KR20030055523A - 강의 연속주조공정에서 발생하는 부산물의 분리방법 - Google Patents

Abstract

연주 공정의 부산물을 효과적으로 분리 재활용하기 위한 분리방법이 제공된다.

철산화물, 슬래그막 및 윤활유로 구성된 부산물을 벤젠이나 석유등 용제에 용해시키고 30분이상 기계적으로 교반하거나, 초음파를 가하고 약간의 교반을 가하여 여과등의 방법으로 부산물로부터 윤활유를 분리시키고, 나머지 철산화물과 슬래그막을 자력선별과정으로 각각 분리한다.

이에따라 98%이상을 분리할 수 있다.

Description

강의 연속주조공정에서 발생하는 부산물의 분리방법{A Method of Separating the By-Products from Continueous Casting Process}

본 발명은 강의 연속주조공정에서 발생하는 부산물을 처리하는 방법에 관한 것이며, 보다 상세히는 강의 연속주조공정에서의 2차 냉각수처리공정에서 배출되는 냉각수에 함유된 부산물을 분리하는 방법에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 연속주조기 상부에 위치한 주형(mold)(3)에는 주형과 주편 사이의 윤활을 도모하기 위하여 주형 용재(mold flux)를 투입한다. 이 주형 용재는 용강의 열에 의해 용융되어 주형과 주편 사이 틈으로 막 상태로 스며들어 주형을 빠져나온다. 이를 연속주조 공정에서는 슬래그 막으로 칭하고 있다. 이 슬래그 막은 주형을 빠져 나오면 주형 직하에서 뿌려주는 2차 냉각수(4)에 의하여 냉각되면서 그 열충격으로 분쇄되어 냉각수에 혼합되어 배출되게 된다. 한편 주편은 그 표면온도가 700℃ 이상의 고온으로 표면에 철 산화물이 생기며 이 철 산화물 역시 냉각에 의한 열충격과 지지롤(8)과 주편간의 응력에 의해 주편 표면에서 박리되어 냉각수 중으로 혼합되게 된다. 한편. 연주기에는 주형을 빠져 나오는 주편을 지지하기 위한 많은 수의 지지롤과 축 사이에는 롤의 회전을 원활하게 하기 위하여 윤활유가 공급되는데 이 윤활유는 가압하여 주입하는 것이 보통이며 이 때문에 롤과 축 사이로 윤활유가 스며 나오게 된다. 이 윤활유 역시 냉각수에 들어가서 상기한 슬래그 막과 철 산화물과 혼합한 상태로 존재하게 된다.

결국 연주기를 빠져 나오는 냉각수에 상기한 세 가지 고형 물질이 혼합된 상태로 함유되어 있으며, 이 고형분은 연주기 출구에서 냉각수중 고형분을 중력에 의한 비중 차이로 침강시킬 수 있는 별도의 집수조에 모이게 된다.

본 발명에서 부산물이라고 하는 것은 상기한 고형분 즉, 슬래그 막, 철산화물 그리고 윤활유가 혼합된 물질을 지칭하는 것이다. 이 부산물은 함유된 수분을 제외하면 중량비로 철산화물이 70에서 90%, 슬래그 막이 10에서 20% 그리고 윤활유가 5% 이하 기타 세가지 종류를 제외한 불순물이 2% 미만으로 존재하게 된다.

상기와 같이 연속주조공정에서 나오는 부산물은 슬래그막, 철산화물인 스케일 및 윤활유로서 이들은 철강생산공정이나 다른 용도로 직접 활용할 수 있는 성분들인 것이다.

즉, 철산화물은 철강 생산공정의 철원으로 직접 활용 가능하며 불순물의 양이 적으면 용선의 탈인제, 전자기 재료(예를 들면 플로피 디스크, 각종 카드의 magnetic tape) 그리고 화장품의 원료 등 많은 분야에서 그 주원료로 사용이 가능하다. 슬래그 막은 그 성분이 모재인 주형 용재와 유사하면서 표 1에 나타난 바와 같이 그 특성이 원래의 주형 용재보다 우수한 측면이 있기 때문에 주형 용재의 주원료로 사용 가능하다. 윤활유 역시 그 특성이 원래의 윤활유와 대비하여 그다지 차이가 나지 않기 때문에 원래의 용도로 재활용이 가능한 것이다.

강의 연속주조용 용재의 화학조성범위, %

조성	CaO	SiO2	Al2O3	Na2O	C	F	휘발분	FeO, K2O, TiO2, B2O3 등
상용 주형 용재	25-40	25-40	2-20	20 이하	25 이하	10 이하	20 이하	10 이하
본 발명 회수품	25-40	25-40	4-20	20 이하	-	10 이하	-	10 이하

상기한 바와 같이 본 발명의 대상인 연주공정의 부산물이 많은 유용한 물질을 함유하고 있음에도 불구하고 현재 그 활용은 철강 제조 공정중 철 원료를 소결하는 과정에 이 부산물을 철 원료와 함께 사용하는 정도로 그치고 있다. 그러나 이 소결 공정중에도 본 발명에서 처리하고자 하는 연주공정 부산물로 인해 소결 공정이 상당한 어려움을 겪고 있다.

즉, 종래에는 이같은 연주공정 부산물을 우선 건조시켜 수분을 제거한 후 자력 선광으로 철산화물을 선별하는 작업을 실시한다. 그러나 이 자력 선광으로 분리된 자성 물질에는 비자성인 슬래그 막과 윤활유가 거의 제거되지 않는 것이 문제이다. 따라서 낮은 불순물 농도를 필요로 하고 부가가치가 높은 용선 탈인재나 전자기 재료로 사용이 불가능하다. 소결 공정은 철광석과 부원료를 혼합하여 1000℃ 이상의 고온에서 철광석을 연화시켜 딱딱한 괴광을 제조하는 과정이다. 이 연화 온도와 소결 시간은 부원료에 함유된 화학조성에 의존하게 된다. 슬래그 막이 혼합된 연주공정 부산물이 철광석과 혼합하여 소결을 하게 되면 부원료중 화학조성이 변화하게 되며 이로 인해 소결광의 강도가 차이가 날 수 있다. 또한 소결 공정에는 철광석에서 유리된 미세한 분말 입자를 대기중으로 방류하지 않기 위하여 정전기 원리를 이용한 집진기가 항상 가동중인데, 윤활유가 혼합된 분진이 집진기에 들어가면 끈적끈적한 윤활유가 대전판에 접착하게 된다. 즉, 대전판의 집진 면적을 감소하게 만드는 것이다. 따라서 슬래그 막과 윤활유가 혼합된 본 발명 대상의 연주 공정 부산물은 소결 공정의 원활함을 방해하는 요소가 되고 있다.

한편 윤할유의 경우 상기한 바와 같이 기존 연주공정 부산물을 활용하는 방법은 윤활유를 전혀 회수할 수 없기 때문에 지속적으로 소모되며 이로 인해 연속주조 공정에서 원가를 상승시키는 요인이 된다.

한편 슬래그 막은 단일 물질로 존재할 경우 그 원 재료인 주형 용재의 성분 중에서 휘발분인 H₂O, C, CO/CO₂, 유기물 등이 제거되고 용강중에 함유된 비금속 개재물이 다소 첨가된 조성이고 광물상의 구성 면에서는 완전히 용융후 응고된 유리질 상태이다. 조성면에서 볼 때 비록 용강중에 함유된 비금속 개재물이 용융 혼합된다 하더라도 표 1에서 보는 바와 같이 상용 주형 용재와 비교하면 거의 차이가 없기 때문에 원래의 주형 용재의 주 원료로 사용이 가능하다. 그러나 상기한 바와 같이 기존 방법으로는 슬래그 막을 연주 공정 부산물에서 선별할 수 있는 방법이 없기 때문에 역시 폐기 처리되고 있는 것이다.

이에 본 발명의 목적은 연주공정의 부산물을 재활용하기 위한 효과적인 분리방법을 제공하는데 있다.

도 1은 연속주조공정에서 부산물이 발생되는 것을 보여주는 개략도

* 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명*

1: 래들(laddle)2: 턴디시(tundish)

3: 주형(mold)4: 2차냉각수

5: 슬래그막(slag film)6: 주편지지롤

7: 윤활유(grease) 8: 철산화물(scale)

본 발명의 일측면에 의하면

철산화물, 슬래그막 및 윤활유가 함유된 연속주조공정에서 나온 부산물에 부산물 중량에 대한 부피비가 1.5배이상이 되는 유기용매를 혼합한 후 30분이상 교반하여 윤활유를 용해시키는 단계;

상기 용해된 액상 윤활유를 회수한 다음 윤활유가 분리회수된 철산화물과 슬래그막으로 구성된 잔여물을 자력선별과정을 거치게하여 철산화물과 슬래그막을 분리하는 단계;

를 포함하는 연주공정의 부산물 분리방법이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 의하면,

철산화물, 슬래그막 및 윤활유가 함유된 연속 주조공정에서 나온 부산물을유기용매와 혼합하고 교반하는 단계;

상기 유기용매와 혼합된 윤활유에 10 HHz이상의 초음파를 가하여 상기 혼합물을 미세현탁용액으로 형성하는 단계;

상기 미세현탁용액을 여과하여 철산화물과 슬래그막을 분리하는 단계;

상기 철산화물과 슬래그막이 분리되고 남은 여과액을 방치하여 용매내에서 윤활유를 침강시킨 다음 용매와 윤활유를 분리회수하는 단계;및

상기 여과된 철산화물과 슬래그막의 혼합물을 자력선별과정을 거치하게 하여 이들 각각을 분리.회수하는 단계;를

포함하는 연주공정의 부산물 분리방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자는 연주공정에서 나오는 철산화물, 슬래그막 및 윤활유가 혼합된 부산물을 분리하여 재활용하고자 연구한 결과 이들중 특히 분리가 어려운 윤활유 성분을 용매를 이용하여 분리하는 경우 그 교반시간에 따라 양호한 회수율로 이들을 회수할수 있는 것을 실험을 통해 확인하고 보다 연구를 한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 대상인 연주공정 부산물에 있어서 공지된 방법에 의하여 철 산화물, 슬래그 막 그리고 윤활유 세가지의 유용한 물질을 분리하게 어렵게 만드는 성분은 주로 윤활유이다. 지지롤 윤활유는 약 90%를 차지하는 파라핀계 오일을 주성분으로 Li 비누화합물이 10% 이내 그리고 산화 및 부식방지제인 인산염화합물이 약 3% 이내로 구성되어 있다. 이같은 윤활유는 Li 비누화합물에 기인하여 점성이 매우높고 오일 성분이기 때문에 윤활유 표면에는 물을 적시기 어려운 특징을 가지고 있다. 고점성으로 인하여 강한 접착력을 보유하고 있으며 이로 인해 철 산화물과 슬래그 입자가 윤활유 막을 사이에 두고 물리적으로 접착되어 있다. 그러므로 상기한 단순한 자력 선별에 의해서는 철산화물을 슬래그 막으로부터 분리할 수 없는 것이다.

본 발명자는 상기 본 발명의 원료 물질은 연주공정 부산물에서 우선 윤활유를 분리할 수 있는 방법을 찾는 것에 초점을 두었다. 윤활유만 제거되면 잔류 철 산화물과 슬래그 입자는 자력적인 성질이 워낙 차이가 나기 때문에 그 분별이 용이하기 때문이다.

상기한 바와 같이 윤활유는 파라핀계 오일이 주성분으로서 물과 혼합되지 않는 반면 유기 용매에 의해 철산화물과 슬래그 막 사이에 존재하는 윤활유가 세척이 됨을 알 수 있었다. 이는 유기 용매가 윤활유와 철산화물 그리고 윤활유와 슬래그 막간에 존재하는 계면성질을 바꾸어 윤활유가 철산화물과 슬래그 막으로부터 이탈되기 쉬운 조건이 되기 때문이었다.

본 발명에서는 여러 가지 유기 용매를 사용하여 연속주조 부산물에서 윤활유를 분리할 수 있는 지 조사하였다. 유기 용매로는 여러가지가 가능하나 구입이 편리한 벤젠과 등유(kerosene)를 사용하였다. 상기 유기 용매들은 그 종류 및 온도에 관계없이 유기 용매의 부피를 부산물의 중량비로 1.5 이상으로 하면서 30분 이상 기계적으로 교반하면 95% 이상 본 발명의 원료인 연주 공정 부산물로부터 윤활유만 분리될 수 있음을 알 수 있었다. 그러나 공업적인 견지에서 30분이란 시간은 매우늦은 반응속도이기 때문에 반응속도를 높일 수 있는 방법을 강구하였다.

많은 시도를 한 결과 상기한 바와 같은 종류의 유기용매를 동일한 1:1 중량비로 사용하면서도 10KHz 이상의 초음파를 가한 결과 윤활유를 세척하는 시간이 5분 이내로 감소함을 확인할 수 있었다. 이것은 초음파가 부산물 내에 함유된 윤활유 입자를 미세하게 현탁시켜 윤활유와 유기 용매의 반응속도를 매우 촉진시킨다는 사실도 아울러 발견할 수 있었다.

특히 초음파로 가해진 미세 현탁 용액은 액상이기 때문에 단순한 여과공정으로 철산화물과 슬래그 막으로부터 용이하게 분리될 수 있었다. 이렇게 회수된 철산화물과 슬래그 막의 회수율은 전기한 기계적 교반 방법에 비하여 98% 이상까지 높일 수 있다.

한편 상기와 같은 미세 현탁용액은 윤활유와 유기 용매가 물리적으로 혼합된 상태로 되어 있기 때문에 초음파가 가해지지 않는 상태에서 윤활유와 유기 용매의 비중 차이에 의해 윤활유가 10분 이내에 하부로 침강하는 특성을 가지고 있다. 따라서 상부의 유기 용매는 다시 연주공정 부산물에서 윤활유를 분리하는 데 재활용되기 때문에 유기 용매의 손실은 1회 처리에 대하여 10% 이내로 감소시킬 수 있는 것이다. 또한 하부의 잔류 윤활유는 그 물리화학적 성질이 거의 변화하지 않았기 때문에 연주기 지지 롤의 윤활유로 재사용도 가능한 것이다.

연주공정 부산물에서 윤활유가 제거된 철 산화물과 슬래그 막의 혼합물은 자력 선별 과정으로 철 산화물과 슬래그 막을 용이하게 분리할 수 있다. 이렇게 분리된 철 산화물에서 슬래그 막이 존재하는 비율은 1% 미만이므로 상기한 바와 같이소결 공정에서 사용하더라도 윤활유와 슬래그 막에 의한 공정 애로 사항을 해결할 수 있으며 용선의 탈인재로도 활용이 가능한 것이다. 따라서 보다 부가가치가 높은 자기 매체의 산화피막 등에도 활용이 가능할 것으로 보인다.

한편 자력 선별 과정이후 슬래그 막중에 존재하는 철 산화물은 중량비로 2% 미만이었다. 따라서 이 슬래그 막은 원래의 주형 용재 원료로 재활용이 가능하였다.

이하, 본 발명을 실시예에 따라 설명한다.

(실시예)

연주공정 부산물 1Kg에 대하여 그 성분을 분석한 결과 다음과 같은 상으로 구성됨을 알 수 있었다.

철산화물: 85 wt%

슬래그 막: 10 wt%

윤활유: 5 wt%

상기 부산물에 대하여 아래 표와 같은 조건에서 교반을 행하고 윤활유를 먼저 분리한 후 남는 잔류물에 대하여 자력 선광을 행하여 철 산화물과 슬래그막을 분리시켜 그 회수율을 구하여 그 결과를 표2의 우측에 나타내었다.

상기 표 2에서 보는 바와같이 유기 용매로 등유나 벤젠이나 관계없이 부산물에 대하여 중량비로 1.5배이상을 가하고 기계적 교반 30분 혹은 초음파를 인가하여 5분이내로 교반하면 윤활유와 철산화물 그리고 슬래그 막을 98%이상 회수할 수 있음을 알 수 있다.

상기한 바와같이 본 발명에 의하면 연속주조공정에서 발생하는 부산물을 용이한 방법으로 고수율로 회수하여 제활용할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 철산화물, 슬래그막 및 윤활유가 함유된 연속주조공정에서 나온 부산물에 부산물 중량에 대한 부피비가 1.5배이상이 되는 유기용매를 혼합한 후 30분이상 교반하여 윤활유를 용해시키는 단계;

   상기 용해된 액상 윤활유를 회수한 다음 윤활유가 분리회수되고 남은 철산화물과 슬래그막으로 구성된 잔여물을 자력선별과정을 거치게하여 철산화물과 슬래그막을 분리하는 단계;

   를 포함하는 연주공정의 부산물 분리방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유기용매는 벤젠 및 등유로 구성되는 그룹에서 선택된 최소 1종임을 특징으로 하는 방법.
3. 철산화물, 슬래그막 및 윤활유가 함유된 연속 주조공정에서 나온 부산물에 유기용매를 첨가 혼합하고 교반하는 단계;

   상기 유기용매와 혼합된 윤활유에 10 HHz이상의 초음파를 가하여 상기 혼합물을 미세현탁용액으로 형성하는 단계;

   상기 미세현탁용액을 여과하여 철산화물과 슬래그막을 분리하는 단계;

   상기 철산화물과 슬래그막이 분리되고 남은 여과액을 방치하여 용매내에서 윤활유를 침강시킨 다음 용매와 윤활유를 분리회수하는 단계;및

   상기 여과된 철산화물과 슬래그막의 혼합물을 자력선별과정을 거치게 하여 이들 각각을 분리.회수하는 단계;를

   포함하는 연주공정의 부산물 분리방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 유기용매는 벤젠 및 등유로 구성되는 그룹에서 선택된 최소 1종이며, 부산물 중량비에 대하여 1이상의 부피비로 첨가함을 특징으로 하는 방법.