KR920007927B1 - 철광석 소결원료의 사전처리방법 - Google Patents

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철광석 소결원료의 사전처리방법

제1도는 소결원료중 CaO 함유량과 칼슘페라이트중의 성분고용량과의 관계를 나타내는 그래프.

제2도는 소결원료중 SiO₂함유량과 칼슘페라이트중의 성분고용량과의 관계를 나타내는 그래프.

제3도는 소결원료조성과 용융온도와의 관계를 나타내는 그래프.

제4도는 소결원료의 미분반응부중 SiO₂및 CaO 함량과 환원분화율과의 관계를 나타내는 그래프.

제5도는 종래의 방법 및 본 발명의 방법에 의한 소결광의 환원분화율, 상온강도, 소결시간과의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 철광석소결광의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세히는 소결광제조시 부원료의 첨가량을 증가시키지 않고도 소결원료의 미분반응부의 조성을 조정하므로서, 상온강도를 유지하면서 환원분화강도 및 생산성이 우수한 철광석 소결광을 제조할 수 있는 철광석 소결원료의 사전처리방법에 관한 것이다.

드와이드 로이드식(DL식) 소결기에 있어서, 소결광의 제조공정은 일반적으로 주원료인 철광석에 부원료로서 석회석, 규석, 사문암, 기타 잡원료와 분코크스를 혼합한 배합원료에 약 6중량%의 수분을 첨가하여 믹서(mixer)내에서 혼합조립한 후 소결기에 장입하여 점화로에서 배합원료의 표층부에 점화하고 하방으로 공기를 흡입함에 의해 소결반응이 진행된다.

철광석의 소결과정은 각 다원계 조성물질이 코크스의 연소설을 이용한 미분원료의 용융에 의해서 부분용액이 발생되어 소결반응이 진행되며 이때 생성되는 광물상의 양과 종류 및 조직형태는 소결광의 성상에 밀접한 관계가 있다. 따라서 소결반응은 미부분에서 발생되는 용액에 의해서 형성되기 때문에 용액이 생성되는 미분반응부의 조성 및 반응성이 소결광의 성상에 큰 영향을 미친다.

일반적으로 소결원료중 1㎜ 이하의 원료는 소결과정에서 반응하여 재화(滓化)되나 1㎜ 이상의 조립원료는 미반응되어 원광상태로 잔류하게 된다.

고로장입원료로서의 소결광은 상온강도 뿐만 아니라 고로내의 400℃-600℃ 온도범위의 환원분위기에서 분화가 일어나는 현상에 대한 환원분화 강도의 관리가 소결공정의 주요지표가 된다.

환원분화강도를 개선키위한 선행기술로서는 코크스 첨가비를 증가하여 고 FeO화 하거나 슬라그량을 증가시키는 방법, 0.25㎜ 미만의 미분부의 Al₂O₃/SiO₂비를 제한하는 방법(일본특허공보 소58-18413), 저SiO₂및 미분부의 Al₂O₃/SiO₂를 제한하는 방법(일본특허공보 소58-18414) 및 반광의 일부를 미파쇄(일본 특허공보 소57-17055)하거나 사문암을 미파쇄하여 첨가하는 방법등이 제안되었으나 이러한 방법들은 CaO 함량에 의해서 그 효과가 반감되거나 코크스 원단위의 악화, 또는 생산성이 저하되며 원료 원단위의 증가와 고로내에서 연료비의 증가 및 고가의 철광석을 사용해야하거나 미파쇄하여야 하는 등의 단점이 있는 것이다.

또 석회석 사용비를 증가시켜 칼슘페라이트를 다량으로 생성시켜 환원 분강도의 개선을 시도하는 방법도 있었으나 생성칼슘페라이트의 형태 및 성분고용량에 따라 환원분화강도에 현저한 차이가 있으므로 칼슘페라이트량의 단순증가에 의해서는 환원분화강도를 개선시킬 수 없는 것이다. 본 발명은 소결광의 제조공정에 있어서 소결반응이 일어나는 미분반응부의 조성을 조절하여 미분부중 SiO₂함량은 증대시킴과 동시에 CaO 함량은 감소시키기 위하여 규사등의 SiO₂원의 입도를 세립화시키고 동시에 석회석 입도를 증대시켜 상호복합효과의 증진을 도모하여 또한 폐기되는 더스트를 활용하여 의사입화를 촉진시킴으로서 일정상온 강도를 유지하면서 환원분화강도 및 생산성이 우수한 철광석 소결광을 제조할 수 있는 철광석 소결원료의 사전처리 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 소결배합원료와 소결원료의 점결제를 사용하여 철광석 소결광을 제조하는데 있어서, 상기 소결배합원료중 CaO 원인 석회석중 1㎜ 이상의 조립은 배합원료로 직접사용하고, 1㎜ 이하의 미분석회석은 벤토나이트, 시멘트등의 결합제와 혼합하여 미니펠릿으로 만들어 사용함과 동시에 규사, 사문암등의 SiO₂원의 입도를 1㎜ 이하의 미분으로 미세화시켜 철광석 소결원료를 사전처리하는 방법에 관한 것이다. 상기 소결배합원료는 통상 75-85%의 철광석, 10-20%의 석회석, 5% 이하의 사문암을 함유하여 조성된다.

소결원료중 조재제인 석회석은 고로내에서 슬라그를 적정 조성으로 조절하기 위해 자용성 소결광의 제조에 필수적인 원료로 사용되어 소결광의 주구성광물 조직인 칼슘페라이트의 생성량 및 성상에 큰 영향을 미친다.

소결광중의 CaO는 반응성이 양호해 철광석중의 Fe₂O₃와 반응하여 다량의 칼슘페라이트를 생성시킨다. 이 CaO의 반응성은 석회석이 미분화될수록 좋아져서 소결층내 온도를 저하시켜 소결광의 환원분화의 한 원인인 2차 헤마타이트의 생성이 많아지며 취약한 칼슘페라이트를 생성시켜 환원분화강도를 악화시키는 결과를 가져온다.

그러므로 미분 석회석의 사용비가 높을 경우 칼슘페라이트의 과다생성으로 인하여 오히려 환원분화강도에 악영향을 미치며 반응부중의 CaO 중량에 의한 용액 생성온도의 저하에 따라 과다한 용액이 생성되어 통기성의 악화를 초래하여 생산성이 저하되는 등의 악영향이 나타났다. 소결광의 조직중 50% 이상을 차지하는 2차 생성광물인 칼슘페라이트는 종래 단순히 그 생성량의 증대에 따라 환원분화강도를 향상시키는 것으로 알려져 왔으나 본 발명자는 여러 가지 형태의 칼슘페라이트의 특성을 조사하여 칼슘페라이트 조직중의 성분 고용량에 따라 환원분화강도가 차이가 있음을 발견하였다.

즉, 출발물질의 조성을 달리한 소결실험에서 각 조성별 생성칼슘페라이트를 EPMA 분석으로 각 성분의 고용도를 조사한 결과 제1도와 같이 출발물질의 조성중 CaO 함량이 높을 경우 생성된 칼슘페라이트중의 Fe₂O₃고용도가 증가되며 따라서 환원시 환원속도의 증가등으로 인하여 환원분화강도가 저하됨을 알았다.

그리고, 제2도와 같이 SiO₂가 증가될 때에는 그와는 반대로 생성칼슘페라이트중의 Fe₂O₃고용도는 저하됨을 알았다. 이러한 점에 근거하여 출발물질이 되는 소결배합원료의 미분반응부중의 CaO 함량을 감소시키기 위하여 1㎜ 이상의 조립석회석을 사용하고 미분석회석은 결합제를 사용하여 미리펠릿으로 제조하여 소결원료로 사용하였으며 SiO₂원은 세립으로하여 사용하는 것을 착안하였다.

그러므로 소결배합원료중 실제반응이 일어나는 미분부(1㎜이하)중의 CaO 함량의 감소에 의해서 칼슘페라이트중의 Fe₂O₃고용량의 감소에 의해 높은 임계분화강도를 갖는 칼슘페라이트를 생성시키며 또한 소결층내의 용융생성온도가 높아짐에 따라 층내 온도의 상승 및 냉각속도가 빨라지며 층내 최고도달온도도 상승된다.

따라서, 환원분화강도에 유리한 조직의 생성량이 증가되기 때문에 환원분화강도가 개선된다. 소결시간은 용액 생성량에 큰 영향을 받기 때문에 단축되다.

또, 원료미부분부중 SiO₂함량이 증가되면 마그네타이트 및 슬라그의 증가됨에 따라 환원분화 강도가 개선된다. 그러므로 SiO₂원의 미분화에 의해서 소결반응부중 SiO₂함량을 증가시키면 상기와 같은 효과가 나타난다.

그러나 반응부의 CaO 함량이 높을 경우에는 SiO₂원의 세립화효과는 감소되므로 미분부중 CaO 함량을 감소시키면 SiO₂원의 세립화 효과가 더욱 증대된다.

따라서 SiO₂의 세립화와 동시에 반응부의 CaO 함량의 감소가 필요하다.

또한, 상기한 소결원료의 점결제로서, 스텐레스부원료더스트의 사용으로 극미분인 더스트의 입도에 의한 영향과 함유성분의 영향으로 적정용액량의 확보 및 의사입자의 점결제역할을 함에 의한 배합원료의 의사 입화성의 개선으로 상온강도의 향상 및 소결시간의 단축효과와 폐기 더스트를 활용함으로서 공해문제도 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같은 본 발명은 소결광의 주요 구성조직인 칼슘페라이트의 생성에 있어서 배합원료중 반응이 일어나는 1㎜ 이하의 미분부중의 CaO 함량의 저하 및 SiO₂함량의 증가에 의해 생성 칼슘페라이트의 임계분화강도가 향상되는 효과 및 층내 최고도달온도의 상승으로 인하여 소결광중 FeO 함량의 증가에 따라 환원분화강도가 향상되며 과다용액 생성의 억제 및 이때 더스트의 첨가에 의한 의사입화성의 향상효과를 기초로 창안된 것이다.

이하 본 발명을 실시예에 따라 보다 상세히 설명한다.

[실시예 1]

조성에 따른 소결반응을 조사하기 위하여 CaO 및 SiO₂함량을 변화시켜 용융온도를 측정하였으며 그 결과를 제3도에 나타내었다. 제3도에 의하면 용융온도는 조성중 SiO₃함량이 높아질수록 상승되고 있으며 소결광조성상당 범위에서는 SiO₂성분은 그 물질의 융점을 높이는 것을 알 수 있다.

그러나, 염기도가 일정할 경우는 SiO₂함량이 높아져도 용융온도는 낮아지고 있으며 이것은 CaO함량의 증가로 인하여 실제 용융온도는 저하됨을 알 수 있다.

[실시예2]

소결성에 미치는 규사 및 석회석 입도의 영향에 대해서 소결와실험을 실시하였으며, 그 결과를 제4도에 나타내었다.

하기 표 1은 본 실험에 사용한 철광석소결원료의 배합비를 나타낸 것이며 하기표 2는 하기표 1의 소결원료를 소결한 소결광의 성분을 나타낸다.

소결와실험은 원료의 사용광종과 배합비를 고정시켜 전체조성을 일정하게 고정시키고 부원료의 입도만을 변화시켜 미분부조성을 조정하여 실시하였다.

제4도에 나타난 바와 같이, 미분부중의 CaO 함량의 감소 즉, 석회석중 1㎜ 이하의 미분석회석비를 95%(CaO : 15.0%)에서 50%(CaO : 10.2%)로 저하시키면 환원분화강도가 향상됨을 알 수 있다.

이것은 미분비의 감소 및 융액 생성반응에 의해 소결층내의 통기성이 좋아지기 때문에 층내 온도의 승온 및 냉각속도가 빨라지며 층내 최고도달온도도 상승된다.

그리고 석회석 입자의 조립비가 증대되면 미분반응부중의 CaO 함량이 감소되어 생성조직중의 칼슘페라이트량이 감소되며 유리질 슬라그의 양이 증가되기 때문에 환원분화강도에 영향을 미친다.

그리고 이때 생성되는 칼슘페라이트중 Fe₂O₃고용량은 CaO량이 감소되면 낮아지며 이에따라 환원시의 팽창도 감소되어 상대적으로 강고한 칼슘페라이트가 생성되는 것으로 생각된다.

또한 융액량의 감소에 따라 소결층내의 통기성이 향상되므로 흡인풍량이 증가하여 화염진행속도도 빨라지기 때문에 소결시간은 단축됨을 알 수 있다.

배합원료중 규사의 입도를 조정하여 규사 1㎜ 이하의 입도비를 0%에서 100% 증가시켰을 때 미분부중의 SiO₂함량비는 5%에서 7%로 증가된다.

원료미분부중의 SiO₂함량이 증가되면 환원분화강도가 높은 조직이 형성되어 환원분화강도의 개선효과가 있었으나 SiO₂세립화효과는 CaO의 함량이 증가되면 현저히 감소됨을 알 수 있다.

그리고, 미분부중의 SiO₂량의 증가는 원료의 용융온도를 상승시키므로 미분량의 증가에도 불구하고 소결시간은 오히려 단축된다.

[표 1]

[표 2]

[실시예3]

이상의 실험결과에 근거하여 본 발명의 효과를 확인하기 위하여 각 조건별로 소결와실험을 실시하였다.

본 실험에 사용한 각종 원료들의 배합비는 표 1과 동일하게 하였으며 이 배합원료를 사용하여 소결와실험을 했을때의 각종 소결성상을 제5도에 나타내었다.

그리고, 첨가한 스테인레스강 제조공정에서 발생된 부원료 더스트의 화학조성은 하기 표 3과 같다.

제5도에 나타난 바와 같이, 종래법에 비하여 비교예 1의 SiO₂만 세립으로 한 경우 또는 비교예 2의 CaO 만 조립을 사용한 경우 모두 RDI는 개선되었다.

그러나 세립 SiO₂및 조립 CaO를 복합적으로 사용한 실시예 1의 경우는 상기 작용에 의해서 RDI는 더욱 개선된 결과를 나타내었다. 그러나 이 경우 적정 융액량의 미확보로 상온강도는 저하되므로 여기에 석회석의 1㎜ 이하의 미분을 벤토나이트와 수분을 첨가하여 1-3㎜의 미니펠릿으로 만들어 배합하여 사용한 실시예 2의 경우 상온강도의 향상이 나타났으며, RDI도 종래방법에 비하여 개선되었다. 소결시간은 각 경우 공히 종래방법에 비해 단축되고 있으며 석회석 미분을 미니 펠릿으로 조립하여 사용한 실시예 2의 경우는 실시예 1의 경우에 비해서 길어졌으나 상온강도는 향상되었다.

그리고 층내 온도의 상승에 의해서 소결광 제조공정의 주요관리인자로 관리되고 있는 소결광중 FeO 함량도 증대되므로 연료절감효과도 기대된다.

또, 스테인레스 부원료 더스트를 첨가량을 변화시키면서 소결원료와 혼합하여 의사입화시킨 결과 극미분인 더스트의 입도에 의한 효과와 더스트중에 다량 포함되어있는 생석회의 효과에 의해 소결원료의 의사 입화를 촉진시키는 효과가 있었으며 그 첨가량은 3% 이상에서 현저한 의사입화 효과가 나타났다.

더스트를 첨가하여 소결한 실시예 3의 경우는 RDI가 현저히 개선됨을 알 수 있으며 의사입화 촉진작용으로 소결시간도 단축되며 상온강도도 증가되는 경향을 나타냈다.

이는 더스트의 첨가에 의해 소결층의 통기성을 개선시켜 냉각시 마그네타이트가 산화되는 것을 억제하며 동시에 코크스의 연소효율이 향상되어 융액생성의 용이로 인하여 강도가 증가되는 것으로 생각되며 또 일부 함유하고 있는 금속성분이 소결중에 산화되면서 발열반응을 일으켜 소결열량측면에서도 유리할 것으로 추정된다.

[표 3]

상술한 바와 같이, 본 발명은 상온강도를 유지하면서 환원분화강도 및 생산성이 우수한 소결광을 제조하기 위하여 부원료의 첨가량을 증가시키지 않고도 부원료의 사전처리 및 더스트를 활용함으로서 각각 10.6%, 9.3%의 환원분화강도의 향상 및 소결시간 단축효과를 갖는 것이다.

Claims (2)

1. 중량%로, 75-85%의 철광석, 10-20%의 석회석, 5% 이하의 규사 및 50% 이하의 사문암을 함유하는 소결배합원료와 소결원료의 점결제를 사용하여 철광석 소결광을 제조하는데 있어서, 상기 소결배합원료중 CaO 원인석회석중 1㎜ 이상의 조립은 배합원료로 직접 사용하고, 1㎜ 이하의 미분석회석은 벤토나이트, 시멘트등의 결합제와 혼합하여 미니펠릿으로 만들어 사용함과 동시에 규사, 사문암등의 SiO₂원의 입도를 1㎜ 이하의 미분으로 미세화시키는 것을 특징으로 하는 철광석 소결원료의 사전처리방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 소결원료의 점결제는 스테인레스강 제조공정의 폐기물인 부원료더스트임을 특징으로 하는 철광석 소결원료의 사전처리방법.

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