KR100431856B1

KR100431856B1 - 레이들 슬래그를 이용한 용선 탈황제 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100431856B1
Application number: KR10-2000-0056887A
Authority: KR
Inventors: 임문석; 이경목; 신기철; 최현수; 조규용
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2004-05-20
Also published as: KR20020025266A

Abstract

본 발명은 용선 탈황제에 관한 것이며; 그 목적은 레이들 슬래그를 이용하여 탈황능이 우수한 용선 탈황제 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 전로취련후 2차 정련시 발생되는 레이들 슬래그에, 극저탄소강 제조용 용강을 전로취련후 2차 정련시 발생되는 레이들 슬래그를 10중량%이하로 혼합한 다음, 혼합된 레이들 슬래그중 자연분화되는 분말 형태의 레이들 슬래그만을 회수한, 입도크기가 1mm이하이고 전철분(T. Fe)+ MnO: 2.0중량%이하를 포함하여 조성되는 레이들 슬래그 25~45중량%과 생석회 55~75중량%를 혼합하여 구성되는 용선 탈황제에 관한 것이다.

Description

레이들 슬래그를 이용한 용선 탈황제 및 그 제조방법{DESULPHURIZER BY USING LADLE SLAG AND A METHOD FOR PRODUCING THEREOF}

본 발명은 용선 탈황제 및 그 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이들 슬래그를 이용하여 탈황능이 우수한 용선 탈황제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일관제철소의 고로에서 제조되는 용선중에 함유되어 있는 불순원소인 황을 제거하기 위한 용선 탈황제로는 종래에는 CaC₂, Mg, 소오다회(Na₂CO₃) 또는 CaO 등이 사용되어 왔었으나, 최근 각종 슬래그를 이용한 용선 탈황제가 개발되고 있다. 통상 슬래그는 대부분 매립되는 폐기물이기 때문에 이를 탈황제로서 재활용할 수 있다는 것은 원가절감 측면 뿐만 아니라 환경오염 방지 측면에서도 매우 유리한 장점이 있다.

대표적인 예로서, 대한민국 특허 제26198호에는 전로 슬래그를 이용한 탈황제가 개시되어 있다. 그러나, 전로 슬래그는 전철(T. Fe)이 다량 함유되어 있어 산소함량이 높아 탈황에 불리하고 Al₂O₃가 낮아 슬래그 저융점화를 위한 재화가 어렵고, 특히 슬래그의 염기도가 낮아 탈황에 불리한 단점이 있다.

이러한 전로 슬래그를 이용한 탈황제의 단점을 보완하여 개발된 것으로서, 대한민국 특허 제226901호에는 레이들 슬래그를 이용한 용선 탈황제가 개시되어 있다. 이 탈황제는 30-50중량%의 CaO와 30-40%중량%의 Al₂O₃를 포함한 레이들 슬래그: 20-40중량%, 및 40-80중량의 CaO 2-10중량%의 CaF₂와 2-12중량의 C를 포함하여 조성된 것이다. 그러나, 이 탈황제도 여전히 슬래그중의 전철분이 약 13% 정도로 다량 함유되어 있어 탈황능이 저조한 단점이 있다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서 그 목적은 기존에 폐기물로 처리되었던 2차 정련용 레이들 슬래그를 재처리하여 기존의 탈황제에 비하여 현저히 탈황 능력이 향상된 용선 탈황제를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 이러한 탈황제를 용이하게 제조할 수 있는 탈황제 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 레이들 슬래그를 이용한 용선 탈황제에 있어서,

입도크기가 1mm이하이고 전철분(T. Fe)와 MnO가 2.0중량%이하를 포함하여 조성되는 레이들 슬래그: 25~45중량% 및 생석회: 55~75중량%로 구성되는 용선 탈황제에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 레이들 슬래그를 이용한 용선 탈황제의 제조방법에 있어서,

전로취련후 2차 정련시 발생되는 레이들 슬래그에, 극저탄소강 제조용 용강을 전로취련후 2차 정련시 발생되는 레이들 슬래그를 10중량%이하로 혼합한 다음, 혼합된 레이들 슬래그중 자연분화되는 분말 형태의 레이들 슬래그만을 회수하고, 상기 분말 형태의 레이들 슬래그 25~45중량%과 생석회 55~75중량%를 혼합하여 구성되는 용선 탈황제의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 부합되는 슬래그는 전로에서 용선을 취련하여 1차 정련한 다음, 1차 정련된 용강을 레이들에 출강하여 이후, 2차 정련할 때 발생하는 슬래그이다. 바람직하게는 그 입도크기가 1mm이하이고 전철분(T. Fe)와 MnO가 2.0중량%이하를 포함하여 조성되는 레이들 슬래그이다. 슬래그의 입도크기가 1mm를 초과하면 탈황반응 효율이 저하되어 바람직하지 않다. 또한, 슬래그중의 전철분과 MnO의 함량이 2중량%를 초과하면 역시 탈황능이 저하되어 바람직하지 않다.

본 발명의 탈황제는 상기한 슬래그를 25~45중량%와 여기에 생석회를 55~75중량% 첨가하여 구성된다. 만일, 슬래그의 양이 25중량%미만이면 슬래그의 재화가 곤란하여 탈황능이 떨어지고, 45중량%를 초과하면 슬래그중의 Al₂O₃함량이 상대적으로 높아져 역시 탈황능이 저하되어 바람직하지 않다.

이하, 본 발명의 탈황제를 제조하는 방법을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 부합되는 슬래그 조건을 만족시키기 위해서는 제강공정에서 발생되는 2차 정련용 레이들 슬래그를 사용함이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 전로취련후 2차 정련시 발생되는 레이들 슬래그에, 극저탄소강 제조용 용강을 전로취련후 2차 정련시 발생되는 레이들 슬래그를 10중량%이하로 혼합한 것을 사용하는 것이다.

즉, 일반적으로 일관제철소 제강공정중 2차 정련공정에서 발생되는 레이들 슬래그는 표1과 같이, 용선의 탈산처리 여부에 따라 레이들 슬래그의 조성에 큰 차이가 발생되므로 적절한 슬래그의 선택이 곧 탈황제의 탈황능에 영향을 미치게 된다.

구분	화학조성(중량%)	비고
구분	CaO	비고	SiO₂	MgO	Al₂O₃	T. Fe	P₂O₅	S
슬래그A	51	4.5	5.7	34	4.5	0.03	0.24	Al탈산강
슬래그B	58	9.2	6.1	24	2.5	0.03	0.30	Al-Si탈산강
슬래그C	48	3.5	5.5	32	10	0.03	0.26	극저탄소강

표1에서 슬래그A는 임의의 용선을 전로에서 취련하여 1차정련한 후 용강을 레이들에 출강하면서 Al 탈산제에 의해 용강을 탈산하여 2차 정련할 때 발생된 슬래그이며, 슬래그B는 Al-Si탈산제에 의해 탈산하여 용강을 2차 정련할 때 발생된 슬래그이다. 또한, 탄소함량이 약 0.01중량%이하인 극저탄소강을 정련하는 경우 용강을 레이들에 출강시 탈산처리하지 않고, 진공탈가스처리시 탈산처리되는데, 이때 발생된 슬래그가 슬래그C이다.

표1에 나타난 바와 같이, 용강의 탈산방법에 따라 각 레이들 슬래그중의 전철 함량은 극저탄소강 제조시 발생된 슬래그C가 가장 높으며, Al-Si 복합 탈산제로 처리될 때 발생된 슬래그B가 가장 낮음을 알 수 있다. 이러한 사실로 볼 때 레이들 슬래그를 용선 탈황제로 활용시 탈황 효율을 증대하기 위해서는 극저탄소강 제조시 발생되는 레이들 슬래그는 적정 수준이상을 사용할 수 없다.

따라서, 2차 정련시 발생되는 각종 슬래그가 슬래그 야적장에 적치되는 경우 극저탄소강 제조용 슬래그가 적치되어 다른 종류의 슬래그와 혼합되어 점유되는 비율을 조절할 필요가 있다. 이에 따라 본 발명자들은 거듭된 실험에 의하여 표1의 슬래그C가 여러 가지 다른 종류의 슬래그와 혼합되어 점유될 때 그 혼합된 슬래그의 조성을 조사하였다. 표2는 그 결과이다.

구분	슬래그의 화학조성(중량%)
구분	T. Fe	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MnO	T. Fe+MnO
5%	0.75	57.0	9.3	32	0.47	1.22
7%	0.88	56.5	8.8	30	0.68	1.56
10%	1.05	55.0	8.5	28	0.86	1.91
12%	1.20	53.5	7.9	26	1.02	2.22
15%	1.55	52.0	7.5	24	1.24	2.79

표2에 나타난 바와 같이, 극저탄소강 제조시 발생되는 슬래그C의 혼합비가 증가될수록 레이들 슬래그의 T. Fe와 MnO 함량이 증가되고, 혼합비가 10중량%이상에서는 T. Fe+ MnO의 함량이 2.0중량%이하로 관리될 수 있음을 보이고 있다. 결국, 이러한 요인은 2차 정련용 레이들 슬래그를 용선 탈황제로 활용할 때 탈황 효율에 영향을 미치는 주요인으로 작용하게 된다. 그러나, 대한민국 특허 제226901호에 개시된 종래의 탈황제는 레이들 슬래그를 회수하여 재활용함에 있어 모든 슬래그를 사용함에 따라 슬래그중의 전체 전철분이 약 13중량% 정도 높게 함유될 수밖에 없었다. 이는 본 발명의 탈황제에서 제시한 슬래그중의 T. Fe함량대비 약 30배 정도 높은 것이며, 이에 따라 종래의 CaO 탈황제와 동등 수준의 탈황효율을 얻기 위해 적정 비율의 형석과 탄소의 첨가가 필수적일 수밖에 없는 것이다.

한편, 본 발명의 경우 상기와 같이 극저탄소강 제조시 발생되는 슬래그를 전체 슬래그중에 약 10중량%이하로 혼합한 다음, 이러한 레이들 슬래그가 자연분화될 때 분말 형태의 레이들 슬래그만을 회수하여 재활용한다.

즉, 2차 정련공정에서 발생되는 레이들 슬래그는 괴상 형태와 분말 형태로 구분할 수 있는데, 본 발명자들의 실험에 의하면 극저탄소강 제조시 발생되는 슬래그C의 경우에 있어서도 표3과 같이, 각각의 형태에 따라 그 주요성분 조성에 차이를 보인다.

구분	화학조성(중량%)
구분	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	MnO	P₂O₅	TiO₂	T. Fe	S
분말 슬래그	55.0	9.2	28.7	6.2	0.21	0.03	0.42	0.8	0.30
괴상 슬래그	42.0	8.8	24.2	5.7	4.50	0.80	0.32	8.3	0.29

표3에서도 알 수 있듯이, 괴상 슬래그의 전철분이 분말 형태의 슬래그에 비하여 약 10배이상 크므로 슬래그를 탈황제로 활용하는 경우 슬래그의 형태에 따라 탈류 효율에서 차이가 발생한다. 따라서, 본 발명의 경우 레이들 슬래그를 회수하여 재활용할 때 레이들 슬래그의 자연분화 현상에 의해 발생되는 분말 형태의 슬래그를 이용함이 바람직하다.

레이들 슬래그가 발생되는 것은 화학식1과 같이, 액상 레이들 슬래그를 적치하는 과정에서 온도가 떨어지면서 레이들 슬래그중의 2CaO·SiO₂상이 상변태에 따른 체적팽창(10%~ 12%)에 의해 분화현상이 발생되며, 이에 따라 분말 형태의 슬래그가 얻어진다.

액상 → α상 → αH상 → β상 → βH 상 → γ상

2103℃ 1425℃ 1160℃ 650℃ 500℃이하

결국, 자연분화에 의해 얻어지는 분말 형태의 레이들 슬래그중에는 CaO함량이 괴상 형태의 레이들 슬래그에 비하여 높으며, 전철의 함량은 매우 낮은 재화 형태(free melted)로 용선 탈황능이 매우 우수한 것으로 기대된다. 또한, 상기 분말 형태의 레이들 슬래그는 재화능이 우수하여 추가적인 형석의 사용이 불필요한 장점이 있다. 또한, 자연분화에 의해 분말 형태로 되는 슬래그는 약 1mm이하의 분말로 될 수 있어 별도로 분쇄할 필요가 없는 장점이 있다.

그러나, 상기 자연분화된 분말 형태의 레이들 슬래그만으로는 용선 탈황제를 구성하면 탈황된 슬래그의 냉각속도의 증가에 의한 슬래그 배재효율이 감소하여 용선 탈황작업성이 떨어지게 된다. 따라서, 본 발명의 경우 상기 자연분화된 분말 형태의 레이들 슬래그에 생석회를 약 55~75중량% 첨가하여 탈황후 슬래그의 배재효율을 증대시켜 전반적인 용선 탈황작업 효율성을 증대함이 좋다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예로 국한되지 아니한다.

[실시예]

슬래그를 활용하여 표4와 같은 조성을 갖도록 탈황제를 제조한 후 이들 탈황제를 용선예비처리공정에서 취입랜스를 통하여 용선에 투입하여 각각의 탈황율을 조사하여 나타내었다. 비교재와 발명재에 사용된 슬래그는 2차 정련후 슬래그 야적장에 적치되어 있는 슬래그 전체 중량에 대하여 탄소함량이 0.01%이하인 강의 2차 정련시 발생되는 슬래그를 10% 혼합하여 자연분화에 의해 발생된 1mm이하의 것을사용하였다.

구분	화학조성(중량%)	탈황율(%)
구분	슬래그	탈황율(%)	생석회	형석
종래재	0	90	10	74
비교재1	15	85	0	66
발명재1	25	75	0	74
발명재2	35	65	0	77
발명재3	45	55	0	72
비교재2	55	45	0	58

표4에 나타난 바와 같이, 본 발명재(1~3)의 경우 기존의 CaO계 탈황제 대비 동등 또는 그 이상 수준의 탈황율을 보이고 있다. 이러한 수준은 기존의 슬래그를 이용한 대한민국 특허 제226901호의 탈황제(탈황율 약 55~60% 수준)에 비하여 탈황능이 크게 개선된 것이다. 그러나, 슬래그와 생석회의 투입량이 본 발명의 범위를 벗어난 비교재(1)(2)의 경우 탈황율이 기존의 CaO계 탈황제에 비하여 탈황율이 현저히 낮음을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 2차 정련 슬래그를 이용한 종래의 탈황제(대한민국 특허 제226901호)와는 달리 형석이나 탄소 등을 첨가하지 않고도 탈황능이 우수하며, 특히 종래의 CaO계 탈황제 대비 동등 이상의 탈황능을 유지하므로써 탈황 효율이 우수한 용선 탈황제를 저렴하게 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

레이들 슬래그를 이용한 용선 탈황제에 있어서,

입도크기가 1mm이하이고 전철분(T. Fe)와 MnO가 2.0중량%이하를 포함하여 조성되는 레이들 슬래그: 25~45중량% 및 생석회: 55~75중량%로 구성됨을 특징으로 하는 용선 탈황제.
레이들 슬래그를 이용한 용선 탈황제의 제조방법에 있어서,

전로취련후 2차 정련시 발생되는 레이들 슬래그에, 극저탄소강 제조용 용강을 전로취련후 2차 정련시 발생되는 레이들 슬래그를 10중량%이하로 혼합한 다음, 혼합된 레이들 슬래그중 자연분화되는 분말 형태의 레이들 슬래그만을 회수하고, 상기 분말 형태의 레이들 슬래그 25~45중량%과 생석회 55~75중량%를 혼합하여 구성됨을 특징으로 하는 용선 탈황제의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 극저탄소강 제조용 용강은 전로 취련후 탄소함량이 0.01%이하임을 특징으로 하는 제조방법.