상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 분철광석이 유입 환원되는 유동환원로;와, 이에 괴성화 환원철 제조기를 통하여 연결되는 용융가스화로;와, 상기 용융가스화로 및 예열로의 배가스관에 연결된 수집진기;및, 상기 수집진기와 공정수를 처리토록 연결된 공정수 수처리기;를 포함하여 일반탄 및 분철광석을 이용하여 용철을 제조하는 용철제조설비에 있어서, 상기 수처리기에서 배출되는 부생슬러지를 탈수, 건조 및, 파쇄시키어 슬러지분말을 생산토록 상기 수처리기와 연결 배치된 슬러지분말 생산장치;와,
상기 슬러지분말 생산장치에서 생산된 슬러지분말을 저장토록 상기 슬러지분말 생산장치와 연결되는 슬러지분말 저장장치;와,
상기 슬러지분말 저장장치로부터 배출되는 슬러지분말을 기송도관을 통하여 분배기에 공급하는 슬러지분말 공급장치; 및,
상기 분배기와 최종환원로사이에 복수의 슬러지분말 흐름을 갖도록 연결되어 슬러지분말을 최종환원로에 재취입시키는 슬러지분말 취입도관;으로 구성된 용철제조설비의 부생슬러지 재활용장치를 마련함에 의한다.
또한, 다른 기술적인 측면으로서 본 발명은, 분철광석이 유입 환원되는 유동환원로;와, 이에 괴성화 환원철 제조기를 통하여 연결되는 용융가스화로;와, 상기 용융가스화로 및 예열로의 배가스관에 연결된 수집진기; 및, 상기 수집진기와 공정수를 처리토록 연결된 공정수 수처리기;를 포함하여 일반탄 및 분철광석을 이용하여 용철을 제조하는 용철제조설비에 있어서, 상기 수처리기에서 배출되는 부생슬러지를 탈수, 건조 및, 파쇄시키어 슬러지분말을 생산토록 상기 수처리기와 연결되는 슬러지분말 생산장치; 와,
상기 슬러지분말 생산장치에서 생산된 슬러지분말을 저장토록 상기 슬러지분말 생산장치와 연결되는 슬러지분말 저장장치; 와,
상기 슬러지분말 저장장치로부터 배출되는 슬러지분말을 기송도관을 통하여 분배기에 공급하는 슬러지분말 공급장치; 및,
상기 분배기와 예열로에 설치된 산화제 취입도관사이에 복수의 슬러지분말 흐름을 갖도록 연결되어 산화제와 더불어 슬러지분말을 예열로에 재취입시키는 슬러지분말 취입도관;으로 구성된 용철제조설비의 부생슬러지 재활용장치를 마련함에 의한다.
마지막으로, 또 다른 기술적인 측면으로서 본 발명은, 분철광석이 유입 환원되는 유동환원로;와, 이에 괴성화 환원철 제조기를 통하여 연결되는 용융가스화로;와, 상기 용융가스화로 및 예열로의 배가스관에 연결된 수집진기; 및, 상기 수집진기와 공정수를 처리토록 연결된 공정수 수처리기;를 포함하여 일반탄 및 분철광석을 이용하여 용철을 제조하는 용철제조설비에 있어서, 상기 수처리기에서 배출되는 부생슬러지를 탈수, 건조 및, 파쇄시키어 슬러지분말을 생산토록 상기 수처리기와 연결되는 슬러지분말 생산장치; 와,
상기 슬러지분말 생산장치에서 생산된 슬러지분말을 저장토록 상기 슬러지분말 생산정치와 연결되는 슬러지분말 저장장치; 와,
상기 슬러지분말 저장장치로부터 배출되는 슬러지분말을 제 1,2 기송도관을 통하여 제 1,2 분배기에 공급하는 슬러지분말 공급장치; 와,
상기 제 1 분배기와 최종환원로사이에 복수의 슬러지 흐름을 갖도록 연결되어 슬러지분말을 최종환원로에 취입시키는 제 1 슬러지분말 취입도관; 및,
상기 제 2 분배기와 예열로에 설치된 산화제 취입도관에 복수의 슬러지분말 흐름을 갖도록 연결되어 산화제와 더불어 슬러지분말을 유동환원로에 취입시키는 제 2 슬러지분말 취입도관;으로 구성된 용철제조설비의 부생슬러지 재활용장치를 마련함에 의한다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2에서는 본 발명에 따른 제 1 부생슬러지 재활용장치(1a)를 포함하는 용철제조설비를 도시하고 있고, 도 3에서는 본 발명인 제 1 부생 슬러지 재활용장치 (1a)에서 최종환원로(30)와 슬러지분말 취입도관(300)간의 연결구조를 상세하게 도시하고 있는데, 이하에서는 종래기술과 동일한 용철제조설비의 구성은 동일부호로 나타낸다.
먼저, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 용철제조설비의 구성을 살펴보면, 상기 유동환원로는 분철광석이 제 1 광석도관(12)으로 유입되어 환원되는 예열로(10)와 이에 제 2 광석도관(22)으로 연결된 예비환원로(20) 및, 이와 제 3 광석도관(32)으로 연결되는 최종환원로(30)로 이루어 지는 3단의 유동환원로(10) (20)(30)들로 구성되어 있다.
그리고, 상기 최종환원로(30)는 괴성화 환원철 제조기(50)를 갖춘 제 4 광석도관(42)을 통하여 실질적인 분철광석의 용융을 통한 용선제조를 수행하는 용융가스화로(40)와 연결되어 있다.
또한, 상기 각 환원로(10)(20)(30)와 용융가스화로(40)사이에는 환원가스가 흐르는 제 2-4 환원가스관(44)(34)(24)들이 연결되고, 상기 제 4 환원가스관(44)과 상기 예열로(10)에 연결되는 각각의 배가스관(14)에는 배가스에 포함된 분진을 수처리하는 수집진기(60a)(60b)가 각각 연결되고, 상기 수집진기(60)들은 공정수관 (62a)(62b)을 통하여 수집진기에서 처리된 공정수를 수처리하기 위한 공정수 수처리기(70)와 연결되어 있다.
따라서, 도 2에서 각각의 흐름(화살표)으로 나타낸 바와 같이, 분철광석들은 3단의 유동환원로(10)(20)(30)를 거치면서 환원되어 괴성화 환원철 제조장치(50)에서 괴성화 처리되어 최종적으로 용융가스화로(40)에서 장입되고, 이때 발생하는 환원가스는 각각의관들을 통하여 최종적으로 수집진기(60)에서 공정수로 집진된 후, 배가스에 포함된 분진을 포함하는 공정수는 수처리기(70)로 보내지게 되는데, 이때 부생되는 슬러지를 처리하여 다시 용철제조설비에 취입시키도록 하는 것이다.
다음, 도 2 및 도 3에서는 본 발명의 제 1 부생슬러지 재활용장치(1a)를 도시하고 있는데, 이와 같은 본 발명의 제 1 부생슬러지 재활용장치(1a)는, 슬러지분말 생산장치(120)와, 슬러지분말 저장장치(160)와, 슬러지분말 공급장치(190) 및, 상기 공급장치(190)와 기송도관(200a)으로 연결된 분배기(210a)와 최종환원로(30)사이에 복수의 슬러지분말 흐름을 갖도록 연결되는 슬러지분말의 최종환원로 취입도관(300)으로 구성되는데, 이들 각 구성요소들을 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명인 제 1 부생슬러지 재활용장치 (1a)의 상기 슬러지분말 생산장치(120)는, 상기 수처리기(70)에서 배출되는 함습 슬러지를 고형화시키도록 상기 수처리기(70)에 연결 배치된 탈수기(80)와, 고형화된 슬러지를 건조시키도록 상기 탈수기(80)에 연결 배치된 슬러지 건조기(90)와, 건조된 고형화 슬러지를 미세입도로 파쇄토록 상기 건조기(90)와 연결 배치된 파쇄기 (100) 및, 파쇄된 슬러지분말을 분급토록 상기 파쇄기(100)와 연결 배치된 슬러지분말 분급기(110)로 구성되어 있다.
이때, 상기 탈수기(80)는 도면에서는 개략적으로 도시하였지만, 원심력을 이용하는 드럼과 그 구동수단을 구비하고 있고, 부생슬러지에 함유된 처리수를 배출하는 배출관이 연결되어 있는데, 상기 공정수 수처리기(70)에서 배출되는 부생슬러지는 그 수분함유량이 대략 50% 에 달하기 때문에, 상기 탈수기(80)를 통하여 슬러지의 수분함유량을 10% 정도까지 낮추도록 하면 탈수된 슬러지는 고형화된다.
다음, 상기 슬러지분말 생산장치(120)의 건조기(90)는 상기 탈수기(80)와 순차적으로 연결 배치되어 있어, 수분함유량이 10% 까지 탈수되어 고형화된 슬러지는상기 건조기(90)에서 건조되어 슬러지의 수분함유량은 1%까지 낮아지게 되고, 이때 도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 건조기(90)의 열원으로 상기 용철제조설비의 용융가스화로(40)에서 발생되는 고온의 배가스를 이용하면 보다 바람직 할 것이다.
그리고, 상기와 같은 탈수기(80) 및 건조기(90)를 거쳐 수분함유량이 1% 이하로 낮아진 슬러지는 상기 건조기(90)와 순차적으로 연결된 파쇄기(100)에서 파쇄된다.
이때, 상기 건조되고 고형화된 슬러지는 상기 파쇄기(100)를 통하여 파쇄되면서 미세입도 즉, 대략 1mm 이하의 입도로 파쇄되어 분말화되는데, 이와 같은 슬러지의 파쇄입도는 다음에 설명하는 기송도관(200a)을 통한 슬러지분말(S)의 이송에 영향을 미치기 때문에 중요하다.
그리고, 상기 본 발명의 파쇄기(100)는 도면에서는 상세하게 도시하지 않았지만, 용기내에서 투입된 건조슬러지를 스크류날개로서 압착시키면서 일정입도로 파쇄하는 일반적인 파쇄기의 사용도 가능할 것이다.
또한, 상기 파쇄기(100)에는 슬러지 분급기(110)가 연결되어 있어, 고형화된후 파쇄된 슬러지분말(S)은 다음에 설명하는 슬러지분말 저장장치(160)의 저장조 (130)내에 균일한 입도로 저장되는데, 도 2에서 도시한 바와 같이, 1mm 이상의 큰 입도를 갖는 슬러지분말(S)은 순환관을 통하여 파쇄기(110)에 재투입되어 재차 파쇄되도록 하는 것이 바람직 할 것이다.
다음, 상기 슬러지분말 저장장치(160)는, 상기 슬러지분말 생산장치(120)의 분급기(110)와 연결 배치되고, 불활성 내부분위기를 위하여 연결된 불활성가스 공급도관(134)과, 상기 내부에 공급된 불활성가스의 배출구에 제공되는 가스집진기 (132)를 각각 갖춘 저장조(130)와, 상기 저장조(130)의 하측으로 연결되는 신축관 (140) 및, 상기 신축관(140)에 설치되어 저장된 슬러지분말의 공급을 조정하는 차단밸브(150)로 구성되어 있다.
즉, 상기 저장조(130)는 상기 분급기(110)에 연결 배치되어 미세입도 즉, 1mm 이하의 입도로 파쇄 분급된 슬러지분말(S)이 저장되고, 이와 같은 저장조(130)에는 불활성가스 예를 들어, 질소가스를 저장조(130)내에 공급하여 저장조(130)내의 분위기를 불활성분위기로 유지시키기 위한 불활성가스 공급관(134)이 연결되는 것이다.
그런데, 이와 같은 불활성가스 공급도관(134)을 통하여 질소가스를 저장조 (130)내에 공급하는 이유는, 상기 슬러지분말(S)내에 다량으로 함유된 탄소성분에 의한 발화를 미연에 방지시키기 위한 것이다.
그리고, 상기 저장조(130)의 상부에는 가스집진기(132)가 설치되어 있어, 저장조(130)의 내부에 공급된 불활성가스의 배출시 가스에 포함된 슬러지분말을 집진하여 회수한다.
한편, 상기 저장조(130)는 신축관(140)상에 설치되고 이와 같은 신축관 (140)에는 차단밸브(150)가 설치되어 있어 상기 저장조(130)의 출구(130a)에서 배출되는 슬러지분말(S)의 흐름을 조정하는데, 도면에서는 개략적으로 도시하였지만 상기 차단밸브(150)는 다음에 설명하는 슬러지분말 공급장치(190)의 공급조(170)에 설치된 상,하부 레벨스위치(172)(174)와 장치제어부(미도시)를 통하여 전기적으로연결되어 연동된다.
다음, 상기 차단밸브(150)와 연결되는 본 발명의 슬러지분말 공급장치(190)는, 상기 슬러지 저장장치(160)의 하측에 연결되고, 저장되는 슬러지분말의 레벨을 감지토록 상,하부에 설치되는 상,하부 레벨스위치(172)(174)를 갖추고, 하부에는 내부의 슬러지 중량변화를 측정하는 중량측정기(176)가 마련된 슬러지 공급조(170) 및, 상기 공급조(170)와 연결되어 상기 중량측정기(176)의 신호에 따라 회전수를 조절함으로서 슬러지분말의 공급량을 제어하는 회전적출기(180)로 구성되어 있다.
즉, 슬러지분말 저장장치(160)의 차단밸브(150)밸브가 개방되어 저장조 (130)의 배출구(130a)를 통하여 배출되는 슬러지분말(S)은 상기 슬러지분말 공급조 (170)의 내부로 투입되고, 이때 상기 공급조(170)내로 유입되는 슬러지분말(S)은 상기 공급조(170)에 설치된 상,하부 레벨스위치(172)(174)에 의하여 조정된다.
따라서, 상기 공급조(170)내에 유입된 슬러지분말의 레벨이 상기 하부 레벨스위치(174) 보다 낮은 경우에는, 상기 하부 레벨스위치(174)가 이를 감지하여 전기적으로 연결된 상기 차단밸브(150)를 개방시키어 슬러지분말(S)이 공급조(170)에 추가로 투입되고, 반대로 상기 공급조(170)에 유입되는 슬러지분말(S)이 상부 레벨스위치(172)에 의하여 감지되면, 상기 차단밸브(150)가 닫히어 상기 공급조(170)에는 유입되는 슬러지분말(S)의 양은 항상 일정하게 유지된다.
다음, 상기 공급조(170)의 하측에는 공급조의 중량을 측정하는 중량측정기 (176)가 설치되어 있기 때문에, 상기 중량측정기(176)의 신호에 따라 상기 공급조 (170)와 연결되고, 실질적으로 슬러지분말(S)을 기송도관(200a)에 배츨하는 회전적출기(180)가 연동된다.
즉, 상기 회전적출기(180)는 공급조(170)의 중량변화를 연속적으로 측정하는 상기 중량측정기(176)와 연동됨으로서 그 적출량이 제어되는데, 이와 같은 회전적출기(180)는 장치제어부(미도시)를 통하여 상기 중량측정기(176)와 전기적으로 연결되어 연동된다.
다음, 상기와 같은 공급장치(190)의 회전적출기(180)를 통하여 공급되는 슬러지분말(S)은 상기 회전적출기(180)와 최종환원로(30)측에 배치되는 분배기(210a)사이에 연결되는 기송도관(200a)에 공급된다.
이때, 상기 기송도관(200a)에는 불활성가스 공급관(202)이 연결되어 있어, 일정압력으로 공급되는 불활성가스 즉, 질소가스에 의하여 기송도관(200a)에 공급되는 슬러지분말(S)은 원활하게 분배기(210a)까지 강제 이송되는 것이다.
그런데, 상기 기송도관(200a)에 공급되는 가스를 질소와 같은 불활성가스를 사용하는 이유는 슬러지에 다량 함유된 탄소성분에 의한 발화를 방지토록 하는 것이다.
다음, 상기 슬러지분말의 최종환원로 취입도관(300)은, 상기 최종환원로(30)에 인접 배치된 분배기(210a)와 상기 최종환원로(30)사이에 다수의 슬러지분말 흐름을 유도하도록 다수개가 연결 설치되어 있다.
따라서, 도 2에서와 같이, 분말슬러지 공급장치(190)의 회전적출기(180)를 통하여 배출되고 기송도관(200a)을 통하여 질소가스로서 분배기(210a)까지 이송된 슬러지분말(S)은 상기 분배기(210a)를 거치면서 다수흐름으로 최종환원로(30)내에취입되는 것이다.
한편, 도 3에서는 상기 슬러지분말 취입도관(300)의 최종환원로 연결구조를 상세하게 도시하고 있는데, 도 3b에서 도시한 바와 같이, 상기 최종환원로(30)의 하부측에 설치된 가스분산판(30b)위로는 유동층(T)이 형성되고, 그리고 이와 같은 유동층(T)에는 분산판(30b)의 노즐에 의한 가스제트층(J)이 형성되어 있다.
따라서, 상기 취입도관(300)은 상기 최종환원로(30)의 로벽(30a)에 단순히 연결되지 않고, 이를 통과하여 그 말단부(300a)가 상기 최종환원로(30)의 로내에 형성되어 있는 유동층(T)내에 도달하도록 연결하는 것이 바람직한데, 이는 부생슬러지의 재활용율을 높이기 위하여는 재취입되는 슬러지분말(S)이 로내의 유동층(T)에서 취입관(300)의 말단부(300a)를 통하여 배출되면서 보다 균일하게 환원철(미도시)과 혼합되기 때문이고, 이와 같은 취입도관(300)의 최종환원로(30) 연결을 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 3b에서 상세하게 도시한 바와 같이, 상기 취입도관(300)은 분배기 (210a)를 거친 복수흐름의 슬러지분말(S)을 최종환원로(30) 내에 재취입시키어 부생슬러지가 재활용되도록 로벽(30a)에서 일정각도(A1) 즉, 로벽(30a)에서 수평선을 기준으로 55 ° - 65 ° 바람직하게는 60 °로 그 삽입각도(A1)를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 취입도관(300)의 로벽 삽입각도(A1)가 55 °보다 작은 경우에는 취입된 슬러지분말(S)이 로내 유동층(T) 상측으로 그 중심부에 편석되게 되며, 반대로 상기 취입도관 삽입각도(A1)가 65 °보다 크면, 취입된 슬러지분말(S)이 로내유동층(T)의 하부측부측에 편석되기 때문에, 60°로 취입도관(300)의 삽입각도(A1)를 유지하는 것이 가장 바람직하고, 결국 상기 삽입각도에 따라 슬러지분말(S)이 최종환원로(30)내 유동층(T) 전체에 걸쳐서 균일하게 혼합되는 것이 방해될 수 있고, 이는 부생슬러지의 재활용율에 영향을 미치게 된다.
그리고, 도 3a 및 도 3b에서 도시한 바와 같이, 상기 취입도관(300)의 최종환원로 삽입깊이(H1)는 상기 최종환원로 측벽(30a)으로부터 로반경의 20 - 30%, 가장 바람직하게는 25% 인데, 이때 상기 로반경이 가변적이므로 그 로반경의 %로 상기 삽입깊이(H1)를 규정하였다.
그런데, 상기 취입도관(300)의 삽입깊이(H1)가 로반경의 20% 보다 작으면 상기 취입도관의 삽입각도(A1)의 경우와 마찬가지로, 슬러지분말(S)이 최종환원로 (30)의 유동층(T) 측부에 편석되게 되고, 반대로 로반경의 30% 보다 크면, 취입도관(300)의 말단부(300a) 삽입깊이가 너무길어 로내부 유동층(T)내 입자 또는 가스제트층(J)에서의 가스저항으로 인하여 슬러지분말(S)의 최종환원로 취입자체가 원활하지 못하게 되는 문제가 있기 때문에, 상기 취입도관(300)의 삽입깊이(H1)는 로반경의 25%가 가장 적당하다.
다음, 도 3b에서 도시한 바와 같이, 상기 취입도관(300)의 말단부(300a)는 상기 최종환원로(30)의 내부에 형성된 유동층(T)의 내측 가스제트층(J)의 분포길이를 고려하여 최종환원로(30)내 저부에 설치되어 있는 분산판(30b)으로부터 400 - 500mm , 가장 바람직하게는 450mm 의 높이(L)로 이격되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 취입도관(300)의 말단부(300a)가 로내 가스분산판(30b)으로부터 그간격(L)이 400mm 보다 작거나 500mm보다 크면, 상기 가스분산판(30b)상의 가스제트층(J)의 고속가스에 의한 저항에 부딪치면서 취입되는 슬러지분말(S)이 최종환원로 (30)내에 원활하게 취입되지 않는 문제가 발생한다.
따라서, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 취입도관(300)의 말단부(300a)는 일정범위의 삽입깊이(H1), 삽입각도(A1) 및, 분산판(30b)으로 부터의 일정높이(L)로 최종환원로(30)의 로벽(30a)을 통과하여 연결되어야 하는데, 이는 취입되는 슬러지분말(S)이 로내의 유동층(T)내에 편석없이 취입되도록 하는 동시에, 취입된 슬러지분말(S)이 로내 유동층(T)내에서 균일하게 혼합되어 슬러지의 재활용율을 높이도록 하기 위한 것이고, 앞에서 설명한 수치범위를 벗어날 경우, 취입도관(300)을 통한 슬러지분말(S)이 로내 유동층(T)에 편석되면서 취입되고, 이는 최종환원로 (30) 및 융융가스화로(40)사이의 광석도관(42)상에 설치된 괴성화 환원철 제조기 (50)에 의한 괴성화 환원철의 품질을 불량하게 하는 원인이 된다.
다음, 도 3a에서 도시한 바와 같이, 상기 분배기(210a)에서 분기되어 최종환원로(30)에 연결되는 상기 복수의 취입도관(300)은 상기 최종환원로(30)의 크기에 따라 다르겠지만, 대략 3 ~ 6개로 하는 것이 바람직한데, 이와 같은 취입도관 (300)들은 그 설치갯수에 상관없이 슬러지분말(S)을 로내 유동층(T)내에 원활하게 취입시키고 상기 유동층(T)내에서 분환원철과 균일하게 혼합되도록 하기 위하여 최종환원로(30)의 원주방향으로 등각격으로 배치되는 것이 바람직하다.
이때, 3단 유동환원로중 최초의 예열로(10)에 장입되는 분철광석 장입량의 4 -6 %, 가장 바람직하기는 5% 로 슬러지분말(S)의 최종환원로 취입량을 제한하는 것이 바람직한데, 이는 최종환원로(30)에 취입되어 최종환원로(30)와 용융가스화로 (40)사이의 광석도관(42)상에 설치된 괴성화 환원철 제조기(50)에 혼합되는 경우, 취입되는 슬러지분말(S)에 포함된 탄소성분에 의하여 괴성화 환원철의 품질에 영향을 미치기 때문이다.
즉, 최종환원로(30)에 취입되는 슬러지분말(S)은 다음에 설명하는 제 2 부생슬러지 재활용장치(도 4)에와 같이 취입되는 슬러지분말의 탄소성분이 연소되지 않고, 슬러지분말이 유동층(T)에서 분환원철과 혼합되어 괴성화되므로 괴성화 환원철의 압축강도와 낙하강도등을 확보하기 위하여는 용철제조설비의 예열로(10)에 장입되는 분철광석의 장입량에 대하여 5% 정도로 슬러지분말이 최종환원로(30)에 취입되는 것이 바람직하고, 이와 같은 취입량은 회전적출기(180)를 통하여 조정할 수 있다.
다음, 아래의 표 2 에서는 상기와 같은 부생슬러지를 재활용 한 경우, 즉 탈수, 건조 및 파쇄작업을 거쳐 생산된 슬러지분말(S)을 중량비로 약 5% 정도 분환원철에 혼합하여 시험한 결과 즉, 괴성화 환원철(HBI)의 밀도, 압축강도 및 낙하시험에 의한 분화도등의 괴성화 환원철의 품질에 관련된 실험치를 나타내고 있으며, 동시에 아래의 표 2에서는 본 발명에 따른 용철제조설비를 통한 안정적인 조업에 요구되는 괴성화 환원철의 품질기준들을 대비하였다.
슬러지 혼입 괴성화 환원철의 품질기준 대비표
구분 |
밀도(g/㎤) |
압축강도(Kg/㎠) |
낙하시험 후+9.5mm 입도분율(%) |
슬러지분말이 혼합된괴성화 환원철 |
3.7 ~ 4.46 |
480 ~ 980 |
90.8 ~ 96.1 |
괴성화 환원철 품질기준 |
> 4 |
> 400 |
> 90 |
따라서, 상기 표 2 및 도 2에서 알수 있듯이, 본 발명의 제 1 부생슬러지 재활용장치(1a)를 통하여 수처리장치(70)에서 발생된 부생슬러지를 탈수, 건조 및 파쇄작업을 거쳐 생산한 슬러지분말(S)을 최종환원로(30)에 취입시키어 분환원철과 혼합하여 그 분환원철과 슬러지분말의 혼합물로 부터 괴성화 환원철 제조기(50)에서 제조한 괴성화 환원철이 정상적인 용철제조공정의 조업을 위한 괴성화 환원철의 품질기준을 만족시키고 있음을 알 수 있으며, 이는 본 발명인 제 1 슬러지 재활용장치(1a)를 용철제조설비를 통한 용철제조공정에 적용시키는 것이 가능함을 나타내는 것이다.
결국, 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 부생슬러지 재활용장치(1a)에 의하면, 용철제조공정시 생성되는 부생슬러지를 분말(S)로 생산하여 이를 최종환원로(30)의 유동층(T)내로 재취입하여 최종환원로(30)내에서 분환원철과 혼합 배출된 후, 괴성화 환원철 제조기(50)에서 괴성화되어 용융가스화로(40)로 장입됨으로서, 용철제조공정시 부생슬러지의 발생량이 저감되고, 이에 따러 슬러지 처리비용도 저감시키는 한편, 슬러지내 탄소 및 철성분의 재활용에 따른 원료손실을 저감시키어 용철제조공정의 생산성을 향상시키는 한편, 환경오염 부담도 경감시키는 것이다.
다음, 도 4 내지 도 6에서는 본 발명의 다른 실시예로서 제 2 부생슬러지 재활용장치(1b)를 포함하는 용철제조설비를 도시하고 있는데, 이때 본 발명의 제 1 부생슬러지 재활용장치(1a)와 동일한 구성은 동일부호로 나타내고, 그 구체적인 설명은 생략하며, 이하에서는 본 발명의 제 2 부생슬러지 재활용장치(1b)에 대하여 상세하게 살펴본다.
먼저, 도 1에서 도시하고 앞에서 설명한 바와 같이, 유동환원로(10)(20)(30)내의 유동층(T) 온도를 제어하는 방법으로 일본국 공개특허공보 평8-337806 호 및 동공보 평10-280021호등에서 개시된 바와 같이, 예열로(10)내에 형성되어 있는 유동층 (T)(도 5)내에 산화제를 취입시키어 상기 유동층(T)내로 유입되고 있는 환원가스의 일부를 연소시킬수 있도록 함으로서, 예열로(10)의 온도를 일정온도 이상으로 유지토록 상기 예열로(10)에는 산화제를 취입시키는 산화제 취입도관(16)이 설치되어 있다.
따라서, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 용철제조설비의 부생슬러지 재활용장치(1b)의 구성적 특징은 상기 산화제 취입도관(16)에 슬러지분말(S)을 취입시키기 위한 취입도관(400)을 연결시키어 용철제조설비에서 부생되는 슬러지를 재활용하는 데에 있다.
즉, 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 부생슬러지 재활용장치(1b)는 제 1 재생슬러지 재활용장치(1a)와 마찬가지로 공정수 수처리기(70)에서 배출된함습 슬러지를 생산장치(120)로 탈수, 건조 및, 파쇄하여 1mm 입도의 슬러지분말 (S)를 생산하고, 상기 생산된 슬러지분말(S)은 저장장치(160)와 공급장치(190) 및 이에 연결된 제 1 부생슬러지 재활용장치(1a)와는 다른 기송도관(200b)을 통하여 예열로(10)에 인접 배치된 분배기(210b)에 이송되고, 상기 산화제 취입도관(16)과 상기 분배기(210b)사이에 연결되는 슬러지분말 취입도관(400)을 통하여 산화제 취입도관(16)을 통하여 예열로(10)에 취입되고, 결국 부생슬러지의 재활용이 수행되는 것이다.
따라서, 도 5 에서 도시한 바와 같이, 상기 산화제 취입도관(16)을 통하여 예열로(10)의 내부 유동층(T)내로 공급되는 산화제와 더불어, 슬러지분말(S)이 상기 유동층(T)내로 취입되어 상기 산화제 취입도관(16)의 전방으로 유동층(T)에 형성되는 연소대에서 취입된 슬러지분말(S)이 연소되고 용해응집이 이루어 짐으로서, 용철제조공정시 부생되는 부생슬러지가 처리된 슬러지분말(S)이 재활용되는 것이다.
이때, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 슬러지분말 취입도관(400)도 제 1 부생슬러지 재활용장치(1a)과 마찬가지로 일정각도(A2) 및 삽입깊이(H2)를 갖도록 상기 산화제 취입도관(16)에 관통 연결되는 것이 슬러지분말(S)의 원활한 공급흐름을 위하여 바람직하다.
즉, 상기 산화제 취입도관(16)에 대하여 상기 슬러지분말 취입도관(400)은 60 - 75°, 바람직하기는 67°의 삽입각도(A2)로 연결되는 것이 바람직하며, 이와같은 취입도관 삽입각도(A2)는 슬러지분말(S)의 안식각(angle of repose) 즉, 슬러지분말(S)의 자유낙하를 이루는 최소각도가 60°이고, 슬러지분말이 산화제 취입도관 (16)에 편석없이 산화제 흐름에 균일하게 분산될 수 있는 최대 각도가 75°이기 때문이다.
동시에, 상기 산화제 취입도관(16)에 관통 연결되는 상기 슬러지분말 취입도관(400)의 말단부(400a)는 상기 산화제 취입도관(16)의 관통깊이(H2)가 산화제 취입도관(16)의 직경(D)에 대하여 30-60% 바람직하기는 45% 가 되도록 하는 것이 적당한데, 상기 취입도관(400)의 말단부 삽입깊이(H2)가 산화제 취입도관(16)의 직경(D)에 대하여 30% 보다 작거나 60% 보다 크면, 슬러지분말(S)이 산화제 취입도관(16)을 통하여 유동환원로내로 공급되는 산화제 공급흐름내로 원활하게 혼입되지 않고 편석되기 때문에, 상기 범위내로 본 발명의 슬러지분말 취입도관(400)이 연결되는 것이 바람직하다.
따라서, 예열로(10)의 내부 유동층(T) 연소대내로 산화제 취입도관(16)을 통하여 산화제와 더불어 슬러지분말(S)이 공급되면, 상기 예열로(10)의 환원가스관 (24)을 통하여 예비환원로(20)에서 부터 로내부의 가스분산판(10b)을 통하여 하부에서 상부측으로 공급되는 환원가스에 의하여 상기 산화제 취입도관(16)의 선단부측 유동층(T)내에 형성되는 연소대내에서 취입된 슬러지분말중 탄소성분은 함께 취입된 산화제중 산소성분과 하기와 같은 화학식 1에 의하여 가스화된다.
C + λO2-> ( 2 - 2 λ)CO + ( 2 λ-1 )CO2
이때, 상기 화학식 1에서 " λ" 는 슬러지분말(S)에 포함된 탄소성분의 연소에 소요되는 산화제중 산소의 몰수를 의미하는데, 도 6에서 도시한 바와 같이, 슬러지분말(S)의 연소성 시험에서 알 수 있듯이, O2/C 의 몰비( λ)가 0.6~0.7 정도면 최적 연소가 이루어짐을 알 수 있다.
그리고, 앞의 표 1에서 알 수 있듯이, 슬러지내에 포함된 탄소성분(carbon)이 중량분율로 38% 에 달하기 때문에, 슬러지 1kg내의 탄소성분의 몰수는 1×0.01×38/12 =0.032 이고, 이때 상기 12는 탄소의 분자량이다.
결국, 최적의 산소(O2) 몰수는 도 6의 그래프에서와 같이, O2/C 의 몰비( λ)가 0.6 ∼ 0.7 사이에서 최적연소가 이루어 지기 때문에, 0.6×0.032 ∼ 0.7×0.032 --> 0.0192 ∼ 0.0224 임을 알수 있고, 최적의 산소 Nm3는 0.0192×22.4 ∼ 0.0224×22.4 --> 0.43 ∼ 0.50 임을 알 수 있고, 이때 22.4는 산소 1kg 몰수 = 22.4 Nm3에서 구한 수치이다.
이에 따라서, 도 5에서 도시한 바와 같이, 슬러지분말 취입도관(400)을 통하여 취입되는 슬러지분말(S)의 연소에 있어서는 슬러지분말 1Kg당 0.43 ∼ 0.50 Nm3의 산소가 필요하게 됨을 알 수 있기 때문에, 상기 산화제 취입도관(16)을 통해 취입되는 산화제의 양은 상기 예열로(10)의 유동층(T)에서 온도제어에 소요되는 산화제의 양 보다 상기 슬러지분말(S)의 연소에 필요한 양만큼 증가되어야 한다.
즉, 예열로(10)의 산화제 취입도관(16)에 취입되는 산화제의 취입량은 로내부에서 형성되는 연소대의 연소율을 높이도록 상기 슬러지분말 취입도관(400)을 통하여 취입되는 슬러지분말(S) 취입량 1kg 당 0.43 ~ 0.50 Nm3씩 증가되는 것이 바람직하다.
그리고, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 예열로(10)의 유동층내 연소대에 취입된 슬러지분말(S)에 포함된 나머지 철성분 및 회성분은 상기 연소대에서 용해 응집되어 상기 예열로(10)의 유동층(T)으로 부터 상부로 비산되지 않을 정도의 입도로 성장된 후, 상기 유동층 (T)내에서 분산되면서 유동층(T)내의 분철광석(미도시)과 혼합되어 예열로(10)와 제 2 광석도관(22)으로 연결되는 예비환원로(20) 및, 최종환원로(30)를 거쳐 최종적으로 괴성화 환원철 제조기(50)에서 분환원철과 함께 괴성화되어 용융가스화로(40)로 장입되어 재활용되는 것이다.
그런데, 다음의 표 3은 슬러지분말의 연소시험에 있어서 슬러지분말에 포함된 철성분 및 회성분의 용해응집 평가결과를 보여주고 있는데, 슬러지분말내에 포함된 탄소성분의 최적 연소조건에서 1mm 이상의 입도 즉, 예열로(10)의 유동층(T)에서 위로 비산되지 않을 정도의 입도로 용해 응집되는 비율이 80% 이상 되는 것을 보여주고 있으며, 이는 슬러지분말의 90% 정도가 본 발명의 제 2 부생슬러지 재활용장치(1b)에 의하여 재활용될 수 있음을 알 수 있는 것이다.
슬러지분말의 연소에 따른 철성분,회성분의 용해응집율
슬러지 연소조건(λ= O2/C) |
0.6 |
0.7 |
슬러지중 철성분, 회성분의용해응집율(+1mm) |
82.5% |
87.75 |
이에 따라서, 상기와 같은 본 발명의 제 2 부생슬러지 재활용장치(1b)에 의하면, 용철제조공정에서 부생되는 부생슬러지를 1mm 이하의 입도로 된 슬러지분말로 생산하여 이를 유동환원로의 유동층(T) 온도를 제어하기 위하여 예열로(10)에 설치된 산화제 취입도관(16)을 통하여 산화제와 함께 취입됨으로서, 유동층의 내부 연소대에서 산화제와 함께 슬러지분말의 탄소성분은 연소반응으로 가스화되고, 철성분 및 회성분등은 연소열에 의해 용해응집되어 유동층내에서 분산되면서 분철광석과 혼합되어 예비환원로(20), 최종환원로(30) 및, 괴성화 환원철 제조기(50)를 거쳐 괴성화된 상태로 용융가스화로(40)에 장입되기 때문에, 용철제조공정시 부생슬러지의 발생량이 저감되고, 이에 따러 슬러지 처리비용도 저감시키는 한편, 슬러지내 탄소 및 철성분의 재활용에 따른 원료손실을 저감시키어 용철제조공정의 생산성을 향상시키는 한편, 환경오염의 부담도 경감시키는 것이다.
다음, 도 7에서는 본 발명의 또 다른 실시예인 제 3 용철제조설비의 부생슬러지 재활용장치(1c)를 도시하고 있는데, 앞에서 설명한 제 1,2 부생슬러지 재활용장치(1a)(1b)와 동일한 구성은 동일부호로 나타내고, 그 작용설명은 간략하며, 이하에서는 본 발명의 제 3 부생슬러지 재활용장치(1c)에 대하여 상세하게 살펴본다.
먼저, 본 발명의 제 3 용철제조설비의 부생슬러지 재활용장치(1c)의 구성적 특징은 도 2 및 도 4에서 도시한 본 발명의 제 1,2 부생슬러지 재활용장치(1a)(1b)의 각 슬러지분말 취입도관(300)(400)을 동시에 용철제조설비에 갖춘 것이다.
즉, 도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 3 부생슬러지 재활용장치(1c)는 제 1,2 부생슬러지 재활용장치(1a)(1b)와 마찬가지로 공정수 수처리기(70)에서 배츨된 함습 슬러지를 생산장치(120)로 탈수, 건조 및, 파쇄하여 1mm 입도의 슬러지분말(S)을 생산하고, 상기 생산된 슬러지분말(S)은 저장장치(160a)와 공급장치 (190a) 및 이에 연결된 제 1,2 기송도관(200a)(200b)을 통하여 최종환원로(30) 및 예열로(10)에 인접 배치된 제 1,2 분배기(210a)(210b)에 이송되고, 상기 제 1,2 분배기(210a)(210b)와 최종환원로(30) 및 예열로(10)의 산화제 취입도관(16)사이에 연결된 각각의 제 1,2 취입도관(300)(400)을 통하여 슬러지분말이 예열로 및 최종화원로(30)(10)에 취입되고, 결국 부생슬러지의 재활용이 수행되는 것이다.
이때, 도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 3 부생슬러지 재활용장치 (1c)의 슬러지분말 저장장치(160a)는, 2단의 배출구(130a)(130b)를 갖춘 저장조 (130)를 갖추고, 이에 각각 한쌍의 신축관(140a)(140b) 및 차단밸브(150a)(150b)가 연결되어 있다.
그리고, 상기 각각의 차단밸브(150a)(150b)에는 내부에 투입되는 슬러지분말 (S)의 레벨을 감지하는 각각의 상,하부 레벨스위치(172a)(174a)(172b)(174b)를 갖추고, 동시에 하부에도 투입된 슬러지분말의 중량변화를 측정토록 하는 한쌍의 중량측정기(176a)(176b)가 각각 마련된 한쌍의 슬러지 공급조(170a)(170b)가 연결되며, 상기 각각의 공급조(170a)(170b)에는 상기 중량측정장치(176)들의 신호에 따라 회전수를 조절함으로서 슬러지분말(S)의 공급량을 조정하는 한쌍의 회전적출기 (180a)(180b)를 갖춘다.
이때, 상기 회전적출기(180a)(180b)들은 상기 산화제 취입도관(16) 및 최종환원로(30)에 취입되는 슬러지분말(S)의 취입량을 제어토록 장치제어부(미도시)와 전기적으로 연결되어 서로 연동되도록 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 각각의 회전적출기(180a)(180b)에는 각각 제 1,2 기송도관 (200a)(200b)이 연결되어 이를 통하여 슬러지분말(S)이 제 1,2 분배기(210a) (210b)를 통하여 상기 제 1, 2 취입도관(300)(400)에 각각 공급되는 것이다.
따라서, 도 7에서 도시한 바와 같이, 최종환원로(30)에 취입된 슬러지분말 (S)는 유동층(T)내에서 분산되어 분환원철과 혼합 배출되어 괴성화 환원철 제조기 (50)에서 분환원철과 함께 괴성화되어 용융가스화로(40)에 투입되는 동시에, 상기 산화제 취입도관(16)을 통하여 예열로(10)의 유동층(T)내로 공급되는 산화제와 더불어, 취입되는 슬러지분말(S)이 유동층(T)의 연소대에서 슬러지분말(S)의 탄소성분은 연소되어 가스화되고, 철 및 회성분은 용해 응집되어 분환원철과 혼합되면서 각 환원로(20)(30) 및 괴성화 환원철 제조기(50)를 거쳐 괴성화된 상태로 용융가스화로 (40)에 투입됨으로서, 부생슬러지의 재활용이 이루어 지는 것이다.
이때, 도 3, 도 5 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 제 1 슬러지분말 취입도관(300)은 최종환원로(30) 반경의 20 - 30%범위의 삽입깊이(H1) 및 로벽(30a)과 55 ∼ 65 °의 연결각도(A1)로 그리고, 그 말단부(300a)가 최종환원로(30)의 내부 가스반응판(30b)으로 부터 400 ∼ 500mm 의 삽잎깊이(L)를 갖도록 최종환원로(30)와 연결되는데, 이와 같은 수치의 한정이유는 제 1 부생슬러지 재활용장치(1a)의 설명에서 이미 설명한 바와 같다.
그리고, 상기 제 2 슬러지분말 취입도관(400)도 상기 산화제 취입도관(16)의 직경(D)에 대하여 30 ∼ 60% 삽입깊이(H2) 및 60 ∼ 75°의 연결각도(A2)로 산화제 취입도관(16)에 연결되는데, 이와 같은 수치의 한정이유도 제 2 부생슬러지 재활용장치(1b)의 설명에서 이미 설명한 바와 같다.
이때, 도 7 에서 도시한 바와 같이, 상기 제 1 슬러지분말 취입도관(300)을 통하여 최종환원로(30)에 공급되는 슬러지분말(S)의 취입량은 예열로(10)에 취입되는 분철광석의 취입량의 4 ∼ 6% , 바람직하기는 5% 로 이루어 지는 것이 바람직한데, 그 이유는 제 1 부생슬러지 재활용장치(1a)의 설명에서 이미 설명한 바와 같다.
따라서, 제 1 슬러지분말 취입도관(300)을 통하여 최종환원로(30)에 취입되는 슬러지분말의 취입량을 예열로(10)에 장입되는 분환원철의 장입량에 맞추어 설정한후, 공급 가능한 슬러지분말의 전체 취입량에서 상기 최종환원로 취입량을 제외한 나머지 취입량을 제 2 취입도관(400)을 통하여 산화제 취입도관(16)에 취입시킨다.
또한, 도 5 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 산화제 취입도관(16)을 통해 취입되는 산화제의 취입량도 제 2 취입도관(400)을 통하여 취입되는 슬러지분말의 취입량에 맞추어, 슬러지분말(S)의 취입량이 1kg 증가할 때마다 0.43 ∼ 0.50 Nm3씩 증가되도록 하는데 이는 앞의 제 2 부생슬러지 재활용장치(1b)에서 설명한 바와 같다.
따라서, 본 발명의 제 3 부생슬러지 재활용장치(1c)은 제 1,2 취입도관 (300)(400)을 모두 구비하고 있어 제 1,2 부생슬러지 재활용장치(1a)(1b) 보다는 장치적으로 복잡하지만, 제 1,2 부생슬러지 재활용장치(1a)(1b)의 제 1,2 취입도관 (300)(400) 및 제 1,2 분배기(210a)(210b)라인중 어느 하나에 설비트러블이 발생할 경우, 정상적인 나머지 취입도관을 이용하여 부생슬러지의 재활용작업을 지속적으로 진행될 수 있기 때문에 전체적인 용철제조설비의 장치 운용면에서 유용할 것이다.
다음, 도 2 ,도 4 및 도 7에서 도시한 제 1 내지 제 3 부생슬러지 재활용장치 (1a)(1b)(1c)에서 각 기송도관(200a)(200b)들에는 불활성 가스공급관(202)이 각각 연결되어 있어, 슬러지분말 공급장치(190)(190a)의 각 회전적출기(180)(180a) (180b)으로 부터 공급되는 슬러지분말(S)이 최종환원로(30) 및 예열로 (10)측의 분배기(210a)(210b)까지 보다 원활하게 이송되는 것이다.
그리고, 도 2, 도 4 및, 도 7에서는 상세하게 도시하지 않았지만, 상기 기송도관(200a)(200b), 각각의 슬러지분말 취입도관(300)(400), 각각의 광석도관(12) (22)(32)(42), 환원가스관(44)(34)(24), 배가스관(14), 수처리기(70)와 수진집기 (60a)(60b)사이의 공정수관(62a)(62b)에는 이들을 통하여 흐르는 유체 즉, 슬러지분말, 광석, 환원가스, 배가스 및, 공정수들의 흐름을 조정하기 위한 개폐밸브들이 설치되는 것은 물론이다.
또한, 도 2, 도 4 및, 도 7에서 도시한 바와 같이, 저장장치(160)(160a)의 차단밸브(150)(150a)(150b)와 연동하는 공급장치(190)(190a)의 상,하부 레벨스위치 (172)(174)(172a)(174a)(172b)(174b) 및, 공급조의 중량감지지(176)(176a)(176b)와 이와 연동하는 회전적출기(180)(180a)(180b)는 각각 도면에서는 도시하지 않았지만, 전기적으로 장지제어부를 통하여 연결되어 그 작동이 서로 연동되고, 특히 제 3 부생슬러지 재활용장치(1c)에서 회전적출기는 제 1,2 슬러지분말 취입도관(300) (400)에 적정량의 슬러지분말을 공급토록 장치제어부를 통하여 연동되어야 한다.