2차정련 탈황조업시 반응속도에 미치는 슬래그의 물리화학적 특성

Abstract

본 연구에서는 비교적 넓은 슬래그 조성범위와 온도조건 하에서, 탈황거동으로부터 래들 2차정련시, 슬래그의 물리화학적 특성 변화에 따른 탈황 반응속도 결정단계의 전이 거동에 대하여 고찰하였다. CaO/Al2O3비(=C/A), CaO/SiO2비(=C/S) 및 슬래그 내 CaF2 함량, 세가지 변수 그룹에 대하여, 대부분의 경우에 대해 탈황반응이 15분 이내에 평형에 도달하여, 용강 중 S의 농도가 평형평형 도달하는 것을 확인하였으나, C/A=1.1, C/S=1.9 조건슬래그에 의한 탈황반응의 경우, 앞서 언급된 실험에 비하여 비교적 더딘 탈황속도를 보였다. 슬래그의 C/A 및 C/S, 소위 염기도가 증가함에 따라 용강과 슬래그 사이의 평형 S분배비는 증가함을 보였으며, 이는 슬래그의 탈황능 증가 및 용강내 용존산소의 활동도 감소로부터 기인한 것으로 판단된다. 실험결과 분석을 통해 산출된 평형 S분배비는, 문헌적으로 보고된 분배비와 비교적 잘 일치하는 경향을 보였다. CaF2 함량을 변화시킨 실험군의 경우, 슬래그에 5% 이상의 CaF2가 첨가된 경우, 평형 S분배비가 유사한 수준으로 나타나는 경향을 보였다. 고액공존 슬래그에 의한 탈황실험의 경우, 전량 액상슬래그의 경우에 비해 비교적 더딘 탈황속도를 보였으며, 이는 슬래그-용강 반응 계면적 감소, 유효 슬래그 볼륨 및 상대적으로 더딘 슬래그 재화속도로부터 기인한 것으로 판단된다. 본 실험에서, 탈황반응에 요구되는 활성화에너지 값은 대략 58.7kJ의 값으로 나타났으며, 이러한 활성화 에너지 값은, 본 실험에서의 탈황반응속도가 용강내 S의 물질전달에 의해 결정된다는 것을 간접적으로 증명하여준다. 하지만 슬래그의 물리화학적 특성이 점점 변함에 따라, 탈황 반응속도 결정단계가 용강내 S의 물질전달에서, 슬래그-용강 복합율속 및 슬래그 내 S의 물질전달이 탈황반응속도 결정단계가 될 수 있음을 확인하였다. 슬래그의 물리화학적 특성변화의 경우, 슬래그의 점도가 대략 1.1poise 이상의 값을 갖는 경우와, 대략 400 이하의 평형 S분배비 값을 갖을 경우, 탈황 총괄반응속도가 슬래그의 특성에 의해 영향을 받을 수 있음을 확인하였다. 따라서, 2차정련 탈황공정 중, 탈황반응의 반응속도 결정단계가 열역학적 구동력 뿐 아니라 슬래그의 점도와 같은 특성의 변화로 인하여 천이될 수 있음을 확인할 수 있었다