KR102428047B1 - 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법은 제강 슬래그 및 용강을 포함하는 로(Furnace)에 형석 대체 플럭스를 투입하여 상기 용강으로부터 인을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 형석 대체 플럭스는 페로망간 슬래그, 레드머드 및 화이트머드로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법{DEPHOSPHORIZATION METHOD OF MOLTEN STEEL USING FLUORITE REPLACED FLUX}
본 발명은 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈인 방법에 관한 것이다.
다양한 합금철을 원료로 하는 제강 및 정련 공정에서는 원료로부터의 인과 같은 불순원소 혼입이 상대적으로 크므로 정련 효율 증대를 위해서는 제강 및 정련 슬래그의 융점을 낮추는 형석을 생석회와 함께 투입한다.
형석을 제강 공정에 사용하면 낮은 공정온도에서 탈인 효율 높일 수 있다. 이는 과량의 생석회(CaO) 투입으로 인하여 고상(固相)의 생석회(CaO)를 액상 슬래그 내로 녹아 들어가게 함으로써 슬래그 내 유효 생석회(CaO)를 높여 탈인 효율을 높이는 것이다. 그러나 고상의 슬래그는 탈인 반응에 참여하지 않아 액상 슬래그-용강에 비해 탈인 반응 속도가 매우 느리다.
또한 형석은 환경문제를 야기하는 불소를 다량으로 함유하고 있어, 기존 제강 슬래그에 형석을 사용하지 않기 위해 TiO2를 첨가하는 방안이 제안되었다.
그러나, 상기 방안은 용강 내 Al에 의한 TiO2의 환원을 억제하여, 슬래그의 탈인 능을 확보하기 위해 Al 함량이 높은 강종을 생산하는 공정에서는 사용할 수 없다는 문제점이 있었다.
또 다른 종래 기술로, 저융점 플럭스인 칼슘 알루미네이트와 탈산제인 탄화규소(SiC)를 제강 공정 조업 초기에 투입하여 슬래그의 유동성을 확보한 후 생석회를 추가적으로 투입하는 방안도 제시되었으나, 다량의 플럭스가 투입되어 제조원가의 상승 요인이 되는 문제점이 있었다.
한국 공개특허공보 제2017-0058727호, "탈린 플럭스 및 그 제조방법" 한국 공개특허공보 제2012-0068570호, "스테인리스강 제조용 용선의 탈린 방법”
본 발명의 실시예는 산업 부산물의 종류인 페로망간 슬래그, 레드머드 또는 화이트머드를 용강 탈인 시 형석 대체 플럭스로 이용함으로써, 산업 부산물의 순환 활용을 통해 부가 가치 창출을 도모할 수 있는 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈인 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 페로망간 슬래그, 레드머드 또는 화이트머드를 이용한 플럭스를 이용하여, 상기 형석 대체 플럭스의 함량에 따라 상기 제강 슬래그의 염기도, 점도 및 융점이 조절될 수 있는 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈인 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 페로망간 슬래그, 레드머드 또는 화이트머드를 이용한 플럭스를 이용하여, 종래의 형석 사용량을 전부 대체하거나 또는 종래의 형석 사용량을 감소시키면서도 종래와 동일한 용강 내 탈인 속도를 가질 수 있는 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈인 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 이용한 플럭스를 이용하여, 종래의 형석 사용량을 감소시키면서도 종래와 동일한 용강 내 탈인 효율을 가질 수 있는 형석 대체 플럭스를 활용한 용강의 탈인 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법은, 제강 슬래그 및 용강을 포함하는 로(Furnace)에 형석 대체 플럭스를 투입하여 상기 용강으로부터 인을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 형석 대체 플럭스는 페로망간 슬래그, 레드머드 및 화이트머드로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법에 따르면, 상기 제강 슬래그의 염기도는 0.8 내지 3인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법에 따르면, 상기 형석 대체 플럭스는 상기 제강 슬래그의 전체 중량 대비 5중량% 내지 7중량%가 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법에 따르면, 상기 형석 대체 플럭스는 레드머드이고, 상기 레드머드 전체 중량 대비 10중량% 내지 30중량%의 알루미나(Al2O3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법에 따르면, 상기 형석 대체 플럭스는 화이트머드이고, 상기 형석 대체 플럭스는 화이트머드이고, 상기 화이트머드는 산화칼슐과 알루미나를 포함하며, 상기 산화칼슘과 알루미나의 중량비는 1:1.5 내지 1.5:1인 것을 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법에 따르면, 상기 제강 슬래그의 점도 및 융점은 상기 형석 대체 플럭스의 함량에 따라 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법에 따르면, 상기 형석 대체 플럭스는 상기 제강 슬래그만 첨가한 용강의 반응 초기 탈인 효율에 비하여 165% 내지 239%의 탈인 효율을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법에 따르면, 상기 로(Furnace)에 포함된 용강을 1,500℃ 내지 1,600℃까지 승온시킨 후 상기 형석 대체 플럭스가 상기 승온된 용강에 투입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법에 따르면, 상기 용강으로부터 인을 제거하는 단계는 상기 용강의 탈인 전의 농도 대비 상기 용강 내 탈인 후의 농도 변화량이 43.2% 내지 61.9%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 산업 부산물의 종류인 페로망간 슬래그, 레드머드 또는 화이트머드를 용강 탈인 시 플럭스로 이용함으로써, 산업 부산물의 순환 활용을 통해 부가 가치 창출을 도모할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 페로망간 슬래그, 레드머드 또는 화이트머드를 이용한 플럭스를 이용하여, 종래의 형석 사용량을 감소시키면서도 종래와 동일한 또는 월등한 용강 내 탈인 속도를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 페로망간 슬래그 또는 레드머드를 이용한 플럭스를 이용하여, 종래의 형석 사용량을 감소시키면서도 종래와 동일한 용강 내 탈인 효율을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스의 첨가량에 따른 제강 내 슬래그의 점도를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스의 첨가량에 따른 제강 슬래그의 융점을 도시한 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 화이트머드를 이용한 용강의 탈인 효율을 도시한 그래프이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 레드머드를 이용한 용강의 탈인 효율을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 페로망간 슬래그를 이용한 용강의 탈인 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.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법을 설명하기로 한다.
종래에는 제강 공정시 형석을 포함하는 형석 플럭스만을 사용하여 용강 내 인을 제거하였다.
형석은 용강 내 인을 제거하는 효율적인 물질이나, 불소를 다량으로 함유하고 있어 환경문제를 야기한다는 문제점이 있었다.
따라서, 형석의 사용량을 줄이면서도 용강 내 인을 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 인을 제거할 수 있다.
이하, 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법은 제강 슬래그 및 용강을 포함하는 로(Furnace)에 형석 대체 플럭스를 투입하여 상기 용강으로부터 인을 제거하는 단계(S110)를 포함한다.
상기 제강 슬래그는 형석을 포함할 수 있으며, 실시예에 따라서 상기 제강 슬래그의 전체 중량 대비 10중량% 이하의 형석을 포함할 수 있다.
상기 제강 슬래그는 0.8 내지 3의 염기도를 가질 수 있으며, 구체적으로는 0.8 내지 1.5의 염기도를 가질 수 있고, 더욱 구체적으로는 0.9 내지 1.2의 염기도를 가진다. 실제 제강공정 중 전기로나 예비용선처리 그리고 2차정련에서는 제강 슬래그의 염기도가 0.8에서 높게는 2까지의 범위를 가지며, 추가로 제강공정 중 전로 공정에서의 제강 슬래그 염기도가 2에서 3까지의 범위를 나타낸다.
이때 상기 1.2 염기도는 일반적인 제강 슬래그의 염기도로 합리적인 값의 대표하며, 0.9는 불순물로 인하여 20 내지 30% 염기도가 낮아진 상황을 대표하는 값이다.
상기 염기도는 (염기성 성분의 합) / (산성 성분의 합) 일 수 있으며, 구제척으로는 제강 슬래그에 포함되어 있는 생석회(CaO)와 석영(SiO2)의 질량 비율, 즉 CaO/SiO2 질량비 일 수 있고, 상기 염기도는 모두 소수점 2번째 자리에서 반올림한 값을 적용한다.
상기 '형석 대체 플럭스'는 종래 용강의 탈인 시 사용하였던 형석(CaF2)을 포함하는 형석 플럭스를 대체하는 것으로, 형석을 포함하는 상기 형석 플럭스를 완전히 대체하거나 혹은 종래의 사용량보다 적은 양의 형석 플럭스와 혼합 사용하면서도 동일한 용강 내 탈인 효율을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스는 페로망간 슬래그, 레드머드 또는 화이트머드를 포함할 수 있다.
상기 용강 내 형석 대체 플럭스의 함량에 따라 상기 제강 슬래그의 점도 및 융점이 조절될 수 있는데, 구체적으로 상기 형석 대체 플럭스의 함량이 증가할수록 상기 제강 슬래그의 점도 및 융점이 감소할 수 있다.
상기 로(Furnace)에 포함된 용강 내에 형석 대체 플럭스인 레드머드 또는 화이트머드를 첨가하면 상기 제강 슬래그의 점도 및 융점을 감소시켜 용강 내 인을 제거할 수 있고, 나머지 형석 대체 플럭스의 경우 제강 슬래그의 융점 및 점도에 큰 영향을 끼치지 않는다.
상기 형석 대체 플럭스의 사용 양은 전체 제강 슬래그의 3 내지 10 중량% 일 수 있다. 구체적으로는 전체 제강 슬래그의 3 내지 7 중량% 일 수 있다. 이때 상기 형성 대체 플럭스의 사용 양이 전체 제강 슬래그의 3% 미만이면 염기도가 1.2에서 0.9로 낮아진 제강 슬래그의 탈인 효율을 보상할 수 없고, 7%를 초과하면 과도한 형석 대체 플럭스 첨가로 인한 부수적인 비용이 증가한다. 또한 형석 대체 플럭스를 7% 초과하면 제강 슬래그의 볼륨 증가로 인하여 공정 온도 유지를 위한 필요한 총 에너지량이 증가 하는 등 탈인 공정에서 비효율적이다.
상기 페로망간 슬래그는 페로망간을 제조하는 공정에서 생성되는 산업 부산물로, 다량의 망간이 산화되기 때문에 다량의 산화망간(MnO)을 함유하고 있다.
상기 로(Furnace) 내에 포함된 용강 내에 형석 대체 플럭스인 페로망간 슬래그는 상기 제강 슬래그의 점도 및 염기도에 큰 영향을 미치지 않지만, 염기도를 증가시켜 용강 내 인을 제거할 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 제강 슬래그의 융점 저감과 용강의 탈인 속도 향상에 기인할 수 있다. 구체적으로 상기 레드머드는 상기 레드머드 전체 중량 대비 10중량% 내지 30중량%의 얄루미나(Al2O3)를 포함 할 수 있다.
상기 레드머드는 상기 제강 슬래그 전체 중량 대비 3 내지 7 중량%를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 5 내지 7중량%를 사용하여 상기 용강에 포함될 수 있다.
상기 화이트머드는 알루미늄 제련 공정에서 보크사이트로부터 알루미나를 채취하는 공정에서 발생되는 부산물로서, 강한 염기성 슬러지 상태로 존재할 수 있다.
상기 화이트머드는 산화칼슘(CaO), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2)를 주로 포함하고 산화나트륨을 일부 포함하고 있어 제강 슬래그의 염기도를 높여 용강의 탈인 속도 및 탈인 효율 향상에 기인할 수 있다. 구체적으로 상기 산화칼슘과 알루미나는 상기 화이트머드 전체 중량 대비 80 중량% 내지 100 중량%일수 있고, 더 구체적으로는 상기 화이트머드 전체 중량 대비 40 중량% 이상의 산화칼슘과 40 중량% 이상의 알루미나를 포함하는 동시에 산화실리콘(SiO2)과 산화나트륨(Na2O)과 같은 기타 산화물을 전체 중량 대비 10-15 중량% 정도 더 포함할 수 있다. 만약 산화실리콘(SiO2)과 산화나트륨(Na2O)과 같은 기타 산화물을 포함하지 않는 극단적인 경우 최대 산화칼슘이 60중량%이고 나머지는 모두 알루미나이거나, 반대로 최대 알루미나가 60중량% 이고 나머지는 모두 산화칼슘 일 수 있다. 따라서 상기 화이트머드 전제 중량 대비 산화칼슘은 40 내지 60 중량%, 알루미나는 40 내지 60중량%를 포함할 수 있다. 그리고 상기 화이트머드 전제 중량 대비 산화칼슘과 알루미나의 중량%를 기준으로 상기 화이트머드의 산화칼슘과 알루미나의 중량비는 1 : 1.5 내지 1.5 : 1일 수 있다. 바람직하게는 약 1:1이다.
상기 화이트머드는 상기 제강 슬래그 전체 중량 대비 3 내지 7 중량%를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 5 내지 7중량%를 사용하여 상기 용강에 포함될 수 있다.
상기 형석 대체 플럭스는 상기 용강의 표면에 투입되어 상기 용강 내 인을 제거할 수 있다. 구체적으로, 상기 용강은 상층부와 하층부로 나뉠 수 있으며, 상기 하층부에는 철(Fe) 탄소(C) 산소(O) 인(P) 황(S) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 상기 용강의 상기 상층부(즉, 표면)에 상기 형석 대체 플럭스가 투입되면, 상기 형석 대체 플럭스의 염기성에 의해 상기 용강의 상기 하층부에 존재하는 인은 산화되어 인산 화합물 이온 (PO4 3-) 형태로 상기 용강의 상층부에 존재하게 되어 용강 내 인을 제거할 수 있다.
상기 용강 내 탈인 반응은 아래의 화학식 1로 나타낼 수 있다.
[화학식 1]
[P]+5/2[O]+3/2(O2-)=(PO4 3-)
따라서, 용강 내 상기 형석 대체 플럭스의 함량에 따라 용강 내 인이 제거되는 속도 및 양이 달라질 수 있다.
상기 로(Furnace) 내에 포함된 용강은 1350℃ 내지 1600℃까지 승온된 후 상기 형석 대체 플럭스가 상기 승온된 용강에 투입될 수 있다. 구체적으로는 1500 내지 1,600℃까지 승온된 후 상기 형석 대체 플럭스가 상기 승온된 용강에 투입 될 수 있고, 더욱 구체적으로는 1,600℃까지 승온된 후 상기 형석 대체 플럭스가 상기 승온된 용강에 투입 될 수 있다. 이때 철의 용융온도가 1539±3℃ 인 것을 감안하여 불순물이 포함된 철의 용융이 본격적으로 시작되기 직전인 1500℃ 이상에서 형석 대체 플럭스를 첨가하는 것이 효율적이며, 1600℃를 초과하면 상기 화학식 1 기준하여 역반응이 우세해지므로 탈인 반응에 비효율적이다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법은 상기 형석 대체 플럭스를 이용함으로써 탈인 초기에 빠른 속도로 용강 내 인을 제거 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법은 용강의 탈인 전 인의 농도 대비 용강의 인의 농도 변화량을 통해, 상기 형석 대체 플럭스를 이용할 시 우수한 탈인 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
상기 탈인 효율은 용강의 탈인 전 인의 농도 대비 용강의 인의 농도 변화량을 의미하는 것으로서, 이때 용강의 인의 농도 변화량은 상기 형석 대체 플럭스를 투입하기 전 용강 내 인의 농도와 상기 로(Furnace) 내에 상기 형석 대체 플럭스를 투입한 시점으로부터 일정시간 지난 후 인의 농도 차이다. 상기 일정 시간은 상기 형석 대체 플럭스를 투입한 시점으로부터 5분 이내, 10분 이내, 60분 일 수 있다.
특히 상기 형석 대체 플럭스는 상기 제강 슬래그만 첨가한 용강의 반응 초기 탈인 효율에 비하여 165% 내지 239%의 탈인 효율을 증가시키는 것을 확인할 수 있다. 상기 반응 초기 탈인 효율은 상기 로(Furnace) 내에 상기 형석 대체 플럭스를 투입한 시점으로부터 5분 이내의 반응에 따른 인의 농도 차이를 의미한다.
상기와 같은 반응 초기의 탈인 효율의 증가는 전체적인 공정의 시간 단축과 같은 효과로 이어지며, 실제 공정은 평형에 도달할 때까지 공정을 유지하지 않기 때문에 초기의 탈인 효율은 매우 큰 의미가 있다.
상기 탈인 효율은 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020043963719-pat00001
이때, 상기 [%P]초기는 상기 로(Furnace) 내에 상기 형석 대체 플럭스를 투입하기 전 용강 내 인의 초기 농도를 의미하고, [%P]시간 은 상기 로(Furnace) 내에 상기 형석 대체 플럭스를 투입한 시적으로부터 반응한 시간에 따라 채취한 메탈 샘플 내 인(P)의 농도를 의미한다.
이때 상기 수학식 1의 [%P]시간을 [%P]평형으로 변경하고, 상기 형석 대체 플럭스를 투입한 시점으로부터 60분에 채취한 메탈 샘플 내 P의 농도를 [%P]평형에 넣으면, 탈인 공정이 수행되어 평형 상태에 도달한 용강 내 인의 농도를 의미한다.
상기와 같은 수학식 1로 본 발명의 실시예에 따른 탈인 농도를 계산하면 본 발명의 실시예에 따른 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법은 32%내지 62%의 탈인 효율을 가지도록 용강 내 인을 제거할 수 있다. 바람직하게는 43.2% 내지 61.9%의 탈인 효율을 가지고 용강 내 인을 제거할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예.
[실시예 1-1]
용강의 성분은 Fe, C(0.1질량%), P(0.1질량%), S(0.05질량%)으로 600g 사용하였으며, 제강 슬래그는 60g을 사용하였다.
용강 내에 제강 슬래그 전체 중량 대비 화이트머드 3중량%를 투입하였다.
실제 조업과 유사한 환경을 위하여 내화재로 MgO 도가니를 사용하였으며, Ar-3%H2 gas를 불어 주었다.
용강을 1,550℃까지 승온시킨 후, 용융 상태의 용강 표면 위로 석영관을 통해 화이트머드를 포함한 슬래그를 빠르게 투입하여 용강 내 인을 제거하였다.
[실시예 1-2]
제강 슬래그 전체 중량 대비 상기 화이트머드 5중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 인을 제거하였다.
[실시예 1-3]
제강 슬래그 전체 중량 대비 상기 화이트머드 7중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 인을 제거하였다.
[실시예 2-1]
제강 슬래그 전체 중량 대비 상기 레드머드 3중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 인을 제거하였다.
[실시예 2-2]
제강 슬래그 전체 중량 대비 상기 레드머드 5중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 인을 제거하였다.
[실시예 2-3]
제강 슬래그 전체 중량 대비 상기 레드머드 7중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 인을 제거하였다.
[실시예 3-1]
제강 슬래그 전체 중량 대비 상기 페로망간 슬래그 7중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 인을 제거하였다.
[대조예 1]
제강 슬래그의 CaO/SiO2 중량비가 1.2인 슬래그를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 인을 제거하였다.
[대조예 2]
제강 슬래그에 아무런 플럭스를 투입하지 않은 슬래그를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 인을 제거하였다.
[대조예 3]
제강 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 3중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 인을 제거하였다.
[대조예 4]
제강 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 5중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 인을 제거하였다.
[대조예 5]
제강 슬래그 전체 중량 대비 CaF2 플럭스 7중량%를 용강에 투입한 것을 제외하고는, 상기 [실시예 1-1]과 동일한 방법으로 용강 내 인을 제거하였다.
용강에 투입된 상기 대조예의 제강 슬래그와 형석 플럭스의 조성(중량%)을 요약하면 아래의 표 1과 같으며, 상기 실시예에서 사용한 형석 대체 플럭스의 종류에 따른 제강 슬래그 및 형석 대체 플럭스의 조성을 요약하면 아래의 표 2와 같다.
CaO SiO2 Al2O3 MgO FeO MnO CaF2
대조예1 23.0 19.0 15.0 8.0 25.0 10.0 0
대조예2 19.0 22.0 12.0 6.0 33.0 8.0 0
대조예3 18.4 21.4 11.6 6.0 32.0 8.0 3
대조예4 18.0 20.9 11.4 5.7 31.4 7.6 5
대조예5 17.6 20.5 11.2 5.6 30.7 7.4 7
구분 CaO SiO2 Al2O3 MgO MnO Na2O Fe2O3 TiO2
페로망간 슬래그 16.9 23.1 12.7 3.4 40.9 - - -
레드머드 7.1 12.9 26.9 - - 4.8 40.9 7.5
화이트머드 46.8 2.5 40.7 0.9 - 9.1 - -
상기 표 2는 형석 사용량 저감을 위해 투입한 플럭스의 조성(중량%)을 나타낸 표이며 도 1은 제강 슬래그와 형석 대체 플럭스인 페로망간 슬래그, 레드머드, 화이트머드를 나타낸 그림이다.
특성 평가 1.
상기 실시예 및 상기 대조예의 탈인 효율을 요약하면 아래의 표 3과 같다.
구분 용강 내 평형 P 농도(ppm) 반응 초기 탈인 효율(%) 10분 후 탈인 효율(%) 최종 탈인 효율(%)
대조예 1 C/S=1.2+CaF2 free 350 23.1 52.5 58.3
대조예 2 C/S=0.9+CaF2 free 570 30.6 31.8 38.4
대조예 3 C/S=0.9+CaF2 3% 520 34.4 41.1 43.2
대조예 4 C/S=0.9+CaF2 5% 390 45.1 46.4 51.4
대조예 5 C/S=0.9+CaF2 7% 350 50.5 52.2 57.1
실시예 1-1 C/S=0.9+W.M 3% 466 43.7 44.2 49.3
실시예 1-2 C/S=0.9+W.M 5% 330 54.1 55.2 61.9
실시예 1-3 C/S=0.9+W.M 7% 342 50.6 50.9 58.8
실시예 2-1 C/S=0.9+R.M 3% 523 39.7 40.1 43.2
실시예 2-2 C/S=0.9+R.M 5% 366 53.2 54.0 60.6
실시예 2-3 C/S=0.9+R.M 7% 353 55.3 55.4 59.8
실시예 3-1 C/S=0.9+F.M 7% 438 51.0 51.1 52.3
상기 표 3에서 용강 내 평형 P 농도는 용강에 플럭스를 투입하기 전 평형 상태에서의 인의 농도를 의미하며, 반응 초기 탈인 효율은 용강에 플럭스를 투입한 직후 5분이 지난 후 용강 내 탈인율이고, 10분 후 탈인율은 용강에 플럭스를 투입한 직후 10분이 지난 후 용강 내 탈인율을, 최종 탈인 효율은 탈인율은 용강에 플럭스를 투입한 직후 60분이 지난 후 용강 내 탈인율을 의미한다.
상기 표 3을 참조하며, 특히 반응 초기 탈인 효율에 있어서 상기 제강 슬래그만 첨가한 용강의 반응 초기 탈인 효율과 상기 형석 대체 플럭스를 첨가한 탈인 효율을 비교하면 165% 내지 239%의 탈인 효율을 증가시키는 것을 확인할 수 있다.
상기 표 3을 기준으로 상기 대조예에 따른 용강의 탈인 효율과 상기 실시예에 따른 화이트머드를 이용한 용강의 탈인 효율을 그래프로 정리하여 도 4a 내지 도 4c에 도시한다.
이때, 4a 내지 도 4c에 기재된 W.M은 화이트머드를 의미한다.
먼저 도 4a를 참조하면, 형석 플럭스와 형석 대체 플럭스를 모두 사용한 상기 실시예 1-1의 탈인 효율은 형석 플럭스만 사용한 상기 대조예 3의 탈인 효율보다 더 우수한 것을 확인할 수 있다.
반면, 형석 플럭스를 투입하지 않았지만 염기도가 0.9 보다 높은 1.2인 상기 대조예 1의 경우에는 탈인 10분까지 인이 제거되는 속도가 상기 실시예 1-1에 비해 빠른 것을 확인할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 형석 대체 플럭스만을 사용한 상기 실시예 1-2의 탈인 효율과 염기도가 1.2인 대조예 1의 탈인 효율과 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.
또한, 형석 플럭스만을 첨가한 대조예 4의 탈인 효율 보다 형석 대체 플럭스만을 첨가한 실시예 1-2의 탈인 효율이 더 우수함을 확인할 수 있다.
도 4c를 참조하면. 형석 대체 플럭스만을 사용한 상기 실시예 1-3의 탈인 효율과 염기도가 1.2인 대조예 1 및 형석 플럭스만을 사용한 대조예 5의 탈인 효율이 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.
또한 상기 표 3을 기준으로 상기 대조예에 따른 7용강의 탈인 효율과 상기 실시예에 따른 레드머드를 이용한 용강의 탈인 효율을 그래프로 정리하여 도 5a 내지 도 5c에 도시한다.
이때, 도 5a 내지 도 5c에 기재된 R.M은 레드머드를 의미한다.
먼저 도 5a를 참조하면, 형석 플럭스및 형석 대체플럭스만을 사용한 대조예 3과 실시예 2-1의 탈인 효율은 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.
반면, 형석 플럭스를 투입하지 않고 슬래그 염기도가 1.2인 대조예 1의 경우에는 탈인 10분까지 인이 제거되는 속도가 상기 실시예 2-1보다 빠른 것을 확인할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 형석 대체 플럭스만을 사용한 상기 실시예 2-2의 탈인 효율은 형석 플럭스만을 사용한 상기 대조예 4의 탈인 효율보다 더 우수함을 확인 할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 형석 대체 플럭스만을 사용한 상기 실시예 2-3의 탈인 효율은 형석 플럭스만을 사용한 상기 대조예 5의 탈인 효율과 염기도가 1.2 상기 대조예1의 탈인효율과 유사한 것을 확인할 수 있다.
반면 도 5c를 참조하면, 형석 대체 플럭스만을 사용한 상기 실시예 2-3 및 형석 플럭스만을 사용한 대조예 5의 10분후 탈인 효율은 플럭스를 사용하지 않은 상기 대조예 1의 10분후 탈인 효율보다 더 우수함을 확인할 수 있다.
그리고 상기 표 3을 기준으로 상기 대조예에 따른 용강의 탈인 효율과 상기 실시예에 따른 페로망간 슬래그를 이용한 용강의 탈인 효율을 그래프로 정리하여 도 6에 도시한다.
이때, 도 6에 기재된 F.M은 페로망간 슬래그를 의미한다.
도 6를 참조하면, 형석 플럭스및 형석 대체플럭스만을 사용한 대조예4와 실시예 3-1의 탈인 효율은 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.
또한 도6을 참조하면, 형석 플럭스만을 사용한 대조예4 보다 형석 대체플럭스만을 사용한 실시예 3-1의 경우에 인이 제거되는 속도가 더 빠른 것을 확인할 수 있다.
특성 평가 2.
상기 실시예 및 상기 대조예에 따라 형석 대체 플럭스의 첨가량에 따른 제강 슬래그의 점도를 측정한다. 측정결과는 도 2에 그래프로 도시한다.
이때, 도 2에 기재된 W.M은 화이트머드를 R.M은 레드머드를 의미하며, F.M은 페로망간 슬래그를 의미한다.
도 2를 참조하면, 레드머드를 포함하는 형석 대체 플럭스의 용강 내 투입되는 첨가량이 증가할수록 제강 슬래그의 점도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 화이트머드 및 페로망간슬래그를 포함하는 형석 대체 플럭스의 용강 내 투입되는 첨가량이 증가함에 따라 점도가 크게 변하지 않는 것을 확인할 수 있다.
특성 평가 3.
상기 실시예 및 상기 대조예에 따라 형석 대체 플럭스의 첨가량에 따른 제강 슬래그의 융점을 측정한다. 측정결과는 도 3에 그래프로 도시한다.
이때, 도 3에 기재된 W.M은 화이트머드를 R.M은 레드머드를 의미하며, F.M은 페로망간 슬래그를 의미한다.
도 3을 참조하면, 화이트머드를 제외한 레드머드 또는 페로망간 슬래그를 포함하는 형석 대체 플럭스의 용강 내 투입되는 첨가량에 따라 제강 슬래그의 융점이 크게 영향을 미치지 않는 다는 것을 확인 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 화이트머드의 투입은 제강슬래그에 융점을 높이지만, 제강 조업은 전반적으로 1350℃-1600℃ 사이에서 이루어지기 때문에 형석 대체 플럭스로 사용되는 것이 가능함을 확인할 수 있다.

Claims (9)

  1. 제강 슬래그 및 용강을 포함하는 로(Furnace)에 형석 대체 플럭스를 투입하여 상기 용강으로부터 인을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 형석 대체 플럭스는 화이트머드를 포함하며, 상기 화이트머드는 산화칼슘, 알루미나, 산화실리콘(SiO2) 및 산화나트륨(Na2O)을 포함하고,
    상기 산화칼슘, 알루미나, 산화실리콘(SiO2) 및 산화나트륨(Na2O)의 함량은 각각 40중량% 내지 49 중량%, 40 중량% 내지 46 중량%, 2 중량% 내지 4 중량% 및 8 중량% 내지 11 중량%이며,
    상기 로(Furnace)에 포함된 용강을 1,500℃내지 1,600℃까지 승온시킨 후 상기 형석 대체 플럭스를 상기 승온된 용강에 투입되는 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제강 슬래그의 염기도는 0.8 내지 2인 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 형석 대체 플럭스는 상기 제강 슬래그의 전체 중량 대비 5 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제강 슬래그의 융점은 상기 화이트머드의 함량에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 형석 대체 플럭스는 상기 제강 슬래그만 첨가한 용강의 반응 초기 탈인 효율에 비하여 165% 내지 239%의 탈인 효율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용강으로부터 인을 제거하는 단계는 상기 용강의 탈인 전의 농도 대비 상기 용강 내 탈인 후의 농도 변화량이 43.2% 내지 61.9%인 것을 특징으로 하는 형석 대체 플럭스를 이용한 용강의 탈인 방법.

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