KR20130066134A - 슬래그 포밍 진정제 및 이를 이용한 슬래그 포밍 진정 방법 - Google Patents

슬래그 포밍 진정제 및 이를 이용한 슬래그 포밍 진정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제강공정에서 발생되는 슬래그 포밍을 진정시키는 슬래그 포밍 진정제로서, 탄산나트륨(Na2CO3)이 40 내지 55 중량%, 탄산수소나트륨(NaHCO3)이 25 내지 45 중량%이고, 나머지는 수분 및 불순물이다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의한 슬래그 포밍 진정제는 슬래그의 점도를 감소시키고, 계면 장력을 증가시켜 종래에 비해 슬래그 포밍 진정 효과 및 속도가 향상된다. 이에, 슬래그 포밍 진정 시간 및 전체 공정 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.

Description

슬래그 포밍 진정제 및 이를 이용한 슬래그 포밍 진정 방법{Matters for depressing slag foaming and method for killing slag in converter using the same}
본 발명은 슬래그 포밍 진정제 및 이를 이용한 슬래그 포밍 진정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬래그의 점도 감소시키고 계면 장력을 증가시켜 슬래그 포밍을 억제하는 슬래그 포밍 진정제 및 이를 이용한 슬래그 포밍 진정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 탈린로 및 전로 공정에서는 슬래그 내 산재하는 기포가 외부로 외부로 배출되지 못하여, 슬래그의 부피를 팽창시키는 슬래그 포밍 현상이 발생된다. 슬래그 포밍 현상이 급격하게 일어날 경우, 노 내의 슬래그가 노구를 통하여 외부로 분출되거나, 중간 배재 시 슬래그 포트 외부로 슬래그가 넘치는 문제가 발생된다. 그리고 외부로 넘치는 슬래그를 진정시켜야 하므로, 중간 배재 공정에 많은 시간이 소요되며, 이로 인해 전체 공정 시간이 길어진다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 중간 배지 공정 시, 슬래그 포밍을 진정시키기 위한 슬래그 포밍 진정제를 투입하는데, 종래의 슬래그 포밍 진정제는 폐펄프를 주요 성분으로 한다. 하지만, 폐펄프를 주요 성분으로 하는 슬래그 포밍 진정제는 진정 시간이 오래 걸리는 단점이 있으며, 폐펄프나 폐지를 원료를 압착하여 만들기 때문에, 제조 과정이나 수송 및 저장 과정에서 악취를 발생한다.
한편, 한국공개특허 제1998-044909호에는 전로슬래그, 폐펄프, 알루미늄 드로스, 코크스분이 혼합된 슬래그 진정제에 대한 기술이 개시되어 있다.
한국공개특허 제1998-044909호
본 발명의 일 기술적 과제는 슬래그 포밍 진정 속도를 향상시킬 수 있는 슬래그 포밍 진정제 및 슬래그 포밍 진정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 과제는 슬래그의 점도를 감소시키고 계면 장력을 증가시키는 슬래그 포밍 진정제 및 슬래그 포밍 진정 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 제강공정에서 발생되는 슬래그 포밍을 진정시키는 슬래그 포밍 진정제로서, 탄산나트륨(Na2CO3)이 40 내지 55 중량%, 탄산수소나트륨(NaHCO3)이 25 내지 45 중량%이고, 나머지는 수분 및 불순물이다.
상기 슬래그 포밍 진정제는 자연 상태에서 화합물로 존재하는 광물이거나, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 혼합한 혼합물이다.
상기 불순물 중 황의 함량은 1% 이하이다.
상기 슬래그 포밍 진정제의 전체 나트륨 성분이 20 내지 40 중량%이다.
상기 슬래그 포밍 진정제는 1㎜ 내지 70㎜의 입자 크기를 가진다.
상기 슬래그 포밍 진정제의 투입량은 용강 톤당 0.2kg 내지 1.5kg이다.
상기 슬래그 포밍 진정제에 폐펄프를 주원료로 하는 첨가제가 혼합될 수 있다.
상기 탄산나트륨 및 탄산수소나트륨을 함유하는 슬래그 포밍 진정제와 상기 첨가제가 혼합되는데 있어서, 상기 탄산나트륨 및 탄산수소나트륨을 함유하는 슬래그 포밍 진정제가 전체의 20% 내지 60 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 슬래그 포밍 진정 방법은 용강을 탈린하는 과정, 슬래그 포밍 진정제를 상기 용강 내에 투입하는 과정, 상기 슬래그 포밍 진정제를 분해하는 과정 및 상기 분해로 슬래그의 점도를 감소시키고, 계면 장력을 증가시켜, 슬래그 포밍을 진정시키는 과정을 포함한다.
상기 슬래그 포밍 진정제는 탄산나트륨 및 탄산수소나트륨을 함유하며, 상기 슬래그 포밍 진정제는 분해하여 Na2O로 존재한다.
상기 슬래그 포밍 진정제는 탄산나트륨이 40 내지 55%, 탄산수소나트륨이 25 내지 45 중량%이고, 나머지는 수분 및 불순물이다.
상기 슬래그 포밍 진정제는 투입량이 용강 톤당 0.2kg 내지 1.5kg인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들은 탄산나트륨(Na2CO3)과 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 함유하는 물질을 용강에 투입하여 슬래그 포밍을 진정시키는 슬래그 포밍 진정제로 이용한다. 이러한 슬래그 포밍 진정제는 슬래그의 점도를 감소시키고, 계면 장력을 증가시켜 종래에 비해 슬래그 포밍 진정 효과 및 속도가 향상된다. 이에, 슬래그 포밍 진정 시간 및 전체 공정 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 함유하는 슬래그 포밍 진정제는 인공적으로 혼합하여 사용하거나 또는 자연 상태에서 광물상으로 존재할 수 있으며, 자연 상태의 광물로 존재할 경우에는 소량의 결정수를 포함하게 된다. 따라서, 종래의 슬래그 포밍 진정제인 폐펄프를 대체함으로써 친환경적인 장점이 있다.
도 1은 제 1 및 제 2 실시예, 제 1 내지 제 3 비교예들의 슬래그 포밍 진정제 투입에 따른 진정 시간을 도시한 그래프
도 2는 1차 취련 종료 후 실시되는 중간 배제 공정에서 비교예에 따른 슬래그 포밍 진정제 및 본 발명의 실시예에 따른 진정제 투입하여, 진정 시간을 비교한 그래프
이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
슬래그 포밍이란 액상의 슬래그 내부에 미세한 기포가 산재하여 슬래그의 겉보기 부피가 팽창하는 것으로, 예컨데, 전로 형태의 탈린로에서 용강을 탈린하는 공정과 전로 탈탄 공정에서 더블 슬래그 조업 중 중간 배재 과정에서 발생된다. 이러한 슬래그 포밍 현상은 기포의 생성 속도가 소멸 속도에 비해 현저히 클 때 발생되는 것으로, 기포의 소멸 속도는 슬래그의 점도 및 계면 장력과 관계가 있다. 슬래그의 점도가 크면 기포의 탈출이 어려워지며, 계면 장력이 낮으면 기포의 안정성이 커져 미세하게 분산됨으로써 슬래그 포밍을 조장하기 때문이다. 이에, 슬래그 포밍 현상을 억제하기 위해서는 기포의 소멸 속도를 증가시켜야 한다. 즉, 슬래그의 점성을 낮추어 기포의 탈출을 용이하게 하고, 계면 장력을 높여 기포의 안정성을 감소시켜야 한다. 또한, 슬래그 층에 가스 통로를 형성하여, 슬래그 내부에 포집된 기포가 빠져 나올 수 있는 통로를 만들어 줄 필요가 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 슬래그 포밍 진정제는 탄산나트륨(Na2CO3)과 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 함유한다. 여기서, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨은 자연 상태에서 화합물로 존재하는 광물이거나, 인공적으로 혼합된 혼합물일 수 있다. 또한, 슬래그 포밍 진정제는 탄산나트륨과 탄산수소나트륨 외에 수분 및 기타 불순물을 더 포함할 수 있다.
탄산나트륨 및 탄산수소나트륨이 탈린로 또는 슬래그 포트에 투입되면, 상기 탄산나트륨은 1500℃, 탄산수소나트륨은 70℃에서 각각 아래의 반응식과 같이 분해된다.
Na2CO3 -> Na2O + CO2(g) 반응식 1
2NaHCO3 -> Na2O + H2O(g) + 2CO2(g) 반응식 2
즉, 탄산나트륨은 슬래그 중에서 최종적으로 Na2O로 존재하고, CO2 가스를 방출하며, 탄산수소나트륨 역시 슬래그 중에서 최종적으로 Na2O로 존재하고 H2O 및 CO2 가스를 방출한다. 여기서 Na2O는 슬래그의 점성을 낮추어 유동성을 증가시키며, 이로 인해 기포의 소멸 속도가 증가한다. 또한 H2O와 CO2 가스는 슬래그 층 내에서 새로운 기포의 통로를 제공해 줌으로써, 기포의 탈출 속도를 증가시킨다. 이로 인해 슬래그 포밍을 신속하고 효과적으로 진정시킬 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 탄산나트륨 및 탄산수소나트륨은 인공적으로 혼합하여 사용할 수도 있으나, 자연 상태에서 광물상으로 존재하는 것을 이용할 수도 있다. 이때, 자연 상태에서 광물상으로 존재하는 탄산나트륨 및 탄산수소나트륨에는 일정량의 결정수가 포함되어 있는데, 상기 결정수로 인해 휘발에 따른 가스 발생량이 더욱 많아져, 보다 효과적으로 슬래그 포밍을 진정시킬 수 있다.
탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 함유하는 슬래그 포밍 진정제는 전체의 중량%을 100으로 할 때, 탄산나트륨이 40 중량% 내지 55 중량%, 탄산수소나트륨이 25중량% 내지 45 중량%, 함유되는 것이 바람직하며, 나머지는 수분 및 불순물일 수 있다. 그리고 슬래그 포밍 진정제 중 전체 나트륨 성분(Na)이 20 중량% 내지 40 중량%인 것이 바람직하다. 예컨데, 탄산수소나트륨이 24 중량% 이하일 경우 가스 발생량이 적어, 슬래그 내 기포가 탈출할 수 있는 통로가 적다. 이에 슬래그 포밍 억제의 속도가 느리다. 또한, 탄산수소나트륨이 46 중량% 이상일 경우, 슬래그 포밍 진정제에 포함된 전체 나트륨(Na) 함량이 감소하며, 이로 인해 Na2O의 생성량이 감소한다. 따라서, 슬래그의 점도가 증가되고, 유동성이 감소하여, 기포의 소멸 속도가 감소한다.
또한, 불순물 중의 황의 함량은 1 중량% 이하인 것이 바람직한데, 불순물로 존재하는 황은 용강으로 혼입될 경우 용강 중의 황 농도를 상승시키므로 가능한 낮을수록 유리하며 1% 이상 함유되어 있을 경우 후공정에서 제어하기가 어렵기 때문에 1% 이하이어야 한다
한편, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 함유하는 슬래그 포밍 전정제의 입도의 크기는 1mm 내지 70mm가 바람직하다. 예컨데, 슬래그 포밍 전정제의 입도가 1mm 미만인 경우 탈린로 및 슬래그 포트로부터 분출되는 열기류에 의해, 슬래그 포밍 진정제가 슬래그 중으로 침투하지 못하게 되는 문제가 있다. 반대로 슬래그 포밍 진정제의 입도가 70mm를 초과하는 경우 반응 속도가 늦을 뿐만 아니라, 재화(slag making)가 느려 신속한 진정효과를 기대하기 어렵다.
상기 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제는 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 수분 및 기타 불순물을 더 포함하는 것으로 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고 상기 성분 즉, 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 수분 및 기타 불순물에 폐펄프를 주성분으로 하는 슬래그 포밍 진정제(이하, 첨가제)가 추가로 혼합될 수 있다. 이때, 탄산나트륨(Na2CO3) 및 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 함유하는 슬래그 포밍 진정제와 첨가제가 혼합되는데 있어서, 상기 탄산나트륨(Na2CO3) 및 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 함유하는 슬래그 포밍 진정제가 전체의 20 중량% 내지 60 중량% 함유 되도록 혼합하는 것이 바람직하다.
그리고 본발명의 실시예들에 따른 슬래그 포밍 진정제의 투입량은 용강 톤당 0.2kg 내지 1.5kg인 것이 바람직하다. 예컨데 슬래그 포밍 진정제가 용강 톤당 0.2kg 미만인 경우, 슬래그 포밍 억제 효과가 없다. 반대로 1.5kg를 초과하는 경우 슬래그 중의 Na2O의 농도가 과도하게 높아져, 탈린로 내화물 침식을 가중시켜 노체 수명을 저하시킨다.
실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제는 용강을 탈린 또는 더블슬래그 탈탄 공정의 더블슬래그 조업 중 중간 배재 과정에서 발생되는 슬래그 포밍을 억제하기 위해 투입될 수 있다.
실시 예
표1은 제 1 및 제 2 실시예, 제 1 내지 제 3 비교예들에 따른 슬래그 포밍 진정제의 조건을 정리한 표이다. 도 1은 제 1 및 제 2 실시예, 제 1 내지 제 3 비교예들의 슬래그 포밍 진정제 투입에 따른 진정 시간을 도시한 그래프이다.
실험을 위하여, 탄소가 포화된 용강 40kg에 생석회 및 소결광을 투입한다. 이때, 소결광 중의 산소와 용강 중의 탄소가 반응하여 CO 가스가 발생함으로써, 슬래그 포밍 현상이 발생된다. 이후, 슬래그 포밍 현상에 의해 슬래그의 높이가 높아지면, [표 1]과 같이 조성된 제 1 및 제 2 실시예와 제 1 내지 제 3 비교예에 따른 슬래그 포밍 진정제 각각을 투입하고, 슬래그가 진정될 때 까지의 시간을 측정하여 슬래그 진정 효과를 비교하였다. 여기서, 제 1 및 제 2 실시예와 제 1 내지 제 3 비교예에 따른 슬래그 포밍 진정제의 투입량은 50g으로 동일하다.
구분 제 1 비교예 제 2 비교예 제 3 비교예 제 1 실시예 제 2 실시예
폐펄프 ○
탄산나트륨
함량(중량%) 		× 98 45 45 47
탄산수소나트륨 함량(중량%) × 35 35 38
수분
함량(중량%)		 × 10 10 5
기타 불순물
함량(중량%)		 × 2 10 10 10
슬래그 포밍
전정제 입도(mm)		 × 3 100 40 40
표 1을 참조하면, 제 1 비교예에 슬래그 포밍 진정제는 종래 기술에서도 언급한 바와 같이 폐펄프를 주요 성분으로 하는 것으로, 슬래그 포밍을 진정시키는데는 약 45초가 소요된다. 한편, 제 2 및 제 3 비교예에 따른 슬래그 포밍 진정제는 슬래그 포밍 진정 시간이 각각 30초, 28초로 제 1 슬래그 포밍 진정제를 이용한 경우에 비해 진정 시간(약 45초)이 짧으나, 그 진정 시간이 현저하게 감소하지는 않는다. 한편, 탄산수소나트륨을 함유하지 않고, 탄산나트륨만 함유하며, 상기 탄산 나트륨의 함량이 55 중량%를 초과하는 제 2 비교예는 진정 시간이 약 30초로써, 제 3 비교예, 제 1 및 제 2 실시예에 비해 길다. 이는 탄산수소나트륨 더 추가되는 경우, 기체의 발생량이 더욱 많아 기포의 소멸 속도를 가속화시키기 때문이다. 또한, 40 중량% 내지 55 중량%의 탄산나트륨 및 25 중량% 내지 45 중량%의 탄산수소나트륨 모두를 함유하고, 입도가 70mm를 초과하는 제 3 비교예에 따른 슬래그 포밍 진정제를 이용한 진정 시간은 약 28초로 제 2 비교예와 비슷하다. 이는 슬래그 포밍 진정제의 입도가 너무 크기 때문이다.
그러나 40 중량% 내지 55 중량%의 탄산 나트륨, 25 중량% 내지 45 중량%의 탄산수소나트륨을 함유하며, 입도의 크기가 1mm 내지 70mm인 제 1 및 제 2 실시예의 슬래그 포밍 진정제를 이용할 경우, 슬래그 포밍 억제 시간이 약 15초(sec) 이하이다. 즉, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제를 이용할 경우, 제 1 내지 제 3 비교예에 비해 현저히 짧은 시간에 슬래그 포밍을 진정시킬 수 있다. 이는, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 함유하고, 입자의 크기가 1mm 내지 70mm로 작아, 반응 속도가 빠르기 때문이다. 또한, 슬래그 중의 Na2O 농도 증가에 따른 점도 저하 및 기포 발생의 배출되기 위한 통로를 확보해 줌으로써, 보다 신속하게 슬래그 포밍을 억제하는 효과가 나타날 수 있다.
도 2는 1차 취련 종료 후 실시되는 중간 배제 공정에서 비교예에 따른 슬래그 포밍 진정제 및 본 발명의 실시예에 따른 진정제 투입하여, 진정 시간을 비교한 그래프이다. 여기서, 비교예에 따른 슬래그 포밍 진정제는 폐펄프를 주원료로 하는 것이고, 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제는 40 중량% 내지 55 중량%의 탄산나트륨과 25 중량% 내지 45 중량%의 탄산수소나트륨을 포함하며, 입도가 1mm 내지 7mm인 슬래그 포밍 진정제이다. 여기서 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제의 투입량은 약 800kg/ch 이며, 실시예에 따른 슬래그 포밍 진정제의 투입량은 약 80kg/ch이다.
도 2를 참조하면, 실시예의 배재 공정 시간이 비교예의 배제 공정 시간에 비해 1.8분 단축할 수 있는 효과가 있음을 알 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 제강공정에서 발생되는 슬래그 포밍을 진정시키는 슬래그 포밍 진정제로서,
    탄산나트륨(Na2CO3)이 40 내지 55 중량%, 탄산수소나트륨(NaHCO3)이 25 내지 45 중량%이고, 나머지는 수분 및 불순물인 슬래그 포밍 진정제.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그 포밍 진정제는 자연 상태에서 화합물로 존재하는 광물이거나, 탄산나트륨과 탄산수소나트륨을 혼합한 혼합물인 슬래그 포밍 진정제.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 불순물 중 황의 함량은 1% 이하인 슬래그 포밍 진정제.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그 포밍 진정제의 전체 나트륨 성분이 20 내지 40 중량%인 슬래그 포밍 진정제.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그 포밍 진정제는 1㎜ 내지 70㎜의 입자 크기를 가지는 슬래그 포밍 진정제.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래그 포밍 진정제의 투입량은 용강 톤당 0.2kg 내지 1.5kg인 슬래그 포밍 진정제.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 적어도 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 슬래그 포밍 진정제에 폐펄프를 주원료로 하는 첨가제가 혼합되는 슬래그 포밍 진정제.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 탄산나트륨 및 탄산수소나트륨을 함유하는 슬래그 포밍 진정제와 상기 첨가제가 혼합되는데 있어서,
    상기 탄산나트륨 및 탄산수소나트륨을 함유하는 슬래그 포밍 진정제가 전체의 20% 내지 60 중량%인 슬래그 포밍 진정제.
  9. 용강을 탈린하는 과정;
    슬래그 포밍 진정제를 상기 용강 내에 투입하는 과정;
    상기 슬래그 포밍 진정제를 분해하는 과정; 및
    상기 분해로 슬래그의 점도를 감소시키고, 계면 장력을 증가시켜, 슬래그 포밍을 진정시키는 과정을 포함하는 슬래그 포밍 진정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 슬래그 포밍 진정제는 탄산나트륨 및 탄산수소나트륨을 함유하며,
    상기 슬래그 포밍 진정제는 분해하여 Na2O로 존재하는 슬래그 포밍 진정 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 슬래그 포밍 진정제는 탄산나트륨이 40 내지 55%, 탄산수소나트륨이 25 내지 45 중량%이고, 나머지는 수분 및 불순물인 슬래그 포밍 진정 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 슬래그 포밍 진정제는 투입량이 용강 톤당 0.2kg 내지 1.5kg인 슬래그 포밍 진정 방법.
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