KR20130132899A - 야금 슬래그의 입상화 - Google Patents

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KR20130132899A
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마크 솔비
밥 그레이벨딩게르
마티아스 호프만
클로디느 프리드리히
다니엘 미헬스
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풀 부르스 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 가열 액상 슬래그의 입상화 공정에 관한 것으로서, 가열 액상 슬래그(hot liquid slag)가 고형 금속 입자들과 혼합됨으로써 상기 금속 입자들과 혼합된 고형화, 유리화(vitrified)된 슬래그 케이크를 형성하고, 상기 슬래그 케이크는 물 욕조로 배출된다.

Description

야금 슬래그의 입상화{Granulation of metallurgical slag}
본 발명은 일반적으로는 금속업계, 보다 상세하게는 제강 산업계에서의 슬래그의 입상화(granulation)에 관한 것이다.
일반적으로 야금 슬래그는 물에서 입상화된다.
물 냉각(quenching)으로 인해 철 슬래그의 고형화가 신속히 이루어지며, 이는 고로 슬래그의 경우에 있어서는 상품 가치를 위해 필요한 조건이다. 초고압수(water jet)는 우선 슬래그 스트림을 소형 입자들로 파쇄하고, 물 욕조로 그것들을 이동시키는데 사용된다. 가열 슬래그 에너지는 가열 액상 슬래그와 물 사이의 직접적인 접촉을 통해 배출된다. 이러한 공정은 상압에서 이루어져야 하므로, 슬래그의 온도는 100 ℃ 이하 수준의 온도로 낮아진다.
이러한 물 입상화 공정에서 가열 액상 슬래그에 포함된 황은 물과 반응하여 이산화황(SO2) 및 황화수소(H2S)를 생성한다. 이러한 독성 및 악취 가스의 양은 슬래그의 화학 조성과 입상화 매개변수에 의존한다.
상기 이산화황 및 황화수소 모두의 농도는 환경 법규에 비해 너무 높을 수 있으므로, 허용 농도 범위로 이들의 배출가스를 낮추기 위한 조치가 필요하다.
종래의 기술(예를 들면, 유럽특허 제0573769호, LU 88 441 및/또는 LU 91 424, Paul Wurth S.A.)에서는 응축탑이 입상화 영역 위에 세워진다. 응축탑에서 이산화황과 황화수소 모두 수증기와 결합되며, 황산(H2SO4)을 형성하기 위해 물과 재결합된다. 난류 조건 하에서 주변 공기와의 접촉 때문에, 물은 황이 가열 공정수에서 냉각 공기로 부분적으로 이동되는 냉각탑에 펌핑된다. 그러나, 냉각 공기의 많은 양 때문에, 이산화황과 황화수소의 극히 작은 농도(1 mg/Nm3 이하)가 측정된다.
JP 2002308655에서는 슬래그의 밀도를 조절하고 제어하기 위해 가열 액상 슬래그에 철이 함유된 미세 분말을 혼합하는 방법이 개시된 바 있다. 산화된 철 분말의 첨가는 용융된 슬래그에 갇힌 질소계 입자를 줄이며, 따라서 슬래그의 출탕 온도(tapping temperature)와는 별도로 높은 밀도의 슬래그를 얻을 수 있도록 허용한다. CN 101 545 018A에서는 레이들 슬래그(ladle slag)가 깔때기(funnel)로부터 드럼 슬래그(drum slag) 영역에 우선적으로 들어가는 것을 특징으로 하는 장치 및 공정이 개시된 바 있다. 슬래그 영역에는 철구(steel ball)들이 있고, 드럼이 회전하는 동안, 상기 슬래그는 철구들에 의해 냉각된다. 용융된 철과 상기 슬래그의 열은 철구들에 의해 신속하게 제거되고, 슬래그는 가소화된다. 응고된 후에는 물 냉각 영역에서 철구들에 의해 롤링(rolling)이 수행된다. 슬래그와 철구들은 물에 의해 동시에 냉각된다. 다음으로, 슬래그는 드럼의 격자 형태를 가진 그레이트바(grate bar)를 통해 외부의 드럼 본체에 이동되고, 외부의 드럼 내 물에 의해서 다시 한번 냉각되어, 마지막으로 배출된다. 이러한 공정 동안, 철구들의 빠른 롤링 효과 때문에 슬래그 및 강철이 분리된다. 냉각수의 양은 슬래그 1 톤당 1.25 톤 내지 2 톤이다. 철구 롤링 속도는 0.5 내지 2 m/s이다. 롤링 볼(rolling ball)의 속도는 반드시 철구가 냉각되고 있는 용강(molten steel)으로 덮이지 않도록 한다. 적절한 철구 롤링 속도는 슬래그의 입상화와 용강의 분리를 보장한다. 그것은 냉각 과정에서의 럼핑(lumping)을 방지한다.
본 발명의 목적은 가열 액상 슬래그의 입상화 중에 황 배출가스의 형성을 최소화하는 가열 액상 슬래그 입상화 공정을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 금속 입자들과 혼합되어 고형화, 유리화(vitrified)된 슬래그 케이크를 형성하기 위하여 가열 액상 슬래그(hot liquid slag)는 고형 금속 입자들과 혼합되고, 상기 금속 입자들과 혼합된 슬래그 케이크는 더욱 냉각하기 위하여 물 욕조(water bath)에 배출되되, 상기 고형 금속 입자들이 가열 액상 슬래그를 함유하는 몰드 내로 먼저 부어지는 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정을 제공한다. 고형 금속 입자들이 내부에 갇혀있는 고형화, 유리화된 슬래그 케이크를 형성하기 위해 가열 액상 슬래그와 고형 금속 입자들이 혼합된다.
액상 슬래그 내에 잠긴 별개(discrete), 고체, 불활성(inert)의 금속 입자들을 사용하는 것의 장점은 열전달이 매우 효율적이며, 빠르고, 따라서 슬래그가 급속히 냉각되며, 고형 금속 입자들을 포함하는 슬래그 케이크를 형성하기 위해 완전히 유리화된다. 따라서, 금속 입자들은 슬래그 케이크 내에 갇혀있게 된다.
가열 액상 슬래그가 약 1500 ℃에서 물(100 ℃ 이하)과 접촉하게 되고 초고압수(water jet)에 의해 작은 슬래그 입자로 조각나는 기존의 물 또는 습식(wet) 입상화 동안에, 이들 물질 사이의 높은 온도 차이 때문에 증기층이 슬래그 입자와 주변 물 사이에 형성된다고 밝혀져 있다. 이러한 현상은 액체의 끓는점보다 훨씬 더 뜨거운 물질과 가까이 접촉하는 액체가 슬래그 입자의 냉각 공정을 상당히 늦추는 절연 증기 층을 생성하는 "Leidenfrost 효과"로 알려져 있다.
황 배출가스는 주로 슬래그 입자와 액상의 물 사이의 증기 층 내에서 황화물(CaS, FeS, MnS)의 분해를 통해 형성되는 것으로 밝혀져 있다. 이 효과는 본 발명에 따른 공정에 의해 2 가지 방법으로 최소화할 수 있다:
1. 본 공정에서 슬래그의 온도는 종래의 입상화 공정에서 슬래그가 물과 접촉할 때에 비해 훨씬 낮다(약 700 ℃ vs 약 1500 ℃). 따라서, Leidenfrost 효과가 일어날 수 있는 기간이 훨씬 짧으므로, 황 화합물의 양이 훨씬 더 적다.
2. 슬래그는 물과 접촉할 때 이미 완전히 유리화, 즉, 고형화되어 있다. 따라서, 물은 가열 액상 슬래그의 스트림(stream)이 높은 속도의 초고압수(water jet)의 충격에 의해 분쇄되는 종래의 물 입상화의 경우와 같이 약 1 mm의 작은 입자의 슬래그로 부수지 않는다. 그 결과, Leidenfrost 효과가 일어날 수 있고, 황 화합물이 증기 층 속을 통과할 수 있는 슬래그의 킬로그램(kg) 당 사용가능한 면적은 훨씬 작다.
이러한 2 가지 효과들의 조합은 입상화 공정에서 발생하는 황 화합물의 양을 크게 줄인다.
본 문서의 맥락에서 슬래그 케이크 조각의 크기를 참조할 때, 이는 주어진 입자와 동일한 무게를 가지는 구의 직경을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 또 다른 장점은 금속 입자들이 냉각 후 슬래그로부터 쉽게 분리되고 공정 내에 재사용해도 된다는 것이다.
또한, 금속 입자들은 불활성이며 슬래그와 화학적으로 반응하지 않기 때문에 슬래그의 화학적 조성은 영향을 받지 않는다.
바람직한 실시예에 따르면, 몰드는, 바람직하게는 약 1/3 높이까지 액상슬래그가 먼저 채워지고, 그 후 고형 금속 입자들이 몰드에 주입된다.
가열 액상 슬래그와 고형 금속 입자들이 부어진 몰드는, 바람직하게는 트라프 벨트 컨베이어에 통합된다.
바람직한 실시예에 따르면, 슬래그의 효율적이고 신속한 고체화 및 유리화를 얻기 위하여 각 몰드 내 슬래그의 부피는 측정되고 고형 금속 입자들의 양은 몰드 내 가열 액상 슬래그의 부피에 따라 조정된다.
고형 금속 입자들은, 바람직하게는 슬래그 및 고형 금속 입자들 간의 신속하고 효율적인 혼합을 위하여 약 1 내지 3 m 높이에서부터 낙하된다. 정확한 높이, 즉 입자들이 액상 슬래그에 목표 깊이로 침투하기 위해 요구되는 정확한 에너지의 양은 슬래그의 조성, 슬래그의 온도, 고형 금속 입자들의 밀도 및 직경 등에 의존한다.
슬래그 케이크 내 고형 금속 입자들의 고른 분포를 얻기 위해서, 고형 금속 입자들은, 바람직하게는 고정된 금속 봉들(metal rods) 또는 유사한 분산 장치를 가진 정적 장치인 진동 슈트(chute)를 통해 몰드 위에 분산시킨다.
고형 금속 입자들을 포함하는 슬래그 케이크는, 바람직하게는 물 욕조에 배출되기 전에 약 150 mm 미만의 슬래그 케이크 조각으로, 바람직하게는 약 100 mm 미만으로, 더욱 바람직하게는 약 80 mm 미만으로, 가장 바람직하게는 약 50 mm 미만으로 분쇄된다.
고형 금속 입자들을 포함하는 슬래그 케이크 조각 크기의 감소는 몰드로부터 슬래그 케이크가 배출되고 특정 높이로부터 충격판 위로 고형 금속 입자들을 포함하는 슬래그 케이크 조각을 낙하시킴으로써 달성될 수 있다. 이 충격판은 수평 대하여 약 20 내지 30 °의 각도로 위치할 수 있다. 충격판 상부에 슬래그 케이크 조각의 충격 지점은, 바람직하게는 몰드로부터 슬래그 케이크가 배출되는 지점 하부로 약 3 내지 6 m에 위치해야 한다.
이러한 슬래그 케이크 조각들은 충격판 하부에 위치한 콜드러너(cold runner) 위로 낙하된다. 슬래그 조각들은 강력한 초고압수(water jet)에 의해 더욱 냉각되고 세척된다. 이 초고압수는 Paul Wurth SA 입상화 헤드(예를 들면, LU 88 380 및/또는 EP1 422 299에 개시된 바와 같은)에 의해 제공될 수 있다. 이러한 입상화 헤드는 약 1000 m3/h의 물 질량 유량(mass flow)인 초고압수를 제공할 수 있다. 입상화 헤드로부터 분사된 초고압수에 의해 밀려난 슬래그 조각들은 콜드러너 단부로부터 특정 거리에 위치한 제2 충격판에 던져지고 난 후, 콜드 러너 하부에 위치한 물 욕조에 떨어진다.
고형 금속 입자들은, 바람직하게는 적어도 2.5 g/cm3의 밀도를 가진다. 슬래그와 금속 입자들 사이의 밀도 차로 인해, 금속 입자들과 슬래그는 충분히 혼합된다.
고형 금속 입자들은 좋은 혼합 특성과 신속하고 효율적인 슬래그의 냉각을 보장하기 위해, 바람직하게는 구형(spherical)이다.
고형 금속 입자들은, 바람직하게는 적어도 5 mm, 바람직하게는 8 mm 초과, 더욱 바람직하게는 10 mm 초과, 가장 바람직하게는 15 mm 초과의 직경을 가진다.
고형 금속 입자들은, 바람직하게는 적어도 30 mm 미만, 바람직하게는 25 mm 미만, 더욱 바람직하게는 22 mm 미만, 가장 바람직하게는 20 mm 미만의 직경을 가진다.
고형 금속 입자들은, 바람직하게는 철(iron), 강철(steel), 알루미늄, 구리, 크롬, 이들의 합금뿐만 아니라 다른 금속과 이들의 합금을 포함하는 군으로부터 선택된 금속으로 만들어진다.
실제 적용예에 있어서, 고형 철구(steel ball)를 사용하는 것은 상이한 직경으로 쉽사리 이용할 수 있기 때문 및 예를 들어 자석에 의해 냉각된 슬래그로부터 쉽게 분리될 수 있기 때문에 바람직하다.
고형 금속 입자들로써, 특히 철구들은 적합하고 쉽게 이용할 수 있음을 개시한 바 있다. 놀랍게도, 특정 높이에서 고형 금속 입자들을 낙하시키는 것은 액상 슬래그 내부로 침투하기 및 형성된 슬래그 케이크의 높이 도처에 균일하게 분산되기에 충분한 운동에너지를 주는 것으로 밝혀졌다.
가열 액상 슬래그 도처에 고형 금속 입자들의 균일한 분포를 달성하기 위하여 요구되는 운동 에너지의 양은 슬래그의 점도, 입자들의 특성, 그것들의 직경뿐만 아니라 그것들의 밀도에도 의존한다.
본 발명의 바람직한 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 설명한다:
도 1은 본 발명에 따른 공정의 바람직한 실시예의 공정 계통도(flow sheet)이다.
도 2는 철구들을 포함하는 슬래그 덩어리(lump)의 사진을 나타낸다.
도 1은 가열 액상 슬래그(예를 들면, 고로(blast furnace)로부터) 입상화 시설의 바람직한 실시예에 대한 개략도를 보여준다.
도 2는 철구들을 포함하는 슬래그 케이크 조각의 사진을 나타낸다.
도 1은 가열 액상 슬래그(예를 들어, 고로로부터)의 입상화 시설(granulation installation, 10)의 바람직한 실시예의 개략도를 도시한다. 약 2.7 g/cm3의 밀도를 가지는 약 1500 ℃의 온도의 가열 액상 슬래그(hot liquid slag, 12)는 약 0.5 내지 약 6 t/min 유속의 슬래그 러너(slag runner, 14) 또는 슬래그 래들(slag ladle, 미도시)로 이동된다. 가열 액상 슬래그(12)는 내화 라이닝되어 있는 몰드 또는 트라프(mold or trough, 18)를 포함하는 슬래그 캐스터(slag caster, 16) 위로 부어진다. 슬래그 캐스터(16)은 트라프 컨베이어 벨트일 수 있다.
슬래그 캐스터(16)의 크기는 고로(미도시)로부터 예상되는 슬래그 질량 유량을 감당할 수 있도록 선택된다. 가열 액상 슬래그(12)가 슬래그 캐스터(16)의 몰드(18) 내로 부어진 후, 레이더 프로브(radar probe, 20)에 의한 등급 측정은 특히, 몰드(18)에 첨가되는 고형 금속 입자들-예를 들어, 특히 철구들을 사용할 경우-의 질량을 조정하기 위하여 몰드(18) 내 슬래그 층의 높이를 나타낸다.
몰드(18) 내부의 슬래그 높이가 일반적으로 몰드 높이의 약 1/3을 초과하지 않아야 한다. 높이는 가열 액상 슬래그(12)의 특성(온도, 점도, 화학 조성 등) 및 기타 현장 상황에 따라 조정될 수 있다.
혼합물에서의 요구 온도를 달성할 수 있도록, 철구들과 가열 액상 슬래그(12) 사이의 질량비가 선택된다. 따라서, 정확한 질량비는 가열 액상 슬래그(12)의 온도 및 철구들의 온도뿐만 아니라, 슬래그의 밀도 및 열용량에 의존한다. 1500 ℃의 가열 액상 슬래그(12) 및 30 ℃의 철구들에 있어서, 필요한 질량비(철구들 / 가열 액상 슬래그)는 약 2.4이고, 이와 대응되는 부피비는 약 0.8가 될 것이다. 2.4의 강철/슬래그 질량비는 약 700 ℃로 형성된 슬래그/강철 케이크의 평형 온도를 보장한다(1500 ℃의 온도를 가지는 슬래그 및 30 ℃의 온도를 가지는 철구). 강철 및 슬래그의 밀도뿐만 아니라 열용량 또한, 이러한 계산에 고려된다. 주어진 밀도와 2.4의 질량비는 0.83의 부피비(강철/슬래그)를 제공한다.
슬래그 캐스터의 각 몰드(18)는 먼저 가열 액상 슬래그(12)가 채워지고, 그 후, 각 몰드(18) 내로 낙하되는 철구들(steel balls, 24)을 채우기 위하여 제1 버퍼 호퍼(buffer hopper, 22) 아래로 전진한다. 가열 액상 슬래그(12) 및 철구들(24)의 신속하고 효율적인 혼합을 얻기 위하여, 철구들(24)은 약 2 m의 높이로부터 몰드(18) 내로 낙하된다.
철구들(24)은 슬래그 캐스터(16) 상부에 위치한 제1 버퍼 호퍼(22)내에 채워지고 속도 제어 스크류 컨베이어 또는 속도 제어 진동 슈트를 사용하여 배출된다. 진동 슈트(chute, 28) 또는 고정 분산 장치를 사용하여 낙하된 철구들(24)은 몰드(18)의 표면 전체에 고르게 분산된다. 철구들(24)의 정확한 크기는 입상화 사이트(site)의 슬래그 특성 및 기타 특정 조건에 의존하고 있다; 그러나, 약 10 내지 25 mm의 중간 직경은 대부분의 조건에서 적합할 수 있다.
슬래그 캐스터(16)의 몰드(18) 상부에 설치된 물 분무기(water sprayer, 30)는 슬래그 케이크를 더욱 냉각시켜줄 필요가 있거나, 또는 비상 사태의 경우에 사용할 수 있다.
슬래그 및 철구들의 혼합물은 급속히 고형화하여 고형화, 유리화된 슬래그 케이크(30)를 형성할 것이고(10 내지 20초 이내), 약 700 ℃의 평형 온도에 도달한다. 슬래그 내에 철구들(24)의 좋은 열 전도도 및 고른 분포에 의해, 슬래그 케이크(32)는 몰드(18)에서 낙하되기 전에 완전히 유리화될 것이다. 이 시점까지 황 배출가스가 전혀, 거의 없는 것이 기대될 것이다.
평형 온도에 도달한 후, 슬래그 케이크(32)는 슬래그 입자들 및 철구들의 용이한 분리를 허용하기 위하여 더욱 냉각될 필요가 있다. 슬래그 케이크(32)는 물 욕조 속으로 직접 낙하될 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같은 실시예에 따르면, 슬래그 케이크는 먼저 몰드(18)에서 슬래그 케이크(32)가 작은 조각들로 나눠지는 제1 충격판(impact plate, 34) 상부로 낙하된다. 그 후, 이 슬래그 케이크 조각들은 충격판(34) 하부에 위치한 콜드 러너(cold ruuner, 36) 상부에 떨어진다. 여기, 슬래그 케이크(32) 조각들은 강력한 초고압수(water jet, 38)에 의해 더욱 냉각되고 세척된다. 이 초고압수(38)는 약 1000 m3/h의 물 질량 유량을 가지는 일반적인 Paul Wurth SA 입상화 헤드(40)(예를 들어, LU 88 380 및/또는 EP1 422 299에 개시된 바와 같은)에 의해 제공될 수 있다. 입상화 헤드(40)로부터 분사된 물의 스트림(stream)에 의해 밀려난 슬래그 케이크(32) 조각들은 콜드 러너(36) 단부의 특정 거리에 위치한 제2 충격판(42)에 던져진 후, 콜드 러너(36) 및 제2 충격판(42) 하부에 위치한 물 욕조(water bath, 44)에 낙하된다.
도 1에 도시된 바와 같은 바람직한 실시예에 따르면, 슬래그 케이크(32)는 약 800 mm의 평균 크기를 갖는 조각들로 몰드(18)를 떠나며, 제1 충격판(34) 위에서의 충돌은 슬래그 케이크(32) 조각들의 크기를 약 150 mm로 줄이고, 그 후, 초고압수는 콜드 러너(36) 단부의 제2 충격판(42)에서의 충돌과 함께 슬래그 케이크(32) 조각들을 약 20 내지 30 mm의 크기로 더욱 줄인다.
마지막으로, 슬래그 케이크(32) 조각들은 벨트 컨베이어(46)를 사용하여 물 욕조(44)에 배출된다. 또한, 이 벨트 컨베이어(46)는 슬래그 케이크(32) 조각들을 위한 탈수 장치의 역할을 맡는다. 기존의 습식 입상화 시스템에 의해 얻는 슬래그 입자들에 비해 약간 큰 크기와 낮은 기공도의 슬래그 케이크(32) 조각들임을 감안할 때, 벨트 컨베이어(46) 위에서 효율적인 탈수가 달성된다. 따라서, 탈수 용기들 또는 INBA 드럼들(예를 들어, LU 84 644, LU 84 642 및/또는 LU 79 466에 개시된 바와 같은)와 같은 탈수 장치들이 추가로 필요하지 않을 것이다.
그 후, 한편으로는 슬래그 입자들(50)을 형성하기 및 슬래그 케이크(32)에 포함된 철구들(24)을 해방시키기 위하여 약 20 내지 30 mm의 중간 크기를 가지는 슬래그 케이크(32) 조각들은 철구들(24)을 포함하는 슬래그 케이크(32) 조각들이 분쇄기(crusher, 48)에 투입되어 분쇄되고, 따라서 자력 컨베이어(52)로 슬래그 입자들(50)로부터 철구들(24)의 효율적인 분리가 달성되는 것을 보장한다.
슬래그 입자(50)으로부터 철구들(24)의 분리 후, 슬래그 입자들(50)은 벨트 컨베이어(54)에 의해 저장 영역(56)으로 운반되는 반면, 철구들(24)은 제1 버퍼 호퍼(22)로 재순환된다.
스크린(screen, 58)은 철구의 마모 또는 손상을 없애고, 스크린(58) 하부에 위치한 상자(box, 60) 내로 낙하시키기 위해 사용할 수 있다. 제거된 철구들은 새로운 철구들로 대체되고, 제2 호퍼(62)로부터 제1 호퍼(22)로 공급된다.
고형화, 유리화된 슬래그 케이크(32) 조각들의 냉각은 비등열전달(boiling heat transfer)을 통해 이루어지고, 생성된 수증기(64)는 물 욕조(44) 상부에 위치한 굴뚝(stack, 66)을 통해 배출된다.
컨덕트(conduct, 68)는 증발된 물을 보충하기 위해 물 욕조(44)에 추가로 물을 공급한다.
가압펌프(booster pump, 70)는 초고압수(38)를 생성하기 위하여 입상화 헤드(40)에 공정수를 제공한다. 물 욕조(44)의 온도는 약 100 ℃가 될 것이다.
재순환 펌프(72)는 물 욕조(44) 바닥에 가라앉을 수 있는 분말의 효율적인 추출을 보장할 수 있다.
본 공정은 가열 액상 슬래그 입상화에 있어서 환경을 위하여 황 배출가스를 효율적으로 줄인다.
사실, 상기의 주장뿐만 아니라, 일반적인 습식 입상화 공정에서 얻은 평균 고로(blast furnace) 슬래그 입자는 약 1 mm의 직경을 가지고 있다고 가정할 수 있다. 상기에 설명된 공정을 보면, 초고압수와 접촉하기 전에 슬래그 케이크 조각들은 150 mm의 평균 크기를 가지고, 물 욕조에 낙하되었을 때는 약 20 내지 30 mm의 평균 크기를 가진다. 따라서, 이러한 바람직한 실시예에 따르면, 황 배출가스 생성을 위한 슬래그의 표면은 20 내지 30 배만큼 감소된다.
여기 설명된 공정을 통해 얻은 철구들(24)을 포함하는 슬래그 케이크(32) 조각들의 사진을 나타낸 도 2를 살펴보면, 슬래그 케이크 조각들은 매우 조밀하고 적은 기공을 가지고 있다. 상기 설명된 화학 반응에서 이용가능한 슬래그의 전체 표면은 더욱 감소 된다. 또한, 철구들의 존재는 노출된 슬래그의 표면을 더욱 감소시킨다.
마지막으로, 황 배출가스의 생성을 야기하는 반응은 열적인 이유 때문에, 오직 400 ℃를 초과하는 온도에서 일어날 수 있다. 사실, SO2 및 H2S의 생성을 위한 화학 반응식은 다음과 같이 요약할 수 있다:
CaS + 3H2O = CaO + 3H2 + SO2
CaS + H2O = CaO + H2S
400 ℃ 이하에서, 이들 반응의 평형은 강하게 왼쪽으로 이동하므로, 기본적으로 슬래그 입자들로부터 황의 발생은 없다.
따라서, 황은 온도가 약 400 ℃에 도달할 때까지 슬래그 케이크 조각들 안에 갇혀 유지될 것이다. 기존의 습식 입상화 시스템에서, 슬래그는 약 1500 ℃로부터 물과 함께 냉각되어야 하는 반면, 본 발명에 따른 입상화에서는 단지 약 700 ℃의 온도로부터 물과 함께 슬래그 케이크 조각들이 냉각될 필요가 있다. 본 출원인에 의해 얻어진 계산은 700 ℃에서 시작하여 400 ℃에 도달할 때까지 슬래그 표면에서 요구되는 냉각 시간(슬래그 케이크 조각들 크기에 따라)을 1500 ℃에서 시작했을 때 400 ℃에 도달할 때까지 필요한 시간의 약 절반을 보여준다. 따라서, 황 배출가스가 형성될 수 있는 시간 프레임은 대폭 감소된다.
상기 모든 가정을 고려하였을 때, 본 공정에서 기대되는 황 배출가스량은 기존의 습식 입상화 동안 생성된 배출가스의 단지 약 1 내지 5 %에 해당한다. 결과적으로, 심지어 가장 엄격한 환경 보호 법규인 독일의 TA Luft 법규의 준수는 입상화 동안 배출된 증기의 응축 및 냉각 타워의 필요없이 달성될 수 있다. 대신에, 증발되는 무황 증기 때문에 보급수(make-up water)에 대해서만 지속적이고, 낮은 유지 작업을 허용할 필요가 있다.
참조부호
10 : 입상화 시설
12 : 가열 액상 슬래그
14 : 슬래그 러너
15 : 슬래그 캐스터
18 : 몰드 또는 트라프
20 : 레이더 프로브
22 : 제1 버퍼 호퍼
24 : 철구
26 : 속도 조절 스크류 컨베이어
28 : 진동 슈트
30 : 물 분무기
32 : 슬래그 케이크
34 : 제1 충격판
36 : 콜드 러너
38 : 초고압수
40 : 입상화 헤드
42 : 제2 충격판
44 : 물 욕조
46 : 벨트 컨베이어
48 : 분쇄기
50 : 슬래그 입자
52 : 자력 컨베이어
54 : 벨트 컨베이어
56 : 저장 영역
58 : 스크린
60 : 상자
62 : 제2 호퍼
64 : 수증기
66 : 굴뚝
68 : 컨덕트
70 : 가압펌프
72 : 재순환 펌프

Claims (15)

  1. 가열 액상 슬래그(hot liquid slag)가 고형 금속 입자들과 혼합됨으로써 상기 금속 입자들과 혼합된 고형화, 유리화(vitrified)된 슬래그 케이크를 형성하고, 또한, 상기 금속 입자들과 혼합된 슬래그 케이크는 물 욕조(water bath)에 배출되되, 상기 가열 액상 슬래그는 먼저 몰드 내로 부어지고, 이후 상기 고형 금속 입자들이 가열 액상 슬래그를 함유하는 몰드 내로 부어지며, 또한 가열 액상 슬래그가 고형 금속 입자들과 혼합되어 고형화, 유리화된 슬래그 케이크를 형성하는 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    고형 금속 입자들이 몰드로 첨가되기 전, 상기 몰드는 가열 액상 슬래그로 약 1/3 까지 채워지는 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  3. 제1항 또는 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 액상 슬래그와 고형 금속 입자들이 내부로 부어진 몰드는 트라프 벨트 콘베이어(Trough Belt Conveyor)와 통합된(intergrated) 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 몰드 내 슬래그의 부피가 측정되고 고형 금속 입자들의 양은 몰드 내 가열 액상 슬래그의 부피에 따라 조정되는(adapted) 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 금속 입자들은 1 내지 3 m의 높이에서부터 몰드 안으로 떨어지는 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 금속 입자들은 진동 슈트(chute)를 통해 몰드에 분산되는 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬래그 케이크는 물 욕조로 배출되기 전, 약 150 mm 미만의 슬래그 케이크 조각들로 분쇄되는 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬래그 케이크는 몰드로부터 몰드 하부에 구비된 제1 충격판(impact plate)으로 떨어져 슬래그 케이크 조각으로 분해되고, 상기 슬래그 케이크 조각은 콜드러너(cold runner)에 떨어져 초고압수(water jet)에 접촉되며, 콜드러너 단부의 제2 충격판에 대하여 던져진 후, 물 욕조로 떨어지는 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬래그 케이크는 탈수되고, 또한 컨베이어 벨트에 의해 물 욕조 밖으로 이송되는 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  10. 제10항에 있어서,
    상기 금속 입자들과 혼합된 고형화, 유리화된 슬래그 케이크는 슬래그 입자와 고형 금속 입자들로 분리되는 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  11. 제11항에 있어서,
    상기 슬래그 입자는 상기 고형 금속 입자들로부터 분리되고, 상기 고형 금속 입자들은 재활용되는 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 금속 입자들은 구형(spherical)인 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 금속 입자들은 적어도 5 mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 금속 입자들은 25 mm 미만의 직경을 갖는 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형 금속 입자들은 철(iron), 강철(steel), 구리, 크롬, 알루미늄, 이들의 합금 및 그들의 합금과 기타 금속의 합금을 포함하는 군으로부터 선택된 금속으로 제조된 것을 특징으로 하는 가열 액상 슬래그의 입상화 공정.
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