KR102033028B1 - 소결광 제조방법 - Google Patents

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Abstract

원료물질, 연료물질 및 부원료물질을 포함하는 소결배합원료에 수분을 첨가하여 조립하는 단계; 셀룰로오스 에테르계 화합물을 포함하는 바인더 및 수분을 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계; 상기 조립된 소결배합원료에 상기 혼합액을 분사하여 괴상화 입자를 제조하는 단계; 및 상기 괴상화 입자를 소결하는 단계;를 포함하며, 상기 혼합액을 제조하는 단계에서 상기 혼합액의 점도는 5000 내지 20000cps가 되도록 상기 바인더 및 수분을 혼합하는 소결광 제조방법이 소개된다.

Description

소결광 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF SINTERED ORE}
본 발명은 통기성이 우수하고, 연소효율이 뛰어난 소결광을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 소결광 제조공정은 철광석을 고로에서 사용하기 쉽도록 가공하여 소결광을 제조하는 공정이다. 철광석에 코크스, 연료, 석회석, 및 부원료를 혼합한 후 소결시켜 소결광을 제조할 수 있다.
이러한 소결광 제조공정은 다음과 같은 순서로 진행될 수 있다. 우선, 철광석과 연료, 크크스 및 부원료 등이 혼합된 원료를 대차에 일정 높이로 장입시킨다. 그 다음, 원료의 상층부를 점화한 후 하측으로부터 공기를 강제 흡인하면 원료의 소결이 진행되어 소결광이 제조된다.
이후, 고로 내 장입 및 반응에 용이한 입도를 갖는 소결광은 고로로 이송되고, 크기가 작은 소결광은 반광으로 분류되어 소결원료로 다시 사용된다. 이때, 원료인 철원으로는 입도가 작은 분철광석(적철광, 갈철광, 자철광), concentrate, pellet feed, 및 함철부산물 등이 사용되는데 철원 입자는 친수성이지만 표면특성에 따라 물에 대한 젖음성이 상이하고, 연료로 사용되는 코크스 및 무연탄은 소수성으로 물에 대한 젖음성이 매우 낮다.
따라서 보통의 소결공정에서는 이러한 원료와 연료를 혼합하여 괴상화하는 의사입자 조립과정에서 생석회를 바인더로 사용하여 괴상화 과정을 거쳐 소결용 원료로 사용하고 있다.
또한, 제철공정에서 발생하는 더스트, 슬러지, 슬래그 등의 부산물을 고로용 장입물을 제조하는데 있어서 시멘트 또는 CaO계 바인더를 사용하여 펠렛타이징 또는 브리켓팅 등을 통하여 괴상화한 후 높은 강도를 고로용 장입물을 제조하여 Cold Bonded Pellet(CBP)를 사용하기도 한다.
통기성이 우수하고, 연소효율이 뛰어난 소결광을 제조하는 방법을 제공하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 소결광 제조방법은 원료물질, 연료물질, 반광 및 부원료물질을 포함하는 소결배합원료에 수분을 첨가하여 조립하는 단계; 셀룰로오스 에테르계 화합물을 포함하는 바인더 및 수분을 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계; 상기 조립된 소결배합원료에 상기 혼합액을 분사하여 괴상화 입자를 제조하는 단계; 및 상기 괴상화 입자를 소결하는 단계;를 포함하며, 상기 혼합액을 제조하는 단계에서 상기 혼합액의 점도는 5000 내지 20000cps가 되도록 상기 바인더 및 수분을 혼합한다.
상기 혼합액을 제조하는 단계 이후, 상기 혼합액을 1000 내지 10000rpm으로 교반하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 조립하는 단계에서, 상기 부원료물질은 석회석 및 규석 중에서, 1종 이상을 포함하며, 상기 소결배합원료의 염기도(CaO/SiO2)를 1.7 내지 2.2로 조절할 수 있다. 이와 같이 염기도(CaO/SiO2)를 조절함으로써 소결배합원료의 조립효과가 보다 향상되도록 할 수 있다.
상기 혼합액을 제조하는 단계에서, 상기 셀룰로오스 에테르계 화합물은, 메틸셀룰로오스(MC), 히드록시에틸셀룰로오스(HEC), 히드록시프로필셀룰로오스(HPC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 및 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 중에서, 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 혼합액을 제조하는 단계에서, 상기 셀룰로오스 에테르계 화합물의 분자량은 10000 내지 30000일 수 있다.
상기 괴상화 입자를 제조하는 단계에서, 상기 괴상화 입자의 전체 중량 100%를 기준으로, 상기 바인더를 0.1 내지 3.0 중량% 첨가할 수 있다.
상기 괴상화 입자는, 철광석을 포함하는 58 내지 63 중량%의 원료물질, 코크스 및 무연탄 중에서 1종 이상을 포함하는 3 내지 5 중량%의 연료물질, 생석회 및 규석 중에서 1종 이상을 포함하는 9 내지 13 중량%의 부원료물질, 18 내지 22 중량%의 반광, 2 내지 4 중량%의 수분 및 0.1 내지 3 중량%의 바인더를 포함할 수 있다.
바인더로서 셀룰로오스 에테르계 화합물 및 수분 혼합물의 점도를 제어하여 소결배합원료와 혼합함으로써 통기성이 우수하고, 연소효율이 뛰어난 소결광을 제조하는 것이 가능하다.
도 1은 소결공정 프로세스를 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 소결광 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 소결광 및 비교예에 의해 제조된 소결광의 평균입도 및 통기도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 소결광 및 비교예에 의해 제조된 소결광의 연소효율 및 NOx 전환율을 나타낸 도면이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
소결광 제조방법
도 2에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 소결광 제조방법은 원료물질, 연료물질, 반광 및 부원료물질을 포함하는 소결배합원료에 수분을 첨가하여 조립하는 단계, 셀룰로오스 에테르계 화합물을 포함하는 바인더 및 수분을 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계, 조립된 소결배합원료에 혼합액을 분사하여 괴상화 입자를 제조하는 단계 및 괴상화 입자를 소결하는 단계를 포함하며, 혼합액을 제조하는 단계에서 혼합액의 점도는 5000 내지 20000cps가 되도록 바인더 및 수분을 혼합한다.
먼저, 조립하는 단계에서는 원료물질, 연료물질, 반광 및 부원료물질을 포함하는 소결배합원료를 준비한다.
원료물질은 철광석을 포함할 수 있다. 구체적으로, 분철광석, 펠렛 피드(pellet feed) 및 함철 부산물 중에서, 1종 이상을 포함할 수 있다. 분철광석은 적철광, 갈철광 및 자철광을 포함할 수 있다.
연료물질은 코크스 및 무연탄 중에서, 1종 이상을 포함할 수 있다. 반광은 크기가 작은 소결광으로서 소결반광으로 분류되어 소결원료로 다시 사용되는 것을 의미한다. 부원료물질은 석회석, 규석 및 Ca을 함유하는 부산물 중에서, 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 석회석 및 Ca을 함유하는 부산물 중에서, 1종 이상을 포함할 수 있으며, 이를 통해 소결배합원료의 염기도(CaO/SiO2)를 1.7 내지 2.2로 조절할 수 있다.
이와 같이 마련된 원료물질, 연료물질, 반광 및 부원료물질을 수분과 함께 혼합하여 조립한다. 구체적으로, 소결광 제조장치를 구성하는 두 개의 드럼형 믹서 중에서, 첫 번째 드럼형 믹서에서 소결배합원료에 수분을 첨가하여 조립한다.
다음으로, 혼합액을 제조하는 단계에서는 셀룰로오스 에테르계 화합물을 포함하는 바인더와 수분을 혼합하여 혼합액을 제조한다. 혼합액을 제조하는 단계는 상기의 조립하는 단계와 동시에 수행될 수 있으며, 순차적으로 수행될 수 있다. 순서에 구애받지 않는다.
바인더에 포함되는 셀룰로오스 에테르계 화합물은 액상형으로 점도가 높기 때문에 수분에 희석하여 사용하여야 한다. 희석된 혼합액의 점도는 5000 내지 20000cps로 조절한다.
혼합액의 점도가 5000cps 미만일 경우, 점도가 너무 낮아 소결배합원료에 대한 결합력이 떨어지므로 입자의 입도가 불균일하거나 강도가 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 강도를 높이기 위해 점도가 낮은 혼합액을 다량 사용하게 되면 조립된 소결배합원료의 수분이 지나치게 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
반면, 혼합액의 점도가 20000cps를 초과할 경우, 셀룰로오스 에테르계 화합물의 분자량이 너무 높으므로 혼합액을 분사할 때, 혼합액의 분사기 이루어지는 노즐이 막히는 문제가 발생하거나 조립된 소결배합원료의 크기가 거대하게 형성되는 문제가 발생할 수 있다.
바인더에 포함되는 셀룰로오스 에테르계 화합물의 분자량은 10000 내지 30000일 수 있다. 분자량이 10000 미만일 경우, 소결배합원료에 대한 결합력이 떨어질 수 있다. 반면, 분자량이 30000을 초과할 경우, 혼합액의 분사기 이루어지는 노즐이 막히는 문제가 발생하거나 조립된 소결배합원료의 크기가 거대하게 형성되는 문제가 발생할 수 있다.
구체적으로, 셀룰로오스 에테르계 화합물은 메틸셀룰로오스(MC), 히드록시에틸셀룰로오스(HEC), 히드록시프로필셀룰로오스(HPC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 및 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 중에서, 1종 이상을 포함할 수 있다.
메틸셀룰로오스(MC)는 18 내지 32 중량%의 메틸기 치환도를 가지며, 히드록시에틸셀룰로오스(HEC)는 20 내지 80 중량%의 히드록시에틸기 치환도를 갖는다. 히드록시프로필셀룰로오스(HPC)는 20 내지 80 중량%의 히드록시프로필기 치환도를 가지며, 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)는 18 내지 32 중량%의 메틸기 치환도 및 2 내지 14 중량%의 히드록시프로필기 치환도를 갖는다. 또한, 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)는 18 내지 32 중량%의 메틸기 치환도 및 2 내지 14 중량%의 히드록시에틸기 치환도를 가질 수 있다.
셀룰로오스 에테르계 화합물을 포함하는 바인더 및 수분을 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계 이후에는 혼합액을 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 혼합액의 교반 속도는 1000 내지 10000rpm일 수 있다.
다음으로, 괴상화 입자를 제조하는 단계를 통해 조립된 소결배합원료에 혼합액을 분사하여 괴성체를 제조할 수 있다.
구체적으로, 소결광 제조장치를 구성하는 두 개의 드럼형 믹서 중에서, 두 번째 드럼형 믹서에서 혼합액의 분사가 이루어져 괴상화 입자가 제조될 수 있다.
조립된 소결배합원료에 분사되는 혼합액 중에서, 바인더는 괴상화 입자의 전체 중량 100%를 기준으로, 0.1 내지 3.0 중량%가 첨가될 수 있다. 구체적으로 0.3 내지 2.0 중량%가 첨가될 수 있다. 바인더의 첨가량이 너무 적을 경우, 조립이 제대로 이루어지지 않을 수 있고, 너무 많을 경우 원료의 비율이 너무 낮을 수 있다.
구체적으로, 괴상화 입자는 철광석을 포함하는 58 내지 63 중량%의 원료물질, 코크스 및 무연탄 중에서 1종 이상을 포함하는 3 내지 5 중량%의 연료물질, 석회석 및 규석 중에서 1종 이상을 포함하는 9 내지 13 중량%의 부원료물질, 18 내지 22 중량%의 반광, 2 내지 4 중량%의 수분 및 0.1 내지 3 중량%의 바인더를 포함할 수 있다.
조립된 소결배합원료에 혼합액을 분사하여 괴상화 입자를 제조한 이후, 괴상화 입자를 소결기에 장입하고, 소결시켜 소결광의 제조를 완료할 수 있다. 경우에 따라서는 괴상화 입자를 바로 용철 제조공정에 공급하여 용선을 생산할 수 있다. 하방 흡인식 드와이트 로이드(dwight lloyd, DL) 소결기를 이용하여 소결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 소결광 제조방법은 일반적으로 바인더로 사용되는 생석회 및 시멘트계 바인더를 셀룰로오스 에테르계 화합물로 대체하고, 셀룰로오스 에테르계 화합물과 수분이 혼합된 혼합액의 점도를 5000 내지 20000cps로 조절하여 1차적으로 조립된 소결배합원료에 분사함으로써 소결광의 통기도지수(JPU)가 36 이상일 수 있다. 이에 따라 연소효율이 우수하며, NOx 전환율이 낮은 효과를 기대할 수 있다. 평균 입도는 3.6mm 이상일 수 있다.
구체적으로, 통기도지수(JPU)는 Japanese Permeability Unit의 약자로서 하기의 식으로 표현될 수 있다. 소결기 베드 내에서의 통기도를 나타내는 지표가 될 수 있으며, 수치가 높을수록 통기성이 우수하다.
[식]
Figure 112017118542351-pat00001
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1) 소결광의 제조
하기의 표에 따른 조성성분을 갖는 소결광을 제조하였다.
1차 드럼형 믹서에서 소결배합원료에 수분을 첨가하여 조립하였으며, 실시예의 경우, 셀룰로오스 에테르계 화합물, 구체적으로, 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)를 포함하는 바인더를 수분과 혼합하여 혼합액을 제조하되, 혼합액의 점도를 10000cps로 조절하였다. 혼합액의 점도값 측정은 20±0.1℃에서 Brookfield사의 DV-Ⅱ+Pro(spindle HA)를 사용하여 측정하였다.
비교예 1의 경우, 생석회를 포함하는 바인더를 수분과 혼합하여 혼합액을 제조하였다.
비교예 2 및 비교예 3의 경우, 소결배합원료의 성분 및 함량은 실시예와 유사하게 조절하였다. 다만, 셀룰로오스 에테르계 화합물을 포함하는 바인더를 수분과 혼합하여 혼합액을 제조하였다. 혼합액의 점도를 3000cps와 22000cps로 조절하였다.
이후, 2차 드럼형 믹서에서 1차적으로 조립된 소결배합원료를 각각의 혼합액과 혼합시켜 괴상화 입자를 제조하였고, 이를 소결하여 소결광을 제조하였다.
구분 비교예 1 실시예 비교예 2 비교예 3
철광석A(g) 567 567 567 567
철광석B(g) 730 731 732 732
철광석C(g) 1718 1720 1720 1720
철광석D(g) 3223 3226 3225 3225
철광석E(g) 744 744 744 744
철광석F(g) 1028 1029 1030 1029
철광석G(g) 520 521 520 521
철광석H(g) 1059 890 890 890
석회석(g) 1450 1820 1822 1817
규석(g) 29 29 29 29
반광(g) 3119 3122 3120 3125
코크스(g) 301 301 301 301
무연탄(g) 301 301 301 301
소결배합원료 15000 15000 15000 15000
수분 623 340 600 290
생석회 212 - - -
바인더 - 100 55 200
점도(cps) 10000 3000 22000
상기의 표 1에서 바인더는 셀룰로오스 에테르계 화합물을 포함하는 액상의 바인더를 의미한다.
2) 물성 평가
통기도지수(JPU)는 상기의 식을 이용하여 계산을 통해 산출하였으며, 소결광의 평균 입도, 연소효율 및 NOx 전환율을 각각 측정하였다.
도 3에서와 같이, 실시예의 통기도지수(JPU)는 38.1인 반면, 비교예 1의 통기도지수(JPU)는 35.85였고, 비교예 2 및 비교예 3의 통기도지수(JPU)는 각각 36.5, 37.2에 그쳤다. 실시예의 평균 입도는 3.86mm인 반면, 비교예 1의 평균 입도는 3.51mm였다. 도 3에 별도로 표시하지는 않았지만 비교예 2 및 비교예 3의 평균입도는 각각 3.62mm, 3.77mm에 그쳤다.
도 4에서와 같이, 실시예의 연소효율은 72.4%인 반면, 비교예 1의 연소효율은 71.2%에 그쳐 실시예보다 약 1.2% 좋지 못하였다. 도 4에 별도로 표시하지는 않았지만 비교예 2 및 비교예 3의 연소효율은 71.8%, 72.0%에 그쳤다.
실시예의 NOx 전환율은 25.6%인 반면, 비교예 1의 NOx 전환율은 28.4%나 되어 실시예보다 약 2.8% NOx 전환율이 높은 것을 확인할 수 있었다. 비교예 2 및 비교예 3의 NOx 전환율은 27.2%, 28.1%에 그쳤다.
본 발명은 상기 구현예 및/또는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (7)

  1. 원료물질, 연료물질, 반광 및 부원료물질을 포함하는 소결배합원료에 수분을 첨가하여 조립하는 단계;
    셀룰로오스 에테르계 화합물을 포함하는 바인더 및 수분을 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계;
    상기 조립된 소결배합원료에 상기 혼합액을 분사하여 괴상화 입자를 제조하는 단계; 및
    상기 괴상화 입자를 소결하는 단계;를 포함하며,
    상기 혼합액을 제조하는 단계에서 상기 혼합액의 점도는 5000 내지 20000cps가 되도록 상기 바인더 및 수분을 혼합하는 소결광 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합액을 제조하는 단계 이후,
    상기 혼합액을 1000 내지 10000rpm으로 교반하는 단계;를 더 포함하는 소결광 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조립하는 단계에서,
    상기 부원료물질은 석회석 및 규석 중에서, 1종 이상을 포함하며, 상기 소결배합원료의 염기도(CaO/SiO2)를 1.7 내지 2.2로 조절하는 소결광 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혼합액을 제조하는 단계에서,
    상기 셀룰로오스 에테르계 화합물은,
    메틸셀룰로오스(MC), 히드록시에틸셀룰로오스(HEC), 히드록시프로필셀룰로오스(HPC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 및 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 중에서, 1종 이상을 포함하는 소결광 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합액을 제조하는 단계에서,
    상기 셀룰로오스 에테르계 화합물의 분자량은 10000 내지 30000인 소결광 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 괴상화 입자를 제조하는 단계에서,
    상기 괴상화 입자의 전체 중량 100%를 기준으로, 상기 바인더를 0.1 내지 3.0 중량% 첨가하는 소결광 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 괴상화 입자는,
    철광석을 포함하는 58 내지 63 중량%의 원료물질, 코크스 및 무연탄 중에서 1종 이상을 포함하는 3 내지 5 중량%의 연료물질, 석회석 및 규석 중에서 1종 이상을 포함하는 9 내지 13 중량%의 부원료물질, 18 내지 22 중량%의 반광, 2 내지 4 중량%의 수분 및 0.1 내지 3 중량%의 바인더를 포함하는 소결광 제조방법.
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