KR19980052524A - 전기로 분진 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자성분과 비자성분으로 이루어진 전기로 분진을 용융환원하여 선철과 응축아연을 얻는 전기로 분진처리방법에 관한 것이며, 그 목적은 유동층 자력선별기를 이용하여 자성분과 비자성분을 선별하여 용융환원함으로써 환원제에 의한 아연손실을 크게 저감할 수 있는 전기로 분진처리방법을 제공함에 있다.
본 발명은 자성분과 비자성분으로 이루어진 전기로 분진을 유동층 환원로에 장입하여 예비환원로 배가스에 의해 환원되고, 환원된 전기로 분진을 냉각기로 장입하여 상온까지 냉각한 후 유동층 자력선별기에 의해 자성체 분진과 비자성체 분진으로 선별하여 비자성체 분진은 비자성체 펠레타이저에서 괴성화하여 비자성체 펠레트로 제조하고, 자성체 분진은 자성체 펠레타이저에서 환원제 및 용제와 함께 괴성화하여 자성체 펠레트로 제조하고, 상기 자성체 펠레트를 예비환원로에 장입하여 열풍로에서 부분 연소 및 승온된 아연응축기의 배가스를 이용하여 환원되며, 상기 예비환원된 자성체 펠레트 및 비자성 펠레트를 용융환원로에 장입한 후, 용융환원시켜 선철을 제조하고, 상기 용융환원로 배가스 중에 함유된 아연가스를 아연응축기(220)에서 응축하여 응축아연을 제조하여 이루어지는 전기로 분진처리 방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

전기로 분진(EAF Dust) 처리방법
본 발명은 자성분과 비자성분으로 이루어진 전기로 분진을 용융환원하여 선철과 응축아연을 얻는 전기로 분진처리 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 유동층자력 선별기를 이용하여 자성분과 비자성분을 선별하여 용융환원함으로써 환원제에 의한 Zn 손실을 크게 저감할 수 있는 전기로 분진처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기로 분진(EAF Dust)은 전기로 원료조건에 따라 많은 차이가 있지만 Zn을 5-25% 함유하고 있으며, Fe는 15-50%를 함유하고 있다.
그리고, 최근 고철중에 아연도금강의 비중이 높아짐에 따라 전기로 분진중에 Zn 함량이 높아지고 있는 추세이다.
상기 Zn은 그 함유량의 50-8-%가 ZnO이고, 나머지는 아연페라이트 스피넬(Zinc ferite spinel: ZNO·Fe2O3)로 존재하고 금속 Zn으로도 소량 존재한다.
또한, 상기 Fe는 대부분 Fe2O3나 페라이트 스피넬(ferrite spinel: MO·Fe2O3, M = Zn, Mn, Ni 등)로 존재한다. 이와같은 분진 입도는 일반적으로 40㎛이하이다.
종래에는 전기로 분진을 괴성화하지 않고 그대로 용융로에 장입하여 용융함으로써 분진중 ZnO를 Zn 가스로 환원시켜 응축 Zn을 얻었다. 그러나 상기 응축된 Zn 속에는 상당량의 철성분의 분진이 포함되는 것이 문제가 되어 왔었다.
이 문제를 해결하기 위해 그동안 많은 연구가 진행되어 왔으며, 최근에는 일본 스미토모(Sumitomo)사에서 제1도에 나타낸 바와같이 전기로 분진을 펠렛타이저(40)에서 먼저 괴성화한 다음 예비환원로(50)에서 ZnO는 환원되지 않고 철산화물만 선택적으로 환원시킬 수 있도록 환원가스중에 CO/CO2비율을 조정하여 전기로 분진 펠렛을 환원시키면서 동시에 경화시킨 후 용융환원로(60)에 장입함으로써 응축된 Zn 속에 철성분의 분진함량을 대폭 줄일 수 있었다고 보고한 바 있다.
그러나 이 방법에 의하면 환원로(50)에서 철산화물 환원율이 30-35% 정도에서 ZnO의 Zn 가스로의 환원이나 금속 Zn 기화도 동시에 행하여져 그 손실이 10%나 되는 것으로 나타났고, 또 온도나 환원율이 더 높아지면 그만큼 더 Zn 손실이 예상된다.
또한, 예비환원로(50)에서 ZnO는 환원되지 않고 철산화물만 선택적으로 환원시킬 수 있도록 환원가스중에 CO/CO2비율을 조정해야 하기 때문에 Zn의 함량이 많아지면 그 비율의 상한치가 1.0 정도로 제한되는 문제가 있다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 종래 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 자성분과 비자성분을 선별하여 자성분만 예비환원된 후, 예비환원된 자성분과 비자성분을 용융환원함으로써 예비환원율이 높고 아연손실을 효과적으로 줄일 수 있는 전기분진 처리방법을 제공함에 있다.
제1도는 일본 스미토모 중공업(Sumitomo Heavy Industries)에서 최근 개발된 전기로 분진처리방법
제2도는 본 발명에 의한 전기로 분진 처리방법
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110... 전기로 분진조(EAF Dust Bin)120... 유동층 환원로
140... 냉각기160... 유동층 자력 선별기
170... 비자성 성분 저장조180... 자성 성분 저장조
190A,190B... 펠레타이저(Pelletizer)200... 예비환원로(Shaft Furnace)
210... 용융환원로(Melting Furnace)220... 아연응축기(Zine Condencer)
230... 열풍로(Hot Gas Generator)240... 환원제조
250... 용제조
본 발명은 자성분과 비자성분으로 이루어진 전기로 분진을 예비환원로에서 예비환원한 후 용용환원로에 장입하여 용융환원로에 의해 선철을 제조하고, 상기 용융환원로에 배가스에 함유된 아연가스를 아연응축기에서 응축하여 응축아연을 제조하고, 아연응축기의 배가스를 열풍로에서 부분 연소 및 승온시켜 예비환원로로 공급하는 공정을 포함하여 전기로 분진을 처리하는 방법에 있어서, 전기로 분진을 유동층 환원로에 장입하여 예비환원로의 배가스에 의해 전기로 분진을 환원하고, 환원된 전기로 분진을 냉각기로 장입하여 상온까지 냉각하는 단계; 전기로 분진 또는 상기 냉각된 전기로 분진을 유동층 자력 선별기에 의해 자성체 분진과 비자성체 분진으로 선별하여 비자성체 분진은 비자성체 펠레아티저에서 괴성화하여 비자성체 펠레트로 제조하고, 자성분 분진은 자성체 펠레타이저에서 환원제 및 용제와 함께 괴성화여 자성체 펠레트로 제조하는 단계; 상기 자성체 펠레트로 예비환원로에 장입하고, 열풍로에서 부분 연소 및 승온된 아연응축기의 배가스를 이용하여 환원하는 단계; 와 상기 예비환원된 자성체 펠레트 및 비자성 펠레트를 용융환원로에 장입하고, 용융환원시켜 선철을 제조하는 단계; 및 상기 용융환원로 배가스중에 함유된 아연가스를 아연응축기(220)에서 응축하여 응축아연을 제조하는 단계; 를 포함하여 구성되는 전기로 분진처리방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
제2도에는 본 발명의 전기로 분진 처리방법의 바람직한 공정의 일례가 나타나 있다.
제2도에 나타난 바와같이 전기로 분진조(110)에 있는 자성분과 비자성분으로 이루어진 건기로 분진(111)은 유동층 환원로(120)에 장입하여 예비환원로(200)의 배가스(130)에 의해 기포유동층을 형성하면서 환원된다.
상기 유동층환원로(120)에서의 바람직한 전기로 분진(111)의 환원공정은 예비환원로(200)의 배가스(130)에 전로배가스 또는 고로배가스(131)를 혼합하여 Fe3O4가 안정되는 온도와 가스산화도로 조성된 환원배가스에 의해 기포유동층을 형성하면서 Fe3O4을 Fe3O4로 환원시킨다.
본 발명에 따라 Fe3O4를 Fe3O4로 환원시키는데는 빠른 환원속도와 비교적 낮은 온도 및 높은 산화도의 환원가스가 요구되기 때문에 고로배가스 또는 전로배가스(131) 등 제철제련의 부산물을 별처리없이 그대로 이용할 수 있다.
상기 유동층 환원로(120)에서 전기로 분진(111)의 환원시 환원가스중 CO/CO2비율은 0.1-1.8, 환원온도는 500-600℃로 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 환원된 전기로 분진을 유동층 환원로(120)에서 냉각기(140)로 배출하여 냉각기(140)에서 상온까지 냉각한다.
상기 냉각기(140)로부터 냉각된 전기로 분진을 유동층 자력 선별기(160)에 장입하여 비자성체(Zn, ZnO, ZnO·SiO2, SiO2, CaO, MgO 등)와 강자성체(Fe3O4, Ferrite spinel 등)로 분리한다.
이때, 전기로 분진조(110)에 있는 전기로 분진중 유리 Fe3O4가 적은 것(112)은 상기 유동층 환원로(120)와 냉각기(140)를 거치지 않고, 바로 유동층 자력 선별기(160)로 장입한다.
본 발명의 미립의 자성체와 비자성체를 유동상태에 선별하는 자력선별기로는 대한민국 특허 제 93-012110(1993. 7.1)에 제안된 유동층 자력선별기가 적합하다.
상기 유동층 자력선별기(160)에서 선별된 비자성체는 비자성 펠렛타이저(190A)로 이송한 후 괴성화하여 비자성체 펠레트로 제조한다.
또한, 상기 유동층 자력 선별기(160)에서 선별된 자성체는 자성체 펠레타이저(190B)로 이송하여 환원제 및 용제와 혼합한 후 괴성화하여 자성체 펠레트로 제조한다.
상기 철산화물이 주성분인 자성체 펠레트는 예비환원로(200)로 장입하여 열풍로(230)에서 부분연소 및 승온된 아연응축기(220)의 배가스(220)를 이용하여 환원한다.
이와같이 자성체만이 2차 예비환원로(200) 조업에서 환원가스중 CO/CO2비율은 0.5-10이고, 환원온도는 750-900℃로 하는 것이 바람직하다.
상기 예비환원된 자성체 펠레트와 상기 비자성체 펠레트를 용융환원로(210)에 장입하고 용융환원시켜 선철(pig iron)을 제조하고, 슬래그와 함께 배출된다.
상기 용융환원(210)로 배가스중에 함유된 아연가스를 아연 응축기(220)에서 응축하여 응축 아연을 제조한다.
그리고, 아연 응축기(220)의 배가스(22)는 열풍로(230)로 공급되어 부분연소 및 승온되어 예비환원로(200)에 공급된다. 제2도에서 점선은 가스의 흐름을 의미한다.
상기와 같이 본 발명은 전기로 분진중 아연이 비자성체인 Zn, ZnO, ZnO·SiO2상태와 강자성체인 ZnO·Fe2O3상태로 존재하고, 또 비자성체가 전체 아연의 대부분이라는 것에 착안하여, 이 비자성체를 자성체와 따로 분리해서 예비환원로를 거치지 않고 그대로 용융환원로에 장입하도록 함으로써 환원로에서의 Zn 손실을 대폭 줄일 수 있도록 도모하였다.
따라서, 예비환원로(50)에서 ZnO이 환원되지 않으므로 철산화물만 선택적으로 환원시킬 수 있도록 조정해야 하는 환원가스중 CO/CO2비율의 선택폭이 넓어진다.
즉, 환원가스의 환원력을 높이므로 예비환원율을 상당힌 높일 수 있어 용융환원로에서의 부담을 상당히 줄일 수 있다.
그리고, 분진중에 유리 Fe3O4가 많은 경우에 이를 강자성체인 Fe3O4로 환원시켜서 따로 처리되는 비자성체중의 Fe 함량을 상당량 줄여 직접 용융로 장입시 응축된 Zn 층의 철분진 함량을 줄일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
전기로 분진을 대한민국 특허 제 93-012110에 공개된 것과 같은 유동층 자력선별기로 비자성체를 자성체로부터 분리한 다음 입경 20mm의 구형 펠레트로 만들어 찬밸런스(Cahn balance)가 부착된 수직 시험관속에서 넣어 백금선으로 매달아 예비환원시킨 후 화학분석하여 예비환원로에서 Zn 손실량을 측정한 후, 전기로 분진을 자성체와 비자성체로 분리하지 않고 그냥 펠레트를 만들어 환원시켰을 때의 것과 비교하였다.
이때, 원료조건과 예비환원조건은 하기와 같이 하였다.
1) 원료조건:
-원료전기로 분진의 조성: ZnO=25.3%, Zn=5.5%, ZnO·Fe2O3=22.8%, Fe3O4=2.2%, 기타=44.2%
-전기로 분진의 입도분포 : -2㎛=40.7%, 2-10㎛=12.5%, 10-20㎛=18.4%, 20-40㎛=11.9%, +40㎛=16.5%,
2) 예비환원조건:
-예비환원가스조성: CO 70%, CO214%, N216%
-예비환원가스유량: 0.9N㎥/hr
-예비환원시간: 1시간
-예비환원온도: 850℃
본 실험결과 비자성체를 분리하지 않고 그냥 펠레트를 만들어 환원시켰을 때는 환원율 약 50%에서 Zn 손실이 약 11% 였으나 유동층 자력선별기로 비자성체를 자성체로부터 분리한 다음 예비환원시켰을 때는 그 손실이 5% 로 줄어들었다.
[실시예 2]
Zn 응축기에서 응고된 Zn 속에 철성분의 분진함량을 간접평가하기 위해 Fe2O3기 많이 함유된 전기로 분진을 사용하여 유동층 환원로에서 전기로 분진중 유리 Fe2O3를 Fe3O4로 1차 예비환원시켜 상온까지 냉각한 후 유동층 자력선별기로 비자성체를 자성체로부터 분리한 다음 비자성체중의 철/아연 함량비를 분석하였고 이것을 Fe2O3로 환원시키지 않고 그대로 비자성체를 자성체로부터 분리한 때와 비교하였다. 이때, 원료조건과 1차 예비환원조건은 하기와 같이 하였다.
1) 원료조건:
-원료전기로 분진의 조성: ZnO=20.8%, Zn=6.1%, ZnO·Fe3O4=18.3%, Fe3O4=15.5%, 기타=39.3%
-전기로 분진의 입도분포 : -2㎛=35.2%, 2-10㎛=12.9%, 10-20㎛=17.4%, 20-40㎛=15.1%, +40㎛=19.4%,
2) 예비환원조건:
-예비환원가스조성: CO 27.5%, CO239%, H210% H2O 18.5%, N25%
-부산판 및 가스유속: 3N㎥/hr
-예비환원시간: 20분
-예비환원온도: 550℃
상기 분석결과 1차 예비환원없이 그대로 분리한 경우에는 비자성체중에 철/아연 첨량비가 0.77 정도였으나 유동층 환원로에서 전기로 분진중 유리 Fe2O3를 Fe3O4로 1차 예비환원시킨 다음 비자성체를 자성체로부터 분리한 경우에는 비자성체중의 철/아연 함량비가 약 0.31로 감소했다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전기로 분진중의 Zn, ZnO, ZnO·Si2O가 주성분인 비자성체와 Fe2O3와 페라이트 스피넬(Ferrite Spinel)이 주성분인 자성체를 자력선별로 분리하여 비자성체는 그대로 용융환원로에 장입하고, 자성체는 예비환원로에서 철산화물성분을 예비환원시켜 용융환원로에 장입하므로써 예비환원로에서의 Zn 손실을 대폭 줄이고 있는 효과가 있는 것이다.
또한, 본 발명은 예비환원로(50)에서 ZnO는 환원되지 않고 철산화물만 선택적으로 환원시킬 수 있도록 조정해야 되는 환원가스중 CO/CO2비율의 상한치, 즉 환원가스의 상한환원력을 높여 예비환원로에서 예비환원율을 상당히 높여 융용로에서의 환원 부담을 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 자성분과 비자성분으로 이루어진 전기로 분진을 예비환원로에서 예비환원로에서 예비환원한 후 용융환원로에서 장입하여 용융환원에 의해 선철을 제조하고, 상기 용융환원로의 배가스에 함유된 아연가스를 아연 응축기에서 응축하여 응축아연을 제조하고, 아연응축기의 배가스를 열풍로에서 부분연소 및 승온시켜 예비환원로로 공급하는 공정, 을 포함하여 전기로 분진을 처리하는 방법에 있어서,
    전기로 분진조(110)에 있는 전기로 분진을 유동층 환원로(120)에 장입하여 예비환원로의 배가스에 의해 전기로 분진을 환원하고, 환원된 전기로 분진을 냉각기(140)로 장입하여 상온까지 냉각하는 단계;
    상기 전기로 분진조(110)에 있는 전기로 분진 또는 상기 냉각된 전기로 분진을 유동층 자력 선별기(160)에 의해 자성분 분진과 비자성분 분진으로 선별하여 비자성분 분진은 비자성체 펠레아티저(190A)에서 괴성화하여 비자성체 펠레트로 제조하고, 자성분 분진은 자성체 펠레타이저(190B)에서 환원제 및 용제와 함께 괴성화하여 자성체 펠레트로 제조하는 단계;
    상기 자성체 펠레트로 예비환원로(200)에 장입하고, 열풍로(230)에서 부분연소 및 승온된 아연응축기(220)의 배가스를 이용하여 환원하는 단계; 와
    상기 예비환원된 자성체 펠레트 및 비자성 펠레트를 용융환원로(210)에 장입하고, 용융환원시켜 선철을 제조하는 단계; 및
    상기 용융환원러 배가스중에 함유된 아연가스를 아연응축기(220)에서 응축하여 응축아연을 제조하는 단계;
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전기로 분진처리방법
  2. 제1항에 있어서, 상기 유동층환원로에 공급되는 예비환원로 배가스에 전로배가스 또는 고로배가스가 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유동층 환원로(120)에서 전기로 분진의 환원시 환원가스중 CO/CO2비율이 0.1-1.8이고, 환원온도가 500-600℃ 임을 특징으로 하는 방법
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 예비환원로(200)에서 자성체 펠라트의 환원시 환원가스중 CO/CO2비율이 0.5-10이고, 환원온도가 500-600℃ 임을 특징으로 하는 방법
  5. 제3항에 있어서, 상기 예비환원로(200)에서 자성체 펠레트의 환원시 환원가스중 CO/CO2비율이 0.5-10이고, 환원온도가 500-600℃ 임을 특징으로 하는 방법
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