KR101255064B1 - 제강용 첨가제의 제조 방법 및 제강 공정용 첨가제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 HBI(Hot Briquetted Iron) 제조 과정에서 발생되는 HBI 분말을 활용하는 제강용 첨가제의 제조 방법 및 제강 공정용 첨가제에 관한 것으로서, 특히, 본 발명의 일실시예에 따른 제강용 첨가제의 제조 방법은 제강 공정에 사용되는 첨가제를 제조하는 방법으로서, HBI(Hot Briquetted Iron) 제조 과정에서 발생되는 HBI 분말을 수거하는 단계와; 수거된 HBI 분말을 건조하는 단계와; 건조된 HBI 분말에 바인더를 혼합하는 단계와; 바인더와 혼합된 HBI 분말을 괴상으로 성형하는 단계와; 괴상으로 성형된 HBI를 건조하는 단계를 포함한다.

Description

제강용 첨가제의 제조 방법 및 제강 공정용 첨가제{A method of manufacturing additive for steel-makinguse and Additive for steel-makinguse}

본 발명은 제강용 첨가제의 제조 방법 및 제강 공정용 첨가제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 HBI(Hot Briquetted Iron) 제조 과정에서 발생되는 HBI 분말을 활용하는 제강용 첨가제의 제조 방법 및 제강 공정용 첨가제에 관한 것이다.

제강 공정에서 소재로 사용하는 주원료는 용선, 고철, 스크랩(Scrap) 및 HBI가 있으며, 고철 및 스크랩의 사용 목적은 적은 용선으로 많은 용강을 얻고, 불순물의 산화열을 이용하여 용강의 온도를 상승시키는 동시에 이를 활용하여 목표로 하는 출강온도를 달성하기 위함이다.

하지만, 고청정강 제조시에는 고철 및 스크랩을 대신하여 HBI를 사용하게 되는데, 그 이유는 제강공정에서 제어가 어려운 원소의 함량을 낮출 수 있고, HBI의 형상이 일정하기 때문에 취련 중에도 전로에 용이하게 투입할 수 있기 때문이다.

HBI의 특징은 형상이 일정하여(110 x 50 x 40mm) 호퍼(Hopper)를 통해 용강중 장입이 용이하고, 불순성분(S≤0.03%, P≤0.015%) 및 잔류원소(Cu+Cr+Mo+Ni≤0.005%)가 매우 낮아 고급 청정강 제조에 사용되고 있다.

상기와 같은 목적 및 특징을 갖는 HBI는 전량 수입에 의존하고 있어 수급 불안에 따라 생산 조업에 차질을 발생시킬 수 있고, 환율변동에 따른 가격변동이 심하며, 구입단가가 비싸기 때문에(스크랩 대비 약 10 ~ 30% 고가) 용강 제조원가를 상승시키는 문제점이 있었다. 하지만 근래에는 고청정강의 수요가 지속적으로 증가하여 HBI에 대한 수요가 점점 증가되는 추세이다.

도 1은 일반적인 HBI의 제조과정을 보여주는 플로우챠트로서, 도 1을 참조하면, HBI(Hot Briquetted Iron)는 철광석을 천연가스로 환원한 고체상태의 직접환원철 DRI(Direct Reduction Iron)를 650℃ 이상의 열간상태에서 단광처리(briquetting)한 제품으로, P 및 S 등의 불순 원소 함량이 낮아 저류강 등 고청정강 생산시 필수적으로 사용되는 원료이다.

철광석을 환원가스로 환원시키는 것은 아래의 화학 반응식이 순차적으로 이루어지면서 달성된다.

1) CH₄(천연가스) + H₂O(Steam) → 3H₂ + CO

2) Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O

3) Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

도 1에서 알 수 있듯이 DRI를 HBI로 제조하는 과정에서 HBI의 20% 정도가 5mm 미만의 분말상태로 발생되는데, 이러한 미립의 HBI 분말은 다시 환원로에 장입하여 재활용하고 있는 실정이다.

이에 따라 HBI의 생산 단가가 상승되고, 이미 환원처리된 HBI를 바람직하게 활용하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 실시형태는 저렴한 제강 공정용 첨가제 및 이의 제조 방법을 제공한다.

특히, 본 발명의 실시형태는 HBI 제조과정에서 발생되는 미립의 HBI 분말을 활용하여 제강 공정에 사용되는 고가의 HBI를 대체하는 제강 공정용 첨가제 및 이의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 제강용 첨가제의 제조 방법은 제강 공정에 사용되는 첨가제를 제조하는 방법으로서, HBI(Hot Briquetted Iron) 제조 과정에서 발생되는 HBI 분말을 수거하는 단계와; 수거된 HBI 분말을 건조하는 단계와; 건조된 HBI 분말에 바인더를 혼합하는 단계와; 바인더와 혼합된 HBI 분말을 괴상으로 성형하는 단계와; 괴상으로 성형된 HBI를 건조하는 단계를 포함한다.

상기 HBI 분말을 수거하는 단계에서, 수거되는 HBI 분말의 입도는 5mm 미만인 것을 특징으로 한다.

상기 HBI 분말을 수거하는 단계에서, 수거되는 HBI 분말은 표면이 산화된 상태인 것을 특징으로 한다.

상기 바인더와 혼합된 HBI 분말을 괴상으로 성형하는 단계에서 성형되는 괴상의 HBI는 5 ~ 50mm의 규격을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 괴상으로 성형된 HBI를 건조하는 단계에서 HBI 중 수분의 함량은 1.0% 이하로 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 제강 공정용 첨가제는 HBI(Hot Briquetted Iron) 제조 과정에서 발생되는 미분 상태의 HBI 분말을 이용하여 제조되고, 상기 HBI 분말 95 ~ 99wt%와 바인더 1 ~ 5wt%가 혼합되어 괴상의 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 HBI 분말은 입도가 5mm 미만인 것을 특징으로 한다.

상기 괴상의 첨가제는 강도가 700 Kg/cm² 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 괴상의 첨가제는 회전강도가 65% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 괴상의 첨가제는 크기가 5 ~ 50mm인 것을 특징으로 한다.

상기 괴상의 첨가제는 수분의 함량이 1.0% 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 고청정강의 제강 공정에서 고가인 HBI 대비 상대적으로 저렴한 미립의 HBI 분말로 제조된 첨가제를 장입함에 따라 제조 원료비를 절감할 수 있다.

그리고, 고가의 HBI의 경우 직접환원철로서 산화속도가 상당히 빨라 산화열 발생에 의한 화재의 위험을 내포하고 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 첨가제는 표면에 산화가 진행된 상태의 HBI 분말을 활용하기 때문에 취급상에 안전을 도모할 수 있다.

또한, 불량품으로 판정되던 HBI 분말을 활용할 수 있기 때문에 HBI의 공급과 더불어 원료의 공급 안정성을 확보할 수 있고, 이에 따라 고청정강용 용강의 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 HBI의 제조과정을 보여주는 플로우챠트이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제강용 첨가제의 제조 방법을 보여주는 플로우챠트이며,
도 3은 수거된 HBI 분말과 제품화된 제강용 첨가제를 보여주는 사진이고,
도 4는 본 발명에 따른 실시예와 종래에 따른 비교예를 사용한 용강의 종점 산소 차이를 비교한 그래프이며,
도 5는 본 발명에 따른 실시예와 종래에 따른 비교예를 사용한 용강의 잔류원소 함량을 비교한 그래프이고,
도 6은 본 발명에 따른 실시예와 종래에 따른 비교예를 사용한 정련 후 생산된 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 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제강용 첨가제의 제조 방법을 보여주는 플로우챠트이고, 도 3은 수거된 HBI 분말과 제품화된 제강용 첨가제를 보여주는 사진이다.

먼저, 종래의 HBI 제조시 발생되는 미립의 HBI 분말이 종래의 HBI를 대체할 수 있는지 그 성분을 아래의 표 1와 같이 살펴보았다.

구 분		C	P	S	T-Fe	M.Fe	수분
Fine HBI	성형전	0.62	0.037	0.005	83.4	59.7	7.6
종래 HBI	실적	0.59	0.041	0.003	92.3	83	1.5
	Spec.	≥0.5	≤0.05	≤0.015	≥92	≥86.0	-

성분 분석결과 T.[Fe]가 종래 HBI 대비 낮은 수준이나, 불순성분의 함량이 낮기 때문에 HBI 분말(fine HBI)를 대체할 수 있는 것으로 검증되었다. 또한, HBI 분말의 운반상 안전성에 있어서는 종래의 HBI는 직접환원철로서 산화속도가 빨라 산화열 발생에 의한 화재의 위험을 내포하고 있지만, HBI 분말의 경우는 미립으로 (5mm미만) 이미 표면에 산화가 진행한 상태이기 때문에 취급시 안전한 상태이다.

다만, HBI 분말은 전로에 투입하기 위해서 컨베이어(Conveyor)로 수송이 가능하도록 일정한 형상과 강도를 필요로 한다.

이에 따라 HBI 분말에 일정한 형성과 강도를 부여하는 방법을 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 제강용 첨가제의 제조 방법은 크게 원료의 수거, 1차 건조, 혼합, 성형, 2차 건조 과정 순으로 이루어진다.

제강용 첨가제의 제조 방법을 좀더 상세하게 설명하자면, 먼저, HBI 제조 과정에서 발생되는 5mm 미만의 입도를 갖는 HBI 분말을 수거한다. 수거된 5mm 미만의 HBI는 도 3에서 알 수 있듯이 미분말 상태이다. 이때 수거되는 HBI 분말은 표면의 산화가 진행된 상태인 것이 바람직하다. 그래서, HBI 분말의 취급을 용이하게 할 수 있도록 한다.

수거된 HBI 분말은 1차 건조를 실시한다.

그리고, 건조된 HBI 분말에 바인더를 혼합하여 믹싱한다. 이때 상기 HBI 분말 95 ~ 99wt%와 바인더 1 ~ 5wt%를 믹싱한다. 그래서, HBI 분말을 괴상으로 성형하기 용이하도록 준비한다. 상기 바인더(binder)는 특정 성분의 바인더에 한정되지 않고, 환원된 상태의 HBI 분말을 괴상으로 성형할 수 있는 결합력을 제공하면서 용강에 불순물로 작용하지 않는 성분으로 구성되었다면 어떠한 바인더가 사용되어 무방하다.

이때 바인더의 양을 1 ~ 5 wt%로 제한하는 이유는 불필요하게 바인더의 혼합양을 늘리지 않으면서 HBI 분말을 괴상으로 성형하였을 때 괴상 제품의 압축강도 및 회전강도가 HBI를 대체할 수 있는 수준을 유지할 수 있도록 하기 위함이다.

이렇게 HBI 분말과 바인더가 혼합되었다면 도 3과 같이 5 ~ 50mm의 입도를 갖는 괴상으로 성형한다. 한편, 성형시 괴상 HBI의 압축강도 및 회전강도 향상을 위하여 소정의 압력을 부여하면서 압축성형을 실시하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기와 같이 입도를 5 ~ 50mm로 제한하는 이유는 전로 설비에 구비된 종래의 HBI 투입 수단을 이용하여 괴상화 된 첨가제를 전로로 용이하게 투입하기 위함이다.

상기와 같이 성형된 괴상의 HBI를 2차 건조한다. 이때 HBI 중 수분의 함량은 1.0% 이하로 제어한다. 이렇게 수분의 함량을 제한하는 이유는 수분의 함량이 제한한 수준보다 많다면 괴상으로 성형된 HBI의 산화를 촉진하여 제품의 품질을 저하시키기 때문이다.

2차 건조가 완료된 괴상의 HBI는 보관된 다음, 검수 과정을 거쳐서 전로로 투입된다.

다음으로, 본 발명이 실시예에 따라 제조되는 제강용 첨가제의 기본 물성 및 화학성분을 조사하였다.

괴상으로 고형화된 HBI 제품은 40mm 이상 제품에서 압축강도가 700 Kg/cm2 이상인 것으로 측정되었고, 회전강도는 65% 이상으로 측정되었다.

그리고, 괴상으로 고형화된 HBI 제품의 성분을 조사하였고, 그 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.

구분	T.Fe	S	수분	Ni	Cr	Cu	비고
규격	≥70	≤0.015	≤1.0	≤0.20	≤0.20	≤0.20	바인더 포함

또한, 괴상으로 고형화된 HBI 제품의 입도를 조사하였고, 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.

구분	5mm 미만	5mm 이상	60mm 이상	비고
규격	5%	95%	0%	-

한편, 본 발명에 따라 제조된 제강용 첨가제인 괴상으로 고형화된 HBI 제품을 현장 실조업에 적용하고 그 결과를 아래의 표 4에 나타내었다.

평가항목	조업 영향도	세부 평가 결과	비고
톤/Ch	성형으로 인한 용해 지연으로 T/Ch 하락 가능	출강실수율 동일 수준, 영향無 P-Value = 0.335	도 5 참조
냉각능	M.Fe 함량 小(기존 대비 10% 낮음)	Fine HBI 2.2(기존 HBI 1.4)	고철 1.0
종점산소	냉각능 높아 종점산소 상향 가능	P value 0.211로 유의성 없음	도 4 참조
사용성	성형품 강도, 입도 저하 가능	막힘, 절출 불량 사례 미발생	-

표 2 내지 표 4에서 알 수 있듯이 본 발명에 따라 제조된 제강용 첨가제인 괴상으로 고형화된 HBI 제품은 종래의 HBI를 대체하여 실조업에서 사용할 수 있음을 확인할 수있었다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

도 4는 본 발명에 따른 실시예와 종래에 따른 비교예를 사용한 용강의 종점 산소 차이를 비교한 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 실시예와 종래에 따른 비교예를 사용한 용강의 잔류원소 함량을 비교한 그래프이며, 도 6은 본 발명에 따른 실시예와 종래에 따른 비교예를 사용한 정련 후 생산된 용강의 실수율을 비교한 그래프이다.

종래의 HBI 및 본 발명에 따른 HBI 대체 첨가제의 품질 및 성능을 비교 및 검증하기 위해 실시예로는 본 발명의 일실시예에 따라 HBI 분말을 괴상으로 성형하여 제품화한 첨가제를 용선과 함께 전로에 장입하여 용강을 정련하였다. 그리고, 생산된 용강의 종점 산소함량 및 불순원소 중 주요 인자인 황(S)의 함량을 측정하고, 용강의 정련 완료 후 실수율을 측정하여 그 결과를 도 4 내지 도 6에 나타내었다.

반면, 비교예로는 종래의 일반적인 고급 HBI를 용선과 함께 전로에 장입하여 용강을 정련하였다. 그리고, 생산된 용강의 종점 산소함량 및 불순원소 중 주요 인자인 황(S)의 함량을 측정하고, 용강의 정련 완료 후 실수율을 측정하여 그 결과를 도 4 내지 도 6에 나타내었다.

도 4에서 알 수 있듯이 용강 중 청정도를 결정하는 주요 인자인 토탈산소(T.[O]) 함량을 비교한 결과, 비교예에 비하여 실시예에 따른 용강의 토탈산소 함량이 다소 높게 측정되었지만, 실시예에 따른 용강과 비교예에 따른 용강의 토탈산소 함량이 비교적 유사한 것으로 조사되었다. 따라서 종래의 HBI를 대체하여 HBI 분말을 괴상으로 성형하여 제품화한 첨가제를 사용하여도 고청정강에서 요구하는 충분한 청정도를 달성할 수 있음이 검증되었다.

그리고, 도 5에서 알 수 있듯이 용강 중 고청정강의 주요 불순원소인 황(S)의 함량을 비교한 결과, 비교예에 비하여 실시예에 따라 제조된 용강에 함유된 황의 함량이 다소 높게 측정되었지만, 실시예와 비교예의 황 함량이 거의 유사하게 조사되었다. 따라서 종래의 HBI를 대체하여 HBI 분말을 괴상으로 성형하여 제품화한 첨가제를 사용하여도 고청정강에서 요구하는 황의 함유량을 목표값 이하로 충분히 달성할 수 있음이 검증되었다.

또한, 도 6에서 알 수 있듯이 정련 완료 후의 용강 실수율을 비교한 결과, 비교예에 비하여 실시예의 편차가 다소 크게 측정되었지만, 실시예에 따른 용강의 실수율과 비교예에 따른 용강의 실수율은 거의 유사하게 조사되었다. 따라서 종래의 HBI를 대체하여 HBI 분말을 괴상으로 성형하여 제품화한 첨가제를 사용하여도 용강의 실수율을 목표값 이상으로 충분히 달성할 수 있음이 검증되었다.

따라서, 실시예를 비교예와 종합적으로 비교한 결과, 실시예에 따른 제품을 사용하여 정련을 실시하더라도 품질부문에서 종점산소 및 잔류성분이 종래와 동등수준으로 차이가 없는 것을 알 수 있었으며, 실수율 측면에서도 종래와 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다.

결론적으로, 고가인 종래의 HBI를 대체하여 HBI 분말을 괴상으로 성형하여 제품화한 첨가제를 정련 과정에 사용하더라도 품질부분 및 실수율부분에서 차이점이 거의 없었던 반면에, 종래의 HBI 대비 절반 정도 가격을 구입할 수 있는 HBI 분말을 사용함에 따라 정련 공정의 재료 구입비를 현저하게 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

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 (11)

1. 제강 공정에 사용되는 첨가제를 제조하는 방법으로서,
   HBI(Hot Briquetted Iron) 제조 과정에서 발생되고 표면이 산화된 입도 5mm 미만의 HBI 분말을 수거하는 단계와;
   수거된 HBI 분말을 건조하는 단계와;
   건조된 HBI 분말에 바인더를 혼합하는 단계와;
   바인더와 혼합된 HBI 분말을 괴상으로 성형하는 단계와;
   괴상으로 성형된 HBI를 건조하는 단계를 포함하는 제강용 첨가제의 제조 방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 바인더와 혼합된 HBI 분말을 괴상으로 성형하는 단계에서 성형되는 괴상의 HBI는 5 ~ 50mm의 규격을 갖는 제강용 첨가제의 제조 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 괴상으로 성형된 HBI를 건조하는 단계에서 HBI 중 수분의 함량은 1.0% 이하로 제어되는 제강용 첨가제의 제조 방법.
   
6. 제강 공정용 첨가제로서,
   HBI(Hot Briquetted Iron) 제조 과정에서 발생되고 표면이 산화된 입도 5mm 미만인 HBI 분말을 이용하여 제조되며, 상기 HBI 분말 95 ~ 99wt%와 바인더 1 ~ 5wt%가 혼합되어 괴상의 형상을 갖는 제강 공정용 첨가제.
   
7. 삭제
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 괴상의 첨가제는 강도가 700 Kg/cm2 이상인 제강 공정용 첨가제.
   
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 괴상의 첨가제는 회전강도가 65% 이상인 제강 공정용 첨가제.
   
10. 청구항 6에 있어서,
    상기 괴상의 첨가제는 크기가 5 ~ 50mm인 제강 공정용 첨가제.
    
11. 청구항 6에 있어서,
    상기 괴상의 첨가제는 수분의 함량이 1.0% 이하인 제강 공정용 첨가제.
    

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