KR100415644B1 - 제강용합성플럭스제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강용 합성플럭스 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 석회석슬러지, 규석분말 및 고로슬래그를 이용하여 플럭스로 합성함으로서, 플럭스사용시 실리콘 킬드강제조를 위한 제강시 용융금속중의 실리콘함유 비금속개재물을 제거하는데 우수한 특성을 가지며, 또한 용융합성된 상태로 분진발생이 거의 없으며 융점이 낮아서 저온에서도 실리콘 킬드강제조시 발생되는 실리콘함유 비금속개재물의 흡착성이 우수한 제강용 합성플럭스의 제조방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 킬드강제조시 사용되는 제강용 플럭스를 제조하는 방법에 있어서, 석회석슬러지와 규석분말을 중량비율로 1.5-3.4범위가 되도록 혼합한 혼합물을 80중량%이상으로 하고, 그 나머지를 고로슬래그로 하여 배합하고, 상기 배합원료를 1358℃이상의 온도에서 용융합성시킨후 통상의 방법으로 추출냉각하는 것을 특징으로 하는 제강용 합성플럭스 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

제강용 합성플럭스 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING OF FLUX FOR STEEL-MAKING}

본 발명은 제철공정 중 실리콘 킬드강을 제조할 때 사용되는 제강용 플럭스의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융금속을 정제하기 위해서는 용융금속중에 포함된 산소를 실리콘이 포함된 탈산제를 사용하여 제거하는 탈산공정을 진행하는데, 이때 발생되는 실리콘함유 비금속 개재물을 제거하기 위한 실리콘 킬드강용 플럭스의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 개재물 흡착용 플럭스로는 CaO와 Al₂O₃를 주성분으로 알루미늄 킬드강용 플럭스와 CaO와 SiO₂를 주성분으로 하는 실리콘 킬드강용 플럭스로 구분지을 수 있으며 이 개재물 흡착용 플럭스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그중에서 대표적인 기술로는 a)신일본제철에서 제안한 일본공개특허공보(소)52-00015호를 들 수 있으며, 이 기술에 의하면 저가형 플럭스로 사용되는 합성슬래그가 제시되어 있는데, 이 방법은 석회석:20-60%와 CaO-SiO₂계가 20-50%로 이루어지도록하고 또한 용강에서 탈산을 위해서 알루미나를 CaO/Al₂O₃=1-3의 비율로 첨가하며, 특히 플럭스의 융점을 낮추기 위해서 CaF₂를 20%이하로 사용하거나 탄산계 알카금속을 첨가하여 산화철함량이 3%이하가 되도록하는 합성슬래그 제조방법에 관한 것이다. 또한, b)소련특허공보 SU49179를 들 수 있는데, 여기에서는 구조용강과 스테인레스강에 사용할 수 있는 정제용 플럭스로 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 효과를 얻기 위해 사용된다.

하지만, 상기한 종래방법에 의해서 제조된 플럭스를 사용하는 경우, CaO, CaF₂가 고온에서 높은 증기압으로 투여될 때 Ca가 탕면 밖으로 방출되어 다량의 분진을 발생하여 환경오염을 일으키는 문제점이 있다.

이에 본 발명자는 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 석회석 슬러지, 규석분말 및 고로 슬래그를 이용하여 플럭스로 합성함으로서, 플럭스사용시 실리콘 킬드강 제조를 위한 제강시 용융금속중의 실리콘함유 비금속개재물을 제거하는데 우수한 특성을 가지며, 또한 용융합성된 상태로 분진발생이 거의 없으며 융점이 낮아서 저온에서도 실리콘 킬드강 제조시 발생되는 실리콘함유 비금속개재물의 흡착성이 우수한 제강용 합성플럭스의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 석회석 슬러지와 규석분말의 중량비율에 따른 용융합성플럭스의 흡수율의 변화를 보이는 그래프

도 2는 고로슬래그 첨가량에 따른 유동점 온도의 변화를 보이는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 킬드강제조시 사용되는 제강용 플럭스를 제조하는 방법에 있어서, 석회석슬러지와 규석분말을 중량비율로 1.5-3.4범위가 되도록 혼합한 혼합물을 80중량%이상으로 하고, 그 나머지를 고로 슬래그로 하여 배합하고, 상기 배합원료를 1358℃이상의 온도에서 용융합성시킨 후 통상의 방법으로 추출냉각하는 것을 특징으로 하는 제강용 합성플럭스 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 석회석슬러지와 규석분말의 중량 비율이 1.5-3.4사이가 되도록 혼합한다.

상기 석회석 슬러지는 석회석 순도를 높이기 위하여 그 표면에 부착되어 있는 불순물을 수세하여 제거하는 공정에서 발생되는 슬러지를 말한다.

상기 석회석슬러지와 규석분말의 중량비율을 기준으로 1.5미만인 경우는 용융합성시 열분해한 원료중 SiO₂의 양이 많아져서 고융점상태를 이루어 합성온도가 높아져 합성온도를 고온화해야 하며 합성시간도 장기화되는 어려움이 발생된다. 또한, 중량비율이 3.4를 초과하는 경우는 상대적으로 CaO양이 높아져서 고융점화되어 용융합성이 어렵게 된다. 이와 같은 사실은 CaO-SiO₂계 상태도에서도 알 수 있는 것이다.

상기 석회석슬러지와 규석분말은 불순물을 조정하여 사용하는 것이 바람직하며, 하기표 1과 같은 조성이 바람직하다. 단, 본 발명이 이와 같은 조성범위로 한정되는 것은 아니다.

[표 1]

상기 석회석슬러지와 규석분말의 입도는 특별히 한정하지는 않지만, 배합시에 입도영향에 의한 혼합상태에 따라 용융시간의 차이가 나기 때문에, 비교적 미세한 120메쉬(0.125mm)이하인 것이 90%이상 유지하도록 함이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 석회석슬러지와 규석분말의 혼합물을 80중량%이상으로 하고, 그 나머지를 고로슬래그로 하여 배합한다.

상기 고로슬래그는 일반적으로 수쇄슬래그와 괴재슬래그가 있으나, 화학성분상에서는 거의 차이가 없으며 냉각에 따른 결정구조상에서 차이가 있지만 용융합성에 사용되는 본 발명의 경우는 화학성분이 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 수쇄슬러그와 괴재슬래그를 구별없이 사용할 수 있으며, 바람직한 화학성분은 하기표 2와 같다. 단, 본 발명이 이같은 조성범위로 한정되는 것은 아니다.

[표 2]

상기 고로슬래그의 배합량은 20%미만으로 함이 바람직한데, 그 함량이 20%이상이 되면 화학성분중 SiO₂가 저융점 세라믹스내의 성분상으로 10%이상 존재하게 되어 용융금속의 비금속 개재물 흡착시에, 분위기 조건에 따라 강중에 개재물이 재혼입이 일어나는 결과를 초래하기 때문에, 고로슬래그의 사용을 20%미만으로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 고로슬래그의 입도는 특별히 한정하지는 않지만, 배합시 혼합상태에 따라 용융시간의 차이가 있기 때문에, 3mm이하의 크기의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기한 조성을 갖도록 배합원료를 혼합하고 1358℃이상의 온도에서 용융합성시키고, 통상의 방법으로 추출냉각한다.

상기 용융합성은 배합원료를 직접용융로에 투입하거나, 또는 조립공정을 거쳐 조립한 후 건조하여 용융로에 투입하는데, 용융로내에서는 분말 또는 조립의 원료가 용해되어 액상으로 완전 혼합한 후에 합성된 상태를 이룬다.

상기 용융합성시 고로슬래그를 20중량%를 사용하면 1358℃에서 유동점온도를 보이기 때문에, 본 발명에서는 용융합성의 온도를 1358℃이상으로 한다.

상기와 같이 용융합성된 후에는 통상의 방법으로 추출하고 냉각하여 실리콘 킬드강 제조시 사용되는 제강용 플럭스를 얻는 것이다.

이와 같이 제조된 본 발명의 제강용 플럭스는 CaO와 SiO₂주성분에 Al₂O₃가 10%이하를 유지하며, CaO/SiO₂의 중량비는 0.8-1.9정도의 범위를 유지한다. 용융상태에서 제조되기 때문에 화학성분의 분포 및 편차가 적고 균일한 플럭스가 합성제조되는 것이 특징이다.

또한, 고로슬래그를 사용하여 합성하기 때문에 용융온도를 저융점화가 가능하고 이를 통하여 합성공정에서 열량소비를 대폭절감이 가능한 특징이 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1

석회석슬러지와 규석분말의 배합을 중량비로 환산하였을 때, 하기표 3와 같은 값은 갖도록 석회석슬러지와 규석분말을 배합하고, 1450℃에서 용융합성한 후, 추출 냉각하여 용융상태를 확인하기 위해 시편의 흡수율을 KSL1001(도자기질 타일 흡수율 시험)에 따라 흡수율을 측정하고, 그 결과를 도 1에 나타냈다.

[표 3]

도 1에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 조건으로 흡수율이 1%이하의 용융상태가 양호한 조건으로 하였는데, 발명예 2-7은 석회석슬러지와 규석분말의 비율이 1.5-3.4사이의 조건을 만족하는 경우로서, 1450℃에서도 양호하게 용융됨을 보였다.

이에 반하여, 비교예 1과 8의 경우는 소결은 어느 정도 일어났지만 완전용융상태까지는 더욱 고온이 필요하다는 것을 알 수 있었다.

즉, 발명예 2-7의 경우에는 1450℃에서 용융이 가능하여 균질한 합성세라믹스를 제조할 수 있으며, 비교예 1과 8에 비해서 용해공정에서 열량을 대폭적으로 절감할수 있음을 알 수 있었다. 이는 CaO 및 SiO₂관계만을 고려할 때 CaO-SiO₂상태도에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1과 비교예 8은 1550℃이상의 고온에서 합성반응이 가능한 반면에 발명예 2-7은 휠씬 낮은 온도에서 합성제조가 가능함을 알 수 있었으며, 이러한 용융온도의 저하는 에너지사용량 즉 생산비용이 직결되어 있으며 또한 용융시간에 따른 효과의 차이가 있다.

실시예 2

상기 실시예 1에서의 발명예 2, 발명예 5와 발명예 7과 같은 석회석 슬러지와 규석분말의 중량비율을 선택하고, 고로슬래그를 각각 0, 5, 10, 15, 20, 25%를 첨가하여, 저융점화 및 안정화를 도모하기 위해서 열간 용융시험을 가열현미경을 통하여 실시하였다.

용융상태를 확인하기 위해서 시료의 유동점 온도를 측정하여 용융가능한 합성온도를 확보하고 그 결과를 도 2에 나타냈다.

도 2는 고로슬래그를 0-25%까지 사용할 때의 유동점온도를 측정한 결과인데, 고로슬래그가 20%를 초과하는 경우는 유동점 온도는 상당히 감소함을 보인다. 알루미늄 무첨가 제강 또는 실리콘 킬드강에서는 플럭스중의 산화알루미늄의 양을 제한하며, 플럭스중의 산화알루미늄의 양이 10중량%이상에서는 활용하기 곤란하게 되는데 고로슬래그를 20%이상 첨가시에는 이 산화알루미늄이 환원되어 강내부로 흡수되어 강의 품질을 저하하는 경향이 있다. 따라서, 본 발명에서는 고로슬래그를 20%이하로 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 고로슬래그 활용시에는 유동점의 온도가 매우 저하하기 때문에 합성온도를 낮게 하여 저온에서도 가능하게 되며, 발명예 5 성분에 고로슬래그를 20중량%를 사용할 때 1358℃에서 유동점 온도를 나타내고, 현저히 저융점화하는 경향을 보인다.

실시예 3

본 실시예에서는 유도용해로에서 용강 1kg에 기존의 혼합형의 CaO계 플럭스와 본 발명의 범위인 석회석 슬러지와 규석분말의 중량비율 3.0에 고로슬래그 10%가 포함된 플럭스와 기존 CaO계 플럭스를 준비한 후, 각각 용강에 투입하여 용강중의 불순물 제거 후, 용강중의 개재물의 크기, 분진 발생정도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타냈다.

[표 4]

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 종래의 플럭스로 처리된 경우에는 본 발명의 제강용 플럭스로 처리한 경우에 비해서 최종 강중개재물도 조대함을 알 수 있었다.

또한, 플럭스 처리시 종래의 기존 CaO계 플럭스는 다량의 분진이 발생되었으나, 본 발명의 합성플럭스의 경우는 분진발생이 거의 없음이 확인되었다.

상술한 바와 같이 본 발명은 석회석 슬러지와 규석분말에 고로슬래그를 배합하여 저융점화할 수 있어 용융로에서 용융시 종래보다 낮은 온도에서 용해한 후 용융 합성플럭스를 추출하여 냉각한 다음 제품을 제조하므로서, 대량생산시 에너지 소요비용절감 효과 뿐만 아니라 생산량이 증가되는 효과가 있으며, 또한 제철소 또는 광산에서 발생되는 석회석 슬러지 및 고로슬래그의 확대 활용이 가능하고 자원재활용 및 확대활용에도 기여할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 실리콘 킬드강제조시 사용되는 제강용 플럭스를 제조하는 방법에 있어서,

   석회석슬러지와 규석분말을 중량비율로 1.5-3.4범위가 되도록 혼합한 혼합물을 80중량%이상으로 하고, 그 나머지를 고로슬래그로 하여 배합하고, 상기 배합원료를 1358℃이상의 온도에서 용융합성시킨후 통상의 방법으로 추출냉각하는 것을 특징으로 하는 제강용 합성플럭스 제조방법