KR100900394B1

KR100900394B1 - 스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법

Info

Publication number: KR100900394B1
Application number: KR1020070135365A
Authority: KR
Inventors: 이훈하
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-02

Abstract

본 발명은 스테인레스슬래그에 함유된 금속성분 회수율을 증대하는 방법에 있어서, 용융제강슬래그를 포트에 받아서 냉각을 시키고, 슬래그를 파쇄하여 슬래그의 입도를 2mm 이하로 조정하고, 부유선광 후 1차 및 2차에 걸쳐서 자력선광을 실시하여 자선지금을 분리하는 것으로, 1차 자력선광은 약자장인 0.4kG ~ 0.7kG 에서 실시되고, 2차 자력선광은 강자장인 2.5kG ~ 10kG에서 실시한다.

또한, 본 발명은 스테인레스 슬래그 중 금속성분의 혼입을 방지하여 스테인레스 슬래그의 골재 품위를 향상시키고, 슬래그 중 함유된 금속의 회수율을 증대시키고, 회수된 금속의 재활용 방법을 제공한다.

스테인레스스틸, 자선지금, 자력선광, 슬래그

Description

스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법{Increasing Recovery of magnetic metal from Stainless Steel Slag}

본 발명은 스테인레스슬래그에 함유된 금속성분 회수율을 증대하는 방법에 있어서, 용융제강슬래그를 포트에 받아서 슬래그포트를 냉각시키고, 상기 냉각된 슬래그를 조파쇄하고 대형지금을 분리 및 재활용하는 단계, 상기 조파쇄된 슬래그를 로드밀 파쇄하는 단계, 상기 로드밀 파쇄된 슬래그를 수선(Hand picking)하여, 수선지금을 분리 및 재활용하는 단계, 상기 수선 후의 슬래그를 부유선광하여 지그지금을 분리 및 재활용하는 단계, 상기 부유선광 후의 슬래그를 1차 자력선광하여 자선지금을 분리 및 재활용하는 단계, 상기 1차 자력선광 후의 슬래그를 2차 자력선광하여 자선지금을 분리 및 재활용하는 단계, 상기 2차 자력선광 후의 슬래그를 비중선별하여 슬러지를 분리 및 재활용하는 단계, 및 상기 비중선별 후의 스테인레스 슬래그를 재활용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법이다.

스테인레스스틸은 주로 300계 오스테나이트 강종과 (Cr 18, Ni 8) Ni이 미량 함유되거나 사용하지 않는 400계 페라이트 강종으로 대별된다.

상기의 스테인레스스틸을 제조할 때 발생하는 슬래그 중에서 유가금속 성분을 회수하는 대표적인 공정을 도1에 나타내었다.

건식처리공정 보다는 습식처리공정이 슬래그 중에서의 유가금속을 보다 효율적이면서 회수율을 증대시키는 방법으로 알려져 있다.

종래의 기술을 검토하여 보면, 스테인레스 슬래그의 습식처리공정은 먼저 용융제강슬래그포트에 슬래그를 주입 시킨 후(S100) 살수를 통하여 상기 슬래그를 냉각한다(S101). 상기 냉각된 슬래그에 조파쇄를 실시하여(S102) 이때 발생하는 대형지금을 선별하여(S200) 절단한 다음 전기로 원료로 재활용한다. 상기 조파쇄된 슬래그는 로드밀을 통하여 가늘게 파쇄시키고(S103), 수선(hand picking)(S104)에 의하여 수선지금(S300)이 재활용된다(S301). 그 후 부유선광(S105)을 통하여 비중이 높고 금속성분이 많은 지그지금(S400)과 비중이 낮고 금속성분이 적은 슬래그를 분리하여 지그지금(S400)은 재활용한다(S401). 상기의 잔류한 슬래그는 자력선광기를 통하여 자착성분인 자선지금(S500)과 비자착성분인 슬래그로 분리한다. 그 후 스파이어럴을 이용하여 입자가 굵은 슬래그와 입자가 작은 부유물인 슬러지(S600)를 비중에 따라서 비중선별하여 구분한다(S107). 상기 슬러지(S600)은 재활용하고 남은 스테인레스 슬래그(S108)는 용도에 맞게 재활용 할 수 있다.

상기의 습식처리공정에서 지그지금(S400)은 금속성분이 높은 비율을 차지하여 재활용 가치가 높기 때문에 전기로에 직접 투입하여 재활용하고 있다. 그러나 자선지금(S500)는 1차 자력선광만 실시함으로 인하여 자선지금(S500) 중 슬래그 함유율이 높아 자선지금(S500)은 전기로에 직접 재활용하기에는 품위가 낮다. 따라서 습식처리공정에서 앞 공정인 부유선광(S105)에 재투입하여 다시 처리하는 공정을 실시하거나 저품질의 슬래그로 취급되는 경우가 있다.

또한 건식으로 슬래그 중에 함유된 유가금속을 회수하는 경우에는 슬래그 최대입도를 40mm 이하나 20mm 이하로 하여 처리함으로써 슬래그 중에 함유된 유가금속을 회수함에 있어서 금속성분의 회수율이 낮은 문제점을 갖고 있다.

종래에는 1차에 걸쳐서 자력선광을 실시하고 자선지금이 발생할 경우에 재공정을 통해서 금속성분을 회수하나, 최근 고철가격의 상승과 함께 스테인레스스틸 제조시 사용되는 Ni, Cr의 가격 상승으로 Ni, Cr 및 Fe 등이 함유되어 있는 부산물의 가치 또한 급상승하고 있다.

본 발명은 기존 처리방법의 문제점인 자선지금의 유가금속함유 품위가 낮아 재활용하지 못하고 습식처리공정에 재투입하여 재처리하는 문제점을 해결하고자 한다.

자선지금의 회수율 향상을 위하여 스테인레스슬래그 파쇄시 최대입도를 조절하여 슬래그와 금속간의 분리효율을 향상시켜 금속의 단립체를 형성시켜 회수금속의 품위를 향상시킴과 동시에 슬래그 중 금속회수율을 증가시키는 방법을 제공하고자 한다.

또한 활용가치가 낮은 자선지금의 품위를 고, 저품위로 이원화하여 고품위는 전기로에 직접 재활용하고 저품위는 중량재 등으로 재활용하거나 용융환원처리하여 유가성분을 회수 재활용하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 스테인레스슬래그에 함유된 금속성분 회수율을 증대하는 방법에 있어서, 용융제강슬래그를 포트에 받아 냉각시키고, 냉각된 슬래그를 조파쇄하여 대형지금을 분리 및 재활용 한다. 조파쇄된 슬래그를 로드밀 파쇄하고, 수선(Hand picking)하여, 수선지금을 분리 및 재활용한다. 수선 후의 슬래그를 부유선광하여 지그지금을 분리 및 재활용한다. 부유선광 후의 슬래그를 1차 자력선광하여 자선지금을 분리 및 재활용하고, 2차 자력선광하여 자선지금을 분리 및 재활용한다. 2차 자력선광 후의 슬래그를 비중선별하여 슬러지를 분리 및 재활용하고 비중선별 후의 스테인레스 슬래그를 재활용하는 스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법이다.

본 발명에 의하여 스테인레스 슬래그의 최대입도를 2mm 이하로 조정하고, 습식처리하여 슬래그와 슬래그 중 함유된 금속성분과의 단립체 형성을 향상시켜 자력선광을 함으로 인하여 자선지금의 품위를 향상시킬 수 있고 회수율 또한 증대시키는 장점이 있다.

종래기술은 1차에 의하여 자력선광을 하고 자선선금이 공정내에서 재순환하므로 여러 차례 자력선광을 거치더라도 일정한 자장에 의하여 자선지금이 발생하나, 본 발명에 의하면 약자장과 강자장에 의하여 선별을 하므로 종래보다 높은 회수율을 얻을 수 있다. 또한, 1차와 2차에 걸쳐서 자력선광을 실시하기 때문에 자선지금의 고, 저품위의 등급화가 가능하고, 등급에 맞는 차별적 재활용을 할 수 있으므로 자선지금의 고부가가치 자원화가 가능하고, 스테인레스스틸 제조원가 저감에도 기여 가능하다.

자선지금의 안정 재활용방법을 제공함으로써 종래에는 있었던 자선지금의 공정내 재순환을 방지할 수 있다.

이하. 도 2를 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 스테인레스슬래그에 함유된 금속성분 회수율을 증대하는 방법에 있어서, 용융제강슬래그를 포트에 받아(S100) 냉각시키고(S101), 냉각된 슬래그를 조파쇄하고(S102) 대형지금(S200)을 분리 및 재활용(S201)한다. 상기 조파쇄된 슬래그를 로드밀 파쇄하고(S103), 상기 로드밀 파쇄된 슬래그를 수선(Hand picking)하여(S104), 수선지금(S300)을 분리 및 재활용(S301)한다. 상기 수선 후의 슬래그를 부유선광(S105)하여 지그지금(S400)을 분리 및 재활용(S401)하고, 상기 부유선광 후의 슬래그를 1차 자력선광(S106)하여 자선지금(S500)을 분리 및 재활용(S501)한다. 상기 1차 자력선광 후의 슬래그를 2차 자력선광(S107)하여 자선지금(S510)을 분리 및 재활용(S511)하고, 상기 2차 자력선광 후의 슬래그를 비중선별(S108)하여 슬러지(S600)를 분리 및 재활용(S601)한다. 또한, 상기 비중선별 후의 스테인레스 슬래그(S109)를 재활용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법이다.

상기 자력선광은 필요한 경우에는 2회 이상으로 실시가 가능하며, 슬래그 내의 자선지금을 회수하는 효율을 증가시킬 수 있다.

슬래그를 파쇄할 때에 슬래그의 최대입도를 2mm 이하가 되도록 파쇄하는 것은 슬래그 중에 함유된 유가금속의 단립체 형성을 최대화시키기 위함이다. 또한 슬래그 중 함유된 free CaO 및 free MgO의 수화반응이 일어나도록 해서 슬래그를 콘크리트용 골재, 건조모르타르용 골재, 벽돌용 골재 등으로 재활용 시 발생할 수 있는 골재 분화팽창을 억제할 수 있기 때문이다. 슬래그의 최대입도가 2mm 이상일 경우에는 슬래그 중 금속의 단립체 형성이 어려워져 슬래그와 금속이 혼재되어 자력선광을 할때 자선지금의 품위가 저하되는 문제점이 있다. 또한 자력선광시 회수율은 증대시킬 수도 있으나 자선지금의 품위가 저하되는 문제점이 있기 때문에 슬래그의 최대입도를 2mm 이하가 되도록하는 것이 바람직하다. 슬래그의 입도를 이보다 더 가늘게 할 수도 있으나 파쇄시 추가 비용이 소요되고 또한 입도가 너무 작을 경우 슬래그의 골재활용시 활용이 곤란한 문제점이 있다.

자선지금의 회수율을 향상시키기 위하여 종래에 1차에 걸쳐 자력선광하는 것을 1차 및 2차에 걸쳐 자력선광하고 필요에 따라서는 2차 이상으로 자력선광을 할 수도 있다. 1차 자력선광 시에는 약자장의 자선기를 통하여 실시하므로 자선지금의 품위가 높은 것을 선별해낼 수 있고, 2차 자력선광 시에는 강자장의 자선기를 통하여 실시하여 금속이 함유된 자착분을 회수하여 자선지금의 회수율을 향상시키고 슬래그 중 금속함유량을 1% 이하가 되도록 실시한다.

상기 1차 자선기의 자력세기를 0.4kG(kilo Gauss) ~ 0.7kG 로 조절하는 것이 바람직하다. 0.4kG 이하의 자력세기에는 자선기에 붙는 금속량이 적어 회수량이 저하되는 문제점이 있고 0.7kG 이상의 자력세기에서는 슬래그 및 금속이 혼재되어 자선지금의 품위 향상효과가 미미한 문제점이 있기 때문이다.

또한 상기 2차 자선기는 1차 자선기에 비하여 강자성의 자선기를 사용하는 것이 슬래그 중에 함유된 메탈성분의 회수율을 극대화할 수 있다. 따라서 상기 2차 자선기의 자력세기를 2.5kG ~ 10kG 로 하는 것이 바람직하다. 2.5kG 이하일 경우에는 슬래그로 빠져나가는 금속함유량이 1% 이상이기 때문에 유가자원의 손실을 초래하고, 슬래그의 골재 활용시에도 슬래그에 금속함유량이 높아서 문제가 된다. 또한 2차 자선기의 자력세기가 10kG 이상일 경우에는 현실적으로 영구자석인 경우가 불가능하며, 비용 또한 추가로 소요되는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않다.

상기 1차 자선기를 통하여 회수된 고품위의 자선지금은 전기로에 직접 투입하여 재활용함으로서 용융환원처리비용을 절감할 수 있고, 유가자원을 회수할 수 있다. 필요한 경우 고품위 자선지금을 브릭, 단광 및 펠렛 형태로 성형한 후 전기로에 직접 재활용할 수도 있다.

상기 2차 자선기를 통하여 회수된 저품위의 자선지금은 용융환원처리를 통하여 자선지금 중에 함유된 금속성분을 회수하거나 필요한 경우 콘크리트용 중량재 등의 저급 용도로 재활용하는 것이 가능하다.

전기로슬래그 중에 함유된 스테인레스스틸은 오스테나이트계 강종일 경우라도 자성을 띄는 성질이 있으며, 이는 스테인레스스틸 제조공정의 전기로 공정에서 오스테나이트계 조성을 완전히 맞추지 않고 정련로 공정에서 Fe-Ni, Fe-Cr등의 부원료를 첨가하여 조성을 완전히 맞추기 때문이다.

정련로 공정에서는 슬래그의 점도가 낮아 슬래그 중 지금함유량이 매우 낮다. 따라서 습식처리공정의 비중선별 즉, 지그자선으로 대부분 분리회수 된다. 그러나 전기로 공정은 정련로 공정과는 달리 슬래그의 점도가 높아 슬래그 중 금속성분 함유량이 높으며 300계 강종인 오스테나이트 강종이라 하더라도 완전한 오스테나이트가 형성되지 않아 지금이 자성을 띄는 것을 이용하여 자력선광을 하는 것이다.

400계 강종인 페라이트 조성의 강종은 강종 자체가 자성을 띄기 때문에 자력선광을 통하여 자선지금을 분리회수 할 수 있다.

스테인글레스 슬래그 중 금속성분을 최소화하여 스테인레스 슬래그를 벽돌용, 레미콘용, 건조모르타르용, 시멘트 혼화재 등으로서 사용할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

아래 표 1에 비교예와 본 발명의 실시예를 나타내었다. 시험에 사용한 자력선광이기의 방식은 1차 자선기(도2 S106)는 벨트 마그네틱 형식을, 2차 자선기(도2 S107)는 드럼형 마그네틱을 사용하였다. 그러나 본 발명에 있어서 특별히 자선기의 형식에는 제한하지는 않는다. 즉, 1차 및 2차 모두 드럼형 마그네틱을 사용하는 것 도 가능하다.

1차 및 2차 자선기에서 선별된 각 자선지금(S500, S510)의 품위를 측정하기 위하여 ICP로 성분분석을 실시하여 Ni, Cr 및 Fe 성분의 합으로 평가하였고 슬래그(도2 S109) 중 함유된 금속함량 측정은 슬래그를 충분히 분쇄하여 0.5mm 이상의 분쇄되지 않는 입철량을 측정하였다.

표1

삭제

비교예1

비교예1은 300계인 오스테나이트 강종을 대상으로 하였으며, 슬래그의 최대입도를 2mm로 하여, 1차 자선기는 미실시하고, 2차 자선기의 자력세기를 2.5kG로 하여 실시한 결과, 2차 자선지금의 품위는 52%로 나타났으나, 슬래그 중 금속함량이 2.6%로 금속회수 측면에서 목표값 1.0%에는 아직 미흡한 점이 있었다.

비교예2

비교예2는 400계인 페라이트 강종을 대상으로 하였으며, 슬래그의 최대입도를 3mm로 하여, 1차 자선기는 미실시하고, 2차 자선기의 자력세기를 3.0kG로 하여 실시한 결과, 2차 자선지금의 품위는 34%로 낮았고, 슬래그 중 금속함량 또한 목표값인 1.0% 를 상회하여 바람직하지 않았다.

비교예3

비교예3은 300계 강종을 대상으로 하였으며, 1차 자선기의 자력세기를 0.1kG로 하고, 2차 자선기의 자력세기를 2.5kG로 하여 실시하였다. 1차 자선지금의 품위는 70%로 높았으나, 1차 자선기에서 선별된 자선지금의 회수율이 3% 이하로 낮은 문제점이 있으며 슬래그 중 금속함량 또한 목표값인 1.0%를 상회하는 문제점이 있었다.

비교예4

비교예4는 400계 강종을 대상으로 하였으며, 1차 자선기의 자력세기를 1.0kG 로 하고, 2차 자선기의 자력세기를 3.0kG로 하여 실시하였다. 1차 자선지금의 품위는 30% 였고, 2차 자선지금의 품위는 24% 였다. 그리고 슬래그 중 금속함량은 목표값인 1.0% 이하인 0.8%를 만족하였으나 1차 자선지금의 품위가 여전히 낮아 전기로에 직접 재활용하기에는 문제점이 있다.

비교예5

비교예5는 300계 강종을 대상으로 하였으며, 1차 자선기의 자력세기를 0.4.kG로 하고, 2차 자선기의 자력세기를 2.5kG로 하였다. 그 결과 1차 자선지금의 품위는 27% 였고, 2차 자선지금의 품위는 20% 였다. 그러나 슬래그의 최대입도가 굵어 슬래그와 유가금속간의 단립체 형성이 어려워 슬래그중 금속함량이 높은 결과를 얻어 바람직하지 못했다.

실시예1

실시예 1은 300계 강종을 대상으로 하였으며, 슬래그의 최대입도를 1.5mm로 하여, 1차 자선기를 0.4kG로 하고, 2차 자선기를 2.5kG로 하여 실시한 결과, 1차 자선지금의 품위는 56%로 전기로 직장입 재활용 경우에 만족한 수준이었고, 슬래그 중 금속함량은 목표값인 1.0% 이하로 나타나 본 발명에서 도출하고자 하는 목표값을 모두 만족한 결과를 얻었다.

실시예2

실시예2는 400계 강종을 대상으로 하였으며, 슬래그의 최대 입도를 2.0mm로 하여, 1차 자선기의 자력세기를 0.7kG로 하고, 2차 자선기를 3.0kG로 하여 실시한 결과 1차 자선지금의 품위는 50%로 만족하였고, 슬래그 중 금속함량 또한 목표값인 1.0% 이하를 만족한 결과를 얻을 수 있었다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면의 범위안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 종래의 스테인레스슬래그 중 자선지금 회수공정 플로우차트

도2는 본 발명에 따른 스테인레스슬래그 중 자선지금회수 증대를 위한 자선지금 회수 및 재활용공정 플로우차트

Claims

스테인레스슬래그에 함유된 금속성분 회수율을 증대하는 방법에 있어서,

용융제강슬래그를 포트에 받는 단계(S100);

상기 슬래그포트를 냉각시키는 단계(S101);

상기 냉각된 슬래그를 조파쇄하고(S102) 대형지금(S200)을 분리 및 재활용(S201) 하는 단계;

상기 조파쇄된 슬래그를 로드밀 파쇄하는 단계(S103);

상기 로드밀 파쇄된 슬래그를 수선(Hand picking)하여(S104), 수선지금(S300)을 분리 및 재활용(S301)하는 단계;

상기 수선 후의 슬래그를 부유선광(S105)하여 지그지금(S400)을 분리 및 재활용(S401)하는 단계;

상기 부유선광 후의 슬래그를 1차 자력선광(S106)하여 자선지금(S500)을 분리 및 재활용(S501)하는 단계;

상기 1차 자력선광 후의 슬래그를 2차 자력선광(S107)하여 자선지금(S510)을 분리 및 재활용(S511)하는 단계;

상기 2차 자력선광 후의 슬래그를 비중선별(S108)하여 슬러지(S600)를 분리 및 재활용(S601)하는 단계; 및

상기 비중선별 후의 스테인레스 슬래그(S109)를 재활용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법.
제 1항에 있어서,

상기 1차, 2차 자력선광 단계에 있어서, 각각의 단계에서 2회 이상의 자력선광을 하는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법.
제 1항에 있어서,

슬래그를 파쇄함에 있어서, 최대 입도가 2mm 이하가 되도록 파쇄하는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법.
제 1항에 있어서,

자선지금을 재활용(S511)하는 단계에 있어서, 자선지금을 용융환원처리하거나 전기로에 직접 용해하여 유가성분을 회수하는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법.
제 1항에 있어서,

1차 및 2차 자력선광을 실시함에 있어서 1차 약자장은 0.4kG~0.7kG범위에서 처리한 후, 2차 강자장은 2.5kG~10kG범위에서 자력선광하여 자선지금의 품위를 고, 저품위로 구분하여 선별회수하는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법.
제 1항 또는 제 4항에 있어서

자선지금을 재활용(S511)하는 단계에 있어서 고품위의 자선지금을 전기로에 직접 투입하여 용해하거나 브릭, 펠렛 또는 단광으로 성형한 후 전기로에 직접 투입 용해하는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법.
제 1항 또는 제 4항에 있어서,

자선지금을 재활용(S511)하는 단계에 있어서 저품의 자선지금을 콘크리트용등의 중량재로 재활용하는 것을 특징으로 하는 스테인레스스틸 슬래그 중 자선지금 회수증대 방법.