KR20110080933A - 제강 부산물을 이용한 용선 예비처리 탈황 촉진 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강 부산물을 이용한 용선 예비처리 탈황 촉진방법에 관한 것으로, 제강 부산물을 이용하여 용선 예비처리 탈황 시 반응효율을 향상시키기 위한 탈황 촉진방법에 있어서; 제강 부산물로부터 얻어진 고화 PS(Precious Slag) 볼(Ball)에 CaO와 SiO₂가 각각 중량%로 CaO:30~45%, SiO₂:5~15%를 포함하도록 하고, 상기 고화 PS 볼을 하기한 식을 통해 계산하여 투입량을 결정한 후 형석을 배제한 채 용선 예비처리 탈황시 용선에 투입하는 것을 특징으로 하는 제강 부산물을 이용한 용선 예비처리 탈황 촉진방법을 제공한다.
[식]

(W_CaO : 생석회 투입 중량(kg), W_HM : 용선량(톤), BU_CaO : 생석회 원단위(Basic Unit, kg/Ton), V_ratio : 목표 염기도 (CaO/SiO₂), wt%(i)_PS : PS Ball 내 i 성분의 함량, W_PS : PS Ball 투입 중량(kg))
본 발명에 따르면, 제강 부산물로부터 얻어진 정밀한 슬래그 볼(PS Ball)을 예비처리 공정에 사용하여 슬래그 물성을 제어함으로써 탈황을 촉진하고, 탈황효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

제강 부산물을 이용한 용선 예비처리 탈황 촉진 방법{METHOD FOR DESULFURING DURING PRE-TREATING PIG IRON USING WASTE MATERIALS OF STEEL MAKING PROCESS}

본 발명은 제강 부산물을 이용한 용선 예비처리 탈황 촉진방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고로에서 출선된 용선을 이용하여 불순원소인 규소, 인, 황을 제거하는 용선예비처리 공정에서 황(黃, Sulfur)을 제거하기 위해 제강 공정 중 전로에서 발생된 슬래그를 사전 처리하여 용선예비처리 공정에서 재활용할 수 있는 형태로 가공함과 동시에 가공된 부산물을 이용하여 용선 예비처리 시 탈황을 촉진할 수 있도록 한 제강 부산물을 이용한 용선 예비처리 탈황 촉진방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고로에서 출선된 용선은 용선예비처리를 실시한다.

이러한 용선의 예비처리는 크게 용선의 탈황(황 제거), 탈규(규소 제거) 및 탈린(인 제거)으로 구분될 수 있는데, 특히 용선 중 황(S)은 그 농도가 목표 값 보다 높을 경우 강중에 존재하면서 편석 되기 쉽고, 고온에서 취성을 유발시켜 인장율, 연신율, 충격치를 감소시키기 때문에 황(S)을 최소화하여 용강의 청정화를 유도할 필요가 있다.

이와 관련하여 많은 연구들이 수행되었으며, 그 일예로 제강부산물을 이용하는 기술을 들 수 있다.

그런데, 제강부산물을 이용하는 기술은 대상공정이 전로정련 및 2차 정련에 국한되어 있는 실정이다.

예컨대, 관련 선행기술로 등록특허 제10-0544422호 "용강제조방법"은 열간 상태의 래들(Ladle) 슬래그를 LF(Ladle Furnace)에 직접 투입함으로써 열손실을 보상하고 CaO 함량에 의한 슬래그 처리비용을 줄이는 것을 특징으로 하거나 래들 슬래그를 남겨둔 상태에서 전로에서 용강을 출강함으로써 래들 슬래그 내에 함유된 유가 성분을 재활용하는 것을 요지로 하는 기술이며, 등록특허 제10-0878674호 "용선예비처리방법"은 예비처리 탈린을 수행함에 있어 전로 슬래그를 직접적인 탈린제로 사용하여 유가금속을 회수하는 것을 주 목적으로 하고 있다.

즉, 슬래그를 예비처리 공정에서 사용하고 있으나 냉각된 전로 슬래그를 직접 이용하고 있으며 탈린과 관련하여 일부 사용하고 있다.

그런데, 이들 개시 기술들은 목적 자체가 탈황 촉진에 있지 아니하고, 유가금속 회수에 있기 때문에 탈황효율이 떨어지는 단점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 용선예비처리 탈황공정에서 제강부산물을 이용하여 황 제거를 용이하게 할 수 있도록 예비처리 탈황 작업 시 제강공정에서 부산물로 발생된 전로 슬래그를 예비처리 공정에서 사용가능하도록 재가공한 후 투입하여 반응용기 상부에 액상슬래그를 용이하게 형성시키고, 이때 발생된 액상슬래그 상부에 탈황제인 생석회를 투입하여 반응을 촉진시킴과 동시에 탈황 과정 중에 발생되는 황화칼슘(CaS)를 쉽게 포집함으로써 반응효율을 향상시킬 수 있도록 한 제강 부산물을 이용한 용선 예비처리 탈황 촉진방법을 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 제강 부산물을 이용하여 용선 예비처리 탈황 시 반응효율을 향상시키기 위한 탈황 촉진방법에 있어서; 제강 부산물로부터 얻어진 고화 PS(Precious Slag) 볼에 CaO와 SiO₂가 각각 중량%로 CaO:30~45%, SiO₂:5~15%를 포함하도록 하고, 상기 고화 PS 볼을 하기한 식 1을 통해 계산하여 투입량을 결정한 후 형석을 배제한 채 용선 예비처리 탈황시 용선에 투입하는 것을 특징으로 하는 제강 부산물을 이용한 용선 예비처리 탈황 촉진방법을 제공한다.

이때, 상기 결정된 투입량으로 형석을 배제한 채 용선 예비처리 탈황시 용선에 투입할 때 슬래그 조성을 제어하기 위해 SiO₂를 함유한 물질을 이용하여 CaO/SiO₂의 값이 1.5~15.5가 되도록 조절하는 것에도 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 제강 부산물로부터 얻어진 정밀한 슬래그 볼(PS Ball)을 예비처리 공정에 사용하여 슬래그 물성을 제어함으로써 탈황을 촉진하고, 탈황효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 용선예비처리 과정을 보인 모식도,
도 2는 종래방법과 본 발명의 조업실적을 보인 그래프.
도 3은 본 발명의 Sio2-Al2O3-CaO에 따른 슬래그 성분의 점성 정도를 보인 상태도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 용선예비처리 과정을 보인 모식도이고, 도 2는 종래 방법과 본 발명의 조업실적을 보인 그래프이며, 도 3은 본 발명의 Sio2-Al2O3-CaO에 따른 슬래그 성분의 점성 정도를 보인 상태도이다.

먼저, 본 발명에 따른 용선예비처리 탈황 촉진방법은 예비처리 설비, 생석회(Burnt Lime)로 대표되는 탈황용 부원료, 기타 부대설비로 구성된 장치를 이용한다.

예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 용선예비처리는 고로에서 출선된 용선이 수송용기인 토페도 래들 카(Torpedo Ladle Car)에 수선된 다음 운송되며, 제강공장 인근에서 반응용기인 장입 래들로 재출선 된다.

이어, 용선예비처리 탈황을 위해 용선 상부에 생석회(1)와 형석, 그리고 기타 플럭스가 투입되며, 이들의 투입을 통해 탈황공정이 수행되는 것이 일반적이다.

이때, 탈황공정에서 이루어지는 탈황 반응은 다음 반응식 1과 같다.

[반응식 1]

CaO + S = CaS + O

보다 구체적으로, 기존에는 고로에서 출선된 용선이 예비처리 공정에 도착하면 우선적으로 생석회와 형석(CaF₂)을 상부에 투입한 다음 기계적 교반(3) 혹은 기체취입(Gas Injection) 등의 방법으로 상부에 투입된 탈황제와 용선중의 황성분이 접촉하게 하여 반응식 1과 같은 탈황반응을 유도하였다.

그러나, 이와 같은 종래 방법은 생석회와 형석을 직접 투입할 경우 탈황작업 시 분위기 온도인 1,400 전후에서 투입된 생석회가 용해가 되지 않는 문제가 발생되므로 반응효율이 극히 낮을 수밖에 없었다.

뿐만 아니라, [반응식 1]과 같은 반응에 의해 발생된 반응생성물인 황화칼슘(CaS) 또한 용융점이 분위기 온도 보다 높기 때문에 슬래그(Slag) 내 고체상태로 존재함으로써 추가적인 반응을 방해하는 현상을 일으키며, 아울러 투입된 형석은 불소기체(F₂)를 배출함으로써 대기환경에 치명적인 악영향을 미치게 된다.

이에, 본 발명에서는 이러한 슬래그-용선간 반응효율 문제를 고려하여 작업 중 형성되는 슬래그의 용융점을 제어하기 위한 별도의 방법을 창안하여 적용하였다.

즉, 종래 기술에서는 탈황작업 시 형성되는 슬래그의 대부분이 칼슘계 물질 (생석회;CaO, 황화칼슘;CaS)이고, 이러한 칼슘계 물질의 특징인 높은 용융점을 극복하기 위해 형석을 과다 사용하는 것이 문제였으므로, 이를 고려하여 본 발명에서는 칼슘계 물질, 보다 구체적으로는 생석회와 반응하여 슬래그의 용융점을 낮출 수 있도록 한 것으로, 특히 형석을 사용하지 않는다는데 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에서 사용되는 플럭스는 제강부산물의 일종인 전로 슬래그를 가공한 정밀 슬래그 볼(Precious Slag Ball: PS Ball)(2)이며, 탈황 시 형석이 함께 투입되지 않는다.

이때, 상기 PS Ball(2)은 전로정련 공정에서 발생하며, 주성분은 CaO와 FeO 및 SiO₂ 로 이루어진다.

기존의 경우, 이러한 전로정련 슬래그는 냉각 후 파쇄 하여 매립되거나 혹은 전술한 바와 같이 전로 혹은 2차 정련공정에서 다시 사용하는 것이 대표적이었다.

그러나, 본 발명에서는 이러한 제강 부산물인 슬래그를 처리하여 탈황 부원료로 사용할 수 있게 조성된 PS Ball을 예비처리 공정에서 탈황제로 사용하며, 그 목적은 슬래그 층의 용융점을 낮추어 반응효율을 향상시키기 위함이다.

이때, 투입되는 PS Ball의 양은 용선성분과 용선량에 의해 결정되며 투입량 결정방법은 CaO/SiO₂의 값을 1.5~15.5로 제한하기 위해 필요한 양을 투입하여야 한다.

여기에서, 상기 CaO/SiO₂의 값이 1.5 미만일 때에는 탈황 효율이 지나치게 낮아지며, 15.5를 초과할 때는 슬래그 용융점이 지나치게 높아 반응효율 향상을 기대하기 어렵기 때문에 상기 범위로 한정하여야 한다.

특히 바람직하기로는, 상기 범위 중에서 CaO/SiO₂의 값이 4.0~ 7.0일 때 가장 이상적이다.

이때, 상기 투입량의 계산은 다음 [식 1]을 통해 계산될 수 있다.

여기서, W_CaO : 생석회 투입 중량 (kg)

W_HM : 용선량 (톤)

BU_CaO : 생석회 원단위 (Basic Unit, kg/Ton)

V_ratio : 목표 염기도 (CaO/SiO₂)

wt%(i)_PS : PS Ball 내 i 성분의 함량

W_PS : PS Ball 투입 중량 (kg)이다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 방법의 효과를 확인하기 위해, 탈황을 수행하는 예비처리 공정에서 하기한 표 1과 같은 성분의 PS Ball을 상술한 [식 1]를 통해 계산하여 표 2와 같이 투입량을 결정한 후 용선에 투입하여 탈황을 실시하였고, 탈황작업 후 탈황 효율이 현저히 향상된 결과를 얻었으며, 그 결과는 도 2에 나타난 바와 같다.

이와 같은 실험을 통해, 탈황효율을 촉진할 수 있는 적정한 목표 슬래그 조성을 도 3의 상태도를 통하여 확인하였다.

도 3의 CaO-SiO₂-Al₂O₃ 상태도에서 나타난 바와 같이, 슬래그 조성에 따라 액상영역이 나누어지게 됨을 알 수 있고, 조업온도에서 액상으로 존재하는 영역은 예시와 같이, CaO 20%~40%, SiO₂ 40%~65%, Al₂O₃ 10%~20% 범위임을 확인할 수 있다.

따라서, 상기 영역에 해당되는 슬래그 조성을 제어해야 하며, 탈황 시 투입하는 생석회량과 PS Ball에 함유된 생석회 및 SiO₂ 량을 고려하여 부가적으로 투입되는 PS Ball의 조성을 결정하는 것이 필요하다.

이를 통해, 본 발명에서 고려되는 PS Ball의 조성은 조업 중 투입하는 부원료의 양을 고려하여 상기 액상영역을 만족시킬 수 있는 조성이 되어야 하며, 그 결과 상기 조건에 부합되는 조성 중 CaO, SiO₂는 반드시 중량비로 CaO: 30~45%, SiO₂ 5~15%로 제어되어야 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 방법은 제강부산물을 용선예비처리 중 탈황공정에 사용할 수 있어 재활용성이 뛰어나고, 형석을 사용하지 않음으로 인하여 친환경적이며, 신규 투입되는 생석회를 종래 기술대비 12% 수준으로 낮출 수 잇기 때문에 폐기물 발생량을 대폭 저감할 수 있음을 확인하였다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (3)

1. 제강 부산물을 이용하여 용선 예비처리 탈황 시 반응효율을 향상시키기 위한 탈황 촉진방법에 있어서;
   제강 부산물로부터 얻어진 고화 PS(Precious Slag) 볼에 CaO와 SiO₂가 각각 중량%로 CaO:30~45%, SiO₂:5~15%를 포함하도록 하고, 상기 고화 PS 볼을 하기한 식을 통해 계산하여 투입량을 결정한 후 형석을 배제한 채 용선 예비처리 탈황 시 용선에 투입하는 것을 특징으로 하는 제강 부산물을 이용한 용선 예비처리 탈황 촉진방법.
   [식 1]
   

   

   
   (W_CaO : 생석회 투입 중량(kg), W_HM : 용선량(톤), BU_CaO : 생석회 원단위(Basic Unit, kg/Ton), V_ratio : 목표 염기도 (CaO/SiO₂), wt%(i)_PS : PS Ball 내 i 성분의 함량, W_PS : PS Ball 투입 중량(kg))
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 결정된 투입량으로 형석을 배제한 채 용선 예비처리 탈황 시 용선에 투입할 때 슬래그 조성을 제어하기 위해 SiO₂를 함유한 물질을 이용하여 CaO/SiO₂의 값이 1.5~15.5가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 제강 부산물을 이용한 용선 예비처리 탈황 촉진방법.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 식에서 결정된 투입량으로 형석을 배제한 채 용선 예비처리 탈황 시 용선에 탈황 부원료인 PS Ball 대신 제강 부산물인 전로 슬래그를 파쇄한 후 투입하여 슬래그의 조성을 제어하는 것을 특징으로 하는 제강 부산물을 이용한 용선 예비처리 탈황 촉진방법.
   

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