KR101794362B1 - 소결 공정에서 사용될 분광석 응집체 및 분광석 응집체의 생산 공정 - Google Patents

소결 공정에서 사용될 분광석 응집체 및 분광석 응집체의 생산 공정 Download PDF

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Abstract

소결 공정에서 사용될 분광석 응집체가 개시되고, 여기서 상기 분광석 응집체는 분광석 입자 및 응집제의 혼합물에 의해 형성되고, 여기서 상기 입자는 0.01 mm 내지 8.0 mm의 직경을 가진다. 분광석 응집체의 생산 공정은 0.150 mm 미만의 입도를 가지는 분광석 입자를 사용하는 단계; 상기 분광석 입자를 약 0.5 내지 약 5.0 질량%의 규산나트륨의 비율로 응집제와 혼합하는 단계; 물의 첨가로 약 0.01 mm 내지 약 8.0 mm의 직경을 가지는 습윤 입자를 형성하는 단계; 및 상기 습윤 입자를 약 100 ℃ 내지 약 150℃로 변하는 온도에서 건조시켜 기계적 노력 및 요소에 대하여 저항성이 있는 건조 입자를 형성하는 단계를 포함하여 개시된다.

Description

소결 공정에서 사용될 분광석 응집체 및 분광석 응집체의 생산 공정{ORE FINE AGGLOMERATE TO BE USED IN SINTERING PROCESS AND PRODUCTION PROCESS OF ORE FINES AGGLOMERATE}
이 출원은 2009년 11월 17일에 출원된, "분광석 응집체의 생산 공정 및 소결 공업용 공정과 함께 사용하기 위한 저온에서 경화(Production Process of Ore Fine Agglomerates and Curing at Low Temperatures for Use with Sintering Industrial Process)"의 명칭의 미국 특허 출원 번호 제61/262,005호의 우선권을 주장하며, 이는 전체가 참고로서 본 명세서에 포함된다.
1. 발명의 분야
본 발명의 양태는 소결 공정에서 사용될 분광석 응집체에 관한 것이고, 상기 응집체는 0.01 mm 내지 8.0 mm의 직경을 포함하고, 천연 분광석 및 주요 응집제로서 규산나트륨으로부터 생산되고 저온에서 경화한다. 이 발명의 양태는 또한 소결 공정에서 사용될 분광석 응집체의 생산 방법에 관한 것이다.
2. 관련된 기술의 설명
냉간 광석 응집(cold ore agglomeration)의 여러 기술들이 종래 기술에 의해 공지되어 있다. 이들 기술은 기본적으로, 응집제로서 시멘트, 모르타르, 유기 응집제 및 탄화된 잔여물을 사용한 분광석의 응집을 기초로 한다. 이러한 인정된 응집 공정에서, 사용된 미분은 응집을 위한 적절한 입도를 특징으로 할 수 있도록 밀링 단계를 거치는 것이 필요하고, 이 유닛의 작동은 적절한 장비 및 에너지를 필요로 한다.
그 밖에, 응집체의 경화를 촉진시키고 그의 기계적 특성을 향상시키기 위하여 이들 응집제에 관련된 여러 첨가제가 첨가된다. 여러 응집제 및 첨가제의 사용은, 투여 시스템을 더욱 복잡하게 만들 뿐만 아니라, 작동 비용의 감소 및 상기 응집체 품질 제어도 방해한다.
종래 기술에 의해 공지되고, 철강 밀 및 금속 산업에서 사용되는 잔여물 응집을 위한 다른 기술들은 응집체의 경화 공정을 촉진시키기 위하여 다른 첨가제 중 규산나트륨을 사용하나, 이런 경우, 얻어진 응집체는 12 mm 초과의 직경을 가지고 환원 반응기용 금속 로드로서 사용된다.
부가적으로, 이들 공정의 대부분은 유닛 변환 작동으로서 단광화법(briquetting)을 사용하며, 즉, 이들 공정에서 사용된 미분은 또한 응집을 위한 적절한 입도를 표시할 수 있도록 형태 단계(conformation stage)를 거치는 것을 필요로 한다.
따라서, 일반적으로, 종래 기술에 의해 공지된 이들 공정으로부터 얻어진 응집체는 응집제의 높은 투여량 (10% 초과) 및 생성물의 높은 경화 시간 (10일 초과의 경화 시간)이 필요하다. 또한, 전통적으로 사용되는 응집제는 고가이고, 작동 비용의 70% 초과가 응집체 내 미분의 변환에서 나타나므로, 높은 생산 비용을 초래한다.
나아가, 이들 공정으로부터 얻어진 응집체는 물 접촉에 대한 낮은 저항성, 운송 및 조작 동안 높은 미분의 발생 (낮은 기계적 저항성) 및 환원 반응기 내부에서 열 쇼크로 인한 높은 미분의 발생이 존재한다. 상기 높은 변환 비용 외에, 대부분의 시간에서, 응집된 생성물은 금속 반응기의 작동에 유해한 요소들에 의해 오염이 존재한다. 물 접촉에 대한 낮은 저항성은 이들 응집제가 완전히 불용성인 것은 아니라는 사실을 가리키며, 그의 열 쇼크에 대한 취성은 상기 응집제의 화학적 및 물리적 안정성에 관련될 수 있다.
0.01 mm 내지 8.0 mm의 직경을 가지고, 천연 분광석 및 주요 응집제로서 규산나트륨로부터 생산되고, 저온에서 경화하는, 소결 공정에서 사용될 응집체의 생산 공정은 종래 기술에는 언급되어 있지 않다.
본 발명의 개요
본 발명의 목적은 약 0.01 mm 내지 약 8.0 mm의 직경을 포함하고 천연 분광석 및 규산나트륨계 응집제로부터 형성되며, 밀링 단계 또는 어느 다른 유형의 분쇄가 필요하지 않은, 분광석 응집체를 제공하는 것이다.
이 발명의 또다른 목적은 경화 단계에서 고온이 필요하지 않은 분광석 응집체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 Na20에 의한 낮은 오염 수준, 높은 기계적 저항성 및 높은 물 접촉 저항성을 포함하는 분광석 응집체를 제공하는 것이다.
또한, 이 발명의 목적은 밀링 단계 또는 또다른 유형의 분쇄가 필요하지 않은 분광석 응집체의 생산 공정을 제공하는 것이다.
또한, 이 발명의 또다른 목적은 혼합 단계에서 하나의 유형의 응집제만을 사용하고, 건조 단계에서 짧은 경화 시간을 사용하며, 에너지에 대한 수요 및 생산 비용을 감소시키는, 분광석 응집체의 생산 공정을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 소결 공정에서 사용될 분광석으로 이루어지며, 상기 분광석은 응집제에 관련된 천연 분광석의 혼합으로 이루어지고, 약 0.01 mm 내지 약 8.0 mm의 직경을 포함한다.
본 발명은 또한 다음의 단계를 포함하는, 분광석 응집체의 생산 공정으로 이루어진다:
(i) 약 0.150 mm 미만의 입도를 가지는 천연 분광석의 사용;
(ii) 응집제와 응집제 질량의 약 0.5 내지 약 5.0%의 비율로 천연 분광석의 혼합;
(iii) 물의 조심스런 첨가와 함께 혼합의 과립화로 약 0.01 mm 내지 약 8.0 mm의 직경을 가지는 응집체를 형성; 및
(iv) 습윤 응집체를 약 100 ℃ 내지 약 150 ℃의 온도 변화에서 건조시켜 건조 응집체를 형성.
본 발명을 추가적으로 이하에 도면에서 대표되는 실시예를 기초로 더욱 상세하게 설명할 것이다. 상기 도면은 다음을 나타낸다:
도 1 - 본 발명의 목적인, 분광석 응집체 생산 공정의 흐름도.
본 발명의 대상 물질은 소결 공정에서 사용될 분광석 응집체이다. 간단하게 응집체로서 지칭되는 이 응집체는 0.01 mm 내지 8.0 mm의 직경을 포함하고, 펠렛화 또는 또다른 대등한 공정일 수 있는 과립화 공정에서, 응집제에 관련되는 0.150 mm 미만의 입도를 가지는 천연 분광석의 혼합으로부터 생산된다.
앞에서 언급된 바와 같이, 이 응집제의 형성에서 사용되는 분광석은 천연 분광석, 즉, 바람직한 입도 범위 내로 얻기 위한 밀링 또는 다른 분쇄 절차에 대한 필요가 없는, 저 입도의 입자이다.
이 발명에서 지칭하는 분광석은 바람직하게 천연 분철광석이나, 마그네슘, 니켈 등과 같은 다른 무기질도 사용될 수 있다.
상기 천연 분철광석과 혼합하는 응집제는 규산나트륨이고, 고체상으로 (분말) 0.5 내지 2.5 질량% 또는 액체 상태로 1.5 내지 5.0 질량%의 범위로 첨가된다. 즉, 이 규산나트륨은 고체 또는 액체 형태 둘다로 첨가될 수 있다.
상기 응집제 이외에도, 상기 혼합물에 첨가제도 첨가할 수 있다. 이들 첨가제는 0.5 내지 1.0질량%의 범위로 첨가된 매니옥 전분(manioc starch) 및 0.3 내지 1.0질량%의 범위로 첨가된 마이크로실리카(microsilica)로 이루어진다.
상기 규산나트륨에 첨가된 상기 첨가제의 기능은 상기 응집체의 품질을 향상시키는 것이다. 이런 의미에서, 상기 전분은 응집체 마모에 의한, 예를 들면, 미분 입자의 방출을 발생시키는 조작 및 운송 동안에 마찰에 의한 미분의 발생에 대한 저항성을 증가시키고, 마이크로실리카는 이 응집체의 기계적 저항성의 감소 없이 상기 규산나트륨의 일부를 대체할 수 있다.
천연 분광석, 응집제 및 첨가제의 혼합에 의해 형성된 상기 응집체의 경화 또는 건조는 100 ℃ 내지 150 ℃의 범위의 저온에서 3 내지 20 분 동안 수행된다. 이러한 건조는 회전로(rotating furnace), 이동 그릴로(moving grill furnace) 또는 건조/과립화 수평 유동층로(drying/granulate horizontal fluidized bed furnace)에서 수행될 수 있다. 이런 방식으로, 본 발명의 대상인 상기 응집체는 고온을 필요로하지 않는 경화 또는 빠른 건조를 제공하고, 따라서 더 낮은 에너지 비용을 나타낸다.
또한, 이러한 본 발명은 목적은 다음 단계를 포함하는 분광석 응집체의 생산 공정이다:
(i) 0.150 mm 미만의 입도를 가지는 천연 분광석의 사용;
(ii) 응집제와 0.5 내지 5.0질량%의 비율로 천연 분광석의 혼합;
(iii) 물의 조심스런 첨가와 함께 상기 혼합의 과립화로 0.01 mm 내지 8.0 mm의 직경을 가진 응집체를 형성; 및
(iv) 100 ℃ 내지 150 ℃의 온도 변화에서 습윤 응집체의 건조.
본 공정은 이들 천연 미분이 응집을 위한 적절한 입도를 가지고, 바람직한 범위 내의 직경을 가진 응집체를 획득하기 때문에, 분쇄 단계 (밀링(milling), 단광화법(briquetting), 빻기(traturating), 등)를 포함하지 않음을 발견하였다.
혼합 단계는 믹서에 의해 수행되거나 건조/과립화 수평 유동층로에서 직접 수행될 수 있다.
믹서를 통한 경로에서, 응집제 규산나트륨을 액체 또는 고체 상태에서 첨가하고, 0.5 내지 1.0질량%의 범위의 매니옥 전분 및 0.3 내지 1.0질량%의 범위의 마이크로실리카로 이루어지는 첨가제를 또한 첨가한다. 상기 규산나트륨이 고체 상태 (분말)로 첨가되는 경우, 양은 0.5 내지 2.5질량%로 변한다. 이 규산나트륨의 첨가가 액체 상태에서 수행되는 경우, 양은 1.5 내지 5.0질량%로 변한다.
이들 성분은 5 내지 10분으로 변하는 시간 동안 혼합된다.
상기 규산나트륨 및 첨가제와 상기 미분의 혼합의 완료 후, 상기 혼합은 물의 조심스런 첨가와 함께, 디스크형 장비 또는 펠렛화 드럼에서 펠렛화될 수 있는 과립화 공정 또는 또다른 대등한 공정을 거쳐 0.01 mm 내지 8.0 mm의 직경을 가지는 응집체를 형성한다.
건조/과립화 수평 유동층로를 통한 경로에서, 상기 혼합은 상기 언급된 동일한 비율로 수행되나, 반응기 내부에서 상기 응집체의 과립화 및 건조를 동시에 수행한다.
상기 건조 단계 후 비-응집체 미분의 제거를 위하여 하나의 스크리닝 단계가 고려될 수 있고, 미분은 소결 공정에서 생성물의 성능을 증가의 목적을 가지고 상기 과립화 단계의 공정으로 되돌아갈 수 있다.
스크리닝 후, 바람직한 범위 크기의 응집체를 선택하고 상업화에 사용한다.
응집체 건조 또는 경화는 회전로, 이동 그릴로 또는 건조/과립화 수평 유동층로에 의해, 사용되는 건조 반응기의 유형 및 크기에 따라 100 ℃ 내지 150 ℃의 온도 범위에서 3 내지 20 분 동안 수행될 수 있다.
이 단계에서 상기 응집체의 경화 또는 건조를 위한 필요 온도는 종래 기술의 공정에서 적용되는 온도와 비교할 때 낮은 것으로 고려됨을 발견하였다.
상기 건조 단계 이후 건조 응집체를 스크리닝하는 단계가 일어난다. 이 스크리닝은 최종 생성물의 제어를 위해 필요하다.
이 공정으로부터 얻어진 응집체는 건조한 및 고습한 조건에서 둘다 높은 기계적 저항성을 가진다. 이러한 높은 저항성은 그의 최종 사용까지 장거리 운송 및 조작을 가능하게 한다. 또한, 이 응집체는 빗물과의 접촉으로 빗물이 들어옴에 의한 어떠한 분해도 겪지 않는다.
철광석의 경우, 농축된 미분의 사용은 고 함량의 철 및 저 함량의 SiO2, Al2O3 및 P의 응집체를 생성한다.
파일럿 소결(pilot sintering)에 따라 수행된 시험들은, 공정에 대하여 및 소결물에 대하여 예를 들면, 생산성의 증가, 특정 연료 소비의 감소, 높은 기계적 저항성, 등과 같은 의미있는 이득과 함께, 생성물이 우수한 성능에 도달함을 확인하였다.
상기 응집체를 다음에 명시된 바와 같이, 5가지 조건에서 평가하였다:
1. 전형적인 소결 혼합에서 이 혼합 중 20%의 미분을 20%의 이 발명의 응집체 목적물로 대체한 후, 생산성 결과, 연료의 소비 및 최종 생성물의 기계적 저항성 측정을 수행하였다. 얻어진 이득은 다음과 같았다: 생산성의 12% 증가, 연료 소비의 30% 감소 및 최종 생성물의 기계적 저항성의 15% 증가.
2. 전형적인 소결 혼합에서 13%의 굵은 오스트레일리아 광석을 13%의 본 발명의 응집체로 대체한 후, 생산성 결과, 연료의 소비 및 최종 생성물의 기계적 저항성 측정을 수행하였다. 얻어진 이득은 다음과 같았다: 생산성의 9% 증가, 연료 소비의 5% 감소 및 최종 생성물의 기계적 저항성의 12% 증가.
3. 전형적인 소결 혼합에서 30%의 굵은 오스트레일리아 광석을 13%의 본 발명의 응집체로 대체한 후, 생산성 결과, 연료의 소비 및 최종 생성물의 기계적 저항성 측정을 수행하였다. 얻어진 이득은 다음과 같았다: 생산성의 12% 증가, 연료 소비의 7.5% 감소 및 최종 생성물의 기계적 저항성의 4% 증가.
4. 전형적인 소결 혼합에서 30%의 이 혼합으로부터 Vale의 굵은 광석을 30%의 본 발명의 응집체로 대체한 후, 생산성 결과, 연료의 소비 및 최종 생성물의 기계적 저항성 측정을 수행하였다. 얻어진 이득은 다음과 같았다: 생산성의 20% 증가, 연료 소비의 4% 감소 및 최종 생성물의 기계적 저항성의 유지.
이런 방식으로, 이 발명의 대상인, 상기 응집체 및 그러한 응집체의 획득 공정은 냉간 응집 가공에서 보통 발견되는 일부 사안, 가령: 응집체의 높은 투여량의 필요; 생성물의 높은 경화 시간, 물 접촉에 대한 낮은 저항성, 운송 및 조작 동안 높은 미분의 생성, 열 쇼크에 의한 결과로서 높은 미분의 생성 및 생성물의 이용에 유해한 요소에 의한 오염을 최소화한다.
그 밖에, 앞에서 발견된 바와 같이, 이 발명의 공정은 여러 유형의 응집체의 투여의 필요 및, 특히, 상기 광석의 입도 적합성을 위한 밀링의 필요조건을 최소화한다. 따라서, 응집체 투여 시스템의 더 큰 단순화 및 펠렛화 단계용 분광석의 획득을 초래한다.

Claims (12)

  1. 소결 공정에서 사용하기 위한 분광석 응집체, 여기서 상기 분광석 응집체는 분광석 입자; 및 0.5 내지 5.0 질량%의 비율의 규산나트륨을 포함하는 응집제;의 혼합물에 의해 형성되고, 여기서 분광석 응집체는 0.5 내지 1.0 질량%의 범위의 매니옥 전분(manioc starch) 및 0.3 내지 1.0 질량%의 범위의 마이크로실리카(microsilica)로 형성된 첨가제를 포함하고, 분광석 응집체는 0.01 mm 내지 8.0 mm의 직경을 가지고, 분광석 응집체는 100 ℃ 내지 150 ℃로 변하는 온도 하에서 경화 공정을 거치는 응집체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 규산나트륨은 0.5 내지 2.5 질량%의 비율로 고체 상태로 첨가되는 응집체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 규산나트륨은 1.5 내지 5.0 질량%의 비율로 액체 상태로 첨가되는 응집체.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 다음 단계를 포함하는 분광석 응집체의 생산 방법:
    0.150 mm 미만의 입도를 가지는 분광석 입자를 사용하는 단계;
    상기 분광석 입자를 응집제와 규산나트륨의 0.5 내지 5.0 질량%의 비율로 혼합하고, 0.5 내지 1.0 질량%의 범위의 매니옥 전분 및 0.3 내지 1.0 질량%의 범위의 마이크로실리카로 이루어지는 첨가제를 첨가하는 단계;
    물의 첨가로 0.01 mm 내지 8.0 mm의 직경을 가지는 습윤 입자를 형성하는 단계; 및
    상기 습윤 입자를 100 ℃ 내지 150℃로 변화하는 온도에서 건조시켜 건조 입자를 형성하는 단계.
  8. 제7항에 있어서, 상기 응집제는 0.5 내지 2.5 질량%의 양의 고체 상태의 규산나트륨인 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 응집제는 1.5 내지 5.0 질량%의 양의 액체 상태의 규산나트륨인 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서, 상기 습윤 입자의 형성은 디스크, 펠렛화 드럼을 사용하여 또는 건조/과립화 수평 유동층로(drying/granulate horizontal fluidized bed furnace) 내부에서 수행되는 방법.
  12. 제7항에 있어서, 건조 응집체를 스크리닝하는 단계를 더 포함하는 방법.
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