KR20100132892A - 용강 승온재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 용강 승온재는, 흑연 60wt% 이상 90wt% 이하, 철(Fe) 5wt% 이상 30wt% 이하 및 바인더 5wt% 이상 10wt% 이하를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용강 승온재 제조 방법은, 흑연, 철 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 제조된 혼합물을 건조하는 단계 및 상기 건조된 혼합물을 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.

용강, 승온재, 용선 예비 처리, 열원

Description

용강 승온재 및 그 제조 방법{Heating agent for molten iron and manufacturing method thereof}

본 발명은 용강 승온재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강 공정에서는 용선과 고철을 적절히 배합하여 전로에 장입하고 산소를 취입하여 규소(Si), 탄소(C), 망간(Mn) 등과 산화반응을 일으킴으로써 이들을 제거한다. 이러한 취련이 끝나면 전로를 기울여 용강을 수강 래들에 출강한다.

이 과정에서 용선의 양이 고철에 비해 적으면 조업에 필요한 열원을 확보하기 어렵다. 최근 이산화탄소 발생량을 줄이려고 용선 사용량을 줄이고 고철을 많이 사용하므로 열원이 부족할 수 있다.

한편, 고급강을 생산하려면 필수적으로 용선 예비 처리를 해야 하는데, 예비 처리 과정에서 탄소, 규소, 망간 등이 산화되어 열원 손실이 발생할 수 있다. 한편, 예비 처리 중 탈황 반응은 고온에서 유리하나 탈린 반응은 저온에서 유리하다. 탈린 과정을 거치면 열원이 부족해지고 용선의 온도도 낮아진다. 결국 최종 탈탄 과정에서 열원이 부족해질 수 있다.

이렇게 열원이 부족한 경우 승온재(heating agent)를 투입하여 열원을 확보할 수 있다.

본 발명은 강도가 높아서 분진을 적게 발생하는 용강 승온재 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 비중이 커서 용강에 투입했을 때 빨리 용해하는 용강 승온재 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용강 승온재는, 흑연 60wt% 이상 90wt% 이하, 철(Fe) 5wt% 이상 30wt% 이하 및 바인더 5wt% 이상 10wt% 이하를 포함할 수 있다.

상기 철의 입경은 2㎜ 이상 10㎜ 이하일 수 있다. 상기 흑연은 토상 흑연일 수 있다.

상기 용강 승온재는 가운데가 볼록한 육면체 형상일 수 있다. 또한, 가로 길이는 40mm 이상 50mm 이하이고, 세로 길이는 30mm 이상 40mm 이하이며, 높이는 20mm 이상 30mm 이하일 수 있다. 비중은 2.0 이상 3.6 이하일 수 있다.

상기 바인더는 유기계 바인더일 수 있으며, 전분 및 당밀 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 바인더는 무기계 바인더일 수 있으며, 벤토나이트, 시멘트 및 물유리 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용강 승온재 제조 방법은, 흑연, 철 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 제조된 혼합물을 건조하는 단계 및 상기 건조된 혼합물을 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 혼합물을 제조하는 단계에서, 상기 흑연의 함량을 60wt% 이상 90wt% 이하로 조절하고, 상기 철의 함량을 5wt% 이상 30wt% 이하로 조절하며, 상기 바인더의 함량을 5wt% 이상 10wt% 이하로 조절할 수 있다.

상기 건조하는 단계에서, 온도를 300℃ 이상 500℃ 이하로 유지할 수 있다.

상기 혼합물을 건조하는 단계 전에, 상기 제조된 혼합물을 압착하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 혼합물을 제조하는 단계 전에, 상기 철을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 철을 제공하는 단계에서 원료철을 분쇄하여 철편으로 만들 수 있다.

상기 원료철은 산화철일 수 있고 분철일 수도 있다.

본 발명의 일 실시예는 강도가 높고 분진을 적게 발생하는 용강 승온재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 용강과 단시간에 반응하고 승온 효과도 높은 용강 승온재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명 한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 명세서 전체에서 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 승온재 제조 방법을 나타내는 공정도이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 승온재 제조 방법은, 혼합물을 제조하는 단계, 혼합물을 압착하는 단계, 혼합물을 건조하는 단계 및 혼합물을 냉각하는 단계를 포함한다.

혼합물을 제조하는 단계(S100)는 흑연, 철 및 바인더를 혼합기에 넣어 혼합하는 단계이다. 흑연은 60wt% 이상 90wt% 이하이고, 철은 5wt% 이상 30wt% 이하이며, 바인더는 5wt% 이상 10wt% 이하일 수 있다.

흑연은 탄소(C)를 포함하는 발열재이다. 천연 흑연이나 합성 흑연을 사용할 수 있다. 천연 흑연 중에서는 토상 흑연을 사용하는 것이 바람직하다. 토상 흑연의 발열량은 대략 5,400㎉/㎏ 이상이다.

흑연은 비중이 작기 때문에 흑연만으로 된 승온재나 흑연을 주로 포함하는 용강 승온재를 사용하면 용강 중에서 잘 확산하지 못한다. 흑연을 주로 포함하는 용강 승온재는 비중이 1.4 정도이다. 슬래그(slag)는 비중이 3.0 정도이고 용강은 비중이 7.5 정도이다.

철은 승열재의 표면에 산화층을 형성하고 승열재의 비중을 크게 하며 강도도 높인다.

본 발명의 실시예에 따른 용강 승온재의 비중은 2.0 이상 3.6 이하이다. 이 용강 승온재는 흑연을 주로 포함하는 용강 승온재에 비해 비중이 크므로 슬래그 층을 쉽게 통과할 수 있다. 슬래그층을 통과한 용강 승온재는 용강과 직접 반응하여 단시간 내에 용해하므로 승온 효과를 극대화한다.

철은 포함하지 않고 흑연만 포함하는 용강 승온재는 강도가 낮아서 운송 중에 쉽게 파손된다. 또한, 이렇게 파손된 용강 승온재를 용강에 투입할 때에는 분진이 많이 발생하여 환경에 해롭다.

혼합물을 제조하는 단계 전에 철을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 철을 제공하는 단계에서는 원료철을 분쇄하거나 절단하여 철편으로 만든다. 원료철은 산화철일 수 있다. 원료철의 형상은 덩어리 즉 괴상일 수도 있고 가루 즉 분철(粉鐵)일 수도 있다.

철편의 입경은 2㎜ 이상 10㎜ 이하일 수 있다. 철편의 입경이 2㎜ 미만이면 가공하기 어려운 문제가 있고 10㎜를 넘으면 브리켓으로 만들기 어렵다.

바인더(binder)는 흑연과 철이 서로 잘 뭉치게 한다. 바인더로는 전분 및 당밀 중 하나 이상을 포함하는 유기계 바인더가 사용될 수 있다. 무기계 바인더도 사용될 수 있다. 무기계 바인더는 벤토나이트(bentonite), 시멘트 및 물유리(water glass) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

혼합물을 압착하는 단계(S200)는 성형 장치로 혼합물을 압착하여 브리켓(briquette)을 만드는 단계이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 용강 승온재를 나타내는 도면이다.

도2를 참조하면, 브리켓은 육면체 형상이다. 가로 길이(A)는 40mm 이상 50mm 이하이고 세로 길이(B)는 30mm 이상 40mm 이하이다. 높이(H)는 20mm 이상 30mm 이하이다. 예를 들어, 브리켓은 크기가 50mm × 40mm × 30mm일 수 있다. 또한, 브리켓의 적어도 어느 한 면은 가운데가 볼록하다.

브리켓이 이러한 형상이므로 벨트 컨베이어로 브리켓을 이송할 때 미끄러지거나 떨어지지 않는다.

본 실시예에서는 혼합물을 압착한다. 압착에 의해 입자들이 강하게 결합하므로 용강 승온재가 잘 부서지지 않는다. 그러므로 이 용강 승온재를 용강에 투입할 때에는 분진이 적게 발생한다.

혼합물을 건조하는 단계(S300)는 온도 300℃ 이상 500℃ 이하에서 브리켓을 건조하는 단계이다. 또한, 혼합물을 냉각하는 단계(S400)는 건조된 브리켓을 냉각하여 상품화하는 단계이다.

실험예

하기 표1에 나타난 조성으로 이루어지고 크기가 대략 50mm × 40mm × 30mm 인 용강 승온재를 사용하였다. 발열 측정기인 레코 AC350을 이용하여 발열량을 측정하였고 원소 분석기인 벤즈나시 또는 엘트라CS580을 이용하여 화학성분 조성을 측정하였다.

실험예1 ~4의 실험 결과

실험예1~4에서 용강 승온재는 비중이 커서 용강과 단시간에 반응했고 발열량도 많아서 승온 효과가 높았다.

비교예1~6의 실험 결과

비교예1에서 비중이 3.8로 실험예1 내지 실험예4에 비해 크게 나타났다. 반면, 발열량은 5,096kcal/kg으로 상대적으로 적었고 승온 효과도 낮았다.

비교예2와 비교예3에서 용강 승온재의 발열량은 많았으나 비중이 작아서 슬래그 층을 쉽게 통과하지 못했다. 결국 비교예3의 용강 승온재는 용강과 단시간에 반응하지 못하여 승온 효과가 낮았다.

비교예4에서는 페로실리콘(Fe-Si)과 밀스케일(mill scale)을 포함한 용강 승온재를 사용했는데 발열량이 5,000kcal/kg에도 못 미쳐서 승온 효과가 많이 부족했다. 용강 승온재의 비중도 1.95에 불과하였다.

비교예5에서는 실리콘카바이드(SiC)와 밀스케일을 포함한 용강 승온재를 사용했는데 발열량이 5,000kcal/kg에도 못 미쳐서 승온 효과가 많이 부족했다.

비교예6에서는 밀스케일을 포함한 용강 승온재를 사용했는데 이 역시 비교예4나 비교예5와 마찬가지로 발열량이 5,000kcal/kg에도 못 미쳤다.

이상에서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 용강 승온재를 제강 공정에서 사용할 수 있다.

도3은 일반적인 제강 공정을 나타내는 흐름도이고 도4는 고급강을 생산하기 위한 제강 공정을 나타내는 흐름도이다.

도3과 도4를 비교하면, 고급강을 생산하기 위한 제강 공정에는 탈린 공정이 더 포함돼 있다. 즉 용선이 탈린 공정을 거치면서 열원이 부족해질 수 있다. 더구나 탈린 반응은 저온에서 잘 이루어지므로 탈탄 공정 전에 용선 온도를 높게 유지하기도 어렵다. 결국 탈탄 공정에서 용강 승온재를 사용함으로써 열원 부족을 해결해야 한다.

특히 본 발명의 실시예에 따른 용강 승온재는 흑연 함량이 많다. 흑연 함량이 많으면 발열량도 많으므로 승온 효과가 좋다.

본 발명의 실시예에 따른 용강 승온재는 비중도 커서 슬래그 층을 쉽게 통과한다. 슬래그 층을 통과한 용강 승온재는 용강과 직접 반응하므로 신속하게 반응할 수 있다.

한편, 페로실리콘(Fe-Si)이나 실리콘카바이드(SiC)를 첨가한 용강 승온재를 예비처리한 용선에 넣으면 생석회를 추가로 사용해야 한다. 이 용강 승온재에 포함된 규소(Si) 때문에 용선의 염기도(V=CaO/SiO2)를 재조정해야 하기 때문이다. 그런데 생석회를 추가하면 슬래그가 많아지므로 탈탄 공정에 적합하지 않다.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 용강 승온재는 페로실리콘(Fe-Si)이나 실리콘카바이드(SiC) 대신 흑연을 포함한다. 흑연이 포함된 용강 승온재를 사용하면 생석회를 추가하지 않아도 되므로 슬래그 양을 최소화할 수 있다. 결국, 본 발명의 실시예에 따른 용강 승온재가 탈탄 공정에 더 적합하다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 승온재 제조 방법을 나타내는 공정도이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용강 승온재를 나타내는 도면이다.

도3은 일반적인 제강 공정을 나타내는 흐름도이다.

도4는 고급강을 생산하기 위한 제강 공정을 나타내는 흐름도이다.

Claims (20)

1. 흑연 60wt% 이상 90wt% 이하,

   철(Fe) 5wt% 이상 30wt% 이하 및

   바인더 5wt% 이상 10wt% 이하

   를 포함하는 용강 승온재.
2. 제1항에서,

   가운데가 볼록한 육면체 형상인 용강 승온재.
3. 제2항에서,

   가로 길이는 40mm 이상 50mm 이하이고,

   세로 길이는 30mm 이상 40mm 이하이며,

   높이는 20mm 이상 30mm 이하인 용강 승온재.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

   상기 바인더는 유기계 바인더인 용강 승온재.
5. 제4항에서,

   상기 바인더는 전분 및 당밀 중 어느 하나 이상을 포함하는 용강 승온재.
6. 제5항에서,

   비중이 2.0 이상 3.6 이하인 용강 승온재.
7. 제6항에서,

   상기 철의 입경은 2㎜ 이상 10㎜ 이하인 용강 승온재.
8. 제7항에서,

   상기 흑연은 토상 흑연인 용강 승온재.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

   상기 바인더는 무기계 바인더인 용강 승온재.
10. 제9항에서,

    상기 바인더는 벤토나이트, 시멘트 및 물유리 중 어느 하나 이상을 포함하는 용강 승온재.
11. 제10항에서,

    비중이 2.0 이상 3.6 이하인 용강 승온재.
12. 제11항에서,

    상기 철의 입경은 2㎜ 이상 10㎜ 이하인 용강 승온재.
13. 제12항에서,

    상기 흑연은 토상 흑연인 용강 승온재.
14. 흑연, 철 및 바인더를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계,

    상기 제조된 혼합물을 건조하는 단계 및

    상기 건조된 혼합물을 냉각하는 단계

    를 포함하는 용강 승온재 제조 방법.
15. 제14항에서,

    상기 혼합물을 제조하는 단계에서,

    상기 흑연의 함량을 60wt% 이상 90wt% 이하로 조절하고,

    상기 철의 함량을 5wt% 이상 30wt% 이하로 조절하며,

    상기 바인더의 함량을 5wt% 이상 10wt% 이하로 조절하는 용강 승온재 제조 방법.
16. 제15항에서,

    상기 건조하는 단계에서,

    온도를 300℃ 이상 500℃ 이하로 유지하는 용강 승온재 제조 방법.
17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,

    상기 혼합물을 건조하는 단계 전에,

    상기 제조된 혼합물을 압착하는 단계를 더 포함하는 용강 승온재 제조 방법.
18. 제17항에서,

    상기 혼합물을 제조하는 단계 전에,

    상기 철을 제공하는 단계를 더 포함하고,

    상기 철을 제공하는 단계에서 원료철을 분쇄하여 철편으로 만드는 용강 승온재 제조 방법.
19. 제18항에서,

    상기 원료철은 산화철인 용강 승온재 제조 방법.
20. 제18항에서,

    상기 원료철은 분철인 용강 승온재 제조 방법.

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