KR101414265B1 - 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 전기로 조업용 대체재 그리고 이의 제조방법 - Google Patents

괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 전기로 조업용 대체재 그리고 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기로 조업용 괴코크스 및 냉선 대체재와 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철공정에서 발생되는 함철 부산물과 코크스 분말을 활용하여 단광 형태로 제조함으로써 전기로 조업시 사용되는 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 발명에 관한 것이다.
본 발명의 전기로 조업용 괴코크스 및 냉선 대체재는 제철공정에서 발생한 함철 부산물과 코크스 분말을 혼합한 혼합물 90 내지 96중량%와, 바인더 4 내지 10중량%를 포함한다.

Description

괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 전기로 조업용 대체재 그리고 이의 제조방법{substitute materials of lump coke and cold pig iron for electric furnace work, manufacturing method thereof}
본 발명은 전기로 조업용 괴코크스 및 냉선 대체재와 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철공정에서 발생되는 함철 부산물과 코크스 분말을 활용하여 단광 형태로 제조함으로써 전기로 조업시 사용되는 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 발명에 관한 것이다.
전기로라 함은 교류 전원 또는 직류 전원을 이용하여 전극봉과 고철 사이에 전위차가 발생되도록 하고, 발생된 전위차에 의해 열이 생성되어 고철을 용융시키거나 용융된 강을 승온하는 설비를 의미한다.
철강제조공정에서 용선을 주로 사용하는 전로법과는 달리 상기 전기로는 고철과 같은 냉철원을 주된 원료로 사용하는 것으로서 용강 제조법 중 중요한 역할을 수행하는 설비 중 하나이다.
일반적으로, 전기로 조업시 냉선을 사용하지 않고 전량 고철만으로 냉연재를 생산할 때 전기로 공정에서 산화 제거되지 않고 냉연코일에 그대로 잔류하여 계면편석, 박판주조중 내부균열, 열처리시 열간취성 등의 박판제품에 치명적인 결함을 야기하는 트램프(tramp) 원소를 0.16%이하로 관리하기 어렵다.
더욱이, 용강의 용해 및 승열과정에서 흡질이 발생되어 질소를 80ppm이하로 관리하는데 어려움이 있어 용선사용시와 같은 양질의 냉연용강을 생산할 수 없게 되고, 용선과 동일한 성분인 냉선을 용해하는데 과도한 시간 및 전력이 소요되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제2002-0000335호에는 전기로의 냉연재 제조방법이 개시되어 있다.
상기 개시된 제조방법은 1차고철적입시 전기로의 잔탕에 코크스와 냉선이 적입되도록 하는 1차고철적입단계와, 상기 상하부전극봉에 의한 1차용해 전 산소랜스를 통해 산소를 상기 잔탕측에 취입하는 고철예열단계와, 상하부전극봉에 의한 용강정련 후, 산소랜스를 통해 산소를 용강측에 취입하는 용강승열단계로 구성된다.
상기와 같은 종래의 기술은 제어가 곤란한 질소(N)와 트램프(tramp) 원소 수준을 낮게 제어할 수 있도록 냉선이 투입하여 양질의 제품을 생산할 수 있도록 한다. 또한, 냉선과 함께 고철 스크랩의 용해를 위한 열원으로 괴코크스를 투입한다.
하지만, 냉선과 괴코크스는 고가인데다가 안정적인 공급이 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 철강을 생산하는 제철소에서는 고로 조업시 철광석과 함께 코크스가 필수적으로 사용된다. 코크스는 보통 유연탄을 건류하여 생산하는데, 이러한 코크스 생산 과정에서는 제철소의 고로 조업시 사용될 수 있는 괴코크스와 함께 고로 조업시 사용될 수 없는 분코크스가 다량 발생하고 있다. 이러한 분코크스를 고로 조업시 사용할 수 없다는 이유로 폐기하면 자원을 낭비하는 것이 되므로 분코크스를 재활용할 수 있는 방안이 절실히 요구된다.
한편, 함철 부산물은 제철,제강 공정시 발생되는 철분이 함유된 부산물이다. 이러한 부산물은 입철류(선입철, 강입철), 분정광, 밀 스케일(Mill Scale), 더스트(Dust) 등이 있으며, 스크랩(Scrap) 보다 가치가 낮은 용도로 사용된다.
대한민국 등록특허 제 0706477호에 개시된 바와 같이 종래 제철소에서 발생되는 함철 부산물의 처리공정은 슬라그 처리장으로 보내져 파쇄 및 스크린(Screen) 과정을 거쳐 입도 300mm이상은 강지금으로 재생되어 제강공정에서 사용되고, 30~300mm는 파쇄 및 스크린 단계를 거쳐 자력선별하여 강입철로 재생되어 제강공정의 스크랩 대용으로 사용된다. 또한, 입도 30mm 이하는 파쇄 및 스크린 단계를 거쳐 8mm이상이면서 자착되는 것은 강입철로, 8mm 이하이면서 자착되는 것은 분정광으로 재생되어 제강공정 또는 소결공장에서 철광석 원료대용으로 사용되고, 나머지 각 자력선별 단계에서 비자착 슬라그는 매립지로 보내어 매립 처리하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 활용도와 부가가치가 낮았던 함철 부산물과 코크스 분말을 이용하여 단광 형태의 대체재를 제조함으로써 전기로 조업시 사용되는 고가의 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 대체재와 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기로 조업용 괴코크스 및 냉선 대체재는 제철공정에서 발생한 함철 부산물과 코크스 분말을 혼합한 혼합물 90 내지 96중량%와, 바인더 4 내지 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합물은 상기 함철 부산물 60 내지 80중량%, 상기 코크스 분말 20 내지 40중량%로 조성된 것을 특징으로 한다.
상기 괴코크스 및 냉선 대체재는 표면에 물유리를 함유하는 피막층이 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기로 조업용 괴코크스 및 냉선 대체재의 제조방법은 제철공정에서 발생한 함철 부산물을 건조시키는 건조단계와; 상기 함철 부산물과 코크스 분말을 혼합한 혼합물 90 내지 96중량%와, 바인더 4 내지 10중량%를 혼합하는 혼합단계와; 상기 바인더가 첨가된 상기 혼합물을 가압성형하여 괴상의 성형체를 형성하는 성형단계와; 상기 성형체를 12 내지 24시간 동안 공랭시키는 냉각단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합물은 상기 함철 부산물 60 내지 80중량%, 상기 코크스 분말 20 내지 40중량%로 조성된 것을 특징으로 한다.
상기 냉각단계 후 상기 성형체에 물유리를 함유하는 코팅제를 도포하여 상기 성형체의 표면에 피막층을 형성시키는 코팅단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 코팅제는 물 50 내지 90부피%, 물유리 10 내지 50부피%로 혼합된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 종래에 냉선과 괴코크스를 이용하던 전기로 조업에 철 함량이 높은 함철 부산물과 분코크스를 원료로 한 단광 대체재를 활용함으로써 고가의 냉선과 괴코크스를 대체하여 환경오염 방지 및 원가 절감 효과를 갖는다.
또한, 대체재의 표면에 물유리를 이용한 피막층을 형성함으로써 강도를 향상시키고 입자가 탈리되어 비산되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대체재를 나타내는 사진이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대체재의 단면을 나타내는 일부 절개 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대체재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기로 조업용 괴코크스 및 냉선 대체재와 이의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명은 전기로 조업에 사용되는 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 대체재와 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 대체재는 혼합물 90 내지 96중량%와, 바인더 4 내지 10중량%를 포함한다.
혼합물은 함철 부산물과 코크스 분말을 혼합한 것이다.
함철 부산물은 제철 공정시 발생되는 철분이 함유된 부산물이다. 상기 제철공정은 고로에 괴 형태의 철광석 및 코크스를 장입한 후 열풍을 불어 넣어 상호 환원시킴으로써 쇳물인 용선을 얻는 제선공정과, 용선을 전로나 2차 정련 등의 여러단계의 성분 조정을 통해 불순물을 제거함으로써 용강을 얻는 제공공정을 포함하는 의미이다.
함철 부산물의 철 함량은 40 내지 90중량%일 수 있다. 함철 부산물은 입자 형태로서, 가령 입도 0.01 내지 15mm의 입자일 수 있다. 이러한 함철 부산물은 종래에 전기로 조업에 투입되는 냉선을 대체한다.
함철 부산물의 일 예로 더스트(Dust), 밀 스케일(Mill Scale), 입철류(선입철, 강입철) 등을 이용할 수 있다. 함철 부산물 중 입자의 크기가 비교적 작은 더스트를 이용하는 것이 성형성과 성형 강도면에서 유리하다.
더스트로 제철공정에서 발생하는 각종 더스트를 이용할 수 있다. 예를 들어 전기로에서 발생하는 전기로 더스트를 이용할 수 있다. 더스트는 철 함량이 약 40 내지 80중량%이다. 전기로 더스트의 주요 성분은 일 예로 아래와 같다.
T-Fe M-Fe SiO2 CaO MgO Zn S C P
함량
(wt%)		 78.200 49.000 1.380 7.280 0.830 0.290 0.020 0.680 0.090
그리고 밀 스케일은 열연공정이나 연주공정에서 발생되는 스케일로, 철 함량이 약 70~80중량%이다. 열연공정에서 발생한 밀 스케일의 주요 성분은 일 예로 아래와 같다.
T-Fe M-Fe SiO2 CaO MgO Zn S P Mn Al2O3 FeO
함량
(wt%)		 72.420 5.282 0.472 0.885 0.361 0.013 0.033 0.049 0.300 0.570 57.257
입철류는 제선공정 및 제강공정에서 발생되는 제선슬래그나 제강슬래그로부터 분리된다. 제선슬래그나 제강슬래그를 분쇄한 후 자력선별하여 입철류를 분리할 수 있다. 입철류는 8mm 이하의 입도를 갖는 분정광과 8mm 이상의 입도를 갖는 입철로 구분될 수 있다. 입철류의 철 함량은 약 80 내지 90중량%이다.
이와 같이 본 발명은 철의 함량이 높은 함철 부산물을 함유하므로 냉선을 대체할 수 있다.
코크스 분말(분코코스)은 고로 조업에 사용되는 코크스의 생산 과정에서 다량으로 발생된다. 코크스 분말은 입도 0.1 내지 8mm일 수 있다.
코크스 분말은 종래의 전기로 조업에서 투입되는 괴코크스를 대체하여 아크 용해를 위한 열원으로 이용된다.
함철 부산물과 코크스 분말은 6~8:2~4의 중량비로 혼합된다. 가령, 함철부산물과 코크스 분말이 혼합된 혼합물은 함철 부산물 60 내지 80중량%, 코크스 분말 20 내지 40중량%로 조성되는 것이 바람직하다.
코크스 분말의 함량이 20중량% 미만이면 필요한 열원을 충족할 수 없으며, 코크스 분말의 함량이 40중량%를 초과하면 필요 온도 이상으로 과열되며, 성형체의 강도를 저하시킬 수 있다.
함철 부산물과 코크스 분말이 혼합된 혼합물에 바인더를 첨가한 후 괴상으로 성형하여 단광 형태의 대체재를 제조한다. 가령, 혼합물 90 내지 96중량%와, 바인더 4 내지 10중량%를 혼합한다.
바인더는 함철 부산물과 코크스 분말의 입자들을 상호 결합시켜 괴상의 형태를 유지할 수 있도록 해준다. 바인더의 일 예로 당밀을 이용할 수 있다. 당밀은 사탕수수를 이용하여 설탕을 제조한 후에 남은 폐액으로 결합력이 우수하고 가격이 저렴하다는 장점을 갖는다.
바인더의 혼합량이 4중량% 미만이면 성형성과 성형강도가 낮아지고, 바인더의 혼합량이 10중량%를 초과하면 대체재의 품질이 저하될 뿐만 아니라 성형기에 달라 붙어 오히려 성형성을 저하시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명의 대체재는 함철 부산물, 코크스 분말, 바인더를 혼합한 후 성형하여 제조된다. 본 발명의 대체재는 도 1에 나타난 바와 같이 괴상의 형태를 갖는다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대체제(10)는 표면에 물유리를 함유하는 피막층(30)이 형성된다. 이러한 피막층은 대체재의 강도를 크게 향상시키고, 표면에서 입자들이 탈리되는 것을 효과적으로 막을 수 있다.
이하, 도 3을 참조하면서 본 발명의 대체재의 제조방법에 대하여 살펴본다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 대체재의 제조방법은 함철 부산물을 건조시키는 건조단계와, 함철 부산물과 코크스 분말을 혼합한 혼합물에 바인더를 첨가하여 혼합하는 혼합단계와, 바인더가 첨가된 혼합물을 가압성형하여 괴상의 성형체를 형성하는 성형단계와, 성형체를 12 내지 24시간 동안 공랭시키는 냉각단계를 포함한다.
먼저, 건조단계에서 함철 부산물을 건조시켜 수분함량을 1~3중량%로 감소시킨다. 건조시 로타리 킬른(rotary kiln) 등과 같은 통상적인 건조장치를 이용할 수 있다.
함철 부산물의 건조 후 코크스 분말과 혼합한다. 이때 함철 부산물 60 내지 80중량%, 코크스 분말 20 내지 40중량%로 혼합한다. 함철 부산물과 코크스 분말을 혼합한 혼합물을 준비한 후 바인더를 첨가하여 혼합한다. 혼합물 90 내지 96중량%와, 바인더 4 내지 10중량%로 혼합한다. 교반기나 믹서기를 이용하여 혼합물과 바인더를 균일하게 혼합한다.
다음으로, 바인더가 첨가된 혼합물을 가압성형하여 괴상의 성형체로 성형한다. 성형은 통상적인 가압성형프레스를 이용하여 성형한다. 가압성형시 압축강도는 784N/cm2 이상이 바람직하다. 압축강도가 784N/cm2 미만이면 성형 후 강도가 낮아 사용효율이 저하된다. 성형체는 다양한 모양으로 성형될 수 있다. 성형체는 원기둥이나 조개탄, 구형 등의 단광 형태로 성형될 수 있음은 물론이다.
성형 후 냉각을 위해 성형체를 12 내지 24시간 동안 공랭시킨다. 가령, 20 내지 30℃의 야적장에서 12 내지 24시간 동안 방치하여 공기 중에서 냉각시킬 수 있다.
이와 같이 냉각과정이 완료되면 본 발명의 대체재가 제조된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 대체재의 제조방법은 상기 냉각과정 후 코팅과정이 더 수행된다.
코팅과정을 수행하기 위해 코팅제를 성형체에 도포한다. 도포방식으로 분무기를 이용하여 액상의 코팅제를 성형체의 표면에 분사할 수 있다.
코팅제는 물유리를 함유한다. 가령, 물 50 내지 90부피%와 물유리 10 내지 50부피%로 혼합하여 조성될 수 있다. 물유리로 이산화규소(SiO2)함량 30 내지 35중량%, 점도 600cp(20℃)인 물유리를 이용할 수 있다.
물유리가 함유된 코팅제를 성형체에 도포한 후 경화시키면 도 2에 잘 나타난 바와 같이 성형체(20)의 표면에 물유리 피막층(30)이 형성된 대체재(10)를 제조할 수 있다. 경화시 고온의 열을 가해 경화시킬 수 있다. 물유리는 비용이 매우 저렴한 소재라는 점에서 비용면에서 매우 유리하다. 성형체의 표면에 형성된 피막층은 대체재의 강도를 크게 향상시키며, 표면에서 입자들이 탈리되어 비산되는 것을 효과적으로 막을 수 있다. 또한, 대체재가 타 물질로부터 오염되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시 예를 제시하나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
포스코 광양 제철소에서 발생한 전기로 더스트(T-Fe: 78.2wt%)를 건조시켜 수분함량을 1~3중량%로 감소시켰다. 그리고 전기로 더스트 75중량%, 코크스 분말 25중량%로 혼합하여 혼합물을 준비하였다. 다음으로, 혼합물 93중량%, 당밀 7중량%로 혼합한 후 가압성형하여 원기둥 형태의 성형체를 성형하였다. 성형 후 약 20℃의 야적장에서 16시간 동안 방치하여 대체재를 제조하였다.
제조된 대체재의 압하강도, 탄소 함유량, 철 함유량, 함수율을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
항목 측정방법 측정값
압하강도(N) KSA5301주물사의 시험방법 1978
C(wt%) KSD1804 철 및 강의 탄소분석방법
(IR-적외선흡수법)		 14.61
T-Fe(wt%) KSEISO2597-1 철광석의 총 철분석방법
(TiCl3 환원에 의한 K2CrO7 적정법)		 54.50
함수율(wt%) KSA5301 주물사의 시험방법 1.47
상기 표 3을 참조하면, 실시예의 대체재는 압하강도가 우수하여 단광으로 이용될 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 대체제의 철과 탄소 함량이 높아 종래의 냉선과 괴코크스를 충분히 대체할 수 있음을 나타낸다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 대체재 20: 성형체
30: 피막층

Claims (7)

  1. 제철공정에서 발생한 함철 부산물과 코크스 분말을 혼합한 혼합물 90 내지 96중량%와, 바인더 4 내지 10중량%를 포함하고,
    표면에 물유리를 함유하는 피막층이 형성된 것을 특징으로 하는 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 전기로 조업용 대체재.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합물은 상기 함철 부산물 60 내지 80중량%, 상기 코크스 분말 20 내지 40중량%로 조성된 것을 특징으로 하는 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 전기로 조업용 대체재.
  3. 삭제
  4. 제철공정에서 발생한 함철 부산물을 건조시키는 건조단계와;
    상기 함철 부산물과 코크스 분말을 혼합한 혼합물 90 내지 96중량%와, 바인더 4 내지 10중량%를 혼합하는 혼합단계와;
    상기 바인더가 첨가된 상기 혼합물을 성형하여 괴상의 성형체를 형성하는 성형단계와;
    상기 성형체를 12 내지 24시간 동안 공랭시키는 냉각단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 전기로 조업용 대체재의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 혼합물은 상기 함철 부산물 60 내지 80중량%, 상기 코크스 분말 20 내지 40중량%로 조성된 것을 특징으로 하는 전기로 조업용 괴코크스 및 냉선 대체재의 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 냉각단계 후 상기 성형체에 물유리를 함유하는 코팅제를 도포하여 상기 성형체의 표면에 피막층을 형성시키는 코팅단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 전기로 조업용 대체재의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 코팅제는 물 50 내지 90부피%, 물유리 10 내지 50부피%로 혼합된 것을 특징으로 하는 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 전기로 조업용 대체재의 제조방법.
KR1020130157612A 2013-12-17 2013-12-17 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 전기로 조업용 대체재 그리고 이의 제조방법 KR101414265B1 (ko)

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