KR102278778B1 - 펠렛 및 바인더의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 펠렛 - Google Patents

펠렛 및 바인더의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 펠렛 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 펠렛의 제조 방법은 페로니켈 제조 공정 중 발생된 더스트를 회수하여 준비하는 과정, 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그인 제 1 슬래그 및 페로니켈 제조 공정 외의 공정에서 발생되는 부산물을 이용하여 바인더를 제조하는 과정 및 더스트와 바인더를 혼합, 조립하여 펠렛을 제조하는 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 펠렛의 제조 방법에 의하면, 종래에 비해 저가의 비용으로 바인더를 제조할 수 있다. 그리고 실시예들에 따른 바인더를 이용하여 페로니켈 제조를 위한 원료인 펠렛을 제조하는데, 종래의 바인더를 이용하여 제조된 펠렛과 강도가 유사하거나, 강도가 향상된 펠렛을 제조할 수 있다.

Description

펠렛 및 바인더의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 펠렛{METHOD FOR MANUFACTURING PELLET AND BINDER, PALLET MAFUFACTURED USING THE SAME}
본 발명은 펠렛 및 바인더의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 펠렛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펠렛 제조를 위한 비용을 절감시킬 수 있는 펠렛 및 바인더의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 펠렛에 관한 것이다.
스테인리스 강을 제조하기 위한 용강은 일반적으로, 고체 상의 페로니켈, 페로크롬 및 고철을 용해하여 니켈과 크롬을 함유하고 있는 용탕을 제조하고, 제조된 용탕 중 탄소를 제거하는 정련 처리 과정을 거쳐 제조된다.
여기서, 페로니켈을 마련하는 과정은 니켈 함유 광석(이하, 니켈광석)을 건조하는 과정, 건조된 니켈광석을 소성 및 예비 환원시키는 과정, 소성 및 예비 환원이 종료된 니켈광석을 전기로로 장입시켜 용융 및 환원시키는 과정, 용융물 중 황(S)을 제거하는 탈류 과정, 탈류가 완료된 용융물을 고체 형태로 제조하는 과정을 포함한다.
한편, 니켈광석을 건조시키는 과정, 소성 및 예비 환원시키는 과정, 용융 및 환원시키는 과정 각각에서는 가스가 발생되며, 발생된 가스는 각 장치의 외부로 배출된다.
여기서, 외부로 배출되는 가스(이하, 배가스)에는 고상의 입자 상태의 더스트가 포함되어 있다. 그리고, 이 더스트에는 고 함량으로 산화니켈(NiO)이 함유되어 있다.
이에, 더스트를 페로니켈 제조를 위한 소스 원료로 재활용하고 있다. 이때, 회수된 더스트를 재활용하는데 있어서, 더스트를 소정 입경 이상의 펠렛으로 제조하며, 니켈광석을 소성 및 예비 환원시키는 과정에서 제조된 펠렛을 함께 투입하는 방법으로 재활용한다.
한편, 펠렛의 강도가 약할 경우, 펠렛이 이송되거나, 소성 및 예비 환원 과정에서 마모 또는 파쇄되어 재분화될 수 있다. 이로 인해, 소성 및 예비 환원 과정에서 다량의 더스트가 발생될 수 있다.
이에, 더스트를 펠렛으로 성형하는데 있어서, 강도 향상을 위한 바인더를 함께 투입하여 제조하였다. 그런데, 바인더로서 고가의 무기 바인더를 사용하고 있어, 펠렛 제조를 위한 비용이 높은 문제가 있다.
한국등록특허 KR0942109
본 발명은 펠렛 제조를 위한 비용을 절감시킬 수 있는 펠렛 및 바인더의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 펠렛에 관한 것이다.
본 발명은 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 재활용할 수 있는 펠렛 및 바인더의 제조 방법, 이를 이용하여 제조된 펠렛에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 펠렛의 제조 방법은 페로니켈 제조 공정 중 발생된 더스트를 회수하여 준비하는 과정; 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그인 제 1 슬래그 및 페로니켈 제조 공정 외의 공정에서 발생되는 부산물을 이용하여 바인더를 제조하는 과정 및 상기 더스트와 상기 바인더를 혼합, 조립하여 펠렛을 제조하는 과정을 포함한다.
상기 부산물은 탄소강 제조용 용강 제조 중 발생된 슬래그인 제 2 슬래그 및 플라이 애시(fly ash)를 포함한다.
상기 더스트를 회수하는 과정은, 상기 페로니켈 제조 공정 중, 니켈광석을 건조시키는 건조 과정; 상기 니켈광석을 가열하여 소성, 예비 환원시키는 소성 및 예비 환원 과정; 상기 니켈광석을 가열하여 용융물을 생성하고, 상기 니켈광석을 환원시키는 용융 및 환원 과정; 중 적어도 하나의 과정 중에 발생된 더스트를 회수한다.
상기 제 1 슬래그는 산화니켈(NiO)이 3.0 중량% 내지 5.0 중량% 포함된다.
상기 제 1 슬래그는 상기 용융물 중 황(S)을 제거하는 탈류 공정 중에 발생되는 슬래그를 회수하여 마련한다.
상기 제 2 슬래그는 용강 중 탄소(C)가 1 중량% 이하가 되도록 하는 정련 과정에서 발생된 슬래그를 회수하여 마련한다.
상기 바인더 전체 중, 산화규소(SiO2)가 30 중량% 내지 50 중량%, 산화칼슘(CaO)이 15 중량% 내지 25 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 10 중량% 내지 20 중량%, 산화철(FeO)이 10 중량% 내지 20 중량%가 포함되도록, 상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시(fly ash)의 혼합량을 제어하는 과정을 포함한다.
상기 바인더를 제조하는데 있어서, Na계 플럭스를 더 혼합할 수 있다.
상기 Na계 플럭스는 Na2CO3를 포함할 수 있다.
상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시를 혼합하기 전에, 상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시 각각을 파쇄하는 과정; 및 상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시를 혼합한 제 1 혼합물을 파쇄하는 과정; 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 펠렛을 제조하는 과정은, 상기 더스트, 바인더 및 물을 혼합하는 과정을 포함하고, 상기 더스트, 바인더 및 물이 혼합된 제 2 혼합물 전체 중량%에 대해, 상기 더스트가 65 중량% 내지 85 중량%, 바인더가 5 중량% 내지 15 중량%, 물이 10 중량% 내지 20 중량%가 함유 되도록 혼합한다.
본 발명의 실시예는 펠렛 제조용 바인더의 제조 방법으로서, 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그인 제 1 슬래그를 마련하는 과정; 탄소강 제조용 용강 제조 중 발생된 슬래그인 제 2 슬래그를 마련하는 과정; 산업 부산물인 플라이 애시를 마련하는 과정; 및 상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시를 혼합하여 바인더를 제조하는 과정;을 포함한다.
상기 제 1 슬래그는 산화니켈(NiO)이 3.0 중량% 내지 5.0 중량% 포함된 슬래그이며, 상기 제 2 슬래그는 용강 중 탄소(C)가 1 중량% 이하가 되도록 하는 정련 과정에서 발생된 슬래그를 회수하여 마련한다.
상기 제 1 슬래그는 상기 용융물 중 황(S)을 제거하는 탈류 공정 중에 발생되는 슬래그를 회수하여 마련하며, 상기 제 1 슬래그는 상기 탈류 공정 중 발생된 슬래그 중, 입경이 1mm 이하인 슬래그를 회수하여 마련한다.
상기 바인더 전체 중, 산화규소(SiO2)가 30 중량% 내지 50 중량%, 산화칼슘(CaO)이 15 중량% 내지 25 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 10 중량% 내지 20 중량%, 산화철(FeO)이 10 중량% 내지 20 중량%가 포함되도록, 상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시(fly ash)의 혼합량을 제어하는 과정을 포함하고, 상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시(fly ash)의 혼합량을 제어하는 과정은, 상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그, 플라이 애시를 혼합한 제 1 혼합물 전체 중량%에 대해, 상기 제 1 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 제 2 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 플라이 애시가 40 중량% 내지 60 중량%가 함유 되도록 혼합한다.
상기 바인더를 제조하는 과정은 Na계 플럭스를 혼합하는 과정을 더 포함하고, 상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그, 플라이 애시 및 Na계 플럭스가 혼합된 제 1 혼합물 전체 중량%에 대해, 상기 제 1 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 제 2 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 플라이 애시가 40 중량% 내지 60 중량%, Na계 플럭스가 3 중량% 내지 15 중량%가 함유 되도록 혼합한다.
상기 Na계 플럭스는 Na2CO3를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 펠렛은 페로니켈 제조 공정 중 발생된 더스트 및 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그인 제 1 슬래그를 함유하는 바인더를 포함한다.
상기 바인더는, 탄소강 제조용 용강 제조 중 발생된 슬래그인 제 2 슬래그; 및 산업 부산물인 플라이 애시;를 포함한다.
상기 제 1 슬래그는, 산화니켈(NiO)이 3.0 중량% 내지 5.0 중량% 포함된다.
상기 바인더는, 상기 바인더 전체 중 산화규소(SiO2)가 30 중량% 내지 50 중량%, 산화칼슘(CaO)이 15 중량% 내지 25 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 10 중량% 내지 20 중량%, 산화철(FeO)이 10 중량% 내지 20 중량%가 포함된다.
펠렛의 입경은 15mm 내지 20일 수 있다.
펠렛의 생존율은 94% 내지 99.5%, 낙하 생존율은 92% 내지 95% 일 수 있다.
펠렛의 압축강도가 1.8kgf 내지 2.1kgf일 수 있다.
본 발명의 실시예들에서는 페로니켈 제조 공정 중 탈류 과정에서 발생된 슬래그, 탄소강 제조용 용강의 제조 공정 중 발생된 슬래그, 산업 부산물인 플라이 애시(flay ash)를 재활용하여 바인더를 제조한다. 이에, 종래에 비해 저가의 비용으로 바인더를 제조할 수 있다. 그리고 실시예들에 따른 바인더를 이용하여 페로니켈 제조를 위한 원료인 펠렛을 제조하는데, 종래의 바인더를 이용하여 제조된 펠렛과 강도가 유사하거나, 강도가 향상된 펠렛을 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 펠렛 제조를 위한 비용을 절감시키면서도, 펠렛의 강도를 확보할 수 있다.
그리고, 페로니켈 제조 공정 중 탈류 과정에서 발생된 미립의 탈류 슬래그를 재활용하여 바인더를 제조함에 따라, 종래에 재활용되지 못했던 미립의 탈류 슬래그의 재고 관리 비용을 절약할 수 있다.
또한, 미립의 탈류 슬래그에는 니켈(Ni)이 포함되어 있고, 이를 바인더의 원료로 재활용하여 펠렛을 제조하기 때문에, 상기 바인더는 페로니켈 제조를 위한 또는 니켈(Ni) 제공을 위한 소스 원료로 작용한다.
이에, 페로니켈 제조를 위한 주원료이며, 니켈(Ni)을 제공하기 위한 소스 원료인 고가의 니켈광석의 사용량을 줄일 수 있으며, 이로 인해 페로니켈 제조에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펠렛의 제조 방법을 순차적로 나타낸 순서도이다.
도 2는 일반적인 페로니켈 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 3은 페로니켈 제조 공정 중, 탈류 공정에 의해 발생된 슬래그의 입경에 따른 산화니켈(NiO)의 함량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 펠렛의 제조 방법을 순차적로 나타낸 순서도이다.
도 5는 제 1 및 제 2 비교예, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 방법으로 제조된 펠렛의 생존율(%), 낙하 생존율(%), 압축 강도(kgf) 및 형상을 정리하여 나타낸 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 펠렛 제조를 위한 비용을 절감시킬 수 있고, 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그를 재활용할 수 있는 펠렛 및 바인더의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 페로니켈 제조시 원료로 사용되는 펠렛을 제조하는데 있어서, 강도를 확보하면서 제조 비용을 절감시킬 수 있는 펠렛 및 바인더의 제조 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펠렛의 제조 방법을 순차적로 나타낸 순서도이다. 도 2는 일반적인 페로니켈 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다. 도 3은 페로니켈 제조 공정 중, 탈류 공정에 의해 발생된 슬래그의 입경에 따른 산화니켈(NiO)의 함량을 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 펠렛의 제조 방법(S100)은, 페로니켈 제조 공정 중 발생된 더스트를 준비하는 과정(S110), 바인더를 제조하는 과정(S120) 및 더스트와 바인더를 혼합, 조립하여 펠렛을 제조하는 과정(S130)을 포함한다.
여기서, 바인더는 제 1 실시예에 따른 방법으로 제조된 바인더이다.
제 1 실시예에 따른 바인더를 제조하는 과정은 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그(제 1 슬래그)를 준비하는 과정, 페로니켈 제조 공정 외의 공정에서 발생되는 부산물을 준비하는 과정, 제 1 슬래그와 바인더를 혼합하는 과정, 제 1 슬래그와 부산물이 혼합된 혼합물을 이용하여 바인더를 제조하는 과정을 포함한다.
여기서, 제 1 슬래그와 혼합되는 부산물은, 탄소강 제조용 용강의 제조 공정 중 발생된 슬래그(제 2 슬래그) 및 산업 부산물인 플라이 애시(flay ash)를 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 제 1 실시예에 따른 바인더의 제조 방법을 설명하는데 있어서, 제 1 슬래그와 혼합되는 부산물이 탄소강 제조용 용강의 제조 공정 중 발생된 제 2 슬래그 및 플라이 애시(flay ash)인 것을 예를들어 설명한다.
도 1을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 바인더를 제조하는 과정(S120)은 페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그인 제 1 슬래그를 준비하는 과정(S121), 탄소강 제조용 용강의 제조 공정 중 발생된 슬래그인 제 2 슬래그를 준비하는 과정(S122), 산업 부산물인 플라이 애시(flay ash)를 준비하는 과정(S123), 제 1 및 제 2 슬래그, 플라이 애시를 혼합하는 과정(S124), 제 1 및 제 2 슬래그, 플라이 애시가 혼합된 혼합물을 이용하여 바인더를 제조하는 과정(S125)을 포함한다.
본 발명에서는 펠렛을 제조하는데 있어서, 상술한 바와 같이 페로니켈 제조 공정 중 발생된 더스트를 재활용 한다.
이하에서는 제 1 실시예에 따른 펠렛의 제조 방법에 대한 구체적인 설명에 앞서 먼저, 페로니켈 제조 방법에 대해 먼저 설명한다.
도 2를 참조하면, 페로니켈 제조 방법은 니켈광석을 건조시키는 과정(S10), 건조된 니켈광석을 소성 및 환원시키는 과정(S20), 소성 및 환원된 니켈광석을 용융 및 환원시켜 페로니켈 용융물(이하, 용융물)을 제조하는 과정(S30) 및 용융물 중 황(S)을 제거하는 탈류 과정(S40)을 포함한다.
니켈광석은 페로니켈을 제조하기 위한 또는 니켈(Ni) 및 철(Fe)을 제공하는 소스 원료로서, 산화니켈(NiO), 산화칼슘(CaO), 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(FeO)을 포함하는 광석이며, 상기 산화니켈(NiO)이 1.5 중량% 내지 2 중량% 포함된 광석일 수 있다. 그리고, 니켈광석은 상술한 성분 외에 산화망간(MnO), 오산화인(P2O5), 산화마그네슘(MgO), 산화티타늄(TiO2), 탄소(C), 황(S)을 더 포함할 수 있다. 이러한 니켈광석은 예컨대 사프로라이트(saprolite)일 수 있으며, 보다 구체적으로, 니켈광석은 아래 표 1의 일 예와 같은 성분 조성을 가질 수 있다.
성분 NiO CaO SiO2 Al2O3 FeO MnO P2O5 MgO TiO2 C S
함량(중량%) 1.8 0.24 38.92 0.97 10.77 0.62 0.02 33.16 0.02 0.054 0.0081
니켈광석을 건조시키는 과정(S10)에서는 니켈광석에 함유된 수분을 제거한다. 이때, 니켈광석을 건조시키는 건조 장치는 예컨대, 피처리물이 장입되며 회전 가능한 드럼을 포함하는 수단인 로타리 건조기(rotary dryer)일 수 있다.
로타리 건조기를 이용하여 건조시키는 방법에 대해 설명하면, 드럼 내부로 니켈광석을 장입하고, 드럼을 회전시키면서 내부를 예컨대 200℃의 온도로 가열한다. 이에, 드럼 내부에 장입되어 있는 니켈광석으로부터 수분이 제거된다.
로타리 건조기의 드럼을 가열하는데 있어서, 예컨대 드럼 내로 열풍을 공급하는 방법을 사용할 수 있다. 물론 드럼 내부를 가열하는 방법은 상술한 예에 한정되지 않고, 다양한 방법에 적용될 수 있다. 또한, 니켈광석을 건조시키는 건조 장치는 상술한 로타리 건조기에 한정되지 않고, 니켈광석으로부터 수분을 제거할 수 있는 다양한 수단의 적용이 가능하다.
소성 및 환원시키는 과정(S20)에서는 니켈광석을 열처리하여 소성시킴으로써 강도를 증가시키고, 상기 니켈광석에 포함된 산화니켈(NiO) 및 산화철(FeO) 등의 금속 산화물을 니켈(Ni) 및 철(Fe)로 환원시킨다.
니켈광석을 소성 및 환원시키는 장치(이하, 소성 장치)는 예컨대 회전 가능한 드럼 및 드럼 내부에 화염을 발생시키는 버너를 포함하는 수단인 로타리 킬른(rotary kiln)일 수 있다.
로타리 킬른을 이용하여 니켈광석을 소성 및 환원시키는 방법에 대해 설명하면, 드럼 내부로 니켈광석, 탄소(C)를 포함하는 환원제 예컨대 석탄을 장입하고, 드럼을 회전시키면서 내부를 가열한다. 이때, 버너로 연료 가스를 공급하고, 버너를 통해 드럼 내부로 화염을 발생시켜, 상기 드럼 내부를 600℃ 내지 800℃의 온도로 가열한다.
이렇게, 드럼 내부가 600℃ 내지 800℃의 온도로 가열되면, 니켈광석이 소성되어 그 강도가 증가되고, 니켈광석에 포함된 산화니켈(NiO) 및 산화철(FeO) 등의 금속 산화물이 환원된다.
상기에서는 로타리 킬른의 드럼 내부를 가열하는데 있어서, 버너를 통해 화염을 발생시키는 방법을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 드럼 내부를 600℃ 내지 800℃의 온도로 가열시킬 수 있는 다양한 가열 방법이 적용될 수 있다. 또한, 니켈광석을 소성 및 환원시키는 소성 장치는 상술한 로타리 킬른에 한정되지 않고, 니켈광석을 소성 및 환원시킬 수 있는 다양한 수단의 적용이 가능하다.
한편, 이 과정(S20)에서 니켈광석이 가열되면, 후속 조업인 니켈광석의 용융 및 환원 과정(S30)에서 목표 온도로 가열하기가 용이해진다. 또한, 소성 및 환원 과정(S20)에서는 상술한 바와 같이 니켈광석을 600℃ 내지 800℃의 온도로 가열하여 금속 산화물을 환원시키는데, 이는 후속 조업인 용융 및 환원 과정(S30)에서의 온도(1200℃ 이상)에 비해 낮은 온도이다. 이에, 소성 및 환원 과정(S20)에서는 환원되는 금속 산화물량이 용융 및 환원 과정(S30)에 비해 적다.
따라서, 소성 및 환원 과정(S20)에서 일어나는 환원은 용융 및 환원(S30) 과정에서의 환원에 비해 먼저 또는 예비적으로 실시되는 환원으로 설명될 수 있다. 이에, 용융 및 환원(S30) 과정 전에 실시되는 소성 및 환원 과정(S20)은 통상적으로 소성 및 예비 환원 과정(S20)으로 명명된다. 보다 구체적으로 로타리 킬른에서 실시되는 소성 및 환원 과정(S20)은 소성 및 예비 환원 과정(S20)으로 명명될 수 있다.
용융 및 환원 과정(S40)은 니켈광석을 용융시키고, 니켈광석에 포함된 된 산화니켈(NiO) 및 산화철(FeO) 등의 금속 산화물을 환원시킨다. 이때, 니켈광석을 용융 및 환원시키는데 있어서 전기로를 이용할 수 있다. 여기서, 전기로는 내부 공간을 가지는 본체 및 본체 내부로 열원인 아크(arc)를 발생시키는 전극봉을 포함하는 구성일 수 있다.
전기로에서 니켈광석을 용융 및 환원시키는 방법에 대해 설명하면, 먼저 전기로의 본체 내부로 니켈광석 및 탄소(C)를 포함하는 환원제를 투입시킨다. 여기서, 환원제는 예컨대 석탄일 수 있다. 본체 내로 니켈광석 및 환원제가 장입되면, 전극봉을 통해 본체 내부로 아크(arc)를 발생시킨다. 이때, 아크 열에 의해 니켈광석 및 환원제가 용융되고, 니켈광석이 환원되면서 용융물 즉, 페로니켈 용융물이 제조된다.
한편, 전기로에서 제조된 용융물에는 황(S)이 4000ppm 수준으로 함유되어 있는데, 황(S)은 제품 예컨대 스테인리스 강의 품질을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 전기로에서 용융물이 제조되면, 상기 용융물로부터 황(S)을 제거하는 탈류를 실시하며(S40), 이때 황(S)을 600ppm 이하로 조절할 필요가 있다.
용융물로부터 황(S)을 제거하는 탈류는 예컨대 KR(Kanvara Reactor) 장치를 이용하여 실시할 수 있다. 여기서, KR 장치는 래들(Ladle) 내로 장입된 용융물로 침지되어 회전 가능한 임펠러를 포함하는 수단일 수 있다.
KR 장치에서의 탈류 작업은 다음과 같이 진행될 수 있다. 전기로에서 제조된 용융물이 래들(Ladle) 내로 장입되면, 래들 내 용융물로 임펠러를 침지시킨다. 그리고, 용융물로 침지된 임펠러를 회전시키면서, 상기 용융물로 탈류제 예컨대 산화칼슘(CaO)을 투입한다.
용융물로 탈류제가 투입되면, 용융물 중 황(S)과 탈류제 간의 반응에 의해 CaS가 생성되며, 생성된 CaS는 용융물의 표면상에 부유하고 있는 슬래그로 유입된다. 이에, 용융물로부터 황(S)이 제거되며, 황(S)의 함량이 600ppm 이하인 페로니켈 용융물이 마련된다.
한편, 상술한 바와 같은 페로니켈의 제조 공정 중, 건조(S10), 소성 및 예비 환원(S20), 용융 및 환원(S30) 과정 각각에서는 가스가 발생되며, 이 가스는 장치의 외부로 배출된다. 즉, 니켈광석을 건조시키는 건조 장치, 니켈광석을 소성 및 예비 환원시키는 소성 장치, 용융 및 환원시키는 전기로 각각에서 가스가 발생되며, 발생된 가스는 각 장치의 외부로 배출된다.
여기서, 외부로 배출되는 가스(이하, 배가스)에는 고상의 입자 상태의 더스트가 포함되어 있다. 그리고, 이 더스트에는 니켈광석과 유사한 함량으로 산화니켈(NiO)이 함유되어 있다.
따라서, 페로니켈 제조 중에 발생된 더스트를 페로니켈을 제조하기 위한 또는 니켈(Ni)을 제공하는 소스 원료로 재활용하고 있다. 즉, 건조 장치, 소성 장치 및 전기로에서 배출되는 배가스로부터 더스트를 회수하고, 회수된 더스트를 니켈광석과 함께 소스 원료로 재활용하고 있다.
이를 위해, 건조 장치, 소성 장치 및 전기로 각각에 배가스 중 더스트를 포집하는 배가스 처리 장치를 설치하여, 더스트를 회수하고 있다.
배가스 처리 장치는 예컨대 가스가 통과하는 배관, 배관 내부로 가스가 흡입되도록 흡인력을 발생시키는 구동부, 배관 내부에 설치되어, 가스는 통과시키고, 더스트는 통과시키지 않는 필터, 통과되지 못한 더스트가 저장되는 포집부를 포함하는 수단일 수 있다.
그리고, 회수된 더스트를 재활용하는데 있어서, 니켈광석을 소성 및 예비 환원시키는 과정(S20)에 투입시켜 재활용한다. 보다 구체적으로, 소성 장치 예컨대 로타리 킬른 내부로 니켈광석과 회수된 더스트를 투입하여 소성 및 예비 환원시킨다.
한편, 배가스로부터 회수된 더스트는 그 입경이 0.1mm 이하로 작아, 이를 그대로 재활용하는 경우, 페로니켈을 제조하는 공정 횟수가 증가할 수록 더스트 생성량이 지속적으로 증가하는 문제가 발생될 수 있다. 보다 구체적으로는, 소성 장치로부터 발생되는 더스트량이 지속적으로 증가할 수 있다.
따라서, 페로니켈 제조 중 발생된 더스트를 소정 입경 이상의 펠렛으로 제조하고, 제조된 펠렛을 소성 장치로 투입시켜 소스 원료로서 재활용 한다.
그런데, 더스트를 펠렛으로 제조하여 재활용하더라도, 펠렛의 강도가 약할 경우, 마모 및 파쇄되어 또 다시 다량의 더스트가 발생될 수 있다. 즉, 펠렛의 강도가 약할 경우, 재활용을 위해 이송되는 과정에서 펠렛에 가해지는 충격 또는 마모에 의해 파쇄되어 분진이 발생될 수 있다. 또한, 소성 장치인 로타리 킬른의 드럼 내로 니켈광석, 석탄이 장입되고, 드럼이 회전하면서 소성 및 환원된다. 이때, 펠렛의 강도가 약할 경우, 드럼의 회전, 니켈광석 및 석탄과의 마찰에 의해 펠렛이 마모 및 파쇄되어 분진이 발생될 수 있다.
이와 같이, 펠렛의 강도가 약할 경우 이를 재활용하는 과정에서 재분화되기 때문에, 펠렛의 강도를 증가시킬 필요가 있다. 이를 위해, 더스트를 조립하여 펠렛을 제조하는데 있어서, 바인더를 함께 투입하여 제조한다. 그런데, 종래에는 바인더로서 고가의 무기 바인더를 사용하고 있어, 펠렛의 제조 원가가 상승되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 펠렛의 강도를 확보하면서, 종래의 바인더에 비해 저가인 바인더를 마련하고, 이를 이용하여 펠렛을 제조한다.
제 1 실시예에 따른 바인더는 페로니켈 제조 공정 중 탈류(S40) 과정에서 발생된 페로니켈 탈류 슬래그(제 1 슬래그), 탄소강 제조용 용강의 제조 공정 중 발생된 슬래그(제 2 슬래그) 및 플라이 애시(Fly ash)를 이용하여 제조한다.
그리고, 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시를 이용하여, 산화규소(SiO2), 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화철(FeO)이 함유되는 바인더를 제조한다. 이때, 바인더 전체에 대해 산화규소(SiO2)가 30 중량% 내지 50 중량%, 산화칼슘(CaO)이 15 중량% 내지 25 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 10 중량% 내지 20 중량%, 산화철(FeO)이 10 중량% 내지 20 중량%가 함유되도록 제조한다. 또한, 바인더에는 산화규소(SiO2), 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화철(FeO) 외에 불가피하게 다른 성분 또는 불순물들 더 포함될 수 있다.
한편, 바인더 중 산화규소(SiO2), 산화칼슘(CaO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(FeO) 중 적어도 하나가 위에서 제시한 각 함량 범위를 벗어나는 경우, 종래의 바인더를 이용하여 제조된 펠렛과 유사한 수준의 강도를 확보하지 못할 수 있다.
즉, 바인더 중 산화규소(SiO2)함량이 30 중량% 미만 또는 50 중량%를 초과하거나, 산화칼슘(CaO)이 15 중량% 미만 또는 25 중량%를 초과하거나, 산화알루미늄(Al2O3)함량이 10 중량% 미만 또는 20 중량%를 초과하거나, 산화철(FeO)함량이 10 중량% 미만 또는 20 중량%를 초과하는 경우, 이 바인더를 이용하여 제조된 펠렛의 강도는 종래의 바인더를 이용하여 제조된 펠렛과 유사한 수준의 강도를 확보하지 못할 수 있다.
상술한 바와 같이 산화규소(SiO2)가 30 중량% 내지 50 중량%, 산화칼슘(CaO)이 15 중량% 내지 25 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 10 중량% 내지 20 중량%, 산화철(FeO)이 10 중량% 내지 20 중량%인 바인더를 제조하는 것은, 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시 각각의 혼합량을 조절함으로써 달성할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 바인더의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 바인더를 제조하는 과정(S120)은 페로니켈 제조 공정 중 탈류 과정(S40) 과정에서 발생된 슬래그인 제 1 슬래그를 준비하는 과정(S121), 탄소강 제조용 용강의 제조 공정 중 발생된 슬래그인 제 2 슬래그를 준비하는 과정(S122), 플라이 애시(Fly ash)를 준비하는 과정(S123), 제 1 및 제 2 슬래그, 플라이 애시를 혼합하는 과정(S124), 제 1 및 제 2 슬래그, 플라이 애시가 혼합된 혼합물을 이용하여 바인더를 제조하는 과정(S125)을 포함한다.
또한, 제 1 및 제 2 슬래그, 플라이 애시를 혼합하기 전에 상기 제 1 및 제 2 슬래그, 플라이 애시 각각을 파쇄하는 과정 또는 제 1 및 제 2 슬래그, 플라이 애시를 혼합한 후, 이 혼합물을 파쇄하는 과정을 더 포함할 수 있다.
제 1 슬래그는 페로니켈 제조 공정 중 탈류 과정(S40)에서 발생된 슬래그로부터 회수되어 마련된다.
탈류 과정(S40)은 상술한 바와 같이, 전기로에서 제조된 용융물로부터 황(S)을 제거하는 과정으로서, 탈류를 위해 용융물로 산화칼슘(CaO)과 같은 탈류제를 투입시킨다. 용융물로 탈류제가 투입되면, 용융물 중 황(S)과 탈류제 간의 반응에 의해 CaS가 생성되며, 생성된 CaS는 용융물의 표면상에 부유하고 있는 슬래그로 유입된다. 이후, 탈류가 종료되면, 용융물 표면 상에 부유하고 있는 슬래그를 외부로 배재시킨다.
탈류 과정(S40)에서 발생된 슬래그에는 산화니켈(NiO), 산화칼슘(CaO), 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(FeO)가 포함되어 있다. 또한, 산화망간(MnO), 오산화인(P2O5), 산화마그네슘(MgO), 산화티타늄(TiO2), 탄소(C), 황(S)이 더 포함될 수 있다.
상술한 바와 같이 탈류 과정(S40)에서 발생된 슬래그에는 산화니켈(NiO)이 함유되어 있는데, 산화니켈(NiO)이 고함량으로 함유되어 있어, 페로니켈 제조를 위한 니켈 소스 원료로서 재활용하고 있으며, 전기로에 투입시키는 방법으로 재활용한다.
이때, 탈류 과정(S40)에서 발생된 슬래그 중 입경이 0.5mm 이상인 슬래그 만을 전기로로 투입시켜 재활용하고, 0.5mm 미만의 탈류 슬래그는 재활용하지 않고 재고로 관리하고 있다. 이는, 0.5mm 미만의 미립의 탈류 슬래그가 전기로로 투입되면, 투입된 다량의 슬래그가 너무 가벼워, 그대로 배가스 처리 장치의 배관으로 흡인되기 때문이다.
한편, 슬래그의 입경에 따라 함유되어 있는 산화니켈(NiO)의 함량이 다르다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 입경이 10mm 이상인 슬래그에는 산화니켈이 10 중량% 이상, 입경이 5mm 이상, 10mm 미만인 슬래그에는 산화니켈이 6.6 중량%, 입경이 3mm 이상, 5mm 미만인 슬래그에는 산화니켈이 2.9 중량%, 입경이 1mm 이상, 3mm 미만인 슬래그에는 산화니켈이 3.3 중량%, 입경이 0.5mm 이상, 1mm 미만인 슬래그에는 산화니켈이 1.9 중량%, 입경이 0.5mm 미만인 슬래그에는 산화니켈(NiO)이 3.0 중량% 내지 5 중량%, 보다 구체적으로는 4.0 중량% 가량 함유되어 있다.
여기서, 입경이 0.5mm 미만인 슬래그 중 산화니켈의 함량은 입경이 10mm 이상인 슬래그, 5mm 이상, 10mm 미만인 슬래그에 비해서는 적은 량이나, 그 함량이 3.0 중량% 내지 5 중량% 정도로 높아, 재활용 가치가 충분하다.
그런데, 현재 탈류 과정(S40)에서 발생된 슬래그 중 0.5mm 미만의 탈류 슬래그는 재활용되지 못하고 있다.
따라서, 실시예에서는 탈류 과정(S40)에서 발생된 슬래그 중 입경이 0.5mm 미만인 슬래그를 바인더를 제조하기 위한 원료로 재활용 한다. 이에, 제 1 슬래그는 페로니켈 제조 공정 중 탈류 과정(S40)에서 발생된 슬래그 중, 입경이 0.5mm 이하인 슬래그로 설명될 수 있다.
그리고, 실시예에서는 탈류 과정(S40)에서 발생된 슬래그 중 입경이 0.5mm 미만인 슬래그 즉, 제 1 슬래그에는 상술한 바와 같이, 산화니켈(NiO) 외에 산화칼슘(CaO), 산화규소(SiO2), 산화철(FeO)이 포함되어 있다. 여기서, 산화칼슘(CaO)은 25 중량% 내지 30 중량%, 산화규소(SiO2)는 15 중량% 내지 20 중량%, 산화철(FeO)은 15 중량% 내지 20 중량%로 함유될 수 있다. 또한, 제 1 슬래그에는 산화알루미늄(Al2O3), 산화망간(MnO), 오산화인(P2O5), 산화마그네슘(MgO), 산화티타늄(TiO2), 탄소(C), 황(S)이 포함될 수 있고, 제 1 슬래그의 구체적인 일 예는 표 2와 같다.
제 1 슬래그는 바인더를 제조하기 위한 원료로서, 산화칼슘(CaO), 산화규소(SiO2), 산화철(FeO)이 다른 성분들에 비해 상대적으로 다량 함유되어 있다. 이에, 제 1 슬래그는 바인더의 산화칼슘(CaO), 산화규소(SiO2), 산화철(FeO) 각각을 목표 함량으로 조절하기 위한 원료로 설명될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 제 1 슬래그에는 산화니켈(NiO)이 3.0 중량% 내지 5 중량%로 함유되어 있으므로, 상기 제 1 슬래그는 페로니켈 제조를 위한 또는 니켈(Ni) 제공을 위한 소스 원료로서도 작용한다.
성분 CaO 함량(중량%) SiO2 함량(중량%) Al2O3 함량(중량%) FeO 함량(중량%) MnO 함량(중량%) P2O5 함량(중량%) MgO 함량(중량%) TiO2 함량(중량%) C 함량(중량%) S 함량(중량%)
무기 바인더 12.80 40.63 12.01 13.16 0.32 0.19 3.43 1.36 1.49 0.089
제 1 슬래그 28.87 17.23 2.78 17.83 0.49 0.05 6.64 0.05 3.68 11.3
제 2 슬래그 38.06 12.45 24.32 22.72 3.49 0.28 7.54 0.79 0.023 0.052
플라이 애시 1.58 74.17 15.04 4.60 0.42 0.07 1.77 0.77 0.054 0.0062
제 2 슬래그는 탄소강 용 용강의 제조 공정 중 발생된 슬래그이다.
탄소강 용 용강의 제조 공정은 일반적으로, 용선 중 황(S)을 제거하는 예비 정련 과정, 예비 정련이 종료된 용선 중 탄소(C)를 제거하는 전로 정련 과정, 전로 정련이 종료된 용선 즉, 용강으로부터 탄소(C)를 더 제거하고, 산소를 제거(탈산)하는 2차 정련 과정을 포함한다.
예비 정련은 예컨대 KR(Kanvara Reactor) 장치를 이용하여 실시할 수 있고, 이때 산화칼슘(CaO)과 같은 탈류제를 이용할 수 있다.
전로 정련 과정은, 전로 내로 용선을 장입하고, 랜스를 통해 용선으로 산소를 취입시켜, 상기 용선 중 C(탄소)를 4 중량% 이하로 제거하는 과정이다.
2차 정련은 진공 탈가스 장치인 RH(Rheinstahl Huttenwerke&Heraeus) 장치에서 실시될 수 있다. 여기서, 진공 탈가스 장치는 래들의 상측에 마련되며, 내부 공간을 가지는 진공조, 진공조의 상부를 관통하도록 마련된 랜스 및 진공조의 하부에서 상기 진공조의 폭 방향으로 이격되도록 장착된 한 쌍의 침적관을 포함한다. 한 쌍의 침적관 중 하나에는 노즐이 관통하도록 삽입 설치되어, 그 내부로 불활성 가스 예컨대 Ar 가스가 주입한다. 여기서 한 쌍의 침적관 중 노즐이 삽입 설치되는 또는 불활성 가스가 공급되는 침적관이 상승관이고, 다른 하나가 하강관이라 한다.
이러한, 진공조 탈가스 장치는 진공조를 수 torr 이하로 감압하여, 래들 내 용강을 진공조 내로 상승시킨 뒤, 상승관에서 하강관으로 용강을 순환시킨다. 이렇게 래들 내 용강이 상승관 및 하강관을 통과하도록 순환 또는 환류될 때, 랜스를 통해 산소를 취입하여 용강 중 탄소(C)를 1 중량% 이하로 조절한다.
진공조 탈가스 장치에서 2차 정련이 종료되면, 래들 내 용강 상부에 부유하고 있는 슬래그를 배재한다.
탄소강 용 용강의 제조 공정 중 2차 정련에 의해 발생된 슬래그에는 산화칼슘(CaO), 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(FeO)이 포함되어 있다. 여기서, 산화칼슘(CaO)은 35 중량% 내지 40 중량%, 산화규소(SiO2)는 10 중량% 내지 15 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)은 20 중량% 내지 25 중량%, 산화철(FeO)은 20 중량% 내지 25 중량%로 함유될 수 있다. 또한, 산화망간(MnO), 오산화인(P2O5), 산화마그네슘(MgO), 산화티타늄(TiO2), 탄소(C), 황(S)이 더 포함될 수 있다. 탄소강 용 용강의 제조 공정 중 2차 정련에 의해 발생된 슬래그의 구체적인 일 예는 표 2와 같다.
제 1 실시예에서는 탄소강 용 용강의 제조 공정 중 2차 정련에 의해 발생된 슬래그를 바인더를 제조하기 위한 원료로 재활용한다. 이에, 제 2 슬래그는 탄소강 용 용강의 제조 공정 중 2차 정련에 의해 발생된 슬래그로 설명될 수 있다.
이러한 제 2 슬래그는 바인더를 제조하기 위한 원료로서, 산화칼슘(CaO), 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화철(FeO)이 다른 성분들에 비해 상대적으로 다량 함유되어 있다. 이에, 제 2 슬래그는 바인더의 산화칼슘(CaO), 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화철(FeO) 각각을 목표 함량으로 조절하기 위한 원료로 설명될 수 있다.
플라이 애시(fly ash)는 산화규소(SiO2)가 60 중량% 내지 80 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 10 중량% 내지 20 중량% 함유되어 있는 원료로서, 화력 발전소 등에서 석탄 등을 연소했을 때 발생되는 산업 부산물일 수 있다.
플라이 애시에는 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 외에 산화칼슘(CaO), 산화철(FeO)이 포함되어 있다. 그리고 플라이 애시에는 산화망간(MnO), 오산화인(P2O5), 산화마그네슘(MgO), 산화티타늄(TiO2), 탄소(C), 황(S)이 더 포함될 수 있다. 그리고, 플라이 애시의 구체적인 일 예는 표 2와 같다.
이러한 플라이 애시는 바인더를 제조하기 위한 원료로서, 산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3)이 다른 성분들에 비해 상대적으로 다량 함유되어 있다. 이에, 플라이 애시는 바인더의 산화규소(SiO2) 및 산화알루미늄(Al2O3) 각각을 목표 함량으로 조절하기 위한 원료로 설명될 수 있다.
상술한 바와 같은 제 1 및 제 2 슬래그와, 플라이 애시가 준비되면(S121, 122, 123), 이들을 혼합하기 전에 제 1 및 제 2 슬래그와, 플라이 애시 각각을 파쇄하여 그 입경이 100 ㎛ 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 제 1 및 제 2 슬래그와, 플라이 애시를 혼합한 후, 이 혼합물을 파쇄하여 그 입경이 100 ㎛ 이하가 되도록 할 수도 있다.
이는, 바인더와 더스트를 혼합한 후 조립하여 펠렛을 제조할 때, 조립성 향상을 위함이다.
상술한 바와 같은 제 1 및 제 2 슬래그와, 플라이 애시가 준비되면(S121, 122, 123), 이들을 혼합한다(S124). 이때, 제 1 슬래그, 제 2 슬래그, 플라이 애시를 혼합한 혼합물(이하, 제 1 혼합물) 전체 중량%에 대해, 제 1 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 제 2 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 플라이 애시가 40 중량% 내지 60 중량%가 되도록 혼합한다.
한편, 제 1 혼합물 중, 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시 중 적어도 하나가 위에서 제시한 각 함량 범위를 벗어나는 경우, 산화규소(SiO2)가 30 중량% 내지 50 중량%, 산화칼슘(CaO)이 15 중량% 내지 25 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 10 중량% 내지 20 중량%, 산화철(FeO)이 10 중량% 내지 20 중량%인 바인더를 제조하기 어려울 수 있다.
즉, 제 1 혼합물 중, 제 1 슬래그의 함량이 10 중량% 미만 또는 30 중량%를 초과하거나, 제 2 슬래그의 함량이 10 중량% 미만 또는 30 중량%를 초과하거나, 플라이 애시의 함량이 40 중량% 미만 또는 60 중량%를 초과하는 경우, 산화규소(SiO2)가 30 중량% 내지 50 중량%, 산화칼슘(CaO)이 15 중량% 내지 25 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 10 중량% 내지 20 중량%,산화철(FeO)이 10 중량% 내지 20 중량%인 바인더를 제조하기 어려울 수 있다. 그리고 이러한 바인더를 사용할 경우, 종래의 바인더를 이용하여 제조된 펠렛과 유사한 수준의 강도를 확보하지 못할 수 있다.
따라서, 실시예에서는 제 1 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 제 2 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 플라이 애시가 40 중량% 내지 60 중량%가 되도록 혼합한다.
제 1 및 제 2 슬래그와 플라이 애시가 혼합되면(S124), 이 혼합물(즉, 제 1 혼합물)과 물을 혼합시켜 바인더를 제조한다(S125).
이와 같이, 제 1 및 제 2 슬래그와 플라이 애시를 이용하여 바인더가 제조되면, 준비된 더스트, 제조된 바인더 및 물을 혼합시켜 펠렛을 제조한다(S130).
더스트를 조립시켜 펠렛을 제조하는 조립기는 예컨대, 조립시킬 원료가 장입 또는 수용되는 팬, 팬을 회전시키는 구동부를 포함하는 펠렛타이저(pelletizer)일 수 있다.
펠렛타이저(pelletizer)를 이용하여 펠렛을 제조하는 방법에 대해 설명하면, 먼저 팬 내부로 더스트, 바인더 및 물을 투입하고, 구동부를 동작시켜 상기 팬을 회전시킨다. 이때, 팬의 회전 동작에 의해 더스트, 바인더 및 물이 혼합되어 조립됨으로써, 소정 크기의 조립물 즉, 펠렛이 제조된다.
더스트, 바인더 및 물을 혼합하여 펠렛을 제조하는데 있어서, 더스트, 바인더 및 물이 혼합된 혼합물(이하, 제 2 혼합물) 전체 중 더스트가 65 중량% 내지 85 중량%, 바인더가 5 중량% 내지 15 중량%, 물이 10 중량% 내지 20 중량%가 되도록 혼합한다.
한편 예를 들어, 더스트, 바인더 및 물이 혼합된 제 2 혼합물 중, 적어도 하나가 위에서 제시한 각 함량 범위를 벗어나는 경우, 산화규소(SiO2)가 30 중량% 내지 50 중량%, 산화칼슘(CaO)이 15 중량% 내지 25 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 10 중량% 내지 20 중량%, 산화철(FeO)이 10 중량% 내지 20 중량%인 바인더를 제조하기 어려울 수 있다. 그리고 이러한 바인더를 사용할 경우, 종래의 바인더를 이용하여 제조된 펠렛과 유사한 수준의 강도를 확보하지 못할 수 있다.
그리고, 펠렛의 입경 크기는 15mm 내지 20mm로 조절되는 것이 바람직하며, 이는 조립 시간, 팬의 회전 속도 및 팬 내부로 장입되는 원료(제 2 혼합물)의 장입량 중 적어도 하나를 조절하여 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 펠렛의 제조 방법을 순차적로 나타낸 순서도이다.
상술한 제 1 실시예에서는 바인더를 제조하는데 있어서, 제 1 슬래그, 제 2 슬래그, 플라이 애시를 혼합하여 제조하였다.
하지만 이에 한정되지 않고, 바인더를 제조하는데 있어서 도 4에 도시된 바와 같이 Na계 플럭스를 더 혼합할 수 있다. 즉, 제 2 실시예에 따른 바인더를 제조하는 과정은, 페로니켈 제조 공정 중 탈류 과정에서 발생된 슬래그인 제 1 슬래그를 준비하는 과정(S121), 탄소강 제조용 용강의 제조 공정 중 발생된 슬래그인 제 2 슬래그를 준비하는 과정(S122), 플라이 애시(flay ash)를 준비하는 과정(S123), Na계 플럭스를 준비하는 과정(S126), 제 1 슬래그, 제 2 슬래그, 플라이 애시 및 Na계 플럭스를 혼합하는 과정(S126), 제 1 슬래그, 제 2 슬래그, 플라이 애시 및 Na계 플럭스가 혼합된 혼합물을 이용하여 바인더를 제조하는 과정(S125)을 포함한다.
여기서, Na계 플럭스는 펠렛의 강도 향상을 위해 첨가되는 것으로, Na계 플럭스는 예컨대 Na2CO3를 포함하는 재료일 있다.
또한, 제 1 슬래그, 제 2 슬래그, 플라이 애시, Na계 플럭스가 혼합되는 혼합물(제 1 혼합물) 전체에 있어서, 상기 Na계 플럭스의 함량이 3 중량% 내지 15 중량%가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 혼합물 전체 중, 제 1 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 제 2 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 플라이 애시가 40 중량% 내지 60 중량%, Na계 플럭스가 3 중량% 내지 15 중량%가 되도록 혼합한다.
한편 예를 들어, 제 1 혼합물 중 Na계 플럭스의 함량이 3 중량% 미만인 경우, 상기 Na계 플럭스를 혼합하지 않는 제 1 실시예에 따른 바인더를 사용할 때에 비해 펠렛의 강도 향상 효과가 미미할 수 있다. 반대로, Na계 플럭스의 함량이 15 중량%를 초과하는 경우, 투입량 대비 펠렛의 강도 증가율이 작다. 이에, 투입 대비 효과 발현 측면에서 볼 때, Na계 플럭스의 함량이 15 중량% 이하인 것이 바람직하다.
도 5는 제 1 및 제 2 비교예, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 방법으로 제조된 펠렛의 생존율(%), 낙하 생존율(%), 압축 강도(kgf) 및 형상을 정리하여 나타낸 표이다.
여기서, 제 1 및 제 2 비교예, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 펠렛은 페로니켈 제조 공정 중 발생된 더스트를 회수하고, 이를 조립하여 제조된 펠렛이다. 그리고, 제 1 비교예는 바인더를 사용하지 않은 펠렛이고, 제 2 비교예는 종래의 무기 바인더를 사용하여 제조된 펠렛이다.
또한, 제 1 실시예에 따른 펠렛은 제 1 실시예에 따른 바인더 즉, 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시를 혼합하여 제조된 바인더를 이용하여 제조된 펠렛이다. 이때, 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시를 혼합한 제 1 혼합물 전체에 있어서, 제 1 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 제 2 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 플라이 애시가 40 중량% 내지 60 중량%가 되도록 혼합하였다.
그리고, 제 2 실시예에 따른 펠렛은 제 2 실시예에 따른 바인더 즉, 제 1 슬래그, 제 2 슬래그, 플라이 애시 및 Na계 플럭스를 혼합하여 제조된 바인더를 이용하여 제조된 펠렛이다. 이때, 제 1 슬래그, 제 2 슬래그, 플라이 애시 및 Na계 플럭스를 혼합한 혼합물 전체에 있어서, 제 1 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 제 2 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 플라이 애시가 40 중량% 내지 60 중량%, Na계 플럭스가 3 중량% 내지 15 중량%가 되도록 혼합하였다.
도 5에서 생존율은, 소성 장치인 로타리 킬른의 드럼 내로 펠렛을 장입시키고, 드럼을 5rpm의 속도로 회전시키면서 상기 드럼 내부를 600℃의 온도로 20분간 가열시켜 소성 및 환원시켰을 때, 소성 및 환원 종료 후 입경이 10mm 이상인 펠렛의 무게비이다. 즉, 로타리 킬른의 드럼으로 장입된 펠렛의 전체 무게에 대한 소성 및 환원 종료 후 입경이 10mm 이상인 펠렛의 무게 비율이다.
또한, 낙하 생존율은 펠렛을 2.5m의 높이에서 연속으로 5회 낙하시켰을 때, 10mm 이상인 펠렛의 무게 비율이다. 즉, 낙하된 펠렛 전체 중, 입경이 10mm 이상인 펠렛의 무게 비율이다.
압축 강도(kgf)는 단위당 무게에 대해 저항하는 것을 의미하는 것으로, 압축강도는 롤 프레스 장치 상에 놓여진 펠렛의 상부로 일정한 속도의 압력을 가하여, 펠렛이 파괴될때까지의 최고 하중을 측정한 것이다.
도 5를 참조하면, 제 2 비교예, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 펠렛의 생존율, 낙하 생존율, 압축 강도가 제 1 비교예에 비해 월등히 높다. 또한, 제조된 펠렛 중 그 입경이 5mm 이하인 미립의 펠렛의 양을 비교하면, 제 2 비교예, 제 1 및 제 2 실시예가 제 1 비교예에 비해 월등히 작다.
또한, 제 2 비교예와 제 1 및 제 2 실시예를 비교하면, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 펠렛의 생존율은 고가의 무기 바인더를 이용하여 제조된 제 2 비교예에 비해 높다.
그리고, 제 1 실시예에 따른 펠렛의 낙하 생존율 및 압축 강도는 제 2 비교예에 비해 소정 범위로 작으나, 낙하 생존율 및 압축 강도는 제 2 비교예와 유사한 수준이며, 페로니켈 제조시에 문제를 발생시키지 않는 수준이다. 또한, 제 2 실시예에 따른 펠렛의 낙하 생존율 및 압축 강도는 고가의 무기 바인더를 사용한 제 2 비교예에 비해 소정 범위로 높은 것을 알 수 있다.
이로부터 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 제조된 바인더를 이용하여 제조된 펠렛은 종래의 바인더를 이용하여 제조된 펠렛과 유사하거나, 그 보다 개선된 강도를 가짐을 알 수 있다.
그리고, 제 2 실시예에 따른 바인더가 제 1 실시예에 따른 바인더에 비해 생존율, 낙하 생존율 및 압축 강도가 높은 펠렛을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 페로니켈 제조 공정 중 탈류 과정에서 발생된 슬래그, 탄소강 제조용 용강의 제조 공정 중 발생된 슬래그, 산업 부산물인 플라이 애시(flay ash)를 재활용하여 바인더를 제조한다. 이에, 종래에 비해 저가의 비용으로 바인더를 제조할 수 있다.
그리고 실시예들에 따른 바인더를 이용하여 페로니켈 제조를 위한 원료인 펠렛을 제조하는데, 종래의 바인더를 이용하여 제조된 펠렛과 강도가 유사하거나, 강도가 향상된 펠렛을 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 펠렛 제조를 위한 비용을 절감시키면서도 강도를 확보할 수 있다.
그리고, 페로니켈 제조 공정 중 탈류 과정에서 발생된 미립의 탈류 슬래그를 재활용하여 바인더를 제조함에 따라, 종래에 재활용되지 못했던 미립의 탈류 슬래그의 재고 관리 비용을 절약할 수 있다.
또한, 미립의 탈류 슬래그에는 니켈(Ni)이 포함되어 있고, 이를 바인더의 원료로 재활용하여 펠렛을 제조하기 때문에, 상기 미립의 탈류 슬래그는 페로니켈 제조를 위한 또는 니켈(Ni) 제공을 위한 소스 원료로 작용한다.
이에, 페로니켈 제조를 위한 주원료이며, 니켈(Ni)을 제공하기 위한 소스 원료인 고가의 니켈광석의 사용량을 줄일 수 있으며, 이로 인해 페로니켈 제조에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
S100: 펠렛의 제조 과정
S120: 바인더 제조 과정

Claims (24)

  1. 페로니켈 제조 공정 중 발생된 더스트를 회수하여 준비하는 과정;
    페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그인 제 1 슬래그 및 페로니켈 제조 공정 외의 공정에서 발생되는 부산물을 이용하여 바인더를 제조하는 과정; 및
    상기 더스트와 상기 바인더를 혼합, 조립하여 펠렛을 제조하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 제 1 슬래그는, 니켈광석을 가열하여 용융물을 생성하고 상기 니켈광석을 환원시키는 용융 및 환원 과정에서 생성된 상기 용융물 중 황(S)을 제거하는 탈류 공정 중에 발생되는 슬래그를 회수하여 마련하며,
    상기 제 1 슬래그는 상기 탈류 공정 중 발생된 슬래그 중, 입경이 0.5mm 미만인 슬래그를 회수하여 마련하는 펠렛의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 부산물은 탄소강 제조용 용강 제조 중 발생된 슬래그인 제 2 슬래그 및 플라이 애시(fly ash)를 포함하는 펠렛의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 더스트를 회수하는 과정은,
    상기 페로니켈 제조 공정 중, 니켈광석을 건조시키는 건조 과정; 상기 니켈광석을 가열하여 소성, 예비 환원시키는 소성 및 예비 환원 과정; 상기 니켈광석을 가열하여 용융물을 생성하고, 상기 니켈광석을 환원시키는 용융 및 환원 과정; 중 적어도 하나의 과정 중에 발생된 더스트를 회수하는 펠렛의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 슬래그는 산화니켈(NiO)이 3.0 중량% 내지 5.0 중량% 포함된 슬래그인 펠렛의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 2 슬래그는 용강 중 탄소(C)가 1 중량% 이하가 되도록 하는 정련 과정에서 발생된 슬래그를 회수하여 마련하는 펠렛의 제조 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 바인더 전체 중, 산화규소(SiO2)가 30 중량% 내지 50 중량%, 산화칼슘(CaO)이 15 중량% 내지 25 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 10 중량% 내지 20 중량%, 산화철(FeO)이 10 중량% 내지 20 중량%가 포함되도록, 상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시(fly ash)의 혼합량을 제어하는 과정을 포함하는 펠렛의 제조 방법.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 바인더를 제조하는데 있어서, Na계 플럭스를 더 혼합하는 펠렛의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 Na계 플럭스는 Na2CO3를 포함하는 펠렛의 제조 방법.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시를 혼합하기 전에, 상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시 각각을 파쇄하는 과정; 및
    상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시를 혼합한 제 1 혼합물을 파쇄하는 과정;
    중 적어도 하나를 포함하는 펠렛의 제조 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 4, 청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펠렛을 제조하는 과정은,
    상기 더스트, 바인더 및 물을 혼합하는 과정을 포함하고,
    상기 더스트, 바인더 및 물이 혼합된 제 2 혼합물 전체 중량%에 대해, 상기 더스트가 65 중량% 내지 85 중량%, 바인더가 5 중량% 내지 15 중량%, 물이 10 중량% 내지 20 중량%가 함유 되도록 혼합하는 펠렛의 제조 방법.
  12. 펠렛 제조용 바인더의 제조 방법으로서,
    페로니켈 제조 공정 중 발생된 슬래그인 제 1 슬래그를 마련하는 과정;
    탄소강 제조용 용강 제조 중 발생된 슬래그인 제 2 슬래그를 마련하는 과정;
    산업 부산물인 플라이 애시를 마련하는 과정; 및
    상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시를 혼합하여 바인더를 제조하는 과정;
    을 포함하고,
    상기 제 1 슬래그는, 니켈광석을 가열하여 용융물을 생성하고 상기 니켈광석을 환원시키는 용융 및 환원 과정에서 생성된 상기 용융물 중 황(S)을 제거하는 탈류 공정 중에 발생되는 슬래그를 회수하여 마련하며,
    상기 제 1 슬래그는 상기 탈류 공정 중 발생된 슬래그 중, 입경이 0.5mm 미만인 슬래그를 회수하여 마련하는 바인더의 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제 1 슬래그는 산화니켈(NiO)이 3.0 중량% 내지 5.0 중량% 포함된 슬래그이며,
    상기 제 2 슬래그는 용강 중 탄소(C)가 1 중량% 이하가 되도록 하는 정련 과정에서 발생된 슬래그를 회수하여 마련하는 바인더의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 바인더 전체 중, 산화규소(SiO2)가 30 중량% 내지 50 중량%, 산화칼슘(CaO)이 15 중량% 내지 25 중량%, 산화알루미늄(Al2O3)이 10 중량% 내지 20 중량%, 산화철(FeO)이 10 중량% 내지 20 중량%가 포함되도록, 상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시(fly ash)의 혼합량을 제어하는 과정을 포함하고,
    상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그 및 플라이 애시(fly ash)의 혼합량을 제어하는 과정은,
    상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그, 플라이 애시를 혼합한 제 1 혼합물 전체 중량%에 대해, 상기 제 1 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 제 2 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 플라이 애시가 40 중량% 내지 60 중량%가 함유 되도록 혼합하는 바인더의 제조 방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 바인더를 제조하는 과정은 Na계 플럭스를 혼합하는 과정을 더 포함하고,
    상기 제 1 슬래그, 제 2 슬래그, 플라이 애시 및 Na계 플럭스가 혼합된 제 1 혼합물 전체 중량%에 대해, 상기 제 1 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 제 2 슬래그가 10 중량% 내지 30 중량%, 플라이 애시가 40 중량% 내지 60 중량%, Na계 플럭스가 3 중량% 내지 15 중량%가 함유 되도록 혼합하는 바인더의 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 Na계 플럭스는 Na2CO3를 포함하는 바인더의 제조 방법.
  18. 페로니켈 제조 공정 중 발생된 더스트; 및
    청구항 12, 청구항 13, 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 하나에 기재된 바인더의 제조 방법으로 제조된 바인더;
    를 포함하는 펠렛.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 청구항 18에 있어서,
    입경이 15mm 내지 20mm인 펠렛.
  23. 청구항 18에 있어서,
    생존율이 94% 내지 99.5%, 낙하 생존율이 92% 내지 95%인 펠렛.
  24. 청구항 18에 있어서,
    압축강도가 1.8kgf 내지 2.1kgf인 펠렛.



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