KR100775503B1

KR100775503B1 - 용선예비처리 슬래그의 냉각방법

Info

Publication number: KR100775503B1
Application number: KR20060053747A
Authority: KR
Inventors: 김태호; 오형석; 서정범
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2007-11-12
Also published as: CN101466850B; WO2007145481A1; CN101466850A; JP2009540127A; JP4865858B2

Abstract

본 발명은 용선 중에 함유된 황 등을 제거하기 위한 용선예비처리 과정에서 발생되는 슬래그(용선슬래그)의 냉각방법에 관한 것이다. 그 냉각방법은, 용선예비처리 과정에서 발생된 슬래그(이하, "용선슬래그"라 함)를 적치한 후, 수냉각시키는 방법에 있어서, 용선슬래그를 수냉각하기 전, 적치된 용선슬래그 위에 제강공정에서 부산하는 슬래그(이하 "도포슬래그")를 도포하되, 그 도포슬래그는, 용융상이며, 산화칼슘 단독상(free-CaO)이 전체 중량의 10% 이하로 함유하며, 용선슬래그의 표면에 존재하는 탄소와 반응하여 발생되는 기포에 의해, 도포슬래그층에 물의 침투가 가능한 다공성 구조를 형성시킬 수 있도록 전체 중량 대비 1% 이상의 활성산소를 함유하는 것을 특징으로 한다. 이러한 냉각방법에 의해, 용선슬래그를 종래 보다 50% 이상 빠른 속도로 상온까지 냉각시킬 수 있다. 또한 비용의 추가 부담이 거의 없다.

용선예비처리, 슬래그, 탈황, 냉각, CaO

Description

용선예비처리 슬래그의 냉각방법{Method for cooling molten pig iron preliminary treatment slag}

본 발명은 용선 중에 함유된 황 등을 제거하기 위한 용선예비처리 과정에서 발생되는 슬래그(즉, 용선슬래그)를 적은 비용으로 신속하게 냉각시키는 기술과 관련된다.

제철공정에서 발생되는 슬래그는 1000℃ 이상의 고온으로서, 이러한 슬래그는 그 발생장소 부근에서 냉각된 후, 슬래그에 포함된 금속의 회수 및 재활용을 위해 별도의 처리장으로 이동된다.

제철슬래그의 냉각은 공간절약 및 냉각처리시간의 단축을 위해 통상적으로 수냉되는데, 용선슬래그 또한 용선으로부터 분리되어 정해진 장소에 적치된 후 냉각을 위해 살수처리된다.

그러나, 용선슬래그는 내부까지 냉각되는 속도가 타 제철슬래그에 비하여 상당히 느리며, 냉각을 위한 물 소모량이 과다하다는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 타 제철슬래그 와 동등하거나 그 이상의 빠른 속도로 용선슬래그를 내부까지 완전히 냉각시킬 수 있는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

그리고, 특히 비용경제적인 용선예비처리 슬래그의 냉각방법을 제공하고자 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용선예비처리 슬래그의 냉각방법은, 용선예비처리 과정에서 발생된 슬래그(이하, "용선슬래그"라 함)를 적치한 후, 수냉각시키는 방법에 있어서, 용선슬래그를 수냉각하기 전, 적치된 용선슬래그 위에 제강공정에서 부산하는 슬래그(이하 "도포슬래그")를 도포하되, 그 도포슬래그는, 용융상이며, 산화칼슘 단독상(free-CaO)이 전체 중량의 10% 이하로 함유하며, 용선슬래그의 표면에 존재하는 탄소와 반응하여 발생되는 기포에 의해, 도포슬래그층에 물의 침투가 가능한 다공성 구조를 형성시킬 수 있도록 전체 중량 대비 1% 이상의 활성산소를 함유하는 것을 특징으로 한다.

여기서 활성산소는 슬래그에 포함된 기체 산소 및/또는 FeO, Fe₂O₃ 등의 철산화물 형태로 존재하는 산소일 수 있으며, 용선슬래그에 도포되는 슬래그는 전로슬래그인 것이 바람직하다. 그리고, 슬래그의 도포두께는 슬래그의 적치 높이와 상관없이 50∼300mm 정도인 것이 바람직하다.

위와 같은 용선슬래그 냉각방법은 다음과 같은 인식에 기초하여 도출되었다.

첫 번째로, 용선슬래그 중에 함유되어 있는 탄소성분이 용선슬래그의 냉각을 방해한다는 것이다. 즉, 용선슬래그 중의 탄소성분은 냉각과정에서 용선슬래그의 표면에 석출되는데, 이러한 탄소석출물은 물에의 젖음성이 적어 용선슬래그 내부로 물이 침투되는 것을 방해한다.

두 번째로, 용선예비처리를 위해 사용되는 다량의 생석회 중 황 등과 반응하지 않고 슬래그에 잔류하는 생석회(약 15% 이상)가 용선슬래그의 냉각을 방해한다 는 것이다. 즉, 잔류 생석회(CaO)는 대기중의 수분과 반응(CaO + H₂O → Ca(OH)₂)하여 팽창(약 2배)함과 아울러 슬래그를 파쇄/분화시키는데, 이렇게 분화된 슬래그는 틈이 치밀할 뿐만 아니라 살수시 응집(반죽 형태가 된다)되어 용선슬래그 내부로의 물의 침투를 방해한다. 한편, 생석회의 수화반응과정은 발열과정으로, 그 반응열은 슬래그에 살수된 냉각수를 일부 증발시킨다. 이러한 냉각수의 증발은 필요로 하는 냉각수의 양을 증가시킨다.

위와 같은 이유로, 냉각수가 적치된 용선슬래그의 내부로 침투하지 못하고 그 표면을 따라 흘러내리게 되어 용선슬래그의 냉각이 지연되며, 또한 냉각수의 소모량이 과대해지는 것이다.

따라서 본 발명에서는, 냉각수의 침투를 저해하는 탄소 및 CaO 단독상(free-CaO)의 수화반응으로 인하여 발생된 슬래그 미분을 용선슬래그 표면으로부터 제거하기 위하여, 산화칼슘 단독상(free-CaO)이 전체 중량의 10% 이하로 함유되며 그리고 필수적으로 활성산소가 포함된 용융상태의 슬래그, 특히 전로슬래그를 용선슬래그에 도포한다(이하 용선슬래그에 도포되는 슬래그를 용선슬래그와 구별하여 단순히 "도포슬래그"라 지칭한다).

여기서, 도포슬래그에 CaO 단독상이 10% 보다 많이 함유되거나 도포슬래그가 용융상이 아닌 고상인 경우, 이 두 경우 모두 용선슬래그 냉각촉진효과는 미미하다. 도포슬래그가 용융상이 아닌 경우, 생석회의 수화반응과정에 의해 미분화된 슬래그가 용선슬래그 표면으로부터 제대로 제거되지 않으며, 도포슬래그에 CaO 단독상이 10% 보다 많이 함유된 경우, 도포슬래그의 슬래그 분화 차단기능이 저하 내지 상실되기 때문인 것으로 판단된다.

또한, 용선슬래그에 도포된 슬래그는, 아래에서 설명되는 바와 같은, 다공성 구조를 형성하여 용선슬래그 내부로의 냉각수 침투를 용이하게 한다.

즉, 도포슬래그 중에 포함된 활성 산소(대부분 철산화물 형태로 존재할 것이다)는, 용선슬래그 표면에 석출된 탄소와 반응하여 탄소를 제거(CO 등으로 제거됨)함과 아울러 탄소와의 반응에 의해 발생된 가스(CO 등)가 도포슬래그층 상부로 방출되면서, 도포슬래그층에 다공성 구조를 형성한다. 이때, 도포슬래그층 내부에 공극이 형성되는 정도로는 안되며, 도포슬래그층 내부에서 도포슬래그층의 표면까지 연결된 채널구조(이하 "투과성 채널")가 형성될 수 있어야 한다. 도포슬래그층 위로 뿌려진 냉각수는, 이러한 투과성 채널을 통하여 도포슬래그층의 표면으로부터 용선슬래그 측으로 쉽게 침투될 수 있다.

다공성 구조를 발생시키기 위하여 도포슬래그 내에는 어느 정도의 산소가 포함되어야 하는 의문이 있으나, 슬래그에 포함된 활성 산소의 양은 구체적인 조업과정 마다 다를 수 있기에, 필요한 산소의 양을 수량화하여 제시하기는 쉽지 않다. 다만, 대체로 도포슬래그가 1% 이상의 산소를 함유하는 경우, 본 발명에서 의도하는 효과는 충분히 얻어질 수 있는 것으로 판단된다.

본 발명에 따르면, 위와 같은 도포슬래그의 조건에 가장 부합되는 것은 전로 조업과정에서 부산하는 전로슬래그이다. 전로슬래그는 산소를 1% 이상 함유하며, CaO 단독상이 대체로 슬래그 중량의 5% 이하로 존재한다.

한편, 용선슬래그에 도포되는 도포슬래그의 두께는 50∼300mm 정도이어야 한 다. 두께가 낮은 경우 탄소제거 효과가 미미하여 다공성 표면이 얻어지지 않으며, 두께가 너무 두꺼운 경우 기포가 외부로 방출되지 못하고 도포슬래그층 내부에 포집되어 다공성의 도포슬래그층을 얻을 수 없게 된다.

여기서, 슬래그가 도포되는 용선슬래그의 적치 높이는 중요한 요소로 작용하지 않는다. 용선슬래그의 적치 높이가 높든 낮든, 본 발명에 따른 도포슬래그에 의해 용선슬래그의 표면처리가 이루어진 경우 냉각수는 용선슬래그 내부로 신속히 침투될 수 있다. 용선슬래그 내부로 냉각수가 침투되지 못하는 것은 용선슬래그의 표면에서 탄소 및 CaO 단독상(free-CaO)의 반응에 의한 미분이 물의 침투를 방해하기 때문이므로, 이러한 차단막을 제거하게 되면 냉각수는 투과성 채널을 통하여 용선슬래그 내부로 용이하게 침투될 수 있는 것이다.

[실시예]

도포슬래그의 조건을 도출하기 위하여, 고로작업에서 얻어진 용선을 탈황처리한 후, 용선으로부터 슬래그를 분리하여 적치하고, 적치된 용선슬래그에 도포슬래그를 골고루 도포한 다음, 살수 냉각하는 과정을 반복적으로 실시하였다.

주요 관찰대상은, 1) 도포슬래그 내 CaO 단독상의 함량, 2) 활성 산소의 존재 여부 및 3) 도포되는 물질의 상(phase)이, 용선슬래그의 냉각에 미치는 영향을 확인하는 것이었다.

아래의 [표1]은, 위 세가지의 조건이 각각 다른 도포슬래그를 용선슬래그에 250mm 도포한 후, 용선슬래그를 100℃까지 냉각시키는데 걸리는 시간을 측정한 결과의 대표예이다. 비교예에서 사용된 도포슬래그는 탈인슬래그 및 주조슬래그이며, 실시예에서 사용된 도포슬래그는 전로슬래그이다. 비교예 1은 도포슬래그를 사용하지 않고, 직접 살수하여 용선슬래그를 냉각시킨 결과이다.

구분		도포슬래그 조건			냉각시간 (100℃ 이하)
구분		CaO의 함량	O₂ 존재(≥1%)	용융여부(≥1300℃)	냉각시간 (100℃ 이하)
실시예	1	∼5%	○	○	10∼12hr
실시예	2	5∼10%	○	○	12∼16hr
비교예	1	-	-	-	30hr≤
	2	10∼15%	○	○	20∼24hr
	3	15∼20%	○	○	22∼26hr
	4	20∼25%	○	○	25∼30hr
	5	5∼10%	×	○	30∼36hr
	6	5∼10%	○	×(≤1300℃)	30∼36hr

위 [표1]에서 확인할 수 있는 바와 같이, 도포슬래그를 사용하지 않는 경우 용선슬래그의 냉각시간은 30시간 이상 소요되었다.

용융상의 도포슬래그를 용선슬래그에 도포한 경우, 용선슬래그 냉각시간은 상당정도 단축되었다. 이때, 비교예 5, 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 용선슬래그의 표면층 개질을 통한 용선슬래그 냉각시간의 단축을 위해서는, 도포슬래그 중에 활성산소가 존재하여야 하며 또한 도포슬래그는 액상이어야 할 필요가 있었다.

또한, CaO 단독상은, 도포슬래그 중에 10% 이하로 존재할 때 용선슬래그의 냉각에 효과적(냉각시간 50% 정도 감소)이었으며, 5% 이하로 존재할 때 더욱 효과적이었다. CaO 단독상이 10% 보다 많을 때에는, 냉각시간이 다소 단축되었으나, 20시간 이상의 다소 긴 냉각시간을 필요로 했다.

한편, 용선슬래그에 도포된 도포슬래그의 두께 및 용선슬래그가 적치된 높이가, 용선슬래그의 수냉각에 미치는 영향을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.

구체적으로, [표1]에서의 비교예 1의 조건을 갖는 슬래그, 즉 CaO 단독상 5∼10%, 산소 1% 이상을 함유하는 전로슬래그를 용선슬래그에 도포한 후 살수하여, 용선슬래그를 100℃까지 냉각시키는데 걸리는 시간을 측정하였다. 이때, 전로슬래그의 도포두께 및 용선슬래그의 적치높이를 변화시키면서, 냉각시간을 측정하였다. 그 대표적인 결과가 아래의 [표2]에 기재되어 있다.

구분		기타 조건		냉각시간 (100℃ 이하)
구분		용선슬래그 적치높이	도포슬래그 도포두께	냉각시간 (100℃ 이하)
실시예	1	300mm	100∼200mm	10∼14hr
	2	300mm	200∼300mm	13∼16hr
	3	1000mm	100∼200mm	11∼15hr
	4	1000mm	200∼300mm	14∼17hr
비교예	1	300mm	30∼50mm	18∼22hr
	2	300mm	300∼500mm	20∼30hr
	3	1000mm	30∼50mm	19∼24hr
	4	1000mm	300∼500mm	22∼34hr

위 [표2]에서 확인할 수 있는 바와 같이, 용선슬래그의 적치높이는 도포슬래그의 도포두께에 비하여 냉각속도에 미치는 영향은 거의 미미하였다. 즉, 실시예 1과 실시예 3의 비교를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 용선슬래그의 적치높이가 300mm에서 1000mm로 증가하더라도, 도포슬래그의 도포두께를 100∼300mm 정도로 유지할 경우, 그 냉각시간은 큰 차이(1시간 정도)가 없었다. 이 정도의 차이는, 용선슬래그의 적치높이에 따라 냉각시켜야 하는 용선슬래그의 양이 증가함에 따른, 냉각시간의 차이로 볼 수 있다. 이러한 결과는, 본 발명에 따라 용선슬래그의 표면개질이 이루어지는 경우, 냉각수는 신속히 용선슬래그 내부로 침투될 수 있다는 것을 말해주는 것이다.

한편, 용선슬래그의 적치높이와 상관없이, 도포슬래그의 도포 두께가 너무 얇아지거나(50mm 미만) 너무 두꺼운 경우(300mm 초과), 냉각효율은 상당히 감소하였다. 이와 같은 결과는, 도포슬래그의 도포두께가 100∼300mm, 나아가 50∼300mm 정도일 때, 투수채널이 효과적으로 발생된다는 것을 말해주는 것이다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 용선예비처리 슬래그의 냉각방법에 따르면, 종래 보다 50% 이상 빠른 속도로 용선슬래그를 상온까지 냉각시킬 수 있게 된다.

또한, 제철공장에서 부산하는 전로슬래그를 그대로 이용할 수 있으므로, 비용경제적이다.

Claims

용선예비처리 과정에서 발생된 슬래그(이하, "용선슬래그"라 함)를 적치한 후, 수냉각시키는 방법에 있어서,

용선슬래그를 수냉각하기 전, 적치된 용선슬래그 위에 제강공정에서 부산하는 슬래그(이하 "도포슬래그")를 도포하되,

그 도포슬래그는, 용융상이며, 산화칼슘 단독상(free-CaO)이 전체 중량의 10% 이하로 함유하며, 용선슬래그의 표면에 존재하는 탄소와 반응하여 발생되는 기포에 의해, 도포슬래그층에 물의 침투가 가능한 다공성 구조를 형성시킬 수 있도록 전체 중량 대비 1% 이상의 활성산소를 함유하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그의 냉각방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 도포슬래그는, 50∼300mm의 두께로 용선슬래그 위에 도포되는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그의 냉각방법.
삭제
용선의 용선예비처리 과정에서 발생된 용선슬래그를 적치하는 단계;

전로 조업과정에서 부산하는 용융상태의 전로슬래그를 적치된 용선슬래그 위에 50∼300mm의 두께로 도포하는 단계; 및

용융상태의 전로슬래그가 도포된 용선슬래그 위에 냉각수를 뿌리는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용선예비처리 슬래그의 냉각방법.