KR100331101B1 - 철중 불순물 원소의 용융제거방법 - Google Patents

Abstract

철 및 철에 가용성인 원소의 합계를 100 질량%로 하여, Cu, Cu 와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소 및 불가피한 원소를 함유하는 스크랩을 산소를 함유한 분위기 중에서 용해한 후, 상기 용융철에 C 필요 소요량에 따라, 소요량의 Cr, Mo 중 한 종류 또는 두 종류, 및/또는 Mn, V, Ti 중 한 종류 또는 두 종류 이상을 첨가하고, 연속적으로 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중차를 이용하여 상기 철 스크랩에 포함되는 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 상기 원소를 Cu 부화층에 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거한다. 상기 방법에 의하면 철 스크랩 등을 재활용할 때 균질의 강재를 안정적으로 제조한다는 점에서 유해한 Cu, Sn 등의 불순물 원소를 용융상태로 저비용 고효율로 제거할 수 있다.

Description

철중 불순물 원소의 용융제거방법{METHOD OF MELT-REMOVING IMPURITY ELEMENTS FROM IRON}

본 발명은 각종 산업 및 인간 생활 분야에서 발생하는 철 스크랩을 재활용하는데 있어서, 상기 철 스크랩 등으로부터, 균질의 강재를 안정적으로 제조한다는 점에서 유해한, Cu, Sn 등의 불순물 원소를, 용융 상태에서 저비용으로 효율성 있게 제거할 수 있는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법에 관한 것이다.

일반적으로 철재 중에 Cu, Sn 등, 이른 바 트램프 엘리먼트(tramp element)라고 불리는 불순물 원소가 어느 일정 농도 이상으로 함유되어 있으면, 연속주조시에 주편 표면에 균열이 발생하거나, 열간압연 시에 표면 균열이 발생한다. 따라서 표면 연삭 등의 공정을 필요로 하게 되어 제조 비용이 증가하고, 생산성과 수율이 저하되며, 강재 제품의 연신, 인성, 디프 드로잉성 등 기계적 성질이 현저하게 열화되는 것으로 알려져 있다. 이러한 트램프 엘리먼트는 철광석을 주원료로 하는 고로 용선(高爐溶銑)에는 아주 미량밖에 포함되어 있지 않으나, 폐기 가전제품, 폐기 자동차 등의 철 스크랩에는 다량 포함되어 있다. 따라서 저렴한 철 스크랩을 주원료로 하여 철강제품을 제조하는 경우, 높은 기계적 성질이 요구되는 고급 강을 제조하기 어렵고, 또한 양호한 수율로 안정적인 생산을 기대할 수 없는 현실이다. 따라서 저렴한 철스크랩을 사용하여 고품질의 강재를 안정적으로 생산하는 방법이 요망되고 있다.

철 스크랩으로부터 Cu, Sn 등의 트램프 엘리먼트를 제거하는 방법으로는, 철 스크랩을 암모니아성 수용액에 침지하여 탈동(脫銅)하는 방법(예를 들면, 일본공개 특허공보 평6-2053호 공보 참조)이나 철 스크랩을 용융 아연 욕에 침지하여 Cu, Sn 등을 추출 분리하는 방법 (예를 들면, 일본공개 특허공보 평7-253400호 공보 참조)이 알려져 있다.

그러나, 암모니아 수용액 침지법, 및 용융아연 침지법에는 철 스크랩 표면에 노출된 Cu는 제거할 수 있으나, 내부에 함유된 Cu를 제거할 수 없다는 문제점과, 큰 용적의 특수한 침지 설비가 필요하고, 침지 처리를 저온에서 실시하므로 처리속도가 느리다는 문제점이 있다. 또한 파쇄 철스크랩 식별법에는 스크랩의 파쇄와 식별을 위한 별도의 공정이 필요하게 되고, 처리속도가 느리며, 트램프 엘리먼트를강재로부터 제거할 수 없다는 문제점이 있다.

이와 같이 상기 세 가지 방법은 모두 트램프 엘리먼트의 제거 정도 및 철스크랩의 처리 속도라는 점에 있어서 문제가 있어 실용 기술로서 사용할 수 없는 것이다.

한편 「Phase Equilibria in Iron Ternary Alloys, The Institute of Metals 」(1988년 발행) 157 내지 167항에는 Cu를 포함한 용융철에 O를 0.1% 이상 첨가하면, Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하는 것이 기재되어 있다.

상기 문헌의 기재에 의하면, 용융철에 C를 4.5%까지 첨가하고, 1,184℃까지 냉각시킨 후 유지하여 평형으로 하면, 용융철 중의 Cu 농도는 4%까지 저감될 가능성이 있다는 것을 유추할 수 있다 (160항, 도 3. 65 참조). 그러나, 용융철은 그 철중의 Cu가 적어도 3% 이하로 제거되어야 비로소 주원료로서 유용한 것이 되므로, 상기 문헌의 기재로는 실용적인 트램프 엘리먼트 기술을 구축할 수 없다.

또한 「자원과 소재, Vol 113, No 12 (1997), 사단법인 자원·소재학회발행」1110 내지 1114항, 및 일본공개 특허공보 평 11-293350호 공보에는 동(銅)을 포함하는 스크랩을 무산화 분위기 중에서 용융하고, 철의 상으로, C를 2% 이상 용해시키고, 동과 철을 분리하여 회수하는 방법이 기재되어 있다.

그러나 상기 방법은, 실험실 규모로, 그것도 무산화 분위기 중에서 슬래그 (slag)의 생성을 억제하면서 실시하는 것이므로, 그 분위기를 계속하여 유지할 수 있는 특별한 용해로를 준비하므로, 이 점에 있어서 실용기술에 적합하지 않으며, 철의 상(相)에 C를 2% 이상 용해시키더라도, 그 상 중의 Cu 농도를 3% 이하로 저감할 수 없다는 점에서도 실용기술로서 적합하지 않다.

전술한 바와 같이, 철 스크랩을 용해한 용융철은 그 철중의 Cu 농도가 3% 이하로 저감되어야 철강 원료로서 유용한 것이 되나, 본 발명자 등이 조사한 바에 의하면, 상기 용융철 중의 Cu 농도를 3% 이하로 하는 실용기술은 어떠한 문헌에도 아직 개시되어 있지 않다.

본 발명은 상기와 같이 종래의 문제점을 해결하여, 철 스크랩을 용융한 후, 그 용융철에 C 및 기타 적절한 합금 원소를 첨가한 것으로, Cu, Sn 등의 불순물 원소를 용융상태로 효율성 있고 저렴하게 제거하고, 철 스크랩을 유용한 철강원료로서 저렴하게 제공할 수 있는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법을 제공하는 것을 목적으로 하여 완성한 것이다.

본 발명자 등은 상기 과제를 해결하기 위하여 여러 가지 검토를 한 결과, 철 스크랩을 용융하고, 그 용융철에 C 및 기타 적절한 합금 원소를 첨가함으로써, Cu, Sn 등의 불순물 원소를 제거하는데 성공하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

또한 본 발명의 요지는 아래와 같다.

(1) 철 및 철에 가용성 원소의 합계를 100질량%로 하여, Cu 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소를 함유하는 분위기 중에서 용융한 후, 상기 용융 철에 다음 식으로 나타내는 범위에서 C를 첨가하고, 이어서 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화 층으로 분리하고, 양층의 비중 차를 이용하여, 상기 철 스크랩에 포함되는 Cu를 Cu 부화층으로 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

5.0 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20 (단, Cu, C의 단위는 질량%)

(2) 철 및 철에 가용성 원소의 합계를 100질량%로 하여, Cu 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소를 함유하는 분위기 중에서 용융한 후, 상기 용융 철에 다음 식으로 나타내는 범위에서 C 및 Cr, Mo의 한 종류 또는 두 종류를 첨가하고, 이어서 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중 차를 이용하여, 그 철 스크랩에 포함되는 Cu를, Cu 부화층으로 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

3.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

4.5 × (1-Cu/100) ≤ Cr ≤ 30

4.5 × (1-Cu/100) ≤ Mo ≤ 30 (단, Cu, C, Cr, Mo의 단위는 질량%)

(3) 철 및 철에 가용성 원소의 합계를 100질량%로 하여, Cu 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소를 함유하는 분위기 중에서 용융한 후, 상기 용융 철에 다음 식으로 나타내는 범위에서 C 및 Mn, V, Ti 중 한 종류 또는 두 종류를 첨가하고, 이어서 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중차를 이용하여, 그 철 스크랩에 포함되는 Cu를, Cu 부화층으로 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

4.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

4.0 × (1-Cu/100) ≤ Mn ≤ 30

4.0 × (1-Cu/100) ≤ Ti ≤ 30

4.0 × (1-Cu/100) ≤ V ≤ 30 (단, Cu, C, Mn, Ti, V의 단위는 질량%)

(4) 철 및 철에 가용성 원소의 합계를 100질량%로 하여, Cu 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소를 함유하는 분위기 중에서 용융한 후, 상기 용융 철에 다음 식으로 나타내는 범위에서 C, Cr, Mo 중 한 종류 또는 두 종류 및 Mn, V, Ti 중 한 종류 또는 두 종류를 첨가하고, 이어서 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중 차를 이용하여, 그 철 스크랩에 포함되는 Cu를, Cu 부화층으로 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

3.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20 4.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

4.5 × (1-Cu/100) ≤ Cr ≤ 30 4.0 × (1-Cu/100) ≤ Mn ≤ 30

4.5 × (1-Cu/100) ≤ Mo ≤ 30 4.0 × (1-Cu/100) ≤ Ti ≤ 30

4.0 × (1-Cu/100) ≤ V ≤ 30

(Cu, C, Cr, Mo, Mn, Ti, V의 단위는 질량%)

(5) 철과 철에 가용성 원소의 합계를 100 질량%으로 하고, Cu, Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소, 및 불가피한 원소를 함유하는 철스크랩을 산소를 함유하는 분위기 중에서 용해한 후, 상기 용융철에 다음 식으로 나타내는 범위로 C를 첨가하고, 이어서 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중 차를 이용하여 그 철 스크랩에 포함되는Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소를 Cu 부화층에 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

5.0 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20 (단, Cu, C의 단위는 질량%)

(6) 철과 철에 가용성 원소의 합계를 100 질량%으로 하고, Cu, Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소, 및 불가피한 원소를 함유하는 철스크랩을 산소를 함유하는 분위기 중에서 용해한 후, 상기 용융철에 다음 식으로 나타내는 범위로 C 및 Cr, Mo 중 한 종류 또는 두 종류를 첨가하고, 이어서 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중차를 이용하여 그 철 스크랩에 포함되는 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소를, Cu 부화층에 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

3.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

4.5 × (1-Cu/100) ≤ Cr ≤ 30

4.5 × (1-Cu/100) ≤ Mo ≤ 30 (단, Cu, C, Cr, Mo의 단위는 질량%)

(7) 철과 철에 가용성 원소의 합계를 100 질량%으로 하고, Cu, Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소, 및 불가피한 원소를 함유하는 철스크랩을 산소를 함유하는 분위기 중에서 용해한 후, 상기 용융철에 다음 식으로 나타내는 범위로 C 및 Mn, V, Ti 중 한 종류 또는 두 종류 이상을 첨가하고, 이어서 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의비중차를 이용하여 그 철 스크랩에 포함되는 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소를 Cu 부화층에 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

4.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

4.0 × (1-Cu/100) ≤ Mn ≤ 30

4.0 × (1-Cu/100) ≤ Ti ≤ 30

4.0 × (1-Cu/100) ≤ V ≤ 30 (단, Cu, C, Mn, Ti, V의 단위는 질량%)

(8) 철과 철에 가용성 원소의 합계를 100 질량%으로 하고, Cu, Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소, 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소를 함유하는 분위기 중에서 용해한 후, 상기 용융철에 다음 식으로 나타내는 범위로 C, Cr, Mo 중 한 종류 또는 두 종류 및 Mn, V, Ti 중 한 종류 또는 두 종류 이상을 첨가하고, 이어서 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중차를 이용하여 그 철 스크랩에 포함되는 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소를 Cu 부화층에 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

3.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20 4.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

4.5 × (1-Cu/100) ≤ Cr ≤ 30 4.0 × (1-Cu/100) ≤ Mn ≤ 30

4.5 × (1-Cu/100) ≤ Mo ≤ 30 4.0 × (1-Cu/100) ≤ Ti ≤ 30

4.0 × (1-Cu/100) ≤ V ≤ 30

(Cu, C, Cr, Mo, Mn, Ti, V의 단위는 질량%)

(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 강 중 불순물 원소의 용융 제거방법에 있어서, 용융 철의 총 질량에 대하여 Ag를 질량 %로 0.1 내지 30% 범위로 용융철에 첨가하거나 또는 접촉시키는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

(10) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 철중 불순물 원소의 용융 제거방법에 있어서, 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리한 후, Fe 부화층만을 별도의 용기에 옮겨 담고, 또는 Cu 부화층을 용기 외로 배출하고, 그 후, 용융철의 총 질량에 대하여 Ag를 질량 %로 0.1 내지 30% 범위로 용융철에 첨가하거나 또는 접촉시키는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

(11) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 철중 불순물 원소의 용융 제거방법에 있어서, 용융철 중에 산소를 가하고 Al를 1중량% 이하의 범위까지 산화 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

(12) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 철중 불순물 원소의 용융 제거방법에 있어서, 용융철의 총 질량에 대하여 Ag를 질량 %로 0.1 내지 30% 범위로 용융철에 첨가하거나 또는 접촉시킴과 동시에, 용융철 중에 산소를 가하고, Al를 1중량% 이하의 범위까지 산화 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

(13) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 철중 불순물 원소의 용융제거방법에 있어서, 용융상태로 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리한 후, Fe 부화층만을 별도의 용기에 옮겨 담고, 또는 Cu 부화층을 용기 외로 배출하고, 그 후, 용융철의 총 질량에 대하여 Ag를 질량 %로 0.1 내지 30% 범위로 용융철에 첨가하거나 또는 접촉시킴과 동시에 용융철 중에 산소를 가하고, Al를 1중량 % 이하의 범위까지 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

(14) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 철중 불순물 원소의 용융 제거방법에 있어서, 용융철을 교반하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

(15) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 철중 불순물 원소의 용융 제거방법에 있어서, 철 스크랩을 전기로에서 용해하고, 이어서 그 노내에서 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소를 용융 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

(16) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 철중 불순물 원소의 용융 제거방법에 있어서, 철 스크랩을 큐우폴라로 용해하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

도 1은 첨가한 C 농도와 Cu 농도와의 관계를 도시한 그래프이고,

도 2(A)는 첨가한 C농도와 Cu 농도와의 관계를 도시한 그래프이고,

도 2(B)는 첨가한 Cr 또는 Mo 농도와 Cu 농도의 관계를 도시한 그래프이고,

도 3(A)는 첨가한 C농도와 Cu 농도와의 관계를 도시하는 그래프이고,

도 3(B)는 첨가한 Mn, V 또는 Ti 농도와 Cu 농도와의 관계를 도시하는 그래프이다.

본 발명은 각종 산업 및 인간 생활 분야에서 발생하는 각종 철 스크랩을 용해하여, 용융상태에서 Fe 농도가 높은 Fe 부화층과 Cu 농도가 높은 Cu 부화층으로 분리시키는 방법에 대하여 여러 가지로 검토한 결과, 새로운 방법을 밝혀내고, 이에 기초하여 완성한 것이다.

즉, Cu 등을 포함하는 철스크랩을 일단 용융하면, Cu 및 Cu와 친화력이 있는 불순물 원소(예를 들면 Sn)는 Si이나 Al등으로 상이하여, 산소와의 친화력이 적어 산소 취련에 의한 산소제거는 바람직하지 않으며, 또한 CaO, Al₂O₃, SiO₂등을 주성분으로 하는 이른바 제강 용융 슬래그와도 반응하지 않으므로 슬래그 정련도 할 수 없으므로 용융철로부터 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 불순물 원소 (예를 들면 Sn)를 유효하고 또한 저비용으로 제거하는 방법은 알려지지 않았다. 따라서 본 발명자 등은 여러 가지 검토를 거듭한 결과, 용융 철 스크랩 중에 일정 농도 이상의 O를 첨가하고, 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 철 스크랩 중의 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소 (Sn 등)를 비중이 무거운 Cu 부화층에 농축 침전시킬 수 있는 것을 밝혀내고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 원리에 대하여 설명한다. C와 Fe와의 원자간에는 흡인력이 작용하나, C와 Cu와의 원자사이에서는 반발력이 작용하고, 그 결과 용융철은 용융상태로 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리한다. 이 분리상태에서 C를 과잉으로 첨가하고, Cu를 사실상 전혀 포함하지 않는 산화물을 Fe 부화층 중에 생성시키고, Fe 부화층 중의 Cu를 비중 차에 의하여 Cu 부화층으로 다시 배출하여 농축 분리한다. 이와 같이, 생성물로서 탄화물을 선택한 이유는, C는 우선적으로 Fe에 용해되고 Cu 중에는 용해도가 극히 낮다는 점 및 탄화물의 비중이 용철과 거의 동등하여 Fe 부화층에 혼재하고, 비중이 큰 Cu 탄화층의 침전을 방해하지 않는다는 특성을 가지기 때문이다.

또한 C 이외에 Cr, Mn, Mo, Ti, V 등의 탄화물 생성 촉진 원소를 적절한 농도범위로 첨가하여 Fe 부화층 중에 탄화물의 생성을 촉진시킴으로써, Fe 부화층 중의 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소농도를 현저하게 저감시킨다는 것을 알아내었다. 또한 용융상태로 Fe를 거의 용해시키지 않고, Cu 및 Cu와 친화력이 있는 상기 원소만을 흡수하는 Ag를 일정 농도 범위로 용융철에 첨가하거나 또는 접촉시키면, 불순물 저감 효과가 현저하게 늘어나고, Fe 부화층과 Cu 부화층의 분리를 저해하는 Al를 산화 정련으로 제거하는 동시에 열원으로서 이용하는 것이 바람직하다는 것을 알아내었다. 또한 용융상태로 교반함으로써 분리에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다는 것도 알아내었다.

전술한 바와 같이, 본 발명자 등의 조사에 의하면 용융철 중의 C농도를 3% 이하로 저감하는 실용기술은 아직 어떠한 문헌에도 개시되어 있지 않으므로, 그 Cu 농도를 3% 이하로 저감하는 본 발명은 오늘날 가전제품이나, 자동차 등의 폐기물에 의한 환경문제, 폐기물 재활용의 중요성에 대하여 사회적 인식이 높아지고 있는 가운데, 산업 및 사회전체에 기여하는 기술로서, 매우 큰 의의를 가지는 것이다.

본 발명의 구성요건에 대하여 설명한다. 먼저 본 발명의 구성요건인 용해에 관한 조건의 한정이유에 대하여 설명한다.

용해와 분위기 : 본 발명에 있어서 철 스크랩을 산소가 존재하는 분위기 중에서 용해한다. 용해 분위기 중에 산소가 존재하면 용해 과정에서 슬래그가 생성되거나, 용융철이 산화될 우려가 있으나, 본 발명은 전술한 바와 같이 철 스크랩을 유용한 철강 원료로서 저렴하게 제공하는 것을 목적으로 하여, 다량의 철 스크랩을 한번에 용해하는 것이므로, 설령 용해철의 표면이 산화하더라도, 그에 따른 손실은 극소량이다. 또한 슬래그의 생성은 용융철의 표면 보호나 보온, 이후의 공정에 있어서 성분 조성의 점에서 오히려 바람직한 것이다.

이러한 점들이 본 발명과 상기 일본공개 특허공보 평11-293350호 공보에 기재되어 있는 동과 철의 분리회수방법이 기본적으로 상이한 점이다.

용해방법이나 분위기 중의 산소 농도는 특별히 한정되는 것은 아니다. 통상적으로 공기 분위기 중에서 용해를 실시하나, 용해에 사용하는 노는 종류에 따라, 분위기를 포함한 용해의 태양이 다소 상이하다.

본 발명의 경우, 전기로 또는 큐우폴라로 용해하는 것이 바람직하므로, 이 두 가지 노에 있어서 용해 형태에 대하여 설명한다.

전기로 용해와 분위기 :

1. 아크 용해만으로 가열 용해하는 경우

노 바닥에 전극을 가지는 직류 아크 용해로를 사용하는 경우, 노 내에 철 스크랩을 넣고 탄소 전극과 그 스크랩 사이에 전압을 걸어 아크 가열 용해한다. 일단 용융한 후 슬래그를 투입하여 전극을 슬래그 내에 침지시킨다.

용융철은 슬래그로 완전하게 덮여, 분위기로부터 차단된다. 따라서 노내 분위기는 대기 분위기로 충분하고, 이를 무산화 분위기로 할 필요가 전혀 없다.

2. 아크 용해에 추가적으로 “탄재(炭材) 주입 + 산소 가스버너” 또는 “중유 연소 버너”를 병용하여 가열 용해하는 경우

이 경우, 적극적으로 산소 가스를 탄재 또는 중유와 동시에 불어넣는 버너로 그 연소 열을 이용하여 용해 속도를 높인다. 이 경우에도 통상의 아크 용해와 마찬가지로, 용해한 후 슬래그로 용해 철을 덮으므로 무산화 분위기로 할 필요는 없다. 또한 슬래그 산화도를 높여 용융철중의 불순물 P를 인산으로서 산화 제거할 수 있다.

또한, 이 가열용해의 경우, 전력 소비량(전력원 단위)을 줄일 수 있으므로 용제 코스트를 낮출 수 있다.

큐우폴라 용해와 분위기 :

이 경우, 노정(爐頂)으로부터 철 스크랩과 탄소질 재료를 넣고, 노 하부로부터 공기 또는 산소 가스를 송풍한다. 노 하부에서는 C+1/2O₂= CO의 반응에 의하여 CO가 다량으로 생성되어, 이른바 환원 분위기가 된다. 노 상부에서는 CO + 1/2O₂= CO₂의 반응에 의하여 CO₂가 많은 산화분위기가 된다. 따라서 하나의 노 내의 환원, 산화 양방의 분위기가 존재하게 된다.

또한 탄소질 재료를 연료원으로서 이용하면, CO가스 또는 CO₂가스로 침탄(浸炭)이 일어나고, 철의 융점이 1536℃부터 1150℃까지 내려가므로 효율적으로 철 스크랩을 용해할 수 있다.

이와 같이 산소를 포함하는 분위기는 실제의 용해작업에 있어서, 환원 분위기로도 산화분위기로도 될 수 있으나, 본 발명에 있어서는 어떤 분위기이든 무방하다.

다음으로, 본 발명의 구성요건인 C 등의 첨가물에 관한 조건의 한정이유에 대하여 설명한다.

C : C는 용융철에 있어서, 상기 Fe 원자와 Cu 원자간의 척력을 증가시키고, 또한 적극적인 탄화물 생성에 의하여 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리시키는 작용을 하는 중요한 원소이다. 다음 식 대로, C 농도의 하한은 적어도 Fe 부화층 중의 Cu 농도를 3% 이하로 하는 조건, 즉, Fe 부화층 중에 용융상태로 탄화물을 생성시키는데 충분한 농도이고, 용융철 중의 Cu 농도의 함수이다. 상한은 용제상의 코스트를 고려하여 20%로 하였다.

5.0 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20 (단, Cu, C의 단위는 질량%)

이 때, 철 및 철에 가용성인 원소의 합계를 100질량%로 하고, Cu 및 불가피 한 원소를 함유하는 용융철 중에 있어서, C 농도의 하한치는 본 발명자 등이 실시한 여러 가지 실험결과를 해석한 결과, 도 1에 도시하는 바와 같이, Cu 농도가 증가하면, 탄화물이 발생하는 하한 C 농도가 저하되는데 기초하고 있다.

또한 도 1은 전기로에 의하여 100kg의 용융 순철을 준비하여 1 내지 50%의 범위로 순동을 첨가하고, 또한 1 내지 7%의 범위로 탄소를 첨가하여, 용융상태로 20분간 유지한 후, 서서히 냉각하여 얻은 잉고트 상부의 Fe 부화층을 걷어내고, Cu 농도를 분석한 결과를 도시한 것이다. 상기 도면에 있어서는 Fe 부화층 중의 Cu 농도가 3% 이하인 경우를 「○」표시로 나타내었고, 그 보다 큰 경우를 「×」로 나타내었다.

유지 온도 : 용융상태에서 용융철을 Fe 부화층과 Cu 부화층을 상하로 분리할수 있으므로 유지 온도는 특별히 한정하지 않는다. 단, 저온일수록 Fe 부화층 중의 Cu의 용해도가 감소하여 Cu의 배출이 촉진되나, 과다하게 저온이면 반응고 상태가 되어 용탕의 유동성이 저하되고, 과다하게 고온이면 탄화물의 생성이 저하되는 것을 감안하여, 1100 내지 1400℃로 유지하는 것이 바람직하다.

Cr, Mo : 이들 원소는, Fe 부화층 중의 Cu 용해도를 감소시키는 효과와 탄화물의 생성을 촉진하는 효과를 가진다. 이들 원소의 첨가에 의하여 Cu 제거 효과가 현저하게 증대된다. 이들 원소의 첨가 농도는 다음 식대로 Cu 용해도 감소 효과와 탄화물 생성 효과가 얻어지는 최소 농도, 4.5×(1-Cu/100)를 하한으로 하고, 용제 코스트를 고려하여 30%를 상한으로 한다.

또한 Cr, Mo 및 C농도의 하한치는 본 발명자가 실시한 여러 가지 실험결과를 해석한 결과, 도 2(A) 및 도 2(B)에 도시하는 바와 같이, Cu농도가 증가하면, 탄화물을 발생시키는 하한 Cr, Mo 및 C 농도가 저하되는데 기초하고 있다.

또한 도 2(A) 및 도 2(B)는 전기로에 의하여 100kg의 용융 순철을 준비하여 1 내지 50%의 범위로 순동을 첨가하고, 또한 1 내지 7%의 범위로 탄소를 첨가하고, 또한 1 내지 8%의 범위로 Cr 또는 Mo를 첨가하여 용융상태로 20분간 유지한 후, 서서히 냉각하여 얻은 잉고트의 상부의 Fe 부화층을 걷어내고, Cu 농도를 분석한 결과를 도시한 것이다. 또한 도 2(A)는 Cr 또는 Mo농도를 6%로 한 경우의 결과를 도시하고, 도 2(B)는 C농도를 5%로 한 경우의 결과를 도시한다. 이들 도면에 있어서는, Fe부화층 중의 Cu농도가 3% 이하인 경우를 「○」표시로 나타내고 그 보다 큰 경우를 「×」로 나타내었다.

4.5 × (1-Cu/100) ≤ Cr, Mo ≤ 30 (단, Cu, Cr, Mo의 단위는 질량%)

3.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20 (단, Cu, C의 단위는 질량%)

Mn, V, Ti : 이들 원소는 Fe 부화층 중의 탄화물의 생성을 촉진하는 효과를 가진다. 이들 원소의 첨가에 의하여, Cu의 제거 효과는 현저하게 증대한다. 이들 원소의 첨가 농도는 다음 식과 같이 탄화물 생성 효과가 얻어지는 최소 농도, 4.0 × (1-Cu/100)를 하한으로 하고, 용제 코스트를 고려하여 30%를 상한으로 한다.

또한, Mn, V, Ti 및 C 농도의 하한치는 본 발명자가 실시한 여러 가지 실험 결과를 해석한 결과, 도 3(A) 및 도 3(B)에 도시하는 바와 같이, Cu 농도가 증가하면, 탄화물을 발생시키는 하한 Mn, V, Ti 및 C 농도가 저하되는데 근거하고 있다.

또한 도 3(A) 및 도 3(B)는 전기로에 의하여 100kg의 용융 순철을 준비하여 1 내지 50%의 범위에서 순동을 첨가하고, 또한 1 내지 6%의 범위로 탄소를 첨가하고, 또한 1 내지 8%의 범위로 Mn, V 및/또는 Ti를 첨가하고, 용융상태로 20분간 유지한 후, 서서히 냉각하여 얻은 잉고트 상부의 Fe 부화층을 걷어내고, Cu 농도를 분석한 결과를 나타내는 것이다. 또한 도3(A)는 Mn, V 및/또는 Ti 농도를 6%로 한 경우의 결과를 나타내고, 도3(B)는 C농도를 5%로 한 경우의 결과를 나타낸다. 이들 도면에 있어서는 Fe 부화층 중의 Cu농도가 3% 이하인 경우를「○」표시로 나타내고, 그 보다 큰 경우를 「×」로 나타내었다.

4.0 × (1-Cu/100) ≤ Mn, Ti 및/또는 V ≤ 30 (단, Cu, Mn, Ti, V의 단위는 질량%)

Ag: 상기 C, Cr 등의 첨가에 의하여 형성한 Fe 부화층에, Ag를 첨가하면 용융 Ag는, Fe 부화층 중의 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 원소만을 선택적으로 흡수한다. 이와 같이 하여 Ag는 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 원소를 분리하는 작용을 발휘한다. 즉, Ag는 용융철에 용해도가 없고, 한편, 용해 동(銅)에는 거의 100% 용해되고, 그 밖에도 비중은 철보다 큰 특이한 성질을 가지고 있고, 이 특성을 이용하여, Cu 및 Cu와 친화력이 있는 원소를 분리한다.

또한, Ag는 Cu보다 비중이 크므로 Fe 부화층 중의 부유 Cu 방울을 포착하여, Cu 부화층에 침강시키는 효과를 가진다. Ag의 첨가 농도는 Cu 제거 효과가 나타난는 최소농도 0.1%를 하한으로 하고, 용제 코스트를 고려하여 20%를 상한으로 한다.

또한 Ag의 첨가를 실시하기 전에, 일단 Fe 부화층을 별도의 용기에 옮겨 담고, 또는 침전된 Cu 부화층을 배출하여 용기 내에 Fe 부화층만 남긴 후, Ag 첨가를 실시하는 것도 Fe 부화층 중의 Cu 농도를 용이하게 1% 이하로 하는데 유효하다. 또한 이와 같이 하여 사용한 Ag는 Ag에 용해한 Cu 등의 불순물 원소를 공지 기술 (예를 들면, 습식 전해 정제법)로 분리함으로써 재사용할 수 있으므로 제조 코스트상 유리하다.

Al : Al은 다량으로 용융철 중에 용해되어 있으면 Fe부화층과 Cu 부화층으로의 분리를 저해하는 요인이 된다. 또한 Al을 산소로 산화 제거하는 것이 바람직하다. Al 농도가 1% 이하이면, 분리에 대한 영향은 거의 무시할 수 있으므로, 허용할 수 있는 Al 농도의 상한을 1%로 한다. 또한 제거하기 위한 정련 코스트를 고려하면 하한 농도는 0.0001%가 바람직하다. 또한 Al의 산화 연소열은 철 스크랩의 용해 열원으로서 물론 유효하게 이용할 수 있다.

교반 : 용융철을 교반하는 것은 Fe 부화층 중에 현탁하는 미소한 용융 Cu 방울을 효율적으로 Cu 부화층에 침장시키는 점에 있어서 효과가 있다. 교반 방법은 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 인펠러에 의한 기계교반, 가스교반, 전자교반 등의 방법을 이용할 수 있다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명은 철 스크랩을 용융한 후, C 및 기타 적절한 합금원소를 첨가함으로써, Cu, Sn 등의 불순물 원소를 용융상태에서 고효율, 저비용으로 제거할 수 있다.

또한, 본 발명은 종래의 문제점을 제거한 철중 불순물 원소의 용융 제거방법으로 산업의 발전에 기여하는 바가 극히 크다.

[실시예]

실시예 1

표 1에 도시한 조성에 의하여 구성되는 철 스크랩(No. 1은 폐가전제품, No. 2는 폐차로부터 발생하는 스크랩이다)을 전기로에 의하여 약 1600℃로 용해한 후, C를 첨가하고, 또한 Cr, Mn, Mo, V, Ti의 한 종류 또는 두 종류 이상을 첨가하여 1100 내지 1400℃의 범위로 30분간 유지한다. 그 후 냉각하여 얻은 잉고트를 세로로 절단하여 잉고트 상부의 Fe 부화층과 잉고트 하부의 Cu 부화층의 분리의 유무를 관찰하고, 또한 Fe 부화층 중의 원소 농도를 분석하였다. 이 결과를 표 2에 도시한다. 표 2에 도시하는 바와 같이, Fe 부화층 중의 Cu가 3% 이하로 철강원료로서 유용성이 있는 철을 회수할 수 있었다.

또한 표 2에 있어서 판정 기준은 다음의 (1), (2) 및 (3)과 같다.

(1) Fe / Cu 분리의 판정기준은 냉각으로 얻은 잉고트를 세로로 절단하고, 그 면을 육안으로 검사하여, 상부가 철색이고 하부가 동색을 띤 경우, 「유」라고 판정하고, 상하의 색차가 없는 경우 「무」라고 판정하였다.

(2) 탈 Cu율(%) = (스크랩 중의 Cu%-스크랩 중의 Fe%) / 100

(3) 종합 평가의 판정기준은 Fe/Cu 분리가 「유」이고, 또한 Fe 부화층 중의 Cu가 3% 이하이며, Cu와 친화력이 있는 원소 (Sn, Pb, Zn) 농도가 감소한 경우 「○」으로 하고, 그 이외의 경우 「×」로 하였다.

C의 첨가량은 조건식을 충족하지 않는 경우를 비교예로 하여 나타내었으나, Fe/Cu 분리가 보이지 않고, 또한 분리가 있어도 Fe 부화층 중의 Cu 농도가 3% 초과가 되어, 유용성을 만족하지 않았다.

스크랩번 호	C	Si	Mn	P	S	Cu	Sn	Pb	Zn	Cr	Ni	Mo
1	0.09	0.03	0.1	0.04	0.04	12.3	0.05	0.03	0.25	0.07	0.13	0.01
2	0.33	0.08	0.36	0.026	0.04	41	0.15	0.13	0.35	0.28	0.07	0.02

실시예 2

표 1의 스크랩 No. 1에 도시한 철 스크랩을 전기로에 의하여 약 1600℃로 용해한 후, C와 Ag를 첨가(일부의 것은 Cr, Mn, Mo, V, Ti의 한 종류 또는 두 종류 이상을 첨가)하고, 1100 내지 1400℃의 범위로 10분 이상 유지하였다. 그 후, 냉각하여 얻은 잉고트에 대하여 실시예 1과 마찬가지로, Fe 부화층 중의 원소 농도를 분석하였다. 그 결과를 표 3에 도시한다. 표 3에 도시하는 바와 같이, Fe 부화층 중의 Cu농도가 3% 이하이고, 철동 원료로서 유용성이 있는 철을 회수할 수 있었다. 또한 표 3 중 실시예 38 및 비교예 4, 5는 Al을 10 질량% 함유한 철 스크랩을 사용하고, 실시예 38과 비교예 4는 산소 취련으로 각각 0.5질량%와 2질량%까지 용해 Al 농도를 저감한 것이다.

또한 Cu와 친화력이 있는 불순물 원소 중 Sn, Pb는 IVb족에 속하고, Zn은 IIb족에 속한다.

실시예 3

표 4의 스크랩 No. 3에 도시한 조성의 폐가전제품 및 폐기전자부품 등으로 구성된 철 스크랩 10t을 아크 용해로에 투입하고, 약 1600℃로 승온하여 용해하였다. 표 5에 도시하는 량의 C를 용탕에 첨가하고 (일부의 것에는 C와 Ag를 첨가), 1100 내지 1400℃ 범위로 30분간 유지하였다. 그 후, 냉각하여 얻은 잉고트에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로, Fe 부화층 중의 원소농도를 분석하였다. 그 결과를 표 5에 도시한다. 표 5에 도시하는 바와 같이, Fe 부화층 중의 Cu가 3% 이하이고, 철강 원료로서 유용성이 있는 철을 회수할 수 있었다.

또한, 표 4에 있어서 REM은 희토류 원소를 나타내고, 여기서는 La, Ce, Pr, Nd의 합계 농도로 계산하였다.

또한 Cu와 친화력이 있는 불순물 원소 중, Sn은 IVb족, REM은 IIIa족, Au는 Ib족, Ga는 IIIb족, Bi는 Vb족, Pd는 VIII족에 속한다.

이와 같이 본 발명은 철 스크랩을 용해한 용융 철중에 일정 농도 이상의 C를 첨가하고, 용융 상태로 비중이 작은 Fe 부화층과 비중이 큰 Cu 부화층으로 분리하고, 철 스크랩 중에 강재에는 부적당한 불순물로서 포함되는 Cu, 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소를 Cu 부화층에 농축 침전시킴으로써, 그 불순물 원소를 Cu 부화층에 농축 침전시키고, 용융상태로 분리 제거하는 것으로, 단시간에 효율 좋고 저렴한 비용으로 처리할 수 있는 것이다.

또한, C 이외에 Cr, Mn, Mo, Ti, V의 탄화물 생성 원소를 적절한 농도범위로첨가하여 Fe 부화층 중에 탄화물을 생성시키는 것이나, 용융 상태에서 철에 거의 용해되지 않고, Cu, Sn 등의 강재에 바람직하지 않은 원소만을 흡수하는 Ag를 일정 농도 범위로 첨가하거나 또는 접촉시킴으로써, 보다 유용성 있는 강재를 얻을 수 있다. 또한 스크랩를 용해한 단계로 Fe 부화층과 Cu 부화층의 분리를 저해하는 Al을 용탕 상방에 설치한 랜스(lance)로부터 순산소 또는 공기를 불어넣는 산화정련으로 제거하고, 보다 확실하게 불순물 원소의 농도를 낮출 수 있다.

스크랩번 호	C	Si	Mn	P	S	Cu	Sn	REM	Au	Ga	Bi	Pd
3	0.1	0.12	0.6	0.04	0.04	16.2	0.05	0.03	0.25	0.07	0.13	0.01

실시예 3에서는 3% 이하의 Cu 농도까지 탈 Cu한 철을 잉고트로서 회수하였으나, 1100 내지 1400℃의 용융상태로 3% 이하로 탈 Cu한 철을 용융상태로 회수하는 것도 가능하다. 이 때 비중이 큰 Cu 부화층은 침전하고, 비중이 작은 Fe 부화층이 용탕의 상부에 존재하므로, 예를 들면 노 바닥으로부터 Cu 부화층만 배출하여 Fe 부화층의 용탕을 남기는 등의 방법으로 분리할 수 있다. 또한 표 5의 실시예 39 내지 46에 있어서 용융상태에서 이 Fe 부화층에 Cu를 사실상 전혀 포함하지 않는 탄화물이 다수 분산되어 있는 것을 용융상태의 Fe 부화층을 소량 채취후 급냉한 샘플의 금속조성 분석결과로부터 알 수 있었다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 철중 불순물 원소의 용융 제거방법을 통해, 철 스크랩 등을 재활용시 유해한 Cu, Sn 등의 불순물 원소를 용융상태로 저비용 고효율로 제거할 수 있어 산업의 발전에 기여하는 바가 극히 크다.

Claims (16)

1. 철 및 철에 가용성 원소의 합계를 100질량%로 하여, Cu 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소가 함유된 분위기 중에서 용융시킨 후, 상기 용융 철에 다음 식으로 나타내는 범위에서 C를 첨가하고, 연속적으로 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중 차를 이용하여, 상기 철 스크랩에 함유되는 Cu를 Cu 부화층으로 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

   5.0 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20 (단, Cu, C의 단위는 질량%)
2. 철 및 철에 가용성 원소의 합계를 100질량%로 하여, Cu 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소가 함유된 분위기 중에서 용융시킨 후, 상기 용융 철에 다음 식으로 나타내는 범위에서 C 및 Cr, Mo의 한 종류 또는 두 종류를 첨가하고, 연속적으로 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중 차를 이용하여, 상기 철 스크랩에 함유되는 Cu를, Cu 부화층으로 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

   3.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

   4.5 × (1-Cu/100) ≤ Cr ≤ 30

   4.5 × (1-Cu/100) ≤ Mo ≤ 30 (단, Cu, C, Cr, Mo의 단위는 질량%)
3. 철 및 철에 가용성 원소의 합계를 100질량%로 하여, Cu 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소가 함유된 분위기 중에서 용융시킨 후, 상기 용융 철에 다음 식으로 나타내는 범위에서 C 및 Mn, V, Ti 중 한 종류 또는 두 종류를 첨가하고, 연속적으로 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중차를 이용하여, 상기 철 스크랩에 함유되는 Cu를, Cu 부화층으로 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

   4.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

   4.0 × (1-Cu/100) ≤ Mn ≤ 30

   4.0 × (1-Cu/100) ≤ Ti ≤ 30

   4.0 × (1-Cu/100) ≤ V ≤ 30 (단, Cu, C, Mn, Ti, V의 단위는 질량%)
4. 철 및 철에 가용성인 원소의 합계를 100질량%로 하여, Cu 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소가 함유된 분위기 중에서 용해시킨 후, 상기 용융 철에 다음 식으로 나타내는 범위에서 C, Cr, Mo 중 한 종류 또는 두 종류 및 Mn, V, Ti 중 한 종류 또는 두 종류를 첨가하고, 연속적으로 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중차를 이용하여, 상기 철 스크랩에 포함되는 Cu를, Cu 부화층으로 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

   3.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20 4.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

   4.5 × (1-Cu/100) ≤ Cr ≤ 30 4.0 × (1-Cu/100) ≤ Mn ≤ 30

   4.5 × (1-Cu/100) ≤ Mo ≤ 30 4.0 × (1-Cu/100) ≤ Ti ≤ 30

   4.0 × (1-Cu/100) ≤ V ≤ 30

   (Cu, C, Cr, Mo, Mn, Ti, V의 단위는 질량%)
5. 철과 철에 가용성 원소의 합계를 100 질량%으로 하고, Cu, Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소, 및 불가피한 원소를 함유하는 철스크랩을 산소가 함유된 분위기 중에서 용해시킨 후, 상기 용융철에 다음 식으로 나타내는 범위로 C를 첨가하고, 연속적으로 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중 차를 이용하여, 상기 철 스크랩에 포함되는 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소를 Cu 부화층에 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

   5.0 × (1-Cu/100) ≤ V ≤ 20 (단, Cu, C의 단위는 질량%)
6. 철과 철에 가용성 원소의 합계를 100 질량%으로 하고, Cu, Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소, 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소가 포함된 분위기 중에서 용해시킨 후, 상기 용융철에 다음 식으로 나타내는 범위로 C 및 Cr, Mo 중 한 종류 또는 두 종류를 첨가하고, 연속적으로 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중차를 이용하여, 상기 철 스크랩에 포함되는 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소를, Cu 부화층에 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

   3.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

   4.5 × (1-Cu/100) ≤ Cr ≤ 30

   4.5 × (1-Cu/100) ≤ Mo ≤ 30 (단, Cu, C, Cr, Mo의 단위는 질량%)
7. 철과 철에 가용성 원소의 합계를 100 질량%으로 하고, Cu, Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소, 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소가 포함된 분위기 중에서 용해시킨 후, 상기 용융철에 다음 식으로 나타내는 범위로 C 및 Mn, V, Ti 중 한 종류 또는 두 종류 이상을 첨가하고, 연속적으로 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중차를 이용하여, 상기 철 스크랩에 포함되는 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소를 Cu 부화층에 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

   4.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

   4.0 × (1-Cu/100) ≤ Mn ≤ 30

   4.0 × (1-Cu/100) ≤ Ti ≤ 30

   4.0 × (1-Cu/100) ≤ V ≤ 30 (단, Cu, C, Mn, Ti, V의 단위는 질량%)
8. 철과 철에 가용성 원소의 합계를 100 질량%으로 하고, Cu, Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소, 및 불가피한 원소를 함유하는 철 스크랩을 산소가 함유된 분위기 중에서 용해시킨 후, 상기 용융 철에 다음 식으로 나타내는 범위로 C, Cr, Mo 중 한 종류 또는 두 종류 및 Mn, V, Ti 중 한 종류 또는 두 종류 이상을 첨가하고, 연속적으로 용융상태에서 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리하고, 양층의 비중차를 이용하여, 상기 철 스크랩에 포함되는 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소를 Cu 부화층에 침전 분리시킴으로써 Fe 부화층으로부터 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.

   3.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20 4.3 × (1-Cu/100) ≤ C ≤ 20

   4.5 × (1-Cu/100) ≤ Cr ≤ 30 4.0 × (1-Cu/100) ≤ Mn ≤ 30

   4.5 × (1-Cu/100) ≤ Mo ≤ 30 4.0 × (1-Cu/100) ≤ Ti ≤ 30

   4.0 × (1-Cu/100) ≤ V ≤ 30

   (Cu, C, Cr, Mo, Mn, Ti, V의 단위는 질량%)
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융철의 총 질량에 대하여 Ag를 질량 %로 0.1 내지 30% 범위로 용융철에 첨가하거나 또는 접촉시키는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융상태로 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리한 후, Fe 부화층만을 별도의 용기에 옮겨 담고, 또는 Cu 부화층을 용기 밖으로 배출하고, 그 후, 용융철의 총 질량에 대하여 Ag를 질량 %로 0.1 내지 30% 범위로 용융철에 첨가하거나 또는 접촉시키는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.
11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융철 중에 산소를 첨가하여 Al를 1중량% 이하의 범위까지 산화 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.
12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융철의 총 질량에 대하여 Ag를 질량 %로 0.1 내지 30% 범위로 용융철에 첨가하거나 또는 접촉시킴과 동시에, 용융철 중에 산소를 첨가하여, Al를 1중량% 이하의 범위까지 산화 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.
13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융상태로 Fe 부화층과 Cu 부화층으로 분리한 후, Fe 부화층만을 별도의 용기에 옮겨 담고, 또는 Cu 부화층을 용기 밖으로 배출하고, 그 후, 용융철의 총 질량에 대하여 Ag를 질량 %로 0.1 내지30% 범위로 용융철에 첨가하거나 또는 접촉시킴과 동시에 용융철 중에 산소를 가하고, Al를 1중량 % 이하의 범위까지 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.
14. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융철을 교반하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.
15. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 철 스크랩을 전기로에서 용해하고, 연속적으로 그 노 내에서 Cu 및 Cu와 친화력이 있는 IIIa족, VIII족, Ib족, IIb족, IIIb족, IVb족, Vb족의 원소를 용융 제거하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.
16. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 철 스크랩을 큐우폴라로 용해하는 것을 특징으로 하는 철중 불순물 원소의 용융 제거방법.