KR970010289B1 - 합성슬래그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

합성슬래그의 제조방법

제1도는 본 발명 및 비교예에 따라 제조된 합성슬래그의 흡수율을 나타내는 막대그래프.

제2도는 용융온도 변화에 따라 본 발명에 의해 제조된 합성슬래그의 흡수율 변화를 나타내는 그래프.

본 발명은 일반토목, 건축등의 건자재 뿐만 아니라 제철공장에서 용융금속중의 비금속 개재물의 흡착제거에 사용될 수 있는 합성슬래그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 융점이 낮고 플럭스로 사용시 분진발생이 거의 없는 합성슬래그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 합성슬래그는 제철공정에서 발생되는 슬래그의 조성과는 달리, CaO-Al₂O₃를 주성분으로 하는 용융상태의 물질이다.

이 합성슬래그는 통상 토목, 건축등의 자재로 활용이 가능할 뿐만 아니라 용융금속중의 비금속 개재물을 흡착제거하는 플럭스용으로 사용되고 있는데, 특히 플럭스용에 주안점을 둔 합성슬래그에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 대표적인 기술로는 다음과 같은 것들이 있다.

즉, 일본공개특허공보 (소)54-4218호에 의하면 고로에서 발생된 슬래그와 Mg, CaC₂, CaO, Na₂CO₃, BaCO₃, CaCl₂, BaCl₂, NaAlF₆, Al, Ca-Si, Fe-Si로 이루어진 그룹중에서 하나 이상을 혼합하고, 제조시에 설탕을 형상형성체로 사용하는 합성슬래그의 제조방법이 제시되어 있다.

또한, 일본 고베제강에서 제안한 일본공개 특허공보 (소)54-60216호에는 탈황과 수소취성 및 기공을 제거하는 제강용 플럭스에 대한 제조방법이 제시되어 있는데, 상기 방법은 CaO : 30-70wt%, Al₂O₃: 10-60wt%, AlF₃: 5-50%, SiO₂:0.1-20%에 TiO₂, ZrO₂, V₂O₅, BaO₃를 1wt% 이하로 첨가하여 플럭스용 합성슬래그를 제조하는 방법이다.

또한, 소련 특허공보 SU439179에는 구조용강과 스테인레스강에 사용할 수 있는 정제용 플럭스로 이용되는 합성슬래그의 제조방법이 제시되어 있는데, 이 방법은 CaO : 20-40%, SiO₂: 18-32%, 및 잔부 CaF₂로 구성되어 있는 합성슬래그를 제조하는 방법이며, 특히 주물이 표면특성을 향상시키는 효과로 사용되고 있다.

이외에도 일본 신일본제철에서 제안한 일본공개특허공보 (소)52-99915호에 의하면 저가형 플럭스로 사용되는 합성슬래그가 제시되어 있는데, 이 방법은 석회석 : 20-60%와 CaO-SiO₂계가 20-50%로 이루어지도록 하고 또한 용강에서 탈산을 위해서 알루미나를 CaO/Al₂O₃=1-3의 비율로 첨가하며, 특히 플럭스의 용융점을 낮추기 위해서 CaF₂를 20% 이하로 사용하거나, 탄산계 알카리금속을 첨가하여 산화철의 함량을 3% 이하가 되도록 하는 합성슬래그의 제조방법이다.

그러나, 상기한 종래방법에 의해 제조된 합성슬래그, 특히 플럭스로 사용되는 합성슬래그는 CaO, CaF₂및 SiO₂등을 함유하고 있어 대기중의 수분을 흡수하여 Ca(OH)₂로 수화되고 탈류 및 비금속 개재물 제어의 목적으로 용강중에 취입되는 경우 개재물의 원인이 될 뿐만 아니라 CaO의 높은 증기압으로 인하여 취입된 대부분의 Ca는 기화되어 탕면밖으로 방출되어 분진을 발생시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 건자재 뿐만 아니라 플럭스로 사용시 용선 및 용강의 비금속 개재물을 제거하는데 우수한 특성을 가지며, 또한 분진 발생이 거의 없으며 특히, 저융점에서 제조가 가능한 합성슬래그를 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 합성슬래그의 제조방법에 있어서, 중량%로, 석회석 : 45-70%, 수산화알루미늄 : 30-55%가 되도록 배합하고, 상기 배합원료를 1400℃이상의 온도에서 용융합성시킨 후, 통상의 방법으로 추출, 냉각함을 특징으로 하는 합성슬래그의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기한 배합원료의 중량에 대하여 벤토나이트를 10% 이하로 첨가하고, 상기 배합원료 1380℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 후, 통상의 방법으로 추출, 냉각함을 특징으로 하는 합성슬래그의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

상기 석회석은 통상의 석회석(CaCO₃)이면 어느것이나 사용이 가능하며, 바람직한 석회석의 조성은 하기 표 1과 같다.

상기 석회석의 배합량은 45-70중량%(이하, 단지 %라 함)가 바람직한데, 그 이유는 석회석의 배합량이 45% 이하로 되면 상대적으로 고융점의 AlO가 증가되어 합성슬래그의 용융이 어렵고, 70% 이상이 되면 CaO 성분이 증가되어 용융합성이 고융점으로 이동하기 때문이다.

또한, 상기 석회석의 입도는 35메쉬(0.5mm) 이하가 통상 80% 이상이 되도록 하는 것이 보다 바람직한데, 그 이유는 배합시에 혼합상태에 따라 용융시간의 차이가 있기 때문이다.

본 발명에서는 통상 수산화알루미늄을 사용할 수 있으며, 그 대표적인 화학성분은 하기표 2와 같다.

상기 수산화알루미늄의 배합량은 30-55%로 함이 바람직한데, 그 이유는 수산화알루미늄의 배합량이 30% 이하로 되면 상대적으로 고융점의 CaO 성분이 합성슬래그의 용융이 어렵고, 55% 이상이 되면 AlO의 함량이 증가되어 용융합성이 고융점으로 이동하기 때문이다.

또한, 상기 수산화알루미늄의 입도는 비교적 미세한 120메쉬(0.125mm) 이하인 것이 90% 이상 유지하도록 함이 보다 바람직한데, 그 이유는 배합시에 혼합상태에 따라 용융시간이 차이가 있기 때문이다.

상기한 조성을 갖도록 배합원료를 혼합하고 1400℃ 이상의 온도에서 직접용융로에 투입하거나 조립공정을 거쳐 조립한 후 건조하여 용융로에 투입하면, 용융로내에서는 분말 또는 조립의 원료가 용해되어 액상으로 완전한 혼합이 이루어지게 되는데, 이 상태가 용융 합성슬래그이다. 상기 용융 합성슬래그는 용융상태로 통상의 방법으로 추출하여 냉각하면 합성슬래그가 제조되는 것이다.

이와 같이 제조된 합성슬래그의 주성분의화학식은 xCaO·yAlO로 나타낼 수 있으며, 본 발명에 따른 배합조건을 만족하게 되면 CaO와 AlO의 몰비인 x/y는 항상 0.8-3.5도를 유지하여 화학성분의 분포 및 편차가 적고 균일한 합성슬래그가 제조되는 것이다.

종래에는 합성슬래그 제조시 1600℃ 정도의 높은 온도에서 용융시킬 수 밖에 없었으나, 본 발명에서는 수산화알루미늄을 사용하므로서, 종래보다도 저융점인 1400℃의 용융온도에서 합성슬래그를 제조할 수 있기 때문에 용해공정에서 열량소비를 대폭 절감할 수 있는 특성이 있다.

상기한 제조방법 이외에 합성슬래그 제조시 보다 저융점화를 위한 방법으로 상기 조성을 갖는 배합원료에 벤토나이트를 10% 이하로 첨가하는 방법이 있다. 즉, 상기 배합원료 중량에 대하여 벤토나이트를 10% 이하로 첨가하여 배합하면 1400℃ 보다도 낮은 온도인 1380℃ 정도의 온도에서도 합성용융이 가능하다. 그러나, 상기 벤토나이트는 10% 이상으로 첨가하면 불순물의 함량이 증가하기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 상기 벤토나이트는 분말의 입도가 미세한 200메쉬(0.074mm) 이하인 것이 80% 이상임이 보다 바람직한데, 이는 상기 조건상태의 벤토나이트가 배합원료의 점력에 보다 효과적이어서 조립화가 가능하도록 하는 작용을 하기 때문이다.

또한, 본 발명에서 사용되는 벤토나이트는 통상의 벤토나이트를 사용할 수 있으며, 그 대표적인 조성은 하기표 3과 같은 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

하기 표 4와 같은 조성을 갖도록 석회석 및 수산화알루미늄을 150g씩 배합하고 1400℃의 용융로에서 용융하여, 용융상태의 합성슬래그를 추출한 후 냉각하여, 냉각된 합성슬래그 시편에 대하여 KSL 1001(도자기질 타일의 흡수율 시험)에 따라 흡수율을 측정하고 그 결과를 제1도에 나타내었다.

제1도에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 배합조건 범위를 벗어나는 비교예(1) 및 (2)의 경우에는 흡수율이 -8%인 반면에, 본 발명의 배합조건을 만족한 발명예(2-7)의 경우에는 흡수율이 1% 이하임을 알수 있었다. 즉, 흡수율이 높으면 용융상태가 불량한 것을 나타내므로 비교예(1) 및 (8)의 경우에는 소결이 어느정도 일어났지만 완전 용융상태까지는 더욱 고온이 필요하다는 것을 알 수 있다. 반면에, 발명예(2-7)의 경우에는 1400℃의 온도에서 용융상태가 완전하며 화학성분이 균질한 합성슬래그를 제조할 수 있음을 의미하며 특히, 용해공정에서 열량을 대폭적으로 절감할 수 있음을 나타내고 있다. 이는 CaO 및 AlO의 관계만을 고려할때 CaO-AlO상태에서 알 수 있는 바와 같이, 발명예(2-7)의 경우에는 1400℃에서 용융할 수 있는 반면에, 비교예(1)의 경우에는 용융온도가 1535℃, 비교예(8)의 경우에는 1595℃로 되어 합성슬래그 제조시 문제가 발생하게 되며, 이러한 용융온도의 상승은 에너지 소요비용과 직결되어 있으며 또한 용융시간에 따라 물질의 변성 및 성분편차를 유발하게 되는 것이다.

[실시예 2]

송유관(API) 강재 제조용 용강 300톤에 0.57%의 CaO계 플럭스 및 0.47%의 본 발명예(3)의 합성슬래그를 각각 투입하여 용강중의 불순물을 제거한 후 용강중의 불순물 농도, 개재물 크기 및 처리시 분진발생정도를 측정하고, 그 결과를 하기표 5에 나타내었다.

또한, 각각 플럭스 처리된 강재를 전기저항용접을 통하여 조관한 후, 그 조관 합격율을 구하여 그 결과를 하기표 5에 나타내었다.

상기 표 5에 나타난 바와 같이, 종래의 플럭스로 처리된 경우에는 본 발명예(3)의 합성슬래그로 플럭스 처리한 경우에 비하여 용강중의 불순물 농도가 높았으며, 최종 강중 개재물도 조대함을 알 수 있었다.

또한, 플럭스 처리시 종래의 플럭스를 사용한 경우에는 다량의 분진이 발생되었으나, 본 발명예(3)의 합성슬래그로 플럭스 처리된 경우에는 분진발생이 거의 없음이 확인되었다. 특히, 본 발명예(3)의 합성슬래그로 처리된 강재의 경우에는 종래의 플럭스로 처리된 강재의 경우보다도 강중 불순물 농도가 적어 조관이 우수하게 제작됨을 알 수 있었다.

[실시예 3]

발며예(2)의 합성슬래그 배합원료에 벤토나이트를 하기표 6과 같이, 2%, 5%, 10% 첨가하여 배합하고, 1300℃에서 1400℃까지 20℃ 간격으로 각각 용융시킨 다음, 용융상태의 합성슬래그를 추출한 후 냉각하고, 냉각된 합성슬래그 시편에 대하여 실시예 1과 같은 방법으로 흡수율시험을 하고, 그 결과를 제2도에 나타내었다.

제3도에 나타난 바와 같이, 벤토나이트를 10% 이하로 첨가한 발명예(9-11)의 경우는 벤토나이트를 첨가하지 않은 발명예(2-7)의 경우에 비하여 1400℃의 용융온도보다도 낮은 1380℃의 온도에서도 흡수율이 낮게 나타났으며, 이는 벤토나이트를 첨가한 경우에 용해과정에서 저온용해도가 가능함을 알 수 있는 것이다. 그러나, 벤토나이트를 10% 이상으로 첨가하게 되면 합성슬래그내의 불순물(MgO+SiO+기타)의 함량이 증가되어 바람직하지 않다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 석회석과 수산화알루미늄을 배합하여 합성슬래그를 저융점화하거나, 또는 상기 배합원료에 벤토나이트를 투입하여 합성슬래그를 보다, 저용점화할 수 있기 때문에, 용융로에서 용융시 종래 보다도 낮은 온도에서 용해한 후 용융 합성슬래그를 추출하여 냉각한 다음 합성슬래그를 제조하므로서 대량 생산시에 에너지 소요비용절감 효과 뿐만 아니라 생산량이 증대되는 효과가 있으며, 또한, 이 합성슬래그는 건축자재 뿐만 아니라 제철공정에서 용융금속중의 비금속 개재물을 흡착제거에 사용할 수 있고 원료인 석회석은 제철용 석회석으로도 제조가 가능하므로 석회석의 확대 활용에도 기여할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 합성슬래그의 제조방법에 있어서, 중량%로, 석회석 : 45-70%, 수산화알루미늄 : 30-55%가 되도록 배합하고, 상기 배합원료를 1400℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 후, 통상의 방법으로 추출, 냉각함을 특징으로 하는 합성슬래그의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 석회석 분말 입도가 0.5mm 이하인 것이 80% 이상임을 특징으로 하는 합성슬래그의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 수산화알루미늄 분말 입도가 0.125mm 이하인 것이 90% 이상임을 특징으로 하는 합성슬래그의 제조방법.
4. 합성슬래그의 제조방법에 있어서, 중량%로, 석회석 : 45-70%, 수산화알루미늄 : 30-55%가 되도록 배합하고, 상기 배합원료의 중량에 대하여 벤토나이트를 10% 이하로 첨가하고, 상기 배합원료를 1380℃ 이상의 온도에서 용융합성시킨 후, 통상의 방법으로 추출, 냉각함을 특징으로 하는 합성슬래그의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 석회석 분말 입도가 0.5mm 이하인 것이 80% 이상임을 특징으로 하는 합성슬래그의 제조방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 수산화알루미늄 분말 입도가 0.125mm 이하인 것이 90% 이상임을 특징으로 하는 합성슬래그의 제조방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 벤토나이트 분말 입도가 74μm 이하인 것이 80% 이상임을 특징으로 하는 합성슬래그의 제조방법.