KR101149219B1

KR101149219B1 - 제강 슬래그의 안정화방법

Info

Publication number: KR101149219B1
Application number: KR1020090079860A
Authority: KR
Inventors: 홍진명; 태순재
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2012-06-01
Also published as: KR20110022323A

Abstract

본 발명은 유리 석회가 함유된 제강 슬래그를 슬래그 처리장으로 이동하기 전 단계에서 안정화시킬 수 있도록 한 제강 슬래그의 안정화방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 제강 슬래그의 안정화방법은, 슬래그가 공장 외부로 반출하기 전에 슬래그 포트 내에 담겨지고, 슬래그가 담겨진 슬래그 포트 내에 불활성 가스와 분체 상태의 SiO₂source를 랜스를 통해 취입하여 유리석회를 저감하는 것이다.

이에 따르면 본 발명은 슬래그가 담겨진 슬래그 포트의 내부에 불활성 가스인 질소 가스와 SiO₂source를 랜스를 통해 취입하여 유리석회를 효율적으로 제거함으로써, 안정성을 향상시켜 슬래그의 재활용시 제품 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 경제적인 방식으로 슬래그 내의 free CaO를 저감시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Description

제강 슬래그의 안정화방법{METHOD FOR STABILIZING SLAG}

본 발명은 제강 슬래그의 안정화방법에 관한 것으로, 특히 슬래그가 슬래그 포트에 담겨진 상태에서 분체 상태의 SiO2 Source를 N2 가스와 같이 슬래그 내부로 공급함으로써, 제강 슬래그에 함유된 유리석회를 안정화시키도록 한 제강 슬래그의 안정화방법에 관한 것이다.

일반적으로, 철강슬래그를 도로용 골재나 아스팔트콘크리트용 골재 또는 벽돌이나 레미콘용 골재등으로 활용하기 위해서는 골재의 부피팽창에 대한 안정성이 확보되어야 한다.

이러한 부피팽창 안정성을 평가하기 위하여 수침 팽창비 시험(KS F 2535 도로용 철강슬래그의 수침 팽창 시험방법)을 실시하고 있다.

여기서 말하는 철강슬래그는 전로 제강에서 발생되는 용선예비처리슬래그, 전로슬래그, 전기로공정에서 발생되는 산화슬래그, 환원슬래그, 합금철 제조공정에서 발생되는 합금철 슬래그 및 용융 소각로에서 발생되는 용융슬래그 등을 들 수 있다.

그런데, 기존의 철강 슬래그중 전기로 산화슬래그의 경우 수화 반응에 의해 팽창되는 유리석회(free CaO)등이 미량 함유되어 있으므로, 전로 및 전기로 슬래그의 불충분한 부피 안정성(Volume stability)으로 인해 토목용 골재나 노반재, 구조물 등에 재활용할 경우 팽창으로 인해 크랙이 발생할 우려가 있었다.

상기한 유리석회는 제강과정에서 투입된 생석회, 돌로마이트 등 CaO 를 함유한 부원료가 제강 과정중에 안정상을 형성하지 못한 채 슬래그에 잔존하거나, 안정한 3CaO?SiO₂상을 형성하더라도 슬래그의 응고 냉각 과정에서 2CaO?SiO₂로 변환될 경우 유리석회(free CaO)가 잉여로 발생하게 된다.

여기서는 전기로 산화 슬래그의 팽창성을 저감시키고 팽창에 따른 안정성을 확보하기 위한 처리방법을 제공하고자 한다.

슬래그를 안정화시키는 가장 일반적인 방법은 자연 상태에서 에이징 처리하는 방법이 있으나, 이 경우 대규모 슬래그 처리 야드가 요구되며 장시간이 소요되는 단점이 있다.

다른 방법으로는, 용융상태의 전로 슬래그 또는 전기로 슬래그에 적토, MgO 성분의 마그네시아질 원료 등을 투입하여 개질 반응으로 유리석회를 소실시키는 방법을 채택할 수 있으나, 이 경우 슬래그의 염기도가 저하되어 정련능이 감소되고, 내화물 침식이 증가하는 등의 문제가 발생할 뿐만 아니라 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 시효 처리나 정련 단계에서의 슬래그 개질을 하지 않고도 슬래그 내 유리석회를 효율적으로 저감할 수 있도록 한 제강 슬래그의 안정화방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 슬래그가 담겨진 슬래그 포트 내에 분체 상태의 SiO₂source와 불활성 가스를 같이 취입하여서, 제강 슬래그내의 유리석회를 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 불활성 가스는 N₂ 가스를 채용한다.

상기 분체 상태의 SiO₂source는 상기 슬래그 톤당 20~30kg이 취입된다.

상기 불활성 가스의 유량은 4~5Nm³/min 의 양으로 공급한다.

상기 슬래그 포트 내에 분체 상태의 SiO₂source를 불활성 가스와 같이 취입하는 과정에서,

상기 불활성 가스와 분체 상태의 SiO₂source가 공급되는 랜스의 단부를 상기 슬래그 포트 내의 슬래그 내부로 침지시킨 상태로 공급한다.

상기 랜스의 단부는 상기 슬래그 포트의 슬래그가 담겨진 용탕면으로부터 하측으로 전체 슬래그 높이의 1/2~1/3 사이의 위치에 침지되어 상기 불활성 가스와 분체 상태의 SiO₂source를 상기 슬래그 포트 내에 공급한다.

본 발명은 유리 석회가 함유된 제강 슬래그를 슬래그 처리장으로 이동하기 전 단계에서 안정화시킬 수 있도록 한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 슬래그가 담겨진 슬래그 포트의 내부에 불활성 가스인 질소 가스와 SiO₂source를 랜스를 통해 취입하여 유리석회를 효율적으로 제거함으로써, 안정성을 향상시켜 슬래그의 재활용시 제품 품질 및 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 경제적인 방식으로 슬래그 내의 free CaO를 저감시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

또한, 에이징 처리가 요구되지 않으므로, 슬래그의 안정을 위한 처리 시간을 단축시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 제강 슬래그의 안정화방법은, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 슬래그(S)가 공장 외부로 반출하기 전에 슬래그 포트(P) 내에 담겨지고, 슬래그(S)가 담겨진 슬래그 포트(P) 내에 불활성 가스와 분체 상태의 SiO₂source를 랜스(100)를 통해 공급하여 유리석회를 제거한다.

여기서, 불활성 가스는 N₂ 가스를 채용한다.

이는, 불활성 가스 중에 다른 아르곤 가스 등을 채용할 수 있으나, 비용 등의 경제적인 면을 고려할 때 N₂ 가스를 채택하는 것이 바람직하기 때문이다.

분체 상태의 SiO₂source는 광석 형태의 울라스토 나이트 분체를 채용하거나, 일반적인 모래를 채용할 수도 있다.

랜스(100)는 단부를 슬래그 포트(P) 내에 담겨진 슬래그(S)의 용탕면으로부터 하측으로 전체 슬래그(S)의 1/2~1/3 사이에 해당하는 위치에 배치되도록 침지시킨 후에, 불활성 가스인 N₂ 가스와 SiO₂source를 슬래그 포트(P) 내부로 취입한다.

이는 랜스(100)의 단부를 슬래그(S)의 용탕면에 근접하게 배치할 경우에는 슬래그(S)의 상부만 교반되고 하부 슬래그(S)는 가스의 교반 효과를 얻을 수 없는 반면에, 랜스(100)의 단부를 슬래그 포트(P)의 바닥에 근접하게 배치할 경우에는 분체 상태의 SiO₂source를 이용한 유리석회(free CaO)의 제거 효율이 떨어지기 때문이다.

따라서 랜스(100)의 단부를 전체 슬래그의 중앙 또는 하부측에 배치한 후에 불활성 가스와 SiO₂source를 취입하는 것이 바람직하며, 이 경우 슬래그 전체를 교반할 수 있으므로 교반 효율이 좋아진다.

랜스(100)는 슬래그 포트(P)에 근접된 위치에 배치되고 상,하 승강한 마스터 아암(250)과 마스터 실린더(200)에 의해 지지된 구조를 갖는다.

또한 랜스(100)는 불활성 가스인 N₂ 가스와 분체 상태의 SiO₂source가 공급되는 각각의 공급관(110)(120)과 연결되며, 각 공급관(110)(120)으로부터 공급된 불활성 가스와 분체 상태의 SiO₂source가 혼합된 상태로 슬래그 포트(P)의 내부로 취입된다.

그리고, 랜스(100)는 고온의 슬래그(S)에 의한 용손을 방지하기 위해 Al₂O₃의 내화재로 구성된다.

불활성 가스인 N₂ 가스의 압력은 3~4kg/cm² 이고, 유량은 4~5Nm³/min 의 양으로 취입된다.

이는 질소 가스의 유량이 4Nm³/min 보다 적은 경우에는 가스에 의한 교반 효과가 적어 SiO₂가 골고루 분산되지 않으며, 5Nm³/min 보다 많을 경우에는 슬래그(S)의 냉각이 지나치게 빨라지게 되어 SiO₂의 분산이 균일하게 이루어지지 않으므로, 4~5Nm³/min 의 유량으로 취입되는 것이 바람직하다.

한편, 분체 상태의 SiO₂source는 상기 슬래그(S) 톤당 20~30kg이 취입된다.

이는 20kg보다 적을 경우에는 유리석회(free CaO)의 제거 효과가 충분하지 못하고, 30kg 보다 많을 경우에는 슬래그(S)의 급격한 물성 변화로 인해 유동성이 낮아져 반응이 불충분할 수 있기 때문이다.

이러한 방법을 통해 제강 슬래그를 안정화시키는 방식은 다음과 같다.

슬래그(S)를 슬래그 포트(P)에 따라 놓을 때의 시점의 슬래그는 안정한 상을 이루지 못한 CaO(미재화 CaO)가 투입된 전체 CaO의 20~35%의 양을 차지하도록 함유되어 있다.

1400℃ 이상의 용융상태로 있는 슬래그에 SiO₂를 공급하여 아래와 같은 반응을 통해 free CaO를 1차적으로 제거할 수 있다.

2CaO_free + SiO₂ = 2CaO?SiO₂

또한, 불활성 가스인 N₂ 가스의 취입으로 인해 슬래그가 급속 냉각되어, 안정한 슬래그상을 유지하여 CaO의 유리를 억제할 수 있다.

즉, 본 발명은 유리석회가 함유된 불안정 상에서 SiO₂source를 첨가하여 안정화시킴과 아울러, 슬래그의 냉각 응고시 질소가스를 이용하여 급속 냉각시킴으로써 안정한 상(3CaO?SiO2 상)을 형성하더라도 냉각 응고되는 과정에서 불안전 상으로 변화하는 것을 예방하고 슬래그의 서냉시 발생되는 CaO의 유리를 억제할 수 있다.

따라서, 본 발명은 슬래그 처리장으로 출하 하기 전 단계에서 슬래그 포트 내에 불활성 가스인 질소가스와 분체 상태의 SiO₂source를 취입함으로써, 시효에 필요한 시간이 소요되지 않고 정련단계에서 개질 반응 처리할 필요없이 슬래그 내에 함유된 free CaO를 저감시킬 수 있으므로, 경제적일 뿐만 아니라 조업 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제강 슬래그의 안정화방법을 개략적으로 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명의 사용상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 랜스 200 : 마스터 실린더

250 : 마스터 아암 P : 슬래그 포트

S : 슬래그

Claims

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슬래그가 담겨진 슬래그 포트 내에 분체 상태의 SiO₂source와 불활성 가스를 같이 취입하여서, 제강 슬래그 내의 유리석회를 제거하되,

상기 불활성 가스는 N₂ 가스를 채용하고,

상기 분체 상태의 SiO₂source는 상기 슬래그 톤당 20~30kg이 취입되며,

상기 불활성 가스의 유량은 4~5Nm³/min 의 양으로 공급하며,

상기 슬래그 포트 내에 분체 상태의 SiO₂source를 불활성 가스와 같이 취입하는 과정에서,

상기 불활성 가스와 분체 상태의 SiO₂source가 공급되는 랜스의 단부를 상기 슬래그 포트 내의 슬래그 내부로 침지시킨 상태로 공급하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그의 안정화방법.
슬래그가 담겨진 슬래그 포트 내에 분체 상태의 SiO₂source와 불활성 가스를 같이 취입하여서, 제강 슬래그 내의 유리석회를 제거하되,

상기 불활성 가스는 N₂ 가스를 채용하고,

상기 분체 상태의 SiO₂source는 상기 슬래그 톤당 20~30kg이 취입되며,

상기 불활성 가스의 유량은 4~5Nm³/min 의 양으로 공급하며,

랜스의 단부는 상기 슬래그 포트의 슬래그가 담겨진 용탕면으로부터 하측으로 전체 슬래그 높이의 1/2~1/3 사이의 위치에 침지되어 상기 불활성 가스와 분체 상태의 SiO₂source를 상기 슬래그 포트 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 제강 슬래그의 안정화방법.