KR101257053B1 - 탈황 슬래그의 분리장치 및 분리방법 - Google Patents

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Abstract

탈황 슬래그 분리장치 및 분리방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유체가 수용되는 수처리 탱크; 상기 수처리 탱크에 탈황 슬래그 분말을 투입하는 투입장치; 상기 수처리 탱크의 내부에 왕복 가능하게 설치되어 수면에서 부유하는 물질을 수거하여 외부로 배출하는 부유물 배출기; 및 상기 수처리 탱크의 바닥면에서 상측으로 경사지게 설치되어 수처리 탱크의 하면에 침전된 물질을 수처리 탱크의 외부로 배출하는 침전물 배출기를 포함하는 탈황 슬래그 분리장치를 제공한다.

Description

탈황 슬래그의 분리장치 및 분리방법{SEPARATION APPARATUS OF DESULFURIZED SLAG AND SEPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 탈황 슬래그를 분리하여 재활용할 수 있는 탈황 슬래그의 분리장치 및 분리방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철소에서는 철광석을 환원하여 용선을 제조하고, 용선 중에 포함된 불순물을 제거하여 용강을 제조한다. 용선에 함유된 불순물로는 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S) 등이 있다. 불순물 중에서 탄소, 규소, 망간, 인 등은 산소와 반응하여 제거되거나 산화물 형태로 슬래그 상으로 제거된다. 황(S)은 산화반응으로 제거하기 용이하지 않다. 황은 탈황제를 용선에 취입하여 환원반응에 의해 제거된다. 용선에 함유된 불순물을 제거하는 공정을 용선 예비 처리 공정이라고 한다.
용선 예비 처리 공정에서는 탈황 슬래그가 발생된다. 탈황 슬래그는 살수나 자연 냉각에 의해 냉각된다. 탈황 슬래그는 냉각된 상태로 자연상태에서 적재된다.
본 발명의 실시예들은 탈황 슬래그를 분리하여 재활용할 수 있도록 하는 탈황 슬래그의 분리장치 및 분리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유체가 수용되는 수처리 탱크; 상기 수처리 탱크에 탈황 슬래그 분말을 투입하는 투입장치; 상기 수처리 탱크의 내부에 왕복 가능하게 설치되어 수면에서 부유하는 물질을 수거하여 외부로 배출하는 부유물 배출기; 및 상기 수처리 탱크의 바닥면에서 상측으로 경사지게 설치되어 수처리 탱크의 하면에 침전된 물질을 수처리 탱크의 외부로 배출하는 침전물 배출기를 포함하는 탈황 슬래그 분리장치를 제공한다.
상기 수처리 탱크에는 유체의 수면을 양측으로 구획하도록 설치되는 분리막을 더 포함할 수 있다.
상기 투입장치는 분리막의 일측에 탈황 슬래그 분말을 투입하고, 상기 부유물 배출기는 분리막의 일측에 배치될 수 있다.
상기 침전물 배출기는, 상기 수처리 탱크의 바닥면에서 상측을 향하여 경사지게 배치되는 이송관; 상기 이송관의 내부에 회전 가능하게 설치되는 이송 스크류; 및 상기 이송 스크류를 회전시켜 침전물을 수처리 탱크의 외부로 배출시키는 구동장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 탈황 슬래그를 파쇄하여 분말을 생성하는 단계; 탈황 슬래그 분말을 수처리 탱크의 내부에 투입하여 부유물과 침전물을 분리하는 단계; 및 부유물 배출기를 왕복시켜 부유물을 외부로 배출하고, 침전물 배출기를 구동하여 침전물을 수처리 탱크의 외부로 배출하는 단계를 포함하는 탈황 슬래그 분리방법을 제공한다.
외부로 배출된 부유물과 침전물을 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분말 생성 단계에서는 탈황 슬래그를 가열하여 수분을 제거한 후 탈황 슬래그를 파쇄할 수 있다.
상기 침전물 분리 단계에서는 탈황 슬래그 분말을 분리막의 일측에 투입할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 탈황 슬래그로부터 키쉬카본과 철성분을 회수하여 재활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황 슬래그 분리장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 탈황 슬래그 분리방법을 나타낸 플로우 차트이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 탈황 슬래그 분리장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황 슬래그 분리장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 탈황 슬래그 분리장치는 수처리 탱크(110), 투입장치(120), 부유물 배출기(130) 및 침전물 배출기(140)를 포함할 수 있다. 탈황 슬래그 분리장치에는 유체의 수면을 양측으로 구획하도록 분리막(150)이 더 포함될 수 있다.
수처리 탱크(110)의 내부에는 물과 같은 유체가 수용된다. 수처리 탱크(110)의 상단부에는 슬래그 분말 중 부유물(10)이 외부로 배출될 수 있도록 배출구(111)가 형성될 수 있다.
투입장치(120)는 탈황 슬래그 분말을 수처리 탱크(110)의 상측으로 이송시킨다. 탈황 슬래그에는 생석회나 전기로 환원 슬래그를 투입하여 수분을 제거할 수 있다. 수분이 제거된 탈황 슬래그는 크러셔(미도시)(crusher)에 의해 대략 1-5mm 의 입도를 갖도록 파쇄된다. 탈황 슬래그 분말에는 키쉬카본(kish graphite)과 철성분을 함유한 물질 등이 포함된다. 키쉬카본은 물보다 비중이 가벼운 물질이고, 철성분은 물보다 비중이 무거운 물질이다.
키쉬카본은 고분자 첨가제, 그래핀 합성원료, 윤활제 및 금속 첨가제, 방열 플라스틱 원료 등에 사용될 수 있는 물질이다. 고분자 첨가제는 전기전도 첨가제 및 열전도성 첨가제로 이용될 수 있다. 그래핀 합성원료는 2차 전지 전극 재로, 투명 전극, 열전도성 첨가제용 나노 구조체로 이용될 수 있다. 금속 첨가제는 분말야금용 강화 필러 등으로 이용될 수 있다. 이러한 키쉬카본은 다양한 분야에 적용이 될 수 있는 물질이다.
투입장치(120)는 탈황 슬래그 분말이 이송되는 컨베이어(121)와, 컨베이어(121)의 둘레를 둘러싼 덮개(123)를 포함할 수 있다. 덮개(123)는 탈황 슬래그 분말이 공기 중으로 비산되는 것을 최소화시킨다. 또한, 덮개(123)는 눈이나 비 등에 의해 탈황 슬래그 분말이 젖는 것을 방지할 수 있다.
투입장치(120)는 분리막(150)의 일측에만 탈황 슬래그 분말을 투입할 수 있다. 이때, 키쉬카본과 같은 가벼운 물질은 유체의 수면에 부유하게 되고, 철성분을 함유한 물질은 수처리 탱크(110)의 하부 일측에 침전하게 된다. 이렇게 키쉬카본과 철성분이 분리될 수 있다.
분리막(150)은 수처리 탱크(110)의 내부를 가로지르도록 배치되므로, 부유 물질이 분리막(150)의 타측으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 분리막(150)은 부유물(10)이 수면의 일부 구역에만 위치되도록 하여 부유물(10)이 용이하게 수거될 수 있도록 한다. 이러한 분리막(150)의 상측은 유체는 수면에서 상측으로 돌출되고, 분리막(150)의 하측은 수면에서 아래로 일정 깊이 잠기도록 설치된다.
부유물 배출기(130)는 수처리 탱크(110)의 내부에 왕복 가능하게 설치될 수 있다. 부유물 배출기(130)는 분리막(150)의 일측에만 배치될 수 있다. 부유물 배출기(130)는 일정 시간마다 이동되어 부유물(10)을 수거하여 수처리 탱크(110)의 외부로 배출할 수 있다.
부유물 배출기(130)는 수처리 탱크(110)의 상부에 설치되는 가이드 레일(131)과, 가이드 레일(131)에 왕복 가능하게 설치되어 부유물(10)을 수거하여 수처리 탱크(110)의 외부로 배출하는 부유물 수거부(133)를 포함할 수 있다. 부유물 수거부(133)에는 가이드 레일(131)을 따라 부유물 수거부(133)를 자동으로 이송시킬 수 있도록 구동모터가 포함될 수 있다. 이러한 부유물 배출기(130)는 부유물(10)을 걷어 낼 수 있는 한 다양한 구조가 적용될 수 있다.
침전물 배출기(140)는 수처리 탱크(110)의 바닥면에서 상측으로 경사지게 설치될 수 있다. 침전물 배출기(140)는 경사지게 형성되므로, 침전물(20)과 함께 이송되던 유체는 대부분 수처리 탱크(110) 내부로 복귀될 수 있다. 따라서, 유체가 침전물(20)과 함께 외부로 배출되는 것을 최소화할 수 있다. 이러한 침전물 배출기(140)는 다양한 구조가 적용될 수 있으나 아래에서는 일 예를 들어 설명하기로 한다.
침전물 배출기(140)는 이송관(141), 이송 스크류(143) 및 구동장치(145)를 포함할 수 있다.
이송관(141)은 수처리 탱크(110)의 바닥면에서 상측을 향하여 경사지게 배치된다. 이러한 이송관(141)은 침전물(20)이 이송되는 통로를 형성한다. 이송 스크류(143)는 이송관(141)의 내부에 회전 가능하게 설치된다. 구동장치(145)는 이송 스크류(143)의 상단부에 결합되어 이송 스크류(143)를 회전시킨다. 구동장치(145)가 회전될 때에 이송 스크류(143)에 의해 침전물(20)이 수처리 탱크(110)의 외부로 배출된다. 이때, 침전물 배출기(140)는 부유물(10)이 배출되는 곳과 다른 곳에 침전물(20)을 배출되어 부유물(10)과 침전물(20)이 별개의 장소에 쌓이도록 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 탈황 슬래그 분리방법에 관해 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 탈황 슬래그에 생석회 또는 전기로 환원 슬래그를 투입하여 수분을 제거한다(S11). 생석회는 탈황 슬래그 대비 5~10% 정도 투입될 수 있다. 전기로 환원 슬래그는 탈황 슬래그 대비 10~20% 정도 투입될 수 있다. 이때, 전기로 환원 슬래그는 CaO 함량이 45~50% 정도 포함되고 프리 라임(free CaO)이 다량 함유되어 있으므로 생석회를 대신하여 사용될 수 있다. 프리 라임은 슬래그 중에서 CaO가 단상으로 존재하는 성분이다.
탈황 슬래그는 함수율이 대략 15~18% 정도이다. 이러한 탈황 슬래그는 키쉬카본 등의 미세 분말을 포함하고 있다. 탈황 슬래그에서 수분을 제거하지 않으면 키쉬카본 등과 같은 미세 분말에 의해 크러셔 등의 설비가 손상될 수 있다.
건조된 탈황 슬래그는 크러셔를 이용하여 5mm 이하의 입도로 파쇄한다(S12). 탈황 슬래그 분말은 스크린에 공급되고, 스크린은 5mm 이하의 탈황 슬래그 분말만을 통과시킨다. 5mm 이상의 탈황 슬래그 분말은 스크린에서 크러셔로 다시 공급된다.
이러한 과정을 거쳐 탈황 슬래그 분말이 5mm 이하의 입도를 갖도록 생성된다(S13). 탈황 슬래그 분말에는 키쉬 카본과 같은 물질과, 철성분을 함유한 물질이 포함될 수 있다.
탈황 슬래그 분말은 투입장치(120)로 이송된다. 투입장치(120)의 컨베이어(121)에는 탈황 슬래그 분말이 제공된다. 컨베이어(121)는 탈황 슬래그 분말을 수처리 탱크(110)의 일측에 공급한다.
이때, 철성분을 함유한 물질은 수면 아래로 침전되고, 키쉬카본과 같이 가벼운 물질은 대부분 수면에 부유하게 된다. 이와 같이 철성분과 키쉬카본이 유체에 의해 분리될 수 있다(S14).
부유물 배출기(130)가 가동된다. 이때, 부유물 수거부(133)는 수처리 탱크(110)의 일측으로 이동되면서 수면에 부유하는 부유물(10)을 수처리 탱크(110)의 일측으로 모은다. 부유물 수거부(133)가 수처리 탱크(110)의 일측 가장자리까지 이동되면, 부유물(10)은 수처리 탱크(110)의 배출구(111)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 부유물 수거부(133)는 수처리 탱크(110)의 일측 가장자리에서 분리막(150) 근처로 다시 이동된다. 부유물 수거부(133)는 일정 주기로 왕복하면서 부유물(10)을 수처리 탱크(110)의 외부로 배출시킨다(S15). 이와 같이, 부유물(10)은 수처리 탱크(110)의 일측에 쌓이게 된다.
침전물 배출기(140)의 구동장치(145)는 이송 스크류(143)를 회전시킨다. 이송 스크류(143)의 하측에는 철성분을 함유한 침전물(20)이 쌓여 있다. 이송 스크류(143)가 회전됨에 따라 침전물(20)이 상측으로 이송된다. 상측으로 이송된 침전물(20)은 이송관(141)의 상단에서 외부로 배출된다(S18). 이와 같이, 침전물(20)은 수처리 탱크(110)의 타측에 쌓이게 된다.
배출된 부유물(10)은 로터리 킬른이나 열풍로 반응기와 같은 건조기에 투입될 수 있다. 이때, 부유물(10)은 건조기에서 함수율이 5% 이하로 되도록 건조될 수 있다(S16). 건조된 부유물(10)에는 키쉬카본이 다량 함유되어 있으므로, 부유물(10)을 이용하여 다양한 제품에 적용될 수 있다. 예를 들면, 부유물(10)의 성분 중 키쉬카본은 고분자 첨가제, 그래핀 합성원료, 윤활제 및 금속 첨가제, 방열플라스틱 원료 등에 사용될 수 있다. 이와 같이 부유물(10)에서 키쉬카본이 회수될 수 있다(S17).
배출된 침전물(20)은 로터리 킬른이나 열풍로 반응기에 투입될 수 있다. 이때, 침전물(20)은 로터리 킬른이나 열풍로 반응기와 같은 건조기에서 함수율이 5% 이하로 되도록 건조될 수 있다(S19). 건조된 침전물(20)은 로드밀과 같은 파쇄기에 의해 3mm 이하의 입도를 갖도록 파쇄될 수 있다.
파쇄된 침전물(20)은 마그네트에 의해 자력으로 선별되어 회수될 수 있다(S20). 이때, 회수된 철성분은 결합제와 혼합된 후 단광 제조기로 이송될 수 있다.
단광 제조기는 철성분과 결합제의 혼합물을 단광으로 제조한다(S21). 이때, 단광은 30mm 이상의 입도를 갖도록 제작될 수 있다. 이러한 단광제품은 철성분이 85% 정도 되어 전기로의 스크랩 대체재로 이용될 수 있다.
아래의 표는 탈황 슬래그와 단광 제품의 성분을 분석한 결과이다. 여기서, T-Fe는 철성분의 총량, M-Fe는 산화되지 않은 철성분을 의미한다.
처리량(kg) T-Fe(%) M-Fe(%) CaO(%) MgO(%) SiO2(%)
탈황 슬래그 1000 34.6 28.1 35.3 1.9 9.2
단광 제품 180 88.5 85.7 3.2 0.14 1.5
단광후 슬래그 720 13.1 4.3 43.3 3.4 13.1
실험 결과, 탈황 슬래그 1톤에서 단광 제품이 180kg 정도 생산되었다. 단광 제품에는 산화되지 않은 철성분이 85.7% 정도 함유되어 전기로의 스크랩 대체제로 활용될 수 있었다.
이와 같이, 탈황 슬래그에서 키쉬카본과 철성분을 회수할 수 있으므로, 자원을 재활용할 수 있다. 또한, 탈황 슬래그에 의해 환경 오염이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 부유물 20: 침전물
110: 수처리 탱크 120: 투입장치
130: 부유물 배출기 140: 침전물 배출기
150: 분리막

Claims (8)

  1. 유체가 수용되는 수처리 탱크;
    상기 수처리 탱크에 탈황 슬래그 분말을 투입하는 투입장치;
    상기 수처리 탱크의 내부에 왕복 가능하게 설치되어 수면에서 부유하는 물질을 수거하여 외부로 배출하는 부유물 배출기; 및
    상기 수처리 탱크의 바닥면에서 상측으로 경사지게 설치되어 수처리 탱크의 하면에 침전된 물질을 수처리 탱크의 외부로 배출하는 침전물 배출기를 포함하고,
    상기 수처리 탱크에는 유체의 수면을 양측으로 구획하도록 설치되는 분리막을 더 포함하는 탈황 슬래그 분리장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 투입장치는 분리막의 일측에 탈황 슬래그 분말을 투입하고,
    상기 부유물 배출기는 분리막의 일측에 배치되는 것을 특징으로 하는 탈황 슬래그 분리장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 침전물 배출기는,
    상기 수처리 탱크의 바닥면에서 상측을 향하여 경사지게 배치되는 이송관;
    상기 이송관의 내부에 회전 가능하게 설치되는 이송 스크류; 및
    상기 이송 스크류를 회전시켜 침전물을 수처리 탱크의 외부로 배출시키는 구동장치를 포함하는 탈황 슬래그 분리장치.
  5. 탈황 슬래그를 파쇄하여 분말을 생성하는 단계;
    탈황 슬래그 분말을 수처리 탱크의 내부에 투입하여 부유물과 침전물을 분리하는 단계; 및
    부유물 배출기를 왕복시켜 부유물을 외부로 배출하고, 침전물 배출기를 구동하여 침전물을 수처리 탱크의 외부로 배출하는 단계를 포함하고,
    상기 침전물 분리 단계에서는 탈황 슬래그 분말을 분리막의 일측에 투입하는 것을 특징으로 하는 탈황 슬래그 분리방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    외부로 배출된 부유물과 침전물을 건조시키는 단계를 더 포함하는 탈황 슬래그 분리방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 분말 생성 단계에서는 탈황 슬래그를 가열하여 수분을 제거한 후 탈황 슬래그를 파쇄하는 것을 특징으로 하는 탈황 슬래그 분리방법.
  8. 삭제
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