KR102271524B1 - 폐 중조를 포함하는 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 이중 취련 공법 - Google Patents

폐 중조를 포함하는 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 이중 취련 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부에 대하여, 제철 슬러지 및 밀스케일(Mill scale) 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 800~2000 중량부 및 바인더 40~100 중량부를 포함하는, 폐 중조를 포함하는 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 전로 이중 취련 공법에 관한 것으로, 제철소의 소결 공장에서 배가스의 탈황 처리 후 발생하는 폐 중조를 재활용하므로 일반적으로 매립에 주로 의존하던 폐 중조를 사용하기 때문에 환경에 이바지할 수 있는 효과가 있으며, 용선에 포함되어 있는 인과 황을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.

Description

폐 중조를 포함하는 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 이중 취련 공법{Fe-containing briquette including waste sodium bicarbonate, manufacturing method thereof and double slag process using the same}
본 발명은 폐 중조를 포함하는 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 이중 취련 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소의 소결 공장에서 배가스의 탈황 처리 후 발생하는 폐 중조를 함철 단광의 원료로 사용하여, 철강 제조 공정 중 인과 황의 제거 효율을 높일 수 있는 폐 중조를 포함하는 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 이중 취련 공법에 관한 것이다.
일반적으로 대규모의 철강 제조공정은 생산원가를 낮추기 위해 도 1에 도시된 바와 같은 일관 제조 공정을 채택하고 있다. 이 공정은 원료탄을 고온으로 가열하여 철광석에 포함된 철(Fe)을 녹여 쇳물, 즉 용선을 생산하는 제선공정, 용선에 포함된 인(P)이나 황(S), 탄소(C)와 같은 불순물을 제거하는 제강공정 및 제강공정을 거처 얻어진 고상의 철을 성형하여 판재, 선재 등의 형태로 성형하는 압연공정으로 구성된다.
이 중 제강공정은 고로에서 생산된 용선의 탄소 함량을 조절하여 원하는 성분으로 바꾸는 공정으로, 제강공정에서는 도 2에 도시된 바와 같이 장입(Charging), 취련(Blowing), 측온/측산(Temp. Oxygen Measurement), 출강 (Tapping), 배재(Discharging)의 공정 단계를 거치는 전로 설비가 사용된다.
이때 사용되는 일반적인 전로 설비는 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 갖고, 고철 및 용선이 순차적으로 전로 내부에 장입되면, 전로의 본체 상부에 위치한 랜스 돔(Lance Dome)으로 부터 산소 랜스(Lance)가 하강하며 산소 랜스(Lance)를 통해 산소가 공급되면서 취련이 시작된다. 취련이 진행됨에 따라 탄소(C), 규소(Si), 인(P) 등 용선에 함유된 불순물들이 산소와 반응하여 산화되며 제거된다.
이와 같은 제강공정에서, 가장 중요하게 제거되어야 하는 성분은 인(P)과 황(S)인데, 용선에 함유된 인은 산화성 분위기에서 제거되고, 황은 환원성 분위기에서 제거되기 때문에 산화성 분위기인 취련 공정에서 인과 황을 동시에 제거하기에는 효율이 매우 떨어지는 문제가 있다.
이에 따라, 인과 황을 제거하기 위한 다양한 기술 개발활동이 진행 되어 왔다.
일 예로, 제강공정이 수행되기 이전에 어느 정도의 인과 황을 제거하는 새로운 개념의 용선 예비처리 공정을 도입하는 방법이 있다. 이러한 용선 예비처리에 사용되는 대표적인 설비로 TDS, KR이 있는데, 최근에는 TDS보다는 효율이 좋은 KR 설비로의 대체가 이루어지고 있다.
다른 예로, 이중 취련법(Double Slag)법이 있는데, 이 방법은 고철 및 용선을 전로에 장입하고, 1차 취련을 실시하여 슬래그를 1차 배재하고, 계속해서 2차 취련을 실시하는 방식으로 탈인 및 탈황을 수행한다. 이 경우, 1차 취련시 생성된 고농도의 인산화물(P2O5)과 황을 포함하는 슬래그를 배재함으로서 인과 황의 농도를 보다 낮게 제어할 수 있는 장점이 있다.
한편, 이와 같은 제강공정에서 발생되는 더스트나 슬래그와 같은 제강 폐기물은 폐기처리 혹은 재활용하는 방식으로 처리되고 있으며, 매립지나 비용 등의 문제로 인해 최근에는 이를 재활용하려는 움직임이 더욱 확산되고 있다.
이러한 제강 슬래그의 재화 효율이 우수할수록 제강공정에서 생산되는 철강의 품질이 우수해지고, 제강 효율이 향상되므로, 제강공정에서의 재화 효율을 높이는 방법에 대한 연구 개발도 꾸준히 이루어지고 있고, 이러한 방법의 일환으로 종래에는 제강공정에서 형석을 함께 첨가하여 슬래그의 재화를 촉진시켰으나, 이렇게 생성된 슬래그를 폐기하거나 재활용할 때 형석에 포함되어 있는 불소가 토양 오염을 촉진시키는 문제가 발견되어 최근에는 무형석 조업이 이루어지고 있다.
이에, 제강 슬래그의 재화 효율을 높여 용선에 포함된 인과 황을 효과적으로 제거할 수 있는 새로운 기술의 개발이 필요한 실정이다.
등록특허 제10-0749023호(2007.08.07 등록)
본 발명에서는 제철소의 소결 공장에서 배가스의 탈황 처리 후 발생하는 폐 중조를 함철 단광의 원료로 사용하여, 철강 제조 공정 중 인과 황의 제거 효율을 높일 수 있는 폐 중조를 포함하는 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 이중 취련 공법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부에 대하여, 제철 슬러지 및 밀스케일(Mill scale) 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 800~2000 중량부 및 바인더 40~100 중량부를 포함하는, 폐 중조를 포함하는 함철 단광에 관한 것이다.
상기 폐 중조는 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 부산물일 수 있다.
폐 중조 100 중량부에 대하여, 무연탄 및 CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 탄소류 성분 150~250 중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 제철 슬러지는 철(Fe) 함유량이 40 wt% 이상일 수 있다.
상기 바인더는 전분계 바인더, 벤토나이트, 알루미늄 드로스, 물유리 및 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 상기 함철 단광을 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 실시예에 따른 제조 방법은, 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부, 제철 슬러지 및 밀스케일(Mill scale) 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 800~2000 중량부 및 바인더 40~100 중량부를 혼합하여 혼합 원료를 제조하는 제1 단계; 상기 혼합 원료를 가압 성형하는 제2 단계; 및 가압 성형된 혼합 원료를 건조 및 양생하는 제3 단계;를 포함한다.
상기 혼합 원료는 폐 중조 100 중량부에 대하여, 무연탄 및 CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 탄소류 성분 150~250 중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 바인더는 전분계 바인더, 벤토나이트, 알루미늄 드로스, 물유리 및 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 상기 함철 단광을 이용한 전로 이중 취련 공법에 관한 것으로, 전로에 고철, 용선 및 함철 단광을 장입하는 장입 단계; 상기 전로에 산소를 취입하고, 가열하는 1차 취련 단계; 상기 1차 취련 단계를 거쳐 생성된 슬래그 및 사용된 함철 단광을 배재하는 슬래그 배재 단계; 및 상기 배재 단계를 거쳐 슬래그 및 함철 단광이 배재된 혼합물을 취련하는 2차 취련 단계;를 포함한다.
이때, 상기 함철 단광은, 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부에 대하여, 제철 슬러지 및 밀스케일(Mill scale) 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 800~2000 중량부 및 바인더 40~100 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 함철 단광은 폐 중조 100 중량부에 대하여, 무연탄 및 CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 탄소류 성분 150~250 중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 바인더는 전분계 바인더, 벤토나이트, 알루미늄 드로스, 물유리 및 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 폐 중조를 포함하는 함철 단광을 이용하여 제강 공정을 수행하는 경우, 용선에 포함되어 있는 인과 황을 보다 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.
또한, 제철소의 소결 공장에서 배가스의 탈황 처리 후 발생하는 폐 중조를 재활용하므로 일반적으로 매립에 주로 의존하던 폐 중조를 사용하기 때문에 환경에 이바지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 철강 제조공정을 간략히 나타낸 모식도이다.
도 2는 제강공정 순서를 간략히 나타낸 도면이다.
도 3은 제강공정에 사용되는 전로를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 함철 단광의 사진이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
본 발명은 제철소의 소결 공장에서 배가스의 탈황 처리 후 발생하는 폐 중조를 함철 단광의 원료로 사용하여, 철강 제조 공정 중 인과 황의 제거 효율을 높일 수 있는 폐 중조를 포함하는 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 이중 취련 공법에 관한 것이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 중조를 포함하는 함철 단광은, 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부에 대하여, 제철 슬러지 및 밀스케일(Mill scale) 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 800~2000 중량부 및 바인더 40~100 중량부를 포함한다.
상기 폐 중조는 소결 배가스의 탈황 공정에서 하기 소결 배가스의 탈황 반응을 통해 발생하는 부산물로, Na2SO4, Na2CO3 및 NaCl을 포함한다.
[소결 배가스의 탈황 반응]
2NaHCO3 (중조) → Na2CO3 + CO2 + H2O
→ Na2CO3 + SO2 + 1/2O2 → Na2SO4 + CO2
→ Na2SO4 + Na2CO3 (폐 중조)
구체적으로 Na2SO4 65~82 wt%, Na2CO3 15~30 wt% 및 NaCl 2~17 wt%를 포함한다. 이러한 폐 중조는 일반폐기물로 분류되어 종래에는 매립 방식으로 폐기하였으나, 폐기 비용 및 매립지 등의 문제가 심화되고 있는 물질로, 본 발명에서는 이러한 폐 중조를 재활용함으로써 상기와 같은 문제를 해결하고 동시에 제강공정에서의 탈인 및 탈황을 효율적으로 수행할 수 있도록 한다.
폐 중조에 포함된 Na2CO3는 제강공정에서 슬래그의 재화를 촉진하며 탈인과 탈황 반응을 유도할 수 있는 성분으로, 제강공정에서 Na2CO3가 포함되어 있는 경우, 하기와 같은 반응을 통해 탈인 및 탈황이 이루어진다.
[탈인반응]
Na2CO3 + 4/5P → Na2O + 2/5P2O5 + C
[탈황반응]
Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO(g)
4Na + 2S → 2Na2S
Na2CO3 + 2FeS → 2NaS + 2FeO + CO(g)
상기와 같이 산화성 분위기인 제강공정에서 탈인과 탈황 반응이 동시에 이루어지고, 상기와 같은 탈인반응을 통해 생성된 오산화인과 탈황반응을 통해 생성된 황화나트륨은 제강 공정에서 슬러지로써 제거될 수 있어 특히 제강 공정에서 전로 이중 취련 공법이 사용되는 경우, 이러한 불순물들이 제거된 후 2차 취련이 이루어지므로 불순물이 최종 산물인 철강재의 성분에 미치는 영향을 최소화하거나 완전히 제거할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이, 폐 중조에 포함된 Na 성분은 동시에 탈인 탈황 효율을 향상시킬 수 있으므로, 저린, 저류강 제조에 유리하다.
상기 제철 부산물은 함철 단광의 강도를 높이면서 동시에 2CaO·SiO2층을 파괴시키고, 함철 단광을 이용한 제강 공정시 추가적인 철 성분을 공급하기 위해 첨가되는 것으로, 제철 공정에서 발생되는 부산물을 재활용하기 때문에 환경에 이바지할 수 있는 장점이 있다.
상기 제철 부산물은 제철 슬러지 및 밀스케일(Mill scale) 중 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 제철 슬러지는 제철 공정에서 발생하는 철 성분을 포함한 슬러지로, 상술한 효과를 보다 향상시키기 위해 철(Fe) 함유량이 40 wt% 이상인 것이 바람직하다.
상기 밀스케일(Mill scale)은 제강공정 또는 압연공정에서 강의 표면에 생기는 산화철 피막으로, 일반적으로 철 함량이 70 wt% 이상으로 높으나 입자 크기가 작고 산화철의 함량이 높은 특징이 있다.
이러한 제철 부산물은 폐 중조 100 중량부에 대하여 800~2000 중량부로 사용될 수 있으며, 800 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 상대적으로 폐 중조의 함량이 과도해져 폐 중조에 포함되어 있는 황 성분에 의해 탈황 효율이 저하되는 문제가 있고, 2000 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 전로 온도를 낮춰 탈인, 탈황 효율을 저하시키고, 함철 단광의 품질을 저하시킬 수 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명에 사용되는 제철 부산물로 제철 슬러지 및 밀스케일을 모두 사용할 수 있으며, 이로 인해 철원(Fe source) 공급원의 역할을 하면서 고철 대용 가능에 따라 원가절감이 가능하다. 뿐만 아니라, 수분 함유로 인해 재활용이 곤란하였던 제철 슬러지를 재활용함으로써 환경에 이바지하고 경제적으로 유리한 장점이 있다.
이 경우, 밀스케일과 제철 슬러지는 1 : 0.5~1.0 중량부의 중량비를 갖도록 함께 사용될 수 있으며, 제철 슬러지의 함량이 상기 비율 미만으로 과도하게 적은 경우에는 함철 단광을 구성하는 각 성분을 혼합할 때의 혼합력 저하, 바인더의 접착 성능 저하 등의 문제가 발생하고, 제철 슬러지의 함량이 상기 비율을 초과하도록 포함되는 경우에는 탈황 효율 향상 효과가 저하되므로 밀스케일과 제철 슬러지를 상술한 중량비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 함철 단광을 구성하는 대부분의 성분은 분말상이기 때문에 이를 소정 크기 이상의 형태로 성형하기 위해 바인더가 포함된다.
상기 바인더는 전분계 바인더, 벤토나이트, 알루미늄 드로스, 물유리 및 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다. 이 중 전분계 바인더로는, 예를 들어 쌀 전분, 옥수수 전분, 타피오카 전분 중 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 바인더는 폐 중조 100 중량부에 대하여 40~100 중량부로 포함될 수 있으며, 40 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 분말성 물질들을 서로 결합시키는 접착력이 부족하여 함철 단광의 성형성이 저하되는 문제가 있고, 100 중량부를 초과하는 경우에는 바인더의 함량이 과도하여 폐 중조나 철이 포함된 물질의 함량이 저하되어 함철 단광으로 인한 탈황, 탈인 효율이 저하될 수 있으므로, 상술한 중량범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
이 외에도 본 발명의 함철 단광에는 탄소류 성분이 필요에 따라 추가로 더 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소류 성분은 무연탄 및 CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
이러한 탄소류 성분이 포함되지 않은 경우, 함철 단광이 전로 내로 투입될 때 흡열 반응에 의해 용선의 온도 저하가 발생하여 탈황, 탈인 효율이 저하되고, 생성되는 철강의 품질이 균일하지 못한 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 이와 같이 탄소류 성분이 추가로 더 포함되는 경우에는 탄소류 성분이 제강단계에서 공급되는 산소와 반응하여 발열하며 용선의 온도 저하를 방지하고, 이들 탄소류 성분에 포함되어 있는 에탄이 분해되며 발생하는 가스에 의해 전로 내 혼합물의 교반력이 증대되며, 에탄의 분해에 의해 생성된 탄소와 생석회(CaO) 및 황이 반응하여 황화칼슘(CaS)을 형성하기 때문에 추가적인 탈황 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
탄소류 성분으로 무연탄이 사용되는 경우, 상기와 같은 용선 온도 유지, 교반력 증대 및 탈황 효율 향상 효과를 높이기 위해 고정 탄소가 78 wt% 이상이고, 휘발분인 에탄이 4~14 wt%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 탄소류 성분은 폐 중조 100 중량부에 대하여 150~250 중량부로 포함될 수 있으며, 150 중량부 미만으로 포함되는 경우 용선의 온도 저하를 효과적으로 방지할 수 없어, 다량의 용선을 취련할 수 없을 뿐만 아니라 탈황 효율이 저하될 수 있고, 250 중량부를 초과하는 경우에는 상대적으로 철의 함량이 낮아지기 때문에 함철 단광의 사용 효과가 떨어질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는 함철 단광의 제조 방법에 관한 것으로, 이러한 제조 방법에 따라 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 함철 단광이 제조될 수 있으므로, 여기서 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 함철 단광의 제조 방법은, 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부, 제철 슬러지 및 밀스케일(Mill scale) 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 800~2000 중량부 및 바인더 40~100 중량부를 혼합하여 혼합 원료를 제조하는 제1 단계; 상기 혼합 원료를 가압 성형하는 제2 단계; 및 가압 성형된 혼합 원료를 건조 및 양생하는 제3 단계;를 포함한다.
상기 제1 단계는 함철 단광을 구성하는 각 성분을 혼합하는 단계로, 폐 중조, 제철 슬러지, 밀스케일 및 바인더를 상술한 중량비에 맞춰 혼합하는 단계이다. 이 단계에서 혼합 원료에 탄소류 성분이 추가로 더 포함될 수 있으며, 이 경우 탄소류 성분은 폐 중조 100 중량부에 대하여 150~250 중량부로 포함될 수 있다.
이때 각 성분의 균일한 혼합을 위해 교반이 이루어질 수 있는데, 바인더로 분말성 성분만이 사용되는 경우에는 이 단계에서 물이 추가로 더 혼합되어 바인더의 접착력을 발현시킬 수 있다.
상기 제2 단계는 상기 혼합 원료를 가압 성형하여 소정 형상으로 제조하는 단계로, 함철 단광의 적절한 강도 발현을 위해 이때 가압 압력은 320~400 psi 범위인 것이 바람직하다.
상기 제3 단계는 가압 성형된 혼합원료를 건조 및 양생하는 단계로, 이 단계는 40~80℃의 온도 범위에서 16~36시간 동안 온풍이 공급되는 방식으로 수행될 수 있으며, 이와 같은 조건에서 제3 단계가 진행됨에 따라 함철 단광의 강도가 발현되고, 미립분 생성률이 저하되어, 제강 공정에서 함철 단광이 투입될 때 이송 과정에서 발생하는 미립이 최소화되어 미립에 의한 투입 효율 저하, 제강 효율 저하 등의 문제를 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 폐 중조를 포함하는 함철 단광을 이용한 전로 이중 취련 공법에 관한 것이다.
구체적으로, 상기 공법은 전로에 고철, 용선 및 함철 단광을 장입하는 장입 단계; 상기 전로에 산소를 취입하고, 가열하는 1차 취련 단계; 상기 1차 취련 단계를 거쳐 생성된 슬래그 및 사용된 함철 단광을 배재하는 슬래그 배재 단계; 및 상기 배재 단계를 거쳐 슬래그 및 함철 단광이 배재된 혼합물을 취련하는 2차 취련 단계;를 포함한다.
이때, 상기 함철 단광은 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부에 대하여, 제철 슬러지 및 밀스케일(Mill scale) 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 800~2000 중량부 및 바인더 40~100 중량부를 포함하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 함철 단광으로, 중복되는 설명은 생략한다.
함철 단광은 장입 단계에서 장입될 수 있는데, 이 경우 함철 단광은 고철 및 용선과 함께 장입되거나, 고철 및 용선이 장입된 이후에 장입될 수 있다. 이 경우, 고철 및 용선을 먼저 장입한 뒤 함철 단광이 장입되는 것이 바람직한데, 이는 반응 및 장입 효율을 높이기 위한 것으로, 고철, 용선 및 함철 단광이 동시에 투입되는 경우에는 함철 단광의 일부가 집진기로 빨려들어가 손실될 가능성이 존재하기 때문이다.
상기 1차 취련 단계는 고철 및 용선이 투입된 전로에 고순도의 산소 가스를 취입하며 고온에서 취련하는 단계이다.
이와 같이 1차 취련 단계를 통해 생성된 슬래그는 슬래그 배재 단계에서 배재되며, 이때 함철 단광도 슬래그와 함께 배재될 수 있다.
상기 2차 취련 단계는 배재 단계를 거쳐 슬래그와 함철 단광이 배재된 혼합물을 취련하여 탈탄 처리하는 단계로, 이 단계를 통해 철강의 순도 및 품질을 더욱 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명의 구체적인 작용과 효과를 설명하고자 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
[ 제조예 ]
하기 표 1의 배합비에 따라 각 성분을 혼합하고, 340 psi의 압력으로 가압 성형한 후, 60℃에서 24시간 동안 온풍을 공급하여 건조 및 양생하여 함철 단광을 수득하였다. 이때 수득된 함철 단광을 촬영하여 도 4에 도시하였다. 표 1에서 중량비는 밀스케일 1 중량부에 대한 제철슬러지의 중량비를 의미한다.
　 폐 중조
(중량부)		 제철 부산물(중량부) 전분류
바인더
밀스케일(M) 제철슬러지(S) 합계 중량비(S/M)
비교예 1 - 500 380 880 0.76 45
비교예 2 100 450 300 750 0.67 45
비교예 3 100 600 280 880 0.47 50
비교예 4 100 550 600 1150 1.09 50
비교예 5 100 1060 1020 2080 0.96 50
실시예 1 100 450 400 850 0.89 45
실시예 2 100 550 300 850 0.55 50
실시예 3 100 980 920 1900 0.94 50
[ 실험예 1]
상기 제조예에서 제조된 각 함철 단광을 이용하여 본 발명의 실시예에 따라 이중 취련 공정을 수행하였다. 각 공정별로 동일한 양의 용선, 고철 및 함철 단광을 사용하였고, 동일한 종류의 강종을 사용하였으며, 전로 장입 전 용선의 성분을 분석하여 인과 황의 함량(A)을 측정하고, 1차 취련 단계와 슬래그 배재 단계 사이에 용선을 일부 채취하여 용선에 포함되어 있는 인과 황의 함량(B)을 측정한 뒤, 1차 취련 단계를 거친 이후의 인과 황의 감소율을 하기 수식 1을 이용하여 계산하고, 그 결과를 표 2에 기재하였다.
[수식 1] (감소율) ={(A-B)×100}/(A)
　 감소율(%)
인 황
비교예 1 55.7 3.8
비교예 2 67.4 -1.4
비교예 3 65.5 2.3
비교예 4 65.8 1.7
비교예 5 60.2 1.8
실시예 1 66.8 2.5
실시예 2 67.5 2.9
실시예 3 65.5 3.2
상기 표 2의 결과를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3의 경우 인과 황의 감소율이 안정적으로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.비교예 1의 경우에는 황의 감소율은 상대적으로 높으나 인의 감소율이 현저히 낮은 것으로 나타나는데, 이는 함철 단광에 폐 중조가 포함되어 있지 않아 탈린 효과를 얻지 못하였기 때문에 나타난 결과로 판단된다.
비교예 2의 경우에는 탈린 효율은 높으나 오히려 용선 중의 황 성분이 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 함철 단광에 포함되어 있는 폐 중조의 함량이 과도하여, 폐 중조 내 황이 오히려 용선으로 유출되어 용선 중의 황 함량이 증가하는 결과가 나타난 것으로 판단된다.
실시예 2와 비교예 3을 함께 살펴보면, 이 둘의 탈린 및 탈황 성능은 비슷하게 나타났다. 다만, 표 2에는 기재하지 않았으나, 비교예 3의 경우에는 실시예 2와 달리 보관, 이동 및 사용시 함철 단광이 파괴되어 사용이 곤란한 문제가 있었다. 이는, 비교예 3의 함철 단광 제조시 제철 부산물로 밀스케일 중량 대비 부족한 중량의 제철슬러지가 사용되었기 때문에 나타난 결과로 판단된다.
실시예 3과 비교예 4를 함께 살펴보면, 비교예 4의 경우 실시예 3에 비해 탈황 효율이 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있는데, 이는 제철 부산물에 밀스케일 중량에 대한 제철슬러지의 중량이 과도하게 많기 때문에 나타난 문제로 판단된다.
비교예 5의 경우에는 실시예들에 비해 탈린 및 탈황 효율이 저하되는 것으로 나타났는데, 이는 제철 부산물의 함량이 과도하게 많아, 제철 부산물에 의해 전로 온도가 낮아져 나타난 결과로 판단된다.
따라서, 상기 실험 결과로부터 폐 중조를 포함한 함철 단광에 의한 탈린, 탈황 효율을 극대화하기 위해 함철 단광에 폐 중조 100 중량부에 대하여 제철 부산물이 800~2000 중량부로 포함되는 것이 바람직함을 확인할 수 있었고, 제철 부산물로 사용되는 밀스케일과 제철 슬러지가 1: 0.5~1.0의 중량비율로 사용되는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
[ 실험예 2]
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 함철 단광을 제조하되, 전분류 바인더가 아닌 당밀 바인더를 사용하여 비교예 6의 함철 단광을 제조하였다. 이후, 각 함철 단광의 양생 기간별 압축강도를 측정하고, 그 결과를 표 3에 기재하였다.
　 바인더의
종류		 압축강도(kg/cm2)
1일 3일 5일 7일
실시예 1 전분 78 138 132 170
비교예 6 당밀 84 103 73 90
상기 표 3의 실험결과를 참조하면, 당밀 바인더보다 전분류 바인더를 사용할 때 압축 강도가 현저히 높게 나타났다. 따라서, 바인더로 당밀 바인더가 아닌 전분류 바인더를 사용하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
[ 실험예 3]
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 함철 단광을 제조하되, 건조 및 양생시 별도의 열을 가하지 않고 자연 건조 방식을 이용하여 비교예 7의 함철 단광을 제조하였다. 이후, 실험예 2와 동일한 방법을 통해 비교예 7의 함철 단광의 양생일자별 압축강도를 측정하고 그 결과를 표 4에 기재하였다.
　 압축강도(kg/cm2)
1일 3일 5일 7일
실시예 1 78 138 132 170
비교예 7 36 45 56 66
상기 표 4의 실험 결과를 살펴보면, 건조 및 양생 단계에서 열을 가한 실시예 1의 압축강도가 자연 건조 방식으로 제조된 비교예 7보다 높게 나타났다.
이러한 결과로부터 건조 및 양생시 열을 가하는 것이 함철 단광의 강도 향상에 현저히 도움되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims (11)

  1. 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 부산물인 폐 중조 100 중량부에 대하여,
    제철 슬러지 및 밀스케일(Mill scale)을 포함하는 제철 부산물 800~2000 중량부; 바인더 40~100 중량부; 및 무연탄 및 CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 탄소류 성분 150~250 중량부;를 포함하고,
    상기 제철 부산물은, 밀스케일과 제철슬러지가 1:0.5~1.0의 중량비를 갖도록 혼합되는 것을 특징으로 하는, 폐 중조를 포함하는 함철 단광.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제철 슬러지는 철(Fe) 함유량이 40 wt% 이상인 것을 특징으로 하는, 폐 중조를 포함하는 함철 단광.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 전분계 바인더, 벤토나이트, 알루미늄 드로스, 물유리 및 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 폐 중조를 포함하는 함철 단광.
  6. 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 부산물인 폐 중조 100 중량부; 제철 슬러지 및 밀스케일(Mill scale)을 0.5~1.0 : 1의 중량비로 포함하는 제철 부산물 800~2000 중량부; 바인더 40~100 중량부; 및 무연탄 및 CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 탄소류 성분 150~250 중량부;를 혼합하여 혼합 원료를 제조하는 제1 단계;
    상기 혼합 원료를 가압 성형하는 제2 단계; 및
    가압 성형된 혼합 원료를 건조 및 양생하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐 중조를 포함하는 함철 단광의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 바인더는 전분계 바인더, 벤토나이트, 알루미늄 드로스, 물유리 및 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 폐 중조를 포함하는 함철 단광의 제조 방법.
  9. 전로에 고철, 용선 및 함철 단광을 장입하는 장입 단계;
    상기 전로에 산소를 취입하고, 가열하는 1차 취련 단계;
    상기 1차 취련 단계를 거쳐 생성된 슬래그 및 사용된 함철 단광을 배재하는 슬래그 배재 단계; 및
    상기 배재 단계를 거쳐 슬래그 및 함철 단광이 배재된 혼합물을 취련하는 2차 취련 단계;를 포함하고,
    상기 함철 단광은, 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 부산물인 폐 중조 100 중량부에 대하여, 제철 슬러지 및 밀스케일(Mill scale)을 0.5~1.0 : 1의 중량비로 포함하는 제철 부산물 800~2000 중량부; 바인더 40~100 중량부; 및 무연탄 및 CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 탄소류 성분 150~250 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐 중조를 포함하는 함철 단광을 이용한 전로 이중 취련 공법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 바인더는 전분계 바인더, 벤토나이트, 알루미늄 드로스, 물유리 및 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 폐 중조를 포함하는 함철 단광을 이용한 전로 이중 취련 공법.
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