KR20050076556A - 고로 수재슬래그로부터 철분회수 및 분철의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고로 수재슬래그에 내재되어, 슬래그 품질 저하의 원인이 되고 있는 철분을 제거하여, 이를 고부가의 제품으로 이용하는 것에 관한 것으로서, 특히, 수재슬래그 내에 혼재되어있는 철분을 자력선별하여 이를 고가의 중량물 용철원과 분철원료로 사용하며, 고부가의 스폰지형 분철을 제조함으로서 자원의 효율적인 이용이 가능하고 아울러 수재슬래그의 품질 향상에도 기여할 수 있다.

Description

고로 수재슬래그로부터 철분회수 및 분철의 제조방법{Manufacture of powdered iron and iron recovery from water crushed blast furnace slag}

본 발명은 제철공정에서 선철 제조시, 발생되는 슬래그로부터 완전하게 제거되지 않아, 슬래그의 품질저하 요인이 되고 있는, 고로수재슬래그에 내재된 철분을 제거하고 이를 이용하는 방법에 관한 것으로, 특히, 수재슬래그내에 혼재되어 있는 철분을 자력선별하여, 이를 고가의 분철원료로 직접 사용하거나, 분쇄, 환원하여 고부가 스폰지형의 분철을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 용선을 생산하는데 있어, 용선의 원료가 되는 철광석, 코크스, 석회석 등을 고로에 투입하고, 약 1200℃의 가열공기를 불어넣으면, 코크스가 연소되는데, 이 연소반응으로 열과 환원가스가 발생되며, 이것에 의해 철광석은 환원 및 용해된다. 이 과정에서 부산물로 하기의 〈표1〉과 같은 고로슬래그가 발생된다.

〈표1〉 고로슬래그의 화학조성

고로에서 배출된 고로슬래그는 그 처리공정에 따라 서냉(괴재)슬래그와 급냉(수재)슬래그로 구분된다. 즉, 약 1400℃의 고온용융상태의 고로슬래그를 슬래그방류장으로 흘러내려, 공냉 및 적당한 양의 물을 살수하면서 2∼4일간 냉각 고화시키면, 그 형성이 괴상이며, 결정질구조를 갖는 서냉슬래그가 생성되고, 용융상태의 고로슬래그를 대량의 물로 급냉시키면 잠재수경성을 갖는 세립의 유리질구조의 급냉(수재)슬래그가 생성된다.

특히, 상기와 같이 생성되는 수재슬래그는 수재화 설비에서 가압수 분사시점과 수재화온도에 따라 그 특성이 변화되는데, 수재화 온도가 1200℃이상이고, 용융슬래그내에 질소가 증가되면 팽창되어 거품구조를 갖는 소립의 백색 또는 황백색을 띄는 연질수재슬래그가 생성되고, 수재화온도가 낮으면, 흑갈색의 입자의 경질수재슬래그가 생성된다. 국내에서는 연질 수재슬래그만이 생산되고 있을 뿐이다.

제철소의 고로에서 발생하는 급냉한 고로슬래그는 알칼리 등에 의해 자극되어 잠재 수경성을 발현하는 수경성재료로 사용되고 있고, 특히, 최근에는 분쇄 및 분급기술의 진보에 의해 고분말도 제품의 제조가 가능함에 따라, 규산 칼슘질 비료, 고강도 콘크리트, 고유동화 콘크리트 등에 새로운 응용소재로 사용되고 있으며, 콘크리트 혼합재료로서 유화성이 확인되어 미분말이 많이 사용되고 있다.

현재, 국내에서는 수재슬래그를 이용한 차수재(공개번호 특 1999-0053898), 수재슬래그를 이용한 철로강화노반재(등록 10-0237331)와 본 발명자에 의한 수재슬래그를 이용한 마찰재 제조방법(공개번호 10-1998-002198) 등이 있을 뿐이다. 따라서 본 발명자는 수재슬래그의 경질 모래화 연구를 하던 중, 철분회수 및 슬래그 품질향상 측면에서 철분제거가 절대적 필요한 점과 잔재철의 형상이 스폰지형 분철제조에 적합함에 착안하여 이를 고안하게 되었다.

수재슬래그는 고로에서 용선출선시, 고로수재슬래그와 완전하게 분리하지 못한 다양한 크기의 입자가 수쇄시 동반되어, 수쇄슬래그에 혼재된 상태로 발생하게 된다. 지금까지는, 이들 슬래그가 별도의 처리없이 미분쇄되어, 고로 수재슬래그 시멘트용, 콘크리트 혼화제 및 규산칼슘 비료용으로 사용되었고, 또한, 경량모래등에는 직접 사용시, 강도저하 요인으로 작용하거나, 고형화제를 사용하여 고화하는 경우에도 부식 등의 여러가지 문제가 발생하게 된다. 한편, 고가의 철원이 유실되어 자원의 손실을 가져오기 때문에, 본 발명자는 이를 분리하여 제철용에 재사용하거나, 특히, 수재슬래그에 혼재된 철입자의 현상이 분철제조에 적합하고, 특히, 선철인 관계로 경도와 취성이 어느 정도 있어 분쇄에 큰 장점이 있어, 이를 가공하여 분철등의 철원으로, 직접 또는 환원가공처리하여 사용하는 것이 바람직하다는데 착안하였다. 따라서, 수쇄 과정중에 포함된 습기를 제거하지 않는 상태에서 선별이 주어져야 하므로, 일반 건식상태에서의 자력선별과 구분이 되어야 한다. 또한, 수쇄과정에서 물에 의한 작은 입자상의 철입자들이 급속하게 표면이 부식하는 것이 특징이다. 따라서, 제철공정에 재사용시는 이를 직접 투입하면 아무런 문제가 없으나, 분철을 제조하는 경우에는, 이를 환원시켜 금속철(metallic Fe)로 제조하여 분쇄하는 것이 바람직하다

일반적으로 수재슬래그에 내재되어 있는 철분을 분리·건조하며, 분철을 제조하는 경우에는, 이를 환원시켜 분쇄하여 금속철(M.Fe)로 제조하거나, 분쇄하여 환원하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 수쇄슬래그를 습식상태에서 자력선별하는 과정과, 2단계로, 선별된 철분이 많은 양의 슬래그를 내재하기 때문에 건조하여 분쇄후, 불순물인 슬래그를 제거하기 위하여 자력 선별한 후, 제 3단계로, 철표면에 존재하는 산화철을 환원시키기 위해 환원, 냉각과정을 거친 후, 제4단계로 이를 분급하는 공정으로 구성된다.

본 발명의 고로수재슬래그로부터 철분회수방법은 다음과 같은 바, 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

이하 실시예를 통해서 상세히 설명하고자 한다.

[실시예1]

제철소 수재슬래그 호퍼(8개)에서 각 수재슬래그를 20kg 시료를 채취하여, 건조후, 입도별로 체질하여 입도를 측정하고, 다시 혼합하여 Nd-Fe-B계 자력선별기에서 이를 자력선별하여 중량을 측정하였다.

〈표2〉 수재슬래그의 발생월별 입도분포

〈표3〉호퍼별 수재슬래그중의 철의 함량

각기 호퍼에서 채취한 수재슬래그로부터 자력선별된 철분을 용해로에 넣어 각기 용융시킨 후, 철량을 측정하였다. 약 90％의 철 회수율을 나타내었다. 또한, 철입자와 수재슬래그가 일부 혼재되어 있는 부분을 제거하기 위해 이를 건조 및 분쇄후, 자력선별을 행하였다.

이를 프로판가스환원로에서, 코크스 존재하에 900℃에서 환원하여 질소로 급속냉각하여 분철을 얻었다. 분철의 물리적 성질은 〈표4〉와 같다.

〈표4〉 분철의 물리적 성질

[실시예 2]

상기 실시예의 각 호퍼에서 채취한 수재슬래그를 20kg씩 모아 혼합한 후, 4분법에 의해 시료를 채취하여, 입도분포 및 습식선별 및 건식선별을 각기 실시하여 철분회수율을 조사하였다.

〈표5〉혼합 수재슬래그의 입도분포

특히, 자력선별기의 자력환수율을 조사하기 위하여, 원료 이송속도에 따른 자력선별을 실시한 결과, 드럼회수는 40rpm으로 고정시키고, 진동기의 진동수를 변화시킨 결과, 진동수를 50으로 고정시킨 경우가 가장 효율적이고 안정적 결과를 얻을 수 있었다. 고로수재슬래그를 각각 10kg를 사용하여, 자력 선별한 결과는 〈표 6〉에서 나타내었다.

〈표 6〉 본 발명에 의한 수재슬래그(10kg) 자력선별 결과

[실시예 3]

상기 실시예 2에서 선별된 철분을 웨이트 밸러스용 중량제로 사용가능 여부를 위해 기존의 밀스케일, 철산화물을 포함한 중량제 기저물질에 약20％를 첨가한 후, 포틀랜드 시멘트로 시멘트고화하여, 밀도를 측정한 결과, 밀도가 3.9∼4.2까지 확보됨을 알 수 있었다.

[실시예 4]

상기 실시예 2에서 얻어진 철분을 이용하여 분철을 제조하고자 하였다. 분철의 입도분포를 알아보기 위하여 체 분석한 결과는, 하기의 〈표 7〉에 나타내었다.

이들 분철은 직접, 또는 진동밀에서 분쇄한후, 프로판의 가스환원로에서 700∼1200℃에서 코크스분 존재하에 철분을 환원하여 액체 질소에서 급냉하여 분석하였다. 이때, 제조된 분철의 화학성분은〈표 8〉과 같다.

〈표 7〉본 발명에 의한 분철입도분포 및 물리적 성질

〈표 8〉본 발명에 의해 제조된 분철 화학조성

상기와 같은 분철은 화학적 조성 및 입도 분포들은 일반 분말야금용 분철과 비교하여 크게 차이가 나지 않음을 확인할 수 있었다.

상기와 같이 본 발명에 따른 수재슬래그의 제거는 비료, 시멘트 및 경질용 모래용의 슬래그의 정련 및 많은 양의 입상 철분을 회수하여 철분을 재사용 할 수 있으며, 특히, 경량모래 등으로 사용시, 수재슬래그를 철분으로 인한 강도저하를 막을 수 있고, 철의 형상이 분철제조에 적합하며, 분철제조용 철분을 재사용할 수 있어, 고부가 재활용함에 따라 자원의 효율적인 이용이 가능하다.

제 1도는 본 발명에 의한 수재슬래그로부터 잔류철분을 제거방법

표〈1〉은 고로슬래그의 화학조성

표〈2〉는 수재슬래그의 발생원별 입도 분포

표〈3〉은 호퍼별 수재슬래그중의 철의 함량

표〈4〉는 분철의 물리적 성질

표〈5〉는 혼합 수재슬래그의 입도 분포

표〈6〉은 본 발명에 의한 수재슬래그(10kg) 자력선별 결과

표〈7〉은 본 발명에 의한 분철입도분포 및 물리적성질

표〈8〉은 본 발명에 의해 제조된 분철 화학조성

Claims (5)

1. 제철소의 고로 용선제조시 발생하는 수재슬래그를 미건조 또는, 건조상태에서 직접 자력선별기를 이용하여 미립상의 철분을 회수하여, 제철용 철원으로 직접 사용하거나 중량물 혹은 분철제조용 철을 회수하는 제1공정과, 이를 분쇄후, 환원온도 700∼1200℃에서 환원·급냉하는 제2공정으로 이루어지는 분철 제조용을 제조하는 방법.
2. 상기 청구항1에서 수재슬래그로부터 회수된 철분을 환원하여 스폰지형 철을 얻기 위해, 가스(NH₃, H₂) 및 고체 환원제(코크스)에 의해 환원하여 분철을 제조하는 방법.
3. 상기 제1항의 회수된 철분을 직접 진동밀에서 분쇄하여 분철원료로 제조하는 방법.
4. 상기 제1항의 공정시의 잔여 슬래그를 경량 모래로 사용하는 방법.
5. 상기 제1항의 철분을 무게균형제용 철원으로 사용하는 방법.