KR100189297B1 - 용융 합성슬래그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융합성슬래그 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 건자재 뿐만아니라 플럭스로 사용가능한 합성슬래그의 제조방법을 제공하고자 하는 것으로, 특히 플럭스로 사용할 때 용선 및 용강의 비금속 개재물을 제거하는데 우수한 특성을 지니고, 분진발생이 거의 없어 환경오염의 문제가 적고, 저융점에서 제조가 가능한 합성슬래그를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 합성슬래그 제조방법에 있어서, 중량%로, 석회석슬러지 : 35-45%, 수산화알루미늄 : 35-55중량%, 돌로마이트슬러지 : 30%이하가 포함되도록 배압하고, 상기 배합한 원료를 1400℃이상의 온도에서 용융합성시킨후 추출, 냉각하는 용융합성 슬래그의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

용융 합성슬래그 제조방법

본 발명은 제강공정에서 용융금속중의 비금속 개재물을 흡착제거하는데 사용하는 합성슬래그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철공장에서 발생되는 석회석슬러지와 돌로마이트 슬러지를 이용한 용융 합성슬래그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 합성슬래그는 제철공정에서 발생되는 복합조성의 슬래그와는 다르며 그 성분은 CaO와 Al₂O₃을 주성분으로 하는 용융합성된 상태의 물질이다. 이 합성슬래그는 통상 토목, 건축자재등으로 활용이 가능할 뿐만 아니라, 용융금속중의 비금속개재물의 흡착제거에 사용하는 플럭스용으로 주로 활용되는데, 특히 플럭스용에 주안점을 둔 합성슬래그에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 대표적인 기술로는 다음과 같은 것들이 있다.

일본공개특허공보(소) 54-4218호에서는 고로에서 발생된 슬래그와 Mg, CaC₂, Na₂CO₃, BaCO₃, CaCl₂, BaCl₂, NaAlF₆, Al, Ca-Si로 이루어진 그룹중에서 하나이상을 혼합하고 제조시에 당밀을 이용하여 형상을 제조하는 합성슬래그 제조방법이 제시되고 있다.

또한 일본 고베제강에서 제안한 일본공개공보(소)54-60216호에는 탈황과 수소취성 및 기공을 제거하는 제강용 플럭스에 대한 제조방법이 제시되어 있는데, 이 방법은 CaO : 30-70wt%, Al₂O₃: 10-60wt%, AlF₃: 5-50wt%, SiO₂: 0.1-20wt%에 TiO₂, ZrO₂, V₂O₅, B₂O₃를 1wt% 이하로 첨가하여 플럭스용 합성슬래그를 제조하는 방법이다.

또한, 소련특허공보 SU439179에는 구조용강과 스테인레스강에 사용할 수 있는 정제용플럭스로 이용되는 합성슬래그의 제조방법이 제시되어 있는데 이 방법은 CaO : 20-40wt%, SiO₂: 18-32wt% 및 잔부 CaF₂로 구성되어 있는 합성슬래그를 제조하는 방법이며, 특히 주물의 표면특성을 향상시키는 효과로 사용되고 있다.

이외에도 일본 신일본제철에서 제안한 일본공개 특허공보(소)52-99915호에 의하면 저가형 플럭스로 사용되는 합성슬래그가 제시되어 있는 데, 이 방법은 석회석 : 20-60%와 CaO-SiO₂계가 20-50%로 이루어지도록하고 또한 용강에서 탈산을 위해서 알루미나를 CaO/Al2O3 = 1-3의 비율로 첨가하며, 특히 플럭스의 융점을 낮추기 위해서 CaF₂를 20% 이하로 사용하거나 탄산계 알칼리금속을 첨가하여 산화철함량이 3% 이하가 되도록 하는 합성슬래그 제조방법이다. 그러나 상기한 종래방법들에 의해서 제조된 합성슬래그, 특히 플럭스로 사용되는 합성슬래그는 CaO, CaF₂및 SiO₂등을 함유하고 있으며 대기중의 수분을 흡수하여 Ca(OH)₂로 수화되고 탈류 및 비금속개재물 흡착시에 높은 증기압 발생으로 기화되어 탕면밖으로 방출되어 다량의 분진을 발생시키는 문제점이 있다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 건자재 뿐만아니라 플럭스로 사용가능한 합성슬래그의 제조방법을 제공하고자 하는 것으로, 특히 플럭스로 사용할 때 용선 및 비금속 개재물을 제거하는데 우수한 특성을 지니고, 분진 발생이 거의 없어 환경오염의 문제가 적고, 저융점에서 제조가 가능한 합성슬래그를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

제1도는 합성슬래그의 흡수율 변화를 나타내는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 합성슬래그 제조방법에 있어서, 중량%로, 석회석슬러지 : 35-45%, 수산화알루미늄 : 35-55중량%, 돌로마이트슬러지 : 30%이하가 포함되도록 통상의 방법으로 배합하고, 상기 배합한 원료를 1400℃이상의 온도에서 용융합성시킨후 통상의 방법으로 추출, 냉각하는 과정을 거치는 용융합성 슬래그의 제조방법에 관한 것이며, 또한, 본 발명은 합성슬래그 제조방법에 있어서, 중량%로, 석회석슬러지 : 35-45%, 수산화알루미늄 : 35-55중량%, 돌로마이트슬러지 : 30%이하가 포함되도록 통상의 방법으로 배합하고, 여기에 상기 배합원료의 중량 대비 7%이하의 벤토나이트를 첨가한 다음, 1380℃이상의 온도에서 용융합성시킨후 통상의 방법으로 추출, 냉각하는 과정을 거치는 용융합성 슬래그의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 석회석슬러지, 수산화알루미늄 및 돌로마이트설러지를 이용하여 합성슬래그를 제조하고자 하는 것으로, 이들의 함량을 적절히 배합하여 용융합성시키는 것이다.

본 발명에 있어, 상기 석회석 슬러지의 함량은 35-45중량%로 한정한다.

그 이유는 배합량이 35중량% 미만에서는 CaO의 양이 너무 적어지고, 45중량%를 초과될 때는 용융합성시에 분해되어 고융점의 CaO의 양이 많아져서 용융합성이 어렵고, 수산화 알루미늄이 55중량%가 넘어도 Al₂O₃의 양이 증대되어 고융점 조성이되므로 용융합성이 어려워지기 때문이다.

상기 돌로마이트슬러지의 함량은 30중량% 이하로 한정한다.

그 이유는 30중량%를 초과하면 불순물로 SiO₂등이 증대되어 제강 정련공정에서의 용강내의 불순물이 혼입되는 경우가 발생되므로, 그 이하로 조절하는 것이 바람직하기 때문이다.

상기와 같은 함량으로 첨가되는 석회석 슬러지와 돌로마이트슬러지는 통상의 것이면 모두 사용 가능하며, 그 대표적인 조성으로는 하기표 1과 같은 것이 있다.

[표 1]

또한 상기 석회석 슬러지 및 돌로마이트슬러지의 입도는 35메쉬(0.5㎜)이하가 80% 이상이 되도록 하는 것이 바람직한데 그 이유는 배합시에 혼합상태에 따라 용융시간의 차이를 보이기 때문이다.

본 발명에 있어, 상기 수산화알루미늄의 함량은 35-55중량%로 한정한다.

그 이유는 수산화알루미늄의 배합량이 35%이하로 되면 상대적으로 고융점의 CaO 성분이 증가되어 합성슬래그의 용융이 어렵고, 또한 55% 이상이되면 Al₂O₃함량이 증대되어 용융합성이 고융점으로 이동하여 용융이 어렵기 때문이다.

상기와 같은 함량으로 첨가되는 수산화알루미늄은 통상의 것이면 모두 사용가능하며, 그 대표적인 조성으로는 하기표 2와 같은 범위의 함량으로 구성되는 것을 들 수 있다.

[표 2]

또한 상기 수산화알루미늄의 입도는 비교적 미세한 120메쉬(0.125㎜)이하인 것이 90%이상 유지하도록함이 바람직한데, 그 이유는 배합시에 혼합상태에 따라 용융시간의 차이가 발생하기 때문이다.

상기한 조성을 갖도록 배합원료를 통상의 방법으로 혼합하고 용융이 가능한 1400℃이상의 온도에서 직접용융로에 투입하거나 조립공정을 거쳐 조립한 후 건조하여 용융로에 투입하면 용융로내에서는 분말 또는 조립의 원료가 용해되어 완전한 합성이 이루어지게 되는데 이 상태가 용융합성슬래그이다. 상기 용융합성슬래그는 용융상태로 통상의 방법으로 추출하여 냉각하면 합성슬래그가 제조되는 것이다.

상기와같이 제조된 합성슬래그의 주성분인 χCaO·yAl₂O₃로 나타낼 수 있으며 본 발명의 배합조건에 만족하게 되면 CaO와 Al₂O₃의 몰비인 R(χ/y) 값은 1.17-2.65를 유지하여 화학성분 분포 및 편차가 적고 균일한 합성슬래그가 제조된다.

종래에는 합성슬래그 제조시 1500℃정도의 높은 온도에서 용융시킬수 밖에 없으나 본 발명에서는 수산화알루미늄을 사용함으로서 활성도가 높아서 반응이 우수하여 종래보다 저융점인 1400℃의 용융온도에서도 합성슬래그를 제조할 수 있기 때문에 용해공정에서 열량소비를 대폭 절감할 수 있는 특성이 있다.

본 발명에서는 상기 제조방법 이외에 합성슬래그 제조시 보다 저융점화를 위한 방법으로 상기 조성을 갖는 배합원료에 벤토나이트 7% 이하로 첨가하는 방법이 있다.

즉 상기 배합원료 중량에 대하여 벤토나이트를 7%이하로 첨가하여 배합하면 1400℃보다도 낮은 온도인 1380℃정도에서 용융합성이 가능하다. 그러나 상기 벤토나이트가 7% 이상으로 첨가하면 불순물의 함량이 증가하기 때문에 바람직하지 않다.

또한 상기 벤토나이트 분말은 입도가 미세한 200메쉬(0.074㎜)이하인 것이 80% 이상임이 바람직한데 이는 상기 조건상태의 벤토나이트가 배합원료의 점력에 보다 효과적이어서 조립화가 가능하도록 하는 작용을 하기 때문이다. 또한 본 발명에서 사용되는 벤토나이트는 통상의 벤토나이트를 사용할 수 있으며, 그 대표적인 조성은 하기표 3과 같은 조성범위를 들 수 있다.

[표 3]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예1)

본 실시예는 수산화 알루미늄 배합중량%을 결정하기 위해서 실시한 것으로, 하기표 4와 같은 조성으로 석회석슬러지, 돌로마이트슬러지 및 수산화알루미늄분말을 골고루 배합하였다. 배합후 1400℃의 용융로에서 1시간 용융하여 용융상태의 합성슬래그를 길이 50㎜, 높이 30㎜, 폭 30㎜의 성형틀에 부어 추출한 후 자연 냉각하여 냉각된 합성슬래그 시편에 대해서 KSL1001(도자기질 타일의 흡수율시험)에 따라 흡수율을 측정하여 그 결과를 하기표 5에 나타내었다.

[표 4]

[표 5]

상기표 5에 나타난 바와같이, 비교예(1)과 (2)는 흡수율이 7.6, 8.5%로 소결만 약간 일어나고 정상적인 용융합성이 이루어지지 않았으며, 발명예(1-5)는 흡수율이 1%이하임을 나타내고 또한 용융합성상태가 육안으로 봐서도 양호한 상태임을 알 수 있다. 즉, 흡수율이 높으면 용융합성 상태가 불량한 것으로 비교예(1-2)의 경우에는 완전용융합성을 위해서 더욱 고온의 조건이 필요하지만 CaO-Al₂O₃의 상태도에서 용융온도가 급격하게 높아지므로 실제 활용에는 어려움이 있는 것이다.

반면에 발명예(1-5)의 경우에는 1400℃의 온도에서 용융상태가 완전하며 조성간에 합성이 잘되어 있고 균질한 용융합성 슬래그를 제조할 수 있음을 의미하며 특히 용해과정에서 열량을 대폭절감할 수 있음을 나타내고 있다. 이는 CaO 및 Al₂O₃의 관계만을 고려할 때 CaO-Al₂O₃상태도에서 비교예(1)의 경우 용융온도가 1540℃, 비교예(2)의 경우 1590℃ 합성슬래그 제조시 고온의 에너지가 소요되며 용융시간이 과대하므로 물질의 성분편차를 유발하게 되는 것이다. 따라서, 본 발명에 있어서 합성슬래그 제조시 수산화알루미늄의 배합은 중량%로 35-55%로 하는 것이 바람직하다.

(실시예 2)

본 실시예는 석회석슬러지의 배합중량%을 결정하기 위해서 실시한 것으로, 하기표 6과 같은 조성으로 석회석슬러지, 수산화알루미늄 및 돌로마이트슬러지 분말을 골고루 배합하였다. 배합후 용융로에서 1400℃, 1시간동안 유지한 후 용융상태의 합성슬래그를 길이 50㎜, 높이 30㎜, 폭 30㎜의 성형틀에 부어 추출하여 자연냉각하고 그 합성슬래그 시편에 대해서 상기 실시예 1과 마찬가지로 KSL1001(도자기질 타일의 흡수성시험)에 따라 흡수율을 측정하여 그 결과를 하기 표7에 나타내었다.

[표 6]

[표 7]

상기 표7에 나타난 바와같이, 비교예(3)과 (4)는 약간의 소결만 일어나고 정상적인 용융합성이 이루어지지 않는 조건임을 알 수 있다.

발명예(6-8)의 경우에는 흡수율이 1%이하로 양호한 합성상태를 나타내며 육안으로도 판별이 가능함을 상태판별에서 알 수 있다. 또한, 발명예(6-8)의 경우에는 1400℃의 온도에서 용융상태가 완전하며 조성간의 합성이 잘되어 있고 균질한 용융합성슬래그를 제조할 수 있음을 알 수 있어서 석회석슬러지의 배합기준을 마련할 수 있었다. 따라서 본 발명의 석회석 슬러지의 배합조건은 35-45%로 하는 것이 바람직하다.

(실시예 3)

본 실시예는 기존사용한 혼합플럭스재와 본 발명의 용융합성슬래그를 이용하여 비금속개재물 흡착성 시험을 실시하였다. 이때 합성슬래그의 조성은 하기 표8과 같았다.

[표 8]

상기 표8의 배합에 따른 CaO, Al₂O₃로 완전히 분해된 것을 기준으로 혼합플럭스재와 용융합성 슬래그를 용강 3㎏에 0.5%를 각각 투입하여 용강중의 불순물을 제거한 후 용강중의 불순물의 농도 및 분진발생 정도를 측정하여 그 결과를 하기표 9에 나타냈다.

[표 9]

상기 표9에 나타난 바와같이, 종래의 혼합플럭스재로 처리된 비교예(5)의 경우는 발명예(9-10)의 합성슬래그로 처리한 경우에 비하여 용강중의 불순물의 농도가 높았으며 강중산소량도 높게됨을 알 수 있다. 또한 종래의 혼합플럭스재를 사용한 경우에는 다량의 분진이 발생되고, 본 발명의 합성슬래그의 경우는 분진발생이 거의 없는 것으로 확인되었다.

(실시예 4)

상기 실시예1의 발명예(2)와 같은 합성슬래그 배합비를 갖는 원료에 벤토나이트를 하기표10과 같이 2%, 5%, 7%, 10%를 첨가하여 골고루 배합하고 1350℃에서 1400℃까지 10℃간격으로 각각의 시료를 용융시킨다음 용융상태의 합성슬래그를 길이 50㎜, 높이 30㎜, 폭 30㎜의 성형틀에 부어 추출한 후 자연냉각하고 냉각된 합성슬래그시편에 대해서 실시예1과 같은 방법으로 흡수율시험을 하고 그 결과를 제1도에 나타냈다.

[표 10]

제1도에 있어서 벤토나이트를 10%이하로 첨가한 발명예(9-11) 및 비교예(6)의 경우는 벤토나이트를 첨가하지 않은 실시예 2, 3에서의 발명예(2-7)의 경우에 비해서 1400℃보다 더 낮은 1380℃의 온도에서도 흡수율이 낮게 나타났으며 이는 벤토나이트를 첨가한 경우 용해과정에서 알칼리에 의해서 저온용해가 일어났음을 알 수 있고 저온용해로 인하여 흡수율이 1%이하로 용융상태가 양호하게 됐다.

그러나 비교예(6)과 같이 벤토나이트를 첨가한 경우더라도 10%이상으로 첨가되면 합성슬래그의 불순물의 함량이 증대하여 바람직하지 못하다.

상술한 바와같이 본 발명은 석회석슬러지, 수산화알루미늄 및 돌로마이트슬러지를 배합하여 합성슬래그를 저융점화하여 용융로에서 용융시 종래보다 낮은 온도에서 용융시킬 수 있을 뿐만아니라 제철소발생의 석회석 및 돌로마이트슬러지의 재활용 차원에서도 중요한 의미를 지닌다고 할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 얻어지는 합성슬래그는 건축자재의 원료뿐만아니고 제철공정의 비금속개재물 흡착제거에 사용되어 철강산업의 발전에 기여할 수 있으며 특히, 개재물 흡착제거에 사용될 때 환경공해의 큰 문제점으로 작용하는 분진발생을 저감시켜 쾌적한 환경을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. (정정) 합성슬래그 제조방법에 있어서, 중량%로, 석회석슬러지 : 35-45%, 수산화알루미늄 : 35-55중량%, 돌로마이트슬러지 : 30%이하가 포함되도록 통상의 방법으로 배합하고, 상기 배합한 원료를 1400℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨후 통상의 방법으로 추출, 냉각하는 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 용융합성 슬래그의 제조방법.
2. (정정) 합성슬래그 제조방법에 있어서, 중량%, 석회석슬러지 : 35-45%, 수산화알루미늄 : 35-55중량%, 돌로마이트슬러지 : 30%이하가 포함되도록 통상의 방법으로 배합하고, 여기에, 상기 배합원료의 중량 대비 7%이하의 벤토나이트를 첨가하여, 1380℃이상의 온도에서 용융합성시킨후 통상의 방법으로 추출, 냉각하는 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 용융합성 슬래그의 제조방법.