KR100436515B1 - 실리콘킬드강용 합성플럭스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융금속을 정제하기 위해서 용융금속 중에 포함된 산소를 실리콘이 포함된 탈산제를 사용하여 탈산처리하는 공정에서 발생되는 실리콘함유 비금속 개재물을 제거하기 위한 실리콘킬드강용 합성플럭스의 제조 방법에 관한 것으로,

제강공정에서 사용되는 실리콘킬드강용 합성플럭스 제조방법에 있어서, 중량%로 석회석슬러지와 규석분말을 1.5∼3.5 : 1의 비율로 혼합한 혼합물 93∼97중량%와 마그네시아 폐내화물 3∼7중량%를 배합하고, 상기와 같이 배합된 원료를 1425℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 후, 추출하여 냉각하는 것을 특징으로 한다.

Description

실리콘킬드강용 합성플럭스 제조방법 {Manufacturing method of synthetic flux for silicon-killed steel}

본 발명은 용융금속을 정제하기 위해서 용융금속 중에 포함된 산소를 실리콘이 포함된 탈산제를 사용하여 탈산처리하는 공정에서 발생되는 실리콘함유 비금속 개재물을 제거하기 위한 실리콘킬드강용 합성플럭스의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 용점이 높은 산화칼슘이나 산화규소를 용융합성하여 저융점화하고, 여기에 로체보호를 위한 마그네시아 성분을 도입하여 내화물 보호를 동반하고, 사용시 분진 발생이 없도록 하는 실리콘킬드강 제조시 활용 가능한 합성플럭스 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 개재물 흡착용 플럭스로는 CaO와 Al₂O₃를 주성분으로 하는 알루미늄 킬드강용 플럭스와, CaO 와 SiO₂를 주성분으로 하는 실리콘 킬드강용 플럭스로 구분지을 수 있으며, 이와 같은 개재물 흡착용 플럭스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그 대표적인 기술로는 일본국 공개특허공보 소52-99915호에 의하면, 저가형플럭스로 사용되는 합성슬래그가 제시되어 있는데, 이 방법은 석회석 20-60%와 CaO-SiO₂계 20-50%로 이루어지도록 하고, 또한 용강에서 탈산을 위해서 알루미나를 CaO/Al₂O₃= 1∼3의 비율로 첨가하며, 특히 플럭스의 용점을 낮추기 위해서 CaF₂를 20% 이하로 사용하거나 탄산계 알칼금속을 첨가하여 사화철함량이 3% 이하가 되도록 하는 합성슬래그 제조방법을 신일본제철에서 제안하였다. 또한, 소련 특허공보 SU439179호에는 구조용강과 스텐인레스강에 사용할 수 있는 정제용 플럭스로 이용되는 합성슬래그의 제조방법이 제시되어 있는데, 이 방법은 CaO 20∼40wt%, SiO₂18∼32wt% 및 잔부 CaF₂로 구성되어 있는 합성슬래그를 제조하는 방법이며, 특히 주물의 표면특성을 향상시키는 효과가 있는 것으로 제안되었다.

그러나, 상기한 종래방법에 의해서 제조된 플럭스를 사용되는 경우 CaCO₃, Ca(OH)₂, CaO, CaF₂의 경우 고온에서 높은 증기압으로 투여될 때 Ca가 탕면밖으로 방출되어 다량의 분진을 발생하여 대기환경오염을 일으키고, 작업자의 건강에도 해로운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로, 플럭스 사용시 실리콘킬드강제조를 위한 제강시의 용융금속 중의 실리콘함유 비금속개재물을 제거하는데 우수한 특성을 가지며, 또한 용융합성된 상태로 분진발생이 거의 없고, 융점이 낮아서 저온에서도 실리콘킬드강 제조시 발생되는 실리콘함유 비금속개재물의 흡착성이 우수한 실리콘킬드강용 합성플럭스 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 석회석슬러지와 규석분말의 배합비율에 따른 합성플럭스의 흡수율 결과를 나타낸 그래프,

도 2는 마그네시아 폐내화물 첨가량에 따른 침식깊이를 나타낸 그래프,

도 3은 용융합성온도에 따른 흡수율 결과를 나타낸 그래프.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘킬드강용 합성플럭스 제조방법은, 제강공정에서 사용되는 실리콘킬드강용 합성플럭스 제조방법에 있어서, 중량%로 석회석슬러지와 규석분말을 1.5∼3.5 : 1의 비율로 혼합한 혼합물 93∼97중량%와 마그네시아 폐내화물 3∼7중량%를 배합하고, 상기와 같이 배합된 원료를 1425℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 후, 추출하여 냉각하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 우선 석회석슬러지와 규석분말을 중량비로 1.5∼3.5 : 1의 비율로 혼합하여 혼합물을 만든다. 이때 석회석슬러지와 규석분말은 불순물의 조정이 필요하고, 바람직한 석회석슬러지와 규석분말의 화학조성을 다음의 표 1에 나타내었다.

성분	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	Fe2O3	감열감량(1050℃)
석회석슬러지	45.1-55.6	0.1-3.8	0.2-5.1	0.1-5.1	0.1-3.5	36.5-45-5
규석분말	0.1-0.8	0.1-1.2	97.3-99.5	0.1-1.8	0.1-2.8	1.8이하

이와 같이 배합비율을 한정한 이유는 다음과 같다. 석회석슬러지와 규석분말의 상관관계에서 석회석슬러지와 규석분말의 중량비율을 기준으로 1.5 : 1보다 작은경우는 용융합성시 열분해한 원료 중 SiO₂의 양이 많아져서 고융점상태를 이루어 합성온도가 높아져 합성온도를 고온화해야 하며, 합성시간도 장기화되는 어려움이 발생된다. 또한, 중량비율이 3.5 : 1보다 크게되는 경우는 상대적으로 CaO양이 많아져서 고융점화되어 용융합성이 어렵게된다. 이것은 CaO-SiO₂계 상태도에서 나타난 것과 같으며 이미 잘 알려져 있다.

또한, 본 발명에서 사용하는 석회석슬러지와 규석분말의 입도는 비교적 미세한 120메쉬(0.125mm) 이하인 것이 90%이상 유지되도록 함이 바람직한데, 그 이유는 배합시에 입도영향에 의한 혼합상태에 따라 용융시간의 차이가 나기 때문이다.

다음 상기 석회석슬러지와 규석분말의 혼합물 93∼97중량%와 마그네시아 폐내화물 3∼7중량%를 배합한다.

상기 마그네시아 폐내화물은 제강에 사용되는 마그네시아 내화물이 침식되는 것을 방지하기 위한 것으로, MgO 성분기준으로 85% 이상의 통상의 것을 사용한다. 마그네시아 폐내화물이 7중량%보다 크게되면, 합성플럭스 중 화학성분 MgO의 증가로 흡착성 저하의 문제가 발성될 소지가 있으며, 또한 내화물을 보호하기 위해서 투입된 마그네시아의 양이 너무 많아서 더 이상의 보호효과를 나타내지 못하게 되고, 또한, 3중량%보다 작은 경우에서는내화물의 침식현상을 보호하는 작용이 거의 없기 때문에 본 발명에서는 3∼7중량%의 마그네시아 폐내화물을 사용하는 것이 바람직하게 된다.

상기한 조성을 갖도록 배합원료를 혼합한 후에, 1425℃ 이상의 온도에서 직접용융로에 투입하거나, 조립공정을 거쳐 조립한 후 건조하여 용융로에 투입하면, 용융로내어서는 분말 또는 조립의 원료가 용해되어 액상으로 완전 혼합한 후에 합성된 상태를 이룬다. 상기 용융합성된 상태로 통상의 방법으로 추출하여 냉각한 후에 실리콘킬드강 제조시 사용되는 합성플럭스를 제조하는 것이다.

이와 같이 제조된 본 발명의 실리콘킬드강용 합성플럭스는 CaO와 SiO₂주성분에 Al₂O₃가 10% 이하를 유지하며, CaO/SiO₂는 0.8-1.9의 범위를 유지한다.

본 발명에서는 합성플럭스가 용융상태에서 제조되기 때문에 화학성분의 분포 및 편차가 적고 균일한 합성플럭스가 제조되는 것이 특징이다.

또한 폐내화물을 활용하여 고온에서 내화물의 침식을 억제하여 보호가 가능하기 때문에 로체의 사용을 장기화하여 설비교체비용을 절감할 수 있으며, 합성플럭스를 제조하여 사용하기 때문에 플럭스가 용해되는 시간이 단축되어 열량소비를 대폭적으로 절감할 수 있게 된다.

이하에서는 구체적인 비교예와 본 발명예의 비료를 통해서 본 발명에서의 조성범위 및 온도설정 이유 및 효과에 대하여 상세히 설명한다.

다음의 표 2와 같은 조성을 갖도록 석회석슬러지와 규석분말의 배합비율을 중량비(석회석슬러지/규석분말, 이하 "R"이라고 함)로 나타냈고, 온도조건은 1450℃에서 조합의 비를 1차적으로 선정하기 위해 용융시험을 한 후, 추출 냉각하여 용융상태를 확인하기 위해 시편의 흡수율을 KSL1001(도자기질 타일 흡수율 시험)에 따라 측정하고 그 결과를 도 1에 나타내었다.

구분	비교예 1	발명예 1	발명예 2	발명예 3	발명예 4	발명예 5	비교예 2
석회석슬러지/ 규석분말(R)	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에서는 흡수율이 1.0% 이하의 용융상태가 양호한 조건이어야 한다. 제강에 사용시에 합성상태가 불량하면 용강 중에서 다시 용해되어 합성되어야 하는 문제점이 있고, 미합성상태에서는 표면에 수분이 흡착되는 등 바람직하지 못하기 때문이다. 동일한 온도에서 합성상태를 나타내고 있으며, 본 발명예 1 내지 발명예 5에서의 석회석슬러지와 규석분말의 비율(R)이 1.5∼3.5사이의 조건에서는 1450℃에서도 양호하게 용융됨을 나타낸다. 또한 비교예 1과 비교예 2의 배합은 합성이 완전하지 못하며, 소결은 어느 정도 일어났지만 완전용융상태까지는 더욱 고온이 필요하다는 것을 알 수 있다.

본 발명예의 경우에는 1450℃에서 용융이 가능하여 균질한 합성세라믹스를 제조할 수 있으며, 비교예 1과 2에 비해서 용해공정에서 열량을 대폭적으로 절감할 수 있음을 나타내고 있다. 이는 CaO 및 SiO₂관계만을 고려할 때, CaO-SiO₂상태도에서 알 수 있는 바와 같이 비교예 1과 비교예 2는 1550℃ 이상의 고온에서 합성반응이 가능한 반면에, 발명예 1 내지 발명예 5는 훨씬 낮은 온도에서 합성제조가 가능함을 알 수 있으며, 이러한 용융온도의 저하는 에너지 사용량 즉, 생산비용에 직결되어 있으며 또한 용융시간에 따른 효과의 차이가 있다.

다음에는 상기 발명예 3의 조건으로 석회석슬러지와 규석분말을 혼합한 혼합물에 중량비에 마그네시아 폐내화물 1,3,5,7,9%를 첨가하여 1450℃에서 용융 및 냉각하여 제조된 각각의 합성플럭스를 사용하여 내화물의 침식성을 시험하였다. 내화물에 합성플럭스를 넣고 1600℃에서 가열 용해한 후 회전침식법으로 20RPM에서 5시간동안 시험하였다. 회전침식시험에 사용된 마그네시아 내화물은 두께 50mm를 사용하였다. 용융을 위한 열원으로는 LPG에 산소를 혼합하여 사용하였다. 5시간 동안 회전침식 시험 후 내벽의 내화물을 제거하고 단면을 다이아몬드 휠커터로 절단하고 침식된 두께를 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에서 보는 바와 같이, 1%의 마그네시아 폐내화물을 첨가한 경우는 12mm가 침식되어 16%의 침식율을 나타내었다. 또한 3%의 마그네시아 폐내화물을 첨가한 경우는 4.2mm로 8.4%의 침식율을 나타내었다. 그 이상에서는 침식 방지에는 효과를 나타내지만 첨가량이 증가되면, 비금속 개재물의 흡착제로는 바람직하지 않으며, 7% 이상의 마그네시아 폐내화물을 첨가시에는 그다지 효과를 나타내지 못하는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서 내화물 보호을 위한 침식억제 작용을 위해서는 마그네시아 폐내화물을 3∼7% 첨가하는 것이 바람직하다.

다음에는 용융온도조건을 도출하기 위하여 석회석슬러지와 규석분말의 중량비(R)를 2.5로 하고 마그네시아 폐내화물을 5% 첨가한 시료를 배합하고, 도가니에 넣어서 고온가열로에서 온도별로 1400, 1425, 1450, 1475, 1500℃에서 용융시험을 한 후, 냉각 및 추출하여 시료를 제조하였다. 제조된 시료 각각의 용융상태를 확인하기 위해 시편의 흡수율을 KSL1001(도자기질 타일 흡수율 시험)에 따라 측정하고그 결과를 도 3에 나타내었다.

합성플럭스의 제조시의 용융온도조건은 용융합성된 플럭스의 흡수율이 1% 이하가 되는 조건을 선택하여야 하며, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 1425℃에서 흡수율이 0.8%이며, 그 이상에서는 흡수율 0.5% 이하를 유지하므로 본발명에서 합성플럭스 제조시의 온도조건은 1425℃ 이상에서 실시하는 것이 바람직하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명을 사용하면, 석회석슬러지와 규석분말의 혼합물에 마그네시아 폐내화물을 배합하여 로체의 내화물을 보호할 수 있는 실리콘킬드강용 합성플럭스를 제조할 수 있으며, 합성플럭스를 제조함으로서 용강 처리시의 온도저감을 방지할 수 있는 장점이 있다.

따라서, 제강공정에서의 에너지 소요비용 절감 효과 뿐만 아니라, 생산량이 증강되는 효과가 있으며, 또한 제철소 또는 광산에서 발생되는 석회석슬러지 및 폐기물로 발생한 마그네시아 폐내화물을 사용함으로써 자원재활용 및 확대활용에도 기여할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 제강공정에서 사용되는 실리콘킬드강용 합성플럭스 제조방법에 있어서,

   중량%로 석회석슬러지와 규석분말을 1.5∼3.5 : 1의 비율로 혼합한 혼합물 93∼97중량%와 마그네시아 폐내화물 3∼7중량%를 배합하고, 상기와 같이 배합된 원료를 1425℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 후, 추출하여 냉각하는 것을 특징으로 하는 실리콘킬드강용 합성플럭스 제조방법.