KR20230116157A - 탈류 기능을 포함하는 다목적 열원 보상용 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 전로 취련 공법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탈류 기능을 포함하는 다목적 열원 보상용 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 전로 취련 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소의 제강 공장에서 철원 공급원으로 사용하는 함철 단광에 탈류 기능과 열원 보상 기능을 추가한 다목적 단광으로서, 용선 사용조건 및 제철 부산물에 포함되는 유해 성분인 황 성분에 구애 받지 않고 안정적으로 함철 단광을 사용하여 효율성과 수익성을 향상시킬 수 있는 다목적 열원 보상용 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 전로 취련 공법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 탈류 기능을 포함하는 다목적 열원 보상용 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 전로 취련 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소의 제강 공장에서 철원 공급원으로 사용하는 함철 단광에 탈류 기능과 열원 보상 기능을 추가한 다목적 단광으로서, 용선 사용조건 및 제철 부산물에 포함되는 유해 성분인 황 성분에 구애 받지 않고 안정적으로 함철 단광을 사용하여 효율성과 수익성을 향상시킬 수 있는 다목적 열원 보상용 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 전로 취련 공법에 관한 것이다.
대부분의 대규모 철강 제조공정은 생산원가를 낮추기 위하여 일관 제조 공정을 채택하고 있다(도 1) 이 일관 제조 공정 중 제강 공정은 고로에서 생산된 용선의 탄소 함량을 조절하여 원하는 성분으로 바꾸는 공정으로 일반적으로 전로 설비를 사용하게 된다.
또한, 일반적인 전로에서의 진행 순서는 도 2에 나타난 바와 같이 장입(Charging), 취련(Blowing), 측온/측산(Temp Oxygen Measurement), 출강(Tapping), 배재(Discharging)의 단계를 거치게 되며, 상기 취련 단계에서 [C], [Si], [Mn], [P] 등 용선에 함유된 성분들은 산소와 반응하여 산화반응이 일어나면서 목표로 하는 성분을 만족시키게 된다.
한편, 제철소에서는 고로 등에서 철분을 함유하는 더스트 또는 슬래그 등이 발생하고 있으며 이를 재활용하려는 연구 개발과 현장 적용 사례가 활발하게 진행이 되고 있다. 하지만 대부분의 철분을 함유하는 더스트나 슬래그는 미립이거나 유효성분 함량이 미흡하여 실제 직접 사용하기에는 적절하지 않아 별도의 원료를 추가하고 여기에 바인더를 첨가하여 단광(브리케팅)으로 제조하여 사용하게 된다.
이때, 고로 또는 FINEX에서 생산되는 용선량이 설비장애 등 요인으로 생산 계획 대비 부족하거나 용선 [Si], 용선 온도가 현저히 낮을 경우 전로 공정에서 열원 부족이 발생되어 함철 단광을 원하는 만큼 사용할 수 가 없는 문제점이 발생하고 있다.
이를 보완하기 위하여 무연탄이나 cokes sludge, SiC 등 을 포함하는 전로 함철 단광을 사용하여 열 보상 기능을 갖는 단광을 사용하고 있으나 무연탄이나 cokes sludge에는 황이 상당 수준 포함되어 있어서 투입되는 단광에서 황 성분이 상승하는 문제가 발생하였다.
다음은 제철소에서 발생하는 cokes sludge 가 함유하는 황 성분과 이를 함철 단광으로 생산하여 제강에서 사용하는 경우 증가하는 황 성분 거동을 나타낸 것이다.
| T. Fe (%) | C(%) | S(%) | 분석 방법 |
| 73.9 | 15.0 | 0.125 | ICP |
<함철 단광 사용 원료 성분 대표 분석치>
| 함철 단광 사용량 | C Input량 | S Input량 | 열원 보상 |
| 1 톤 | 0.15 톤 | 12.5 ppm | + 3 ℃ |
<함철 단광 1톤 사용시 [S] input 량>
이와 같은 이유로 함철 단광을 사용하는 경우 무연탄이나 cokes sludge의 사용량을 제한하거나 용선 탈류단계에서 과도하게 탈류 처리를 하거나 전로 취련 중 또는 출강 이후 공정에서 용강 탈류처리를 해야만 하는 한계가 있었다.
이에 제철소 부산물을 최대한 사용하면서도 추가의 탈류 기능을 갖는 다목적 열원 보상용 단광 개발이 필요하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제철소의 전 공장에서 발생하는 제철 sludge, mill scale, 집진 더스트, 무연탄, 코크슬러지, SiC 등 을 포함하는 열원 보상용 단광에 탈류 기능을 추가시킨 다목적 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 전로 취련 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 제철 슬러지, 밀스케일(mill scale), 집진 더스트 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 600~800 중량부에 대하여, 무연탄, 코크스 슬러지(cokes sludge), 탄화규소(SiC) 중 어느 하나 이상을 포함하는 열원 보상재 150~250 중량부, 탈류 기능을 갖는 탈류제 200~300 중량부 및 바인더 30~100 중량부를 포함하는, 다목적 열원 보상용 함철 단광을 제공한다.
이때, 상기 제철 sludge 또는 mill scale은 철(Fe) 함유량이 40 wt% 이상일 수 있다. 또한, 상기 탈류 기능을 포함하는 탈류제로는 생석회, 소다회 등을 포함할 수 있으며, 바인더는 당밀, 전분계 바인더, 벤토나이트, 물유리 및 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예는 제철 슬러지, 밀스케일(mill scale), 집진 더스트 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 600~800 중량부, 무연탄, 코크스 슬러지(cokes sludge), 탄화규소(SiC) 중 어느 하나 이상을 포함하는 열원 보상재 150~250 중량부, 탈류 기능을 갖는 탈류제 200~300 중량부 및 바인더 30~100 중량부를 혼합하여 혼합 원료를 제조하는 제1 단계, 상기 혼합 원료를 가압 성형하는 제2 단계 및 상기 가압 성형된 혼합 원료를 건조 및 양생하는 제3 단계를 포함하는 다목적 열원 보상용 함철 단광의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 상기 함철 단광을 이용한 전로 취련 공법에 관한 것으로, 전로에 고철, 용선 및 본 발명의 함철 단광을 장입하는 장입 단계, 상기 전로에 산소를 취입한 후 가열하는 1차 취련 단계, 상기 1차 취련 단계를 거쳐 생성된 슬래그를 배재하는 슬래그 배재단계 및 상기 슬래그 배재단계를 거친 혼합물에 생석회를 추가 투입 후 2차 취련하는 2차 취련 단계를 포함하는 전로 취련 공법을 제공한다.
본 발명은 기존 열원 보상용 단광 사용시 야기되는 황 성분의 증가로 인한 문제점을 해결할 수 있는 다목적 함철 단광으로서, 황 성분이 높은 제철 부산물인 무연탄이나 코크슬러지의 사용량에 구애를 받지 않고 열원 보상을 할 수 있다.
또한, 제철소의 전 공정에서 발생하는 부산물을 효과적으로 사용함으로서 전체적인 수익성 향상 및 환경에 이바지할 수 있다.
도 1은 일반적인 철강 제조공정을 간략히 나타낸 모식도이다.
도 2는 제강공정 순서를 간략히 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 함철 단광의 사진이다.
도 2는 제강공정 순서를 간략히 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 함철 단광의 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 자세히 살펴본다.
본 발명의 함철 단광은 제철소의 전 공장에서 발생하는 제철 슬러지, 밀스케일(mill scale), 집진 더스트 중 어느 하나 이상의 함철 부산물을 활용하여 철원 공급을 함과 동시에 열원 보상 기능 및 추가의 탈류 기능을 포함한다.
구체적으로, 제철 슬러지, 밀스케일(mill scale), 집진 더스트 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 600~800 중량부에 대하여, 무연탄, 코크스 슬러지(cokes sludge), 탄화규소(SiC) 중 어느 하나 이상을 포함하는 열원 보상재 150~250 중량부, 탈류 기능을 갖는 탈류제 200~300 중량부 및 바인더 30~100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제철 슬러지, 밀스케일(mill scale), 집진 더스트는 제철소에서 발생하는 공정 부산물로, 상기 제철 sludge 또는 mill scale은 철(Fe) 함유량이 40 wt% 이상인 것이 바람직하다. 상기 제철 부산물로 만든 함철 단광의 경우 선량이 부족하거나 용선 [Si], 용선 온도가 현저히 낮을 경우 전로 공정에서 열원 부족이 발생되어 함철 단광을 원하는 만큼 사용할 수 없게 된다.
이를 보완하기 위하여, 본 발명의 함철 단광은 상기 제철 부산물 600~800 중량부에 대하여 무연탄, 코크스 슬러지(cokes sludge), 탄화규소(SiC) 중 어느 하나 이상을 포함하는 열원 보상재 150~250 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
함철 단광에 이와 같은 탄소류 성분이 포함되는 경우, 제강 단계에서 공급되는 산소와 반응하여 발열하며 용선의 온도 저하를 방지할 수 있다. 상기 코크스 슬러지는 코크스 제조 공정에서 발생되는 수분을 함유한 부산물로, 탄소류 성분을 공급하는 기능뿐만 아니라, 단광 혼합물의 수분 함량을 조절하는 기능도 수행할 수 있다.
한편 상기 탈류 기능을 포함하는 탈류제로는 생석회 또는 소다회 등을 포함할 수 있다.
일반적으로 제강공정에서 사용하는 용선, 용강 탈류제는 다음과 같다.
| 항목 | 탈류 효율 | 단가 | 적합도 |
| CaO계 | 보통 | 저가 | 양호 |
| 소다회계 | 좋음 | 보통 | 양호 |
| CaC2계 | 좋음 | 고가 | 중간 |
통상 용선단계에서의 용선 탈류는 CaO계 탈류제를 사용한다. 비교적 시간적 여유가 있기 때문이다. 하지만 전로에서의 탈류는 취련시간 이내에 이루어져야 하기 때문에 탈류 효율이 높은 탈류제를 사용할 필요가 있다. 따라서 무연탄, 코크슬러지 사용 비율에 따라 탈류제로 생석회 또는 소다회를 선택하여 사용할 수 있다.
즉 무연탄이나 cokes sludge 사용 비율이 낮으면 생석회를 사용하고 반대로 사용 비율이 높으면 소다회를 사용할 수 있다.
상기 바인더는 당밀, 전분계 바인더, 벤토나이트, 물유리 및 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있으며, 그 함량은 제철 부산물 600~800 중량부에 대하여, 30~100 중량부 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성과 조성을 가지는 함철 단광은 철원 공급 기능뿐만 아니라 열원 보상 기능 및 탈류 기능을 포함함으로서 용선 조건 및 제철 부산물 중 황 성분에 구애받지 않고 사용이 가능한 다목적 함철 단광이 될 수 있다.
한편, 본 발명의 함철 단광의 제조방법은, 밀스케일(mill scale), 집진 더스트 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 600~800 중량부, 무연탄, 코크스 슬러지(cokes sludge), 탄화규소(SiC) 중 어느 하나 이상을 포함하는 열원 보상재 150~250 중량부, 탈류 기능을 갖는 탈류제 200~300 중량부 및 바인더 30~100 중량부를 혼합하여 혼합 원료를 제조하는 제1 단계, 상기 혼합 원료를 가압 성형하는 제2 단계 및 상기 가압 성형된 혼합 원료를 건조 및 양생하는 제3 단계로 이루어질 수 있다.
상기 제1 단계는 함철 단광을 구성하는 각 성분을 혼합하는 단계로, 제철 sludge, mill scale, 열원 보상재 및 탈류제와 바인더를 상술한 중량비에 맞춰 혼합하는 단계이다.
이때 각 성분의 균일한 혼합을 위해 교반이 이루어질 수 있는데, 바인더로 분말성 성분만이 사용되는 경우에는 이 단계에서 물이 추가로 더 혼합되어 바인더의 접착력을 발현시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 함철 단광을 이용한 전로 취련 공법은 전로에 고철, 용선 및 본 발명의 함철 단광을 장입하는 장입 단계, 상기 전로에 산소를 취입한 후 가열하는 1차 취련 단계, 상기 1차 취련 단계를 거쳐 생성된 슬래그를 배재하는 슬래그 배재단계 및 상기 슬래그 배재단계를 거친 혼합물에 생석회를 추가 투입 후 2차 취련하는 2차 취련 단계를 통하여 이루어질 수 있다.
상기 제2 단계는 상기 혼합 원료를 가압 성형하여 소정 형상으로 제조하는 단계로, 함철 단광의 적절한 강도 발현을 위해 이때 가압 압력은 320~400 psi 범위인 것이 바람직하다.
상기 제3 단계는 가압 성형된 혼합 원료를 건조 및 양생하는 단계로, 이 단계는 40~80℃의 온도 범위에서 16~36시간 동안 온풍이 공급되는 방식으로 수행될 수 있으며, 이와 같은 조건에서 제3 단계가 진행됨에 따라 함철 단광의 강도가 발현되고 미립분 생성율이 저하되어, 제강 공정에서 함철 단광이 투입될 때 이송 과정에서 발생하는 미립이 최소화되어 미립에 의한 투입 효율 저하, 제강 효율 저하 등의 문제를 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명의 함철 단광을 이용한 전로 취련 공법은, 전로에 고철, 용선 및 함철 단광을 장입하는 장입 단계; 상기 전로에 산소를 취입하고, 가열하는 1차 취련 단계; 상기 1차 취련 단계를 거쳐 생성된 슬래그를 배재하는 슬래그 배재 단계; 및 추가의 생석회를 투입하여 취련하는 2차 취련 단계로 이루어질 수 있다.
함철 단광은 장입 단계에서 장입될 수 있는데, 이 경우 함철 단광은 고철 및 용선과 함께 장입되거나, 고철 및 용선이 장입된 이후에 장입될 수 있다.
상기 1차 취련 단계는 고철 및 용선이 투입된 전로에 고순도의 산소 가스를 취입하며 고온에서 취련하는 단계이다. 이와 같이 1차 취련 단계를 통해 생성된 슬래그는 슬래그 배재 단계에서 배재된다.
상기 2차 취련 단계는 배재 단계를 거쳐 추가로 생석회를 투입하여 슬래그 염기도를 조정하면서 취련하여 탈탄 처리하는 단계로, 이 단계를 통해 철강의 순도 및 품질을 더욱 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명의 구체적인 작용과 효과를 설명하고자 하며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
[제조예]
하기 표 4의 배합비에 따라 각 성분을 혼합하고, 340 psi의 압력으로 가압 성형한 후, 60℃에서 24시간 동안 온풍을 공급하여 건조 및 양생하여 함철 단광을 제조하였다. 탈류율을 측정하기 위하여 사용 원료 종류 및 배합비, 바인더 사용은 동일하게 하고 탈류제를 달리하는 조건으로 제조를 하였다.
| 구 분 | 탈류제 (중량부) |
제철 부산물 (중량부) | 전분류 바인더 |
|||
| Mill scale (M) | 제철Sludge(S) | 합계 | 무연탄 | |||
| 비교예 1 | 미사용 | 500 | 200 | 700 | 150 | 35 |
| 실시예 1 | 생석회계 | 500 | 200 | 700 | 150 | 35 |
| 실시예 2 | 소다회계 | 500 | 200 | 700 | 150 | 35 |
[실험예 1]
상기 제조 예에서 제조된 각 함철 단광을 이용하여 본 발명의 실시예에 따라 취련 공정을 수행하였다. 각 공정별로 동일한 양의 용선, 고철 및 함철 단광을 사용하였고, 동일한 종류의 강종을 사용하였으며, 전로 장입 전 용선의 성분과 취련 종료 후 용강 성분을 비교하였다. 이를 근거로 초기 조건을 일정하게 보정하였다. 취련이 종료가 된 즉시 측정 결과를 표 2에 기재하였다.
| 구 분 | 탈류율 비교 | |
| 황 성분 (전/후) ppm | 탈류율 (%) | |
| 비교예 1 | 178/172 | 3.4 |
| 실시예 1 | 185/167 | 9.7 |
| 실시예 2 | 179/149 | 16.8 |
상기 표 5의 결과를 참조하면, 비교예 대비하여 실시예 1 내지 실시예 2의 경우 탈류율이 현저하게 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다.비교예 1에서는 동일 원료 배합 조건에서 탈류제 기능이 포함되지 않았고, 생석회를 사용한 실시예 1 경우 비교예 1 대비 탈류효과는 있으나 소다회를 사용한 실시예 2가 가장 효과가 큼을 알 수 있었다.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
Claims (6)
- 제철 슬러지, 밀스케일(mill scale), 집진 더스트 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 600~800 중량부에 대하여,
무연탄, 코크스 슬러지(cokes sludge), 탄화규소(SiC) 중 어느 하나 이상을 포함하는 열원 보상재 150~250 중량부, 탈류 기능을 갖는 탈류제 200~300 중량부 및 바인더 30~100 중량부를 포함하는, 다목적 열원 보상용 함철 단광. - 제1항에 있어서,
상기 제철 슬러지 또는 밀스케일의 철(Fe) 함유량이 40 wt% 이상인 것을 특징으로 하는, 다목적 열원 보상용 함철 단광. - 제1항에 있어서,
상기 탈류제는 생석회 또는 소다회인 것을 특징으로 하는, 다목적 열원 보상용 함철 단광. - 제1항에 있어서,
상기 바인더는 당밀, 전분계 바인더, 벤토나이트, 물유리 및 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 다목적 열원 보상용 함철 단광. - 제철 슬러지, 밀스케일(mill scale), 집진 더스트 중 어느 하나 이상을 포함하는 제철 부산물 600~800 중량부, 무연탄, 코크스 슬러지(cokes sludge), 탄화규소(SiC) 중 어느 하나 이상을 포함하는 열원 보상재 150~250 중량부, 탈류 기능을 갖는 탈류제 200~300 중량부 및 바인더 30~100 중량부를 혼합하여 혼합 원료를 제조하는 제1 단계;
상기 혼합 원료를 가압 성형하는 제2 단계; 및
상기 가압 성형된 혼합 원료를 건조 및 양생하는 제3 단계;
를 포함하는, 다목적 열원 보상용 함철 단광의 제조방법. - 전로에 고철, 용선 및 상기 제1항 내지 제5항의 중 어느 한 항의 함철 단광을 장입하는 장입 단계;
상기 전로에 산소를 취입한 후 가열하는 1차 취련 단계;
상기 1차 취련 단계를 거쳐 생성된 슬래그를 배재하는 슬래그 배재단계; 및
상기 슬래그 배재단계를 거친 혼합물에 생석회를 추가 투입 후 2차 취련하는 2차 취련 단계;
를 포함하는, 다목적 열원 보상용 함철 단광을 이용한 전로 취련 공법.
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| KR1020220012731A KR20230116157A (ko) | 2022-01-27 | 2022-01-27 | 탈류 기능을 포함하는 다목적 열원 보상용 함철 단광, 이의 제조방법 및 이를 이용한 전로 취련 공법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102271525B1 (ko) | 2020-11-27 | 2021-07-02 | 김홍균 | 열원 보상 기능을 갖는 다기능 전로용 함철 단광, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 취련 공법 |
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2022
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