KR101244267B1 - 제강 더스트 고형화물 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
용해로 등에 의해 철강 생성 과정에서 발생하는 철 및 그 산화물을 주성분으로 하는 더스트를 가압 성형하여 고형화하여 제강 더스트 고형화물로 한다. 제공되는 원료 더스트에 첨가물을 가능한 첨가하지 않고, 실용적으로 충분한 강도를 가지며, 로에 재장입시의 로의 열효율을 개선할 수 있다. 철강 생성 과정에서 발생하는 철 및 그 산화물을 주성분으로 하는 더스트(11)를 성형 틀(7)에 넣고, 가압 성형한 고형화물(B)이다. 상기 성형 틀(7)에 넣는 원료로서, 상기 더스트(11) 및 탄소를 주성분으로 하는 분말을 혼합하여 조립한 혼합 조립체(11p)를 이용한다.
철강, 전기로, 더스트, 리사이클, 제강, 탄소, 용해로
Description
본 발명은, 용해로 등에 의한 철강 생성 과정에서 발생하는 더스트(dust)를 제강 원료로서 재이용하는, 제강 더스트 고형화물, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
철강 생성 과정, 예를 들면 용해로에서는, 내뿜어진 미세 입자형 철 및 산화철은 더스트로서 집진기로 회수된다. 이러한 더스트(이하, "제강 더스트"라 지칭함)는, 철 및 산화철이 주성분이므로, 재이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 제강 더스트는 미세 분말이므로, 그 상태로 용해로에 투입되면, 비산하면서 날아 올라가서, 대부분이 집진기로 다시 회수되므로, 재이용 효율이 현저하게 낮다. 그러므로, 종래에는 주로 매립 처분되었지만, 국내의 제강 더스트의 발생량은 수년간 수십만톤에 이르며, 매립 처분은 자원의 적절한 이용면에서나, 부족한 매립지 또는 환경 악화의 면에서도 바람직하지않다.
따라서, 제강 더스트의 재이용에 대한 여러 가지 방법이 시험되고 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 직경 2∼15mm 정도의 더스트 펠릿을 제조하고, 전기로에 장입함으로써 산화철을 용철 중에 회수하는 방법이 예시되어 있다.
특허 문헌 2에는, 제강 더스트를 브리켓(briquet)으로 성형하기 위하여 열가소성 플라스틱을 첨가하는 방법, 특허 문헌 3에는 연삭 슬러지나 제강 더스트를 브리켓으로 성형하기 위하여 고형화 보조제를 첨가하는 방법이 각각 예시되어 있다.
특허 문헌 1: 특개 평 11-152511호 공보
특허 문헌 2: 특개 평 09-316512호 공보
특허 문헌 3: 특개 2002-194449호 공보
특허 문헌 1의 펠릿을 만드는 방법은, 펠릿화하면 회수 분말보다 전기로에 장입하는 처리 등의 취급성이 용이하지만, 치수가 비교적 작기 때문에, 전기로에 장입하는 효율에 있어서 문제가 있다.
특허 문헌 2, 특허 문헌 3의 첨가물을 넣는 방법은, 모두 강고한 브리켓을 제조하기 위한 적절한 수단이지만, 플라스틱이나 바인더와 같은 첨가물을 첨가하기 때문에 공정이 복잡해지고, 비용이 높아지는 결점이 있다. 또한, 첨가물이 환경에 부담을 주는 원인이 되므로 바람직하지않다.
본 발명의 목적은, 용해로 등에 의한 철강 생성 과정에서 발생하는 철 및 그 산화물을 주성분으로 하는 더스트를 가압 성형하여 고형화하는 제강 더스트 고형화물에 있어서, 이용되는 원료 더스트에 첨가물을 가능한 첨가하지 않고, 실용적으로 충분한 강도를 가지며, 로에 재장입할 경우의 로의 열효율을 개선할 수 있는 제강 더스트 고형화물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 각 장점을 가지는 제강 더스트 고형화물을 저비용으로 제조할 수 있는 제강 더스트 고형화물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제강 더스트 고형화물은, 철강 생성 과정에서 발생하는 철 및 그 산화물을 주성분으로 하는 더스트를, 성형 틀(型)에 넣어서 가압 성형한 고형화물이며, 상기 성형 틀에 넣는 원료로서, 상기 더스트와 탄소를 주성분으로 하는 분말을 혼합하여 조립(造粒)한 혼합 조립체를 이용한다.
본 발명의 제강 더스트 고형화물의 제조 방법은, 본 발명의 상기 제강 더스트 고형화물을 제조하는 방법이다. 이 방법은, 철강 생성 과정에서 발생하는 철 및 그 산화물을 주성분으로 하는 더스트를, 성형 틀에 넣어 가압 성형하여 고형화함으로써, 그 고형화물인 제강 더스트 고형화물을 제조하는 방법으로서, 상기 성형 틀에 넣는 원료로서, 상기 더스트와 탄소를 주성분으로 하는 분말을 혼합하여 조립한 혼합 조립체를 이용한다.
제강 더스트 고형화물의 성형에 있어서는, 성형 압력을 높여도, 내부 마찰 등에 의해, 반드시 강도 향상으로 연결되는 것은 아니다. 바인더를 사용하는 것은, 제강 더스트 고형화물의 강도를 강화하는 동시에 효과적이지만, 플라스틱 등의 바인더를 첨가하면, 상기와 같이 비용 또는 환경면에서 바람직하지않다.
또한, 전기로 등의 리사이클에 사용하는 제강 더스트의 고형화물에 탄소 분말 등의 탄소 재료를 첨가하는 것은, 전기로의 열효율을 향상시키기 위하여 지극히 중요하다. 이는 첨가된 탄소 분말이 제강 더스트를 환원시키면서 자기 연소하여 발열하기 때문에 외부로부터의 에너지 투입을 줄일 수 있어서, 로의 열효율이 크게 개선되기 때문이다. 따라서, 탄소 분말을 첨가한 제강 더스트 고형화물은, 제강 더스트의 리사이클에 효과적인 수단이 될 수 있다. 탄소를 주성분으로 하는 분말은, 제강 더스트와 같이 철강 생성 과정, 또는 그 주변에서 용이하게 얻어지므로, 첨가해도 큰 비용이 소요되지 않는다. 그러나, 탄소 재료의 첨가는 고형화물의 강도를 손상시킬 가능성이 있다.
여기에서, 본 발명자는, 각종 조사, 실험 검증 결과, 동일한 성형 조건에 있어서, 상기 더스트는 조립한 상태로 성형 틀에 넣어서 가압 성형하는 것이, 상기 더스트를 분말 상태로 성형 틀에 넣어서 가압하는 것보다, 높은 성형 밀도가 얻어지는 것을 발견하였다. 상기 조립한 더스트를 이용하여 가압 성형함으로써, 특별히 바인더 등의 강화제를 사용하지 않아도, 실용적으로 충분한 제강 더스트 고형화물의 강도가 얻어진다.
특히, 본 발명은, 상기 더스트와 탄소를 주성분으로 하는 분말을 혼합하여 조립한 혼합 조립체를 원료로서 이용하므로, 탄소를 주성분으로 하는 분말의 첨가에 의한 장점과, 조립한 상태로 성형 틀에 넣어서 가압 성형하는 장점이 동시에 얻어진다. 그러므로, 첨가물을 가능한 첨가하지 않고, 비용을 줄이고, 실용적으로 충분한 강도를 더욱 효과적으로 얻을 수 있고, 또한 로에 재장입시의 로의 열효율을 개선할 수 있다.
본 발명의 제강 더스트 고형화물 및 그 제조 방법에 있어서, 상기 혼합 조립체의 함수율이 0.5∼15wt%인 것이 좋다.
상기 혼합 조립체의 함수율이 0.5wt% 미만이면, 성형 후의 제강 더스트 고형화물에 크랙 발생하는 등, 성형이 거의 불가능하다. 혼합 조립체의 함수율이 15wt%를 초과하면, 혼합 조립체가 연화되어 슬러리형으로 되어, 조립이 곤란해진다. 또한, 수분은 혼합 조립체가 성형 틀 내에서 소성 변형 거동시, 혼합 조립체의 마찰을 줄이고, 변형을 용이하게 하는 효과가 있는 것으로 생각된다. 그 효과는, 0.5wt%에서 발현되지만, 함수율이 15wt%를 초과하는 수분량이 많은 영역이 되면, 수분 자체가 액체로서의 거동을 보이므로, 제강 더스트 고형화물의 겉보기 밀도 향상에 역효과를 일으킨다. 실용적인 제강 더스트 고형화물의 강도를 얻을 수 있는 제강 더스트 고형화물의 함수율은 0.5∼15wt%이다.
또한, 본 발명의 제강 더스트 고형화물 및 그 제조 방법에 있어서, 상기 탄소를 주성분으로 하는 분말은, 순수한 탄소 분말에 한정되지 않고, 그래파이트일 수도 있다.
본 발명의 제강 더스트 고형화물 및 그 제조 방법에 있어서, 상기 원료에 있어서, 탄소량은 2∼50wt%인 것이 좋다.
상기와 같이, 전기로 등의 리사이클에 사용하는 제강 더스트의 고형화물에 탄소 분말 등의 탄소 재료를 첨가하는 것은, 전기로의 열효율을 향상시키기 위하여 지극히 중요하다. 그러나, 탄소 재료의 첨가는 고형화물의 강도를 손상시킬 가능성이 있다.
여기에서, 본 발명자는, 각종 조사, 실험 검증 결과, 탄소 분말 등의 탄소 재료를, 제강 더스트를 조립하는 조립기에 첨가하여 제강 더스트와 함께 조립한 혼합 조립체로 하고, 상기 혼합 조립체를 원료로 할 경우에, 첨가하는 탄소량을, 제강 더스트와 탄소를 주성분으로 하는 분말의 혼합 조립체의 50wt% 이하로 함으로써, 탄소를 첨가할 경우일지라도 우수한 성형성이 얻어지는 것을 발견하였다. 탄소 첨가량의 하한을 2wt%로 한 것은, 이보다 탄소 첨가량이 적으면, 로에 재장입시의 로의 열효율을 개선하는 효과가 얻어지지 않기 때문이다. 이와 같이, 성형 틀에 넣는 원료를, 상기 제강 더스트와, 탄소를 주성분으로 하는 분말을 혼합하여 조립한 혼합 조립체로 하고, 상기 원료에 있어서의 탄소량을 2∼50wt%로 함으로써, 탄소를 첨가하면서, 특별히 바인더 등의 강화제를 사용하지 않아도, 실용적으로 충분한 제강 더스트 고형화물의 강도가 얻어진다. 또한, 로에 재장입시의 로의 열효율을 개선하는 효과가 얻어진다.
상기와 같이 원료에 있어서의 탄소량을 2∼50wt%로 할 경우에, 상기 고형화물의 겉보기 밀도가, 완전 건조 상태에서, 2.15∼3.6g/cm3인 것이 좋다.
탄소를 주성분으로 하는 분말의 첨가량과 고형화 가능한 성형 압력을 고려하면, 제강 더스트 고형화물의 겉보기 밀도가 완전 건조 상태에서 2.15∼3.6g/cm3의 범위일 때, 취급 가능한 강도를 유지할 수 있다.
본 발명은, 첨부 도면을 참고로 다음 실시예의 설명을 통하여, 보다 명료하게 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 실시예 및 도면은 단순한 도시적인 설명을 위한 것으로서, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수의 도면에 있어서의 동일한 부호는, 동일 부분을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 더스트 고형화물의 제조 방법의 공정, 및 제조 장치를 나타내는 설명도이다.
도 2는 상기 제강 더스트 고형화물의 제조 장치의 일부를 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 상기 제조 방법으로 제조한 제강 더스트 고형화물의 예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 상기 제조 방법의 기초가 되는 고형화 시험에 이용된 성형 틀의 단면도이다.
도 5는 함수율과 브리켓의 겉보기 밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제강 더스트 고형화물의 제조 장치의 변형예에 있어서의 성형 틀의 단면도이다.
도 7은 카본 첨가량과 보형(保形) 가능한 낙하 높이의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예를 도 1 내지 도 3을 통하여 설명한다. 도 1에 있어서, 용해로(1)에서 생성된 제강 더스트는, 배기 가스와 함께 배기 덕트(2)로부터 집진기(3)에 도입되어, 배기 가스 중의 제강 더스트(11)가 집진기(3)에서 집진되어 분말이 되어 배출된다. 이 제강 더스트(11)는, 철 및 그 산화물이 주성분이다. 집진기(3)에서 배출된 제강 더스트(11)는, 도시하지 않은 반송 수단에 의해 제강 더스트 고형화물 제조 장치(4)의 제1 호퍼(5A)에 투입된다.
제1 호퍼(5A)는, 제강 더스트 수용부(5Aa)와, 탄소 분말 수용부(5Ab)를 가지며, 제강 더스트(11)는, 제강 더스트 수용부(5Aa)에 투입된다. 탄소 분말 수용부(5Ab)에는, 제강 더스트(11)와는 상이한 경로로, 탄소를 주성분으로 하는 분말(도시하지 않음)이 투입된다. 상기 탄소를 주성분으로 하는 분말은, 순수한 탄소 분말에 한정되지 않고, 그래파이트일 수도 있다.
제1 호퍼(5A)는, 제강 더스트 수용부(5Aa)의 제강 더스트(11)와 탄소 분말 수용부(5Ab)의 탄소 주성분 분말을 설정된 비율이 되도록 혼합하는 혼합 수단(35)을 가진다. 혼합 수단(35)은, 예를 들면 혼합 교반실과 스크루 컨베이어 또는 교반 날개 등으로 구성된다.
제1 호퍼(5A)로부터 토출되는 제강 더스트(11)와 주성분 분말의 혼합 분말은 조립 장치(19)에 공급된다. 조립 장치(19)는, 분말상 상기 혼합 분말을 조립체(11p)로 하는 장치이다. 이 조립체(11p)는, 상기 더스트(11)와 탄소를 주성분으로 하는 분말의 혼합 조립체이다. 조립 장치(19)는, 예를 들면, 회전하는 드럼(도시하지 않음) 내에서 분말에 적당한 수분을 첨가하면서 응집시켜서, 구형 입체(粒體)로 하는 것이다. 조립체(11p)는, 예를 들면 입경이 5∼15mm이며, 함수율이 0.5∼15wt%이다. 조립 장치(19)에서 조립된 제강 더스트(11)의 조립체(11p)는, 제2 호퍼(5B)에 투입된다.
한편, 제1 호퍼(5A)를 생략하고, 상기 반송 수단에 의한 반송 과정에서, 제강 더스트(11)를 조립해도 된다.
제2 호퍼(5B)는 분배 공급 수단(도시하지 않음)을 가지므로, 제강 더스 트(11)의 조립체(11p)가, 제강 더스트 고형화물 제조 장치(4)에 복수로 설치된 고형화 기구부(6)에 분배되어 투입된다. 고형화 기구부(6)는, 제강 더스트(11)의 조립체(11p)를 브리켓형 제강 더스트 고형화물(이하, "브리켓"이라 지칭함; B)로 고형화하는 기구이며, 성형 틀(7)을 구비한다.
제2 호퍼(5B) 또는 고형화 기구부(6)에는, 호퍼(5B)로부터 공급되는 조립체(11p)를 성형 틀(7) 내에 강제적으로 충전하는 강제 충전 장치(30)가 설치되어 있다.
고형화 기구부(6)는, 도 2에 확대하여 나타낸 바와 같이, 상기 호퍼(5)로부터 투입되는 제강 더스트(11)를 가압 성형하는 성형 틀(7)과, 이 성형 틀(7)에 가압 성형을 위한 압력을 가하는 가압 수단(8)과, 소정의 압력으로 상기 가압 수단(8)을 가압 제어하는 가압 제어 수단(도시하지 않음)을 가진다.
성형 틀(7)은, 세로에 적합한 실린더 형상이며, 제강 더스트(11)의 조립체(11p)를 횡단면이 원형인 기둥형(거의 원주형)으로 성형 가능한 형상으로 되어있다. 횡단면은 다각형일 수도 있으며, 이 경우에는 다각 기둥형 브리켓이 제조된다. 성형 틀(7)은, 구체적으로는, 원통형 다이(7a)와, 이 다이(7a)의 하단 개구에 삽입된 플랜지형 덮개(12A)로 구성된다. 덮개(12A)는, 구동원을 가지는 덮개 개폐 기구(도시하지 않음)에 의해 개폐된다. 덮개(12A)는, 성형 틀(7) 내에 들어가지 않고, 일단이 밀봉될 수도 있다. 또한, 플랜지형 덮개(12A)는, 구동원을 가지는 승강 기구(도시하지 않음)일 수도 있다.
가압 수단(8)은, 성형 틀(7) 내부로 상부로부터 진입하여 성형 틀(7) 내부의 제강 더스트 조립체(11p)를 가압하는 승강 자재인 플랜지(12)와, 이 플랜지(12)를 승강 구동하는 가압 장치(13)로 이루어진다. 가압 장치(13)는, 예를 들면 유압 실린더로 이루어지고, 그 구동이 상기 가압 제어 수단(도시하지 않음)에 의해 제어된다. 가압 제어 수단은, 상기 가압 장치(13)에 가압유(油)를 공급하는 유압 회로(15)의 전환 밸브(16)나, 펌프(17)의 모터(18) 등을 제어한다. 가압 장치(13)는, 유압 실린더가 아니라, 모터와 그 회전을 직선 운동으로 변환하는 볼 나사 등의 회전·직선 운동 변환 기구(모두 도시하지 않음)일 수도 있다. 또한 가압 장치(13)를 플랜지(12) 및 덮개(12A)의 양측에 배치하고, 가압 제어해도 된다.
성형 틀(7) 및 플랜지(12)에 있어서의, 적어도 성형시에 조립체(11p)와 접하는 면에는, 내청성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 내청성 재료는, 초경(超硬), 시멘트, 세라믹스, 및 스테인리스강 중에서 선택되는 1종 이상인 것 바람직하다.
성형 틀(7) 및 플랜지(12) 자체를 내청성 재료로 하는 대신, 성형 틀(7) 및 플랜지(12)에 있어서 적어도 조립체(11p)와 접하는 면을, 도 6과 같이, 내청성 피막(31, 32, 33)으로 해도 된다. 상기 내청성 피막(31∼33)으로서는, 크롬 도금, 니켈 도금, 크롬의 질화물, 크롬의 탄화물, 티타늄의 질화물, 티타늄의 탄화물, 다이아몬드 라이크 카본(diamond-like-carbon)에서 선택되는 적어도 1종 이상의 것을 사용할 수 있다.
도 1의 제강 더스트 고형화물 제조 장치(4)를 이용하여, 브리켓(제강 더스트 고형화물; B)을 제조하는 방법, 및 제조된 브리켓(B)의 이용 방법을 설명한다. 용 해로(1)에서 생성되어 집진기(3)로부터 분말 형태로 배출된 제강 더스트(11)는, 제1 호퍼(5A)에 투입된다. 이 분말의 제강 더스트(11)는 철 및 그 산화물이 주성분이다. 호퍼(5A)에 투입된 제강 더스트(11)는, 조립 장치(19)에서 조립체(11p)가 되어, 제2 호퍼(5B)에 투입되어, 이 호퍼(5B)로부터 고형화 기구부(6)의 성형 틀(7) 내로 공급된다.
고형화 기구부(6)에 있어서는, 도 2의 호퍼(5B)로부터 성형 틀(7)으로, 소정량의 제강 더스트(11)의 조립체(11p)가 투입되고, 이어서 가압 장치(13)의 구동으로 플랜지(12)가 성형 틀(7) 내로 진입한다. 이 상태에서 성형 틀(7) 내의 조립체(11p)에 소정의 압력이 가해진다. 이 경우, 가압 단면적(즉, 플랜지(12)의 단면적)×(mm2)에 대한 성형 압력 P(MPa)가, 설정 범위로 가해진다.
이렇게 제조된 브리켓(B)은, 원통 금형의 경우, 도 3에 도시한 바와 같이 외형이 기둥형이 된다. 또한, 이 브리켓(B)은, 직경 D가 30∼200mm이며, 직경 D에 대한 높이 H의 비(H/D)는 30∼150%인 것이 바람직하다.
도 1에 있어서, 고형화 기구부(6)에서 고형화된 브리켓(B)은 회수 용기(도시하지 않음)에 축적되고, 용해로(1)의 원료 투입시에, 다른 원료와 함께 용해로(1)에 투입되어, 제강 원료로서 재이용된다. 용해로(1)에 투입되는 원료는, 예를 들면 주원료가 고로에서 얻어진 용철이며, 나머지는 고철, 생석회 등이 부원료로서 이용될 수 있다.
본 실시예의 브리켓(B)의 제조 방법에 의하면, 성형 틀에 넣는 원료로서, 상 기 제강 더스트(11)와 탄소를 주성분으로 하는 분말을 혼합하여 조립한 혼합 조립체(11p)를 이용하기 때문에, 이용되는 원료 더스트(11)에 첨가물을 가능한 첨가하지 않고, 실용적으로 충분한 강도를 가지며, 로에 재장입시 로의 열효율을 개선할 수 있는 브리켓(B)을 제조할 수 있다. 또한, 이 브리켓(B)을 저비용으로 제조할 수 있다. 그 이유를 설명한다.
본 발명자는, 제강 더스트의 성형성을 조사하기 위하여, 도 4에 나타내는 원통형 다이(21A) 및 덮개인 플랜지(21C)로 이루어지는 금형인 성형 틀(21), 및 가압용 플랜지(21B)를 이용하여, 다음과 같은 제강 더스트의 고형화 실험을 행하였다. 한편, 도 4에서의 다이(21A), 하부 플랜지(21C), 및 가압용 플랜지(21B)는, 상기 고형화 기구부(6)(도 2)에서의 다이(7a), 덮개(12A), 및 플랜지(12)에 해당하는 부재이다.
전기로 등의 리사이클에 사용하는 제강 더스트의 브리켓(B)에 탄소 분말 등의 탄소 재료를 첨가하는 것은, 전기로의 열효율을 향상시키기 위하여 지극히 중요하다. 이는 첨가된 탄소 분말이 제강 더스트를 환원시키면서 자기 연소하여 발열하기 때문에, 외부에서의 에너지 투입을 줄일 수 있어서, 로의 열효율이 크게 개선되기 때문이다. 따라서, 탄소 분말을 첨가한 브리켓(B)은 제강 더스트의 리사이클에 효과적인 수단이 된다.
브리켓(B)의 고형화에 있어서, 바인더 등의 성형체 강도를 향상시키는 첨가제를 사용하지 않을 경우, 브리켓 고형화 작용은, 가압 성형시에 야기되는 분말 입자의 재배열이나 접촉에 의한 부착력에 의해 발현된다. 기본적으로는 분말의 부착 력은 분말간 접촉 면적이 커질수록 높아지므로, 성형 압력을 높여서 분말간의 접촉 면적을 증가시키면, 브리켓 강도는 향상된다. 그러나, 분말 입자는 액체와 같이 자유롭게 그 위치를 바꿀 수 없으며, 또한 분말끼리 또는 분말과 성형 금형면의 사이에서 마찰력이 생기므로, 압축 성형시에 분말의 재배열에 의한 밀도 있는 충전 효과가 불충분하여 큰 공극 부피가 포함되거나, 마찰 손실에 의해 성형 압력이 불균일해져서 성형체 내부에 큰 밀도 차이가 발생하기 때문에, 성형 압력이 강도 향상으로 반드시 연결되는 것은 아니다. 또한, 성형체 내부의 공극 사이의 잔류 공기나 밀도 차이는, 성형 압력이 해제되는 탈형시에 성형 압력 방향에 수직 방향으로 층상 균열이 발생하는 소위 라미네이션이, 보다 낮은 성형 압력 영역에서 발생하는 주요한 원인이 된다.
상술한 것은 일반적인 분말의 성형에 있어서의 과제이지만, 탄소 분말 등의 탄소를 주성분으로 하는 재료가 혼합될 경우에는 더욱 큰 문제가 생길 가능성이 있다. 탄소 분말은 표면의 활성이 낮고, 따라서 상기 부착력이 약하다. 또한, 미세화된 탄소 분말은 가밀도가 낮고, 그 결과, 탄소 분말이 혼합된 제강 더스트 원료가 성형 금형에 충전된 시점에는, 큰 공극 부피를 가지게 된다. 보통, 성형 작업에 의해 공극은 그 부피가 작아지고, 잔류 공기도 어느 정도 배출되지만, 탄소 분말이 혼합된 제강 더스트 원료의 경우에는, 금형 충전 시점에서의 공극 부피가 클 뿐만아니라, 성형 개시 후 비교적 초기에 그 틈에 포함되는 잔류 공기가 갇혀서 배출되기 어려워지는 특성이 있으므로, 결과적으로 잔류 공기와 함께 압축된 브리켓(B)은 특히 성형 방향으로 큰 스프링백(spring back)이 발생하여, 저압 성형 영 역에서 라미네이션이 생성된다.
성형 압력에 의해 성형체 내부의 공극이나 성형 밀도 차이를 줄이기 위하여 바인더를 첨가하여 분말 입자의 유동성이나 금형 충전성을 개선하거나, 바인더의 접착 강도를 이용하여 브리켓 강도를 강화하는 것은 효과적이지만, 본 건은 어디까지나 바인더를 사용하지 않는 간편하고, 저렴한 방법을 추구하는 것이며, 이용되는 원료 분말에 손질을 가능한 가하지 않고 실용적으로 충분한 브리켓 강도를 얻을 필요가 있다.
여기에서, 탄소 분말 등이 첨가된 제강 더스트에 대하여, 각종 조사와 실험 검증을 진행한 결과, 탄소 분말 등의 탄소 재료를 제강 더스트를 조립하는 조립기에 첨가하고, 제강 더스트와 함께 조립한 혼합 조립체를 제조하고, 그 조립체를 이용하여 성형하여 브리켓화함으로써, 탄소 분말을 첨가할 경우의 성형성에 주는 악영향을 제거할 수 있음을 발견하였다. 제강 업체에서는 제강 더스트를, 예를 들면 상기 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같은 더스트 펠릿으로 할 경우가 많으며, 조립기에 의한 조립이 일반적으로 행해지고 있다.
본 발명은, 이러한 일반적으로 이용되는 조립 공정으로 탄소 분말 등의 탄소재료를 첨가, 조립하고, 이를 브리켓 제조 원료로서 사용함으로써, 특별히 바인더 등의 강화제를 사용하지 않아도, 충분히 실용적인 브리켓 강도가 얻어짐을 밝힌 것이다.
실시예로서, 도 4에 나타내는 원통 다이부 및 펀치로 이루어지는 기둥형 브리켓(B)을 제조하는 금형으로 고형화 실험을 행하였다.
시험 금형의 재질은 SKH51 및 경질 크롬 도금 처리한 SKD11을 사용하였다. 사용한 제강 더스트는 전기로에서 배출된 것이며, 4종류의 샘플을 준비하였다. 그 4종류는, (1) 제강 더스트와 탄소 분말(중량비 4:1)을 조립 장치로 혼합하면서 조립한 것(조립 직경 5∼15mm), (2) 제강 더스트만으로 조립(조립 직경 5∼15mm)하고, 그 제강 더스트의 조립체와 탄소 분말을 중량비 4:1로 혼합한 것, (3) 제강 더스트 및 탄소 분말을 분말 상태에서 중량비 4:1로 혼합한 것, (4) 제강 더스트만의 분말 샘플, 이다.
표 1은, 원료에 함수율 5%의 상기 4종류의 샘플을 사용하여, 직경 사이즈가 φ70, 직경에 대한 높이의 비가 80%인 기둥형 브리켓(B)을 성형 압력을 변경하여 제조하고, 완전 건조 상태의 브리켓(B)의 겉보기 밀도 및 브리켓의 낙하 강도 시험의 결과를 나타낸다. 제강 더스트와 탄소 분말의 혼합 조립 샘플에서는, 성형 압력 5MPa 내지 150MPa 사이에서 형을 유지하며, 50cm 이상의 낙하 강도를 가지는 성형 압력 범위는 50MPa∼150MPa이다.
[표 1]
원료의 상태 및 브리켓 겉보기 밀도 및 브리켓의 낙하 강도 시험
| 성형 압력 (MPa) |
원료 분말 |
겉보기 밀도 (g/cm3) |
낙하 시험 | ||||
| 10cm | 30cm | 50cm | 70cm | 90cm | |||
| 5 | ① | 1.98 | × | ||||
| ② | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ③ | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ④ | 2.25 | × | |||||
| 10 | ① | 2.06 | ○ | × | |||
| ② | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ③ | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ④ | 2.34 | ○ | × | ||||
| 25 | ① | 2.2 | ○ | ○ | × | ||
| ② | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ③ | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ④ | 2.51 | ○ | ○ | × | |||
| 50 | ① | 2.38 | ○ | ○ | ○ | × | |
| ② | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ③ | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ④ | 2.71 | ○ | ○ | ○ | × | ||
| 75 | ① | 2.49 | ○ | ○ | ○ | × | |
| ② | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ③ | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ④ | 2.83 | ||||||
| 100 | ① | 2.59 | ○ | ○ | ○ | × | |
| ② | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ③ | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ④ | 2.95 | ○ | ○ | ○ | × | ||
| 150 | ① | 2.67 | ○ | ○ | ○ | ○ | × |
| ② | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ③ | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ④ | 3.04 | ○ | ○ | ○ | ○ | × | |
| 200 | ① | 라미네이션 | - | - | - | - | - |
| ② | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ③ | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
| ④ | 라미네이션 | - | - | - | - | - | |
※1 표에서 번호 ①∼④는 샘플을 표시
① 제강 더스트 및 카본(중량비 4:1)을 조립기에서 혼합하면서 조립(조립 직경 5∼15)
② 제강 더스트만 조립하고, 이 조립체 및 카본을 중량비 4:1로 혼합한 것
③ 제강 더스트 및 카본을 분말 상태에서 중량비 4:1로 혼합한 것
④ 제강 더스트로만 이루어진 분말
※2 브리켓의 겉보기 밀도는 완전 건조한 상태에서의 값
※3 낙하 시험의 ○는 형을 유지함을, ×는 파손을 나타냄
제강 더스트로만 조립하고, 그 제강 더스트의 조립체와 탄소 분말을 중량비 4:1로 혼합한 샘플(2), 제강 더스트 및 탄소 분말을 그 상태로 중량비 4:1로 혼합한 샘플(3)에서는, 시험한 모든 성형 압력 범위에서 라미네이션이 발생하여 형을 유지할 수 없었다. 제강 더스트만의 분말 샘플(4)과 제강 더스트와 탄소 분말의 혼합 조립 샘플(1)은, 브리켓 강도가 거의 동일하였다.
조립은 회전하는 드럼 내에서 분말에 적당한 수분을 가하면서 응집시켜서, 구형의 분말로 하는 것이지만, 이러한 방법으로 제조된 조립체의 겉보기 밀도는, 분말 원료를 가압 성형하여 얻어지는 성형체의 성형 밀도보다 높아진다. 이는 수분에 의한 표면 장력에 의해 분말이 서로 부착될 때, 공극이 가능한 감소되는 작용에 의한 것으로 생각된다. 이러한 작용에 의해 분말 충전 부피에 큰 공극 공간을 가지는, 소위 가밀도가 작은 탄소 분말일지라도, 조립시에는 조립체가 치밀화되는 것으로 생각된다. 즉, 이 효과는, 분말의 가밀도의 크기에 의존하지 않고 발생하는 것으로 생각되며, 조립체의 치밀화에 카본의 가밀도는 그다지 영향을 주지 않는다.
이러한 원료를 이용하여 가압 성형할 경우, 성형 금형 내부에서는 조립체의 소성 변형적 거동에 의해 조립체가 그 겉보기 밀도가 크게 손상되지 않고, 성형 틀 중에서 소정의 형상으로 변형되어 브리켓(B) 형상이 됨으로써, 잔류 공기가 조립하지 않는 탄소 분말에 비하여 극단적으로 적어지기 때문에, 적어도 잔류 공기에 의한 라미네이션은 발생하지 않는다. 브리켓 강도는, 동일 조건의 제강 더스트 단체인 브리켓(B)에 비하여, 탄소 분말이 첨가됨으로써 전체적인 분말끼리의 부착력의 감소에 의해, 저하될 우려가 있지만, 브리켓(B) 자체의 겉보기 밀도가 탄소 분말 첨가량만큼 작아지기 때문에, 낙하 강도의 관점에서는 크게 저하되지 않으며, 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 탄소 분말이 없는 제강 더스트 브리켓 강도와 거의 동일한 정도의 낙하 강도가 얻어졌다.
도 5는, 제강 더스트와 탄소 분말(중량비 4:1)을 조립기에서 혼합하면서 조립한 샘플의 함수율을 변경한 조립체를 사용하고, 직경 사이즈가 φ70, 직경에 대한 높이의 비가 80%인 기둥형 브리켓을 성형 압력 50MPa로 제조했을 경우의 완전 건조 상태의 브리켓 겉보기 밀도를 나타낸다. 함수량이 0.5wt% 미만에서는, 성형 후의 브리켓에 크랙이 발생하여, 겉보기 밀도를 측정할 수 없었다. 함수량이 0.5wt 이상이면 브리켓의 성형이 가능하지만, 함수량 1.5∼10wt%에서 거의 겉보기 밀도가 일정해진다. 함수율이 10wt%를 초과하면 브리켓(B)의 겉보기 밀도가 다소 저하된다. 조립체의 함수율이 15wt% 이상이면, 조립체가 연화되어 슬러리형이 되어 시험이 불가능하였다.
상기 실시예의 결과로부터, 수분은 조립체가 성형 금형 내에서 소성 변형 거동을 할 때, 분말 사이의 마찰을 줄여서 변형을 용이하게 하는 효과가 있는 것으로 생각된다. 그 효과는 함수량 0.5wt% 이상에서 발현되지만, 함수량이 10wt%를 초과 하는 수분량이 많은 영역에서는, 수분 자체가 액체로서 거동하므로, 브리켓(B)의 겉보기 밀도 향상에 역효과가 나타난다. 실용적인 브리켓 강도를 얻을 수 있는 제강 더스트와 탄소 분말(중량비 4:1)을 조립 장치로 혼합하면서 조립한 샘플의 함수량의 범위는 0.5∼15wt%이며, 바람직하게는 1.5∼10wt%의 범위이다.
시험에서는 전기로에서 배출된 제강 더스트를 이용하여 브리켓(B)을 제조하였지만, 본 발명에서 이용하는 더스트는, 철강 생성 과정에서 발생하는 철 및 그 산화물을 주성분으로 하는 더스트라면 되며, 전기로나 용광로, 그 밖의 제강 공정에서 발생하는 것을 사용할 수 있다. 또한, 탄소를 주성분으로 하는 재료는, 실시예에서 제시한 탄소 분말 이외에도 그래파이트나 미세 분말탄 등을 사용할 수 있다.
도 1에 나타내는 제강 더스트(11)의 함수량을 조정하기 위하여, 고형화 기구부(6) 또는 고형화 기구부(6)로의 제강 더스트(11)의 공급 경로에는, 함수율 조정 수단(36)을 설치하는 것이 바람직하다. 함수율 조정 수단(36)은, 예를 들면 제1 호퍼(5A)나, 제2 호퍼(5B)에 설치해도 된다. 함수율 조정 수단(36)으로서는, 물을 뿌리는 장치나 건조 장치를 이용할 수 있다. 물을 뿌리는 장치로서는, 스프링쿨러, 디스펜서 등이 있으며, 건조 장치로서는 가열 오븐, 온풍 히터, 송풍기 등을 이용할 수 있다.
수분을 포함한 제강 더스트는, 성형 틀(7)을 포함하는 장치의 금속 부분에서 녹을 발생시키는 작용을 하므로, 장치의 방청 대책이 필요하다. 특히 방청유 등을 사용하기 어려운 성형 틀(7)의 방청 대책은 중요하며, 그중에서도, 도 2에 나타내 는 브리켓(B)과 직접 접촉하는 다이(7a)의 내경부, 및 플랜지(12, 12A)의 방청은 지극히 중요하다. 성형 틀(7)의 방청 대책을 위하여, 상술한 바와 같이 내청성이 우수한 재료를 이용하거나, 또는 도 6의 예와 같이 코팅 등에 의한 방청 피막(31∼33)을 성형 틀(7)에 적용하는 것이 바람직하다.
본 실시예의 성형 금형 중, 재질이 SKH51인 것은 사용 중에 녹이 발생하여 사용 불능이 되었다. 이는 수분을 포함하는 제강 더스트(11)가 성형 틀(7)에 부착하면, 녹의 생성을 조장하는 역할을 하기 때문이다. 경질 크롬 도금 처리한 SKDl1은 녹이 발생하지 않아서 계속적인 사용이 가능하였다. 실시예에서는 경질 크롬 도금을 사용하였지만, 성형 틀(7)으로서의 기능을 가지며, 내청성이 우수한 재료나 코팅을 사용하면 된다.
도 1의 제강 더스트 고형화물의 제조 장치에 있어서, 고형화 기구부(6)의 분말 공급 부분은, 함수량에 따라서 제강 더스트 조립체(11p)의 충전성(성형 틀(7)으로 유입되는 특성)에 문제가 있기 때문에, 어느 정도 강제력이 있는 강제 충전 장치(30)를 설치하는 것이 바람직하다.
성형 틀의 방향에는 특별한 제약은 없으며, 강제 충전 장치(30)로서, 성형 틀(7)의 방향인 경우에는, 분말 공급기나 스크루에 의하여 압축하는 등의 기구를 사용할 수 있고, 성형 틀 방향이 가로형인 경우에는 스크루에 의하여 압축하는 등의 기구를 사용할 수 있다.
이어서, 브리켓(B)의 원료에 있어서의 적절한 탄소량에 대하여 설명한다. 전술한 바와 같이, 전기로 등의 리사이클에 사용하는 브리켓(B)에 탄소 분말 등의 탄소 재료를 첨가하는 것은, 전기로의 열효율을 향상시키기 위하여 지극히 중요하다. 그러나, 탄소 재료의 첨가는 고형화물의 강도를 손상시킬 가능성이 있다. 한편, 탄소 재료의 첨가에 의해 고형화물의 강도가 손상되더라도, 조립한 상태로 성형 틀(7)에 넣어서 가압 성형하므로, 높은 성형 밀도가 얻어지고, 바인더 등의 강화제를 사용하지 않아도, 실용적으로 충분한 강도의 브리켓(B)이 된다.
여기에서, 본 발명자는, 조사, 실험 검증을 거듭한 결과, 탄소 분말 등의 탄소 재료를, 제강 더스트(11)를 조립하는 조립 장치(19)에 첨가하여 제강 더스트(11)와 함께 조립한 혼합 조립체(11p)를 제조하고, 또한 첨가하는 탄소량을, 제강 더스트(11)와 탄소를 주성분으로 하는 분말의 혼합 조립체(11p)로 이루어지는 재료의 50wt% 이하로 함으로써, 탄소를 첨가할 경우일지라도 우수한 성형성이 얻어지는 것을 발견하였다. 그 시험예를 설명한다.
상기 시험은, 도 4와 함께 전술한 기둥형 다이(21A) 및 덮개인 하부 플랜지(21C)로 이루어지는 금형인 성형 틀(21), 및 가압용 플랜지(21B)를 이용하여, 다음과 같은 제강 더스트(11)를 고형화하였다.
사용한 제강 더스트는 전기로에서 배출된 것이며, 가밀도가 1.4∼1.8g/cm3인 것이다. 사용한 탄소 분말은, 가밀도가 O.31g/cm3(이하, "저밀도 카본 분말"이라 지칭함) 및 O.75g/cm3(이하, "고밀도 카본 분말"이라 지칭함)인 것이다. 샘플로서, 저밀도 카본 분말 및 고밀도 카본 분말과 제강 더스트를 각각 조립 장치로 혼합하면서 조립한 2가지 샘플(조립 직경 5∼15mm)과, 비교예로서 제강 더스트와 저밀도 카본 분말 및 고밀도 카본 분말을 그대로 혼합한 2가지 샘플로, 4가지 샘플을 준비하고, 샘플 군마다 혼합 비율을 변경한 원료를 제조하여 고형화 실험을 행하였다. 한편, 원료 분말의 함수량은 3∼8% 사이였다.
표 2는 직경 사이즈 φ70mm, 직경에 대한 높이의 비가 80%인 기둥형 브리켓(B)을, 카본의 첨가량과 성형 압력을 변경하여 제조하고, 완전 건조 상태로 한 브리켓(B)의 겉보기 밀도를 측정한 결과이다.
[표 2]
겉보기 밀도
| 카본 첨가량(wt%) | |||||||||
| 성형 압력 (MPa) |
0 | 2 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | |
| 비 교 예 1 |
5 | 2.35 | 2.29 | 2.25 | - | / | / | / | / |
| 10 | 2.49 | 2.44 | 2.39 | - | / | / | / | / | |
| 25 | 2.65 | 2.55 | 2.43 | - | / | / | / | / | |
| 50 | 2.85 | 2.74 | - | / | / | / | / | / | |
| 75 | 2.98 | 2.86 | - | / | / | / | / | / | |
| 100 | 3.15 | - | / | / | / | / | / | / | |
| 비 교 예 2 |
5 | 2.35 | 2.32 | 2.28 | 2.21 | 2.08 | 1.95 | 1.82 | - |
| 10 | 2.49 | 2.46 | 2.42 | 2.35 | 2.21 | 2.06 | 1.92 | - | |
| 25 | 2.65 | 2.61 | 2.57 | 2.50 | 2.35 | 2.19 | 2.05 | - | |
| 50 | 2.85 | 2.81 | 2.77 | 2.68 | 2.52 | 2.36 | 2.20 | - | |
| 75 | 2.98 | 2.95 | 2.90 | 2.81 | 2.64 | 2.47 | 2.30 | - | |
| 100 | 3.15 | 3.10 | 3.06 | 2.97 | 2.79 | 2.67 | 2.43 | - | |
| 150 | 3.32 | 3.30 | 3.23 | 3.13 | 2.94 | 2.75 | 2.56 | ||
| 200 | - | - | - | - | - | - | - | / | |
| 실 시 예 1 |
5 | × | × | × | × | × | × | × | × |
| 10 | 3.00 | 2.97 | 2.93 | 2.82 | 2.67 | 2.51 | 2.32 | 2.15 | |
| 25 | 3.12 | 3.09 | 3.04 | 2.93 | 2.79 | 2.59 | 2.41 | 2.23 | |
| 50 | 3.25 | 3.23 | 3.16 | 3.06 | 2.89 | 2.70 | 2.51 | 2.33 | |
| 75 | 3.37 | 3.34 | 3.29 | 3.17 | 2.99 | 2.78 | 2.60 | 2.41 | |
| 100 | 3.48 | 3.41 | 3.35 | 3.24 | 3.06 | 2.85 | 2.66 | 2.47 | |
| 200 | 3.61 | 3.55 | 3.50 | 3.39 | 3.18 | 2.96 | 2.77 | 2.57 | |
| 300 | 3.65 | 3.59 | 3.53 | 3.43 | 3.23 | 2.99 | 2.81 | 2.60 | |
| 400 | - | - | - | - | - | - | - | - | |
| 실 시 예 2 |
5 | × | × | × | × | × | × | × | × |
| 10 | 3.00 | 2.99 | 2.95 | 2.86 | 2.69 | 2.52 | 2.34 | 2.16 | |
| 25 | 3.12 | 3.11 | 3.07 | 2.97 | 2.80 | 2.62 | 2.43 | 2.26 | |
| 50 | 3.25 | 3.24 | 3.19 | 3.09 | 2.91 | 2.72 | 2.54 | 2.36 | |
| 75 | 3.37 | 3.36 | 3.31 | 3.21 | 3.02 | 2.83 | 2.63 | 2.42 | |
| 100 | 3.48 | 3.44 | 3.38 | 3.28 | 3.09 | 2.89 | 2.70 | 2.49 | |
| 200 | 3.61 | 3.58 | 3.52 | 3.42 | 3.21 | 3.01 | 2.79 | 2.56 | |
| 300 | 3.65 | 3.06 | 3.56 | 3.45 | 3.25 | 3.04 | 2.83 | 2.61 | |
| 400 | - | - | - | - | - | - | - | - | |
비교예 1: 제강 더스트 분말 + 저밀도 카본 분말
비교예 2: 제강 더스트 분말 + 고밀도 카본 분말
실시예 1: 혼합 조립체(제강 더스트 + 저밀도 카본 분말)
실시예 2: 혼합 조립체(제강 더스트 + 고밀도 카본 분말)
1) 브리켓의 겉보기 밀도는 완전 건조 상태의 값
2) 표에서 -는 성형 불가(라이네이션 발생)
3) 표에서 ×는 가해지는 압력 부족으로 성형 불가능
제강 더스트 분말과 저밀도 카본 분말의 조합(비교예 1)의 경우, 저밀도 카본 분말의 첨가량이 1Owt% 이상이면, 성형 압력 조건에 관계없이 라미네이션이 발생하여 보형이 불가능하게 된다. 제강 더스트 분말과 고밀도 카본 분말의 조합(비교예 2)의 경우, 고밀도 카본 분말의 첨가량 40wt% 이하, 성형 압력 5MPa∼150MPa에서 보형 가능하며, 이때의 브리켓(B)의 겉보기 밀도는 1.8∼3.3g/cm3이다. 이에 대하여 제강 더스트와 카본을 혼합하여 조립한 원료를 이용한(실시예 1, 2) 경우, 카본 분말의 첨가량 50wt% 이하, 성형 압력 10MPa∼300MPa에서 보형 가능하며, 이때의 브리켓(B)의 겉보기 밀도는 2.15∼3.6g/cm3이다.
도 7은, 직경 사이즈 φ70mm, 직경에 대한 높이의 비가 8O%인 기둥형 브리켓을 성형 압력 75MPa로 성형했을 때의, 브리켓의 낙하 강도 시험의 결과를 나타낸다. 제강 더스트 분말과 저밀도 카본 분말의 조합(비교예 1)의 경우, 저밀도 카본 분말의 첨가량이 5wt% 이상일 경우에는 실용적 강도가 얻어지지 않는다. 제강 더스트 분말과 고밀도 카본 분말의 조합(비교예 2)의 경우, 카본의 첨가량이 25wt% 이하일 경우에는, 브리켓 강도는 거의 일정한 수준을 유지한다. 카본 첨가량이 25wt%를 초과하면, 카본의 첨가량이 증가함에 따라서 브리켓 강도는 저하되고, 카본량이 40wt%에서 브리켓 강도는 크게 저하된다. 따라서, 실용적으로 충분한 브리 켓 강도가 얻어지는 것은, 카본 첨가량이 40wt% 이하의 범위이다. 제강 더스트와 카본을 혼합하여 조립한 원료를 이용한(실시예 1, 2) 경우, 모든 카본 첨가량에 있어서, 제강 더스트 분말과 고밀도 카본 분말의 조합의 경우보다 높은 브리켓 강도를 가지며, 카본 첨가량이 50wt%일지라도 보형 강도를 유지할 수 있다.
이 조립 원료를 이용하여 가압 성형할 경우, 성형 틀 내부에서는 이미 치밀화되어 있는 조립체의 소성 변형적 거동에 의해, 조립체의 겉보기 밀도가 크게 손상되지 않으면서 성형 틀에서 소정의 형상이 변형되어 브리켓(B) 형상이 됨으로써, 분말 원료를 가압 성형하는 것보다 겉보기 밀도가 높고, 보형 강도가 큰 브리켓(B)을 제조할 수 있다.
카본이 첨가되는 브리켓(B)의 경우, 동일 성형 조건의 제강 더스트 단체의 브리켓에 비하여 전체적인 분말끼리의 부착력이 감소하므로, 브리켓 강도가 낮아질 우려가 있다. 그러나, 브리켓 자체의 겉보기 밀도는 카본 첨가량에 따라서 작아지므로, 낙하 강도의 관점에서는 카본이 첨가되는 브리켓(B)의 경우라도 브리켓 강도가 크게 저하되지 않는다. 다시 말해, 제강 더스트와 카본을 혼합하여 조립한 원료를 이용한 브리켓(B)의 경우, 카본의 첨가량이 40wt% 이하의 범위에서는, 카본 첨가량이 증가해도 낙하 강도의 저하는 관찰되지 않는다. 상기 이상의 카본 첨가량에서는, 분말끼리의 부착력 감소에 의한 효과가 커져서 브리켓 강도가 감소하지만, 50wt% 이하의 카본 첨가량에서는 실용적으로 충분한 강도를 유지할 수 있다.
한편, 본 시험에서는 50wt% 이상의 카본 첨가량에 대해서는 검증하지 않았다. 그 이유는, 50wt% 이상 카본을 첨가하는 영역에서는 제강 더스트의 비율이 지 나치게 적어서 리사이클 효율이 낮아지므로, 큰 의미가 없기 때문이다. 또한, 카본의 첨가량이 2wt% 미만이면, 로의 열효율을 개선하는 효과가 얻어지지 않으므로, 카본의 첨가량은 2∼50wt%가 바람직하다. 또한, 카본의 첨가량은 2∼20wt%의 범위인 것이 보다 바람직하다. 그 이유는, 카본의 첨가량이 2∼20wt% 정도일 경우에는, 로의 열효율을 개선하는 효과가 가장 커지기 때문이다.
상기 카본 첨가량과 고형화 가능한 성형 압력을 고려하면, 취급 가능한 브리켓(B)의 겉보기 밀도의 범위는, 완전 건조 상태에서 2.15∼3.6g/cm3이다. 또한, 카본 첨가량의 더욱 바람직한 값인 2∼20wt%의 범위에서는, 브리켓(B)의 완전 건조 상태에서의 겉보기 밀도는 2.67∼3.6g/cm3이다.
시험에서는 전기로에서 배출된 제강 더스트를 이용하여 브리켓을 제조했지만, 본 발명의 제강 더스트 고형화물 및 그 제조 방법에서 이용하는 더스트는, 철강 생성 과정에서 발생하는 철 및 그 산화물을 주성분으로 하는 더스트라면 되고, 전기로나 용광로, 기타 제강 공정에서 발생하는 것을 사용할 수 있다. 또한, 탄소를 주성분으로 한 재료는, 실시예에서 제시한 카본 이외에도, 그래파이트나 미세 분말탄 등을 사용할 수 있다.
Claims (11)
- 철강 생성 과정에서 발생하는 철 및 그 산화물을 주성분으로 하는 더스트를, 성형 틀(型)에 넣어서, 가압 성형한 고형화물로서,상기 성형 틀에 넣는 원료는, 상기 더스트와, 탄소를 주성분으로 하는 분말을 혼합하여 조립(造粒)한 구(球)형의 혼합 조립체인, 제강 더스트 고형화물.
- 제1항에 있어서,상기 혼합 조립체의 함수율이 0.5∼15wt%인 것을 특징으로 하는 제강 더스트 고형화물.
- 제1항에 있어서,상기 탄소를 주성분으로 하는 분말이, 탄소 분말 또는 그래파이트인 것을 특징으로 하는 제강 더스트 고형화물.
- 제1항에 있어서,상기 원료에 있어서의 탄소량이, 2∼50wt%인 것을 특징으로 하는 제강 더스트 고형화물.
- 제4항에 있어서,상기 고형화물의 겉보기 밀도가, 완전 건조 상태에서 2.15∼3.6g/cm3인 것을 특징으로 하는 제강 더스트 고형화물.
- 제1항에 있어서,상기 혼합 조립체는, 입경 5∼15mm의 구형인 것을 특징으로 하는 제강 더스트 고형화물.
- 철강 생성 과정에서 발생하는 철 및 그 산화물을 주성분으로 하는 더스트를, 성형 틀에 넣어서, 가압 성형하여 고형화함으로써, 그 고형화물인 제강 더스트 고형화물을 제조하는 방법으로서,상기 성형 틀에 넣는 원료로서, 상기 더스트와, 탄소를 주성분으로 하는 분말을 혼합하여 조립한 구(球)형의 혼합 조립체를 이용하는 것을 특징으로 하는 제강 더스트 고형화물의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 혼합 조립체의 함수율이 0.5∼15wt%인 것을 특징으로 하는 제강 더스트 고형화물의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 탄소를 주성분으로 하는 분말이, 탄소 분말 또는 그래파이트인 것을 특 징으로 하는 제강 더스트 고형화물의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 원료에 있어서의 탄소량이, 2∼50wt%인 것을 특징으로 하는 제강 더스트의 고형화물의 제조 방법.
- 제7항에 있어서,상기 혼합 조립체는, 입경 5∼15mm의 구형인 것을 특징으로 하는 제강 더스트 고형화물의 제조 방법.
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