 수 없는 것은, 이 특허는, 비괴화형(非塊化型)의 탄소질 물질을, 철산화물을 전부 환원하는데 충분한 양으로 사용한다면, 그것이 내부 마트릭스(MATRIX)를 간섭하여 펠레트를 결합시켜 버리고 마는 사실을 가르쳐 주고 있다. 더구나, 이 특허는 이러한 문제는탄소물질의 사용양을, 철산화물을 금속철로 환원하는데 필요한 양의 40-80%까지 감소시킬 경우 방지할 수 있음을 가르쳐 주고 있다. 결국, 이러한 펠레트는 이동화격자(移動火格子)에서는 부분적으로 환원될 뿐이며, 이와까이 부분 환원된 펠레트를 전기제강에의 공급원료로써 사용한다고하면, 환원을 완결시키는데에는 상당량의 전력이 필요하게 되는 것이다.

캐나다국특허 제8,44,529호(Volin 및 동료)는 무연탄과 같은 고체환원제를 광물괴상체에 배합하여 환원속도를 높이는 사실을 공개하고 있다. 생펠레트를 철광석, 고체환원제 및 결합제의 가습혼합물로부터 성형하고, 이어서 이것을 상기 고체환원제의 연소 또는 분해온도 이하의 온도에서 수열적(水熱的)으로 경화시킨다. 이 특허는 그러한 펠레트를 직접 환원하기 위한 특정의 방법이 무엇인지는 공개하고 있지 않다.

미합중국특허 제3,770, 416호(Gokesl)은 제철공장의 폐진(廢塵) 더스트와 같은 철산화물, 철산화물을 금속철에까지 환원하는데 충분한 양의 탄소질물질, 및 산화칼슘과 같은 결합제의 가습혼합물로부터 생괴상체(生塊狀體)를 형성하고, 상술한 탄소물질의 연소 및 분해온도 이하의 온도에서 상술한 괴상체를 수열적으로 경화시키고, 이어서 예를들면 샤후트로에 있어서, 고온하에서 상기의 경화한 괴상체를 가열하여 철산화물의 대부분을 금속철에까지 환원하는 사실을 공개하고 있다. 이 특허는 교반 혹은 전동상태에서 상기와 같은 경화괴상체를 직접 환원하는 사실은 공개하고 있지 않다.

본 발명의 주요한 목적은 미세하게 분할된 철산화물을 포함하는 재료를 사용하여 강도가 높고, 고도로 금속화된 펠레트를 제조하는 보다 간단한 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 30분간 이하라고 하는 짧은 환원 시간내에서 실질상 완전하게 금속화될 수 있는 비발화성이며 또 내산화성이 있는 펠레트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 전기제강로에의 공급원료로써 특히 적합한 금속화된 철 펠레트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 자용성(自熔性) 금속화 철 펠레트를 제공하는 것이다.

본 발명의 별도의 목적, 특징 및 이익은 이하의 설명, 첨부도면 및 특허청구의 범위를 참조함으로서 당업자에게는 명백하게 될 것이다.

요약한다면, 본 발명의 방법은 미세분할 철산화물 함유물질, 철산화물을 전부 금속철로 환원하는데 최소한의 충분한 양의 미세분할 탄소질물질, 칼슘 및 마그네슘의 각 산화물, 수산화물 및 탄산염 및 그들의 혼합물로부터 이루어진 군(群)으로부터 선택한 결합제 약 1-30중량%, 및 실리카소질물질(SiO2로써 사용할 수 있는 물질) 0% 내지는 약 3중량%를 함유하는 가습된 혼합물을 제조하는 공정, 형성된 혼합물을 어산괴상체(離散塊狀體) 또는 펠레트로 성형하는 공정, 이러한 괴상체 또는 펠레트를 경화된 일체적인 결합체로 만드는데 충분한 시간만큼 수증기에 접촉시켜서 펠레트를 수열적으로 경화시키는 공정, 및 이와같이 경화된 펠레트를 약 1900℉(1033℃)로부터 금속화 펠레트의 융점까지의 온도범위내에서 실질상 비산화성 분위기하에서 산화물철의 대부분을 금속철로 환원하는데 충분한 시간만큼 환원로내에서 교반(TUMBLING)를 행하는 공정의 각 공정을 포함한다. 여기서 얻어지는 금속화 펠레트는 현저하게 고밀도이고, 비발화성이며, 또 산화에 대한 저항성도 높다. 그들은 결합제로써 석회를 사용하고, 출발혼합물에 포함되는 석회 및/또는 탄소질 물질의 양을 조정함에 의하여 제강 프로세스에서 용해하는 경우, 자용성으로 할 수 있고 또 용해체로부터 유황의 제거를 촉진시킬 수 있다.

본 발명의 일예를 들어보면, 수열적으로 경화시킨 펠레트는 가열회전 킬른로중에서, 실질적으로 비산화성의 분위기하에서, 외부로부터의 탄소질 물질을 사용 또는 이를 사용함이 없이 교반된다. 펠레트의 내부에 탄소가 존재하는 까닭에, 30분간 이내라고 하는 단시간에, 또 한편 상술한 온도범위의 보다 고온측에서는 5-15분간이라고 하는 단시간에서 펠레트는 실질상 완전하게 상술한 킬른내에서 금속화된다.

본 발명의 또다른 경우를 보면, 탄화용의 석탄을 수열적으로 경화한 펠레트와 함께 회전킬른에 도입하고, 그리고 이 회전킬른을, 상기 석탄이 연소하지 않게, 그러므로, 환원반응에 참여하지 않도록 조업한다. 그대신, 석탄의 휘발성 성분은 추출되어 연소되어, 킬른의 가열을 도와주어, 차아(Char : 숯)을 발생시키고, 이것이 냉각후에 펠레트로부터 분리되어서, 출반혼합물용의 탄소물질로써 사용하기 위해 미분쇄된다.

본 발명에 관계되는 방법은, 철광석 농축물 및 소위 "제철 프랜트 폐진 더스트"혹은 철부화(예를들면, 철분 30-80%) 고체입자 혹은 미세분할물(제강 프로세스로부터 부성물(副成物)로써 회수되어진 것으로, BOF, 평로, 고로 및 전기로의 매연으로부터 포집된 더스트, 밀스케일(MILL SCALE) 미세화물, 화격자실더스트, 펠레트화 철광석으로부터 분리되어진 미세화물등을 포함함)로부터 금속화 펠레트를 제조하기 위하여 사용한다. 본 명세서에서 사용하는 "철산화물 함유물질"이란 용어는 철산화물 농축물, 제철공장 폐진 더스트 혹은 그들의 혼합물중의 하나를 의미한다. 본 발명 방법은, 헤마타이트 및 마그네타이트와 같은 철광석, 바람직한 것은 철분약 45-70%, 잔부는 맥석과 같은 고품위광석 또는 농축물의 형태의 것으로부터 고도로 금속화된 펠레트르 제조하는데 특히 적합하다. 따라서, 주로, 출발물질로써 철광석 농축물을 사용하는 경우를 이하에 설명한다.

최초에, 철광석 농축물, 탄소질물질, 결합제, 규산성물질 및 이산괴상체(離散塊狀體) 또는 펠레트로 성형가능한 가습혼합물을 만들기 위해 충분한 양의 물을 가하고 혼련하여 출발혼합물을 준비한다.

전술한 바와같이, 적당한 결합제로서는, 칼슘 및 마그네슘의 산화물, 수산화물 및 탄산염과 그들의 혼합물이 있는, 소석회(燒石灰)(CaO) 및 수화석회(Ca(OH)₂)가 바람직한바, 이는 이들이 결합제로서 작용하는 외에, 이미 설명한 바와같이, 제강로에서 금속화 펠레트를 용해하는 경우, 스래그 생성 및 유황제거를 촉진하기 때문이다. 사용하는 결합제의 양은 건조 고체분의 전중량을 기준으로 약 1-30중량%이다. 약 1중량%보다 적은 양을 사용하는 경우, 경화 펠레트는 회전 킬른내에서 교반(혼전 : 混轉)에 견디어 낼만큼 충분한 파쇄강도 또는 압축강도를 나타내지 않는다. 반면에, 결합제의 양이 약 30중량%를 초과하면, 압축강도는 눈에 띠게 증가하지 않고, 오히려 최종 펠레트의 금속화 철의 농도를 바람직하지 않는 정도에까지 희석(希釋)하여 버리고 만다.

결합제가 주로 결합용으로만 사용될 경우에는, 그의 사용량은 바람직하기로는 약 2-10중량%이다. 소석회 또는 수화석회가 결합제로써 사용되고 전기제강로에 사용하기 위하여 금속화 펠레트를 자용성으로 함이 바람직한 경우에는, CaO로써 계산한 석회와 SiO₂로써 계산한 혼합물중의 실리카 소질물질(철광석 농축물중에 함유된 천연 실리카소질물과 혼합물중에 첨가한 실리카 소질물질을 포함)과의 중량비는 약 0.5 : 1 내지 약 5 : 1이 되어야 한다. 금속화 펠레트를 비교적 장거리 수송하지 않으면 안될 경우에는, 펠레트가 자용성이어야 한다는 것은, 가격면에서 상쇄되고 만다. 즉, 석회함량의 높은 금속화 펠레트를 수송하기 위한 여분의 비용은 펠레트가 자용성이라고 하는 이익보다도 더 크다. 이하 설명하는 바와같이, 약간의 과잉량의 소석회 또는 수화석회를 혼합물에 가함에 의하여, 전기로에서 펠레트를 용해하는 경우 고온용해체로부터 유황의 제거가 용이하게 된다.

철산화물 함유물질이 결합제와 반응하여 수열경화 조건하에서 실리케이트 또는 하이드로 실리케이트 결합부를 형성하는 유효한 SiO₂를 상당량(예를 들면 0.5중량%)을 함유하는 경우, 환원 공정에서 혼전(混轉)에 견딜 수 있는 만큼 충분한 강도를 가지는 경화 펠레트는 출발혼합물에 실리카 소질물질을 첨가하지 않고서도 형성될 수 있다. 고온 용해체내에서 얻어지는 금속화 펠레트에 의하여 형성되는 스래그의 양을 최소로 감소하기 위하여는, 실리카의 과잉량의 첨가는 피하지 않으면 안된다. 비교적 소량의 SiO₂를 포함하는 고순도 철광석 농축물의 경우, 건조 고체분의 전중량을 기준하여, 약 3중량%까지의 유효 SiO₂를 포함하는 천연의 혹은 합성 실리카(SILICA) 소질물질을 출발 혼합물에 혼합한다. 적당한 실리카 소물질의 대표예로써는, 미세분쇄석영, 규사, 벤토나이트, 규조토, 휴러-토(FULLER'S 土) 및 나트륨, 칼슘, 마그네슘 및 알루미늄의 실리케이트, 열분해법 실리카, 각종 수화(水和) 실리카 및 그들의 혼합물이 있다. 그중에서도 미쇄분쇄된 석영, 및 규사가 바람직하다.

적당한 고체탄소질소로써는 응집성 및 비응집성석회(코크스용 및 비코크스용 역청탄, 무연탄, 및 리그나이트(LIGNITE) 및 각종 형태의 열분해탄소(코크스산(散), 역청탄 및 무연탄 차아, 리그나이트 차아, 목탄차아, 흑연 )및 기타가 있다. 휘발성의 보다 작은 석탄 및 차아가 바람직한 것은, 그들이 일반으로 보다 큰 압축강도를 제공하기 때문이다.

탄소질 물질의 주요한 작용은 환원기간중에 철산화물로 환원시키기 위해 내부로부터 탄소를 공급하는 것이다. 따라서, 최소 사용량은 철산화물을 모두 금속철로 환원시키는데 적어도 충분한 량의 유효탄소(고정탄소함량)을 공급하는데 필요한 양에 대응하는 량으로써, 이로부터 환원공정중에서 외부로부터 환원제를 공급해야 할 필요성을 없앤다. 탄소질 물질의 양은 바람직하기로는, 계산에 의한 화학량론적 양보다 약간 과잉량이므로, 예를 들면 건조고체분의 전중량을 기준으로 약 20중량% 이하이고, 이것은 금속화의 정도를 최대화함과 동시에, 강의 용융온도에서 금속화 펠레트중의 과잉 CaO와 결합하여 유황의 제거를 행하는 다소 과잉의 탄소를 부여하기 위하여 필요하다. 현재는 완전하는 이해되고 있지는 않으나, 금속화 펠레트중의 과잉 CaO 및 탄소는 유황의 실질적 부분(Fes의 형태에 있음)과 반응하여 고온금속으로부터 스래그속으로 유황을 CaS의 형태로 변화시킨다.

출발 혼합물에 포함된 수분의 양은 사용하는 특정의 응집화법에 부응하여 변한다. 응집체(괴상체)는 바람직하기는 환원공정에서의 혼전을 촉진하기 위하여 둥근모양을 하고 있든가 구형이다. 따라서 구형 펠레트를 형성하는 볼드럼(BALLING DRUM) 또는 디스크를 채용하는 펠레트화법이 일반적으로 보다 바람직하다. 그러한 방법으로는 가습출발 혼합물중의 수분의 양은, 전체로, 일반으로 약 10-20중량%, 바람직하기로는 약 12-15중량%가 되어야 한다.

철산화물 함유물질, 탄소질물질, 결합제 및 실리카 소질물질 등, 출발 혼합물에 포함되어 있는 고체물질의 모든 평균입자 크기는 약 -200 내지 약 -400 메쉬, 바람직하기로는 -325 메쉬가 되어야 한다. 약 200메쉬보다 더 큰 입자의 경우, 펠레트 제조상의 곤란이 증대하여 경우에 따라 형성되는 경화 펠레트의 필요한 고강도 결합을 얻는데 충분한 표면적이 확보되지 못한다.

대부분의 탄소질물질, 특히 열분해법에 의한 것은, 혼합공정에서 수분을 흡수하는 경향이 있는 다량의 작은 세관상기공 또는 구멍을 가지고 있다. 이 내부의 유리수분은 수열경화 공정에서 증기로 전화되는 경향이 있으므로, 그 결과로 압축강도의 저하원인이 되고, 기공 또는 공공에 특히 과잉량의 수분이 존재하는 경우에는 쪼개지든가 또는 파괴되는 수도 있다. 이와같은 문제는, 가습혼합물을, 탄소, 물질중의 내부의 유리수분의 실질적 부분이 가공혹은 공공으로부터 입자표면에 이동하는데 충분한 시간만큼, 놓아둠으로서 최소로 감소시킬 수가 있다.

이 공정에 필요한 시간 및 조건은, 주로 사용하는 특정의 탄소질물질 및 결합제에 따라 다르다. 예를들면, 코크스산(散) 및 차아는 일반으로 역청탄이나 무연탄보다도 다공성이고, 그런 까닭에 보다 많은 수분을 흡수하고 그리하여 보다 긴 정치시간이 필요하다. 탄소질물질의 기공 혹은 공공으로부터 과잉의 내부수분을 제거하는 경우, 그 가습혼합물을 고온으로 가열시키면 수분제거를 촉진시킨다.

결합제로써 소석회 및/또는 산화 마그네슘을 사용하는 경우, 그들은 존재하는 수분과 반응하여 수화물을 형성한다. 이 발열수화반응은 내부의 유리수분의 입자표면으로의 이동을 촉진시키는 경향이 있고, 외부로부터의 가열이 필요없이 정치시간을 단축시키는데 있다.

일반적 지침으로써, 가습혼합물은, 응집하는데 앞서서, 약 60-90℃의 온도에서 약 1-48시간, 바람직하기로는 약 2-3시간 정치시키는 것이 가능하다. 결합제로써 소석회 또는 산화 마그네슘을 사용하는 경우, 가습혼합물은, 발열수화반응을 이용하기 위하여 밀폐식 단열용기내에 넣는 것이 바람직하다.

가습혼합물은 대개 이미 설명한 바와같이, 환형의 혹은 구형의 생 펠레트로 형성된다. 생 펠레트의 직경은 약 5-50mm, 바람직하기로는 약 8-15mm로 되어야 한다. 약 5mm보다 훨씬 작은 직경의 펠레트로부터 제조한 금속화 펠레트는 취급이 곤란하고, 보통 약 50mm보다 큰 직경의 펠레트는 환원공정에서 내부가열이 천천히 이루어지므로, 고도의 금속화를 이룩하기 위하여서는 부당하게 장기간의 가열이 필요하게 된다.

환원공정 기간중의 교반 또는 혼전에 견디어낼 만큼의 파쇄강도 또는 압축강도를 가지는 경화 펠레트를 형성하기 위하여는, 생용집체를 수열경화공정에 앞서서 건조하여, 유리수분 함량을 약 5중량% 이하, 바람직하기로는 약 3중량% 이하로 한다. 이때의 건조는 관용적 수단으로 실시할 수 있고, 예를들면, 생 펠레트를 오븐안에 넣든가 혹은 고온가스를 불어넣든가하여 탄소질물질의 분해 온도이하의 건조온도를 사용하여 실시할 수가 있다. 생 펠레트의 유리수분 함량을 약 5중량% 이하까지 감소시키는데 요하는 시간은, 사용하는 건조온도, 생 펠레트의 수분함량, 수분함량을 감소시키는 정도, 및 생 펠레트의 크기, 형상등에 따라서 변한다.

생 펠레트가 부분적으로 혹은 완전히 건조한 후부터, 그들은 오토클레이브와 같은 반응실 또는 가압용기에 도입시켜서, 습분의 존재하에서 고온으로 "가열시켜서 개개의 입자를 경화·결합하여, 일체화한 고강도 결합체로 만든다. 이와같은 수열경화공정에 의하여 제조된 경화 펠레트의 압축강도는 온도, 시간(탄소질의 결합제를 포함한) 첨가물의 양, 및 사용분위기의 습분함량에 어느정도 의존하고 있다.

생 펠레트에 열을 가하는데는, 많은 방법 가운데 어떤 방법으로도 실시할 수 있으나, 증기를 사용하는 것이 바람직하다. 열원으로 되는 동시 수열반응에 필요한 수분을 제공하기 때문이다. 포화증기 또는 실질상 포화가된 증기의 어느 것이나 사용해도 좋다. 과포화증기는 강도가 저하된 경화 펠레트를 제조하는 경향이 있다. 따라서, 포화증기에 가까운 온도, 압력의 증기가 바람직하다. 일반으로 100-250℃, 바람직하기로는 약 200-225℃의 범위의 온도를 사용하여, 적당한 시간내에 생 펠레트의 소망하는 경화를 훌륭하게 달성할 수 있다.

경화시간을 단축하고, 또한 형성되는 경화 펠레트의 강도를 개선하기 위하여는, 오토클레이브의 압력을 실질상 대기압 이상의 압력으로 하는 것이 바람직하다. 일반으로, 경제적 조건에서는, 최대압력은 약 35기압을 초과하여서는 안되며, 약 5-25기압의 압력이 바람직하다.

반응실 또는 가압용기에서의 펠레트의 정치시간은 몇개의 프로세스 변수, 예를들면 반응실의 압력, 온도 및 분위기, 펠레트의 수치 및 조성등에 의하여 결정된다. 어느 경우에 있어서도, 이 정치시간은, 개개의 입자의 경화·결합을 실시하여 경화된 고강도의 것으로 만드는데 충분한 만큼이어야 한다. 보다 높은 온도 및 압력을 사용하는 경우, 수열경화공정에 요하는 시간은 일반으로 약 5분간 내지 약 8시간, 바람직하기로는 약 30-60분간이다.

수열경화공정은 탄소물질의 분해온도 이하의 온도에서 중성중기 분위기중에서 실시하는 까닭에, 탄소질물질의 산화는 일어나지 않고, 그의 고정탄소 함량은 그 상태로 보유되어 다음의 환원공정에서 이용된다. 또한, 몇개의 펠레트 경화법에서 문제가 되는 것과 같은 마그네타이트로부터 헤마타이트에로의 산화도 나타나지 않는다.

경화 펠레트는, 금속화로 되기 위하여 반응실(오토크레이브)로부터 환원로에 아직 고온상태로 있는 동안에, 이송하는 것이 바람직하다. 펠레트를 약 1900℉(1033℃)로부터 금속화 펠레트의 융점(예를들면, 2600Ｆ-1427℃-혹은 그 이상)까지의 온도로 가열시킴과 동시에 그동안 실질상 비산화성 분위기하에서 상기 펠레트의 흔전을 할 수 있다고 한다면, 어떤 것이나 적당한 환원로의 사용이 가능하다. 관용되는 내화물로 라이닝 처리한 회전 킬른로가 바람직하다. 왜냐하면 구조가 단순하여 펠레트의 체류시간을 용이하게 제어가능하여, 펠레트를 균일하게 가열시킬 수 있기 때문이다. 기타의 이유는 다음에 상세히 설명한다. 고온의 경화 펠레트는 비교적 소량의 유리수분(예를들면 1% 이하)을 포함하고 있으며, 회전킬른로에서 흔전을 받아도 거의 혹은 전혀 붕괴되지 않는 정도의 충분한 압축강도를 가지고 있다.

펠레트를 1개의 지점에서 제조하여, 환원시키기 위하여는 별도의 지점으로 수송하는 것과 같은 조업을 하는 경우, 경화 펠레트의 압축강도는, 반응실로부터 취출한 직후에 인정할 수 있는 정도로 냉각되기 전에, 그들을 급속히 건조하여 실질상 모든 유리수분을 제거함에 따라서, 높여줄 수가 있다. 이러한 건조는 몇개의 형편에 맞는 방법으로 실시할 수가 있는바, 예를들면, 고온경화 펠레트를 오븐속에 장입시키든가 혹은 고온개스를 불어넣든가에 의하여 실시한다. 일반으로 약 100-350℃, 바람직하기로는 약 150-250℃의 온도를 경화후 건조공정에 사용할 수 있다.

경화 펠레트는, 철산화물을 모두 금속철로 환원하는데 충분한 양의 내부의 탄소를 함유하고 있는 까닭에, 회전킬른로의 주작용은 반응에 필요한 고온에까지 펠레트를 가열시키는 것이다. 이러한 가열은, 1 혹은 그이상의 개스, 오일, 또는 석탄-연소형 버너를 사용하고, 이러한 연료의 연소를 지속시키는데 충분히 제어된 양의 공기를 도입시키는데 따라서 이루어진다. 경화 펠레트는 회전 킬른로에 도입되지만, 이 회전 킬른로는 바람직하기는 통상의 방법으로 경사되어 있어서, 예를들면, 매분약 1-2회전이라고 말할만큼 천천히 회전시킨다. 킬른이 회전하고, 펠레트의 층(베드)이 킬른의 입구로부터 배출단을 향하여 혼전(混轉)되면서 이동하고 있을 때 1 혹은 그 이상의 버너로부터 고온연소개스가, 바람직하기로는 향류방향(向流方向)으로 펠레트 위로 흐른다.

펠레트의 외측부분이 약 900℃이상으로 가열되는 경우, 철산화물의 함유 산소가 접촉점에서 내부의 탄소물질과 반응하여 펠레트 내부에서 일산화탄소를 생성시킨다. 그 결과, 펠레트 내부에 축적된 개스압력에 의하여 일산화탄소는 펠레트 내부로 확산 또는 침투하여 가므로, 철산화물중의 함유산소와 반응하여, 이산화탄소를 생성시킨다. 동시에, 이산화탄소의 일부는, 고온영역에서 고온탄소질 입자와 접촉할 때, 그것과 반응하여 추가랴의 일산화탄소를 생성시켜, 이것이 다시금 환원과정에 이용된다. 이들의 반응은 다음과 같이 표시할 수 있다.

Fe₃O₄+4C→3Fe+4CO (1)

Fe₃O₄+CO→3Fe+4CO₂(2)

CO₂+C→2CO (3)

이와같이, 균일하게 분산된 탄소질물질 입자의 각각은 실제로 환원 센타로써 작용하고, 철산화물로부터 금속철로의 매우 빠른 총합환원속도를 초래한다.

회전 킬른로에는 주로 두개의 대역이 있다. 하나는 장입단에 있는 가열대역으로써, 펠레트가 도입되어 반응온도까지 가열된다. 타방은, 고온 즉 확원 대역으로써, 통상, 킬른로의 후미 1/3을 차지하고, 반응 (1),(2) 및 (3)이 진행되어 소망하는 정도의 금속화가 이루어진다. 실질상 완전한 환원이 이루어지게 하려면 반응대역의 온도는 적어도 약 1900℉(1033℃)로 하여야 한다. 보다 낮은 온도에서는, 펠레트가 팽창하여 약해지는 경향이 있고, 환원에 요하는 시간도 부적당하게 길어져 버린다. 외부로부터의 환원용 개스를 이용하는 종전의 직접 환원 방법에서는, 펠레트중의 기공을 열어놓은 것으로써, 외부로부터의 환원용 개스가 펠레트내로 확산하고 혹은 침투하여 철산화물에 첩촉하도록 한다. 따라서, 최대 환원온도는 철산화물의 융점보다 낮은 것이 아니면 않되고, 통상 약 2200℉(1204℃) 이하가 된다. 그렇지만, 본 발명의 방법에서는 금속화 펠레트의 융점까지라고 말할만큼 고온을 채용하여도 일반적으로 기공율이 상실되지 않는바, 이것은 전술한 바와같이 내부에 탄소가 포함되어, 펠레트 내부에서 일산화탄소 개스가 발생하기 때문이다. 약 2400-2600℉(1316-1427℃)의 환원온도를 채용하는 경우, 5-15분간이라고 하는 환원시간(고온 즉 환원대역에서 체재시간)으로 실질상 완전한 금속화(예를들면 97% 이하, 혹은 그 이상)가 이루어진다. 약 1900-2400℉(1033-1316℃)보다도 낮은 환원온도에서도, 약 90% 혹은 그 이상의 금속화가 30분 이내에 이루어지고, 이것은 대부분의 종래의 직접 환원법에서, 같은 정도의 금속화를 얻기 위하여 적어도 2시간이라고 하는 최소 환원시간이 필요하다고 하는 사실과 대조되는 것이다. 약 2300-2500℉(1260-1371℃)의 환원온도가 현재로써는 바람직한 것이며, 이것이 부착 혹은 환상화가 야기되지 않고 15분간 이하의 환원시간에서 실질상 완전한 금속화가 형성되기 때문이다.

제강로에 있어서 바람직하지 않고, 그러므로 약 2400-2600℉(1316-1427℃)의 고온에서 펠레트를 서로 부착시키는 원인이 되는 것과 같은 펠레트 표면의 재산화 및 산소에 풍부한 외피부의 형성을 방지하기 위하여는, 환'반응은 실질상 비산화성 분위기하에서 이루어져야 한다. 킬른내에 공급하는 공기의 양을 연소를 유지하는데 필요한 만큼 제한한다면, 펠레트의 내부의 탄소에 의하여 생기는 일산화탄소의 양은 통상, 약간의 환원성의 분위기를 유지하는데 충분한 것이어서, 이것이 다시금 산화를 최소로 한다. 펠레트와 함께, 역청탄, 무연탄, 코크스분 혹은 리그나이트와 같은 탄소질물질을 킬른내로 도입시키고, 킬른을 조업하면, 이들의 탄소질부질(炭素質部質)이 연소되지 않으므로 약간의 환원성분위기가 조성된다. 이 외부로부터의 탄소질 물질은 환원반응에 참여하지 않으며, 필요에 따라서는 킬른내를 수회 재순환시킨다.

가장 바람직한 발명의 실시예로서, 외부로부터의 탄소질 물질로써는 탄화용의 석탄이 사용된다. 추출된 휘발성 성분이 연소되는데 따라서 킬른의 가열을 도와, 형성되는 차아(char)는 금속화 펠레트로부터 분리하여 소망치수에까지 미분쇄하여서, 출발혼합물의 탄소질물질로써 사용한다.

어떤 종류의 석탄은, 저융점 회분을 포함하는 까닭에, 보다 높은 환원온도를 사용하는 경우, 킬른내부에 부착되는 문제를 일으키든가 그리고 또는 환상체를 형성하는 일이 있다. 그러한 석탄은, 출발혼합물에 넣기에 앞서서 혹은 킬른에 장입시키기에 앞서서 별도의 장치에서 관용방법에 의하여 탄화시키고, 그 탄화중에 발생한 기체를 킬른의 연료로써 사용함이 좋다.

외부로부터의 이 탄소물질들은 환원반응에 참여하지 않으므로 그 배합량은 임계적(臨界的)이 아니다. 출발혼합물에 사용하는 차아를 발생시키기 위하여 탄화용 석탄을 사용하고, 그의 휘발성 성분을 가열용으로 이용하는 경우, 필요한 양의 석탄 차아를 제조하는데 적어도 충분한 양만큼 킬른에 장입시키는 것이 바람직하다.

고온의 금속화 펠레트는(사용하는 경우) 외부로부터의 탄소질 물질과 함께, 킬른으로부터 배출되어, 적절한 냉각장치, 예를들면 수냉탱크 또는 회전냉각장치로 보내서, 그곳에서 펠레트 표면이 산화하지 않도록 비산화성 분위기(불활성 또는 환원성 분위기) 하에서 냉각된다. 킬른에의 장입물의 일부로써 외부로부터의 탄소물질이 사용되는 경우, 금속화 펠레트는 적절한 체(節)로 구성된 분리장치 또는 자기선별(磁氣選別)장치를 사용 분리시키고, 분리시킨 탄소질물질은 전술한 바와같이 재순환시켜 사용한다.

명백하게, 환원반응시에 혼전작용이 이루어지는 까닭에, 금속화 펠레트는 대단히 고밀도로 되고, 그 위에 기공율이 매우 작아지고, 따라서 비발화성으로 되어서 표면산화에 대한 저항성도 현저하게 된다. 이 펠레트는 또한 금속화의 정도도 높아, 약 98% 혹은 그 이상에도 달하고, 압축강도도 약 190파운드(85.5kg) 혹은 그 이상으로도 되고, 그 결과 전기로용으로 사용하는데 특히 적합하다.

그 위에, 출발혼합물에 과잉량의 석탄 및/또는 석탄질물질을 포함시키는데 따라서, 그들은 자용성으로도 될 수가 있고, 고온용해체로부터 유황을 제거할 수 있도록 할 수도 있다. 본 발명 방법의 제1의 이익은, 종래의 직접환원법과 비교하여, 환원반응이 실질적으로 보다 빠른 것이어서, 그 결과 생산속도가 커지며 조업비용이 저하한다.

첨부도면은, 본 발명의 바람직한 예를 개략적으로 도시한 것이다. 미세분활석탄차아, 철광석농축물, 소석회 및 실리카를 각각의 공급호퍼(10,12,14 및 16)에 저장하여 놓는다. 그들의 재료의 각각의 일정량을 이들의 호퍼로부터 콘베아(18)에 송출시키고, 적절한 혼합기(20)에 보내서, 적당량의 물을 혼합하여, 관용의 볼링(BALLING)장치에서 펠레트화함에 적합한 가습혼합물을 형성한다.

이 가습된 혼합물은 혼합기(20)로부터 밀폐용기(22)에 보내져서, 약 60-90℃의 온도로 약 2-3시간 가열하여, 석탄파아분의 기공 또는 공공으로부터 과잉의 내부유리 수분을 제거한다. 형성되는 가습혼합물은 밀폐용기(22)로부터 관용의 볼링디스크(BOLLING DISC)(24)에 보내지고, 구형의 생 펠레트로 성형된다. 수분약 10-20%를 포함하는 생 펠레트는 볼링 디스크(24)로부터 스크리닝(26)에 보내져서, 미리 정한 치수(예를들면 15mm)보다 큰 생펠레트만을 적절한 건조기(28)에 보내고, 그곳에서 가열개스를 펠레트에 불어넣어 그의 수함량(水合量)을 5% 이하에까지 저하시킨다. 스크리닝(26)에서 분리시킨 예정수치보다 작은 생펠레트는, 볼링 디스크(24)에 까지 되돌려서 종물질(種物質)로써 사용하여도 적당하고, 혹은 저장조(도시하지 않음)에 보내도 좋다.

건조한 생 펠레트는 건조기(28)로부터 고압 오토크레이브(30)에 보내서 약 300psig(20기압)의 수증기의 존재하에서 약 1시간 수열경화시킨다. 경화한 펠레트는 이 오토크레이브(30)으로부터, 내화물을 라이닝한 경사형의 회전킬른(32)의 입구 즉 상류단에 보낸다. 동시에 스크리닝(34)에서는 미리 정한 치수보다 큰 탄화용의 미세 분활역청탄을 상기 펠레트와 함께 킬른(32)의 상류단으로부터 장입시킨다. 관용의 계측장치(도시하지 않음)을 사용하여, 킬른에 도입시키는 석탄분의 양을 조절하고, 석탄대 펠레트의 비를 소망의 것으로 할 수도 있다. 이미 말한 바와같이, 석탄분은 환원반응에는 아무런 간섭도 없고, 단지 출발혼합물에 사용하는 차아를 발생시킴과 함께 연소하지 않고 연료를 추가하기 위하여만 넣는 것이다.

생 펠레트와 석탄분과의 혼합물은, 이미 설명한 바와같은 조건하에서, 펠레트중의 철분이 모두 금속철로 환원되기까지, 회전 킬른내에서 혼전시킨다. 회전킬른(32)은, 그의 배출단 즉 하류단에 배치시켜 휀(FAN)(부호 38로 표시)에 의하여 연소용 공기가 공급되는 개스연소-, 유연소-, 혹은 석탄연소-형의 버너(부호 36으로 표시)에 의하여, 소망온도에까의 가열시킨다. 펠레트가 회전킬른내에서 혼전되는 까닭에, 항상 새로운 펠레트 표면이 고온개스에 노출되게 되므로, 그 결과 펠레트는 균일하게 가열된다. 석탄연소형 버너를 사용하는 경우, 도시예와 같이, 스크리닝(34)으로부터 떨어져 나오는 석탄분을 연료의 일부로써 사용할 수도 있다.

금속화 펠레트와 석탄차아와의 혼합물은 회전킬른(32)의 하류단으로부터 수냉탱크(40)로 배출시켜, 공기로부터 차단시킨 상태에서 냉각시키고, 펠레트 표면의 산화를 방지한다. 냉각시킨 혼합물은 수냉탱크(40)로 터부 콘베어(42)에 의하여 자기분리기(44)에 보내고, 그로부터 자성을 가진 금속화 펠레트는 석탄차아로부터 분리된다.

이 석탄차아는 콘베어(46)에 의하여 관용의 분쇄 밀(MILL)(48)에 보내져서, 출발혼합물로 사용할 수 있도록 소망치수로 미분쇄시킨다. 형성되는 미분쇄 석탄차아는 공급호퍼(10)에 되돌려서, 출발혼합물의 배합용으로 사용한다.

이상에서도 명백하듯이, 당업자에게 있어서는, 이제까지의 설명에 의하여 본 발명을 완전히 실시할 수 있을 것이다. 더구나, 이하의 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 설명하는 것이나 본 발명은 실시예에만 국한된 것은 아니다.

[실시예 1]

제1표에 표시하는 화학조성 및 크기분포를 가지는 마그네타이트 광녹축물(정광)을 사용하여 생 펠레트를 제조하였다.

이 광석 농축물에 물, 소석회, 실리카 및 -325 메쉬의 역청탄 차아를 넣어 팬형 혼합기에 의하여 균일한 수분함량의 배합물을 형성하는데 충분한 시간만큼 혼합함에 따라 3뱃치(BATCH)의 펠레트를 제조하였다. 역청탄 차아의 화학조성은 제Ⅱ표에 제시하였다.

[제 Ⅰ 표]

[제 Ⅱ 표 ]역청탄 차아의 화학조성

구형의 생펠레트(직경 15mm)를 관용의 볼링(BOLLING) 장치에 의하여 각 뱃치에서 제조하였다. 생 펠레트는 수분함량 약 1%가 될때까지 건조하고, 이어서, 300psig(20기압)의 고압 수증기 오토크레이브에서 1시간 수열경화시켰다. 냉각후, 형성된 경화 펠레트는 오븐중에서 건조하여 실질상 모든 유리수분을 제거하였다.

각 뱃치로부터 임의로 선택한 경화 펠레트에 관해서 딜론(DILLON) 시험기로 압축강도로 시험하였다. 3뱃치의 평균 압축강도는, 각각 133파운드(60kp), 112파운드(51kp) 및 108파운드(49kp)이었다. 다른 펠레트에 관해서는 18인치(46cm)의 높이로부터 1/2인치(1.25cm) 두께의 강판에 1개씩 25개 이상 낙하시켜서 충격 강도를 시험하였다. 파괴된 것은 없었다. 이러한 결과로부터, 본 발명에 의하여 제조한 탄소함유 경화 펠레트는 회전킬른로에서 혼전에 견딜 수 있는 만큼 충분히 강하다는 것을 알 수 있다.

이러한 탄소함유 경화 펠레트의 조성 및 화학분석치를 제Ⅲ표에 제시하였다.

[제 Ⅲ 표]

이러한 화학분석치로부터도 알 수 있듯이, 펠레트는 자용성이었다. 염기도는, 특정의 전기제강로의 요구에 맞도록 할 필요가 있는 경우에는, 단지 석회를 중량하든가 감량하는데 따라서, 조정할 수 있다.

[실시예 2]

실시예 1에서 제조한 경화 펠레트를 레코(LECO) 관형로에 환원하였다. 각회의 시험에서는 6개의 펠레트를 세라믹제 보우트에 실어서, 0.5l/min으로 질소를 흘러보내면서 로의 고온대역에서 가열하였다. 펠레트는 1800℉(982℃), 2000℉(1098℃), 2400℉(1316℃) 및 2600℉(1427℃)에서 5분간, 15분간, 30분간 및 60분간 가열하였다. 각회의 시험에 관하여는, 세라믹제 보우트는 대체로 3-4분간 걸려서 로의 입구로부터 고온대역까지 천천히 집어넣어 금속화가 끝난 후로부터 대체로 같은 속도로 로에서 인출하였다. 이때의 펠레트의 온도는 대체로 800-1000℉(427-538℃)이었다. 펠레트의 최종적 냉각은 실온의 질소분위기하에서 세라믹 관을 사용하여 실시하였다.

이상의 관찰 결과로부터, 2000℉(1093℃) 이상의 환원 온도를 채용하는데 의하여, 펠레트는 수축하고(보다 고온축에서 수축이 보다 크다), 굳고 매우 밀도가 크고, 그러므로 표면 균열, 그렇지 않으면 표면 박리등은 나타나지 않는 사실을 알았다.

금속화 펠레트를 분석하는데 따라서 금속화의 정도를 결정하였다. 결과를 제Ⅳ표에 제시하였다.

[제 Ⅳ 표]

이러한 시험결과로부터 알게된 사실은, 금속화의 정도는 환원온도에 의하여 결정되고, 2600℉(1427℃)의 환원온도에서 펠레트를 실질상 완전히 금속화 하기 위하여는 단지 5-15분간의 환원시간으로 충분하다는 것이었다.

[실시예 3]

실시예 1에서 제조한 경화 펠레트를, 길이 11.5cm, 내경 8cm의 내산화성 강제의 원통형 레토르트를 사용한 실험실 규모의 회전로를 사용하여 환원하였다. 레토트르는 이 레토트르를 2100℉(1150℃)로 가열하는 로내에서 4rpm으로 회전시켰다.

각회의 시험을 하기 전에, 레토르트를 넣지 않고 로를 우선 가열하였다. 각 뱃치로부터의 펠레트 약 200g 및 -3-+4메쉬의 역청탄분 50g을 레토르트에 장입하고, 이 레토르트를 계속해서 로내에 넣어 회전시켰다. 전시험기간중, 0.5l/분의 질소를 흘려보내서 펠레트의 산화를 방지하였다. 레토르트가 2100℉(1150℃)로 가열시키는 데까지는 약 40-45분 요하였다. 별개의 펠레트 시료를 상기 온도로 각각 0.5,1,2,3,4,5 및 6시간만큼 유지시키고 계속해서 로의 가열을 중지하고, 카바(COVER)를 열고, 회전을 계속하면서 레토르트를 대체로 900-1000℉(483-538℃)에까지 냉각하였다. 로로부터 레토르트를 추출하고, 질소분위기하에서 회전시키면서 실온에까지 냉각하였다. 자석에 의하여 펠레트를 차아로부터 분리하고, 육안으로 관찰하여서 평량하여 수축량을 결정하였다. 표면 박리 또는 균열은 나타나지 않고, 펠레트는 약간 수축되었다. 각 뱃치로부터 임의로 선택한 15개의 펠레트에 관해서 압축강도를 시험하였다. 평균 압축강도는, 0.5, 1,3 및 6시간의 환원시간에 대해서, 각각 134파운드(61kp) 및 243파운드(110kp)였다. 각 뱃치로부터의 펠레트(모두 1150℃에서 1시간 환원한 것)를 화학분석하였다. 결과는 제Ⅴ표에 표시한다.

[제 Ⅴ 표]

각 환원시간에 대한 펠레트 금속화의 정도를 결정하였다. 결과는 제Ⅵ표에 제시하였다.

[실시예 4]

실시예 3의 회전로를 사용하여 2회의 추가시험을 하였다. 제1회의 시험에서는 실시예 1의 3개의 뱃치로부터 펠레트를, 레토르트내에 외부탄소를 보태지 않고 실시예 3과 같은 조건하에서, 회전로에 환원하였다. 결과는 실시예 3의 경우와 실질적으로 동일하였다. 이 사실로부터도 외부탄소가 환원반응에 관여하지 않는 사실을 알게 되었다.

별도의 제2회의 시험에서는, 내부탄소를 포함하지 않는 철산화물 펠레트(종래법의 고체-고체법으로 사용하고 있는 것과 같음)을 회전로에서 환원하였다. 이들 펠레트는 실시예 1에서와 같은 마그네타이트 광농축축물을 사용하여 조제하였다. 이 마그네타이트 광농축물은 벤토나이트 0.75 및 볼링(BOLLING) 장치에서 펠레트화 하는데 충분한 양의 물과 혼합하였다. 구형의 생 펠레트(실시예 1의 경우와 대체로 동일 직경을 가지는)를 건조하여 산화조건하에서 2192℉(1200℃)의 온도에서 소성하였다. 형성된 경화펠레트를 실시예 3의 경우와 같은 조건하에서 회전로내에서 환원하였다. 펠레트의 금속화의 정도를 결정하였다. 결과를 제 Ⅵ표에 실시예 3의 결과와 비교하여 제시하였다.

[제 Ⅵ 표]

이러한 결과로부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명에 의하여 직접 환원되는 철산화물은 30분간 아내에 완전히 금속화되는데 비하여, 종래에 미슈레이티드된 방법으로 환원한 펠레트는 30분간 후에는 겨우 11.3%가 금속화 된 것이고, 같은 조업 조건하에서 6시간 환원하여도 대체로 55%가 금속화되는데 불과하였다. 후자의 시험 데이타(DATA)를 외삽하면, 동일 조건하에서는 완전한 금속화를 실현하기 위하여는 14-16시간 정도 필요하게 된다. 환원후의 외부의 석탄의 중량을 결정하는데 따라서, 시뮤레이티드한 종래법으로 소비되는 양은 금속화의 정도에 비례하는 바, 본 발명의 방법에서는 거의 제로에 가깝다.

[실시예 5]

시판되고 있는 금속화 펠레트 가운데 어떤 것은 자기발화성 즉 자기산화성을 나타내는 경향이 있는 까닭에, 약제 처리를 하든가 그리고/또는 부리켓트화 하지 않는 한, 취급, 저장 또는 소송하는 동안 위험하다.

본 발명에 의하여 제조한 금속화 펠레트의 자기발화성 또는 자기산화성의 경향을, 고체-기체법으로 금속화한 철산화물 펠레트와 비교하여, 평가하기 위하여 시험을 하였다. 내부탄소를 함유시키지 않았든 후자의 펠레트는 일산화탄소 50% 및 수소 50%로부터 이루어진 개스혼합물의 존재하에서 900℃의 온도에서 5시간 가열하였다. 금속화의 정도는 97%이었다.

450℉(230℃)로 가열하여 1l/분의 질소를 연속적으로 흘러보내는 소형 관형로를 사용하여 이러한 시험을 실시하였다. 각회의 시험에서는, 1개의 펠레트를 로내에 장치, 거기에 열려진 작은 구멍으로 열전대를 실(室)로부터 장치하였다. 열전대의 눈금이 로온도에 도달하였을 때 질소개스가 같은 유량의 산소로 교환되었다. 3-4분간 경과후, 고체-기체법으로 환원한 펠레트는 바로 성냥의 발화와 같은 모습으로 발화하여 열전대의 눈금은 갑자기 1200℉(649℃)로 상승하였다. 같은 뱃치로부터의 펠레트에 대해서 동일한 시험을 5회 반복하였다. 동일한 시험은 본 발명에 의하여 2100℉(1150℃), 2300℉(1316℃) 및 2600℉(1427℃)의 환원온도에 따라서 금속화한 펠레트에 대해서도 반복하였다. 몇번의 시험에서도 펠레트는 발화하지 않았다.

이러한 시험결과로부터 본 발명의 방법에 의하여 환원한 금속화 펠레트는 비발화성이므로 자기산화에 대한 저항성을 가짐을 알았다. 이와같은 바람직한 특성은 형성되는 펠레트가 대단히 고밀도이어서 기공율이 작은 때문이라고 생까된다. 결합제로써 석탄을 사용하는 경우, 용융 후럭싱(FLUXING : CALCIUM SILICATE)의 보호층 또는 외피가 환원공정시에 금속화 철입자의 주위에 형성되어 이것이 산화에 대한 저항성을 다시금 높이는 것이라고 생각된다.

[실시예 6]

펠레트의 용해특성 및 탈유(脫硫) 특성을 평가하기 위하여, 실시예 3의 뱃치 1 및 뱃치 2로부터의 금속화, 펠레트를 사용하여 시험을 실시하였다. 마그네시아제 도가니의 상부에 2개의 수평흑연전극을 배치한 소형 프라스마 아크로를 사용하여 그러한 시험을 실시하였다. 아르곤 개스를 대략 1l/분의 유속으로 로의 저부로부터 시험기간중 계속해서 흘러보냈다. 금속화 펠레트를, 염기도 1.2까지 상승시키는데 충분한 양의 소석회 및 0.5중량%의 흑연분과 함께, 도가니내에 장입하였다. 전기로 제강에서 통상 사용되는 스크랩 금속은 장입하지 않았다. 도가니를 로내에 장치하고, 로를 활성화하여 흑연전극사이에 프라스마(길이 대략 6-8cm)를 발생시켰다. 이것은 대단히 높은 온도인 까닭에 금속화 펠레트는 10-15분 이내에 완전히 용해하였다. 별도의 펠레트를 로의 상부관찰공으로부터 1개씩 용해체에 투입하였다. 용해의 전후의 펠레트와 도가니를 평량하였다.

냉각후, 햄머와 끝을 사용하여 강으로부터 스래그(SLAG)를 분리하고, 회수된 스래그와 철의 양을 결정하였다. 회수된 철의 양은 대략 100%이었다. 형성된 강을 화학분석하여, 유황의 대부분은 스래그와 함께 제거되어 있다는 사실을 알았다. 강중의 유황함량은 0.028-0.048%의 범위이고, 이것은 AISI의 탄소강의 한도인 0.05%보다 낮은 것이다. 탄소함량은 0.48-1.25%이었다. 이것은 출발혼합물중의 탄소함량을 조정하는데 따라서 혹은 각종 제강 프로세스에서 일반적으로 실시되고 있는 것과 같이 산소 랜스(LANCE)를 사용하여 고온금속중의 과잉탄소를 연소시켜 버리고 마는데 따라서, 특정의 종류의 강으로 요구되는 정도까지 용이하게 조절된다.

[실시예 7]

길이 30휘트(9.14m), 내경 15인치(38cm)의 내화물 라이닝 회전킬른을 사용하여 파이로트 프랜트 시험을 실시하였다. 이 회전킬른은 하류측 단부 배출구에 설치한 오일 연소형 버너로 가열하고, 1.32-2rpm으로 회전하였다. 고온대역의 끝부분 반응대역의 조업온도는 2400℉(1316℃)와 2480℉(1360℃)와의 사이의 온도로 유지하였다. 실시예 1에서 진술한 방법으로 형성한 철산화물 농축물의 펠레트를 사용하였다. 철광석 농축물의 조성 및 경화 펠레트의 조성을 제Ⅶ표에 제시하였다. 시험은 펠레트와 함께 외부의 석탄을 킬른에 장입하거나 장입하지 않고 실시하였다.

펠레트는 113-250파운드/hr(51-114kg/hr)의 비율로 킬른에 장입하였다. 킬른의 입구로부터 배출구까지의 펠레트의 전체류 시간은 대략 45-50분간이었다. 고온대역 끝부분의 반응대역에서는 불과 7분간이었다. 금속화시킨 펠레트는 킬른으로부터 수냉탱크로 배출하여 급냉하였다.

배출개스는 이산화탄소, 일산화탄소 및 산소함량에 대해서 자동개스 분석기를 사용하여 전시험기간중 연속적으로 감시하였다. 일산화탄소 함량은 0%로부터 2%의 사이에서 변화하였다. 산소함량은 대략 0%를 유지하고 있다. 이때부터 일산화탄소 함량의 대부분이 로내에서 소비된 것을 알았다.

펠레트 공급속도가 250파운드/hr(114kg/hr)의 경우에는 펠레트의 금속화는 92-97.2%의 범위었다. 외부의 석탄을 사용하거나 사용하지 않아도 금속화의 정도는 동일하였다. 이 시험기간중에 제조된 금속펠레트의 대표적 화학적 및 물리적 특성을 제Ⅶ표에 제시하였다.

[제 Ⅶ 표]

이러한 결과로부터도 알 수 있듯이, 전기제강로의 조업에 사용할 수 있는 정도로 충분한 강도를 가지고, 한편, 취급, 수송에도 견딜 수 있는 충분한 강도를 가지는 고밀도의 고도로 금속화된 펠레트가 7분간이라 하는 짧은 시간의 고온대역에서의 환원시간으로 제조되고 조업비용도 저하되었다.

이상의 설명으로부터 당업자로써는 본 발명의 본질적 특징이 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 따라서 그의 취지 및 범위로부터 일탈함이 없이, 본 발명을 각종 용도 및 상황에 맞추어 변경시키거나 수정할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 철산화물 함유물질, 이러한 철산화물을 모두 금속철로 환원시킴에 충분한 최소한의 미세분할된 탄소물질, 칼슘 및 마그네슘의 산화물, 수화물, 탄산염 및 이들의 혼합물의 군(群)으로부터 선택한 미세분할된 결합제 약 1 내지 30중량%, 및 이러한 결합제와 반응하여 실리케이트 또는 하이드로실리케이트(Hydrosilicate) 결합부를 형성할 수 있는 유효 SiO₂로 이용될 수 있는 미세분할된 규소철물질을 3중량% 이하로 함유하는 가습(加濕)된 출발혼합물을 제조한후(단, 상술한 중량 %는 건조고체분의 전중량을 기준한 것임), 위 출발혼합물로부터, 이산(離散)된 생(生) 펠레트를 제조하고, 이러한 생 펠레트가 약 5 % 미만의 수분을 함유할 때까지 건조한 다음, 약 100 내지 250℃의 온도에서 충분한 시간동안 증기와 접촉시켜 상술한 결합제가 유효 SiO₂를 가진 실리케이트 또는 하이드로실리케이트 결합부를 형성케하여 경화된 결합체 덩어리를 제조한 다음, 본 발명의 바람직한 처리, 즉, 경화된 펠레트를 그의 조성을 변화시킴이 없이 환원로에 장입하여, 상술한 펠레트내의 철산화물의 대부분을 금속철로 환원시킴에 충분한 시간동안 사실상 비산화성 분위기하에서 약 1033℃로부터 금속화된 펠레트의 융점까지의 온도사이에서, 경화된 펠레트를 연속적으로 혼합하면서 회전시킴에 의하여 경화된 펠레트를 금속화시키는 단계로 구성된 미세분할된 철산화물 함유물질로부터 금속화된 철 펠레트를 제조하는 방법.

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