KR950007180B1 - 제강슬라그 분화방지용 플럭스 - Google Patents

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제강슬라그 분화방지용 플럭스
제1도는 본 발명상의 플럭스를 전기 제강으로 부터의 출탕후 레들 정련시에 사용한 후의 생성슬라그를 일정 형태의 용기에서 냉각시켰을 때의 고화 상태를 사진으로 나타낸 것이다.
본 발명은 전기로 또는 래들 정련로 등에서의 제강 정련시 정련 후 배출되는 슬라그가 냉각됨에 따라 결정변태가 발생되어 그 결과 체적팽창으로 자연분화되면서 통상 가루 상태로 되며 이에 따라 바람에 날리고 수거가 거의 불가능하거나 극히 비효율적으로 되므로 이와같은 상태로 되는 것을 방지하기 위해 제강슬러그를 분해되지 않도록 슬라그 배출과정에서 슬라그를 안정화 된 결정으로 바꾸어 단단한 슬라그로 처리하기 위한 제강 슬라그 분화방지용 플럭스(flux)에 관한 것이다.
통상 제강슬라그는 그 성분인 CaO-SiO2계 또는 CaO-CaF2-MgO계 또는 CaO-SiO2-Al2O3계 또는 SiO2-P2O5-MgO계 등으로 되어 있고, 또한 FeO, MnO 등의 금속 산화물은 환원되지 않고 거의 그대로 슬라그 중에 남아 있게 된다. 또한 슬라그 중의 CaO, MgO 성분의 습기를 흡수하여 성분 변화와 결정 구조상의 변화를 가져오게 된다. 또한 상술한 슬라그 성분들은 특히 염기성이 강할수록 습기를 다량 흡수하여 또한 조직이완 되어 분화(粉化)되기 쉽고 푸석푸석 하여지므로 바람에 쉽게 비산되는 등 슬라그 처리작업성과 환경을 악화시켜 공해를 수반하고 처리비용의 증대를 가져오기도 한다.
따라서 본 발명은 정련된 용강을 별도의 래들에 주입 종료 후 래들내에 투입첨가하는 과정에서 분화 방지용 플럭스를 소량 투입(대략 전체 슬라그의 0.6~2.5중량%) 하므로써 처리 슬라그에 균일하고도 신속하게 혼합되게 하여 냉각시 슬라그를 고화시켜 안정화를 도모하도록 하는데에 목적이 있다.
일반적으로 제강슬라그는 그 속에 함유되어 있는 안정적인 물질을 형성하도록 잔존물도 완전히 불용성으로 만들어야 하고, 가능하다면 고화된 슬라그체를 토건용 자재로도 사용할 수 있도록 하기 위해서는 우선 먼저 슬라그가 고화되어 일정한 강도를 가져야 한다.
그러나, 제강슬라그, 특히 염기성 슬라그인 경우에는 그 슬라그 성분 중 MgO, CaO 등이 공기중의 수분을 흡수하여 수화물을 만들거나 하며, 이에 따라 슬라그 내부의 결합강도가 급격히 저하되고 또한 분화되며 백화현상을 일으켜서 가루로 날리는 등 효율적인 폐기물 처리가 거의 불가능에 가깝게 되어 버린다.
따라서, 본 발명은 제강 정련로에서의 출탕단계 또는 적어도 출탕후 래들에 주입할 단계에서 첨가 플럭스에 의해 슬라그가 고화되고 아울러 일정 이상의 강도를 가진 슬라그를 형성하는 데 목적이 있다. 예컨데 제강슬라그내의 금속성분과 반응하여 매우 단단하고 휘발성이 없는 화합물을 만드는 보론(B)과 이 보론이 산화보론 또는 그 화합물 등으로 투입될 때 보론산을 용해시키는 작용을 하는 나트륨화합물을 그리고 보론과 나트륨화합물이 용융상태에서 금속화합물을 녹여 결정을 만들 수 있는 원리를 이용하여 제강슬라그를 고화시키도록 하고 일정이상의 강도를 가진 화합물로 만들므로써 폐기처분이 가능하고 또는 경우에 따라 일정 조건하에 건자재로도 사용가능하도록 한 제강슬라그 분화방지용 플럭스를 제공하기 위한 것이다.
종래의 경우, 미국특허 4,655,831호, 일본 특개소 62-162657, 62-87442호, 국내특허출원 공고번호 제 93-2526호 등에서와 같이, 슬라그의 팽창에 따른 붕괴성이 있거나 용융상태의 제강슬라그의 온도가 낮은 경우 매우 예민하게 반응을 보여 슬라그와의 화학반응이 제대로 진행되지 않거나, 또는 여러가지 개질제를 단계별로 투입하고 슬라그 염기도와 슬라그를 성분분석 후 투입작업을 하는 등 번거롭기 짝이 없는 조업방법을 행해야 하고, 투입조성도 지나치게 종류가 많고 복잡하며 작업성이 나쁘고 이산화 실리콘 성분이 지나치게 많이 조성되어 슬라그 강도가 확보되지 못하는 등의 문제가 있었다. 그 외에도 여러가지 슬라그 분화방지용 플럭스가 제안된 바 있으나, 강의 탄소함량에 따라 플럭스 종류를 극히 제한적으로 선택해야 하는데다 염기성 슬라그의 경우 슬라그 조직의 결정화가 부진하여 압축강도가 검출되지 못할 정도로 분화되거나 아니면 슬라그의 조직결정화에 의한 결합력을 저해하는 이산화 실리콘을 통상 30% 이상 다량 함유하므로써 압축강도가 떨어짐은 물론 정련에도 다수의 부정적 영향을 미치는 등의 여러가지 문제점이 있었다.
본 발명상의 풀럭스는 기본적으로 그 성분상 산화보론(B2O3) 25~45중량%, 산화나트륨(NaO) 9~20중량%, 이산화실리콘(SiO2) 12~22중량%, 생석회(CaO) 12~18중량%의 분말의 혼합물로 이루어지고, 경우에 다라 이들 외에 2.5중량% 이하의 알미늄의 금속산화물, 예컨데 산화알미늄(Al2O3) 1.2~2.5중량%로된 미세한 혼합물 분말로 구성된다. 이렇게 된 혼합물 분말은 제강로 출탕후 래들 정련시에 투입하든가 정련완료 직전에 작업중 수작업으로 투입하든가 한다.
상기 성분 중 보론 산화물은 고온에서 슬라그 중의 마그네슘과 반응하여 마그네슘화물을 생성케 하고 비정질의 보론이 얻어진다. 이 비정질의 보론(B)은 용융상태에서 냉각시에는 그 자체가 아주 단단하고 부스러지기 쉬운 생성물을 형성하지만 온도가 올라감에 다라 특히 금속과 반응하여 매우 단단하고 휘발성이 없는 보론화물을 만들기도 한다. 즉, 산화보론(B2O3)은 통상 산화나트륨(Na2O)와 결합하여 사보론산나트륨(Na2B4O7)을 생성하고 이 사보론산나트륨은 용융상태에서 슬라그 중에 함유되어 있는 금속산화물을 녹이면서 보론금속의 산화물을 생성하므로 냉각되면 단단한 고화물을 형성하게 된다. 여기에서 산화보론(B2O3)은 실험결과 25~45중량%로 된 플럭스를 제강슬라그에 대략 0.6~2.5중량% 투입하면 상술한 산화보론과 금속화합물과의 고화물을 생성하는데, 이때 역시 용융상태에 가까운 슬라그내의 이산화규소(SiO2)가 역시 사보론산나트륨(Na2B4O7)과 결합되어 용융되면 슬라그의 결정변태를 방지하면서 비정질구조를 이루게 된다. 여기에서 산화보론의 량이 대략 플럭스내에서 25중량% 이하일 경우에는 거의 효력이 나타나지 않고 45중량% 이상되면 산화 칼슘 및 산화마그네슘, 이산화규소와의 결합을 저해한다.
또한, 산화나트륨(Na2O)은 상술한 산화보론(B2O3)과 쉽게 반응하여 사보론산나트륨을 생성하고 그 일부는 이산화실리콘이나 산화알루미늄과 반응하여 화합물을 만들게 되므로 대략 첨가 플럭스의 9~20중량%가 적당하다.
또한, 생석회(CaO)는 출강 후 일반적으로 대기중의 산소로 인하여 산화되가 쉬운 슬라그의 특성 때문에 이를 방지하기 위하여 첨가하는 것으로, 산화성을 희석시켜 주고 특히 생성회(CaO)가 화합물을 이루는 생석회(CaO)계 슬라그의 생성을 촉진하며, 래들 정련과정에서 열분해로 인해 순간적으로 본원 플럭스를 분산시키는 분산효과를 가지면서 FeO 등의 용강내 잔존 불순물을 희석시켜 주는데 12중량% 이하로 첨가할 경우에는 이러한 효과가 미미하게 나타나고, 반대로 18중량% 이상 첨가할 경우에는 특히 이산화실리콘과의 강한 결합력으로 인해 슬라그 화합물의 결정화 촉진에 장해가 된다.
또한, 경우에 따라 이들외에 알미늄의 금속산화물을 대략 2.5중량% 이하로 첨가하는데, 이는 슬라그의 용융점을 높이지 않고도 이산화 실리콘과 산화보론과 같이 슬라그 온도역에서 충분히 용융되어 팽창계수가 적고 점착성을 부여하는 안정된 유리질 구조를 형성해 주는데 도움을 주기 때문이다.
그러나 알미늄 금속산화물은 함량이 2.5중량%보다 적을 경우 산화보론과 반응하는 량이 적어지고, 20중량%를 초과하면 염기성을 증가시켜 전체적 결합력을 저하시킨다. 한편, 이산화실리콘은 상기 과정에서 상기 화합물들의 결정을 촉진하는 역할을 하는 것으로 추정된다.
그러나, 이산화실리콘은 22중량%를 초과할 경우 결합력을 저해하기 쉽다. 물론 12중량% 이상일 경우 결정화에 별 영향을 미치지 않는 것으로 추정된다.
또한, 생석회(CaO)는 일반적으로 출강 후 산화성이 강해지는 슬라그에 첨가하므로써 희석시키고 또한 CaO-SiO2, CaO-SiO2-Al2O3, CaO-CaF2-MgO 또는 CaO-SiO2-MgO-Al2O3계 슬라그의 생성을 촉진하기 위한 것으로 12중량% 보다 적을 경우에는 산화희석도 및 슬라그 생성효과가 미미하게 나타나고, 18중량%보다 많을 경우에는 특히 이산화 실리콘과의 결합력으로 인해 화합물의 결정촉진에 장해를 가져온다.
본 발명상의 플럭스는 전술한 바와 같이 CaO-SiO2계 CaO-SiO2-Al2O3계 CaO-CaF2-MgO계 또는 CaO-SiO2-MgO-Al2O3계 등의 슬라그 특히 그 중에서도 염기성 슬라그가 냉각시 수분을 흡수하면서 체적팽창으로 인해 분화되기 때문에 이를 방해하므로써 체적 팽창이 일어나지 않고 결정변태를 억제할 수 있도록 보론산화물 및 산화나트륨이 반응화합물을 첨가하면 이 화합물이 고온에 의하여 슬라그의 조직내에서 비정질의 바인더 역할을 하므로써 슬라그의 고하를 가져오게 되고 일정 강도를 얻을 수 있게 한다.
[실시예 1]
통상의 중탄소강을 정련한 후 약 1,650℃에서 출탕하고 출탕후 알곤(Ar)가스를 취입한 래들정련로에 장입하고 탄소량 조정을 위한 코크스와 환원제를 투입하여 통상의 작업을 행하였다. 다음 상기 알곤등의 불활성 가스분위기하에서 정련하는 전기로 제강로로부터 슬라글 채취하였던 바, 이때의 슬라그 성분은 대략 다음 표1과 같았다.
[표 1]
상기 풀라그 성분을 가진 용탕을 담은 래들정련로에 표 2에서와 같이 본원 발명상의 풀럭스 분말을 슬라그 대비 대략 1.0중량% 첨가하였더니 정련로내에서 CO, CO2가스 발생과 더불어 유동성이 현저히 증가됨을 확인할 수 있었다.
이때 첨가된 상기 본 발명상의 플럭스의 성분범위는 표 2와 같았다.
[표 2]
상기 교반 효과가 증가된 용탕을 연주로에 주입하고 그 용융슬라그를 큰 사발과 같이 금속 용기에 담아 냉각 후 분리한 것은 사진(제1도)과 같았으며, 이를 다시 채취하여 분석한 결과는 표 3과 같았다.
[표 3]
즉 표 3에서 보는 바와 같이 슬라그 성분자체의 변화는 거의 없거나 뚜렷한 변화를 알 수 없으나 다만 발생가스가 증가되고 유동성이 증가됨을 육안으로 확인할 수 있었다. 또한 생성슬라그의 염기도는 PH가 11.5 내지 11.7으로서의 강염기성임을 보여주고 그러면서도 압축강도가 1350kg/cm2이상 높은 강도를 가져올수 있었음을 알게 되었다.
위에서 보는 바와 같이 어떤 경우이든 본 발명상의 플럭스에 의하여 압축강도 1,350kg/cm2이상의 높은 강도가 얻어져 충분히 슬라그 분화방지가 가능한 것임을 알게 되었다.

Claims (1)

  1. 전기로, 전로 등으로부터 강을 정련할 때 발생되는 염기성 슬라그를 처리하기 위한 제강슬라그 분화방지용 플럭스에 있어서, 보론산화물(B2O3) 25~45중량%, 산화나트륨(Na2O) 9~20중량%, 이산화실리콘(SiO2) 12~22중량%, 생석회(CaO) 12~18중량%의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 제강슬라그 분화방지용 플럭스(flux).
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