KR100769427B1 - 제강용 가공고철의 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제강용 가공고철의 성형 방법에 관한 것이다.

본 발명은 산업 전반의 분야에서 발생되는 고철 스크랩을 압축 성형하여 일정 크기의 가공고철을 성형함에 있어서, 수거된 고철 스크랩을 압축성형기에서 300~500t/㎠의 고압으로 1차 압축 성형시킨 다음 해체하여 고철 스크랩과 가공고철의 중간 상태의 성형물로 만들고, 다시 압축성형기에서 100~300t/㎠의 압력으로 2차 압축 성형하여 제강 현장에서 해체가 용이한 가공고철을 제공함으로써, 가공고철의 품질에 신뢰도를 높이고, 제강공정에서의 작업시간을 단축함으로써 물류 수송을 원활하게 하고, 철 스크랩 자원의 가공처리 공정을 고부가가치를 지향적으로 규격화, 표준화하여 제강제품의 품질을 향상시킬 수 있는 것이다.

고철, 스크랩, 가공고철

Description

제강용 가공고철의 성형 방법 {Method for compression forming of prompt industrial for steel manufacture.}

도 1은 본 발명의 플로우 차트

본 발명은 가공고철의 성형 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 폐차 파쇄기에서 배출되는 스크랩이나 각종 공작기계에서 절삭공정에 의하여 발생되는 칩 및 일반 산업현장과 폐품으로 발생되는 고철을 수거하여 제강용으로 재활용할 수 있도록 하는 제강용 가공고철의 성형 방법에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 철강 생산 방법은 광산에서 채취된 철광석과 유연탄을 용광로에 넣은 뒤 1200℃ 정도의 뜨거운 바람을 불어넣어서 철광석이 녹은 쇳물로 철강재를 생산하게 되는 고로 제강법이다.

이러한 고로 제강법은 철광석 코우크스로부터 철을 제련하여 선철을 제조하 는 제선 공정과, 제련된 선철을 정련하여 강괴 또는 강편을 제조하는 제강 공정과, 그리고 강괴를 롤러로 압축하여 일정한 형상을 갖는 강재 등의 제품을 제조하는 압연 공정으로 통하여 형강이나 열연 코일 같은 강재를 생산하게 되는데, 이러한 3단계의 공정 중 제선 공정에서는 용광로에 철광석 코우크스 등을 투입하고 가열하여 용융 상태의 쇳물을 뽑아내는 과정에서 많은 양의 에너지를 필요로 하여 대기 중의 이산화탄소량의 증가와 온실화를 촉진하여 생태계와 환경에 좋지 않은 영향을 주는 원인이 되고 있다.

유럽지역의 환경운동 진영에서 사용하는 환경 용어로‘생태적 배낭’(ecological rucksack)이라는 것이 있는데, 이는 특정 제품 한 단위를 만드는 과정에 관련된 물질의 전체 무게에서 그 제품의 무게를 뺀 값을 말한다. 예컨대 흙 2kg과 석유 9kg을 가지고 1kg짜리 그릇 하나를 굽는다면 그릇 하나의 생태적 배낭은 10kg(2+9-1=10kg)이 된다. 이 수치는 특정 제품의 생산으로 말미암아 자연이 떠안는 부담을 표시하는 것으로, 수치가 클수록 자연환경에 주는 부담이 크다.

철의 생태적 배낭은 생산 방식에 따라 크게 달라진다. 고로 방식에 따른 철 1kg의 생태적 배낭은 대략 10~20kg이라고 한다. 철광석의 채굴에서부터 완제품에 이르는 과정에 철 자체 무게의 10~20배의 물질이 관여된다는 뜻이다.

철강 제품을 생산하는 다른 한 방법은 전기로에서 고철을 녹인 뒤 철강 제품을 만드는 전기로 제강법이다.

전기로 제강법은 철광석의 채굴이 필요하지 않은데다 버려질 경우 자연환경을 오염시키는 고철을 이용하기 때문에 고로 방식보다 상대적으로 친환경적이라는 평가를 받고 있다.

고철을 활용하는 전기로 제강법의 또 다른 특징으로 고로 제강법에 비해 에너지 사용량이 35%, 이산화탄소 배출량은 8%수준에 불과하다는 점을 들 수 있다(국가청정지원센터 자료집). 고로 제강법은 1t의 철을 생산하려면 그에 상응하는 새로운 철광석과 유연탄을 사용하여야 하지만, 전기로는 1t의 고철을 제품화해 사용한 뒤 다시 수거해 제품화할 때 90%이상 회수하게 된다. 따라서 1t의 고철은 40회 이상 재활용되어 누적 사용량이 무려 10t에 이르는 결과가 된다.

이렇게 고철을 이용하는 전기로 방식은 고로 방식에 비하여 에너지 사용량이 3분의 1인데다 광산에서 용광로에 이르는 공정이 없다는 점을 감안할 때 현재 제강 공법에서 에너지 사용에 따르는 환경오염을 최소화할 수 있는 공법이다.

철강산업은 그동안 환경파괴와 대기오염, 지구온난화 등을 일으킨다는 지적을 받아왔기 때문에 고로 방식이나 전기로 방식의 철강 회사들 모두 환경 문제에 대한 부담을 가지고 있다.

이러한 문제에 대한 해결책으로 에너지 효율화, 청정 에너지 개발 등이 거론되고 있으나 실효성이 미약하며, 근본적으로 에너지 사용량을 감소시키기 위해서는 폐자원을 재활용하는 것이 가장 현실적인 대안이 될 수 있다. 생산과정에 투입되는 자연 자원은 생산과정과 소비과정에서 폐기물이 발생하게 되는데 이를 다시 재활용하여 생산요소로 이용함으로써 자원의 낭비를 줄일 수 있게 되는데, 고철의 재활용은 철강 산업에서 에너지 사용을 감소시킬 수 있는 대안이 된다.

고철의 환경적 의미가 이처럼 높게 평가되는 것은 전세계적으로 고철을 이용 한 철강 생산량이 엄청나게 많을 뿐 아니라 재활용률도 상당히 높기 때문이다. 금속 중에서 인류가 가장 많이 사용하는 게 철이다. 2005년 기준 전세계의 철강 생산량은 11억3천만t이고, 그 중에서 고철을 재활용하여 생산되는 철강은 3억~4억t으로 30%를 웃도는 것으로 추정되며, 우리나라의 경우 이 비율이 더 높아 44%(2005년 기준 21만t)에 이르고 있다.

이미 세계적으로 많은 자동차가 보급되었을 뿐만 아니라, 계속적으로 새로운 디자인과 성능을 발휘하는 자동차가 개발되어 보급되기 때문에 이와 더불어 증가하는 폐차를 하여 발생한 스크랩을 처리하는 문제가 점차 심각하게 대두되고 있는 실정이다. 이에 따라 폐차를 처리하는 과정에서 재활용이 가능한 부분들을 분리하여 폐차의 차체를 일정 크기로 파쇄하여 재활용할 수 있는 스크랩을 생산하여 재활용하고 있으며, 선반이나 밀링 등과 같은 공작기계에서 금속을 기계 가공할 때에도 다량의 칩(chip)이 발생하는 등 산업 전반에서 많은 양의 고철이 발생되고 있음으로, 고철의 재활용은 자원의 재활용을 통한 에너지 사용의 절감과 부존자원의 활용이라는 측면 이외에 환경오염을 방지하기 위한 수단으로서도 매우 중요하다.

이러한 고철 스크랩의 유통과정은 수집상에 의하여 수거된 다음에 납품업체에 의하여 가로×세로×길이가 500×500×700㎝ 이하의 정방형이나 장방형이 되도록 일정한 크기의 가공고철로 압축 성형된 다음 전기로 제강업체에 납품을 하게 되는데, 제강업체는 내부 조달분 15~20%를 제외한 80~85%의 소요 철 스크랩을 납품상으로부터 가공고철의 형태로 구입하고 있다.

가공고철은 수집과정에서 직장입이 불가능한 형태의 고철(예:장척물)을 압축 가공기, 쉐어드(Shredded)기, 기로틴(Guillotine) 가공설비 등으로 일정한 규격의 장입 박스 크기로 가공한 고철을 말한다. 이러한 가공고철에는 쉐어드(Shredded)고철, 폐철제캔 압축고철, 중량 및 경량고철을 기로틴(Guillotine) 가공한 고철, 생철 및 고철을 압축한 고철 등이 포함되는 것이다.

고철 스크랩은 발생 총량의 40%내외만이 가공처리 과정을 거치고 나머지 60%가량은 별도의 가공처리없이 불순물만 떨어낸 채 전기로에 곧바로 장입되며, 가공처리 고철 스크랩 중에서 65%정도가 철 스크랩 납품상에 의해 가공처리 되고, 나머지 35%가량은 전기로 제강업체에 의해 가공 처리되고 있다.

이렇게 전기로에 투입되는 대부분의 고철 스크랩은 제강업체 외부로부터 납품되는 가공고철에 의존하고 있는데, 이러한 가공고철은 이송 및 운반의 편리성을 고려하여 각종 고철 스크랩을 성형장치 내에서 고압으로 압축하게 되는데, 자칫 내부에 고철 스크랩 이외에 이물질이 혼입되어 제강 제품의 품질에 대한 신뢰도가 저하되기 때문에 압축 성형된 가공고철을 해체하여 이물질 혼입여부를 확인하고 있다.

이때 가공고철은 다양한 종류와 형상의 고철 스크랩이 서로 엉킨 상태에서 고압으로 압축 성형되기 때문에 내부를 확인하기 위하여 해체하는 작업이 어렵고 시간도 많이 소요되어 생산성이 저하되는 원인이 되고 있다.

이는 제강업체에서의 생산성 저하는 물론이고, 가공고철 제조업체 또한 원활한 납품이 적시에 이루어질 수 없게 되어 철 스크랩과 가공고철이 야적된 상태로 방치되고, 운반 차량의 운행도 불가능하게 됨으로 환경오염원의 해결과 작업장에서 고용 창출의 기회가 감소되는 등 여러가지 경제적인 손실을 발생시키는 원인이 되고 있다.

본 발명은 폐기되는 자동차와 공작기계에서 발생되는 칩을 포함하여 산업 전반에서 발생되는 고철을 수거하여 제강 공정에서 원료로 투입되는 선철을 대체할 수 있도록 재활용함으로써 폐자원의 부가가치를 높여 고가의 수입 원자재인 철강석의 소모를 감소시켜서 경제적인 이익을 도모할 뿐 아니라 폐자원의 방치로 인한 환경오염도 억제하기 위하여 수거된 고철을 제강회사에 운반 수송할 수 있도록 일정한 크기로 압축하는 가공고철을 형성함에 있어서, 가공고철의 해체가 용이하게 되어 제강공정에서의 작업시간을 단축할 수 있는 제강용 가공 고철의 성형 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 기술적인 특징은 산업 전반의 분야에서 발생되는 고철 스크랩을 압축 성형하여 일정 크기의 가공고철을 성형함에 있어서, 수거된 고철 스크랩을 압축성형기에서 고압으로 1차 압축 성형시킨 다음 해체하고, 다시 저압에서 재압축하여 의도하는 규격의 가공고철을 성형하는 것이다.

즉 본 발명에 의한 제강용 가공고철의 성형 방법은, 고철 스크랩을 수거하는 제1단계(S1); 상기 제1단계에서 수거된 고철 스크랩을 선별하여 분리하는 제2단계(S2); 상기 제2단계(S2)에 수거된 고철 스크랩을 압축성형기에 투입하고, 1차로 압축 성형하여 가공고철을 성형하여 배출시키는 제3단계(S3); 상기 제3단계(S3)에서 성형된 가공고철을 분쇄하여 고철 스크랩과 가공고철의 중간 상태의 성형물로 성형하는 제4단계(S4); 상기 제4단계(S4)에서 형성된 성형물을 압축성형기에 재투입하고, 2차로 압축 성형하여 완성된 가공고철을 성형하는 제5단계(S5)를 포함하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 성형 방법에 의한 가공고철은 제강업체에 공급된 다음 전기로에 투입되기 전에 해체하기가 용이하여 신속하게 내부검사를 완료하여 제강 공정에 공급될 수 있다.

이는 일반적으로 연성이 있거나 유동성이 많은 물체일수록 결합되어 혼화되려는 성질이 많고, 그 반대로 연성이 낮거나 유동성이 낮은 물체는 결합 혼화력이 적어지게 되는데, 고철 스크랩과 같이 불특정 형상을 가진 물체의 집합물인 경우에 있어서도 수거 및 선별된 상태에서는 유통과정에서 일부 가공경화(work hardening)된 것이 포함되어 있을 수 있으나 대부분 일정한 규격을 가진 가공고철로 압축성형이 되기 전 단계에 있음으로 비교적 연성과 유동성이 높아서 이종의 고철 스크랩 간에 결합성이 높은 것이다.

이러한 고철 스크랩이 가공고철의 형태로 1차 압축 성형되면 가공경화에 의하여 그 금속조직이 소성변형이 일어나기 어렵게 되고 단단하게 되는데, 이러한 가 공고철을 해체한 다음에 다시 압축 성형을 하게 되면, 이미 1차 압축 성형 단계에서 가공경화가 발생하였기 때문에 2차 압축 성형 단계에서는 고철 스크랩 간에 경합력이 약화되기 때문에 의도하는 규격으로 성형하였어도 결합력이 약한 상태로 성형이 되었기 때문에 용이하게 해체시킬 수 있게 되는 것이다.

제1단계( S1 ), 수거

고철은 철강재 생산과정, 철강수요산업의 가공과정, 철강을 소재로 한 제품의 폐기물 등에서 발생되는 고철 스크랩을 고철 유통업자들의 수집과정을 통하여 수거한다.

제2단계( S2 ), 선별

상기 제1단계에서 수거된 고철 스크랩에 혼입되어 있는 비금속류와 산화정도가 심한 고철을 선별하기 위하여 스크린 부재, 진동모터, 호퍼, 용기 등을 구비하는 통상적인 선별장치를 이용하거나 육안에 의하여 선별한다.

제3단계( S3 ), 1차성형

상기 제2단계(S2)에 수거된 고철 스크랩을 이송하는 집게 포크레인과 같은 투입 이송장치, 상기 투입 이송장치로부터 공급된 고철 스크랩을 의도하는 가공고철의 형태로 압축하는 압축성형기 및 상기 압축성형기에 의해 압축 성형된 가공고철을 제품 팔레트까지 이송하는 배출 이송장치를 포함하는 시스템에 의하여 고철 스크랩을 300~500t/㎠의 압력으로 가압하여 가공고철을 성형하고 배출시킨다.

제4단계( S4 ), 분쇄

상기 제3단계(S3)에서 성형되어 배출된 가공고철을 집게 포크레인을 이용하여 분쇄하여 고철 스크랩과 가공고철의 중간 상태의 성형물이 되도록 해체한다.

제5단계( S5 ), 2차성형

상기 제4단계(S4)에서 형성된 성형물을 집게 포크레인을 이용하여 압축성형기에 재투입하고, 100~300t/㎠의 압력으로 2차 압축 성형하여 완성된 가공고철을 성형한다.

본 발명은 산업 전반에서 발생되는 고철 스크랩을 수거하여 제강 공정에서 원료로 투입되는 선철을 대체할 수 있도록 재활용함에 있어서 제강공정 현장에서 가공고철의 해체가 용이하여 가공고철의 품질에 신뢰도를 높이고, 제강공정에서의 작업시간을 단축함으로써 물류 수송을 원활하게 하고, 철 스크랩 자원의 가공처리 공정을 고부가가치를 지향적으로 규격화, 표준화하여 제강제품의 품질을 향상시킬 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 고철 스크랩을 압축하여 일정 크기의 가공고철을 성형함에 있어서,

   고철 스크랩을 수거하는 제1단계(S1);

   상기 제1단계에서 수거된 고철 스크랩을 선별하여 분리하는 제2단계(S2);

   상기 제2단계(S2)에 수거된 고철 스크랩을 압축성형기에 투입하고, 1차로 압축 성형하여 가공고철을 성형하여 배출시키는 제3단계(S3);

   상기 제3단계(S3)에서 성형된 가공고철을 분쇄하여 고철 스크랩과 가공고철의 중간 상태의 성형물로 성형하는 제4단계(S4);

   상기 제4단계(S4)에서 형성된 성형물을 압축성형기에 재투입하고, 2차로 압축 성형하여 완성된 가공고철을 성형하는 제5단계(S5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제강용 가공고철의 성형 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 2차로 성형하는 압력이, 1차로 성형하는 압력보다 낮은 압력으로 성형하는 것을 특징으로 하는 제강용 가공고철의 성형 방법.

Images