KR100413817B1 - 소결광 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철광석 소결광 제조과정 중에 발생되는 황산화물(SOx) 개스 및 질소산화물(NOx) 개스를 동시에 저감하기 위한 소결광 제조방법에 관한 것이고, 소결배합원료의 주원료 및 부원료를 주혼합기에서 혼합하여 혼합원료를 생성하는 단계와, 소결배합원료의 연료를 Mg(OH)2및 석회 소성 슬러지와 함께 미니혼합기에서 혼합하여 혼합연료를 생성하는 단계와, 상기 혼합원료와 혼합연료를 조립기에서 조립하여 소결원료를 생성하는 단계, 소결원료를 소결 대차에서 소결 처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하며, 매립에 의존하는 석회 소성 슬러지를 재활용 할 수 있을 뿐만 아니라, 소결 공정중에 발생되는 NOx 및 SOx도 줄일 수 있게 됨으로 인하여 공해 물질 방지에 효과적이다.

Description

소결광 제조 방법{Method For Producing The Sintering Material}
본 발명은 철광석 소결광 제조과정 중에 발생되는 황산화물(SOx)개스 및 질소산화물(NOx)개스의 발생을 동시에 저감하기 위한 소결광 제조방법에 관한 것이고, 특히 철광석 소결조업에서 연료로 사용되는 코크스에 Mg(OH)2, 혹은 석회소성 공정에서 부산물로 나오는 석회 슬러지를 피복하거나, 석회 슬러지를 상부광 호퍼에 장입하여 황산화물(SOx)개스 및 질소산화물(NOx)개스의 발생을 저감시키는 소결광 제조방법에 관한 것이다.
미립의 철광석을 소결하여 고로에 장입하기에 적당한 크기인 괴상의 소결광을 제조하는 DL식 소결공정에서는 일반적으로 주원료인 미립의 철광석에 석회석, 사분암, 규석 등의 부원료와 코크스 또는 무연탄 등의 연료를 일정비율로 배합하여, 배합된 소결배합원료를 소결기에 장입한다.
즉, 종래 소결조업에서는 도3에 도시되어 있는 바와 같이, 철광석 등의 주원료와 석회석, 규석, 생석회 등의 부원료와 코크스 등의 연료로 이루어진 기본 원/연료(7-1)를 혼합기(7-2) 속에 넣어 혼합하고 조립기(7-3)에서 조립을 행한 후 배합원료 장입호퍼(7)로 장입되는 사전처리 형태를 취하였다.
이와 같이, 배합 및 조립과정을 거쳐 사전 처리된 소결배합원료는 장입호퍼(7)를 통해, 도 1에 도시된 소결대차(3)에 공급된다. 이러한 소결대차(3)는, 도2에 도시된 바와 같이, 무한궤도 상에 연결되어 회전하게 된다. 이 때, 소결대차(3)의 밑부분으로 장입원료가 빠지지 못하도록 괴광석을 장입하는 데 이를 상부광이라 한다.
상부광이 장입된 상태에서, 배합원료 장입호퍼(7)를 통해 소결배합원료를 소결대차(3)에 장입한 후, 점화로(8)에서 점화장치에 의해 소결배합원료의 상부를 착화하고 동시에 하부로 계속 흡인하면 소결배합원료 중의 코크스, 무연탄 등의 연료가 연소하고 화염은 계속적으로 하부로 진행한다. 이 때 철광석과 석회석이 상호반응하여 융액이 생성되며, 이러한 융액이 미분의 철광석들을 서로 결합시킨다.
연소대가 하부까지 진행하여 소결이 완료되면 소결대차(3)에서 소결케이크를 배출하고, 배출된 소결케이크는 고로에 적합한 입도로 파쇄되어 고로에 공급된다.
한편 소결공정이 진행됨에 따라 환경오염 물질인 황산화물(이하, SOx), 질소산화물(이하, NOx) 및 더스트(Dust) 등이 발생하게 되므로 이의 저감을 위한 노력이 계속적으로 시도되고 있다.
먼저, SOx를 저감시키는 방법으로는 상부광을 석회석으로 대치하거나 혹은 기존의 상부광과 석회석을 섞은 혼합물질을 상부광으로 사용하거나 우레아(Urea) 등을 사용하여 SOx의 발생량을 일정하게 하였다. 그러나, 이와 같이 SOx 발생량의 저감을 위해 상부광을 석회석을 대치하는 경우 추가적인 원가부담이 생기는 문제점이 있었다.
한편, NOx 발생량의 저감과 관련하여서는 다음의 몇가지 방법이 있다.
첫째, 소결배합원료에서 연료로 사용되는 무연탄을 저질소 무연탄으로 대체하거나, 석탄을 고온 건류하여 유기질소 화합물이 NOx로의 전환율이 낮은 알루미늄나이트라이드(AlN) 등으로 전환된 코크스를 원료로 사용한다.
그러나, 저질소 무연탄이 지역적으로 편중되어 있어 안정적인 공급이 어려울 뿐만 아니라, 환경오염 물질인 염소계 개스의 발생을 증가시킬 수 있다. 또한 연소시 휘발성 물질의 증발에 의하여 집진기에서의 유분농축 등의 문제를 발생시킬 수 있다.
둘째, 소결배합원료를 예열시키고 착화온도를 상승시켜 코크스의 연소온도를 상승시켰다. 이에 의해, 일산화탄소(CO) 개스의 발생율을 높임으로써, 환원성 분위기를 조성하여 코크스 중의 질소가 NOx로 전환되는 전환율을 억제할 수 있었다. 이와 같은 소결원료의 예열 및 착화온도의 상승은 NOx 발생량을 저감시킬 수는 있지만, 예열에 따른 에너지 비용이 큰 단점이 있다.
셋째, 소결배합원료의 입도를 증대시키면, 소결 중 소결배합원료의 통기성을 개선시켜 코크스의 연소성을 개선시키고 이에 따른 CO/O2의 증가로 연료 중의 질소가 NOx로 전환되는 전환율을 감소시킬 수 있다. 그러나, 이와 같이 소결배합원료의 입도를 증대시킴으로써 NOx 발생량을 저감시키는 방법은 소결배합원료의 주원료인 철광석을 분광대신에 괴광으로 구성하여야 하므로 이에 따른 수입단가가 증가되어 원료비 부담을 가중시키는 문제점이 있다.
넷째, 코크스의 입도증가를 증대시키면 코크스의 연소가 표면에서부터 내부로 진행되어 연소온도가 증가하게 되므로 마치 코크스의 착화온도를 높였을 때와 같은 효과가 나타나 NOx 발생을 억제시킬 수 있었다. 그러나, 코크스의 입도를 증대시켜 NOx 발생량을 줄이려는 방법은 코크스의 적정 입도를 선정하여야 하고 적절한 입도의 코크스를 공급하여야 하는 문제를 수반한다.
다섯째, 밀 스케일(Mill Scale) 등 저급 철산화물을 첨가하여 이로 인한 발열반응에 의해서 코크스의 연소온도가 상승하고 코크스 연소시 CO 발생량을 증대시킨다. 따라서 저급 철산화물 자체의 산화에 의해서 연소공기 중의 산소분압(Potential)이 저하하여 코크스 연소대 부근에서 상대적으로 산화성 분위기가 약해져 연료 중의 질소가 NOx로 쉽게 산화되지 못하는 것을 이용하였다.
그러나, 밀 스케일을 사용하여 NOx를 저감 시키려는 노력은 밀 스케일 중에 포함된 유분에 의하여 전기 집진기의 화재발생 및 성능저하라는 문제점을 가지고 있어 사용하는 데 주의를 요해야 한다.
따라서 본 발명의 목적은 예열 등에 따른 에너지비용을 절감하고, 원료 구입비의 증가없이 소결과정 중 발생되는 NOx 및 SOx를 동시에 저감시킬 수 있는 소결광 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소결광 제조 방법은 소결배합원료의 주원료 및 부원료를 주혼합기에서 혼합하여 혼합원료를 생성하는 단계와, 소결배합원료의 연료를 Mg(OH)2및 석회 소성 슬러지와 함께 미니혼합기에서 혼합하여 혼합연료를 생성하는 단계와, 상기 혼합원료와 혼합연료를 조립기에서 조립하여 소결원료를 생성하는 단계, 소결원료를 소결 대차에서 소결 처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 소결광 제조 방법은 소결배합원료의 주원료 및 부원료를 주혼합기에서 혼합하여 혼합원료를 생성하는 단계와, 소결배합원료의 연료를 Mg(OH)2와 함께 미니혼합기에서 혼합하여 혼합연료를 생성하는 단계와, 상기 혼합원료와 혼합연료를 조립기에서 조립하여 소결원료를 생성하는 단계, 상기 소결원료와 함께 석회 소성 슬러지를 소결 대차에 장입하여 소결 처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
도1은 철광석 소결장치에 있어서 소결배합원료를 적재하는 소결대차를 개략적으로 도시한 사시도.
도2는 일반적인 소결장치의 기본 구조를 도시한 도면.
도3은 종래 실시예에 따라 소결배합원료를 장입호퍼로부터 소결기에 장입하는 과정을 개략적으로 도시한 구성도.
도4는 본 발명의 일실시예에 따라 소결배합원료를 장입호퍼로부터 소결기에 장입하는 과정을 개략적으로 도시한 구성도.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 소결배합원료를 장입호퍼로부터 소결기에 장입하는 과정을 개략적으로 도시한 구성도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 소결대차 측벽부
2 : 화격자
3 : 소결대차
4 : 휠
6 : 상부광 장입호퍼
7 : 배합원료 장입호퍼
7-1 : 원료광 장입호퍼
7-2 : 주혼합기
7-3 : 조립기
8 : 점화로
12 : 굴뚝
석회 소성 슬러지는 석회석 소성로의 배기가스 습식 집진기에서 발생되는 슬러지를 드럼 필터로 처리한 후 발생되는 것으로 대부분의 경우 장기간 매립 처분되어 오고 있다. 이러한 석회 소성 슬러지의 경우 CaO 성분 함량이 51중량%나 함유되어 있으며 입도도 균질한 미세 분말형태의 물질로 재활용시 유효자원으로서 상당한 잇점이 있다.
본 발명에서는 이러한 폐기물의 재활용을 통하여 고로용 소결광의 소결 공정에서 발생하는 SOx 및 NOx의 발생량을 동시에 저감하는 방법을 제공코자 하였다.
반면, 본 발명에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 소결배합원료의 연료로 쓰이는 코크스를, 소결배합원료의 주원료 및 부원료와는 따로 분기하여, Mg(OH)2혹은 석회 소성 슬러지(7-4)와 함께 미니혼합기(7-5)에 장입하여 혼합시킨다. 이때, 코크스의 표면은 Mg(OH)2혹은 석회 소성 슬러지에 의해 자동적으로 피복된다.
이와 같이, 표면이 피복된 코크스는 철광석과 석회석, 규석 및 생석회가 주혼합기(7-2)에서 혼합된 혼합광과 함께 조립기(7-3)로 장입되어 조립되고, 이 후에 소결배합원료 장입호퍼(7)를 통해 소결기로 장입된다.
한편, 도 5를 참조하면, 코크스는 소결배합원료의 주원료인 철광석 및 부원료인 석회석, 규석, 생석회와는 따로 분기하여, Mg(OH)2와 함께(7-4), 미니혼합기(7-5)에 장입되어 혼합되고, 이 때 코크스 표면은 Mg(OH)2에 의해 자동적으로 피복된다.
이와 같이, 표면이 피복된 코크스는 철광석과 석회석, 규석 및 생석회가 주혼합기(7-2)에서 혼합된 혼합광과 함께 조립기(7-3)로 장입되어 조립되고, 이 후에 소결배합원료 장입호퍼(7)를 통해 소결기로 장입된다. 한편, 석회 소성 슬러지는 상부광 장입호퍼(6)를 통해 소결기로 장입된다.
상기된 바와 같이, 코크스의 표면에 Mg(OH)2혹은 석회 소성 슬러지를 피복시킴으로서 표면의 개질을 통한 조립화 증가효과로 인해 통기성 개선 효과를 발생된다. 또한, 코크스 표층부에 공기 중의 산소 공급이 억제되어 산소 분압이 저하되고 이로 인하여 연료 중의 질소(N)가 NOx로 전환되는 전환율이 낮아지므로 결국 NOx 발생량이 저감하게 된다.
또한, Mg(OH)2및 석회 소성 슬러지는 모두 강력한 SOx 흡습 물질로 소결 후반부에 발생되는 SOx를 흡습하여 소결광 중에 잔류하도록 함으로써, 굴뚝으로 배출되는 SOx의 양을 줄일 수 있다. 이때 반응 메카니즘은 다음과 같다.
Mg(OH)2+ SO2+ ½O2-> MgSO4+ H2O
CaO + SO2+ ½O2-> CaSO4
석회 소성 슬러지를 상부광 장입호퍼에 장입하는 경우에는, 소결 후반부에 집중적으로 발생하는 SOx를 보다 효율적으로 줄일 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 따라 상세히 설명한다.
[실시예]
본 실시예에서는 소결광을 대량으로 생산하는 대형 소결기에서 Mg(OH)2혹은 석회 소성 슬러지가 피복된 코크스를 사용하거나, 석회 소성 슬러지를 상부광 장입호퍼에 장입하는 것을 본 발명에 따라서 사용하기 전에 시험용 소형 시험장치를 이용하여 본 발명의 효과를 확인하고자 하였다.
기존의 방법으로 소결 원료 및 연료 모두를 단순 배합하여 사용한 경우와 코크스를 소결 원료로부터 따로 분기하여, Mg(OH)2및 석회 소성 슬러지를 코크스 주위에 피복하여 사용한 경우 및 석회 소성 슬러지를 상부광 장입호퍼에 장입하여 상부광의 윗부분에 사용한 경우, 각각에 있어서, NOx 및 SOx 발생량 등의 영향을 파악하는 것이 본 실험의 목적이다.
우선, 표준이 되는 소결 원료 및 연료의 배합비율을 표1에 나타내고 또한 각각의 경우에 따른 시험 결과를 표2에 나타냈다.
표 1
원료 종류 배합비 (중량%)
철광석 80.94
석회석 15.47
사문암 2.45
규석 0.71
생석회 1.13
표 2
Coke 3.65 중량%
배출 가스 총량 SOx (ppm) NOx (ppm)
기존의 방법 14,512 72,321
코크스주위에 Mg(OH)2및 석회소성슬러지1 중량% 피복 12,936 68,765
코크스주위에 Mg(OH)2및 석회소성슬러지2 중량% 피복 11,349 66,160
코크스주위에 Mg(OH)22 중량% 피복 및 석회소성슬러지 1 중량% 상부광 혼합 장입 11,827 67,945
코크스주위에 Mg(OH)22 중량% 피복 및 석회소성슬러지 2 중량% 상부광 혼합 장입 10,623 67,630
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 기존의 방법에 비해 코크스 주위에 Mg(OH)2및 석회 소성 슬러지를 피복해서 소결 베드 내에 장입하여 소결 조업을 행하는 본 발명의 방법에 따르면, SOx 및 NOx 발생량이 감소한다는 것을 알 수 있다.즉, 혼합연료 중 Mg(OH)2및 석회소성 슬러지의 함유비가 1중량% 내지 2중량%가 함유되도록 하여 코크스의 표면을 피복하므로 SOx 및 NOx 발생량이 감소하였다.혼합연료 중 Mg(OH)2및 석회소성 슬러지의 함유비가 1중량% 미만일 경우, 코크스의 표면을 충분히 피복하지 못하므로 코크스의 표면에 산소공급이 원활하여 NOx의 발생을 억제하기 어렵고, S를 소결광 중에 CaSO4의 형태로 잔류시키기 어려우므로 SOx나 NOx의 발생량을 저감시킬 수 없고, 혼합연료 중 Mg(OH)2및 석회소성 슬러지의 함유비가 2중량%를 초과할 경우, 슬러지의 점성이 증대되고 소결광의 반응성이 지나치게 좋아져 통기성이 악화된다.따라서, 혼합원료 중 Mg(OH)2및 석회소성 슬러지의 함유비는 1중량% 내지 2중량%가 바람직하다고 할 수 있습니다.
NOx 발생량이 감소하는 것은 코크스 표면에 공기중의 산소 공급이 억제됨으로 인한 산소분압 저하로 코크스 중의 N이 NOx로의 전환하는 비율이 감소하였기 때문이다. 또한, SOx 발생량이 저감하는 것은, 앞서 설명한 메카니즘에 의하여, SOx 발생량이 소결광 내의 고정효과에 기인한다.
또한, SOx 및 NOx 발생량의 동시 저감의 효과는 Mg(OH)2및 석회 소성 슬러지 사용량이 증가함에 따라 커짐을 알 수 있다.
한편, 상부광 윗부분에 석회 소성 슬러지를 장입시키는 방법을 사용할 경우 소결 후반부에 집중적으로 발생하는 SOx를 석회 소성 슬러지 중의 CaO 성분에 의한 S 고정효과로 소결광중에 CaSO4형태로 잔류시킴으로 상대적으로 배출되는 SOx 농도가 크게 감소하였다.즉, 석회 소성 슬러지를 1중량% 내지 2중량%를 상부광과 혼합하여 장입할 경우 SOx 및 NOx 발생량을 더욱 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 소결광 제조방법은 매립에 의존하는 석회 소성 슬러지를 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 소결공정 중에 발생되는 NOx 및 SOx의 발생량을 줄여 공해의 발생을 방지하는 효과가 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로, 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 용이하게 인식한다.

Claims (7)

  1. (정정)소결배합원료의 주원료 및 부원료를 주혼합기에서 혼합하여 혼합원료를 생성하는 단계와,
    소결배합원료의 연료인 코크스에 Mg(OH)2및 석회 소성 슬러지가 1 내지 2중량%가 함유되도록 미니혼합기에서 혼합하여 혼합연료를 생성하는 단계와,
    상기 주혼합기에서 생성된 혼합원료와 상기 미니혼합기에서 생성된 혼합연료를 조립기에서 조립하여 소결원료를 생성하는 단계와,
    상기 소결원료를 소결 대차에서 소결 처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 소결광 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. (정정)소결배합원료의 주원료 및 부원료를 주혼합기에서 혼합하여 혼합원료를 생성하는 단계와,
    소결배합원료의 연료인 코크스에 Mg(OH)2가 1 내지 2중량%가 함유되도록 미니혼합기에서 혼합하여 혼합연료를 생성하는 단계와,
    상기 주혼합기에서 생성된 혼합원료와 상기 미니혼합기에서 생성된 혼합연료를 조립기에서 조립하여 소결원료를 생성하는 단계와,
    상기 소결원료와 함께 소성슬러지를 소결 대차에 장입하여 소결 처리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 소결광 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. (정정)제 4 항에 있어서,
    상기 소결대차에 장입되는 석회 소성 슬러지는 함유비가 1 내지 2중량% 인것을 특징으로 하는 소결광 제조 방법.
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