KR20080110127A - Steel refinery flux composition of low temperature form using granulated slag - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 CaO-SiO2-Al2O3 상태도.1 is a CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 state diagram.
도 2는 CaO-Al2O3 상태도.2 is a CaO-Al 2 O 3 state diagram.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따르는 용제 조성물들의 슬래그 융점 및 제품 융점을 나타낸 그래프.3A to 3B are graphs showing slag melting point and product melting point of the solvent compositions according to the present invention.
도 4 a 내지 도 4b는 본 발명에 따르는 용제 조성물들의 탈류율 및 슬래그유동성을 보여주는 그래프.4a to 4b are graphs showing the dehydration rate and slag flowability of the solvent compositions according to the present invention.
본 발명은 제강정련용 용제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 수재슬래그를 이용한 제강정련용 저온형 용제 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a steelmaking refining solvent, and more particularly, to a low-temperature type solvent composition for steelmaking refining using hand slag.
제강 공정은 제철 공정 후 얻어진 선철 또는 고철 중에 존재하는 불순물을 제거하고, 원하는 용도의 고순도 강(鋼)을 얻고자 하는 제조공정이다.A steelmaking process is a manufacturing process which removes the impurity which exists in pig iron or scrap iron obtained after a steelmaking process, and obtains the high purity steel of a desired use.
제강 공정에서 상기와 같은 주요 역할을 수행하는 것이 슬래그이며, 슬래그는 강중에 존재할 수 있는 인, 황 등의 불순물을 제거하고, 용강(鎔鋼)과 대기 사이에 막을 형성시켜 열 손실을 줄이며 정련된 강이 대기 중의 O, N, H 등과 재결합하는 것을 막아주는 역할을 한다.Slag plays a major role in the steelmaking process, and slag removes impurities such as phosphorus and sulfur that may exist in the steel, and forms a film between molten steel and the atmosphere to reduce heat loss and refine the slag. It prevents the river from recombining with O, N, H, etc. in the atmosphere.
강에 함유된 비금속 개재물(O, S, P 등)은 강의 성질을 저하시키는데, 특히 산화물과 황하물은 강의 성질을 크게 저하시키므로 전기로 및 전로 등의 제강공정에서 이러한 불순물을 제거하는 공정은 필수적이다. 생석회(CaO)는 열역학적 탈류한계가 우수하고, 가격이 저렴하여 불순문을 제거하는 탈류제로 가장 많이 사용되고 있으나, 융점(融點)이 높아(2,570℃) 반응속도가 느리고 탈류처리 시간이 증가하며, 슬래그 유동성을 위해 노(爐) 온도를 강(鋼)의 융점(1,400℃)이상으로 유지해야 하는 등의 문제가 있다. 또한 조성이 부적절하면 황 및 인 등과 같은 불순물이 슬래그에서 다시 강으로 녹아 들어가고, 융점이 높으면 노(爐) 내부 온도가 높아야함에 따라 조업시간 증가와 강에 필요한 성분(Al, Si, Ti, Mn 등) 등이 슬래그로 흡수될 수 있다. 즉 최적의 슬래그 생성이 이루어지지 않으면 제강공정에서 경제적 손실(내화물 수명 단축, 전력 소모량 증대 등)이 발생할 뿐만 아니라 제강의 품질 확보도 불가능함을 알 수 있다. Non-metallic inclusions (O, S, P, etc.) contained in steel deteriorate the properties of steel. Especially, oxides and sulfides greatly deteriorate the properties of steel. Therefore, it is essential to remove these impurities in steelmaking processes such as electric furnaces and converters. to be. Quicklime (CaO) is the most widely used degassing agent to remove impurities due to its excellent thermodynamic dehydration limit and low price, but its high melting point (2,570 ℃) results in slow reaction rate and increased dehydration time. There is a problem that the furnace temperature must be maintained above the melting point (1,400 ° C.) of steel for slag flowability. In addition, if the composition is inappropriate, impurities such as sulfur and phosphorus dissolve into slag again from the slag, and if the melting point is high, the internal temperature of the furnace should be high, which increases the operating time and the components necessary for the steel (Al, Si, Ti, Mn, etc.). ) May be absorbed into slag. In other words, if the optimal slag is not produced, not only economic loss (refractory life, increased power consumption, etc.) occur in the steelmaking process, but also steel quality cannot be secured.
이러한 문제점을 해결하기 위해 대부분의 제강공정에서는 용제(溶劑, flux)를 첨가하여 슬래그의 조성을 변화시킨다. 국내에서 사용되는 용제의 대부분은 저 온에서 슬래그를 용융하고, 용융 슬래그의 유동성을 크게 증가시킬 수 있는 CaF2계를 사용하고 있다. CaF2는 슬래그 유동성을 단시간에 확실하게 향상시키지만 내화물의 CaO-Al2O3 결합에 영향을 주어 내화물 용손(溶損) 현상을 일으키고, 불소 가스 발생 및 슬래그 재활용시 불소 용출과 같은 환경 문제를 야기한다. 또한 96년초에 발효된 CFC확산 금지조약과 형석 원광의 국내 수입가 상승으로 점차 사용을 기피/억제하고 있는 실정이다. (형석의 국내 수입가는 2003년 현재 톤당 140불 수준)In order to solve this problem, in most steelmaking processes, the composition of slag is changed by adding a solvent. Most of the solvents used in Korea use a CaF 2 system that can melt slag at low temperatures and greatly increase the flowability of the molten slag. CaF 2 reliably improves slag fluidity in a short time, but affects the CaO-Al 2 O 3 bonds of the refractory, causing refractory dissolution, and causing environmental problems such as fluorine gas generation and fluorine leaching during slag recycling. do. In addition, the CFC proliferation treaty that entered into force in early 1996 and domestic imports of fluorspar ore have been gradually avoided and suppressed. The domestic import price of fluorspar is about $ 140 per ton as of 2003.
CaF2계 용제가 가지는 문제점을 해결하고 슬래그의 탈류 능력과 유동성을 확보하는 방법으로 개발된 제품은 CaO·Al2O3(CA)계가 주성분인 용제이다. 그러나 이 제품은 CaF2보다 슬래그의 융점 상승 및 유동성 저하라는 단점을 가지고 있다. 또한 생석회와 하소 보오크 사이트를 분쇄 혼합한 후 소성·제조하므로, 제조단가가 고가라는 문제 및 대량 생산을 위해서는 제조 기술력과 새로운 제조공정이 부가되어야 한다는 단점도 있다. CA계 용제는 일부 국내에서 제조되어 사용되기도 하나, 아직까지 국외에서 대부분을 수입하고 있다(수입가 2003년 현재 180불/톤 수준).The product developed to solve the problems of CaF 2 solvent and to secure the slag outflow ability and fluidity is a solvent mainly composed of CaO · Al 2 O 3 (CA) system. However, this product has disadvantages of higher slag melting point and lower fluidity than CaF2. In addition, since calcined and calcined bauxite is mixed and calcined and manufactured, there is a problem in that the manufacturing cost is high and a manufacturing technology and a new manufacturing process must be added for mass production. Although some CA solvents are manufactured and used in Korea, most of them are still imported from overseas ($ 180 / ton as of 2003).
그러나 국내 생산품은 정확한 제 조건이 개발·확립된 것이 아니라, 단순히 제강공정에서 발생하는 슬래그 중 CA계 광재 만을 선별하여 분쇄·공급하고 있는 실정이다. 따라서 제강공정에 용제 투입 시 슬래그의 용융, 점도 및 작업시간의 증가 등의 문제점이 발생하기도 한다. However, domestic products are not developed and established under the correct conditions, but are simply crushed and supplied with only the CA-based slag among the slag generated in the steelmaking process. Therefore, when the solvent is added to the steelmaking process, problems such as melting of the slag, increase in viscosity and working time may occur.
국외 기술개발 현황을 살펴보면 CA계 용제는 CaF2에 대한 규제가 시작된 1990년대 초 프랑스의 라파르지(Lafarge)사에 의해 기술개발이 완료되어, 1998년까지 유럽과 미국 등지에서 주로 생산하였으나, 1999년 이후부 터는 원재료(생석회, 보오크사이트)가 풍부하고 제강 부원료 시장이 급성장한 중국에서 OEM 방식으로 생산하고 있다. 미국에서는 알루미카(Alumica)사가 1995년부터 고순도 킬드강을 제조하는 자국내 제강사의 C·A 슬래그를 일괄 구매하여 제강사, 내화물 생산업체, 시멘트 생산업체 등에 칼슘알루미네이트 원료로 판매하고 있다. 일본에서는 기존 석회 제조회사를 중심으로 제강용 용제를 생산·판매하고 있는 상황이다. 일본에서 생산되는 제강용 용제는 CA원료에 기타 원료를 혼합하여 새로운 조정 성분을 제조하여, 다양한 기능성을 발휘하도록 제조하고 있는 것이 특징이다. 특히 용제 자체가 저융점을 갖고 슬래그의 역할도 동시에 수행할 수 있는 슬래그 seed용 용제를 개발하여 판매하고 있는 것이 큰 장점으로 작용하고 있다. 또한 형석이 첨가되지 않은 환경친화형 제품 및 슬래그의 빠른 생성에 의한 제강 정련의 부하를 크게 감소시키는 제품이다. 이에 따라 제강 조업시간의 단축, 전력량의 감소(20% 수준), 탈황률의 향상(약 25% 향상) 등의 효과를 거두었다고 발표하고 있는 상황이다. (제품명 Calsip 등 - 제조사 Yabashi 石灰工業株式會社 등) Looking at the status of foreign technology development, CA-based solvent was developed by Lafarge of France in the early 1990s when the regulation of CaF 2 began, and was mainly produced in Europe and the United States until 1998, but in 1999 Since then, the company has been producing OEMs in China, which is rich in raw materials (quick lime and bauxite) and has a rapid growth in the steelmaking raw material market. In the United States, Alumica has purchased C · A slag from domestic steelmakers, which manufactures high-purity KID steels, since 1995, and sells it as a raw material for calcium aluminium to steelmakers, refractory producers, and cement producers. In Japan, steelmaking solvents are produced and sold, mainly from existing lime manufacturing companies. Steelmaking solvents produced in Japan are characterized by the production of new adjustment components by mixing other raw materials with CA raw materials to produce a variety of functionality. In particular, it is a great advantage to develop and sell a solvent for slag seed, which has a low melting point and can also perform the role of slag at the same time. In addition, it is a product that greatly reduces the load of steelmaking refining due to the rapid generation of environmentally friendly products and slag without addition of fluorspar. As a result, the company has announced that it has achieved the effects of shortening steelmaking operation time, reducing power consumption (20% level), and improving desulfurization rate (about 25%). (Product name Calsip, etc.-Yabashi 石灰 工業 株式會社, etc.)
따라서 국내에서도 일본 등 선진국의 제품보다 우수한 기술력을 확보할 수 있는 연구가 진행되어야 하며, 이에 따른 기술적 선진화가 이루어져야 한다. 또한 제품 개발 완료 및 생산으로 수입품의 대체, 더 나아가 선진국으로의 수출도 고려되어야 할 것이다. Therefore, research should be carried out in Korea to secure technology superior to products of developed countries such as Japan, and technological advancement should be made accordingly. In addition, the completion of product development and production should replace imports and further export to developed countries.
그러므로 본 발명은 CaF2와 동등 혹은 이하의 온도에서 슬래그의 융점을 형성하여 유동성을 향상시킬 수 있으며 또한 CA계 용제와 같이 내화물 수명 연장 및 무형석 용제에 의한 환경 보호 차원까지 고려한 용제를 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention can improve the fluidity by forming the melting point of the slag at the temperature equal to or less than CaF 2 and also to provide a solvent considering the extended life of refractory life and environmental protection by intangible solvents, such as CA-based solvents. The purpose.
또한 본 발명은 슬래그의 시드(seed)로 작용하는 신개념의 용제를 제공하여 저온 용융 슬래그 제조/용제 효율 극대화 및 이에 따른 제강 정련 부하를 최소화 하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a new concept of a solvent acting as a seed (sed) of the slag to maximize the low-temperature molten slag production / solvent efficiency and thereby minimize the steelmaking refining load.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명자의 연구에서, CA계 용제는 CaO와 Al2O3의 비가 0.8-1.5 : 1 의 범위에 존재할 경우, 이외 조성비보다 낮은 온도인 약 1400℃ 정도부터 액상이 생성되는 특징을 가지나, 용제 및 슬래그의 융점(melting temp.)을 좀 더 낮추고 슬래그의 점도를 제어(control)하기 위해서는 CaO와 Al2O3의 조성비만을 조정하여서는 불가능하고, 제3의 성분을 보정하면 도 1 내지 도 2와 같이 2성분계에서 3성분계로 변화함에 따라 용융온도가 낮아지는 특징을 나타내어, 적절한 성분(SiO2 등)의 보정에 의해 용융 온도가 저하한다는 점과, 3성분계로 조정하기 위해서 고가의 순수 원료를 사용한다면 오히려 경제적 손실이 커질 수 있으므로 적절한 산업폐기물을 활용하여야 한다는 점과, 용제가 슬래그 시드로서 작용하기 위해서는 제강로에서 발생하는 슬래그와 동일 혹은 유사 조성의 광물이 함유되 어 있고, 용제에 첨가되는 광물의 융점이 낮거나 혹은 혼합 후 용제의 융점을 낮출 수 있다면 가능할 것이라는 점에 착안하여, 다양한 보정성분을 사용하여 실험한 결과, 플라이애쉬, 금속알루미늄 및 수재슬러그를 보정성분으로 사용하면 목적에 부합하는 용제를 제공할 수 있다는 사실을 발견하여 본 발명을 완성하게 된 것이다. In the study of the present inventors for achieving the above object, when the CA solvent is present in the ratio of CaO and Al 2 O 3 in the range of 0.8-1.5: 1, the liquid phase is formed from about 1400 ℃ lower than the other composition ratio However, in order to lower the melting point of the solvent and slag and to control the viscosity of the slag, it is impossible to adjust only the composition ratio of CaO and Al 2 O 3 , and correct the third component. 1 to 2, the melting temperature decreases as the system changes from a two-component system to a three-component system, so that the melting temperature decreases due to correction of an appropriate component (SiO 2, etc.) and the three-component system is adjusted. If expensive pure raw materials are used for this purpose, economic losses may be increased. Therefore, appropriate industrial wastes must be utilized, and solvents must be produced in steel mills in order to act as slag seeds. The results of experiments using various correction components, focusing on the fact that minerals of the same or similar composition as slag are contained, and that the melting point of the mineral added to the solvent is low or the melting point of the solvent can be lowered after mixing. The present invention was completed by discovering that the use of fly ash, aluminum metal, and handmade slug as a correction component can provide a solvent that meets the purpose.
그러므로 본 발명에 의하면 칼슘알루미네이트계 미니밀정련슬래그 60~84중량, 금속알루미늄 8~16중량%, 플라이애쉬 4~16중량% 및 수재슬래그 4~12중량%를 함유하는 수재슬래그를 이용한 제강정련용 저온형 용제 조성물이 제공된다. Therefore, according to the present invention, for steelmaking refining using hand-made slag containing 60-84 wt% of calcium aluminate-based mini-mill refining slag, 8-16 wt% of metal aluminum, 4-16 wt% of fly ash and 4-12 wt% of handmade slag. A low temperature solvent composition is provided.
본 발명에서 칼슘알루미네이트계 미니밀정련슬래그는 미니밀 제강공정에서 발생하는 미니밀 정련슬래그를 운반하여 별도로 냉각하는 공정과, 냉각된 상기 미니밀 정련슬래그를 죠크러셔(Jaw Crusher)나 콘크러셔(Cone Crusher) 등의 파쇄설비를 이용하여 50mm 이하의 크기로 파쇄하는 공정과, 상기 파쇄된 미니밀 정련슬래그를 함마밀 (Hammer mill)이나 롤라 밀(Roller mill) 등의 분쇄설비를 이용하여 3mm 이하의 크기로 분쇄하는 공정과, 상기 파·분쇄된 미니밀 정련슬래그를 입도선별기를 이용하여 3㎜ 이하의 크기와, 3㎜ 초과하는 미니밀 정련슬래그로 선별하는 공정과, 상기 선별단계에서 선별된 3㎜이하의 미니밀 정련슬래그를 자력선별기를 이용하여 미니밀 정련슬래그에 포함된 산화철과 같은 불순물을 제거하는 공정을 통해 제조할 수 있다.In the present invention, the calcium aluminate-based mini mill refining slag carries a step of separately cooling the mini mill refining slag generated in the mini mill steelmaking process, and the cooled mini mill refining slag, such as a jaw crusher or a cone crusher. Crushing process using the crushing equipment of 50mm or less, and crushing the crushed mini-mill refining slag to a size of 3mm or less by using a grinding machine such as a hammer mill or a roller mill. A process of sorting the crushed and milled mini mill refined slag into a size of 3 mm or less and a mini mill refined slag of more than 3 mm using a particle size sorter; and a mini mill refined slag of 3 mm or less selected in the sorting step. It can be prepared by a process for removing impurities such as iron oxide contained in the mini-mill refined slag using a magnetic separator.
바람직하게 본 발명의 저온형 용제 조성물은 CaF2를 함유하지 않는다. Preferably, the low temperature solvent composition of the present invention does not contain CaF 2 .
이하, 본 발명을 실시예의 방법으로 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described by way of examples.
[실시예 및 비교예][Examples and Comparative Examples]
하기 실시예 및 비교예에서 사용된 슬래그융점, 제품융점, 탈류율 및 슬래그 유동성의 평가방법은 다음과 같다. The slag melting point, the product melting point, the discharge rate and the slag fluidity evaluation method used in the following Examples and Comparative Examples are as follows.
*융점: 샘플을 슈퍼칸탈(Super Kanthal)을 사용한 챔버(Chamber)식 전기로에 넣고, 1,000℃이후부터 2℃/min±1℃/min의 속도로 승온하면서 실측한 융점으로, 슬래그 융점은 더스트와 용제를 혼합하여 만든 샘플로서, 액화된 샘플중에 남아 있는 고체 시료가 완전히 액화되었을 때의 온도로, 융점의 종말점이고, 제품 융점은 용제 샘플로서, 액화된 샘플 중에 남아있는 고체 시료가 완전히 액화되었을 때의 온도로, 융점의 종말점이다. 용제 샘플은 바인더를 첨가하여 압축성형하여 제조되며, 바인더로서는 당밀, 액상 규산나트륨 등과 같이 제강용 용제의 제조에 사용되는 통상의 바인더가 사용될 수 있으며, 본 예에서서 당밀 원액을 사용하였다. Melting point: The sample is placed in a chamber type electric furnace using Super Kanthal, and the melting point of slag is measured by dusting while raising the temperature at a rate of 2 ° C / min ± 1 ° C / min after 1,000 ° C. A sample made by mixing a solvent, the temperature when the solid sample remaining in the liquefied sample is completely liquefied, the end point of the melting point, and the product melting point as the solvent sample, when the solid sample remaining in the liquefied sample is completely liquefied. Is the end point of the melting point. The solvent sample is prepared by compression molding by adding a binder. As the binder, a conventional binder used for preparing a steelmaking solvent such as molasses and liquid sodium silicate may be used. In this example, a molasses stock solution was used.
* 탈류율과 슬래그 유동성: 샘플을 Super Kanthal을 사용한 Chanber식 전기로에 넣고 1500℃까지 5℃/min±1℃/min의 속도로 승온한 후, 1,500℃에서 30분 소성하여 측정한 것으로서, * Discharge rate and slag fluidity: The sample was measured in a Chanber-type electric furnace using Super Kanthal, heated to a rate of 5 ° C./min±1° C./min up to 1500 ° C., and then calcined at 1,500 ° C. for 30 minutes.
탈류율(%) = {[%S]0-[%S]}÷[%S]0×100 % Withdrawal = {[% S] 0 -[% S]} ÷ [% S] 0 × 100
(여기서, [%S]는 조업 후 용강내 황의 wt%, [%S]는 조업전 원재료 내 황의 wt%이다.)(Where [% S] is wt% of sulfur in molten steel after operation and [% S] is wt% of sulfur in raw material before operation.)
슬래그 유동성은 노에서 슬래그 배제시 슬래그 내 철성분 혼입 비율(wt%)이다.Slag flowability is the percentage of iron content in the slag (wt%) when slag is excluded from the furnace.
[대조예][Control]
입도 1㎜내외의 함철 더스트에 대해서 슬래그 융점을 측정하였다. 그 결과는 표 1에 제시된다. The slag melting point was measured for iron-containing dust of about 1 mm in particle size. The results are shown in Table 1.
[비교예 1]Comparative Example 1
입도 1㎜내외의 함철 더스트 100중량부에 대하여 파·분쇄하여 산화철과 같은 불순물을 제거한 3mm 이하의 미니밀정련슬래그를 4.33중량부를 사용하여 슬래그융점, 제품융점, 탈류율 및 슬래그 유동성을 측정하였다. 그 결과는 표 1에 제시된다. The slag melting point, product melting point, outflow rate, and slag fluidity were measured using 4.33 parts by weight of mini mill refined slag of 3 mm or less, which was broken and pulverized and removed impurities such as iron oxide by 100 parts by weight of iron-containing dust having a particle size of about 1 mm. The results are shown in Table 1.
[실시예 1 내지 24] [Examples 1 to 24]
입도 1㎜내외의 함철 더스트 100중량부에 대하여 비교예 1의 미니밀정련슬래그에 보정성분으로 금속알루미늄, 플라이애쉬 및 수재슬래그 3 성분을 표 1에 나타낸 바와 같은 비율로 함유하는 용제 4.33중량부를 사용하여 슬래그융점, 제품융점, 탈류율 및 슬래그 유동성을 측정하였다. 그 결과는 표 1에 제시된다. 100 parts by weight of iron-containing dust with a particle size of about 1 mm, using 4.33 parts by weight of a solvent containing three components of metal aluminum, fly ash, and hand slag in a ratio as shown in Table 1 in the mini-mill refined slag of Comparative Example 1 Slag melting point, product melting point, outflow rate and slag flowability were measured. The results are shown in Table 1.
상기 표 1의 결과 및 이에 기초한 도 3 내지 도 6의 그래프로부터, 금속알루미늄, 플라이애쉬 및 수재슬래그 3 성분을 보정성분으로 첨가하는 경우 미니밀정련슬래그의 함량을 크게 낮추면서도 제품 융점 및 슬래그 융점이 낮고, 탈류율이 높으며 슬래그 유동성이 낮은 저온형 용제의 제조가 가능함을 알 수 있다. From the results of Table 1 and the graphs of FIGS. 3 to 6 based thereon, when the metal aluminum, fly ash, and hand slag three components are added as correction components, the product melting point and slag melting point are low while the content of the mini-mill refined slag is greatly reduced. In addition, it can be seen that the low-flow type solvent having high slag flow rate and low slag flowability can be manufactured.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르는 저온형 용제는 칼슘알루미네이트의 함량이 낮으면서 용제 자체가 저융점을 갖고 슬래그의 역할도 동시에 수행할 수 있는 슬래그 시드용이며, 형석이 첨가되지 않은 환경 친화형 제품이고, 슬래그의 빠른 생성에 의한 제강 정련의 부하를 크게 감소시킬 수 있어, 제강 조업시간의 단축, 전력량의 감소, 탈황률의 향상 등의 효과를 제공한다. As described above, the low-temperature type solvent according to the present invention is for slag seed, which has a low content of calcium aluminate and has a low melting point and can also perform the role of slag at the same time. In addition, the load of steelmaking refining due to the rapid generation of slag can be greatly reduced, thereby providing the effect of shortening the steelmaking operation time, reducing the amount of power, and improving the desulfurization rate.
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