KR20170136664A - Reducibility improved carbon composite iron oxide agglomerate and the preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbonaceous compacted iron oxide compact having improved reducibility and a method for producing the same.
세계적으로 철강 생산량이 지속적인 증가 추세를 보이고 있으며, 그 중 전기로에 의해서 석탄 또는 코크스 등의 환원제로 철광석으로부터 강철을 제조하는 방법인 전기로 제강법에 의한 생산량 또한 증가하고 있다. 그에 따라 전기로 제강법의 주원료로 사용되는 고철은 수급이 불안정하며, 노폐 고철 같은 저품위 고철 사용시 불순물 원소를 포함하여 조성 제어의 어려움이 대두되고 있다. 따라서 이러한 문제점을 개선하기 위해, 고체상태의 철광석에 일산화탄소, 수소 등 환원가스를 투입해 만든 철원인 직접 환원철(DRI, Direct Reduced Iron)이 청정 대체 철원으로 주목 받고 있다.Steel production has been steadily increasing globally, and production by electric furnace steelmaking, which is a method of producing steel from iron ore with coal or coke as a reducing agent, is also increasing. Accordingly, the scrap used as the main raw material for the electric furnace steelmaking process is unstable in supply and the composition control including the impurity element is difficult to control when using low grade scrap iron such as scrap steel. In order to solve these problems, Direct Reduced Iron (DRI), which is a source of iron produced by adding a reducing gas such as carbon monoxide and hydrogen to solid iron ore, is attracting attention as a clean alternative iron source.
한편, 제선 공정분야에서는 철광석과 석탄의 분상 혼합물을 괴성화(塊成化)한 탄재 내장 산화철 브리켓을 상용 고로 및 소결기에 활용하려는 연구가 진행되고 있다. On the other hand, in the field of steelmaking, research is underway to utilize carbonaceous iron oxide briquettes, which are agglomerated with a mixture of iron ore and coal, in commercial blast furnaces and sintering machines.
종래 소결 공정의 경우, 소결 베드 상ㆍ하부의 열 분포 불균형으로 인해, 소결광 품질이 문제가 되고 있다. 따라서, 상부의 부족한 열량을 보충하기 위한 방법으로 연소가스 조건을 변화시키거나, 추가적인 연료를 투입하는 방법, 하부의 과열량을 활용하기 위해 소결 베드 하부에 철광석 및 석탄의 분상 혼합물을 괴성화(塊成化)한 탄재 내장 산화철 브리켓을 편석 장입하는 방법 등의 연구가 진행되고 있다. In the case of the conventional sintering process, the quality of the sintered ores is deteriorated due to the uneven distribution of heat in the upper and lower portions of the sintered bed. Therefore, in order to compensate for the insufficient amount of heat in the upper part, the combustion gas condition is changed, an additional fuel is injected, a powder mixture of iron ore and coal is compacted in the lower part of the sintering bed And a method of segregating and charging a briquetting iron oxide briquettes having been made into a solidified material.
이와 관련된 종래의 기술로, 대한민국 공개특허 제10-2010-0011990호에서는 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법에 관해 개시된 바 있으며, 상세하게는 탄재 내장 산화금속 브리켓을 제조하기 위한 방법으로서, 평균 입경 50μm 이하의 다량의 미립자를 함유하는 산화금속 원료와 탄재를 믹서로 혼합하여 분상(粉狀) 혼합물로 하는 혼합 공정과, 이 분상 혼합물을 브리켓 머신으로 압축 성형하여 성형물로 하는 성형 공정과, 이 성형물을 체로 체상(篩上)과 체하(篩下)로 분급하고, 상기 체상을 제품인 탄재 내장 산화금속 브리켓으로 하는 분급 공정과, 상기 성형물의 일부를 리사이클 원료로서 상기 믹서 또는 상기 브리켓 머신에 되돌리는 성형물 순환 공정을 포함하는, 탄재 내장 산화금속 브리켓의 제조 방법을 개시한 바 있다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0011990 discloses a method for manufacturing a carbonaceous internal metal oxide briquette, and more particularly, to a method for producing a carbonaceous internal metal oxide briquette, A mixing step of mixing a metal oxide raw material containing a large amount of fine particles and a carbonaceous material into a powder mixture by a mixer, a molding step of compression molding the powder mixture into a briquetting machine, A classifying step of classifying the sieved body into a sieve body and a sieve body and using the body as the carbonaceous material-containing metal oxide briquette which is the product; and a step of classifying the part as a recycle material into the mixer or the briquetting machine A method for manufacturing a carbon-bearing metal oxide briquette, which comprises the steps of:
한편, 고로에서는 환원된 탄재내장 산화철 브리켓을 대체 장입하여 총 조업에서 발생 되는 이산화탄소(CO2) 저감에 대한 연구가 진행되고 있다.On the other hand, in the blast furnace, the carbon dioxide (CO 2 ) Studies are underway on mitigation.
상기 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓을 제조하는 방법으로 분광석과 흑피(mill scale)와 같은 산화철분 및 고체 환원제인 미분탄을 혼합 및 압축 성형한 후, 1200 ℃ 이상의 고온에서 환원시키는 방법이 알려져 있다. 상기 환원법은 미분형태의 저품위 철광석과 석탄을 사용할 수 있어 자원 활용적인 이점이 있으며, 원료비 절감을 통한 경제성 향상에 기여할 수 있다. 또한, 천연가스에 의한 환원반응보다 빠른 반응속도를 가지며, 비교적 낮은 온도에서의 환원반응이 가능해 연료비가 낮고, 환경 친화적이라는 장점이 있다. As a method for producing the reduced carbonaceous material-containing iron oxide briquettes, there is known a method of mixing and compression-molding iron oxide such as a mineral ore and a mill scale and a solid reducing agent, and then reducing the mixture at a high temperature of 1200 ° C or higher. The above-mentioned reduction method can utilize a low-grade iron ore and coal in the form of a derivative, which has an advantage in utilization of resources, and can contribute to improvement of economy through reduction of raw material cost. In addition, it has a faster reaction rate than a reduction reaction by natural gas, and is capable of a reduction reaction at a relatively low temperature, resulting in low fuel cost and environmental friendliness.
이와 관련된 종래의 기술로, 대한민국 공개특허 제10-2014-0065555호에서는 바인더로서 당밀(molasses)을 사용하여 소성과정 없이 상온 강도 확보가 가능하고, 이로 인해 고효율의 고로 조업이 가능한 탄재 내장 펠렛 및 이의 제조방법이 개시된 바 있으며, 상세하게는 철광석 75 내지 79 중량부, 분코크스 19 내지 20 중량부 및 당밀 2 내지 6 중량부를 포함하는 탄재 내장 펠렛 및 이의 제조방법이 개시된 바 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0065555 discloses a pellet built-in pellet which is capable of securing strength at room temperature without firing by using molasses as a binder, thereby enabling high-efficiency blast furnace operation. A method for manufacturing a carbonaceous material-containing pellet including 75 to 79 parts by weight of iron ore, 19 to 20 parts by weight of coke, and 2 to 6 parts by weight of molasses has been disclosed and a method for producing the same.
하지만, 상기 방법들은 저품위 분광석과 분탄에 필연적으로 존재하는 맥석과 회분(ash) 같은 불순물들이 산화철과 탄재의 직접접촉을 억제하여 환원반응을 지연시키는 문제가 있다. However, the above methods have a problem in that the impurities such as gangue and ash which are inevitably present in the low-grade ores and the pulverized coal, suppress the direct contact between the iron oxide and the carbonaceous material and delay the reduction reaction.
이에 본 발명자들은, 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물을 환원시키는 방법에 대해 연구하던 중, 상기 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원 특성을 향상을 위해 플럭스(flux)를 포함하여 염기도를 변화시켜 환원특성이 향상된 탄재 내장 산화철 브리켓을 제조하고, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the inventors of the present invention have conducted research on a method for reducing the carbonaceous built-up iron oxide compacted material, in order to improve the reducing characteristic of the carbonated iron oxide briquette, Iron oxide briquettes were prepared, and the present invention was completed.
본 발명의 목적은SUMMARY OF THE INVENTION
환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.And a method for producing the same.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은In order to achieve the above object,
산화철 분말, 탄소를 포함하는 고체 환원제 분말 및 플럭스(flux)를 포함하며, 염기도가 0.5 내지 1.6인 것을 특징으로 하는 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물을 제공한다.Wherein the iron oxide powder comprises iron oxide powder, solid reductant powder containing carbon and a flux, and the basicity is 0.5 to 1.6.
또한, 본 발명은In addition,
산화철 분말, 탄소를 포함하는 고체 환원제 분말 및 플럭스(flux)을 혼합하여 염기도가 0.5 내지 1.6인 혼합물을 제조하는 단계(단계 1); 및Preparing a mixture having a basicity of 0.5 to 1.6 by mixing iron oxide powder, solid reductant powder containing carbon and a flux (step 1); And
상기 혼합물을 성형하는 단계(단계 2);를 포함하는 상기 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물의 제조방법을 제공한다.And molding the mixture (step 2). The present invention also provides a method for manufacturing the carbonaceous material compacted iron oxide compact having improved reducibility.
나아가, 본 발명은Further,
상기 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물을 열처리하여 환원시키는 단계(단계 1);를 포함하는 환원된 탄재 내장 산화철 괴성화물의 제조방법을 제공한다.And a step (1) of heat-treating and reducing the carbonaceous iron oxide compacted material having improved reducing properties (step 1).
본 발명의 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물은 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물의 염기도를 조절함으로써 저품위의 분광석과 분탄에 필연적으로 존재하는 맥석과 회분(ash) 같은 불순물들을 보다 낮은 온도에서 용융시킴으로써, 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물의 환원 시 환원성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The carbonaceous compacted iron oxide compact having the improved reducing ability of the present invention can be produced by melting the impurities such as ash and ash which are inevitably present in the low grade ore and coal by controlling the basicity of the carbonaceous built-up iron oxide compact, There is an advantage that the reducing ability of reducing the carbonaceous built-up iron oxide compacted material can be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄재 내장 산화철 브리켓을 환원시키는 장치를 나타낸 모식도이고,
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탄재 내장 산화철 브리켓의 염기도에 따른 시편의 형상을 나타낸 사진이고,
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원반응 동안 발생하는 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2)의 가스 부피 분율 및 온도 패턴을 나타낸 그래프이고,
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원특성을 비교한 그래프로, 염기도에 따른 이산화탄소(CO2)의 발생 거동을 비교한 그래프이고,
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원특성을 비교한 그래프로, 염기도에 따른 일산화탄소(CO)의 발생 거동을 비교한 그래프이고,
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탄재 내장 산화철 브리켓의 시간에 따른 환원율을 계산한 결과를 나타내는 그래프이고,
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의해 제조된 탄재 내장 산화철 브리켓의 염기도 조건에 따른 최종 환원율을 나타낸 그래프이고,
도 8은 본 발명의 비교예 2 및 실시예 1에 의해 제조된 탄재 내장 산화철 브리켓의 미세조직을 광학현미경을 통해 관찰한 사진이고,
도 9는 본 발명의 비교예 2 및 실시예 1에 의해 제조된 탄재 내장 산화철 브리켓의 미세조직을 주사전자현미경(SEM)을 통해 관찰한 사진이고,
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용된 플럭스(flux)의 용융점을 열역학 계산 프로그램인 FactSage를 사용하여 계산한 결과를 나타낸 그림이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an apparatus for reducing a briquetting iron oxide briquette according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a photograph showing the shape of a specimen according to the basicity of the carbonaceous built-in iron oxide briquettes produced by the examples and comparative examples of the present invention,
3 is a graph showing the gas volume fraction and the temperature pattern of carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ) generated during the reduction reaction of the carbonaceous built-in iron oxide briquettes produced by the examples and the comparative examples of the present invention,
FIG. 4 is a graph comparing the reduction characteristics of the carbonaceous built-in iron oxide briquettes produced by the examples and comparative examples of the present invention, and is a graph comparing the generation behavior of carbon dioxide (CO 2 ) according to the basicity,
FIG. 5 is a graph comparing reduction characteristics of carbon monoxide-containing iron oxide briquettes produced by the examples and comparative examples of the present invention, and is a graph comparing generation behaviors of carbon monoxide (CO) according to basicity,
6 is a graph showing the results of calculation of reduction rates of the carbonaceous built-in iron oxide briquettes manufactured according to the examples and comparative examples of the present invention over time,
7 is a graph showing the final reduction ratio according to the basicity conditions of the carbonaceous built-in iron oxide briquettes produced by the examples and the comparative examples of the present invention,
8 is a photograph of the microstructure of the carbonaceous built-in iron oxide briquettes produced by Comparative Example 2 and Example 1 of the present invention through an optical microscope,
9 is a photograph of the microstructure of the carbonaceous built-in iron oxide briquettes produced by Comparative Example 2 and Example 1 of the present invention through a scanning electron microscope (SEM)
10 is a graph showing the results of calculation of the melting point of a flux used in Examples and Comparative Examples of the present invention using FactSage, which is a thermodynamic calculation program.
본 발명은The present invention
산화철 분말, 탄소를 포함하는 고체 환원제 분말 및 플럭스(flux)를 포함하며, 염기도가 0.5 내지 1.6인 것을 특징으로 하는 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물을 제공한다.Wherein the iron oxide powder comprises iron oxide powder, solid reductant powder containing carbon and a flux, and the basicity is 0.5 to 1.6.
이하, 본 발명의 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the carbonaceous compacted iron oxide compact having improved reducing ability of the present invention will be described in detail.
탄재 내장 산화철 괴성화물은 분상 혼합물을 괴성화 즉, 덩어리로 만든 것으로, 형태 및 제조방법에 따라, 브리켓, 구상 펠릿 및 원통상 펠릿으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종일 수 있다.The carbonaceous compacted iron oxide compacted material may be one selected from the group consisting of briquettes, spherical pellets, and cylindrical pellets, depending on the shape and manufacturing method, which are obtained by agglomerating, i.e., agglomerating, the bulk mixture.
탄재 내장 산화철 괴성화물은 제선 공정에서 철광석으로부터 선철을 제조하기 위한 것으로, 철광석 또는 산화철 내에 포함된 탄재가 산화철을 환원시킬 수 있다. 종래의 환원가스에 의해 철광석 또는 산화철을 환원시키는 경우, 비싼 천연가스를 필요로 하며, 플랜트의 입지가 통상 천연가스의 산지에 한정되는 것 등의 제약이 있는 등 단점이 있는 반면, 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물을 이용해 철광석 또는 산화철을 환원시키는 방법은, 보다 빠른 반응속도를 가지며, 비교적 낮은 온도에서의 환원반응이 가능해 연료비가 낮고, 환경 친화적이라는 장점이 있다. Carbonaceous iron oxide compacted iron oxide is used for producing pig iron from iron ore in the ironmaking process, and the iron contained in iron or iron oxide can reduce iron oxide. In the case of reducing iron ore or iron oxide by the conventional reducing gas, expensive natural gas is required and there is a limitation such that the location of the plant is usually limited to a natural gas production site. On the other hand, The method of reducing iron ore or iron oxide using compacted cargo has the advantage that it has a faster reaction rate and can perform a reduction reaction at a relatively low temperature, thus resulting in a low fuel cost and being environmentally friendly.
또한, 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물은 산화철 분말 및 탄소를 포함하는 고체 환원제 분말을 포함하되, 상기 산화철 및 고체 환원제 분말은 미분형태의 저품위 철광석 및 석탄이 사용될 수 있어 자원 활용적인 이점이 있으며, 원료비 절감을 통한 경제성 향상에 기여할 수 있다. 즉, 제철소 내의 다양한 공정에서 더스트는 석탄의 운반 과정 등에서 발생할 수 있고, 슬래그는 용철 제조 중 배가스의 수집진 과정 등에서 발생할 수 있는데, 상기 슬래그 또는 더스트에는 탄소 또는 철을 포함하므로, 이들을 재활용함으로써 원료비를 절감시킬 수 있다. In addition, the carbonaceous built-up iron oxide compacted material includes iron oxide powder and solid reductant powder containing carbon, and the iron oxide and solid reductant powder can be used in the form of low-grade iron ore and coal in the form of fine powder, It is possible to contribute to improvement of economic efficiency through That is, in various processes in the steelworks, dust may occur in the process of transporting coal, and slag may occur in the process of collecting exhaust gas during the manufacture of molten iron. Since the slag or dust includes carbon or iron, Can be saved.
이때, 상기 탄소를 포함하는 고체 환원제 분말은 석탄인 것이 바람직하다. At this time, the solid reductant powder containing carbon is preferably coal.
한편, 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물은 플럭스(flux)를 포함하되, 상기 플럭스를 포함함으로써, 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물이 염기도 0.5 내지 1.6의 값을 갖는 것이 바람직하다.Meanwhile, the carbonaceous built-in iron oxide compact may include a flux, and the carbonaceous built-up iron oxide compact may have a basicity of 0.5 to 1.6.
이는, 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물을 고온 열처리를 통한 환원반응시, 환원성을 높이기 위한 것이다.This is to increase the reducing property of the carbonaceous built-up iron oxide compacted product during the reduction reaction through high-temperature heat treatment.
이때, 염기도는 괴성화물에 포함된 SiO2 중량% 대비 CaO 중량%로 정의될 수 있다.In this case, the basicity of the SiO 2 Can be defined as CaO weight% relative to weight%.
종래의 탄재 내장 산화철 괴성화물의 경우, 저품위 분광석과 분탄에 필연적으로 존재하는 맥석과 회분(ash) 같은 불순물이 산화철 및 탄재의 직접접촉을 억제해 환원반응을 지연시키는 단점이 있다.In the case of conventional carbonaceous iron oxide compacted materials, impurities such as gangue and ash which are inevitably present in the low-grade ore and coal have a disadvantage in that the reduction reaction is delayed by suppressing direct contact between iron oxide and carbonaceous material.
반면, 본 발명의 경우, 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물이 염기도 0.5 내지 1.6의 값을 갖도록하는 플럭스(flux)를 포함함으로써, 불순물이 낮은 온도에서 용융이 가능한 조성으로 제어될 수 있으며, 이에 따라, 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물의 환원성을 향상시킬 수 있다. On the other hand, in the case of the present invention, the carbonaceous built-in iron oxide compact can contain a flux having a basicity of 0.5 to 1.6, whereby the impurities can be controlled to a composition capable of melting at a low temperature, The reducing ability of the carbonaceous built-in iron oxide compact can be improved.
만약, 상기 염기도가 0.5 미만일 경우, 환원반응과정에서, 피환원성이 좋지 않은 상이 형성되어 환원율이 낮게 나타날 수 있다. 예를 들어, CaO, SiO2 및 Al2O3를 포함하여, 염기도 0.408을 나타내는 경우, 피환원성이 좋지 않은 Fe2SiO4상이 형성되어 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물의 환원성을 감소시킬 수 있다.If the basicity is less than 0.5, a poorly reducible phase may be formed during the reduction reaction, resulting in a low reduction rate. For example, CaO, SiO 2 And Al 2 O 3 , and having a basicity of 0.408, a Fe 2 SiO 4 phase having a poor reducing property can be formed and the reducing property of the carbonaceous built-in iron oxide compact can be reduced.
또한, 상기 염기도가 1.6을 초과하는 경우, 플럭스의 용융점이 높아져 산화철 및 탄재의 직접 접촉 기회가 저감됨에 따라 환원성이 감소 될 수 있다. In addition, when the basicity exceeds 1.6, the melting point of the flux is increased, and the reduction ability can be reduced as the opportunity for direct contact between iron oxide and carbonaceous material is reduced.
이때, 상기 플럭스는 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물 총 중량 대비 5 내지 14 %로 포함되어 있는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable that the flux is included in 5 to 14% of the total weight of the carbonaceous built-up iron oxide compact.
이는 실 조업과의 유사하게 하기 위한 것으로, 상용 철광석 및 탄재에 포함된 맥석 및 회분(ash)의 양을 기준으로 한 것이지만, 상기 플럭스의 함량이 이에 제한된 것은 아니다.This is based on the amount of gangue and ash contained in commercial iron ore and coal, but the content of the flux is not limited thereto.
상기 플럭스의 성분은 CaO, SiO2 및 Al2O3를 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 상기 성분의 함량을 조절하여 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물이 0.5 내지 1.6의 염기도 값을 갖도록 하는 것이 바람직하다.Components of the flux are CaO, SiO 2 And Al 2 O 3. It is preferable that the carbonitride-incorporated iron oxide compact has a basicity value of 0.5 to 1.6 by controlling the content of the component.
예를 들어, 상기 플럭스는 총 플럭스(flux) 중량 대비 Al2O3를 13 내지 14 %, CaO 및 SiO2를 38 내지 48 % 함량으로 포함 시켜, 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물이 0.5 내지 1.6의 염기도 값을 갖도록 할 수 있다. For example, the flux may include Al 2 O 3 relative to the total flux weight 13 to 14%, the CaO and SiO 2 38 to 48%, and the carbonaceous built-in iron oxide compact can have a basicity value of 0.5 to 1.6.
또한, 본 발명은 In addition,
산화철 분말, 탄소를 포함하는 고체 환원제 분말 및 플럭스(flux)을 혼합하여 염기도가 0.5 내지 1.6인 혼합물을 제조하는 단계(단계 1); 및 상기 혼합물을 성형하는 단계(단계 2);를 포함하는 상기 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물의 제조방법을 제공한다.Preparing a mixture having a basicity of 0.5 to 1.6 by mixing iron oxide powder, solid reductant powder containing carbon and a flux (step 1); And molding the mixture (step 2). The present invention also provides a method for manufacturing the carbonaceous raw material containing iron oxide compact having improved reducing ability.
상기 본 발명의 탄재 내장 산화철 괴성화물의 제조방법은, 염기도가 0.5 내지 1.6의 값을 갖도록 플럭스를 분상의 산화철 및 탄소에 균일하게 혼합한 혼합물을 펠릿타이저를 이용한 전동 과립화에 의한 구상 펠릿화, 기계적 압출에 의한 원통상 펠릿화 및 압축에 의한 브리켓화와 같은 성형방법으로 성형하여, 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물을 제조할 수 있다.The method for producing a carbonaceous built-up iron oxide compact according to the present invention is characterized in that a mixture in which a flux is uniformly mixed with minute iron oxide and carbon so as to have a basicity value of 0.5 to 1.6 is subjected to spherical pelleting by electric granulation using a pelletizer , Cylindrical pelletization by mechanical extrusion, and briquetting by compression to produce a carbonaceous compacted iron oxide compact having improved reducibility.
나아가, 본 발명은Further,
상기 제조방법으로 제조된 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물을 열처리하여 환원시키는 단계(단계 1);를 포함하는 환원된 탄재 내장 산화철 괴성화물의 제조방법을 제공한다.And a step (1) of heat-treating and reducing the carbonaceous compacted iron oxide compact having improved reducibility produced by the above-described production method, thereby producing a reduced carbonaceous built-up iron oxide compact.
상기 환원된 탄재 내장 산화철 괴성화물의 제조방법은 본 발명의 탄재 내장 산화철 괴성화물을 환원시켜 제조하는 것으로, 상기 단계 1의 환원은 탄재 내장 산화철 괴성화물에 포함된 산화철이 환원되는 것으로, 상기 산화철은 탄재 내장 산화철 괴성화물에 포함된 탄소에 의해 직접환원이 될 수 있고, 또한, 상기 산화철 및 탄소와의 반응에 의해 형성된 일산화탄소(CO)에 의해 간접환원이 될 수도 있다.The reduced iron oxide compacted iron oxide compact material of the present invention is produced by reducing the iron oxide compacted iron oxide compacted material of the present invention. The reduction of the iron oxide contained in the carbonized iron oxide compacted material of the
상기 환원은 상기 탄재 내장 산화철 괴성화물을 불활성 분위기에서, 1200 ℃ 또는 그 이상의 고온에서 열처리함으로써 수행될 수 있다. The reduction can be performed by heat-treating the carbonaceous built-in iron oxide compacted product at an elevated temperature of 1200 ° C or higher in an inert atmosphere.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings through examples and experimental examples.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following Examples.
<실시예 1>≪ Example 1 >
다음과 같은 단계를 통해 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물을 제조하였다.Carbonaceous iron oxide compacted materials with improved reducing properties were prepared by the following steps.
단계 1: 45 ㎛ 이하 입도의 시약급 산화철(hematite, Fe2O3), 고체 환원제인 흑연(graphite, C) 분말 및 플럭스(flux)를 총 중량 대비 각각을 73.46 %, 16.54 % 및 10 %로 포함되도록 한 후 약 24시간 동안 혼합기를 사용하여 균일 혼합시켜 혼합물을 제조하였다.Step 1: 73.46%, 16.54%, and 10% of the total weight of the graphite powder (C) and the flux of the solid reducing agent (hematite, Fe 2 O 3 ) And the mixture was uniformly mixed using a mixer for about 24 hours to prepare a mixture.
이때, 상기 산화철(hematite, Fe2O3) 및 상기 흑연(graphite, C)의 몰 당량비(C/O)가 1.0이 되도록 하였고, 상기 플럭스는 CaO, SiO2, Al2O3 분말을 혼합하되 플럭스 총 중량 대비 Al2O3 13.4 %, CaO 38.9 % 및 SiO2 47.7 %가 포함되도록 하여, 염기도가 0.816인 혼합물을 제조하였다. 이때, 염기도는 하기 식 1에 의해 계산하였다.At this time, the molar equivalence ratio (C / O) of the iron oxide (hematite, Fe 2 O 3 ) and the graphite (C) was 1.0 and the flux was CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 The powder was mixed and the ratio of Al 2 O 3 13.4%, CaO 38.9% and SiO 2 47.7% was included, thereby preparing a mixture having a basicity of 0.816. At this time, the basicity was calculated by the following
<식 1> <
CaO (중량 %)/SiO2 (중량 %)CaO (wt.%) / SiO 2 (weight %)
단계 2: 상기 단계 1의 혼합물 중 5 g을 직경 20 mm인 몰드(mould)에 넣고, 2000 kgf/cm2의 압력으로 일방향 압축 성형하고, 이후 120 ℃의 드라이 오븐(dry oven)에서 약 24시간 동안 유지하여 부착된 수분을 제거하여 탄재 내장 산화철 브리켓을 제조하였다. Step 2: 5 g of the mixture of
단계 3; 상기 단계 2에서 제조된 탄재 내장 산화철 브리켓을 알루미나 판(Al2O3 plate)에 올려놓고, 도 1에 나타난 바와 같은 SiC 수평 관상로 내의 열존(heat zone) 에 위치시켰다. 이후, 상기 관상로 내에 질소(N2) 가스를 흘려, 불활성 분위기로 만들고, 200 내지 1000 ℃ 까지 20 ℃/min 속도로 승온 시키고, 1000 내지 1200 ℃에서 10 ℃/min 속도로 승온 시켰으며, 이후 1200 ℃에서 20분간 유지시킨 후 노냉하는 방법으로 환원시켜, 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓을 제조하였다.
<실시예 2>≪ Example 2 >
상기 실시예 1의 단계 1에서, 플럭스를 플럭스 총 중량 대비 Al2O3 13.4 %, CaO 47.7 % 및 SiO2 38.9 %가 포함되도록 하여, 염기도가 1.224인 혼합물을 제조하는 것으로 달리하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 탄재 내장 산화철 브리켓을 제조하였다. In
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
상기 실시예 1의 단계 1에서, 플럭스를 포함하지 않고, 산화철(hematite, Fe2O3) 및 고체 환원제인 흑연(graphite, C) 분말을 총 중량 대비 각각 81.64 % 및 18.36 %로 포함되도록 달리하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 탄재 내장 산화철 브리켓을 제조하였다. In
<비교예 2>≪ Comparative Example 2 &
상기 실시예 1의 단계 1에서, 플럭스를 플럭스 총 중량 대비 Al2O3 13.4 %, CaO 0 % 및 SiO2 86.6 %가 포함되도록 하여, 염기도가 0인 혼합물을 제조하는 것으로 달리하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 탄재 내장 산화철 브리켓을 제조하였다. Except that in
<비교예 3>≪ Comparative Example 3 &
상기 실시예 1의 단계 1에서, 플럭스를 플럭스 총 중량 대비 Al2O3 13.4 %, CaO 25.1 % 및 SiO2 61.5 %가 포함되도록 하여, 염기도가 0.408인 혼합물을 제조하는 것으로 달리하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 탄재 내장 산화철 브리켓을 제조하였다. In
<비교예 4>≪ Comparative Example 4 &
상기 실시예 1의 단계 1에서, 플럭스를 플럭스 총 중량 대비 Al2O3 13.4 %, CaO 53.7 % 및 SiO2 32.9 %가 포함되도록 하여, 염기도가 1.632인 혼합물을 제조하는 것으로 달리하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 탄재 내장 산화철 브리켓을 제조하였다. In
상기 실시예 및 비교예를 하기 표 1에 정리하여 나타내었다.The above Examples and Comparative Examples are summarized in Table 1 below.
Iron oxide (%)
black smoke(%)
Flux (%)
basicity
73.46
73.46
16.54
16.54
10
10
<실험예 1> 환원된 탄재 내장 브리켓의 형상 관찰<Experimental Example 1> Observation of the shape of the reduced carbonaceous briquettes
본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓의 형상을 비교하기 위해 실시예 1 및 2, 비교예 1 내지 4에 의해 제조된 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓을 육안으로 관찰하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.In order to compare the shapes of the reduced carbon monoxide-containing iron oxide briquettes produced according to Examples and Comparative Examples of the present invention, the reduced carbon monoxide-containing iron oxide briquettes produced by Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 were visually observed , And the results are shown in Fig.
도 2(a). (b), (c), (d), (e) 및 (f)는 각각 비교예 1, 비교예2, 비교예 3, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 4에 의해 제조된 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓을 나타낸 사진이다. 2 (a). (b), (c), (d), (e) and (f) This is a photograph showing the iron oxide built-in iron oxide briquettes.
도 2(a)의 경우, 환원실험 전의 시편에 비해 수축하여 부피가 감소된 것을 확인했다. 이는 산화철의 환원으로 형성된 금속 철(Fe)에 잔류 탄소(C)가 침탄 되고, 그 결과 금속 철(Fe)의 확산성이 증가하여 응집이 진행된 것으로 볼 수 있다.In the case of Fig. 2 (a), it was confirmed that the specimen shrinks and the volume decreases as compared with the specimen before the reduction experiment. It can be considered that the residual carbon (C) is carburized in the metallic iron (Fe) formed by the reduction of the iron oxide, and as a result, the diffusion of the metallic iron (Fe) increases and the agglomeration proceeds.
이때, 잔류 흑연(graphite)은 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓의 내부와 표면에 잔류하고 있는 것을 육안으로 확인할 수 있었다. At this time, it was visually confirmed that the residual graphite remained on the inside and the surface of the reduced iron oxide-incorporated iron oxide briquettes.
도 2(b)의 경우, 금속 철(Fe)이 조대한 구형 입자 형태로 응집되었고, 용융된 슬래그가 시편의 밖으로 흘러나와 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓의 형상이 붕괴된 것을 확인할 수 있었다. In the case of FIG. 2 (b), it was confirmed that the metal iron (Fe) coagulated in the form of coarse spherical particles, and the melted slag flowed out of the specimen and collapsed the shape of the reduced carbonaceous internal iron oxide briquettes.
이때, 잔류 흑연(graphite)은 금속 철(Fe) 및 슬래그와 분리되어 표면에 잔류하는 것을 확인할 수 있었다. At this time, it was confirmed that the residual graphite was separated from the metal iron (Fe) and the slag and remained on the surface.
도 2(c) 내지 (f)의 경우, 초기의 브리켓 형상을 유지하지만 환원 전에 비해 부피가 팽창된 것을 확인했다. 2 (c) to 2 (f), it was confirmed that the initial briquetting shape was maintained, but the volume was expanded compared to before briquetting.
이때, 환원된 금속 철(Fe)은 다수의 미세한 구형 입자 형태로 존재하였으며, 이는 분말 형태의 슬래그 및 흑연과 손으로 부스러질 정도로 약하게 결합하고 있는 것을 확인하였다.At this time, the reduced metal iron (Fe) was present in the form of a plurality of fine spherical particles, and it was confirmed that it was weakly bonded to powdered slag and graphite by hand so as to be crushed by hand.
<실험예 2> 산화철(hematite, Fe2O3) 및 흑연(graphite)의 환원 거동<Experimental Example 2> Reduction behavior of iron oxide (hematite, Fe 2 O 3 ) and graphite
본 발명의 실시예 및 비교예에 사용된 산화철 및 흑연의 환원 거동을 확인하기 위해 이하와 같은 실험을 수행하였다.The following experiment was conducted to confirm the reduction behavior of iron oxide and graphite used in Examples and Comparative Examples of the present invention.
산화철(hematite, Fe2O3) 및 흑연(graphite)의 단일 환원반응은 산화철 및 흑연의 직접접촉에 의해 발생하는 직접환원반응과 직접환원으로 발생된 일산화탄소(CO) 가스에 의한 간접환원반응으로 분류할 수 있으며, 그 반응식은 하기 식 2와 같이 표현된다.The single reduction reaction of iron oxide (hematite, Fe 2 O 3 ) and graphite is classified into direct reduction reaction caused by direct contact between iron oxide and graphite and indirect reduction reaction by carbon monoxide (CO) gas generated by direct reduction And the reaction formula thereof is expressed by the following equation (2).
<식 2><
FexOy + C = FexOy -1 + CO Fe x O y + C = Fe x O y -1 + CO
FexOy + CO = FexOy -1 + CO2 Fe x O y + CO = Fe x O y -1 + CO 2
C + CO2 = 2CO C + CO 2 = 2CO
이에, 비교예 1의 제조과정에서, 단계 3의 환원반응에 의해 발생된 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2) 가스를 가스분석기(MRU사, DELTA 1600S 모델)를 통해 측정하고, 상기 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2) 가스 부피 분뮬 및 온도 패턴을 도 3에 나타내었다. The carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ) gases generated by the reduction reaction in the
도 3에 나타난 바와 같이, 반응 시간 구간 중 0 내지 900 ℃ 구간인 단계 1구간에서는 가스가 측정되지 않았고, 반응시간의 단계 2구간에서는 소량의 이산화탄소(CO2) 가스가 측정되었다. 이는 직접환원으로 발생된 일산화탄소(CO) 가스가 모두 간접환원반응에 사용되어 이산화탄소(CO2) 가스로 배출된 것으로 볼 수 있다.As shown in FIG. 3, the gas was not measured in the
또한, 반응시간의 단계 3구간에서는 일산화탄소(CO) 가스 발생량이 이산화탄소(CO2) 가스 발생량보다 증가하는 거동이 나타남을 알 수 있으며, 이를 통해 직접환원반응이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 반응시간의 단계 4구간에서는 가스량이 급격하게 감소하는 것을 알 수 있으며, 이를 통해, 단계 4구간에서 탄재내장 산화철 브리켓의 환원반응이 완료된 것으로 볼 수 있다.In addition, it can be seen that the amount of carbon monoxide (CO) gas generated increases in a
이를 통해, 대부분의 발생가스가 일산화탄소(CO) 가스인 것을 확인할 수 있다. 이로써, 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원반응은 간접환원반응과 직접환원반응에 의해 복합적으로 발생하지만, 주로 직접환원 반응에 의해 진행되는 것으로 볼 수 있다. As a result, it can be confirmed that most of the generated gas is carbon monoxide (CO) gas. As a result, the reduction reaction of briquetting iron oxide briquettes occurs in a complex manner by indirect reduction reaction and direct reduction reaction, but it can be seen that it proceeds mainly by direct reduction reaction.
<실험예 3> 염기도에 따른 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원 거동 (1)Experimental Example 3 Reduction Behavior of Carbonaceous Iron Oxide Briquettes According to Basicity (1)
본 발명의 실시예 및 비교예에 사용된 산화철 및 흑연의 환원 거동을 확인하기 위해 이하와 같은 실험을 수행하였다.The following experiment was conducted to confirm the reduction behavior of iron oxide and graphite used in Examples and Comparative Examples of the present invention.
실시예 1 및 2, 비교예 1 내지 4의 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓의 제조과정에서, 단계 3의 환원반응에 의해 발생된 이산화탄소(CO2) 가스를 가스분석기(MRU사, DELTA 1600S 모델)를 통해 측정하고, 상기 이산화탄소(CO2) 가스 부피 분율 및 온도 패턴을 도 4에 나타내었다. The carbon dioxide (CO 2 ) gas generated by the reduction reaction in the
도 4에 나타난 바와 같이, 플럭스(flux)를 포함하지 않은 비교예 1의 경우와 비교해 볼 때, 비교예 2의 경우, 이산화탄소(CO2) 가스의 발생량이 전체적으로 다소 감소하는 것을 알 수 있으며, 염기도가 0.408 이상인 비교예 3, 실시예 1 및 2, 비교예 4의 경우, 전체적으로 다소 증가한 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 4, it can be seen that the amount of generated carbon dioxide (CO 2 ) gas is slightly reduced in the case of Comparative Example 2, compared with the case of Comparative Example 1 which does not include flux, In the case of Comparative Example 3, Examples 1 and 2 and Comparative Example 4, which are not less than 0.408, is somewhat increased as a whole.
이를 통해, 염기도가 0.408 이상일 때, 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원성이 향상되는 것을 알 수 있다. As a result, it can be seen that when the basicity is 0.408 or more, the reducing property of the carbonaceous built-in iron oxide briquette is improved.
<실험예 4> 염기도에 따른 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원 거동 (2)<Experimental Example 4> Reduction Behavior of Carbonaceous Iron Oxide Briquettes According to Basicity (2)
본 발명의 실시예 및 비교예에 사용된 산화철 및 흑연의 환원 거동을 확인하기 위해 이하와 같은 실험을 수행하였다.The following experiment was conducted to confirm the reduction behavior of iron oxide and graphite used in Examples and Comparative Examples of the present invention.
실시예 1 및 2, 비교예 1 내지 4의 제조과정에서, 단계 3의 환원반응에 의해 발생된 일산화탄소(CO) 가스를 가스분석기(MRU사, DELTA 1600S 모델)를 통해 측정하고, 상기 이산화탄소(CO) 가스 부피 분율 및 온도 패턴을 도 5에 나타내었다. The carbon monoxide (CO) gas generated by the reduction reaction in
도 5에 나타난 바와 같이, 플럭스(flux)를 포함하지 않은 비교예 1의 경우, 반응이 종료되기 전까지 지속적으로 일산화탄소(CO) 가스가 발생하는 경향이 나타났다. 하지만 플럭스(flux)를 포함한 실시예 1 및 2, 비교예 2 내지 4의 경우, 특정 구간에서 대부분의 일산화탄소(CO) 가스가 발생하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, in the case of Comparative Example 1 not including flux, carbon monoxide (CO) gas tended to be generated continuously until the reaction was terminated. However, it can be seen that most of the carbon monoxide (CO) gas is generated in the specific section in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 2 to 4 including the flux.
그 중 비교예 2의 경우, 상대적으로 낮은 일산화탄소(CO) 가스 발생량이 나타났으며, 대부분의 환원반응이 1200 ℃ 도달 후 온도유지 구간에서 발생했으나, 염기도가 0.408 이상인 비교예 3, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 4의 경우 더 낮은 온도인 1100 ℃ 부근의 구간에서 대부분의 환원반응이 발생한 것을 알 수 있다.In Comparative Example 2, a relatively low amount of carbon monoxide (CO) gas was generated, and most of the reduction reactions occurred in the temperature holding period after reaching 1200 ° C. However, in Comparative Example 3 in which the basicity was 0.408 or more, It can be seen that most of the reduction reactions occurred in the vicinity of 1100 ° C, which is a lower temperature in the case of Example 2 and Comparative Example 4.
이를 통해, 염기도가 0.408 이상일 때, 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원성이 더욱 향상되는 것을 알 수 있다. As a result, it can be seen that when the basicity is 0.408 or more, the reducing property of the carbonaceous built-in iron oxide briquette is further improved.
<실험예 5> 염기도 및 반응시간에 따른 환원율 비교<Experimental Example 5> Comparison of the reduction ratio according to the basicity and the reaction time
본 발명의 실시예 및 비교예에 사용된 탄재 내장 산화철 브리켓의 염기도 및 반응시간에 따른 환원율을 확인하기 위해 이하와 같은 계산을 수행하였다.The following calculations were carried out in order to confirm the basicity and the reduction rate according to the reaction time of the carbonaceous built-in iron oxide briquettes used in Examples and Comparative Examples of the present invention.
실시예 1 및 2, 비교예 1 내지 4의 제조과정 중 단계 3의 환원 반응에서 반응시간에 따른 환원율을 비교하기 위해 하기와 같은 환원율 계산방법 및 식 3 내지 5을 이용하여 환원율을 계산하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. In order to compare the reduction rates according to the reaction times in the reduction reactions of
환원율 계산방법Calculation method of reduction rate
환원율 계산은 공급된 질소(N2)의 유량(QN2)과 가스 분석기를 통해 측정된 질소(N2) 가스의 분율(%N2)의 비례식을 사용하여 전체 배가스 유량(Qtotal)을 계산하였다. 계산된 전체 배가스 유량과 가스분석기에 의해 측정된 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2) 가스의 부피 분율(%CO, %CO2)의 곱으로써 임의의 시간 ‘t’에서의 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2) 가스의 발생량(QCO, QCO2)을 계산할 수 있으며, 그 식은 하기 식 3과 같이 표현할 수 있다.Reduction rate calculation calculates the flow rate of the total exhaust gas flow rate using a Proportional of fraction (% N 2) of nitrogen (N 2) gas as measured by (Q N2) and gas analyzer (Q total) of the supplied nitrogen (N 2) Respectively. Measured by calculating the total exhaust gas flow rate and the gas analyzer of carbon monoxide (CO) and carbon dioxide, carbon monoxide (CO) in the (CO 2) any time 't' as the product of the volume fraction of gas (% CO,% CO 2) and carbon dioxide (CO 2) and can calculate the amount (Q CO, CO2 Q) of the gas, can be expressed as the equation to equation (3).
<식 3><
Qtotal : 100 = QN2 : %N2 Q total : 100 = Q N2 :% N 2
Qtotal = (QN2/%N2ㆍ100 Q total = (Q N2 /
(QCO)t = (Qtotal)tㆍ(%CO)t (Q CO ) t = (Q total ) t (% CO) t
(QCO2)t = (Qtotal)tㆍ(%CO2)t (CO2 Q) t = (Q total) and t (% CO 2) t
계산된 CO 및 CO2 가스 발생량을 통해 특정 시간에서 환원된 산소의 질량을 계산할 수 있으며, 하기 식 4을 통해, 환원된 산소의 질량과 초기 산화철(Fe2O3)의 산소 질량(WO)0의 차로써 임의의 시간에서 탄재 내장 산화철 브리켓에 잔존하는 산소 질량(WO)t을 계산할 수 있다. Through the calculation of CO and CO2 generation amount can be calculated on the mass of the reduced oxygen at a specific time, through the following equation (4), oxygen by weight of the mass of the reduced oxygen as the initial iron oxide (Fe 2 O 3) (W O) 0 It is possible to calculate the oxygen mass (W O ) t remaining in the carbonaceous material-containing iron oxide briquettes at any time.
<식 4><
(WO)t = (WO)0 - (16ㆍ∑QCO + 32ㆍ∑QCO2)/Vg (W O ) t = (W O ) 0 - (16 裡 Q CO + 32 裡 Q CO 2 ) / V g
Vg : 배가스의 몰당 부피V g : Volume of the flue gas
최종적으로, 하기 식 5를 통해, 초기 산소 질량에 대한 제거된 산소 질량의 비를 통해 탄재내장 산화철 브리켓의 환원율을 계산할 수 있다.Finally, the reduction ratio of the carbonaceous built-in iron oxide briquet can be calculated through the ratio of the removed oxygen mass to the initial oxygen mass through the following equation (5).
<식 5>≪ EMI ID =
환원율 = {(WO)0 - (WO)t}/(WO)0ㆍ100Reduction rate = {(W O) 0 - (W O) t} / (W O) 0 and 100
도 6에 나타난 바와 같이, 비교예 2의 경우, 플럭스(flux)를 사용하지 않은 비교예 1의 경우보다 전체 환원시간동안 환원율 값이 더욱 낮게 나타났다. As shown in FIG. 6, in the case of Comparative Example 2, the reduction rate was lower than that of Comparative Example 1 in which no flux was used.
한편, 비교예 3의 경우, 플럭스(flux)를 사용하지 않은 비교예 1의 경우보다On the other hand, in the case of Comparative Example 3, in comparison with the case of Comparative Example 1 in which no flux was used
1200 ℃ 온도에 도달하기 전까지는 환원율이 더 높게 나타났지만, 1200 ℃ 도달 후 온도유지 구간에서 오히려 환원율 값이 낮게 나타났다. The reduction rate was higher before reaching 1200 ℃, but the reduction rate was lower at 1200 ℃.
반면, 실시예 1 및 2, 비교예 4의 경우, 전체 환원시간 동안 비교예 1의 경우보다 환원율 값이 높은 것을 확인하였다.On the other hand, in Examples 1 and 2 and Comparative Example 4, it was confirmed that the reduction rate was higher than that in Comparative Example 1 during the entire reduction time.
이를 통해, 탄재 내장 산화철 브리켓은 염기도에 따라, 환원율이 달라지며, 적어도 염기도 0.408을 초과하는 값을 가질 때, 전체 환원시간 동안 환원율이 높은 것을 알 수 있다. As a result, it can be seen that the reduction rate is varied depending on the basicity of the carbonaceous built-in iron oxide briquette, and the reduction rate is high during the entire reduction time when the basicity is greater than 0.408.
<실험예 6> 염기도에 따른 환원율 비교<Experimental Example 6> Comparison of reduction rates according to basicity
본 발명의 실시예 및 비교예에 사용된 탄재 내장 산화철 브리켓의 염기도에 따른 환원율을 확인하기 위해 이하와 같은 계산을 수행하였다.The following calculation was carried out in order to confirm the reduction ratio according to the basicity of the carbonaceous built-in iron oxide briquettes used in Examples and Comparative Examples of the present invention.
실시예 1 및 2, 비교예 1 내지 4의 단계 2에서 제조된 탄재 내장 산화철 브리켓 대비 실시예 1 및 2, 비교예 1 내지 4에 의해 제조된 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원율을 상기 실험예 5와 같은 환원율 계산방법 및 식 3 내지 5를 이용하여 계산하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. The reduction ratios of the reduced carbon monoxide-containing iron oxide briquettes prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 as compared to the carbonaceous built-in iron oxide briquettes produced in
도 7에 나타난 바와 같이, 비교예 2 및 3에 의해 제조된 경우, 플럭스를 포함하지 않은 비교예 1에 의해 제조된 경우에 비해 환원율 값이 낮아졌지만, 실시예 1 및 2, 비교예 4에 의해 제조된 경우, 환원율이 플럭스를 포함하지 않은 비교예 1에 의해 제조된 경우에 비해 증가하는 경향이 나타났다. As shown in Fig. 7, the reduction rate was lowered when compared with the case of Comparative Example 1 which did not contain the flux in Comparative Example 2 and Comparative Example 3, The reduction rate tended to increase as compared with the case of Comparative Example 1 in which the flux was not included.
한편, 실시예 1 및 2에 의해 제조된 경우는 각각 98.9 %, 98.8 %로 100 %에 근접한 환원율 값을 얻을 수 있었지만, 더 높은 염기도 조건인 비교예 4에 의해 제조된 경우는 오히려 최종 환원율 값이 다시 감소하는 경향이 나타났다.On the other hand, the reduction rate values close to 100% were obtained at 98.9% and 98.8%, respectively, when prepared according to Examples 1 and 2, but in the case of the base prepared at Comparative Example 4 at a higher basicity condition, Tended to decrease again.
이를 통해, 탄재 내장 산화철 브리켓은 염기도에 따라, 환원율이 달라지며, 적어도 염기도 0.408을 초과하고, 염기도 1.632 미만인 값을 가질 때, 환원율이 높은 것을 알 수 있다. As a result, the reduction ratio of the carbonaceous material-containing iron oxide briquet varies depending on the basicity, and when the basicity exceeds 0.408 and the basicity is less than 1.632, the reduction rate is high.
<실험예 7> 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓의 미세조직 관찰Experimental Example 7 Microstructure observation of reduced iron oxide briquettes
본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓의 미세조직을 관찰하기 위해, 이하와 같은 분석을 수행하였다.In order to observe the microstructure of the reduced carbon monoxide-containing iron oxide briquettes prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention, the following analysis was conducted.
염기도 0 및 염기도 0.516의 값을 갖는 비교예 2 및 실시예 1에 의해 제조된 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓 미세조직을 광학 현미경(OM) 및 주사전자현미경(SEM)으로 관찰하였으며, 각각의 결과를 도 8 및 9에 나타내었다.Microstructure of reduced carbonaceous internal iron oxide briquettes prepared in Comparative Example 2 and Example 1 having a basicity of 0 and a basicity of 0.516 was observed with an optical microscope (OM) and a scanning electron microscope (SEM) 8 and 9, respectively.
도 8에 나타난 바와 같이, 환원율 값이 가장 낮네 나타난 비교예 2에 의해 제조된 경우, 단면 이미지에서 밝은 색의 금속 철(Fe)과 어두운 색의 슬래그(slag)가 다량 존재하는 것을 확인했다. 하지만 환원율 값이 가장 높게 나타난 실시예 1에 의해 제조된 경우, 단면 이미지에서 작은 크기의 구형 금속 철(Fe)을 확인할 수 있었다. 대부분의 슬래그(slag)는 금속 철(Fe)과 분리된 것을 확인했지만, 소량의 슬래그(slag)는 금속 철(Fe)과 결합하고 있는 것을 확인했다. As shown in FIG. 8, it was confirmed that a large amount of bright metallic iron (Fe) and dark colored slag existed in the cross-sectional image when the comparative example 2 in which the reduction rate value was the lowest was produced. However, when manufactured according to Example 1 in which the reduction ratio was the highest, it was confirmed that spherical metallic iron (Fe) having a small size was observed in the cross-sectional image. Most of the slag was found to be separated from metallic iron (Fe), but a small amount of slag was found to be bound to metallic iron (Fe).
도 9(a) 및 9(b)는 각각 비교예 2 및 실시예 1에 의해 제조된 경우의 금속 철(Fe)과 슬래그 상의 경계를 나타낸 단면 이미지이다. 상기 도 9(a)의 영역 1 및 2, 도 9(b)의 점(point) 1 및 2에 대해 에너지 분산형 X-선 분석기(EDS)로 성분을 분석한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.9 (a) and 9 (b) are cross-sectional images showing the boundary between metal iron (Fe) and slag in the case of Comparative Example 2 and Example 1, respectively. The results of analyzing the components by the energy dispersive X-ray analyzer (EDS) for the
상기 결과와 같이, 도 9(a)의 영역 1은 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 및 철(Fe) 성분이 포함된 슬래그로 확인이 되었으며, 도 9(a)의 영역 2는 침탄된 금속 철(Fe)로 확인되었다. 이때 슬래그 상에 환원되지 않은 다량의 철(Fe) 성분이 비교예 2에서 사용된 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원율을 낮게 나타나게 된 원인으로 볼 수 있다. 9A was confirmed to be slag containing aluminum (Al), silicon (Si) and iron (Fe) components, and
한편, 환원율이 가장 높은 실시예 1에 의해 제조된 환원된 탄재 내장 산화철 브리켓 내의 작은 구형 입자 내부를 확인한 결과, 금속 철(Fe) 내부에 소량의 슬래그가 존재하는 것을 확인할 수 있었으며, EDS를 통해 성분을 분석한 결과, 도 9(b)의 점(point) 1은 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 및 칼슘(Ca)과 미량의 철(Fe)이 포함된 슬래그로 확인되었으며, 도 9(b)의 점(point) 2는 침탄된 금속 철(Fe)로 확인되었다. 즉, 슬래그에 잔류하고 있는 환원되지 않은 철(Fe)이 미량이며, 높은 환원율 값이 나타나는 경향과 잘 일치함을 알 수 있다.On the other hand, as a result of confirming the inside of the small spherical particles in the reduced carbonaceous internal iron oxide briquettes produced by Example 1 having the highest reduction ratio, it was confirmed that a small amount of slag was present in the metal iron (Fe) As a result,
<실험예 7> 염기도에 따른 환원 거동 분석 <Experimental Example 7> Analysis of reduction behavior according to basicity
상기 실험예 6의 결과에 대해, 탄재 내장 산화철 브리켓의 염기도에 따른 환원 거동을 분석하기 위해, 이하와 같은 계산을 수행하였다.With respect to the results of Experimental Example 6, the following calculation was carried out in order to analyze the reduction behavior according to the basicity of the carbonaceous material-containing iron oxide briquettes.
비교예 1 내지 4, 실시예 1 및 2의 경우에 사용된 플러스의 용융점을 확인하기 위해 열역학 계산 프로그램인 FactSage를 사용하여 계산을 수행하였으며, 그 결과를 도 10에 나타내었다. 또한, 환원율이 가장 낮은 비교예 2, 가장 높은 실시예 1 및 환원율이 다시 감소하는 비교예 4에서 사용된 플럭스에 대해 FactSage를 사용하여 상태도를 계산하였다.In order to confirm the melting point of the positive used in the cases of Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 and 2, calculation was performed using FactSage, which is a thermodynamic calculation program, and the results are shown in FIG. The state diagram was also calculated using FactSage for the fluxes used in Comparative Example 2 where the reduction ratio is the lowest, Example 1 which is the highest, and Comparative Example 4 where the reduction ratio decreases again.
먼저, 도 10에 나타난 바와 같이, 용융점은 비교예 3에서 사용된 플럭스의 경우가 가장 낮았으며, 이후 증가하는 경향을 나타내었다.First, as shown in FIG. 10, the melting point of the flux used in Comparative Example 3 was the lowest and then increased.
플럭스의 용융점이 낮을수록 탄재내장 산화철 브리켓의 환원율이 높을 수 있으며, 이에, 비교예 5에서 사용된 플럭스의 경우, 높은 용융점으로 인해, 환원율이 다시 감소한 것으로 볼 수 있다. The lower the melting point of the flux is, the higher the reduction rate of the briquetting iron oxide briquettes can be. Thus, in the case of the flux used in Comparative Example 5, the reduction ratio is reduced again due to a higher melting point.
한편, FactSage를 사용하여 상태도를 계산한 결과, 비교예 2의 경우, 비교적 낮은 온도와 FeO 질량 분율에서 FeO의 피 환원성을 저하 시키는 Fe2SiO4(fayalite)가 형성 가능함을 확인할 수 있었다. 즉, 비교예 2의 경우, 낮은 용융점에도 불구하고, 환원율이 낮은 이유가 저융점 화합물인 Fe2SiO4가 형성되 FeO의 피 환원성을 저하시켜 탄재 내장 산화철 브리켓의 환원율을 감소시킨 것으로 볼 수 있다.On the other hand, as a result of calculating the state diagram using the FactSage, it was confirmed that Fe 2 SiO 4 (fayalite) which can lower the reducing property of FeO at a comparatively low temperature and a FeO mass fraction can be formed in Comparative Example 2. That is, in the case of Comparative Example 2, the reason why the reduction ratio is low despite the low melting point is that Fe 2 SiO 4 , which is a low melting point compound, is formed, but the reducing ability of FeO is decreased and the reduction ratio of the iron oxide briquettes containing carbon is reduced.
이를 통해, 염기도가 적어도 0.408을 초과하고, 1.632 미만인 값을 가질 때, 탄재 내장 산화철이 보다 높은 환원율을 갖는다는 것을 알 수 있다. As a result, it can be seen that when the basicity has a value of at least 0.408 and less than 1.632, the carbonaceous built-in iron oxide has a higher reduction rate.
Claims (8)
Wherein the iron oxide powder, the iron oxide powder, the solid reductant powder containing carbon and the flux, and the basicity is 0.5 to 1.6.
The carbonaceous compacted iron oxide compact according to claim 1, wherein the compacted material is one selected from the group consisting of briquettes, spherical pellets, and cylindrical pellets.
The carbonaceous compacted iron oxide compact according to claim 1, wherein the solid reducing agent is coal.
The carbonaceous iron oxide compact having improved reducing properties according to claim 1, wherein the flux comprises 5 to 15% by weight of the total weight of the carbonaceous built-up iron oxide compact.
The method of claim 1, wherein the flux is selected from the group consisting of CaO, SiO 2 And Al 2 O 3 , wherein the carbonaceous compacted iron oxide compacted material having improved reducing ability is at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 and Al 2 O 3 .
6. The method of claim 5, wherein the flux comprises Al 2 O 3 to total flux weight 13 to 14%, the CaO and SiO 2 38 to 48%. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
상기 혼합물을 성형하는 단계(단계 2);를 포함하는 제1항의 환원성이 향상된 탄재 내장 산화철 괴성화물의 제조방법.
Preparing a mixture having a basicity of 0.5 to 1.6 by mixing iron oxide powder, solid reductant powder containing carbon and a flux (step 1); And
2. The method of claim 1, further comprising the step of forming the mixture (step 2).
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| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20180309 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20170921 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |