Zhang, Chuanfu;Peng, Bing;Peng, Ji;Lobel, Jonathan;Kozinski, Janusz A.
대한전자공학회:학술대회논문집
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대한전자공학회 2001년도 The 6th International Symposium of East Asian Resources Recycling Technology
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pp.404-408
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2001
This paper focuses on the pilot-scale investigation of direct recycling of electric arc furnace (EAF) stainless steelmaking dust. The direct recycling of EAF dust is to make pellets with the mixture of the dust and the reducing agent carbon, then introduce the pellets to the EAF. The valuable metals in the dust are reduced and get into the steel as the alloying elements. Experiments simulating direct recycling in an EAF were performed using an induction furnace. But it seems difficult to reduce all metal oxides in the dust so that some metal reducing agents added in the late stage of reduction process. The valuable metals in the dust were reduced partly by carbon and partly by metal reducing agent for the economical concern. The recovery of iron, chromium and nickel from the flue dust and the amount of metal oxides in the slag were measured. The results showed that the direct recycling of EAF stainless steelmaking dust is practicable. It wes also found that direct recycling of flue EAF stainless steelmaking dusts does not affect the chemistry and quality of stainless steel produced in the EAF. It is benefit not only for the environmental protection but also for the recovery of valuable metal resources in this way.
대만의 제강생산량은 21,290천톤이고, 전기로제강량은 제강생산량의 약 반, 즉 11,200천톤이다. 그리고 이 전기로 제강시 발생되는 더스트량은 160천톤(2009년도)이다. Walcz 프로세스(탄소강 EAF 더스트)에서 약 70천톤, RHF/SAF 프로세스(스테인레스강 EAF 더스트)에서 약 60천톤을 처리하고 있다. 그리고 약 90천톤/년의 조산화아연(ZnO)이 생산되고 있는 것으로 추정된다. 현재 새로운 EAF 더스트 리싸이클링법이 개발되고 있고, 조산화아연의 품위향상이 앞으로 과제이다.
대한전자공학회 2001년도 The 6th International Symposium of East Asian Resources Recycling Technology
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pp.381-386
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2001
The dust generated from the electric arc furnace steel making process is classified as hazardous material by Korean Environmental Protection Acts, mainly because of the existence of water teachable Pb, Zn and Cd. Thus the treatment of EAF dust is being carried out to fulfill both the environmental aspect and recovery of valuable metals. To establish the proper process for recovering the valuable metals (Fe, Zn, Pb and Cd) and producing the non-toxic slag from EAF dust, using RAPID-10 system, feasibility study have been carried out. To find out the scale-up factor for designing the commercial scale EAF dust treatment process(capacity 50,000 ton EAF dust per year) entitled RAPID-50 system. The design and construction of RAPID-50 (RIST Arc Plasma Industrial Device) system for treating 50,000 ton of EAF dust per year is now undergoing. Overall plan for treating EAF dust generated in KOREA will be setup after successful operation (December, 2002) of RAPID-50 system.
대한전자공학회 2001년도 The 6th International Symposium of East Asian Resources Recycling Technology
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pp.9-18
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2001
1. EAF Dust in Japan - Generation and Characteristics. The quantity of dust generated from EAF shops in Japan was estimated to be 520,000 tons/year in 1999. Extremely fine dust (or fume) is formed in the EAF by metal vaporization. Its characteristics such as chemical compositions, phases, particle size, leaching of heavy metal are mentioned. 2. EAF Dust Treatment Methods in Japan. In 1999, 61% of EAF dust was treated by regional zinc recovery processing routes, 25% went to landfill disposal, 4% was reused as cement material, and 10% was treated by on-site processing routes. The problems of EAF dust treatment methods in Japan are: (1) very high treatment cost, and (2) heavy environmental load (leaching of heavy metal, emission of dioxins, depletion of disposal sites, etc). It has been much hoped for that new dust management technology would be developed. 3. New technology of EAF dust treatment in Japan. In Japan, some new technologies of EAF dust treatment have been developed, and some others are in the developing stages. Following five processes are mentioned:. (1) Smelting reduction process by Kawasaki Steel, (2) DSM process by Daido Steel, (3) VHR process by Aichi Steel, (4) On-site dust direct recycling technology, and (5) Process technology of direct separation and recovery of iron and zinc metals contained in high temperature EAF off gas by the Japan Research and Development Center fur Metals.
Electric Arc Furnace Dust (EAF Dust) Is residual dust produced during the manufacturing of metal products from heavily heated electric arc furnace. Many researches have focused on recycling and reusing EAF Dust for industrial and construction purposes. However, most of these researches were aimed at obtaining useful heavy metal powders by treating toxic metallic materials in EAF Dust. Also, few researches dealt with using EAF Dust as admixture in concrete mixture (i.e., slag dust). In this study, EAF Dust is used as admixture in concrete mixture content considering economical feasibility and construction applicability. The concrete specimens mixed with EAF Dust is then tested in compression and tension to study its strength and ductility as well as its failure mechanism. The compression and tension (by split cylinder test) test results are compared to the results from the specimens without EAF Dust to understand the chemical stability and mechanical characteristic of concrete specimens with EAF Dust. For the experiment, 6 types of admixture added concrete were studied: ⑴Combination of EAF Dust and blast-furnace slag in 1 to 1 ratio, ⑵Combination of EAF Dust and blast-furnace slag in 1 to 2 ratio, ⑶EAF Dust only, ⑷blast-furnace slag only, ⑸fly ash only, and ⑹no admixture. The experimental results show that the strength of EAF Dust added specimen has lower early age strength but higher 28 day strength when compared to other specimens. Also, the Elastic Modulus of EAF Dust is higher(28 days) than other specimens. The study results prove that EAF Dust can be used as an effective admixture in concrete for specific usages.
전기로 제강분진은 아연, 연, 철의 2차자원으로서 매우 중요하다. 또한 제강분진의 리싸이클링은 분진 중에 함유되어 있는 증금속 성분 등의 유해원소에 의한 환경문제의 처리에 유용한 방법이다. 본 조사는 기존의 전기로 제강분진을 처리하는 방법의 개선이나 새로운 처리방법의 개발을 위해 건식처리 방법에 대하여 알아보았다. 상업중인 처리방법은 노의 형상 등에 따라 로터리 킬른형, 회전노상형, 샤프트형, 용융환원로형 등으로 구분할 수 있었다. 이러한 처리에서의 생성물은 ZnO와 환원철 또는 슬래그이다. 제강분진으로부터 ZnO를 만드는 기구는 탄소 열환원과 공기에 의한 아연증기의 산화에 의한 것이다.
EAF dust 처리를 위해 RAPID system으로 명명된 Extended Arc Plasma Furnace 공정개발의 기초자료를 확보하기 위해서 EAF dust 처리공정의 초기반응 단계에서 코크스에 의한 EAF dust의 고욘열적거동을 조사하였다. 실험조건은 반응기내의 온도를 1000, 1100, 1200 및 130$0^{\circ}C$로 변화시키고, 각각의 반응온도에 대해서 반응시간이 3, 5, 8 및 12분인 경우에 석회석의 소성, EAF dust 자체의 열분해, EAF dust 혼합시료의 환원 및 휘발거동을 파악하였다. RAPID system에서 EAF dust의 용융 및 환원에 적합한 탄소환원 당량 180%와 염기도 1.7를 고려하여 혼합시료(EAF dust: 코크스 : 석회석=80:10:10 wt%)를 제조하였으며, 각 시료의 크기는 약 0.1mm 이하로써 입도분포는 200 mesh 이하가 80%를 나타내고 있다. 석회석의 소성은 $1100^{\circ}C$이상에서 3분이내에 완결되었으며, EAF dust 자체를 열분해시켰을 경우 $1300^{\circ}C$ 및 12분인 경우에 약 14%의 무게감량이 일어났고, 일부 입자들의 부분적인 소결 및 용융현상이 관찰되었다. EAF dust 혼합시료는 초기 반응단계에서 반응온도 및 반응시간이 증가함에 따라서 무게 감량폭이 더 증가하였으며, $1300^{\circ}C$ 및 12분인 경우에 46%이 무게감량이 일어났다 이와 같이 EAF dust의 휘발 및 환원 거동에 관련된 무게감량 정보는 공정내에서 EAF dust의 처리시간을 결정하여 주고 궁극적으로 대용량의 전기로 분진처리 공정 설계시 전기로 분진의 처리량을 결정하는 주요인자중의 하나로써 사용될 수 있다.
전기로 분진에서 조산화 아연을 회수하는 리싸이클링 공정을 검토하기 위하여 국내 및 해외에서 가동되는 전기로분진 처리공정을 구성 단위공정별로 분석하였다. 이로부터, 조업 중인 공장 별로 가동 시기 및 공장 환경에 따라 세부 구성설비에 커다란 차이가 있음을 알 수 있었다. 따라서 새로운 전기로분진 처리설비를 설계하거나 도입할 때 필요한 설비와 반응측면에서의 기본적인 검토 인자들을 도출하였다.
전기로 분진의 유해성을 제거하고 인공자원으로써의 가치를 활용하기 위하여 연구되고 있는 고온용융법을 이용한 전기로 분진의 처리공정에 있어서 유가금속 특히 아연의 환원 거동에 관한 연구를 속도론적인 측면에서 수행하였다. 전기로 분진의 구성 성분인 ZnO와 Franklinte의 환원 반응이 CO gas의 분압에 대하여 1차 반응인 chemical reaction에 의해 지배를 받음을 확인 할 수 있었다. ZnO와 Franklinite의 CO 가스에 의한 환원 반응에 있어서 활성화 에너지는 각각 44.95 kcal/mol, 4.9546 kcal/mol로 나타나 화학반응 단계가 전체 반응의 율속 단계임을 알 수 있었다.
EAF Dust 중 염화물의 존재형태를 파악하고, 온도에 따른 휘발 거동과 제거에 관하여 알아보기 위해 실험을 하였다. 두시료의 화학성분은 더스트A의 경우 27.3%FE, 21.8%Zn, 3.15%Pb, 3.51%Cl이고 더스트B의 경우 33.92%FE, 15.94%Zn, 2.73%Pb, 3.98%Cl를 함유하다. EAF Dust 중 염화물의 존재형태를 X선회절분석과 수침출을 통해 분석한 결과 염화물의 존재형태는 NaCl, KCl, Ph(OH)Cl로서 주로 존재함을 알았다. 온도에 따른 Chlorine의 휘발율을 산화성분위기와 환원성분위기에서 살펴본 결과, 각각 110$0^{\circ}C$에서 1시간 유지하였을 경우 산화성분위기에서는 99%까지, 환원성분위기에서는 96%까지 휘발제거되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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