KR20060104255A

KR20060104255A - 폐타이어를 열원 및 환원제로 이용하는 선철제조방법 및 장치

Info

Publication number: KR20060104255A
Application number: KR20050026226A
Authority: KR
Inventors: 장세한
Original assignee: 주식회사 동산에스엔알
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-09

Abstract

본 발명은 분상의 산화철및 분상의 철광석과 철분을 포함하는 밀스케일,제강분진과 제강슬러그등을 고체환원제 및 유기바인더와 혼합하여 펫릿 또는 브리켓으로 성형하고 일반소각장에서 소각처리되는 폐타이어를 환원제 및 열원으로 사용함으로서 펠릿및 브리켓에 포함된 산화철을 환원하여 고체상의 금속철과 폐타이어속에 함유된 철심을 회수할 수 있도록 함과 아울러 원료로 투입되는 제강분진을 수세처리하여 사용함으로서 환원용융로에서 발생하는 제강분진(E3) 및 슬러그(E2)는 염소성분이 제거되어 제강분진(E3)은 시멘트의 부원료 및 산화아연추출원료로 사용하고 슬러그(E2)는 재생골조의 원료로 사용하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조방법 및 장치에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 본원발명은 제강분진(S1) 및 제강슬러그(S4)와 밀스케일(S2)분쇄물 중 어느하나 또는 혼합물을 중량비 70~90% 바람직하게는 80% 와 석탄(S5)과 목탄(S6) 및 코크스(S7) 중 어느하나 또는 혼합물인 분상고체환원제를 중량비 5~15% 바람직하게는 12% 와 담밀(S8),녹말(S9)중 어느하나 또는 혼합물인 유기바인더를 중량비 약5~10% 바람직하게는 8%를 혼합하는 혼합공정(S)과

성형기(5)를 이용하여 펠릿으로 성형하는 성형공정(B)과:

성형기(5)에서 성형과 동시에 이송장치로 이송되는 펠릿이 건조로(1)의 길이 약 10mm를 기준하여 약 0.5~0.75m/sec의 이송속도로 이송하며 약 400'~500'의 건조로의 내부온도로 건조가열하여 이루어지는 건조가열공정(C)과:

가열된 펠릿을 중량비 60~80% 바람직하게는 70%와 파쇄된 폐타이어를 중량비20~40% 바람직하게는 30%를 함께 환원용융로(2)에 함께 투입하는 분리 및 배출공정(E)으로 이루어져 종래 매립에 의존하던 제강사의 배출폐기물을 재가공하여 선철을 추출할 뿐만 아니라 열원및 환원제로서 폐타이어 파쇄물을 이용하여 고가의 코크스등을 이용하지 않음으로 제조경비가 저렴하고 폐타이어에 포함된 철심을 선철로 추출할수 있고 제강분진(S1)을 전처리공정을 거쳐 염소성분을 제거함으로서 제강설비를 구성하는 배관 및 기기의 부식을 방지하고 포집된 제강분진(E3)은 시멘트부원료 및 아연추출원료로 사용되며 배출되는 슬러그(E2))는 별도의 가공없이 재생골재 원료로 사용할 수 있는 잇점이 있다.

선철, 제강분진, 슬러그, 선철, 시멘트, 폐타이어

Description

폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조방법 및 장치{Pig iron manufacture method of material and device that do waste tire to heat soure and contains ferrite oxide}

도 1은 본 발명의 작업공정 및 장치를 나타낸 예시도

도 2는 본 발명의 공정을 나타낸 공정예시도

***도면의 주요부분에 대한 부호설명 ***

S : 분쇄물혼합공정 S1 : 제강분진

S2 : 밀스케일 S3 : 제강분진수세공정

S4 : 제강슬러그 S5 : 석탄

S6 : 목탄 S7 : 코크스

S8 : 담밀 S9 : 녹말

B : 펠릿성형공정 C : 펠릿건조가열공정

D : 환원용융로투입공정 D1 : 폐타이어

D2 : 석회석 E : 분리배출공정

E1 : 선철 E2 : 슬러그

E3 : 제강분진 1 : 건조로

101 : 콘베이어 102 : 보조버너

2 : 용융환원로 201 : 개스통로

3 : 순환관 301 : 산소투입조절장치

302 : 송풍기 4 : 배출로

401 : 슬러그배출구 402 : 선철배출구

본 발명은 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조방법 및 장치에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 분상의 산화철및 분상의 철광석과 철분을 포함하는 밀스케일,제강분진과 제강슬러지등을 고체환원제 및 유기바인더와 혼합하여 펫릿 또는 브리켓으로 성형하고 일반소각장에서 소각처리되는 폐타이어를 환원제 및 열원으로 사용함으로서 펠릿및 브리켓에 포함된 산화철을 환원하여 고체상의 금속철과 폐타이어속에 함유된 철심을 회수할 수 있도록 한 것이다.

근래들어 철광석을 고체환원에 의해 제조하는 기술이 환영받고 있으며 그 대표적인 것으로 분상의 철광석과 분상의 고체환원제를 혼합하여 괴상화물 즉 펠렛,브리켓등으로 형성하고 이것을 고온으로 가열하여 철광석중의 산화철을 환원하여 고체상의 금속철을 추출하는 기술이 다수 제안되어 사용되고 있다.

그 일예로 미국특허 제 3443931호 및 일본특개평7-238307호를 예로들 수 있는데 상기 미국특허 제 3443931호에 개재된 분상철광석의 환원공정을 보면 석탄코크스등의 분상고체환원제와 분상의 철광석을 혼합하여 생펠릿을 형성하고 이를 취 급이 용이하도록 건조하여 펠릿내로부터 발생하는 가연성휘발성분이 발화하지 않은 범위내로 가열하여 수분을 제거하고 이를 고온으로 가열하여 환원하여 금속화를 진행하여 금속화된 냉각하여 펠릿을 노외로 배출하게 된다.

그러나 상기와 같이되는 환원철제조방법에는 성형한 펫릿을 취급이 용이하도록 건조의 필요성이 있으며 이는 구조가 복잡한 괴성화설비에 더하여 건조및 가열설비가 필요로 하며 이를 운용하기 위한 에너지원으로서 고가의 코크스를 사용하기 때문에 제조비용이 고가로 되는 결점이 있으며 공정의 흐름상 연속적인 작업이 이루어 지지 못하는 결점이 있었다.

또한 일본 특개평7-238307호가 제시하는 방법은 제철소내에서 발생하는 철분함유더스트,슬러지, 밀스케일 및 배출산화물을 분상으로 분쇄하여 이를 단독 및 분상철광석과 혼합하여 펠릿(괴성화)으로 형성하고 펠릿을 노내에 장입하여 펠릿의 표면에 산소함유가스를 공급하여 펠릿내부로 부터 발생되는 가연성가스를 연소시켜 펠릿의 표면온도를 보다 빠르게 환원에 적정온도로 승온시켜 생산성을 향상시키는 방법이 제안되어 있다.

그러나 일본 특개평7-238307호 또한 환원반응온도로 펠릿의 승온속도를 높여 주는 것일뿐 원료의 혼합및 펠릿성형,건조건조의 공정을 거치게 됨으로 상기 펠릿법의 문제점이 대부분 해결되지 않고 있는 실정이다.

환원철을 제조함에 있어서, 노상이 수평으로 회전이동하는 가열노상(이하, 「회전노상」이라 한다)을 가지는 노가 주목되며, 상기 미국특허 제3,443,931호 명세서에 개시되어 있는 프로세스에서도 이 노가 사용되고 있다.

이 회전노상로는 설비비가 싼 것이 특징이지만 노상이 수평으로 회전하기 때문에 원료 장입 및 제품의 배출의 어려움이 있다.

또한 종래의 환원철 제조방법에는 괴성화물은 회전노상로에 장입되기까지의 사이에 분화및 분쇄되어 입도가 다른 괴성화물로 되는 동시에 가루를 발생시키며 회전노상에 장입된다. 그 때문에, 노 내에 장입된 분쇄가루는 연소가스에 의해 비산되며, 노벽에 용융 부착하거나 용융 침식하여 설비고장의 원인이 되는 결점이 있었다.

한편 종래 용선은 고로법에 의해서도 제조되는데 고로법은 괴상의 철 원료와 괴상의 코크스를 노 상부(上部)로 부터 장입하고, 노 하부에 설치된 송풍구로 부터 열풍을 흡입하여 코크스를 연소시켜 고온의 환원가스를 생성하여,철 원료의 주성분인 산화철을 환원하여 용해하는 제조방법이고 분철광석으로 부터 직접 용선을 제조하는 방법도 여러 가지 방법이 제안되어 있으며 일예로 일본 특공평 3-60883호를 보면 미분 철광석과 미분 탄소질재를 괴성화하고 이 괴성화물을 회전노상로에서 예비환원하여, 1,000℃ 이상의 온도에서 배출시키고, 노 내에 용융 금속욕을 가지는 제련로 내 욕의 표면 아래에 상기미분 탄소질재를 도입함과 동시에, 이 제련로 내에서 상기 예비 환원한 괴성화물을 환원·용해하는 방법이 개발되어 있다. 또, 이때 제련로로 부터 배출되는 배기가스는 회수되어 예비 환원용 연료로서 회전노상로에 도입된다.

그러나, 상기 고로법에서는 괴상의 철 원료 및 많은 코크스가 필요하다는 결점이 있다.

즉 고로법에서는 석탄을 코크스로에서 건류(乾留)하여 코크스화하고, 체질로 분류한 후의 괴상 코크스가 사용되지만, 코크스용 강점결탄(强粘結炭)은 자원적으로 보아 편재되어 있고 코크스로의 교환시 거액의 투자부담 및 코크스로가 원인이 되어 발생하는 공해를 방지하는 방지시설에 대한 투자부담이 가중되는 결점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 결점을 개선하여 소각장에서 소각되어 다이옥신과 황산화물을 배출시키는 폐기물인 폐타이어속에 함유되어 있는 휘발성분과 고정탄소를 이용하여 열원 및 환원제로 이용하고 환원용융로에서 발생하는 폐열 및 가연성가스를 이용하여 펠릿을 건조하며 폐타이어속에 함유된 철심을 추출하여 자원화 함으로서 환경오염을 줄이고 자원을 효율적으로 회수할 수 있도록 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질 즉 밀스케일(압연스케일)과 제강분진 및 제강슬러지의 철분을 환원하는 가장 적절한 선철제조방법 및 장치를 제안하고 부수적으로 전처리하여 염소성분을 제거한 제강분진은 시멘트의 부원료및 아연추출원료로도 사용할수 있도록 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조방법을 제안함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폐기물인 폐타이어를 이용하여 열원 및 환원제로 활용하고 환원용융로 (본발명에 사용되는 로는 전기아크로 또는 큐폴라가 사용되며 이하 환원용용로라 칭함)에서 발생하는 폐열 및 가연성가스를 이용하여 펠릿을 가열건조하며 제강분진을 전처리하여 염소성분을 제거함으로서 집진시설에 포집된 제강분진을 시맨트부원료 및 아연 추출원료로 사용하게 되는데 이를 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉 본원발명은 제강분진(S1) 및 제강슬러그(S4)와 밀스케일(S2)분쇄물 중 어느하나 또는 혼합물을 중량비 70~90% 바람직하게는 80% 와 석탄(S5)과 목탄(S6) 및 코크스(S7) 중 어느하나 또는 혼합물인 분상고체환원제를 중량비 5~15% 바람직하게는 12% 와 담밀(S8),녹말(S9)중 어느하나 또는 혼합물인 유기바인더를 중량비 약5~10% 바람직하게는 8%를 혼합하는 혼합공정(S):

성형기(5))를 이용하여 펠릿으로 성형하는 성형공정(B)과:

성형기(5)에서 성형과 동시에 이송장치로 이송되는 펠릿이 건조로(1)의 길이 약 10mm를 기준하여 약 0.5~0.75m/sec의 이송속도로 이송하며 약 400'~500'의 건조로의 내부온도로 건조가열하여 이루어지는 건조가열하는 공정C)과:

가열된 펠릿을 중량비 60~80% 바람직하게는 70%와 파쇄된 폐타이어(C1)를 중량비20~40% 바람직하게는 30%를 함께 환원용융로(2)에 함께 투입하는 분리및배출공정(D)으로 이루어 진다.

본 발명에서 사용되는 제강분진(S1)에 포함된 성분은 표1과 같으며 혼합공정중 제강분진(S1)을 수세하여 전처리함으로서 표1와 같이 염소성분이 500PPm이하로 제거한 제강분진(S1)이 사용되는데 제강분진(S1)의 전처리방법으로서는 물과 제강분진(S1)을 부피비 약2:1로 혼합하여 자연침강시키고 상등액을 제거하는 방법으로 약 7회 반복하여 염소성분을 제거하였다.

또한 가열건조공정에 사용되는 열원으로서는 환원용융로(2)에서 폐타이어분쇄물((D1)의 연소에 의해 환원용융로(2)의 상부온도가 약 400~500'C에서 건류가 발생하고 휘발성개스가 발생하는데 이를 건조로(1)에 투입하므로서 펫릿을 건조 및 가열하였다.

또한 상기의 분리및 배출공정(E)은 환원용융로(2))에 투입되는 펠릿과 폐타이어분쇄물의 혼합물을 기준하여 중량비 약15~20%의 석회석(D2) 또는 석회슬러그를 투입함으로서 SO2 + CaO + C → CaSO2 + CO, SO + CaO → CaSO2, FeS + CaO + C → Fe +CaS + CO 의 반응식을 통하여 배출가스의 황성분을 제거하였다.

또한 환원용융로(2) 중간지점에서 건류되는 휘발성분은 환원 분위기 속에서 펠릿에 함유된 산소성분과 결합되어 3H2 + Fe2O3 → 2Fe + 3H2O, CH4 + Fe2O3 → 2Fe + 2H2O + CO, 2C2H6 + 2Fe2O3 → 4Fe + 4H2O + 2CO + H2, C4'S + Fe2O3 → 2Fe + CO + SO2 + 3C 의 반응식을 통하여 산화철로 직 간접적으로 환원 되게 된다.

도 1에는 본 발명의 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조장치를 나타낸 공정흐름도가 예시되어 있다.

즉 본원발명은 제조방법에 따라 종래의 장치에 본 발명의 제조방법에 적합하도록 부가 및 변형되는데 이를 상세히 설명하면 파쇄장치와 혼합장치 및 이송정치와 건조장치 및 투입와 배출장치를 가진 환원용융로로 구성되는 종래의 장치에 있어서:

건조로와 환원용융로가 특징적인장치로 구성된다.

즉 본 발명의 건조장치는 이송장치인 콘베이어(101)를 건조로(1)의 내부로 관통되게 일체로 구성하여 건조로(1)가 콘베이어(101)와 일체로 되어 후측에 보조버너(102)를 장치하고 건조로(1)를 관통하는 콘베이어(101)의 끝은 환원용융로(2)의 상부에 위치하게 하며 환원용로(2)의 상부와 건조로(1)는 관체으로 연결하여 휘발성 개스통로(201)를 구성하고 환원용융로(2)의 상부와 하부는 산소투입조절장치(301)와 송풍기(302)를 가진 순환관(3)으로 연결하고 환원용융로(2)의 배출로(4)는 상부에 슬러그배출구(401)를 형성하고 하부에 선철배출구(402)를 형성한 구성이다.

상기에서 순환관(3)은 환원용융로(2)의 상부에 발생하는 고온의 휘발성개스를 산소와 혼합하여 환원용융로(2)의 하부로 투입되게한 것이며 건조로(1)에 장치되는 보조버너(102)는 환원용융로(2)에서 건조로(1)로 공급되는 고온의 개스중 미연소개스를 연소시켜 펠릿의 표면을 가열할수 있도록 한 것이며 환원용용로(2)의 배출로(4)는 연통되는 배출로의 상부에 슬러그배출구(401)를 형성하고 하부에 선철배출구(402)를 형성한 것은 동시에 배출되는 선철 및 슬러그를 비중차에 의하여 분리하여 비중이 큰 선철은 하부에 형성된 선철배출구(402)를 통하여 배출되고 슬러그는 배출로(4) 상부의 슬러그배출구(401)를 통하여 배출되게 되는 것이다.

상기와 같이되는 본 발명은 종래 매립에 의존하던 제강사의 배출폐기물 즉 밀스케일(S2)과 제강분진(S1) 제강슬러그(S4)등을 재가공하여 선철을 추출할뿐만 아니라 열원및 환원제로서 폐타이어파쇄물(D1)을 이용하여 고가의 코크스등을 이용하지 않음으로 제조경비가 저렴하고 폐타이어에 포함된 철심을 선철로 추출할 수 있고 제강분진(S1)을 전처리공정을 거쳐 염소성분을 제거함으로서 제강설비를 구성하는 배관 및 기기의 부식을 방지하고 포집된 분진은 산화아연의 비율이 높으므로 아연추출원료로 사용하거나 시멘트의 부원료로 사용할 수 있으며 배출되는 슬러그는 별도의 가공없이 재생골재의 원료로 사용할수 있어 자원의 재활용률을 높이고 폐타이어를 소각처리하기 위한 처리비용과 배출가스에 의한 대기오염을 방지할 수 있는 잇점이 있다.

Claims

제강분진(S1) 및 슬러그(S4)와 밀스케일(S2)분쇄물 중 어느하나 또는 혼합물과 석탄(S5)과 목탄(S6) 및 코크스(S7) 중 어느하나 또는 혼합물인 분상고체환원제와 담밀(S8),녹말(S9)중 어느하나 또는 혼합물인 유기바인더를 혼합하는 혼합공정(S)과:

이를 펠릿으로 성형하는 종래의 펠릿성형공정(B)과:

성형된 펠릿을 건조가열하여 펫릿의 표면온도가 약 400'~500'로 건조가열되는 펠릿건조가열공정(C)과:

가열된 펠릿과 파쇄된 폐타이어(D1)와 석회석(D2)을 환원용융로(2)에 함께 투입하여 선철을 용해하는 분리및 배출공정(E):

으로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조방법
상기 1항에 있어서:

펠릿의 성형공정은 제강분진(S1) 및 슬러그(E2)와 밀스케일(S4)분쇄물 중 어느하나 또는 혼합물을 중량비 70~90% 바람직하게는 80%와 석탄(S5)과 목탄(S6) 및 코크스(S7) 중 어느하나 또는 혼합물을 중량비 5~15% 바람직하게는 12%와 담밀(S8),녹말(S9)중 어느하나 또는 혼합물을 중량비 약5~10% 바람직하게는 8%를 혼합된 것을 특징으로 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철 제조방법
상기 1항에 있어서:

펠릿의 건조가열공정(C)은 건조로(1)의 길이 약 10mm를 기준하여 약 0.5~0.75m/sec의 이송속도로 이송하고 400'~500'의 건조로(1)의 내부온도를 유지하여 이송하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조방법
상기 1항에 있어서:

분리및 배출공정(E)은 가열된 펠릿을 중량비 60~80% 바람직하게는 70%와 파쇄된 폐타이어분쇄물(D1)을 중량비20~40% 바람직하게는 30%를 함께 환원용융로(2)에 함께 투입하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조방법
상기 2항에 있어서:

제강분진(S1)은 염소성분이 500PPm이하로 제거하여 펠릿을 성형함으로서 환원용융로(2)에서 발생하는 제강분진(S1)은 시멘트의 부원료 및 아연추출원료로 사용하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조방법
상기 3항에 있어서:

건조로(1)에 공급되는 열원으로서 환원용융로(2)에서 폐타이어의 연소에 의해 용융환원로(2)의 상부에 발생하는 휘발성개스를 이용하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조방법
상기5항에 있어서:

제강분진(S1)의 염소성분은 물과 제강분진(S1)을 부피비 약2:1로 혼합하여 자연침강시키고 상등액을 제거하는 방법으로 약 7회 반복하여 염소성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조방법
파쇄장치와 혼합장치 및 이송장치와 건조장치 및 투입 및 배출장치를 갖는 환원용융로(2)로 구성되는 종래의 장치에 있어서:

이송 및 건조장치는 콘베이어(101)를 건조로(1)의 내부로 관통되게 일체로 구성하고 건조로(1)의 후측에 보조버너(102)를 장치하여 건조로(1)를 관통하는 콘베이어(101)의 끝은 환원용융로(2)의 상부에 위치하게 한 것을 특징으로 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조장치
상기 8항에 있어서:

환원용융로(2)의 상부와 건조로(1)는 관체으로 연결하여 휘발성 개스통로(201)를 구성한 것을 특징으로 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조장치
상기8항에 있어서:

환원용융로(2)는 상부와 하부에 산소투입조절장치(301)와 송풍기(302)가 결합된 순환관(3)의 양단을 결합하여 환원용해로(2)의 상부에 발생하는 고온의 휘발성개스를 산소와 혼합하여 환원용융로(2)의 하부로 투입하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조장치
환원용용로(2)의 배출로(4)는 상부에 슬러그배출구(401)를 형성하고 하부에 선철배출구(402)를 형성한 것을 특징으로 하는 폐타이어를 열원으로 하여 산화철을 함유하는 물질의 선철제조장치