KR101630953B1 - 스테인레스강의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스테인레스강의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화물 상태의 니켈 케이크를 전기 아크로(EAF)에 직접 투입하는 단계를 포함하며, 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 금속과 함께 전기 아크로에 장입되는 스테인레스강의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 스테인레스 제강 원료로 최적의 조건을 갖는 니켈 반제품을 이용하면서도 SAF(Submerged Arc Furnace)에서의 용해를 위한 이송 및 용융 공정을 생략할 수 있으므로, 스테인레스강의 제조 공정이 효율화 될 수 있으며, 이에 따라 가공비 및 이송에 따른 물류비 절감의 효과를 획득할 수 있다.

Description

스테인레스강의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A STAINLESS STEEL}
본 발명은 스테인레스강의 제조 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 니켈 반제품을 SAF(Submerged Arc Furnace)에 용해하지 않고 스테인레스 제강 공정의 EAF(Electro Arc Furnace)에 직접 투입하여 스테인레스강을 제조하는 방법에 관한 것이다.
스테인레스강의 제조를 위해 지금까지 운영되고 있는 공정 라인들은 EAF-AOD-L(이중 방식) 또는 EAF-AOD-L(MRP-L)-VOD(삼중 방식)의 조합으로 구성된다. 이때 EAF(Electro Arc Furnace)의 이용은 각각 스크랩 가용성 내지 스크랩 및 선철 가용성에 따라 다양하게 전개된다.
스테인레스강의 제조를 위해 상기 EAF에 합금 원료를 투입한 후 용융 공정을 수행하고, 후속적으로 정련 및 연속 주조를 통해 스테인레스강의 최종 제품이 제조될 수 있다. 이때 상기 EAF에 투입되는 합금 원료로는, 예를 들어 페로니켈이 투입될 수 있다. 이와 같은 페로니켈(Fe-Ni)은 니켈과 철을 포함하는 고품위 광석으로부터 획득될 수 있다.
종래 이와 같은 페로니켈은 예를 들어 니켈과 철을 포함하는 광석으로부터 습식제련에 의해, 즉 보다 상세하게는 건식, 습식 및 제품화 공정을 거쳐 약 9 중량% Ni 석출 케이크(40 중량% Fe)인 니켈 반제품을 형성하고, 나아가 이러한 니켈 반제품은 고온 또는 냉간 성형을 거친 후 SAF(Submerged Arc Furnace)에서 환원 및 용융 과정을 거쳐 18 중량% Ni 및 82 중량% Fe 성분의 페로니켈(Fe-Ni)이 획득되어 스테인레스강의 제조 원료로 사용하였다.
이와 같은 18 중량% Ni 및 82 중량% Fe 성분의 페로니켈(Fe-Ni)은 스테인레스 제강 원료 중 특히 300 계열이라 불리는 Fe-Cr-Ni계 스테인레스강의 제강 원료로 사용되기에 적합하며, 상기 페로니켈(Fe-Ni)은 스테인레스 제강 원료로 사용하기에 최적의 조건을 갖는다.
그러나, 상기 페로니켈(Fe-Ni)로부터 스테인레스강을 제조하기 위해서는 제조 공정 중 산화물 상태로 니켈 반제품인 9 중량% Ni 석출 케이크가 환원 및 용융을 위해 SAF로 이송되어야 하며, 이와 같은 이송 및 용해 과정에 의해 가공비가 증가되고 프로세스 전체의 효율이 저하되고 제조 원가가 상승하는 문제가 있었다.
따라서, 상기와 같은 니켈 반제품을 SAF에 용해하지 않고 스테인레스 제강 공정에서 사용중인 EAF(Electric Arc Furnace)에 직접 용해하는 경우 공정 효율이 현저하게 개선될 수 있을 것으로 기대된다.
이에 본 발명의 한 측면은 산화물 상태의 니켈 케이크를 전기 아크로(EAF)에 직접 투입하여 공정이 효율화된 스테인레스강의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 산화물 상태의 니켈 케이크를 전기 아크로(EAF)에 직접 투입하는 단계를 포함하며, 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 금속과 함께 전기 아크로에 장입되는 스테인레스강의 제조 방법이 제공된다.
상기 스테인레스강은 Fe-Cr-Ni계 스테인레스강인 것이 바람직하다.
상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 니켈 9 내지 12 중량% 및 철 35 내지 40 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 바인더, 환원제 또는 이들의 혼합을 추가로 포함하는 투입 조성물의 형태로 전기 아크로에 투입되는 것이 바람직하다.
상기 바인더는 유기 바인더 및 무기 바인더의 혼합인 것이 바람직하다.
상기 바인더는 전체 투입 조성물의 중량을 기준으로 11 내지 15 중량%인 것이 바람직하다.
상기 니켈 케이크는 금속을 포함하는 전기 아크로 내 전체 장입 중량을 기준으로 1 내지 8 중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 금속은 스테인레스 스크랩인 것이 바람직하다.
상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 전기 아크로의 전극이 접촉하지 않는 위치에 장입되는 것이 바람직하다.
전극이 상부에 배치된 전기 아크로를 이용하는 경우 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 전기 아크로의 하부에 장입되는 것이 바람직하다.
상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 수소 함유 가스로 환원된 니켈 광석의 침출용 환원광을 슬러리화하는 슬러리화 단계; 상기 슬러리에 염산 또는 황산을 첨가하여 상기 침출용 환원광으로부터 니켈 및 철을 용해하여 침출액을 제조하는 침출 단계; 및 상기 침출액에 수소 함유 가스로 환원된 니켈 광석의 석출용 환원광을 침출용 환원광과 석출용 환원광의 전체 중량에 대하여 10 내지 40중량% 범위로 첨가하여 상기 니켈 광석 중의 철 성분으로 상기 침출액의 니켈 이온을 치환하는 단계에 의해 획득되는 산화물 상태의 니켈 케이크를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 스테인레스 제강 원료로 최적의 조건을 갖는 니켈 반제품을 이용하면서도 SAF(Submerged Arc Furnace)에서의 용해를 위한 이송 및 용융 공정을 생략할 수 있으므로, 스테인레스강의 제조 공정이 효율화될 수 있으며, 이에 따라 가공비 및 이송에 따른 물류비 절감의 효과를 획득할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의하면, 니켈 광석으로부터 환원, 슬러리화, 침출 및 치환 공정에 의해 획득되는 산화물 상태의 니켈 케이크를 직접 전기 아크로(EAF)에 투입하여 효율적으로 스테인레스강을 제조한다.
종래에는 이와 같은 산화물 상태의 니켈 케이크를 SAF(Submerged Arc Furnace)로 이송하여 환원 및 용융시키는 과정이 수행되었으나, 본 발명에서는 산화물 상태의 니켈 케이크를 직접 전기 아크로(EAF)에 투입하여 우수한 물성의 스테인레스강을 제조할 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면 산화물 상태의 니켈 케이크를 전기 아크로(EAF)에 직접 투입하는 단계를 포함하며, 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 금속과 함께 전기 아크로에 장입되는 스테인레스강의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 스테인레스강은 특히 Fe-Cr-Ni계 스테인레스강인 것이 바람직하며, 이러한 Fe-Cr-Ni계 스테인레스강은 300계열 스테인레스강이라고도 알려져 있다.
상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 니켈 8 내지 12 중량% 및 철 35 내지 45 중량%를 포함하는 것으로, 일반적으로는 약 9 중량%의 니켈과 약 45 중량% 철을 포함하는 것이다. 상기 니켈 케이크의 그 외 성분으로는 산소 및 소량의 불순물이 포함될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 산화물 상태의 니켈 케이크의 예시적인 성분은 하기 실시예 1의 표 1에 나타난 바와 같다.
한편, 본 발명에 있어서 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 금속과 함께 전기 아크로에 장입되는 것이 바람직하다. 즉, 전기로는 전열을 이용하여 강을 제조하는 노(爐)로서, 전기 아크로는 특히 전기 양도체인 전극에 전류를 통하여 금속과의 사이에 발생하는 아크(Arc)열에 의하여 금속을 녹이는 것이다.
따라서, 금속과 함께 산화물 상태의 니켈 케이크를 장입하는 것이 바람직하며, 이 경우 금속이 용융된 용융물을 열원으로 활용할 수 있다.
한편, 전기 아크로에 피용융뮬 장입 시 로(furnace) 내 온도의 유지를 위하여 1차 바스켓 및 2차 바스켓(basket)으로 나누어 피용융물을 장입하는 것이 바람직한데, 본 발명의 경우 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 2차 바스켓에 장입되는 것이 보다 바람직하며, 이 경우 1차 바스켓에서 용해된 용융물에 의해 보다 효율적인 용융 공정이 수행될 수 있다.
나아가, 본 발명에서는 상기와 같은 산화물 상태의 니켈 케이크를 EAF에 직접 장입 시 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 바인더, 환원제 또는 이들의 혼합을 추가로 포함하는 투입 조성물의 형태로 전기 아크로에 투입될 수 있다.
상기 투입 조성물에 바인더가 포함되는 경우 상기 바인더는 전체 투입 조성물의 중량을 기준으로 11 내지 15 중량%인 것이 바람직하며, 바인더를 11 중량% 이상 포함하는 경우 EAF 투입 시 분쇄되어 집진기로 빨려나가는 양을 최소화할 수 있으나, 15 중량%를 초과하는 양으로 포함하는 경우에는 니켈 케이크 내 니켈 농도가 저하되는 문제가 있으며, 나아가 바인더 함량의 증가에 따라 최종 제품의 제조 원가가 상승하여 제조 원가가 증가하는 문제가 있다.
한편, 상기 바인더로 사용될 수 있는 바인더는 유기 바인더 및 무기 바인더의 혼합인 것이 바람직하며, 유기 바인더만 이용하는 경우 시효 경화가 나타나지 않아 장기 보관 시 강도 저하의 문제가 있으며, 무기 바인더만 사용하는 경우 초기 강도가 약해지며, 이에 따라 운송 등과 같은 처리 과정에서 파손의 우려가 있다.
보다 바람직하게, 상기 바인더는 유기 바인더 8 내지 9 중량% 및 무기 바인더 3 내지 4 중량%를 포함하는 것이며, 이 경우 EAF 투입에 보다 적절한 강도의 투입 조성물이 획득될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 상기 유기 바인더는 카본(C)계 바인더로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하고, 예를 들어 당밀 등이 사용될 수 있으며, 상기 무기 바인더는 시멘트, 석고, 진흙, 규산 알루미나, 및 규산 칼슘으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 시멘트 및 당밀을 혼합하여 사용하는 것이다. 상기 시멘트의 종류는 특히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 포틀랜드 시멘트 등이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 사용될 수 있는 환원제는 특히 제한되는 것은 아니나, 코크스(coke), Fe-Si, 알루미늄 등이 사용될 수 있으며, 환원제의 양은 상기 산화물 상태의 니켈 케이크 내에 포함된 산소의 당량에 비례하는 양으로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 니켈 케이크는 금속을 포함하는 전기 아크로 내 전체 장입 중량을 기준으로 1 내지 8 중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 2 내지 4 중량%의 양으로 포함된다. 이때 니켈 케이크 내의 니켈 함유량은 약 7 중량% 수준인 것을 기준으로 한다. 전기 아크로 내 전체 장입 중량을 기준으로 1 중량% 미만의 니켈 케이크가 포함되는 경우에는 공정의 효율성이 저하되며, 상기 니켈 케이크는 높은 냉각계수를 가진 산화물이므로 8 중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 이로 인해 로(furnace) 내의 온도를 충분히 상승시키지 못하게 되며, 그 결과 함께 장입된 다른 원료들에 대한 용해도 충분하게 수행되지 못하여 최종 제품을 원활하게 생산할 수 없는 문제가 있고, 한편 이와 같은 경우 용해를 위해서는 과도한 전력의 사용이 요구되므로 공정의 효율성이 떨어지는 문제가 있다.
이때 상기 전기 아크로 내에 함께 장입되는 금속은 특히 제한되는 것은 아니나 스테인레스 제강 공정에 있어서 상기 금속은 스테인레스 스크랩인 것이 바람직하다.
한편, 상기 산화물 상태의 니켈 케이크, 또는 바인더 등을 추가로 포함하는 경우 투입 조성물은 전기 아크로의 전극이 접촉하지 않는 위치에 장입되는 것이 바람직하다. 보다 상세하게, 상기 금속과 산화물 상태의 니켈 케이크가 함께 전기 아크로 내에 장입되는 경우 전기 아크로 내 전극과 가까운 위치에 금속이 배치되고, 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 전기 아크로 내의 전극이 접촉하지 않는 위치에 장입되는 것이 바람직하다. 상기 산화물 상태의 니켈 케이크가 전기 아크로의 전극과 접촉되는 경우에는 전극이 절손되는 문제가 발생할 수 있다.
예를 들어, 전극이 상부에 배치된 전기 아크로를 이용하는 경우 상기 산화물 상태의 니켈 케이크, 또는 바인더 등을 추가로 포함하는 경우 투입 조성물은 전기 아크로의 하부에 장입되는 것이 바람직하며, 보다 상세하게는 전기 아크로의 하부에 상기 산화물 상태의 니켈 케이크, 또는 바인더 등을 추가로 포함하는 경우 투입 조성물이 배치되고, 그 상부에 금속이 배치되어 금속이 전극과 접촉하도록 장입되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 적용될 수 있는 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 예를 들어, 수소 함유 가스로 환원된 니켈 광석의 침출용 환원광을 슬러리화하는 슬러리화 단계; 상기 슬러리에 염산 또는 황산을 첨가하여 상기 침출용 환원광으로부터 니켈 및 철을 용해하여 침출액을 제조하는 침출 단계; 및 상기 침출액에 수소 함유 가스로 환원된 니켈 광석의 석출용 환원광을 침출용 환원광과 석출용 환원광의 전체 중량에 대하여 10 내지 40중량% 범위로 첨가하여 상기 니켈 광석 중의 철 성분으로 상기 침출액의 니켈 이온을 치환하는 단계에 의해 획득되는 산화물 상태의 니켈 케이크인 것이다.
보다 상세한 산화물 상태의 니켈 케이크를 획득하는 과정은 하기와 같다.
본 발명에 사용될 수 있는 니켈 및 철 함유 원료로는 특별히 한정하지 않으며, 바람직하게는 니켈 광석, 예를 들어, 리모나이트, 사프로라이트와 같은 니켈 광석을 들 수 있다.
상기 니켈 및 철 함유 원료로부터 니켈을 회수함에 있어서는, 다음에 기재되는 환원공정에서 니켈 철 함유 원료가 효과적으로 환원될 수 있도록 하기 위해, 필요에 따라 전처리 공정을 거칠 수 있다. 이러한 전처리 공정으로는 건조, 분쇄 및 소성 단계를 포함한다.
니켈 회수를 위해 사용되는 원료 물질인 니켈 철 함유 원료는 효율적인 환원 및 원활한 침출 공정을 수행하기 위해 미립화된 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 니켈 함유 광석은 미리 분쇄하여 니켈 회수 공정에 적용하는 것이 바람직하다.
이때, 통상 원료인 니켈 철 함유 원료는 일반적으로 약 30 내지 40%의 부착수와 약 10% 내외의 결정수를 포함하고 있는바, 분쇄효율 향상을 위해 니켈철 함유 원료를 건조한 후에 미립자로 분쇄하는 것이 바람직하다. 상기 니켈 광석의 건조는 니켈 광석 내의 부착수가 증발할 수 있는 조건에서 수행할 수 있으며, 예를 들어, 100 내지 200℃의 온도범위로 가열하여 수행할 수 있다.
상기 니켈 철 함유 원료를 건조한 후에 분쇄하는 공정을 포함한다. 이때, 환원 및 침출 효율 향상을 위해 입자 사이즈를 1㎜ 이하로 분쇄하는 것이 바람직하다. 한편, 입자 사이즈의 하한은 특별히 한정하지 않으나, 분쇄 공정의 편의를 위해 10㎛ 이상으로 분쇄하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 건조 과정에서 제거되지 않은 니켈 철 함유 원료에 포함된 결정수는 니켈 철 함유 원료의 환원 반응 시 환원 공정에서 수분으로 방출되는데, 이러한 수분은 환원 반응 시 반응 효율을 저하시키는 요인이 되는바, 이러한 결정수를 제거하기 위해 니켈 철 함유 원료를 소성하는 것이 바람직하다.
니켈 철 함유 원료 중, 리모나이트 광석은 약 250-350℃ 부근에서, 그리고 사프로라이트 광석은 650-750℃ 부근에서 결정수를 방출하는 특성이 있다. 따라서, 상기 니켈 광석을 250-850℃ 범위에서 소성 처리하여 결정수를 제거할 수 있다.
후속적으로 상기와 같이 전처리된 니켈 철 함유 원료의 니켈 및 철을 환원하는 단계를 수행한다. 이러한 환원 단계는 수소를 포함하는 환원 가스를 환원제로 사용하여 550-950℃의 온도 범위에서 수행할 수 있다. 환원온도 550℃ 미만에서는 환원이 충분히 일어나지 않아 후속 단계에서 산 용액에 침출시 회수율이 낮고, 나아가 석출 수율 또한 모두 저하한다. 한편, 환원 온도를 높일수록 침출 수율 및 석출 수율을 모두 높일 수 있다. 그러나, 950℃를 넘는 온도에서 환원시키는 경우, 니켈 철 함유 원료를 환원시키는 데에는 문제가 없으나, 더 이상의 환원 효율 증가가 얻어지지 않고, 오히려, 입자 간 소결이 발생하여 작업성에 악영향을 미칠 수 있으며, 비표면적이 1㎡/g 이하로 떨어져 오히려 석출 수율의 저하를 초래할 수 있다.
상기 환원 가스로는 수소를 함유하는 가스를 사용할 수 있다. 수소 함유 가스를 환원 가스로 사용하는 경우에는, 상기 카본 환원에 비하여 저온에서 환원공정을 수행할 수 있으며, 비표면적이 1-100㎡/g로서 높은 활성을 갖는 니켈 금속을 생성할 수 있으며, 이로 인해 산에 의해 용이하게 용해시킬 수 있어 후속 산침출 공정을 고속으로 수행할 수 있다.
이와 같은 환원 가스로는 수소를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 헬륨, 아르곤, 이산화탄소, 질소 등의 불활성 가스를 함께 사용할 수 있다. 나아가, 상기 수소함유 환원 가스로서 사용할 수 있는 다른 예로는, 철광석 제련 공정에서 발생하는 수소를 50% 이상 함유하는 코크스 오븐 가스(Cokes Oven Gas, COG)나, 메탄 수소 개질 반응에서 발생하는 가스로서, 수소를 65% 이상 함유하는 수소함유 LNG 개질 가스를 들 수 있다.
이와 같은 반응에 의해 환원된 니켈 및 철 원료를 얻을 수 있다. 상기 환원된 니켈 철 함유 원료를, 이하에서는, 환원 원료라 한다.
상기 환원 공정에서 얻어진 배가스는 배출하여 분리한 후에, 상기 환원 원료를 물을 사용하여 슬러리화한다. 상기 슬러리화는 상기 환원 원료가 산소에 의해 재산화하는 것을 방지하기 위해 외부의 공기 유입이 차단된 무산소 상태에서 진행하는 것이 바람직하다.
상기 환원 원료를 슬러리화한 후, 상기 슬러리에 산을 투입하여 상기 슬러리 중의 환원 원료에 포함된 니켈 및 철을 용해하여 침출함으로써 니켈 및 철을 이온으로 이온화하는 산 침출 단계를 포함한다. 상기 산 침출단계는 무산소 상태의 반응기에서 상기 슬러리화된 환원 원료에 산을 첨가하여 교반함으로써 상기 환원 원료를 용해시킬 수 있다. 상기 산 침출 단계에서 사용되는 산은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 염산 또는 황산을 사용할 수 있다.
한편, 니켈 철 함유 원료에 함유되어 있던 Al2O3, SiO2, Cr2O3 등은 산에 의한 용해가 거의 일어나지 않아 고상의 잔사로 얻어진다. 따라서, 침출 단계에 의해 얻어진 페로니켈 이온 함유 용액과 상기 고상의 잔사는 여과에 의한 분리가 매우 용이하여, 필터프레스, 디캔터(decanter) 등의 고액분리기로 분리함으로써 페로니켈 이온 함유 용액을 얻을 수 있다.
다음으로, 니켈 및 철 이온을 석출하는 단계를 수행한다. 상기 니켈 및 철 이온의 석출은 환원 원료를 투입하여 수행할 수 있다. 석출 반응에서 사용되는 상기 석출 반응을 위해 환원 원료를 침출 반응을 위해 사용된 환원 원료와 구별하기 위해, 이들을 각각 석출용 환원 원료 및 침출용 환원 원료라고 칭한다.
상기 석출용 환원 원료를 상기 니켈 및 철 이온 함유 용액에 투입하면, 용해된 니켈 및 철 이온의 니켈이 석출용 환원 원료의 Fe에 의해 페로니켈 금속으로 치환 석출된다. 그 결과 니켈 및 철 함유 용액으로부터 니켈은 페로니켈의 금속으로 고형분으로 치환 석출된다. 이와 같이 획득되는 페로니켈은 본 발명에 있어서 산화물 상태의 니켈 케이크로 사용될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
니켈 케이크, 유기바인더, 무기바인더 및 코크스를 74 : 3 : 8 : 15의 중량비로 혼합하여 하기 표 2의 조성을 갖는 투입 조성물을 제조한 후 이를 전기 아크로(EAF)에 장입하였다.
하기 표 1의 조성을 갖는 산화물 상태의 니켈 케이크 74kg을 유기 바인더인 당밀 3kg및 무기 바인더인 포틀랜드 시멘트 8kg와 각각 혼합하고, 환원제로써 코크스 15kg을 함께 혼합하여, 니켈 케이크, 유기바인더, 무기바인더 및 코크스가 74 : 3 : 8 : 15의 중량비로 혼합된 하기 표 2의 조성을 갖는 투입 조성물을 제조한 후 이를 전기 아크로(EAF)에 장입하였다.
Ni Fe Al Cr Cu Mg Mn Ca Co Si Zn O
8.95% 44.66% 2.61% 2.02% 0.01% 2.44% 0.63% 0.40% 0.25% 5.78% 0.02% 32.23
단위: 중량%
Ni Fe Al Cr Cu Mg Mn Ca Co Si Zn O
7.07% 35.27% 2.06% 1.60% 0.01% 1.93% 0.50% 0.32% 0.20% 4.57% 0.03% 46.44%
단위: 중량%
이때, 상기 니켈 케이크와 스테인레스 스크랩을 포함하는 전기 아크로 내 전체 장입 중량을 기준으로 상기 니켈 케이크가 약 3 중량%를 차지하도록 스테인레스 스크랩을 전기 아크로 내에 장입하였으며, 상기 니켈 케이크는 2차 바스켓의 가장 하부에 장입하고, 그 위에 스테인레스 스크랩을 장입하여 니켈 케이크와 전극의 접촉을 피하고 1차 용해된 쇳물의 온도를 열원으로 활용할 수 있도록 하였다.
한편, 산화물의 냉각 계수를 계산하여(Fe-Ni 10℃, 니켈 케이크 40℃) 전기로 전력을 통상 조업대비 7,000kw 더 가하여 용융을 실시하였다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 기존의 공정에서 니켈 반제품이 SAF 용해로를 거친 FeNi을 Ni 공급원의 주원료로 사용하여 SAF 용해를 위한 비용 또는 SAF 용해로 구비를 위한 투자비가 소요되던 문제를 해결하여 공정을 효율화할 수 있다.
상기 실시예와 비교예를 비교해볼 때 결과적으로 본 발명의 방법을 통해 스테인레스강 제조 공정의 효율이 높아지고, 니켈 케이크를 SAF 투입 시 소요되는 높은 가공비의 절감 및 이송에 따른 물류 문제를 해결할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (11)

  1. 산화물 상태의 니켈 케이크를 전기 아크로(EAF)에 직접 투입하는 단계를 포함하며,
    상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 금속과 함께 전기 아크로에 장입되는 스테인레스강의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스테인레스강은 Fe-Cr-Ni계 스테인레스강인 스테인레스강의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 니켈 9 내지 12 중량% 및 철 35 내지 40 중량%를 포함하는 스테인레스강의 제조 방법
  4. 제1항에 있어서, 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 바인더, 환원제 또는 이들의 혼합을 추가로 포함하는 투입 조성물의 형태로 전기 아크로에 투입되는 스테인레스강의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 바인더는 유기 바인더 및 무기 바인더의 혼합인 스테인레스강의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 바인더는 전체 투입 조성물의 중량을 기준으로 11 내지 15 중량%인 스테인레스강의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 니켈 케이크는 금속을 포함하는 전기 아크로 내 전체 장입 중량을 기준으로 1 내지 8 중량%의 양으로 포함되는 스테인레스강의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속은 스테인레스 스크랩인 스테인레스강의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 전기 아크로의 전극이 접촉하지 않는 위치에 장입되는 스테인레스강의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 전극이 상부에 배치된 전기 아크로를 이용하는 경우 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는 전기 아크로의 하부에 장입되는 스테인레스강의 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 산화물 상태의 니켈 케이크는
    수소 함유 가스로 환원된 니켈 광석의 침출용 환원광을 슬러리화하는 슬러리화 단계;
    상기 슬러리에 염산 또는 황산을 첨가하여 상기 침출용 환원광으로부터 니켈 및 철을 용해하여 침출액을 제조하는 침출 단계; 및
    상기 침출액에 수소 함유 가스로 환원된 니켈 광석의 석출용 환원광을 침출용 환원광과 석출용 환원광의 전체 중량에 대하여 10 내지 40중량% 범위로 첨가하여 상기 니켈 광석 중의 철 성분으로 상기 침출액의 니켈 이온을 치환하는 단계에 의해 획득되는 산화물 상태의 니켈 케이크를 이용하는 스테인레스강의 제조 방법.
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JP2008513597A (ja) * 2004-09-17 2008-05-01 ビーエイチピー・ビリトン・エスエスエム・テクノロジー・ピーティーワイ・リミテッド 組み合わされた湿式精錬および乾式精錬の処理によるフェロニッケルまたはニッケルマットの生産
DE102007050478A1 (de) * 2007-10-23 2009-04-30 Sms Demag Ag Verfahren zur Rostfreistahlerzeugung mit Direktreduktionsöfen für Ferrochrom und Ferronickel auf der Primärseite eines Konverters
KR101353721B1 (ko) * 2011-12-28 2014-01-21 재단법인 포항산업과학연구원 니켈 철 함유 원료로부터 페로니켈을 회수하는 방법

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