KR101379459B1 - 폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강, 제철소에서 발생하는 용융상태의 제강 또는 제철 슬래그 폐기물을 재활용하기 위해 처리하는 슬래그 아토마이징 설비에서 제강 슬래그 처리 시 발생하는 폐열을 회수하여 습증기로 활용하는 구조에 관한 것으로서, 그 구성은 비산 슬래그가 야적되는 위치 상부에 위치하여 고온의 폐열부산물을 흡입하는 폐열 흡입후드; 상기 폐열 흡입후드에 의해 흡입된 고온의 폐열부산물을 처리장 외부로 이송시키는 폐열부산물 압송라인; 상기 폐열부산물 이송라인에 의해 이송된 폐열부산물의 미세입자를 침전분리시키는 미세입자 침전조; 상기 미세입자 침전조에서 생성된 습증기를 이송시키는 습증기 이송라인; 및 상기 습증기 이송라인에 연결되고 상기 폐열 흡입후드로부터 이격된 슬래그 처리장의 상부 위치에 설치되어 상기 이송된 습증기를 처리장 안으로 하향경사방향으로 분출시키는 습증기 압출후드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템{Steel slag atomizing system with structure using wet steam by waste heat}

본 발명은 제강 슬래그 처리설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소에서 발생하는 용융상태의 제강 또는 제철 슬래그 폐기물을 재활용하기 위해 처리하는 슬래그 아토마이징 설비(Slag Atomizing Plant: SAP)에서 제강 슬래그 처리 시 발생하는 폐열을 회수하여 습증기로 활용하는 구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템에 관한 것이다.

현재 제철소에서 발생되는 제강 슬래그는 슬래그 처리장(야드장)으로 운송하여 살수 냉각과정을 거친 후 분쇄장으로 운송하여 파쇄기로 분쇄시켜 입도분리한 후, 15㎜ 이상은 매립하고, 나머지는 소결용 원료나 기타 부원료로 활용되고 있다. 특히, 시멘트 원료, 조재제, 염기성 비료 등으로 활용할 경우에는 미립분의 형태로 제조해야할 필요성이 있다.

제강 슬래그의 재활용 처리공정은 용융 슬래그의 수집, 운반, 살수, 냉각, 분쇄 등의 복잡한 다단계공정으로 이루어져 있어 처리비용 및 시간이 많이 소요되고, 환경 측면에서도 살수 냉각과정에서 발생하는 분진 및 수증기, 폭발 등으로 작업환경을 악화시키는 문제점이 있으며, 에너지 활용측면에서 고온의 용융 슬래그가 보유하고 있는 약 400㎉/㎏의 열량인 현열(顯熱)을 효과적으로 회수하지 못하여 연간 약 70만G㎈의 막대한 열량을 버리게 되는 문제점을 가지고 있다. 여기서 현열(顯熱)이라 함은 가열된 물질이 상태변화가 없는 경우 보유하고 있는 열량으로서 폐열이용의 대상이 되는 열량을 말하는 것이다.

또한, 미립 슬래그의 품질측면에서 보면 용융 슬래그를 냉각시킬 경우 서냉을 하게 되면 주로 결정화가 일어나게 되는 반면, 냉각속도를 빨리하여 급냉하게 되면 유리질화가 일어나 시멘트용, 비료용, 조재제용 등으로 적합한 재질을 갖추게 되어 미립 슬래그의 고부가가치화가 가능하게 되는데, 상기와 같은 살수 냉각방식으로는 유리질화가 어려워 슬래그의 고품질화가 어려운 문제점이 있다.

슬래그 처리에 대한 위와 같은 다단계공정에 대한 문제점을 일부 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 일본 공개특허공보 평6-323759호에 기재된 풍쇄기술이 있다.

상기 풍쇄기술은, 전기로의 일축으로 용융 슬래그을 배출시키고, 고압의 공기를 에어노즐을 통하여 상기 용융 슬래그에 대해 수직의 한 방향으로 분사시킴으로써 공기의 분사 압력으로 용융 슬래그를 분쇄시켜 미립화하는 것이다. 따라서 미립화된 슬래그들이 대기 중으로 비산되면서 냉각되면서, 미립 슬래그의 표면장력에 기인하여 구형에 가까운 입자들로 생성되게 하는 기술이다.

그러나, 상술한 종래의 풍쇄기술을 적용하기 위해서는 상당히 넓은 작업장 면적이 필요하다는 문제점이 발생하게 되며, 이러한 풍쇄기술의 문제점을 해결하기 위해서는 좁은 면적에서도 적용할 수 있는 시스템이 구성되어져야 한다.

상기한 종래의 풍쇄기술의 문제점을 보완하도록 제안된 기술이 1999년 대한민국 특허공개 제51962호에 미립화 슬래그 제조장치가 개시되어 있다. 이 미립화 슬래그 제조장치에서는, 수직 원통형 장치케이스 상부에 다수개의 공기분사노즐을 갖추고 상부에서 떨어지는 용융 슬래그를 고압의 공기로 1차 파쇄시키는 한편, 공기분사노즐의 하부에 고속으로 회전하는 회전판을 배치하여 가속된 슬래그가 회전판에 충돌되어 2차 파쇄되도록 하고 있다.

그러나, 상술한 미립화 슬래그 제조장치는 비교적 좁은 면적에서 용융 슬래그를 효과적으로 미립화할 수 있는 반면에, 여전히 용융 슬래그가 가지고 있는 다량의 현열은 회수되지 않고 있으며, 슬래그의 냉각속도 제어도 불가능하여 미립 슬래그의 유리질화가 어려운 문제점을 가지고 있다.

또한, 제강 슬래그의 폐열을 사용하기 위한 시스템에 대한 기술로는 등록특허 10-0840248을 들 수 있는데, 이는 레이들에 보온 커버를 덮어씌워 폐열을 회수하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

그러나 상기 특허에서의 보온 커버는 보온 커버를 통해 대기로 배출되는 고온의 배기가스를 회수하여 재활용함으로써, 낭비되는 에너지를 방지할 수 있고, 배출되는 폐열을 이용하여 포러스플럭의 구멍 막힘현상을 방지할 수 있었으나, 그 구성이 너무 복잡하고 슬래그 포트의 전처리 과정에 필요한 장치로써 실질적으로 야드에서 발생되는 폐열을 사용하는 장치에 해당되지 않는 것이다.

또 다른 문헌인 등록특허 10-1031588는 현열 회수가 가능한 미립 슬래그 제조장치에 관한 것으로, 용융 슬래그를 공급받아 용융상태로 유지하여 배출하는 경동 턴디쉬와, 이로부터 용융 슬래그를 공급받아 배출하는 배출속도제어 턴디쉬로 이루어지는 용융슬래그 제어부와; 상기 배출속도제어 턴디쉬로부터 배출된 용융 슬래그에 고압의 공기와 물을 분사하여 입자화시키는 고압 분무노즐과; 상기 고압 분무노즐로부터 입자화된 슬래그를 포집하도록 용융 슬래그가 공급되는 부위 및 입자화된 슬래그가 배출되는 부위에 설치되는 고정식 포집드럼과, 이의 사이에 회전 가능하도록 설치되는 회전식 포집드럼을 포함하는 슬래그 포집드럼과; 상기 슬래그 포집드럼의 입구 측에 배관된 열교환기 및 배기팬으로 이루어지는 현열 회수부를 포함하는 구성을 갖춤으로써, 고온의 슬래그가 가진 보유열인 열을 회수하도록 한 것을 제시하였으나, 상기 문헌의 미립 슬래그 제조장치는 구성이 너무 복잡하여 비경제적일 뿐만 아니라 핵심구성인 현열 회수부에 대하여 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 기재되어 있지 아니하고 단지 고온의 폐열을 강제로 회수함으로써 처리장치의 저온화를 달성하는 정도에 그쳤다.

따라서, 본 발명자들 및 출원인은 제강 슬래그의 재활용 방도로서 용융상태의 제강 또는 제철 슬래그 폐기물을 처리하는 본 출원인이 개발한 슬래그 아토마이징 설비(Slag Atomizing Plant: SAP)에서 제강 슬래그 처리시 발생하는 폐열을 보다 효율적으로 회수하여 재활용하는 방안을 개발하게 되었다.

[선행기술문헌]

특허문헌

일본 공개특허공보 평6-323759호, 특허공개 제51962호, 등록특허 10-103158, 등록특허 10-0840248

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템에서 발생된 폐열을 회수하여 생성된 습증기를 처리장에 재투입하여 슬래그 처리장의 실내온도를 낮추면서 실내에 퍼져 있는 슬래그 분진을 포집낙하시키는 폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템은 제강, 제철소에서 발생하는 용융상태의 제강 또는 제철 슬래그 폐기물을 재활용하기 위해 처리하는 기본적인 슬래그 아토마이징 설비에서 제강 슬래그 처리 시 발생하는 폐열을 회수하여 습증기로 활용하는 구조를 추가한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 습증기로 활용하는 구조는 비산 슬래그가 야적되는 위치의 상부에 위치하여 고온의 폐열부산물을 흡입하는 폐열 흡입후드; 상기 폐열 흡입후드에 의해 흡입된 고온의 폐열부산물을 처리장 외부로 이송시키는 폐열부산물 이송라인; 상기 폐열부산물 이송라인에 의해 이송된 폐열부산물의 미세입자를 침전분리시키는 미세입자 침전조; 상기 미세입자 침전조에서 생성된 습증기를 이송시키는 습증기 이송라인; 및 상기 습증기 이송라인에 연결되고 상기 폐열 흡입후드로부터 이격된 슬래그 처리장의 상부 위치에 설치되어 상기 이송된 습증기를 처리장 안으로 하향경사방향으로 분출시키는 습증기 압출후드;를 포함하고 있고, 상기 습증기 압출후드는 하향경사방향으로 분출시키는 분출노즐을 갖추고 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템은, 슬래그 처리장에서 발생된 폐열을 회수 및 처리하여 생성된 습증기를 슬래그 처리장에 재투입함으로써 슬래그 처리장의 실내온도를 낮추는 동시에 내부에 비산되고 있는 슬래그 분진을 포집낙하시키는 효과를 거둘 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템을 예시하는 구성도.

본 발명의 후술하는 실시예는 단지 본 발명을 쉽게 설명하고자 한 것으로 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능한 것으로 이해하여야 한다.

특히, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것으로, 특히 별도로 정의되지 않는 한, '제강 슬래그'는 다양한 제철 슬래그, 환원 슬래그 등을 포함하는 것을 의미하고, '제강 슬래그 아토마이징 처리장' 역시 일반적인 슬래그 처리장도 폭 넓게 포함하는 것을 의미한다.

이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.

도1에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템(100)은 주요 구성요소로서 턴디시(10) 및 분사장치(20) 등을 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 턴디시(10)는 전기로(미도시)에서 러너를 통하여 용융된 제강 슬래그(11)가 일정량 출탕되면서 공급될 경우, 용융된 제강 슬래그를 일정 방향으로 가이드하여 흘려보내면서 낙하시키기 위한 것이다.

이를 위하여, 상기 턴디시(10)는 러너에서 공급되는 용융상태의 제강 슬래그가 체류 및 배출되도록 일정각도 경사지게 형성된다.

상기 분사장치(20)는 상기 턴디시(10)에서 낙하되는 용융상태의 제강 슬래그(11)를 비산시킨다. 즉, 상기 분사장치(20)는 상기 턴디시(10)의 하측에 위치하여 턴디시(10)로부터 낙하되는 용융상태의 제강 슬래그(11)에 분사물을 분사하여 냉각 및 고체화시킨다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 분사장치(20)는 턴디시(10)에서 낙하되는 용융상태의 제강 슬래그(11)에 분사물을 분사함으로써 비산되는 제강 슬래그(11)를 슬래그 볼 또는 파이버 등의 다양한 입자 형태로 만든다. 이와 같이, 용융 슬래그를 고압 분사를 통해 다양한 입자로 만드는 것을 "아토마이징(Atomizing)"이라 칭한다.

여기서, 상기 분사장치(20)는 용융상태로 낙하하는 제강 슬래그(11)에 에어를 분사하여 상기 제강 슬래그(11)를 비산시키도록 이루어진다. 즉, 상기 턴디시(10)에서 낙하하는 용융상태의 제강 슬래그(11)에 분사물을 분사하여 상기 제강 슬래그(11)를 비산시키기 위한 분사장치(20)가 에어를 분사하도록 이루어져 용융상태의 제강 슬래그(11)를 비산시키도록 이루어진다.

상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 턴디시(10)에서 낙하하는 용융상태의 제강 슬래그(11)가 분사되는 고압의 에어에 의해 비산되어 제강 슬래그 입자의 형태로 낙하된다. 또한, 상기 에어 분사장치에서 분사되는 에어에 의하여 상기 턴디시(10)에서 낙하하는 용융상태의 제강 슬래그(11)가 일정 거리를 비행한 후 슬래그 야적장(30)의 뒷편 바닥에 적재된다.

경우에 따라, 상기 분사장치(20)를 통하여 비산되는 제강 슬래그(11)의 비산 방향, 낙하 거리 및 비산 궤적을 조절하기 위하여 상기 턴디시(10)의 전면에 플로우 가이드(미도시)가 구비될 수도 있다. 즉, 플로우 가이드의 설치에 의해 상기 분사장치(20)를 통하여 제강 슬래그(11)의 비산 시 상방향 및 좌, 우방향으로 비산되는 고온의 제강 슬래그(11)의 비산 방향, 낙하 거리 및 비산 궤적을 조절할 수 있다.

그럼에도, 슬래그 입자의 중량에 따라 소입자 또는 대입자 슬래그는 전방이나 중간부분에 낙하하여 야적되고, 처리장의 내부 공간은 미세입자를 포함하는 폐열부산물들로 가득차게 된다.

이와 같이, 상기 분사장치(20)를 통하여 비산된 후 낙하된 제강 슬래그(11)는 다양한 에어 및/또는 냉각수에 의해 급속도로 냉각되어 버킷 엘리베이터(40)로 이송됨으로써, 처리된 제강 슬래그 입자들은 외부로 반출되는 것이다.

한편, 본 발명에 의한 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템(100)에는 본 발명에 따른 폐열을 이용하여 습증기를 활용할 수 있는 습증기 활용구조(50)가 구비되어 상기 제강 슬래그(11)에서 발생되는 고온의 열을 회수한 후 이를 재사용하게 된다.

즉, 상기 분사장치(20)에서 분사물을 분사하여 턴디시(10)로부터 낙하하는 용융상태의 제강 슬래그(11)를 비산시킬 경우, 제강 슬래그(11)가 비산하여 야적되는 장소의 상측에, 종래에는 단순한 폐열 회수장치, 예컨대 본 발명의 폐열 흡입후드(51)에 상응하는 폐열 회수장치를 설치하여 고온의 폐열을 단순히 외부로 방출하여 슬래그 처리장 안의 온도를 다소 냉각시키는 기능만을 하였으나, 본 발명에서는 폐열에 의한 습증기 활용구조(50)를, 비산 슬래그 야적 위치 상부 천정에 위치하여 고온의 폐열부산물을 흡입하는 폐열 흡입후드(51), 상기 폐열 흡입후드에 의해 흡입된 고온의 폐열부산물을 처리장 외부로 이송시키는 폐열부산물 이송라인(52), 상기 폐열부산물 이송라인에 의해 이송된 폐열부산물의 미세입자를 침전분리시키는 미세입자 침전조(53), 상기 미세입자 침전조에서 생성된 습증기를 이송시키는 습증기 이송라인(54) 및 상기 습증기 이송라인에 연결되고 상기 폐열 흡입후드로부터 이격된 슬래그 처리장의 상부 위치 천정에 설치되어 상기 이송된 습증기를 처리장 안으로 분출시키는 습증기 압출후드(55)를 포함하는 것으로 구성함으로써, 상기한 제강 슬래그 처리장치(100)에서 발생되는 고온의 폐열을 회수한 후 이를 습증기로 활용하여 재사용가능하게 된다.

일 실시예에 따르면, 상기 습증기 압출후드(55)는 하향경사방향으로 분출시키는 분출노즐(미도시)을 갖추고 있다. 그리고 상기 미세입자 침전조(53)는 침전조에 물을 채워 놓음으로써 폐열부산물 이송라인(52)으로부터 이송된 폐열부산물을 침전조에 담겨진 물 속에서 미세입자를 침전시키는 동시에 상부층의 물은 고온의 폐열에 의해 가열되어 지속적으로 습증기로 변하면서 상승된다.

상기 본 발명에 따른 습증기 활용구조(50)는 폐회로로 구비되어 제강 슬래그(11)에서 발생되는 고온의 공기에서의 열 회수율을 높이기 위하여 제강 슬래그(11)에서 발생되는 온도를 특정 온도까지 상승하도록 폐회로 내에 계속적으로 가두어 순환시키고, 특정 온도 이상으로 상승할 경우, 고온의 공기를 폐열 활용구조(50)를 작동시켜, 이러한 폐열 활용과정을 반복 순환시킴으로써 상기 제강 슬래그(11)에서 발생되는 폐열을 재활용 및 재사용할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 상기 습증기 활용구조(50), 특히 폐열 흡입후드(51)가 제강 슬래그(11)의 비산 방향 상측에 설치되어 상기 제강 슬래그(11)에서 발생되는 폐열을 쉽게 회수하도록 이루어져 있으나, 경우에 따라 상기 제강 슬래그(11)에서 발생되는 폐열을 회수하기 용이한 위치, 예컨대 턴디시(10)에 근접하여 설치되는 것도 가능하다.

본 발명의 변형예에서, 상기 습증기 활용구조(50)의 폐열 흡입후드(51)로 회수되는 고온의 폐열은 케이크, 조개탄 등의 건조에 활용되거나, 폐열 회수 보일러에 사용되어 전기를 생산하는 등 다양한 용도로 사용 가능함과 동시에 스팀 생산이나 난방 등에 활용될 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템은, 제강 슬래그 아토마이징 처리장에서 발생된 폐열을 회수 및 처리하여 생성된 습증기를 슬래그 처리장에 재투입함으로써, 슬래그 처리장의 실내온도를 낮추어 처리된 제강 슬래그를 냉각시키는 동시에 내부에 비산되고 있는 슬래그 분진을 포집낙하시키는 효과를 거둘 수 있고, 아울러 슬래그 처리장의 건축물의 손상도 줄일 수 있다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 첨부 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

10 : 턴디시 11 : 제강 슬래그
20 : 분사장치(Atomizer) 30 : 슬래그 야적장
40 : 버킷 엘리베이터 50 : 습증기 활용구조
51 : 폐열 흡입후드 52 : 폐열부산물 이송라인
53 : 미세입자 침전조 54 : 습증기 이송라인
55 : 습증기 압출후드 100 : 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템

Claims (3)

1. 용융된 제강 슬래그가 일정량 출탕되면서 공급되어 일정방향으로 낙하시키는 턴디시, 상기 턴디시에서 낙하되는 용융상태의 제강 슬래그를 비산시키는 분사장치, 상기 비산된 제강 슬래그 입자들이 야적되는 슬래그 야적장, 상기 야적된 슬래그 입자들을 외부로 반출시키는 버킷 엘리베이터를 포함하는 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템에 있어서,
   상기 슬래그 야적장에 발생된 폐열을 회수하여 다시 습증기로 활용할 수 있도록 한 습증기 활용구조를 포함하고,
   상기 폐열에 의한 습증기 활용구조는, 상기 비산 슬래그가 야적되는 위치 상부에 위치하여 고온의 폐열부산물을 흡입하는 폐열 흡입후드; 상기 폐열 흡입후드에 의해 흡입된 고온의 폐열부산물을 처리장 외부로 이송시키는 폐열부산물 이송라인; 상기 폐열부산물 이송라인에 의해 압송된 폐열부산물의 미세입자를 침전분리시키는 미세입자 침전조; 상기 미세입자 침전조에서 생성된 습증기를 이송시키는 습증기 이송라인; 및 상기 습증기 이송라인에 연결되고 상기 폐열 흡입후드로부터 이격된 슬래그 처리장의 상부 위치에 설치되어 상기 이송된 습증기를 가압하여 처리장 안으로 분출시키는 습증기 압출후드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 습증기 압출후드는 하향경사방향으로 분출시키는 분출노즐을 갖춘 것을 특징으로 하는 폐열에 의한 습증기 활용구조를 갖춘 제강 슬래그 아토마이징 처리시스템.
   

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