KR20020031863A

KR20020031863A - 슬래그 탈산제

Info

Publication number: KR20020031863A
Application number: KR1020000062623A
Authority: KR
Inventors: 안상복; 임문석; 이경목
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2002-05-03
Also published as: KR100431860B1

Abstract

본 발명은 제철소 제강공정에서 레이들 슬래그를 탈산하기 위한 탈산제 조성물에 관한 것으로서, 제철소 폐기물인 백운석 슬러지를 함유하는 슬래그 탈산제 조성물을 이용함으로써, 레이들 수명의 단축을 방지하고 레이들 슬래그 중 저급 산화물을 효과적으로 감소시킬 수 있는 슬래그 탈산제를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

백운석 슬러지:45~55wt%와, 금속 알루미늄(M.Al):55~45wt%로 이루어진 슬래그 탈산제를 기술적 요지로 한다.

Description

슬래그 탈산제{SLAG DEOXIDIZER}

본 발명은 제철소 제강공정에서 레이들 슬래그를 탈산하기 위한 탈산제 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬래그 탈산제를 사용함으로써, 레이들 내화물 침식을 효과적으로 억제하면서 강의청정성도 개선할 수 있는 제철소 폐기물인 백운석 슬러지를 함유하는 슬래그 탈산제에 관한 것이다.

전로 또는 전기로에서 용강을 생산하기 위해서는, 먼저 다량의 산소를 블로잉하여 용강중 C, Si, Mn, P 등의 불순원소를 제거하는 1차 정련을 실시하고, 이 용강을 레이들로 옮겨 2차로 정련을 실시하는데, 레이들로 옮겨지는(이하, 출강이라 함) 용강에는 슬래그가 용강 1톤당 5~10kg 가량 혼입되게 된다. 상기 슬래그 중에는, 철 산화물(이하, FeO라 함)과 망간 산화물(이하, MnO라 함)이 20~30중량% 함유되는데, 이와 같이 출강과정에서 레이들로 혼입된 FeO와 MnO는 용강 탈산제로 첨가된 알루미늄 성분과 반응을 일으켜 용강중 알루미나를 생성시킨다. 상기 FeO 및 MnO과 알루미늄 성분과의 화학반응은 하기 화학식(1), (2)에 잘 나타나 있다.

3(FeO) + 2[Al] = Al₂O₃(s) + 3Fe(l)

3(MnO) + 2[Al] = Al₂O₃(s) + 3Mn(l)

상기 화학식(1),(2)에서 (FeO)와 (MnO)는 각각 슬래그에 포함된 FeO와 MnO를 의미하고, [Al]은 용강에 용해상태로 존재하는 Al을 의미하는데, 슬래그에 존재하는 (FeO),(MnO) 등은 산소와의 친화력이 비교적 큰 Al, Si 등과 만날 때 쉽게 화학반응을 일으키기 때문에, 흔히 저급 산화물이라고 부른다. 또한, 상기 화학식(1),(2)의 반응에 의해 생성된 알루미나는 융점이 2200℃ 정도로 용강온도 1600℃ 보다도 매우 높아 용강에서 고체상태로 존재하는데, 이를 일반적으로 비금속 개재물이라 부른다. 이러한 비금속 개재물이 용강 단계에서 제거되지 않고 강에 잔류하면, 열간압연과 냉간압연 공정을 거치면서 강과 비금속 개재물의 연신율 차이로 인하여 강 제품에 심각한 결함을 유발시킨다. 따라서, 레이들 단계에서는 슬래그 중 FeO와 MnO 함량을 가능한 낮게 유지하는 것이 바람직하다.

상기 레이들 슬래그 중 저급 산화물의 함량을 줄이기 위한 기술로, 대한민국 특허등록 제 110322호, 제 117824호 및 제 118956호, 그리고 대한민국 특허출원 제 96-56445호, 제 96-67564호 및 97-63856호 등은, 전로나 전기로 출강직후 레이들상부 슬래그 중에서 FeO와 MnO를 환원시키는 슬래그 탈산제의 조성물 및 그 방법을 제안한 바 있다. 이와 같은 제안들은 금속 알루미늄에 생석회 또는 석회석을 적당 비율로 혼합하여 조성된 슬래그 탈산제에 관한 것이다. 그러나, 상기 슬래그 탈산제를 레이들 슬래그에 첨가하는 경우, 슬래그 중 저급산화물, 즉 (FeO), (MnO) 등이 크게 감소되어 소기의 목적을 달성할 수는 있으나, 레이들 슬래그와 접촉하는 부위의 내화물(이하, 슬래그 라인부 내화물이라 함)을 크게 침식시켜 레이들의 수명을 단축시키는 단점을 지니고 있다. 이를 개선하고자, 대부분의 제철공정에서는 슬래그 라인부 내화물로서 슬래그에 의한 내침식성이 매우 우수한 마그네시아(MgO) 재질의 연와를 사용하고 있지만, 연와로부터 마그네시아(MgO) 성분이 용출되어 레이들 수명이 단축되는 문제점은 상존하고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자들은 레이들 내화물의 침식을 억제하면서 우수한 탈산효과를 제공할 수 있는 슬래그 탈산제 조성물을 연구 및 검토하여 본 발명을 완성하기에 이른 것으로, 본 발명은 제철소 폐기물인 백운석 슬러지를 함유하는 슬래그 탈산제 조성물을 이용함으로써, 레이들 수명의 단축을 방지하고 레이들 슬래그 중 저급 산화물을 효과적으로 감소시킬 수 있는 슬래그 탈산제를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

백운석 슬러지:45~55wt%와, 금속 알루미늄(M.Al):55~45wt%로 이루어진 슬래그 탈산제에 관한 것이며, 상기 백운석 슬러지는, 중량%로 CaO:30~50%, SiO₂:3% 이하, Al₂O₃:1~3%, MgO:10~20%, 나머지는 휘발성분으로 조성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명의 발명자들은 레이들 단계에서 슬래그 중 FeO와 MnO와 같은 저급 산화물의 함량을 가능한 낮게 유지하여 강의 청정성을 확보할 수 있는 방법에 대하여 검토하던 중, 출강직후 슬래그에 금속 알루미늄 성분을 포함하고 있는 슬래그 탈산제를 첨가하면, 슬래그층에서는 하기 화학식(3) 및 (4)의 반응이 진행되어 (FeO)와 (MnO) 성분이 감소하게 되는 것을 발견하였다. 하기 화학식(3) 및 (4)에서 Al(s)는 슬래그 탈산제에 포함된 금속 알루미늄 성분을 의미한다.

2Al(s) + 3(FeO) = Al₂O₃(s) + 3Fe(l)

2Al(s) + 3(MnO) = Al₂O₃(s) + 3Mn(l)

이때, 상기 슬래그 탈산제에는 금속 알루미늄이 55~45wt%로 함유되는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 금속 알루미늄의 함량이 45% 미만이면 슬래그 탈산능력이 열위하여 FeO와 MnO와 같은 저급 산화물의 함량을 목표로 하는 수준으로 낮출수 없고, 55% 보다 많으면 상대적으로 슬래그 탈산제 중 백운석 슬러지의 함량이 낮아져 레이들의 침식이 커지기 때문이다.

또한, 본 발명자들은 종래 슬래그 탈산제 첨가시 발생하였던 레이들 침식의 원인을 분석한 결과, 그것이 레이들 슬래그 라인부 내화물에서 MgO의 용출반응에 의한 것임을 알아내었다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전로나 전기로 슬래그에서 (MgO) 성분은 5중량% 전후에 달하고, 출강중 생석회 등 부원료가 첨가되면, 슬래그 탈산제를 첨가하지 않는다 하더라도 레이들에서 (MgO) 성분은 3~4중량% 정도로 낮아지게 된다. 한편, 레이들내 슬래그온도인 1500~1550℃에서는 (MgO) 포화용해도가 8~10중량%에 달하므로, 레이들에서 슬래그와 접촉하는 내화물 계면, 즉 슬래그 라인부에서는 MgO 성분이 용출되기 시작한다. 만약 출강중 종래의 슬래그 탈산제를 첨가한다면 레이들 슬래그의 (MgO) 성분은 더욱 낮아지게 되므로, 슬래그 라인부에서 MgO 반응은 더욱 촉진되고, 이 반응은 슬래그중 (MgO) 성분이 포화용해도에 이를 때까지 진행된 후 중단된다. 이와 같이, 레이들 슬래그 라인부 내화물에서 이러한 MgO 용출반응이 반복해서 일어남에 의해, 슬래그 라인부 내화물은 침식되고, 그 결과 레이들 수명이 짧아지게 된다.

이에, 본 발명에서는 슬래그 탈산제 조성물로서 (MgO)성분이 10~20중량%, 특히 13~15중량% 함유된 백운석 슬러지를 이용하였다. 상기 백운석 슬러지는 제철소 폐기물로서, 중량%로 CaO:30~50%, 바람직하게는 37~40%이며, SiO₂:3% 이하,Al₂O₃:1~3%, MgO:10~20%, 나머지는 휘발성분으로 조성되는데, 본 발명에서는 슬래그 탈산제내에 45~55중량% 함유시키는 것이 바람직하다. 그 이유는, 슬래그 탈산제내에 함유된 백운석 슬러지의 함량이 45% 미만이면, 레이들의 침식이 커지고, 55% 이상이면 슬래그 탈산효과가 열위해지기 때문이다.

따라서, 슬래그 탈산제내에 본 발명의 백운석 슬러지를 45~55중량% 함유시키면, 슬래그 탈산제에는 (MgO)가 5.85~8.25중량% 함유되게 되고, 이러한 슬래그 탈산제를 슬래그에 첨가할 경우 슬래그 중에는 (MgO) 성분이 증가하게 되므로, 슬래그와 슬래그 라인부의 반응시 (MgO)의 용출을 효과적으로 억제할 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

10kg급 대기유도 용해로에 MgO 성분이 99.5%이며 두께가 30mm인 전융 MgO 도가니를 설치하였다. 이 용해로에 탄소성분이 0.04중량%인 용강 8kg을 1600℃에서 용해한 후, 하기 표1과 같이 (T.Fe+MnO) 성분이 22.63중량%인 전로슬래그 500g을 첨가하였다. 전로슬래그가 완전히 용해된 후, 슬래그 탈산제 80g을 첨가하고, 10분이 경과된 시점에서 슬래그 시료 및 실험을 종료하였다. 이때 상기 슬래그 탈산제는 하기 표2와 같이 조성되는 것으로서, 비교예 및 본 발명예의 경우에는 입자크기가 3mm 이하인 백운석 슬러지와 M.Al을 상온에서 혼합한 것으로 하였고, 종래예의 경우에는 상용의 시판되는 슬래그 탈산제를 직경 3mm 이하로 파쇄한 것으로 하였다. 특히, 백운석 슬러지는, 제철소에서 발생된 것을 수분 함량이 1% 이하에 달할 때까지 건조시킨 것이다.

그 다음, 채취된 슬래그 시료를 냉각하고 파쇄하여 X선 형광분석법으로 슬래그의 주요성분, 즉 CaO, SiO₂, Al₂O₃, MgO, MnO, T.Fe 성분을 분석하고, 실험에서 슬래그와 접촉하여 전융 MgO 도가니가 침식된 깊이를 측정하여, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

화학성분(중량%)
CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	MnO	T.Fe	기타
42.46	11.40	4.35	6.08	5.08	18.55	12.08

구분	슬래그 탈산제(중량%)	실험결과
구분	백운석슬러지	금속 알루미늄(M.Al)	(T.Fe+MnO)(중량%)	침식깊이(mm)	(T.Fe+MnO)감소량(중량%)	적정성
비교예1	40	60	7.25	7.8	16.38	△
발명예1	45	55	7.95	5.7	15.68	○
발명예2	50	50	9.06	5.1	14.57	○
발명예3	55	45	10.44	4.9	13.19	○
비교예2	60	40	12.46	4.3	11.17	x
종래예1	M.Al:44.86,CaO:20.18,Al₂O₃:25.6,휘발성분	10.20	8.5	13.43	△
종래예2	M.Al:47.60,CaO:14.95,Al₂O₃:25.6,휘발성분	9.14	8.3	14.49	△

상기 표2에 나타난 바와 같이, 본 발명예(1)~(3), 비교예(1),(2) 및 종래예(1),(2)에서는 모두, 실험이 종료된 후 슬래그 중 (T.Fe+MnO) 함량이 23.63%에서 7.25~12.46%로 감소됨을 확인할 수 있다. 이는 슬래그 탈산제 조성물들이 슬래그 중 (T.Fe+MnO) 저감 능력, 즉 탈산제로서의 고유기능을 지니고 있음을 입증하는 것이다. 특히, 비교예(1)의 경우에는 (T.Fe+MnO) 감소량이 16.38%로 슬래그 탈산능력이 매우 우수한 반면에, 비교예(2)의 경우 슬래그 탈산능력이 상대적으로 열위한 것으로 나타났는데, 이것은 슬래그 탈산제 조성물중 M.Al 함량의 차이에서 비롯되는 것이다.

또한, 상기 표2에 나타난 바와 같이, 도가니의 침식깊이는 상당히 큰 차이를 나타내고 있는데, 종래예(1),(2)의 경우에는 침식깊이가 8.3~8.5mm 정도이며, 비교예(1)에서도 침식깊이가 7.8mm 정도로 슬래그에 의한 침식량이 많음을 알 수 있다. 이는 슬래그와 접촉하는 전융 MgO 도가니로부터 슬래그로 MgO 성분이 매우 활발하게 용출됨을 의미한다. 반면에, 발명예(1)~(3) 및 비교재(2)의 경우에는 침식깊이가 4.3~5.7mm 정도로 상대적으로 적음을 알 수 있다.

한편, 본 실시예의 실험에서 측정된 슬래그 라인부 침식깊이는, 실제 제강공정의 1시간동안 진행되는 침식깊이 0.5mm의 10배 정도에 달하는 것으로 나타났다. 이는 제강공정의 경우 슬래그 층의 움직임이 매우 적은 반면에, 대기 용해로의 실험에서는 유도교반으로 인하여 슬래그 층 움직임이 매우 활발하게 일어나기 때문인 것으로 생각된다.

상기 실험결과를 종합하면, 비교예(1)의 경우 슬래그 탈산능력이 비교적 우수함에도 불구하고, 도가니 침식깊이가 비교적 크므로 본 발명에서 추구하고자 하는 소기의 레이들 내화물 침식억제효과를 얻기 어렵고, 비교예(2)의 경우 소기의레이들 내화물 침식억제효과를 얻을 수 있다 하더라도, 슬래그 탈산능력이 열위하기 때문에 슬래그 탈산 고유기능을 발휘하기 어려울 것으로 판단되는 바, 본 발명에서는 슬래그 탈산제의 조성을 백운석 슬러지 45~55중량%, M.Al 55~45%로 설정하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제철소 폐기물인 백운석 슬러지를 함유하는 슬래그 탈산제를 사용함으로써, 제철공정에서 그 용도를 찾기 어려워 별도 비용을 들여 매립해야 하는 백운석 슬러지를 효과적으로 사용하고, 슬래그 탈산제의 가격을 낮출 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

백운석 슬러지:45~55wt%와, 금속 알루미늄(M.Al):55~45wt%로 이루어진 슬래그 탈산제
제1항에 있어서, 상기 백운석 슬러지는, 중량%로 CaO:30~50%, SiO₂:3% 이하, Al₂O₃:1~3%, MgO:10~20%, 나머지는 휘발성분으로 조성되는 것을 특징으로 하는 슬래그 탈산제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 백운석 슬러지의 성분 중 CaO는 37~40중량%이고 MgO는 13~15중량%인 것을 특징으로 하는 슬래그 탈산제