KR20030048809A - 코렉스 공정을 이용한 제철소 발생 함철분진의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아연(Zn)성분이 높아 고로원료로 재활용되지 못하고 폐기되어 왔던 제철소내에서 발생되는 함철분진을 처리하는 방법에 관한 것으로서, 아연(Zn)성분이 높아 고로원료로 재활용되지 못하고 폐기되어 왔던 제철소내에서 발생되는 함철분진을 코렉스(COREX) 제선공정을 이용하여 적절히 처리하므로써 함철분진폐기물을 철광석원료로 재사용하게 할 뿐만 아니라 고아연농도인 소량의 분진을 포집하여 분진을 원료로 하는 산업공정에 원료로 재사용할 수 있도록 하는 코렉스 공정을 이용한 제철소 발생 함철분진 처리방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 코렉스 공정에서 공정내 발생 슬러지의 재활용을 위해 슬러리 상태로 풍구로 취입하는 조업에 있어서 재활용되지 못하고 있는 제철소내 발생 고아연 함철분진을 코렉스 슬러리 혼련조에 장입하여 용융로에 취입, 재활용함과 함께 아연을 3%이상 코렉스 슬러지에 농축시키는 코렉스 공정을 이용한 제철소 발생 함철분진의 처리방법에 관한 것이다.

Description

코렉스 공정을 이용한 제철소 발생 함철분진의 처리방법{Method for Treating Iron Contained Waste Dust Generated from The Steel Works with Corex Process}

본 발명은 아연(Zn)성분이 높아 고로원료로 재활용되지 못하고 폐기되어 왔던 제철소내에서 발생되는 함철분진을 처리하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는아연(Zn)성분이 높아 고로원료로 재활용되지 못하고 폐기되어 왔던 제철소내에서 발생되는 함철분진을 코렉스(COREX) 제선공정을 이용하여 처리하는 방법에 관한 것이다.

선철을 생산하기 위해 원료로 사용되고 있는 철광석에는 아연이 0.001 - 0.01% 정도 함유되어 있다.

그리고, 제강공정의 부원료로 사용되고 있는 스크랩중에는 아연도금 강판이 포함되어 있어 제선공정 및 제강공정에서 발생되는 배출 분진중에는 아연이 0.05 - 2.0 % 정도 범위에서 농축되게 된다.

아연이 농축되는 이유는 금속아연의 경우 용융온도가 419.5^oC 로서 매우 낮아 이 온도 이상이 되면 포화증기압에 따라서 기화하게 되며, 기화된 아연은 산화분위기와 접하면 산화되어 분진으로 농축 포집되기 때문이다.

이렇게 아연이 농축된 배출분진에는 Fe, C 및 기타 맥석성분이 주류를 이루고 있어 고로공정에서 재활용될 수 있는 가치를 갖고 있으나, 아연이 많이 함유되어 있으면 배출가스 온도가 150 - 200^oC 정도인 고로내에 부착물을 생성시키기도 하고 로벽연와 틈새에 응축하여 연와손상의 원인이 되기 때문에 용선 톤당 어느 일정수준의 량 이하로 로내에 장입되도록 관리되고 있어 필연적으로 폐기되는 부분이 발생되고 있다.

폐기물 투기장의 부족 및 환경오염 방지를 위해서 폐기물 발생 최소화는 모든 분야에서의 당면과제이다.

그러나 대형 일관제철소등에서는 별도 처리해야 할 분진 발생량이 많아 이제까지는 대부분 쉬운 투기방법을 선택하여 왔으며, 일부는 최근에 와서 이들 분진의 처리를 위해 별도공정을 도입하고 있다.

이들 분진처리공정은 크게 습식법 과 건식법으로 나눌 수 있다.

습식법으로서는 하이드로 싸이클론법(일본특허 S53-81406)이 있으며, 현재에도 여러 제철소에서 사용되고 있다.

그러나, 이 방법의 경우에는 아연이 농축되어 폐기처리 되어야 하는 비율이 높고 아연이 농축되어 재활용되지 못하고 분류된 폐기물은 농축된 아연의 량이 적어 재활용에 어려움이 있어 역시 투기처리 되고 있다.

최근 이러한 결점을 보완하기 위해 건식방법이 도입되고 있다.

건식방법으로서는 이들 폐기물을 탄소를 함유한 펠릿으로 괴성화 하여 회전로(RHF: Rotary Hearth Kiln)에 1-2층으로 장입하고 버너로 가열하여 아연을 기화, 제거하는 공정(미국특허 5186741)이 채용되고 있다.

그러나, 이 공정은 설비비가 많이 들고, 넓은 면적의 토지가 요구되며, 조업비용이 많이 소요되는 문제점이 있어 아직 적극적으로 채용되지 못하고 있다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 아연(Zn)성분이 높아 고로원료로 재활용되지 못하고 폐기되어 왔던 제철소내에서 발생되는 함철분진을 코렉스(COREX) 제선공정을 이용하여 적절히 처리하므로써 함철분진폐기물을 철광석원료로 재사용하게 할 뿐만 아니라 고아연농도인 소량의 분진을 포집하여 분진을 원료로 하는 산업공정에 원료로 재사용할 수 있도록 하는 코렉스 공정을 이용한 제철소 발생 함철분진 처리방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 바람직하게 이용될 수 있는 코렉스 조업의 일례를 나타내는 공정 구성도

도 2는 반응온도에 따른 탄소함유 펠릿의 탈(脫)아연율변화를 나타내는 그래프

도 3은 본 발명에 따라 코렉스 공정을 이용하여 함철분진을 처리하는 공정을 나타내는 공정도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 . . . 용융로 2 . . . 환원로 3 . . . 싸이클론

4, 4a, 4b . . . 스크러버 5 . . . 철광석 6 . . . 석탄

7 . . . 환원철 8 . . . 산소 9 . . . 용선 및 슬래그

11 . . . 슬러지 혼합조 12 . . . 슬러리 펌프 13 . . . 슬러리 취입배관

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 환원로에서 철광석을 환원하여 환원철을 제조하고;

상기 환원철을 용융로에 장입하여 용융환원시켜 용선을 제조하고;

상기 용융로의 배가스는 싸이클론을 거쳐 일부가 상기 환원로의 하부로 공급되어 로내를 상승하면서 철광석을 환원시킨 후, 배출되고; 그리고

상기 싸이클론을 거친 용융로 배가스중 환원로에 공급되지 않는 배가스와 상기 환원로외부로 배출되는 환원로 배출가스중에 함유되어 있는 분진을 스크러버에서 습식방법에 의해 슬러지로 제진하고, 분진이 제거된 배가스는 배출되도록 하고, 상기 스크러버에서 발생되는 슬러지의 적어도 일부를 혼련조로 보내어 유동도를 갖는 슬러리로 만든 다음, 용융로의 연소대에 취입하도록 구성되는 코렉스 조업법을 이용하여 아연농도가 높아 폐기되는 함철분진을 슬러지가 들어있는 상기 혼련조내에 투입하여 용융로로 취입하여 코렉스 공정에서 발생되는 슬러지에 아연을 농축시키는 단계;

슬러지에 농축되는 아연의 함량이 3%를 초과하면, 야드로 배출하여 자연건조를 시키는 단계;

상기와 같이 자연건조된 함철분진을 탄소 함량이 15중량%이상이 되도록 조정하여 브리퀘터 (Briquetter)에 의해 괴성화하는 단계;

상기와 같이 괴성화된 분진괴를 코렉스 및 고로 공정에서 출선작업시 토피도카에 용선 300톤 당 0.1-0.5톤정도를 투입하여 아연의 휘발반응시키는 단계; 및

산화아연(ZnO) 상태의 더스트를 집진기로 농축 및 포집하는 단계를 포함하여 구성되는 코렉스 공정을 이용한 제철소 발생 함철분진의 처리방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명이 바람직하게 이용될 수 있는 코렉스 공정의 일례를 나타낸다.

도 1에 나타난 바와 같이, 용융로(1)에 원료로서 환원철(7)이 상부로부터 연속적으로 장입되고, 연료로서 괴석탄(6)이 상부 중앙으로 부터 연속적으로 장입된다.

이렇게 장입된 장입물은 로내로 송풍되는 산소(8)에 의해 석탄이 연소된 고열의 가스가 로내를 상승하면서 장입물을 가열하여 환원철(7)은 용융되고, 석탄(6)은 급속승온되면서 휘발분을 휘발하게 된다.

휘발된 휘발분은 연소가스와 함께 로외로 배출되고 가스중에 포함된 더스트는 핫 사이클론(3)에서 집진되어 용융로(1)내로 취입된다.

용융된 환원철은 용선 및 슬래그(9)로 되어 로외로 배출된다.

한편, 상기 용융로(2)에서 배출되는 배가스는 싸이클론(3)을 거친 후, 환원가스와 잉여가스로 분급되고, 환원가스는 상기 환원로(2)의 하부로 공급되어 로내를 상승하면서 철광석(5)을 환원시킨 후, 외부로 배출된다.

상기 싸이클론(3)을 거친 용융로 배가스중 환원로(2)에 공급되지 않는 배가스중에함유되어 있는 분진은 제1 스크러버(4a)에서 습식방법에 의해 슬러지로 제진되고, 분진이 제거된 배가스는 배출되고, 그리고 상기 환원로외부로 배출되는 환원로 배출가스중에 함유되어 있는 분진은 제2 스크러버(4b)에서 습식방법에 의해 슬러지로 제진되고, 분진이 제거된 배가스는 배출된다.

상기와 같이 제1스크러버(4a) 및 제2스크러버(4b)에서 발생된 슬러지는 슬러지 혼합조(11)로 이송되어 유동성을 갖는 슬러리로 제조된다.

상기와 같이 유동성을 갖는 슬러지 혼합조(11)내의 슬러리는 슬러리 펌프(12)에 의해 슬러리 취입배관(13)으로 펌핑되고, 펌핑된 슬러리는 슬러리 취입배관(13)을 통해 약 4000^oC 초고온의 용융로(1)내 연소대로 취입되어 연소 및 용해시켜 재활용 한다

도 2에서 부호 10은 공정압력조정가스를 제어하는 가스제어밸브를 나타낸다.

본 발명자들은 연구 및 실험 결과에 의하여 상기 슬러지 재활용과정에서 제철소에서 배출되어 폐기되고 있는 함철분진을 혼련조(11)에 장입, 코렉스(COREX)슬러지와 혼합하여 슬러리로 만들어 용융로(1)에 취입하여 코렉스 슬러지중에 아연을 농축시킬 수 있음을 확이하였다.

또한, 본 발명자들은 연구 및 실험 결과에 의하여 아연이 혼합되어 있는 함철폐기물에 탄소를 혼합하여 펠릿화 하여 승온 하면 산화아연은 환원되어 휘발하게 된다는 것을 확인하였다.

도 2에는 탄소혼합 함철폐기물의 온도에 따른 탈아연율(=아연 휘발율)의 관계가 나타나 있다.

도 2에서는 탄소함유량이 10-15% 인 펠릿을 사용하였으며, 반응시간은 20분이었다.

도 2에 나타난 바와 같이, 반응온도 1100^oC 에서는 90%이상 아연이 제거됨을 알 수 있다.

본 발명은 상기한 본 발명자들의 연구 및 실험 결과에 근거하여 COREX공정에서 아연농도가 높아 폐기되는 제철소 발생 함철분진을 재활용하고 아연성분이 농축된 소량의 분진을 처리하는 방법을 개발하게 이른 것이다.

본 발명에 부합되는 함철분진처리공정도의 일례가 도 3에 나타나 있는데, 도 2 및 도 3을 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

코렉스 공정에서는 용융로에서 기화한 아연은 잉여가스와 환원로 배출가스와 함께 배출되어 스크러버(4a)(4b)에서 다른 분진들과 함께 산화아연 형태로 제진된다.

특히 코렉스 환원로는 고로와는 달리 배출가스 온도가 아연의 용융온도 이상으로 높아 환원로(2)로 부터 대부분 배출되어 조업에의 문제점을 야기 시키지 않는다.

따라서 제철소내에서 발생되는 함철분진중 아연농도가 높아 폐기되는 것을 혼련조(11)에 장입, 용융로(1)로 취입하여 코렉스 공정에서 발생되는 슬러지에 아연을 농축시키게 된다.

이 농축과정을 반복하여 코렉스 슬러지중 아연농도가 3%를 초과하면 야드로 배출하여 자연건조를 시킨다.

상기 슬러지의 배출 기준을 슬러지중 아연농도가 3%이상인 경우로 설정한 것은 슬러지중 아연농도가 3%미만인 경우에는 괴성화해야 할 슬러지의 양이 많아지고, 이로 인하여 토피도카에 투입되는 양이 많아져 토피도카내의 용선의 온도가 저하되기때문이다.

상기와 같이 배출되는 슬러지의 양은 고농축으로 인하여 현 발생량의 20-30%정도 이다.

그리고, 야드에서의 자연건조는 차후공정에서의 취급을 용이하게 하기 위하여 수분의 함량이 10 - 20%정도가 되도록 행하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 자연건조된 함철분진은 브리퀘터(Briquetter)에 의해 괴성화 한다.

상기와 같이 괴성화된 분진괴 속에 탄소가 15 % 이상 되도록 조정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 산화아연(ZnO)의 환원반응 및 토피도카(TLC: 용선을 저장, 운반하는 용기)내의 용선의 온도저하를 방지하기 위함이다.

코렉스 공정에서는 석탄을 직접사용함으로써 집진된 분진속에는 탄소가 35-40% 혼합되어 있어 별도의 탄소원을 배합할 필요는 없다.

상기와 같이 괴성화된 분진괴는 코렉스 및 고로 공정에서 출선작업시 토피도카에 용선 300톤당 0.1-0.5톤(용선량과 분진괴의 재고에 따라 량 조정)정도를 용선 수선시 투입하여 용선의 현열을 이용하여 분진괴를 승온하고 산화아연을 환원 기화시켜 집진기로 포집한다.

상기 집진기로는 주상집진기를 들수 있다.

상기와 같이 집진기로 집진된 분진에는 10%이상 아연이 농축되며, 집진기로부터 배출된 분진은 외판처리한다.

상기와 같은 처리공정을 거치므로써 아연성분이 높아 재활용되지 못하고 폐기되어 왔던 함철폐기물을 재활용할 수 있게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

1500℃용선 300톤을 토피도카에 수선시 0.5톤의 분진괴를 넣고, 용선온도 변화를 조사한 결과, 용선온도는 약 5^oC정도 저하하였으며, 아연은 휘발되어 집진기로 포집되어 조업상의 문제는 없었다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 슬러지를 폐기하지 않고 코렉스 공정에서 재활용 및 토피도카에서의 아연 농축 회수처리하므로써 슬러지 폐기시 고형화 비용을 절감할 수 있고, Fe, C등 유효성분을 회수할 수 있을 뿐만 아니라 슬러지 투기 억제에 따른 투기장 사용기간을 연장할 수 있는 현저한 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 환원로에서 철광석을 환원하여 환원철을 제조하고;

   상기 환원철을 용융로에 장입하여 용융환원시켜 용선을 제조하고;

   상기 용융로의 배가스는 싸이클론을 거쳐 일부가 상기 환원로의 하부로 공급되어 로내를 상승하면서 철광석을 환원시킨 후, 배출되고; 그리고

   상기 싸이클론을 거친 용융로 배가스중 환원로에 공급되지 않는 배가스와 상기 환원로외부로 배출되는 환원로 배출가스중에 함유되어 있는 분진을 스크러버에서 습식방법에 의해 슬러지로 제진하고, 분진이 제거된 배가스는 배출되도록 하고, 상기 스크러버에서 발생되는 슬러지의 적어도 일부를 혼련조로 보내어 유동도를 갖는 슬러리로 만든 다음, 용융로의 연소대에 취입하도록 구성되는 코렉스 조업법을 이용하여 아연농도가 높아 폐기되는 함철분진을 슬러지가 들어있는 상기 혼련조내에 투입하여 용융로로 취입하여 코렉스 공정에서 발생되는 슬러지에 아연을 농축시키는 단계;

   슬러지에 농축되는 아연의 함량이 3%를 초과하면, 야드로 배출하여 자연건조를 시키는 단계;

   상기와 같이 자연건조된 함철분진을 탄소 함량이 15중량%이상이 되도록 조정하여 브리퀘터 (Briquetter)에 의해 괴성화하는 단계;

   상기와 같이 괴성화된 분진괴를 코렉스 및 고로 공정에서 출선작업시 토피도카에 용선 300톤 당 0.1-0.5톤정도를 투입하여 아연의 휘발반응시키는 단계; 및

   산화아연(ZnO) 상태의 더스트를 집진기로 농축 및 포집하는 단계를 포함하여 구성되는 코렉스 공정을 이용한 제철소 발생 함철분진의 처리방법