KR20000041669A

KR20000041669A - 전기로용 용해 촉진제

Info

Publication number: KR20000041669A
Application number: KR1019980057623A
Authority: KR
Inventors: 허완욱; 이계영; 김기성
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2000-07-15

Abstract

본 발명은 전기로 조업시에 용해 시간 및 전력 원단위를 감소시키기 위해 사용되는 용해촉진제에 관한 것으로, 그 목적은 탄소와 기체산소 보다 전력원단위를 더욱 감소시킬 수 있으면서 노저부에서도 발열반응이 일어날 수 있는 용해촉진제를 제공함에 있다.

이러한 목적을 갖는 본 발명은,

(a) 2.67mm이하의 알루미늄 드로스: 50∼90%와

(b) 2mm이하의 산화철: 6∼46%

(c) 2mm이하의 석탄분말: 4∼16%로 이루어지는 전기로용 용해촉진제에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

이러한 본 발명의 용해촉진제는, 기존의 탄소와 기체산소의 용해촉진제 보다 적어도 발열량이 크며, 전력원단위가 최고 14%까지 절감되는 효과가 있다.

Description

전기로용 용해촉진제

본 발명은 전기로 조업시에 용해 시간 및 전력 원단위를 감소시키기 위해 사용되는 용해촉진제에 관한 것으로, 상세하게는 기존의 탄소와 기체산소 보다 전력원단위가 절감됨은 물론, 노저부에서도 발열반응이 일어날 수 있는 용해촉진제에 관한 것이다.

일반적으로 전기로 조업은 스크랩(고철)을 전체 장입량의 약 75%를 로내에 장입하여 1차 용해하고, 나머지 약 25%의 스크랩을 다시 장입하여 2차 용해한 다음, 전량의 스크랩이 용해되면 정련과정을 거치게 된다. 이와 같은 용해 및 정련과정에 있어서 조업시간을 단축하기 위해 각 단계별로 적절한 전력패턴을 설정하여 통전(通電)을 하게 되고, 또한 산소와 탄소를 용강에 분사하여 용해를 촉진시키고 있다. 즉, 용강면 상부 또는 용탕내에 분사된 분말상의 탄소와 기체상의 산소가 아래와 같은 발열반응을 일으키면서 스크랩의 용해시간을 단축시킨다.

상기와 같은 발열 반응은 탄소 1㎏당 25℃의 경우 2200㎉이며, 1500℃의 경우에는 2340㎉로서 이를 전기에너지로 환산(1KWH/860㎉) 할 경우에 각각 2.6KWH와 2.7KWH에 해당된다. 이처럼 탄소를 주성분으로 한 용해 촉진제를 스크랩이 통전된 상태에첨가하여 미융해된 스크랩의 용해 및 용융물의 온도를 상승시켜 줌으로써 전력 원단위의 저감과 용해시간 단축의 효과를 얻을 수 있다.

용해 촉진제에 대한 종래기술로는 일본 공개특허공보 소55-125219호에 반성(半成)코크스, 무연탄, 철분, 그리고 리그린산의 점결재로 구성되어 있는 용해촉진제가 제안된 바 있다. 이 용해촉진제에서 용해촉진 역할을 하는 성분의 대부분은 탄소분으로서, 반응식 1과 같은 발열 반응을 유도하여 전력 원단위의 저감 및 용해시간을 단축하고 있다. 상기 용해촉진에는 철분이 포함되어 있으나, 그 작용에 대한 언급이 없기 때문에 자세한 내용은 알 수가 없다. 다만, 상기 발명에 포함된 철분이 용해 촉진제로 작용하는 C의 연소를 돕는다고 생각한다면, 철분이 일단 산화되어 Fe₂O₃가 된 다음 반응식 2와 같은 반응이 가능하리라 여겨진다. 그러나, 반응식 2의 반응은 흡열반응이므로 C의 연소가 증진된다 하더라도 철분은 전체적으로는 용해를 저해하는 작용을 한다.

또한, 상기 종래기술에서 용해촉진제에 포함된 C성분이 연소되기 위해서 필요한 산소를 상부에 분사시켜야 하는데 실제 노내에 장입된 고철 등이 장애물로 작용하여 C성분의 산화율이 저하되고 오히려 고철을 산화시켜 과산화로 인한 여러 가지 문제를 일으키게 된다.

따라서, 본 발명은 전기로 조업시에 용해시간 및 전력 원단위를 더욱 감소시키면서 기체산소에 의한 조업불안전 문제를 해결할 수 있는 용해촉진제를 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1용해촉진제는,

(a) 2.67mm이하의 알루미늄 드로스: 50∼90%와

(b) 2mm이하의 산화철: 10∼50%를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 제 2용해촉진제는,

(a) 2.67mm이하의 알루미늄 드로스: 50∼90%와

(b) 2mm이하의 산화철: 6∼46%

(c) 2mm이하의 석탄분말: 4∼16%를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자는 금속 알루미늄이 종래에 용해촉진제로 사용되어 오던 물질보다 발열량이 많다는 점과 더불어, 전기로의 상부에서 분산된 산소의 공급이 원활하지 못한 노저부에서도 발열 반응이 일어날 수 있도록 용해촉진제에 고체 산소가 포함된다면 더 효율적이라는데 착안하여 본 발명을 완성하게 이르렀다. 나아가 발열제로 이용하는 고체산소로 산화철을 이용한다면 기존의 기체상의 산소 보다 용융물의 실수율을 높일 수 있다는데 주안점을 두어 본 발명의 용해촉진제를 개발하였다.

즉, 본 발명에서는 알루미늄과 산화철의 혼합물을 하기와 같은 반응을 유도하여 종래의 탄소와 기체산소의 반응보다 더 효과적으로 용해를 촉진한다. 즉, 산화철이 반응열이 적은 Fe₂O₃상으로 가정하면 약 3900㎉로서 탄소보다 1.8배 크다. 따라서 용해제를 100% 탄소로 사용한다고 가정하였을 때 알루미늄은 30%만 사용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

2Al+Fe₂O₃=Al₂O₃+2Fe ΔH₁₅₀₀=-105.0Kcal/mole-Ai

2Al+FeO=Al₂O₃+3Fe ΔH₁₅₀₀=-113.9Kcal/mole-Ai

앞서 언급한 반응식 1과 3 또는 4에서 알 수 있듯이, 이론적으로 본 발명에 착안한 물질인 알루미늄이 종래의 탄소에 비하여 발열량이 4배 이상 큼을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명은 알루미늄과 산화철의 발열반응을 효과적으로 이용하는데, 그 특징이 있으며, 이를 제 1용해촉진제와 제 2용해촉진제로 세분하여 다음이하에서 설명한다.

[제 1용해촉진제]

본 발명의 제 1용해촉진제는 (a) 2.67mm이하의 알루미늄 드로스: 50∼90%와 (b) 2mm이하의 산화철: 10∼50%를 포함하여 구성된다.

(a) 먼저, 본 발명의 용해촉진제에는 발열반응을 효과적으로 이용한다는 측면에서 알루미늄이면 가능하며, 이러한 알루미늄은 아래의 반응식 5에서와 같이 발열반응을 한다. 이론적으로 상기 반응식으로부터 탄소와 금속 알루미늄 1kg당 25℃의 경우에 발열량을 보면 각각 2200㎉, 7400㎉로서 약 3.4배 알루미늄이 크다.

그러나, 본 발명에서는 저렴하면서도 폐자원을 재활용한다는 차원에서 알루미늄드로스를 이용한다. 알루미늄드로스는 Al 정련시에 발생되는 부산물로서, 유효한 성분인 금속 알루미늄이 많이 함유될수록 좋다. 통상, 드로스에는 부산물로 50-80%의 금속알루미늄을 함유하고 있으며, 각각의 형태가 괴상형이며 연성을 가지고 있고, 모서리가 날카로운 형태이므로 다른 원료(산화철 및 석탄분말)와 함께 결합제를 첨가하지 않아도 성형이 가능하다는 장점을 가지고 있다.

이러한 알루미늄드로스는 2.67mm이하가 바람직한데, 이는 2.67mm이상의 괴상드로스는 성형체로 제조하는 경우 성형성(압축강도)를 떨어뜨릴뿐만 아니라, 별도의 용도가 있기 때문에 값이 비싸서 부산물로의 가치가 떨어지기 때문이다.

본 발명의 제 1용해촉진제에서 알루미늄드로스는 50∼90%함유되는 것이 좋다. 이는 알루미늄드로스가 이 범위를 벗어나는 경우 성형성 및 압축강도가 열화되기 때문이다.

(b) 산화철은, 알루미늄을 산화시켜 열을 발생시키는 역할과 함께 용융물의 실수율을 높인다는 장점을 갖는다. 이러한 산화철은 2mm이하가 바람직한데, 이는 성형성 및 자연산으로 얻어질 수 있는 크기를 고려한 것이다.

본 발명의 제 1용해촉진제에서 산화철은 10∼50%가 바람직한데, 이는 알루미늄드로스와의 상대적인 양으로 정해지는 것이다.

[제 2용해촉진제]

본 발명의 제 2용해촉진제는, (a) 2.67mm이하의 알루미늄 드로스: 50∼90%와 (b) 2mm이하의 산화철: 6∼46% (c) 2mm이하의 석탄분말: 4∼16%를 포함하여 구성된다.

이러한 제 2용해촉진제는, 실질적으로 제 1용해촉진제에 석탄분말이 일정량 함유되면서 그에 따라 산화철의 함량을 조정한 것이다. 여기서, 알루미늄드로스와 산화철은 앞서 언급한 제 1용해촉진제에서와 같은 작용을 하며 다만, 석탄 분말과의 상호작용으로 용해촉진이 더 효과적이 된다. 따라서, 알루늄드로스와 산화철의 크기 및 첨가량 한정이유는 중복설명을 피하고 석탄분말에 대해 집중 설명한다.

(c)본 발명에서 석탄분말은 CO가스를 생성시켜 용해 촉진제를 분해하여 반응 효율을 증가시키는 작용을 하며, 그 크기는 2mm이하가 바람직한데, 이는 이는 성형성 및 자연산으로 얻어질 수 있는 크기를 고려한 것이다. 또한, 석탄분말의 첨가량은 4∼16%가 바람직한데, 이는 성형성과 함께 용해촉진효과를 고려하여 선정한 것이다.

한편, 이러한 금속을 함유한 용해촉진제는 호퍼에 장입하여 사용될 수 있도록 성형성이 확보되는 것이 좋다. 그런데, 알루미늄 드로스는 부정형의 형태로 저장호퍼를 사용할 수 없으므로 작업자가 직접 투입하게 되는데, 투입시 백연이 발생하게 되어 작압성이 열악하다. 따라서, 저장호퍼에 장입한 후 사용될 수 있도록 성형체로 만드는 것이 바람직하다.

성형체는 상기와 같이 용해촉진제의 성분을 일정형틀에 넣고 일정압력을 가압하여 만들면 되며, 본 발명에서는 이러한 성형체를 브리켓이라 표현한다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

세절된 알루미늄 드로스를 체질하여 2.67mm 이하로 분급하고, 이 분급된 알루미늄 드로스와 산화철 그리고 석탄분말을 아래 표 1과 같이 혼합비를 조정하여 브리켓으로 성형하였다.

브리켓은 몰드를 내경 20mm로 가공하고 여기에 혼합한 용해촉진제를 넣은 다음, 1톤의 하중으로 압력을 가해 제조하였다. 따라서, 1톤 이상의 하중을 가할 경우 브리켓의 압축강도는 증가하게 되므로 1톤의 하중은 브리켓 성형시 최소의 하중값 이라고 할 수 있다. 브리켓의 무게는 8-10g이었다. 이때 압력은 압축기를 이용하여 하중을 가한 직각방향(이하, 수직방향 이라 칭함)에서의 압축강도를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 하중을 가한 방향(이하, 수평방향이라 칭함)에서의 강도는 약 200kg이상으로 나타내어 표 1에 나타내지 않았다. 이러한 강도는 14kg이상의 강도를 요구하는 브리켓의 특성을 충분히 만족하였기 때문이다. 하중이 가해진 방향에서는 우수한 강도를 나타낸 것은, 입자들이 치밀하게 압축되었기 때문이다.

그리고, 용해촉진제의 효과를 파악하기 위해, 고철 중량 5%에 해당하는 양을 고철과 함께 로내에 장입하고 용해 작업을 실시하였으며 용강이 용해되고 1600도씨까지 도달하는데에 소비되는 전력 원단위를 용해 촉진제 종류별로 비교하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

구분	혼합비(%)	전력원단위(%)	압축강도(kg)	성형성
구분	산화철	전력원단위(%)	압축강도(kg)	성형성	알루미늄 드로스	석탄
종래예	昭55-125219 발명품	89-92		-
비교예	1	60	40	-	96	12	×
발명예	2	50	50	-	94	26	○
	3	30	70	-	90	36	○
	4	20	80	-	89	28	○
	5	10	90	-	89	24	○
	6	-	100	-	90	13	×
발명예	7	46	50	4	92	22	△
	8	42	50	8	90	19	△
	9	34	50	16	91	14	△
	10	26	50	24	93	13	×
발명예	11	26	70	4	90	24	○
발명예	12	14	70	16	87	22	○
	13	6	70	24	88	13	×
발명예	14	16	80	4	87	22	○
	15	12	80	8	86	22	○
	16	12	90	4	88	18	△
		○: 양호, △: 보통, ×: 불량

비교예(1)과 발명예(2-5)에서 알 수 있듯이, 알루미늄드로스의 양이 증가함에 따라 압축강도가 증가하다가 다시 감소되고 있으며 알루미늄드로스의 혼합비가 약 70%에서 가장 높은 압축강도를 보이고 있다. 이 경우에 산화철을 10-30% 첨가하면 알루미늄드로스만을 첨가한 비교예(7)에 비해 전력원단위의 저감효과가 동등하거나 더 높음을 알 수 있다. 그러나, 산화철의 첨가비율이 높아지면 성형성이 확보되지 않아 저장용으로 사용하기에는 곤란하였다(비교예(1)).

한편, 발명예(7-9)와 비교예(10)의 경우는 50%의 알루미늄드로스에 대하여 석탄분말을 4-24%로 첨가한 경우로 석탄이 4-16% 함유될 때 종래의 용해촉진제 보다도 우수한 효과를 보이고 있다.

또한, 발명예(11-12)(14-16) 그리고 비교예(13)은 각각 알루미늄 드로스 함량이 70,80,90%일 때 다른 혼합원료의 첨가량에 대한 결과로써, 알루미늄 드로스: 50∼90%와 산화철: 6∼46% 및 석탄분말: 4∼16%로 구성된 브리켓이 전력원단위 저감효과가 우수하다는 것을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전기로에서의 전력원단위를 절감할 수 있는 용해 촉진제를 제공하는 효과가 있다.

Claims

전기로용 용해 촉진제에 있어서,

(a) 2.67mm이하의 알루미늄 드로스: 50∼90%와

(b) 2mm이하의 산화철: 10∼50%로 이루어지는 전기로용 용해촉진제.
전기로용 용해 촉진제에 있어서,

(a) 2.67mm이하의 알루미늄 드로스: 50∼90%와

(b) 2mm이하의 산화철: 6∼46%

(c) 2mm이하의 석탄분말: 4∼16%로 이루어지는 전기로용 용해촉진제.