KR101568832B1 - 고순도 페로실리콘 제조 방법 - Google Patents

Abstract

고순도 페로실리콘 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 로(furnace)에 규석광 및 환원제를 투입하여 용융된 금속실리콘을 형성하고, 상기 금속실리콘을 응고시키는 단계, 응고된 금속실리콘을 미분화하여 산 처리한 후, 교반을 실시하여 불순물을 제거하는 단계, 및 상기 불순물이 제거된 금속실리콘에 철 스크랩을 투입하여 용해시킨 후, 냉각하는 단계를 포함한다.

Description

고순도 페로실리콘 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING HIGH PURITY FERROSILICON}

본 발명은 고순도 페로실리콘 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고순도 원료를 이용하지 않더라도 중간제품인 금속실리콘의 응고속도 제어 및 산 처리 공정을 통하여 금속불순물을 제거함으로써 고순도 페로실리콘 제품을 제조 가능한 고순도 페로실리콘 제조 방법에 관한 것이다.

페로실리콘(ferrosilicon)은 합금제, 제강공정 탈산제, 전기강판 제조 및 마그네슘 제련 등에 사용되는 것으로서, 특히 전기강판용으로 사용되는 페로실리콘은 고순도가 요구되며, 제품 중 Ti, C 등의 성분제어가 요구된다.

기존의 고순도 페로실리콘을 제조하는 공정은 아크로(arc furnace)를 이용하여 규석광을 환원하는 공정이며, 고순도의 원료를 투입하여야 하므로 원료선택에 있어서 제약이 있는 문제점이 있었다.

본 발명의 일 실시예는, 고순도 원료를 이용하지 않더라도 중간제품인 금속실리콘의 응고속도 제어 및 산 처리 공정을 통하여 금속불순물을 제거함으로써 고순도 페로실리콘 제품을 제조 가능한 고순도 페로실리콘 제조 방법을 제공하고자 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 로(furnace)에 규석광 및 환원제를 투입하여 용융된 금속실리콘을 형성하고, 상기 금속실리콘을 응고시키는 단계, 응고된 금속실리콘을 미분화하여 산 처리한 후, 교반을 실시하여 불순물을 제거하는 단계, 및 상기 불순물이 제거된 금속실리콘에 철 스크랩을 투입하여 용해시킨 후, 냉각하는 단계를 포함하는, 고순도 페로실리콘 제조 방법이 제공된다.

이 때, 상기 용융된 금속실리콘을 0.8 내지 1.5 ℃/min의 응고 속도를 유지한 상태로 응고시킬 수 있다.

또한, 상기 응고된 금속실리콘은 0.5 내지 1mm의 크기로 미분화할 수 있다.

또한, 상기 산 처리는 불산 및 염산 중 적어도 하나가 2 내지 3% 포함된 산 처리 용액에 의해 수행될 수 있다.

또한, 상기 산 처리는 60 내지 80℃의 온도 범위에서, 3 내지 5시간 실시할 수 있다.

상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 따른 고순도 페로실리콘 제조 방법에 의하면, 금속불순물을 효과적으로 제거하여 고순도 페로실리콘 제품을 제조 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 페로실리콘 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

일반적으로, 고순도 페로실리콘 제조 방법은 아크로를 이용하여 규석광을 환원하는 공정이며, 고순도의 원료를 투입하여야 하므로 원료선택에 있어서 제약이 있으며, 순도를 증가시키기 위하여 추가적인 산화정련 과정을 거쳐야 하는 문제점이 있었다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 페로실리콘 제조 방법은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 금속불순물이 다수 함유된 저순도 원료를 이용하더라도 금속불순물의 편석(segregation)을 제거함으로써, 순도를 증가시키는 방법에 관한 것이다.

실리콘 내 금속불순물은 응고 시 결정립계로 편석되는 경향이 있으며, 각 원소에 따라 고유 편석계수가 있다.

이에, 이러한 편석경향을 이용하면 실리콘 내 금속불순물을 용이하게 제거함으로써, 순도를 증가시킬 수 있게 된다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 페로실리콘 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 페로실리콘 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 페로실리콘 제조 방법은 로(furnace)에 규석광 및 환원제를 투입하여 용융된 금속실리콘을 형성하고, 상기 금속실리콘을 응고시키는 단계(S10), 응고된 금속실리콘을 미분화하여 산 처리한 후, 교반하는 단계(S20), 및 상기 산 처리된 금속실리콘에 철 스크랩을 투입하여 용해시킨 후, 상기 용해된 금속실리콘 및 철 스크랩을 냉각하는 단계(S30)을 포함한다.

먼저, 규석광과 환원제 만을 이용하여 금속실리콘을 제조한다(S10).

보다 상세하게, 아크로(arc furnace)에 규석광 및 환원제를 투입하여 환원 공정에 통해 용융된 금속실리콘을 형성한 후, 이를 응고시킨다.

이 때, 금속실리콘 내의 금속불순물은, 전술된 바와 같이 응고 시 결정립계로 편석되는 경향이 있으므로, 금속실리콘의 응고 속도를 제어하여 금속불순물이 결정립계로 최대한 편석되도록 하며, 이와 동시에 결정립 크기를 증가시키도록 한다.

일례로, 본 발명에서는 용융된 금속실리콘을 0.8 내지 1.5 ℃/min의 응고 속도를 유지한 상태로 응고시키는 것이 바람직하다.

여기에서, 응고 속도가 0.8℃/min보다 빠르면, 금속불순물이 결정립계로 이동할 수 있는 충분한 시간을 확보할 수 없고, 1.5℃/min보다 느리면 금속불순물이 결정립계로 이동할 수 있는 시간이 연장되어 제거효율은 증가할 수 있으나, 공정 시간이 매우 증가하게 되어 경제성이 낮아지게 되는 문제점이 있다.

S10을 통해, 응고된 금속실리콘은 미세한 분말로 분쇄하여, 산 처리 공정을 수행하고, 교반을 실시함으로써 금속불순물을 제거하도록 한다(S20).

이 때, 상기 응고된 금속실리콘은 0.5~1mm의 크기로 미분화하는 것이 바람직하다.

여기에서, 분말 크기는 결정립계의 크기에 따른 것으로서, 분말의 크기가 1mm보다 큰 경우에는 결정립계 내 금속불순물의 제거가 충분하지 않고, 0.5mm보다 미세할 경우에는 미분화 공정 시 비용이 상승하는 문제점이 있다.

또한, 산 처리 공정은 불산 및 염산 중 적어도 하나가 2 내지 3% 포함된 산 처리 용액에 의해 수행되는 것이 바람직하다.

그리고, 60 내지 80℃의 온도 범위에서, 3 내지 5시간 실시되는 것이 바람직하다.

여기에서, 산 처리 공정을 수행할 때, 공정온도 및 공정시간이 상기의 조건보다 낮거나 적은 시간 동안 수행되는 경우에는 반응이 충분하지 않아 제거율이 낮아지며, 상기의 조건보다 높거나 많은 시간 동안 수행되는 경우에는 금속불순물뿐 만 아니라 실리콘도 반응하게 되어 수율이 낮아지는 문제점이 있다.

S20을 통해, 불순물이 제거된 금속실리콘을 철 스크랩과 용해하여, 최종 페로실리콘을 제조하게 된다(S30).

상기한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 페로실리콘 제조 방법에 의하면, 고순도 원료를 이용하지 않더라도 중간제품인 금속실리콘의 응고속도 제어 및 산 처리 공정을 통하여 금속불순물을 약 90% 정도 제거할 수 있는 효과가 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims (5)

1. 로(furnace)에 규석광 및 환원제를 투입하여 용융된 금속실리콘을 형성하고, 상기 금속실리콘을 응고시키는 단계;
   응고된 금속실리콘을 미분화하여 산 처리한 후, 교반을 실시하여 불순물을 제거하는 단계; 및
   상기 불순물이 제거된 금속실리콘에 철 스크랩을 투입하여 용해시킨 후, 냉각하는 단계; 를 포함하되,
   상기 용융된 금속실리콘을 0.8 내지 1.5 ℃/min의 응고 속도를 유지한 상태로 응고시켜 금속실리콘 내의 금속 불순물을 결정립계로 편석시키는 것인, 고순도 페로실리콘 제조 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 응고된 금속실리콘은 0.5 내지 1mm의 크기로 미분화하는, 고순도 페로실리콘 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 산 처리는 불산 및 염산 중 적어도 하나가 2 내지 3 부피% 포함된 산 처리 용액에 의해 수행되는, 고순도 페로실리콘 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 산 처리는 60 내지 80℃의 온도 범위에서, 3 내지 5시간 실시하는, 고순도 페로실리콘 제조 방법.

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