KR101164032B1 - 금속 펠렛의 처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 철 펠렛을 글루코놀(C6H10O4)용액으로 침적하여 적정조건으로 피복하고 표면 처리한 후 경화시킴으로써 금속 철 펠렛에 내산화성을 향상시킬 수 있는 금속 철 펠렛의 처리방법에 관한 것이다.
금속, 내산화성, 글루코놀

Description

금속 펠렛의 처리방법{Method for treating metal pellet}
본 발명은 금속 철 펠렛을 글루코놀(Gluconol, C6H10O4) 용액에 침적시켜 표면 처리하는 단계를 포함하여 금속 철 펠렛에 내산화성을 향상시킬 수 있는 금속 철 펠렛의 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 선진제철소에서는 미니밀과 코렉스 등의 용융환원제철법을 차세대 제철기술로 채택하여 그 설비도입이 활발하게 진행되고 있다. 특히 박 슬래브의 제조를 위한 미니밀 공장의 증설추세에 따라 원료인 철 스크랩의 공급부족으로 인한 수급난이 심화되고 있으며, 이에 따라 철 스크랩의 대체자원이 될 수 있는 금속 철 펠렛의 사용량이 증대되고 있다.
금속 철 펠렛은 철광석 펠렛을 화학적으로 환원시켜 제조하기 때문에 가스와의 반응에 의해 이탈된 물 및 산소분자의 위치에 수많은 기공이 잔류된 다공성의 조직을 가진다. 따라서, 단위무게당 매우 큰 비표면적을 가지기 때문에 화학적으로 반응성이 매우 높아 해상 및 육상을 통해 운송하거나 저장하는 기간 동안에 날씨와 환경 등에 의해 산화 또는 부식되는 경향이 크므로 매우 위험하다.
상기 금속 철 펠렛의 재산화는 건조한 상태에서 일어나며, 공기 중의 산소와 반응하여 하기 반응식 (1) 및 (2)와 같은 형태로 산화물을 형성하면서 다량의 열을 방출하게 된다.
3Fe + 2O2 -> Fe3O4 + heat (1)
2Fe + 3/2O2 -> Fe2O3 + heat (2)
상기와 같은 반응이 지속되면 열전달 특성이 좋지 못한 금속 철 펠렛의 구조적 특성 때문에 펠렛 자체가 열을 함유하고 있다가 결국에는 발화하게 된다.
한편, 금속 철 펠렛이 수분과 산소가 존재하는 조건에 놓인 경우에는 하기 반응식 (3) 및 (4) 에 나타낸 바와 같이 부식반응이 진행되어 수화물을 형성함과 동시에 열을 발생하게 된다. 특히 하기 반응식 (3)에서와 같이 산소가 완전히 소비되는 반응의 경우에는 반응식 (5)와 같은 반응으로 각각 수소가스를 발생시켜 공기와의 접촉에 의해 발화될 가능성이 매우 높다.
4Fe + 4H2O + 2O2 -> 4Fe(OH)2 + heat (3)
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 -> 4Fe(OH)3 + heat (4)
3Fe(OH)2 + heat -> Fe3O4 + 2H2O +H2 ↑ (5)
3Fe + 4H2O + heat -> Fe3O4 +4H2 ↑ (6)
상기와 같이 금속 철 펠렛은 산화 및 부식반응에 대한 불안정성으로 인하여 저장, 수송 및 취급 시 화재의 위험성이 있을 뿐만 아니라 금속화율(metallization)이 저하됨에 따라 제철소 전기로 조업 시 금속의 회수율, 생산성 및 냉각능 등이 저하되고 동시에 전극, 생석회, 및 내화물 소비량이 증가하게 되는 문제점을 안고 있다.
이러한 금속 철 펠렛의 산화 및 부식에 따른 문제점을 해결하기 위해 실시 또는 제안되어 있는 종래방법으로는 금속 철 펠렛의 표면부위에 적정방법으로 산화층을 형성시키는 자연숙성법과 공기접촉법이 있으며, 금속 철 펠렛을 650℃이상에서 압력을 가해 비표면적을 감소시키는 열간성형법 등이 있다(direct reduced iron technology and economics of production and use, 1980).
또한 금속 철 펠렛을 제조할 때 CaO를 첨가 제조하여 기공을 조대화시켜 비표면적을 감소시킴에 따라 산화 및 부식에 대한 화학적 반응성을 저하시키는 방법도 제안되어 있으며(improvement of the reoxidation and corrosion behavior of direct reduced iron by application of CaO coating, development of a coating process, metallurgical plant and technology, 1982), 왁스 (wax)를 이용하여 금속 철 펠렛의 표면을 처리하는 방법도 제안되어 있다(US patent 4,692,353).
그러나 상기 금속 철 펠렛의 표면부위에 얇은 산화층을 형성시키는 자연숙성법 및 공기접촉법 등은 물이나 해수에 대한 부식저항성이 나빠 주로 가까운 제철소들에게만 판매할 경우 사용되고 있는 기술이다.
한편, 물이나 해수에 가장 양호한 부식저항성을 나타내는 열간성형법은 금속 철 펠렛의 내부 표면적을 감소시키는 방법으로서 물 함유량이 약 4% 정도로 매우 낮아 국가간 교역 시에는 대부분 상기 방법에 의해 이루어지고 있다. 그러나 상기 방법은 금속 철 펠렛을 고온에서 고압으로 성형, 및 제조하므로 별도의 부대설비와 많은 비용이 소요된다는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 종래의 금속 철 펠렛 처리방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 금속 철 펠렛의 내산화성 및 내부식성을 부여할 수 있는 금속 철 펠렛의 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 금속 철 펠렛을 글루코놀(Gluconol, C6H10O4) 용액에 침적시켜 표면 처리하는 단계를 포함하는 금속 철 펠렛의 처리방법에 관한 것이다.
이하, 본발명의 금속 철 펠렛의 표면처리방법을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 금속 철 펠렛의 표면처리방법에 있어서, 글루코놀 용액의 온도는 65 ~ 140℃인 것이 바람직하다.
상기 표면처리 온도가 65℃미만이면 글루코놀 용액의 유동성이 낮아 높은 점도를 나타내므로 많은 기공을 가지고 있는 금속 철 펠렛의 내부에 이르기까지 확산되어 들어가지 못하여 내산화 및 내부식에 대한 저항성의 효과가 크지 않다. 또한 표면처리 온도가 140℃를 초과하면 글루코놀 용액의 점도는 감소하여 유동성의 상승으로 확산속도는 증가하나, 금속 철 펠렛 자체의 산화 반응이 서서히 진행되기 때문에 오히려 내산화 및 내부식성이 저하되는 결과를 초래할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 금속 철 펠렛의 표면처리방법에 있어서, 상기 글루코놀 용액에 금속 철 펠렛을 10분 이상 침적시켜 표면 처리하는 것이 바람직하다.
이때 침적하여 표면 처리하는 시간이 10분 미만이면 금속 철 펠렛 내부에 잔존하는 기공까지 충분히 침투 및 확산되기 곤란하기 때문에 내산화 및 내부식성 효과가 크지 않다.
또한 본 발명에 따른 금속 철 펠렛의 표면처리방법에 있어서, 글루코놀로 표면 처리된 금속 철 펠렛의 내부 또는 표면은 아직 불완전한 결합을 하고 있다. 따라서, 표면 처리 층의 견고한 경화를 위하여 표면 처리된 금속 철 펠렛을 60℃미만, 바람직하게는 55℃미만의 온도 조건에서 건조시키는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 건조온도가 60℃ 이상인 경우 금속철 펠렛의 내부 또는 표면에 형성된 피복층이 금속 철 펠렛과 분리되기 시작하므로 내산화 및 내부식성의 효과가 떨어진다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실 시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 4
철광석 펠렛을 수소가스 분위기하에서 약 950℃로 5시간 동안 환원 열처리하여 금속화율 94.2%인 금속 철 펠렛을 제조하였다. 90℃로 가열한 글루코놀 용액 속에 상기 금속 철 펠렛을 각각 15분, 20분, 30분 및 60분간 침적시킨 후 취출하여 펠렛의 평균지름보다 적은 메쉬(mesh)의 용기에 넣어 과잉으로 흡수 또는 피복되어 있는 용액을 제거한 후 약 40℃로 유지된 건조기 속에 넣어 24시간 동안 건조시켜 표면 처리된 금속 철 펠렛을 제조하였다.
표면 처리된 금속 철 펠렛의 산화 및 내부식에 대한 저항성 특성의 평가는 해수의 화학성분과 유사한 3%NaCl 수용액 중에 80℃로 10분간 침적시킨 후 대기 중에서 자연 방치시킴에 따라 경과시간에 따른 금속화율의 경시변화를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 1
글루코놀 용액을 사용하지 않은 금속철 펠렛을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 5 ~ 6
금속 철 펠렛을 글루코놀 용액에 3분 및 5분간 각각 침적한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
표면처리 조건 금속화율 경시변화(M-Fe/T.Fe%)
처리제 시간(분) 온도(℃) 2일 4일 10일
실시예 1 글루코놀 15 90 93.5 93.2 92.6
2 글루코놀 20 90 93.7 93.2 92.8
3 글루코놀 30 90 93.7 93.2 92.5
4 글루코놀 60 90 93.9 93.5 92.9
5 글루코놀 3 90 86.4 85.3 84,9
6 글루코놀 5 90 89.4 88.3 87.1
비교예 1 미처리 - - 79.2 76.3 72.1
상기 표 1에서 나타낸 바와 같이 본 발명의 표면처리제인 글루코놀 용액을 이용하여 표면 처리한 실시예 1 ~ 6의 경우 표면 처리되지 않은 비교예에 비하여 금속화율의 경시변화가 작을 뿐만 아니라 10일 경과 후에도 높은 금속화율을 보였다. 따라서 글루코놀 용액이 금속 철 펠렛의 산화 및 부식에 대한 저항성을 현저히 향상시켜주는 피복층 역할을 하고 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 특히 표면 처리 시간을 10분 이상 유지시킨 실시예 1 ~ 4의 경우는 표면 처리 시간이 상대적으로 짧은 실시예 5 ~ 6에 비하여 보다 우수한 효과를 보여 표면처리 시간이 10분 이상인 것이 바람직하다는 사실을 확인할 수 있다.
실시예 7 ~ 9
철광석 펠렛을 수소가스 분위기하에서 약 950℃로 5시간 동안 환원 열처리하여 금속화율 94.2%인 금속 철 펠렛을 제조하였다. 70℃, 110℃, 및 130℃로 각각 가열한 글루코놀 용액 속에 상기 금속 철 펠렛을 20분간 침적시킨 후 취출하여 펠렛의 평균지름보다 적은 메쉬(mesh)의 용기에 넣어 과잉으로 흡수 또는 피복되어 있는 용액을 제거한 후 약 40℃로 유지된 건조기 속에 넣어 24시간 동안 건조시켜 표면 처리된 금속 철 펠렛을 제조하였다.
표면 처리된 금속 철 펠렛의 산화 및 내부식에 대한 저항성 특성의 평가는 해수의 화학성분과 유사한 3%NaCl 수용액 중에 80℃로 10분간 침적시킨 후 대기 중에서 자연 방치시킴에 따라 경과시간에 따른 금속화율의 경시변화를 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예 10 ~ 11
글루코놀을 60℃ 및 150℃로 각각 가열한 후 금속 철펠렛을 침적한 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 동일한 방법으로 실시하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
표면처리조건 금속화율 경시변화(M.Fe/T.Fe%)
처리제 시간(분) 온도(℃) 2일 4일 10일
실시예 7 글루코놀 20 70 93.2 92.7 92.0
8 글루코놀 20 110 93.6 93.4 93.0
9 글루코놀 20 130 92.9 92.3 92.0
10 글루코놀 20 60 89.2 85.2 81.3
11 글루코놀 20 150 81.2 78.3 74.2
상기 표 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예 7 ~ 11은 비교예와 비교하여 볼 때, 금속화율의 경시변화가 작을 뿐만 아니라 10일 경과 후에도 높은 금속화율을 나타내었다. 특히, 침적 온도가 70 ~ 130℃인 실시예 7 ~ 9의 경우 보다 우수한 효과를 보인다는 것을 확인할 수 있다.
실시예 12 ~ 13
철광석 펠렛을 수소가스 분위기하에서 약 950℃로 5시간 동안 환원 열처리하여 금속화율 94.2%인 금속철 펠렛을 제조하였다.
90℃로 가열한 글루코놀 용액 속에 상기 금속 철 펠렛을 20분간 침적시킨 후 취출하여 펠렛의 평균지름보다 적은 메쉬(mesh)의 용기에 넣어 과잉으로 흡수 또는 피복되어 있는 용액을 제거한 후 약 30℃ 및 50℃로 유지된 건조기 속에 넣어 24시간 동안 건조시켜 표면 처리된 금속 철 펠렛을 제조하였다.
표면 처리된 금속 철 펠렛의 산화 및 내부식에 대한 저항성 특성의 평가는 해수의 화학성분과 유사한 3% NaCl 수용액 중에 80℃로 10분간 침적시킨 후 대기 중에서 자연 방치시킴에 따라 경과시간에 따른 금속화율의 경시변화를 측정하고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
실시예 14
침적 및 표면처리한 금속 철펠렛을 60℃로 유지된 건조기 속에서 24시간 건조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 12와 동일한 방법으로 실시하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

표면처리조건 금속화율 경시변화(M.Fe/T.Fe%)
시간(분) 처리온도(℃) 건조온도(℃) 2일 4일 10일

실시예
 12 20 90 30 93.3 93.0 92.7
13 20 90 50 93.6 93.2 92.6
14 20 90 60 85.3 82.1 80.3
상기 표 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예 12 ~ 14는 비교예와 비교하여 볼 때, 금속화율의 경시변화가 작을 뿐만 아니라 10일 경과 후에도 높은 금속화율을 나타내었다. 특히 건조온도가 60℃ 미만인 실시예 12 ~ 13은 실시예 14와 비교하여 금속화율의 경시변화가 매우 작을뿐만 아니라 대기중에 방치하여 10일이 경과한 후에도 92%이상의 높은 금속화율을 유지하고 있다는 사실을 확인할 수 있다.
본 발명의 금속 철 펠렛의 처리방법은 금속 철 펠렛을 간단한 공정에 의해 글루코놀용액에 침적 및 표면 처리하여 대기 중의 산소와의 접촉에 따른 산화반응뿐만 아니라 물과의 접촉에 따른 부식 반응에 대하여 우수한 저항성을 나타내는 효과가 있으며, 금속화율의 경시변화를 억제할 수 있다.

Claims (4)

  1. 금속 철 펠렛을 글루코놀(Gluconol, C6H10O4) 용액에 침적시켜 표면 처리하는 단계;
    표면 처리된 금속 철 펠렛을 60℃미만의 온도 조건에서 건조시키는 단계;를 포함하되,
    상기 글루코놀 용액의 온도는 65 ~ 140℃이고, 침적 시간은 10 분 이상인 것을 특징으로 하는 금속 철 펠렛의 처리방법.
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