KR20020079262A

KR20020079262A - 용탕 승온용 실리콘(Ｓｉ)-카본(Ｃ)계 브리케트

Info

Publication number: KR20020079262A
Application number: KR1020010020050A
Authority: KR
Inventors: 박병곤; 강봉수
Original assignee: 박병곤
Priority date: 2001-04-14
Filing date: 2001-04-14
Publication date: 2002-10-19
Also published as: KR100406920B1

Abstract

본 발명은 전로 및 전기로 제강공정에서 용탕의 승온재로 사용되는 실리콘(Si)-카본(C)계 브리케트에 관한 것으로, 그 목적은 제강공정에서 용탕의 승온용으로 페로실리콘, 실리콘카바이드 및 카본을 사용할 때, 페로실리콘, 실리콘카바이드 및 카본의 용탕 내에서의 용해속도를 증대시키고 분진 발생 등의 작업환경문제를 해소하며 승온효율을 증대시키는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 입경이 1 내지 10 mm인 페로실리콘 또는 실리콘카바이드에 카본을 각각 5 내지 40 중량%, 5 내지 30 중량%의 배합비로 혼합하고 여기에 10 중량% 미만의 점결제를 첨가한 다음 이를 물리적으로 성형함으로써, 실리콘이 40 내지 70 중량% 포함되고 카본이 5 내지 50 중량% 포함된 용탕 승온용 실리콘-카본계 브리케트를 제조하고, 이로써 압축강도는 50 kg/cm²이상이고 승온효율은 우수한 용탕 승온재를 제공한다.

Description

용탕 승온용 실리콘(Ｓｉ)-카본(Ｃ)계 브리케트 {Silicon-Carbon briquet for increasing temperature of iron melt}

본 발명은 전로 및 전기로 제강공정에서 용탕의 온도를 상승시키기 위해 사용되는 실리콘(Si)-카본(C)계 용탕 승온재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 함유 합금철류의 분말 및 카본 분말을 혼합하고 성형하여 용탕의 승온재로 사용하는 실리콘-카본계 브리케트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

실리콘은 알루미늄(Al) 단독 탈산강을 제외한 대부분의 강에 첨가되는 원소이고 산화 발열량이 높아 전로 및 전기로의 용탕 승온재로 널리 사용되고 있다. 또한 카본은 실리콘에 비해서는 산화발열량이 적지만 용탕의 승온에 요구되는 산화 발열량을 충분히 제공하며 비교적 저가이기 때문에 전로 및 전기로의 용탕 승온재로 널리 사용되고 있다.

일반적으로 제강조업에서 용탕 승온용으로 실리콘을 첨가하고자 할 때에는 실리콘 함량이 약 75 중량% 정도인 페로실리콘(Fe-Si) 괴를 주로 사용하고, 카본을 첨가하고자 할 때에는 무연탄이나 코크스 등을 주로 사용하고 있다.

표 1에 나타낸 바와 같이 실리콘 함량이 대략 75 중량% 정도인 페로실리콘은융점이 1350℃ 정도로서 용탕의 온도보다는 낮지만 비교적 높고 비중 또한 용탕보다 낮기 때문에, 용탕 내에 페로실리콘 괴를 투입하면 용탕 내로의 용해 속도가 느려 산화반응 속도가 지연되고 따라서 빠른 시간 내에 용탕의 승온효과를 얻기가 어렵다.

또한 무연탄 괴 역시 융점이 높아 괴 상태로 투입시는 산화반응속도가 느리고, 비중이 매우 낮아 용탕 위에 뜨게 되며 이로 인해 산화 발영량의 상당부분이 용탕의 승온에 기여하지 못하고 전로 및 전기로의 배가스로 빠져나가기 때문에 용탕의 승온효율이 떨어진다.

구분	융점	비중	비고
용탕		6.8∼6.9 g/cm³
슬래그		2.2∼2.5 g/cm³
페로실리콘	약 1350℃	3.6∼3.7 g/cm³	Si 75 중량%
실리콘카바이드		2.4∼2.6 g/cm³	SiC 90 중량%
카본(무연탄)	약 3700℃	2.0∼2.3 g/cm³	C 80 중량%

종래에는 이와 같은 문제점을 개선하는 방법으로 승온용으로 용탕 내에 투입되는 페로실리콘 및 무연탄의 크기를 기존의 괴상보다 작도록, 즉, 직경이 약 10 mm 이하인 것을 사용하거나, 또는 분입자 상태의 실리콘카바이드를 투입함으로써 용해 반응속도를 증대시키는 방법을 채택하고 있다.

그러나, 이러한 방법에서는 사용되는 원료의 입자가 작아짐으로 인해 제조 및 운반과정에서 분 발생이 많아져서 운반 및 용탕 내로 투입되는 작업과정에서 분진이 비산하여 환경오염 문제가 발생하고, 저장용기에서의 엉킴현상에 의해 작업성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 노 내에 투입시 미분들이 미반응 상태로 집진되어 투입량 대비 용탕 내에서의 실수율이 낮아지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 제강공정에서 용탕의 승온용으로 사용되는 페로실리콘, 실리콘카바이드 및 카본의 용탕 내에서의 용해속도를 증대시키고 분진 발생 등의 작업환경문제를 해소하며 승온효율을 증대시키는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 입경이 1 내지 10 mm인 페로실리콘 또는 실리콘카바이드를 혼합하고 여기에 10 중량% 미만의 점결제를 첨가하여 브리케트로 성형하여 용탕의 승온재로 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 용탕 승온용 실리콘-카본계 브리케트에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 용탕 승온재인 실리콘-카본계 브리케트는 실리콘 함유물질과 카본을 혼합하고 여기에 10 중량% 미만의 점결제를 첨가한 다음, 이를 물리적으로 성형하여 제조되며, 이렇게 제조된 브리케트는 실리콘을 40 내지 70 중량% 포함하고 카본을 5 내지 50 중량% 포함하며, 압축강도는 50 kg/cm²이상이고 승온효율은 우수한 용탕 승온재이다.

실리콘 함유물질로는 페로실리콘(Fe-Si) 또는 실리콘카바이드(SiC)를 사용하며, 이들의 입경은 1 내지 10 mm 범위인 것이 바람직하다. 페로실리콘은 실리콘의 함량이 60 중량% 이상이며, 보통 실리콘 함량이 약 75 중량% 인 것을 사용한다.

페로실리콘 및 실리콘카바이드의 입자 크기가 10 mm를 초과할 경우에는 브리케트로의 성형이 어렵고 성형 후 강도가 낮아 쉽게 깨어지고 또한 용탕 중에서의 용해속도가 급격히 저하되어 산화발열반응을 신속히 이룰 수 없는 문제가 발생하게 된다. 따라서 페로실리콘 및 실리콘카바이드의 입경은 10 mm 이내인 것이 바람직하다.

실리콘 함유물질에 카본을 혼합할 때의 비율로는, 페로실리콘에 대한 카본의 배합비는 5 내지 40 중량%이며, 실리콘카바이드에 대한 카본의 배합비는 5 내지 30 중량%인 것이 바람직하다.

카본 분말을 페로실리콘에 대해 40 중량%를 초과하여 첨가하거나 실리콘카바이드에 대해 30 중량% 초과하여 첨가하는 경우에는 결합력이 낮은 카본의 다량 함유로 인해 브리케트로의 성형이 어렵고 성형 후 크리케트의 비중이 슬래그의 비중보다 낮아져 슬래그 위에 뜨게 되어 용탕의 승온효율이 떨어지게 된다. 따라서 카본 분말은 페로실리콘에 대해서는 40 중량% 이하, 실리콘카바이드에 대해서는 30 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

점결제는 10 중량% 미만으로 첨가하며, 점결제로는 이 분야에서 통상적으로 사용되는 유기계 점결제 및 무기계 점결제가 사용될 수 있으나, 규산소다(Sodium silicate, 물유리), 시멘트계 등의 무기계 점결제의 경우 조강에 의한 철강에 무기물질이 혼입되어 제조되어지는 철강 내의 미량성분에 영향을 미칠 우려가 있어 사전 계산에 의하여 조강조건을 설정해야 하는 문제가 발생하게 된다. 따라서 조강 중 로 내에서 산화에 의하여 대기 중으로 휘산될 수 있는 유기계 점결제를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 유기계 점결제로는 전분, 당밀, 아교 등이 있다.

다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 6

실시예 1 내지 6에서는 브리케트 제조에 사용되는 페로실리콘 및 실리콘카바이드의 적정 입경을 알아보기 위해, 페로실리콘 및 실리콘카바이드의 입경을 변화시키면서 브리케트를 제조하였다.

즉, 하기 표 2에 나타나 있는 바와 같은 입경의 페로실리콘 80 중량% 및 실리콘카바이드 80 중량%에 1 mm 내외의 카본분말을 20 중량% 혼합 후, 전분을 외삽으로 5 중량% 첨가하여 실리콘-카본계 브리케트를 100g 단위로 성형한 다음, 압축강도를 측정하였다.

용해속도를 알아보기 위해서는 1550 ℃로 유지되는 100 kg의 탈산된 용탕이 녹아있는 유도용해로에 각각 브리케트를 500g씩 넣고 시간대별로 용탕 중 실리콘량을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

구분	브리케트	배합비	브리케트압축강도(kg/cm²)	투입 5분 후 Si 실수율 (중량%)
실시예 1	페로실리콘(입경 1mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	82	97
실시예 2	페로실리콘(입경 5mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	76	97
실시예 3	페로실리콘(입경 10mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	53	94
실시예 4	실리콘카바이드(입경 1mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	86	98
실시예 5	실리콘카바이드(입경 5mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	78	96
실시예 6	실리콘카바이드(입경 10mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	52	93

비교예 1 내지 4

하기 표 3에 나타나 있는 바와 같은 입경의 페로실리콘 80 중량% 및 실리콘카바이드 80 중량%에 1 mm 내외의 카본분말을 20 중량% 혼합 후, 전분을 외삽으로 5 중량% 첨가하여 실리콘-카본계 브리케트를 100g 단위로 성형한 다음, 압축강도를 측정하였다.

용해속도를 알아보기 위해서는 1550 ℃로 유지되는 100 kg의 탈산된 용탕이 녹아있는 유도용해로에 각각 브리케트를 500g씩 넣고 시간대별로 용탕 중 실리콘량을 측정하고 그 결과를 표 3에 나타내었다.

구분	브리케트	배합비	브리케트압축강도(kg/cm²)	투입 5분 후 Si 실수율 (중량%)
비교예 1	페로실리콘(입경 12mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	36	87
비교예 2	페로실리콘(입경 15mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	20	85
비교예 3	실리콘카바이드(입경 12mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	34	88
비교예 4	실리콘카바이드(입경 15mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	19	85

표 2에 나타난 바와 같이. 본 발명의 실시예 1 내지 6에 따라 브리케트 제조에 사용되는 페로실리콘 및 실리콘카바이드를 입경이 10 mm 이내인 것으로 사용할 때에는 브리케트의 압축강도가 통상의 제강원료로 사용시 요구되는 압축강도인 50 kg/cm²보다 높아서 제강원료로 사용하기에 적합함을 알 수 있었다.

반면에, 표 3에 나타난 바와 같이, 비교예 1 내지 4에 따라 페로실리콘 및 실리콘카바이드의 입경이 10 mm를 초과하는 경우에는 브리케트의 압축강도가 통상의 제강원료로 요구되는 압축강도인 50 kg/cm²보다 낮아서, 핸들링시 파손되기 쉬워 제강원료로의 사용이 어려움을 알 수 있었다.

또한, 실시예 1 내지 6에서와 같이 페로실리콘 및 실리콘카바이드의 입경이 10 mm 이내일 때에는 용탕 내 투입 5분 경과 후 실리콘 실수율이 90 중량% 이상인 바람직한 결과를 보였다.

반면에, 비교예 1 내지 4에서는 페로실리콘 및 실리콘카바이드의 입경이 커서 용탕에 투입시 용해속도가 느림으로 인해 용탕 내 투입 5분 경과 후 실리콘 실수율이 90 중량%에 미치지 못하는 결과를 가져오는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6을 살펴보면, 실리콘카바이드의 입경이 10 mm인 실시예 6의경우 브리케트의 압축강도가 52 kg/cm²로서 최저치를 나타내었으며, 용탕 내 투입 5분 경과 후 실리콘 실수율은 93 중량%를 차지하고 있다. 반면에 최고치의 압축강도인 86kg/cm²에 98 중량%의 실리콘 실수율을 나타내는 경우는입경이 1 mm인 실리콘카바이드를 사용한 실시예 4의 경우이다. 이로써, 페로실리콘 및 실리콘카바이드의 입경이 작을수록 브리케트의 압축강도 및 실리콘 실수율이 높음을 알 수 있었다.

그러나, 페로실리콘 및 실리콘카바이드의 입경이 1 mm 미만일 경우에는, 1 mm 미만의 미세 크기로 만들기 위한 파쇄공정이 필요하고 제조시 분진이 발생되는 등, 비용측면과 환경측면을 고려할 때 바람직하지 못하다.

실시예 7 내지 15

실시예 7 내지 15에서는 브리케트 제조에 사용되는 페로실리콘 및 실리콘카바이드와 카본분말과의 적정 배합비를 확인하기 위해, 페로실리콘 및 실리콘카바이드와 카본분말과의 배합비를 변화시키면서 브리케트를 제조하였다.

즉, 입경이 3 mm인 페로실리콘 및 실리콘카바이드에 표 4에 나타난 바와 같은 배합비로 각각 카본분말을 혼합하고 전분을 외삽으로 5 중량% 첨가하여 실리콘-카본계 브리케트를 100g 단위로 성형하여 압축강도와 비중을 측정하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.

용탕의 승온효율은, 1550 ℃이고 100 kg의 산소가 풍부한 용탕이 녹아있는 유도용해로에 브리케트를 각각 500g씩 넣고 5분간 유지한 후 용탕온도를 측정하여 실리콘과 탄소의 산화열에 의한 이론 승온량과 실제 승온량의 비율을 백분율로 하여 승온효율을 표시하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.

구분	브리케트	배합비	브리케트압축강도(kg/cm²)	비중(g/cm³)	5분 후승온효율(%)
실시예 7	페로실리콘(입경 3mm)카본분말(입경 1mm)	95%5%	98	3.4	63
실시예 8	페로실리콘(입경 3mm)카본분말(입경 1mm)	90%10%	90	3.3	62
실시예 9	페로실리콘(입경 3mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	82	3.2	60
실시예 10	페로실리콘(입경 3mm)카본분말(입경 1mm)	70%30%	74	3.1	59
실시예 11	페로실리콘(입경 3mm)카본분말(입경 1mm)	60%40%	58	2.9	58
실시예 12	실리콘카바이드(입경 3mm)카본분말(입경 1mm)	95%5%	96	2.5	62
실시예 13	실리콘카바이드(입경 3mm)카본분말(입경 1mm)	90%10%	91	2.45	60
실시예 14	실리콘카바이드(입경 3mm)카본분말(입경 1mm)	80%20%	86	2.4	56
실시예 15	실리콘카바이드(입경 3mm)카본분말(입경 1mm)	70%30%	73	2.3	56

종례예 1 내지 2 및 비교예 5 내지 7

종래의 방법인 페로실리콘 괴 및 실리콘카바이드를 단독으로 사용하여 브리케트를 제조한 경우를 각각 종래예 1 및 2로 하였으며, 이 때 페로실리콘으로는 입경이 30 mm인 괴를 사용하였으며, 실리콘카바이드로는 입경이 3 mm인 분말을 사용하였다.

비교예 5 내지 7에서는 하기 표 5에 나타나 있는 바와 같은 배합비로 각각 입경이 1 mm인 페로실리콘 및 실리콘카바이드에 카본분말을 배합하고 여기에 전분을 외삽으로 5 중량% 첨가하여 실리콘-카본계 브리케트를 100g 단위로 성형하여 상기 실시예 7 내지 15와 동일하게 압축강도, 비중 및 승온효율을 측정한 후 그 결과를 표 5에 나타내었다.

구분	브리케트	배합비	브리케트압축강도 (kg/cm²)	비중(g/cm³)	5분 후승온효율(%)
종래예 1	페로실리콘(30mm괴)	100%	-	3.7	48
종래예 2	실리콘카바이드(3mm분)	100%	-	2.5	43
비교예 5	페로실리콘(입경 1mm)카본분말(입경 1mm)	50%50%	28	2.6	56
비교예 6	실리콘카바이드(입경 1mm)카본분말(입경 1mm)	60%40%	46	2.25	54
비교예 7	실리콘카바이드(입경 1mm)카본분말(입경 1mm)	50%50%	26	2.2	52

표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 7 내지 15에 따라 브리케트 제조시 페로실리콘 및 실리콘카바이드에 대한 카본분말의 배합비를 각각 40 중량% 및 30 중량% 이내로 하면, 브리케트의 압축강도가 통상의 제강원료로 사용시 요구되는 압축강도인 50 kg/cm²보다 높아서 제강원료로 사용하기에 적합함을 알 수 있었다.

반면에, 표 5에 나타난 바와 같이 페로실리콘 및 실리콘카바이드에 대한 카본분말의 배합비가 각각 40 중량% 및 30 중량%를 초과하는 비교예 5 내지 7의 경우에 있어서는, 브리케트의 압축강도가 50 kg/cm²보다 낮아 핸들링시 파손되기 쉬워 제강원료로 사용하기 어렵다.

또한, 종래예 1의 경우에는 페로실리콘의 입경이 커서 쉽게 용해되지 않아 투입 5분 후 승온효율이 낮고, 종래예 2의 경우에는 카본 분말의 입경이 작으면서 비중 또한 낮아 대기로의 발열량 손실이 많아 승온효율이 낮음을 알 수 있었다.

한편, 본 발명에 따른 실시예 7 내지 15를 살펴보면, 페로실리콘에 대한 카본분말의 배합비가 40 중량%인 실시예 11의 경우 브리케트의 압축강도가 58 kg/cm²로서 최저치를 나타내었으며, 용탕 내 투입 5분 경과 후 승온효율은 58%를 차지하고 있다. 반면에 최고치의 압축강도인 압축강도 98kg/cm²에 63%의 승온효율을 나타내는 경우는 페로실리콘에 대한 카본 분말의 배합비가 5%인 실시예 7의 경우이다. 이로써, 페로실리콘 및 실리콘카바이드에 대한 카본분말의 배합비가 낮을수록 브리케트의 압축강도, 비중 및 승온효율이 높음을 알 수 있었다.

그러나, 페로실리콘 및 실리콘카바이드에 대한 카본분말의 배합비가 5 중량% 미만일 경우에는 압축강도 및 승온효율은 우수할 것으로 보이나 비교적 저가인 카본의 배합비가 낮아져 비용측면에서 보면 제조단가가 상승하여 바람직하지 않다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 용탕의 승온용 실리콘-카본계 브리케트는 고강도로서 작업시 분진발생이 거의 없으므로 환경오염의 문제가 해소되고 작업성이 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 용탕의 승온용 실리콘-카본계 브리케트는 용탕 내에 투입된 후 입자의 용해속도가 빨라 승온효율이 우수한 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 따른 용탕의 승온용 실리콘-카본계 브리케트는 저가의 원료인 카본분말을 사용하기 때문에 제조단가를 낮출 수 있기 때문에 저가의 용탕 승온재를 제공하는 효과가 있다.

Claims

제강공정에서 사용되는 용탕의 승온재에 있어서,

페로실리콘(Fe-Si) 및 실리콘카바이드(SiC) 중의 어느 하나와 카본(C)을 혼합하고 10 중량% 미만의 점결제를 첨가하여 성형함으로써 제조되며, 실리콘이 40 내지 70 중량% 포함되고 카본이 5 내지 50 중량% 포함된 것을 특징으로 하는 용탕 승온용 실리콘-카본계 브리케트.
제 1 항에 있어서,

상기 페로실리콘 및 상기 실리콘카바이드의 입경은 1 내지 10 mm 범위인 것을 특징으로 하는 용탕 승온용 실리콘-카본계 브리케트.
제 2 항에 있어서,

상기 페로실리콘에 대한 상기 카본의 배합비는 5 내지 40 중량%인 것을 특징으로 하는 용탕 승온용 실리콘-카본계 브리케트.
제 2 항에 있어서,

상기 실리콘카바이드에 대한 상기 카본의 배합비는 5 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 용탕 승온용 실리콘-카본계 브리케트.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 페로실리콘은 페로실리콘 중에 실리콘의 함량이 60 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 용탕 승온용 실리콘-카본계 브리케트.