KR20010045133A - 금속 철 펠렛의 내산화성 및 내부식성 향상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 철 펠렛의 내산화성 및 내부식성 향상방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 금속 철 펠렛을 스테아릭산 용액에 일정시간 침적시켜 피복 처리한 후 건조하는 공정을 통해 금속 철 펠렛의 내산화성 및 내부식성을 향상 시키는 방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 금속 철 펠렛의 표면처리 방법에 있어서, 금속 철 펠렛을 스테아릭산 용액에 70℃이상 140℃미만의 온도 범위에서 3분 이상 침적한 후, 상기 침적 처리된 금속 철 펠렛을 50℃이하의 불활성 기체 분위기 속에서 건조 시키는 것을 특징으로 하는 금속 철 펠렛의 내산화성 및 내부식성 향상 방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

금속 철 펠렛의 내산화성 및 내부식성 향상방법{Method for Improvement of Oxidation and Passivation Resistance of Metal Pellet}

본 발명은 철강산업분야에서 대체 철원 등으로 사용되는 금속 철 펠렛의 내산화성 및 내부식성을 향상 시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 철 펠렛을 스테아릭산(Stearic acid:C₁₈H₃₆O₂)을 이용하여 적정 조건으로 피복 처리하므로서 금속 철 펠렛의 내산화 및 내 부식성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.

선진 제철소에서는 최근 미니밀과 코렉스등의 용융 환원 제철법을 차세대 제철 기술로 채택하여 설비도입 뿐만 아니라 기술 개발에 박차를 가하고 있으며, 특히 박슬래브 제조를 위한 미니밀 공장의 신증설 추세에 따라 원료인 철스크랩의 수급난이 심화되고 있으며, 철스크랩의 가격 상승으로 인해 대체 철원이 될 수 있는 금속 철 펠렛의 사용량이 증대되고 있다.

일반적으로 금속 철 펠렛은 철광석 펠렛을 화학적으로 환원시켜 제조하기 때문에 가스와의 반응에 의해 이탈된 물 및 산소분자의 위치에 잔류된 수많은 기공을 가진 조직을 하고 있어 단위 무게당 매우 큰 비표면적을 가지므로 화학적으로 매우 반응성이 높아 해상이나 육상을 통해 운송하거나, 저장하는 기간중에 날씨, 환경등에 의해 산화 또는 부식되는 경향이 매우 크다는 문제가 있다.

이같은 금속 철 펠렛의 재산화는 건조상태에서 일어나며, 공기중의 산소와 반응하여 하기식(1),(2)와 같은 반응식에 따라 산화물을 형성 하면서 다량의 열을 방출하게된다.

3Fe + 2O₂→Fe₃O₄+ heat

2Fe + 3/2O₂→Fe₂O₃+ heat

그런데, 이와 같은 반응이 지속되면 열전달 특성이 좋지 못한 금속 철 펠렛의 구조적 특성 때문에 펠렛 자체가 열을 함유하고 있다가 결국에는 발화하게 된다.

한편, 금속 철 펠렛이 수분과 산소가 존재하는 경우에는 하기식(3), (4)에 나타낸 바와같은 부식반응이 진행되어 수화물을 형성함과 동시에 열을 발생하게 되면, 하기식(3)에서와 같이 산소가 완전히 소비되는 반응의 경우에는 하기식(5)와 같은 반응으로 진행되고, 해수에 침적된 경우에는 하기식(6)과 같은 반응으로 각각 수소 가스를 발생하게 되므로 공기와의 접촉에 의해 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 같은 금속 철 펠렛의 산화 및 부식반응에 대한 불안정성으로 인하여 저장, 수송, 취급시 화재의 위험성이 있을 뿐만 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 금속 철 펠렛 표면 부위에 적정방법으로 산화층을 형성시키는 자연숙성법과 공기접촉법이 있으며, 금속 철 펠렛을 650℃ 이상에서 압력을 가해 비표면적을 감소시키는 열간 성형법등이 있다(direct reduced iron technology and economics of production and use,1980). 또한, 금속 철 펠렛 제조시 CaO를 첨가하여 제조하므로서 기공을 조대화 시켜 비표면적을 감소시키므로서 산화 및 부식에 대한 화학적 반응성을 저하시키는 방법(improvement of the reoxidation and corrosion behaviour of direct reduced iron by application of CaO coating-development of a coating process, metallurgical plant and technology, 1982)도 제안되어 있으며, 왁스(wax)를 이용하여 금속 철 펠렛의 표면을 처리하는 방법(US patent 4,692,353)도 제안되어 있다.

상기 종래기술중에서 금속 철 펠렛 표면 부위에 얇은 산화층(마그네타이트층:Fe₃O₄)을 형성시키는 자연 숙성법 및 공기 접촉법등은 물이나 해수에 대한 부식 저항성이 나빠 주로 가까운 제철소들에게만 판매할 경우 사용되고 있는 기술이다. 물이나 해수에 가장 양호한 부식 반응 저항성을 나타내는 열간 성형법은 금속 철 펠렛의 내부 표면적을 감소시키는 방법으로서 물 함유량이 약 4정도로 매우 낮아 국가간 교역시에는 대부분 이 방법에 의해 이루어 지고 있다. 그러나 이방법은 금속철 펠렛을 고온에서 고압으로 성형, 제조하므로 별도의 부대설비와 많은 비용이 소요된다는 문제점을 가지고 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 기존방법들의 문제점을 해결하기 위해 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 금속 철 펠렛을 스테아릭산 용액에 일정시간 침적시켜 피복 처리한 후 건조하는 공정을 통해 금속 철 펠렛의 내산화성 및 내부식성을 향상 시키는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 금속 철 펠렛의 표면처리 방법에 있어서, 금속 철 펠렛을 스테아릭산 용액에 70℃이상 140℃미만의 온도 범위에서 3분 이상 침적한 후, 상기 침적 처리된 금속 철 펠렛을 50℃이하의 불활성 기체 분위기 속에서 건조 시키는 것을 특징으로 하는 금속 철 펠렛의 내산화성 및 내부식성 향상 방법에 관한 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 금속 철 펠렛을 스테아릭산 용액에 침적시 온도를 70℃이상 140℃미만의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

상기 침적온도가 70℃미만이 되면 스테아릭산이 완전히 액상으로 전이되지 못하여 고 점도를 나타내므로 금속 철 펠렛 내부까지 확산되어 들어가지 못하므로 내산화 및 내부식성의 향상을 기대할 수 없으며, 침적온도가 140℃이상이 되면 금속 철 펠렛 자체가 서서히 연소하기 시작하기 때문에 금속화률이 저하하는 결과를 초래하게 되기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 스테아릭산 용액에 금속 철 펠렛을 3분 이상 침적시키는 것이 바람직하다.

상기 침적시간이 3분 미만이 되면 금속 철 펠렛 내부에 있는 수많은 기공에 이르기 까지 충분히 침투, 확산되어 들어가기 곤란하기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 상기와 같은 침적처리 후 건조 단계에서 50℃이하의 불활성 기체 분위기 속에서 건조시키는 것이 바람직하다.

상기 불활성분위기에서 건조시키는 이유는, 침적 후 금속 철 펠렛 내부 또는 표면에서는 아직 완전하게 피복처리 되지 못하여 산화에 대한 불안정한 특성을 나타내기 때문에 건조시 까지 불활성 기체 분위기 하에서 유지하는 것이 바람직하기 때문이다. 이때, 상기 건조온도는 50℃이하로 유지하는 것이 바람직 한데, 그 이유는 건조온도가 50℃를 초과하면 금속 철 펠렛 내부 또는 표면에 피복되어 있던 피착층이 금속 철 펠렛과 분리되어 이탈되기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예1

철광석 펠렛을 수소가스 분위기 하에서 950℃로 5시간 열처리하여 금속 철 펠렛을 제조하였다. 이때, 제조된 금속 철 펠렛의 금속화률은 94.2였다.

(발명예1∼3)

상기와 같이 제조된 금속 철 펠렛을 70℃로 가열한 스테아릭산 용액에 각각 3분(발명예1), 30분(발명예2), 60분(발명예3)간 침적 시킨 후, 취출하여 펠렛의 평균 지름보다 적은 메쉬 용기에 넣어 과잉으로 흡수 또는 피복되어 있는 용액을 제거한 후 불활성 가스를 흘려주면서 50℃로 유지된 건조기에서 건조하여 피복시료를 제조하였다.

피복 처리한 금속 철 펠렛의 산화 및 부식에 대한 저항성 특성의 평가는 해수의 화학성분과 유사한 3aCl 수용액중 80℃로 10분간 침적한 후 대기중에서 자연 방치시킴에 따라 경과시간에 따른 금속화률의 변화로부터 판단하였으며, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

(비교예1∼3)

또한, 상기와 같이 제조된 금속 철 펠렛을 이용하여, 스테아릭산 용액에 각각 1분(비교예2), 2분(비교예3)간 침적시킨 것을 제외하고는 상기 발명예의 경우와 동일한 방법으로, 피복하고 특성을 평가하여, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다. 또한, 스테아릭산으로 피복 처리를 행하지 않은 경우(비교예1)에 있어서도 특성을 평가하고, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다.

(종래예1)

또한, 상기와 같이 제조된 금속 철 펠렛을 110℃로 가열, 용융시킨 왁스에 1분(종래예1)간 침적 시킨 후, 취출하여 펠렛의 평균 지름보다 작은 메쉬 용기에서 과잉의 용액을 제거하였다. 그후 50℃이하의 질소가스 분위기 하에서 충분히 건조시켜 왁스에 의한 피복시료를 제조하였다.

피복 처리된 금속 철 펠렛의 산화 및 부식에 대한 특성은 해수와 유사한 3aCl 수용액 중에 80℃로 10분간 침적 시킨 후 대기중에서 자연 방치시킴에 따라 경과 시간에 따른 금속화률의 변화를 조사하여 하기 표1에 나타내었다.

	피복 처리조건	에이징에 따른 금속화률()
	피복제	피복처리시간(분)	피복처리온도(℃)	2일	4일	10일
발명예	1	스테아릭산	3	70	93.1	92.4	92.0
	2	"	30	"	93.5	92.4	92.0
	3	"	60	"	93.0	92.6	91.9
비교예	1	"	-	"	78.2	76.0	70.0
	2	"	1	"	83.0	82.2	78.4
	3	"	2	"	88.2	86.4	84.2
종래예	1	왁스	1	110	90.91	88.14	88.17

상기 표1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조건을 만족하는 발명예(1∼3)의 경우는 비교예(1∼3)과 종래예(1)과 비교해 볼 때 에이징 시간에 따라 금속화률이 감소하는 폭이 작을 뿐만 아니라 10일 이상 경과한 후에도 90이상의 높은 금속화률을 유지 하고 있다는 사실을 확인할 수 있다. 그러나, 피복처리 시간이 3분 미만으로 하거나 피복처리를 행하지 않은 비교예(1-3)의 경우를 살펴보면 에이징 시간에 따라 금속화률이 저하하는 폭이 커진다는 사실을 확인할 수 있었다. 따라서, 스테아릭산이 금속철 펠렛의 산화 및 부식에 대한 저항성을 향상시켜 주는 피복제로서 적합하다는 사실을 알 수 있으며, 이를 피복제로 사용할 경우에는 피복처리 시간을 3분 이상으로 유지하는 것이 바람직하다는 사실을 확인할 수 있었다.

실시예 2

철광석 펠렛을 수소 가스 분위기 하에서 950℃로 5시간 열처리하여 금속 철 펠렛을 제조하였다. 이때, 제조된 금속 철 펠렛의 금속화률은 94.2였다.

(발명예4∼6)

상기와 같이 제조된 금속 철 펠렛을 90℃(발명예4), 110℃(발명예5), 130℃(발명예6)로 각각 가열한 스테아릭산 용액에 3분간 침적 시킨 후, 취출하여 펠렛의 평균 지름보다 적은 메쉬 용기에 넣어 과잉으로 흡수 또는 피복되어 있는 용액을 제거한 다음, 불활성 가스를 흘려주면서 50℃로 유지된 건조기에서 건조하여 피복시료를 제조하였다.

피복 처리한 금속 철 펠렛의 산화 및 부식에 대한 저항성 특성의 평가는 해수의 화학성분과 유사한 3aCl 수용액중 80℃로 10분간 침적한 후 대기중에서 자연 방치시킴에 따라 경과시간에 따른 금속화률의 변화로부터 판단하였으며, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

(비교예4∼6)

상기와 같이 제조된 금속 철 펠렛을 60℃(비교예4), 140℃(비교예5), 150℃(비교예6)로 각각 가열한 스테아릭산 용액에 침적, 피복 처리한 것을 제외하고는 상기 발명예(4-5)와 동일한 방법으로 실시하고, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

	피복처리조건	에이징에 따른 금속화률()
	피복제	피복처리시간(분)	피복처리온도(℃)	2일	4일	10일
발명예	4	스테아릭산	3	90	92.9	92.4	91.9
	5	"	"	110	93.0	92.6	91.9
	6	"	"	130	92.4	92.0	91.9
비교예	4	"	"	60	89.4	84.2	83.1
	5	"	"	140	82.2	78.4	73.2
	6	"	"	150	80.1	78.6	73.1

상기 표2에서 알 수 있는 바와같이, 피복 처리온도가 70℃이하가 되거나 140℃이상이 되면 금속화률이 급격히 감소하는 현상을 나타내었다. 피복 처리온도가 70℃ 이하가 되면 스테아릭산의 고 점도로 인해 금속 철 펠렛 내부로의 확산 속도가 급격히 감소하여 충분히 펠렛를 피복하지 못하기 때문이며, 피복 처리온도가 140℃ 이상이 되면 스테아릭산의 점도는 감소하여 확산 속도는 증가하나 금속 철 펠렛 표면부터 서서히 자체 산화되기 때문에 금속화률이 초기 에이징시부터 낮은 값을 나타내게 되었던 것으로 생각된다. 따라서, 스테아릭산을 이용하여 피복처리하는 본 발명의 경우는 피복 처리 온도를 70℃이상 140℃미만의 범위로 조절하여 처리하는 것이 바람직하다는 사실을 확인할 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 대기중에서 금속 철 펠렛의 산화 뿐만 아니라 물, 해수등과의 접촉에 의해 일어나는 부식반응에 대한 저항성을 향상 시킬 수 있다는 효과를 가지고 있다.

Claims (1)

1. 금속 철 펠렛의 표면처리 방법에 있어서,

   금속 철 펠렛을 스테아릭산 용액에 70℃이상 140℃미만의 온도 범위에서 3분 이상 침적한 후, 상기 침적 처리된 금속 철 펠렛을 50℃이하의 불활성 기체 분위기 속에서 건조 시키는 것을 특징으로 하는 금속 철 펠렛의 내산화성 및 내부식성 향상 방법