KR20030052917A

KR20030052917A - 연주공정 냉각수의 함유그리스 제거방법

Info

Publication number: KR20030052917A
Application number: KR1020010083053A
Authority: KR
Inventors: 박대규; 김인화; 안세민
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-06-27
Also published as: KR100784426B1

Abstract

본 발명은 제철소 연주공정의 냉각수시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연주공정에서 순환 사용되는 냉각수에 함유된 그리스 등의 오일류를 회수하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 연주공정 냉각수의 함유그리스 제거방법은, 스케일 피트(10), 침전조 인입 피트(20), 침전조(30), 그래벌 필터(40), 냉각탑(50), 냉각수 저장조(60)로 구성되는 제철소 연주공정 냉각시스템에 있어서, 주편 냉각과정에서 유입된 그리스를 순환 냉각수로부터 제거하는 방법으로서, 상기 침전조 인입 피트(20)상에 설치되는 흡입펌프가 장착된 수면부상식 스키머(11)로 상기 피트(30)내의 부유된 그리스층의 냉각수를 흡입하고, 흡입된 그리스함유 냉각수를 공기펌프(120)로서 이송라인(121)을 통해 그리스 유수분리장치(130)로 압송하며, 상기 그리스 유수분리장치(130)에서의 그리스 부상 효율을 높이기 위해, 상기 그리스 유수분리장치(130) 전단에 설치된 인라인 믹서(127)에서 기포형태의 가압용존공기가 함유된 혼합수를 압송 도중의 그리스 함유 냉각수에 혼합하여 상기 그리스 유수분리장치(130)로 함께 공급되도록 하고, 상기 그리스 유수분리장치(130)내에서 표면에 부유되는 그리스는 수면 긁음식 체인 오일스키머(131)로서 포집하고, 그리스제거용 스크랩퍼(132)로 상기 체인 오일스키머(131)상의 포집된 그리스를 그리스 배출관(134)을 통해 수집조(140)로 떨어뜨려 회수되도록 하며, 또한, 상기 그리스 유수분리장치(130) 하부에 설치된 필러 팩(133)을 통해 부상하지 않은 미량 그리스가 분리되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

연주공정 냉각수의 함유그리스 제거방법{Grease removal method in cooling water system of continuous casting process}

일반적으로, 제철소 연속주조공정은 고온의 용강으로부터 주편(slab)을 제조하는 공정으로서, 이 과정에서 응고된 주편이 롤러(roller)를 통해 고속으로 이동하면서, 냉각수의 직접살수를 통해 냉각되어 주편이 만들어지게 되는 바, 이러한 연주과정의 연속조업과정에서 주편이송 롤러는 열을 받게 되어, 롤러 내부 그리스(grease)는 온도의 영향으로 열화되어 점성이 떨어지면서, 롤러 내부로부터살수 냉각수로 유입되어 냉각수 수질을 저하시키고 있다.

연속주조공정의 냉각수 처리설비는 주편품질에 직접적으로 영향을 미치는 매우 중요한 단위로서, 주편의 응고를 위한 몰드(mould)나 단위장치에서는 냉각수의 공급이 밀폐 순환방식으로 이루워지고, 몰드를 거치면서 응고되어 나온 주편 냉각의 경우는 개방순환형 냉각방식으로서, 냉각수를 분사노즐에 의해 직접적으로 주편 표면상에 살수하여 강제 냉각시키게 되는 바, 통상 2차냉각시스템이라 부른다.

연주공장 2차냉각시스템의 주요설비 구성은 도 1과 같으며, 연속주조공정에서 주편 및 설비냉각에 사용되고 배출되는 고온의 냉각수는 스케일 피트(10), 침전조(30), 그래벌 필터(gravel filter)(40)를 거치면서, 주편의 고온 부식생성물인 스케일(scale)과 무기염류 및 롤러 그리스 등의 오일류를 제거하고, 냉각탑(50)을 거치면서 냉각수 기준수준으로 냉각한 후, 다시 연속주조 공정수로 재순환 활용하게 된다.

통상 연속주조공정의 2차냉각시스템의 냉각수의 경우는 주편의 직접냉각에 활용되고, 롤러 하부의 도관을 거쳐, 스케일 피트(10)로 모이게 되고, 이곳에서 스케일을 제거함과 더불어, 주편의 냉각과정에서 덥혀진 고온의 냉각수는 순환펌프에 의해 침전조 인입 피트(20)를 거쳐, 침전조(30)로 공급되고, 여기서 무기염 및 오일 등을 분리제거한 후, 그래벌 필터(40)와 외부 통풍성 냉각탑(50)을 거치면서 냉각되어, 재순환 사용되게 된다.

좀 더 상세히, 주편의 급속냉각에 따른 스케일 생성이나 개방순환형 조업에 따른 이물질의 혼입 등 수질을 오염시키는 여러가지 여건이 항상 상존함에 따라,사용된 냉각수는 1차적으로 다량 발생되는 스케일의 제거를 위한 스케일 피트(10)를 통해, 침전조(30)로 공급되며, 여기서 스케일 등을 비롯한 무기염들을 침전제거하면서, 롤러로부터 누출된 그리스나 유압작동유 등 함유오일들 또한 이곳에서 부상분리 제거되게 된다.

이러한 1차 처리 단계를 거친 냉각수는 다시 모래층으로 이루워진 그래벌 필터(40)를 거쳐, 냉각탑(50)으로 공급 냉각된 후, 다시 재순환 주편냉각에 사용하기전 냉각수 저장조(60)에 저장되게 된다.

통상 연주과정을 거쳐 스케일 피트(10)를 거쳐 침전조(30)로 공급되는 고온의 냉각수 온도는 약 60~80℃에 이르며, 침전조(30)를 거쳐 그래벌 필터(40)로 공급되는 온도 또한 약 50℃전후의 매우 높은 온도로서, 냉각탑(50)을 통해 약 35℃전후의 온도까지 떨어지게 되고, 이 온도의 물이 냉각수로 재순환 사용된다.

냉각수중 오일이 함유되는 경우, 냉각수의 수온조건인 약 30~50℃의 온도는 미생물이 성장하기에 가장 좋은 조건으로서, 박테리아 및 곰팡이 등 미생물의 급속한 성장을 가져와 냉각수의 수질조건을 악화시키게 된다. 따라서 냉각수의 수질 조건으로는 가능한 한 오일이 함유되지 않아야 한다.

연주공정을 거쳐 침전조(30)로 공급되는 물은 기본적으로 롤러로부터 누출된 다량의 그리스 및 유압작동유를 함유하고 있는 바, 이를 제거하는 여러가지 방법들이 제안되어 사용되고 있다.

가장 기본적인 방법으로는 넓은 침전조(30)를 통해 냉각수가 매우 느린 유속조건으로 천천히 흘러가면서, 오일성분을 비중차에 의해 부상분리시켜, 도 2와 같이, 수면에 부유된 오일 등 부유물질을 스크랩퍼(scraper)형 오일스키머(70)로서 걷어서 처리하는 방식이 사용된다.

그러나, 스케일 피트(10)에서 공급되는 연속주조후 냉각수의 수질을 보면, 롤러 그리스 및 기계장치 유압작동유 등의 오염으로 인해, 냉각수중 오일농도가 매우 높으며, 그리스가 갖는 고점성으로 인해 제대로 회수가 이루어지지 않고 있다.

이를 해소하기 위해, 도 3에 나타낸 바와 같이, 오일제거용 추가적인 장치로서, 다량의 오일을 함유한 고온 냉각수를 침전조(30)로 공급하기 전 침전조 인입 피트(20)상에 실리콘 호스(90)를 사용한 호스 오일스키머(80)를 설치하여, 실리콘 호스(90)에 그리스를 묻쳐서 부분적으로 제거하는 방법이 사용되고 있으나, 이 방법은 냉각수량의 극히 일부에 극한된 처리방법으로서, 연주공정 냉각수처리설비에 있어서 그리스 제거를 위한 적절한 방안으로 보기는 어렵다.

현재는 이러한 여러가지 방안들을 도입하여, 다량의 그리스를 함유하는 연주공정 냉각수중 오일을 분리 제거코자 하지만, 냉각수중 오일함량이 적정 수준 이하로 낮아지지 못하고, 다량의 오일이 침전조(30)를 거쳐 모래층으로 이루어진 그래벌 필터(40)로 유입되어 모래층을 오염시키고, 따라서 그래벌 필터(40)의 성능을 저하시키고 있으며, 당초 무기염물질을 제거하는 용도로 설치된 목적을 저하시켜, 역세작업을 통해서도 모래층의 세정을 어렵게 하는 등, 오일은 모래층의 교체수명을 단축시킬 뿐만 아니라, 조업중에도 역세수 사용수량을 증대시키는 등 여러가지 문제점을 발생시키고 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 제철소 연주공정의 분산노즐을 기반으로 하는 2차냉각수시스템상에서 오염되는 고점성의 롤러 그리스를 기반으로 하는 그리스 오일류를 침전조 인입 피트에서 수면부상식 오일스키머와 용존공기부상장치 및 수면긁음형 체인 오일스키머를 포함하는 그리스 유수분리제거장치를 결합 이용하여, 효율적으로 제거할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

도 1은 연주공장 냉각수처리 주요설비 구성도.

도 2는 연주공정 냉각수 침전조 부상오일 제거장치의 평면도(a)와 측면도(b).

도 3은 종래 사용되고 있는 호스 오일스키머 장치를 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 냉각수중의 함유그리스 제거장치를 보여주는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 스케일 피트(scale pit) 20 : 침전조 인입 피트

30 : 침전조(settling tank) 40 : 그래벌 필터(gravel filter)

50 : 냉각탑(cooling tower) 60 : 냉각수 저장조

70 : 스크랩퍼(scraper)형 오일스키머(skimmer)

80 : 호스 오일스키머 90 : 실리콘 호스(hose)

91 : 회수그리스 저장통 110 : 수면부상식 오일스키머

120 : 공기펌프 121 : 이송라인

122 : 용존공기부상장치 공급용 냉각수

123 : 공기흡입펌프 124 : 용존공기부상장치

125 : 스트레이너(strainer) 126 : 가압공기 혼합수

127 : 인라인 믹서(inline mixer) 130 : 그리스 유수분리제거장치

131 : 수면긁음식 체인 오일스키머

132 : 그리스제거용스크랩퍼(scraper)

133 : 필러 팩(filler pack) 134 : 그리스 배출관

135 : 청정수 136 : 히터(heater)

137 : 열전대(thermocouple) 138 : 체인스키머 모터장치

140 : 그리스 수집조 141 : 스크류(screw) 배출기

142 : 잔류슬러지(sludge) 배출관

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연주공정 냉각수의 함유그리스 제거방법은, 스케일 피트(10), 침전조 인입 피트(20), 침전조(30), 그래벌 필터(40), 냉각탑(50), 냉각수 저장조(60)로 구성되는 제철소 연주공정 냉각시스템에 있어서, 주편 냉각과정에서 유입된 그리스를 순환 냉각수로부터 제거하는 방법으로서, 상기 침전조 인입 피트(20)상에 설치되는 흡입펌프가 장착된 수면부상식 스키머(11)로 상기 피트(30)내의 부유된 그리스층의 냉각수를 흡입하고, 흡입된 그리스함유 냉각수를 공기펌프(120)로서 이송라인(121)을 통해 그리스 유수분리장치(130)로 압송하며, 상기 그리스 유수분리장치(130)에서의 그리스 부상 효율을 높이기 위해, 상기 그리스 유수분리장치(130) 전단에 설치된 인라인 믹서(127)에서 기포형태의 가압용존공기가 함유된 혼합수를 압송 도중의 그리스 함유 냉각수에 혼합하여 상기 그리스 유수분리장치(130)로 함께 공급되도록 하고, 상기 그리스 유수분리장치(130)내에서 표면에 부유되는 그리스는 수면 긁음식 체인 오일스키머(131)로서 포집하고, 그리스제거용 스크랩퍼(132)로 상기 체인 오일스키머(131)상의 포집된 그리스를 그리스 배출관(134)을 통해 수집조(140)로 떨어뜨려 회수되도록 하며, 또한, 상기 그리스 유수분리장치(130) 하부에 설치된 필러 팩(133)을 통해 부상하지 않은 미량 그리스가 분리되도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 그리스 유수분리장치(130)에는 열전대(137)와 히터(136)가 설치되어, 그리스함유 냉각수의 수온이 소정 고온으로 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 수면부상식 오일스키머와 용존공기부상장치 및 수면긁음형 체인 오일스키머를 포함하는 그리스 유수분리제거장치를 포함하여 구성되는 냉각수중의 함유그리스 제거장치를 나타낸다.

고온의 용강으로부터 연속주조과정을 통해 주편이 제조되는 과정에서, 주편을 냉각하는데 사용된 냉각수는 주편냉각이전 약 35℃의 온도에서 주편냉각과정에서 약 70℃이상까지 상승하게 되며, 또한 고온 주편표면상에 냉각수가 직접 접촉하여 냉각시킴에 따라 주편표면이 급격히 산화되어, 다량의 스케일이 또한 발생되게 된다.

이들 스케일이나 주편 이송용 롤러로부터 흘러 나온 열화그리스를 함유하는 스케일 피트(10)상의 냉각수들은 다시 침전조(30)로 보내지기 위해, 침전조 공급 피트(20)로 1차 펌핑(pumping)되는 바, 침전조 인입 피트(20)상에 부유하는 오일층을 제거하기 위해서, 흡입펌프를 포함하는 수면부상식 오일스키머(110)를 수면상에 띄워, 수면부상상태에서 흡입펌프에 의해 약 60~70℃의 그리스함유 냉각수를 약 10~15㎥ 흡입하고, 흡입된 냉각수는 액체이송 공기펌프(120)에 의해 이송라인(121)을 통해 그리스 유수분리장치(130)로 압송되도록 한다.

여기서, 압송공급되는 그리스함유 냉각수의 그리스 유수분리장치(130)에서의 그리스 부상효율을 높이기 위하여, 상기 그리스 유수분리장치(130)에서 나오는 분리수를 재순환한 후, 여기에 공기를 가압하여 인라인 믹서(inline mixer)(127)를 통해 그리스함유 냉각수에 1:2의 비율로 혼합하여 그리스 유수분리장치(130)에 공급한다.

이때, 공기가압용 분리수는 시간당 5~10㎥으로, 그리스 유수분리장치(130)상의 후단부 분리수를 이용하며, 공기흡입펌프(123)를 이용 흡입하여, 용존가압탱크(124)로 공급하고, 여기서 분리수중으로 공기를 가압함으로써 과잉의 공기가 작은 기포형태를 유지하면서, 그리스함유 냉각수에 인라인 믹서(inline mixer)(127)를 통해 공급되며, 그리스함유 냉각수중에 도입되는 과잉공기는 정전현상을 띠게 되는 바, 그리스 유수분리장치(30)로 그리스함유 냉각수가 도입되었을 경우, 그리스가 수면상으로 용이하게 부상되도록 한다.

그리고, 인라인 믹서(127)를 이용한 가압공기 분리수의 혼합에 의한 그리스함유 냉각수중 그리스의 부상효과가 탁월하나, 일부 미립자상 그리스는 앞서 언급한 방법에 의해 부상하지 않을 수 있으며, 이들 미량 그리스 또는 오일의 제거를 위해 그리스 유수분리장치(130) 하부에는 필러 팩(filler pack)(133)을 설치하여 오일 또는 그리스의 분리 효율을 또한 높이게 된다.

기본적으로 필러 팩(133)은 물결모양의 얇은 폴리프로필렌(poly-propylene) 재질로 된 판상으로 여러겹을 포개어 사용하며, 본 발명에서는 그리스의 고점성특성에 따라 팩간극사이을 통해 그리스의 막힘문제 발생을 막기 위해서, 약 30~50mm 간격, 구경 10mm의 오일배출구를 100mm간격으로 뚫음으로서, 막힘이나 그리스에 의한 팩자체의 오염문제를 해결하면서, 유수분리 효율을 향상시킨다.

그리고, 동절기의 대기온도 저하시 냉각수 수온저하를 보상하기 위해, 그리스 유수분리장치(130)내에 수온 승온용 히터(137)를 설치하고, 히터(137)는 그리스 유수분리장치(130)내에 설치된 열전대(138)를 활용하여 약 50~65℃로 계절에 무관하게 유지시킴으로서, 그리스함유 냉각수가 온도저하에 따라 고착되는 현상이 방지되도록 한다.

또한, 그리스 유수분리장치(130)로 공급된 그리스함유 고온 냉각수는 수면상으로 용이하게 부상되는 바, 수면 긁음식 체인 오일스키머(131)에 의해 그리스를 수면으로부터 연속적으로 포집하고, 그리스제거용 스크레퍼(scraper)(132)에 의해 고점성의 그리스를 체인 오일스키머(131)상에서 긁어 그리스 배출관(134)을 통해 수집조(140)로 떨어뜨리며, 그리스 수집조(140)에 보관된 그리스는 스크류(screw)형 배출기(141)를 통해 회수그리스 저장통(91)에 담아, 외부로 반출하여 재활용되도록 한다.

이상과 같은 냉각수 함유그리스 제거장치의 성능을 평가하기 위해서, 수질개선 효과를 오일저감률로서 측정하고, 그 결과를 이하 설명한다.

국내 제철소중, 하나의 연주공장 냉각수처리설비의 조업환경조건은 다음과 같다.

구분	보유수량(㎥)	순환수량(㎥/일)	보급수량(㎥/일)	배출수량(㎥/일)	냉각수온도(℃)
수량	6,000	72,000	1,500	130	54/35

더불어, 수질조건은 pH 7~8, 도전율 1,816uS/㎝, Ca-H 100ppm, 탁도 11이다.

상기 표 1의 냉각수온도는 침전조 인입 피트(20)상에서의 수온이 54℃이고, 냉각탑(50) 후단의 냉각수저장조(60)상에서의 수온이 35℃임을 의미한다.

여기서, 도 2와 도 3에 나타낸 종래의 침전조 스크랩퍼형 오일스키머와 호스 오일스키머를 조합하여 사용하는 조업조건에서와 본 발명에 따른 수면부상 오일스키머(110)와 용존가압장치를 부착한 수면 긁음형 체인 오일스키머(131)를 포함하는 그리스 유수분리장치(130)로 구성되는 냉각수 함유그리스 제거장치를 이용하는 조건에서의 연주공정 냉각수 처리설비 단위위치별 오일농도를 분석하여, 하기 표 2에 나타낸다.

구분	기존설비	본발명설비
침전조인입피트(20)	16ppm	2ppm
침전조(30)후단	3.5ppm	0.8ppm
냉각탑(50)전단	0.9ppm	0.2ppm

표를 참조하면, 본 발명의 냉각수 함유그리스 제거장치를 연주공정에 적용한결과, 냉각수중 잔유 오일농도는 침전조 인입 피트(20)상의 경우 16ppm에서 2ppm으로, 침전조(30) 후단의 경우 3.5ppm에서 0.8ppm으로 급격히 감소함을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 기존 설비의 개선 또는 교체없이 일부 설비의 추가설치를 통해, 냉각수 수질에 미치는 그리스를 효과적으로 제거할 수 있으며, 이에 따라 연주 주편 품질의 획기적 개선과 더불어, 그래벌 필터 및 침전조의 성능 향상을 기할 수 있다.

Claims

스케일 피트(10), 침전조 인입 피트(20), 침전조(30), 그래벌 필터(40), 냉각탑(50), 냉각수 저장조(60)로 구성되는 제철소 연주공정 냉각시스템에 있어서, 주편 냉각과정에서 유입된 그리스를 순환 냉각수로부터 제거하는 방법으로서,

상기 침전조 인입 피트(20)상에 설치되는 흡입펌프가 장착된 수면부상식 스키머(11)로 상기 피트(30)내의 부유된 그리스층의 냉각수를 흡입하고,

흡입된 그리스함유 냉각수를 공기펌프(120)로서 이송라인(121)을 통해 그리스 유수분리장치(130)로 압송하며,

상기 그리스 유수분리장치(130)에서의 그리스 부상 효율을 높이기 위해, 상기 그리스 유수분리장치(130) 전단에 설치된 인라인 믹서(127)에서 기포형태의 가압용존공기가 함유된 혼합수를 압송 도중의 그리스 함유 냉각수에 혼합하여 상기 그리스 유수분리장치(130)로 함께 공급되도록 하고,

상기 그리스 유수분리장치(130)내에서 표면에 부유되는 그리스는 수면 긁음식 체인 오일스키머(131)로서 포집하고, 그리스제거용 스크랩퍼(132)로 상기 체인 오일스키머(131)상의 포집된 그리스를 그리스 배출관(134)을 통해 수집조(140)로 떨어뜨려 회수되도록 하며,

또한, 상기 그리스 유수분리장치(130) 하부에 설치된 필러 팩(133)을 통해 부상하지 않은 미량 그리스가 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는 연주공정 냉각수의 함유그리스 제거방법.
제 1항에 있어서,

상기 그리스 유수분리장치(130)에는 열전대(137)와 히터(136)가 설치되어, 그리스함유 냉각수의 수온이 소정 고온으로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 연주공정 냉각수의 함유그리스 제거방법.