KR20070012861A - 용융 금속의 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 야금용 용기에 담긴 용융 금속의 처리 방법에 관한 것으로, 본 방법에 따르면 산화규소 및 산화알루미늄을 포함하는 미세 결정의 블랭킷 물질(blanket material)은 용융 금속의 표면 위에 덮인다. 본 발명의 목적은 먼지의 형성을 방지하고 용융 금속의 표면 위로 상기 블랭킷 물질의 분산을 용이하게 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 상기 블랭킷 물질은 본질적으로 산화규소 및 산화알루미늄을 동일한 비율로 포함하는 합성 제올라이트 물질로 구성된다. 상기 블랭킷 물질은 직경이 30 ㎛보다 작거나 125 ㎛보다 큰 입자를 20% 이하로 포함하는 매우 비슷한 입자 크기 분포로 구성된다. 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 식물성 재, 특히 쌀 왕겨 재는 상기 블랭킷 물질에 첨가될 수 있다.

블랭킷(blanket) 물질, 산화규소, 산화알루미늄, 합성 제올라이트 물질

Description

용융 금속의 처리 방법{METHOD FOR TREATING MOLTEN METAL}

본 발명은 야금용 용기에 담긴 용융 금속의 처리 방법에 관한 것으로, 산화규소 및 산화알루미늄을 포함하는 미세 결정의 블랭킷 물질이 용융 금속의 표면 위에 덮이는 처리 방법에 관한 것이다.

산화규소를 포함하는 고온에서 녹는 블랭킷 물질층으로 야금용 용기에 담긴 용융 금속의 표면을 덮는 것은 일반적으로 알려져 있다. 이는 한편으로는 용융 금속이 공기(특히 산소)에 노출되는 것을 방지하고, 다른 한편으로는 용융 금속에 효과적인 단열을 제공하여 처리되는 동안 냉각되는 것을 지연시키기 위한 것이다. 이러한 용융 금속을 덮는 공정(blanketing process)은 주조소 및 강철 제작소에 특히 필요한데, 이러한 곳에서는 용융 금속의 표면에 적용되는 블랭킷 물질이 용융 금속을 효과적으로 보호하는 유일한 수단이기 때문이다.

이러한 목적을 위하여, 펄라이트 또는 쓸모없는 그을음과 같은 미세 결정의 여러 가지 분말 블랭킷 물질을 사용하는 것은 실질적으로 잘 알려져 있다. 또한, 종이 펄프 또는 펄프와 같이 과립화(granulation) 공정에서 유기 결합제로 사용되 는 셀룰로오스 즙과 혼합된 낟알 모양의 식물성 재, 특히 쌀 왕겨 재를 사용하는 것은 관련 분야에 알려져 있다. 블랭킷 물질 분야에서 흑연 및 슬래그는 보충 집합체 물질로서 사용된다. 또한, 블랭킷 물질 분야에서 보충 결합제로서 합성 수지 및 콜로이드성 규산(silicic acid)이 사용될 수 있다.

선행 기술의 식물성 재에 기초한 블랭킷 물질의 단점은 의도된 목적을 위해 필요한 물리적 특성을 블랭킷 물질에 부여하기 위한 상대적으로 복잡한 공정이 그 블랭킷 물질의 생산 과정에서 필요하다는 것이다. 또한, 다수의 집합체 물질이 필요하며, 이는 결국 선행 기술에서 알려진 블랭킷 물질을 철강 산업에서 사용하기에 그 비용을 꾸준히 상승시킨다.

종래 분말 블랭킷 물질의 사용과 관련된 다른 단점은 단지 1100℃ 내지 1200℃인 상대적으로 낮은 용융 온도에 있다. 또한, 특이한 물리적 특성으로 인해, 용융 금속의 표면에 적용된 분말 블랭킷 물질은 시간이 지남에 따라 용융 금속의 표면에 떠 있는 슬래그 층과 결합한다. 한편으로, 이러한 현상은 바람직하지 않게도 슬래그의 양을 상당히 증가시킨다; 다른 한편으로 단열을 연속적으로 저하시키는 것은 슬래그가 냉각됨에 따라 그 슬래그를 경화시키고, 이는 결국 용융 용기를 막히게 하여, 대규모의 세정 공정이 필요하게 된다. 또한, 종래 블랭킷 물질의 다른 단점은 함께 뭉쳐져서 용융 금속의 표면 및 야금용 용기의 벽에 연속층(continuous layer)을 형성하려 한다는 것이다. 또한, 선행 기술의 블랭킷 물질의 낮은 용융 온도는 그 물질의 소비량을 증가시키는 단점이 된다.

야금용 용기에 담긴 용융 금속을 덮는 것과 관련된 특정의 문제점은 선행 기 술의 블랭킷 물질들이 종종 바람직하지 않은 먼지 형성을 야기한다는 것이다. 뜨거운 용융 금속의 상부 공간에는 극심한 공기 대류가 존재하기 때문에, 심지어 아주 적은 양의 먼지라도 제어할 수 없는 방식으로 주위로 분산된다.

또한, 용융 금속의 전면을 덮기 위해 선행 기술의 물질을 사용하는 것은 이러한 물질을 용융 금속의 표면에 분배하기가 어렵다는 단점이 있다. 따라서, 표면을 고르게 덮기 위해서 종종 매우 정교한 그래서 비용이 비싼 분배 장치가 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기한 단점을 방지할 수 있는 용융 금속의 전면을 덮는 방법을 제공한다. 특정의 필요 조건은 용융 금속의 표면에 블랭킷 물질을 적용하는 경우 가능한 한 먼지를 발생시키지 않아야 한다는 것이다. 또한, 사용되는 블랭킷 물질은 우수한 단열 특성을 가져야 하고 용융 금속의 표면에 분배하기에 편리하여야 한다.

본 발명은 상기 언급한 형태의 방법 및 산화규소 및 산화알루미늄을 거의 동일한 분량으로 포함하는 합성 제올라이트 물질로 구성된 블랭킷 물질을 사용함으로써 이러한 목적을 달성할 수 있으며, 그 블랭킷 물질은 직경이 30 ㎛보다 작거나 125 ㎛보다 큰 입자를 20% 이하로 포함하는 매우 비슷한 크기의 입자 분포를 갖는다.

관련 분야의 숙련된 자는 제올라이트가 알루미늄 규산염 기질로 구성된 미세기공 결정이라는 것을 알고 있다. 높은 다공성으로 인해, 이러한 물질은 뛰어난 단열 특성을 가진다. 또한, 비중이 작기 때문에 미세 결정의 블랭킷 물질은 가라앉지 않거나 또는 용융 금속의 상부에 부유하는 슬래그와 결합하지 않으므로, 야금용 용기 상에 퇴적층 형성이 효율적으로 방지된다. 또한, 합성 제올라이트 물질의 낮은 비중량은 블랭킷층이 용융 금속의 액체상으로부터 안전하게 분리되도록 한다.

본 발명에 따른 방법의 필수적인 특징은 미세 결정의 블랭킷 물질이 매우 비슷한 크기의 입자 분포를 가진다는 것이다. 이러한 비슷한 크기의 입자 분포 때문에, 용융 금속의 표면에 적용되는 분말 블랭킷 물질은 각 입자 사이에 특히 큰 빈 공간을 형성한다. 이러한 빈 공간은 단열 특성을 더 향상시킨다. 또한, 특별한 장점은 본 발명에 따른 블랭킷 물질이 용융 금속의 표면 위에서 뛰어난 유동 특성을 보인다는 점이다. 따라서, 블랭킷 물질은 용융 금속의 표면에 스스로 펼쳐지므로 어떤 분배 장치가 필요하지 않다. 선행 기술의 블랭킷 물질은 용융 금속의 표면에 적용된 후 처음에는 그 표면에 원뿔형을 이루므로 적절한 분배 장치의 도움으로 펼쳐져야 하는 반면, 본 발명에 따른 블랭킷 물질은 스스로 분배되기 시작하여 용융 금속의 전체 표면 상에 평평한 층을 형성한다. 본 발명에 따른 방법에 특히 바람직한 이러한 움직임은 주로 합성 제올라이트 물질의 비슷한 입자 크기 분포에 기초한다. 이러한 블랭킷 물질의 유동 특성은 만약 이러한 입자들이 본질적으로 구형이고 그 표면이 가능한 한 매끄럽다면 더욱 더 향상된다.

본 발명의 목적에 적절한 블랭킷 물질은 평형 촉매(equilibrium catalyst)로도 또한 알려진 합성 제올라이트 물질이다. 그것은 석유 화학 공정에서 쓸모없는 물질로서 다량 발생한다. 원유로부터 휘발유의 생산에 사용되는 이러한 제올라이트 물질은 필요하다면 적절한 처리를 받은 후에 본 발명에 따른 방법에서 저비용으로 사용될 수 있다. 따라서, 복잡한 공정으로 처리될 필요가 있는 다량의 쓸모없는 물질이 좋은 용도로 사용될 수 있다는 점이 또한 장점이다. 본 발명에 따른 방법을 위해 필요한 입자 크기 분포를 획득하기 위하여, 화학 산업에서 발생하는 제올라이트 물질을 서로 다른 입자 크기 분포로 적절하게 혼합하거나 및/또는 분류할 필요가 있다.

석유 화학 제품에 사용되는 일반적인 제올라이트 물질은 산화알루미늄 및 산화규소를 거의 동일한 비율로 포함한다. 일반적으로 이러한 물질에 포함된 다른 성분들은 본 발명의 목적을 위한 용융 블랭킷 물질로서의 제올라이트 물질의 적절성에 영향을 끼치지 않는다. 오히려, 이러한 다른 성분들은 본 발명의 방법을 위해 바람직하다. 만약 산화규소에 대한 산화알루미늄의 비율이 1보다 크다면, 이러한 블랭킷 물질은 약 1500℃의 특히 높은 용융 온도를 가지는 장점이 있다. 다른 장점은 알루미늄-킬드강(killed steel) 용융물의 경우에, 산화규소는 산소 공급원으로 작용할 수 없다는 것이다.

실질적으로 본 발명에 따른 블랭킷 물질은 산화티타늄, 산화철, 산화마그네슘 및 산화칼슘 각각을 1%까지 포함할 수 있다. 이러한 백분율은 본 발명에 따른 목적을 위한 블랭킷 물질의 용도에 심각한 영향을 미치지 않는다.

본 발명에 따른 방법은 특히 강철 분배기 또는 강철 주조 레이들에 담긴 용융 금속의 전면을 덮기에 특히 적절하다. 융융 금속이 상대적으로 오랫동안 머무르는 곳인 강철 분배기(또한, 턴디쉬(tundish)로 알려짐) 또는 강철 주조 레이들의 경우에, 효과적인 단열이 특히 더 필요하다. 또한, 이러한 용기에서, 용융 금속은 덮혀져야 할 필요가 있는 넓은 표면적을 가진다. 이러한 이유로, 본 발명에 따른 제올라이트 물질은 만약 그것이 우수한 유동 특성을 가진다면 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 방법의 다른 유용한 실시 형태는 블랭킷 분말을 용융 금속의 표면 바로 위에 떠 있는 반응성의 칼슘 알루민산염 슬래그의 중간층(intermediate layer)에 적용하는 것으로 구성된다. 이러한 2층 블랭킷 조직에서, 반응성의 칼슘 알루미늄염 슬래그는 용융 금속이 대기 가스에 노출되는 것을 효과적으로 보호하는 역할을 한다. 칼슘 알루미늄염 슬래그의 다른 장점은 용융 금속으로부터 블랭킷 층 가까이에 있는 바람직하지 않은 비금속성 함유물을 포획하는데 중요한 역할을 한다는 것이다. 반응성 슬래그에 적용되는 합성 제올라이트는 효과적인 단열을 보장한다.

본 발명에 따르면, 탄소 공급 물질, 예를 들어 석유 코크는 필요하다면 블랭킷 물질의 용융 특성을 변화시키기 위하여 그 블랭킷 물질에 첨가될 수 있다. 이러한 식으로, 석유 화학 공정의 또 다른 쓸모없는 물질인 석유 코크는 좋은 용도로 사용될 수 있다.

실질적으로, 상기 블랭킷 물질은 플라스틱 폴리머 백으로 분할 포장되어 편리하게 용융 금속의 표면에 적용될 수 있다. 거의 1000℃가 넘는 용융 금속 상부 구역의 고온 때문에, 그 플라스틱 폴리머 봉지는 즉시 연소한다. 결과적으로 블랭킷 물질은 우수한 유동 특성 때문에 스스로 용융 금속의 표면에 펼쳐진다. 이러한 공정에서, 먼지 형성은 본 발명에 따른 블랭킷 물질의 입자가 적어도 30 ㎛의 직경을 가지기 때문에 효과적으로 방지된다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 유용한 실시 형태에 따르면, 블랭킷 물질은 식물성 재를 40 중량%까지 포함한다. 특히 적절한 형태의 식물성 재는 상기한 쌀 왕겨 재이다. 식물성 재의 첨가는 블랭킷 분말의 단열 특성을 더 향상시키는 장점을 가진다. 또한, 식물성 재는 슬래그의 용융 특성에 긍정적인 효과를 미치는 탄소 공급 물질이다.

순전히 식물성 재만을 사용하는 중요한 단점은 그 재가 고온에서 섬유질의 결정상(크리스토발라이트(crystobalite))으로 변한다는 것이다. 이러한 결정성 섬유질은 호흡할 수 있고 암을 유발할 수 있다. 이러한 단점은 본 발명에서처럼 식물성 재와 합성 제올라이트 물질의 혼합물을 사용함으로써 신뢰할 수 있을 정도로 방지될 수 있다. 이러한 혼합물을 사용함으로써, 크리스토발라이트(crystobalite)의 형성은 상당히 감소한다.

실질적으로, 제올라이트 물질을 적어도 60 중량% 및 식물성 재를 40 중량% 까지 포함하는 혼합물을 사용하는 것은 용융 금속의 전면을 덮기에 적절한 것으로 증명되었고, 바람직한 혼합물은 제올라이트 물질을 약 80 중량% 및 쌀 왕겨 재를 약 20 중량% 포함한다. 이러한 혼합물은 거의 중성인 장점을 가지며, 반면 종래 블랭킷 물질은 산성이고 시간이 지남에 따라 야금용 용기의 안감을 공격하는 경향이 있다.

상기 언급한 범위 내로 식물성 재를 첨가하는 것이 중요한 이유는 단지 본 발명에 따른 입자 크기 분포에 대한 필요 조건이 준수되는 경우에만 본 발명에 따른 블랭킷 물질의 우수한 유동 특성이 보장되기 때문이다.

도 1은 본 발명에 따른 블랭킷(blanket) 물질로서의 합성 제올라이트 물질의 입자 크기 분포에 대한 다이어그램이다.

본 발명의 실시예를 이하에서 구체적으로 설명한다:

첨부된 도면은 본 발명에 따른 적절한 블랭킷 물질로서 자격이 있는 합성 제올라이트 물질의 입자 크기 분포의 다이어그램을 나타낸다. 상기 다이어그램에서, 전체 분포도(%)는 입자 직경(㎛)에 대해서 표기되었다. 상기 다이어그램에서, 입자의 약 80%는 직경 35 내지 125 ㎛ 사이에서 측정된다는 것을 알 수 있다. 다이어그램에서 알 수 있는 일정한 입자 크기 분포는 본 발명에 따른 블랭킷 물질의 상기한 유익한 특성에 대해 책임이 있다.

이하의 표는 수치로서 제올라이트 물질의 입자 크기 분포를 나타낸다.

<32㎛	7.8%
>32㎛	92.2%
>45㎛	79.2%
>63㎛	54.3%
>90㎛	22.5%
>125㎛	4.9%
>250㎛	0.0%

화학 조성에 대하여, 상기한 입자 크기 분포의 블랭킷 물질은 산화규소를 약 45% 포함하고 산화알루미늄을 최소한 이보다 더 많이 포함한다. 이러한 물질의 비중량은 0.8 내지 0.9 g/㎤이다.

Claims (14)

1. 산화규소 및 산화알루미늄을 포함하는 미세 결정의 블랭킷 물질(blanket material)이 용융 금속의 표면 위에 덮이는 야금용 용기에 담긴 용융 금속의 처리 방법에 있어서,

   상기 블랭킷 물질은, 산화규소 및 산화알루미늄을 동일한 분량으로 포함하고 직경이 30 ㎛보다 작거나 125 ㎛보다 큰 입자를 20% 이하로 포함하는 비슷한 크기의 입자 분포를 갖는 합성 제올라이트 물질인 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 블랭킷 물질의 입자는 구형인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 블랭킷 물질은, 용융 금속의 표면 위에 덮이기 전에, 원하는 입자 크기 분포를 얻기 위하여 혼합되거나 및/또는 분류되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블랭킷 물질에 포함된 산화규소에 대한 산화알루미늄의 비율은 1 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블랭킷 물질은 산화티타늄, 산화철, 산화마그네슘 및 산화칼슘을 각각 1%까지 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 용융 금속은 강철 분배기 또는 강철 주조 레이들에 담기는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블랭킷 물질은 용융 금속과 직접적으로 접촉하는 반응성 칼슘 알루민산염 슬래그의 중간층(intermediate layer)에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   탄소 공급 물질, 예를 들어 석유 코크는 상기 블랭킷 물질에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블랭킷 물질은 플라스틱 폴리머 백으로 분할 포장되어 용융 금속의 표면에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 블랭킷 물질에 식물성 재(vegetable ash)가 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 블랭킷 물질은 식물성 재를 40 중량%, 바람직하게는 20 중량%까지 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 산화규소 및 산화알루미늄을 포함하는 미세 결정의 물질을 야금용 용기에 담긴 용융 금속을 덮는데 사용하는 방법에 있어서,

    상기 블랭킷 물질은, 산화규소 및 산화알루미늄을 동일한 분량으로 포함하고 직경이 30 ㎛보다 작거나 125 ㎛보다 큰 입자를 20% 이하로 포함하는 비슷한 크기의 입자 분포를 갖는 합성 제올라이트 물질이고, 상기 블랭킷 물질의 입자는 구형인 것을 특징으로 방법.
13. 산화규소 및 산화알루미늄을 포함하는 미세 결정의 물질을 야금용 용기에 담긴 용융 금속을 덮는데 사용하는 방법에 있어서,

    상기 블랭킷 물질은,

    - 산화규소 및 산화알루미늄을 동일한 분량으로 포함하고 직경이 30 ㎛보다 작거나 125 ㎛보다 큰 입자를 20% 이하로 포함하는 비슷한 크기의 입자 분포를 갖 는 합성 제올라이트 물질을 적어도 60 중량%, 및

    - 식물성 재를 40 중량% 까지 포함하는 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 식물성 재는 쌀 왕겨 재인 것을 특징으로 하는 방법.

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