KR101193275B1 - 예비 환원철의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

이 예비 환원철의 제조 방법은 제철 프로세스에서 발생하는 제철 더스트 및 철광석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 산화철 원료를, 소정의 수분 함유율까지 건조시키는 건조 공정과, 이 건조 공정 후의 상기 산화철 원료와, 소정 수분 함유율의 환원재를 혼합하여 혼합물을 얻는 혼합 공정과, 이 혼합 공정에서 얻어진 상기 혼합물을, 체하 80％ 입경으로 70㎛ 내지 500㎛까지 분쇄하는 분쇄 공정과, 이 분쇄 공정 후의 상기 혼합물의 수분 함유율을 조정한 후, 이 혼합물을 혼련하는 혼련 공정과, 이 혼련 공정 후의 상기 혼합물을 괴성화하여 괴성물로 하는 괴성화 공정과, 이 괴성화 공정에서 얻어진 상기 괴성물을 회전로상식 환원로에 의해 환원하여, 예비 환원철을 생성하는 생성 공정을 포함한다.

Description

예비 환원철의 제조 방법 {PROCESS FOR PRODUCING PRE-REDUCED IRON}

본 발명은 예비 환원철의 제조 방법에 관한 것이다.

본 출원은 일본에 있어서 출원된 일본 특허 출원 제2007-272552호를 기초 출원으로 하여, 그 내용을 여기에 도입한다.

입철(granular iron), 형철(molded pig iron), 제철소 스크랩 등의 고형 철을 함유한 냉재를 원료로 하는 전로 제강법이 알려져 있다. 이와 같은 전로 제강법에서는, 용해 전용 전로 및 정련 전용 전로에서 발생하는, 철분을 주성분으로 하는 더스트가 재이용되고 있다.

이러한 더스트를 원료로서 이용하기 위해, 집진한 더스트에 환원재를 혼합한 후에 혼련하고, 그 후, 괴성화 처리를 거쳐서 괴성물로 하고, 또한 그 후, 상기 괴성물을 환원하여 예비 환원철을 제조하는 것이 행해지고 있다. 예비 환원철의 성질은 괴성물의 성질에 의해 좌우되므로, 괴성물에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다.

예를 들어, 하기 특허 문헌 1에는 괴성물의 원료를 진동밀 내에서 배합 및 혼련하고, 또한 괴성물의 원료의 표면을 수분으로 덮음으로써, 예비 환원로인 회전로상식 환원로(Rotary Hearth Furnace)의 조업 과정에 있어서 깨지기 어려운 괴성물을 얻는 방법이 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2002-167624호 공보

특허 문헌 1에 기재된 상기 방법에서는, 괴성물 원료의 표면을 수분으로 덮기 위해, 진동밀 내에서 원료에 대해 가수(加水)를 행하여 수분 함유율을 조정할 필요가 있다. 그러나, 진동밀의 파쇄력이 수분 함유율에 좌우되므로, 진동밀의 파쇄력을 유지하기 위해, 수분 함유율의 조정에 대해 주의할 필요가 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 금속화율이 높고 성품화율이 향상된 예비 환원철을 제조하는 것이 가능한, 예비 환원철의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해, 이하의 수단을 채용하였다.

(1) 본 발명의 예비 환원철의 제조 방법은, 제철 프로세스에서 발생하는 제철 더스트 및 철광석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 산화철 원료를, 소정의 수분 함유율까지 건조시키는 건조 공정과, 이 건조 공정 후의 상기 산화철 원료와, 소정 수분 함유율의 환원재를 혼합하여 혼합물을 얻는 혼합 공정과, 이 혼합 공정에서 얻어진 상기 혼합물을, 체하(篩下) 80％ 입경으로 70㎛ 내지 500㎛까지 분쇄하는 분쇄 공정과, 이 분쇄 공정 후의 상기 혼합물의 수분 함유율을 조정한 후, 이 혼합물을 혼련하는 혼련 공정과, 이 혼련 공정 후의 상기 혼합물을 괴성화하여 괴성물로 하는 괴성화 공정과, 이 괴성화 공정에서 얻어진 상기 괴성물을 회전로상식 환원로에 의해 환원하여, 예비 환원철을 생성하는 생성 공정을 포함한다.

여기서, 상기 제철 프로세스에서 발생하는 제철 더스트로서는, 예를 들어 전로(轉爐) 더스트, 고로 더스트, 밀 스케일, 전로(電爐) 더스트 등을 들 수 있다. 또한, 상기 환원재로서는, 예를 들어 석탄, 코크스, 미립 카본 등을 들 수 있다.

(2) 상기 (1)에 기재된 예비 환원철의 제조 방법에서는, 상기 분쇄 공정 후의 상기 혼합물의 입경이, 체하 80％ 입경으로 150㎛ 내지 300㎛의 범위 내라도 좋다.

(3) 상기 (1)에 기재된 예비 환원철의 제조 방법에서는, 상기 분쇄 공정 후의 상기 혼합물의 수분 함유율이, 1％ 내지 3％의 범위 내라도 좋다.

(4) 상기 (1)에 기재된 예비 환원철의 제조 방법에서는, 상기 혼련 공정에서, 분쇄 후의 상기 혼합물의 수분 함유율이, 6％ 내지 8％로 될 때까지 가수를 행해도 좋다.

본 발명에 따르면, 금속화율이 높고 성품화율이 향상된 예비 환원철을 제조하는 것이 가능하다.

도 1은 전로 제강의 흐름을 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 산화철 원료의 입경과 예비 환원철의 금속화율의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 3은 산화철 원료의 입경과 환원 전 타블렛의 압괴 강도의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 4는 볼밀 처리 속도와 분쇄비의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 5는 산화철 원료의 수분 함유율과 볼밀 출구측 입경의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 예비 환원철의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본원의 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여하여 그 중복 설명을 생략한다.

우선, 도 1을 참조하면서, 회전로상식 환원로에 의해 괴성화 환원철을 제조하는 방법의 일례로서, 전로 제강을 사용한 경우에 대해 상세하게 설명한다. 도 1은 전로 제강의 흐름을 설명하기 위한 설명도이다.

또한, 이하의 설명에서는, 산화철 원료로서, 제철 더스트인 전로 더스트를 사용하는 경우에 대해 설명하지만, 하기의 예로만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 철광석이나, 고로 더스트, 밀 스케일, 전로 더스트 등의 다른 제철 더스트를, 산화철 원료로서 이용해도 좋다.

도 1에 도시한 바와 같이, 전로 제강은 제1 용해용 전로인 철을 함유한 냉재 용해용 전로(10)와, 탈황 설비(20)와, 정련용 전로(30)와, 습식 집진 장치(40)와, 필터 프레스(50)와, 괴성화 장치(60)와, 건조로(70)와, 예비 환원로(80)와, 제2 용해용 전로인 환원철 용해용 전로(90)를 주로 사용하여 실시된다.

철을 함유한 냉재 용해용 전로(10)에서는, 입철, 형철, 제철소 발생 스크랩 등의 고형 철을 함유한 냉재가 공급되고, 예를 들어 산소 상취 랜스(top blown lance)로부터 불어 들어온 산소와, 저취 노즐(bottom blown nozzle)로부터 질소 가스 등이 캐리어 가스로서 불어 들어온 석탄을 사용하여, 이들의 고형 철을 함유한 냉재를 용해한다. 얻어진 용선(溶銑)은 레이들 등에 의해, 후술하는 탈황 설비(20)로 반송된다. 또한, 용선과 함께 발생하는 전로 더스트는 후술하는 습식 집진 장치(40)에 의해 집진되어 재이용된다.

탈황 설비(20)는 철을 함유한 냉재 용해용 전로(10)나 후술하는 환원철 용해용 전로(90)에서 생성된 용선을 탈황한다. 탈황 설비(20)로서는, 예를 들어 KR(Kanbara Reactor)이나 인젝션 등을 사용하는 것이 가능하다. 탈황된 용선은 후술하는 정련용 전로(30)로 반송된다.

정련용 전로(30)는, 예를 들어 상하취 전로(top and bottom blown converter) 등이고, 공급된 산소를 사용하여 탈황된 용선의 탈탄 처리를 행한다. 탈탄 처리가 이루어진 용선은 조용강(molten crude steel)으로서 이용된다. 또한, 정련용 전로(30)로부터 발생하는 전로 더스트는 습식 집진 장치(40)에 의해 집진되어 재이용된다.

습식 집진 장치(40)는, 예를 들어 OG(Oxygen converter Gas) 방식을 이용한 집진 장치이고, 철을 함유한 냉재 용해용 전로(10), 정련용 전로(30) 및 환원철 용해용 전로(90)로부터 발생한 전로 더스트를 집진한다. 집진된 전로 더스트는 필터 프레스(50)로 반송된다.

필터 프레스(50)는 습식 집진 장치(40)에서 집진된 전로 더스트에 탈수 처리를 실시한다. 습식 집진 장치(40)에서 집진된 전로 더스트는 필터 프레스(50)에 의해 수분 함유율이 20％W.B.(Wet Base) 정도까지 탈수된다. 탈수 처리가 실시된 전로 더스트는 괴성화 장치(60)로 반송된다.

탈수 처리가 실시된 전로 더스트는 괴성화 장치(60)까지 반송되는 동안에, 환원재로서 석탄 등의 탄재가 첨가되고, 괴성화 장치(60)에 장입된다. 괴성화 장치(60)는 환원재가 첨가된 전로 더스트를 괴성화하여, 예를 들어 펠릿과 같은 괴성물로 한다. 여기서, 괴성물이라 함은, 펠릿, 브리켓, 압출 성형하여 재단한 성형품, 입도 조정된 괴상물 등의 입상물ㆍ괴상물을 말한다. 괴성화 장치(60)에서는, 후술하는 건조ㆍ가열 환원 후, 열간으로 환원철 용해용 전로(90)에 장입할 때, 노 내 상승 가스류에서 비산하지 않을 정도의 입경 이상의 크기가 되도록, 전로 더스트를 괴성화한다. 생성된 괴성물은 건조로(70)로 장입된다.

건조로(70)는 괴성물을 건조시켜, 후술하는 가열 환원 공정에 적합한 수분 함유율(예를 들어, 1％W.B. 이하)로 되도록 한다. 소정의 수분 함유율로 된 괴성물은 예비 환원로(80)로 반송된다.

예를 들어, 회전로상식 환원로(RHF)와 같은 예비 환원로(80)에서는, 장입된 괴성물을 공기-LNG 버너 가열 분위기에서 가열 환원하여, 예비 환원철로 한다. 제조된 예비 환원철은, 예를 들어 고온 펠릿의 상태이고, 환원철 용해용 전로(90)에 장입된다. 환원철 용해용 전로(90)로의 장입은, 제조한 예비 환원철을 일괄 또는 통합하여 장입하고, 그 후에 산소, 석탄 등을 장입해도 좋고, 산소, 석탄이 공급되어 있는 환원철 용해용 전로(90)에 순서대로 장입해도 좋다.

환원철 용해용 전로(90)는, 예를 들어 고온 펠릿의 상태로 공급되는 예비 환원철을 용해하여, 용선으로 한다. 생성된 용선은 레이들 등을 사용하여 전술한 탈황 설비(20)로 반송된다. 또한, 용선과 함께 발생하는 전로 더스트는 전술한 습식 집진 장치(40)에서 집진되어 재이용된다.

본 발명의 일 실시 형태에 관한 예비 환원철의 제조 방법은 습식 집진 장치(40)에서 집진되어 필터 프레스(50)에서 탈수 처리가 실시된 전로 더스트 등의 산화철 원료를 사용하여, 전술한 괴성화 장치(60)로부터 예비 환원로(80)까지의 공정에서 행해지는 처리에 관한 것이다.

<산화철 원료에 대해>

계속해서, 도 2 내지 도 4를 참조하면서, 전술한 전로 제강에 있어서 발생하는 전로 더스트를 포함하는 산화철 원료에 대해, 상세하게 검토한다. 이하의 설명에서는 산화철 원료의 분쇄에 사용하는 분쇄기로서, 진동밀의 일종인 볼밀을 사용하는 경우에 대해 설명하지만, 본 발명에 관한 예비 환원철의 제조 방법이, 이하의 경우로만 한정되는 것은 아니다.

도 2는 산화철 원료 입경과 예비 환원철의 금속화율의 관계를 설명하는 그래프이다. 도 3은 산화철 원료 입경과 환원 전 타블렛의 압괴 강도의 관계를 설명하는 그래프이다. 또한, 도 4는 볼밀 처리 속도와 분쇄비의 관계를 설명하는 그래프이다.

(산화철 원료의 입경차에 의한 환원성의 평가)

산화철 원료의 입경차에 의한 환원성의 평가를 행하기 위해, 실제로 타블렛을 제조하여, 전기로에서 환원을 행하였다. 얻어진 결과를 도 2에 나타낸다. 도 2는 환원용 탄재를 포함하는 산화철 원료의 입경과, 산화철 원료를 가열 환원함으로써 얻어진 예비 환원철(DRI : Direct Reduced Iron)의 금속화율의 관계를 나타내고 있다. 환원용 탄재는, 예를 들어 석탄, 코크스, 타이어 건류 시의 잔사로서 발생하는 미립 카본 등이다. 도 2를 참조하면, 예비 환원철의 금속화율은 산화철 원료의 입경이 작아질수록 향상되어 가지만, 150 ㎛ 이하로 되면, 금속화율은 반대로 악화되어 가는 것을 알 수 있다. 이는, 입경이 작아짐에 따라서 산화철 원료의 반응 계면적이 증대되어, 환원 속도가 상승하기 때문이다. 그러나, 환원 반응의 진행에 수반하여 CO 가스가 발생하므로, 입경이 극도로 작아지면, 가스 발생 시의 내부 압력에 견딜 수 없어 폭열해 버린다. 그로 인해, 환원성을 나타내는 금속화율이 저하된다고 생각된다. 다양한 검증의 결과, 입경이 150㎛ 미만으로 되면, 폭열의 위험성이 높아지고, 입경이 70㎛ 이하로 되면 폭열할 가능성이 극히 높아지는 것을 알 수 있었다.

이 결과로부터, 산화철 원료의 입경을, 예를 들어 70㎛ 내지 500㎛로 함으로써, 금속화율의 편차가 6％ 정도 이하로 되는 고금속화율의 예비 환원철을 제조할 수 있고, 입경의 하한을 70㎛로 함으로써, 예비 환원철의 폭열을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 산화철 원료의 입경을, 예를 들어 150㎛ 내지 300㎛로 함으로써, 금속화율의 편차가 3％ 정도 이하로 되는 고금속화율의 예비 환원철을 제조할 수 있고, 입경의 하한을 150㎛로 함으로써, 예비 환원철의 폭열을 회피할 수 있는 것을 알 수 있었다.

이와 같이, 산화철 원료의 입경을, 예를 들어 70㎛ 내지 500㎛, 보다 바람직하게는 150㎛ 내지 300㎛로 함으로써, 고금속화율이고 또한 금속화율의 편차가 6％ 정도 내인 예비 환원철을 제조할 수 있다.

(산화철 원료의 입경차에 의한 조립성의 평가)

계속해서, 산화철 원료의 입경차에 의한 조립성(造粒性)에 대해 평가하기 위해, 실제로 타블렛을 제조하여, 압괴 강도를 측정하였다. 얻어진 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3은 환원용 탄재를 포함하는 산화철 원료의 입경과, 이 산화철 원료를 사용하여 제조된 환원 전 타블렛의 압괴 강도의 관계를 나타내고 있다. 도 3의 종축은 환원 전 타블렛의 압괴 강도를 kgf 단위로 나타내고 있다. 1kgf는 약 9.8N이다.

환원 전 타블렛의 압괴 강도의 측정은 이하의 방법에 의해 행하였다.

우선, 소정의 입도로 조정한 산화철 원료와 환원용 탄재를 혼합하여, 수분을 7％로 조정한 후에, 프레스에 의해 대략 원기둥 형상의 타블렛을 성형하였다. 성형한 타블렛의 크기는 30㎜φ × 15㎜이다. 계속해서, 성형한 타블렛을 압괴 강도 시험기(프레스)에 설치하여, 타블렛 압괴 시의 프레스 하중(즉, 압괴 강도)을 측정하였다. 상기 타블렛을, 기둥 측면이 연직 방향을 향하도록 압괴 강도 시험기에 적재(환언하면, 기둥 측면의 일부가 압괴 강도 시험기와 접하도록 적재)하여, 타블렛의 상방으로부터 기둥 측면에 대해 연장 방향 하방향의 압력을 가하였다.

도 3에 도시한 바와 같이, 실제로 제조한 타블렛의 압괴 강도는 산화철 원료의 입경이 200㎛ 근방에서 최대치를 취하는 것을 알 수 있다. 이 결과는 전로 더스트의 입경이 200㎛ 전후인 경우에, 전로 더스트 입자 사이의 결합력(조립 결합력)이 최대로 되는 것을 나타내고 있다. 이 결과는, 이하와 같이 설명하는 것이 가능하다.

조립은 산화철 원료의 입자 사이로 들어온 물의 응집력 및 표면 장력에 의해 입자 사이에 결합력이 작용하여, 결합이 유지되어 있다. 산화철 원료의 입자 사이에 작용하는 응집력 및 표면 장력은 산화철 원료의 입경에 비례하므로, 입경이 커질수록 응집력 및 표면 장력도 커져, 조립물의 압괴 강도는 커진다. 그러나, 입경이 어느 정도 이상으로 커지면, 입자 사이에 작용하는 응집력 및 표면 장력보다도, 입자 자체에 작용하는 중력의 영향이 지배적으로 되므로, 결합력은 저하되어 간다.

따라서, 도 3에 도시한 경우에는, 산화철 원료의 입경이 200㎛ 근방까지는, 응집력 및 표면 장력이 지배적으로 되어 있는 영역이고, 입경이 200㎛ 초과인 영역은 중력이 지배적으로 되어 있는 것을 알 수 있다.

이러한 결과로부터, 산화철 원료의 입경을 70㎛ 내지 500㎛, 보다 바람직하게는 150㎛ 내지 300㎛로 함으로써, 타블렛의 강도와 강도의 편차를 좋은 조건으로 유지하는 것이 가능해져, 깨지기 어려운 괴성물을 제조 가능한 것을 알 수 있다.

(산화철 원료의 습윤성에 대해)

또한, 조립 시에 있어서는, 산화철 원료에 가수를 행하여, 수분 함유율을, 조립의 적정 수분인 6 내지 8％로 하는 것이 바람직하다. 그것을 위해서는, 산화철 원료의 흡수성이 문제가 된다. 따라서, 증발 접시에 정치한 20g의 산화철 원료에, 수분 함유율이 6 내지 8％로 되도록 가수를 행하고, 흡수 시간을 측정함으로써 평가를 행하였다.

그 결과, 가수 전의 수분 함유율이 0％일 때, 산화철 원료의 입경이 200㎛ 미만인 경우에는, 적하한 수분이 구형상으로 되어, 흡수 속도가 작아졌다. 이는, 실제의 혼련 시에, 혼련에 사용되는 믹스머러(mix muller) 등의 혼련기 중에서 덩어리가 발생해 버려, 혼련을 저해할 가능성이 있는 것을 시사하고 있다. 한편, 산화철 원료의 입경이 200㎛ 이상인 경우에는, 흡수성이 좋고, 문제도 발생하지 않았다.

또한, 가수 전의 수분 함유율이 1％ 내지 3％일 때, 산화철 원료의 입경이 70㎛ 미만인 경우에는, 적하한 수분이 구형상으로 되어, 흡수 속도가 작아졌다. 한편, 산화철 원료의 입경이 70㎛ 이상인 경우에는, 흡수성이 양호해, 문제는 발생하지 않았다.

이들의 결과로부터, 조립성을 좌우하는 혼련 공정 시에, 산화철 원료의 입경이 미세한 경우나, 산화철 원료가 완전히 건조되어 있는 경우에는, 혼련성이 악화되어, 양호한 혼련성을 유지하기 위해서는, 입경을 소정의 크기 이상으로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.

(볼밀의 분쇄 능력에 대해)

다음에, 산화철 원료의 분쇄에 사용되는 진동밀의 일종인 볼밀의 분쇄 능력에 대해 검토한다.

실제로 행해지고 있는 조업 실적 데이터를 해석한 결과, 볼밀의 분쇄 능력이, 전로 더스트의 수분 함유율에 영향을 받는 것이 명백해졌다. 따라서, 산화철 원료의 수분 함유율의 효과를 도입한 볼밀의 분쇄 능력 계산식을 도출하였다. 도출한 계산식을, 이하의 수학식 1에 나타낸다.

여기서, 상기 수학식 1에 있어서,

Pw : 볼밀 동력(㎾)

Wi : 분쇄일 지수

P : 볼밀 출구측에 있어서의 체하 80％ 입경(㎛)

F : 볼밀 입구측에 있어서의 체하 80％ 입경(㎛)

C : 볼밀에 따른 보정 계수

이고, 보정 계수(C)에는 수분 함유율에 따른 보정 계수나 볼밀의 처리 속도에 관한 보정 계수가 포함된다.

예를 들어, Pw가 350㎾의 볼밀로 처리 속도를 30(wet-t/h)으로 한 경우의 볼밀 출구측에 있어서의 산화철 원료의 수분 함유율과, 볼밀 출구측에 있어서의 체하 80％ 입경의 관계에 대해, 상기 수학식 1에 기초하여 산출하면, 후술하는 도 5 중에 도시한 곡선과 같이 된다. 도 5로부터 명백한 바와 같이, 볼밀 출구측에 있어서의 수분 함유율이 낮으면 낮을수록, 볼밀 출구측에 있어서의 입경은 작아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 볼밀 출구측에 있어서의 입경을 원하는 값으로 하고 싶은 경우에는, 산화철 원료의 수분 함유율을 적절하게 조정할 필요가 있는 것을 알 수 있다.

다음에, 상기 수학식 1에 기초하여, 볼밀의 처리 속도와 분쇄비의 관계를 도출하여, 결과를 도 4에 나타냈다. 도 4에서는 볼밀 출구측의 수분 함유율이 1％ 내지 7％인 경우에 있어서의 이론 곡선을 실선으로 나타내고 있다. 또한, 도면 중 플롯은 실기 시험에 있어서의 결과이다. 여기서, 분쇄비는, (분쇄 전 입경/분쇄 후 입경)으로 정의되는 값으로, 분쇄비가 클수록, 볼밀의 분쇄 능력이 높은 것을 나타낸다.

도 4의 이론 곡선을 참조하면, 동일한 볼밀 처리 속도의 경우에는, 볼밀 출구측의 수분 함유율이 낮을수록 분쇄비도 커지는 것을 알 수 있다. 또한, 수분 함유율이 일정한 경우에는, 볼밀 처리 속도가 작을수록, 분쇄비가 커지는 것도 알 수 있다. 또한, 도 4로부터 명백한 바와 같이, 이론 곡선의 거동과, 실기 시험에 있어서의 결과가 양호하게 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 이 도 4로부터도, 볼밀 출구측에 있어서의 입경을 원하는 값으로 하고 싶은 경우에는, 산화철 원료의 수분 함유율을 적절하게 조정할 필요가 있는 것을 알 수 있다.

이상의 검토 결과로부터, 혼련성에 있어서의 조건에서는, 산화철 원료의 수분 함유량을 적어도 1％ 내지 3％ 정도 확보하는 것이 바람직하고, 조립에 있어서의 조건에서는, 입경이 70㎛ 내지 500㎛ 정도인 것이 바람직하고, 환원에 있어서의 조건에서는, 폭열이 발생할 위험성을 고려하여, 입경이 150㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이들 조건을 정리하면, 도 5에 나타낸 바와 같이 된다. 도 5는 Pw가 350㎾인 볼밀로 처리 속도를 30(wet-t/h)으로 한 경우의 적정 수분 및 적정 입경을 설명하는 그래프이다. 도 5에는 실제의 혼련성 평가 결과에 더불어, 상기 처리 조건에 있어서의 볼밀의 분쇄 능력선도 나타나 있다. 혼련성에 있어서의 조건, 조립에 있어서의 조건 및 환원에 있어서의 조건에 추가하여 볼밀의 분쇄 능력선도 고려하면, 도 5로부터 명백한 바와 같이, 150㎛ 내지 300㎛ 정도의 입도 범위에 있어서, 전로 더스트의 수분을 1％ 내지 3％ 정도,(예를 들어, 1.5％ 정도 내지 3.5％ 정도)로 함으로써, 양호한 예비 환원철을 제조 가능한 것을 알 수 있다.

<본 실시 형태에 관한 예비 환원철의 제조 방법>

계속해서, 도 6을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 예비 환원철의 제조 방법에 대해, 상세하게 설명한다. 도 6은 본 실시 형태에 관한 예비 환원철의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.

본 실시 형태에 관한 예비 환원철의 제조 방법에서는, 우선 제철 프로세스에서 발생하는 제철 더스트(예를 들어, 철을 함유한 냉재 용해용 전로, 정련용 전로 및 더스트 용해용 전로에서 발생하고, 습식 집진 장치에서 집진된 전로 더스트나, 고로 더스트나, 밀 스케일이나, 전로 더스트 등) 및 철광석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 산화철 원료를, 예를 들어 로터리 킬른 등의 건조기를 사용하여 건조시킨다(스텝 S101). 건조기에 장입되는 전로 더스트는, 주로 입경이 3㎜ 내지 4㎜(80％ 체하 입경) 정도이고, 수분 함유율이 12％ 내지 18％W.B. 정도이다. 이 산화철 원료를, 건조기에 의해 약 6％ 정도의 수분 함유율까지 건조시킨다.

건조가 종료된 산화철 원료는 환원재(예를 들어, 가루 석탄 등의 석탄이나, 코크스나, 미립 카본 등)와 혼합되어(스텝 S103), 분쇄기로 장입된다. 상기한 가루 석탄으로서, 예를 들어 체하 80％ 입경이 5㎜ 내지 10㎜ 정도이고, 수분 함유율이 8 내지 12％W.B. 정도인 것을 사용하는 것이 가능하다. 산화철 원료와 환원재의 배합 비율은, 후술하는 환원 공정에 있어서 양호한 예비 환원철을 얻기 위해 적합한 조건을 고려하여 조정되지만, 산화철 원료와 환원재의 질량비를, 예를 들어 90 : 10 정도로 하는 것이 가능하다. 이 혼합물이 분쇄기로 장입되는 시점에서, 혼합물은, 예를 들어 4㎜ 정도의 입경을 갖고 있다.

산화철 원료와 환원재의 혼합물은, 계속해서, 분쇄기에 의해 70㎛ 내지 500㎛의 입경(체하 80％ 입경)으로 될 때까지, 바람직하게는 150㎛ 내지 300㎛의 입경으로 될 때까지, 더욱 바람직하게는 200㎛ 전후로 될 때까지 분쇄된다(스텝 S105). 혼합물을 분쇄하는 분쇄기로서, 예를 들어 볼밀이나 로드밀 등의 진동밀을 사용하는 것이 가능하다. 볼밀 등의 진동밀의 출구측에 있어서, 혼합물의 입경을 상술한 범위로 하고, 혼합물의 수분 함유율을 약 2％ 이하로 하기 위해, 예를 들어 도 4에 도시한 그래프를 사용하여, 진동밀의 처리 속도를 결정하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 진동밀(볼밀)의 출구측에서의 입경의 목표치와, 진동밀(볼밀) 입구측에 있어서의 입경으로부터 분쇄비를 산출하고, 산출한 분쇄비와, 진동밀 출구측에 있어서의 수분 함유율의 목표치에 있어서의 이론 곡선으로부터, 진동밀의 처리 속도를 결정하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서의 예비 환원철의 제조 방법에 있어서는, 혼합 전에 산화철 원료를 건조함으로써, 분쇄기 장입 시에 있어서의 혼합물의 수분 함유율을, 진동밀이 적정한 분쇄성을 나타내는 값으로 유지하는 것이 가능해진다. 그로 인해, 분쇄 시의 진동밀의 제어를 끊임없이 변경할 필요가 없어진다. 또한, 산화철 원료의 수분 함유율이, 다양한 요인에 의해 올라가거나 내려갔다고 해도, 혼합 전의 건조 시에 건조기의 설정을 적절하게 제어함으로써, 진동밀의 분쇄성을 적절한 값으로 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에 있어서의 예비 환원철의 제조 방법에 있어서는, 분쇄 후의 혼합물의 입경이, 조립 처리 시에 적절한 압괴 강도를 나타내는 입경으로 되어 있으므로, 이 분쇄 후의 혼합물을 사용함으로써, 깨지기 어렵고, 또한 고금속화율의 예비 환원철을 제조하는 것이 가능하다.

혼합물의 분쇄가 종료되면, 분쇄된 혼합물은 믹스머러 등의 혼련기로 장입되어, 수분 함유율이 혼련에 적정한 값(예를 들어, 6 내지 8％ 정도)으로 되도록 가수된 후에 혼련된다(스텝 S107). 혼합물의 장입 시에 있어서, 혼합물의 수분 함유율은 적정한 습윤성을 나타내는 값(즉, 적정한 흡수 속도를 나타내는 값)까지 조정되어 있으므로, 양호한 혼련성을 손상시키지 않고 혼련 처리를 행하는 것이 가능하다.

혼련기에 의한 혼련이 종료되면, 혼합물은 팬 펠렛타이저(접시형 조립기), 더블 롤 압축기(브리켓 제조기), 압출 성형기 등의 괴성화 장치에 장입되어 조립되어(스텝 S109), 괴성물로 된다.

생성된 괴성물은 건조기에 의해 건조 처리가 실시되어, 예를 들어 1％ 이하의 수분 함유율로 된다(스텝 S111). 건조가 종료된 괴성물은 RHF 등의 예비 환원로로 장입되어, 환원 처리가 실시된다(스텝 S113). 본 실시 형태에 관한 괴성물은 양호한 압괴 강도를 나타내므로, 환원 공정에 있어서도 예비 환원 노 내에서 괴성물이 깨지는 경우가 적어, 괴성물을 충분히 환원할 수 있다. 예를 들어, 예비 환원로로서 RHF를 사용하는 경우에는, 예를 들어 노 내의 온도를 1350℃ 정도로 설정하고, 약 15분에 환원 처리가 완료되도록 회전로상(Rotary Hearth)의 속도를 설정하는 것이 가능하다. 이러한 환원 처리를 행함으로써, 깨지기 어렵고, 또한 고금속화율을 갖는 예비 환원철(DRI)을 제조하는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 예비 환원철의 제조 방법에 따르면, 깨지기 어렵고, 또한 고금속화율을 갖는 예비 환원철(DRI)을 제조하는 것이 가능하므로, 환원철 용해용 전로의 산소원 단위를 향상시키는 것이 가능하고, 또한 용선의 생산성을 고위로 유지하는 것이 가능해진다.

(실시예)

이하에, 본 발명에 관한 실시예와 비교예를 나타내면서, 본 발명에 관한 예비 환원철의 제조 방법에 대해, 설명을 더 행한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 어디까지나 본 발명의 일구체예이고, 본 발명이 이하에 나타내는 실시예만으로 규제되는 것은 아니다.

이하에서 설명하는 실시예 및 비교예에서는 도 6에 도시한 수순에 따라서, 예비 환원철의 제조를 행하였다. 또한, 건조 공정(스텝 S101)에서는 로터리 킬른형 건조기를 사용하고, 분쇄 공정(스텝 S105)에서는 볼밀(3.5mφ × 5.4mL, Pw : 520㎾)을 사용하고, 혼련 공정(스텝 S107)에서는 믹스머러를 사용하였다. 또한, 조립 공정(스텝 S109)에서는 더블 롤 압축기를 사용하고, 건조 공정(스텝 S111)에서는 밴드 건조기를 사용하였다. 또한, 환원 공정(스텝 S113)에서는 외경 22m, 내경 14m, 유효 폭 3.5m인 회전로상을 사용하였다.

또한, 회전로상식 환원로에 있어서의 환원 공정에서는 회전로의 속도를 15분/회전으로 하고, 노 내 온도를 1000℃ 내지 1350℃로 하였다. 또한, 액화 천연 가스(LNG)를 연료 가스로서 사용하였다.

본 실시예 및 비교예에서 사용한 원료의 배합 질량비와 입경(80％ 체하 입경)을 이하의 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타낸 혼합물을 사용하여 볼밀 입구측에 있어서의 원료 수분을 변화시켜, 분쇄 공정 후의 입경, 조립 공정 후의 브리켓 강도 및 환원 공정 후의 금속화율을 측정한 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 이하의 표 1 및 표 2에 나타내는 입경은 눈의 크기가 다른 복수의 체를 사용하여 체 가름을 행하여, 체하의 질량이 80％로 된 체 눈의 직경이다.

또한, 상기 표 2에 있어서의 조립 후 낙하 강도는 조립 공정에 의해 얻어진 괴성물(브리켓)을, 450㎜의 높이로부터 고무판 상으로 낙하시키는 작업을 반복하여, 브리켓이 깨졌을 때의 횟수를 강도로서 나타냈다.

상기 표 2를 참조하면, 본 실시예에서는 볼밀 입구측에 있어서의 수분 함유량과 볼밀 출구측에 있어서의 수분 함유량을 제어함으로써, 분쇄물의 입경을 양호하게 제어하는 것이 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 조립 후 낙하 강도가 20회 이상으로, 조립물도 양호한 강도를 유지하고 있는 것을 알 수 있다. 이러한 조립물을 사용하여 예비 환원철을 제조함으로써, 환원 후 금속화율이 86％로, 고금속화율을 갖는 고품위의 예비 환원철을 제조 가능한 것을 알 수 있었다.

또한, 원료 수분의 건조를 충분히 행한 제1 비교예에서는 원료가 지나치게 건조되었으므로, 볼밀 출구측에 있어서의 원료 입도가 100㎛ 미만으로 되어 버려, 이러한 원료를 사용하여 제조한 브리켓도, 충분한 강도를 유지할 수 없었다. 또한, 이와 같은 브리켓을 사용하여 제조한 예비 환원철은 금속화율이 81％로, 본 실시예에 관한 예비 환원철보다도 금속화율이 떨어지는 결과로 되었다.

또한, 원료 수분의 건조를 충분히 행하지 않았던 제2 비교예에서는 원료의 건조가 불충분하였으므로, 볼밀 출구측에 있어서의 원료 입도가 600㎛를 초과해 버렸다. 이러한 원료를 사용하여 제조한 예비 환원철은 금속화율이 79％로, 본 실시예에 관한 예비 환원철보다도 금속화율이 떨어지는 결과로 되었다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예만으로 한정되지 않는 것은 물론이다. 당업자라면 청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.

본 발명에 따르면, 금속화율이 높고 성품화율이 향상된 예비 환원철을 제조하는 것이 가능하다.

10 : 철을 함유한 냉재 용해용 전로
20 : 탈황 설비
30 : 정련용 전로
40 : 습식 집진 장치
50 : 필터 프레스
60 : 괴성화 장치
70 : 건조로
80 : 예비 환원로
90 : 환원철 용해용 전로

Claims (4)

1. 제철 프로세스에서 발생하는 제철 더스트 및 철광석으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 산화철 원료를, 소정의 수분 함유율까지 건조시키는 건조 공정과,
   이 건조 공정 후의 상기 산화철 원료와, 소정 수분 함유율의 환원재를 혼합하여 혼합물을 얻는 혼합 공정과,
   이 혼합 공정에서 얻어진 상기 혼합물을, 체하 80％ 입경으로 150㎛ 내지 500㎛까지 분쇄하는 분쇄 공정과,
   이 분쇄 공정 후의 상기 혼합물의 수분 함유율을 조정한 후, 이 혼합물을 혼련하는 혼련 공정과,
   이 혼련 공정 후의 상기 혼합물을 괴성화하여 괴성물로 하는 괴성화 공정과,
   이 괴성화 공정에서 얻어진 상기 괴성물을 회전로상식 환원로에 의해 환원하고, 예비 환원철을 생성하는 생성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 예비 환원철의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 분쇄 공정 후의 상기 혼합물의 입경이, 체하 80％ 입경으로 150㎛ 내지 300㎛의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 예비 환원철의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 분쇄 공정 후의 상기 혼합물의 수분 함유율이, 1％ 내지 3％의 범위 내인 것을 특징으로 하는, 예비 환원철의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 혼련 공정에서, 분쇄 후의 상기 혼합물의 수분 함유율이 6％ 내지 8％로 될 때까지 가수를 행하는 것을 특징으로 하는, 예비 환원철의 제조 방법.

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