KR100405902B1 - 니켈함유용선의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로 장입전 또는 전기로 장입 전단계에서 용선에 니켈을 첨가하여 전로법에서는 니켈 첨가에 대한 부하를 경감하고 원가를 절감하며, 생산성의 저하를 방지할 수 있고, 전기로에 의한 스테인레스강 제조시에는 저렴한 니켈 함유 용선을 공급할 뿐만 아니라 전기로에서의 고체 니켈 합금 철 사용량 감소에 따른 전력원 단위의 절감을 도모하고, 용선에 함유된 규소(Si)를 제거함으로써 전기로에서의 탈규소 처리에 소용되는 시간을 단축할 수 있는 니켈 함유 용선의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 니켈을 함유한 용선을 제조하기 위하여 니켈 산화물을 Si 농도에 맞추어 투입함에 있어서, 상기 용선 중 규소 농도 0.1%에 대하여 용선톤당 니켈 산화물(NiO)을 최소 1kg에서 최대 5.3kg으로 첨가하여 탄소의 산화를 최대한 억제하고, 용선중의 규소를 효과적으로 제거하면서 용선중에 니켈을 함유시키는 것을 특징으로 하는 니켈 함유 용선의 제조방법을 제공한다.

Description

니켈함유 용선의 제조방법

본 발명은 니켈(Ni)을 함유한 용선의 제조 방법에 대한 것으로,보다 상세하게는 니켈 첨가강 또는 니켈함유 스테인레스강을 제조할 때 사용되는 니켈 합금을 대체하기 위한 니켈 함유용선의 제조 방법에 대한 것이다.

전로법에 의해 니켈 첨가강을 제조하는 경우에는 니켈의 실수율 향상을 위해 LD 전로에서 니켈 합금철을 첨가하는 데, 이때는 용강중의 탄소 농도 증가를 억제하고, 냉각 효과를 최소한으로 하기 위해 고순도의 Fe-Ni 또는 순수한 니켈 금속을 첨가하여 목표로 하는 니켈 농도를 조절하기 때문에 제조 원가의 부담이 될 뿐만 아니라 다른 냉각제의 사용이 극히 제한되므로 생산량이 감소하는 문제를 야기시키게 된다.

또한, 스테인레스강ㅇ을 제조할 때는 전기로내에 고탄소 함유 니켈 합금철을 스크랩과 함께 장입하여 용해하거나, AOD 또는 VOD와 같은 정련 설비에 투입하여 니켈 함량을 조절하게 된다. 니켈은 야금학적으로 산소와의 결합력이 약하기 때문에 일반적인 산소 제강 과정에서 산화, 손실이 거의 무시할 만한 수준으로 알려져 있다.

그러나 니켈은 가격이 매우 비싸 니켈 첨가강 또는 니켈 함유 스테인레스가의 제조 원가에 큰 영향을 미치기 때문에 저가의 고탄소 니켈 합금철을 사용한 후, 그 속에 포함된 탄소를 산소에 의해 제거하는 방법을 적용하기도 하고, 니켈 실수율을 향상시키기 위해 전기로-정련로 공정으로 스테인레스강을 제조할 때는 열, 물질 수지를 고려하여 가능한한 니켈을 후공정에서 첨가하여 반응 용기의 내화물 또는 슬래그 등에 의해 묻혀나가는 단계를 줄여줌으로써 손실을 최소화하는 등의 니켈 실수율 향상방법이 시도되고 있다.

한편, 최근에는 고로 설비를 갖고 있는 일관제철소에서 스테인레스강을 제조하는 경우 전기로, 정련로 설비를 증설하지 않고도 스테인레스강의 생산량을 증대시키기 위해 일본 및 구미의 제철소에서는 고온의 고로 용선을 전기로에서 사용하여 전기로의 용해 시간 단축에 의한 생산성 향상을 도모하고 있다.

본 발명의 발명자들은 상기 설명한 종래 기술의 방법들의 문제점을 개선하기 위해 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 전로 장입전 또는 전기로 장입 전단계에서 용선에 니켈을 첨가하여 전로법에서는 니켈 첨가에 대한 부하를 경감하고 원가를 절감하며, 생산성의 저하를 방지할 수 있고, 전기로에 의한 스테인레스강 제조시에는 저렴한 니켈 함유 용선을 공급할 뿐만 아니라 전기로에서의 고체 니켈 합금 철 사용량 감소에 따른 전력원 단위의 절감을 도모하고, 용선에 함유된 규소(Si)를 제거함으로써 전기로에서의 탈규소 처리에 소용되는 시간을 단축할 수 있는 니켈함유 용선의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1의 본 발명의 니켈 함유 용선의 제조 방법에 있어서의 반응 시간에 따른 니켈 산화물 환원율과 실리콘 량의 변화를 나타낸 그래프도,

도 2는 본 발명예와 비교예에 있어서의 반응 시간에 따른 규소량의 변화를 나타낸 그래프도,

도 3은 본 발명예와 비교예에 있어서의 반응 시간에 따른 탄소량의 변화를 나타낸 그래프도,

도 4는 본 발명예와 비교예에 있어서의 반응 시간에 따른 규소와 탄소의 감소량의 변화를 나타낸 그래프도이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 니켈을 함유한 용선을 제조하기 위하여 니켈 산화물을 Si 농도에 맞추어 투입함에 있어서, 상기 용선 중 규소 농도 0.1%에 대하여 용선톤당 니켈 산화물(NiO)을 최소 1kg에서 최대 5.3kg으로 첨가하여 탄소의 산화를 최대한 억제하고, 용선중의 규소를 효과적으로 제거하면서 용선중에 니켈을 함유시키는 것을 특징으로 하는 니켈함유 용선의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서는 용선에 니켈을 함유시키기 위해 금속 니켈제조 공정의 중간생성물인 니켈 산화물(NiO)을 사용하였는데, 니켈 산화물은 약 90% 이상이 NiO로 구성되어 있으며, 금속니켈 제조 공정의 중간생성물이므로 금속 니켈에 비해 가격이 저렴하다.

본 발명의 요지는 니켈 산화물에 포함된 산소를 용선중의 규소와 반응시켜 불순 원소인 규소를 제거하고 산소의 제거로 얻어진 니켈 성분은 용선중으로 회수하는 것이다.

이하에서는 본 발명의 양호한 실시예를 상세하게 설명한다.

일반적으로 고로에서 생산된 용선은 1500~1550℃의 온도와 0.3∼0.6%의 규소 및 4~5%의 탄소를 함유하게 되는 데, 니켈 산화물을 용선에 첨가하면 하기 (1)식 또는 (2)식과 같은 반응이 일어나게 되어 용선중의 규소 또는 탄소에 의해 니켈 산화물이 환원되어 용선중으로 첨가되고, 불순 원소인 규소를 제거할 수 있게 된다.

그런데 탄소는 전로법 또는 전기로법에서 중요한 열원이기 때문에 제거되는 것이 바람직하지 않으므로 최대한 억제하는 것이 바람직하다.

본 발명은 니켈을 함유한 용선을 제조하기 위하여 니켈 산화물을 Si 농도에 맞추어 투입하는데, 고로의 용선중 규소 농도가 일정하지 않으므로 용선중 규소농도 0.1%에 대하여 용선톤당 니켈 산화물(NiO) 1~5.3kg 범위로 첨가하여 용선중의 규소를 제거하면서 용선중에 니켈을 함유시키는 것을 특징으로 하는 니켈함유 용선의 제조방법에 대한 것이다.

본 발명의 니켈함유 용선 제조시 니켈 첨가원으로 니켈 함유 산화물을 사용하는 이유는, 본 발명에서 사용되는 니켈 산화물은 니켈 금속을 제조하는 과정에서 생성되는 물질로서 니켈 산화물중의 산소를 제거하는 공정을 한단계 더 거쳐서 금속니켈을 제조하게 되는데, 니켈 산화물은 금속니켈에 비해 가격이 저렴하고, 규소나 탄소와 비교하여 니켈은 산소와의 결합력이 약하므로 고로 용선과 반응시키면 용이하게 용선중으로 회수할 수 있고, 더구나 니켈 산화물의 환원 반응에 의해 용선중의 불순물인 규소도 동시에 제거할 수 있는 효과가 있기 때문이다.

용선중의 규소는 전로 또는 스테인레스강 정련로의 탈탄시간을 연장시키는 나쁜 원소이므로 용선 예비 처리 단계에서 미리 제거하는 것이 바람직한 원소이고, 대부분의 일관제철에서는 탈규소 처리를 하고 있으므로 본 발명의 적용에 의해 용선 탈규소 처리공정을 생략할 수 있는 장점이 있는 것이다.

또한, 본 발명에서는 용선 중에 니켈을 함유시키기 위하여 첨가하는 니켈산화물(NiO)의 양을 용선중 규소 0.1중량%에 대하여 용선톤당 1~5.3kg의 범위로 한정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 용선톤당 5.3kg 이하로 하면, 첨가된 니켈 산화물이 용선중의 규소와 용이하게 환원반응을 일으켜 용선중으로 들어갈 수 있기 때문이며, 용선톤당 1kg 미만으로 니켈산화물을 투입하면 규소제거 효과가 극히 미미하기 때문이다.

그러나, 용선에 대한 규소농도 0.1%에 대하여 용선톤당 5.3kg을 초과하여 니켈산화물을 첨가하게 되면, 용선중의 규소가 부족하여 니켈산화물의 환원반응이 불완전하게 되어 니켈실수율을 저하시킬 우려가 있고, 전로 또는 전기로에서의 열원으로 사용되는 탄소를 과도하게 저감시켜 바람직하지 않는 문제가 있기 때문이다.

이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 설명한다.

[실시예]

하기 표 1의 조성을 갖는 용선 40kg을 대기 유도 용해로에서 용해한 후, 용선의 산화를 방지하기 위하여 아르곤 가스를 용강 표면에 흘려주면서 용선 온도를 1550∼1600℃로 조절한 후, 용선 상부에 90중량%의 니켈산화물과 10중량%의 생석회를 혼합한 플럭스(Flux)를 0.2kg 투입한 후, 일정 시간 간격으로 용선 샘플을 채취하여 용선중의 니켈, 규소 및 탄소 농도의 변화를 조사하였다.

또한, 탈규제의 산소 공급원으로써 일반적으로 사용하고 있는 철산화물(Fe₂O₃) 90중량%와 10중량%의 생석회를 혼합한 플럭스를 이용한 탈규소 실험을 실시하여 탈규소 반응 효율을 비교하였다.

본 발명의 실시예에서 사용한 니켈산화물은 92.3%의 NiO을 함유한 것이다.

반응종료 후에는 슬래그 샘플도 채취하여 환원되지 못하고 슬래그중에 잔류하는 NiO 농도도 분석하였으며, 본 실시예에서 플럭스에 생석회를 첨가한 것은 규소 산화에 의해 생성된 실리카(SiO₂)에 의해 도가니의 침식을 방지하기 위한 것이다.

[표 1]

도 1은 실시예의 결과로써, 니켈산화물의 환원율이 플럭스로 첨가한 니켈산화물 중의 니켈 양에 대하여 용선중으로 환원되어 들어간 니켈 양을 백분율로 계산한 값이다. 도시와 같이, 니켈산화물의 환원은 반응시간 약 10분 정도에서 환원 반응이 완료되는 것을 알 수 있으며, 이때의 환원율은 약 95%이었다.

그러나, 슬래그의 성분 분석 결과 반응종료 후 환원되지 못하고 슬래그 중에 존재하는 니켈 산화물의 농도가 0.05중량%로 99% 이상의 니켈산화물이 환원된 것으로 나타나 계산 방법에 따라 약간의 차이는 있으나, 거의 모든 니켈 산화물의 환원이 가능하다는 것을 알 수 있다.

또한, 이 때 용선중 Si는 반응 개시와 더불어 급격히 감소하다가 니켈 산화물의 환원이 거의 완료되는 시점에서 거의 일정해지는 것을 알 수 있는데, 이로부터 니켈 산화물의 환원은 본 발명에서 목적한 대로 규소와의 반응에 의해 이루어지며, 용선중의 규소 제거 효과도 뚜렷한 것을 알 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 용선중의 탄소는 전로 또는 전기로에서의 중요한 열원이므로 탈규소시의 탄소의 제거는 가능한 한 억제시키는 것이 바람직하다.

도 2, 도 3, 도 4는 탈규제의 산소원으로써 본 발명에 따라 니켈 산화물을 사용한 경우와 종래와 같이 철산화물을 사용한 경우의 탈규소 효과를 비교한 것으로, 도 2 및 도 3 도시로부터 알 수 있는 바와 같이 철산화물을 사용한 경우 탈규소에는 효과적으로 탄소도 더욱 많이 제거하는 것을 알 수 있다.

도 4는 탈규소시에 일어나는 규소 제거량에 대한 탄소 제거량의 비율을 도시한 것으로, 그 값이 클수록 탄소의 저감을 효과적으로 억제하면서 규소를 제거한다는 것을 나타낸다. 도시로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 예가 비교재에 비해 탈규소 제거 효율이 양호함을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 적용에 의해 용선중 탄소 성분의 산화는 억제하고 불순 원소인 규소는 효과적으로 제거하면서 용선중에 니켈을 첨가할 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (1)

1. 니켈을 함유한 용선을 제조하기 위하여 니켈 산화물을 Si 농도에 맞추어 투입함에 있어서,

   상기 용선중 규소 농도 0.1%에 대하여 용선톤당 니켈 산화물(NiO)을 최소 1kg에서 최대 5.3kg으로 첨가하여 탄소의 산화를 최대한 억제하고, 용선중의 규소를 효과적으로 제거하면서 용선중에 니켈을 함유시키는 것을 특징으로 하는 니켈함유 용선의 제조방법.