KR100415649B1

KR100415649B1 - 열연오일슬러지를 이용한 제강용 스크랩대용제 제조방법

Info

Publication number: KR100415649B1
Application number: KR10-1999-0032741A
Authority: KR
Inventors: 이현; 이용국
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2004-01-31
Also published as: KR20010017294A

Abstract

본 발명은 열연오일슬러지를 이용한 제강용 스크랩대용제 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 열연오일슬러지를 건조하고 코크더스트를 혼합한 후 벤토나이트 및 포틀란트시멘트를 이용하여 성형함으로서, 전기로 제강공정에 직접 철원으로 활용가능한 스크랩 대용제를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유분이 포함된 열연오일슬러지를 건조하는 단계; 건조된 열연오일슬러지 70-91중량%, 코크더스트 5-15중량%, 벤토나이트 1-5중량%, 포틀란트시멘트 3-10중량%로 배합하여 혼합하는 단계; 및 통상의 방법으로 수분을 첨가하고 성형한 후 양생 및 건조하는 단계;를 포함하는 열연오일슬러지를 이용한 제강용 스크랩 대용제 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

열연오일슬러지를 이용한 제강용 스크랩대용제 제조방법{A Method for Manufacturing Scrap-Substitutions for Steel-Making Using Hot Rolled Mill Oily Sludge}

본 발명은 열연공장에서 발생된 오일함유 열연오일슬러지를 전기로제강용 스크랩대신 철원으로서 활용이 가능하도록, 코크스더스트를 혼합하고 벤토나이트와 포틀란트시멘트를 사용하여 스크랩대용제로 제조하는 방법에 관한 것이다.

열간압연공장에서 발생되는 열연오일슬러지는 여러 가지 측면에서 환경에 악영향을 미치고 있다. 오일함유 슬러지는 전처리를 통하여 재활용을 하거나 매립을 하여 환경적으로 안정된 상태로 처리해야 하기 때문에 환경비용이 많이 소요되고 있는 실정이다.

오일슬러지를 처리하는 관련기술로는 물리적으로 유분을 회수하는 기술이 다양하게 개발되고 있으며 증류탑등 화성설비에서 유분을 회수하는 시스템기술로는 미국특허US 4994169호가 알려져 있다. 또한, 화학적 처리방법으로 비이온성 계면활성제를 이용하여 액포를 형성하여 슬러지와 오일간의 분리처리하는 기술로 미국특허 US 4536324호가 알려져 있다.

하지만, 상기 방법들은 복잡한 단계를 거쳐 행해지고, 최종적으로 얻어지는 것을 매립에 의해 처리해 버리는 문제가 있었다.

이에, 본 발명자들은 보다 효율적으로 열연오일슬러지를 처리하고자 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 열연오일슬러지를 건조하고 코크더스트를 혼합하여, 벤토나이트 및 포틀란트시멘트를 이용하여 성형함으로서, 전기로 제강공정에 직접 철원으로 활용가능한 스크랩 대용제를 제조하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 제조공정을 개략적으로 나타낸 순서도

도 2는 표 2의 배합에 따른 압축강도를 보이는 그래프

도 3은 표 2의 배합에 따른 용융시험 후 슬래그량 증가분(%)를 보이는 그래프

도 4는 포틀란트시멘트 첨가량에 따른 압축강도 변화를 보이는 그래프

도 5는 코크더스트 첨가량에 따른 슬래그량을 보이는 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유분이 포함된 열연오일슬러지를 건조하는 단계; 건조된 열연오일슬러지 70-91중량%, 코크더스트 5-15중량%, 벤토나이트 1-5중량%, 포틀란트시멘트 3-10중량%로 배합하여 혼합하는 단계; 및 통상의 방법으로 수분을 첨가하고 성형한 후 양생 및 건조하는 단계;를 포함하는 열연오일슬러지를 이용한 제강용 스크랩 대용제 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 유분이 포함된 열연오일슬러지를 건조하는 과정을 거친다.

상기 건조는 100℃이상에서 건조하는 것이 바람직하다. 건조시에 건조온도를 수분의 boiling point인 100℃으로 해야 빠른 시간내에 효과적인 건조를 도모할 수 있기 때문이다. 또한, 실공정에 활용시 로타리킬른을 통과하는 경우는 20분 이내로 처리하고, 200℃이상을 유지하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기 건조된 열연오일슬러지 70-91중량%, 코크더스트 5-15중량%, 벤토나이트 1-5중량%, 포틀란트시멘트 3-10중량%로 배합하여 혼합하는 과정을 거친다.

상기 열연오일슬러지, 코크더스트, 벤토나이트 및 포틀란트시멘트를 본 발명에 적용하기 위해서는 하기 표1과 같은 화학적 조성을 갖는 것이 바람직하다. 다만, 이는 바람직한 예일 뿐이며 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

성분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	T-Fe	MnO	MgO	CaO	Na₂O+K₂O	C	S
열연오일슬러지(중량%)	0.15-3.5	0.10-0.5	-	63-70	0.15-0.32	0.01-0.05	0.01-0.3	0.01-0.1	1.5-12.2	0.03-0.3
코크더스트(%)	4.2-5.4	3.8-5.1	-	-	-	-	0.05-0.2	0.01-0.02	83.1-86.3	0.02-0.3
벤토나이트(중량%)	67.3-69.9	11.9-15.2	0.92-2.01	-	-	0.6-1.18	1.21-2.96	5.31-13.2	-	-
포틀란트시멘트(중량%)	17-25	3-8	0.5-6.0	-	-	0.1-5.5	60-67	0.5-1.3	-	1-3

상기 벤토나이트는 화학성분중 알카리 성분(Na₂O+K₂O)이 다른 성분과 반응하여 융점을 저하시켜서 열연오일슬러지 중에 포함된 산화철 성분을 환원하여 제강중 철원으로 용해되는데 조제 역할을 한다. 그러나, 첨가량이 증가되면 철이외의 다른 성분의 증가로 슬래그량을 증대시키는 악영향을 나타내므로 적정량을 사용하는 것이 필요하다. 또한, 벤토나이트는 분말도가 크고 물흡수성이 강하여 형상제조시에도 강도를 증대시키는 효과를 동반한다. 상기 열연오일슬러지에 첨가되는 벤토나이트의 첨가량이 5%를 넘게 되면 상기에서 지적한 문제점이 있으며, 너무 적은 양인 1%미만으로 투입될 경우에는 효과를 발휘하지 못하기 때문에 본 발명에서는 벤토나이트를 1-5%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 포틀란트 시멘트는 성형(형상제조)시의 강도를 내기 위해서 사용하는데, 그 효과를 얻기 위해서는 3%이상 첨가하며, 제강공정에 사용하기에 적정강도인 25-50kgf/cm²을 유지하기에 충분한 10%까지의 함유량으로 첨가하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 포틀란트 시멘트의 함량이 10%를 초과하면 강도는 증가하기는 하지만 제강공정에 사용할 수 있는 강도이상으로 까지 제어할 필요가 없기 때문에 상한치를 10%로 제한하는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 3-10%의 포틀란트 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 코크더스트는 제철공정에서 고로용으로 사용하기 위해서 석탄을 건류하여 괴코크를 발생되는 분말상의 코크로 화학성분이 탄소가 주성분으로되어 있다. 코크더스트의 탄소성분은 제강시에 열연오일슬러지중의 철산화물을 환원하여 용강의 양 증가에도 기여하게 되고 슬래그 발생량을 줄이는 역할을 하게 된다. 상기 코크더스트의 함량이 5%미만이면 오일슬러지중의 철산화물 환원효과가 미미하고, 15%를 초과하면 다른성분에 비하여 많은 양이 되어 역효과를 가져오기 때문에, 본 발명에서는 그 함량을 5-15%로 하는 것이 바람직하다.

상기 열연오일슬러지는 전기로 제강용 철원으로 사용되며, 벤토나이트 함량과 포틀란트 시멘트 함량 측면에서 보면, 본 발명에서는 열처리된 열연오일슬러지를 70-91% 사용하게 된다.

또한, 본 발명에서는 통상의 방법으로 수분을 첨가하고 형상을 제조한 후 양생 및 건조한다.

상기 배합비로 조성된 전기로 제강용 스크랩 대용제의 형상제조를 위하여 통상의 제조공정을 거치게 된다. 즉, 상기 조성의 건조된 열연오일슬러지, 코크더스트, 벤토나이트 및 포틀란트시멘트를 혼합하여 수분을 첨가하여 가압성형을 하거나 펠렛제조기에서 수분을 첨가하면 펠렛을 제조하는 방법으로 형상을 제조하고, 양생 및 건조를 통하여 스크랩대용제를 제조하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 제조공정을 개략적으로 도 1에 나타내었다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

본 실시예에서는 원료의 배합조건중 벤토나이트의 적정함량을 시험한 것으로, 코크더스트는 10중량%로, 포틀란트시멘트는 5중량%로 각각 유지하여, 하기표 2와 같은 비율로 원료를 배합하고, 도 1과 같은 제조공정으로 제조하였다.

구 분	비교예 1	발명예 1	발명예 2	발명예 3	비교예 2
건조된 열연오일슬러지(중량%)	85	84	82	80	78
코크더스트(중량%)	10	10	10	10	10
포틀란트시멘트(중량%)	5	5	5	5	5
벤토나이트(중량%)	0	1	3	5	7

상기와 같이 제조된 펠렛의 압축강도를 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었으며, 이를 이용하여 실제 제강공정에서 사용가능한 정도의 강도가 유지되는지를 확인하고자 하였다.

또한, 상기와 같이 제조된 펠렛의 용융시험을 행하였다. 상기 용융시험은 시험용 고주파 유도 용해로에서 냉선을 5kg 투입하고 1500℃로 유지한 후 상기표 2와 같이 배합하여 제조된 펠렛을 500g 투입하고 혼련한 후 5분이 경과되어 슬래그층을 제거하여 냉각한 후 슬래그량을 벤토나이트를 첨가하지 않는 비교예 1을 기준으로 슬래그량 증가분을 백분율로 환산하여 도 3에 나타내었다.

도 2에 있어서 제강공정에 활용하기 위한 적정강도로 25kgf/cm²이상이 유지되는 조건은 발명예 1-3과 비교예 2에서는 충분한 강도를 유지하고 있음을 보였다. 여기서, 벤토나이트가 1중량% 이상 첨가되면 건조된 오일슬러지량이 상대적으로 감소하고 포틀란트시멘트와 같이 작용하여 양생시에 강도의 증가에 큰 역할을 함을 알 수 있다. 도 2의 결과에서 벤토나이트 첨가시에 1중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

도 3에 있어서 유도용해로에 시험한 결과로 비교예 1에 대비하여 슬래그량 증가분을 백분율로 나타낸 것인데 슬래그 증가분이 10% 미만으로 유지되어야 제강공정에서 부담없이 처리가 가능하다. 벤토나이트가 7중량% 이상들어가면 벤토나이트내의 산화규소, 산화칼슘, 산화알루미늄이 슬래그로 되어 양이 증가하기 때문에 벤토나이트를 5중량% 이하로 하는 것이 바람직하게 된다. 또한, 코크더스트는 오일슬러지내의 철산화물을 환원하여 슬래그량을 감소시키는 역할을 하게되며, 로내의 분위기를 환원분위기로 유지한다.

따라서, 본 실시예의 결과로 성형체 제조시의 배합으로 벤토나이트는 1-5중량% 로 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

실시예 2

본 실시예에서는 벤토나이트를 3중량%, 코크더스트를 7중량%로 하고, 포틀란트 시멘트를 각각 1, 3, 5, 7, 10, 13 중량%를 투입하고, 그 나머지를 건조된 열연오일슬러지로 배합하여 총배합 중량에 대하여 수분을 7%첨가하고 성형몰드에서150kgf/cm²로 가압하여 제조된 성형체를 24시간 양생후 건조하고, 압축강도를 측정하여 도 4에 나타냈다.

도 4에 있어서 포틀란트 시멘트의 첨가량에 따라서 압축강도가 차이가 많이 나는데 1중량% 에서는 적정강도에도 못미치는 결과를 나타냈으며 13중량%에서는 65kgf/cm²로 너무 과대한 강도를 나타냈다. 적정강도 25-50kgf/cm²을 유지하는 것이 바람직한 스크랩대용제로서는 포틀란트 시멘트를 과량 사용하여 강도를 증가시킬 필요는 없음을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명에서는 포틀란트시멘트의 첨가량을 3-10% 를 배합하는 것이 바람직하다.

실시예 3

본 실시예에서는 코크더스트의 함량을 각각 3, 5, 7, 10, 15, 20중량%로 변화시켰고, 벤토나이트를 3중량%, 포틀란트 시멘트를 5중량% 각각 함유시키고, 그 나머지를 건조된 열연오일슬러지로 배합하여 수분을 첨가하고, 펠렛으로 제조한 후 24시간 양생하여 스크랩 대용제들을 얻었다.

전기로 제강과 유사하게 냉선 5kg을 유도용해로에서 가열하여 용해하고, 얻어진 스크랩 대용제 6종의 시료를 각각 600g을 첨가하여 재용해한 후 코크더스트의 적정량 시험을 실시하였다. 발생되는 슬래그량의 중량을 측정하고, 코크더스트 3중량%의 경우를 기준으로 하여, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에 있어, 코크더스트 첨가량이 증가시에는 슬래그량이 감소하게 되는데,5중량%에서는 급격히 감소하고 있으며, 20중량% 첨가시에는 그다지 효과를 나타내지 못하고 있다. 따라서, 본 발명에서는 코크더스트 첨가량을 5-15%로 하여 배합하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명을 통하여 제조된 전기로 제강용 스크랩대용제는 열연오일슬러지를 이용하므로서, 환경친화적인 제철소내 폐기물의 재활용 차원에서도 바람직하며 기존의 방식으로 사용되는 스크랩 대용제에 비하여 제강의 효율이 높다. 또한, 본 발명에 의한 스트랩 대용제는 전기로 제강에 활용되어 철원으로서 제강의 생산량 증대에도 크게 기여하여 경제적으로 부가가치의 증대에 큰 효과가 있다.

Claims

유분이 포함된 열연오일슬러지를 건조하는 단계;

건조된 열연오일슬러지 70-91중량%, 코크더스트 5-15중량%, 벤토나이트 1-5중량%, 포틀란트시멘트 3-10중량%로 배합하여 혼합하는 단계; 및

통상의 방법으로 수분을 첨가하고 성형한 후 양생 및 건조하는 단계;를 포함하는 열연오일슬러지를 이용한 제강용 스크랩 대용제 제조방법
제 1 항에 있어서,

상기 건조는 100℃이상에서 행하는 것임을 특징으로 하는 열연오일슬러지를 이용한 제강용 스크랩 대용제 제조방법