KR100328931B1 - 전기로건식더스트를이용한용선용탈규제 - Google Patents

Abstract

전기로의 백필터(Bag Filter)에서 발생되는 더스트(Dust)를 이용한 용선용 탈규제에 관한 것으로, 전기로에서 발생하는건식더스트를 이용하여 용선용 탈규제를 조성함에 있어서, 전기로 더스트와 무기바인더인 특수 시멘트를 90:10의 중량비로 혼합하여 용선용 탈규제를 조성하되, 상기 전기로 더스트는 t·Fe: 48~57중량%, CaO: 7∼13중량%, MgO: 1~3중량%, SiO₂: 4~6중량%를 주원료로 하고, 부원료로는 불가피하게 함유되는 미량의 Al₂O₃, Cu, S, Cr, MnO, ZnO 등의 불순물로 이루어진 것이다.

Description

전기로 건식 더스트를 이용한 용선용 탈규제

본 발명은 전기로에서 발생하는 건식 더스트를 이용한 용선용 탈규제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기로의 백필터(Bag Filter)에서 발생되는 더스트(Dtst)를 이용한 용선용 탈규제에 관한 것이다.

일반적으로 용철중의 규소(Si)는 제강정련공정에서 열원으로써 중요한 성분이 되지만 다량으로 함유되어 있으면 탈탄, 탈린반응 등을 저해하고 슬래그 부피를 증가시켜, 철분손실과 슬로핑 발생 등 환경공해 요인으로 작용하게 된다.

따라서, 최근 제강조업의 전반적인 경향을 보면, 전로공정에서 0.15 ∼ 0.20% 이하의 저규소(Si) 용선을 사용, 슬래그량을 최소화하는 조업이 개발되어 조업의 효율성은 물론 경제성 측면에서 좋은 성과를 나타내고 있다.

야금학적으로 용철중에 들어 있는 규소(Si)는 인(P), 탄소(C), 망간(Mn) 등 다른 원소들과 비교해, 산화반응에 대한 표준생성 자유에너지 변화값(4G°) 이 낮은 값을 가지기 때문에 용철내의 산소 포텐셜이 낮은 경우에도 상기와 같은 원소들보다 우선적으로 산화반응을 하여 규소산화물(SiO₂)을 생성한다.

또한 온도가 낮아질수록 부(-)의 값을 가지므로 반응은 더욱 용이하게 진행될 수 있다. 규소(Si)가 산소(O₂)와 반응하여 생성된 산화물은 통상 제강온도에서 그 자체로는 불안정하기 때문에 효과적인 탈규소를 위해서는 슬래그 중의 염기성 물질과 결합시켜 규소 산화물을 안정한 형태로 고정시킬 필요가 있다.

일반 제강정련 공정에서 이를 위한 염기성 물질로는 주로 생석회(CaO)가 이용되며 슬래그 중 규소화합물은 2CaO·SiO₂의 형태로 존재하게 된다.

이때의 기본 반응식은 다음과 같다.

(2), (4) 식을 이용, 1600℃에서 평형정수값을 구해보면 K₂= 4.3 × 10. K₂= 4.03 × 10⁸으로 생성산화물이 단독으로 존재할 때는 생석회(CaO)의 첨가에 따라 규소화합물을 형성하는 것이 더욱 안정함을 알 수 있다.

상기의 내용을 종합 정리해보면, 탈규제는 용선중의 규소를 산화시킬 수 있는 산화제와 산화반응에 의해 생성된 규산화물을 보다 안정한 화합물로 만들어주는 조제재인 생석회(CaO)로 구분되며 이들의 제반 특성이 탈[Si] 효율을 좌우하게 된다.

일반적으로 탈규제로는 고체산화물인 밀스케일이나 소결광(고로반광)이 주로 사용되어 왔으나 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째로, 밀스케일(Mill Scale)의 경우, 제철소의 부산물로서 경제성이 있고 산소원으로 작용하는 T·Fe(total·Fe)가 높으나 조제재인 생석회(CaO)가 함유되어 있지 않아 별도의 CaO 투입이 필요, 원가가 추가 부담되고, 또한 입도크기가 1mm이하 100%로서 투입시 다량의 분진이 발생되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로, 현재 특정폐기물로 분류되어 일정한 장소에만 폐기 또는 매립이 불가피한 전기로 더스트를 리사이클링하여 용선탈규제로 사용함으로써 더스트의 막대한 처리비용의 절감은 물론 더스트 매립시 중금속류의 용출로 인한 토양의 환경오염을 근본적으로 차단하고, 낮은 원가와 높은 탈규 효과를 가져올 수 있는 용선용 탈규제를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은 전기로에서 발생하는 건식더스트를 이용하여 용선용 탈규제를 조성함에 있어서, 전기로더스트와 무기바인더인 특수 시멘트를 90:10의 중량비로 혼합하여 용선용 탈규제를 조성하되, 상기 전기로 더스트는 t· Fe : 48∼57중량%, CaO : 7∼13중량%, MgO : 1∼3중량%, SiO₂: 4∼6중량%를 주원료로 하고, 부원료로는 불가피하게 함유되는 미량의 Al₂O₃, Cu, S, Cr, MnO, ZnO 등의불순물로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 전기로에서 발생하는 건식더스트를 이용하여 용선용 탈규제를 조성함에 있어서 전기로 더스트와 무기바인더인 특수 시멘트를 90:10의 중량비로 혼합하여 용선용 탈규제를 조성하되, 상기 전기로 더스트는 t·Fe : 48~57중량%, CaO : 7∼13중량%, MgO : 1~3중량%, SiO₂: 4∼6중량%를 주원료로 하고, 부원료로는 불가피하게 함유되는 미량의 Al₂O₃, Cu, S, Cr, MnO, ZnO 등의 불순물로 이루어진다.

종래 탈규제와 본 발명 탈규제의 화학성분을 비교하여 나타낸 상기 표 1에서 보면 본 발명의 탈규제의 주원료인 전기로 더스트는 집진되는 시기에 따라 약간식 차이가 있으며 일반적으로 각 조성별 ± 1% 내외로 채집되었다.

상기와 같은 공정에 의해 제조된 본 발명의 탈규제는 t·Fe : 48~57중량%, CaO : 7∼13중량%, MgO : 1∼3중량%, SiO₂: 4∼6중량% 및 극소량의 불순물 Al₂O₃, Cu, S, Cr, MnO, ZnO 등으로 구성되어 있다.

즉, 본 발명의 용선탈규제는 주원료인 전기로 더스트의 입도는 1mm 이하인 것을 별도 가공없이 그대로 사용시 다량의 분진발생으로 인한 대기오염 및 탈규효율 저하로 사용하기 곤란하므로 특수 시멘트를 바인더(Binder)로 첨가하여 3~10mm의 미니 팔레트로 고형화하여 제조 사용하였다.

배합시 전기로 더스트와 무기 바인더의 특수시멘트의 비율을 90:10의 중량비로 한 것은, 전기로 더스트를 90중량% 미만으로 할 경우 탈규시 산화제로 작용하는 T·Fe가 최소 효율범위 이하로 떨어져 투입원단위의 상승은 물론 반응에 필요한 처리시간이 길어져 탈규효율이 저하하기 때문이다.

상기 T·Fe는 T·Fe가 최소효율범위 48중량% 미만으로 떨어질 경우 고체 산화제의 주된 성분인 산소가 부족, 산화생성물인 SiO₂의 안정적인 반응이 곤란하여 탈규효율을 기대하기 어렵고 57중량% 정도이면 충분한 산소원의 존재로 SiO₂생성이 용이하다.

57중랑% 이상으로 존재할 경우 SiO₂를 안정한 화합물로 고정시키기 위한 생석회의 손실이 커져 추가로 별도의 생석회를 투입해 주어야 한다. 따라서 T·Fe의 함량은 48∼57중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 CaO는 7중량% 이하가 되면 산화된 SiO₂를 안정한 화합물인 2CaO·SiO₂로 만들기 위한 량이 상대적으로 부족하여 환원현상인 규소가 복원되어 탈규율이 감소된다.

또한 상기 본 발명의 MgO는 슬래그 조성을 염기성화하여 처리초기의 내화물 침식을 막는 역할을 하나, 그 첨가량이 1중량% 이하인 경우 그 효과가 대단히 미약하고, 3중랑% 이상인 경우 오히려 슬래그의 점도를 증가시켜 CaO와 산화된 Si_O와 반응성을 저하시킨다.

따라서 MgO는 1∼3중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명의 SiO₂의 경우 본 용선탈규제의 CaO와 적정염기도를 유지하여 탈규반응효율을 높이기 위한 것으로 그 함량이 4중량%이하인 경우 지나치게 염기성 분위기를 증가시켜 용선중의 규소와 탈규제 중의 T·Fe중의 산소와의 반응성을 오히려 저하시키며, 6중량%의 경우 본 발명의 반응온도 구역인 1400∼1550℃에서 최적염기도(CaO·SiO₂) 범위로 알려진 1.5∼3.5으로서 충분하며 그 이상일 경우 염기도가 급격히 저하되어 탈규 중에 생성된 SiO₂가 충분히 CaO와 반응하지 못하고 불안정한 화합물로 남게 되어 탈규율이 저하된다.

따라서 SiO₂의 함량은 4~6중량%로 한정하는 것이 바람직하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

이하에 본 발명의 실시예에 대하여 자세히 설명한다.

고로 출선구에서 1500∼1550℃로서 출서된 용선은 주탕도(Maim Lron Runner)를 통과하면서 비중 분리에 의해 용선과 슬래그로 분리되고 스키머(Skimmer)에서 각각 용선탕도(Lron Runner)와 슬래그탕도(Slag Runner)로 흘러간다.

용선탕도로 흘러간 용선은 탕도낙구에 이르면 탈규제 투입 슈트(Chute)를 통해 본 발명의 탈규제가 20~24kg/t·pig(용선)투입되고 경주통(Tilting Runner)을 통과하면서 1차 탈규반응이 이루어진다.

상기 경주통을 통과한 용선은 하부에 있는 250톤 용량의 용선용 래들카(Topedo Ladle Car)에 수선되면서 2차 탈규 반응이 이루어진다.

용선 수신이 완료된 용선용 래들카는 제강 예비처리로 운반되는데 이때 마지막 탈규반응이 이루어진다. 제강 예비처리에도착 직후 샘플링(Sampling)을 실시, 그 효과를 측정하였다.

이때의 탈규전 용선규소의 농도는 0.25∼0.35% 수준이고 탈규 후 용선 중 규소 농도는 0.15%를 목표로 하였다.

하기 표 2는 상기 테스트 결과를 나타낸 것이다.

표 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 탈규제가 종래 탈규제와 비교해 볼 때 산화제의 주성분인 T·Fe 함유율이 다소 낮아투입원단위가 다소 상승했으나 탈규율은 거의 동등한 수준을 보이고 있다. 또한 탈규시 부가적으로 얻어지는 탈인율도 8∼10%로 동등한 수준을 나타내고 있다.

계산예) 탈규율(%) = (△Si*(탈규전 Si - 탈규후 Si) / 탈규전 Si)× 100(%)

탈인율(%) = (△P*(탈[P]전 P - 탈[P]후 P) / 탈[P]전 P)× 100(%)

이상과 같은 본 발명은 탈규제의 주원료가 되는 전기로 더스트가 특정폐기물로 분류되어 특정한 지역에만 폐기 또는 매립이 불가피한 점을 고려해 볼 때 이를 리사이클링하여 용선탈규제로 재사용함으로써 막대한 처리비용의 절감을 통한 경제성과 더스트와 매립시 중금속류의 용출로 인한 토양의 환경오염을 근본적으로 차단할 뿐만 아니라 낮은 원가와 높은 탈규율을 나타내어 좋은 효과를 나타내고 있다.

Claims (1)

1. 전기로에서 발생하는 건식더스트를 이용하여 용선용 탈규제를 조성함에 있어서,

   전기로 더스트와 무기바인더인 포틀랜드시멘트를 90:10의 중량비로 혼합하여 용선용 탈규제를 조성하되,

   상기 전기로 더스트는 T·Fe : 48~57중량%, CaO : 7∼13중량%, MgO : 1~3중량%, SiO₂: 4∼6중량%를 주원료로 하며, Al₂O₃, Cu, S, Cr, MnO 및 ZnO를 포함한 혼합물 30∼31중량%를 부원료로 함유하도록 구성됨을 특징으로 하는 전기로 건식 더스트를 이용한 용선용 탈규제.