KR20040059948A

KR20040059948A - 선재 슬러지를 활용한 비소성 펠릿 제조방법

Info

Publication number: KR20040059948A
Application number: KR1020020086456A
Authority: KR
Inventors: 손창일
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2004-07-06
Also published as: KR100952224B1

Abstract

본 발명은 제철공정에서 발생하는 더스트 및 슬러지류를 무기질 결합제인 시멘트와 혼합하여 비소성 펠릿으로 괴상화한 다음 고로 공정에서 재활용하기 위한 것으로 선재슬러지를 활용하는 방법에 관한 것이다.

Description

선재 슬러지를 활용한 비소성 펠릿 제조방법{MENUFACTURING METHOD OF NONPLASTICITY TO TAKE SLUDGE TO PRACTICAL USE}

본 발명은 제철공장에서 발생하는 더스트 및 슬러지류를 무기질 결합제인 시멘트와 혼합하여 비소성 펠릿으로 괴상화한 다음 고로 공정에서 재활용하는 선재 슬러지를 활용한 비소성 펠릿 제조방법에 관한 것이다.제철공정에서 발생하는 더스트 및 슬러지류에 대한 재활용 방법은 여러 가지가 있다. 일반적으로 상기한 더스트 및 슬러지중의 Zn 등과 같은 유해 원소를 제거하여 소결공정에서 많이 재활용되고 있다. 다른 방법으로는 좀 더 적극적인 방법으로 유해원소가 있는 그대로 펠릿이나 브리켓(Briquette)으로 제조하여 Coal과 같은 연료를 혼합하여 회전로상(Rotary hearth Furnace)에 장입하여 약 1,300℃ 이상의 온도에서 환원시켜 직접환원철을 제조하여 재활용하기도 한다. 이때 유해원소인 Zn은 휘발하여 배가스와 함께 배출되는데 스택(Stack)으로 배출되기 전에 Zn 회수 설비를 설치하여 비교적 Zn 함량이 높은 더스트 상태로 회수하기도 한다. 그러나 이러한 방법은 Coal 과 같은 연료를 필요로 하고 1,300℃ 이상의 온도까지 가열해야 하므로 에너지 소비가 많으며, 연료의 연소에 의한 CO₂의 발생 및 SOx 및 NOx 와 같은 각종 환경 오염물질을 발생하여 대기를 오염시킬 수 있다.

반면 시멘트를 결합제로 하여 상온에서 더스트 및 슬러지류와 혼합하여 펠릿타이저를 이용하여 구상의 펠릿으로 제조한 다음 대기중에서 양생하여 강도를 발현시킨 다음 일정 강도 이상이 되면 고로 공정에서 재활용하는 방법이 있는데 이를 비소성 펠릿(Cold Bonded Pellet)화법이라 한다. 이 방법은 연료의 연소와 같은 공정이 필요치 않으므로 강도 발현에 에너지가 필요하지 않으며, 연료의 연소에 의한 CO₂의 발생 및 SOx 및 NOx 와 같은 각종 환경 오염물질을 발생시키지 않는다. 그러나 소성과 같은 공정이 없으므로 비소성 펠릿의 강도는 펠릿타이징 조건, 양생 조건 뿐만 아니라 원료의 특성(입도, 화학성분(특히 C 함량), 비중 등)에 영향을 많이 받으며, 이에 따라 비소성 펠릿의 강도도 달라진다.

따라서 비소성 펠릿의 품질에 대한 연구가 많이 수행되었는데 그 중 몇가지를 살펴보면 국내 공개번호 2001-003731 에서는 비소성 펠릿을 제조함에 있어서 고로 노하부에서 기타 장입물과 대비하여 우수한 고온성상을 가지는 비소성 펠릿으로 염기도가 1.7 ~ 2.0의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다. 이는 본 발명과는 달리 비소성 펠릿의 강도 향상보다는 고로 노내에서의 통기저항을 적게하기 위한 비소성 펠릿 제조 방법에 관한 것이다. 또한 국내 공개번호 1999-009491 에서는 비소성 펠릿 제조시 주로 사용되는 시멘트계 결합제를 고로 급냉슬래그와 석고를 결합제 전체 중량비 30 ~ 75% 로 하는 것을 특징으로 하는 것으로, 이는 비소성 펠릿의 강도향상보다는 결합제인 시멘트를 값이 싼 수경성 결합제인 고로 급냉슬래그로 대체하여 비소성 펠릿의 제조단가를 저감하기 위한 것으로 본 발명의 목적과는 다르다.

한편, TIO₂분광석을 이용하여 비 소성 펠릿의 강도를 향상시키는 방법이 제안된 바도 있는데 TiO₂분광은 소결에서도 사용 가능한 원료인 것에 반해 본 발명에서 사용된 선재 슬러지는 매립되는 원료라는 차이점이 있다.

일반적으로 더스트 및 슬러지류는 극미분으로 소결 공정에서 재활용시 조립물의 입도를 저하시키며, 따라서 소결층의 공극율 감소로 인해 통기도를 악화시켜 소결 생산성을 악화시킨다. 그러므로 더스트 및 슬러지류에 결합제를 첨가하여 구형의 비소성 펠릿을 제조하여 고로 공정에서 재활용하는 것이 유리하다.

고로 공정에서 더스트 및 슬러지류를 재활용하기 위해 괴상화된 비소성 펠릿을 제조함에 있어서, 가장 중요한 것은 고로내에 투입되기 전까지 분화가 일어나서는 안된다. 즉 비소성 펠릿의 압축강도가 낮으면 적재 및 이송중에 비소성 펠릿이 깨어져 분화되기 쉬우므로 압축강도를 향상시켜 분화율을 최소화해야 한다. 비소성 펠릿의 강도를 향상시키기 위한 가장 쉬운 방법은 결합제의 사용비를 증가시키면 된다. 그러나 결합제는 값이 비싸기 때문에 사용비를 증가시키는 것은 더스트 및 슬러지류를 재활용함에 있어서 경제적인 면에서 불리하며, 때로는 재활용의 의미를 상실시킨다. 즉 매립하는 것이 더 경제적일 수 있다.따라서 제철공정에서 발생하여 매립중인 슬러지를 이용하여 비소성 펠릿의 강도를 향상시켜 주면 제철소 발생 더스트 및 슬러지류에 대한 재활용율은 향상되며, 단가도 낮아지는 잇점이 있다.

본 발명은 제철공정에서 발생하는 각종 더스트 및 슬러지류를 비소성 펠릿으로 괴상화하여 고로공정에서 재활용하기 위한 방법으로 매립중인 선재 슬러지를 이용하여 비소성 펠릿의 강도를 향상시키는 것이다.

또한, 본 발명에서는 현재 매립중인 슬러지중의 하나인 선재 슬러지를 이용하여 비소성 펠릿의 강도를 향상코자 하였다. 그러나 선재 슬러지중에는 철 성분 함량도 높지만 다량의 유분이 함유되어 있는데 이러한 유분은 유기물이므로 결합제인 무기물과의 결합력이 떨어져 비소성 펠릿의 강도를 저하시킬 가능성도 있다. 따라서 비소성 펠릿의 강도를 향상시킬 수 있는 선재 슬러지의 적정 배합비를 도출하였다.

그리고, 비소성 펠릿의 강도에 미치는 요인은 여러 가지가 있지만 그 중 하나인 비소성 펠릿의 밀도를 향상시켜주면 압축강도가 향상되는 것에 착안하여 현재 제철소에서 발생하여 매립중인 토탈(Total) Fe 함량이 높은 비교적 무거운 슬러지를 비소성 펠릿 제조에 첨가함으로써 비소성 펠릿의 강도를 향상시키고자 하였다

본 발명은 제철공장에서 발생하는 선재 슬러지를 재활용함에 있어서 상기한 바와 같이 토탈(Total) Fe 함량이 높아 비소성 펠릿의 강도 발현에는 유리하지만, 한편으로 유분이 함유되어 있어 강도 발현에 불리하게 작용하기도 한다. 따라서 비소성 펠릿의 강도를 향상시키기 위한 적정 선재 슬러지의 배합비를 도출한 필요가 있다.본 발명에 사용된 원료로는 소결 환경 더스트, 압연 소각회, 코렉스(COREX)슬러지, 선재 슬러지이며, 결합제는 시멘트를 사용하였다.

상기한 원료 및 결합제를 이용하여 비소성 펠릿을 제조함에 있어서 비교예를 포함하여 5가지로 구분하여 실험을 하였다. 배합안을 작성함에 있어서 우선적으로 선재 슬러지의 배합비를 변동하였으며, 그에 따라 기타 원료의 배합비도 약간의 변동이 있었다. 선재 슬러지의 배합비는 전체 중량비를 기준으로, 5wt%, 10wt%, 15wt% 및 20wt%로 구분하여 사용하였다.

또한, 선재 슬러지중의 유분 영향을 평가하고자 함량비를 중량비로 2wt%, 4wt%, 6wt%, 8wt% 로 변동하여 실험을 하였다. 유분의 비소성 펠릿 압축강도에 미치는 영향 평가는 선재 슬러지 단미를 이용하여 중량비로 선재 슬러지 90wt%, 결합제인 시멘트를 10wt%로 고정하여 실험하였다.

선재 슬러지를 비롯한 소결 환경 더스트, 압연 소각회 및 코렉스 슬러지의 주요 화학 성분은 <표 1>과 같다. 선재 슬러지의 경우 토탈(Total) Fe 함량이 68.2wt%로 기타 원료들에 비해 상당히 높다.

<표 1>

비소성 펠릿 구성 원료의 화학 성분

선재 슬러지중의 유분 함량 변동에 따른 비소성 펠릿의 강도 영향을 평가하였다. 강도는 압축강도를 측정하였으며, 비소성 펠릿의 입경은 20 ~ 25mm를 사용하였다. 그 결과는 <표 2>와 같다.<표 2>

선재 슬러지중 유분 함량에 따른 비소송 펠릿의 배합안 및 압축강도

표 2에 나타낸 바와 같이 평가 결과 유분 함량이 증가할수록 비소성 펠릿의 압축강도는 감소하는데 유분함량 4wt%(압축강도 : 92.5kg/pellet) 까지는 감소 경향이 작은 반면 6wt%(압축강도 : 74.3kg/pellet) 이상에서는 급격히 감소하는 특징을 보였다. 이는 결합제가 무기질로 물과 반응하여 더스트 및 슬러지 입자와 입자를 연결하여 강도가 발현되는 것이므로 물과 혼합이 잘 안되는 유분의 증가로 인해 입자와 입자 사이의 결합을 억제하기 때문이며, 이러한 현상은 선재 슬러지중 유분이 4wt% 이상일 때 현저한 것으로 나타났다. 그러므로 선재 슬러지중 유분 함량을 소각하는 등 조절할 수 있다면 4wt% 이하로 관리하거나, 발생되는 선재 슬러지 자체를 이용하더라도 유분함량이 4wt% 이하인 것을 사용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

따라서 유분 함량이 4wt% 인 선재 슬러지를 대상으로 전체 비소성 펠릿 제조 원료를 기준으로 하여 배합비를 5wt%, 10wt%, 15wt% 및 20wt% 로 변동하면서 압축강도를 측정하였다. 배압안은 표 3과 같으며, 압축강도 측정 결과는 표 4와 같다.

<표 3>

선재 슬러지 함유 비소성 펠릿의 제조 배합안

<표 4>

선재 슬러지 배합비별 비소성 펠릿의 압축강도

비소성 펠릿에 대한 압축강도 측정 결과 비교예에 비해 선재 슬러지의 배합비가 10%까지는 증가하는데 이는 선재 슬러지중의 토탈(Total) Fe 함량이 높아 비소성 펠릿의 밀도 증가가 지배적인 것으로 판단되며, 그 이상에서는 감소하는데 이는 선재슬러지 15wt% 이상의 배합비에서는 선재 슬리중의 유분이 강도에 미치는 영향이 지배적인 것으로 판단된다. 특히 배합비 20wt% 에서는 비교예에 비해 더 낮은 압축강도값을 보였다. 이로부터 선재 슬러지의 적정 배합비는 5 ~ 15wt%이며, 소결 환경 더스트는 30 ~ 33wt%, 압연소각회는 22 ~ 24wt% 그리고 코렉스 슬러지는 25 ~ 28wt % 였다.소결 환경 더스트(소결 환경 더스트 90wt%, 결합제 10wt%)의 압축강도는 277kg/pellet 이며, 코렉스 슬러지(코렉스 슬러지 90wt%, 결합제 10wt%)의 압축강도는 10kg/pellet 이기 때문에 펠릿의 압축강도는 증가되지만 재활용되는 코렉스 슬러지의 양이 줄어들기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명은 제철공정에서 발생하는 더스트 및 슬러지류를 재활용함에 있어서 비소성 펠릿 제조시 매립중인 선재 슬러지를 이용하여 압축강도를 향상시켜 고로내 노내의 매립중인 슬러지를 재활용함으로써 제철공정에서 발생하는 더스트 및 슬러지류의 재활용율을 향상시켜 주는 장점이 있다. 또한, 철 함량이 높은 선재 슬러지를 재활용함으로써 비소성 펠릿중의 철 함량을 증가시켜 같은 양의 비소성 펠릿을 재활용할 경우 출선량을 높일 수 있다.

Claims

제철공정에서 발생하는 더스트 및 슬러지류를 재활용함에 있어서,

4wt% 이하의 유분을 가지는 선재 슬러지를 배합비 5~15wt%이며, 소결 환경 더스트는 30~33wt%, 압연 소각회는 22~24wt% 그리고 코렉스 슬러지는 25~28wt%로 이루어진 것을 특징으로 하는 선재 슬러지를 활용한 비소성 펠릿 제조방법.