KR102394730B1 - 소결광의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

새로운 설비를 도입하는 일 없이 팰릿 상층부의 응결재의 비율을 높이고, 이에 따라 장입층 상층부의 고온 보존 유지 시간을 연장시켜, 장입층 상층부에 있어서의 소결광의 수율 향상을 실현할 수 있는 소결광의 제조 방법을 제공한다. 조립된 소결 원료를 소결기로 소결하는 소결광의 제조 방법으로서, 소결 원료는, 소결 원료의 질량에 대하여 5질량％ 이상이 되는 양의 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 포함하는 철 함유 원료와, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 50질량％ 이상 함유하고, 소결 원료의 질량에 대하여 3질량％ 이상 7질량％ 이하의 범위 내가 되는 양의 응결재와, CaO 함유 원료를 포함하고, 적어도 상기 철 함유 원료는, 소결 원료가 조립되기 전에 교반되고, 응결재의 일부 또는 전부는, 소결 원료의 전체 조립 기간을 0∼100％로 한 경우에 50∼95％의 조립 기간에 혼합되어 조립된다.

Description

소결광의 제조 방법

본 발명은, 조립한(granulated) 소결 원료를 소결기로 소결하여 소결광을 제조하는 소결광의 제조 방법에 관한 것이다.

소결광은, 복수 브랜드의 분(powder) 철광석에, 석회석이나 규석, 사문암 등의 부원료와, 더스트, 스케일, 반광(return ore) 등의 잡원료와, 분 코크스 등의 응결재를 적당량씩 배합한 소결 원료에, 수분을 첨가하여 혼합, 조립하고, 얻어진 조립 원료를 소결기로 소결함으로써 제조된다. 소결 원료는, 수분에 의해 조립시에 서로 응집하여 의사 입자(quasi-particles)가 된다. 이 의사 입자화된 조립 원료는, 소결기의 팰릿(pallet)에 장입된 장입층의 양호한 통기성을 확보하는 데에 도움이 되고, 의사 입자화된 조립 원료를 이용함으로써, 소결 반응을 원활하게 진행시킬 수 있다.

도 1은, 소결광의 수율 분포를 설명하는 도면이다. 도 1(a)는, 장입층 상층부, 중층부, 하층부의 히트 패턴을 나타내고, 도 1(b)는, 소결 케이크의 수율 분포를 나타낸 단면 개략도이다. 도 1(b)에 있어서의 4각 프레임 내의 수치는, 소결 케이크의 각 층의 수율을 나타낸다.

도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 장입층 상층부는, 장입층 하층부에 비하여 온도가 상승하기 어렵고, 1200℃를 초과하는 고온역 보존 유지 시간도 짧아진다. 이와 같이, 장입층 상층부에서는, 고온 보존 유지 시간이 짧아지고, 연소 용융 반응(소결화 반응)이 불충분해져 소결 케이크의 강도가 낮아진다. 이 소결 케이크의 강도 저하에 의해, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 장입층 상층부의 소결광의 수율이 낮아지고, 이것이 소결광의 생산성의 저하를 초래하는 요인이 되고 있다.

이와 같은 장입층 상층부에 있어서의 소결광의 수율 저하에 대하여, 특허문헌 1에는, 코크스보다도 연소 속도가 빠른 기체 연료를 사용함으로써, 장입층 상층부에 있어서의 소결광의 수율을 향상시킬 수 있는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 의하면, 기체 연료를 사용함으로써, 단시간에 장입층 상층부의 온도를 높일 수 있기 때문에, 열량 부족으로 소결광의 냉간 강도가 낮아지기 쉬운 장입층 상층부뿐만 아니라, 장입층 중층부를 포함하는 폭넓은 부분에 있어서 소결광의 강도가 높아져, 소결광의 수율이 향상된다.

비특허문헌 1에는, 팰릿 상층부에 분 코크스를 장입할 수 있는 장치를 이용하여 팰릿 상층부에 탄재를 장입하는 기술이 개시되어 있다. 비특허문헌 1에 의하면, 0.2％의 탄재를 팰릿의 상층부에 장입함으로써, 장입층 상층부의 최고 온도를 상승시켜, 상층부의 고온 보존 유지 시간을 연장할 수 있는 것이 개시되어 있다.

국제공개 제2007/052776호

이시와키 외 5명, 「가고카와 소결기에 있어서의 탄재 상부 장입 기술의 적용 결과」, CAMP-ISIJ, VOl.14(2001)-956

특허문헌 1에 개시된 기술을 실시하기 위해서는, 응결재 이외에 기체 연료를 준비하고, 추가로 소결기 상부에 기체 연료의 취입 설비가 필요해진다. 이 때문에, 추가의 설비 투자가 필요해짐과 함께 기체 연료의 비용도 발생하기 때문에, 소결광의 제조 비용이 증가한다. 비특허문헌 1에 개시된 기술을 실시하기 위해서는, 팰릿 상층부에 탄재를 장입하는 장치가 필요해지기 때문에, 추가의 설비 투자가 필요해진다.

본 발명은, 이와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 새로운 설비를 도입하는 일 없이 장입층 상층부에 장입되는 응결재의 비율을 높이고, 이에 따라, 장입층 상층부의 고온 보존 유지 시간을 연장시켜, 장입층 상층부의 소결광의 수율 향상을 실현할 수 있는 소결광의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

이와 같은 과제를 해결하는 본 발명의 특징은, 이하와 같다.

(1) 조립된 소결 원료를 소결기로 소결하는 소결광의 제조 방법으로서, 상기 소결 원료는, 상기 소결 원료의 질량에 대하여 5질량％ 이상이 되는 양의 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 포함하는 철 함유 원료와, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 50질량％ 이상 함유하고, 상기 소결 원료의 질량에 대하여 3질량％ 이상 7질량％ 이하의 범위 내가 되는 양의 응결재와, CaO 함유 원료를 포함하고, 적어도 상기 철 함유 원료는, 상기 소결 원료가 조립되기 전에 교반되고, 상기 응결재의 일부 또는 전부는, 상기 소결 원료의 전체 조립 기간을 0∼100％로 한 경우에 50∼95％의 조립 기간에 혼합되어 조립되는, 소결광의 제조 방법.

(2) 상기 응결재의 일부가, 상기 50∼95％의 조립 기간에 혼합되는 경우로서, 조립 후의 상기 소결 원료의 입경을 측정하고, 상기 입경이 미리 정해진 입경보다도 저하한 경우에 상기 50∼95％의 조립 기간에 혼합하는 응결재를 증가시키는, (1)에 기재된 소결광의 제조 방법.

본 발명의 소결광의 제조 방법을 실시함으로써, 새로운 설비를 도입하는 일 없이, 장입층 상층부에 장입되는 응결재의 비율을 높일 수 있다. 이에 따라, 장입층 상층부의 고온 보존 유지 시간이 연장되고 소결 케이크의 강도가 높아져, 장입층 상층부에 있어서의 소결광의 수율 향상을 실현할 수 있다.

도 1은, 소결광의 수율 분포를 설명하는 도면이다.
도 2는, 본 실시 형태에 따른 소결광의 제조 방법을 실시할 수 있는 소결광 제조 장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은, 이산 요소법(DEM)에서 이용한 모델을 나타내는 도면이다.
도 4는, 이산 요소법(DEM)을 이용하여 시뮬레이트한 팰릿으로의 장입 상황을 나타내는 도면이다.
도 5는, 이산 요소법(DEM)을 이용하여 시뮬레이트한 결과로부터, 팰릿의 각 층의 의사 입자 지름 및 각 층에 존재하는 응결재의 비율을 산출한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 소결기의 팰릿으로의 장입 실험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은, 조립 시험에 의해 조립된 의사 입자의 조화 평균 입경과, 당해 의사 입자에 의해 형성된 장입층의 JPU의 관계를 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태를 통하여 본 발명을 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 따른 소결광의 제조 방법을 실시할 수 있는 소결광 제조 장치(10)의 일 예를 나타내는 개략도이다. 저장조(12)에 저장된 철 함유 원료(14) 및 저장조(16)에 저장된 석회석이나 생석회 등을 포함하는 CaO 함유 원료(18)는, 각각 소정량 잘라내어져 혼합 원료(22)로 된다.

본 실시 형태에서 이용하는 철 함유 원료(14)는, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석과, 여러가지의 브랜드의 철광석과, 제철소 내 발생 더스트와, 소결광 제조 공정에 있어서 체 통과가 된 입경 5㎜ 이하의 반광 등을 포함한다. 철 함유 원료(14)는, 소결 원료의 질량에 대하여 5질량％ 이상이 되는 양의 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 함유한다. 입경 10㎛ 이하의 분 철광석의 함유량의 측정은, 레이저 회절·산란식 입도 분석계를 이용하여 측정할 수 있다. 철 함유 원료(14) 및 CaO 함유 원료(18)에 더하여, 임의 배합 원료로서 돌로마이트나 정련 니켈 슬래그 등을 포함하는 MgO 함유 원료를 혼합 원료(22)에 혼합해도 좋다.

혼합 원료(22)는, 반송기(20)에 의해 고속 교반 장치(24)로 반송된다. 고속 교반 장치(24)는, 고속으로 회전하는 교반 날개(26)와, 경사진 상태에서 회전하는 용기(28)를 구비한다. 고속 교반 장치(24)로 반송된 혼합 원료(22)는, 용기(28)에 투입되어, 용기(28)의 회전과 교반 날개(26)의 회전에 의해 교반된다. 본 실시 형태에 있어서의 고속 교반 장치(24)로서 경사진 상태에서 회전하는 용기(28)를 구비하는 예를 나타냈는데, 용기(28)는 경사지지 않고 회전해도 좋고, 경사지지 않는 경우라도 동일한 교반 효과가 얻어진다.

고속 교반 장치(24)로 교반된 혼합 원료(22)는, 반송기(30)에서 드럼 믹서(34)로 반송된다. 드럼 믹서(34)로 반송된 혼합 원료(22)는, 드럼 믹서(34)에 투입되어, 적당량의 물(32)이 첨가되어 조립된다. 드럼 믹서(34)에서는, 조립 기간의 후반에, 응결재(36)가 혼합되어 조립된다. 조립 기간의 후반이란, 전체 조립 기간을 0∼100％로 한 경우에 조립 기간의 후반이 되는 50∼95％의 조립 기간이다. 응결재(36)는, 전체 조립 기간을 0∼100％로 한 경우에 70∼95％가 되는 기간에 혼합하는 것이 보다 바람직하다.

드럼 믹서(34)에서는, 조립 시간의 경과와 함께 소결 원료는 드럼 믹서(34)의 배출구를 향하여 이동한다. 이 때문에, 조립 기간이 50∼95％가 되는 드럼 믹서(34) 내의 소결 원료의 위치를 특정하고, 특정된 위치에서 응결재(36)를 혼합해도 좋다. 드럼 믹서(34) 내의 소결 원료의 이동 속도가 일정하다고 생각되는 경우에는, 드럼 믹서(34)의 투입구에서 배출구까지의 길이를 0∼100％로 한 경우의 50∼95％가 되는 위치에서 응결재(36)를 혼합해도 좋다. 이에 따라, 응결재(36)가 외측에 외장된(adhering externally) 의사 입자(38)를 조립할 수 있다. 드럼 믹서(34)에 의한 조립은, 예를 들면, 300∼400초간 실시된다. 본 실시 형태에서는, 응결재(36)가 외측에 외장된 의사 입자(38)의 원료를 소결 원료라고 정의한다.

드럼 믹서(34)는, 의사 입자(38)를 조립하는 조립 장치의 일 예이고, 드럼 믹서(34)를 대신하여, 드럼 믹서(34)와 팬형 펠리타이저(pan-type pelletizer)를 병용해도 좋다. 예를 들면, 드럼 믹서(34)와 팬형 펠리타이저를 병용하는 경우에는, 전체 조립 시간의 50∼95％를 드럼 믹서(34)로 조립하고, 나머지의 5∼50％가 되는 조립 기간을 팬형 펠리타이저로 조립하고, 팬형 펠리타이저로의 조립 시에 응결재(36)를 첨가해도 좋다.

의사 입자(38)는, 반송기(40)에서 소결기(50)로 반송되어, 당해 소결기(50)의 팰릿에 장입된다. 팰릿에 장입된 의사 입자(38)에 의해 장입층이 형성되고, 당해 장입층이 소결기(50)에서 소결되어, 파쇄, 냉각, 체로 걸러 분류되어 소결광이 제조된다. 본 실시 형태에서 이용하는 소결기(50)는, 예를 들면, 드와이트로이드식(Dwight-Lloyd) 소결기이다.

본 실시 형태에 따른 소결광의 제조 방법에서는, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 50질량％ 이상 함유하는 응결재(36)를, 소결 원료의 질량에 대하여 3질량％ 이상 7질량％ 이하의 범위 내에서 혼합한다. 이에 따라, 소결기(50)의 팰릿 상층부에 장입되는 응결재(36)의 비율을 높일 수 있고, 장입층 상층부에 있어서의 소결광의 수율 및 소결광의 강도를 향상시킬 수 있다. 전체 응결재에 대한 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량은, JIS(일본공업규격)　Z　8801-1에 준거한 눈금 간격 1㎜의 체를 이용하여 체로 걸러, 체 통과가 된 질량을 측정하여, 당해 측정값을 전체 응결재의 질량으로 나눔으로써 산출했다. 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량은, 50질량％ 이상 75질량％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 65질량％ 이상 75질량％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

다음으로, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 50질량％ 이상 함유하는 응결재(36)를 이용함으로써, 소결기(50)의 팰릿 상층부의 응결재(36)의 비율을 높일 수 있는 것을 발견한 경위에 대해서 설명한다. 본 발명자들은, 이산 요소법(Discrete Element Method)을 소결기(50)의 장입부에 적용시킨 모델을 이용하여, 소결기(50)의 팰릿에 장입되는 의사 입자(38) 및 응결재(36)의 상황을 시뮬레이트했다. 도 3은, 이산 요소법(DEM)에서 이용한 모델을 나타내는 도면이다. 도 3(a)는, 개별의 입자에 작용하는 힘을 산출하는 모델(60)을 나타내고, 도 3(b)는, 입자간에 작용하는 힘을 산출하는 모델(62, 64)을 나타낸다. 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 입자간에 작용하는 힘을 연직 방향과 병진 방향의 성분으로 나누어, 연직 방향의 성분을 모델(62)로 계산하고, 병진 방향의 성분을 모델(64)로 계산했다.

도 3(a)(b)에 나타낸 모델을 이용하여, 각 입자의 운동 방정식을 시각(time)마다 풀어, 소결기의 팰릿에 장입된 의사 입자(38) 및 응결재(36)의 위치를 시뮬레이트했다. 도 4는, 이산 요소법(DEM)을 이용하여 시뮬레이트한 팰릿으로의 장입 상황을 나타내는 도면이다. 도 5는, 이산 요소법(DEM)을 이용하여 시뮬레이트한 결과로부터, 팰릿의 각 층의 의사 입자 지름 및 각 층에 존재하는 응결재의 비율을 산출한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 5(a)는, 의사 입자 전체의 평균 입경에 대한 팰릿의 상층부, 중층부, 하층부의 각 층의 의사 입자의 평균 입경을 나타내는 그래프이고, 도 5(b)는, 팰릿의 상층부, 중층부, 하층부에 존재하는 응결재의 비율을 나타내는 그래프이다. 도 5(a), 도 5(b)에 있어서, 상층부란 팰릿의 층두께비(층두께/전체 층두께)가 0.83이 되는 위치이고, 중층부란 층두께비(층두께/전체 층두께)가 0.50이 되는 위치이고, 하층부는 층두께비(층두께/전체 층두께)가 0.17이 되는 위치이다. 본 실시 형태에 있어서의 의사 입자의 평균 입경은 조화 산술 평균 지름으로서, Σ/(Vi×di)(단, Vi는 i번째의 입도 범위 중에 있는 입자의 존재 비율이고, di는 i번째의 입도 범위의 대표 입경임)로 정의되는 입경이다.

이산 요소법을 이용하여 시뮬레이트한 결과, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 평균 입자 지름이 전체 평균보다 작은 의사 입자는 팰릿의 상층부에 많이 존재하고, 평균 입자 지름이 전체 평균보다 큰 의사 입자는, 팰릿의 하층부에 많이 존재했다. 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 의사 입자의 평균 입경에 대한 응결재의 평균 입경의 비가 커지면, 팰릿의 상층부에 존재하는 응결재의 비율이 낮아지고, 팰릿의 하층부에 존재하는 응결재의 비율이 높아졌다. 한편, 의사 입자의 평균 입경에 대한 응결재의 평균 입경의 비가 작아지면, 팰릿의 상층부에 존재하는 응결재의 비율이 높아지고, 팰릿의 하층부에 존재하는 응결재의 비율이 낮아졌다.

이와 같이, 발명자들은, 이산 요소법(DEM)을 이용한 시뮬레이션의 결과로부터 응결재(36)의 입경을 작게 함으로써 팰릿의 상층부에 장입되는 응결재(36)의 비율을 높일 수 있을 가능성을 발견했다. 이것을 실제의 소결기(50)에서 확인하기 위해, 소결기(50)의 팰릿으로의 장입 실험을 행했다. 장입 실험은, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 30질량％로 조정한 응결재와, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 55질량％로 조정한 응결재를 준비하고, 혼합 원료에 각각의 응결재를 외장하여 조립한 의사 입자를 이용했다. 의사 입자를 소결기(50)의 팰릿에 장입하고, 팰릿에 장입된 의사 입자의 층두께비가 0.17, 0.50, 0.83이 되는 위치의 의사 입자의 평균 입경과, 당해 의사 입자에 포함되는 응결재의 비율을 측정했다.

도 6은, 소결기의 팰릿으로의 장입 실험의 결과를 나타내는 도면이다. 도 6(a)는, 팰릿의 각 위치에 있어서의 의사 입자의 평균 입경을 나타내는 그래프이고, 도 6(b)는, 팰릿의 각 위치에 있어서의 응결재의 비율비를 나타내는 그래프이다. 도 6(a), 도 6(b)에 있어서 「－1㎜ 비율」이란, 전체 분 코크스에 대한 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 의미한다.

도 6(a)에 있어서, 가로축은, 의사 입자의 산술 평균 입경(㎜)이고, 세로축은, 소결기 팰릿의 층두께비(－)이다. 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 30질량％ 포함하는 소결 원료라도, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 55질량％ 포함하는 소결 원료라도 산술 평균 입경이 작은 의사 입자는, 층두께비가 큰 팰릿의 상층부에 많이 장입되고, 산술 평균 입경이 큰 의사 입자는, 층두께비가 작은 팰릿의 하층부에 많이 장입되었다.

도 6(b)에 있어서, 가로축은, 응결재의 비율비(－)이고, 세로축은, 소결기 팰릿의 층두께비(－)이다. 응결재의 비율비란,［각 층두께에 있어서의 응결재의 비율(질량％)]/[응결재의 비율(질량％)]로 산출되는 값이다.

도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 30질량％ 포함하는 소결 원료에서는, 응결재의 비율비가 팰릿의 상층부에서 작아지고, 팰릿의 하층부에서 커졌다. 한편, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 55질량％ 포함하는 소결 원료를 이용하면, 팰릿의 상층부의 응결재의 비율비가 증가하고, 하층부의 응결재의 비율비가 감소했다. 이 결과, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 55질량％ 포함하는 소결 원료에서는, 팰릿의 상층부와 하층부에서, 응결재의 비율비가 거의 동일하게 되었다. 도 6(a), 도 6(b)로부터, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를, 응결재의 질량에 대하여 50질량％ 이상이 되는 55질량％ 포함하는 응결재를 이용함으로써, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 응결재의 질량에 대하여 50질량％ 미만이 되는 30질량％ 포함하는 응결재를 이용한 경우보다도, 소결기(50)의 팰릿의 상층부에 장입되는 응결재의 양을 늘릴 수 있는 것이 확인되었다.

한편, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 늘리면, 혼합 원료(22)의 조립성이 저하한다. 이 때문에, 본 실시 형태에 따른 소결광의 제조 방법에서는, 철 함유 원료(14)에 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 소결 원료의 질량에 대하여 5질량％ 이상 함유시키고 있다. 입경 10㎛ 이하의 분 철광석은, 입경이 큰 원료가 조립됨으로써 형성되는 원료 입자간의 공간을 메워, 조립물의 강도를 향상시킨다. 이 때문에, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 소결 원료의 질량에 대하여 5질량％ 이상 함유시킴으로써, 혼합 원료(22)의 조립성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석은, 비(比)표면적이 크고 많은 수분을 보존 유지하기 때문에, 반송 과정에서 용이하게 응집하여 응집 입자화된다. 입경 10㎛ 이하의 분 철광석이 응집 입자화되면, 전술한 원료 입자간의 공간을 메울 수 없어, 혼합 원료(22)의 조립성을 향상시킬 수 없다.

이 때문에, 본 실시 형태에 따른 소결광의 제조 방법에서는, 고속 교반 장치(24)를 이용하여, 혼합 원료(22)를 교반하고 있다. 이 교반에 의해, 응집 입자화된 입경 10㎛ 이하의 분 철광석이 해쇄되기 때문에, 응집 입자화에 의한 혼합 원료(22)의 조립성의 저하를 억제할 수 있다. 고속 교반 장치(24)에 의한 교반은, 응집 입자화된 입경 10㎛ 이하의 분 철광석의 해쇄를 목적으로 하고 있기 때문에, 적어도 철 함유 원료(14)를 교반하면 좋다. 고속 교반 장치(24)는, 교반 날개(26)의 주속(peripheral speed)을 8∼12m/sec, 용기(28)의 회전수를 0.5∼2.0m/sec, 처리 시간을 60∼120sec로 한 교반 조건으로 혼합 원료(22)를 교반하는 것이 바람직하고, 교반 날개(26)의 주속을 9m/sec, 용기(28)의 회전수를 1.0m/sec, 처리 시간을 90sec로 한 교반 조건으로 혼합 원료(22)를 교반하는 것이 보다 바람직하다.

혼합 원료(22)의 조립성을 확인하기 위해, 혼합 원료(22)의 조립 시험을 실시했다. 조립 시험의 조건 및 결과를 하기의 표 1에 나타낸다. 도 7은, 조립 시험에 의해 조립된 의사 입자의 조화 평균 입경과, 당해 의사 입자에 의해 형성된 장입층의 JPU의 관계를 나타내는 그래프이다. JPU란, 의사 입자를 팰릿에 장입함으로써 형성된 장입층을 냉간에서 대기를 하향으로 흡인하여 측정한 통기성 지수 JPU이다. 통기성 지수 JPU는, 하기 (1)식을 이용하여 산출했다.

JPU＝V/[S×(h×ΔP)^0.6］ …(1)

단, (1)식에 있어서, V는 풍량(N㎥/min)이고, S는 장입층의 단면적(㎡)이고, h는 장입층 높이(㎜)이고, ΔP는 압력 손실(㎜H₂O)이다. 장입층의 통기성이 높으면 통기성 지수 JPU는 커지고, 통기성이 낮으면 통기성 지수 JPU는 작아진다.

통기성을 평가하는 경우에는 조화 평균 지름을 사용하는 것이 바람직하다. 하기 (2)식으로 나타나는 어건식(Ergun equation)은, 장입층의 압력 손실을 예측하는 데에 이용되는데, 이 식에는 조화 평균 지름이 이용되고 있다. 이 식에서 예측되는 압력 손실은 장입층의 통기성을 나타내기 때문에, 본 실시 형태의 의사 입자의 입경의 평가에서는, 통기성에 관련된 조화 평균 지름을 이용했다.

상기 (2)식에 있어서, ΔP/L은 1m당의 압력 손실(Pa/m)이고, ε은 공극률(－)이고, u는 유속(m/s)이고, μ는 기체 점도(Pa·s)이고, Dp는 조화 평균 지름(m)이고, ρ는 기체 밀도(kg/㎥)이다.

표 1에 있어서, 「소결 원료」의 열은, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 8질량％ 포함하는 철 함유 원료와 응결재의 혼합 비율을 나타낸다. 「응결재 혼합」의 열에 기재된 「사전 혼합」은, 드럼 믹서(34)로 조립하기 전에 응결재를 혼합한 것을 나타내고, 「후 혼합」은, 드럼 믹서(34)로 의사 입자를 조립하는 조립 기간의 후반에 응결재를 혼합하여, 응결재를 외장한 것을 나타낸다. 본 시험에 있어서의 조립 기간의 후반이란, 전체 조립 기간을 0∼100％로 한 경우에 50∼95％가 되는 조립 기간이다.

「교반 처리」의 열에 기재된 「없음」은, 고속 교반 장치(24)로 교반하고 있지 않은 것을 나타내고, 「있음」은, 고속 교반 장치(24)로 교반한 것을 나타낸다. 「－1㎜ 분 코크스」의 열에 기재된 수치는, 응결재의 질량에 대한 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 나타낸다. 「JPU」의 열에 기재된 수치는, 상기 (1)식으로 산출된 통기성 지수 JPU의 값이다.

도 7에 있어서, 가로축은 의사 입자의 조화 평균 입경(㎜)이고, 세로축은 통기성 지수 JPU이다. 비교예 1은, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 40질량％로 한 응결재를 이용한 조립 시험예이다. 비교예 1에서 이용한 응결재는, 조립성을 악화시키는 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량이 적기 때문에, 의사 입자의 조화 평균 입경은 2.22㎜가 되고, 통기성 지수 JPU도 컸다. 그러나, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량이 40질량％로 한 응결재를 이용하고 있기 때문에, 장입층 상층부의 응결재의 양을 늘릴 수 없어, 장입층 상층부의 수율을 향상시킬 수 없다.

비교예 2는, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 65질량％로 한 응결재를 이용한 조립 시험예이다. 비교예 2에서 이용한 응결재는, 조립성을 악화시키는 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량이 비교예 1보다도 많다. 이 때문에, 비교예 2의 의사 입자의 조화 평균 입경은 1.73㎜가 되고, 비교예 1의 의사 입자의 조화 평균 입경보다 작아졌다. 비교예 2의 의사 입자의 조화 평균 입경이 작아진 점에서, 비교예 2의 통기성 지수 JPU는 비교예 1보다 작아지고, 비교예 2의 장입층의 통기성은 비교예 1보다 저하했다.

비교예 3은, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 65질량％로 한 응결재를 이용하여 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합한 조립 시험예이다. 비교예 3에서 이용한 응결재의 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량은 비교예 2에서 이용한 응결재와 다르지 않기는 하지만, 비교예 3의 의사 입자의 조화 평균 입경은 1.92㎜가 되고, 비교예 2의 의사 입자의 조화 평균 입경보다 커졌다. 비교예 2와 비교예 3의 차는 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합했는지 여부이다. 이 결과로부터, 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합함으로써 비교예 3의 의사 입자의 조화 평균 입경이 비교예 2의 의사 입자의 조화 평균 입경보다도 커졌다고 생각된다. 비교예 3의 의사 입자의 조화 평균 입경이 커짐으로써, 비교예 3의 통기성 지수 JPU는 비교예 2보다 커지고, 비교예 3의 장입층의 통기성은 비교예 2보다 향상되었다.

비교예 4는, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 65질량％로 한 응결재와, 고속 교반 장치(24)로 교반 처리한 철 함유 원료를 이용한 조립 시험예이다. 비교예 4에서 이용한 응결재의 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량은 비교예 2에서 이용한 응결재와 다르지 않기는 하지만, 비교예 4의 의사 입자의 조화 평균 입경은 2.10㎜가 되어, 비교예 2의 의사 입자의 조화 평균 입경보다 커졌다. 비교예 4와 비교예 2의 차는 철 함유 원료를 고속 교반 장치(24)로 교반을 했는지 여부이다. 이 결과로부터, 철 함유 원료를 고속 교반 장치(24)로 교반하여, 응집 입자화한 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 해쇄함으로써 비교예 4의 의사 입자의 조화 평균 입경이 비교예 2보다 커졌다고 생각된다. 비교예 4의 의사 입자의 조화 평균 입경이 커짐으로써, 비교예 4의 통기성 지수 JPU는 비교예 2보다 커지고, 비교예 4의 장입층의 통기성은 비교예 2보다 향상되었다.

발명예 1은, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 65질량％로 한 응결재와, 고속 교반 장치(24)로 교반한 철 함유 원료를 이용함과 함께, 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합한 조립 시험예이다. 발명예 1에서는, 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합함과 함께, 응집 입자화한 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 해쇄했기 때문에, 발명예 1의 의사 입자의 조화 평균 입경은 2.65㎜가 되고, 비교예 1∼4의 의사 입자의 조화 평균 입경보다 커졌다. 발명예 1의 의사 입자의 조화 평균 입경이 비교예 1∼4보다 커짐으로써 발명예 1의 통기성 지수 JPU도 비교예 1 및 비교예 4보다 커지고, 발명예 1의 장입층의 통기성은 비교예 1∼4보다 향상되었다.

이와 같이, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 5질량％ 이상 포함하는 철 함유 원료를, 고속 교반 장치(24)로 교반함으로써 의사 입자의 조화 평균 입경을 크게 할 수 있고, 장입층의 통기성을 향상시킬 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 응결재(36)를 조립 기간의 후반에 혼합함으로써 의사 입자의 조화 평균 입경을 크게 할 수 있어, 장입층의 통기성을 향상시킬 수 있는 것이 확인되었다. 그리고, 이들을 이용함으로써, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량이 40질량％로 한 비교예 1보다도 의사 입자의 조화 평균 입경을 크게 할 수 있어, 장입층의 통기성도 향상시킬 수 있는 것이 확인되었다.

본 실시 형태의 코크스 제조 방법에서는, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 50질량％ 이상 함유하는 응결재를 이용함으로써, 소결기(50)의 팰릿 상층부에 장입되는 응결재의 비율을 높인다. 또한, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 5질량％ 이상 포함하는 철 함유 원료를 이용하는 것, 철 함유 원료를 고속 교반 장치(24)로 교반 처리하는 것 및, 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합함으로써, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 50질량％ 이상 함유하는 응결재를 이용하는 것에 의한 조립성의 저하를 해소시킨다. 이에 따라, 새로운 설비를 도입하는 일 없이, 팰릿 상층부에 장입되는 응결재의 비율을 높일 수 있고, 이에 따라, 장입층 상층부의 고온 보존 유지 시간을 연장시켜, 장입층 상층부에 있어서의 소결광의 수율 향상을 실현할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 응결재(36)의 전부를 조립 기간의 후반에 혼합하는 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않는다. 조립 기간의 후반에 혼합하는 응결재는, 소결 원료에 혼합하는 응결재의 일부라도 좋다. 조립 기간의 후반에 혼합하는 응결재는, 소결 원료에 혼합하는 응결재의 질량에 대하여 50질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 조립 기간의 후반에 혼합하는 응결재를 50질량％ 이상으로 함으로써, 사전에 혼합 원료(22)에 혼합되는 응결재의 양이 적어지기 때문에, 혼합 원료(22)의 조립성이 향상된다.

또한, 조립 기간의 후반에 일부의 응결재를 혼합하는 경우에 있어서, 조립 후의 의사 입자 지름을 측정하고, 의사 입자 지름이 미리 정해진 문턱값보다도 저하한 경우에, 당해 입경이 측정된 이후에 조립되는 의사 입자 지름을 크게 하기 위해, 의사 입자의 입경이 문턱값보다 저하한 이후의 소결광의 생산으로부터 조립 기간의 후반에 혼합하는 응결재의 양을 늘려도 좋다. 표 1의 비교예 3에 나타낸 바와 같이, 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합하면 의사 입자의 조화 평균 입경이 커진다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 의사 입자 지름의 저하는, 장입층의 통기성을 저하시킨다. 장입층의 통기성의 저하는, 소결 시간의 연장을 초래하여, 소결광 생산율을 저하시킨다. 이 때문에, 목표가 되는 소결광 생산율을 유지할 수 있는 의사 입자 지름의 문턱값을 미리 설정하고, 당해 문턱값보다도 입경이 저하한 경우에 조립 기간의 후반에 혼합하는 응결재의 양을 늘려 의사 입자 지름을 크게 한다. 이에 따라, 목표가 되는 소결광 생산율을 유지할 수 있다.

실시예

다음으로, 본 발명의 실시예를 설명한다. 실시예에서는, 소결광 제조 장치(10)를 이용하여, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 바꾼 응결재와, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석의 함유량을 바꾼 철 함유 원료를 준비하고, 드럼 믹서로 조립하여 의사 입자로 하고, 당해 의사 입자를 소결기(50)로 소결하여 소결광을 제조했다. 소결광의 제조 조건 및 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 있어서, 「응결재 외장 비율」은, 조립 기간의 후반에 혼합한 응결재의 비율을 나타낸다. 이 응결재 외장 비율이 50인 것은, 50질량％의 응결재를 조립 전에 혼합하고, 50질량％의 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합하는 것을 나타낸다. 「TI 강도」는, JIS(일본공업규격)　K　2151에 준거하여 측정한 소결광의 텀블러 강도(tumbler strength)를 나타낸다.

비교예 11은, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 40질량％ 함유하는 응결재와, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 3질량％ 함유한 철 함유 원료를 이용하여 소결광을 제조한 제조예이다. 비교예 11에서는, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 혼합량이 적고, 팰릿 상층부의 응결재의 비율을 높일 수 없다. 이 때문에, 비교예 11의 수율은 다른 제조예보다 낮아지고, 이에 따라, 소결광 생산율도 다른 제조예보다 낮아졌다. 비교예 11에서 제조된 소결광의 TI 강도도 다른 소결광의 제조예보다 낮아졌다.

비교예 12는, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 65질량％ 함유하는 응결재와, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 3질량％ 함유한 철 함유 원료를 이용하여 소결광을 제조한 제조예이다. 비교예 12에서는, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 65질량％ 함유하는 응결재를 이용하고 있기 때문에, 장입층 상층부의 응결재의 비율이 높아지고, 비교예 12의 소결광의 수율 및 비교예 12에서 제조된 소결광의 TI 강도는 비교예 11보다도 향상되었다. 그러나, 10㎛ 이하의 분 철광석의 함유량이 3질량％로 적고, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 65질량％ 함유하는 응결재를 이용하고 있으면서, 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합하고 있지 않다. 이 때문에, 소결 원료의 조립성은 비교예 11보다도 저하하고, 의사 입자의 조화 평균 입경은 작아지고, 장입층의 통기성은 저하했다. 이 통기성의 저하에 의해 비교예 12의 소결 시간은 다른 제조예보다도 길어지고 있고, 이 결과, 비교예 12의 소결광 생산율은 비교예 11과 다르지 않았다.

비교예 13은, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 65질량％ 함유하는 응결재와, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 3질량％ 함유한 철 함유 원료를 이용하여 소결광을 제조한 제조예이다. 비교예 13에서는, 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합하고 있기 때문에, 조립성의 저하가 억제되어, 비교예 12보다도 의사 입자의 조화 평균 입경은 커지고, 장입층의 통기성은 향상된다. 비교예 13의 소결 시간이 비교예 12보다도 짧아진 것은, 비교예 13의 장입층의 통기성이 비교예 12보다도 향상된 것을 나타내고 있다. 비교예 13에서 제조된 소결광은 비교예 12보다도 TI 강도가 약간 저하했기는 하지만, 비교예 13의 수율은 비교예 12보다도 향상되었다. 이 결과, 비교예 13의 소결광 생산율은 비교예 12보다도 향상되었다. 그러나, 입경 10㎛ 이하의 분광석을 5질량％ 이상 함유한 철 함유 원료를 이용하고 있지 않기 때문에 소결 원료의 조립성이 향상하지 않고, 비교예 13의 수율 및 소결광 생산율은 후술하는 실시예 1∼3보다 낮고, 소결 시간은 실시예 1∼3보다 길었다.

비교예 14는, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 65질량％ 함유하는 응결재와, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 7질량％ 함유한 철 함유 원료를 이용하여, 응결재를 외장하지 않고 소결광을 제조한 제조예이다. 비교예 14에서는, 고속 교반 장치(24)를 이용하여 철 함유 원료의 교반 처리를 행하고 있기 때문에 조립성의 저하가 억제되어, 비교예 12보다도 의사 입자의 조화 평균 입경은 커지고, 장입층의 통기성은 향상된다. 비교예 14의 소결 시간이 비교예 12보다도 짧아진 것은, 비교예 14의 장입층의 통기성이 비교예 12보다도 향상된 것을 나타내고 있다. 비교예 14에서 제조된 소결광의 TI 강도는 비교예 12보다도 향상되고, 비교예 14의 수율은 비교예 12보다 향상되었다. 이 결과, 비교예 14의 소결광 생산율은 비교예 12보다도 향상되었다. 그러나, 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합하고 있지 않기 때문에, 비교예 14의 수율 및 소결광 생산율은 후술하는 실시예 1∼3보다 낮고, 소결 시간은 실시예 1∼3보다 길었다.

실시예 1∼3은, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 50질량％ 이상 함유하는 응결재와, 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 7질량％ 함유한 철 함유 원료를 이용하여 소결광을 제조한 제조예이다. 실시예 1, 2에서는, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 65질량％ 함유하는 응결재를 이용하고 있고, 실시예 3에서는, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 75질량％ 함유하는 응결재를 이용하고 있기 때문에, 장입층 상층부의 응결재의 비율을 높일 수 있다.

실시예 1∼3은, 10㎛ 이하의 분 철광석을 7질량％ 함유하고 있는 철 함유 원료를 이용하여, 고속 교반 장치(24)로 교반을 행하여 조립성을 향상시키고 있기 때문에, 교반을 행하고 있지 않은 비교예 11∼13보다도 의사 입자의 조화 평균 입경이 커졌다. 또한, 실시예 1에서는, 응결재의 50질량％를 조립 기간의 후반에 혼합하고, 실시예 2, 3에서는, 응결재의 100질량％를 조립 기간의 후반에 혼합하고 있기 때문에, 응결재를 조립 기간의 후반에 혼합하고 있지 않은 비교예 14보다도 의사 입자의 조화 평균 입경이 커졌다.

실시예 1∼3의 의사 입자의 조화 평균 입경이 비교예 11∼14보다도 커짐으로써 장입층의 통기성은 향상하고, 실시예 1∼3의 소결 시간은 비교예 11∼14보다 짧아졌다. 이들의 결과, 실시예 1∼3의 수율 및 소결광 생산율은, 비교예 11∼14보다도 높아졌다. 이와 같이, 본 실시 형태의 소결광의 제조 방법을 이용함으로써, 장입층의 통기성을 향상시키면서 장입층 상층부에 있어서의 소결광의 수율 향상을 실현할 수 있고, 이에 따라, 소결광 생산율 및 소결광의 TI 강도를 향상시킬 수 있는 것이 확인되었다.

실시예 1∼3을 보면, 실시예 2에서는 응결재의 외장 비율을 100질량％로 하고 있기 때문에, 응결재의 외장 비율이 50질량％인 실시예 1보다도 의사 입자의 조화 평균 입경이 커지고, 수율도 향상하여 소결광의 생산율이 높아졌다. 실시예 3에서는 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 75질량％ 함유하는 응결재를 이용하고 있기 때문에, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 65질량％ 함유하는 응결재를 이용한 실시예 2보다도 수율은 향상되었다. 그러나, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 많이 포함함으로써 조립성이 저하하고, 의사 입자의 조화 평균 입경은 실시예 2보다도 작아졌다. 이 결과, 실시예 3의 소결광 생산율은 실시예 2와 다르지 않았다. 이 결과로부터, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량을 75.0질량％보다 많게 해도 수율 향상 효과를 조립성 저하가 상쇄해 버리는 것이 예상되어, 소결광의 생산율 향상의 효과를 기대할 수 없다. 이들의 결과로부터, 입경 1㎜ 이하의 분 코크스의 함유량의 상한을 75질량％로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

10 : 소결광 제조 장치
12 : 저장조
14 : 철 함유 원료
16 : 저장조
18 : CaO 함유 원료
20 : 반송기
22 : 혼합 원료
24 : 고속 교반 장치
26 : 교반 날개
28 : 용기
30 : 반송기
32 : 물
34 : 드럼 믹서
36 : 응결재
38 : 의사 입자
40 : 반송기
50 : 소결기
60 : 모델
62 : 모델
64 : 모델

Claims (2)

1. 조립된 소결 원료를 소결기로 소결하는 소결광의 제조 방법으로서,
   상기 소결 원료는, 상기 소결 원료의 질량에 대하여 5질량％ 이상이 되는 양의 입경 10㎛ 이하의 분 철광석을 포함하는 철 함유 원료와,
   입경 1㎜ 이하의 분 코크스를 50질량％ 이상 함유하고, 상기 소결 원료의 질량에 대하여 3질량％ 이상 7질량％ 이하의 범위 내가 되는 양의 응결재와,
   CaO 함유 원료를 포함하고,
   적어도 상기 철 함유 원료는, 조립 장치로 반송되기 전인 상기 소결 원료가 조립되기 전에 교반되고,
   상기 응결재의 일부 또는 전부는, 상기 소결 원료의 전체 조립 기간을 0∼100％로 한 경우에 50∼95％의 조립 기간에 혼합되어 조립되는, 소결광의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 응결재의 일부가, 상기 50∼95％의 조립 기간에 혼합되는 경우로서,
   조립 후의 상기 소결 원료의 입경을 측정하고, 상기 입경이 미리 정해진 입경보다도 저하한 경우에 상기 50∼95％의 조립 기간에 혼합하는 응결재를 늘리는, 소결광의 제조 방법.

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