KR101586743B1 - 환원철 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 환원철 제조 방법은 철원료 및 탄재를 준비하는 과정, 철원료와 탄재를 혼합하는 과정, 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 과정, 내부의 적어도 일부에 보조제가 피복된 대차에 성형탄을 투입하는 과정, 성형탄을 열처리하는 과정 및 열처리된 환원철과 보조제를 분리하는 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태들에 의하면, 높은 온도에서 소성이 진행되더라도, 대차 외부로의 열손실을 막을 수 있으며, 대차 하부에 열이 축적되어 온도가 올라가는 것을 효과적으로 방지하거나 억제할 수 있다. 이에, 환원철의 품질편차를 감소시킬 수 있다.

Description

환원철 제조 방법 및 제조 장치{Manufacturing method of reduced iron and the manufacturing apparatus thereof}

본 발명은 환원철 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환원철의 품질편차를 감소시킬 수 있는 환원철 제조 방법, 장치 및 이에 의해 제조된 환원철에 관한 것이다.

통상적인 환원철 제조 장치는 철원료와 탄재를 각기 수용하는 복수의 호퍼, 철원료 및 탄재 각각을 공급받아 파쇄하는 파쇄기, 철원료 및 탄재를 공급받아 혼합하는 혼합기, 혼합기에서 혼합된 혼합물을 압축하여 성형하는 성형기, 성형기에서 제조된 성형탄을 열처리하여 소성하는 소성로를 포함한다.

한편, 소성로에서는 성형탄을 열처리하여 환원시킴으로써, 환원철을 제조한다. 예를들면, 한국등록특허 제10-1304686호에 제시된 바와 같이 소성로에 성형탄을 장입한 대차를 위치시켜 건조, 예열 및 환원 소성 과정을 수행하여 환원철을 제조할 수 있다.

이때, 소성을 수행하는 동안, 성형탄이 장입된 대차의 상부에서 열풍이 공급되므로, 열풍 가스가 상부에서 하부로 흐름으로서 열은 하부에 많이 축열되게 되고, 대차 상부보다 하부의 온도가 높아 지게 되며, 이로 인해 제조되는 환원철의 품질에 편차가 발생되는 문제가 있다. 또한, 경우에 따라서는 금속소재로 제작된 대차가 용융이 되어 조업에 문제를 야기하기도 한다.

한국등록특허 제10-1304686호

본 발명은 품질 편차를 감소시킬 수 있는 환원철 제조 방법, 장치 및 이에 의해 제조된 환원철을 제공한다.

본 발명은 압축 강도 및 금속화율을 향상시킬 수 있는 환원철 제조 방법, 장치 및 이에 의해 제조된 환원철을 제공한다.

또한, 본 발명은 소성 시에 대차가 용융되는 것을 방지할 수 있는 환원철 제조 방법, 장치 및 이에 의해 제조된 환원철을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 환원철 제조 방법은, 철원료 및 탄재를 준비하는 과정; 상기 철원료와 탄재를 혼합하는 과정; 상기 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 과정; 내부의 적어도 일부에 보조제가 피복된 대차에 상기 성형탄을 투입하는 과정; 상기 성형탄을 열처리하는 과정; 및 열처리된 환원철과 상기 보조제를 분리하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 대차는 바닥벽 및 측벽의 내부를 상기 보조제로 피복하여 마련될 수 있다.

상기 대차는 바닥벽의 내부를 상기 보조제로 피복하고, 상기 성형탄 주입 시에 상기 보조제를 상기 대차의 측벽 내부면에 접하도록 주입하여 마련될 수 있다.

상기 보조제는 비자성이며 내열성을 가지는 물질을 포함할 수 있다.

상기 환원철과 상기 보조제를 분리하는 과정은 자기력을 이용하여 자성 물질과 비자성 물질로 분리하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 열처리하는 과정은 상기 보조제를 소성하는 과정을 포함할 수 있다.

분리된 상기 보조제를 환원철 제조 공정에 재활용하거나, 소결광 제조공정에 사용하는 과정을 더 포함할 수 있다.

상기 보조제는 산소를 함유하는 물질을 포함할 수 있다.

상기 보조제는 CaCO₃, MgCO₃ 및 Al₂O₃ 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 철 원료는 철광석, 철강 공정에서 발생되는 함철 더스트 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 탄재는 석탄 및 철강 공정에서 발생하는 함탄 더스트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 환원철 제조방법으로 제조된 환원철은 상기 대차의 영역별로 위치하는 환원철의 금속화율의 편차가 10% 이하일 수 있다.

상기 대차의 영역별로 위치하는 환원철의 압축강도가 모두 150kgf/p 이상일 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 환원철 제조 장치는, 철원료 및 탄재가 수용되는 복수의 호퍼; 상기 호퍼와 연결되고, 상기 철원료와 탄재를 공급받아 혼합하는 혼합기; 상기 혼합기로부터 혼합물을 공급받아 성형탄을 압축하는 압축부재를 구비하는 성형기; 상기 성형기에서 제조된 성형탄을 내부에 장입시키도록 형성되고 가열부재를 구비하는 소성로; 및 열처리된 소성물에서 환원철을 분리하도록 자석을 구비하는 분리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 소성로는 내부에 성형탄을 저장한 대차가 이동하는 경로를 구비하며, 상기 대차는 바닥벽, 이의 단부로부터 상방으로 연장 형성된 측벽, 상기 바닥벽 및 측벽의 내부 적어도 일부 영역을 피복하는 보조제 피복층을 구비할 수 있다.

상기 보조제는 비자성이며 상기 소성로의 소성 온도보다 높은 융점을 가지는 물질을 포함할 수 있다.

상기 피복층의 두께는 40 내지 50mm 범위를 가질 수 있다.

상기 소성로는 건조대, 예열대, 환원대 및 냉각대를 구비하는 연속식 소성로를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시형태들에 의하면, 대차 내부벽을 보조제로 피복하고 성형탄을 열처리하므로, 높은 온도에서 소성이 진행되더라도, 대차 외부로의 열손실을 막을 수 있으며, 대차 하부에 열이 축적되어 온도가 올라가는 것을 효과적으로 방지하거나 억제할 수 있다. 이로부터 대차 내부가 균일한 온도로 형성되므로 제조되는 환원철의 품질 편차를 감소시킬 수 있다. 즉, 대차의 하부 영역과 상부 영역에서 제조되는 환원철 모두 높은 압축 강도 및 금속화율을 얻을 수 있으며, 상하부 영역별로 품질편차를 감소시킬 수 있다.

또한, 보조제에 의하여 대차의 국부적 온도 상승이 억제되므로, 대차가 고온에서 용융되거나 손상되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.

또한, 보조제로 환원철과 이종의 물질 특히 비자성 물질을 사용하므로, 소성이 종료된 후, 환원철과 보조제를 용이하게 분리할 수 있고, 분리된 보조제를 재활용할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 환원철 제조 방법을 순서적으로 도시한 순서도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환원철 제조 장치의 요부를 도시한 블록도
도 3은 도 2의 소성로를 상세히 도시한 상세 블록도
도 4는 도 2의 소성로에 투입되는 대차의 상태를 상세히 도시한 상세개념도
도 5는 대차에 보조제를 피복하고 성형탄을 장입하는 과정을 예시적으로 도시한 개념도
도 6은 비교예와 실험예의 환원철의 압축강도를 나타낸 그래프
도 7은 비교예와 실험예의 환원철의 금속화율을 나타낸 그래프

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 요소를 명확하게 표현하기 위하여 크기를 과장하거나 확대하여 표현하였으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 환원철 제조 방법을 순서적으로 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 환원철 제조 장치의 요부를 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예에 따른 환원철 제조 방법은 철원료 및 탄재를 준비하는 과정(S100, S200), 철원료와 탄재를 혼합하는 과정(S300), 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 과정(S400), 내부의 적어도 일부에 보조제가 피복된 대차에 성형탄을 투입하는 과정(S500, S600), 성형탄을 열처리하는 과정(S700) 및 열처리된 환원철과 보조제를 분리하는 과정(S800)을 포함한다.

여기서, 철원료는 철성분을 함유하는 물질이며, 피환원제로서 철광석, 철 산화물, 제강 공정 중에 발생된 함철 더스트 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 또한, 탄재는 철원료를 환원시키는 환원제로서, 석탄 및 제강 공정에서 발생하는 함탄 더스트 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 실시예에서는 환원철 제조 방법을 통해 부분 환원철을 제조한다.

이러한 과정으로 환원철을 제조하기 위한 환원철 제조 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 철원료와 탄재가 각기 수용되는 복수의 호퍼(100, 200), 각 호퍼와 연결되고 철원료 및 탄재를 공급받아 혼합하는 혼합기(400), 혼합기(400)에서 혼합된 혼합물을 압축하는 압축부재를 구비하는 성형기(500), 성형기(500)에서 제조된 성형탄을 내부에 장입시티도록 형성되고 가열부재를 구비하여, 성형탄을 열처리하여 소성하는 소성로(600), 열처리가 종료된 물질 즉, 소성물을 환원철과 보조제로 분리하는 분리기(700)를 포함한다. 이때, 호퍼(100, 200)로부터 철원료 및 탄재 각각을 공급받아 파쇄하는 파쇄기(300)를 더 구비하여, 파쇄기(300)를 이용하여 철원료 및 탄재를 각각 파쇄한 후에 혼합기(400)에 파쇄물을 주입할 수도 있다.

성형기(500)는 도시되지는 않았지만, 압축부재를 구비한다. 예를들면, 상호 마주보도록 설치된 한 쌍의 롤을 구비하는 성형기 즉, 쌍롤식 성형기를 사용할 수 있다. 이에, 한 쌍의 롤 사이에 혼합물이 장입되면, 상기 한 쌍의 롤의 회전으로 인한 압출에 의해 성형탄이 제조될 수 있다.

소성로(600)는 성형기(500)에서 제조된 성형탄을 열처리하여 환원시키는 것으로, 내부 공간을 가지며, 소성로(600)를 가열하는 가열 수단(미도시)이 마련된다. 가열 수단은 버너(burner)일 수 있으며, 가열을 위한 연료로 LPG 및 공기(air)를 이용한다. 그리고, 버너(burner)에 의해 발생된 가열 가스는 소성로(600) 내부를 가열하며, 이로 인해 소성로(600) 내에 장입된 성형탄의 철원료와 탄재 간의 환원이 진행된다. 물론, 소성로(600)를 가열하기 위한 수단으로 버너(burner) 이외에 다양한 수단이 사용가능하며, 연료 또한 LPG 및 공기(air) 이외의 다양한 재료의 원료가 사용 가능하다.

또한, 소성로는 내부에 성형탄을 저장한 대차가 이동할 수 있는 경로를 구비할 수도 있고, 경로 상의 각 영역별로 온도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같이, 소성로(600)는 건조대(601), 예열대(602), 환원대(603) 및 냉각대(604)를 포함할 수 있다. 물론 이들에 열풍을 공급하기 위한 버너(605)를 더 포함할 수도 있다. 이로부터 소성로(600) 내부에 대차가 투입되고, 대차가 소성로의 각 영역을 연속적으로 이동하면서 건조, 예열, 환원, 냉각 등의 과정이 진행될 수 있다. 성형탄은 성형된 후 수분을 다량 함유하고 있는 데, 이는 브랏켓 혹은 괴상물 형상이라 열이 공급되면 열 충격으로 인한 파열이 일어날 수도 있다. 이에 소성 전에 성형탄이 저장된 대차가 건조대(601)를 통과하도록 하여 성형탄을 건조시킨다. 건조대(601)를 통과한 후 환원을 돕기 위해서 대차가 예열대(602)를 통과하도록 하며, 예열대(602)의 온도는 예를 들면 300 내지 700 ℃로 조절될 수 있다. 이때, 건조대(601)와 예열대(602)는 온도가 조절된 고온의 가스가 대차의 상측 또는 하측으로 공급될 수 있다. 물론 환원대(603)에서 사용된 고온의 배가스를 건조대(601), 예열대(602)에 사용할 수도 있다. 예열대(602)를 통과한 대차는 계속하여 환원대(603)로 이동하며, 환원대(603)에서 환원 반응 및 소성에 의해 환원철이 제조된다. 환원대(603)의 온도는 1000 ℃ 이상인 것이 바람직하여, 환원대(603)의 온도가 1000 ℃ 미만인 경우 환원 반응이 활발하지 않으며 환원 시간이 오래 소요되기 때문이다. 환원대(603)에서는 주요 대차의 상측으로 고온의 열풍이 공급되며, 공급된 열풍이 성형탄을 통과하면서 환원 반응을 진행하게 된다. 환원대(603)에서의 공정이 종료되면 대차는 냉각대(604)로 이동하며, COG가스(Coke Ove Gas)와 같은 제철소 부생가스를 주입하여 불활성 분위기를 형성함으로써, 성형탄의 재산화 방지를 통하여 우수한 환원율을 얻는다. 이로부터 부분 환원율이 우수한 부분 환원철을 얻을 수 있다. 물론 소성로는 이외도 다양한 구조로 변경될 수 있다. 대차와 관련해서는 후에 상세히 설명한다.

분리기(700)은 자석을 구비하는 자성분리기(magnetic separator)를 포함하며, 환원철과 보조제를 자석을 이용하여 분리한다. 즉, 분리기(700)는 각 성분이 혼합된 재료에 마그네트를 통하여 자력(磁力)을 인가하여 자성이 있는 재료, 즉 환원철을 흡착시켜 분리한다. 분리기(700)는 자력을 인가할 수 있는 구조이면 충분하고, 특별히 구조나 방식, 형상이 한정되지 않는다.

또한, 환원철 제조 장치는 상기에서 설명한 구성 및 구조에 한정되지 않고, 다양하게 변경 가능하다.

하기에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, 환원철을 제조하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 철원료를 마련하고(S100), 환원제로 사용될 탄재를 마련하며(S200), 이들을 별도로 마련된 각각의 호퍼(100, 200)에 저장한다. 그리고 각각의 호퍼(100, 200)에 저장된 철원료 및 탄재를 파쇄기(300)에 장입하여 파쇄하는데, 철원료의 입도는 0.1 mm 이하가 되도록 파쇄하고, 탄재의 입도는 1mm 이하가 되도록 파쇄할 수 있다.

파쇄기(300)에서 철원료 및 탄재 각각의 파쇄가 종료되면, 상기 철원료 및 탄재를 혼합기(400)로 장입하여 혼합한다(S300). 이때 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물 전체를 기준으로 탄재가 전체 중량에 대하여 15 중량% 이상 함유되도록 혼합하는 것이 바람직하다. 이때, 철원료 및 탄재 외에 바인더를 추가로 혼합할 수도 있다. 바인더는 탄재 및 철원료의 사이로 화학 결합하여 점도 및 점착성을 높이는 효과가 있다. 이러한 효과를 나타내기 위하여 바인더는 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 5 중량% 포함시킬 수 있다. 또한, 바인더로는 수경성 바인더 또는 유기물 바인더 중 1종을 사용할 수 있다. 물론 혼합물에는 철원료, 탄재, 바인더 외에 불가피한 성분이 혼합될 수도 있다.

이후, 혼합물은 성형기(500)로 장입되어 성형되며(S400), 예를들면 성형탄은 탄재를 내장하는 브리켓(briquette)일 수 있다.

한편, 성형탄이 장입될 대차를 마련한다(S500). 대차는 성형탄을 저장하여 소성로 내부로 투입되는 일종의 용기이며, 금속재질로 제조될 수 있다. 도 4를 참조하면, 대차(610)는 성형탄이 저장되는 내부 공간을 구비하며, 바닥벽(612) 및 바닥벽의 단부에서 상부 방향으로 연장 형성되는 측벽(611)을 구비한다. 이때, 대차(610)는 내부의 적어도 일부에 보조제(20)가 피복된다. 즉, 대차(610)의 바닥벽(612)의 내부면이나 측벽(611)의 내부면의 일부나 전부를 보조제(20)로 피복할 수 있고, 바닥벽(612)과 측벽(611)의 전체 내부면을 보조제(20)로 피복할 수도 있다.

또한, 대차(610)는 성형탄(10)이 장입되기 전에 대차 내부에 보조제(20) 피복층을 형성할 수도 있고, 성형탄(10)을 장입하면서 보조제(20) 피복층을 형성할 수 있다. 예를 들면, 빈 대차(610)에 보조제를 투입하여 바닥벽(612)의 내부면에 보조제 피복층을 형성하고, 측벽(611) 내부면을 따라 높이 방향으로 보조제를 쌓아올려 측벽 내부면에 보조제 피복층을 형성할 수 있다.

또한, 도 5를 참조하며, 우선, 빈 대차(610)에 보조제를 투입하여 바닥벽(612)의 내부면에 보조제의 하부 피복층(20a)을 형성한다(도 5의 (a)). 이후, 성형탄(10)과 보조제(20)를 같이 투입한다(도 5의 (b)). 이때, 성형탄(10)이 투입되는 위치와 보조제(20)가 투입되는 위치를 조절하여, 보조제를 상기 대차의 측벽(611) 내부면에 접하도록 한다. 즉, 성형탄(10)은 대차(610)의 중앙 영역에 투입하고, 보조제(20)는 대차(610)의 측벽(611) 내면에 인접시켜 투입한다. 이로부터 대차(610)의 측벽(611) 내면에 보조제가 접촉하여 형성되는 측방향 피복층(20b)이 형성된다. 이러한 성형탄(10) 및 보조제(20)의 동시 투입하는 과정을 계속하여 원하는 높이로 측방향 피복층(20b)을 형성하고, 성형탄(10)을 장입하게 된다(도 5의 (c)). 물론 이때, 하부 피복층(20a)만 형성할 수도 있다.

보조제 피복층은 이외도 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 피복층은 두께가 40 내지 50mm의 범위로 형성될 수 있다. 이러한 범위에서 열처리 시의 열손실을 효과적으로 억제하고, 재료의 낭비를 막을 수 있다.

또한, 보조제(20) 피복층은 성형탄(10)의 환원 혹은 소성 시에 대차 외부로 열손실을 막아 주며 보온성을 증대하고, 열처리 중 대차(610) 내의 상부 영역과 하부 영역의 온도 편차를 감소시킨다. 즉, 대차(610) 내부의 하부벽과 측벽 내부에 피복층을 형성함에 의하여, 상측으로부터 유입되는 열풍 가스의 흐름을 원활하게 하고, 대차 하부에 열이 축적되는 것을 억제하여, 대차 내부에서 상부 하부영역 사이, 중앙 및 가장자리 영역 사이에 온도 편차가 발생되는 것을 억제하거나 방지하여 온도를 균일하게 분포시킨다.

이때, 보조제(20)는 성형탄(10)과 성분이나 상태 등이 상이한 이종의 재료를 사용할 수 있으며, 소성로(600)의 소성 온도보다 융점이 높은 내열성 재료를 사용할 수 있다. 또한 보조제를 비자성 물질을 사용할 수 있다. 보조제(20)로 비자성 물질을 사용하므로 열처리가 완료된 후에 자석을 이용하여 소성물을 환원철과 보조제로 분리할 수 있다. 한편, 예를 들어, 이전 공정에서 제조된 환원철을 파쇄하여, 이후 공정의 보조제(20)로 사용하는 경우, 제조되는 환원철과 보조제를 분리하기가 매우 어렵게 되며, 보조제는 낮은 용융온도에 의하여 대차 하부에서 용융될 수 있는 문제가 있기 때문이다.

보조제(20)는 비자성이면 고융점 재료이면, 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들면, 보조제(20)로 산소를 함유하는 물질을 사용할 수 있으며, CaCO₃, MgCO₃ 및 Al₂O₃ 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 이러한 재료들은 제철 사업에서 흔히 사용되는 재료이므로 구하기가 용이하고, 취급이 간단하다.

보조제(20)는 소정 입경을 가지는 입자일 수 있으며, 구형 혹은 비구형일 수 있다. 예를 들면, 자갈과 유사한 형태일 수 있다. 보조제(20)의 평균입경은 3 내지 6mm 범위일 수 있다.

상술된 바와 같이, 대차와 성형탄이 준비되면, 대차(610) 내에 성형탄(10)을 투입한다(S600). 이어서 성형탄(10)이 저장된 대차(610)를 소성로(600) 내로 장입하고, 상기 소성로(600) 내부를 소정의 온도로 열처리한다(S700). 이로부터, 탄재 내장 성형탄 내에서 환원 반응이 일어나, 환원철, 보다 바람직하게는 부분 환원철이 제조된다.

소성로(600)에서는 성형탄의 환원 공정이 실시되며, 성형탄의 환원을 유도하기 위해, 소성로(600) 내부를 환원성 분위기로 유도할 수 있고, 유도하지 않을 수도 있다. 즉, 소성로(600) 내부로 CO₂ 가스, CO 가스 또는 수소(H) 가스를 공급하여, 환원성 분위기로 유도할 수도 있고, 환원 분위기 조성을 위한 가스를 별도로 공급하지 않고, 대기(또는 공기)의 상태와 유사한 자연 상태의 분위기를 사용할 수도 있다. 이때, 비환원 분위기에서는 산소 농도가 높으면 환원철이 산화될 수 있으므로, 소성로(600) 내의 산소 농도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 소성로(600) 내의 산소 농도가 15% 이하가 되도록 조절하여 환원철의 재산화를 방지할 수 있다. 산소 농도의 조절을 위해, 소성로(600) 내부로 불활성 가스 예컨대 질소(N₂), 아르곤(Ar) 등을 공급할 수 있다. 또한, 환원철 제조 공정 중에 발생된 가스를 순환시켜 소성로에 공급할 수도 있다.

소성로(600) 내에서 성형탄의 소성 온도는 1000℃ 이상 바람직하게는 1100℃ 내지 1300℃가 되도록 하는 것이 바람직하다. 소성로(600) 내부를 1000℃ 이상의 온도로 열처리하면, 소성로(600) 내부로 장입된 성형탄 즉, 탄재 내장 브리켓 내부에서 철원료와 탄재 내의 자체 반응이 일어나며, 이에 부분 환원철이 제조된다. 여기서, 부분 환원철은 철원료에 함유된 Fe 전체 즉, 100%가 환원되지 않고, 100% 미만의 범위로 부분적으로 환원된 것을 의미한다. 물론, 소성로(600) 내부에서 소성 시간 또는 열처리 온도를 조절함으로써 100%가 환원된 환원철을 제조할 수도 있으나, 100%가 환원된 환원철을 제조하기 위해서는 소성로(600)에 부하가 걸릴 수도 있다. 한편, 예를 들어 소성로(600)에서의 열처리 온도가 1000℃ 미만인 경우, 철원료와 탄재 간의 환원 반응이 활발히 일어나지 않아, 부분 환원철 제조가 용이하지 않거나, 환원철 생산율이 낮아질 수 있다.

한편, 열처리 과정 중에는 보조제(20)도 소성될 수 있다. 즉, 성형탄이 소성되는 고온에서 보조제도 동시에 소송될 수 있다. 보조제로 탄산계열의 화합물을 사용하는 경우, 대차에 인가되는 열에 의하여 산화물로 소성될 수 있다. 예를 들어, CaCO₃는 약 900 ℃ 이상에서 산화물로 소성되므로, 보조제로 CaCO₃를 사용하는 경우, 소성로의 소성 온도에서 보조제가 CaO로 소성되게 된다.

소성로(600)에서 소성을 포함한 각 과정이 종료된 후, 대차(610)는 소성로(600) 외부로 이동한다. 대차(610)로부터 열처리된 물질을 수거하여, 분리기(700)를 이용하여 환원철을 분리한다(S800). 열처리된 소성물로부터 환원철과 보조제를 분리하는 과정은 자기력을 이용하여 자성 물질과 비자성 물질로 분리하는 과정을 포함한다. 즉 철을 함유하고 자성을 띠는 환원철과, 비자성인 보조제의 혼합물에 자력을 인가하여, 환원철을 자석에 흡착시켜 분리시킨다. 이처럼 분리된 보조제는 다시 환원철 제조 공정에서 보조제로 재활용되거나, 그 외 공정에서 사용될 수도 있다. 이때, 보조제가 소성되는 경우, 소성된 물질이 필요한 여러 공정에 사용될 수 있다. 예를 들면 CaCO₃가 소성된 CaO는 소결광 제조 공정에 사용될 수 있다.

상기한 방식으로 제조된 환원철은 대차의 위치에 따라 품질의 편차가 최소화된다. 즉, 대차의 내부에서 온도가 균일하게 형성되므로, 대차 내 저장 위치에 따라 품질 편차가 거의 발생하지 않는다. 예를 들면, 대차의 영역별로 위치하는 환원철의 금속화율의 편차가 10% 이하이며, 대차의 영역별로 위치하는 환원철의 압축강도가 모두 150kgf/p 이상이다.

하기에서는 대차에 보조제층의 사용 여부에 따라 환원철을 제조하고, 여러 특성을 평가한 결과를 설명한다. 도 6은 비교예와 실험예의 환원철의 압축강도를 나타낸 그래프이고, 도 7은 비교예와 실험예의 환원철의 금속화율을 나타낸 그래프이다.

실험을 위하여, 동일 조건으로 제조된 2개의 성형탄을 준비하고, 하나는 보조제를 피복하지 않은 대차에 투입하고(비교예), 다른 하나는 바닥벽 및 측벽의 내부에 보조제 피복층을 형성한 대차에 투입하였다(실험예). 이때, 철원료는 0.1mm 이하의 입도를 나타내는 극미분 철광석을 사용하고, 탄재로는 1mm 이하의 석탄을 20중량%로 첨가하였다. 이들을 균일하게 혼합한 후, 탄재 내장 브리켓으로 제조하였다. 또한, 보조제로는 대략 4 내지 5mm의 괴상 CaCO₃를 사용하였다.

각각의 대차를 소성로에 장입하고, 환원온도 1200℃에서 20분간 유지하면서 소성을 실시하였다. 이때, 대차 상부에서 열풍을 버너로 제조하여 공급하였으며 가스의 흐름은 대차 상부에서 하부로 향하도록 하였다. 소성이 완료된 후, 소성물을 수거하여 자성 분리하여 환원철을 얻었다. 이때, 보조제 CaCO₃는 CaO로 소성되어 있음을 확인하였다. 획득한 환원철로 각 특성을 평가하였다.

도 6을 참조하면, 보조제를 사용하지 않은 경우(비교예)에 비하여, 보조제를 사용한 경우(실험예)의 환원철이 상온 압축 강도가 크게 증가하였음을 알 수 있다. 즉, 실험예의 경우 대차의 상부에 위치하였던 성형탄 및 하부에 위치하였던 성형탄 모두 압축 강도가 150kgf/p 이상임을 알 수 있다. 또한, 비교예에 비하여 실험예의 환원철이 대차의 위치별로 압축 강도의 차이가 적음을 알 수 있다.

도 7을 참조하면, 보조제를 사용하지 않은 경우(비교예)에 비하여, 보조제를 사용한 경우(실험예)의 환원철이 대차의 위치별로 금속화율의 차이 즉, 편차가 현저하게 감소하는 것을 알 수 있다. 금속화율을 전체 함유되는 철성분의 량에 대하여 금속 철의 량을 백분율로 나타낸 것으로 환원율과 비례한다. 비교예의 경우 대차 내의 위치에 따라 제조된 환원철의 금속화율의 차이가 매우 크다. 즉, 대차의 하부층에 위치하였던 환원철은 금속화율이 56%이지만, 상부층에 위치하였던 환원철은 27%로 그 차이가 25% 이상으로 매우 큰 것을 알 수 있다. 반면, 실험예의 경우 경우 대차 내의 위치에 따라 제조된 환원철의 금속화율의 차이가 현저하게 감소한다. 즉, 대차의 하부층에 위치하였던 환원철은 금속화율이 53%이고, 상부층에 위치하였던 환원철은 47%로 그 차이가 6%에 불과한 것을 알 수 있다.

이처럼 대차에 보조제를 사용하는 경우, 대차 위치별로 품질 편차가 거의 나지 않은 균질한 품질의 환원철을 얻을 수 있었다. 또한, 보조제로 비자성 물질을 사용하므로 환원철과 매우 용이하고 단순한 방식으로 분리할 수 있었다.

또한 단순한 방식으로 소성로에서 환원철을 제조함에 따라, 이로 인한 비용 및 시간이 저감되고, 환원철의 대량 생산이 용이한 효과가 있다.

본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

S100: 철원료 마련 S200: 탄재 마련
S300: 철원료와 탄재 혼합 S400: 혼합물 성형
S500: 대차 준비 S600: 대차에 성형탄 투입
S700: 성형탄 열처리 S800: 환원철 분리

Claims (18)

1. 철원료 및 탄재를 준비하는 과정;
   상기 철원료와 탄재를 혼합하는 과정;
   상기 철원료와 탄재가 혼합된 혼합물을 성형하여 성형탄을 제조하는 과정;
   내부의 적어도 일부에 보조제가 피복된 대차에 상기 성형탄을 투입하는 과정;
   상기 성형탄을 열처리하는 과정; 및
   열처리된 환원철과 상기 보조제를 분리하는 과정;을 포함하는 환원철 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 대차는 바닥벽 및 측벽의 내부를 상기 보조제로 피복하여 마련되는 환원철 제조 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 대차는 바닥벽의 내부를 상기 보조제로 피복하고, 상기 성형탄 주입 시에 상기 보조제를 상기 대차의 측벽 내부면에 접하도록 주입하여 마련되는 환원철 제조 방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 열처리하는 과정은 상기 보조제를 소성하는 과정을 포함하는 환원철 제조 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   분리된 상기 보조제를 환원철 제조 공정에 재활용하거나, 소결광 제조 공정에 사용하는 과정을 더 포함하는 환원철 제조 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 보조제는 산소를 함유하는 물질을 포함하는 환원철 제조 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 보조제는 CaCO₃, MgCO₃ 및 Al₂O₃ 중 적어도 어느 하나를 포함하는 환원철 제조 방법.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 철 원료는 철광석, 철강 공정에서 발생되는 함철 더스트 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
    상기 탄재는 석탄 및 철강 공정에서 발생하는 함탄 더스트 중 적어도 어느 하나를 포함하는 환원철 제조 방법.
11. 청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의하여 제조되는 환원철.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 대차의 영역별로 위치하는 환원철의 금속화율의 편차가 10% 이하인 환원철.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 대차의 영역별로 위치하는 환원철의 압축강도가 모두 150kgf/p 이상인 환원철.
14. 철원료 및 탄재가 수용되는 복수의 호퍼;
    상기 호퍼와 연결되고, 상기 철원료와 탄재를 공급받아 혼합하는 혼합기;
    상기 혼합기로부터 혼합물을 공급받아 성형탄을 압축하는 압축부재를 구비하는 성형기;
    상기 성형기에서 제조된 성형탄을 내부에 장입시키도록 형성되고 가열부재를 구비하는 소성로;
    상기 소성로의 내부에 구비되는 경로를 따라 이동하고, 바닥벽, 이의 단부로부터 상방으로 연장 형성된 측벽의 적어도 일부 영역을 피복하는 보조제 피복층을 구비하는 대차; 및
    열처리된 소성물에서 환원철을 분리하도록 자석을 구비하는 분리기를 포함하는 환원철 제조 장치.
15. 삭제
16. 청구항 14에 있어서,
    상기 보조제는 비자성이며 상기 소성로의 소성 온도 보다 높은 융점을 가지는 물질을 포함하는 환원철 제조 장치.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 피복층의 두께는 40 내지 50mm 범위인 환원철 제조 장치.
18. 청구항 16에 있어서,
    상기 소성로는 건조대, 예열대, 환원대 및 냉각대를 구비하는 연속식 소성로를 포함하는 환원철 제조 장치.

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