KR20010111208A

KR20010111208A - 슬로핑 방지제의 제조방법

Info

Publication number: KR20010111208A
Application number: KR1020000031754A
Authority: KR
Inventors: 정태정
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-12-17

Abstract

본 발명은 제철산업의 제선공정에서 발생하는 고로슬러지와 전로공정에서 발생하는 전로슬래그를 배합하여 전로 정련시 발생하는 슬로핑을 방지하는 슬로핑 방지제의 제조방법에 관한 것으로서, 전로정련 및 탈린공정에서 CO 가스 기포에 의한 슬래그 포밍 발생시 투입하는 물질의 제조방법에 있어서, 28∼35 중량%의 탄소와 34∼37 중량%의 전철분(T.Fe)를 함유한 고로슬러지 70∼80 중량%에다 17∼21 중량%의 전철분(T.Fe)과 35∼45 중량%의 CaO를 함유한 전로슬래그 20∼30 중량%를 혼합하여 제조함으로써 슬래그 포밍을 신속히 억제하고 고로슬러지에 포함되어 있는 철원을 효율적으로 회수할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 폐펄프계 포밍 억제제의 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있는 것이다.

Description

슬로핑 방지제의 제조방법{A MANUFACTURE METHOD OF SLOPING PREVENTION DRUG}

본 발명은 제철산업의 제선공정에서 발생하는 고로슬러지와 전로공정에서 발생하는 전로슬래그를 배합하여 전로 정련시 발생하는 슬로핑을 방지하는 슬로핑 방지제의 제조방법에 관한 것이다.

용선으로부터 용강을 제조하는 공정인 전로 정련에서는 고순도의 산소를 용탕에 취입하여 용탕중 탄소, 규소, 인, 유황 등을 제거한다. 이때 용탕중의 탄소와 산소의 반응에 의하여 미세한 CO 기포가 발생하며, 이 기포가 슬래그층을 원활히 빠져 나오지 못하고, 기포층(foam)을 형성하며 갇혀 있다가 기포의 수와 체적이 증가하여 일시적으로 전로 밖으로 분출되는 현상을 슬로핑이라고 한다.

슬로핑 현상이 일어나면, 슬래그와 용철이 함께 분출되어 정련 실수율의 저하와 함께 슬래그의 염기도를 저하시켜 전로내 반응에 악영향을 초래함은 물론 다량의 가스와 분진에 의한 대기환경 공해 유발과 전로공정의 부산가스인 전로가스 회수량 저하 등의 문제를 유발한다.

일반적으로 슬로핑은 미세하여 안정된 기포가 많을 수록 또한 슬래그의 점도가 높고 표면장력이 클 수록 발생이 촉진되는 것으로 알려져 있으며, 미세한 기포는 산소가 직접 취입되는 부분에서의 반응에 의한 CO 기포보다 철분이 산화된 FeO가 다시 용탕의 탄소에 의해 환원될 때 발생하는 CO 기포가 더 미세하며 안정된 것으로 알려져 있다.

전로공정에서는 슬로핑을 방지하기 위한 수단으로 CO 기포에 의한 기포층(blow hole)을 파괴하여 CO 가스가 원활히 배출하도록 촉진하고자 슬래그 포밍층을 진정시켜 슬로핑을 방지하는 물질을 투입한다.

슬로핑 방지제는 용탕과 슬래그의 계면까지 침투할 수 있도록 어느 정도의 비중을 갖고 있어야 하며, 투입된 후 슬래그 포밍 진정능력을 일정시간 유지하기 위한 강도와 기포의 물리적 파괴를 증대시키기 위한 휘발분 및 기포 표면의 표면장력을 크게하고 점도를 저하시키기 위해 연소시 많은 열량을 방출할 것 등이 요구된다.

상기한 슬로핑 방지를 위한 슬래그 포밍 진정제로서 종래의 것으로는 폐펄프와 전로슬래그를 배합한 폐펄프계(일본국 특허공개 소59-48925, 일본국 특허공고 소62-52004) 등이 있다. 그러나 이것들은 용융 슬래그 보다 비중이 낮아 투입시 슬래그 포밍층의 표면에서만 작용하여 진정효과가 미흡하며, 지속성이 떨어지고,강도가 낮아 취급시 쉽게 분화하여 실제로 전로에 투입할 때 많은 량이 집진기에 흡입되어 투입량이 늘어나게 된다.

또한 컨베이어 벨트를 이용하여 각종 원료를 수송하는 전로 공정에서 벨트위에 잔류하는 생석회(CaO) 가루와 폐펄프계 진정제의 수분이 반응하여 발생하는 열에 의해 발화되어 컨베이어 벨트가 소손되는 화재사고의 가능성이 상존하는 등의 문제점을 안고 있다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래의 슬로핑 방지제가 갖는 각종 문제점 및 결점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 제철소에서 부산물로 발생하는 고로슬러지와 전로슬래그를 배합하여 정련시 전로에 투입함으로써 슬래그 포밍을 신속히 억제하고 고로슬러지에 포함되어 있는 철원을 효율적으로 회수하며, 기존의 폐펄프계 포밍 억제제의 문제점을 해소할 수 있는 슬로핑 방지제의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 내지 도 4는 비교재와 본 발명재의 물성을 비교하여 나타낸 도면,

도 5는 비교재와 본 발명재의 압축강도를 비교하여 나타낸 도면,

도 6은 비교재와 본 발명재의 탈산 산소효율을 나타낸 도면이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 슬로핑 방지제의 제조방법은 전로정련 및 탈린공정에서 CO 가스 기포에 의한 슬래그 포밍 발생시 투입하는 물질의 제조방법에 있어서, 28∼35 중량%의 탄소와 34∼37 중량%의 전철분(T.Fe)를 함유한 고로슬러지 70∼80 중량%에다 17∼21 중량%의 전철분(T.Fe)과 35∼45 중량%의 CaO를 함유한 전로슬래그 20∼30 중량%를 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 슬로핑 방지제의 제조방법을 상세하게설명한다.

본 발명은 용선을 용강으로 정련하는 전로 취련시 발생하는 슬로핑 방지제로 투입되는 슬래그 포밍 진정제를 제철소에서 폐기물로 발생하는 고로 슬러지와 전로슬래그를 적정 배합비로 배합하여 상온에서 브리케팅으로 성형한 다음 전로에 포밍 억제제로 투입함으로써 슬래그에 갇혀 있는 CO 가스 기포가 원활히 계외로 배출되도록 하여 슬로핑을 방지하는 방법에 관한 것이다.

전로 취련은 용선중에 포함된 탄소와 인, 규소, 유황 등의 불순물을 제거하기 위하여 고속으로 산소를 용선에 불어 넣게 된다. 이때 하기의 반응식 1, 2, 3과 같이 산소와 용선중의 탄소가 반응하여 CO 가스 기포가 발생한다. 하기 반응식 1에서 〔〕은 용선중에 포함되어 있는 성분, ( )는 슬래그 중에 포함되어 있는 성분을 의미한다.

〔C〕+ 1/2O₂→CO ↑

〔Fe〕+ 1/2O₂→(FeO)

〔C〕+ (FeO) →〔Fe〕+ CO ↑

상기 반응식 1은 취입된 기체 산소와 용선중의 탄소가 직접 일으키는 반응이고, 반응식 2는 취입된 산소에 의해 용선중의 Fe가 산화되어 슬래그화 하며, 반응식 3은 슬래그화 한 Fe가 용선중의 탄소와 반응하여 다시 Fe로 환원되고 그 때의 산소와 용선중의 탄소가 반응하여 CO 가스 기포를 생성하는 반응이다.

액상의 슬래그중으로 CO 기포가 통과할 때 발생하는 기포의 양보다 빠져 나가는 기포의 양이 적을 경우 슬래그에 체류하는 기포의 수와 체적이 점차 증가하여 포밍이 발생하고 이러한 현상이 계속되면, 급기야 노구로 분출하게 되는데 이것을 슬로핑이라고 한다.

이러한 포밍은 작은 기포를 고속으로 공급하여 기포가 합체, 소멸되는 시간적 여유가 없음을 의미하며, 작은 기포는 상기 반응식 1의 반응보다는 반응식 3의 반응에서 더욱 많이 발생하는 것으로 알려져 있다.

결국, 슬래그 포밍 발생 정도와 높이는 기포의 발생과 발생한 기포가 얼마나 용이하게 소멸될 수 있는가에 의해서 결정되는데, 전자인 기포의 발생은 CO 가스가 액상의 슬래그에 분산하는 정도의 척도이고, 후자인 기포 소멸에는 기포 박막 표면의 성질이 관여하고 있다.

산소 취입속도는 전로 정련시간과 반응속도에 크게 영향을 미치는 인자로서 포밍 발생 여하에 따른 조정이 어렵기 때문에 슬래그의 점성과 표면장력을 저하시켜 발생한 기포가 용이하게 슬래그층을 통과하도록 하는 것이 유효하다. 슬래그의 점성은 염기도(통상적으로 슬래그에 포함되어 있는 CaO성분/SiO₂성분으로 나타냄)를 크게 함으로써 저하시킬 수 있으며, 슬래그의 온도상승 또한 점성저하에 기여한다. 기포 소멸은 미세한 기포끼리 서로 합체함으로써 자체 부피가 커지고 부력이 증가되어 부상, 또는 파괴되는 과정으로 이루어 지는바 기포와 기포의 박막 사이에 고체탄소계 물질을 첨가하면 기포 합체를 촉진시키게 된다.

본 발명에서는 제철소에서 발생하는 부산물 즉, 고로슬러지와 전로슬래그를 혼합하여 전로에 투입함으로써 포밍을 억제하여 정련시 발생하는 슬로핑을 방지함과 동시에 고로슬러지에 포함되어 있는 철원을 회수하는 기능을 갖도록 하는데 주 목적이 있다. 본 발명에서 사용된 고로슬러지와 전로슬래그의 주 성분은 하기 표 1과 같다. 표 1에서 T.Fe는 철분의 합(전철분, Totel Fe)을 의미 한다.

본 발명에 사용된 구성물질의 화학성분(중량%)

	T.Fe	CaO	Al₂O₃	SiO₂	C	S
고로슬러지	34∼37	2∼3	2.5∼3.5	2.5∼4.5	28∼35	0.7∼0.83
전로슬래그	17∼21	35∼45	2∼3	9∼12		0.04∼0.08

이하, 실시예로서 본 발명을 구체적으로 설명한다.

실시예 1

전로슬래그와 고로슬러지 및 폐펄프를 하기 표 2와 같이 배합하고 각각 10개의 샘플을 채취하여 물성과 석탄공업 분석을 실시하여 그 결과를 도 1 내지 도 4에 나타냈다.

본 발명재 및 비교재의 배합비(중량 %)

	원료배합비	화학조성
	폐펄프	전로슬래그	고로슬러지	T.Fe	S	탄소	Ash
비교재 1	60	40	-	8∼10	0.02	0.3∼0.5	60∼64
비교재 2	55	20	25	11∼13.5	0.15∼0.18	12∼14	55.5∼58
발명재 1	-	20	80	31.0∼33.0	0.6∼0.7	23∼25	48∼50
발명재 2	-	30	70	24.5∼28.5	0.5∼0.6	20∼22	52.4∼54.2
발명재 3	-	10	90	34.2∼38.6	0.7∼0.8	25∼27	47.5 47.5

도 1에 나타낸 바와 같이 비중은 고로슬러지를 70중량% 이상배합 하였을 때

2.5g/㎤ 이상을 나타내고 있으며, 이와 같은 이유는 고로슬러지의 전철분( T.Fe)에 기인한다.

일반적으로는 전로정련시 형성되는 슬래그의 비중은 2.3∼2.5g/㎤, 용철은 7.5∼7.7g 수준이다. CO 기포의 발생은 주로 용철과 슬래그의 계면에서의 반응에 의하여 발생하는 바 포밍 억제제의 비중이 2.5g/㎤ 보다 낮을 경우는 투입시 계면까지 도달하지 못하고 슬래그 표면에 머무르게 되어 포밍해소 효과를 얻지 못하기 때문이다.

도 2에서 보면 고로 슬러지 배합비가 증가함에 따라 고정 탄소가 증가하는 것을 알 수 있다. 고정 탄소가 많을 수록 포밍 억제에는 효과적인데 그 이유는 탄소계 물질이 미세기포 사이에 입자(particle)로써 존재할 때 이웃해 있는 기포들 끼리 합체 작용을 촉진하기 때문이다. 또, 탄소계 물질은 FeO를 환원시켜 기포의 생성속도를 저하시키며, 산소와 반응하여 연소하게 되는데 그 때의 방출열에 의하여 국소적으로 온도를 증가시켜 슬래그의 점성을 낮추는데 기여한다. 그러나 고로슬러지의 배합비가 80 중량%를 초과하는 것은 바람직하지 못하다. 상기 표 1에서와 같이 고로슬러지에는 황(sulfur) 성분을 다량 함유하고 있어 로내에 투입할 경우 용강의 황성분을 증가시킬 우려가 있기 때문이고, 황성분 함량은 고로슬러지의 배합비에 지배되고 있기 때문이다.

따라서 도 3과 같이 슬래그 포밍 방지제를 목적으로 투입하는 물질의 황함량은 0.6 중량% 이하가 적당한데 그 이유는 용선예비처리후 전로에 장입되는 용선의 〔중량% S〕가 통상 0.005 중량% 수준으로 투입물질에 의한 황의 증가량이 0.003 중량%를 초과하면 소광기준〔중량% S〕0.008 이하의 제품 정련에 사용하기는 적당하지 못하기 때문이다. 따라서 도 3에 나타낸 바와 같이 용선중 〔중량% Si〕0.1∼0.3 중량%인 통상조업 조건에서 800kg/ch 수준으로 투입되는 슬로핑 방지제에 의한 황의 최대치를 0.003 중량% 이하로 하기 위해서는 슬로핑 방지제의 황 함유량을 0.6 중량% 이하로 제한해야 하며, 이러한 이유로 고로슬러지 배합비는 80 중량% 이하가 바람직하다.

도 4에서 보면, 고로슬러지 배합비 증가에 따라 휘발분이 증가함을 알 수 있다. 휘발분은 포밍을 물리적으로 파괴하는데 기여 하므로 휘발분을 많이 함유할 수록 포밍 억제에는 효과적이다.

실시예 2

다음은 전로슬래그의 배합비 변경에 따른 압축강도의 변화를 도 5에 나타냈다.

전로 정련용 원료는 벨트컨베이어를 이용하여 원료를 수송하기 때문에 수 차례의 낙하과정을 거치게 되며, 그 충격에 의한 파손을 줄이기 위해서는 적정한 강도 유지가 필수적이다. 강도가 낮은 원료는 분화하기 때문에 집진기의 부하를 가중시킴은 물론이고 전로 정련에 있어 원단위를 증가시키고 이는 곧 원가 상승으로 직결되기 때문이다.

본 발명재를 구성하는 물질중 고로슬러지는 입자가 매우 미세한 상태로 당밀만으로는 강도를 발현하기 어렵기 때문에 전로슬래그를 배합함으로써 이것이 골재 역활을 하여 강도를 증가시킨다. 또한 전로슬래그에는 상기 표 1에서 알 수 있듯이 Cao를 약 35∼45 중량% 함유하고 있기 때문에 전로내에 투입하여 반응시 슬래그의 염기도를 증가시키는 역활을 하여 점도저하에 의한 포밍 억제효과를 촉진하여 주고, 도 5에 나타낸 바와 같이 전로슬래그의 배합비는 20∼30 중량%가 적당하다.

실시예 3

다음은 250톤 전로에 표 2와 같은 포밍 억제제를 원단위 1kg/t으로 투입하였을 때의 탈산 산소효율의 변화를 비교하였다. 투입시점은 취련 개시후 총 취입산소량의 25∼35 중량% 부근에서 탈산 산소효율이 정상수준에서 20% 이상 저하하는 시점으로 하였고, 이 때가 용선중의 규소가 대부분 산화하여 슬래그의 염기도가 가장 낮은 시점으로 슬로핑이 빈발하기 때문이다

용철중의 탄소와 취입된 산소가 반응 하여 CO 가스가 발생하고, 이 CO 가스는 노구 상부에서 일부가 대기중의 산소와 반응하여 CO₂가스로 되는바, 전로 후드부에서 가스분석기를 이용하여 CO와 CO₂의 농도를 측정하면 탈산 산소효율을 계산할 수 있다. 탈산 산소효율은 다음의 반응식 4로서 나타낼 수 있다.

dC / dO₂

전로 정련시 산소의 계속적인 공급으로 CO 또는 CO₂가 발생하는데 슬래그에 CO가 체류하여 즉, 포밍이 발생되면 가스분석기에서 측정되는 CO 및 CO₂의 농도는저하하고 탈산 산소효율 또한 저하한다. 이때 슬래그 포밍 억제제를 투입하여 포밍을 제거하면 탈산 산소효율은 원래의 수준으로 회복되는데 그 속도로 포밍억제 효과를 파악할 수 있다.

도 6에서 보면 (a) 비교재 1과 (b) 비교재 2를 투입한 경우 포밍 억제제를 투입한 이후 탈산 산소효율을 정상수준까지 회복하는 속도가 느리며 회복한 이후 다시 저하하는 경향을 나타내고 있고, 발명재 1∼3(c, d, e)은 투입 후 탈산 산소효율이 신속하게 회복되며, 회복한 후에도 포밍 억제효과를 유지하고 있음을 알 수 있다. 이는 실시예 1과 실시예 2에서 기술한 바와 같이 투입물질의 물성과 고정 탄소, 휘발분 등의 차이에 의한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 제조방법으로 제조한 슬로핑 방지제는 슬래그 포밍을 신속히 억제하고 고로슬러지에 포함되어 있는 철원을 효율적으로 회수할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 폐펄프계 포밍 억제제의 문제점을 해소할 수 있는 장점이 있다.

Claims

전로정련 및 탈린공정에서 CO 가스 기포에 의한 슬래그 포밍 발생시 투입하는 물질의 제조방법에 있어서, 28∼35 중량%의 탄소와 34∼37 중량%의 전철분(T.Fe )를 함유한 고로슬러지 70∼80 중량%에다 17∼21 중량%의 전철분(T.Fe)과 35∼45 중량%의 CaO를 함유한 전로슬래그 20∼30 중량%를 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 슬로핑 방지제의 제조방법.