KR100399234B1

KR100399234B1 - 고로슬래그 첨가에 의한 열연오일슬러지의 환원철 제조방법

Info

Publication number: KR100399234B1
Application number: KR10-1999-0059811A
Authority: KR
Inventors: 이현; 이용국
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2003-09-22
Also published as: KR20010057302A

Abstract

본 발명은 가열로에서 배출되는 슬라브를 열간압연하는 열연공장에서 발생된 오일 함유 슬러지를 철원으로 활용이 가능하도록 금속 Fe 성분을 회수하는 방법으로써 열연 오일슬러지에 코크스더스트와 환원 촉진제로 고로슬래그를 첨가하고, 바인더를 혼합하여 성형을 한 후 질소분위기의 가열로에서 환원하여 환원철을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 열연공장에서 발생된 오일함유 슬러지를 건조하는 단계; 건조된 열연오일슬러지와 코크스더스트를 중량비로 9-24로 배합한 후 94-98중량%에 고로슬래그를 2-6중량% 혼합하고 바인더를 첨가하여 형상을 제조하는 단계; 1050℃이상의 질소분위기 가열로에서 환원한 후 냉각하는 단계;를 포함하는 고로슬래그 첨가에 의한 열연오일슬러지의 환원철 제조방법을 제공한다.

상술한 바와 같은 본 발명을 통하여 제조된 환원철은 열연오일 슬러지, 코크스더스트 및 고로슬래그를 이용하므로서, 환경친화적인 제철소내 폐기물의 재활용 차원에서도 바람직하며, 또한, 본 발명에 의한 환원철은 철원으로서 제강의 생산량 증대에도 크게 기여하여 경제적으로 부가가치의 증대로 원가경쟁력이 확보되며, 생산성에도 큰 효과가 있다.

Description

고로슬래그 첨가에 의한 열연오일슬러지의 환원철 제조방법{MANUFACTURING OF REDUCTION IRON IN HOT ROLLING MILL OILY SLUDGE BY ADDITION OF BLAST FURNACE SLAG}

열연공장에서 발생되는 열연오일슬러지는 환경에 악영향을 미치기 때문에 전처리를 통하여 재활용을 하거나 매립을 하여 환경적으로 안정된 상태로 처리함으로써 환경비용이 많이 소요되고 있는 실정이다.

이러한 열연오일슬러지를 처리하는 관련기술로는 물리적으로 유분을 회수하는 기술이 다양하게 개발되고 있으며, 증류탑 등 화성설비에서 유분을 회수하는 시스템기술로는 미국특허 US 4994169호가 알려져 있다. 또한, 화학적 처리방법으로 비이온성 계면활성제를 이용하여 액포를 형성하여 슬러지와 오일간의 분리 처리하는 기술로 미국특허 US 4536324호가 알려져 있다.

그러나, 상기 방법들은 복잡한 단계를 거쳐 처리되어지고, 최종적으로 얻어지는 것들은 대부분 매립해 버리는 문제가 있다.

이에 본 발명자들은 보다 효율적으로 열연오일슬러지를 처리하고자 연구와 실험을 거듭한 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 건조된 열연오일슬러지, 코크스더스트와 고로슬래그를 첨가하여 혼합하고, 바인더를 첨가하여 성형한 후 질소분위기에서 환원하여 제강용 철원으로서 환원철을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도 : 본 발명의 제조공정 흐름도

제2도 : 본 발명의 실시예에 따른 환원철의 금속화율을 나타낸 그래프

제3도 : 고로슬래그 첨가에 의한 환원철의 금속화율을 나타낸 그래프

제4도 : 고로슬래그 첨가시 온도에 따른 환원철의 금속화율을 나타낸 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열연공장에서 발생된 오일함유 슬러지를 건조하는 단계; 건조된 열연오일슬러지에 코크스더스트를 9-24중량%로 배합한 후 그 배합물의 94-98중량%와 고로슬래그 2-6중량%를 혼합하고 바인더를 첨가하여 형상을 제조하는 단계; 1050℃이상의 질소분위기 가열로에서 환원한 후 냉각하는 단계;를 포함하는 고로슬래그 첨가에 의한 열연오일슬러지의 환원철 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 유분이 포함된 열연오일슬러지를 100℃이상에서 건조하고 실공정에 활용시 로타리킬른을 통과하는데 20분 이내로 처리하는 것이 바람직하며, 상기 시간내에 건조할 수 있는 온도는 200℃이상을 유지해야 된다.

상기 건조된 열연오일슬러지에 코크스더스트를 9-24중량%로 배합한 후 그 배합물 94-98중량%에 고로슬래그를 2-6중량% 혼합하고 바인더를 사용하여 형상을 제조하게 되는데, 상기 열연오일슬러지, 코크스더스트와 고로슬래그는 본 발명에 적용하기 위해서는 하기 표1과 같은 화학적 조성을 갖는 것이 바람직하다. 다만, 이는 바람직한 예일 뿐이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 또한 탄소성분이 84%이상을 함유한 코크스더스트는 코크스제조공정에서 발생되는 부산물을 활용하게 된 것이다.

성분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	FeO	MnO	MgO	CaO	Na₂O+K₂O	C	S
열연오일슬러지(중량%)	0.15-3.5	0.10-0.5	40.5-47.5	42.5-48.5	0.15-0.32	0.01-0.05	0.01-0.3	0.01-0.1	1.5-8.2	0.03-0.3
코크스더스트(중량%)	3-5	3-5	0.1	0.1	-	0.1-0.3	0.02-0.07	0.01-0.02	84-87	0.03-0.07
고로슬래그(중량%)	32-35	10.5-12.5	0.2-0.5	-	0.3-0.5	6.1-7.5	40.5-43.5	0.5-1.5	-	0.6-0.8

상기 코크스더스트는 고로의 연료로 사용하기 위해서 석탄을 건류하여 괴코크스를 제조하는 공정에서 발생되는 분말상의 코크스로 화학성분이 탄소가 주성분으로 되어있다.

상기 열연오일스러지와 코크스더스트에 함유된 화학성분중 알카리 성분(Na₂O+K₂O), SiO₂와 Al₂O₃은 환원반응을 통하여 환원철을 제조할 때 철산화물과반응하여 융점을 저하시키는 화합물로써 열연오일스러지 중에 포함된 산화철의 환원에 기여하게 된다. 저융점화와 고상반응을 유도하여 환원을 촉진시키는 상기 열연오일스러지와 코크스더스트에 고로에서 저융점이 되도록 하여 용선을 제조하고 발생되는 상기 고로슬래그를 사용하여 환원을 촉진시키는 것을 확인하였다. 이때 고로슬래그를 2중량%이하로 혼합할 경우 그다지 환원촉진 효과를 발현하지 못하였고, 6중량%이상에서는 환원 촉진효과가 더이상 나타나지 않았다. 또한 6중량%이상 첨가시에는 총 Fe의 함량이 작아지므로 바람직하지 못하다. 따라서 본 발명에서 고로슬래그 첨가량은 2-6중량% 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 열연오일슬러지에 코크스더스트를 9-24중량%(열연오일슬러지를 기준으로 했을 때의 무게비로서 예컨대, 코크스더스트가 9-24중량%로 투입된다면 무게비 100을 기준으로 했을 때 열연오일슬러지는 당연히 76-91중량%가 될 것임)로 배합하는데, 이때 중량비가 9보다 작게되면, 즉 투입되는 코크스더스트양이 열연오일슬러지의 양에 비해 반응량보다 적게 되면 환원반응시에 환원되는 양이 부족하여 90%이상의 환원철을 제조하는데 환원 효과를 발휘하지 못하고; 24보다 크게 투입될 경우에는, 즉 투입되는 코크스더스트의 양이 열연오일슬러지의 양에 비해 상대적으로 반응량보다 많게 되면 환원철중에 포함된 불순물의 양이 증대되어 바람직하지 못한 문제점이 있기 때문에 본 발명에서는 열연오일슬러지와 코크스더스트를 중량비로 9-24를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 열연오일슬러지는 적정 환원상태를 유지하기 위하여 코크스더스트와 밀접한 관계를 지니기 때문에 과잉의 코크스더스트가 투입되지 않으면서 환원에 필요한 탄소량이 충족되도록 배합하는 것이 필요하다.

또한 상기 수용성 바인더는 형상제조시의 강도를 내기 위해서 사용하는데, 본 발명에서는 폴리비닐알코올, 또는 카복실메칠셀롤로우스의 2%와 물 98%를 혼합한 용액인 수용성 바인더를 사용하였다.

본 발명에서는 통상의 방법으로 형상을 제조한 후 질소분위기에서 환원공정을 거치게 된다. 상기 조성의 건조된 열연오일슬러지, 코크스더스트와 고로슬래그를 혼합하여 수용성 바인더를 첨가하여 가압성형을 하거나 펠렛제조기에서 펠렛을 제조하는 방법으로 형상을 제조하고, 질소분위기로 1050℃이상의 가열로에서 환원 후 냉각하여 환원철을 제조하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 제조공정을 개략적으로 도1에 나타내었다.

다음은 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

본 발명의 환원철제조를 위한 열연오일슬러지와 코크스더스트의 적정 혼합의 함량을 구하기 위한 실시예로 열연오일슬러지와 코크스더스트의 합이 100%가 되도록 하기 표2와 같은 비율로 배합하고, 바인더를 첨가하여 성형하는 방법으로 제 1도의 제조공정에서와 같이 환원철을 제조하였다. 환원시에는 질소분위기의 가열로에서 1100℃의 온도에서 60분간 환원반응 시켰다. 또 본 발명에 사용되는 바인더는 수용성바인더로 폴리비닐알코올을 사용하였다.

구분	비교예 1	발명예 1	발명예 2	발명예 3	발명예 4	비교예 2
열연오일슬러지(중량%)	98	96	94	92	90	88
코크스더스트(중량%)	2	4	6	8	10	12

상기와 같이 제조된 펠렛의 습식화학분석을 통하여 펠렛중의 T-Fe(Fe총량)과 M-Fe(금속 Fe량)을 측정하여 환원이 일어나는 결과를 제강공정에서 실제로 필요한 데이터인 금속화율을 다음식으로 계산하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에서와 같이 실용화에 필요한 환원철은 금속화율이 90%이상을 규격으로 요구하고 있다. 따라서 도2의 본 발명예 1∼4와 비교예 2에서는 금속화율이 90%이상을 유지하는 반면에 비교예 1에서는 금속화율이 80%정도에도 미치지 못하였는데, 이것은 코크스더스트량의 부족으로 인하여 환원에 필요한 탄소량이 모자라서 오일슬러지중의 산화철성분을 충분히 환원시키지 못한 결과이다.

또한 비교예 2에서는 충분한 금속화율을 나타내고 있지만 과량의 코크스더스트의 함량으로 환원철내의 메탈 Fe에 탄소성분이 그대로 존재하여 상대적인 메탈 Fe의 비율을 떨어뜨리는 결과를 초래하여 바람직하지 못하다.

따라서 본 발명에서는 열연오일슬러지 90-96중량%와 코크스더스트 4-10중량%를 배합하는 비율이 적정배합한 것으로 판단되며, 열연오일슬러지와 코크스더스트와 의 중량비가 9-24사이에서 배합이 이루어진다. 또한 본 발명에서는 상기 폴리비닐알콜 수용성바인더를 사용하였으나 카르복실메칠셀롤로우스 등의 바인더를 사용하여도 공정처리상의 문제는 발생되지 않으므로 본 발명의 제한 조건에서 제외하였다.

실시예 2

본 발명의 고로슬래그 첨가시의 환원효과를 파악하기 위하여 실시예 1과 같은 방법으로 열연오일슬러지와 코크스더스트를 중량비로 15로 하여 혼합한 배합에 고로슬래그를 0,1,2,3,4,5,6,7중량%를 각각 첨가하여 100중량%가 되도록 하였다. 그후의 공정은 실시예 1과 같은 방법으로 실시하였다.

상기와 같이 제조된 환원철의 금속화율을 도 3에 나타냈으며, 고로슬래그의 무첨가시에는 92%금속화율을 나타내고 있지만 고로슬래그 첨가량이 본 발명의 범위인 2-6%에서 금속화율이 급격히 증가됨을 알 수 있다.

이것은 열연오일슬러지 및 코크스더스트 중의 불순성분이 고로슬래그에 의해서 융점이 낮아져서 환원반응을 촉진시키는 것을 알 수 있으며, 융점이 낮아지면 코크스더스트의 탄소성분과 슬러지중의 산소성분과의 고상반응으로 일산화탄소를 생성하고, 다시 이산화탄소를 형성하여 배출됨으로서 환원을 촉진시키는 것을 알 수 있다. 고로슬래그의 첨가효과는 첨가량 2중량%이상에서 효과를 발휘하고 있으며, 7중량%이상에서는 그 이하인 6중량%와 그다지 차이를 보이지 않고 있으므로 본 발명에서는 오일슬러지와 코크스더스트 배합에 2-6중량%를 첨가하여 환원철을 제조하는 것이 바람직하다고 하겠다.

실시예 3

본 발명의 환원처리시의 가열로 온도조건을 도출하기 위하여 열연오일슬러지와 코크스더스트를 중량비로 15로하여 혼합한 97중량%에 고로슬래그를 3중량%를 첨가하여 100중량%가 되도록 하여 바인더를 첨가한 후 가압성형으로 펠렛을 제조하고 질소분위기에서 환원반응시의 온도조건을 1000℃, 1050℃, 1100℃, 1150℃, 1200℃에서 각각 60분간 환원반응 후 냉각하여 제조된 펠렛을 제조하였다. 실시예 1에서와 같은 방법으로 금속화율을 계산하여 도 4에 나타내었다.

도 4에 나타난 바와 같이 환원온도에 따라서 금속화율이 증가되는데, 본 실시예에서는 금속화율 90%이상을 유지하기 위해서 온도조건을 1050℃이상에서 환원반응을 실시하는 것이 바람직하다. 고로슬래그 무첨가시에는 금속화율 90%이상을 유지하기 위해서는 1100℃이상에서 열처리를 해야되는 반면에 고로슬래그를 첨가시에는 보다 저온에서 환원반응이 일어나기 때문이다. 따라서 본 발명에서 환원을 위한 가열로의 온도조건을 1050℃이상에서 실시하는 조건으로 한정하였다.

Claims

열연공장에서 발생된 오일함유 슬러지를 건조하는 단계와;

상기 건조된 열연오일슬러지에 코크스더스트를 9-24중량%로 배합한 후 그 배합물 94-98중량%에 고로슬래그를 2-6중량% 혼합하고, 바인더를 첨가하여 형상을 제조하는 단계와;

1050℃이상의 질소분위기 가열로에서 환원한 후 냉각하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는고로슬래그 첨가에 의한 열연오일슬러지의 환원철 제조방법.