KR101460661B1 - 슬래그 내 유가금속 회수 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 슬래그 내 유가금속 회수 방법은, 전로에서 용강을 취련하는 과정, 용강을 래들로 출강하는 과정, 래들로 전로 내 슬래그를 배출하는 과정 및 슬래그 중 산화물을 환원하여 용강으로 유가금속을 회수하는 과정을 포함함으로써, 고 망간강을 제조하는데 소요되는 비용을 감소시킬 수 있다. 즉, 슬래그 내에 존재하는 MnO 산화물을 환원하여 Mn금속을 용강으로 회수함으로써 용강에 투입되는 Mn의 첨가량을 감소시킬 수 있다.
또한, 전로에서 용강 및 슬래그를 래들로 배출하고, 래들에 환원제를 투입하여 슬래그에서 환원되는 Mn이 바로 용강으로 회수될 수 있도록 함으로써 MnO 환원 후 Mn을 회수하기 위한 추가적인 장치 또는 공정이 불필요하다.
그리고, 전로에서 발생하는 슬래그를 일부 재활용함으로써, 슬래그를 배재하고 처리하기 위해 소요되는 비용 및 슬래그 배재로 인해 발생하는 환경오염을 감소시킬 수 있다.

Description

슬래그 내 유가금속 회수 방법 {method for recovering valuable metal using slag}

본 발명은 슬래그 내 유가금속 회수 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용강 내 Mn의 회수율을 증가시킬 수 있는 슬래그 내 유가금속 회수 방법에 관한 것이다.

최근 TMCP(Thermo Mechanical Controlled Process)강, 고급 API(American Petroleum Institute: 미국 석유 협회)강 및 자동차용 고기능 냉연 강판 등과 같은 고급강의 수요가 증대됨에 따라, 합금철의 생산이 증가하고 있다.

그 중, 망간(Mn)은 철과 유사한 회색 광택을 가지는 금속으로서, 제강 공정에서 탈산제 또는 탈황 등의 목적으로 사용된다. 이때, 망간은 단독으로는 거의 사용되지 않고 일반적으로 합금의 형태로 강재의 탈산 또는 탈황용으로 사용된다.

이에, 망간은 철과 합금 형태의 페로 망간(Fe-Mn), 망간 금속, 이산화망간 또는 망간 산화물 등의 형태가 있으며, 철강 공정에서는 주로 페로 망간이나 경철(鏡鐵)의 형태로서 주로 사용되고, TWIP(Twinning Induced Plasticity)강과 같은 고망간 합금강의 상용화에 따라 이의 사용량이 더 증대될 것으로 예상된다.

그런데 일반적으로 수행되는 전로 내 산소 취련 공정에 의해 용선으로 투입되는 합금철은 용선의 산화와 탈산에 의해 생성되는 용강 상부에 슬래그가 형성된다. 이에, 투입되는 합금철의 일부는 슬래그와의 반응 또는 공기와의 접촉으로 산화되어 페로망간 슬래그를 형성하며 손실된다.

이에, 종래에는 래들로 출강된 용강에 Mn 함유 금속을 투입하여 용강 내 Mn의 농도를 증가시켜 Mn을 20 ~ 30%을 함유하는 고 망간강을 제조하였다.

그러나, 이와 같이 용강 내에 Mn 함유 금속을 투입하는데에 소요되는 Mn의 양이 증가하게 되고, 결과적으로 고 망간강을 제조하는데 소요하는 비용이 증가되는 문제점이 발생한다.

따라서, 전로 취련시 발생하는 슬래그를 활용하여 슬래그 내 금속을 용강으로 회수시키기 위한 기술이 요구되는 실정이다.

KR 2013-0046694 A1

본 발명은 별도의 장비를 사용하지 않고 슬래그 내 유가금속(Mn)을 용강으로 회수시킬 수 있는 슬래그 내 유가금속 회수 방법 제공한다.

본 발명은 슬래그를 재활용함으로써 환경 오염을 감소시킬 수 있는 슬래그 내 유가금속 회수 방법을 제공한다.

본 발명은 강의 제조 비용을 감소시킬 수 있는 슬래그 내 유가금속 회수 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 슬래그 내 유가금속 회수 방법은, 전로에서 용강을 취련하는 과정, 상기 용강을 래들로 출강하는 과정, 상기 래들로 상기 전로 내 슬래그를 배출하는 과정 및 상기 슬래그 중 산화물을 환원하여 상기 용강으로 유가금속을 회수하는 과정을 포함한다.

상기 유가금속을 회수하는 과정은, 산화물 환원제를 투입하여 상기 슬래그 중 산화물을 환원할 수 있다.

상기 산화물 환원제는 상기 용강을 래들로 출강하는 과정 중에 상기 래들 내로 투입될 수 있다.

상기 산화물 환원제는 상기 슬래그를 배출하는 과정 이후에 상기 슬래그 상에 투입될 수 있다.

상기 산화물 환원제는 Al, Si, C, Na, Ca 및 Mg 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.

상기 산화물은 MnO를 포함하고, 상기 슬래그는 MnO를 포함하는 페로망간 슬래그일 수 있다.

상기 유가금속은 Mn을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 슬래그 내 유가금속 회수 방법에 의하면, 고 망간강을 제조하는데 소요되는 비용을 감소시킬 수 있다. 즉, 전로 취련 후 발생하는 슬래그 내에 존재하는 MnO 산화물을 환원하여 Mn을 용강으로 회수함으로써 고 망간강을 생산하는데 소요되는 Mn 투입량을 감소시킬 수 있다.

또한, 슬래그 내 유가금속을 회수하기 위해 전로에서 용강 및 슬래그를 래들로 배출하고, 래들에 환원제를 투입하여 슬래그에서 환원되는 Mn이 바로 용강으로 회수될 수 있도록 함으로써 MnO 환원 후 Mn을 회수하기 위한 추가적인 장치 또는 공정이 요구되지 않는다. 이에, Mn 회수 장치의 추가적인 구비가 요구되지 않으며, 공정 단계가 추가되지 않기 때문에 공정에 소요되는 시간이 증가되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.

그리고, 전로에서 발생하는 슬래그를 일부 재활용함으로써, 슬래그를 배재하고 처리하기 위해 소요되는 비용을 감소시킬 수 있고, 슬래그 배재로 인해 발생하는 환경오염을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 슬래그 내 유가금속을 회수방법을 순서적으로 도시한 도면이다.
도 2는 전로에서 수행되는 용강 생산 공정을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 1의 슬래그 내 유가금속 회수방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 고 망간강을 제조에 따른 종래 및 본 발명의 실시 예를 비교한 표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 슬래그 내 유가금속을 회수방법을 순서적으로 도시한 도면이다. 도 2는 전로에서 수행되는 용강 생산 공정을 나타내는 순서도이다. 도 3은 도 1의 슬래그 내 유가금속 회수방법을 도시한 순서도이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 슬래그 내 유가금속 회수방법은 전로에서 용강을 취련하는 과정과, 용강을 래들로 출강하는 과정, 래들로 전로 내 슬래그를 배출하는 과정 및 슬래그 중 산화물을 환원하여 용강으로 유가금속을 회수하는 과정을 포함한다.

이때, 도 2의 전로의 용강 생산 공정은 제강 공정에서 통상적으로 수행되는 작업이므로 간단하게 설명한다.

도 2를 참조하면, 일반적으로 강을 제조하기 위해 고로에서 생산된 용선이 고로로부터 출선하면 용선은 래들에 수용되어 전로로 이송된다. 이때, 전로(10)는 용강을 생산하는 설비로, 상기 용선을 주입받고, 주입된 용선에 산소 등의 산화성 가스를 취입하여 용선에 포함되는 불순물을 단시간 내에 산화 제거함으로써 양질의 용강을 생산하는 설비이다. 이때, 망간의 함량이 높은 용강을 생산하기 위해, 전로(10)에 용선을 장입할 시, Mn을 함유하는 합금철을 투입(S10)하여 용강 내 Mn의 농도를 증가시키는 공정을 수행하였다. 이후, 용선의 정련을 위해 산소를 취입하여 용선을 취련한다(S20). 그런데, 취련 과정에서는 용강에 산소가 취입됨으로써 용강의 산화가 발생하고 취입되는 산소와 용강이 반응하여 용강 상에는 금속산화물로 형성된 슬래그가 형성된다(S30). 이때, 고 망간강을 제조하기 위해 투입된 Mn합금철의 일부 또한, 슬래그와의 반응 또는 공기와의 접촉으로 산화되어 페로방간 슬래그를 형성하며 손실된다.

이때, 상기 슬래그가 형성된 전로의 공정을 완료한 후, 즉, 용선의 취련을 완료한 후(S100), 생성된 용강을 래들로 출강한다(S200). 용강을 출강하기 위해서는 전로(10)를 경동시켜 전로의 측면에 형성된 출탕구를 통해 래들로 출강한다. 이때, 용강을 출강함과 동시에 용강 중의 성분을 분석하기 위해 용강을 일부를 채취하여 분석하는 샘플링작업이 수행될 수도 있다. 그러나, 본 발명에서는 용강의 성분을 분석하는 과정에 대한 설명은 이하에서는 생략하기로 한다.

용강의 출강이 완료된 후(S300), 본 발명에서는 슬래그로부터 유가금속을 회수하기 위해 용강이 출강되는 래들로 전로(10)의 슬래그를 배출한다(S400). 즉, 본 발명에서는 래들에 용강과 슬래그를 수용하고, 슬래그 환원제(MnO 환원제)를 이용하여 슬래그 내의 MnO를 환원시켜 Mn을 용강으로 회수한다. 이때, 슬래그를 래들로 배출하기 위해서는 경동시켜 기울어진 상태의 전로의 출강구를 개폐하여 슬래그를 배출할 수 있는 별도의 장치가 사용될 수도 있고, 출강 완료 후 전로의 경동시간에 따라 배출되는 슬래그의 양을 공정의 반복을 통해 파악한 후 원하는 슬래그의 양의 범위가 배출될 때, 경동시킨 전로를 다시 원상태로 복귀시키는 방법으로 슬래그를 배출할 수도 있다.

이처럼, 래들에 용강과 슬래그가 수용된 상태에서 환원제와 슬래그의 반응에 의해 슬래그 중의 MnO를 환원시킨다(S500). 이때, MnO를 환원시키기 위해 투입되는 산화물 환원제가 투입되는 지점은 용강을 래들로 출강하는 과정 중에 래들 내로 투입(S250)되거나, 슬래그를 배출하는 과정(S400) 이후에 슬래그 상에 투입(S450)될 수 있다. 즉, 상기 두 지점 중 적어도 어느 한 지점에서 환원제가 투입되어 슬래그 중 MnO를 환원시킬 수 있다.

먼저, 용강을 래들로 출강하는 과정 중에 환원제를 투입하는 과정(S250)은 용강이 출강되는 중에 용강에 환원제를 투입하는 것이다. 즉, 환원제는 용강과 혼합된 상태로 용강에 용해되고 슬래그와 반응한다. 이때, 출강 중에 투입되는 환원제는 산소와의 친화력이 큰 물질이 사용될 수 있고, 예컨대 Al 및 Si 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 이에, Al 또는 Si가 용강에 혼합됨으로써 용강 내 Al 또는 Si의 농도가 증가하게 되고, 하기의 반응식과 같이 슬래그 내의 MnO를 환원할 수 있다.

[반응식]

3MnO + 2Al → Al₂O₃ + 3Mn

3MnO + Si → SiO₂ + 2Mn

이때, 환원제로는 Al 및 Si에 한정되지 않고 탄소(C), 나트륨(Na), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 중 적어도 어느 한 종이 선택되거나 한 종 이상이 선택되어 투입될 수도 있다.

한편, 용강을 래들로 출강하는 과정 중에 환원제가 투입되는 대신 슬래그의 배출(S400) 후, 슬래그 상에 환원제를 투입하는 과정(S450)은, 래들 내에 용강 및 슬래그가 수용된 후, 용강 상에 부유하는 슬래그로 환원제를 투입하는 것이다. 이에, 환원제는 용강에 혼입되지 않고 슬래그에 용해되어 슬래그와 반응한다. 이때, 슬래그 상에 투입되는 환원제는 전술한 환원제와 동일하거나 유사한 환원제(즉, 산소와의 친화력이 큰 물질이 사용될 수 있다. 이에, 슬래그와 환원제의 반응에 대해서는 생략하기로 한다.

이처럼, 본 발명에서는 전로로부터 래들로 배출된 슬래그와 환원제를 반응시켜 슬래그 내 MnO를 환원하여 Mn을 용강으로 회수할 수 있다. 이에, 본 발명에서는 환원제의 투입시점을 두가지로 나눌 수 있는 것에 대해 설명하였다. 하지만 투입시점은 이에 한정되지 않고, 래들로 용강과 슬래그가 함께 수용된 후 환원제에 의해 슬래그와 환원제가 반응할 수 있는 시점이라면 상기 전술한 시점 외에도 환원제가 투입될 수도 있다.

한편, 환원제의 투입량은 본 발명에서는 한정하지 않으나, 래들로 배출되는 슬래그의 배출량에 따라 비례적으로 환원제를 투입할 수 있다. 즉, 슬래그의 배출량이 증가하면 슬래그 내 환원될 수 있는 Mn의 양이 많기 때문에 다량의 환원제를 투입하여 슬래그 내 MnO의 환원율을 증가시킬 수 있다.

그리고 환원제로 사용되는 물질의 입경은 한정하지 않으나 환원제의 입경이 너무 작을 경우에는 슬래그에서의 환원제 용해속도가 빨라져, 반응이 실시하게 되는 충분한 시간을 확보할 수 없고, 환원제의 입경이 너무 클 경우에는 환원제가 용해되기까지의 시간이 증가하기 때문에 반응 속도가 저하되어 공정시간이 증가한다.

이와 같이 환원제의 투입에 의해 MnO를 환원하면(S500), 하기의 반응식과 같이 최종적으로 MnO가 환원되어 금속 Mn을 생성한다.

[반응식]

MnO + 환원제 → Mn + 환원제 산화물

상기 반응식과 같이 최종적으로 MnO가 환원되어 생성된 금속 Mn은 용강 내로 들어가게 된다. 결과적으로, 슬래그 내에 존재하던 망간 산화물의 망간 성분이 용강 내로 회수(S600)되면서 용강 내의 망간(Mn) 함량이 상승한다.

도 4는 고 망간강을 제조에 따른 종래 및 본 발명의 실시 예를 비교한 표이다.

도 4를 참조하면 종래와 본 발명에 따르면 종래에는 래들에 출강된 용강에 Mn을 첨가하여 용강 중 Mn의 농도를 증가시키기 때문에 본 발명에 비해 래들에 투입되는 Mn이 다량 첨가된다. 이에, Mn의 첨가량에 따른 Mn 소모비용이 상승하게 된다. 또한, 본 발명은 전로에서 발생하는 슬래그를 일부 재활용하여 슬래그에서 Mn 금속을 용강으로 회수하기 때문에 종래에 전로에서 발생하는 슬래그를 전부 배재하는데에 소모되는 비용에 비해 적은 비용의 슬래그 처리 비용이 발생한다. 이는 결과적으로 고 망간강을 제조하는 비용으로 연결될 수 있다. 즉, 본 발명은 슬래그 내 MnO에서 Mn을 회수함으로써 용강에 투입되는 Mn의 양을 감소시킬 수 있고 전로 공정에서 발생하는 슬래그를 재활용하기 때문에 용강 내 Mn의 농도를 증가시키기 위한 추가적인 투입이 이루어지지 않기 때문에 결과적으로 강의 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

그리고, 도 4에는 비교하지 않았으나, 본 발명은 슬래그를 환원하는데에 있어 하나의 용기, 즉, 래들에 용강과 슬래그를 동시에 수용하여 용강 상의 슬래그로부터 Mn금속을 용강으로 회수하기 때문에 별도의 용기에 슬래그를 분리한 후 슬래그로부터 Mn금속을 회수하기 위한 별도의 용기의 필요성이 없고, 슬래그에서 Mn금속을 분리한 후 다시 용강으로 투입하기 위한 공정이 생략될 수 있다. 이에, 결과적으로 슬래그 내 유가금속을 회수하기 위한 방법이 간단하고 강의 제조 공정에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명에서는 슬래그 내 유가금속을 용강으로 회수하는데에 있어 MnO를 환원하여 Mn을 회수하는 고 망간강 관련하여 설명하였으나, 본원의 슬래그 내 유가금속 회수 방법은 고 망간강의 제조에만 한정되는 것이 아니라 다양한 강에 적용될 수도 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술 되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

M : 용강 S : 슬래그
C : 환원제 10 : 전로
20 : 래들

Claims (7)

1. 전로에서 용강을 취련하는 과정;
   상기 용강을 래들로 출강하는 과정;
   상기 래들로 상기 전로 내 슬래그를 배출하는 과정; 및
   상기 슬래그 중 산화물을 환원하여 상기 용강으로 유가금속을 회수하는 과정;을 포함하는 슬래그 내 유가금속 회수 방법.
2. 청구항 1 에 있어서,
   상기 유가금속을 회수하는 과정은, 산화물 환원제를 투입하여 상기 슬래그 중 산화물을 환원하는 슬래그 내 유가금속 회수 방법.
3. 청구항 2 에 있어서,
   상기 산화물 환원제는 상기 용강을 래들로 출강하는 과정 중에 상기 래들 내로 투입되는 슬래그 내 유가금속 회수 방법.
4. 청구항 2 에 있어서,
   상기 산화물 환원제는 상기 슬래그를 배출하는 과정 이후에 상기 슬래그 상에 투입되는 슬래그 내 유가금속 회수 방법.
5. 청구항 3 또는 청구항 4 에 있어서,
   상기 산화물 환원제는 Al, Si, C, Na, Ca 및 Mg 중 적어도 어느 하나가 사용되는 슬래그 내 유가금속 회수 방법.
6. 청구항 1 에 있어서,
   상기 산화물은 MnO를 포함하고, 상기 슬래그는 MnO를 포함하는 페로망간 슬래그인 슬래그 내 유가금속 회수 방법.
7. 청구항 제1항 내지 청구항 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유가금속은 Mn을 포함하는 슬래그 내 유가금속 회수 방법.

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