KR100978757B1 - 미분 발생이 억제된 제철용 단광 포장품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미분 발생이 억제된 제철용 단광 포장품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단광의 이송 및 투입 과정에서 단광에 가해지는 마찰 및 기계적 충격에도 불구하고 미분이 발생하여 이송 및 투입중 유실되는 현상이 억제된 제철용 단광에 관한 것이다.

본 발명은 단광의 이송 및 투입과정에서 단광에 가해지는 마찰 및 기계적 충격에도 불구하고 미분발생이 억제된 새로운 형태의 단광을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단광은 포장용지 및 상기 포장용지내에 수납된 단광으로 이루어진 단광 포장품인 것을 특징으로 한다.

단광, 미분, 포장용기, 제철공정

Description

미분 발생이 억제된 제철용 단광 포장품{PACKAGED BRIQUETTES FOR IRON- AND STEELMAKING CAPABLE OF SUPPRESSING POWDER-CREATION}

도 1은 단광 호퍼 내에 저장된 몰리브데늄 산화물 단광의 외관을 나타내는 사진, 그리고,

도 2는 본 발명의 실시예에서 사용된 몰리브데늄 산화물 단광의 회전강도 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 미분 발생이 억제된 제철용 단광 포장품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단광의 이송 및 투입 과정에서 단광에 가해지는 마찰 및 기계적 충격에도 불구하고 미분이 발생하여 유실되는 현상이 억제된 제철용 단광에 관한 것이다.

철강제조공정은 철광석을 환원하여 선철(용선)을 제조하는 제선공정과, 상기 제조된 선철 중의 불순원소를 제거하고 요구되는 성질에 따라 합금성분을 조정하여 적절한 목표 조성을 가지는 제품을 제조하는 제강공정으로 이루어진다.

선철에는 선철을 제조하기 위하여 초기에 사용되는 주원료 및 부원료 등에 포함된 각종의 불순성분들이 함유되기 때문에, 상기 선철은 적절한 예비처리 과정을 거쳐서 황, 인, 실리콘 등의 불순성분이 적절한 범위로 제어된 후 제강과정에 투입되게 된다. 또한, 제강 과정에서도 (용)강 중의 불순성분을 제거하거나 원하는 합금조성으로 제어하는 공정이 수행된다.

상기 성분 제어 공정의 대부분은 강한 교반과 함께 각종의 첨가제를 용선 또는 용강에 투입함으로써 이루어진다. 상기 첨가제는 괴상의 형태를 띄는 경우와 분말상의 형태를 띄는 경우로 나눌 수 있다. 상기 괴상의 형태를 띄는 경우에는 바로 레이들이나 전로, 전기로, 용해로 등의 반응용기에 투입할 수 있으나, 분말상의 형태를 띄는 경우에는 상기 반응용기 내에 수용된 고온의 용선 또는 용강에 의해 유발되는 상승기류에 의해 분말이 대기 또는 반응용기 상부에 위치하는 집진장치로 유실되어 버리기 때문에 반응용기에 바로 투입하는 것이 곤란하다.

그러므로, 분말상의 형태를 띄는 첨가제는 괴상의 형태를 가지도록 단광(예를 들면 펠릿 또는 브리켓)으로 제조된다. 이러한 단광은 통상적으로 투입하고자 하는 원료분말에 소량의 시멘트, 벤토나이트 등의 무기질 점결제, 혹은 당밀, 전분 등의 유기질 점결제를 수분과 함께 첨가하거나, 점결력이 있는 유기물 수용액을 첨가하여 상온에서 가압, 성형하여 제조되는 것이 일반적이다.

이후, 제조된 단광은 제조공장에서 불출되어 제철소에 공급되어 필요한 경우에 용선 또는 용강에 공급되어 불순물 제거 또는 성분제어에 사용된다. 상기 단광이 불출되어 용선 또는 용강에 공급되는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 단광은 제조공장에서 한번에 일정분량만큼 용이하게 운송할 수 있도록 백(Bag) 등의 용기에 수용된 후 트럭에 의해 제철소로 운송되거나 또는 드물게는 바로 트럭에 상차된 후 제철소로 운송된다. 이때, 매번 투입에 필요한 양만큼 운송하는 것이 아니라 대량으로 운송한 후 필요한 양만큼 불출하여 제철 또는 제강공정에 사용하는 것이 일반적이다. 그러므로, 상기 단광은 단광 호퍼(Hopper)에 일단 수용된 후, 호퍼 하부에 설치된 평량 호퍼(Weighing hopper)를 통하여 반응용기로 자유 낙하되어 용선 또는 용강에 투입되게 된다.

그런데 단광을 단광 호퍼로 이송하고, 호퍼에 저장된 단광을 철강의 용해로, 정련로 또는 레이들 내부로 투입하는 과정에서 단광의 미분이 다량 발생하는 현상이 나타나고 있다. 공장의 설비구조에 따라 차이는 있지만, 단광을 호퍼로 이송하는 과정은 단광을 지면보다 낮은 위치에 설치된 수납 통(URB, Underground Receiving Bin)을 경유하여 상기 수납 통 하부에 위치한 벨트 콘베이어(Belt conveyor)에 실은 후, 상기 벨트 콘베이어를 이용하여 단광 호퍼 상부까지 이송하고, 다시 단광 호퍼 내부로 자유 낙하 시켜 저장하게 된다. 단광이 낙하하는 수납 통 및 호퍼의 깊이는 수 미터(m)에 이르며, 단광이 낙하하는 과정에서 수납 통 또는 호퍼의 바닥이나 벽면과는 물론, 단광들끼리 서로 마찰 및 충돌이 불가피하고, 그 충격에 따라 단광이 깨져서 분말 형태의 미분이 다량 발생하게 된다. 그리고 단광 호퍼에 저장된 단광을 철강의 용해로, 정련로 또는 레이들에 투입하는 과정에서도 단광이 매우 높은 위치에서 자유 낙하하므로 단광의 미분이 발생할 수 있다. 도 1은 단광 호퍼 내에 저장된 몰리브데늄 산화물 단광의 외관에 대한 사례를 보여주는 사진인데, 상기 도 1을 보면 다량의 미분이 발생한 것을 알 수 있다.

그런데, 상술하였듯이 용해로, 정련로 및 레이들 등의 반응용기에는 강한 상승기류가 존재하기 때문에 분화된 단광 미분은 상기 상승기류에 의해 대기로 유실되거나 집진장치에 의해 흡입되어 버리는 경우가 많은데, 이러한 현상으로 인하여 단광의 실수율이 약 10% 정도까지 저하하게 되는 경우도 발생된다. 또한, 상기 분화된 단광 미분이 대기로 유실될 경우 대기오염과 같은 심각한 환경오염의 원인이 될 수 있다.

따라서, 단광의 실수율을 증가시키고 환경오염을 방지하기 위해서 종래에는 가급적이면 단광이 분화되지 않도록 하는 기술이 제안되었다. 상기 종래 기술의 대부분은 강력한 점결제를 사용하여 단광의 압축강도를 충분히 확보함으로써 단광의 분화경향을 억제하는 것에 주력하고 있다.

그러나, 다양한 노력에도 불구하고 점결제를 통하여 단광의 압축강도를 확보하는 것은 한계가 있을 수 밖에 없었다. 또한, 이러한 압축강도의 한계치를 초월 하기 위하여 다량의 점결제를 사용하는 경우에는 단광 중 원료의 함량이 감소하여 야금학적 효과가 감소되거나 단광의 투입량이 증가되어야 하므로 효과적인 방법이 될 수 없다.

따라서, 단광이 분화되어 유실되지 않도록 하는 새로운 기술의 제안은 여전히 필요한 실정이다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단광의 이송 및 투입과정에서 단광에 가해지는 마찰 및 기계적 충격에도 불구하고 미분발생이 억제된 새로운 형태의 단광을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단광은 포장용지 및 상기 포장용지내에 수납된 단광으로 이루어진 단광 포장품인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 포장용지는 봉투형태인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 포장용지는 고분자 필름으로 이루어진 것이 밀봉하기에 유리하다.

또한, 상기 포장용지는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, PVC 중에서 선택된 것이 특히 바람직하다.

또한, 상기 단광은 몰리브데늄 산화물, 바나듐 산화물, 보론 산화물, 티타늄 산화물 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 산화물들은 단독 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있으며, 충분한 강도를 확보하기 위하여 점결제와 함께 혼합되고, 펠릿 또는 브리켓 형태로 성형되어 단광을 형성한다. 또한, 상기 단광 투입시 부가적인 야금학적 효과를 얻거나 투입되는 단광이 용이하게 용해될 수 있도록 하기 위해서 상기 단광에는 필요에 따라 환원제(Reductants), 조재제(Slag former) 등의 첨가제가 추가로 포함될 수 있다. 여기서 환원제라 함은 Al, CaSi(Calcium Silicide), Fe-Si(Ferro Silicon), SiC, 그라파이트 등과 같이 용탕에 투입될 경우 환원성 분위기를 형성하는 물질을 말하며, 조재제라 함은 CaO, CaCO₃, Na₂CO₃, 제강과정에서의 2차정련 슬래그 또는 융점이 1400℃ 미만인 CaO-SiO₂-Al₂O₃를 주성분으로 하는 합성 플럭스(통상 A-플럭스 및 B-플럭스로 불리고 있음)와 같이 용탕 상부에 위치하는 슬래그와 접촉할 경우 상기 슬래그와 반응하여 슬래그의 융점을 저하시키는 작용을 하여 슬래그의 재화를 돕거나 슬래그의 성분을 조정하는 작용을 하는 플럭스류를 말하는데, 이들은 한가지 종류만 단독으로 첨가될 수도 있으며 또는 필요에 따라 2종 이상이 함께 첨가될 수도 있다.

상기 원료 또는 첨가제의 분말은 미분과 조대한 입자가 적절하게 혼합된 것이 단광의 성형성을 확보하기에 유리하며, 약 2mm 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 발명자들은 상기 단광의 미분 발생을 억제하기 위하여 여러 각도에서 검토한 결과, 상기 단광의 분화만 억제하는 것은 한계가 있다는 것을 확인하고 본 발명에서 제안하는 새로운 형태의 미분 발생을 억제할 수 있는 단광 포장품을 제안하게 되었다.

즉, 본 발명의 단광 포장품은 포장지에 의해 포장된 단광인 것을 특징으로 한다. 단광 포장품이 포장될 경우 기계적 충격이나 마찰력 등이 단광에 작용하더라도 포장재에 의해 상기 기계적 충격이나 마찰력 등이 완화될 수 있으며, 설사 단광이 분화되더라도 분화된 미분 형태의 원료가 단광으로부터 완전히 격리되는 것이 아니라 포장지 내에서 단광과 함께 이송 및 반응용기로 투입되기 때문에 강한 상승기류에 의해 유실되거나 또는 이송 도중 유실되는 현상 등이 억제될 수 있다.

이러한 특징을 가진 본 발명의 단광 포장품은 고분자 필름으로 이루어진 봉투 형태의 포장용기에 상기 단광을 수납하고 입구를 밀봉한 후, 외부에서 열을 가 하여 필름을 수축시킴으로써 단광 표면에 필름이 밀착된 형태로 제조되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 고분자 필름 재질을 사용할 경우 상용화된 고속 포장기를 사용하여 포장 생산성을 높일 수 있고, 가열에 의해 봉지 입구를 밀봉하여 단광을 외부와 차단하고 고분자 필름의 열 수축 특성을 이용하여 필름을 단광 표면에 밀착시킬 수 있으므로 자동화에 유리하다.

이러한, 고분자 필름으로서는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, PVC 등과 같이 통상의 포장용 필름으로 사용되는 것이면 모두 사용 가능하다.

또한, 본 발명의 단광 포장품에 포함되는 단광은 몰리브데늄 산화물, 바나듐 산화물, 보론 산화물, 티타늄 산화물 등이 단독 또는 복합적으로 주성분을 구성하는 원료분말을 점결제와 함께 결합하거나, 환원제(Reductants), 조재제(Slag former) 등의 첨가제와 혼합한 상태에서 점결제와 함께 결합하여 펠릿 또는 브리켓 형태로 성형한 단광인 것이 바람직하며, 상기 원료 또는 첨가제 분말의 입도는 미분과 조대한 입자가 적절하게 혼합된 것이 단광의 성형성을 확보하기에 유리하며, 약 2mm 이하로 관리하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 단광의 압축강도는 높을수록 바람직하지만 통상적인 취급과정에서 쉽게 깨지지 않을 정도이면 무방하다.

즉, 상술하였듯이 본 발명의 단광 포장품은 포장지 내에 단광이 수납됨으로서 상기 포장지에 의해 기계적 충격이나 마찰력과 같은 외력을 완화시켜주고, 그러 하더라도 발생될 수 있는 분말이 상기 포장지에 의해 포장되어 있으므로 이송 및 투입시 유실될 확율이 감소된다.

또한, 장기간 보관, 이송 등에 의해 혹시 포장지의 일부가 마모되어 포장지에 틈이 형성되더라도 상기 틈을 통하여 유실되는 분말의 양은 포장지가 없을 경우에 비해서는 매우 적은 양이므로 여전히 본 발명의 단광 포장품은 원료 분말의 유실 방지에 효과적일 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 설명하여 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 정하기 위한 것은 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 정해지는 것이기 때문이다.

(실시예)

공업적으로 사용되는 단광 중의 하나인 몰리브데늄 산화물 단광을 포장용 비닐 제품으로 포장하여 외부 충격에 대한 단광의 미분 발생 억제 효과를 조사하였다.

실험에는 형상이 대략 가로 50mm, 세로 50mm 및 두께 38mm이고 한 개의 무게 가 100 내지 110g인 몰리브데늄 산화물 단광을 비닐 제품으로 포장한 단광과 포장하지 않은 단광을 사용하였고, 상기 단광에 대하여 회전강도 시험을 실시하였다. 몰리브데늄 산화물 단광은 입도가 약 2mm 이하인 원료분말에 약 2중량%의 옥수수 전분과 소량의 물을 혼합하여 가압 성형한 것으로서 제철소에서 통상적으로 사용하는 제품과 동일한 단광을 사용하였다. 단광의 포장방법은 단광을 두께 약 30 미크론의 비닐 제품(폴리에틸렌)으로 제조한 봉투에 넣은 후 입구를 밀봉하고, 약 120 ^oC의 온도로 유지된 노내에 장입하여 약 1분간 유지함으로써 필름이 수축하여 단광 표면에 밀착되도록 포장하였다. 상기의 단광 약 5kg씩을 지름 210mm, 높이 450mm의 원통형 드럼에 장입한 후, 드럼을 20 rpm으로 수직 회전하여 시간에 따른 미분 발생거동을 비교하였다.

도 2는 시료의 회전강도 시험 결과를 나타내는 것으로서, 분말을 0.5mm 이하와 1mm 이하의 입도로 구분하여 초기 시료의 양에 대한 중량 백분율로 나타내었으나, 0.5mm 이하의 미분이 대부분을 차지하는 것을 알 수 있다. 비교예로서 비닐 포장을 하지 않은 단광은 회전강도 시험 초기에 미분 발생율이 급격하게 증가하다가 회전시간이 경과함에 따라 완만하게 증가한다.

반면에, 본 발명의 비닐 제품으로 포장한 단광의 경우는 미분 발생율이 상대적으로 매우 낮다. 특히 회전강도 시험 초기에는 단광 표면에 포장한 비닐 제품의 완충효과에 따라 미분 발생율이 현저히 저하하는 것을 알 수 있다. 그러나 회전시간이 길어지면 단광의 마찰 및 충돌에 따라 단광표면의 비닐 제품이 마모되어 포장효과가 감소하게 된다. 회전시간 3분에는 단광 표면의 비닐 제품에 부분적으로 구멍이 뚫리기 시작하고, 10분이 경과하면 부분적으로 마멸되어 찢어진 비닐이 단광으로부터 분리되기 시작하지만, 15분까지도 대부분의 단광이 비닐로 포장된 상태가 유지된다. 그렇지만 30분이 경과하면 모든 단광으로부터 비닐이 벗겨지는 것을 확인할 수 있었으며 더 이상의 포장효과는 기대할 수 없게 된다. 그림에서 보는 바와 같이 회전 시간 약 10분까지는 포장효과가 뚜렷하지만, 그 이후에는 비닐 포장을 하지 않은 경우와 거의 유사한 기울기로 미분 발생율이 증가한다.

회전강도 시험장치의 드럼 높이가 450mm이며, 시험 개시 시점에서 단광 약 5kg을 장입할 때 단광의 충진 높이는 약 150mm였다. 회전시험이 진행됨에 따라 단광이 파괴되어 미분이 발생하므로 충진층의 높이는 초기 값에 비해 낮아지게 된다. 그러므로 시험과정에서 단광이 낙하하는 실제 높이는 약 300mm 이상이 되고, 드럼이 한 번 회전할 때 시료가 2회 낙하하므로 회전수에 따른 낙하높이는 최소한 약 600mm/회가 된다. 드럼의 회전속도 20 rpm을 적용하면 시료는 1분 동안에 12m/min 이상의 낙하운동을 하게 된다. 단광의 비닐 포장효과가 뚜렷하게 지속되는 회전시간 10분은 시료의 낙하 높이가 120m에 해당하는 시간으로서, 일반적인 제철소에서 단광의 이송 및 투입장치 구조를 감안할 때 단광의 낙하 높이가 120m는 초과하지 않을 것으로 판단되므로, 실제 제철소의 조업조건에서도 단광의 비닐 포장에 의한 미분발생 억제효과가 충분히 유지될 수 있을 것으로 기대된다. 10분 동안의 회전시험 과정에서 비닐 포장을 하지 않은 단광은 1mm 이하의 미분 발생율이 약 6.16중량%인데 반해, 비닐로 포장한 단광의 경우는 약 1.57중량% 수준을 나타내고 있다. 따라서 단광을 비닐로 포장하는 본 발명에 따라 약 4.59중량%의 미분 발생 억제 효과가 있다는 것을 확인할 수 있다.

포장재로 사용하는 비닐 제품의 두께와 종류, 그리고 단광의 이송 및 투입설비의 구조에 따라 단광에 가해지는 마찰 및 충격력의 차이가 있을 것으로 판단되므로, 제철소에서 단광의 사용조건에 따라 포장재를 적절히 선택하면 미분 발생율을 더욱 저감할 수 있을 것으로 기대된다.

본 발명의 단광 포장품은 고분자 필름으로 이루어진 봉투 형태의 포장용기에 단광을 수납한 형태이기 때문에 이러한 단광 포장품을 각종 주,부원료로 사용할 경우에는 포장용기에 의한 완충효과에 의해 단광이 미분화 되는 것을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 혹시 미분화된다 하더라도 포장되어 있는 형태이므로 투입시 반응용기 상부의 상승기류에 의해 유실되는 양을 저감할 수 있다.

Claims (9)

1. 포장용지 및 상기 포장용지내에 포장용지별로 낱개로 수납된 단광으로 이루어지고,

   상기 포장용지에 단광을 수납하고 상기 포장용지를 밀봉한 후, 외부에서 열을 가하여 상기 포장용지를 수축시킴으로써 단광 표면에 상기 포장용지가 밀착된 형태로 제조되는 것을 특징으로 하는 미분 발생이 억제된 제철용 단광 포장품.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 포장용지는 봉투형태인 것을 특징으로 하는 미분 발생이 억제된 제철용 단광 포장품.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 포장용지는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 PVC 중에서 선택된 하나임을 특징으로 하는 미분 발생이 억제된 제철용 단광 포장품.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 단광은 몰리브데늄 산화물, 바나듐 산화물, 보론 산화물, 티타늄 산화물 중에서 선택되는 1종 이상의 산화물 및 점결제를 혼합하여 펠릿 또는 브리켓 형태로 성형한 것임을 특징으로 하는 미분 발생이 억제된 제철용 단광 포장품.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 단광은 몰리브데늄 산화물, 바나듐 산화물, 보론 산화물, 티타늄 산화물 중에서 선택되는 1종 이상의 산화물, 점결제 그리고 환원제(Reductants) 및 조재제(Slag former) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 첨가제를 혼합하여 펠릿 또는 브리켓 형태로 성형한 것임을 특징으로 하는 미분 발생이 억제된 제철용 단광 포장품.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 산화물의 입도는 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 미분 발생이 억제된 제철용 단광 포장품.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 산화물의 입도는 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 미분 발생이 억제된 제철용 단광 포장품.
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