철강 산업에서의 원재료는 생산성, 품질, 가격경쟁력에 결정적인 역할을 하고 있다. 철강제품의 원재료를 함철부산물로 활용한다면, 함철부산물을 처리하기 위한 비용 및 환경오염문제를 해결할 뿐만 아니라 가격경쟁력을 높일 수 있다. 함철부산물들은 대부분 작읍입도를 가지고 있어서, 제강공정 내에 직접 투입하게 되면 열 유동 및 원료 비산 등의 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하고 추가적인 환원을 유도하기 위해 철원에 탄재를 혼합한 뒤 단괴를 성형하여 제강공정 내에 투입하는 방법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 함철부산물에 탄재를 혼합하여 단괴를 성형하는 방법에 대해 연구하였다. 함철부산물, 탄재, 융제, 바인더에 따른 CCBI (carbon composite briquette iron)의 성형성 및 압축강도를 확인하였다.
철강 산업에서의 원재료는 생산성, 품질, 가격경쟁력에 결정적인 역할을 하고 있다. 철강제품의 원재료를 함철부산물로 활용한다면, 함철부산물을 처리하기 위한 비용 및 환경오염문제를 해결할 뿐만 아니라 가격경쟁력을 높일 수 있다. 함철부산물들은 대부분 작읍입도를 가지고 있어서, 제강공정 내에 직접 투입하게 되면 열 유동 및 원료 비산 등의 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하고 추가적인 환원을 유도하기 위해 철원에 탄재를 혼합한 뒤 단괴를 성형하여 제강공정 내에 투입하는 방법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 함철부산물에 탄재를 혼합하여 단괴를 성형하는 방법에 대해 연구하였다. 함철부산물, 탄재, 융제, 바인더에 따른 CCBI (carbon composite briquette iron)의 성형성 및 압축강도를 확인하였다.
Raw materials in steel industry decide on the productivity, quality and price competitiveness. Utilizing iron-containing by-products as raw materials for steel products can save the cost of cleaning up iron-containing by-products and solve environmental issues. Iron-containing by-products have a sma...
Raw materials in steel industry decide on the productivity, quality and price competitiveness. Utilizing iron-containing by-products as raw materials for steel products can save the cost of cleaning up iron-containing by-products and solve environmental issues. Iron-containing by-products have a small particle size. If they are directly inserted in a steel making process, it cause a problem such as poor heat flow and scattering. To solve these problems and induce the additional reduction, study concern with iron ore-coal mixed briquette technique are conducted by many researchers. In this paper, method of making carbon composite briquette iron(CCBI) using iron-containing by-products was studied. The effect of composition of Fe-containing process wastes, reducing agent, flux and binder on formability of CCBI (carbon composite briquette iron) was measured.
Raw materials in steel industry decide on the productivity, quality and price competitiveness. Utilizing iron-containing by-products as raw materials for steel products can save the cost of cleaning up iron-containing by-products and solve environmental issues. Iron-containing by-products have a small particle size. If they are directly inserted in a steel making process, it cause a problem such as poor heat flow and scattering. To solve these problems and induce the additional reduction, study concern with iron ore-coal mixed briquette technique are conducted by many researchers. In this paper, method of making carbon composite briquette iron(CCBI) using iron-containing by-products was studied. The effect of composition of Fe-containing process wastes, reducing agent, flux and binder on formability of CCBI (carbon composite briquette iron) was measured.
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문제 정의
3) 탄재와 산화철 및 함철부산물로 만들어진 분체 응집물의 환원 연구는 위와 같이 많이 진행되었으나, 함철부산물을 활용한 분체 응집물(펠렛, 단괴)의 성형에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 함철부산물과 탄재를 혼합하여 단괴로 제작하는 과정에서 필요한 특성인 성형성에 대해 알아보았다. 함철부산물, 탄재, 바인더 및 융제 배합 비에 따른 정성적인 성형성및 정량적인 특성인 그린강도를 통해 연구하였다.
본 연구에서는 함철부산물, 탄재, 플럭스, 바인더를 배합하여 새로운 철원으로 사용할 수 있도록 단괴를 성형하는데 있어서 각 배합 비에 따른 단괴의 성형 특성을 파악하고자 하였다.
가설 설정
전기로 B-F (baghouse-furnace) 더스트의 경우 고철을 용해시켜서 제강하는 과정 중에 발생하는 fume 와 고철 속에 잔류하던 작은 불순입자들이 집진과정을 통해 포집된 것이다. 고로원료 EP (electrostatic precipitator) 더스트는 고로공정에 원료장입 전 발생하는 더스트를 포집한 것이고, 고로주상 BF (blast furnace) 더스트는 고로의 출선구에서 발생하는 더스트를 포집한 것이다. 또한 각 공정별로 철강 생산 공정에서 미세한 비산먼지를 포집할 때 물을 이용하여 포집을 극대화하며 이때 축적된 부산물을 슬러지로 칭한다.
제안 방법
실험의 변수로 탄재에 따른 성형성을 확인하기 위해 함철부산물을 스케일로 고정하고 환원제로 무연탄과 CDQ 더스트를 사용하여 실험하였다. 성분 표준을 개발하기 위해 함철부산물 중 고로 주상 BF 더스트와 열연 슬러지를 환원제로 추가적으로 사용하고, 스케일, 전기로 B-F 더스트, 전기로 슬러지, 제강 OG 슬러지, 고로원료 EP 더스트를 주 철원으로 사용하여 융제 및 바인더를 첨가하여 각각의 성형성, 입도, 강도에 대한 분석을 실시하였다.
그러나 각 원료의 크기가 모두 동일하지 않아 성형성에는 오히려 유리할 것으로 예측되었다. 실험의 변수로 탄재에 따른 성형성을 확인하기 위해 함철부산물을 스케일로 고정하고 환원제로 무연탄과 CDQ 더스트를 사용하여 실험하였다. 성분 표준을 개발하기 위해 함철부산물 중 고로 주상 BF 더스트와 열연 슬러지를 환원제로 추가적으로 사용하고, 스케일, 전기로 B-F 더스트, 전기로 슬러지, 제강 OG 슬러지, 고로원료 EP 더스트를 주 철원으로 사용하여 융제 및 바인더를 첨가하여 각각의 성형성, 입도, 강도에 대한 분석을 실시하였다.
따라서 본 연구에서는 함철부산물과 탄재를 혼합하여 단괴로 제작하는 과정에서 필요한 특성인 성형성에 대해 알아보았다. 함철부산물, 탄재, 바인더 및 융제 배합 비에 따른 정성적인 성형성및 정량적인 특성인 그린강도를 통해 연구하였다.
대상 데이터
실험에 사용한 환원제는 coke 기원의 CDQ 더스트와 coal 기원의 무연탄을 사용하였고, 조성은 Table 3과 같다. 융제로는 소석회(Ca(OH)2)를 사용하였고, 입도가 75 mm의 체 100% 투과분을 이용하였다.
성능/효과
강도 측면에서 물유리 코팅 후처리가 더 좋으나, 실제 CCBI의 목적인 함철부산물의 환원에 있어서 부작용이 발생할 우려가 있다. CCBI의 예비 환원에서 내부 기공에 채워진 물유리에 의해 CO가스와의 반응을 방해하고, 용융 환원에서 물유리의 조성이 전기로 내의 내화물과 반응하여 내화물 침식을 일으킬 우려가 있다. 따라서 이러한 부작용에 대한 연구를 추가적으로 진행하여 적합한 후처리를 통해 강도를 강화해야 할것으로 예측한다.
단괴의 내구성에 있어서는 초기 압축강도와 7일 강도를 비교하였을 때, 7일 강도가 상대적으로 높았고, CCBI를 물유리로 코팅하는 후처리는 초기 압축강도와 7일 강도 모두에서 강도 향상에 상당한 효과가 있었다. 강도 측면에서 물유리 코팅 후처리가 더 좋으나, 실제 CCBI의 목적인 함철부산물의 환원에 있어서 부작용이 발생할 우려가 있다.
스케일을 주 철원으로 사용한 경우 3가지 탄재 및 타 함철 부산물을 첨가한 모든 상황에서 바인더의 종류와 상관없이 성형성이 양호하였다. 스케일을 제외한 함철부산 물은 단독으로 성형성이 좋지 않았으며, 스케일을 첨가 하였을 때는 성형성이 좋아짐을 확인하였다. 스케일을 제외한 함철부산물의 경우, 매우 작은 입도를 가지지만, 첨가된 스케일의 입도가 아주 크고 형상이 부정형이어서 입도 분포와 표면 조도에 영향을 받는 기계적 엉김이 강해져서 성형성이 더 좋은 것으로 판단한다.
스케일을 제외한 함철부산 물은 단독으로 성형성이 좋지 않았으며, 스케일을 첨가 하였을 때는 성형성이 좋아짐을 확인하였다. 스케일을 제외한 함철부산물의 경우, 매우 작은 입도를 가지지만, 첨가된 스케일의 입도가 아주 크고 형상이 부정형이어서 입도 분포와 표면 조도에 영향을 받는 기계적 엉김이 강해져서 성형성이 더 좋은 것으로 판단한다.
함철부산물에 따른 성형성 평가는 다음과 같다. 스케일을 주 철원으로 사용한 경우 3가지 탄재 및 타 함철 부산물을 첨가한 모든 상황에서 바인더의 종류와 상관없이 성형성이 양호하였다. 스케일을 제외한 함철부산 물은 단독으로 성형성이 좋지 않았으며, 스케일을 첨가 하였을 때는 성형성이 좋아짐을 확인하였다.
이러한 결과를 통하여 coal 기원의 무연탄을 사용하여 CCBI 원료 혼합물을 조제하여 단괴를 제작하는 것이 성형성 측면에서 효과적이다. 경제성 측면에서 역시 톤당 20 ~ 25만원에 단가가 형성되는 CDQ 더스트 보다 톤당 10 ~ 15만 원 정도의 시세인 무연탄을 사용하는 것이 효과적이라고 판단된다.
탄종에 따른 특성을 분석하기 위해 함철부산물을 스케일로 고정하고 coke기원의 CDQ 더스트와 coal기원의 무연탄을 탄재로 하여 단괴의 성형성을 비교 분석한결과, 무연탄을 탄재로 사용한 단괴의 성형성 및 강도가 우수하였고, 바인더의 종류와 상관없이 성형성이 양호하였다.
후속연구
CCBI의 예비 환원에서 내부 기공에 채워진 물유리에 의해 CO가스와의 반응을 방해하고, 용융 환원에서 물유리의 조성이 전기로 내의 내화물과 반응하여 내화물 침식을 일으킬 우려가 있다. 따라서 이러한 부작용에 대한 연구를 추가적으로 진행하여 적합한 후처리를 통해 강도를 강화해야 할것으로 예측한다.
그러나 내구성 측면에서 물유리 코팅을 하는 후처리가 좋은 영향을 미치지만, 최종 목적인 함철부산물 내의 산화철 최종 환원율과 속도에 있어서는 좋지 않은 영향을 미친다. 이는 물유리 코팅 과정에서 기공 내로 물유리가 침투하여 예비 환원 시 CO가스와 산화철의 접촉을 막아 간접 환원의 효과를 저해할 수 있으며, 물 유리 성분인 Na+ 이온은 전기로 내부의 내화재와 반응 하여 내화재를 침식시킬 수 있기 때문이다.11) 이러한 이유로 내구성 측면뿐 아니라 후처리에 따른 환원 효율및 내화재 침식 영향에 대한 연구 또한 진행하여 경제적이고 효율적인 방안을 모색하여야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철강제품의 원재료를 함철부산물로 활용 시, 얻을 수 있는 장점은?
철강 산업에서의 원재료는 생산성, 품질, 가격경쟁력에 결정적인 역할을 하고 있다. 철강제품의 원재료를 함철부산물로 활용한다면, 함철부산물을 처리하기 위한 비용 및 환경오염문제를 해결할 뿐만 아니라 가격경쟁력을 높일 수 있다. 함철부산물들은 대부분 작읍입도를 가지고 있어서, 제강공정 내에 직접 투입하게 되면 열 유동 및 원료 비산 등의 문제가 발생하게 된다.
철강 산업에서 원재료의 역할은?
철강 산업에서의 원재료는 생산성, 품질, 가격경쟁력에 결정적인 역할을 하고 있다. 철강제품의 원재료를 함철부산물로 활용한다면, 함철부산물을 처리하기 위한 비용 및 환경오염문제를 해결할 뿐만 아니라 가격경쟁력을 높일 수 있다.
함철부산물을 제강공정 내에 직접 투입하게 되면 발생되는 열 유동 및 원료 비산 등의 문제를 해결하기 위해 연구되는 방법은?
함철부산물들은 대부분 작읍입도를 가지고 있어서, 제강공정 내에 직접 투입하게 되면 열 유동 및 원료 비산 등의 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하고 추가적인 환원을 유도하기 위해 철원에 탄재를 혼합한 뒤 단괴를 성형하여 제강공정 내에 투입하는 방법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 함철부산물에 탄재를 혼합하여 단괴를 성형하는 방법에 대해 연구하였다.
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