KR101589103B1 - 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광 및 그의 제조방법 - Google Patents

함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광의 제조방법에 관한 것으로, 제철 및 제강공정에서 발생하는 더스트, 슬러지 또는 밀스케일 중에 금속 철과 전철(全鐵) 성분이 적은 함철부산물의 주원료를 필요한 경우 건조 또는 분쇄하는 전처리단계; 가탄제 또는 탄종(炭種)으로 이루어진 환원제, 소석회(Ca(OH)2)의 플럭스(flux), 및 당밀과 물유리로 이루어진 바인더(binder)의 부원료를 조제하는 단계; 상기 주원료와 상기 환원제, 상기 플럭스 및 상기 바인더를 믹서기(mixer)에 넣어서 혼합하는 단계; 상기 믹서기를 통해 혼합된 원료혼합물을 브리케팅 머신(Briquetting machine)에 투입하여 단광으로 성형하는 단계; 상기 브리케팅 머신으로 성형된 단광을 물유리의 불용성 액체로 코팅하여 부동태화 처리하는 단계; 및 부동태화 처리된 상기 단광을 상온에서 8시간 이상 동안 양생하는 단계;를 포함하여 구성되며, 상기 단광은 수직환원로 내부로 투입되어 제강로에서 발생된 배가스에 의해 1차로 환원됨과 동시에 자체 내장된 탄소에 의해 2차로 환원되어서 제강로의 철원으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광 및 그의 제조방법{Briquette for metallic Fe source of steelmaking furnace using Fe containing byproduct and method for manufacturing the same}
본 발명은 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철 및 제강공정에서 발생하는 더스트, 슬러지 또는 밀스케일 중에 금속 철과 전 철 성분이 적은 함철부산물을 단광으로 제조하여 전기로와 같은 제강로의 철원으로 사용할 수 있게 하는 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
함철부산물은 제철 및 제강산업의 원료처리공정부터 압연공정까지에서 발생하는 더스트, 슬러지, 밀스케일 등으로, 국내에서만 연간 500만 톤 이상이 발생하고 있다.
여기서, 금속철 성분이 높은 함철부산물은 철원으로 제철 및 제강공정에서 재활용하고 있으나, 금속철과 전철 성분이 적은 함철부산물은 소각, 매립, 폐기물 처리하고 있어 막대한 비용이 소요될 뿐만 아니라 토질 및 수질 오염 등의 심각한 환경문제를 유발시키고 있다.
현재 금속철이 적은 함철부산물을 환원시켜 철원으로 재활용할 수 있는 국내·외 기술로는, 도 1에 도시된 바와 같은 로터리 킬른(rotary kiln)을 활용한 공정 기술과, 도 2에 도시된 바와 같은 회전 상로(rotary hearth furnace (RHF)) 기술이 있다.
그러나, 상기 로터리 킬른 공정의 경우에는 함철부산물을 환원하는 조업 운전은 단순하나 원료와 고온의 가스간의 열효율이 낮아 연료비가 높고 대형 원통형 로를 회전시켜야하는 기계적인 설비의 문제점으로 정비비가 상대적으로 높고 밀폐화가 어려워 재산화(Re-oxidation) 및 대기오염이 가능하여 경제적으로나 환경적인 문제가 대두되고 있고, 회전 상로를 이용한 경우에는 원료의 휘발성분에 의해 열교환기(recuperator)의 효율이 단기간의 운전 중 급속히 떨어져 연료 단가가 높아지고 환원철 출구 장치인 스크류 디스차지 마모 등에 의해 정비비가 높고 열전달의 한계에 의해 복합층의 환원이 불가하여 생산성이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다.
이러한 종래의 함철부산물 환원기술을 해결하기 위해 별도의 연료가 불필요하고, 열전달이 로터리 킬른(rotary kiln)이나 회전 상로(rotary hearth furnace)에 비해 높으며, 유동 장치가 없어 기계적으로 단순한 고정형 수직 원통 장치 안에서, 원료인 함철부산물은 중력에 의해 하강하고 반응가스인 제강로에서 발생하는 고온의 배가스는 상승하는 방식의 향류(counter current) 반응기인 수직환원로에 의한 함철부산물의 환원 기술개발이 활발하게 이루어지고 있다.
그러나, 금속 철과 전 철 성분이 적은 함철부산물은 다른 함철부산물보다 환원이 상대적으로 어렵고, 가능하더라도 환원속도가 낮아 생산성이 낮은 문제가 있어, 수직환원로에 투입되는 철원을 금속 철과 전 철 성분이 적은 함철부산물로 할 경우에는 배가스에 의한 1차환원 외에 함께 환원을 촉진할 수 있는 추가적인 환원기술과 수직환원로의 특성상 배가스의 흐름(통기성)을 유지할 수 있도록 철원이 장입된 수직환원로에 공극을 유지할 수 있도록 하는 기술이 필요하다.
또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0047468호(2014년04월22일)에 개시된, 고로 슬러지, 제강 슬러지 또는 이들의 혼합물을 포함하는 함철 부산물로부터 단광을 제조하기 위한 브리케팅 시스템과 같은 다양한 장치들의 기술개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 현재 다양한 업그레이된 단광 제조설비 및 제조방법이 요구되고 있는 실정에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 제철 및 제강공정에서 발생하는 더스트, 슬러지 또는 밀스케일 중에 금속 철과 전 철 성분이 적은 함철부산물에 탄소를 주성분으로 한 환원제를 첨가하여 단광으로 제조하고, 그 단광이 수직환원로 내부로 투입되어 제강로에서 발생된 배가스에 의해 1차로 환원됨과 동시에 자체 내장된 탄소에 의해 2차로 환원되어서 제강로의 철원으로 공급되게 하는 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광 및 그의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광의 제조방법은, 제철 및 제강공정에서 발생하는 더스트, 슬러지 또는 밀스케일 중에 금속 철과 전철(全鐵) 성분이 적은 함철부산물의 주원료를 필요한 경우 건조 또는 분쇄하는 전처리단계; 가탄제 또는 탄종(炭種)으로 이루어진 환원제, 소석회(Ca(OH)2)의 플럭스(flux), 및 당밀과 물유리로 이루어진 바인더(binder)의 부원료를 조제하는 단계; 상기 주원료와 상기 환원제, 상기 플럭스 및 상기 바인더를 믹서기(mixer)에 넣어서 혼합하는 단계; 상기 믹서기를 통해 혼합된 원료혼합물을 브리케팅 머신(Briquetting machine)에 투입하여 단광으로 성형하는 단계; 상기 브리케팅 머신으로 성형된 단광을 물유리의 불용성 액체로 코팅하여 부동태화 처리하는 단계; 및 부동태화 처리된 상기 단광을 상온에서 8시간 이상 동안 양생하는 단계;를 포함하여 구성되며, 상기 단광은 수직환원로 내부로 투입되어 제강로에서 발생된 배가스에 의해 1차로 환원됨과 동시에 자체 내장된 탄소에 의해 2차로 환원되어서 제강로의 철원으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 환원제는 CDQ더스트(Coke Dry Quenching Dust) 또는 무연탄인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 단광은, 76 내지 82wt%의 함철부산물의 주원료와, 4 내지 9wt%의 환원제와, 2 내지 4wt%의 플럭스와, 6 내지 12wt%의 바인더로 이루어진다.
삭제
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 단광은, 81.0wt%의 밀스케일과, 8.0wt%의 무연탄과, 3.0wt%의 소석회와, 8.0wt%의 물유리로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 단광은, 83wt%의 밀스케일과, 8.3wt%의 무연탄과, 2.5wt%의 소석회와, 1.6wt%의 물유리와, 4.6wt%의 당밀로 이루어진다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광을 수직환원로를 통해서 사용하게 되면,
상기 수직환원로에서 제강로의 배가스에 의한 1차환원과 함께 내장된 고정 탄소에 의한 2차환원이 복합적으로 일어날 수 있도록 하고, 단광이 장입된 수직환원로에 공극을 유지 하여 배가스의 흐름(통기성)을 보장할 수 있도록 단광의 운반 및 환원로에의 투입 등을 포함한 공정간 이동과 수직환원로안에서 단광들의 자중에 의해 파쇄되지 않는 그린강도(환원되기전 함철부산물과 환원제를 주원료로 성형한 브리켓트(Briquette)의 강도)는 물론 배가스에 의한 1차환원과 단광내부에 내장된 고정 탄소에 의해 2차환원된 단광의 열간강도를 보장하여 1,2차 환원된 단광을 분화되지 않고 일정한 형태를 유지한 상태로 제강로의 철원으로 사용할 수 있다. 또한, 단광의 보관에 의한 열화(deterioration)를 방지하기 위한 부동태화를 통해 장기보관에 따른 단광의 그린강도 저하를 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1 및 도 2는 종래의 함철부산물을 이용하여 환원철을 제조하는 공정을 보인 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광의 제조방법을 보인 흐름도.
도 4는 도 3의 방법으로 제조된 단광이 수직환원로를 통해 환원되는 상태를 보인 개략도.
도 5는 본 발명에 이용된 함철부산물을 보인 사진.
도 6은 본 발명의 실시예에 의해 제조된 단광의 성형성 및 입도를 보인 사진.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 단광의 열간강도 실험을 위해 소결한 단광과 그 단면을 보인 사진.
이하, 본 발명에 따른 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광 및 그의 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광의 제조방법을 보인 흐름도이고, 도 4는 도 3의 방법으로 제조된 단광이 수직환원로를 통해 환원되는 상태를 보인 개략도이고, 도 5는 본 발명에 이용된 함철부산물을 보인 사진이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의해 제조된 단광의 성형성 및 입도를 보인 사진이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 단광의 열간강도 실험을 위해 소결한 단광과 그 단면을 보인 사진이다.
우선, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명은, 제철 및 제강공정에서 발생하는 더스트, 슬러지 또는 밀스케일 중에 금속 철과 전 철 성분이 적은 함철부산물을 단광으로 제조하여 전기로와 같은 제강로의 철원으로 사용할 수 있게 하되, 상기 단광 내부에 고정탄소를 내장하도록 하여 수직환원로(1) 안에서 제강로의 배가스에 의한 1차환원과 함께 내장된 고정 탄소에 의한 2차환원이 복합적으로 일어날 수 있도록 하고, 수직환원로(1) 내에서 배가스의 흐름이 원활하게 하기 위해 단광의 그린강도(환원되기전 함철부산물과 환원제를 주원료로 성형한 브리켓트(Briquette)의 강도)는 물론 배가스에 의한 1차환원과 함철단광 내부에 내장된 고정 탄소에 의한 2차환원으로 일부 환원 된 단광의 열간강도를 보장하여 함철단광의 보관, 운반, 공정간 이동, 수직환원로(1)내 자중에 의해 파쇄되지 않고 일부 환원된 함철단광이 제강로에 철원으로 수직환원로(1)에서 제강로에 바로 공급이 가능하게 하는 단광 및 그 제조방법으로 그 제조방법은 도 3에 도시한 바와 같다.
즉, 상기의 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광의 제조방법은, 함철부산물의 주원료를 전처리하는 단계(S11), 환원제, 플럭스 및 바인더의 부원료를 조제하는 단계(S12), 상기 주원료와 부원료를 혼합하는 단계(S13), 상기 주원료와 부원료를 통해 얻어진 단광을 성형하는 단계(S14), 성형된 단광을 부동태화 처리하는 단계(S15) 및 부동태화 처리한 단광을 양생하는 단계(S16)로 이루어진다.
상기의 함철부산물의 주원료를 전처리하는 단계(S11)는, 제철 및 제강공정에서 발생하는 더스트, 슬러지 또는 밀스케일 중에 금속 철과 전철(全鐵) 성분이 적은, 즉 T/Fe, M/Fe, C 및 S가 소량으로 함유된 함철부산물의 주원료 중 슬러지와 밀스케일은 건조하고, 슬러지와 같이 건조한 함철부산물이 덩어리져 있는 경우에는 추가로 분쇄하는 공정을 포함한다.
즉, 본 발명에서 이용된 주원료인 더스트, 슬러지 또는 밀스케일로 이루어진 함철부산물은 아래의 표 1 및 도 5에 개시된 것들이 이용되었다.
그리고, 상기 슬러지에 있어서는 제강슬러지, 열연슬러지 또는 하이밀슬러지는 수분을 많이 함유하고 있어 건조 후 분쇄 작업이 필요하다.
구분
 단위: wt% 비고
T/Fe M/Fe C S 수분
더스트

 고로원료
더스트		 46.21 0.61 5.24 0.098 2.61 C는 coke의 기원
고로주상
더스트		 41.00 0.77 30.43 0.650 9.84 C는 coke의 기원
하이밀
더스트		 37.25 1.02 2.34 0.950 0.22 -
슬러지

 제강 슬러지 51.20 9.73 4.19 0.060 15.40
열연슬러지 69.51 0.41 3.04 0.089 17.96
하이밀슬러지 20~22 - 1.90 1.900 45.70
스케일 하이밀스케일 72.56 0.18 0.04 0.003 3.48
상기의 환원제, 플럭스 및 바인더의 부원료를 조제하는 단계(S12)는, 가탄제 또는 탄종(炭種)으로 이루어진 환원제, 소석회(Ca(OH)2)의 플럭스(flux), 및 당밀과 물유리로 이루어진 바인더(binder)의 부원료를 조제한다.
상기의 주원료와 부원료를 혼합하는 단계(S13)는, 함철부산물의 주원료와, 환원제, 플럭스 및 바인더로 이루어진 부원료를 다양한 용량으로 이루어진 것들 중에서 적정한 것으로 믹서기(mixer)에 넣어서 혼합한다.
여기서, 상기 환원제는 고로더스트, CDQ더스트(Coke Dry Quenching Dust) 또는 무연탄인 것이 바람직하다.
즉, 상기 환원제는 Coke기원의 CDQ더스트(Coke Dry Quenching 설비에서 발생하는 더스트; 가탄제)와 Coal기원의 무연탄(탄종)으로 대별되며, 다음 표 2와 같다.
구분
 탄소원
 발열량
(kcal/kg)		 성분(wt%) 비고
FC FM IM VM Ash
CDQ더스트 Coke 기원 6,767 72.5 25.1 1.04 1.53 13.86
무연탄 Coal 기원 6,010 77.2 7.5 난반용 연료탄
주) 1. 발열량(CV; Caloric Value)은 건조시료의 저위발열량 기준.
2. FC(Fixed Carbon)는 고정탄소, FM(Free Moisture)은 부착수분, IM(Inherence Moisture)은 고유수분), VM(Volatile Material)은 휘발분을 뜻함.
상기 부원료 중의 플럭스는, CaO(생석회)의 경우 부원료의 혼합물 조제시 첨가되는 바인더의 H2O에 의해 Ca(OH)2가 되면서 발열/팽창하고 미반응한 Free-CaO는 단광의 강도와 내구성(Durability)에 악영향을 미치고 CaCO3(석회석)은 염기도가 상대적으로 적어, 본 발명의 실시예에 사용된 Flux 류(부원료)는 #200Mesh체를 전량 통과하는 입도의 소석회(Ca(OH)2)를 사용하였다.
더욱 구체적으로, 상기 바인더는, 그린강도 등 초기강도를 증대시키기 위한 당밀(Molassess)과 중/장기 강도를 위한 물유리(액상규산소다)를 조합하여 사용하였고, 그 주성분은 표 3 및 표 4와 같다.
삭제
당밀(Molassess)
당 비당유기물 탄수화물 무기물 물 비 고
48~52% 9~10% 2~4% 8~12% 22~23%
주) 1. 당의 80%는 자당(Sucrose), 포도당(Glucose)로 이루어지고, 나머지는 과 당(Fructose)
2. 비당유기물은 단백질 성분이며, 무기물은 주로 Na, K, Ca 산화물로 구성됨.
액상규산소다(Na2SiO3·9H2O; Soduium Silicate; 물유리)
구 분 Na2O SiO2 기타 물 비 고
2호 14~15% 34~36% 1%미만 48~51% KS M 1415
3호 9~10% 28~30% 1%미만 59~62%
여기서, 단광을 조제하기 위한 바인더는 주/부원료의 특성에 따라 아래 표 5의 예와 같이 시행착오(Trial and Error)방법으로 각 바인더의 조합과 조합된 바인더의 첨가량을 달리하였다.
바인더 조합과 첨가량의 예
바인더 조합 바인더 첨가량 비 고
물유리:당밀
1:0,1:6,1:3,6:1,3:1,0:1 4~12wt% 조합 및 첨가량은 중량비 기준
상기의 상기 주원료와 부원료를 통해 얻어진 단광을 성형하는 단계(S14)는, 믹서기를 통해 혼합된 원료혼합물을 브리케팅 머신(Briquetting machine)에 투입하여 단광으로 성형한다.
그리고, 상기 브리케팅 머신(Briquetting machine)에 원료혼합물이 투입되는 형태는 공급속도가 6rpm, 롤 속도가 900rpm 그리고, 유압이 50톤인 작동조건하에 실행되었다.
여기서, 상기와 같이 제조된 단광은, 76 내지 82wt%의 함철부산물의 주원료와, 4 내지 9wt%의 환원제와, 2 내지 4wt%의 플럭스와, 6 내지 12wt%의 바인더로 이루어게 하였다.
바람직하게는, 상기 단광은, 83wt%의 밀스케일과, 8.3wt%의 무연탄과, 2.5wt%의 소석회와, 1.6wt%의 물유리와, 4.6wt%의 당밀로 이루어지게 하였다.
더욱 바람직하게는, 상기 단광은, 81.0wt%의 밀스케일과, 8.0wt%의 무연탄과, 3.0wt%의 소석회와, 8.0wt%의 물유리로 이루어지게 하였다.
상기의 성형된 단광을 부동태화 처리하는 단계(S15)는, 브라케팅 머신으로 성형된 단광을 물유리의 불용성 액체로 코팅하여 부동태화 처리한다.
상기의 부동태화 처리한 단광을 양생하는 단계(S16)는, 물유리의 불용성 액체로 코팅한 단광을 옥내의 상온에서 8시간 이상 동안 양생한다.
상기와 같이 제조된 단광은 도 4에 도시된 바와 같이, 수직환원로(1) 내부로 투입되어 제강로에서 발생된 배가스에 의해 1차로 환원됨과 동시에 자체 내장된 탄소에 의해 2차로 환원되어서 제강로의 철원으로 공급된다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광의 제조방법에 대한 실험예를 살펴보면 다음과 같다.
실험예
1. 환원제별 원료혼합물의 최적조제비 실험
주원료인 함철부산물을 하이밀스케일로 하고, 환원제별 원료혼합물의 최적조제비를 알기 위해, 아래의 표 6과 같이 하이밀스케일에 탄종별(Coke/Coal 기원)로 원료혼합물 조제비를 달리한 각 Lot별 원료혼합물을 조제한 후, 이를 성형한 단광의 그린강도를 비교(분석)하여 단광의 환원제별 원료혼합물의 최적조제비를 평가(분석)하였다.
환원제별 원료혼합물의 최적조제비 실험 Lot의 구성 (총 18개 Lot)
원료혼합물 조제 내구성 비 고
주원료 조합 부원료 바인더
첨가량		 코팅 여부
함철부산물 환원제(탄종) 혼 합 비 소석회
하이밀
스케일		 CDQ더스트 9:1 3~4% 7~12% 여, 부 10개 Lot
무연탄 10:1 2~4% 6~9% 여, 부 8개 Lot
주) 1. 혼합비는 주원료 혼합비율로 '함철부산물:환원제(탄종)'로 표기
CDQ 더스트를 환원제로 사용한 원료혼합물의 최적조제비 실험 결과
Lot
번호		 원료혼합물 조제 (wt%) 단광 평가 비 고
주원료 부원료 바인더 성형성 입도
(wt%)		 강도
(kfg)
하이밀
스케일		 CDQ
더스트		 소석회 물유리 당밀
21 81.0 9.0 3.0 1.0 6.0 불가 불량 N/D 바인더 첨가량 7%로는 성형불량
22 81.0 9.0 3.0 6.0 1.0 불가 불량 N/D
24 76.0 8.0 4.0 9.0 3.0 불량 불량 20 물유리 증가시 성형성 저하
23 79.0 8.0 3.0 4.0 6.0 양호 65% N/D 초기강도 N/D, 사용불가
25 76.0 8.0 4.0 7.0 5.0 양호 62% 54 24번에 당밀 첨가량 높여
주) 1. 성형성은 관능치로 성형성이 잘되는 정도에 따라 도 6에서와 같이 양호, 보통, 불량, 불가로 4분한 평가값.
2. 입도는 상온에서 8시간이상 양생한 그린상태 단광을 무작위로 추출한 1Kg±50g을 1/2"체에서 체질(Sieving)한 후 시료의 양(g)을 추출한 시료의 양(g)으로 나눈 값(wt%)으로, 관능적으로 관찰하였을 때 입도가 50%미만인 경우에는 불량으로 표기하고, 체질한 경우에는 그 측정값을 수치로 표기.
3. 강도는 무작위로 추출한 그린 단광 5개를 상온에서 8시간이상 양생한 후, 일축압축시험기로 시험한 파괴강도(kgf)의 평균값.
4. N/D는 일축압축시험기로 파괴강도의 측정이 불가한 경우를 뜻함.
Coke기원의 CDQ더스트를 환원제로 원료혼합물을 조제한 경우, CDQ더스트가 원료혼합물의 8~9%인 경우, 바인더 첨가량이 7%내외에서는 성형(성형성, 입도, 강도)이 불량하였고, 바인더 첨가량이 12%이상이 되어야 성형이 양호하였다.
바인더 조합은 물유리와 당밀이 1:1로 조합되어야 하고, 물유리조합비가 높은 경우에는 성형이 불량하였다.
무연탄을 환원제로 사용한 원료혼합물의 최적조제비 실험 결과
Lot

번호		 원료혼합물 조제 (wt%) 단광 평가 비 고
주원료 부원료 바인더 성형성 입도
(wt%)		 강도
(kfg)
하이밀
스케일		 무연탄 소석회 물유리 당밀
31 80.0 8.0 3.2 6.4 2.4 불가 불량 불량
32 83.0 8.3 2.5 1.6 4.6 양호 68% 73
33 82.6 8.3 2.5 6.6 - 불량 불량 54
34 81.0 8.0 3.0 8.0 - 양호 85% 82
주) 표 7의 주와 동일
Coal기원의 무연탄을 환원제로 하여 원료혼합물을 조제한 경우, 무연탄이 원료혼합물의 8%내외인 경우, 바인더 첨가량이 8%내외에서 성형이 양호하였다.
그리고, 바인더 조합은 물유리 단독으로도 성형이 양호하였다.
부원료인 소석회는 원료혼합물의 3.0%내외의 경우 성형성이 양호하였다.
즉, 표 7과 표 8의 상기의 하이밀스케일을 함철부산물로 사용하고 환원제별 원료혼합물의 최적조제비 실험에서 환원제는 Coke 기원의 CDQ더스트 보다는 Coal기원의 무연탄을 사용하여 단광의 원료혼합물을 조제하는 것이 성형(성형성, 입도, 강도)이 더욱 양호하고 바인더 사용량이 상대적으로 적어, 단광의 유효성분을 상대적으로 보장할 수 있고, 바인더 재료비 등의 제조원가를 절감할 수 있음을 알았다.
2. 주/부원료별 성형성 비교 실험
주원료 중에서 함철부산물은 단독 또는 복수로 사용하고 환원제는 상기의 환원제별 원료혼합물의 최적조제비 실험에서 환원제로 더욱 유리함을 확인한 Coal기원의 무연탄이나, 함철부산물 중에 포함되어 있는 Coke기원의 탄소를 사용하여, 표 9와 같이 주/부원료별로 최적의 바인더 조합과 첨가량을 시행착오 방법으로 실험하였다.
주/부원료별 성형성 비교실험 결과
Lot

번호		 원료혼합물 조제 (wt%) 단광 평가
함철부산물 환원제 부원료 바인더 성형성 입도
(wt%)		 강도
(kfg)
스케일 더스트 슬러지 OG EP BF 열연 무연탄 소석회 물유리 당밀
32 8.0 8.3 2.5 1.6 4.6 양호 68 73
34 81.0 8.0 3.0 8.0 양호 85 82
41 70.0 17.5 2.3 7.5 2.7 양호 82 88
42 45.0 45.0 1.0 6.0 3.0 양호 86 124
43 45.0 40.0 4.5 1.0 8.0 1.5 양호 83 129
51 26.5 44.0 17.5 - 9.0 3.0 양호 82 65
52 14.0 32.0 45.0 - 6.0 3.0 보통 불량 N/D
53 49.5 40.0 4.5 - 4.5 1.5 불량 불량 N/D
54 87.0 4.0 - 7.0 2.0 불가 불량 N/D
61 18.0 54.0 18.0 - 8.0 2.0 양호 75 21
62 14.0 33.0 47.0 - 4.0 2.0 보통 64 21
63 47.0 42.3 4.7 - 5.0 1.0 보통 65 10
64 88.0 5.0 - 5.5 2.0 양호 81 29
71 27.0 45.0 18.0 - 7.0 3.0 양호 70 19
72 14.0 33.0 47.0 - 4.0 2.0 보통 58 30
73 52.0 37.5 4.5 - 5.0 1.0 보통 61 9
74 87.5 5.0 - 5.0 2.5 보통 64 29
주) 1. 함철부산물과 환원제에서 '스케일'은 하이밀스케일, '더스트'는 하이밀 BF더스트, '슬러지'는 하이밀슬러지, 'OG'는 제강OG슬러지, 'EP'는 고로원료EP더스트, 'BF'는 고로주상 BF더스트, '열연'은 열연슬러지를 뜻함.
2. 성형성은 표 7의 주) 1.과 동일.
상기의 실험에 의해 제조된 단광에 대한 평가(성형성, 입도 및 강도)를 통해 다음과 같은 결과를 얻었다.
즉, 주/부원료별 성형성을 실험한 결과, 함철부산물 중 밀스케일과 고로주상 BF더스트는 건조공정이, 슬러지 류(제강OG슬러지, 열연슬러지, 하이밀슬러지)는 건조공정과 건조 후 분쇄공정의 전처리가 필요하였고, 단광의 주원료인 함철부산물로 하이밀스케일을 사용한 경우, 무연탄 또는 함철부산물중 C 함량이 높은 고로주상 BF더스트, 열연슬러지로 원료혼합물을 구성한 모든 경우에 성형이 양호하였고, 바인더는 물유리를 주된 조합으로 사용할 수 있었고, 하이밀더스트를 단광 혼합물의 주원료로 사용할 경우에는, 단독으로는 사용이 곤란하고 하이밀스케일을 추가로 첨가한 경우에 한하여 단광을 성형할 수 있었고, 전처리(건조/분쇄)를 한 하이밀슬러지를 단광 혼합물의 주원료로 사용한 경우 무연탄을 환원제로 하여 단광을 성형할 수 있었으며, 전처리(건조/분쇄)한 OG슬러지를 단광 혼합물의 주원료로 사용한 경우, 성형성은 보통이나 무연탄 또는 함철부산물중 C 함량이 높은 고로주상 BF더스트, 열연슬러지를 환원제로 첨가한 모든 경우에 성형이 가능하였다.
3. 부원료(소석회)의 영향
'환원제별 원료혼합물의 최적조제비 실험', '주/부원료별 성형성 비교실험' 결과;
함철부산물로 하이밀스케일을 사용한 표 7과 표 8의 환원제별 원료혼합물의 최적조제비 실험에서는 소석회를 첨가한 경우에 성형성이 양호하였다.
이는 실험에 사용한 소석회가 #200Mesh체를 전량 통과하는 입도의 고반응성 소석회로, 주원료로 한 함철부산물이 밀스케일인 원료혼합물 내의 공극을 메워주는 충진재(Filler)의 역할을 하기 때문인 것으로 판단된다.
그러나, 표 9 ‘주/부원료별 성형성 비교실험’에서와 같이, 원료혼합물의 주원료로 더스트와 슬러지 류와 같이 입도가 미세한 함철부산물을 사용할 때는 원료혼합물에 플럭스 용도로 소석회를 첨가할 경우에 성형성이 극히 불량하였다.
이는 실험에 사용한 소석회가 #200Mesh체를 전량 통과하는 입도의 고반응성 소석회로, 하이밀스케일과 같이 비교적 입자가 큰 함철부산물을 주원료로 한 원료혼합물에는 소석회가 공극을 메워주는 충진제의 역할을 하지만, 더스트와 슬러지 류와 같이 #200Mesh 전후의 입도가 미세한 함철부산물을 주원료로 한 원료혼합물의 경우에는 오히려 원료혼합물 내에 공극을 증가시키기 때문인 것으로 판단된다.
즉, 하이밀스케일과 같이 비교적 입자가 큰 함철부산물을 원료혼합물의 주원료로 사용한 경우, 플럭스 용도로 #200Mesh체를 전량 통과하는 입도의 고반응성 소석회(Ca(OH)2)를 원료혼합물에 2~4% 첨가가 가능하고 단광의 강도 향상에 효과가 있으나, 더스트와 슬러지 류와 같이 입도가 미세한 함철부산물을 원료혼합물의 주원료로 사용하는 경우에는 고반응성 소석회의 첨가가 오히려 성형성을 저하시켰다.
4. 단광의 내구성 평가
단광의 내구성(Durability)은 단광의 장기 보관 등에 의한 열화(deterioration)를 방지하기 위해 중요한 요소로, 원료혼합물의 바인더뿐만 아니라, 성형한 단광에 후처리(불용성 액체 등으로 코팅하여 단광을 부동태화 처리) 여부에 따른 단광의 그린강도를 아래 표 10과 같이 실험하여 단광의 내구성을 평가하였다.
단광의 내구성과 후처리 강도
Lot
번호		 원료혼합물 (wt%) 내구성 평가 (강도; kgf)
함철부산물 환원제 부원료 바인더 일반 시료 후처리 시료
소석회 물유리 당밀 그린 7D 그린 7D
17 밀스케일 - EP 4.0 1.0 6.0 72 89 95 110
81.0 - 9.0
25 스케일 - CDQ 4.0 7.0 5.0 54 74 70 109
76.0 - 8.0
32 스케일 - 무연탄 2.5 1.6 4.6 73 84 85 120
83.0 - 8.3
34 스케일 - 무연탄 3.0 8.0 - 82 100 101 137
81.0 - 8.0
41 스케일 - BF 2.3 7.5 2.7 88 99 110 125
70.0 - 17.5
42 스케일 - 열연 1.0 6.0 3.0 124 147 148 180
45.0 - 45.0
43 스케일 EP 무연탄 1.0 8.0 1.5 129 144 144 175
45.0 40.0 4.5
51 더스트 스케일 BF - 9.0 3.0 65 77 81 95
44.0 26.5 17.5
61 슬러지 스케일 BF - 8.0 2.0 21 12 35 42
54.0 18.0 18.0
62 슬러지 스케일 열연 - 4.0 2.0 21 26 30 40
33.0 14.0 47.0
63 슬러지 EP 무연탄 - 5.0 1.0 10 10 17 35
47.0 42.3 4.7
64 슬러지 - 무연탄 - 5.0 2.0 29 32 41 50
88.0 - 5.0
71 OG 스케일 BF - 7.0 3.0 29 32 40 47
45.0 27.0 18.0
72 OG 스케일 열연 - 4.0 2.0 41 40 53 52
33.0 14.0 47.0
73 OG EP 무연탄 - 5.0 1.0 10 12 14 29
52.0 37.5 4.5
74 OG - 무연탄 - 5.0 2.5 41 41 46 59
87.5 - 5.0
주) 1. 구분은 시료의 Lot 번호로 표 7, 표 8과 표 9의 Lot 번호와 동일.
2. 함철부산물과 환원제에서 '스케일'은 하이밀스케일, '더스트'는 하이밀 BF더스트, '슬러지'는 하이밀슬러지, 'OG'는 제강OG슬러지, 'EP'는 고로원료EP더스트, 'BF'는 고로주상 BF더스트, '열연'은 열연슬러지.
3. 후처리는 그린 상태의 단광에 물유리로 코팅(Passivating; 부동태화 코팅)처 리한 것을 뜻함.
4. 일반시료의 그린은 그린 상태의 단광 5개를 상온에서 8시간 이상 양생한 후의 강도 측정치(kgf)의 평균값. (실험실 실내 조건에서 일축압축시험기 플레이트 사이로 삽입하여 시험한 파괴강도(kgf)의 평균값.)
5. 일반시료의 7D는 그린 상태의 단광 5개를 7일간 실내 상온에서 보관한 후의 강도 측정치(kgf)의 평균값.
6. 후처리시료의 그린은 그린 상태의 단광에 물유리로 코팅 처리한 단광 5개를 상온에서 8시간 이상 양생한 후의 강도 측정치(kgf)의 평균값.
7. 후처리시료의 7D는 그린 상태의 단광에 물유리로 코팅 처리한 단광 5개를 7일간 실내 상온에서 보관한 후의 강도 측정치(kgf)의 평균값.
상기 실험을 통해서 알 수 있는 바와 같이, 거의 모든 Lot에서 (일반시료와 후처리시료 모두) 그린강도 보다 7D강도가 향상되었다.
그리고, 후처리한 경우 모든 Lot에서 그린강도와 7D강도가 상당히 향상되었다.
통상 실내 상온상태에서 7일까지는 단광의 강도 저하 없이 오히려 강도가 증가하였고, 단광의 후처리(Passivate; 불용성 액체 등으로 Coating하여 HCBI를 부동태화 처리)는 그린과 7일 이후 강도 향상에 모두 상당한 효과가 있었다.
5. 주원료와 바인더별 단광의 열간강도
열간강도는 본 발명에 의한 단광이 수직환원로에서 제강로에서 발생한 배가스에 의한 1차환원과 단광내에 내장된 탄소에 의한 2차환원이 된 단광이 분화되지 않고 일정한 형상을 유지한 상태로 제강로에 장입되어 철원으로 사용이 될 수 있는지를 보장하는 중요한 요소로 표 7과 표 8의 실험에서 환원제와 바인더별 원료혼합물이 다른 Lot중 성형(성형성, 입도 및 강도)이 양호한 Lot를 선택적으로 소결하여 아래 표 11과 표 12와 같이 열간강도를 비교분석하였다.
환원제별로 성형이 양호한 실험 Lot의 소결 후 열간강도
Lot
번호		 원료혼합물 조제 (wt%) 일반 단광 평가 후처리 후 평가 (kgf)
주원료 부원료 바인더 성형성 입도
(wt%)		 강도
(kgf)		 물유리
Coating		 Green
강도		 열간
강도
함철부산물 환원제 소석회 물유리 당밀
25 하이밀스케일 CDQ더스트 4.0 7.0 5.0 양호 62% 54 코팅 70 12
76.0 8.0
34 하이밀스케일 무연탄 3.0 8.0 - 양호 85% 82 코팅 101 249
81.0 8.0
주) 열간강도는 그린상태의 단광 10개를 무작위 추출한 시료를 1,100℃에서 1시간 가열(소결)한 후 상온에서 8시간 이상 냉각한 시료를 일축압축 시험기로 시험한 파괴강도(kgf)의 평균값.
바인더별로 성형이 양호한 실험 Lot의 소결 후 열간강도
Lot
번호		 원료혼합물 조제 (wt%) 일반 단광 평가 후처리 후 평가 (kgf)
함철부산물 환원제 부원료 바인더 성형성 입도
( wt %) 		강도
(kgf)		 물유리
코팅		 그린
강도		 열간
강도
하이밀스케일 무연탄 소석회 물유리 당밀
32 83.0 8.3 2.5 1.6 4.6 양호 68% 73 코팅 85 41
34 81.3 8.1 2.5 8.2 - 양호 85% 82 코팅 101 249
상기 실험을 통해서 열간강도와 관련하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
Coke기원의 CDQ더스트를 환원제로 성형한 HCBI의 열간강도는 Green강도의 17%로 극히 불량하였다.
Coal기원의 무연탄을 환원제로 하고, 물유리를 첨가한 경우, Green강도 대비 열간강도가 240%로 증가하였다.
Coal기원의 무연탄을 환원제로 하고, 당밀을 첨가한 경우, 열간강도는 Green강도의 48%로 극히 불량하였다.
열간강도를 보장하는 단광을 제조하기 위해서는 원료혼합물의 환원제로 Coke기원의 CDQ더스트 보다는 Coal기원의 무연탄을 사용하고, 물유리를 주성분으로 한 바인더를 첨가하는 것이 바람직하다.
즉, 실험예의 실험 결과를 요약하면, 단광의 환원제는 무연탄을 사용하고 바인더로는 물유리를 사용하는 것이 단광의 성형, 유효성분과 제조원가를 최소화 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
상술 한 바와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.
1: 수직환원로

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제철 및 제강공정에서 발생하는 더스트, 슬러지 또는 밀스케일 중에 금속 철과 전철(全鐵) 성분이 일부 함유된 함철부산물의 주원료를 건조 또는 분쇄하는 전처리단계(S11); 가탄제 또는 탄종(炭種)으로 이루어진 환원제, 소석회(Ca(OH)2)의 플럭스(flux), 및 당밀과 물유리로 이루어진 바인더(binder)의 부원료를 조제하는 단계(S12); 상기 주원료와 상기 환원제, 상기 플럭스 및 상기 바인더를 믹서기(mixer)에 넣어서 혼합하는 단계(S13); 상기 믹서기를 통해 혼합된 원료혼합물을 브리케팅 머신(Briquetting machine)에 투입하여 단광으로 성형하는 단계(S14); 상기 브리케팅 머신으로 성형된 단광을 물유리의 불용성 액체로 코팅하여 부동태화 처리하는 단계(S15); 상기 부동태화 처리한 단광을 상온에서 8시간 이상 동안 양생하는 단계 (S16);를 포함하여 구성되며, 상기 단광은 수직환원로(1) 내부로 투입되어 제강로에서 발생된 배가스에 의해 1차로 환원됨과 동시에 자체 내장된 탄소에 의해 2차로 환원되어서 제강로의 철원으로 공급되는 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광의 제조방법에 있어서,
    상기 단광은, 81.0wt%의 밀스케일과, 8.0wt%의 무연탄과, 3.0wt%의 소석회와, 8.0wt%의 물유리로 이루어진 것을 특징으로 하는 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광의 제조방법.
  6. 제철 및 제강공정에서 발생하는 더스트, 슬러지 또는 밀스케일 중에 금속 철과 전철(全鐵) 성분이 일부 함유된 함철부산물의 주원료를 건조 또는 분쇄하는 전처리단계(S11); 가탄제 또는 탄종(炭種)으로 이루어진 환원제, 소석회(Ca(OH)2)의 플럭스(flux), 및 당밀과 물유리로 이루어진 바인더(binder)의 부원료를 조제하는 단계(S12); 상기 주원료와 상기 환원제, 상기 플럭스 및 상기 바인더를 믹서기(mixer)에 넣어서 혼합하는 단계(S13); 상기 믹서기를 통해 혼합된 원료혼합물을 브리케팅 머신(Briquetting machine)에 투입하여 단광으로 성형하는 단계(S14); 상기 브리케팅 머신으로 성형된 단광을 물유리의 불용성 액체로 코팅하여 부동태화 처리하는 단계(S15); 상기 부동태화 처리한 단광을 상온에서 8시간 이상 동안 양생하는 단계 (S16);를 포함하여 구성되며, 상기 단광은 수직환원로(1) 내부로 투입되어 제강로에서 발생된 배가스에 의해 1차로 환원됨과 동시에 자체 내장된 탄소에 의해 2차로 환원되어서 제강로의 철원으로 공급되는 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광의 제조방법에 있어서,
    상기 단광은, 83wt%의 밀스케일과, 8.3wt%의 무연탄과, 2.5wt%의 소석회와, 1.6wt%의 물유리와, 4.6wt%의 당밀로 이루어진 것을 특징으로 하는 함철부산물을 이용한 제강로 철원용 단광의 제조방법.




  7. 삭제
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