KR100946375B1

KR100946375B1 - 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법

Info

Publication number: KR100946375B1
Application number: KR1020070130708A
Authority: KR
Inventors: 민중기; 조영준; 구경회; 주재소
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2010-03-09
Also published as: KR20090063379A

Abstract

본 발명은 정련시 발생하는 용융 슬래그의 포밍(foaming)을 억제하기 위하여 투입하는 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법에 관한 것으로서, 석회석 30~60 중량%, 펄프 40~70 중량% 및 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 슬래그 포밍 진정제로서, 상기 슬래그 포밍 진정제의 황 함유량이 0.20 중량% 이하인 것을 특징으로 하여, 슬래그 포밍 진정의 효과를 향상시켜 최종 제품의 품질을 향상시킬 수 있으며, 유황 함량이 제한되는 강, 특히 석유 수송용 소재나 규소 강판 등에 적합한 극저류강의 제조에 사용되는 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법을 제공할 수 있다.

슬래그, 포밍, 진정제, 극저류강

Description

슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법{Matters for depressing slag foaming and the method for adding it}

본 발명은 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정련시 발생하는 용융 슬래그의 포밍(foaming)을 억제하기 위하여 투입하는 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법에 관한 것이다.

일반적으로 철강제품의 고급화와 다양화에 따라서 용강 중의 불순물인 인, 유황의 요구수준이 더욱 저농도화 추세에 있고, 에너지와 원가절감을 위한 수단으로 공정의 단축 또는 혼합기능부여에 의한 용선과 용강의 정련패턴도 개선이 되고 있다. 정련패턴의 개선에 의하여 제조원가절감과 용강의 품질향상을 달성하였지만, 조업 안정성과 작업성의 개선은 여전히 요구되는 사항이다.

예를 들면, 용선예비처리공정에서는 탈린 전의 탈규처리시 다량의 산화규소가 순간적으로 발생하여 슬래그의 점도가 상승하여 취입된 가스와 반응가스의 방출이 어려워짐에 따라 슬래그가 포말처럼 형성되는 포밍(foaming)현상이 발생하고, 이 포밍현상으로 인하여 래들이나 토페도 래들, 전로, 전기로, 슬래그 포트 등의 용강 수용 용기 외부로 슬래그가 넘치는 소위 슬로핑(slopping)현상이 발생하게 된 다. 슬래그 포밍현상으로 인하여 조업 안정성과 작업성이 저해되고 대기환경이 오염되는 결과를 초래하게 된다.

이러한 슬래그 포밍현상을 방지하기 위하여 자동차 폐타이어, 신발공장 등의 폐고무, 제지공장에서 폐기물로 발생하는 펄프 슬러지와 전로 슬래그를 혼합하고 압착하여 만든 슬래그 포밍 진정제류가 사용되고 있다. 예를 들면, 대한민국 특허출원 제1989-19988호에서는 염기도 4 이상인 래들 슬래그를 15~30%, 분코크스 5~15%, 펄프슬러지 5-20%를 사용하는 슬래그 포밍 진정제가 개시되어 있고, 대한민국 특허출원 제1990-21974호에서는 탄산칼슘(CaCO₃) 25~35%, 형석 5~15%와 CaO를 45% 이상 함유한 전기로 집진더스트 20~40%와, T·Fe 50% 이상 함유한 스텐레스 그라인딩 더스트 5~15%를 사용하는 슬래그 포밍 진정제가 개시되어 있다.

다른 예로는 일본특허출원 제2003-209483호에서는 오니 류와, 미세화되는 폐 플라스틱 류나 톱밥 또는 이것들에 섬유나 휴지를 더한 폐 플라스틱 류 등을 주원료로 제조하는 것이 개시되어 있으며, 일본특허출원 제2001-211218호에서는 제철소에서 발생한 함유 슬러지와 플라스틱과 생석회를 이용하여 제조하는 것이 개시되어 있고, 일본특허출원 제1999-208274호에서는 배합비가 중량％로，광재 20∼70％, 제지 찌꺼기 등의 유기질 20∼70％ 및 탄산 칼슘 5∼50％를 이용하여 제조하는 것이 개시되어 있다.

이러한 종래 기술들은 대부분 폐슬러지를 이용하여 제조한 것으로, 슬래그 포밍 진정제 내에 존재하는 유황 성분을 제어하지 않은 상태로 사용하기 때문에 최 종 제품 내에 유황 성분이 잔류하게 되는 문제점이 있다. 이러한 유황 성분에 의하여 종래의 슬래그 포밍 진정제를 석유 수송용 소재나 규소 강판 등에 적합한 극저류강의 제조에 적용하기에는 한계가 따른다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 슬래그 포밍 진정 효과를 향상시키고 용강 내의 유황 함량을 제어하여 유황 함량이 제한되는 강, 특히 극저류강의 제조에 적합한 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제는, 석회석 30~60 중량%, 펄프 40~70 중량% 및 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 슬래그 포밍 진정제로서, 상기 슬래그 포밍 진정제의 황 함유량은 0.20 중량% 이하인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 펄프는 정제유 또는 저유황제를 사용하여 건조될 수 있다.

이때, 상기 펄프는 수분이 10 중량% 이하가 되도록 건조되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제 투입 방법은, 슬래그가 피복된 용강의 정련에 있어서, 상기 용강 10 톤에 대하여, 석회석 30~60 중량%, 펄프 40~70 중량% 및 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 슬래그 포밍 진정제로서, 상기 슬래그 포밍 진정제의 황 함유량이 0.20 중량% 이하인 슬래그 포밍 진정제를 100 내지 150 ㎏ 투입시키는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법에 의하 여, 슬래그 포밍 진정의 효과를 향상시켜 최종 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하여 용강 중의 유황 함량을 제어함으로써 유황 함량이 제한되는 강, 특히 석유 수송용 소재나 규소 강판 등에 적합한 극저류강의 제조에 사용되는 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

강 중의 S 성분은 여러 가지 나쁜 영향을 미친다. 구체적으로 강 중 S 성분은 철의 균열을 발생시키고, 편석을 일으키는 등 유해한 성분이므로 예비처리 단계에서부터 탈황 정련을 하고 있으나, 전로에서 각종 부원료 투입 과정에서 혼입되는 경우가 발생한다. 이들 부원료중 슬래그 포밍 진정제에도 유황성분이 많이 함유되어 있어 용강의 S 함량을 상승시켜 2차정련에서 탈류 작업을 위해 고원가 조업이 이루어지고 있다. 하기 식 1에 여러 인자에 따른 강 중의 S 성분을 나타내었다.

S(중량%) = 2.57 + 0.495(Fe 함유된 집진 더스트) + 0.0840(석회 슬러지) + 0.533(슬래그 포밍 진정제) + 0.130(래들 슬래그).........................(식 1)

상기 식 1에 나타난 바와 같이, 강 중의 S 성분을 상승시키는 주요 인자로 슬래그 포밍 진정제가 있으며, 슬래그 포밍 진정제의 경우 계수가 0.533으로 타 인 자에 비해 S 성분 상승요인으로서의 비중이 크다는 것을 알 수 있다. 따라서, 슬래그 포밍 진정제 내의 S 성분을 저감하여 최종 제품의 S 함량을 제어하여야 할 필요가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제는, 석회석 30~60 중량%, 펄프 40~70 중량% 및 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 슬래그 포밍 진정제로서, 황 함유량이 0.20 중량% 이하인 것을 특징으로 한다.

석회석은 탄산칼슘을 주성분으로 하는 퇴적암으로서 자체 S 함량이 낮고 저가로 대체 가능하다. 하기 표 1에 석회석과 종래의 슬래그 포밍 진정제에 첨가되는 원료의 S 함량과 특성을 나타내었다.

원료	S 함량(중량%)	특성
석회석	0.01~0.02	저 S 함량, 저가
생석회	0.030	진정제 혼합중 발열반응 및 분화 발생
석회 더스트	0.10~0.20	고 S 함량
수미석	0.010	수입원료, 고가
백운석	0.002	석회석 대비 CO₂ 발생량 낮음
경소백운석	0.030	진정제 혼합중 발열반응 및 분화 발생
규사	-	슬래그 포밍 진정효과 없음, 고가
소결반광	0.007	종점 슬래그 총괄 철 함량 상향됨

상기 표 1에 보듯이 S 함량이 낮은 원료로는 석회석, 생석회, 수미석, 백운석, 경소백운석 및 소결반광이 있다. 이 중에서 생석회 및 경소백운석은 타 원료와 혼합하여 슬래그 포밍 진정제로 제조할 시에 발열반응이 발생하며, 분화가 야기되어 슬래그 포밍 진정제 원료로 적합하지 못하다. 백운석으로 슬래그 포밍 진정제를 제조할 경우 CO₂ 발생량이 저조하여 슬래그 반응을 활발하게 하지 못하고 슬래그 내부의 거품 야기 가스를 외부로 유출시키는 능력이 떨어진다. 소결반광의 경우는 종점 슬래그 총괄 철(T,Fe; Total Fe) 함량을 높게 하고, 수미석의 경우는 전량을 수입에 의존하며 고가의 원료이므로 생산원가를 상승시키므로 슬래그 포밍 진정제 원료로 사용하기에 부적절하다. 석회석의 경우 S 함량이 0.01~0.02 중량%로 낮으며 저가의 원료로서 생산원가를 하락시킬 수 있다.

석회석은 900℃에서 CaCO₃ → CaO + CO₂ + 161,300 J 와 같은 반응이 일어나는데, 이 반응은 흡열반응이기 때문에 용융 슬래그의 온도를 낮추어 점도를 떨어뜨리고, 또한 발생된 CO₂ 가스는 슬래그 반응을 활발하게 작용하여 내부의 포밍을 일으키는 가스를 외부로 노출시켜, 가스가 빠져나가는 역할을 도와준다. 또한 CaO는 슬래그의 염기도를 상승시켜 SiO₂의 체인을 끊어주어 슬래그의 포밍제어 효과가 월등히 우수해 진다.

석회석은 슬래그 포밍 진정제에 30~60 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 석회석이 30 중량% 미만으로 함유될 시에 슬래그 포밍 진정제의 CaO량이 부족하여 슬래그 점도가 높아지게 되며 거품을 파열시켜 가스 방출을 촉진하는 CO₂ 가스 발생량이 감소하게 되며, 60 중량%를 넘게 되면 CaO량 증가로 점도는 저하되나 용융 온도가 상승되므로 슬래그가 경화되어 거품층 파괴가 불가능해지고 가스 방출이 곤란해지며 CO₂ 가스의 과다한 발생으로 비산현상에 의해 슬래그가 산소랜스에 부착될 수 있다.

펄프는 투입초기 슬래그 거품 표면층부에서 연소하므로 거품을 약화시키는 초기단계에 효과적이며, 슬래그 포밍 진정제에 40 중량% 미만으로 함유될 경우 투입 초기의 거품 진정효과가 현저하게 낮아져 전체 진정효과가 저하되고, 70 중량%를 넘을 경우 초기 진정 이후의 작용이 적어짐에 따라 진정효과가 낮아지고 화염과 분진 발생량이 늘어나게 되므로, 펄프의 첨가량은 40~70 중량%가 적절할 것이다.

펄프의 경우 열풍로에서 펄프 슬러지의 수분을 건조하기 위하여 중유를 사용할 시에 S 함량이 상승하게 된다. 하기 표 2에 펄프 제조시 사용되는 원료의 S 함량을 나타내었다.

열풍로 원료	S 함량 (중량%)
종래 중유	0.38
정제유	0.1~0.3
저유황제 중유	0.26

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 종래의 중유는 S 함량이 높은 반면, 정제유 또는 저유황제 중유의 경우에는 S 함량이 0.3 중량% 이하로 비교적 낮은 것을 알 수 있다. 따라서, 종래의 중유를 사용하여 펄프 슬러지의 수분을 건조하는 것보다 정제유 또는 저유황제 중유를 이용하여 펄프 슬러지를 건조하게 될 시에 펄프 내 S 함량을 낮출 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예에서 사용되는 펄프는 정제유 또는 저유황제 중유를 사용하여 건조시키는 것이 바람직하다. 이때, 펄프는 수분이 10 중량% 이하가 되도록 건조된다. 펄프내 수분이 10 중량%를 초과하게 되면, 과다한 수분량으로 인해 용강 내에 산소 비율이 높아져 품질에 영향을 줄 수 있기 때문이다.

하기 표 3에 석회석과 펄프의 배합비에 따른 슬래그 포밍 제어 효과를 나타내었다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7
석회석:펄프슬러지	20:80	30:70	40:60	50:50	60:40	70:30	80:20
슬래그 진정 효과	미흡	양호	양호	양호	양호	미흡	미흡

상기 표 3과 같이, 석회석 30~60 중량%와 펄프 40~70 중량%를 배합하여 슬래그 포밍 진정제를 배합할 시에 슬래그 진정 효과가 타 배합비에 비하여 좋은 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제는 석회석 30~60 중량%와 펄프 40~70 중량%를 포함하여 제조되는 것이 슬래그 진정 효과와 S 함유량을 감소시키는 측면에서 바람직하다.

상기와 같은 석회석 30~60 중량%와 펄프 40~70 중량%를 포함하여 제조된 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제와 종래의 진정제의 함량을 하기 표 4에 나타내었다.

슬래그 포밍 진정제	S 함량 (중량%)
종래예	0.38~0.41
발명예1	0.05
발명예2	0.06
발명예3	0.11

상기 표 4에서와 같이, 발명예에 따른 슬래그 포밍 진정제에서의 S 함량은 0.20%이하로서 종래예에서와 대비하여 1/8 내지 1/3 수준인 것을 알 수 있다. 종래예의 경우는 하기 표 5와 같이 진정제 원료단계에서부터의 S 함량이 높기 때문이다.

	종래 진정제	진정제 원료
		펄프 슬러지	제강 분슬래그
S 함량(중량%)	0.38	0.16	0.35

따라서, 상술된 바와 같이 원료단계에서부터 S 함량이 적은 원료를 사용하여 발명예에서와 같은 슬래그 포밍 진정제를 제조할 경우, 표 4와 같이 S 함량이 낮은 슬래그 포밍 진정제를 제조할 수 있는 것이다.

도 1은 전로에서 슬래그 포밍 시작에서부터 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투입하여 슬래그 포밍이 진정되기까지의 과정을 도시한 도면이다.

먼저, 전로 슬래그 배재가 완료되고 포트 내에서 슬래그 포밍이 시작된다(S10). 이후, 용강에 거품이 일어나서 포트에서 넘치게 되면(S20) 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투여한다. 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투입하면 슬래그 반응이 격렬해지고(S30), 이후 슬래그의 체적이 가라앉아 용강이 진정된다(S40).

본 발명의 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제 내의 석회석은 CaO와 CO₂로 분해되면서 열을 흡수하여 슬래그의 온도를 낮추며 점도를 떨어뜨리게 된다. 또한, CO₂ 가스는 슬래그 내부에서 포밍을 야기하는 가스를 슬래그 외부로 노출시켜 슬래그로부터 포밍 야기 가스가 빠져나가도록 한다. CaO는 슬래그의 염기도를 상승시켜 SiO₂의 체인을 끊어주어 Si와 O₂가 분리되도록 하고, 분리된 O₂는 상술된 바와 같이 슬래그로부터 빠져나간다. 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제 내의 펄프는 투입초기 슬래그 거품 표층부에서 연소하여 거품을 약화시키는 역할을 한다.

하기 표 6에는 발명예와 표 1의 원료로 제조한 슬래그 포밍 진정제를 10톤의 용강에 투여할 시의 슬래그 포밍 진정 효과를 종래예와 비교하여 나타내었다.

	종래예	비교예1	비교예2	비교예3	발명예
	제강 분슬래그	규사	석회 슬러지	백운석	석회석
투입량 (kg)	200~250	200~250	150~200	200~250	100~150
슬래그 포밍 진정 효과	-	효과없음	동등 수준	열위	1.3~1.5배 우수
슬래그 포밍 진정시간(분)	4~5	-	4~5	4~5	2~3
화염 발생량	-	없음	약함	약함	동등 수준

표 6에서와 같이, 비교예1의 규사를 사용한 진정제는 슬래그 포밍 상태가 지속적 증가하는 추세를 보이고 진정 기미는 전혀 없었다. 비교예2의 석회 슬러지와 비교예3의 백운석을 사용한 진정제는 종래예 대비 반응성이 다소 떨어지고, 발명예인 석회석을 사용한 진정제는 종래예 대비 적은 투입량에도 불구하고 반응성이 양호하여 빠르게 진정되어 1.3~1.5배의 우수한 효과를 얻을 수 있다.

하기 표 7에는 종래예 및 발명예에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투여한 용강의 S 함량을 나타내었다.

슬래그 포밍 진정제	용강 내 S 함량 (ppm)
종래예	39
발명예	32

상기 표 7에서 보듯이, 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투여한 용강은 용강 내 S 함량이 32 ppm으로 종래예 대비 7 ppm이 저감되었음을 알 수 있다. 이와 같이 S 함량이 종래에 비하여 저감된 용강으로 황 함량이 제한되는 극저류강 등을 용이하게 제조할 수 있다.

발명의 기술적 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 전로에서 슬래그 포밍 시작에서부터 본 발명의 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투입하여 슬래그 포밍이 진정되기까지의 과정을 도시한 도면.

Claims

석회석 30~60 중량%, 펄프 40~70 중량% 및 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 슬래그 포밍 진정제로서, 상기 펄프는 정제유 또는 저유황제를 사용하여 건조되고, 상기 슬래그 포밍 진정제의 황 함유량이 0.20 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 슬래그 포밍 진정제.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 펄프는 수분이 10 중량% 이하가 되도록 건조된 것을 특징으로 하는 슬래그 포밍 진정제.
슬래그가 피복된 용강의 정련에 있어서, 상기 용강 10 톤에 대하여, 석회석 30~60 중량%, 펄프 40~70 중량% 및 불가피하게 혼입되는 불순물로 조성되는 슬래그 포밍 진정제로서, 상기 슬래그 포밍 진정제의 황 함유량이 0.20 중량% 이하인 슬래그 포밍 진정제를 100 내지 150 ㎏ 투입시키는 것을 특징으로 하는 슬래그 포밍 진정제 투입 방법.