KR20050084729A - 현열 회수가 가능한 미립 슬래그 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공장에서 발생되는 용융 슬래그를 공기와 물을 혼합하여 안개상태로 고속 분무하는 노즐로 미립화한 다음, 냉각하고 선별하여 포집하는 과정에서 발생하는 고온의 현열(顯熱)을 재활용하는 미립 슬래그 제조장치에 관한 것으로서, 용융 슬래그를 공급받아 용융상태로 유지하여 배출하는 경동 턴디쉬와, 이로부터 용융 슬래그를 공급받아 배출하는 배출속도제어 턴디쉬로 이루어지는 용융슬래그 제어부와; 상기 배출속도제어 턴디쉬로부터 배출된 용융 슬래그에 고압의 공기와 물을 분사하여 입자화시키는 고압 분무노즐과; 상기 분무노즐부로부터 입자화된 슬래그를 포집하는 슬래그 포집드럼과; 상기 슬래그 포집드럼의 입구 측에 배관된 열교환기 및 배기팬으로 이루어지는 현열 회수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미립 슬래그 제조장치를 제공한다.

Description

현열 회수가 가능한 미립 슬래그 제조장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING FINE SLAG WITH A FUNCTION OF UTILIZING SENSIBLE HEAT}

본 발명은 제철소에서 발생하는 슬래그를 미립화시키는 미립 슬래그 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제강공장에서 발생되는 용융 슬래그를 공기와 물을 혼합하여 안개상태로 고속 분무하는 노즐로 미립화한 다음, 냉각하고 선별하여 포집하는 과정에서 발생하는 고온의 현열(顯熱)을 재활용하는 미립 슬래그 제조장치에 관한 것이다.

현재 제철소에서 발생되는 슬래그는 슬래그 야드장으로 운송하여 살수 냉각과정을 거친 후 분쇄장으로 운송하여 파쇄기로 분쇄시켜 입도분리한 후, 15㎜ 이상의 조립인 는 매립하고, 나머지는 소결용 원료나 기타 부원료로 활용되고 있다. 특히 시멘트 원료나 탈인제 등으로 활용할 경우에는 미립분의 형태로 제조해야할 필요성이 있다.

상기에서도 언급한 바와 같이 현재의 슬래그 처리공정은 용융 슬래그의 수집, 운반, 살수, 냉각, 분쇄 등의 복잡한 다단계공정으로 이루어져 있어 처리비용 및 시간이 많이 소요되고, 환경 측면에서도 살수 냉각과정에서 발생하는 분진 및 수증기, 폭발 등으로 작업환경을 악화시키는 문제점이 있으며, 에너지활용측면에서 고온의 용융 슬래그가 보유하고 있는 약 400㎉/㎏의 열량인 현열(顯熱)을 효과적으로 회수하지 못하여 연간 약 70만G㎈의 막대한 열량을 버리게 되는 문제점을 가지고 있다. 여기서 현열(顯熱)이라 함은 가열된 물질이 상태변화가 없는 경우 보유하고 있는 열량으로서 폐열이용의 대상이 되는 열량을 말하는 것이다.

또한, 미립 슬래그의 품질측면에서 보면 용융 슬래그를 냉각시킬 경우 서냉을 하게 되면 주로 결정화가 일어나게 되는 반면 냉각속도를 빨리하여 급냉하게 되면 유리질화가 일어나 시멘트용으로 적합한 재질을 갖추게 되어 미립 슬래그의 고부가가치화가 가능하게 되는데, 상기와 같은 살수 냉각방식으로는 유리질화가 어려워 슬래그의 고품질화가 어려운 문제점이 있다.

슬래그 처리에 대한 위와 같은 다단계공정에 대한 문제점을 일부 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 일본 공개특허공보 평6-323759호에 기재된 풍쇄기술이 있다.

상기 풍쇄기술은, 도 1에 도시된 바와 같이, 전기로(100)의 일축으로 용융 슬래그(110)을 배출시키고, 고압의 공기를 에어노즐(105)을 통하여 상기 용융 슬래그(110)에 대해 수직의 한 방향으로 분사시킴으로써 공기의 분사압력으로 용융 슬래그(110)를 분쇄시켜 미립화하는 것이다. 따라서 미립화된 슬래그(120)들이 대기 중으로 비산되면서 냉각되면서, 미립 슬래그(120)의 표면장력에 기인하여 구형에 가까운 입자들로 생성되게 하는 기술이다.

그러나, 상술한 종래의 풍쇄기술을 적용하기 위해서는 상당히 넓은 작업장 면적이 필요하다는 문제점이 발생하게 되며, 이러한 풍쇄기술의 문제점을 해결하기 위해서는 좁은 면적에서도 적용할 수 있는 시스템이 구성되어져야 한다.

상기한 종래의 풍쇄기술의 문제점을 보완하도록 제안된 기술이 1999년 대한민국 특허공개 제51962호에 미립화 슬래그 제조장치가 개시되어 있다. 이 미립화 슬래그 제조장치에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 원통형 장치케이스(30) 상부에 다수개의 공기분사노즐(22)을 갖추고 상부에서 떨어지는 용융 슬래그(50)를 고압의 공기로 1차 파쇄시키는 한편, 공기분사노즐(22)의 하부에 고속으로 회전하는 회전판(32)을 배치하여 가속된 슬래그가 회전판(32)에 충돌되어 2차 파쇄되도록 하고 있다.

그러나, 상술한 미립화 슬래그 제조장치는 비교적 좁은 면적에서 용융 슬래그를 효과적으로 미립화할 수 있는 반면에, 여전히 용융 슬래그가 가지고 있는 다량의 현열은 회수되지 않고 있으며, 슬래그의 냉각속도 제어도 불가능하여 미립 슬래그의 유리질화가 어려운 문제점을 가지고 있다.

상기한 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 다단계 공정을 거치지 않고 좁은 면적에서도 효과적으로 용융 슬래그의 건식 미립화를 실시하면서, 용융 슬래그가 보유하고 있는 현열을 효과적으로 회수하여 스팀이나 고온공기의 형태로 재활용할 수 있으며, 용융 슬래그의 미립화시 냉각속도제어가 가능하여 슬래그 재질의 유리질화를 통한 고품질 슬래그의 제조가 가능한 미립 슬래그 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용융 슬래그를 공급받아 용융상태로 유지하여 배출하는 경동 턴디쉬와, 이로부터 용융 슬래그를 공급받아 배출하는 배출속도제어 턴디쉬로 이루어지는 용융슬래그 제어부와; 상기 배출속도제어 턴디쉬로부터 배출된 용융 슬래그에 고압의 공기와 물을 분사하여 입자화시키는 고압 분무노즐과; 상기 분무노즐부로부터 입자화된 슬래그를 포집하는 슬래그 포집드럼과; 상기 슬래그 포집드럼의 입구 측에 배관된 열교환기 및 배기팬으로 이루어지는 현열 회수부를 포함하는 미립 슬래그 제조장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 경동 턴디쉬의 상부에 보온을 위한 커버와, 이 커버의 중앙부에 가열을 위한 버너를 포함하며, 상기 고압 분무노즐은 고압의 에어를 공급하는 송풍팬으로부터 배관된 에어배관과, 이에 중앙부에 이중관으로 삽입되어 물을 공급하는 워터배관을 포함하게 된다.

또한, 본 발명은 상기 슬래그 포집드럼이 하향으로 경사지게 형성되어 미립 슬래그가 용이하게 포집되도록 하며, 상기 슬래그 포집드럼은 용융 슬래그가 공급되는 부위와 입자화된 슬래그가 배출되는 부위에 설치된 고정식 포집드럼과, 이의 사이에 회전 가능하도록 설치되는 회전식 포집드럼으로 설치함으로써 미립 슬래그의 냉각 및 배출을 용이하게 한다.

또한, 본 발명은 포집된 미립 슬래그를 슬래그 포집드럼의 입구 측으로 재공급하는 배관을 통하여 미립 슬래그를 입구 측으로 공급하게 된다.

한편, 본 발명은 상기 슬래그 포집드럼의 출구 측에 배관된 송풍팬을 이용하여 드럼의 내부로 냉각을 위한 상온의 공기를 취입하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 미립 슬래그 제조장치의 전체 구성을 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 미립 슬래그 제조장치의 구성을 도시한 평면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 용융슬래그 제어부는 먼저, 용융 슬래그(50)를 공급받을 수 있는 반원통형의 경동 턴디시(1)가 턴디시 지지대(2)에 회전 가능하도록 설치된다.

상기 경동 턴디시(1)의 회전 가능한 구조는 양측에 고정된 경동축(4)이 반원형의 거치대(3)에 안착된 다음, 경동 턴디시(1)의 후면부에 형성된 경동고리(5)에 경동수단이 결합되어 상승하면 상기 경동축(4)을 중심으로 하는 회전함으로써 용융 슬래그(50)가 배출되는 형식으로 구성된다.

또한, 상기 턴디시(1)의 상부에는 공급된 용융 슬래그(50)의 응고방지 및 응고된 슬래그를 용해시키기 위한 버너(8)가 설치된 턴디시 커버(7)가 승강동작으로 개폐 가능한 구조로 마련되어 있다.

상기와 같이 구성되는 경동 턴디시(1)의 경동동작에 의하여 배출된 용융 슬래그(50)는 후술하는 입측 고정식 포집드럼(23) 상부에 고정 설치된 배출속도제어 턴디시(6)에 공급되며, 이 배출속도제어 턴디시(6)의 형태를 역원추형이면서 하부의 정점이 개방된 노즐형식으로 용융 슬래그(50)의 공급속도를 제어하게 되는 것이다.

상기 배출속도제어 턴디시(6)는 하부에 설치된 입측 고정식 포집드럼(23)의 상부로 용융 슬래그(50)를 공급하며, 공급된 용융 슬래그(50)는 상기 입측 고정식 포집드럼(23)의 전방부이면서 상기 턴디시 지지대(2)의 내부공간에 설치된 고압 분무노즐(10)에 의하여 분무된 공기-물에 의하여 파쇄되고 미립화되어 회전식 포집드럼(22) 및 출측 고정식 포집드럼(21)으로 비산하게 된다. 이러한 비산된 용융 슬래그(50)는 공기 중을 낙하하면서 표면장력에 의해 구형의 입자로 응고하게 되는 것이다.

상기 고압 분무노즐(10)의 구조는, 도 5에 도시된 바와 같이, 송풍팬(11)과 배관된 에어배관(13) 및 공기유량 조절밸브(15)와, 이의 중심부에 관통되어 이중관 형식으로 배관되는 급수관(12) 및 급수유량 조절밸브(14)로 구성되어 분무화된 공기와 물의 혼합비율을 제어할 수 있어 용융 슬래그의 미립화시 응고 및 냉각속도를 조절하여 슬래그의 재질을 유리질화하도록 한다.

상기와 같이 미립화 및 유리질화되어 슬래그 포집드럼(20) 속으로 비산된 고온의 미립 슬래그는 출구측 고정식 포집드럼(21)에 배관(34)된 송풍팬(36)에서 취입된 상온의 공기와 직접 열교환되어 냉각되며, 냉각된 미립 슬래그는 슬래그 포집드럼(20)의 하부에 쌓이게 된다.

상기 슬래그 포집드럼(20)의 하부에 쌓여진 미립 슬래그는 슬래그 포집드럼(20)이 하향 경사지도록 설치되어 있고, 중앙부가 회전식 포집드럼(22)으로 구성되어 있기 때문에 출구 측의 포집용기(26)에 용이하게 저장된다.

상기 포집용기(26)에 저장된 미립 슬래그는 배출되어 컨베이어 벨트와 같은 이송수단에 의해 슬래그 저장용기(27)로 이송되어 저장되며, 포집용기(26)에 저장된 일부의 미립 슬래그는 입구측 고정식 포집드럼(23)의 하부에 형성된 미립 슬래그 공급구(28) 및 이와 배관된 공급배관(30)을 통해 슬래그 포집드럼(20) 내로 재순환되어 바닥에 깔리게 되며, 이는 용융 슬래그의 미립화시 미처 응고되지 못한 용융 슬래그가 슬래그 포집드럼(20) 하부면에 떨어져 융착되는 것을 방지하는데 사용된다.

상기 슬래그 포집드럼(20) 중에서 중앙부에 설치된 회전식 포집드럼(22)은 드럼의 외주면에 설치된 웜기어(Warm Gear; 24)와 기어결합하는 회전모터(25)에 의해서 회전되며, 이러한 회전동작은 드럼의 바닥에 쌓인 미립 슬래그를 활발히 혼합함으로써 미립 슬래그와 공기와의 열교환을 촉진시켜 설비 전체의 열효율을 높이고, 미립 슬래그의 냉각속도를 증가시킨다.

한편, 상기 출구측 고정식 포집드럼(21)의 하부에 배관(34)된 송풍팬(36)에서 취입된 상온의 공기는 고온의 미립 슬래그와 열교환하여 450℃ 이상의 고온상태의 열풍이 되며, 이 열풍은 입구측 고정 포집드럼(23)의 상부에 배관(31) 설치된 열교환기(Heat Exchanger; 32)에서 물 또는 공기와 열교환되어 스팀이나 고온공기를 발생시킨 후 200℃ 이하의 온도로 배기팬(33)을 통하여 외부로 배출된다.

또한, 경동 턴디시(1)의 커버(7)에 부착된 버너(6)는 용융 슬래그의 응고를 방지하고, 슬래그가 응고되었을 경우 용해를 위한 것으로서, 산소와 도시가스 또는 제철부생가스를 열원으로 사용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하여 종래의 용융 슬래그 미립화 처리방법에서 고온의 슬래그가 가진 보유열인 현열을 회수하지 않고 배기함으로써 막대한 열손실이 발생되었고, 미립 슬래그의 냉각속도 제어가 불가능하여 미립 슬래그를 시멘트용으로 사용시 필수적으로 요구되는 슬래그 재질의 유리질화가 불가능했던 문제점을 개선하는 효과가 있다.

즉, 이미 제조된 미립 슬래그의 일부를 바닥에 도포하면서 회전식 포집드럼을 사용함으로써 좁은 공간에서 용융 슬래그의 부착 문제점 없이 효과적으로 미립 슬래그의 제조가 가능하고, 내부공간이 한정된 포집드럼 내에서 상온의 공기와 비산하는 미립 슬래그의 직접 열교환시킴으로써 미립 슬래그의 냉각과 동시에 열풍을 만들어 열교환기에서 유용한 스팀이나 고온공기를 만들 수 있으며, 공기와 물의 혼합된 분무노즐을 채택함으로써 용융 슬래그의 냉각속도를 가속화하여 고품질의 유리질 미립 슬래그의 제조가 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래의 풍쇄방식에 따른 미립슬래그의 제조를 도시한 개념도;

도 2는 종래의 좁은 공간에서 풍쇄가 가능한 슬래그 미립화 장치 개념도;

도 3은 본 발명에 따른 미립 슬래그 제조장치의 전체 구성을 도시한 정면도;

도 4는 본 발명에 따른 미립 슬래그 제조장치의 구성을 도시한 평면도;

도 5는 본 발명에 따른 미립 슬래그 제조장치를 구성하는 분무노즐의 단면도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

50: 용융 슬래그 1: 경동 턴디시

2: 턴디시 지지대 23: 입측 고정식 포집드럼

6: 배출속도제어 턴디시 23: 입측 고정식 포집드럼

10: 고압 분무노즐 22: 회전식 포집드럼

21: 출측 고정식 포집드럼 26: 포집용기

28: 미립 슬래그 공급구 30: 미립슬래그 공급배관

Claims (7)

1. 용융 슬래그를 미립화시키는 장치에 있어서,

   상기 용융 슬래그를 공급받아 용융상태로 유지하여 배출하는 경동 턴디쉬와, 이로부터 용융 슬래그를 공급받아 배출하는 배출속도제어 턴디쉬로 이루어지는 용융슬래그 제어부와;

   상기 배출속도제어 턴디쉬로부터 배출된 용융 슬래그에 고압의 공기와 물을 분사하여 입자화시키는 고압 분무노즐과;

   상기 분무노즐부로부터 입자화된 슬래그를 포집하는 슬래그 포집드럼과;

   상기 슬래그 포집드럼의 입구 측에 배관된 열교환기 및 배기팬으로 이루어지는 현열 회수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미립 슬래그 제조장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 경동 턴디쉬는 상부에 보온을 위한 커버와, 이 커버의 중앙부에 가열을 위한 버너가 구비된 것을 특징으로 하는 미립 슬래그 제조장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 고압 분무노즐은 고압의 에어를 공급하는 송풍팬으로부터 배관된 에어배관과, 이에 중앙부에 이중관으로 삽입되어 물을 공급하는 워터배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 미립 슬래그 제조장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 슬래그 포집드럼은 하향으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 미립 슬래그 제조장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 슬래그 포집드럼은 용융 슬래그가 공급되는 부위 및 입자화된 슬래그가 배출되는 부위에 설치된 고정식 포집드럼과, 이의 사이에 회전 가능하도록 설치되는 회전식 포집드럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 미립 슬래그 제조장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 슬래그 포집드럼은 냉각되어 포집된 미립 슬래그를 슬래그 포집드럼의 입구 측으로 재공급하는 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미립 슬래그 제조장치.
7. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 슬래그 포집드럼은 상온의 공기를 취입하도록 출구 측에 배관된 송풍팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미립 슬래그 제조장치.