KR100661242B1 - 스테인리스강 제조공정에서 발생한 부산물을 이용한 단광제조장치 - Google Patents

스테인리스강 제조공정에서 발생한 부산물을 이용한 단광제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테인리스강 제조공정에서 발생한 부산물을 단광으로 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 스테인리스강의 제조과정에서 발생한 전기로 더스트와 정련로 더스트를 개별 또는 상호 일정 비율로 불출하여 물 5~25%로 혼합하고 교반하는 교반기와, 상기 교반기에서 물과 혼합된 더스트를 수화숙성하는 숙성기와, 상기 숙성된 더스트에 분체 점결제, 부산물 중 금속 회수가 가능한 물질 및 환원제 등을 배합하는 배합기와, 상기 배합물에 1종 이상의 점결제를 사용하여 혼합하는 점결제 혼합기와, 상기 혼합물을 단광으로 성형하는 성형기를 포함하고, 상기 단광의 강도향상을 위한 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하므로, 스테인리스강 제조공정에 발생한 부산물의 물성 메커니즘을 파악하여 대용량을 신속하고 연속적으로 재 처리하여 한 개의 미분의 먼지도 버리지 않아 친환경적이고, 또한 특정 폐기물을 재활용 자원화함으로 경제적인 이익을 얻게 되는 특유의 효과를 갖는 스테인리스강 제조공정에서 발생한 부산물을 이용한 단광 제조장치를 제공하고자 한다.
숙성기, 더스트, 점결제, 성형기

Description

스테인리스강 제조공정에서 발생한 부산물을 이용한 단광 제조장치{Apparatus for manufacturing briquettes with by-product produced in the stainless steel producing process}
도 1은 종래의 스테인리스강 제조공정에서 발생한 부산물로 단광을 제조하는 공정도;
도 2는 본 발명에 따라서 스테인레스강 제조공정에서 발생한 부산물로 단광을 제조하는 공정도;
도 3은 본 발명에 따른 단광제조장치의 구성도;
도 4는 본 발명에 따른 단광제조장치에 사용되는 숙성기의 일예를 나타내는 도면;
도 5는 본 발명에 따른 단광제조장치에 사용되는 성형기의 일예를 나타내는 도면.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 전기로 더스트
2 : 정련로 더스트
8 : 교반기
10 : 숙성기
15 : 배합기
16 : 점결제
17 : 점결제 혼합기
18 : 압축기
19 : 성형기
본 발명은 스테인리스강 제조공정에서 발생하는 부산물을 이용하여 단광을 제조하는 장치에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 스테인리스강 제조 공정 등에서 발생하는 산업용 폐기물인 집진 더스트(Dust)를 비롯하여 부산물로 발생한 스와프, 산화철 등을 재활용함으로써 환경오염을 방지할 수 있는 스테인리스강 제조공정에서 발생한 부산물을 이용한 단광 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 제철설비의 스테인리스강 제조공정에서 발생하는 더스트는 전기로에서 용해할 때와 정련로에서 취련중에 발생되고, 이러한 더스트는 집진기로 포집하여 수화반응을 거져 펠렛으로 제조되거나 또는 공해상에 버려지기도 한다.
또한, 이러한 각각의 집진더스트는 도 1에 도시한 바와 같은 처리공정을 거쳐 재활용하게 된다.
스테인레스강 제조공정에서 발생된 부산물을 제조하는 단광으로 제조하는 기술과 관련된 선행기술로는 한국 공개특허공보 10-2004-0020471호(스테인레스강 제조공정에서 발생하는 부산물을 이용한 펠렛의 제조방법)이 있다. 이 기술은 스테인레스강 제조공정에서 발생하는 부산물을 재활용하는 도 1의 제조 공정에서 사용하는 더스트를 펠렛제조 방법에 관한 것이다. 이 펠렛제조 방법은 펠렛타이저를 이용하므로 설치구조가 간단하다는 장점에 있어서 유리하나, 펠렛타이저 회전에 의해 알맹이가 구성되므로 압축강도가 떨어져 용해전기로에서 환원률이 떨어진다. 또한, 연속작업이 아닌 배치(Batch) 작업으로 이루어지므로 소용량 펠렛 제조에 국한되며 제철설비에서와 같이 대용량에서는 부적합하다.
또한, CaO 함유량이 상대적으로 많은 중더스트의 경우 완전한 숙성을 위하여 펠렛타이저 내에서 물을 뿌려 작업이 이루어지고 있으나, 하기 식 1과 같은 수화반응으로 높은 열이 발생한다는 문제점이 있다:
[반응식1]
CaO + H2O → Ca(OH)2 = 15.2 kcal/mol.
즉, 상기 펠렛타이저 내에의 수화반응으로 고열이 발생하여 펠렛타이저 하우징의 변형과 회전 날개의 휘어짐이 자주 발생하는 문제점이 있다.
또한 완성된 펠렛의 크기는 구형이며, 직경이 10mm이하인 작은 구슬만하고 압축강도도 40kg 이하가 되며, 단광의 사이즈는 모서리가 둥근 직사각형 형태로 길이가 100mm 가량되며 단중은 140~180g 정도이다. 그러므로 스테인리스강 제조과정 에서 발생된 여러 부산물을 결정화시키기에는 펠렛 제조기에서는 제한된다는 문제도 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 스테인리스강 제조공정에서 발생된 부산물 내의 물성 메커니즘을 파악하고 이를 이용해서 상기 부산물을 단광으로 제조함으로써, 용해 전기로에서 금속성분을 선별 회수하여 전기로의 원자재인 스크랩 사용량을 절감하고, 금속 성분 이외의 물질은 슬래그 회수설비에서 원료로 사용하여 전량 재활용할 수 있으므로, 친환경적이면서 생산적인 스테인리스강 제조공정에서 발생한 부산물을 이용한 단광제조장치를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 스테인리스강 제강공정에서 발생한 더스트를 단광으로 제조하는 장치는 상기 더스트를 물과 혼합하고 교반하는 교반기와; 상기 교반기에서 교반처리된 더스트가 수화반응하고 숙성되는 숙성기와; 상기 숙성기에서 숙성된 더스트를 점결제와 함께 배합하는 배합기와; 상기 배합처리된 더스트를 단광으로 성형하는 성형기로 이루어진 것을 특징으로 한다.
즉, 단광제조장치는 스테인리스강 제강에서 발생한 전기로 더스트와 정련로 더스트를 개별적으로 또는 일시에 일정 비율로 불출하여 물 5~25wt%와 함께 혼합하 고 교반하는 교반기와; 상기 물과 혼합된 더스트를 수화숙성하는 숙성기와; 상기 숙성된 더스트에 분체 점결제, 금속 회수가 가능한 물질 및 환원제 등을 배합하는 배합기와; 상기 배합물에 1종 이상의 점결제를 사용하여 혼합하는 점결제 혼합기와; 상기 혼합물질의 단광 강도향상을 위해 압축하는 압축기와; 상기 압축물질을 단광으로 성형하는 성형기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 스테인리스강의 제조공정에서 발생한 전기로 더스트(1), 정련로 더스트(2), 중더스트(3)의 CaO 함유량이 각각 다르므로, 이들을 일정비율로 혼합하여 추정되는 혼합 비율에 비례하는 양의 물을 물저장기(9)로부터 첨가하여 교반기(8)에서 혼합하고 교반하고, 숙성기(10)에서 수화반응시키고, 점결제와 배합시키고 혼합시킨 후, 압축기(18)와 성형기(19)를 통해서 단광제품으로 제조한다는 점에 주목하여 완성된 것이다.
또한, 부가적으로 스테인리스강에서 발생된 슬래그를 제외한 모든 부산물을 본 발명의 단광 조성에 첨가하여 단광품질을 향상시키고 또는 금속물질을 회수하고, 필요시 환원제(14)를 첨가하여 제조된 단광을 후공정에서 용해할 때 산화된 금속의 환원을 촉매한다.
아래 표 1은 스테인리스강 제강공정에서 발생한 더스트의 화학 성분을 나타나 있다.
[표 1] %는 wt%이다.
항목 T-Fe C SiO2 AL203 P205 S Mo CaO MgO CL Zn
단위 % % % % % % % % % % 　
전기로 더스트 3.79 0.33 7.04 0.64 0.071 0.134 0.08 4.38 1.29 1.095 5.02
정련로 더스트 19.67 0.44 6.32 0.26 0.073 0.098 0.08 23.84 6.72 0.127 0.51
중더스트 20.02 0.67 20.38 0.72 0.066 0.057 0.07 51.68 5.88 0.017 0.01
평균 14.49 0.48 11.25 0.54 0.07 0.10 0.08 26.63 4.63 0.41 1.85
상기 표 1에서와 같이 CaO 함량에 있어서 정련로 더스트(2)는 전기로 더스트(1)보다 높으나 중더스트(3)보다 낮음을 알 수 있다. 또한, 중더스트는 전기로 더스트보다 훨씬 많이 함유하고 있음을 알 수 있다. 전기로 더스트는 정상적으로 단광의 성형체로 제조될 수 있으나 정련로 더스트 및 중더스트로부터 성형된 성형체는 활발한 반응으로 인한 부피 팽창으로 부서지게 된다.
따라서 각 더스트 별로 이러한 더스트의 물질 특성을 고려하여 이들을 일정비율로 섞고 이에 비례하는 물을 물저장기(9)로부터 공급함으로써 안정된 수화반응을 얻어 성형 후 분화를 막고 압축강도를 높일 수 있으며, 또한 품질 편차를 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 단광제조장치의 작동은 도 2와 도 3를 통해 상세히 설명된다.
도 2는 본 발명에 따른 스테인리스강 제조공정에서 발생한 부산물을 이용한 단광제조장치를 도시한 공정도로서, 도시한 바와 같이, 스테인리스강 전기로 아크작업에서 얻어지는 전기로 더스트(1), 정련로 취련중에 집진기에서 얻어지는 정련로 더스트(2), 상기 정련로 취련중에 사이크론에서 얻어진 더스트 및 원료 이송라 인에서 얻어지는 중더스트(3)를 트럭과 같은 수송설비를 이용하여 작업장으로 이송하여 각기 다른 호퍼에 저장한다.
이렇게 얻어진 더스트는 개별적으로 또는 상호 일정비율로 배출하여 컨베이어 벨트(7)를 통해서 교반기(8)에 공급하고 이와 동시에 물저장기(9)에서 물을 공급하여 이들을 혼합하고 교반시킨다. 한편, 더스트들은 각각 개별적으로 물저장기(9)에서 공급되는 물과 혼합되고 교반처리될 수도 있다.
더스트를 각각 개별적으로 교반처리하는 경우는 하기에 설명된다.
먼저, 전기로 더스트(1)는 교반기(8)에서 물과 혼합되고 교반된다. 이 후에 숙성기(10)에서 수화반응을 통해서 숙성된다. 전기로 더스트(1)에 있어서 CaO 함유량은 표 1에 예시된 바와 같이 대략 4~5wt% 이다. CaO 성분이 너무 낮아 수화 반응이 적게 나오므로 물의 첨가량을 낮추어 작업이 이루어져야 한다. 즉, 물이 과량으로 투입되면 일명 전기로 더스트(1)가 "떡"이 되는 현상으로 후속 공정에서 원료의 이송장애 및 고착현상이 발생된다. 그러므로, 작업자는 물의 첨가량에 있어서 특히 주의를 기울어야 한다.
아래 표 2를 참조하면, 전기로 더스트(1)에 있어서 물은 5~10wt% 정도로 첨가되는 것이 바람직하다.
[표 2]
항목 전기로 더스트 시멘트 스와프+산화철 (1:1비율) 점결제 물 투입량 압축강도 비교
단위 Ton/hr % % % % 　kgf 상태
비교예1 10.00 6.00 20.00 12.00 2.50 32.00 분화
발명예1 10.00 6.00 20.00 12.00 5.00 85.00 양호
발명예2 10.00 6.00 20.00 12.00 7.50 105.00 양호
발명예3 10.00 6.00 20.00 12.00 10.00 75.00 양호
비교예2 10.00 6.00 20.00 12.00 12.50 45.00 고착(장애)
비교예3 10.00 6.00 20.00 12.00 15.00 38.00 고착(장애)
비교예4 10.00 6.00 20.00 12.00 20.00 - 작업불가 ('떡' 현상)
두번째, 정련로 더스트 또한 개별 작업에 바람직하지 않으나 작업은 가능하다. 이때는 작업자의 각별한 관심과 변화에 대한 빠른 대응을 필요로 한다. 즉, 정련로 더스트에 있어서, CaO의 함유량는 대략 25wt%이며, 이는 하기 표 3의 실험 결과를 참조하면 개별작업에 필요로 하는 물의 첨가량은 10~25wt%가 바람직하다는 것을 알 수 있다.
[표 3]
정련로 더스트 시멘트 스와프+산화철 (1:1비율) 점결제 물 투입량 압축강도 비교
단위 Ton/hr % % % % kgf 상태
비교예5 10.00 6.00 20.00 12.00 2.50 - 작업불가
비교예6 10.00 6.00 20.00 12.00 5.00 23.00 분화
비교예7 10.00 6.00 20.00 12.00 7.50 41.00 분화
발명예4 10.00 6.00 20.00 12.00 10.00 65.00 양호
발명예5 10.00 6.00 20.00 12.00 12.50 67.00 양호
발명예6 10.00 6.00 20.00 12.00 15.00 75.00 양호
발명예7 10.00 6.00 20.00 12.00 17.50 74.00 양호
발명예8 10.00 6.00 20.00 12.00 20.00 73.00 양호
발명예9 10.00 6.00 20.00 12.00 25.00 56.00 양호
비교예8 10.00 6.00 20.00 12.00 30.00 37.00 고착(장애)
비교예9 10.00 6.00 20.00 12.00 35.00 - 작업불가
마지막으로, 중더스트의 개별 작업을 보면 중더스트의 CaO 함유량는 대략 50~60wt% 정도이다. 이는 하기 표 4의 실험결과를 참조하면, 물에 대한 어떠한 투입 조건에서도 작업이 불가능함을 알 수 있다..
[표 4]
항목 중더스트 시멘트 스와프+산화철 (1:1비율) 점결제 물투입 압축 강도 비교
단위 Ton/hr % % % % kgf 상태
비교예10 10.00 6.00 20.00 12.00 5.00 - 작업불가
비교예11 10.00 6.00 20.00 12.00 7.50 - 작업불가
비교예12 10.00 6.00 20.00 12.00 10.00 5.00 분화
비교예13 10.00 6.00 20.00 12.00 12.50 7.00 분화
비교예14 10.00 6.00 20.00 12.00 15.00 9.00 분화
비교예15 10.00 6.00 20.00 12.00 17.50 8.00 분화
비교예16 10.00 6.00 20.00 12.00 20.00 13.00 분화
비교예17 10.00 6.00 20.00 12.00 25.00 17.00 분화
비교예18 10.00 6.00 20.00 12.00 30.00 - 설비장애
비교예19 10.00 6.00 20.00 12.00 35.00 - 고착(장애)
비교예20 10.00 6.00 20.00 12.00 40.00 - 작업불가 ('떡'현상)
상기 실험결과에서와 같이 더스트는 종류에 따라서 개별 작업이 가능한 경우도 있지만 분화 및 고착의 문제 등도 수반하여 작업자의 세밀한 관찰을 필요로 하게 되므로 바람직하지 못함을 알 수 있다.
이하, 더스트를 상호 일정비율로 배출하여 혼합하는 경우를 설명한다.
일반적인 스테인리스강 제강공장에서 더스트 발생량은 전기로 더스트와 정련 로 더스트는 거의 같은 비율로 발생된다. 그러나, 중더스크는 상대적으로 적게 발생한다. 따라서, 전기로 더스트와 정련로 더스트는 약 1:1의 비율로 혼합하고 중더스트는 필요시에만 추가하는 것이 바람직하다.
전기로 더스트와 정련로 더스트가 1:1의 비율로 배출되어 혼합되는 경우를 설명한다.
아래 표 5를 참조하면, 전기로 더스트와 정련로 더스트가 1:1의 비율로 배출될 때, 물의 첨가량은 10~20wt% 정도 적당하다. 이때, CaO 함유량은 대략 15wt% 정도 포함된다.
[표 5]
항목 전기로 더스트 정련로 더스트 시멘트 스와프+산화철 (1:1비율) 점결제 물 압축강도 비교
단위 Ton/hr Ton/hr % % % % kgf 상태
비교예21 5.00 5.00 6.00 20.00 12.00 2.50 - 작업불가
비교예22 5.00 5.00 6.00 20.00 12.00 5.00 32.00 분화
비교예23 5.00 5.00 6.00 20.00 12.00 7.50 35.00 분화
발명예10 5.00 5.00 6.00 20.00 12.00 10.00 66.00 양호
발명예11 5.00 5.00 6.00 20.00 12.00 12.50 65.00 양호
발명예12 5.00 5.00 6.00 20.00 12.00 15.00 93.00 양호
발명예13 5.00 5.00 6.00 20.00 12.00 17.50 102.00 양호
발명예14 5.00 5.00 6.00 20.00 12.00 20.00 86.00 양호
비교예24 5.00 5.00 6.00 20.00 12.00 22.50 42.00 불량
비교예25 5.00 5.00 6.00 20.00 12.00 25.00 39.00 고착장애
비교예26 5.00 5.00 6.00 20.00 12.00 30.00 - 작업불가
필요에 따라서 중더스크를 첨가하는 경우에, 전기로 더스트, 정련로 더스트 및 중더스트를 1:1:0.5의 비율로 배출하여 작업한다.
하기 표 6은 전기로 더스트와 정련로 더스트 및 중더스트를 1:1:0.5의 비율로 배출하였을 때, 물의 첨가량은 15%~25wt% 정도이고, 이 경우 CaO 함유량은 대략 18wt%가 된다는 것을 알 수 있다.
[표 6]
항목 전기로 더스트 정련로 더스트 중 더스트 시멘트 스와프+ 산화철 (1:1) 점결제 물 압축 강도 비교
단위 Ton/hr Ton/hr Ton/hr % % % % kgf 상태
비교예27 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 12.00 5.00 - 작업불가
비교예28 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 12.00 7.50 28.00 숙성불량
비교예29 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 12.00 10.00 38.00 분화
발명예15 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 12.00 12.50 46.00 불량
발명예16 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 12.00 15.00 65.00 양호
발명예17 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 12.00 17.50 92.00 양호
발명예18 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 12.00 20.00 89.00 양호
발명예19 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 12.00 22.50 76.00 양호
비교예30 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 12.00 25.00 56.00 양호
비교예31 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 12.00 30.00 39.00 불량
비교예32 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 12.00 35.00 - 작업불가
도 2와 도 3을 다시 참조하면, 전기로 더스트(1), 정련로 더스트(2) 및 중더스트(3)는 개별적인 저장호퍼에서 로터리 밸브와 같은 불출장치를 통해서 소정 비율로 배출된다. 불출되는 더스트는 컨베이어 벨트(7)를 통해서 이송되어 회전날개(미도시)가 내장되어 있는 교반기(8)에 장입된다. 또한, 교반기(8)에서는 물저장조(9)로부터 공급되는 물과 함께 더스트가 혼합되고 교반처리된다. 물은 물저장조(9)로부터 분사노즐(52)을 통해서 교반기(8)에 공급된다. 이때, 공급되는 물의 온도는 수화반응의 촉진을 위하여 뜨거운 상태인 것이 바람직하다. 하지만 상온 또 는 그 이하의 물이라도 수화반응이 지연될 뿐 사용이 가능하다.
물과 교반된 더스트는 교반기(8)에서 숙성기(10)로 배출된 후에 수화반응을 통해서 숙성된다. 한편, 도 4는 한국특허 공개번호 제2000-0013357호(발명의 명칭: 단광제조를 위한 생석회 함유 더스트의 숙성장치)에 개시되어 있는 숙성기를 나타내는 도면이고, 이는 본 발명에 따른 숙성기(10)에 사용될 수 있다. 상기 특허문헌은 본원 발명의 참조문헌으로 합체된다.
한편, 본 발명에 따르면 숙성기(10)는 숙성효과를 향상시키기 위하여 상부 숙성기(10-a)와, 하부 숙성기(10-b)로 구성될 수 있고, 이들 중에서 적어도 하나에는 수증기 제거장치(11)가 제공된다. 수증기 제거장치(11)는 적어도 하나의 숙성기, 예를 들어 상부 숙성기(10-a)의 배출구에 유체소통이 가능하게 연결되어 상부 숙성기(10-a)에서 수화반응에 의해서 발생되는 수증기는 배출구를 통해서 수증기 제거장치(11)를 경유하여 외부로 배출된다. 이러한 수증기 제거장치(11)의 일예로서 집진기가 사용될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 수증기 제거장치(11)는 숙성기에서 생성되는 수증기를 제거할 수만 있다면 어떠한 장치라도 사용가능하다.
예를 들어, 숙성기(10) 내에서 화학적 수화반응의 결과 발생하는 고열에 의한 수증기가 많이 생긴다. 이때, 종래의 숙성기는 외함이 밀폐되어 있으므로 배출되지 못하여 수증기가 다시 더스트에 함유되며, 그 결과 수화반응하에서 수분 과다로 더스트에는 일명 떡이 되는 현상이 나타나 추후 진행이 불가능해진다.
그러므로, 이를 해결하기 위한 수단으로 숙성기 상단 일축에 배출구를 가공 하고, 이러한 배출구에 집진기(11)를 연결한다. 집진기(11)는 숙성기(10) 내부의 온도에 따라 댐퍼제어로 집진 풍량 변화가 가능하도록 한다.
결과적으로, 숙성기(10) 내에서 수화반응이 완료된 더스트에 함유되어 있는 수분의 함유량은 5~10wt% 정도가 바람직하다.
일반적으로 숙성기(10) 내에서 수화숙성이 완료되지만, 조업 생산 증대를 위해 많은 량의 더스트를 처리하고자 하는 경우에는 숙성기(10)에서 수화반응 및 숙성이 완료되지 않으므로 미진한 숙성부분을 용기에 저장하거나 야적한다. 이를 위해서 숙성기(10), 예를 들어 하부 숙성기(10-b)의 배출단에는 2개 이상의 호퍼(12)가 제공된다. 하부 숙성기(10-b)의 배출단에서 숙성이 완료되지 않은 더스트는 제1호퍼(12-a)에 저장되는 반면에 숙성이 완료된 더스트는 제2호퍼(12-b)에 저장된다. 그러나, 호퍼(12)는 단지 1대만 설치될 수도 있다.
숙성기(10) 및/또는 호퍼(12)에서 숙성이 완료되면, 생석회는 소석회로 변화되었으며, 이는 1종 이상의 다른 물질과 배합하여도 폭발 등의 문제가 발생하지 않게 된다. 따라서, 숙성완료된 더스트는 점결제와 혼합하여 후속공정, 예를 들어 성형롤을 이용하는 공정에서 최종산물인 단광으로 제조될 수 있다.
그러나, 최종산물인 단광의 강도향상과 다른 부산물에 대한 금속물질의 회수 및 환원을 위해 숙성된 더스트에 첨가제를 추가하는 것이 바람직하다.
이러한 첨가제로서, 최종적으로 제조되는 단광의 강도를 향상하기 위하여 시멘트(13)와 같은 분체를 사용하고, 금속물질의 회수를 위하여 스테인리스강 제조공정 중 발생하는 부산물인 열연 산화철(4), 소둔 스와프(5) 및 자선 지금(6)으로 이 루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 성분을 사용하며, 환원을 위하여 환원제(14)를 사용한다.
열연 산화철(4)은 스테인리스강 열연공정에서 발생하는 부산물로서 다른 용도로 활용되지 못하고 단지 산화철 내에 함유되어 있는 금속물질을 회수하기 위하여 사용된다. 즉, 열연 산화철(4)은 최종산물인 단광의 강도에는 영향이 미치지 않는다. 하기 표 7에는 열연 산화철(4)의 성분이 나타나 있다.
[표 7]
항목 T-Fe C SiO2 Al203 P205 S Mo CaO MgO Cl Zn
산화철 53.94 0.21 1.73 0.36 0.098 0.539 0.73 0.54 0.01 0.106 0.01
소둔 스와프(5)는 스테인리스강 소둔산세 공정에서 발생하는 부산물로서 그 형태는 가늘고 길다란 섬유질 솜처럼 뭉쳐져 있으며, 오일(Oil)이 함유되어 있다. 하기 표 8에는 소둔 스와프(5)의 성분을 나타낸다.
[표 8]
항목 T-Fe Cr Ni Mn Oil
단위 % % % % %
시료 1 63.70 15.61 6.51 0.91 11.56
시료 2 65.10 14.99 5.76 0.78 12.10
시료 3 64.55 15.38 3.78 0.46 11.90
시료 4 65.80 16.12 6.00 0.59 13.28
평균 64.79 15.53 5.51 0.69 12.21
숙성완료된 더스트에 소둔 스와프(5)를 첨가하면, 소둔 스와프(5)에 함유되어 있는 오일(Oil) 성분은 점결제 역할을 하고 또한 가늘고 긴 형태의 스와프는 더스트 입자를 뭉쳐 점결제 역할을 한다. 이러한 소둔 스와프의 특성은 고가의 점결 제 사용량을 줄일 수 있는 효과를 갖는다. 하지만, 소둔 스와프의 더스트에 대한 사용량에 20% 이상이 되면 역효과가 나타난다. 따라서, 소둔 스와프의 사용량은 20% 미만으로 제한한다. 하기 표 9는 소둔 스와프의 첨가량에 따른 최종산물인 단광의 강도를 나타낸다.
[표 9]
항목 전기로 더스트 정련로 더스트 시멘트 산화철 점결제 물 스와프 압축 강도 비교
단위 Ton/hr Ton/hr % % % % % kgf 상태
비교예33 5.00 5.00 6.00 10.00 12.00 2.50 5.00 79.00 양호
발명예20 5.00 5.00 6.00 10.00 12.00 5.00 10.00 85.00 양호
발명예21 5.00 5.00 6.00 10.00 12.00 7.50 15.00 105.00 양호
발명예22 5.00 5.00 6.00 10.00 12.00 10.00 20.00 75.00 양호
비교예34 5.00 5.00 6.00 10.00 12.00 12.50 25.00 45.00 부서짐
비교예35 5.00 5.00 6.00 10.00 12.00 15.00 30.00 38.00 부서짐
비교예36 5.00 5.00 6.00 10.00 12.00 20.00 35.00 - 작업불가
한편, 스테인리스강의 제조공정에서 발생하는 대부분의 부산물은 산소를 포함하고 있는 산화물의 형태로 얻어진다. 따라서, 순수한 금속을 얻기 위하여 이들을 환원시킬 수 있도록 환원제(14)를 첨가한다.
즉, 숙성완료된 더스트에 환원제(14)를 첨가하면, 후속공정에서 숙성완료된 더스트에 함유되어 있는 산화물 형태의 부산물을 환원시켜 양질의 금속물질을 얻을 수 있다. 또한, 환원공정에서 환원제는 촉매 역할을 수행하여 환원반응을 더욱 빠르게 진행시키므로 환원원가를 줄일 수 있다.
산화물 형태의 부산물을 환원시키기 위한 환원제는 일반적으로 코크스(C), 규소(Si), 알루미늄(Al) 등이 사용된다. 환원제의 종류에 따른 환원반응은 하기와 같다.
1) 코크스
Cr2O3 ＋ 3C  =  2Cr ＋ 3CO;
NiO ＋ C  =  Ni ＋ CO;
MnO ＋ C  =  Mn ＋ CO;
FeO ＋ C = Fe ＋ CO.
2) 규소
2Cr2O3 ＋ 3Si  =  4Cr ＋ 3SiO2
2NiO ＋ Si  =  2Ni ＋ SiO2
2MnO ＋ Si  =  2Mn ＋ SiO2
2FeO ＋ Si  =  2Fe ＋ SiO2
3) 알루미늄
Cr2O3 ＋ 2Al  =  2Cr ＋ Al2O3
3NiO ＋ 2Al  =  3Ni ＋ Al2O3
3MnO ＋ 2Al  =  3Mn ＋ Al2O3
3FeO ＋ 2Al  =  3Fe ＋ Al2O3
상술된 바와 같이, 호퍼(12-a, 12-b)에서 숙성완료된 더스트는 열연 산화철(4), 소둔 스와프(5) 및 자선 지금(6)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 성분과, 분체형 시멘트(13)와, 환원제(14)와 함께 배합기(15)를 경유하여 배합된 형태로 점결제 혼합기(17)에 공급된다. 이때, 점결제 혼합기(17)에는 점결제(16)가 추가로 공급될 수 있다.
점결제 혼합기(17)에는 점결제(16)로서 상술된 분체 형태의 시멘트(13) 등이 사용될 수 있지만 최종산물인 단광의 강도향상을 위해서는 액체 형태의 점결제도 필요하다. 예를 들어, 액체 점결제에 당밀을 사용하고 또한 당밀을 대체하는 점결제의 사용도 가능하다. 당밀은 사탕수수 제조공정에서 발생한 부산물로 단지 각 물질간의 접착제 역할로 사용되므로 단광의 압축강도를 향상시킨다. 하기 표 10은 점결제(16)의 첨가량에 따른 단광의 압축강도를 나타낸다.
[표 10]
항목 전기로 더스트 정련로 더스트 중 더스트 시멘트 스와프 +산화철 (1:1) 지체 시간 물 점결제 압축 강도 비교
단위 Ton/hr Ton/hr Ton/hr % % Hr % % kgf 상태
비교예34 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 8.00 20.00 2.00 25.00 불량
비교예35 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 8.00 20.00 4.00 31.00 불량
비교예36 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 8.00 20.00 6.00 33.00 불량
비교예37 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 8.00 20.00 8.00 35.00 불량
비교예29 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 8.00 20.00 10.00 87.00 양호
비교예30 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 8.00 20.00 12.00 96.00 양호
비교예38 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 8.00 20.00 14.00 79.00 양호
비교예39 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 8.00 20.00 16.00 89.00 양호
비교예40 4.00 4.00 2.00 6.00 20.00 8.00 20.00 18.00 101.0 양호
상기 표 10에 나타난 바와 같이, 점결제가 10% 미만이면 최종산물인 단광은 압축강도가 떨어져서 불량으로 나오고, 10% 이상이 되면 압축강도가 양호하게 나타난다. 따라서, 점결제의 첨가량은 10%~14% 정도를 기준으로 하여 고가의 점결제의 불필요한 낭비를 방지한다.
점결제 혼합기(17)로서 일반적인 믹서(Mixer)가 사용될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 혼합이 가능한 어떠한 기계장치도 가능하다.
이렇게 점결제와 혼합된 물질의 최종산물인 단광의 압축강도 향상을 위해 부피밀도를 최소화시킬 수 있도록 압축기(18)가 사용될 수 있다.
일반적으로, 압축기(18)로서 스크류(Screw) 장치가 사용될 수 있지만 이에 한정되지 않고 물질의 부피를 줄일 수 있는 장치면 가능한다. 그러나, 단광에 있어서 고압축 강도가 필요하지 않는다면, 압축기(18)에 의한 압축 공정은 생략될 수도 있다.
상술된 바와 같이, 압축기(18)에서 압축된 물질 또는 점결제 혼합기에서 혼합된 물질은 성형기(19)로 투입되어 소정 형상의 단광으로 성형된다. 도 5는 한국특허 공개번호 제2000-0013972호(단광 성형기 제어장치 및 방법)에 개시되어 있는 성형기를 나타내는 도면이고, 이는 본 발명에 따른 압축기(18)에 사용될 수 있다. 상기 특허문헌은 본원 발명의 참조문헌으로서 합체된다.
성형기(19)에서 배출된 단광은 저장소(미도시)로 이동하여 상온 또는 가열 상태에서 8시간 이상 저장 건조됨으로써 압축강도가 더욱 향상되어 후속공정에서 효과적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 스테인리스강 제조공정에서 발생한 부산물을 사용하여 단광을 제조함으로써 대용량의 더스트를 신속하고 연속적으로 재처리할 수 있고, 또한 특정 폐기물을 재활용 자원화함으로 경제적인 이익을 얻게 되는 특유의 효과가 있다.
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 인식하여야 한다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 스테인리스강 제강공정에서 발생한 전기로 더스트, 정련로 더스트 및 중더스트로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나의 더스트를 단광으로 제조하는 장치에 있어서,
    상기 더스트를 물과 혼합하고 교반하는 교반기와;
    상기 교반기에서 교반처리된 더스트가 수화반응하고 숙성되는 숙성기와;
    상기 숙성기에서 숙성된 더스트를 점결제와 함께 배합하는 배합기와;
    상기 배합처리된 더스트를 단광으로 성형하는 성형기와;
    상기 배합기에 열연산화철, 소둔 스와프, 자선 지금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나의 금속산화물을 공급하기 위한 산화물 저장호퍼와;
    상기 배합기에 환원제를 공급하기 위한 환원제 저장호퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단광제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 점결제와 배합되거나 혼합된 더스트를 단광으로 성형하기 전에 압축하기 위한 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단광제조장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 숙성기에는 수화반응에서 발생하는 수증기를 배출하기 위한 배출구가 제공되고, 상기 배출구와 유체소통이 가능하게 연결되는 수증기 제거장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단광제조장치.
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