KR100291250B1

KR100291250B1 - 전기제강소먼지환원방법및장치

Info

Publication number: KR100291250B1
Application number: KR1019970055470A
Authority: KR
Inventors: 조피지아니
Original assignee: 에코켐 아크티엔게젤샤프트
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 2002-11-18
Also published as: CA2219645C; AU4365997A; DE69737623T2; US6136059A; MX9708321A; EP0839919B1; EP0839919A1; KR19980041966A; AU739426B2; CA2219645A1; DE69737623D1; CH691685A5; ES2286827T3

Abstract

본 발명은 무코어형 저주파 유도로에서 전기 제강소 먼지 및 아연함유 철고함량 산화된 물질을 처리하는 공정에 관계하는 것으로 다음 결과를 가져온다:

- 포함된 철산화물을 주조철로 환원;

- 공정에서 회수된 연기(fume)에 비철금속산화물 농축;

- 덤프식으로 처리되기에 적합한 슬래그 형성.

고온으로 유지되며 유도전류에 의해 빠르게 순환되는 주조철베스(bath)는 로의"환원지대"를 구성하며 그 내부에서 공급재료를 구성하는 금속산화물이 Zn, Pb, Cd, Fe로 환원된다.

공급원료(펠렛화된 제강소 먼지, 과립 석탄, 슬래그화제)에 의해 점유되는 조 커버층은 로의 산화지대를 구성하여 그 내부에서 석탄이 연소되어 CO를 생성하고 조를 떠나는 아연 및 기타 공급원료의 증기는 다시 산화되어 연기로 들어간다.

적절한 연기수집장치는 먼지를 모아서 공정시작시 초기 농도보다 두배이상으로 농축된 Zn, Pb, Cd 산화물을 회수한다.

Description

전기 제강소 먼지 환원 방법 및 장치{Process for reducing the electric steelworksdusts and facility for implementing it}

전기로에서 철조각 제련은 생성된 강철1톤당 10-20㎏의 먼지가 형성되게 한다. 가볍고 미세하며 쉽게 분산가능한 먼지("EAF"로 칭함)는 산화물로서 20-25% Fe, 18-25% Zn, 2-4% Pb와 기타 위험한 불순물을 포함한다.

현재의 제강소 크기를 고려할 때 생성된 먼지의 양은 매우 많으며 건강, 환경 및 경제적 이유 때문에 불활성화 공정 및 귀금속 회수공정이 절실히 요구된다.

시도된 제 1 방법은 먼지를 로에 재순환 시키는 것이다. 이러한 방식으로 철이 회수될 수 있으며 비철금속 산화물이 점차 연기에 농축될 수 있지만 그대로 로충진 및 연기수집에 있어서 에너지 소모는 더 높아지며 로의 생산량은 감소되므로 이 방법은 경제적 이유 및 환경적 이유로 바람직하지 않은 것으로 간주되었다.

현재 EAF 먼지 처리를 위해 환원 분위기에서 여러 가지 열공정이 사용되며 회전로, 난로, 플라즈마로 및 화염로에서 수행된다.

가장 널리 알려지고 확산된 공정은 먼지가 미세한 석탄, 석회석 및 실리카와 혼합되고 결과의 혼합물을 기다란 회전로에 공급하는 Waelz-Berzelius 공정이다.

환원은 온도가 1200℃에 이른 로의 부위에서 일어나며, Zn 및 Pb는 증기가 되고 콘덴서 및 연기 여과장치에서 먼지로서 회수되며, 철산화물은 슬래그형성제와 반응함으로써 항상 불활성 물질로서 처리될 수는 없는 슬래그를 생성한다.

Waelz 공정에서 Zn과 Pb산화물은 각각 60% 및 10% 농도가 되므로 이러한 물질은 두 금속을 회수하는데 적합하다.

앞선 공정과 유사한 HTR 공정은 1400℃의 온도에 도달한 로의 부위에 먼지를 공급함으로써 에너지를 절감한다: FeO는 환원되지 않고 슬래그가 된다.

플라즈마 먼지 공정(스웨덴)은 비-전달식 아아크 플라즈마를 사용하며 상부로부터 하향으로 흐르는 코오크스가 공급되는 로상부의 송풍구내부에 설치된 두 개의 전극 사이에서 연소하면서 전기 아아크 방전을 통해 가스가 흐르게 한다. 석탄 및 융제와 함께 펠렛화된 먼지가 플라즈마 토우치의 화염에 주입된다. 철산화물은 주철로 환원되며 Zn 및 Pb가 환원 및 증발되어서 외부 콘덴서에 수집된다. 석회석및 실리카는 다른 먼지 성분과 반응하여 이들을 슬래그가 되게 한다. 현재 이공정은 스텐레스강 제조에 사용되는 전기 아아크로에서 나오는 먼지 처리에 주로 사용된다.

또한 Inmetco 공정(미국)이 스텐레스강 제조 전기로에서 나오는 먼지 처리에 사용된다. 회전식 테이블로가 사용되어 그 내부에서 먼지와 석탄 및 미세한 코우크스의 펠렛화된 혼합물이 제 1 환원반응을 받으며 Zn 및 Pb가 이러한 로에서 나오는 연기에 농축된다. 모든 철을 포함한 사전환원된 펠렛이 철조각 및 압연 스케일과 함께 침수된 아아크 전기로에 충진되어서 최초의 먼지에 포함된 Cr, Ni 및 Mo과 철의 합금을 얻는다.

St. Joe 반응기는 2단계로 세분된 물재킷이 있는 수직 강철로이다. 코우크스 분말이 공급되는 버너에 산소농후공기가 공급되어서 고온의 화염이 발생된다(약 2000℃).

금속 충진물은 압축공기에 의해 화염의 환원지대에 주입된다. Zn, Pb 및 Cd가 환원, 증발되어 백(bag) 필터에 수집된다.

철고함량 슬래그가 과립화되어서 시멘트 공장에 판매되거나(시멘트 혼합물에 철을 첨가하기 위해서) 용광로용 원료로 사용된다.

British Steel Co.의 Tetronics공정은 전달식 아아크 플라즈마로를 사용한다. 플라즈마 토치는 로의 크라운상에 설치되며 조(bath)에 에너지를 분배하기 위해서 수직축에 대해서 가변적 기울기로 회전할 수 있다.

28%의 무연탄과 혼합된 스텐레스강에서 나오는 연기는 약 2000℃의 일정한온도로 로에 연속 공급된다(500㎏/h의 공급속도로). Cr, Ni, Mo는 철합금으로서 회수된다.

백(bag) 필터 내부에서 배기가스는 먼지가 박탈된다.

또한 18% Zn을 함유한 EAF먼지가 테스트되며 최대 60%의 ZnO 농도가 수득된다.

납함유 잔류물에 대해 개발된 Kaldo 공정(Boliden)과 풍로에서 나오는 실리카 슬래그로부터 Zn 및 Pb 회수용으로 알려진 슬래그 농축 공정은 EAF 먼지 처리방법을 대표하는 것이다.

아연 광물에 대해 개발된 St. Joe Minerals의 수직 전열로에서 EAF먼지가 충진되고 혼합물 연소에서 나오는 잔류물과 혼합된 이들을 소결할 수 있다.

결과의 소결된 생성물은 예열 회전로를 통과하여 상부로부터 전열로에 들어간다. 코우크스는 로에 에너지를 공급하고 흑연전극에 의해 공급된 전기에너지에 대한 전도지대를 생성한다. 로의 작동조건하에서 Zn은 휘발한다. 이 연기는 콘덴서로 작용하는 냉각된 Zn조를 통해 방울로 보내진다. 공급재료는 40% 미만의 Zn을 포함하지 않는다. 이 공정에서 처리될 수 있는 EAF먼지의 양은 대량의 불순물에 의해 제한된다.

마지막으로, Michigan Technological University는 주철 및 조각과 함께 산화된 잔류물의 펠렛을 용선로에 첨가하는 시도를 하였다. 1510-1538℃에서 슬래그가 형성되고 철이 환원되고 액체 상태로 회수되는 반면에 Zn 및 Pb는 휘발되어서 아연 산화물로서 회수한다. 펠렛화된 산화물은 용선로에 공급된 충진물의 단지 5%이다.

인용된 공정을 수행하는 시설은 높은 투자비용을 필요로하므로 재정적인 부담이 되므로 주요 제강소에서만 주로 사용된다.

생성된 금속은 상업적 수준으로 이들을 이용하기 위해 재가공되어야 한다.

상기 공정중 일부만이 덤프식으로 처리되기에 적합한 슬래그를 생성한다.

본 발명의 목적은 다음을 위한 단순하고 직접적인 공정을 제공하는 것이다:

- 금속형태로 EAF먼지에 포함된 철회수;

- 손실없이 Zn 및 Pb 산화물과 기타 금속 또는 비금속 불순물(Cd, F, Cl등)을 분리 및 농축;

- 모든 다른 먼지성분을 제거하여 독성없이 덤프식으로 처리되기에 적합한 슬래그 형성.

본 발명에 따른 방법을 실시하는데 사용되는 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

* 부호 설명

10 ... 저주파 유도로 11 ... 용융된 주철 충진물

12 ... 입구 13 ... 드럼

15 ... 사이클론 16 ...백(bag)필터

17 ... 굴뚝

본 발명에 따르면 상기 목적을 달성하기 위해서 소형 내지 중형이며 제강산업의 숙련자에게 알려진 설비가 사용된다.

에너지 및 운영비용이 제한되어야 하며 현재 사용되는 EAF먼지 처리공정과 경쟁적이어야 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 전기 제강소 먼지와 산화철 고함량 아연함유 물질을 처리하여 철과 아연을 회수하는 공정을 제시하는데, 상기 먼지는 주철로서 금속 또는 합금 충진물로 부분적으로 채워진 유도로에 공급되어 제련되고 이러한 충진물은 유도 전류 때문에 로내부에서 교란조건하에서 용융상태로 있으며, 상기 먼지는 상기로 내부에서 상기 교란된 용탕의 표면과 접촉하며, 상기 먼지에 포함된 아연 및 철 산화물의 환원 반응이 상기 로내부에서 일어남을 특징으로 한다.

본 발명은 무엇보다도 EAF먼지와 산화철 고함량 아연함유 물질을 회전식으로 처리하기 위해 필요한 산화/환원 반응을 수행하기 위해 선택된 수단을 특징으로 하는데, 이들은 종래적인 아연 제조공정이 수행될 경우 매우 부담이 된다.

본 발명에 따라 선택된 무코어형 저주파 유도로는 신속하고 효과적인 제련수단으로서 이차 강철 및 비철금속 야금분야에서 여러해 동안 알려진 것이다.

공지기술에 따르면 이러한 로가 제련수단으로서 사용되는데, 모든 공지된 경우에 충진물은 제련될 금속 또는 합금에 따라 높은 금속 수율을 제공하는 케이크 또는 조각으로 구성된다.

예컨대 주철 제조의 경우에 충진물은 다음과 같다:

깨끗한 주철 케이크 또는 조각 95%

마스터 합금 2-3%

슬래그 형성제 1-2%

공지기술에 따르면 저주파 유도로는 단지 주조용 액체금속제조를 위한 제련수단으로만 사용된다.

이에 반하여 본 발명은 저주파 유도로를 제련수단으로서 뿐만 아니라 산화 및 환원 반응을 동시에 수행하는 장치로서 사용하므로 다음 조성의 먼지 펠렛을 충진할 것을 제안한다:

ZnO 16-24%

Fe₂ZnO₄10-12%

FeO18-20%

MnO2-4%

PbO4-6%

CaO6-8%

SiO₂4-5%

S0.5-1%

F0.5-1%

Cl0.5-2%

모든 금속은 산화된 형태로 존재한다.

본 발명에서 먼지 펠렛 충진 이전에 로는 대략 절반 높이까지 반응용 "힐(heel)"을 구성하는 주철로 채워진다. 고밀도 유도 전류 흐름은 조를 1450-1500℃까지 가열하고 격렬하게 교반한다. 건조 및 예열된 펠렛이 14% 과립석탄 과 함께 로에 충진되고 소량의 슬래그 형성제가 첨가된다.

산화된 화합물의 금속 Zn으로의 환원은 주철 조표면과 최저의 가장 뜨거운 충진된 펠렛층간의 접촉 지대에서 일어난다. ZnO 및 FeZnO₄함유 펠렛을 습윤시키는 주철층의 연속적이고 신속한 재생은 반응식 1 과 같이 주철에 포함된 탄소와 반응을 높은 속도로 진행하게 한다:

ZnO + C_(Fe)→Zn + CO

먼지에 포함된 석탄과립과의 접촉 때문에 조는 주철의 원래 탄소농도로 복귀된다. 반응식 1 에 따라 생성된 Zn은 높은 반응지대 온도 때문에 증발하여 먼지의 산화물층을 통해 상승하여 반응식 2 에 따라 철산화물을 효과적으로 환원한다:

FeO + Zn → Fe + ZnO

이 공정은 두 단계로 두 개의 상이한 로지대에서 일어난다:

- 활성제가 유도현상에 의해 빠르게 움직이는 주철에 포함된 탄소인 환원단계. 관심지대는 로에서 가장 뜨거운 지대이며 많은 양의 에너지가 공급되어야 하는 조/펠렛 접촉지대이다;

- 먼지 내부에서 일어나며 혼합된 석탄이 연소해서 CO를 생성하고 고온의 온도를 유지하고 저부에서 상승하는 Zn 증기를 철산화물이 산화시키도록 필요한 에너지를 발생하는 산화단계.

공정동안 형성된 슬래그의 품질이 주의깊게 모니터되고 필요하다면 유동화시키는 적당한 융제를 써서 슬래그를 개질시킨다. 또한 저비점 PbCl₂가 첨가된 염화칼슘과 PbO의 반응에 의해 형성되도록 소량의 CaCl₂를 첨가함으로써 PbO의 증발이 적당히 보조될 수 있다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 공정을 실시하는 시설인데, 본 발명에 따른 공정에 사용하기 위한 유도로를 포함한다.

본 발명에 따른 시설은 도 1 을 참조로 설명된다.

도 1 에서 무코어형 저주파 유도로(10)가 도시되며, 그 내부에 용융된 주철 충진물(11)이 상기로를 부분적으로 채우고 있다. 이러한 충진물은 유도로의 고밀도 유도전류 효과로 인한 로내부의 교란조건하에서 용융 용액으로 존재한다.

아연 및 철 산화물이 풍부한 전기 제강소의 먼지는 입구(12)를 통해 로(10)에 공급되며 경사진 드럼(13)을 따라 로(10)에서 떠나는 고온공기흐름과 반대 방향으로 흐르게 된다. 따라서 로내부에 발생된 반응열이 상기 로를 향해 흐르는 동안에 먼지를 건조 및 예열하는데 사용된다.

비철금속 산화물은 CO농후 고온공기흐름에 의해 로를 떠난다. CO와 공기의 반응은 반응식 3 과 같이 상기 경사진 드럼(13)을 통해 상기 연기가 통과하는 동안일어나며 축축한 먼지 펠렛은 상기 연기와 반대방향으로 하향한다.

CO + 1/2O₂→ CO₂

드럼(13)을 떠난후 배기가스는 (14)에서 공기를 첨가함으로써 제 1 냉각되며 조잡하고 무거운 성분이 제거되는 사이클론(15)에 들어간다. 완전한 먼지제거는 굴뚝(17) 상류에 설치된 "펄스-제트"형 백 필터(16) 내부에서 이루어진다.

실시예 1

본 발명에 따라 통상의 조성(실시예 2 에 기술된 조성을 가진 먼지)을 갖는 EAF먼지를 처리하여 다음 결과가 얻어진다:

25-27%주철

34-36%연기로부터 회수된 먼지(Zn 50-60%)

34-36%국제 방출 테스트의 표 "A"의 범위내에 있는 조성을 갖는 슬래그.

900리터의 용량을 갖는 무코어형 저주파 유도로 내부에서 1t/h의 펠렛화된 EAF 먼지가 다음과 같이 처리될 수 있다:

전력1000㎾/h

석탄 130㎏

CaCl₂4㎏

CaF₂4㎏

O₂130㎥

CH₄20N㎥

내화물질 6㎏

상기 소모에너지는 모든 부차작업을 포함한다(연기 여과, 과립화 공기등).

실시예 2

150㎾의 전력과 750㎏의 주철 용량을 가지며 알루미나 마그네사이트로 내화 라이닝된 무코어형 저주파로에 350㎏의 주철이 충진되어 반응용 "힐"(heel)이 된다. 조가 1450-1500℃ 가열되고 150㎏의 건조 및 예열된 펠렛과 20㎏의 석탄과립으로 구성된 먼지가 공급된다. 펠렛화된 분말의 평균 조성은 다음과 같다:

Zn 21.5%; Pb 5.6%; Fe 27.4%; Mn 0.8%; C 2.85%; Ca 3.30%; S 0.45%.

슬래그를 유동화시키기 위해서 0.1㎏의 CaCl₂와 0.3㎏의 CaF₂가 테스트 기간내내 첨가된다.

전기 에너지 절감을 위해서 20㎥의 산소가 주입된다.

테스트 개시후 한시간 이내에 충진물 첨가가 완료되고 반응이 종료되면 산성 유체 슬래그와 유리질 외관이 형성된다.

슬래그 분석 결과는 다음과 같다:

MgO 1.66%; CaO 14.43%; ZnO 1.98%; FeO 12.27%; PbO 0.05%; Al₂O₃7.74%; 나머지 SiO₂.

방출 테스트에 따르면 이러한 슬래그는 표 "A"의 품질 필요사양을 충족시킨다.

150㎏의 먼지를 처리하여 다음 생성물이 수득된다:

0.92% Mn, 3.6% C를 갖는 주철 38.5㎏

58.3% Zn, 15.3% Pb, 0.44% Fe을 갖는 산화물 52.5㎏

1.59% Zn, 0.05% Pb, 9.54% Fe을 갖는 슬래그 53.0㎏

1) 제련로 로서 널리 알려져 있지만 산화/환원 반응을 수행하는 유도로 선택.

2) 합금된 탄소에 의해 ZnO의 환원 (ZnO + C_(Fe)→ Zn + CO)이 표면의 연속재생에 의해 이루어지도록 주철조에 유도되며, 조를 통해 흐르는 유도전류에 의해 야기된 격렬한 교반.

3) 선행 반응지대에서 방출한 Zn 증기에 의해 FeO가 환원되어 충진물에 포함된 석탄의 FeO 환원 효과를 배가시킴.

4) 이용가능한 원소의 최대에너지 이용으로 공정소모에너지 감소.

Claims

철과 아연을 회수하기 위해서 전기 제강소 먼지와 산화철 고함량 아연함유 물질을 처리하는 방법에 있어서,

상기 먼지가 제련될 주철로서 금속 또는 합금 충진물로 부분충진된 유도로에 공급되며 이러한 충진물은 유도된 전류의 효과로 인한 교란조건하에서 상기로 내부에서 용융된 상태로 포함되며 상기 먼지는 상기로 내부에서 상기 교란된 용융된 주철탕의 표면과 접촉하여 상기 먼지에 포함된 아연 및 철산화물이 상기로 내부에서 환원됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 충진물이 주철로 구성되며 먼지에 포함된 아연산화물이 반응식1 ZnO + C_(Fe)→ Zn + CO 에 따라서 상기 주철에 포함된 탄소와 반응함을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 먼지가 과립형 석탄과 혼합됨을 특징으로 하는 방법.
제 2 항 또는 3 항에 있어서, 상기 용융된 주철탕이 먼지와 혼합된 상기 석탄과 접촉함으로써 탄소 농도를 일정하게 유지함을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 반응식 1 에서 생성된 상기 금속 아연이 증발하고 반응식2 FeO + Zn → Fe + ZnO 에 따라서 상기 먼지에 포함된 철산화물과 반응함을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 먼지가 건조 및 예열된 이후에 상기 로에 공급됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 철과 상기 아연이 주철과 아연 산화물로서 회수됨을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 따른 방법 실시용 유도로.
철과 아연을 회수하기 위해서 전기 제강소 먼지와 산화철 고함량 아연함유 물질을 처리하는 장치에 있어서, 유도로를 포함하여 상기 먼지가 용융된 주철탕의 표면에 공급되고 상기 로가 부분충진됨을 특징으로 하는 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 로에 공급된 먼지가 상기 로에서 나오는 뜨거운 공기와 반대 방향으로 흐르게 하도록 하는 경사진 드럼, 더 무거운 성분을 침전시키는 사이클론, 회수된 물질을 분리시키며 먼지를 수집하는 필터를 포함함을 특징으로 하는 장치.