KR100560236B1 - 스테인레스 강의 제조 공정의 폐기물을 재사용하여스테인레스 강을 제조하는 방법 - Google Patents

스테인레스 강의 제조 공정의 폐기물을 재사용하여스테인레스 강을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테인레스 강의 제조 공정에서 원료를 전기로에서 용융시켜 용융강을 형성한 후, 용융강을 정련로로 정련하여 스테인레스 강을 제조하는 단계를 포함하는 스테인레스 강의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법에서, 스테인레스 강의 제조 공정에서 생성된 아연 함유 폐기물에 탄소질의 환원제를 첨가하고, 생성된 혼합물을 조개탄 프레스로 응집하여 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 형성하고, 이 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 회전 화상로(rotary hearth furnace)에서 가열하여 아연을 환원 및 증발시켜 탈아연화된 응집괴를 형성하고, 이어서 탈아연화된 응집괴를 정련로의 산화기에서 냉각제로서 충전한다.

Description

스테인레스 강의 제조 공정의 폐기물을 재사용하여 스테인레스 강을 제조하는 방법{METHOD OF PRODUCING STAINLESS STEEL BY RE-USING WASTE MATERIAL OF STAINLESS STEEL PRODUCING PROCESS}
도 1은 본 발명의 양태에 따라 스테인레스 강의 제조 공정의 일례를 예시하는 장치 흐름도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 스테인레스 강의 제조 공정 11 : 전기로
12 : 정련로 2 : 성형기
3 : 환원로 A : 아연 함유 폐기물
B : 탄소질의 환원제 C : 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴
D : 탈아연화된 응집괴 E : 주원료
F : 융제 G : 용융강
H : 스테인레스 강
본 발명은 스테인레스 강의 제조 공정에서 생성된 재(dust) 및 스케일 같은 폐기물을 재사용하여 스테인레스 강을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 스테인레스 강은 전기로에서 파편(scrap), 및 Fe-Cr, Fe-Ni 및 Ni 금속 같은 원료를 용융시킨 후 용융강을 정련로로 정련함으로써 제조된다(스테인레스 강의 제조 공정). 통상적으로, 전기로는 원료가 용융되는 용융기에 상응하지만, 용융강이 산소 불어넣기(blowing)에 의해 탈탄소화되는 산화기("전-탈탄소화기"로서 지칭됨)가 추가로 제공될 수 있다. 정련로는 용융강이 산소 불어넣기에 의해 탈탄소화되는 산화기, 산화기에서 산화되고 광재(slag)로 이송되는 Cr이 금속으로 재환원되어 용융강으로 회수되는 환원기, 및 용융강이 탈산소화되고, 강 성분 및 온도가 조절되는 마무리 정련기에 상응한다. 전기로 및 정련로로부터 방출되는 배출 가스(VOD, RH, AOD, MRP 등)는 재를 포함한다. 재는 Fe, Ni, Cr 등 같은 성분을 함유하므로, 바람직하게는 재를 원료로서 재사용한다. 더욱이, 재는 Cr6+를 함유하므로, 이 재를 처리하는데 엄청난 비용이 요구된다. 그러므로, 경제적 관점에서 재를 재활용하는 것이 바람직하다. 그러나, 재는 주로 파편으로부터 유도된 Zn을 함유하므로 재가 아무런 처리없이 전기로 및 정련로로 복귀하였을 때 Zn은 환원되고 증발되고 배출 가스에 분산되어 재에 Zn을 농축시킨다. 농축된 Zn을 포함하는 재는 좁은 통로 및 배출 가스 배관의 내부 표면에 부착되어 내부 표면을 피복하는 문제를 일으킨다. 게다가, Zn의 산화 및 환원은 재의 매 순환시마다 반복되 어 에너지 효율을 저하시키는 문제를 일으킨다. 재에 포함된 Zn의 환원은 흡열성 반응이고, 노에서 진행되어 열 에너지를 소모한다. 다른 한편, Zn의 산화는 발열성 반응이고 배출 가스 시스템에서 진행되어 배출 가스의 열 에너지의 대부분을 쓸모없이 방출한다.
이에 따라, 재를 스테인레스 강의 제조 공정과는 별도의 공정에서 환원시킨 후, 이를 스테인레스 강의 제조 공정에 복귀시키는 재의 재사용 방법이 제안되었었다.
선행기술 1
일본 특허 출원 공개 소56-93834 호에는 탄소질의 환원제를 첨가하여 스케일, 재 및 슬러지를 분쇄하고, 생성된 혼합물을 펠렛화하고, 회전 화상로에서 가열하고 환원시켜 금속 함유 펠렛을 생성한 후, 금속 함유 펠렛을 선철(pig iron) 제조용 전기 아크로로 용융시켜 Fe, Ni, Cr, Mo 등 같은 가치있는 금속을 분리 및 회수하는 방법이 개시되어 있다. 회수된 가치있는 금속은 용융 금속에 함유되고 용용 금속을 전기 아크로로부터 연속식 캐스팅 기계에 부어 금속 덩어리를 형성한다. 이 공개 문헌은 탄소를 2.95질량%로 함유하는 금속 덩어리를 스테인레스 강의 제조용 전기 아크로에 첨가하는 실시예(실시예 III)를 개시한다.
선행기술 2
일본 특허 공개 평9-209047 호에는 스테인레스 강의 제조 공정의 폐기물을 재사용하는 방법이 개시되어 있으며, 이 방법은 코크스, 및 스테인레스 강의 제조 공정에서 생성된 크롬 함유 폐기물에 적당량의 크롬 광석을 첨가함으로써 수득된 크롬 함유 블렌드의 혼합물을 펠렛화하여 펠렛을 제조하는 펠렛화 단계; 회전 화상로의 화상에 놓인 펠렛을 연소 가스로 가열하여 파괴 및 미분 발생을 최소화하여 크롬 함유 철 펠렛을 생성하는 환원 단계; 환원 단계의 배출 가스가 가진 상당한 열을 증기로서 회수하는 폐열 회수 단계; 및 환원 단계에서 생성되어 폐열 회수 단계로부터 방출되는 배출 가스에 포함된 아연 함유 재를 분리하고 수집하여 아연 함유 재를 회수하는 아연 함유 재 회수 단계를 포함한다. 또한, 이 공개 문헌에는 크롬 함유 철 펠렛을 전기로에서 용융시켜 크롬 함유 선철을 제조하기 위한 원료의 일부로서 사용하는 실시예가 개시되어 있다.
전술한 선행기술 1 및 2에서 회전 화상로에서 펠렛을 가열할 때 펠렛에 포함된 Zn은 탄소질의 환원제로 환원되고 펠렛으로부터 증발제거된다. 그러므로, 환원후 펠렛이 전기로로 공급되더라도 재에는 Zn이 풍부하지 않고, 그에 따라 배출 가스 시스템에서 피복의 문제를 방지한다.
그러나, 전술한 선행기술 1 및 2에서 환원후 펠렛은 전기 용융로에 충전되고 높은 탄소 함량을 갖는 크롬 함유 선철을 제조하는 데 사용된다. 그러므로, 환원후 펠렛(금속 덩어리 또는 크롬 함유 철 펠렛)에 잔류하는 탄소의 함량은 상대적으로 높다. 즉, 전술한 바와 같이, 선행기술 1의 실시예에서 금속 덩어리의 탄소 함량은 2.95질량%이다. 선행기술 2의 실시예 2에서 크롬 함유 철 펠렛의 탄소 함량은 특정되지 않았으나, 4.7질량%의 탄소가 크롬 함유 선철 125질량부중에 존재하고, 이 선철은 크롬 함유 철 펠렛 211질량부로부터 제조된다. 그러므로, 전기로에서 크롬 환원에 의해 소비된 탄소 함량을 고려하여 산정되는, 크롬 함유 철 펠렛의 탄소 함량은 2.8질량% 이상이다. 크롬 함유 선철은 다음 산화기에서 목적 탄소 수준으로 탈탄소화되고, 이어서 환원되고 마무리 정련되어 스테인레스 강을 생성한다. 탈탄소화가 용융강으로 불어넣는 산소에 의해 수행되므로, Cr은 탈탄소화의 진행과 함께 산화되고 광재로 이동된다. 탈탄소화가 완료된 후, Fe-Si를 환원기에서 환원제로서 첨가하여 Cr 산화물을 환원시켜 산화물을 금속 Cr로 복귀시키고, 그에 따라 용융강에 Cr을 회수한다.
그러나, 크롬 함유 철 펠렛에 함유된 Cr은 회전 화상로에서 가열에 의해 충분하게 환원되지 않고(일반적으로 Cr 금속화도는 약 40% 이하이다), 대부분의 Cr은 산화물 형태로 잔존한다. 환원되지 않은 Cr 산화물은 용융기에 전기로에서 펠렛에 남은 탄소 및 용융강에 포함된 탄소를 이용한 환원으로 금속화되어 용융강에 회수된다. 그러나, 일부의 Cr 산화물은 광재에 잔류하고 광재(전기로 광재)와 함께 방출된다. 용융강에서 회수된 Cr은 후속의 산화기(또는 전-탈탄소화기)에서 부분적으로 산화되어 광재로 이동된다. 광재에서 Cr은 다시 후속 환원기에서 환원되어 용융강에 회수되지만, 일부의 Cr은 광재에 잔류하고 광재(정련로 광재)와 함께 방출된다. 이러한 방식으로, 크롬 함유 철 펠렛에 함유된 환원되지 않은 Cr 산화물은 용융기에 환원되고, 이어서 산화기(또는 전-탈탄소화기)에 산화되고, 환원기에 추가로 환원된다. 그러므로, 흡열성 환원 반응은 과도한 환원 에너지를 요구하고, 그에 따라 에너지 손실을 일으킨다. 또한, Cr은 전기로 광재 및 정련로 광재 모두에 잔류하고, 그에 따라 용융강에 Cr이 낮은 수율로 회수되는 문제를 일으킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 스테인레스 강의 제조 공정에서 생성되는 재 같은 폐기물이 재사용될 때 Cr을 환원시키는데 요구되는 에너지를 감소시킬 수 있고 용융강의 Cr 수율을 증가시킬 수 있는 스테인레스 강의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 스테인레스 강의 제조 방법은 원료를 용융시켜 용융강을 형성한 후, 용융강을 정련하여 스테인레스 강을 제조하는 스테인레스 강의 제조 단계; 스테인레스 강의 제조 단계에서 생성된 아연 함유 폐기물에 탄소질의 환원제를 첨가하여 혼합물을 형성하는 환원제 첨가 단계; 혼합물을 가열하여 아연을 증발제거하여 탈아연화된 혼합물을 형성하는 열처리 단계; 및 스테인레스 강의 제조 단계에서 냉각제로서 탈아연화된 혼합물을 노에 충전하는 충전 단계를 포함한다.
스테인레스 강의 제조 방법은 혼합물을 응집하여 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
스테인레스 강의 제조 방법에서, 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 열처리 단계에서 가열하여 아연을 증발제거하여 탈아연화된 응집괴를 형성하고, 충전 단계는 스테인레스 강의 제조 단계에서 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전함을 포함한다.
스테인레스 강의 제조 방법에서, 첨가되는 탄소질의 환원제의 양을 탈아연화 된 혼합물에 잔류하는 탄소의 양이 2질량% 이하가 되도록 조절함으로써 혼합물에서 과잉(surplus) 탄소의 양을 조절한다.
스테인레스 강의 제조 방법에서, 첨가되는 탄소질의 환원제의 양을 탈아연화된 응집괴에 잔류하는 탄소의 양이 2질량% 이하가 되도록 조절함으로써 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴에서 과잉 탄소의 양을 조절한다.
스테인레스 강의 제조 방법은 탈아연화된 혼합물을 응집하여 탈아연화된 응집괴를 형성하는 탈아연화 응집 단계를 추가로 포함한다.
스테인레스 강의 제조 방법에서, 충전 단계는 스테인레스 강의 제조 단계에서 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전함을 포함한다.
스테인레스 강의 제조 방법에서, 첨가되는 탄소질의 환원제의 양을 탈아연화된 응집괴에 잔류하는 탄소의 양이 2질량% 이하가 되도록 조절함으로써 혼합물에서 과잉 탄소의 양을 조절한다.
스테인레스 강의 제조 방법에서, 탈아연화된 혼합물을 충전한 후 용융강을 교반한다.
스테인레스 강의 제조 방법에서, 탈아연화된 응집괴를 충전한 후 용융강을 교반한다.
스테인레스 강의 제조 방법에서, 스테인레스 강의 제조 단계의 산화기 및/또는 환원기에 냉각제로서 탈아연화된 혼합물을 노에 충전한다.
스테인레스 강의 제조 방법에서, 스테인레스 강의 제조 단계의 산화기 및/또는 환원기에 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전한다.
스테인레스 강의 제조 방법에서, 스테인레스 강의 제조 단계의 산화기의 최종 단계 및/또는 환원기의 초기 단계에 냉각제로서 탈아연화된 혼합물을 노에 충전한다.
스테인레스 강의 제조 방법에서, 스테인레스 강의 제조 단계의 산화기의 최종 단계 및/또는 환원기의 초기 단계에 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전한다.
본 발명에서, 스테인레스 강의 제조 단계에서 생성된 아연 함유 폐기물에 탄소질의 환원제를 첨가하여 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 형성하고, 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 가열하여 아연을 증발제거하여 잔류 탄소 함량이 2질량% 이하인 탈아연화된 응집괴를 제조한다.
본 발명에서, 스테인레스 강의 제조 단계에서 생성된 아연 함유 폐기물에 탄소질의 환원제를 첨가하여 혼합물을 형성하고, 이 혼합물을 가열하여 아연을 증발제거하여 탈아연화된 혼합물을 생성한 후, 탈아연화된 혼합물을 응집하여 잔류 탄소 함량이 2질량% 이하인 탈아연화된 응집괴를 생성한다.
바람직한 양태에 대한 설명
이하 본 발명을 상세히 기술한다. 본 발명의 양태를 도면을 참조하여 하기에 더욱 상세히 기술한다.
본 발명의 양태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 스테인레스 강의 제조 공정(1)의 예가 기술되며, 여기서 원료(주원료(E) 및 융제(F))를 용융시켜 용융강(G)을 형성하는 전기로(11), 및 용융강(G)을 정련하기 위한 정련로로서 역할 을 하는 AOD(아르곤 산소 탈탄소화)로(12)가 구비된다.
스테인레스 강의 제조 공정(1)에서 발생되는 전기로 재 같은 아연 함유 폐기물(A)을 석탄 같은 탄소질의 환원제(B)와 혼합하고(환원제 첨가 단계), 생성된 혼합물을 조개탄 프레스 등 같은 응집기(2)로 응집한다(탄소질의 물질 첨가 및 응집 단계). 전기로 재 외에, 분쇄(mill) 스케일, 분쇄 슬러지, AOD 재 또는 기타 정련로 재, 또는 이들의 적절한 혼합물이 아연 함유 폐기물(A)로서 사용될 수 있다. 석탄 외에, 코크스 미분, 목탄, 폐 토너 또는 기타 카바이드, 또는 이들의 적절한 혼합물이 탄소질의 환원제(B)로서 사용될 수 있다. 또한, 2차 원료 및 결합제를 필요에 따라 첨가할 수 있다. 조개탄 프레스 같은 압축 성형기 외에, 전도식(tumbling) 과립기, 압출 성형기 등이 응집기(2)로서 사용될 수 있다.
탄소질의 물질이 혼입된 생성된 응집괴(C)를 환원로로서 역할하는 회전 화상로(3)에 충전한다. 환원로(3)로서, 회전 화상로는 물론, 다중 화상로, 회전 화로(kiln) 등이 사용될 수 있다. 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴(C)가 높은 수분 함량을 갖는 경우, 응집괴(C)를 환원로(3)에 충전하기 전에, 도면에는 나타내지 않은 건조기로 건조할 수 있다.
탄소질의 물질이 혼입된 응집괴(C)를 환원로(3)에서 1100 내지 1400℃로 가열하여 Zn, Pb 등 같은 중금속을 환원시켜 증발제거한다. 동시에, Fe, Ni, Cr, Mo 등의 금속 화합물이 고체 상태로 환원되고 금속화되어 탈아연화된 응집괴(D)를 수득한다(열처리 단계). 그러나, Cr의 금속화도는 그리 높지 않고, 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴(C)에 첨가되는 탄소질의 환원제(B)의 양, 및 환원로(3)에서 가열 온 도가 적절하게 조절되더라도, 금속화도는 약 40%이다. 다른 한편, Fe 및 Ni의 금속화도는 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴(C)에 첨가되는 탄소질의 환원제(B)의 양, 및 환원로(3)에서의 가열 온도를 조절하여 90% 이상으로 증가시킬 수 있다.
스테인레스 강의 제조 공정(1)에서, 파편, Fe-Cr, Fe-Ni 및 Ni 금속을 포함하는 주원료(E) 및 생석회 같은 융제(F)를 전기로(11)에 충전하고, 생성된 혼합물을 아크 가열로 용융시켜 용융강(G)을 생성한다. 후속의 단계에 AOD로(12)가 사용되는 경우, 전기로(11)는 원료를 단순히 용융시키는 용융기만을 담당한다. 이어서, 용융강(G)을 AOD로(12)로 이동시켜 용융강(G)을 정련한다. AOD로(12)는, Ar 및 산소를 용융강(G)에 불어넣어 용융강(G)을 탈탄소화시키는 산화기; 용융강(G)에 Ar만을 불어넣으며 교반시켜 용융강(G)에 포함된 C를 이용한 환원으로 Cr을 금속화하고, 이를 산화기에서 산화시키고 광재로 이동시키고, 용융강(G) 내로 Cr을 회수하는 환원기; 및 Fe-Si 및 합금 원소 같은 탈산소화제(환원제)를 용융강(G)에 첨가하고, 용융강(G)에 Ar만을 불어넣으며 교반시켜 용융강(G)을 탄산화시키고, 용융강(G)의 성분 및 온도를 조절하는 마무리 정련기를 담당한다. 용융강(G)을 AOD로(12)에서 정련하여 스테인레스 강(H)을 생성하고, 이어서 이를 다음의 캐스팅 단계(4)로 이송한다.
회전 화상로(3)에서 수득된 탈아연화된 응집괴(D)를 AOD로(12)의 산화기 및/또는 환원기에 충전한다(충전 단계). 탈아연화된 응집괴(D)를 AOD로(12)에 충전하기 전에 탈아연화된 응집괴(D)로부터 아연이 충분히 제거되었으므로, 아연이 재에 농축되지 않으며, 그에 따라 선행기술 1 및 2에서와는 달리, 배출 가스 시스템에서 피복의 문제를 일으키기 않는다.
더욱이, 탈아연화된 응집괴(D)는 전기로(11)의 용융기가 아니라, AOD로(12)의 산화기 및/또는 환원기에 직접 충전되므로, 탈아연화된 응집괴(D)로부터 유래된 Cr이 전기로 광재에 잔류하지 않고, 그에 따라 선행기술 1 및 2에 비하여 Cr 수율을 증가시키는 효과를 갖는다. 게다가, 탈아연화된 응집괴(D)에 포함된 Cr 산화물을 환원시키고, 이어서 다시 산화시키는 쓸모없는 경로가 생략되어 과도한 환원 에너지의 수요를 없애고, 그에 따라 에너지 효율을 개선시키는 효과를 갖는다.
가장 바람직하게는, 탈아연화된 응집괴(D)를 산화기의 최종 단계(탈탄소화를 위한 산소 불어넣기가 완료되는 시점 부근) 및/또는 환원기의 초기 단계(탈산소화제를 첨가하는 시점 부근)에 충전하는데, 이는 Cr의 재산화를 추가로 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 바람직하게는 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴(C)에서 탄소질의 환원제(B)의 양(즉, 과잉 탄소의 양)을 회전 화상로(3)에서 가열후 응집괴(탈아연화된 응집괴)(D)의 탈아연화도에서 과도한 감소를 일으키지 않는 수준으로 감소시킨다. 이는 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴(C)에 포함된 다량의 탄소질의 환원제(B)를 사용시, 탈아연화된 응집괴(D)에서 잔류 탄소의 양이 증가되기 때문이다. 그러므로, 탈아연화된 응집괴(D)가 AOD로(12)의 산화기에 냉각제로서 사용되는 경우, 탈탄소화에 사용되는 산소의 양이 증가되고, 산소기가 연장되어 생산성을 저하시킨다. 산화기가 연장되는 가능한 이유는, 낮은 탄소 함량(예컨대, 0.4질량% 이하)을 갖는 용융강의 사용시, 탈탄소화 반응의 속도-결정 과정은 용융강에서 C의 확산 과정으로 생각되고, 탈아연화된 응집괴(D)에서 탄소가 용융강에 함유된 C와 비교하여 용융강으로 서서히 확산된다는 점이다. 또한, 탄소가 용융강으로 확산될 때, 탈아연화된 응집괴(D)의 탄소 함량은 주위 용융강에서보다 더 높고, 그에 따라 확산 속도를 감소시킨다.
이러한 방식으로, 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴(C)에서 탄소질의 환원제(B)의 양이 제한되는 경우, 탈아연화된 응집괴(D)에서 철의 금속화도는 감소되지만, 탈아연화된 응집괴(D)에서 철 산화물의 양이 증가되기 때문에 냉각제의 효과는 증가된다. 이러한 경우, 냉각 효과는 보통의 파편의 냉각 효과보다 약 2배로 증가된다. 더욱이, 잔류 탄소의 양이 감소될수록, 탈아연화된 응집괴(D)의 강도가 증가되어 이송 및 저장의 시기에 미분 발생을 감소시키고, 또는 정련로에 충전하여 수율을 개선시킨다.
AOD로(12)의 산화기에 냉각제로서 충전된 탈아연화된 응집괴(D)는 용융강에 용해되지만, 탈아연화된 응집괴(D)에 함유된 환원되지 않은 Cr은 Fe-Si 같은 환원제를 충전하고 후속의 단계에서 환원기에 Ar 가스로 강하게 교반시킴으로써 효율적으로 회수될 수 있다.
AOD로 외에, VOD(진공 산소 탈탄소화)로, MRP(금속 정련 공정)로 등이 정련로(12)로서 사용될 수 있다. VOD로가 정련로(12)로서 사용되는 경우, 전기로(11)에서 용융기 이후에 산화기(전-탈탄소화기) 및 환원기가 제공되어, VOD로는 마무리 정련기만을 담당한다. 그러므로, 탈아연화된 응집괴(D)를 전기로(11)에서 산화기(전-탈탄소화기) 및/또는 환원기에 냉각제로서 충전한다. 이 경우, 탈아연화된 응 집괴에서 환원되지 않은 Cr이 환원되고 전기로(11)에서 다음 단계의 환원기에 용융강에 회수되고, 이어서 용융강을 VOD로로 이송한다. VOD로의 마무리 정련기에서, 사용되는 냉각제의 양은 Cr 산화를 억제하기 위하여 소량이고, Cr 수율은 AOD로에서보다 낮다. 그러므로, VOD로의 사용시, 본 발명의 효과는 AOD로의 사용시보다 더 적어진다.
이 양태에서 기술된 방법은 아연 함유 폐기물(A) 및 탄소질의 환원제(B)의 혼합물을 응집하고, 이어서 환원로(3)에서 응집괴를 열처리하여 탈아연화된 응집괴(D)를 수득함을 포함한다. 그러나, 아연 함유 폐기물(A) 및 탄소질의 환원제(B)의 혼합물을 응집하지 않고 환원로(3)에 충전하고, 이어 환원로(3)에서 열처리할 수도 있다. 또한, 열처리로 수득된 탈아연화된 혼합물을 냉각제로서 충전할 수 있다. 더욱이, 열처리후 탈아연화된 혼합물을 응집하여 탈아연화된 응집괴(D)를 형성할 수 있다(탈아연화 응집 단계). 탈아연화된 응집괴는 냉각제로서 충전될 수 있다.
탈아연화된 응집괴(D) 및/또는 탈아연화된 혼합물은 산화기(또는 전-탈탄소화기) 및/또는 환원기에서 냉각제로서 사용될 수 있고, 또한 전기로(11) 및 정련로(12)의 주원료 및/또는 추가원료로서 사용될 수 있다.
실시예
실시예 1
스테인레스 강의 제조 공정에서 발생된 전기로 재 및 분쇄 스케일의 혼합물 에 석탄을 첨가하고, 생성된 혼합물을 조개탄 프레스로 21mmx37mmx9mm의 베개 모양의 응집괴로 응집하여 하기 표 1에 나타낸 조성을 갖는 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 제조하였다:
함량(질량%)
탄소질의 물질이 혼입된 응집괴 T.Fe M.Fe FeO C 과잉 탄소의 양
37.28 4.78 20.21 8.48
T.Ni M.Ni T.Cr M.Cr Zn -1.26
4.048 0.96 1.948 0.35 2.128
과잉 탄소의 양은 하기 수학식 1로 정의된다:
과잉 탄소의 양(질량%)=[탄소질의 물질이 혼입된 응집괴에서 탄소의 양(질량%)]-[탄소질의 물질이 혼입된 응집괴에 함유된 Fe, Ni 및 Zn과 결합된 산소의 양(질량%)] x 12/16
혼합물이 응집되지 않고 사용되는 경우, 과잉 탄소의 양은 하기 수학식 2로 정의된다:
과잉 탄소의 양(질량%)=[혼합물에서 탄소의 양(질량%)]-[혼합물에 함유된 Fe, Ni 및 Zn과 결합된 산소의 양(질량%)] x 12/16
탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 소형 가열로에서 1150 내지 1350℃ 범위의 다양한 온도로 가열하였고, 가열후 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴(탈아연화된 응 집괴)의 조성을 화학적 분석으로 측정하여 각 금속의 금속화도 및 탈아연화도를 결정하였다. 가열 대기는 질소 대기였고, 가열 시간은 5 내지 8분이었다. 하기 표 2는 가열후 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴(탈아연화 응집괴)의 조성을 나타내고, 하기 표 3은 금속화도 및 탈아연화도를 나타낸다:
시험 번호 가열 온도(℃) 조성(질량%)
T.Fe M.Fe C T.Ni M.Ni T.Cr M.Cr Zn
SM-1 1150 50.21 28.77 2.24 6.524 6.48 2.173 0.26 1.099
SM-2 1200 52.65 29.51 1.90 6.467 6.42 2.133 0.20 0.563
SM-3 1250 49.94 31.89 1.64 7.416 7.21 2.264 0.17 0.427
SM-4 1300 52.95 31.71 1.55 6.628 6.60 2.198 0.18 0.470
SM-5 1350 52.34 31.26 0.58 6.530 6.53 3.010 0.07 0.212
시험 번호 금속화도(%) 탈아연화도(%) 분쇄 강도(kg/B)
Fe Ni Cr
SM-1 57.30 99.33 11.97 61.65 67
SM-2 56.05 99.27 9.38 81.27 71
SM-3 63.86 97.22 7.51 85.02 100
SM-4 59.89 99.58 8.19 84.45 121
SM-5 59.72 100.00 2.33 92.90 160
표 2 및 3의 결과는 탈아연화된 응집괴의 잔류 탄소의 양 및 탈아연화도가 가열 온도에 따라 변화됨을 보여준다. 1200℃ 이상의 온도에서, 탈아연화도는 바람직하게 80% 이상이다. 또한, 가열 온도가 올라갈수록 잔류 탄소의 양이 감소됨이 확인된다. 바람직하게는, 잔류 탄소의 양은 탈아연화된 응집괴에 잔류하는 산화 철, 산화 니켈 및 산화 크롬을 환원시키는 데 필요한 양보다 더 적다. 탄소 잔 기 함량이 필요량을 초과하는 경우, 스테인레스 강의 제조 공정에서 용융강으로부터 (탈아연화) 탄소를 제거하는데 과량의 산소가 필요하다.
이 실시예에서, SM-4의 탈아연화된 응집괴를 이용하여 전기로 및 AOD로를 포함하는 제조 방법으로 스테인레스 강을 제조하였고, 탈아연화된 응집괴에 함유된 Cr의 행태는 실제 기계의 Cr 수율 같은 작업 자료를 참조하여 측정되었다. 측정의 결과, 전기로에서 원료의 일부로서 사용된 탈아연화된 응집괴의 Cr 수율(탈아연화된 응집괴에 함유된 Cr에 대한 스테인레스 강에 잔류하는 Cr의 비율)을 100으로 가정할 때, AOD로의 산화기의 최종 단계에서 냉각제로서 사용된 탈아연화된 응집괴의 Cr 수율은 105였고, 따라서 Cr 수율이 개선되었다. 또한, 전기로에서 원료의 일부로서 사용된 탈아연화된 응집괴에 함유되고 스테인레스 강에 잔류하는 Cr을 환원시키는데 필요한 에너지를 100으로 가정할 때, AOD로의 산화기에 냉각제로서 사용된 응집괴의 환원 에너지는 95로서, 에너지 소비가 감소되었다. 이는 탈아연화된 응집괴가 전기로에 원료의 일부로서 충전되는 경우, 전기로에서 환원된 크롬의 일부가 AOD로의 산화기에 다시 산화되고, 그러므로 산화기후 재환원이 요구되기 때문이다. 다른 한편, 응집괴가 AOD로의 산화기(및/또는 환원기)에 냉각제로 사용되는 경우, 전기로에서 환원이 필요치 않다.
실시예 2
이어서, 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴에서 과잉 탄소의 양과 열처리후 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴(탈아연화된 응집괴)에서의 잔류 탄소의 양 사이의 관계를 평가하였다. 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴에 첨가되는 석탄의 양을 변화시 켜 하기 표 4에 나타낸 바와 같이, 다양한 양의 과잉 탄소를 갖는 3가지 유형의 시료를 제조하였다:
함량(질량%)
시험 번호 T.Fe M.Fe FeO C T.Cr M.Cr Zn 과잉 탄소의 양
SD-1 27.63 1.20 3.18 11.75 0.436 0.08 16.53 0.47
SD-2 27.13 1.83 3.57 11.58 0.490 0.07 21.81 -0.27
SD-3 27.46 1.63 5.96 10.09 0.445 0.06 17.09 -0.85
각각의 시료는 실시예 1에서와 같은 소형 가열로에서 실시예 1에서와 같은 대기에서 같은 가열 시간동안 1300℃(일정)에서 열처리하였다. 하기 표 5는 가열후 각각의 시료(탈아연화된 응집괴)의 조성을 나타내고, 하기 표 6은 각각의 금속 원소의 금속화도 및 탈아연화도를 나타낸다:
함량(질량%)
시험 번호 T.Fe M.Fe C T.Cr M.Cr Zn
SD-1 46.60 42.22 2.35 0.810 0.31 0.179
SD-2 48.76 43.93 1.78 0.899 0.09 0.463
SD-3 47.33 40.86 0.98 0.806 0.09 0.261
시험 번호 금속화도(%) 탈아연화도(%)
Fe Cr
SD-1 90.60 38.27 99.36
SD-2 90.09 10.01 98.82
SD-3 86.33 11.17 99.11
전술한 바와 같이, 바람직하게는 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴에서 잔류 탄소의 양은 환원되지 않은 금속 산화물을 환원시키는데 필요한 양보다 더 적다. 그러나, 표 5에 나타낸 분석 결과는 잔류 탄소의 적절한 양을 선택할 수 있음을 나타낸다. 표 4 및 5는 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴에서 과잉 탄소의 양을 조절함으로써 가열후 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴(탈아연화된 응집괴)의 잔류 탄소의 양이 조절될 수 있음을 가리킨다. 그러나, 금속 산화물의 환원 능력 및 존재하는 탄소의 형태는 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴의 원료로서 사용된 아연 함유 폐기물의 발생원 및 첨가되는 탄소질의 환원제의 유형에 따라 다르다. 그러므로, 과잉 탄소의 양의 적절한 수치 범위는 아연 함유 폐기물의 유형 및 탄소질의 환원제, 및 이들의 조합에 따라 변한다. 또한, 실시예 1에서 알 수 있는 바와 같이, 탈아연화된 응집괴에서 잔류 탄소의 양은 가열 온도에 따라 변한다. 그러므로, 이들 특징점을 고려하여, 예컨대 아연 함유 폐기물 및 탄소질의 환원제의 유형 및 이들 각각의 조합을 이용하여 먼저 실시예 1 및 2와 동일한 시험을 수행하여 과잉 탄소의 양의 적절한 범위를 결정하여야 한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명은 스테인레스 강의 제조 공정에서 생성된 재 같은 폐기물을 재사용하는 경우, Cr 환원 에너지를 감소시키고 용융강의 Cr 수율을 증가시킬 수 있는 스테인레스 강의 제조 방법을 제공한다.

Claims (21)

  1. 원료를 용융시켜 용융강을 형성한 후, 용융강을 정련하여 스테인레스 강을 제조하는 스테인레스 강의 제조 단계;
    상기 스테인레스 강의 제조 단계에서 생성된 아연 함유 폐기물에 탄소질의 환원제를 첨가하여 혼합물을 형성하는 환원제 첨가 단계;
    상기 혼합물을 가열하여 아연을 증발제거하여 탈아연화된 혼합물을 형성하는 열처리 단계; 및
    상기 스테인레스 강의 제조 단계에서 냉각제로서 탈아연화된 혼합물을 노에 충전하는 충전 단계
    를 포함하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    혼합물을 응집하여 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 형성하는 응집 단계를 추가로 포함하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 열처리 단계에서 가열하여 아연을 증발제거하여 탈아연화된 응집괴를 형성하고, 충전 단계가 스테인레스 강의 제조 단계에서 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전함을 포함하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    탈아연화된 혼합물에 잔류하는 탄소의 양이 2질량% 이하가 되도록 첨가되는 탄소질의 환원제의 양을 조절함으로써, 혼합물에서 과잉(surplus) 탄소의 양을 조절하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    탈아연화된 응집괴에 잔류하는 탄소의 양이 2질량% 이하가 되도록 첨가되는 탄소질의 환원제의 양을 조절함으로써, 응집괴에서 과잉 탄소의 양을 조절하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    탈아연화된 혼합물을 응집하여 탈아연화된 응집괴를 형성하는 탈아연화 응집 단계를 추가로 포함하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    충전 단계가 스테인레스 강의 제조 단계에서 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전함을 포함하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    탈아연화된 응집괴에 잔류하는 탄소의 양이 2질량% 이하가 되도록 첨가되는 탄소질의 환원제의 양을 조절함으로써, 혼합물에서 과잉 탄소의 양을 조절하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    탈아연화된 혼합물을 충전한 후 용융강을 교반하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    탈아연화된 응집괴를 충전한 후 용융강을 교반하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    탈아연화된 응집괴를 충전한 후 용융강을 교반하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    스테인레스 강의 제조 단계의 산화기 및 환원기중 하나 이상의 시기에 냉각제로서 탈아연화된 혼합물을 노에 충전하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  13. 제 3 항에 있어서,
    스테인레스 강의 제조 단계의 산화기 및 환원기중 하나 이상의 시기에 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    스테인레스 강의 제조 단계의 산화기 및 환원기중 하나 이상의 시기에 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    스테인레스 강의 제조 단계의 산화기의 최종 단계 및 환원기의 초기 단계중 하나 이상의 단계에 냉각제로서 탈아연화된 혼합물을 노에 충전하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    스테인레스 강의 제조 단계의 산화기의 최종 단계 및 환원기의 초기 단계중 하나 이상의 단계에 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    스테인레스 강의 제조 단계의 산화기의 최종 단계 및 환원기의 초기 단계중 하나 이상의 단계에 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  18. 아연 함유 폐기물에 탄소질의 환원제를 첨가하여 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 형성하고, 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 가열하여 아연을 증발제거하여 잔류 탄소 함량이 2질량% 이하인 탈아연화된 응집괴를 생성함으로써 형성된, 탄소질의 환원제 및 스테인레스 강의 제조 단계에서 생성된 아연 함유 폐기물을 포함하는 탈아연화된 응집괴.
  19. 아연 함유 폐기물에 탄소질의 환원제를 첨가하여 혼합물을 형성하고, 혼합물을 가열하여 아연을 증발제거하여 탈아연화된 혼합물을 생성한 후, 탈아연화된 혼합물을 응집하여 잔류 탄소 함량이 2질량% 이하인 탈아연화된 응집괴를 생성함으로써 형성된, 탄소질의 환원제 및 스테인레스 강의 제조 단계에서 생성된 아연 함유 폐기물을 포함하는 탈아연화된 응집괴.
  20. 원료를 용융시켜 용융강을 형성한 후, 용융강을 정련하여 스테인레스 강을 제조하는 스테인레스 강의 제조 단계;
    상기 스테인레스 강의 제조 단계에서 생성된 아연 함유 폐기물에 탄소질의 환원제를 첨가하고, 생성된 혼합물을 응집하여 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 형성하는 응집 단계;
    상기 탄소질의 물질이 혼입된 응집괴를 가열하여 아연을 증발제거하여 탈아연화된 응집괴를 형성하는 열처리 단계; 및
    상기 스테인레스 강의 제조 단계에서 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전하는 충전 단계
    를 포함하는 스테인레스 강의 제조 방법.
  21. 원료를 용융시켜 용융강을 형성한 후, 용융강을 정련하여 스테인레스 강을 제조하는 스테인레스 강의 제조 단계;
    상기 스테인레스 강의 제조 단계에서 생성된 아연 함유 폐기물에 탄소질의 환원제를 첨가하여 혼합물을 형성하는 환원제 첨가 단계;
    상기 혼합물을 가열하여 아연을 증발제거하여 탈아연화된 혼합물을 형성하는 열처리 단계;
    상기 탈아연화된 혼합물을 응집하여 탈아연화된 응집괴를 형성하는 응집 단계; 및
    상기 스테인레스 강의 제조 단계에서 냉각제로서 탈아연화된 응집괴를 노에 충전하는 충전 단계
    를 포함하는 스테인레스 강의 제조 방법.
KR20030039092A 2002-06-18 2003-06-17 스테인레스 강의 제조 공정의 폐기물을 재사용하여스테인레스 강을 제조하는 방법 KR100560236B1 (ko)

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