KR20100110238A - 용융 고로 슬래그의 처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

용융 고로 슬래그의 처리 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 간단한 설비에 의해 저렴한 비용으로 용융 고로 슬래그로부터 현열을 회수하고 슬래그 중의 금속을 분리할 수 있도록 롤 및 공기 또는 혼합유체(공기+물)를 용융 고로 슬래그 냉각에 이용하는 용융 고로 슬래그의 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 용융 고로 슬래그의 처리 방법은 용융 고로 슬래그를 회전 롤로 공급하여, 상기 슬래그와 회전 롤 사이의 접촉을 통하여 상기 슬래그를 1차 냉각시키는 단계와; 상기 회전 롤을 통과한 슬래그를 1차 열 교환기에서 혼합 유체를 통하여 2차 냉각시키는 단계와; 상기 2차 냉각된 슬래그를 예비 분쇄기를 통하여 파쇄하고, 파쇄된 슬래그를 이송 저장하는 단계를 포함하며, 상기 2차 냉각시 발생하는 고온의 배기 가스는 열 회수부를 통과하여 열이 회수된다.
용융, 슬래그, 열회수, 유리질, 결정질

Description

용융 고로 슬래그의 처리 방법 및 그 장치{Method for treating slag and apparatus used by the same}
본 발명은 용융 고로 슬래그의 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 설비에 의해 저렴한 비용으로 용융 고로 슬래그로부터 결정질 슬래그와 유리질 슬래그를 용이하게 제조하며, 롤 및 혼합유체(공기+물)를 용융 고로 슬래그의 냉각에 이용하는 용융 고로 슬래그의 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
제철과정에서 슬래그는 필수적으로 수반되는 부산물로, 고염기 용융슬래그, 고로슬래그,전기로슬래그, 스테인레스강슬래그, 폐기물용융슬래그 등이 있다.
이 중 고로 슬래그는 원료철광석으로부터 선철을 얻는 과정에서 발생하는 것으로, 고로슬래그는 철광석, 코크스, 석회석 등을 용광로에 넣고 코크스를 연소시켜 철광석을 가열/환원하여 선철을 얻고 남은 잔류물이다.
상기와 같이, 용광로에서 발생되는 용융 고로 슬래그는 주로 냉각에 의해 미립화 처리를 하고 있다. 용융 고로 슬래그의 처리방법에는 고압수를 사용하여 급냉시키는 수쇄처리방법과 공기 등을 사용한 고속가스로 냉각하는 풍쇄처리방법이 있다. 수쇄처리방법은 용융 슬래그의 현열을 유효하게 회수할 수 없지만 풍쇄처리방법은 미립화가스와 냉각가스등의 열교환에 의한 열회수가 가능하다. 수쇄처리방법은 수온까지 고냉각 속도로 냉각되기 때문에 냉각슬래그는 모두 유리질 슬래그가 되는 반면 풍쇄처리방법은 냉각조건에 따라 유리질 슬래그와 결정질 슬래그를 제조하는 것이 가능하다.
전술한 바와 같이 냉각 슬래그의 품질은 냉각조건에 의하여 유리질 슬래그와 결정질 슬래그가 되며 유리질 슬래그는 시멘트를 응고시키는 성질이 있어 시멘트 원료 또는 혼화제로 이용되고 결정질 슬래그는 천연 모래 대체재로 주로 사용된다.
한편, 특공소 63-21110의 경우 용융슬래그에 제트에어를 가하여 미립화하는 조립조와 미립슬래그의 냉각조 사이에 보열조를 설치하고 미립화후 반용융상태의 슬래그입자를 보열조로 보낸 다음 열교환시키는 것과 동시에 결정질 슬래그 입자를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 특공소 63-21110 방법은 열회수를 유효하게 행할 수 있지만 결정질 슬래그만을 제조하는 방법이기 때문에 유리질이 필요한 시멘트재료에 적용 할 수 없다는 단점이 있다. 또한 반용해 상태의 슬래그입자를 보열조로 이송할 경우 슬래그입자가 재융착하는 문제점이 있다.
또한, 특공소 55-43412는 10℃/초 이하의 냉각속도로 1000∼1350℃까지 냉각하여 결정질 슬래그 입자를 제조한 다음 고온 슬래그 입자를 충전조 또는 유동층 내에서 열회수하는 밥법과 10℃/초 이상의 냉각속도로 800∼1000℃까지 냉각하여 유리질 슬래그입자를 제조한 다음 충전조 또는 유동층내에서 열회수하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 특공소 55-43412는 슬래그입자의 냉각 이력을 제어하는 것에의해 냉각 슬래그의 품질이 결정되지만 입자화되는 슬래그 지름은 1∼5mm의 미립이기 때문에 10℃/초 이하의 냉각속도로 제어하는 것은 곤란하다. 그래서 500℃정도의 예열 공기에 의하여 용융슬래그를 입자화하고 있지만 고온 고압의 공기를 얻기 위한 새로운 장치가 필요하고 설비가 복잡해진다는 결점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 종래기술에서 도출되는 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 간단한 설비에 의해 저렴한 비용으로 용융 고로 슬래그로부터 결정질 슬래그와 유리질 슬래그를 용이하게 제조하며, 롤 및 혼합유체(공기+물)를 용융 고로 슬래그의 냉각에 이용하는 용융 고로 슬래그의 처리 방법 및 그 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 용융 고로 슬래그의 처리 방법은 용융 고로 슬래그를 회전 롤로 공급하여, 상기 슬래그와 회전 롤 사이의 접촉을 통하여 상기 슬래그를 1차 냉각시키는 단계와; 상기 회전 롤을 통과한 슬래그를 1차 열 교환기에서 혼합 유체를 통하여 2차 냉각시키는 단계와; 상기 2차 냉각된 슬 래그를 예비 분쇄기를 통하여 파쇄하고, 파쇄된 슬래그를 이송 저장하는 단계를 포함하며, 상기 2차 냉각시 발생하는 고온의 배기 가스는 열 회수부를 통과하여 열이 회수된다.
상기 열회수부는 집진기로 이동된 배기 가스를 제진하는 단계와; 상기 제진된 배기 가스는 2차 열 교환기에서 열교환을 통하여 증기를 발생시키는 단계와; 상기 증기는 증기 터빈을 회전시켜 발전기에서 전력을 생산하는 단계를 수행한다.
상기 2차 열 교환기를 통과한 배기 가스는 배기 가스 처리 설비를 통과하여 외부로 방출된다.
상기 2차 냉각 단계는 냉각 속도를 10℃/s 이상으로 하여 유리질 슬래그를 생성할 수 있으며, 상기 2차 냉각 단계는 냉각 속도를 8℃/s 이하로 하여 결정화율이 20% 이상의 결정질 슬래그를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 용융 고로 슬래그 처리 장치는 용융 고로 슬래그가 공급되는 슬래그 공급부와; 상기 슬래그 공급부의 슬래그가 공급되는 회전롤과, 상기 회전롤을 통과한 슬래그에 혼합 유체를 공급하여 냉각시키는 1차 열 교환기와, 냉각된 슬래그를 파쇄하는 예비 분쇄기를 구비하는 열교환 및 파쇄부와; 파쇄된 슬래그를 이송하는 이송 장치와, 이송된 슬래그를 저장하는 슬래그 저장고를 포함하는 슬래그 저장부와; 상기 열교환 및 파쇄부에서 발생하는 고온의 배기 가스에서 열을 회수하는 열 회수부를 포함한다.
상기 열 회수부는 상기 배기 가스를 제진하는 집진기와, 제진된 배기 가스의 열을 열 교환을 통하여 증기를 발생시키는 제 2 열 교환기와, 상기 증기에 의하여 회전하는 증기 터빈과, 상기 증기터빈의 회전으로 전력을 생산하는 발전기를 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명은 간단한 설비에 의해 저렴한 비용으로 용융 고로 슬래그로부터 결정질 슬래그와 유리질 슬래그를 용이하게 제조하며, 롤 및 혼합유체(공기+물)를 용융 고로 슬래그의 냉각에 이용하는 용융 고로 슬래그의 처리 방법 및 그 장치를 제공한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 특징 및 작용들은 첨부도면을 참조하여 이하에서 설명되는 실시예들을 통해 명백하게 드러나게 될 것이다.
첨부된 도면과 연관하여 이하에서 개시되는 상세한 설명은 발명의 바람직한 실시예들을 설명할 의도로서 행해진 것이고, 발명이 실행될 수 있는 형태들만을 나타내는 것은 아니다. 본 발명의 사상이나 범위에 포함된 동일한 또한 등가의 기능들이 다른 실시예들에 의해서도 달성될 수 있음을 주지해야 한다.
도면에 개시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대한 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한 다.
도 1은 본 발명의 용융 고로 슬래그의 처리 방법에 사용되는 장치를 개략적을 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 용융 고로 슬래그 처리 방법에 사용되는 장치는 슬래그 공급부(10), 열교환 및 파쇄부(20), 슬래그 저장부(30) 및 열 회수부(40)를 포함하여 이루어진다.
상기의 구성을 용융 고로 슬래그 처리 방법과 함께 상세히 설명하면 하기와 같다.
우선, 상기 슬래그 공급부(10)는 용융 고로 슬래그(11)를 공급하는 부분으로, 1300℃ 내지 1500℃의 용융 고로 슬래그(11)가 공급된다.
상기 용융 제강 슬래그(11)는 턴디쉬(12)로 공급되는데, 이러한 턴디쉬(12)는 래들(ladle)에서 유입되는 용강을 받아 일정하게 몰드(mold)로 공급시켜주는 장치이다.
상기 열교환 및 파쇄부(20)는 상기 용융 고로 슬래그(11)를 냉각하고 파쇄하는 부분이다.
이러한 열교환 및 파쇄부(20)에서는 상기 턴디쉬(12)로 공급된 용융 고로 슬래그(11)는 공급 노즐(21)을 통하여 내부가 수냉되어 있는 회전 롤(22)로 공급되고, 상기 회전 롤(22)을 통과하며, 1차 냉각된다. 즉, 상기 용융 고로 슬래그(11)와 회전 롤(22) 사이에서 1차 열교환이 수행된다.
상기 회전 롤(22)을 통과하여 1차 냉각된 용융 고로 슬래그(11)는 1차 열 교환기(23) 내로 이동되고 혼합 유체를 이용하여 2차 냉각, 즉, 2차 열교환을 수행된다. 이때, 상기 혼합 유체는 냉각수와 냉각풍의 혼합물로, 상기 회전 롤(22)을 통과하여 판재 형태로 이루어지는 슬래그의 표면으로 직접 공급되어 슬래그의 2차 냉각을 수행한다. 또한, 상기 냉각수는 물이 사용될 수 있으며, 냉각풍은 공기가 사용될 수 있다.
이때, 상기 냉각수 및 냉각풍의 공급량을 조절하여 냉각속도에 따라 냉각된 결정질 슬래그 및 유리질 슬래그를 제조할 수 있다. 유리질 슬래그 제조시 냉각속도는 10℃/s이상으로 하는 것이 바람직하며, 이는 냉각속도가 10℃/s 미만의 경우는 유리화율이 감소하기 때문이다. 결정질 슬래그 제조시 냉각속도는 10℃/s미만으로 하는 것이 바람직하며, 이는 10℃/s 이상의 경우는 결정화율이 감소하기 때문이다. 다만, 세골재에 적용하기위한 조건인 20%이상의 결정화율을 얻기 위한 측면에서 8℃/s 이하로 냉각하는 것이 바람직하다.
상기 혼합 유체에 의하여 2차 냉각된 슬래그는 예비 분쇄기(24)로 이동하여 파쇄된다.
상기 슬래그 저장부(30)는 상기 예비 분쇄기(24)에서 파쇄된 슬래그를 저장하는 부분이다.
상기의 파쇄된 슬래그 저장부(30)에서는 상기 예비 분쇄기(24)에서 파쇄된 슬래그를 스크류 컨베이어와 같은 이송 장치(31)로 이동되어 슬래그 저장고(32)에 저장된다.
상기 열 회수부(40)는 상기 열교환 및 파쇄부(20)에서 상기 용융 고로 슬래그(11)의 1차 및 2차 냉각, 특히 1차 열 교환기(23)에서 수행되는 2차 냉각에 의하여 고온의 배기 가스가 발생하는데, 이 고온의 배기 가스의 열을 회수한다.
이러한 열 회수부(40)에서 고온의 배기 가스는 집진기(41)로 이동하여, 배기 가스 중의 부유물 및 미세 먼지 등이 필터링된다. 즉, 배기 가스는 집진기(41)에 의하여 제진되는 것이다. 이때, 상기 집진기(41)는 사이클론 집진기 등을 사용할 수 있다.
집진기(41)에서 제진된 배기 가스는 2차 열 교환기(42)로 이동되고, 2차 열 교환기(42)에서 열교환을 통하여 증기를 발생시킨다. 이때, 2차 열 교환기(42)는 보일러와 같은 구조로 이루어질 수 있다.
2차 열 교환기(42)에서 발생된 증기는 증기 터빈(43)을 회전시켜 발전기(44)를 가동하고, 이에 따라 전력의 생산이 이루어진다.
또한, 상기 2차 열 교환기(42)를 통과한 배기 가스는 배기 가스 처리 설비(45)를 통과하여 외부로 방출된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 용융 고로 슬래그 처리 장치에 따르면, 용융 고로 슬래그는 3가지 방법에 의하여 열을 전달하고 방출한다.
1. 복사에 의한 열 전달 및 방출
2. 회전 롤과의 접촉에 의한 열 전달 및 방출
3. 혼합 유체와의 접촉으로 발생한 배기 가스의 대류에 의한 열 전달 및 방출
특히 상기 3번의 배기 가스에 의한 열의 전달 및 방출이 가장 큰 열 방출 기구이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1 내지 4)
1㎏의 고로 슬래그를 전기로에서 1450℃로 용융시킨 뒤 노즐을 통하여 금속재질 회전 롤(롤선속도40∼400m/s) 사이(롤간격 50mm이하)로 통과시키고 회전 롤에 의해 냉각된 슬래그는 롤을 통과함과 동시에 공기 또는 혼합유체에 의해 냉각시켰다.
이때, 냉각풍량은 슬래그 1㎏당 0.1㎥ 이상이며, 냉각수량은 슬래그 1㎏당 50㎤이상 공급하여, 냉각속도를 6℃/s(실시예 1), 8℃/s(실시예 2), 10℃/s(실시예 3), 15℃/s(실시예 4)로 하여 유리화율(%)을 측정하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
냉각속도(℃/s) 6 8 10 15
유리화율(%) 52 80 95 98
표 1은 슬래그의 냉각 속도에 따른 유리화율을 표시한 것이다.
표 1을 참조하면, 슬래그의 냉각 속도가 10℃/s 이상인 경우, 유리화율이 95% 이상으로, 유리질 슬래그를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
또한, 슬래그의 냉각 속도가 8℃/s인 경우, 유리화율이 감소하여 결정질 슬래그의 양이 증가함을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 용융 고로 슬래그의 처리 방법에 사용되는 장치를 개략적을 도시한 개념도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10; 슬래그 공급부
20; 열교환 및 파쇄부
30; 슬래그 저장부
40; 열 회수부

Claims (7)

  1. 용융 고로 슬래그를 회전 롤로 공급하여, 상기 슬래그와 회전 롤 사이의 접촉을 통하여 상기 슬래그를 1차 냉각시키는 단계와;
    상기 회전 롤을 통과한 슬래그를 1차 열 교환기에서 혼합 유체를 통하여 2차 냉각시키는 단계와;
    상기 2차 냉각된 슬래그를 예비 분쇄기를 통하여 파쇄하고, 파쇄된 슬래그를 이송 저장하는 단계를 포함하며,
    상기 2차 냉각시 발생하는 고온의 배기 가스는 열 회수부를 통과하여 열이 회수되는 것을 특징으로 하는 용융 고로 슬래그의 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열회수부는
    집진기로 이동된 배기 가스를 제진하는 단계와;
    상기 제진된 배기 가스는 2차 열 교환기에서 열교환을 통하여 증기를 발생시키는 단계와;
    상기 증기는 증기 터빈을 회전시켜 발전기에서 전력을 생산하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 용융 고로 슬래그의 처리 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 2차 열 교환기를 통과한 배기 가스는 배기 가스 처리 설비를 통과하여 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는 용융 고로 슬래그의 처리 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 냉각 단계는 냉각 속도를 10℃/s 이상으로 하여 유리질 슬래그를 생성하는 것을 특징으로 하는 용융 고로 슬래그의 처리 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 냉각 단계는 냉각 속도를 8℃/s 이하로 하여 결정화율이 20% 이상의 결정질 슬래그를 생성하는 것을 특징으로 하는 용융 고로 슬래그의 처리 방법.
  6. 용융 고로 슬래그가 공급되는 슬래그 공급부와;
    상기 슬래그 공급부의 슬래그가 공급되는 회전롤과, 상기 회전롤을 통과한 슬래그에 혼합 유체를 공급하여 냉각시키는 1차 열 교환기와, 냉각된 슬래그를 파쇄하는 예비 분쇄기를 구비하는 열교환 및 파쇄부와;
    파쇄된 슬래그를 이송하는 이송 장치와, 이송된 슬래그를 저장하는 슬래그 저장고를 포함하는 슬래그 저장부와;
    상기 열교환 및 파쇄부에서 발생하는 고온의 배기 가스에서 열을 회수하는 열 회수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 고로 슬래그의 처리 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 열 회수부는
    상기 배기 가스를 제진하는 집진기와, 제진된 배기 가스의 열을 열 교환을 통하여 증기를 발생시키는 제 2 열 교환기와, 상기 증기에 의하여 회전하는 증기 터빈과, 상기 증기터빈의 회전으로 전력을 생산하는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 고로 슬래그의 처리 장치.
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