KR20200056101A - 슬래그 처리 설비 및 슬래그 처리 방법 - Google Patents

슬래그 처리 설비 및 슬래그 처리 방법 Download PDF

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KR20200056101A
KR20200056101A KR1020180140015A KR20180140015A KR20200056101A KR 20200056101 A KR20200056101 A KR 20200056101A KR 1020180140015 A KR1020180140015 A KR 1020180140015A KR 20180140015 A KR20180140015 A KR 20180140015A KR 20200056101 A KR20200056101 A KR 20200056101A
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B5/00—Treatment of  metallurgical  slag ; Artificial stone from molten  metallurgical  slag 

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 슬래그 처리 설비는 용융 슬래그가 냉각되어 입상화되도록, 용융 슬래그를 배출시키며, 용융 슬래그에 냉매를 분사할 수 있는 노즐부를 구비하고, 용융 슬래그와 냉매 간의 열교환에 의해 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 제 1 생성물을 생산하는 슬래그 처리 장치 및 슬래그 처리 장치와 연결되어, 슬래그 처리 장치에서 생산된 제 1 생성물을 외부로 배출 및 집진하는 제 1 생성물 배출 장치를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 슬래그 처리 설비에 의하면, 제 1 노즐을 통해 하측으로 용융 슬래그를 토출하고, 제 2 노즐을 이용하여 토출된 용융 슬래그가 낙하되는 방향으로 냉매를 분사한다. 이에, 액상 상태의 용융 슬래그는 냉매에 의해 급냉 및 분쇄되면서 구형에 가까운 고상 상태의 미립자 형태로 입상화된다. 이로 인해, 슬래그가 급냉됨에 따라 서냉으로 인한 자유 산화칼슘(Free CaO) 석출물 생성을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 미립화된 슬래그의 재활용 시에 수화 반응으로 인한 팽창을 억제 또는 방지할 수 있다.

Description

슬래그 처리 설비 및 슬래그 처리 방법{Equipment for treating slag and Method for treating slag}
본 발명은 슬래그 처리 설비 및 슬래그 처리 방법에 관한 것으로, 슬래그의 현열을 회수할 수 있고, 슬래그의 현열을 이용하여 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나를 생산할 수 있는 슬래그 처리 설비 및 슬래그 처리 방법에 관한 것이다.
고로에서 용선 제조 시 및 용선 중 불순물을 제거하는 정련시에 용융 슬래그가 발생되며, 상기 용융 슬래그는 1500℃의 열을 가지고 있다.
용융 슬래그는 야드장으로 운송되어 살수 냉각 과정을 거친 후에 분쇄되어, 소결용 원료나 기타 부원료로 활용되거나, 시멘트 원료, 매립제 등으로 활용된다.
한편, 용융 슬래그는 산화물로 이루어져 있기 때문에, 열 전도도가 낮아 상기 용융 슬래그가 가지고 있는 보유열 또는 현열을 회수하기 어렵다. 보다 구체적으로 설명하면, 전체 제철 조업 중 슬래그의 용융을 위해 소비되는 에너지는 10 내지 15%인데, 이 투입된 에너지를 회수하지 못하고 있어, 에너지에 대한 효율적인 면에서 비효율적인 문제가 있다.
여기서, 현열은 가열된 물질이 상태 변화가 없는 경우, 보유하고 있는 열량으로서 폐열 이용이 대상이 되는 열량을 말하는 것이다.
용융 슬래그가 서냉되는 경우, 슬래그에 다량 함유되어 있는 CaO가 자유 산화칼슘(Free CaO)으로 석출된다. 그리고 자유 산화칼슘(Free CaO) 석출물이 포함된 슬래그를 시멘트 원료, 매립제 등으로 사용하게 되면, 수화 반응에 의한 부피 팽창으로 크랙 발생의 원인이 된다. 이에, 슬래그의 재활용이 어려운 문제가 있다.
한국등록특허 KR1285786
본 발명은 슬래그의 열을 이용하여 스팀 또는 열기(熱氣)를 생산할 수 있는 슬래그 처리 설비 및 슬래그 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 슬래그 재활용 시 불량이 발생되지 않도록, 슬래그의 열을 신속하게 회수할 수 있는 슬래그 처리 설비 및 슬래그 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 슬래그 처리 설비는, 용융 슬래그가 냉각되어 입상화되도록, 상기 용융 슬래그를 배출시키며, 상기 용융 슬래그에 냉매를 분사할 수 있는 노즐부를 구비하고, 상기 용융 슬래그와 냉매 간의 열교환에 의해 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 제 1 생성물을 생산하는 슬래그 처리 장치; 및 상기 슬래그 처리 장치와 연결되어, 상기 슬래그 처리 장치에서 생산된 상기 제 1 생성물을 외부로 배출 및 집진하는 제 1 생성물 배출 장치;를 포함한다.
상기 노즐부는, 하부에 상기 용융 슬래그를 토출시키는 토출구가 마련된 제 1 노즐; 및 상기 제 1 노즐의 외측에 위치되도록 상기 제 1 노즐에 장착되며, 상기 토출구로부터 토출되는 용융 슬래그의 낙하 방향으로 상기 냉매를 분사하는 분사 유로가 마련된 제 2 노즐;을 포함한다.
상기 제 1 노즐은, 내부에 상기 용융 슬래그의 수용이 가능하며 상하 방향으로 연장 형성된 수용 공간이 마련된 제 1 바디를 포함하고, 상기 토출구는 상기 수용 공간과 연통되도록 상기 수용 공간의 하측 끝단에 마련되며, 상기 제 2 노즐은 상기 제 1 바디에 연결되도록 설치되며, 상기 토출구와 대응 위치하는 통로가 마련된 제 2 바디를 포함하고, 상기 분사 유로는 상기 통로를 통과하도록 토출되는 용융 슬래그의 이동 방향으로 냉매가 분사되도록 상기 제 2 바디 내부에 마련된다.
상기 제 1 노즐은 제 1 바디로부터 하측 방향으로 연장 형성되며, 내부에 상기 제 1 바디의 토출구와 연통된 연장 유로가 마련된 연장 부재를 포함한다.
상기 제 2 바디는 상기 제 1 바디의 하부에 연결되고, 상기 토출구와 연통되도록 상기 통로가 상기 토출구의 하측에 형성된 중공형의 형상이며, 상기 분사 유로의 끝단이며 상기 냉매가 분사되는 분사구가 상기 통로 또는 상기 통로 하측을 향하도록 노출 형성된다.
상기 분사 유로는, 상기 제 2 바디의 폭 방향으로 연장 형성된 제 1 유로; 및 상기 제 1 유로로부터 상기 통로가 위치된 방향으로 연장 형성된 제 2 유로;를 포함하며, 상기 제 2 유로는 상기 분사구 쪽으로 갈수록 상기 통로와 가까워지도록 하향 경사진 형상이다.
상기 제 2 바디는 상기 제 1 바디의 연장 방향으로 연장 형성되어 상기 제 1 바디의 외측면을 둘러 싸도록 설치되며, 하측 끝단이 상기 토출구의 하측으로 돌출되도록 연장 형성되고, 상기 분사 유로는 상기 분사 유로의 끝단이며 냉매가 분사되는 분사구가 상기 토출구에 비해 하측에 위치하도록, 상기 제 2 바디 내부에서 상하 방향으로 연장 형성되며, 상기 통로는 상기 토출구 하측으로 연장 형성된 상기 제 2 바디의 내벽면에 의해 구획된 영역이다.
상기 슬래그 처리 장치는 적어도 상기 노즐부의 하부가 수용될 수 있는 내부 공간을 가지는 용기를 포함한다.
상기 제 1 생성물 배출 장치는, 상기 용기로부터 외측 방향으로 연장 형성되어, 상기 용기 내 상기 제 1 생성물을 배출하는 제 1 생성물 배출 라인; 및 상기 제 1 생성물 배출 라인의 연장 경로 상에 설치된 제 1 집진기;를 포함한다.
상기 슬래그 처리 장치로부터 제공된 입상화된 슬래그의 열과 유체를 열교환시켜, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 제 2 생성물을 생산하는 열교환 장치를 더 포함한다.
상기 열교환 장치는, 상기 슬래그 처리 장치로부터 제공된 입상화된 슬래그의 수용이 가능한 내부 공간을 가지는 열교환 챔버; 상기 열교환 챔버 내로 상기 입상화된 슬래그와 열교환 할 유체를 공급하는 유체 공급 라인;을 포함한다.
상기 열교환 장치는, 상기 열교환 챔버에 설치되며, 일단이 유체 공급 라인과 연결되어, 내부에 상기 유체가 흐를 수 있는 유체 이동 라인을 포함한다.
상기 유체 이동 라인은 상기 열교환 챔버 내부를 통과하거나, 외부를 감싸도록 설치된다.
상기 열교환 장치는, 상기 열교환 챔버의 내부에 설치되며, 상기 열교환 챔버의 폭 방향으로 연장 형성되고, 폭 방향으로 상호 이격 형성된 복수의 홀을 가지며, 상부에 입상화된 슬래그의 적재가 가능한 분산판; 상기 입상화된 슬래그의 유동이 가능하도록 상기 분산판의 하측으로 유동 가스를 공급하는 유동 가스 공급 라인;을 포함하는 을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 슬래그 처리 방법은 용융 슬래그를 토출시키는 과정; 및 토출된 상기 용융 슬래그가 낙하되는 방향으로 냉매를 분사하여, 상기 용융 슬래그를 냉각 및 입상화시키고, 상기 용융 슬래그와 상기 냉매 간을 열교환시켜, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 제 1 생성물을 생산하는 제 1 열회수 과정을 포함한다.
상기 제 1 열회수 과정에 의해 입상화된 슬래그와 유체 간을 열교환시켜, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 제 2 생성물을 생산하는 제 2 열회수 과정을 포함한다.
상기 제 2 열회수 과정은, 상기 제 1 열회수 과정에 의해 생성된 입상화된 슬래그의 온도가 200℃를 초과하는 경우 실시한다.
상기 제 2 열회수 과정에 있어서, 상기 제 1 열회수 과정에 의해 입상화된 슬래그의 온도가 800℃ 이상인 경우, 상기 입상화된 슬래그의 유동이 가능하도록 유동 가스를 분사시키면서, 상기 입상화된 슬래그와 유체 간을 열교환시킨다.
상기 제 2 열회수 과정에 있어서, 입상화된 슬래그와 상기 유체를 직접적으로 접촉시키는 직접 열교환 방법 및 입상화된 슬래그와 상기 유체를 직접적으로 접촉시키지 않는 간접 열교환 방법 중 어느 하나를 사용한다.
상기 냉매 및 유체 각각은 물, 공기(Air), 스팀, CO2 함유 가스 및 CH4 함유 가스 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 슬래그 처리 설비에 의하면, 제 1 노즐을 통해 하측으로 용융 슬래그를 토출하고, 제 2 노즐을 이용하여 토출된 용융 슬래그가 낙하되는 방향으로 냉매를 분사한다. 이에, 액상 상태의 용융 슬래그는 냉매에 의해 급냉 및 분쇄되면서 구형에 가까운 고상 상태의 미립자 형태로 입상화된다. 이로 인해, 슬래그가 급냉됨에 따라 서냉으로 인한 자유 산화칼슘(Free CaO) 석출물 생성을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 미립화된 슬래그의 재활용 시에 수화 반응으로 인한 팽창을 억제 또는 방지할 수 있다.
그리고, 실시예들에 따르면, 용융 슬래그를 향해 국소 부위에 또는 용융 슬래그와 근접한 위치에서 냉각 가스를 분사한다. 이에 냉각 가스의 소모량을 줄일 수 있고, 슬래그의 비산을 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 용융 슬래그의 현열을 이용하여, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나를 생산한다. 생산된 스팀 및 열기(熱氣) 각각은 스팀 및 열기(熱氣) 각각이 직접 필요한 분야 또는 이들의 열을 이용하는 분야에서 재활용되거나, 판매될 수 있다.
따라서, 스팀 및 열기(熱氣) 각각을 활용하는 분야에서 에너지 및 비용을 절감할 수 있고, 판매로 인한 수익을 창출할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 슬래그의 용융에 사용된 에너지를 회수 또는 재활용 할 수 있어, 제철 조업 전체에 있어 에너지 효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 슬래그 처리 설비를 개념적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 노즐부를 도시한 도면
도 3은 제 1 실시예의 제 1 변형예에 따른 노즐부의 일부를 확대 도시한 도면
도 4는 제 1 실시예의 제 2 변형예에 따른 노즐부를 도시한 도면
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 슬래그 처리 설비를 도시한 개념도
도 6은 제 2 실시예의 제 1 변형예에 따른 열교환 장치를 도시한 개념도
도 7은 제 2 실시예의 제 2 변형예에 따른 열교환 장치를 도시한 개념도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
용융 슬래그(MS)는 산화물로 이루어져 있기 때문에, 열 전도도가 낮다. 그리고, 용융 슬래그(MS)가 서냉될 경우, 슬래그에 다량 함유되어 있는 산화칼슘(CaO)이 자유 산화칼슘(Free CaO)으로 석출되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에에서는 서냉에 의한 자유 산화칼슘(Free CaO) 석출을 억제 또는 방지되도록 용융 슬래그(MS)를 냉각시키는 슬래그 처리 설비 및 슬래그 처리 방법을 제공한다. 다른 말로 하면, 슬래그의 열 전도도가 향상되도록 용융 슬래그(MS)를 다수의 입자 형태로 입상화 또는 미립화시켜, 용융 슬래그(MS)가 급냉되도록 함으로써, 자유 산화칼슘(Free CaO) 석출을 억제 또는 방지하는 슬래그 처리 설비 및 슬래그 처리 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 용융 슬래그의 열을 이용 또는 회수하여 스팀 또는 열기(熱氣)를 생산 또는 제조할 수 있는 슬래그 처리 설비 및 슬래그 처리 방법에 관한 것이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 슬래그 처리 설비를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 슬래그 처리 설비를 개념적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 노즐부를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 슬래그 처리 설비는 용융 슬래그(MS)가 토출되는 토출구(1213) 및 용융 슬래그(MS)를 냉각 및 입상화시키기 위해, 토출된 상기 용융 슬래그(MS)가 낙하 또는 이동되는 방향으로 냉매(CM)를 분사하는 유로(이하, 분사 유로(1222))를 가지는 노즐부(1200)가 구비된 슬래그 처리 장치(1000), 분사 유로(1222)로 냉매(CM)를 공급하는 냉매 공급 라인(3100), 슬래그 처리 장치(1000) 내에서 용융 슬래그(MS)의 냉각 및 입상화 과정에서 발생된 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 생성물을 외부로 배출하는 생성물 배출 장치(이하, 제 1 생성물 배출 장치(3200))을 포함한다.
또한, 슬래그 처리 설비는, 노즐부(1200)와 연결되어 상기 노즐부(1200)로 용융 슬래그(MS)를 공급하는 슬래그 공급 라인(2000)을 포함한다.
실시예에 따른 슬래그 처리 설비에서 처리하고자 하는 슬래그는 제철 조업 중에 제조 또는 발생된 것으로서, 액상 상태이며, 1500℃ 내지 1600℃의 온도로 열을 가지고 있다. 보다 구체적으로, 슬래그 처리 설비에서 처리하고자 하는 용융 슬래그(MS)는 고로에서 제선 공정 중에 생성된 슬래그 및 전로 용선의 정련 조업 중에 제조된 슬래그 중 적어도 하나를 포함한다.
슬래그 처리 장치(1000)는 용융 슬래그(MS)가 토출되는 토출구(1213) 및 상기 토출구(1213)와 분리 위치되며, 토출구(1213)로부터 토출된 용융 슬래그(MS)가 낙하 또는 이동되는 방향으로 냉매(CM)를 분사하는 분사 유로(1222)를 가지는 노즐부(1200)를 포함한다.
또한, 슬래그 처리 장치(1000)는 노즐부(1200)로부터 토출된 용융 슬래그(MS) 및 냉매(CM)와, 입상화된 슬래그(GS)가 수용될 수 있도록, 적어도 상기 노즐부(1200)의 하부가 수용될 수 있는 내부 공간을 가지는 용기(1100)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 노즐부(1200)는 일 방향으로 연장 형성되며, 내부에 용융 슬래그(MS)가 수용 및 이동할 수 있는 내부 공간(이하, 수용 공간(1212)) 및 수용 공간(1212)으로부터 이동된 용융 슬래그(MS)를 외부로 토출시키는 토출구(1213)가 마련된 제 1 노즐(1210) 및 용융 슬래그(MS)가 토출되어 흐르는 방향으로 냉매(CM)를 분사하는 분사 유로(1222)를 구비하며, 제 1 노즐(1210)의 외측에 위치된 제 2 노즐(1220)을 포함한다.
제 1 노즐(1210)은 일 방향, 보다 구체적으로는 상하 방향으로 연장 형성된 제 1 바디(1211)를 포함하며, 제 1 바디(1211)는 내화물로 제조되는 것이 바람직하다. 그리고, 제 1 바디(1211) 내부의 공간은, 용융 슬래그가 수용 또는 통과하는 수용 공간(1212)이며, 수용 공간(1212)의 하측 끝단에는 용융 슬래그(MS)를 외부로 토출하는 토출구(1213)가 마련되어 있다.
수용 공간(1212)은 상술한 바와 같이 용융 슬래그(MS)를 일시 저장하거나, 토출구(1213)로 이동시키는 통로로서, 상하 방향으로 연장 형성된다. 그리고, 수용 공간(1212) 중 토출구(1213)와 인접한 하부 영역은 상기 토출구(1213)가 위치된 방향으로 갈수록 그 내경이 점차 좁아지는 형상인 것이 바람직하다. 이는 용융 슬래그(MS)가 토출구(1213)로 용이하게 이동되도록 하기 위함이다.
토출구(1213)는 수용 공간(1212)으로부터 이동된 용융 슬래그(MS)를 외부로 배출시키는 수단으로서, 그 내경이 수용 공간(1212)의 내경에 비해 작도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 토출구(1213)는 수용 공간(1212)의 폭 방향 중심에 위치되도록 설치될 수 있다.
또한, 토출구(1213)는 도 2에 도시된 바와 같이 수용 공간(1212)으로부터 하측으로 갈수록 내경이 좁아지다가 다시 넓어지는 형상인 것이 효과적이다. 이는 벤츄리 효과를 이용하여 용융 슬래그(MS)를 보다 고속으로 토출시키기 위함이다.
또한, 제 1 바디(1211)에는 토출구(1213)에 비해 높게 위치하도록 수용 공간(1212)과 연결되어, 수용 공간(1212)으로 용융 슬래그(MS)를 공급하는 유입구(1217)가 마련된다. 유입구(1217)에는 슬래그 공급 라인(2000)이 연결된다.
상술한 바와 같이 제 1 노즐(1210)은 상하 방향으로 연장 형성되어 있고, 토출구(1213)에 비해 높은 위치에서 용융 슬래그(MS)가 유입되므로, 상기 용융 슬래그(MS)가 중력에 의해 하측으로 이동하여 토출구(1213)를 통해 토출된다.
제 2 노즐(1220)은 제 1 노즐(1210)로부터 토출된 용융 슬래그(MS)가 낙하 또는 이동하는 방향으로 냉매(CM)를 분사하기 위한 분사 유로(1222)를 포함한다.
냉매(CM)는 물, 공기(Air), 스팀, CO2 함유 가스 및 CH4 함유 가스 중 적어도 하나일 수 있다. 보다 구체적으로, 냉매(CM)로서 물 또는 공기를 단독으로 공급하거나, 물과 공기를 함께 공급하거나, 물과 CH4를 함께 공급하거나, CO2와 CH4를 함께 공급할 수 있다. 이러한 냉매(CM)는 용융 슬래그(MS)에 비해 낮은 온도이며, 예컨대 상온일 수 있다.
CO2 함유 가스는 제철 조업에서 발생되는 가스일 수 있고, CH4 함유 가스는 LNG(Liquid Natural Gas) 및 COG(COKE OVEN GAS) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 2 노즐(1220)은 제 1 노즐(1210)의 하측에 위치되는 바디(이하, 제 2 바디(1221)), 제 1 노즐(1210)의 토출구(1213)와 대향 위치하고, 제 1 노즐(1210)로부터 토출된 용융 슬래그(MS)가 통과하도록 제 2 바디(1221)에 마련된 통로(1224) 및 통로(1224)를 통과하도록 토출되는 용융 슬래그(MS)의 낙하 방향으로 냉매(CM)가 분사되도록 제 2 바디(1221)의 내부에 마련된 분사 유로(1222)를 포함한다.
제 2 바디(1221)는 제 1 노즐(1210)의 하측에 위치되며, 제 1 노즐(1210)의 토출구(1213)로부터 토출된 용융 슬래그(MS)가 통과할 수 있는 공간인 통로(1224)를 가지는 중공형의 형상일 수 있다. 따라서, 제 2 바디(1221)는 제 1 노즐(1210)로부터 토출되는 용융 슬래그(MS)의 스트림(stream)을 둘러 싸도록 배치된다.
통로(1224)는 상측 및 하측이 개구된 형상이다. 그리고, 통로(1224)는 도 2에 도시된 바와 같이 하측으로 갈수록 그 내경이 점차 증가하는 형상인 것이 바람직하다. 물론, 통로(1224)의 형상은 이에 한정되지 않고 상하 방향으로 내경에 변화가 없는 형상일 수 있다.
분사 유로(1222)는 토출된 용융 슬래그(MS)의 낙하 또는 이동 방향으로 냉매(CM)를 분사하는 수단으로서, 제 2 바디(1221)의 내부에 마련되며, 통로(1224)와 연통된 관로 형태이다. 여기서, 분사 유로(1222)의 양 끝단 중, 연장 방향의 일단은 냉매(CM)가 유입되는 유입구이고, 타단은 냉매(CM)가 분사되는 분사구(1222b-1)이다.
여기서, 설명의 편의를 위하여 분사 유로(1222)의 일단을 유입구, 타단을 분사구(1222b-1)로 명명하였으나, 상기 유입구 및 분사구(1222b-1)는 분사 유로(1222)의 양 끝단에 해당하는 일체형의 구성이다.
분사구(1222b-1)는 통로(1224) 또는 통로(1224) 하측을 향하도록 노출 형성될 수 있다. 즉, 제 2 바디(1221)의 하부면 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 통로(1224)의 주변벽인 제 2 바디(1221)의 내측면과 하부면 사이의 코너 부분으로 노출되도록 형성될 수 있다. 이러한 경우, 제 2 바디(1221)의 하측 방향으로 냉매(CM)가 분사되고, 제 2 바디(1221)의 하측에서 냉매(CM)와 용융 슬래그(MS)가 만나, 용융 슬래그(MS)가 냉각 및 입상화된다.
분사구(1222b-1)의 위치는 상술한 예에 한정되지 않고, 통로(1224)를 구획하는 또는 통로(1224)의 주변벽인 제 2 바디(1221)의 내측면으로 노출되도록 형성될 수 있다. 이러한 경우, 제 2 바디(1221)의 통로(1224) 내로 냉매가 분사되며, 상기 통로(1224) 내부에서 냉매(CM)와 용융 슬래그(MS)가 만나 냉각 및 입상화(또는 미립화)된다.
분사 유로(1222)는 분사구(1222b-1)와 인접한 영역이 분사구(1222b-1)가 위치된 방향으로 갈수록 통로(1224)와 가까워지면서 하향 경사진 형상일 수 있다. 또한, 분사 유로(1222) 중 적어도 분사구(1222b-1)와 인접한 영역은 분사구(1222b-1)가 위치된 방향으로 갈수록 그 내경이 좁아지다가 다시 넓어지는 형상일 수 있다.
보다 구체적으로, 분사 유로(1222)는 제 2 바디(1221)의 폭 방향 또는 수평 방향으로 연장 형성된 제 1 유로(1222a) 및 제 1 유로(1222a)로부터 연장 형성된 제 2 유로(1222b)를 포함한다.
제 1 유로(1222a)는 경사 변화 없이 제 2 바디(1221)의 폭 방향으로 연장 형성되고, 내경이 일정한 형상이다. 제 2 유로(1222b)는 분사구(1222b-1)가 위치된 방향으로 갈수록 통로와 가까워지도록 하향 경사지면서, 내경이 점차 좁아지는 형상일 수 있다. 이는 벤츄리 효과를 이용하여 냉매를 고압으로 분사시키기 위함이다.
제 1 유로(1222a)의 연장 방향의 양 끝단 중 일단은 냉매 공급 라인(3100)과 연결되어 냉매(CM)가 내부로 유입되는 유입구이고, 타단은 제 2 유로(1222b)와 연통되는 개구이다. 그리고, 제 2 유로(1222b)의 연장 방향의 양 끝단 중 일단은 제 1 유로(1222a)의 타단과 연통된 개구이고, 타단은 냉매(CM)가 통로(1224)를 향해 분사되는 분사구(1222b-1)이다. 이때, 분사구(1222b-1)와 인접한 제 2 유로(1222b)의 영역은 분사구(1222b-1)가 위치된 방향으로 갈수록 그 내경이 좁아지다가 넓어지는 형상일 수 있다.
분사 유로(1222) 또는 제 2 유로(1222b)의 경사 각도는 분사구(1222b-1)로부터 분사된 냉매가 제 1 노즐(1210)로부터 토출된 용융 슬래그(MS)가 낙하되는 방향으로 분사될 수 있도록 조절된다.
상술한 예에서는 제 1 유로(1222a)가 경사 변화 없이 제 2 바디(1221)의 폭 방향으로 수평하게 형성되며, 내경이 일정한 것을 설명하였다. 하지만, 제 1 유로(1222a)가 제 2 유로(1222b)를 향해 하향 경사지게 형성될 수 있고, 제 2 유로(1222b) 방향으로 갈수록 내경이 좁아지는 형상일 수도 있다.
상술한 바와 같은 분사 유로(1222)는 토출구(1213)의 둘레 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 즉, 분사 유로(1222)는 토출구(1213)를 둘러싸는 링(ring) 형태로 마련될 수 있다. 또한 다른 예로 분사 유로(1222)는 복수개로 마련되어 토출구(1213)의 둘레 방향으로 나열되도록 마련될 수 있다.
상술한 바와 같은 냉매 유로를 통해 용융 슬래그로 냉매를 분사하여 용융 슬래그를 냉각 및 입상화시키는데 있어서, 그 냉각 속도가 5℃/s(sec) 이상이 되도록 급냉시키는 것이 바람직하다.
냉각 속도가 5℃/s(sec) 미만인 경우, 용융 슬래그에 함유되어 있는 CaO가 자유 산화칼슘(Free CaO)으로 석출될 수 있다.
용기(1100)는 내부에 노즐부(1200) 전체가 수용될 수 있도록 하는 내부 공간을 가진다. 다른 말로 하면, 노즐부(1200)는 그 전체가 용기(1100) 내부에 위치되도록 설치된다. 또한, 용기(1100)의 상하 방향의 길이는 노즐부(1200)에 비해 길도록 형성되며, 용기(1100) 내부에서 노즐부(1200)의 하측 공간은 입상화된 슬래그(GS)가 수집 또는 저장되는 공간으로, 하단에는 입상화된 슬래그(GS)가 배출되는 배출구가 마련될 수 있다.
이때, 용기(1100)의 내부 공간 중 노즐부(1200)의 하측 영역은 하단에 마련된 배출구 방향으로 갈수록 그 내경이 좁아지는 형상인 것이 바람직하다. 이는 입상화된 슬래그(GS)가 배출구 방향으로 이동 및 배출이 용이하도록 하기 위함이다.
상기에서는 용기(1100)의 상하 방향 길이가 노즐부(1200)에 비해 길도록 형성되어, 용기(1100) 내부에 노즐부(1200) 전체가 수용되는 것을 설명하였다.
하지만, 이에 한정되지 않고, 용기(1100)는 노즐부(1200)로부터 토출된 용융 슬래그(MS) 및 냉매(CM)와, 입상화된 슬래그(GS)가 수용될 수 있도록 상기 노즐부(1200)의 일부가 수용될 수 있는 크기로 마련될 수도 있다.
이와 같이, 실시예에 따른 슬래그 처리 장치(1000)에 의하면, 제 1 노즐(1210)을 통해 하측으로 용융 슬래그(MS)를 토출하고, 제 2 노즐(1220)을 이용하여 토출된 용융 슬래그(MS)가 낙하되는 방향으로 냉매(CM)를 분사한다. 이에, 제 1 노즐(1210)로부터 토출된 액상 상태의 용융 슬래그(MS)는 분사되는 냉매(CM)에 의해 급냉 및 분쇄되면서 구형에 가까운 고상 상태의 미립자 형태로 입상화된다.
이때, 입상화된 슬래그(GS)의 온도가 1100℃ 이하이고, 입경이 3mm 이하, 보다 바람직하게는 1mm 이하가 되도록 한다. 여기서, 슬래그를 1100℃ 이하로 냉각시키는 것은, 자유 산화칼슘(Free CaO) 석출물의 생성을 억제 또는 방지하기 위함이다.
한편, 슬래그(GS)의 온도가 1100℃를 초과하는 경우, 슬래그 내 산화칼슘(CaO)이 자유 산화칼슘(Free CaO)으로 석출될 수 있다.
상술한 바와 같은 슬래그의 온도 및 입경은 냉매(CM)의 종류 및 분사 유량 등을 조절하여 제어할 수 있다.
노즐부(1200)의 형상 또는 구성은 도 1 및 도 2에 도시된 제 1 실시예에 한정되지 않고, 다양하게 변경 가능하다.
이하, 제 1 실시예의 변형예들에 따른 노즐부에 대해 설명한다.
도 3은 제 1 실시예의 제 1 변형예에 따른 노즐부(1200)의 일부를 확대 도시한 도면이다.
예컨대, 도 3에 도시된 제 1 실시예의 제 1 변형예와 같이 제 1 노즐(1210)은 제 1 바디(1211)의 하부에 연결된 연장 부재(1214)를 더 포함할 수 있다.
즉, 제 1 변형예에 따른 제 1 노즐(1210)은 제 1 바디(1211) 및 제 1 바디(1211)로부터 하측으로 연장 형성된 연장 부재(1214)를 포함한다.
제 1 바디(1211)에 마련된 제 1 토출구(1213)은 용융 슬래그(MS)를 연장 부재(1214) 내부로 토출하는 수단으로서, 연장 부재(1214)가 위치된 방향으로 갈수록 그 내경이 점차 감소하는 형상일 수 있다.
그리고, 연장 부재(1214)의 내부에는 제 1 토출구(1213)와 연통되도록 하측 방향으로 연장 형성된 연장 유로(1215)가 마련되어 있다. 즉, 연장 유로(1215)의 일단은 제 1 토출구(1213)와 연통되고, 타단은 용융 슬래그(MS)가 최종적으로 토출되는 토출구(이하, 제 2 토출구(1215-1))이다.
연장 부재(1214)의 상하 방향의 연장 길이는 제 1 바디(1211)에 비해 짧으며, 이후 설명되는 제 2 노즐(1220)의 상하 방향 길이와 동일하거나, 유사할 수 있다.
그리고, 연장 유로(1215)는 제 1 토출구(1213)로부터 하측 방향으로 갈수록 내경이 좁아지다가, 하측으로 더 갈수록 다시 내경이 넓어지는 형상일 수 있다. 이때, 하측으로 갈수록 다시 내경이 넓어지는 영역의 길이는 그 상측 영역인 제 1 토출구(1213)로부터 하측 방향으로 갈수록 내경이 좁아지는 영역의 길이에 비해 짧을 수 있다.
상술한 제 1 실시예에 따른 제 2 노즐(1220)에서 제 1 유로(1222a)는 제 2 바디(1221)의 폭 방향으로 수평하게 형성되며, 내경에 변화가 없고, 제 2 유로(1222b)는 분사구(1222b-1)가 위치된 방향으로 갈수록 통로와 가까워지도록 하향 경사진 형상이다.
하지만, 이에 한정되지 않고, 제 1 유로(1222a) 및 제 2 유로(1222b) 모두 경사 및 내경이 가변되도록 마련될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 제 1 실시예의 제 1 변형예와 같이, 분사 유로(1222)는 냉매가 유입되는 유입구로부터 분사구(1222b-1)가 위치된 방향으로 상향 경사진 형상의 제 1 유로(1222a) 및 제 1 유로(1222a)로부터 분사구(1222b-1)가 위치된 방향으로 하향 경사진 제 2 유로(1222b)를 포함한다.
이때, 제 2 바디(1221) 내부에서 제 1 유로(1222a)의 주변벽 중 상부벽은 경사 또는 높이 변화가 없는 형상이고, 하부벽은 제 2 유로(1222b)가 위치된 방향으로 상향 경사진 형상일 수 있다. 이러한 하부벽의 경사에 의해, 제 1 유로(1222a)는 제 2 유로(1222b)가 위치된 방향으로 갈수록 그 내경이 좁아지면서 상향 경사진 형상이 된다. 또한, 하부벽이 제 2 유로(1222b) 방향으로 상향 경사지는데 있어서, 상기 하부벽은 상부벽 방향으로 볼록한 곡면 또는 곡률을 가지는 형상일 수 있다.
물론, 제 1 유로(1222a)의 주변벽 중 하부벽이 경사 또는 높이 변화가 없는 형상이고, 상부벽이 제 2 유로(1222b)가 위치된 방향으로 하향 경사진 형상일 수 있다.
제 2 유로(1222b)는 상술한 바와 같이 분사구(1222b-1)가 위치된 방향으로 하향 경사지면서, 분사구(1222b-1)와 가까워질수록 내경이 좁아지는 형상일 수 있다. 이때, 분사구(1222b-1)와 인접한 제 2 유로(1222b)의 영역은 분사구(1222b-1)가 위치된 방향으로 갈수록 내경이 좁아지다가 다시 넓어지는 형상일 수 있다.
도 4는 제 1 실시예의 제 2 변형예에 따른 노즐부를 도시한 도면이다.
상술한 제 1 실시예 및 제 1 변형예에 따른 노즐부(1200)는 제 2 노즐(1220)이 제 1 노즐(1210)의 하측에 위치되는 것을 설명하였다.
하지만, 노즐부(1200)는 상술한 예들에 한정되지 않고, 토출되어 하측으로 흐르는 용융 슬래그(MS)를 향해 냉매(CM)를 분사할 수 있는 다양한 형태로 변경 가능하다.
예컨대, 도 4에 도시된 제 1 실시예의 제 2 변형예와 같이, 제 1 노즐(1210)의 제 1 바디(1211)는 상하 방향으로 연장 형성되며, 상기 제 1 바디(1211) 내부에는 상하 방향으로 연장 형성된 수용 공간(1212)이 마련된다.
제 2 노즐(1220)의 제 2 바디(1221)는 제 1 바디(1211)의 연장 방향으로 연장 형성되어, 제 1 바디(1211)의 외측면을 둘러 싸도록 설치된다. 그리고, 제 2 바디(1221)는 그 하측 끝단이 제 1 바디(1211)에 비해 하측으로 더 돌출되도록 연장 형성된다. 이때, 돌출된 영역 내부는 빈 공간으로서, 토출구(1213)의 하측에 대응 위치되며, 상기 빈 공간이 토출된 용융 슬래그가 통과하는 통로(1224)이다.
제 2 바디(1221) 중 적어도 제 1 바디(1211)의 하측으로 돌출된 영역은 하측으로 갈수록 토출구(1213)의 폭 방향 중심과 가까워지도록 연장 형성된다. 이에, 토출구(1213)의 하측에 마련된 통로(1224)는 하측으로 갈수록 그 내경이 좁아지는 형상이다.
분사 유로(1222)는 상술한 바와 같이 제 2 바디(1221)의 연장 방향으로 연장 형성되므로, 분사 유로(1222) 중 제 1 바디(1211)의 하측으로 연장된 영역은 하측으로 갈수록 토출구(1213)의 폭 방향 중심과 가까워지는 형상이다.
보다 구체적으로, 분사 유로(1222)는 제 2 바디(1221) 내부에서 상하 방향으로 연장 형성된 제 1 유로(1222a) 및 제 1 바디(1211)의 하측으로 돌출되도록 제 1 유로(1222a)로부터 하측으로 연장 형성된 제 2 유로(1222b)를 포함한다. 여기서, 제 2 유로(1222b)는 하측으로 갈수록 토출구(1213)의 폭 방향 중심과 가까워지도록 연장 형성된다.
그리고, 제 2 유로(1222b) 중 분사구(1222b-1)와 인접한 영역은 상기 분사구(1222b-1)가 위치된 방향으로 갈수록 내경이 좁아지다가 다시 넓어지는 형상일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 용융 슬래그(MS)에 냉매(CM)를 분사하여 1100℃ 이하로 급냉시킴으로써, 자유 산화칼슘(Free CaO) 석출물의 생성을 억제 또는 방지할 수 있다. 이로 인해, 입상화된 슬래그(GS)를 재활용할 때, 수화 반응으로 인한 팽창을 억제 또는 방지할 수 있다.
따라서, 슬래그 처리 장치(1000)에서 제조된 입상화된 슬래그(GS)는 시멘트 원료, 매립제, 도로의 기반재 등으로 재활용될 수 있다.
실시예에 따른 슬래그 처리 장치(1000)에 의하면, 제 2 노즐(1220)을 이용하여 제 1 노즐(1210)로부터 토출된 용융 슬래그(MS)가 낙하되는 또는 흐르는 방향으로 냉매(CM)를 분사한다. 즉, 낙하되는 용융 슬래그(MS)의 하측에서 상측으로 냉매(CM)를 분사하거나, 낙하되는 용융 슬래그(MS)의 주변 영역까지 방사형 또는 넓게 분사하지 않고, 용융 슬래그(MS)의 낙하 방향으로 냉매(CM)를 분사하고, 국부적 또는 집중적으로 분사한다. 이에, 용융 슬래그(MS)를 입상화하기 위한 냉매(CM)의 소모량을 줄일 수 있고, 슬래그의 비산을 방지할 수 있다.
그리고, 슬래그 처리 장치(1000)에서 용융 슬래그(MS)를 냉각 및 입상화하는 동안, 상기 용융 슬래그(MS)의 열을 이용하여 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나를 생산한다. 즉, 용융 슬래그(MS)와 냉매(CM) 간의 열교환 또는 흡열 반응을 통해, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나가 생산된다.
여기서, 용융 슬래그를 냉각 및 입상화시키면서, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나가 생산되는 과정은, 용융 슬래그의 열을 이용 또는 회수하는 것이므로, 열 회수 과정으로 명명될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 처리 장치(1000) 하나에서 용융 슬래그를 입상화시키고, 입상화 과정에서 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나를 생산하여 배출시킨다.
슬래그 처리 장치(1000)에서 생산된 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 생성물은 제 1 생성물 배출 장치(3200)를 통해 외부로 배출된다.
제 1 생성물 배출 장치(3200)는 용기(1100)로부터 외측 방향으로 연장 형성된 제 1 생성물 배출 라인(3210) 및 제 1 생성물 배출 라인(3210)의 연장 경로 상에 설치된 제 1 집진기(3220)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 집진기(3220)는 사이클론(Cyclone)을 포함하는 수단일 수 있다.
제 1 집진기(3220)에 집진된 생성물은 스팀 및 열기(熱氣) 각각이 직접 또는 간접적으로 활용 가능한 분야로 이송 또는 판매될 수 있다.
슬래그 처리 장치(1000)에서 생산되는 생성물은 냉매의 종류에 따라 스팀 또는 열기(熱氣)만 단독으로 생성되거나, 스팀 및 열기(熱氣)가 모두 생산될 수 있다.
예컨대, 용융 슬래그(MS)의 냉각 및 입상화를 위해, 냉매 공급 라인(3100) 및 분사 유로(1222)를 통해 슬래그 처리 장치(1000)로 공급하는 냉매(CM)로 물을 사용하는 경우, 용융 슬래그(MS)의 열과 물(냉매(CM)) 간의 열교환에 의해 스팀(Steam)이 생성된다.
그리고, 생성된 스팀은 제 1 생성물 배출 라인(3210)를 통해 외부로 배출된 후 집진된다. 이후, 집진된 스팀은 스팀이 직접 필요하거나, 스팀의 열을 활용할 수 있는 다양한 설비로 보내어 재활용될 수 있다. 예컨대, 스팀은 제철소 내의 보일러 또는 가열로 등으로 공급되어 활용되거나, 난방 장치로 공급되어 활용될 수 있다. 이로 인해, 스팀 또는 스팀의 열을 사용할 수 있는 장치 또는 설비에 있어서 에너지를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
다른 예로, 냉매(CM)로 공기를 사용하는 경우, 용융 슬래그(MS)의 열과 공기(냉매(CM)) 간의 열교환에 의해, 냉매로서 공급된 공기가 소정 온도로 가열되며, 가열된 공기는 열기(熱氣)로 명명될 수 있다. 가열된 공기(즉, 열기(熱氣))는 제 1 생성물 배출 라인(3210)을 통해 배출된다.
이후, 가열된 공기(즉, 열기(熱氣))는 고온의 공기가 직접 필요하거나, 고온의 공기의 열을 열원으로 활용할 수 있는 다양한 설비로 보내어 재활용될 수 있다. 예컨대, 가열된 공기(즉, 열기(熱氣))를 고로의 열풍로 또는 가열로로 보내어, 열풍을 생산하거나, 가열로 내의 피처리물을 가열하는데 활용될 수 있다. 이로 인해, 고온의 공기 또는 공기의 열을 사용할 수 있는 장치 또는 설비에 있어서 에너지를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또 다른 예로, 냉매(CM)로서 물과 공기를 함께 사용하는 경우, 물과 용융 슬래그(MS) 간의 열교환에 의해 스팀이 발생되고, 공기가 가열될 수 있다. 즉, 슬래그 처리 장치(1000)에서 용융 슬래그(MS)의 냉각 및 입상화 과정에서 생성된 생성물이 스팀 및 가열된 공기(즉, 열기(熱氣))를 모두 포함할 수 있다.
슬래그 처리 장치(1000)에서 생성된 스팀 및 열기를 포함하는 생성물은 제 1 생성물 배출 장치(3200)를 통해 외부로 배출된 후, 스팀 및 열기가 직접 필요하거나, 스팀 및 열기의 열을 열원으로 활용할 수 있는 다양한 설비로 보내어 재활용될 수 있다.
그리고, 슬래그 처리 장치(1000)로 공급되는 냉매(CM)로서 CO2 함유 가스와 CH4 함유 가스를 함께 공급할 수 있다. 이때, CO2와 CH4 간의 반응에 의해 CO와 H2 가스가 생성된다. 다른 말로 하면, 제철소에서 발생된 CO2 가스가 CO 및 H2 가스로 개질된다. 그리고 생성된 가스들은 소정의 온도를 가지고 있다.
생성된 CO 및 H2 가스 각각은 제 1 생성물 배출 장치(3200)를 통해 외부로 배출된 후, CO 및 H2 가스가 직접 필요한 장비 또는 공정에서 활용되거나, CO 및 H2 가스의 열을 열원으로 활용할 수 있는 다양한 설비로 보내어 재활용될 수 있다.
또한, 슬래그 처리 장치(1000)로 공급되는 냉매(CM)로서 물과 CH4 함유 가스를 함께 공급될 수 있다. 이때, 물과 CH4 간의 반응에 의해 CO 및 H2 가스와 스팀이 생성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 슬래그 처리 설비를 도시한 개념도이다.
한편, 슬래그 처리 장치(1000)에서 용융 슬래그(MS)를 냉각 및 입상화시키는데 있어서, 용융 슬래그(MS)로 공급되는 냉매(CM)의 종류 및 분사 유량 등의 냉각 조건에 따라 입상화된 슬래그의 온도가 달라진다.
슬래그 처리 장치(1000)에서 제조된 입상화된 슬래그(GS)의 온도가 200℃를 초과하는 경우, 입상화된 슬래그(GS)의 열을 이용하여 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나를 생산하는 열교환 공정을 추가로 실시하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 슬래그 처리 설비는 상술한 슬래그 처리 장치(1000) 외에 열교환 장치(6000)를 추가로 더 포함할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 슬래그 처리 설비에 대해 설명한다. 이때, 상술한 제 1 실시예와 중복되는 내용은 생략하거나, 간략히 설명한다.
도 5를 참조하면, 제 2 실시예에 따른 슬래그 처리 설비는 용융 슬래그(MS)가 토출되는 토출구(1213) 및 토출구(1213)로부터 토출된 용융 슬래그(MS)가 낙하 또는 이동되는 방향으로 냉각 및 입상화를 위한 냉매(CM)를 분사하는 분사 유로(1222)를 가지는 노즐부(1200)가 구비된 슬래그 처리 장치(1000) 및 슬래그 처리 장치(1000)로부터 제공된 슬래그의 열을 이용하여 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 생성물을 생산하는 열교환 장치(6000)를 포함한다.
또한, 슬래그 처리 설비는, 분사 유로(1222)로 냉매(CM)를 공급하는 냉매 공급 라인(3100) 슬래그 처리 장치(1000)에서 용융 슬래그(MS)의 냉각 및 입상화 과정에서 발생된 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 생성물(제 1 생성물)을 외부로 배출하는 제 1 생성물 배출 장치(3200), 열교환 장치(6000)에서 생성된 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 생성물(제 2 생성물)을 외부로 배출하는 생성물 배출 장치(이하, 제 2 생성물 배출 장치(7000))를 포함한다.
또한, 슬래그 처리 설비는, 노즐부(1200)와 연결되어 상기 노즐부(1200)로 용융 슬래그(MS)를 공급하는 슬래그 공급 라인(2000)을 포함한다.
슬래그 이송 라인(4000)은 슬래그 처리 장치(1000)에서 생성된 입상화된 슬래그를 열교환 장치(6000)로 이송시키는 것으로, 슬래그의 이동이 가능한 배관 형상일 수 있다. 이러한 슬래그 이송 라인(4000)은 일단이 슬래그 처리 장치(1000)에 연결되고, 타단이 열교환 장치(6000)에 연결된다.
그리고, 슬래그 이송 라인(4000)을 통해 입상화된 슬래그를 열교환 장치(6000) 내로 이송시키는데 있어서, 캐리어 가스를 사용할 수 있고, 캐리어 가스로서 에어(air)를 사용할 수 있다. 여기서, 캐리어 가스는 입상화된 슬래그(GS)를 이송시키는 역할 외에, 열교환 장치로 이동 중인 입상화된 슬래그(GS)로부터 열을 회수하는 또는 냉각시키는 역할도 함께 수행한다.
열교환 장치(6000)는 슬래그 처리 장치(1000)로부터 제공된 입상화된 슬래그(GS)의 수용이 가능한 내부 공간을 가지는 열교환 챔버(6100) 및 입상화된 슬래그(GS)와 열교환될 유체를 열교환 챔버(6100) 내로 공급하는 유체 공급 라인(6200)을 포함한다.
열교환 챔버(6100)는 내부 공간을 가지는 통 형상이며, 슬래그 이송 라인(4000), 유체 공급 라인(6200) 및 제 2 생성물 배출 장치(7000)가 연결된다.
유체 공급 라인(6200)은 열교환 챔버(6100)로 유체를 공급하는 수단으로, 유체의 이동이 가능한 배관 형상일 수 있다. 이러한 유체 공급 라인(6200)의 일단은 열교환 챔버(6100)에 연결되고, 타단은 유체가 저장된 저장부(미도시)에 연결될 수 있다.
열교환 챔버(6100) 내로 공급되는 유체는 물, 공기(Air), 냉매, CO2 함유 가스 및 CH4 함유 가스 중 적어도 하나일 수 있다. 보다 구체적으로, 물 또는 공기를 단독으로 공급하거나, 물과 공기를 함께 공급하거나, 물과 CH4를 함께 공급하거나, CO2와 CH4를 함께 공급할 수 있다. 이러한 유체는 입상화된 슬래그(MS)에 비해 낮은 온도이며, 예컨대 상온일 수 있다.
한편, 입상화된 슬래그(GS)가 장입된 열교환 챔버(6100) 내로 유체가 공급되면, 상기 입상화된 슬래그와 유체 간의 열교환 또는 흡열 반응에 의해, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나가 생성된다.
예컨대, 유체 공급 라인(6200)을 통해 열교환 챔버(6100) 내로 공급되는 유체로 물을 사용하는 경우, 입상화된 슬래그(GS)과 유체 간의 열교환에 의해 스팀이 생성된다.
다른 예로, 유체로 공기를 사용하는 경우, 입상화된 슬래그(GS)과 유체 간의 열교환에 의해, 유체로서 공급된 공기가 소정 온도로 가열된다.
또 다른 예로, 유체로서 물과 공기를 함께 사용하는 경우, 물과 입상화된 슬래그(GS) 간의 열교환에 의해 스팀이 발생되고, 공기는 가열될 수 있다.
슬래그 처리 장치(1000)로 공급되는 유체로서 CO2 함유 가스와 CH4 함유 가스를 함께 공급될 수 있다. 이때, CO2와 CH4 간의 반응에 의해 CO와 H2 가스가 생성되며, 이 가스들은 소정의 온도를 가지고 있다.
슬래그 처리 장치(1000)로 공급되는 유체로서 물과 CH4 함유 가스를 함께 공급될 수 있다. 이때, 물과 CH4 간의 반응에 의해 CO 및 H2 가스와 스팀이 생성될 수 있다.
여기서, 입상화된 슬래그의 열을 이용하여 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나가 생산되는 과정은, 슬래그의 열을 이용 또는 회수하는 것이므로, 열회수 과정으로 명명될 수 있다.
그리고, 슬래그 처리 장치에서 용융 슬래그를 입상화시키면서 상기 용융 슬래그의 열을 이용하여 제 1 생성물을 생성하는 과정은 제 1 열회수 과정, 열교환 챔버에서 입상화된 슬래그의 열을 이용하여 제 2 생성물을 생성하는 과정은 제 2 열회수 과정으로 구분되어 명명될 수 있다.
상술한 바와 같이 생성된 생성물 즉, 스팀과, 가열된 공기, CO 가스 및 H2 가스 등의 열기(熱氣) 중 적어도 하나는 제 2 생성물 배출 장치(7000)를 통해 배출된다.
제 2 생성물 배출 장치(7000)는 용기(1100)로부터 외측 방향으로 연장 형성된 제 2 생성물 배출 라인(7100) 및 제 2 생성물 배출 라인(7100)의 연장 경로 상에 설치된 제 2 집진기(7200)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 집진기(7200)는 사이클론(Cyclone)을 포함하는 수단일 수 있다.
제 2 집진기(7200)에 집진된 생성물은 스팀 및 열기(熱氣) 각각이 직접 또는 간접적으로 활용한 분야로 이송 또는 판매될 수 있다.
예컨대, 제철소 내의 보일러 또는 가열로 등으로 공급되어 활용되거나, 난방 장치로 공급되어 활용될 수 있다. 또한, 생성물은 고로의 열풍로 또는 가열로로 보내어, 열풍을 생산하거나, 가열로 내의 피처리물을 가열하는데 활용될 수 있다.
이와 같은 제 2 실시예에 따른 슬래그 처리 설비에 의하면, 슬래그 처리 장치(1000) 및 열교환 장치(6000) 각각에서 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나를 생성한다.
보다 구체적인 예로, 슬래그 처리 장치(1000)에서 용융 슬래그(MS)를 입상화시키는데 있어서, 200℃를 초과하도록 냉각시키면서, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 제 1 생성물을 생성한다. 입상화된 슬래그(GS)가 200℃를 초과하는 충분한 열을 가지고 있는 경우, 이를 열교환 장치(6000)로 이동시켜 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 제 2 생성물을 생성하는데 활용한다.
이에 따라, 고로에서 생성된 용융 슬래그의 현열을 충분히 재활용 할 수 있어, 제철 조업 전체에 있어 에너지 효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 6은 제 2 실시예의 제 1 변형예에 따른 열교환 장치를 도시한 개념도이다.
상술한 열교환 장치(6000)에서는, 유체 공급 라인(6200)으로부터 토출된 유체와 슬래그(GS)가 직접적으로 접촉하여 열교환되는 방식을 설명하였다.
하지만, 이에 한정되지 않고, 열교환 장치(6000)는 슬래그(GS)와 유체가 직접 접촉하지 않고 열교환되는 방식의 수단일 수 있다.
보다 구체적으로, 제 2 실시예의 제 1 변형예에 따른 열교환 장치(6000)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 열교환 챔버(6100), 입상화된 슬래그(GS)와 열교환될 유체를 열교환 챔버 내로 공급하는 유체 공급 라인(6200) 및 열교환 챔버(6100) 상에 설치되며, 일단이 유체 공급 라인(6200)과 연결된 유체 이동 라인(6400)을 포함한다.
유체 이동 라인(6400)은 도 6에 도시된 바와 같이, 열교환 챔버 내부에 설치될 수 있으며, 열교환 챔버(6100)의 하측에서부터 상측 방향으로 지그재그로 연장 형성될 수 있다.
물론 유체 이동 라인(6400)은 열교환 챔버(6100) 외부를 감싸도록 설치될 수도 있다.
이러한 열교환 장치(6000)에 의하면, 슬래그 이송 라인(4000)을 통해 열교환 챔버(6100) 내로 공급된 입상화된 슬래그(GS)는 유체 이동 라인(6400)을 따라 흐르는 유체와 열교환된다. 이에, 입상화된 슬래그(GS)는 보다 더 냉각되고, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나가 생성된다. 생성된 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나는 제 2 생성물 배출 장치(7000)를 통해 외부로 배출된다.
도 7은 제 2 실시예의 제 2 변형예에 따른 열교환 장치를 도시한 개념도이다.
한편, 슬래그 처리 장치(1000)에서 마련된 입상화된 슬래그(GS)가 200℃를 초과(200℃ 초과, 1100℃ 이하)하면서, 그 온도가 800℃ 이상이면, 입상화된 슬래그(GS)의 입자들끼리 다시 결합 또는 부착될 수 있다.
이에, 열교환 장치(6000)로 장입되는 입상화된 슬래그(GS)의 온도가 800℃ 이상인 경우, 입상화된 슬래그를 유동시키면서 열교환시키는 것이 바람직하다.
이를 위해, 도 7에 도시된 제 2 실시예의 제 2 변형예와 같이, 열교환 장치(6000)는 복수의 홀을 가지는 분산판(6300)을 포함한다.
보다 구체적으로, 제 2 실시예의 제 2 변형예에 따른 열교환 장치(6000)는, 슬래그 처리 장치(1000)로부터 제공된 입상화된 슬래그(GS)의 수용이 가능한 내부 공간을 가지는 열교환 챔버(6100), 입상화된 슬래그(GS)와 열교환될 유체를 열교환 챔버(6100) 내로 공급하는 유체 공급 라인(6200) 및 열교환 챔버(6100) 내부에서, 상기 열교환 챔버(6100)의 폭 방향으로 연장 형상되며, 복수의 홀을 가지는 분산판(6300) 및 분산판(6300)의 하측으로 슬래그의 유동을 위한 가스를 공급하는 유동 가스 공급 라인(6500)을 포함한다.
여기서, 유동 가스 공급 라인(6500)을 통해 슬래그의 유동을 위해 공급되는 가스(이하, 유동 가스)는 공기(Air), CO2 함유 가스 및 CH4 함유 가스 중 적어도 하나일 수 있다.
상술한 제 2 변형예에 따른 열교환 장치(6000)의 열교환 챔버(6100) 내로 입상화된 슬래그를 장입시키는데 있어서, 입상화된 슬래그(GS)가 분산판(5200) 상측에 위치하도록 장입시킨다. 이때, 입상화된 슬래그(GS)가 슬래그 이송 라인(4000)을 통해 열교환 챔버(6100)로 이동할 때, 캐리어 가스 예컨대 공기를 이용할 수 있는데, 상기 캐리어 가스는 슬래그(GS)를 이동시키는 역할 뿐만 아니라, 상기 슬래그(GS)의 열을 회수하는 역할을 동시에 수행한다.
이후, 분산판(6300)의 하측에서 유동 가스를 공급하면, 유동 가스가 상기 분산판(6300)의 복수의 홀을 통과하여 상측으로 올라가고, 이때 분산판(6300) 상측의 슬래그가 유동 가스에 의해 유동된다.
이러한 유동 타입의 열교환 장치를 적용하게 되면, 고온의 슬래그의 입자들끼리 서로 결합 또는 부착되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 슬래그로부터 열의 회수가 용이해져 스팀 및 열기(熱氣)의 생산 효율이 향상되는 효과가 있다.
앞에서 설명한 실시예들 및 변형예들은 상술한 예들에 한정되지 않고, 실시예들과 변형예들이 상호 조합되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 슬래그 처리 설비의 슬래그 처리 장치(1000)에 의하면, 제 1 노즐(1210)을 통해 하측으로 용융 슬래그(MS)를 토출하고, 제 2 노즐(1220)을 이용하여 토출된 용융 슬래그가 낙하되는 방향으로 냉매를 분사한다. 이에, 액상 상태의 용융 슬래그(MS)는 냉매(CM)에 의해 급냉 및 분쇄되면서 구형에 가까운 고상 상태의 미립자 형태로 입상화된다.
이로 인해, 슬래그가 1100℃ 이하로 급냉됨에 따라 서냉으로 인한 자유 산화칼슘(Free CaO) 석출물 생성을 억제 또는 방지할 수 있다. 따라서, 미립화된 슬래그의 재활용 시에 수화 반응으로 인한 팽창을 억제 또는 방지할 수 있다.
그리고, 실시예들에 따른 노즐부(1200)를 통해 방사형으로 분사하지 않고, 토출되어 흐르는 용융 슬래그(MS)를 향해 국소 부위에 또는 용융 슬래그와 근접한 위치에서 냉매를 분사한다. 이에 냉매의 소모량을 줄일 수 있고, 슬래그의 비산을 억제 또는 방지할 수 있다.
또한, 용융 슬래그의 현열을 이용하여, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나를 생산한다. 생산된 스팀 및 열기(熱氣) 각각은 스팀 및 열기(熱氣) 각각이 직접 필요한 분야 또는 이들의 열을 이용하는 분야에서 재활용되거나, 판매될 수 있다.
따라서, 스팀 및 열기(熱氣) 각각을 활용하는 분야에서 에너지 및 비용을 절감할 수 있고, 판매로 인한 수익을 창출할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 슬래그의 용융에 사용된 에너지를 회수 또는 재활용 할 수 있어, 제철 조업 전체에 있어 에너지 효율을 향상시키는 효과가 있다.
1000: 슬래그 처리 장치 1210: 제 1 노즐
1220: 제 2 노즐 1222: 분사 유로
1222b-1: 분사구 1224: 통로
MS: 용융 슬래그 GS: 입상화된 슬래그
CM: 냉매

Claims (20)

  1. 용융 슬래그가 냉각되어 입상화되도록, 상기 용융 슬래그를 배출시키며, 상기 용융 슬래그에 냉매를 분사할 수 있는 노즐부를 구비하고, 상기 용융 슬래그와 냉매 간의 열교환에 의해 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 제 1 생성물을 생산하는 슬래그 처리 장치; 및
    상기 슬래그 처리 장치와 연결되어, 상기 슬래그 처리 장치에서 생산된 상기 제 1 생성물을 외부로 배출 및 집진하는 제 1 생성물 배출 장치;
    를 포함하는 슬래그 처리 설비.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 노즐부는,
    하부에 상기 용융 슬래그를 토출시키는 토출구가 마련된 제 1 노즐; 및
    상기 제 1 노즐의 외측에 위치되도록 상기 제 1 노즐에 장착되며, 상기 토출구로부터 토출되는 용융 슬래그의 낙하 방향으로 상기 냉매를 분사하는 분사 유로가 마련된 제 2 노즐;
    을 포함하는 슬래그 처리 설비.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 노즐은, 내부에 상기 용융 슬래그의 수용이 가능하며 상하 방향으로 연장 형성된 수용 공간이 마련된 제 1 바디를 포함하고,
    상기 토출구는 상기 수용 공간과 연통되도록 상기 수용 공간의 하측 끝단에 마련되며,
    상기 제 2 노즐은 상기 제 1 바디에 연결되도록 설치되며, 상기 토출구와 대응 위치하는 통로가 마련된 제 2 바디를 포함하고,
    상기 분사 유로는 상기 통로를 통과하도록 토출되는 용융 슬래그의 이동 방향으로 냉매가 분사되도록 상기 제 2 바디 내부에 마련된 슬래그 처리 설비.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 노즐은 제 1 바디로부터 하측 방향으로 연장 형성되며, 내부에 상기 제 1 바디의 토출구와 연통된 연장 유로가 마련된 연장 부재를 포함하는 슬래그 처리 설비.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 2 바디는 상기 제 1 바디의 하부에 연결되고, 상기 토출구와 연통되도록 상기 통로가 상기 토출구의 하측에 형성된 중공형의 형상이며,
    상기 분사 유로의 끝단이며 상기 냉매가 분사되는 분사구가 상기 통로 또는 상기 통로 하측을 향하도록 노출 형성된 슬래그 처리 설비.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 분사 유로는,
    상기 제 2 바디의 폭 방향으로 연장 형성된 제 1 유로; 및
    상기 제 1 유로로부터 상기 통로가 위치된 방향으로 연장 형성된 제 2 유로;
    를 포함하며,
    상기 제 2 유로는 상기 분사구 쪽으로 갈수록 상기 통로와 가까워지도록 하향 경사진 형상인 슬래그 처리 설비.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 2 바디는 상기 제 1 바디의 연장 방향으로 연장 형성되어 상기 제 1 바디의 외측면을 둘러 싸도록 설치되며, 하측 끝단이 상기 토출구의 하측으로 돌출되도록 연장 형성되고,
    상기 분사 유로는 상기 분사 유로의 끝단이며 냉매가 분사되는 분사구가 상기 토출구에 비해 하측에 위치하도록, 상기 제 2 바디 내부에서 상하 방향으로 연장 형성되며,
    상기 통로는 상기 토출구 하측으로 연장 형성된 상기 제 2 바디의 내벽면에 의해 구획된 영역인 슬래그 처리 설비.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 슬래그 처리 장치는 적어도 상기 노즐부의 하부가 수용될 수 있는 내부 공간을 가지는 용기를 포함하는 슬래그 처리 설비.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 생성물 배출 장치는,
    상기 용기로부터 외측 방향으로 연장 형성되어, 상기 용기 내 상기 제 1 생성물을 배출하는 제 1 생성물 배출 라인; 및
    상기 제 1 생성물 배출 라인의 연장 경로 상에 설치된 제 1 집진기;
    를 포함하는 슬래그 처리 설비.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬래그 처리 장치로부터 제공된 입상화된 슬래그의 열과 유체를 열교환시켜, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 제 2 생성물을 생산하는 열교환 장치를 더 포함하는 슬래그 처리 설비.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 열교환 장치는,
    상기 슬래그 처리 장치로부터 제공된 입상화된 슬래그의 수용이 가능한 내부 공간을 가지는 열교환 챔버;
    상기 열교환 챔버 내로 상기 입상화된 슬래그와 열교환 할 유체를 공급하는 유체 공급 라인;
    을 포함하는 슬래그 처리 설비.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 열교환 장치는,
    상기 열교환 챔버에 설치되며, 일단이 유체 공급 라인과 연결되어, 내부에 상기 유체가 흐를 수 있는 유체 이동 라인을 포함하는 슬래그 처리 설비.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 유체 이동 라인은 상기 열교환 챔버 내부를 통과하거나, 외부를 감싸도록 설치된 슬래그 처리 설비.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 열교환 장치는,
    상기 열교환 챔버의 내부에 설치되며, 상기 열교환 챔버의 폭 방향으로 연장 형성되고, 폭 방향으로 상호 이격 형성된 복수의 홀을 가지며, 상부에 입상화된 슬래그의 적재가 가능한 분산판;
    상기 입상화된 슬래그의 유동이 가능하도록 상기 분산판의 하측으로 유동 가스를 공급하는 유동 가스 공급 라인;
    을 포함하는 을 포함하는 슬래그 처리 설비.
  15. 용융 슬래그를 토출시키는 과정; 및
    토출된 상기 용융 슬래그가 낙하되는 방향으로 냉매를 분사하여, 상기 용융 슬래그를 냉각 및 입상화시키고, 상기 용융 슬래그와 상기 냉매 간을 열교환시켜, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 제 1 생성물을 생산하는 제 1 열회수 과정을 포함하는 슬래그 처리 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 1 열회수 과정에 의해 입상화된 슬래그와 유체 간을 열교환시켜, 스팀 및 열기(熱氣) 중 적어도 하나의 제 2 생성물을 생산하는 제 2 열회수 과정을 포함하는 슬래그 처리 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 2 열회수 과정은, 상기 제 1 열회수 과정에 의해 생성된 입상화된 슬래그의 온도가 200℃를 초과하는 경우 실시하는 슬래그 처리 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 2 열회수 과정에 있어서,
    상기 제 1 열회수 과정에 의해 입상화된 슬래그의 온도가 800℃ 이상인 경우, 상기 입상화된 슬래그의 유동이 가능하도록 유동 가스를 분사시키면서, 상기 입상화된 슬래그와 유체 간을 열교환시키는 슬래그 처리 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 2 열회수 과정에 있어서, 입상화된 슬래그와 상기 유체를 직접적으로 접촉시키는 직접 열교환 방법 및 입상화된 슬래그와 상기 유체를 직접적으로 접촉시키지 않는 간접 열교환 방법 중 어느 하나를 사용하는 슬래그 처리 방법.
  20. 청구항 15 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 및 유체 각각은 물, 공기(Air), 스팀, CO2 함유 가스 및 CH4 함유 가스 중 적어도 하나를 포함하는 슬래그 처리 방법.










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