KR101017628B1

KR101017628B1 - 밀스케일을 이용한 환원철 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101017628B1
Application number: KR1020080134072A
Authority: KR
Inventors: 이현
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2011-02-25
Also published as: KR20100076139A

Abstract

본 발명은 제강공정 또는 압연공정에서 발생되는 밀스케일을 효율적으로 처리시켜 금속화율을 높임에 의해 재활용함으로써 전기로 제강용 스크랩 대신 철원으로서 활용이 가능하도록한 환원철 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 본 발명은 건조된 밀스케일 66.5 ~ 85.5 중량%, 환원제 7 ~ 15 중량%, 환원촉진제로서 황산알루미늄염 1.5 ~ 3.5 중량%, 탄산수소나트륨과 수산화칼슘이 1:1의 중량 비율로 혼합된 저융점 유도제 3 ~ 5 중량%, 수용성 유기바인더 3 ~ 10 %를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 환원철 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명을 통하여 제조된 환원철은 밀스케일을 이용함으로써 제철소내 폐기물의 재활용하므로 환경친화적이고, 기존의 방식보다 제강효율이 높으며, 전기로 제강에 활용되어 철원으로서 제강의 생산량 증대에도 크게 기여하여 경제적으로 부가가치의 증대에 큰 효과가 있다.

밀스케일, 환원철, 저융점, 코크스더스트, 물유리

Description

밀스케일을 이용한 환원철 및 그 제조방법{REDUCED IRON FROM MILL SCALE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 밀스케일을 이용한 환원철 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건조된 밀스케일에 환원제와 환원촉진제를 첨가한 후, 수용성 유기바인더를 혼합하여 형상을 제조한 후 가열시켜 환원된 환원철 및 그 제조방법에 관한 것이다.

밀스케일은 철강제조공정, 특히 열간압연 또는 냉각작업 중에 강표면에 생기는 산화철 피막을 말한다. 이러한 밀스케일은 철강공장에서 나오는 주된 폐기물이며 철의 함량이 보통 70% 이상이 되기 때문에 재활용이 필요한 물질이다. 다만, 입자가 작고 산화철이 많은 이유로 인하여 전기로 및 제철소에서는 저급용도로서 단순 재활용되고 있는 실정이다.

종래에 밀스케일로부터 환원철을 회수하기 위한 방법은 건식환원법인데, 이 방법은 연소가스를 이용하여 밀스케일을 외부가열하고 이후 환원제로 환원시키는 단계로 이루어진다. 그러나, 이러한 방법은 2 ~ 5시간이라는 장시간의 환원반응이 필요하고, 1,000 ~ 1,400 ℃의 높은 온도에서 반응시키기 위해 외부 가열을 한다는 점에서 에너지 소모가 크다는 문제가 있다. 또한, 밀스케일의 크기가 일정치 않으므로 종래의 외부가열에 의한 열처리를 위해서 펠렛화 등과 같은 전처리가 필요하며, 이러한 펠렛화 공정은 분쇄, 선별, 혼합, 성형 단계로 이루어지므로 공정이 복잡해진다는 문제가 있다. 더 나아가, 상기 전처리에는 벤토나이트, 당밀, 폐플라스틱 등과 같은 결합제가 반드시 사용되어야 하므로, 열처리가 끝난 후 얻어진 환원철에는 전처리에 사용된 결합제로부터 발생한 Si와 같은 불순물이 포함되므로 순도가 떨어진다는 문제점이 있다. 도 1은 종래의 건식환원법에 의해 얻어진 환원철을 나타낸 사진인데, 외부가열의 직접 대상이 되는 펠렛형태의 환원철 표면에 미반응부(결합제)가 존재하는 것을 알 수 있다. 이 경우 종래에는 펠렛의 표면으로부터 미반응부를 제거하기 위한 별도의 공정을 수행하였으므로 비경제적이다.

또한, 대한민국 특허공개공보 제2001-17294호에서는 스크립 대용재로 제조하여 재활용하는 기술로서, 유분이 함유된 열연오일슬러지를 주재료로 하여 코크더스트, 벤토나이트, 포틀란트 시멘트를 배합하고 수분을 첨가하여 성형한 후 건조하여 스크랩 대용재로 사용하는 기술이 개시되어 있으나, 열연슬러지의 수집에 따른 공정이 복잡하고 비교적 가격이 높은 혼합물과 배합함으로써 제조비용이 높아지는 단점이 있다.

본 발명은 제강공정 또는 압연공정에서 발생되는 밀스케일을 효율적으로 처리시켜 금속화율을 높임에 의해 재활용함으로써 전기로 제강 및 전로 제강용 스크랩 대신 철원으로서 활용이 가능한 환원철 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다

본 발명은 제강공정 또는 압연공정에서 발생되는 밀스케일을 이용하여 금속화된 환원철에 있어서, 건조된 밀스케일 66.5 ~ 85.5 중량%, 환원제 7 ~ 15 중량%, 환원촉진제로서 황산알루미늄염 1.5 ~ 3.5 중량%, 탄산수소나트륨과 수산화칼슘이 1:1의 중량 비율로 혼합된 저융점 유도제 3 ~ 5 중량%, 수용성 유기바인더 3 ~ 10 %를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 환원철을 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 환원제는 코크스더스트인 것을 특징으로 하는 환원철을 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 수용성 유기바인더는 폴리비닐알코올 또는 카르복실메틸셀룰로오스가 물과 1:49의 중량 비율로 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 환원철을 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 수용성 유기바인더는 물유리(Water glass)가 1 ~ 3 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 환원철을 제공한다.

또한, 본 발명은 제강공정 또는 압연공정에서 발생되는 밀스케일을 이용하여 환원철을 제조하는 방법에 있어서, 유분 또는 수분이 포함된 밀스케일을 건조하는 단계와; 상기 건조된 밀스케일에 환원제 7 ~ 15 중량%를 혼합하는 원료제조단계와;

상기 제조된 원료에 황산알루미늄 1.5 ~ 3.5 중량% 및 탄산수소나트륨과 수산화칼슘을 1:1의 중량 비율로 혼합한 저융점 유도제를 3 ~ 5 중량%를 혼합하는 배합 단계와; 상기 배합된 원료에 수용성 유기바인더 3 ~ 10 중량%를 혼합하여 형상을 제조하는 단계와; 상기 제조된 형상을 불활성 분위기의 가열로에서 가열하여 환원시킨 후 냉각하는 환원 단계를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로하는 밀스케일을 이용한 환원철 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 환원제는 코크스더스트인 것을 특징으로 하는 밀스케일을 이용한 환원철 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 수용성 유기바인더는 폴리비닐알코올 또는 카르복실메틸셀룰로오스가 물과 1:49의 중량 비율로 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 밀스케일을 이용한 환원철 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 수용성 유기바인더는 물유리(Water glass)가 1 ~ 3 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 밀스케일을 이용한 환원철 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 환원 단계는 850 ~ 1,000 ℃에서 가열하여 환원시키는 것을 특징으로 하는 밀스케일을 이용한 환원철 제조방법을 제공한다.

본 발명을 통하여 제조된 환원철은 밀스케일을 이용함으로써 제철소내 폐기물의 재활용하므로 환경친화적이고, 기존의 방식보다 제강효율이 높고 저렴하며, 전기로 제강 및 전로 제강에 활용되어 철원으로서 제강의 생산량 증대에도 크게 기여하여 경제적으로 부가가치의 증대에 큰 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 밀스케일의 환원철 제조방법의 플로우 차트, 도 3은 코크스첨가량에 따른 금속화율을 나타낸 그래프, 도 4는 알루미늄염 첨가량에 따른 금속화율을 나타낸 그래프, 도 5는 탄산수소나트륨과 수산화칼슘의 첨가량에 따른 금속화율은 나타낸 그래프, 도 6은 물유리 첨가량에 따른 금속화율을 나타낸 그래프, 도 7은 열처리온도에 따른 조건별 금속화율을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 건조된 밀스케일 66.5 ~ 85.5 중량%, 환원제 7 ~ 15 중량%, 환원촉진제로서 황산알루미늄염 1.5 ~ 3.5 중량%, 탄산수소나트륨과 수산화칼슘이 1:1의 중량 비율로 혼합된 저융점 유도제 3 ~ 5 중량%, 수용성 유기바인더 3 ~ 10 %를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 환원철을 제공한다.

상기 밀스케일은 전기로 제강 및 전로 제강용 철원으로 사용되며, 수용성 유기바인더의 함량 측면에서 보면 본 발명에서는 건조된 밀스케일을 66.5 ~ 85.5 중량%를 사용하게 된다.

상기 환원제의 경우에는 7 중량% 미만이면 철산화물의 환원효과 미미하며, 15 중량%를 초과하면 다른 성분에 비해 많은 양이 되어 역효과를 가져오기 때문에 본 발명에서는 7 ~ 15 중량%로 한정한다.

상기 환원제는 코크스더스트인 것이 바람직한데, 상기 코크스더스트는 제철 공정에서 고로용으로 사용하기 위해서 석탄을 건류하여 발생되는 분말상의 코크로 화학성분은 탄소가 주성분이다. 코크스더스트의 탄소성분은 제강시에 밀스케일을 환원하여 용강의 양 증가에도 기여하게 되고 슬래그 발생량을 줄이는 역할을 하게 된다.

한편, 본 발명의 밀스케일과 코크스더스트 분말은 아래의 표 1과 같은 화학적 조성을 갖는 것이 바람직하다. 다만, 이는 바람직한 예일 뿐이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

[ 표 1 ]

성분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	FeO	MnO	MgO	CaO	Na₂O+ K₂O	C	S
밀스케일(중량%)	0.15~3.5	0.10 ~0.5	40.5 ~47.5	42.5 ~48.5	0.15 ~0.32	0.01 ~0.05	0.01 ~0.3	0.01 ~0.1	1.5 ~8.2	0.03 ~0.3
코크스 더스트 (중량%)	3~5	1~3	0.1	0.1	-	0.1 ~0.3	0.02 ~0.07	0.01 ~0.02	84 ~87	0.03 ~0.07

상기 황산알루미늄염과 수산화칼슘은 표 1의 화학성분중 알칼리 성분(Na₂O+K₂O)은 SiO2 및 Al₂O₃등 다른 성분과 반응하여 융점을 저하시켜 밀스케일중에 포함된 산화철을 환원하여 제강중 철원으로 용해되는데 조제 역할을 한다. 상기 황산알루미늄염이 1.5 중량% 미만이면 상기 효과를 발휘하지 못하고, 3.5 중량%를 초과하면 첨가량이 증가되어 철이외의 다른 성분의 증가로 슬래그량이 증가되는 문제가 있다. 따라서 황산알루미늄염은 1.5 ~ 3.5 중량%로 한정한다.

한편, 알루미늄염은 황산알루미늄염과 염산알루미늄염 모두 사용이 가능한 데, 본 발명에서는 황산알루미늄염을 사용하였다.

한편, 융점이 낮아지면 밀스케일 중에 포함된 산화철의 환원이 촉진되는데, 융점이 저하되면 환원제인 코크스더스트의 탄소성분과 산화철중의 산소성분의 고상반응으로 인해 일산화탄소와 이산화탄소를 배출함으로써 환원을 촉진시킨다. 본 발명의 상기 탄산수소나트륨은 수소를 발생시키는데, 이러한 수소는 산화철 중의 산소와 반응함에 의해 수분(H₂O)으로 방출되어 환원의 효과를 증대시키게 되고, 나트륨은 산화되어 Na₂O로 되어 융점을 낮추는 수산화물로 작용하여 환원제인 코크스더스트의 탄소성분과 산화철중의 산소성분의 고상반응이 일어나며, 산소원자와 철원자 사이의 거리가 멀어지고 탄소와 산소가 반응하여 일산화탄소 또는 이산화탄소로 되면서 환원을 촉진시키게 된다.

탄산수소나트륨은 아래의 반응식1과같이 열분해되어 이산화탄소를 발생시키고 반응식3에서 이산화탄소는 코크스더스트의 탄소와 반응하여 일산화탄소로 되며, 반응식4에서 일산화탄소는 산화철을 환원시키는 역할을 한다. 이는 반응초기에 탄산수소나트륨에서 발생된 이산화탄소가 고상반응에서 발생되는 것에 비하여 초기의 환원반응을 급속히 촉진시키는 역할을 한다.

[반응식1]

2NaHCO₃→ Na₂O + CO₂ + H₂

[반응식2]

3H₂ + Fe₂O₃→ 3H₂O + 2Fe

[반응식3]

CO₂ + C → 2CO

[반응식4]

3CO + Fe₂O₃ → 3CO₂ + 2Fe

반응식1에 나나탄 바와 같이, 탄산수소나트륨에서 발생된 산화나트륨은 저융점화에 기여하고, 반응식2에 나타난 바와 같이, 발생된 수소는 산화철을 직접 환원시키는데 작용하여 환원 효과를 증가시킨다.

반응식3에 나타난 바와 같이, 이산화탄소는 탄소성분과 반응하여 일산화탄소가 되어 상기 일산화탄소가 반응식4와 같이 산화철을 환원하는데 사용된다.

한편, 아래의 반응식5와 같이, 황산알루미늄염을 열분해하여 알루미늄이 생성되는데, 아래의 반응식6과 같이 상기 알루미늄은 산화철내의 산소와 반응하여 철은 환원시키는 촉진제로 사용되어 알루미나로 되고, 상기 알루미나는 저융점화에 기여한다.

[반응식5]

Al₂(SO4)₃→ 2Al + 3SO₄

[반응식6]

3CO + Fe₂O₃→ 2Fe + Al₂O₃

본 발명에서는 탄산수소나트륨과 수산화칼슘이 1:1의 중량 비율로 혼합된 저융점 유도제 3 ~ 5 중량%를 첨가하는데, 3 중량% 미만에서는 수소발생에 의한 환원 력 저하와 Na2O, CaO 성분의 부족에 의한 저융점화 효율이 저하되어 융점이 증가하게 되어 환원이 어려운 상태가 되며, 5 중량%를 초과하면 과대한 첨가량으로 슬래그 조성에 CaO가 증가하여 융점이 증가하게 되므로, 본 발명에서는 탄산수소나트륨과 수산화칼슘을 일대일로 혼합한 원료 3 ~ 5 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수용성 유기바인더는 형상 제조시 강도를 발휘하기 위해 첨가되는데, 본 발명에서는 폴리비닐알코올 또는 카르복실메틸세룰로오스를 물과 1:49의 비율로 혼합한 용액을 사용한다. 상기 수용성 유기바인더를 3% 미만 첨가하면 형상 제조시 강도 발현이 어렵고, 10 중량%를 초과하게 되면 비용이 너무 높아서 상용화가 어렵기 때문이다. 상기 수용성 유기바인더에는 물유리(Water glass)를 첨가하는데, 물유리중에 용해되어 있는 Na와 Si가 저융점을 촉진시켜 환원반응에 직접적으로 기여를 하기 때문에 이와 같이 제조된 펠렛은 강도가 좋고, 환원효과도 우수하다. 상기 물유리는 1 중량% 미만이면 상기 효과가 미미하며, 3 중량%를 초과하면 상기 효과가 포화되기 때문에 본 발명에서 수용성 유기바인더에 물유리를 1 ~ 3중량% 첨가하는 것으로 제한한다.

본 발명은 제강공정 또는 압연공정에서 발생되는 밀스케일을 이용하여 환원철을 제조하는 방법에 있어서, 유분 또는 수분이 포함된 밀스케일을 건조하는 단계와; 상기 건조된 밀스케일에 환원제 7 ~ 15 중량%를 혼합하는 원료제조단계와; 상기 제조된 원료에 황산알루미늄 1.5 ~ 3.5 중량% 및 탄산수소나트륨과 수산화칼슘을 1:1의 중량 비율로 혼합한 저융점 유도제를 3 ~ 5 중량%를 혼합하는 배합 단계와; 상기 배합된 원료에 수용성 유기바인더 3 ~ 10 중량%를 혼합하여 형상을 제조 하는 단계와; 상기 제조된 형상을 불활성 분위기의 가열로에서 가열하여 환원시킨 후 냉각하는 환원 단계를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로하는 밀스케일을 이용한 환원철 제조방법을 제공한다.

본 발명은 우선 유분 또는 수분이 포함된 밀스케일을 건조하는 단계(S10)를 수행한다. 상기 건조는 100 ℃ 이상에서 건조하는 것이 바람직하다. 건조시에 건조온도를 수분의 끓는점인 100 ℃ 이상으로 유지해야 빠른 시간내에 효과적으로 건조되기 때문이다. 건조는 밀스케일을 로타리드라이어로 200 ℃ 이상 20분이내로 건조시키는 것이 보다 바람직하다.

상기 건조된 밀스케일은 환원제 7 ~ 15 중량%와 혼합하는 원료제조단계(S20)가 수행되는데, 7 중량% 미만이면 철산화물의 환원효과 미미하며, 15 중량%를 초과하면 다른 성분에 비해 많은 양이 되어 역효과를 가져오기 때문에 본 발명에서는 7 ~ 15 중량%로 한정한다. 상기 환원제는 코크스더스트인 것이 바람직한데, 상기 코크스더스트의 탄소성분은 제강시에 밀스케일을 환원하여 용강의 양 증가에도 기여하게 되고 슬래그 발생량을 줄이는 역할을 하게 된다.

상기 원료제조단계(S20) 다음에는 배합 단계(S30)를 수행하는데, 상기 배합 단계(S30)는 상기 제조된 원료에 황산알루미늄 1.5 ~ 3.5 중량% 및 탄산수소나트륨과 수산화칼슘을 1:1의 중량 비율로 혼합한 저융점 유도제를 3 ~ 5 중량%를 혼합한다. 상술한 바와 같이, 상기 황산알루미늄염과 수산화칼슘은 표 1의 화학성분중 알칼리 성분(Na₂O+K₂O)이 SiO2 및 Al₂O₃등 다른 성분과 반응하여 융점을 저하시켜 밀스 케일중에 포함된 산화철을 환원하여 제강중 철원으로 용해되는데 조제 역할을 하고, 탄산수소나트륨은 고상반응으로 인해 일산화탄소와 이산화탄소를 배출함으로써 환원을 촉진시킨다.

싱기 배합 단계(S30) 다음에는 형상제조 단계(S40)를 수행하는데, 상기 형상제조 단계(S40)는 상기 배합된 원료에 수용성 유기바인더 3 ~ 10 중량%를 혼합하여 형상을 제조한다. 상기 수용성 유기바인더는 형상 제조시 강도를 발휘하기 위해 첨가되는데, 본 발명에서는 폴리비닐알코올 또는 카르복실메틸세룰로오스를 물과 1:49의 비율로 혼합한 용액을 사용한다. 상기 수용성 유기바인더에는 물유리(Water glass)를 첨가하는데, 물유리중에 용해되어 있는 Na와 Si가 저융점을 촉진시켜 환원반응에 직접적으로 기여를 하기 때문에 이와 같이 제조된 펠렛은 강도가 좋고, 환원효과도 우수하다. 본 발명은 가압성형인 브리켓을 제조하거나 펠렛제조기에서 펠렛을 제조하는 방법으로 성형한다.

상기 형상제조 단계(S40) 다음에는 환원 단계(S50)을 수행하는데, 상기 환원 단계는 상기 제조된 형상을 불활성 분위기의 가열로에서 가열하여 환원시킨 후 냉각시켜 스크랩 대용제를 제조하게 되는 것이다. 상기 환원 단계는 850 ~ 1,000 ℃에서 가열하여 환원시키는 것이 바람직한데, 850 ℃ 미만에서는 성형물의 입자간에 소결이 서서히 진행되므로 처리시간이 증가하게 되고, 소결시 입자간 결합력 약화로 인해 강도가 저하하게 되는 문제가 있고, 1,000 ℃를 초과하면 원료성형물이 용듕되어 괴상의 형태로 되고 노상에 굳은 상태로 되기 때문에 가열로 밖으로 추출하여 생산해 내기가 어렵기 되기 때문이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 특정한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 전술 및 후술하는 바와 같은 발명의 요지에 부합될 수 있는 범위에서 적절히 변경 또는 변형하여 실시할 수 있다.

[실시예1]

밀스케일과 코크스더스트의 적정배합의 함량을 구하기 위한 실시예로 밀스케일에 코크스더스트를 3 ~ 18 중량%까지 아리의 표 2와 같은 비율로 배합하고, 물유리를 2 중량% 첨가하고 폴리비닐알코올 2 중량%가 함유된 수용성 바인더를 8중량% 사용하여 성형하는 방법으로 브리켓을 제조하였다. 제조된 성형 브리켓을 불활성 분위기에서 가열로 온도 900 ℃에서 50분간 열처리하여 환원철을 제조하였다. 황산 알루미늄염은 1.5 중량%, 탄산수소나트륨과 수산화칼슘은 1:1의 중량비율로 3 중량% 첨가하였다.

[ 표 2 ]

구분(g)	비교예1	발명예1	발명예2	발명예3	발명예4	비교예2
밀스케일과 다른 첨가물질	97	93	90	87	85	82
코크스더스트	3	7	10	13	15	18

상기와 같이 제조된 브리켓을 습식화학분석을 통하여 펠렛중의 T-Fe(Fe 총량)과 M-Fe(금속 Fe량)을 측정하여 환원이 일어나는 결과인 금속성분의 양을 중심으로 금속화율을 다음식으로 계산하였다.

실시예1의 결과를 도 1에 나타내었으며, 실용화율을 위한 환원철은 금속화율이 90%이상을 규격으로 요구하고 있다. 도 1의 본 발명예1내지4에서는 금속화율이 90%이상을 나타내고 있으며, 비교예1에서는 금속화율이 87%로서 90%에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 이것은 코스트더스트량의 부족으로 인하여 환원에 필요한 탄소성분이 부족하게 되므로 산화철을 충분히 환원시키지 못한 결과때문이다. 또한, 비교예2에서는 충분한 금속화율을 나타내고 있지만, 과량의 코크스더스트의 함량으로 인해 환원철내의 메탈Fe에 탄소성분이 그대로 존재하여 상대적인 메탈Fe의 비율을 떨어뜨리는 결과를 초래하여 83%의 금속화율을 나타내었다.

따라서 본 발명과 같이, 환원제 코크스더스트의 함량을 7 ~ 15 중량%로 하는 것이 금속화율 90%이상을 달성하는 적정한 배합임을 확인할 수 있다. 본 실시예에서는 수용성 유기바인더로 폴리비닐알코올을 첨가하였으나, 카르복실메틸셀룰로오스를 사용하여도 같은 결과가 발생할 것이다.

[실시예2]

코크스더스트를 7 중량% 첨가하고, 황산알루미늄염의 함량을 1.0 ~ 4.0 중량%까지 변화시켰으며, 탄산수소나트륨과 수산화칼슘은 1:1의 중량비율로하여 3중량%를 첨가하였다. 또한, 물유리를 2 중량% 첨가하고 폴리비닐알코올 2 중량%가 함유된 수용성 바인더를 8중량% 사용하여 성형하는 방법으로 브리켓을 제조하였다.

이렇게 만들어진 브리켓을 불활성 분위기에서 가열로의 온도 900 ℃에서 50분간 열처리하여 환원철을 제조하였고 그 결과를 도 2에 도시하였다.

황산알루미늄염의 첨가량 1.0 중량%에서는 금속화율이 89중량%로서 금속화율 기준인 90 중량%에 미달하였으며, 첨가량 4.0 중량%에서도 금속화율이 88 중량%로서 미달하는 결과가 나타났다. 이는 황산알루미늄염이 분해되어 알루미늄이 되면서 산화되어 알루미나를 생성하였지만, 전체적인 불순물의 융점의 저하를 방해하는 알루미나의 생성으로 환원율이 저조하게 되었고, 이로 인해 금속화율이 낮게 나타난 것으로 판단된다. 따라서 본 발명에서 황산알루미늄염의 첨가량은 1.5 ~ 3.5 중량%가 바람직하다.

[실시예3]

코크스더스트를 7중량%, 황산알루미늄염을 1.5 중량%를 첨가하고 탄산수소나트륨과 수산화칼슘을 1:1의 중량비로 2 중량%에서 6중량%까지 변화시켜 실험을 실시하였다. 성형체 브리켓을 실시예1과 같은 조건에서 제조한 후 제조된 브리켓을 불활성 분위기에서 가열로 온도 900 ℃에서 50분간 열처리하여 환원철을 제조하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

탄산수소나트륨과 수산화칼슘의 첨가량이 2.0 중량%에서는 금속화율이 86%로서 기준인 90%에 미달하였고, 6.0 중량%에서도 금속화율이 89%로서 기준에 미달하였다. 이는 수산화칼슘이 분해되어 산화칼슘이 되면서 전체적인 불순물이 융점의 저하를 방해하는 양의 산화칼슘 생성으로 환원율이 저조하게 되어 금속화율이 기준보다 낮게 나타난 것으로 판단된다. 따라서 본 발명과 같이 탄산수소나트륨과 수산화칼슘 첨가량은 3 ~ 5중량%가 바람직하다.

[실시예4]

수용성 유기바인더로서 폴리비닐알코올 2중량%의 수용액을 제조하여 여기에 물유리를 1 내지 4 중량%로 변화시키면서 실험을 실시하였다.

코크스더스트 7중량%를 첨가하고, 실시예1과 같은 조건에서 제조된 성형 브리켓을 불활성 분위기에서 가열로 온도 900 ℃에서 50분간 열처리하여 환원철을 제조하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

물유리 첨가량이 1중량% 이하에서는 물유리를 미첨가했을 경우와 별다른 차이가 없었으며, 그 이상에서는 급격히 금속화율이 증가되는데, 이것은 물유리에 포함된 Na, Si 성분이 환원시에 산화철을 소프트하게 하여 산화철과 탄소와의 접촉이 증가하게 되고, CO 가스의 발생량이 증가하므로 CO 가스가 산화철의 환원에 직접적인 역할을 하였다고 판단된다. 또한, 물유리 첨가량이 3중량% 이상에서는 그 효과가 더이상 증가하지 않으므로 본발명에서와 같이 물유리 첨가량은 1 ~ 3중량%가 바람직하다.

[실시예5]

코크스더스트 7중량%, 황산알루미늄염 1.5중량%, 탄산수소나트륨과 수산화칼슘을 1:1의 중량비로 3중량%를 첨가하였다. 성형체 브리켓을 실시예1과 같은 조건에서 제조한 후 제조된 성형 브리켓을 불활성 분위기에서 가열로 온도를 800 ~ 1050 ℃로 변화시키며 50분간 열처리하여 환원철을 제조하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에 도시된 바와 같이, 850 ℃이상인 경우에 금속화율이 90 중량% 이상 높게 유지되었으며, 1000 ℃를 초과하게 되면 그 효과가 더이상 증가하지 않음을 알 수 있었다. 따라서 본 발명의 가열로 온도 조건은 850 ~ 1000 ℃의 범위가 바람 직하다.

도 1은 종래의 건식환원법에 의해 얻어진 환원철을 나타낸 사진.

도 2는 본 발명에 의한 밀스케일의 환원철 제조방법의 플로우 차트.

도 3은 코크스첨가량에 따른 금속화율을 나타낸 그래프.

도 4는 알루미늄염 첨가량에 따른 금속화율을 나타낸 그래프.

도 5는 탄산수소나트륨과 수산화칼슘의 첨가량에 따른 금속화율은 나타낸 그래프.

도 6은 물유리 첨가량에 따른 금속화율을 나타낸 그래프.

도 7은 열처리온도에 따른 조건별 금속화율을 나타낸 그래프.

Claims

제강공정 또는 압연공정에서 발생되는 밀스케일을 이용하여 금속화된 환원철에 있어서,

건조된 밀스케일 66.5 ~ 85.5 중량%, 환원제 7 ~ 15 중량%, 환원촉진제로서 황산알루미늄염 1.5 ~ 3.5 중량%, 탄산수소나트륨과 수산화칼슘이 1:1의 중량 비율로 혼합된 저융점 유도제 3 ~ 5 중량%, 수용성 유기바인더 3 ~ 10 %를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 환원철.
제1항에 있어서,

상기 환원제는 코크스더스트인 것을 특징으로 하는 환원철.
제1항에 있어서,

상기 수용성 유기바인더는

폴리비닐알코올 또는 카르복실메틸셀룰로오스가 물과 1:49의 중량 비율로 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 환원철.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수용성 유기바인더는 물유리(Water glass)가 1 ~ 3 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 환원철.
제강공정 또는 압연공정에서 발생되는 밀스케일을 이용하여 환원철을 제조하는 방법에 있어서,

유분 또는 수분이 포함된 밀스케일을 건조하는 단계와;

상기 건조된 밀스케일에 환원제 7 ~ 15 중량%를 혼합하는 원료제조단계와;

상기 제조된 원료에 황산알루미늄 1.5 ~ 3.5 중량% 및 탄산수소나트륨과 수산화칼슘을 1:1의 중량 비율로 혼합한 저융점 유도제를 3 ~ 5 중량%를 혼합하는 배합 단계와;

상기 배합된 원료에 수용성 유기바인더 3 ~ 10 중량%를 혼합하여 형상을 제조하는 단계와;

상기 제조된 형상을 불활성 분위기의 가열로에서 가열하여 환원시킨 후 냉각하는 환원 단계를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로하는 밀스케일을 이용한 환원철 제조방법.
제5항에 있어서,

상기 환원제는 코크스더스트인 것을 특징으로 하는 밀스케일을 이용한 환원철 제조방법.
제5항에 있어서,

상기 수용성 유기바인더는 폴리비닐알코올 또는 카르복실메틸셀룰로오스가 물과 1:49의 중량 비율로 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 밀스케일을 이용한 환원철 제조방법.
제5항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서,

상기 수용성 유기바인더는 물유리(Water glass)가 1 ~ 3 중량%가 포함된 것을 특징으로 하는 밀스케일을 이용한 환원철 제조방법.
제5항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서,

상기 환원 단계는 850 ~ 1,000 ℃에서 가열하여 환원시키는 것을 특징으로 하는 밀스케일을 이용한 환원철 제조방법.