KR100380741B1

KR100380741B1 - 소결배합원료의조립방법

Info

Publication number: KR100380741B1
Application number: KR10-1998-0052145A
Authority: KR
Inventors: 김태동
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2003-09-19
Also published as: KR20000037536A

Abstract

본 발명은 소결배합원료를 소정의 크기로 입자화하여 소결기로 공급하는 방법에 관한 것이며; 그 목적은 소결배합원료를 입자화하는 공정에서 연료물질의 분포를 조절함으로써 생산성 및 품질이 우수한 소결광을 제조할 수 있는 소결배합원료의 조립방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은,

철광석조, 부원료조, 반광조, 연료조에 장입된 소결배합원료를 1차조립기와 2차조립기를 통해 조립하고 이를 소결기로 공급하여 소결광을 제조하는 방법에 있어서,

상기 연료조에 수용된 연료중 미분코크스를 제외한 상기 소결배합원료를 1차조립기에 투입하여 조립하고, 이 조립입자를 2차조립기에 공급하면서 상기 미분코크스를 투입하여 최종 조립하는 것을 포함하여 이루어지는 소결배합원료의 조립방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다. 본 발명에 따라 소결배합원료를 조립하면 미세한 미분코크스가 조립입자의 표층부에 부착되기 때문에 조립입자의 입도가 증가되고 통기성이 개선되어 생산성 및 강도가 향상되는 효과가 있다.

Description

소결배합원료의 조립방법{METHOD FOR GRANULATION OF SINTER MIXTURE}

본 발명은 소결배합원료를 소정의 크기로 입자화하여 소결기로 공급하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소결배합원료를 입자화하는 공정에서 입자로 조립되는 연료물질의 분포를 조절함으로써 생산성 및 품질이 우수한 소결광을 제조할 수 있는 소결배합원료의 조립방법에 관한 것이다.

고로제선공정시 철원으로 이용되는 소결광은 연속식인 DL(Dwight & Lioyd)식 소결기에 의해 주로 제조되고 있다. 이 DL식 소결기를 이용한 소결공정은 철광석을 주체로 한 조립입자를 소결대차에 충전한 후 표층부층의 조립인자에 포함된 연료물질을 점화로에서 착화시킨 후 대차의 아래 방향으로 공기를 흡인함으로써 충전층내 조립입자중의 연료를 연소시켜 분상 철광석을 소결한다. 이러한 소결공정은, 분상 철광석을 일정한 크기와 강도를 갖는 고로 장입물인 괴상화물로 제조하는 가장 일반적인 철광석 사전 처리법이다.

소결광을 제조하기 위한 원료로는 철광석류, 부원료(용제류) 및 연료등이 사용되고 있다. 철원으로는 대체적으로 입경이 10mm이하인 분상의 철광석과 크기가 작아서 다시 소결처리해야 하는 미세한 소결광인 반광이 사용된다. 용제는 철광석입자들이 용융되어 서로 잘 결합되도록 이들 입자들이 녹는 온도를 낮추는 역할을 하는 것으로, 화학성분으로는 각각 CaO, MgO, SiO₂를 함유하고 있는 석회석, 백운석 사문암, 규사등을 사용한다. 또한, 연료 물질로는 주로 분코크스나 무연탄분이 사용되며, 이외에도 코크스를 제조하는 과정에서 부산물로 발생되는 미세한 입도의 미분코크스를 일정 비율로 사용하기도 한다. 이 미분코크스는 코크스 오븐에서 배출되는 적열상태의 코크스를 냉각시키는 과정에서 발생되는데, 물로 냉각시킬 경우에는 침전지에서 걸러내게 되고, 공기로 냉각시킬 경우에는 백필터에서 포집하게 된다. 이외에 이들 원료를 일정한 크기로 조립할 때 결합제를 첨가하는데 결합제로는 생석회[CaO]나 소석회[Ca(OH)₂]가 사용된다.

일반적인 소결조업에서 사용하는 원료들의 상한 크기는 철광석이 약 10mm이하, 석회석이 약 5mm이하, 사문암, 규사, 생석회는 약 3mm이하, 분코크스나 무연탄은 약 5mm이하로, 이들 배합원료는 일정비율로 사용되며, 그 평균입경은 약 1.5∼3mm정도이다. 이들 소결원료들을 소결기에 직접 장입하는 경우에는 소결층내에서 연료(코크스)가 연소될 수 있는 통기성을 악화시켜 정상적인 소결을 어렵게 한다. 따라서, 통상적으로 2기의 조립기로 구성된 조립단계에서 물을 첨가하고 분말상 원료들을최종적으로 조립하여 평균입경이 약 2∼4mm에 달하는 습윤입자로 조립하고, 이 습윤의 조립입자를 소결기로 공급하여 소결광을 제조하고 있다.

이러한 소결배합원료의 연료들에 대한 입도분포의 일례가 표 1에 나타나 있다.

구분	소결원료의 입도분포(단위: 중량%)
구분	+5mm	+3mm	+1mm	+0.5mm	+0.25mm	+0.125mm	-0.125mm	평균입경(mm)
분코크스	3.2	11.0	49.8	16.1	8.0	5.7	8.2	1.77
미분코크스(1)	0.8	5.8	13.4	21.2	19.2	25.4	14.2	0.84
미분코크스(2)	0.4	0.7	3.3	6.2	5.8	26.2	57.4	0.27
미분코크스(1)은 코크스공장에서 물로 냉각하는 과정에서 발생한 부생물미분코크스(2)는 코크스공장에서 공기로 냉각하는 과정에서 발생한 부생물

소결공정에서 주연료로 사용되는 분코크스의 평균입경은 약 1.5∼2.5mm의 범위로, 표 1에는 그 예로 분코크스의 평균입경이 1.77mm이다. 무연탄분의 경우에도 그 입경은 분코크스와 동일하게 관찰된다. 그러나, 코크스공장에서 부산물로 발생하는 미분코크스는 물로 냉각하는 과정에서 발생하는 경우[미분코크스(1)]나 공기로 냉각하는 과정에서 발생하는 경우[미분코크스(2)] 모두 그 입도가 너무 작기 때문에 전체 소결연료로 사용하는 미분코크스의 비율이 커질수록 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 현상은 배합원료중 미분입자의 비율이 높아지면서 타원료와의 조립성이 떨어지는 것에 기인하기도 하고 또한, 조립된 입자중 미분코크스와 분철광석 미분이 조립입자의 부착층에 주로 존재할 경우 연소성이 저하되는 것에 기인한다고도 생각할 수 있다.

소결기에 장입되는 미분입자에 의한 생산성 저하를 방지하기 위한 기술로는 크게 1) 배합원료나 배합방법을 제어하여 조립입자의 입경을 크게 하는 방법과 2) 조립설비를 보강하여 조립입자의 입경이나 강도를 개선하는 방법이 있다.

1) 조립입자의 입경을 크게 하는 방법으로는, 먼저, 배합원료중 미분의 양을 제한함으로써 배합원료의 평균입경을 일정수준으로 유지하는 방법이 있는데, 이 방법은 미분코크스를 효과적으로 이용하는 기술로는 볼 수 없다. 다른 방법으로, 드럼믹서에 첨가되는 수분의 양을 최적화하여 조립입자의 입경을 증가시키는 방법이 있으나, 조립입자에 수분이 많아져 소결광의 제조시 열량손실이 크다. 또 다른 방법으로, 결합제로 사용되는 생석회를 최대 약 2%까지 배합함으로써 조립입자의 입경과 강도를 개선하는 방법이 있으나, 이 방법은 결합제가 비싸 비경제적이다.

2) 이와는 달리, 미분 코크스의 연소성을 개선하기 위하여 조립입자 표층부에 연료물질을 분포시키는 방법이 제안된 바 있다(일본 공개특허공보 95-97639). 기 제안된 방법은 소결공정중 드럼믹서(조립기) 전단계에 고속 회전날개가 내장된 교반믹서를 채용하는 것으로, 이 고속교반 믹서에 연료를 제외한 배합원료를 투입하여 혼련한 후 통상적인 드럼믹서에서 혼련한 원료와 미분연료를 투입하여 조립하는 방법이다. 이 방법은 조립된 입자의 표층부에 미분연료가 분포하므로 조립입자의 연소성이 개선되어 결과적으로 소결성이 향상되는 효과가 기대되나, 별도의 설비를 갖추어야 하는 단점이 있다.

또 다른 방법으로, 미분 코크스를 별도의 설비에서 조립하여 사용하는 방법이 제안된 바 있다(Testsuto-Hagene,1986년, S816). 이 방법은 미분 코크스분을 별도의 조립기에서 5∼6mm의 크기로 조립한 다음 통상적인 드럼 믹서에서 다른 배합원료와 혼합하여 사용함으로써 최종 조립입자의 평균입경을 증가시켜 소결성을 개선하는 특징이 있으나, 역시 별도의 설비를 갖추어야 하는 단점이 있다.

이에, 본 발명자는 기존의 조립설비를 그대로 이용하면서도 조립입자중 미분코크스의 분포를 조절할 수 있는 방법을 강구하던 중, 소결배합원료에 첨가하는 통상의 분코크스와 미분코크스의 첨가시점을 달리할 경우 최종 조립입자중 미분코크스의 분포상태를 변화시킬 수 있으리라는 가정에 착안하고 일련의 실험을 통해 그 성과를 확인하고, 본 발명을 제안하게 이르렀다.

본 발명은 기존의 소결설비를 그대로 이용하면서 분코크스 또는 무연탄의 연료는 소결배합원료로 조립입자화하고 미세한 미분코크스는 조립입자의 표층부에 분포시킴으로써, 소결조업시의 생산성 및 소결광의 회전강도를 개선하는데 그 목적이 있다.

도 1은 소결공정도로서

도 1(a)는 종래의 소결배합원료의 조립공정도

도 2(b)는 본 발명에 따라 소결배합원료를 조립하는 공정의 일실시도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소결배합원료 조립방법은,

상기 연료조에 수용된 연료중의 미분코크스를 제외한 상기 소결배합원료를 1차조립기에 투입하여 조립하고, 이 조립입자를 2차조립기에 공급하면서 상기 미분코크스를 투입하여 최종 조립하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 소결배합원료의 조립방법을 도 1를 통해 상세히 설명한다.

기존의 통상적인 소결광 제조공정은, 도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 철광석조, 부원료조, 반광조 및 연료조에서 일정한 비율로 배출된 배합원료를 벨트 컨베이어 위에 쌓은 상태로 이송하고, 여기에 생석회를 첨가한 후 1차 조립기(예를 들어 드럼믹서)에 투입하였다. 이 1차 드럼믹서내에서는 믹서의 회전에 의해 배합원료를 혼합하면서 믹서 상부에서 물을 살수하여 원료입자를 조립한다. 1차 드럼믹서에서 배출되는 조립입자는 미조립 분말 원료의 추가적인 조립 및 조립입자의 강도 개선을 위해 2차 드럼믹서로 투입되어 다시 추가적인 물의 살수가 이루어지면서 다시 전동에 의한 최종 조립이 이루어진다. 이 최종으로 조립된 습윤상태의 조립입자는 소결기에 장입된후 정화와 소결반응을 거쳐 소결광으로 제조된다.

이와 같이 통상의 소결공정에서 배합원료중 연료를 저장하는 연료조는 통상 2개로 구성되어 있으며, 이 연료조에는 분코크스나 무연탄분 그리고 미분코크스가 별도의 구분없이 저장되어 있는 상태에서 벨트 컨베이어 위로 이들 연료가 배출된다.

본 발명은 도 1(b)에 그 일실시예가 나타난 바와 같이, 미분코크스를 분코크스나 무연탄분과는 분리하여 2차조립기로 공급하는데, 이를 위해 연료조가 2기의 경우 미분코크스를 별도의 연료조(2)에 구분하여 장입한다. 별도의 연료조(2)에 장입된 미분코크스를 제외하고 요구되는 소결배합원료를 1차 조립기에 투입하여 소결배합원료를 1차적으로 조립한다. 이 후 1차 조립된 소결배합원료를 2차 조립기에 투입할 때 별도로 저장되어 있던 미분코크스를 함께 투입하여 전동 조립한다. 일실시예로 본 발명에 따라 2차 조립기에 투입하는 미분코크스는 전체 연료중의 10-30중량%로 하는 것이 바람직한데, 이는 생산성 및 회전강도가 이 조건에서 크게 향상되기 때문이다.

본 발명에 따라 1차 조립된 소결배합원료와 함께 미분코크스를 2차조립기에 투입하여 진동조립하면, 미분코크스가 조립입자의 표층부에 부착되므로, 조립입자의 입경도 기존의 방법 보다 증가하는 효과가 있다. 또한, 표층부에 존재하는 미분코크스 때문에 조립입자의 연소성이 개선되어 소결생산성이 향상되는 결과가 얻어지게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

소결광을 제조하기 위한 각종 원료의 배합비율은 아래 표 2와 같다.

분철광석	부원료	소결반광	연료
종류	A	B	C	D	E	석회석	사문암	규사	생석회
중량%	13.0	12.0	19.8	14.0	3.0	11.3	1.7	0.7	1.5	19.2	3.8
A:호주산의 해머슬리 강석, B:호주산의 마운틴 뉴먼광석, C:호주산의 얀디쿠지나 광석, D:브라질의 엠비알 광석, E:카나다의 캐럴 레이크광석

표 2와 같이, 배합원료중 연료의 첨가비율은 모든 조건에서 3.8%로 일정하게 하였으나, 연료의 종류에 따른 사용비율은 아래 표 3에 나타낸 바와 같이, 분코크스, 무연탄, 미분코크스(1)과 미분코크스(2)를 소정의 비율로 변화시켜 첨가하였다. 여기서 미분코크스(1)과 (2)는 상기 표 1에 기재된 것을 이용하였다.

아래 표 3에 나타낸 바와 같이, 실험번호 1∼7까지의 배합원료에 대한 조립방법은 도 1(a)와 같이 기존의 통상적인 방법과 동일하게 전체 배합원료를 1차 드럼 믹서에서 혼합조립한 후 다시 2차 드럼 믹서에서 진동조립을 완료한 후 소결포트에서 소결광을 제조하였다. 이에 반해, 실험번호 8∼14는 도 1(b)에 나타난 바와 같이, 소결연료중 분코크스, 혹은 분코크스와 무연탄을 다른 배합원료와 함께 1차 드럼믹서에서 혼합조립하였으며, 미분코크스(1)과 (2)의 적어도 1종이상을 1차 드럼믹서에서 배출된 조립입자와 함께 2차 드럼믹서에 투입하여 최종 전동조립을 실시한 후 소결광을 제조하였다.

소결광제조는 직경 200mm, 높이 600mm인 철제 포트를 이용하였고 2단계의 드럼믹서에서 최종적으로 조립된 조립입자를 소결 포트에 충전한 다음, 포트 상부에서 1050℃로 가열된 점화로로 2분간 점화한 후 포트 하부로 흡입하는 배기 부압을 100mmAq로 하여 소결반응을 진행시켰다. 포트에 장입된 원료가 하부 방향으로 소결이 진행되면 포트 하부로 배출되는 배가스의 온도가 상승하는데, 배가스의 온도가 최고치에 도달할때까지의 시간을 소결시간으로 하고 아래식에 의해 생산성을 산출하였다.

생산성(ton/day·m²)=(배광량)/(소결시간×포트단면적)

한편, 제조된 소결광의 품질로는 회전강도를 JIS M-8712에 규정된 방법에 준하여 산출하였다.

구분	비교예	발명예
실험번호	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
연료비율(%)	분코크스무연탄미분코크스(1)미분코크스(2)	100---	5050--	80-20-	80--20	403030-	4030-30	50201515	90-10-	90--10	80-20-	80--20	403030-	4030-30	50201515
생산성(ton/d·m2)	25.7	25.5	25.2	24.9	24.7	24.4	25.0	25.9	25.8	26.3	26.1	26.4	26.2	26.5
회전강도	74.9	75.1	74.1	73.8	74.5	73.0	74.1	75.0	74.9	75.3	75.2	76.0	75.8	75.3
비고	미분코크스를 포함한 소결배합원료를 1차드럼믹서에 투입	미분코크스를 2차 드럼믹서에 투입

표 3에서 알 수 있듯이, 소결원료로 미분코크스를 사용하지 않고 분코크스나 무연탄을 혼합사용하여 통상적인 조립방법으로 조립한 후 소결하는 비교예 1,2의 경우는 생산성이 25.5∼25.7ton/day·m²수준이었으나, 미분코크스류를 전체 연료중 20-30% 첨가한 비교예 3∼7의 경우에는 생산성이 24.4∼25.2ton/day·m²으로 현저하게 감소되었다. 한편, 기존의 소결조건으로 미분코크스를 사용하면 소결광의 대표적인 품질인 회전강도도 다소 저하하는 것으로 나타났다.

이와 같이 종래의 방법대로 소결연료로써 미분코크스를 사용하는 경우 생산성과 강도가 악화되는 원인은 다음과 같이 생각된다. 미분연료를 사용하면 전체 배합원료중 조립성을 저하시키는 미분 입자의 비율이 높아지기 때문에 최종 조립입자의 입도가 감소되고 따라서 소결포트내 조립입자 충전층에서의 통기성이 저하되기 때문인 것으로 생각된다. 일반적으로 소결과정에서 소결층내의 통기성이 저하되면 조립입자 내 탄소성분의 연소가 불량해져 소결층내 최고도달온도가 저하되기 때문에 소결원료중 용융되는 입자의 비율이 낮아져 강도가 취약해지고 따라서, 생산성이나 회전강도가 저하되는 것으로 알려져 있다.

한편, 미분코크스를 2차 드럼믹서에 첨가하는 실험번호 8∼14의 경우에는 비교적 굵은 입자로 구성된 분코크스나 무연탄이 철광석 및 부원료류와 1차적으로 조립입자를 형성한 다음에 미분코크스류가 1차 조립입자의 표층부에 부착되는 형태로 최종 조립을 완료하게 되므로 최종 조립입자의 입도가 개선될 뿐만 아니라, 조립입자중 탄소분이 연소되기 쉬운 상태로 존재하기 때문에 결과적으로는 소결성을 개선하는 효과가 나타나는 것이다. 이와 같이 미분코크스를 2차 드럼믹서에 첨가한 경우에는 동일한 연료첨가 조건에 비하여 생산성이 25.8∼26.5ton/day·m²으로 현저하게 개선되었으며, 또한 회전강도도 우수해지는 것으로 나타났다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 기존의 소결설비를 그대로 이용하면서 생산성이 현저하게 개선되고 소결광의 회전강도도 개선할 수 있는 소결배합원료의 조립방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

철광석조, 부원료조, 반광조, 연료조에 장입된 소결배합원료를 1차조립기와 2차조립기를 통해 조립하고 이를 소결기로 공급하여 소결광을 제조하는 방법에 있어서,

상기 연료조에 수용된 연료중의 미분코크스를 제외한 상기 소결배합원료를 1차조립기에 투입하여 조립하고, 이 조립입자를 2차조립기에 공급하면서 상기 미분코크스상기 배합원료의 전체연료중의 10~30중량%가 되도록 투입하여 최종 조립하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 소결배합원료의 조립방법.