KR100969296B1

KR100969296B1 - 친환경 전로용 슬래그 진정제

Info

Publication number: KR100969296B1
Application number: KR1020080064699A
Authority: KR
Inventors: 윤여범
Original assignee: 주식회사 포인
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-07-09
Also published as: KR20100004500A

Abstract

본 발명은 친환경 전로용 슬래그 진정제에 관한 것으로, 성형 혹은 압출 형태로 제조되어 제강공정에서 사용되는 전로용 슬래그 진정제에 있어서; 상기 슬래그 진정제는, 휘발분:35-50중량%, 회분:45-60중량%, 고정탄소:3-10중량%, CaO:1-5중량%로 조성되는 폐백토로 구성된 것을 특징으로 하는 친환경 전로용 슬래그 진정제를 제공한다.

본 발명은 고온에서 완전분해되기 때문에 2차적인 환경오염 발생의 우려가 없는 친환경적인 소재이며, 가격이 저렴하며, 슬래그 진정효과가 우수하고, 자원을 재활용할 수 있다는 효과를 제공한다.

슬로핑, 슬래그 진정제, 폐백토, 폐활성탄, 전로 슬래그

Description

친환경 전로용 슬래그 진정제{ENVIRONMENT-FRIENDLY SUPPRESSOR FOR CONVERTER SLAG}

본 발명은 친환경 전로용 슬래그 진정제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 처리공정에서 발생되는 폐기물들을 수거하여 혼합 성형 혹은 압출하여 고온(약 1200℃ 이상)에서 완전 분해됨으로써 환경오염을 유발시키지 않으면서 전로 슬래그를 보다 효율적으로 진정시킬 수 있도록 개선된 친환경 전로용 슬래그 진정제에 관한 것이다.

일반적으로, 제강공정에서는 전로에 주입된 용선중의 불순원소인 탄소, 인, 규소, 황 등을 제거하여 용강을 만들면서 원하는 온도로 승온하기 위하여 전로 상부로부터 산소랜스를 통해 고속으로 산소를 취입하는 공정이 수행된다.

이때, 고속으로 취입되는 산소제트(Oxygen Jet)에 의해 용선중 탄소는 산소와 결합하여 CO 기포를 생성하면서 전로 밖으로 배출되게 되며, 규소는 취련 초기 거의 SiO₂로 산화되어 투입된 생석회와 함께 재화되어 전로 슬래그의 주체를 이루게 되고, 나머지 원소들도 동시에 산화반응을 일으키게 된다.

또한, 고순도의 산소제트는 용철 표면에 캐비티(Cavity)를 형성하게 되며, 주변에 수많은 철립(Metal Droplets)을 비산시키게 되고, 이로 인해 슬래그 내에는 많은 양의 철립이 혼재하게 되며, 슬래그와 반응하면서 강욕으로 되돌아가게 된다.

이러한 슬래그내 반응영역을 에멀젼(Emulsion)이라 하는데, 이 반응영역은 비중차로 인해 상부로 부상되게 되고, 동시에 용선에 포함된 탄소와의 탈탄반응에 의해 발생된 CO를 포집하게 된다.

이때, 이 CO 기포의 생성속도는 슬래그의 점도에 따라 생성속도가 결정되게 되는데, 이 CO 기포의 생성속도가 비정상적으로 빨라지게 되면 가스의 배출과정이 원활하게 이루어지지 못하게 되고, 이로 인해 슬래그가 부풀어 오르면서 그 일부가 전로 노구로 넘쳐 흐르는 슬로핑(Slopping) 현상이 초래되게 된다.

이와 같은 슬로핑 현상은 정련 실수율을 저하시키고, 또한 노구에 지금(Skull) 부착, 노하에 슬래그 고착 등의 생산장애 요인을 초래하게 되며, 나아가 성분 조성불량, 다량의 분진발생 등으로 인한 조업환경의 악화, 공해 유발 등의 문제를 파생시키게 된다.

이에, 종래에는 이러한 슬로핑 현상을 억제하기 위해 슬래그의 점도를 낮출 수 있도록 TiO₂ 성분을 포함하는 일메나이트 분체를 투입하거나 혹은 종이 펄프공장에서 배출되는 폐지 슬러지나 폐펄프 등을 투입하여 폼(Foam)층의 약화를 도모하거나 또는 정련중 혹은 정련후 고무타이어를 투입하여 포밍을 억제하거나, 카바이드를 투입하여 고점성의 FeO를 환원시켜 슬래그의 점성변화를 유도하는 등의 많은 방 법들이 제안되어 활용되어 왔다.

그러나, 이들 개시 기술들은 어디까지나 일시적인 방편에 불과할 뿐 지속적인 대처 방안은 되지 못하였으며, 경우에 따라서는 극심한 유독가스를 배출하여 환경오염 등 2차적인 문제를 파생시켰다.

최근에는 알루미늄계 억제제가 주로 활용되어 슬래그 포밍 억제효과가 상당히 높아지기는 하였지만 가격이 비싸기 때문에 비용부담의 문제가 따르고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 전로내 고온(대략 1200℃ 내외)에서 전량 완전분해되는 친환경적인 소재들이면서 일부 산업폐기물들인 소재들을 재활용하여 혼합 성형하거나 브리켓트 형태로 만들어 슬래그 진정제로 투입함으로써 환경오염 등의 2차 오염의 우려없이 보다 효율적이면서 저렴한 슬래그 진정제를 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 성형 혹은 압출 형태로 제조되어 제강공정에서 사용되는 전로용 슬래그 진정제에 있어서; 상기 슬래그 진정제는, 휘발분:35-50중량%, 회분:45-60중량%, 고정탄소:3-10중량%, CaO:1-5중량%로 조성되는 폐백토로 구성된 것을 특징으로 하는 친환경 전로용 슬래그 진정제를 제공한다.

이때, 상기 폐백토는 식용유 및 유지를 정제하는 과정에서 발생되는 것; 산업용 기름과 화학제품 처리공정중 미네랄오일, 파라핀, 왁스의 정제공정ㆍ폐유의 정제 및 윤활유의 재정제 공정중 발생되는 것; 석유화학처리중 BTX 공정에서 방향족 화합물의 정제시 발생되는 것 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

아울러, 상기 휘발분은 C₅ - C₂₀처럼 CH 화합물로 구성된 것으로 상온에서 액체 또는 고체 상태로 존재하며, 900~1200℃에서 완전 연소하여 CO₂ + H₂O의 형태로 분해되는 물질인 것에도 그 특징이 있다.

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이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 몇가지 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 슬래그 진정제의 구체적인 설명에 앞서, 본 발명에서는 친환경적인 소재로 폐백토(Spent Bleaching Clay)를 사용한다.

이러한 폐백토(Spent Bleaching Clay)는 주로, 식용유 및 유지를 정제하는 과정에서 발생되는 것과; 또 산업용 기름(Oil)과 화학제품 탈색 등의 처리공정중 미네랄오일(Mineral Oils), 파라핀, 왁스 등의 정제공정ㆍ폐유(Waste Oils)의 정제 및 윤활유의 재정제 공정중 발생되는 것과; 석유화학처리중 BTX 공정에서 방향족 화합물의 정제시 발생되는 것중에서 선택된 어느 하나를 재활용토록 함이 바람직하다.

이때, 상술한 것들로부터 얻어지는 폐백토에는 다양한 성분들이 함유되어 있으나 주로 휘발분(Volatile Matter), 회분(Ash), 고정탄소(Fixed Carbon) 등이 주성분이며, 이들의 성분비에 따라 본 발명에 따른 슬래그 진정제로서의 효능이 달라지게 되므로 적적할 성분비가 선택되어야 한다.

[제1실시예]

본 발명 제1실시예는 앞서 설명한 것들중에서 선택된 폐백토를 그대로 슬래그 진정제로 활용토록 한 것이다.

이때, 상기 폐백토를 수거된 상태 그대로 사용하였을 경우 슬래그 진정효과 가 미미하므로 이를 개선하여 슬래그 진정제로서의 효능을 극대화시키기 위해 휘발분, 회분, 고정탄소, CaO의 성분조성을 아래 표 1과 같은 범주내에 들도록 조정할 필요가 있다.

성분	조성(중량%)
휘발분	35-50
회분	45-60
고정탄소	3-10
CaO	1-5

여기에서, 휘발분이란 CH 화합물로 구성되어 있으며, C₅ - C₂₀등 상온에서 액체 또는 고체 상태로 존재하며, 약 900~1200℃에서 완전 연소하여 CO₂ + H₂O 의 형태로 분해되는 물질을 말한다.

또한, 석유화학중 원유를 분별증류하여 기체 이외의 모든 물질이 포함되며 고분자 화합물, 각종 유지 석탄류 등에서도 수분 고정탄소(Fixed Carbon), 재(Ash) 이외의 성분을 말하며, 본 발명에서는 가스를 발생시켜 포밍을 진정시키는 역할을 하는 성분으로 작용하게 된다.

그러나, 상기 휘발분이 35중량% 미만으로 첨가되게 되면 가스 발생력이 저하되어 포밍을 진정시키는 효과가 미미하고, 50중량%를 초과하여 첨가되게 되면 가스 발생이 급격히 증가되면서 오히려 포밍을 조장게 되므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

그리고, 회분은 슬래그 진정제를 브리켓팅(성형) 혹은 압출할 때 점결제로 사용하기 위한 것으로, 이러한 회분이 45중량% 미만으로 첨가되게 되면 슬래그 진정제의 성형시 점결성이 떨어지고, 60중량%를 초과하여 첨가되게 되면 성형체에 크랙을 유발시키므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

이때, 상기 회분은 종래 SiO₂가 주성분이었던 것에 반해, 본 발명에서는 MgO와 CaO가 주성분이라는 점에서 큰 차이가 있다.

아울러, 고정탄소는 석탄, 코크스 따위의 물질에서 수분, 회분(灰分), 휘발성 성분을 제거하고 남은 고체로서 주성분은 탄소이고, 소량의 수소·산소·질소 따위가 함유되어 있으며, 진정제의 포밍성을 높이기 위해 사용하는 것으로, 특히 전로 슬래그 사용시 유용하게 활용되며 더욱 효과적이다.

특히, 상기 고정탄소의 원료로는 폐백토 자체가 점결성이 있어 점결제를 크게 요하지 않으나 필요시 전분(Corn Starch), 당밀, 타르(Tar) 또는 급결 시멘트 등이 될 수 있다.

이때, 상기 고정탄소가 3중량% 미만으로 첨가되게 되면 가스 발생량이 확보되지 않아 진정효과를 얻을 수 없으며, 10중량%를 넘게 되면 가스 발생량이 과량이 되어 오히려 포밍을 조장하게 되므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

마지막으로, CaO는 슬래그의 염기도를 향상시키기 위한 것으로 1~2중량% 첨가됨이 바람직하다.

이때, 상기 CaO는 주로 급결 시멘트를 투입하는 것에 의해 얻어질 수 있고, 필요에 따라 분생석회를 투입함으로써 얻어질 수 있다.

또한, 상기 CaO를 1중량% 미만으로 첨가시키게 되면 슬래그의 염기도 향상을 기대할 수 없어 탈류(린) 효과를 얻을 수 없고, 5중량%를 초과하게 되면 과다한 탈류작용이 일어나기 때문에 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

이와 같은 성분조성으로 이루어진 슬래그 진정제는 충분히 혼합된 다음 브리켓팅(Briquetting)되거나 혹은 압출(Extrusion)되는 방식으로 제조되어 전로의 노구를 통해 투입되는 형태로 사용된다.

본 발명 제1실시예에 따라 폐백토로 이루어진 슬래그 진정제의 효능을 확인하기 위하여 하기 표 2와 같은 발명재1-1, 발명재1-2, 발명재1-3을 제조한 후 그 압축강도를 확인하였고, 또한 이들을 전로에 투입하여 슬래그 진정 효과도 확인하였으며, 이를 기존재(폐펄프-전로 슬래그계 진정제)와 비교하였다.

구분	휘발분	회분	고정탄소	CaO	압축강도 (kg/㎠)	진정효과
발명재1-1	39.52	54.00	4.88	1.6	89	○
발명재1-2	41.70	52.00	4.90	1.4	86	○
발명재1-3	43.88	50.00	4.92	1.2	81	○
기존재	33.45	65.53	1.02	-	56	△

(여기에서, 성분조성은 모두 중량%이고, ◎:우수, ○:양호, △:보통)

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 휘발분, 회분, 고정탄소의 함량 조절에 의해 슬래그 진정제의 성형 혹은 압출후 압축강도가 매우 높아 운반 및 이동에 용이하게 장수명화가 가능하며, 전로 투입시 진정효과에 있어서도 기존재에 비해 현저히 향상된 슬로핑 억제력을 가짐을 육안으로 확인하였다.

아울러, 본 발명 제1실시예에 따른 슬래그 진정제는 자원재활용성이 높고, 고온에서 완전 분해되므로 친환경적이며, 나아가 가격이 저렴한 장점도 가지므로 그 활용도가 매우 높을 것으로 기대된다.

[제2실시예]

본 발명에 따른 제2실시예는, 앞서 설명한 제1실시예중 발명재1-2의 성분조성을 갖는 폐백토에 폐활성탄과 전로 슬래그를 더 혼합하여 성형 또는 압출함으로써 슬래그 진정제의 비중을 더 높여 슬로핑 진정효과를 더욱 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이때, 폐백토는 20-60중량%, 폐활성탄은 10-20중량%, 전로 슬래그는 30-40중량% 혼합됨이 바람직하다.

이는 앞서 설명한 제1실시예에서 본 발명에 따른 조성범주의 폐백토가 기존재에 비해 월등히 향상된 압축강도를 가지고 있음이 확인되었고, 진정효과에 있어서도 기존보다 향상된 점은 있는 것으로 확인되었으나 비중이 낮아 용강중 상측에 많이 부상되는 형태로 투입되기 때문에 슬로핑을 현격히 억제하지 못한다는 측면을 고려하여 폐활성탄과 전로 슬래그를 더 첨가혼합함으로써 압축강도가 저하되지 않는 범위내에서 슬래그 진정제의 비중을 높여 투입후 용탕 속에 잘 가라앉을 수 있도록 한 것이다.

다시 말해, 전로내 제강공정중 전로 슬래그의 발생은 필연적인 것이므로, 전로내 용탕에 미치는 영향을 최소화시키면서 슬래그 진정제의 비중을 높일 수 있는 방안으로 전로 슬래그가 사용되는 것이다.

이를 위해, 전로 슬래그는 30-40중량%가 사용됨이 바람직한데, 만약 30중량% 미만으로 혼합되게 되면 비중 증가가 미미하고, 40중량%를 초과하게 되면 비중은 증가하나 다른 성분함량이 줄어들게 되어 압축강도가 떨어지는 단점이 있으므로 상기 범위로 한정함이 바람직하다.

그리고, 폐활성탄은 기공율이 우수하기 때문에 과도하게 발생된 가스를 포집하는데 용이하므로 가스 제어수단으로 사용키 위해 혼합된다.

이때, 폐활성탄이 10중량% 미만으로 혼합되게 되면 가스 포집 능력이 떨어져 유명무실하므로 의미가 없고, 20중량%를 초과하게 되면 가스 포집 능력이 높아 제어효율이 저하됨은 물론 다른 성분과의 조화를 위해 그 미만으로 혼합됨이 바람직하다.

이와 같은 성분조성으로 이루어진 슬래그 진정제는 충분히 혼합된 다음 제1실시예에서와 동일한 방식으로 제조됨이 바람직하며, 전로의 노구를 통해 투입되는 형태로 사용된다.

아울러, 본 발명 제2실시예에 따라 제조된 슬래그 진정제의 효능을 확인하기 위하여 하기 표 3과 같은 발명재2-1, 발명재2-2, 발명재2-3을 제조한 후 그 압축강도를 확인하였고, 또한 이들을 전로에 투입하여 슬래그 진정 효과도 확인하였으며, 이를 기존재(폐펄프-전로 슬래그계 진정제)와 비교하였다.

구분	폐백토	폐활성탄	전로 슬래그	폐펄프	압축강도 (kg/㎠)	진정효과
발명재2-1	52	14	34	-	84.9	◎
발명재2-2	50	14	36	-	85.8	◎
발명재2-3	48	14	38	-	85.7	◎
기존재	-	-	40	60	56	△

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 제1실시예에서 설명된 폐백토에 폐활성탄과 전로 슬래그를 더 혼합함으로써 슬래그 진정제의 성형 혹은 압출후 압축강도는 크게 변하지 않으면서 전로 투입시 진정효과는 현저히 향상되었음을 확인하였다.

[제3실시예]

본 발명에 따른 제3실시예는, 앞서 설명한 제2실시예중 발명재2-2의 성분조성을 갖는 폐백토, 폐활성탄, 전로 슬래그의 혼합물에 알루미늄 폐기물, 즉 알루미늄 드로스를 더 혼합하여 성형 또는 압출함으로써 슬로핑 억제시 슬래그의 융점을 떨어뜨려 유동성을 좋게 하고 이로 인해 슬래그층에 갇힌 기포의 방출을 더욱 용이하게 하여 슬로핑 진정효과를 더욱 더 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이때, 폐백토는 20-60중량%, 폐활성탄은 10-20중량%, 전로 슬래그는 20-30중량%, 알루미늄 드로스 10-30중량%가 혼합됨이 바람직하다.

이는 앞서 설명한 제2실시예에서 전로 슬래그의 첨가량을 줄이고, 그 만큼 알루미늄 드로스를 더 첨가토록 한 것이다.

물론, 이때에도 알루미늄 드로스를 더 첨가혼합함으로써 압축강도가 저하되지 않아야 함은 당연하다 할 것이다.

이를 위해, 전로 슬래그를 상기와 같은 비율로 낮춘 것은 알루미늄 드로스의 혼합비를 고려한 것이며, 알루미늄 드로스는 폐자원인 전로 슬래그보다 고가이기 때문에 상기 범위로 한정하여 첨가함이 바람직하다.

뿐만 아니라, 알루미늄 드로스를 상기 범위를 초과하여 과량 첨가한다고 하더라도 슬래그층의 유동성은 그에 비례하여 증가하는 것이 아니기 때문에 슬래그층의 유동성만 확보할 수 있는 범주로 첨가함이 가장 바람직하다.

아울러, 본 발명 제3실시예에 따라 제조된 슬래그 진정제의 효능을 확인하기 위하여 하기 표 4와 같은 발명재3-1, 발명재3-2, 발명재3-3을 제조한 후 그 압축강도를 확인하였고, 또한 이들을 전로에 투입하여 슬래그 진정 효과도 확인하였으며, 이를 기존재(폐펄프-전로 슬래그계 진정제)와 비교하였다.

구분	폐백토	폐활성탄	전로 슬래그	알루미늄 드로스	폐펄프	압축강도 (kg/㎠)	진정효과
발명재3-1	52	12	24	12	-	83.8	◎
발명재3-2	50	12	24	14	-	84.6	◎
발명재3-3	48	12	24	16	-	84.5	◎
기존재	-	-	40	-	60	56	△

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 제2실시예에서 설명된 폐백토 혼합물에 알루미늄드로스를 더 혼합함으로써 슬래그 진정제의 성형 혹은 압출후 압축강도는 크게 변하지 않으면서 전로 투입시 진정효과는 더욱 더 현저히 향상되었음을 확인하였다.

이로써, 본 발명에 따른 폐백토를 활용한 슬래그 진정제가 충분히 활용될 수 있음을 확인하였다.

Claims

성형 혹은 압출 형태로 제조되어 제강공정에서 사용되는 전로용 슬래그 진정제에 있어서;

상기 슬래그 진정제는,

휘발분:35-50중량%, 회분:45-60중량%, 고정탄소:3-10중량%, CaO:1-5중량%로 조성되는 폐백토로 구성된 것을 특징으로 하는 친환경 전로용 슬래그 진정제.
청구항 1에 있어서;

상기 폐백토는 식용유 및 유지를 정제하는 과정에서 발생되는 것; 산업용 기름과 화학제품 처리공정중 미네랄오일, 파라핀, 왁스의 정제공정ㆍ폐유의 정제 및 윤활유의 재정제 공정중 발생되는 것; 석유화학처리중 BTX 공정에서 방향족 화합물의 정제시 발생되는 것 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 친환경 전로용 슬래그 진정제.
청구항 1에 있어서;

상기 휘발분은 C₅ - C₂₀처럼 CH 화합물로 구성된 것으로 상온에서 액체 또는 고체 상태로 존재하며, 900~1200℃에서 완전 연소하여 CO₂ + H₂O의 형태로 분해되는 물질인 것을 특징으로 하는 친환경 전로용 슬래그 진정제.
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