KR20030039584A - 오일함유 열연슬러지를 이용한 직접환원철 제조방법 - Google Patents

Abstract

개시된 발명은 오일함유 열연슬러지를 이용한 직접환원철 제조방법에 관한 것으로서, 건조시킨 오일함유 열연슬러지에 코크더스트 10 ~ 20 중량% 및 고로슬래그 1 ~ 5 중량%를 배합하여 혼합하는 단계;

열연슬러지 혼합물에 수분과 유기 바인더를 혼합하여 펠렛을 성형하고 양생 및 건조시키는 단계;

건조된 상기 펠렛을 전기로에서 환원시키는 단계로 이루어짐을 특징으로하는 오일함유 열연슬러지를 이용한 직접환원철 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 오일이 함유된 열연슬러지를 제강공정이 요구하는 직접환원철로 재생하여 전기로 제강용 고철 대용으로 사용함으로써 폐기물 발생의 부담을 덜 수 있게 된다. 또한, 얻어진 직접환원철은 전기로 제강공장에서 활용되는 철원으로서 제강의 생산량 증대에도 크게 기여하게 되므로 경제적인 가치를 높이는 효과도 기대할 수 있게 된다.

Description

오일함유 열연슬러지를 이용한 직접환원철 제조방법{A manufacturing method of direct reduced iron using oily mill sludge}

본 발명은 제철소 열연공장에서 발생되는 오일함유 열연슬러지의 재활용 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 오일함유 열연슬러지에 환원제인 코크더스트와 고로슬래그를 첨가하여 제조된 펠렛으로부터 직접환원철을 제조하는 방법에 관한 것이다.

제철소의 열간압연공정에서 발생하는 열연슬러지는 유용성분인 철분이 다량 함유되어 있으나, 미량의 오일성분으로 인하여 매립처리 되거나 전처리 과정에서오일성분을 제거한 후 저급용도로 재활용되고 있는 실정이다.

오일슬러지를 처리하는 관련기술로는 계면활성제를 첨가한 후, 물리적인 강한 교반력을 이용하는 물리-화학적인 기술로 미국특허 US5047083호가 알려져 있으며, 다른 방법으로는 오일슬러지를 소각로에서 보조연료를 사용하여 소각처리한 후 산화철의 형태로 철분을 회수하는 열처리 기술인 미국특허 US4326883호가 알려져 있다. 그러나 상술한 물리-화학적 처리기술은 오일성분의 낮은 제거효율로 재활용시 잔류 오일성분으로 인한 저온 휘발 및 분화에 따른 공정, 환경문제를 야기함으로써 활용에 제한을 받고 있으며, 후자인 열처리 기술의 경우는 소각시 보조연료 투입에 따른 비용증대 문제와 소각처리 후 얻게 되는 철분이 완전히 산화되어 공정에서 재활용시 보다 많은 환원제를 투입하게 되는 문제점을 지니고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 오일성분의 제거효율을 높이면서 재활용 가치가 높은 직접환원철을 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 제조방법의 개략도이며,

도 2는 표 2의 배합비에 따른 직접환원철의 금속화율을 나타낸 그래프이며,

도 3은 표 3의 배합비에 따른 직접환원철의 금속화율 80% 도달시까지 소요되는 시간을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 상기와 같은 목적은 오일함유 열연슬러지를 이용한 직접환원철 제조방법으로서,

건조시킨 오일함유 열연슬러지에 코크더스트 10 ~ 20 중량% 및 고로슬래그 1~ 5 중량%를 배합하여 혼합하는 단계;

상기 열연슬러지 혼합물에 수분과 유기 바인더를 혼합하여 펠렛을 성형하고 양생 및 건조시키는 단계;

건조된 상기 펠렛을 전기로에서 환원시키는 단계로 이루어짐을 특징으로하는 오일함유 열연슬러지를 이용한 직접환원철 제조방법에 의해 달성된다.

본 명세서에서 말하는 직접환원철(Direct Reduced Iron, DRI)은 전기로에 투입되는 고철을 대체할 수 있는 수준까지 환원된 철로서, 이와 같은 수준에 이르기까지 별도로 분리된 공정이 없이 연속적으로 진행되어 환원된 철을 의미한다.

이하, 본 발명인 직접환원철의 제조방법에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 방법에 따르면 우선, 오일을 함유한 열연슬러지를 건조시킨 후, 건조된 열연슬러지 60 ~ 80중량%과 코크더스트 10 ~ 20중량%, 고로슬래그 1 ~ 5중량%로 배합하여 혼합한다. 이때, 사용되는 열연슬러지와 고로슬래그는 하기 표 1과 같은 화학 조성을 갖는 것이 바람직하나, 이는 바람직한 예일 뿐이며 이에 의해 한정되지는 않는다.

구분	Total Fe	CaO	SiO2	Al2O3	MgO	MnO	C	S	Na2O+K2O
열연슬러지(중량%)	65~70	0.1~0.3	0.1~0.5	0.1~0.3	0.01~0.05	0.1~0.5	1.5~5.0	0.01~0.1	0.01~0.1
고로슬래그(중량%)	0.1~0.5	35~45	25~35	5.0~15.0	5.0~7.5	0.3~0.8	-	1.0	-

상기와 같은 조성의 고로슬래그는 제철공정(고로)에서 쇳물(용선)을 생산하는 과정에서 부산물로 발생되는 것으로 고로슬래그는 CaO-SiO₂-Al₂O₃성분이 적당히배합되어 고로 조업에 있어 철광석의 환원반응시 융점을 낮추어 주는 역할을 수행하게 된다. 따라서 첨가제로서 고로슬래그를 투입하게 되면 직접환원철 제조시 산화철의 결합에너지를 낮추어 반응속도를 증가시키는 효과를 나타내며, 또한 고로슬래그는 다량의 CaO 성분을 함유하고 있어 환원반응시 저융점화합물인 2CaO-Fe₂O₃를 형성하여 반응을 촉진하는 역할을 수행하게 된다. 그러나 슬래그를 1중량%미만으로 미량을 첨가할 경우에는 첨가량이 너무 적어 슬래그 첨가효과를 기대할 수 없으며, 5중량%를 초과하여 첨가시에는 전기로용 고철 대용제로 직접환원철을 활용하는 제강공정에서의 슬래그량을 증가시키게 되므로 본 발명에서의 고로슬래그의 첨가량은 1 ~ 5중량%가 바람직하다.

또한, 코크더스트는 제철공정에서 환원제로 사용하기 위해서 석탄을 건류하여 괴코크스를 제조하는 과정에서 발생되는 분말상으로 탄소가 그 주성분이다. 코크더스트의 탄소성분은 직접환원철 제조시 오일 함유 열연 슬러지 중의 철산화물을 환원하는 역할을 수행하게 된다. 코크더스트가 10중량% 미만으로 첨가되면 오일슬러지 중의 철산화물을 환원시키는 정도가 부족하며, 20중량%를 초과하면 필요량 이상이므로 본 발명에서의 코크더스트의 함량은 10 ~ 20중량%가 바람직하다.

한편, 상기와 같은 함량의 열연 슬러지와 고로슬래그와 코크더스트를 펠렛으로 성형하기 위하여 유기 바인더인 PVA(Poly Vinyl Acetate) 수용액(2%)을 사용하였으며, PVA 수용액은 고로슬래그 및 코크더스트의 첨가효과를 확인하기 위하여 전체 중량에 대하여 8%로 일정하게 유지한다.

하기에서는 상기와 같은 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체화한다.

상기와 같은 함량의 오일 함유 열연 슬러지, 고로슬래그, 코크더스트 및 유기 바인더를 혼합하여 수분을 첨가하고 펠렛의 형상으로 제조한 후 양생 및 건조하는 과정은 통상의 방법대로 수행하였다. 이러한 일련의 과정이 끝나고 얻어지는 펠렛을 다시 한번 고온 로(furnace)에서 환원시켜 고철대용 직접환원철을 제조하였다. 이와 같은 제조과정의 개략도를 도 1에 나타내었으며, 이에 따른 실시예는 다음과 같다.

실시예 1

실시예 1은 여러 성분의 배합조건 중 코크더스트의 적정 함량을 찾아내기 위한 것으로 표 2의 배합비와 도 1의 제조공정으로 직접환원철을 제조하였다.

구분(중량%)	비교예 1	발명예 1	발명예 2	발명예 3	비교예 2
건조된 열연슬러지	87	82	77	72	67
코크더스트	5	10	15	20	25
유기 바인더	8	8	8	8	8

상기 표 2와 같은 배합비로 제조된 펠렛을 환원시켜 직접환원철을 제조하였으며, 환원은 시험용 전기로에서 수행하였다. 전기로의 온도가 1150℃에 도달하였을 때 펠렛을 투입하고 2시간 경과 후 제조된 직접환원철의 금속화율을 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었으며, 상기 금속화율은 다음 식으로 계산하였다.

제강공정에서 활용하기 위한 직접환원철의 요구수준은 금속화율 80% 이상이므로 도 2의 결과로부터 환원제로 적당한 코크더스트의 배합비는 10중량% 이상임을 알 수 있다. 그러나 코크더스트 20중량%을 초과하여 첨가한 경우 금속화율이 증가되기는 하였으나, 비교예 2에서 보는 바와 같이 코크더스트의 함량이 증가하더라도 금속화율은 더 이상 높아지지 않았다. 따라서 환원제로서의 코크더스트의 함량은 10 ~ 20중량%가 바람직하다.

실시예 2

본 실시예에서는 첨가제로서 고로슬래그의 적정량을 찾기위하여 표 3과 같이 코크더스트 및 유기 바인더의 첨가량을 일정하게 유지하면서 고로슬래그의 첨가량을 변화시켰으며, 도 1의 공정으로 직접환원철을 제조하였다.

구분(중량%)	비교예 1	발명예 1	발명예 2	발명예 3	비교예 2
건조된 열연 슬러지	72	71	69	67	62
코크더스트	20	20	20	20	20
고로슬래그	-	1	3	5	10
바인더	8	8	8	8	8

표 3과 같은 배합비로 제조된 펠렛을 환원시켜 직접환원철을 제조하였으며, 환원은 전기로에서 수행하였다. 전기로의 온도가 1150℃에 도달하였을 때 펠렛을 투입하여 환원시켰으며, 제강공정에서 요구하는 금속화율 80%에 도달할 때까지 소요된 시간을 측정하여 도 3에 나타내었다.

도 3의 결과로부터 고로슬래그의 함량이 증가함에 따라 금속화율 80% 도달에 소요되는 시간이 직선적으로 감소하는 것을 볼 수 있으나, 비교예 2와 같이 함량이 5%를 초과하였을 경우에는 첨가량 증가에 따른 소요시간 감소효과가 나타나지 않음을 알 수 있다. 따라서 환원반응 첨가제로서의 고로슬래그 첨가량은 1 ~ 5중량%로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 오일이 함유된 열연슬러지를 제강공정이 요구하는 직접환원철로 재생하여 전기로 제강용 고철 대용으로 사용함으로써 폐기물 발생의 부담을 덜 수 있게 된다. 또한, 얻어진 직접환원철은 전기로 제강공장에서 활용되는 철원으로서 제강의 생산량 증대에도 크게 기여하게 되므로 경제적인 가치를 높이는 효과도 기대할 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 오일함유 열연슬러지를 이용한 직접환원철 제조방법에 있어서,

   건조시킨 오일함유 열연슬러지에 코크더스트 10 ~ 20 중량% 및 고로슬래그 1 ~ 5 중량%를 배합하여 혼합하는 단계;

   상기 열연슬러지 혼합물에 수분과 유기 바인더를 혼합하여 펠렛을 성형하고 양생 및 건조시키는 단계;

   건조된 상기 펠렛을 전기로에서 환원시키는 단계로 이루어짐을 특징으로하는 오일함유 열연슬러지를 이용한 직접환원철 제조방법.