KR102482284B1 - 제철 공정에서 발생하는 함철 부산물의 가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제철 공정에서 발생하는 분진 및 슬러지를 포함하는 부산물을 배합하는 단계, 상기 부산물을 바인더 및 활성화재와 혼합하는 단계 및 상기 혼합된 혼합물을 단광화하여 단광 성형체를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 배합 단계는, 제강 슬러지 42 내지 48 중량%, CF 슬러지 8 내지 12 중량%, 소결 분진 3 내지 6 중량%, 고로 분진 10 내지 13 중량%, 침전지 분코크스 14 내지 17 중량% 및 밀 스케일 10 내지 15 중량%를 혼합하는 함철 부산물 가공 방법을 제공한다.

Description

제철 공정에서 발생하는 함철 부산물의 가공 방법{Processing method of Fe containing byproducts generated in the iron making process}

본 발명은 제철 공정에서 발생하는 함철 부산물의 가공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분진 및 슬러지를 포함하는 함철 부산물을 가공하여 제강 공정에 사용하는 방법에 관한 것이다.

종래 제철소에서 발생하는 분진 및 슬러지는 철 함량이 높음에도 마땅한 재활용 방법이 없어 다른 제철소 분진 및 슬러지 원료와 함께 섞어 혼합 슬러지 형태로 시멘트의 철질 원료로 처리하거나, 혼합 슬러지를 브릭 형태로 성형 후 공유 수면에 투기 처리하고 있다(도 1). 분진 및 슬러리는 휘발 성분(K₂O, Na₂O, ZnO)이 높을 경우 제선공정에서 재활용이 어렵고, 극미분/고수분 형태로 발생하여 적정 입도와 강도기준을 충족하지 못해 제강공정에 사용하기 어렵다.

분진 및 슬러지 내 소량의 알칼리 성분을 제어하기 위한 물리적 선별 기준은 없으며, 화학적 처리 방법으로 제선공정에 재활용하기에는 비용적으로 매우 비효율적이다. 분진 및 슬러지를 단광화(브리케이팅) 과정을 통해 제강 공정에 사용할 경우, 산화철의 환원반응에서 나타나는 흡열 효과로 인해 열적 보상이 필요한 점, 극미분 형태로 인해 바인더만으로 목표 강도까지 도달하기 힘든 기술적 한계점이 있다.

한국공개특허 10-2008-0041422

본 발명은 상술한 문제를 포함하여 다양한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제철 공정에서 발생하는 분진 및 슬러리를 물리적 방법으로 가공하여 제강공정에 재활용하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 함철 부산물 가공방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 함철 부산물 가공방법은, 제철 공정에서 발생하는 분진 및 슬러지를 포함하는 부산물을 배합하는 단계, 상기 부산물을 바인더 및 활성화재와 혼합하는 단계 및 상기 혼합된 혼합물을 단광화하여 단광 성형체를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 배합 단계는, 제강 슬러지 42 내지 48 중량%, CF 슬러지 8 내지 12 중량%, 소결 분진 3 내지 6 중량%, 고로 분진 10 내지 13 중량%, 침전지 분코크스 14 내지 17 중량% 및 밀 스케일 10 내지 15 중량%를 혼합하는 단계일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 바인더 및 활성화재를 합한 양은 6 내지 8 중량%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 부산물은 전철(T.Fe)/열원재(C)의 함량비가 3.5 미만일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 부산물은 전철(T.Fe)의 비율이 전체 조성의 50% 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합물은 황(S) 성분의 함량이 0.2% 미만일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단광 성형체는 평균 입도 10 내지 50mm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단광 성형체 제조 후에 단광 성형체를 분급하여 10 내지 50mm의 입도를 갖는 단광 성형체를 선별하는 입도 선별 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단광 성형체는 100kgf/cm² 이상의 압축강도를 가질 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 성분 및 성상 불일치로 사외 처리하던 분진 및 슬러리를 제강 전로 공정에 활용함으로써 폐기물을 효율적으로 처리하고 원가 경쟁력을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 종래 기술에 따른 분진 및 슬러지 처리 공정을 단계별로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분진 및 슬러지 처리 공정을 단계별로 나타낸 공정 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 함철 부산물 처리 공정을 단계별로 나타낸 공정 순서도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 제철 공정에서 발생하는 분진 및 슬러지를 포함하는 부산물을 건조 후 적절한 배합비로 혼합한다. 본 명세서에서 함철 부산물은 제철 공정 시 발생되는 철분이 함유된 부산물이다. 상기 제철공정은 원료탄을 고온으로 장시간 구워 제선공정에 투입할 코크스를 만드는 코크스 공정, 고로에 괴 형태의 철광석 및 코크스를 장입한 후 열풍을 불어 넣어 상호 환원시킴으로써 쇳물인 용선을 얻는 제선공정, 분철광석에 석회석 등의 부원료를 혼합 후 고온으로 가열해 소결광을 생산하는 소결 공정, 및 용선을 전로나 2차 정련 등의 여러 단계의 성분 조정을 통해 불순물을 제거함으로써 용강을 얻는 제강 공정을 포함하는 의미이다. 제철 공정에서 발생하는 부산물은 입철류(선입철, 강입철), 분정광, 밀 스케일(Mill Scale), 분진(Dust) 등이 있으며, 스크랩보다 가치가 낮은 용도로 사용된다. 이러한 함철 부산물과 코크스 분말(분코크스)을 이용하여 단광 형태로 제조함으로써 전로 공정에 투입하여 용강 회수율을 향상시키고 고부가화 할 수 있다.

예를 들어, 제철소에서 발생하는 분진 및 슬러지의 조성 범위는 표 1과 같다.

공정	제강		소결	제선	코크스
구분	제강 슬러지	CF 슬러지	소결 분진	고로 분진	침전지 분코크스
T.Fe	50~60	70~80	45~50	35~40	-
SiO2	0~3	0~2	4~7	4~7	-
Al2O3	0~2	0~2	2~3	2~3	-
CaO	0~7	0~2	8~10	2~10	-
P2O5	0.1 미만	0.1 미만	0.3 미만	0.3 미만	-
K2O	0.2 미만	0.2 미만	0.5 미만	0.3 미만	-
Na2O	0.3 미만	0.3 미만	2~3	0.2 미만	-
ZnO	0~10	0~2	0.1 미만	0~3	-
C	0~1	0~1	3~4	15~30	87
S	0.1 미만	0.1 미만	0.8 미만	0~3	0.3 미만

제강 공정에 분진 및 슬러리를 재활용하기 위해서 고려할 조건은 발열성, 불순물 함량 및 강도와 입도 기준이다. 먼저, 부산물이 공정에 투입될 경우 산화철의 환원 반응으로 인해 흡열 반응이 지배적으로 나타나게 되는데, 그에 따른 냉각효과로 인해 제강 공정의 조업성을 떨어뜨리게 된다. 따라서, 전철(T.Fe)/열원재(C)의 함량비가 3.5 미만인 것이 바람직하다. T.Fe(Total Fe)는 물질 내에 들어있는 모든 철을 의미하는 것으로, Fe, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄등을 포함한다. 맥석 성분의 비율을 제한하기 위해 T.Fe의 비율은 전체 조성의 50% 이상이 되도록 한다. 다음, 혼합물의 조성 중 불순물, 특히 황(S) 성분이 높으면 제강 공정 중 S 성분이 쇳물로 유입되는 복류 현상이 나타날 수 있으므로 슬래그와 용강 간의 분배비를 고려해 S 함량은 0.2% 미만으로 제한할 필요가 있다. 마지막으로 혼합물을 압축하여 단광 성형체 제조시, 호퍼에 장입하여 공정에 투입될 수 있도록 입도는 10~50mm, 강도는 압축강도로 100kgf/cm² 이상 발현되도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 재활용 조건을 만족하는 분진 및 슬러리 배합비를 제공한다. 배합 단계에서, 제강 슬러지 42 내지 48 중량%, CF 슬러지 8 내지 12 중량%, 소결 분진 3 내지 6 중량%, 고로 분진 10 내지 13 중량%, 침전지 분코크스 14 내지 17 중량% 및 밀 스케일 10 내지 15 중량%를 혼합하여 준다. 코크스 분말(분코크스)은 고로 조업에 사용되는 코크스의 생산 과정에서 다량으로 발생된다. 코크스 분말은 입도 0.1 내지 8mm일 수 있다. 밀 스케일은 열연공정이나 연주공정에서 발생되는 스케일로, 철 함량이 약 70~80중량%이다. 소결 분진의 배합량이 증가함에 따라 강도가 선형적으로 증가하므로 소결 분진의 배합량은 철 회수 차원에서 3% 이상 첨가하는 것이 바람직하다.

한편, 분진, 슬러지 및 밀 스케일은 대부분 분말 상태이거나 슬러지의 경우 다량의 수분이 함유되어 단독으로 재활용이 불가능하다. 또한, 분진 및 슬러지는 그 내부 기공율이 높아 분진 및 슬러지만을 이용하여 브리켓을 제조하는 경우 압축 강도가 좋지 못하다. 따라서, 바인더와 혼합한 후 별도의 성형기로 압착하여 단광 형태로 제조하여야 한다. 이에 따라, 상기와 같이 배합된 분진 및 슬러리를 바인더와 바인더의 수화반응 촉진을 목표로 활성화재와 혼합하여 준다. 바인더는 함철 부산물과 코크스 분말의 입자들을 상호 결합시켜 괴상의 형태를 유지할 수 있도록 해준다. 바인더 및 활성화재를 합한 양은 혼합물 전체 조성에 대해 6 내지 8 중량%이 되도록 첨가하여 준다. 바인더 배합량이 증가함에 따라 강도는 증가하지만 불순물 성분인 황(S) 함량이 함께 증가하므로, 바인더는 5% 미만으로 첨가하는 것이 바람직하다. 교반기나 믹서기를 이용하여 부산물을 바인더 및 활성화재와 균일하게 혼합한다.

다음으로, 상기 혼합된 혼합물을 가압성형하여 단광 성형체(브리켓, briquette)를 제조한다. 성형은 통상적인 가압성형프레스를 이용하여 성형한다. 가압성형 시 압축강도는 100kgf/cm²이상이 바람직하다. 압축강도가 100kgf/cm²미만이면 성형 후 강도가 낮아 사용효율이 저하된다. 성형체는 다양한 모양으로 성형될 수 있다. 성형체는 원기둥이나 조개탄, 구형 등의 단광 형태로 성형될 수 있음은 물론이다.

상기 단광 성형체를 전로 공정에 투입하기 위해, 단광 성형체를 분급하여 10 내지 50mm의 입도를 갖도록 선별하는 입도 선별 단계를 수행한다. 전로 공정 투입 기준을 충족하기 위해서는 10 내지 50mm의 입도를 유지하고 파쇄(미분화)되지 않아야 한다. 단광 성형체의 입도가 10mm 미만인 경우 대부분 재비산되어 손실될 가능성이 크기 때문에, 재단광화한 후 전로 공정에 투입하여야 한다.

이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예들을 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 실시예들이 아래의 실시예들만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예

제강 공정에 분진 및 슬러지를 재활용하기 위해 표 2와 같이 혼합물의 성분을 조절하고, 그에 따른 브리케이팅 결과를 도출하였다.

번호	부산물 종류(중량%)						바인더 + 활성화재 사용량 (중량%)	압축강도 (kgf/cm2)	발열량 (Cal/g)	강도 및 황 함량
	제강 슬러지	CF 슬러지	소결 분진	고로 분진	침전지 분코크스	밀 스케일
1	50~55	8~12	0	0	18~22	10~15	6(3+3)	56.0	1350~1450	강도 부족
2	48~50	8~12	0	10~13	14~17	10~15	6(3+3)	91.2	1600~1700	강도 부족
3	45~48	8~12	3~4	10~13	14~17	10~15	8(5+3)	106.6	1600~1700	만족
4	42~45	8~12	4~6	10~13	14~17	10~15	6(3+3)	110.1	1600~1700	만족
5	40~42	8~12	7~8	10~13	14~17	10~15	9(6+3)	121.1	1600~1700	황 함량 초과

표 2를 참조하면, 제강 슬러지 42 내지 48 중량%, CF 슬러지 8 내지 12 중량%, 소결 분진 3 내지 6 중량%, 고로 분진 10 내지 13 중량%, 침전지 분코크스 14 내지 17 중량% 및 밀 스케일 10 내지 15 중량%를 배합하는 경우 발열량, 불순물 함량 및 강도와 입도 기준을 충족시킬 수 있다. 제철 공정에서 배출되는 부산물은 철 성분을 다량 함유하여 제강 공정에서 직접 사용되는 유용성분으로 구성되어 있기 때문에,본 발명의 실시예에 따라 가공하여 재활용하는 것이 경제적이며 폐기물 처리 부담도 줄일 수 있어 유리하다.

본 발명에서 사용한 용어는 특정한 실시예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하지 않는 한, 복수의 의미를 포함한다고 보아야 할 것이다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재한다는 것을 의미하는 것이지, 이를 배제하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

1. 제철 공정에서 발생하는 분진 및 슬러지를 포함하는 부산물을 배합하는 단계;
   상기 부산물을 바인더 및 활성화재와 혼합하는 단계;
   상기 혼합된 혼합물을 단광화하여 단광 성형체를 제조하는 단계; 및
   상기 단광 성형체를 분급하여 10 내지 50mm의 입도를 갖는 단광 성형체를 선별하는 입도 선별 단계;를 포함하고,
   상기 배합 단계는,
   제강 슬러지 42 내지 48 중량%, CF 슬러지 8 내지 12 중량%, 소결 분진 3 내지 6 중량%, 고로 분진 10 내지 13 중량%, 침전지 분코크스 14 내지 17 중량% 및 밀 스케일 10 내지 15 중량%를 혼합하며,
   상기 부산물은 전철(T.Fe)/열원재(C)의 함량비가 3.5 미만이고,
   상기 바인더 및 활성화재를 합한 양은 6 내지 8 중량%이며, 상기 바인더는 5% 미만으로 첨가되고,
   상기 혼합물은 황(S) 성분의 함량이 0.2% 미만이며,
   상기 단광 성형체는 100kgf/cm² 이상의 압축강도를 가지는,
   함철 부산물 가공 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 부산물은 전철(T.Fe)의 비율이 전체 조성의 50% 이상인,
   함철 부산물 가공 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images