KR100221644B1

KR100221644B1 - 제강로에 있어서 분석회석을 재활용한 단광형 용강조재제

Info

Publication number: KR100221644B1
Application number: KR1019970009573A
Authority: KR
Inventors: 천필지
Original assignee: 천필지
Priority date: 1997-03-20
Filing date: 1997-03-20
Publication date: 1999-09-15
Also published as: KR19980023979A

Abstract

본 발명은 제강로에서의 용강정련을 위하여 석회석광산에서 발생한 분석회석, 또는 제철소 석회석 예비처리후 발생한 석회석 슬럿지를 주성분으로 한 중량비 CaCO₃60∼85％, Na₂O 5∼20％, CaF₂2∼10％, C 2∼10％의 원료로 만들어진 조성물로써 압괴강도가 40kg/㎠ 이상이고, 입도가 일정한 것으로 길이 15 m/m∼40m/m, 두께 10m/m∼30m/m, 폭 20m/m∼40m/m인 중량 20gr∼60gr 이내인 단광형 용강조재제에 의하여 경제적이면서도 반응성이 양호한 조재제를 공급하기 위한 발명이다.

Description

제강로에 있어서 분석회석을 재활용한 단광형 용강조재제

제1도는 본 발명상의 제조공정도의 일례를 나타낸 것이다.

제2도는 용해시작 40분 경과후의 용강온도 비교분포도이다.

제3도는 용강정련시 조재제투입에 따른 정련초기의 유리유황[S]농도의 투입횟수별 비교분포도이다.

제4도는 용강정련시 조재제투입에 따른 정련초기의 유리인 [P]농도의 투입횟수별 비교분포도이다.

본 발명은 제강로 특히 그 중에서도 스크랩용해공정에서 슬라그조재제(slag造滓劑)로 통상 사용되는 생석회를 대용하여 분석회석을 주로 한 단광형 조재제에 관한 것이다. 전기로 용해공정에서 유동성을 좋게하여 용강을 용이하게 분리시켜야 하고 또 각종 불순물도 흡수 제거하기 위해서는 슬라그형성과정이 있어야 한다. 따라서 값이 싸고 반응성이 양호한 조재제가 필요하다.

지금까지 전기로에서의 조재제는 석회석을 소성하여 만든 생석회를 사용하는 것을 당연하게 생각하여 왔다.

그러나, 생석회는 많은 열에너지를 소비하므로 용강과의 반응은 석회석에 비하여 비교적 용이하나 완벽한 조재제의 기능을 수행할 수 없다. 왜냐하면 용강과의 최적의 물리적 내지는 화학적 반응이 이루어지지 않기 때문이다. 더구나 조재재의 제2의 기능인 용강의 불순물제거능력은 Na₂O, CaCO₂등에 휠씬 부족하다.

또한, 조재제로써의 생석회는 그 사용입도분포가 보통 40m/m∼85m/m 까지(제조공정에서 밀도분포가 불가피함) 범위가 클 뿐만아니고 운반, 저장사용시 강도가 약하여 파쇄되므로써 일부는 분말(powder)로 변하는 경우도 있어서 일정한 용해온도에 제한된 시간속에서 입도에 관계없이 완전반응하기란 참으로 어려워서 값비싼 조재제의 사용원단위 상승의 한 원인이 되기도 한다.

또한, 생석회는 수화성이 강하여 공기중에 노출되면 발열반응이 일어나 화재위험도 따를 뿐만아니라 품위도 저하되고 위험물취급품목으로 운반, 저장시는 반드시 밀폐용기를 사용하도록 되어있어서 조재제로써의 사용이 부적합한 점이 많았다.

따라서, 본 발명은 종래 조재제로 사용한 생석회의 단점을 보완, 개선하고자 하는 새로운 "석회석을 주로 한 단광형 조재제"를 제공하기 위한 것이다. 즉, 본 발명은 석회석광산에서 발생되는 분석회, 또는 제철소 석회석소성시 예비처리된 석회석슬럿지는 그 용도가 없어서 폐기처분하고 있으나 이 분석회석을 소다회, 형석, 카본 등과 배합성형하므로써 수화성이 없고 고강도를 유지시켜 천연이 아닌 인위적조재제를 제조하여 사용하므로써 생석회의 단점인 반응성과 경제성 및 안전성을 보완코져 한 것이다.

이러한 목적달성을 위하여 본 발명은 석회석광산에서 발생한 분석회석, 또는 제철소 석회석 예비처리후, 발생한 석회석 슬럿지를 주성분으로 한 CaCO₃60∼85％ (중량비, 이하 모두 동일), Na₂O 5∼20％, CaF₂2∼10％, C 2∼10％의 원료로 만들어지고, 압괴강도가 40kg/㎠ 이상이고, 입도가 일정한 것으로 길이 15 m/m∼40m/m, 두께 10m/m∼30m/m, 폭 20m/m∼40m/m인 중량 20gr∼60gr 이내인 단광형 용강조재제를 제조공급하므로써 확실하고도 안정적인 조업을 도모하기 위한 것이다. 여기에서 각 성분과 크기를 일정범위로 한정한 것은 입자의 비산과 욕중에서의 과도한 부상을 막고, 또는 큰 단광에 따른 반응면적의 감소를 막으면서도 목표강도이상을 유지하기 위함이고, 또한 안정적 조업을 이루기 위함이다. 즉, 1) 석회석 60∼85％ 중량비로 잡는 이유는 석회석 60％ 중량비 이하일 때는 본 발명품의 CaO의 품위가 30％ 이하로써 슬라그의 염기도 2∼3의 정도를 유지하기가 어렵고 탈유, 탈인효율에 영향이 없다. 85％중량비 이상일 때는 CO₂의 기화열손실이 커서 용강의 열을 60℃ 이상 저하시키게 되며 기포발생현상이 크게 일어나 작업성이 난해해진다. CaO의 성분이 40％이상을 유지하여 탈유, 탈인효율에 기여할 수는 있으나 가장 효율적인 조재제의 역할을 수행하는 조성물의 바란스를 잃게 된다.

2) 소다회조성비는 중량비 5％∼20％로 잡는다. 이는 5％이하의 조성을 가질 때는 탈유탈인의 효율성이 매우 미미하고 20％이상일 때는 백연발생이 심하여, 작업성이 나쁘다. 또한 CO₂의 기화현상에 의하여 기포발생도 심하기 때문이다.

3) 형석조성비는 중량비 2％∼10％ 이하로 한다. 2％ 이하에서는 저융점촉진기능이 없으며, 10％ 이상일 때는 전기로나 래들용기의 내화연와 침식이 심하여 나쁘기 때문이다.

4) 카본조성비를 중량비 2∼10％로 잡는 이유는 발열반응을 일으켜 용강의 온도를 보상하여 주고, 또 기포발생효과가 있어서 반응계면적을 확대시켜주는 역활을 하지만 2％ 조성비로써는 효과가 없으며 10％이상의 중량비로써는 기포발생현상이 석회석이나 소다회의 기포발생작용에 편승하여 너무 지나치므로 그 이상은 적합치 않기 때문이다.

본 발명품의 제조에 있어 특히 유의할 점은 고강도를 유지하는 것이다. 그래야만 용강반응중에 파괴되지 않고 서서히 용해되면서 반응을 촉진시킬 수 있다. 용강중 본 발명품의 강도가 40kg/㎠ 이상을 유지하면 파괴로 인한 반응로스(Loss)가 생기지 않음을 알게 되었다. 기존제품인 생석회인 경우 평균압괴강도가 35kg/㎠밖에 되지 않았다.

제조과정중 발명품의 강도를 유지시키기 위하여 표 1에 나타낸 조성물의 입도 0.5m/m이하는 50％중량비 : 0.5m/m-1.0m/m는 30％중량비, 1.0m/m-2.0m/m는 20％중량비로 하고 바인더로서의 물과 물유리(Binder, 시판되는 물유리)는 총중량의 5％로하여 샌드밀(Sand Mill)의 특수 혼합기에 의해 완전히 혼합한 후 고압식 브리켓팅기에서 성형시킨후 벨트콘베아식 건조방법에 의하여 200∼350℃ 온도에서 15∼30분(20분간)유지시키면 수분이 제거됨과 동시에 바인더(Binder)의 응집력이 입자와 입자사이를 더욱 강하게 하여 압괴강도 40kg/㎠ 이상을 유지한다. 고압식 브리켓팅기를 사용하는 이유는 초기강도가 높아야만 (10kg/㎟ 이상)다량 제조시 중간건조과정에서 파괴되지 않고 완전건조시까지 고강도를 유지시킬 수 있기 때문이다.

전기로에서 고철을 장입하여 높은 전기열로써 용해가 시작됨과 동시에 CaO(주로 생석회)에 의해 슬라그가 형성되면서 용강이 분리되고 스크랩중의 각종 불순물로 흡수 제거되는데 가능한 한 슬라그형성은 낮은 온도일수록 유리하다.

또한 용강중의 유황이나 인의 흡수가 최대가 되도록 반응속도를 촉진시키는 것을 특징으로 하면서 슬라그의 발생량을 최소화시켜 환경공해유발을 최대한 억제시키는 조재제를 사용하여야 한다.

더욱이 조재제는 전기로 용해시 초기에 투입되고 중간, 중간에 스크랩 등을 투입하게 되므로 압괴강도가 약하면 파쇄되어 분진으로 변해 반응계면을 이루지 못함은 물론 작업환경을 극도로 약화시켜 환경공해를 유발시키기 때문에 압괴강도가 40㎏/㎠ 이상이 되어야만 파쇄되지 않고 용해중 조재제의 역할을 충분히 하게 된다. 따라서 다음 표 1과 같은 물질의 중량비로 혼합하여 브리켓팅기(Briquetting Machine)에 의한 1차강도를 높인 다음 건조로에서 조재제의 수분함유량을 중량비 3％이하로 감소시키면 압괴강도가 40㎏/㎠ 이상이 된다. 주원료인 석회석이 슬럿지(sludge)화 인 경우 수분이 25％-35ㄴ％ 함유되어 있으므로 그 상태로는 취급이 용해하지 않아 미리 첨가물을 혼합하여 전체수분을 중량비 20％이하로 조정하여 브리켓팅기에 의해 단광형 조재제를 만드는 것이다. 본 발명품은 조성비구성에 있어서도 기존 생석회조재제의 역할외에 탈류, 탈인효과가 탁월하여 2차정련시 별도 탈류 탈인작업이 필요없어 정련시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라 수화현상도 없어서 사용상 안전하게 취급할 수 있는 것도 특징이다.

석회석은 용강과의 접촉에서 다음과 같이 반응한다.

따라서 슬라그의 조재 및 탈류, 탈인에도 직접 기여하고 또 기포발생으로 폭기효과가 있어서 반응계면적을 넓혀주므로 효율을 더욱 향상시킨다.

소다회는 다음과 같은 반응식에 의해 탈류, 탈인에 기여하므로써 생석회의 역할기능을 충분히 보상하게 된다.

형석은 융점강하제 및 활성제로써 고염기성조재제의 융점을 낮추어 유동성을 증가시키고, 계면활성을 강화하여 불순물흡수를 촉진시킨다. 또한 저융점물질이므로 생석회 보다 훨씬 낮은 온도에서 본 발명율은 슬라그화한다. 그러나, 첨가량이 증가할수록 유동성은 증가하지만 내화물침식이 증가하므로 2~10％정도 첨가한다.

카본은 탈류반응시 생성되는 산소와 결합, 산화하므로써 탈류효율에 기여할 뿐만 아니라 조재제중 석회석의 흡열반응에서 소실된 열을 보상하는 역할도 한다.

이러한 조재제의 구성비는 천연물이 아닌 인위적 가공품으로 용강과의 최적반응을 일으키게 하는 제강로 용해조재제로써 생석회 대용으로 다기능을 발휘함과 동시에, 폐자원의 분석회석을 재활용하여 슬라그발생량을 감소시키고 반응효율을 증대시키면서 수화현상도 없어서 취급하기도 용이한 본 발명재와 같은 조재제는 아직 사용되고 있지 않다.

본 발명품의 제조방법은 첫째로 고강도가 유지되어야 하므로 고유압식 브리켓팅설비로 초기강도를 높여 제조과정에서 파손율을 최소화 할 수 있고 능률적 다량생산이 가능하다.

표 1에 나타낸 성분조성을 가진 발명제를 브리켓팅기에 의해 단광형으로 만든다. 수분함유가 3％이상이 함유되어 있어서 강도유지가 어렵기 때문에 벨트콘베아식건조로에서 수분을 3％이히로 조정하여 압괴강도 40㎏/㎠ 이상을 유지하도록 한다. 로타리킬른식 건조로는 건조도중 파손율이 많으므로, 제품은 고정시키고, 설비이동에 의한 벨트 콘베아식건조방법으로 한다.

형상 : 지금까지는 조재제로서 생석회의 입도는 40m/m~80m/m 정도로 사용하고 있으나, 이는 용해온도 1350℃~1650℃ 정도에서 생석회개개의 입도가 서로 상이하므로 전량반응하지 않고 일부는 미반응상태로 슬라그에 잔존하게 된다. 따라서 본 발명품은 입도를 35m/m(길이) × 20m/m(폭) × 10m/m(두께)의 일정한 사이즈로써 20gr-30gr의 중량으로 하여 40분이내의 용해기간중 용해온도에서 완전반응이 가능하도록 하였다. 이하에 본 발명의 실시예를 들어 보다 구체적으로 상세히 설명한다.

[실시예 1]

표 1에 표시한 성분조성을 가진 단광형 조재제의 발명품과 기존사용하고 있는 생석회에 대하여 100^TON전기로에서 용해시작후 40분경과후의 용해온도와 용융시 조재제투입에 따른 정련초기의 [S] 와 [P]의 농도비교, 정련후 슬라그발생량비교 등을 조사하였다.

성분 및 형상 : 본 발명품과 생석회의 성분 및 형상을 표 2에 나타냈다. 비교재인 생석회는 천연산의 석회석을 소성하여 가공한 것이고 본 발명품은 조재제의 조건에 적합하도록 인위적으로 가공한 것이다.

투입방법 : 발명품과 생석회의 효과를 비교하기위해 투입시기와 투입량을 동일조건으로 하였으며 조재제원단위를 30kg/_TON-용강으로 실시하였다.

결과 :

(용해온도)

그림 2는 용해시작 40분경과 후의 용강온도분포에 관한 것으로 본 발명품이 생석회 투입시보다 평균 25℃ 높은 것으로 나타났다.

이는 발명품중의 C의 발열에 의해 기타성분의 흡열량을 상쇄시켜주고 있었다. 반면 생석회의 경우는 흡열반응으로 용해온도를 흡수시키고 있었다.

(탈류율)

용융후 정련초기 용강의 [S]농도를 그림 3에 표시했다.

그림 3에서 알 수 있는 바와 같이 발명품은 용융과정에서 형석에 의해 조기 용해되면서 CaCO₃및 C의 반응으로 CO₂의 발생에 의한 폭기효과와 Na₂O의 강력한 탈류반응에 용강중 [S]가 급격히 슬라그중에 흡수되어 [S]가 평균 0.005％ 이하의 수준으로 정련시 별도의 탈류제투입이 필요없었다. 그러나 생석회투입시는 [S]가 평균 0.017％로써 용강중 [S]를 다소 저하시키기는 하였으나 정련시 별도의 탈류제투입을 필요로 하였다.

(탈인율)

그림 2에 표시한 바와 같이 발명품의 투입시 탈인효과는 평균 용강[P]가 0.04％로써 생석회투입시 용강의 [P] 0.014 보다 훨씬 낮은 것으로 이는 성분중 Na₂O의 강력한 동시 탈류탈인의 2중효과가 발생한 결과이다.

[슬라그발생율 비교]

표 3은 정련후의 슬라그발생비율을 조사한 것으로

생석회 투입시 슬라그발생비율은 평균 4.7％이었고, 발명품투입시 슬라그발생비율도 평균 3.6％로써 슬라그발생량은 종전 생석회투입시보다 23.4％나 감소되었으며, 발명품을 조재제로 투입시는 정련시 별도의 탈류, 탈인제 추가투입이 필요없었으며, 따라서, 정련시간도 그만큼 짧아져서, 생산작업시간도 증가할 수 있는 효과도 있었다.

[그림 1]

제조공정도

[그림 2]

[그림 3]

용융시 조재제투입에 따른 정련초기 [S] 농도 비교

[그림 4]

용융시 조재제투입에 따른 정련초기 [P] 농도비교

Claims

제강로에서의 용강정련을 위하여 석회석광산에서 발생한 분석회석, 또는 제철소 석회석 예비처리후 발생한 석회석 슬럿지를 주성분으로 한 중량비 CaCO₃60∼85％, Na₂O 5∼20％, CaF₂2∼10％, C 2∼10％의 원료로 만들어진 조성물로써 압괴강도가 40kg/㎠ 이상이고, 입도가 일정한 것으로 길이 15 m/m∼40m/m, 두께 10m/m∼30m/m, 폭 20m/m∼40m/m인 중량 20gr∼60gr 으로되는 단광형 용강조재제.