KR101086395B1 - 승온 효율이 높은 알루미늄계 용강 승온재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 승온 효율이 높은 알루미늄계 용강 승온재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용탕내에서 신속히 용해됨으로써 용탕의 승온 효율을 높일 수 있는 알루미늄계 용강 승온재에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 알루미늄계 용강 승온재는 실리콘 입자와 알루미늄계 재료를 발열성 재료로 포함하는 알루미늄계 승온재로서, 상기 발열성 재료 중 실리콘 입자의 평균 입도가 0.5~3mm, 최대 입도가 7mm 이하, 그리고 입도의 표준편차가 1.5mm 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 알루미늄계 용강 승온재는 미세의 재료를 점결재와 함께 혼합하여 사용하므로 로내에서 쉽게 분해되고, 또한, 알루미늄계로서 높은 발열량을 가지기 때문에 우수한 승온 효과를 가진다.

Description

승온 효율이 높은 알루미늄계 용강 승온재{MATERIAL FOR HEATING MOLTEN STEEL HAVING GOOD HEAT-EFFICIENCY}

본 발명은 승온 효율이 높은 알루미늄계 용강 승온재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용탕내에서 신속히 용해됨으로써 용탕의 승온 효율을 높일 수 있는 알루미늄계 용강 승온재에 관한 것이다.

전로나 전기로 등 용강을 제조하는 설비는 저온의 용선 또는 고철에 산소를 취입함으로써 발생한 탈탄 반응열, 또는 전극봉을 통하여 공급되는 아크열을 이용하여 용강을 가열한다.

용강은 최종적으로 주조되어 슬라브, 블룸 또는 빌렛과 같은 반제품으로 제조되는데, 전로나 전기로에서 출강(용강을 배출하는 작업을 의미함)되어 주조되기까지는 성분조정 및 불순물 제거 등의 과정(소위 '2차 정련' 또는 '노외 정련'이라고 함)을 겪게 된다. 원활한 주조를 위해서 용탕은 적절한 유동성을 가지지 않으면 안 되는데, 특히 연속주조 조업비율이 높아진 현대 제강법에서는 용강의 유동성을 위하여 주조 온도를 목표 범위 내로 엄격히 관리하지 않으면 안 된다.

이를 위하여, 출강시에는 주조 전에 용강이 거칠 과정에서 발생할 온도 강하량을 감안하여 출강 온도를 높게 관리할 것이 요구되고 있다. 필요한 열의 대부분은 용선 중의 탄소 또는 실리콘 성분의 산화열(또는 연소열) 또는 전극봉으로부터 공급되는 아크열에 의해 조달되지만, 용선비(HMR)가 줄거나 전력 비용이 상승할 경우에는 상기 열원을 대체할 수 있는 부가열원이 필요하게 된다.

상기와 같은 부가열원으로는 반응열을 발생시킬 수 있는 재료를 노내에 장입한 후 산화반응에 의한 반응열을 용탕으로 공급할 수 있는 소위 승온재가 많이 이용된다.

승온재로 요구되는 특성으로는 다음과 같은 것을 들 수 있다.

1) 단시간에 충분히 발열할 수 있을 것. 즉, 짧은 정련시간에 충분히 반응하여 열을 발생시킬 필요가 있다.

2) 용강 성분에 악영향을 미치지 않을 것. 발열재에 포함된 원소가 용강에 혼입되어 용강 성분을 훼손하지 말아야 한다.

3) 승온 효율이 높을 것. 즉, 소량의 승온재를 투입하더라도 온도를 대폭 상승시킬 수 있을 필요가 있다.

종래 상기의 승온재의 특성을 충족시키는 것으로는 실리콘계, 탄소계 등의 승온재가 많이 제안되었다. 그러나, 상기 승온재들은 승온 효율이 높지 않아 다량 사용할 필요가 있다는 문제를 내포하고 있어 개선이 요망되었다.

뿐만 아니라, 저용선비나 전력비용 상승에 대비하여 계획적으로 승온재 투입량을 결정하는 경우외에도, 돌발적으로 예상한 경우보다 온도가 낮은 경우도 발생할 수 있는데, 이 경우는 최대한 신속히 용강을 승온하여야 하므로, 보다 신속한 승온속도를 나타내는 승온재가 필요한 실정이다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일측면에 따르면 높은 승온 효율을 가지는 알루미늄계 승온재가 제공된다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 알루미늄계 용강 승온재는 실리콘 입자와 알루미늄계 재료를 발열성 재료로 포함하는 알루미늄계 승온재로서, 상기 발열성 재료 중 실리콘 입자의 평균 입도가 0.5~3mm, 최대 입도가 7mm 이하, 그리고 입도의 표준편차가 1.5mm 이하인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 발열성 재료는 알루미늄계 재료 10~40중량%와 잔부의 실리콘 입자로 이루어지는 조성을 가지는 것이 양호한 승온속도와 승온효율을 위하여 바람직하다.

또한, 상기 실리콘 입자는 페로 실리콘(Fe-Si), 실리콘 카바이드(SiC) 및 실리콘 중 1종 이상인 것이 유리하다.

또한, 상기 알루미늄계 재료는 금속 알루미늄 또는 알루미늄 드로스인 것이 본 발명의 승온재이 조건에 적합하다.

그리고, 상기 알루미늄계 재료는 금속 알루미늄이며, 평균입도가 0.5~4mm, 최대 입도가 8mm인 것이 본 발명의 과제를 달성하는데 유리하다.

또한, 상기 발열성 재료 100 중량부당 점결제가 1~15 중량부 포함된 것이 충분한 강도확보와 승온효율을 위하여 유리하다.

본 발명의 알루미늄계 용강 승온재는 미세의 재료를 점결재와 함께 혼합하여 사용하므로 로내에서 쉽게 분해되고, 또한, 알루미늄계로서 높은 발열량을 가지기 때문에 우수한 승온 효과를 가진다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 발명자들은 높은 승온 효율을 가지는 승온재에 대하여 연구하던 중, 승온재에 알루미늄이 필수적으로 포함될 경우 상기 소량 투입으로도 높은 발열량을 나타내고, 또한, 승온재가 미세한 입자로 구성될 경우, 로내에서 쉽게 분해되고 그로 인하여 신속히 승온 반응에 참여할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.

즉, 본 발명은 페로 실리콘(Fe-Si), 실리콘 카바이드(SiC) 및 실리콘 중 1종 이상의 실리콘 입자와 알루미늄을 포함하는 알루미늄계 승온재로서, 전체 승온재에 포함되는 실리콘 입자의 평균 입도가 0.5~3mm, 최대 입도가 7mm 이하, 그리고 입도의 표준편차가 1.5mm 이하인 것을 특징으로 한다. 이하, 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 승온재는 미세한 입도를 가지는 실리콘 입자를 알루미늄 재료와 함께 브리케트화 하여 제조된 승온재로서, 하기 수학식 1로 표시되는 평균입도(D)가 3mm 이하인 것이 바람직하다.

여기서. V_i는 i입자의 부피, N은 전체 입자의 개수를 의미한다.

입도가 미세할 수록 표면적이 증가하므로 신속하게 반응하여 승온 효율이 높아질 수 있다. 이러할 경우 돌발적인 상황하에서 승온재를 투입하면, 높은 열로 인하여 승온재가 신속하게 분해되어 신속한 승온반응을 일으킬 수 있으므로 승온 작업에 효과적이다. 따라서, 상술한 평균입도(D)는 3mm 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 다만, 실리콘 입자가 너무 작을 경우에는 입자의 뭉침현상에 의해 오히려 미세입자로 분리되는 것이 용이하지 않을 수도 있으므로, 상기 평균입도는 0.5mm 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상술한 바와 같이 평균 입도가 3mm 이하로 유지되는 경우라도, 대형입자가 존재할 경우에는 상기 대형입자에 의한 승온효과 상승을 기대하기 어려우므로 입자의 최대 입도는 7mm 이하로 제한한다. 마찬가지 이유로 균일한 입도를 가지는 입자를 포함한 승온재를 얻기 위한 조건으로서 각 실리콘 입자의 입도의 표준편차는 1.5mm 이하로 제한한다.

본 발명에서 의미하는 입도는 상술한 수학식 1로 표시되는 평균 입도를 제외하고는 모두 구상당직경을 의미함에 유의할 필요가 있다. 즉, 구상당직경이라 함은 대상입자와 동일한 부피를 가지는 구의 직경으로 상기 입자의 크기를 정의하는 것이다.

본 발명에서 의미하는 알루미늄계 승온재에는 종래 주로 실리콘계 재료로 이루어졌던 승온재에 비하여, 금속 알루미늄 또는 알루미늄 드로스가 10~40중량% 포함되어 종래의 실리콘 계열 승온재 대비 단위 중량당 높은 발열량을 나타낼 수 있도록 하는 것이다. 즉, Al의 산화열은 약 61kJ/g으로서 산화시 동일한 중량의 Si보다 2배에 가까운 열을 발생시킬 수 있다. 본 발명자들은 이러한 점을 감안하여 승온재의 발열성 재료(점결제를 제외한 나머지 부분)에 금속 알루미늄 또는 알루미늄 드로스를 10중량%(전체 발열성 재료 중 함량을 의미함) 이상 포함시키는 것이 보다 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 상기 금속 알루미늄 또는 알루미늄 드로스의 함량이 과다하면 반응이 폭발적으로 일어나서 화염 발생 등의 우려가 있으므로 상기 금속 알루미늄 또는 알루미늄 드로스의 함량은 40중량% 이하로 제한한다.

이때, 금속 알루미늄은 상술한 수학식 1로 정의 되는 평균입도가 0.5~4mm인 것이 바람직하며, 최대 입도 역시 8mm 이하인 것이 바람직하다. 알루미늄 드로스는 그 자체가 금속 알루미늄과 알루미늄의 반응물 및 기타 불순물이 혼재하고 있는 것으로서 미세한 입도를 가진 것이므로 상술한 바와 같이 입도를 정의할 수는 없으나, 용강에 투입할 경우에는 자체적으로 분해되어 반응면적을 넓히는 작용을 할 수 있으므로, 본 발명의 승온재에 유리하게 포함될 수 있다. 상기 금속 알루미늄 또는 알루미늄 드로스는 서로 혼합하여 사용될 수도 있다. 알루미늄 드로스 중 금속 알루미늄의 함량은 40중량% 이상인 것이 바람직하다. 알루미늄 드로스 중 알루미늄 함량은 높을수록 발열에 유리하기 때문에 그 상한은 특별히 제한할 필요가 없다.

발열성 재료 중 상기 금속 알루미늄 또는 알루미늄 드로스(이하, 간단히 알루미늄계 재료라 함)를 제외한 나머지 재료는 상술한 실리콘 입자이다. 본 발명에서 실리콘 입자라 함은 페로 실리콘, 실리콘 카바이드, 실리콘을 포함하는 개념임은 이미 서술한 바 있다.

상기 발열성 재료는 단독으로 브리케트화 될 수 없으므로 브리케트화 하기 위하여 점결재와 함께 혼합되는 것이 바람직하다. 이때, 점결제는 상기 발열성 재료 전체 중량 100중량부당 1~15 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 점결제의 양이 부족할 경우에는 충분한 브리케트 강도를 얻기 어려우며, 반대로 과다할 경우에는 승온에 기여할 발열성 재료의 중량이 상대적으로 감소할 뿐만 아니라, 승온시 미세하게 분리되기 어려워서 본 발명의 미세 입자 첨가 효과를 거두기 어렵다.

점결제는 제강용 브리케트에 사용되는 점결제라면 어떠한 것이라도 가능하다. 예를 들면, 점결제에는 무기계 점결제와 유기계 점결제를 들 수 있는데 기존에 사용하는 종류라면 어떤 것이라도 가능하며, 무기계 점결제로는 벤토나이트 등을 들 수 있으며, 유기계 점결제로는 당밀이나 전분 등을 들 수 있다.

따라서, 본 발명의 승온재는 10~40중량%의 알루미늄계 재료(예를 들면, 금속 알루미늄 또는 알루미늄 드로스)와 잔부 실리콘 입자로 이루어진 발열성 재료와 상기 발열성 재료 100중량부당 1~15중량부 포함되는 점결제로 이루어진다.

(실시예)

본 발명에 따른 승온재의 순간 발열 능력을 관찰하기 위하여, 상부에 산소가 취입되는 200kg 유도용해로에 철강재를 180kg 용해한 후 표 1에 따른 승온재를 투입하였다. 승온재는 평균 크기 10mm로 입도조정하였다. 표 1에서 낙하시험은 크기 15mm로 입도조정한 브리케트를 3m 상부에서 콘크리트 바닥으로 떨어뜨렸을 때, 브리케트에 손상이 일어나는지 여부를 관찰한 것으로서, 양호(○)는 브리케트 형상에 특별한 변화가 없는 경우를, 보통(△)은 브리케트로부터 일부 조각이 분리되기는 하였으나 전체적인 외형은 원래의 형상을 유지하고 있는 경우를, 불량(×)은 브리케트가 파괴되어 여러 조각으로 나뉜 경우를 의미한다. 또한, 화염은 용해로 상부 30cm 이상까지 치솟은 경우는 '과다'로, 30cm 이하이면서, 화염이 관찰된 경우를 '양호'로, 특별한 화염이 관찰되지 않은 경우를 '불량'으로 판정하였으며, 관찰시점도 투입후 시간 기준으로 함께 기재하였다(다만, 불량의 경우는 시간을 표시할 수 없었음).

구분	알루미늄계 재료			실리콘 입자			점결제 (중량부)	화염	낙하시험
	중량부	종류	평균입도/ 최대입도/표준편차	중량부	종류	평균입도/최대입도/표준편차
발명예1	15	금속	2.5mm/ 4.8mm/ 0.8mm	85	SiC	2.7mm/ 6.2mm/ 1.2mm	8	양호/ 1분	○
발명예2	30	금속	2.3mm/ 5.1mm/ 1.0mm	70	Fe-Si(Si 78중량%)	2.6mm/ 6.1mm/ 1.1mm	8	양호/ 0.8분	○
발명예3	40	드로스(Al 70중량%)	-	60	SiC	2.7mm/ 6.2mm/ 1.2mm	8	양호/ 0.9분	○
비교예1	15	금속	2.5mm/ 4.8mm/ 0.8mm	85	SiC	3.5mm/ 6.5mm/ 1.1mm	8	양호/ 3.2분	○
비교예2	15	금속	2.5mm/ 4.8mm/ 0.8mm	85	Si	2.6mm/ 6.3mm/ 1.1mm	0.5	양호/ 0.8분	×
비교예3	5	금속	2.5mm/ 4.8mm/ 0.8mm	95	Fe-Si	2.6mm/ 6.1mm/ 1.1mm	8	불량/ -	○
비교예4	50	금속	2.3mm/ 5.1mm/ 1.0mm	50	SiC	2.7mm/ 6.2mm/ 1.2mm	8	과다/ 0.7분	○

상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 조건에 따라 제조된 승온재는 화염을 양호하게 발생하였으며, 화염 발생 시점 역시 투입직후(대체로 1분)에 해당하는 시점이었음을 알 수 있다. 그러나, 비교예1과 같이 실리콘 입자의 크기가 과대한 경우에는 화염은 양호하게 발생하나, 그 발생시점이 발명예에 비하여 늦어 신속한 승온 작업에 사용하기는 어려운 것으로 확인되었으며, 비교예2와 같이 점결제의 양이 부족하면 낙하시험시 브리케트가 여러 조각으로 분리되어버려 브리케트 형상으로 보존하는 것이 곤란하다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 3은 알루미늄의 양이 부족한 경우로서 이러한 경우는 강한 산화반응의 결과로서 나타나는 화염이 미약하여 승온에 충분히 기여하기 어렵다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 4는 알루미늄계 재료의 함량이 높아서 화염이 과다하게 발생한 경우로서 조업성을 악화시키거나 설비에 악영향을 미칠 수 있음을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.

Claims (6)

1. 실리콘 입자와 알루미늄계 재료를 발열성 재료로 포함하는 알루미늄계 브리케트로서,
   상기 발열성 재료는 알루미늄계 재료 10~40중량%와 잔부의 실리콘 입자로 이루어지고, 상기 실리콘 입자의 평균 입도가 0.5~3mm, 최대 입도가 7mm 이하, 그리고 입도의 표준편차가 1.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 용강 승온용 알루미늄계 브리케트.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 입자는 페로 실리콘(Fe-Si), 실리콘 카바이드(SiC) 및 실리콘 중 1종 이상인 용강 승온용 알루미늄계 브리케트.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄계 재료는 금속 알루미늄 또는 알루미늄 드로스인 용강 승온용 알루미늄계 브리케트.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 알루미늄계 재료는 금속 알루미늄이며, 평균입도가 0.5~4mm, 최대 입도가 8mm인 용강 승온용 알루미늄계 브리케트.
   
6. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발열성 재료 100 중량부당 점결제가 1~15 중량부 포함된 용강 승온용 알루미늄계 브리케트.