본 연구에서는 제철산업에서 발생되는 제강부산물(SS, SCS, SLD, BSD)에 대한 물리화학적 특성을 파악하고, 다양한 바인더를 이용하여 최적의 바인더를 검토한 후 저황성분을 갖는 친환경 고함철단광을 제조하여 황산화물의 연소특성을 파악하기 위해 다음과 같이 검토하였다. 제강부산물 및 다양한 바인더의 물리화학적 특성을 파악하기 위해 화학조성, EA(Elemental Analysis), 입도분석(Particle Size Analysis), SEM(Scanning Electron Microscope), XRD(X-ray Diffraction)을 수행하였다. 또한 다양한 바인더를 이용하여 고함철단광 원료의 최적 배합조건을 검토하고, 저황성분을 갖는 고함철 단광의 제품 평가를 위해서 압축강도, 황산화물 발생 특성을 검토 하였다.
제강부산물의 물리?화학적 특성으로, 제강부산물에서 가장 많은 성분은 T-Fe로서 SLD에서 78.3%, SCS에서 75.1%, SS에서 71.9%, BSD에서 64.2%, M-Fe는 SCS에서 71.0%, SLD에서 69.6%, BSD에서 49.4%, SS에서 3.4%로 나타났다. 제강부산물 함량은 MgO < SiO2 < CaO < M-Fe < T-Fe 순서로 나타났다. 원소분석 결과, 철판의 Crack과 연성저하에 영향을 미치는 황성분은 SLD, 질소성분은 SS, 탄소성분은 BSD, 수소성분은 SCS에서 가장 높게 나타났으며, 제강부산물의 평균함량 기준으로 질소 < 황 < 수소 < 탄소성분 순서로 높게 나타났다. 입도분포 및 입도크기는 평균값을 기준으로 SLD < SCS < BSD < SS 순서로 나타났다. SEM 분석 결과 시료 모두 둥근 판상형에 가까운 이미지를 보이고 있으며, XRD 분석 결과는 대부분 FeO 산화물의 결정구조를 보였고, 일부는 Fe2O3 및 Fe3O4 산화물의 결정구조도 확인 되었다.
다양한 바인더의 물리?화학적 특성으로 바인더의 점도는 초기 압축강도를 결정하는데 매우 중요한 요소이므로 측정한 결과 L1이 점도가 4,321 Cp로 우수하여 향후 압축강도를 결정하는데 중요한 역할을 할 것으로 판단된다. 고체분상 바인더의 입도분석은 S5의 경우 가장 큰 171 μm, S2와 S3은 서로 유사한 약 40 μm를 나타내었으며, 크기별로는 S2 〈 S3 〈 S4 〈 S1 〈 S5 순서로 나타났다. 원소분석 결과, 황성분은 L2에서 가장 많은 0.80%로 나타났으며, 질소의 경우 L1이 가장 많은 0.78%, 탄소의 경우 S5에서 가장 많은 73.96%, 수소의 경우 S5에서 가장 많은 8.96%를 나타내었다. SEM-EDS 분석결과, 대부분 사각형의 형상으로 군집을 형성하는 다양한 형태의 이미지를 보여주고 있다.
다양한 다양한 바인더를 이용한 고함철단광의 압축강도 및 SO2 발생 특성으로, 제강부산물의 적합 배합비는 SS : SCS : SLD : BSD = 64 : 30 : 2 : 4로 압축강도 및 성형성이 우수하고, 고철대용제 및 냉각제로 활용 가능할 것으로 판단된다. 다양한 바인더를 활용한 고함철단광의 압축강도는 L1만 적합하였고, 복합 바인더는 L1과 고체분상 바인더를 혼합하여 제조한 고함철단광 모두 적합한 것으로 나타났다. 황 함량이 적고, 환경 친화적인 “저황 고함철단광” 의 성능을 확인하기 위하여, 압축강도 및 황 함량을 분석한 결과 HSL1S1 (496 ㎏f/cm2, 0.019 %)이 가장 우수한 것으로 나타났다. 연소시 황 발생량 측정결과 L1 대비 L1S1은 15.15 %, L1S3는 18.18 % 저감되는 것으로 나타났다. 실험 범위내에서 황 저감율 및 압축강도를 고려할 때, 최적의 조건은 Ca/S ratio는 6에서 적절한 것으로 확인 되었다.

In this study, the physicochemical properties of steel byproducts (SS, SCS, SLD, BSD) generated in the steel industry were studied and the optimum binder was examined using various binders. The combustion characteristics of sulfur oxides were investigated as follows. Chemical composition, EA (Elemental Analysis), Particle Size Analysis, Scanning Electron Microscope (SEM) and X-ray Diffraction (XRD) were performed to understand the physicochemical properties of steelmaking by-products and various binders. In addition, the optimal mixing conditions of the raw materials for shale iron were investigated using various binders, and the compressive strength and the combustion characteristics of sulfur oxides were investigated for the evaluation of shale steel with low sulfur content.
The physical and chemical properties of steel by-products were analyzed as follows. The most abundant components of steelmaking were T-Fe, 78.3% in SLD, 75.1% in SCS, 71.9% in SS, 64.2% in BSD, 71.0% in M-Fe, 69.6% in SLD, 49.4% And 3.4% for SS. The steel by-product contents were in the order of MgO < SiO2 < CaO < M-Fe < T-Fe. The elemental analysis showed that the nitrogen component was the highest in SS, the carbon component was in BSD, the hydrogen component was in SCS, and the sulfur component was the highest in SLD. The average content of steel by product was nitrogen < sulfur < hydrogen <carbon component. The particle size distribution and particle size were in the order of SLD < SCS < BSD < SS according to the average value. As a result of SEM analysis, all of the samples showed close to a round plate shape, and XRD analysis showed mostly crystal structure of FeO and some crystal structures of Fe2O3 and Fe3O4.
The results of analyzing physicochemical properties of various binders are as follows. Since the viscosity of the liquid binder is very important for determining the initial compressive strength, the measured value of L1 is 4,321 Cp, which is considered to play an important role in determining the compressive strength in the future. The average particle size showed the largest 171 μm in S5 and about 40 μm in S2 and S3. The sizes were S2 〈 S3 〈 S4 〈 S1 〈 S5. The elemental analysis showed that the highest value of sulfur was 0.80 % in S2, the highest value of nitrogen was 0.78 % in L1, the highest value of carbon was 73.96 % in S5, the highest value of hydrogen was 8.96 % in S5. The SEM-EDS analysis of solid power binder shows mostly rectangular images.
The results of the compressive strength and SO2 emission characteristics using the high content steel briquettes with various binders are as follows. The optimum mixing ratio of steelmaking byproducts is SS : SCS : SLD : BSD = 64 : 30 : 2 : 4, which is excellent in compressive strength and formability and can be used as scraper substitute and coolant. As a result, it was found that the combination of L1 and solid powder binders were suitable for L1. The compressive strength and the sulfur content of showed the highest value of HSL1S1 (496 ㎏f/cm2, 0.019 %). The amount of sulfur produced during combustion was reduced by 15.15 % for L1S1 and by 18.18 % for L1S3 compared to L1. Considering the economical efficiency, sulfur reduction ratio and compressive strength within the experimental range, it was confirmed that the optimum condition was appropriate at Ca / S ratio of 6 condition.