KR101736631B1 - 제철 부산물의 재활용방법 - Google Patents

제철 부산물의 재활용방법 Download PDF

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Abstract

제철 부산물을 준비하는 단계, 상기 제철 부산물에 환원제와 FeOX 및 MnOX 중 1종 이상을 혼합하여 혼합물을 얻는 단계, 및 상기 혼합물을 공기 또는 산소 분위기 하 가열하여 고상 탈황하는 단계를 포함하는 제철 부산물의 재활용방법이 개시된다.

Description

제철 부산물의 재활용방법{METHOD FOR RECYCLING BYPRODUCT OF IRON AND STEEL INDUSTRY}
본 발명은 제철 부산물의 재활용방법에 관한 것이다.
제철소에서 발생하는 제철 부산물로는 크게 슬래그, 슬러지, 더스트 등으로 구분되며, 부가가치 증대 및 자원 재활용 측면에서 다양하게 재사용되고 있다.
그런데, 이러한 제철 부산물 중 일부는 황(S) 등 유해성분의 함량이 높아 제강 원료로는 이용되지 못하고, 제선 원료로만 이용되고 있는 실정이다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는, 황(S) 등 유해성분의 함량이 높은 제철 부산물을 제강 원료로 재활용하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 제철 부산물을 준비하는 단계, 상기 제철 부산물에 환원제와 FeOX 및 MnOX 중 1종 이상을 혼합하여 혼합물을 얻는 단계, 및 상기 혼합물을 공기 또는 산소 분위기 하 가열하여 고상 탈황하는 단계를 포함하는 제철 부산물의 재활용방법을 제공한다.
본 발명의 여러 효과 중 하나로서, 황(S) 등 유해성분의 함량이 높은 제철 부산물을 제강 원료로 효과적으로 재활용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 여러 효과 중 하나로서, 고상 탈황이 가능하여 에너지 효율이 우수한 장점이 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 제철 부산물을 준비한다.
제철 부산물은 철강 제조 과정에서 부산물로 발생하는 철 성분을 함유한 슬래그, 슬러지, 더스트 등을 의미하는데, 예를 들면, 제강 더스트, 고로 더스트, 소결 더스트 및 선분정광으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
전술한 바와 같이, 이러한 제철 부산물 중 일부는 황(S) 등 유해성분의 함량이 높아 직접환원철(DRI)로 가공시 제강 원료로는 이용되지 못하고, 제선 원료로만 이용되고 있는 실정이다.
제한되지 않는 일 예에 따르면, 제철 부산물은 20중량% 이상의 철을 포함할 수 있다. 만약, 제철 부산물이 20중량% 미만의 철을 포함할 경우 금속 성분이 다량 함유된 제강 부산물을 추가적으로 혼합하여 제강 부산물의 총 금속 함량이 20 중량% 이상 되도록함이 바람직하다.
제한되지 않는 일 예에 따르면, 제철 부산물은 중량%로, 제강 더스트: 10~30%, 소결 더스트: 10~30%, 선분정광: 40~80%를 포함할 수 있다. 이는 제철 부산물에 함유된 철의 함량을 20중량% 이상으로 조절하기 위함으로써, 상기의 목적만 달성할 수 있다면 이들의 함량 범위는 필요에 따라 일부 조정될 수 있다.
다음으로, 제철 부산물에 환원제와 FeOX 및 MnOX 중 1종 이상을 혼합하여 혼합물을 얻는다.
제한되지 않는 일 예에 따르면, 100g의 제철 부산물에 대하여, 환원제: 20g 이하(0g 제외) 및 FeOX 및 MnOX 중 1종 이상: 합계 10g 이하(0g 제외)를 포함할 수 있다.
환원제
환원제는 후속 공정인 고상 탈황 공정에서 Fe2O3 혹은 Fe3O4를 Fe로 환원시키면서 S를 SO2로 전환시켜 탈황시키기 위하여 첨가하는 것으로, 제한되지 않는 일 예에 따르면, 상기 환원제는 탄소계 환원제, 예컨대, 코크스, 석탄 및 그라파이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상 일 수 있다.
만약, 환원제의 함량이 과다할 경우 일부 환원제가 반응되지 않고 잔존하여 불순물로 작용할 우려가 있다. 이를 방지하기 위한 측면에서 환원제의 함량은 100g의 제철 부산물에 대하여 20g 이하로 제한함이 바람직하다. 한편, 본 발명에서는 환원제의 함량의 하한에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 충분한 탈황 효과를 얻기 위한 측면에서 100g의 제철 부산물에 대하여 1g 이상으로 할 수는 있다.
FeO X 및 MnO X 중 1종 이상
제철 부산물 내 황은 일반적으로 S, CaS, FeS 등의 형태로 존재하는데, 이 중 CaS는 산화 분위기 하 CaSO4를 형성할 수 있으며, 이 경우, 탈황 후 제철 부산물 내 불순물의 함량이 증가하는 단점이 있다. 이를 방지하기 위해서는 탈황 온도를 충분히 높여 용융 탈황을 할 필요가 있는데, 이 경우, 에너지 효율 측면에서 불리한 단점이 잇다. 혼합물 내 FeOX 및 MnOX 중 1종 이상을 첨가할 경우, 예컨대, 하기 식 1 또는 식 2와 같은 반응을 통해 CaS의 상변화를 가져와 효과적인 탈황의 유도가 가능하다.
[식 1] CaS + FeO → FeS + CaO, 2FeS + 3O2 → 2FeO + 2SO2
[식 2] CaS + 2MnOX + xO2 → Ca(MnO4)2 + SO2
다만, FeOX 및 MnOX 중 1종 이상의 함량의 합이 과다할 경우 일부가 반응되지 않고 잔존하여 불순물로 작용할 우려가 있다. 따라서, 이들의 함량의 합은 100g의 제철 부산물에 대하여 10g 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 한편, 본 발명에서는 이들 함량의 합의 하한에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 충분한 탈황 효과를 얻기 위한 측면에서 100g의 제철 부산물에 대하여 1g 이상으로 할 수는 있다.
다음으로, 혼합물을 공기 또는 산소 분위기 하 가열하여 고상 탈황한다. 이 경우, 제철 부산물에 함유된 황은 아래 식 3 내지 5과 같은 반응에 의해 탈황될 수 있다.
[식 3] 2CaS + 3O2 → 2CaO + 2SO2(g)
[식 4] 2FeS + 3O2 → 2FeO + 2SO2(g)
[식 5] S + O2 → SO2(g)
제한되지 않는 일 예에 따르면, 고상 탈황은 유동로, 로터리 킬른, 회전상식환원로(RHF, Rtary Hearth Furnace), 가스로, 관상로 등에서 이뤄질 수 있다.
제한되지 않는 일 예에 따르면, 가열 온도는 800~1550℃일 수 있다. 만약, 가열 온도가 800℃ 미만일 경우 탈황이 충분히 일어나지 못할 우려가 있으며, 반면, 1550℃를 초과할 경우 탈황에는 유리하나, 에너지 소비 측면에서 불리할 수 있다.
제한되지 않는 일 예에 따르면, 가열 시간은 30분 내지 2시간일 수 있다. 만약, 가열 시간이 30분 미만일 경우 탈황이 충분히 일어나지 못할 우려가 있으며, 반면, 2시간을 초과할 경우 에너지 소비 측면에서 불리할 수 있다.
제한되지 않는 일 예에 따르면, 탈황된 혼합물이 50중량% 이상의 철을 포함하는 경우, 상기 탈황된 혼합물을 제강 공정 원료로 활용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제한되지 않는 일 예에 따르면, 탈황된 혼합물이 50중량% 미만의 철을 포함하는 경우, 상기 탈황된 혼합물을 직접환원철(DRI, Direct Reduced Iron) 제조 원료로 활용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
제강 더스트 6.5g, 선분정광 38.5g, 소결 더스트 5g 혼합된 원료 50 g 에 환원제(미분탄) 1g 및 Fe2O3 1g을 배합한 후, 900℃에서 100vol%O2 분위기 하 30분간 고상 탈황을 실시하였다. 이들의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
하기 표 1을 참조할 때, 본 발명에서 제안하는 방법에 의해 탈황을 실시할 경우, 제강 부산물 중 황(S) 등 유해성분의 함량을 크게 저감할 수 있음을 확인할 수 있다.
조성 (중량%)
T.Fe CaO SiO2 Al2O3 MgO S C
탈황 전 48.8 16.8 6.6 5.2 1.9 0.41 5.01
탈황 후 57.7 15.9 5.2 5.6 1.8 0.06 0.73

Claims (8)

  1. 제철 부산물을 준비하는 단계;
    상기 제철 부산물에 환원제와 FeOX 및 MnOX 중 1종 이상을 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 및
    상기 혼합물을 공기 또는 산소 분위기 하 가열하여 고상 탈황하는 단계;
    를 포함하는 제철 부산물의 재활용방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제철 부산물은 제강 더스트, 고로 더스트, 소결 더스트 및 선분정광으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 제철 부산물의 재활용방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제철 부산물은 20중량% 이상의 철을 포함하는 제철 부산물의 재활용방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제철 부산물은 중량%로, 제강 더스트: 10~30%, 소결 더스트: 10~30%, 선분정광: 40~80%를 포함하는 제철 부산물의 재활용방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물은 100g의 제철 부산물에 대하여, 환원제: 20g 이하(0g 제외) 및 FeOX 및 MnOX 중 1종 이상: 합계 10g 이하(0g 제외)를 포함하는 제철 부산물의 재활용방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 환원제는 탄소계 환원제인 제철 부산물의 재활용방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가열시, 가열 온도는 800~1550℃인 제철 부산물의 재활용방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가열시, 가열 시간은 30분 내지 2시간인 제철 부산물의 재활용방법.
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