KR101862150B1 - 소결 장치 및 이를 이용한 소결광 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 소결 장치는 각각이 소결원료의 장입이 가능하며, 소결 공정 진행 방향으로 이동 가능한 복수의 대차, 대차로 소결원료를 장입하도록 설치된 호퍼, 대차의 공정 진행 방향을 기준으로, 호퍼의 전방에 위치하여, 대차 내에 장입된 소결원료의 원료층에 화염을 분사하도록 설치된 점화로, 대차 내에 장입되는 소결원료의 원료층을 최상측 표면으로부터 상층부, 중층부 및 하층부로 구분할 때, 상기 점화로의 후방에서 상기 원료층의 상층부 내부로 열원을 공급하도록 설치된 랜스를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 충분한 열 및 반응 시간동안 상층부가 소결 반응 가능하며, 이로 인해 상층부에서의 소결광 생산율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 열원을 상층부에 첨가하는데 있어서, 실시예에 따른 랜스를 이용하여 원료층 최상측 표면의 하측에서 상층부로 미분의 열원을 공급한다. 이에, 미분의 열원 또는 부원료가 원료층 외부로 노출되지 않도록 공급됨에 따라, 미분의 열원 또는 부원료에 의한 분진 발생을 최소화 또는 방지할 수 있다. 이에 따른 환경 오염 문제를 최소화 또는 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

소결 장치 및 이를 이용한 소결광 제조 방법{sintering apparatus and method for manufacturing sintered ore of using it}

본 발명은 소결 장치 및 이를 이용한 소결광 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소결광 생산율을 향상시킬 수 있는 소결 장치 및 이를 이용한 소결광 제조 방법에 관한 것이다.

고로의 제선 공정에서 원료로 사용되는 소결광은 철광석과 열원인 석탄(또는 코크스)을 혼합한 후 상기 석탄을 연소시키고, 그 연소열로 철광석을 소결시킴으로써 생산된다.

소결광을 제조하는 방법을 간략히 설명하면, 먼저 상부광 호퍼에 저장된 상부광과 써지 호퍼에 저장된 배합원료가 대차 상에 투입되어 운송되고, 이동 중인 대차는 점화로 하부를 통과한다. 이때 점화로로부터 분사되는 화염(즉, 불꽃)이 대차 내에 수용된 소결 원료의 상부 즉, 표층에 착화된다. 점화로를 통과한 대차는 컨베이어에 의해 공정 진행 방향으로 이송되며, 이때 대차가 공정 진행 방향으로 나열 배치된 복수의 윈드 박스의 상측을 통과하게 된다. 윈드 박스의 상측을 통과하는 대차에는 하측 방향으로 흡인력이 발생되며, 흡입된 대차 외부의 공기에 의하여 착화된 화염이 하측 방향으로 이동된다. 이때, 착화된 화염과 외부로부터 유입된 공기가 반응하여 연소 반응이 일어 나며, 화염 주위의 원료층의 온도가 1300 내지 1400℃로 상승한다. 그리고, 온도의 상승과 함께 철광석과 부원료의 반응에 의해 저융점 화합물이 형성되어 국부적으로 융액이 생성되며, 이것이 다시 냉각되는 과정에서 고화되면서 소결광이 제조된다. 그리고 대차가 공정 진행 종료 지점에 위치한 윈드 박스에 도착할 때, 화염이 대차의 바닥에 이르게 되며, 이때 소결이 완료되며, 복수의 대차에 대해 상기한 조업이 연속적으로 이루어진다.

한편, 상술한 바와 같이 화염이 착화된 대차가 윈드 박스를 지나감에 따라, 화염 또는 열이 하측으로 이동하는데, 화염 착화 이후 외부로부터 유입되는 상온의 공기에 의해 원료층의 소결층이 급격히 냉각되어 온도가 낮아지는 문제가 있다. 이에 따라, 원료층의 상측 영역인 상층부는 소결 반응을 위한 열량 및 반응 시간이 부족하여, 상층부에서 미반응 소결광(즉, 철광석이 반응이 부족한 소결광)이 발생되며, 이로 인해 소결광 생산율이 감소하는 또는 소결광 회수율의 증가하는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 원료층의 최상측 표면에 추가로 열원을 첨가하여, 반응온도를 상승시키거나, 최상측 표면에 융액 생성량 증가에 따른 소결광 강도 향상을 위하여 CaO와 같은 부원료를 첨가하는 방법이 제안되었다. 그런데 이러한 방법의 경우 원료층의 최상측 표면에 미분인 열원 또는 부원료가 첨가됨에 따라, 상기 열원 또는 부원료가 비산되어 분진이 발생되고, 이로 인해 환경적인 측면에서 문제가 발생되고 있다.

이에, 분진 발생을 줄이기 위하여, 미분의 열원에 수분을 혼합하여 원료층의 최상측 표면으로 공급하였으나, 수분에 의해 소결광의 품질이 저하되는 문제가 있었다.

한국등록특허 KR1220742B1

본 발명은 대차 내 배합원료의 표층부에서의 미반응 소결광 발생을 억제할 수 있는 소결 장치 및 이를 이용한 소결광 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 대차 내 배합원료의 표층부에서의 반응 온도 상승 및 반응 시간을 증가시킬 수 있는 소결 장치 및 이를 이용한 소결광 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 소결 장치는 각각이 소결원료의 장입이 가능하며, 소결 공정 진행 방향으로 이동 가능한 복수의 대차; 상기 대차로 소결원료를 장입하도록 설치된 호퍼; 상기 대차의 공정 진행 방향을 기준으로, 상기 호퍼의 전방에 위치하여, 상기 대차 내에 장입된 소결원료의 원료층에 화염을 분사하도록 설치된 점화로; 상기 대차 내에 장입되는 소결원료의 원료층을 최상측 표면으로부터 상층부, 중층부 및 하층부로 구분할 때, 상기 점화로의 후방에서 상기 원료층의 상층부 내부로 열원을 공급하도록 설치된 랜스;를 포함한다.

상기 랜스는 상기 대차의 이동 방향과 대응하는 방향으로 연장 형성되어, 상기 열원이 배출되는 선단이 점화로의 후방에서, 소결원료의 장입이 완료되는 지점 또는 소결원료의 장입이 완료되는 지점의 전방에 위치하도록 설치된다.

상기 랜스의 선단이 상기 호퍼와 상기 점화로 사이에 위치한다.

상기 호퍼와 상기 점화로 사이에 위치하여, 상기 열원이 추가 첨가된 원료층을 가압하는 가압부를 포함하고, 상기 랜스의 선단이 상기 호퍼와 상기 가압부 사이에 위치한다.

상기 대차의 이동 방향과 대응하는 방향으로 연장 형성되어, 상기 점화로의 후방에서 상기 원료층의 중층부 및 하층부와 대응하는 위치에 설치되어, 상기 대차 내로 삽탈 가능한 통기바를 포함한다.

상기 랜스는 상기 통기바의 상측에 위치하며, 상기 랜스의 선단은 상기 통기바의 선단과 점화로 사이에 위치한다.

본 발명에 따른 소결광 제조 방법은 공정 진행 방향으로 이동중인 대차로 소결원료를 장입시키는 과정; 상기 소결원료가 적재된 원료층을 최상측 표면으로부터 상층부, 중층부 및 하층부로 구분할 때, 목표 높이로 상기 소결원료의 장입이 완료되면, 상기 소결원료가 적재된 원료층 중 상기 상층부 내부에 열원을 첨가하는 과정; 및 상기 상층부에 열원이 첨가된 대차 내 원료층 표층에 화염을 착화시키고, 상기 대차를 소결 공정 진행 방향으로 이동시켜 소결광을 제조하는 과정;을 포함한다.

상기 대차에 상기 소결원료가 장입되는데 있어서, 상기 대차의 이동 방향에 따라 상기 대차 내 일측에서부터 타측 방향으로 상기 소결원료가 장입되어, 일측에서부터 타측 방향으로 원하는 높이로 소결원료의 장입이 완료되며, 상기 원료층의 상층부 내부에 열원을 첨가하는데 있어서, 상기 소결원료의 장입이 완료되는 상기 대차의 일측에서부터 타측 방향으로 상기 상층부 내부에 상기 열원이 순차적으로 첨가된다.

상기 열원을 첨가하는데 있어서, 상기 대차의 이동 방향과 대응하는 방향으로 연장된 랜스를 이용하여, 점화로의 후방에서 상기 열원을 분출한다.

상기 열원을 첨가하는데 있어서, 상기 소결원료를 상기 대차로 장입시키는 호퍼와 상기 점화로 사이에서 상기 열원을 분출한다.

상기 상층부 내로 상기 열원이 첨가된 상기 대차는 상기 호퍼와 점화로 사이에 위치된 가압부 하측을 통과하면서, 상기 가압부에 의해 원료층이 가압된 후 상기 점화로 하측을 통과한다.

상기 대차로 소결원료를 장입시키기 전에, 상기 대차 내로 상기 대차의 이동 방향과 대응하는 방향으로 연장된 통기바를 배치시키고, 상기 통기바는 상기 대차 내에서 상기 원료층의 중층부 및 하층부 증 적어도 어느 하나의 위치에 대응 위치된다.

상기 상층부로 열원을 첨가하는데 있어서, 부원료를 함께 첨가한다.

상기 열원은 복수의 입자로 이루어진 파우더(powder)를 포함한다.

상기 열원을 첨가하는데 있어서, 상기 열원의 이동을 돕도록 가스를 함께 첨가하며, 상기 가스는 에어(air) 또는 불활성 가스 중 어느 하나를 포함한다.

본 발명의 실시형태에 의하면, 원료층의 상층부 내부에 열원을 추가로 첨가함으로써, 첨가된 열원만큼 상층부의 온도가 상승되어, 외부로부터 흡입되는 공기에 의한 온도 하락 정도 및 속도를 낮출 수 있다. 따라서, 상층부에서의 온도가 종래에 비해 높고, 반응 시간이 종래에 비해 증가되어, 충분한 열 및 반응 시간 동안 상층부가 소결 반응한다. 이로 인해 상층부에서의 소결광 생산율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 열원을 상층부에 첨가하는데 있어서, 실시예에 따른 랜스를 이용하여 원료층 최상측 표면의 하측에서 상층부로 미분의 열원을 공급한다. 이에, 미분의 열원 또는 부원료가 원료층 외부로 노출되지 않도록 공급됨에 따라, 미분의 열원 또는 부원료에 의한 분진 발생을 최소화 또는 방지할 수 있다. 이에 따른 환경 오염 문제를 최소화 또는 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소결 장치의 요부를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소결 장치에서, 소결원료의 장입 및 열원의 장입을 설명하는 도면
도 3은 대차를 기준으로, 통기바 및 랜스의 설치를 설명하기 위한 도면
도 4는 열원이 분출되는 랜스 선단의 위치를 설명하기 위한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 랜스의 구조를 나타내는 도면
도 6은 대차 내 장입된 소결원료 및 추가로 장입된 열원을 설명하는 도면

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소결 장치의 요부를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소결 장치에서, 소결원료의 장입 및 열원의 장입을 설명하는 도면이다. 도 3은 대차를 기준으로, 통기바 및 랜스의 설치를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 열원이 분출되는 랜스 선단의 위치를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 랜스의 구조를 나타내는 도면이다. 도 6은 대차 내 장입된 소결원료 및 추가로 장입된 열원을 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소결 장치는 소결원료가 저장된 호퍼, 소결원료가 장입되며, 소결 공정 진행 방향으로 순차 이동하는 복수의 대차(30), 공정 진행 방향으로 연장 설치되어, 복수의 대차(30)를 이송시키는 컨베이어(40), 호퍼(13)의 일측에서 컨베이어(40)의 상측에 설치되어, 대차에 장입된 소결원료에 화염을 분사하는 점화로(20), 컨베이어(40)의 하측에서 복수의 대차가 이송되는 경로 상에 나열 설치되어, 대차 내부를 흡인 또는 흡입하는 복수의 윈드 박스(50), 대차(30)의 이동 방향을 기준으로 점화로의 후방에 위치되어 대차에 장입된 소결원료층(이하, 원료층) 중, 상층부 내부로 열원을 공급하는 랜스(110)를 포함하는 열원 공급부(120), 대차(30)의 이동 방향을 기준으로 점화로(20)의 후방에 위치되어 대차(30) 내로 삽탈 가능하여, 대차(30)에 장입된 원료층의 상층부(L1)의 하측 영역에 통기를 위한 통기 공극을 형성시키는 통기바(200), 호퍼(13)와 점화로(20) 사이에 위치하여, 대차(30) 내 원료층의 상부를 가압하여 다지는 가압부(300)를 포함한다.

또한, 소결 장치는 소결광 제조를 위한 각종 원료(즉, 소결원료)가 각기 저장된 저장빈(11), 복수의 소결 원료를 혼합하고, 수분을 첨가하여 의사 입자화 조립하는 조립기(12), 대차(100)로부터 소결광이 배광되는 배광부, 복수의 윈드 박스(50)와 연결되어 외부 공기가 대차 내로 흡인되도록 하는 블로어(70), 윈드 박스(50)를 통해 배출되는 배가스 내 더스트를 집진하는 집진기(60)를 포함한다.

대차(30)에 장입되는 소결원료는, 대차(30)로 처음 장입되는 원료인 상부광, 상부광의 상측으로 장입되는 배합원료를 포함한다. 배합원료는 Fe를 함유한 철광석, 분코크스 및 무연탄 등의 탄소(C)를 함유하는 결합재, 석회석 또는 생석회를 포함하는 부원료를 포함한다. 또한, 배합원료는 탄소 또는 철원과 탄소를 모두 포함하는 부산물 및 염기도 조절을 위한 원료를 더 포함할 수 있다.

저장빈(11)은 상술한 배합원료의 구성 원료 즉, 철광석, 결합재, 부산물, 부원료, 염기도 조절 원료 등 각각을 저장하고, 상기 원료들이 조립기(12)로 이동되어 혼합 및 조립된다. 물론 배합원료를 혼합기와 이를 혼합하는 조립기가 별도로 구비될 수 있다.

호퍼(13)는 상부광이 저장되는 제 1 호퍼(14)와, 배합원료를 조립한 조립물이 저장된 제 2 호퍼(15)를 포함한다. 이러한 제 1 및 제 2 호퍼(14, 15)는 대차(30) 상측에서 상기 대차(30)의 이동 경로를 기준으로 가압부(300) 및 점화로(20)의 후방에 위치하도록 설치된다.

여기서 제 2 호퍼(15)는 대차(30)의 이동 경로에 대해 제 1 호퍼(14)의 전방에 위치되어, 대차(30)로 배합원료 즉, 조립물을 장입한다. 제 2 호퍼(15)는 대차(30)의 폭방향으로는 소결원료를 입도 편석없이 고르게 장입하고, 대차(30)의 깊이 방향(즉, 상하 방향)으로는 소결원료를 하부에서 상부로 갈수록 입도가 작아지도록 입도 편석시켜 장입한다.

점화로(20)는 제 2 호퍼(15)의 전방에 위치되어, 소결원료가 대차(30)에 장입되어 형성된 원료층의 표층에 화염을 공급하여 착화시킨다.

대차(30)는 소결원료 즉, 상부광과 배합원료가 장입되어 원료층을 형성하기 위한 공간을 제공하기 위한 것으로, 내부 공간을 가지며, 호퍼(13), 점화로(20)가 위치된 상측이 개방된 형상이다. 이러한, 대차(30)에는 후술되는 통기바(200) 및 랜스(110)의 적어도 일부가 원료층으로 삽탈 가능하도록 배치될 수 있다.

도 6을 참조하면, 대차(30) 내에 소결원료의 장입이 완료되었을 때, 원료층은 대차(30) 내 바닥부와 접하는 하측 표면으로부터 상측으로 일정 높이까지의 하층부(L3), 하층부(L3)로부터 상측으로 일정 높이까지의 중층부(L2), 중층부(L2)로부터 최상측 표면까지의 상층부(L1)로 나눌 수 있다. 보다 구체적인 예로, 상층부(L1)는 원료층의 최상측의 표면으로부터 하측으로 100mm 깊이까지를 의미하며, 상층부(L1)의 하측 영역이 중층부(L2), 중층부(L2) 하측이 하층부(L3)이다.

통기바(200)는 대차(30)의 이동 경로 중, 배합원료를 장입하는 제 2 호퍼(15)의 하측에서, 상기 제 2 호퍼(15)의 하측으로 이동하는 대차(30) 내로 삽탈 또는 통과 가능하도록 설치되어, 대차(30) 내 원료층의 통기성을 확보한다. 이러한 통기바(200)는 대차(30)의 이동 방향으로 연장 형성된 바(bar) 형상이며, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개로 마련되어, 대차(30)의 이동 방향과 교차하는 대차(30)의 폭방향 및 높이 방향으로 나열되도록 설치된다. 즉, 복수의 통기바(200)는 대차(30)의 폭 방향으로 나열되어 이격 설치되며, 폭 방향으로 나열된 복수의 통기바(200)가 다단 또는 복수층으로 설치될 수 있다.

실시예에서는 통기바(200)는 원료층의 상층부를 제외한 영역 즉, 하층부 및 중층부 중 적어도 어느 하나의 위치에 대응하도록 설치된다. 다른 말로 설명하면, 랜스(110)의 하측에 통기바가 설치된다.

열원 공급부(120)는 원료층의 상층부 내로 배합원료에 포함된 열원 외에 추가적으로 열원을 더 공급하는 수단이다. 이러한 열원 공급부(120)는 대차(30)의 이동 경로 중, 제 2 호퍼(15) 및 가압부(300)의 하측에서, 상기 제 2 호퍼(15)의 하측으로 이동하는 대차(30) 내로 삽탈 또는 통과 가능하도록 설치되어, 원료층의 상층부(L1)로 열원을 취입하는 랜스(110), 랜스(110)와 연결되어, 상기 랜스(110)로 열원 등과 같은 취입하고자 하는 원료를 공급하는 원료 저장부(120, 130, 140)를 포함한다.

상층부(L1)는 상술한 바와 같이, 원료층의 최상측 표면과, 상기 최상측 표면으로부터 소정 거리 하측 예컨대 100mm 하측 지점까지를 의미한다. 여기서, 열원이 첨가 또는 공급되는 "상층부(L1) 내부"라 함은 상층부(L1) 중 상기 원료층의 최상측 표면 즉, 상층부(L1)의 최상측 표면을 제외한 영역을 의미한다.

원료층의 상층부(L1) 내부로 공급되는 열원은 탄소(C)가 포함된 원료 예컨대, 무연탄 및 분코크스 중 적어도 어느 하나의 고체상이며, 입자가 작은 미분인 것이 바람직하다.

실시예에 따른 열원 공급부(120)는 원료층의 상층부(L1)로 열원뿐만 아니라, 배합원료에 포함된 부원료 외에, 상층부(L1)로 생석회, 생석회를 포함 원료 등의 부원료를 추가로 더 공급한다.

그리고 열원 또는 부원료 공급을 원활하게 하기 위하여, 랜스(110)로 캐리어 가스를 함께 공급한다. 이에, 실시예에 따른 원료 저장부(120, 130, 140)는 열원 저장부(130), 가스 저장부(120) 및 부원료 저장부(140)를 포함하며, 각각이 별도의 배관을 통해 랜스(110)와 연결된다.

랜스(110)는 원료층의 상층부(L1)로 열원 및 부원료 중 적어도 하나를 공급한다. 이러한 랜스(110)는 대차(30)의 이동 방향으로 연장 형성되며, 내부로 열원 및 부원료가 이동하여 개구된 선단을 통해 외부로 분출 또는 배출된다.

실시예에 따른 랜스(110)는 열원 또는 열원의 공급을 원활하게 하기 위하여, 가스를 동시에 공급한다. 이를 위해, 랜스(110)는 도 5에 도시된 바와 같이, 열원 또는 부원료의 이동 통로인 내관(111), 내부에 내관(111)이 삽입 설치되며, 열원 또는 부원료의 이동을 돕는 가스 예컨대, 에어(air) 또는 불활성 가스의 이동 통로인 외관(112)을 포함한다. 즉, 랜스(110)는 외관(112) 내부에 내관(111)이 삽입된 이중관 형태이며, 내관(111)의 선단으로는 열원 또는 부원료가, 외관(112)의 선단으로는 가스가 분출된다.

상기에서는 랜스(110)가 열원 또는 부원료의 이동 통로인 내관(111)과, 가스의 이동 통로인 외관(112)을 포함하는 이중관 구조인 것을 설명하였다. 하지만 랜스(110)는 이에 한정되지 않고, 이중관이 아닌 단일관 형태일 수 있다. 즉, 랜스(110)는 하나의 관으로 이루어지며, 상기 관을 통해 열원 또는 부원료와 가스가 함께 분출되도록 할 수 있다.

그리고, 랜스(110)는 복수개로 마련되어, 도 3에 도시된 바와 같이 대차의 이동 방향과 교차 또는 직교하는 방향으로 나열, 이격 배치된다. 이때, 복수의 랜스(110)는 등간격 또는 불규칙한 간격으로 이격 배치될 수 있다.

랜스(110)는 원료층의 높이 방향의 위치에서, 상층부(L1)에 대응 위치하도록 설치된다. 즉, 대차(30) 내에 장입하고자 하는 목표 높이로 소결원료가 100% 장입되었을 때(장입 완료), 원료층(소결원료가 적재된 층)의 최상측 표면으로부터 하측으로 100mm 깊이까지를 예컨대 상층부(L1)라고 하면, 랜스(110)는 원료층 최상측 표면의 하측에서, 상기 최상측 표면으로부터 하측으로 100mm 이격된 지점 이내의 위치에 설치된다.

또한, 열원은 소결원료가 장입하고자 하는 높이로 100% 장입된 상태에서, 상층부(L1) 내에 위치하도록 분출되어야 한다. 그리고, 대차(30)는 소결 공정 진행 방향 도 1을 예로 들면 좌측에서 우측 방향으로 이동하며, 각 대차(30)의 좌우 방향에서 보면, 우측에서부터 좌측 방향으로 원료가 쌓인다. 즉, 대차(30)의 우측부터 좌측으로 점차 100%에 가까워지도록 쌓인다. 이를 다른 말로 하면, 대차(30)의 우측에서부터 좌측 방향으로 순차적으로 장입이 완료된다. 이에, 열원이 분출되는 랜스(110) 선단이 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 호퍼(15) 하측으로 이동 중인 대차에 있어서, 원료층이 100% 쌓이는 또는 장입이 완료되는 지점 또는 장입 완료 지점으로부터 소정 위치 전방 앞에 위치하며, 점화로(20)의 후방에 위치하도록 설치된다. 보다 바람직하게 랜스(110)는 통기바(200)의 선단과 점화로(20) 사이 또는 통기바(200)의 선단과 가압부(300) 사이에 위치하도록 설치된다.

따라서, 열원은 도 4에 도시된 바와 같이, 장입이 완료된 지점에서의 상층부(L1)에 열원이 공급되고, 장입이 완료되지 않은 지점에는 열원이 공급되지 않는다.

이렇게, 본 발명에서는 원료층의 상층부(L1) 내부에 열원이 추가로 첨가됨으로써, 상층부(L1)의 배합원료가 충분한 반응 온도에서 반응되고, 이에 상층부(L1)의 반응성이 향상되며, 따라서 상층부(L1)에서의 미반응 소결광이 발생되는 것을 최소화 또는 방지할 수 있다.

그리고 랜스(110)의 선단이 통기바(200)의 선단과 점화로(20) 사이 또는 통기바(200)의 선단과 가압부(300) 사이에 위치함에 따라, 열원 또는 부원료가 첨가된 상층부(L1)의 장입 밀도가 향상되며, 이에 따라 상층부(L1)에 고온의 열이 체류하는 시간이 증대되어, 상층부(L1)의 반응성이 보다 향상되는 효과가 있다.

실시예에 따른 랜스(110)에 의해 미분의 열원 또는 부원료가 상층부로 취입 또는 첨가되는데, 미분의 열원 또는 부원료가 원료층의 최상측 표면 상으로 첨가되는 것이 아니라, 상층부(L1) 중, 최상측 표면으로부터 하측으로 열원 또는 부원료가 첨가된다. 즉, 미분의 열원 또는 부원료가 원료층 외부로 노출되지 않도록 첨가된다. 따라서, 추가로 첨가되는 미분의 열원 또는 부원료에 의한 분진 발생을 최소화 또는 방지할 수 있어, 이로 이한 환경 오염 문제를 최소화 또는 방지할 수 있다.

또한, 추가로 첨가되는 열원 또는 부원료에 분진 발생 방지를 위한 수분을 첨가할 필요가 없어 공정이 단순해지고, 수분에 의한 소결광 품질 저하 발생을 방지할 수 있다.

한편, 종래에는 열원 또는 부원료를 추가로 첨가하기 위하여, 원료층의 최상측 표면으로 첨가하는 방법을 취했는데, 이와 같은 방법의 경우 미분의 열원 또는 부원료로부터 분진이 발생되는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위하여 미분의 열원 또는 부원료에 수분을 첨가하였으나, 수분은 결과적으로 소결광의 품질을 저하시키는 요인이 된다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여, 열원 첨가 깊이에 따른 생산성 및 강도 변화를 설명한다.

도 7은 소결광 강도를 나타낸 그래프이고, 도 8은 열원 첨가 깊이에 따른 생산성을 나타낸 그래프이다.

실험을 위하여, 실시예 및 비교예에 따른 소결원료를 준비하는데, 동일한 조건으로 준비한다. 이때, 실시예 및 비교예 각각에 배합원료는 상기 배합원료 전체에 대해 3.8 wt%의 결합재를 포함한다.

그리고 상부광 및 배합원료로 제조된 조립물을 대차로 장입시켜 소결광을 제조하는데 있어서, 제 1 비교예는 원료층의 상층부에 열원을 첨가하지 않았고(열원 첨가 깊이= 0mm), 제 2 비교예는 원료층의 최상측 표면으로부터 하측으로 150mm 이격된 위치까지 열원을 첨가하였다. 또한, 제 1 실시예는 원료층의 최상측 표면으로부터 하측으로 50mm 이격된 위치까지 열원을 첨가하였고, 원료층의 최상측 표면으로부터 하측으로 100mm 이격된 위치까지 열원을 첨가하였다.

도 7을 참조하면, 열원 첨가 깊이 증가 따라 소결광의 강도(Tumbler indux)가 낮아지는 것을 알 수 있다.

도 8을 참조하면, 열원을 첨가하지 않은 제 1 비교예에 비해 열원을 첨가한 제 1 및 제 2 실시예의 경우 생산성이 향상되는 것을 알 수 있다. 그런데, 열원을 원료층 최상측 표면으로부터 하측으로 100mm 지점을 초과하는 150mm 지점까지 첨가한 제 2 비교예의 경우, 오히려 열원을 첨가하지 않은 제 1 비교예에 비해 생산성이 낮아지는 것을 알 수 있다. 이는 100mm 지점을 초과하는 위치까지 열원을 첨가하는 경우, 열원이 상층부를 넘어 중층부까지 첨가된 것으로, 너무 두꺼운 두께 즉, 많은 양의 열원이 첨가됨에 따라, 중층부에서 열원과 반응하는 결합재의 양이 증가되고, 이에 따라 이후 하층부에서 반응될 잔여 결합재가 감소되어, 하층부에서는 소결 반응이 진행되기 위한 충분한 반응 온도가 유지되지 않기 때문이다.

따라서, 도 7 및 도 8의 실험결과를 통해, 원료층의 최상측 표면의 하측에 열원을 첨가하되, 원료층의 표층 직하로부터 하측으로 최대 100mm 지점까지 열원이 첨가되는 것이 바람직함을 알 수 있다. 다른 말로 하면, 열원이 첨가되는 최대 위치가 원료층의 표층으로부터 하측으로 100mm를 초과하는 지점이 되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 소결 장치의 동작을 설명한다. 이때, 공정 진행 방향 또는 복수의 대차가 좌측에서 우측으로 이동하는 것을 예를 들어 설명한다.

먼저, 소결광 제조를 위한 소결원료 즉, 상부광과 배합원료를 준비한다. 여기서, 상부광은 이미 제조된 소결광 중 입도가 2 내지 3mm로 작은 소결광으로서, 고로 조업에 사용되지 않고, 다음 차지의 원료 처리 시에 상부광으로서 사용된다. 상부광은 원료 처리 공정에서 대차(30) 내 가스의 흐름을 원활하게 해주며, 철광석 원료가 용융되었을 때, 철 재료로 되어 있는 대차를 보호하는 역할을 한다. 배합원료는 Fe를 함유한 철광석, 분코크스 및 무연탄 등의 탄소(C)를 함유하는 결합재, 석회석 또는 생석회를 포함하는 부원료를 포함한다. 준비된 상부광은 제 1 호퍼(14)로 이송되어 저장되고, 배합원료는 해당 저장빈(11)에 저장된 후 조립기(12)에서 조립물 형태로 조립된 후 제 2 호퍼(15)로 장입되어 저장된다.

상술한 바와 같이 상부광 및 조립물이 마련되면, 복수의 대차(30) 각각을 제 1 호퍼(14)의 하측에서부터 점화로(20) 하측으로 순차 이동시켜, 대차(30)에 상부광, 조립물, 열원을 순차로 장입한다.

복수의 대차(30) 중 일 대차(30)에서의 장입에 대해 설명하면, 상기 일 대차(30)는 제 1 호퍼(14)의 하측을 통과함으로써 내부로 상부광이 장입되고, 상부광이 장입된 대차(30)는 제 2 호퍼(15) 하측을 통과함으로써 조립물이 장입된다. 이때, 대차(30)가 좌측에서 우측 방향으로 이동하므로, 대차(30)의 우측에서부터 좌측 방향으로 소결원료가 목적하는 높이로의 장입이 완료된다.

이때, 제 2 호퍼(15)의 하측을 지나가는 대차(30)에 있어서, 랜스(110)는 원료층의 최상측 표면의 하측 영역 중, 상층부에 대응하는 높이에 위치하고, 랜스(110) 선단이 장입이 완료되는 지점 또는 장입 완료 지점으로부터 소정 거리 전방 앞에 위치하므로, 장입이 완료된 원료층에서 상층부(L1) 내부에 열원이 추가로 공급 또는 첨가된다.

물론 랜스(110)를 이용하여 열원뿐만 아니라, 필요에 따라 부원료 예컨대, CaO를 포함하는 재료를 더 추가할 수 있다.

상층부(L1)에 열원이 추가 첨가된 대차(30)는 가압부(300)의 하부를 지나가면서, 가압부(300) 동작에 의해 가압되며, 이에 따라 열원이 첨가된 상층부(L1)의 장입 밀도가 향상된다. 이후 가압부(300)를 지나간 대차는 점화로(20) 하측을 통과하면서, 점화로(20)로부터 분사된 화염이 원료층 표층(최상층 표면)에 착화된다. 그리고 화염이 착화된 대차(30)는 복수의 윈드 박스(50)가 나열된 방향 또는 배광부가 위치한 방향으로 이동하는데, 윈드 박스(50)의 흡입력에 의해 외부 공기가 대차(30) 내로 공급되어 흡입된다. 이에 따라 대차(30)의 이동에 의해 화염이 점차 하측으로 이동하고, 이에 원료층의 상측에서부터 하측 방향으로 소결 반응이 진행되어 소결광이 제조된다. 이후, 대차(30)가 최 후단의 윈드 박스(50) 위치 즉, 배광부에 도달하면, 화염이 대차 바닥 또는 원료층의 최하부층에 도달하면, 화염이 소멸되어 소결이 완료되며, 윈드 박스(50)의 끝단에 도착한 대차(30)는 제조된 소결광을 배광하고, 배광된 소결광은 냉각기에서 냉각된다.

이렇게 제조된 소결광은 고로에서의 제선 공정 시의 원료로 사용된다.

상술한 바와 같이, 화염이 착화된 대차(30)가 윈드 박스(50)의 연장 방향으로 이동함에 따라, 원료층의 상측에서부터 하측 방향 즉, 상층부(L1)로부터 하층부(L3) 방향으로 소결 반응이 진행된다.

그런데, 종래에는 화염이 착화된 대차(30)가 윈드 박스(50)를 지나감에 따라, 화염 또는 열이 하측으로 이동하는데, 화염 착화 이후 외부로부터 유입되는 상온의 공기에 의해 원료층의 소결층이 급격히 냉각되어 온도가 낮아지는 문제가 있다. 이에 따라 상층부(L1)는 소결 반응을 위한 열량 및 반응 시간이 부족하여, 상층부(L1)에서 미반응 소결광(즉, 철광석이 반응이 부족한 소결광)이 발생되며, 이로 인해 소결광 생산율이 감소(또는 소결광 회수율의 증가)이 감소한다.

하지만, 본 발명에서는 원료층의 상층부(L1) 내부에 열원을 추가로 첨가함으로써, 첨가된 열원만큼 상층부(L1)의 온도가 높아지며, 외부로부터 흡입되는 공기에 의한 온도 하락 정도 및 온도 하락 속도를 낮출 수 있다. 따라서, 상층부(L1)에서의 온도가 종래에 비해 높고, 반응 시간이 종래에 비해 증가되어, 충분한 열 및 반응 시간동안 상층부(L1)가 소결 반응하며, 이로 인해 상층부(L1)에서의 소결광 생산율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 열원을 상층부(L1)에 첨가하는데 있어서, 실시예에 따른 랜스(110)를 이용하여 원료층 최상측 표면의 하측에서 상층부(L1)로 미분의 열원을 공급한다. 이에, 미분의 열원 또는 부원료가 원료층 외부로 노출되지 않도록 공급됨에 따라, 미분의 열원 또는 부원료에 의한 분진 발생을 최소화 또는 방지할 수 있고, 이에 따른 환경 오염 문제를 최소화 또는 방지할 수 있는 효과가 있다.

20: 점화로 30: 대차
110: 랜스 200: 통기바
L1: 상층부

Claims (15)

1. 각각이 소결원료의 장입이 가능하며, 소결 공정 진행 방향으로 이동 가능한 복수의 대차;
   상기 대차로 소결원료를 장입하도록 설치된 호퍼;
   상기 대차의 공정 진행 방향을 기준으로, 상기 호퍼의 전방에 위치하여, 상기 대차 내에 장입된 소결원료의 원료층에 화염을 분사하도록 설치된 점화로;
   상기 대차 내에 장입되는 소결원료의 원료층을 최상측 표면으로부터 상층부, 중층부 및 하층부로 구분할 때, 상기 점화로의 후방에서 상기 원료층의 상층부 내부로 열원을 공급하도록, 상기 대차의 이동 방향과 대응하는 방향으로 연장 형성되어 설치된 랜스;
   상기 대차의 이동 방향과 대응하는 방향으로 연장 형성되어, 상기 점화로의 후방에서 상기 랜스의 하측에 위치하도록 상기 원료층의 중층부 및 하층부와 대응하는 위치에 설치되어, 상기 대차 내로 삽탈 가능한 통기바;
   를 포함하고,
   상기 랜스는 복수개로 마련되어, 상기 대차의 이동 방향과 교차하는 방향으로 나열, 이격 배치되며,
   상기 랜스는 상기 열원의 이동이 가능한 내관 및 내부에 상기 내관이 삽입 설치되며, 상기 열원 이동을 돕는 가스의 이동 통로인 외관을 포함하는 소결 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 랜스는 상기 열원이 배출되는 선단이 점화로의 후방에서, 소결원료의 장입이 완료되는 지점 또는 소결원료의 장입이 완료되는 지점의 전방에 위치하도록 설치된 소결 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 랜스의 선단이 상기 호퍼와 상기 점화로 사이에 위치하는 소결 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 호퍼와 상기 점화로 사이에 위치하여, 상기 열원이 추가 첨가된 원료층을 가압하는 가압부를 포함하고,
   상기 랜스의 선단이 상기 호퍼와 상기 가압부 사이에 위치하는 소결 장치.
5. 삭제
6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 랜스의 선단은 상기 통기바의 선단과 점화로 사이에 위치하는 소결 장치.
7. 공정 진행 방향으로 이동중인 대차로 소결원료를 장입시키는 과정;
   상기 대차의 이동 방향과 대응하는 방향으로 연장 형성되어, 상기 소결 원료가 장입되는 대차 내로 통과 가능하도록 설치된 통기바를 통해, 상기 소결원료가 적재된 원료층의 통기성을 확보하는 과정;
   상기 소결원료가 적재된 원료층을 최상측 표면으로부터 상층부, 중층부 및 하층부로 구분할 때, 목표 높이로 상기 소결원료의 장입이 완료되면, 상기 소결원료가 적재된 원료층 중 상기 상층부 내부에 열원을 첨가하는 과정; 및
   상기 상층부에 열원이 첨가된 대차 내 원료층 표층에 화염을 착화시키고, 상기 대차를 소결 공정 진행 방향으로 이동시켜 소결광을 제조하는 과정;
   을 포함하고,
   상기 열원을 첨가하는데 있어서,
   각각이 상기 대차의 이동 방향과 대응하는 방향으로 연장 형성된 내관 및 내부에 상기 내관이 삽입 설치된 외관을 구비하고, 상기 통기바의 상측에서 상기 대차의 이동 방향과 교차하는 방향으로, 나열, 이격 배치된 복수의 랜스를 이용하며,
   상기 내관으로 상기 열원을 공급하고, 상기 외관으로 상기 열원의 이동을 돕는 가스를 공급하여, 점화로의 후방에서 상기 열원을 분출하는 소결광 제조 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 대차에 상기 소결원료가 장입되는데 있어서,
   상기 대차의 이동 방향에 따라 상기 대차 내 일측에서부터 타측 방향으로 상기 소결원료가 장입되어, 일측에서부터 타측 방향으로 원하는 높이로 소결원료의 장입이 완료되며,
   상기 원료층의 상층부 내부에 열원을 첨가하는데 있어서,
   상기 소결원료의 장입이 완료되는 상기 대차의 일측에서부터 타측 방향으로 상기 상층부 내부에 상기 열원이 순차적으로 첨가되는 소결광 제조 방법.
9. 삭제
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 열원을 첨가하는데 있어서,
    상기 소결원료를 상기 대차로 장입시키는 호퍼와 상기 소결원료에 화염을 분사하는 점화로 사이에서 상기 열원을 분출하는 소결광 제조 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 상층부 내로 상기 열원이 첨가된 상기 대차는 상기 호퍼와 점화로 사이에 위치된 가압부 하측을 통과하면서, 상기 가압부에 의해 원료층이 가압된 후 상기 점화로 하측을 통과하는 소결광 제조 방법.
12. 청구항 8에 있어서,
    상기 통기바는 상기 대차 내에서 상기 원료층의 중층부 및 하층부 증 적어도 어느 하나의 위치에 대응 위치된 소결광 제조 방법.
13. 청구항 7에 있어서,
    상기 상층부로 열원을 첨가하는데 있어서, 부원료를 함께 첨가하는 소결광 제조 방법.
14. 청구항 7, 청구항 8, 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열원은 복수의 입자로 이루어진 파우더(powder)를 포함하는 소결광 제조 방법.
15. 청구항 7, 청구항 8, 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열원을 첨가하는데 있어서, 상기 열원의 이동을 돕도록 가스를 함께 첨가하며,
    상기 가스는 에어(air) 또는 불활성 가스 중 어느 하나를 포함하는 소결광 제조 방법.

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