KR0151991B1

KR0151991B1 - 제철폐기물을 이용한 고로풍구 취입연료

Info

Publication number: KR0151991B1
Application number: KR1019950028826A
Authority: KR
Inventors: 김경태
Original assignee: 김종진; 포항종합제철주식회사; 신창식; 재단법인산업과학기술연구소
Priority date: 1995-09-04
Filing date: 1995-09-04
Publication date: 1998-10-01
Also published as: KR970015720A

Abstract

본 발명은 각종 제철폐기물을 이용한 고로풍구 취입연료에 관한 것으로, 폐유, 함철 압연슬러지, 활성오니 및 미분석탄을 적절히 혼합함으로서 고로내에서의 열원 및 철원으로 사용가능한 고로풍구 취입연료를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적달성을 위한 본 발명은 중량%로, 폐유:30-40%, 함철 압연슬러지:20-40%, 활성오니:10-20%, 및 미분 석탄:10-30%로 조성되고, 수분함량이 25% 이하이거나 또는 폐유:30-40%, 함철 압연슬러지:30-40% 및 미분석탄:30%로 조성되고, 수분함량이 12% 이하인 것을 특징으로 하는 제철폐기물을 이용한 고로풍구 취입연료에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

제철 폐기물을 이용한 고로풍구 취입 연료

제1도는 본 발명의 고로풍구 취입연료의 레이스웨이 영역에서의 반응개념도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A : 고온공기 N : 분무노즐

T : 고로풍구 F : 취입연료 액적

R : 레이스 웨이영역 B : 가연분연소 및 산화철 환원영역

C : 가연분 완전연소 및 용융철 생성영역

본 발명은 각종 제철 폐기물을 이용한 고로풍구 취입연료에 관한 것으로써, 보다 상세히는, 탄화수소 및 철분을 함유한 제철 폐기물과 미분탄의 혼합물을 슬러리화하여 고로의 풍구에 취입하여 열원 및 철원으로 재사용하도록 된 고로풍구 취입연료에 관한 것이다.

제철공정상에서는 폐유, 활성오니, 압연슬러지 등의 각종 폐기물이 다량으로 발생하는데, 현재 이와같은 폐기물들은 주로 소각에 의해 처리되고 있다. 그중 폐유는 유동상식 소각로를 이용하여 소각되고 오니류 즉 활성오니, 압연슬러지 등은 회전상식 소각로를 이용하여 소각처리된다. 압연슬러지의 경우 주로 비가연성 물질인 철분과 물로 구성되어 있기 때문에 오일스컴과 같은 가연성 물질과 혼합되어 소각처리되는 특징을 갖고 있다.

그러나 폐유, 활성오니 등의 폐기물들은 탄화수로를 다량 함유하고 있기 때문에 연소시에 유효열을 이용할 수 있는 물질이며, 압연공정에서 발생하는 압연슬러지의 경우 다량의 철분을 함유하고 있기 때문에 철원으로서의 이용가치가 높다.

따라서, 이들 제철 폐기물들을 고로내에서의 열원 및 철원으로 이용하기 위한 방안으로 최근 몇몇 제철소에서 폐유를 고로의 풍구에 취입 처리한 사례와 압연슬러지 및 폐유를 적당히 혼합하여 고로의 풍구에 취입한 사례가 있다.

그러나, 상기 사례들에서는 제철 폐기물 자체의 수분함량이 약 80% 정도까지 매우 높으며, 제철 폐기물들을 혼합한 슬러리의 경우도 수분함량이 30-60% 정도까지 높기 때문에 고로의 풍구에 취입할 경우 고로풍구내 레이스웨이(raceway)의 온도를 저하시킬 우려가 있다.

이와같은 과다한 수분함량에 따른 레이스웨이 온도저하의 문제를 해결하기 위해 폐유의 경우 냉간 및 열간 데칸테이션(decantation), 원심분리법 등을 적용하여 수분함량을 낮추기도 하나, 이는 가공 비용을 높이는 주요인이 된다. 또한 압연슬러지의 경우 상기와 같은 방법으로 수분을 감소시키는 것은 거의 불가능하며 자체 가연성분도 거의 없기 때문에 단독 성분으로는 풍구에 취입할 수 없는 단점이 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 문제점들을 해결하여 제철 폐기물들을 고로내에서의 열원 및 철원으로서 활용하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 고발열량의 폐유, 저발열량의 함철 압연슬러지 및 활성오니, 그리고 수분을 감소시키는 미분석탄을 적절히 혼합하여 단위연료 중량당 발열량을 높인 고로내에서의 열원 및 철원으로 사용가능한 고로풍구 취입연료를 제고하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이에, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 중량%로, 폐유:30-40%, 함철 압연슬러지:20-40%, 활성오니:10-20%, 및 미분석탄:10-30%로 조성되어 조성물의 수분함량이 25% 이하인 제철폐기물을 이용한 고로풍구 취입연료에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 중량%로, 폐유:30-40%, 함철 압연슬러지:30-40% 및 나머지 미분석탄으로 조성되어 조성물의 수분함량이 12% 이하인 제철폐기물을 이용한 고로풍구 취입연료에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 우선 폐유, 압연슬러지 및 활성오니를 상기 범위로 혼합조에 넣어 혼합한 다음, 이 혼합물에 미분석탄을 첨가하여 최종 고로투입연료의 수분함량을 최대한 억제시키는데, 이때 각 폐기물의 함량 및 미분석탄의 첨가량 조절에 의해 분무 가능한 수준의 점도가 유지죄도록 하는 것이 중요하다.

폐유는 고발열량이며 취입연료의 펌핑 및 분무가 가능하도록 점도를 유지하는 성분으로서, 그 함량은 30중량%(이하, '%'라 함다) 이하가 되면 제조된 취입연료의 펌핑 및 분무가 불가능하므로 30% 이상이면 가능하나, 본 발명에서는 가능한한 압연슬러지 및 활성오니를 다량 첨가하는 슬러리 제조를 목표로 하기 때문에 폐유 함량은 30-40% 범위로 제한함이 바람직하다.

함철 압연슬러지는 고로에서 재생될 수 있는 산화철을 함유하고 있기 때문에 가능하면 다량 혼합할수록 유리한 성분으로서, 그 함량이 20% 이하일 경우에는 그 혼합효과가 작은 문제점이 있고, 40% 이상일 경우에는 취입연료내 수분함량이 30% 정도로 높아져 연료의 발열량이 감소하여 단열 화염온도가 1750℃ 이하로 떨어지게 되므로, 함철 압연슬러지의 함량은 20-40%로 제한함이 바람직하다.

활성오니는 가연성분을 25% 정도 함유하고 있기 때문에 어느 정도 열원의 공급 역할을 하는 성분으로서, 그 함량이 10% 이하이면 처리효과가 작은 문제점이 있으며, 20% 이상일 경우에는 취입연료내 수분함량이 크게 높아져 취입연료의 발열량이 커질 뿐만 아니라 취입연료의 점도를 악화시키는 요인이 되기 때문에 활성오니의 함량은 10-20%로 제한함이 바람직하다.

미분석탄은 최종혼합 슬러리 연료내의 수분함량을 낮추고 그 자체가 열원의 역할을 하는 성분으로서, 그 함량이 10% 이하일 경우에는 수분함량 저감효과가 작은 문제점이 있으며, 30% 이상일 경우에는 슬러리의 점도가 악화되는 문제점이 있으므로, 미분석탄의 함량은 10-30%로 제한함이 바람직하다.

본 발명에서는 제철폐기물들을 상기와 같이 조성함으로서 취입연료내의 수분함량이 25% 이하이고 고로내 취입시 단열화염온도가 2000℃ 이상인 고로풍구 취입연료를 제조할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기한 제철 폐기물들중 활성오니를 사용하지 않고 폐유:30-40%, 함철 압연슬러지:30-40% 및 나머지 미분석탄으로도 고로취입연료를 제조할 수 있으며, 이 경우에는 수분함량 12% 이하의 고발열량의 고로풍구 취입연료가 제조된다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 고로풍구 취입연료는 혼합기에서 충분히 혼련된 후 필터로 1차 여과되어 저장조에 저장된다. 이와같이 저장된 고발열량의 취입연료는 특별한 처리없이 기어펌프, 2차 필터 및 분무노즐을 통해 풍구내로 취입된다. 이때 분무노즐은 연료를 분무하는 노즐이면 어떤 노즐을 써도 무방하나 보통 중유용으로 사용되는 이류체식 외부 혼합노즐을 이용하는것이 보다 바람직하다.

상기의 방법에 의해 가연성 탄화수소와 분말철을 함유하고 있으며 고발열량인 본 발명의 취입연료를 고로의 풍구를 통해 레이스웨이 영역내에 취입하면 가연분의 연소와 함께 철분의 환원과 용융과정이 동시에 일어난다. 제1도는 본 발명에 의해 제조된 고로풍구 취입 연료가 고로의 레이스웨이에 분무되었을때 본 발명의 연료의 변환과정을 도식적으로 나타낸 도면이다.

제1도에 나타낸 바와 같이, 1m 정도의 길이에 해당하는 고온의 레이스웨이 영역내에 분무된 본 발명의 연료액적중 가연성분은 고온의 산소에 의해 하기 식(1-4)에서와 같이, CO₂, 또는 CO, H₂O 가스등으로 연소되는데, 이 연소속도는 슬러리 연료내에 함유되어 있는 철분의 촉매 작용에 의해 매우 빠르게 된다.

또한, 가연분의 연소와 함께 미립산화철은 액적내의 탄소분과의 환원반응 즉, 하기 식(5)와 같은 반응식에 의해 환원되고 즉시 용융된다. 이와같이 용융된 철은 레이스웨이로부터 하부로 흘러 용선으로 배출되게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 의한 제철폐기물을 이용한 고로풍구 취입연료를 고로풍구내에 취입하게 되면 상기 상술한 제 연소반응, 환원반응 및 용융반응이 고속으로 진행되기 때문에 레이스웨이 내에서 미연분 혹은 철의 축적이 일어나지 않는다. 특히 미분탄 첨가에 의한 연료의 고발열량화로 레이스웨이 냉각문제도 해결된다. 따라서 이와같은 제철폐기물의 풍구취입은 폐기물의 가장 효과적인 활용방법이 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

본 발명의 고로취입연료의 발열량을 확인하기 위하여, 하기 표 1과 같은 조성을 가진 폐유, 함철 압연슬러지 및 미분석탄을 각각 25kg씩 혼합하여 고로풍구 취입연료의 발명예(A)와 폐유:31kg, 함철 압연슬러지:31kg, 활성오니:19kg, 미분석탄:19kg을 혼합하여 고로풍구 취입연료의 발명예(B)를 제조하였다. 이때, 사용한 석탄은 200mesh 통과분 90%의 미분석탄을 사용하였다.

이와같이 제조된 2종의 고로풍구 취입연료를 공업분석하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

* 원소분석치는 건조, 무회분 조건으로 환산한 것임.

상기 표 2에서 취입연료의 회분의 주성분은 산화철로서 함철 압연슬러지로부터 연유된 것이다.

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 발명예(A) 및 (B)의 발열량은 각각 6500kcal/kg 및 5600kcal/kg이며, 이를 단열화염온도로 환산하면 각각 2050℃ 및 1950℃이다.

따라서, 발명예(A) 및 (B)는 고로의 풍구에 취입하여도 레이스웨이(raceway)의 냉각이 일어나지 않을 정도로 충분한 고발열량의 연료임을 알 수 있다.

[실시예 2]

고로 취입연료의 수분함량에 따른 단열화염 온도변화를 확인하기 위하여, 상기 실시예 1의 발명예(A)의 조성을 하기 표 3과 같이 변화시켜 가면서 수분함량에 따른 단열화염온도를 측정하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

* 회분은 전량 산화철로 가정

상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 수분이 증가함에 따라 연료단위 중량당 발열량이 감소하여 단열화염 온도가 크게 떨어진다. 가령 수분함량이 35% 이상일 경우(비교예 1,2)에는 단열화염 온도가 1720℃ 이하로서 풍구의 레이스웨이 온도를 크게 냉각시킬 가능성이 높기 때문에 풍구 취입연료로서 사용할 수 없게 된다.

반면에 수분함량이 25% 이하인 경우(발명예 A1,A2)에는 단열화염 온도가 1950℃ 이상으로 레이스웨이 냉각의 우려가 없으므로 풍구 취입연료로서 사용가능하다.

[실시예 3]

고로취입 연료의 연소성을 측정하기 위하여, 상기 실시예 1의 발명예(A,B) 및 석탄과 물만을 혼합하여 제조한 연료인 비교예(3)의 연료를, 길이별로 열전대 삽입용 및 미연시료 채취용 구멍이 나 있는 내경 50cm, 길이 2.5m인 수평원통형로에서 연소시킨 다음, 연소율을 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

이때, 고로취입연료는 기어펌프에 의해 2류체식 Y-제트형 분무노즐로 공급하였으며, 분무기체는 압축기에 의해 공급되는 공기였다. 상기 2류 체식 Y-제트형 분무노즐에 의한 취입연료의 분무특성이 매우 양호한 것을 확인할 수 있는데, 이는 본 발명의 취입연료를 풍구에 취입할 때 비교적 구조가 단순한 상기 노즐이 적합함을 나타낸다.

또한, 연소시 연소용 공기는 200℃로 예열하여 공급하였으며, 무화용 공기 및 취입연료는 상온으로 그대로 공급하였다.

그리고 하기 표 4에서 연소율은 가연분 측정에 의한 중량법에 의해 하기 식(6)을 이용하여 계산했다.

(여기서, Ci:초기시료내 가연분함량(중량%),

C_f:연소후 채취시료 가연분 함량(중량%))

* 연소율은 노즐선단 50cm 및 100 cm에서 채취한 시료에 대한 것임

** 석탄/물 시료는 석탄 65%, 물 35% 혼합슬러리

상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 폐유, 함철 압연슬러지, 활성오니, 미분석탄의 취입연료의 연소성이 매우 우수함을 알 수 있다.

즉, 발명예(A,B)의 경우 분무노즐 선단 50cm 지점에서의 연소율이 99%에 달하며 100cm 지점에서는 100%에 이른다. 이는 연료의 분무지점으로부터 1m 이내에서 완전연소가 이루어짐을 나타내는 것으로서, 고로의 레이스웨이의 길이가 대략 1m인 점을 감안할때 고로의 풍구 취입용 연료로서 매우 적합함을 알 수 있다. 이에 반해 비교예(3)의 석탄/물 취입연료의 경우 1m 지점에서 연소율이 94%에도 미치지 못함을 알 수 있다.

상기 결과로부터 본 발명에서 제조한 폐유, 슬러지, 석탄 등의 혼합물은 이류체식 노즐분무에 의해 매우 짧은 연소구간에서도 완전연소를 이루는 우수한 연소성을 지니며, 석탄의 연소에 비해서도 매우 우수함을 알 수 있다. 이와같은 우수한 연소성은 이 폐유함유 취입연료내에 있는 폐유가 석탄 및 그 밖의 가연분의 연소를 촉진시키며 또한 슬러지의 주성분인 철이 가연분의 연소촉진 효과를 나타내기 때문이다.

[실시예 4]

상기 실시예 1-3에서 상술한 바 있는 취입연료를 고로의 풍구에 취입할때 함철 압연슬러지의 경우 철입자가 짧은 연소영역 즉 레이스웨이 영역내에서 환원·용융되어야 한다. 이를 확인하기 위해 상기 발명예(A) 및 (B)에 대해, 노즐선단 1m 지점에 알루미나봉을 삽입하여 용융물을 부착, 채취하였다.

분석결과 이는 환원된 용융철임을 확인할 수 있었다. 이러한 사실은 함철 슬러지를 포함하는 슬러리 연료를 고로에 취입할 경우 분말의 산화철이 레이스웨이와 같이 매우 짧은 연소구간내에서 환원되어 용융됨으로서 용선으로 회수될 수 있음을 보여주는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 폐유, 함철압연 슬러지, 활성오니, 오일스컴 등 가연성 탄화수소류 폐기물과 함철 폐기물을 이용하여 고로용 연료를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 수분이 다량 함유된 폐기물의 경우 미분석탄을 적당량 첨가하여 연료의 고유발연량을 증가시키므로서 고로의 레이스웨이 냉각을 방지할 수 있다.

또한, 함철압연 슬러지의 경우 폐유 등과 혼합할 경우 폐기되는 철분을 고로에서 연소시키므로서 고로내 유효열원 및 철원으로 직접 재활용할 수 있는 효과가 있다.

Claims

중량%로, 폐유:30-40%, 함철 압연슬러지:20-40%, 활성오니:10-20, 및 나머지 미분석탄으로 조성되어 조성물의 수분함량이 25% 이하인 것을 특징으로 하는 제철폐기물을 이용한 고로풍구 취입연료.
중량%로, 폐유:30-40%, 함철 압연슬러지:30-40% 및 나머지 미분석탄으로 조성되어 조성물의 수분함량이 12% 이하인 것을 특징으로 하는 제철폐기물을 이용한 고로풍구 취입연료.