KR20010022212A - 소결 장치 작동 방법 및 소결 장치 - Google Patents

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KR20010022212A
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에리히 훔스
호르스트 스필만
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칼 하인쯔 호르닝어
지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 소결 장치의 작동 방법 및 소결 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라 상기 소결 장치에서, 다이옥신을 분해하기 위한 촉매 물질(38)이 배기 가스(24)에 있는 다이옥신을 감량하기 위해, 소결되기 전 미세 입자 또는 먼지 형태로 되어있는 소결 재료(10)에 첨가되고, 그리고 나서 소결 재료와 함께 소결된다. 첨가된 촉매 물질(38)은 다이옥신이 새롭게 형성되는 것을 막고, 소결 재료(10)를 관통하는 배기 가스(24)에 함유된 다이옥신을 감소시킨다. 상기 촉매 물질(38)이 생성된 소결 재료(10)의 덩어리에 통합되면, 그 다음 용광로 프로세스시 생성되는 슬래그에 의해 안전하고 확실하게 소각된다.

Description

소결 장치 작동 방법 및 소결 장치{METHOD FOR OPERATING A SINTERING PLANT, AND SINTERING PLANT}
상기 소결 장치는 제련에 사용될 수 있게 하기 위해 미세 입자 또는 미세 먼지로 된 금속인, 금속 산화물 또는 금속 황화물의 고체 혼합물을 큰 덩어리로 만드는데 사용되는 제철 공업용 대규모 기술 장치이다. 상기 고체 혼합물은 덩어리로 만들어지고 나서야 용광로에 집어넣을 수 있다.
상기 소결 장치내에서 소결 재료는 표면 연화 및 부분적인 용융 및 슬래그 형성하에 소결, 다시 말해 융점 가까이까지 가열됨으로써 고화된다. 이를 위해, 소결 재료는 제련시, 예컨대 금속 가공 기술로부터 생겨난 금속 분말, 연소 슬래그, 용광로 먼지 또는 미세 먼지일 수 있으며, 상황에 따라 재생재, 슬래그를 형성하는 첨가물 또는 고정된 연료 혼합물에 의해 소위 체인 그레이트에 제공된다. 상기 체인 그레이트는 통상적으로 개별 팰릿으로 형성된 끝없이 연결된 사슬이며, 상기 사슬은 이에 상응하는 편향 롤러에 의해 소결 장치의 작업 방향으로 진행한다.
유입 지점에서 지나가는 팰릿이 소결 재료에 의해 채워진다. 여기서 우선 소결 재료가 떨어지는 것을 보호하기 위해, 화격자로 형성된 팰릿의 바닥을 소결 장치의 이미 탄화된 재생재로 덮고, 그 다음 상황에 따라 연료와 혼합된 소결 재료를 공급한다. 이렇게 채워진 팰릿은 체인 그레이프를 따라서 진행되며, 소결 재료 또는 그 속에 포함되어 있는 연료는 점화 불꽃에 의해 표면에 점화된다. 팰릿이 배출 지점으로 움직이는 동안, 개별 팰릿 내에서의 연소- 및 소결 과정이 흡입- 또는 압력 팬을 관통하여 흐르는 연소가스에 의한 자기 연소를 통해 팰릿 내부에서 진행된다.
소결 장치에서 처리된 소결 재료의 대부분이 금속 가공 산업의 줄-, 연삭- 또는 드릴링 프로세스에서 마멸된 미세 입자 또는 미세 먼지이다. 그러나 이러한 마멸 입자는 불리하게도 종종 많은 양의 할로겐화된 탄화수소 및 방향족 화합물을 함유하는 유질 드릴링 보조제, 윤활재 또는 냉각재와 혼합된다. 열 처리시 소결 공정 동안 이 다이옥신은 배기가스에 의해 주변에 이르게 되고, "다이옥신" 이라는 개념은 하기에서 할로겐화된 시클릭, 방향족 폴리에테르를 총칭하는 집합 개념으로 사용된다. 특히 시클릭 에테르(푸란) 및 시클릭 디에테르(다이옥신)가 여기에 속한다. 여기서는 특히 유독성으로 작용하는 것으로는 폴리 클로로화된 디벤조 다이옥신(PCDD) 및 폴리 클로로화된 디벤조 푸란(PCDF)이 언급될 수 있다.
따라서 그러한 대규모 기술 장치와 비교했을 때, 소결 장치는 다이옥신을 방출하기 위한 큰 원천이 된다. 그래서 소결 장치의 배기 가스에서 다이옥신의 값은 60 ng TE/㎥ 까지 나타난다(TE=유독성 등가). 소결 장치에서 밖으로 송출된 다이옥신의 양을 법적으로 규정된 한계값(시간당 0.1 ng/㎥)내에 고정시키기 위해, W. Weiss의 보고서 제 1298호(1996)인 "철광석-소결 장치에서 PCDD/PCDF-방출의 감소"의 249-250쪽에는 다이옥신-흡수를 위한 소결 장치의 배기 가스에, 부가물로써 수산화물(Ca(OH)2) 및 석탄으로 된 혼합물이 제공되고 부분적으로 다이옥신을 함유한 부가물을 섬유 필터에 의해 배기 가스에서 다시 빼오며, 상기 배기 가스에 새롭게 제공된다는 것이 공지되어 있다. 또한 G. Mayer-Schwinning 외 몇 명이 기술한, 보고서 제 1298호(1996)인 "PCDD/F의 배기 가스를 제거하는 기술"의 191-192 쪽에는 다이옥신-흡수제로서 제올라이트가 소결 장치의 배기 가스에 제공된다는 것이 공지되어 있다.
그러나 투입된 다이옥신-흡수제는 쓰레기 집하장에 최종 저장됨으로써, 엄청난 비용과 환경 오염을 야기시키는 단점을 지닌다.
본 발명은 다이옥신의 방출을 줄이기 위한 소결 장치의 작동 방법 및 소결 장치에 관한 것이다.
도 1은 금속의 미세 먼지 또는 미세한 광석을 덩어리로 만드는데 사용되는 제철 공업의 전형적인 소결 장치를 도시한다.
본 발명의 목적은 소결 장치 작동시, 환경 파괴없이 다이옥신-방출을 줄이는 것이다. 또한 다이옥신-방출을 줄일 수 있는 소결 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 소결 장치의 작동시, 다이옥신을 분해하기 위한 촉매 물질이 배기 가스에 있는 다이옥신을 감소시키기 위해 소결되기 전의 미립자 또는 먼지 형태로 되어있는 소결 재료에 첨가되어 소결 재료와 함께 소결됨으로써 달성된다.
본 발명은 소결 재료에 혼합된 불순물과 같은 이물질이 첨가된 슬래그 형성 보조제(규산염) 또는 연소 보조제(예를 들어, 코크스)가 소결 장치 내에서 소결되는 동안 생성된 소결 재료 덩어리에 함께 결합된다는 것을 고려하는 데서 출발한다. 상기 결합된 이물질은 제련하기 위해 소결 재료와 함께 용광로 프로세스에 이르게 되고, 거기서는 슬래그 형성에 어떠한 부정적인 영향도 끼치지 않는다. 또한 상기 이물질은 반대로 용광로에 생성되는 슬래그에 불용해성 결합을 하게 된다.
통상적으로 배기 가스의 온도가 200℃ 이하로 낮을 경우엔 촉매 작용에 의해 소결 장치의 배기 가스에 함유된 다이옥신이 감소될 수 없지만, 이물질이 슬래그에 결합되어서 소결 재료에 촉매 물질이 첨가됨으로써 촉매 작용에 의해 다이옥신이 제거될 수 있다. 한편으로 상기 방식으로 제공된 재료는 소결 과정 및 그 다음의 소결된 소결 재료의 제련 과정에 어떠한 부정적인 영향도 끼치지 않는다. 다른 한편으로 제공된 촉매 물질에 의해 이미 다이옥신의 생성 위치, 다시 말해 소결 재료의 연소 과정에서, 생성된 다이옥신이 효과적으로 감소될 수 있고 동시에 다이옥신이 새롭게 형성되는 것을 막을 수 있다.
소결 재료를 통해 연소 가스가 소결 장치에 흡입되거나 불어들기 때문에, 소결 재료에 첨가된 촉매 물질을 따라 연소시 생성되는 연소 가스 또는 배기 가스가 흐를 수 밖에 없다. 이러한 방식으로 소결 재료에 첨가된 미세 먼지 또는 미세 입자 형태의 촉매 물질에 의해 관통하는 배기 가스에 함유된 다이옥신이 효과적으로 감소될 수 있다. 다이옥신을 분해하기 위한 촉매 물질로는 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 아연, 니켈, 납, 티타늄, 구리, 철, 알루미늄, 플래티나, 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 레늄 또는 세륨이 있으며, 이들은 단독으로 또는 결합되어서 소결 재료에 미세 먼지 형태로 첨가된다. 이와 마찬가지로 산화물, 소금 또는 규산염이, 소결 과정에서 지배하는 조건 및 150℃ 내지 1200℃ 사이의 온도하에서 촉매 작용에 의한 다이옥신 분해를 위해, 앞에 언급된 요소들에 개별적으로 또는 혼합되어 적용된다.
또한 다이옥신을 분해하는 데 특히 효과적인 촉매 물질로서 이산화 티타늄, 3산화물 텅스텐 및/또는 5산화물 바나듐을 함유하는 재료가 첨가될 수 있다. 상기 방식으로 된 재료는 연소 장치에 있는 배기 가스를 정화하는데 매우 효과적인 다이옥신-촉매제로 공지되어 있다. 또한 이 물질은 몰리브덴 산화물의 혼합물을 포함한다.
첨가된 촉매 물질은 소결 과정에서 소결 재료의 덩어리에 통합되어, 후속하는 용광로 제련 과정에서 생성되는 슬래그에 불용해성 결합을 하기 때문에, 다이옥신-제거를 위해 또한 쓰레기- 및 폐기물 소각장에서 나온 플라이 애시(fly ash)가 소결 재료에 첨가될 수 있다. 상기 플라이 애시는 상기 방식으로 된 연소 장치의 배기 가스의 상당 부분에 포함되고 전기 필터에 의해 배기 가스로부터 제거된다. 플라이 애시는 상기 촉매제로 작용하는 원소 또는 화합물를 포함하기 때문에 다이옥신을 감소시키기 위한 촉매 물질로 적합하다. 이러한 방식으로, 지금까지 쓰레기 집하장에서 많은 비용으로 최종 처리된 플라이 애시는 안전하게 소각될 수 있다. 상황에 따라 포함된 중금속 성분은 용광로 프로세스에서 획득된 슬래그에 불수용성 결합을 할 수 있다. 상기 방식으로 된 슬래그는 또한 과립형태로 건설업에서 바람직한 매립 재료로 쓰인다.
또한 사용된 다이옥신-촉매제는 촉매 물질로서 소결 재료에 미세 분말 형태로 바람직하게 첨가될 수 있다. 사용된 다이옥신-촉매제로는, 연소 장치 또는 연소 기계의 배기 가스를 정화시키기 위해 사용되고 촉매 물질에 대한 소비 또는 축적이 증가함에 따라 거기에 사용될 수 없는 다이옥신-촉매제가 제공된다. 상기 다이옥신-촉매제가 미세 분말형태로 소결 재료에 첨가되면, 한편으로는 촉매제에 잔여 작용이 효과적으로 사용되고 다른 한편으로는 촉매제 성분이, 상황에 따라 촉매제에 수반되는 추가 재료와 함께 처음에는 소결 재료의 덩어리에, 그 다음에는 용광로 프로세스시 생성되는 슬래그에 불용해성 결합을 한다. 때때로, 사용된 다이옥신-촉매제에 수반되는 유해 물질은 부분적으로 열적 분해를 한다. 사용된 다이옥신-촉매제를 촉매 물질로 사용함으로써 소각하는 것이 안전하고 바람직한 소각 경로이다.
이와 마찬가지로, 미세 분말 형태의 잔류물 또는 생산 쓰레기는 촉매 물질로서의 다이옥신-촉매제의 제조 과정에서 소결 재료에 첨가된다. 이러한 방식으로, 지금까지 쓸모없는 것으로 무시된 잔류물질은 촉매 작용에 효과적으로 사용될 수 있다.
소결 재료의 덩어리에 결합된 촉매로 작용하는 이물질이 슬래그 형성 과정에 부정적인 영향을 끼치지 않도록 하기 위해서는, 촉매 물질과 소결 재료간의 중량비가 1:30 과 1:1, 바람직하게는 1:20 및 1:5 사이의 값을 가지는 것이 바람직하다.
기술된 중량비내에서는 용광로 내의 온도 진행도 방해받지 않고, 생성되는 슬래그의 유동 또는 응결비도 영향을 받지 않는다.
매우 미세한 입자 또는 미세한 먼지형태로 된 소결 재료에 있어서, 촉매 물질이 소결 재료 내부에 혼합되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 생성되는 연소 배기 가스와 혼합된 촉매 물질과의 안전한 콘택팅이 보증된다. 또한 특히 비교적 입자가 큰 소결 재료에 있어서, 촉매 물질과 소결 재료가 교대로 층을 형성하면서 팰릿에 제공될 수도 있다.
이에 상응하는 소결 장치는 소결 재료 컨테이너, 상기 컨테이너에서 유입지점으로 이어진 소결 재료를 위한 배출관, 그리고 상기 소결 재료를 소결 구간을 따라 유입 지점에서 소결된 소결 재료를 빼낼 수 있는 배출 지점으로 운송하기 위한 운송 장치 및 소결 재료의 연소를 위해 상기 유입 지점에 배치된 연소 오븐을 포함한다. 본 발명에 따라, 미세 입자 또는 미세 먼지 형태로 된, 다이옥신을 분해하는 촉매 물질을 위한 저장기 및 상기 저장기로부터 유입 지점까지 이어진, 촉매 물질을 위한 공급 파이프가 제공되며, 상기 공급 파이프는 촉매 물질의 첨가량을 조절하기 위한 장치를 포함한다.
촉매 물질은 상기 저장기에 저장되고, 필요에 따라 소결 장치의 유입 지점에 있는 공급 파이프에 의해 소결 재료에 소정량 혼합되거나 첨가된다.
이때 촉매 물질의 공급 파이프가 유입 지점 앞에서 소결 재료의 공급관으로 통할 경우, 촉매 물질은 소결 재료로 팰릿이 가득 채워지기 전에 소결 재료와 혼합된다. 여기서 소결 재료와 촉매 물질의 혼합은 공급관에서 와류에 의해 달성될 수 있다.
그러나 이에 상응하는 실시예에서는 소결 재료 및 촉매 물질이 똑같은 양으로 교대로 첨가될 수 있으므로, 각각의 팰릿에서 층 구성이 이루어진다. 이와 꼭 마찬가지로 촉매 물질을 위한 공급 파이프가 소결 재료를 위한 유입 지점과 더불어 별도의 유입구에 배치될 수 있다.
특히 미세 입자 또는 먼지 형태로 된 촉매 물질이 송풍기에 의해 바람직하게 첨가될 수 있다.
본 발명은 소결 장치를 도시한 도면에 따른 실시예에 의해 더 자세히 설명된다.
도면은 금속의 미세 먼지 또는 미세한 광석을 덩어리로 만드는데 사용되는 제철 공업의 전형적인 소결 장치를 도시한 것이다. 상기 소결 장치는 체인 그레이트 또는 소결 밸트(2)를 포함하며, 이것은 두 개의 편향 롤러에 의해 순환된다. 이때 연속적인 소결 벨트(2)는 소결 구간(7)을 따라 소결될 재료 또는 소결 재료(10)를 화살표 방향(8)으로 수송한다. 이와 함께 소결 재료(10)는 유입 지점(12)에서 그 아래로 지나가는 소결 벨트(2)의 개별 팰릿(14)에 채워지고, 프로세스의 끝에는 소결 장치의 배출 지점(16)으로 빠져나온다. 각각의 개별 팰릿(14)은 공기 투과성을 위해 화격자로 형성된 바닥을 갖추고 있다.
점화 장치(18)의 점화 불꽃에 의해 때때로 연료와 혼합된 소결 재료(10)가 지나가는 팰릿(14)의 표면에 점화된다. 공기가 유입됨으로써 연소- 및 소결 과정은 자체 연소에 의해 소결 구간(7)을 따라 소결 재료(10) 내에서 진행된다. 소결된 재료는 소결 구간(7)의 끝에 이르게 되고, 동시에 조작 가능한 조각으로 분해되어, 최종적으로 소결 장치의 배출 지점(16)에 의해 빠져나온다. 포착망(21)에 의해 포착된 미세 먼지는 유입 지점(12)을 통해 소결 장치에 다시 리턴할 수 있다.
소결 구간(7)을 따라 진행하는 팰릿(14)에 연소 가스를 공급하기 위해, 소결 구간(7) 또는 소결 벨트(2)을 따라 일련의 배출 파이프(22)가 제공된다. 상기 배출 파이프(22)를 통해 배기 가스(24)가 공통의 배기 가스 파이프(26)로 흐른다. 배출 파이프(22)에 필요한 저압을 생성시키기 위해, 배기 가스 파이프(26)에 흡입 팬(28)이 제공된다. 상기 흡입팬(28)의 배출구는 굴뚝(30)으로 통하며, 이에 의해 배기 가스(24)가 주변에 퍼지게 된다.
소결 재료 컨테이너(32)에 저장되어 있는 소결 재료(10)는 공급관(34)에 의해 깔때기 모양으로 형성된 유입 지점(12) 및 그 아래로 지나가는 개별 팰릿(14)에 이른다. 또한 미세 입자 형태로 된, 다이옥신을 분해하기 위한 촉매 물질(38)이 저장되어 있는 저장기(36)가 배치된다. 상기 촉매 물질는 바나듐 5산화물 및 텅스텐 3산화물에 첨가된 티타늄 2산화물, 텅스텐 3산화물을 기본으로 하는 미세 분말 형태의 사용된 다이옥신-촉매제이다. 사용된 다이옥신-촉매제는 예컨대, 화석 연료 발전소, 쓰레기 화력 발전소 또는 폐기물 연소 장치와 같은 연소 장치의 배기 가스 채널에서 배기 가스를 제거하기 위해 제공된 다이옥신-촉매제이다. 물론 촉매 물질과는 완전히 다른 사용영역에서 나온 다이옥신-촉매제도 미세 분말 형태로 소결 재료에 첨가될 수 있다.
연소 장치의 배기가스를 제거하기 위해 사용된 DeNOx-촉매제도 다이옥신-촉매제와 유사한 조성을 가짐으로써 상기 촉매 물질로 적합하다.
촉매 물질(38)은 공급 파이프(40)를 통해 유입 지점(12)으로 제공되어서, 그 유입 지점에 의해 소결 재료(10)와 함께 그 아래에 지나가는 팰릿(14)에 이른다. 본 경우에서, 공급된 촉매 물질(38)은 미세 입자로 된 촉매 물질(38)을 공급 파이프(40)를 통해 운송하는 송풍기(42)에 의해 혼합된다. 공급 파이프(40) 뿐만 아니라 공급관(34)도 깔대기 모양으로 형성된 유입 지점(12)에 바로 인접한다. 촉매 물질(38)과 소결 재료간(10)의 이러한 혼합은 유입 지점(12)을 지나서 일어난다.

Claims (13)

  1. 소결 장치 작동 방법에 있어서,
    배기 가스(24)에 함유된 다이옥신-감소를 위해, 다이옥신을 분해하는 촉매 물질(38)이 소결 되기 전 미세 입자 또는 미세 먼지의 형태로 되어 있는 소결 재료(10)에 첨가되고, 상기 소결 재료(10)와 함께 소결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    촉매 물질(38)로서 Na, K, Mg, Ca, Ba, ZN, Ni, Pb, Ti, Cu, Fe, Al, Pt, V, W, Mo, Rh 또는 Cr 또는 상기 원소들의 산화물 또는 염 또는 규산염이 개별적으로 또는 혼합되어서 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    이산화 티타늄, 3산화물 텅스텐 및/또는 5산화물 바나듐이 촉매 물질(38)로서 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    쓰레기- 및 폐기물 소각장에서 나온 플래이 애시가 촉매 물질(38)로서 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    미세한 분말의, 사용된 다이옥신-첨가제가 촉매 물질(38)로서 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    다이옥신-촉매의 제조 공정에서 생긴, 미세한 분말의 잔류물 또는 생산 폐기물이 촉매 물질(38)로서 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    촉매 물질(38)과 소결 재료(10)간의 중량비가 1:30 과 1:1 사이, 바람직하게는 1:20 과 1:5 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    촉매 물질(38)이 소결 재료(10)와 잘 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    촉매 물질(38)이 소결 재료(10)에 적어도 하나의 층 형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 소결 재료 컨테이너(32)에서 유입 지점(12)으로 이어진 소결 재료(10)용 배출관(34), 그리고 상기 소결 재료를 소결 구간(7)을 따라 유입 지점(12)에서 소결된 소결 재료를 빼낼 수 있는 배출 지점(16)으로 운송하기 위한 운송 장치(2) 및 소결 재료(10)의 연소를 위해 상기 유입 지점(12)에 배치된 연소 장치(18)를 포함하는 소결 장치(32)에 있어서,
    미세 입자 또는 미세 먼지 형태로 된, 다이옥신을 분해하는 촉매 물질(38)용 저장기(36) 및 상기 저장기(36)로부터 유입 지점(12)까지 이어진, 촉매 물질용 공급 파이프(40)가 제공되며, 상기 공급 파이프(40)는 촉매 물질(38)의 알맞는 양을 첨가하기 위한 장치(42)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    촉매 물질(38)의 공급 파이프(40)가 유입 지점(12) 앞에서 소결 재료(10)의 공급관(34)으로 뻗는 것을 특징으로 하는 소결 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    촉매 물질(38)의 공급 파이프(40)가 소결 재료(10)용 유입 지점(12) 옆에서 별도의 유입구로 통하는 것을 특징으로 하는 소결 장치.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    공급 파이프(40)가 양조절 공급장치(42)로서 촉매 물질(38)을 유입하기 위한 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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