KR100868437B1 - 매용제 형석 - Google Patents

Abstract

그 표면이 피복된 매용제 형석 및 이를 이용한 제강정련방법이 제공된다.

따라서 본 발명은, 그 표면에 탄소, 경소돌로마이트, 생돌로마이트, 생석회, 규사, 밀스케일, 석회석, 레이들 슬래그중 선택된 직경 1mm이하의 피복제 분말 1종이상이 1~10mm의 두께로 피복되어 있는 제강공정에서 매용제로 사용되는 형석에 관한 것이다.

형석, 피복제, 매용제, 호퍼막힘

Description

매용제 형석{FLUORITE FOR FLUX}

도 1은 일반적인 형석호퍼 및 호퍼막힘 현상을 나타내는 개략도

도 2는 종래의 형석고착상태와 본 발명의 형석고착 방지상태도

본 발명은 제강공정중 용선예비처리단계 및 전로정련단계에서 취련중 슬래그재화를 촉진하기 위하여 투입되는 매용제 형석에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제강공정에서 전로 매용제로 사용되는 형석이 호퍼내에서 상호 고착되어 호퍼를 막는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 탈황 및 탈인효율을 향상시킬 수 있는 매용제 형석에 관한 것이다.

일반적으로 제강공정에서 부원료란 슬래그를 형성하기 위하여 공급되는 물질로 생석회(주성분:산화칼슘), 석회석(주성분: CaCO₃), 경소 돌로마이트, 규사, 소결광 및 밀스케일, 탄소, 레이들 슬래그등이 있다.

용선예비처리단계에서 형석을 사용하는 것은 투입되는 부원료의 반응을 향상시켜 탈인 및 탈황 효율을 높이고자 함에 있다.

전로정련중에는 염기성 슬래그를 확보하고 불순원소인 인(P), 유황(S), 규소(Si)등의 안정적인 저감을 위하여 약 25~30Kg/ton-steel 정도의 생석회가 부원료로 로내에 투입된다. 여기서 슬래그란 전로에서 회수하려는 유가금속이외의 무가치한 물질(유황등)로서 강과는 그 비중차에 의해 분리되며, 좋은 슬래그의 조건은 유가금속의 용해도가 적고 비중, 융점이 낮으며, 점성이 낮고 유동성이 좋으며 불순물 포집능력이 크고 내화물의 침식이 적어야 한다.

전로내에서 취련중 슬래그 거동은 잔류 슬래그, 취련패턴, 부원료 투입방법등에 따라 달라지는데, 슬래그의 재화를 촉진시키고 유동성을 확보하여 반응성을 향상시키고 반응을 유리한 방향으로 이끌기 위해 전로내 잔류 슬래그(평상작업시 30~40Kg/ton-steel)를 남기고 매용제로 형석(CaF₂) 및 소결광등을 투입한다. 이렇게 하면 좋은 슬래그를 형성되어 초기 재화를 유도할 수 있으므로 스피팅(spitting)을 예방하면서 저인강을 제조할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 좋은 슬래그를 만들기 위해 투입되는 매용제인 형석등은 제철산업 일반에서 매우 유용하게 사용되고 있다.

그러나 실제 공정상 형석에 부착된 점토는 도 1과 같이, 그 장입호퍼(hopper)의 막힘을 유발하여 그 설비이상으로 적기 사용불가에 따른 성분 불안정 및 호퍼 개통을 위해 별도의 작업을 해야하는등 사용상 많은 문제를 가지고 있다. 또한, 형석의 점토는 그 지름이 0.004mm이하인 미세한 흙입자로써 점력이 강하여 주로 도자기등에 사용하는등 부착력이 좋아 형석장입호퍼 관리상에 많은 어려움이 있다.

한편, 부원료중 생석회는 입자가 굵고 호퍼를 통하여 슈트로 이송되어 용선 및 용강의 일정한 상부에 투입되다 보니 생석회의 뭉침현상으로 고융점화되어 형석투입 효과가 미비해 질 수 있어, 반응효율이 떨어져 목표로 하는 탈황 및 탈인치를 얻을 수 없다는 문제가 있다. 또한, 기존의 부원료는 용선 및 용강에 투입되기전 집진설비로 혼입되는 것을 억제하고자 일정크기(보통 5~60mm)이상을 사용하고 있고 일정부위에 투입되어 짐으로써 유동성이 좋은 형석을 투입하여도 부원료 일부는 반응하지 못하여 좋은 슬래그가 이루어지지 못하여 용선의 탈황 및 용강의 탈인반응을 저하시키는 문제도 있다.

그러므로 상기와 같이, 그 호퍼내에서 형석의 막힘이 발생한다면 더더욱 목표로 하는 용선 및 용강의 탈황과 탈인을 확보할 수 없다는 문제가 있음이 자명하다.

따라서 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자 마련된 것으로, 제강공정에서 매용제로 이용되는 형석표면에 그 입도가 1mm인 탄소, 경소돌로마이트등으로 피복함으로써 형석이 장입호퍼내에서 고착되는 현상을 방지함과 아울러, 용 선예비처리 및 전로정련에서의 효율적인 탈황과 탈인을 보장하는 매용제 형석을 제공함을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 매용제 형석을 이용한 제강 정련방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

이하, 본 발명을 설명한다.

일반적으로 점토 함유량이 많은 형석은 2차 가공하지 않고 바로 제강공정으로 보내지며, 이에따라 형석내 함유된 점토는 다른 형석간의 고착 및 점토간의 결합으로 인하여 일정시간이 지나면 호퍼내의 형석과 형석이 고착시킨다. 따라서 본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭한 결과, 제강공정에서 매용제로 투입되는 형석의 표면에 탄소, 경소돌로마이트등을 소정의 두께로 피복할 경우 그 고착성 문제가 해소되며, 아울러 유동성이 좋은 형석 주변에 부원료가 고르게 산재하게 됨으로써 용선 및 용강중에 빠른 반응을 유도하여 반응효율을 극대화하여 탈황과 탈인효율을 향상할 수 있음을 발견하고 본 발명을 제안하는 것이다.

다시 말하면, 본 발명은 형석을 호퍼로 이송하기 전에, 부원료(피복제)를 형석 표면에 부착킴으로써 그 부착된 부원료가 이형제 역할을 하여 형석간의 고착을 방지하여 호퍼이송후에도 형석호퍼의 막힘현상을 방지할 뿐만 아니라 제강정련 반응효율을 극대화함에 그 특징이 있는 것이다.

따라서 본 발명은, 그 표면에 탄소, 경소돌로마이트, 생돌로마이트, 생석회, 규사, 밀스케일, 석회석, 레이들 슬래그중 선택된 직경 1mm이하의 피복제 분말 1종이상이 1~10mm의 두께로 피복되어 있는 제강공정에서 매용제로 사용되는 형석에 관한 것이다.

또한 본 발명은, 슬래그 재화를 위하여 매용제인 형석을 전로등에 투입하는 제강 정련공정에 있어서,

상기 형석의 표면에 탄소, 경소돌로마이트, 생돌로마이트, 생석회, 규사, 밀스케일, 석회석, 레이들 슬래그중 선택된 직경 1mm이하의 피복제 분말 1종이상이 1~10mm의 두께로 피복하는 단계; 및 상기 피복된 형석을 호퍼에 장입한후 전로등에 투입하는 단계를 포함하는 형석을 이용한 제강 정련방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 형석을 설명한다.

먼저, 본 발명에서 형석 표면을 피복할 수 있는 피복제로는 탄소(C), 경소돌로마이트(MgO.CaO), 생돌로마이트(MgCO₃.CaCO₃), 생석회(CaO), 규사(SiO₂), 밀스케일(FeO), 석회석(CaCO₃) 및 레이들 슬래그를 들 수 있으며, 이들을 1종이상 사용하여도 무방하다.

본 발명에서 이러한 피복제들은 그 입도를 1mm이하로 제한할 것이 요구되는데, 왜냐하면 그 입도가 1mm를 초과하면 피복제가 형석의 점토분에 부착되기 않기 때문이다.

본 발명에서는 상술한 피복제를 사용하여 형석 표면을 피복하면, 도 2에 나타난 바와 같이, 이들 분말이 형석표면의 점토상에 잘 부착되어 호퍼내에서 형석간의 융착을 효과적으로 방지할 수 있는 것이다. 다만, 상기 피복제중 생돌로마이트, 생석회, 규사, 밀스케일, 석회석 및 레이들 슬래그는 그 정련반응에 따른 탈인 및 탈황효율측면등에서는 그 한계가 있다.

상세하게 설명하면, 전로정련반응은 승온과정인 반면 상기 생돌로마이트 및 석회석은 아래와 같은 흡열반응이 발생하여 전로온도를 하락시킬 수 있다는 한계가 있다.

CaCO₃ → CaO + CO₂

MgCO₃.CaCO₃ → MgO + CO₂

CaO + CO₂

또한 상기 생석회는 주성분인 CaO가 90%이상으로써 아래와 같은 대기중 수분과 결합(수화반응)하여 탈인반응을 저해할 수 있으며, 규사와 밀스케일은 피복성을 확보하기 위해서는 수십 ㎛ order로 만들것이 요구되어 그 제조과정이 어렵고 제조단가가 비싸며 레이들 슬래그는 CaO와의 수화반응등으로 그 한계가 있는 것이다.

CaO + H₂O →Ca(OH)₂ (노내 투입전 반응)

따라서, 호퍼내 형석의 고착방지 뿐만 아니라 정련반응에 따른 탈인 및 탈황효율측면을 고려해 볼때, 본 발명에서는 상기 피복제를 탄소와 경소 돌로마이트중 1종이상으로 제한하는 것이 보다 바람직하다.

이를 탄소와 경소 돌로마이트를 형석의 피복제로 사용한 경우에 있어서 로내 상호반응관계를 통하여 설명하면 다음과 같다.

[탄소를 형석의 피복제로 한 경우]

-용선예비처리공정-

CaO + [S] + [C] → CaS + CO(g)

이때는, 형석은 유동성을 향상시키고 탄소는 형석주위에서 생석회의 산소와 반응하여 탈황촉진을 유도하며, 일산화탄소의 발생으로 인한 체적증대로 슬래그 포밍(forming)이 증대된다.

-전로정련공정-

4CaO + 2[P] + 5[FeO] = 4CaO.P₂O₅ + 5Fe

이때, 형석은 유동성이 좋아 형석주변의 탄소를 확산시키고 탄소는 빠르게 고온에서 슬래그중의 산소와 반응하여 슬래그층의 포밍증대로 슬래그의 저온유지 및 저융점 슬래그의 조성으로 최적의 탈인조건이 도출될 수 있다.

[경소 돌로마이트을 형석의 피복제로 한 경우]

-용선예비처리공정-

경소 돌로마이트는 그 주성분이 MgO.CaO로써, 이를 형석 표면에 피복하여 투입하면 내화물의 슬래그로의 용출을 억제하여 용선 레이들의 수명향상을 꾀할 수 있다.

-전로정련공정-

경소 돌로마이트는 고온에서 순간적인 가스발생을 통한 체적증대로 슬래그 표면부의 압력을 가중시켜 파열시킴으로써 슬래그내 미방출가스를 용이하게 노외로 방출함으로써 슬래그 재화촉진으로 저린강을 제조할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 피복제를 형석에 피복함에 있어서, 그 피복두께를 1~10mm로 제한함이 바람직하다. 만일 그 피복두께가 1mm미만이면 통상적인 피복층이 불균일하게 부착됨으로 인해 형석표면에 피복되지 않은 부위가 발생되고 이 부분이 서로 접촉하여 형석을 조대화시켜 호퍼막힘을 유발하며, 10mm초과시는 형석자체에 피복제를 붙이기 위해 점결제(폴리비닐 알콜등)를 따로 첨가해야 하는등 제조상 문제가 발생하기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 상기 피복제가 형석에 대한 중량%로 3~30%로 피복됨이 바람직하다. 왜냐하면 3%미만에서는 형석에 피복이 부분적으로 되어 피복되지 않은 부위의 점토와 다른 형석의 점토부위가 고착되어 호퍼막힘을 유발할 수 있으며, 30%를 초과하면 피복층이 두꺼워져 전로 매용제로 투입시 투입효과인 확산반응을 저해할 수 있기 때문이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 매용제인 형석은 용선예비처리공정이나 전로정련공정과 같은 제강공정 일반에 적용될 수 있다.

즉, 이러한 제강공정에서 슬래그의 재화를 위하여 형석장입호퍼에 형석을 장입한후 이를 전로등에 투입하는데, 본 발명에서는 형석을 장입호퍼에 장입하기 전에 그 표면에 상술한 바와 같은 피복제로 1~10mm의 두께로 피복시키고, 이어 호퍼에 장입하여 전로등으로 투입하는 것이다.

본 발명은 상기 형석에 피복제를 도포하는 구체적인 방법에 제한되는 것은 아니며, 형석이 그 장입호퍼에 장입되기전에 어떠한 혼합설비 내지 피복설비를 이용하여 그 표면에 상기 피복제가 도포되었다면 모두 본 발명의 기술범위라 할 것이다.

예컨데, 제강공정에서 이용되는 형석은 별도의 형석 공급업체를 통하여 공급됨이 일반적이다. 따라서 이러한 형석 공급업체에서 형석에 부원료(즉, 피복제)를 피복하는 형석피복장치를 설치하여 형석을 피복한후 이를 제강공장의 호퍼로 공 급될 것이 예상되나 본 발명은 형석의 피복장소 및 그 절차에 제한되는 것은 아니다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 제강공정에서 매용제로서 투입되는 형석의 표면에 부원료(피복제)를 피복함으로써, 형석의 점토질에 피복제가 부착되어 형석간의 고착을 방지하여 호퍼막힘을 방지할 수 있으며, 아울러 용선 및 용강의 탈황, 탈인반응 효율을 극대화할 수 있는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하나, 이는 본 발명의 일실시예로서 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.

(실시예 1)

그 하부에는 회전할 수 있는 모터가 부착되어 있고 그 상부에는 원료를 혼합할 수 있도록 설계된 직경 300mm 원판을 갖는 실험용 혼합기를 준비하였다.

그리고 피복제인 탄소, 경소 돌로마이트, 생석회 및 석회석을 그 입경이 1mm이하로 되도록 채(seive)로 거른후, 각각 저울에 달아 2kg이 되도록 마련하였으며, 아울러, 형석은 그 입경이 50mm가 되도록 가공한후 저울에 달아 4x10kg을 마련하였다. 한편, 표 1은 이러한 피복제의 조성을 나타낸다.

이와 같이 마련된 형석 10kg을 상기 회전판에 투입한후, 상기 탄소분말을 1분당 400g씩 5분에 걸쳐 2kg 모두를 100rpm으로 회전하고 있는 원판에 투입하여 혼 합시켰다. 이러한 혼합으로 탄소가 피복된 형석을 플라스틱으로 에폭시 응고시킨후 반으로 절단하여 그 피복두께를 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

또한, 경소 돌로마이트, 생석회 및 석회석의 경우도 상기와 동일한 조건으로 실험을 행하여 그 측정된 결과를 표 2에 나타내었다.

	화학성분
	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	C	CaCO3	CaF2	Fe2O3	기타
탄소(Coke)	-	-	-	-	99	-	-	-	1
경소 돌로마이트	56	39	1.5	0.5	-	-	-	1	12
생석회	92	2	0.9	0.3	-	-	-	0.6	4.2
석회석	-	3.3	1.5	0.2	-	51	-	-	lg-loss 44
형석	-	-	20	-	-	0.4	75	-	점토4.6

	탄소	경소 돌로마이트	생석회	석회석
피복두께	5mm	3.7mm	5.5mm	4.8mm

표 2에 나타난 바와 같이, 피복제로서 탄소, 경소 돌로마이트, 석회석 및 생석회를 사용하는 경우 모두 본 발명 범위내의 피복두께를 쉽게 얻을 수 있음을 알 수 있다.

(실시예 2)

실시예 1과 동일한 조건으로 형석에 피복제인 경소 돌로마이트를 피복하였다. 다만 이경우, 그 피복제의 입도를 달리하였으며, 아울러 그 피복시간을 달리함으로써 형석에 부착되는 피복제의 두께 및 중량을 달리하였다.

이와 같이 피복된후, 그 피복된 표면에서 형석 내지 점토분이 육안으로 관찰되는지 여부를 확인하였다. 그리고 만일 육안으로 관찰되면, 고착되어 호퍼를 막을 가능성이 크므로 불량(x)으로, 관찰되지 않으면 양호(o)로 평가하여 표 3에 나타내었다.

	범위	피복시간(분)	외부피복상태	비고
피복두께(mm)	0.5	1	X(점토분, 형석관찰)	비교예1
	1	2	X(형석관찰)	비교예2
	5	5	O	발명예1
	10	10	O	발명예2
	15	15	O	발명예3
형석대비 피복제중량(%)	3	2	O	발명예4
	15	5	O	발명예5
	30	10	O	발명예6
	35	15	피복불가	비교예3
피복제 입경(mm)	0.5	5	O	발명예7
	1	5	O	발명예8
	5	5	X(거의 피복되지 않음)	비교예4
	10	5	X(전혀 피복되지 않음)	비교예5

표 3에 나타난 바와 같이, 피복두께가 본 발명의 범위인 발명예(1~3)은 외부피복상태가 양호하였으나, 1mm를 초과하는 비교예(1~2)의 경우 부분적으로 형석등이 관찰되어 형석호퍼에 장입시 고착이 발생함을 예상할 수 있다.

또한, 그 피복제의 입경이 본 발명범위를 벗어나 비교예(4~5)의 경우 형석 표면에 피복제가 도포되지 않음을 알 수 있다.

그리고 비교예 3은 점결제를 이용하여 피복제를 형석에 부착한 경우로써, 점결제를 사용하지 않으면 그 부착이 불가능하였다.

또한, 피복제인 탄소를 형석에 피복한 경우에도, 이와 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

(실시예 3)

C	Si	Mn	P	S
4.0~4.7	0.3~0.4	0.2~0.4	0.09~0.11	0.015~0.025

탄소를 피복한 형석을 노내 투입하는 경우가, 피복되지 않은 형석을 투입하는 경우보다 그 노내 반응효율이 우수함을 검증하기 위하여 표 6과 같은 조성을 가진 용선을 고주파 유도용해로(실험로)에서 용해하였다.

먼저 마련된 하나의 용선에는 종전과 같이 피복제가 피복되어 있지 않은 형석을 투입하였으며, 다음으로는 본 발명과 같이 탄소가 그 표면에 피복된 형석을 매용제로 투입하여 용선예비처리공정 및 전로정련공정을 모사실시하였다. 이때, 그 표면에 탄소가 피복된 형석을 투입하는 본 발명법의 경우, 그 피복된 탄소의 중량은 형석대비 25%로 하였다.

이러한 실험결과 나타난 용선예비처리후의 종점황농도와 전로정련후의 종점인의 거동을 도 3과 도 4에 나타내었다.

도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 탄소를 그 표면에 피복한 형석을 투입한 본 발명법이 그렇지 않은 종래법에 비하여, 보다 우수한 종점황 및 종점인 농도를 가짐을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 매용제인 형석에 부원료를 피복하여 수송함으로써 형석장입호퍼가 막히는 현상을 효과적으로 방지할 수 있음과 아울러, 특히 용선예비처리단계에서는 탈황 및 탈인 반응효율을 향상시키고, 전로정련단계에서는 재화를 촉진하여 슬래그 저온화, 저융점화 및 적정 염기도 조성을 촉진하여 종점 인을 안정적으로 유도하여 강의 청청도를 개선함에 유용한 효과가 있다.

Claims (6)

1. 제강공정의 매용제로서,

   그 표면에, 탄소, 경소돌로마이트, 생돌로마이트, 생석회, 규사, 밀스케일, 석회석 및 레이들 슬래그중 선택된 직경 1mm이하의 피복제 분말 1종이 형석에 대한 중량%로 3~30%의 양 및 1~10mm의 두께로 피복되어 있는 매용제 형석.
2. 제 1항에 있어서, 상기 피복제는 탄소나 경소돌로마이트중 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 매용제 형석.
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