KR102078467B1 - 내화재의 재생방법 및 그 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내화재의 재생방법 및 그 시스템에 관한 발명으로, 폐 내화재 원료를 수거하고 슬래그 및 불순물을 제거하여 선별하는 원료선별공정(S10); 선별된 원료를 처리수에 침지하고 이산화탄소 및 바인더를 배출하는 수처리공정(S20); 수처리된 원료를 건조하여 수분 및 잔여 가스를 제거한 후 균등한 크기로 파쇄하는 파쇄공정(S30); 파쇄된 원료를 입도 분리하여 0.5mm 이하의 미분에 함유된 알루미나 및 이산화규소를 배제하고 1 ~ 5mm 범위의 원료(102)를 수득하는 1차입도분리공정(S40); 수득한 원료(102)를 점화재(101)가 점화되는 탄화조(110)에 1차 내지 3차에 걸쳐 단계별로 투입하고 흑연 및 카본을 제거하는 탄화공정(S50); 탄화공정(S50)을 거친 원료를 냉각하여 탄화조(110)로부터 분리 및 배출하는 냉각공정(S60); 및 냉각된 원료를 입도 분리하여 0.1 ~ 1mm, 1 ~ 3mm, 및 3 ~ 5mm 범위의 재생 내화원료를 선별 수득하는 2차입도분리공정(S70);를 포함하여 이루어짐에 따라 폐 내화재를 이용해 저에너지, 고효율로 처리하여 경제적이고 친환경적으로 고품질의 재생 내화원료를 용이하게 수득할 수 있는 것이 특징이다.

Description

내화재의 재생방법 및 그 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR REGENERATING OF REFRACTORY MATERIAL}
본 발명은 내화재의 재생방법 및 그 시스템에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 제강 및 제철 산업 분야에서 로(爐)의 주재료로 사용된 후 폐기되는 폐 내화재를 보다 효율적으로 처리하여 내화원료로 제조하기 위한 재생방법 및 시스템을 구성함으로써 자원을 재활용하여 고품질의 재생 내화원료를 수득하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 제강 및 제철과 같은 초고온 작업공정에 사용되는 용광로나 제련로, 정련도 등의 용융로에는 고내화성을 지닌 내화벽돌 등의 내화재가 노재(爐材)로 사용된다.
내화재는 1000℃ 이상의 고온에서도 충분한 기계적 강도 및 열적 저항 특성을 가지는 재료로써 용해금속이나 슬래그 및 고온의 가스 등에 대한 침식 및 마모저항성을 가진다.
내화재의 주원료는 마그네사이트, 실리카, 흑연 등의 천연원료나 알루미나와 스피넬을 이용한 마그네시아, 탄화규소와 같은 합성원료가 사용되는데, 그 화학적 성질에 따라서 산성, 중성, 및 염기성 내화재로 분류할 수 있다.
산성 내화재에는 규석질, 점토질, 탄화규소질 내화재 등이 포함된다. 중성 내화재에는 산화알루미늄질, 크롬질, 스피넬질, 탄소질 내화재 등이 포함된다. 염기성 내화재에는 마그네시아질 내화재 등이 포함된다. 로의 용도에 따라서 내화재에 요구되는 특성에는 차이가 있으며, 예컨대 염기성 슬래그에 대한 내식성이 요구되는 철강로용 내화재는 마그네시아질, 마그네시아-카본질, 산화마그네슘-크로뮴질과 같은 염기성 내화재가 주로 사용된다.
특히, 마그네시아-카본질 내화재는 마그네시아 클링커를 골재로 하여 카본 등을 첨가하여 제조하는 탄소 함유 내화재이며, 고내열성은 물론, 염기성 슬래그에 대한 내식성이 탁월하여 철강로용 내화재로 널리 사용되고 있다.
한편, 상기와 같은 내화재는 일정 기간을 사용하게 되면 용융물인 금속이 접하는 면에 각종 슬래그 및 이물질이 융착되어 본연의 고내화 특성에 변질이 일어나게 된다. 따라서, 일정 기간의 사용수명을 만료한 내화재는 폐기하고 신규 내화재로 주기적으로 교체해야하는 작업이 이루어져야 한다.
그로 인해 한 해 수천 톤 이상의 폐 내화재를 신규 내화재로 교체하여 사용하고 있으나 내화재를 구성하는 산화마그네슘 등의 핵심 원료의 대부분은 수입에 의존하고 있는 실정이므로 자원낭비 및 해외수급에 따른 경제적 손실이 막대한 실정에 있다.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 폐 내화재를 재활용하기 위한 각종 기술의 개발이 시도되고 있다.
일례로서, 한국공개특허 제 10 - 1990 - 0009482 호에는 불순물이 제거된 폐마그 카본 내화벽돌을 100°에서 7-8시간 숙성시켜 200℃의 열풍 건조로에 투입, 수분함량 1% 미만으로 건조시켜 폐 마그카본 내화벽돌을 재사용하도록 하는 방법을 구성한다.
다른 예로서, 한국등록특허 제 10 - 0908852 호에는 폐 마그카본 내화재로부터 마그네슘 화합물의 제조 방법에 있어서, 폐 마그카본 내화재를 분쇄하는 단계와, 분쇄된 상기 폐 마그카본 내화재를 강산과 반응시킨 후 여과 처리하여 여과액을 분리해내는 단계와, 상기 여과액을 교반하면서 염기와 반응시켜 마그네슘 화합물을 생성하는 단계를 포함하여 구성한다.
한국공개특허 제 10 - 1990 - 0009482 호 (1990.07.04) 한국등록특허 제 10 - 0908852 호 (2009.07.22) 한국공개특허 제 10 - 2001 - 0109971 호 (2001.12.12) 한국등록특허 제 10 - 1705232 호 (2017.02.03)
전술한 바와 같이 내화재는 사용 기간이 경과할 수록 각종 슬래그 및 이물질이 융착되어 고내화 특성에 변질이 발생하므로 신규 내화재로 주기적인 교체 작업이 수반되고 있으나 그에 따른 경제적, 환경적 손실이 매우 큰 실정이다.
이와 같은 문제를 인지하여 상술한 바와 같은 종래 기술에서는 폐 마그카본 내화벽돌을 재사용하도록 하는 방법을 공지한 바 있으나, 폐 내화재로부터 단순히 불순물을 제거하고 숙성처리하는 수준에서는 신규 내화재와 동등한 수준의 기계적, 화학적 특성을 도출하기 어려운 한계가 있다.
또 다른 종래 기술에서는 폐 마그카본 내화재로부터 마그네슘 화합물을 제조하는 방법을 제시하고 있으나 이 역시 강산 처리 및 염기 반응과 같은 화학적 처리만으로는 철강 제조과정에서 폐 내화재에 생성된 스케일 등에 의해 과량 생성되는 카본 및 불순물을 효과적으로 제거하기 어려우므로 이 역시 신규 내화재의 성능에 미치지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 폐기되는 내화재를 재활용하여 친환경적인 효과를 도모함과 동시에 특히 철강로용 내화재로 널리 사용되는 카본질 폐 내화재를 이용해 고순도의 내화원료로 재생하기 위한 기술의 개발이 시급하다.
이에 본 발명에서는 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,
폐 내화재 원료를 수거하고 슬래그 및 불순물을 제거하여 선별하는 원료선별공정(S10);
선별된 원료를 처리수에 침지하고 이산화탄소 및 바인더를 배출하는 수처리공정(S20);
수처리된 원료를 건조하여 수분 및 잔여 가스를 제거한 후 균등한 크기로 파쇄하는 파쇄공정(S30);
파쇄된 원료를 입도 분리하여 0.5mm 이하의 미분에 함유된 알루미나 및 이산화규소를 배제하고 1 ~ 5mm 범위의 원료(102)를 수득하는 1차입도분리공정(S40);
수득한 원료(102)를 점화재(101)가 점화되는 탄화조(110)에 1차 내지 3차에 걸쳐 단계별로 투입하고 흑연 및 카본을 제거하는 탄화공정(S50);
탄화공정(S50)을 거친 원료를 냉각하여 탄화조(110)로부터 분리 및 배출하는 냉각공정(S60); 및
냉각된 원료를 입도 분리하여 0.1 ~ 1mm, 1 ~ 3mm, 및 3 ~ 5mm 범위의 재생 내화원료를 선별 수득하는 2차입도분리공정(S70);를 포함하여 이루어지는 내화재의 재생방법을 구성하고, 이와 같은 내화재의 재생방법에 따라 제조된 재생 내화원료를 구성한다.
또한, 상기와 같은 본 발명에 의한 내화재의 재생방법을 위한 재생시스템(100)에 있어서,
상부 개폐구(111)를 구비하는 일정 깊이의 수용부를 형성하여 점화재(101) 및 폐 내화재 원료(102)를 적층하고 저면에는 다수의 점화구(112)를 통공하여 배치하는 탄화조(110);
상기 탄화조(110)의 하측에 일체로 구비하여 점화구(112)를 통해 탄화조(110)와 연통하고 일측에는 산소공급라인(121) 및 공기공급라인(122)을 각각 장착하는 점화조(120);
상기 탄화조(110)의 양측에 축결합하여 상기 개폐구(111)가 상측 또는 전방을 향하도록 방향전환하는 전환수단(130);
상기 점화조(120)의 일측에서 산소공급라인(121) 및 공기공급라인(122) 각각을 연결하여 산소 또는 공기를 선택적으로 일정 압력으로 공급하는 공급부(140);를 포함하고,
상기 점화구(112)는 상협하광의 원추형으로 구비하여 점화조(120)에서 탄화조(110)로 산소 또는 공기를 공급하되 상측에는 탄화조(110)에 적치되는 점화재(101)에 의해 임시차폐되고, 점화조(120)의 저면에는 드레인홀을 형성하도록 구성하는 내화재의 재생시스템을 구성한다.
따라서, 본 발명은 폐 내화재를 이용해 저에너지, 고효율로 처리하여 경제적이고 친환경적으로 고품질의 재생 내화원료를 용이하게 수득할 수 있는 목적 달성이 가능하다.
본 발명은 철강로용 내화재로 널리 사용되는 카본질 폐 내화재를 이용하여 고품질의 재생 내화원료를 제조할 수 있는 일련의 재생방법 및 시스템을 제공한다.
따라서, 용융물과의 반응에 의해 내화재에 과량 생성된 카본 및 이물질을 효과적 탄화, 제거하여 재생 내화원료로 제조함으로써 자원을 재활용하여 환경 친화적인 효과를 도모함은 물론, 내화원료 수입에 따른 비용을 절감하는 등의 경제적인 효과를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 대량의 폐 내화재 원료를 이용해 장시간에 걸친 탄화공정을 실시하는 과정에서 안정적으로 화력을 지속하고 탄화된 원료의 냉각 및 배출을 용이하게 하는 등의 일련의 구성을 통해 에너지 소모를 최소화하고 공정을 효율화하여 생산성을 향상하는 등의 다양한 이점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 내화재의 재생방법의 공정 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 내화재의 재생방법을 위한 재생시스템의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 내화재의 재생방법을 위한 재생시스템의 개략적인 내부 구조를 도시한 단면도.
도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 내화재의 재생방법의 1차입도분리공정을 통해 분리한 폐 내화재 원료를 도시한 예시 이미지.
도 6은 본 발명에 따른 내화재의 재생방법의 냉각공정을 거친 원료를 도시한 예시 이미지.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 내화재의 재생방법의 2차입도분리공정을 통해 입도별로 최종 수득한 재생 내화원료를 도시한 예시 이미지.
이하, 본 발명의 내화재의 재생방법 및 그 시스템의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기의 설명에서 당해 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있다. 아울러, 하기 설명은 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 들어 설명하는 것이므로 본 발명은 하기 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니며 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 제공될 수 있음은 당연하다 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 내화재의 재생방법의 공정 흐름도, 도 2는 본 발명에 따른 내화재의 재생방법을 위한 재생시스템의 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 내화재의 재생방법을 위한 재생시스템의 개략적인 내부 구조를 도시한 단면도, 도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 내화재의 재생방법의 1차입도분리공정을 통해 분리한 폐 내화재 원료를 도시한 예시 이미지, 도 6은 본 발명에 따른 내화재의 재생방법의 냉각공정을 거친 원료를 도시한 예시 이미지, 도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 내화재의 재생방법의 2차입도분리공정을 통해 입도별로 최종 수득한 재생 내화원료를 도시한 예시 이미지를 도시한 것이다.
본 발명의 기술이 적용되는 내화재의 재생방법 및 그 시스템은 제강 및 제철 산업 분야에서 용광로 등의 주재료로 사용된 후 폐기되는 폐 내화재를 원료로 하여 노재로 사용할 수 있는 재생 내화원료로 제조하기 위한 일련의 재생방법 및 시스템을 구성함으로써 친환경적으로 경제적으로 고품질의 재생 내화원료를 수득하도록 하는 기술에 관한 것임을 주지한다.
이를 위한 본 발명의 내화재의 재생방법은 도 1에 도시한 바와 같이 크게 원료선별공정(S10)과, 수처리공정(S20)과, 파쇄공정(S30)과, 1차입도분리공정(S40)과, 탄화공정(S50)과, 냉각공정(S60), 및 2차입도분리공정(S70)을 포함하여 구성하며 구체적으로는 하기와 같다.
상기 원료선별공정(S10)은 폐 내화재 원료를 수거하고 슬래그 및 불순물을 제거하여 선별하는 공정이다.
용광로 등의 노재로 사용수명을 다한 내화재는 표면에 각종 용융 금속 및 슬래그 등이 융착되거나 화학적 침식이 발생한다. 상기 원료선별공정(S10)에서는 수거한 폐 내화재의 해당 부분을 물리적으로 제거하여 재생 가능한 부분만을 선별한다.
상기 수처리공정(S20)은 선별된 원료를 처리수에 침지하고 이산화탄소 및 바인더를 배출하는 공정이다.
카본질 폐 내화재 원료에는 금속 알루미나 및 성형 과정에 사용하는 각종 페놀계 수지, 바인더 등의 성분을 함유한다. 금속 알루미나는 내화재를 제조시 흑연의 산화를 방지하기 위해 혼합되는 성분으로써 용융로와 같은 초고온 환경에서 탄화알루미늄 및 탄화규소로 반응하므로 재생 내화원료에 혼입될 경우 균열이나 팽창을 발생시키는 원인이 된다. 페놀계 수지 역시 재생 내화원료에 혼입 시 내화재로의 성형 과정에 첨가되는 결합제와의 부착력을 현저히 저하시켜 균열을 발생시키는 원인이 된다.
따라서, 상기 수처리공정(S20)에서는 수화반응에 의해 폐 내화재 원료에 함유된 금속 알루미나 및 페놀계 수지, 바인더와 같은 물질을 용해하여 제거하면서 이산화탄소를 배출하여 원료의 순도를 확보한다.
상기 파쇄공정(S30)은 수처리된 원료를 건조하여 수분 및 잔여 가스를 제거한 후 균등한 크기로 파쇄하는 공정이다. 폐 내화재 원료는 그 형태 및 크기가 다양하므로 수처리된 원료를 건조로에서 건조하여 파쇄가 용이한 상태로 조성한 후 대략 균등한 크기 및 형태로 파쇄하여 입도분리를 준비한다.
상기 1차입도분리공정(S40)은 파쇄된 원료를 입도 분리하여 0.5mm 이하의 미분에 함유된 알루미나 및 이산화규소를 배제하고 1 ~ 5mm 범위의 원료를 수득하는 공정이다.
상기 파쇄공정(S30)을 거쳐 불가피하게 생성되는 도 5에 도시한 바와 같은 입도 0.5mm 미만의 미분에는 상기 수처리공정(S20)에서 제거되지 못한 알루미나 및 이산화규소, 그 밖의 바인더, 페놀계 수지 등의 불순물의 함량이 상대적으로 높을 뿐만 아니라, 특히 이와 같은 미분은 후술하게 될 탄화공정(S50)에서 탄화조(110)에 투입 시 점화구(112) 및 점화재(101) 사이의 틈새를 폐색하는 원인이 되어 탄화 효율을 현저히 저하할 수 있다. 따라서, 상기 1차입도분리공정(S40)에서는 파쇄된 원료 중에서 미분은 분리하고 도 4에 도시한 바와 같은 상기 1 ~ 5mm 범위의 원료(102)를 선별하여 수득한다.
상기 탄화공정(S50)은 수득한 원료(102)를 점화재(101)가 점화된 탄화조(110)에 1차 내지 3차에 걸쳐 단계별로 투입하고 흑연 및 카본을 제거하는 공정이다.
상기 탄화공정(S50)에서는 1차입도분리된 카본질 폐 내화재 원료(102)를 재생시스템(100)의 탄화조(110)에 투입하고 고온 상태에서 카본과 산소의 반응을 유도함으로써 카본을 탄화하여 탈리시킨다.
상기 탄화공정(S50)은 탄화조(110)에 점화재(101)와 폐 내화재 원료(102)를 1차 내지 3차에 걸쳐 투입하는 방식으로 진행한다.
1차탄화단계(S51)에서는 탄화조(110)의 하부에 점화재(101)를 적치하여 점화하고 산소를 공급하면서 점화재(101)의 상측에 1차입도분리공정(S40)을 거친 원료(102)를 투입하여 탄화를 진행하는 단계이다.
즉, 상기 1차탄화단계(S51)는 초기 점화시에 순수 산소를 집중 공급하여 원료(102)를 투입하는 과정에서 점화재(101)의 연소를 가속한다.
상기 1차탄화단계(S51)에서는 탄화조(110)에 산소를 2.5 ~ 2.7bar 압력으로 공급하여 2 ~ 30분간 탄화를 진행한다. 투입되는 산소의 압력이 상기 범위를 벗어날 경우 점화재(101)의 소화 또는 불완전 연소를 유발할 수 있으므로 해당 범위를 준수한다. 1차탄화단계(S51)에서 원료(102)를 투입하는 동안에 점화재(101)의 점화 상태를 수시로 점검한다.
2차탄화단계(S52)는 상기 1차탄화단계(S51)의 원료(102)의 상부에 점화재(101)를 적치하여 점화하고 산소와 공기를 1:1 비율로 공급하면서 점화재(101)의 상측에 1차입도분리공정(S40)을 거친 원료(102)를 투입하여 탄화를 진행하는 단계이다.
상기 2차탄화단계(S52)는 1차탄화단계(S51)에 의해 점화재(101)의 연소 효율이 적정 수준으로 상승하면 산소와 공기를 동일비로 공급하여 고가 에너지원인 순산소의 소비량을 절감하면서 원료(102)를 추가 투입하는 과정에서 연소를 지속하여 원료(102)의 탄화 효율을 극대화한다.
상기 2차탄화단계(S52)에서는 탄화조(110)에 산소와 공기를 2.5 ~ 2.7bar 압력으로 공급하여 12 ~ 15시간 동안 1300 내지 1500℃ 온도에서 탄화를 진행한다. 투입되는 산소 및 공기의 압력이 상기 범위를 벗어날 경우 점화재(101)의 소화 또는 불완전 연소를 유발할 수 있으므로 해당 범위를 준수한다. 2차탄화단계(S52)에서 원료(102)를 투입하는 동안에도 점화재(101)의 점화 상태를 수시로 점검한다.
3차탄화단계(S53)는 상기 2차탄화단계(S52)의 원료(102)의 상부에 점화재(101)를 적치하여 점화하고 공기를 공급하면서 점화재(101)의 상측에 1차입도분리공정(S40)을 거친 원료(102)를 투입하여 탄화를 진행하는 단계이다.
상기 3차탄화단계(S53)에서는 탄화조(110)에 공기를 2.5 ~ 2.7bar 압력으로 공급하여 48시간 동안 탄화를 진행한다. 투입되는 공기의 압력이 상기 범위를 벗어날 경우 점화재(101)의 소화 또는 불완전 연소를 유발할 수 있으므로 해당 범위를 준수한다.
상기 냉각공정(S60)은 탄화공정(S50)을 거친 원료를 냉각하여 탄화조(110)로부터 분리 및 배출하는 공정이다.
상술한 바와 같은 1차 내지 3차에 걸친 장시간의 탄화공정(S50)에 의해 가열된 원료를 자연상태로 방치하여 냉각하는 것은 비효율적이며, 특히 초고온 상태에서 내화재가 탄화되는 과정에서 탄화조(110)의 벽면 또는 바닥면에 원료가 융착되는바, 본 발명에서는 상기 냉각공정(S60)을 1차 내지 2차에 걸쳐 진행한다.
1차냉각단계(S61)는 탄화공정(S50)을 거친 후 탄화조(110)에 냉각공기를 24 ~ 48시간 동안 공급하여 탄화된 원료를 응축하고 탄화조(110)의 바닥 및 벽면으로부터 분리하는 단계이다. 1차냉각단계(S61)를 통해 자연 냉각에 비해 냉각속도를 수시간 단축하여 효율화하고 원료의 배출이 용이한 상태를 조성한다.
2차냉각단계(S62)는 1차냉각단계(S61)를 거친후 탄화조(110)에서 탄화된 원료를 배출하고 24시간 동안 자연냉각하는 단계이다. 2차냉각단계(S62)는 탄화조(110)로부터 원료를 배출한 후 냉각하도록 하여 자연 상태에서도 냉각효율을 증진하며 에너지를 절약하는 효과를 도모한다. 상기 냉각공정(S60)을 거친 원료는 도 6에 도시한 바와 같은 다양한 입자로 이루어진 덩어리 형태로 수득된다.
상기 2차입도분리공정(S70)에서는 냉각된 원료를 입도 분리하여 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같은 0.1 ~ 1mm, 1 ~ 3mm, 및 3 ~ 5mm 범위의 재생 내화원료를 선별 수득하는 공정이다.
상기 2차입도분리공정(S70)은 냉각공정(S60)을 거쳐 덩어리진 형태로 취출되는 재생 내화원료를 입도별로 분리하여 용도에 따라서 예컨대, 내화벽돌의 제조에 투입하거나, 신규 내화재와 혼합하여 사용할 수 있도록 다양한 입도의 재생 내화원료로 수득한다.
한편, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 기술이 적용된 내화재의 재생방법을 위한 재생시스템(100)의 구성을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 내화재의 재생시스템(100)은 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이 크게 탄화조(110)와, 점화조(120), 전환수단(130), 및 공급부(140)를 포함하여 구성한다.
상기 탄화조(110)는 상부 개폐구(111)를 구비하는 일정 깊이의 수용부를 형성하여 점화재(101) 및 폐 내화재 원료(102)를 적층하고 저면에는 다수의 점화구(112)를 통공하여 배치하도록 구성한다.
상기 탄화조(110)는 탄화공정(S50) 내지 냉각공정(S60)의 실시 과정에서 점화재(101) 및 폐 내화재 원료(102)를 수용하는 타워형태로 구비한다. 초고온 상태에서 열효율을 극대화하도록 상기 탄화조(110)의 내벽에는 소정의 단열재를 내장하여 구비한다.
상기 탄화조(110)에 형성하는 점화구(112)는 상협하광의 원추형으로 구비하여 점화조(120)에서 탄화조(110)로 산소 또는 공기를 공급한다. 바람직하게는 상부 내경 7mm, 하부 내경 10mm 크기로 형성한다.
상기 점화구(112)의 상측, 즉 탄화조(110)의 저면측에 형성된 개구에는 1차탄화단계(S51)에서 탄화조(110)에 적치되는 점화재(101)에 의해 임시차폐하도록 구비한다. 점화재(101)로는 목재를 사용하되 점화구(112)를 통해 탄화조(110)의 내화재가 점화조(120)로 하향 유출되는 것을 방지하면서 점화조(120)에서 탄화조(110)로 산소 또는 공기의 상향 공급은 원활하게 진행하도록 점화구(112) 상에 단순 거치하는 형태가 되어야 할 것이다. 상기 점화재(101)가 탄화공정(S50)을 거쳐 완전 연소되어 점화구(112)가 개방되더라도 탄화조(110)에서 탄화된 원료는 입자 간 압축에 의해 덩어리진 형태로 탄화조(110)에 융착된 상태가 되므로 점화구(112)를 통해 유출될 수 없다.
상기 점화조(120)는 탄화조(110)의 하측에 일체로 구비하여 점화구(112)를 통해 탄화조(110)와 연통하고 일측에는 산소공급라인(121) 및 공기공급라인(122)을 각각 장착하여 구성한다.
상기 점화조(120)는 산소 또는 공기를 유입하고 다수의 점화구(112)를 통해 일정 압력으로 배분하여 탄화조(110)로 공급하기 위한 소정의 수용공간을 구비하며, 점화조(120)의 저면에는 드레인홀을 형성하여 점화구(112)를 통과해 불가피하게 점화조(120)로 유입되는 불순물을 배출하도록 구비한다.
상기 전환수단(130)은 상기 탄화조(110)의 양측에 축결합하여 상기 개폐구(111)가 상측 또는 전방을 향하도록 방향전환하도록 구성한다.
상술한 바와 같이 탄화조(110) 내에서 탄화공정(S50)을 거친 원료는 탄화조(110) 내에서 초고온 상태에서 압축 및 융착되어 덩어리진 상태로 구비되므로 배출이 매우 어렵다. 따라서, 상기 전환수단(130)은 탄화조(110)를 일측으로 기울여 탄화가 완료된 원료의 배출을 용이하게 하도록 구비한다. 방향전환 시 안정적인 지지상태를 확보하도록 전환수단(130)의 일측에는 소정의 지지프레임을 설치하여 구성한다.
상기 공급부(140)는 상기 점화조(120)의 일측에서 산소공급라인(121) 및 공기공급라인(122) 각각을 연결하여 산소 또는 공기를 선택적으로 일정 압력으로 공급하도록 구성한다.
상기 공급부(140)는 산소공급라인(121) 및 공기공급라인(122)을 통해 점화조(120)를 거쳐 탄화조(110)로 고압 산소 혹은 공기를 공급하여 점화 및 연소 효율을 폭발적으로 증대시키며, 냉각공정(S60)에 필요한 냉각공기를 공급하도록 구비한다. 공급부(140)의 일측에는 산소공급라인(121) 및 공기공급라인(122)의 개폐상태를 조절하는 밸브 및 압력계를 구비한다.
이상에서와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 내화재의 재생방법 및 그 재생시스템을 통해 제조된 내화재는 카본 및 기타 불순물이 효과적으로 제거되어 고순도의 재생 내화원료로 제조되며 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이 0.1 ~ 1mm, 1 ~ 3mm, 및 3 ~ 5mm 범위의 다양한 입도로 형성된 재생 내화원료로 구성되어 노재로 사용수명을 다한 후 폐기되는 내화재를 대체할 수 있는 재생 내화재의 원료 혹은 첨가재 등의 용도로 활용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 내화재로 사용하는 과정에서 용융물과의 반응에 의해 폐 내화재에 과량 생성된 카본을 효과적 탄화 및 탈리하고 기타 폐 내화재에 함유된 바인더, 알루미나, 이산화규소 등의 이물질을 제거하여 고순도의 재생 내화원료로 제조하도록 하는 이점이 있다.
그러므로, 본 발명은 궁극적으로는 자원 재활용에 따른 친환경적인 효과를 도모함은 물론, 신규 내화재를 제조하기 위한 원료의 수입에 따른 비용을 절감하는 등의 경제적인 효과를 도모할 수 있다.
특히, 본 발명은 대량의 폐 내화재 원료를 이용해 장시간에 걸친 탄화공정(S50)을 실시하는 과정에서 초기 투입된 점화재가 단시간에 소화되어 연소를 지속하지 못함에 따른 공정중단, 및 그에 따른 생산성 및 품질의 저하와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 배제하고 보다 안정적이고 경제적으로 탄화공정(S50)을 지속하여 공정을 효율화하고, 탄화된 원료의 냉각 및 배출을 용이하게 하는 일련의 구성을 통해 생산성을 향상하는 등의 다양한 이점을 가지므로 산업상 이용 가능성이 클 것으로 기대된다.
S10: 원료선별공정 S20: 수처리공정
S30: 파쇄공정 S40: 1차입도분리공정
S50: 탄화공정 S51~S53: 1차 내지 3차탄화단계
S60: 냉각공정 S61~S62: 1차 내지 2차냉각단계
S70: 2차입도분리공정 100: 내화재의 재생시스템
101: 점화재 102: 1차입도분리된 원료
110: 탄화조 111: 개폐구
112: 점화구 120: 점화조
121: 산소공급라인 122: 공기공급라인
130: 전환수단 140: 공급부

Claims (6)

  1. 폐 내화재 원료를 수거하고 슬래그 및 불순물을 제거하여 선별하는 원료선별공정(S10)과, 선별된 원료를 처리수에 침지하고 이산화탄소 및 바인더를 배출하는 수처리공정(S20)과, 수처리된 원료를 건조하여 수분 및 잔여 가스를 제거한 후 균등한 크기로 파쇄하는 파쇄공정(S30)과, 파쇄된 원료를 입도 분리하여 0.5mm 이하의 미분에 함유된 알루미나 및 이산화규소를 배제하고 1 ~ 5mm 범위의 원료(102)를 수득하는 1차입도분리공정(S40)과, 수득한 원료(102)를 점화재(101)가 점화되는 탄화조(110)에 1차 내지 3차에 걸쳐 단계별로 투입하고 흑연 및 카본을 제거하는 탄화공정(S50)과, 탄화공정(S50)을 거친 원료를 냉각하여 탄화조(110)로부터 분리 및 배출하는 냉각공정(S60)과, 냉각된 원료를 입도 분리하여 0.1 ~ 1mm, 1 ~ 3mm, 및 3 ~ 5mm 범위의 재생 내화원료를 선별 수득하는 2차입도분리공정(S70)을 포함하는 내화재의 재생방법에 있어서,
    상기 탄화공정(S50)은,
    탄화조(110)의 하부에 점화재(101)를 적치하여 점화하고 산소를 공급하면서 점화재(101)의 상측에 1차입도분리공정(S40)을 거친 원료(102)를 투입하여 탄화를 진행하는 1차탄화단계(S51)와,
    1차탄화단계(S51)의 원료의 상부에 점화재(101)를 적치하여 점화하고 산소와 공기를 1:1 비율로 공급하면서 점화재(101)의 상측에 1차입도분리공정(S40)을 거친 원료(102)를 투입하여 탄화를 진행하는 2차탄화단계(S52)와,
    2차탄화단계(S52)의 원료의 상부에 점화재(101)를 적치하여 점화하고 공기를 공급하면서 점화재(101)의 상측에 1차입도분리공정(S40)을 거친 원료(102)를 투입하여 탄화를 진행하는 3차탄화단계(S53)로 이루어지고,
    상기 1차탄화단계(S51)에서는, 탄화조(110)에 산소를 2.5 ~ 2.7bar 압력으로 공급하여 2 ~ 30분간 탄화를 진행하고,
    상기 2차탄화단계(S52)에서는, 탄화조(110)에 산소와 공기를 2.5 ~ 2.7bar 압력으로 공급하여 12 ~ 15시간 동안 1300 내지 1500℃ 온도에서 탄화를 진행하고,
    상기 3차탄화단계(S53)에서는, 탄화조(110)에 공기를 2.5 ~ 2.7bar 압력으로 공급하여 48시간 동안 탄화를 진행하도록 이루어지고,
    상기 냉각공정(S60)은,
    탄화공정(S50)을 거친 후 탄화조(110)에 냉각공기를 24 ~ 48시간 동안 공급하여 탄화된 원료를 응축하고 탄화조(110)의 바닥 및 벽면으로부터 분리하는 1차냉각단계(S61)와,
    1차냉각단계(S61)를 거친후 탄화조(110)에서 탄화된 원료를 배출하고 24시간 동안 자연냉각하는 2차냉각단계(S62)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내화재의 재생방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 의한 내화재의 재생방법을 위한 재생시스템(100)에 있어서,
    상부 개폐구(111)를 구비하는 일정 깊이의 수용부를 형성하여 점화재(101) 및 폐 내화재 원료(102)를 적층하고 저면에는 다수의 점화구(112)를 통공하여 배치하는 탄화조(110)와
    상기 탄화조(110)의 하측에 일체로 구비하여 점화구(112)를 통해 탄화조(110)와 연통하고 일측에는 산소공급라인(121) 및 공기공급라인(122)을 각각 장착하는 점화조(120)와,
    상기 탄화조(110)의 양측에 축결합하여 상기 개폐구(111)가 상측 또는 전방을 향하도록 방향전환하는 전환수단(130)과,
    상기 점화조(120)의 일측에서 산소공급라인(121) 및 공기공급라인(122) 각각을 연결하여 산소 또는 공기를 선택적으로 일정 압력으로 공급하는 공급부(140)를 포함하고,
    상기 점화구(112)는 상협하광의 원추형으로 구비하여 점화조(120)에서 탄화조(110)로 산소 또는 공기를 공급하되 상측에는 탄화조(110)에 적치되는 점화재(101)에 의해 임시차폐되고, 점화재(101)가 완전 연소되면 탄화된 원료 덩어리가 융착되어 차폐되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 내화재의 재생시스템.
  6. 삭제
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