KR19990050175A - 금속펠렛의 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속펠렛의 표면처리 방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 금속 펠렛을 에틸렌글리콜이나 글리세롤 용액에 일정시간 침적시킨 후 건조하는 공정을 통해 금속철 펠렛의 산화 및 부식반응에 대한 저항성을 향상시키는 방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 금속 펠렛의 표면처리방법에 있어서, 금속 펠렛을 에틸렌글리콜이나 글리세롤 용액에 상온~140℃미만의 온도범위에서 1분이상 침적한 후, 상기 침적 처리된 금속 펠렛을 50℃이하의 불활성기체 분위기 속에서 건조시키는 금속펠렛의 표면처리방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

금속펠렛의 표면처리방법

본 발명은 금속펠렛의 표면처리를 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속펠렛에 에틸렌글리콜(ethlene glycol: C₂H₆O₂) 이나 글리세롤(glycerol: C₃H₈O₃)을 피복하여 철 펠렛의 산화 및 부식반응에 대한 저항성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

현재 제철소의 미니밀 또는 코렉스 공장에서는 철광석을 철의 용융온도 이하에서 환원시켜 제조한 철펠렛 일명 직접환원철을 사용하고 있다.

최근 선진제철소에서는 용융환원 제철법을 차세대 기술로 받아들어 설비도입 및 기술개발에 박차를 가하고 있으며 특히 박슬래브 제조를 위한 전기로 공장의 신증설 추세에 따라 원료인 철스크랩의 수급난이 심화되고 있으며, 철스크랩의 가격상승으로 대체 철원이 될 수 있는 금속철 펠렛의 사용량이 증대되고 있다.

금속 철 펠렛은 철광석 펠렛을 화학적으로 고온에서 환원시켜 제조하기 때문에 기공이 많은 조직을 나타내며 단위 무게당 매우 큰 비표면적을 가지므로 화학적으로 매우 반응성이 높아 저장하거나 해상, 육상을 통해 운송할 경우 날씨, 환경 등에 따라 산화 또는 부식되는 경향이 커서 매우 위험하다.

금속 철 펠렛의 재산화는 건조상태에서 일어나며 공기중의 산화와 반응하여 하기 식 (1),(2)와 같은 산화물을 형성하면서 다량의 열을 방출하게 된다.

3Fe + 2O₂→ Fe₃O₄+ heat

2Fe + 3/2O₂→ Fe₃O₄+ heat

상기와 같은 반응이 지속되면 열전달 특성이 좋지 못한 철 펠렛의 구조적 특성 때문에 열을 함유하고 있다가 결국에는 발화하게 된다.

한편, 금속철 펠렛이 수분과 산소가 존재하는 경우에서는 하기 식 (3),(4)에 나타낸 바와같이 부식반응이 진행되어 수산화물을 형성함과 동시에 열을 발생하게 되면 (3)식에서와 같이 산소가 완전히 소비되는 반응의 경우에는 (5)식과 같은 반응으로, 해수에 침적된 경우에는 (6)식과 같은 반응으로 각각 수소가스를 발생하게 되므로 공기와의 접촉으로 인해 발화될 가능성이 매우 높다.

4Fe + 4H₂O → 4Fe(OH)₂+ heat

4Fe(OH)₂+ 2H₂O + O₂→ 4Fe(OH)₃+ heat

3Fe(OH)₂+ heat → Fe₃O₄+ 2H₂O + H₂

3Fe + 4H₂O+ heat → Fe₃O₄+ 4H₂

상기와 같이 금속철 펠렛의 산화 및 부식반응에 대한 불안정성으로 인하여 저장, 수송, 취급시 화재의 위험성이 있을뿐만 아니라 금속화율(metallization)이 저하함에 따라 제철소 전기로 조업시 금속의 회수율, 생산성, 냉각능등이 저하되고 전극, 생석회, 내화물 소비량이 증가하게 되는 문제점을 안고 있다.

이러한 금속 철 펠렛의 산화 및 부식에 따른 문제점을 해결하기 위해 실시 또는 제안되어 있는 방법으로는 철 펠렛 표면부위에 적정방법으로 산화층을 형성시키는 자연숙성법과 공기접촉법이 있으며, 철 펠렛을 650℃이상에서 압력을 가해 비표면적을 감소시켜 제조하는 열간 성형법등이 있다.

금속 철 펠렛 표면부위에 얇은 산화층(마그네타이트층)을 형성시키는 자연숙성법 및 공기접촉법등은 물이나 해수에 대한 부식저항성이 나빠 주로 가까운 제철소들에게만 판매할 경우 사용하고 있다. 물이나 해수에 가장 양호한 부식반응 저항성을 나타내는 열간성형법은 금속철 펠렛의 내부표면을 감소시키는 방법으로서 물함유량이 약 4%정도로 매우 낮아 국가간 무역교역시에는 대부분 이 방법에 의해 이루어지고 있다. 그러나 이 방법은 금속철 펠렛을 고온에서 압력을 가해 성형, 제조하므로 많은 부대설비와 비용이 소요된다는 문제점을 가지고 있다.

이에 본 발명자는 상기한 방법들의 문제점을 해결하기 위해 실험을 거듭하고 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 금속철 펠렛을 에틸렌글리콜이나 글리세롤 용액에 일정시간 침적시킨 후 건조하는 공정을 통해 금속철 펠렛의 산화 및 부식반응에 대한 저항성을 향상시키는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 금속 펠렛의 표면처리 방법에 있어서, 금속 펠렛을 에틸렌글리콜이나 글리세롤 용액에 상온~140℃미만의 온도범위에서 1분이상 침적한 후, 상기 침적 처리된 금속 펠렛을 50℃이하의 불활성 기체분위기속에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 금속펠렛의 표면처리방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 에틸렌글리콜이나 글리세롤 용액에 침적하는 침적온도는 상온~140℃미만으로 제어하는 것이 바람직하다.

상기 침적온도가 140℃이상이 되면 금속철 펠렛이 자체 연소하기 시작하기 때문에 금속화율이 저하하는 결과를 초래하게 된다.

또한, 본 발명에서는 에틸렌글리콜이나 글리세롤 용액에 금속철 펠렛을 1분이상 침적시키는 것이 바람직한데 그 이유는 다음과 같다.

즉, 침적시간이 1분미만이 되면 금속 펠렛내부에 있는 수많은 기공에 이르기까지 충분히 침투, 확산시키기 곤란하기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 상기와 같은 침적처리후 건조단계에서는 50℃이하의 불활성 기체 분위기속에서 건조시키는 것이 바람직하다.

침적후 금속철 펠렛 내부 또는 표면에서는 아직 완전하게 피착되지 못하여 산화에 대한 불안정한 특성을 나타내기 때문에 건조시까지 불활성 기체분위기하에서 유지하는 것이 바람직하다.

이때 건조온도는 50℃이하로 유지하는 것이 바람직한데 그 이유는 건조온도가 50℃이상이 되면 금속철 펠렛 표면 또는 내부에 피착되어 있던 피착층이 철펠렛과 분리되기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예 1

(발명예 1~6)

철광석 펠렛을 수소가스 분위기중에서 950℃, 5시간 열처리하여 금속철 펠렛을 제조하였다. 60℃로 가열한 에틸렌글리콜 용액과 글리세롤 용액에 금속 철 펠렛을 각각 1분, 10분, 30분간 침적시킨 후 취출하여 펠렛의 평균지름보다 적은 메쉬용기에 넣어 과잉으로 흡수 또는 피착되어 있는 용액을 제거하였다. 그후 불활성가스를 흘려주면서 50℃로 유지된 건조기에서 건조하여 피착시료를 제조하였다. 피착 처리한 금속철 펠렛의 산화 및 부식에 대한 저항성 특성의 평가는 해수의 화학성분과 유사한 3% NaCl 수용액중에 10분간 침적시킨 후 대기중에서 자연 방치시킴에 따라 경과시간에 따른 금속화율의 변화로부터 판단하였으며, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

(비교예 1~4)

침적시간을 10초, 30초로 한 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 실시하고 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

(종래예 1)

왁스를 110℃로 가열, 용융시킨 후 철펠렛을 1분간 침적, 유지시킨 후 취출하여 펠렛의 평균 지름보다 적은 메쉬용기에서 과잉의 용액을 제거하였다. 그후 50℃이하의 질소가스 분위기하에서 충분히 건조시킨 후 시험시료로 사용하였다. 피착 처리한 금속 철 펠렛의 산화 및 부식에 대한 저항성 특성은 해수와 유사한 3% NaCl 수용액중에 10분간 침적시킨 후 대기중에서 자연방치 시킴에 따라 경과시간에 따른 금속화률의 변화를 조사하여 하기 표1에 나타내었다.

	반 응 시 간	에이징시간에 따른금속화율(%)
	침적용액	침적시간	침적온도	2일	4일	10일
발명예	1	에틸렌글리콜	1분	60℃	92.4	91.4	91.2
	2	에틸렌글리콜	10분	60℃	92.3	91.7	91.4
	3	에틸렌글리콜	30분	60℃	91.9	91.8	92.2
	4	글리세롤	1분	60℃	91.8	90.4	90.1
	5	글리세롤	10분	60℃	92.2	90.2	89.8
	6	글리세롤	30분	60℃	92.4	91.4	90.9
비교예	1	에틸렌글리콜	10초	60℃	85.4	82.1	79.3
	2	에틸렌글리콜	30초	60℃	88.2	83.2	80.0
	3	글리세롤	10초	60℃	84.2	80.2	77.4
	4	글리세롤	30초	60℃	89.2	85.3	80.1
종래예	1	왁스	1분	110℃	90.91	88.14	88.17

상기 표1에서 알수 있는 바와같이, 본 발명의 피착매인 에틸렌글리콜이나 글리세롤 용액을 사용하여 침적시간 1분 이상유지, 처리한 발명예(1~6)의 경우에는 종래예(1)과 비교해 볼 때 에이징(aging)시간에 따라 보다 산화 및 부식에 대한 저항성 특성이 우수하다는 사실을 확인할 수 있다. 그러나 침적시간이 1분이하로 한 경우에는 에이징 시간에 따라 산화 및 부식반응이 점차 진행되어 금속화율이 감소하는 폭이 커진다는 사실을 확인할 수 있다. 따라서 에틸렌 글리콜과 글리세롤 용액이 금속 철 펠렛의 산화 및 부식에 대한 저항성을 향상시켜주는 피착매로서 적합하다는 사실을 알 수 있으며 이들을 피착매로서 사용할 경우에는 침적처리시간을 1분이상으로 유지하는 것이 바람직하다는 사실을 확인할 수 있다.

실시예 2

(발명예 7~12)

금속철 펠렛을 25℃, 100℃, 130℃의 에틸렌글리콜 용액과 글리세롤 용액 각각에 1분간 침적시킨 후 취출하여 펠렛의 평균지름보다 적은 메쉬용기에 넣어 과잉으로 흡수 또는 피착되어 있는 용액을 제거하였다. 그후 불활성가스를 흘려주면서 50℃로 유지된 건조기에서 건조하여 피착시료를 제조하였다. 피착처리한 금속철 펠렛의 산화 및 부식에 대한 저항성 특성의 평가는 해수의 화학성분과 유사한 3% NaCl 수용액중에 10분간 침적시킨 후 대기중에서 자연방치시킴에 따라 경과시간에 따른 금속화률의 변화로부터 판단하였으며, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

(비교예 5~6)

에틸렌글리콜 용액과 글리세롤 용액의 온도를 140℃로 가열한 용액에 철 펠렛을 침적시키는 것을 제외하고는 상기 발명예와 동일한 방법으로 실시하고 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

	반 응 시 간	에이징시간에 따른 금속화율(%)
	침적용액	침적시간	침적온도	2일	4일	10일
발명예	7	에틸렌글리콜	1분	25℃	91.9	91.4	90.5
	8	에틸렌글리콜	1분	100℃	92.8	92.4	91.9
	9	에틸렌글리콜	1분	130℃	90.2	89.7	89.4
	10	글리세롤	1분	25℃	91.2	90.7	90.4
	11	글리세롤	1분	100℃	92.2	92.0	91.4
	12	글리세롤	1분	130℃	89.7	89.2	88.4
비교예	5	에틸렌글리콜	1분	140℃	84.2	82.1	81.3
	6	글리세롤	1분	140℃	82.1	81.4	81.2

상기 표2에서 알수 있는 바와같이, 침적용액의 온도가 140℃이상이 되면 오히려 금속화율이 저하되는 현상을 나타내게 되는데 이는 온도가 높아지면 용액의 확산속도가 증가하여 펠렛 내부의 기공에 침투, 확산되는 시간은 단축되지만 금속철 펠렛 표면부위부터 서서히 자체 산화되기 시작하기 때문에 금속화율이 초기 에이징시부터 낮은 값을 나타내게 되었던 것으로 생각된다. 따라서, 침적용액의 온도는 140℃미만으로 유지하여 처리하는 것이 바람직하다는 사실을 확인할 수 있다.

상술한 바와같이 본 발명은 대기중에서 금속 펠렛의 산화뿐만 아니라 물, 해수등과의 접촉에 의해서 일어나는 부식반응에 대한 저항성 특성을 향상시킬 수 있다는 효과를 가지고 있다.

Claims (1)

1. 금속펠렛의 표면처리방법에 있어서,

   금속펠렛을 에틸렌 글리콜이나 글리세롤 용액에 상온~140℃미만의 온도범위에서 1분이상 침적한 후 상기 침적처리된 금속 펠렛을 50℃이하의 불활성 기체 분위기속에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 금속펠렛의 표면처리방법.