KR20190044354A - 브리켓 제조 방법 및 이를 이용한 용강 처리 방법 - Google Patents

브리켓 제조 방법 및 이를 이용한 용강 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용강 중 탄소(C)를 제거하는 탈탄 과정 후에, 상기 용강 중 Ti 함량을 조정하기 위해 투입되는 브리켓의 제조 방법으로서, Ti 함유 분말을 준비하는 과정, 셀룰로오스 에테르 화합물을 포함하는 바인더를 준비하는 과정, Ti 함유 분말과 바인더를 혼합하는 과정 및 Ti 함유 분말과 바인더가 혼합된 혼합물을 성형하여 브리켓으로 제조하는 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, Ti 성분 조정을 위해 용강으로 브리켓을 투입하였을 때, 용강 중 Ti 함량을 목표 수준으로 증가시키면서도, 용강 중 탄소(C) 함량이 목표 수준을 초과하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 브리켓의 저장, 이송 및 투입시에 브리켓이 파쇄되는 것을 방지할 수 있다.

Description

브리켓 제조 방법 및 이를 이용한 용강 처리 방법{MAKING PROCESS FOR BRIQUET AND METHOD FOR MOLTEN STEEL UNSING THE SAME}
본 발명은 용강 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용강 중 탄소(C) 농도 제어가 용이한 브리켓 제조 방법 및 이를 이용한 용강 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스테인레스 강의 제강 공정은 전기로에서 용선을 제조하고, AOD(Argon Oxygen Decarburization), VOD(Vacuum Oxygen Decarburization), Ti 성분 조정, LT(Ladle Treatment) 등의 정련 공정을 수행한 후 주조 공정을 거쳐 최종 주편 형태의 제품을 얻게 된다.
AOD(Argon Oxygen Decarburization) 공정은 전기로에서 제조된 용강을 용기 즉, 정련로에 장입한 후, 용강으로 산소와 아르곤(Ar) 등의 기체를 취입하여 용강 중 탄소(C), 황(S) 등의 불순물을 제거하는 공정이다.
VOD(Vacuum Oxygen Decarburization) 공정은 OD 공정에서 예비 탈탄된 용강으로부터 탄소(C)를 추가 제거하여, 탄소(C)를 극저로 제어하는 공정이다. 보다 구체적으로, 2차 정련 공정은 용강이 수용된 용기, 예컨대 래들을 진공조 내부에 설치하고, 래들의 하부에 설치된 저취 노즐을 통해 아르곤 가스를 취입하고, 래들의 상부에 설치된 랜스를 통해 산소를 취입하여 용강에 함유된 탄소를 제거할 수 있다. 이때, 제조하고자 하는 강 예컨대 스테인리스 강에서 요구하는 탄소(C) 함량을 만족하도록 탈탄한다.
VOD(Vacuum Oxygen Decarburization) 공정이 종료되면, 용강 중 Ti 성분 조정을 위해, Ti 함유 원료를 투입한다.
종래에는 Ti 함유 원료로서 Ti 합금을 투입하였다. Ti 합금을 투입하면, 용강 중 Ti가 슬래그로 이동하여 손실되는 즉, 실수율이 낮은 문제가 있다.
이에, 상술한 문제를 해결하기 위하여, TiO2를 90% 이상 함유하는 분말을 브리켓으로 제조하고, 이 브리켓을 용강으로 투입하였다. TiO2를 함유하는 90% 이상 함유하는 분말을 이용하여 제조된 브리켓을 이용할 경우, Ti 합금 사용시보다 실수율이 향상되는 효과가 있다.
한편, TiO2를 함유하는 분말은 그대로 투입할 수 없기 때문에, 브리켓 형태로 성형되어 투입된다. 그리고, 브리켓은 압축 강도 및 냉간 강도가 일정 수준 이상으로 유지되어야 한다. 이는, 브리켓의 압축 강도 및 작거나, 낙하 강도가 작을 경우, 브리켓의 이송 및 진공조 내부로 투입되는 과정에서 파쇄되고, 파쇄에 의한 비산 및 진공조에 연결된 집진 설비로 집진되어 소진될 수 있기 때문이다.
따라서, 브리켓의 강도를 확보하기 위하여, 당밀 및 전분 중 적어도 하나를바인더로서 사용한다. 이때, 당밀 및 전분 중 적어도 하나의 바인더를 TiO2를 함유하는 분말 중량 전체(100%)에 대해 3% 이상이 되도록 혼합되어야 한다.
그런데, 전분 및 당밀 중 적어도 하나에는 탄소(C)가 함유되어 있고, 바인더를 3% 이상으로 혼합할 경우, 바인더의 함량이 많아 브리켓 내 탄소(C) 함량이 0.4 wt%를 초과하게 된다. 즉, 압축 및 낙하 강도 각각을 목표 수준으로 달성하기 위해서는 바인더를 3% 이상으로 혼합시킬 수 밖에 없는데, 이 같은 경우, 브리켓 투입 시에 용강 중 탄소(C) 함량이 크게 증가하여, 탈탄 공정을 재 실시해야 하는 문제가 있고, 이에 따른 비용 및 시간이 상승하는 문제가 있다.
한국등록특허 KR1258772B1
본 발명은 용강으로 투입 시에 용강 중 탄소(C) 함량 증가를 억제할 수 있는 브리켓 제조 방법 및 이를 이용한 용강 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 강도를 향상시킬 수 있는 브리켓 제조 방법 및 이를 이용한 용강 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 용강 중 탄소(C)를 제거하는 탈탄 과정 후에, 상기 용강 중 Ti 함량을 조정하기 위해 투입되는 브리켓의 제조 방법으로서, Ti 함유 분말을 준비하는 과정; 셀룰로오스 에테르 화합물을 포함하는 바인더를 준비하는 과정; 상기 Ti 함유 분말과 바인더를 혼합하는 과정; 및 상기 Ti 함유 분말과 바인더가 혼합된 혼합물을 성형하여 브리켓으로 제조하는 과정;을 포함한다.
상기 Ti 함유 분말과 바인더를 혼합하는데 있어서, 상기 Ti 함유 분말의 전체 중량을 100%라 할때, 상기 바인더가 상기 Ti 함유 분말의 0.5% 내지 1.0%가 되도록 혼합한다.
상기 Ti 함유 분말과 바인더를 혼합하는데 있어서, 상기 Ti 함유 분말 중량 전체를 100%라 할때, 상기 바인더가 상기 Ti 함유 분말의 0.6% 내지0.8%가 되도록 혼합한다.
상기 Ti 함유 분말과 바인더를 혼합한 후에, 상기 혼합물의 함수율이 5 wt% 내지 7.5 wt%가 되도록 조절하는 과정을 포함한다.
상기 혼합물의 함수율이 5 wt% 내지 6 wt%가 되도록 조절한다.
상기 바인더는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 메틸셀룰로오스(MC), 히드록시에틸셀룰로오스(HEC), 히드록시플필셀룰로오스(HPC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 및 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명에 따른 용강 처리 방법은 용강으로 산소 및 불활성 가스를 취입하여, 용강 중 탄소(C)를 제거하는 1차 정련 과정; 진공 분위기하에서 상기 1차 정련 과정에서 탈탄된 용강 중 탄소(C)를 제거하는 제 2 정련 과정; 및 용강 중 Ti 함량을 조정하기 위해, 상기 제 2 정련이 종료된 용강으로 셀룰로오스 에테르 화합물을 포함하는 바인더와 Ti 함유 원료를 혼합하여 제조한 브리켓을 투입하는 과정;을 포함한다.
상기 Ti 함유 원료의 전체 중량을 100%라 할 때, 상기 바인더가 상기 Ti 함유 원료 전체 중량의 0.5% 내지 1.0%이다.
상기 Ti 함유 분말과 바인더를 혼합된 혼합물의 함수율이 5 wt% 내지 7.5 wt%가 되도록 조절하는 과정을 포함한다.
상기 바인더는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 메틸셀룰로오스(MC), 히드록시에틸셀룰로오스(HEC), 히드록시플필셀룰로오스(HPC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 및 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, Ti 성분 조정을 위해 용강으로 브리켓을 투입하였을 때, 용강 중 Ti 함량을 목표 수준으로 증가시키면서도, 용강 중 탄소(C) 함량이 목표 수준을 초과하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 브리켓의 저장, 이송 및 투입시에 브리켓이 파쇄되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 용강 처리 방법을 도시한 순서도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브리켓 제조 방법을 도시한 순서도
도 3은 Ti 합금 및 Ti 함유 분말을 이용하여 제조된 브리켓 투입시 실수율을 나타낸 그래프
도 4는 브리켓의 건조 온도 및 시간에 따른 압축 강도를 나타낸 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.
본 발명의 실시예는 용강 중 성분을 조정하기 위해 투입되는 원료에 있어서, 용강 중으로 투입 후 용강 중 탄소(C) 함량이 증가되는 것을 억제 또는 방지할 수 있는 원료의 제조 방법 및 이를 이용한 용강 처리 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 용강 중 티타늄(Ti) 함량을 증가시키기 위해 투입되는 원료에 있어서, 상기 원료로 인한 용강 중 탄소(C) 농도 증가를 억제 또는 방지할 수 있는 브리켓 제조 방법 및 이를 이용한 용강 처리 방법을 제공한다. 보다 구체적으로 본 발명은 스테인레스(Stainless Steel) 강 제조를 위한 용강 처리 시, 용강 중 Ti 함량을 조정하는 과정에 있어서, 탄소(C) 픽업 또는 탄소(C) 함량이 증가되는 억제 또는 방지할 수 있는 용강 처리 방법을 제공한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 브리켓 제조 방법 및 이를 이용한 이용한 용강 처리 방법에 대해 설명한다.
도 1은 일반적인 용강 처리 방법을 도시한 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브리켓 제조 방법을 도시한 순서도이다. 도 3은 Ti 합금 및 Ti 함유 분말을 이용하여 제조된 브리켓 투입시 실수율을 나타낸 그래프이다. 도 4는 브리켓의 건조 온도 및 시간에 따른 압축 강도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 브리켓은 스테인레스 제조용 용강 제조를 위해, 용강 중 Ti 함량을 조정하는 단계에서 투입되는 원료일 수 있다.
본 발명을 설명하기 앞서, 도 1을 참조하여, 스테인레스 강 제조를 위한 용강 처리 방법에 대해 간략하게 설명한다.
전기로에서 제조된 용강에 산소 및 불활성 가스를 취입하여, 용강 중 탄소(C), 황(S), 질소(N) 등을 제거하는 1차 정련 과정(S110), 진공 분위기 하에서 1차 정련된 용강 중 탄소(C)를 추가 제거하는 2차 정련 과정(S120), 용강 중 Ti 성분 함량 조정을 위한 Ti 함유 원료를 투입하는 과정(S130)을 한다. 또한, Ti 함유 원료 투입 후 및 주편 주조 전에 용강 중 성분을 추가 조정하고, 온도를 조정하는 성분조정 과정(S140)을 포함한다.
1차 정련 공정(S110)은 전기로에서 제조된 용강을 용기 즉, 정련로에 장입한 후, 용강으로 산소와 불활성 가스 예컨대 아르곤(Ar) 등의 기체를 취입하여 용강 중 탄소(C), 황(S) 등의 불순물을 제거하는 공정이다. 통상 해당 기술분야에서 전기로에서 제공된 용강에 산소 및 아르곤(Ar)을 취입하여 정련하는 1차 정련을 AOD(Argon Oxygen Decarburization) 공정이라고 명명한다.
2차 정련 공정(S120)은 1차 정련 공정 즉, AOD 공정에서 예비 탈탄된 용강으로부터 탄소(C)를 추가 제거하여, 탄소(C)를 극저로 제어하는 공정이다. 실시예에 따른 2차 정련 공정은 진공 분위기 하에서 실시되는 진공 정련 공정(VOD; Vacuum Oxygen Decarburization)이다. 보다 구체적으로, 2차 정련 공정은 용강이 수용된 용기, 예컨대 래들을 진공조 내부에 설치하고, 래들의 하부에 설치된 저취 노즐을 통해 아르곤 가스를 취입하고, 래들의 상부에 설치된 랜스를 통해 산소를 취입하여 용강에 함유된 탄소를 제거할 수 있다. 이때, 제조하고자 하는 강 예컨대 스테인리스 강에서 요구하는 탄소(C) 함량을 만족하도록 탈탄한다.
Ti 함유 원료 투입 과정(S130)은 2차 정련(S120)이 종료된 탄소(C)가 극저로 조절된 용강에 Ti을 함유하는 원료를 투입하여 용강 중 Ti 함량을 조정하는 공정이다. Ti 함유 원료 투입은 2차 정련외 종료된 후, 진공조 내부에서 실시될 수 있다. 즉, 2차 정련이 종료된 후에 진공조의 상부에 설치된 별도의 공급관을 통해 Ti을 함유하는 원료를 투입한다. 이때, 제조하고자 하는 강 예컨대 스테인리스 강에서 요구하는 Ti 함량을 만족하도록 Ti 원료를 투입한다.
Ti 함유 원료를 투입하여 용강 중 Ti 함량이 목표량으로 조절되면, 성분 조정 공정을 실시한다(S140). 성분 조정 공정(S140)은 진공조로부터 용강을 인출한 후, 래들에 장입되어 있는 용강에 처리하는 공정으로 LT(Ladle Treatment) 공정이라고도 하며, 용강에 불활성 기체를 취입하여 용강을 교반시킴으로써, 용강의 온도, 성분의 균일화, 개재물의 분리부상 및 성분 조정을 실시한다. 필요에 따라 용강 중으로 특정 성분의 합금철을 투입하여 용강의 특수 성분 함량을 조정할 수 있다.
이렇게 정련이 완료된 용강은 주조설비로 이송되어 주편으로 주조된다.
2차 정련(S120) 종료 후, Ti 함유 원료는 괴성화된 브리켓 형태이다. 즉, Ti를 함유하는 원료와 바인더를 혼합한 후, 이 혼합물을 괴성화하여 브리켓으로 제조하고, 제조된 브리켓을 Ti 함유 원료 투입 단계에서 용강 투입하여, 용강 중 Ti 함량을 목표 하는 수준으로 조정한다.
한편, 브리켓은 압축 강도 및 낙하 강도가 일정 수준 이상으로 유지되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로 압축 강도는 40kgf 이상, 낙하 강도는 50% 이상, 보다 바람직하게 압축 강도는 50kgf 이상, 낙하 강도는 70% 이상인 것이 보다 효과적이다. 이는, 브리켓의 압축 강도가 40kgf 미만으로 작거나, 낙하 강도가 50% 미만으로 작을 경우, 브리켓의 이송 및 진공조 내부로 투입되는 과정에서 파쇄되고, 파쇄에 의한 비산 및 진공조에 연결된 집진 설비로 집진되어 소진될 수 있기 때문이다.
또한, 브리켓 내 탄소 함량은 0.4wt% 이하인 것이 바람직하다. 이는, 브리켓 투입 시에, 브리켓에 의한 용강 중 탄소(C) 함량이 목표 수준을 초과하도록 상승하는 것을 방지하기 위함이다.
그런데, 종래의 브리켓의 경우, Ti 함유 원료와 혼합되는 바인더로서 당밀 및 전분 중 적어도 하나를 사용하였다. 이때, 브리켓의 소정의 압축 강도 및 낙하 강도를 갖도록 하기 위해서는, 당밀 및 전분 중 적어도 하나를 Ti 함유 원료의 중량에 대해 3% 이상이 되도록 하였다. 그런데, 혼합되는 바인더(전분 및 당밀 중 적어도 하나에는 탄소(C)가 함유되어 있어, 바인더를 3% 이상으로 혼합할 경우, 브리켓 내 탄소(C) 함량이 0.4 wt%를 초과하게 된다. 즉, 종래의 경우 압축 및 낙하 강도 각각을 목표 수준으로 달성하기 위해서는 바인더를 3% 이상으로 혼합시킬 수 밖에 없는데, 이 같은 경우, 브리켓 투입 시에 용강 중 탄소(C) 함량이 크게 증가하여, 탈탄 공정을 재 실시해야 하는 문제가 있고, 이에 따른 비용 및 시간이 상승하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 2차 정련 종료 후, Ti 함유 원료를 투입하는데 있어서, 압축 강도 및 낙하 강도를 목표할 수준으로 만족하도록 하면서, 투입 시 용강 중 탄소(C) 함량 증가를 억제 또는 방지하도록 제조된 브리켓을 제조한다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 브리켓 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 브리켓 제조 방법은 Ti을 함유하는 분말(이하, Ti 함유 분말) 및 바인더를 준비하는 과정(S210, S220), Ti 함유 분말과 바인더를 혼합하는 과정(S230), 혼합물의 함수율을 조정하는 과정(S240), Ti 함유 분말과 바인더가 혼합된 혼합물을 성형하는 과정(S250)을 포함한다.
Ti 함유 분말은 브리켓의 주 원료로서, TiO2가 90 wt% 이상, 탄소(C)가 0.4 wt% 미만 함유된 분말이며, 주원료가 TiO2이므로, TiO2 분말로 명명될 수 있다. 실시예에 따른 Ti 함유 분말은 제철 공정 중 발생된 슬래그로부터 회수된 것이다. 보다 구체적으로, 용강 중 불순물을 제거하거나, 용강 성분을 조정하는 과정 중, 90 wt% 이상의 TiO2와, 0.4 wt% 미만의 탄소(C)가 함유된 슬래그를 발생시키는 용강 정련 과정에서 회수된 슬래그일 수 있다.
여기서, TiO2 함량이 90 wt% 이상인 Ti 함유 분말을 사용하는 것은 브리켓을 용강으로 투입하였을 때, 투입된 브리켓에 의한 용강 중 Ti 함량 증가율 즉, 실수율을 향상시키기 위함이다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래와 같이 Ti 합금철을 포함하는 광석을 투입하였을 때에 비해, 본 발명의 실시예에 따른 TiO2 분말을 이용하여 제조된 브리켓을 투입하였을 때, 실수율이 높음을 알수 있다.
이는, 실시예의 브리켓을 투입하는 경우, 종래의 Ti 합금 광석을 투입할 때에 비해, 용강 상측의 슬래그 내 TiO2 함량이 많거나, 안정적이기 때문에, 용강 중 Ti 성분이 슬래그로 픽업 또는 유입되는 현상을 감소시킬 수 있기 때문이다.
한편, Ti 함유 분말 중 TiO2 함량이 90wt% 미만인 경우, Ti 실수율의 효과가 미비할 수 있다.
또한, 탄소(C)가 0.4wt% 미만의 Ti 함유 분말을 사용하는 것은, 브리켓을 용강으로 투입하였을 때, 투입된 브리켓에 의해 용강 중 탄소(C) 함량 증가를 억제 또는 방지하기 위함이다. Ti 함유 분말 내 탄소(C) 함량이 0.4wt%를 초과할 경우, 브리켓 내 탄소(C) 함량이 0.4wt%를 초과할 수 있으며, 용강 중 탄소(C)가 목적하는 농도를 초과하도록 증가할 수 있다. 따라서, 실시예에서는 탄소(C)가 0.4wt% 미만의 Ti 함유 분말을 사용한다.
그리고, 상술한 Ti 함유 분말은 그 입도가 4mm 이하인 것이 바람직하다. 이는 Ti 함유 분말의 입도가 4mm를 초과하는 경우 브리켓의 강도가 낮을 수 있기 때문이다.
실시예에서는 바인더로서 셀룰로오스 에테르 화합물을 포함한다. 보다 상세하게, 바인더는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 메틸셀룰로오스(MC), 히드록시에틸셀룰로오스(HEC), 히드록시플필셀룰로오스(HPC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 및 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 셀룰로오스 에테르 화합물을 포함하는 바인더는 저장, 이송 및 혼합 용이하도록 고체 상태의 분말 형태이며, 그 입도는 50㎛ 내지 100㎛이다. 바인더의 입도가 50㎛ 미만으로 너무 작은 경우, 셀룰로오스 에테르 화합물을 50㎛ 미만으로 파쇄하는데 드는 비용 및 시간이 증가하는 문제가 있다. 반대로, 바인더의 입도가 100㎛를 초과하도록 너무 큰 경우 비표면적이 작아 수용해성이 저하되고, 이후 Ti 함유 분말 내 수분 또는 추가 투입되는 물에 대한 용해도가 낮아, 브리켓의 강도를 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 50㎛ 내지 100㎛의 셀룰로오스 에테르 화합물을 바인더로 사용한다.
셀룰로오스 에테르 화합물을 포함하는 바인더의 점도는 4000cps 내지 80,000cps 일 수 있다. 점도는 20±0.1℃에서 2 wt%의 농도를 가지는 셀룰로오스 에테르 화합물 수용액의 점도를 측정한 값을 의미한다.
상술한 바와 같은, Ti 함유 분말과 셀룰로오스 에테르 화합물을 포함하는 바인더가 마련되면, 이를 혼합한다. 이때, 바인더는 Ti 함유 분말의 전체 중량의 0.5% 내지 1%, 바람직하게는 0.6% 내지 0.8%가 되도록 한다. 혼합물 내 바인더의 함량을 상술한 바와 같은 비율로 조절하는 것은, 브리켓의 이동 및 용선으로 투입시에 파손되거나 비산되지 않도록 하는 강도를 가지고, 투입 시 용강 중 탄소(C) 함량이 목표 농도 이상으로 높아지는 것을 방지하고, 만족할만한 수준의 강도를 가지도록 하기 위함이다.
예를 들어, 바인더가 Ti 함유 분말의 전체 중량의 0.5% 미만인 경우, 브리켓의 강도가 예컨대 kgf 미만으로 낮아, 브리켓의 이동 및 투입 과정에서 파손되어 비산되거나, 진공조와 연결된 집진조로 집진되어 소실될 수 있다. 반대로, 바인더가 Ti 함유 분말의 전체 중량의 1%를 초과하는 경우, 브리켓 내 탄소(C) 함량이 0.4 wt%를 초과하도록 높아지고, 제조 비용이 증가되는 문제가 있다.
이후, Ti 함유 분말과 바인더가 혼합되면, 이 혼합물의 수분 함량 즉, 함수율을 측정하고, 이에 따라 함수율을 조절한다. 실시예에서는 혼합물 내 수분 함량이 4wt% 내지 7.5wt%, 바람직하게는 5wt% 내지 6wt%가 함유되도록 한다. 이때, 투입되는 물은 그 온도가 30℃ 이하인 것이 바람직하다.
혼합물의 수분 함량 측정 결과, 함수율이 4wt% 미만인 경우, 물을 투입하여 함수율을 4wt% 이상, 7.5 wt% 이하로 조절한다.
반대로, 혼합물의 수분 함량 측정 결과, 함수율이 7.5wt%를 초과하는 경우, 혼합물을 건조하여 함수율을 조정한다.
한편, 혼합물의 함수율이 4wt% 미만인 경우, 셀룰로오스 에테르 화합물을 포함하는 바인더가 용해되지 않아, 브리켓의 강도를 저하시키는 요인이 된다. 반대로 혼합물의 함수율이 7.5wt%를 초과하도록 많은 경우, 혼합물을 성형할 때, 성형틀 내에 부착되거나, 성형성이 저하되어 쉽게 변형되는 문제가 있다.
함수율이 조절된 혼합물이 마련되면, 이를 성형하여 브리켓을 제조한다. 예를 들어, 서로 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 롤러들 사이로 혼합물을 연속적으로 주입 또는 공급하면, 한 쌍의 롤러에 의해 합착되어 포켓 또는 스트립 형태의 브리켓이 제조된다.
브리켓이 제조되면, 이를 상온 이상, 80℃ 이하의 온도, 바람직하게는 50℃ 내지 80℃의 온도에서 건조한다.
이렇게 브리켓을 상온 이상, 80℃ 이하의 온도에서 건조하는 것은 압축 강도를 향상시키기 위함이다. 도 4를 참조하면, 상온 및 50℃ 내지 80℃의 온도에서 건조시 80℃를 초과하는 온도에서 건조시킬 때에 비해 압축 강도가 높음을 알 수 있다. 이는, 80℃를 초과하는 온도에서 건조시키면, 브리켓 내 크랙이 발생되기 때문이다. 그리고, 상온 및 50℃ 내지 80℃의 온도에서 건조시에 모두 70kgf 이상의 압축 강도를 보이는데, 70kgf 이상으로 압축 강도가 상승하는 기간을 비교하면, 상온일 경우 7일째이나, 50℃ 내지 80℃의 온도의 경우 1일 째이다. 이로부터, 상온에서 건조시보다, 50℃ 내지 80℃의 온도에서 건조시에 목적하는 압축 강도로 조절하기 이한 시간이 단축되는 효과가 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 제조된 브리켓은 탄소(C)가 0.4 wt% 이하이고, 압축 강도가 40kgf 이상, 낙하 강도가 50% 이상이다. 따라서, 용강으로 브리켓을 투입하였을 때, 용강 중 Ti 함량을 목표 수준으로 증가시키면서도, 용강 중 탄소(C) 함량이 목표 수준으로 초과하도록 증가시키지 않으며, 브리켓의 저장, 이송 및 투입시에 브리켓이 파쇄되는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
이하, 표 1 및 표 2를 참조하면, 비교예 및 실시예에 따른 방법으로 제조한 브리켓의 특성에 대해 설명한다.
제 1 비교예 제 2 비교예 제 1 실시예 제 2 실시예 제 3 실시예 제 4 실시예 제 5 실시예 제 6 실시예 제 7 실시예
바인더 소석회+당밀 전분 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)
Ti함유 원료 중량에 대한 바인더 중량비(%) 소석회 3%, 전당밀 4% 3% 0.5% 0.5% 0.4% 0.75% 1.0% 0.75% 0.75%
함수율 5wt% 5wt% 5wt% 5wt% 5wt% 5wt% 5wt% 4wt% 8wt%
비교예 및 실시예는 모두 Ti 함유 분말과 바인더를 혼합하고, 이를 성형하여 제조하였다. 이때, Ti 함유 분말로서 TiO2가 90 wt% 이상이고, 탄소(C) 함량이 4 wt% 이하인 TiO2 분말을 동일하게 사용하였다.
표 1을 참조하면, 제 1 비교예는 바인더로서, 소석회 및 당밀을 사용하였다. 그리고, 소석회는 Ti 함유 분말의 중량의 3%, 당밀은 4%가 되도록 Ti 함유 분말과 혼합한다. 또한, Ti 함유 분말과 바인더가 혼합된 혼합물의 함수율을 5 wt%로 조절하였다.
제 2 비교예는 바인더로서 전분을 사용하고, 전분이 Ti 함유 분말의 중량의 3%가 되도록 Ti 함유 분말과 혼합하며, 혼합물의 함수율을 5 wt%로 조절하였다.
제 1 실시예는 바인더로서 셀룰로오스 에테르 화합물 중 하나인 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 사용하였다. 그리고, Ti 함유 분말과 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 혼합하는데 있어서, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)가 Ti 함유 분말의 중량의 0.5%가 되도록 혼합하였다. 그리고, Ti 함유 분말과 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)가 혼합된 혼합물의 함수율을 5wt%로 조절하였다.
제 2 실시예는 바인더로서 셀룰로오스 에테르 화합물 중 하나인 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)를 사용하였다. 그리고, Ti 함유 분말과 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)를 혼합하는데 있어서, 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 Ti 함유 분말의 중량의 0.5%가 되도록 혼합하였다. 그리고, Ti 함유 분말과 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 혼합된 혼합물의 함수율을 5wt%로 조절하였다.
제 3 실시예는 바인더로서 셀룰로오스 에테르 화합물 중 하나인 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)를 사용하였는데, 상기 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 Ti 함유 분말의 중량의 0.4%가 되도록 혼합하였다. 그리고, Ti 함유 분말과 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 혼합된 혼합물의 함수율을 5wt%로 조절하였다.
제 4 실시예는 바인더로서 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)를 사용하였고, 상기 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 Ti 함유 분말의 중량의 0.75%가 되도록 혼합하였다. 그리고, Ti 함유 분말과 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 혼합된 혼합물의 함수율을 5wt%로 조절하였다.
제 5 실시예는 바인더로서 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)를 사용하였고, 상기 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 Ti 함유 분말의 중량의 1%가 되도록 혼합하였다. 그리고, Ti 함유 분말과 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 혼합된 혼합물의 함수율을 5wt%로 조절하였다.
제 6 실시예는 바인더로서 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)를 사용하였고, 상기 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 Ti 함유 분말의 중량의 0.75%가 되도록 혼합하였다. 그리고, Ti 함유 분말과 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 혼합된 혼합물의 함수율을 5wt%로 조절하였다.
제 7 실시예는 바인더로서 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)를 사용하였고, 상기 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 Ti 함유 분말의 중량의 0.75%가 되도록 혼합하였다. 그리고, Ti 함유 분말과 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC)가 혼합된 혼합물의 함수율을 8wt%로 조절하였다.
이때, 상술한 바와 같은 비교예들 및 실시예들에 따라 준비된 혼합물을 20kN/cm의 압력으로 가압하여, 동일한 크기의 브리켓을 제조한다.
그리고, 상술한 바와 같은 비교예들 및 실시예들에 따른 브리켓에 대해, 압축 강도, 낙하 강도, 탄소 및 황 함량을 측정하였다.
압축 강도는 브리켓 제조 후, 1주일 동안 보관한 20개의 브리켓 시료 각각에 대해, 성형탄의 하부를 고정하고, 50mm/min의 속도로 브리켓을 압축하였을 때, 브리켓이 파괴될 때 까지의 최대 하중의 평균값이다.
낙하 강도는 브리켓 2kg을 5m 높이에서 4회 반복하여 자유 낙하시킨 다음, 20mm 이상의 입경의 무게 백분율을 나타낸 값이다.
낙하강도 = (20mm 이상 크기의 성형탄 중량/시험 전 중량)*100
제 1 비교예 제 2 비교예 제 1 실시예 제 2 실시예 제 3 실시예 제 4 실시예 제 5 실시예 제 6 실시예 제 7 실시예
압축강도(kgf) 52 59 54 54 48 73 91 65 43
낙하강도 71 73 72 73 61 88 90 54 80
탄소 함량(wt%) 1.07 2.71 0.29 0.32 0.30 0.32 0.39 0.32 0.34
황 함량(wt%) 0.65 0.60 0.61 0.63 0.62 0.60 0.69 0.62 0.63
결과 C 함량 초과 C 함량 초과 합격 합격 합격 합격 합격 합격 합격
브리켓을 2차 정련이 종료된 용강 중으로 투입하는데 있어서, 상기 브리켓의 압축 강도는 40kgf 이상, 낙하 강도는 50% 이상, 탄소 함량은 0.4 wt% 이하여야 한다.
표 2를 참조하면, 바인더로서 셀룰로오스 에테르 화합물을 사용하지 않고, 당밀 및 전분을 사용한 제 1 및 제 2 비교예와, 바인더로 셀룰로오스 에테르 화합물을 사용하는 제 1 내지 제 7 실시예 모두 압축 강도가 40kgf 이상, 낙하 강도가 50% 이상이다.
그러나, 제 1 및 제 2 비교예의 경우, 브리켓 내 탄소 함량이 1.07 wt%, 2.71wt%로서, 0.4 wt%를 초과하도록 높다.
하지만, 제 1 내지 제 7 실시예에 따른 브리켓의 경우, 브리켓 내 탄소(C) 함량이 모두 0.4 wt% 이하이다.
실시예들에 다른 브리켓 내 탄소 함량이 0.4 wt% 이하인 것은, 제 1 및 제 2 비교예에 비해 바인더의 함량을 줄일 수 있기 때문이다. 즉, 당밀 및 전분 중 적어도 하나의 바인더를 사용하는 제 1 및 제 2 비교예의 경우, 압축 강도 및 냉간 강도를 만족하기 위해서는 상기 바인더가 Ti 함유 분말 중량의 3% 이상으로 혼합되어야 한다. 그러나, 셀룰로오스 에테르 화합물을 바인더로 사용한 제 1 내지 제 7 실시예의 경우, 제 1 및 제 2 비교예 대비 적은 량으로도 압축 강도 및 낙하 강도의 향상 효과가 있기 때문이다.
실시예에서 셀룰로오스 에테르 화합물을 바인더로 사용하는데 있어서, 0.5% 이상, 1% 이하인 것이 바람직하고, 0.6% 내지 0.8%인 것이 보다 바람직하다. 또한, 실시예에 따른 브리켓의 함수율은 4wt % 내지 7.5 wt%로 조절하며, 5wt % 내지 6 wt% 인 것이 바람직하다.
브리켓 내 탄소 함량은 낮을 수록 바람직하고, 압축 강도 및 낙하 강도는 높을 수록 바람직하다. 그런데, 제 1 내지 제 7 실시예를 비교하면, 바인더의 함량이 증가함에 따라 탄소 함량이 증가하고, 강도가 증가하는 경향이 있다. 이를 다른 말로 하면, 강도가 높은 브리켓은 상대적으로 강도가 낮은 브리켓에 비해 상대적으로 탄소(C) 함량이 많을 수 있다.
제 1 내지 제 7 실시예 중에서, 탄소 함량의 기준치인 0.4 wt%와 가깝지 않고, 압축 강도의 보다 바람직한 기준치인 50kgf, 낙하 강도의 보다 바람직하나 기준치인 70%를 고려할 때, 바인더의 함량은 0.6% 내지 0.8%, 함수율은 5% 내지 6%인 것이 보다 바람직하다.
상술한 제 1 내지 제 7 실시예에 따른 브리켓을 탄소(C)가 0.4 wt% 이하이고, 압축 강도가 40kgf 이상, 낙하 강도가 50% 이상이다. 따라서, Ti 성분 조정을 위해 용강으로 브리켓을 투입하였을 때, 용강 중 Ti 함량을 목표 수준으로 증가시키면서도, 용강 중 탄소(C) 함량이 목표 수준으로 초과하도록 증가시키지 않으며, 브리켓의 저장, 이송 및 투입시에 브리켓이 파쇄되는 것을 방지할 수 있다.
S120: 2차 정련 S130: Ti 함유 원료 투입

Claims (10)

  1. 용강 중 탄소(C)를 제거하는 탈탄 과정 후에, 상기 용강 중 Ti 함량을 조정하기 위해 투입되는 브리켓의 제조 방법으로서,
    Ti 함유 분말을 준비하는 과정;
    셀룰로오스 에테르 화합물을 포함하는 바인더를 준비하는 과정;
    상기 Ti 함유 분말과 바인더를 혼합하는 과정; 및
    상기 Ti 함유 분말과 바인더가 혼합된 혼합물을 성형하여 브리켓으로 제조하는 과정;
    을 포함하는 브리켓의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Ti 함유 분말과 바인더를 혼합하는데 있어서,
    상기 Ti 함유 분말의 전체 중량을 100%라 할때, 상기 바인더가 상기 Ti 함유 분말의 0.5% 내지 1.0%가 되도록 혼합하는 브리켓의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 Ti 함유 분말과 바인더를 혼합하는데 있어서,
    상기 Ti 함유 분말 중량 전체를 100%라 할때, 상기 바인더가 상기 Ti 함유 분말의 0.6% 내지0.8%가 되도록 혼합하는 브리켓의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 Ti 함유 분말과 바인더를 혼합한 후에, 상기 혼합물의 함수율이 5 wt% 내지 7.5 wt%가 되도록 조절하는 과정을 포함하는 브리켓의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 혼합물의 함수율이 5 wt% 내지 6 wt%가 되도록 조절하는 브리켓의 제조 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바인더는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 메틸셀룰로오스(MC), 히드록시에틸셀룰로오스(HEC), 히드록시플필셀룰로오스(HPC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 및 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 중 적어도 하나를 포함하는 브리켓의 제조 방법.
  7. 용강으로 산소 및 불활성 가스를 취입하여, 용강 중 탄소(C)를 제거하는 1차 정련 과정;
    진공 분위기하에서 상기 1차 정련 과정에서 탈탄된 용강 중 탄소(C)를 제거하는 제 2 정련 과정; 및
    용강 중 Ti 함량을 조정하기 위해, 상기 제 2 정련이 종료된 용강으로 셀룰로오스 에테르 화합물을 포함하는 바인더와 Ti 함유 원료를 혼합하여 제조한 브리켓을 투입하는 과정;
    을 포함하는 용강 처리 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 Ti 함유 원료의 전체 중량을 100%라 할 때, 상기 바인더가 상기 Ti 함유 원료 전체 중량의 0.5% 내지 1.0%인 용강 처리 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 Ti 함유 분말과 바인더를 혼합된 혼합물의 함수율이 5 wt% 내지 7.5 wt%가 되도록 조절하는 과정을 포함하는 용강 처리 방법.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바인더는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 메틸셀룰로오스(MC), 히드록시에틸셀룰로오스(HEC), 히드록시플필셀룰로오스(HPC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 및 히드록시에틸메틸셀룰로오스(HEMC) 중 적어도 하나를 포함하는 브리켓의 제조 방법.
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