KR20030013057A

KR20030013057A - 유동층환원로의 배가스를 이용하여 슬러지를 재활용하는용철제조방법

Info

Publication number: KR20030013057A
Application number: KR1020010047344A
Authority: KR
Inventors: 남궁원; 조민영; 이준혁
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2003-02-14
Anticipated expiration: 2021-08-06
Also published as: KR100391896B1

Abstract

본 발명은 용융환원프로세스의 신제선법에서 슬러지를 재활용하는 용철제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 유동층환원로의 배가스를 슬러지의 이송가스로 활용하면서 그 헌열로 슬러지를 건조함으로써 슬러지 건조에 필요한 비용을 절감하면서 슬러지를 재활용하여 용철을 제조하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유동층을 형성하면서 장입된 분철광석을 환원하도록 구성되는 1개 이상의 유동층환원로(2, 3, 4), 상기 유동층 환원로중의 최종환원로(2)에서 분환원철을 공급받아 용융환원하여 용선을 제조하도록 구성되는 용융가스화로(1), 상기 용융가스화로(1)의 배가스를 포집하여 배가스중의 미립광석은 용융가스화로(1)에 순환시키고 미립광석이 제거된 배가스는 가스관(5)을 통해 유동층환원로(2, 3, 4)의 환원가스로 공급하는 사이클론(9)을 포함하고, 상기 유동층 최종환원로(2)는 광석장입관(7)을 통해 광석소통관계로 용융가스화로(1)와 연결되고, 상기 사이클론(9)은 용융가스화로(1)내에 미립광석을 포집하여 용융가스화로(1)에 재취입하는 분체취입장치(15)와 분진소통관계로 연결되고, 상기 분체취입장치(15)는 분체취입관계로 분체저장조(12)와 연결되어 구성되는 용철제조설비를 이용한 용철제조방법에 있어서,

슬러지를 1차건조하여 슬러지 저장빈(205)에 저장하는 단계,

일단이 상기 분체저장조(12)의 일측에 연결되고 타단이 슬러지 저장빈(205)에 연결된 기송관(206)에 상기 유동층환원로(2, 3, 4)의 배가스를 취입하는 단계,

상기 기송관(206)에 상기 1차건조된 슬러지를 공급하여 배가스로 최종건조하면서 상기 분체취입장치(15)로 기송하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 유동층환원로의 배가스를 이용하여 슬러지를 재활용하는 용철제조방법.

Description

유동층환원로의 배가스를 이용하여 슬러지를 재활용하는 용철제조방법{Ironmaking process for using sludge drying by off gas of fluidized bed for iron reduction}

본 발명은 용융환원프로세스에서 슬러지를 재활용하는 용철제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유동층환원로의 배가스를 수송가스로 활용하면서 그 헌열로 슬러지를 건조하여 용융가스화로에서 슬러지를 재활용하는 용철제조방법에 관한 것이다.

현재 포항제철에서 성공적으로 개발되고 있는 용융환원 프로세스의 하나인 파이넥스공정(FINEX 공정)은 도 1에서와 같이 3단 유동층로(2,3,4)로 구성되어 있다. 유동층로(2. 3. 4)에서 분철광석의 유동에 사용되는 기체는 용융 가스화로(1)에서 공급하고 있다. 3단의 반응기를 거쳐 배출되는 배가스의 온도는 대략 680℃ 이고, 압력은 1.7 bar이다.

현재 포항제철에서는 용융환원 프로세스의 일종인 코렉스공정에서 약 150 t의 슬러지가 발생하는 것을 비롯하여 각종 공정에서 대량의 슬러지가 발생하고 있다. 전세계적으로 청정생산체제를 구축하여 산업체의 발생 폐기물을 최소화하고 공장내 재활용하는 추세에 따라 포항제철에서도 전체 부산물 발생량의 94%를 재활용하는 성과를 거두고 있다. 그러나, 실제 내용면에서 보면 슬러지의 경우에는 전체 슬러지의 45%가 투기장에 매립되고 있는 실정이다.

따라서, 발생하는 슬러지를 코렉스 용융가스화로(1)에 취입하는 방안이 검토되고 있으며, 도 1과 같이 별도의 건조공정에서 건조한 슬러지를 분체저장조(12)로 장입하여 분체취입장치(15)를 통해 용융가스화로(1)에서 재활용하는 방안이 연구되고 있다. 특히 용융환원프로세스에서 발생하는 슬러지는 표 1에서 확인할 수 있듯이 T-Fe가 36.7%로 철함유랑이 많기 때문에 이에 대한 재활용의 가치가 크다고 할 수 있다.

화학조성(중량%)	수분함량
T.Fe	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	Zn	Mn	P	S	C	기타	38~42%
36.70	6.96	2.69	5.75	1.60	0.065	0.090	0.139	0.950	26.58	나머지	38~42%

표 1의 슬러지는 수분함량이 40% 정도로 높기 때문에 이를 재활용하기 위해서는 건조과정이 필요하다. 따라서, 독립적으로 설치된 로타리 킬른 건조기에서 건조한 후 이를 운송해 온 다음, 분체저장조(12)로 공급하여 재활용하게 된다. 그런데, 용융가스화로에서 요구되는 수준으로 슬러지를 로타리킬른에서 건조하려면 상당한 공정부하가 생기며, 또한 그 비용도 많이 소요되기 때문에 슬러지의 사용에 장애가 되고 있다.

본 발명은 유동층환원로의 배가스를 슬러지의 이송가스로 활용하면서 그 헌열로 슬러지를 건조함으로써 슬러지 건조에 필요한 비용을 절감하면서 용철을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 슬러지 재활용하는 용융환원프로세스의 개략도

도 2는 본 발명에 따라 배가스를 이용하여 슬러지를 건조하여 재활용하는 용철제조방법의 개략도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1..... 용융가스화로 2..... 최종환원로

3, 4...... 예비환원로 5..... 환원가스관

6..... 배가스 도관 7..... 분철광석 흐름도관

8..... HBI 제조설비 9..... 싸이클론

10, 11..... 저장조 12..... 분체저장조

13..... 분체취입용 균압조 14..... 분체정량 적출장치

15..... 분췌취입장치

201..... 슬러지 저장조 202..... 건조기(로타리킬른)

203..... 슬러지 선별기 204..... 파쇄기

205..... 슬러지 저장조 206..... 기송관

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용철제조방법은, 유동층을 형성하면서 장입된 분철광석을 환원하도록 구성되는 1개 이상의 유동층환원로(2, 3, 4),

상기 유동층 환원로중의 최종환원로(2)에서 분환원철을 공급받아 용융환원하여 용선을 제조하도록 구성되는 용융가스화로(1),

상기 용융가스화로(1)의 배가스를 포집하여 배가스중의 미립광석은 용융가스화로(1)에 순환시키고 미립광석이 제거된 배가스는 환원가스관(5)을 통해 유동층환원로(2, 3, 4)의 환원가스로 공급하는 사이클론(9)을 포함하고,

상기 유동층 최종환원로(2)에서는 최종환원된 직접환원철(DRI-Direct Reduced Iron)이 광석흐름도관(7)을 통해 HBI(Hot Briquetted Iron) 제조설비(8)로 이송되고 여기서 HBI가 제조되어 용융가스화로(1)로 장입되고, 상기 사이클론(9)은 용융가스화로(1)내에 미립광석을 포집하여 용융가스화로(1)에 재취입하는 분진취입장치(13)와 분진소통관계로 연결되고, 상기 분체취입장치(15)는 분체취입관계로 분체저장조(12)와 연결되어 구성되는 용철제조설비를 이용한 용철제조방법에 있어서,

슬러지를 1차건조하여 슬러지 저장빈에 저장하는 단계,

일단이 상기 분체저장조(12)의 일측에 연결되고 타단이 슬러지 저장빈에 연결된 기송관에 상기 유동층환원로(2, 3, 4)의 배가스를 취입하는 단계,

상기 기송관에 상기 1차건조된 슬러지를 공급하여 배가스로 최종건조하면서 상기 분체취입장치(15)로 기송하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 도 2를 일례로 하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 유동층환원로(2, 3, 4)에서 분철광석의 환원가스로 사용하여 배기되는 배가스를 1차건조된 슬러지의 기송(Pneumatic conveying)가스로 이용하면서 그 헌열로 1차건조된 슬러지를 최종건조한다. 물론, 슬러지의 초기 수분함량이 낮다면 1차건조 과정없이 바로 배가스로 건조하면서 이송하는 것도 가능하다.

본 발명에서 재활용하는 슬러지는 철분함량이 높고 수분이 일정량 함유되어 건조가 요구되는 슬러지이면 모두 가능하며, 대표적인 예가 코렉스 슬러지이다. 코렉스 슬러지는 표 1에서와 같이 T.Fe가 30%이상이고 수분함량이 38~42% 정도이다.

도 2에서는 배가스를 1차건조기에 일부 공급하여 건조가스로 활용하는 것과 함께 배가스의 나머지를 기송가스로 활용하는 가장 바람직한 배가스의 활용방법이 도시되어 있다.

배가스를 슬러지의 기송가스로 활용하면서 건조하기 위해서는 기송관의 일단을 분체저장조(12)의 일측에 연결하고, 타단은 슬러지 저장빈(205)에 연결하는 것이 바람직하다. 따라서, 독립적으로 설치된 로타리킬른과 같은 건조기를 용융프로세스의 설비에 연결하여 설치하면 1차건조 슬러지를 운송하지 않고 바로 이용할 수 있다.

본 발명에 따라 배가스를 이용하여 슬러지를 건조하면서 용융가스화로에 취입하는 방법을 설명한다. 먼저, 슬러지 저장조(201)의 슬러지를 건조기에 건조한다. 건조기는 통상 로타리킬른을 많이 사용하고 있다. 이때, 건조기에 배가스의 일부를 열공급에 이용하여 로타리킬른공정의 비용을 절감한다. 배가스의 공급량은 배가스의 30~60%를 공급하는 것이 좋다. 배가스양이 30% 미만이면, 로타리킬른에서의 비용절감효과가 크지 않으면 60% 보다 많으면 기송가스에서 사용할 가스의 양이 제한된다.

슬러지의 1차 건조는 수분함량이 5~10% 이내로 하는 것이 좋다. 그 이유는 수분함량이 5% 보다 적게 할려면 로타리킬른에서의 공정부하가 커지며, 10% 보다 많아지면 기송관에서의 건조에 부하가 많이 걸린다.

상기와 같이 1차건조된 슬러지의 미립입자는 슬러지저장빈(205)으로 배출하고, 과립입자는 파쇄하여 슬러지저장빈(205)로 배출한다. 슬러지의 선별은 1 mm를 기준으로 하는 것이 바람직하다.

슬러지저장빈의 1차건조된 슬러지를 배가스가 기송가스로 취입되는 기송관(206)에공급한다. 이때 슬러지 저장빈(205)으로 이송된 슬러지는 주입되는 양이 조절되어 기송관(206)으로 공급된다. 기송관에서 1차건조된 슬러지는 최종건조된다. 본 발명에서는 기송관에 취입되는 기체의 유속은 5 - 15 m/s로 유지하는 것이 바람직하다. 그 이유는 기체유속이 5 m/s 미만의 경우에는 기송관내에 입자의 분율이 크게 증가하고, 이로 인하여 기송관의 운전 및 조작이 힘들어 지며, 이와는 반대로 기체유속이 15 m/s 보다 커지면 기송관에 걸리는 압력이 증대되고, 입자 및 기송관에 마모가 심해져 바람직 하지 않다. 이러한 기체유속은 희박상 영역 (dilute phase)에서 조업이 이루어 지도록 하기 위해 설정된 것이다. 기송관에서 슬러지를 기송하기 위해서는 전체 고체입자의 부피비가 최대 5% 이하인 희박상 영역 (dilute phase) 에서 조업하는 것이 운전 및 조작이 용이하기 때문이다.

본 발명에 따라 최종건조되면서 기송되는 슬러지는 용융가스화로(1)의 분체취입장치(dust burner, 15)에 직접취입하는 것도 고려될 수 있으나, 바람직하게는 분체저장조(12)로 공급한다.

본 발명에 따라 유동층환원로의 배가스를 이용하여 슬러지를 용융가스화로에 취입하는 경우에 슬러지 처리량은 100 - 200 ton/day이다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

[실시예 ]

상기한 표 1의 코렉스 슬러지를 도 2의 로타리킬른에서 건조하였다. 이때, 유동층환원로의 하나인 예열로(4)에서 나오는 배가스의 45%를 로타리킬른로의 건조가스로 공급하였다. 예열로(4)의 배가스의 특성을 표 2에 나타내었다.

배가스 조성	CO:20% , H₂:21%, CO₂:20%, N₂:39%
배가스내 온도 및 압력	680℃, 1.7kgf/㎠
배출되는 배가스의 유량	8000~9000Nm³/hr

상기 1차건조된 슬러지를 1mm를 기준으로 선별하여 1mm이상은 파쇄하여 슬러지저장빈(205)으로 배출한 다음에 가송관(206)에 공급하였다. 이때의 기송관의 크기와 기송관내의 유속 및 압력강하를 표 3에 나타내었다.

기송관 크기	내경:0.10m, 높이:20.0m
기송관내 기체유속	5~15m/sec
기송관내 압력강하	0.06~0.10kgf/㎠

상기와 같은 처리공정에서 초기 슬러지의 수분변화를 측정하고 그 결과를 표 4에 나타내었다.

슬러지 처리량	100~200ton/day
초기 슬러지의 수분함량	38~42wt%
로타리킬른에서 건조후 수분함량	5~10wt%
기송관에서 건조후 수분함량	3wt%이하

표 4에서 알 수 있듯이, 유동층환원로의 배가스를 이용하여 슬러지를 기송하면서 동시에 건조가 가능하다는 것을 알 수 있으며, 종래의 건조방법에 비하여 30% 정도의 비용을 절감할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 유동층환원로의 배가스를 슬러지의 건조와 이송가스로 재활용함으로써 발생폐기물을 최소화하면서 슬러지의 건조비용 또한 크게 절감할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims

유동층을 형성하면서 장입된 분철광석을 환원하도록 구성되는 1개 이상의 유동층환원로(2, 3, 4),

상기 유동층 환원로중의 최종환원로(2)에서 분환원철을 공급받아 용융환원하여 용선을 제조하도록 구성되는 용융가스화로(1),

상기 용융가스화로(1)의 배가스를 포집하여 배가스중의 미립광석은 용융가스화로(1)에 순환시키고 미립광석이 제거된 배가스는 환원가스관(5)을 통해 유동층환원로(2, 3, 4)의 환원가스로 공급하는 사이클론(9)을 포함하고,

상기 유동층 최종환원로(2)는 광석장입관(7)을 통해 광석소통관계로 용융가스화로(1)와 연결되고, 상기 사이클론(9)은 용융가스화로(1)내에 미립광석을 용해응집시켜 취입하는 분진취입장치(15)와 분진소통관계로 연결되고, 상기 분체취입장치(15)는 분체취입관계로 분체저장조(12)와 연결되어 구성되는 용철제조설비를 이용한 용철제조방법에 있어서,

슬러지를 1차건조하여 슬러지 저장빈(205)에 저장하는 단계,

일단이 상기 분체저장조(12)의 일측에 연결되고 타단이 슬러지 저장빈(205)에 연결된 기송관(206)에 상기 유동층환원로(2, 3, 4)의 배가스를 취입하는 단계,

상기 기송관(206)에 상기 1차건조된 슬러지를 공급하여 배가스로 최종건조하면서 상기 분체취입장치(15)로 기송하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 유동층환원로의 배가스를 이용하여 슬러지를 재활용하는 용철제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 슬러지의 1차건조는,

슬러지의 수분함량을 5~10%의 범위로 건조하는 단계와,

건조된 슬러지를 선별하여 미립입자는 슬러지저장빈(205)으로 배출하고, 과립입자는 미립입자로 파쇄하여 슬러지저장빈(205)으로 배출하는 단계를 포함하고, 상기 유동층환원로의 배가스의 30~60%를 상기 1차건조단계의 건조가스로 활용하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 유동층환원로의 배가스를 이용하여 슬러지를 재활용하는 용철제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 슬러지는 T.Fe가 30%이상이고 수분함량이 38~42%인 코렉스 슬러지임을 특징으로 하는 유동층환원로의 배가스를 이용하여 슬러지를 재활용하는 용철제조방법.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한항에 있어서, 상기 기송관(206)은 5 - 15m/s의 기체유속으로 슬러지를 기송함을 특징으로 하는 유동층환원로의 배가스를 이용하여 슬러지를 재활용하는 용철제조방법.