KR20030021659A - 래들 슬래그를 회수하여 재활용하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전로 정련후 배제되는 래들 슬래그(Ladle slag)를 회수하여 재활용하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 슬래그 야드에서 래들 슬래그를 배제한후, 냉각하는 단계; 지금을 제거하는 단계; 파쇄 단계 등의 단계들에 의해 분상의 슬래그와 괴상의 슬래그를 별도로 회수한 후, 회수된 분상의 슬래그는 이를 펠릿화하거나 단광 형태로 브리킷팅(Briqutting)하여 2차 정련용 플럭스로 사용하고, 괴상의 슬래그는 재가공할 필요없이 전로용 플럭스로 사용하는 것에 관한 것이다.

Description

래들 슬래그를 회수하여 재활용하는 방법{Method for recovering and recycling ladle slag}
본 발명은 전로 정련후 배제되는 래들 슬래그(Ladle slag)를 회수하여 재활용하는 방법에 관한 것이다.
제강 슬래그는 그 공정에 따라 예비처리 슬래그, 전로 슬래그 및 2차 정련 슬래그로 분류될 수가 있다. 이들은 각 공정의 정련 과정에서 발생되는 부산물들로써, 여러 가지 고유의 특성을 가지고 있다.
따라서, 해외 각 제철소들은 폐기물로 분류되어 있는 이들 슬래그들의 매립을 최소화하고, 슬래그들이 갖는 각각의 특성을 이용하여 슬래그를 재활용할 수 있는 방법을 개발하기 위하여 많은 연구를 하고 있다.
우리나라의 제철소의 경우에도 고로 슬래그를 타분야, 즉 도로용, 토목용 골재 및 시멘트 원료 등으로 전량 재활용하고 있으며, 전로 슬래그의 경우도 조선소 선박의 녹 제거용 원료 등으로 일부 사용하고 있다. 그러나, 이는 제강 슬래그의일부분일 뿐이며 아직도 상당량은 매립에 의존하고 있어서, 제강 슬래그를 재활용할 수 있는 방법에 대한 개발이 시급한 실정이다.
특히, 제강 슬래그 중에서 하기 표 1의 조성을 갖는 괴상 및 분상의 형태로 발생하는 래들 슬래그(ladle slag)의 경우에는 고염기도 및 고 Al2O3를 함유하고 있어 전로 매용제로써 우수한 정련능을 가지고 있고, 또한, 래들 슬래그 중 분상의 슬래그는 시멘트와 광물상이 유사한 특성이 있어, 이를 재활용할 경우 환경오염 방지, 비용절감, 작업장 환경 개선 등의 효과가 있으므로, 슬러그들 중에서 래들 슬래그의 재활용 방법에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
T. Fe CaO SiO2 Al2O3 S Cl(ppm) 염기도
분 5.5 43.5 9.1 23.1 0.22 49 4.7
괴상 8.3 42 8.8 24.2 0.2 - 4.7
그런데, 래들 슬래그의 경우에는 현재 전로 슬래그와 분리됨이 없이 슬래그 야드에서 통합처리되기 때문에, 래들 슬래그의 재활용에 앞서 전로 슬래그로부터 래들 슬래그를 효과적으로 회수하는 방법이 필요하다.
이에, 본 발명자들은 래들 슬래그를 회수하여 재활용하는 방법에 대하여 연구하게 되었고, 그 결과, 슬래그 야드에서 래들 슬래그를 배제한 후 냉각하는 단계; 지금을 제거하는 단계; 파쇄단계 등의 단계들에 의해 분상의 슬래그와 괴상의 슬래그를 별도로 회수할 수 있으며, 회수된 분상의 슬래그는 이를 펠릿화하거나단광 형태로 브리킷팅(Briqutting)하여 2차 정련용 플럭스로 사용할 수 있고, 괴상의 슬래그는 재가공할 필요없이 전로용 플럭스로 사용할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 래들 슬래그를 회수하여 재활용하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제조공정을 도식화한 플로우 차트이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 방법은 (1) 전로 슬래그(converter slag)와 래들 슬래그(ladle slag)를 함유하는 통합 슬래그 야드에서 래들 슬래그를 배제시킨 후 냉각하는 단계; (2) 래들 슬래그에 함유되어 있는 지금(地金; base metal)을 제거하는 단계; (3) 상기 지금이 제거된 래들 슬래그를 파쇄하고, 잔여지금을 제거한 후, 200㎜이하의 크기를 갖는 괴상의 래들 슬래그를 회수하는 단계; (4) 회수된 괴상의 래들 슬래그를 호퍼에 장입시키고, 50㎜이하의 크기를 갖는 래들 슬래그만 선별기로 이송하는 단계; (5) 상기 선별기로 이송된 래들 슬래그를 선별기내의 스크린을 사용하여 1∼10mm의 크기를 갖는 래들 슬래그와 10~50㎜의 크기를 갖는 래들 슬래그로 선별하는 단계; 및 (6) 선별된 1∼10mm의 크기를 갖는 래들 슬래그와 10~50㎜의 크기를 갖는 래들 슬래그를 각각 슬래그 팬 보호재와 전로 플럭스(flux)로 제품화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 방법은 상기 (1) 단계 내지 상기 (5) 단계에서 각각 발생하는 크기가 1㎜이하인 분 슬래그를 백필터 집진장치로 회수하거나, 사이크론 집진장치를 이용하여 입자나 비중이 큰 분슬래그를 1차 회수한 다음, 1mm이하의 미립자만백필터 집진장치로 2차 회수하는 단계; 및 회수된 분 슬래그를 펠릿화하거나 단광의 형태로 브리킷화한 후, 이를 2차 정련용 플럭스로 제품화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명은 래들 슬래그가 비록 용강의 성분과 청정성을 제어하기 위하여 제강공정에서 불가피하게 발생하는 부산물로서, 냉각 중의 상변화 현상에 따라 분화가 진행되어 슬래그 처리과정에서 주요한 분진 발생의 요인으로도 지목되고 있지만, 우수한 정련기능을 가지고 있어 이를 재활용한다면 고 부가가치를 창출할 수 있다는 것으로부터, 래들 슬래그를 재활용하고자 종래 전로 슬래그와 통합처리되어 오던 래들 슬래그를 회수하는 방법을 개발한 것이다.
이하, 래들 슬래그의 재활용을 위한 래들 슬래그의 회수방법을 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
(1) 전로 슬래그와 래들 슬래그를 함유하는 통합 슬래그 야드에서 래들 슬래그를 배제시킨 후, 냉각하는 단계
전로 슬래그와 래들 슬래그는 천정 기중기로 이송하여 과거 통합 슬래그 야드에서 전로 슬래그는 전로 슬래그 야드에 래들 슬래그는 래들 슬래그 야드에 분류 배제한다.
그 다음, 배재된 래들 슬래그의 온도가 120℃이하가 되도록 냉각시킨다. 이는 래들 슬래그의 취급이 용이하도록 함과 동시에 이후의 단계에서 열에 의해 장비에 손상이 가지 않도록 하기 위함이다.
냉각 방법은 그냥 방치하여 자연 냉각이 되도록 할 수도 있지만, 냉각시간을 최소화하기 위하여 살수를 행한 후 살수된 물이 완전히 건조되는 시점에서 다시 재살수를 행하는 것을 반복적으로 행하고, 그 다음 분 슬래그가 발생하기 시작하면 자연 공냉(공기 중 냉각)의 방법으로 냉각을 한다. 이때, 냉각을 위하여 슬래그를 뒤집어 주는 것도 필요하다.
또 다른 냉각 방법은 로타리형 냉각장치를 이용하여 강제 냉각시키는 방법이 있다. 즉, 2/100의 기울기를 가진 로터리 쿨러(cooler)에 래들 슬래그를 피딩(feeding)시켜 공급하면 공급된 슬래그는 회전과 기울기에 의하여 이송되고, 로터리내에 설치된 브레이더(Blade)에 의해 반전, 낙하, 이송이 연속적으로 일어난다. 이때 출구에서 공급되는 송풍 공기에 의해 냉각되어 로출시 슬래그의 온도는 120℃이하가 된다.
또한, 입구 상단에 설치된 백필터 배기팬으로 분 슬래그를 포집 분리한다.
(2) 래들 슬래그에 함유되어 있는 지금을 제거하는 단계
냉각된 래들 슬래그에 함유되어 있는 대형지금은 이후의 단계를 통과시킬 수 없으며, 많은 지금이 이송될 경우에는 마그네틱 드럼(Magnetic Drum)에서 제거 불가능한 문제점이 있다. 따라서, 지금제거 장치를 이용하여 대형 지금을 제거한다. 한편, 여기서 대형 지금은 가로 세로 120*100mm이상이고, 직경 4m, 두께 100∼800mm인 구형 지금을 의미한다.
(3) 상기 지금이 제거된 래들 슬래그를 파쇄하고, 잔여지금을 제거한 후, 200㎜이하의 크기를 갖는 괴상의 래들 슬래그를 회수하는 단계
대형 지금이 제거된 래들 슬래그를 파쇄장치를 이용한 브레이크 작업을 통해 파쇄를 행한다. 파쇄 후, 마그네틱 드럼을 이용하여 잔존하는 지금을 제거하고, 페이로다를 이용 파쇄된 슬래그를 선별기내에 투입하여 200㎜이하의 스크린을 통과시켜 200㎜이하의 래들 슬래그는 따로 분리하고, 200㎜를 초과하는 크기를 갖는 래들 슬래그는 회수하여 다시 파쇄 및 선별기에 투입하는 단계를 거쳐 200mm이하의 래들 슬래그만 선별후 이송한다.
이 단계에서 발생하는 분 슬래그는 백필터 집진기를 이용해 따로 회수한다.
한편, 이 단계에서 슬래그를 200㎜이하를 갖는 것으로 한정한 것은 크래싱(crushing)등의 취급의 용이성을 위해서이다.
(4) 회수된 괴상의 래들 슬래그를 호퍼에 장입시키고, 50㎜ 이하의 크기를 갖는 래들 슬래그만 선별기로 이송하는 단계
호퍼에 장입된 래들 슬래그는 50㎜이하의 크기를 갖는 피더(feeder) 끝에 장착되어 있는 바(bar) 선별기를 통하여 1차 선별한 후, 선별기로 이송한다.
또한, 50㎜이상의 크기를 갖는 래들 슬래그는 파쇄 장치를 사용하여 50㎜이하로 파쇄한 후, 선별기로 이송한다.
(5) 상기 선별기로 이송된 래들 슬래그를 선별기내의 스크린을 사용하여 1∼10mm의 크기를 갖는 래들 슬래그와 10~50㎜의 크기를 갖는 래들 슬래그로 선별하는 단계
선별기는 로터리형 선별기로, 로터리내에 블레이더가 부착되어 있어 회전하면서 슬래그를 반전 낙하시켜 이송시키는데, 이때 로터리내에 설치된 집진기 후드를 통해 분 슬래그를 분리한다. 또한, 괴상의 슬래그는 스크린을 통해 1∼10mm의 크기를 갖는 A형 래들 슬래그와 10~50㎜의 크기를 갖는 B형 래들 슬래그로 분리한다.
분리된 A형 래들 슬래그는 슬래그 팬 보호재로 이용할 수 있고 또한 용선예비처리에서 탈류보조재로도 사용가능하다. 분리된 B형 래들 슬래그는 전로 플럭스용으로 이용할 수 있다.
한편, 상기한 각각의 단계에서 발생된 분 슬래그는 백필터 집진기로 회수하거나, 사이크론 집진장치를 이용하여 입자나 비중이 큰 분슬래그를 1차 회수한 다음, 1㎜이하의 미립자만 2차로 백필터 집진기를 사용하여 회수한다.
이때, 사이크론 집진장치를 이용하여 회수한 입자나 비중이 큰 분 슬래그 중 1㎜이상의 것은 펠릿화가 어려기 때문에, 선별기로 선별한 다음, 분쇄기로 분쇄하여 1㎜이하로 만든 후, 백필더 집진기로 회수한 것과 혼합하여 사용한다.
회수된 분 슬래그는 분 생성회와 약 4: 6의 비율로 혼합하여 제강공정의 예비처리 플럭스로 사용할 수 있다.
또한, 회수된 분 슬래그는 5㎜이상으로 펠릿화하여 2차 정련용 플럭스로 사용할 수 있다.
펠릿을 제조하는 방법은 당분야에서 공지된 통상적인 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 예들 들면, 분 래들 슬래그에 이 슬래그 건조 중량의 5% 이상의 바인더 및 최종 수분 함량이 10 내지 15%가 되도록 물을 첨가하여 혼합하고, 이 혼합물을 펠리타이저에 투입한 다음, 소정량의 수분 또는 멜라민 계통의 응결제를 분무하여 펠릿핵을 형성시킨 후, 펠리타이저 내의 판을 회전시키면서 상기 핵을 성장시켜 펠릿화하고, 이를 양생시키고 건조시켜 펠릿을 제조한다. 이와 같은 방법으로 제조된 펠릿은 직경이 5~50㎜이고, 최종 강도가 30㎏/㎤이상이다.
또한, 회수된 분 슬래그는 단광의 형태로 브리킷화한 후, 2차 정련용 플럭스로 사용할 수 있다. 브리킷은 분 슬래그에 바인더(Binder) 10%를 혼합한 후, 압력을 가해서 단광의 형태로 만들 수 있는 브리킷팅 압출기(Briqutting Pressure)로 성형하고, 최종 수분 함량이 약 3%가 되도록 건조하는 방법에 의해 제조된다. 제조된 단광형태의 브리킷 제품은 최종 강도가 50㎏/㎤이상이고, 크기가 30~50mm*30~50mm*20~40mm이다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만 본 발명이 이들예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 분 슬래그의 예비처리 플럭스로서의 효능 시험
포항제철의 제 1제강 용선예비처리(HMPS)에서 플럭스의 탈류(제거)효능을 시험하였다.
시험조건은 다음과 같다.
-시험장소: 제 1제강 HMPS(용선 예비처리)
-시험대상: 탈류처리대상 OL(Open Ladle)
-시험물량: 생석회(종래 사용되어 오던 플럭스),
분 래들슬래그와 생석회(CaO)를 4:6으로 혼합한 것
-시험방법
·플럭스 취입 속도와 유량: 90~100㎏/min, 40±0.5 N㎥/min
·플럭스 사용량: 12㎏/T(ton)-P(용선)(85톤 기준, [S(sulfer)] 0.020%시 1,000㎏ 취입, [S] 0.005% 증가시 원단위 3㎏/T-P씩 증대
·온도: 프로브(Probe)를 이용하여 측정
·S(황): CS분석기의 X-Ray를 이용하여 분석
플럭스
생석회 분 래들슬래그+생석회
Ch(charge)수 27 11
탈류시간(분/ch) 11.4 12.5
원단위(㎏/T(ton)-P(용선)) 14.1 14.3
처리전온도(℃) 1358.3 1354.3
처리후온도(℃) 1316.6 1309.9
평균온도강하(℃) 41.7 44.4
처리전 S(sulfer) 17.2 15.5
처리후 S 4.1 6.2
탈류능(g-S/㎏-플럭스) 9.2 8.3
상기 표 2로부터, 본 발명의 분 래들슬래그를 사용시 평균탈류시간이 약 1분정도 긴 실적을 나타내었으나, 투입된 플럭스양, 평균온도강하(용선온도), 탈류능이 거의 동일한 수준이라는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 분 래들 슬래그는 종래 예비처리 플럭스로 사용되어 오던 생석회를 대체할 수 있는 물질이라는 것을 알 수 있다. 더구나, 종래 생석회 플럭스를 사용하는 경우에는 50~100㎏의 형석을 사용하고 있으나, 본 발명의 래들 슬래그를 플럭스로 사용하는 경우에는 형석을 사용하지 않고도 동등한 수준을 확보할 수 있으므로, 원가를 절감할 수 있는 효과도 있다.
<실시예 2> 괴상 래들 슬래그의 전로 정련용 플럭스로서의 효능시험
-시험장소: 2제강 전로
-시험방법
·시험 물량: 괴상 래들 슬래그 200톤
·슬래그 투입량:2ton/ch(charge)
·슬래그 투입 시점: 착화후 생석회(CaO) 투입 직후
·종점산소농도: 플로에서 자동측정됨
·탄소(C)와 인(P)의 함량: CS분석기의 X-ray를 이용하여 측정
·슬래그 성분분석: XRF분석
공지 플럭스 괴상 래들 슬래그 플럭스
취련시간(분) 17.84 17.65
생석회(㎏/T-S(steel)) 31.5 30.0
형석 원단위(㎏/T-S) 0.8 0.4
종점산소(ppm) 765.75 785.90
[%C]*[%O] 0.00277 0.00266
종점성분 [C] 0.037 0.035
[P] 0.0119 0.0106
슬래그 성분 T. Fe 20.28 22.94
염기도 3.05 3.19
재화율 0.68 0.69
상기 표 3으로부터, 공지의 전로 정련용 플럭스를 사용하였을 경우보다 본 발명의 방법에 의해 회수된 괴상의 래들 슬래그를 플럭스로 사용하였을 경우, 생석회는 charge당 약 0.5톤, 형석은 120㎏ 감소하였고, 취련시간은 약 0.2분 단축되었다는 것을 알 수 있다. 또한, 종점 성분 실적은 공지의 플럭스를 사용하였을 때와 거의 유사하고, 종점 슬래그 성분 중 T(Total).Fe는 기존 대비 2.7%로 높은 실적을나타내었다. 이로부터, 본 발명의 방법에 의해 회수된 괴상의 래들 슬래그는 공지의 전로용 플럭스를 대체하여 사용할 수 있는 물질임을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 전로 슬래그와 통합처리되어 오던 래들 슬래그만 별도로 회수하여 다시 제강 부원료로 재활용함으로써 자원절약과 환경 보전에도 일조 하는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. (1) 전로 슬래그와 래들 슬래그를 함유하는 통합 슬래그 야드에서 래들 슬래그를 배제시킨 후, 냉각하는 단계;
    (2) 래들 슬래그에 함유되어 있는 지금(地金; base metal)을 제거하는 단계;
    (3) 상기 지금이 제거된 래들 슬래그를 파쇄하고, 잔여 지금을 제거한 후, 200㎜이하의 크기를 갖는 괴상의 래들 슬래그를 회수하는 단계;
    (4) 회수된 괴상의 래들 슬래그를 호퍼에 장입시키고, 50㎜ 이하의 크기를 갖는 래들 슬래그만 선별기로 이송하는 단계;
    (5) 상기 선별기로 이송된 래들 슬래그를 선별기내의 스크린을 사용하여 1∼10mm의 크기를 갖는 래들 슬래그와 10~50㎜의 크기를 갖는 래들 슬래그로 선별하는 단계; 및
    (6) 선별된 1∼10mm의 크기를 갖는 래들 슬래그와 10~50㎜의 크기를 갖는 래들 슬래그를 각각 슬래그 팬 보호재와 전로 플럭스(flux)로 제품화하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 래들 슬래그를 회수하여 재활용하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 (1) 단계 내지 상기 (5) 단계에서 각각 발생하는 크기가 1㎜이하인 분 슬래그를 백필터 집진장치로 회수하거나, 사이크론 집진장치로 1차 분 슬래그를 회수한 다음, 1mm이하의 미립자만 백필터 집진장치로 2차 회수하는 단계; 및
    회수된 분 슬래그를 펠릿화하거나 단광의 형태로 브리킷화한 후, 2차 정련용 플럭스로 제품화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 래들 슬래그를 회수하여 재활용하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 펠릿이 최종강도가 30㎏/㎤이상이고, 직경이 5~50mm임을 특징으로 하는 래들 슬래그를 회수하여 재활용하는 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 단광형태의 브리킷이 최종강도가 50㎏/㎤이상이고, 크기가 30~50mm*30~50mm*20~40mm임을 특징으로 하는 래들 슬래그를 회수하여 재활용하는 방법.
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