KR900001889B1

KR900001889B1 - 용선탈규제 조성물

Info

Publication number: KR900001889B1
Application number: KR1019860011553A
Authority: KR
Inventors: 박종민; 박현서
Original assignee: 포항종합제철 주식회사; 안병화
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1990-03-26
Also published as: KR880007749A

Abstract

내용 없음.

Description

용선탈규제 조성물

제1도는 백운석 첨가에 따른 탈규산소 효율 및 구리 회수율의 변화(봉사함량 없는 경우)를 나타내는 그래프.

제2도는 붕사첨가에 따른 탈규산소효율 및 구리 회수율의 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 동제련(銅製鍊) 조업의 하나인 피에스전로(Peirce-smith converter) 조업중에 발생하는 슬래그(이하 ＂동슬래그＂라 한다.)에 소량의 붕사(硼砂 : borax, Na₂B₄O_7.10H₂O) 및 백운석(白雲石 : MgCO₃..CaCO₃)을 혼합하여 만든 용선탈규제조성물에 관한 것이다.

현재 제강조업의 주류를 이루고 있는 엘디전로(LD converter) 제강법은 용선중의 탄소, 규소, 망간, 인, 및 황을 동일한 정련로에서 동시에 제거하기 때문에 생산성이 우수한 특성을 가지고 있다. 또한, 용선중의 탄소 및 규소의 산화반응열을 열원으로 사용하고 있기 때문에 다량의 고철사용이 가능하여 일정량의 용선으로부터 많은 용강을 제조할 수 있다. 특히, 규소의 산화반응, 즉 Si+O₂→(SiO₂) (1)

(1) 식 반응에 의해 발생되는 실리케이트(SiO₂)는 슬래그의 융점을 저하시킴으로써 탈인을 위해 첨가되는 생석회 및 기타 후락스의 재화(滓化)를 촉진시켜 탈인에 유리하도록 작용한다. 그러나 이때 첨가하는 생석회의 대부분은 실리케이트와 반응, 즉 SiO₂+2CaO→2CaO.SiO₂(2)

(2)식의 반응이 일어나기 때문에 충분한 탈인을 위해서는 필요이상의 많은 양의 생석회를 첨가하여야 하며, 이로 인해 스래그의 양이 증가하게 된다. 따라서 전로조업이 불안정하게 될 뿐만 아니라 슬래그의 함열(含熱)에 의한 열손실 및 전로 내화물의 침식이 심하게 일어난다.

이에 자원 및 에너지사정의 변화에 따라 효율적인 제강기술의 개발이 요구됨에 따라 제강슬래그의 발생량을 감소시킴으로써 전로조업안정, 자원 및 에너지의 절감을 도모하는 동시에 고급강 생산이 용이하도록 하는 제강법의 개발이 진행되어 왔으며 무슬래그조업(Slagless Process)이 그 한 예이다. 무슬래그 조업은 용선을 전로장입전에 탈인 및 탈황처리를 함으로써 전로내에서는 탈탄조업만을 하여 위에서 설명한 전로부하를 경감시키는 조업이다.

무슬래그조업에 있어서 용선예비처리에 의한 탈인은 거의 산화반응에 의하여 이루어지기 때문에, 탈인을 위해서는 인보다 산화성이 강한 규소를 먼제 제거, 즉 탈규(脫 Si)처리를 하여야만 한다. 탈규에 사용되는 공지의 탈규제로서는 기체산소를 용선중에 취입 또는 분사(85-25004) 하거나, 밀스케일(Mill Scale) 및 소결광(철광석)과 같이 산화력이 강한 산화물에 탈규는 향상 및 스래그의 물성변화를 위해서 염기성 산화물등의 몇가지 첨가물을 혼합한 고체탈규제(84-25140, 84-19966)가 있다.

그러나, 전자(前者)의 기체산소를 사용하는 방법은 우수한 탈규능을 가지고는 있으나 기체산소발생 장치 및 취입장치가 필요하며 이를 위한 설비공간 확보를 필요로하는 단점을 가지고 있으며, 또한 기체산소는 산화력이 매우 강하기 때문에 유가금속인 망간과 전로내에서의 열원인 탄소의 산화손실이 매우 심할 뿐 만 아니라 취입시 슬래그의 부품현상이 심하게 일어나 스래그 및 용선이 용기밖으로 분출하여 작업성이 나빠지고 용선 손실이 발생하기 때문에 용기(Ladle)내에 수선 가능한 용선 양이 제한되어 조업에 차질을 가져온 결점이 있는 것이다.

반면 후자(後者) 즉, 밀스케일계 및 철광석계의 고체 탈규제를 사용하는 경우에는 기체산소를 사용하는 경우에 비해서 탈규능은 떨어지나 탄소 및 망간의 산화가 억제되는 장점을 가지고 있으며,이또한 슬래그의 부품현상이 심하게 일어나는 것이다. 이와같이 탈규조업에서는 슬래그의 부품현상이 가장 문제가 되고 있다.

상기의 부품현상은 탈규제중의 산소와 용선중의 탄소와 반응, 즉, C+1/20₂→CO (3)반응에 의해 발생하는 일산화탄소가스가 점도가 높은 스래그층을 뚫고 나가지 못해 생성되는 일종의 거품발생현상(foaming)이다. 이와같은 부품현상은 슬래그의 점도, 표면장력등의 슬래그물성 의해 그 정도가 좌우되기 때문에 슬래그의 물성을 조절하여 부품현상을 최소화하는 방법의 개발이 필요한 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 용선을 부품현상없이 산화방응시켜 용선중의 규소농도를 저감시킴과 동시에 구리, 철등의 유효성분을 용선중으로 회수할 수 있게 하는 용선탈황제 조성물을 제공하는데 있다. 본 발명에 의한 탈규제조성물은 동제련 피에스전로슬래그를 주체로 하고 여기에 30-40중량%의 백운석 및 3-10%의 붕사를 첨가하여 만든 조성물로써 이하 이에 대하여 상세히 설명한다. 하기 표1은 본 발명에 사용되는 붕사의 조성비를 나타내는 것으로써, 이에 의하면 붕사는 47중량%의 결정수를 함유하고 있으며 이 결정수는 340-400℃에서 배출되기 때문에 탈규조업조건인 1300-1500℃에서는 결정수가 쉽게 분리되어 기화한다.

이때 기화된 결정수가 슬래그를 빠져나오면서 슬래그에 순간적으로 가공을 형성시키기 때문에 일산화탄소가 쉽게 배출될 수 있도록 하여 부품현상을 감소시키며 또한 붕사의 융점이 878℃로서 매우 낮기 때문에 슬래그의 융점를 급격히 저하시켜 슬래그의 유동성을 향상시킴으로써 탈규반응성을 향상시킬뿐 만 아니라 점도가 낮아짐과 동시에 발생가스의 분출이 용이해져 부품현상을 억제하는 것이다. 특히 붕사에서 해리되는 Na₂O는 탈규반응 생성물인 SiO₂의 망상구조(Network Structure)의 원자배열을 파괴시킴으로써 슬래그의 점도를 급격히 낮추는 작용을 한다.

[표 1]

하기표 2는 본 발명에 사용되는 백운석의 조성비를 나타내는 것으로써 이에 의하면 백운석은 탈규조업조건에서는 분해되어 47.5중량%가 일산화탄소로서 배출되기 때문에 슬래그에 기공을 형성시켜 부품현상을 억제한다.

또한 백운석에 함유된 CaO 및 MgO는 다음 (4)식에 의거 생성된 실리카를 슬래그중에서 안정해주는 역할을 하게 되며, 실리카 결정구조인 망상구조를 파괴시키는 작용을 하여 발생된 가스의 용출이 용이하게 하는 것이다.

Si+2FeO→SiO₂+2Fe : (4)

[표 2]

또한 본 발명에서 동 슬래그를 이용한 이유는 다음과 같다. 제강조업에서 내식성이 강한 구리첨가강은 엘디전로 조업후 출강중에 전해동등의 순동을 첨가하여 제조한다. 이때 첨가되는 구리는 고가이기 때문에 보다 저렴하게 구리를 첨가하는 방법이 필요시되고 있다.

일반적인 건식동제련 조업에서 생산성이 높은 피에스전로가 사용되고 있다. 피에스전로조업은 황 동광을 반사로 및 자용로등에서 처리하여 얻어지는 매트(구리와 철의 황화물)에 공기를 취입하여 철 및 황을 산화제거 시켜 조동(粗銅)을 얻어내는 작업으로 이루어진다. 즉 매트에 공기를 취입하면 2FeS+3O₂→2FeO±2SO₂(5) 의 반응이 일어나며, 황은 이황산가스로써, 철은 산화되어 슬래그를 조성하므로써 분리제거 된다. 따라서 동 슬래그는 하기표3과 같이 철산화물 함량이 약 70% 이상을 가지게 된다.

따라서 본 발명에서는 이와같은 동 슬래그에 철산화물 함량이 높다는 점을 이용하였다.

또한 동 슬래그를 주체로한 본 발명은 탈규외에 구리첨가강 제조시의 전해동 사용량을 절감시키는 효과도 있다. 즉, 용선에 회수된 구리는 산화성이 철보다 약하기 때문에 엘디전로 조업과정에서도 거의 산화되지 않기 때문이다.

[표 3]

이하 본 발명의 내용을 실시예를 통해서 상세히 설명한다.

[실시예 1]

용해로에서 신철 30kg 용해시켜 1400-1500℃로 유지시킨 후 동 슬래그 900g을 4회 분할 투입하면서 교반시켰다. 이때 사용된 동 슬래그의 조성은 표3과 같다. 본 실시예에 사용된 동 스래그는 피에스전로에서 배제된 후 공냉시킨 다음 1-2mm의 입도로 파쇄하여 사용하였다. 이때 슬래그의 부품현상이 초기에 매우 심하게 일어났기 때문에 동 슬래그를 4회로 불할하여 투입했다.

탈규산소효율 즉 (탈규에 기여한 산소량)/(탈규제에 함유된 철산화 물중의 산소량)*100(%)은 33.3%로서 기존의 밀스케일계 고체 탈규제와 비슷한 탈규효과를 나타냈으며 구리회수율 즉(탈규처리후 용선중의 구리량)/(탈규제함유구리량)*100%은 65.9%로 나타났다.(표 4, 후락스Ⅰ)

[실시예 2]

30kg 용선에 동슬래그를 주체로 하고 여기에 백운석을 25, 30, 35, 40, 50 및 60중량% 첨가된 후락스를 900g 투입하여 교반시켰다. 표 4의 후락스 Ⅱ 및 제1도는 본 처리결과를 나타낸 것이다. 백운석의 함량이 35중량%까지는 백운석이 증가함에 따라 탈규산소효율이 증가하다가 그 이후에서는 오히려 감소하고 있다. 이는 백운석함량이 35중량% 이하에서는 백운석이 첨가됨에 따라 슬래그의 염기도 상승으로 인해 SiO₂의 활동도가 낮아져 탈규반응이 촉진되나 그 이상에서는 백운석양이 증가됨에 따라 슬래그의 융점이 증가되어 슬래그의 유동성이 급격히 나빠지기 때문이다.

한편, 50중량%이상에서는 슬래그가 딱딱한 덩어리의 괴상슬래그가 형성되는 것이 관측되었다. 슬래그의 부품현상은 이러한 괴상슬래그가 나타나는 경우를 제외하고는 모두 발생되었으나 순수 동슬래그를 사용한 경우에 비해서는 현저히 감소하였다. 이는 백운석에서 발생되는 이산화탄소가 배출될 때 슬래그에 일시적인 기공을 형성함으로써 반응식 (3)에 의해 발생되는 일산화탄소가 용이하게 배출되기 때문이다. 구리 회수율도 역시 백운석함유량이 30-40중량%일 때 가장 높게 나타나고 있다. 이는 적절한 양의 CaO 및 MgO가 슬래그중에 존재함으로써 슬래그의 유동성을 증가시켜 슬래그와 용선간의 반응성을 증가시키기 때문으로 보인다. 이상의 실시예로 보아 동슬래그에 30-40중량%의 백운석첨가는 슬래그부품, 현상억제, 그리고 탈규능 및 구리회수율을 증가시키는데 매우 효과적인 것으로 나타났다.

[실시예 3]

본 실시예에서는 동슬래그와 백운석이 중량비로서 65:35로 혼합된 것에 붕사가 각각 3, 5, 8, 10중량% 첨가된 조성물을 후락스로서 사용하였으며(표 4의 Ⅲ) 그 결과를 표 4 및 제2도에 나타내었다. 붕사를 첨가함에 따라 슬래그의 유동성이 급격히 좋아졌으며 슬래그의 부품현상도 현저히 감소 되었다. 이는 저융점의 붕사가 첨가되어 슬래그의 유동성이 급격히 좋아졌을뿐만 아니라, 붕사에 함유된 결정수가 기화되면서 슬래그에 기공을 형성시키기 때문에 일산화탄소가 용이하게 배출되기 때문이다. 제2도에서와 같이 탈규산소효율은 붕사를 첨가함에 따라 증가하다가 5중량% 이상에서는 거의 일정하게 나타나고 있다.

이는 붕사 첨가에 따라 슬래그의 유동성증가에 의해 반응성이 향상 되었기 때문이며, 이러한 유동성향상에의한 효과는 5중량% 이상에서는 나타나지 않는 것으로 보인다. 구리회수율은 붕사첨가에 의해 약간 증가하고 있다.

[표 4]

상술한 바와 같이 동제련피에스전로 슬래그를 주체로 하고 여기에 백운석을 30-40중량%, 붕사를 3-10중량% 첨가하여 조성된 본 발명의 용선탈규제 조성물은 용선을 부품현상없이 산화반응시켜 용선중의 규소농도를 저감시킬뿐 만 아니라 구리, 철 등의 유효성분을 용선중으로 회수할 수 있는 효과가 있는 것이다

Claims

동제련 피에스 전로(Peirce-Smith Converter) 슬래그를 주체로 하고, 여기에 전체중량의 30-40중량%의 백운석 및 3-10중량%의 붕사를 첨가한 것을 특징으로 하는 용선 탈규제 조성물.