KR101280943B1 - 슬래그 및 슬래그 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬래그의 평균 입도(粒度)를 조절하여 재활용율을 높일 수 있는 슬래그 및 슬래그 처리방법에 관한 것으로서, 전로에서 발생한 슬래그를 냉각시키는 과정에서 슬래그를 파쇄하는 용기의 회전수와 용기 내로 공급되는 냉각수의 양을 조절하여 슬래그의 입도를 조절할 수 있다. 이를 통해 사용 목적에 따라 슬래그의 입도를 자유롭게 조절할 수 있어, 다양한 용도에 사용 가능하므로 재활용율을 높여 자원화할 수 있다.

Description

슬래그 및 슬래그 처리방법{Slag and processing method of slag}

본 발명은 슬래그 및 슬래그 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬래그의 평균 입도(粒度)를 조절하여 재활용율을 높일 수 있는 슬래그 및 슬래그 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철 공정에서 발생되는 슬래그는 대량으로 산출되는 부산물이다.

제철공장에서 발생되는 슬래그 중 고로 슬래그는 거의 대부분 재활용되는 반면에, 전로 또는 전기로 공정에서 발생되는 슬래그는 연간 수백만 톤 이상이 발생하고 있음에도 불구하고, 물리화학적 분화, 팽창 및 백탁수 발생 등의 부작용으로 인해 대부분 매립 처분되고 있다.

전로 슬래그를 재활용하는 경우에도 사실상 3개월 이상의 오랜 숙성기간을 거친 후 활용되어야 하기 때문에, 대부분 단순 매립 혹은 노반재로 처리를 하고 있는 실정이다.

예컨대, 통상적인 슬래그 처리는, 약 1400-1500 ℃인 용융 슬래그를 야드에 덤핑하며, 대량의 방수와 함께 대기 중에 방냉한 후 응고된 슬래그 덩어리는 차량을 이용하여 이송한 후, 대형의 장비에 의해 분쇄하면서 지금을 회수하고 크기 별로 분리하여 일부 재활용하고 나머지는 거의 매립한다. 따라서, 이와 같은 종래의 통상적인 슬래그 처리 또는 재활용의 경우에, 수 처리 문제와 함께 장기간의 처리시간이 소요됨과 동시에 원거리를 이동하여 분쇄기, 마그네틱 컨베이어, 선별기 등을 거치기 때문에 고가 장비와 회수 비용이 소요된다.

최근에는 전로 슬래그의 용도가 다양해지면서 그 재활용 양을 증가시키려는 움직임이 나타나고 있다. 이에 사용 용도에 따라 슬래그의 입도를 다양화시키는 방법들이 개발되고 있다. 특히, 슬래그의 입도를 증가시키려는 노력이 절실하게 필요하게 되었다.

종래의 슬래그 처리방법은 회전하도록 형성된 냉각 드럼 내부에 액상의 슬래그와 철제 볼을 장입하고, 냉각 드럼 내부에 냉각수를 공급하면서 냉각 드럼을 회전시킴으로써 고온의 슬래그를 냉각시켜 고상의 슬래그를 형성하는 동시에, 파쇄한다. 이와 같이 처리방법을 통해 생산되는 슬래그 중, 5㎜ 이하의 입도를 갖는 슬래그가 약 95% 정도의 점유율을 갖고, 10㎜ 이상의 입도를 갖는 슬래그가 약 1% 정도의 점유율을 갖는다. 그러나 이와 같이 5㎜ 이하의 입도를 갖는 슬래그는 그 사용 용도가 매우 제한적이어서 보다 다양한 용도로 사용하기 위해서는 슬래그의 입도를 증가시킬 필요가 있다. 예컨대 노반 매립용으로 사용되는 슬래그의 경우 10㎜ 이상의 입도가 요구되고 있다.

따라서 슬래그의 입도를 증가시켜 보다 다양한 용도에 사용함으로써 불필요하게 폐기 처분되는 슬래그의 양을 줄이고, 이에 따른 환경 오염도 방지할 수 있는 다양한 노력이 요구된다.

하기의 선행기술문헌에는 이에 관련된 내용들이 개시되어 있다. 특히, 하기의 특허문헌 1(KR2004-0087134 A)에는 슬래그를 일정한 크기로 분쇄하는 내용에 대해 개시하고 있다. 여기에서는 액상의 슬래그를 냉각시키는 과정과 냉각된 고상의 슬래그를 파쇄하는 과정이 서로 분리되어 수행되고 있어, 슬래그 처리장치의 구조가 복잡해지고 처리 시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다. 또한, 슬래그가 다양한 입도를 갖도록 파쇄하기 위해서는 다양한 크기의 삽입홈이 형성된 회전드럼을 구비해야 하는 문제점도 있다.

KR 2004-0087134 A KR 2011-0060020 A

본 발명은 입도를 자유롭게 조절할 수 있는 슬래그 및 슬래그 처리방법을 제공한다.

본 발명은 슬래그의 입도를 상향시켜 재활용율을 높여 자원화할 수 있는 슬래그 및 슬래그 처리방법을 제공한다.

본 발명은 슬래그 매립 처분에 의한 환경 오염을 방지할 수 있는 슬래그 및 슬래그 처리방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 슬래그 처리방법은, 볼이 수용된 용기 내부에 액상 슬래그를 주입하는 과정과, 상기 용기를 회전시키면서 상기 용기에 냉각수를 공급하여 상기 액상 슬래그를 고상화시키는 동시에, 고상화된 슬래그를 상기 볼을 이용하여 파쇄하는 과정을 포함하며, 상기 파쇄된 슬래그의 평균 입도는 아래의 수학식을 통해 조절된다.

[수학식]

이때, 상기 용기에는 30톤 내지 50톤의 철제 볼이 수용될 수 있다.

상기 용기의 회전수는 2rpm 내지 4rpm이고, 상기 냉각수량은 60톤/hr 내지 220톤/hr일 수 있다.

특히, 상기 파쇄된 슬래그의 평균 입도는 10㎜ 이상일 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 슬래그는, 여러 가지 입도를 갖는 슬래그로서, 평균 입도가 5㎜ 이하이고, 전체 점유율에 대하여 50% 내지 93%를 차지하는 제1분체와, 평균 입도가 10㎜ 이상이고, 전체 점유율에 대해여 2% 내지 22%를 차지하는 제2분체 및 상기 제1분체 및 제2분체 이외에 전체 점유율에 대하여 나머지를 차지하는 제3분체를 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3분체의 평균 입도는 10㎜ 이상일 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 슬래그 및 슬래그 처리방법은, 전로에서 발생한 슬래그를 냉각시키는 과정에서 슬래그를 파쇄하는 용기의 회전수와 용기 내로 공급되는 냉각수의 양을 조절하여 슬래그의 입도를 조절할 수 있다. 이를 통해 사용 목적에 따라 슬래그의 입도를 자유롭게 조절할 수 있어, 다양한 용도에 사용 가능하므로 재활용율을 높여 자원화할 수 있다. 따라서 불필요하게 폐기 처분되는 슬래그의 양을 줄일 수 있어 슬래그의 폐기 처분에 따른 환경 오염을 방지할 수 있다.

도 1은 슬래그 처리장치를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따를 슬래그 처리방법을 이용하여 생산된 슬래그의 평균 입도 별 점유율을 보여주는 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 슬래그 처리방법은 전로 슬래그를 처리하는 신속 슬래그 처리장치(BSSF)를 이용하여 구현된다.

도 1은 슬래그 처리장치를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따를 슬래그 처리방법을 이용하여 생산된 슬래그의 평균 입도 별 점유율을 보여주는 그래프이다.

도 1을 참조하면, 슬래그 처리장치는 슬래그 포트(10) 등으로부터 공급되는 액상 슬래그(12)를 수용하는 용기(20)와, 용기(20)를 회전시키는 구동수단(30)과, 용기(20)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급수단(40)을 포함한다. 이때, 용기(20)는 액상 슬래그(12)를 수용하는 내부 용기와 내부 용기와 소정 거리 이격되어 구비되는 외부 용기로 구성되고, 소정 각도 기울어지도록 설치된다. 또한, 용기(20) 내부에는 30톤 내지 50톤 정도의 철제 볼(steel ball, 미도시)이 수용된다.

이와 같은 슬래그 처리장치를 이용한 슬래그 처리방법은 철제 볼이 수용되어 있는 용기(20), 즉 내부 용기에 액상의 슬래그(12)를 주입하면서 구동수단(30)의 구동을 통해 용기(20)를 회전시킨다. 이때, 내부 용기와 외부 용기 사이에 냉각수 공급수단(40)을 이용하여 냉각수를 공급한다. 내부 용기와 외부 용기 사이로 공급되는 냉각수에 의해 내부 용기가 냉각되고, 액상의 슬래그(12)는 용기(20)가 회전함에 따라 내부 용기의 내벽에 부착되어 냉각됨으로써 고상화된다. 이렇게 고상화된 슬래그는 철제 볼에 의해 물리적으로 파쇄되어 용기(20) 외부로 배출된다.

이렇게 생산된 슬래그는 5㎜ 이하의 입도를 갖는 것이 대부분이어서 사용 용도에 많은 제한을 받았다.

이에 슬래그의 입도에 영향을 미치는 변수로 예상되는 냉각수의 양과 용기의 회전 속도를 변경시키면서 실험한 결과, 다양한 입도를 갖는 슬래그를 생산할 수 있었다.

이하에서는 일 예로서 슬래그의 입도를 증가시킬 수 있는 최적의 슬래그 생산 조건을 도출하기 위한 실험 예에 대해서 설명한다.

냉각수의 양을 60 톤/hr 내지 220 톤/hr의 범위에서 변경시키고, 회전수는 2rpm 내지 4rpm의 범위에서 변경시키면서, 액상 슬래그를 냉각시켜 고상화시켰다. 이때, 용기의 내경은 61,000㎜이고, 용기 내부에는 직경이 150㎜이고, 무게가 10㎏인 철제 볼 40톤(ton)이 수용되어 있다. 용기의 회전수와 냉각수량이 지나치게 적은 경우에는 폭발의 위험성이 있으므로, 실험 조건에서 제외하였다. 예를 들어, 회전수가 1rpm인 경우와 냉각수량이 60톤/hr 이하인 경우이다.

실험 예	회전수(rpm)	냉각수량(톤/hr)	평균입도(㎜)
실험 예 1	3	60	12
실험 예 2	4	60	16
실험 예 3	3	160	8.5
실험 예 4	4	160	15
실험 예 5	2	220	3.5
실험 예 6	3	220	5
실험 예 7	4	220	12

실험 예 1)

용기는 3rpm으로 회전시키고, 냉각수는 60 톤/hr로 용기 내부로 공급하였다. 이와 같은 조건으로 생산된 슬래그의 평균 입도는 12㎜였다.

실험 예 2)

용기는 4rpm으로 회전시키고, 냉각수는 60 톤/hr로 공급하였다. 이와 같은 조건으로 생산된 슬래그의 평균 입도는 16㎜였다.

실험 예 3)

용기는 3rpm으로 회전시키고, 냉각수는 160 톤/hr로 공급하였다. 이와 같은 조건으로 생산된 슬래그의 평균 입도는 8.5㎜였다.

실험 예 4)

용기는 4rpm으로 회전시키고, 냉각수는 160 톤/hr로 공급하였다. 이와 같은 조건으로 생산된 슬래그의 평균 입도는 15㎜였다.

실험 예 5)

용기는 2rpm으로 회전시키고, 냉각수는 220 톤/hr로 공급하였다. 이와 같은 조건으로 생산된 슬래그의 평균 입도는 3.5㎜였다.

실험 예 6)

용기는 3rpm으로 회전시키고, 냉각수는 220 톤/hr로 공급하였다. 이와 같은 조건으로 생산된 슬래그의 평균 입도는 5㎜였다.

실험 예 7)

용기는 4rpm으로 회전시키고, 냉각수는 220 톤/hr로 공급하였다. 이와 같은 조건으로 생산된 슬래그의 평균 입도는 12㎜였다.

상기 실험결과를 살펴보면, 용기의 회전수와 공급되는 냉각수량에 따라 슬래그의 평균 입도가 변경되는 것을 알 수 있다. 즉, 용기의 회전수가 증가하고, 공급되는 냉각수량이 감소할수록 슬래그의 평균 입도가 증가하고 있다.

특히, 실험 예들 중, 슬래그의 평균 입도가 10㎜ 이상인 실험 예 1, 실험 예 2, 실험 예 4 및 실험 예 7의 경우, 도 2에 도시된 것처럼 평균 입도가 10㎜ 이상인 슬래그의 점유율이 종래에 비하여 획기적으로 증가했음을 확인할 수 있다. 즉, 종래에는 평균 입도가 10㎜ 이상인 슬래그의 점유율이 약 1% 정도였으나, 상기 실험 예들을 통해 생산된 슬래그 중 평균 입도가 10㎜ 이상인 슬래그의 점유율은 각각 21.4%, 19.6%, 10.7% 및 7.5%로 현저하게 증가했음을 확인할 수 있었다.

이들 실험 예를 통해 생산된 슬래그는 주로 평균 입도가 5㎜ 이하인 슬래그가 전체 점유율에 대하여 50% 내지 65%를 차지하고, 평균 입도가 10㎜ 이상인 슬래그가 전체 점유율에 대해여 7% 내지 22%를 차지하고 있었으며, 5㎜ 내지 10㎜ 사이의 평균 입도를 갖는 슬래그가 그 나머지를 차지하고 있었다. 이들 슬래그는 10㎜ 이상의 평균 입도를 갖는 것으로 측정되었다.

실험 결과 중, 실험 예 1과 실험 예 2에서 평균 입도가 10㎜ 이상인 슬래그의 점유율이 상대적으로 높게 나타나고 있음을 알 수 있다. 그러나 여기에서는 냉각수의 양이 상대적으로 적은 양이 사용되고 있어, 생산된 슬래그 중에 미처 냉각되지 못한 슬래그가 포함되어 있을 수 있어 안전상에 문제가 있다. 또한, 실험 예 7의 경우 지나치게 많은 양의 냉각수가 사용되는 문제가 있다. 따라서 실험 예 4가 10㎜ 이상의 평균 입도를 갖는 슬래그를 생산하기 위한 최적의 조건으로 판단된다.

또한, 반복적인 실험 결과 하기의 [수학식 1]을 도출할 수 있었다.

상기 [수학식 1]에 따르면, 고상화된 슬래그의 평균 입도는 용기의 회전수와 냉각수량에 의해 결정될 수 있다. 따라서 용기의 회전수와 용기 내에 공급되는 냉각수량을 조절함으로써 슬래그의 평균 입도를 자유롭게 조절할 수 있다.

이를 통해 슬래그의 사용 용도에 따라 입도를 감소시키거나 증가시킬 수 있어 슬래그의 재활용율을 보다 높일 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 슬래그 포트 12 : 액상 슬래그
20 : 용기 30 : 구동수단
40 : 냉각수 공급수단

Claims (7)

1. 볼이 수용된 용기 내부에 액상 슬래그를 주입하는 과정과,
   상기 용기를 회전시키면서 상기 용기에 냉각수를 공급하여 상기 액상 슬래그를 고상화시키는 동시에, 고상화된 슬래그를 상기 볼을 이용하여 파쇄하는 과정을 포함하며,
   상기 파쇄된 슬래그의 평균 입도는 아래의 수학식을 통해 10mm 이상의 평균입도를 갖도록 조절되고,
   상기 용기의 회전수는 2rpm 내지 4rpm이고,
   상기 냉각수의 공급량은 60톤/hr 내지 220톤/hr인 슬래그 처리방법.
   [수학식]
   

   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 용기에는 30톤 내지 50톤의 철제 볼이 수용된 슬래그 처리방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 파쇄된 슬래그의 평균 입도는 10㎜ 이상인 슬래그 처리방법.
6. 여러 가지 입도를 갖는 슬래그로서,
   평균 입도가 5㎜ 이하이고, 전체 점유율에 대하여 50% 내지 93%를 차지하는 제1분체와,
   평균 입도가 10㎜ 이상이고, 전체 점유율에 대해여 2% 내지 22%를 차지하는 제2분체 및
   상기 제1분체 및 제2분체 이외에 전체 점유율에 대하여 나머지를 차지하는 제3분체를 포함하고,
   상기 슬래그의 평균 입도는 10㎜ 이상인 슬래그.
7. 삭제

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