KR20110113223A - 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법에 관한 것으로, 쇼트 분진, 철 스케일, 베어링 연마분진 등과 같이 외부만 산화되어 녹슨 상태이고 내부에는 순철 상태인 철 분진을 플라즈마 토치가 설치된 용융로에서 고온의 플라즈마 화염으로 용융시켜 철 용융물로 만든 후에 플라즈마 용융로 하부의 배출구를 통해 배출 시키면서 배출구 하부에 설치된 가동형 무한궤도 형태의 철괴 성형틀에 철 용융물을 채워서 이송시키면 철 용융물은 자연 냉각되면서 자동으로 성형틀에서 떨어지게 되고 이것을 수집하여 철괴로 제조할 수 있는 경제성이 뛰어난 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조 방법에 관한 것이다.
Figure P1020100032474
플라즈마, 철괴, 쇼트 분진, 플라즈마 토치, 무한궤도, 성형틀,

Description

플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법{The method of manufacture for iron lump of iron dust used plasma}
본 발명은 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법에 관한 것으로, 외부만 산화되고 내부는 철 성분이 보존 되어 있는 철 분진을 흑연과 함께 고온의 플라즈마 화염으로 철 분진에 포함된 일부의 산화철을 흑연으로 환원 시켜 순 철로 만들어 내부의 철 성분과 함께 용융한 철 용융물을 가동형의 무한궤도에 설치된 다수개의 성형틀에 부어서 자연 냉각하여 철괴로 제조함으로써 저렴한 가격의 철 분진을 고가의 철괴로 바꾸는 간단하면서 경제성이 뛰어난 기술을 제공하는 것이다
철 분진을 제철이나 제강사에서 용광로에 넣어서 용융 환원 시켜서 철을 회수하려면 당밀이나 전분, 벤토나이트, 시멘트 등과 같은 유기, 무기성 접착제로 접착 후에 브라켓트로 제조하여 사용하여야 하는데 그 이유는 용광로의 높이가 높고, 용광로 내부가 고온이어서 철 분진을 그대로 투입하면 용광로 내부의 고온 상승기류 때문에 철 분진이 용광로 상부로 날아가 버리고, 일부가 용광로 하부에 도달 하더라도 용융되어 환원되기 전에 산화철 상태에서 슬러그화 하여 순철로 회수 되지 못하게 된다, 따라서 브라케트화 하여야만 용광로 내에서 분화 파손되지 않고 용융 되어 철로 회수되어서 철 분진을 용광로에서 철로 회수할 때 브라케트 비용이 들고 브라케트시 사용하는 접착제가 연소하여 연기 발생이 많아지는 단점이 있다.
한편 소규모 큐폴라로나 소결로 등에서는 고철을 녹여서 철을 회수할 때 일부 철 분진을 섞어서 철 분진내의 철을 회수하기도 하는데 철을 회수하기 위하여 환원 역할 및 열량공급용으로 코크스나 무연탄, 유연탄 등을 많이 사용함에 따라 이들 물질이 연소하면서 이산화탄소, 황산가스와 같은 많은 유해가스를 배출시켜 환경을 오염시키는 단점도 있고, 철 분진 자체만으로는 철 회수를 하려면 역시 철 분진을 브라케트 시켜야하므로 이에 따른 비용손실이 발생한다.
또한 플라즈마를 이용하여 소각재나 석면 등과 같은 유해폐기물을 플라즈마 화염으로 용융시켜 무해한 유리 결정체로 제조하는 플라즈마를 이용한 폐기물 용융처리방법이 많이 재개되고 있으나 이 기술들은 유해한 폐기물을 용융시켜 환경오염 물질의 용출을 억제하는 기술이어서 용융된 용융물을 제품으로 직접 제조하는 기술이 없어서 용융물을 단순히 물에 넣어 유리화 구슬로 만든 후에 도로 로반재나 벽돌 등의 토목자재 제조 시 원료로 사용할 수밖에 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결 보완하기 위한 것으로서,
본 발명의 목적은 고온의 플라즈마 화염으로 철 분진을 빠르게 용융시켜 석탄이나 코크스와 같이 탄소원의 연소에 따른 유해 가스의 발생을 최소화 시키고 슬래그 발생을 최소화하는 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 철 분진에 소량의 흑연을 첨가하여 철 분진의 용융점을 낮추어 플라즈마 용융에 따른 전기의 소모량을 절감하고 흑연을 구성하고 있는 탄소성분이 철 분진 내에 일부 존재하는 산화철내의 산소와 결합하여 일산화탄소 및 이산화탄소로 발생되어 순철 회수율을 높이고 발생된 일산화탄소는 다시 플라즈마 용융로 내부를 환원성 분위로 만들어 용융로내의 고온 상태에서 공기가 산화되어 발생하는 질소산화물의 산소와 결합하면서 질소 산화물을 환원시켜 질소 상태로 돌려주는 유해가스를 제거하는 친 환경적인 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 용융로에서 용융된 철 용융물은 용융로 하부의 배출구로 배출되어져 배출구 하부에 가동형 무한 궤도식 성형틀에 채워지면 무한궤도 성형틀에서 이송되는 동안 자연 냉각된 후 성형틀에서 낙하되어 쉽게 철괴가 제조되어 운영이 편리한 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조 방법을 제공하는데 있다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따르면 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법에 있어서, 철 분진과 흑연을 저장하는 각각의 저장호퍼와, 각각의 저장호퍼 하부의 이송 컨베어와, 이송 컨베어에서 이송되어온 철 분진과 흑연을 용융로로 투입해주는 투입퓨셔로 구성된 투입설비부와; 투입된 철 분진과 흑연이 용융되는 장소를 제공하는 용융로와, 용융로 상부 천정을 관통하여 용융로 내부에 고온의 플라즈마 화염을 형성시켜주는 플라즈마 토치와, 용융된 용융물을 용융로 외부로 배출시켜주는 철 용융물 배출구 및 슬러그 용융물 배출구가 구비된 용융설비부와; 배출된 철 용융물이 철괴로 성형될 수 있도록 다수개의 성형틀이 무한궤도 위에 설치된 철 용융물 처리설비와, 용융된 슬러그를 유리 구슬화 시키기 위한 수조가 구비된 슬러그 용융 설비로 구성된 용융물 처리 설비부와; 용융 시 발생되는 고온의 배기가스를 냉각시키는 냉각 시설과, 냉각된 배기가스 중에 유해물질을 제거하는 대기오염 방지시설이 연결되어 구성된 배기가스처리 설비부를; 포함하는 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조 방법에 의하면 고온의 플라즈마 화염을 아용하여 철 분진을 빠르게 용융시켜 철괴를 생산하여 화석연료를 이용하여 철을 용융시키는 방법 보다 발생되는 배기가스의 량이 적어서 친 환경적인 철 분진 용융 환경을 제공하고, 철 분진을 성형 시키지 않고 그대로 용융시킬 수 있어서 처리공정이 간단하여 경제적인 효과가 있다.
또한 본 발명은 용융된 철 용융물을 성형틀에 부어 자연 냉각 상태에서 철괴로 제조할 수 있어서 편리성이 뛰어난 효과가 있다.
이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이들 도면은 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조 방법의 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법에 의해 구축되는 시스템은 크게 투입설비부(100)와 용융설비부(200), 용융물처리 설비부(300), 배기가스처리 설비부(400)를 포함하여 구성된다.
투입설비부는(100)는 반입된 철 분진을 저장하는 철 분진 저장호퍼(101)와 흑연을 저장하는 흑연 저장호퍼(102)가 있고 각각의 저장호퍼(101,102) 하부에는 철 분진 이송컨베어(103)와 흑연 이송컨베어(104)가 장착되어 있으며, 이들 각각의 켄베어(103,104)의 배출구(105,106)는 투입퓨셔(107)상부의 투입구(108) 상부에 위치되어 이송물이 동시에 투입구(108)로 투입 되도록 배치되며 투입퓨셔(107)는 유압 시린더(109)에 의하여 전, 후진하면서 투입구(108)에 투입된 흑연과 철 분진을 용융로(201) 내부로 밀어 넣도록 구성 되어져 있다.
용융 설비부(200)는 투입된 철 분진과 흑연을 용융시키는 장소인 용융로(201)와 용융로(201) 천정(202)을 관통하여 플라즈마 화염(203)을 용융로(201)내부에 발생시켜 주는 플라즈마 토치(204)와 용융된 용융물(205)을 용융로(201) 외부로 배출시킬 수 있는 2개의 용융물 배출구(206,207)가 있으며, 용융물(205) 중 비중이 무거운 철 용융물은 용융로(201) 하부 바닥(208)에 설치된 철 용융물 배출구(206)를 통하여 배출되고 용융물 (205)중 비중이 가벼운 슬러그 용융물은 철 용융물 배출구(206)보다 높은 곳에 위치한 용융로(201) 측면 벽(209)에 설치된 슬러그 용융물 배출구(207)를 통하여 배출 되도록 2개의 높이가 다른 용융물 배출구(206,207)가 갖추어져 있어서 용융물(205)이 비중에 따라 분리 배출 되도록 하였다..
용융로(201) 내부는 고온 플라즈마 화염(203) 및 고온의 용융물(205)로 부터 용융로(201)의 외부 케이싱(210)을 보호하기 위하여 두꺼운 내화벽돌(211)로 시공되어 있고, 플라즈마 토치(204)는 플라즈마 화염(203) 형성을 위하여 플라즈마 토치(204) 중앙에 공기주입구(212)가 있으며 용융로(201)에 반입되는 철 분진 및 흑연의 반입량과 용융물(205)의 용융 두께에 따라 플라즈마 화염(203) 길이 및 플라즈마 화염(203) 방향을 조절하기 위하여 용융로(201) 외부에 플라즈마 토치(204) 구동장치(213)가 부착되어 있다.
한편 용융로(201) 하부 바닥(208)에는 플라즈마 토치(204)에서 발생되는 강력한 전자를 수전할 수 있도록 구리재질의 수전판(214)이 장착 되어 있다.
용융물 처리 설비부(300)는 철 용융물 처리설비(301)와 슬러그 용융물 처리설비(302) 나누어져서 구성되어 있다. 용융물(205)중에 비중이 무거운 철 용융물이 용융로(201) 하부 바닥(208)에 설치된 철 용융물 배출구(206)를 통하여 용융로(201) 외부로 배출되면 철 용융물 배출구(206) 하부에 무한궤도(303) 위에 설치된 다수개의 성형틀(304)에 액체 상태로 흘러서 채워지고 성형틀(304)이 무한궤도(303)에 의하여 천천히 움직이면 성형틀(304)에 채워진 철 용융물은 서서히 자연 냉각 되면서 굳어져서 철괴(305)로 변한 후에 성형틀(304)이 무한궤도(303)의 회전에 의하여 궤도 상부(306)에서 궤도 하부(307)로 돌아 내려갈 때 무거운 철괴(305)는 자중으로 바닥에 떨어져서 수집된다.
한편 용융물(205)중에 비중이 가벼운 슬러그 용융물은 용융로(201) 측면 벽(209)에 설치된 슬러그 용융물 배출구(207)를 통하여 용융로(201) 외부로 배출되며 배출된 슬러그 용융물은 슬러그 용융물 배출구(207) 하부에 설치된 수조(308)로 떨어지고 수조(308)에서 물에 의한 급냉이 이루어지면서 고온의 용융물이 물속에서 폭발하여 다량의 수증기를 발생하면서 슬러그 내의 규소성분이 다른 이물질과 함께 유리화 하여 원형의 작은 유리화된 구슬(309)이 된다. 이 구슬(309)은 회수하여 토목 재료 원료나 도로 로반재로 이용 된다.
배기가스처리 설비부(400)는 철 분진을 용융 시 발생하는 배기가스를 처리하는 설비로서 용융로(201)에서 플라즈마 화염(203)으로 철 분진을 용융할 때 철 분진 내에 포함된 유분이나 이물질이 연소 되어 발생하는 연소가스와 플라즈마 화염(203)을 발생시키기 위하여 플라즈마 토치(204) 중앙의 공기 주입구(212)에서 용융로(201)로 주입 되는 외부공기가 용융로(201)내부의 고온 분위기에 의해 약 100℃ 이상의 고온 배기가스로 발생 하게 되는데 발생된 배기가스는 용융로(201) 상부에 설치된 가스 배출구(401)를 통하여 후단의 냉각기(402)로 유입되고 40℃ 이하로 냉각된 배기가스는 후단의 대기오염 방지시설(403)에서 오염물질이 제거 되어진 후 송풍기(404)를 통하여 대기로 방출된다
한편 대기오염 방지시설(403)은 철 분진에 포함된 이물질의 종류에 따라 세정식 집진장치나 여과식 집진장치 중에 선별하여 사용하는 것이 좋다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적 인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법의 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 투입설비부 101: 철 분진 저장호퍼
102: 흑연 저장호퍼 103: 철 분진 이송 컨베어
104: 흑연 이송 컨베어 105: 철 분진 이송 컨베어 배출구
106: 흑연 이송 컨베어 배출구 108: 투입퓨셔
109: 유압 시린더 200: 용융 설비부
201: 용융로 202: 천정
203: 플라즈마 화염 204: 플라즈마 토치
205: 용융물 206: 철 용융물 배출구
207: 슬러그 용융물 배출구 208: 바닥
209: 벽 210: 케이싱
211: 내화벽돌 212: 공기주입구
213: 구동장치 214: 수전판
300: 용융물 처리 설비부 301: 철 용융물 처리설비
302: 슬러그 용융물 처리설비 303: 무한궤도
304: 성형틀 305: 철괴
306: 궤도 상부 307: 궤도 하부
400: 배기가스 처리 설비부 401: 가스 배출구
402: 냉각기 403: 대기오염 방지시설
404: 송풍기

Claims (4)

  1. 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법에 있어서,
    철 분진과 흑연 원료를 저장하는 각각의 저장호퍼와, 상기 원료들을 이송하는 각각의 컨베어와, 상기 원료들을 동시에 용융로로 투입하는 투입퓨셔로 구성된 투입 설비부와;
    상기 원료들을 플라즈마 화염으로 용융하는 용융로와, 용융로 상부를 관통하여 설치된 플라즈마 토치와, 용융물이 비중차로 분리 배출될 수 있도록 용융로 하부와 측면에 2 개의 용융물 배출구가 구성된 용융 설비부와;
    상기 용융물중 용융로 하부 배출구로 배출된 철 용융물을 받는 다수의 성형틀이 무한궤도에 얹혀 구성된 철 용융물 처리설비와, 상기 용융물중 용융로 측면 배출구로 배출되는 슬러그 용융물을 유리구슬 화하는 수조가 설치된 슬러그 용융물 처리설비로 구성된 용융물 처리설비부와;
    용융로에서 발생하는 배기가스를 냉각하는 냉각기와, 대기오염 방지시설과 송풍기가 연결되어 구성된 배기가스 처리설비부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 사용 원료는, 철 분진, 흑연 또는 철 분진만을 원료로 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 토치는 화염 방향, 위치 조정이 되도록 외부에 구동기가 장착된 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 용융물 배출구는 용융로 하부 바닥과 용융로 측면에 높이가 다르게 설치되어 용융물을 비중차로 분리 배출할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 철 분진의 철괴 제조방법.
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