KR101252551B1

KR101252551B1 - 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법

Info

Publication number: KR101252551B1
Application number: KR1020110082690A
Authority: KR
Inventors: 유정민; 홍주형; 김동식; 허정호; 임기범
Original assignee: 동국제강주식회사
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-04-08
Also published as: KR20130020211A

Abstract

본 발명은 제조원가를 낮추고, 용강의 오염을 최소화할 수 있는 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법은 전기로 출강 중 또는 레이들로(ladle furnace) 조업 중에 망간함량이 중량%로 20~70%의 망간광석과, 상기 망간광석보다 산소 친화도가 높은 MnO 환원제가 동시에 투입되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법{method of utilizing Mn ore for EAF operation}

본 발명은 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조원가를 낮추고, 용강의 오염을 최소화할 수 있는 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전기로(EAF, electirc arc furnace) 제강공정상 강의 기계적 성질을 맞추기 위해서, 출강 중 1차 성분조절을 위해 SiMn, FeSi 등을 투입하고, 레이들로(ladle furnace) 조업시 최종 성분조절을 위해 FeSi, FeMn, SiMn, Al 등과 같은 합금철을 투입하여 망간(Mn) 성분을 적절범위(예를 들면, 0.5~1.3%)로 조절하게 된다.

이때, 이러한 합금철은 일부는 슬래그와의 반응 또는 공기와의 접촉으로 산화하게 되어 투입량 중 일부는 손실이 된다.

한편, FeMn, SiMn 합금철은 합금철 제조회사에서 망간광석을 환원시킴으로써 제조되는데, 이러한 합금철의 특성은 고가이기 때문에 많은 양이 투입이 되면 제강 원단위 상승의 요인으로 작용하게 된다.

뿐만 아니라, 이러한 합금철은 가격 변동폭이 크기 때문에, 철강산업이 호황일 때는 가격도 높아지게 되면서 공급에 어려움을 겪게 되고, 이에 따라 생산에도 차질이 생기는 문제점이 있다.

이러한 이유로 선진 철강국들은 합금철 공장을 자체운영하고 있으나 우리나라는 철강업체와 독립적인 관계로 상호 발전하여 왔기 때문에, 이러한 문제점이 단기간에 극복되기는 어려울 것으로 예상된다.

한편, 용강 중 망간광석 투입기술은 예전부터 전로 취련 중에 사용되어 망간성분 조절에 사용되어 왔다.

예를 들면, 한국공개특허공보 특2001-0004492는 전로에서의 망간 광석 환원방법에 관한 것으로, 전로 공정상 탈탄, 탈규소 조업이 진행되기 때문에 따로 추가적인 환원제 사용 없이 금속(metal)/슬래그(slag)간 평형반응을 이용한 것이며, 전로조업 중 취련 중기 이후에 슬래그가 충분히 용해되어 균일하게 되고 탈탄반응이 증가되면, 슬래그 중 저가산화물인 MnO와 FeO가 환원이 되어 복 망간시켜 용강 중의 망간함량을 높이는 기술이다.

그러나, 이러한 기술은 전기로 조업에 적용시에 용강의 C, Si, Al 함량의 감소로 이어기 때문에, 후공정에서 성분조절을 위해 가탄제나 Si계 합금철과 같은 추가적인 합금철 투입으로 연결되는 문제점이 있으므로, 전기로 조업에는 적용할 수가 없다.

따라서, 용강에 망간광석과 망간보다 산소친화도가 높은 환원제를 투입하여 망간광석의 용융환원과 합금철 성분조절을 동시에 가져갈 수 있는 기술이 요구되고 있다.

그리고, 망간광석 성분에는 망간 산화물 및 기타 용강을 오염시킬 수 있는 P. S 등의 불순물이 함유되어 있기 때문에 환원제 투입에 따라 이러한 불순물이 용강으로 유입되는 정도를 파악하여 용강 오염을 최소화하기 위한 망간광석 및 환원제의 투입량 설정이 필요하다.

나아가, 망간광석 중 망간을 충분히 환원시키고, 환원제 중 합금원소가 용강 성분 함량 증가에 유리하도록 투입량을 설정하는 기술이 요구되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 합금철 원단위를 저감하여 제조원가를 낮추고, 용강의 오염을 최소화할 수 있는 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 전기로 출강 중 또는 레이들로(ladle furnace) 조업 중에 망간함량이 중량%로 20~70%의 망간광석과, 상기 망간광석보다 산소 친화도가 높은 MnO 환원제가 동시에 투입되는 것을 특징으로 하는 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법을 제공한다.

여기서, 상기 망간광석은 상기 전기로 출강시 또는 상기 레이들로 정련시의 용강 대비 중량%로 0.1~1%가 투입됨이 바람직하다.

그리고, 상기 MnO 환원제는 투입되는 상기 망간광석 대비 중량%로 1~60%가 투입됨이 바람직하다.

또한, 상기 MnO 환원제는 C, Si 및 Al계 환원제임이 바람직하다.

그리고, 상기 망간광석과 상기 MnO 환원제는 상기 전기로 출강시에 투입되어 상기 레이들로 조업중 환원 회수되도록 함이 바람직하다.

본 발명에 따른 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 전기로 제강조업 중 출강 또는 레이들로 조업시 저가의 망간광석과 MnO 환원제를 투입하여 망간 함량과 MnO 환원제의 합금철 성분을 용강 중으로 충분히 회수할 수 있다.

둘째, 전기로 제강조업 중 출강 또는 레이들로 조업시 저가의 망간광석과 MnO 환원제를 투입하여 망간 함량과 MnO 환원제의 합금철 성분을 용강 중으로 회수하여 레이들로 조업 중 투입되는 고가의 망간계 합금철의 원단위 저감이 가능하며, 이를 통해, 제조원가가 낮춰질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법의 공정을 나타낸 공정흐름도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법에서 망간광석 투입량에 따른 용강 성분 함량 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법에서 망간광석과 환원제 투입 후 유지시간에 따른 용강 성분 변화를 나타낸 그래프.

상기의 기술적 과제를 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법의 공정을 나타낸 공정흐름도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법에서는 고철인 철스크랩(10)이 전기로(20)로 옮겨지게 되면, 상기 전기로(20)에서는 전기를 이용해 상기 철스크랩(10)을 녹이는 제강공정이 이루어지게 된다.

그리고, 상기 전기로(20)에서 용해된 쇳물은 출강되어 레이들로(30)로 옮겨지게 되는데, 여기서 상기 쇳물의 화학성분이 조절되고 유황 등과 같은 불순원소가 제거되는 정련이 이루어지게 된다.

이후, 상기 레이들로(30)에서 정련된 쇳물은 연속주조(40)를 통해 판재, 형강 및 봉강 등으로 만들어지게 된다.

그리고, 상기 전기로(20)의 출강시 또는 상기 레이들로(30)의 정련 조업시에는 망간광석(50)과 MnO 환원제(60)가 투입됨이 바람직하다.

상세히, 상기 망간광석(50)은 상기 전기로(20)의 출강시 또는 상기 레이들로(30)의 정련시의 용강(molten steel) 대비 중량%로 0.1~1%가 투입됨이 바람직하다.

그리고, 상기 망간광석(50)은 망간함량이 중량%로 20~70%의 망간계 산화물(T. Mn:20~70%)임이 바람직하다.

여기서, 상기 망간광석(50)과 환원제(60)는 상기 전기로(20)의 출강시 또는 상기 레이들로(30)의 정련시 중 어느 한 시기에 선택적으로 투입될 수 있는데, 바람직하게는 상기 전기로(20)의 출강시에 투입될 수 있다.

그리고, 상기 MnO 환원제(60)는 망간보다 산소친화도가 높은 환원제가 사용될 수 있는데, 바람직하게는 C, Si 및 Al계 환원제가 사용될 수 있으며, 이를 위해, 저가 알루미늄 드로스(dross) 또는 FeSi, SiC 등의 환원제가 사용될 수 있다.

또한, 상기 MnO 환원제(60)는 투입되는 상기 망간광석(50) 대비 중량%로 1~60%가 투입됨이 바람직하다.

이에 따라, 투입되는 상기 망간광석(50) 중의 망간 등의 합금원소가 환원회수됨과 동시에, 상기 MnO 환원제(60)의 합금원소(C, Si 및 Al)의 일부가 용강에 유입되어 상기 용강의 성분을 증가시킬 수 있게 된다.

그리고 이를 통해, 상기 전기로 제강공정 중에 사용되는 고가의 FeMn 및 SiMn 합금철 사용량을 일부 대체하여 제강원가를 낮추고 경제성이 개선되는 것이 가능해진다.

[실시예]

이하에서는 전기로 제강조업 중 망간광석 활용에 따른 Mn, Si 환원 회수 효과를 검증하기 위해 실시된 실시예를 설명한다.

먼저, 본 실시예는 수직관상로에서 금속(metal):슬래그(slag) 비를 실조업비인 70:1로 하여 진행하였다.

이를 위해, 140톤 전기로 실공정 기준으로 레이들로 도착시 용강 140톤에 슬래그는 약 2톤 정도가 생성이 되도록 하였다.

그리고, 순수 금속과 슬래그 반응을 확인하기 위해서 전기로 안의 분위기를 아르곤 가스(Ar gas)로 유지하여 금속/슬래그 간의 반응의 정확도를 높였다.

(단위:wt%)

슬래그 성분							금속 성분
SiO₂	CaO	MgO	Al₂O₃	MnO	Fe₂O₃	SO₃	C	Si	Mn	P	S	Al
23.79	29.6	15.29	26.93	2.23	0.32	0.61	0.134	0.2228	0.5956	0.008	0.0013	0.0013

표 1은 실험에 사용된 시편의 성분을 나타낸 것으로, 전기로 제강조업시 레이들로 도착 성분으로 용강을 제조하여 기본금속(base metal)으로 사용하였고, 상기 슬래그는 상기 레이들로 도착 슬래그를 조업 중에 채취하여 사용하였다.

여기서, 상기 슬래그는 탈산시 생성된 산화물과 레이들로 조업시 정련을 위해 슬래그 염기도가 조절된 것이다.

그리고, 표 1의 슬래그 성분은 일반적인 전기로 제강 공정 중 출강시 탈산과 조재제 투입으로 인해 생성되는 슬래그의 조성범위, 즉, 중량%로 MnO:1~15%, SiO₂:15~40%, Al₂O₃:10~30%, CaO:10~40%, MgO:8~20% 및 나머지는 Fe 및 불순물로 구성되는 조성의 범위 이하였다.

또한, 망간광석의 환원 회수율과 MnO 환원제 일부의 회수율을 평가하기 위해 금속/슬래그간 평형반응 테스트가 실시되었다.

그리고, 제강조업 온도인 1,550~1,600℃에서 금속과 슬래그를 용해시킨 후, 10분간 유지한 다음 망간광석과 MnO 환원제를 투입하여 용강으로의 망간회수율을 평가하였다.

여기서, 투입된 망간광석으로는 전망간량(T.Mn)이 중량%로 53.5%인 망간광석이 사용되었다.

또한, 상기 망간광석 투입원단위는 2.14kg/ton-steel, 3.57kg/ton-steel 및 5kg/ton-steel로 하였으며, 이에 따라, 용강 140톤 기준으로는 300kg, 500kg 및 700kg이 투입되었다.

그리고, 투입된 MnO 환원제로는 Si 함량이 중량%로 75%인 FeSi가 사용되었다.

여기서, FeSi 투입비는 아래 화학반응식에 의해 계산되었다.

<MnO₂> + <Si> = [Mn] + (SiO₂)

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법에서 망간광석 투입량에 따른 용강 성분 함량 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 망간광석 투입량이 증가할수록 용강 중 [Mn], [Si] 함량이 증가함을 알 수 있다.

이것은 MnO 환원제로 투입한 FeSi가 일부는 망간광석을 환원시키고, 동시에 일부는 용강 중에 용해되어 Si계 합금철 회수효과를 야기했기 때문으로 분석된다.

한편, 망간광석 중 불순원소인 P, S도 일부 용강 중으로 흡수가 되었으나, 그 정도는 허용범위 이하였다.

망간광석 투입원단위 (kg/ton-steel)	140g 기준(g)	투입원료 T.[Metal] 중 회수율(%)		망간광석 중 용강에 흡수된 성분 비율(%)
망간광석 투입원단위 (kg/ton-steel)	140g 기준(g)	Si	Mn	P	S
2.14	0.3	41.2	26.7	0.05	0.62
2.14	0.3	62.0	27.4	0.14	0.56
3.57	0.5	61.6	23.9	0.17	0.31
3.57	0.5	88.0	33.2	0.06	0.51
5	0.7	71.4	22.2	0.16	0.38
5	0.7	51.5	36.2	0.08	0.36

표 2는 용강성분 중 [Mn], [Si] 증가에 따른 망간광석과 FeSi 중 합금성분 회수율을 나타낸 것이다.

표 2에서 보는 바와 같이, 망간광석의 투입원단위가 2.14~5kg/ton-steel일 때, Mn의 회수율은 22.2~36.2%, Si의 회수율은 41.2~88.0%로 높게 나타났다.

그리고, 망간광석과 환원제가 투입되고 반응시간으로 20분, 40분이 유지되도록 한 후, 로냉하였다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법에서 망간광석과 환원제 투입 후 유지시간에 따른 용강 성분 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 유지시간이 20분일 때보다 40분일 때, 즉 유지시간이 길어질수록 [Mn], [Si]의 중량%가 증가함을 알 수 있다.

이를 통해, 망간광석과 환원제의 투입시점은 망간과 규소(Si)가 충분히 환원될 수 있도록 조업시간이 보장되는 시점이 선택됨이 바람직함을 알 수 있는데, 전기로 출강에서부터 레이들로에서의 작업시간을 고려하였을 때, 상기 시점은 전기로 출강시에 망간광석과 환원제를 투입하고, 레이들로 조업중 환원 회수하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 전기로 제강공정 중 망간광석과 MnO 환원제를 함께 투입하여 상기 망간광석 중 망간 산화물을 망간으로 환원시킴으로써 고가의 FeMn, SiMn의 합금철 원단위를 저감할 수 있고, 상기 환원제의 일부를 합금철 대체제로 사용하여, FeSi, Al, C 등과 같은 부원료 원단위를 저감할 수 있기 때문에, 전체적인 제강 생산 원단위를 줄여 경제성을 높이는 것이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

10: 철스크랩 20: 전기로
30: 레이들로 50: 망간광석
60: MnO 환원제

Claims

전기로 출강 중 또는 레이들로(ladle furnace) 조업 중에 망간함량이 중량%로 20~70%의 망간광석과, 상기 망간광석보다 산소 친화도가 높은 MnO 환원제가 동시에 투입되고,
상기 망간광석은 상기 전기로 출강시 또는 상기 레이들로 정련시의 용강 대비 중량%로 0.1~1%가 투입되는 것을 특징으로 하는 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 MnO 환원제는 투입되는 상기 망간광석 대비 중량%로 1~60%가 투입됨을 특징으로 하는 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법.
제1항에 있어서,
상기 MnO 환원제는 C, Si 및 Al계 환원제임을 특징으로 하는 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법.
제1항에 있어서,
상기 망간광석과 상기 MnO 환원제는 상기 전기로 출강시에 투입되어 상기 레이들로 조업중 환원 회수되도록 함을 특징으로 하는 전기로 제강조업 중 망간광석 활용방법.