KR101321849B1 - 매용제 및 이를 이용한 생석회의 재화 촉진 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전로 출강중 레이들에 투입되는 생석회의 재화를 촉진시키기 위한 매용제로서, 탄산나트륨(Na₂CO₃)이 40 내지 55%, 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이 25 내지 45%이고, 나머지는 수분 및 불순물인 매용제 및 이를 이용한 생석회 재화 촉진 방법이 제시된다.

Description

매용제 및 이를 이용한 생석회의 재화 촉진 방법{Flux and acceleration method for CaO melting using the same}

본 발명은 매용제에 관한 것으로, 특히 생석회의 재화를 촉진시키는 매용제 및 이를 이용한 재화 촉진 방법에 관한 것이다.

전로에서 취련이 종료된 용강은 레이들로 출강하게 되며, 용강 중에 600∼750ppm 정도로 포함된 산소를 제거하기 위하여 알루미늄(Al) 또는 실리콘(Si)을 투입하여 탈산하게 된다. 이때, Al₂O₃, SiO₂의 산화물이 탈산 생성물로 생성된다. 이러한 산화물을 액상으로 만들어 주기 위해 생석회를 투입한다. 또한, 출강 과정에서는 용강 뿐만 아니라 전로 슬래그도 일부 유출되며, 유출된 전로 슬래그 중에는 P₂O₅와 같은 성분이 있어 Al 등에 의해 환원되어 용강 중의 인 성분이 올라가는 복린 현상을 일으키기도 한다.

투입된 생석회는 레이들 슬래그의 염기도를 높여 복린을 억제하는 작용을 한다. 생석회의 투입량은 레이들 슬래그 중의 (%CaO)와 (%Al₂O₃)의 중량비를 1∼2 범위가 되도록 산정한다. 그러나, 생석회는 자체의 융점이 2000℃가 넘어 1600℃ 정도의 용강 온도에서는 Al₂O₃와 반응하여 칼슘알루미네이트(CaO-Al₂O₃)를 형성하는데 오랜 시간이 걸리는 단점이 있다.

생석회의 재화를 촉진하기 위하여 매용제를 생석회와 동시에 투입한다. 매용제의 대표적인 물질이 주성분이 CaF₂인 형석이다. 형석은 생석회의 재화를 촉진시키는 효과는 있지만, 불소 성분을 포함하고 있어 환경오염 물질이다. 토양 환경법에 따르면 전, 답, 과수원, 학교용지 등의 경우에는 400ppm 이하로 불소 농도를 규제하고 있고, 공장, 철도용지, 도로와 같은 경우에는 800ppm 이하로 불소 농도를 규제하고 있다. 한편, 한국등록특허 제10-0554139호에 매용제의 일 예가 제시되어 있다.

한편, 형석 이외의 매용제로 CaO와 Al₂O₃를 주성분으로 하는 합성 플럭스가 있으나, 생석회와 알루미나를 혼합하여 용융하여 제조함으로써 공정이 복잡하여 제조 원가가 고가인 단점이 있다.

본 발명은 생석회의 재화를 촉진하기 위한 매용제를 제공한다.

본 발명은 형석보다 생석회의 재화 효과가 뛰어나고 환경 오염 물질인 불소 성분을 포함하지 않는 매용제 및 이를 이용한 생석회의 재화 촉진 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예들에 따른 매용제는 레이들에 투입되는 생석회의 재화를 촉진시키는 매용제로서, 탄산나트륨(Na₂CO₃)이 40 내지 55%, 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이 25 내지 45%이고, 나머지는 수분 및 불순물이다.

상기 매용제는 자연 상태에서 화합물로 존재하는 광물이거나, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 혼합한 혼합물이다.

상기 불순물 중 황의 함량은 1% 이하이고, 상기 매용제의 토탈 나트륨 성분은 20 내지 40%이다.

상기 매용제는 투입량이 중량백분율로 생석회 첨가량의 3% 내지 30%이다.

상기 매용제는 1㎜ 내지 70㎜의 입자 크기를 갖는다.

본 발명의 실시 예들에 따른 생석회의 재화 촉진 방법은 전로의 용강을 레이들로 출강하는 단계; 생석회와 나트륨계 화합물을 함유하는 매용제를 레이들에 투입하는 단계; 상기 매용제를 분해하는 단계; 및 상기 분해로 상기 매용제 입자 크기를 감소시키고 가스를 방출하여 상기 생성회의 재화를 촉진하는 단계를 포함한다.

상기 매용제는 탄산나트륨 및 탄산수소나트륨을 함유하며, 상기 매용제는 분해하여 Na₂O로 존재한다.

상기 매용제는 탄산나트륨이 40 내지 55%, 탄산수소나트륨이 25 내지 45%이고, 나머지는 수분 및 불순물이다.

상기 매용제는 투입량이 중량백분율로 생석회 첨가량의 3% 내지 30%이다.

본 발명의 실시 예들은 탄산나트륨(Na₂CO₃)과 탄산수소나트륨(NaHCO₃)을 함유하는 물질을 전로 출강 중 레이들에 투입하는 생석회의 재화를 촉진하는 매용제로 이용한다. 여기서, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 함유하는 매용제는 인공적으로 혼합하여 사용하거나 또는 자연 상태에서 광물상으로 존재할 수 있으며, 자연 상태의 광물로 존재할 경우에는 소량의 결정수를 포함할 수 있다.

따라서, 기존의 매용제인 형석을 대체함으로써 불소 성분이 없어 친환경적이다. 또한, 신속한 생석회의 재화로 인해 용강의 알루미늄 탈산 과정에서 생성된 알루미나(Al₂O₃) 탈산 생성물의 포집 능을 크게함으로써 용강의 청정도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 슬래그의 염기도를 빨리 상승시켜 줌으로써 출강 과정에서 레이들로 유입된 전로 슬래그 중의 P₂O₅를 안정화시켜 P₂O₅의 환원에 따른 복린 현상을 최소할 수 있다.

도 1은 고온 용융 현미경으로 측정한 연화점, 융점 및 유동점의 일례.
도 2는 종래의 CaF₂ 매용제의 농도에 따른 연화점, 융점 및 유동점 온도의 변화 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 매용제의 최종 성분인 Na₂O의 농도에 따른 연화점, 융점 및 유동점 온도의 변화 그래프.

이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명의 실시 예들은 탄산나트륨(Na₂CO₃)과 탄산수소나트륨(NaHCO₃)을 함유하는 물질을 매용제로 이용한다. 여기서, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨은 자연 상태에서 화합물로 존재하는 광물이거나, 인공적으로 혼합된 혼합물일 수 있다. 또한, 매용제는 탄산나트륨과 탄산수소나트륨 외에 수분 및 기타 불순물을 더 포함할 수 있다.

탄산나트륨(Na₂CO₃)과 탄산수소나트륨(NaHCO₃)은 전로 출강중 레이들에 투입되면, 즉 전로의 용강을 레이들로 출강할 때 생석회와 탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 함유하는 나트륨계 화합물을 함유하는 매용제를 레이들에 투입하면 탄산나트륨은 1500℃ 정도에서 반응식 1과 같이 분해되고, 탄산수소나트륨은 70℃ 정도에서 반응식 2와 같이 분해된다.

Na₂CO₃ -> Na₂O + CO₂(g) 반응식 1

2NaHCO₃ -> Na₂O + H₂O(g) + 2CO₂(g) 반응식 2

즉, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨은 최종적으로 슬래그 중에서 Na₂O로 존재하고, H₂O 및 CO₂ 가스를 방출한다. Na₂O는 생석회 즉, CaO의 융점을 낮추는 작용을 하여 신속하게 생석회의 재화를 유도하는 역할을 한다. 이때, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨은 Na₂O와 H₂O, CO₂의 가스로 분해됨으로써 입자가 더욱 미세하게 되며, 입자 미세화를 통하여 생석회의 재화는 촉진된다. 입자 미세화에 의한 반응 촉진 이외에도 가스 발생에 의해 투입된 생석회와 레이들에서 탈산 생성물로 발생된 알루미나를 섞어주는 교반 효과를 줌으로써 생석회의 재화는 보다 신속하게 진행된다. 이때, 탄산나트륨을 단독으로 이용하는 것보다 탄산수소나트륨이 더 함유함으로써 가스의 발생량은 더욱 많아지고, 그에 따라 교반 효과는 더욱 커지게 된다.

탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 함유하는 매용제는 전체를 100으로 할 때, 탄산수소나트륨이 25% 내지 45% 함유되는 것이 바람직하다. 또한, 매용제는 탄산나트륨이 40% 내지 55%, 탄산수소나트륨이 25% 내지 45%이고, 나머지는 수분 및 불순물일 수 있다. 수분의 경우 탄산나트륨과 탄산수소나트륨이 자연 상태의 광물로 존재하는 경우 결정수로 함유될 수 있다. 이렇게 자연 상태에서 결정수가 포함되어 있기 때문에 결정수의 휘발에 따른 가스 발생량이 더욱 많아져 보다 효과적인 교반이 가능하다. 또한, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 인공적으로 원하는 함량비로 배합하는 경우 수분을 함유하지 않을 수 있다. 여기서, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨의 비는 탄산수소나트륨의 함량이 46% 이상일 경우 분해에 따른 흡열 반응으로 인해 슬래그의 온도가 저하될 우려가 있으며, 25% 미만일 경우에는 교반 효과가 떨어져 생석회의 재화에는 불리하게 된다. 그리고, 전체 나트륨(total Na) 성분은 20% 내지 40%인데, 전체 나트륨 성분이 20% 미만이면 생석회의 재화 능력이 감소하게 되고, 40%를 초과하면 용기의 내화물 침식이 증가하게 된다. 또한, 불순물 중의 황의 함량은 1% 이하인 것이 바람직한데, 불순물로 존재하는 황은 용강으로 혼입될 경우 용강 중의 황 농도를 상승시키므로 가능한 낮을수록 유리하며 1% 이상 함유되어 있을 경우 후공정에서 제어하기가 어렵기 때문에 1% 이하이어야 한다. 한편, 본 발명에 따른 매용제의 입도는 3㎜∼70㎜가 적당한데, 3㎜ 미만이면 레이들 및 출강류에서 발생한 열기류에 의해 빨려나가 레이들 내로 투입되지 못하고, 70㎜를 초과하면 반응 속도가 늦어져 생석회의 재화 속도를 느리게 하는 단점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 매용제의 투입량은 생석회 투입량에 따라 달라지며, 중량비로 생석회 투입량의 3%∼30%가 최적이다. 3% 미만일 경우 슬래그 중의 Na₂O의 농도가 너무 낮아 생석회를 효과적으로 재화시키지 못하며, 30%를 초과할 경우 생석회의 재화 촉진에는 유리하지만 Na₂O의 농도가 높아질 경우 레이들 내화물을 침식시켜 레이들의 수명을 단축시킨다.

실시 예

일반적인 레이들 슬래그 조성인 CaO, Al₂O₃, SiO₂에 기존 매용제인 CaF₂와 본 발명에 따른 매용제의 분해 후 최종 성분인 Na₂O를 [표 1]과 같이 각각 일정 비율로 혼합한 다음 용융 특성을 측정할 수 있는 고온 용융 현미경(Heating Microscope)을 이용하여 연화점(deformation), 융점(sphere) 및 유동점(flow)을 측정하였다. 고온 용융 현미경으로 측정한 연화점, 융점 및 유동점의 일례는 도 1과 같다. 일반적으로 연화점은 도 1(a)에 도시된 바와 같이 시료의 양 모서리가 둥글게 되기 시작하는 온도이며, 융점은 도 1(b)에 도시된 바와 같이 초기 시료 높이의 1/3까지 녹아내릴 때의 온도이며, 유동점은 도 1(c)에 도시된 바와 같이 2/3까지 녹아내릴 때의 온도로 정의된다. 즉, 이와 같은 용융 특성 온도가 낮을수록 생석회가 빨리 재화된다고 볼 수 있다.

CaO(wt%)	Al2O3(wt%)	SiO2(wt%)	CaF2,또는 Na2O(wt%)	CaO/Al2O3
53.7	39.3	5	3	1.402
51.9	37.1	5	6	1.309
49.6	35.4	5	10	1.401
49.7	33.3	5	15	1.402

[표 1]과 같이 매용제로서 기존의 CaF₂와 발명제인 Na₂O의 중량비를 3%∼15%까지 변화시켰을 경우의 용융 특성 온도를 측정한 결과를 도 2 및 도 3에 각각 나타내었다. 즉, 도 2는 종래의 CaF₂ 매용제의 농도에 따른 용융 온도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 매용제의 분해 후 최종 성분인 Na₂O의 농도에 따른 용융 온도를 나타낸 것이다.

도 2 및 도 3을 비교하면, 10%까지 동일한 첨가량의 경우 CaF₂보다 Na₂O의 경우가 연화점, 융점 및 유동점 등의 용융 특성 온도가 낮음을 알 수 있다. 용융 특성 온도가 낮다는 것은 생석회의 재화가 더욱 용이하다는 것을 의미한다. 한편, Na₂O의 경우 10% 이상 첨가 시 오히려 용융 특성 온도가 상승하고 있음을 알 수 있으며 과다 첨가 시 생석회 재화에 불리함을 알 수 있다.

본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

1. 레이들에 투입되는 생석회의 재화를 촉진시키는 매용제로서,
   탄산나트륨(Na₂CO₃)이 40 내지 55%, 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이 25 내지 45%이고, 나머지는 수분 및 불순물인 매용제.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 매용제는 자연 상태에서 화합물로 존재하는 광물이거나, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 혼합한 혼합물인 매용제.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 불순물 중 황의 함량은 1% 이하인 매용제.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 매용제의 토탈 나트륨 성분은 20 내지 40%인 매용제.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 매용제는 투입량이 중량백분율로 생석회 첨가량의 3% 내지 30%인 매용제.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 매용제는 1㎜ 내지 70㎜의 입자 크기를 갖는 매용제.
   
7. 전로의 용강을 레이들로 출강하는 단계;
   생석회와 나트륨계 화합물을 함유하는 매용제를 레이들에 투입하는 단계;
   상기 매용제를 분해하는 단계; 및
   상기 분해로 상기 매용제 입자 크기를 감소시키고 가스를 방출하여 상기 생석회의 재화를 촉진하는 단계를 포함하고,
   상기 매용제는 탄산나트륨이 40 내지 55%, 탄산수소나트륨이 25 내지 45%이고, 나머지는 수분 및 불순물인 생석회 재화 촉진 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 매용제는 분해하여 Na₂O로 존재하는 생석회 재화 촉진 방법.
   
9. 삭제
10. 제 7 항에 있어서, 상기 매용제는 투입량이 중량백분율로 생석회 첨가량의 3% 내지 30%인 생석회 재화 촉진 방법.

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