【발명의 명칭】

함철 브리켓 및 그 제조방법

【기술분야】

본 발명은 함철 브리켓 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 함철 슬러지 (Sludge)와 함철 더스트 (dust )를 함유한 함철 브리켓 및 그 제조방법에 관한 것이다.

【발명의 배경이 되는 기술】

최근에는 용철 제조 방법으로서 고로법을 대체하는 용융환원제철법이 개발되고 있다.

이러한 용융환원제철법에서는 미분광을 유동환원로에 장입함에 의해 철광석을 부분 환원시킨 후, 유동환원로에서 배출된 분환원철을 괴상의 환원철 (Hot Compacted Iron, HCI )로 제조하여 용융가스화로에 장입하여 용철을 제조한다. 즉， 분말 형태의 분환원철을 고온에서 압력을 가하여 덩어리 형태로 환원철을 제조한후, 용융가스화로에 공급한다.

이 때， 유동환원로에서의 배출이 불량하거나， 괴성화 장치에서 연속 조업이 되지 않을 때, 혹은 용철 생산량을 증대시키고자 할 때 등 추가적인 철원을용융가스화로에 장입하는 경우가 있다.

한편,용융환원제철공정에서 발생하는 부산물은 크게，슬러지,더스트， 슬래그， 폐내화재 등 4가지로 나눌 수 있다. 이중 슬러지와 더스트는 Fe 성분과 C성분,그리고 Ca화합물 및 Mg화합물 성분들이 많은 관계로，제철소 내 또는 시멘트제조 원료로 재활용되고 있다. 그러나, 아직도 많은 양의 더스트와 슬러지는 재활용되지 못하기 때문에 고형화 처리되거나 소각되고 있는 실정에 있다. 따라서 이들에 대한 처리 및 재활용이 용융환원제철공정의 중요한환경 문제로 떠오르고 있다.

용융환원제철공정인 파이넥스 (FINEX)공정에서는 8 mm이하의 미분광을 직접 사용하고， 유동로 내의 높은 가스 유속으로 기계적/환원 분화와유동로 내의 사이클론 집진 효율 한계 등으로 인하여 다량의 극미분 함철 부산물인 함철 슬러지와 함철 더스트가 발생한다. 주요 구성성분은 철원으로 사용할 수 있는 철분， 열원과 환원제로 사용할 수 있는 탄소, 그리고 부원료로 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

사용할 수 있는 （： 화합물， 화합물 등의 기타 성분들을 포함하고 있다. 용융환원제철공정에서 발생되는 함철 부산물인 함철 슬러지와 함철 더스트의 평균 입경은 극미분 상태이며, 수처리 시스템 공정으로 처리되는 함철 슬러지는 약 35 %의 수분을 함유하고 있으며， 건식 집진으로 처리되는 함철 더스트는수분이 거의 없게 된다.

상기 함철 부산물인 함철 슬러지와 함철 더스트를 분말상으로 투입할 경우에는 용융가스화로 상부에 형성되는 강한 상승기류로 인하여 분말상의 원료 대부분이 유실되어버릴 우려가 있다. 이에， 함철 부산물인 함철 슬러지와 함철 더스트를 괴상으로 응집시켜 용융가스화로에 투입하여야 한다. 다만， 이렇게 응집시켜 투입하는 경우에도 브리켓 이송 저장과정에서 분화되거나， 브리켓을 고온의 용융가스화로 상부에 장입하게 되면， 다시 분화되어 분말상으로 변화되면서 원료 대부분이 유실되어 버릴 우려가 있다. 따라서， 고온의 용융가스화로에 장입하는 경우에도 일정 형상을 유지하여 괴상을 환원철을 대체하는 철원으로 사용이 가능한 브리켓의 개발이 절실히 요구되고 있다.

분철과 더스트 또는 슬러지 중 하나 이상의 부산물을 혼합하여 브리켓을 제조하는 방법이 제안 되었으나， 이는 브리켓의 압축강도는 확보되지만 이송과정에서 충격을 받았을 때 브리켓이 다시 분으로 분화되거나， 고온의 용융가스화로에 장입하게 되면 열간충격으로 인하여 브리켓이 다시 분으로 분화되는 문제점이 있다.

또한， 철광석 원료와 석탄 원료를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 가압 성형하여 브리켓을 성형한 다음에 300 내지 700 ^° （：에서 소성하는 탄재 내장 브리켓 제조 방법이 제안 되었으나， 고온의 소성공정을 거쳐야 되므로 공정이 복잡해지고 에너지 비용이 많이 소요되는문제점이 있다.

【발명의 내용】

【해결하고자하는 과제】

본 발명은 함철 브리켓 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. 보다 구체적으로 함철 슬러지에 용 와 함철 더스트（加 ）를 함유한 함철 브리켓 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

【과제의 해결 수단】 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

본 발명의 일 실시예에 의한 함철 브리켓 제조 방법은 함철 슬러지와 함철 더스트를 혼합하여 함철 혼합물을 제조하는 단계; 함철 혼합물을 사전 조립하여 응집체를 제조하는 단계; 응집체， 점결탄， 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 혼합물을성형하는 단계;를 포함한다.

혼합물을 제조하는 단계 이후에, 혼합물을 숙성시키는 단계를 더 포함할수 있다.

함철 혼합물의 수분 함량은 10 내지 20 중량%일 수 있다.

응집체의 평균 입경은 1 내지 5 ■일 수 있다. 더욱 구체적으로 응집체의 평균 입경은 2 내지 4 111111일 수 있다.

점결탄의 입경은 1■ 이하일 수 있다.

점결탄의 도가니 팽창지수（011（^1316 3\¥61 1 용 Number , 031^）는 4 내지 9일 수 있다.

응집체 및 점결탄의 합 100 중량부에 대하여， 점결탄은 10 내지 30 중량부일 수 있다.

응집체 및 점결탄의 합 100 중량부에 대하여， 바인더는 4 내지 8 중량부일 수 있다.

바인더는 천연전분， 알파전분， 변성전분， 덱스트린, 옥분, 타피오카 파우더， 밀 파우더 , 쌀파우더 또는 이들의 조합을포함할수 있다.

바인더는 전분을 70 내지 90 중량%포함할수 있다.

혼합물을 숙성시키는 단계는， 혼합물이 50 내지 100 ^° （：를 유지하도록 가열하는 과정을 포함할수 있다.

혼합물을 숙성시키는 단계는, 혼합물을 교반하는 과정을 포함할 수 있다.

혼합물을 성형하는 단계는, 압력조건이 10 내지 30 /01）으로 가압 성형하는 과정을포함할수 있다.

함철 브리켓의 체적은 10 내지 70 0：일 수 있다.

함철 브리켓은 용융환원제철공정에 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 함철 브리켓은 함철 혼합물, 점결탄 및 바인더를 포함하고， 함철 혼합물이 응집된 응집체를 포함하고， 응집체의 평균 입경은 1 내지 5 1ä인 함철 브리켓을 제공한다. 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

응집체의 평균 입경은 2 내지 4 ^11일 수 있다.

브리켓의 단면에 대하여， 입경이 1 내지 5 1^1인 응집체의 면적이 브리켓 전체 면적에 대하여 30 내지 80 %일 수 있다.

【발명의 효과】

본 발명의 일 실시예에 의하여, 용융환원제철공정에서 발생되는 극미분의 함철 부산물인 함철 슬러지와 함철 더스트를 혼합하여 함철 혼합물을 제조하여 수분을 제어하고, 함철 혼합물을 사전 조립하여 입경을 키운 응집체를 제조한 후， 응집체를 일정 입경 이하의 점결탄과 바인더와 혼합하여 혼합물을 제조하고, 이를 숙성 및 성형함으로써 제조된 함철 브리켓은， 이를 고온의 용융가스화로에 장입하였을 때에도 일정 크기의 형상을 유지하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 함철 브리켓은 높은 냉간강도와 열간강도를 가진다.

본 발명의 일 실시예에 의한 함철 브리켓은 용융환원제철공정에서 괴상의 환원철（: ¾ ^011, 狀1）을 대체하는 철원으로써 사용 가능하다. 따라서, 유동환원로에서의 배출이 불량하거나， 분환원철의 괴성화 장치에서 연속조업이 되지 않을 때 , 용융가스화로에 브리켓을 장입함으로서 용철 생산량을유지시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 함철 브리켓을 용융가스화로 상부로 장입할 수 있어， 용융환원제철공정에서 발생되는 함철 부산물인 함철 슬러지나 함철 더스트를 재활용 할 수 있어, 용융환원제철공정의 경제성도 향상시킬 수 있다.

【도면의 간단한설명】

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 함철 브리켓의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.

도 2는 도 1에서 제조한 함철 브리켓을 사용한 용철제조장치의 개략적인 도면이다.

도 3은 도 1에서 제조한 함철 브리켓을 사용한 또 다른 용철제조장치의 개략적인 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 함철 브리켓의 단면의 개략적인 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

도면이다.

【발명을실시하기 위한구체적인 내용】

본 명세서에서， 제 1， 제 2 및 제 3 등의 용어들은 다양한 부분， 성분， 영역， 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느부분，성분，영역，층또는 섹션을 다른 부분，성분,영역， 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서 , 이하에서 서술하는 제 1부분， 성분, 영역, 층또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제 2부분， 성분, 영역， 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때， 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라다른구성요소를 더 포함할수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서， 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.

본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서， 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을포함하는 것을 의미한다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 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 않으며 , 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 함철 브리켓의 제조 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이다.

도 1에서 나타나듯이, 본 발명의 실시예에 따른 함철 브리켓 제조 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

방법은， 함철 슬러지와 함철 더스트를 혼합하여 함철 혼합물을 제조하는 단계（ 0）， 함철 혼합물을 사전 조립하여 응집체를 제조하는 단계比20）， 응집체, 점결탄 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계比30）， 및 혼합물을 성형하는 단계 ½40）를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 함철 브리켓 제조 방법은 필요에 따라 제시된 과정들 외에 추가적인 과정을 더 포함할수도 있다.

먼저， 단계（ 0）은 함철 슬러지와 함철 더스트를 혼합하여 함철 혼합물을 제조한다. 함철 슬러지는 용융환원제철공정에서 발생되는 함철 부산물이다. 함철 슬러지는 수처리 시스템 공정으로 처리되기 때문에, 30 내지 50%의 수분 함량을 가지며， 케이크 형태이다.

함철 더스트는 건식 집진으로 처리되기 때문에 수분을 5% 이하로 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서는 함철 슬러지와 함철 더스트의 혼합 비율을 적절히 조절함으로써， 전체 함철 혼합물의 수분을 제어할수 있다. 구체적으로, 함철 혼합물 100중량부에 대하여 함철 슬러지를 30내지

60중량부 및 함철 더스트를 70 내지 40중량부로 혼합할수 있다.

이 때， 함철 혼합물은 10내지 20중량%의 수분 함량을 가질 수 있다. 함철 더스트의 배합량이 너무 많아, 함철 부산물의 수분이 너무 적어질 경우 후술할 단계（320）에서 응집체가 적절히 응집되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 함철 슬러지의 배합량이 너무 많아， 함철 부산물의 수분이 너무 많아질 경우, 함철 부산물 저장빈 내 부착으로 원활한 브리켓 제조 작업이 진행되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 함철 혼합물의 수분 함량은 15 내지 20 중량%가 될 수 있다. 함철 혼합물은 철광석에 비해 불순물을 적게 포함하는 점에서 구분된다.

다음으로， 단계 ½20）은 함철 혼합물을 사전 조립하여 응집체를 제조한다. 함철 혼합물의 평균 입경은 30 의 극미분 상태로 비표면적이 매우 넓은 상태이다. 함철 혼합물의 비표면적을 줄이기 위하여， 1 내지 5 01111의 평균 입경을 가지도록 함철 혼합물을 사전 조립하여 응집체를 제조하게 된다. 함철 혼합물 사전 조립은 고속믹서기 또는 조립기 이16 261·）룰사용할수 있으며， 함철 슬러지와 함철 더스트를사전 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

조립함으로써， 비표면적을 감소시켜 브리켓의 강도를 향상시킬 수 있다.

이 때， 사전 조립 과정에서 수분을 첨가하는 과정을 더 포함할 수도 있다 . 함철 더스트와함철 슬러지를 혼합하여 저장 및 운송을 위하여는 수분 함량이 적어야 한다. 이는 저장 및 운송 과정에서 함철 더스트와 함철 슬러지가 부착되지 않아야 저장 및 운송이 원활하기 때문이다. 사전 조립 과정에서는 수분의 함량이 15내지 20중량%가 바람직한데， 이를 위하여 사전 조립 과정에서 수분을 첨가하는 과정을 더 포함할수 있다.

본 발명의 발명자들은 용융환원제철공정에서 괴상의 환원철을 대체하는 철원으로 사용 가능한 브리켓 제조 방법에 대하여 깊이 연구하던 중, 상기 브리켓을 1000 ^° （：의 용융가스화로 돔 부에 장입할 경우에 극미분의 함철 부산물인 함철 슬러지와 함철 더스트를 사전 조립하여 비표면적을 감소시키고， 석탄의 연화용융 특성으로 인하여 함철 부산물인 함철 슬러지와 함철 더스트를 고온에서도 결합시킬 수 있는 미분의 점결탄을 적절히 이용할 경우에는， 함철 부산물인 함철 슬러지와 함철 더스트를 다시 분으로 분화되지 않고 일정 크기의 형상을 유지하여 괴상의 환원철을 대체하는 철원으로 사용할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.

즉, 함철 슬러지와 함철 더스트를사전 조립하면 비표면적이 감소되고, 점결탈을 적절히 이용하여 함철 브리켓을 제조하여 사용하는 경우， 다시 분으로 분화하지 않고 일정 크기의 형상을 유지하여， 괴상의 환원철을 대체하는 철원으로 사용할 수 있어， 용융환원제철공정의 경제성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

단계 ½20）에서 제조되는 응집체는 1 내지 5 _의 평균 입경을 가질 수 있다. 응집체의 평균 입경이 너무 작으면 비표면적이 넓어 바인더 사용량이 증가하거나 충분한 강도가 확보되지 못하는 문제가 발생되기도 하고, 너무 크면 사전 조립 시간이 너무 길어지게 되어 생산성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서 전술한 평균 입경의 크기를 갖는 응집체를 제조할 수 있다.

더욱 구체적으로는 1 내지 4 _■ 의 평균 입경을 가질 수 있다.

더욱 구체적으로는 2 내지 4 _의 평균 입경을 가질 수 있다. 더욱 구체적으로는 1 내지 3 mm의 평균 입경을 가질 수 있다.

이 때， 본 명세서에서， “입경” 은 입자와 동일한 부피를 갖는 구를 가정하여， 그 구의 지름을 의미한다.

다음으로， 단계 (S30)은 응집체， 점결탄 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조한다.

점결탄과 관련하여， 석탄은 다양한 방식으로 분류될 수 있다. 석탄의 분류를 위해 석탄화도라는 기준이 사용될 수 있다. 석탄화도란, 지하에서의 시간, 압력, 및 온도 변화에 따라 식물의 휘발분 (volat i le matter)이 감소하고, 고정 탄소 ( f ixed carbon)의 양이 증가하는 과정을 의미한다. 석탄은 석탄화도에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다. 즉， 석탄은 그 석탄화도에 따라 탄소분 (무수 무회 기준， dry ash free basis)이 약 60 % 이하인 이탄, 약 60 내지 70 %인 갈탄， 약 70 내지 75 %인 아역청탄, 약 75 내지 85 %인 역청탄， 약 85 내지 94 %인 무연탄으로 구분된다.

한편， 석탄은 점결성 여부에 따라 점결탄과 비점결탄으로 분류될 수도 있다. 점결성을 가진 역청탄은 건류 시 석탄입자가 서로 결합하는 특성을 가진다. 점결성은 석탄을 가열하면 350 내지 400 ^° C 부근에서 열연화성 및 유동 현상을 보이면서 석탄 입자들이 상호 결합하여 열분해 가스 발생에 의해 팽창하며， 450내지 500 °C 부근에서 고화에 의한수축 현상을 나타내는 것을 의미한다. 점결성은석탄을 820 + 5 ^° C의 최종온도까지 가열하여 석탄의 팽창 특성을 측정하는 석탄-도가니 팽창지수 측정법 (KS E ISO 501)에 의해 도가니 팽창지수 (crucible swel l ing number , CSN)로 평가한다. 도가니 팽창지수가 3 이상인 석탄은 점결탄으로 분류하고， 도가니 팽창지수가 3 미만인 석탄은 비점결탄으로 분류한다.

단계 (S30)에서 점결탄을 혼합함으로써, 연화용융 특성으로 인하여 함철 부산물인 함철 슬러지와 함철 더스트를 고온에서도 결합시킬 수 있다. 점결탄을 적절히 이용할 경우에는， 함철 부산물인 함철 슬러지와 함철 더스트를 다시 분으로 분화되지 않고 일정 크기의 형상을 유지하여 괴상의 환원철을 대체하는 철원으로사용할수 있다.

단계 (S30)에서의 점결탄은 미분 형태로서, 입경이 1 mm 이하인 것이 바람직하다. 점결탄의 입경이 작을수록， 점결탄의 비표면적이 증가하게 되며， 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

고온에서 결합력이 거의 없는 함철 부산물을 결합시킬 수 있는 충분한 석탄을 제공할수 있게 된다.

단계比30）에서의 점결탄은 4 내지 9 의 도가니 팽창지수（ 比 $¥61 1 ing Number , 。 를 갖는 것이 바람직하다. 이 때 , 도가니 팽창지수는, 전술된 바와 같이， 석탄-도가니 팽창지수 측정법 E 130 501）에 의해 평가될 수 있으며， 도가니 팽창지수가높은 석탄은 건류 시 석탄입자가서로 결합하는 특성을 가진다. 도가니 팽창지수가 너무 낮은 점결탄의 경우, 고온에서 석탄 입자 사이의 결합력이 저하되어 함철 부산물을 충분하게 결합시킬 수 없고, 따라서 함철 브리켓의 열간강도가 저하되는 경우가 있으므로， 본 발명에서는 4 내지 9 의 도가니 팽창지수를 갖는 점결탄을 사용한다.

단계 ½30）에서의 점결탄은 응집체 및 점결탄의 합 100 중량부에 대하여， 5내지 30중량부가포함될 수 있으며，보다구체적으로는 10내지 30 중량부가포함될 수 있고，더욱 구체적으로는 10내지 20중량부가포함될 수 있다. 이 때， 점결탄의 함량이 너무 적은 경우에는 고온에서 응집체를 충분하게 결합시킬 수 없어서 함철 브리켓의 열간강도가 오히려 저하될 수 있는 문제점이 있으며, 점결탄의 함량이 너무 많은 경우에는 점결탄이 필요 이상으로 과다하게 투입됨으로써 응집체의 양이 감소될 우려가 있다. 이에， 점결탄의 함량을 전술한 범위로 조절한다.

한편， 응집체는응집체 및 점결탄의 합 100중량부에 대하여, 70 내지

95 중량부일 수 있으며， 보다 구체적으로는 70 내지 90 중량부일 수 있고， 더욱 구체적으로는 80 내지 90 중량부일 수 있다. 다만, 이러한 응집체의 함량은 전술한 점결탄의 함량을 제외한 양으로 결정되는 것으로서， 이에 한정되는 것은 아니다.

한편， 전술한사전 조립된 함철 혼합물, 즉, 응집체와 점결탄만으로는 실온에서 응집되기 위해 필요한 결합력을 제공할 수 없는 경우가 있다. 이 경우， 응집체와 점결탄 외에 바인더를 더 포함할수 있다.

이 때， 바인더는응집체와 점결탄의 합 100중량부에 대하여 , 4내지 8 중량부가 포함될 수 있다. 바인더의 함량이 너무 적을 경우에는 상온강도를 확보할 수 없어 함철 브리켓을 이송 또는 저장하는 과정에서 함철 브리켓이 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

파손될 수 있고, 그 결과 용융가스화로의 돔（（100½）부에 존재하는 강한 상승기류에 의하여 유실되는 문제가 발생할 수 있으며， 바인더의 함량이 너무 많은 경우에는 더 이상 강도 증진 효과가 없다. 이에， 바인더의 적절한 함량 범위는 응집체와 점결탄의 합 100 중량부에 대하여 4 내지 8 중량부로 한정한다.

단계 30）에서의 바인더는 천연전분， 알파전분， 변성전분， 덱스트린， 옥분， 타피오카 파우더， 밀 파우더， 쌀 파우더 또는 이들의 조합일 수 있다. 전분은 자연에서 추출되는 탄수화물의 일종으로서, 여러 개의 포도당이 글루코시드 결합으로 결합된 천연고분자이다. 전분은 모든 녹색 식물이 에너지 저장용으로 입자（ 31111163）형태로 존재하며，옥수수，카사바, 밀， 감자, 쌀 등에 많이 함유되어 있다. 전분은 아밀로스（삐 1036）와 아밀로펙틴（꽤기애 !!）이란 2 가지의 성분으로 구성된다. 둘 다 다당류인데， 포도당이 곧은 사슬 모양 및 나선형으로 결합된 것이 아밀로스이고， 포도당이 나뭇가지 모양으로 결합된 것이 아밀로펙틴이다. 식물의 종류에 따라 둘의 비율이 다르긴 한데, 대개 20 내지 30 %의 아밀로스와 70 내지 80 %의 아밀로펙틴으로 전분이 구성된다. 전분 입자 구조를 나타내었는데， 아밀로펙틴 사슬이 규칙적으로 배열되어 있는 결정영역 구조와 아밀로스 사슬이 불규칙적으로 분산되어 있는 비결정 영역 구조가순차적으로 교차되어 있다.

전분은 찬물에는녹지 않지만， 뜨거운 물에는 겔 형태로 녹아풀처럼 된다. 녹는다고 해서 설탕이나 소금처럼 단순히 용해되는 것은 아니고, 복잡한 과정을 거친다. 전분은 원래 반 결정 구조를 이루고 있다. 그런데 전분을 뜨거운 물에 넣으면 전분 입자 사이로 물이 침투해서 전분입자가 부풀어 오르고， 결국에는 전분의 반 결정 구조가붕괴된다. 이 때 갇혀있던 아밀로스 분자가 전분입자로부터 빠져 나오고， 이 아밀로스 분자들이 서로 연결되면서 전분 액의 점성이 높아져서 풀처럼 끈적하게 된다. 이것이 호화 또는 알파화라고 하는 반응이다. 일반적으로 아밀로스 함량이 높을수록 풀처럼 되는 겔화가 용이하게 된다. 전분이 호화 되어야 함철 브리켓의 바인더로서 기능을 하게 된다. 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

상기 바인더는 분말 형태이며， 전분 함량이 70 내지 90 중량%이다. 전분 함량이 너무 적은 경우에는 혼합물을 충분하게 결합 시킬 수 없어서 함철 브리켓의 넁간강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.

바인더는 분말 상태로 마련될 수 있다. 분말 상태의 바인더를 사용하면， 응집체, 점결탄과 바인더 혼합물의 흐름성이 개선되어 균일한 함철 브리켓 제조가 가능하다. 또한， 함철 브리켓 제조 시 분말 상태의 바인더를사용하면, 조업에 사용하기 전 추가적인 건조과정을 거치지 않아도 브리켓의 강도를 충분히 확보할 수 있다. 또한, 분말 상태의 바인더는 그 부피를 최소화하여 보관 및 운송이 용이하며， 동절기에 결빙 등을 걱정할 필요가 없다.

이와는 대조적으로, 액체 상태의 바인더를 사용하는 경우， 높은 수분 함량으로 인해 바인더와 응집체 및 점결탄 혼합물의 흐름성을 저하시켜, 브리켓을 제조하는 과정에서 부착현상이 발생하고， 성형기에 혼합물이 불균일하게 장입되는 현상이 발생하여 브리켓의 강도 및 형상이 불균일하게 되는 현상이 발생되기도 한다. 또한， 이렇게 제조된 함철 브리켓은 높은 수분 함량을 갖기 때문에 브리켓의 강도를 확보하기 위하여 용융가스화로에 장입하기 전 건조 공정을 추가적으로 실시해야 하고， 이로 인해 전체적인 공정 시간 및 비용이 상승하고, 공정 효율이 저하되기도 한다. 또한, 액체상태의 바인더는 층분리로 인하여 바인더 성분을 균일하게 유지하기가 어려우며, 동절기에는 결빙되므로， 저장이 용이하지 않다.

단계 ½30）이후， 응집체， 점결탄 및 바인더의 혼합물을 숙성시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 응집체， 점결탄 및 바인더 혼합물이 제조되면， 혼합물을 숙성기의 몸체 내부에 장입하고, 스팀 공급수단을 통해 몸체 내부에 스팀을 공급하면서 혼합물을 숙성시킨다.

혼합물을 숙성하는 동안 혼합물이 50 내지 100 ^° 0 , 바람직하게는 60 내지 90 정도를 유지하도록 몸체 내부 환경을 제어할 수 있다. 혼합물의 온도가 너무 높은 경우 혼합물의 온도를 높이는데 많은 에너지가 소요되어 공정 효율면에서 바람직하지 않고, 혼합물의 온도가 너무 낮은 경우 전분 바인더의 호화 반응이 중분하게 일어나지 않아 원하는 강도를 갖는 함철 브리켓을 제조하기 어렵다. 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

숙성 과정에서, 교반기를 이용하여 혼합물을 교반할 수 있다. 교반기를 이용하여 혼합물을 교반하면, 혼합물의 온도를 전체적으로 균일하게 조절할 수 있다. 또한, 혼합물을 숙성하는 과정에서 전분이 호화반응을 일으켜 점성이 생기는데, 교반기를 이용하여 혼합물을 교반하면 혼합물과 교반기가 접촉하여 마찰열이 발생하게 된다. 이렇게 발생하는 마찰열은 몸체 내부로 공급되는 스팀과 함께 전분의 호화반응을 일으키는데 열원으로사용될 수 있다.

이와 같은 방법으로 혼합물을 숙성하면， 점결탄 내에 균일하게 분산되어 있는 전분 바인더가 숙성기의 몸체 내부 온도가 상승되면 팽창되어 점도가높은상태로 변화되는호화반응이 일어나게 된다. 그 결과， 호화된 전분 바인더는 응집체 및 점결탄에 대한 결합력을 발현하여 후속 공정에서 제조되는 함철 브리켓의 냉간강도를 크게 향상시킬 수 있다.

다음으로, 단계比40)은 혼합물을 성형하는 단계이다. 숙성 과정이 완료되면, 숙성기 몸체에서 혼합물을 인출하여 성형기에 장입하여 함철 브리켓을 제조한다. 함철 브리켓은 한 쌍의 롤러 사이로 숙성된 혼합물을 장입한후 압착하여 제조될 수 있다.

이때 , 상기 가압성형시의 압력은 통상적인 롤 프레스 성형기의 성형압력이면 충분하며， 10 내지 30 /011 의 압력조건에서 수행되는 것이 바람직하다. 압력이 너무 작은 경우에는 중분한 성형압력을 가하지 못하여 넁간강도를 확보할 수 없어， 본 발명에 따른 함철 브리켓을 이송 또는 저장하는 과정에서 파손되는 경우가 발생될 수 있으며, 압력이 일정 이상이 되면 더 이상강도증진 효과가 없다.

도 2는 도 1에서 제조한 함철 브리켓을 사용하는 용철제조장치 ( 100)를 개략적으로 나타낸다. 도 2의 용철제조장치 ( 100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며， 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 2의 용철제조장치 ( 100)를 다양한 형태로 변형할 수 있다.

도 2의 용철제조장치 ( 100)는 용융가스화로 ( 10) 및 충전층형 환원로 (20)를 포함한다. 이외에 필요에 따라 기타 다른 장치를 포함할 수 있다. 충전층형 환원로 (20)에는 철광석이 장입되어 환원된다. 충전층형 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

환원로 (20)에 장입되는 철광석은 사전 건조된 후에 충전층형 환원로 (20)를 통과하면서 환원철로 제조된다. 충전층형 환원로 (20)는 충전층형 환원루로서, 용융가스화로 ( 10)로부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 충전층을 형성한다.

도 1의 제조 방법으로 제조한 함철 브리켓과 성형탄은 용융가스화로 ( 10)에 장입된다. 융가스화로 ( 10)의 상부에는 돔부 (101)가 형성된다. 즉, 용융가스화로 ( 10)의 다른 부분에 비해 넓은 공간이 형성되고， 여기에는 고온의 환원가스가 존재한다. 한편, 화가 통기성을 제공하므로, 용융가스화로 ( 10)의 하부에서 발생한 다량의 가스와 충전층형 환원로 (20)에서 공급된 환원철이 용융가스화로 ( 10)내의 석탄충전층을 좀더 쉽고 균일하게 통과할수 있다.

전술한 함철 브리켓 및 성형탄 이외에 괴상 탄재 또는 코크스를 필요에 따라 용융가스화로 ( 10)에 장입할 수도 있다. 용융가스화로 ( 10)의 외벽에는 풍구 (30)를 설치하여 산소를 취입한다. 산소는 석탄충전층에 취입되어 연소대를 형성한다. 성형탄은 연소대에서 연소되어 환원가스를 발생시킬 수 있다.

즉， 충전층형 환원로 (20)로 장입되는 철광석과 용융가스화로 ( 10)에 장입되는 함철 브리켓은 구별될 필요가 있다.

도 3은 도 1에서 제조한 함철 브리켓을 사용한 용철제조장치 (200)를 개략적으로 나타낸다. 도 3의 용철제조장치 (200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 도 3의 용철제조장치 (200)를 다양한 형태로 변형할 수 있다. 도 3의 용철제조장치 (200)의 구조는 도 2의 용철제조장치 ( 100)의 구조와 유사하므로， 동일한부분에는 동일한도면부호를사용하며 그상세한설명을 생략한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 용철제조장치 (200)는 용융가스화로 ( 10)， 유동층형 환원로 (22) , 환원철 압축장치 (40) 및 압축 환원철 저장조 (50)를 포함한다. 여기서, 압축 환원철 저장조 (50)는 생략할수 있다.

제조된 함철 브리켓과성형탄은 용융가스화로 ( 10)에 장입된다. 여기서， 용융가스화로에 장입되는 성형탄은 용융가스화로 ( 10)에서 환원가스를 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

발생시키고 발생된 환원가스는 유동층형 환원로 (22)에 공급된다. 분철광석은 유동층을 가진 복수의 환원로들 (22)에 공급되고， 용융가스화로 ( 10)로부터 유동층형 환원로 (22)에 공급된 환원가스에 의해 유동되면서 환원철로 제조된다. 환원철은 환원철 압축장치 (40)에 의해 압축된 후 압축 환원철 저장조 (50)에 저장된다. 압축된 환원철은 압축 환원철 저장조 (50)로부터 용융가스화로 ( 10)에 제조된 함철 브리켓 및 성형탄과 함께 장입되어 용융가스화로 ( 10)에서 용융된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 함철 브리켓의 단면의 개략적인 도면이다.

함철 브리켓은 함철 혼합물， 점결탄 및 바인더를 포함한다. 함철 혼합물, 점결탄 및 바인더에 대해서는 전술한 함철 브리켓의 제조 방법에서 설명하였으므로， 중복되는 설명은 생략한다.

도 4에서 나타나듯이， 본 발명의 일 실시예에 의한 함철 브리켓 (300)은 함철 혼합물이 응집된 응집체를 포함한다 (310) . 응집체를 제외한 부분 (320)은 응집되지 않은 함철 혼합물， 점결탄 및 바인더가 균일하게 분산된 메트릭스부분이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 응집체란 바인더 및 점결탄 없이， 함철 혼합물만으로 응집된 입자를 의미하며， 그 입경이 0. 1 ^ 이상인 것을 의미한다.

응집체는 함철 브리켓 제조 방법의 단계比20)에서 사전 조립하여 제조된 응집체가 단계 30) 및 단계 (340)에서 파괴되지 않고, 잔존하게 된다.

응집체 (310)의 평균 입경은 1 내지 5 _일 수 있으며, 이는 전술한 함철 브리켓의 제조 방법에서의 응집체 입경 한정 이유와동일하다.

브리켓의 단면에 대하여, 입경이 1 내지 5 _인 응집체의 면적이 브리켓 전체 면적에 대하여 30 내지 80 %일 수 있다. 응집체의 점유 면적이 너무 적으면, 적절한 브리켓 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 응집체의 점유 면적이 너무 많으면， 점결탄 및 바인더의 함량이 적어지고， 마찬가지로 적절한브리켓 강도를 확보하기 어려울 수 있다.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이， 함철 브리켓 내에는 응집체가 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

존재한다. 응집체는 구 또는 여러 가지 형태일 수 있으며， 입경이 1 내지 5 ■인 응집체의 면적이 브리켓 전체 면적에 대하여 30 내지 80 %일 수 있다.

이하본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 일 실시예 일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1-1

함철 슬러지와 함철 더스트를 혼합하여 수분 함량 15중량% 함철 혼합물을 제조하였다. 제조된 함철 혼합물을 고속회전믹서（ 此사）에서 평균 입경이 1. 1ä가 되도록사전 조립을 하여 응집체를 제조하였다. 제조된 응집체 85중량%와 입경이 1111111이하이며, 도가니 팽창지수 6.8인 점결탄 15중량%로 구성된 함철 브리켓의 주성분 100중량부에 대하여 옥수수 전분 바인더 6중량부를 2분간균일하게 혼합하였다. 혼합물을 다시 이를 숙성기에 투입하고 스팀을 숙성기 내부에 공급하여 숙성기 내부의 온도를 높여서 15분간숙성 혼합하였다. 숙성된 혼합물을 롤프레스에서 20 八: III의 압력으로 가압하여 64.5ä X 25.4ä X 19. 1ä크기의 필로우（ 1 10¾0 형상의 브리켓을 제조하였다.

실시예 1-2

함철 혼합물의 수분 함량 16중량%， 평균 입경이 1.8ä가 되도록 사전 조립하고， 나머지 조건은실시예 1-1과 동일하게 브리켓을 제조하였다.

실시예 1-3

함철 혼합물의 수분 함량 18중량%. 평균 입경이 2.7ä가 되도록 사전 조립하고, 나머지 조건은실시예 1-1과 동일하게 브리켓을 제조하였다.

실시예 1-4

함철 혼합물의 수분 함량 20중량%, 평균 입경이 3.5ä가 되도록 사전 조립하고， 나머지 조건은 실시예 1-1과 동일하게 브리켓을 제조하였다.

실시예 1-5

함철 혼합물의 수분 함량 14중량%， 평균 입경이 0.7ä가 되도록 사전 조립하고, 나머지 조건은실시예 1-1과동일하게 브리켓을 제조하였다.

실시예 2 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

함철 슬러지와 함철 더스트를 혼합하여 수분 함량 18중량% 함철 혼합물을 제조하였다. 제조된 함철 혼합물을 고속회전믹서（ 此사·）에서 평균 입경이 1.7ä가 되도록사전 조립을 하여 응집체를 제조하였다. 제조된 응집체 85중량%와 입경이 1ä이하이며， 도가니 팽창지수 7.5인 점결탄 15 중량%로 구성된 함철 브리켓의 주성분 100중량부에 대하여 옥수수 전분 바인더 6중량부를 2분간균일하게 혼합하였다. 혼합물을 다시 이를 숙성기에 투입하고 스팀을 숙성기 내부에 공급하여 숙성기 내부의 온도를 높여서 15분간숙성 혼합하였다. 숙성된 혼합물을 롤프레스에서 20 八: 111의 압력으로 가압하여 64.5_ X 25.4· X 19. 크기의 필로우（ 1 1이0 형상의 브리켓을 제조하였다.

실시예 3

함철 슬러지와 함철 더스트를 혼합하여 수분 함량 16중량% 함철 혼합물을 제조하였다. 제조된 함철 혼합물을 고속회전믹서（ 此사）에서 평균 입경이 1.9ä가되도록사전 조립을 하여 응집체를 제조하였다. 제조된 응집체 85중량%와 입경이 1ä이하이며， 도가니 팽창지수 6.8인 점결탄 15중량%로 구성된 함철 브리켓의 주성분 100중량부에 대하여 알파전분 바인더 6중량부를 2분간균일하게 혼합하였다. 혼합물을 다시 이를 숙성기에 투입하고 스팀을 숙성기 내부에 공급하여 숙성기 내부의 온도를 높여서 10분간숙성 혼합하였다. 숙성된 혼합물을 롤프레스에서 20 八패의 압력으로 가압하여 64.5ä X 25.4ä X 19. 1ä크기의 필로우（ 1 1 ₀ 방） 형상의 브리켓을 제조하였다.

비교예 1

함철 슬러지와 함철 더스트를 혼합하여 수분 함량 11중량%인 함철 혼합물을 제조하였다. 제조된 함철 혼합물 85중량%와 입경이 1ä이하이며， 도가니 팽창지수 7.5인 점결탄 15중량%로 구성된 함철 브리켓의 주성분 100중량부에 대하여 밀 전분 바인더 6중량부를 3분간 균일하게 혼합하였다. 혼합물을 다시 이를 숙성기에 투입하고 스팀을 숙성기 내부에 공급하여 숙성기 내부의 온도를 높여서 15분간 숙성 혼합하였다. 숙성된 혼합물을 롤프레스에서 20 八:이의 압력으로 가압하여 64.5ä X 25.4ä X 19. 1ä크기의 필로우（ 1 1이0 형상의 브리켓을 제조하였다. 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

비교예 2

함철 슬러지와 함철 더스트를 혼합하여 수분 함량 16중량% 함철 혼합물을 제조하였다. 제조된 함철 혼합물을 고속회전믹서（ 此사）에서 평균 입경이 1.8ä가 되도록사전 조립을 하여 응집체를 제조하였다. 제조된 응집체 98중량%와 입경이 이하이며， 도가니 팽창지수 6.5인 점결탄 2중량%로 구성된 함철 브리켓의 주성분 100중량부에 대하여 옥수수 전분 바인더 6중량부를 2분간균일하게 혼합하였다. 혼합물을 다시 이를 숙성기에 투입하고 스팀을 숙성기 내부에 공급하여 숙성기 내부의 온도를 높여서 15분간숙성 혼합하였다. 숙성된 혼합물을롤프레스에서 20^/（ä의 압력으로 가압하여 64.5ä X 25.4· X 19. 1·크기의 필로우（ 1 1이¥） 형상의 브리켓을 제조하였다.

비교예 3

함철 슬러지와 함철 더스트를 혼합하여 수분 함량 17중량% 함철 혼합물을 제조하였다. 제조된 함철 혼합물을 고속회전믹서（£： 比11사）에서 평균 입경이 1.7ä가 되도록사전 조립을 하여 응집체를 제조하였다. 제조된 응집체 80중량%와 입경이 1ä이하이며， 도가니 팽창지수 2인 미점탄을 20중량%로 구성된 함철 브리켓의 주성분 100중량부에 대하여 옥수수 전분 바인더 7중량부를 2분간균일하게 혼합하였다. 혼합물을 다시 이를 숙성기에 투입하고 스팀을 숙성기 내부에 공급하여 숙성기 내부의 온도를 높여서 15분간숙성 혼합하였다. 숙성된 혼합물을 롤프레스에서 20^/011의 압력으로 가압하여 64.5ä X 25.4ä X 19. 1ä크기의 필로우（ 1 1 ） 형상의 브리켓을 제조하였다.

평가

평가 1 : 낙하분율측정

용융가스화로 장입되는 과정에서 발생하는 브리켓의 분화 정도를 파악하기 위하여 브리켓의 낙하분율을 측정하였다. 이를 위해 함철 브리켓 제조 후 1시간후에 2뇨요의 브리켓을 ¾높이에서 8회 자유낙하 시킨 후 6.3·이하의 입경을가진 브리켓의 비율로 낙하분율을측정하였다.

평가 2: 열간분율측정

용융가스화로 내부에서 발생하는 브리켓의 분화 정도를 파악하기 2020/004738 1»（：1^1{2018/015067

위하여 열간분율을 측정하였다. 이를 위해 800 및 질소 불활성 분위기로 설정된 가열조건하에서 직경 280ä의 원통형 반응로에 실온의 브리켓 약 1^ 정도를 투입한 후 外 의 회전속도로 원통형 반응로를 2◦분간 회전시켰다. 함철 브리켓의 열간 분화정도가 적을수록 열간강도가 우수하다고 판단되므로 미립비율로 3ä이하의 입경을 가진 촤 ^· 의 비율로 함철 브리켓 열간분율을 측정하였다.

결과

실시예 1-1 내지 3와 비교예 1-1 내지 5에 따라 제조한 함철 브리켓의 낙하분율과 열간분율의 측정 결과를 아래의 ［표 1］에 나타내었다.

【표 11

［표 1］을 참조하면， 실시예 1-1 내지 3에 따라 제조된 함철 브리켓의 낙하분율은 15%이하이고, 열간분율은 20%이하로 낙하분율과 열간분율 모두 양호한 강도를 나타냄을 알 수 있다.

다만, 실시예 1-5 의 경우， 사전 조립시 응집체의 입경이 너무 작아， 낙하분율 및 열간 분율이 일부 열화됨을 확인할 수 있었다.

비교예 1 및 비교예 2에 따라 제조된 함철 브리켓의 낙하분율은 20% 이상이고， 열간분율은 20%초과로 높고， 비교예 3에 따라 제조된 함철 브리켓은 낙하분율은 만족하였으나， 열간분율이 20%초과하였다. 이와 같이 낙하분율 또는 열간분율이 높게 되면 용융가스화로에 환원철 (Hot Compacted

Iron： HCI )을 대체하는 철원으로 사용하기에 적합하지 않다.

본 발명은 상기 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

【부호의 설명】

10： 용융가스화로 20： 충전층형 환원로

22： 유동층형 환원로 30 : 풍구

40： 환원철 압축장치 50： 압축 환원철 저장조

100 , 200： 용철제조장치 101： 돔부

300： 함철 브리켓 310： 응집체

320： 메트릭스