KR100916562B1 - 전기로의 더스트 재활용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로의 더스트 재활용 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는, 전기로를 이용한 용강제조시 발생되는 더스트의 사용량 증대와 더불어, 철 회수율의 증대, 전력사용량의 감소 및 제강시간 단축을 이룰 수 있는 전기로의 더스트 재활용 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전기로의 더스트 재활용 방법은 전기로내에서 용강제조시 발생되는 더스트를 더스트 투입장치를 이용하여 전기로내로 재투입시킨 후, 더스트 내의 잔존하는 철을 회수함으로써 더스트를 재활용하는 전기로의 더스트 재활용 방법에 있어서,

호퍼에 저장된 미립의 더스트는 더스트 배출수단에 의하여 유입관의 일측으로 상기 더스트가 배출되는 단계, 상기 유입관의 타측으로는 환원재가 유입되는 단계, 상기 유입관을 통해 유입된 상기 더스트와 상기 환원재는 전기로 내부에 동시에 투입될 수 있도록 배출관에서 합쳐지는 단계 그리고 상기 배출관에서 합쳐진 상기 더스트와 상기 환원재는 랜스를 통해 상기 전기로 내부로 투입되는 단계가 포함되어 이루어지며 상기 전기로의 용강제조 공정중 2차용해가 끝난뒤 장입된 고철이 80% 내지 90% 용해된 시점 이후에 상기 전기로 내측으로 투입되는 것을 특징으로 한다.

더스트, 전기로, 더스트재활용, 슬래그, 철회수율

Description

전기로의 더스트 재활용 방법{Method for recycling dust of Electrode Arc Furnace}

도 1은 일반적인 전기로의 구성을 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명에 적용되는 더스트 투입장치가 전기로에 설치된 상태를 나타내는 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 더스트의 입도 변화에 따른 철회수율과 더스트의 발생량의 관계를 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...더스트 투입장치 110...호퍼

120...더스트 배출수단 121...공압모터

122...배출로 130...제어수단

140...이중투입관 200...전기로

210...랜스 R...환원재

본 발명은 전기로의 더스트 재활용 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는, 전기로를 이용한 용강제조시 발생되는 더스트의 사용량 증대와 더불어, 철 회수율의 증대, 전력사용량의 감소 및 제강시간 단축을 이룰 수 있는 전기로의 더스트 재활용 방법에 관한 것이다.

일반적인 전기로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전기로의 본체(1) 상부에 위치한 지붕(2)의 중앙으로 전기양도체인 상부전극(3)이 삽입되고, 바스켓 또는 호퍼(8)을 통해 고철이나 이에 상응하는 원료가 전기로 내부에 장입되면, 전기에 의한 아크열로써 금속이나 합금을 열처리하거나 용해시킨다.

또한, 전기로 일측에 형성된 슬래그 도어(4)를 통하여 산소와 환원재를 전기로 내부로 투입시키는 랜스(5)가 구비된다. 랜스(5)는 전기로의 내측으로 산소와 환원재 등을 송풍시키기 위해 제작된 것으로서, 내측으로 산소투입관(6) 및 환원재투입관(7)을 가지며, 이 투입관들(6,7)에 의해 용강이 손상되지 않도록 외측에 부정형 내화물이 둘러싸여 이루어진다. 상기 환원재로는 카본이 적용된다.

전기로를 이용한 용강제조시 노내로 투입되는 고철등의 장입물에 포함된 미립의 철산화물들은, 전기로에 설치된 집진장치(미도시)를 통해 외부로 배출되며, 이와 같이 전기로 외부로 배출된 철산화물들로 이루어지는 더스트(10)는, 납이나 수은 등의 유해한 금속을 함유하고 있기 때문에 일정장소에 수집되어 매립되거나, 제강공정에 재사용되는 것이 일반적이다.

그러나, 더스트(10)를 제강공정에서 재사용하기 위해서는, 더스트에 결합재를 첨가하여 고형화시킨 후 다시 전기로에 투입하여야 하는데, 이러한 재활용 방법은 다음과 같은 문제점을 가진다.

첫째로, 더스트(10)를 고형화하여 전기로 상부에 있는 호퍼(8)로 전기로 내에 투입할 때, 전기로에 투입된 고형화된 더스트(10)가 장입물의 일측에 집중되어 누적됨으로써 장입물의 용해성이 취약해지는 문제가 있다. 이 경우, 용강보다 비중이 낮은 더스트(10)가 전기로 상부의 슬래그(9)에 집중되고, 슬래그(9)와 함께 코팅되어 슬래그층에서 성장하는 아이스버그(Iceberg) 현상을 야기시킨다. 따라서, 더스트는 용강과의 접촉면적이 줄어들어 용해성이 취약해지는 동시에, 이를 용해시키기 위하여 전력사용이 늘어나며 생산시간이 지연되게 된다.

둘째로, 전기로 내에 투입되는 더스트(10)는, 바스켓이나 호퍼를 이용하여 일시에 다량이 투입되는데, 이에 따른 아이스버그의 현상 심화, 용강의 실수율 감소등의 문제가 있다.

즉, 전기로 상부에 더스트 고형물을 15톤 내지 20톤 정도의 호퍼(8)에 저장시켜 놓고, 조업중 1톤 내지 1.5톤 정도의 양을 유입공(11)을 통하여 전기로 내로 투입하게 된다. 이와 같이, 일시에 많은 양의 더스트(10)들이 전기로 내로 투입되면, 더스트의 용해상태가 불균일해지면서 아이스버그 형태로 성장하며, 이 더스트들이 내화물에 고착, 성장하여 조업말기 자중에 의해 일시적으로 붕괴되어 떨어지면서 상부전극(3)을 손상시키거나 용강이 외부로 유실되는 현상이 발생하게 되므로 용강의 실수율이 감소된다.

세째로, 더스트(10)를 고형물로 가공하기 위해서는 운송, 성형 등의 추가적인 가공비용이 발생하므로 제조비용이 증가되는 문제점이 있다.

한편, 더스트(10)를 제강공정에서 재사용하기 위한 다른 방법으로는, 전기로 내측으로 환원재인 카본과 더스트를 함께 분체 분사하는 방법이 있다.

그러나, 상기의 방법은, 더스트(10)를 고형물로 가공하지 않고 직접 전기로 내부로 환원재들을 분사함으로서, 고형물로 제작하는 과정에서 발생하는 운송, 성형, 및 추가비용 등을 절감할 수 있다는 장점은 있으나, 분사과정에서 미립의 더스트(10)와 카본의 일부가, 전기로에 설치된 집진장치의 덕트측으로 흡인되거나, 더스트(10) 중에 함유된 철산화물의 환원에 기여하지 못하고, 전기로 내에 투입되는 산소와 반응하여 CO,CO₂가스형성에만 기여하므로, 철 회수율 상승이나 더스트의 용해촉진에 기여하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 이루어진 것으로서, 재활용되는 더스트를 고형물로 가공하지 않으면서, 전기로 내에서의 아이스버그 현상이 억제되고, 철 회수율 및 더스트의 용해성이 향상되는 전기로의 더스트 재활용 방법의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전기로 내에서 용강제조시 발생되는 더스트를 더스트 투입장치를 이용하여 전기로 내로 재투입시킨 후, 더스트 내의 잔존하는 철을 회수함으로써 더스트를 재활용하는 전기로의 더스트 재활용 방법에 있어서,

호퍼에 저장된 미립의 더스트는 더스트 배출수단에 의하여 유입관의 일측으로 상기 더스트가 배출되는 단계, 상기 유입관의 타측으로는 환원재가 유입되는 단계, 상기 유입관을 통해 유입된 상기 더스트와 상기 환원재는 전기로 내부에 동시에 투입될 수 있도록 배출관에서 합쳐지는 단계 그리고 상기 배출관에서 합쳐진 상기 더스트와 상기 환원재는 랜스를 통해 상기 전기로 내부로 투입되는 단계가 포함되어 이루어지며 상기 전기로의 용강제조 공정중 2차용해가 끝난뒤 장입된 고철이 80% 내지 90% 용해된 시점 이후에 상기 전기로 내측으로 투입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 실시예에 대한 설명에 앞서 본 발명에 따른 전기로의 더스트 재활용 방법에 적용되는 더스트 투입장치를 살펴본다.

도 2에 도시된 바와 같이, 더스트 투입장치(100)는, 미립의 더스트를 저장하는 호퍼(110), 저장된 더스트가 공압모터(121)의 작동으로 호퍼하부에 연결된 배출로(122)를 따라 외부로 배출되는 더스트 배출수단(120), 배출되는 더스트의 양을 제어하는 제어수단(130), 배출로(122)와 전기로(200)의 랜스(210)를 상호연결하는 이중투입관(140)을 구비한다.

이중투입관(140)은, 이중으로 구성된 유입관(140a,140a) 및 이 유입관들(140a,140a)이 합쳐져 랜스(210)에 연결되는 배출관(140b)으로 구성된다. 유입관(140a)의 일측으로 더스트 배출수단(120)으로부터 배출된 더스트가 유입되고, 타측으로 환원재(R)가 유입된다. 유입관(140a)을 통해 유입된 더스트와 환원재(R)는 전기로 내부에 동시에 투입될 수 있도록 배출관(140b)에서 합쳐져 랜스(210)로 공급된다.

이에 따라, 호퍼(110)에 저장된 미립의 더스트는, 더스트의 하중을 감지한 제어수단(130)의 신호에 의해 배출로(122)를 따라 이중투입관(140)을 통해 배출되고, 이중투입관(140)의 유입관(140a)으로부터 유입되는 환원재(R)와 합쳐져 렌스(210)를 통해 전기로(200) 내부로 투입될 수 있을 뿐만 아니라, 더스트의 투입시기 및 그 투입량의 제어도 가능하다.

본 발명에서는 상기의 더스트 투입장치(100)를 이용하여 전기로(200) 내부에 투입되는 더스트 및 환원재(R)의 조건에 따른 철회수율의 향상을 다음과 같은 방법으로 검증하였다.

첫째, 전기로(200) 내부에 투입되는 환원재(R)로서, 종래의 카본보다 산소친화력이 우수한 알루미늄을 채용하였다.

다음의 화학식(1) 및 화학식(2)는 각각 카본과 알루미늄에 대한 산소친화력을 나타낸다.

C(s) + ½O₂(g) → CO₂(g) + 2,750㎉/㎏----------(1)

2Al(s) + ⅔O₂(g) → Al₂O₃(g) + 6,759㎉/㎏--------(2)

상기의 화학식들에서 알 수 있듯이, 종래에 환원재(R)로 사용되던 카본보다 본 발명에 채용되는 알루미늄의 산소 친화력이 더 우수한 것을 알 수 있다. 따라서, 알루미늄이 미립의 더스트와 함께 전기로(200)에 투입될 경우, 철산화물의 철에 대한 환원이 보다 효율적으로 이루어질 수 있으며, 이 과정에서 발생하는 고열에 의해 용해성이 향상될 수 있다.

둘째, 표 1에서와 같이, 각 조업단계에 따라 환원재를 각각 카본과 알루미늄으로 달리하여 전기로(200)에 투입한 후, 얻어지는 철 회수율을 비교실험하였다.

실험조건으로는, 미립의 더스트 2톤을 저장시킨 후 전기로(200) 조업중에 전량을 투입했으며, 그 투입속도는 100kg/min이고, 투입시간은 20분으로 제한하였다. 그리고 전기로(200)에 투입되는 환원재(R)는 각각 분체의 카본과 알루미늄이 투입되었다.

여기서, 전기로(200)의 용강제조 공정을 간단히 살펴보면, 1차장입, 1차용해, 2차장입, 2차용해, 승열, 출강의 조업순서로 이루어진다. 특히, 2차용해가 끝난뒤 장입된 고철이 80％ 내지 90％ 용해된 시점(이하 MD:Melt down)에서 철 회수율이 가장 우수한 것으로 알려져 있으므로, MD기 이후에 환원재(R)를 분사하여 투입하였다.

표 1에서와 같이, 분체카본의 경우보다 산소친화력이 더 높은 분체알루미늄을 환원재로 채용할 경우 철 회수율이 향상됨을 알 수 있으며, 특히 MD기 이후에 철회수율이 가장 높았다.

이는, 용해 1,2기에서는, 전기로(200) 내로 투입되는 분체형태의 환원재(R)들이 전기로(200) 내에 투입되는 다량의 산소에 의해 더스트와의 환원작용을 일으키지 못한 채, 슬래그에 침착된 후, 슬래그 도어를 통해 슬래그와 함께 외부로 방출되기 때문에 카본 및 알루미늄의 철 회수율이 모두 낮았다.

이에 반해, MD기 이후에 미립의 더스트와 분체알루미늄을 함께 투입시켰을 때, MD기 이후 전기로(200) 내에 발생하는 슬래그의 거품사이로 미립의 분체더스트와 분체알루미늄이 투입되므로, 고온의 슬래그층 내에서 슬래그와 더스트 내에 함유된 철산화물의 반응을 더욱 촉진시켜 철 회수율이 증대될 수 있었던 것이다.

또한, 분체더스트와 분체알루미늄이 랜스(210)를 통해 슬래그층 내로 직접 투입되기 때문에, 용강 내에서 발생하는 가스에 의한 슬래그의 유동발생으로 더스트가 전기로(200) 전체에 고르게 분포되어 용해될 수 있다. 이에 따라, 더스트가 슬래그와 함께 코팅되어 슬래그층에서 성장하는 아이스버그 현상이 방지되며, 장입물의 용해성도 증대되어 생산성이 향상되는 이점이 있다.

셋째, 도 3에서와 같이 더스트의 입도 변화에 따른 철회수율과 더스트의 발생량을 비교실험하였다.

이 실험의 조건은, 표 1에서의 실험조건과 모두 동일하며, 철 회수율이 가장 양호한 분체알루미늄을 환원재(R)로 하여 MD기 이후에 분체더스트와 함께 전기로(200)에 투입하였으며, 더스트의 입도는 렌스(210)의 입구를 막지 않도록 5mm이하로 제한하였다.

상기 실험결과, 전기로(200) 더스트의 입도가 증가함에 따라 철 회수율은 상승하고 더스트의 발생량은 감소됨을 알 수 있었다. 반면, 입도가 2mm이하일 경우, 더스트 자체의 비중이 낮아 슬래그층 내에서 철이 환원되지 못하고 전기로(200) 내의 집진장치에 의해 더스트 자체가 외부로 방출되면서, 집진장치의 더스트 발생량이 증가되었다. 이에 따라, 랜스(210)로 투입되는 분체알루미늄 및 더스트의 적정입도는 랜스(210)의 입구를 막지 않는 범위에서 2mm~5mm가 바람직하다.

표 2를 통해 상기의 실험의 결과들을 바탕으로 하여 종래기술과 본 발명의 조업결과를 비교한다.

항목	종래기술	본발명
더스트 투입방식	호퍼 또는 바스켓을 통한 일괄투입방식	랜스를 통한 연속투입방식
더스트 및 환원재 상태	고형물	분체(미립)
입도	20~30mm	2~5mm
더스트 활용량	10kg/ts	15kg/ts
철 회수율	90.4%	92.3%
전력원단위	430kwh/ts	415kwh/ts
제강시간	63분/ch	61분/ch
시간당 생산성	131.4ton/hr	135.7ton/hr

표 2에서와 같이 지금까지의 조업결과를 살펴보면, 종래에 비해 전력감소량 이 감소될 뿐만 아니라, 철 회수율이 향상되고, 제강시간의 단축되었으며, 이에 따라 시간당 생산성이 향상됨을 알 수 있다. 또한, 알루미늄 환원재(R)를 통한 용해성의 향상으로 더스트 활용량도 증대되었다.

이와 같이, 본 발명에서는 상기의 실험들의 결과를 바탕으로 하여, 더스트 및 환원재(R)의 입도가 2~5mm의 분체로 형성되고, MD기 이후에 연속투입되었을 때, 더스트의 재활용도가 가장 우수하다는 결과를 도출 할 수 있었다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 전기로의 더스트 재활용 방법에 따르면, 전기로에서의 용강생산시 더스트와 알루미늄 환원재를 종래의 고형화와 같은 별도의 공정을 거치지 않은 채 미립의 분체상태로 투입시킴으로써, 철회수율이 향상됨과 동시에 더스트의 사용량 증대될 뿐 아니라, 전력량 감소 및 제강시간 단축 등을 이룰 수 있어 생산성의 향상될 수 있다.

더불어, 더스트의 사용량 증대는 더스트의 매립량의 감소로 이어져 이로 인한, 환경 친화적인 조업을 구현할 수 있다.

Claims (1)

1. 전기로내에서 용강 제조시 발생되는 더스트를 더스트 투입장치를 이용하여 상기 전기로내로 재투입시킨 후, 더스트 내의 잔존하는 철을 회수함으로써 더스트를 재활용하는 전기로의 재활용 방법에 있어서,

   호퍼에 저장된 미립의 더스트는 더스트 배출수단에 의하여 유입관의 일측으로 상기 더스트가 배출되는 단계;

   상기 유입관의 타측으로는 환원재가 유입되는 단계;

   상기 유입관을 통해 유입된 상기 더스트와 상기 환원재는 전기로 내부에 동시에 투입될 수 있도록 배출관에서 합쳐지는 단계; 그리고

   상기 배출관에서 합쳐진 상기 더스트와 상기 환원재는 랜스를 통해 상기 전기로 내부로 투입되는 단계가 포함되어 이루어지며 상기 전기로의 용강제조 공정중 2차용해가 끝난뒤 장입된 고철이 80% 내지 90% 용해된 시점 이후에 상기 전기로 내측으로 투입되는 것을 특징으로 하는 전기로의 더스트 재활용 방법.

Images