KR102274035B1 - 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법 - Google Patents

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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

본 발명은 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈황 방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈황 방법은 래들 슬래그 및 용강을 포함하는 래들에 형석(CaF2)을 포함하는 형석 플럭스 또는 형석 대체 플럭스를 투입하여 상기 용강으로부터 황을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 형석 대체 플럭스는 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법{DESULFURIZATION METHOD OF MOLTEN STEEL USING FLUORITE REPLACED FLUX}
본 발명은 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈황 방법에 관한 것이다.
다양한 합금철을 원료로 하는 제강 및 정련 공정에서는 원료로부터의 황과 같은 불순원소 혼입이 상대적으로 크므로 정련효율 증대를 위해서는 제강 및 정련 슬래그의 융점을 낮추는 형석을 생석회와 함께 투입한다.
형석은 환경문제를 야기하는 불소를 다량으로 함유하고 있어, 기존 래들 슬래그에 형석을 사용하지 않기 위해 TiO2를 첨가하는 방안이 제안되었다.
그러나, 상기 방안은 용강 내 Al에 의한 TiO2의 환원을 억제하여, 슬래그의 탈황능을 확보하기 위해 Al 함량이 높은 강종을 생산하는 공정에서는 사용할 수 없다는 문제점이 있었다.
또 다른 종래 기술로, 저융점 플럭스인 칼슘 알루미네이트와 탈산제인 SiC를 래들 조업 초기에 투입하여 슬래그의 유동성을 확보한 후 생석회를 추가적으로 투입하는 방안도 제시되었으나, 다량의 플럭스가 투입되어 제조원가의 상승 요인이 되는 문제점이 있었다.
일본 등록특허공보 제3827010호, "형석(fluorite) 무첨가 lf 처리 방법" 일본 등록특허공보 제3950261호, "용강의 2차 정련 방법"
본 발명의 실시예는 산업 부산물의 종류인 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 용강 탈황 시 형석 대체 플럭스로 이용함으로써, 산업 부산물의 순환 활용을 통해 부가 가치 창출을 도모할 수 있는 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈황 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 이용하여 래들 슬래그의 점도 및 융점을 조절함으로써, 용강 내 탈황 속도 및 탈황 효율을 향상시킬 수 있는 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈황 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 이용한 플럭스를 이용하여, 종래의 형석 사용량을 감소시키면서도 종래와 동일한 용강 내 탈황 속도를 가질 수 있는 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈황 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 이용한 플럭스를 이용하여, 종래의 형석 사용량을 감소시키면서도 종래와 동일한 용강 내 탈황 효율을 가질 수 있는 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈황 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법은, 래들 슬래그 및 용강을 포함하는 래들에 형석(CaF2)을 포함하는 형석 플럭스 또는 형석 대체 플럭스를 투입하여 상기 용강으로부터 황을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 형석 대체 플럭스는 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법에 따르면, 상기 형석 대체 플럭스의 함량에 따라 상기 래들 슬래그의 점도 및 융점이 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법에 따르면, 상기 형석 대체 플럭스는 상기 래들 슬래그 전체 중량 대비 5중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법에 따르면, 상기 래들 슬래그의 점도 및 융점은 상기 페로망간 슬래그의 함량에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법에 따르면, 상기 페로망간 슬래그는 상기 래들 슬래그 전체 중량 대비 5중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법에 따르면, 상기 래들 슬래그의 점도 및 융점은 상기 레드머드의 함량에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법에 따르면, 상기 레드머드는 상기 레드머드 전체 중량 대비 10중량% 내지 30중량%의 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법에 따르면, 상기 레드머드는 상기 래들 슬래그 전체 중량 대비 5중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법에 따르면, 상기 래들에 포함된 용강을 1,500℃ 내지 1,600℃까지 승온시킨 후 상기 형석 대체 플럭스가 상기 승온된 용강에 투입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법에 따르면, 상기 용강의 탈황 전 황의 농도 대비 상기 용강 내 황의 농도 변화량이 88% 내지 93%일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 산업 부산물의 종류인 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 용강 탈황 시 플럭스로 이용함으로써, 산업 부산물의 순환 활용을 통해 부가 가치 창출을 도모할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 이용하여 래들 슬래그의 점도 및 융점을 조절함으로써, 용강 내 탈황 속도 및 탈황 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 이용한 플럭스를 이용하여, 종래의 형석 사용량을 감소시키면서도 종래와 동일한 용강 내 탈황 속도를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 이용한 플럭스를 이용하여, 종래의 형석 사용량을 감소시키면서도 종래와 동일한 용강 내 탈황 효율을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스의 첨가량에 따른 래들 내 슬래그의 점도를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스의 첨가량에 따른 래들 슬래그의 융점을 도시한 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 페로망간 슬래그를 이용한 용강의 탈황 효율을 도시한 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 레드머드를 이용한 용강의 탈황 효율을 도시한 그래프이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
종래에는 제련 시 형석을 포함하는 플럭스만을 사용하여 용강 내 황을 제거하였다.
형석은 용강 내 황을 제거하는 효율적인 물질이나, 불소를 다량으로 함유하고 있어 환경문제를 야기한다는 문제점이 있었다.
따라서, 형석의 사용량을 줄이면서도 용강 내 황을 동일한 효율로 제거할 수 있는 대체 플럭스의 필요성이 대두되었으며, 이러한 필요성에 따라 본 발명은 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 포함하는 형석 대체 플럭스를 이용하여 용강 내 황을 제거할 수 있다.
이하, 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법은 래들 슬래그 및 용강을 포함하는 래들에 형석(CaF2)을 포함하는 형석 플럭스 또는 형석 대체 플럭스를 투입하여 상기 용강으로부터 황을 제거하는 단계(S110)를 포함한다.
상기 래들 슬래그는 형석을 포함할 수 있으며, 실시예에 따라서 상기 래들 슬래그의 전체 중량 대비 10중량% 이하의 형석을 포함할 수 있다.
상기 '형석 플럭스'는 종래 용강의 탈황 시 사용하였던 형석(CaF2)을 포함하는 플럭스를 의미한다.
상기 '형석 대체 플럭스'는 상기 형석 플럭스를 대체하는 것으로, 형석을 포함하는 형석 플럭스의 종래 사용량보다 적은 양을 사용하면서도 동일한 용강 내 탈황 효율을 얻을 수 있다.
이때, 상기 형석 대체 플럭스는 형석을 포함하지 않으면서 용강 내 황을 제거할 수 있는 물질로, 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 형석 대체 플럭스는 상기 래들에 포함된 용강 내에 투입될 시 상기 형석 플럭스와 함께 투입되거나, 상기 형석 대체 플럭스만 상기 래들에 포함된 용강 내에 투입될 수 있다.
구체적으로, 상기 형석 플럭스가 상기 형석 대체 플럭스와 함께 용강 내에 투입될 경우, 상기 형석 플럭스와 상기 형석 대체 플럭스는 90:10 내지 95:5의 중량 비율로 투입될 수 있다.
상기 형석 플럭스 대비 상기 형석 대체 플럭스의 중량비가 90:10을 초과하는 경우 탈황 효율이 저하될 수 있다.
상기 용강 내 형석 대체 플럭스의 함량에 따라 상기 래들 슬래그의 점도 및 융점이 조절될 수 있는데, 구체적으로 상기 형석 대체 플럭스의 함량이 증가할수록 상기 래들 슬래그의 점도 및 융점이 감소할 수 있다.
구체적으로, 상기 형석 대체 플럭스는 상기 래들 슬래그 전체 중량 대비 5중량% 내지 10중량%로 상기 용강 내에 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스는 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 포함할 수 있다.
상기 페로망간 슬래그는 페로망간을 제조하는 공정에서 생성되는 산업 부산물로, 다량의 망간이 산화되기 때문에 다량의 산화망간(MnO)을 함유하고 있다.
상기 래들에 포함된 용강 내에 형석 대체 플럭스인 페로망간 슬래그를 첨가하면 상기 래들 슬래그의 점도 및 융점을 감소시켜 용강 내 황을 제거할 수 있다.
형석을 포함하는 일반적인 래들 슬래그는 액상과 고상을 모두 가지는 슬래그로, 고상 슬래그는 탈황 반응에 참여하지 않아 액상 슬래그-용강에 비해 탈황 반응 속도가 매우 느리다.
상기 형석 대체 플럭스는 용강에 투입되어 래들 슬래그의 융점을 감소시킬 수 있으며, 실제 조업 온도에서 액상 슬래그의 확보가 유리해 지기 때문에 탈황 반응 속도가 향상되고 탈황 효율이 증가할 수 있다.
또한, 황의 물질이동계수는 래들 슬래그의 점도에 반비례하므로 래들 슬래그의 점도가 감소할수록 래들 슬래그 내 황의 이동속도가 빨라진다.
따라서, 상기 형석 대체 플럭스는 래들 슬래그의 점도를 감소시키고 용강 내 황의 물질 이동 속도를 증가시켜 탈황 속도를 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 형석 대체 플럭스가 페로망간 슬래그인 경우 상기 용강 내 페로망간 슬래그의 함량에 따라 상기 래들 슬래그의 점도 및 융점이 조절될 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 용강 내 상기 페로망간 슬래그의 함량이 증가할수록 상기 래들 슬래그의 점도 및 융점이 감소할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 페로망간 슬래그는 상기 래들 슬래그 전체 중량 대비 5중량% 내지 10중량%로 상기 용강에 포함될 수 있다.
상기 레드머드는 알루미늄 제련 공정에서 보크사이트로부터 알루미나를 채취하는 공정에서 발생되는 부산물로서, 강한 염기성 슬러지 상태로 존재할 수 있다.
상기 레드머드는 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 실리카(SiO2)를 주로 포함하고, 산화나트륨(Na2O)을 일부 포함하고 있어 상기 래들 슬래그의 융점 저감과 용강의 탈황 속도 향상에 기인할 수 있다.
구체적으로, 상기 레드머드는 상기 레드머드 전체 중량 대비 10중량% 내지 30중량%의 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라서, 상기 레드머드는 상기 래들 슬래그 전체 중량 대비 5중량% 내지 10중량%로 상기 용강에 포함될 수 있다.
이하, 상기 용강 내에 형석 대체 플럭스를 투입하는 경우는 형석 플럭스 및 형석 대체 플럭스를 모두 투입하는 경우도 포함하는 것으로 이해한다.
상기 형석 대체 플럭스는 용강의 표면에 투입되어 용강 내 황을 제거할 수 있다.
구체적으로, 철광석이 고로 및 전로를 지나 래들 퍼니스에 도달하기 전의 용강의 표면에 상기 형석 대체 플럭스를 투입할 수 있다.
상기 형석 대체 플럭스는 상기 용강에 포함된 황을 흡수하여 상기 용강으로부터 황을 제거할 수 있다.
구체적으로, 용강은 상층부와 하층부로 나뉠 수 있는데, 하층부에는 철(Fe), 규소(Si), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 산소(O), 황(S) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 상기 용강의 상층부(즉, 표면)에 상기 형석 대체 플럭스가 투입되면, 상기 형석 대체 플럭스의 염기성에 의해 상기 용강의 하층부에 존재하는 황이 산화되어 황 이온(S2-) 형태로 상기 용강의 상층부에 존재하게 되어 용강 내 황을 제거할 수 있으며, 상기 용강 내 탈황 반응은 아래의 화학식 1로 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
[S]+(O2-) ↔ [O]+(S2-)
따라서, 용강 내 상기 형석 대체 플럭스의 함량에 따라 용강 내 황이 제거되는 속도 및 양이 달라질 수 있다.
상기 래들에 포함된 용강은 1,500℃내지 1,600℃까지 승온된 후 상기 형석 대체 플럭스가 상기 승온된 용강에 투입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법은 상기 형석 대체 플럭스를 이용함으로써 탈황 초기에 빠른 속도로 용강 내 황을 제거할 수 있다.
상기 화학식 1에 따른 탈황 반응식을 이용하여 탈황 속도식을 표현하면 아래의 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure 112020007811058-pat00001
이때, 상기 Ct는 용강의 탈황 후 황의 농도, C0는 용강의 탈황 전 황의 초기 농도, kapp는 겉보기 속도상수, t는 용강의 탈황 시간을 의미한다.
구체적으로, C0은 상기 래들 내에 상기 형석 대체 플럭스를 투입하기 전 용강 내 황의 농도를 의미하고, Ct는 상기 래들 내에 상기 형석 대체 플럭스를 투입한 시점으로부터 시간 t가 흘렀을 때 용강 내 황의 농도를 의미하며, t는 상기 래들 내에 상기 형석 대체 플럭스를 투입한 시점으로부터 경과된 시간을 의미한다.
상기 수학식 1을 통해 산출된 겉보기 속도상수 값이 크면 클수록 상기 용강 내 탈황 속도가 빠른 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법은 0.0035/sec 내지 0.0048/sec의 겉보기 속도상수를 가지면서 용강 내 황을 제거할 수 있다
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법은 용강의 탈황 전 황의 농도 대비 용강의 황의 농도 변화량을 통해, 상기 형석 대체 플럭스를 이용할 시 우수한 탈황 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
상기 탈황 효율은 용강의 탈황 전 황의 농도 대비 용강의 황의 농도 변화량을 의미하는 것으로서, 이때 용강의 황의 농도 변화량은 상기 래들에 상기 형석 대체 플럭스를 투입한 시점으로부터 10분 후 황의 농도와 상기 형석 대체 플럭스 플럭스를 투입하기 전 용강 내 황의 농도 차이이다.
상기 탈황 효율은 아래의 수학식 2로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020007811058-pat00002
이때, 상기 [%S]초기는 상기 래들에 상기 형석 대체 플럭스를 투입하기 전 용강 내 황의 초기 농도를 의미하고, [%S]10분은 상기 래들에 상기 형석 대체 플럭스를 투입한 시점으로부터 10분 후 탈황 공정이 수행되어 평형 상태에 도달한 용강 내 황의 농도를 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법은 88% 내지 93%의 탈황 효율을 가지도록 용강 내 황을 제거할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 탈황 방법의 효과를 입증하기 위하여 실시예 및 특성 평가를 통해 그 효과를 입증하였다.
[실시예 1-1]
용강의 성분은 Fe, Mn(0.89질량%), Si(0.26질량%), C(0.26질량%), Al(0.03질량%), S(0.05질량%)으로 600g을 사용하였으며, 래들 슬래그는 60g을 사용하였다.
용강 내에 래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 7중량%와 페로망간 슬래그 10중량%를 투입하였다.
실제 조업과 유사한 환경을 위하여 내화재로 MgO 도가니를 사용하였으며, Ar-3%H2 gas를 불어주었다.
용강을 1,550℃까지 승온시킨 후, 용융 상태의 용강 표면 위로 석영관을 통해 페로망간 슬래그를 빠르게 투입하여 용강 내 황을 제거하였다.
[실시예 1-2]
래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 3중량%와 상기 페로망간 슬래그 5중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[실시예 1-3]
래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 3중량%와 페로망간 슬래그 10중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[실시예 2-1]
페로망간 슬래그 대신 레드머드를 래들 슬래그 전체 중량 대비 10중량%로 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[실시예 2-2]
래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 3중량%와 페로망간 슬래그 대신 레드머드 5중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[실시예 2-3]
래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 3중량%와 페로망간 슬래그 대신 레드머드 10중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[실시예 2-4]
CaF2 플럭스를 투입하지 않고, 래들 슬래그 전체 중량 대비 상기 페로망간 슬래그 대신 레드머드 5중량%만 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[실시예 2-5]
CaF2 플럭스를 투입하지 않고, 래들 슬래그 전체 중량 대비 상기 페로망간 슬래그 대신 레드머드 10중량%만 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[대조예 1]
래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 10중량%를 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[대조예 2]
래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 7중량%를 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[대조예 3]
래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 5중량%를 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[대조예 4]
용강 내 플럭스를 투입하지 않은 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[대조예 5-1]
래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 7중량%와 페로망간 슬래그 20중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[대조예 5-2]
래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 7중량%와 페로망간 슬래그 대신 레드머드 30중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[대조예 6-1]
래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 3중량%와 페로망간 슬래그 대신 레드머드 20중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
[대조예 6-2]
래들 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 3중량%와 페로망간 슬래그 대신 레드머드 30중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 황을 제거하였다.
용강에 투입된 상기 대조예의 래들 슬래그와 플럭스의 조성을 요약하면 아래의 표 1과 같으며, 상기 실시예에서 사용한 형석 대체 플럭스의 종류에 따른 래들 슬래그 및 형석 대체 플럭스의 조성을 요약하면 아래의 표 2와 같다.
[표 1]
Figure 112020007811058-pat00003
[표 2]
Figure 112020007811058-pat00004
이하, 상기 실시예 및 대조예의 용강의 탈황 방법에 대한 특성 평가를 하면 아래와 같다.
특성 평가
상기 실시예 및 대조예의 탈황 효율을 요약하면 아래의 표 3과 같다.
[표 3]
Figure 112020007811058-pat00005
상기 표 3에서 '용강 내 평형 S 농도'는 용강에 플럭스를 투입하기 전 평형 상태에서의 황의 농도를 의미하며, '10분 후 탈황률'은 용강에 플럭스를 투입한 직후로부터 10분이 지난 후 용강 내 탈황률을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스의 첨가량에 따른 래들 내 슬래그의 점도를 도시한 그래프이다.
이때, 도 2에 기재된 R.M은 레드머드를 의미하며, F.M은 페로망간 슬래그를 의미한다.
도 2를 참조하면, 레드머드 또는 페로망간 슬래그를 포함하는 형석 대체 플럭스의 용강 내 투입되는 첨가량이 증가할수록 래들 슬래그의 점도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스의 첨가량에 따른 래들 슬래그의 융점을 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 레드머드 또는 페로망간 슬래그를 포함하는 형석 대체 플럭스의 용강 내 투입되는 첨가량이 증가할수록 래들 슬래그의 융점 역시 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 페로망간 슬래그를 이용한 용강의 탈황 효율을 도시한 그래프이다.
이때, 도 4a 및 도 4b에 기재된 F.M은 페로망간 슬래그를 의미한다.
먼저 도 4a를 참조하면, 형석 플럭스와 형석 대체 플럭스를 모두 사용한 상기 실시예 1-1의 탈황 효율은 형석 플럭스만 사용한 상기 대조예 1 및 대조예 2의 탈황 효율과 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.
반면, 형석 대체 플럭스를 20% 및 30%를 포함하는 상기 대조예 5-1 및 대조예 5-2의 경우에는 탈황 10분까지 황이 제거되는 속도가 상기 실시예 1-1에 비해 느린 것을 확인할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 형석 플럭스와 형석 대체 플럭스를 모두 사용한 상기 실시예 1-2 및 실시예 1-3의 탈황 효율은 형석 플럭스만 사용한 상기 대조예 1 및 대조예 3의 탈황 효율과 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 레드머드를 이용한 용강의 탈황 효율을 도시한 그래프이다.
이때, 도 5a 내지 도 5c에 기재된 R.M은 red mud의 약자로 레드머드를 의미한다.
먼저 도 5a를 참조하면, 형석 플럭스와 형석 대체 플럭스를 모두 사용한 상기 실시예 2-1의 탈황 효율은 형석 플럭스만 사용한 상기 대조예 1 및 대조예 2의 탈황 효율과 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.
반면, 형석 대체 플럭스인 레드머드를 20% 및 30%를 포함하는 상기 대조예 6-1 및 대조예 6-2의 경우에는 탈황 10분까지 황이 제거되는 속도가 상기 실시예 2-1에 비해 느린 것을 확인할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 형석 플럭스와 형석 대체 플럭스를 모두 사용한 상기 실시예 2-2 및 실시예 2-3의 탈황 효율은 형석 플럭스만 사용한 상기 대조예 1 및 대조예 3의 탈황 효율과 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 형석 플럭스와 형석 대체 플럭스를 모두 사용한 상기 실시예 2-4 및 실시예 2-5의 탈황 효율은 형석 플럭스만 사용한 상기 대조예 1 및 대조예 4의 탈황 효율과 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스는 래들 슬래그의 전체 중량 대비 5중량% 내지 10중량%로 첨가되어, 종래에 비해 형석 사용량이 감소하여도 용강 내 탈황 속도 및 탈황 효율을 유지할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 래들 슬래그 및 용강을 포함하는 래들에 형석(CaF2)을 포함하는 형석 플럭스 및 형석 대체 플럭스를 투입하여 상기 용강으로부터 황을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 형석 대체 플럭스는 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 포함하며,
    상기 형석 플럭스는 상기 래들 슬래그 전체 중량 대비 3중량% 내지 10중량%로 투입되고,
    상기 형석 대체 플럭스는 상기 래들 슬래그 전체 중량 대비 5중량% 내지 10중량%로 투입되는 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형석 대체 플럭스의 함량에 따라 상기 래들 슬래그의 점도 및 융점이 조절되는 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 래들 슬래그의 점도 및 융점은 상기 페로망간 슬래그의 함량에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 래들 슬래그의 점도 및 융점은 상기 레드머드의 함량에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 레드머드는 상기 레드머드 전체 중량 대비 10중량% 내지 30중량%의 알루미나(Al2O3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 래들에 포함된 용강을 1,500℃ 내지 1,600℃까지 승온시킨 후 상기 형석 대체 플럭스가 상기 승온된 용강에 투입되는 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 용강의 탈황 전 황의 농도 대비 상기 용강 내 황의 농도 변화량이 88% 내지 93%인 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈황 방법.
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일본 등록특허공보 제3827010호, "형석(fluorite) 무첨가 lf 처리 방법"

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