KR102271526B1 - 폐 중조를 포함하는 전로용 슬래그 진정재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 슬래그 진정 방법 - Google Patents

폐 중조를 포함하는 전로용 슬래그 진정재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 슬래그 진정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부에 대하여, 코크스 슬러지, 생석회 슬러지 및 전로 슬래그 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 20~50 중량부 및 바인더 3~8 중량부를 포함하는, 폐 중조를 포함하는 전로용 슬래그 진정재, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 슬래그 진정 방법에 관한 것으로, 일반적으로 매립에 주로 의존하던 폐 중조를 재활용하기 때문에 환경에 이바지할 수 있으며, 출강시 슬래그를 효율적으로 진정시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

폐 중조를 포함하는 전로용 슬래그 진정재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 슬래그 진정 방법{Materials for depressing slag foaming including waste sodium bicarbonate, manufacturing method thereof and method for killing slag using the same}
본 발명은 폐 중조를 포함하는 자원 재활용 전로 슬래그 팟(pot)용 진정재, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 슬래그 진정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬래그 진정재의 주 성분으로 제철소의 소결 공장에서 배가스의 탈황 처리 후 발생하는 폐 중조를 포함하여, 전로 출강 이후 슬래그 배재시 이를 사용함으로써 환경 오염을 유발시키지 않으면서 전로 슬래그를 보다 효율적으로 진정시킬 수 있도록 개선된 자원 재활용 전로 슬래그 pot용 진정재에 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. 이때, 고속으로 취입되는 산소 제트(jet)에 의해 용선 중 탄소가 산소와 결합하여 CO기포를 생성하면서 전로 밖으로 분출되는 슬로핑 현상이 발생한다.
한편, 취련이 종료되고 출강을 하게 되면 전로 내에 남는 슬래그를 슬래그 팟(pot)에 배출하게 되는데 이를 슬래그 배재라고 부른다. 슬래그를 배재하는 동안에도 CO 기포에 의해 슬래그가 슬래그 팟 밖으로 넘치는 현상이 발생하여 환경 오염 및 생산 장애를 초래하게 되며 슬래그 중 성분 불안정 발생하는 문제가 있다.
일반적으로 이를 방지하기 위해 사용되는 슬래그 진정재는 고가이기 때문에 경제적으로 비효율적인 문제가 있다.
이에, 본 발명에서는 폐자원을 재활용한 슬래그 진정재를 제공함으로써 경제적으로 효율적이고, 환경에 이바지할 수 있으며 슬래그 진정 효과가 뛰어난 슬래그 진정재를 제공하고자 한다.
등록특허 제10-0749023호(2007.08.07 등록)
본 발명에서는 슬래그 진정재의 주 성분으로 제철소의 소결 공장에서 배가스의 탈황 처리 후 발생하는 폐 중조를 포함하여, 전로 출강 이후 슬래그 배재시 이를 사용함으로써 환경 오염을 유발시키지 않으면서 전로 슬래그를 보다 효율적으로 진정시킬 수 있도록 개선된 자원 재활용 전로 슬래그 팟용 진정재, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 슬래그 진정 방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부에 대하여, 코크스 슬러지, 생석회 슬러지 및 전로 슬래그 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 20~50 중량부 및 바인더 3~8 중량부를 포함하는, 폐 중조를 포함하는 전로용 슬래그 진정재에 관한 것이다.
상기 슬래그 진정재는 CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트 5~10 중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 바인더는 상기 바인더는 당밀, 전분계 바인더, 벤토나이트, 물유리, 시멘트 및 실리카흄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부에 대하여, 코크스 슬러지, 생석회 슬러지 및 전로 슬래그 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 20~50 중량부 및 바인더 3~8 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 포함하는 전로용 슬래그 진정재의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 바인더는 상기 바인더는 당밀, 전분계 바인더, 벤토나이트, 물유리, 시멘트 및 실리카흄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 전로 출강시 슬래그 진정재를 전로 내에 투입하여 슬래그를 진정시키는 슬래그 진정 방법에 관한 것이다.
상기 슬래그 진정재는 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래그 진정재, 또는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법으로 제조된 슬래그 진정재고, 상기 슬래그 진정재는 전로 내 슬래그 100 중량부에 대하여 1~2.5 중량부로 투입될 수 있다.
본 발명은 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.
또한, 폐자원을 활용하여 경제적으로 효율적이고, 슬래그 진정 효과가 우수한 슬래그 진정재를 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 철강 제조공정을 간략히 나타낸 모식도이다.
도 2는 제강공정 순서를 간략히 나타낸 도면이다.
도 3은 제강공정에 사용되는 전로를 간략하게 나타낸 도면이다.
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 슬래그 진정재의 원료로 사용하여, 전로 출강시 슬래그를 효율적으로 진정시킬 수 있다.
또한, 일반적으로 매립에 주로 의존하던 폐 중조를 사용하기 때문에 환경에 이바지할 수 있으며, 동시에 경제적으로 효율적인 슬래그 진정재를 제공할 수 있는 장점이 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래그 진정재는, 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부에 대하여, 코크스 슬러지, 생석회 슬러지 및 전로 슬래그 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 20~50 중량부 및 바인더 3~8 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.
상기 폐 중조는 나트륨(Na) 성분을 포함하고 있어, 이에 의해 슬래그의 용융점 및 점도가 감소되는 효과가 나타나고, 이에 따라 슬래그에 홀 또는 채널이 다량 생성된다. 이렇게 생성된 홀이나 채널을 통해 슬래그에서 발생한 기포가 배출된다. 따라서, 슬래그가 슬래그 팟에서 넘치지 않고 슬래그에 포함된 기포가 효과적이고 안정적으로 배출되어 슬래그의 체적 또는 부피가 감소되며 슬래그가 진정되는 효과가 나타난다.
또한, Na2CO3 성분은 슬래그 중 황(S) 성분과 반응하여 탈황시킬 수 있다.
[탈황 반응]
Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO(g)
4Na + 2S → 2Na2S
Na2CO3 + 2FeS → 2NaS + 2FeO + CO(g)
상기 제철 부산물은 코크스 슬러지, 생석회 슬러지 및 전로 슬래그 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여, 출강 공정을 통해 최종적으로 발생되는 슬래그의 철(Fe) 함량을 높임으로써 우수한 품질의 슬래그를 생산할 수 있는 장점이 있다.
제철 부산물은 폐 중조 100 중량부에 대하여 20~50 중량부로 포함될 수 있으며, 제철 부산물의 함량이 20 중량부 미만인 경우에는 슬래그 품질 향상 효능이 저하되고, 50 중량부를 초과하는 경우에는 제철 부산물에 과도한 함량에 의해 슬래그 진정 효율이 저하되는 문제가 있으므로 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 코크스 슬러지는 코크스 제조 공정에서 부가적으로 발생하는 코크스 슬러지로, 탄소류 성분이 다량 포함되어, 출강시 산소와 반응하여 발열하며 슬래그의 급격한 온도 저하를 방지하여 슬래그 진정 효율을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 탄소류 성분에 포함되어 있는 에탄이 분해되며 발생되는 가스에 의해 슬래그의 교반 효과가 나타나 슬래그에서 발생되는 기포가 보다 효과적이고 안정적으로 배출될 수 있으며, 에탄의 분해에 의해 생성된 탄소와 생석회 슬러지에 포함된 생석회(CaO) 및 황이 반응하여 황화칼슘(CaS)을 형성하기 때문에 추가적인 탈황 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 코크스 슬러지에 포함된 탄소 성분은 철 산화물과 환원 반응을 하여 전로 슬래그 중 금속철의 함유율을 증가시킴으로써 보다 양질의 슬래그를 생산할 수 있는 장점이 있다.
[Fe 환원 반응]
FeO + C → Fe + CO(g)
상기 생석회 슬러지는 생석회 소결 공정에서 발생되는 부산물로, 기존에는 재활용되지 않고 폐기되었으나, 본 발명에서는 이를 재활용하여 환경에 이바지할 수 있는 슬래그 진정재를 제공할 수 있다.
생석회 슬러지는 슬래그 진정재에 포함되어 슬래그의 염기도를 높임으로써 탈인 반응을 유도할 수 있으며, 뿐만 아니라 코크스 슬러지와 반응하여 추가적인 탈황 효과를 얻음으로써 최종적으로 발생되는 슬래그의 품질을 높일 수 있는 장점이 있다.
상기 전로 슬래그는, 취련 종료 후 출강시 배재되는 슬래그로, 철 산화물을 포함하고 있으며, 코크스 슬러지와 함께 사용되는 경우, 코크스 슬러지에 포함된 산소 성분에 의해 산화철 성분이 환원되며 최종 생산되는 슬래그의 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
바람직하게는 코크스 슬러지, 생석회 슬러지 및 전로 슬래그를 모두 포함할 수 있으며, 이 경우, 코크스 슬러지 45~78 중량%, 생석회 슬러지 8~35 중량% 및 전로 슬래그 5~43 중량%를 포함할 수 있다.
특히, 코크스 슬러지의 함량이 45 중량% 미만인 경우에는 슬래그 진정 효과 향상률 및 최종 생산물인 슬래그의 품질 향상 효과가 저하되고, 78 중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 상대적으로 생석회 슬러지의 함량이 적어, 생석회 슬러지에 의한 슬래그 품질 향상 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 상대적으로 전로 슬래그의 함량이 적어지므로 철 환원 반응에 의한 슬래그 내 금속 철 함량 증가 효과를 얻을 수 없으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 전로 슬래그의 함량이 5 중량% 미만인 경우에도 코크스 슬러지와 반응하여 최종 생산물인 슬래그 내의 금속 철 함유량 향상 효과를 얻을 수 없으므로 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하며, 43 중량%를 초과하는 경우에는 슬래그 진정 효과가 저하되므로 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 슬래그 진정재를 구성하는 대부분의 성분은 분말상이기 때문에 이를 소정 크기 이상의 형태로 성형하고 그 형태를 유지시키기 위한 바인더가 포함된다.
상기 바인더는 전체 슬래그 진정재 내에 3~8 중량부로 포함될 수 있다.
바인더의 함량이 3 중량부 미만인 경우에는 슬래그 진정재에 포함되는 분말성 물질들을 서로 결합시키는 접착력이 부족하여 슬래그 진정재의 성형성이 저하되고, 미분이 과도하게 발생하는 문제가 있고, 8 중량부를 초과하는 경우에는 과도한 바인더의 함량에 의해 오히려 슬래그 진정의 슬래그 진정 효과가 저하될 수 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 바인더는 당밀, 전분계 바인더, 벤토나이트, 물유리, 시멘트 및 실리카흄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
바람직하게는 가열시 호화를 통해 점도가 발현되어 입자성 물질의 결합력을 향상시킬 수 있는 전분계 바인더가 사용될 수 있다. 이러한 전분계 바인더로는, 쌀 전분, 옥수수 전분, 감자 전분, 고구마 전분, 밀 전분, 애로루트 전분, 타피오카 전분 중 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
바인더로 전분계 바인더가 사용되는 경우, 더욱 바람직하게는 전분계 바인더와 실리카흄이 함께 사용될 수 있으며, 이 경우 전분계 바인더와 실리카흄은 1 : 0.2~0.4의 중량비로 사용될 수 있다.
미분을 포함하는 입자상의 원료를 사용하여 슬래그 진정재를 성형하고자 할 경우, 호화된 전분계 바인더의 높은 점도에 의해 전분계 바인더와 입자상의 원료들의 혼합이 고르게 이루어지지 않아 슬래그 진정재의 성형성이 저하되고 최종적으로 제조된 슬래그 진정재의 기계적 강도가 감소되는 문제가 있다.
성형성을 높이기 위해 각 원료들을 혼합할 때 물을 추가로 첨가하는 경우에는 오히려 전분계 바인더와 원료 사이의 결합력이 감소하여 슬래그 진정재의 강도가 과도하게 낮아지는 문제가 있다.
전분계 바인더와 실리카흄을 함께 사용하는 경우에는, 각 원료들과 바인더 사이의 결합력은 유지되면서 전분계 바인더의 호화에 의한 점도 증가가 일부 상쇄되어 혼합 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 입자상 원료의 젖음성이 향상되어 슬래그 진정재의 성형성이 증가될 뿐만 아니라, 기계적 강도가 일정하게 유지되어 슬래그 진정재의 활용도가 향상될 수 있다.
따라서, 전분계 바인더와 실리카흄을 함께 사용하는 경우에는 단일 성분으로 이루어진 바인더를 사용하는 경우에 비해 슬래그 진정재의 성형성 및 기계적 강도가 향상되는 효과를 얻을 수 있으므로, 바인더의 함량을 낮춰 경제성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
전분계 바인더와 실리카흄이 함께 사용될 때, 실리카흄이 상기 중량비보다 적게 사용되는 경우에는 점도 저하 효과가 미미하여 혼합력 향상 효과를 얻을 수 없고, 실리카흄의 함량이 상기 중량비를 초과하는 경우에는 점도가 과도하게 감소하여 오히려 슬래그 진정재의 성형성이 저하되는 문제가 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 전로용 슬래그 진정재는 폐 중조 100 중량부에 대하여 CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트 5~10 중량부를 추가로 더 포함할 수 있으며, CDQ 더스트에 포함되어 있는 탄소류 성분으로 인해 상술한 코크스 슬러지에 의한 슬래그 진정 효율 향상, 최종 생산물인 슬래그 내 금속 철의 함량 증가 등의 효과를 추가적으로 더 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시에는 상술한 전로용 슬래그 진정재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 실시예에 따른 전로용 슬래그 진정재 제조 방법은 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 폐 중조 100 중량부에 대하여, 코크스 슬러지, 생석회 슬러지 및 전로 슬래그 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 20~50 중량부 및 바인더 3~8 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 슬래그 진정재를 구성하는 각 성분을 혼합하는 단계로, 폐 중조, 제철 부산물, 바인더를 상술한 중량비에 맞춰 혼합하는 단계이다. 이때 각 성분의 기능 및 함량에 따른 효과는 앞서 본 발명의 일 실시예에 따라 설명한 것과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
이 단계에서 폐 중조 100 중량부에 대해 CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트 5~10 중량부가 함께 혼합될 수 있다.
일 예로, 상기 제1 단계는, 각 원료 성분을 동시에 넣고 혼합하는 단계일 수 있다.
다른 예로, 상기 제1 단계는, 폐 중조 및 전로 슬래그를 먼저 혼합하고 교반하여 균일화시킨 후 여기에 바인더를 넣고 혼합하는 단계일 수 있다. 이 경우, 더욱 바람직하게는, 하기와 같은 다단계 방식으로 혼합이 이루어질 수 있다.
상기 다단계 방식의 혼합은, 폐 중조와 전로 슬래그를 상온에서 혼합하고 교반하여 균일화시키는 1차 혼합 단계, 1차 혼합 단계를 통해 얻어진 혼합물에 바인더를 투입하고 상온에서 교반하는 2차 혼합 단계 및 2차 혼합 단계를 통해 얻어진 혼합물을 80~90℃의 온도 범위로 가열하며 8~15분 동안 교반하는 3차 혼합 단계;를 포함할 수 있다.
이때, CDQ 더스트가 추가로 혼합되는 경우, 1차 혼합 단계에서 혼합될 수 있다.
이와 같이 혼합 단계가 1차, 2차 및 3차의 다단계로 이루어지는 경우에는 입자상의 성분들이 먼저 혼합된 후 바인더에 의한 점도 상승이 이루어지므로, 바인더로 인한 점도 상승에 따른 불균일 혼합이 방지되어 최종적으로 얻어지는 슬래그 진정재의 품질이 균일화되는 장점이 있다.
또한, 바인더로 전분계 바인더가 포함되는 경우, 3차 혼합 단계에서 가열하며 혼합이 이루어짐으로써 전분이 호화되어 점도가 증가하며 각 성분들간의 결합력이 현저히 향상되므로 슬래그 진정재의 물리적 강도가 향상되는 장점이 있다.
이때, 1차 혼합 단계 및 2차 혼합 단계에서 혼합 시간은 혼합을 통해 균일한 혼합물이 형성된다면 특별히 한정되지 않는다.
상기 성형 단계는, 상기 혼합 원료를 가압 성형하여 소정 형상으로 제조하는 단계로, 슬래그 진정재의 적절한 강도 발현을 위해 이때 가압 압력은 320~400 psi 범위일 수 있다.
더욱 바람직하게는 120~170℃의 온도 범위에서 가압이 이루어질 수 있는데, 이 경우 성형된 성형체의 외부 표면의 수분이 제거되며 양생되어 건조 단계 이전까지 성형체의 형태가 손상되거나 부서지지 않고 성형된 형태가 그대로 유지되어 건조 단계나 제조된 슬래그 진정재를 이송하거나 사용할 때 미분 발생량이 저감되므로, 슬래그 진정재에 포함된 성분들의 손실을 최소화할 수 있기 때문이다.
상기 건조 단계는, 성형 단계를 통해 얻어진 성형체를 건조 및 양생하는 단계이다. 건조 및 양생은 온풍 가열을 통해 이루어질 수 있으며, 구체적으로, 40~80℃의 온도 범위에서 16~36시간 동안 온풍이 공급되어 이루어질 수 있다.
이와 같은 조건에서 건조 단계가 진행됨에 따라 슬래그 진정재의 강도가 발현되고, 미립분 생성률이 저하되어, 제강 공정에서 슬래그 진정재가 투입될 때 이송 과정에서 발생하는 미립이 최소화되어 미립에 의한 투입 효율 저하, 제강 효율 저하 등의 문제를 최소화할 수 있다.
한편, 상기 건조 단계 이후, 붕소 화합물 수용액을 스프레이 장치로 분사하는 피막 형성 단계가 더 수행될 수 있다.
이 단계는, 상기 피막 형성 단계는 건조 및 양생된 슬래그 진정재에 피막을 형성하는 단계로, 상기 붕소 화합물 수용액은 붕산(Boric acid), 붕사(Borax) 및 메타붕산(Metaboric acid)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이와 같은 붕소 화합물 피막이 형성됨으로써 표면에서의 미분 형성이 방지되어 슬래그 진정재의 작업성과 이동성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬래그 진정재 또는 본 발명의 다른 실시예의 방법으로 제조된 슬래그 진정재를 이용하여 전로 출강시 전로 내 슬래그를 진정시키는 슬래그 진정 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 본 실시예는, 전로 출강시 슬래그 진정재를 전로 내에 투입하여 슬래그를 진정시키는 슬래그 진정 방법에 관한 것이다.
상기 슬래그 진정재는 전로 내 슬래그 100 중량부에 대하여 1~2.5 중량부로 투입될 수 있으며, 1 중량부 미만으로 투입되는 경우에는 슬래그 진정 효과가 미미하고, 2.5 중량부를 초과하는 경우에는 추가적인 슬래그 진정 효과가 미미할 뿐만 아니라 최종적으로 얻어지는 슬래그의 품질을 저하시키는 문제가 있으므로 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
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.
[실험예 1]
하기 표 1의 배합비에 따라 각 성분을 혼합하고, 128℃의 온도에서 340 psi의 압력으로 가압 성형한 후, 60℃에서 24시간 동안 온풍을 공급하여 건조 및 양생하여 슬래그 진정재를 수득하였다.
이때 각 성분의 혼합은 페중조, 제철 부산물을 상온에서 먼저 혼합하고 10분간 교반한 뒤, 여기에 바인더인 옥수수 전분을 투입하고 동일한 온도에서 5분간 교반한 후 85℃로 승온하여 12분 동안 교반하는 다단 혼합 방식으로 진행되었다.
이후, 각 슬래그 진정재를 이용하여 출강 단계에서 슬래그 1톤 기준 13~15kg의 슬래그 진정재를 투입하고, 각 공정별로 슬래그 진정재에 의한 슬래그 진정 효과를 육안으로 관찰하여 표 1에 기재하였다.
슬래그 진정 효과는 기존에 사용되던 슬래그 진정재인 목재 펠릿의 슬래그 진정 효과를 기준으로 하여, 비교예 1의 슬래그 진정효과보다 우수한 효과가 나타나면 우수한 것으로, 이보다 더 효과가 우수한 경우에는 매우 우수한 것으로 판단하였고, 진정효과가 비교예 1에 비해 낮은 경우에는 불량한 것으로, 더욱 낮은 경우에는 매우 불량한 것으로 판단하였다.
또한, 각 공정별로 동일한 양의 용선, 고철을 사용하였다.
　 폐중조
(중량부)		 제철 부산물(중량부) 바인더
(중량부)		 슬래그
진정 효과
코크스
슬러지		 석회석
슬러지		 전로
슬래그
비교예 1 기존 슬래그 진정재 제품 양호(기준)
실시예 1 100 20 10 10 3 우수
실시예 2 100 30 5 5 5 매우 우수
실시예 3 100 20 5 15 7 양호
상기 표 1의 실험 결과를 살펴보면, 폐중조와 제철 부산물을 함께 사용하는 경우, 기존 슬래그 진정재와 동일하거나 더욱 우수한 슬래그 진정 효과가 나타나는 것으로 확인되었다.특히, 폐중조와 함께 코크스 슬러지의 함량이 높은 제철 부산물을 사용하는 경우 슬래그 진정 효과가 더욱 높게 나타났는데, 이는 코크스 슬러지에 의한 기포 제거 효율이 향상되고, 적절한 강도가 확보되어 반응 효율이 높기 때문에 나타난 결과로 판단된다.
실시예 3의 경우에는 상대적으로 슬래그 진정 효과 상승 폭이 낮은 것으로 나타났는데, 이는 전로 슬래그 사용량이 많고 바인더 함량이 높아 슬래그의 강도 향상에 따른 순간적인 분해 지연에 의해 나타난 결과로 판단된다.
따라서, 본 실험 결과로부터 폐중조와 코크스 슬러지, 석회석 슬러지 및 전로 슬래그를 포함하는 제철 부산물을 포함하는 슬래그 진정재의 진정 효과가 우수한 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 2]
실시예 2의 슬래그 진정재와 동일한 방법으로 슬래그 진정재를 제조하되, 바인더의 종류 및 함량을 하기 표 2와 같이 변화시켜가며 제조한 뒤, 각 슬래그 진정재의 진정 효과 및 슬래그 진정재의 성형률을 측정하여 그 결과를 표 2에 함께 기재하였다.
슬래그 진정 효과는 실험예 1과 동일한 방법으로 측정하였고, 성형률은 하기 수식(1)에 따라 계산되었다.
성형률(%)= (O/P) × 100 수식(1)
(O; 온전한 모양으로 성형된 슬래그 진정재의 중량, P; 성형기에 투입된 혼합 원료의 중량)
　 바인더(중량부) 슬래그 진정 효과 성형률(%)
옥수수 전분 실리카흄
실시예 2 1 - 매우 우수 91.6
실시예 4 1 0.1 매우 우수 91.9
실시예 5 1 0.2 매우 우수 97.7
실시예 6 1 0.3 매우 우수 98.0
실시예 7 1 0.4 우수 97.7
실시예 8 1 0.5 양호 88.4
상기 표 2의 결과를 참조하면, 바인더로 옥수수 전분과 실리카흄이 함께 사용되는 경우, 성형 후 미분 발생량이 현저히 감소하여 슬래그 진정재의 성형성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.그러나, 옥수수 전분에 대한 실리카흄의 함량이 낮은 경우, 이러한 효과가 미미하고, 반대로 옥수수 전분에 대한 실리카흄의 함량이 과도한 경우에는 슬래그 진정 효과 감소 및 성형률 저하 문제가 발생하므로, 바인더로 전분류 바인더와 실리카흄을 함께 사용하는 경우에는 1 : 0.2~0.4의 중량비로 사용되는 것이 바람직함을 알 수 있다.
[실험예 3]
실시예 2와 동일한 조성을 갖도록 슬래그 진정재를 제조하되, 각 성분을 혼합하는 혼합 단계를 실시예 2의 다단 혼합 방식을 이용하지 않고, 각 성분을 동시에 혼합기에 넣고 혼합하여 실시예 9의 슬래그 진정재를 제조한 후, 제조된 각 슬래그 진정재 별로 무작위로 시험편 10개를 선별하여 각각에 대한 압축강도를 측정하고, 평균 압축강도 및 표준편차를 표 3에 기재하였다.
　 평균 압축 강도(kg/cm2) 표준편차
실시예 2 176.5 4.1
실시예 9 165.2 16.3
상기 표 3의 실험 결과를 살펴보면, 실시예 2의 경우 실시예 9보다 평균 압축 강도가 높게 나타났으며 표준편차가 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다. 이는, 슬래그 진정재 제조 단계에서 다단 혼합 방식을 이용하여, 각 성분들이 균일하게 혼합되었기 때문에 나타난 결과로 판단된다.따라서, 본 실험 결과로부터 슬래그 진정재의 균일한 품질 형성을 위해 본 발명의 실시예에 따른 다단 혼합 방식으로 각 성분을 혼합한 뒤 성형 및 건조하는 것이 바람직함을 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 (6)

  1. 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 부산물인 폐 중조 100 중량부에 대하여,
    코크스 슬러지 45~78wt%, 생석회 슬러지 8~35wt% 및 전로 슬래그 5~43wt%를 포함하는 제철 부산물 20~50 중량부; 및 바인더 3~8 중량부;를 포함하고,
    상기 바인더는 전분계 바인더와 실리카흄이 1 : 0.2~0.4의 중량부로 혼합된 것을 특징으로 하는, 전로용 슬래그 진정재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전로용 슬래그 진정재는 CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트 5~10 중량부를 추가로 더 포함하는, 페 중조를 포함하는, 전로용 슬래그 진정재.
  3. 삭제
  4. 소결 배가스의 탈황 공정에서 발생하는 부산물인 폐 중조 100 중량부에 대하여, 코크스 슬러지 45~78wt%, 생석회 슬러지 8~35wt% 및 전로 슬래그 5~43wt%를 포함하는 제철 부산물 20~50 중량부;와 바인더 3~8 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 포함하고,
    상기 바인더는 전분계 바인더와 실리카흄이 1 : 0.2~0.4의 중량부로 혼합된 것을 특징으로 하는, 전로용 슬래그 진정재의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 단계에서, CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트 5~10 중량부를 추가로 혼합하는, 것을 특징으로 하는, 전로용 슬래그 진정재의 제조 방법.
  6. 전로 출강시 슬래그 진정재를 전로 내에 투입하여 슬래그를 진정시키는 슬래그 진정 방법에 있어서,
    상기 슬래그 진정재는, 제1항 또는 제2항의 슬래그 진정재, 혹은 제4항 또는 제5항의 방법으로 제조된 슬래그 진정재이고,
    상기 슬래그 진정재가, 전로 내 슬래그 100 중량부에 대하여 1~2.5 중량부로 투입되는 것을 특징으로 하는, 슬래그 진정 방법.
KR1020210002798A 2021-01-08 2021-01-08 폐 중조를 포함하는 전로용 슬래그 진정재, 이의 제조방법 및 이를 이용한 슬래그 진정 방법 KR102271526B1 (ko)

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