고로(BF)에서 선철 1톤 생산 시 약 300kg 액상 슬래그 부산 발생. 슬래그 온도 ~1,500°C, 현열 약 400 Mcal/톤 보유. BF 슬래그 주성분 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO는 포틀랜드 시멘트 성분과 유사.
고온 액상 슬래그 급속 냉각 시 유리상(glassy phase) 다량 형성→수화 활성 높음→포틀랜드 시멘트 대체 고부가가치 제품 활용 가능. 시멘트 제조도 다량 CO₂ 배출하므로 CO₂ 저감에도 기여.
유리상 확보 위해 액상 BF 슬래그 수냉 과립화 공정 적용. 현재 밀폐형 수냉 슬래그 과립화 플랜트 급속 냉각이 최첨단. 급속 수냉→슬래그 결정화 방지+열응력으로 미립자 파쇄→비정질 과립(과립화 BF 슬래그) 형성. 수냉 과립화 BF 슬래그 비결정화율 95% 도달. 반면 공기 중 서냉 결정화 시 유리상 한정적.
그러나 수냉 과립화는 대량 물 소비(액상 슬래그 톤당 1,000~1,500리터 증발 손실), 산성 미스트 발생→대기 오염. 용수 관리 필요 + 과립화 슬래그 건조 필요. 현열 손실뿐 아니라 시멘트 산업용 건조 공정 추가 필요(건조 열에너지 ~72 Mcal/톤 슬래그 소모).
액상 BF 슬래그 건식 과립화+열회수 기술 다국가 개발 중. 주요 진행 현황:
로벤 대학 랩리그는 FEhS 연구소 실험 결과와 Siemens VAI 모델링 기반 최적 운전 파라미터 탐색용 설계. 시험당 ~300kg 슬래그 '플래시 리액터'서 용융→내화물 라이닝 슬래그 포트 탭아웃(열손실 방지)→틸팅 유닛→로드셀로 유량 제어→슬래그 러너·수직 내화관 경유 과립기 중심 공급. 분무 후 고속 회전 컵 원심력 확산 비행 중 급냉→표면 고화 후 유동층 낙하.
CSIRO(호주 연방과학산업연구기구) 연구실·파일럿 규모서 건식 과립화→시멘트 대체 적합 슬래그 생산, 슬래그 방출열 소량 공기로 포집→고품위 열회수 적합 입증. 파일럿→산업 규모 스케일업 노하우 개발, 폐열 포집·고부가가치 슬래그 생산 건식 과립화 기술 추가 개발 프로젝트 추진. 세계철강협회 CO₂ 브레이크스루 프로그램 일환. 목표: 파일럿 규모서 기술·경제·에너지·지속가능성 편익 실증+스케일업·플랜트 실증.
CSIRO 프로토타입 파일럿 설비서 통합 건식 과립화+열회수 개념 성공적 실증. 가변 조건·고 슬래그 탭핑 레이트서 안정 운전. 산업 고로 슬래그 다수 시험·과립 제품 수집·시멘트 특성 평가. 제3자 시험기관 평가서 건식 과립 슬래그 양호한 수화성·시멘트 생산 적합 확인.
기술경제 평가: 건식 과립화, 습식 대비 설비투자비·운영비 양면서 유의미 우위. 원스틸(OneSteel) 와일라제철소, 블루스코프(BlueScope) 포트켐블라제철소 방문→주조율·슬래그/선철 온도 실측→건식 과립화 적용성 평가·보고서 문서화.
전산유체역학(CFD) 모델링 성공. 회전 디스크 분무 공정 열전달/유체역학 CFD 모델 구성·파일럿 플랜트 실험 데이터로 검증. 후속 단계 사업 계획안 수립.
일본서 3개 별도 방식 연구 중.
건식 슬래그 과립화 본질: 액상 슬래그 분무→급속 냉각→유리상 슬래그 생산. 분무=회전 컵 에어 블라스트 분무기(rotary cup air blast atomizer) 사용. 입자 비행 중 공랭→유동층 추가 냉각. 두 공정 모두 유리상 제품 생성 필요 급속 냉각 제공. 유동층=고온 입자 응집 방지+급속 냉각 겸비 편리한 입자 수용 방식.
분무기로 평균 직경 ~2mm 슬래그 입자 생산→취급 용이 형태. 시험 결과: 입자 충분히 급랭→유리상 95% 초과. 슬래그 울(wool) 극소량 발생. 회전 컵 분무기 원리 그림 1 참조.
회전 컵 에어 블라스트 분무기는 컵 립에서 방사상으로 뻗는 얇은 슬래그 박막 스핀아웃. 박막 자체 불안정성으로 자발 파쇄. 단, 컵 주변 환형 에어 제트→박막 불안정 파동 유도→파쇄 보조. 에어 블라스트 효과: 더 미세·균일 입자 생성+입자 상향 편향→분무기서 원뿔 형상 분무 확산.
초기 실험: 분무 공정 미세 입자 생성 여부, 유리상 구조 여부 검증 목적. 직경 100mm 컵, 500~1,500 rpm 범위 회전 컵 에어 블라스트 분무기 제작. 슬래그 유량 0.2~0.5 kg/초. 실험실 용융로 용량 한계(~30kg)로 실험 ~2.5분 제한.
초기 시험 성공: 95% 유리상 미세 입자 생성 확인. 후속 시험: 입자 크기·분무 궤적 조사.
1,500°C→30°C 기준 슬래그 현열 ~400 Mcal/kg. 총 슬래그 유량 중 ~14% 슬래그 어큐뮬레이터 오버플로 폐기. 잔여 86% 중 32% 열량 회수 불가:
→고로 배출 슬래그 현열 58.5%만 회수 가능.
건식 과립화 핵심 과제: 슬래그 급속 동결→변태점 초고속 도달. 실패 시 부분 결정화→시멘트용 부적합. 공기 냉각=기존 수냉 대비 열용량 현저히 낮아 난도 높음. 공기 유동층 통과하며 가열→온도차 악화→응고 공정 악화.
초기 캠페인: 유리상 함량, 입도 분포, 입자 형상 유망 결과. 유의미한 배가스 온도 상승 측정. 데이터 기반 공정 최적화·스케일업 향후 실현 가능. 일관제철소 건식 슬래그 과립화 도입→고로 슬래그 현열 접근 가능. 회수 에너지→증기/전력 생산 또는 타 예열 공정 활용. 슬래그 공급 1톤/분 기준 열에너지 20MW 회수 또는 약 6MW 발전 잠재력 산출. 상류 슬래그 건조 시스템 불필요→에너지/CO₂ 절감. 요약: 고로 슬래그 건식 과립화는 현대 고로 최대 열회수 잠재력 중 하나에 대한 환경친화적·지속가능한 후처리 기술.
제조공정
고로 샤프트 스캐폴드 형성 스캐폴드(scaffold)는 고로(BF) 벽면 부착물 또는 스캡(scab) 형성으로 고로 샤프트 단면적 감소 현상. 스캐폴드 고로 샤프트 상부 또는 하부(보시 상단 근처) 발생 가능. 서로 다른 고로 간 스캐폴드 구조·위치 공통점 적어 유형 일반화 어렵지만, 크게 두 그룹 분류 가능: (1) 적층형 스캐폴드, (2) 비적층형 스캐폴드. 적층 구조 스캐폴드: 금속철(Fe) 층과 알칼리 풍부 부담 층 교대. 대형 스캐폴드 전형적 형성 그림 1. 그림 1 고로 내 대형 스캐폴드 전형적 형성 스캐폴드→행
전기로 슬래그 폼핑(Foaming of Slag in EAF) 슬래그 폼핑(거품 슬래그 형성)은 현대 전기로(EAF)에서 중요하고 필수적인 관행이 되었습니다. 좋은 폼핑 슬래그는 공정 효율과 여러 이점에 크게 기여하기 때문입니다. 슬래그 폼핑 품질은 EAF 제강 공정의 중요 요소로, 액체 욕조 열이 EAF 벽으로 손실되지 않게 보장합니다. 슬래그 폼은 넓은 표면적 형성과 용탕-대기 직접 접촉 차단으로 EAF 제강에 이롭습니다. 슬래그 폼핑은 유용하면서 경제적인 기술입니다. 에너지 절약뿐 아니라 여러 이점으로 널리 쓰입니다: (1)
