KR20120024196A - 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공업용 소금을 이용하여 슬래그 포밍을 효과적으로 억제할 수 있는 슬래그 포밍 진정제에 관한 것이다.
본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제는 공업용 소금 10 중량% 이상을 포함한다. 잔부는 슬러지 및 석회석에서 1종 이상 선택되는 성분으로 조성되는 것이 바람직하다. 공업용 소금은 10 ~ 70 중량%인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 40 ~ 60 중량%으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투입하는 방법은 공업용 소금 10 중량% 이상을 포함하는 슬래그 포밍 진정제를 제조하는 단계; 및 슬래그 포밍 진정제를 슬래그 배제 전에 전로에 투입하거나, 슬래그 배제 중 또는 슬래그 배재 후에 슬래그 포트에 투입하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 슬래그 포밍 진정 효과를 향상시켜 최종 제품의 품질을 향상시킬 수 있다. 슬래그 포밍을 억제함으로써 설비의 손상을 방지하고 조업의 안전성을 향상시킬 수 있다.
종래보다 적은 양으로써 슬래그 포밍을 억제할 수 있으므로 비용을 절감할 수 있다.

Description

슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법{MATTERS FOR DEPRESSING SLAG FOAMING AND METHOD FOR ADDING THE SAME}

본 발명은 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공업용 소금을 이용하여 슬래그 포밍을 효과적으로 억제할 수 있는 슬래그 포밍 진정제에 관한 것이다.

일관제철의 조업공정 중 제강공정에서는 주원료인 용선과 고철 스크랩에서부터 성분조정 목적으로 여러 합금을 투입한 다음, 전로에 산소를 불어 넣어 저융점의 슬래그를 만듬으로써 불순물을 극한으로 제어한 청정 용강을 만든다. 이 과정에서 용선 중에 포함된 다량의 불순물(C, S, P, Mn, Si 등)들은 전로에서 공급된 산소와 산화반응으로 산화물을 만드는데 이렇게 형성된 산화물은 용강보다 밀도가 낮아 용강 위에 존재하는데 이것을 슬래그라 한다.

생성된 슬래그를 배재하는 작업을 하는 경우에 슬래그의 주요성분 중 FeO가 용강 중 탄소와의 계면반응을 하여 6 mm 이하의 작은 크기의 일산화탄소 가스를 지속적으로 생성시킨다( FeO(s or l) + C(s) = Fe(l) + CO(g)). 일산화탄소는 슬래그 층을 뚫고 대기 중으로 쉽게 방출되지 못하고, 슬래그 내에서 일산화탄소 기포들이 결합하고, 슬래그 표면 위로 부상하면서 슬래그를 일시적으로 급격하게 밀어올리는 현상, 즉 슬래그 포밍(foaming) 현상이 발생하게 된다. 그리고 이러한 일산화탄소의 발생으로 슬래그가 슬래그 포트 밖으로 분출될 수 있는데, 이를 슬로핑(slopping)이라 한다. 이러한 현상들은 슬래그의 양과 조성, 일산화탄소의 발생 속도 및 발생 가스의 크기 등에 의하여 영향을 받는다. 슬래그 포밍 현상으로 인하여 슬래그가 슬래그 포트 밖으로 분출되면 조업 안정성과 작업성이 저해되고, 주변장치의 손상을 초래할 수 있다.

총 슬래그 발생량을 10 ton이라 했을 경우 이중 총괄 철(T.Fe, total Fe) 1%가 용강 내 탄소와 반응하여 생성되는 일산화탄소 가스량은 약 250 Nm³으로 엄청난 부피로 팽창하게 된다. 따라서 슬래그/용강 계면에서 발생된 일산화탄소 가스는 발생 즉시 대기로 방출되도록 유도하는 것이 슬래그 포밍 현상을 제어하는데 가장 중요하고 직접적인 대응방법이다.

종래에는 밀 스케일, 슬러지 및 석회석이 혼합된 진정제를 전로 취련 후 1차 배재 전에 노내로 투입하거나, 배재 중?후에 슬래그 포트 내에 투입하여 슬래그 내에서 발생되는 일산화탄소 가스가 대기로 배출되도록 하였다. 이와 동시에 슬래그 표면에 물과 질소를 고속으로 뿌려 슬래그 표면온도를 냉각시키고 표면적을 축소시켜서 슬래그 포밍을 진정시켰다. 하지만 이 경우 슬래그 포밍을 진정시키는데 많은 양(슬래그 1 ton당 약 150 kg)의 진정제가 사용되어 경제성이 문제되었을 뿐만 아니라, 슬래그 포밍 현상으로 인해 배제를 중단하고 진정제, 물과 질소를 살포해야 했기 때문에 공정시간이 연장되는 문제점이 있었다.

본 발명은 공업용 소금을 이용하여 슬래그 포밍 현상을 효과적으로 억제할 수 있는 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입방법을 제공한다.

또한 본 발명은 슬래그 배재 작업을 안전하고 신속하게 할 수 있는 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입방법을 제공한다.

본 발명은 경제적이고 친환경적인 슬래그 포밍 진정제를 제공한다.

본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제는 공업용 소금 10 중량% 이상을 포함한다. 잔부는 슬러지 및 석회석에서 1종 이상 선택되는 성분으로 조성되는 것이 바람직하다. 공업용 소금은 10 ~ 70 중량%인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 40 ~ 60 중량%으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투입하는 방법은 공업용 소금 10 중량% 이상을 포함하는 슬래그 포밍 진정제를 제조하는 단계; 및 슬래그 포밍 진정제를 슬래그 배제 전에 전로에 투입하거나, 슬래그 배제 중 또는 슬래그 배재 후에 슬래그 포트에 투입하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따르면 슬래그 포밍 진정 효과를 향상시켜 최종 제품의 품질을 향상시킬 수 있다. 슬래그 포밍을 억제함으로써 설비의 손상을 방지하고 조업의 안전성을 향상시킬 수 있다.

종래보다 적은 양으로써 슬래그 포밍을 억제할 수 있으므로 비용을 절감할 수 있다.

또한 슬래그 배제하는 도중 조업을 중단할 필요가 없어 조업시간을 단축시키고, 생산성을 향상시킬 수 있다. 그리고 조업 중 유해물질이 발생하지 않는 친환경 작업환경을 구축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공업용 소금의 함유량을 나타내는 그래프이다.
도 2은 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투입하는 경우 NaCl의 슬래그 포밍 억제 매커니즘을 나타내는 개념도이다.
도 3는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제를 형성하는 괴를 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투입하는 것을 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제의 퓸 성분을 측정하는 것을 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제의 투입방법에 관한 개념도이다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제 및 이의 투입방법에 관하여 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공업용 소금의 함유량을 나타내는 그래프이며, 도 2은 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투입하는 경우 NaCl의 슬래그 포밍 억제 매커니즘을 나타내는 개념도이다.

본 발명의 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제는 공업용 소금 10 중량% 이상을 포함한다. 그리고, 잔부는 슬러지 및 석회석에서 1종 이상 선택되는 성분으로 조성될 수 있다. 즉 슬래그 포밍 진정제는 100 중량% 공업용 소금으로 구성될 수 있으며, 공업용 소금이 100 중량% 미만으로 구성될 때에는 나머지 부분은 슬러지, 석회석 또는 이들의 혼합물로 구성된다.

공업용 소금은 97% 이상의 NaCl과 기타 불순물로 이루어진다. NaCl은 801 ℃의 융점, 1413 ℃의 기화점을 가지므로 1600 ℃ 이상의 슬래그에 투입되는 경우 기화 및 액화가 발생하면서 슬래그 포밍을 억제한다. NaCl은 기존에 슬래그 포밍 진정제에 사용되는 물질에 비해 경제적이고, 진정효과가 빠르며, 유해물질이 발생하지 않아 친환경적이다.

도 2을 참조하면, NaCl의 슬래그 포밍 억제 매커니즘은 다음과 같다. 먼저 고상의 슬래그 포밍 진정제(10)가 슬래그 포트(1)에 담겨 있는 슬래그(S)에 투입되면, 슬래그 포밍 진정제(10) 내의 NaCl은 1600 ℃ 이상의 고온에 슬래그에 의해 우선적으로 기화되는데, 아래 식과 같은 흡열반응이 일어난다.

NaCl(s) → NaCl(g) - 4kJ/g

NaCl이 기화되면서 NaCl 기체(A)가 급격히 발생하며 슬래그 포밍층을 파괴하고, 슬래그 포밍을 유발하는 일산화탄소 가스가 대기 중으로 탈출할 수 있는 통로를 형성한다. 뿐만 아니라 NaCl의 기화에 따른 흡열반응으로 인한 슬래그 표면의 냉각 효과가 커서 슬래그 표면을 순간적으로 수축시켜 슬래그 포밍을 억제한다.

또한 고상 NaCl의 일부는 액화되어 액상의 NaCl(11)로 슬래그 표면 및 내부에 존재하고 있다가 지속적으로 기화되면서, 위와 같이 일산화탄소 가스가 대기 중으로 탈출할 수 있는 통로 역할을 한다.

NaCl(s) → NaCl(l) - 0.2kJ/g

NaCl(l) → NaCl(g) - 3.8kJ/g

공업용 소금은 슬래그 포밍 진정제에 10 중량% 이상이 포함된다(도 1의 L영역). 10 중량% 미만에서는 사용량 대비 슬래그 포밍의 제어속도와 제어능력이 충분히 못하여, 공업용 소금의 혼합에 따른 효과가 미미하기 때문이다. 공업용 소금은 바람직하게는 도 1에 도시된 M영역과 같이 10 ~ 70 중량%로 혼합될 수 있는데, 70 중량% 이하로 포함되는 경우 슬러지 및 석회석와 잘 혼합되어 슬래그 포밍 진정제를 원하는 형상으로 성형가공이 용이하며, 적절한 강도로 압축되어 보관 및 조업이 용이하기 때문이다. 더 바람직하게는 공업용 소금은 도 1에 도시된 N 영역과 같이 40 ~ 60 중량%로 혼합될 수 있는데, 이 경우 보다 사용량 대비 슬래그 포밍의 억제효율이 좋다.

슬러지는 제지공정에서 폐수처리 후 발생하는 펄프 찌꺼기로 구성되며, 투입 초기 슬래그 거품 표층부에서 연소하는 역할을 한다. 표층부에서 연소함으로써 NaCl이 기화되는데 도움을 주며, 또한 투입 초기 단계에 거품을 약화시키는 효과도 있다.

석회석은 탄산칼슘(CaCO₃)을 주성분으로 하는 퇴적암으로서 자체 S 함량이 낮고 저가로 대체 가능하다. 석회석은 900℃에서 CaCO₃ → CaO + CO₂ - 161,300 J 와 같은 반응이 일어나는데, 이 반응은 흡열반응이기 때문에 용융 슬래그의 온도를 낮추어 점도를 떨어뜨리고, 또한 발생된 이산화탄소(CO₂) 가스는 슬래그 반응을 활발하게 작용하여 내부의 포밍을 일으키는 일산화탄소(CO) 가스를 외부로 노출시켜, 가스가 빠져나가는 역할을 도와준다. 또한 CaO는 슬래그의 염기도를 상승시켜 SiO₂의 체인을 끊어주어 슬래그의 포밍제어 효과가 우수하다.

슬래그 포밍 진정제는 10 중량 % 이상을 공업용 소금이 차지하고, 그 나머지 부분을 석회석 및 슬러지가 차지하는데, 슬러지와 석회석은 혼합하여 구성될 수도 있고 둘 중 하나만으로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 슬러지와 석회석이 3 : 2의 비율로 혼합될 수 있다. 이 경우 슬래그 포밍 진정제 투입 후 슬러지가 연소하면서 일산화탄소 가스가 용이하게 배출되도록 한다.

도 3는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제를 형성하는 괴를 나타내는 개념도이다. 도 3를 참조하면, 슬래그 포밍 진정제는 호퍼 내에 대량 저장 및 이동이 가능하고 투입이 용이하도록 소정 크기의 괴(塊) 형상(10)으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 가로, 세로 각각 15 cm 이하의 덩어리로 제조할 수 있다. 표면적을 넓혀 반응을 원활하게 하기 위해 적어도 하나 이상의 관통공(13)이 구비될 수 있는데, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 중앙에 관통공(13)을 구비할 수도 있고, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 괴 형상(10)의 슬래그 포밍 진정제에 복수 개의 관통공이 형성될 수 있다. 슬래그 포밍 진정제의 괴 형상은 소정 비율로 공업용 소금, 슬러지, 석회석을 혼합한 다음, 수분을 제거하기 위해 건조시킨다. 그리고 나서 압출 성형 등의 방법으로 소정의 괴 형상으로 제조한다. 슬래그 포밍 진정제가 NaCl 70 중량 %를 초과하여 구성되어 괴 형상으로 성형가공이 어려운 경우에는 종이 등 가연성 재질의 백(bag)에 슬래그 포밍 진정제를 봉입하여 투입시킬 수도 있다.

도 4은 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제를 투입하는 것을 나타내는 사진이다.

슬래그 포밍 진정제를 투입하면, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 슬래그 포트에서의 슬래그 포밍이 억제되는 것을 알 수 있다(화살표 참조). 그리고 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 슬래그 포밍 후 퓸(fume)이 발생한다. 이 때 발생하는 퓸(fume)이 유해성분을 함유한 물질인지 알아보기 위해 성분 분석을 실시한다.

도 5는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제의 퓸 성분을 측정하는 것을 나타내는 개념도이다.

1차 배재 작업 후의 슬래그 100 g를 채취한다. 슬래그의 조성은 CaO 41%, SiO₂ 27%, MgO 7%, Fe_tO 25%로 구성된다. 채취한 슬래그를 도 5에 도시된 바와 같이 고주파 유도 관상로(5) 내에 배치된 MgO 도가니(4)에 장입한다. 고주파 유도 관상로(5)를 가동하여 Ar 분위기 속에 슬래그를 1400 ℃로 가열한다. 석회석 및 슬러지는 종래 슬래그 포밍 진정제에 사용되는 물질이므로, NaCl만을 투입하여 NaCl에 의해 발생하는 퓸의 성분을 알아본다. 가열된 슬래그 100 g에 NaCl 5g를 투입하고 발생하는 퓸(B)에 증착판(4)을 배치하여 퓸(B)이 증착판(4)에 증착되도록 한다. 그리고 슬래그 표면에서도 시료를 채취한다. 증착판(4)에 증착된 증착물(12)과, 채취한 시료를 각각 XRD를 통해 성분분석을 한다. 성분 분석 결과는 아래 표 1 과 같다.

샘플	XRD 성분분석 결과
증착물(퓸)	NaCl
슬래그 표면 시료	NaCl, FeCOx(Magnetite), 3CaO?MgO?2SiO2

<XRD 성분분석 결과>

XRD 성분분석결과 퓸은 99.9% NaCl임이 확인되었고, 슬래그 표면 시료도 NaCl, FeCO_X 등으로 확인되어 NaCl을 슬래그에 투입시키더라도 염소가스(Cl₂)와 같은 유해물질이 발생하지 않았다.

이하에서는 도면을 참조하면서 슬래그 포밍 진정제의 투입방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 6는 본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정제의 투입방법에 관한 개념도이다.우선 전로(6)에 장입된 용선(M)을 탈린 작업을 하고서 1차 슬래그 배재 작업을 한다. 슬래그 포트(1)는 전로(6)에 존재하는 슬래그(S)를 배재할 때 슬래그(S)를 처리하는 용기로서, 도 1에 도시된 바와 같이 슬래그(S)를 담을 수 있는 내부 공간이 형성되어 있고, 슬래그 포트(1)의 상부가 개구되어 있다. 슬래그 포트(1)는 전로(6) 하측에 배치되며, 1차 슬래그 배재 작업이 진행되면 도 5에 도시된 바와 같이 전로(6)가 경동하여 전로(6) 내의 슬래그(S)를 슬래그 포트(1)로 배출한다.

슬래그 포트(1)에 슬래그(S)가 투입된 후, 슬래그 내의 일산화탄소가 생성되며, 일산화탄소는 슬래그(S) 층을 뚫어 외부로 쉽게 방출되지 않고 슬래그(S) 내에 정체되어 있다가, 슬래그 내에서 일산화탄소 기포들이 결합하고, 슬래그 표면 위로 부상하면서 슬래그를 일시적으로 급격하게 밀어올린다. 이 때, 괴 형상으로 제조한 슬래그 포밍 진정제(10)를 슬래그 포트(1)에 투입시켜 슬래그 포밍을 억제시킨다. 슬래그 포밍 진정제(10)는 상술한 바와 같이 NaCl이 기화되면서 슬래그 포밍층을 파괴시켜, 일산화탄소 가스가 대기 중으로 탈출할 수 있도록 하고, NaCl 기화에 따른 흡열반응에 의해 슬래그 표면이 냉각되어 슬래그 표면이 수축된다.

본 예시에서는 슬래그를 슬래그 포트(1)에 배제한 후에 슬래그 포밍 진정제를 투입하는 경우에 대해 설명하였으나, 슬래그 포밍의 정도에 따라서 슬래그 배제 전 전로에 직접 투입할 수도 있고, 슬래그 배제 중에 투입할 수도 있다. 또한 슬래그 포밍 진정제는 슬래그 포밍의 정도에 따라 복수 개의 괴 형상을 일괄적으로 투입할 수도 있고, 순차적으로 투입할 수도 있다.

슬래그 포밍 진정제는 투입량 대비 효과를 고려할 때, 슬래그 1 ton당 3 ~ 10 kg를 투입하는 것이 바람직하다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

1 : 슬래그 포밍 진정제
2: MgO 도가니
3: 석영관
4 : 증착판
5 : 고주파 유도 관상로
6 : 전로
11 : 액상의 NaCl
12 : 증착물

Claims (12)

1. 공업용 소금 10 중량% 이상을 포함하는 슬래그 포밍 진정제.
2. 청구항 1에 있어서,
   잔부는 슬러지 및 석회석에서 1종 이상 선택되는 성분으로 조성되는 슬래그 포밍 진정제.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 공업용 소금은 10 ~ 70 중량%인 슬래그 포밍 진정제.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 공업용 소금은 40 ~ 60 중량%인 슬래그 포밍 진정제.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공업용 소금은 97 중량% 이상의 NaCl 및 기타 불순물로 구성되는 슬래그 포밍 진정제.
6. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   슬러지와 석회석은 3 : 2의 비율로 이루어지는 슬래그 포밍 진정제.
7. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬래그 포밍 진정제는 괴 형상으로 형성되는 슬래그 포밍 진정제.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 슬래그 포밍 진정제는 상기 괴 형상을 관통하는 적어도 하나 이상의 관통공을 구비하는 슬래그 포밍 진정제.
9. 슬래그 포밍 진정제를 투입하는 방법으로서,
   공업용 소금 10 중량% 이상을 포함하는 슬래그 포밍 진정제를 제조하는 단계; 및
   상기 슬래그 포밍 진정제를 슬래그 배제 전에 전로에 투입하거나, 슬래그 배제 중 또는 슬래그 배재 후에 슬래그 포트에 투입하는 단계;를
   포함하는 슬래그 포밍 진정제 투입하는 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 공업용 소금은 10 ~ 70 중량%을 포함하고, 잔부는 슬러지 및 석회석에서 1종 이상 선택되는 성분으로 조성되는 슬래그 포밍 진정제 투입방법.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 슬래그 포밍 진정제는 슬래그 1 ton당 3 ~ 10 kg를 투입하는 슬래그 포밍 진정제 투입방법.
12. 청구항 9에 있어서,
    슬래그 포밍 진정제는 괴 형상으로 형성되는 슬래그 포밍 진정제 투입방법.
    

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