KR20070088907A - 청정강 제조용 산화몰리브덴 브리케트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 청정강 제조용 산화몰리브덴 브리케트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강공정에서 강중 몰리브덴 함량을 상승시키기 위해 몰리브덴 공급원으로 투입되는 산화몰리브덴 브리케트로서 강의 청정도 저하를 초래하지 않는 산화몰리브덴 브리케트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산화몰리브덴 브리케트는 산화몰리브덴(MoO₃) 40~85중량%, 저융점 용융 슬래그 10~30중량%, 알루미늄 칩 5~30중량%와 상기 산화몰리브덴+저융점 용융 슬래그+알루미늄 칩의 중량을 100중량부로 하였을 때 2~10 중량부의 점결제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 강중 몰리브덴 첨가용으로 종래부터 사용되던 산화몰리브덴 브리케트 사용시 발생될 수 있는 청정도 저하의 문제점을 해결할 수 있어, 청정강 제조에 적합한 산화몰리브덴 브리케트 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

산화몰리브덴, 브리케트, 청정강, 몰리브덴 환원

Description

청정강 제조용 산화몰리브덴 브리케트 및 그 제조방법{BRIQUETTE OF MOLYBDENUM OXIDE FOR MANUFACTURING CLEAN STEEL AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 청정강 제조용 산화몰리브덴 브리케트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강공정에서 강중 몰리브덴 함량을 상승시키기 위해 몰리브덴 공급원으로 투입되는 산화몰리브덴 브리케트로서 강의 청정도 저하를 초래하지 않는 산화몰리브덴 브리케트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

몰리브덴은 강의 물성을 개선시키기 위해서 탄소강 또는 스테인레스강 등에 첨가되는 합금원소이다. 상기 몰리브덴은 융점이 2622±10℃로 통상의 제강과정에서 처리되는 용강온도보다 현저히 높기 때문에 순수 몰리브덴 금속을 용강에 투입할 경우 상기 몰리브덴의 용해 및 성분 균일화에 많은 시간과 비용이 소요된다.

따라서, 제강과정에서는 상기 순수 몰리브덴 보다 융점이 낮은 훼로 몰리브덴(Ferro-Molybdenum, Fe-Mo) 합금의 형태로 용강에 투입하는 방식을 채택하였다. 그러나, 상기 훼로 몰리브덴은 가격이 고가로서 제강조업에 적용할 경우에는 강 제품의 가격상승요인이 되기 때문에 적합하지 않았다.

이러한 문제점을 극복하기 위해서 제안된 것이 산화몰리브덴인데, 상기 산화몰리브덴은 MoO₂, MoO₃, Mo₂O₅ 등의 형태로 존재하며 그중에서도 MoO₃가 가장 안정한 형태이며, 통상 산화몰리브덴이라 함은 상기 MoO₃를 의미한다.

상기 산화몰리브덴(MoO₃)은 그 융점이 801℃ 정도이며, 기화점이 1280℃ 정도인 불안정한 화합물이다. 따라서, 상기 산화몰리브덴을 용강에 투입하면 상기 산화몰리브덴 중 일부는 용강과 접촉하여 용강내에 용해되어 있는 탄소, 실리콘, 알루미늄 등의 성분에 의해 환원되고, 일부는 증기상으로 기화 또는 승화되어 유실되게 된다.

몰리브덴의 실수율은 상기 산화몰리브덴의 기화 또는 승화로 인하여 현저히 감소하게 되므로, 몰리브덴의 실수율을 높이기 위해서는 상기 산화몰리브덴의 기화 또는 승화를 억제시킬 필요가 있다. 산화몰리브덴의 기화 또는 승화는 고상 또는 액상의 산화몰리브덴의 활동도(activity)를 감소시킴으로써 억제가능하다.

산화몰리브덴의 활동도를 감소시키는 방안은 산화몰리브덴을 순수한 상태로 투입하지 않고, 혼합물 또는 중간화합물로 투입하는 방법이 유력하다. 이러한 방법으로서, 본 발명의 발명자들은 대한민국 등록특허 10-0364512호에서 산화몰리브덴의 활동도를 낮추어 기상으로 유실되는 산화몰리브덴의 양을 최소화하기 위하여 제강슬래그 등과 같은 이원계 또는 삼원계알칼리토금속염과 산화몰리브덴을 점결제와 혼합하여 산화몰리브덴 브리케트로 제조하는 방법을 이미 제안한 바가 있다.

이러할 경우, 상기 제강슬래그 등과 같은 이원계 또는 삼원계알칼리토금속염의 존재로 인하여 상기 산화몰리브덴 브리케트가 용강에 접촉할 경우 상기 이원계 또는 삼원계알칼리토금속염은 자체의 낮은 융점으로 인하여 쉽게 용융상태로 되어 산화몰리브덴이 용해될 수 있는 저융점 플럭스의 역할을 수행한다. 상기 저융점 플럭스내에 용해된 산화몰리브덴은 순수 산화몰리브덴보다 현저히 낮은 활동도를 가지기 때문에 기화 또는 승화되기가 어려우며 따라서 유실되는 산화몰리브덴의 양은 감소하여 산화몰리브덴의 실수율이 높아지는 것이다.

그러나, 높은 청정도를 가지는 청정강 제조시에 상기 방법에 의해 제조된 산화몰리브덴 브리케트를 투입할 경우 강의 청정도가 감소한다는 문제가 발생될 수 있다.

즉, 산화몰리브덴(MoO₃)은 몰리브덴과 산소가 결합된 것으로서 상기 산화몰 리브덴을 환원시키기 위해서 강중에 용해된 실리콘, 탄소 또는 알루미늄 등과 같은 환원성 원소가 산소와 결합하여야 한다. 그런데, 이러한 반응이 용강내에서 일어날 경우 산화몰리브덴 중 산소가 용강내에서 산화물을 형성하고 그 산화물이 용강내에서 일어나는 자연대류 또는 강제대류에 의해 용강내부로 침투하게 될 수 있다. 그 결과 용강에는 다량의 산화물계 개재물이 형성되게 되고 이들이 완전하게 제거되지 못할 경우 강의 청정도는 악화되고 청정강 제조공정에 불리한 요인으로 작용할 수 있는 것이다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 산화몰리브덴이 기상으로 유실되는 문제를 막아 산화몰리브덴의 실수율을 향상시킬 뿐만 아니라, 산화몰리브덴 투입시 발생될 수 있는 강의 청정도 열화현상을 최대한 억제하여 청정강 제조에 유리한 산화몰리브덴 브리케트 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산화몰리브덴 브리케트는 산화몰리브덴(MoO₃) 40~85중량%, 저융점 용융 슬래그 10~30중량%, 알루미늄 칩 5~30중량%와 상기 산화몰리브덴+저융점 용융 슬래그+알루미늄 칩의 중량을 100중량부로 하였을 때 2~10 중량부의 점결제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 알루미늄 칩의 크기는 10mm 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 저융점 용융 슬래그는 CaO, Al₂O₃, SiO₂를 주 성분으로 하고 기타 10중량%미만의 불순물을 포함하는 슬래그로서 융점이 1500℃ 이하인 것이 좋다.

그리고, 상기 점결제는 벤토나이트, 전분, 물유리 중 1종 또는 2종이상인 것이 바람직하다.

상기 바람직한 본 발명의 산화몰리브덴 브리케트를 제조하는 제조방법은 산화몰리브덴(MoO₃) 40~85중량%, 저융점 용융 슬래그 10~30중량%, 알루미늄 칩 5~30중량%와 상기 산화몰리브덴+저융점 용융 슬래그+알루미늄 칩의 중량을 100중량부로 하였을 때 2~10 중량부의 점결제를 물과 함께 혼합 교반하는 제 1 단계; 상기 혼합물을 브리케팅 방법으로 5~50mm의 입경을 가지도록 성형하는 제 2 단계; 그리고, 상기 성형된 산화몰리브덴 브리케트를 100-300℃의 온도로 건조하는 제 3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여 산화몰리브덴으로 인하여 용강의 청정도가 악화되는 원인에 대하여 집중연구한 결과 다음과 같은 사실을 발견하고 본 발명에 완성하기에 이르렀다.

즉, 상술하였듯이 강의 청정도 열화의 원인이 되는 산소원(즉, 산화몰리브덴)이 용강내부로 침투할 경우 상기 산소원(산화몰리브덴)에 포함되었던 산소가 강중의 탈산성분과 접촉하여 산화물계 개재물을 형성하고 상기 산화물계 개재물이 용강의 대류로 인하여 슬래그 층으로 부상분리되지 못하고 용강 속에 잔존하게 된다. 그러므로, 이러한 과정에 의해 강의 청정도가 악화되지 않도록 하기 위해서는 용강중에서 산화몰리브덴의 환원이 가급적 일어나지 않도록 할 필요가 있다.

상기와 같이 산화몰리브덴의 용강내에서의 환원에 의한 산화성 개재물의 형성을 막기 위해서는 브리케트 내부에서 이미 금속몰리브덴으로 환원된 이후 상기 금속 몰리브덴이 강중으로 흡수되도록 하는 것이 바람직하다.

그러므로, 상기 산화몰리브덴이 산화몰리브덴 브리케트 내부에서 환원될 수 있도록 하기 위해서는 브리케트 내부에 환원력을 가진 환원제가 상기 산화몰리브덴과 함께 포함될 필요가 있다. 또한, 상기 환원제는 몰리브덴을 환원시킨 후 생성되는 생성물이, 예를 들면 물질이동계수와 같은 브리케트의 물성을 저해시키지 않 아야 하며, 구하기가 용이하여야 한다.

본 발명의 발명자들은 상기와 같은 적합한 환원제의 조건을 충족시키는 물질로 알루미늄이 적절하다는 것을 알 수 있었다. 알루미늄은 칩형태로 브리케트에 포함될 경우 강력한 환원작용으로 인하여 산화몰리브덴을 브리케트 내부에서 대부분 환원시킬 수 있으며, 환원작용의 결과 생성된 알루미나는 슬래그 및 브리케트에 용해가 용이하여 브리케트의 물성을 저해시키지 않는다.

따라서, 본 발명의 산화몰리브덴 브리케트는 산화몰리브덴(MoO₃), 저융점 용융 슬래그(premelted slag), 알루미늄 칩 및 점결제로 이루어진 브리케트이다.

이하, 상기 본 발명의 산화몰리브덴 브리케트의 주된 성분 및 각 성분의 함량에 대하여 자세히 설명한다. 하기하는 성분 중 산화몰리브덴, 저융점 용융 슬래그 및 알루미늄 칩의 함량 합계는 100 중량%로 하고 점결제의 양은 이들의 중량합계를 100중량부로 보았을 때의 상대적인 양을 의미한다.

산화몰리브덴 : 40~85중량%

산화몰리브덴은 본발명에서 의도한 몰리브덴 공급원의 역할을 한다. 상기 산화몰리브덴의 함량이 40중량% 미만일 경우에는 용강중 몰리브덴 확보를 위하여 다량의 산화몰리브덴 브리케트를 투입하여야 하고, 그 결과 용강의 온도가 감소하는 등 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 산화몰리브덴의 함량이 85중량%를 초과할 경우에는 후술하는 알루미늄 칩(chip) 또는 저융점 용융 슬래그의 함량이 부족하여 강의 청정도가 악화되거나 기화되어 유실되는 산화몰리브덴의 양이 증가하여 실수율이 감소한다.

저융점 용융 슬래그 : 10~30중량%

저융점 용융 슬래그는 산화몰리브덴이 기상으로 유실되는 것을 방지하기 위한 것으로 상기 저융점 용융 슬래그가 10 중량% 미만일 경우에는 유실되는 산화몰리브덴의 양이 증가하게 된다. 반대로 저융점 용융 슬래그의 양이 30중량%를 초과하면 더 이상 산화몰리브덴의 실수율 증가효과를 기대하기 어려울 뿐만 아니라, 산화몰리브덴의 양 또는 알루미늄 칩의 양이 상대적으로 감소하여 곤란하다. 따라서, 저융점 용융 슬래그의 양은 10~30중량%인 것이 바람직하다.

상기 저융점 용융 슬래그는 용강에 투입될 때 액상으로 존재할 수 있도록 CaO, Al₂O₃, SiO₂를 주 성분으로 하고 기타 10중량%미만의 불순물을 포함하는 슬래그로서 융점이 1500℃ 이하인 슬래그인 것이 바람직하다. 상기 불순물 중에는 MgO, MnO 등이 포함될 수 있다. 상기 슬래그의 조성은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 CaO-SiO₂-Al₂O₃계 삼원계 상태도로부터 융점 1500℃ 이하에서의 적절한 조성을 선택하여 적용할 수 있다. 상기의 적절한 슬래그 조 성을 보다 구체적으로 나타내면 CaO 45~55중량%, Al₂O₃ 10~30중량%, SiO₂ 20~40중량% 및 나머지 10중량% 이하의 불순물로 포함된 슬래그를 들 수 있다. 불순물에는 Fe₂O₃ 1.5중량% 이하, MgO 2~5중량%, MnO 1~3중량% 등이 포함될 수 있다.

알루미늄 칩 : 5~30중량%

알루미늄 칩은 산화몰리브덴을 환원시켜 산소가 용강중으로 가급적이면 침투하지 않도록 하는 역할을 한다. 상기 적절한 산화몰리브덴의 함량을 고려할 때, 알루미늄 칩의 함량이 5 중량% 미만일 경우에는 알루미늄 칩에 의해 환원되는 산화몰리브덴의 양이 충분하지 않아 산화몰리브덴이 미환원된 상태로 용강과 접촉하게 되고 그 결과 용강의 청정도가 감소하게 된다. 반대로 알루미늄 칩의 함량이 30중량%를 초과할 경우 더이상 효과가 증가하지 않을 뿐만 아니라 슬래그 성분에 영향을 미치게 되므로 상기 알루미늄 칩의 함량의 상한은 30중량%로 제한한다.

알루미늄 칩은 크기가 10mm 이하이고, 알루미늄 함량이 95% 이상인 것이 바람직하다.

점결제 : 상기 산화몰리브덴 + 저융점 용융 슬래그 + 알루미늄 칩 100중량부당 2 내지 10 중량부

점결제는 각 구성성분들 사이의 결합력을 확보하여 성형이 용이하도록 하며, 브리케트의 강도를 확보하기 위한 것으로 벤토나이트, 전분, 물유리 중 1종 이상이 사용될 수 있다.

상기 점결제의 양은 산화몰리브덴 + 저융점 용융 슬래그 + 알루미늄 칩의 전체 양을 100중량부라 하였을 때 2 내지 10 중량부인 것이 바람직한데, 만일 2 중량부 미만일 경우에는 브리케트의 강도가 약하여 쉽게 파손될 우려가 있다. 또한, 점결제를 10 중량부 이상 첨가하여도 더이상의 강도 상승효과는 기대하기 어려우며 브리케트중 유효 성분의 함량만 감소시키는 결과를 초래하므로 그 상한을 10 중량부로 한정한다.

상기와 같은 산화몰리브덴 브리케트는 다음과 같은 방식으로 제조되는 것이 바람직하다.

우선, 산화몰리브덴 브리케트의 각 성분(즉, 산화몰리브덴, 저융점 용융 슬래그 및 알루미늄 칩)들과 점결제를 적정 비율로 소량의 물과 함께 혼합한 후 교반할 필요가 있는데, 물을 사용하는 이유는 점결제에 의한 결합효과를 증대시키기 위함이다.

이후, 상기의 물과 산화몰리브덴, 저융점 용융 슬래그, 알루미늄 칩 및 점결제의 혼합물은 초기 강도를 가지기 위하여 가압성형되어 브리케트 형상을 가질 필요가 있다. 상기 초기 강도가 확보되지 않으면, 이후 양생과정에서 다시 분쇄되어 버릴 염려가 있기 때문이다. 상기 브리케팅된 혼합물은 투입과 보관의 용이성을 고려할 때 5~50mm의 크기를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 브리케트 형상으로 가압성형하는 것만으로는 강도가 충분하지 않기 때문에 양생을 통하여 강도를 더욱 향상시킬 필요가 있다.

양생시키는 온도는 100 ~ 300℃가 바람직한데, 100℃ 미만일 경우에는 양생효과가 충분하지 않고, 300℃를 초과할 경우에는 고열로 인한 브리케트의 균열 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

양생시간은 양생온도에 따라 달라지지만, 결합수를 포함한 수분이 완전히 제거될 때까지 양생시키면 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1에 나타나 있는 바와 같은 비율로 산화몰리브덴 브리케트를 제조하였다. 표에서 '슬래그'라는 용어는 상기한 저융점 용융 슬래그를 의미하고, '알루미늄'이라는 용어는 상기한 알루미늄 칩을 의미한다. 슬래그는 31 중량% CaO, 27 중량% Al₂O₃, 42 중량% SiO₂ 및 나머지 소량의 불순물로 이루어진 조성을 가지고 있었다. 물은 물을 제외한 전체 산화몰리브덴 브리케트의 중량대비 4%정도의 중량으로 첨가하였고, 양생온도는 150℃ 그리고 양생시간은 12시간으로 하였다. 이렇게 제조된 산화몰리브덴 브리케트의 평균입도는 대략 30mm 정도, 평균중량은 100g이었으며, 압축강도는 50 내지 90 kgf/cm²의 범위 내에 있었다.

상기 산화몰리브덴 브리케트의 효과를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 행하였다. 우선, 100kg의 강을 유도용해로에 용해한 후 온도를 1550℃로 유지한 후 브리케트 1kg을 투입하였다. 투입후 용강을 1시간 동안 유지한 후, 주조하고 주조된 조괴로부터 시료를 채취하여 산소 분석기를 이용하여 전산소(Total Oxygen, T.O)를 측정하였다.

구분	구성성분 배합비(중량%)			A+B+C 100중량부당 점결제 양(중량부)	강 중 T.O(ppm)	결과판정
	산화몰리브덴(A)	슬래그(B)	알루미늄(C)
비교예	70	30	-	3	62	불량
실시예1	65	30	5	3	36	보통
실시예2	60	30	10	3	29	양호
실시예3	50	30	20	3	27	양호
실시예4	40	30	30	3	22	양호
실시예5	75	20	5	3	39	보통
실시예6	70	20	10	3	29	양호
실시예7	60	20	20	3	27	양호
실시예8	50	20	30	3	25	양호
실시예9	85	10	5	3	39	보통
실시예10	80	10	10	3	29	양호
실시예11	70	10	20	3	29	양호
실시예12	60	10	30	3	25	양호

상기 표 1에서 결과판정기준으로 '불량'은 T.O가 40ppm 이상인 경우, '보통'은 30ppm 이상 40ppm 미만인 경우, 그리고 '양호'는 30 ppm 미만인 경우를 의미한다.

표 1에 기재된 결과로부터 알 수 있듯이, 알루미늄 칩이 전혀 첨가되지 않은 비교예의 경우에는 강중 T.O가 62ppm으로 매우 높은 값을 나타낸 반면, 알루미늄 칩이 첨가된 실시예의 경우에는 T.O가 모두 40ppm 미만으로 보통수준 이상의 청정도를 가지고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예의 결과로부터, 알루미늄 칩의 함량이 20중량% 이상일 경우 보다 바람직하다는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 청정도 분석과는 별도로 투입전후의 몰리브덴 성분변화와 투입된 산화몰리브덴 양을 비교한 결과 비교예와 실시예 모두에서 실수율이 95% 이상으로 매우 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 강중 몰리브덴 첨가용으로 종래부터 사용되던 산화몰리브덴 브리케트 사용시 발생될 수 있는 청정도 저하의 문제점을 해결할 수 있어, 청정강 제조에 적합한 산화몰리브덴 브리케트 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 산화몰리브덴(MoO₃) 40~85중량%, 저융점 용융 슬래그 10~30중량%, 알루미늄 칩 5~30중량%와 상기 산화몰리브덴+저융점 용융 슬래그+알루미늄 칩의 중량을 100중량부로 하였을 때 2~10 중량부의 점결제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산화몰리브덴 브리케트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄 칩의 크기는 10mm 이하인 것을 특징으로 하는 산화몰리브덴 브리케트.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 저융점 용융 슬래그는 CaO, Al₂O₃, SiO₂를 주 성분으로 하고 기타 10중량%미만의 불순물을 포함하는 슬래그로서 융점이 1500℃ 이하인 것을 특징으로 하는 산화몰리브덴 브리케트.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 점결제는 벤토나이트, 전분, 물유리 중 1종 또는 2종이상인 것을 특징을 하는 산화몰리브덴 브리케트.
5. 산화몰리브덴(MoO₃) 40~85중량%, 저융점 용융 슬래그 10~30중량%, 알루미늄 칩 5~30중량%와 상기 산화몰리브덴+저융점 용융 슬래그+알루미늄 칩의 중량을 100중량부로 하였을 때 2~10 중량부의 점결제를 물과 함께 혼합 교반하는 제 1 단계;

   상기 혼합물을 브리케팅 방법으로 5~50mm의 입경을 가지도록 성형하는 제 2 단계; 그리고,

   상기 성형된 산화몰리브덴 브리케트를 100-300℃의 온도로 건조하는 제 3 단계;

   를 포함하는 산화몰리브덴 브리케트의 제조방법.