KR20230042739A - 건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조의 공정 및 장치 - Google Patents

건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조의 공정 및 장치 Download PDF

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KR20230042739A
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바오샨 아이론 앤 스틸 유한공사
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Abstract

건조 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조의 공정 및 장치는, 1) 고온 용융 슬래그와 스틸 볼을 혼합 및 열 교환하고, 고온 용융 슬래그의 열이 스틸 볼에 의해 흡수되어 냉각되고, 파쇄되어 입상 슬래그를 형성하며, 스틸 볼이 고온 용융 슬래그 열을 흡수하여 승온되는 슬래그 볼 혼합 소킹 단계; 및 2) 고온 스틸 볼을 슬러지 건조 장치로 이송하여, 주입된 슬러지와 혼합하고, 슬러지를 건조하며, 슬러지의 수분 함량이 소정 값에 도달하면 스틸 볼과 슬러지를 분리하며, 스틸 볼과 슬러지가 각각 배출되는 슬러지 건조 단계를 포함한다. 본 발명은 고온 용융 슬래그 여열을 이용하여 스틸 볼을 승온시키고, 승온된 스틸 볼 건조 슬러지를 통해, 용융 슬래그 냉각, 과립화 및 슬러지 건조의 통합 처리를 구현하여, 용융 슬래그 냉각과 슬러지 건조의 양대 난제를 해결하였으며, 고온 용융 슬래그 여열 회수 이용률을 크게 향상시켰다.

Description

건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조의 공정 및 장치
본 발명은 야금 용융 슬래그 여열 회수 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조의 공정 및 장치에 관한 것이다.
중국은 현재 세계 최대의 철강 생산국으로, 중국의 철강 생산량은 16년 연속 세계 1위를 유지하며, 다른 국가보다 훨씬 앞서 있다. 2019년 중국 본토의 철강 생산량은 9억 9600만 톤이었으며, 철강을 제련하는 과정에서 발생하는 용융 슬래그에 포함된 열량이 매우 커서, 에너지 절약과 환경 보호 및 제련소의 경제적 이익을 향상시키는 관점에서 볼 때, 고로 슬래그의 열 회수 및 고로 슬래그의 자원화 활용은 매우 필요하다. 고로 슬래그의 출탕 온도는 일반적으로 1400 내지 1550℃이다. 1톤의 슬래그는 (1260 내지 1880)×103kJ의 현열을 함유하고 있으며, 이는 표준탄 60kg의 발열량과 같다. 선철 생산 1톤당 고로 슬래그 0.3톤이 부산물로 발생하고, 철강 생산 1톤당 철강 슬래그 0.13톤이 부산물로 발생하며, 철강 생산량 9억 9600만 톤을 기준으로 계산하면, 고로 슬래그 및 전로 슬래그 생산량은 4억 2800만 톤 이상이며, 이의 현열은 표준탄 2570만 톤에 해당한다.
현재 고로 슬래그를 처리하는 방법에는 건식 슬래그 피트 냉각법과 수세식 슬래그법이 있다. 건식 슬래그 피트 냉각법은 용융된 고로 슬래그를 슬래그 피트에 붓고 공랭 및 응고시킨 후 수냉한다. 이 공법은 지하수원을 오염시키고, 강온 시 다량의 수증기를 방출하며, 동시에 다량의 H2S 및 SO2 가스를 방출하여, 건축물을 부식시키고 장비를 파괴하며 작업 환경을 악화시켜, 일반적으로 사고 처리 시에만 사용된다. 중국 고로 슬래그의 90%는 모두 수세식 슬래그법으로 처리되고 있으며, 수득한 수쇄 슬래그는 시멘트, 슬래그 벽돌, 슬래그 미세분말 및 단열 충전재를 생산하는 데 사용된다. 고로 슬래그의 수냉 방식에는 여러 가지가 있으며, 주요 처리 공정으로는 OCP법, INBA법, RASA법, TYNA법, MTC법 등이 있다. 슬래그 플러싱 공정은 지속적으로 발전하고 있지만, 그 기술의 핵심은 고로 용융 슬래그에 물을 분사하여 수냉하고, 냉각 및 수쇄 슬래그로 과립화한 후, 수쇄 슬래그를 분리하고, 슬래그를 플러싱한 물은 침전되어 여과된 후 재활용되는 것이다.
수세식 슬래그법은 근본적으로 슬래그 과립화에 물이 소비되는 공정 특성을 변화시킬 수 없으며, 고로 슬래그의 물리적 열은 기본적으로 모두 손실되고, 슬래그 플러싱 과정에서 SO2, H2S 등의 오염 물질 배출은 작업 환경에 영향을 미칠 뿐만 아니라 공기도 오염시킨다. 슬래그 플러싱 방식에는 하기와 같은 많은 폐단이 존재한다:
1. 고로 슬래그에 포함된 고품질 여열 자원의 낭비: 1350℃ 내지 1450℃의 액상 고로 슬래그가 슬래그 출구에서 배출되고, 고압수에 의해 파쇄 및 냉각되며, 이처럼 높은 온도 하에서, 대부분의 액체 상태 물은 빠르게 수증기로 기화되어 대기 중으로 방출되므로, 해당 부분의 수증기에 포함된 대량의 열을 낭비하게 되며, 에너지 이용 효율의 관점에서 볼 때, 액상 고로 슬래그의 여열은 품질이 매우 높아 이용 가치가 상당히 크다.
2. 많은 수자원의 낭비: 슬래그 플러싱 과정에서 수압은 0.2MPa보다 크고, 슬래그와 물의 비율은 1:10이며, 슬래그 톤당 0.8 내지 1.2톤의 새로운 물이 소비된다. 중국의 현재 고로 선철 생산량은 6억 8000만 톤을 초과하며, 고로 슬래그의 연간 생산량은 약 2억 톤으로, 수냉 슬래그를 위한 새로운 물 소비량은 약 2억 톤이다.
3. SO2 및 H2S 등의 유해가스 발생으로 인한 환경 오염: 슬래그 플러싱 과정에서 대량의 H2S와 SOx가 발생하며, 수증기와 함께 대기 중으로 배출되고, 일정량 축적되어 산성비의 원인이 된다.
고로 슬래그 여열 회수 측면에서, 슬래그 플러싱 여열 회수 및 이용은 슬래그 플러싱 물을 난방, 욕실 급탕 등에 사용하는 것으로 한정되며, 여열 회수율이 약 10%로 낮고, 시간적 지리적 제약을 받아, 하절기와 난방 시설이 없는 지역에서는, 이 부분의 에너지가 낭비될 수 밖에 없기 때문에, 보급 및 적용이 제한적이다. 현재, 고로 슬래그 현열 회수 기술 개발의 핵심은 건식 회수법으로, 이는 종래의 수냉식 슬래그 방식보다 물이 절약되고 환경친화적이며, 개발 이념에 부합한다.
일찍이 어느 정도 효과를 얻은 것으로는 주로 일본의 내부 냉각 회전 드럼 방식, 러너 과립화 방식, 풍쇄 방식, 기계적 교반 방식, 연속주조 압연 방식, 영국의 원심 회전 디스크 방식 등이 있다. 종래 기술은 하기와 같은 문제가 존재한다:
1. 과립화 효과가 좋지 않아, 지속적인 이용에 불리함: 내부 냉각 회전 드럼 방식으로 획득한 저온 슬래그는 플레이크 형태로 배출되며, 이는 지속적인 이용에 불리하다. 풍쇄 방식으로 획득한 과립화 슬래그는 입자 직경 분포 범위가 비교적 넓어, 후속 처리에 불리하다. 연속주조 압연 방식으로 획득한 평판식 고로 슬래그는 큰 플레이크 형태로 되어 있어, 지속적인 이용에 불리하다.
2. 높지 않은 열 교환 가스 품질: 원심 회전 디스크 방식은 유동층을 채택해 열 교환을 수행하며, 유동층은 역혼합이 격렬하고, 출구 온도는 400 내지 500℃로 높지 않으며, 에너지 품질이 비교적 낮고, 고온 열원을 효과적으로 활용하지 못한다.
3. 낮은 열 회수 효율: 내부 냉각 회전 드럼 방식 중의 내부 열 매체가 흡수하는 열량은 용융 슬래그 현열의 약 40%이며, 연속주조 압연 방식으로 획득한 평판식 고온 슬래그의 통기성은 저온 공기 및 수냉벽 열 전환 효율에 심각한 영향을 미친다.
4. 높지 않은 유리화 정도 및 비교적 낮은 부가가치: 러너 과립화 방식은 반급냉 처리에 속하며, 수득한 제품은 콘크리트 골재로, 부가가치가 비교적 낮다. 기계적 교반 방식으로 획득한 슬래그는 입자 크기가 크고 불균일하며, 유리화 정도가 높지 않아, 도로 포장재로만 사용할 수 있다.
5. 높은 장비 운영 비용 및 큰 투자: 풍쇄 방식은 과립화 과정에서 동력 소모가 매우 크며, 풍쇄 냉각 속도가 비교적 느리고, 과립화 슬래그가 고결되기 전에 장비 표면에 부착되는 것을 방지하기 위해, 비교적 큰 장비 크기가 필요하고, 투자 비용이 증가한다.
현재 채택되는 야금 슬래그 수냉 처리 기술은, 고로 슬래그에 함유된 고품질 여열 자원이 낭비될 뿐만 아니라, 대량의 새로운 물 자원이 낭비되는 동시에, 환경을 매우 심각하게 오염시킨다. 이러한 방식은 새로운 산업화와 순환 경제의 발전 모델에 적용하기에는 거리가 멀기 때문에, 근본적으로 바꾸거나 폐기해야 한다. 종래의 고로 슬래그 건식 과립화 방식은 미숙하며, 일부는 효율이 낮고, 일부는 고로 슬래그의 성능에 영향을 주어 부가가치를 감소시키며, 일부 설비의 큰 투자 비용 등으로 인해, 이 문제를 효과적으로 해결할 수 없다.
최근 몇 년 동안, 슬러지 생산량 증가 추세가 명확해지고 있다. 현재, 중국의 연간 총 폐수 배출량은 400×108t를 초과하였고, 건조 슬러지의 연간 배출량은 약 5.50×106 내지 6.00×106t이며, 계속 증가하고 있다. 이는, 한편으로는 하수관망의 서비스 인구가 계속해서 증가하고 있기 때문이고, 다른 한편으로는 수질 배출 기준이 갈수록 엄격해지고 있기 때문이다.
중국에서는 보편적으로 슬러지를 하수 처리 과정에서 발생하는 반고체 상태 또는 고체 상태 물질로, 유기물, 박테리아, 무기 입자 및 콜로이드로 구성되는 복잡한 이질체로 정의한다. 슬러지 발생원에 따라, 슬러지는 주로 급수 슬러지, 공업 폐수 슬러지 및 생활 하수 슬러지로 분류된다. 하수 처리 공정에 따라, 슬러지는 1차 슬러지, 활성 슬러지, 부식 슬러지, 화학 슬러지 등으로 나눌 수 있다. 슬러지의 수분 함량은 주로 슬러지 중 고체의 유형 및 그 입자 크기에 따라 달라진다. 통상적으로, 고체 입자가 미세할수록, 더 많은 유기물이 포함되고, 슬러지의 수분 함량이 높아진다. 슬러지의 수분 함량 또는 고체 함량은 슬러지 부피와 밀접한 관계가 있으며, 예를 들어, 슬러지 수분 함량이 95%에서 90%로 떨어지면, 슬러지 부피가 절반으로 줄어들 수 있으므로, 슬러지의 수분 함량을 줄이는 것은 매우 중요한 의미가 있다.
슬러지 건조 기술은 슬러지 처치 및 자원화를 구현하기 위한 전제이자 기반으로, 종래의 슬러지 건조 기술은 에너지 비용이 높아, 슬러지 수분 함량이 80%에서 20%로 떨어지면 톤당 슬러지 건조 에너지 소비는 740KW·h를 초과하며, 이는 약 90kg의 표준탄에 해당하여, 슬러지 건조 기술의 발전 및 응용을 심각하게 제한한다.
본 발명의 목적은 건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조화의 공정 및 장치를 제공하여, 고온 용융 슬래그 여열을 이용하여 슬러지를 건조하여, 용융 슬래그 냉각, 과립화 및 슬러지 건조의 통합 처리를 구현함으로써, 고온 용융 슬래그 냉각 및 슬러지 건조의 두 가지 난제를 해결하고, 고온 용융 슬래그 여열 회수 이용률을 크게 향상시키는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 채택하는 기술적 해결책은 이하와 같다:
용융 슬래그 냉각, 과립화 및 슬러지 건조의 방법은, 하기 단계를 포함한다:
1) 슬래그 볼 혼합 소킹
용융 슬래그 냉각 처리 장치 내에서 중량비가 1:50 내지 100인 고온 용융 슬래그와 스틸 볼을 혼합하고, 고온 용융 슬래그와 스틸 볼의 롤링(滾動)을 통해, 이들 둘이 충분히 균일하게 혼합 및 열 교환되며, 스틸 볼은 고온 용융 슬래그의 열을 흡수하고, 고온 용융 슬래그는 스틸 볼에 의해 점차 냉각, 파쇄되어 입경이 ≤150mm이고, 온도가 400℃ 미만인 입상 슬래그가 형성되고; 여기에서, 상기 열을 흡수한 스틸 볼 온도는 200 내지 400℃이다.
2) 슬래그 볼 분리
슬래그 배출 메커니즘을 거쳐 입상 슬래그가 배출되고, 열을 흡수한 스틸 볼은 고온 스틸 볼 슈트로 배출된다.
3) 슬러지 건조
열을 흡수한 스틸 볼은 고온 스틸 볼 슈트를 통해 슬러지 건조 장치로 이송되어, 주입된 슬러지와 혼합되며, 슬러지 건조 장치는 구동 장치의 구동 하에서 회전하여, 그 중의 슬러지와 스틸 볼을 롤링(滾動)하고, 충분히 균일하게 혼합 및 열 교환하며, 열을 흡수한 스틸 볼은 슬러지를 건조시키고; 슬러지 수분 함량이 소정 값에 도달하면, 스틸 볼과 슬러지를 분리하고, 건조된 슬러지는 건조 슬러지 배출 장치를 통해 배출되고, 강온된 스틸 볼은 출구를 거쳐 배출되고; 여기에서, 상기 스틸 볼과 주입된 슬러지의 질량비는 2 내지 10:1이다.
일부 실시방안에서, 본 발명은 건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조의 공정을 제공하며, 여기에는 하기 단계가 포함된다:
1) 슬래그 볼 혼합 소킹
고온 용융 슬래그와 스틸 볼은 용융 슬래그 냉각 처리 장치 내로 각각 이송되고, 용융 슬래그 냉각 처리 장치는 구동 장치의 구동 하에서 회전하여, 그 중의 고온 용융 슬래그와 스틸 볼을 롤링(滾動)하고, 충분히 균일하게 혼합 및 열 교환하며, 스틸 볼은 고온 용융 슬래그의 열을 흡수하고, 고온 용융 슬래그는 스틸 볼에 의해 점차 냉각, 파쇄되어 입경이 150mm 이하이고, 온도가 400℃ 미만인 입상 슬래그를 형성하고, 입상 슬래그와 스틸 볼은 분리되고, 입상 슬래그는 슬래그 배출 메커니즘을 통해 배출되며, 열을 흡수한 스틸 볼은 고온 스틸 볼 슈트로 배출되고; 상기 고온 용융 슬래그와 스틸 볼의 중량비는 1:50 내지 100이고, 상기 열을 흡수한 스틸 볼 온도는 200 내지 400℃이다.
2) 슬러지 건조
열을 흡수한 스틸 볼은 고온 스틸 볼 슈트를 통해 슬러지 건조 장치로 이송되어, 주입된 슬러지와 혼합되며, 슬러지 건조 장치는 구동 장치의 구동 하에서 회전하여, 그 중의 슬러지와 스틸 볼을 롤링(滾動)하고, 충분히 균일하게 혼합 및 열 교환하며, 열을 흡수한 스틸 볼은 슬러지를 건조시키고, 슬러지 수분 함량이 소정 값에 도달하면, 스틸 볼과 건조된 슬러지가 분리되고, 건조된 슬러지는 건조 슬러지 배출 장치를 통해 배출되고, 강온된 스틸 볼은 출구를 거쳐 배출되고; 상기 스틸 볼과 주입된 슬러지의 질량비는 2 내지 10:1이다.
또한, 상기 강온된 스틸 볼은 용융 슬래그 냉각 처리 장치 내로 이송, 반송되어, 하나의 순환 처리 과정을 형성한다.
바람직하게는, 상기 슬러지의 초기 수분 함량은 30 내지 95%이고, 건조된 슬러지의 수분 함량은 3 내지 10%이다.
또한, 입상 슬래그는 슬래그 배출 메커니즘을 거쳐 배출된 후, 저온 슬래그 수집 장치를 거쳐 수집되어 하방의 저온 슬래그 저장고로 운반되며, 후속 자원화 처리 및 활용에 제공된다.
또한, 상기 슬래그 배출 메커니즘은 용융 슬래그 냉각 처리 장치의 꼬리부에 설치된다.
또한, 건조된 슬러지는 건조 슬러지 배출 장치를 거쳐 배출되고, 건조 슬러지 수집기에 의해 수집된 후 하방의 건조 슬러지 저장고로 이송되어, 후속 자원화 처리 및 이용에 제공된다.
본 발명은 스틸 볼의 크기를 특별히 제한하지 않으며, 고온 용융 슬래그를 파쇄하여, 입경 ≤150mm의 입상 슬래그를 형성할 수 있기만 하면 된다. 예시적인 스틸 볼의 직경은 80mm 내지 200mm일 수 있다.
본 발명에 따른 건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조화의 방법과 공정에서:
고온 용융 슬래그는 용융 슬래그 투입 호퍼를 통해 용융 슬래그 냉각 처리 장치 내로 유입되며, 용융 슬래그 냉각 매체로 사용되는 스틸 볼은 용융 슬래그 투입 호퍼로부터 용융 슬래그 투입 호퍼 내로 이송되며, 고온 용융 슬래그와 혼합된다. 용융 슬래그 냉각 처리 장치 내벽에는 슬래그, 볼 추진 메커니즘(예를 들어 나선형 이송 플레이트)이 설치되며, 스틸 볼과 고온 용융 슬래그는 용융 슬래그 냉각 처리 장치의 회전에 의해 균일하게 혼합되고, 고온 용융 슬래그는 스틸 볼에 의해 점차 냉각 및 파쇄되며, 열을 스틸 볼에 전달하고, 고온 용융 슬래그는 냉각, 파쇄된 후 입경이 150mm 이하이고, 온도가 400℃ 미만인 입상 슬래그를 형성하고, 냉각 및 경화된 입상 슬래그는 용융 슬래그 냉각 처리 장치의 꼬리부에서 슬래그 배출 메커니즘을 통해 배출되며, 저온 슬래그 수집 장치를 거쳐 수집되어 하방의 저온 슬래그 저장고로 운반되며, 후속 자원화 처리 및 이용에 제공된다. 열을 흡수한 스틸 볼은 계속해서 용융 슬래그 냉각 처리 장치의 회전과 함께 전진하여 고온 스틸 볼 슈트로 배출된다.
열을 흡수한 스틸 볼의 온도는 200 내지 400℃이고, 고온 스틸 볼 슈트를 거쳐 이송되며, 슬러지 이송 장치를 거쳐 이송되는 슬러지와 혼합되어 슬러지 건조 장치 내로 유입되고, 슬러지 건조 장치 내벽에는 마찬가지로 슬러지, 볼 추진 메커니즘(예를 들어 나선형 이송 플레이트)이 설치되고, 스틸 볼과 슬러지는 슬러지, 볼 추진 메커니즘(예를 들어 나선형 이송 플레이트) 작용 하에서, 혼합 건조되면서 전방으로 이송되며, 슬러지 건조가 소정의 수분 함량에 도달한 후 슬러지 건조 장치 꼬리부의 건조 슬러지 배출 장치에서 배출되고, 슬러지 수집기에서 수집된 후 하방의 건조 슬러지 저장고로 이송되며, 후속 자원화 처리 및 이용에 제공된다. 사용자의 다양한 수요에 따라 건조된 슬러지의 수분 함량이 설정되며, 공정 매개변수를 조정하여 건조된 슬러지 수분 함량 수요를 충족시킬 수 있다. 통상적으로, 슬러지 초기 수분 함량은 30 내지 95중량%이며, 건조된 슬러지의 수분 함량은 3 내지 10중량%에 이를 수 있다.
슬러지 건조 장치로부터 배출된 스틸 볼은 저온 스틸 볼 슈트로 진입해, 스틸 볼 이송 장치로 이송되며, 중력 및 추진 메커니즘의 추진 작용 하에서, 스틸 볼은 스틸 볼 이송 장치 출구로부터 용융 슬래그 냉각 처리 장치의 용융 슬래그 투입 호퍼 내로 배출되고, 이러한 스틸 볼의 운동은 하나의 순환을 형성하여, 반복적으로 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조 공정의 장치는:
통형 구조이며, 내벽에 추진 메커니즘이 설치되고, 그 입구 지점에 용융 슬래그 투입 호퍼가 설치되고, 출구 지점에 슬래그 배출 메커니즘이 설치되는 용융 슬래그 냉각 처리 장치 ― 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치에는 그 회전을 구동할 수 있는 제1 구동 장치가 설치됨 ― ;
복수의 스틸 볼 및 스틸 볼 이송 장치 ― 해당 스틸 볼 이송 장치는 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치 입구까지 연결됨 ― ; 일단이 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치 출구와 연결된 고온 스틸 볼 슈트; 및
통형 구조이고, 내벽에 추진 메커니즘이 설치되고, 그 입구 지점에는 슬러지 이송 장치가 설치되고, 출구 지점에는 슬러지 배출 장치가 설치되는 슬러지 건조 장치 ― 상기 슬러지 건조 장치는 그 회전을 구동할 수 있는 제2 구동 장치를 연결하고, 상기 슬러지 건조 장치 입구는 상기 고온 스틸 볼 슈트 타단과 연결됨 ― ;를 포함한다.
본원에서, 용융 슬래그 냉각 처리 장치는 용융 슬래그를 냉각하는 데 사용되며; 슬러지 건조 장치는 슬러지를 건조하는 데 사용된다. 고온 스틸 볼 슈트는 용융 슬래그 냉각 처리 장치로부터 입상 슬래그와 분리된 고온 스틸 볼을 받아, 이를 슬러지 건조 장치로 이송하는 데 사용된다. 저온 스틸 볼 슈트는 슬러지 건조 장치로부터 건조 슬러지와 분리된 스틸 볼을 받아, 이를 스틸 볼 이송 장치로 이송하는 데 사용된다.
또한, 본 발명에 따른 건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조 공정의 장치는 저온 스틸 볼 슈트를 더 포함하며, 이의 일단은 슬러지 건조 장치 출구와 연결되고, 타단은 스틸 볼 이송 장치의 스틸 볼 입구와 연결된다.
또한, 상기 스틸 볼 이송 장치의 스틸 볼 입구는 저온 스틸 볼 슈트를 통해 슬러지 건조 장치 출구와 연결되고, 상기 스틸 볼 이송 장치의 스틸 볼 출구는 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치의 용융 슬래그 투입 호퍼와 연결되며, 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치는 고온 스틸 볼 슈트를 통해 슬러지 건조 장치 입구와 연결된다.
또한, 상기 스틸 볼 이송 장치의 스틸 볼 입구는 저온 스틸 볼 슈트를 통해 슬러지 건조 장치 출구와 연결되고, 상기 스틸 볼 이송 장치의 스틸 볼 출구는 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치의 용융 슬래그 투입 호퍼와 연결되어, 용융 슬래그 냉각 처리 장치, 스틸 볼 이송 장치, 슬러지 건조 장치를 머리와 꼬리가 연결된 삼각형으로 배치한다.
바람직하게는, 상기 스틸 볼 이송 장치는 수평면과 출구단이 위로 비스듬하도록 설치되며, 경사각은 25 내지 80°이다.
바람직하게는, 상기 스틸 볼 이송 장치는 통형 구조이며, 내벽에 추진 메커니즘이 설치되고, 상기 스틸 볼 이송 장치는 그 회전을 구동할 수 있는 구동 장치를 연결한다.
바람직하게는, 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치와 상기 슬러지 건조 장치는 예각으로 설치된다.
바람직하게는, 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치는 수평으로 설치되거나 입구단이 아래로 비스듬하게 설치되며, 경사각은 0 내지 45°이고, 바람직하게는 5 내지 15°이다.
바람직하게는, 상기 슬러지 건조 장치는 수평으로 설치되거나 출구단이 아래로 비스듬하게 설치되며, 경사각은 0 내지 15°이다.
바람직하게는, 상기 슬래그 배출 메커니즘과 건조 슬러지 배출 장치 상에는 테일 가스 수집 배출 장치가 설치된다.
바람직하게는, 상기 제1 구동 장치와 제2 구동 장치는 모두 각각 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치 또는 상기 슬러지 건조 장치 상에 설치된 링 기어, 링 기어와 치합되는 구동 기어를 포함하고, 상기 구동 기어는 모터를 연결하는 감속기 출력단 상에 설치된다.
바람직하게는, 상기 제3 구동 장치는 상기 스틸 볼 이송 장치 상에 설치된 링 기어, 링 기어와 치합되는 구동 기어를 포함하고, 상기 구동 기어는 모터를 연결하는 감속기 출력단 상에 설치된다.
바람직하게는, 상기 추진 메커니즘은 나선형 이송 플레이트이다.
본 발명에 따른 건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조 공정의 장치 설계에서:
본 발명은 용융 슬래그 냉각 처리 장치, 슬러지 건조 장치 및 스틸 볼 이송 장치를 설치함으로써, 고온 용융 슬래그의 신속한 과립화 및 여열 회수를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 슬러지의 건조도 구현할 수 있으며, 철강 산업에서 대량 용융 슬래그 여열의 유효한 활용이라는 난제를 해결하였을 뿐만 아니라, 도시 슬러지의 처리 및 자원화 활용을 위한 광범위한 전망을 개척하였고; 바람직한 설계로서, 3개를 머리와 꼬리로 연결하고, 삼각형으로 배열하여, 하나의 순환 처리 시스템을 형성함으로써, 전체 장치를 보다 소형화하고, 처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명은 슬래그 배출 메커니즘 상에 테일 가스 수집 배출 장치를 더 설치하여, 고온 용융 슬래그 냉각 파쇄 과정에서 발생하는 분진을 수집하고, 후속적으로 상응하는 테일 가스 정화 장치 처리를 통해 기준에 도달하면 배출한다. 슬러지 건조 배출 장치 상에 테일 가스 수집 배출 장치를 설치하여, 슬러지 건조 과정에서 발생하는 먼지와 수증기를 함유한 테일 가스를 수집하고, 후속적으로 상응하는 테일 가스 정화 장치 처리를 통해 기준에 도달하면 배출하여, 친환경화된 처리를 구현한다.
용융 슬래그 냉각 처리 장치, 슬러지 건조 장치 및 스틸 볼 이송 장치 양단에 모두 지지 장치를 설치하며, 지지 장치는 받침 링 및 라이딩 휠 지지 메커니즘을 포함하고, 지지 장치 조절을 통해 각각의 장치와 수평면의 경사각 조절을 구현한다.
본원에서, 상기 고온 용융 슬래그의 온도는 통상적으로 ≥1300℃이며, 예를 들어 1350℃ 내지 1500℃이다. 슬러지와 충분히 열 교환한 후, 고온 스틸 볼의 온도는 통상적으로 150℃ 이하로 강하된다(즉 본원에서의 저온 스틸 볼임).
본 발명의 유익한 효과는 이하와 같다:
1. 용융 슬래그 냉각과 슬러지 건조가 통합 처리된다.
본 발명은 용융 슬래그 처리와 슬러지 건조라는 서로 다른 두 가지 기술 분야와 산업을 유기적으로 연결하여, 용융 슬래그가 고효율 냉각, 과립화 처리를 구현할 뿐만 아니라, 그 여열도 고효율적으로 회수 및 이용되고; 용융 슬래그 회수 여열을 이용하여 슬러지의 저비용 건조를 구현하여, 철강 산업에서 막대한 양의 용융 슬래그 여열을 효과적으로 이용하는 난제를 해결하였을 뿐만 아니라, 도시 슬러지의 처리 및 자원화를 위한 광범위한 전망을 개척하여, 동시에 용융 슬래그 냉각 및 슬러지 건조라는 두 가지 난제를 해결할 수 있다.
2. 본 발명은 전체 공정이 신속하고, 안정적이며, 연속적이다.
본 발명은 스틸 볼을 고효율 냉각 매체 및 축열체로 사용하여, 용융 슬래그의 열을 지속적으로 회수하며, 열을 저온 슬러지에 전달하고, 순환 이송을 통해 스틸 볼의 반복 이용을 구현하므로, 안정적이고 연속적으로 용융 슬래그와 슬러지를 처리할 수 있다.
3. 용융 슬래그 처리 효율이 높다.
용융 슬래그는 연속적이고 동적으로 냉각, 과립화되어, 일반 공정의 장시간의 정적 냉각, 느린 열 교환의 단점이 보완되었으며, 용융 슬래그의 처리 효율이 크게 향상되었다.
4. 용융 슬래그 열에너지 이용률이 높다.
용융 슬래그는 온도가 높고, 열에너지를 휴대하는 품질이 높으나, 용융 슬래그는 내화재와 유사하고, 열전도율이 매우 작으며, 열방출이 느려, 이에 휴대된 열에너지는 일반 공정으로는 회수 및 활용이 어렵다. 철강의 열전도율은 비교적 크기 때문에, 열을 빠르게 흡수하고 방출할 수 있으므로, 스틸 볼을 열 전달 매체로 채택하며, 스틸 볼과 용융 슬래그가 접촉 및 혼합되는 과정에서, 용융 슬래그의 열을 빠르게 흡수하여 고온 스틸 볼로 바꿀 수 있으며, 고온 스틸 볼과 슬러지가 혼합될 때, 고온 스틸 볼 자체의 열이 신속하게 방출되고, 슬러지에 전달되어, 슬러지의 건조를 구현할 수 있다.
5. 슬러지 건조 효율이 높다.
본 발명은 열을 흡수한 스틸 볼과 슬러지가 직접 접촉하고, 반복적으로 교반되어, 열 교환 면적이 크고, 건조 효율이 높다.
6. 건조 슬러지의 품종이 많고, 범위가 넓다.
본 발명은 열을 흡수한 스틸 볼을 이용하여 슬러지를 건조하며, 스틸 볼은 열전달 매체로 사용되고, 그 표면이 깨끗하며, 용융 슬래그와 슬러지는 접촉되지 않아, 용융 슬래그와 슬러지 사이가 서로 오염되지 않으므로, 슬러지의 건조는 용융 슬래그의 종류와 슬러지의 종류에 제약 받지 않고, 고로 용융 슬래그, 전로 용융 슬래그 또는 기타 용융 슬래그 모두 열을 공급할 수 있으며, 무기 슬러지, 유기 슬러지 모두 건조될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조 장치의 구조도이다.
도 2는 도 1의 A 방향 개략도이다.
도 3은 도 1의 B 방향 개략도이다.
도 4는 도 1의 C 방향 개략도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하며, 본 발명에 따른 건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조 장치는:
통형 구조이며, 내벽에 추진 메커니즘(11)이 설치되고, 용융 슬래그 입구 지점에 용융 슬래그 투입 호퍼(12)가 설치되고, 출구 지점에 슬래그 배출 메커니즘(13)이 설치되는 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1) ― 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1)에는 그 회전을 구동할 수 있는 제1 구동 장치(14)가 설치됨 ― ;
복수의 스틸 볼(2) 및 스틸 볼 이송 장치(3) ― 해당 스틸 볼(3) 이송 장치는 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1) 입구까지 연결됨 ― ;
일단이 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1) 출구와 연결된 고온 스틸 볼 슈트(4); 및
통형 구조이고, 내벽에 추진 메커니즘(51)이 설치되고, 슬러지 입구 지점에는 슬러지 이송 장치(52)가 설치되고, 출구 지점에는 슬러지 배출 장치(53)가 설치되는 슬러지 건조 장치(5) ― 상기 슬러지 건조 장치(5)는 그 회전을 구동할 수 있는 제2 구동 장치(54)를 연결하고, 상기 슬러지 건조 장치(5) 입구는 상기 고온 스틸 볼 슈트(4) 타단과 연결됨 ― ;를 포함한다.
또한, 상기 스틸 볼 이송 장치(3)의 스틸 볼 입구는 저온 스틸 볼 슈트(6)를 통해 슬러지 건조 장치(5) 출구와 연결되고, 상기 스틸 볼 이송 장치(3)의 스틸 볼 출구는 스틸 볼 슈트(7)를 통해 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1)의 용융 슬래그 투입 호퍼(12)와 연결되며, 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1), 스틸 볼 이송 장치(3), 슬러지 건조 장치(5)를 머리와 꼬리가 연결된 삼각형으로 배치한다.
바람직하게는, 상기 스틸 볼 이송 장치(3)는 수평면과 출구단이 위로 비스듬하도록 설치되며, 경사각은 25 내지 80°이다.
바람직하게는, 상기 스틸 볼 이송 장치(3)는 통형 구조이며, 내벽에 추진 메커니즘(31)이 설치되고, 상기 스틸 볼 이송 장치(3)는 그 회전을 구동할 수 있는 제3 구동 장치(32)를 연결한다.
바람직하게는, 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1)는 수평으로 설치되거나 입구단이 아래로 비스듬하게 설치되며, 경사각은 0 내지 45°이고, 바람직하게는 5 내지 15°이다.
바람직하게는, 상기 슬러지 건조 장치(5)는 수평으로 설치되거나 수평면과 출구단이 아래로 비스듬하게 설치되며, 경사각은 0 내지 15°이다.
바람직하게는, 상기 슬래그 배출 메커니즘(13)과 건조 슬러지 배출 장치(53) 상에는 테일 가스 수집 배출 장치(8)가 설치된다.
바람직하게는, 상기 제1 구동 장치(14)와 제2 구동 장치(54)는 모두 각각 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치 또는 상기 슬러지 건조 장치 상에 설치된 링 기어, 링 기어와 치합되는 구동 기어를 포함하고, 상기 구동 기어는 모터를 연결하는 감속기 출력단 상에 설치된다.
바람직하게는, 상기 제3 구동 장치(32)는 상기 스틸 볼 이송 장치 상에 설치된 링 기어, 링 기어와 치합되는 구동 기어를 포함하고, 상기 구동 기어는 모터를 연결하는 감속기 출력단 상에 설치된다.
바람직하게는, 상기 추진 메커니즘(11, 51, 31)은 나선형 이송 플레이트이다.
바람직하게는, 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1), 슬러지 건조 장치(5) 및 스틸 볼 이송 장치(3) 양단에는 모두 지지 장치(9)가 설치된다.
바람직하게는, 상기 슬래그 배출 메커니즘(13)은 저온 슬래그 수집 장치(16)와 연결되며, 상기 저온 슬래그 수집 장치(16) 하방에는 저온 슬래그 저장고(17)가 설치된다.
바람직하게는, 상기 건조 슬러지 배출 장치(53)는 건조 슬러지 수집기(18)와 연결되고, 상기 건조 슬러지 수집기(18) 하방에는 건조 슬러지 저장고(19)가 설치된다.
본 발명의 건식 과립화 용융 슬래그와 슬러지 결합 건조 공정은, 하기 단계를 포함한다:
1) 슬래그 볼 혼합 소킹
고온 고로 슬래그(100)와 여러 스틸 볼(2)은 먼저 용융 슬래그 투입 호퍼(12)에서 회전하는 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1)로 이송되어 슬래그 볼 혼합이 수행되고, 고온 용융 슬래그(100)는 스틸 볼(2)에 의해 점차 냉각 파쇄되며, 열을 스틸 볼(2)에 전달하고, 고온 용융 슬래그(100)는 스틸 볼에 의해 점차 냉각, 파쇄되어 입경이 150mm 이하이고, 온도가 400℃ 미만인 입상 슬래그를 형성하고, 입상 슬래그는 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1)의 꼬리부에서 슬래그 배출 메커니즘(13)를 통해 배출되고, 저온 슬래그 수집 장치(16)를 거쳐 하방의 저온 슬래그 저장고(17)으로 이송되어, 후속 자원화 처리 및 이용에 제공되고; 열을 흡수한 고온 스틸 볼(2)은 계속해서 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1)와 함께 회전하여 전진하며 고온 스틸 볼 슈트(4)로 배출되고, 상기 고온 용융 슬래그와 스틸 볼의 중량비는 1:50 내지 100이고, 상기 열을 흡수한 스틸 볼 온도는 200 내지 400℃이다.
2) 슬러지 건조
고온 스틸 볼(2)은 고온 스틸 볼 슈트(4)를 거쳐 슬러지 건조 장치(5)로 이송되고, 슬러지 이송 장치(52)와 함께 주입된 슬러지(200)와 입구에서 혼합되며 ― 상기 스틸 볼과 주입된 슬러지의 질량비는 2 내지 10:1임 ― , 슬러지 건조 장치(5)는 제2 구동 장치(54)의 구동 하에서 회전하여, 그 중의 슬러지(200)와 스틸 볼(2)을 롤링(滾動)하고, 충분히 균일하게 혼합 및 열 교환하며, 고온 스틸 볼(2)은 슬러지(200)를 건조시키고, 슬러지(200) 수분 함량이 소정 값에 도달하면, 스틸 볼(2)과 슬러지(200)가 분리되고, 슬러지(200)는 건조 슬러지 배출 장치(53)를 통해 배출되고, 건조 슬러지 수집기(18)에서 수집된 후 하방의 건조 슬러지 저장고(19)로 이송되며, 후속적인 자원화 처리 및 이용에 제공된다. 강온된 스틸 볼(2)은 출구를 거쳐 배출된다.
또한, 슬러지 건조 장치(5)로부터 배출된 스틸 볼(2)은 저온 스틸 볼 슈트(6)로 진입해, 스틸 볼 이송 장치(3) 내로 이송되며, 중력 및 추진 메커니즘(31)의 추진 작용 하에서, 스틸 볼(2)이 스틸 볼 이송 장치(3) 출구로부터 용융 슬래그 냉각 처리 장치(1)의 용융 슬래그 투입 호퍼(12) 내로 배출되며, 하나의 순환 처리 과정을 형성한다.
본 발명 실시예 공정의 상세한 제어 매개변수는 표 1과 같다.
Figure pct00001
1: 용융 슬래그 냉각 처리 장치; 2: 스틸 볼, 3: 스틸 볼 이송 장치; 4: 고온 스틸 볼 슈트; 5: 슬러지 건조 장치; 6: 저온 스틸 볼 슈트; 7: 스틸 볼 슈트; 테일 가스 수집 배출 장치; 9: 지지 장치; 11, 31, 51: 추진 메커니즘; 12: 용융 슬래그 투입 호퍼; 13: 슬래그 배출 메커니즘; 14: 제1 구동 장치; 16: 저온 슬래그 수집 장치; 17: 저온 슬래그 저장고; 18: 건조 슬러지 수집기; 19: 건조 슬러지 저장고; 52: 슬러지 이송 장치; 53: 건조 슬러지 배출 장치; 54: 제2 구동 장치; 32: 제3 구동 장치; 100: 고온 고로 슬래그; 200: 슬러지.

Claims (15)

  1. 용융 슬래그 냉각, 과립화 및 슬러지 건조의 방법으로서,
    1) 슬래그 볼 혼합 소킹 단계 ― 용융 슬래그 냉각 처리 장치 내에서 중량비가 1:50 내지 100인 고온 용융 슬래그와 스틸 볼을 혼합하고, 고온 용융 슬래그와 스틸 볼의 롤링(滾動)을 통해, 이들 둘을 충분히 균일하게 혼합 및 열 교환하며, 스틸 볼은 고온 용융 슬래그의 열을 흡수하고, 고온 용융 슬래그는 스틸 볼에 의해 점차 냉각, 파쇄되어 입경이 ≤150mm이고, 온도가 400℃ 미만인 입상 슬래그를 형성하는 단계이며, 상기 열을 흡수한 스틸 볼 온도는 200 내지 400℃임 ― ;
    2) 슬래그 볼 분리 단계 ― 슬래그 배출 메커니즘을 거쳐 입상 슬래그를 배출하고, 열을 흡수한 스틸 볼은 고온 스틸 볼 슈트로 배출됨 ― ;
    3) 슬러지 건조 단계 ― 열을 흡수한 스틸 볼은 고온 스틸 볼 슈트를 통해 슬러지 건조 장치로 이송되어, 주입된 슬러지와 혼합되며, 슬러지 건조 장치는 구동 장치의 구동 하에서 회전하여, 그 중의 슬러지와 스틸 볼을 롤링(滾動)하여, 충분히 균일하게 혼합 및 열 교환하며, 열을 흡수한 스틸 볼은 슬러지를 건조시키고; 슬러지 수분 함량이 소정 값에 도달하면, 스틸 볼과 슬러지를 분리하고; 건조된 슬러지는 건조 슬러지 배출 장치를 통해 배출되고, 강온된 스틸 볼은 출구를 거쳐 배출되고, 상기 스틸 볼과 주입된 슬러지의 질량비는 2 내지 10:1임 ― 를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강온된 스틸 볼은 용융 슬래그 냉각 처리 장치 내로 이송, 반송되어, 하나의 순환 처리 과정을 형성하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬러지의 초기 수분 함량은 30 내지 95%이고, 건조된 슬러지의 수분 함량은 3 내지 10%인 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법에 사용되는 장치로서,
    통형 구조이며, 내벽에 추진 메커니즘이 설치되고, 그 입구 지점에 용융 슬래그 투입 호퍼가 설치되고, 출구 지점에 슬래그 배출 메커니즘이 설치되는 용융 슬래그 냉각 처리 장치 ― 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치에는 그 회전을 구동할 수 있는 제1 구동 장치가 설치됨 ― ;
    복수의 스틸 볼 및 스틸 볼 이송 장치 ― 해당 스틸 볼 이송 장치는 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치 입구까지 연결됨 ― ;
    일단이 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치 출구와 연결된 고온 스틸 볼 슈트; 및
    통형 구조이고, 내벽에 추진 메커니즘이 설치되고, 그 입구 지점에는 슬러지 이송 장치가 설치되고, 출구 지점에는 슬러지 배출 장치가 설치되는 슬러지 건조 장치 ― 상기 슬러지 건조 장치는 그 회전을 구동할 수 있는 제2 구동 장치가 설치되고, 상기 슬러지 건조 장치 입구는 상기 고온 스틸 볼 슈트 타단과 연결됨 ― ;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 장치는 저온 스틸 볼 슈트를 더 포함하고, 이의 일단은 슬러지 건조 장치 출구와 연결되고, 타단은 스틸 볼 이송 장치의 스틸 볼 입구와 연결되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스틸 볼 이송 장치의 스틸 볼 입구는 저온 스틸 볼 슈트를 통해 슬러지 건조 장치 출구와 연결되고, 상기 스틸 볼 이송 장치의 스틸 볼 출구는 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치의 용융 슬래그 투입 호퍼와 연결되어, 용융 슬래그 냉각 처리 장치, 스틸 볼 이송 장치, 슬러지 건조 장치를 머리와 꼬리가 연결된 삼각형으로 배치하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스틸 볼 이송 장치의 출구단은 위로 비스듬하게 설치되며, 경사각은 25° 내지 80°인 것을 특징으로 하는, 장치.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스틸 볼 이송 장치는 통형 구조이고, 내벽에 추진 메커니즘이 설치되고, 상기 스틸 볼 이송 장치에는 그 회전을 구동할 수 있는 제3 구동 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  9. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치와 상기 슬러지 건조 장치는 예각으로 설치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치는 수평으로 설치되거나 입구단이 아래로 비스듬하게 설치되고, 경사각이 0 내지 45°이고, 바람직하게는 5 내지 15°인 것을 특징으로 하는, 장치.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 슬러지 건조 장치는 수평으로 설치되거나 출구단이 아래로 비스듬하게 설치되고, 경사각이 0 내지 15°인 것을 특징으로 하는, 장치.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 슬래그 배출 메커니즘과 건조 배출 장치 상에 테일 가스 수집 배출 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 제1 구동 장치와 제2 구동 장치는 모두 각각 상기 용융 슬래그 냉각 처리 장치 또는 상기 슬러지 건조 장치 상에 설치된 링 기어, 링 기어와 치합되는 구동 기어를 포함하고, 상기 구동 기어는 모터를 연결하는 감속기 출력단 상에 설치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제3 구동 장치는 상기 스틸 볼 이송 장치 상에 설치된 링 기어, 링 기어와 치합되는 구동 기어를 포함하고, 상기 구동 기어는 모터를 연결하는 감속기 출력단 상에 설치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  15. 제4항 또는 제8항에 있어서,
    상기 추진 메커니즘은 나선형 이송 플레이트인 것을 특징으로 하는, 장치.
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