(19)대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(51) 。Int. Cl.
C21B 13/00 (2006.01)
(45) 공고일자
(11) 등록번호
(24) 등록일자
2006년05월30일
10-0584732
2006년05월23일
(21) 출원번호 10-2001-0023113 (65) 공개번호 10-2002-0083638
(22) 출원일자 2001년04월27일 (43) 공개일자 2002년11월04일
(73) 특허권자 주식회사 포스코
경북 포항시 남구 괴동동 1번지
재단법인 포항산업과학연구원
경북 포항시 남구 효자동 산-32번지
(72) 발명자 조민영
경상북도포항시남구효자동산32번지(재)포항산업과학연구원내
이은호
경상북도포항시남구동촌동5번지포항종합제철소내
신명균
경상북도포항시남구효자동산32번지(재)포항산업과학연구원내
이준혁
경상북도포항시남구효자동산32번지(재)포항산업과학연구원내
남궁원
경상북도포항시남구효자동산32번지(재)포항산업과학연구원내
(74) 대리인 전준항
특허법인씨엔에스
심사관 : 이근희
(54) 일반탄을 이용하는 용철제조공정에서의 폐기물 재활용방법
요약
본 발명은 제철소내에서 발생하는 더스트와 슬러지의 재활용방안에 관한 것으로, 그 목적은 제철소에서 발생하는 더스트
와 슬러지의 폐기물을 용철제조공정에서 연원료로 재활용할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광석과 부원료를 환원하도록 구성되는 환원로(10), 상기 환원로(10)에서 환원철을
공급받아 용융환원하여 용선을 제조하도록 구성되는 용융가스화로(20),
등록특허 10-0584732
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상기 용융가스화로(20)의 배가스를 포집하여 배가스중의 미립의 더스트는 분진재순환관(210)을 통해 용융가스화로(20)
에 순환시키고 미립의 더스트가 제거된 배가스는 가스관(222)을 통해 환원로(20)의 환원가스로 공급하는 사이클론(21)을
포함하고,
상기 환원로(10)는 광석장입관(12)을 통해 광석소통관계로 용융가스화로(20)와 연결되고, 일단이 사이클론(21)과 연결된
분진재순환관(210)의 타단은 용융가스화로(20)내에 미립의 더스트를 용해응집시켜 취입하는 분진취입장치(213)가 연결
되어 구성되는 용융환원로에서 용철을 제조하는 방법에 있어서,
T.Fe, C, CaO, MgO의 합이 50중량%이상의 제철소내 폐기물을 수집하는 단계,
수집된 폐기물을 건조하는 단계,
건조된 폐기물을 일정입도 이하로 선별하는 단계,
입도 선별된 폐기물을 상기 분진취입장치(213)를 통해 용융가스화로(20)에 취입하는 단계를 포함하여 이루어지는 일반탄
을 이용하는 용철제조공정에서의 폐기물 재활용 방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.
대표도
도 2
색인어
용융가스화로, 더스트, 슬러지, 분진취입장치, 환원로
명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 일반탄을 이용하는 용철제조공정의 개략도
도 2는 본 발명에 따라 폐기물을 용철제조공정에서 재활용하기 위한 장치의 개략도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10.... 환원로 11.... 광석배출장치
12.... 광석배출관 20.... 용융가스화로
21.... 사이클론 221.... 가스이동 라인
222.... 가스관 211, 212.... 저장조
213.... 분진취입장치
31, 32, 33.... 저장조 34.... 로터피더
35.... 더스트 수송라인 36.... 장입빈
37.... 로터피더 41.... 저장조
42.... 로타리 킬른 43.... 선별기
등록특허 10-0584732
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44.... 분쇄기
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 제철소내에서 발생하는 더스트와 슬러지의 재활용방안에 관한 것으로, 보다 상세하게는 더스트와 슬러지의 폐
기물을 일반탄을 이용한 용철제조공정의 연원료로 재활용할 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철소내에서 발생하는 부산물은 크게 슬래그, 더스트, 슬러지 3가지로 나눌 수 있다. 이 중 Fe성분과 C 성분
들이 많은 더스트와 슬러지는 일부 제철, 제강공정 또는 시멘트 제조공정의 원료 등으로 재활용하고 있지만, 그래도 많은
양들이 재활용되지 못하고 고형화 처리하여 매립하고 있는 실정에 있다. 따라서 이들에 대한 처리 및 재활용이 제철소내
중요한 환경 문제로 떠오르고 있다.
상기 더스트와 슬러지는 제철소의 각 공정에서 발생한다. 이들의 구성성분은 주로 열원과 환원제로 사용할 수 있는 탄소성
분, 철원으로 사용할 수 있는 Fe 화합물, 그리고 부원료로 사용할 수 있는 Ca, Mg등의 화합물로 구성되어 있다. 대부분은
1 mm 이하의 입도로 구성되어 있으며 일부 8mm 이하의 입도로 구성되어 있는 경우도 있다. 그리고 함수분량은 발생 공
정에 따라, 또는 더스트일 경우와 슬러지일 경우에 따라 크게 차이가 나고 있다.
상기 더스트와 슬러지의 재활용은 구성성분의 차이, 함수분량, 입도 등의 제반 조건에 따라서 크게 좌우된다고 할 수 있다.
따라서, 함수분량이 적고 처리가 간단한 더스트는 많은 양이 재활용이 되고 있으나, 슬러지의 경우는 발생량의 절반 정도
만이 재활용되고 있는 실정이다.
한편, 일반탄을 이용한 용철제조공정의 하나인 코렉스 공정은 도 1에서와 같이 크게 용융가스화로(20)와 환원로(10) 두개
의 반응기로 구성되어 있다. 용철제조 공정의 원료인 광석과 부원료는 환원로(10)의 상부에서 장입되어 환원로(10)의 하
부를 통하여 공급되는 환원가스에 의해 환원과 소결이 이루어지게 된다. 이들 환원된 광석과 소결된 부원료는 용융가스화
로(20)로 공급되고 고온에서 용융되어 선철로 생산된다. 석탄은 고온의 용융가스화로(20)에 장입되어 환원가스를 발생시
키고, 이 가스는 환원로(10)에 공급되는데, 이 때 남은 석탄의 차르는 용융로 하부에서 공급되는 산소와 결합하여 열원으
로 사용된다.
일반탄을 이용한 용철제조공정은 상기와 같이 두개의 반응기로 구성되어 있고, 하부에 위치한 용융가스화로(20)에서 다량
의 환원가스가 상부의 환원로(10)로 공급되는 관계로 용융가스화로(20)에서 발생하는 미분의 석탄, 환원광 그리고 부원료
가 발생가스에 의해 환원로(10)로 공급될 수 있다. 따라서 이는 환원로의 노황을 악화시키는 주요한 원인이 되기 때문에,
가스에 함유된 미분을 제거하기 위하여 용융가스화로(20)와 환원로(10) 사이에 사이클론(21)이 설치되어 있다. 사이클론
(21)에 포집된 미분들은 도 1에서 보는 바와 같이 2단의 장입조를 통하여 용융가스화로(20)로 다시 취입되게 된다. 단, 취
입되는 미분들이 다시 비산되는 것을 막기 위하여 분진취입장치(213)를 이용하여 용해응집이 일어나도록 한다. 용해응집
은 미분과 함께 산소를 분진취입장치에 공급함으로서, 산소와 일부 환원된 환원광에 포함된 산소를 산화제로 그리고 석탄
에 포함된 탄소를 연료로 하여 분진취입장치 전단에서 연소시키는 것이다. 이로 인하여 환원광은 용해되고 응집되어 재비
산이 억제된다. 용융로에서 발생하는 미분의 더스트는 분진취입장치를 이용하여 재취입되어 그 전단에서 용해응집되어 재
비산되는 것이 억제된다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명은 제철소내에서 발생하는 슬러지와 더스트를 일반탄을 이용한 용철제조공정에서 재활용하는 방법을 제공하는데,
그 목적이 있다.
발명의 구성 및 작용
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일반탄을 이용하는 용철제조공정에서의 폐기물 재활용 방법은,
광석과 부원료를 환원하도록 구성되는 환원로,
등록특허 10-0584732
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상기 환원로에서 환원철을 공급받아 용융환원하여 용선을 제조하도록 구성되는 용융가스화로,
상기 용융가스화로의 배가스를 포집하여 배가스중의 미립의 더스트는 분진재순환관을 통해 용융가스화로에 순환시키고
미립의 더스트가 제거된 배가스는 가스관을 통해 환원로의 환원가스로 공급하는 사이클론을 포함하고,
상기 환원로는 광석장입관을 통해 광석소통관계로 용융가스화로와 연결되고, 일단이 사이클론과 연결된 분진재순환관의
타단은 용융가스화로내에 미립의 더스트를 용해응집시켜 취입하는 분진취입장치가 연결되어 구성되는 용융환원로에서 용
철을 제조하는 방법에 있어서,
T.Fe, C, CaO, MgO의 합이 50중량%이상의 제철소내 폐기물을 수집하는 단계,
수집된 폐기물을 건조하는 단계,
건조된 폐기물을 일정입도 이하로 선별하는 단계,
입도 선별된 폐기물을 상기 분진취입장치를 통해 용융가스화로에 취입하는 단계를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서는 제철소내에서 발생하는 슬러지와 더스트를 일반탄을 이용하는 용철제조공정에 재취입하여 재활용하는데,
특징이 있다.
본 발명에서 이용할 수 있는 슬러지와 더스트는, 제철공정의 유용성분인 Fe, C, 부원료(CaO, MgO) 성분의 합이 최소 50
중량% 이상은 되어야 한다. 유용성분의 합이 50중량% 이상되어야 폐기물의 장입에 따른 연원료의 추가장입 효과가 나타
나기 때문이다. 만일, 알칼리 금속화합물, 아연, S과 P등이 다량 함유되어 있는 폐기물을 용융로에 취입할 경우 용융로 내
부의 부착물로 형성되는 문제와 용선의 예비처리 과정 등에 많은 부하를 주기 때문에 용철제조공정에 사용하기에는 부적
합하다. 본 발명에 적용될 수 있는 더스트와 슬러지의 예가 표 1에 제시되어 있다.
[표 1]
구 분 함수율 T.Fe C CaO MgO SiO2 Al2O3 Mn P S Zn Cl K2O Na2O
(wt%) 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
더스트 고로 0.0 53.54 14.33 2.26 0.26 3.04 1.19 0.20 0.06 0.43 0.09 0.04 0.64 0.10
제강 0.0 49.80 2.87 37.30 1.50 2.63 0.73 0.48 0.08 0.54 2.39 　 　 　
COKE 0.0 1.00 73.01 0.57 0.19 8.09 3.40 0.02 0.08 0.29 0.00 　 　 　
슬러지 고로 19.7 40.90 19.40 3.40 0.80 5.90 2.40 0.00 0.05 0.45 0.90 0.00 0.13 0.01
COREX 52.5 24.70 38.20 5.20 2.00 6.50 4.20 0.07 0.11 0.63 0.04 0.03 1.82 0.25
제강 41.1 72.80 0.60 6.50 1.50 1.70 0.20 0.83 0.11 0.05 0.43 　 0.03 0.15
열연 30.6 72.80 10.16 0.20 0.00 0.30 0.10 0.89 0.02 0.37 0.03 0.00 0.00 0.00
후판 13.3 66.60 4.83 0.37 0.01 0.50 0.08 0.48 0.01 0.08 0.01 　 　 　
선재 13.6 61.10 1.99 0.83 0.03 2.33 0.30 0.45 0.08 0.04 0.04 　 　 　
냉연 69.4 26.20 0.00 12.80 17.90 11.50 16.20 0.13 0.13 0.00 0.11 0.00 0.00 0.00
STS 50.0 24.00 2.45 48.00 0.70 1.50 0.80 　 　 　 　 　 　 　
본 발명에서는 상기와 같은 성분규격을 만족하는 폐기물을 수집한 다음, 건조한다. 폐기물에 수분함량이 너무 높으면 벨트
를 이용한 이동이나 기송 등의 수송이 어렵고, 용철제조공정에 취입에 부적합하기 때문이다. 함수분량의 조절은 건조기를
이용한다. 바람직하게는 건조된 폐기물의 수분함량이 10%이하로 하는 것이다.
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건조된 폐기물을 일정 입도이하로 선별한다. 분진취입장치에 취입이 가능한 정도로 입도분급하는데, 분진취입장치의 취입
부 내경이 70 mm이므로 70mm이내로 한다. 바람직하게는 원활한 취입과 용융성을 고려하여 약 3 mm 이하로 하는 것이
다. 제철소내 슬러지는 일반적으로 1 mm이하의 입도를 가지고 있으며, 일부 더스트의 입도 가운데 3 mm 이상의 입도를
가진 것도 있으나 일반적으로 이들의 양은 5 중량% 이내로 극히 적은 것으로 확인되고 있다.
본 발명에 따라 제철소내 폐기물을 일반탄을 이용한 용철제조공정에 취입하는 방법을 도 2를 참고로 설명한다.
먼저 각 제철소 공정에서 발생하는 슬러지와 더스트 등의 폐기물을 저장조(41)에 모은다. 수집한 폐기물을 재활용하기 알
맞게 수분량을 조절하기 위한 로타리 킬른(42)과 같은 건조기에서 건조한다.
건조된 폐기물을 선별기(43)에서 재활용하기 알맞게 입도를 조절한다. 이 선별기(43)에서 걸려진 조립의 폐기물은 다시
분쇄기(44)로 보내어 원하는 입도로 분쇄한다.
일정한 수분량과 입도를 가진 폐기물을 저장조(31)에서 저장한 다음에, 저장된 폐기물을 2개의 저장조(32, 33)와 로터피
더(34) 그리고 수송라인(35), 수송된 폐기물을 일시 저장하는 저장조(36), 이 저장조(36) 하부의 로터피더(37)을 통해 용
융가스화로(20)의 분진취입장치(213)의 상부의 저장조(212)로 공급한다.
그 다음 폐기물을 분진취입장치(213)로 공급하여 용융가스화로(20)의 취입한다. 본 발명에서 폐기물의 용해응집효율을
향상하기 위해서는 폐기물에 광석 또는 석탄 등 제철공정에서 연원료로 사용하는 물질을 임의로 혼합하여 분진취입장치
(213)에 공급하는 것이 바람직하다. 즉, 일반적으로 분진취입장치 전단에서는 취입되는 미분들의 완전 연소를 위하여, 취
입미분이 함유하고 있는 탄소성분(원료)과 광석(완전히 금속화되지 않는 금속산화물의 산소를 산화제로 간주)의 산화상태
를 조사하고 또한 미분들과 동시에 취입되는 산소의 양에 대한 조절을 하고 있다. 따라서 처리해야 할 폐기물의 탄소함유
량과 철산화물의 산화정도에 따라 임의로 석탄과 광석의 배합정도를 변경할 수 있다. 만일 완전연소로 인하여 용융가스화
로의 온도가 과다하게 상승할 경우에는 산화제 성분을 과다하게 혼합하여 온도의 상승을 막을 수도 있는 것으로, 조업 당
시의 상황에 따라 유동적으로 배합비를 조절하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예]
용철제조공정에서의 폐기물 재활용방법을 검증하기 위한 모의 실험을 다음과 같이 실시하였다. 폐기물 대신 1 mm 이하의
입도를 가진 철광석을 이용하였다. 폐기물에 함유된 주요 성분 중의 하나인 탄소 성분의 경우는 1000 ℃ 이상으로 유지되
어 있는 용융로에 취입되자마자 더스트 버너로 공급되는 산소와 반응하여 연소하기 때문에 탄소 성분이 포함되지 않는 것
은 무시할 수 있다.
상기 철광석을 분진취입장치를 이용하여 취입하고 그 결과를 표 2에 나타내었다. 표2는 철광석을 분진취입장치로 취입할
때 그 전단에 설치된 샘플러를 이용하여 분진취입장치로부터 취입되어 나오는 더스트의 입도분석 결과를 나타낸 것이다
[표 2]
구분 입도(㎛) 무게(g) 용해응집효율(%)
실험1 -500 0.90 93.95
500 9.58
실험2 -500 1.01 99.37
500 158.33
실험3 -500 0.65 99.67
500 178.43
표 2에서 알 수 있듯이, 용해응집 효율은 90 %이상으로 나타났다. 더스트의 비산이 일어나는 한계입도인 500 ㎛ 이하의
무게분율은 90 중량% 이상인 것을 확인할 수 있었다.
등록특허 10-0584732
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발명의 효과
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 제철소내에서 발생하여 대부분 매립되는 더스트와 슬러지를 용철제조공정에서 연원
료로 재활용할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
광석과 부원료를 환원하도록 구성되는 환원로(10),
상기 환원로에서 환원철을 공급받아 용융환원하여 용선을 제조하도록 구성되는 용융가스화로(20),
상기 용융가스화로(20)의 배가스를 포집하여 배가스중의 미립의 더스트는 분진재순환관(210)을 통해 용융가스화로(20)
에 순환시키고 미립의 더스트가 제거된 배가스는 가스관(222)을 통해 환원로(20)의 환원가스로 공급하는 사이클론(21)을
포함하고, 상기 환원로(10)는 광석장입관(12)을 통해 광석소통관계로 용융가스화로(20)와 연결되고, 일단이 사이클론(21)
과 연결된 분진재순환관(210)의 타단은 용융가스화로(20)내에 미립의 더스트를 용해응집시켜 취입하는 분진취입장치
(213)가 연결되어 구성되는 용융환원로에서 용철을 제조하는 방법에 있어서,
T.Fe, C, CaO, MgO의 합이 50중량%이상의 제철소내 더스트와 슬러지의 폐기물을 수집하는 단계,
수집된 폐기물을 건조하는 단계,
건조된 폐기물을 일정입도 이하로 선별하는 단계,
입도 선별된 폐기물을 상기 분진취입장치(213)를 통해 용융가스화로(20)에 취입하는 단계를 포함하여 이루어지는 일반탄
을 이용하는 용철제조공정에서의 폐기물 재활용 방법.
청구항 2.
제 1항에 있어서, 상기 폐기물의 건조는 수분함량이 10%이내가 되도록 함을 특징으로 하는 일반탄을 이용하는 용철제조
공정에서의 폐기물 재활용 방법
청구항 3.
제 1항에 있어서, 상기 폐기물의 입도선별은 3mm이하로 함을 특징으로 하는 일반탄을 이용하는 용철제조공정에서의 폐
기물 재활용 방법.
청구항 4.
제 1항에 있어서, 상기 입도 선별된 폐기물에 광석 또는 석탄을 일정량 혼합하여 분진취입장치에 취입하는 것을 특징으로
하는 일반탄을 이용하는 용철제조공정에서의 폐기물 재활용 방법.
도면
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도면1
도면2
등록특허 10-0584732
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