KR100566595B1

KR100566595B1 - 제강용 플럭스

Info

Publication number: KR100566595B1
Application number: KR1020040062131A
Authority: KR
Inventors: 신희동; 정윤수; 이한미; 추용식
Original assignee: 신희동; 호남석회공업(주)
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-03-31
Also published as: KR20060013251A

Abstract

본 발명은 미니밀 정련슬래그를 부화처리한 제강용 플럭스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미니밀 제강공정의 정련과정에서 발생되는 부산물인 Calcium Aluminate계 미니밀 정련슬래그에 형석(CaF₂) 또는 알루미늄 드로스(Al. Dross)를 첨가하여 고형화시킨 제강용 플럭스에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 Calcium Aluminate계 미니밀 정련슬래그를 이용하여 국내에 수입되는 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇)계 플럭스를 대체할 수 있는 고부가치의 제강용 플럭스를 제조함에 따라 수입대체는 물론 제강사의 원가절감 및 품질향상을 도모하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 미니밀 정련슬래그에 형석(CaF₂) 또는 알루미늄 드로스(Al. Dross)를 선택적으로 첨가하여 성분을 보정함으로써 탑슬래그의 유동성과 조성을 향상시키고, 신속한 반응에 의한 저온 탈류가 가능하여 단위시간당 탈류율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용강 내의 불순물 제거를 원활하게 하여 강의 품질을 향상시킬 수 있는 제강용 플럭스를 제공하는데 있다.

제강, 슬래그, 플럭스, 형석, 알루미늄 드로스(Al. Dross)

Description

제강용 플럭스{Steel refinery flux}

도 1은 본 발명에 따른 제강용 플럭스의 제조공정도,

도 2는 본 발명의 주성분인 Calcium Aluminate계 미니밀 정련슬래그의 화학 성분을 CaO-SiO₂-Al₂O₃계에 표시한 상태도,

도 3은 본발명의 주성분인 Calcium Aluminate계 미니밀 정련슬래그의 XRD Pattern도,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 형석을 첨가한 제강용 플럭스의 융점실험결과를 도시한 그래프,

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 알루미늄 드로스(Al. Dross)를 첨가한 제강용 플럭스의 융점실험 결과를 도시한 그래프,

도 6은 본 발명의 실시예에 의해 성형된 제강용 플럭스와 비교예의 융점실험 결과를 도시한 그래프,

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 의해 성형된 제강용 플럭스와 비교예의 용융 실험 전/후 조성물 상태를 보인 도면,

도 8은 최적 탈류율 범위를 보인 CaO-SiO₂-Al₂O₃계의 상태도,

도 9는 Calcium Aluminate계 화합물의 융점을 보여주는 CaO-Al₂O₃계 상태도.

일반적으로, 제강공정에서 슬래그는 강(鋼) 중 불순물을 제거하고, 용강(鎔鋼)과 대기 사이에 막을 형성시켜 열 손실을 줄이며 정련된 강이 대기중의 O, N, H등과 재결합하는 것을 막아주는 역활을 한다.

삭제

강에 함유된 비금속 개재물(O, S, P 등)은 강의 성질을 저하시키는데, 특히 산화물과 황화물은 강의 성질을 크게 저하시키므로 전기로 및 전로 등의 제강공정에서 이러한 불순물을 제거하는 공정이 필수적이다. 생석회(CaO)는 열역학적 탈류한계가 우수하고, 가격이 저렴하여 불순물을 제거하는 탈류제로 가장 많이 사용되고 있으나, 융점(融點)이 높아(2,570℃) 반응속도가 늦고 탈류처리시간이 증가하며, 슬래그 유동성을 위해 노(爐)온도를 강(鋼)의 융점(1,400℃)이상으로 유지해야 함에 따라 제강 전력사용량 증가와 조업시간이 길어지는 등의 문제가 있다.

또한, 유해성분인 FeO, SiO₂등을 포함한 CaO-SiO₂-Fe₂O₃계 슬래그에 Metal Aluminum을 첨가하여 CaO-SiO₂-Al₂O₃계로 슬래그 조성을 변화시키는 것과 같이, 탑슬래그에 적정 플럭스를 첨가하여 슬래그를 불순물 포집능력이 우수한 조성으로 변화시키지 않으면 슬래그에 의한 불순물 제거에 한계가 있다.

즉, 탑슬래그는 융점이 낮아 유동성이 좋고, 산소전위도(Potential)가 낮으며 불순물의 활동도가 낮은 조건을 모두 만족하여야 한다.

슬래그의 유동성과 탈류능력을 높이는 가장 일반적인 방법은 탑슬래그의 조성을 탈류능력이 크고 융점이 낮은 영역으로 조정하는 것이다. CaO-A1₂O₃-SiO₂계 슬래그에서 탈류능력이 가장 큰 영역은 도 8과 같이, CaO 50중량%, SiO₂≤10중량%, A1₂O₃ 30중량%일 때이고, 융점이 낮아 유동성이 좋은 슬래그의 조성은 Calcium Aluminate중 C₁₂A₇(12CaO·7Al₂O₃)상으로, 이 화합물은 상기 도 8의 탈류능력이 가장 큰 슬래그 영역(이상탈황 슬래그 영역)과 일치한다.

탑슬래그의 조성을 탈류능력이 큰 영역으로 조정하기 위해서는 탑슬래그에 CaO와 Al₂O₃를 적절하게 첨가하여야 하는데, CaO와 Al₂O₃를 화합물이 아닌 혼합물의 상태로 첨가하면 CaO(융점 2,570℃)와 Al₂O₃(융점 2,020℃)의 융점이 높아 슬래그 조성 변화에 많은 시간이 필요하므로, 융점이 낮은 Calcium Aluminate계 화합물을 첨가하여 탑슬래그의 조성을 변화시킨다.

상기 Calcium Aluminate계 화합물 중 특히 C₁₂A₇(12CaO·7Al₂O₃, Ca₁₂Al₁₄O₃₃)을 주 조성으로 하는 화합물은 융점이 낮아 CaO와 Al₂O₃를 슬래그 속으로 쉽게 용해시켜 탑슬래그의 조성을 불순물 흡수가 잘되는 영역으로 단시간에 조정하여 용강의 청정도를 높여주는 역할을 한다.

상기 C₁₂A₇을 주조성으로 하는 CaO-Al₂O₃계 플럭스는 통상 생석회(CaO)와 하소보오크사이트를 분쇄, 적정비율로 첨가한 후 소성 또는 전기 용융, 냉각하여 제조한다.

이와 같이, 종래의 C₁₂A₇계 플럭스는 석회석을 소성한 생석회, 보오크사이트를 하소한 하소보오크사이트를 파·분쇄, 적정비율로 첨가한 후 재소성, 용융, 냉각하여 이를 원하는 입도로 다시 파쇄, 선별한 제품으로 제조에 다량의 에너지를 필요로 하는 고가의 제강용 플럭스이다.

따라서, 상기한 고가의 수입 플럭스를 대체하여 원가절감과 강의 품질을 향상시킬 수 있는 플럭스 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 Calcium Aluminate계 미니밀 정련슬래그를 이용하여 국내에 수입되는 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇)계 플럭스를 대체할 수 있는 고부가치의 제강용 플럭스를 제조함에 따라 수입대체는 물론 제강사의 원가절감 및 품질향상을 도모하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 제강공정 중에서 발생되는 슬래그를 회수하여 파·분쇄하고 불순물을 제거하여 제조된 제강용 플럭스에 있어서, 상기 제강용 플럭스는, 불순물이 제거된 슬래그 100중량부에 알루미늄 드로스(Al. Dross) 80∼250중량부와, 바인더 5∼35중량부가 첨가되어 일정크기로 압축 성형되고, 상기 슬래그는 미니밀 제강공정의 정련과정에서 발생하는 Calcium Aluminate계 미니밀 정련슬래그로, 상기 슬래그의 조성은 CaO 40∼55중량%와, Al₂O₃ 20∼40 중량%와, SiO₂ 1∼9중량%와, MgO 3∼10중량%와, Fe₂O₃ 1∼5중량%와, TiO₂ 0.01∼1.5중량%와, 나머지 불가피한 불순물로 조성되며, 상기 바인더는 당밀, 액상 규산나트륨 중에 어느 하나 또는 하나 이상이 선택된 것을 특징으로 한다.

삭제

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 제강용 플럭스의 제조공정도이고, 도 2는 본 발명의 주성분인 Calcium Aluminate계 미니밀 정련슬래그의 화학 성분을 CaO-SiO₂-Al₂O₃계에 표시한 상태도이고, 도 3은 본발명의 주성분인 Calcium Aluminate계 미니밀 정련슬래그의 XRD Pattern도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 형석을 첨가한 제강용 플럭스의 융점실험결과를 도시한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 알루미늄 드로스(Al. Dross)를 첨가한 제강용 플럭스의 융점실험 결과를 도시한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의해 성형된 제강용 플럭스와 비교예의 융점실험 결과를 도시한 그래프이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 의해 성형된 제강용 플럭스와 비교예의 용융 실험 전/후 조성물 상태를 보인 도면이고, 도 8은 최적 탈류율 범위를 보인 CaO-SiO₂-Al₂O₃계의 상태도이고, 도 9는 Calcium Aluminate계 화합물의 융점을 보여주는 CaO-Al₂O₃계 상태도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, CaO-Al₂O₃-SiO₂계 슬래그에서 탈류능력이 가장 큰 영역은 도 8과 같이 CaO 50%, SiO₂≤10%, CaO-Al₂O₃ 30%인 경우이고, 융점이 낮아 유동성이 좋은 CaO-Al₂O₃ 화합물의 조성은 도 9와 같이 Calcium Aluminate중 C₁₂A₇(12CaO·7Al₂O₃)상으로, 이 화합물은 도 8의 탈류능력이 가장 큰 슬래그 영역(이상탈황 슬래그 영역)과 일치한다.

현재, 국내 업체인 (주)포스코 광양제철소의 미니밀 제강공장에서 발생하는 제강 슬래그 중 미니밀 정련슬래그는 도 3의 XRD Pattern도에 도시된 바와 같이, 그 광물 조성상이 주로 Calcium Aluminate중 C₁₂A₇(12CaO·7Al₂O₃)상으로 고가의 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇₎계 플럭스와 동일한 효과를 기대할 수 있다.

본 발명인 제강용 플럭스의 주성분인 미니밀 정련슬래그와 각국의 제조사별 C₁₂A₇(12CaO·7Al₂O₃)계 플럭스의 화학성분 분석치는 다음 [표 1]과 같다

상기 [표 1]에 기재된 바와 같이 본원발명에 따른 제강용플럭스의 주성분인 미니밀 정련슬래그의 조성은, CaO 40∼55중량%와, Al₂O₃ 20∼40 중량%와, SiO₂ 1∼9중량%와, MgO 3∼10중량%와, Fe₂O₃ 1∼5중량%와, TiO₂ 0.01∼1.5중량%와, 나머지 불가피한 불순물로 조성된다.

삭제

상기와 같은 성분으로 이루어진 미니밀 정련슬래그를 부화처리한 본 발명의 제강용 플럭스 제조방법은 도 1과 같이, 미니밀 제강공정에서 발생하는 미니밀 정련슬래그를 운반하여 별도로 냉각하는 공정과, 냉각된 상기 미니밀 정련슬래그를 죠크러셔(Jaw Crusher)나 콘크러셔(Cone Crusher)등의 파쇄설비를 이용하여 50㎜ 이하의 크기로 파쇄하는 공정과, 상기 파쇄된 미니밀 정련슬래그를 함마밀 (Hammer mill)이나 롤라 밀(Roller mill) 등의 분쇄설비를 이용하여 3㎜이하의 크기로 분쇄하는 공정과, 상기 파·분쇄된 미니밀 정련슬래그를 입도선별기를 이용하여 3㎜ 이하의 크기와, 3㎜ 초과하는 미니밀 정련슬래그로 선별하는 공정과, 상기 선별단계에서 선별된 3㎜이하의 미니밀 정련슬래그를 자력선별기를 이용하여 미니밀 정련슬래그에 포함된 산화철과 같은 불순물을 제거하는 공정과, 불순물이 제거된 3㎜이하의 미니밀 정련슬래그에 형석(CaF₂)과 바인더를 일정비율로 첨가하여 혼합기(Mixer)에서 혼합하거나, 알루미늄 드로스(Al. Dross)와 바인더를 일정비율로 첨가하여 혼합기(Mixer)에서 혼합한 슬래그 혼합물을 일정크기로 압축성형 하는 공정과, 압축 성형된 조성물을 입도선별기로 이송한 후, 입도선별기에서 입도 10㎜이상의 압축 성형된 조성물만을 본 발명의 제강용 플럭스로 선별하는 공정으로 이루어진다. 여기서 바인더는 당밀, 액상 규산나트륨 등과 같이 제강용 플럭스 제조에 통상 사용되는 바인더를 사용하고, 형석(CaF₂)과 알루미늄 드로스(Al. Dross)는 입도가 3㎜이하의 것을 사용한다.

이하, 미니밀 제강공정에서 발생하는 미니밀 정련슬래그를 부화 처리한 제강용 플럭스의 제조방법을 실시예를 참조하여 구체적으로 설명하기로 하며, 본 발명은 하기 실시예에 한정되지 않는 것은 당연하다.

제1공정 : 이송 및 냉각단계

미니밀 제강공정에서 발생하는 미니밀 정련슬래그를 종래의 통합 슬래그 야드장이 아닌 전용 야드장에 별도로 이송한다. 전용 야드장에 이송된 미니밀 정련슬래그는 수분을 최소화하기 위해 살수를 행하지 않고 공냉(공기 중에서 서냉)시킨다.

제2공정 : 파·분쇄단계

냉각된 미니밀 정련슬래그를 죠크러셔(Jaw Crusher)로 50㎜ 이하의 크기로 파쇄한 후, 상기 50㎜이하로 파쇄된 미니밀 정련슬래그를 함마밀(Hammer mill)을 이용하여 3㎜이하의 크기로 분쇄하여 입도선별기로 이송시킨다. 또한, 후술할 제3공정의 입도선별단계에서 3㎜를 초과하는 크기의 미니밀 정련슬래그도 상기 함마밀(Hammer mill)로 이송하여 재차 분쇄한 후, 입도선별기로 다시 이송시킨다.

여기서, 미니밀 정련슬래그를 3㎜이하로 분쇄하는 이유는 후술할 불순물 제거단계에서 산화철과 같은 불순물을 쉽게 제거하고, 미니밀 정련슬래그의 성분보정을 위해 입도 3㎜이하의 형석(CaF₂) 또는 입도 3㎜이하의 알루미늄 드로스(Al. Dross)와 바인더를 정량 첨가한 후, 혼합기에서 혼합한 미니밀 정련슬래그 혼합물(이하 ‘슬래그 혼합물’이라 칭한다.)이 이송과정에서 입도 차에 의해 서로 분급되는 것을 방지하기 위해서다.

제3공정 : 입도선별단계

상기 파·분쇄단계에서 파·분쇄된 미니밀 정련슬래그를 3㎜이하의 크기를 갖는 미니밀 정련슬래그와 3㎜를 초과하는 미니밀 정련슬래그로 선별한다. 이때 입도선별기는 다양하게 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 그 일 실시예로 진동선별기를 사용한다.

상기 진동선별기 내부에는 메쉬 구멍이 3㎜인 체를 놓고 상기 파·분쇄단계에서 이송된 미니밀 정련슬래그를 진동을 주면서 체질 하여 크기가 3㎜를 초과하는 미니밀 정련슬래그와, 3㎜이하의 미니밀 정련슬래그로 분리한다.

이때, 상기 미니밀 정련슬래그 중 3㎜를 초과하는 미니밀 정련슬래그는 상기 제2공정의 함마밀(Hammer Mill)로 이송시켜 재차 분쇄하고, 3㎜이하의 미니밀 정련슬래그는 산화철과 같은 불순물을 제거하기 위하여 자력선별기로 이송시킨다.

제4공정 : 불순물제거단계

상기 입도선별단계에서 선별된 3㎜이하의 미니밀 정련슬래그를 자력선별기를 이용하여 미니밀 정련슬래그에 포함된 불순물 중 산화철과 같은 자착물을 제거한 후, 불순물이 제거된 미니밀 정련슬래그만을 후술할 성분보정 및 압축성형단계로 이송시킨다.

이와 같이, 산화철과 같은 불순물을 제거하지 않고 불순물이 포함된 미니밀 정련슬래그로 후술할 제강용 플럭스를 제조할 때는 제강용 플럭스에 포함된 산화철이 제강 노내에서 환원되지 않을 경우 노벽 내화물에 산화철이 코팅(Coating)되어 제강조업에 지장을 초래하고, 불순물의 혼입 정도에 따라 제강용 플럭스의 비중이 수시로 변하여 후술할 제5공정에서 첨가하는 형석(CaF₂) 또는 알루미늄 드로스(Al. Dross)의 정량 첨가가 어렵고, 제강 조업 중 플럭스의 표준투입비가 수시로 변하는 등의 문제가 있어 상기와 같이 미니밀 정련슬래그로부터 산화철과 같은 불순물을 제거하는 불순물제거단계가 필수적이다.

제5공정 : 성분보정 및 압축성형단계

전술한 제4공정에서 산화철과 같은 불순물이 제거된 3㎜이하의 미니밀 정련슬래그를 탑슬래그의 유동성과 탈류능력 등을 더욱 향상시킬 수 있는 플럭스로 조성하는 제1실시예는 3㎜이하의 미니밀 정련슬래그에 입도가 3㎜이하인 형석(CaF₂)과 바인더를 일정비율로 첨가하여 혼합기(Mixer)에서 일정시간동안 혼합한 슬래그 혼합물을 압축 성형하는 것이다.

상기 슬래그 혼합물의 첨가비는 미니밀 정련슬래그 100중량부에 형석(CaF₂) 5∼30중량부와 바인더 1∼15중량부를 혼합하여 첨가하는 것이 가장 효과적이었음을 후술할 [표 2]와 도 4의 그래프를 통해 확인할 수 있다.

통상, 슬래그 혼합물에 첨가되는 형석(CaF₂)의 양이 많을수록 탑슬래그의 유동성은 단시간에 확실하게 향상될 수 있으나, 형석(CaF₂)의 첨가에 따른 내화물의 용손(溶損)과 조업 중 HF Gas 발생은 물론 전기로 슬래그에 포함된 불소성분의 용출 등의 문제가 있어 슬래그 혼합물에 첨가되는 형석(CaF₂)의 양을 최소화하는 것이 바람직하다.

상기 슬래그 혼합물에 첨가되는 바인더로는 당밀 혹은 액상 규산나트륨 등과 같이 기존에 제강용 바인더로 통상 사용되는 바인더를 사용한다.

한편, 산화철과 같은 불순물이 제거된 3㎜ 이하의 미니밀 정련슬래그를 탑슬래그의 유동성과 탈류능력 등을 더욱 향상시킬 수 있는 플럭스로 조성하는 제2실시예는 3㎜이하의 미니밀 정련슬래그에 상기 형석(CaF₂)대신 탈산제로 입도가 3㎜이하인 알루미늄 드로스(Al. Dross)와 바인더를 일정비율로 첨가하여 혼합기(Mixer)에서 일정시간동안 혼합한 슬래그 혼합물을 압축 성형하는 것이다.

상기 슬래그 혼합물에 첨가된 알루미늄 드로스의 주성분인 Metal Aluminum은 용강 내에서 탈산제 역할을 함에 따라 용강의 청정도를 향상시킴과 동시에 순도 높은 강을 생산할 수 있도록 한다.

즉, 상기 슬래그 혼합물을 압축 성형한 조성물을 제강공정의 탑슬래그에 투입하면, 먼저 조성물에 첨가된 알루미늄 드로스(Al. Dross)의 주성분인 Metal Aluminum이 탑슬래그에서 가장 빨리 용해된다. 용해된 Metal Aluminum은 FeO, SiO₂등의 산화물을 환원시켜 Al₂O₃를 생성시키므로 탑슬래그의 조성을 CaO-SiO₂-Fe₂O₃계에서 CaO-SiO_2-Al₂O₃계로 변화시킨다.

다음으로 슬래그 혼합물에 포함된 미니밀 정련슬래그의 주성분인 C₁₂A₇은 이미 CaO-Al₂O₃-SiO₂계로 조성이 변한 탑슬래그의 조성은 도 8과 같이 탈류능력이 크고, 융점이 낮은 영역(이상탈황 슬래그 영역)으로 유도하여, 용강 내에 황화물을 효율적으로 제거하게 된다. 알루미늄 드로스(Al. Dross)를 첨가한 슬래그 혼합물을 압축 성형한 조성물은 산화물과 황화물을 동시에 제거할 수 있으며, 산화철과 같이 제강 조업과 강의 품질에 악영향을 주는 산화물이 많은 용강을 정련하는데 특히 효과적이다.

상기 제2실시예 슬래그 혼합물의 첨가비는 미니밀 정련슬래그 100중량부에 알루미늄 드로스(Al. Dross) 80∼250중량부와 바인더 5∼35중량부를 혼합하여 첨가하는 것이 가장 효과적이었음을 후술할 [표 2]와 도 5의 그래프를 통해 확인할 수 있다.

여기서, 상기 슬래그 혼합물에 첨가하는 알루미늄 드로스(Al. Dross)는 알루미늄을 제련할 때 알루미늄 용강 표면에 형성되는 산화물 층을 걷어낸 것으로, 그 주성분은 Al₂O₃로 Metal Aluminum이 25중량%이상이고 입도 3㎜이하의 것을 사용한다.

이후, 상기 불순물제거단계에서 산화철과 같은 불순물을 제거한 미니밀 정련슬래그에 상기 제1실시예의 형석(CaF₂)을 첨가하거나, 상기 제2실시예의 알루미늄 드로스(Al. Dross)를 첨가하여 성분보정과 바인더를 첨가한 슬래그 혼합물을 압축성형기인 Briquetting Machine로 이송시켜 50㎜내외의 Briquette로 압축 성형시킨다.

제6공정 : 고형물 선별 및 제강용 플럭스 완성 단계

슬래그 혼합물을 상기 Briquetting Machine을 통해 압축 성형한 Briquette(이하 '고형물'이라 한다.)를 입도선별기로 이송하여 입도가 10㎜를 초과하는 고형 물과 그 이하의 고형물로 선별한다.

상기 입도선별기를 통해 선별된 고형물 중에서 10㎜를 초과하는 것은 제강용 플럭스로 사용하고, 10㎜이하의 고형물은 다시 상기 Briquetting Machine으로 재 이송시켜 재차 압축 성형한 후 입도가 10㎜를 초과하는 고형물만을 제강용 플럭스로 사용한다.

이하, 미니밀 제강공정에서 발생하는 미니밀 정련슬래그를 부화 처리한 제강용 플럭스의 효과 등을 비교예와 비교하여 상세하게 설명한다.

본 발명 제강용 플럭스의 제1실시예는 불순물을 제거한 미니밀 정련슬래그 100중량부에 형석(CaF₂) 5∼30중량부와 바인더 1∼15중량부를 혼합하여 첨가하고, 제2실시예는 불순물을 제거한 미니밀 정련슬래그 100중량부에 알루미늄 드로스(Al. Dross) 80∼250중량부와 바인더 5∼35중량부를 혼합하여 첨가한 슬래그 혼합물을 압축 성형한 고형물이다.

또한, 제1비교예는 현재 수입·사용중인 입도 10㎜내외의 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇)계 플럭스이고, 제2비교예는 상기 제2공정에서 파쇄한 입도 10㎜내외의 미니밀 정련슬래그 파쇄품이며, 제3비교예는 상기 제4공정에서 산화철과 같은 불순물을 제거한 3㎜이하의 미니밀정련슬래그에 바인더만을 혼합하여 첨가한 슬래그 혼합물을 압축 성형한 고형물이다.

미니밀 정련슬래그를 주성분으로 하는 슬래그혼합물을 압축성형한 본 발명 제강용 플럭스의 제1실시예, 제2실시예와 제1비교예, 제2비교예, 제3비교예의 첨가비별 융점(融點; Melting Point)실험 결과는 다음 [표 2]와 같다.

여기서, 상기 [표 2]의 실험결과표 중 Ref. 1은 현재 수입·사용중인 입도 10㎜내외의 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇)계 플럭스이고, Ref. 2는 상기 제2공정에서 파쇄한 입도 10㎜내외의 미니밀 정련슬래그 파쇄품이며, Ref. 3은 상기 제4공정에서 산화철과 같은 불순물을 제거한 3㎜이하의 미니밀정련슬래그에 바인더만을 혼합하여 첨가한 슬래그 혼합물을 압축 성형한 조성물이다.

또한, 첨가비는 첨가된 각 성분의 미니밀 100중량부에 대한 중량부이고, 첨가비 중 미니밀이란 파·분쇄한 후, 산화철과 같은 불순물을 제거한 3㎜이하의 미니밀정련슬래그이이며, 첨가비 중 형석(CaF₂)이란 CaF₂ 성분이 85중량%이상인 입도 3㎜이하인 형석(CaF₂)분말이다. 상기 첨가비 중 알루미늄 드로스(Al. Dross)란 Metal Aluminum이 25중량%이상인 입도 3㎜이하의 알루미늄 드로스이고, 첨가비 중 바인더는 당밀, 액상 규산나트륨 등과 같이 제강용 플럭스 제조에 사용되는 바인더 중 시판중인 당밀(Molasses) 원액이다.

상기 융점은 각 조성물을 Super Kanthal을 사용한 Chamber식 전기로에 넣고 1,000℃이후부터 2℃/min±1℃/min의 속도로 승온하면서 실측한 융점(融點; Melting Point)을 나타내며, 융점 중 수축점은 각 조성물에 수축이 일어나서 육안으로 관측 가능한 분명한 균열(Crack)이 최초로 생길 때의 온도이고, 융점 중 붕괴점은 수축한 각 조성물이 붕괴하여 액화하기 시작할 때의 온도이다. 또한, 융점 중 용융종점은 액화된 각 조성물 중에 남아있는 고체 시료가 완전히 액화되었을 때의 온도로, 융점의 종말점이며, 융점실험의 결과는 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다.

한편, 미니밀 정련슬래그를 주성분으로 하는 슬래그 혼합물을 압축 성형한 본 발명 제강용 플럭스 등의 첨가비별 융점실험을 실시한 결과, [표 2]와 도 4 내지 도 6에서 보는 바와 같이 비교예와 실시예의 고형물 등의 융점에는 다음과 같은 특징이 있음을 확인하였다.

첫째, 제1비교예, 제2비교예와 같은 슬래그파쇄품 보다는 제3비교예, 제1실시예와 제2실시예와 같이 슬래그 혼합물을 압축 성형한 고형물 등의 융점이 수축점의 경우 55∼85℃, 붕괴점의 경우 80∼180℃, 용융종점의 경우 70∼210℃ 정도 낮았음을 확인할 수 있었다.

둘째, 제1비교예, 제2비교예와 같은 슬래그파쇄품 보다는 제3비교예와 같이 바인더만을 첨가한 슬래그 혼합물과 제1실시예와 같이 형석을 첨가한 슬래그 혼합물을 압축 성형한 본 발명 제강용 플럭스의 융점이 낮고(수축점은 55∼140℃, 붕괴점은 95∼180℃, 용융종점은 125∼210℃ 낮았다.), 특히 수축점에서 용융종점까지의 온도는 제1비교예와 제2비교예가 125~145℃이나, 제3비교예와 제1실시예는 45∼70℃로 그 온도차가 적었다.

제3비교예와 같이 바인더만을 첨가한 슬래그 혼합물과 제1실시예와 같이 형석을 첨가한 슬래그 혼합물을 압축 성형한 본 발명 제강용 플럭스는 제1비교예와 제2비교예의 슬래그 파쇄품보다 55∼140℃ 낮은 온도에서 용융이 시작되어 약 50℃를 승온할 경우 완전히 액화되었다. 즉, 제1실시예의 본 발명 제강용 플럭스는 현재 수입·사용중인 입도 10㎜내외의 CaO-Al₂O₃ C₁₂A₇)계 플럭스보다 융점이 낮고, 단시간에 완전히 액화됨에 따라 탑슬래그의 유동성과 조성을 보다 더 신속하게 향상시키고, 신속한 반응에 의한 저온 탈류가 가능하여 단위시간당 탈류율을 극대화시킬수 있는 플럭스임을 알 수 있다.

셋째, 제2비교예와 같은 미니밀 정련슬래그 파쇄품 보다는 형석의 첨가 여 부와는 무관하게 제3비교예와 제1실시예와 같이 산화철과 같은 불순물을 제거한 3㎜이하의 미니밀정련슬래그를 압축 성형한 고형물이 수축에서 용융종점까지의 온도차가 적고(제2비교예의 경우 온도차는 145℃이나, 제3비교예와 제1실시예의 경우에는 온도차가 45∼70℃이다.) 융점도 낮았다.(수축점은 55∼135℃, 붕괴점은 95∼180℃, 용융종점은 140∼210℃정도 낮았다.)

넷째, [표 2]와 도 4에서 보는바와 같이 제1실시예의 제강용 플럭스는 형석의 첨가비가 높으면 높을수록 융점이 낮았다. 특히, 미니밀 정련슬래그 100중량부에 첨가한 형석의 첨가비가 0에서 10중량부까지일 때 융점이 급격하게 낮아졌으며, 형석의 첨가비가 30중량부 이상일 때는 융점저하가 점차 완만하게 되었다. 전술한 바와 같은 이유로 슬래그 혼합물에 첨가되는 형석의 양은 가능한 한 최소화하여야 하는데, 융점실험을 통해 형석(CaF2) 첨가비를 최소화하면서 융점을 저하시킬수 있는 가장 효과적인 첨가비는 도 4와 같이 융점이 비교적 급하게 낮아지는 미니밀 정련슬래그 100중량부에 형석(CaF2) 5∼30중량부임을 확인할 수 있었다.

다섯째, [표 2]와 도 5에서 보는바와 같이 제2실시예의 제강용 플럭스는 알루미늄 드로스(Al. Dross)의 첨가비가 높으면 높을수록 융점 중 특히 수축점이 낮아졌으나, 용융종점은 오히려 높아졌다. 이는 제2실시예의 제강용 플럭스에 첨가하는 알루미늄 드로스(Al. Dross)의 첨가비가 높을수록 제강용 플럭스에 Metal Aluminum성분이 많아지고, 상기 Metal Aluminum이 먼저 저온에서도 빨리 용융하기 시작함에 따라 수축점의 온도가 낮아졌으나 알루미늄 드로스(Al. Dross)에 포함된 불순물 때문에 완전용해까지는 알루미늄 드로스(Al. Dross)의 첨가비가 높을수록 융점이 높아지기 때문이다. 융점실험을 통해 미니밀 정련슬래그 100중량부에 첨가한 알루미늄 드로스(Al. Dross)의 첨가비가 0에서 250중량부까지는 초기융점인 수축점이 급격하게 낮아졌으나, 알루미늄 드로스(Al. Dross)의 첨가비가 250중량부를 초과할 때부터는 초기융점인 수축점의 저하가 점차 완만하게 되었고 오히려 용융종점이 높아짐을 알 수 있다. 이를 통해, 제2실시예의 제강용 플럭스에 첨가하는 알루미늄 드로스(Al. Dross)의 가장 효과적인 첨가비는 미니밀 정련슬래그 100중량부에 알루미늄 드로스(Al. Dross) 80∼250중량부임을 확인할 수 있었다.

특히, 알루미늄 드로스(Al. Dross)를 첨가한 제2실시예의 제강용 플럭스는 산화물과 황화물을 동시에 제거할 수 있고, 산화철과 같이 제강 조업과 강의 품질에 악영향을 주는 산화물이 많은 용강을 정련하는데 효과적이다.

상기와 같이 본 발명의 제강용 플럭스는 Calcium Aluminate계 미니밀 정련슬래그를 이용하여, 종래 고가의 수입 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇)계 플럭스를 대체할 수 있는 부가가치가 높은 제강용 플럭스로 수입대체는 물론 제강사의 원가절감 및 품질향상을 도모하고, 미니밀 정련슬래그에 형석(CaF₂) 또는 알루미늄 드로스(Al. Dross)를 선택적으로 첨가하여 성분을 보정함으로써 탑슬래그의 유동성과 조성을 향상시키고, 신속한 반응에 의한 저온 탈류가 가능하여 단위시간당 탈류율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용강 내의 불순물 제거를 원활하게 하여 강의 품질을 향상시킬 수 있는 제강용 플럭스로서, 제강 산업에 있어서 매우 유용한 발명이라 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 미니밀 제강공정의 정련과정에서 발생하는 Calcium Aluminate계 미니밀 정련슬래그를 파·분쇄한 후 불순물을 제거하고 형석(CaF₂) 또는 알루미늄 드로스(Al. Dross)를 첨가하여 압축 성형한 제강용 플럭스를 제조함으로써, 종래 고가의 수입 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇)계 플럭스보다 융점 및 반응성이 우수한 플럭스를 수입가 대비 저가로 제강사에 공급이 가능함에 따라 제강사의 원가절감과 품질향상에 기여할 수 있는 장점이 있다.

또한, 미니밀 정련슬래그에 선택적으로 형석(CaF₂)과 알루미늄 드로스(Al. Dross)를 첨가함으로써 슬래그의 유동성을 향상시키고, 단위시간당 탈류율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용강 내의 불순물 제거를 원활하게 하여 강의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 매립 또는 저 부가가치용도로 재활용중인 미니밀 정련슬래그를 부가가치가 높은 제강용 플럭스로 재활용이 가능함에 따라 자원 재활용과 부가가치 향상에 큰 효과가 있다.

Claims

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제강공정 중에서 발생되는 슬래그를 회수하여 파·분쇄하고 불순물을 제거하여 제조된 제강용 플럭스에 있어서,

상기 제강용 플럭스는, 불순물이 제거된 슬래그 100중량부에 알루미늄 드로스(Al. Dross) 80∼250중량부와, 바인더 5∼35중량부가 첨가되어 일정크기로 압축 성형되고,

상기 슬래그는 미니밀 제강공정의 정련과정에서 발생하는 Calcium Aluminate계 미니밀 정련슬래그로, 상기 슬래그의 조성은 CaO 40∼55중량%와, Al₂O₃ 20∼40 중량%와, SiO₂ 1∼9중량%와, MgO 3∼10중량%와, Fe₂O₃ 1∼5중량%와, TiO₂ 0.01∼1.5중량%와, 나머지 불가피한 불순물로 조성되며,

상기 바인더는 당밀, 액상 규산나트륨 중에 어느 하나 또는 하나 이상이 선택된 것을 특징으로 하는 제강용 플럭스.