KR20060070022A - 제철부산물을 이용한 단광제조 및 단광용융방법 - Google Patents

제철부산물을 이용한 단광제조 및 단광용융방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테인레스스틸 제조공정에서 발생되는 더스트류 및 스케일에서 유가금속을 환원회수하기 위하여 이들 부산물을 이용하여 단광을 제조하고 이 단광을 이용하여 용융환원을 통한 페로-크롬 합금철을 제조함에 있어서, 함철부산물 100 중량부에 대하여 코크스 더스트를 5∼20중량% 투입하고, 바인더로써 당밀을 상기 함철부산물의 100중량부에 대하여 4~15중량% 투입하여 단광을 제조하는 방법을 요지로 한다. 또한, 함철부산물 100 중량부에 대하여 코크스 더스트를 5∼20중량% 투입하고, 바인더로써 당밀등을 상기 함철부산물의 100중량부에 대하여 4~15중량% 투입하고 단광을 제조한 후 상기 단광을 용융 환원하여 페로-크롬 합금철을 제조하는 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 단광용융방법을 요지로 한다.
함철부산물

Description

제철부산물을 이용한 단광제조 및 단광용융방법{Method for fabrication and melting of briquttte made of byproducts produced in EAF works}
도 1은 전기로 공정 시 발생 부산물을 이용하여 제조한 단광을 용융환원하기 위한 공정도.
도 2는 코크스 단광을 스테인레스 조업 전기로에 직접 용해를 위한 공정도.
본 발명은 제철부산물을 이용한 단광제조 및 단광용융방법에 관한 것으로서, 특히, 제철공정에서 발생되는 부산물을 성형체로 제조하고 이 성형체를 전기로를 이용하여 용융환원을 통하여 성분이 균일한 페로-크롬 합금철을 제조함은 물론, 스테인레스강 제조공정에서 발생되는 부산물을 주원료로 하여 단광을 제조할 때 단광의 강도 저하 없고 전기로 용융을 위한 각종 원료의 혼합 시 비산먼지의 발생을 적게 하며 용융환원 조업 시 더스트의 발생량을 적게 하며 제조된 합금철의 성분 편 차가 적은 제철부산물을 이용한 단광제조 및 단광용융방법에 관한 것이다.
일반적으로 스테인레스강은 전기로에서 고철과 합금철을 아크열로 용해하여 용강을 만들고, 이 용강을 정련로에서 정련하여 제조하고 있다. 이러한 스테인레스강 제조공정에서 공정별로 여러 가지 부산물이 발생한다. 전기로에서는 전기로 더스트가 발생한다. 정련로에서는 사이클론에서 굵은 입자의 정련로 중더스트가 집진기에서 미분의 정련로 더스트가 집진된다.
이러한 전기로 더스트와 정련로 중 더스트에는 철 성분 외에도 Cr, Ni 등의 유가금속이 다량 함유되어 있다. 이들은 성형체로 제조되어 소형전기로에서 용해하여 합금철은 회수하고 발생되는 슬래그는 토건용 원료로 재활용하고 있다.
스테인레스강 제조공정에서 발생하는 부산물을 성형체 형태로 제조하는 기술과 관련된 선행기술로는 한국 공개특허공보 2000-13357호(단광 제조를 위한 생석회 함유 더스트의 숙성장치)가 있다.
이 기술은 스테인레스 제조공정에서 발생하는 부산물을 재활용하는 도 1의 제조공정에서 사용하는 더스트의 숙성장치에 관한 것이다. 이 숙성장치에서는 전기로 더스트와 정련로 더스트 구분 없이 물을 첨가하여 아래 식 1과 같이 수화 처리한 다음에 숙성하는 것이다.
[반응식 1]
CaO + H2O →Ca(OH)2 + 15.2kcal/mol
숙성된 원료는 당밀 등의 바인더를 혼합하여 단광으로 제조하게 된다. 그런데, 스테인레스 제조공정에서 발생하는 더스트를 단광으로 성형하는 과정에서 수분량조절이 곤란하여 성형된 후에 미 수화된 생석회의 수화반응 진행으로 단광의 분화 및 붕괴현상이 자주 발생하는 문제점이 있다. 단광의 이러한 분화 및 붕괴현상은 단광 용해시 2차 더스트 발생량을 증가시킬 뿐만 아니라 이러한 2차 발생 더스트로 인하여 작업환경이 열악해지며 2차 발생 더스트의 처리비용도 문제가 되고 있다.
또한 더스트등에 함유된 f-CaO 성분을 수화 시키기 위해 과잉의 수분을 사용하며, 원료 중 함수분이 높은 슬러지, 산화철 등이 함유될 경우에는 단광 제조 시 단광의 강도가 감소하여 분 발생량이 많아지며 이러한 문제점을 해결하기 위하여 바인더 사용량을 증가시켜야 되는 문제가 있으며 이것은 부산물 재활용 시 경제성을 낮추는 요인이 된다
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스테인레스 스틸 제조공정에서 발생하는 부산물을 이용하여 단광을 제조하고, 이 단광은 용융환원공정을 통하여 성분이 균일한 페로-크롬 합금철을 제조하는 방법을 제공하고, 또는 제조된 단광을 스테인레스 조업 전기로 용해 시 직접 투입하여 재활용하는 방법을 제공하여 스테인레스 스틸 제조공정 시 발생되는 더스트 및 스케일 등의 부산물을 재활용하기 위한 단광의 제조 시 단광의 강도저하를 발생시키지 않으면서 또는 강도를 증 가시켜 단광 성형체의 분화율을 감소 시킴으로서 단광으로 부터 유가금속 회수 시 투입원료의 혼합 균일성 향상을 통하여 융융물인 페로-크롬 합금철의 성분 균질화 및 유가금속 회수 효율을 향상시키는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
일반적으로 부산물중의 철분이나 크롬 또는 니켈 등의 유가금속을 회수하기 위해서는 더스트 또는 슬러지 등의 분말상태의 부산물을 성형공정을 통하여 성형체를 제조하거나 또는 분말상 자체를 직접 재활용하는 방법이 있다.
본 발명은 분말상의 제철부산물을 이용하여 단광형의 성형체를 제조한 후 S.E.F(Submerged Electric Furnace) 등의 용융 환원로를 통하여 성분편차가 적은 지금성분을 회수하거나 전기로에 단광을 직접 투입하여 슬래그의 환원효율을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 사용한 원료로서 특히 스테인레스 스틸 제조 시 전기로 및 정련로의 싸이클론에서 포집된 더스트의 경우에는 집진기에서 포집된 더스트에 비하여 입자가 굵다. 따라서 이들 더스트를 이용하여 단광을 제조할 경우에는 입자가 굵어 단광의 밀도가 낮아 그린단광의 강도가 감소하는 문제점이 있다. 따라서 이들 단광의 치밀화를 위하여 입자가 작은 스케일 및 산화철 등을 혼합하여 치밀화를 높이는 방법 등이 있다.
본 발명에서는 상기와 같이 입자가 굵은 더스트를 주원료로 하여 단광을 제 조할 때 미세한 코크스 더스트를 혼합하여 단광을 제조함으로 인하여 상온에서의 강도인 그린강도를 증가시키며 고온에서는 단광 내부에서 코크스 더스트 중의 카본 성분으로 인하여 균질한 환원작용 및 액상 소결의 촉진에 의해 단광의 고온 열간강도를 향상시키는 효과로 인하여 상온 및 고온에서 단광의 취급시 분화 및 붕괴 현상을 줄일 수 있고 용융환원 시 더스트의 발생량을 줄일 수 있어 조업환경에도 바람직 하다.
또한 첨가한 코크스 더스트는 단광 내부에서 열전도가 잘되게 함으로 인하여 단광의 균질한 용융을 하게하며 합금철의 성분편차 감소에 도움이 되게 하는 작용을 한다.
따라서 스테인레스 스틸 제조공정 시 발생되는 각종 더스트, 스케일 및 산화철 등을 이용하여 성형체인 단광을 제조할 때 5 mm 를 통과하는 미세한 코크스 더스트, 좋게는 0.5 ~ 2mm 크기의 코크스 더스트를 상기 원료 100중량부에 대하여 5중량%에서 20중량% 투입한 후 바인더로서 당밀, 제지슬러지, 펄프폐액 또는 리그닌슬포네이트 등의 1종 내지 2종 이상의 혼합 바인더등을 상기 원료들 및 코크스 더스트 합인 100중량부에 대하여 4중량%에서 15중량% 첨가하여 단광을 제조하는 것이 바람직하다.
코크스 더스트의 크기가 5 mm 이상일 경우에는 코크스 더스트의 혼합에 의한 혼합원료의 수분 감소효과가 적으며, 혼합원료와의 치밀화 효과가 적기 때문에 단광제조시 오히려 강도가 감소하기 때문에 바람직하지 않다.
코크스 더스트가 5중량% 이하일 경우에는 그린강도 및 열간강도가 약하고 당 밀등의 바인더 사용량이 많으며, 20중량% 이상일 경우에는 오히려 상온의 그린강도가 감소하고 또한 열간강도가 감소하여 지금회수율이 감소하기 때문에 바람직하지 않다.
바인더 사용량이 4중량% 이하이면 단광의 그린강도가 작아 단광의 취급시 또는 용융시 분발생율이 높으며, 15중량% 이상일 경우에는 단광 성형체의 탈형이 곤란한 문제가 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용한 원료의 화학성분을 표1에 그리고 그들의 체통과 누적입도분포를 표 2에 나타내었다.
(단위 : %)
구분 CaO MgO SiO2 M-Fe T-Fe Al2O3 ZnO NiO Cr2O3 MnO
전기로 더스트 4.4 1.5 7.1 1.1 29.1 0.4 7.4 2.1 19.1 3.4
정련로중 더스트 26.8 6.1 8.5 12.2 32.6 0.3 0.01 2.5 14.4 4.4
정련로 더스트 23.9 5.8 5.4 5.0 30.2 0.3 0.6 2.6 14.2 3.3
스케일 4.0 0.3 2.5 11.0 49.5 tr tr 7.6 15.5 1.1
산화철 0.7 tr 0.7 tr 52.2 tr tr 4.9 9.8 0.6
코크스 더스트 0.8 0.3 5.9 tr 0.5 2.9 tr tr tr tr

(단위 : %)
구분 전기로더스트 정련로 중더스트 정련로더스트 스케일 산화철
710um통과 100 85 100 100 100
500um통과 95 75 99 99 94
300um통과 85 36 98 98 82
250um통과 76 30 97 97 23
150um통과 60 15 95 75 5
75um통과 31 3 62 16 2
45um통과 2 1 25 3 0.5
상기의 원료를 이용하여 단광을 제조함에 있어서 더스트, 스케일 및 산화철 등의 원료 혼합비는 특별히 한정하지는 않지만, 본 발명의 실시예에서는 정련로 중더스트를 전체원료의 100중량부에 대하여 35중량%, 전기로 더스트 및 정련로 더스트의 합이 20중량% 그리고 스케일과 산화철의 합이 45중량%가 되도록 하여 원료의 합이 100중량부가 되도록 하였다.
그리고, 바인더로서 당밀을 원료합의 100중량부에 대하여 11중량%가 되도록 혼합한 후 단광을 제조한 후, 코크스 더스트의 첨가에 따른 상온강도 및 열간강도의 변화를 측정하였다.
상온강도는 단광을 제조한 후 7일이 경과한 후 압축강도를 측정한 것이며, 열간강도는 단광 제조후 7일이 경과한 단광을 아르곤 가스 분위기 하에서 1000℃에서 1시간 열처리 한 직후 압축강도를 측정하였다.
지금 회수율은 용융환원시 사용한 전체 단광의 중량에 대하여 용융후 슬래그 및 더스트로 발생된 량을 제외한 합금철로 제조된 무게만을 분율로 나타낸 것이다. 그리고 제조된 합금철의 초기 및 후반부를 성분을 측정하여 편차의 정도를 측정하 였다.
아래 표3의 발명예 1에서는 사용 함철 부산물의 합이 100중량부에 대하여 코크스 더스트를 5중량% 첨가하여 단광을 제조한 것이다. 상온강도 및 열간강도가 코크스 더스트를 첨가하지 않은 비교예 1보다 증가함을 보이고 있으며 지금회수율도 약간 상승하였으며 대표적인 지금성분은 표4에 나타낸 바와 같으며 출선 초기 및 후반부에서의 지금성분의 편차는 적었다.
발명예2에서는 코크스 더스트가 사용 함철 부산물 100중량부에 대하여 20중량%사용한 것을 제조하고는 발명예 1과 동일하게 실험하였다. 상온강도 및 열간강도는 전술한 바와 같이 단광의 치밀화와 코크스 더스트의 첨가에 의한 혼합원료의 수분감소로 단광의 그린강도가 상승한 효과가 있었으며 지금 회수율 및 지금성분의 편차도 양호하였다.
반면 비교예2와 같이 코크스 더스트의 사용량이 20중량%를 초과할 경우에서는 오히려 상온강도 및 열간강도가 감소하였으며 이러한 강도의 감소는 용융환원 시 분 발생량이 많아 원료의 손실을 초래하므로 지금 회수율이 감소하며 지금 성분 중 카본 함량의 증가로 바람직하지 않다.
구분 사용 함철 부산물의 합 코크스 더스트 당밀 사용량 상온강도 (kgf) 열간강도 (kgf) 지금 회수율(%) 지금성분 편차
비교예1 100 0 3 78 18 45 ㅿ
발명예1 100 5 8 95 56 46 ⊙
발명예2 100 20 12 81 20 46 ⊙
비교예2 100 30 3 29 3 43 X

T-Fe M-Fe Cr Ni SiO2 CaO MnO C S
64.2 17.5 15.9 4.6 5.9 0.4 5.1 0.045 0.00087

한편, 코크스를 혼합하여 제조한 단광을 스테인레스 전기로 조업시 직접 재활용하기 위한 시험을 실시하였다. 단광의 제조 시 원료의 혼합은 표5와 같이 실시하였다. 제조된 단광을 전기로에 직투입 시 전력원단위 및 슬래그중의 금속산화물의 환원 정도를 조사하였다.
비교예3은 전기로 공정발생 부산물 100중량부에 대하여 코크스 더스트를 4%, 당밀을 12% 혼합하여 제조하였으며, 제조된 단광을 전기로에 2톤/Ch 씩 투입하여 그때의 전력원단위 및 슬래그 중의 Cr2O3 함량을 조사하였다.
비교예4는 코크스 더스트를 사용하지 않은 것을 제외하고는 비교예3과 동일하게 시험하였다. 표5의 결과에 의하면, 코크스 더스트를 사용하지 않은 경우의 전력 원단위는 309kWh/T이었고, 슬래그중의 Cr2O3 는 코크스 더스트를 첨가하지 않은 것은 5.90% 였으나, 비교예 3의 경우는 각각 401kWh/T 및 6.79%로 전력 원단위 뿐 만 아니라 슬래그중의 Cr2O3 함량이 증가하여 바람직 하지 않았다.
하지만 발명예 3의 경우는 코크스 더스트를 10중량 % 혼합한 것을 제외하고 다른 조건은 동일하게 하여 비교예3, 4와 동일하게 시험한 결과, 전력원단위는 약간 증가하였으나 슬래그중의 Cr2O3 함량이 감소하는 결과를 얻었다. 이것은 단광 중에 혼합되어 있는 코크스 성분이 단광의 용융 슬래그화 시 용융환원되어 슬래그중의 금속 산화물을 환원시킨 것으로 판단된다.
구분 사용 함철 부산물의 합 코크스 더스트 당밀 사용량 전력원단위 (kWh/T) % Cr2O3
비교예3 100 4 12 401 6.79
비교예4 100 0 12 309 5.90
발명예3 100 10 12 403 5.50

본 발명에 의하여, 스테인레스 스틸제조 공정발생 부산물 즉 전기로 더스트, 정련로 더스트, 스케일 및 산화철 등을 이용하여 단광을 제조할 때 코크스 더스트를 혼합하여 단광을 제조함으로써 단광의 치밀화를 통하여 단광의 압축강도를 향상시킬 수 있으며, 이로 인하여 벨트 컨베이어 등으로 원료 이송 시 성형체 간의 충돌이나 낙하 등으로 발생되는 비산먼지의 감소 효과도 기대할 수 있으며 용융환원 시 더스트의 발생량을 줄일 수 있다.
또한, 단광 용융 시에는 혼합된 코크스 더스트가 열원 및 환원재 역할을 할 때 환원 대상 물질인 철 산화물과 크롬 산화물의 근거리에서 동시에 역할을 하기 때문에 앞에서 언급한 종래의 기술과 같이 괴상의 코크스를 투입하지 않거나 그 사용량을 줄일 수 있으며 용융된 합금철의 성분 균질화를 얻을 수 있다.
또한 환원재가 혼합되고 강도가 보강된 단광을 스테인레스 조업 전기로에 직접 투입하면 전력 원단위가 상승하는 문제점은 있으나, 슬래그 중의 금속산화물 성분의 환원에 코크스 함유 단광이 작용을 하며 슬래그 중에서 금속 산화물 함량을 감소시키고, 더스트 등의 함철 부산물의 처리 공정을 간단하게 할 수 있으므로 부산물 처리비용을 절감 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 스테인레스스틸 제조공정에서 발생되는 더스트류 및 스케일에서 유가금속을 환원회수하기 위하여 이들 부산물을 이용하여 단광을 제조하고 이 단광을 이용하여 용융환원을 통한 페로-크롬 합금철을 제조함에 있어서,
    함철부산물 100 중량부에 대하여 코크스 더스트를 5∼20중량% 투입하고, 바인더로써 당밀을 상기 함철부산물의 100중량부에 대하여 4~15중량% 투입하여 단광을 제조하는 방법.
  2. 함철부산물 100 중량부에 대하여 코크스 더스트를 5∼20중량% 투입하고, 바인더로써 당밀등을 상기 함철부산물의 100중량부에 대하여 4~15중량% 투입하여 단광을 제조한 후 상기 단광을 용융 환원하여 페로-크롬 합금철을 제조하는 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 단광용융방법.
  3. 함철부산물 100 중량부에 대하여 코크스 더스트를 5∼20중량% 투입하고, 바인더로써 당밀등을 상기 함철부산물의 100중량부에 대하여 4~15중량% 투입하여 단광을 제조한 후, 상기 단광을 전기로에 직접 투입하여 사용하는 것을 특징으로 하는 제철부산물을 이용한 단광용융방법
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 코크스 더스트의 입도가 5 mm이하인 것을 특징으로 하는 단광제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더로서 당밀, 제지슬러지, 펄프 폐액 또는 리그닌슬포네이트 중 선택된 한개 또는 두개의 혼합 바인더를 상기 원료들 및 코크스 더스트 합인 100중량부에 대하여 4중량%~15중량% 첨가하여 단광을 제조하는 것을 특징으로 하는 단광 제조방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 단광의 용융환원 시 S.E.F 형태의 용융 환원로를 사용하여 단광을 용융 환원하는 단광용융방법.
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