KR101898938B1 - 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로에 관한 것으로, 투입된 스테인리스 분진과 슬래그를 용융시키기 위하여 용융로와 그 내부에 용융 히터가 마련되고, 상기 용융로 내부로 투입된 스테인리스 분진과 슬래그를 용융시키기 위한 전기 히터를 가지며, 상기 용융로의 일측이 회동지지부에 결합되고 타측이 승강부에 연결되어 승강 시 상기 회동 지지부를 기준으로 기울려지도록 구성되는 제 1용융로, 상기 제 1용융로 동일한 구조를 가지되, 용융로 내에 마련된 전기 히터는 다른 전력 조건으로 제 1용융로에서 전달받은 스테인리스 분지를 용융하는 제 2용융로 및 상기 제 1용융로를 슬라이딩 구동으로 전진시켜 상기 회동 지지부를 기준으로 기울려 상기 제 2용융로로 용융 스테인레스를 공급하는 구동 대차부를 포함하여 구성된다.

Description

공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로{Development of stainless-steel-dust-based concentrate for low-energy Fe-Cr-Ni alloy production}

본 발명은 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 스테인레스강 조업 중 발생되는 더스트(dust)를 효율적으로 재생산할 수 있도록 용융 장치 및 프로세서를 적용하여 저에너지, 고생산율을 확보할 수 있는 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로에 관한 것이다.

국내 철강 산업에서 전기로를 활용하여 연간 총 214만 톤의 스테인레스강이 생산되고 있으며(2014년 기준) 조업 중 다량의 분진(dust)이 발생하고 있다. 전기로 공정에서 발생되는 미세분진은 포집되어 여간 약 20만 톤가량 처리되며, 이 분진은 유해 물질인 6가 크롬, 니켈 등 중금속을 포함하고 있어 폐기물 관리법에 의거 지정 폐기물로 분류되어, 제강 분진을 이를 처리할 수 있는 특정 폐기물 재활용 업체에 의해 처리되고 있다.

국내에서는 포스코에서 부산물로 발생되는 스테인레스 전기로 분진이 포스코 내 포우산업에서 브리켓화되거나, 펠렛 제작 업체 레스코에서 pelletizing되어 합금철 제조업체인 심팩 메탈로이로 공급되고 있는 실정이다.

합금철 제조공정에서는 20,000KW 전력의 전기로가 가동되어 부도체인 분진 단광을 상온에서 1600도까지 승온시키므로 상당한 전력이 소모되는 것으로 알려져 있고, 이와 같은 합금철 전기로 공정을 통해 연간 약 45,000톤의 크롬, 니켈, 합금철이 생산되며, 스테인레스 제조시 투입되는 스크랩으로 활용된다. 이러한 공정은 폐기물을 처리함과 동시에 스테리레스 분진내 포함된 크롬 및 니켈을 재자원화하는 효과가 있다.

크롬과 니켈은 각각 톤당 약 $11,379와 $20,845에 달하는 높은 국제표준가격을 가지므로 부산물에서의 크롬 및 니켈 회수는 높은 경제적 부가가치로 귀결된다. 전기로 더스트에는 크롬과 니켈이 각각 약 10.3%와 3.9% 함유되어 있으며, 이는 통상 니켈 광석으로 활용되나 국내 부존량이 없는 Laterite 광물종 중 Saprolite의 니켈함량 2%를 상회하는 함량으로서 크롬-니켈 합금철의 원료로서 상당한 가치를 가지는 것으로 평가된다.

스테인레스 분진내 포함된 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, ZnO, MnO 등 다량의 불순물들은 합금철 생산 시 전기로 공정의 효율을 저하시키고, 이로 인해 전력이 낭비되고 있으며, 다량의 CO2가 추가적으로 발생되고 있다.

또한, 해당 공정의 전기로 가동을 위해 연간 약 100GWh의 전력이 사용되며, 본 수준의 전력 생산을 위해서는 약 9,000여 톤의 무연탄이 원료로 사용되고 약 30,000여 톤의 CO₂가스가 발생되는 문제점이 있다.

국내 스테인레스 더스트 활용 Cr-Ni 합금철 생산 기술 관련하여 분진의 고품위화 기술은 전무한 것으로 판단된다. 분진 활용 펠렛타이징 공법의 최적화를 위한 바인더 기술 혹은 단광 제조 후 용융 환원기술이 개발 및 상용화되어 있는 실정이다.

더스트를 집진하여 아스콘의 채움재로 활용하는 타 분야로의 재활용 기술 또한 개발되어 있다. 현재 스테인레스 전기로에서 생산되는 더스트는 단순 운반되어 단광화되고 용융환원을 통해 합금철로 생산되고 있다.

포스코의 스테인레스 공정은 탈황시설은 갖춰져 있으나, 탈린 설비가 존재하지 않아 상기 기술로 생산되는 합금철의 인 함량 규정이 엄격하나, 단광화 공정에서 사용되는 바인더의 높은 인 함량으로 인해 활용량이 제한적이다. 따라서, 동일 Fe, Cr, Ni 분량당 바인더 배합비를 낮추기 위해서는 해당 유가금속의 품위를 높이는 기술 개발이 필요한 실정이다.

현대재철에서 제강 슬래그에서의 유기금속 회수 기술 개발을 위해 슬래그의 파쇄 후 자력 선별을 통해 금속 철을 회수하는 기술을 개발하였지만, 이는 산화물의 형태로 존재하는 유가금속 성분은 단순 폐기하는데 그치고 한계점을 지니고 있다.

본 발명에 따른 냉각제어 기술을 통한 전기로 슬래그에서의 Fed 회수 기술은 대한민국 등록특허 제10-1481977호, 용융 슬래그의 최고 응고상이 Fe를 농축시키는 현상을 이용하여 응고 슬래그를 파쇄 후 자성분리 혹은 기계적 특성차를 활용한 입도 분리를 실시하여 철 함량이 높은 정광을 회수 하는 기술이 개발된 바 있다.

그러나 생산 규모의 원료를 기반으로 전문 선광 연구그룹을 통한 선광 최적화는 이뤄진바 없으며, 따라서 향후 본 냉각제어 농축 기술을 활용한 각종 유가 금속 회수 기술이 개발될 것으로 기대된다.

KR 10-0460740호 KR 10-0411288호 KR 10-2002-0073804호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 불순물을 사전에 제거하고 크롬-니켈-철 산화물 위주의 고품위 원료를 확보한다면 전력 손실을 줄일 수 있어, 무연탄 사용량과 CO₂ 가스 발생량을 저감시킬 수 있을 것으로 기대된다.

이를 위해 더스트를 조업 중 발생하는 용융 슬래그와 혼합하여 특정 냉각 제어조건에서 응고시킬 경우 크롬-니켈-철 농축 응고상을 형성하고, 본 농축상을 추가로 선광하게 되면 고품위 크롬-니켈-철 원료를 확보할 수 있을 것을 목적으로 한다.

즉, 제강분진을 바로 전기로에 투입하여 크롬-니켈 합금철을 제조할 경우 분진 내 포함된 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, ZnO, MnO 산화물 불순물들에 의해 용융 온도가 높아짐으로 에너지 소모가 커지고 제조된 제품의 품질이 떨어지고 이산화탄소 발생량이 증가하지만, 선별기술을 적용하여 이들 산화물 불순물을 제거한다면 이들 모두의 문제점을 크게 개선하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 투입된 스테인리스 분진과 슬래그를 용융시키기 위하여 용융로와 그 내부에 용융 히터가 마련되고, 상기 용융로 내부로 투입된 스테인리스 분진과 슬래그를 용융시키기 위한 전기 히터를 가지며, 상기 용융로의 일측이 회동지지부에 결합되고 타측이 승강부에 연결되어 승강 시 상기 회동 지지부를 기준으로 기울려지도록 구성되는 제 1용융로, 상기 제 1용융로 동일한 구조를 가지되, 용융로 내에 마련된 전기 히터는 다른 전력 조건으로 제 1용융로에서 전달받은 스테인리스 분지를 용융하는 제 2용융로 및 상기 제 1용융로를 슬라이딩 구동으로 전진시켜 상기 회동 지지부를 기준으로 기울려 상기 제 2용융로로 용융 스테인레스를 공급하는 구동 대차부를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 제 1용융로는, 상/하 승강되도록 상/하 승강부가 구비되고, 상기 제 1용융로 상부측으로 구비되는 용융 히터부에 의해 투입된 재료가 고온의 조건에서 용융될 수 있도록 상기 상/하 승강부에 의해 상/하 구동되도록 구성된다.

또한, 상기 전기 용융로는, 상기 제 1용융로와 제 2용융로를 거쳐 용융된 용액을 분사시켜 분말화하기 위한 분사부를 더 포함하여 구성된다.

또한, 상기 전기 용융로는, 상기 2용융로에서 용융된 용액을 상기 분사부에서 분사시키기 전에 일정 온도 조건으로 용액을 유지시키기 위하여 히터체가 배열 구성되는 냉각제어터널을 통과하도록 구성된다.

또한, 상기 분사부는, 풍쇄 또는 수쇄 방식으로 용융 슬래그를 분사하여 분말화시킨다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은, 불순물을 사전에 제거하고 크롬-니켈-철 산화물 위주의 고품위 원료를 확보한다면 전력 손실을 줄일 수 있어, 무연탄 사용량과 CO₂ 가스 발생량을 저감시킬 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 특정 냉각 제어조건에서 응고시킬 경우 크롬-니켈-철 농축 응고상을 형성하고, 본 농축상을 추가로 선광하게 되면 고품위 크롬-니켈-철 원료를 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로에서 용융로의 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로에서 용융로의 틸팅 상태를 나타낸 측단면도,
도 4는 본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로에서 제 1용융로의 전체 동작 상태도,
도 5는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로의 실시예를 나타낸 전체 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로는, 투입된 스테인리스 분진과 슬래그를 용융시키기 위하여 용융로와 그 내부에 용융 히터가 마련되고, 상기 용융로 내부로 투입된 스테인리스 분진과 슬래그를 용융시키기 위한 전기 히터를 가지며, 상기 용융로의 일측이 회동지지부에 결합되고 타측이 승강부에 연결되어 승강 시 상기 회동 지지부를 기준으로 기울려지도록 구성되는 제 1용융로, 상기 제 1용융로 동일한 구조를 가지되, 용융로 내에 마련된 전기 히터는 다른 전력 조건으로 제 1용융로에서 전달받은 스테인리스 분지를 용융하는 제 2용융로 및 상기 제 1용융로를 슬라이딩 구동으로 전진시켜 상기 회동 지지부를 기준으로 기울려 상기 제 2용융로로 용융 스테인레스를 공급하는 구동 대차부를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로는 이중 용융로 구조를 가지고 투입된 스테인리스 분진과 슬래그를 용융시키며, 제 1용융로와 제 2용융로는 각각 다른 전력 조건에서 재료를 용융시켜 2차 용융과정을 거치고 냉각제어터널을 통해 응고상의 크롬-니켈-철의 농축 응고상을 획득할 수 있는 것을 주요 기술적 요지로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로의 전체 구성도이다.

본 발명에 따른 고품위광 생산용 전기 용융로는 크게, 각각 다른 전력 조건에 투입된 스테인리스 분진과 슬래그를 용융시키는 제 1용융로(100)과 제 2용융로(200)로 구성되고 상기 제 1용융로에서 용융된 슬래그 및 분진을 제 2용융로에서 제 1용융로의 전력 조건과 다른 조건으로 용융시키는 제 2용융로(200)로 용액을 부어 전달하며, 마지막으로 제 2용융로의 용액을 틸팅 구동으로 부어 분사방식으로 분말화하는 것을 특징으로 한다.

도 1에 나타낸 바와 같이 상기 제 1용융로(200)는 전/후 슬라이딩 구동 가능한 구조를 설계하기 위하여 대차부(140)가 마련되어 있으며, 이 대차부는 수동 방식 또는 자동 방식으로 자유롭게 설계할 수 있으나, 본 발명에서는 설비 구성의 조건을 만족하고 조작의 유연성을 위하여 수동 방식 즉, 작업자가 직업 구동시키는 방식으로 구성되었다. 하지만, 도면의 설명으로 상기 대차부가 수동 설계에 의해 한정되는 것은 결코 아니며, 자동화 방식(모터 구동, 벨트 구동) 방식을 자유롭게 설계 가능하다.

또한, 상기 제1용융부는 상/하 승강 가능하도록 승강부(150)가 구성되어 있다. 상기 승강부(150)는 제 1용융로가 위치한 상부측으로 추가 가열열을 제공하기 위하여 상부용융히터(160)가 마련되어 있어 제 1용융로에 가열열을 제공하기 위해 승강부(150)로 승강시킨 후 상기 상부용융히터(160)로부터 가열열을 제공받게 되는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로에서 용융로의 측단면도이다. 도 2를 통해 본 발명에 따른 용융로를 설명하면, 제 1용융로와 제 2용융로는 거의 동일한 구조를 가진다. 앞서 도 1에서 언급한 바와 같이 제 1용융로는 승강부(150)가 추가 구성된 것이며 나머지 구조는 거의 동일하다.

도시된 바와 같이 용융로는 내부에 투입 재료는 수용할 수 있는 도가니(용융로)가 마련되어 있고 그 안쪽으로는 히터(히터체 ; 130)가 구성된다. 이때, 상기 제 1용융로와 제 2용융로는 1600도 이상의 고온을 유지할 수 있는 히터체(공지의 히터체)로 구성할 수 있는 각각 다른 전력 조건으로 투입 재료를 용융시킨다. 여기서 전력 조건이라 하면, 전압, 전류의 조건을 상이하게 하여 저에너지에서 이중 용융 공정(제 1용융로에서 제 2용융로)을 통해 효율적인 용융조건을 마련하게 되는 것이다. 즉 1차적인 용융환경과 2차적인 용융환경을 제공함에 따라 용융 특성을 달리하여 순차적으로 용융하게 되는 것이다.

용융로는 하부에 각각 전/슬라이딩 구동시킬 수 있는 구동 대차부(140)가 구성된다. 상기 대차부(140)는 제 1용융로에서 용융이 완료된 재료를 제 2용융로로 전달하기 위해 구동하는 수단에 해당한다.

도 3은 본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로에서 용융로의 틸팅 상태를 나타낸 측단면도이다. 용융로의 용액을 제 2용융로로 부어 전달하기 위한 틸팅 구동수단에 해당하는 제 1틸팅수단(120)과 제 2틸팅수단(220)이 각 용융로에 마련되어 있다. 상기 틸딩수단은 용융로를 기울려 용액을 붓기 위한 수단으로써, 장치는 실린더나 스크류 기어와 같은 기계 부품을 통해 용융로 한쪽에 고정시켜 기울기 가능하도록 하며, 그 타측으로는 힌지 회동할 수 있는 구조를 가지도록 한다.

틸팅수단을 통해 제 1용융로에서 용융된 용액은 제 1용융로를 틸팅시켜 제 2용융로로 전달한 후 제 2용융로에서 용융을 마치면 다시 제 2틸팅수단을 통해 틸팅시켜 풍쇄/수쇄 방식으로 파우더화 한다.

도 4는 본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로에서 제 1용융로의 전체 동작 상태도이다.

도 4를 통해 제 1용융로의 구동 원리를 설명하면 최초 대기 상태에서 용융로 내에 스테인리스 분진과 슬래그를 투입시킨 후 상부용융히터가 위치한 지점으로 전진 구동한다. 다음으로 승강부(150)를 이용하여 용융로를 상향 구동시켜 상부용융히터와 용융로의 히터(130)를 구동시켜 1차적으로 투입된 분진과 슬래그를 용융시킨 후 일정 조건으로 용융이 완료되면 승강부를 조작하여 다시 하향 위치시킨다.

하향 위치된 상태에서 제 1용융로를 다시 전진 구동시킨 후 제 2용융에 근접하면 틸팅수단을 구동시켜 내부의 용액을 제 2용융로(200)로 붓게 된다.

제 1용융로를 통해 전달받은 용융 재료는 제 2용융로(200)에서 다시 히터(230)를 통해 용융시킨 후 마지막으로 풍쇄 또는 수쇄를 통한 granular type 미립화 슬래그로 냉각시키거나 단순 dumping 후 파쇄 선별공정으로 미립화시키는 공정을 선택할 수 있는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로의 실시예를 나타낸 전체 구성도이다.

본 발명에 따른 다른 실시예로 제 2용융로에서 배출되는 용융재료는 추가 구성된 냉각제어터널(300)을 통해 냉각조건을 제어할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 냉각제어터널(300)에는 냉각 온도를 제어하기 위한 히터체(미부호)와 온도검출부(310)를 마련하여 온도를 실시간으로 피드백한다.

융용 슬래그는 보온성 슬래그 팟에 저장되어 분진을 충분히 용융시킨 후 냉각제어터널을 통과하며, 여기서 특정 온도로 유지되어 슬래그내 Fe-Cr-Ni 농축 응고상의 성장을 촉진하는 환경을 제공하는데, 이때 낮은 온도영역을 구현할수록 슬래그 내 조성 분리를 통한 고농축상의 형성에는 유리한 조건을 가지게 되는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명은, 전력 손실을 줄일 수 있어, 무연탄 사용량과 CO₂ 가스 발생량을 저감시킬 수 있으며, 고품위 크롬-니켈-철 원료를 확보할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 제 1용융로
110 : 용융로
120 : 제1틸팅수단
130 : 히터
140 : 대차부
150 : 승강부
160 : 상부용융히터
200 : 제 2용융로
210 : 용융로
220 : 제2틸팅수단
230 : 히터
300 : 냉각제어터널
310 : 온도검출부
400 : 컨테이너

Claims (6)

1. 투입된 스테인리스 분진과 슬래그를 용융시키기 위하여 용융로와 그 내부에 용융 히터가 마련되고, 상기 용융로 내부로 투입된 스테인리스 분진과 슬래그를 용융시키기 위한 전기 히터를 가지며, 상기 용융로의 일측이 회동지지부에 결합되고 타측이 승강부에 연결되어 승강 시 상기 회동 지지부를 기준으로 기울려지도록 구성되는 제 1용융로;
   상기 제 1용융로 동일한 구조를 가지되, 용융로 내에 마련된 전기 히터는 다른 전력 조건으로 제 1용융로에서 전달받은 스테인리스 분지를 용융하는 제 2용융로; 및
   상기 제 1용융로를 슬라이딩 구동으로 전진시켜 상기 회동 지지부를 기준으로 기울려 상기 제 2용융로로 용융 스테인레스를 공급하는 구동 대차부;를 포함하여 구성되고,
   상기 제 1용융로는,
   상/하 승강되도록 상/하 승강부가 구비되고, 상기 제 1용융로 상부측으로 구비되는 용융 히터부에 의해 투입된 재료가 고온의 조건에서 용융될 수 있도록 상기 상/하 승강부에 의해 상/하 구동되도록 구성되는 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 전기 용융로는,
   상기 제 1용융로와 제 2용융로를 거쳐 용융된 용액을 분사시켜 분말화하기 위한 분사부를 더 포함하여 구성되는 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로.
4. 제 3항에 있어서, 상기 전기 용융로는,
   상기 2용융로에서 용융된 용액을 상기 분사부에서 분사시키기 전에 일정 온도 조건으로 용액을 유지시키기 위하여 히터체가 배열 구성되는 냉각제어터널을 통과하도록 구성되는 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로.
5. 제 3항에 있어서, 상기 분사부는,
   풍쇄 또는 수쇄 방식으로 용융 슬래그를 분사하여 분말화시키는 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로.
6. 제 4항에 있어서, 상기 냉각제어터널은,
   상기 히터체의 온도를 제어하여 온도검출부를 더 포함하는 공정 에너지 저감을 위한 스테인레스 분진 기반 고품위광 생산용 전기 용융로.

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