KR19980048916A - 고청정강용 래들 슬래그 조재제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고청정강 제조시 래들슬래그에 투입되는 슬래그 조재제에 관한 것이며; 그 목적은 슬래그중의 저급산화물이 극히 저감되는 마그네숨계 슬래그 조재제를 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 40-80중량%의 마그네슘(Mg) 및 60-20중량%의 백운석에 3중량% 이하의 규산소다가 함유되어 조성되고, 그 입도가 20-40㎜의 범위로 구성되는 고청정강용 래들슬래그 조재제에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고청정강용 래들 슬래그 조재제

본 발명은 고청정강 제조시 래들슬래그에 투입되는 슬래그 조재제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬래그중의 저급산화물이 극히 저감되는 마그네슘계 래들슬래그 조재제에 관한 것이다.

통상 제강공정에서는 용선중에 함유되어 있는 불순물의 제거를 위하여 용강 250톤 제조용 전로정련조업시 매 차지(charge)마다 5-10톤의 생석회가 투입되고, 용선중의 규소는 취입된 산소에 의해 전량 산화되어 산화규소로 제거되는데, 이러한 산화물들은 비중이 용강보다 훨씬 가벼워 용강위로 부상 분리되어 슬래그로 된다.

또한, 상기 전로 정련조업에서는 산소에 의해 용선중의 불순물을 산화, 제거시키게 되므로 용강 및 슬래그는 많은 산소를 함유하고 있게 된다.

이렇게 용강중에 함유된 산소는 제품에 치명적인 결함을 일으키게 되므로 통상 알루미늄 또는 규소 등을 용강상태에서 투입하여 용강중 용존해 있는 산소를 제거하는 탈산처리를 한다.

이같은 전로조업 완료후에는 요강은 래들에 출강되는데, 이 출강과정에서 유출된 슬래그는 래들내로 유입되게 된다.

한편, 최근에는 고급강 생산증가와 제품 품질향상을 위해 용강 탈산뿐 아니라 슬래그 탈산에도 많은 기술들이 개발되고 있는데, 특히 고청정성이 요구되는 극저탄소강(탄소함량 0.010%이하) 제조시, 전로에서 유출된 슬래그중 저급산화물(FeO, MnO)들은 강중에 용해되어 있는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 등의 강산화성 성분과 반응하여, 이들을 산화시키고 용강중에 미세 개재물로 존재하여 제품의 품질을 열화시킬 수 있다.

따라서 전로에서 출강중 용강과 함께 유출된 슬래그중의 저급 산화물 제거를 위해서는 출강직후 슬래그 상부에 슬래그 탈산역할 뿐만 아니라 개질역할을 하는 슬래그 조재제를 투입하여야 한다.

통상의 제강공정에서는 출강 후 래들상부에 알루미늄, 알루미늄 드로스(Al dross), 속회석(CaCO₃) 및 칼슘카바이드(CaC₂) 등을 슬래그 탈산 목적으로 생석회(CaO)와 형석(CaF₂) 등을 슬래그 재질의 목적으로 투입하고 있다.

구체적으로 설명하면 기존에 슬래그 탈산제로 가장 많이 사용되었던 알루미늄드로스는 금속알루미늄 용해시 발생되는 슬래그의 일종으로 그 대표적인 조성은 표 1과 같다.

[표 1]

표 1에서 보여주듯이 알루미늄드로스는 Al₂O₃함량이 높으며, 상기 성분중 Al만이 슬래그 탈산제의 역할을 수행하게 된다. 그러나, 상기 알루미늄드로스는 동일한 슬래그 탈산 효율을 얻기 위해서 알루미늄 사용시 대비 약 2.9배가 투입되어야 할 뿐만 아니라 알루미늄 드로스내에 함유된 미세 더스트(dust) 및 알루미늄-질소화합물인 AlN 등이 다량 함유되어 있어 인체에 유해한 백연(백색의 연기)이 다량 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점 해결을 위해 석회석계 슬래그 조재제가 개발되었는데, 그 대표적 화학조성을 표 2에 나타내었다.

[표 2]

통상 상기 석회석계 슬래그 조재제의 경우 알루미늄을 약 45% 함유하고 있어 알루미늄 드로스 대비 슬래그 탈산효율을 증대시키는 특성이 있다. 그러나, 함유된 석회석(CaCO₃)이 900℃의 온도에서 (1)식과 같은 열분해 과정에서 CO₂가스를 발생하므로 발생가스와 함께 슬래그 포밍(foaming)이 다량 발생되어 탈산력에 있어서 큰 편차가 생기고 분지도 발생하는 문제점이 있다.

또한, 상기 반응은 흡열반응이고 격렬한 슬래그 포밍이 유발되기 때문에 슬래그 상부에 CaCO₃계 조재제 투입시 슬래그의 온도를 크게 강하시키게 되며, 이에 따라 용강온도가 낮아지게 된다. 조업실적에 의하면 약 10℃ 정도의 온도 강하가 보고되고 있다.

그 다음은 칼슘카바이드계(CaC₂계) 슬래그 조재제의 경우 칼슘이 금속 원소 중 가장 우수한 탈산력을 갖고 있는 원소이나 공업용으로 제조시 너무 고가이며 폭발의 위험성이 있어 탄소와 화합물로 제조하여 공업용으로 사용되고 있다.

대표적인 칼슘 카바이드계 슬래그 조재제를 표 3에 나타내었다.

[표 3]

표 3에서와 같이 칼슘카바이드계 조재제는 CaC₂에 의한 슬래그 탄산과 CaO에 의한 개질을 목적으로 개발된 것이다.

CaC₂는 아래식 2에서와 같은 탈산반응

CaC₂+ O → CaO + C₂..................(식 2)

을 일으키게 되며, 이러한 격렬한 반응에 의해 슬래그 포밍이 다량 발생하여 조업 불안정에 따르게 된다. 특히, 슬래그 개질, 탈산은 극저탄소강에 대부분이 적용되는데, 상기한 반응으로 생성된 탄소는 오히려 용강중 탄소함량을 상승시키게 되므로 성분 불안정 및 재품품질 열화를 초래하게 되는 문제점이 있다.

이와 같이, 제강공정에서 극저탄소강을 생산할시, 전로로 부터 출강후에 슬래그 탈산을 목적으로 종래의 칼슘카바이드, 석회석 또는 알루미늄 드로스, 이외에도 알루미늄 미니펠릿(mini pellet)를 래들 슬래그 상부로 투입할 때, 투입직후 심한 분진 및 슬래그 포밍을 발생시켜서 환경오염과 후공정인 탈가스처리 등의 2차 정련에서의 처리를 지연시키는 경우가 발생하거나 탄산효율이 미흡하고 심지어는 용강의 성분을 변화시키는 문제점들이 발생하고 있는 실정이다.

이에, 본 발명은 탈산력에 있어 알루미늄 및 기타 기존의 탈산제보다 보다 우수하고, 슬래그 개질의 효과를 함께 기대할 수 있는 마그네슘-백운석(Mg-CaCO₃·MgO)계 슬래그 조재제를 제공하는데 그 목적이 있다.

제 1 도는 슬래그 조재제의 종류별 투입량에 따른 슬래그중 저급산화물 저감량과의 관계를 나타내는 그래프

제 2 도는 슬래그 조재제의 입도에 따른 슬래그의 저급산화물 저감 정도를 나타내는 그래프

제 3 도는 종래 및 본 발명의 슬래그 조재제에 대한 투입량과 슬래그중의 저급산화물과의 관계를 나타내는 그래프

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 래들슬래그 조재제에 있어서, 40-80중량%의 마그네슘(Mg) 및 60-20중량%의 백운석에 3중량% 이하의 규산소다가 함유되어 조성되고, 그 입도가 20-40㎜의 범위로 구성되는 고청정강용, 래들슬래그 조재제에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 셜명한다.

우선, 본 발명의 슬래그 조재제의 주요성분인 마그네슘은 알루미늄과 유사한 산화력을 갖고 있으며, 탈산과정에서 화학반응에 의한 기포발생이 없고 탄소등 화학성분의 상승을 초래하지 않기 때문에 슬래그 탈산제로 사용할 때 최적의 조업이 가능하게 하는 장점이 있다.

즉, 투입된 마그네슘은 슬래그층에 존재하는 산소와 직접 결합하여 산화마그네슘화 되면서 슬래그중 산소를 효율적으로 제거하며, 또한 분해과정을 거치지 않고 그 자체가 슬래그중 산소와 반응하기 때문에 반응효율 향상 측면에서 유리하게 작용되어 결국 기존 조재제 대비 슬래그 탈산효율이 향상된다.

또한, 본 발명의 조재제가 첨가된 슬래그는 MgO 함량이 증가하게 되나 이는 조업상에 문제가 되지 않고 오히려 유리한 영향을 미친다.

그 이유는 슬래그중 MgO 함량이 높게되면 래들 내화물 침식 방지의 효과가 있게되며 자원 재활용 측면에서 제강 슬래그를 전로에서 재활용시 노체 내화물 보호측면에서도 유리하기 때문이다.

이때, 본 발명의 슬래그 조재제 중 마그네슘 함량은 40-80중량%의 범위가 바람직하다. 만일 마그네슘 함량이 40중량% 미만이면 슬래그중에 저급산화물 저감정도가 미흡하게 되고, 80중량% 이상이면 오히려 슬래그층과 균일한 반응이 이루어지지 못하여 바람직하지 않다.

또한, 석회석의 경우에는 CaCO₃가 약 900℃에서 분해가 되면서 CO₂가스를 방출하게 되며 이 반응이 격렬하여 조업상 문제점이 유발하지만, 본 발명의 슬래그 조재제의 경우 백운석이 함유되어 있어 이 백운석(CaCO₃·MgCO₃)이 일단 분해된 후 다시 CaCO₃, MgCO₃의 분해가 발생되므로 식(3)과 같이

CaCO₃· MgCO₃→ CaCO₃+ MgCO₃..........(식3)

CaCO₃→ CaO + CO₂(gas)

MgCO₃→ MgO + CO₂(gas)

반응속도가 느리게 되며 이에 따라 발생된 가스가 오히려 슬래그 층을 교반해 주는 역할을 수행하므로 마그네슘이 슬래그 층과 균일하게 반응이 일어날 수 있도록 한다.

이때 본 발명의 슬래그 조재제 중에 함유되는 백운석의 함량은 마그네슘의 함량과의 관계를 고려하여 60-20중량%로 함이 바람직하다.

또한, 본 발명의 슬래그 조재제 중 백운석의 원료로는 백운석을 약 1200℃에서 수시간동안 소성하여 경소백운석으로 제조하기전 행하는 수세과정에서 발생된 백운석슬러지(sludge)를 사용하여도 무방하다.

백운석 슬러지를 사용시, 백운석을 사용하는 경우에 비해 구입비용이 절감되며 또한 파쇄에 따른 비용이 절감되므로 원가절감에도 기여 할 수 있다.

그리고, 본 발명의 슬래그 조재제는 그 입도가 20-40㎜ 범위로 함이 바람직한데, 이는 슬래그 표면에 넓게 투입되도록 하여 슬래그 탈산 효율을 향상하기 위함이다.

즉, 슬래그 조재제의 입도가 너무 적을 경우에는 투입시 비산되어 손실이 발생되며, 호퍼(hopper)를 이용한 자동 투입이 곤란한 문제가 있고, 입도가 너무 클 경우에는 슬래그층 일부에만 조재제가 투입되어 불균일한 탈산 발생 및 많은 양의 투입이 요구되어 바람직하지 않다.

그런데, 마그네슘과 백운석은 점결력이 없기 때문에 상기한 범위의 괴상으로 조제하기 위해서 본 발명의 경우 슬래그 조재제 중량대비 규산소다를 점결제로서 약 3% 이하로 첨가함이 적당하다. 이때, 점결재는 조재제의 효과에 어떠한 영향을 주지 않는 것이면 어느 것이나 무방하다.

한편, 본 발명에 의한 슬래그 조재제의 투입시키는 전로에서 출강 직후 투입하는 것이 최적의 시기이다. 그 이유는 출강과 동시 유출된 슬래그는 래들 상부에 부상하게 되는데, 대기와 접촉이 되므로 불과 30초-1분 이후에는 표면에 응고가 발생하며, 이때 슬래그 조재제를 투입하게되면 효율이 극히 저조하기 때문이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예 1

하기 표 4와 같은 비율로 규산소다를 점결제로 하여 마그네슘과 MgCO₃·CaCO₃:98-99.7%, SiO₂:0.2-2.0%인 백운석 슬러지를 혼합한 후, 슬래그 조재제를 제조하였다.

이들 조재제를 유출슬래그에 수동투입후 슬래그를 채취, 분석하고 슬래그개질 정도를 조사하여 결과를 제 1 도에 나타내었다.

[표 4]

제 1 도에서 횡축은 슬래그조재제 투입원단위 즉, 용강 1톤당 투입량을 나타내며, 종축은 슬래그 조재제를 상부 투입완료후 슬래그중의 FeO+MnO 저감량(%)을 나타낸다. 이때, 슬래그중 FeO+MnO를 슬래그 개질정도의 척도로 삼는 이유는 슬래그 중 산소가 FeO 또는 MnO의 형태로 주로 존재하며 이 저급 산화물이 용강의 청정도에 악 영향을 미치기 때문이다.

제 1 도 및 표 4에서 나타내었듯이, 비교재(1)은 마그네슘 함량이 100%인 경우인데, 마그네슘 함량이 높음에도 불구하고 발명재 보다 낮은 탈산 효율을 보이고 있다.

그 이유는 투입된 마그네슘이 슬래그층과 균일하게 반응하지 못하고 투입된 부위 근처에서만 탈산반응이 발생하기 때문이다.

반면에 발명재(1)(2)의 경우에는 마그네슘 함량은 40-60%로써 비교적 낮은 함량이나 가장 우수한 탈산효율을 보이고 있는데, 그 이유는 백운석슬러지(CaCO₃·MgCO₃)가 적절히 함유되어 있기 때문이다.

그리고, 마그네슘이 20-30% 하유된 비교재(3)(4)의 경우에는 낮은 슬래그 탈산 효율을 보이고 있는데, 그 이유는 교반력 측면에서는 가장 우수하였고, 약간의 슬래그 포밍도 관찰되었으나 슬래그 탈산에 기여하는 마그네슘이 다른 조재제와 대비하여 낮았기 때문이다.

따라서, 동일 탈산효율을 얻기 위해서는 상대적으로 많은 양이 투입되어야 하나 이는 슬래그 양의 증가를 초래할 뿐 아니라 제품품질 열화를 가져올 수 있다.

이와 같이, 탈산역할을 수행하는 마그네슘과 투입된 마그네슘을 글래스 층내에서 교반해주는 백운석 슬러지의 함량이 본 발명에 의한 조건을 만족하는 경우가 최적 조건임을 알 수 있다.

즉, 마그네슘계 슬래그 조재제는 마그네슘 함량이 적어도 4% 이상이 적절하며, 마그네슘 40-60%를 함유한 경우가 최적의 탈산효율과 경제성을 만족시킨다고 할 수 있다.

본 실험과정에서 슬래그 포밍은 비교재(4)에서 소량 발생한 이외에는 관찰되지 않았다.

실시예 2

실시예 1의 발명재(1)과 같은 조성을 갖는 슬래그 조재제의 입도를 5-65㎜으로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 슬래그중의 탈산효과를 측정하고, 그 결과를 제 2 도에 나타내었다.

제 2 도에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조재제의 경우 그 입도가 20-40㎜인 것을 사용했을 때가 슬래그중의 저급산화물이 최대로 감소됨을 알 수 있었다.

실시예 3

슬래그조재제를 실시예 1의 발명재(1), 종래재(1)과 함께 표 3의 CaC₂계 조재제[종래재(2)]를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 각 슬래그 조재제별 탈산효과를 조사하고, 그 결과를 제 3 도에 나타내었다.

제 3 도에서와 같이, 각 조재제별 투입 원단위(kg/T-S)에 따른 슬래그중 FeO+MnO 저감량을 비교해 보면, CaC₂계 슬래그 조재제인 종래재(2)의 경우가 가장 저조한 실적을 보이고 있는데, 그 이유는 Ca 자체는 최고의 산화력을 갖는 원소이나 취급상 문제점이 있어 공업용으로는 CaC₂라는 화합물의 형태로 주로 사용될 수 밖에 없기 때문이다.

따라서, CaC₂는 이미 어느정도 안정한 화합물이므로 화합상태를 깨고 Ca이 슬래그중 산소와 반응하는 반응효율은 Ca 단독 사용시 보다 훨씬 저조하게 된다.

또한, CaC₂사용할 때에는 함유된 탄소가 슬래그 층에 용해되어 있다가 용강 중으로 이동하여 용강중 탄소 상승을 초래함이 공정 시험결과 확인된 바 있다.

한편, 알루미늄-석회석계(CaCO₃계) 조재제인 종래재(1)의 경우에는 CaC₂계 조재제 대비 우수한 탈산력을 나타내고 있는데, 그 이유는 투입된 슬래그 조재제중 알루미늄이 약 40-50%가 함유되어 있기 때문이다. 즉, 강 탈산제인 알루미늄인 슬래그중 산소와 결합하여 안정한 화합물인 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 존재하기 때문이다.

그러나, 앞에서도 설명했듯이 종래제(1)의 경우는 격렬한 슬래그 포밍이 수반될 뿐 아니라 질화알루미늄(AIN)이라는 인체에 유해한 가스가 발생하여 환경 및 작업성 측면에서 불리한 단점이 있다.

반면에, 본 발명에 의한 마그네슘계 슬래그 조재제는 슬래그중 FeO+MnO 저감효율 측면에서 기존의 슬래그 조재제 대비 우수한 실적을 나타내고 있다.

또한, 마그네슘계 슬래그 조재제는 슬래그층에 투입된 후에는 백색의 가스가 소량 발생하였으나 격렬한 슬래그 포밍등 조업 불안정 요소는 발생치 않았다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 슬래그 조재제에 의하면, 슬래그 탈산효과가 향상되며, 균일한 탈산이 슬래그 층에서 발생되어, 고청정강 제조시 슬래그 층의 산소를 효율적으로 제거하게 되며 탄소 및 기타 규제성분의 상승이 전혀없어, 특히 탄소함량이 0.01% 이하의 극저탄소강등 고급강의 품질향상이 가능함은 물론 슬래그 탈산후 산화마그네슘 함량이 증가하게 되므로 이 슬래그를 재활용시에는 전로내화물 수명향상에도 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 조재제는 슬래그포밍의 획기적인 감소로 더스트 비산 및 설비 용손등이 예방되며 인체에 유해한 가스발생이 없으므로 작업성 향상이 가능한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 래들슬래그 조재제에 있어서,

   40-80중량%의 마그네슘(Mg) 및 60-20중량%의 백운석에 3중량% 이하의 규산소다가 함유되어 조성되고, 그 입도가 20-40㎜의 범위로 구성되는 것을 특징으로 하는 고청정강용 래들슬래그 조재제.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 백운석은 제철소에서 부산물로 발생되는 백운석 슬러지임을 특징으로 하는 래들슬래그 조재제.