KR20180047213A

KR20180047213A - 소결 장치 및 이를 이용한 소결광 제조 방법

Info

Publication number: KR20180047213A
Application number: KR1020160143075A
Authority: KR
Inventors: 박종인; 조병국; 정은호; 박정준
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2018-05-10

Abstract

본 발명에 따른 소결 장치는, 소결원료의 장입이 가능하며, 소결 공정 진행 방향으로 이동 가능한 대차, 대차가 이동하는 경로 상에서, 대차 내 장입된 원료층으로 화염을 분사하도록 설치된 점화로, 점화로 하측에서부터 소결 종료 지점까지 나열 설치된 복수의 윈드 박스를 포함하고, 점화로의 하측에서 소결 종료 지점까지의 소결구간은 상기 대차의 이동 방향으로 전반부, 중반부 및 후반부로 나뉘고, 전반부에 설치된 윈드 박스 각각에서 흡입된 외기가 이동하는 통로의 크기는 상기 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스의 통로의 크기에 비해 작다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 화염의 착화 및 상층부의 소결이 이루어지는 전반부에서 복수의 윈드 박스 및 대차로 들어오는 외기 풍량을 종래와 중반부 및 후반부에 비해 줄일 수 있다. 이에, 전반부에서 다량의 외기 유입에 따른 상층부가 냉각되는 것을 방지할 수 있고, 이로 인해 냉각에 의한 소결 원료층의 수축이 최소화 또는 방지된다. 따라서, 수축에 의한 통기성 저감 문제가 발생하지 않거나 최소화되어, 화염 또는 연소대가 안정적으로 이동할 수 있으며, 이에 따라 전체 소결 시간이 단축되는 효과가 있으며, 이에 따라 소결광 생산량이 향상되는 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 낮아지고, 이에 따라 소결 원료가 수축되어 통기성이 저하되는 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.

한국공개특허 KR20020042893A

본 발명은 소결광 생산율을 향상시킬 수 있는 소결 장치 및 이를 이용한 소결광 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 소결 원료층의 냉각 및 수축을 방지하여 통기성을 확보할 수 있는 소결 장치 및 이를 이용한 소결광 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 소결 장치는 소결원료의 장입이 가능하며, 소결 공정 진행 방향으로 이동 가능한 대차; 상기 대차가 이동하는 경로 상에서, 상기 대차 내 장입된 원료층으로 화염을 분사하도록 설치된 점화로; 상기 점화로 하측에서부터 소결 종료 지점까지 나열 설치된 복수의 윈드 박스;를 포함하고,

상기 점화로의 하측에서 소결 종료 지점까지의 소결구간은 상기 대차의 이동 방향으로 전반부, 중반부 및 후반부로 나뉘고, 상기 전반부에 설치된 윈드 박스 각각에서 흡입된 외기가 이동하는 통로의 크기는 상기 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스의 통로의 크기에 비해 작다.

상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스는, 상기 중반부로부터 상기 점화로가 위치된 방향으로 갈수록 통로의 크기가 작아지도록 설치된다.

상기 전반부에 설치된 윈드 박스 각각의 내경은 상기 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스의 내경에 비해 작고, 상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스는, 상기 중반부로부터 상기 점화로가 위치된 방향으로 갈수록 내경의 크기가 작아지도록 설치된다.

상기 전반부에 설치된 윈드 박스 각각의 내부에는 내부 통로의 크기를 조절하는 압력 조절 부재를 포함하고, 상기 압력 조절 부재는 윈드 박스의 통로와 연통되는 개구를 가지며, 상기 압력 조절 부재 각각의 개구의 크기는 상기 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스의 통로의 크기에 비해 작고, 상기 압력 조절 부재는, 상기 중반부로부터 상기 점화로가 위치된 방향으로 갈수록 내경의 크기가 작아지도록 형성된다.

상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스 각각의 내부에 상기 윈드 박스 내부의 통로의 크기를 조절하는 압력 조절 부재를 포함하고, 상기 압력 조절 부재는 상기 윈드 박스의 통로와 연통되는 개구를 가지며, 개구 면적의 크기 조절이 가능하며, 상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스 내에 상기 압력 조절 부재가 설치되는데 있어서, 상기 복수의 압력 조절 부재 각각의 개구 면적이 상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스의 통로의 크기에 비해 작고, 상기 중반부로부터 상기 점화로가 위치된 방향으로 갈수록 개구 면적이 작아지도록 조절한다.

상기 압력 조절 부재는 상호 마주 보도록 배치되어, 상호 가까워지거나 멀어지도록 이동 가능한 조절 부재를 포함한다.

상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스 각각의 통로의 크기는 상호 동일하다.

본 발명에 따른 소결광 제조 방법은 소결 공정 진행 방향으로 이동중인 대차로 소결원료를 장입시키는 과정; 상기 소결원료가 장입된 대차를 점화로 하측으로 통과시켜, 상기 소결원료가 적재된 원료층 상에 화염을 착화시키는 과정; 및 상기 화염이 착화된 대차를 상기 점화로 하측에서 소결 공정 종료 지점까지 나열 설치된 복수의 윈드 박스 상측으로 이동시켜, 외기를 대차 내로 흡입하면서 소결 반응을 진행하는 과정;을 포함하고,

상기 대차가 이동하는 점화로의 하측에서 소결 종료 지점까지의 소결 구간은 상기 대차의 이동 방향으로 전반부, 중반부 및 후반부로 나뉘고, 상기 대차가 상기 전반부를 통과할 때 대차 내로 유입되는 외기의 풍량이 상기 중반부 및 후반부를 통과할 때 유입되는 풍량에 비해 작도록 한다.

상기 대차가 상기 전반부의 시작 구간인 상기 점화로의 하측에서부터 상기 전반부 종료 지점까지 이동될 때, 상기 점화로의 위치에서부터 전반부 종료 지점 방향으로 이동할수록 풍량이 증가하도록 조절한다.

상기 대차가 전반부를 통과할 때 유입되는 풍량이 상기 중반부 및 후반부를 통과할 때 유입되는 풍량에 비해 작도록 하는 데 있어서, 상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스 각각의 부압을 상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스의 부압에 비해 작도록 하고, 상기 대차가 전반부를 통과할 때, 상기 점화로의 위치에서부터 전반부 종료 지점 방향으로 이동할수록 풍량이 증가하도록 하는데 있어서, 상기 점화로로부터 상기 전반부 종료 지점으로 갈수록 부압을 증가시킨다.

상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스 각각의 부압을 상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스의 부압에 비해 작도록 하는데 있어서, 상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스 각각에서 흡입된 외기가 이동하는 통로의 크기를 상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스의 통로의 크기에 비해 작도록 하고, 상기 점화로로부터 상기 전반부 종료 지점으로 갈수록 부압을 증가시키는데 있어서, 상기 점화로의 위치로부터 상기 전반부 종료 지점으로 갈수록 통로의 크기가 큰 윈드 박스를 설치한다.

상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스 내 부압이 동일하다.

본 발명의 실시형태에 의하면, 전체 소결구간의 전반부에 위치된 복수의 윈드 박스 내의 외기 이동 통로를 중반부 및 후반부에 비해 크도록 한다. 그리고, 전반부 구간에서, 중반부로부터 화염이 착화되는 점화로 위치로 갈수록 그 통로가 작아지도록 윈드 박스를 구성한다. 이에 따라, 화염의 착화 및 상층부의 소결이 이루어지는 전반부에서 복수의 윈드 박스 및 대차로 들어오는 외기 풍량을 종래와 중반부 및 후반부에 비해 줄일 수 있다. 따라서, 전반부에서 다량의 외기 유입에 따른 상층부가 냉각되는 것을 방지할 수 있고, 이에 냉각에 의한 소결 원료층의 수축이 최소화 또는 방지된다. 따라서, 수축에 의한 통기성 저감 문제가 발생하지 않거나 최소화되어, 화염 또는 연소대가 안정적으로 이동할 수 있으며, 이에 따라 전체 소결 시간이 단축되는 효과가 있으며, 이에 따라 소결광 생산량이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소결 장치의 요부를 나타낸 도면
도 2는 대차 내의 원료층을 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 전반부의 윈드 박스 내경의 변화를 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 전반부의 윈드 박스 내경의 변화를 설명하기 위한 도면
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전반부의 윈드 박스 내경의 변화를 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 윈드 박스를 가지는 소결 장치를 이용하여 소결을 진행하였을 때, 소결 시간 경과에 따른 부압(mmAq)를 나타낸 그래프
도 7은 제 1 내지 제 3 비교예 및 실시예에 따른 윈드 박스를 가지는 소결 장치를 이용하여 소결을 진행하였을 때, 소결 시간 경과에 따른 부압(mmAq), 배가스 온도, 원료층의 온도를 나타낸 그래프
도 8은 연소속도 변수와 연소속도와의 관계를 나타낸 그래프
도 9는 점화로와 대응하는 위치부터 소결이 완료되는 배광부까지 전체를 1이라고 하고, 점화로의 위치를 0, 배광부의 위치를 1이라고 할 때, 전반부에 해당하는 0부터 1/4 지점까지의 부압을 나타낸 그래프
도 10은 점화로와 대응하는 위치부터 소결이 완료되는 배광부까지 전체를 1이라고 하고, 점화로의 위치를 0, 배광부의 위치를 1이라고 할 때, 소결구간 전체에 있어서 유속(m/s)을 변화를 나타낸 그래프

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 대차 내의 원료층을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 전반부의 윈드 박스 내경의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 전반부의 윈드 박스 내경의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전반부의 윈드 박스 내경의 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소결 장치는 소결원료가 저장된 호퍼(13), 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, 대차(30)에 장입된 소결원료에 화염을 분사하는 점화로(20), 컨베이어(40)의 하측에서 복수의 대차(30)가 이송되는 경로 상에 나열 설치되어, 외기를 대차 내로 흡인 또는 흡입하는 복수의 윈드 박스(500), 대차(100)로부터 소결광이 배광되는 배광부, 복수의 윈드 박스(500)와 연결되어 외기가 대차(30) 내로 흡인되도록 하는 블로어(70)를 포함한다.

또한, 소결 장치는 소결광 제조를 위한 각종 원료(즉, 소결원료)가 각기 저장된 저장빈, 윈드 박스(500)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.

저장빈은 상술한 배합원료의 구성 원료 즉, 철광석, 결합재, 부산물, 부원료, 염기도 조절 원료 등 각각을 저장하고, 상기 원료들이 조립기로 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 점화로(20)의 후방에 위치하도록 설치된다.

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 통기바(미도시)의 적어도 일부가 원료층으로 삽탈 가능하도록 배치될 수 있다.

도 2를 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 80mm 내지 120mm 하측 지점, 바람직하게는 100mm 깊이까지를 의미하며, 상층부(L1)의 하측 영역이 중층부(L2), 중층부(L2) 하측이 하층부(L3)이다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 윈드 박스에 대해 설명한다.

이때, 설명의 편의를 위하여, 대차의 이동 경로 중, 복수의 윈드 박스(500)가 나열 설치된 구간을 소결구간이라 명명한다. 그리고 대차는 점화로(20)로부터 배광부 방향으로 이동함에 따라 하측 방향으로 소결 반응이 진행되는데, 이를 다른 말로 하면, 상층부(L1), 중층부(L2), 하층부(L3) 순으로 소결이 진행된다. 이에, 이하에서는 원료층의 상층부(L1)의 소결 반응이 주로 이루어지는 소결구간의 초반 구간을 전반부, 중층부(L2)의 소결 반응이 주로 이루어지는 소결구간을 중반부, 하층부(L3)의 소결 반응이 주로 이루어지는 소결구간을 후반부라 명명한다. 즉, 소결구간은 점화로(20)로부터 배광부 방향으로 전반부, 중반부, 후반부로 나누어진다.

복수의 윈드 박스(500)는 외기를 대차(30) 내로 흡입하여, 대차(30)의 이동에 따라 착화된 화염 또는 이로 인한 열을 하측으로 이동시킨다. 이러한 복수의 윈드 박스(500)는 점화로(200) 하측에서부터 배광부 사이의 구간에 나열 배치된다.

윈드 박스(500)는 대차(30)의 하부와 대응되는 상측 및 블로어(60)가 위치된 방향 예컨대 하측이 개방되며, 내부 공간을 가지는 통 형상이다. 이러한 윈드 박스(500)는 복수개로 마련되며, 대차(30)의 이동 경로 중, 적어도 점화로(20)와 대응하는 위치에서부터 배광부 직전까지 복수의 윈드 박스(500)가 연속으로 나열되도록 배치된다. 그리고 복수의 윈드 박스(500) 각각에는 덕트(80)가 연결되며, 상기 배관이 집진기(60) 및 블로어(70)와 연결된다.

상술한 바와 같이 윈드 박스(500)는 대차(30)와 대향하는 방향과, 덕트(80)와 연결되는 방향이 개구된 통 형상이다. 이하에서는 윈드 박스(500)에서 대차(30)와 대양하는 방향의 개구를 일측 개구, 덕트(80)와 연결되는 방향의 개구를 타측 개구라 명명한다. 보다 구체적인 예로 윈드 박스(500)의 일측 개구는 상측 개구, 타측 개구는 하측 개구일 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 점화로(20)의 위치로부터 배광부 직전까지 복수의 윈드 박스(500)가 나열 설치되는데 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 전반부 구간의 설치된 윈드 박스 내부에서 외기가 이동하는 통로의 폭 방향 크기가 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스(500)의 폭 방향 크기에 비해 작도록 구성한다. 여기서, 윈드 박스(500) 내에서 외기가 이동하는 통로의 폭 방향 크기는 다른 말로 하면 내경이므로, 이하 '내경'이라 지칭한다. 이를 반영하여 다시 설명하면, 본 발명은 전반부 구간의 설치된 윈드 박스의 내경(WA; WA1, WA2, WA3)이 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스(500)의 내경(WB, WC) 비해 작도록 구성한다. 보다 구체적으로는 전반부 구간의 설치된 복수의 윈드 박스(500)의 내경(WA; WA1, WA2, WA3)이 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스(500) 각각의 내경(WB, WC)에 비해 작도록 구성한다. 다른 말로 하면, 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스(500)의 내경(WB, WC)은 상호 동일한 크기를 가지되, 상술한 바와 같이 전반부에 설치된 윈드 박스의 내경(WA; WA1, WA2, WA3)에 비해 크다.

또한, 대차(30) 내 소결은 화염이 착화되는 점화로(20)의 위치에서부터 시작되며, 이에 점화로(20) 하측에 통상 첫 번째 윈드 박스(500)가 설치된다. 그리고, 점화로(20) 하측을 지나가는 대차 내 배합원료 상층부(L1)에 화염을 분사할 때, 점화로(20) 하측에 대응 설치된 윈드 박스(500)로 흡입되는 외기의 풍량이 많으면, 상층부(L1)가 냉각될 수 있으며, 이에 따라 화염 착화가 어렵거나, 착화가 되더라도 상층부가 냉각되어 통기성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 소결구간의 전반부의 시작을 적어도 점화로(20)와 대응하는 위치로 하며, 점화로(20) 하측에 설치된 윈드 박스(500)로부터 중반부로 가까워질수록 그 내경이 커지도록(WA1 < WA2< WA3 …) 한다. 즉, 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스(500) 각각의 내경(WA; WA1, WA2, WA3)이 중반부 및 후반부의 내경(WB, WC) 에 비해 작되(WA < WB, WC), 점화로(20) 하측으로부터 중반부와 가까워질수록 그 내경이 커지는 경향(WA1 < WA2< WA3 …) 을 가지도록 한다. 이때, 도 3과 같이 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스의 모두의 내경을 다르게 하면서, 점화로로부터 중반부와 가까워질수록 그 내경이 점차 커지도록(WA1 < WA2< WA3 …) 할 수 있다. 다른 예로, 연속 배치된 복수의 윈드 박스의 내경이 동일하도록 하면서, 점화로로부터 중반부로 갈수록 윈드 박스 내경이 점차 증가하는 경향으로 가지도록 구성될 수도 있다.

이렇게, 전반부의 복수의 윈드 박스(500)의 내경(WA)이 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스(500)의 내경(WB, WC)에 비해 작게 되면, 전반부의 윈드 박스(500)의 압력 즉, 부압이 중반부 및 후반부의 부합에 비해 작다. 이에, 전반부의 윈드 박스(500)로 흡입되는 외기의 송풍량이 중반부 및 후반부에 비해 작으며, 종래에 비해서 작다. 따라서, 소결 초기인 전반부에서 외기가 대차(30) 내로 흡입되는 송풍량이 줄어, 과도한 송풍량에 의해 상층부의 냉각을 방지할 수 있고, 이에 따라 상층부의 배합원료가 수축하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 배합원료의 수축에 따른 통기성이 저감되는 현상을 최소화 또는 방지할 수 있으므로, 종래에 비해 소결 속도가 향상되는 효과가 있다.

그리고, 상층부(L1)의 냉각이 저감되므로, 화염이 착화되는 상층부(L1)에서의 연소대의 안정적으로 확보할 수 있어, 이에 따라 소결 속도가 향상된다. 소결구간에 설치된 복수의 윈드 박스(500)는 하나의 덕트(80) 및 블로어(70)에 의해 동작하기 때문에, 전반부의 부압 감소에 따른 저항 증가로 인해, 중반부의 풍량이 증가하여, 전체적인 소결 속도가 증가하는 효과가 있다.

그리고, 전반부의 원료층 즉, 상층부는 중층부 및 하층부에 비해 상측에 위치하고 있어, 외부와 노출되는 면적이 크다. 따라서, 상층부(L1)는 외기의 풍량 증가에 따라 냉각 정도가 증가하는 경향을 보인다. 하지만, 중층부(L2)는 외부와 이격 또는 차단되어 있기 때문에, 흡입되는 외기의 풍량이 증가할 수록 연소 속도가 증가된다. 따라서, 전반부에서는 냉각 방지 및 연소대의 안정화를 위하여 풍량을 감소시켜야 하며, 중반부 및 후반부에서는 연소 속도 향상을 위해 풍량을 증가시킬 필요가 있다.

상술한 제 1 실시예에서는 윈드 박스(500) 자체의 내경이 작아지도록 조절하였으나, 이에 한정되지 않고, 도 4에 도시된 제 2 실시예와 같이 윈드 박스(500) 내부에 별도로 설치되어, 윈드 박스(500) 내의 일부 구간에서 외기가 이동하는 통로의 폭 방향 크기를 조절하는 압력 조절 부재(610)가 설치될 수 있다. 즉, 윈드 박스(500)의 상하 방향 중 어느 하나의 위치에 압력 조절 부재(610)를 설치하여, 압력 조절 부재(610)가 설치되지 않은 구간에 비해 압력 조절 부재(610)가 설치된 구간은 상기 압력 조절 부재(610)에 의해 외기가 통과할 수 있는 통로의 크기가 줄어들도록 한다.

압력 조절 부재(610)는 도 4에 도시된 바와 같이, 외기가 통과할 수 있는 개구를 가지는 중공형의 형상일 수 있다. 예컨대, 압력 조절 부재(610)는 오리피스 또는 댐퍼일 수 있다. 그리고 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스(500) 내부 각각에 압력 조절 부재(610)가 설치되는데, 전반부, 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스(500) 자체의 내경은 모두 동일(WA = WB = WC)하고, 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스(500)에만 압력 조절 부재(610)가 설치된다. 이때, 전반부의 복수의 윈드 박스(500) 각각에 설치된 압력 조절 부재(610) 각각의 개구의 크기(WP; WP1, WP2, WP3…)는 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스의 내경(WB, WC)에 비해 작다.

그리고 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스(500) 내 각각에 설치된 압력 조절 부재(610)는, 점화로(20) 하측으로부터 중반부로 가까워질수록 압력 조절 부재(610)의 개구의 크기가 증가하는 경향(WP1 < WP2 < WP3 …)을 가지도록 한다. 이때, 전반부에 설치된 복수의 압력 조절 부재의 모든 개구의 크기(WP)를 다르게 하면서, 점화로(WP1, WP2, WP3)로부터 중반부와 가까워질수록 그 크기가 점차 커지도록 할 수 있다(WP1 < WP2 < WP3 …). 다른 예로, 연속 배치된 복수의 압력 조절 부재(610)의 개구 크기가 동일하도록 하면서, 점화로(20)로부터 중반부로 갈수록 압력 조절 부재(610)의 개구가 점차 증가하는 경향으로 가지도록 구성될 수도 있다.

상기에서는 각기 다른 개구 크기를 가지는 압력 조절 부재(610)를 전반부의 복수의 윈드 박스(500)에 설치되는 것을 설명하였다.

하지만, 이에 한정되지 않고, 도 5에 도시된 제 3 실시예와 같이, 개구 크기의 조절이 가능한 압력 조절 부재(610)를 설치할 수 있다. 그리고, 동일한 압력 조절 부재(610)를 전반부의 복수의 윈드 박스(500) 내에 각기 설치하되, 점화로(20) 하측으로부터 중반부로 가까워질수록 개구의 크기 즉, 개방 면적의 커지도록 각각의 압력 조절 부재(610)의 개구의 크기를 조절하여 설치한다(WP1 < WP2 < WP3 < WP4 …).

개방 면적의 조절이 가능한 압력 조절 부재(610)는 예컨대, 슬라이딩을 통한 개구 내경의 조절이 가능한 셔터 구조일 수 있다. 즉, 압력 조절 부재(610)는 도 5에 도시된 바와 같이, 윈드 박스(500)에 고정 설치되며, 중심이 개구된 중공형의 형상인 고정 부재(611), 각각이 상호 마주보도록 상기 고정 부재(611)에 연결 설치된 한 쌍의 조절 부재(612)를 포함한다. 그리고 한 쌍의 조절 부재(612)는 상호 가까워지거나 멀어지도록 이동할 수 있으며, 이에 따라 압력 조절 부재(610)의 개구 면적(제 WP1, WP2, WP3)이 조절된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에서는 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스(500)의 내 통로의 크기 조절에 의해, 전반부의 부압이 중반부, 후반부의 부압에 비해 작다. 이에 따라 전반부의 복수의 윈드 박스(500)로 유입되는 외기의 송풍량이 종래에 비해 적고, 중반부 및 후반부의 윈드 박스(500)로 유입되는 송풍량에 비해 작다. 또한, 소결 전반부에서도, 화염이 착화되는 점화로(20) 하측의 윈드 박스(500)의 내부 통로의 크기가 다른 윈드 박스들에 비해 크도록 하며, 중반부와 인접한 위치로부터 점화로로 가까워질수록, 통로의 크기가 증가하도록 한다.

따라서, 소결구간의 전반부에서, 화염이 착화되는 지점 또는 화염이 착화 후 소결이 시작되는 구간에 설치된 윈드 박스(500)의 부압이 다른 구간에 비해 크다. 따라서, 점화로의 화염이 착화되는 윈드 박스(500)로 유입되는 외기 송풍량이 다른 윈드 박스(500)들에 비해 작다. 이에, 화염이 착화될 때 또는 화염이 착화된 후 소결 초반 구간에 과도한 외기의 송풍량에 의해 상층부가 냉각되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 배합원료가 수축되어 통기성이 감소하는 것을 최소화 또는 방지할 수 있다. 이에, 통기성 저하에 따른 연소 속도 및 소결속도 저감을 줄일 수 있어, 종래에 비해 연소 속도 및 전체 소결 속도를 향상시킬 수 있으며, 따라서, 소결광의 생산율을 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 윈드 박스를 가지는 소결 장치를 이용하여 소결을 진행하였을 때, 소결 시간 경과에 따른 부압(mmAq)를 나타낸 결과이다. 여기서, 실시예는 소결구간의 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스(500) 각각의통로가 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스(500)의 통로에 비해 작고, 전반부에서도 중반부로부터 점화로가 가까워질수록 윈드 박스의 통로가 작아지도록 구성하여 소결한 결과이다. 그리고, 비교예는 소결구간 전체의 윈드 박스 통로가 동일 또는 적어도 전반부와 중반부에 설치된 윈드 박스 통로가 동일하게 하여 소결한 결과이다.

도 6을 참조하면, 비교예의 경우, 소결 공정이 시작되자 마자 부압이 대략1900mmAq 까지 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 비교예의 경우, 대차가 점화로 하측에 설치된 윈드 박스 위치, 소결 공정 방향으로 이동하자마자, 급격하게 상승한 윈드 박스 내 부압에 의해 전반부의 윈드 박스들 내로 유입되는 외기 송풍량이 급격하게 증가됨을 예상할 수 있다. 이렇게 다량의 외가가 흡입되면, 전반부 구간에 소결이 이루어지는 소결층 즉, 상층부가 냉각되며, 이에 따라 소결 온도에 도달하지 못하여 소결이 이루어지지 않거나, 그 소결 속도가 느리다. 또한, 상층부 냉각에 의해 상층부의 배합원료가 수축하는데, 비교예의 경우 3.3%의 수축이 있었다. 이는 통기성이 악화 및 그에 따른 연소대의 이동을 방해하는 요인이 되어, 소결 속도를 저감시키는 원인이 된다.

한편, 실시예의 경우, 소결 공정이 시작된 후부터 10분까지 부압이 서서히 증가하다가 유지함을 알 수 있다. 이때, 10분 이전까지의 소결구간이 중반부 및 후반부에 비해 내경이 작은 전반부 구간이며, 실시예의 전반부 구간(10분 이전까지의 구간)에서 부압이 비교예에 비해 작다. 이러한 실험 결과로부터, 전반부의 윈드 박스(500)의 통로를 중반부 및 후반부에 작게하고, 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스(500)의 통로를 중반부로부터 멀어질수록 통로를 작게 함으로써, 부압이 감소함을 확인할 수 있다. 또한, 상층부의 수축 여부를 확인한 결과, 실시예에서는 상층부의 수축이 일어나지 않았다.

본 실험을 통하여, 부압의 승압 속도가 소결 원료 수축에 영향을 줌을 확인할 수 있다.

도 7은 제 1 내지 제 3 비교예 및 실시예에 따른 윈드 박스를 가지는 소결 장치를 이용하여 소결을 진행하였을 때, 소결 시간 경과에 따른 부압(mmAq), 배가스 온도, 원료층의 온도를 나타낸 결과이다. 여기서 도 6a는 제 1 비교예, 도 6b는 제 2 비교예, 도 6c는 제 3 비교예, 도 6c는 실시예이며, 각각의 점화시의 압력, 소결완료점(BTP) 시간 및 소결완료점온도를 표 1 내지 표 4에 나타내었다.

구분	(점화 -1000mmAq)후, -1700mmAq
BTP 시간(min)	39.4
BTP 온도(℃)	313.9

구분	(점화 -1000mmAq)후, -1900mmAq
BTP 시간(min)	38.4
BTP 온도(℃)	364.5

구분	점화부터 -1900mmAq
BTP 시간(min)	40.5
BTP 온도(℃)	463.4

구분	(점화 -1000mmAq)후, 10분간 -1900mmAq로 상승
BTP 시간(min)	37.3
BTP 온도(℃)	418.9

표 1 및 표 2와, 도 6a 및 도 6b를 참조하여, 제 1 비교예와 제 2 비교예를 비교하면, 점화 직후에 부압이 -1700mmAq인 제 1 비교예에 비해, 그보다 부압이 -1900mmAq 으로 더 큰 제 2 비교예의 소결종료시간이 감소하였다. 그런데, 점화시부터 부압을 -1900mmAq으로 올린 제 3 비교예의 경우, 제 2 비교예에 비해 소결 시간이 2.6% 증가하였음을 확인할 수 있다. 이러한 결과로부터, 소결 시간 감소를 위해, 점화시에 저부압 조건이 필요하다는 것을 알 수 있다.

실시예의 경우, 상층부의 연소속도는 느리지만, 연소층이 안정적으로 형성되어, 후반 소결 속도가 증가하는 결과가 나왔고, 이에 제 1 내지 제 3 비교예에 비해 전체 소결 시간이 빠른 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이로부터 기본적으로 화염의 착화가 이루어지고, 상층부의 소결이 진행되는 전반부에는 부압을 작게하고, 부압을 서서히 증가시키는 부압 관리가 필요하다는 결론이 나왔다.

소결속도는 연소대의 이동 즉, 상부부터 하부까지 석탄이 연소되면서 진행되는 것이므로, 소결속도는 배합원료 즉, 속탄의 연소속도와 관련이 있다. 석탄의 연소속도(R^* _C)는 다음과 같다.

R^* _C: 석탄연소속도 (kg/m³s)

ρ_s　: 고상층 겉보기 밀도 (kg/m³)

Y_C : 고상층 내 탄소의 질량비 (kg/kg)

K^* _C　　 : 코크스 연소 속도계수 (m/s)

X_O2　　 : 가스 중 산소 질량비 (kg/kg)

ρ_c　　　: 코크스 겉보기 밀도 (kg/m³)

d_c　　　　: 코크스 평균 입도 (m)

코크스 연소 속도계수(K^* _C)는 아래와 같다.

k_pc　　: 코크스 연소 반응속도계수 (m/s)

k_mc　　코크스 연소 물질전달계수 (m/s)

코크스 연소 반응속도계수 (k_pc)는 아래와 같다.

T_S　: 고상온도 (K)

그리고, 코크스 연소 물질전달계수(k_mc)는 아래와 같다.

D_O2-C　　: 코크스 내 산소확산계수 (m²/s)

Sc　　 : 슈미트 수

Re　　 : 레이놀즈 수

ε_b　　　　: 고상층 공극률

d_e　　 : 고상 평균입도 (m)

여기서, 레이놀즈 수(Re) 및 슈미트 수(Sc)는 아래와 같다.

v_g　　 : 가스속도 (m/s)

μ_g　　　　: 가스점도 (kg/m s)

ρ_g　　　　: 가스밀도 (kg/m³)

ρ_g　　　: 가스밀도 (kg/m³)

D_O2-N2　: 공기 중 산소 확산계수 (m²/s)

T_g　: 가스온도 (K)

도 8은 연소속도 변수와 연소속도와의 관계를 나타낸 그래프이다.

석탄 즉, 소결 원료층의 연소속도에 영향을 미치는 인자는 고상온도(배합원료 온도), 산소농도, 석탄함량, 가스속도, 가스밀도 및 석탄입도이며, 도 7과 같이 각각의 영향도를 파악해본 결과, 연소속도는 가스속도(가스 유량) 보다, 고상온도의 영향이 큰 것으로 나타났다. 결국 소결 초기인 전반부의 부압을 안정적으로 유지하여 온도를 확보하면, 연소속도가 증가함을 알 수 있다.

도 9는 점화로와 대응하는 위치부터 소결이 완료되는 배광부까지 전체를 1이라고 하고, 점화로의 위치를 0, 배광부의 위치를 1이라고 할 때, 전반부에 해당하는 0부터 1/4 지점까지의 부압을 나타낸 결과이다.

도 9에서 1/4 구간까지 복수의 윈드 박스 각각의 내경이 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스의 내경에 비해 작고, 점화로 하측의 0 지점부터 1/4 지점까지 윈드 박스 내경을 증가시킨 경우이다. 그리고, 1/4 구간까지 복수의 윈드 박스 각각의 내경을 동일하게하고, 그 내경이 실시예에 비해 큰 경우이다.

도 9을 참조하면, 비교예 및 실시예 모두 0 지점부터 소결이 진행될수록 부압이 상승하는 경향을 보인다. 그런데, 비교예의 경우 전체 1/4 구간 중 초반에 약 1300mmAq의 부압을 가지다가 이후 급격하게 2000mmAq로 상승한다. 이는 윈드 박스의 내경이 모두 동일하고, 그 내경이 커, 외기의 송풍량이 많기 때문이다. 한편, 실시예의 경우 비교예에 비해 서서히 부압이 증가함을 알 수 있다.

도 10은 점화로와 대응하는 위치부터 소결이 완료되는 배광부까지 전체를 1이라고 하고, 점화로의 위치를 0, 배광부의 위치를 1이라고 할 때, 소결구간 전체에 있어서 유속(m/s)을 변화를 나타낸 결과이다.

도 10의 실시예는 소결구간의 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스 각각의 내경이 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스의 내경에 비해 작고, 전반부에서도 중반부로부터 점화로가 가까워질수록 윈드 박스 내경이 작아지도록 구성하여 소결한 결과이다. 그리고, 비교예는 소결구간 전체의 윈드 박스 내경이 동일 또는 적어도 전반부와 중반부에 설치된 윈드 박스 내경이 동일하게 하여 소결한 결과이다.

도 10을 참조하면, 소결 중반부까지 실시예의 외기가 윈드 박스로 들어오는 유속이 비교예에 비해 크다. 이는 전반부에 윈드 박스의 내경이 중반부 및 후반부에 비해 작아, 부압이 작고, 이에 따라 외기의 송풍량이 작아 냉각 현상이 비교예에 비해 작기 때문이다. 따라서, 실시예의 경우 비교예에 비해 냉각에 따른 원료층의 수축이 일어나지 않거나 최소화되어, 비교예에 비해 통기성이 좋으며, 이에 따라 열이 고르게 전달되거나, 화염 또는 연소대의 이동이 용이하므로, 소결이 완료될때까지 소요되는 시간이 감소하는 효과가 있다.

500: 윈드 박스 600: 압력 조절 부재

Claims

소결원료의 장입이 가능하며, 소결 공정 진행 방향으로 이동 가능한 대차;
상기 대차가 이동하는 경로 상에서, 상기 대차 내 장입된 원료층으로 화염을 분사하도록 설치된 점화로;
상기 점화로 하측에서부터 소결 종료 지점까지 나열 설치된 복수의 윈드 박스;
를 포함하고,
상기 점화로의 하측에서 소결 종료 지점까지의 소결구간은 상기 대차의 이동 방향으로 전반부, 중반부 및 후반부로 나뉘고,
상기 전반부에 설치된 윈드 박스 각각에서 흡입된 외기가 이동하는 통로의 크기는 상기 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스의 통로의 크기에 비해 작은 소결 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스는, 상기 중반부로부터 상기 점화로가 위치된 방향으로 갈수록 통로의 크기가 작아지도록 설치된 소결 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 전반부에 설치된 윈드 박스 각각의 내경은 상기 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스의 내경에 비해 작고,
상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스는, 상기 중반부로부터 상기 점화로가 위치된 방향으로 갈수록 내경의 크기가 작아지도록 설치된 소결 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 전반부에 설치된 윈드 박스 각각의 내부에는 내부 통로의 크기를 조절하는 압력 조절 부재를 포함하고,
상기 압력 조절 부재는 윈드 박스의 통로와 연통되는 개구를 가지며,
상기 압력 조절 부재 각각의 개구의 크기는 상기 중반부 및 후반부에 설치된 윈드 박스의 통로의 크기에 비해 작고,
상기 압력 조절 부재는, 상기 중반부로부터 상기 점화로가 위치된 방향으로 갈수록 내경의 크기가 작아지도록 형성된 소결 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스 각각의 내부에 상기 윈드 박스 내부의 통로의 크기를 조절하는 압력 조절 부재를 포함하고,
상기 압력 조절 부재는 상기 윈드 박스의 통로와 연통되는 개구를 가지며, 개구 면적의 크기 조절이 가능하며,
상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스 내에 상기 압력 조절 부재가 설치되는데 있어서,
상기 복수의 압력 조절 부재 각각의 개구 면적이 상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스의 통로의 크기에 비해 작고,
상기 중반부로부터 상기 점화로가 위치된 방향으로 갈수록 개구 면적이 작아지도록 조절하여 설치된 소결 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 압력 조절 부재는 상호 마주 보도록 배치되어, 상호 가까워지거나 멀어지도록 이동 가능한 조절 부재를 포함하는 소결 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스 각각의 통로의 크기는 상호 동일한 소결 장치.
소결 공정 진행 방향으로 이동중인 대차로 소결원료를 장입시키는 과정;
상기 소결원료가 장입된 대차를 점화로 하측으로 통과시켜, 상기 소결원료가 적재된 원료층 상에 화염을 착화시키는 과정; 및
상기 화염이 착화된 대차를 상기 점화로 하측에서 소결 공정 종료 지점까지 나열 설치된 복수의 윈드 박스 상측으로 이동시켜, 외기를 대차 내로 흡입하면서 소결 반응을 진행하는 과정;
을 포함하고,
상기 대차가 이동하는 점화로의 하측에서 소결 종료 지점까지의 소결 구간은 상기 대차의 이동 방향으로 전반부, 중반부 및 후반부로 나뉘고,
상기 대차가 상기 전반부를 통과할 때 대차 내로 유입되는 외기의 풍량이 상기 중반부 및 후반부를 통과할 때 유입되는 풍량에 비해 작도록 하는 소결광 제조 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 대차가 상기 전반부의 시작 구간인 상기 점화로의 하측에서부터 상기 전반부 종료 지점까지 이동될 때, 상기 점화로의 위치에서부터 전반부 종료 지점 방향으로 이동할수록 풍량이 증가하도록 조절하는 소결광 제조 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 대차가 전반부를 통과할 때 유입되는 풍량이 상기 중반부 및 후반부를 통과할 때 유입되는 풍량에 비해 작도록 하는 데 있어서,
상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스 각각의 부압을 상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스의 부압에 비해 작도록 하고,
상기 대차가 전반부를 통과할 때, 상기 점화로의 위치에서부터 전반부 종료 지점 방향으로 이동할수록 풍량이 증가하도록 하는데 있어서,
상기 점화로로부터 상기 전반부 종료 지점으로 갈수록 부압을 증가시키는 소결광 제조 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스 각각의 부압을 상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스의 부압에 비해 작도록 하는데 있어서,
상기 전반부에 설치된 복수의 윈드 박스 각각에서 흡입된 외기가 이동하는 통로의 크기를 상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스의 통로의 크기에 비해 작도록 하고,
상기 점화로로부터 상기 전반부 종료 지점으로 갈수록 부압을 증가시키는데 있어서,
상기 점화로의 위치로부터 상기 전반부 종료 지점으로 갈수록 통로의 크기가 큰 윈드 박스를 설치하는 소결광 제조 방법.
청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중반부 및 후반부에 설치된 복수의 윈드 박스 내 부압이 동일한 소결광 제조 방법.