KR20210004355A

KR20210004355A - 고로 슬래그의 용융 온도 강하제

Info

Publication number: KR20210004355A
Application number: KR1020190080651A
Authority: KR
Inventors: 이현태; 서태원; 김병권; 서형석
Original assignee: 주식회사 아이에스원
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2021-01-13
Also published as: KR102265841B1

Abstract

제철 공장의 고로에서 용선(溶銑)과 함께 배출되는 슬래그의 용융 온도를 낮추기 위한 용융 온도 강하제가 개시된다. 본 발명은 탈황 분진 및 붕사를 포함하는 용융 온도 강하제를 고로 슬래그에 첨가함으로써, 슬래그의 용융 온도를 낮춰 유동성을 높임으로써 슬래그를 효율적으로 제거하기 위한 용융 온도 강하제를 제공한다.

Description

고로 슬래그의 용융 온도 강하제{The material for the blaster slag melting control}

본 발명은 슬래그 용융 온도 강하제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제철 공장의 고로에서 용선(溶銑)과 함께 배출되는 슬래그의 용융 온도를 낮춰 유동성을 높임으로써 슬래그를 효율적으로 제거하기 위한 용융 온도 강하제에 관한 것이다.

제철 공장의 고로(高爐)에서 용선(溶銑, 선철)은 고로 슬래그(Blast furnace slag)와 함께 배출되므로, 이의 분리를 위한 작업이 필수적이다. 일반적으로 고로에서 나온 용선과 슬래그는 대탕도를 거치면서 비중차이에 의해 서로 분리되어 슬래그 탕도와 용선 탕도로 각각 배출된다. 따라서, 용선과 고로 슬래그를 더욱 효율적으로 분리하기 위하여 고로 슬래그의 용융 온도를 낮추는 것이 중요하다. 고로 슬래그의 용융 온도가 낮을수록 유동성이 높고 비중이 낮아져, 용선과의 분리 및 슬래그의 제거 효율이 높아진다.

이러한 고로 슬래그의 용융 온도를 낮추기 위하여 각종 첨가제를 적용하려는 시도가 있었으나, 실제 사용에는 문제가 있었다. 실제 제철 공장에서 사용하기 위한 첨가제는 고로 슬래그의 제거 효율을 현저하게 향상시키면서 경제적이고 그 취급이 용이해야 한다.

제강 단계에서 발생되는 제강 슬래그(Steel making slag)의 연화제에 대하여는 한국 등록특허 제89-002608호 및 등록특허 제1989-0004290호에 소개된 바 있으나, 제강 슬래그의 제거 방법은 고로 슬래그의 제거 방법과 큰 차이가 있고, 상술한 특허에서 소개된 방법을 고로 슬래그의 제거에 적용하기에는 첨가제의 비용이 높고 필요량도 많아 적합하지 않다.

이에, 한국 등록특허 제10-1598362호에서 고로 슬래그의 용융 온도를 낮추기 위한 방법으로서, 산화나트륨(Na₂O)을 첨가하는 방법을 개시하고 있지만, 산화나트륨은 고가이며 그 취급 또한 용이하지 않아, 제철 공장에 적용하기에 불편한 점이 있었다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 고로 슬래그의 제거 효율이 우수하고 경제적이며, 그 취급이 용이한 고로 슬래그의 용융 온도 강하제를 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로, 본 발명은 탈황 분진 및 붕사(Borax)를 포함하며 고로 슬래그에 첨가되는 용융 온도 강하제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 탈황 분진 및 붕사(Borax)를 포함하며 고로 슬래그에 첨가되는 용융 온도 강하제를 제공한다. 이 때, 상기 용융 온도 강하제는, 고로 슬래그 100 중량부에 대하여, 2 내지 40 중량부 첨가되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 탈황 분진은, 탈황 분진 총 중량을 기준으로 황산나트륨(Na₂SO₄) 60 내지 80 중량%, 염화나트륨(NaCl) 5 내지 10 중량%, 탄산칼슘(CaCO₃) 3 내지 6 중량%, 산화철(Fe₂O₃) 3 내지 6 중량%를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 탈황 분진은 공기 분리기(Air separator)를 통해 산화철(Fe₂O₃)을 분리한 후 첨가될 수 있다.

본 발명에서 붕사는, 무수붕사(Na₂B₄O₇), 펜타(5수염) 붕사(Na₂B₄O₇·5H₂O), 데카(10수염) 붕사(Na₂B₄O₇·10H₂O), 회붕광(Ca₂B₆O₁₁·5H₂O)으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.

본 발명은 또한, 탈황 분진에 붕사를 혼합하는 단계; 및 상기 탈황 분진 및 붕사의 혼합물을 고로 슬래그에 혼입하는 단계를 포함하는 고로 슬래그의 용융 온도 강하 방법을 제공한다. 이 때, 고로 슬래그에 100 중량부에 대하여 탈황 분진 및 붕사를 포함하는 용융 온도 강하제를 2 내지 40 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탈황 분진은 공기 분리기(Air separator)를 통해 산화철(Fe₂O₃)을 분리한 후 첨가될 수 있다.

본 발명의 고로 슬래그 용융 온도 강하제는, 고로 슬래그에 첨가되어 용융 온도를 낮춤으로써 용선과 슬래그를 효율적으로 분리할 수 있다. 또한, 본 발명의 고로 슬래그 용융 온도 강하제는 탈황 분진을 사용함으로써 경제적이고 환경 친화적이며, 동시에 취급이 용이하여 실제 제철 공장에 효과적으로 적용할 수 있다.

도 1은 용선 및 고로 슬래그가 배출되는 고로를 간략히 도시한 것이다.
도 2는 공기 분리기(Air Separator)를 통해 탈황 분진 중의 산화철 성분을 분리하는 과정을 간략히 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1의 샘플 #13에 대한 고로 슬래그의 용융 온도를 고온 현미경으로 측정한 것이다.
도 4는 전기로를 이용하여 1265 ℃에서 고로 슬래그의 용융 상태를 측정한 사진이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1을 참조하면, 고로에서 나온 용선과 슬래그는 대탕도(10)를 거치면서 비중차이에 의해 서로 분리되어 슬래그 탕도(12)와 용선 탕도(14)로 각각 배출된다. 고로 슬래그의 조성은 하기 표 1과 같다.

적으로 고로 슬래그의 용융 온도는 1400±30 ℃이며, 용융 온도가 낮을수록 유동성이 높고 비중이 낮아져 용선과의 분리가 용이해진다.

본 발명은 상술한 고로 슬래그에 용융 온도 강하제로서 탈황 분진을 첨가하여, 용선과의 분리 및 슬래그의 제거 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.

제철 공장의 소결로에서는 가루가 포함된 철광석, 회수된 분말 소결광과 석회석을 고온으로 가열하여 기계적인 강도를 갖는 덩어리를 만드는 공정이 필요하다. 소결로에서 적당히 배합된 원료를 고온으로 가열할 때 철광석에 포함된 황 성분은 황산화물(SO₂, SO₃ 등)이 된다. 이러한 황산화물은 소결로의 배기가스와 함께 배출되며, 대기 중에서 산소 또는 물과 반응하여 공기오염 및 산성비의 원인 물질이 되므로, 배기 가스의 탈황 공정은 필수 불가결하다.

황산화물 제거를 위해 전기집진기에서 분진을 걸러낸 배출가스에 중조(NaHCO₃)를 투입하여 탈황반응 시키면, 여기에서 생성된 망초(Na₂SO₄)와 여러 가지 산화물이 백필터(Bag Filter)에서 집진된다.

본 발명은 제철 공장에서 필수적으로 수행되는 탈황 공정을 통해 집진된 탈황 분진을 주성분으로 하여, 이를 고로 슬래그의 용융 온도 강하제로 사용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 고로 슬래그 용융 온도 강하제는 산업 폐기물인 탈황 분진을 활용할 수 있으며, 경제적이고 그 취급 또한 용이하여 활용도가 높은 장점이 있다.

백필터에서 집진된 탈황 분진의 조성은 하기 표 2와 같다.

탈황 분진에 주성분으로 포함되는 황산나트륨(Na₂SO₄)은 녹는점이 884 ℃로, 고로 슬래그의 용융 온도보다 현저히 낮아, 소량만 첨가되어도 고로 슬래그의 용융 온도를 낮출 수 있다.

본 발명의 고로 슬래그 용융 온도 강하제는 또한, 탈황 분진을 주성분으로 하고 별도의 첨가제를 추가적으로 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 첨가제는 이에 제한되지 않으나, 붕사(Borax)인 것이 바람직하다. 붕사는 녹는점이 약 741 ~ 743 ℃로, 탈황 분진과 함께 고로 슬래그의 용융 온도를 낮추는 역할을 한다. 본 발명의 고로 슬래그 용융 온도 강하제에 첨가제로 사용되는 붕사는, 그 예로서 무수붕사(Na₂B₄O₇), 펜타(5수염) 붕사(Na₂B₄O₇·5H₂O), 데카(10수염) 붕사(Na₂B₄O₇·10H₂O) 또는 이들의 원광인 회붕광(Colemanite, Ca₂B₆O₁₁·5H₂O)을 사용할 수 있고, 이들의 혼합물도 사용할 수 있음은 물론이다.

고로 슬래그에 첨가되는 본 발명의 용융 온도 강하제는, 탈황 분진 및 붕사를 포함하며, 고로 슬래그 100 중량부에 대하여 2 내지 40 중량부 첨가될 수 있다. 2 중량부 미만으로 첨가될 경우 용융 온도 강하의 효과가 크지 않고, 40 중량부 초과로 첨가될 경우 경제성이 좋지 않으며 용량 증가에 따른 효과가 미미하다.

고로 슬래그 100 중량부에 대하여, 용융 온도 강하제가 2 내지 40 중량부 첨가될 경우, 탈황 분진은 2 내지 30 중량부, 붕사는 0.3 내지 10 중량부 포함될 수 있다.

본 발명의 고로 슬래그 용융 온도 강하제를 사용하여 용융 온도가 강하된 슬래그는 후처리 없이 사용 가능하며, 시멘트 공장에서 슬래그를 활용하는 경우 로터리 킬른(Rotary Kiln) 내부 원료의 소성온도를 낮추는 데 도움이 될 수 있다.

또한, 본 발명의 고로 슬래그 용융 온도 강하제는, 탈황 분진은 주성분으로 함유하므로 고로 슬래그 내의 황 성분을 소량 증가시킨다. 이로 인하여 시멘트 공장에서 슬래그를 활용하는 경우 알칼리성 원료와 황성분의 균형을 맞추는 데 도움이 될 수 있다.

이에 더하여, 본 발명은 공기 분리기(Air separator)를 통해 탈황 분진 내의 산화철 성분을 감소시키고 황산나트륨(Na₂SO₄) 등의 성분 비율을 증가시킨 후, 고로 슬래그 용융 온도 강하제로 활용하여 그 효율을 높일 수 있다.

이를 도 2를 참조하여 설명하면, 이송파이프(140)를 통해 저장소(100)에 탈황 분진(120)을 입하시킨 후, 정량 계량기를 통해 탈황 분진을 일정량 계량하여 이송 벨트(200)를 통해 공기 분리기(300)로 이송시킨다. 이송된 탈황 분진은 공기분리기 입구(320)를 통해 공기 분리기 내부로 유입되고, 공기 유입구(340)를 통해 공기가 유입되면서 탈황 분진에 포함된 성분을 비중 차이로 분리한다. 탈황 분진 내 비중이 가장 낮은 물질은 공기분리기 출구a(360a)를 통해 배출되고, 그 다음으로 비중이 낮은 물질은 공기분리기 출구b(360b)를 통해 배출된다. 탈황 분진 내 비중이 가장 높은 물질은 공기분리기 출구c(360c)를 통해 배출되며, 공기분리기 출구c를 통해 배출된 성분은 주로 산화철 성분이 된다. 공기분리기를 통해 분리 공정을 거친 탈황 분진은 출구c를 통해 배출된 물질을 제외하고, 출구a 및 출구b를 통해 배출된 물질을 슬래그 용융 온도 강하제로 사용하여 온도 강하 효율을 높일 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아니다. 즉, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 본 발명이 속하는 통상의 기술자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

<실시예 1>

제철 공장의 고로 슬래그에 본 발명의 고로 슬래그 용융 온도 강하제를 첨가하여 용융 온도를 측정하였다. 고로 슬래그 용융 온도 강하제는 소결로에서 배출되는 배기 가스 중 황산화물을 제거하고 집진기에서 집진된 탈황 분진을 주성분으로 하며, 여기에 붕사를 첨가한 것이다.

하기 표 3 내지 5와 같이, 고로 슬래그 100 중량%에 온도 강하제의 첨가량을 다양하게 조절(0, 3, 5, 7, 10 중량%)하여 첨가하고, 그 비율을 온도 강하제 총 중량을 기준으로 탈황 분진 70 ~ 90 중량% 및 무수붕사 10 ~ 30 중량%로 달리하여 첨가하였다.

샘플	고로 슬래그 (중량%)	온도 강하제(탈황분진:무수붕사=9:1) (중량%)	용융점 (℃)
#1	100	0	1380
#2	100	3	1356
#3	100	5	1343
#4	100	7	1324
#5	100	10	1311

표 3(샘플 #2 ~ #5)은 온도 강하제 총 중량을 기준으로 탈황 분진을 90 중량%, 무수붕사를 10 중량% 함유하는 용융 온도 강하제를 사용하여, 고로 슬래그의 용융 온도를 측정한 결과이다. 고로 슬래그 100 중량%를 기준으로 용융 온도 강하제가 10 중량% 혼입되었을 때, 고로 슬래그의 용융 온도가 69 ℃ 낮아지는 것(1380 ℃에서 1311 ℃로 낮아짐)을 알 수 있다.

샘플	고로 슬래그 (중량%)	온도 강하제(탈황분진:무수붕사=8:2) (중량%)	용융점 (℃)
#1	100	0	1380
#6	100	3	1349
#7	100	5	1338
#8	100	7	1334
#9	100	10	1301

표 4(샘플 #6 ~ #9)는 온도 강하제 총 중량을 기준으로 탈황 분진을 80 중량%, 무수붕사를 20 중량% 함유하는 용융 온도 강하제를 사용하여, 고로 슬래그의 용융 온도를 측정한 결과이다. 고로 슬래그 100 중량%를 기준으로 용융 온도 강하제가 10 중량% 혼입되었을 때, 고로 슬래그의 용융 온도가 79 ℃ 낮아지는 것(1380 ℃에서 1301 ℃로 낮아짐)을 알 수 있다.

샘플	고로 슬래그 (중량%)	온도 강하제(탈황분진:무수붕사=7:3) (중량%)	용융점 (℃)
#1	100	0	1380
#10	100	3	1332
#11	100	5	1317
#12	100	7	1289
#13	100	10	1265

표 5(샘플 #10 ~ #13)는 온도 강하제 총 중량을 기준으로 탈황 분진을 70 중량%, 무수붕사를 30 중량% 함유하는 용융 온도 강하제를 사용하여, 고로 슬래그의 용융 온도를 측정한 결과이다. 고로 슬래그 100 중량%를 기준으로 용융 온도 강하제가 10 중량% 혼입되었을 때, 고로 슬래그의 용융 온도가 115 ℃ 낮아지는 것(1380 ℃에서 1265 ℃로 낮아짐)을 알 수 있다.

도 3은 고로 슬래그 100 중량%에 용융 온도 강하제 10 중량%(온도 강하제 총 중량을 기준으로 탈황 분진 70 중량%, 무수붕사 30 중량%)가 혼합된 샘플 #13을 고온 현미경으로 측정한 것이다. 샘플 #13은 온도 상승에 따라 연화, 구형화, 반구화 온도를 거쳐 1265 ℃에서 용융하는 것을 관찰할 수 있다.

상술한 실시예에서 무수붕사는 펜타(5수염) 붕사(Na₂B₄O₇·5H₂O), 데카(10수염) 붕사(Na₂B₄O₇·10H₂O)로 대체하거나, 이들의 원광인 회붕광((Colemanite, Ca₂B₆O₁₁·5H₂O)으로 대체할 수 있다는 것은 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 잘 알 수 있을 것이다.

<실시예 2>

고로 슬래그가 조분(租粉) 상태일 때 본 발명의 고로 슬래그 용융 온도 강하제를 첨가하여 용융 특성을 살펴보았다. 1.18 mm 체를 통과한 고로 슬래그 조분 15g을 전기로를 이용하여 1265 ℃에서 용융 상태를 측정하였다.

하기 표 6과 같이 각 샘플을 사용하여, 전기로 1265 ℃에서 용융 전(도 4(a)), 용융 직후(도 4(b)), 용융 후 냉각(도 4(c)) 상태를 측정한 사진을 도 4에 나타내었다.

샘플	고로 슬래그 (중량%)	온도 강하제 (중량%)	온도 강하제 조성 (온도 강하제 총 중량 기준)
#1	100	0	-
#4	100	7	탈황 분진 90 중량%+ 무수붕사 10 중량%
#5	100	10	탈황 분진 90 중량%+ 무수붕사 10 중량%
#14	100	10	탈황 분진 90 중량%+ 펜타붕사 10 중량%

그 결과 1265 ℃에서, 온도 강하제를 첨가하지 않은 샘플 #1은 전혀 용융이 일어나지 않았으며 조분의 슬래그가 서로 약하게 붙어있는 형태로 관찰되었다. 온도 강하제를 7 중량% 첨가한 샘플 #4는 어느 정도 용융이 일어났고, 온도 강하제를 10 중량% 첨가한 샘플 #5와 #14는 충분한 용융이 발생한 것을 알 수 있다.

상술한 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 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 고로
10 : 대탕도
12 : 슬래그 탕도
14 : 용선 탕도
100 : 저장소
120 : 탈황 분진
140 : 이송 파이프
160 : 백필터(Bag filter)
200 : 이송 벨트(Conveyor belt)
300 : 공기 분리기
320 : 공기 분리기 입구
340 : 공기 유입구
360a : 공기 분리기 출구a
360b : 공기 분리기 출구b
360c : 공기 분리기 출구c

Claims

고로 슬래그 100 중량부에 대하여,
2 내지 40 중량부 첨가되고, 탈황 분진 및 붕사(Borax)를 포함하는, 용융 온도 강하제.
제1항에 있어서,
상기 탈황 분진 2 내지 30 중량부; 및
상기 붕사 0.3 내지 10 중량부가 포함되는, 용융 온도 강하제.
제1항에 있어서,
상기 탈황 분진은, 탈황 분진 총 중량을 기준으로,
황산나트륨(Na₂SO₄) 60 내지 80 중량%, 염화나트륨(NaCl) 5 내지 10 중량%, 탄산칼슘(CaCO₃) 3 내지 6 중량%, 산화철(Fe₂O₃) 3 내지 6 중량%를 포함하는, 용융 온도 강하제.
제1항에 있어서,
상기 붕사는, 무수붕사(Na₂B₄O₇), 펜타(5수염) 붕사(Na₂B₄O₇·5H₂O), 데카(10수염) 붕사(Na₂B₄O₇·10H₂O), 회붕광(Ca₂B₆O₁₁·5H₂O)으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인, 용융 온도 강하제.
제1항에 있어서,
상기 탈황 분진은,
공기 분리기(Air separator)를 통해 산화철(Fe₂O₃)을 분리한 후 첨가되는, 용융 온도 강하제.