KR101259370B1 - 페로망간 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 페로망간의 처리방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제조 공정 도중 페로망간에 함유된 망간이 산화되는 것을 방지하여 망간 산화에 의해 가시분진이 발생하는 것을 저감할 수 있는 친환경 페로망간의 처리방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 페로망간 처리방법은 금속 망간을 전기로에서 환원시켜 페로망간 용탕을 형성하는 단계; 환원된 페로망간 용탕을 출탕시키는 단계;를 포함하며, 출탕시키는 단계에서 탄산염을 투입시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 제조 공정 도중 망간 산화에 의한 가시분진이 발생하는 것을 저감하여 대용량의 집진 설비를 마련할 필요가 없으므로, 집진설비 마련에 따른 비용을 절감할 수 있다. 또한 가시분진이 유출되어 대기를 오염시키는 것을 방지하고, 친환경적인 작업 환경을 제공하며, 조업시 발생할 수 있는 산업재해를 예방할 수 있다. 또한 페로망간이 제조공정 도중 산화하여 손실되는 것을 방지하여 페로망간의 실수율을 높이고, 생산성을 향상시킬 수 있다. 그리고 제조공정에서 투입한 탄산염의 하소반응에 의한 부산물이 탈규작용을 함으로써 탈린능을 향상시킬 수 있고, 탈탄시 슬래그의 염기도를 낮춰 탈탄능을 향상시킬 수 있다. 따라서 고순도의 페로망간을 제조할 수 있다.

Description

페로망간 처리방법{METHOD FOR PROCESSING FERROMANGANESE}

본 발명은 페로망간의 처리방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 제조 공정 도중 페로망간에 함유된 망간이 산화되는 것을 방지하여 망간 산화에 의해 가시분진이 발생하는 것을 저감할 수 있는 친환경 페로망간의 처리방법에 관한 것이다.

고순도 페로망간(FeMn)은 고망간강 제품생산에 필요한 부원료로서, 망간을 다량 함유하는 자동차용 강판, 후판 등 생산에 사용된다.

이러한 페로망간을 제조하는 일반적인 공정은 망간 광석과 환원제인 코크스 및 슬래그 형성제를 전기로에 장입하여 코크스의 탄소를 이용하여 산화물 형태인 망간 광석을 환원시킴으로써 제조된다. 이와 같이 코크스를 이용하여 전기로에서 제조된 페로망간은 환원제인 코크스로 인해서 제품 중에 탄소가 포화되어 있는 고탄소 페로망간의 형태로 얻어진다. 액상 형태의 고탄소 페로망간을 고순도의 페로망간으로 제조하기 위해 전기로에서 레이들로 장입하여 탈린이나 탈탄공정 등의 일련의 과정을 거치게 된다.

그런데 망간은 산화력이 큰 물질로, 페로망간을 전기로에서 레이들로 장입하거나, 레이들에서 탈탄로로 장입하는 경우 망간이 산화되면서 다량의 유색 흄이 발생하여 가시분진(visible dust)으로 나타난다.

이런 문제점을 해결하기 위하여 현재 대부분의 공장에서는 발생된 가시분진을 제거하기 위하여 대용량의 집진 설비를 마련하여 가시분진을 제거하고 있으며, 이로 인해 대용량 집진 설비의 투자에 따른 비용 등 페로망간 제조시 경제적 부담을 증가시키는 요인이 된다. 또한 대용량의 집진 설비를 마련하더라도 대규모의 페로망간을 생산하는 경우에는 집진 용량 부족으로 인해 가시분진이 공장 외부로 유출되어 대기를 오염시키는 빈번하게 발생하였다.

그리고 망간의 산화에 의해 발생한 가시부진은 페로망간의 실수율을 저하시키는 요인으로 작용하여, 생산성을 악화시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 제조 공정 도중 망간 산화에 의한 가시분진이 발생하는 것을 저감할 수 있는 페로망간 처리방법을 제공한다.

또한 본 발명은 페로망간의 산화 손실을 저감할 수 있는 페로망간 처리방법을 제공한다.

본 발명에 따른 페로망간 처리방법은 금속 망간을 전기로에서 환원시켜 페로망간 용탕을 형성하는 단계; 환원된 페로망간 용탕을 출탕시키는 단계;를 포함하며, 출탕시키는 단계에서 탄산염을 투입시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 페로망간 처리방법에 있어서, 출탕시키는 단계는 페로망간 용탕을 레이들에 장입하는 단계; 또는 페로망간 용탕을 탈탄로에 장입하여 탈탄하는 단계;를 포함하고, 페로망간 용탕을 레이들에 장입할 때 및 탈린된 페로망간 용탕을 탈탄로에 장입할 때 중 적어도 어느 한 경우 이상에서 탄산염을 투입시키는 것이 바람직하다.을 특징으로 한다.

이 때 레이들에 장입하는 단계는 환원된 페로망간을 레이들에 장입하거나, 상기 탈탄된 페로망간을 레이들로 장입하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 페로망간 처리방법에 있어서, 탄산염은 CaCO₃ 또는 BaCO₃ 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 페로망간 처리방법에 있어서, 페로망간 용탕의 온도는 탄산염의 하소온도보다 높은 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 페로망간 처리방법에 있어서, 탄산염의 입도는 1 ~ 15 mm인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 페로망간 처리방법에 있어서, 탄산염은 균일한 속도로 투입되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 페로망간 처리방법에 있어서, 탄산염은 5 ~ 20 kg/분의 속도로 투입되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 페로망간 처리방법에 있어서, 탄산염을 투입할 때, 탄산염은 페로망간의 출탕개시 시부터 출탕완료 시까지 연속적으로 투입되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예들에 따르면 제조 공정 도중 망간 산화에 의한 가시분진이 발생하는 것을 저감하여 대용량의 집진 설비를 마련할 필요가 없으므로, 집진설비 마련에 따른 비용을 절감할 수 있다. 또한 가시분진이 유출되어 대기를 오염시키는 것을 방지하고, 친환경적인 작업 환경을 제공하며, 조업시 발생할 수 있는 산업재해를 예방할 수 있다.

또한 페로망간이 제조공정 도중 산화하여 손실되는 것을 방지하여 페로망간의 실수율을 높이고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

그리고 제조공정에서 투입한 탄산염의 하소반응에 의한 부산물이 탈규작용을 함으로써 탈린능을 향상시킬 수 있고, 탈탄시 슬래그의 염기도를 낮춰 탈탄능을 향상시킬 수 있다. 따라서 고순도의 페로망간을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 페로망간 처리방법에서 페로망간 용탕의 이동을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로망간 처리방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 3은 종래 방법에 따른 페로망간 처리방법으로서, 탄산염을 투입하지 않고 공정이 진행되는 것을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로망간 처리방법으로서, 탄산염을 투입하여 공정이 진행되는 것을 나타내는 사진이다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 페로망간 처리방법에 관하여 구체적으로 설명한다. 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페로망간 처리방법에서 페로망간 용탕의 이동을 개략적으로 나타내는 개념도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로망간 처리방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.

본 발명에 따른 페로망간 처리방법은 금속 망간을 전기로에서 환원시켜 고탄소 페로망간 용탕을 형성하는 단계; 환원된 페로망간 용탕을 출탕시키는 단계;를 포함하며, 출탕시키는 단계에서 탄산염을 투입시키는 것을 특징으로 한다.

먼저 금속 망간을 환원시킨다(S 100). 금속 망간, 예컨대 망간 광석을 환원제와 함께 환원용 전기로에 투입시킨다. 여기서 환원제로서 코크스를 사용할 수 있으며, 코크스의 탄소를 이용하여 산화물 형태인 망간 광석에 함유된 산소를 제거하고 환원시킴으로써 페로망간이 제조된다. 코크스를 이용하여 전기로에서 제조된 페로망간은 환원제의 탄소로 인해서 제품 중에 탄소가 포화되어 있는 고탄소 페로망간 형태로 얻어지는데, 제강용 합금철로 사용되는 페로망간은 KS규격 KSD3712 기준에 따라 탄소 함량이 7.5% 이하이면 고탄, 2.0% 이하이면 중탄, 1.0% 이하이면 저탄으로 구분된다.

환원된 페로망간 용탕을 후속 공정을 위해 전기로에서 출탕시킨다. 이 때 출단 시키는 단계는 페로망간 용탕을 레이들에 장입하는 단계(S 200, S 500); 또는 페로망간 용탕을 탈탄로에 장입하여 탈탄하는 단계(S 400);를 포함하고, 이 경우 페로망간 용탕을 레이들에 장입할 때 및 탈린된 페로망간 용탕을 탈탄로에 장입할 때 중 적어도 어느 한 경우 이상에서 탄산염을 투입시킬 수 있다.

여기에서 페로망간 용탕을 레이들에 장입하는 단계는 전기로에서 환원된 페로망간을 레이들에 장입하거나(S 200), 탈탄로에서 탈탄된 페로망간을 레이들로 장입(S 500)하는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예로서 탈린 공정 및 탈탄 공정을 포함하는 페로망간 처리방법은 금속 망간을 전기로에서 환원시켜 페로망간 용탕을 형성하는 단계(S 100); 환원된 페로망간 용탕을 레이들에 장입하는 단계(S 200); 레이들에 장입된 페로망간 용탕을 탈린하는 단계(S 300); 탈린된 페로망간 용탕을 탈탄로에 장입하여 탈탄하는 단계(S 400); 탈탄된 페로망간 용탕을 레이들로 장입하는 단계(S 500);를 포함하고, 페로망간 용탕을 레이들에 장입할 때, 탈린된 페로망간 용탕을 탈탄로에 장입할 때 및 탈탄된 페로망간 용탕을 레이들로 장입할 때 중 적어도 어느 한 경우 이상에서 탄산염을 동반 투입시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따라 페로망간을 처리하는 경우 상기 전 공정을 모두 실시해야 하는 것은 아니며, 경우에 따라서는 상기 공정 중 일부, 예컨대 탈린 공정(S 200), 탈탄 공정(S 400, S 500) 중 어느 단계를 생략하거나 선택적으로 실시해도 무방하다.

탈린 공정을 위해, 환원시켜 형성된 페로망간 용탕을 탈린설비로 이동시키기 위해 페로망간 용탕을 레이들에 장입시킨다(S 200). 이 때 페로망간 용탕이 대기 중의 산소와 접하면서 페로망간 내 망간이 산화되어 망간 산화물을 주성분으로 하는 가시분진이 발생할 수 있다. 페로망간 용탕을 레이들에 장입할 때, 탄산염을 동시에 레이들에 투입시킨다. 탄산염은 페로망간 용탕을 레이들에 장입시키는 시점(출탕 개시시점)부터 페로망간 용탕의 장입을 완료시키는 시점(출탕 완료시점)까지 연속적으로 그리고 균일한 속도로 투입한다. 탄산염의 작용, 투입량, 투입속도 등에 관해서는 후술하기로 한다.

레이들에 장입된 페로망간 용탕을 탈린시킨다(S 300). 일반적으로 인(P)은 강 중의 불순물로 존재하며, 고온 취성 유발과 같이 철강 제품의 품질을 해치기 때문에 특별한 경우를 제외하고는 용강 중의 인(P)의 함량을 낮추어야 한다. 망간 함유 강을 제조하기 위해 페로망간을 사용하는 경우 페로망간에 함유된 인에 의해 용강 중의 인 농도의 증가할 수 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 인이 적게 함유된 저린 페로망간을 제조할 필요가 있다.

전기로에서 환원되어 형성된 고탄소 고린(高燐)의 페로망간 용탕을 레이들에 장입시킨 후, 레이들을 탈린설비로 이동시킨다. 레이들에 분체 이송 가스를 이용하여 고염기도의 플럭스(flux) 분체를 취입하고, 취입된 고염기도의 플럭스 분체와 환원된 페로망간을 교반시킨다. 교반은 가스 교반법, 기계적 교반법 등 다양한 방법 중에서 택일하여 실시할 수 있다.

그리고나서 탈탄 공정을 하는 경우 탈린된 페로망간 용탕을 탈탄로에 장입시키고 탈탄시킨다(S 400). 탈린된 페로망간이 수용하는 레이들을 탈린설비 외부로 이동시키고, 레이들에 수용된 페로망간(고탄소, 저린(低燐))을 탈탄로에 장입시킨다. 이 때 페로망간 용탕이 대기 중의 산소와 접하면서 페로망간 내 망간이 산화되어 망간 산화물을 주성분으로 하는 가시분진이 발생할 수 있다. 페로망간 용탕을 탈탄로에 장입할 때, 탄산염을 동시에 레이들에 투입시킨다. 페로망간 용탕을 레이들에 장입할 때와 같이, 탄산염은 페로망간 용탕을 탈탄로에 장입시키는 시점(출탕 개시시점)부터 페로망간 용탕의 장입을 완료시키는 시점(출탕 완료시점)까지 연속적으로 그리고 균일한 속도로 투입한다. 탄산염의 작용, 투입량, 투입속도 등에 관해서는 후술한다. 탈탄로에 장입된 고탄소 저린의 페로망간에 산소를 취입하여 탄소를 제거한다. 취입된 산소에 의해 페로망간에 함유되어 있던 탄소는 일반적으로 CO₂의 형태로 생성되어 제거된다.

탈탄공정을 거친 저탄소 저린 페로망간 용탕은 후속 공정으로의 이송을 위해 다시 레이들로 장입시킨다(S 500). 이 때에도 페로망간 용탕이 대기 중의 산소와 접하면서 망간이 산화되어 망간 산화물을 주성분으로 하는 가시분진이 발생할 수 있으므로, 페로망간 용탕을 레이들에 장입할 때 탄산염을 동시에 레이들에 투입시킨다. 또한 마찬가지로 탄산염은 페로망간 용탕을 탈탄로에 재장입시키는 시점(출탕 개시시점)부터 페로망간 용탕의 재장입을 완료시키는 시점(출탕 완료시점)까지 연속적으로 그리고 균일한 속도로 투입한다.

앞서 설명한 바와 같이, 탄산염은 환원된 페로망간 용탕을 레이들에 장입할 때, 탈린된 페로망간 용탕을 탈탄로에 장입할 때 및 탈탄된 페로망간 용탕을 다시 레이들로 장입할 때, 즉 출탕 중에 적어도 어느 한 경우 이상에서 투입시킬 수 있다.

탄산염을 투입시키면, 탄산염은 고온의 페로망간 용탕에 의해 하소 반응이 일어나면서 다량의 CO₂ 가스가 발생한다. 페로망간 용탕의 온도는 탄산염의 하소 반응이 발생하는 온도보다 높은 것이 바람직하다. 페로망간 용탕이 장입된 레이들, 탈탄로 등의 내부 및 입구를 CO₂ 가스 분위기로 제어하면, CO₂ 가스에 의해 페로망간 용탕이 대기와 접하기 어려우며, 따라서 대기 중의 페로망간에 함유된 망간이 대기 중의 산소와 반응을 일으켜 산화물을 생성하는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

투입되는 탄산염은 망간의 산화를 방지할 뿐만 아니라, 페로망간 용탕을 전기로에서 레이들로 장입할 때 탄산염을 투입하는 경우 페로망간에 함유된 규소(Si)를 제거하는 탈규 효과를 가져와 탈린 공정에서의 탈린능을 증가시키고, 탈린 공정 이전에 탈규 처리를 하는 것과 동일한 효과를 나타낼 수 있다. 또한 탈린 공정 후 페로망간을 레이들에서 탈탄로 장입할 때 탄산염을 투입하는 경우 투입된 탄산염은 탈탄능을 향상시킬 수 있다.

탄산염은 하소시간, 출강 중에 하소 가능성 등을 고려해서 적절한 입자의 크기를 결정한다. 탄산염의 입도가 1 mm인 경우에는 하소시간이 대략 36초 정도 소요되며, 탄산염의 입도가 15 mm인 경우에는 하소시간이 대략 700초 정도 소요된다. 탄산염의 입도가 1 mm 미만인 경우에는 분해속도가 너무 빨라 하소시간이 짧기 때문에, CO₂ 분위기를 유지하기 어렵고 또한 CO₂와 같은 반응가스에 의해 탄산염이 비산되어 손실될 수 있다. 그리고 탄산염의 입도가 15 mm를 초과하는 경우에는 분해속도가 너무 느려 출강시간 내에 분해되지 못할 수 있다. 따라서 탄산염은 1 ~ 15 mm의 입도로 레이들 등에 투입하는 것이 바람직하다.

탄산염은 일정하게 CO₂ 가스가 발생할 수 있도록 균일한 속도로 레이들 등에 투입되며, 입도, 출탕시간, CO₂ 발생량 등을 고려하여 적절한 투입속도를 결정한다. 탄산염을 5 kg/분 미만의 속도를 투입하는 경우 CO₂ 분위기를 유지하기 어렵고, 10 kg/분을 초과하여 투입하는 경우에는 페로망간 용탕의 온도 저하로 후공정에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 탄산염은 5 ~ 20 kg/분의 속도로 레이들 등에 투입되는 것이 바람직하다.

또한 탄산염은 일정하게 CO₂ 가스가 발생할 수 있도록 페로망간의 출탕개시 시부터 출탕완료 시까지 연속적으로 투입시킨다. 예컨대 페로망간 용탕 20 t을 출강하는 데 대략 10분이 소요된다고 하면, 탄산염도 10분 동안 연속적으로 투입시킨다.

탄산염은 CaCO₃ 또는 BaCO₃ 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 탄산염을 CaCO₃으로 예시하여 설명한다. 탄산염으로 CaCO₃을 페로망간 용탕에 투입하는 경우, 페로망간 용탕의 온도는 CaCO₃의 하소온도인 900 ℃보다 높도록 하며, 반응성, 수율 등을 고려할 때 페로망간 용탕의 온도는 바람직하게는 1250 ~ 1800 ℃로 한다. 페로망간 용탕에 CaCO₃를 투입시키면, 하기와 같은 반응이 발생한다.

CaCO₃ (900 ℃ 이상)→ CaO + CO ₂ (g) ……… (1)

여기서 발생하는 CO₂ 가스가 레이들, 탈탄로 등의 내부 또는 입구를 CO₂ 가스 분위기로 제어하여 페로망간 용탕이 대기와 접하기 어렵게 하고, 대기 중의 페로망간에 함유된 망간이 대기 중의 산소와 반응을 일으켜 산화물을 생성하는 것을 방지한다. 한편, 페로망간 용탕을 전기로에서 레이들로 장입하는 경우 CaCO₃는 반응식 1에 의해 CaO를 생성시키는데, 생성된 CaO는 페로망간에 대해 탈규 반응을 일으켜 탈린 공정 이전에 탈규 처리를 하는 효과를 가져오므로, 탈린 공정에서의 탈린능을 증가시킨다. 또한 탈린 공정 후 페로망간을 레이들에서 탈탄로 장입 시에 CaCO₃를 투입하는 경우 CaCO₃는 CaO를 생성하여 염기도를 낮추어 탈탄능을 향상시키는 역할을 한다.

도 3은 종래 방법에 따른 페로망간 처리방법으로서 탄산염을 투입하지 않고 공정이 진행되는 것을 나타내는 사진이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 페로망간 처리방법으로서 탄산염을 투입하여 공정이 진행되는 것을 나타내는 사진이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 탄산염을 투입하지 않고 공정을 진행하는 경우에는 페로망간 용탕을 이송할 때마다 상당한 양의 가시분진이 발생하는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따른 페로망간 처리방법에서와 같이 페로망간 용탕을 이송할 때 탄산염을 투입시키는 경우 도 4에 도시된 바와 같이 가시분진의 발생량이 상당히 저감되는 것을 알 수 있다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 다양한 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

S 100 : 금속 망간 환원 단계
S 200 : 페로망간 용탕의 레이들 장입 단계
S 300 : 페로망간 용탕의 탈린 단계
S 400 : 페로망간 용탕의 탈탄 단계
S 500 : 페로망간 용강의 레이들 재장입 단계

Claims (9)

1. 금속 망간을 전기로에서 환원시켜 페로망간 용탕을 형성하는 단계;
   상기 환원된 페로망간 용탕을 출탕시켜 레이들로 장입하는 단계;
   상기 레이들로 장입된 페로망간 용탕을 탈린하는 단계;
   상기 탈린된 페로망간 용탕을 출탕하여 탈탄로로 장입하는 단계;
   상기 탈탄로로 장입된 페로망간 용탕을 탈탄하는 단계;
   상기 탈탄된 페로망간 용탕을 출탕시켜 레이들로 장입하는 단계;를 포함하며,
   상기 환원된 페로망간을 출탕시켜 레이들로 장입할 때, 상기 탈린된 페로망간 용탕을 출탕하여 탈탄로로 장입할 때 및 상기 탈탄된 페로망간 용탕을 출탕시켜 레이들로 장입할 때 중 적어도 어느 한 경우 이상에서 탄산염을 투입시켜 하소 반응에 의해 CO₂ 가스를 발생시킴으로써, 상기 레이들 및 탈탄로의 입구를 상기 CO₂ 가스 분위기로 제어하고,
   상기 탄산염의 입도는 1mm ~ 15 mm이며, 투입 속도는 5 ~ 20 kg/분이고, 상기 탄산염은 CaCO₃ 인 페로망간 처리방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 페로망간 용탕의 온도는 탄산염의 하소온도보다 높은 페로망간 처리방법.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄산염은 균일한 속도로 투입되는 페로망간 처리방법.
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄산염을 투입할 때, 탄산염은 페로망간의 출탕개시 시부터 출탕완료 시까지 연속적으로 투입되는 페로망간 처리방법.

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