KR100580347B1 - 철욕에서 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법 - Google Patents
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Abstract
5wt% 를 초과하여 산화철을 함유하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물, 특히 강철제품 슬래그를 다른 슬래그와 선택적으로 혼합하여 금속욕에 장입시킴으로써 슬래그 및 슬래그 혼합물을 처리하는 방법에 있어서,
상기 금속욕으로서, 탄소함량이 1.5wt% 미만, 바람직하게는 0.5wt% 미만인 강철욕을 사용하며, 강철 슬래그의 장입후, 탄소 또는 탄소캐리어를 도입함으로써 상기 강철욕을 탄화시켜 그 탄소함량이 2.0wt% 를 초과하도록, 바람직하게는 2.5 wt% 를 초과하도록 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
슬래그, 금속욕.
Description
본 발명은 5wt% 를 초과하여 산화철을 함유하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물 특히 강철제품 슬래그를 다른 슬래그와 선택적으로 혼합하여 금속욕에 장입시킴으로써 슬래그 및 슬래그 혼합물을 처리하는 방법에 관한 것이다.
유럽특허 등록공보 제 666 930 호에는, 강철 및 수경성 활성 바인더(hydraulically active binders)의 생산방법이 이미 공지되어 있는바, 이러한 방법에서는 선철, 특히, 선철에 존재하는 탄소량을 이용하여 강철 슬래그를 환원시킴으로써, 선철욕을 정련시키고 그 욕의 탄소량을, 예를 들어, 그 선철에 존재하는 탄소량의 반이하까지 감소시키며, 한편, 동시에, 강철 슬래그로부터의 산화철을 철로 환원시켜 금속욕에 들어가게 한다. 공지의 방법은 적은 양의 용융선철을 사용하여 많은 양의 강철 슬래그 중 적어도 일부의 환원을 가능하게 하는 의도로 실질적으로 최적화되었다. 더 많은 양의 용융선철의 사용을 통한 상기 방법의 감축은 공지의 방법으로는 가능하지 않다. 왜냐하면, 한편으로는, 보통 용융선철이 비교적 낮은 온도에서 존재하므로 결국 슬래그의 불확실한 유동학적(rheological)특성을 야기시키며, 다른 한편으로는, 다량의 용융선철에 액상 강철 슬래그(liquid steel slags)를 장입하는 경우, 매우 격렬한 반응을 관찰할 수 있으며, 이것은, 그 슬래그의 바람직하지 못한 유동학적 특성의 경우에, 바람직하지 못한 거품슬래그를 형성시키거나 슬래그 스피팅(튀는 현상)을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 그러한 거품슬래그의 형성은 반응을 지연시켜 상대적으로 긴 처리시간이 필요하게 될 것이다.
본 발명의 목적은, 초기에 규정한 종류의 방법을 어느정도까지 더 발전시켜 비교적 짧은 반응시간으로 그 방법에 의해 초래되는 열을 최적으로 이용할 수 있으며 환원동안 매우 유동적인 강철 슬래그를 유지시키는 것이며, 이것은 거품슬래그의 형성을 지속적으로 방해할 것이며, 동시에, 관련된 바람직하지 못한 액체 슬래그 스피팅의 국부적인 과반응을 방지하는 것이다.
이러한 목적을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 방법은 본질적으로, 상기 금속욕으로서 탄소함량이 1.5 wt% 미만, 바람직하게는 0.5wt% 미만인 강철욕(steel bath)을 사용하며, 강철 슬래그의 장입후, 탄소 또는 탄소캐리어를 도입함으로써 상기 강철욕을 탄화시켜 그 탄소함량이 2.0 wt% C 이상이 되도록, 바람직하게는 2.5 wt% C 를 초과하도록 한다. 비교적 낮은 탄소함량을 갖는 금속욕, 즉, 강철욕을 제공함으로써, 슬래그 환원의 개시시점에 있어서, 다량의 가스를 형성시키는 국부적인 과반응 및 격렬한 반응이 방지되어 거품슬래그의 형성이 더 이상 관찰되지 않을 것이다. 이러한 방법을 경제적이고 대규모로 자동화한 양식으로 실시하기 위해서는, 만약 상기 방법에 따라 발생하는 열을 즉시 사용한다면 특히 유용할 것이다. 따라서, 본 방법에 따른 방법은, 선철욕을 제공하여 산소로 정련하여 탄소함량이 0.5wt% 미만이 되도록 하고, 욕조온도를 1570℃ 이상으로, 특히 약 1620℃ 로 조정하며, 또한 액상 강철 슬래그를 상기의 정련된 강철욕에 장입하고, 등온화후 상기 욕에 탄소를 도입하여, 염기도를 1.5 미만으로 낮추고 Al2O3 함량을 10wt% 초과하도록 조정하기 위해, 예를 들어, 고로슬래그, 규사등의 SiO2-함유 중화물질 및/또는 예를 들어, 보크사이트등의 Al2O3-함유 중화물질을 첨가하는 방법으로 유용하게 실행된다. 강철 슬래그가 연속적으로 장입된 강철욕의 형성을 확실하게 함으로써, 정련처리에 의한 이 방법의 전단계에서, 원래 선철욕을 가열하는 정련동안에 생기는 열을, 적용하는 강철 슬래그를 등온화하기 위해 직접 이용할 수 있으며, 여기에서는, 고온에 의해 원하는 염기도의 조절에 필요한 중화물질, 특히, SiO2-함유 중화물질을 바로 용해하는 것과, 슬래그에 도입하는 것이 용이하다. 정련처리에 의해 대략 1570℃ 이상의 온도까지 가열된 강철욕에, 염기도 조정에 필요한 SiO2-함유 중화물질이 가열되고 적어도 부분적으로 용융되도록 이들중 적어도 일부를 즉시 첨가하거나 또는 강철 슬래그를 첨가하며, 여기서 SiO2-함유 중화물질과 액상 강철 슬래그를 함께 첨가하는 것도 가능하다. 그러한 SiO2-함유 중화물질의 첨가 및, 특히 예를 들어, 저온 스크랩 또는 미세 광석(fine ore) 등의 첨가제를 동시에 장입하는 기회로 인해, 정련된 강철욕의 높은 잠열이 직접 상기 처리에 사용되며, 산화철 캐리어의 첨가로 인해, 산화철이 동시에 대부분 환원되는 효과적인 온도제어가 가능하며, 따라서 다량의 용융철이, 예를 들어, 미세 광석처럼, 보통 가공하기 어려운 산화철 캐리어를 형성한다.
강철 슬래그 장입결과, 강철욕의 탄소함량은 계속해서 증가하며 상기 강철욕으로 탄소 캐리어를 송풍하는 동안 필요한 환원작업을 실시한다. 형성된 일산화탄소가 잇따라 후연소되는 그 방법은 주로, 대부분 자동열 방법으로 작동될 수 있어 추가적인 에너지의 도입이 불필요하다. 유용하게, 이 경우 본 발명에 따른 방법은 염기도를 1.1 내지 1.4 로 조정하고 상기 욕조의 탄소함량 2.5wt% 를 초과하도록 조정하는 방법으로 실시된다.
본 발명에 따른 방법은 상기 강철 슬래그를 강철욕에 1:3 내지 1:6, 바람직하게는 약 1:4 의 중량비로 첨가하는 방법으로 실시하며, 상대적으로 많은 양의 장입된 금속욕과 정련처리후에 발산하는 고온으로 인해 플럭스에 필요한 용융열은 즉시 습득가능하다. 특히, 편리한 방법으로 강철 슬래그 1톤당 150 내지 250 kg 의 규사, 및 강철 슬래그 1톤당 200 내지 300 kg 의 보크사이트를 첨가하는 것이 가능하며, 이로인해 선택된 첨가방법은 플럭스를 충분히 균질화하여 슬래그 내에서 완전히 용융시키고 반응시켜 시멘트 기술로 사용가능한 제품을 직접 생산하게 한다.
특히 유용한 방법에 있어서, 산화철의 함량을 8 wt% 이상으로 조정하도록 상기 용융 슬래그 혼합물에 미세 광석이나 산화철 캐리어를 첨가하며, 이로인해 상기 강철 슬래그의 필요한 환원과 동시에, 심지어 매우 가공하기 어려운 광석들도 동일한 방법으로 환원하는 것이 가능하며 필요한 반응온도를 제어하도록 이러한 혼합물을 사용하는 것이 가능하다. 동일한 목적을 위해, 정련동안 또는 그 후에 예를 들어, 저온 스크랩 또는 미세 광석 등의 첨가제들을 금속욕으로 용융시킬수 있다.
특히 유용한 방법으로, 산성 광맥 산화철 캐리어를 첨가할 수 있으며, 따라서 그러한 산화철 캐리어로부터 금속성 철이 환원함과 동시에 시멘트 기술로 바람직한 목적 염기도까지 염기도를 적절히 낮추는 것이 가능하게 된다. 그렇게 함으로써, 상기 강철욕에 용융 슬래그 또는 슬래그 혼합물을 첨가한 후, 예를 들어, 산성 광맥 저질(低質) 광석 또는 미세 광석 등의 산화철 캐리어를, 적어도 부분적으로 강철욕의 가탄과 동시에 첨가하도록 유용하게 처리되며, 상기 용융 슬래그 또는 슬래그 혼합물에 CaO, Al2O3 및/또는 SiO2 를 함유하는 중화물질을 일반적으로 유용하게 첨가한다.
대부분, 제 1 단계에서 실시되는 정련처리는, 그 처리내에서 직접 사용가능한 선철욕의 정련동안 방출된 고에너지 양과 특히 바람직한 에너지 균형을 이룬다.
SiO2 가 풍부한 필요한 슬래그는 기본적으로 필요한 목적 염기도의 조정에 적합하며 SiO2-함유 중화물질이 선택적으로 장입될 수 있다.
다음으로, 본 발명은 전형적인 실시예에 의해 더욱 자세히 설명될 것이다.
전로에서, 바닥 송풍구를 통해 280 Nm3 의 산소를 주입하여 8 톤의 용융 선철을 강철욕으로 변성시켰다. 상기 용융선철의 지향적인 분석은 3.9 wt% 의 탄소함량, 약 0.3 wt% 의 규소함량 및 나머지의 철을 나타내었다. 정련후, 그 동안에, 발열반응으로 인해, 욕조 온도는 1470℃에서 출발해, 최종온도가 1620℃에 도달하였으며, 액체 강철욕은 0.3wt% 의 탄소함량, 0.003 wt% 의 규소 및 나머지의 철을 함유하였다. 그후에, 2 톤의 액상 강철 슬래그를 그 액체 강철욕에 장입하였다. 상기 강철 슬래그는 다음의 분석표로 특징되었다.
| 강철 슬래그 | |
| wt% | |
| CaO | 48.6 |
| SiO2 | 19.1 |
| Al2O3 | 2.2 |
| MgO | 3.2 |
| TiO2 | 1.5 |
| FeO | 22.7 |
| MnO | 2.7 |
| CaO/SiO2 | 2.5 |
강철욕에 비교적 적은 욕조 탄소함량이 존재하기 때문에, 강철 슬래그내에 함유한 금속산화물의 환원반응은 실질적으로 액상 강철 슬래그를 첨가하자마자 즉시 변성되는 적은 양과 관련있다. 만약 선철을 각각의 비율로 직접 장입한다면, 다량의 CO 가 빠르게 방출될 것이며, 이것은 집중적인 슬래그 기포 또는 슬래그 스피팅을 초래할 것이다.
상기 강철욕에 상기 강철 슬래그를 장입한후, 고체슬래그 부분이 액체상태로 완전히 재변성될 수 있도록 슬래그와 금속욕 사이의 등온화가 발생한다. 등온화의 결과 약 1500℃ 의 온도가 되었다.
등온화가 완료된 후, 580 kg 의 석탄을 25 kg/min 의 송풍속도로 상기 강철욕으로 송풍하였다; 추가적으로 370 kg 의 규사를 24 kg/min 의 송풍속도로 그리고 535 kg 의 보크사이트를 28 kg/min 의 송풍속도로 주입하였다.
4.5 wt% 의 용해탄소를 함유한 금속욕을 약 1490℃ 온도로 필요한 환원반응이 끝날때까지 유지시켰다. 선택된 중화물질과 상기 강철 슬래그의 조성에 따라, 얻어지는 선철은 당연히, 철이외의 대응하는 다른 금속을 함유할 수 있다.
중화물질에 의해, 처리된 슬래그의 시멘트 기술로의 사용을 위해 바람직하게 보이는 필요한 목적 염기도를 조정하였으며, 한편, 처리된 강철 슬래그의 다음의 지향적인 분석표로 금속산화물을 동시에 환원하였다.
| 처리된 강철 슬래그 | |
| wt% | |
| CaO | 44.7 |
| SiO2 | 34.6 |
| Al2O3 | 14.8 |
| MgO | 2.9 |
| TiO2 | 1.8 |
| FeO | 0.9 |
| MnO | 0.3 |
| CaO/SiO2 | 1.3 |
이와같이 회복된 처리된 강철 슬래그는 수중에서 입상화될 수 있으며 혼합시멘트에서 연삭첨가제로서 사용될 수 있다.
탈탄, 즉 탄소의 연소동안 형성된 열은, 필요한 목적 염기도의 조정 및 시멘트 기술로 사용가능한 연삭 첨가제의 목적으로 필요한 조성의 조정을 위해 요구되는 중화물질의 가열 및 용융을 가능하게 한다. 바람직하지 못한 임의의 고온으로의 발전은, 저온 스크랩, 미세 광석을 첨가함으로써 또는 철의 직접 환원(DRI, HBI)으로부터 유도된 물질을 장입함으로써 필요한 환원온도로 감소될 수 있으며, 따라서 추가적인 철을 상기 금속욕으로 주입할 수 있다.
환원에서 형성된 일산화탄소를 슬래그욕 위에서 후연소하는 것이 어느정도 필요해 보이며, 따라서 어떤 추가적인 에너지의 도입없이도 많은 양의 산성 미세 광석을 동시에 처리하는 것을 가능하다.
Claims (16)
- 5wt% 를 초과하여 산화철을 함유하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물을 다른 슬래그와 선택적으로 혼합하여 금속욕에 장입시킴으로써 슬래그 및 슬래그 혼합물을 처리하는 방법에 있어서,상기 금속욕으로서, 탄소함량이 1.5wt% 미만인 강철욕을 사용하며, 상기 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 장입후, 탄소 또는 탄소캐리어를 도입함으로써 상기 강철욕을 탄화시켜 그 탄소함량이 2.0wt% 를 초과하도록 하는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 강철욕은 선철욕을 제공하고 산소로 상기 선철욕을 정련함으로써 탄소함량이 0.5wt% 미만이 되도록 하고, 욕조온도를 1570℃ 초과로 조정하며, 또한 액상 슬래그 또는 슬래그 혼합물을 상기 강철욕에 장입하고, 등온화후 상기 욕에 탄소를 도입하여, 각각 염기도를 1.5 미만으로 낮추고 Al2O3 함량을 10wt% 초과하도록 조정하기 위해, SiO2-함유 중화물질, Al2O3-함유 중화물질, 또는 SiO2-함유 중화물질과 Al2O3-함유 중화물질을 첨가하는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 염기도를 1.1 내지 1.4 로 조정하며, 상기 욕의 탄소함량을 2.5wt% 초과하도록 조정하는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 슬래그 또는 슬래그 혼합물을 상기 강철욕에 1:3 내지 1:6 의 중량비로 첨가하는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 슬래그 또는 슬래그 혼합물 1톤당 150 내지 250 kg 의 규사, 및 슬래그 또는 슬래그 혼합물 1톤당 200 내지 300 kg 의 보크사이트를 첨가하는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 산화철의 함량을 8 wt% 초과로 조정하도록 상기 용융 슬래그 혼합물에 미세 광석이나 산화철 캐리어를 첨가하는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 강철욕에 용융 슬래그 또는 슬래그 혼합물을 첨가한 후, 산화철 캐리어를, 적어도 부분적으로 강철욕의 탄화와 동시에 첨가하는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 용융 슬래그 또는 슬래그 혼합물에 CaO, Al2O3 및 SiO2 중의 하나 이상을 함유하는 중화물질을 첨가하는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 선철욕을 정련하는 동안이거나, 또는 상기 선철욕을 정련한 후 상기 금속욕에 첨가물을 용융시키는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 SiO2-함유 중화물질은 고로슬래그 및 규사이고, 상기 Al2O3-함유 중화물질은 보크사이트인 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 강철욕으로서, 탄소함량이 0.5wt% 미만인 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 강철욕은 그 탄소함량이 2.5wt% 를 초과하도록 탄화되는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 욕조온도는 1620℃ 로 조정되는 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 중량비는 1:4 인 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 산화철 캐리어는 산성 광맥을 갖는 저질 광물 또는 미세 광물인 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 첨가물은 냉각 스크랩, 미세광물 또는 해면 철인 것을 특징으로 하는 슬래그 또는 슬래그 혼합물의 처리방법.
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