KR101351598B1

KR101351598B1 - 래들슬래그를 이용한 제강용 탈류제 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101351598B1
Application number: KR1020120088379A
Authority: KR
Inventors: 김영
Original assignee: (주)참솔산업
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2014-01-23
Anticipated expiration: 2032-08-13

Abstract

본 발명은 래들슬래그를 이용한 제강용 탈류제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 제강공정서 발생되는 래들슬래그의 활용가치를 높이며 융점이 낮고 탈류능력이 우수한 제강용 탈류제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 래들슬래그를 이용한 제강용 탈류제는 제강공정에서 발생되는 래들슬래그 70 내지 90중량%, 생석회 5 내지 25중량%, 형석 0.5 내지 4.5중량%, 바인더 1 내지 5중량%로 조성된 혼합물을 성형하여 형성시킨다.

Description

래들슬래그를 이용한 제강용 탈류제 및 이의 제조방법{desulfurizing agent for steelmaking using ladle slag and manufacturing method thereof}

본 발명은 래들슬래그를 이용한 제강용 탈류제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 제강공정서 발생되는 래들슬래그의 활용가치를 높이며 융점이 낮고 탈류능력이 우수한 제강용 탈류제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 제강공정에서 강에 함유된 비금속(O, S, P 등)은 강의 성질을 저하시키는 문제점이 있으며, 특히, 산화물과 황화물은 강의 성질을 크게 저하시키므로 전기로 또는 전로 등의 제강공정에서 이러한 불순물을 제거하기 위하여 통상적으로 탈류제를 사용하게 된다.

종래의 탈류제로 산화칼슘(CaO)이 다량 함유된 생석회가 사용되고 있다. 생석회는 열역학적 탈류한계가 우수하고, 경제적이어서 불순물을 제거하는 탈류제로 가장 많이 사용되고 있으나, 융점이 높아(약 2,570℃) 반응속도가 늦고 탈류처리시간이 증가하며, 슬래그 유동성을 위해 노(爐) 온도를 강의 융점(1,400℃)이상으로 유지해야 하므로 추가적인 에너지 투입 및 조업시간의 증가로 인한 생산성 저하 등을 초래하는 문제점이 있다.

한편, 제강 공정에서 발생하는 슬래그는 공정에 따라 예비 처리 슬래그, 전로 슬래그 및 2차 정련 슬래그, 래들슬래그로 분류될 수가 있다. 이들은 각 공정의 정련 과정에서 발생되는 부산물들로써, 여러 가지 고유의 특성을 가진다. 따라서, 각국은 폐기물로 분류되어 있는 이들 슬래그들의 매립을 최소화하고, 슬래그들이 갖는 각각의 특성을 이용하여 슬래그를 재활용할 수 있는 방법을 개발하기 위하여 많은 연구를 하고 있다.

우리나라의 경우에도 고로 슬래그를 타분야, 즉 도로용, 토목용 골재 및 시멘트 원료 등으로 전량 재활용하고 있으며, 전로 슬래그의 경우도 조선소 선박의 녹 제거용 원료 등으로 일부 사용하고 있다. 그러나, 이는 제강 슬래그의 일부분일 뿐이며 아직도 상당량은 매립에 의존하고 있다.

상술한 제강슬래그 중 래들슬래그를 이용하여 탈류제를 제조하기 위한 시도가 있었다. 전로와 전기로 등 1차 정련로에서 제조된 용강은 래들(Ladle)이라는 용강보관용기에 출탕되어 후속되는 공정에 적합하도록 처리되고 있는데, 작업 후 래들의 벽면이나 바닥에 응고된 래들슬래그가 발생된다.

대한민국 공개특허공보 제10-1997-0043121호에는 래들슬래그를 이용한 알루미늄 탈산용강 정련용 플럭스의 제조방법이 개시되어 있다. 개시된 종래의 기술에는 래들슬래그 100중량부에 석회석 분말 20~40중량부를 혼합하고, 이 혼합물을 펠렛(Pallet) 또는 단광(Briquette)으로 성형하는 알루미늄 탈산용강 정련용 플럭스의 제조방법을 제안하고 있다.

하지만, 래들슬래그에 석회석 분말만을 혼합하여 탈류제로 사용하는 경우 제강공정에서 슬래그의 유동성과 탈류능력이 저하된다. 또한, 성형시 펠렛 또는 단광의 강도가 약하여 생산성이 감소하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 제강공정에서 발생되어 대부분이 폐기되고 있는 래들슬래그에 생석회와 형석을 첨가하여 경제적이면서도 탈류능력과 유동성이 우수한 제강용 탈류제 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 래들슬래그를 이용한 제강용 탈류제는 제강공정에서 발생되는 래들슬래그 70 내지 90중량%, 생석회 5 내지 25중량%, 형석 0.5 내지 4.5중량%, 바인더 1 내지 5중량%로 조성된 혼합물을 성형하여 형성시킨 것을 특징으로 한다.

상기 래들슬래그는 산화칼슘 100중량부에 대하여 산화알루미늄 60 내지 70중량부, 산화마그네슘 10 내지 24중량부, 이산화규소 17 내지 30중량부, 철 10 내지 22중량부를 함유하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 래들슬래그를 이용한 제강용 탈류제의 제조방법은 래들슬래그를 파쇄하는 파쇄단계와; 파쇄된 래들슬래그에 생석회, 형석, 바인더를 첨가한 후 혼합하는 혼합단계와; 상기 혼합단계에서 수득한 혼합물을 덩어리로 성형하는 성형단계와; 상기 덩어리를 경화시켜 단광을 얻는 경화단계와; 상기 단광을 선별하는 선별단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합단계에서 수득한 혼합물은 산화칼슘:불화칼슘이 1: 0.05~0.15의 중량비로 조성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 제강공정에서 발생되어 대부분 폐기되고 있는 래들슬래그를 제강공정에 재활용함으로써 경제성을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은 래들슬래그에 생석회와 형석을 첨가하여 고형화시킴으로써 탈류능력이 우수한 제강용 탈류제를 제공할 수 있다. 이러한 제강용 탈류제는 통상적인 탈류제 사용량의 일부를 대체할 수 있어 원가절감 및 수입대체 효과 등을 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제강용 탈류제의 제조방법을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 래들슬래그를 이용한 제강용 탈류제 및 이의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 제강용 탈류제는 래들슬래그 70 내지 90중량%, 생석회 5 내지 25중량%, 형석 0.5 내지 4.5중량%, 바인더 1 내지 5중량%로 조성된 혼합물을 성형하여 형성시킨다.

래들슬래그(ladle slag)는 제강공정에서 발생되는 슬래그로서, 용강의 정련과정 중 용강이 보관되는 래들(Ladle)에서 발생하는 슬래그를 의미한다. 래들슬래그는 산화칼슘, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 이산화규소 등과 같은 산화물과 철을 주요성분으로 한다. 그 외에 미량의 산화망간이나 황 등이 함유된다.

본 발명에 적용된 래들슬래그는 산화칼슘 100중량부에 대하여 산화알루미늄 60 내지 70중량부, 산화마그네슘 10 내지 24중량부, 이산화규소 17 내지 30중량부, 철 10 내지 22중량부를 함유한다.

산화칼슘(CaO)은 용강에 함유되어 강의 품질을 저하시키는 황과 같은 비금속 물질을 제거하는 탈류작용을 갖는다. 그리고 산화알루미늄(Al₂O₃)은 산화칼슘, 이산화규소(SiO₂)와 반응하여 슬래그의 융점을 낮추는 역할을 한다. 그리고 산화마그네슘(MgO)은 용강의 유동성이 악화되는 것을 방지하는 역할을 한다.

일 예로 래들슬래그의 주요 화학성분은 하기 표 1과 같다.

구분	CaO	Al₂O₃	MgO	Fe	SiO₂
함량(중량%)	35	23	6	16	8

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 래들슬래그는 주요성분으로 35중량%의 산화칼슘을 함유하고, 그 외에 산화알루미늄, 산화마그네슘, 철 등을 함유하고 있다.

본 발명의 제강용 탈류제에서 래들슬래그의 함량은 70 내지 90중량%일 수 있다. 래들슬래그의 함량이 70중량% 미만이면 산화칼슘, 산화알루미늄, 산화마그네슘의 함량이 낮아져 탈류능력이 저하되고, 90중량%를 초과하면 산화칼슘의 함량을 보정하기 어려워지는 문제점이 있다.

생석회는 래들슬래그에 함유된 산화칼슘을 보충하는 물질로 이용된다. 래들슬래그의 산화칼슘의 함량은 상기 표 1에 나타난 바와 같이 35중량%로 낮아서 그 자체만으로 탈류능력이 낮다. 따라서 첨가되는 생석회는 본 발명의 탈류제의 산화칼슘 함량을 높여 탈류능력을 향상시킨다. 그리고 생석회를 대체하는 물질로 제강공정에서 발생회는 석회슬러지나 제선공정에서 발생되는 탈황석고를 이용할 수 있다. 석회슬러지는 CaO성분이 70중량% 이상이고, 탈황석고는 CaO성분이 50중량%이상이어서 생석회를 대체할 수 있다. 석회슬러지와 탈황석고는 자원의 재활용 측면에서 유용하다.

본 발명의 제강용 탈류제에서 생석회의 함량은 5 내지 25중량%가 바람직하다. 생석회의 함량이 5중량% 미만이면 탈류능력이 저하되고, 25중량%를 초과하면 그만큼 형석이 추가로 투입되어야 하는 문제가 있고 경제성이 저하된다.

형석(fluorite)은 등축정계에 속하는 비금속 광물로, 화학성분은 불화칼슘(CaF₂)이다. 이러한 형성은 본 발명에서 불화칼슘을 제공한다. 불화칼슘은 생석회와 반응하여 생석회의 높은 융점(약 2,570℃)을 강의 융점(1,400℃) 이하의 온도(약 1300℃)로 저하시켜 유동성을 증대시키고 탈류처리시간을 단축시킨다.

바람직하게 본 발명의 제강용 탈류제에서 형석의 함량은 0.5 내지 4.5중량%이다. 형석의 함량이 0.5중량% 미만이면 생석회의 융점 저하 효과가 낮아 탈류능력이 저하되고, 4.5중량%를 초과하면 초과량에 비해 탈류능력 향상이 거의 없고, 작업 중 불화수소의 발생과 불소성분이 용출되는 문제점이 있다.

바인더는 제강용 탈류제의 재료들을 서로 결합시키는 역할을 하는 것으로서, 당밀, 액상 규산소다 등을 이용할 수 있다. 본 발명의 제강용 탈류제에서 바인더의 적절한 함량은 1 내지 5중량%이다. 바인더의 함량이 1중량% 미만이면 성형성이 저하되어 단광의 강도가 약하고, 5중량%를 초과하면 탈류능력이 저하된다.

상술한 바와 같이 래들슬래그, 생석회, 형석, 바인더를 혼합한 혼합물을 성형하여 형성시킨 제강용 탈류제는 주요 화학성분으로 산화칼슘, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 철, 불화칼슘, 이산화규소를 함유한다. 이 외에도 래들슬래그에 함유된 미량의 불순물들과 바인더 성분이 함유된다.

가령, 제강용 탈류제는 주요 화학성분으로 산화칼슘 40 내지 60중량%, 산화알루미늄 10 내지 20중량%, 산화마그네슘 4 내지 10중량%, 철 10 내지 20중량%, 불화칼슘 3 내지 6중량%, 이산화규소 5 내지 15중량%를 함유할 수 있다.

특히, 산화칼슘과 불화칼슘 성분은 산화칼슘:불화칼슘이 1: 0.05~0.15의 중량비로 함유된 것이 바람직하다. 산화칼슘에 대한 불화칼슘의 중량비율이 0.05미만이면 산화칼슘의 융점을 저하시키지 못해 탈류능력이 저하되고, 중량비율이 0.15를 초과하면 탈류능력 향상의 효과가 미미하고 불화수소의 발생과 불소성분이 용출될 수 있다.

이하, 도 1을 참조하면서 본 발명의 제강용 탈류제의 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 준비된 래들슬래그를 파쇄하는 파쇄단계를 수행한다. 1차로 래들슬래그를 죠크러셔와 같은 파쇄기를 이용하여 10 내지 50mm의 크기로 거칠게 분쇄한 후 밀(mill)을 이용하여 2차로 미세하게 분쇄한다. 분쇄된 래들슬래그는 선별기를 이용하여 8mm 이하, 바람직하게는 1 내지 8mm 입도 크기의 입자들만 선별하여 제강용 탈류제의 재료로 이용한다.

다음으로 파쇄된 래들슬래그에 생석회, 형석, 바인더를 첨가하여 혼합하는 혼합단계를 수행한다. 혼합단계는 믹서기에 각 재료들을 투입하여 수행할 수 있다. 생석회 및 형석은 분쇄하여 입도가 1mm이하, 바람직하게 0.1 내지 1mm인 것을 사용한다.

혼합단계에서 각 재료들을 혼합한 혼합물은 래들슬래그 70 내지 90중량%, 생석회 5 내지 25중량%, 형석 0.5 내지 4.5중량%, 바인더 1 내지 5중량%로 조성된다. 특히, 산화칼슘:불화칼슘이 1: 0.05~0.15의 중량비로 조성되는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 혼합단계에서 수득한 혼합물을 덩어리로 성형하는 성형단계를 수행한다. 성형단계는 통상적인 브리케트(briquette) 압축성형기를 이용하여 덩어리로 압축성형한다. 압축성형 후 약 60kg_f의 강도를 갖고, 이때 성형된 덩어리는 35~75mm크기인 것이 바람직하다.

성형 후 덩어리를 경화시켜 단광을 얻는 경화단계를 수행한다. 경화과정은 통상적인 자연 양생방법을 적용할 수 있다. 경화된 단광은 바인더에 의해 각 재료들이 상호 결합되어 굳어져 약 100kg_f의 강도를 갖는다.

마지막으로, 경화된 단광을 선별하는 선별단계를 수행한다. 선별단계에서 선별기를 이용하여 35~75mm크기의 단광만을 선별한다. 선별된 단광은 제강용 탈류제로 이용된다.

이와 같이 본 발명의 제강용 탈류제는 제강공정에서 발생되어 대부분 폐기되고 있는 래들슬래그를 활용함으로써 경제성을 확보할 수 있다. 또한, 래들슬래그에 생석회와 형석을 첨가하여 고형화시킴으로써 탈류능력이 우수하다. 이러한 제강용 탈류제는 통상적인 탈류제 사용량의 일부를 대체할 수 있다.

이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

제강공정에서 발생되는 래들슬래그 70 내지 90중량%, 생석회 5 내지 25중량%, 형석 0.5 내지 4.5중량%, 바인더 1 내지 5중량%로 조성된 혼합물을 성형하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 래들슬래그를 이용한 제강용 탈류제.
제 1항에 있어서, 상기 래들슬래그는 산화칼슘 100중량부에 대하여 산화알루미늄 60 내지 70중량부, 산화마그네슘 10 내지 24중량부, 이산화규소 17 내지 30중량부, 철 10 내지 22중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 래들슬래그를 이용한 제강용 탈류제.
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