KR20130046816A - 슬래그 처리장치 및 슬래그 처리방법 - Google Patents

슬래그 처리장치 및 슬래그 처리방법 Download PDF

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Abstract

슬래그 처리장치 및 슬래그 처리방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용융 슬래그가 투입되는 슬래그 투입 챔버; 상기 슬래그 투입 챔버에 투입되는 용융 슬래그에 공기를 공급하는 송풍기; 상기 용융 슬래그에 이산화탄소를 포함한 혼합가스를 분사하는 혼합가스 분사기; 및 상기 슬래그 투입 챔버에 배치되어 슬래그에서 방출되는 열에너지를 회수하는 열교환 장치를 포함하는 슬래그 처리장치를 제공한다.

Description

슬래그 처리장치 및 슬래그 처리방법{SLAG TREATMENT APPARATUS AND TREATMENT METHOD THEREOF}
본 발명은 슬래그에 포함된 산화칼슘 성분을 감소시킬 수 있는 슬래그 처리장치 및 슬래그 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 철강공정은 다양한 원료와 에너지를 사용하는 공정이다. 철강공정에서는 다량의 부산물을 발생할 수 있다. 슬래그는 부산물 중 대략 80% 정도를 차지할 수 있다. 고로 슬래그는 대부분 시멘트의 재료, 아스팔트용 골재 등으로 사용될 수 있다.
대한민국 특허공개공보 제2011-0108967호(2011.10.06. 공개)에는 전기로 산화 슬래그를 이용한 아스팔트 포장용 골재의 제조방법 및 아스팔트 콘크리트용 골재를 개시한다. 전기로에서 배출된 용융 상태의 산화 슬래그 내의 함철 성분을 분리하는 제 1 철 성분 분리 단계와, 상기 제 1 철 성분 분리 단계를 거친 용융 산화 슬래그를 냉각하여 응고시키는 슬래그 응고 단계와, 상기 슬래그 응고 단계 후 응고된 고체 산화 슬래그를 파쇄하는 파쇄 단계와, 상기 파쇄 단계로 파쇄된 슬래그 입자 중에 포함된 함철 성분을 분리하는 제 2 철 성분 분리 단계와, 상기 제 2 철 성분 분리 단계를 거친 슬래그 입자를 개질하여 팽창화 요인을 제거하는 개질 안정화 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 슬래그에서 팽창 원인 성분을 제거하고, 슬래그의 열을 회수할 수 있는 슬래그 처리장치 및 슬래그 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 용융 슬래그가 투입되는 슬래그 투입 챔버; 상기 슬래그 투입 챔버에 투입되는 용융 슬래그에 공기를 공급하는 송풍기; 상기 용융 슬래그에 이산화탄소를 포함한 혼합가스를 분사하는 혼합가스 분사기; 및 상기 슬래그 투입 챔버에 배치되어 슬래그에서 방출되는 열에너지를 회수하는 열교환 장치를 포함하는 슬래그 처리장치를 제공한다.
상기 슬래그 투입 챔버의 슬래그 투입구에는 경사면부가 형성될 수 있다.
상기 혼합가스 분사기는 용융 슬래그에 혼합 가스를 분사하여 용융 슬래그를 풍쇄할 수 있다.
상기 열교환 장치는, 상기 슬래그 투입 챔버의 슬래그 투입구에 배치되고, 상기 송풍기에 대향되는 제1열교환기; 및 상기 슬래그 투입 챔버의 내부에 배치되는 제2열교환기를 포함할 수 있다.
상기 제1열교환기는 상하 방향을 따라 배치된 다수의 온도센서를 더 포함할 수 있다.
상기 제2열교환기의 외측면에 형성된 다수의 열교환핀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 슬래그 투입 챔버에 용융 슬래그를 투입하는 단계; 상기 용융 슬래그에 공기를 투입하고, 이산화탄소가 포함된 혼합가스를 분사하는 단계; 및 상기 용융 슬래그에서 발산된 열에너지를 열교환장치에서 회수하는 단계를 포함하는 슬래그 처리방법을 제공한다.
상기 혼합 가스를 분사하는 단계에서는, 상기 용융 슬래그가 혼합가스의 분사 압력에 의해 풍쇄되어 슬래그 덩어리가 생성될 수 있다.
상기 혼합 가스를 분사하는 단계에서는, 상기 이산화탄소와 용융 슬래그가 탄산 반응을 할 수 있다.
상기 혼합 가스를 분사하는 단계에서는, 상기 용융 슬래그의 온도를 측정하여 상기 용융 슬래그의 온도가 기 설정 온도 미만이면 송풍기를 정지시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 슬래그에서 팽창 원인 성분을 제거하고, 슬래그의 열을 회수할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 슬래그 처리장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 슬래그 처리방법의 일 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 슬래그 처리장치의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 슬래그 처리장치(100)는 슬래그 투입 챔버(110), 송풍기(120), 혼합가스 분사기(130) 및 열교환 장치(140)를 포함할 수 있다.
슬래그 투입 챔버(110)는 내화벽돌을 조적하여 형성할 수 있다. 슬래그 투입 챔버(110)에는 가스가 외부로 배출될 수 있도록 배기관(117)이 연결될 수 있다. 배기관(117)은 배출 가스의 성분을 회수할 수 있는 가스 회수부(미도시)에 연결될 수 있다.
슬래그 투입 챔버(110)의 하부에는 슬래그를 회수할 수 있도록 슬래그 배출구(115)가 형성될 수 있다. 슬래그 배출구(115)에는 용융 슬래그를 풍쇄하면서 이산화탄소를 반응시킬 때에 폐쇄될 수 있도록 도어가 설치될 수 있다.
슬래그 투입 챔버(110)의 상측에는 용융 슬래그가 투입될 수 있도록 슬래그 투입구(111)가 형성될 수 있다. 슬래그 투입구(111)의 일측은 경사면부(113)가 형성되어 아래에서 설명할 열교환 장치(140)의 제1열교환기(141)가 배치될 수 있다. 경사면부(113)는 슬래그 투입구(111)가 아래로 갈수록 넓어지는 구조를 형성하므로, 용융 슬래그가 투입될 때에 용융 슬래그가 접촉되는 것을 최소화시킬 수 있도록 한다.
용융 슬래그는 제강공정에서 발생된 슬래그일 수 있다. 이러한 용융 슬래그는 슬래그 포트(10)에 담겨져 이동된 후 슬래그 투입구(111)에 투입될 수 있다.
송풍기(120)는 슬래그 투입구(111) 근처에 배치되어 슬래그 투입 챔버(110)에 투입되고 있는 용융 슬래그에 외부 공기를 공급할 수 있다. 송풍기(120)는 열교환 장치(140)의 제1열교환기(141)와 대향되게 배치될 수 있다. 이러한 송풍기(120)는 용융 슬래그와 열교환된 공기가 제1열교환기(141)측으로 유동되게 할 수 있다.
혼합가스 분사기(130)는 송풍기(120)의 하측에 배치될 수 있다. 혼합가스 분사기(130)는 용융 슬래그에 혼합가스를 분사할 수 있다. 혼합가스 분사기(130)는 흘러 내리는 용융 슬래그에 분사 압력을 가하여 용융 슬래그가 풍쇄되도록 할 수 있다. 여기서, 풍쇄란 용융 슬래그가 혼합가스의 압력에 의해 작은 덩어리로 분리되어 비산되는 것을 의미한다. 따라서, 용융 슬래그는 슬래그 투입 챔버(110)에서 아래로 떨어지면서 상대적으로 빨리 냉각될 수 있다. 또한, 용융 슬래그는 혼합가스와 열교환됨에 의해 더욱 더 냉각될 수 있다.
또한, 풍쇄된 슬래그는 입도가 일정한 범위를 유지할 수 있으므로, 입도 선별 과정을 거쳐 골재로 이용될 수 있다. 따라서, 슬래그의 분쇄량을 현저히 감소시킬 수 있다.
혼합가스는 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 공기 등이 혼합된 가스일 수 있다. 혼합가스의 이산화탄소는 용융 슬래그에 포함된 유리 석회(free-CaO)와 반응하여 유리 석회를 탄산칼슘(CaCO3)으로 변화시킬 수 있다. 이때, 팽창 성분인 유리 석회(free-CaO) 성분이 용융 슬래그에서 제거될 수 있다. 이렇게 개질 안정화된 슬래그가 시멘트나 아스팔트의 골재에 사용될 때에, 아스팔트가 팽창되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 아스팔트가 들뜨거나 또는 아스팔트에 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 용융 슬래그가 풍쇄되는 동안에 이산화탄소와 용융 슬래그가 반응하게 되므로, 슬래그에서 유리 석회(free-CaO) 성분의 제거 효율을 현저히 증가시킬 수 있다. 또한, 혼합 가스가 용융 슬래그가 열접촉 효율을 향상시킴에 의해, 아래에서 설명할 제2열교환기(145)는 상대적으로 고온에 노출될 수 있다. 따라서, 열에너지의 회수 효율을 향상시킬 수 있다.
혼합가스의 질소는 용융 슬래그가 풍쇄될 때에 발생되는 가스가 폭발하는 것을 방지하도록 안정화시킬 수 있다.
열교환 장치(140)는 슬래그 투입 챔버(110)에 배치되어 슬래그에서 방출되는 열에너지를 회수할 수 있다. 열교환 장치(140)는 제1열교환기(141)와 제2열교환기(145)를 포함할 수 있다.
제1열교환기(141)는 슬래그 투입 챔버(110)의 슬래그 투입구(111)에 배치되고, 송풍기(120)에 대향될 수 있다. 이때, 제1열교환기(141)는 슬래그 투입구(111)의 경사면부(113)에 배치될 수 있다.
제1열교환기(141)는 경사면부(113)에 접촉되는 축열기(143)와, 축열기(143)의 내부에 배치되는 제1열교환 튜브(142)를 포함할 수 있다. 제1열교환 튜브(142)는 나선형으로 형성되거나 지그재그로 절곡된 형태로 형성되어 열교환 면적 및 열교환 시간을 증가시킬 수 있다. 제1열교환 튜브(142)의 내부에는 물이나 공기과 같은 열전달 매체가 유동될 수 있다.
제1열교환기(141)는 상하 방향을 따라 배치된 다수의 온도센서(151,152,153)를 포함할 수 있다. 맨 상측 온도센서(151)는 용융 슬래그의 투입 여부를 가장 빨리 감지할 수 있으므로, 용융 슬래그의 투입 여부를 판단하는데 이용될 수 있다. 또한, 나머지 온도센서(152,153)는 용융 슬래그의 온도를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 나머지 온도센서(152,153)는 송풍기(120)에 대향되게 배치되어 송풍기(120)에 의해 송풍되는 공기와 접촉될 수 있다.
제어부는 맨 상측 온도센서(151)에서 기 설정된 온도 이상이 감지되면, 송풍기(120)와 혼합가스 분사기(130)를 가동하여 외부 공기와 혼합가스가 용융 슬래그 측으로 공급되도록 할 수 있다. 또한, 제어부는 맨 상측 온도센서(151)에서 기 설정된 온도 미만이 감지되면 용융 슬래그의 투입이 중단된 것으로 판단하고, 송풍기(120)와 혼합가스 분사기(130)의 가동을 중단시킬 수 있다.
또한, 제어부는 나머지 온도센서(152,153)에서 기 설정된 온도 이상이 감지되면, 열교환 장치(140)에 열전달매체를 유동시키도록 열교환 장치(140)를 가동시킬 수 있다. 제어부는 나머지 온도센서(152,153)에서 기 설정된 온도 미만이 감지되면 용융 슬래그의 열회수가 완료된 것으로 판단하고, 열교환 장치(140)의 가동을 중단할 수 있다.
또한, 제어부는 다수의 온도센서(151,152,153) 중 하나 이상의 센서에서 온도가 감지되면, 송풍기(120), 혼합가스 분사기(130) 및 열교환 장치(140)를 모두 가동할 수 있다. 따라서, 일부의 온도센서(151,152,153)가 고장나더라도 슬래그 처리장치(100)가 정상적으로 작동되도록 할 수 있다.
또한, 제어부는 다수의 온도센서(151,152,153)에서 측정된 온도에 따라 송풍기(120)의 구동 속도를 제어할 수 있다. 따라서, 용융 슬래그의 온도에 따라 공기의 송풍량을 제어할 수 있다.
축열기(143)는 송풍기(120)에 의해 송풍된 고온 공기와 열교환되고, 제1열교환 튜브(142)는 축열기(143)에 의해 가열될 수 있다. 열전달 매체는 제1열교환 튜브(142)를 따라 유동되면서 가열된 후 온수나 스팀이 필요한 외부 장치에 전달될 수 있다. 열전달 매체가 물인 경우, 열전달 매체는 스팀 장치 또는 온수 장치에 전달될 수 있다. 열전달 매체가 공기인 경우, 열전달 매체는 난반 시설에 이용될 수 있다.
제2열교환기(145)는 슬래그 투입 챔버(110)의 내부에 배치될 수 있다. 이때, 제2열교환기(145)는 열기가 상승되고 풍쇄된 슬래그 접촉되는 것을 최소화할 수 있도록 슬래그 투입 챔버(110)의 상측에 배치될 수 있다.
제2열교환기(145)의 내부에는 나선형 또는 지그재그로 절곡된 제2열교환 튜브(146)를 포함할 수 있다. 제2열교환 튜브(146)에는 물이나 공기와 같은 열전달 매체가 유동될 수 있다. 제2열교환기(145)의 외측면에는 다수의 열교환핀(147)이 돌출되게 형성될 수 있다. 열교환핀(147)들은 열접촉 면적을 증가시켜 열에너지의 회수 효율을 증가시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 슬래그 처리방법에 관해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 슬래그 처리방법의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제강 슬래그는 슬래그 포트(10)에 담겨진 상태로 슬래그 처리 장치(100)로 운반된다. 슬래그 포트(10)가 슬래그 투입구(111)에 위치된 후 용융 슬래그를 투입한다(S11).
다수의 온도센서(151,152,153)에서는 용융 슬래그의 열기를 감지하여 제어부에 전달할 수 있다(S12).
제어부는 맨 상측 온도센서(151)에서 감지된 신호에 의해 송풍기(120)와 혼합가스 분사기(130)를 가동시킨다. 또한, 제어부는 나머지 온도센서(152,153)에서 감지된 신호에 의해 제1열교환기(141)와 제2열교환기(145)에 열교환 매체를 유동시킨다.
이때, 송풍기(120)는 외부 공기를 용융 슬래그 측으로 유동시켜 열교환시킨다(S13). 용융 슬래그와 열교환된 고온 공기는 제1열교환기(141)와 열교환한다. 제1열교환기(141)에서 가열된 열전달 매체는 연결된 장치에 공급되어 이용될 수 있다.
또한, 혼합가스 분사기(130)는 이산화탄소, 질소 및 공기 등이 혼합된 혼합가스를 용융 슬래그 측으로 분사할 수 있다(S14). 용융 슬래그는 혼합가스의 분사 압력에 의해 풍쇄되어 혼합 가스 분사기의 반대 측으로 흩날려 이동될 수 있다. 이때, 슬래그 덩어리가 생성될 수 있다.
이때, 혼합가스의 이산화탄소는 용융 슬래그에 함유된 유리 석회(free-CaO)와 반응하여 탄산칼슘(CaCO3)으로 변화시킬 수 있다. 따라서, 팽창 성분인 유리 석회 성분이 슬래그에서 제거될 수 있다. 이렇게 개질 안정화된 슬래그가 시멘트나 아스팔트의 골재에 사용될 때에, 아스팔트가 팽창되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 아스팔트가 들뜨거나 또는 아스팔트에 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 용융 슬래그가 풍쇄되는 동안에 이산화탄소와 용융 슬래그가 반응하게 되므로, 슬래그에서 유리 석회(free-CaO) 성분의 제거 효율을 현저히 증가시킬 수 있다. 또한, 혼합 가스가 용융 슬래그가 열접촉 효율을 향상시킴에 의해, 아래에서 설명할 제2열교환기(145)는 상대적으로 고온에 노출될 수 있다. 따라서, 열에너지의 회수 효율을 향상시킬 수 있다.
용융 슬래그와 열교환된 고온 혼합가스는 제2열교환기(145)와 열교환할 수 있다(S15). 제2열교환기(145)의 열전달 매체는 가열된 후 제2열교환기(145)와 연결된 장치에 공급될 수 있다. 이러한 제2열교환기(145)는 용융 슬래그가 고상화되는 동안에 발생된 열에너지를 회수할 수 있다.
제어부는 다수의 온도센서(151,152,153)에서 신호를 수신 받아 슬래그 투입구(111)의 온도가 기 설정된 온도 이하인지를 판단할 수 있다(S16).
기 설정된 온도 이상이라고 판단되면, 제어부에서는 용융 슬래그의 공급이 계속적으로 이루어지는 것으로 판단할 수 있다. 이때, 송풍기(120), 혼합가스 분사기(130), 제1열교환기(141) 및 제2열교환기(145)는 계속적으로 가동될 수 있다.
기 설정된 온도 미만이라고 판단되면, 제어부에서는 용융 슬래그의 공급이 중단된 것으로 판단할 수 있다. 이때, 송풍기(120)와 혼합가스 분사기(130)는 가동이 중단될 수 있다(S17).
또한, 제어부는 제1열교환기(141)의 가동을 중단하여 제1열교환기(141)에서 열교환되는 것을 중단시킬 수 있다.
또한, 제어부는 제2열교환기(145)의 가동을 중단하여 제2열교환기(145)에서 열교환되는 것을 중단시킬 수 있다. 이때, 슬래그 투입 챔버(110)에는 슬래그가 냉각되는 동안에 열에너지가 계속적으로 방출될 수 있다. 따라서, 제2열교환기(145)의 중단은 송풍기(120)와 혼합가스 분사기(130)의 중단 후 일정 시간이 경과한 후에 실행할 수 있다.
슬래그 투입 챔버(110)에서 슬래그가 충분히 냉각되면, 슬래그 배출구(115)를 통해 슬래그를 배출시킬 수 있다. 배출된 슬래그는 자력선별을 거치면서 철성분을 회수할 수 있다. 자력 선별된 후의 슬래그는 지금이라고 한다.
또한, 철성분이 회수된 슬래그는 골재나 시멘트의 원료로 이용될 수 있다. 이러한 슬래그는 풍쇄되어 입도가 일정한 범위를 유지할 수 있으므로, 입도 선별 과정을 거쳐 골재로 이용될 수 있다. 따라서, 슬래그의 분쇄량을 현저히 감소시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 슬래그 처리장치 110: 슬래그 투입 챔버
120: 송풍기 130: 혼합가스 분사기
140: 열교환 장치 141: 제1열교환기
145: 제2열교환기 151,152,153: 온도센서

Claims (10)

  1. 용융 슬래그가 투입되는 슬래그 투입 챔버;
    상기 슬래그 투입 챔버에 투입되는 용융 슬래그에 공기를 공급하는 송풍기;
    상기 용융 슬래그에 이산화탄소를 포함한 혼합가스를 분사하는 혼합가스 분사기; 및
    상기 슬래그 투입 챔버에 배치되어 슬래그에서 방출되는 열에너지를 회수하는 열교환 장치를 포함하는 슬래그 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬래그 투입 챔버의 슬래그 투입구에는 경사면부가 형성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합가스 분사기는 용융 슬래그에 혼합 가스를 분사하여 용융 슬래그를 풍쇄하는 것을 특징으로 하는 슬래그 처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환 장치는,
    상기 슬래그 투입 챔버의 슬래그 투입구에 배치되고, 상기 송풍기에 대향되는 제1열교환기; 및
    상기 슬래그 투입 챔버의 내부에 배치되는 제2열교환기를 포함하는 슬래그 처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1열교환기는 상하 방향을 따라 배치된 다수의 온도센서를 더 포함하는 슬래그 처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2열교환기의 외측면에 형성된 다수의 열교환핀을 더 포함하는 슬래그 처리장치.
  7. 슬래그 투입 챔버에 용융 슬래그를 투입하는 단계;
    상기 용융 슬래그에 공기를 투입하고, 이산화탄소가 포함된 혼합가스를 분사하는 단계; 및
    상기 용융 슬래그에서 발산된 열에너지를 열교환장치에서 회수하는 단계를 포함하는 슬래그 처리방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 혼합 가스를 분사하는 단계에서는,
    상기 용융 슬래그가 혼합가스의 분사 압력에 의해 풍쇄되어 슬래그 덩어리가 생성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 처리방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 혼합 가스를 분사하는 단계에서는,
    상기 이산화탄소와 용융 슬래그가 탄산 반응을 하는 것을 특징으로 하는 슬래그 처리방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항에 있어서,
    상기 혼합 가스를 분사하는 단계에서는,
    상기 용융 슬래그의 온도를 측정하여 상기 용융 슬래그의 온도가 기 설정 온도 미만이면 송풍기를 정지시키는 것을 특징으로 하는 슬래그 처리방법.
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