KR100562638B1 - 레이들내 용강 보온제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정에서 정련이 종료된 용강을 레이들에 담아 연주공정으로 이송하는 과정에서 용강의 온도 저하를 방지하기 위하여 용강 상부에 첨가하는 보온제에 관한 것으로, 제강공정에서 레이들에 담긴 용강의 온도 저하를 방지하기 위하여 용강 상부에 첨가되는 배합원료로 종래의 발열보온제가 배합된 용강보온제에 있어서, 상기 용강보온제의 배합원료는 SiO₂ 30~50중량%, Fe₂O₃ 3~10중량%, 전탄소 5중량%, 나머지 알루미늄드로스 및 결정수가 2∼5중량% 함유된 천연 유리질암인 진주암을 배합비 0.8~5로 하여 조성되는 것을 특징으로 하는 레이들내 용강보온제를 제공한다.

레이들, 용강, 보온제, 진주암

Description

레이들내 용강 보온제{Insulating materials for molten steel in ladle}

도 1은 본 발명과 종래의 보온제를 레이들에 첨가한 상태를 나타낸 모식도.

도 2는 본 발명과 종래의 보온제 종류에 따른 용강 온도거동을 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명의 알루미늄드로스와 진주암의 배합비에 따른 용강온도 강하율을 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 용강 2 : 레이들 3 : 슬래그 4 : 보온제

5: 다공질 발포층

본 발명은 레이들내의 용강보온제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강공정에서 정련이 종료된 용강을 레이들에 담아 연주공정으로 이송하는 과정에서 용강의 온도 저하를 방지하기 위하여 용강 상부에 첨가하는 보온제에 관한 것이다.

용강을 이송하는 과정에서 용강의 온도가 크게 떨어지면 연속주조가 불가능할수 있을 뿐만 아니라 연속주조과정에서 노즐막힘 등이 발생하기 때문에 용강의 온도관리는 제강공정에서 매우 중요한 인자이다. 이와 같이 용강의 온도가 떨어지는 것을 방지하기 위하여 용강 표면에 보온제를 첨가하는 것이 일반적이다.

종래의 보온재 첨가는 도 1의 a와 같이 전로나 정련로에서 정련된 용강(1)을 레이들(수강레이들)(2)에 받게 되면 용강의 상부에는 부유된 슬래그(3)가 존재하게 되고, 그 위에 보온제를 투입하여 연주공정까지 이송하는 과정에서 용강의 보온을 유지한다.

이러한 용강 보온제로는 탄화왕겨, 회화왕겨 등이 있으며, 이러한 왕겨는 용강 상부에 투입되면 연소되어 애쉬(ash) 즉 SiO₂로 되어 단열효과를 주지만 자체의 발열능력은 없고 단지 보온기능만 있다.

최근에는 단열효과 외에 발열성물질을 첨가하여 화학반응에 의한 반응열을 이용함으로써 보온제의 보온능력을 극대화 시키고 있다. 발열성물질로는 금속알루미늄이 주로 이용되며, 보온제 중의 Fe₂O₃와 다음과 같이 반응하여 열을 발생시킨다.

2Al + Fe₂O₃ -> Al₂O₃ + 2Fe + 210kcal

상기의 반응식에서와 같이 금속알루미늄은 발열성물질의 보온제로 유용하지만 가격이 고가이기 때문에 보온제로 사용되는 것은 알루미늄 제련과정에서 부산물 로 생기는 찌꺼기(알루미늄 드로스, 금속알루미늄이 20~30% 함유되어 있음)를 원료로 사용한다.

통상적으로 사용되는 발열성 보온제는 알루미늄드로스가 30~80% (금속알루미늄은 15~35%), SiO2가 15~30%, Fe2O3가 3~15% 정도 포함되어 있으며, 용도에 따라 탄소가 5~10% 함유되어 있다.

그러나 알루미늄드로스는 가격이 저렴한 반면 분진발생이 심하고, 드로스 중에 포함된 질소화합물의 연소 및 분해반응 등으로 NOx가 발생하여 환경공해를 유발시킬 수 있는 단점이 있기 때문에 가능한한 사용량을 줄이는 것으로 알려져 있으며, 추가로 환경공해 방지설비가 필요하게 된다.

이외에도 공지된 보온제로서 일본 특허공개공보 평07-124741호에서는 CaO/Al₂O₃의 비를 0.5~1로 하고, MgO가 5~30%이고, SiO₂의 함량을 10% 이하로 하는 분체혼합물이 있으며, 일본 특허공개공보 평06-198404호에서는 MgO 10~60%, 규회석 9~40%에 소성세라믹 입자를 포함시키거나, 일본 특허공개공보 평05-337617호에서는 CaO/Al₂O₃의 비를 0.5~2로하고, 지르콘을 5~30% 함유시킨 보온제 중 SiO₂의 함량을 10% 이하로 제한하는 것 등이 있으나 알루미나, 산화마그네등을 첨가함으서 보온제로서는 효과를 유지할 수 있으나 다량 첨가될 경우 이들이 개재물로 작용하여 주편청정도에 악영향을 미칠 우려가 있다.

따라서 본 발명은 종래의 발열성보온제에 단열효과를 높이기 위하여 천연 유리질암인 진주암을 첨가하여 용강의 보온능력을 향상시키는 레이들내 용강의 보온재를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

삭제

제강공정에서 레이들에 담긴 용강의 온도 저하를 방지하기 위하여 용강 상부에 첨가되는 배합원료로 종래의 발열보온제가 배합된 용강보온제에 있어서,
상기 용강보온제의 배합원료는 SiO₂ 30~50중량%, Fe₂O₃ 3~10중량%, 전탄소 5중량%, 나머지 알루미늄드로스 및 결정수가 2∼5중량% 함유된 천연 유리질암인 진주암을 배합비 0.8~5로 하여 조성되는 것을 특징으로 하는 레이들내 용강보온제를 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 발열성 용강보온제의 구성물질 중 환경적으로 유해한 알루미늄드로스의 함량을 낮추고, 용강 보온능력이 보다 우수한 용강보온제를 제공하는 것이다. 즉, 종래의 용강보온제 중 알루미늄드로스의 일부를 천연 유리질 광물인 진주암(pearlite)으로 대체하여 알루미늄드로스의 함량비를 낮추어 환경공해적인 측면에서 유리할 뿐만 아니라 보온능력도 우수하게 하는 것이다.

천연 유리질암석은 화산활동으로 분출된 용암이 급속하게 냉각된 것으로 결 정수의 함량에 따라 2% 미만인 것은 흑요석(obsidian), 2~5% 함유된 것은 진주암(pearlite)이라고 부른다. 이러한 천연 유리질암석은 가열하게 되면 결정수가 기화되면서 팽창하여 다공성 입자로 발포하게 된다. 부피가 팽창하는 정도는 결정수의 함량이 많을 수록 크다.

한편, 진주암은 화학적 성분이 SiO₂가 65~80%, Al₂O₃가 10~20%, Fe₂ O₃가 3%이하, Na₂O와 K₂O가 4~10%, 결정수가 2~5%로 조성되고, 가열하게 되면 500℃~900℃ 정도에서 융점이 낮은 Na₂O나 K₂O등의 알칼리산화물의 용융이 시작되어 표면에 피막이 형성되고, 900℃ 이상에서 결정수가 기화되어 급격히 부피 팽창이 일어난다.

이러한 진주암이 포함된 용강보온제를 1500℃ 이상인 용강 상부에 투입하게 되면 다공질 층을 형성하여 용강의 방열을 차단함으로써 매우 우수한 단열 보온능력을 나타내게 된다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

마그네시아 도가니에 일반 저탄소강 150g을 넣고, 용해로에서 1600℃로 완전히 용해시킨 다음 레이들 슬래그 50g을 투입하여 용해하였다. 그다음 15초 이내에 표1과 같은 조성의 용강보온제 20g을 용융슬래그 위에 투입하고 전원을 차단하였다. 그 다음 일정한 간격으로 용강의 온도를 측정하여 시간에 따른 온도 거동을 용강보온제 종류에 따라 비교하였다.

구 분	SiO2	Fe2O3	알루미늄드로스	전 탄소	진주암
종래제 1	40%	5%	50%	5%	-
종래제 2	30%	10%	55%	5%	-
발명제 1	30%	10%	45%	5%	10%
발명제 2	30%	10%	40%	5%	15%
발명제 3	30%	10%	35%	5%	20%
비교제 1	30%	10%	25%	5%	30%

상기 표 1에서 종래제는 진주암이 포함되지 않은 경우이고, 발명제 및 비교제의 경우는 진주암의 배합비를 서로 달리한 것이다. 상기 시험에 사용된 진주암의 조성은 표 2와 같다.

진주암조성	Al2O3	SiO2	Na2O	K2O	CaO	Fe2O3	결정수
중량%	13.2	71.5	3.7	4.8	1.3	1.1	4.4

본 발명에서와 같이 용강보온제에 진주암을 포함한 경우와 포함하지 않은 경우의 보온제의 거동을 도 1에 도시하였다. 도 1에서 보는 바와 같이 동일한 양을 투입하였음에도 불구하고 발명제의 경우 발열성 보온제를 투입한 종래제에 비해 보온제의 층이 상대적으로 두꺼운 것을 알 수 있다. 즉, 진주암에 함유된 결정수의 기화로 인하여 다공질 발포층(5)이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

도 2는 표 1과 같은 여러 종류의 용강보온제를 사용하였을 경우 시간에 따른 용강의 온도변화를 나타낸 것으로 초기온도는 1600℃로 동일하게 하였다. 먼저 종래제 1과 종래제 2를 비교해보면 알루미늄드로스의 함량이 높은 종래제 2가 용강온도의 감소폭이 적게 나타났다. 또 종래제와 발명제 1, 2, 3을 비교해보면 발명제의 경우 알루미늄드로스의 함량이 기존제에 비해 상대적으로 낮음에도 불구하고 용강 온도 감소폭은 오히려 적게 나타나고 있다.

이와 같은 이유는 발명제의 경우 알루미늄드로스의 함량이 적어 발열량은 종래제에 비해 적지만 진주암의 첨가로 단열능력이 매우 뛰어난 다공질 발포층이 형성됨에 따라 발열량의 손실을 충분히 보상함과 동시에 용강의 방산열을 차단하였기 때문이다. 그러나 비교제 1과 같이 알루미늄드로스의 함량이 너무 적고 진주암의 함량이 높은 경우에는 단열능력은 비교적 우수하지만 발열량이 적어 비효과적이다.

그러므로 알루미늄드로스와 진주암의 배합비는 적정한 범위가 있음을 알 수 있다. 도 3은 알루미늄드로스와 진주암의 적정 배합비를 산정하기 위하여 SiO₂, Fe₂O₃, 전탄소의 함량을 각각 30%, 10%, 5%로 일정하게 한 다음, 알루미늄드로스와 진주암의 배합비를 달리한 경우, 용강온도가 1630~1550℃ 사이에서 용강온도강하율을 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 알루미늄드로스와 진주암의 배합비가 너무 높은 경우에는 단열 발포층의 두께가 적어 충분한 단열효과를 얻지 못하며, 너무 적은 경우에는 알루미늄드로스에 의한 발열량이 적어 불리하다. 그러므로 알루미늄드로스와 진주암의 적정한 배합비는 0.8~5 정도가 적정함을 알수 있다.

한편 용강보온제는 배합원료를 유기 또는 무기바인더와 혼합하여 입경이 2~10mm인 과립형태로 제조하여 용강 상부에 투입된다.

본 발명은 용강의 온도 저하를 방지하기 위한 발열성 용강보온제에서 알루미 늄드로스의 일부를 천연유리질 암석인 진주암으로 대체하여 단열능력이 매우 뛰어난 다공질 발포층을 형성함으로써 용강 보온능력을 향상시킴과 동시에 알루미늄드로스의 함량을 낮춤으로써 알루미늄드로스 첨가시 발생되는 유해가스인 NOx와 분진의 발생량을 줄이는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 제강공정에서 레이들에 담긴 용강의 온도 저하를 방지하기 위하여 용강 상부에 첨가되는 배합원료로 종래의 발열보온제가 배합된 용강보온제에 있어서,

   상기 용강보온제의 배합원료는 SiO₂ 30~50중량%, Fe₂O₃ 3~10중량%, 전탄소 5중량%, 나머지 알루미늄드로스 및 결정수가 2∼5중량% 함유된 천연 유리질암인 진주암을 배합비 0.8~5로 하여 조성되는 것을 특징으로 하는 레이들내 용강보온제.
2. 제1항에 있어서,

   상기 용강보온제는 배합원료를 유기 또는 무기바인더와 혼합하여 입경이 2~10 mm인 과립형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이들내 용강보온제.

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