KR100224635B1 - 청정강 제조용 슬래그 탈산제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강공정중 전로나 전기로에서 출강후 수강레이들에서 슬래그를 탈산하기 위해 사용되는 슬래그 탈산제에 관한 것이다.

본 발명의 청정강 제조용 슬래그 탈산제는 중량 %로 CaO가 36-59%, Al₂O₃가 41-64%인 용융산화물에 금속 알루미늄 : 1-50 % 첨가하거나, 또는 중량 %로 CaO가 32-58%, Al₂O₃가 40-58%, MgO : 1-10%인 용융산화물에 금속 알루미늄 : 1-50% 첨가하여서 된 것을 특징으로 한다.

Description

청정강 제조용 슬래그 탈산제

제1도는 유도로를 이용한 슬래그 탈산제 제조모식도,

제2도는 투입된 금속알루미늄 함량과 금속알루미늄 회수율과의 관계도,

제3도는 슬래그 탈산제 중 금속 알루미늄 함량과 용강 중 산소 감소량과의 관계도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 모터 2 : 풀리

3 : 브이 벨트 4 : 임펠러

5 : 금속 알루미늄 6 : 용융산화물

7 : 흑연 도가니 8 : 보호용 도가니

9 : 유도 코일

본 발명은 제강공정중 전로나 전기로에서 출강 후 수강레이들에서 슬래그를 탈산하기 위해 사용되는 슬래그 탈산제에 관한 것이다.

제강공장에서 용강을 생산할 때 전로나 전기로에서 용철을 1차로 정련한 후 수강레이들로 받아서 2차로 정련을 행하게 된다. 이때 전로나 전기로에서 발생된 철산화물과 망간산과물을 다량으로 함유하는 슬래그가 수강레이들로 혼입되게 된다.

이렇게 혼입된 슬래그는 수강레이들에서 용강탈산시 사용되는 합금철의 실수율을 저하시키고 용강중 합금원소의 산화를 촉진시켜 비금속개재물의 발생원으로 작용된다. 따라서 수강레이들에서는 가능한 한 슬래그중의 철산화물과 망간산화물을 저하시키는 것이 바람직하다.

이를 위해서 전로나 전기로 슬래그의 혼입자체를 억제하는 방법, 유출된 슬래그를 제거시키고 나서 슬래그를 형성시키는 방법등이 시도되고 있으나 효과가 크지 않고 경제적으로 불리한 단점이 있다. 그래서 일반적으로는 금속 알루미늄을 함유하는 슬래그 탈산제를 사용하여 수강레이들의 철산화물 및 망간산화물을 환원시키는 방법이 널리 사용된다.

슬래그 탈산제는 알루미늄 생산시 발생되는 알루미늄 드로스(dross) 단독 또는 반응효율을 높이기 위해 CaO나 CaCO₃를 알루미늄분말 또는 알루미늄 드로스등과 혼입하여 성형한 단광(briquette) 형 탈산제등이 사용되고 있다.

그러나 알루미늄 드로스는 부산물로 발생되는 것으로 탈산의 주체인 금속 알루미늄의 함량 조절이 극히 어려워서 추가로 금속 알루미늄을 병용하게 되어 작업부하 및 용강 탈산을 초래하게 된다. 또한 입도가 극히 불균일하고 알루미늄 질화물 등의 불순물을 다량 함유하고 있으며 상당량의 미분을 포함하고 있기 때문에 사용할 때 다량의 분진을 발생시키는 문제가 있다.

또한 단광형 슬래그 탈산제는 금속 알루미늄의 성분조절이 용이한 장점이 있으나 기계적 성형을 위해 미분원료를 다량 사용하고 또한 성형을 위해 유기 결합제를 사용하기 때문에 분진발생의 원인이 되고 CaCO₃를 혼합한 경우는 CaCO₃가 분해하면서 발생된 가스에 의해 이들 미분이 동반되어 분진을 발생시키는 문제가 있다. 그 밖에 칼슘 카바이드(CaC₂) 를 사용하는 방법등이 있으나 이것 역시 사용시 다량의 화염 및 분진을 발생시키는 문제점이 있다.

한편 수강레이들의 슬래그 조성은 정련능 및 탈산생성물의 홉수가 용이하도록 용강온도에서 액상이고 가능한 한 CaO가 많은 조성으로 제어하는 것이 바람직하고 내화물의 침식을 억제하기 위해 MgO 성분도 포화근방으로 제어하는 것이 바람직하다.

이를 위해 수강레이들에 다량의 생석회나 성소 백운석을 첨가하게 된다. 또한 이들의 재화촉진을 위해 형석이나 미리 용융된 플럭스도 함께 첨가 되는 것이 보통이다. 이후에 슬래그 탈산제를 투입하고 다음 공정으로 옮겨 진다. 이상과 같이 수강레이들에 여러 가지 부원료를 첨가하게 됨으로써 작업부하 및 처리시간 증가의 원인이 되고 탈산제를 투입함으로써 슬래그 조성의 변동을 초래하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 이상에서 열거한 탈산제를 사용할 때 문제점인 분진발생을 없애고 여러 가지 부원료 사용에 따른 작업부하를 줄이고 수강레이들 슬래그의 조성 변동을 최소화하기 위해 미리 원하는 조성의 용융산화물을 제조한 후 금슥 알루미늄을 기계적 교반으로 분산시킨 후 냉각, 파쇄하여 슬래그 탈산제를 제조함으로써 금속 알루미늄의 함량 조절이 용이하고 원하는 입도를 쉽게 얻을 수 있으며 용융물을 사용함으로써 가스나 분진이 발생하지 않고 수강레이들에 투입되는 부원료의 종류를 줄임으로써 작업부하를 줄이고 수강레이들 슬래그의 조성변동을 최소화하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중량 %로 CaO가 36-59%, Al₂O₃가 41-64%인 용융산화물에 금속알루미늄 : 1-50% 첨가하여서 된 것을 특징으로 하는 청정강 제조용 슬래그 탈산제와, 중량 %로 CaO가 32-58%, Al₂O₃가 40-58%, MgO : 1-10%인 용융산화물에 금속알루미늄 : 1-50% 첨가하여서 된 것을 특징으로 하는 청정강 제조용 슬래그 탈산제를 제공한다.

이하에 본 발명을 상세히 설명한다.

수강레이들의 슬래그는 레이들 이동시에 용강의 산화를 막기 위해 액상으로 존재하는 것이 바람직하다. 따라서 슬래그 탈산제도 출강시에 이미 형성된 슬래그중에 투입되기 때문에 용강온도에서 완전히 액상으로 존재하는 것이 바람직하다. 수강레이들의 용강온도는 1600℃ 정도이므로 이 온도 이하에서 용융되는 수강레이들 슬래그와 유사한 조성의 산화 혼합물을 흑연 도가니(7)에 넣고 유도가열로에서 용융한 후 금속 몰리브덴으로 제조된 임펠러(4)를 용융욕중에 집적 교반하면서 원하는 함량의 금속 알루미늄(5)을 첨가하여 용융욕중에 분산시킨다. 이때 산화물 용융욕의 온도(1000℃ 이상) 는 매우 높기 때문에 금속 알루미늄(5)(융점 660℃) 은 용융욕중에서 바로 액상으로 된다. 따라서 금속 알루미늄(5)은 분말이 아닌 괴상으로 사용할 수 있고 추가적인 열원이 없이도 산화물 용융욕중에서 액상화가 가능하게 된다. 또한 금속 알루미늄(5)의 밀도가 2.7 g/㎤로 산화물 용융물의 밀도(2.5-3.0 g/㎤ )와 거의 유사하여 임펠러(4)의 교반에 의해 양호한 분산상태가 얻어 진다.

한편 알루미늄의 함량이 많아지면 탈산제 제조시에 용융된 알루미늄이 용융산화물(6) 표면으로 노출되어 산화가 발생될 가능성이 높기 때문에 적절한 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 이렇게 분산시킨 산화물-금속 알루미늄 혼합 용융물을 강철제 몰드에 부어 냉각시킨 후 원하는 입도로 파쇄 하여 사용한다.

제조된 슬래그 탈산제는 수강레이들에 투입시에 용강의 현열에 의해 용융되면서 함유되어 있는 금속 알루미늄(5)이 레이들 슬래그중의 철산화물과 망간산화물을 환원시켜 슬래그중의 이들 산화물의 농도를 저하시킨다.

또한 탈산제중에 함유된 산화물이 용융물이기 때문에 가스나 분진을 발생시킬 염려가 없고 재화속도도 빠르고 수강레이들 슬래그 조성과 유사하기 때문에 투입되는 부원료의 종류도 줄일 수 있다.

이때, 상기 슬래그 탈산제 중의 금속 알루미늄의 조성비가 50% 이상일 경우, 용강중의 산소가 현저하게 감소되어 용강품질의 저하를 초래하므로 1-50%로 한정한다.

또한, 상기 CaO와 Al₂O₃의 조성비를 각각 36-59%, 41-64%로 한정한 것은 위와 같은 조성비를 벗어날 경우 융점이 수강레이들의 용강 온도보다 높아서 수강레이들에서 완전 액상으로 존재하지 않기 때문에 탈산제 제조에 사용하기 부적합하므로 제한한다.

한편, MgO 성분을 함유하는 슬래그 탈산제에 있어서 CaO와 Al₂O₃및 MgO 성분을 각각 32-58%, 40-58%, 1-10%로 한정한 것은 위와 같은 조성비를 벗어날 경우 전술한 바와 같이, 용점이 수강레이들의 용강 온도보다 높아서 수강레이들에서 완전 액상으로 존재하지 않기 때문에 탈산제 제조에 사용하기 부적합하기 때문이다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1]

용점이 1600℃이하이고 수강레이들의 슬래그 조성의 대부분을 차치하는 CaO 와 Al₂O₃두가지 성분으로 구성된 표 1과 같은 조성으로 실험을 행했다. 이들 산화물의 화학조성을 맞추기 위해 본 실시예에서는 시약을 사용하였지만 천연 원료, 예를 들면 생석회나 석회석, 보오크사이트 등을 사용하여도 무방하다. 여기서 용점은 기존에 보고되어 있는 상평형상태도로부터 읽은 값이다.

표 1 조성의 혼합물 중 1, 2, 8, 9번은 융점이 수강레이들의 용강온도 보다 높아서 수강레이들에서 완전 액상으로 존재하지 않기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서 3-7번 조성만이 탈산제 제조에 사용하기 적합하므로 이들 조성의 혼합물을 흑연도가니(7)에 넣고 제1도와 같이 유도로내에 설치한 후 가열하여 혼합물이 충분히 용융되도록 1650℃까지 승온하여 유지시켰다.

혼합물이 완전히 용해한 후 상부에 설치된 임펠러(4)(몰리브덴)를 용융물중에 침적하여 회전시키면서 원하는 함량이 되도록 금속 알루미늄(5)을 투입하였다. 금속 알루미늄(5)의 투입이 끝난 후 임펠러(4)를 상부로 끌어 올린 후 미리 준비된 강철제 몰드에 산화물 금속 알루미늄 용융물을 부어 냉각시킨다.

냉각이 끝난 후 파쇄하여 원하는 입도의 슬래그 탈산제를 얻었다.

[표 1 실시예 1에 사용된 산화물 조성]

한편, 금속 알루미늄(5)의 함량이 많아지면 탈산제 제조시에 용융된 알루미늄이 용융산화물(6) 표면으로 노출되어 산화가 발생될 가능성이 높기 때문에 적절한 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 따라서 표 1의 5번 조성에 대해 투입된 금속 알루미늄(5)의 함량에 대해 최종 제품의 금속 알루미늄(5) 함량을 분석하여 금속 알루미늄(5) 회수율을 조사하기 위해 표 2와 같은 조성의 탈산제를 제조하고 투입된 금속 알루미늄(5)의 함량과 회수율의 관계를 제2도에 나타내었다.

제2도에서 알 수 있듯이 금속 알루미늄(5) 투입량이 50%를 넘으면 회수율이 현저하게 저하되는 경향을 나타내며 이는 탈산제 제조시 금속 알루미늄(5)이 산화물 용액 표면으로 노출되어 산화하였기 때문이다.

[표 2 금속 알루미늄 회수율 조사에 사용된 탈산제 조성]

또한, 슬래그 탈산제는 가능한 한 용강탈산이 적게 발생되는 것이 바람직한데 이것은 강중 산소가 저하하면 이후 공정에서 강중 산소를 확보하기 위해 강제로 산소를 취입하게 되어 용강품질의 저하를 초래하기 때문이다.

따라서 얻어진 슬래그 탈산제의 용강 탈산정도를 조사하기 위해 100㎏급 대기 유도 용해로에 60kg 의 강괴를 투입하여 1650℃ 까지 승온하여 녹이고, 여기에 1㎏의 표 3의 화학 조성을 지니는 전로슬래그를 투입하여 약 5분간 유지하여 완전 용융시킨 후 표 2에 나타낸 슬래그 탈산제를 100g 투입하여 투입전후의 용강 중 산소변화를 산소 센서를 이용하여 측정 하였다.

이 결과를 도면 제3도에 나타내었는 바, 도면에 도시된 바와 같이 슬래그 탈산제 중 금속 알루미늄 함량이 50%를 초과하면 현저하게 용강 중의 산소가 감소하는 것을 알 수 있다. 이것은 다량의 금속 알루미늄을 함유하는 탈산제는 표면에 금속 알루미늄이 노출되어 존재하기 때문에 노출된 금속 알루미늄이 투입시 용강 중 산소와 직접 반응하기 때문이며, 이에 따라 슬래그 탈산제 중 금속 알루미늄의 함량은 50% 이하가 바람직하다.

[표 3 실시예 1에 사용된 슬래그 조성(단위 : wt %)

[실시예 2]

수강레이들의 슬래그와 접촉하는 MgO계 내화물의 침식을 억제하기 위해서는 수강레이들 슬래그중의 MgO 함량을 조절할 필요가 있다.

따라서 실시예 2에서는 용융산화물(6)의 조성중 MgO를 변경하는 시험을 행했다. 실시예에 사용된 산화물의 조성을 표 4에 나타내었다.

이때 MgO의 농도 조절은 시약을 사용하였지만 MgO 성분을 함유하는 다른 원료 예를 들면 백운석, 마그네시아, 폐연와 등을 사용하여도 무방 하다.

표 4 조성의 혼합물중 MgO 함량이 10를 넘는 4, 8, 12번은 융점이 수강레이들의 용강온도보다 높아서 수강레이들에서 완전 액상으로 존재 하지 않기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서, 4, 8, 12번 조성을 제외한 나머지 조성만으로 탈산제를 제조했다. 또한 금속 알루미늄(5)의 감량은 실시예 1에서와 같이 회수율이 우수한 50% 까지 투입하여 탈산제를 제조했다.

[표 4 실시예 2에 사용된 산화물 조성]

상기와 같은 슬래그 탈산제를 사용함으로써 사용시 가스나 분진이 발생되지 않고 용융물이기 때문에 재화가 빠르며 수강레이들에 투입되는 부원료의 종류를 줄임으로써 부원료 투입에 의한 작업부하를 줄이고 수강레이들 슬래그의 조성변동을 최소화할 수 있음으로 용강 품질편차를 감소시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 중량 %로 CaO가 36-59%, Al₂O₃가 41-64%인 용융산화물에 금속 알루미늄 : 1-50% 첨가하여서 된 것을 특징으로 하는 청정강 제조용 슬래그 탈산제.
2. 중량 %로 CaO가 32-58%, Al₂O₃가 40-58%, MgO : 1-10%인 용융산화물에 금속 알루미늄 : 1-50 % 첨가하여서 된 것을 특징으로 하는 청정강 제조용 슬래그 탈산제.