WO2011081267A1 - 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 방법 및 그 장치 - Google Patents

슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 방법 및 그 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention is to recover the valuable metal using the slag generated in the steelmaking process, such as converter, electric furnace, and to recover the valuable metal of slag and the production method of the multifunctional aggregate that can produce a multifunctional aggregate through the reforming of molten slag. It is about.
  • Slag is a product which inevitably occurs in the steel smelting process. Slag is inevitably produced from iron ore or coke gangue components in the steelmaking process, and in the steelmaking process, by molten iron or oxides produced during oxidation and deoxidation of molten steel or by subsidiary materials added for refining purposes.
  • the slag includes Al 2 O 3 , FeO, MgO, P 2 O 5, and CaS depending on the type of refining reaction based on SiO 2 and CaO.
  • the steelmaking slag is based on CaO-SiO 2 -Al 2 O 3
  • the steelmaking slag based on the oxidation reaction of molten iron or molten steel is based on CaO-SiO 2 -FeO.
  • the method for recovering the valuable metal of the slag the step of discharging the molten slag of the converter or electric furnace before the operation of the reducer into the slag port or slag reforming treatment port, and the slag And recovering the valuable metal by controlling the physicochemical composition of the slag according to the supply of the reducing agent to the molten slag discharged into the pot or the slag reforming port.
  • the reducing agent may be at least one selected from carbon, aluminum, silicon, sodium, calcium, magnesium, and CO gas.
  • the amount of the reducing agent may be added in a range for maintaining the temperature of the molten slag at 1300 ⁇ 1600 °C.
  • the aluminum may be added 10 ⁇ 50kg per 1 ton of slag.
  • the slag valuable metal recovery and multifunctional aggregate production apparatus of the slag of the present invention the slag reforming treatment port in which the molten slag discharged from the converter or electric furnace is stored, recovering the valuable metal of the molten slag Reducing agent inlet for introducing a reducing agent for the inside of the slag reforming port and cooling means for performing the bubble generation and control cooling for forming the molten slag recovered the valuable metal to a lightweight material of a porous structure.
  • the reducing agent inlet further includes a hopper for storing the reducing agent, a lance pipe extending from the hopper into the slag reforming port to inject the reducing agent into the slag reforming port, and the slag reforming process through the lance pipe. It may include an inflow amount control unit for calculating the inflow amount of the reducing agent flowing into the port.
  • the reducing agent may be at least one selected from carbon, aluminum, silicon, sodium, calcium, magnesium, and CO gas.
  • an inoculant for reforming the molten slag and lowering the melting point and specific gravity of the slag may be further introduced through the reducing agent inlet.
  • the inoculant may be at least one selected from aluminum, silicon, and quicklime.
  • the cooling means may further include a steam supply unit for cooling the molten slag to introduce steam for producing solid slag into the slag reforming port, and a carrier gas for maximizing a reaction between the molten slag and the reducing agent.
  • the gas supply unit may be introduced into a processing port, and cooling may be performed by injecting a mixed gas of the steam and the carrier gas into the molten slag.
  • the steam or the carrier gas is controlled by the slag reforming by adjusting the inflow pressures of the steam and the carrier gas flowing into the slag reforming port based on the static pressure of the molten slag detected inside the slag reforming port.
  • the apparatus may further include a pressure adjusting unit for preventing backflow out of the processing port.
  • the steam supply part may include a steam injection hole formed on an inner wall or a bottom of the slag reforming port, and formed between the steam injection port and an outer wall of the slag reforming port. It may include.
  • the gas supply part may include a gas injection hole formed on an inner wall or a bottom of the slag reforming port, to which the carrier gas is injected, and a gas plug formed between the gas injection port and an outer wall of the slag reforming port. ) May be included.
  • the steam supply unit and the gas supply unit may include a steam pipe and a gas pipe for supplying steam and a carrier gas into the slag reforming port, respectively, and the steam pipe and the gas pipe are connected to each other so that the carrier gas and steam are connected to each other. This can be mixed and controlled fed into the slag reforming port.
  • the reducing agent inlet the gas supply;
  • an inflow amount control unit configured to calculate an inflow amount of the reducing agent introduced into the slag reforming port through the gas supply unit.
  • the inflow amount control unit may calculate the amount of reducing agent that can maintain the temperature of the molten slag in the range of 1300 ⁇ 1600 °C.
  • the apparatus may further include a weighing device disposed under the slag reforming port and weighing molten slag in the slag reforming port, wherein the inflow rate controller is configured to melt the molten slag from the weight of molten slag measured from the weighing device.
  • the amount of reducing agent that can maintain the temperature of the slag in the range of 1300 ⁇ 1600 °C can be calculated.
  • a discharge port for discharging the valuable metal recovered from the molten slag to the outside of the slag reforming port outside the slag reforming port may be formed on one side of the slag reforming port.
  • the high temperature steam generated after cooling the molten slag in the slag reforming port, and the unreacted reducing agent powder in the slag reforming port, and the dust generated from the reaction of the molten slag and the reducing agent are recovered.
  • a recovery device may be further included.
  • the recovery device may selectively recover the steam and dust.
  • the recovery apparatus may include a dust collection hood spaced apart from an upper portion of the slag reforming port to suck and collect the steam and the dust.
  • the apparatus may further include a port cover configured to open and close an upper portion of the slag reforming port so that the molten slag discharged from the converter or the electric furnace flows into the slag reforming port, and is disposed on the port cover to melt the slag in the slag reforming port. It may further include a burner for maintaining or raising the temperature of the slag.
  • the burner may further include a fuel supply pipe formed through the port cover to supply LNG, oil, and oxygen as fuel and to supply the LNG, oil, and oxygen into the slag reforming port.
  • the apparatus may further include a water cooling line disposed around an outer wall of the slag reforming port to prevent thermal deformation of the slag reforming port.
  • the apparatus may further include a tilting device configured to tilt the slag reforming port so as to discharge the solid cooling slag having been completely cooled in the slag reforming port to the outside.
  • the apparatus may further include a welding prevention unit provided outside the slag reforming port in order to prevent the solid slag having the control cooling completed in the slag reforming port from being welded to the inner wall of the slag reforming port.
  • the deposition prevention unit may be a high frequency heater radiating high frequency toward the slag reforming port from the outside of the slag reforming port.
  • the deposition prevention portion may be a vibration device disposed in the lower portion of the slag reforming port to transfer the fine vibration to the slag reforming port.
  • the deposition prevention portion may be a hot wire embedded between the outer wall and the inner wall of the slag reforming port.
  • the apparatus may further include a slag port disposed between the converter or the electric furnace and the slag reforming port to store molten slag discharged from the converter or the electric furnace and discharge the molten slag to the slag reforming port.
  • the reducing agent inlet may include the reducing agent. It may include a reducing agent inlet pipe to the molten slag discharged from the slag port to the slag reforming treatment port.
  • the apparatus may further include a slag port disposed between the converter or the electric furnace and the slag reforming port to store molten slag discharged from the converter or the electric furnace and discharge the molten slag to the slag reforming port.
  • the reducing agent inlet may include the slag port.
  • a slag inlet container disposed between the slag reforming port and storing molten slag discharged from the slag port and discharged to the slag reforming port and the reducing agent discharged from the slag port to the slag inlet container. It may include a reducing agent inlet pipe.
  • the method for recovering the valuable metal of the slag and the production of the multifunctional aggregate of the present invention by discharging the molten slag of the converter or electric furnace before the operation of the reduction machine into the slag port or the slag reforming treatment port and injecting a reducing agent Recovering the valuable metal contained in the molten slag, cooling the molten slag from which the valuable metal is recovered to form a solid solid slag of a porous structure, and crushing and crushing the solid slag of the porous structure, followed by aggregate shape It includes molding.
  • the cooling may be performed by injecting steam and carrier gas into the molten slag, and the steam and carrier gas may be injected such that the cooling rate of the molten slag is 5 to 50 ° C / sec.
  • the injection amount and pressure of the steam and the carrier gas are adjusted and supplied according to the weight and temperature of the molten slag, and the slag particle size cooled by the steam and the carrier gas may be formed to 50 mm or less.
  • the cooling slag generated by foaming and controlled cooling after the reduction of the valuable metal of the molten slag may have a bulk density of 0.6 ⁇ 3.0 g / cm 3 (Bulk Density).
  • the crushed and crushed slag may be selected as a high specific gravity slag and a low specific gravity slag through the floating specific gravity selection method.
  • the present invention it is possible to recover the valuable metals (Fe, Mn) in the slag discharged from the converter or the electric furnace to the level of 20% by using a reducing agent. This not only reduces the amount of slag, but also recovers valuable metals (Fe, Mn), which is advantageous in terms of cost.
  • the present invention uses a reducing agent, thereby stably recovering valuable metals without generating dust. Therefore, there is an effect to preserve the natural environment.
  • the present invention has the advantage that can be produced as a multi-functional aggregate after securing a low specific gravity slag through the foaming and controlled cooling of the slag after reduction.
  • These multi-functional aggregates are suitable for replacing multi-functional lightweight aggregates manufactured for special purposes such as noise prevention materials between buildings, because their components are similar in composition to natural aggregates and cements, and have low expandability, and the composition is changed to cement composition. It is suitable for manufacturing cement.
  • the multi-functional aggregate since the multi-functional aggregate does not require a separate firing process, it not only reduces the amount of fuel used in cement production but also reduces power consumption. In addition, the cement using this multi-functional aggregate has the advantage of reducing the carbon dioxide emissions by about 40% compared with the production of conventional cement.
  • this multifunctional aggregate has excellent chemical resistance and excellent penetration resistance against chloride ions.
  • ASR Alkali Silica Reaction
  • the present invention can be utilized as a high-quality cement, lightweight aggregate, admixture and environmentally friendly and can contribute to resolving supply and demand instability of construction materials, and can recover valuable metals contained in slag, which is advantageous in terms of cost. have.
  • FIG. 1 is a block diagram of a manufacturing apparatus of the valuable metal recovery and multifunctional aggregate of slag according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view showing the shape of the porous plug for steam of FIG.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of the apparatus for producing valuable metals and multifunctional aggregates of slag according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of the reducing agent inlet of the valuable metal recovery and multifunctional aggregate manufacturing apparatus of FIG.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a first embodiment of a recovery apparatus of the valuable metal recovery and multifunctional aggregate production apparatus shown in FIG.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a second embodiment of a recovery device of the valuable metal recovery and multifunctional aggregate production apparatus shown in FIG.
  • FIG. 8 is a view showing a tilting device of the apparatus for producing valuable metal recovery and multifunctional aggregate shown in FIG. 1;
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing a first embodiment of the welding prevention part of the valuable metal recovery and multifunctional aggregate manufacturing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing a second embodiment of the welding prevention part of the apparatus for producing valuable metals and multifunctional aggregate shown in FIG. 1;
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing a third embodiment of the welding prevention part of the apparatus for producing valuable metals and multifunctional aggregate shown in FIG. 1;
  • FIG. 12 is a view showing an example of the utilization of the multifunctional aggregate.
  • FIG. 13 is a working process diagram using another embodiment of the valuable metal recovery and multifunctional aggregate manufacturing apparatus of slag,
  • FIG. 14 is a block diagram showing a reducing agent inlet according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 15 is a block diagram showing a reducing agent inlet according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of the apparatus for producing valuable metals and multifunctional aggregate of slag according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of recovering valuable metals through a slag port
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a shape of a porous plug for steam of FIG. 1.
  • the method for recovering the valuable metals using the apparatus 100 for producing valuable metals of the slag and the multifunctional aggregate of the slag of the present invention, and for producing the multifunctional aggregate, is shown in FIG. 2 before the reduction machine operation.
  • the slag is discharged into the slag reforming treatment port 10 shown in FIG. 1 and a reducing agent is introduced to recover valuable metals contained in the molten slag.
  • the molten slag of the converter and the electric furnace may be discharged into the slag reforming port 10 shown in FIG. 1 and the reducing agent may be introduced to recover valuable metals contained in the molten slag
  • the reducing agent may be introduced to recover valuable metals contained in the molten slag
  • the slag port 10a is a device disposed between the converter or the electric furnace and the slag reforming port 10 to store molten slag discharged from the converter or the electric furnace and discharge the slag to the slag reforming port 10.
  • the work may be performed at either the slag reforming port 10 or the slag port 10a.
  • the present invention is to recover the valuable metal contained in the molten slag by introducing a reducing agent into the molten slag in the slag reforming port 10, and then the oil price to form the molten slag from which the valuable metal is recovered as a lightweight material having a porous structure Bubbles are generated in the molten slag from which the metal is recovered and controlled cooling is performed to form a solid slag of the porous structure, and the solid slag of the porous structure is pulverized and crushed and then shaped into an aggregate shape.
  • multifunctional aggregates can be utilized as high-quality cement, lightweight aggregates, and miscible materials, because the components themselves are similar to natural aggregates and cements, and in particular, low specific gravity and low hygroscopicity can be utilized as special aggregates for various uses.
  • this process of recovering valuable metals using the method and producing a multifunctional aggregate is referred to as a 'KH (Ki-Hwang) process'.
  • the slag generated in the converter or the electric furnace contains a large amount of valuable metal oxide such as FeO.
  • Steelmaking slag generated in the converter and the electric furnace contains 20% or more of the valuable metal oxide, and among them, the initial slag of the electric furnace contains 30% or more of the valuable metal oxide.
  • the valuable metal oxide contained in the slag is FeO, and if the content of FeO is high, it is difficult to crush when manufacturing slag as aggregate and the constraint is large when using it as cement raw material. Therefore, after recovering the valuable metal contained in the slag, the slag is changed into a lightweight material having a porous structure through controlled cooling.
  • Valuable metal recovery and multifunctional aggregate manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the slag reforming treatment port 10, the reducing agent inlet 20 and the cooling means (30, 40).
  • the slag is inclined to the electric furnace or, if there is a door (Door) to open the door to discharge the slag first to a separate slag port (10a of FIG. 2), and then charge the molten slag into the slag reforming port (10).
  • a door Door
  • FIG. 1 it is of course possible to directly discharge the slag from the electric furnace into the slag reforming port 10 without passing through the slag port (10a in FIG. 2).
  • the inner wall of the slag reforming port 10 is composed of a copper plate or a steel plate with high thermal conductivity, and the slag reforming port 10 above the slag reforming port 10 so that molten slag discharged from the converter or the electric furnace flows into the slag reforming port 10.
  • a port cover 11 for opening and closing the upper portion of the reforming port 10 is provided.
  • the reducing agent inlet 20 is a hopper 21 for storing the reducing agent and a lance extending from the hopper 21 into the slag reforming port 10 to spray the reducing agent into the slag reforming port 10.
  • an inflow amount control unit 23 for calculating an inflow amount of the reducing agent introduced into the slag reforming port 10 through the pipe 22 and the lance pipe 22.
  • the process of introducing a reducing agent into the molten slag discharged into the slag reforming treatment port 10 is as follows.
  • the reducing agent is for reducing FeO to Fe in the valuable metal oxide of molten slag.
  • a substance having a large oxygen affinity such as carbon (C) and aluminum (Al) having a high affinity with oxygen is used.
  • silicon (Si), sodium (Na), calcium (Ca), magnesium (Mg) and One or more selected from the CO gases may also be used.
  • At least one reducing agent selected from carbon (C), aluminum (Al), silicon (Si), sodium (Na), calcium (Ca), magnesium (Mg) and CO gas is subjected to slag reforming through the reducing agent inlet 20. Supplied to the port 10.
  • a carrier gas may be introduced together with a reducing agent to increase the reaction rate by increasing the stirring force.
  • the carrier gas may be air, nitrogen, or argon gas, and is supplied to the slag reforming port 10 through the gas supply unit 40 to be described later.
  • Aluminum (Al) is introduced for the strong reduction of iron (Fe).
  • the reduction of the iron (Fe) contained in the molten slag is advantageous the higher the temperature of the molten slag and the higher the reaction rate.
  • the reduction reaction of iron (Fe) by carbon (C) is an endothermic reaction, the temperature of the molten slag is lowered.
  • the molten slag has a temperature of about 1600 ° C at the time of discharge, but after the discharge of iron (Fe) by carbon (C) and external factors, the temperature of the molten slag drops by about 200 to 300 ° C per hour.
  • a separate heat source is required to maintain the molten slag at a high temperature, but when aluminum (Al) is used as a reducing agent, aluminum (Al) oxidation energy is generated.
  • Reduction of iron (Fe) by aluminum (Al) is an exothermic reaction of 3FeO + 2Al ⁇ 3Fe + Al 2 O 3 --- 187.1 kcal, this reaction is called the thermite reaction (Thermit reaction) because it generates heat while reducing do.
  • the inflow amount of aluminum (Al) is controlled to maintain the temperature of the molten slag at 1300 ⁇ 1600 °C.
  • the higher the temperature of the molten slag is advantageous for the reduction of iron (Fe), but if the temperature exceeds 1600 °C excessive erosion of the slag pot may occur, if the temperature is less than 1300 °C the reduction reaction is sharply reduced.
  • the introduced carbon (C) acts as a reducing agent and the reduction reaction of FeO + C ⁇ Fe + CO proceeds.
  • the temperature of the molten slag may be lowered, but then, when aluminum (Al) is introduced, the temperature of the molten slag is maintained at a high temperature by exothermic reaction of 3FeO + 2Al ⁇ 3Fe + Al 2 O 3 --- 187.1 kcal and reduced. The reaction is accelerated.
  • Al 2 O 3 produced by the reduction reaction causes a composition change of the slag and lowers the melting point.
  • the inflow of aluminum (Al) to maintain the temperature of the molten slag at 1300 ⁇ 1600 °C is 10 ⁇ 50kg per ton of slag.
  • the inflow amount of aluminum (Al) is the value which set the aluminum (Al) real ratio to 50-100% according to operation conditions.
  • the inflow of aluminum (Al) is calculated by the following reaction formula and calorific value formula.
  • Q calorific value
  • C slag heat capacity
  • M slag weight
  • T elevated temperature
  • the inflow of aluminum (Al) is 251 kg.
  • the calculation process is as follows.
  • the FeO content in the molten slag may be measured using a spectrometer or a wet method.
  • the inflow of aluminum (Al) to maintain the temperature of the molten slag at 1300 ⁇ 1600 °C is 10 ⁇ 50kg per ton of slag, in order to introduce the appropriate amount of reducing agent, the inflow control unit 23 is melted Calculate the amount of reducing agent that can maintain the temperature of the slag in the range 1300 ⁇ 1600 °C.
  • the inflow amount control unit 23 is disposed below the slag reforming port 10 and measured from a weighing apparatus (number 50 in FIG. 5 to be described later) for weighing molten slag in the slag reforming port 10. From the weight of the molten slag, the amount of reducing agent capable of maintaining the temperature of the molten slag in the range of 1300 to 1600 ° C is calculated.
  • the inflow amount control unit 23 calculates the inflow amount of aluminum (Al) as a reducing agent to 10 to 50 kg when the weight of the molten slag measured from the repeater (reference numeral 50 of FIG. 5 to be described later) is 1 ton, By adjusting the control valve 24 on the pipe, the amount of the reducing agent (aluminum) calculated is introduced from the hopper 21 into the slag reforming port 10 through the lance pipe 22.
  • Table 2 shows the slag recovery for the aluminum (Al) input amount.
  • the recovery rate of Fe, a valuable metal is as high as 20%, and according to the above method, there is an advantage of stably recovering valuable metals without generating dust.
  • the melting point and specific gravity of the molten slag can be lowered and the inoculant for reforming the slag may be further introduced.
  • the melting point and specific gravity of the molten slag before the controlled cooling can be lowered and the inoculant for reforming the slag can be introduced.
  • the inoculant induces the foaming of molten slag above 1300 °C and changes the physical and chemical composition of molten slag in the direction of lowering melting point and specific gravity.
  • the specific gravity of the molten slag satisfies 3.0 g / cm 3 or less. At this time, the specific gravity of the molten slag is lowered by a combination of the inoculation agent and the factors in which FeO is recovered to Fe.
  • the principle is that when the inoculant is introduced, a low melting point oxide is formed by the oxidation reaction and is cooled by steam and carrier gas, thereby expanding the volume of the molten slag and lowering the specific gravity of the slag. The melting point of the molten slag is also lowered by the low melting point oxide.
  • the inoculant may be at least one selected from aluminum, silicon, quicklime, and the like.
  • Aluminum, silicon and quicklime are introduced at less than 400kg per ton of slag.
  • Aluminum and silicon decrease the specific gravity and melting point of molten slag as the amount added increases.
  • the molten slag is taken away before the reaction to solidify the slag so that it does not exceed 400 kg per ton of slag. Because the reaction to lower the melting point and specific gravity is possible only in the molten slag state.
  • the burner for maintaining or raising the temperature of the molten slag is disposed on the port cover 11 for efficient reaction of the molten slag and reducing agent or inoculant ( 60) further.
  • the reactivity of the molten slag with the reducing agent or the inoculant may be maintained at a predetermined level or more.
  • the burner 60 is LNG, oil (Oil) and oxygen as a fuel, the valuable metal recovery and multifunctional aggregate manufacturing apparatus 100 of the present invention, the slag reforming treatment port 10 into the LNG, It further includes a fuel supply pipe (61, 62, 63) formed through the port cover 11 to supply the oil (Oil) and oxygen.
  • a fuel supply pipe (61, 62, 63) formed through the port cover 11 to supply the oil (Oil) and oxygen.
  • reference numeral 61 is an LNG supply pipe
  • reference numeral 62 is an oil supply pipe
  • reference numeral 63 is an oxygen supply pipe.
  • iron (Fe) having a high specific gravity is separated into the slag reforming port 10 and the molten slag is positioned on the upper portion thereof.
  • Valuable metal recovered from molten slag and separated under slag reforming port 10 in order to increase the efficiency of controlled cooling and to make molten slag into a solid solid slag of porous structure after the completion of reduction and before performing controlled cooling of molten slag. It is necessary to discharge (Fe) to the outside of the slag reforming port 10, which is made through the outlet 12 formed on one side of the slag reforming port 10, as shown in FIG. ) May be formed under the slag reforming port 10.
  • the cooling means 30 and 40 of the present invention perform controlled cooling of the molten slag in the slag reforming port 10 in order to form the molten slag from which the valuable metal is recovered into a lightweight material having a porous structure.
  • an additive before cooling the molten slag may be further added.
  • the additive may be an additive for producing molten slag into the cement component.
  • the cooling means (30, 40) is a carrier for maximizing the reaction of the molten slag and the reducing agent and the steam supply unit (30) for cooling the molten slag to introduce the steam for producing the solid slag into the slag reforming port 10 And a gas supply unit 40 for introducing gas into the slag reforming port 10, and controlled cooling is achieved by injecting a mixture gas of the steam and the carrier gas into the molten slag.
  • the steam supply unit 30 is formed on the inner wall or bottom of the slag reforming port 10, the steam injection port 33 is injected with steam, and the outer wall of the steam injection port 33 and the slag reforming port 10 It includes a porous plug 32 for steam and a steam pipe 31 formed therebetween.
  • a plurality of steam inlets 33 for injecting steam are formed on inner walls and bottoms of the slag reforming port 10, and a steam pipe 31 is connected to the steam inlets 33.
  • a flow controller 34 for adjusting the injection amount and the injection pressure of steam is provided on the steam pipe 31.
  • the steam pipe 31 may be provided with a discharge pipe for discharging condensate generated due to heat loss of steam.
  • the porous plug 32 for steam is made of a porous refractory material having aluminum oxide or the like as a main component, and as shown in FIG. 3, a plurality of holes 32a are irregularly arranged.
  • the holes 32a are irregularly formed not only on the surface of the steam plug 32 for steam, but also inside the porous plug 32 so that gaseous or solid reducing agents transferred from the steam pipe 31 may pass therethrough.
  • the outer diameter of the porous plug 32 for steam is preferably formed to become smaller from the outer wall side of the slag reforming port 10 toward the inner wall side (see FIG. 3, D1> D2). As a result, even when the pressure in the slag reforming port 10 increases, it is possible to prevent the steam flowing into the slag reforming port 10 from flowing back to the steam pipe 31 side.
  • steam may be introduced into the slag reforming port 10 by using not only the configuration of the porous plug as described above, but also various inflow pipes or metal pipes.
  • the steam or the carrier gas may be adjusted by adjusting the inlet pressures of the steam and the carrier gas introduced into the slag reforming port 10 based on the static pressure of the molten slag detected inside the slag reforming port 10.
  • the pressure regulating unit 13 may be further provided to prevent the flow back to the outside of the slag reforming treatment port 10.
  • the pressure adjusting unit 13 is a sensor for detecting the static pressure of the molten slag in the slag reforming port 10, and controls the inlet pressure of the steam or carrier gas flowing into the slag reforming port 10 based on the static pressure. It consists of a control unit.
  • the pressure adjusting unit 13 automatically adjusts the inflow pressure of the steam and the carrier gas introduced into the slag reforming treatment port 10.
  • the predetermined control unit of the pressure adjusting unit 13 increases the inflow pressure of the steam and the carrier gas.
  • a plurality of microtubes composed of one of copper (Cu), iron (Fe), and stainless steel may be used for the steam pipe 31.
  • the structure of the gas supply unit 40 is also similar in structure and function to the steam supply unit 30.
  • the gas supply unit 40 is formed on the inner wall or the bottom of the slag reforming port 10 and is disposed between the gas injection port 43 through which the carrier gas is injected, and the gas injection port 43 and the outer wall of the slag reforming port 10.
  • a porous plug 42 for gas and a gas pipe 41 are formed.
  • the carrier gas may be air, nitrogen or argon gas.
  • a plurality of gas injection holes 43 for injecting a carrier gas therein are formed, and a gas pipe 41 is connected to the gas injection holes 43 so as to communicate with each other.
  • a flow regulator 44 for adjusting the injection amount and injection pressure of the gas is provided on the gas pipe 41.
  • the gas forrus plug 42 is similar in structure and function to the steam forrus plug 32, and thus description thereof will be omitted.
  • the present invention is not limited thereto, and the steam pipe of the steam supply unit for supplying steam and gas into the slag reforming port and the gas pipe of the gas supply unit are connected to each other so that gas and steam are mixed to control supply into the slag reforming port. It is also possible.
  • FIG. 4 is a block diagram of the apparatus for producing valuable metal recovery and multifunctional aggregate of slag according to another embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a configuration of the reducing agent inlet of the device for producing valuable metal recovery and multifunctional aggregate shown in Figure 4 It is also.
  • the reducing agent inlet 20 is the hopper 21, the lance pipe 22, and the inflow amount control unit 23.
  • the reducing agent inlet 20 may be a gas supply unit ( It may be configured to include an inflow amount control unit 23 for calculating the inflow amount of the reducing agent flowing into the slag reforming treatment port 10 through the 40 and the gas supply unit 40.
  • the reducing agent may be injected together with the carrier gas through the gas supply part 40.
  • the inflow amount control unit 23 calculates the amount of the reducing agent capable of maintaining the temperature of the molten slag at 1300 to 1600 ° C. based on the weight of the molten slag measured from the repeater 50,
  • the reducing agent is introduced into the slag reforming port 10 by the amount of the reducing agent calculated by adjusting the flow regulator 44 provided on the gas pipe 41.
  • the weighing device 50 may be an electronic balance composed of a load cell, and the like, and any type of scale used for measuring weight may be used.
  • the molten slag having a lower specific gravity and a lower melting point is cooled in a state where bubbles are formed therein, and becomes a solid solid slag having a porous structure. It can be easily broken without applying force.
  • the molten slag is not water-cooled or air-cooled in general, it is difficult to be crushed due to its high Fe content, and it has a high specific gravity of 3.5 g / cm 3 or more and expands due to phase transformation of f-CaO and f-MgO. There is a problem that can not be used as a raw material.
  • the solid slag of the porous structure produced by foaming and controlled cooling after reduction has a bulk density of 0.6 to 3.0 g / cm 3 .
  • Bulk density refers to the density in consideration of the volume (empty space) between the material and is also called density.
  • Steam is injected to cool the slag and carrier gas is injected to stir the molten slag and reducing agent. Steam has excellent cooling efficiency due to low expansion force and low slag temperature. Note that water is highly explosive and may explode, so do not apply it to hot molten slag cooling.
  • Cooling can be cooled to a cooling rate of 1 ⁇ 50 °C / sec to room temperature.
  • the cooling rate has a maximum minimum value according to the injection amount and pressure control of the carrier gas and steam at room temperature, and the cooling rate varies in the shape, strength, and tissue density of the solid slag.
  • Table 3 shows the maximum and minimum values of the gas and steam injection rate and the cooling rate according to the pressure control.
  • the cooling rate has a maximum value and a minimum value according to the injection amount and pressure control of the gas and steam at room temperature.
  • Table 4 shows the particle size after crushing the solid slag of the porous structure according to the cooling rate.
  • the particle size of the solid slag is formed to less than 50mm.
  • the particle size means the initial particle size after crushing.
  • the injection amount and pressure control of the gas and steam at room temperature are adjusted to maintain the cooling rate at 5 ⁇ 50 °C / sec. This is to increase the crushing efficiency of the solid slag.
  • the cooling rate is 5 °C / sec or more, the slag average particle size is 50mm or less, the crushing efficiency is high.
  • the upper limit value of the cooling rate is to apply the maximum value according to the injection amount and pressure control of the carrier gas and steam at room temperature.
  • Valuable metal recovery and multifunctional aggregate manufacturing apparatus 100 of the present invention further includes a water cooling line 70 to prevent thermal deformation of the slag reforming treatment port 10.
  • the slag reforming port 10 may be prevented from being thermally deformed by flowing water at room temperature through the water cooling line 70 disposed around the outer wall of the slag reforming port 10.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a first embodiment of a recovery device of the valuable metal recovery and multifunctional aggregate production apparatus shown in FIG.
  • Valuable metal recovery and multifunctional aggregate manufacturing apparatus 100 the hot steam generated after cooling the molten slag in the slag reforming treatment port 10, the slag reforming treatment port inside
  • the recovery apparatus 90 for recovering the dust generated from the reaction of the unreacted reducing agent powder and the molten slag and the reducing agent further comprises.
  • the recovery device 90 is a steam storage unit 91 and the dust recovery unit 92, the common pipe 93, steam for recovering and storing the high-temperature steam and dust (including unreacted reducing agent powder), respectively.
  • Pipe 94, dust pipe 95 and the adjusting unit 96 is included.
  • the steam and the dust introduced into the common pipe 93 are guided to the steam storage unit 91 and the dust recovery unit 92, respectively.
  • the timing at which the steam and the dust are generated is different.
  • the dust is passed to the dust pipe 95 by adjusting the adjusting unit 96 to guide the dust passing through the common pipe 93 to the dust recovery unit 92. Guide and collect.
  • control unit 96 is adjusted to guide the steam passing through the common pipe 93 to the steam recovery unit 91 to guide and collect the high temperature steam toward the steam pipe 94.
  • control unit 96 may use a direction switching valve such as a solenoid valve.
  • the recovery device 90 is a dust generated from the reaction of the hot slag generated after cooling the molten slag in the slag reforming port 10 using the control unit 96, the molten slag and the reducing agent. It can be selectively recovered.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a second embodiment of a recovery device of the valuable metal recovery and multifunctional aggregate production apparatus shown in FIG.
  • the recovery apparatus 90 illustrated in FIG. 7 may include a dust collecting hood 97 spaced apart from the upper portion of the slag reforming port 10 to suck and collect the steam and dust.
  • the steam or dust discharged to the upper slag reforming port 10 is collected by the dust collecting hood 97, and the steam or dust collected by the dust collecting hood 97 is discharged to the common pipe 93 to selectively
  • the steam storage unit 91 and the dust recovery unit 92 may be guided and stored.
  • FIG. 8 is a view showing a tilting device of the apparatus for producing valuable metal recovery and multifunctional aggregate shown in FIG.
  • the apparatus 100 for manufacturing valuable metals of the present invention and the multifunctional aggregate is a tilting device for tilting the slag reforming port 10 so as to discharge the solid slag from which the control cooling is completed to the outside in the slag reforming port 10. It further includes (75).
  • the molten slag becomes a solid solid slag of porous structure by controlled cooling, it is discharged to the outside for crushing and grinding.
  • the tilting device 75 is hinged to the side surface of the slag reforming port 10, and receives power from a predetermined power source (not shown) to tilt the slag reforming port 10 so as to tilt the slag reforming port 10. To the outside.
  • the tilting device 75 is fixed to the side of the slag reforming port 10 to tilt the slag reforming port 10, but the arrangement position of the tilting device 75 is not limited, and the tilting device 75 is provided. ) Can be fixed to the lower part of the slag reforming port 10 to move the slag reforming port 10 up and down.
  • FIG. 8 illustrates an embodiment using a hydraulic tilting device for tilting the slag reforming port 10 using a hydraulic cylinder supplied with hydraulic pressure from a predetermined hydraulic pressure source (not shown) as the tilting device 75. It is also possible to use a motor powered by a power source rather than a hydraulic system as a tilting device.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing a first embodiment of the welding prevention part of the valuable metal recovery and multifunctional aggregate manufacturing apparatus shown in FIG. 1
  • Figure 10 is a valuable metal recovery and multifunctional aggregate manufacturing apparatus shown in FIG.
  • Figure 2 is a block diagram showing a second embodiment of the anti-deposition portion
  • Figure 11 is a block diagram showing a third embodiment of the deposition prevention portion of the apparatus for producing valuable metal recovery and multifunctional aggregate shown in FIG.
  • Valuable metal recovery and multifunctional aggregate production apparatus 100 of the present invention the slag reforming process 10 in order to prevent the solid-state slag is completed in the slag reforming port 10 is deposited on the inner wall of the slag reforming port 10 Further comprising a welding prevention portion 80 provided outside the slag reforming treatment port (10).
  • the molten slag may be cooled and deposited on the inner wall of the slag reforming port 10.
  • the welding prevention part 80 which employ
  • the deposition preventing unit 80 may be a high frequency heater 81 radiating high frequency toward the slag reforming port 10 from the outside of the slag reforming port 10.
  • the high frequency heating (high frequency induction heating) used for metal heating is caused by the electromagnetic induction action using a high frequency current, and the slag reforming port is heated by heating the outer wall of the slag reforming port 10 by high frequency and conducted to the inner wall. (10) Welding is temporarily prevented by applying heat to the slag of the inner wall.
  • the deposition preventing unit 80 may be a vibrator 82 disposed under the slag reforming port 10 to transmit minute vibrations to the slag reforming port 10.
  • the deposition preventing unit 80 is embedded between the outer wall and the inner wall of the slag reforming port 10 and heats the heating wire between the inner wall and the outer wall of the slag reforming port 10. 83).
  • the solid slag of the porous structure has a low content of Fe, a valuable metal, and is easily crushed and crushed due to the porous structure.
  • the average particle size of the crushed and pulverized solid slag is uniform to 50 mm or less.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of the utilization of the multifunctional aggregate.
  • the multifunctional aggregate prepared as described above has a main component of CaO, Al 2 O 3 , SiO 2 , and has an application example as shown in FIG. 12, and does not require a separate firing process when used as a cement raw material. This not only reduces the amount of fuel used in cement production, but also reduces power consumption.
  • cement using multi-functional aggregates reduces carbon dioxide emissions by about 40%, as no firing process is required as compared to conventional cement production.
  • Table 5 shows the carbon dioxide (CO 2 ) reduction effect using the slag.
  • the multi-functional aggregate using slag reduces carbon dioxide emissions by about 40% compared to when producing cement. From this, the present invention is expected to contribute to the reduction of CO 2 emissions faced by the cement industry as the GHG reduction goal comes into force with the launch of the climate Change Agreement.
  • the multifunctional aggregate has excellent chemical resistance and excellent penetration resistance against chloride ions.
  • ASR Alkali Silica Reaction
  • the method and apparatus described above can be equally applied to slag discharged from a converter.
  • the apparatus for producing valuable metals of slag and the multifunctional aggregate according to another embodiment of the present invention relates to another embodiment of the slag reforming port, and description of the overlapping description with that of the first embodiment is omitted.
  • Figure 13 is a working flow chart using another embodiment of the valuable metal recovery and multi-functional aggregate manufacturing apparatus of slag.
  • a reducing agent such as carbon (C) and aluminum (Al) is supplied to the slag port. At this time, it may be added with the carrier gas to increase the stirring speed to increase the reaction rate. Description of the reducing agent and the carrier gas is the same as described above, and will be omitted.
  • the slag reforming port 130 is a device for controlled cooling of the molten slag in which the valuable metals are recovered, and includes cooling means for forming the molten slag in which the valuable metals are recovered as a lightweight material having a porous structure.
  • the cooling means includes a plurality of injection holes 150 for injecting carrier gas and steam into the inner wall and the bottom of the slag reforming port 130, and are mixed with the injection gas so that the carrier gas and steam are injected and mixed.
  • Tube 170 for injecting carrier gas and steam into the inner wall and the bottom of the slag reforming port 130, and are mixed with the injection gas so that the carrier gas and steam are injected and mixed.
  • the mixing tube 170 may be connected to one line so that the gas and steam are injected and then mixed and sprayed through the injection hole 150.
  • the mixing pipe 170 may be provided with a discharge pipe for discharging condensate generated due to heat loss of steam, and a flow controller for adjusting the injection amount and injection pressure of the gas and steam. Controlled cooling turns molten slag into solid slag of porous structure so that it can be easily broken without applying great force.
  • Solid slag of porous structure has low content of Fe, a valuable metal, and is easy to be crushed and crushed due to the porous structure.
  • the particle size of the crushed and pulverized solid slag is uniform to 50 mm or less.
  • the crushed and crushed slag can be screened into a high specific gravity slag and a low specific gravity slag through the floating specific gravity sorter 190.
  • High specific gravity slag is high in FeO and MnO, and can be selected using magnetic repulsion, magnetic screening or suspended gravity screening.
  • the operation of sorting the crushed and crushed slag into a high specific gravity slag and a low specific gravity slag is to enable the use as a lightweight aggregate by reducing the specific gravity while increasing the recovery of valuable metals.
  • the floating gravity sorter 190 used for this can be adopted in the shape (f) of FIG.
  • the floating gravity sorter 190 when the crushed and crushed slag is introduced through the inlet, slag having a particle size of 50 mm or less passes through the mesh network and slag having a particle size exceeding 50 mm is discharged through the outlet.
  • the slag that passed through the mesh network falls to the lower portion of the floating gravity sorter 190, and the slag that is dropped is a low-weight slag containing less FeO and MnO due to the wave of water supplied and floats on the water and contains a lot of FeO and MnO. Heavy slag sinks under water. Low specific gravity slag on the water is discharged to the outside beyond the horizontally formed jaw.
  • the discharged low specific gravity slag is formed into a multifunctional aggregate after drying.
  • the slag with a high specific gravity slag and the particle size exceeding 50mm can be formed into a multifunctional aggregate after recovering valuable metals by adding a reducing agent.
  • Slag valuable metal recovery and multi-functional aggregate manufacturing apparatus relates to another embodiment for introducing a reducing agent, and overlaps with the first embodiment and the second embodiment The description is omitted.
  • Figure 15 is a block diagram showing a reducing agent inlet according to another embodiment of the present invention.
  • the slag reforming port when the reducing agent is introduced into the slag reforming port (230,330) to perform the valuable metal recovery operation using the reducing agent in the slag reforming port (230,330) Instead of directly introducing the reducing agent from the top, side, or bottom of the 230, 330, the slag is introduced into the slag using the separate slag inlet vessel 223, or the slag discharged from the converter or the electric furnace is passed through the slag port 310.
  • a method of directly introducing a reducing agent into the reforming process port 330 is introduced.
  • the molten slag in the slag port 210 is discharged to the slag reforming port 230 is the same as the second embodiment, but using a reducing agent Valuable metal recovery operation is different from the second embodiment in that the slag reforming port (230, 330) is carried out instead of the slag port (210,310).
  • the reducing agent inlet 220 includes a hopper 221, a reducing agent inlet tube 222, and a slag inlet vessel 223.
  • Reducing agents such as carbon (C) and aluminum (Al) are stored in the hopper 221, and the reducing agent stored in the hopper 221 is introduced into the slag inlet vessel 223 through the reducing agent inlet pipe 222.
  • the slag inlet vessel 223 has a funnel shape, and a bottom hole 223a for discharging molten slag to the slag reforming port 230 is formed at a bottom surface thereof.
  • the slag inlet vessel 223 is disposed between the slag port 210 and the slag reforming port 230, and stores the molten slag discharged from the slag port 210 to be discharged to the slag reforming port 230.
  • a reducing agent is introduced into the molten slag discharged to the slag inlet vessel 223 through the reducing agent inlet pipe 222, and molten slag in the process.
  • the reducing agent flows directly into the.
  • the reduction reaction time for reducing the valuable metal oxide of the molten slag in the funnel-shaped slag inflow vessel 223 increases, the reaction surface area becomes wider, and the reactivity of the reduction reaction is greatly improved, and the slag reforming treatment port 230
  • the temperature of the molten slag can be prevented from being reduced by shortening the reduction reaction time and reducing the use of carrier gas.
  • a function of stably guiding the direct inflow of the reducing agent on the discharge path of the molten slag between the slag port 210 and the slag reforming treatment port 230 Although it can be performed, the molten slag is fused in the slag inlet vessel 223 may cause a problem that the inner wall or the lower hole 223a is blocked.
  • slag inlet vessel 223 is moved to the outside to spray cooling water to quench the slag to remove the solidified slag, or to apply a predetermined shock or vibration to the slag inlet vessel 223 moved to the outside. Can be removed.
  • the reducing agent inlet 320 includes a hopper 321 and a reducing agent inlet tube 322.
  • This embodiment is different from the above-described embodiment in that the slag inlet container 223 shown in FIG. 14 is not applied. Therefore, the reducing agent stored in the hopper 321 is not injected into the slag inlet vessel 223 through the reducing agent inlet pipe 322, but directly to the molten slag discharged from the slag port 310 to the slag reforming port 330. Is put into.
  • the reducing agent is directly introduced into the molten slag, and as a result, it is the same as the embodiment shown in FIG. 14 in that the reactivity of the reduction reaction is greatly improved.

Abstract

본 발명의 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 방법 및 그 장치에 의하면, 전로 또는 전기로로부터 슬래그 포트 또는 슬래그 개질 처리 포트로 배출된 용융 슬래그에 환원제를 투입하여 용융 슬래그에 포함된 유가금속을 회수할 수 있고, 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 다공성 구조의 경량물로 형성할 수 있다. 이에 따르면, 전로 또는 전기로에서 배출된 슬래그 중의 유가 금속(Fe, Mn)을 회수하고, 슬래그의 포밍과 제어냉각을 통해 저비중의 슬래그를 확보한 후 다기능 골재로 제조할 수 있는 이점이 있다. 이러한 다기능 골재는 조성을 시멘트(Cement) 조성으로 변경하여 시멘트를 제조하는데 적합하다. 또한, 시멘트 제조시 사용되는 연료의 사용량을 감소시킬 뿐 아니라 전력 소비량도 감소시키고, 이산화탄소 배출량을 약 40% 정도 낮추며, 화학저항성이 우수하고 염화물 이온에 대한 침투저항성이 우수하고, 내구성이 높은 콘크리트 구조물의 시멘트 원료로 활용가능하다.

Description

슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 방법 및 그 장치
본 발명은 전로, 전기로 등 제강공정에서 발생하는 슬래그를 이용하여 유가금속을 회수하고, 용융 슬래그의 개질을 통해 다기능성 골재를 제조할 수 있는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 방법에 관한 것이다.
슬래그는 철강제련공정에서 필연적으로 발생하는 생성물이다. 슬래그는 제선과정에서 철광석이나 코크스의 맥석 성분에서, 제강과정에서는 용선 또는 용강의 산화와 탈산시 생성되는 산화물 또는 정련을 목적으로 첨가되는 부원료 등에 의해 필연적으로 생성된다.
슬래그는 SiO2와 CaO를 기본계로 하여 정련반응의 종류에 따라 Al2O3, FeO, MgO, P2O5 및 CaS 등을 포함한다.
제선 슬래그는 CaO-SiO2-Al2O3를 기본계로 하고 있고, 용선 또는 용강의 산화반응에 기초하는 제강슬래그는 CaO-SiO2-FeO를 기본계로 하고 있다.
본 발명의 목적은 제강 용융 슬래그 중의 유가금속(Fe, Mn)을 회수하고 슬래그의 개질을 통해 시멘트, 혼화재료 및 특수용도 재료로 활용할 수 있도록 한, 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 슬래그의 유가금속 회수방법은, 환원기 조업전 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 포트 또는 슬래그 개질 처리 포트 내로 배출하는 단계와, 상기 슬래그 포트 또는 슬래그 개질 처리 포트 내로 배출된 용융 슬래그에 환원제 공급에 따른 슬래그의 물리화학적 조성을 제어하여 유가금속을 회수하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 환원제는, 탄소, 알루미늄, 실리콘, 나트륨, 칼슘, 마그네슘 및 CO 가스 중 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 환원제의 투입량은, 상기 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃로 유지하는 범위로 투입될 수 있다.
또한, 상기 알루미늄은 상기 슬래그 1ton당 10~50kg이 투입될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치는, 전로 또는 전기로로부터 배출된 용융 슬래그가 저장되는 슬래그 개질 처리 포트, 상기 용융 슬래그의 유가금속을 회수하기 위한 환원제를 상기 슬래그 개질 처리 포트 내부로 유입시키는 환원제 유입부 및 상기 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 다공성 구조의 경량물로 형성하기 위한 버블 발생 및 제어냉각을 수행하는 냉각수단을 포함한다.
또한, 상기 환원제 유입부는, 상기 환원제를 저장하는 호퍼와, 상기 환원제를 상기 슬래그 개질 처리 포트로 분사하도록 상기 호퍼로부터 상기 슬래그 개질 처리 포트 내부로 연장된 랜스 파이프 및 상기 랜스 파이프를 통해 상기 슬래그 개질 처리 포트로 유입되는 환원제의 유입량을 산출하는 유입량 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 환원제는, 탄소, 알루미늄, 실리콘, 나트륨, 칼슘, 마그네슘 및 CO 가스 중 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 환원제 유입부를 통해 상기 용융 슬래그의 개질 처리 및 슬래그의 융점과 비중을 낮추기 위한 접종제가 더 유입될 수 있다. 여기서, 상기 접종제는 알루미늄, 실리콘, 생석회 중 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 냉각수단은, 상기 용융 슬래그를 냉각하여 고상 슬래그를 제조하기 위한 스팀을 상기 슬래그 개질 처리 포트 내로 유입시키는 스팀 공급부 및 상기 용융 슬래그와 상기 환원제의 반응을 극대화하기 위한 캐리어 가스를 상기 슬래그 개질 처리 포트 내로 유입시키는 가스 공급부를 포함하고, 상기 용융 슬래그 내로 상기 스팀과 상기 캐리어 가스의 혼합기체를 주입하여 냉각이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 슬래그 개질 처리 포트 내부에서 감지된 용융슬래그의 정압에 근거하여, 상기 슬래그 개질 처리 포트 내로 유입되는 상기 스팀과 상기 캐리어 가스의 유입압력을 조절함으로써, 상기 스팀 또는 상기 캐리어 가스가 상기 슬래그 개질 처리 포트 외부로 역류하는 것을 방지하는 압력조절부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스팀 공급부는, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 내벽 또는 바닥에 형성되어 상기 스팀이 분사되는 스팀 분사구와, 상기 스팀 분사구와 상기 슬래그 개질 처리 포트의 외벽 사이에 형성된 스팀용 포러스 플러그(porous plug)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스 공급부는, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 내벽 또는 바닥에 형성되어 상기 캐리어 가스가 분사되는 가스 분사구와, 상기 가스 분사구와 상기 슬래그 개질 처리 포트의 외벽 사이에 형성된 가스용 포러스 플러그(porous plug)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스팀 공급부와 상기 가스 공급부는 상기 슬래그 개질 처리 포트내로 각각 스팀과 캐리어 가스를 공급하기 위한 스팀 파이프와 가스 파이프를 구비하고, 상기 스팀 파이프와 상기 가스 파이프는 서로 연결되어 상기 캐리어 가스와 스팀이 혼합되어 슬래그 개질 처리 포트 내로 제어 공급될 수 있다.
또한, 상기 환원제 유입부는, 상기 가스 공급부; 및 상기 가스 공급부를 통해 상기 슬래그 개질 처리 포트로 유입되는 환원제의 유입량을 산출하는 유입량 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유입량 제어부는, 상기 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃ 범위로 유지할 수 있는 환원제의 양을 산출할 수 있다.
또한, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 하부에 배치되어 상기 슬래그 개질 처리 포트 내의 용융 슬래그를 중량을 측정하는 계중장치를 더 포함하고, 상기 유입량 제어부는, 상기 계중장치로부터 측정된 용융 슬래그의 중량으로부터 상기 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃ 범위로 유지할 수 있는 환원제의 양을 산출할 수 있다.
또한, 상기 용융슬래그로부터 회수되어 상기 슬래그 개질 처리 포트 하부로 분리된 유가금속을 상기 슬래그 개질 처리 포트 외부로 배출하기 위한 배출구가 상기 슬래그 개질 처리 포트의 일측에 형성될 수 있다.
또한, 상기 슬래그 개질 처리 포트 내부에서 상기 용융슬래그를 냉각시킨 후 발생하는 고온의 스팀과, 상기 슬래그 개질 처리 포트 내부에서의 미반응 환원제 분체 및 상기 용융슬래그와 상기 환원제의 반응으로부터 발생하는 더스트를 회수하는 회수장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 회수장치는 상기 스팀과 더스트를 선택적으로 회수할 수 있다.
또한, 상기 회수장치는, 상기 슬래그 개질 처리 포트 상부로부터 이격되어 상기 스팀과 더스트를 흡인하여 포집하는 집진 후드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전로 또는 전기로로부터 배출된 용융 슬래그가 상기 슬래그 개질 처리 포트로 유입되도록 상기 슬래그 개질 처리 포트의 상부를 개폐하는 포트커버를 더 포함하고, 상기 포트커버에 배치되어 상기 슬래그 개질 처리 포트 내의 용융 슬래그의 온도를 유지 또는 상승시키는 버너를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 버너는 LNG, 오일 및 산소를 연료로 하고, 상기 슬래그 개질 처리 포트 내로 상기 LNG, 오일 및 산소를 공급하도록 상기 포트커버를 관통하여 형성된 연료공급관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 열변형을 방지하도록 상기 슬래그 개질 처리 포트의 외벽 둘레에 배치되는 수냉라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬래그 개질 처리 포트 내에서 제어냉각이 완료된 고상 슬래그를 외부로 배출하도록 상기 슬래그 개질 처리 포트를 경동시키는 경동장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬래그 개질 처리 포트 내에서 제어냉각이 완료된 고상 슬래그가 상기 슬래그 개질 처리 포트 내벽에 용착되는 것을 방지하기 위해 상기 슬래그 개질 처리 포트 외부에 구비된 용착방지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 용착방지부는, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 외부에서 상기 슬래그 개질 처리 포트를 향해 고주파를 방사하는 고주파 가열기일 수 있다.
또한, 상기 용착방지부는, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 하부에 배치되어 상기 슬래그 개질 처리 포트에 미세한 진동을 전달하는 진동장치일 수 있다.
또한, 상기 용착방지부는, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 외벽과 내벽 사이에 매입되는 열선일 수 있다.
또한, 상기 전로 또는 전기로와 상기 슬래그 개질 처리 포트 사이에 배치되어 상기 전로 또는 전기로로부터 배출된 용융 슬래그를 저장하여 상기 슬래그 개질 처리 포트로 배출시키는 슬래그 포트를 더 포함하고, 상기 환원제 유입부는 상기 환원제를 상기 슬래그 포트에서 슬래그 개질 처리 포트로 배출되는 용융 슬래그에 투입하는 환원제 유입관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전로 또는 전기로와 상기 슬래그 개질 처리 포트 사이에 배치되어 상기 전로 또는 전기로로부터 배출된 용융 슬래그를 저장하여 상기 슬래그 개질 처리 포트로 배출시키는 슬래그 포트를 더 포함하고, 상기 환원제 유입부는 상기 슬래그 포트와 상기 슬래그 개질 처리 포트 사이에 배치되어 상기 슬래그 포트로부터 배출된 용융 슬래그를 저장하여 상기 슬래그 개질 처리 포트로 배출시키는 슬래그 유입 용기 및 상기 환원제를 상기 슬래그 포트로부터 상기 슬래그 유입 용기로 배출되는 용융 슬래그에 투입하는 환원제 유입관을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조방법은, 환원기 조업전 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 포트 또는 슬래그 개질 처리 포트 내로 배출하고 환원제를 투입하여 상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속을 회수하는 단계와, 상기 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 냉각하여 다공성 구조의 고상 슬래그로 형성하는 단계와, 상기 다공성 구조의 고상 슬래그를 분쇄 및 파쇄한 후 골재형상으로 성형하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 냉각은 상기 용융 슬래그 내로 스팀과 캐리어 가스를 주입하여 이루어지고, 상기 스팀과 캐리어 가스는 상기 용융 슬래그의 냉각속도가 5~50℃/sec가 되도록 주입할 수 있다.
또한, 상기 스팀과 캐리어 가스는 상기 용융 슬래그의 중량과 온도에 따라 주입량과 압력이 조절되어 공급되고, 상기 스팀과 캐리어 가스에 의해 냉각된 슬래그 입도가 50mm 이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 용융 슬래그의 유가 금속 환원 후 포밍과 제어 냉각에 의해 생성된 냉각슬래그가 0.6~3.0 g/cm3의 용적밀도(Bulk Density)를 가질 수 있다.
또한, 상기 파쇄 및 분쇄된 슬래그는 부유비중선별법을 통해 고비중 슬래그와 저비중 슬래그로 선별될 수 있다.
본 발명에 의하면, 환원제를 이용하여 전로 또는 전기로에서 배출된 슬래그 중의 유가 금속(Fe, Mn)을 20% 수준까지 회수할 수 있다. 이는 슬래그 양을 감소시킬 뿐 아니라 유가금속(Fe, Mn)을 회수하여 재사용할 수 있어 비용 측면에서 유리한 이점이 있다.
또한, 본 발명은 환원제를 이용하므로 분진이 발생하지 않으면서도 안정적으로 유가금속을 회수한다. 따라서 자연환경을 보전하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 환원 후 슬래그의 포밍과 제어냉각을 통해 저비중의 슬래그를 확보한 후 다기능 골재로 제조할 수 있는 이점이 있다. 이러한 다기능 골재는 성분 자체가 천연골재, 시멘트 등과 성분이 유사하고 팽창성이 낮아 건물 층간 소음 방지재 등의 특수 용도로 제조되는 다기능성 경량골재를 대체하기에 적합하고 조성을 시멘트(Cement) 조성으로 변경하여 시멘트를 제조하는데 적합하다.
또한, 이러한 다기능 골재는 별도의 소성과정을 요구하지 않으므로 시멘트 제조시 사용되는 연료의 사용량을 감소시킬 뿐 아니라 전력 소비량도 감소시킨다. 또한, 이 다기능 골재를 사용한 시멘트는 기존 시멘트를 생산할 시와 비교하면 이산화탄소 배출량을 약 40%정도 낮추는 이점이 있다.
또한, 이 다기능 골재는 화학저항성이 우수하고 염화물 이온에 대한 침투저항성이 우수하다. 또한, 알칼리-실리카 반응(ASR, Alkali Silica Reaction)에 대한 억제효과가 있어 내구성이 높은 콘크리트 구조물의 시멘트 원료로 활용가능하다.
이와 같이, 본 발명은 고품질 시멘트, 경량 골재, 혼화재료로의 활용이 가능하고 친환경적이므로 건설 자재의 수급 불안정 해소에 기여할 수 있고, 슬래그에 포함된 유가금속을 회수할 수 있으므로 비용 측면에서 유리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 구성도,
도 2는 슬래그 포트를 통해 유가금속을 회수하는 방법을 보인 작업 과정도,
도 3은 도 1의 스팀용 포러스 플러그(porous plug)의 형상을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 구성도,
도 5는 도 4의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 환원제 유입부의 구성도,
도 6은 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 회수장치의 제1 실시예의 구성도,
도 7은 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 회수장치의 제2 실시예의 구성도,
도 8은 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 경동장치를 도시한 도,
도 9는 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 용착방지부의 제1 실시예를 도시한 구성도,
도 10은 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 용착방지부의 제2 실시예를 도시한 구성도,
도 11은 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 용착방지부의 제3 실시예를 도시한 구성도,
도 12는 다기능성 골재의 활용예를 보인 도.
도 13은 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 다른 실시예를 이용한 작업 과정도,
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 환원제 유입부를 도시한 구성도,
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 환원제 유입부를 도시한 구성도.
<부호의 설명>
10, 130, 230, 330: 슬래그 개질 처리 포트 20, 220, 320: 환원제 유입부
30: 스팀 공급부 40: 가스 공급부
50: 계중장치 60: 버너
70: 수냉라인 80: 용착방지부
90: 회수장치
100: 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 구성도이다. 도 2는 슬래그 포트를 통해 유가금속을 회수하는 방법을 보인 작업 과정도, 도 3은 도 1의 스팀용 포러스 플러그(porous plug)의 형상을 도시한 사시도이다.
본 발명의 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치(100)를 이용하여 유가금속을 회수하고, 다기능성 골재를 제조하는 방법은, 환원기 조업전 도 2에 도시된 전로, 전기로의 용융 슬래그를 도 1에 도시된 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 배출하고 환원제를 유입시켜 상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속을 회수한다.
여기서, 전술한 바와 같이, 전로, 전기로의 용융 슬래그를 도 1에 도시된 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 배출하고 환원제를 유입시켜 용융 슬래그에 포함된 유가금속을 회수할 수도 있지만, 전로, 전기로의 용융 슬래그를 도 2에 도시된 슬래그 포트(10a)에 투입하여, 슬래그 포트(10a)에 환원제를 투입하여 용융 슬래그에 포함된 유가금속을 회수하는 것도 가능하다.
슬래그 포트(10a)는 전로 또는 전기로와 슬래그 개질 처리 포트(10) 사이에 배치되어 상기 전로 또는 전기로로부터 배출된 용융 슬래그를 저장하여 슬래그 개질 처리 포트(10)로 배출시키는 장비로, 상기 유가금속 회수작업은 슬래그 개질 처리 포트(10) 또는 슬래그 포트(10a) 중 어느 곳에서 수행되더라도 무방하다.
산소친화력이 큰 물질인, 탄소(C), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 나트륨(Na), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 CO 가스 중 선택된 1종 이상의 환원제가 슬래그 포트(10a)로 투입되며, 그 투입량은 상기 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃로 유지하는 범위로 투입되는 것이 바람직하다. 또한, 환원제인 알루미늄은 상기 슬래그 1ton당 10~50kg이 투입되는 것이 바람직하다. 상기 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃로 유지하는 이유 및 알루미늄의 투입량에 관한 자세한 기재는 후술하기로 한다.
또한, 환원제를 이용한 유가금속 회수작업을 슬래그 포트에서 수행한 후, 상기 슬래그 포트 상부의 용융 슬래그를 슬래그 개질 처리 포트로 배출하여 제어냉각을 실시하는 것은, 도 13으로 설명되는 제2 실시예를 통해 후술하기로 한다.
본 발명은, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내의 용융 슬래그에 환원제를 유입시켜 상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속을 회수한 후, 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 다공성 구조의 경량물로 형성하기 위해 유가금속이 회수된 용융 슬래그에 버블을 발생시키고 제어냉각을 수행하여 다공질 구조의 고상 슬래그를 형성하고, 다공질 구조의 고상 슬래그를 분쇄 및 파쇄한 후 골재형상으로 성형한다. 이러한 다기능성 골재는 성분 자체가 천연골재, 시멘트와 유사하여 고품질 시멘트, 경량골재, 혼화재료로 활용이 가능하며, 특히 비중이 낮고 흡습성이 적어 다양한 용도의 특수 골재로 활용가능하다.
전술한 바와 같이 방법을 이용하여 유가금속을 회수하고, 다기능성 골재를 제조하는 본 프로세스를 'KH (Ki-Hwang) process'라 칭한다.
슬래그의 유가금속을 회수과정부터 설명하면, 전로 또는 전기로 등에서 생성되는 슬래그는 FeO와 같은 유가금속 산화물을 다량 함유하고 있다.
전기로제강공정 중 분석한 제강 슬래그의 화학조성은 아래의 표 1과 같다.
표 1 (단위: wt%)
구분 SiO2 AL2O3 T.Fe CaO MgO MnO P2O5 T/S CaO/SiO2
전기로용락 18.30 11.11 22.36 20.12 8.41 5.81 0.241 0.123 1.11
전기로산화정련 말기 19.29 11.39 19.02 22.12 8.61 6.28 0.213 0.100 1.14
LF도착 26.59 8.03 1.88 37.95 16.18 4.64 0.033 0.332 1.44
LF출강 26.44 6.92 0.58 48.05 13.18 0.84 0.024 0.785 1.83
전로, 전기로에서 발생되는 제강 슬래그에는 20% 이상의 유가금속 산화물이 함유되어 있고, 그 중에서도 전기로의 초기 슬래그에는 30% 이상의 유가금속 산화물이 함유되어 있다.
슬래그에 함유된 유가금속 산화물은 FeO가 대표적이며, FeO의 함량이 높으면 슬래그를 골재로 제조시 파쇄가 어렵고 시멘트 원료로 활용시 제약이 크다. 따라서, 슬래그에 포함된 유가금속을 회수한 후 제어 냉각을 통해 슬래그를 다공성 구조의 경량물로 형상을 변경한다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 전기로에서 생성되는 슬래그를 예로 들어 본 발명의 일 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조장치(100)는, 슬래그 개질 처리 포트(10), 환원제 유입부(20) 및 냉각수단(30, 40)을 포함한다.
전기로 슬래그의 배출은 산화정련이 완료되고 환원정련이 진행되기 전 즉, 산화정련 중반 이후부터 시행한다. 산화 정련 말기로 진행되면 슬래그 중 금속 산화물이 감소되면서 슬래그의 유동성이 악화되므로 슬래그 배출이 곤란하다. 따라서 슬래그 배출시기의 선택이 중요하다.
슬래그는 전기로를 기울이거나, 도어(Door)가 있는 경우 도어를 개방하여 별도의 슬래그 포트(도 2의 10a)로 슬래그를 먼저 배출한 후, 슬래그 개질 처리 포트(10)로 용융 슬래그를 장입시킨다. 하지만, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 슬래그를 슬래그 포트(도 2의 10a)를 거치지 않고, 전기로로부터 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 직접 배출하는 것도 물론 가능하다.
슬래그 개질 처리 포트(10)의 내벽은 열전도율이 높은 동판이나 철판으로 구성되고, 상기 전로 또는 전기로로부터 배출된 용융 슬래그가 슬래그 개질 처리 포트(10)로 유입되도록 슬래그 개질 처리 포트(10) 상부에는 슬래그 개질 처리 포트(10)의 상부를 개폐하는 포트커버(11)가 구비된다.
전로 또는 전기로로부터 배출된 용융 슬래그가 슬래그 개질 처리 포트(10)에 저장되면, 환원제 유입부(20)를 이용하여 상기 용융 슬래그의 유가금속을 회수하기 위한 환원제를 슬래그 개질 처리 포트(10)로 유입시킨다.
구체적으로, 환원제 유입부(20)는 환원제를 저장하는 호퍼(21)와, 환원제를 슬래그 개질 처리 포트(10) 내부로 분사하도록 호퍼(21)로부터 슬래그 개질 처리 포트(10) 내부로 연장된 랜스 파이프(22) 및 랜스 파이프(22)를 통해 슬래그 개질 처리 포트(10)로 유입되는 환원제의 유입량을 산출하는 유입량 제어부(23)를 포함한다.
슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 배출된 용융 슬래그에 환원제를 유입시키는 과정을 설명하면 다음과 같다.
환원제는 용융 슬래그의 유가금속 산화물 중 특히 FeO를 Fe로 환원시키기 위한 것이다. 환원제로는 산소와의 친화력이 큰 탄소(C), 알루미늄(Al) 등의 산소 친화력이 큰 물질이 사용되고, 그 밖에 실리콘(Si), 나트륨(Na), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 CO 가스 중 선택된 1종 이상도 사용될 수 있다.
탄소(C), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 나트륨(Na), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 CO 가스 중 선택된 1종 이상의 환원제는 환원제 유입부(20)를 통해 슬래그 개질 처리 포트(10)로 공급된다.
이 때 교반력을 높여 반응 속도를 증가시키기 위해 환원제와 함께 캐리어 가스(carrier gas)를 유입시킬 수도 있다. 상기 캐리어 가스는 공기(air), 질소 또는 아르곤 가스일 수 있으며, 후술할 가스 공급부(40)를 통해 슬래그 개질 처리 포트(10)로 공급된다.
알루미늄(Al)은 철(Fe)의 강력한 환원을 위해 유입된다.
용융 슬래그에 함유된 철(Fe)의 환원은 용융 슬래그의 온도가 높고 반응속도가 높을수록 유리하다. 그런데, 탄소(C)에 의한 철(Fe)의 환원반응은 흡열반응이므로 용융 슬래그의 온도를 낮추게 된다.
용융 슬래그는 배출시 온도가 1600℃ 정도이나 탄소(C)에 의한 철(Fe)의 환원반응과 외적인 요인 등에 의해 배출된 후에는 용융 슬래그의 온도가 1시간당 200~300℃정도 떨어진다.
용융 슬래그를 고온으로 유지하기 위해 별도의 열원이 필요하나 환원제로 알루미늄(Al)을 사용하면 알루미늄(Al) 산화에너지가 발생한다. 알루미늄(Al)에 의한 철(Fe)의 환원반응식은 3FeO + 2Al → 3Fe + Al2O3---187.1kcal로 발열반응이며, 이 반응은 환원되면서 열을 발생하므로 테르밋 반응(Thermit reaction)이라고 한다.
알루미늄(Al)의 유입량은 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃로 유지하는 범위로 제어한다. 용융 슬래그의 온도는 고온일수록 철(Fe)의 환원에 유리하나 1600℃를 초과하면 슬래그 포트의 과도한 침식이 발생할 수 있고, 1300℃ 미만이면 환원반응이 급격히 저하된다.
구체적으로 그 과정을 살펴보면, 전기로의 용융 슬래그가 슬래그 포트 내로 배출되면 유입된 탄소(C)가 환원제 역할을 하여 FeO + C → Fe + CO의 환원반응이 진행된다.
이 과정에서 용융 슬래그의 온도가 낮아질 수 있으나 이후, 알루미늄(Al)을 유입시키면 3FeO + 2Al → 3Fe + Al2O3---187.1kcal의 발열반응에 의해 용융 슬래그의 온도가 고온으로 유지되어 환원반응이 촉진된다. 여기서, 환원반응에 의해 생성된 Al2O3는 슬래그의 조성 변화를 일으키고, 융점을 낮춘다.
용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃로 유지하기 위한 알루미늄(Al)의 유입량은 슬래그 1ton당 10~50kg이다. 알루미늄(Al)의 유입량은 조업 조건에 따라 알루미늄(Al) 실수율을 50~100%로 설정한 값이다.
알루미늄(Al)의 유입량은 아래의 반응식 및 발열량 공식에 의해 산출한다.
<반응식> 3FeO + 2Al → 3Fe + Al2O3---187.1kcal
<발열량> Q=CMT
여기서, Q:발열량, C:슬래그 열용량, M:슬래그 중량, T:승온온도이다.
예를 들어, 슬래그 중량이 10ton, 슬래그 중 FeO 함량이 1ton이라 가정하면 알루미늄(Al)의 유입량은 251kg이 된다.
계산과정은 아래와 같다.
FeO 1mole과 반응하는 Al은 2/3mole
FeO 1mole=71.8g
FeO 1ton=1000000/71.8=13928mole
FeO 13928mole과 반응하는 Al은 9285mole
Al 9285mole → 9285mole×27g/mole=251kg
용융 슬래그 중 FeO의 함량 측정은 분광계(spectro meter)를 이용하거나 습식 등의 방법을 이용할 수 있다.
살펴본 바와 같이, 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃로 유지하기 위한 알루미늄(Al)의 유입량은 슬래그 1ton당 10~50kg이며, 이와 같은 적정량의 환원제를 유입시키기 위하여, 상기 유입량 제어부(23)에서는 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃ 범위로 유지할 수 있는 환원제의 양을 산출한다.
그러기 위해서 유입량 제어부(23)는 슬래그 개질 처리 포트(10)의 하부에 배치되어 슬래그 개질 처리 포트(10) 내의 용융 슬래그를 중량을 측정하는 계중장치(후술할 도 5의 도면번호 50)로부터 측정된 용융 슬래그의 중량으로부터 상기 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃ 범위로 유지할 수 있는 환원제의 양을 산출한다.
예를 들어, 유입량 제어부(23)는 계중장치(후술할 도 5의 도면번호 50)로부터 측정된 용융 슬래그의 중량이 1ton 인 경우, 환원제인 알루미늄(Al)의 유입량을 10~50kg로 산출하여, 파이프 상의 제어밸브(24)를 조절함으로써, 산출된 환원제(알루미늄)의 양만큼 호퍼(21)로부터 슬래그 개질 처리 포트(10) 내부로 랜스 파이프(22)를 통해 유입시키는 것이다.
아래의 표 2는 알루미늄(Al) 투입량에 대한 슬래그 회수율을 나타낸 것이다.
표 2
구분 슬래그 함량 슬래그 중 FeO함량 환원제 슬래그 온도(1시간 후) Fe 회수율 비고
C Al
1 1ton 100kg 흑연도가니로부터 공급 6kg 1250~1350℃ 1~3% 비교예
2 1ton 100kg 9kg 1270~1370℃ 3~5% 비교예
3 1ton 100kg 25kg 1300~1400℃ 18~21% 발명예
4 1ton 100kg 45kg 1400~1500℃ 19~22% 발명예
표 2에 도시된 바에 의하면, 유가금속인 Fe의 회수율이 20% 수준으로 높으며, 상술한 방법에 의하면 분진이 발생하지 않으면서도 안정적으로 유가금속을 회수할 수 있는 이점이 있다.
한편, 환원제 유입부(20)를 통해 용융 슬래그의 융점과 비중을 낮추고 슬래그의 개질을 위한 접종제가 더 유입될 수 있다.
즉, 제어 냉각 전 용융 슬래그의 융점과 비중을 낮추고 슬래그의 개질을 위한 접종제를 유입시킬 수 있다. 접종제는 1300℃이상인 용융 슬래그의 포밍을 유도하여 융점과 비중을 낮추는 방향으로 용융 슬래그의 물리,화학적 조성을 변화시킨다.
용융 슬래그의 비중은 3.0 g/cm3 이하를 만족한다. 이때, 용융 슬래그의 비중은 접종제의 투입과 FeO가 Fe로 회수되는 요인이 복합적으로 작용하여 낮아진다.
그 원리는, 접종제를 유입시키면 산화반응에 의해 저융점 산화물이 형성되며 또한 스팀과 캐리어 가스(carrier gas)에 의해 냉각 되면서 용융 슬래그의 부피가 팽창되어 슬래그의 비중이 낮아진다. 그리고 저융점 산화물에 의해 용융 슬래그의 융점도 낮아지게 된다.
여기서, 접종제는 알루미늄, 실리콘, 생석회 등에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
알루미늄, 실리콘, 생석회 등은 슬래그 1ton당 400kg 이하로 유입된다. 알루미늄과 실리콘은 첨가량이 증가하면 용융 슬래그의 비중과 융점을 낮추는 역할을 한다. 하지만 과도하게 첨가되면 반응전 용융 슬래그의 열을 빼앗아 슬래그를 응고시키므로 슬래그 1ton당 400kg을 초과하지 않도록 한다. 왜냐하면 융점과 비중을 낮추기 위한 반응은 용융 슬래그 상태에서만 가능하기 때문이다.
본 발명의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조장치(100)는, 용융 슬래그와 환원제 또는 접종제와의 효율적인 반응을 위하여 포트커버(11)에 배치되어 용융 슬래그의 온도를 유지 또는 상승시키는 버너(60)를 더 포함한다. 상기 버너(60)를 통해 용융 슬래그의 온도가 일정하게 유지시킴으로써 용융 슬래그와 환원제 또는 접종제와의 반응성을 일정수준 이상 유지시킬 수 있다.
여기서, 상기 버너(60)는 LNG, 오일(Oil) 및 산소를 연료로 하고, 본 발명의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조장치(100)는, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 상기 LNG, 오일(Oil) 및 산소를 공급하도록 포트커버(11)를 관통하여 형성된 연료공급관(61, 62, 63)을 더 포함한다. 도 1을 참조하면, 도면번호 61은 LNG 공급관, 도면번호 62는 오일(Oil) 공급관, 도면번호 63은 산소 공급관이다.
환원은 알루미늄(Al) 유입 후 1~2시간 후면 완료된다.
환원이 완료되면 비중이 높은 철(Fe)이 슬래그 개질 처리 포트(10) 하부로 분리되고 그 상부에 용융 슬래그가 위치하게 된다.
환원 완료 후 용융 슬래그의 제어 냉각을 수행하기 전, 제어 냉각의 효율을 높이고, 용융 슬래그를 다공질 구조의 고상 슬래그로 만들기 위하여, 용융 슬래그로부터 회수되어 슬래그 개질 처리 포트(10) 하부로 분리된 유가금속(Fe)을 슬래그 개질 처리 포트(10) 외부로 배출할 필요가 있고, 이는 슬래그 개질 처리 포트(10) 일측에 형성된 배출구(12)를 통해 이루어지며, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 배출구(12)가 슬래그 개질 처리 포트(10)의 하부에 형성될 수도 있다.
본 발명의 냉각수단(30, 40)은 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 다공성 구조의 경량물로 형성하기 위하여, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내에서 용융 슬래그의 제어 냉각을 수행한다.
여기서, 용융 슬래그의 냉각 전 첨가제가 더 투입될 수 있다. 첨가제는 용융 슬래그를 시멘트 성분으로 제조하기 위한 첨가제일 수 있다.
상기 냉각수단(30, 40)은, 용융 슬래그를 냉각하여 고상 슬래그를 제조하기 위한 스팀을 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 유입시키는 스팀 공급부(30) 및 용융 슬래그와 환원제의 반응을 극대화하기 위한 캐리어 가스를 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 유입시키는 가스 공급부(40)를 포함하고, 제어냉각은 상기 용융 슬래그 내로 상기 스팀과 상기 캐리어 가스의 혼합기체를 주입함으로써 이루어지게 된다.
구체적으로, 스팀 공급부(30)는 슬래그 개질 처리 포트(10)의 내벽 또는 바닥에 형성되어 스팀이 분사되는 스팀 분사구(33)와, 상기 스팀 분사구(33)와 슬래그 개질 처리 포트(10)의 외벽 사이에 형성된 스팀용 포러스 플러그(32, porous plug)와 스팀 파이프(31)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 슬래그 개질 처리 포트(10)의 내벽과 바닥에는 내부로 스팀을 분사하는 복수의 스팀 분사구(33)가 형성되고, 스팀 분사구(33)에 스팀 파이프(31)가 연통되어 연결된 구조를 갖는다. 스팀의 주입량과 주입 압력을 조절하기 위한 유량조절기(34)가 스팀 파이프(31) 상에 구비되어 있다. 또한, 도시되지는 않았지만 스팀 파이프(31)에는 스팀의 열 손실로 인해 생성된 응축수를 배출하는 배출관이 구비될 수 있다.
여기서, 스팀용 포러스 플러그(32, porous plug)는 산화 알미늄 등을 주성분으로 할 수 있는 다공성의 내화물로 이루어지고, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 구멍(32a)들이 불규칙하게 배열되어 있다. 상기 구멍(32a)들은 스팀용 포러스 플러그(32)의 표면 뿐만 아니라, 포러스 플러그(32) 내부에도 불규칙하게 형성되어 있어, 스팀 파이프(31)로부터 전달되는 기상 또는 고상의 환원제가 통과될 수 있다.
도 3을 참조하면, 스팀용 포러스 플러그(32)의 외경은 슬래그 개질 처리 포트(10)의 외벽측에서 내벽측으로 갈수록 작아지도록 형성되는 것이 바람직하다(도 3을 참조하면, D1 > D2). 이에 따라, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내의 압력이 높아지는 경우라도, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 유입된 스팀이 스팀 파이프(31) 측으로 역류하는 것을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 상기와 같은 포러스 플러그와 같은 구성 뿐만 아니라, 각종 유입관 또는 쇠관 등을 이용하여 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 스팀을 유입시킬 수 있다.
또한, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내부에서 감지된 용융슬래그의 정압에 근거하여, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 유입되는 상기 스팀과 상기 캐리어 가스의 유입압력을 조절함으로써, 상기 스팀 또는 상기 캐리어 가스가 슬래그 개질 처리 포트(10) 외부로 역류하는 것을 방지하는 압력조절부(13)가 더 구비될 수 있다.
압력조절부(13)는 슬래그 개질 처리 포트(10) 내의 용융 슬래그의 정압을 감지하는 센서와, 상기 정압에 근거하여 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 유입되는 스팀 또는 캐리어 가스의 유입압력을 제어하는 제어부로 구성된다.
구체적으로, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내의 용융 슬래그의 정압이 높아지면, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 유입된 스팀 또는 캐리어 가스가 스팀 파이프(31) 또는 가스 파이프(41) 측으로 역류할 수 있다. 이 경우, 역류를 방지하도록, 압력조절부(13)는 자동적으로 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 유입되는 스팀과 캐리어 가스의 유입압력을 조절하게 된다.
이를 위해서, 소정의 센서에 의해 슬래그 개질 처리 포트(10) 내의 용융슬래그의 정압을 감지하고, 감지된 정압이 소정 압력 이상인 경우 상기 정압을 극복하여 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 스팀과 캐리어 가스가 원활히 유입될 수 있도록, 압력조절부(13)의 소정의 제어부에서 스팀과 캐리어 가스의 유입압력을 상승시키도록 한다.
또한, 도시되지는 않았지만, 상기 스팀용 포러스 플러그(32)의 구멍(32a)을 이용하는 대신, 구리(Cu), 철(Fe), 스테인레스강 중 1종으로 구성된 복수의 미세관들을 스팀 파이프(31)와 연결하여, 상기 복수의 미세관들을 통해 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 스팀을 분사하는 구성도 채용할 수 있다.
가스 공급부(40)의 구조도 상기 스팀 공급부(30)의 구조와 기능이 거의 유사하다. 가스 공급부(40)는 슬래그 개질 처리 포트(10)의 내벽 또는 바닥에 형성되어 캐리어 가스가 분사되는 가스 분사구(43)와, 상기 가스 분사구(43)와 슬래그 개질 처리 포트(10)의 외벽 사이에 형성된 가스용 포러스 플러그(42, porous plug)와 가스 파이프(41)를 포함한다. 여기서, 상기 캐리어 가스는 공기(Air), 질소 또는 아르곤 가스가 사용될 수 있다.
슬래그 개질 처리 포트(10)의 내벽과 바닥에는 내부로 캐리어 가스를 분사하는 복수의 가스 분사구(43)가 형성되고, 가스 분사구(43)에 가스 파이프(41)가 연통되어 연결된 구조를 갖는다. 가스의 주입량과 주입 압력을 조절하기 위한 유량조절기(44)가 가스 파이프(41) 상에 구비되어 있다.
가스용 포러스 플러그(42)는 상기 스팀용 포러스 플러그(32)와 그 구조 및 기능이 유사하므로 설명을 생략한다.
상기 실시예와 같이, 스팀과 캐리어 가스가 각각 별개의 스팀 공급부(30)와 가스 공급부(40)를 통해 슬래그 개질 처리 포트(10) 내로 주입되는 경우에는 스팀과 캐리어 가스의 유량 및 주입압력을 개별적으로 제어할 수 있는 이점이 있다.
하지만 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 슬래그 개질 처리 포트내로 스팀과 가스를 공급하기 위한 스팀 공급부의 스팀 파이프와 가스 공급부의 가스 파이프가 서로 연결되어 가스와 스팀이 혼합되어 슬래그 개질 처리 포트 내로 제어 공급되는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 구성도, 도 5는 도 4에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 환원제 유입부의 구성도이다.
도 1의 실시예에서는 환원제 유입부(20)가 호퍼(21), 랜스 파이프(22) 및 유입량 제어부(23)인 것으로 설명하였으나, 도 4의 실시예에서는 환원제 유입부(20)를 가스 공급부(40) 및 가스 공급부(40)를 통해 슬래그 개질 처리 포트(10)로 유입되는 환원제의 유입량을 산출하는 유입량 제어부(23)를 포함하는 것으로 구성할 수도 있다.
즉 도 1의 실시예와 달리, 가스 공급부(40)를 통해 환원제를 캐리어 가스와 함께 주입할 수 있다.
이 경우, 도 5를 참조하면, 유입량 제어부(23)는 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃로 유지할 수 있는 환원제의 양을 계중장치(50)로부터 측정된 용융 슬래그의 중량에 근거하여 산출하고, 가스 파이프(41) 상에 구비된 유량조절기(44)를 조절하여 산출된 환원제의 양만큼 슬래그 개질 처리 포트(10) 내부로 환원제를 유입시킨다. 상기 계중장치(50)는 로드셀(Load Cell)로 구성된 전자저울 등이 이용될 수 있으며, 이 외에도 중량을 측정하기 위해서 사용되는 어떠한 형식의 저울이라도 적용 가능하다.
한편, 상기 스팀과 상기 캐리어 가스의 혼합기체를 용융 슬래그 내로 주입하여 제어 냉각을 수행하면, 비중과 융점이 낮아진 용융 슬래그는 내부에 기포가 생성된 상태에서 냉각되어 다공질 구조의 고상 슬래그로 되고, 큰 힘을 가하지 않고도 쉽게 파쇄될 수 있게 된다.
만약 본 발명의 제어 냉각이 아닌, 용융 슬래그를 일반적인 수냉 또는 공냉 처리하면 Fe함량이 높아 파쇄가 어렵고, 3.5 g/cm3 이상의 높은 비중과 f-CaO와 f-MgO의 상변태에 의한 팽창성으로 인해 시멘트 원료로 사용이 불가능하게 되는 문제가 있게 된다.
환원 후 포밍과 제어 냉각에 의해 제조된 다공질 구조의 고상 슬래그는 0.6~3.0g/cm3의 용적밀도(Bulk Density)를 갖는다. 용적밀도는 물질과 물질 사이의 부피(빈공간)을 고려한 밀도를 의미하며 가밀도라고도 한다.
용적밀도는 0.6 g/cm3 미만이면 건축물의 경량골재로 적용시 층간소음을 방지하는 효과가 미비하고, 3.0 g/cm3을 초과하면 시멘트 원료로 사용이 어렵다.
스팀은 슬래그의 냉각을 위해 주입되고 캐리어 가스는 용융슬래그와 환원제의 교반반응을 위해 주입된다. 스팀은 슬래그의 온도를 낮추면서 팽창력이 적어 냉각효율이 우수하다. 참고로 물은 팽창력이 커 폭발의 위험이 있으므로 고온의 용융 슬래그 냉각에 적용하지 않도록 한다.
냉각은 상온까지 1~50℃/sec의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 냉각속도는 상온의 캐리어 가스 및 스팀의 주입양과 압력조절에 따라 최대 최소값을 가지게 되며, 이 냉각속도에 따라 고상 슬래그의 형상, 강도, 조직 치밀도에 차이가 난다.
표 3은 가스 및 스팀의 주입량과 압력조절에 따른 냉각속도의 최대값과 최소값을 나타낸 것이다.
표 3
구분 용융 슬래그 온도(℃) 냉각된 슬래그 온도(℃) 냉각소요 시간(s) 냉각속도(℃/sec)
1 1400 100 26 50(최대값)
2 1400 100 1800 1(최소값)
표 3을 참조하면, 냉각속도는 상온의 가스 및 스팀의 주입양과 압력조절에 따라 최대값 및 최소값을 가지게 됨을 알 수 있다.
표 4는 냉각속도에 따른 다공성 구조의 고상 슬래그를 파쇄한 후 입도를 나타낸 것이다.
표 4
구분 냉각속도(℃/sec) 냉각된 고상 슬래그 입도(mm)
1 1~5 40~70
2 5~20 15~50
3 20~35 5~20
4 15~50 1~10
표 4를 참조하면, 냉각속도가 5~50℃/sec로 유지된 경우 고상 슬래그의 입도는 50mm 이하로 형성됨을 파악할 수 있다. 여기서, 입도는 파쇄 후 초기 입자사이즈를 의미한다.
표 3 및 표 4를 통해, 환원 후 포밍, 제어냉각 및 파쇄에 의해 입도가 50mm이고 비중이 낮은 슬래그를 확보할 수 있음을 알 수 있다.
표 3 및 표 4에 나타난 데이터에 근거하여, 냉각속도가 5~50℃/sec로 유지되게 상온의 가스 및 스팀의 주입양과 압력조절을 조절한다. 이는 고상 슬래그의 파쇄효율을 높이기 위한 것으로 냉각속도가 5℃/sec 이상일 경우 슬래그 평균입도가 50mm 이하로 파쇄효율이 높다. 그리고, 냉각속도의 상한 값은 상온의 캐리어 가스 및 스팀의 주입량과 압력조절에 따른 최대값을 적용하기로 한다.
본 발명의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조장치(100)는, 슬래그 개질 처리 포트(10)의 열변형을 방지하는 수냉라인(70)을 더 포함한다.
슬래그 개질 처리 포트(10) 내부에서는, 고온의 용융슬래그에 의한 반복적인 열충격이 가해지게 되고, 그로 인해 슬래그 개질 처리 포트(10)가 열변형을 일으킬 수 있다. 이를 방지하도록 슬래그 개질 처리 포트(10)의 외벽 둘레에 배치되는 수냉라인(70)을 통해 상온의 물을 유동시킴으로써 슬래그 개질 처리 포트(10)가 열변형되는 것이 방지될 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 회수장치의 제1 실시예의 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조장치(100)는, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내부에서 용융슬래그를 냉각시킨 후 발생하는 고온의 스팀, 상기 슬래그 개질 처리 포트 내부에서 미반응 환원제 분체 및 용융슬래그와 환원제의 반응으로부터 발생하는 더스트를 회수하는 회수장치(90)를 더 포함한다.
여기서, 상기 회수장치(90)는 상기 고온의 스팀과 더스트(미반응 환원제 분체를 포함)를 각각 회수하여 저장하는 스팀 저장부(91)와 더스트 회수부(92), 공통배관(93), 스팀배관(94), 더스트배관(95) 및 조절부(96)를 포함한다.
구체적으로, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내부에서 용융슬래그를 냉각시킨 후에는 고온의 스팀이 발생하고, 상기 고온의 스팀은 공통배관(93)을 통해 슬래그 개질 처리 포트(10) 외부로 배출된다. 이와 유사하게, 용융슬래그와 환원제의 반응으로부터 더스트가 발생되면, 상기 더스트는 공통배관(93)을 통해 슬래그 개질 처리 포트(10) 외부로 배출된다.
도 6을 참조하면, 공통배관(93)으로 유입되는 상기 스팀과 더스트는 각각 스팀 저장부(91)와 더스트 회수부(92)로 안내된다.
구체적으로 설명하면, 고온의 스팀은 용융슬래그를 냉각시킬 때 발생하는 것이고, 더스트는 용융슬래그와 환원제의 반응시 발생하는 것이므로, 상기 스팀과 더스트가 발생하는 시점은 상이하다.
각 시점에 따라 설명하면, 용융슬래그와 환원제의 반응시에는 공통배관(93)을 통과한 더스트가 더스트 회수부(92)로 안내되도록 조절부(96)를 조절하여 더스트배관(95) 쪽으로 더스트를 안내하여 수집한다.
또한, 용융슬래그를 제어냉각할 때에는 공통배관(93)을 통과한 스팀이 스팀 회수부(91)로 안내되도록 조절부(96)를 조절하여 스팀배관(94) 쪽으로 고온의 스팀을 안내하여 수집한다. 여기서 상기 조절부(96)는 솔레노이드 밸브와 같은 방향전환 밸브 등을 이용할 수 있다.
즉, 상기 회수장치(90)는 조절부(96)를 이용하여 슬래그 개질 처리 포트(10) 내부에서 용융슬래그를 냉각시킨 후 발생하는 고온의 스팀과, 용융슬래그와 환원제의 반응으로부터 발생하는 더스트를 선택적으로 회수할 수 있게 된다.
이와 같이, 스팀 저장부(91)로 안내되어 회수된 고온의 스팀의 배열을 회수하여 재활용함으로써 효율을 높일 수 있고, 더스트 회수부(92)로 안내된 더스트를 집진처리하여 오염물질의 배출을 방지할 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 회수장치의 제2 실시예의 구성도이다.
도 7에 도시된 회수장치(90)는, 슬래그 개질 처리 포트(10) 상부로부터 이격되어 상기 스팀과 더스트를 흡인하여 포집하는 집진 후드(97)를 포함할 수 있다.
따라서, 슬래그 개질 처리 포트(10) 상부로 배출되는 스팀 또는 더스트는 집진 후드(97)에 의해 포집되고, 집진 후드(97)로 포집된 스팀 또는 더스트는 공통배관(93)으로 배출되어 각각 선택적으로 스팀 저장부(91)와 더스트 회수부(92)로 안내되어 저장될 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 경동장치를 도시한 도이다.
본 발명의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치(100)는, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내에서 제어냉각이 완료된 고상 슬래그를 외부로 배출하도록 슬래그 개질 처리 포트(10)를 경동시키는 경동장치(75)를 더 포함한다.
제어 냉각에 의해 용융 슬래그가 다공질 구조의 고상 슬래그로 되면 이를 파쇄, 분쇄하기 위하여 외부로 배출시킨다.
도 8을 참조하면, 경동장치(75)가 슬래그 개질 처리 포트(10)의 측면에 힌지결합되어, 소정의 동력원(미도시)으로부터 동력을 공급받아 슬래그 개질 처리 포트(10)를 경동시킴으로써 고상 슬래그를 외부로 배출시킨다.
도 8에서는 경동장치(75)가 슬래그 개질 처리 포트(10)의 측면에 고정되어 슬래그 개질 처리 포트(10)를 경동시키고 있으나, 경동장치(75)의 배치위치는 한정이 없으며, 경동장치(75)를 슬래그 개질 처리 포트(10)의 하부에 고정시켜 슬래그 개질 처리 포트(10)를 상하로 이동시키는 것도 가능하다.
또한, 도 8에서는 경동장치(75)로서 소정의 유압원(미도시)으로부터 유압을 공급받는 유압실린더를 이용하여 슬래그 개질 처리 포트(10)를 경동시키는 유압경동장치를 이용하는 실시예를 도시하고 있으나, 유압방식이 아니라 전원을 동력으로 하는 모터를 경동장치로 이용하는 것도 가능하다.
도 9는 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 용착방지부의 제1 실시예를 도시한 구성도, 도 10은 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 용착방지부의 제2 실시예를 도시한 구성도, 도 11은 도 1에 도시된 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 용착방지부의 제3 실시예를 도시한 구성도이다.
본 발명의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치(100)는, 슬래그 개질 처리 포트(10) 내에서 제어냉각이 완료된 고상 슬래그가 슬래그 개질 처리 포트(10) 내벽에 용착되는 것을 방지하기 위해 상기 슬래그 개질 처리 포트(10) 외부에 구비된 용착방지부(80)를 더 포함한다.
제어냉각이 슬래그 개질 처리 포트(10) 내에서 이루어지는 동안, 용융 슬래그가 냉각되면서 슬래그 개질 처리 포트(10)의 내벽에 용착될 수 있다. 이 경우, 경동장치(75)를 이용하여 슬래그 개질 처리 포트(10)를 경동시키더라도, 내벽에 용착된 슬래그는 슬래그 개질 처리 포트(10) 외부로 배출되지 못하는 문제가 있다. 따라서, 제어냉각이 완료된 고상 슬래그가 슬래그 개질 처리 포트(10) 내벽에 용착되지 않도록 하는 용착방지부(80)를 채용한다.
도 9를 참조하면, 상기 용착방지부(80)는, 슬래그 개질 처리 포트(10)의 외부에서 슬래그 개질 처리 포트(10)를 향해 고주파를 방사하는 고주파 가열기(81)일 수 있다. 금속가열에 이용되는 고주파가열(고주파유도가열)은, 고주파 전류를 이용한 전자유도작용에 의한 것으로, 고주파에 의해 슬래그 개질 처리 포트(10)의 외벽을 가열하고 내벽으로 전도된 열에 의해 슬래그 개질 처리 포트(10) 내벽의 슬래그에 일시적으로 열을 가함으로써 용착을 방지한다.
그 외에도, 도 10을 참조하면, 상기 용착방지부(80)는, 슬래그 개질 처리 포트(10)의 하부에 배치되어 슬래그 개질 처리 포트(10)에 미세한 진동을 전달하는 진동장치(82)일 수 있다. 또한, 도 11을 참조하면, 상기 용착방지부(80)는, 슬래그 개질 처리 포트(10)의 외벽과 내벽 사이에 매입되어, 슬래그 개질 처리 포트(10)의 내벽과 외벽 사이를 가열하는 열선(83)일 수도 있다.
제어 냉각에 의해 용융 슬래그가 다공질 구조의 고상 슬래그로 되면, 이를 경동장치(75)를 이용하여 외부로 배출시킨 후, 파쇄, 분쇄한다.
다공질 구조의 고상 슬래그는 유가금속인 Fe의 함량이 낮고 다공질 구조로 인해 파쇄 및 분쇄가 용이하다. 파쇄 및 분쇄된 고상 슬래그의 평균입도는 50mm 이하로 균일하게 된다.
도 12는 다기능성 골재의 활용예를 보인 도이다.
이와 같이 제조된 다기능 골재는 주성분은 CaO, Al2O3, SiO2로, 도 12에 도시된 바와 같은 활용예를 갖게 되며, 시멘트 원료로 활용시 별도의 소성과정을 요구하지 않는다. 따라서 시멘트 제조시 사용되는 연료의 사용량을 감소시킬 뿐아니라 전력 소비량도 감소시킨다.
또한, 다기능 골재를 사용한 시멘트는 기존 시멘트를 생산할 시와 비교하면 소성과정이 요구되지 않음에 따라 이산화탄소 배출량을 약 40% 정도 낮춘다.
표 5는 슬래그를 활용한 이산화탄소(CO2)절감효과를 나타낸 것이다.
표 5
구분 보통 시멘트 다기능 골재(슬래그) 30%이상 함유 시멘트 절감량 절감율(%)
CO2배출량(kg/ton) 472.5 272.1 200.4 42
전력·에너지(원/ton) 311.1 190.4 120.7 39
표 5를 참조하면, 슬래그를 이용한 다기능 골재는 시멘트를 생산할시와 비교하면 이산화탄소 배출량을 약 40%정도 저감함을 파악할 수 있다. 이로부터 본 발명에 의할 때, 기후변화협의 발족과 더불어 온실가스 감축목표가 발효됨에 따라, 시멘트 산업계가 당면하고 있는 CO2 배출량 절감에 기여할 것으로 기대된다.
또한, 다기능 골재는 화학저항성이 우수하고 염화물 이온에 대한 침투저항성이 우수하다. 또한, 알칼리-실리카 반응(ASR, Alkali Silica Reaction)에 대한 억제효과가 있어 내구성이 높은 콘크리트 구조물에 활용가능하다.
상술한 방법 및 장치는 전로에서 배출된 슬래그에도 동일하게 적용될 수 있다.
(제2 실시예)
본 발명의 다른 실시예에 의한 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치는, 슬래그 개질 포트의 다른 실시예에 관한 것으로, 제1 실시예와 중복되는 설명에 대한 기재는 생략한다.
도 13은 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치의 다른 실시예를 이용한 작업 과정도이다.
도 13에 도시된 실시예는, 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 포트(110) 내로 배출하여, 환원제를 이용한 유가금속 회수작업은 슬래그 포트(110)에서 수행한 후, 상부의 용융 슬래그를 슬래그 개질 처리 포트(130)로 배출하여 제어냉각을 실시하는 것으로, 슬래그 개질 처리 포트(10)에서 유가금속 회수 및 제어냉각이 모두 이루어지는 제1 실시예와 차이가 있다.
구체적으로, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 탄소(C), 알루미늄(Al) 등의 환원제는 슬래그 포트로 공급된다. 이때, 교반력을 높여 반응 속도를 증가시키기 위해 캐리어 가스와 함께 투입될 수도 있다. 환원제 및 캐리어 가스에 관한 설명은 전술한 바와 같으므로 생략한다.
환원이 완료되면 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이, 비중이 높은 유가금속인 철(Fe)이 슬래그 포트(110) 하부로 분리되고 그 상부에 용융 슬래그가 위치된다. 그러면 도 13의 (d)에 도시된 바와 같이, 상부의 용융 슬래그를 슬래그 개질 처리 포트(130)로 배출하고 슬래그 포트(110)에 남은 철(Fe)은 회수한다.
슬래그 개질 처리 포트(130)는 유가금속이 회수된 용융 슬래그의 제어 냉각을 위한 장치로, 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 다공성 구조의 경량물로 형성하기 위한 냉각수단을 구비한다.
냉각수단은 슬래그 개질 처리 포트(130)의 내벽과 바닥에 내부로 캐리어 가스와 스팀을 분사하는 복수의 분사구(150)와, 이 분사구에 연통되게 구비되어 캐리어 가스와 스팀이 주입된 후 혼합되는 혼합관(170)을 포함한다.
혼합관(170)은 가스와 스팀이 주입된 후 혼합되어 분사구(150)를 통해 분사될 수 있도록 하나의 라인으로 연결될 수 있다.
그리고, 도시되지는 않았지만 혼합관(170)에는 스팀의 열 손실로 인해 생성된 응축수를 배출하는 배출관 및 가스 및 스팀의 주입량과 주입 압력을 조절하기 위한 유량조절기가 구비될 수 있다. 제어 냉각은 용융 슬래그를 다공성 구조의 고상 슬래그로 만들어 큰 힘을 가하지 않고도 쉽게 파쇄될 수 있도록 한다.
제어 냉각에 의해 용융 슬래그가 다공성 구조의 고상 슬래그로 되면 도 13의 (e)에 도시된 바와 같이, 파쇄, 분쇄한다. 다공성 구조의 고상 슬래그는 유가금속인 Fe의 함량이 낮고 다공성 구조로 인해 파쇄 및 분쇄가 용이하다. 파쇄 및 분쇄된 고상 슬래그의 입도는 50mm 이하로 균일하다.
파쇄 및 분쇄한 슬래그는 부유비중선별기(190)를 통해 고비중 슬래그와 저비중 슬래그로 선별할 수 있다. 고비중 슬래그는 FeO, MnO가 많은 슬래그이며 자력 반발력, 자력 선별법 또는 부유비중선별법을 이용하여 선별할 수 있다.
여기서, 파쇄 및 분쇄한 슬래그를 고비중 슬래그와 저비중 슬래그로 선별하는 작업이 이루어지는 것은 유가금속의 회수율을 높이면서도 비중을 낮춰 경량 골재로의 이용이 가능하도록 하기 위함이다.
본 발명에서는, 부유비중선별법을 통해 파쇄 및 분쇄된 슬래그를 고비중 슬래그와 저비중 슬래그로 선별하고, 이에 사용되는 부유비중선별기(190)는 도 13의 (f)형상이 채용될 수 있다.
부유비중선별기(190)는 파쇄 및 분쇄한 슬래그가 투입구를 통해 투입되면 입도가 50mm 이하인 슬래그가 메시망을 통과하면서 입도가 50mm를 초과하는 슬래그는 배출구를 통해 배출된다.
메시망을 통과한 슬래그는 부유비중선별기(190)의 하부로 낙하하고 낙하한 슬래그는 공급되는 물의 파동에 의해 FeO, MnO가 적게 포함된 저비중 슬래그는 물 위에 뜨고 FeO, MnO가 많이 포함된 고비중 슬래그는 물 아래로 가라앉게 된다. 물 위에 뜬 저비중 슬래그는 수평으로 형성된 물넘이턱을 넘어 외부로 배출된다.
배출된 저비중 슬래그는 건조 처리 후 다기능 골재로 성형한다. 그리고 고비중 슬래그와 입도가 50mm를 초과하는 슬래그는 환원제를 투입하여 유가금속을 회수한 후 다기능 골재로 성형할 수 있다.
(제3 실시예)
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치는, 환원제를 유입시키는 다른 실시예에 관한 것으로, 상기 제1 실시예와, 제2 실시예와 중복되는 설명에 대한 기재는 생략한다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 환원제 유입부를 도시한 구성도, 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 환원제 유입부를 도시한 구성도이다.
도 14 및 도 15에 도시된 실시예는, 슬래그 개질 처리 포트(230,330)에서 환원제를 이용한 유가금속 회수작업을 수행하기 위해, 슬래그 개질 처리 포트(230,330)에 환원제를 유입시킬 때, 슬래그 개질 처리 포트(230,330)의 상부, 측면 또는 하부에서 환원제를 직접 유입시키지 않고, 별도의 슬래그 유입 용기(223)를 이용하여 환원제를 유입시키거나, 전로 또는 전기로에서 배출된 슬래그가 슬래그 포트(310)를 거쳐 슬래그 개질 처리 포트(330)로 유입되는 과정에 환원제를 직접 유입시키는 방식을 이용하는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다.
또한, 전로 또는 전기로의 용융 슬래그가 슬래그 포트(210) 내로 배출되면, 슬래그 포트(210) 내의 용융 슬래그가 슬래그 개질 처리 포트(230)로 배출되는 점은 제2 실시예와 동일하지만, 환원제를 이용한 유가금속 회수작업이 슬래그 포트(210,310)가 아닌 슬래그 개질 처리 포트(230,330)에서 수행되는 점에서 제2 실시예와 차이가 있다.
도 14를 참조하여 구체적으로 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 환원제 유입부(220)는 호퍼(221), 환원제 유입관(222) 및 슬래그 유입 용기(223)를 포함한다.
호퍼(221)에는 탄소(C), 알루미늄(Al) 등의 환원제가 저장되고, 호퍼(221)에 저장된 환원제는 환원제 유입관(222)을 통해 슬래그 유입 용기(223)로 투입된다.
슬래그 유입 용기(223)는 깔대기 형상을 갖고, 바닥면에 용융 슬래그를 슬래그 개질 처리 포트(230)로 배출하기 위한 하부 구멍(223a)이 형성된다. 슬래그 유입 용기(223)는 슬래그 포트(210)와 슬래그 개질 처리 포트(230) 사이에 배치되고, 슬래그 포트(210)로부터 배출된 용융 슬래그를 저장하여 슬래그 개질 처리 포트(230)로 배출시킨다.
슬래그 포트(210) 내의 용융 슬래그가 슬래그 유입 용기(223)로 배출될 때, 환원제 유입관(222)을 통해 슬래그 유입 용기(223)로 배출되는 용융 슬래그에 환원제가 투입되고, 그 과정에서 용융 슬래그에 직접 환원제가 유입되게 된다.
그로 인해, 깔대기 형상의 슬래그 유입 용기(223) 내 용융 슬래그의 유가금속 산화물를 환원시키는 환원반응 시간이 증대하게 되며, 반응 표면적이 넓어지게 되어 환원반응의 반응성이 크게 향상되고, 슬래그 개질 처리 포트(230) 내에서의 환원반응 시간을 단축하고, 캐리어 가스 사용을 줄임으로써 용융 슬래그의 온도 저하를 방지할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 실시예에 의한 슬래그 유입용기(223)를 적용하는 경우, 슬래그 포트(210)와 슬래그 개질 처리 포트(230) 사이의 용융 슬래그의 배출 경로 상에서 환원제의 직접적인 유입을 안정적으로 안내하는 기능을 수행할 수 있게 되지만, 용융 슬래그가 슬래그 유입용기(223) 내에 융착되어 내벽 또는 하부 구멍(223a)이 막히는 문제가 발생할 수 있다.
이 경우, 슬래그 유입용기(223)만을 외부로 이동시켜 냉각수를 살포하여 슬래그를 급냉시켜 응고된 슬래그를 제거하거나, 외부로 이동된 슬래그 유입용기(223)에 소정의 충격 또는 진동을 가하여 응고된 슬래그를 제거할 수 있다.
환원제 유입부의 또 다른 실시예로, 도 15를 참조하여 설명하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 환원제 유입부(320)는 호퍼(321) 및 환원제 유입관(322)을 포함한다.
본 실시예는 도 14에 도시된 슬래그 유입 용기(223)을 적용하지 않은 점에서 전술한 실시예와 차이가 있다. 따라서, 호퍼(321)에 저장된 환원제는 환원제 유입관(322)을 통해 슬래그 유입 용기(223)로 분사되는 것이 아니라, 슬래그 포트(310)에서 슬래그 개질 처리 포트(330)로 배출되는 용융 슬래그에 직접적으로 투입된다.
그 과정에서 용융 슬래그에 직접 환원제가 유입되게 되며, 그로 인해, 환원반응의 반응성이 크게 향상되는 효과를 갖는 점에서 도 14에 도시된 실시예와 동일하다.
전술한 환원제 유입부(220,320)를 이용하여, 슬래그 개질 처리 포트(230,330)로 환원제가 유입된 후에는, 슬래그 개질 처리 포트(230,330)에서 유가금속 회수 및 제어냉각이 모두 이루어지는 점에서 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 중복되는 설명의 기재는 생략한다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (36)

  1. 환원기 조업전 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 포트 또는 슬래그 개질 처리 포트 내로 배출하는 단계와,
    상기 슬래그 포트 또는 슬래그 개질 처리 포트 내로 배출된 용융 슬래그에 환원제 공급에 따른 슬래그의 물리화학적 조성을 제어하여 유가금속을 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 환원제는,
    탄소, 알루미늄, 실리콘, 나트륨, 칼슘, 마그네슘 및 CO 가스 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 환원제의 투입량은, 상기 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃로 유지하는 범위로 투입되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 알루미늄은 상기 슬래그 1ton당 10~50kg이 투입되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수방법.
  5. 전로 또는 전기로로부터 배출된 용융 슬래그가 저장되는 슬래그 개질 처리 포트;
    상기 용융 슬래그의 유가금속을 회수하기 위한 환원제를 상기 슬래그 개질 처리 포트 내부로 유입시키는 환원제 유입부; 및
    상기 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 다공성 구조의 경량물로 형성하기 위한 버블 발생 및 제어냉각을 수행하는 냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 환원제 유입부는,
    상기 환원제를 저장하는 호퍼와,
    상기 환원제를 상기 슬래그 개질 처리 포트로 분사하도록 상기 호퍼로부터 상기 슬래그 개질 처리 포트 내부로 연장된 랜스 파이프; 및
    상기 랜스 파이프를 통해 상기 슬래그 개질 처리 포트로 유입되는 환원제의 유입량을 산출하는 유입량 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 환원제는,
    탄소, 알루미늄, 실리콘, 나트륨, 칼슘, 마그네슘 및 CO 가스 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 환원제 유입부를 통해 상기 용융 슬래그의 개질 처리 및 슬래그의 융점과 비중을 낮추기 위한 접종제가 더 유입되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 접종제는 알루미늄, 실리콘, 생석회 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 냉각수단은,
    상기 용융 슬래그를 냉각하여 고상 슬래그를 제조하기 위한 스팀을 상기 슬래그 개질 처리 포트 내로 유입시키는 스팀 공급부; 및
    상기 용융 슬래그와 상기 환원제의 반응을 극대화하기 위한 캐리어 가스를 상기 슬래그 개질 처리 포트 내로 유입시키는 가스 공급부를 포함하고,
    상기 용융 슬래그 내로 상기 스팀과 상기 캐리어 가스의 혼합기체를 주입하여 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 슬래그 개질 처리 포트 내부에서 감지된 용융슬래그의 정압에 근거하여, 상기 슬래그 개질 처리 포트 내로 유입되는 상기 스팀과 상기 캐리어 가스의 유입압력을 조절함으로써, 상기 스팀 또는 상기 캐리어 가스가 상기 슬래그 개질 처리 포트 외부로 역류하는 것을 방지하는 압력조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 스팀 공급부는, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 내벽 또는 바닥에 형성되어 상기 스팀이 분사되는 스팀 분사구와,
    상기 스팀 분사구와 상기 슬래그 개질 처리 포트의 외벽 사이에 형성된 스팀용 포러스 플러그(porous plug)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 가스 공급부는, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 내벽 또는 바닥에 형성되어 상기 캐리어 가스가 분사되는 가스 분사구와,
    상기 가스 분사구와 상기 슬래그 개질 처리 포트의 외벽 사이에 형성된 가스용 포러스 플러그(porous plug)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 스팀 공급부와 상기 가스 공급부는 상기 슬래그 개질 처리 포트내로 각각 스팀과 캐리어 가스를 공급하기 위한 스팀 파이프와 가스 파이프를 구비하고,
    상기 스팀 파이프와 상기 가스 파이프는 서로 연결되어 상기 캐리어 가스와 스팀이 혼합되어 슬래그 개질 처리 포트 내로 제어 공급되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 환원제 유입부는,
    상기 가스 공급부; 및
    상기 가스 공급부를 통해 상기 슬래그 개질 처리 포트로 유입되는 환원제의 유입량을 산출하는 유입량 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  16. 청구항 6 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 유입량 제어부는, 상기 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃ 범위로 유지할 수 있는 환원제의 양을 산출하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 슬래그 개질 처리 포트의 하부에 배치되어 상기 슬래그 개질 처리 포트 내의 용융 슬래그를 중량을 측정하는 계중장치를 더 포함하고,
    상기 유입량 제어부는, 상기 계중장치로부터 측정된 용융 슬래그의 중량으로부터 상기 용융 슬래그의 온도를 1300~1600℃ 범위로 유지할 수 있는 환원제의 양을 산출하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  18. 청구항 5에 있어서,
    상기 용융슬래그로부터 회수되어 상기 슬래그 개질 처리 포트 하부로 분리된 유가금속을 상기 슬래그 개질 처리 포트 외부로 배출하기 위한 배출구가 상기 슬래그 개질 처리 포트의 일측에 형성된 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  19. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬래그 개질 처리 포트 내부에서 상기 용융슬래그를 냉각시킨 후 발생하는 고온의 스팀과, 상기 슬래그 개질 처리 포트 내부에서의 미반응 환원제 분체 및 상기 용융슬래그와 상기 환원제의 반응으로부터 발생하는 더스트를 회수하는 회수장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 회수장치는 상기 스팀과 더스트를 선택적으로 회수할 수 있는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 회수장치는,
    상기 슬래그 개질 처리 포트 상부로부터 이격되어 상기 스팀과 더스트를 흡인하여 포집하는 집진 후드를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  22. 청구항 5에 있어서,
    상기 전로 또는 전기로로부터 배출된 용융 슬래그가 상기 슬래그 개질 처리 포트로 유입되도록 상기 슬래그 개질 처리 포트의 상부를 개폐하는 포트커버를 더 포함하고,
    상기 포트커버에 배치되어 상기 슬래그 개질 처리 포트 내의 용융 슬래그의 온도를 유지 또는 상승시키는 버너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 버너는 LNG, 오일 및 산소를 연료로 하고,
    상기 슬래그 개질 처리 포트 내로 상기 LNG, 오일 및 산소를 공급하도록 상기 포트커버를 관통하여 형성된 연료공급관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  24. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬래그 개질 처리 포트의 열변형을 방지하도록 상기 슬래그 개질 처리 포트의 외벽 둘레에 배치되는 수냉라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  25. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬래그 개질 처리 포트 내에서 제어냉각이 완료된 고상 슬래그를 외부로 배출하도록 상기 슬래그 개질 처리 포트를 경동시키는 경동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  26. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬래그 개질 처리 포트 내에서 제어냉각이 완료된 고상 슬래그가 상기 슬래그 개질 처리 포트 내벽에 용착되는 것을 방지하기 위해 상기 슬래그 개질 처리 포트 외부에 구비된 용착방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 용착방지부는, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 외부에서 상기 슬래그 개질 처리 포트를 향해 고주파를 방사하는 고주파 가열기인 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  28. 청구항 26에 있어서,
    상기 용착방지부는, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 하부에 배치되어 상기 슬래그 개질 처리 포트에 미세한 진동을 전달하는 진동장치인 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  29. 청구항 26에 있어서,
    상기 용착방지부는, 상기 슬래그 개질 처리 포트의 외벽과 내벽 사이에 매입되는 열선인 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  30. 청구항 5에 있어서,
    상기 전로 또는 전기로와 상기 슬래그 개질 처리 포트 사이에 배치되어 상기 전로 또는 전기로로부터 배출된 용융 슬래그를 저장하여 상기 슬래그 개질 처리 포트로 배출시키는 슬래그 포트를 더 포함하고,
    상기 환원제 유입부는,
    상기 환원제를 상기 슬래그 포트에서 슬래그 개질 처리 포트로 배출되는 용융 슬래그에 투입하는 환원제 유입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  31. 청구항 5에 있어서,
    상기 전로 또는 전기로와 상기 슬래그 개질 처리 포트 사이에 배치되어 상기 전로 또는 전기로로부터 배출된 용융 슬래그를 저장하여 상기 슬래그 개질 처리 포트로 배출시키는 슬래그 포트를 더 포함하고,
    상기 환원제 유입부는,
    상기 슬래그 포트와 상기 슬래그 개질 처리 포트 사이에 배치되어 상기 슬래그 포트로부터 배출된 용융 슬래그를 저장하여 상기 슬래그 개질 처리 포트로 배출시키는 슬래그 유입 용기; 및
    상기 환원제를 상기 슬래그 포트로부터 상기 슬래그 유입 용기로 배출되는 용융 슬래그에 투입하는 환원제 유입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조 장치.
  32. 환원기 조업전 전로 또는 전기로의 용융 슬래그를 슬래그 포트 또는 슬래그 개질 처리 포트 내로 배출하고 환원제를 투입하여 상기 용융 슬래그에 포함된 유가금속을 회수하는 단계와,
    상기 유가금속이 회수된 용융 슬래그를 냉각하여 다공성 구조의 고상 슬래그로 형성하는 단계와,
    상기 다공성 구조의 고상 슬래그를 분쇄 및 파쇄한 후 골재형상으로 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조방법.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 냉각은 상기 용융 슬래그 내로 스팀과 캐리어 가스를 주입하여 이루어지고, 상기 스팀과 캐리어 가스는 상기 용융 슬래그의 냉각속도가 5~50℃/sec가 되도록 주입하는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조방법.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 스팀과 캐리어 가스는 상기 용융 슬래그의 중량과 온도에 따라 주입량과 압력이 조절되어 공급되고, 상기 스팀과 캐리어 가스에 의해 냉각된 슬래그 입도가 50mm 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조방법.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 용융 슬래그의 유가 금속 환원 후 포밍과 제어 냉각에 의해 생성된 냉각슬래그가 0.6~3.0 g/cm3의 용적밀도(Bulk Density)를 갖는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조방법.
  36. 청구항 32에 있어서,
    상기 파쇄 및 분쇄된 슬래그는 부유비중선별법을 통해 고비중 슬래그와 저비중 슬래그로 선별되는 것을 특징으로 하는 슬래그의 유가금속 회수 및 다기능성 골재의 제조방법.
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