KR20060127038A - 강의 탈황제 및 이를 이용한 강의 탈황 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강의 탈황제로서, 상기 탈황제의 총 중량에 대해서:

-적어도 10%의 SiO₂,

-적어도 10%의 C2S, 및

-적어도 35%의 적어도 하나의 칼슘 알루미네이트 및 선택적으로 칼슘 실리코 알루미네이트를 포함한다.

강, 탈황제

Description

강의 탈황제 및 이를 이용한 강의 탈황 방법{Steel desulphurating agent and use thereof in the desulphuration of steel}

본 발명은 야금 분야에 관한 것으로서, 특히 SiO₂, C2S 및 칼슘 알루미네이트를 고 농도로 포함하는, 강의 탈황제 및 이를 이용한 강의 탈황 방법에 관한 것이다.

강의 제조는 개략적으로 아래의 두 가지 방법에 의해서 수행될 수 있다:

-고로 또는 전로 등의 수단에 의해서 철광석을 강으로 변환하는 방법

-전기로에서 쇠 부스러기를 처리하는 방법

주철을 정련한 후에 얻어진 강에 있어서 불순물, 인 및 황의 존재는 특히 기계적 특성들에 해롭다는 것이 알려져 있다. 고로에 의해 제조된 주철의 정제 후에 얻어진 강에 있어서, 황이 높은 비율로 존재한다는 것은, 냉간 가공 유연성, 충격 내성, 및 주괴 잉곳 표면의 질을 낮추기 때문에 특히 해롭다는 사실이 알려져 있다. 따라서, 금속 내에서 허용될 수 있는 황의 비율은 매우 낮아야 한다. 즉, 0.02% 미만 또는 바람직하게는 0.005% 미만이다.

현재 강의 제조 공정에 있어서, 중요한 단계 중의 하나는, 전로 또는 전기로 에 의한 주요(최초) 야금 처리이다. 이러한 야금 처리는 이후에 강이 레이들에서 재처리되어 특별한 물성을 가지도록 한다. 강의 특성을 향상시키기 위한 기술 분야에 있어서 가장 두드러진 진보는 레이들 야금처리로부터 이루어져 왔다.

주철을 정제하고 강을 제조하는 장치(고로, 전로)에 의해 금속의 황 함량이 줄어들 수 있지만, 전술한 문제점들이 제거되는데 필요한, 완전한 탈황을 이끌어 낼 수는 없기 때문에, 강의 제련이 필요하다. 제련의 일반적인 원리는 이하의 내용에 기술된 바와 같이 요약될 수 있다.

강으로부터의 불순물을 추출하기 위해, 강은 불순물에 대해 높은 친화력을 갖는 생성물과 밀접하게 접촉되어야만 하고, 따라서, 이에 의해 낮은 자유 엔탈피를 갖게 된다. 이것은 고온을 이용함으로써 해결될 수 있는, 열역학적 평형상태의 문제이다.

강에 대해서 유해한 영향을 미치는 것으로 간주되는 성분의 농도를 낮추기 위한, 주요 제련 방법은 다음과 같다.

1- 슬래그에 의한 변환 단계.

2- 불용해성 혼합물의 형성 단계.

3- 강에 진공을 적용함으로써 분압을 낮추어 강에서의 불순물의 용해도를 감소시키는 단계.

강의 탈황에 있어서의 화학 반응식은 다음과 같다:

[S]m + (O^--)s --->(S^--)s + [O]m

여기에서, [S]m 및 [O]m은 금속에 용해된 성분이고, (O^--)s 및 (S^--)s는 슬래그에 용해된 성분이다.

강에 대해서 유해한 영향을 미치는 것으로 간주되는 성분의 농도를 낮추기 위한 일반적인 방법은, 석회계 슬래그를 사용하는 것이다: 이 경우에 있어서, 반응식은 다음과 같다.

[S]m + (CaO)s --->(CaS₂)s + [O]m

여기에서, [S]m 및 [O]m은 금속에 용해된 성분이고, (CaO)s 및 (CaS2)는 슬래그에 용해된 성분이다.

나타낸 바와 같이, 표 1은 제강소 슬래그에 대한, 일반적인 광물학적 및/또는 화학적 조성들의 중량% 리스트이다.

그러나 최근 탈황에 사용되고 있는 방법들 중에서, 어떤 것도 완전하게 만족시킬 수 없었다.

요컨대 탄산 나트륨을 사용하는 것은, 유해한 연기를 방출하고 특히 활성 슬래그를 유발하며, 최대 60% 수준의 탈황을 이끌어내었다.

탄화 칼슘을 사용하는 것은 금속의 재탄화를 일으키고, 또한 그 생성물은 폭발을 일으킬 수 있는 아세틸렌 생성의 위험을 피하기 위해 건조하게 유지되어야만 한다.

칼슘 시안 아미드를 사용하는 것은, 피해야만 하는 금속의 질화 및 탄소 처리를 유발한다.

마그네슘은 강과 접촉하여 증발하고 또한 폭발을 유발할 수 있기 때문에 사용하는데 어려움이 있으며, 그래서 타르에 코팅되고 벨에 보관되어야만 한다.

정제될 물질에 주입된 실리코-칼슘을 사용하는 것은, 혼재물의 구형화(globularisation)를 일으키고, 알카라인 슬래그의 사용을 필요로 하고, 강이 질소를 회복할 수 있게 한다.

석회를 사용하는 것은 이점들이 있지만, 약 2200℃의 고 융점을 가져 액상 금속과 석회의 반응을 중지시킨다.

많은 연구들은, 바람직한 탈황 성질을 갖는 생성물이, 53% 내지 55%의 CaO, 43% 내지 45%의 Al₂O_{3 ,}, 및 1%의 산화철(FeO)을 함유한다는 결론에 도달하였다. 1983년 2월 18일에 출원된 프랑스 특허 출원 번호 FR 2541310에 기재되었으며, 웨이커(Wacker)산 제품, 및 바나듐의 제조시에 발생하는 슬래그 등의 이러한 유형을 갖는 많은 제품들이 존재한다.

그러나, 이러한 제품들은 값 비싸고, 또한 쉽게 이용할 수 없다.

따라서, 상기한 종래 문제점을 해결하면서, 비용이 저렴하고, 종래 기술의 조성물로 언급된 것보다 더욱 쉽게 이용할 수 있으며, 특히 산업용 폐기물, 특히 제강소 슬래그로부터 얻어질 수 있는 탈황제가 필요하게 되었다.

전술한 목적들은 본 발명에 따른 탈황제를 사용함으로써 달성될 수 있다. 이 탈황제는 탈황제 총 중량에 대한 비율로서:

-적어도 10%의 SiO₂,

-적어도 10%의 C2S, 및

-적어도 35%의 적어도 하나의 칼슘 알루미네이트 및 선택적인 칼슘 실리코 알루미네이트를 포함한다.

고농도의 C2S를 포함하는 탈황제의 조성물은 상기 기술된 이점들 외에도, 탈황제의 팽창체 및 그에 따라 파우더를 얻는 것을 가능하게 한다.

탈황제는 1000 내지 5000cm²/g, 바람직하게는 1000 내지 2000cm²/g의 비 표면적(specific surface)을 갖는 파우더의 형태이다. 파우더의 비 표면적을 측정하는 방법은 본 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 이에 대한 일례로서, 저온에서 가스의 물리적 흡착에 기반한 처리인, 예를 들면 BET와 같은 잘 알려진 방법을 포함한다.

탈황제는, 바람직하게는, 탈황제의 총 중량에 대해 다음과 같은 광물학적 상들을 포함하며:

- 10 내지 60%의 C2S,

- 0 내지 50%의 C3A,

- 0 내지 50%의 C2AS,

- 0 내지 70%의 C12A7, 및

- 0 내지 60%의 CA,

또한 탈황제의 조성은, 적어도 35%의 칼슘 알루미네이트 또는 칼슘 알루미네이트와 칼슘 실리코- 알루미네이트의 혼합물을 포함한다.

가장 바람직하게는, 탈황제는, 탈황제의 총 중량에 대해 다음과 같은 광물학적 상들을 포함한다.

- 10 내지 30%의 C2S, 30 내지 60%의 CA, 및 10 내지 40%의 C2AS; 또는

- 20 내지 50%의 C2S, 20 내지 70%의 C12A7 및 0 내지 40%의 C3A, 바람직하게는 10 내지 40%의 C3A.

바람직하게는, 탈황제는 제강소 슬래그로부터 얻어진다. 본 발명의 실시예는 제강소 부산물에 가치를 부여할 수 있기 때문에 경제적 관점으로부터 특히 유리하다.

본 발명에 따른 탈황제는, 광물학적 및 화학적 조성을 변화시키고 불순물을 제거하기 위해, 제어된 산화 분위기 내에서 용융된 제강소 슬래그를 처리함으로써 얻어질 수 있다. 그래서 본 발명의 탈황제는 일반적인 제련에 사용되는 석회 및 로 첨가제의 혼합물을 대신하는 스펀지로서 작용할 수 있다.

특히, 탈황제를 준비하는 방법은, 알루미나 또는 알루미나를 생성하는 생성물, 및 제강소 슬래그의 혼합물을 제조하는 단계; 및 10^-1 내지 10^-6 bar의 산소 분압 및 1250℃ 내지 1450℃의 온도에서 상기 혼합물을 가열하는 단계를 포함한다.

알루미나 또는 알루미나를 생성하는 생성물은 용융된 제강소 슬래그에 첨가될 수도 있다.

일반적으로, 제강소 슬래그로부터 탈황제를 얻기 위해 첨가되는데 필요한 알루미나의 양은, 슬래그의 총 중량에 대해 10 내지 30%이며, 이는 슬래그 및/또는 탈황제의 요구되는 조성에 의존한다.

알루미나 또는 알루미나를 생성하는 화합물의 첨가는, 슬래그가 더 쉽게 용융 및 탈황 될 수 있도록 한다. 바람직하게는, 알루미나의 소스는 보크사이트, 알루미늄 잔여물 및 알루미늄 제련 폐기물(red mud)로부터 선택된다.

또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 탈황제 및 석회(CaO)를 강에 첨가하는 단계를 포함하는 강의 탈황 방법에 관한 것이다.

바람직하게는, 탈황제 및 석회는 강에 첨가되기 전에 함께 혼합된다.

바람직하게는 탈황제 대 석회의 중량 비율은 1/0.5 내지 1/2의 범위이며, 바람직하게는 1/1이다.

강의 탈황 공정은 바람직하게는 1500℃ 내지 1600℃의 온도 범위에서 수행되고, 가장 바람직하게는 1550℃에서 수행된다.

본 발명에 따른 탈황제는, 표 2에서 나타낸 광물학적 조성을 갖는 원료들로부터 준비되었다.

슬래그 및 보크사이트를 1250℃ 내지 1450℃ 온도이고, 10^-1 내지 10^-6 bar의 산소 분압에서 혼합하고, 이후에 표 3에서 중량%로 표현되어 있는 바와 같은 비율로 석회와 혼합한다.

표 3에서 기술된 조성들로부터 얻어진 탈황제의 광물학적 상 조성은, 이하의 표 4에 설명되어 있다.

탈황제의 성능은 실험실에서 검사되었다. 탈황제는 1/1 중량 비율로 용강과 혼합되었다. 용강 및 탈황제에 있어서의 황 농도(W/W)는, 강을 탈황 처리하기 전 및 후에, X 형광에 의해 측정되었다. 결과는 표 5에 설명되어 있다.

표 5에 설명된 결과는 용융 금속에서의 황 농도가 탈황 처리된 이후에 1/7배로 줄어든다는 것을 보여준다. 이러한 검사들은 용융 금속의 황 농도를 감소시키는 것으로서, 본 발명에 따른 탈황제의 이용의 이점들을 명백히 입증하여 준다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 저렴한 비용을 유지하고, 종래 기술의 조성물로 언급된 것보다 더욱 쉽게 이용할 수 있으며, 특히 산업 폐기물, 특히 제강소 슬래그로부터 탈황제를 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. 강의 탈황제로서, 상기 탈황제의 총 중량에 대해서:

   -적어도 10%의 SiO₂,

   -적어도 10%의 C2S, 및

   -적어도 35%의, 적어도 하나의 칼슘 알루미네이트 및 선택적으로 칼슘 실리코 알루미네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 강의 탈황제.
2. 제 1항에 있어서, 상기 탈황제의 총 중량에 대해서:

   - 10 내지 60%의 C2S,

   - 0 내지 50%의 C3A,

   - 0 내지 50%의 C2AS,

   - 0 내지 70%의 C12A7, 및

   - 0 내지 60%의 CA의 광물학적 상을 포함하는 것을 특징으로 하는 강의 탈황제.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 탈황제의 총 중량에 대하여:

   - 10 내지 30%의 C2S, 30 내지 60%의 CA, 및 10 내지 40%의 C2AS; 또는

   - 20 내지 50%의 C2S, 20 내지 70%의 C12A7 및 0 내지 40%의 C3A,

   바람직하게는 10 내지 40%의 C3A의 광물학적 상을 포함하는 것을 특징으로 하는 강의 탈황제.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈황제는 제강소 슬래그로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 강의 탈황제.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 탈황제 및 석회를 용강에 첨가하는 것을 포함하는 강의 탈황 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 탈황제 및 상기 석회는 상기 강에 첨가되기 전에 함께 혼합되는 것을 특징으로 하는 강의 탈황 방법.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 탈황제 대 상기 석회의 중량 비율은 1/0.5 내지 1/2의 범위이고, 바람직하게는 1/1인 것을 특징으로 하는 강의 탈황 방법.