KR100332905B1 - 코렉스 슬러지를 이용한 비소성펠릿 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소에서 용강을 제조하기 위한 열원으로 이용되는 비소성 펠릿에 관한 것이며;

그 목적은 코렉스 용융로의 열원으로 사용되는 석탄(Coal)을 대체하기 위하여 코렉스 슬러지를 이용한 비소성 펠릿을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 코렉스 슬러지와 코크스 더스트가 25:75-75:25의 중량비로 혼합되고, 이 혼합물에 대하여 결합제인 시멘트가 8-12중량% 함유되어 이루어지는 코렉스 슬러지를 이용한 비소성 펠릿에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

코렉스 슬러지를 이용한 비소성펠릿

본 발명은 제철소에서 용강을 제조하기 위한 열원으로 이용되는 비소성 펠릿에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 코렉스 용융로의 열원으로 사용되는 석탄(Coal)을 대체하기 위하여 코렉스 슬러지를 이용한 비소성 펠릿에 관한 것이다.

제철공정에서는 여러 종류의 습더스트(이하, '슬러지'라 함) 및 건더스트가 발생한다. 그러나, 이들은 극미분으로 건더스트의 경우 야드 적재시 더스트가 비산하여 환경오염을 일으킬 수 있으며, 슬러지의 경우 수분을 상당량 포함하고 있어서 취급이 어렵다. 또한, 이들은 S나 알칼리와 같은 유해성분을 가지고 있어서 사용상에 제약이 따른다. 따라서, 이들 더스트류는 유해성분을 제거한 다음 재활용 하거나 또는 일정한 모양으로 성형을 하여 입자를 조대화시킨후 재활용한다. 이 두가지 모두 용이하지 않을때 매립지에 매립하게 된다.

현재, 제철소에서 발생하는 대부분의 더스트류는 펠릿타이저에서 미니-펠릿으로 제조한 다음 소결공정에서 활용되거나 또는 시멘트를 결합제로 하여 비소성 펠릿(Cold Bonded Pellet)으로 제조한 다음, 고로등에서 열원으로 활용되고 있다. 이때 비소성 펠릿으로 제조하는 경우 고온의 소성과정을 거치지 않기 때문에 제조비 절감 및 SOx와 같은 환경오염물질이 발생하지 않는 장점이 있다.

상기 제철용 비소성 펠릿에 요구되는 가장 중요한 품질은 강도이다. 이는 노내 장입시 붕괴가 일어나게 되면 노내의 통기성을 저하시키는 원인이 되며, 이로 인해 펠릿의 환원율은 감소하며 따라서 연료 원단위 및 용선원가는 상승하고, 생산성은 저하하기 때문이다.

한편, 코렉스에서 발생하는 슬러지는 전량이 100㎛이하의 극미분이고, 그 성분은 약 36.7%%의 탄소(Carbon)와 약 27.4%의 전철(Total Fe)로 다량의 탄소를 함유하고 있으므로 코렉스 공정에서 재사용할 수 있다. 그러나, 코렉스 슬러지는 다량의 탄소를 함유하고 있어서 물에 대한 젖음성(Wettability)이 매우 나쁘고, 비중이 낮아 펠릿타이저 내에서의 운동상태가 불량하기 때문에 비소성 펠릿을 제조하기가 매우 힘들다. 또한 비소성 펠릿으로 제조하더라도 강도가 취약하다는 문제가 있다. 코렉스 슬러지를 코렉스 용융로의 석탄(Coal)을 대체하여 열원으로 사용하기 위해서는 고로나 환원로에서 요구되는 강도는 아니더라도, 석탄의 강도와 비교할 때 대등하거나 어느정도의 수준을 유지하는 것이 요구된다.

현재까지 코렉스 공정에서 발생하는 슬러지를 활용하는 기술은 체계적으로 연구된 바 없으며, 단지 남아공 ISCOR에서 코렉스 슬러지와 결합제로 소석회를 혼합하여 비소성 펠릿을 제조하여 시험조업을 실시한 바 있다고 알려져 있으나, 비소성 펠릿의 강도가 약 10Kg/P이하로 석탄의 강도에 비해 너무 낮아 실용화 되지는 못하고 있다.

이에, 본 발명은 상술한 종래문제를 해결하기 위해 안출된 것으로써, 어느 정도의 강도를 가지고 있어 코렉스 용융로에 열원인 석탄을 대체할 수 있는 코렉스 슬러지를 이용한 비소성 펠릿을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비소성 펠릿은, 코렉스 슬러지와 코크스 더스트가 25:75-75:25의 중량비로 혼합되고, 상기 혼합물에 대하여 시멘트가 8-12중량% 함유되어 이루어지는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 코렉스 슬러지를 비소성 펠릿으로 제조할 때, 강도를 확보하기 위해 코크스공정에서 발생하는 코크스 더스트를 이용하는데, 그 특징이 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 본 발명에서 재활용하고자 하는 코렉스 슬러지는 비중이 낮아 펠릿화 하기 어렵고, 특히 물에 대한 젖음성이 낮아 비소성 펠릿 제조분야에서 결합제로 이용되는 시멘트와의 결합력이 약해 강도확보가 어렵다. 이외에도 코렉스 슬러지의 입자가 매우 미립으로 비표면적이 넓기 때문에 강도확보를 위해 소요되는 시멘트의 양이 증가하게 되고, 이에 따라 제조비가 상승하게 된다

따라서, 코렉스 슬러지를 비소성 펠릿으로 제조하기 위해서는 계면활성제를 첨가하여 슬러지의 표면특성을 개선시켜 주거나 비교적 비중의 높은 물질을 첨가하여 펠릿타이저 내에서의 운동상태를 개선시켜 주는 것이 필요하다. 그러나, 계면활성제의 첨가는 비소성 펠릿의 제조 비용을 증가시키며 비중이 높은 물질의 첨가는 펠릿의 화학조성을 변화시킬 우려가 있다. 즉, 석탄을 대체하여 열원으로 사용하기 위해서는 펠릿내 탄소의 함량이 높아야 하는데, 이를 위해 산화철과 같은 비중이 높은 물질을 첨가하게 되면 펠릿내의 카본의 함량을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 코렉스 슬러지를 비소성 펠릿으로 제조할 때 발생하는 장애 요인을 극복하기 위해 코렉스 슬러지에 코크스 더스트를 첨가하는 것이다.

일반적으로 비소성 펠릿의 강도에 영향을 미치는 요인으로는 원료적인 면으로 보면 입자의 크기, 형상, 입도분포 등이 있으며, 그 밖에 공정조건으로 펠릿타이저의 회전수, 기울기 및 원료투입량 그리고, 결합제의 종류 및 양, 수분첨가량 등이 있다.

본 발명과 관련하여 원료적인 면에서 보면, 코크스 더스트는 코렉스 슬러지에 비해서 비교적 입자가 크기 때문에 핵입자로서의 역할을 하여 비소성 펠릿의 조립을 용이하게 하며, 이와 더불어 입자형상이 불규칙한 모양이어서 구, 막대, 혹은 입방체(Cube)모양에 비해 비소성 펠릿의 조립에 유리하기 때문에 비소성 펠릿의 강도를 확보해준다.

특히, 코크스 더스트는 코크스와 마찬가지로 석탄속에 함유된 휘발성 물질이 건류과정에서 빠져 나감으로 인해 생성되는 미세기공을 많이 포함하고 있어서 수분을 첨가할 경우 기공사이로의 수분흡수가 향상되어 비소성 펠릿의 조립에 유리하다. 뿐만 아니라, 코크스 더스트는 약 87%가 탄소로 되어 있어 석탄을 대체했을 때 필요한 열량을 보충해 줄 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 적합한 코렉스 슬러지는 코렉스 공정에서 발생하는 슬러지이면 가능하며, 특별한 선별 또는 처리가 필요없이 그대로 이용하면 된다. 그리고, 코크스 더스트는 코크스 공정에서 발생하는 더스트이면 가능하다. 코크스 더스트는 코크스 공정에 따라 습식더스트와 건식소화 코크스(Coke Dry Quenching, 이하 'CDQ'라 함) 더스트 두 종류가 있는데, CDQ더스트의 입도가 습식 코크스 더스트보다 상대적으로 작아 강도확보에 유리하므로 본 발명에는 CDQ더스트를 이용하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 따라 코렉스 슬러지와 코크스 더스트를 25:75-75:25의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다. 그 이유는 코렉스 슬러지가 25%미만의 경우 바꿔 말하면, 코크스 더스트가 75%를 초과하는 경우 입도가 상대적으로 큰 코크스 더스트가 너무 많아 결합력이 약해져 강도가 떨어지기 때문이다. 또한, 코렉스 슬러지가 75%를 초과하는 경우 바꿔말하면, 코크스 더스트가 25%미만의 경우 코크스 더스트가 부족하여 젖음성 확보가 안되어 강도가 떨어지고, 결합제인 시멘트 첨가량이 많아지기 때문이다.

상기와 같이 코렉스 슬러지와 코크스 더스트를 혼합하고, 여기에 시멘트를 상기 혼합물에 대하여 8-12중량% 혼합하는 것이 필요하다.

그 이유는 시멘트가 8중량%미만 함유되는 경우 시멘트 부족으로 강도 확보가 어렵고, 12중량%를 초과하는 경우 강도는 올라가나 제조비용이 올라가는 문제가 있기 때문이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

CDQ더스트는 첨가량에 따른 비소성 펠릿의 강도 변화를 측정하기 위하여 코렉스 슬러지와 CDQ더스트의 배합비를 달리하면서 펠릿을 제조하였다. 배합비는 하기 표 1에 나타내었는데, 시멘트를 제외한 원료배합안이다.

결합제는 시멘트를 사용하였으며 총원료 배합비를 기준으로 10%로 고정하였다. 펠릿제조는 코렉스 슬러지와 CDQ더스트를 완전히 건조시킨후 이들 원료에 시멘트를 첨가하여 지경이 25㎝높이가 40인 Tumbler에 넣고 30분간 혼합하였다. 완전히 혼합된 시료를 직경이 60㎝ 턱높이가 12㎝인 펠릿타이저에서 일정량의 시료와 수분을 공급하면서 펠릿을 제조하였다. 이때 펠릿타이저의 회전수는 20rpm으로 하였다. 제조된 펠릿은 밀폐된 용기내에서 자연양생시켰으며, 시멘트 후기강도 기준인 28일이 경과한 후 20-25mm입도의 펠릿에 대하여 압축강도 및 TI강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	배합비	강도
	코렉스 슬러지(중량%)	CDQ더스트(중량%)	시멘트(중량%)	압축강도(Kg/P)	TI강도(+6.3mm%)
비소성 펠릿	비교예1	100	0	10	13.0	-
	발명예1	75	25		37.0	-
	발명예2	50	50		65.0	77.7
	발명예3	25	75		48.0	-
	비교예2	0	100		18.0	-
석탄	A	58.5	59.7
	B	63.2	65.2

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 코렉스 슬러지와 CDQ더스트의 혼합비율이 50:50인 발명예(2)의 경우 강도가 65Kg/P으로 최대가 됨을 알 수 있었고, 석탄 A 및 B의 압축강도가 58.5Kg/P 및 63.2Kg/P와 비교할 때 유사하거나 높은 강도를 나타내었다. 그리고, 발명예(1,3)의 경우 석탄 보다 압축강도가 떨어지나, 코렉스 용융로에 적용이 가능하다고 판단되었다.

이에 반해, 전량 코렉스 슬러지인 비교예(1)과 전량 CDQ더스트인 비교예(2)의 경우에 압축강도가 매우 낮았으며, 비교예(1)의 압축강도가 18Kg/P으로 다소 높게 나타났다. 이는 CDQ더스트만으로 펠릿을 제조한 비교예(2)의 경우 CDQ더스트의 입도가 굵고 입자간의 점착력이 매우 낮기 때문이다.

TI강도에 있어서 발명예(2)만 그 값을 조사하였는데, 그 값은 77.7%로 석탄의 59.7% 65.2%에 비해서 높은 값을 나타내었고, 코렉스용 석탄에 비해 우수한 것으로 판명되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 펠릿취급 및 노내 장입시 필요한 강도가 확보되어 코렉스 슬러지중에 포함된 탄소성분을 이용할 수 있어서, 용선원가를 절감할 수 있으며, 이를 매립할 때 수반되는 2차 오염을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 코렉스 슬러지와 코크스 더스트가 25:75-75:25의 중량비로 혼합되고, 이 혼합물에 대하여 결합제인 시멘트가 8-12중량% 함유되어 이루어지는 코렉스 슬러지를 이용한 비소성 펠릿
2. 제 1항에 있어서, 상기 코크스 더스트는 코크스 건식소화(CDQ) 더스트임을 특징으로 하는 코렉스 슬러지를 이용한 비소성 펠릿.