KR100759862B1 - 저온형 제강정련용 플럭스 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미니밀 정련슬래그를 부화 처리한 제강정련용 저온형 플럭스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미니밀 제강공정의 정련과정에서 발생하는 칼슘알루미네이트계 미니밀 정련슬래그에 형석(CaF₂)과 금속 알루미늄(Metal Al.), 용융온도를 현저하게 낮출 수 있는 첨가제를 첨가하여 고형화시킨 제강정련용 저온형 플럭스에 관한 것이다.

제강, 플럭스, 형석, 금속 알루미늄, 수재 슬래그

Description

저온형 제강정련용 플럭스 조성물 {Steel refinery flux composition of low temperature form}

도 1은 본 발명에 따른 제강용 플럭스의 제조공정도이고,

도 2는 본 발명의 주성분인 칼슘알루미네이트계 미니밀 정련슬래그의 화학성분을 CaO-SiO₂-Al₂O₃계에 표시한 상태도이며,

도 3은 본 발명의 주성분인 칼슘알루미네이트계 미니밀 정련슬래그의 엑스선회절패턴(XRD Pattern)도이고,

도 4은 최적 탈류율 범위를 나타낸 CaO-SiO₂-Al₂O₃계의 상태도이며,

도 5은 칼슘알루미네이트계 화합물의 융점을 보여주는 Cao-Al₂O₃계의 상태도이고,

도 6a는 본 발명의 제1실시예, 제2실시예에 의한 제강용 플럭스와 대조예 1 및 2의 융점실험방법을 촬영한 사진이며,

도 6b는 본 발명의 제1실시예, 제2실시예에 의한 제강용 플럭스와 대조예 1 및 2의 샘플을 촬영한 사진이다.

본 발명은 미니밀 정련슬래그를 부화 처리한 제강정련용 저온형 플럭스(이하 제강용 플럭스)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미니밀 제강공정의 정련과정에서 발생하는 칼슘알루미네이트계 미니밀 정련슬래그를 파·분쇄한 후 불순물을 제거하고 형석(CaF₂)과 금속 알루미늄(Metal Al.)과 용융온도를 현저하게 낮출 수 있는 첨가제를 첨가하여 압축 성형한 제강용 플럭스에 관한 것이다.

일반적으로, 제강공정에서 슬래그는 강(鋼) 중 불순물을 제거하고, 용강(鎔鋼)과 대기 사이에 막을 형성시켜 열 손실을 줄이며 정련된 강이 대기 중의 산소, 질소, 수소 등과 재결합하는 것을 막아주는 역할을 한다.

강에 함유된 비금속 개재물(O, S, P 등)은 강의 성질을 저하시키는데, 특히 산화물과 황화물은 강의 성질을 크게 저하시키므로 전기로, 전로 등의 제강공정에서 이러한 불순물을 제거하는 공정은 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 유지해야함에 따라 제강 전력사용량 증가와 조업시간이 길어지는 등의 문제가 있다.

또한, 유해성분인 FeO, SiO₂등을 포함한 CaO-SiO₂-Fe₂O₃계 슬래그에 금속알루미늄(Metal Aluminum)을 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, 산소 전위도(Potential)가 낮으며 불순물의 활동도가 낮은 조건을 모두 만족하여야 한다.

통상, 슬래그의 유동성과 탈류능력을 높이는 방법은 탑슬래그의 조성을 탈류능력이 크고 융점이 낮은 영역으로 조정하는 것이다. CaO-A1₂O₃-SiO₂계 슬래그에서 탈류능력이 가장 큰 영역은 도 4와 같이, 대략적으로 CaO 50중량%, SiO₂≤10중량%, A1₂0₃ 30중량% 일 때이고, 융점이 낮아 유동성이 좋은 슬래그의 조성은 칼슘알루미네이트중 C₁₂A₇(12CaO?7Al₂O₃)상으로, 이 화합물은 도 4의 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 칼슘알루미네이트계 화합물을 첨가하여 탑슬래그의 조성을 변화시킨다. 상기 칼슘알루미네이트계 화합물 중 특히 C₁₂A₇(12CaO?7Al₂O₃; Ca₁₂Al₁₄O₃₃)을 주조성으로 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 주 조성으로 한 CaO-Al₂O₃계 플럭스는 통상 생석회(CaO)와 하소보오크사이트를 분쇄, 적정비율로 혼합한 후 소성 또는 전기 용융, 냉각하여 제조한다.

이와 같이, 종래의 C₁₂A₇계 플럭스는 석회석을 소성한 생석회, 보오크사이트를 하소한 하소보오크사이트를 파·분쇄, 적정비율로 혼합한 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 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 칼슘알루미네이트계 미니밀 정련슬래그를 이용하여 국내에 수입되는 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇)계 플럭스를 대체할 수 있는 고부가가치의 제강용 플럭스를 제조함에 따라 수입대체는 물론 제강사의 원가절감 및 품질향상을 도모하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 미니밀 정련슬래그에 형석(CaF₂)과 금속 알루미늄(Metal Al)을 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 있으며, 특히 별도의 첨가제를 첨가함으로써 플럭스의 용융온도를 낮출 수 있어 제품의 사용신뢰성을 향상시킬 수 있는 제강용 플럭스를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성한 본 발명에 의하면, 제강공정 중에서 발생되는 슬래그를 회수하여 파·분쇄하고 불순물을 제거한 슬래그를 주성분으로 하며, 형석, 금속알루미늄 또는 이들의 혼합물과 바인더를 함유하는 제강용 플럭스 조성물에 있어서, 상기 불순물이 제거된 슬래그 100중량부에 대하여 용융온도를 낮추기 위한 첨가제로서 플라이애쉬(fly ash), 수재슬래그 또는 이들의 혼합물 4∼12 중량부를 함유하는 제강용 플럭스 조성물이 제공된다.

바람직하게 본 조성물에 있어서, 상기 슬래그는 미니밀 제강공정의 정련과정에서 발생하는 칼슘알루미네이트계 미니밀 정련슬래그인 것을 특징으로 한다.

바람직하게 본 조성물에 있어서, 상기 슬래그의 조성은 CaO 40∼55중량부와, Al₂O₃ 20∼40중량부, SiO₂ 1∼9중량부, MgO 3∼10중량부, Fe₂O₃ 1∼5중량부, TiO₂ 0.01∼1.5중량부와, 나머지 불가피한 불순물로 조성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게 본 조성물에 있어서, 상기 바인더는 당밀, 액상 규산나트륨 등과 같이 제강용 플럭스 제조에 통상 사용되는 바인더로서 그 함량은 상기 불순물이 제거된 슬래그 100중량부에 대하여 1~15중량부이고, 상기 불순물은 산화철과 같은 자착물인 것을 특징으로 한다.

바람직하게 본 조성물에 있어서, 상기 금속 알루미늄(Metal Al.)의 함량은 상기 불순물이 제거된 슬래그 100중량부에 대하여 7∼14중량부인 것을 특징으로 한다.

바람직하게 본 조성물에 있어서, 상기 형석(CaF₂)의 함량은 상기 불순물이 제거된 슬래그 100중량부에 대하여 4~8중량부인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 제강용 플럭스 조성물은 불순물을 제거한 슬래그를 주성분으로 하며, 형석, 금속알루미늄 또는 이들의 혼합물 및 바인더와 함께 용융온도를 낮추기 위한 첨가제(이하, “용융온도강하제”라 합니다.).로서 플라이애쉬(fly ash), 수재슬래그 또는 이들의 혼합물을 함유한다. 플라이 애쉬(fly ash)는 화력발전소의 부산물이며, 상세하게는 화력발전소의 부산물은 그 크기에 따라 분류하면, 연소 시에 연소실의 바닥으로 떨어지는 바텀애쉬(bottom ash)가 15%정도이고, 절단기와 공기예열기 아래 흡파로 떨어지는 신더애쉬(cinder ash)가 5%정도이며, 나머지 80%는 상기 플라이 애쉬로서 집진기에 의해 집진되는 미세한 분말이다. 또한, 상기 수재슬래그는 제철소의 부산물로서, 상기 플라이 애쉬, 수재슬래그의 세부적인 성분들은 당업자에게 이미 공지된 내용인 바, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본발명에 따르는 제강용플럭스 조성물의 주성분인 미니밀 정련슬래그의 조성은 CaO 40∼55중량부와, Al₂O₃ 20∼40 중량부와, SiO₂ 1∼9중량부와, MgO 3∼10중량부와, Fe₂O₃ 1∼5중량부와, TiO₂ 0.01∼1.5중량부와, 나머지 불가피한 불순물로 조성된다.

본 조성물에 있어서, 용융온도강하제의 함량은 상기 불순물의 제거된 슬래그 100중량부에 대하여 4∼12중량부가 적당하다. 용융온도강하제의 함량이 4중량부 보다 적으면 도4의 이상탈황 슬래그영역의 조성비를 맞추는데 문제점이 있고, 12중량부를 초과하면 제강용플럭스의 자체 융점을 상승시키는 문제점이 있다.

또한 본 조성물에 있어서, 형석과 금속알루미늄은 모두 사용할 수도 있고, 이들중 한 성분만을 사용할 수도 있다. 배합할 경우 형석의 함량은 상기 불순물의 제거된 슬래그 100중량부에 대하여 4∼8중량부가 적당하다. 형석의 함량이 4중량부보다 적 적으면 융점 강하 및 슬래그 유동성에 대한 문제점이 있고, 8중량부를 초과하면 불소가스를 발생시켜 환경오염의 문제점이 있다. 배합할 경우 금속알루미늄의 함량은 상기 불순물의 제거된 슬래그 100중량부에 대하여 7∼14중량부가 적당하다. 금속알루미늄의 함량이 7중량부보다 적으면 금속알루미늄이 산화제로서의 역할을 제대로 수행하지 못하는 문제점이 있고, 14중량부를 초과하면 제강공정에서 의 원가가 높아진다는 문제점이 있다.

본 발명에 따르는 조성물로 제강용 플럭스를 제조하는 방법의 일 예를 예시한 도 1의 공정도를 참조하여 설명하면, 미니밀 제강공정에서 발생하는 미니밀 정련슬래그를 운반하여 별도로 냉각하는 공정과, 냉각된 상기 미니밀 정련슬래그를 죠크러셔(Jaw Crusher)나 콘크러셔(Cone Crusher)등의 파쇄설비를 이용하여 50mm 이하의 크기로 파쇄하는 공정과, 상기 파쇄된 미니밀 정련슬래그를 함마밀 (Hammer mill)이나 롤라 밀(Roller mill) 등의 분쇄설비를 이용하여 3mm 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), 금속 알루미늄(Metal Al.) 또는 이들의 혼합물을 바인더 및 용융온도강하제와 함께 일정비율로 투입하여 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 금속 알루미늄(Metal Al.)은 입도가 3㎜이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

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 칼슘알루미네이트중 C₁₂A₇(12CaO?7Al₂O₃)상으로 고가의 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇)계 플럭스와 동일한 효과를 기대할 수 있다.

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

주〕1. 각 화학성분 분석치의 단위는 중량%이다.

2. 미니밀 정련슬래그는 본원발명의 주성분인 미니밀 정련슬래그이다.

3. 수입 플럭스는 각국 제조사별 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇)계 플럭스이다.

이하, 미니밀 제강공정에서 발생하는 미니밀 정련슬래그를 부화 처리한 제강용 플럭스의 제조방법을 실시예를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. 단 본 발명이 하기 실시예로 한정되는 것이 아니다.

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)과 금속 알루미늄(Metal Al.)을 바인더 및 용융온도강하제와 함께 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

기 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.

기 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)과 금속 알루미늄(Metal Al.)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 제1실시 예는 3㎜이하의 미니밀 정련슬래그에 입도가 3㎜이하인 형석(CaF₂)과 탈산제로 입도가 3mm이하인 금속 알루미늄(Metal Al.) 및 바인더를 일정비율로 혼합 후, 첨가제인 플라이 애쉬를 첨가하여 혼합기(Mixer)에서 일정시간동안 혼합한 슬래그 혼합물을 압축 성형하는 것이다.

상기 슬래그 혼합물의 첨가비는 미니밀 정련슬래그 100중량부에 형석(CaF₂) 4~8중량부와 금속 알루미늄(Metal Al.) 7∼14중량부, 바인더 1~15중량부를 혼합 후, 첨가제를 첨가하여 혼합하는 것이 가장 효과적이었음을 후술할 [표 2]와 [표 3]에 기재된 첨가비별 융점실험 결과표를 통해 확인할 수 있었다.

통상, 슬래그 혼합물에 첨가되는 형석(CaF₂)의 양이 많을수록 탑슬래그의 유동성은 단시간에 확실하게 향상될 수 있으나, 형석(CaF₂) 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)과 금속 알루미늄(Metal Al.), 그리고 바인더를 일정비율로 혼합 후, 첨가제인 수재 슬래그를 첨가하여 혼합기(Mixer)에서 일정시간동안 혼합한 슬래그 혼합물을 압축 성형하는 것이다.

상기 슬래그 혼합물에 첨가된 금속 알루미늄(Metal Al.)은 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 금속 알루미늄(Metal Al.)이 탑슬래그에서 가장 빨리 용해된다. 용해된 금속 알루미늄(Metal Al.)은 FeO, SiO₂등의 산화물을 환원시켜 Al₂O₃를 생성시키므로 탑슬래그의 조성을 CaO-SiO₂ -Fe₂O₃계에서 CaO-Al₂O₃-SiO₂계로 변화시킨다. 다음으로 슬래그 혼합물에 포함된 미니밀 정련슬래그의 주성분인 C₁₂A₇은 이미 CaO-Al₂O₃-SiO₂계로 조성이 변한 탑슬래그의 조성을 도 4의 탈류능력이 크고, 융점이 낮은 영역(이상탈황 슬래그 영역)으로 유도하여, 용강 내에 황화물을 효율적으로 제거하게 된다. 금속 알루미늄(Metal Al.)을 첨가한 슬래그 혼합물을 압축 성형한 조성물은 산화물과 황화물을 동시에 제거할 수 있으며, 특히 산화철과 같이 제강 조업과 강의 품질에 악영향을 주는 불순물이 많은 용강을 정련하는데 효과적이다.

이후, 상기 불순물제거단계에서 산화철과 같은 불순물을 제거한 미니밀 정련슬래그에 상기 제1실시예와 같이 첨가제로 플라이 애쉬를 첨가하거나, 상기 제2실시예의 첨가제로 수재 슬래그를 첨가하여 성분보정과 바인더 혼합을 완료한 슬래그 혼합물은 압축성형기인 브리켓장치(Briquetting Machine)로 이송시켜 50㎜내외의 브레켓으로 압축 성형시킨다.

제6공정 : 고형물 선별 및 제강용 플럭스 완성 단계

슬래그 혼합물을 상기 브리켓장치를 통해 압축 성형한 브리켓(이하 '고형물'이라 한다.)을 입도선별기로 이송하여 입도가 10㎜를 초과하는 고형물과 그 이하의 고형물로 선별한다.

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

상기와 같은 제조공정에 의해 제조된 제강용 플럭스의 제 1 실시예는 불순물을 제거한 미니밀 정련슬래그, 형석(CaF₂) 및/또는 금속 알루미늄(Metal Al.), 바인더, 용용온도강하제서 플라이애쉬(fly ash)를 첨가하여 압축 성형한 고형물다.

이하에서는, 본 발명에 따른 상기 제강용 플러스의 제1실시예와, 대조예1로서 함철더스트(R1) 및 대조예2로서 불순물을 제거한 미니밀 정련슬래그를 압축 성형한 제강용 플럭스(R2)를 상기 첨가제의 첨가비율에 따른 융점(融點; Melting Point) 실험한 결과를 토대로 상세히 설명한다.

여기서, 상기 대조예2의 제강용플럭스(R2)는 본 발명에 따른 형석(CaF₂)과 금속 알루미늄(Metal Al.), 상기 첨가제(플라이애쉬, 수재슬래그)가 혼합되지 않은 제강용 플럭스이다.

(실험예1)

본 실험예에서는 용융온도강하제로서 플라이애쉬를 사용한 제1 실시예의 제강용플럭스와, 대조예1의 함철더스트(R1)와 대조예2의 제강용플럭스(R2)의 융점 실험을 수행하기 위하여 각각 시료를 제작하였다.

이때, 시료를 제작하기 위하여 제1실시예 제강용 플럭스 20g에 물 4g을 넣어 혼련한 후 중량이 12g인 구형의 성구를 제조하였으며, 상기 대조예의 함철더스트 및 제강용 플럭스도 20g을 동일하게 물에 혼련한 후 동일한 중량의 구형의 성구를 제작하였다.

그리고, 제작된 성구들을 건조기에서 100℃, 24시간 동안 건조한 후, 전기로에서 넣고 1,000℃이후부터 2℃/min±1℃/min의 속도로 1,600℃까지 승온시키면서 각 플럭스의 용융온도를 확인하였으며, 그 결과는 다음 [표 2]와 같다.

(실험예2)

본 실험예에서는 용융온도강하제로서 수재슬러그를 사용한 본 발명에 따르는 제2실시예의 제강용플럭스와, 대조예1의 함철더스트(R1)와 대조예2의 제강용플럭스(R2)의 융점 실험을 수행하기 위하여 상기 실험예1과 동일한 방법으로 성구를 제작하여 동일한 조건으로 전기로에서 융점 실험을 수행하였으며, 그 결과는 아래 [표 3]과 같다.

Dust는 입도 1mm내외의 함철더스트 파쇄품으로 R1의 슬래그 융점은 함철더스트 파쇄품의 자체 융점이며, 미니밀이란 CaO-Al₂O₃(C12A7)계 슬래그를 파·분쇄한 후, 산화철과 같은 불순물을 제거한 3㎜이하의 미니밀 정련슬래그로서 모든 시편은 제강공정의 일반적인 첨가비인 함철더스트 100중량부에 4.33%로 혼합하였으며, R2의 슬래그융점은 함철더스트에 미니밀 정련슬래그 4.33%를 혼합하여 얻은 결과치이고 제품융점은 미니밀 정련슬래그의 자체 융점이다.

융점 중 슬래그 융점은 함철더스트와 제품을 혼합하여 만든 샘플로서, 액화된 샘플 중에 남아있는 고체 시료가 완전히 액화되었을 때의 온도로 융점의 종말점이며, 융점 중 제품 융점은 CA계 슬래그에 형석이나 Metal Al., Fly ash, 수재 슬래그를 혼합하여 만든 샘플로서, 액화된 샘플 중에 남아있는 고체 시료가 완전히 액화되었을 때의 온도이다.

상기 실험예 1, 2에 사용된 형석(CaF₂)은 CaF₂ 성분이 85중량%이상인 입도 3mm이하인 형석(CaF₂)분말이고, 금속 알루미늄(Metal Al.)은 Metal Aluminum이 95중량% 이상인 입도 3㎜이하의 금속 알루미늄이고, 바인더는 당밀, 액상 규산나트륨 등과 같이 제강용 플럭스 제조에 사용되는 바인더 중 시판중인 당밀(Molasses) 원액을 사용하였다.

상기와 같이 실험한 결과, 본 발명에 따르는 실시예의 제강용 플럭스의 융점이 대조예의 함철더스트(R1)와 제강용플럭스(R2)의 융점보다 현저하게 낮아졌음을 확인하였으며, 그 구체적인 특징은 다음과 같았다.

첫째, 대조예 1,2의 함철더스트(R1)의 슬래그융점은 1,550℃, 제강용플럭스(R2)의 슬래그융점은 1,520℃, 제품융점은 1,410℃으로 확인되었으며, 상기 실시예의 제강용플럭스 중 수재슬래그가 혼합된 실시예의 제강용 플럭스가 플라이애쉬(fly ash)가 혼합된 제1실시예의 제강용 플럭스보다 슬래그융점이 낮았다.

둘째, 상기 실시예의 제강용플럭스에 상기 첨가제의 첨가량이 적을수록 대체적으로 제품융점이 낮아지는 경향을 나타내었으며, 슬래그융점은 높아지는 경향을 나타내었고, 상기 첨가제 중 제품융점은 플라이애쉬가, 슬래그융점은 수재슬래그가 대체적으로 낮았음을 확인하였다.

셋째, 상기 첨가제 중 플라이애쉬 또는 수재슬래그가 4∼12중량부로 혼합된 경우 모두 대조예의 함철더스트와 제강용플럭스보다 제품 및 슬래그융점이 낮았고, 플라이애쉬 4중량부와 수재슬래그 4중량부로 혼합된 경우가 제품 및 슬래그융점이 가장 낮았다.

상기와 같이 본 발명의 제강용 플럭스는 칼슘알루미네이트계 미니밀 정련슬래그를 이용하여, 종래 고가의 수입 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇)계 플럭스를 대체할 수 있는 고 부가가치의 제강용 플럭스로 수입대체는 물론 제강사의 원가절감 및 품질향상을 도모하고, 미니밀 정련슬래그에 형석(CaF₂)과 금속 알루미늄(Metal Al.)을 선택적으로 첨가하여 성분을 보정함으로써 탑슬래그의 유동성과 조성을 향상시키고, 신속한 반응에 의한 저온 탈류가 가능하여 단위시간당 탈류율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 첨가제로서 플라이애쉬, 수재슬래그를 첨가함으로써, 제강용 플럭스의 용융온도를 현저하게 낮춰줄 수 있어 비교적 낮은 온도에서 용융 혼합이 잘 이루어져 강의 품질을 향상시킬 수 있는 것으로, 제강 산업에 있어서 매우 유용한 발명이라 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래 고가의 수입 CaO-Al₂O₃(C₁₂A₇)계 플럭스를 융점 및 반응성이 우수한 제강용플럭스로 대체할 수 있어 저가로 제강사에 공급이 가능함에 따라 제강사의 원가절감과 품질향상에 기여할 수 있는 장점이 있다.

또한, 미니밀 정련슬래그에 선택적으로 형석(CaF₂)과 금속 알루미늄(Metal Al.)을 첨가함으로써 슬래그의 유동성을 향상시키고, 단위시간당 탈류율을 극대화시킬 수 있으며, 특히 첨가제로서 플라이애쉬, 수재슬래그를 첨가함으로써, 제강용 플럭스의 용융온도를 현저하게 낮춰줄 수 있어 비교적 낮은 온도에서 용융 혼합이 잘 이루어져 강의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 제강공정 중에서 발생되는 슬래그를 회수하여 파·분쇄하고 불순물을 제거한 슬래그를 주성분으로 하며, 형석, 금속알루미늄 또는 이들의 혼합물과 바인더를 함유하는 제강용 플럭스 조성물에 있어서, 상기 불순물이 제거된 슬래그 100중량부에 대하여 용융온도를 낮추기 위한 첨가제로서 플라이애쉬(fly ash), 수재슬래그 또는 이들의 혼합물 4∼12 중량부를 함유하는 저온형 제강정련용 플럭스 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 슬래그는 미니밀 제강공정의 정련과정에서 발생하는 칼슘알루미네이트계 미니밀 정련슬래그인 것을 특징으로 하는 저온형 제강정련용 플럭스 조성물.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 슬래그의 조성은 CaO 40∼55중량부와, Al₂O₃ 20∼40중량부, SiO₂ 1∼9중량부, MgO 3∼10중량부, Fe₂O₃ 1∼5중량부, TiO₂ 0.01∼1.5중량부와, 나머지 불가피한 불순물로 조성된 것을 특징으로 하는 저온형 제강정련용 플럭스 조성물.
4. 제 1항에 있어서, 상기 바인더는 당밀, 액상 규산나트륨 등과 같이 제강용 플럭스 제조에 통상 사용되는 바인더로서 그 함량은 상기 불순물이 제거된 슬래그 100중량부에 대하여 1~15중량부이고, 상기 불순물은 산화철과 같은 자착물인 것을 특징으로 하는 저온형 제강정련용 플럭스 조성물.
5. 제 1항에 있어서, 상기 금속 알루미늄(Metal Al.)의 함량이 상기 불순물이 제거된 슬래그 100중량부에 대하여 7∼14중량부인 것을 특징으로 하는 저온형 제강정련용 플러스 조성물.
6. 제 1항에 있어서, 상기 형석(CaF₂)의 함량이 상기 불순물이 제거된 슬래그 100중량부에 대하여 4~8중량부인 것을 특징으로 하는 저온형 제강정련용 플럭스 조성물.

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