KR19990067575A - 미세분할재료를 포함하는 금속기초성분 가공방법 - Google Patents

Abstract

제강로에서 나온 연진과 같은 미세분할 물질이 가공되어서 성분을 회수한다. 호퍼(11)에서 물질이 펠렛화된다. 펠렛은 건조기(16)에서 건조되고 제 1 회전가마(21)에 이송되어 매우 단단한 펠렛으로 소결되고 그동안에 휘발성 성분이 배출 및 수집된다. 소결된 펠렛의 크기가 분리되어서 미세분할된 물질을 제거하고 미세분할되고 세척된 무연탄(35)과 함께 제 2 회전가마(31)에 이송된다. 펠렛의 환원으로 제 2 성분이 배출되고 제 2 성분은 가마에서 산화되고 미세분할된 산화물로 수집된다. 최초의 펠렛은 완전성을 유지하고 본질적으로 해면철이 된다.

Description

미세분할재료를 포함하는 금속기초성분 가공방법

전형적인 전기 아아크로 또는 기타 제강로에서 수천톤의 연진이 매년 발생된다. 연진의 성분은 폐차를 포함한 넓은 범위의 스크랩 금속을 포함하는 로에 공급되는 재료에 따라 다양하다. 연진은 약 40%의 비철금속합금, 약 50% 철합금(주로 산화물)을 포함하며 나머지는 맥석 광물이다. 비철금속성분은 주로 납산화물 및 아연산화물이며 대체로 염화아연, 염화구리, 염화카드뮴, 염화칼륨, 염화나트륨 및 카드뮴 산화물을 포함한다. 칼륨과 나트륨의 산화물 역시 존재할 수 있다. 순산소전로(basic oxygen furnace)에서 나오는 연진은 보통 더 높은 비율의 철화합물을 포함하지만 상당 비율의 비철재료가 존재한다.

역사적으로, 연진은 폐기되지만 이것은 상당한 비용이 들며 많은 성분의 독성으로 인해 환경적으로 허용될 수 없게 되고 있다. 본 발명은 연진과 같은 재료로부터 성분을 재생하기 위한 공정에 특히 관계된다. 본 발명은 오염물 처리를 방지하는 수단, 가치있는 비철금속을 추출하는 수단, 또는 제강공정에 재사용하기 위한 철을 회수하는 수단으로서 고려된다. 주목적은 상황에 달려있다.

EP275863A 에서는 연진을 고체 탄소질 재료 및 유기바인더와 혼합하고 혼합물을 펠렛화하고 펠렛을 가열한다. 일부 성분은 철과 납이 금속형태로 환원되어 액체금속으로서 방출되는 동안에 제거된다. 납은 중력차에 의해 철과 분리될 수 있지만 일부의 납은 용액내 철에 남아있다. 또한, 철을 용융상태로 하기 위해서 매우 높은 온도가 사용되어야 하며 용융형태로 금속을 추출하는 것은 회전가마와 같은 시설을 필요로 하며 연속공정으로는 불편하다.

본 발명은 미세분할된 재료를 포함하는 금속기초성분 가공방법에 관계한다. 본 발명은 특히 전기 아아크로에서 제강시 발생되는 연진(flue dust)가공에 적용된다.

도 1 은 본 발명을 수행하는 플랜트를 개략적으로 도시한다.

* 부호 설명

10 ... 세척장치 11 ... 호퍼

12 ... 회전 펠렛화 팬 13 ... 바인더

14 ... 물 15 ... 스크린

16 ... 건조기 21 ... 회전가마

22 ... 버너 23 ... 폐가스 후드

25 ... 스크린 31 ... 경사진 회전가마

32,33 ... 폐가스 수집후드 34,35 ... 호퍼

36 ... 버너 37 ... 송풍구

38 ... 백필터 P ... 펠렛화 단계

S ... 소결단계 R ... 환원단계

본 발명의 목적은 연진 또는 기타 미세분할된 재료를 가공하여 더욱 실용적인 방식으로 성분을 분리하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 미세분할된 재료를 포함한 금속기초성분을 가공하는 방법으로서 다음 단계를 포함한다: 재료의 펠렛화; 휘발성 제 1 성분이 펠렛으로부터 배출되는 온도에서 매우 강한 펠렛을 생성시키는 온도 및 체류시간에서 펠렛을 건조 및 소결; 환원제의 존재하에 펠렛을 가열하여 하나이상의 제 2 성분이 휘발성 형태로 배출되어 하나이상의 제 3 성분을 남기는 단계. 본 방법은 펠렛을 융합시키는 경향이 있는 미세분할된 재료가 환원상으로부터 배제되어 환원에 사용된 온도에서 펠렛이 일체성을 보존하는 것을 특징으로 한다.

미세분할된 재료의 기피는 펠렛을 서로 융합시키지 않고 효과적인 환원을 위해 충분히 높은 온도를 선택할 수 있게 한다. 이것은 재료의 편리한 취급과 본 방법이 사용되는 공장의 긴 수명을 가져온다.

특히, 환원 및 소결은 회전가마에서 수행된다. 펠렛은 미세분할된 재료 제거를 위해 소결단계와 환원단계 사이에서 스크린된다.

무연탄과 같은 고체 환원제가 사용될 경우에 예컨대 세척된 무연탄을 사용함으로써 미세분할된 환원제를 기피하는 것이 중요하다.

본 발명은 제강로에서 나오는 연진에 적용될 수 있으며, 이 경우에 주요한 또는 유일한 제 3 성분은 철이다. 이러한 철은 취급하기 편리하며 로에 재주입하기에 편리한 해면철 형태를 가진다.

전형적인 경우에, 소결동안 배출된 휘발성 성분, 즉 제 1 성분은 다양한 금속산화물 및 염화물이다. 납산화물 및 염화납이 주성분일 수 있다. 일반적으로 산화아연은 펠렛에 남아있다.

환원단계 동안에, 산화아연은 금속형태로 환원되어서 배출되고 다시 산화하여 산화아연먼지로서 수집될 수 있다. 수집된 재료는 약 90%의 산화아연을 포함하며 나머지의 대부분은 석탄재이다. 이러한 산화아연은 추가처리 없이도 이러한 순도에서 상업적으로 유용한 제품이 될 수 있다.

본 발명은 제강작업을 하는 중간 시험공장에서 성공적으로 수행되었으며 도면은 제강작업에 사용하는 중간 시험공장의 단순한 형태에 기초한다. 제조공장은 도시된 공장보다 복잡하다. 본질적으로 공장은 3개의 지대를 포함한다. 즉, 펠렛화 단계(P), 소결 단계(S) 및 환원단계(R)가 그것이다.

전기 아아크 제강로에서 나오는 먼지가 호퍼(11)에 수집되고 바인더(13) 및 물(14)의 공급과 함께 회전 펠렛화 팬(12)에 공급된다. 무연탄이 적당한 바인더이며 혼합된 재료 중량의 4%가 무연탄의 적당한 비율이다. 결과의 그린 펠렛은 스크린(15)에 이송되어 기준이하의 크기를 분리하여 펠렛화기로 보내고 추가가공을 위해 10-15㎜ 직경의 더 큰 펠렛을 선택한다. 한정된 범위의 펠렛 크기는 펠렛화된 재료의 후속처리에 균일성을 부여하는데 중요하다. 연진의 사전세척은 세척장치(10)에서 수행된다. 사전세척의 필요성은 아래에서 기술된다.

이후에 그린 펠렛은 300-400℃의 뜨거운 공기를 사용하여 건조기(16)에서 건조되며, 이 공기는 공장의 다른 부분에서 폐열로 가열된다.

소결단계(S)는 축이 수평에 대해 1도 내지 수도만큼 기운 회전가마(21)로 구성되어서 회전동안 더 높은 입력단부에 이송된 펠렛이 가마를 통해 더 낮은 출력단부까지 점차적으로 가공된다. 가마는 중심 버너(22)를 통해 출력단부에서 가스에 의해 연소된다. 가스 대신에 다른 연료가 사용될 수 있다. 과잉 가스가 가마에 제공되어서 그의 대기가 환원성이기 보다 산화성이 된다. 가마의 최대 온도는 1050-1200℃이어야 한다. 폐가스 후드(23)가 가마의 입력단부에 도시되지만 유사한 폐가스 후드가 출력단부에 있을 수 있다.

에너지를 절감하고 열충격을 감소시키기 위해서 건조된 펠렛은 상승된 온도에서 가마(21)의 입력단부에 이송된다. 이의 온도는 가마를 통과할 때 상승한다. 이러한 가열은 펠렛을 소결시키고 다음 가공단계에서 필요한 높은 내분해성을 갖고 매우 강하게 한다. 강도는 표준 테스트후 95%의 펠렛이 그대로 남아있어야 하는 고로 펠렛에 대한 표준 ASTM 텀블(tumble) 테스트에 의해 측정될 수 있다. 이러한 표준 테스트에서 파일럿 플랜트에서 경화된 98%의 펠렛이 원상태로 남아있다. 고로 펠렛에 대한 최소한의 필요조건은 본 발명에서 사용하기 위한 실제적인 최소값이다. 그러나 아래에 기술된 나머지 공정에서도 펠렛이 일체성을 유지하는 것이 필요하다. 소결은 산화대기에서 일어난다. 펠렛이 가열될 때 1050-1200℃의 온도에서 휘발하는 먼지내의 성분은 배출된다. 일반적으로 이 공정은 물리적인 증발이지만 일부 물질이 금속형태로 배출되고 가마내의 대기에서 산화될 수 있다.

펠렛의 제 1 성분을 형성하는 물질은 폐가스에 의해 수집용 스크러버 또는 백필터로 이송되고 대기로 방출시키기 위해 폐가스를 세정한다. 제 1 성분은 가치있는 물질의 추출을 위해 판매되거나 종래의 기술을 사용하여 도시되지 않은 플랜트의 추가 부분에서 가치있는 물질로 분리될 수 있다.

파일럿 플랜트에서 사용된 먼지의 경우에 산화납과 염화납은 소결단계에서 펠렛으로부터 배출된 물질의 50%를 차지한다. 제 1 성분에 상당량 존재하는 다른 휘발성 물질은 카드뮴, 구리, 칼슘, 칼륨, 나트륨 및 아연의 할로겐화물, 산화물 및 황산염이다. 소량의 산화칼륨 및 산화나트륨이 존재할 수도 있다. 산화아연은 연진에서 중요한 물질이지만 휘발성이 아니므로 펠렛에 남아있다. 소량의 산화아연은 휘발성 형태의 소량의 아연의 존재 때문에 소결단계에서 폐가스와 함께 수집될 수 있다.

최초의 연진에 상당량의 염화물의 존재는 디옥신의 형성 및 탈출을 방지하는데 특수방법을 필요로 하게 한다. 염화납을 포함하여 엔진에 존재하는 전형적인 금속염화물은 가용성이어서 염화물이 초기 단계에서 물질로부터 세척될 수 있게 한다. 연진의 일례는 세척전에는 2.1%의 염소화물을 포함하지만 세척후 단지 0.1%의 염소화물을 포함하는 것으로 밝혀졌다. 세척된 물질은 물제거를 위해 가압되고 이후에 펠렛화를 위한 적당한 물함량을 가진다.

휘발성 금속화합물의 전부 또는 대부분을 제거하기 위해서 펠렛은 수시간동안 1100℃ 정도의 온도에 유지되어야 한다. 어떤 경우에는 900 내지 1200℃ 의 온도가 허용된다. 가마의 길이 및 경사, 회전속도 및 가마를 따라 온도구배가 조절되어서 상당량의 휘발성 물질을 제거시켜야 한다.

가마(21)를 떠나는 소결된 펠렛에 추가적으로 마모 또는 분쇄에 의해 펠렛으로부터 제거될 수 있는 다른 물질이 있다. 이러한 느슨한 물질은 소결단계(S)에서 스크린(25)에서 펠렛으로부터 분리된다.

환원단계(R)는 양단부에서 폐가스 수집 후드(32,33)를 갖는 또다른 경사진 회전가마(31)에서 수행된다. 호퍼(34)에서 나오는 소결된 펠렛, 호퍼(35)에서 나오는 무연탄 및 돌로마이트 미립자가 무연탄 1중량부에 대해 펠렛 2중량부의 비율로 가마의 입력(상부)단부에 이송된다. 무연탄은 펠렛과 함께 편리하게 취급될 수 있으며 구매가능한 저렴한 환원제이다. 무연탄이나 높은 재융합온도를 갖는 기타 석탄이 아래에 설명된 이유로 선택되어야 한다. 미세분할된 환원제를 기피하는 것이 중요하다. 무연탄이 사용될 경우에 미립자 제거를 위해 세척되어야 한다. 조각난 자동차 타이어 또는 역청질 석탄을 포함한 다른 환원제가 대용될 수 있다. 자동차 타이어의 상당한 산화아연 함량은 재생 아연의 추가 공급원이며 비교적 높은 인함량의 자동차 타이어가 방해되지 않는다. 또다른 환원제는 천연가스로서 일산화탄소로 부분산화된 후 공기로 연소되어 필요한 열을 제공한다. 황을 흡착하기 위해서 돌로마이트가 충분한 양으로 존재하여야 한다. 돌로마이트 미립자는 아래에 언급된 문제를 제공하지 않도록 하는 양이어야 한데, 그 이유는 무연탄 또는 펠렛의 미립자와 조합될 수 있기 때문이다.

환원단계 초기에 펠렛은 상당량의 산화아연 함량 및 기타 맥석물질을 갖는 소결된 산화철이다. 에너지 보존 측면에서 펠렛이 소결공정으로 부터의 승온에 있는 동안 펠렛을 환원가마(31)에 이송하는 것이 선호되지만 온도의 감소 또는 상온까지 온도의 감소가 펠렛의 편리한 크기분리 및 취급에 필요할 수 있으며 소결단계 및 환원단계의 산출량을 일치시키기 위해서 저장기간이 필요하다.

가마(31)는 가스 또는 오일버너(36)에 의해 최대온도가 되지만 공장이 최대온도가 된다면 필요한 열의 전부 또는 대부분이 환원공정동안 환원제의 연소에 의해 제공된다. 가스 또는 오일대신에 공기흐름으로 운반된 미세분할된 무연탄 또는 역청질 석탄이 가마온도를 상승시키고 상승된 온도를 유지시키는데 사용될 수 있다. 이러한 미세분할된 고체 연료는 고체물질의 축적을 방지하기 위해서 공기흐름에서 즉시 연소되어야 한다. 약 15%의 환원제가 이러한 방식으로 제공될 수 있다. 이러한 환원제는 높은 용융온도를 갖는 재를 형성하도록 선택되어야 한다.

연소를 위해 가스 또는 미세분할된 무연탄과 함께 도입된 공기에 추가적으로, 무연탄의 연소를 위해 가마의 길이를 따라 추가공기가 필요하다. 이것은 가마의 길이를 따라 간격이 떨어진 송풍구(37)에 의해 제공된다.

가마내의 충진물은 1100℃의 온도로 상승된다. 1080℃가 이상적이다. 900 내지 1150℃의 온도가 어떤 경우에는 사용된다. 펠렛내 산화아연(최초 펠렛에서 제 2 성분을 형성하는)은 가마내의 온도에서 휘발성인 금속으로 환원된다. 가마내의 대기는 금속아연을 다시 산화시키기 위해서 충분히 산화성으로 유지된다. 이후에 폐가스와 함께 후드(32,33)를 통해 운반되어 백 필터(38)에서 폐가스로부터 분리된다. 산화아연은 고순도이며 백필터에 수집된 고체 생성물은 90%의 산화아연과 10%의 석탄재이다. 석탄재를 포함한 산화아연은 상업적으로 유용한 제품으로 판매되거나 부유공정에 의해 석탄재가 분리되어서 더 순수한 형태의 산화아연을 형성할 수 있다. 산화아연내의 다른 오염물은 많은 양으로 존재하지 않는다. 환원공정을 완료시키기 위해서 수시간의 체류시간이 필요하다. 가마의 길이 및 경사, 회전속도 및 온도구배가 필요한 환원을 위해 설정된다.

제 3 회수성분이며 펠렛의 대부분을 형성하는 산화철 역시 펠렛으로 남아있는 해면철로서 금속형태로 환원된다. 환원단계후 해면철 펠렛의 유지는 매우 중요하다. 만약 펠렛이 함께 융합하기 시작하면 이들은 가마표면에 융합하는 경향이 있을 수도 있다. 이러한 융합이 시작되면 상당수의 펠렛이 함께 융합하여 매우 빠르게 용융체 또는 반용융체로 형성된다. 이 경우에 공정에 사용된 공장의 수명은 매우 짧아지고 생성된 철을 취급하기가 곤란하다. 효과적인 환원에 필요한 온도는 특별한 예비조치가 없다면 융합이 일어날 온도이다.

미세분할된 물질, 특히 소결단계에서 펠렛에서 발생할 수 있는 물질은 펠렛 자체보다도 더 큰 융합 경향을 가지며 펠렛을 융합시키는 경향을 가진다. 따라서, 이러한 미세분할된 물질의 방지는 중요하다. 미세분할된 환원제의 방지 역시 중요하지만 필수요소는 아니다. 물론, 환원제의 산화에 의해 형성된 높은 융합온도의 재는 고려중인 온도에서 충진물을 융합시키는 경향이 있는 물질이 아니다.

본 공정은 공장의 용량이 제강공장에서 나오는 연진의 생성과 일치되지 않으므로 많은 경우에 간헐적으로 수행된다. 용융된 철덩어리에 대해서 이산 펠렛의 유지는 공장이 중단되고 규칙적인 간격으로 재시동되는 경우에 더욱 중요하다.

숯과 함께 가마의 출력단부를 떠나는 펠렛은 대기에 노출시 재산화를 막기 위해서 비산화대기에서 냉각된다. 이후에 자기적 방법으로 펠렛이 숯과 분리된다. 결과의 펠렛은 60 내지 70%의 철, 망간, 실리카, 칼슘 및 마그네시아이다. 망간과 실리카는 해면철 펠렛이 전기 아아크로에 복귀되도록 제강에서 상당량 필요하다.

전형적인 경우에, 전기 아아크로에서 나오는 연진은 아아크로에서 제조된 강철 중량의 1.5%이다. 이러한 1.5%에서 약 0.75%(즉 절반)이 해면철로 전환된다.

연진으로부터 재생될 수 있는 것에 대한 전형적인 가이드로서 1㎏의 연진은 다음과 같은 물질을 생성한다: 해면철(30% 불순물을 포함하는) 500그램; 납화합물 50그램; 산화아연 300그램; 기타 유용한 금속산화물 및 염화물 10그램; 처리용 불활성 숯 및 재 150그램.

본 발명의 독성재료의 매장 또는 유사한 처리를 피하고 최초의 납과 아연 공급원을 사용할 필요성을 피하고 추가 철을 제강작업에 재사용함으로써 환경적인 이득을 갖는다.

본 발명이 전기 아아크로 또는 기타 제강로에서 나오는 먼지 가공에 사용될지라도 다른 형태의 폐기물 가공에 사용될 수 있다.

위에서 기술된 종류의 플랜트는 제강로 자리에 위치되며 제강 공장에 일체화된다. 그러나, 단일한 플랜트가 여러 강철공장을 위해서 위치선정될 수 있다. 또한 전체 공정이 단일한 플랜트에서 수행될 필요가 없다. 예컨대 한 강철공장에서 먼지가 펠렛화 및 건조되고 다른 지점으로 이송되어 소결 및 환원단계가 수행될 수 있다.

Claims (13)

1. 물질을 펠렛화하고; 펠렛을 건조하고; 매우 강한 펠렛을 생성하는 온도 및 체류시간으로 펠렛을 소결하고 그 온도에서 휘발성 제 1 성분이 펠렛으로부터 배출되고; 환원제의 존재하에 펠렛을 가열하여 하나이상의 제 2 성분이 휘발성 형태로 환원되고 배출되어 하나이상의 환원된 제 3 성분을 남기는 단계를 포함하는 미세분할된 물질을 포함한 금속 기초 성분을 가공하는 방법에 있어서,

   펠렛을 융합시키는 경향이 있는 미세분할된 물질이 환원단계에서 배제되어서 환원에 사용된 온도에서 펠렛이 온전히 유지됨을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 환원이 회전가마에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 소결이 회전가마에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
4. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 소결된 펠렛이 소결단계와 환원단계 사이에서 크기가 분리되어서 미세분할된 물질을 제거함을 특징으로 하는 방법.
5. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 제 2 성분이 주로 산화아연임을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 산화아연이 아연으로 환원되고 배출된 이후에 산화되고 폐가스로부터 수집됨을 특징으로 하는 방법.
7. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 제 1 성분이 상당량의 산화납을 포함함을 특징으로 하는 방법.
8. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 미세분할된 물질이 제강로에서 나오는 연진임을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 연진이 펠렛화 이전에 가용성 성분을 제거하기 위해서 물에서 예비세척됨을 특징으로 하는 방법.
10. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 환원제가 무연탄과 같은 석탄임을 특징으로 하는 방법.
11. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 펠렛이 900 내지 1200℃의 온도에서 소결됨을 특징으로 하는 방법.
12. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 펠렛이 900 내지 1200℃의 온도에서 환원됨을 특징으로 하는 방법.
13. 앞선 청구항중 한 항에 있어서, 제 3 성분이 주로 철이며 펠렛은 주로 해면철이 됨을 특징으로 하는 방법.