KR20140144903A - 원료 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 형태에 따른 원료 처리 방법에 관한 것으로서, 내부에 공간이 형성되고, 회전 가능한 예열 용기 내에 원료를 장입하는 과정과; 상기 예열 용기 내에 정련에 의해 발생하는 용융 상태의 부산물을 투입하는 과정과; 상기 예열 용기를 회전시키면서 상기 원료와 부산물을 혼합하여 상기 원료를 예열시키고, 상기 부산물은 냉각시키는 과정과; 상기 혼합물로부터 원료를 분리하는 과정과; 상기 분리된 원료를 처리 용기에 장입하는 과정; 및 상기 처리 용기에 용선을 장입하는 과정;을 포함하고, 정련 슬래그 등과 같은 부산물의 현열을 이용하여 고철 등의 원료를 예열함으로써 고온 공정을 효율적으로 수행할 수 있다.

Description

원료 처리 방법{Method for treating raw material}

본 발명은 원료 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정련 슬래그 등과 같은 부산물의 현열을 이용하여 고철 등의 원료를 예열하는 원료 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고로에서 출선되는 용선은 예비처리 공정, 전로 공정, 2차 정련 공정 등의 제강 공정을 거쳐 용강(鎔鋼)으로 제조되고, 이러한 용강은 연속주조 공정을 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿, 빔 블랭크 등의 주편으로 제조된다.

고로에서 출선되는 용선은 철광석을 소결시킨 소결광과, 코크스 등을 고로에 장입시켜 가열하는 제선 공정을 통해 제조된다. 즉, 고로에서 출선되는 용선은 철원(鐵源)으로서 철광석을 사용하는데, 국내 및 국외의 제강 시장에서 철광석의 원가가 상승되고, 이로 인해 철광석의 원활한 수급이 이루어지지 않아 철광석 이외의 철원을 확보하기 위한 방안들이 강구되어 왔다.

최근에는 철원을 확보하기 위한 방안들 중에서 고철 등의 철스크랩을 용철로 재활용하는 방안이 활발하게 적용되고 있다. 즉, 철스크랩을 전기로에 장입하고 용해시켜 용철을 제조함으로써 고로에서 출선되는 용철과 병용하는 방식 또는 고로에서 출선되는 용철을 대체하는 방식으로 주편을 제조하는데 사용할 수 있다.

종래의 스크랩 용해는 주로 전기로를 이용한 용강 제조 공정에서 실시하고 있었으나, 최근에는 전로를 이용한 용강 제조 공정에서도 철스크랩(또는 냉선)의 일부 대체 원료로 장입하여 용해하고 있다. 즉 통상의 용강 제조는 전로 내에 고로(高爐)로부터 생산된 용선과 철스크랩(또는 냉선)을 함께 넣은 후 산소를 취입하며, 산화정련에 의한 불순성분 제거와 아울러 산화열로 철스크랩을 용해함으로써 이루어진다.

그런데 철스크랩은 25℃ 정도의 상온 상태로 정련로에 장입되기 때문에 철스크랩에 이어 장입되는 용선의 온도를 저하시킨다. 이에 용선을 정련처리에 요구되는 온도로 상승시켜야 하기 때문에 전체 정련시간이 증가하게 되고, 온도를 상승시키기 위한 에너지 비용도 상승하게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 별도의 챔버 내에서 철스크랩을 고온의 배가스에 접촉시켜 예열시키거나, 전로 내에 철스크랩을 투입한 후 상취 랜스를 이용하여 가스를 연소시킴으로써 예열하는 다양한 방법이 제시되고 있다. 그러나 전자의 경우에는 고온의 배가스가 환경에 유해한 성분을 다량 함유하고 있어 철스크랩을 예열하기 위한 챔버의 기밀성이 요구되고, 철스크랩 예열 후 배가스의 처리를 위한 주변 설비가 요구되기 때문에 철스크랩 예열에 많은 설비와 비용이 요구되는 문제점이 있다. 또한, 후자의 경우에는 철스크랩 예열에 사용되는 연소 가스를 준비하는데 비용이 소모되고, 가스 연소에 의해 배가스가 발생하는 등의 문제점이 있다.

JP 1991-10010 A JP 1989-167590 A

본 발명은 고온 공정을 효율적으로 수행할 수 있는 원료 처리 방법을 제공한다.

본 발명은 부산물의 현열을 이용하여 원료를 가열함으로써 생산 비용을 절감할 수 있는 원료 처리 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 원료 처리 방법은, 내부에 공간이 형성되고, 회전 가능한 예열 용기 내에 원료를 장입하는 과정과; 상기 예열 용기 내에 정련에 의해 발생하는 용융 상태의 부산물을 투입하는 과정과; 상기 예열 용기를 회전시키면서 상기 원료와 부산물을 혼합하여 상기 원료를 예열시키고, 상기 부산물은 냉각시키는 과정과; 상기 혼합물로부터 원료를 분리하는 과정과; 상기 분리된 원료를 처리 용기에 장입하는 과정; 및 상기 처리 용기에 용선을 장입하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 예열 용기 내에 정련에 의해 발생하는 용융 상태의 부산물을 투입하는 과정에서, 상기 예열 용기를 회전시키면서 상기 용융 상태의 부산물을 투입할 수 있다.

상기 원료를 예열시키고, 상기 부산물은 냉각시키는 과정에서, 상기 원료와 접촉하여 고상화된 상기 부산물을 상기 원료로부터 분리될 수 있다.

상기 원료를 예열시키고, 상기 부산물은 냉각시키는 과정 이후에 상기 원료와 부산물의 혼합물을 파쇄기에 투입하여 파쇄하는 과정을 더 포함할 수 있다.

상기 원료를 예열시키고, 상기 부산물은 냉각시키는 과정에서 상기 혼합물은 550 내지 650℃ 범위로 유지되고, 상기 혼합물로부터 상기 원료를 분리하는 과정에서 상기 혼합물은 450 내지 550℃ 범위로 유지될 수 있다.

상기 혼합물로부터 상기 원료를 분리하는 과정은 자력 선별에 의해 수행될 수 있다.

상기 분리된 원료를 처리 용기에 장입하는 과정에서 상기 원료는 450 내지 550℃ 범위로 유지될 수 있다.

상기 원료는 스크랩이고, 상기 부산물은 탈린 슬래그일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 방법은, 그대로 폐기되는 부산물의 현열을 이용하여 원료를 효과적으로 가열(예열)할 수 있다. 따라서 고온 공정에서 미리 가열된 원료를 사용하기 때문에 공정 시간을 단축하여 공정 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 원료를 가열하는데 별도의 비용이 소요되지 않으므로 생산 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 과정을 순차적으로 보여주는 순서도.
도 2는 원료를 예열하는 일부 과정을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 원료 처리 과정 중 원료와 부산물의 온도 변화를 보여주는 블록도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명은 고온 공정 후 발생하는 부산물의 현열을 이용하여 원료를 예열하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 과정을 순차적으로 보여주는 순서도이고, 도 2는 원료를 예열하는 일부 과정을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 원료 처리 과정 중 원료와 부산물의 온도 변화를 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 원료 처리 방법은, 예열 용기 내에 원료를 장입하는 과정(S110)과, 용융물을 제조하는 과정에서 배재된 부산물을 예열 용기에 장입하는 과정(S120)과, 예열 용기를 회전시키면서 원료 및 부산물을 혼합하고, 부산물을 냉각시키는 동시에 원료를 예열하는 과정(S130)과, 원료와 부산물의 혼합물로부터 원료를 분리하는 과정(S150)과, 분리된 원료를 정련 용기에 투입하는 과정(S160) 및 정련 용기에 정련 처리할 용융물을 장입하는 과정(S170)을 포함한다. 이때, 부산물은 슬래그일 수 있고, 원료는 스크랩일 수 있고, 정련 용기는 전로일 수 있다. 이하에서는 정련과정에서 발생하는 슬래그의 현열을 이용하여 스크랩을 예열하는 방법을 예로 들어 설명한다.

먼저, 내부에 공간이 형성되고, 회전 가능하도록 구성되는 예열 용기(20) 내에 스크랩 버켓(10)을 통해 이송된 스크랩(M)을 장입하여 스크랩의 예열을 준비한다. 이때, 스크랩(M)은 25℃정도의 상온을 유지하고 있다. 그리고 예열 용기(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 구동수단(30)의 구동을 통해 기울여진 상태에서 회전하도록 형성될 수 있다. 예열 용기(20)는 하나의 용기로 형성될 수도 있고, 내부 용기(24)와 내부 용기(24) 외측에 이격되어 배치되는 외부 용기(22)로 형성되는 2중 구조로 형성될 수도 있다. 이때, 예열 용기(20)가 2중 구조로 형성되는 경우에는 내부 용기(24)와 외부 용기(22) 사이에 냉각수 공급수단(40)을 통해 냉각수를 공급할 수 있는 공간이 형성되어, 슬래그(S)의 현열을 이용하여 스크랩(M)을 예열하는 과정에서 냉각수를 공급할 수도 있다. 이는 슬래그(S)를 예열 용기(20) 내에 투입할 때 슬래그(S)를 급속하게 응고시켜 슬래그(S)가 예열 용기(20), 즉 내부 용기(24) 표면에 부착되는 것을 억제하기 위함이다. 또한, 스크랩을 예열하는 과정에서 냉각수의 공급량이나 공급 시간을 조절하여 목표하는 스크랩의 예열 온도를 제어할 수도 있다.

다음, 전로에 용선을 장입하고, 용선 중에 함유된 인(P), 탄소(C), 황(S) 등의 불순물을 제거하는 정련공정을 수행한다. 그리고 정련공정이 완료되면 전로로부터 용강을 출강하고, 정련공정에서 발생한 슬래그를 스크랩이 장입되어 있는 슬래그 포트로 배재한다. 이때, 슬래그 포트로 배재되는 슬래그는 1600℃ 정도의 고온으로 용융 상태를 유지하고 있다.

슬래그 포트(50)에 슬래그를 배재한 이후, 슬래그 포트(50) 내의 슬래그(S)를 예열 용기(20)에 장입한다. 슬래그(S)를 예열 용기(20)에 장입할 때 예열 용기(20)를 회전시켜 슬래그(S)와 스크랩(M)을 혼합시킨다. 또한, 예열 용기(20)가 2중 구조로 형성되는 경우, 내부 용기(24)와 외부 용기(22) 사이에 냉각수를 공급하여 내부 용기(24) 표면을 냉각시킴으로써 슬래그(S)가 내부 용기에 부착되는 것을 억제할 수 있다.

이와 같이 예열 용기(20)를 회전시킴으로써 슬래그(S)와 스크랩(M)이 서로 혼합되면서 슬래그(S)의 현열이 스크랩(M)으로 균일하게 전달되어, 슬래그(S)의 온도는 저하되면서 고상화되고, 스크랩(M)의 온도는 상승하여 예열된다. 또한, 슬래그(S)의 현열이 스크랩(M)으로 전달되면서 슬래그(S)가 냉각되어 고상화되고, 고상화된 슬래그(S)와 스크랩(M)이 예열 용기(20) 내부에서 회전 및 낙하하여 고상화된 슬래그(S)가 물리적으로 파쇄된다.

이후, 슬래그(S)와 스크랩(M)의 혼합물의 온도가 600 내지 700℃ 정도로 되면, 예열 용기 내의 혼합물을 파쇄기(미도시)에 투입하여 파쇄한다. 혼합물의 파쇄 공정은 용융 상태의 슬래그가 고상의 스크랩이 접촉하면서 고상화되어 슬래그와 스크랩이 서로 엉겨붙은 상태를 분리하는 정도로 수행하는 것이 좋으며, 필요에 따라 선택적으로 수행될 수 있다.

다음, 파쇄된 혼합물을 자력 선별기를 통과시켜 스크랩과 슬래그를 분리한다. 이때, 혼합물의 온도는 550℃ 이하, 바람직하게는 450 내지 550℃ 정도인 것이 좋다. 혼합물의 온도가 제시된 범위보다 낮은 경우에는 스크랩의 온도 저하로 인해 스크랩의 예열 효과가 미미하고, 제시된 범위보다 높은 경우에는 스크랩의 자성이 소실되어 자력 선별을 통한 스크랩의 분리가 불가능해진다.

혼합물로부터 스크랩과 슬래그의 분리가 완료되면 분리된 슬래그는 폐기 처분하거나, 슬래그로부터 유효 물질을 추출하여 재활용하고 나머지 잔류물은 폐기 처분할 수 있다. 혼합물로부터 분리된 슬래그는 배재 시보다 1000℃ 가까이 냉각되어 후속 처리가 용이하고, 슬래그를 냉각시키는데 소모되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.

그리고 분리된 스크랩은 용강 제조를 위해 전로에 투입한다. 이때, 스크랩의 온도는 적어도 400℃ 이상, 바람직하게는 450 내지 550℃ 정도를 유지하는 것이 좋다. 앞서 설명한 바와 같이 스크랩의 온도가 제시된 범위보다 낮은 경우에는 용강 제조를 위해 전로에 장입되는 용선의 온도를 저하시키므로 용선의 온도를 상승시키기 위한 비용과 시간이 늘어나는 등 공정공정 효율이 저하되는 문제점이 있다.

이후, 스크랩이 투입되어 있는 전로에 용선을 장입하고, 정련공정을 실시하여 용강을 제조한다. 이때, 전로에 장입되는 용선은 고로에서 출선된 용선을 혼선차 내에서 탈린 처리하여 인 성분이 0.05중량% 이하로 정련한 탈린 용선일 수 있다.

이와 같이 슬래그의 현열을 이용하여 스크랩을 예열함으로써 스크랩을 이용한 고온 공정, 즉 용강 제조공정에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.

본 발명에 따른 원료 처리 방법의 실시 예에 대해서 설명한다.

예열 용기에 30톤의 스크랩을 투입한다. 이때, 스크랩은 25℃ 정도의 온도를 유지한다.

이후, 정련공정이 완료된 전로로부터 슬래그 30톤을 슬래그 포트에 배재한다. 이때, 정련공정은 고로에서 출선된 용선을 혼선차 내에서 탈린 처리한 탈린 용선을 이용한다. 따라서 슬래그 포트로 배재된 슬래그 내에는 인 성분이 함유되어 있기는 하지만, 일반 용선을 정련하고 발생하는 슬래그에 비해 인 성분의 농도가 낮다. 또한, 전로 슬래그의 재이용에 따른 재화 촉진 등의 효과는 종래부터 알려져 있다. 따라서 스크랩에 부착된 소량의 슬래그가 용선과 혼합된다 하더라도 정련 공정에 큰 영향을 미치지 않는다. 여기에서는 정련공정이 완료된 전로에 잔류하는 슬래그를 이용하는 것으로 설명하고 있으나, 정련공정 중 용선 상의 슬래그를 배재하여 이용할 수도 있고, 두 가지 슬래그를 모두 이용할 수도 있다.

전로에서 배재된 슬래그는 1650℃ 정도의 고온으로 용융 상태이다. 따라서 슬래그 포트 내의 슬래그를 스크랩이 투입되어 있는 예열 용기 내에 투입하면, 상온의 스크랩과 접촉하여 온도 저하가 일어나면서 고상으로 변화하게 된다.

예열 용기에 슬래그를 장입한 후 예열 용기를 약 5분 동안 회전시키면서 슬래그를 냉각시키는 동시에 스크랩을 예열한다. 이때, 예열 용기가 2중 구조로 형성된 경우에는 예열 용기에 슬래그를 장입하는 과정에서 내부 용기와 외부 용기 사이에 냉각수를 공급할 수도 있다. 또한, 예열 용기를 회전시키는 과정에서도 내부 용기와 외부 용기 사이에 냉각수를 공급함으로써 스크랩을 목표하는 온도까지 예열하는데 소요되는 시간을 단축할 수도 있다.

예열 용기를 회전시키는 동안 고상화된 슬래그는 회전 및 낙하를 반복하며 용기 내벽과의 충돌, 고상화된 슬래그와 스크랩들 간의 충돌로 인해 파쇄될 수 있다.

이후, 슬래그와 스크랩의 혼합물이 600 내지 700℃ 정도로 냉각되면 예열 용기 내의 혼합물을 파쇄기에 투입하여 일정 크기로 파쇄한다. 이때, 혼합물의 파쇄는 용융 상태의 슬래그와 고상의 스크랩이 접촉하면서 서로 엉겨붙은 상태를 분리하는 정도로 수행하는 것이 좋다.

다음, 자력 선별기에 파쇄된 혼합물을 통과시켜 슬래그와 스크랩을 분리한다. 혼합물은 냉각 및 파쇄를 거치며 적어도 550℃ 정도까지 냉각되고, 이에 자력 선별을 통해 혼합물로부터 스크랩을 분리해낼 수 있다. 즉, 스크랩은 철 성분을 갖는 물질로서 약 550℃ 이하의 온도에서 자성을 갖기 때문에 슬래그의 현열을 이용하여 이보다 더 높은 온도까지 예열한 후 550℃ 정도까지 냉각시켜 선별하는 것이 좋다.

그 다음, 분리된 슬래그는 적어도 550℃이하의 고온이므로 슬래그 냉각장소로 이동시켜 적치하여 냉각시킨 후 폐기처분하거나 슬래그 중 유효 성분을 추출하기 위한 재활용 장소로 이동시킨다.

그리고 분리된 스크랩은 약 1400℃ 정도로 예열된 전로에 투입한다. 이때 스크랩은 450 내지 550 ℃의 온도를 유지할 수 있다.

이 후, 전로에 1650℃ 정도의 용선 270톤을 장입하고 정련 공정을 수행한다.

이와 같이 슬래그의 현열을 이용하여 스크랩을 예열한 후 정련 공정을 수행함으로써 예열처리하지 않은 스크랩을 이용하여 정련 공정을 수행한 경우에 비해서 약 2.5×10⁶ kal/톤(스크랩)의 열량을 절감할 수 있었다. 또한, 슬래그의 현열에 의해 획득한 열량을 스크랩을 가열로 전환한다고 가정하면 스크랩 량을 20.7 내지 31.5% 정도 증가시켜 사용할 수 있어, 자원을 효율적으로 재활용할 수 있다.

여기에서는 스크랩과 슬래그가 1:1로 사용된 예에 대해서 설명하고 있으나, 투입되는 스크랩의 양(중량)이나 목표하는 스크랩의 예열 온도에 따라 스크랩과 슬래그의 혼합 비율을 적절하게 조절하여 사용할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술 되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

10: 스크랩 버켓 20: 예열 용기
30: 구동수단 40: 냉각수 공급수단
50: 슬래그 포트

Claims (8)

1. 내부에 공간이 형성되고, 회전 가능한 예열 용기 내에 원료를 장입하는 과정과;
   상기 예열 용기 내에 정련에 의해 발생하는 용융 상태의 부산물을 투입하는 과정과;
   상기 예열 용기를 회전시키면서 상기 원료와 부산물을 혼합하여 상기 원료를 예열시키고, 상기 부산물은 냉각시키는 과정과;
   상기 혼합물로부터 원료를 분리하는 과정과;
   상기 분리된 원료를 처리 용기에 장입하는 과정; 및
   상기 처리 용기에 용선을 장입하는 과정;을 포함하는 원료 처리 방법.
2. 청구항 1 에 있어서,
   상기 예열 용기 내에 정련에 의해 발생하는 용융 상태의 부산물을 투입하는 과정에서,
   상기 예열 용기를 회전시키면서 상기 용융 상태의 부산물을 투입하는 원료 처리 방법.
3. 청구항 1 에 있어서,
   상기 원료를 예열시키고, 상기 부산물은 냉각시키는 과정에서,
   상기 원료와 접촉하여 고상화된 상기 부산물을 상기 원료로부터 분리되는 원료 처리 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 원료를 예열시키고, 상기 부산물은 냉각시키는 과정 이후에
   상기 원료와 부산물의 혼합물을 파쇄기에 투입하여 파쇄하는 과정을 더 포함하는 원료 처리 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 원료를 예열시키고, 상기 부산물은 냉각시키는 과정에서
   상기 혼합물은 550 내지 650℃ 범위로 유지되고,
   상기 혼합물로부터 상기 원료를 분리하는 과정에서
   상기 혼합물은 450 내지 550℃ 범위로 유지되는 원료 처리 방법.
6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
   상기 혼합물로부터 상기 원료를 분리하는 과정은 자력 선별에 의해 수행되는 원료 처리 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 분리된 원료를 처리 용기에 장입하는 과정에서
   상기 원료는 450 내지 550℃ 범위로 유지되는 원료 처리 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 원료는 스크랩이고,
   상기 부산물은 탈린 슬래그인 원료 처리 방법.

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