KR102306414B1 - 고효율 열원 보상 기능을 갖는 다기능 전로용 함철 단광 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 밀스케일(Mill scale)과 제강 슬러지 중 어느 하나 이상을 포함하는 함철 부산물 55~80 중량%, 생석회 슬러지 8~22 중량%, 열원 보상재 5~20 중량% 및 바인더 3~12 중량%를 포함하는, 고효율 열원 보상용 다기능 함철 단광 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 고효율의 열원 보상 기능이 부가되어, 이를 이용한 취련 공정시 용선 사용 조건에 구애 받지 않고 안정적인 공정 운영이 가능하며, 제철 부산물을 효율적으로 재사용할 수 있어 친환경적일 뿐만 아니라 경제적인 장점이 있다.

Description

고효율 열원 보상 기능을 갖는 다기능 전로용 함철 단광 및 이의 제조 방법{Multi-purpose Fe-containing briquette including high efficiency of heat compensation function and manufacturing method thereof}

본 발명은 고효율 열원 보상 기능을 갖는 다기능 전로용 함철 단광 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소의 제강 공장에서 철의 공급원으로 사용하는 함철 단광에 고효율의 열원 보상 기능을 부가하여 이를 이용한 취련 공정시 용선 사용 조건에 구애 받지 않고 안정적인 공정 운영이 가능하고, 제철 부산물을 효율적으로 재사용할 수 있으며, 수익성을 향상시킬 수 있는 함철 단광 및 이의 제조 방법에 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 대규모의 철강 제조공정에서는 슬래그, 더스트 등 제철 부산물이 대량으로 발생하고 있으며, 그 발생량은 조강 생산량의 약 50%에 달하고 있는 실정이다.

이러한 제철 부산물에는 Fe, C, CaO 등의 유용 성분이 포함되어 있어, 이들의 활용 방안에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.

한편, 고로나 파이넥스(FINEX)에서 설비 장애나 기타 원인 등으로 인해 생산 계획 대비 생산되는 용선량이 부족하거나, 용선 온도가 현저히 낮을 경우에는 전로에서 충분히 원하는 만큼의 함철 단광을 사용할 수 없는 문제가 있다.

특히, 종래의 함철 단광은 열원 보상 기능이 충분하지 않고, 오히려 용선 온도를 낮추는 문제가 있으므로, 고효율의 열원 보상 기능이 추가되어 용선 온도를 낮추지 않고도 함철 단광을 사용할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.

등록특허 제10-0749023호(2007.08.07 등록)

본 발명에서는 제철소의 제강 공장에서 철의 공급원으로 사용하는 함철 단광에 고효율의 열원 보상 기능을 부가하여 이를 이용한 취련 공정시 용선 사용 조건에 구애 받지 않고 안정적인 공정 운영이 가능하고, 제철 부산물을 효율적으로 재사용할 수 있으며, 수익성을 향상시킬 수 있는 함철 단광 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 밀스케일(Mill scale)과 제강 슬러지 중 어느 하나 이상을 포함하는 함철 부산물 55~80 중량%, 생석회 슬러지 8~22 중량%, 열원 보상재 5~20 중량% 및 바인더 3~12 중량%를 포함하는, 고효율 열원 보상용 다기능 함철 단광에 관한 것이다.

상기 바인더는 당밀, 전분계 바인더, 벤토나이트, 물유리, 시멘트 및 실리카흄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.

상기 열원 보상재는 탄화규소(SiC)를 포함할 수 있다.

상기 열원 보상재는 탄소를 함유하는 제철 부산물을 더 포함할 수 있다.

상기 탄소를 함유하는 제철 부산물은 고로 주상 집진기 슬러지, 고로 수처리 슬러지, CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트, 코크스 슬러지, 고로 사이클론 더스트 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 고효율 열원 보상용 다기능 함철 단광의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 밀스케일(Mill scale)과 제강 슬러지 중 어느 하나 이상을 포함하는 함철 부산물 55~80 중량%, 생석회 슬러지 8~22 중량%, 열원 보상재 5~20 중량% 및 바인더 3~12 중량%를 혼합하여 단광 혼합물을 제조하는 혼합 단계; 상기 단광 혼합물을 가압 성형하여 단광체를 제조하는 성형 단계; 및 상기 단광체를 건조 및 양생하는 건조 단계;를 포함한다.

본 발명의 함철 단광에는 고효율의 열원 보상 기능이 부가되어, 이를 이용한 취련 공정시 용선 사용 조건에 구애 받지 않고 안정적인 공정 운영이 가능하고, 제철 부산물을 효율적으로 재사용할 수 있으며, 수익성을 향상시킬 수 있는 장점이 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 제철 공정의 하나인 취련 공정에서 사용될 수 있는 고효율 열원 보상 기능을 갖는 다기능 전로용 함철 단광 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

구체적으로, 철강 제조 과정에서 발생되는 각종 부산물들을 함철 단광의 원료로 사용하여, 용선에 함유된 탄소(C), 규소(Si), 인(P)과 같은 불순물을 보다 효과적으로 제거할 수 있도록 하며, 각종 부산물을 원료로 재사용하여 부산물 적재에 요구되는 비용이나 처리 비용 등을 절감할 수 있어 친환경적이고 경제적인 장점이 있다.

뿐만 아니라 열원 보상 기능을 갖는 열원 보상재를 첨가함으로써 취련 공정에서 함철 단광 사용에 의한 용선의 온도 저하를 보상하여 용선 온도를 일정하게 유지시키거나 상승시킴으로써 용선 사용 조건에 구애 받지 않고 안정적인 공정 운영을 가능하게 할 수 있다.

본 발명의 고효율 열원 보상 기능을 갖는 함철 단광은 밀스케일(Mill scale)과 제강 슬러지 중 어느 하나 이상을 포함하는 함철 부산물 55~80 중량%, 생석회 슬러지 8~22 중량%, 열원 보상재 5~20 중량% 및 바인더 3~12 중량%를 포함한다.

상기 함철 부산물은 밀스케일(Mill scale) 및 제강 슬러지 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 제강 부산물로, 철을 포함하고 있어 취련 공정에서 철원을 공급하는 기능을 수행한다. 이러한 함철 부산물로 제강 공정에서 발생하는 부산물을 사용함으로써 제강 부산물 처리 비용을 절감하여 환경에 기여할 수 있다.

이러한 함철 부산물은 전체 함철 단광 내에 55~80 중량%로 포함될 수 있다. 함철 부산물의 함량이 55 중량% 미만인 경우에는 함철 단광의 철 함량이 미미하여 함철 단광 사용으로 인한 철원 공급 효율이 충분하지 않고, 오히려 함철 단광에 의해 취련 공정에서의 효율이 저하될 수 있으며 다른 성분들의 함량이 상대적으로 높아져 함철 단광이 불순물과 같이 작용하여 용선 상태가 불안정해지는 문제가 발생할 수 있다.

반면, 함철 부산물의 함량이 80 중량%를 초과하는 경우에는 취련 공정이 이루어지는 전로의 온도가 과도하게 낮아지므로, 열원 보상재에 의한 열원 보상 기능에도 불구하고 전로의 온도가 충분히 높게 유지되지 않으므로, 취련 공정에서의 탈인, 탈황 효율이 저하되는 문제가 있고, 이에 따라 결과적으로 최종적으로 제조되는 강의 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 함철 부산물은 전체 함철 단광 내에 55~80 중량%로 포함되는 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.

상기 제강 슬러지는 제철 공정에서 발생하는 철 성분을 포함한 슬러지로, 상술한 효과를 보다 향상시키기 위해 철(Fe) 함유량이 40 wt% 이상인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 본 발명에 사용되는 함철 부산물로 밀스케일 및 제강 슬러지를 모두 사용할 수 있으며, 이로 인해 철원(Fe source) 공급원의 역할을 하면서 기존의 철원인 고철을 대신함에 따라 원가절감이 가능하다. 뿐만 아니라, 수분 함유로 인해 재활용이 곤란하였던 제강 슬러지를 재활용함으로써 환경에 이바지하고 경제적으로 유리한 장점이 있다.

이 경우, 밀스케일과 제강 슬러지는 1: 0.5~1.0 중량부의 중량비를 갖도록 함께 사용될 수 있으며, 제강 슬러지의 함량이 상기 비율 미만으로 과도하게 적은 경우에는 함철 단광을 구성하는 각 성분을 혼합할 때의 혼합력 저하, 바인더의 접착 성능 저하 등의 문제가 발생하고, 제강 슬러지의 함량이 상기 비율을 초과하도록 포함되는 경우에는 탈황 효율이 저하되므로 밀스케일과 제강 슬러지를 상술한 중량비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 생석회 슬러지는 생석회 소결 공정에서 발생되는 부산물로, 기존에는 재활용되지 않고 폐기되었으나, 본 발명에서는 이를 재활용하여 함철 단광을 제조한다.

생석회 슬러지는 함철 단광에 포함되어 취련 단계에서 용선의 염기도를 높임으로써 탈인 반응을 유도할 수 있다. 따라서 취련 단계에서 인 제거 효율이 향상되는 효과가 얻어진다.

상기 생석회 슬러지는 전체 함철 단광 내에 8~22 중량%로 포함될 수 있으며, 8 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 상술한 인 제거 효율 향상 효과를 얻기 곤란하고, 22 중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 상대적으로 다른 성분들의 함량이 저하되어 철 공급 효율 감소, 용선 온도 상승 효과 감소, 함철 단광의 강도 저하, 탈인 및 탈질율 저하 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.

상기 열원 보상재는 열을 발생시킴으로써, 함철 단광을 취련 공정에 사용하는 경우 발생하는 용선 온도 감소를 상쇄하는 기능을 수행한다. 따라서 용선 온도 감소에 의한 탈인, 탈질 효율 감소를 방지하고, 용선의 온도를 일정하게 유지시킴으로써 취련 공정을 통해 균일한 품질의 강이 제조될 수 있는 장점이 있다.

이러한 열원 보상재는 함철 단광 내에 5~20 중량%로 포함될 수 있으며, 5 중량% 미만으로 포함되는 경우에는 온도 보상 효과가 미미하고, 20 중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 추가적인 온도 상승 효과 대비하여 철원 공급 효율이 떨어지고, 바인더에 의한 결합력을 저하시켜 함철 단광의 기계적 강도가 저하되는 문제가 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.

상기 열원 보상재로는 탄화규소(SiC)가 사용될 수 있으며, 탄화규소는 탄소계 열원 보상재보다 사용량 대비 승온 효과가 현저히 높기 때문에 적은 양으로도 함철 단광에 고효율의 열원 보상 기능을 부여할 수 있는 장점이 있다.

탄화규소는 단독으로 사용될 수도 있으며, 필요에 따라 탄소를 함유하는 제철 부산물이 추가로 더 포함되어 탄화규소와 함께 사용될 수도 있다.

이러한 탄소를 함유하는 제철 부산물로는 고로 주상 집진기 슬러지, 고로 수처리 슬러지, CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트, 코크스 슬러지, 고로 사이클론 더스트 중 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.

이 경우, 탄화규소와 탄소를 함유하는 제철 부산물의 함량비는 특별히 제한되지 않으며, 취련 공정시 용선량, 함철 단광 사용량에 따라 변화될 수 있다.

한편, 본 발명의 함철 단광을 구성하는 대부분의 성분은 분말상이기 때문에 이를 소정 크기 이상의 형태로 성형하고 그 형태를 유지시키기 위한 바인더가 포함된다.

상기 바인더는 전체 함철 단광 내에 3~12 중량%로 포함될 수 있다.

바인더의 함량이 3 중량% 미만인 경우에는 함철 단광에 포함되는 분말성 물질들을 서로 결합시키는 접착력이 부족하여 함철 단광의 성형성이 저하되고, 미분이 과도하게 발생하는 문제가 있고, 12 중량%를 초과하는 경우에는 과도한 바인더의 함량에 의해 오히려 함철 단광으로 인한 탈황, 탈인 효율이 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 : 0.1~0.5의 중량비로 사용될 수 있다.

미분을 포함하는 입자상의 원료를 사용하여 단광을 성형하고자 할 경우, 호화된 전분계 바인더의 높은 점도에 의해 전분계 바인더와 입자상의 원료들의 혼합이 고르게 이루어지지 않아 단광의 성형성이 저하되고 최종적으로 제조된 단광의 기계적 강도가 감소되는 문제가 있다.

성형성을 높이기 위해 각 원료들을 혼합할 때 물을 추가로 첨가하는 경우에는 오히려 전분계 바인더와 원료 사이의 결합력이 감소하여 단광의 강도가 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 단광의 성형성이 증가될 뿐만 아니라, 단광의 기계적 강도가 일정하게 유지되어 고함철 단광의 활용도가 향상될 수 있다.

따라서, 전분계 바인더와 실리카흄을 함께 사용하는 경우에는 단일 성분으로 이루어진 바인더를 사용하는 경우에 비해 단광의 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 단광의 성형성이 저하되는 문제가 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 실시예는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 열원 보상용 다기능 함철 단광을 제조하는 방법에 관한 것이다.

먼저, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 열원 보상용 다기능 함철 단광의 제조 방법은, 밀스케일(Mill scale)과 제강 슬러지 중 어느 하나 이상을 포함하는 함철 부산물 55~80 중량%, 생석회 슬러지 8~22 중량%, 열원 보상재 5~20 중량% 및 바인더 3~12 중량%를 혼합하여 단광 혼합물을 제조하는 혼합 단계; 상기 단광 혼합물을 가압 성형하여 단광체를 제조하는 성형 단계; 및 상기 단광체를 건조 및 양생하는 건조 단계;를 포함한다.

상기 혼합 단계는 밀스케일(Mill scale)과 제강 슬러지 중 어느 하나 이상을 포함하는 함철 부산물 55~80 중량%, 생석회 슬러지 8~22 중량%, 열원 보상재 5~20 중량% 및 바인더 3~12 중량%를 혼합하여 단광 혼합물을 제조하는 단계로, 혼합 단계에서 혼합되는 성분과 그 함량에 관하여 앞서 본 발명의 일 실시예에서 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.

일 예로, 상기 혼합 단계는, 함철 부산물, 생석회 슬러지, 열원 보상재 및 바인더를 동시에 넣고 혼합하는 단계일 수 있다.

다른 예로, 상기 혼합 단계는, 함철 부산물, 생석회 슬러지 및 열원 보상재를 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, 함철 부산물, 생석회 슬러지 및 열원 보상재를 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.

이와 같이 혼합 단계가 1차, 2차 및 3차의 다단계로 이루어지는 경우에는 다른 성분들이 먼저 혼합된 후 바인더에 의한 점도 상승이 이루어지므로, 바인더로 인한 점도 상승에 따른 불균일 혼합이 방지될 수 있으므로, 최종적으로 얻어지는 개별 함철 단광의 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 함철 단광의 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 단광 혼합물을 가압 성형하여 소정 형상으로 제조하는 단계로, 함철 단광의 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 단광체의 외부 표면의 수분이 제거되며 양생되어 건조 단계 이전까지 단광체의 형태가 손상되거나 부서지지 않고 성형된 형태가 그대로 유지되어 건조 단계나 제조된 단광을 이송하거나 사용할 때 미분 발생량이 저감되므로, 단광에 포함된 성분들의 손실을 최소화할 수 있기 때문이다.

상기 건조 단계는, 성형 단계를 통해 얻어진 단광체를 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 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, 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 함철 단광에 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 함철 단광의 작업성과 이동성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예는 앞서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 고효율 열원 보상용 다기능 함철 단광을 이용한 전로 취련 공법에 관한 것이다.

구체적으로, 함철 단광과 고철 및 용선을 전로에 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 혼합물에 생석회를 투입한 후 취련하는 2차 취련 단계;를 포함한다.

상기 장입 단계는 전로에 함철 단광, 고철 및 용선을 장입하는 단계로 여기서 장입되는 함철 단광은 앞서 본 발명의 일 실시예에서 설명된 고효율 열원 보상용 다기능 함철 단광 또는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 함철 단광일 수 있다.

장입 단계에서 함철 단광은 고철 및 용선과 함께 장입되거나, 고철 및 용선이 장입된 이후에 장입될 수 있다. 특히, 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 단계이다.

2차 취련 단계에서 바람직하게는 생석회가 함께 투입되어 취련이 이루어지는 것이 바람직한데, 이와 같이 2차 취련 단계에서 생석회가 추가로 투입되는 경우 전로 내 혼합물의 염기도가 상승하여 추가적인 탈린이 진행되어 생성되는 철강의 순도와 품질을 더욱 높일 수 있기 때문이다.

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]

먼저, 하기 표 1의 배합비에 따라 밀스케일과 제강 슬러지를 1 : 0.6의 중량비로 포함하는 함철 부산물, 생석회 슬러지, 열원 보상재를 상온에서 혼합하고 10분간 교반한 뒤, 여기에 바인더인 옥수수 전분을 혼합하고 동일한 온도에서 5분간 교반한 후 82℃로 승온하여 12분 동안 교반하여 단광 혼합물을 제조였다.

다음으로, 상기 단광 혼합물을 128℃의 온도에서 340 psi의 압력으로 가압 성형한 후, 60℃에서 24시간 동안 온풍을 공급하여 건조 및 양생함으로써 함철 단광을 수득하였다. 이때 수득된 함철 단광을 촬영하여 도 4에 도시하였다.

(중량%)	함철 부산물	생석회 슬러지	열원 보상재		바인더
			SiC	코크스 슬러지
비교예 1	79.5	16.7	-	-	3.8
비교예 2	76.0	14.5	-	6.1	3.4
실시예 1	76.2	14.3	6.2	-	3.3
실시예 2	76.5	14.3	4.4	1.6	3.2

[실험예 1]

상기 제조 예에서 제조된 각 함철 단광을 이용하여 본 발명의 실시예에 따라 취련 공정을 수행하였다. 각 공정별로 동일한 양의 용선, 고철 및 함철 단광을 사용하였고, 동일한 종류의 강종을 사용하였으며, 취련 종료 후 즉시 용강 온도를 측정하고 측정 결과를 표 2에 기재하였다.

	전로 종점 온도(℃)	열 보상 효과(℃)
비교예 1	1628	-
비교예 2	1636	+8
실시예 1	1665	+37
실시예 2	1658	+30

상기 표 2의 결과를 참조하면, 함철 단광에 열원 보상재가 첨가되는 경우, 전로 종점 온도가 높게 나타나, 열 보상 효과를 얻을 수 있는 것으로 확인되었다. 특히, 열원 보상재로 탄화규소 성분이 사용되는 경우 열 보상 효과가 현저히 향상되는 것으로 나타났다.

[실험예 2]

실시예 1과 동일한 조성을 갖도록 함철 단광을 제조하되, 각 성분을 혼합하는 혼합 단계를 실시예 1의 다단 혼합 방식을 이용하지 않고, 각 성분을 동시에 혼합기에 넣고 혼합하여 실시예 3의 함철 단광을 제조한 후, 실시예 1과 실시예 3의 압축강도를 측정하여 그 결과를 표 3에 기재하였다.

	압축 강도(kg/cm2)
실시예 1	176
실시예 3	153

상기 표 3의 결과를 살펴보면, 실시예 1의 경우 실시예 3에 비해 압축 강도가 높게 나타났는데, 이는 다단 혼합 방식을 통해 전분류 바인더의 호화를 통한 점도 상승 전 각 성분이 균일하게 혼합되고, 전분류 바인더의 호화에 따른 각 성분 사이의 결합력이 향상되었기 때문에 나타난 결과로 판단된다.

따라서, 본 실험 결과로부터 함철 단광 제조시 본 발명의 실시예 1과 같이 다단 혼합 방식을 통해 각 성분을 혼합하여 함철 단광을 제조하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.

[실험예 3]

실시예 1과 동일한 조성을 갖도록 함철 단광을 제조하되, 사용되는 바인더의 성분 및 함량비를 하기 표 4와 같이 변화시켜 제조하였으며, 제조된 각 함철 단광의 압축 강도 및 성형률을 측정하여 그 결과를 표 4에 함께 기재하였다. 성형률은 하기의 수식(1)에 따라 계산되었다.

성형률(%)= (O/P) × 100 수식(1)

(O; 온전한 모양으로 성형된 단광의 중량, P; 성형기에 투입된 단광 혼합물의 중량)

	바인더(중량비)		압축 강도 (kg/cm2)	성형률(%)
	옥수수 전분	실리카흄
실시예 1	1	-	176	94.5
실시예 4	1	0.04	179	95.1
실시예 5	1	0.13	191	93.6
실시예 6	1	0.27	194	94.4
실시예 7	1	0.46	198	93.1
실시예 8	1	0.53	189	86.5

상기 표 4의 실험 결과를 살펴보면, 바인더로 전분류 바인더와 실리카흄이 함께 사용되는 경우, 압축 강도가 향상되는 것을 확인할 수 있다. 특히, 옥수수 전분 1 중량부에 대한 실리카흄의 중량비가 0.1 이상인 경우 압축 강도가 현저히 향상되는 것으로 확인되었다.반면, 실리카흄의 중량비가 0.5를 초과하는 경우에는 단광의 성형성이 저하되는 것으로 나타났다.

따라서, 함철 단광의 강도 및 성형성 확보를 위해 바인더로 전분류 바인더와 실리카흄을 함께 사용하는 것이 바람직하고, 이때 전분류 바인더에 대한 실리카흄의 함량비는 1 : 0.1~0.5인 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. 밀스케일(Mill scale)과 제강 슬러지가 1 : 0.5~1.0의 중량비로 포함되는 함철 부산물 55~80 중량%;
   생석회 슬러지 8~22 중량%;
   열원 보상재 5~20 중량%; 및
   바인더 3~12 중량%;를 포함하고,
   상기 열원 보상재는, 탄화규소(SiC); 및 탄소를 함유하는 제철 부산물;을 포함하며,
   상기 바인더는, 전분계 바인더와 실리카 흄이 1 : 0.1~0.5의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는, 고효율 열원 보상용 다기능 함철 단광
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 밀스케일의 철 함량은 70wt% 이상이고,
   상기 제강 슬러지의 철 함유량은 40wt%인 것을 특징으로 하는, 고효율 열원 보상용 다기능 함철 단광.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 탄소를 함유하는 제철 부산물은 고로 주상 집진기 슬러지, 고로 수처리 슬러지, CDQ(Coke Dry Quenching) 더스트, 코크스 슬러지, 고로 사이클론 더스트 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는, 고효율 열원 보상용 다기능 함철 단광.
6. 밀스케일(Mill scale)과 제강 슬러지가 1 : 0.5~1.0의 중량비로 포함되는 함철 부산물 55~80 중량%, 생석회 슬러지 8~22 중량%, 열원 보상재 5~20 중량% 및 바인더 3~12 중량%를 혼합하여 단광 혼합물을 제조하는 혼합 단계;
   상기 단광 혼합물을 가압 성형하여 단광체를 제조하는 성형 단계; 및
   상기 단광체를 건조 및 양생하는 건조 단계;를 포함하고,
   상기 열원 보상재는, 탄화규소(SiC); 및 탄소를 함유하는 제철 부산물;을 포함하며,
   상기 바인더는, 전분계 바인더와 실리카 흄이 1 : 0.1~0.5의 중량비를 갖는 것을 특징으로 하는, 고효율 열원 보상용 다기능 함철 단광의 제조 방법.

Images