KR20120047701A - 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치에 관한 것으로, 내부에 공간부(11)가 형성된 슬래그 포트(10)와, 상기 슬래그 포트(10)의 상부로 배치되며 상부가 호퍼 형상으로 형성되어 공급된 용융 슬래그(m)를 와류 형성하여 상기 슬래그 포트(10) 내로 공급하는 와류 형성부재(20)와, 고로 또는 전로 또는 전기로의 용융 슬래그(m)를 슬래그 주입컵(50)으로부터 받아 일시적으로 저장한 후 상기 와류 형성부재(20)에 일정 유속으로 공급하는 슬래그 공급 포트(30)와, 상기 와류 형성부재(20)로 공급되는 용융 슬래그(m)에 환원제(s)를 투입하는 환원제 공급관부재(40)를 포함한다.
본 발명은 와류를 이용하여 용융 슬래그 중의 유가금속을 효율적으로 회수할 수 있고, 고상화 과정에서 용융 슬래그의 미립화가 가능하다. 따라서 별도의 파쇄작업 없이 환원된 슬래그의 현열을 회수하므로 현열 회수 효율도 증대되는 이점이 있다.

Description

용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치{Apparatus for recovering valuable metals from slag}
본 발명은 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고로 또는 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 미립화하고 유가금속을 회수할 수 있도록 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치에 관한 것이다.
슬래그는 철강제련공정에서 필연적으로 발생하는 생성물이다. 슬래그는 제선과정에서 철광석이나 코크스의 맥석 성분에서, 제강과정에서는 용선 또는 용강의 산화와 탈산시 생성되는 산화물 또는 정련을 목적으로 첨가되는 부원료 등에 의해 필연적으로 생성된다.
슬래그는 SiO2와 CaO를 기본계로 하여 정련반응의 종류에 따라 Al2O3, FeO, MgO, P2O5 및 CaS 등을 포함한다.
제선 슬래그는 CaO-SiO2-Al2O3를 기본계로 하고 있고, 용선 또는 용강의 산화반응에 기초하는 제강슬래그는 CaO-SiO2-FeO를 기본계로 하고 있다.
본 발명의 목적은 고로 또는 전로 또는 전기로의 용융 슬래그의 미립화가 가능하고, 유가금속의 회수 및 슬래그의 현열 회수가 용이한 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 내부에 공간부가 형성된 슬래그 포트와; 상기 슬래그 포트의 상부로 배치되며 상부가 호퍼 형상으로 형성되어 공급된 용융 슬래그를 와류 형성하여 상기 슬래그 포트 내로 공급하는 와류 형성부재와; 고로 또는 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 주입컵으로부터 받아 일시적으로 저장한 후 상기 와류 형성부재로 일정 유속으로 공급하는 슬래그 공급 포트와; 상기 와류 형성부재로 공급되는 용융 슬래그에 환원제를 투입하는 환원제 공급관부재를 포함한다.
상기 와류 형성부재는 상부가 하부로 갈수록 내부 직경이 점차 작아지는 호퍼 형상이고, 하부가 직선관 형상을 갖는다.
상기 슬래그 공급 포트는 상부 일측에 주입구가 형성되고, 하부 일측에 상기 와류 형성부재의 상부로 연장된 배출구가 형성된다.
상기 환원제 공급관부재는 환원제가 용융 슬래그의 와류 형성 중심부와 가장자리 사이에 투입되도록 단부가 상기 와류 형성부재의 상부 중심과 가장자리 사이를 향하도록 배치된다.
내부에 공간부가 형성된 슬래그 포트와; 상기 슬래그 포트의 상부로 배치되며 호퍼 형상으로 형성되어 공급된 용융 슬래그를 와류 형성하여 상기 슬래그 포트 내로 공급하는 와류 형성부재와; 고로 또는 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 주입컵으로부터 받아 일시적으로 저장한 후 상기 와류 형성부재로 일정 유속으로 공급하는 슬래그 공급 포트와; 상기 와류 형성부재를 통해 상기 슬래그 포트 내로 공급되는 용융 슬래그를 냉각시키는 냉각수단을 포함한다.
상기 와류 형성부재는 상부 입구에서 하부 출구로 갈수록 내부 직경이 점차 작아지는 호퍼 형상이다.
상기 냉각수단은 상기 슬래그 포트 내로 스팀을 유입시키는 스팀 공급부, 상기 슬래그 포트 내로 가스를 유입시키는 가스 공급부 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 슬래그 포트 내에는 상기 와류 형성부재 직하부로 낙하하면서 응고되는 슬래그를 회수하기 위한 회수관부재가 구비된다.
상기 슬래그 포트의 하부 일 측에 상기 공간부에 연통되며 냉각되어 고상화된 슬래그가 외부로 배출되는 고상 슬래그 배출구가 형성되고, 상기 공간부에 상기 고상 슬래그 배출구를 향하여 연장되고 경사진 안내경사판이 구비된다.
상기 슬래그 포트의 상부 일 측에 용융 슬래그의 냉각시 발생된 고온의 증기와 고온의 공기가 배출되는 폐열 배출관이 구비되고, 상기 폐열 배출관에 상기 고온의 증기와 고온의 공기의 열을 회수하여 온수를 생산하는 열교환기를 배치한다.
상기 와류 형성부재로 공급되는 용융 슬래그에 환원제를 투입하는 환원제 공급관부재를 더 포함한다.
상기 환원제 공급관부재는 환원제가 용융 슬래그의 와류 형성 중심부와 가장자리 사이에 투입되도록 단부가 상기 와류 형성부재의 상부 중심과 가장자리 사이를 향하도록 배치된다.
본 발명은 와류를 이용하여 용융 슬래그 중의 유가금속을 효율적으로 회수할 수 있고, 고상화 과정에서 미립화가 가능하므로 환원된 슬래그의 별도의 파쇄작업이 필요없고 미립화된 슬래그로부터 현열을 회수하므로 현열 회수 효율이 증대되는 효과가 있다.
또한, 현열을 회수하여 열교환에 이용함으로써 온수 또는 스팀을 얻기 위한 에너지 비율 절감의 효과가 있다.
이와 같이, 본 발명은 제철공장에서 필연적으로 생성되는 용융 슬래그로부터 유가금속의 회수율을 높일 수 있으며, 슬래그 미립화를 통해 파쇄 에너지를 감소하고 유가금속과 환원된 슬래그의 분별 성능이 향상되며 고상화 과정에서의 용융 슬래그의 폐열, 환원된 슬래그의 현열 회수가 가능하므로 에너지 절감 차원에서도 향상된 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치의 일 실시예를 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치의 다른 실시예를 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치의 또 다른 실시예를 보인 구성도.
도 4는 도 3의 또 다른 실시예를 적용하여 유가금속을 회수하고 슬래그의 현열을 회수하는 과정을 보인 과정도.
이하, 본 발명에 의한 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치에 대해 설명한다.
본 발명의 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치는 용융 슬래그를 와류 형성하여 슬래그 포트 내로 공급함으로써 환원제의 혼합 효율을 높여 유가금속 회수율을 높이고 또, 용융 슬래그를 미립화하는데 특징이 있다.
(일 실시예)
일 실시예는 용융 슬래그를 와류 형성하여 슬래그 포트 내로 공급함으로써 환원제의 혼합 효율을 높여 유가금속을 용이하게 회수하는 것을 기본원리로 한다.
일 실시예의 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치는, 슬래그 포트(10), 와류 형성부재(20), 슬래그 공급 포트(30), 환원제 공급관부재(40)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 슬래그 포트(10)는 내부에 공간부(11)가 형성되고 하부에 배출구(13)가 형성되며 상부가 슬래그 포트 커버(15)에 의해 선택적으로 개폐되는 구조를 갖는다.
배출구(13)는 아래에서 설명될 유가금속의 배출을 위해 구비되고, 슬래그 포트 커버(15)는 용융 슬래그(m)의 온도 하락을 방지하기 위해 구비될 수 있다. 하지만, 배출구(13) 및 슬래그 포트 커버(15)는 필요에 따라 구비되지 않을 수도 있다.
와류 형성부재(20)는 슬래그 포트(10)의 상부로 배치되며 상부가 호퍼 형상으로 형성되어 공급된 용융 슬래그(m)를 와류 형성하여 슬래그 포트(10) 내로 공급한다. 와류 형성부재(20)는 상부가 하부로 갈수록 내부 직경이 점차 작아지게 형성된 호퍼 형상이고, 하부가 직선관 형상을 갖는다.
본 실시예에서 와류 형성부재(20)는 상부가 슬래그 포트 커버(15)에 관통되게 안착되며 상부의 호퍼 형상이 공간부(11) 외부로 배치되고 직선관 형상이 공간부(11)에 배치된다.
와류 형성부재(20)는 용융 슬래그(m)를 슬래그 포트(10)로 공급시 와류(소용돌이)를 수반하는 흐름을 유도하여 환원제(s)와의 용융 슬래그(m)의 혼합효율을 높인다.
슬래그 공급 포트(30)는 용융 슬래그(m)를 슬래그 주입컵(50)으로부터 받아 일시적으로 저장한 후 와류 형성부재(20)로 공급한다. 와류를 형성하기 위해서는 일정한 유속을 가지고 와류 형성부재(20)에 용융 슬래그(m)가 공급되어야 하므로 용융 슬래그(m)를 일정한 유속으로 와류 형성부재(20)에 공급하기 위해 슬래그 공급 포트(30)가 구비된다.
슬래그 공급 포트(30)는 상부 일측에 주입구(31)가 형성되고, 하부 일측에 와류 형성부재(20)의 상부를 향하여 연장된 배출구(33)가 형성된 구조를 갖는다. 용융 슬래그(m)를 일정한 유속으로 와류 형성부재(20)에 공급할 수 있도록 주입구(31)는 배출구(33)보다 크게 형성되는 것이 바람직하고, 배출구(33)에서 배출되는 용융 슬래그(m)의 유속을 조절할 수 있도록 배출구(33)에 개폐조절밸브(35)가 설치될 수도 있다.
개폐조절밸브(35)는 별도의 제어부(60)에 의해 개폐정도가 조절되며 슬래그 공급 포트(30)로부터 와류 형성부재(20)로 배출되는 용융 슬래그(m)의 유속이 제어된다.
이러한 슬래그 공급 포트(30)는 와류 형성부재(20)에 일정한 유속으로 용융 슬래그(m)를 공급할 수 있으면 형상 및 용량에 있어 다양한 형태가 채용될 수 있다.
용융 슬래그(m)는 고로 또는 전로 또는 전기로의 용융 슬래그(m)가 해당될 수 있으며, 이 외에도 제철소, 제강공장, 비철 제련, 폐기물 처리장 등에서 발생하는 모든 종류의 용융 슬래그, 이들 업장에서 발생하는 폐기물을 2차 가공한 뒤 발생하는 모든 슬래그를 포함한다.
제철소 및 제강공정에서 발생하는 슬래그 중에는 철, 크롬, 망간 등 다량의 유가금속이 포함되며 그대로 배출할 경우 경제적 손실과 함께 환경을 오염시키기 된다. 이에 유가금속을 회수하고 유가금속이 회수된 슬래그는 현열 회수를 통해 재활용 함으로써 에너지를 저감한다.
일 실시예의 경우 유가금속을 용이하게 회수하는 것에 목적이 있으므로 예를 들어, 유가금속이 다량 함유된 전기로의 용융 슬래그가 적합할 수 있다.
슬래그 주입컵(50)은 용융 슬래그(m)를 받아 슬래그 공급 포트(30)로 공급하기 위한 일종의 포트이다.
환원제 공급관부재(40)는 와류 형성부재(20)로 공급되는 용융 슬래그(m)에 환원제(s)를 투입하기 위한 것이다. 환원제 공급관부재(40)는 환원제(s)가 용융 슬래그(m)의 와류 형성 중심부와 가장자리 사이(A)에 투입되도록 단부가 와류 형성부재(20)의 상부 중심과 가장자리 사이(A)를 향하도록 배치된다.
와류 형성 중심부는 유속이 빨라 환원제(s)가 투입되면 용융 슬래그(m)에 혼합되지 않고 바로 와류 형성 중심부를 따라 하부로 빠지게 되고, 가장자리는 유속이 느려 환원제가 용융 슬래그에 혼합되는데 과도한 시간이 소요되므로 유가금속 회수 효율성 측면에서 바람직하지 않다.
이에 환원제(s)와 용융 슬래그(m)의 혼합효율을 높이기 위해 환원제(s)가 용융 슬래그(m)의 와류 형성 중심부와 가장자리 사이(A)에 투입되는 것이다.
환원제 공급관부재(40)는 상부의 환원제 저장부(41)와 연결되어 일정량의 환원제(s)가 공급될 수 있도록 된다. 환원제 공급관부재(40)에는 환원제의 공급량을 조절할 수 있는 조절밸브(43)가 구비되고, 조절밸브는 별도의 제어부에 의해 제어된다. 이외에 환원제 저장부에서 환원제 공급관부재를 통해 환원제를 공급하는 구조는 본 발명의 요지가 아니므로 자세한 설명은 생략한다.
환원제(s)는 용융 슬래그(m) 중의 유가금속을 환원할 수 있는 모든 물질을 의미하며, 알루미늄 드로스, 탄소, 블랙카본, 폐카본, 미분탄, 코크스, 석탄 등이 포함될 수 있다. 또한, 유가금속의 환원은 예를 들어, 용융 슬래그 중의 FeO, CrOX 등을 Fe, Cr 등으로 환원시키는 것을 의미할 수 있다. 환원제는 반응 효율을 높이기 위해 미분상태의 환원제를 투입하는 것이 바람직하다.
한편 도시되지는 않았지만, 슬래그 포트(10)에 열을 공급하여 슬래그 포트(10) 내부의 슬래그를 용융 상태로 유지하기 위한 보조가열장치(미도시)가 구비될 수 있다. 보조가열장치는 환원제 공급에 의한 환원반응이 종료된 후 과도한 흡열반응에 의해 용융 슬래그 및 유가금속의 온도가 저하되는 경우를 방지한다.
일 실시예의 작용을 설명한다.
설명의 편의를 위해 유가금속이 다량 함유된 전기로의 용융 슬래그를 예로 들어 설명한다. 그러나 반드시 일 실시예가 전기로의 용융 슬래그에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
우선, 전기로의 용융 슬래그(m)를 슬래그 주입컵(50) 내로 배출한다. 용융 슬래그(m)는 전기로를 기울이거나 도어가 있는 경우 도어를 개방하여 슬래그 주입컵(50) 내로 배출한다.
슬래그 주입컵(50)으로 배출된 용융 슬래그(m)를 슬래그 공급 포트(30) 상부의 주입구(31)를 통해 슬래그 공급 포트(30)로 공급한다. 슬래그 공급 포트(30)로 공급된 용융 슬래그(m)는 하부의 배출구(33)를 통해 와류 형성부재(20)에 투입되어 와류를 형성하면서 슬래그 포트(10) 내로 공급된다.
이때, 환원제 공급관부재(40)를 통해 환원제(s)를 용융 슬래그(m)에 공급하되 단부가 와류 형성부재(20)의 상부 중심과 가장자리 사이(A)를 향하도록 배치하여 환원제(s)가 용융 슬래그(m)의 와류 형성 중심부와 가장자리 사이(A)에 투입되도록 한다.
와류 형성부재(20)의 상부는 와류를 형성함에 의해 환원제(s)가 투입되면 환원제(s)와 용융 슬래그(m)가 균일 혼합되고, 균일 혼합된 용융 슬래그(m)가 와류를 형성하면서 와류 형성부재(20)의 직선관 형태를 통해 슬래그 포트 내로 공급된다.
슬래그 포트(10) 내로 공급된 용융 슬래그(m)는 유가금속과 나머지 용융 슬래그(m1)로 분리되고, 비중이 높은 유가금속(m2)이 슬래그 포트(10)의 하부로 분리되고 그 상부에 나머지 용융 슬래그(m1)가 위치된다.
그러면 상부의 용융 슬래그(m1)를 배출하고 슬래그 포트(10) 하부에 위치한 유가금속(m2)을 회수하면 된다. 만약, 슬래그 포트(10)의 하부에 배출구(13)가 구비된 경우에는 슬래그 포트 하부의 배출구(13)를 개방하여 유가금속을 회수한 후, 나머지 용융 슬래그(m1)를 회수할 수도 있다.
이때, 환원제(s) 투입에 의한 과도한 흡열반응에 의해 용융 슬래그(m)의 온도가 저하되면 보조가열장치를 이용하여 슬래그 포트(10)에 추가적인 열을 공급함으로써 슬래그(m)를 용융 상태로 유지할 수 있다. 보조가열장치는 슬래그 포트(10) 내부의 온도를 높이는 장치라면 다양한 형태가 채용될 수 있다.
이러한 일 실시예의 장치는 용융 슬래그에 환원제가 균일 혼합되게 하므로 슬래그에 포함된 유가금속의 회수가 용이하다.
(다른 실시예)
다른 실시예는 용융 슬래그를 슬래그 포트 내로 공급시 와류 형성하여 미립화하는 것을 기본원리로 한다.
다른 실시예의 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치는, 슬래그 포트(110), 와류 형성부재(120), 슬래그 공급 포트(130), 냉각수단(140)을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 슬래그 포트(110)는 내부에 공간부(111)가 형성되고, 상부가 슬래그 포트 커버(113)에 의해 선택적으로 개폐되는 구조를 갖는다. 여기서, 슬래그 포트 커버(113)는 필요에 따라 구비되지 않을 수도 있다.
와류 형성부재(120)는 슬래그 포트(110)의 상부로 배치되며 호퍼 형상으로 형성되어 공급된 용융 슬래그(m)를 와류 형성하여 슬래그 포트(110) 내로 공급한다. 와류 형성부재(120)는 상부 입구에서 하부 출구로 갈수록 내부 직경이 점차 작아지는 호퍼 형상으로 된다.
본 실시예에서 와류 형성부재(120)는 상부가 슬래그 포트 커버(113)에 안착되어 입구 부분이 공간부(111) 외부로 배치되고, 출구 부분이 공간부(111)에 배치된다. 이러한 와류 형성부재(120)는 와류(소용돌이)를 형성하여 용융 슬래그(m)를 슬래그 포트(110)로 공급시 용융 슬래그(m) 액적이 방울 방울 퍼지도록 함으로써 용융 슬래그(m)가 미립화되도록 한다.
구체적으로, 와류 형성부재(120)의 호퍼 형상이 와류를 형성하고, 하부 직선관 형태가 구비되지 않음으로 해서 슬래그 포트(110)로 공급시 용융 슬래그(m)가 고속기류에 의해 방울 방울의 액적 궤적을 형성하고 바로 응고되어 용융 슬래그(m)가 미립화되는 것이다.
이러한 와류 형성부재(120)는 와류 형성부재(120)의 출구에 접선 방향의 운동 모멘텀을 부여하여 미립화된 슬래그(m) 입자를 연속적으로 얻도록 한다.
슬래그 공급 포트(130)는 용융 슬래그(m)를 슬래그 주입컵(150)으로부터 받아 일시적으로 저장한 후 와류 형성부재(120)로 공급한다. 와류를 형성하기 위해서는 일정한 유속을 가지고 와류 형성부재(120)에 용융 슬래그(m)가 공급되어야 하므로 용융 슬래그(m)를 일정한 유속으로 와류 형성부재(120)에 공급하기 위해 슬래그 공급 포트(130)가 구비된다.
슬래그 공급 포트(130)는 상부 일측에 주입구(131)가 형성되고, 하부 일측에 와류 형성부재(120)의 상부로 연장된 배출구(133)가 형성된 구조를 갖는다. 용융 슬래그(m)를 일정한 유속으로 와류 형성부재(120)에 공급할 수 있도록 주입구(131)는 배출구(133)보다 크게 형성되는 것이 바람직하고, 배출구(133)에 배출되는 용융 슬래그(m)의 유속을 조절할 수 있도록 개폐조절밸브(135)가 설치될 수도 있다. 개폐조절밸브(135)는 별도의 제어부(160)에 의해 개폐정도가 조절된다.
이러한 슬래그 공급 포트(130)는 와류 형성부재(120)에 일정한 유속으로 용융 슬래그(m)를 공급할 수 있으면 형상 및 용량에 있어 다양한 형태가 채용될 수 있다.
용융 슬래그(m)는 고로 또는 전로 또는 전기로의 용융 슬래그가 해당될 수 있으며, 이 외에도 제철소, 제강공장, 비철 제련, 폐기물 처리장 등에서 발생하는 모든 종류의 용융 슬래그, 이들 업장에서 발생하는 폐기물을 2차 가공한 뒤 발생하는 모든 슬래그를 포함한다.
다른 실시예의 경우 용융 슬래그(m)를 고상화하는 과정에서 미립화하는데 목적이 있으므로 예를 들어, 유가금속이 거의 함유되지 않은 고로의 용융 슬래그가 적합할 수 있다. 미립화한 고상의 슬래그로부터는 보유한 현열을 회수할 수 있다.
유가금속이 다량 함유된 용융 슬래그의 경우 유가금속 회수가 먼저 선행되는 것이 바람직한데, 이는 유가금속이 다량 함유된 용융 슬래그는 고상화하여 미립화하더라도 열 회수 과정에서 유가금속이 산화하므로 현열 회수에 사용이 어렵기 때문이다.
슬래그 주입컵(150)은 용융 슬래그(m)를 받아 슬래그 공급 포트(130)로 공급하기 위한 일종의 포트이다.
냉각수단(140)은 슬래그 포트(110) 내로 공급되는 액적 형태의 용융 슬래그를 냉각시키기 위한 것이다. 냉각수단(140)은 슬래그 포트(110) 내로 스팀을 유입시키는 스팀 공급부, 슬래그 포트 내로 가스를 유입시키는 가스 공급부 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
스팀공급부 또는 가스 공급부는 슬래그 포트(110) 내벽 일측에 형성되어 공간부(111)로 스팀 또는 가스가 분사되는 스팀 또는 가스 분사구를 포함하며, 스팀 또는 가스 분사구에는 포러스 플러그 또는 스팀 또는 가스 파이프를 배치할 수 있다.
또한, 스팀 또는 가스 외에도 용융 슬래그(m)를 냉각시킬 수 있는 유체 또는 기체라면 다량한 형태가 채용될 수 있다.
한편, 슬래그 포트(110) 내에는 와류 형성부재 직하부로 낙하하면서 응고되는 슬래그를 회수하기 위한 회수관부재(170)가 구비된다. 회수관부재(170)는 상부가 개방된 관 형상이고 개방된 상부로 응고된 고상의 슬래그를 받는 안내부(171)가 형성된다.
용융 슬래그(m)를 와류 형성부재(120)에 공급하더라도 와류 형성까지는 다소 시간이 요구되며, 와류 형성 전의 용융 슬래그(m)는 슬래그 포트 내로 공급시 비교적 큰 형태의 고상 슬래그(m3)로 응고된다. 이러한 고상 슬래그(m3)는 와류 형성 후 미립화 응고되는 슬래그(m4)에 함께 포함되면 통기성을 해치고 슬래그 미립화를 위해 스팀 또는 가스 분무에 영향을 미칠 수 있다.
와류 형성 전 회수된 비교적 큰 형태의 고상 슬래그(m3)는 일정한 크기의 골재로 제조할 수 있다. 이러한 골재로 사용되는 슬래그 량을 최소화하기 위해 도시되지는 않았지만 와류 형성부재에 스토퍼를 설치할 수도 있다.
또한, 회수관부재(170)는 배출구(173)가 아래에서 설명될 안내경사판(180) 하부로 개구되어 와류 형성 전 고상화된 슬래그(m3)가 안내경사판(180) 하부로 회수될 수 있도록 된다.
슬래그 포트(110)의 하부 일 측에 공간부(111)에 연통되며 냉각되어 고상화된 미립의 슬래그(m4)가 외부로 배출되는 고상 슬래그 배출구(115)가 형성되고, 공간부(111)에 고상 슬래그 배출구(115)를 향하여 연장되고 경사진 안내경사판(180)이 구비된다. 안내경사판(180)은 고상화된 미립의 슬래그(m4)를 받아 고상 슬래그 배출구(115)로 안내하는 역할을 한다.
슬래그 포트 커버(113)의 상부 일 측에 폐열 배출관(117)이 구비된다. 폐열 배출관(117)은 용융 슬래그(m)의 냉각시 발생된 고온의 증기와 고온의 공기가 배출되는 관이다. 폐열 배출관(117)에 열교환기(190)가 배치될 수 있다. 열교환기(190)는 고온의 증기와 고온의 공기의 열을 회수하여 온수를 생산하거나 다른 목적으로 이용할 수 있다.
다른 실시예의 작용을 설명한다.
설명의 편의를 위해 유가금속이 거의 함유되지 않은 고로의 용융 슬래그를 예로 들어 설명한다. 그러나 반드시 다른 실시예가 고로의 용융 슬래그에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
다른 실시예는 일 실시예를 통해 회수된 용융 슬래그에 적용할 수도 있고 유가금속이 거의 함유되지 않은 제철, 제강, 제련 등의 용융 슬래그에 적용할 수도 있다.
우선, 고로의 용융 슬래그(m)를 슬래그 주입컵(150) 내로 배출한다. 슬래그 주입컵(150)으로 배출된 용융 슬래그(m)를 슬래그 공급 포트(130) 상부의 주입구(131)를 통해 슬래그 공급 포트(130) 내로 공급한다. 슬래그 공급 포트(130)로 공급된 용융 슬래그(m)는 하부의 배출구(133)를 통해 와류 형성부재에 투입되어 와류를 형성하면서 슬래그 포트(110) 내로 공급된다. 이 과정에서 슬래그 포트(110) 내부로는 스팀 또는 가스를 공급하여 용융 슬래그(m)가 슬래그 포트(110) 내로 공급되는 과정에서 응고될 수 있도록 한다.
이때, 와류 형성부재(120)로 투입된 용융 슬래그(m)는 초기에는 와류 형성이 미미하므로 비교적 큰 고상의 슬래그(m3)로 되고, 이 후 유속이 빨라져 와류가 형성되면 와류 형성부재(120)의 출구에 접선 방향의 운동 모멘텀을 부여하여 사방으로 펼쳐진 원추형의 미세한 방울 방울의 액적을 형성하면서 슬래그 포트(110) 내로 공급된다.
와류 형성이 미미한 초기의 용융 슬래그(m)는 와류 형성부재 직하부로 낙하하므로 회수관부재(170)를 통해 안내경사판(180) 하부로 회수되고, 이 후 와류 형성된 용융 슬래그(m)는 미립화되면서 바로 응고되어 안내경사판(180) 상부로 낙하한다. 안내경사판(180)의 상부로 낙하한 미립화된 고상의 슬래그(m4)는 안내경사판(180)의 경사를 통해 자연스럽게 이송되어 고상 슬래그 배출구(115)를 통해 외부로 배출된다.
이 과정에서 발생된 고온의 증기와 고온의 공기의 열은 폐열 배출관(117)에 구비된 열교환기(190)가 회수하도록 하며, 고상 슬래그 배출구(115)를 통해 외부로 배출된 미립화된 고상의 슬래그(m4)는 별도의 파쇄 과정없이도 도 4의 현열 회수장치로 보내 현열을 회수할 수 있다.
예를 들어, 현열 회수는 스팀공급부 및 현열 회수 열교환기가 구비된 현열 배출관을 포함하는 현열 회수 장치에 미립화된 고상의 슬래그를 장입하고, 스팀공급부로 스팀 또는 고온의 공기를 주입하여 고상의 슬래그(m4)가 낮은 온도에서 용융되게 함으로써 슬래그가 보유한 열을 현열 열교환기가 회수할 수 있도록 한다.
현열 회수에 있어 슬래그 미립화는 낮은 열량 공급으로 보다 높은 열을 열교환기가 회수할 수 있도록 하여 현열 회수 효율을 증대시킨다.
(또 다른 실시예)
또 다른 실시예는 용융 슬래그를 와류 형성하여 슬래그 포트 내로 공급함으로써 환원제의 혼합 효율을 높이고, 혼합된 용융 슬래그를 슬래그 포트 내로 공급시 와류 형성을 통한 슬래그를 미립화하는 것을 원리로 한다.
미립화한 고상의 슬래그는 환원제 투입에 의해 환원반응이 수행된 후 미립화되므로 유가금속과 유가금속이 함유되지 않은 미립의 고상 슬래그가 혼재되어 있는 상태이다. 따라서 별도의 파쇄과정을 수행하지 않고도 자성, 자장을 이용하여 유가금속만 회수할 수 있다.
또 다른 실시예는 유가금속이 다량 함유된 용융 슬래그에 적용될 수 있으며, 다른 실시예와 비교하여 일 실시예의 환원제 공급관부재를 더 포함하는 것에 차이가 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예의 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치는, 슬래그 포트(110), 와류 형성부재(120), 슬래그 공급 포트(130), 냉각수단(140), 환원제 공급관부재(210)를 포함한다. 또 다른 실시예는 다른 실시예에 일 실시예의 환원제 공급관부재(210)가 추가된 것이므로 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.
또 다른 실시예에서 환원제 공급관부재(210)가 추가되는 것은 유가금속이 다량 함유된 용융 슬래그의 경우 유가금속 회수가 먼저 선행되는 것이 바람직하기 때문이다. 왜냐하면 유가금속이 다량 함유된 용융 슬래그는 고상화하여 미립화하더라도 열 회수 과정에서 유가금속이 산화하므로 현열 회수에 사용이 어렵기 때문이다.
도 4를 참조하여 또 다른 실시예의 작용을 설명한다.
설명의 편의를 위해 유가금속이 다량 함유된 전기로의 용융 슬래그를 예로 들어 설명한다. 그러나 반드시 또 다른 실시예가 전기로의 용융 슬래그에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
예를 들어, 또 다른 실시예는 일 실시예를 적용하기 어려운 경우 적용될 수 있다. 환원제 중 알루미늄 드로스는 Fe보다 융점이 높아 일 실시예를 적용하는 경우 알루미늄 드로스가 용해되지 않아 유가금속과 용융 슬래그의 분리가 어려울 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 우선 전기로의 용융 슬래그(m)를 슬래그 주입컵(150) 내로 배출한다. 슬래그 주입컵(150)으로 배출된 용융 슬래그(m)를 슬래그 공급 포트(130) 상부의 주입구(131)를 통해 슬래그 공급 포트(130) 내로 공급한다. 슬래그 공급 포트(130)로 공급된 용융 슬래그(m)는 하부의 배출구(133)를 통해 와류 형성부재(120)에 투입되어 와류를 형성하면서 슬래그 포트(110) 내로 공급된다.
이때, 환원제 공급관부재(210)를 통해 미립의 환원제(s)를 용융 슬래그(m)에 공급하되 균일 혼합을 위해 단부가 와류 형성부재(120)의 상부 중심과 가장자리 사이(A)를 향하도록 배치하여 환원제(s)가 용융 슬래그의 와류 형성 중심부와 가장자리 사이(A)에 투입되도록 한다.
와류 형성부재(120)는 와류를 형성함에 의해 환원제(s)가 투입되면 환원제(s)와 용융 슬래그(m)가 균일 혼합되고, 균일 혼합된 용융 슬래그(m)가 와류를 형성하면서 슬래그 포트(110) 내부로 공급될 수 있도록 한다.
또한, 이 과정에서 슬래그 포트(110) 내부로는 스팀 또는 가스를 공급하여 용융 슬래그(m)가 슬래그 포트(110) 내로 공급되는 과정에서 응고될 수 있도록 한다.
와류 형성부재(120)로 투입된 용융 슬래그(m)는 환원제(s)와 균일 혼합되어 환원반응이 일어남과 동시에 초기에는 와류 형성이 미미하므로 낙하되면서 비교적 큰 고상의 슬래그(m3)로 되고, 이 후 유속이 빨라져 와류가 형성되면 와류 형성부재(120)의 출구에 접선 방향의 운동 모멘텀을 부여하여 사방으로 펼쳐진 원추형의 미세한 방울 방울의 액적이 형성되면서 용융 슬래그(m)가 슬래그 포트(110) 내로 공급된다.
와류 형성이 미미한 초기의 용융 슬래그(m)는 와류 형성부재 직하부로 낙하하므로 회수관부재(170)를 통해 안내경사판(180) 하부로 회수되고, 이 후 와류 형성된 용융 슬래그(m)는 미립화되면서 바로 응고되어 안내경사판(180) 상부로 낙하한다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 안내경사판(180)의 상부로 낙하한 미립화된 고상의 슬래그(m4)는 안내경사판(180)의 경사를 통해 고상 슬래그 배출구(115)를 통해 외부로 배출된다.
이 과정에서 발생된 고온의 증기와 고온의 공기의 열은 폐열 배출관(117)에 구비된 열교환기(190)가 회수하도록 하며, 고상 슬래그 배출구(115)를 통해 외부로 배출된 미립화된 고상의 슬래그(m4)는 별도의 파쇄 과정없이도 현열 회수장치로 보내 현열을 회수할 수 있다.
한편, 안내경사판(180)의 하부로 회수된 고상의 슬래그(m3)는 골재 형태로 제조하며, 도 4의 (b) 및 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 안내경사판의 경사를 통해 외부로 배출된 고상의 슬래그(m2,m4)는 미립화된 고상의 슬래그로 유가금속(m2)을 포함하므로 자장을 부여하여 유가금속을 회수한다.
도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 유가금속이 회수되고 남은 나머지 미립화된 고상의 슬래그(m4)는 현열 회수 장치(220)로 보내 현열을 회수할 수 있도록 한다.
현열 회수는 스팀공급부(221) 및 현열 회수 열교환기(225)가 구비된 현열 배출관(223)을 포함하는 현열 회수 장치(220)에 유가금속을 포함하지 않는 미립화된 고상의 슬래그(m4)를 장입하고, 스팀공급부(221)로 스팀 또는 고온의 공기를 주입하여 고상의 슬래그가 낮은 온도에서 용융되게 함으로써 슬래그가 보유한 열을 현열 열교환기가 회수할 수 있도록 한다.
현열 회수에 있어 슬래그 미립화는 낮은 열량 공급으로 보다 높은 열을 열교환기가 회수할 수 있도록 하여 현열 회수 효율을 증대시킨다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
10,110:슬래그 포트 11,111:공간부
13:배출구 15,113:슬래그 포트 커버
20, 120:와류 형성부재 30,130:슬래그 공급 포트
31,131:주입구 33,133:배출구
35,135:개폐조절밸브 40,210:환원제 공급관부재
41,211:환원제 저장부 43.213:조절밸브
50,150:슬래그 주입컵 60,160:제어부
115:고상 슬래그 배출구 117:폐열 배출관
140:냉각수단 170:회수관부재
171:안내부 173:배출구
180:안내경사판 190:열교환기
220:현열 회수장치 221:스팀공급부
223:현열 배출관 225:현열 회수 열교환기

Claims (12)

  1. 내부에 공간부가 형성된 슬래그 포트와;
    상기 슬래그 포트의 상부로 배치되며 상부가 호퍼 형상으로 형성되어 공급된 용융 슬래그를 와류 형성하여 상기 슬래그 포트 내로 공급하는 와류 형성부재와;
    고로 또는 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 주입컵으로부터 받아 일시적으로 저장한 후 상기 와류 형성부재로 일정 유속으로 공급하는 슬래그 공급 포트와;
    상기 와류 형성부재로 공급되는 용융 슬래그에 환원제를 투입하는 환원제 공급관부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 와류 형성부재는
    상부가 하부로 갈수록 내부 직경이 점차 작아지는 호퍼 형상이고, 하부가 직선관 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그 공급 포트는
    상부 일측에 주입구가 형성되고, 하부 일측에 상기 와류 형성부재의 상부로 연장된 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 환원제 공급관부재는
    환원제가 용융 슬래그의 와류 형성 중심부와 가장자리 사이에 투입되도록
    단부가 상기 와류 형성부재의 상부 중심과 가장자리 사이를 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유가금속 회수장치.
  5. 내부에 공간부가 형성된 슬래그 포트와;
    상기 슬래그 포트의 상부로 배치되며 호퍼 형상으로 형성되어 공급된 용융 슬래그를 와류 형성하여 상기 슬래그 포트 내로 공급하는 와류 형성부재와;
    고로 또는 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 주입컵으로부터 받아 일시적으로 저장한 후 상기 와류 형성부재로 일정 유속으로 공급하는 슬래그 공급 포트와;
    상기 와류 형성부재를 통해 상기 슬래그 포트 내로 공급되는 용융 슬래그를 냉각시키는 냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 와류 형성부재는
    상부 입구에서 하부 출구로 갈수록 내부 직경이 점차 작아지는 호퍼 형상인 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 냉각수단은
    상기 슬래그 포트 내로 스팀을 유입시키는 스팀 공급부, 상기 슬래그 포트 내로 가스를 유입시키는 가스 공급부 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬래그 포트 내에는 상기 와류 형성부재 직하부로 낙하하면서 응고되는 슬래그를 회수하기 위한 회수관부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬래그 포트의 하부 일 측에 상기 공간부에 연통되며 냉각되어 고상화된 슬래그가 외부로 배출되는 고상 슬래그 배출구가 형성되고,
    상기 공간부에 상기 고상 슬래그 배출구를 향하여 연장되고 경사진 안내경사판이 구비된 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬래그 포트의 상부 일 측에 용융 슬래그의 냉각시 발생된 고온의 증기와 고온의 공기가 배출되는 폐열 배출관이 구비되고,
    상기 폐열 배출관에 상기 고온의 증기와 고온의 공기의 열을 회수하여 온수를 생산하는 열교환기를 배치한 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 와류 형성부재로 공급되는 용융 슬래그에 환원제를 투입하는 환원제 공급관부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 환원제 공급관부재는
    환원제가 용융 슬래그의 와류 형성 중심부와 가장자리 사이에 투입되도록
    단부가 상기 와류 형성부재의 상부 중심과 가장자리 사이를 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 용융 슬래그 미립화 및 유가금속 회수장치.
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