WO2014104437A1 - 용철 처리장치 및 그 처리방법 - Google Patents

용철 처리장치 및 그 처리방법 Download PDF

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WO2014104437A1
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molten iron
container
flux
iron
copper
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서정도
최주
신용목
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주식회사 포스코
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    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
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    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the present invention relates to a molten iron treatment apparatus and a treatment method thereof, and more particularly, to a molten iron treatment apparatus and a treatment method capable of easily removing copper (Cu) components contained in molten iron.
  • molten iron discharged from the blast furnace is manufactured into molten steel through a steelmaking process such as a pretreatment process, a converter process, and a secondary refining process, and such molten steel is subjected to a continuous casting process to slab and bloom. , Billets, beam blanks and the like.
  • the molten iron from the blast furnace is manufactured through a steelmaking process in which sintered ore and coke sintered iron ore are charged into the blast furnace and heated.
  • molten iron from the blast furnace uses iron ore as a source of iron, which increases the cost of iron ore in the domestic and overseas steelmaking market, and as a result, iron ore is not smoothly supplied to secure iron sources other than iron ore. Measures have been devised.
  • the steel scrap may be used to manufacture cast iron by charging molten iron in an electric furnace and manufacturing molten iron in combination with molten iron from the blast furnace or replacing molten iron from the blast furnace.
  • iron scraps Unlike iron ore (or sintered ore), iron scraps contain various components depending on the intended use. Therefore, iron scrap containing iron scraps contains various components. Among the various components contained in the molten iron, the copper component causes defects such as surface cracks in the slab during the continuous casting process, and causes hot brittleness such as high temperature brittleness during hot working, thereby degrading the quality of the slab.
  • the copper component when the copper component is exposed to the surface of the iron scrap, such as copper coating, it was used to select the iron scrap through shredder processing and separation of the charity.
  • the copper component when the copper component is included in the iron scrap, the copper component may be contained in the molten iron due to separation through the sorting.
  • the conventional steelmaking process Since the copper component contained in the molten iron has a weaker oxidizing power than the iron component, the conventional steelmaking process has a problem in that the copper component contained in the molten iron cannot be easily oxidized and removed. Therefore, there is a problem that the quality of the cast steel quality can be greatly reduced when using a lower raw material such as iron scrap as iron source of molten iron.
  • the present invention provides a molten iron treatment apparatus and a treatment method thereof capable of stably removing copper in molten iron.
  • the present invention provides an apparatus for treating molten iron and a method of treating the same, capable of improving the quality of molten steel.
  • the present invention provides an apparatus for treating molten iron and a method of treating the same, which can reduce manufacturing costs by recycling resources.
  • An apparatus for treating molten iron includes a melting furnace for melting molten iron to produce molten iron; It is characterized in that it comprises a; decopper device for removing the copper component contained in the molten iron by spraying the molten iron produced in the melting furnace in the droplet state.
  • the melting furnace may be at least one of an electric furnace, a submerged arc furnace (SAF) and a ladle furnace (LF).
  • SAF submerged arc furnace
  • LF ladle furnace
  • the decopper device the first container in which molten iron is accommodated; And a second container accommodating a flux therein and provided below the first container, wherein the first container may be formed to spray the molten iron into the second container as a droplet.
  • An outlet for discharging molten iron may be formed in a lower portion of the second vessel, and a third vessel may be further provided in the lower portion of the second vessel to accommodate molten iron discharged from the second vessel.
  • the first container may be formed with an injection portion for injecting molten iron in the liquid droplets in the lower portion, the injection portion may be formed of a plurality of injection holes or porous members.
  • the injection hole may be formed in the size of 2 ⁇ 5mm.
  • It may include an opening and closing means for opening and closing the injection unit.
  • a molten iron processing method a method for processing impurities contained in molten iron, comprising the steps of melting the iron source containing copper to produce molten iron; Charging the molten iron into a first container; Providing a flux in a second container provided at a lower portion of the first container; And removing copper contained in the molten iron by injecting molten iron provided in the first container into the second container in a droplet state to react with the flux.
  • At least any one of iron scrap, reinforcing bars, FINEX sludge, copper smelting slag, waste tires (tire cord) and sand iron can be used as an iron source.
  • the flux may comprise a material containing at least Na 2 CO 3 and a material containing S.
  • composition ratio of the material containing Na 2 CO 3 and the material containing S may be 20 to 60 wt%: 40 to 80 wt%.
  • Material containing the Na 2 CO 3 is Na 2 CO 3 or trona ((Na 2 CO 3 ⁇ NaHCO 3 ⁇ 2H 2 O) , and the material containing the S is Na 2 S, Na 2 SO 4 and FeS It may be at least one of.
  • the flux may be provided from 150kg to 4000kg per ton of molten iron.
  • the flux has a specific gravity smaller than that of the molten iron, and the molten iron passes through the flux and sinks to the lower portion of the flux.
  • a vacuum may be formed inside the second container to diffuse the molten iron flowing from the first container.
  • pressure may be applied to the inside of the first container to spray the molten iron in the first container into the droplet state to the second container.
  • the desulfurization treatment may be performed after removing the copper contained in the molten iron.
  • the desulfurization treatment includes the steps of: providing a third container under the second container; Providing a desulfurization flux in the third vessel; Forming molten iron in the second container and supplying molten iron to the third container to react with the flux to remove sulfur contained in the molten iron; and the process may be performed continuously to remove the copper. It may be.
  • the desulfurization flux may comprise trona.
  • the copper component contained in molten iron can be removed easily.
  • the molten iron can be brought into a droplet state to improve the reaction efficiency with the flux, thereby effectively removing the copper component contained in the molten iron.
  • a low-cost iron source containing copper such as waste scrap, tire cords, rebar, Finex sludge, copper smelting slag. Therefore, since unnecessary resources can be recycled, environmental pollution can be suppressed, and the cost of manufacturing molten iron can be reduced.
  • the copper component and sulfur component in molten iron can be removed continuously, and the time required for refining molten iron can be shortened.
  • the generation of load in the desulfurization operation can be suppressed by using a flux in which sulfur pickup in the molten iron is suppressed.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a molten iron treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the structure of the injection unit.
  • FIG 3 is a view illustrating a process in which a steelmaking process is performed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view of an experimental apparatus for testing molten iron in a molten iron treatment method according to an embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 are graphs showing experimental results of treating molten iron according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention removes impurities, particularly copper (Cu) contained in molten iron in the process of manufacturing molten iron using a variety of low-cost iron sources, such as iron scrap, reinforcing bars, Finex sludge, copper smelting slag, waste tires, iron sand.
  • iron scrap such as iron scrap, reinforcing bars
  • Finex sludge contains about 50 wt% or more of iron (T.Fe)
  • copper smelting slag contains about 40wt% of iron, which may be useful as an iron source for manufacturing molten iron.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a molten iron treatment apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view showing the structure of the injection unit.
  • Inexpensive iron sources such as iron scrap, rebar, Finex sludge, copper smelting slag, waste tires, iron sand, etc. are melted in electric furnaces, melting furnaces such as Submerged Arc Furnace (SAF) and Ladle Furnace (LF). ), A large amount of various impurities such as sulfur (S) and copper (Cu). Among such impurities, a technology for removing copper (Cu) is not developed much. Accordingly, in the embodiment of the present invention, a copper removal apparatus for removing copper (Cu) contained in molten iron is provided, and molten iron is dropped into contact with the flux P1 to improve the removal efficiency of copper in molten iron.
  • SAF Submerged Arc Furnace
  • LF Ladle Furnace
  • a molten iron processing apparatus that is, a decopper apparatus, includes a first container 210 into which molten iron M is charged, and molten iron sprayed from the first container 210 under the first container 210.
  • the second container 220 in which (M) refining is performed is included.
  • the first container 210 may be a container such as a ladle or the like capable of accommodating molten iron (M) therein, and may be formed to open and close an upper portion thereof to form a vacuum therein.
  • an injection unit 214 may be formed below the first container 210 to inject molten iron M accommodated therein into the second container 220.
  • the injection unit 214 may be formed in various forms capable of injecting molten iron M accommodated in the first container 210 into the second container 220 in a droplet state.
  • the injection unit 214 may be formed of a plurality of injection units 214a at the bottom of the first container 210. At this time, the injection unit 214a may be formed in a size of about 2 to 5mm, and when the size of the injection unit 214a is smaller than the suggested range, the injection of molten iron M is difficult, As the size of the droplet is large, the reaction efficiency with the flux P1 may decrease.
  • the injection part 214a may be formed over the entire bottom of the first container 210, or may be formed only in a predetermined region of the center of the first container 210. In the latter case, the spraying part 214a may be formed with an inclination so that the droplets may be sprayed radially in the second container 220.
  • the injection unit 214 may be a porous member 214b installed at the bottom of the upper container.
  • the molten iron M accommodated in the first container 210 may be sprayed by forming droplets into the second container 220 through a hole formed in the porous member 214b.
  • Opening and closing means 215 for opening and closing the injection portion 214 may be provided to start or stop the injection of molten iron (M) accommodated in the first container (210).
  • the opening and closing means 215 may be a stopper installed to move up and down in the first container 210, or may be a sliding plate installed to move in a left and right direction under the first container 210.
  • the second vessel 220 is a refining furnace in which refining of molten iron M is performed.
  • the second vessel 220 accommodates molten iron M injected from the second vessel 220 therein and contains impurities, such as copper, in the molten iron M.
  • a space is formed in which the flux P1 for removing the resin is accommodated.
  • the second container 220 includes an exhaust port for forming a vacuum therein, an injection hole for introducing a gas therein to create a predetermined atmosphere therein, and a reaction gas generated while the molten iron M and the flux P1 react.
  • a discharge port for discharging may be formed.
  • an opening 221 may be formed at an upper portion of the second vessel 220 to communicate with the injection portion 214 of the first vessel 210.
  • the opening 221 is formed to have a size corresponding to the injection portion 214 formed on the bottom of the first container 210, or is formed larger than the injection portion 214 so that molten iron (M) can be smoothly sprayed
  • a third vessel 230 capable of charging the decoppered molten iron M1 in the lower portion of the second vessel 220 to be desulfurized may be provided.
  • the third container 230 may be a container such as a ladle or a refining furnace in which a space for accommodating molten iron M2 and flux P2 is formed.
  • the third container 230 is provided in the lower portion of the second container 220 is supplied to the molten iron (M1), that is discharged from the second container 220, that is, de-copper treated molten iron (M1) desulfurization treatment target components Get molten iron (M2).
  • an outlet 223 for supplying molten iron M1 to the third container 230 may be formed in the second container 220.
  • the outlet 223 may be formed on the bottom or lower sidewall of the second container 220.
  • the outlet 223 may be formed in a shape similar to that of the injection part 214 formed in the first container 210 to supply the molten iron M1 to the third container 230 in a droplet state.
  • the molten copper M1 may be supplied to the third vessel 230 while forming molten iron without spraying molten iron M1 in the droplet state.
  • FIG. 3 is a view showing a process in which a steelmaking process is performed according to an embodiment of the present invention.
  • molten iron for example, molten iron is prepared.
  • the molten iron (M) may be manufactured by melting and reducing various low-cost iron sources such as iron scrap, reinforcing bars, Finex sludge, copper smelting slag, waste tire (tire cord), and iron iron in the melting furnace 100.
  • the melting furnace 100 may be an electric furnace, a submerged arc furnace (SAF) or ladle furnace (LF), and may be reduced by inputting coke (or coal), quicklime, or SiO 2 in the process of manufacturing molten iron (M). It is also possible to remove the phosphorus (P) component.
  • SAF submerged arc furnace
  • LF ladle furnace
  • P phosphorus
  • molten iron (M) manufactured using a low cost iron source contains a large amount of copper.
  • the molten molten iron (M) is tapped into the ladle 110 in the melting furnace and transported to a place for decopper treatment.
  • the molten iron M accommodated in the ladle 110 is charged into the first container 210.
  • the ladle 110 may be used as the first container 210.
  • the flux P1 for removing copper is provided in the 2nd container 220 in which the decopper process of molten iron M is performed.
  • the flux P1 is preferably injected into the second vessel 220 before the molten iron M is injected into the second vessel 220.
  • Flux (P1) is a material having a specific gravity smaller than molten iron (M1), a material containing a sulfur (S) component that reacts actively with copper may be used.
  • the flux P1 may include a material containing Na 2 CO 3 and a material containing sulfur (S).
  • the material containing Na 2 CO 3 is Na 2 CO 3 or trona may be (Na 2 CO 3 ⁇ NaHCO 3 2H 2 O), a substance containing sulfur is FeS, Na 2 S, and Na 2 SO At least one of four .
  • Trona contains about 30wt% sodium (Na), and depending on the origin, it contains sulfur (S), and sulfur exists in the form of oxides such as Na 2 SO 4 , Na 2 CO 3 ⁇ 2Na 2 SO 4, etc. do.
  • the sulfur-containing material may be FeS, Na 2 S or Na 2 SO 4 may be used, but in the case of FeS and Na 2 SO 4 After the decopper treatment, a large amount of sulfur is picked up in molten iron (M1), Na 2 In the case of S, since pickup of sulfur component hardly occurs in molten iron M1, Na 2 S is better to use. This is because the sodium (Na) contained in the flux (P1) makes the reaction of copper and sulfur into a stable phase, which will be described later through the experimental results described later.
  • the ratio of the material containing Na 2 CO 3 in the flux (P1) and the material containing sulfur (S) is preferably 20 to 60 wt%: 40 to 80 wt%. Higher proportions of materials containing sulfur (S) than materials containing Na 2 CO 3 in flux (P1) are possible because of higher decopper efficiency, and targets where these ratios are less than or greater than the suggested range Since the decopper efficiency can not be obtained, it is better to adjust and use it properly within the suggested range.
  • the molten iron M charged into the first container 210 is sprayed to form droplets into the second container 220 through the injection unit 214 formed at the bottom of the first container 210.
  • the molten iron M may be sprayed in the droplet state using various methods.
  • the molten iron (M) charged in the first container 210 is injected into the second container 220 through the injection unit 214 formed on the bottom of the first container 210, the minute formed in the first container (210) Since the sand 214 is formed of the spraying portion 214a or the porous member 214b, the sand 214 may be sprayed to the second container 220 through the spraying portion 214 by the load of molten iron M itself.
  • an inert gas such as argon gas
  • molten iron (M) When molten iron (M) is injected into the second container (220) in a droplet state, if a vacuum is formed in the second container (220), the molten iron (M) injected into the second container (220) by the pressure difference is removed.
  • the two vessels 220 may be evenly spread.
  • the molten iron M sprayed in the droplet state on the second container 220 reacts violently while passing through the flux P1, and reacts with the copper and the flux P1 in the molten iron M to generate and produce by-products.
  • the by-products remain in the flux P1, and the molten iron M1 from which the copper is removed falls below the flux P1 due to the difference in specific gravity from the flux P1.
  • molten iron (M) charged in the first container 210 is injected into the second container 220 and the de-copper treatment through the reaction with the flux (P1) in the second container 220, the second container (
  • the molten iron M1 accommodated in 220 that is, the decoppered molten iron M1 is sampled and analyzed.
  • the molten iron M1 in the second vessel 220 is tapped into a container such as a ladle to perform a subsequent steelmaking process, for example, a dephosphorization treatment process.
  • the desulfurization treatment is performed by operating the opening and closing means 222 installed in the second vessel 220 to open the outlet 223 formed in the second vessel 220 to the molten iron (M1) in the second vessel 220 to the third vessel ( 230).
  • the molten iron M1 forms molten iron and is discharged into the third vessel 230 to fall to the desulfurization flux P2 introduced into the third vessel 230.
  • Sulfur in the molten iron reacts with the desulfurization flux (P2) to produce a byproduct, the byproduct remains in the desulfurization flux (P2) and molten iron (M2) falls below the desulfurization flux (P2).
  • a material containing trona may be used as the desulfurization flux P2.
  • the desulfurization flux P2 (including byproducts) in the third vessel 230 is removed, and molten iron M1 is tapped into a container such as a ladle to perform a subsequent steelmaking process 300.
  • sulfur in molten iron reacts with trona to produce a by-product containing Na 2 S.
  • the desulfurization flux (P2) (including byproducts) removed after the desulfurization treatment may be recycled to the flux in a decopper process. have.
  • FIG. 4 is a view showing an experimental apparatus for experimenting with molten iron in the molten iron treatment method according to an embodiment of the present invention
  • Figures 5 and 6 are graphs showing the experimental results of treating molten iron in accordance with an embodiment of the present invention.
  • Table 1 below shows the composition of the flux used in the decopper treatment and the temperature of the molten iron during the decopper treatment in order to examine the decopper efficiency.
  • Example 1 Flux composition Temperature (°C)
  • Example 1 Trona 91g, Na 2 S 15g 1335
  • Example 2 Trona 67g, Na 2 S 53g 1368
  • Example 3 Trona 50g, Na 2 S 80g 1338
  • Example 4 Trona 25g, Na 2 S 80g 1320
  • Example 5 Na 2 S 140 g 1460
  • Example 6 Trona 50g, Na 2 S 80g 1355
  • Example 7 Na 2 S 140 g 1349 Comparative Example 1 Na 2 CO 3 47g, FeS 93g 1450 Comparative Example 2 Na 2 CO 3 67g, FeS 33g 1330 Comparative Example 3 91 g Na 2 CO 3 , 9 g FeS 1396
  • Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 were experimented to spray the molten iron in the droplet state using a test apparatus as shown in Figure 4 to pass through the flux to decopper treatment.
  • the experimental apparatus 400 shown in FIG. 4 is provided with a lower crucible 420 inside a sealed chamber (in which a high frequency induction melting furnace equipped with an induction heating coil is used) 410, and molten iron (M) is accommodated in the upper portion.
  • the upper crucible 430 is installed.
  • Two injection holes 432 having a diameter of 3 mm are formed in the upper crucible 430 such that molten iron M accommodated in the upper crucible 430 forms droplets and falls to the lower crucible 420.
  • the molten iron (M) accommodated in the upper crucible 430 was 60g, the experiment was performed until the molten iron (M) of about 30g remaining in the upper crucible 430.
  • the lower crucible 420 was repeated while changing the composition of the flux (P) to repeat the experiment.
  • Example 2 looking at Table 2, it can be seen that the copper content is reduced after the decopper treatment throughout Examples 1 to 7.
  • the decopper efficiency was very low as about 1.7%, while the decopper efficiency in the remaining examples of increasing the amount of Na 2 S was higher than that of Example 1, about 60%. It can be seen that the above appears very high. Therefore, it can be seen that the decopper efficiency increases as the amount of Na 2 S increases.
  • Comparative Examples 1 to 3 shows a high de-copper efficiency of about 25 to 80%.
  • de-copper efficiency is included in the de-copper efficiency according to the above-described embodiments (except Example 1), showing a relatively high de-copper efficiency, but 4 to 50wt% sulfur (S in molten copper after de-copper treatment) It can be seen that) is picked up in large quantities.
  • the amount of sulfur increases as the amount of FeS increases.
  • Examples 1 to 7 it can be seen that less than 1wt% of sulfur is present in the molten metal.
  • the amount of sulfur increases as the amount of FeS increases.
  • sulfur is hardly picked up in the molten iron after the reaction.
  • Comparative Example 4 As a result of analyzing the components of the specimen, the decopper efficiency of Comparative Example 4 and Comparative Example 5 is shown to be about 90%. However, Na 2 CO 3 In the case of Comparative Example 4 using a flux-based -FeS Na 2 CO 3 -Na 2 S-based comparison with a flux in Example 5 after the reaction, and compared to the sulfur content of the molten iron appears very high, Comparative Example 5 is almost Sulfur pickup does not appear.
  • the apparatus for treating molten iron and the method for treating the same according to the present invention can easily remove the copper component contained in the molten iron, thereby reducing inexpensive iron source containing copper such as waste scrap, tire cord, rebar, Finex sludge, copper smelting slag, and the like. It can be utilized. Therefore, since unnecessary resources can be recycled, environmental pollution can be suppressed, and the cost of manufacturing molten iron can be reduced.
  • the copper component and sulfur component in molten iron can be removed continuously, and the time required for refining molten iron can be shortened.
  • the generation of load in the desulfurization operation can be suppressed by using a flux in which sulfur pickup in the molten iron is suppressed.

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Abstract

본 발명은 용철 처리 장치 및 그 처리방법에 관한 것으로서, 용철 내부에 함유된 불순물을 처리하는 방법으로서, 구리를 함유하는 철원을 용융시켜 용철을 제조하는 과정과; 상기 용철을 제1용기에 장입하는 과정과; 상기 제1용기의 하부에 구비되는 제2용기에 플럭스를 마련하는 과정과; 상기 제1용기에 마련된 용철을 상기 제2용기에 액적 상태로 분사하여 상기 플럭스와 반응시켜 상기 용철 중에 함유된 구리를 제거하는 과정;을 포함하여, 용철 중에 함유된 구리(Cu)를 용이하게 제거할 수 있어, 저가의 철원의 사용이 가능하다.

Description

용철 처리장치 및 그 처리방법
본 발명은 용철 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용철 중에 함유된 구리(Cu) 성분을 용이하게 제거할 수 있는 용철 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고로에서 출선되는 용철(溶鐵)은 예비처리 공정, 전로 공정, 2차 정련 공정 등의 제강 공정을 거쳐 용강(鎔鋼)으로 제조되고, 이러한 용강은 연속주조 공정을 거쳐 슬라브, 블룸, 빌릿, 빔 블랭크 등의 주편으로 제조된다.
고로에서 출선되는 용철은 철광석을 소결시킨 소결광과 코크스 등을 고로에 장입시켜 가열하는 제선 공정을 통해 제조된다. 즉, 고로에서 출선되는 용철은 철원(鐵源)으로서 철광석을 사용하는데, 국내 및 국외의 제강 시장에서 철광석의 원가가 상승되고, 이로 인해 철광석의 원활한 수급이 이루어지지 않아 철광석 이외의 철원을 확보하기 위한 방안들이 강구되어 왔다.
최근에는 철원을 확보하기 위한 방안들 중에서 고철 등의 철스크랩을 용철로 재활용하는 방안이 활발하게 적용되고 있다. 즉, 철스크랩을 전기로에 장입하고 용해시켜 용철을 제조함으로써 고로에서 출선되는 용철과 병용하는 방식 또는 고로에서 출선되는 용철을 대체하는 방식으로 주편을 제조하는데 사용할 수 있다.
철스크랩은 철광석(또는 소결광)과 달리 사용 용도에 따라 다양한 성분이 포함되어 있으며, 이로 인해 철스크랩을 철원으로 하는 용철에는 다양한 성분이 함유된다. 용철에 함유되는 다양한 성분 중 구리 성분은 연속주조 공정시 주편에 표면 크랙 등의 결함을 발생시키고, 열간 가공시 고온 취성과 같은 열간 취성을 유발하여 주편의 품질을 저하시키는 원인으로 작용하였다.
종래에는 구리 코팅과 같이 철스크랩의 표면에 구리 성분이 노출되면 슈레더 가공과 자선 분리를 통해 철스크랩을 선별하여 사용하였다. 그런데, 철스크랩의 내부에 구리 성분이 포함된 경우에는 선별을 통해서도 분리하지 못하여 용철에 구리 성분이 포함되게 되었다.
용철에 함유되는 구리 성분은 철 성분보다 산화력이 약한 특성으로 인해 종래의 제강 공정에는 용철에 함유되는 구리 성분을 쉽게 산화 제거하지 못하는 문제점이 있었다. 따라서, 철스크랩 등과 같이 저급 원료를 용철의 철원으로 사용하는 경우 주편의 품질의 품질이 크게 저하될 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 용철 중의 구리를 안정적으로 제거할 수 있는 용철 처리장치 및 그 처리방법을 제공한다.
본 발명은 용강의 품질을 향상시킬 수 있는 용철 처리장치 및 그 처리방법을 제공한다.
본 발명은 자원을 재활용하여 제조 비용을 절감할 수 있는 용철 처리장치 및 그 처리방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 용철 처리장치는, 철원을 용융시켜 용철을 제조하는 용해로와; 상기 용해로에서 제조된 용철을 액적 상태로 분사하여 상기 용철 중에 함유된 구리 성분을 제거하는 탈구리 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 용해로는 전기로, SAF(submerged arc furnace) 및 LF(Ladle Furnace) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 탈구리 장치는, 용철이 수용되는 제1용기; 및 내부에 플럭스가 수용되고 상기 제1용기 하부에 구비되는 제2용기;를 포함하며, 상기 제1용기는 상기 용철을 상기 제2용기에 액적으로 분사하도록 형성될 수 있다.
상기 제2용기의 하부에 용철을 배출시키는 유출구가 형성되고, 상기 제2용기의 하부에 상기 제2용기에서 배출되는 용철을 수용하는 제3용기를 더 구비할 수도 있다.
상기 제1용기는 하부에 용철을 액적 상태로 분사하는 분사부가 형성될 수도 있고, 상기 분사부는 복수의 분사공 또는 다공성 부재로 형성될 수도 있다.
상기 분사공은 2 ~ 5㎜의 크기로 형성될 수도 있다.
상기 분사부를 개폐하는 개폐수단을 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 용철 처리 방법은, 용철 내부에 함유된 불순물을 처리하는 방법으로서, 구리를 함유하는 철원을 용융시켜 용철을 제조하는 과정과; 상기 용철을 제1용기에 장입하는 과정과; 상기 제1용기의 하부에 구비되는 제2용기에 플럭스를 마련하는 과정과; 상기 제1용기에 마련된 용철을 상기 제2용기에 액적 상태로 분사하여 상기 플럭스와 반응시켜 상기 용철 중에 함유된 구리를 제거하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 용철을 제조하는 과정에서 철스크랩, 철근, 파이넥(FINEX) 슬러지, 동제련 슬래그, 폐타이어(타이어코드) 및 사철 중 적어도 어느 하나를 철원으로 사용할 수 있다.
상기 플럭스는 적어도 Na2CO3를 함유하는 물질과, S를 함유하는 물질을 포함할 수도 있다.
상기 Na2CO3를 함유하는 물질과 상기 S를 함유하는 물질의 조성비는 20 ~ 60wt% : 40 ~ 80wt%일 수도 있다.
상기 Na2CO3를 함유하는 물질은 Na2CO3 또는 트로나((Na2CO3·NaHCO3·2H2O)이고, 상기 S를 함유하는 물질은 Na2S, Na2SO4 및 FeS 중 적어도 어느 하나일 수도 있다.
상기 플럭스는 상기 용철 1톤(ton) 당 150kg 내지 4000kg 마련될 수도 있다.
상기 플럭스는 상기 용철보다 비중이 작고, 상기 용철은 상기 플럭스를 통과하여 상기 플럭스 하부에 가라앉는 것을 특징으로 한다.
상기 제1용기에 마련된 용철을 상기 제2용기에 액적 상태로 분사할 때, 상기 제2용기 내부에 진공을 형성하여 상기 제1용기에서 유입되는 용철을 확산시킬 수도 있다.
상기 제1용기에 마련된 용철을 상기 제2용기에 액적 상태로 분사할 때, 상기 제1용기의 내부에 압력을 인가하여 상기 제1용기 내의 용철을 상기 제2용기에 액적 상태로 분사되도록 할 수도 있다.
상기 용철 중에 함유된 구리를 제거하는 과정 이후에 탈황처리를 수행할 수도 있다.
상기 탈황처리는, 상기 제2용기의 하부에 제3용기를 마련하는 과정과; 상기 제3용기에 탈황 플럭스를 마련하는 과정과; 상기 제2용기에 수용된 용철을 상기 제3용기에 용철류를 형성하여 공급하여 상기 플럭스와 반응시켜 용철 중에 함유된 황을 제거하는 과정;을 포함하고, 상기 구리를 제거하는 과정과 연속적으로 수행될 수도 있다.
상기 탈황 플럭스는 트로나를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 용철 처리장치 및 그 처리방법에 의하면, 용철 중에 함유된 구리 성분을 용이하게 제거할 수 있다. 즉, 용철을 액적(液滴) 상태로 만들어 플럭스와의 반응 효율을 향상시켜 용철 내 함유된 구리 성분을 효과적으로 제거할 수 있다. 이에 따라 폐스크랩, 타이어코드, 철근, 파이넥스 슬러지, 동제련 슬래그 등과 같이 구리를 함유하는 저가의 철원을 활용할 수 있다. 따라서 불필요하게 버려지는 자원을 재활용할 수 있으므로 환경 오염을 억제할 수 있고, 용철을 제조하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
또한, 용철 중의 구리 성분과 황 성분을 연속적으로 제거할 수 있어 용철의 정련에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 그리고 용철 중으로 황 성분의 픽업이 억제되는 플럭스를 이용하여 탈황조업에 부하가 발생하는 것도 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용철 처리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 분사부의 구조를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 제철공정이 이루어지는 과정을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용철 처리 방법으로 용철을 실험하기 위한 실험장치의 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 용철을 처리한 실험 결과를 보여주는 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명은 철스크랩, 철근, 파이넥스(FINEX) 슬러지, 동제련 슬래그, 폐타이어, 사철 등 다양한 저가의 철원을 이용하여 용철을 제조하는 과정에서 용철 중에 함유된 불순물, 특히 구리(Cu)를 제거하는데 적용되는 기술이다. 여기에서 파이넥스 슬러지는 철 성분(T.Fe)이 약 50wt% 이상 함유되어 있고, 동제련 슬래그는 철 성분이 약 40wt% 정도 함유되어 있어 용철을 제조하는데 철원으로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용철 처리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 분사부의 구조를 보여주는 도면이다.
철스크랩, 철근, 파이넥스 슬러지, 동제련 슬래그, 폐타이어, 사철 등과 같은 저가의 철원을 전기로, SAF(Submerged Arc Furnace) 및 LF(Ladle Furnace) 등의 용해로에서 용융시켜 제조된 용철에는 인(P), 황(S), 구리(Cu) 등 다양한 종류의 불순물이 다량 함유되어 있다. 이와 같은 불순물들 중 구리(Cu)를 제거하는 기술은 그리 많이 개발되어 있지 않다. 이에 본 발명의 실시 예에서는 용철 중에 함유된 구리(Cu)를 제거하는 탈구리 장치를 구비하여, 용철을 액적 상태로 만들어 플럭스(P1)와 접촉시킴으로써 용철 중의 구리의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 용철 처리장치, 즉 탈구리 장치는 용철(M)이 장입되는 제1용기(210)와, 제1용기(210) 하부에 구비되어 제1용기(210)에서 분사되는 용철(M)의 정련이 이루어지는 제2용기(220)를 포함한다.
제1용기(210)는 내부에 용철(M)을 수용할 수 있는 레이들 등과 같은 용기일 수 있으며, 내부를 진공으로 형성하도록 상부를 개폐 가능하도록 형성할 수도 있다. 그리고 제1용기(210)의 하부에는 내부에 수용된 용철(M)을 제2용기(220)로 분사하기 위한 분사부(214)가 형성될 수 있다.
분사부(214)는 제1용기(210)에 수용된 용철(M)을 제2용기(220)로 액적 상태로 분사할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
예컨대 분사부(214)는 제1용기(210) 바닥에 복수의 분사부(214a)로 형성될 수도 있다. 이때, 분사부(214a)는 2 내지 5㎜ 정도의 크기로 형성될 수 있으며, 분사부(214a)의 크기가 제시된 범위보다 작은 경우에는 용철(M)의 분사가 어렵고, 제시된 크기보다 큰 경우에는 액적의 크기가 커서 플럭스(P1)와의 반응 효율이 저하될 수 있다.
분사부(214a)는 제1용기(210)의 바닥 전체에 걸쳐 형성될 수도 있고, 제1용기(210)의 중심부의 일정 영역에만 형성될 수도 있다. 후자의 경우에는 액적이 제2용기(220) 내에서 방사상으로 확산되면서 분사될 수 있도록 분사부(214a)가 기울기를 가지며 형성될 수도 있다.
또한, 분사부(214)는 상부 용기 바닥에 설치되는 다공성 부재(214b)일 수도 있다. 제1용기(210) 내에 수용된 용철(M)은 다공성 부재(214b)에 형성된 구멍(pore)을 통해 제2용기(220)로 액적을 형성하며 분사될 수 있다.
제1용기(210) 내에 수용된 용철(M)의 분사를 개시 또는 정지시키기 위해서 분사부(214)를 개폐하는 개폐수단(215)이 구비될 수도 있다. 개폐수단(215)은 제1용기(210) 내부에서 상하방향으로 이동하도록 설치되는 스토퍼일 수도 있고, 제1용기(210) 하부에서 좌우방향으로 이동하도록 설치되는 슬라이딩 플레이트일 수도 있다.
제2용기(220)는 용철(M)의 정련이 수행되는 정련로로서, 내부에 제2용기(220)로부터 분사되는 용철(M)을 수용하고, 용철(M) 중에 함유된 불순물, 예컨대 구리를 제거하기 위한 플럭스(P1)가 수용되는 공간이 형성된다. 그리고 제2용기(220)에는 내부에 진공을 형성하기 위한 배기구, 내부에 소정의 분위기를 형성하기 위해 가스를 도입하기 위한 주입구, 용철(M)과 플럭스(P1)가 반응하면서 발생하는 반응 가스를 배출하기 위한 배출구 등이 형성될 수 있다. 또한, 제2용기(220)의 상부에는 제1용기(210)의 분사부(214)와 연통하는 개구부(221)가 형성될 수 있다. 개구부(221)는 제1용기(210)의 바닥에 형성된 분사부(214)에 대응하는 크기로 형성되거나, 분사부(214)보다 크게 형성되어 용철(M)이 원활하게 분사될 수 있도록 하는 것이 좋다.
이와 같은 구성을 통해 용철(M)을 액적 상태로 분사하여 플럭스(P1)와 신속하게 반응할 수 있도록 함으로써 용철(M) 중에 함유된 구리를 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 용철(M) 중에 함유된 구리를 제거하는 과정에서 플럭스(P1)에 함유된 다른 불순물, 예컨대 황(S) 성분이 용철(M1) 중으로 픽업될 수 있다. 즉, 용철(M1) 중에 함유된 구리는 황(S)과 반응효율이 높기 때문에 구리를 제거하는데 사용되는 플럭스(P1)에는 황(S) 성분이 다량 함유되어 있다. 따라서 용철(M1) 중의 구리를 제거하는 탈구리 처리과정에서 구리와 반응하지 못한 황이 용철 중에 픽업되는 현상이 발생할 수 있다.
이에 제2용기(220)의 하부에 탈구리 처리된 용철(M1)을 장입하여 탈황처리를 할 수 있는 제3용기(230)를 구비할 수도 있다. 제3용기(230)는 내부에 용철(M2) 및 플럭스(P2) 등을 수용할 수 있는 공간이 형성되는 레이들, 정련로 등의 용기일 수 있다. 제3용기(230)는 제2용기(220)의 하부에 구비되어 제2용기(220)에서 배출되는 용철(M1), 즉 탈구리 처리된 용철(M1)을 공급받아 탈황처리하여 목표하는 성분의 용철(M2)을 얻는다.
이에 제2용기(220)에는 용철(M1)을 제3용기(230)로 공급하기 위한 유출구(223)가 형성될 수 있다. 유출구(223)는 제2용기(220)의 바닥이나 하부 측벽에 형성될 수 있다. 유출구(223)는 용철(M1)을 액적 상태로 제3용기(230)로 공급할 수 있도록 제1용기(210)에 형성된 분사부(214)와 유사한 형태로 형성할 수도 있다. 또는, 용철(M1)을 액적 상태로 분사하지 않고 탈구리 처리된 용철(M1)을 용철류를 형성시키면서 제3용기(230)에 공급할 수도 있다.
이와 같은 구성을 통해 용철 중에 함유된 구리 및 황을 효과적으로 제거할 수 있으며, 필요에 따라서는 탈구리 처리와 탈황 처리를 연속적으로 수행하여 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 용철 처리 장치를 이용하여 용철 중에 함유된 구리 성분을 제거하는 방법에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 제철공정이 이루어지는 과정을 보여주는 도면이다.
먼저, 용철(M), 예컨대 용철을 마련한다. 용철(M)은 철스크랩, 철근, 파이넥스(FINEX) 슬러지, 동제련 슬래그, 폐타이어(타이어코드), 사철 등 다양한 저가의 철원을 용해로(100)에서 용융 및 환원시켜 제조될 수 있다. 용해로(100)는 전기로, SAF(submerged arc furnace) 또는 LF(Ladle Furnace)일 수 있으며, 용철(M)을 제조하는 과정에서 코크스(혹은 석탄), 생석회, SiO2 등을 투입하여 환원시킬 수 있으며, 인(P) 성분을 제거할 수도 있다. 이와 같이 저가의 철원을 이용하여 제조된 용철(M)에는 구리가 다량 함유되어 있다.
제조된 용철(M)은 용해로에서 레이들(110)로 출탕되어 탈구리 처리를 위한 장소로 이송된다.
레이들(110) 내에 수용된 용철(M)은 제1용기(210)로 장입된다. 이때, 레이들(110)이 제1용기(210)로 사용될 수도 있다.
그리고 용철(M)의 탈구리 처리가 이루어지는 제2용기(220) 내부에 구리를 제거하기 위한 플럭스(P1)를 마련한다. 플럭스(P1)는 용철(M)을 제2용기(220) 내로 분사하기 이전에 제2용기(220) 내에 투입하는 것이 바람직하다. 플럭스(P1)는 용철(M1)보다 비중이 작은 물질로서, 구리와 반응이 활발하게 이루어지는 황(S) 성분을 포함하는 물질이 사용될 수 있다. 예컨대 플럭스(P1)는 Na2CO3를 함유하는 물질과, 황(S)을 함유하는 물질을 포함할 수 있다. 이때, Na2CO3를 함유하는 물질은 Na2CO3 또는 트로나(Na2CO3·NaHCO32H2O)일 수 있고, 황을 함유하는 물질은 FeS, Na2S, 및 Na2SO4 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 트로나는 약 30wt% 정도의 나트륨(Na)을 포함하고 있으며, 원산지에 따라 다르지만 황(S)을 포함하고 있으며, 황은 Na2SO4, Na2CO3·2Na2SO4 등과 같은 산화물 형태로 존재한다. 여기에서 황을 함유하는 물질로는 FeS, Na2S 또는 Na2SO4가 사용될 수 있으나, FeS 및 Na2SO4의 경우 탈구리 처리 후 용철(M1) 중에 황 성분이 다량 픽업되고, Na2S의 경우에는 용철(M1) 중에 황 성분의 픽업이 거의 발생하지 않으므로 Na2S를 사용하는 것이 더 좋다. 이는 플럭스(P1)에 함유된 나트륨(Na) 성분이 구리와 황의 반응물을 안정된 상으로 만들기 때문으로 파악되며, 이는 나중에 설명하는 실험 결과를 통해 다시 살펴보기로 한다.
플럭스(P1) 중 Na2CO3를 함유하는 물질과, 황(S)을 함유하는 물질의 비율은 20 ~ 60wt% : 40 ~ 80wt% 정도가 좋다. 플럭스(P1) 내에 Na2CO3를 함유하는 물질보다 황(S)을 함유하는 물질이 비율이 더 높은 것은 탈구리 효율을 더 높일 수 있기 때문이고, 이들 비율이 제시된 범위보다 작거나 큰 경우 목표하는 탈구리 효율을 얻을 수 없으므로 제시된 범위 내에서 적절하게 조절하여 이용하는 것이 좋다.
제1용기(210)로 장입된 용철(M)은 제1용기(210) 바닥에 형성된 분사부(214)를 통해 제2용기(220) 내로 액적을 형성하며 분사된다.
용철(M)은 다양한 방법을 이용하여 액적 상태로 분사할 수 있다.
제1용기(210)에 장입된 용철(M)은 제1용기(210)의 바닥에 형성된 분사부(214)를 통해 제2용기(220)로 분사되는데, 제1용기(210)에 형성된 분사부(214)가 분사부(214a)이나 다공성 부재(214b)로 형성되기 때문에 용철(M) 자체의 하중에 의해 분사부(214)를 통해 제2용기(220)로 분사될 수 있다. 이때, 제1용기(210) 내부에 아르곤 가스 등과 같은 불활성 가스를 공급하여 제1용기(210)에 수용된 용철(M)에 압력을 가해주면 용철(M)은 제2용기(220)로 액적을 형성하면서 빠르게 분사될 수 있다. 이렇게 용철(M)이 액적 상태로 제2용기(220)로 분사될 때 제2용기(220) 내부에 진공을 형성해주면 압력차이에 의해 제2용기(220)로 분사되는 용철(M)을 제2용기(220) 내에 고르게 확산시켜 줄 수도 있다.
제2용기(220)에 액적 상태로 분사되는 용철(M)은 플럭스(P1)를 통과하면서 격렬하게 반응하게 되고, 이때 용철(M) 중의 구리와 플럭스(P1)와 반응하여 부산물을 생성하고 생성된 부산물을 플럭스(P1) 중에 잔류하며, 구리가 제거된 용철(M1)은 플럭스(P1)와의 비중 차이에 의해 플럭스(P1) 하부로 떨어지게 된다.
제1용기(210) 내에 장입된 대부분의 용철(M)이 제2용기(220)로 분사되어 제2용기(220) 내의 플럭스(P1)와의 반응을 통해 탈구리 처리가 되면, 제2용기(220) 내에 수용된 용철(M1), 즉 탈구리 처리된 용철(M1)을 샘플링하여 성분을 분석한다. 분석 결과 용철(M1)의 성분이 목표하는 성분으로 제조된 경우, 제2용기(220) 내의 용철(M1)을 레이들 등과 같은 용기로 출탕하여 후속 제강공정, 예컨대 탈린처리 공정을 수행한다.
한편, 제2용기(220) 내의 용철(M1)이 목표하는 성분으로 제조되지 않은 경우, 예컨대 탈구리 처리 과정에서 플럭스(P1) 내의 황 성분이 용철(M1) 중으로 픽업되어 황 농도가 증가한 경우에는 용철(M1)의 탈황처리를 수행할 수도 있다.
탈황처리는 제2용기(220)에 설치된 개폐수단(222)을 작동시켜 제2용기(220)에 형성된 유출구(223)를 개방하여 제2용기(220) 내의 용철(M1)을 제3용기(230)로 배출시킨다. 용철(M1)은 용철류를 형성하며 제3용기(230)로 배출되어 제3용기(230) 내에 투입되어 있는 탈황 플럭스(P2)로 낙하하게 된다. 용철 중의 황은 탈황 플럭스(P2)와 반응하여 부산물을 생성하고, 부산물은 탈황 플럭스(P2) 중에 잔류하고 용철(M2)은 탈황 플럭스(P2) 하부로 떨어지게 된다. 이때, 탈황 플럭스(P2)로는 트로나를 포함하는 물질이 사용될 수 있다.
이후 탈황 처리가 종료되면 제3용기(230) 내의 탈황 플럭스(P2)(부산물 포함)를 제거하고 용철(M1)을 레이들 등과 같은 용기로 출탕하여 후속 제강공정(300)을 수행한다. 여기에서 탈황 처리 과정에서 용철 중의 황은 트로나와 반응하여 Na2S을 포함하는 부산물을 생성하는데, 탈황 처리 다음 제거되는 탈황 플럭스(P2)(부산물 포함)은 이후 탈구리 처리공정에서 플럭스로 재활용될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 용철 처리 방법으로 용철을 실험하기 위한 실험장치의 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 용철을 처리한 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
하기의 표1은 탈구리 효율을 살펴보기 위하여 탈구리 처리 시 사용된 플럭스의 조성과, 탈구리 처리 시 용철의 온도를 나타낸다.
표 1
플럭스 조성 온도(℃)
실시예1 트로나 91g, Na2S 15g 1335
실시예2 트로나 67g, Na2S 53g 1368
실시예3 트로나 50g, Na2S 80g 1338
실시예4 트로나 25g, Na2S 80g 1320
실시예5 Na2S 140g 1460
실시예6 트로나 50g, Na2S 80g 1355
실시예7 Na2S 140g 1349
비교예1 Na2CO3 47g, FeS 93g 1450
비교예2 Na2CO3 67g, FeS 33g 1330
비교예3 Na2CO3 91g, FeS 9g 1396
여기에서 실시예1 내지 7과 비교예1 내지 3은 도 4에 도시된 바와 같은 실험 장치를 이용하여 용철을 액적 상태로 분사하여 플럭스를 통과시켜 탈구리 처리되도록 실험하였다.
도 4에 도시된 실험 장치(400)는 밀폐된 챔버(여기서는 유도가열코일이 구비된 고주파 유도 용해로가 사용됨)(410) 내부에 하부 도가니(420)를 설치하고, 상부에는 용철(M)이 수용되는 상부 도가니(430)를 설치한다. 상부 도가니(430)에는 직경 3㎜의 2개의 분사공(432)이 형성되어 상부 도가니(430) 내에 수용되는 용철(M)이 액적을 형성하며 하부 도가니(420)로 낙하하도록 하였다. 이때, 상부 도가니(430)에 수용된 용철(M)은 60g이고, 상부 도가니(430)에 30g 정도의 용철(M)이 잔류할 때까지 실험을 실시하였다. 그리고 하부 도가니(420)에는 플럭스(P)의 조성을 변경하면서 투입하여 실험을 반복하였다.
실험이 거의 완료되는 시점에서 상부 도가니(430)에 잔류하는 용철(M)을 채취하고, 하부 도가니(420) 내의 플럭스(P)와 용철(M1)을 채취하여 각각의 시편을 제작한 다음, 각각의 시편을 분석하여 하기의 표 2 및 3과 같은 결과를 획득하였다. 여기서 표 2는 플럭스에 Na2S를 함유시켜 용철을 탈구리 처리한 결과를 나타내고, 표 3은 플럭스에 FeS를 함유시켜 용철을 탈구리 처리한 결과를 나타낸다. 그리고 도 5 및 도 6은 표2 및 표 3에 나타난 탈구리 효율을 도식화한 그래프이다.
표 2
용탕 조성(wt%) 플럭스 조성(wt%)
Cu S C Cu S Na Mg C
실시예1 초기 0.60 0.028 4.42 - - - - -
반응후 0.59 0.0074 2.38 0.0062 0.69 40.85 0.032 9.70
실시예2 초기 0.61 0.053 4.55 - - - - -
반응후 0.24 0.061 2.61 0.15 11.6 43.65 0.034 6.99
실시예3 초기 1.40 12.6 17.4 - - - - -
반응후 0.20 0.39 2.67 0.30 17.7 45.25 0.064 4.84
실시예4 초기 0.61 0.71 4.51 - - - - -
반응후 0.16 0.15 2.40 0.32 21.6 46.95 0.044 3.20
실시예5 초기 0.56 0.48 7.86 - - - - -
반응후 0.069 0.017 2.98 0.61 20.9 43.20 0.071 0.52
실시예6 초기 0.61 0.022 2.55 - - - - -
반응후 0.15 0.008 2.40 0.18 18.2 44.85 0.059 4.47
실시예7 초기 0.6 0.024 4.05 - - - - -
반응후 0.13 0.0096 3.15 0.97 18.5 49.75 0.060 0.17
표 3
용탕 조성(wt%) 플럭스 조성(wt%)
Cu S C Cu S Na Mg C
비교예1 초기 0.06 - - - - - - -
반응후 0.01 4.65 0.075 0.31 22.2 16.20 0.39 0.11
비교예2 초기 0.62 0.021 2.33 - - - - -
반응후 0.23 0.98 2.34 0.30 26.1 44.90 0.031 3.14
비교예3 초기 0.65 0.027 5.35 - - - - -
반응후 0.48 0.48 2.06 0.14 3.93 40.35 0.045 8.28
먼저, 표2를 살펴보면, 실시예1 내지 7 전체에 걸쳐 탈구리 처리 후 구리의 함량이 감소한 것을 알 수 있다. 그런데 15g의 Na2S를 사용한 실시예1에서는 탈구리 효율이 약 1.7% 정도로 매우 낮게 나타나는데 비하여, 실시예1보다 Na2S의 양을 증가시킨 나머지 실시예들에서의 탈구리 효율은 약 60% 이상으로 매우 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이에 Na2S의 양을 증가시킬수록 탈구리 효율이 증가하는 것을 알 수 있다. 그리고 실시예2와 실시예3 내지 7의 탈구리 효율을 살펴보면, 트로나보다 Na2S의 함량이 높은 경우 탈구리 효율이 증가함도 알 수 있다. 이에 따라 트로나(또는 Na2CO3)와 Na2S의 비율을 앞에서 제시한 범위에서 적절하게 혼합하여 사용함으로써 목표하는 탈구리 효율을 구현할 수 있다.
비교예1 내지 3에서는 플럭스에 Na2S 대신 FeS를 사용하여 용철을 탈구리 처리하였다. 표 3 및 도 6을 살펴보면, 비교예 1 내지 3에서는 25 내지 80% 정도의 높은 탈구리 효율을 나타내고 있다. 그런데 이와 같은 탈구리 효율은 앞서 설명한 실시예들(실시예1 제외)에 의한 탈구리 효율 내에 포함되어 비교적 높은 탈구리 효율을 나타내고 있으나, 탈구리 처리 후 용탕 중에 4 내지 50wt% 정도의 황(S)이 다량 픽업된 것을 알 수 있다. 특히, FeS의 양이 많을 수록 황의 픽업량이 증가하는 것도 알 수 있다. 이에 비해 실시예1 내지 실시예7에서는 1wt% 미만의 황이 용탕 내에 존재하는 것을 알 수 있다. 특히, FeS의 양이 많을수록 황의 픽업량이 증가하는 것을 알 수 있다. 이에 비해 실시예1 내지 실시예7에서는 반응 후 용철 내에 황이 거의 픽업되지 않은 것도 확인할 수 있다.
따라서 용철 중에 구리 성분을 제거하기 위한 탈구리 플럭스로서 Na2S를 사용하는 경우 탈구리 효과는 물론, 황의 픽업을 억제할 수 있는 효과가 높은 것을 알 수 있다.
또한, 용철을 액적 상태로 분사함으로써 얻어지는 탈구리 효율을 확인하기 위하여 평형반응 실험을 실시하였다.
평형반응 실험은 밀폐된 챔버 내에 도가니를 설치하고 도가니 내에 구리를 함유하는 용철 120g을 넣고 아르곤 분위기에서 1550℃까지 승온시켜 용철을 용해시켜 용철을 획득한 후 1400℃로 온도를 낮췄다. 이때, 도가니 내에서 용철을 채취하여 초기 시편을 제작하였다. 그 후 Na2CO3-FeS계 플럭스 30g(비교예4) 혹은(Na2CO3-Na2S계 플럭스 30g(비교예5))을 용철에 투입하고 30분간 유지시킨 다음 다시 용철을 채취하여 반응 후 시편을 제조하여 성분을 분석하였다. (평형반응)
도5를 참조하면, 시편의 성분을 분석한 결과, 비교예4와 비교예5의 탈구리 효율은 거의 90% 정도로 유사하게 나타나고 있다. 그러나 Na2CO3-FeS계 플럭스를 사용한 비교예4의 경우 Na2CO3-Na2S계 플럭스를 사용한 비교예5에 비해 반응 후 용철 중 황 성분이 매우 높게 나타나고 있으며, 비교예5는 거의 황의 픽업되는 현상이 나타나지 않고 있다.
그리고 이 실험에서 얻어진 결과는 액적 상태로 분사한 경우의 실시예1 내지 실시예7, 비교예1 내지 비교예3에서 얻어진 탈구리 효율과 황 픽업 현상과 유사하지만 이 실험에서는 용탕에 플럭스를 투입하고 약 5분 정도 경과한 다음 용탕과 플럭스간의 반응이 본격적으로 발생하였다.
그러나 용철을 액적 상태로 만들어 탈구리 처리를 하는 경우(실시예1 내지 7, 비교예1 내지 3), 용철의 액적이 플럭스와 만나는 직후 수초, 예컨대 3초 이내에 용철과 플럭스 간의 반응이 격렬하게 일어났다.
이와 같은 실험 결과에 따르면 본 발명에서와 같이 용철을 액적 상태로 만들어 탈구리 처리를 하면, 용철 중의 구리를 신속하게 제거할 수 있는 동시에, Na2S와 같은 S함유 플럭스를 적용하면 플럭스에 함유된 황이 용탕 중으로 픽업되는 현상을 동시에 억제할 수 있어, 원하는 성분의 용탕을 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명에 따른 용철 처리장치 및 그 처리방법은 용철 중에 함유된 구리 성분을 용이하게 제거할 수 있어, 폐스크랩, 타이어코드, 철근, 파이넥스 슬러지, 동제련 슬래그 등과 같이 구리를 함유하는 저가의 철원을 활용할 수 있다. 따라서 불필요하게 버려지는 자원을 재활용할 수 있으므로 환경 오염을 억제할 수 있고, 용철을 제조하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
또한, 용철 중의 구리 성분과 황 성분을 연속적으로 제거할 수 있어 용철의 정련에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 그리고 용철 중으로 황 성분의 픽업이 억제되는 플럭스를 이용하여 탈황조업에 부하가 발생하는 것도 억제할 수 있다.

Claims (20)

  1. 철원을 용융시켜 용철을 제조하는 용해로와;
    상기 용해로에서 제조된 용철을 액적 상태로 분사하여 상기 용철 중에 함유된 구리 성분을 제거하는 탈구리 장치;
    를 포함하는 용철 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용해로는 전기로, SAF(submerged arc furnace) 및 LF(Ladle Furnace) 중 적어도 어느 하나인 용철 처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈구리 장치는,
    용철이 수용되는 제1용기; 및
    내부에 플럭스가 수용되고 상기 제1용기 하부에 구비되는 제2용기;
    를 포함하며,
    상기 제1용기는 상기 용철을 상기 제2용기에 액적으로 분사하도록 형성되는 용철 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2용기의 하부에 용철을 배출시키는 유출구가 형성되고, 상기 제2용기에서 배출되는 용철을 수용하는 제3용기를 더 구비하는 용철 처리 장치.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제1용기는 하부에 용철을 액적 상태로 분사하는 분사부가 형성되는 용철 처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 분사부는 복수의 분사공 또는 다공성 부재로 형성되는 용철 처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 분사공은 2 ~ 5㎜의 크기로 형성되는 용철 처리 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 분사부를 개폐하는 개폐수단을 포함하는 용철 처리 장치.
  9. 용철 내부에 함유된 불순물을 처리하는 방법으로서,
    구리를 함유하는 철원을 용융시켜 용철을 제조하는 과정과;
    상기 용철을 제1용기에 장입하는 과정과;
    상기 제1용기의 하부에 구비되는 제2용기에 플럭스를 마련하는 과정과;
    상기 제1용기에 마련된 용철을 상기 제2용기에 액적 상태로 분사하여 상기 플럭스와 반응시켜 상기 용철 중에 함유된 구리를 제거하는 과정;을 포함하는 용철 처리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 용철을 제조하는 과정에서 철스크랩, 철근, 파이넥(FINEX) 슬러지, 동제련 슬래그, 폐타이어(타이어코드) 및 사철 중 적어도 어느 하나를 철원으로 사용하는 용철 처리 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 플럭스는 적어도 Na2CO3를 함유하는 물질과, S를 함유하는 물질을 포함하는 용철 처리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 Na2CO3를 함유하는 물질과 상기 S를 함유하는 물질의 조성비는 20 ~ 60wt% : 40 ~ 80wt%인 용철 처리 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 Na2CO3를 함유하는 물질은 Na2CO3 또는 트로나((Na2CO3·NaHCO3·2H2O)이고, 상기 S를 함유하는 물질은 Na2S, FeS 및 Na2SO4 중 적어도 어느 하나인 용철 처리 방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 플럭스는 상기 용철 1톤(ton) 당 150kg 내지 4000kg 마련되는 용철 처리 방법.
  15. 청구항 9 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플럭스는 상기 용철보다 비중이 작고,
    상기 용철은 상기 플럭스를 통과하여 상기 플럭스 하부에 가라앉는 용철 처리 방법.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1용기에 마련된 용철을 상기 제2용기에 액적 상태로 분사할 때, 상기 제2용기 내부에 진공을 형성하여 상기 제1용기에서 유입되는 용철을 확산시키는 용철 처리 방법.
  17. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1용기에 마련된 용철을 상기 제2용기에 액적 상태로 분사할 때, 상기 제1용기의 내부에 압력을 인가하여 상기 제1용기 내의 용철을 상기 제2용기에 액적 상태로 분사되도록 하는 용철 처리 방법.
  18. 청구항 9에 있어서,
    상기 용철 중에 함유된 구리를 제거하는 과정 이후에 탈황처리를 수행하는 용철 처리 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 탈황처리는,
    상기 제2용기의 하부에 제3용기를 마련하는 과정과;
    상기 제3용기에 탈황 플럭스를 마련하는 과정과;
    상기 제2용기에 수용된 용철을 상기 제3용기에 용철류를 형성하여 공급하여 상기 플럭스와 반응시켜 용철 중에 함유된 황을 제거하는 과정;을 포함하고,
    상기 구리를 제거하는 과정과 연속적으로 수행되는 용철 처리 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 탈황 플럭스는 트로나를 포함하는 용철 처리 방법.
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