KR101558925B1 - 노체 냉각수 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로 공장 노체 냉각반 냉각수 내 부유물 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노체 냉각반 냉각수에 존재하는 부유물질을 입자성장을 통해 효율적으로 고로 노체 냉각반 내부 부유물질을 제거하는 방법을 제공한다.

냉각수, 과산화수소, Fe

Description

노체 냉각수 처리방법{Method of removing particle in the Blast furnace cooling system}

본 발명은 고로 공장 노체 냉각반 냉각수 내 부유물 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노체 냉각반 냉각수에 존재하는 부유물질을 입자성장을 통해 효율적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.

통상 고로 내에 축조된 연와의 수명 연장과 고로 철피를 보호하기 위하여 냉각반을 노벽에 삽입하여 냉각하고 있는데, 전체 약 10,000~11,000톤/시간 정도의 냉각수를 순환시켜 사용하고 있다. 이때 냉각반에 사용되는 냉각수는 담수가 사용되며, 냉각반의 재질은 99.9% 이상의 순동재이다. 냉각반의 위치는 종 방향 각 단의 간격이 약 300~400mm로서 어긋나게 배열하고, 횡 방향은 중심간격에서 약 1,000mm로서 사용 범위에 따라 다르지만 냉각반의 개수는 약 1,000~1,500개 범위이다. 따라서, 종 방향 3~5단을 직렬로 연결된 일 라인에서 사용되는 냉각수량은 대략 3~5톤/시간 정도이다.

이때 고로 노체 냉각반 순환수계 냉각수에 존재하는 부유물 입자는 배관 막힘의 주요 원인으로서, 입자 크기는 1~150㎛ 범위이다. 도 1은 기존의 고로 노체 냉각수 순환공정을 나타내는 블럭도이다. 도 1에 따르면 고로(1) 노벽 내 냉각반을 통과한 냉각수(4)는 냉각 탑을 거쳐서 온도가 하강한 뒤 보충수(2)와 부식억제제(3)가 투입되어 고로 각 냉각반을 순환하여 재사용되게 된다. 이때, 순환과정에서 비산과 증발에 의해 냉각수가 손실되며, 그 손실되는 양만큼 냉각탑 폰드로 보충수가 공급되고, 배관에서의 부식을 방지하기 위하여 인산염계 부식억제제(3)가 투입된다.

냉각수 계통이 완전히 밀폐계인 경우에는 냉각수에 부유물질이 혼입되지 않지만, 고로 조업 경년 증가에 따른 스테이브 냉각반의 손상율이 증가하게 되고, 이에 따른 노내 더스트가 냉각수에 혼입되어 노체 냉각수의 수질을 악화시킨다. 이러한 더스트의 혼입이 반복됨에 따라 고로 노체 냉각반 내 부유물 등의 퇴적으로 냉각능력이 저하되고, 이에 따라 냉각반이 손상될 가능성이 증가하게 된다.

특히 종래에는 손상된 냉각반을 자주 교체해서 고로 조업을 수행하였고, 또한 냉각수를 마이크로 필터 등을 사용하여 여과 후 재이용하는 방법을 사용하고 있으나, 여재의 빈번한 막힘 등으로 이물질을 제거하여 양질의 수질을 공급하기 위한 역세(逆洗) 주기가 짧아 정비에 소요되는 시간이 훨씬 과다하게 요구되고 있어, 설비 운전에 많은 어려움을 겪고 있다.

본 발명자가 상기의 문제점을 해결하기 위하여 연구를 수행하던 중, 상기와 같은 제반 문제점이 있음을 파악하고, 이를 해소하고자 연구를 거듭한 결과, 본 발명을 완성하게 된 것으로서, 본 발명은 냉각수 내 존재하는 Fe 성분을 산화에 의해 거대 입자화하여 부유물을 제거함으로써 고로 노체 냉각 능력을 향상시킴을 목적으로 한다.

나아가, 이로 인해 고로 조업의 안정화와 고로 노체의 연와 및 철피의 설비 수명을 종래보다 연장하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은

제1 구현예로서, 고로 노체 냉각수에 산화제를 첨가하여 냉각수 내에 존재하는 Fe을 산화시켜, 산화입자를 형성하여 냉각수 내의 Fe 성분을 제거하는 고로 노체 냉각수 내의 부유물질 제거방법을 제공하며,

또한, 제2 구현예로서, 상기 산화제의 함량은 80~100ppm 범위인 것을 특징으로 하는 고로 노체 냉각수 내의 부유물질 제거방법을 제공하며,

나아가, 제3 구현예로서, 상기 산화제는 과산화수소, K₂Cr₂O₇, KMnO₄, 산소 또는 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 물질임을 특징으로 하는 고로 노체 냉각수 내의 부유물질 제거방법을 제공한다.

본 발명의 방법에 따르면, 기존의 필터방식으로는 쉽게 제거하지 못했던 냉각수 내 부유물질을 효율적으로 제거할 수 있으며, 이를 통하여 고로 노체 냉각 능력을 향상시켜서 고로 조업의 안정화와 고로 노체의 연와 및 철피의 설비 수명의 장기화를 기대할 수 있다.

본 발명은 고로 노체 냉각반의 냉각수로부터 Fe 성분의 부유물질을 제거하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 냉각수에 존재하는 Fe 성분을 강제로 산화시켜 입자화하고, 이를 성장시켜 입자를 제거함으로써 부유물질을 제거하는 방법을 제공한다.

일반적으로 고로 노체 냉각반의 순환되는 스테이브 냉각수를 5회에 걸쳐 채취하여 그 성상을 분석하였다. 그 결과를 아래 표 1에 나타낸다.

샘플 No.	pH	부유물 농도(ppm)	전체 Fe 농도(ppm)
1	6.37	166	58.1
2	6.53	92	64.8
3	6.69	79	78.2
4	7.46	141	89.8
5	7.04	125	84.3

상기 표 1의 분석결과를 보면, 노체 냉각수의 pH가 담수에 비해 낮고, Fe의 농도가 높은 것을 알 수 있다. 이와 같이, Fe 농도가 높은 냉각수를 채취하여 방치하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 냉각수의 색상이 초록에서 갈색으로 변하고, 또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 철 입자의 크기도 커짐을 알 수 있다.

이는 냉각수 순환과정에서 냉각반의 파손으로 인해 냉각수에 혼입되는 더스 트 내의 Fe 성분이 물에 용해되어 초기에는 2가 상태의 Fe 이온으로 존재하여 색깔이 녹색을 띄고 있다가 시간이 경과하면서 Fe가 3가로 산화되고 점차 입자가 커지면서 갈색으로 변화하게 되는 것이다. 이를 나타내면 아래 식과 같다.

종래의 방법에 따라 마이크로 필터를 이용하여 부유물을 제거하는 방법에서는 여재의 빈번한 막힘으로 인하여 이물질 제거를 위해 역세 주기가 짧아지게 되고, 이러한 빈번한 역세에 의해서도 부유물이 처리가 되지 않는 현상이 발생하게 되는데, 이는 여과과정에서 Fe의 계속적인 성상변화가 일어나 입자가 계속하여 생성되기 때문으로 판단된다.

따라서 본 발명은 냉각수에 산화제를 첨가하여 냉각수 내에 존재하는 Fe 성분을 강제로 모두 산화시킨 뒤 이에 의해 생성된 입자를 성장시켜 여과하는 방법을 사용한다.

이때, 사용될 수 있는 산화제로는 과산화수소, K₂Cr₂O₇ 또는 KMnO₄를 첨가할 수 있으며, 산소 또는 공기를 산화제로서 주입할 수도 있다. 보다 바람직한 산화제로는 과산화수소, K₂Cr₂O₇, KMnO₄를 들 수 있다. 이들 산화제를 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이와 같은 산화제를 첨가함으로써 냉각수 중에 존재하는 Fe 이온의 산화를 촉진하고, 신속하게 철 입자를 성장시킬 수 있어 냉각수 중의 철 성분을 보다 용이하게 여과 제거할 수 있다.

냉각수 중에 투입하는 산화제의 함량은 80ppm 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 80ppm 미만으로 첨가되는 경우에는 Fe 성분의 산화속도가 충분하지 않다. 반면, 이러한 산화제는 일정 함량까지는 많이 첨가할수록 산화속도를 증가시켜 철 성분의 입자화를 촉진할 것이다. 그러나, 지나치게 많이 첨가하는 경우에는 산화제에 대한 비용 증대를 초래하고, 나아가, 과량의 산화제 첨가로부터 추가적인 산화촉진 효과를 기대하기가 곤란하다. 본 발명에서는 100ppm을 초과하지 않는 것이 바람직하다.

이와 같은 방법에 의해 철 성분을 짧은 시간 내에 10-300㎛ 정도의 입자로 성장시킬 수 있으며, 여과에 의해 성장한 철 입자를 제거함으로써 냉각 수 내의 철 성분의 농도를 현저히 저감시킬 수 있다.

이때, 성장된 철 입자는 필터를 이용하여 제거할 수 있다. 사용할 수 있는 필터로는 부유물을 제거하기 위해 일반적으로 사용되던 필터를 사용할 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않는다.

상기와 같은 방법에 의해 노체 냉각수 중에 존재하는 철 성분을 효율적으로 제거할 수 있고, 이로 인해 냉각반의 역세 주기를 보다 길게 할 수 있어, 고로 조업의 안정화와 고로 노체의 연와 및 철피의 설비 수명을 종래보다 연장시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명한다.

실시예

순환 냉각수 1리터를 채취하여 철 농도 및 냉각수 중의 철 입자의 사이즈를 측정하였다. 철 농도는 85ppm이었고, 철 입자 부유물의 농도는 150ppm이었으며, 입자 크기는 도 3(a)에 나타낸 바와 같이 0.4 내지 50㎛ 범위에 걸친 사이즈의 입자를 갖고 있었으며, 5㎛ 전후의 사이즈를 갖는 입자들이 주를 이루었다. 이와 같은 순환 냉각수 1리터를 비이커에 담았다. 비이커 내의 냉각수의 색상은 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 녹색을 띄고 있었다.

상기 비이커에 과산화수소를 90ppm을 넣고 30분간 교반한 후 정치하였다. 상기 비이커의 색상을 관찰하였는바, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이 적색을 띄고 있었다. 그 후 비이커 내의 냉각수를 10㎛의 필터로 여과하고, 여과 후 냉각수 내의 Fe 농도를 측정하였는바, 13ppm임을 확인하였다. 나아가, 여과된 철 입자 부유물의 입자 크기를 측정하였는바, 1 내지 700㎛ 범위의 사이즈를 갖는 입자들이 존재하였으며, 주로는 50㎛ 전후의 입자들이 존재함을 확인하였다.

도 1은 고로 노체 냉각수 순환공정도를 나타내는 공정도이다.

도 2는 실시예 1에 따른 냉각수의 색상 변화를 나타내는 사진으로서, (a)는 순환 냉각수의 색상을 나타내고, (b)는 실시예 1에 따라 산화제를 첨가한 후의 냉각수 색상을 나타낸다.

도 3은 실시예 1에서 순환 냉각수에 존재하는 철 입자 부유물의 입자 사이즈 분포를 나타내는 그래프이다.

도 4는 실시예 1에서 산화제를 첨가하여 철의 입자를 성장시킨 후의 냉각수에 존재하는 철 입자 부유물의 입자 사이즈 분포를 나타내는 그래프이다.

<도면 부호에 대한 설명>

1: 고로 2: 보충수

3: 인산염계 부식억제제 4: 냉각수

Claims (3)

1. 고로 노체 냉각수에 산화제를 80~100ppm 범위의 함량으로 첨가하여 냉각수 내에 존재하는 Fe을 산화시켜, 산화입자를 형성하여 냉각수 내의 Fe 성분을 제거하는 고로 노체 냉각수 내의 부유물질 제거방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서 상기 산화제는 과산화수소, K₂Cr₂O₇, KMnO₄, 산소 또는 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 물질임을 특징으로 하는 고로 노체 냉각수 내의 부유물질 제거방법.

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