KR100786466B1

KR100786466B1 - 제철 부산물의 조립물 구조설계에 의한 황산화물 및산화질소를 저감하는 미니펠릿의 제조방법

Info

Publication number: KR100786466B1
Application number: KR20010080615A
Authority: KR
Inventors: 손창일; 방영호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2007-12-17
Also published as: KR20030050215A

Abstract

본 발명은 제철공정에서 발생하는 각종 더스트등의 부산물을 소결광 제조에 재활용하기 위해 미니펠릿으로 제조시 입자의 구조를 설계하여 소결도중 SOx 및 NO의 발생량을 저감하는 미니펠릿의 제조방법에 있어서,

상기 미니펠릿의 입자구조는 금속 Fe 함량이 높은 밀스케일(Mill Scale)과 생석회를 혼합하여 외장하고, 고로 D/C 더스트 및 소결 R-EP 더스트는 생석회와 혼합하여 내장한 이중구조로 조립하며; 또한 C 함량이 높은 고로 D/C 더스트와 생석회를 혼합하여 외장하고, 밀스케일, 소결 R-EP 더스트 및 생석회를 혼합하여 내장한 이중구조로 조립하는 것을 특징으로 하는 제철 부산물의 조립물 구조설계에 의한 SOx 및 NO를 저감하는 미니펠릿의 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 고로 D/C 더스트의 중량비는 30∼35%, 상기 밀스케일의 중량비는 9∼10%, 소결 R-EP 더스트의 중량비는 50∼55%, 상기 생석회의 중량비는 2-4% 의 범위로 각각 혼합, 외장 또는 내장하여 조립하는 것을 특징으로 한다.

미니펠릿, 더스트, 이중구조, 황산화물, 소결원료

Description

제철 부산물의 조립물 구조설계에 의한 황산화물 및 산화질소를 저감하는 미니펠릿의 제조방법{Mini-pellet manufacturing for reduced sulfur oxide and nitrogen oxide}

도 1은 각종 더스트를 이용한 미니펠릿의 입자구조를 나타낸 모식도.

도 2는 본 발명의 실험을 위한 소결 모사시험장치의 구조를 나타낸 개략도.

본 발명은 일관제철공정에서 발생하는 여러가지 부산물을 소결광 제조공정에 재활용함에 있어서 소결시 발생하는 환경오염물질인 SOx 및 NO를 저감하는 미니펠릿의 제조방법에 관한 것으로, 특히 부산물을 미니펠릿(Mini-Pellet)으로 제조하되 그 구조설계를 통해 소결중 SOx 및 NO를 저감하는 미니펠릿의 제조방법에 관한 것이다.

일관제철공정에서는 각 단위 공정마다 여러가지 종류의 건 더스트 및 습 더 스트(슬러지)가 발생한다. 최근 들어 환경오염물질에 대한 규제가 강화되어 각종 더스트류를 집진하기 위한 설비의 확충이 대폭적으로 이루어지고, 따라서 집진 효율이 증가함에 따라서 그 발생되는 더스트류의 양도 크게 증가하는 추세에 있다.

이와 같이 발생된 더스트류는 대체로 입도가 1mm 이하의 극미분이며, 유해성분(Zn, S, Alkali 등)을 다량 함유하고 있으며, 특히 건 더스트의 경우는 운반시 먼지 비산으로 인한 2차 환경오염을 일으키며, 습 더스트의 경우는 수분이 많기 때문에 운반등의 취급상에 많은 문제가 있다.

그러나 이들 더스트류에는 철 및 탄소와 같은 유용한 성분이 함유되어 있어 철은 회수할 필요가 있으며, 탄소 및 저가의 철 산화물(금속Fe, FeO, Fe3O4)은 연소시 발열하므로 열원으로서의 기여가 기대된다.

상기한 바와 같이 이들 더스트류는 S를 비롯한 유해원소를 다량 함유하고 있는데, 그 중에서 환경 오염물질인 SOx 및 NO를 소결 도중에 저감하는 것이 무엇보다도 중요하다.

SOx 및 NO를 저감하는 방법으로 첫째 소결공정에서 발생된 SOx 및 NO를 배가스 청정 설비와 같이 설비를 이용하여 포집하는 방법이 있는데 이는 상당한 투자비 및 유지비가 요구된다..

또한, 비교적 산화도가 낮은 철 산화물인 금속Fe, FeO 및 Fe₃O₄와 같은 저급 철 산화물을 소결배합원료로 사용하는 방법인데, 이는 산화도가 낮은 철 산화물의 산화시 발생하는 열을 이용하여 소결광 제조에 필요한 열원인 코크스, 무연탄 등의 고체 연료를 대체하여 사용한다. 소결공정에서 일반적으로 사용하는 고체 연료중에는 S 및 N가 많이 함유되어 있고 소결 도중에 발생하는 NO 가스의 대부분은 연료에 기인하는 것으로 보고되고 있다.

이러한 방법은 단순히 산화도가 낮은 철산화물의 산화시 발생하는 열원을 이용하여 고체 연료의 사용량을 줄여 SOx 및 NO를 저감하는 것이다.

또한 본 발명자들이 개발한 대한민국 공개특허공보 특2001-47478호의 경우 철광석을 외장하여 SOx의 발생량을 저감하는 기술인데, 이는 고가의 철광석을 외장원료로 사용하기 때문에 각종 더스트등의 잡원료를 재활용하는 것보다는 경제적으로 불리할 뿐만 아니라 NO를 저감하는 문제에는 도달하지 못하였다.

제철공정에서 발생하는 각종 더스트등의 부산물을 소결광 제조에 재활용하기 위해 미니펠릿으로 제조시 입자의 구조를 설계하여 소결도중 SOx 및 NO의 발생량을 저감하는 미니펠릿의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제철공정에서 발생하는 각종 더스트등의 부산물을 소결광 제조에 재활용하기 위해 미니펠릿으로 제조시 입자의 구조를 설계하여 소결도중 SOx 및 NO의 발생량을 저감하는 미니펠릿의 제조방법에 있어서,

상기 미니펠릿의 입자구조는 금속 Fe 함량이 높은 밀스케일과 생석회를 혼합 하여 외장하고, 고로 D/C 더스트 및 소결 R-EP 더스트는 생석회와 혼합하여 내장한 이중구조로 조립하며; 또한 C 함량이 높은 고로 D/C 더스트와 생석회를 혼합하여 외장하고, 밀스케일, 소결 R-EP 더스트 및 생석회를 혼합하여 내장한 이중구조로 조립하는 것을 특징으로 하는 제철 부산물의 조립물 구조설계에 의한 SOx 및 NO를 저감하는 미니펠릿의 제조방법.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 제철공정에서 발생하는 각종 더스트등의 부산물을 소결광 제조공정에서 재활용하기 위해 산화도가 낮은 철 산화물을 다량함유하고 있는 밀스케일(Mill Scale), C 성분이 많은 고로 더스트 캐쳐(D/C) 더스트 및 소결 환경(R-EP) 더스트를 배합하여 Mini-Pellet을 제조함에 있어서 그 구조를 이중구조로하여 최적의 배합 조건으로 설계하여 소결도중 SOx 및 NO의 발생량을 저감하는 데 특징이 있다.

[ 실시예 ]

본 발명의 실험에서 사용된 각종 더스트류 및 생석회의 화학 조성을 표 1에 나타내었고, 생석회 배합비에 따른 SOx 및 NO의 영향 평가를 위한 각 더스트류의 배합량을 표 2에 나타내었다. 그리고 상기 생석회는 첨가제로서 1mm이하의 입도를 가지는 것을 사용하였다.

구 분	T.Fe	FeO	금속Fe	SiO₂	CaO	Al₂O₃	C	S
소결 더스트	49.2	1.73	0.05이하	6.9	13.5	2.1	2.3	0.011
밀 스케일	67.4	56.9	13.8	2.6	2.3	0.5	0.4	0.020
고로 더스트	46.2	4.0	0.4	5.9	4.0	2.5	29.7	0.250
생석회	-	-	-	2.0	91.24	0.2	-	0.080

브랜드	생석회 배합비(단위 : %)
브랜드	0	2	4	6
소결 더스트	54.9	53.8	52.7	51.6
밀 스케일	10.2	10.0	9.8	9.6
고로 더스트	34.9	34.2	33.5	32.8

우선 표 2에서 보듯이 생석회 배합비에 따른 환경영향을 평가하고자 생석회 배합비를 0, 2, 4, 6%로 변동하면서 실험을 실시하였다. 이 실험의 목적은 생석회가 소결도중 발생한 SOx와 반응하여 CaSO₄를 형성, 소결광에 잔류함으로써 SOx의 발생량을 저감하는 효과를 도출하기 위해서다. 실험 조건으로서 미니펠릿의 입도는 4-6mm로 고정하고, 미니펠릿의 제조는 각각의 더스트류를 완전건조 시킨 다음 1mm의 체(Sieve)를 이용하여 1mm이하의 미분 원료를 사용하였다. 혼합은 단일 입자구조를 갖는 것은 한꺼번에 직경 40cm, 폭 60cm의 드럼통에 넣고 120rpm으로 30분간 혼합하였다. 혼합된 원료는 직경이 60cm인 펠릿타이저(Pelletizer)를 이용하여 조립을 하였다. 한편 내, 외장 구조를 갖는 미니펠릿은 표2의 원료 배합에 근거하여 중량비로 구분하여 조립을 하였다. 제조된 미니펠릿은 100±5℃의 건조로에서 24시 간이상 완전 건조시킨 후 도 1의 소결 모사시험 장치(Sintering Test Equipment)를 이용하여 실험하였다. 더스트류중의 C 및 저가 철산화물이 많은 관계로 과용융이 예상되어 열량 보정을 위해 3∼5mm 크기의 적철광을 함께 사용하였다. 실험 조건은 소결 모사시험 장치 튜브에 상하로 알루미나 볼을 깔고 미니펠릿과 적철광을 각각 5층으로 교호하면서 장입하였다. 점화온도는 1100℃로 하여 점화후 소결이 진행됨에 따라 발생되는 SOx 및 NO를 가스분석기를 이용하여 분석하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.

생석회 배합비	SOx 총합	NO 총합
0	33,830	6,053
2	30,281	3,784
4	31,573	3,660
6	31,632	3,288

표 3에서 보듯이 생석회 배합비의 증가에 따라 발생되는 SOx 및 NO의 총합은 감소하는데, 생석회 배합비 0%에서 생석회 2%까지 현저히 감소되며, 2%이상에서는 생석회 배합비 증가에 따른 SOx 및 NO의 감소경향이 둔화되는 경향을 보인다. 따라서 본 발명에서 적정 생석회의 배합비는 2∼4%로 판단된다. 여기서 생석회 배합비 변동에 따라 발생되는 가스중의 SOx 농도는 조립물중의 S함량을 고려하여 보정을 한 값들이다.

여기에서 미니펠릿(Mini-Pellet)의 입자구조는 도 2에 나타낸 것과 같이 3가지로 구분하였다. 첫째는 비교예(A)로서 각종 더스트류(고로 D/C 더스트, 소결 R-EP 더스트, 밀스케일)와 생석회를 함께 혼합, 조립한 경우이고, 둘째는 발명예(B) 로서 금속 Fe 함량이 높은 밀스케일(Mill Scale)과 생석회를 혼합하여 외장하고, 고로 D/C 더스트 및 소결 R-EP 더스트는 생석회와 혼합하여 내장한 경우이며, 셋째는 발명예(C)로서 C 함량이 높은 고로 D/C 더스트와 생석회를 혼합하여 외장하고, 밀스케일, 소결 R-EP 더스트 및 생석회를 혼합하여 내장한 경우이다.

상기 고로 D/C 더스트의 중량비는 30∼35%의 범위가 바람직한데, 이는 고로 더스트의 경우 미니펠릿 제조에 있어서 그 배합비가 증가할수록 미니펠릿의 강도를 저하시키기 때문이며, 그 중량비가 30%미만일 경우 연소시 발생하는 CO량이 낮아서 S의 SOx로의 전환율이 증가하게 되며, 35%를 초과할 경우 고로 D/C 더스트는 C을 다량 함유하고 있어서 미니펠릿의 강도가 취약해지기 때문이다.

상기 밀스케일의 중량비는 9∼10%의 범위가 바람직한데, 그 이유는 9%미만일 경우 산화도가 낮은 철산화물의 감소에 의한 NO 저감 효과 저하되며, 10%를 초과할 경우 밀스케일 입자의 형상이 판상이기 때문에 회전하는 펠릿타이저내에서 미끌림(Sliding) 현상이 발생하여 미니페릿의 제조가 어렵기 때문이다.

상기 소결 R-EP 더스트의 중량비는 50∼55%의 범위가 바람직하다. 그 함량이 50% 미만일 경우미니펠릿의 강도가 취약해져서 목적으로 하는 강도를 확보할 수 없으며, 55%를 초과할 경우 목적으로 하는 강도는 확보할 수 있으나 SOx 및 NO의 저감 효과가 낮아진다.

상기 도 2와 같은 미니펠릿의 입자구조 설계를 하여 생석회 배합비 2%인 4∼6mm 크기의 미니펠릿을 제조하고, 이에 따른 SOx 및 NO의 발생량과 저감율을 표 4 및 5에 나타내었다.

구 분	SOx 총합	NO 총합
비교예(A)	76,125	9,138
발명예(B)	67,817	6,461
발명예(C)	64,168	8,755

구 분	SOx (%)	NO (%)
비교예(A)	0.0	0.0
발명예(B)	10.9	29.3
발명예(C)	15.7	4.2

상기 표 4와 표5의 실험 결과 SOx의 경우 비교예(A)에 비해 발명예(B) 및 발명예(C)에서 소결 배가스중의 SOx 총합은 감소하는데 발명예(B)에 비해 발명예(C)가 저감율이 15.7%로 저감효과가 높았으며, NO의 경우 비교예(A)에 비해 발명예(B) 및 발명예(C)에서 소결 배가스중의 NO 총합은 감소하는데 발명예(C)에 비해 발명예(B)가 저감율이 29.3%로 저감효과가 아주 높았다. 여기에서 SOx와 NO의 저감율은 다음 식에 의해 표 4로부터 각각 구하여 나타내었다.

저감율(%) = {(비교예-발명예)/비교예} ×100

따라서 SOx를 저감하는 방법으로는 C함량이 높은 고로 D/C 더스트를 외장하는 것이 더욱 효과가 좋은 것으로 나타났으며, NO를 저감하는 방법으로는 금속Fe 성분 및 산화도가 낮은 철산물을 많이 함유한 밀스케일을 외장하는 것이 더욱 좋은 것으로 나타났다.

본 발명은 제철공정에서 발생하는 더스트류의 부산물을 소결공정에서 재활용함에 있어서 미니페릿의 구조를 더스트류를 이용 적절하게 설계함으로써 환경오염물질인 SOx 및 NO의 발생량을 저감할 수 있으며, 나아가 부산물의 고배합 사용에 따른 철원의 회수와 열원으로 활용할 수 있다는 장점이 있다.

Claims

제철공정에서 발생하는 각종 더스트등의 부산물을 소결광 제조에 재활용하기 위해 미니펠릿으로 제조시 입자의 구조를 설계하여 소결도중 SOx 및 NO의 발생량을 저감하는 미니펠릿의 제조방법에 있어서,

상기 미니펠릿의 입자구조는 금속 Fe 함량이 높은 밀스케일과 생석회를 혼합하여 외장하고, 고로 D/C 더스트 및 소결 R-EP 더스트는 생석회와 혼합하여 내장한 이중구조로 조립하며; 또한 C 함량이 높은 고로 D/C 더스트와 생석회를 혼합하여 외장하고, 밀스케일, 소결 R-EP 더스트 및 생석회를 혼합하여 내장한 이중구조로 조립하는 것을 특징으로 하는 제철 부산물의 조립물 구조설계에 의한 SOx 및 NO를 저감하는 미니펠릿의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 미니펠릿의 입도는 4∼6㎜인 것을 특징으로 하는 제철 부산물의 조립물 구조설계에 의한 SOx 및 NO를 저감하는 미니펠릿의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 고로 D/C 더스트의 중량비는 30∼35%, 상기 밀스케일의 중량비는 9∼10%, 소결 R-EP 더스트의 중량비는 50∼55%, 상기 생석회의 중량비는 2-4% 의 범위로 각각 혼합, 외장 또는 내장하여 조립하는 것을 특징으로 하는 제철 부산물의 조립물 구조설계에 의한 SOx 및 NO를 저감하는 미니펠릿의 제조방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 SOx 저감을 위한 미니펠릿의 입자구조는 C 함량이 높은 고로 D/C 더스트와 생석회를 혼합, 외장하여 조립하는 것을 특징으로 하는 제철 부산물의 조립물 구조설계에 의한 SOx 및 NO를 저감하는 미니펠릿의 제조방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 NO 저감을 위한 미니펠릿의 입자구조는 금속 Fe 함량이 높은 밀스케일과 생석회를 혼합, 외장하여 조립하는것을 특징으로 하는 제철 부산물의 조립물 구조설계에 의한 SOx 및 NO를 저감하는 미니펠릿의 제조방법.