KR100901989B1 - 제강슬래그 중 메탈회수 증대방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강슬래그 중에 포함된 메탈회수율을 증가시키기 위한 발명으로써, 비자착슬래그 및 고 Fe슬래그를 승온시킨 후, 급냉시키므로써, 비자착슬래그 및 고Fe슬래그와 입철과의 열전달계수의 차이를 이용하여 열충격을 주어서 내부에 크랙을 발생시키고, 내부에 크랙이 존재할 경우에 파쇄과정에서 크랙을 따라서 파쇄가 용이하게 일어날 수 있으므로, 크기가 작고 둥굴기 때문에 파쇄가 어려웠던 슬래그도 파쇄가 가능하고, 파쇄 후 자력선별을 통하여 슬래그 중에 포함된 메탈성분을 쉽게 제거할 수 있는 것이다.

본 발명에 승온방법으로 용융제강슬래그의 현열을 이용하기 때문에 추가적 설비나 필요없고, 파쇄가 곤란한 비자착슬래그가 쉽게 파쇄되기 때문에 슬래그 중에 함유된 다량의 입철을 양호하게 회수할 수 있는 장점이 있다. 또한 비자착슬래그의 파쇄성이 향상되기 때문에 파쇄설비의 트러블 발생을 저감시킬 수 있어 슬래그 파쇄설비의 내구성 향상에 도움이 된다.

제강슬래그, 메탈드레싱, 자선지금, 자력선별, 메탈회수, 금속회수, 비자착슬래그

Description

제강슬래그 중 메탈회수 증대방법{Method of Increasing Dressing Metal from Steelmaking Slag}

본 발명은 제강슬래그 중에 포함된 메탈회수율을 증가시키기 위한 발명으로써, 비자착슬래그 및 고 Fe슬래그를 제강슬래그의 현열을 이용하여 가열하며, 슬래그에 포함된 입철의 열전달계수와 슬래그의 열전달계수의 차이를 이용하여 가열후 급냉시키므로써, 비자착슬래그 및 고Fe슬래그를 열충격을 주어서 내부에 크랙을 발생시키고, 내부에 크랙이 존재할 경우에 파쇄과정에서 크랙을 따라서 파쇄가 용이하게 일어날 수 있으므로, 크기가 작고 둥굴기 때문에 파쇄가 어려웠던 슬래그도 파쇄가 가능하고, 파쇄 후 자력선별을 통하여 슬래그 중에 포함된 메탈성분을 쉽게 제거할 수 있는 것이다.

전로슬래그는 고로에서 생성된 선철을 전로(converter)에서 산화성 가스의 분위기에서 탄소, 규소, 인 등을 산화제거하여 용강을 얻고 남은 찌꺼기를 말하며, 고로슬래그가 거의 대부분 재활용되고 있는 반면에, 많은 특수한 성분을 함유하고 있는 전로슬래그는 재활용율이 매우 낮고, 매립 등의 방법으로 처리되고 있다. 그리고 전로슬래그가 환경에 유해물질로 분류되고 있어서, 전로슬래그의 안전한 처리 및 재활용방안이 모색되고 있다. 한편, 전로슬래그에는 많은 양의 지금을 함유하고 있으므로 지금의 회수작업이 필요하다.

현재 전로슬래그로부터의 지금 회수 및 슬래그 처리방법으로는 약1600℃의 슬래그를 대기 또는 물로 식혀 응고된 상태의 슬래그 덩어리를 대형의 장비에 의해 분쇄하여, 슬래그 분말을 자석이 설치된 마그네틱 콘베이어로 이송하여 지금을 회수하고 있다.

제강슬래그 중에 함유된 메탈성분을 회수하는 종래기술로는 도2에 나타낸 것과 같다.

용융제강슬래그를 슬래그 포트에 받아 슬래그 냉각야드로 이송하고 냉각야드에 부어 살수 냉각을 실시한다. 냉각 후 브레이커등 중장비를 이용하여 조파쇄를 실시한다. 이 때 발생되는 대형지금은 선별해 내고 이를 적당한 크기로 절단하여 제철 원료로 재활용한다. 대형지금 이외의 슬래그는 로드밀등의 파쇄기를 이용하여 슬래그를 파쇄한 후 트로멜이나 그리즐리 등 스크린을 이용하여 중형 지금과 슬래그를 선별한다. 선별된 슬래그는 1차 자력선별기(S105)를 통하여 자착물과 비자착물로 구분된다. 이때 비자착물(S400)은 크기가 70mm에서 300mm의 크기를 가지며 매우 단단하여 파쇄가 어렵고 표면이 둥굴둥글하여 자력선별기(S105)로서 선별하기가 어려운 특징이 있어 재활용하기가 곤란하여 매립(S401)하거나 저급 용도인 매립장 복토재로 재활용하고 있는 실정이다. 크기가 작은 슬래그(70mm 이하)는 죠크러셔 파쇄기(S106)를 통하여 파쇄되고 자력선별기를 거쳐 자착물 및 비자착물로서 자력선별(S107)되고 비자착슬래그는 2차 죠크러셔(S108)를 통해 재차 파쇄되고 3차 자력선별기(S109)를 통하여 자력선별 된다. 이때 자착물은 제철원료로서 공정내 재활용되고 비자착슬래그는 전술한 바와 같이 다양한 용도로서 재활용되고 있다.

이러한 지금 회수방법은 슬래그를 분쇄하기 위한 다수의 대형 분쇄기와 마그네틱 콘베이어를 필히 설치하여야 하므로 설비 비용이 고가로 되어 지금 회수 비용이 많이 들며, 제강슬래그 중 메탈성분을 회수하는 메탈드레싱 공정에서 발생하는 대형의 비자착슬래그(S400)는 크기가 70mm 이상으로 크고 모양이 둥글고, 매우 단단하여 파쇄가 곤란하다. 비자착슬래그에는 유가금속성분이 많이 함유되어 있으나 크기가 크고, 모양이 둥글기 때문에 자력선별시 자석과의 접촉 면적이 작아 자력선별이 곤란한 문제점을 갖고 있다. 이로 인하여 메탈성분의 회수율이 저감되고 있다. 또한 슬래그의 분쇄과정에서 먼지 및 소음 등의 공해가 발생한다.

종래 기술에 의하면, 비자착슬래그의 파쇄가 어려워, 비자착슬래그를 재활용하지 못하고 매립하거나 저급용 복토재로서 활용한다. 하지만 상기의 비자착슬래그에는 다량의 입철성분이 함유되어 있어 재활용 가치가 높다. 또한 최근 고철가격의 급상승으로 인하여 메탈성분의 회수율 향상시켜 재활용해야 할 필요성은 매우 높다.

본 발명에서는 상기 언급한 바와 같이 비자착슬래그(S400)에 함유된 메탈성분이 높은 입철의 회수율을 증대시키는 방법을 개발하여 상기 언급한 문제점들을 해결하고 메탈회수 설비의 트러블을 발생시키지 않으면서 제강슬래그에서의 메탈회수율을 효과적으로 증가시키는 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

본 발명은 제강슬래그 중 메탈회수 증대방법에 있어서, 고Fe슬래그를 포함하는 비자착슬래그를 용융슬래그의 현열을 이용하여 승온처리하는 단계; 상기 승온처리 후 급냉하여 열충격을 주어서 상기 비자착슬래그의 파쇄성을 향상시키는 단계; 상기 열충격이 가해진 비자착슬래그를 파쇄하는 단계; 및 상기 파쇄된 비자착슬래그를 자력선별을 통하여 비자착슬래그 중 함유된 입철의 회수량을 증대시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

종래기술에 비하여 비자착슬래그를 승온시키기 위하여 용융제강슬래그의 현열을 이용하기 때문에 추가적인 설비나 에너지는 전혀 필요로 하지 않는 장점이 있고, 파쇄가 곤란한 비자착슬래그가 쉽게 파쇄되기 때문에 슬래그 중에 함유된 다량의 입철을 양호하게 회수할 수 있는 장점이 있다. 또한 비자착슬래그의 파쇄성이 향상되기 때문에 파쇄설비의 트러블 발생을 저감시킬 수 있어 슬래그 파쇄설비의 내구성 향상에 도움이 된다.

회수된 자착성분은 철원재로서 제철공정내 고로, 소결, 전로 또는 전기로의 원료로서 재활용되고, 비자착물인 슬래그는 자원화 공정을 통하여 도로노반재, 성토재, 시멘트원료, 해양 어초용, 해양 복토재, 아스콘골재, 토양개량재 및 비료용 등 다양한 용도로서 재활용된다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제강슬래그 중 메탈회수 증대방법에 있어서, 고Fe슬래그를 포함하는 비자착슬래그를 용융슬래그의 현열을 이용하여 승온처리하는 단계; 상기 승온처리 후 급냉하여 열충격을 주어서 상기 비자착슬래그의 파쇄성을 향상시키는 단계; 상기 열충격이 가해진 비자착슬래그를 파쇄하는 단계; 및 상기 파쇄된 비자착슬래그를 자력선별을 통하여 비자착슬래그 중 함유된 입철의 회수량을 증대시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명인 제강슬래그 중 메탈회수 증대방법에 대하여 도 3을 참고로 구체적이고 단계적으로 설명한다.

상기 본 발명의 비자착슬래그(S400)는 철(Fe), 2CaO·Fe₂O₃, β-2CaO·SiO₂ 로 대부분 구성되어 있다. 상기 비자착슬래그가 가열될 경우 비자착슬래그의 표면과 내부에 함유된 입철의 열전달계수가 슬래그보다 크기 때문에 열이 비자착슬래그의 내부까지 빨리 전달되어 표면과 내부와의 열구배가 없이 균일한 온도를 갖게된다. 아래 도 1에 나타낸 바와 같이 β-2CaO·SiO₂ 결정은 α'_L-2CaO·SiO₂ 및 α'_H-CaO·SiO₂로 상전이가 일어나면서 결정구조가 변하게 된다.

한편 승온된 슬래그를 슬래그 냉각야드에서 물로서 살수 냉각시킬 경우 최상층에 위치하는 승온된 비자착슬래그가 가장 먼저 냉각되며 냉각속도 또한 높기 때문에 슬래그는 열충격을 받게 되고, 슬래그 내부구조 및 결정간 입계에서 크랙이 발생한다. 따라서 슬래그 파쇄시 충격을 가할 때 내부 크랙이 빠르게 성장하기 때문에 파쇄공정에서 큰 에너지를 가하지 않아도 슬래그는 쉽게 파쇄되는 원리를 이용한 것이다.

비자착슬래그를 승온시키기 위하여 용융제강슬래그의 현열을 이용하기 때문에 추가적인 설비나 에너지는 전혀 필요로 하지 않는 장점이 있다. 또한 파쇄가 곤란한 비자착슬래그가 쉽게 파쇄되기 때문에 슬래그 중에 함유된 다량의 입철을 양호하게 회수할 수 있는 장점이 있다.

상기 비자착슬래그는 발생 제강슬래그의 메탈회수 드레싱과정에서 약 2% 정도 발생한다. 이 슬래그에는 입철 함유량이 높은 고Fe슬래그와 중Fe슬래그 및 완전히 슬래그로 구성된 저Fe슬래그 등으로 구성되어 있다. 고Fe슬래그는 전술한 비자착슬래그 중 약 20~30중량%를 이루고 있으며, 고Fe슬래그 중에 함유된 입철(Metal Fe 90중량% 이상) 함유량이 50중량%를 상회하고 있다.

승온온도는 900℃이상으로 하는 것이 바람직한데, 이는 하기 실시예를 통해서 검토한다.

승온방법에 있어서 다양한 방법이 가능하나, 용융제강슬래그의 현열을 이용할 경우에는 추가적인 경비 및 에너지원이 필요하지 아니하므로 바람직하고, 이경우 비자착슬래그를 용융제강슬래그 위에 쏟아 부음으로써 손쉽게 승온시킬 수 있다.

냉각방법에 있어서는 살수에 의한 급냉, 물에 의한 급랭, 공기 또는 가스분사에 의한 급냉처리가 모두 가능하다.

이하 실험예, 비교예 및 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실험예

본 발명의 실현 가능성을 평가하기 위하여 다음과 같이 실험하였다. 비자착슬래그(S104) 시료중 크기가 직경 100~110mm정도의 균일한 시료를 채취하여 출발 시료로 하였다. 시료 중 고Fe슬래그로 여겨지는 시료를 선별하여 진비중을 측정하였다. 이때 진비중값은 4.2~4.5 범위였다.

상기와 같이 선별된 고Fe슬래그를 포함하는 비자착슬래그를 전기로에 넣고 목표 온도에 도달할 때까지 승온한 후 30분간 유지하여 내부까지 온도가 도달하도록 하였다. 목표온도 및 시간 경과후 시료를 전기로에서 꺼내 물속에 급냉시키고, 시료를 절구를 이용하여 파쇄가능성을 확인하였다. 실제 현장에서 사용되는 죠크러셔 및 로드밀은 절구에서의 파괴강도 보다 크지만 절구정도에서 파쇄가 되면 충분히 기계적 파쇄가 가능하다.

상기 언급한 비자착슬래그의 특성상 둥근 모양의 슬래그가 일단 파쇄되면 보다 작은 크기로 파쇄하는 것은 쉽기 때문에, 이 슬래그 중에 함유된 입철을 회수하는 것은 양호하며 전체적으로 투입된 제강슬래그 중 회수 입철 함유율을 증가시키는 것이 가능하다.

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비교예

비자착슬래그를 선별한 출발시료를 아래의 표 1의 비교예 1과 같이 전기로에 서 승온한 후 30분간 유지하여 슬래그의 내부까지 온도가 일정하게 되도록 유지한 후 충분한 물로 살수하면서 급냉시켰다. 그 후 절구를 이용하여 피파쇄성을 비교한 결과 열처리를 하지 않은 것과 같이 파쇄되지 않았다. 이것은 슬래그를 구성하는 결정상의 상전이가 일어나지 않으며 살수 냉각시 충분한 열충격을 발생시키기에는 온도가 약한 것으로 사료된다.

비교예 2에서도 700℃까지 승온한 경우에서도 비교예 1과 같은 이유로 비자착슬래그의 파쇄성은 향상되지 않았다.

실시예

표 1의 실시예 1과 같이 비자착슬래그를 900℃까지 승온시켜 살수에 의한 급냉을 실시한 시료에 대해서는 비교예 1, 2와는 달리 쉽게 파쇄되었다. 이것은 시료 중 슬래그의 상전이로 인하여 슬래그 내부 결정구조의 변화로 인하여 내부조직이 불안정할 뿐만 아니라 살수급냉에 의한 열충격으로 슬래그 내부 및 슬래그와 입철의 계면에 크랙이 발생하여 약한 충격에도 쉽게 파쇄되기 때문이다.

실시예 2에서는 실시예1과 동일하나 온도를 1100℃까지 승온한 후 살수급냉시킨 시료에 대하여 슬래그의 파쇄성을 관찰하였다. 그 결과 실시예 1과 같은 이유로 쉽게 파쇄되는 것을 관찰하였다.

그러나 비교예 3과 같이 900℃까지 승온한 후 공기 중 서냉한 시료와 비교예4와 같이 1100℃까지 승온한 시료에 대해서는 실시예 1 및 실시예 2와 같이 쉽게 파쇄되는 특징을 관찰할 수 없었다. 따라서 시료를 900℃ 이상 승온하고 이를 살수 를 통하여 또는 이와 유사한 냉각속도를 갖는 방법으로 예를들면 공기분사나 질소나 아르곤 가스와 같이 가스를 분사하여 급냉시켜 충분한 열충격을 줌으로 인하여 슬래그 내외부에 크랙을 발생시켜 파쇄성을 향상시키는 것이 바람직하다.

표1

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 2CaO·SiO₂ 결정 상전이를 나타낸 것이다.

도 2는 종래의 제강 슬래그 중 메탈회수 공정 플로우차트를 도식적으로 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 제강슬래그 중 메탈회수 증대를 위한 메탈회수 공정 플로우차트를 도식적으로 나타낸 것이다.

Claims (4)

1. 제강슬래그 중 메탈회수 증대방법에 있어서,

   고Fe슬래그를 포함하는 비자착슬래그를 용융슬래그의 현열을 이용하여 승온처리하는 단계;

   상기 승온처리 후 급냉하여 열충격을 주어서 상기 비자착슬래그의 파쇄성을 향상시키는 단계;

   상기 열충격이 가해진 비자착슬래그를 파쇄하는 단계; 및

   상기 파쇄된 비자착슬래그를 자력선별을 통하여 비자착슬래그 중 함유된 입철의 회수량을 증대시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제강슬래그 중 메탈회수 증대방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 비자착슬래그의 승온에 따른 승온온도는,

   900℃ 이상인 것을 특징으로 하는 제강슬래그 중 메탈회수 증대방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 용융제강슬래그의 현열 이용시,

   상기 비자착슬래그를 상기 용융제강슬래그를 쏟아 부은 슬래그 위에 얹는 것을 특징으로 하는 제강슬래그 중 메탈회수 증대방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 급냉방법은,

   살수에 의한 급냉, 공기에 의한 급냉, 가스분사에 의한 급냉방법 중 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 제강슬래그 중 메탈회수 증대방법.

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