KR101327316B1 - 전기로 충진재 제조 방법 및 이로부터 제조된 전기로 충진재 - Google Patents

전기로 충진재 제조 방법 및 이로부터 제조된 전기로 충진재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 니켈 제련시 발생되는 슬래그 부산물을 건조시킨 후 기 설정된 일정 크기로 분쇄하고, 분쇄된 슬래그 부산물을 스크리닝(screening)하며, 스크리닝된 슬래그 부산물을 카본을 함유하는 카본류로 코팅하는 방식으로 전기로 충진재를 제조함으로써, 환경오염 감소와 더불어 개공율을 향상시키고, 폐기처리 비용을 절감하며, 안정된 가격으로 공급할 수 있다.

Description

전기로 충진재 제조 방법 및 이로부터 제조된 전기로 충진재{Method for manufacturing EBT filler and the EBT filler produced the same method}
본 발명은 편심노저 출강(EBT: Eccentric Bottom Tapping)방식의 전기로에 사용되는 전기로 충진재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 니켈 제련시 발생되는 슬래그 부산물을 카본을 함유하는 카본류로 코팅함으로써, 환경오염 감소와 더불어 개공율을 향상시키고, 폐기처리 비용을 절감하며, 안정된 가격으로 공급하는 것이 가능한 전기로 충진재 제조 방법 및 이로부터 제조된 전기로 충진재에 관한 것이다.
일반적으로, 전기로는 아크(arc)와 산소의 산화열에 의하여 스크랩을 용해하고, 용융상태의 용강을 수강 래들에 출강하여 고온의 용강을 얻는 데에 사용되고 있다.
이와 같은 전기로는 출강하는 방식에 따라 노구 출강방식 또는 편심노저 출강(EBT)방식 중의 한 가지 출강방식을 채택하고 있는데, 현재 전기로의 거의 대부분은 출강시 출강 시간을 줄이고, 출강 중의 온도 저하를 줄여주며, 래들 내로 유출되는 슬래그(slag)를 최소화할 수 있는 편심노저 출강방식을 채택하고 있다.
도 1은 종래 편심노저 출강구를 구비한 일반적인 전기로의 일예를 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 전기로 본체(101)에 장입된 스크랩에 대한 상부 전극봉과 하부 전극(103)을 이용하여 발생된 아크를 이용한 용해작업이 완료된 후, 용해된 용강은 노 내에서 정련 작업을 거치고 전기로 본체(101) 하부에 설치된 전기로 출강구(104)를 통해 하측의 래들로 출강된다.
이때, 출강작업을 하는 도중에 소비자가 요구하는 적절한 제품 성분 및 요구하는 기계적 특성을 만족시키도록, 합금철을 합금철 투입구(chute)를 통하여 첨가하여 소정의 성분을 배합하고, 탈산재(예컨대, Al,Si 등)를 첨가하여, 2차 정련공정인 LF(Ladle Furnace) 및 VTD(Vacuum Tank Degasing)를 거치게 한 후, 연속압연 공정으로 보내 열연 코일을 제조하게 된다.
출강이 완료된 후의 전기로 출강구(104)는 동공을 형성하면서 내부가 비어 있는 원형의 단면형상을 갖는데, 고열의 용강에 견딜 수 있도록 고온강화 연와로 축조되어 있다.
한편, 편심노저 출강방식을 사용하는 전기로의 경우 전기로 출강구의 개공율 향상과 용강의 슬래그 조성 및 경제성 등을 고려하여 출강구를 충진하는 충진재로서, 예컨대 MgO: 40~90 중량%, SiO2: 10~40 중량%로 조성된 감람석(OLIVINE SAND), 마그네사이트, 사문암 등을 건조, 선별하여 1~6mm의 크기로 된 입자를 사용하고 있다.
이때, 충진재로 사용되는 대부분의 원료 광물은 자연 상태에서 채취된 천연광물로서, 채광, 가공, 운송에 따른 환경오염이 심각하고, 천연광물의 특성상 제강조건에 따른 화학조성의 변화가 불가능하며, 결정수의 내재로 인하여 용강의 수소 취성을 초래하는 하나의 요인이 되고 있고, 또한 침상구조에 따른 석면(Asbesotos)의 인체 유해함이 우려되고 있다.
뿐만 아니라, 내화도가 낮아 입자 간의 용융, 소결 현상에 의한 개공율의 저하가 발생되고 있다.
한편, 니켈 광물의 제련시 발생되는 니켈 슬래그는 대개 단순 매립되거나 혹은 폐기물로 폐기 처리되고 있으며, 또한 제철, 제강 및 각종 산업분야에서 내화물, 스탬핑제 등으로 다양하게 활용되고 있는 마그네시아계 내화물들도 수명을 마친 후 거의 대부분 폐기물로서 폐기 처리되고 있어 폐기처리에 따른 비용 상승은 물론 폐기 불량시 제2의 환경오염을 초래하는 원인이 되기도 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허공보(등록번호 10-1135532호)에는 '친환경 전기로 충진재 및 그 제조방법'(이하, 선행발명이라 함)이 개시되어 있다.
즉, 선행발명은 분쇄 단계, 선별 단계, 혼합 단계 및 건조 단계를 포함하는데, 이때 건조 단계에서 MgO 성분이 함유된 첨가물은, 내화벽돌 혹은 스탬핑제로 사용된 후 폐기되는 폐마그네시아 내화물, 폐마그카본, 폐마그크롬 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합한 것이다.
이러한 선행발명은 금속 및 화학 공업의 폐기물 또는 부산물을 재활용할 수 있어 자원의 효율적인 사용이 가능하고, 폐기시 발생되는 환경오염을 방지할 수 있으며, 보다 저렴한 비용으로 충진재를 만들 수 있고, 우수한 충진 효과 및 내화도가 높아 개공율을 향상시키며, 결정수 등 유해원소의 혼입을 제거함으로써 보다 친환경적인 충진재를 제조할 수 있는 효과가 있다.
그러나, 선행발명은 스탬핑제로 사용된 후 폐기되는 폐마그네시아 내화물, 폐마그카본, 폐마그크롬 등은 별도의 파쇄공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡하게 되며, 파쇄공정 중에 비산먼지 등이 발생하게 됨으로써 환경오염을 초래하는 문제점이 있었다.
또한, 이러한 폐자원들은 융점이 원광보다 낮으므로 충진재로서의 역할을 충분히 구현하기 어려운 문제점이 있었다.
이에 따라 환경오염 감소와 더불어 개공율을 향상시키고, 폐기처리 비용을 절감하며, 안정된 가격으로 공급하는 것이 가능한 친환경 전기로 충진재 제조 방법의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 공개실용신안 제2009-0004963호(공개일: 2009. 05. 25)
본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 슬래그 부산물에 인체 및 환경 등에 유해한 석면을 함유하지 않는 카본류를 코팅하는 방식을 통해 충진재를 제조함으로써, 인체의 유해 및 환경오염을 유발시키지 않는 전기로 충진재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은, 슬래그 부산물에 대한 카본류 코팅을 통해 개공율을 향상시킬 수 있는 전기로 충진재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은, 폐마그네시아 내화물, 폐마그카본, 폐마그크롬 등의 미사용을 통해 폐기비용 및 환경오염을 감소시키는 전기로 충진재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은, 폐마그네시아 내화물, 폐마그카본, 폐마그크롬 등과 같은 폐자원과 비교하여 고 융점을 통해 충진재로서의 역할을 충분히 실현할 수 있는 전기로 충진재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은, 전융(電融) 마그네시아, 해수 마그네시아 등과 같은 MgO 성분이 함유된 광물을 사용하는 것에 의해 천연자원 고갈에 따른 가격 인상없이 안정된 가격으로 제품을 공급할 수 있는 전기로 충진재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은, 일 관점에 따라, 니켈 제련시 발생되는 슬래그 부산물을 건조시키는 단계와, 건조된 슬래그 부산물을 기 설정된 일정 크기로 분쇄하는 단계와, 분쇄된 슬래그 부산물을 스크리닝(screening)하는 단계와, 스크리닝된 슬래그 부산물을 코팅제로 코팅하는 단계를 포함하는 전기로 충진재 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 다른 관점에 따라, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 제조 방법에 따라 제조된 전기로 충진재를 제공한다.
본 발명은, 또 다른 관점에 따라, 니켈 제련시 발생되는 슬래그 부산물의 외부가 카본을 함유하는 카본류에 의해 코팅되는 전기로 충진재를 제공한다.
여기에서, 본 발명의 제조 방법에 적용되는 슬래그 부산물의 건조는 건조실, 로터리 킬른(Rotary Kiln), 건조 컨베이어(conveyer), 터널식 컨베이어 중 어느 하나 또는 슬래그 부산물의 실온 건조가 가능한 어떠한 건조 수단이라도 적용하여 수행될 수 있다.
그리고, 본 발명의 제조 방법에 사용되는 건조된 슬래그 부산물은 수분 함유량이 1% 이하인 것이 바람직하고, 분쇄된 슬래그 부산물은 2~6㎜의 크기 범위를 갖는 것이 바람직하며, 스크리닝된 슬래그 부산물은 3-5㎜의 크기 범위를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 사용되는 코팅제로는 카본을 함유하는 카본류를 사용할 수 있고, 코팅제에는 카본량의 20 ∼ 40% 범위의 레진이 바인더로서 포함될 수 있으며, 코팅제의 코팅은 슬래그 부산물과 코팅제를 고온용 코팅기에 넣고 회전시키는 방식으로 수행될 수 있으며, 이때의 공정조건으로는 온도범위 150 내지 250℃, 시간범위 10 내지 15분 등이 될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 충진재는 슬래그 부산물, 카본류 및 바인더가 79 ∼ 94% : 5 ∼ 15% : 1 ∼ 6%의 비율로 혼합될 수 있다.
본 발명의 전기로 충진재 제조 방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 슬래그 부산물에 인체 및 환경 등에 유해한 석면을 함유하지 않는 카본류를 코팅함으로써, 인체의 유해 및 환경오염을 근원적으로 방지할 수 있다.
둘째, 슬래그 부산물에 카본을 함유하는 카본류를 코팅하는 방식으로 충진재를 제조함으로써, 개공율을 크게 향상시킬 수 있다.
셋째, 종래 스탬핑제로 사용된 후 폐기되는 폐마그네시아 내화물, 폐마그카본, 폐마그크롬 등을 사용하지 않음으로써, 폐기비용 및 환경오염을 감소시킬 수 있다.
넷째, 폐마그네시아 내화물, 폐마그카본, 폐마그크롬 등과 같은 폐자원과 비교하여 융점이 높으므로 충진재로서의 역할을 충분히 구현할 수 있다.
다섯째, 전융(電融) 마그네시아, 해수 마그네시아 등과 같은 MgO 성분이 함유된 광물을 사용하므로 천연자원 고갈에 따른 가격 인상없이 안정된 가격으로 제품을 공급할 수 있다.
도 1은 종래 편심노저 출강구를 구비한 일반적인 전기로의 일예를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따라 전기로 충진재를 제조하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도.
먼저, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서의 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따라 전기로 충진재를 제조하는 주요 과정을 도시한 공정 순서도로서, 본 발명의 전기로 충진재 제조 방법은 건조 단계(202), 분쇄 단계(204), 스크리닝(screening) 단계(206), 투입 단계(208) 및 코팅 단계(210) 등을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 건조 단계(202)에서는 니켈 제련시에 발생되는 슬래그 부산물을 건조시켜서 수분을 제거하는데, 이때 수분 제거를 위한 건조 수단으로는, 예컨대 건조실, 로터리 킬른(Rotary Kiln), 건조 컨베이어(conveyer), 터널식 컨베이어 중 어느 하나를 사용하거나 혹은 슬래그 부산물의 실온 건조가 가능한 어떠한 건조 수단이라도 적용할 수 있으나, 재료 손실을 가급적 줄이기 위해서는 건조실을 이용하는 것이 보다 바람직하며, 이러한 건조 단계에서는 슬래그 부산물이 1% 이하의 수분 함유량을 갖도록 건조시키는 것이 바람직하다.
다음에, 분쇄 단계(204)에서는 상술한 건조 단계(202)를 거쳐 건조된 슬래그 부산물을, 예컨대 2~6㎜의 크기 범위를 갖도록 분쇄하는데, 이때 크기 범위를 이와 같이 한정하는 것은 2mm 미만시 입자간 소결이나 용융 등을 통해 개공율이 저하될 수 있고, 6mm 초과시 충진 효과가 저하되어 용강의 누출 사고가 발생될 수 있기 때문이다.
그리고, 스크리닝 단계(206)에서는 상술한 분쇄 단계(204)를 거쳐 분쇄된 슬래그 부산물을 일정 입도로 스크리닝(screening)하는데, 공극율을 최대화할 수 있도록, 예컨대 3-5㎜의 크기 범위를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 크기를 이와 같이 한정하는 것은 3mm 미만시 스크리닝 효과가 미미하고, 5mm 초과시 입도 크기가 과대하여 공극율을 저해시키기 때문이다.
이어서, 투입 단계(208)에서는 스크리닝된 슬래그 부산물과 코팅제를 고온용 코팅기에 투입하는데, 여기에서 코팅제로서는, 예컨대 카본을 함유하는 카본류를 사용할 수 있으며, 이러한 코팅제에는 카본량의 20 ∼ 40% 범위를 갖는 레진을 바인더로서 포함할 수 있다. 일예로서, 본 발명에 따른 전기로 충진재의 제조를 위해, 슬래그 부산물, 카본류 및 바인더는 79 ∼ 94 % : 5 ∼ 15% : 1 ∼ 6%의 혼합비율로 고온용 코팅기에 투입할 수 있다.
마지막으로, 코팅 수행 단계(210)에서는 기 설정된 공정조건, 예컨대 150 내지 250℃의 온도 범위에서 10 내지 15분 동안 고온용 코팅기를 회전시킴으로써, 전기로 충진재의 제조를 완료한다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 슬래그 부산물을 코팅하기 위한 코팅제로서 카본을 함유하는 카본류를 사용하는 것으로 하여 설명하였으나, 이것은 예시적인 제시일 뿐 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 동일 내지 유사한 기능을 실현할 수 있는 재질이라면 어느 것이라도 사용할 수 있음은 물론이다.
다른 한편, 본 발명의 실시 예에서는 고온용 코팅기에 슬래그 부산물과 코팅제를 투입하기 이전의 단계에서 건조 단계, 분쇄 단계 및 스크리닝 단계를 순차 진행하는 것으로 하여 설명하였으나, 이것은 설명의 편의와 이해의 증진을 위한 예시적인 제시일 뿐 본 발명의 제조 공정이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 건조 단계, 분쇄 단계 및 스크리닝 단계는 작업 환경 등에 따라 그 순서가 자유롭게 변경될 수도 있음은 물론이다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 니켈 제련시 발생되는 슬래그 부산물을 건조시키는 단계와,
    건조된 슬래그 부산물을 기 설정된 일정 크기로 분쇄하는 단계와,
    분쇄된 슬래그 부산물을 스크리닝(screening)하는 단계와,
    스크리닝된 슬래그 부산물을 바인더로 레진을 포함하는 카본류의 코팅제로 코팅하는 단계
    를 포함하고,
    상기 레진의 혼합량은 카본량의 20 ∼ 40% 범위인
    전기로 충진재 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조는,
    건조실, 로터리 킬른(Rotary Kiln), 건조 컨베이어(conveyer), 터널식 컨베이어, 실온 건조가 가능한 건조 수단 중 어느 하나를 이용하여 수행되는
    전기로 충진재 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 건조된 슬래그 부산물은,
    수분 함유량이 1% 이하인
    전기로 충진재 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분쇄된 슬래그 부산물은,
    2~6㎜의 크기를 갖는
    전기로 충진재 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크리닝된 슬래그 부산물은,
    3-5㎜의 크기를 갖는
    전기로 충진재 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅제의 코팅은,
    상기 슬래그 부산물과 코팅제를 고온용 코팅기에 넣고 회전시키는 방식으로 수행되는
    전기로 충진재 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 코팅은,
    150 내지 250℃의 온도 범위에서 10 내지 15분 동안 수행되는
    전기로 충진재 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 니켈 제련시 발생되는 슬래그 부산물의 외부가 바인더로 레진을 포함하는 카본류의 코팅제로 코팅하며, 상기 레진의 혼합량이 카본량의 20 ∼ 40% 범위인
    전기로 충진재.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 충진재는,
    상기 슬래그 부산물, 카본류 및 바인더가 79 - 94% : 5 - 15% : 1 - 6%의 비율로 혼합된
    전기로 충진재.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 슬래그 부산물은,
    건조 및 분쇄를 통해 기 설정된 일정 크기 범위를 갖는 슬래그인
    전기로 충진재.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기 설정된 일정 크기 범위는,
    2~6㎜인
    전기로 충진재.
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