KR100687251B1

KR100687251B1 - 제강 슬래그를 포함하는 분정광 브리케트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100687251B1
Application number: KR1020050043585A
Authority: KR
Inventors: 박병곤; 강봉수; 소재한
Original assignee: 주식회사 케이에스티
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2007-02-27

Abstract

본 발명은 제강슬래그를 이용한 분정광 브리케트의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 제강슬래그 중 전(全)철분(T.Fe)의 양과 정련과정에 유용한 플럭스를 함유하는 분정광 브리케트의 제조방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분정광 브리케트는, 철분 50~65 중량%, 제강 슬래그 중 비금속 광물상 성분 30~45 중량% 및 유기계 바인더 2~5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

분정광, 브리케트, 슬래그, 전철분(T.Fe)

Description

제강 슬래그를 포함하는 분정광 브리케트 및 그 제조방법{BRIQUETTE OF FINE CONCENTRATE CONTAINING STEELMAKING SLAG AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

종래, 제강 슬래그는 내부에 유가 금속(특히 철분)을 다량함유하고 있음에도 불구하고 야적장에 야적되거나 기타 노반재 등의 골재로 사용되는 것이 일반적이었다.

그러나 상술하였듯이, 상기 제강 슬래그중 유가금속의 활용방안에 대하여 여러 연구자들이 고심한 결과 상기 제강 슬래그 중 전철분의 함량을 높일 경우에는 제강용기에서 바로 철원으로 사용할 수 있음을 확인하고 상기 전철분의 함량에 따른 처리방법이 개발되었다. 즉, 제강슬래그 중 전철분의 함량이 90% 이상으로 높은 경우에는 바로 전로 등의 제강용기에 대체 철원으로 장입되어 용선 등과 함께 정련과정을 거쳐 용강으로 제조하는 것이 그 중 하나이다. 상기와 같은 철원이 90% 이상인 슬래그는 소위 지금(地金)이라 불리우는 것으로 포함된 철립의 입도가 크고 육안 분별이 가능하여 분류가 용이하다는 장점이 있다.

그러나, 상기와 같이 철분의 함량이 높지 않은 경우에는 주로 철립의 크기가 미세하고 상기 미세한 철립이 슬래그 중 기타 광물상 중에 분산 분포되어 있는 형상을 하고 있기 때문에, 제강 용기에 바로 장입할 경우 전철분의 함량이 낮아 전체 투입량(광물상 성분을 포함한 투입량)이 과다하여 용강 온도 감소가 과다해지고 철원 실수율은 낮게 된다.

따라서, 종래에는 철분 회수율을 높이기 위하여 상기와 같이 철분의 함량이 높지 않고 철립의 크기가 미세한 경우에는 별도의 여러단계의 처리 공정(예를 들면, 여러단계에 걸친 파쇄 또는 분쇄 및 선별)을 통하여 철분의 함량을 90% 이상으로 한 후 전로에 투입하는 방식을 택하였다.

그러나, 상기와 같이 철분의 함량을 90% 이상으로 높이는 종래의 기술에 의하면 처리 공정이 복잡하여 제조 비용이 상승하게 되어 철분을 재활용하는 경제적 효과를 거의 얻기 힘들다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로 제강용기에 재투입하여 철원으로 사용하기 적당한 정도의 철원을 함유하는 분정광 브리케트 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 철원으로서의 기능외에도 용강정련 등의 기능을 수행할 수 있도록 하는 분정광 브리케트 및 그 제조방법을 제공하여 정련용 플럭스 사용량을 절감할 수 있도록 하는 것을 또다른 목적으로 한다.

이때, 상기 제강 슬래그 중 비금속 광물상 성분은 철분을 제외한 상대적인 중량비율로 CaO 40~52중량%, Al₂O₃ 20~26 중량%, SiO₂ 10~15 중량%, MgO 6~8 중량%, MnO 4~5중량%와 잔부로 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 정련능도 가지면서, 적절한 철분함량을 가지는 분정광 브리케트를 제조하는 본 발명의 제조방법은, 제강 슬래그 중에서 철분 함량이 50~65% 인 슬래그를 선별하는 제 1 단계; 상기 선별된 슬래그와 유기계 바인더를 제 1 항 또는 제 2 항의 조성 비율에 부합하도록 물과 함께 혼합하는 제 2 단계; 상기 물과 함께 혼합된 슬래그/유기계 바인더 혼합물을 브리케팅 방식으로 가압 성형하는 제 3 단계; 및 상기 가압 성형된 슬래그/유기계 바인더 혼합물을 100~300℃의 온도범위에서 건조 및 양생하는 제 4 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 슬래그를 선별하는 제 1 단계는, 자장의 강도를 조절하여 철분이 65% 이상인 슬래그를 우선 선별하는 제 1 자력선별 단계와 이후 철분이 50% 이상인 슬래그를 선별하는 제 2 자력선별 단계로 이루어지고, 상기 제 2 자력선별 단계에서 선별된 슬래그를 상기 철분 함량이 50~65% 인 슬래그로 사용하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 발명자들은 슬래그 중 철원을 고순도로 선별하는 복잡한 과정을 피하고 보다 효과적인 철원 분리 및 재사용 가능성에 대하여 집중연구한 결과 제강 슬래그 중 상기 철원의 비율을 50~65 중량%로 하면 상기 철원과 슬래그 성분이 효과적으로 배합되어 제강 과정에서 투입시 황 또는 인에 대한 정련능을 가질 뿐만 아니라 망간, 바나듐 등의 유가금속 회수에도 유리함을 알 수 있었다.

상기와 같은 효과는 제강과정 특히 전로정련과정의 야금학적 특성에 기인한 다. 전로 정련 중에는 슬래그의 탈황 또는 탈린능을 높이기 위하여 생석회 등의 고형 원료를 노내에 투입하는 슬래그 성분조정을 행하게 된다. 상기와 같이 생석회 등을 투입하면 슬래그의 염기도(%CaO/%SiO₂)를 높이게 되고 그 결과 탈황 및 탈린능(이하, 정련능)이 높아지게 되는 것이다.

그런데, 슬래그의 정련능은 슬래그 중에 유효하게 용해되어 액상으로 존재하는 CaO 성분이 많아질수록 높아지는 것으로 생석회를 다량 투입하더라도 상기 고형 생석회가 슬래그에 용해되지 않고 고상으로 존재할 경우에는 정련능 향상에 큰 도움이 되지 않는다.

본 발명의 방법에 의해 제공되는 분정광 브리케트는 상기한 바처럼 철분이 50~65중량% 포함되고 나머지는 제강슬래그 중 광물상 성분으로 이루어지는 분정광 브리케트이다. 이러할 경우 상기 광물상 성분은 제강 정련 말기의 슬래그로서 충분히 상호 용해되어 융점이 매우 낮은 것이 그 특징이다. 상기의 슬래그 성분이 철원과 함께 투입될 경우에는 제강 슬래그의 융점을 낮추는 매용제(煤熔劑)의 역할을 하여 투입되는 생석회 등이 용이하게 슬래그 중에 용해되어 정련과정에 참여할 수 있도록 한다.

상기와 같은 정련능 향상효과를 가지는 광물상 성분의 조성을 살펴 보면 표 1과 같다. 다만 하기 표 1은 철분의 함량은 제외하고 100 중량%로 환산한 것이라는 점에 유의할 필요가 있다. 하기 표 1의 불순물은 상기 광물상 성분에 불가피하게 포함되는 것을 나타낸 것이다.

CaO	Al₂O₃	SiO₂	MgO	MnO	불순물
40~52	20~26	10~15	6~8	4~5	balance

상술한 성분으로 구성된 광물상은 제강 정련 온도보다 낮은 융점을 가지고 있어 제강 용기내에 투입될 때 쉽게 용해될 뿐만 아니라 전체 슬래그의 융점을 낮추는 역할을 수행한다.

따라서, 본 발명에서 사용되는 분정광은 철원을 50~65% 포함하고 나머지는 광물상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그런데, 상술한 바와 같이 철원을 50~65% 포함하는 분정광을 제조하기 위해서는 약간의 파쇄와 선별과정이 필요하게 되는데 그 결과 필수적으로 입도가 낮은 입상 혼합물로 존재할 수 밖에 없는데, 이러한 세립 원료는 보관과 투입이 용이하지 못하므로 입도가 5~50mm 사이인 브리케트 형상으로 추가 가공되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기의 분정광 브리케트는 철분 50~65 중량%, 제강 슬래그중 비금속 광물상 성분 30~45 중량%에 바인더 2~5 중량%를 포함하는 브리케트인 것이 바람직하다. 이때, 상기 바인더는 분정광의 결합력을 증대시키기 위하여 투입되는 점결성 부원료로서 분정광의 결합을 용이하게 하여 초기강도를 확보하기 위한 것으로서, 전분과 같은 유기계 바인더인 것이 유리하다. 만일 바인더의 함량이 2% 미만일 경우에는 분정광 브리케트의 압축강도가 충분하지 않기 때문에 2%를 하한으로 한다. 또한 5%를 상한으로 설정한 이유는 5%를 초과하면서 부터는 더이상 강도향상효과가 없을 뿐만 아니라 다른 철분이나 광물상 성분의 함량만 줄어들기 때문이다.

상기와 같은 본 발명의 분정광 브리케트를 제조하기 위한 방법을 이하에서 상세히 설명한다.

우선, 제강슬래그로부터 분정광 브리케트의 제조에 적합한 철분함량 50~65중량%인 분정광을 선별하는 과정이 필요하다. 상기 선별과정은 철분함량이 65%를 초과하는 순도가 높은 지금류는 바로 제강용기에 투입하고, 철분함량이 50% 미만인 광물류는 별도의 다른 용도에 사용하거나 매립할 용도로 분리하고 본 발명에서 의도하는 철분 50~65%의 분정광만 분리선별하기 위함이다. 통상의 선별과정은 자력선별에 의하는데 본발명에서는 상기 선별방식은 특별히 제한하지 않는다. 다만, 자력선별에 의할 경우 상기 철분함량 별로 슬래그를 일괄분리할 수 있기 때문에 상기 분정광 선별방식은 하기하는 과정에 의해 일괄적으로 수행하는 것이 바람직하다.

하기하는 선별방식은 통상의 자력 선별시 자력의 세기에 따라 선별되는 슬래그 중 철분의 함량을 조절할 수 있다는 것에 착안한 것이다. 즉, 철분의 함량이 높을 경우에는 약한 자력에도 쉽게 선별될 수 있으므로 초기에는 철분 65%를 초과하는 슬래그중 지금류만 1차 선별되도록 하고 이후 철분 50% 이상의 분정광이 2차 선별되도록 자력의 세기를 조절하는 2단 선별 방식에 의할 경우에는 철분 함량이 높은 지금류, 철분 50~65% 사이의 분정광류 및 철분 50% 미만의 광물류로 일괄 분리할 수 있다. 따라서, 분정광 선별과정은 2단의 자력선별과정에 의하는 것이 바람직하다. 다만, 자력의 세기와 선별 조건은 슬래그 이동속도, 슬래그와 선별장치의 거리, 선별 방식 등에 따라 큰 차이가 있기 때문에 선별 설비마다 달라지는 것이고 각 설비에 대한 선별조건은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 단지 수회의 실험에 의해 용이하게 설정할 수 있는 것이므로 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.

이후 상기 분정광과 유기계 바인더를 혼합하는 과정이 필요하다. 상기 혼합시에는 유기계 바인더에 의한 바인딩 효과를 얻기 위하여 소정량의 물을 같이 공급하는 것이 필요하다.

상기 혼합과정이후에는 브리케팅 방법으로 입도 5~50mm로 상기 혼합물을 가압 및 성형하는 단계가 후속된다. 상기와 같은 브리케팅 단계가 후속되지 않을 경우에는 보관과 투입이 용이한 브리케트로 형상 조절이 곤란할 뿐만 아니라, 양생전 초기 강도가 확보되지 않을 우려가 있다. 상기 초기 강도가 확보되지 않으면, 이후 양생과정에서 다시 파괴되어 버릴 염려가 있기 때문이다.

상기와 같은 브리케팅 분정광만으로는 강도가 충분하지 않기 때문에 양생을 통하여 강도를 더욱 향상시킬 필요가 있다.

양생시키는 온도는 100 ~ 300℃가 바람직한데, 100℃ 미만일 경우에는 양생효과가 충분하지 않고, 300℃를 초과할 경우에는 고열로 인한 브리케트의 균열, 분정광의 반응 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

양생시간은 양생온도에 따라 달라지지만, 결합수를 포함한 수분이 완전히 제거될 때까지 양생시키면 된다.

상기와 같은 일련의 단계를 거친 이후에는 압축강도가 약 40kgf/cm² 이상의 우수한 강도를 가진 브리케트가 제조되어 보관 및 제강 용기내 투입이 용이한 브리케트가 제공된다.

(실시예)

본 발명에 의해 제조된 브리케트의 보관 및 투입용이성을 확인하기 위하여 하기와 같은 압축강도 실험을 행하였다. 분정광을 브리케트화하고 양생한 후의 압축강도를 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 표에서 압축강도 40kgf/cm² 이상의 범위는 매우 우수, 30 내지 40 kgf/cm² 의 범위는 우수, 30 kgf/cm² 이하는 불량으로 나타내었다.

구분	배합비(중량%)			강도측정결과
구분	분정광	플럭스	유기계 바인더
실시예 1	65	35	-	불량
실시예 2	65	32	3	우수
실시예 3	65	30	5	매우 우수
실시예 4	60	40	-	불량
실시예 5	60	38	2	우수
실시예 6	60	37	3	우수
실시예 7	60	35	5	매우 우수
실시예 8	55	45	-	불량
실시예 9	55	43	2	우수
실시예 10	55	42	3	우수
실시예 11	55	40	5	매우 우수

상기 실험에서 사용된 유기계 바인더는 과립상의 전분을 사용하였다.

상기 표에서 볼 수 있듯이, 실시예 1 내지 실시예 11와 경우는 모두 점결성 부원료가 합계 5중량% 이하로 포함된 것이며, 실시예에서 나타났듯이 점결성 부원료가 5중량%일 때 우수한 압축강도를 나타내었으며, 실시예 1, 4, 8의 경우는 점결성 부원료가 첨가되지 않았기 때문에 입자 응집 자체가 어려웠고, 압축강도를 측정할 수 없을 정도로 쉽게 파쇄되어 분정광 브리케트로 사용하기 불가능하였다.

여기서 유기계 바인더인 전분의 함량을 5 중량% 이하로 한 것은 유기계 바인더의 함량이 높아지면 동시에 분정광 함량이 감소되고, 또한, 5 중량% 이상의 전분을 혼합하여도 압축강도의 차이는 거의 없었다.

상기의 실시예로 판단할 수 있듯이, 본 발명에 의한 분정광과 부원료의 배합비율 및 제조공정에 의하여 우수한 압축강도를 가진 분정광 브리케트로 용이하게 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.

다만, 본 실시예는 본 발명의 효과나 실시방법을 예시한 것으로서 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주내에 속하는 것이라면 모두 본 발명의 범위내에 속하는 것이다.

본 발명에 의할 경우에는 제강용기에 재투입하여 철원으로 사용하기 적당한 정도의 철원을 함유하는 분정광 브리케트 및 그 제조방법을 제공할 수 있음은 물론이고, 상기 본 발명에 의하여 제공되는 분정광 브리케트는 철원으로서의 기능외에도 용강정련 등의 기능을 수행할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 의할 경우에는 철원과 함께 투입되는 제강슬래그의 정련효 과로 인하여 정련용 플럭스 사용량을 절감할 수 있다는 부가적인 효과도 얻을 수 있다.

Claims

철분 50~65 중량%, 제강 슬래그 중 비금속 광물상 성분 30~45 중량% 및 유기계 바인더 2~5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 분정광 브리케트.
제 1 항에 있어서, 상기 제강 슬래그 중 비금속 광물상 성분은 철분을 제외한 상대적인 중량비율로 CaO 40~52중량%, Al₂O₃ 20~26 중량%, SiO₂ 10~15 중량%, MgO 6~8 중량%, MnO 4~5중량%와 잔부로 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 분정광 브리케트.
제강 슬래그 중에서 철분 함량이 50~65% 인 슬래그를 선별하는 제 1 단계;

상기 선별된 슬래그와 유기계 바인더를 제 1 항 또는 제 2 항의 조성 비율에 부합하도록 물과 함께 혼합하는 제 2 단계;

상기 물과 함께 혼합된 슬래그/유기계 바인더 혼합물을 브리케팅 방식으로 가압 성형하는 제 3 단계; 및

상기 가압 성형된 슬래그/유기계 바인더 혼합물을 100~300℃의 온도범위에서 건조 및 양생하는 제 4 단계;

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분정광 브리케트의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 슬래그를 선별하는 제 1 단계는, 자장의 강도를 조절하여 철분이 65% 이상인 슬래그를 우선 선별하는 제 1 자력선별 단계와 이후 철분이 50% 이상인 슬래그를 선별하는 제 2 자력선별 단계로 이루어지고, 상기 제 2 자력선별 단계에서 선별된 슬래그를 상기 철분 함량이 50~65% 인 슬래그로 사용하는 것을 특징으로 하는 분정광 브리케트의 제조방법.