KR100328071B1

KR100328071B1 - 개재물제거용플럭스제조방법

Info

Publication number: KR100328071B1
Application number: KR1019970070831A
Authority: KR
Inventors: 이현
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2002-07-03
Also published as: KR19990051488A

Abstract

본 발명은 개재물 제거용 플럭스 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 성분조성을 적절히 제어하여 용융합성시킴으로써, 플럭스로 사용할 때 용선 및 용강의 비금속개재물을 제거하는데 우수한 특성을 지니며, 또한 분진 발생이 거의 없어 환경공해방지에 적합하며, 특히 저융점에서 제조가 가능한 개재물제거용 플럭스를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 개재물제거용 플럭스를 제조하는 방법에 있어서, 마그네시아 크링커 제조시 발생되는 부산물중의 황토슬러지: 25-45중량%, 탈탄산슬러지: 10-30중량%, 수산화알루미늄: 40-60중량%를 배합하고, 얻어진 배합원료를 1380℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 후 추출, 냉각하는 개재물 제거용 플럭스 제조방법에 관한 것을 그 요지하고, 또한 본 발명은 상기한 배합원료의 중량에 대하여 붕산나트륨을 5% 이하로 첨가하여 용융온도를 1360℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 후, 추출냉각하는 개재물 제거용 플럭스 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

개재물 제거용 플럭스 제조방법{Fabrication method of flux for eleminating inclusion}

본 발명은 제강공정의 강의 품질을 향상시키기 위한 용강중의 개재물 제거용 플럭스의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네시아 클링커 제조시 발생되는 부산물중 원료석회석 수세공정발생 황토슬러지와 해수중의 탄산을 제거하는 공정에서 발생되는 탈탄산슬러지와 수산화알루미늄을 이용하여 플럭스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 개재물 제거용 플럭스는 성분계의 CaO-Al₂O₃을 주성분으로 하는 용융합성된 상태의 물질이다. 용융상태가 1392℃ 이상의 온도조건에서 용융이 가능한 물질로 비금속 개재물 흡착제거에 사용되는 플럭스용으로 주로 활용되는데 특히 플럭스용에 주안점을 둔 연구가 활발히 진행되고 있으며 대표적인 기술로는 다음과 같은 것들이 있다. 즉, 일본공개특허공보(소)54-4218호에는 고로에서 발생된 슬래그와 Mg, CaC₂, Na₂CO₃, BaCO₃, CaCl₂, BaCl₂, NaAlF₆, Al, Ca-Si, Fe-Si로 이루어진 그룹중에서 하나이상을 혼합하고 제조시에 당밀을 이용하여 형상을 제조하는 합성슬래그 제조방법이 제시되어 있다. 또한 일본 고베제강에서 제안한 일본공개공보(소)54-60216호에는 탈황과 수소취성 및 기공을 제거하는 제강용 플럭스에 대한 제조방법이 제시되어 있는데, 상기 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 일본공개특허공보(소)52-99915호에는 저가형 플럭스로 사용되는 합성슬래그가 제시되어 있는데, 이 방법은 석회석 20-60%와 CaO-SiO₂계가 20-50%로 이루어지도록 하고 또한 용강에서 탈산을 위해서 알루미나를 CaO/Al₂O₃= 1-3의 비율로 첨가하며, 특히 플럭스의 융점을 낮추기 위해서CaF₂를 20% 이하로 사용하거나 탄산계 알칼금속을 첨가하여 산화철함량이 3% 이하가 되도록 하는 합성슬래그 제조방법이다.

그러나, 상기한 종래방법에 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 발명자는 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 성분조성을 적절히 제어하여 용융합성시킴으로써, 플럭스로 사용할 때 용선 및 용강의 비금속 개재물을 제거하는데 우수한 특성을 지니며, 또한 분진발생이 거의없어 환경공해방지에 적합하며 특히 저융점에서 제조가 가능한 개재물제거용 플럭스를 제조하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도1은 수산화알루미늄의 배합량에 따른 용융플럭스의 흡수율(%) 그래프

도2는 황토슬러지의 배합량에 따른 용융플럭스의 흡수율 그래프

도3은 붕산소다의 혼합비에 대한 용융플럭스의 가열현미경에 의한 유동점 온도 측정결과를 나타내는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 개재물제거용 플럭스를 제조하는 방법에 있어서, 마그네시아 클링커 제조시 발생되는 부산물중의 황토슬러지: 25-45중량%, 탈탄산슬러지: 10-30중량%, 수산화알루미늄: 40-60중량%를 배합하고, 얻어진 배합원료를 1380℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 후 추출 냉각하는 개재물 제거용 플럭스 제조방법에 관한 것이며,

또한 본 발명은 상기 배합원료에 배합원료의 중량에 대해서 붕산나트륨을 5% 이하로 첨가하여 1360℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 후, 추출, 냉각하는 개재물 제거용 플럭스 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

상기 마그네시아 클링커제조시 발생되는 부산물중의 황토슬러지와, 탈탄산슬러지는 통상의 슬러지와는 다르고, 본 발명의 개재물제거용 플럭스 제조에 바람직한 조성은 하기표1과 같다.

상기 황토슬러지의 배합량은 25-45중량%가 바람직한데, 그 이유는 25% 미만에서는 첨가효과가 미약하고 배합량이 45%를 초과할 때는 용융합성시에 분해되어 고융점의 CaO의 양이 많아져서 용융합성이 어렵고 수산화알루미늄이 60중량%가 넘어도 Al₂O₃의 양이 증대되어 고용점 조성이되므로 용융합성이 어려워진다.

또한, 탈탄산슬러지는 그 배합량이 10% 미만에서는 첨가효가 미약하고 30중량%를 초과하면 불순물로 MgO 등의 불순물이 증대되어 제강 정련공정에서의 용강내의 불순물이 혼입되는 경우가 발생되므로 30중량% 이하로 조절하는 것이 좋다.

또한, 상기 황토슬러지 및 탈탄산슬러지 입도는 35메쉬(0.5mm) 이하가 통상 80% 이상이 되도록하는 것이 바람직한데, 그 이유는 배합시에 혼합상태에 따라 용융하는데 걸리는 시간의 차이로 인하여 연료소모량이 차이를 보이기 때문이다.

상기 수산화알루미늄은 통상의 것을 사용할 수 있으며 그 대표적인 화학성분은 하기 표 2와 같다.

상기 수산화알루미늄의 배합량은 40-60%로 함이 바람직한데, 그 이유는 수산화알루미늄의 배합량이 40% 미만으로 되면 상대적으로 고융점의 CaO 성분이 증가되어 합성슬래그의 용융이 어렵고 60%를 초과하면 Al₂O₃함량이 증대되어 용융합성이 고융점으로 이동하여 용융이 어렵기 때문이다.

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

본 발명에서는 상기한 바와 같은 조성으로 배합원료를 혼합하고, 1380℃ 이상의 온도에서 직접용융로에 투입하거나 조립공정을 거쳐 조립한후 건조하여 용융로에 투입하면 용융로내에서는 분말 또는 조립의 원료가 용해되어 완전한 합성이 이루어지게 되는데 이 상태가 용융합성된 플럭스이다. 상기 용융합성플럭스는 용융상태로 통상의 방법으로 추출하여 냉각하면 개재물제거용 플럭스가 제조되는 것이다.

이와 같이 제조된 개재물제거용 플럭스의 주성분은 xCaO·yAl₂O₃로 나타낼 수 있으며 본 발명의 배합조건에 만족하게 되면 CaO와 Al₂O₃의 몰비인 적정 R(x/y)값을 유지하여 화학성분 분포 및 편차가 적고 균일하게 합성되고 탈탄산슬러지내의 MgO 성분이 포함되어 플럭스로 사용할 때 내화물을 보호하는 효과를 나타낸다.

종래에는 개재물제거용 플럭스 제조시 석회석이나 알루미나를 사용하기 때문에 각각의 용융온도가 매우 높아서 배합하여 용융을 하여도 1500℃ 정도의 높은 온도에서 용융시킬 수 밖에 없으나 본 발명에서는 슬러지와 수산화알루미늄을 사용함으로서 슬러지내의 약간의 저융점화하는 성분과 수산화알루미늄의 활성도가 높아서 반응이 우수하여 종래보다 저융점인 1380℃의 용융온도에서도 용융합성된 플럭스를 제조할 수 있기 때문에 용융합성공정에서 합성시 소요열량을 대폭 절감할 수 있는 특징이 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 개재물제거용 플럭스 제조시 보다 저융점화를 위한 방법으로 상기 조성을 갖는 배합원료에 붕산소다를 5% 이하로 첨가하는 방법이 있다. 즉, 상기 배합원료 중량에 대하여 붕산소다를 5% 이하로 첨가하여 배합하면1380℃ 보다 1360℃정도에서 용융합성이 가능하다. 그러나 상기 붕산소다가 5% 이상으로 첨가하면 불순물의 함량이 증가하여 플럭스 사용시에 내화물의 침식에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다.

상기 붕산소다는 통상의 것을 사용할 수 있으며, 그 바람직한 조성은 하기표3과 같은 것을 들 수 있다.

성 분	Na₂O	B₂O₃	CaO	MgO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃
붕산소다(중량%)	28.9-30.6	65.3-68.9	≤0.01	≤0.01	≤0.1	≤0.1	≤0.2

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

실시예1

본 실시예는 수산화알루미늄 배합중량%을 결정하기 위해서 실시하였다. 황토슬러지, 탈탄산슬러지 및 수산화알루미늄을 하기표 4와 같은 조성으로 하여 중량으로 합이 100%가 되도록 배합하여 1380℃ 용융온도에서 1시간 용융하여 용융합성상태의 플럭스를 추출한 후 냉각하여 냉각된 합성플럭스 시편에 대해서 KSL1001(도자기질 타일의 흡수율시험)에 따라 흡수율을 측정하여 그 결과를 도1에 나타냈다.

구분	비교예1	발명예1	발명예2	발명예3	발명예4	발명예5	비교예2
수산화알루미늄	35	40	45	50	55	60	65
황 토슬러지	30	30	30	30	30	30	30
탈탄산슬러지	35	30	25	20	15	10	5

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예(1)과 (2)는 흡수율이 5% 이상으로 소결만 약간 일어나고 정상적인 용융합성이 이루어지지 않는 조건으로 볼 수 있으며 본 발명에 있어서는 배합조건을 만족한 발명예(1-5)의 경우에는 흡수율이 1% 이하임을 나타내고 또한 용융합성상태가 육안으로 보아도 충분히 용융되어 양호한 상태임을 확인할 수 있었다. 즉, 흡수율이 높으면 용융합성 상태가 불량한 것으로 비교예(1-2)의 경우에는 완전용융합성을 위해서 더욱 고온의 조건이 필요하지만 CaO-Al₂O₃의 상태도에서 용융온도가 급격하게 높아지므로 실제용융시에는 고온상태를 유지해야하므로 활용에는 어려움이 따른다.

반면에 발명예(1-5)의 경우에는 1380℃의 온도에서 용융상태가 완전하며 조성간에 합성이 잘되어 있고 균질한 용융합성 플럭스를 제조할 수 있음을 의미하며 특히 용해과정에서 보다 저온에서 합성이 가능하므로 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.

본 발명의 개재물제거용 플럭스 제조시에 수산화알루미늄의 경우에 있어서 40% 미만의 경우는 비교예(1)에 해당하고, 60% 이상의 경우에는 비교예(2)에 해당하여 본 발명에 있어서 합성슬래그 제조시 수산화알루미늄의 배합은 중량%로 40-60%로 하는 것이 바람직하다.

실시예2

본 실시예는 황토슬러지의 배합중량%을 결정하기 위해서 실시하였다. 이에따른 황토슬러지, 수산화알루미늄, 탈탄산슬러지를 하기표5와 같은 조성으로 하여 중량합이 100%가 되도록 배합하였다. 또한 용융온도에서 1380℃, 1시간 동안 유지한 후 용융상태의 합성한 플럭스를 추출하여 냉각하고 그 합성슬래그 시편에 대해서 실시예1과 마찬가지로 KSL1001(도자기질 타일의 흡수성시험)에 따라 흡수율을 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.

구분	비교예3	발명예6	발명예7	발명예8	발명예9	비교예4
황토슬러지	20	25	30	40	45	50
수산화알루미늄	45	45	45	45	45	45
탈탄산슬러지	35	30	25	15	10	5

도 2에 나타난 바와 같이, 비교예(3)과 (4)는 약간의 소결만 일어나고 정상적인 용융합성이 이루어지지 않는 조건임을 알 수 있다.

이에 반하여 발명예 (6-9)의 경우에는 흡수율이 1% 이하로 양호한 합성상태를 나타내며 육안으로도 판별이 가능하다. 또한, 발명예(6-9)의 경우에는 1380℃의 온도에서 용융상태가 완전하며 조성간의 합성이 잘되어 있고 균질한 용융합성플럭스를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다. 황토슬러지의 배합기준을 마련할 수 있으며 본 발명의 황토슬러지의 배합조건은 25-45%로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 전체적인 조성은 수산화알루미늄 40-60%, 황토슬러지 25-45% 그리고 나머지인 탈탄산슬러지는 10-30%로 배합하는 것이 바람직한 조성이 된다.

실시예3

본 실시예에서는 기존사용한 혼합형플럭스재와 본 발명에서 제조한 개재물제거용 플럭스 이용하여 비금속개재물의 흡착성 시험을 실시하였다. 기존혼합형플럭스재와 본발명의 용융합성한 플럭스재의 2종의 배합비와 합성조건을 하기표6에 나타냈다.

구 분	배 합 비	합 성 상 태
비교예 5	황토슬러지 30%수산화알루미늄 50%탈탄산슬러지 20%	단순혼합
비교예 6	황토슬러지 30%수산화알루미늄 45%탈탄산슬러지 25%	단순혼합
발명예 3 시료	황토슬러지 30%수산화알루미늄 50%탈탄산슬러지 20%	용융합성
발명예 7 시료	황토슬러지 30%수산화알루미늄 45%탈탄산슬러지 25%	용융합성

상기표6의 배합에 따른 CaO와 Al₂O₃로 완전히 분해된 것을 기준으로 혼합플럭스재와 용융합성 플럭스를 용강 3kg에 0.5%를 각각 투입하여 용강중의 비금속개재물과 기타 불순물 제거시험을 실시하고, 용강중의 중요하게 관리되는 산소와 금속성분을 제외한 비금속개재물의 농도 및 분진발생정도를 측정하여 그 결과를 하기표7에 나타냈다.

구 분	강중불순물(%)	강중산소량(PPM)	분진발생정도
비교예 5의 결과	0.023	32	대량
비교예 6의 결과	0.025	34	대량
발명예 3 시료 결과	0.012	13	거의없음
발명예 7 시료 결과	0.013	12	거의없음

상기표7에 나타난 바와같이, 종래의 혼합플럭스재로 처리된 경우에는 발명예(3)과 (7) 시료의 용융합성플럭스로 처리한 경우에 비하여 용강중의 불순물의 농도가 매우 높았으며 강중산소량도 높게됨을 알 수 있다. 또한, 혼합플럭스재를 사용한 경우에는 다량의 분진이 발생되지만, 본 발명의 용융합성플럭스의 경우는 분진발생이 거의 없는 것으로 확인되었다.

실시예 4

본 실시예에서는 상기 발명예(3)의 용융합성플럭스 배합원료에 붕산소다는 1%, 3%, 5%, 7%를 첨가하여 배합하고 배합조건에 대해서 하기표8에 나타냈다. 또한 용융온도 조건을 가열현미경을 통하여 시료의 유동점온도를 측정하여 용융합성온도를 측정하고 그 결과를 도 3에 나타냈다.

구분	발명예3	발명예10	발명예11	발명예12	비교예7
황토슬러지	30	29.7	29.1	28.5	27.9
수산화알루미늄	50	49.5	48.5	47.5	46.5
탈탄산슬러지	20	19.8	19.4	19	18.6
붕산소다	0	1	3	5	7

도3에 나타난 바와 같이 붕산소다를 첨가할수록 첨가하지 않은 경우인 발명예(3)에 비해서 유동점온도가 낮아짐을 알 수 있다.

본발명예(10-12)에서 보는 바와 같이 가열현미경상에서 유동점의 온도가 낮아져서 실제 용융온도를 저하하는 역할을 하게 된다. 따라서 본 발명에서 발명예 (12)에서의 유동점온도는 1360℃로 발명예3에 비하여 26℃의 온도강하로 유동점온도가 형성된다.

또한, 비교예(7)은 유동점온도는 매우 낮게 되지만 산화붕소의 양이 너무 많아지면 플럭스로 사용할 때에 래들 또는 로체의 내화물을 손상시키기 때문에 바람직하지 못하다고 알려져 있고, 본 실시예 결과에서도 융점이 많이 낮아져서 내화물을 손상가능성이 있음을 확인할 수 있다.

따라서 본 실시예 결과에 의하면 붕산소다를 5% 이내로 혼합하여 용융합성플럭스를 제조하면 유동점온도 1360℃ 이상에서 충분히 용융합성플럭스를 제조할 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 황토슬러지, 수산화알루미늄 및 탈탄산슬러지를 배합하여 개재물제거용 플럭스를 저융점화하여 용융로에서 용융시 종래보다 낮은 온도에서 용융되도록 하며 재활용 차원에서도 중요한 의미를 지닌다고 할 수 있으며, 제철공정의 비금속개재물 흡착제거에 사용되어 철강산업의 발전에 기여할 수 있으며 환경공해 문제에서 분진발생을 저감시켜 쾌적한 환경을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

개재물제거용 플럭스를 제조하는 방법에 있어서,

황토슬러지(마그네시아 클링커 제조시 발생되는 부산물), 탈탄산슬러지와 수산화알루미늄을 배합하여 황토슬러지: 25-45중량%, 탈탄산슬러지: 10-30중량% 및 수산화알루미늄: 40-60중량%로 이루어지는 배합원료를 제조한 다음, 이 배합원료를 1380℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 후 추출, 냉각하는 것을 특징으로 하는 개재물 제거용 플럭스 제조방법
개재물제거용 플럭스를 제조하는 방법에 있어서,

황토슬러지(마그네시아 클링커 제조시 발생되는 부산물), 탈탄산슬러지와 수산화알루미늄을 배합하여 황토슬러지: 25-45중량%, 탈탄산슬러지: 10-30중량% 및 수산화알루미늄: 40-60중량%로 이루어지는 배합원료를 제조한 다음, 이 배합원료의 중량에 대하여 붕산나트륨을 5% 이하로 첨가한 후, 1360℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 다음, 추출, 냉각하는 것을 특징으로 하는 개재물제거용 플럭스 제조방법