KR101229899B1 - 슬래그 포밍 촉진제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기로에서 용강을 처리할 때 슬래그의 포밍을 촉진하는 슬래그 포밍 촉진제에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 일실시예에 따른 전기로에 투입되어 슬래그의 포밍을 촉진시키는 촉진제로서, Fe산화물과 카본을 주성분으로 포함하고, 비중은 전기로 내부의 용강보다는 작고, 상기 슬래그보다는 커서 용강과 슬래그 사이의 계면에서 반응하는 것을 특징으로 한다.

Description

슬래그 포밍 촉진제{MATERIAL FOR PROMOTING SLAG FORMING}

본 발명은 슬래그 포밍 촉진제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기로에서 용강을 처리할 때 슬래그의 포밍을 촉진하는 슬래그 포밍 촉진제에 관한 것이다.

일반적으로 전기로(EAF : Electric Arc Furnace)는 아크를 이용하여 전기에너지를 열에너지로 전환함으로써 스크랩 또는 합금철을 아크열로 용해하여 소정 온도의 용강을 확보하는 설비이다. 하지만 근래에는 용해효율 향상 및 전기에너지 절감을 위하여 전기 에너지와 더불어 산화열을 이용한다.

아크는 전극봉과 용강 사이에 형성되는 초고온의 전리 기체이며 대류, 복사, 전자충돌 등을 통하여 용강 및 용강 이외의 부분으로 열을 전달한다. 일반적으로 아크에 의해 발생된 열에너지가 용강으로 전열되는 비율은 약 73% 정도이며, 나머지 27%에 해당하는 열에너지는 대류, 복사, 전자충돌에 의해 대기, 노벽 또는 전극봉을 가열하거나 노내 기타 부분으로 확산되는 것으로 알려져 있다. 이에 따라 노벽의 특정부위가 과열되는 현상이 나타난다. 이는 에너지 절감 차원에서뿐만 아니라 노벽 수명에 있어서도 매우 불리한 조건이 된다.

슬래그 포밍은 용강 이외의 부분으로 전달되는 열을 차단하여 용강 또는 슬래그로 전열율을 높이는 방법의 일종으로서, 슬래그를 포밍시켜 슬래그의 외형부피, 즉 겉보기 부피(volume)를 증가시키는 것을 의미한다. 포밍을 일으키기 위한 방법으로는 카본(carbon)을 취입하는 방법이 주로 이용되고 있다. 즉, 산소를 수송가스(carrier gas)로 하여 카본분말을 용강표면의 슬래그 층으로 취입하여 포옴(foam)을 유발하고, 이 포옴에 의하여 열방산 손실을 막고 아크에 의한 노체 측벽의 손상 등을 방지할 수 있게 되는 것이다.

슬래그 포밍에 의해 전기로 슬래그층의 두께가 증가되면, 아크 노출이 차단되고 용강 이외의 부분으로 전달되던 열이 용강으로 전달되므로 전기로의 열효율이 증가하게 된다. 따라서, 전기로에서 슬래그 포밍을 실시하게 되면 동일한 전력으로 더 높은 온도의 용강을 얻을 수 있게 된다.

하지만, 종래의 슬래그 포밍을 촉진시키는 방법은 전기로에 카본분말과 산소를 취입하기 위한 인젝션 설비를 구비함에 의해 전기로의 설비가 복잡해지는 문제가 있었다.

또한, 분말상태의 카본이 슬래그 속으로 충분히 투입되지 않기 때문에 투입되는 첨가제에 의한 반응 효율이 저하되어 CO가스의 발생이 미비하여 슬래그 포밍 효율이 효과적으로 좋아지지 않고, 취입된 산소가 슬래그와 반응하여 슬래그가 과산화되는 문제가 있었다.

그리고 카본분말 및 산소를 취입하기 위한 랜스의 조작이 수동 조작에 의해 이루어지면서 작업자의 숙련도에 따라 작업효율의 편차가 발생되는 문제가 발생하였다.

본 발명은 전기로에서 슬래그의 포밍을 촉진하여 전력 효율을 향상시킬 수 있는 슬래그 포밍 촉진제를 제공한다.

특히, 카본분말의 취입에 따른 반응 효율의 저하와 슬래그가 과산화되는 것을 방지할 수 있는 슬래그 포밍 촉진제를 제공한다.

그리고, 카본분말 및 산소 취입을 위한 설비의 추가 없이 슬래그의 포밍을 촉진할 수 있는 슬래그 포밍 촉진제를 제공한다.

또한, 작업자의 숙련도와 상관없이 동일한 반응효과를 얻을 수 있는 슬래그 포밍 촉진제를 제공한다.

그리고, 슬래그 포밍 촉진제에 생석회를 혼합하여 슬래그의 포밍과 함께 용강의 탈린효과를 얻을 수 있는 슬래그 포밍 촉진제를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 전기로에 투입되어 슬래그의 포밍을 촉진시키는 촉진제로서, Fe산화물과 카본을 주성분으로 포함하고, 비중은 전기로 내부의 용강보다는 작고, 상기 슬래그보다는 커서 용강과 슬래그 사이의 계면에서 반응하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬래그 포밍 촉진제는 80 ~ 50 중량%의 Fe산화물과 20 ~ 50 중량%의 카본이 혼합된 것을 특징으로 한다.

상기 슬래그 포밍 촉진제는 상기 Fe산화물과 카본의 혼합물 100중량부에 대하여 10 ~ 30 중량부의 응집제를 혼합하여 성형하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬래그 포밍 촉진제는 상기 Fe산화물, 카본 및 응집제의 혼합물 100중량부에 대하여 50 중량부 이하의 생석회가 혼합된 것을 특징으로 한다.

상기 슬래그 포밍 촉진제의 비중은 3 ~ 6g/cm³인 것을 특징으로 한다.

상기 슬래그 포밍 촉진제는 브리켓(briquette) 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 슬래그 포밍 촉진제의 입도는 2 ~ 50mm인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 슬래그 포밍 촉진제의 비중을 제어하여 전기로의 용강 중에 투입하는 것만으로도, 슬래그 포밍 촉진제가 용강과 슬래그 사이의 계면에 부상된 상태로 반응이 이루어져서 반응가스에 의한 슬래그 포밍 효과를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 전기로의 전력 사용량을 절감시키는 동시에 용강의 실시율을 향상시킬 수 있다.

또한, 슬래그 포밍 촉진제가 용강과 슬래그 사이의 계면에 부상한 상태로 반응이 이루어지기 때문에 투입된 촉진제의 반응 효율을 향상시킬 수 있고, 종래와 같이 취입되는 산소에 의해 슬래그가 과산화되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 슬래그 포밍 촉진제를 브리켓화 하여 별도의 투입장치 없이 전기로에 투입에 용이하게 투입할 수 있기 때문에 취입설비와 같은 복잡한 설비의 추가 없이 슬래그의 포밍 효과를 향상시킬 수 있다.

한편, 비중이 제어된 슬래그 포밍 촉진제를 용강에 투입하는 작업만으로 슬래그 포밍 촉진제가 용강과 슬래그 사이의 계면에 부상되기 때문에 작업자의 숙련도와는 상관없이 동일한 포밍 효과를 얻을 수 있어 안정적인 조업을 진행할 수 있다.

그리고, 슬래그 포밍 촉진제에 탈린 효과를 얻을 수 있는 생석회를 혼합하여 슬래그의 포밍 촉진과 함께 용강의 탈린반응도 촉진할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 슬래그 포밍 촉진제가 작용하는 형상을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 실시예와 종래의 비교예에 따른 전기로의 전력 사용량을 비교한 그래프이며,
도 3은 본 발명에 따른 실시예와 종래의 비교예에 따른 용강의 실수율을 비교한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 슬래그 포밍 촉진제가 작용하는 형상을 도시한 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 슬래그 포밍 촉진제는 Fe산화물과 카본을 주성분으로 하여 혼합물을 구성하고, 상기 혼합물을 응집제와 혼합하여 브리켓(briquette) 형태로 성형 된다. 이때 슬래그 포밍 촉진제의 비중은 전기로 내부의 용강보다는 작고, 슬래그보다는 커서 용강과 슬래그 사이의 계면에 부상한 상태에서 반응하는 것이 바람직하다.

상기 슬래그 포밍 촉진제는 비중을 조절하면서 카본과 Fe산화물에 포함된 산소의 효율적인 반응을 위하여 카본과 Fe산화물의 혼합량을 제한하는 것이 바람직하다.

예를 들어 상기 슬래그 포밍 촉진제는 80 ~ 50 중량%의 Fe산화물과 20 ~ 50 중량%의 카본을 혼합한다. 상기와 같은 조건으로 Fe산화물과 카본을 혼합하면 그 비중이 3 ~ 6g/cm³ 정도로 조절된다.

일반적으로 전기로에서 생산되는 용강의 비중은 7g/cm³ 정도이고, 슬래그의 비중은 2 ~ 3g/cm³ 정도이다. 따라서, 상기 슬래그 포밍 촉진제를 3 ~ 6g/cm³ 정도로 조절하면 슬래그 포밍 촉진제를 전기로에 투입했을 때 그 비중에 의해 용강과 슬래그의 계면에 부상되는 것이 가능하게 된다.

상기에서 제시된 함량보다 Fe산화물의 양이 많아지면 슬래그 포밍 촉진제의 비중이 커지고, 제시된 함량보다 Fe산화물의 양이 적어지면 슬래그 포밍 촉진제의 비중이 작아져서 전기로에 투입된 슬래그 포밍 촉진제가 용강과 슬래그 사이에 부상되지 않고, 용강 중으로 혼입되거나 슬래그 상부에 부상하여 Fe산화물과 카본의 반응 효율적으로 조장할 수 없다.

이에 따라 전기로에 상기 슬래그 포밍 촉진제를 투입하면 슬래그 포밍 촉진제의 비중에 의해 슬래그 포밍 촉진제는 용강과 슬래그의 계면에 부상되고, 그 위치를 유지하면서 반응된다.

상기 Fe산화물과 카본의 반응은 Fe산화물의 산소와 카본, 즉 탄소가 아래의 화학식1과 같이 반응하여 CO가스 및 CO₂가스를 발생시키는 반응으로서, 반응에 의해 발생되는 CO가스 및 CO₂가스는 용강과 슬래그의 계면에서부터 슬래그를 통과하면서 슬래그를 포밍시키기 때문에 슬래그의 포밍을 극대화할 수 있다. 이때 반응의 잔류물인 Fe는 용강 중으로 혼합된다.

<화학식1>

C + (FeO) = [Fe] + CO(g)

C + (FeO) = [Fe] + CO₂(g)

한편, 상기에서 제시된 Fe산화물과 카본의 함량은 Fe산화물에 포함된 산소와 카본(탄소)이 충분히 반응할 수 있는 범위이다. 따라서 반응 후 산소 또는 탄소가 잔류하여 용강의 성분에 영향을 미치는 것을 억제한다. 다만, 제시된 Fe산화물과 카본의 함량 중 Fe산화물의 함량이 카본의 함량보다 많은 이유는 Fe산화물에 포함된 산소와 카본(탄소)의 반응에 의해 CO가스 및 CO₂가스를 충분히 발생시키고, Fe산화물을 잔류시키기 위함이다. Fe산화물을 잔류시키는 이유는 후술되는 생석회에 의한 용강의 탈린 반응을 유도하기 위함이다.

상기와 같이 슬래그 포밍 촉진제를 구성하는 Fe산화물과 카본은 브리켓(briquette) 형태로 전기로에 투입된다.

상기 Fe산화물과 카본을 브리켓(briquette) 형태로 성형하기 위하여 Fe산화물과 카본의 혼합물 100중량부에 대하여 10 ~ 30 중량부의 응집제를 혼합하여 브리켓의 형태로 성형한다. 이때 사용되는 응집제는 Fe산화물과 카본의 반응에 참여하지 않으면서 Fe산화물과 카본이 브리켓 형태로 유지될 수 있는 충분한 응집력을 제공하면 어떠한 재료가 사용되어도 무방하다. 본 실시예에서는 응집제로 당밀 또는 물유리 등을 사용하였다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 슬래그 포밍 촉진제는 Fe산화물과 카본의 혼합물에 생석회를 더 포함시켜 슬래그의 포밍과 함께 용강의 탈린반응을 조장할 수 있다.

용강의 탈린반응은 Fe산화물에 포함된 산소와 카본(탄소)의 반응에 의해 CO가스 및 CO₂가스가 발생하여 슬래그의 포밍을 유도한 다음, 잔류하는 Fe산화물에 의해 용강에 산소가 공급되고, 이에 의해 용강 중의 인(P)이 공급된 산소와 반응하여 P₂O₅를 형성하는 탈린반응이 유도된다. 이때 탈린반응은 상기 슬래그 포밍 촉진제에 혼합된 생석회에 의해 촉진된다.

상기 생석회의 혼합량은 상기 Fe산화물, 카본 및 응집제의 혼합물 100중량부에 대하여 50 중량부 이하의 생석회가 혼합되는 것이 바람직하다. 이때 생석회의 혼합량이 제시된 함량을 초과할 경우에는 슬래그 포밍 촉진제의 비중이 전술된 비중보다 작아지게 된다. 더욱이 생석회의 양이 너무 많아져서 슬래그의 염기도에 악영향을 미치고, 용강의 온도가 낮아지는 문제점이 발생한다.

상기와 같이 브리켓 형태로 성형되는 슬래그 포밍 촉진제는 전기로에 원활한 투입작업을 보장하고, 전기로 내부로 투입된 슬래그 포밍 촉진제가 슬래그를 통과한 후 용강과 슬래그 사이의 계면에 바람직하게 위치될 수 있도록 적정한 입도를 갖는 것이 좋을 것이다. 예를 들어 상기 슬래그 포밍 촉진제의 입도는 2 ~ 50mm인 것이 바람직하다.

이때 제시된 입도보다 슬래그 포밍 촉진제의 입도가 작을 경우에는 슬래그의 상부에 투입된 슬래그 포밍 촉진제가 슬래그를 통과하면서 용해되면서 반응이 진행되어 슬래그 포밍 효과를 최대로 얻을 수 없다. 그리고, 제시된 입도보다 슬래그 포밍 촉진제의 입도가 큰 경우에는 슬래그 포밍 촉진제가 슬래그와 용강의 계면에서 용해되는 시간이 지연되어 슬래그 포밍 효과를 최대로 얻을 수 없고, 전기로 공정이 완료된 이후에도 브리켓 형태로 용강과 슬래그의 계면에 잔류하는 문제가 발생할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 슬래그 포밍 촉진제의 효과를 종래의 비교예와 비교하여 설명한다.

<실시예>

하이밀 140t 전기로를 기준으로 용강을 생산하였고, 이때 본 발명에 따른 슬래그 포밍 촉진제는 브리켓 형태로 30kg/ton-steel 투입하여 슬래그의 포밍을 촉진하였다.

그리고, 전기로 공정이 진행되는 동안 사용된 전력의 양을 측정하였고, 생산된 용강의 실수율을 측정하였으며, 그 결과를 도 2 및 도 3에 도시하였다.

<비교예>

하이밀 140t 전기로를 기준으로 용강을 생산하였고, 이때 종래의 슬래그 포밍 촉진방법에 따라 산소 20 ~ 50m³/ton-steel과 함께 카본분말 10 ~ 30kg/ton-steel 취입하여 슬래그의 포밍을 촉진하였다.

그리고, 전기로 공정이 진행되는 동안 사용된 전력의 양을 측정하였고, 생산된 용강의 실수율을 측정하였으며, 그 결과를 도 2 및 도 3에 도시하였다.

도 2는 본 발명에 따른 실시예와 종래의 비교예에 따른 전기로의 전력 사용량을 비교한 그래프로서, 도 2에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 슬래그 포밍 촉진제를 사용한 실시예는 전기로 공정이 진행되는 동안 420KhW/ton이 사용된 반면에, 종래의 방법인 카본분말을 산소와 함께 취입하는 비교예는 전기로 공정이 진행되는 동안 450KhW/ton이 사용되었다. 도 2의 결과에서 같이 본 발명에 따르면 전력이 사용량을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있음을 확인하였고, 이는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 촉진제가 슬래그의 포밍을 촉진하여 전력의 사용효율을 증가시킨 결과인 것으로 확인하였다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 실시예와 종래의 비교예에 따른 용강의 실수율을 비교한 그래프로서, 도 3에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 슬래그 포밍 촉진제를 사용한 실시예는 전기로 공정이 완료된 이후 용강의 실수율이 92%로 측정된 반에, 종래의 방법인 카본분말을 산소와 함께 취입하는 비교예는 전기로 공정이 완료된 이후 용강의 실수율이 90%로 측정되었다. 도 3의 결과에서 같이 본 발명에 따르면 용강의 실수율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있음을 확인하였고, 이는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 촉진제가 슬래그의 포밍을 촉진하여 전력의 사용효율을 증가시킨 결과 용강을 실수율도 함께 향상된 결과로 확인하였다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

Claims (7)

1. 전기로에 투입되어 슬래그의 포밍을 촉진시키는 촉진제로서,
   Fe산화물과 카본을 주성분으로 포함하고,
   비중은 전기로 내부의 용강보다는 작고, 상기 슬래그보다는 커서 용강과 슬래그 사이의 계면에서 반응하며,
   상기 슬래그 포밍 촉진제는 80 ~ 50 중량%의 Fe산화물과 20 ~ 50 중량%의 카본이 혼합되고, 상기 Fe산화물과 카본의 혼합물 100중량부에 대하여 10 ~ 30 중량부의 응집제를 혼합하여 성형되고,
   상기 Fe 산화물의 일부는 상기 카본과 반응하여 CO가스 및 CO₂가스를 발생시키고, 상기 Fe 산화물의 나머지는 상기 용강 중에 함유된 인성분을 제거하는데 사용되는 슬래그 포밍 촉진제.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 슬래그 포밍 촉진제는 상기 Fe산화물, 카본 및 응집제의 혼합물 100중량부에 대하여 50 중량부 이하의 생석회가 혼합된 슬래그 포밍 촉진제.
   
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 슬래그 포밍 촉진제의 비중은 3 ~ 6g/cm³인 슬래그 포밍 촉진제.
   
6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 슬래그 포밍 촉진제는 브리켓(briquette) 형태인 슬래그 포밍 촉진제.
   
7. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 슬래그 포밍 촉진제의 입도는 2 ~ 50mm인 슬래그 포밍 촉진제.

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