KR20110010484A

KR20110010484A - 전기로를 이용한 페로망간슬래그의 처리방법

Info

Publication number: KR20110010484A
Application number: KR20090068083A
Authority: KR
Inventors: 태순재; 이계영; 서홍규
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-02-01

Abstract

본 발명은 (A) 페로망간슬래그와 CaO를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 (B) 상기 혼합물을 전기로 내에서 용해시키고 환원제를 투입하여 망간을 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로망간슬래그의 처리방법에 관한 것이다.

페로망간슬래그, CaO

Description

전기로를 이용한 페로망간슬래그의 처리방법{a method of processing ferro manganese slag using an electric furnace}

본 발명은 페로망간슬래그의 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기로를 이용하여 페로망간슬래그를 환원시켜 망간을 회수할 수 있는 페로망간슬래그의 처리방법에 관한 것이다.

국내에서 합금철의 생산이 매년 증가하고 있다. 특히 페로 망간(Fe-Mn)의 경우, TMCP(Thermo Mechanical Controlled Process)강, 고급 API(American Petroleum Institute: 미국석유협회)강 및 자동차용 고기능 냉연 강판 등 고급강의 수요가 최근에 증대됨에 따라, 사용량이 매년 증가되고 있다. 또한, 페로 망간은 향후 TWIP강과 같은 고망간 합금강 등의 상용화에 따라, 사용량이 더 증대될 것으로 예상된다. 페로 망간은 주원료인 망간 광석과 코크스를 전극봉이 원료 내부에 매몰된 상태로 조업이 진행되는 서브머지드 아크 노(submerged arc furnace)에 장입시켜 생산된다. 페로 망간은 생산과 동시에 연간 약 20,000톤 정도의 페로망간슬래그가 발생되고, 페로망간슬래그의 성분으로는 MnO_x, CaO, SiO₂, Fe 등이 있다.

현재, 페로망간슬래그는 200~250 메쉬로 분쇄하여 (NH₄)₂SO₄나 NH₄Cl용액에 반응시켜 슬래그 중의 망간만을 선택적으로 직접 전해하여 망간으로 제조하고 있다. 그러나, 경제성이 없는 관계로 상기 방법은 거의 활용되지 않고, 고가의 망간을 20% 이상(MnO 기준) 함유한 슬래그가 폐기되고 있다.

본 발명의 목적은 폐기물이었던 페로망간슬래그로부터 망간을 회수하는 환경 친화적인 페로망간슬래그의 처리방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 추가 장비 없이 페로망간슬래그로부터 망간을 회수할 수 있는 페로망간슬래그의 처리방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 전기로를 이용한 고철의 생산과 망간의 회수를 동시에 수행할 수 있는 페로망간슬래그의 처리방법을 제공하는 것이다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 (A) 페로망간슬래그와 CaO를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 (B) 상기 혼합물을 전기로 내에서 용해시키고 환원제를 투입하여 망간을 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로망간슬래그의 처리방법을 제공한다.

본 발명의 페로망간슬래그의 처리방법은 폐기물이었던 페로망간슬래그로부터 망간을 회수하므로 환경 친화적이다. 또한, 본 발명의 페로망간슬래그의 처리방법은추가 장비 없이 기존의 전기로를 이용하여 수행될 수 있어 경제적이다. 또한, 본 발명의 페로망간슬래그의 처리방법은 전기로를 이용한 고철의 생산과 페로망간슬래그를 이용한 망간의 회수를 동시에 수행할 수 있기 때문에 야금학적으로 하이브리드(hybrid)화를 구현할 수 있다.

이하, 본 발명의 페로망간슬래그의 처리방법을 보다 상세하게 설명하면 하기와 같다.

본 발명의 페로망간슬래그의 처리방법은 (A) 페로망간슬래그와 CaO를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 CaO는 생석회로서 페로망간슬래그의 염기도를 조절하는데, 상기 페로망간슬래그와 CaO는 전기로 내로 투입 및 용해공정을 용이하게 하기 위하여, 입경이 1 내지 10㎛가 되도록 분쇄하는 것이 바람직하다.

상기 페로망간슬래그와 CaO는 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 페로망간슬래그의 염기도가 환원공정을 수행하는데 적정한 수준이 되고, 또한 후 공정에서 상기 혼합물이 용해되었을 때 망간의 농도가 0.007 내지 0.070ppm이 될 수 있다. 표 1 및 도 1에서, 상기 페로망간슬래그와 CaO의 중량비에 따른 용강 내 망간의 농도를 나타낸다.

페로망간슬래그: CaO (중량비)	Mn(용강 내 망간농도, 단위: ppm)
1:9	0.007
2:8	0.015
3:7	0.026
4:6	0.031
5:5	0.040
6:4	0.049
7:3	0.054
8:2	0.062
9:1	0.070

본 발명의 페로망간슬래그의 처리방법은 (B) 상기 혼합물을 전기로 내에서 용해시키고 환원제를 투입하여 망간을 회수하는 단계를 포함한다.

상기 (B) 단계는 상기 혼합물을 용해시키는 방법은 아크 방전법을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 아크 방전법은 노 내의 카본 전극에 전류를 흘려 피가열체 즉, 상기 혼합물과의 사이에 아크를 발생시켜 가열 및 용해시키는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 용해된 혼합물이 CO와 반응하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 혼합물을 전기로 상부에 장입시키고, 용해시키면, 용락(melt-down)이 이루어진다. 이 경우, 상기 용해된 혼합물이 노 내에 강하하는 동안 전기로 내에 있는 CO 가스에 의해 전기로가 예열됨과 동시에 페로망간슬래그 내의 망간 산화물, 즉 MnO₂와 같은 고급 산화물이 하기 식 (1) 내지 (3)에 의해 저급 산화물로 환원된다. 즉, CO에 의해 고급 산화물이 저급 산화물로 환원되므로, 망간을 회수하기 보다 용이해진다.

(1) MnO₂+CO(g)→Mn₂O₃+CO₂(g)

(2) Mn₂O₃+CO(g)→Mn₃O₄+CO₂(g)

(3) Mn₃O₄+CO(g)→MnO+CO₂(g)

상기 식 (3)에서 생성된 MnO를 Mn으로 환원시키기 위하여, 환원제를 이용하는 데, 이때는 직접 환원이 필요하다. 상기 환원제로는 고체카본이 바람직하고, 고체카본으로는 흑연분말이 바람직하다. MnO는 환원제인 흑연분말과 하기 식 (4)와 같이 반응하여 Mn으로 환원이 되어 회수되고, 회수된 망간은 용강 내로 들어간다.

(4) (MnO)+C(s)=Mn+CO(g)

그리고 페로망간슬래그 내에는 Mn외에 CaO, SiO₂ 성분 및 맥석 성분들이 동시에 존재하는데, 이러한 성분들은 전기로 슬래그 생성 및 생성된 슬래그의 염기도 조절에 이용될 수 있다.

본 발명의 페로망간슬래그의 처리방법은 전기로를 통한 고철의 생산과 동시에 수행될 수 있다.

도 2는 페로망간슬래그의 처리방법과 전기로를 통한 고철의 생산공정을 나타낸 개념도이다.

도 2를 참조하면, 전기로 공정은 고철의 장입; 장입한 고철의 용해; 고철의 산화; 산화된 고철의 성분을 조절하는 제재 및 출강으로 이루어진다. 페로망간슬래그의 처리방법과 고철의 생산공정을 동시에 수행하기 위하여, 용해와 산화단계 사이에 페로망간슬래그를 투입하여 상술한 본 발명의 페로망간슬래그의 처리방법을 수행하여 망간을 회수하는 것이 바람직하다. 본 발명의 페로망간슬래그의 처리방법에서는 산화가 아닌 환원이 일어난다.

도 1은 페로망간슬래그와 CaO의 중량비에 따른 용강 내 망간의 농도를 나타낸 그래프이다.

Claims

(A) 페로망간슬래그와 CaO를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 및

(B) 상기 혼합물을 전기로 내에서 용해시키고 환원제를 투입하여 망간을 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 페로망간슬래그의 처리방법.
청구항 1에 있어서,

상기 (B) 단계는 상기 혼합물을 용해시키고 환원제를 이용하기 전에,

상기 용해된 혼합물이 CO와 반응하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페로망간슬래그의 처리방법.
청구항 1에 있어서,

상기 (A) 단계 전에 상기 페로망간슬래그와 CaO의 입경이 1 내지 10㎛가 되도록 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 페로망간슬래그의 처리방법.
청구항 1에 있어서,

상기 (A) 단계에서,

상기 페로망간슬래그와 CaO는 1:9 내지 9:1의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 페로망간슬래그의 처리방법 .
청구항 1에 있어서,

상기 (B) 단계에서,

상기 혼합물을 전기로 내에서 용해시키는 방법은 아크 방전법을 이용하는 것을 특징으로 하는 페로망간슬래그의 처리방법.
청구항 1에 있어서,

상기 환원제는 흑연인 것을 특징으로 하는 페로망간슬래그의 처리방법.