KR101355460B1 - 실리콘망간 슬래그 볼 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘망간 슬래그 볼 및 그 제조방법에 관한 것으로 중량퍼센트로 SiO2 30 내지 42wt%, CaO 12 내지 24wt%, MnO 14 내지 20wt%, Al2O3 12 내지 24wt%, MgO 3 내지 9wt%를 함유하고, 구형(spherical)으로 구형도가 0.9 내지 1.0, 입경이 0.15 내지 3mm, 비커스 경도가 750 내지 770HV인 것을 특징으로 하는 실리콘망간 슬래그 볼 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실리콘망간 슬래그 볼은 실리콘망간 슬래그에 함유된 산화망간 성분을 안정적으로 고정함으로써 산화망간에 의해 유발될 수 있는 환경오염을 방지함은 물론, 폐기물을 활용하여 건자재, 콘크리트 골재 등 산업적인 타용도로의 활용가치가 크다는 잇점을 가진다.
본 발명의 실리콘망간 슬래그 볼은 실리콘망간 슬래그에 함유된 산화망간 성분을 안정적으로 고정함으로써 산화망간에 의해 유발될 수 있는 환경오염을 방지함은 물론, 폐기물을 활용하여 건자재, 콘크리트 골재 등 산업적인 타용도로의 활용가치가 크다는 잇점을 가진다.
Description
본 발명은 실리콘망간 슬래그 볼 및 그 제조방법에 관한 것으로, 중량퍼센트로 SiO2 30 내지 42wt%, CaO 12wt 내지 24wt%, MnO 14 내지 20wt%, Al2O3 12 내지 24wt%, MgO 3 내지 9wt%를 함유하고, 구형(spherical)으로 구형도가 0.9 내지 1.0, 입경이 0.15 내지 3mm, 비커스 경도가 750 내지 770HV인 것을 특징으로 하는 실리콘망간 슬래그 볼 및 그 제조방법에 관한 것이다.
합금철이란, 탄소 이외의 원소를 다량으로 함유하는 선철의 일종으로 대표적인 합금철로는 페로니켈, 페로망간, 페로실리콘, 실리콘망간 등이 있다.
통상적으로, 실리콘망간은 고탄소 페로망간 제조용 전기로와 동일형태의 전기로에서 제조되며, 고탄소 페로망간에서 발생된 슬래그와 망간광석, 규석, 코크스 등을 원료로 사용한다. 페로망간 슬래그는 망간과 실리콘을 다량 함유하고 있을 뿐만 아니라, 용융에 요구되는 에너지도 적어 실리콘망간의 제조원료로서 많이 사용된다.
상기 전기로에서 실리콘망간을 제조하고 남은 실리콘망간 슬래그는 일반적으로 용융상태에서 야드로 배출하여 고압살수를 통해 냉각시키고, 고화된 슬래그는 파쇄과정을 거치게 된다.
이러한 실리콘망간 슬래그는 이를 활용하지 않고 그대로 폐기시키는 경우, 비산먼지, 침출수와 같은 환경문제의 발생은 물론, 대규모의 처리장을 확보해야 하는 것에 따른 경제적인 문제 등이 생긴다. 특히, 지하수 중에 망간이 0.02 mg/L 이상 존재할 경우, 철박테리아에 의한 이취미 발생과 더불어 수산화물, 산화망간 등이 급수관, 배수관에 피복되어 세탁물에 갈색침전물을 피복시키는 등의 문제를 일으키게 된다. 또한, 상기 실리콘망간 슬래그는 그 재활용 용도에 관한 연구가 제대로 이루어지지 않아 대부분 매립으로 처리하고 있는 실정이다.
따라서, 실리콘망간 슬래그를 기존 방식으로 처리함에 따라 발생하는 비산먼지, 침출수와 같은 환경문제의 발생을 해결하고, 그 재활용 범위를 확대할 수 있는 실리콘망간 슬래그의 처리방법이 끊임없이 요구되고 있다.
본 발명은 실리콘망간 슬래그를 기존 방식으로 처리함으로써 발생하는 환경 오염 문제를 해결하고, 그 재활용 범위를 확대하기 위한 실리콘망간 슬래그 볼의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적은, 상기 실리콘망간 슬래그 볼의 제조방법에 따라 제조된 실리콘망간 슬래그 볼을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기 과제 해결을 위하여 다음과 같은 실리콘망간슬래그 볼 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제1태양에 따르면, 실리콘망간을 생산하는 과정에서 발생하는 용융 실리콘망간 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시키는 단계; 상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 노즐로부터 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 미세 액적으로 분리하는 단계; 및 상기 미세액적을 상기 분사되는 고압의 에어와 주위 분위기에 의해 급냉시키는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘망간 슬래그 볼의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 낙하되는 실리콘망간 슬래그는 1300 내지 1900℃를 유지한 상태로 낙하되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 노즐이 50 내지 100℃의 에어를 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 상기 제1태양에 따른 실리콘망간 슬래그 볼이 제공되는 바, 상기 실리콘망간 슬래그 볼은 중량퍼센트로 SiO2 30 내지 42wt%, CaO 12 내지 24wt%, MnO 14 내지 20wt%, Al2O3 12 내지 24wt%, MgO 3 내지 9wt%를 함유하고 구형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실리콘망간 슬래그 볼은 구형도가 0.9 내지 1.0, 입경이 0.15 내지 5mm, 경도가 750 내지 770HV인 것을 특징으로 한다.
가급적 상기 실리콘망간 슬래그 볼은 건자재, 콘크리트 골재, 아스팔트 포장용 골재, 폴리머콘크리트용 골재, 수처리여재, 복토재 또는 미끄럼방지재로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실리콘망간 슬래그 볼은 실리콘망간 슬래그에 함유된 산화망간 성분을 안정적으로 고정함으로써 산화망간에 의해 유발될 수 있는 환경오염을 방지함은 물론, 폐기물을 활용하여 건자재, 콘크리트 골재 등 산업적인 타용도로의 활용가치가 크다는 잇점을 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 용융 실리콘망간 슬래그를 아토마이징시켰을 때 제조되는 실리콘망간 슬래그 볼
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 실리콘망간 슬래그 볼을 제조하는 방법은 후술하는 처리장비에 의해 1) 실리콘 망간을 생산하는 과정에서 발생하는 용융 실리콘망간 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시키는 단계, 2) 상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 노즐로부터 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 미세액적으로 분리하는 단계, 3) 상기 미세액적을 상기 분사되는 고압의 에어와 주위 분위기에 의해 급냉시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 1)단계에서 용융 실리콘망간 슬래그의 조건과 2)단계에서 에어분사 조건에 따라 구형의 실리콘망간 슬래그와 섬유상의 실리콘망간 슬래그의 제조 비율이 달라지게 된다.
또한, 본 발명에 의한 실리콘망간 슬래그 처리장치는 턴디시 및 분사장치를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 턴디시는 전기로에서 용융된 실리콘망간 슬래그가 일정량 출탕되면서 공급될 경우, 용융된 실리콘망간 슬래그를 일정 방향으로 가이드하여 흘려보내면서 낙하시키기 위한 것이다.
이를 위하여, 상기 턴디시는 전기로에서 공급되는 용융상태의 실리콘망간 슬래그가 체류 및 배출되도록 일정각도 경사지게 형성된다.
상기 분사장치는 상기 턴디시에서 낙하되는 용융상태의 실리콘망간 슬래그를 비산시킨다. 즉, 상기 분사장치는 상기 턴디시의 하측에 위치하여 턴디시로부터 낙하되는 용융상태의 실리콘망간을 분사물을 분사하여 냉각 및 고체화시킨다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 분사장치는 턴디시에서 낙하되는 용융상태의 실리콘망간 슬래그에 분사물을 분사함으로써 비산되는 실리콘망간 슬래그를 실리콘망간 슬래그 볼 형태로 만든다.
여기서, 상기 분사장치는 용융상태로 낙하하는 실리콘망간 슬래그에 에어를 분사하여 상기 실리콘망간 슬래그를 비산시키는 에어 분사장치로 이루어진다. 즉, 상기 턴디시에서 낙하하는 용융상태의 실리콘망간 슬래그에 분사물을 분사하여 상기 실리콘망간 슬래그를 비산시키기 위한 분사장치가 에어를 분사하는 에어 분사장치로 이루어져 용융상태의 실리콘망간 슬래그를 비산시키도록 이루어진다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 턴디시에서 낙하하는 용융상태의 실리콘망간 슬래그가 분사되는 고압의 에어에 의해 비산되어 실리콘망간 슬래그 볼 형태로 낙하된다. 또한, 상기 에어 분사장치에서 분사되는 에어에 의하여 상기 턴디시에서 낙하하는 용융상태의 실리콘망간 슬래그가 일정 거리를 비행한 후 요구하는 위치에 적재된다.
이때, 상기 에어 분사장치에서 분사되는 에어의 압력, 유량 및 온도 등의 분사환경은 상기 턴디시에서 낙하하는 용융상태의 실리콘망간 슬래그의 양에 따라 다양하게 가변가능하며, 상기 에어 분사장치의 위치 및 각도 등의 분사조건, 또한 상기 실리콘망간 슬래그의 양 또는 실리콘망간 슬래그 볼 등의 제조형태에 따라 다양하게 가변가능하다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 분사장치가 에어를 분사하는 에어 분사장치로 이루어져 있으나, 상기 분사장치가 가스를 분사하는 가스 분사장치로 이루어지는 것도 가능하다. 즉, 상기 분사장치가 턴디시로부터 낙하하는 용융상태의 실리콘망간 슬래그를 냉각 및 고체화시키도록 실리콘망간 슬래그에 가스를 분사하여 비산시키는 가스 분사장치로 이루어지는 것도 가능하다.
이때, 상기 가스 분사장치에서 분사되는 가스가 용융상태의 실리콘망간 슬래그를 비산 및 냉각시키기 용이하도록 질소 등으로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 아니한다.
본 실시예에서도, 상기 가스 분사장치에서 분사되는 가스의 압력, 유량 및 온도 등의 분사환경과 가스 분사장치의 위치 및 각도 등의 분사조건은 상기 턴디시에서 낙하하는 용융상태의 실리콘망간 슬래그의 양에 따라 다양하게 가변가능하다.
한편, 상기 분사장치가 실리콘망간 슬래그에 냉각수를 분사하여 상기 실리콘망간 슬래그를 비산시키는 냉각수 분사장치로 이루어지는 것도 가능하다. 즉, 상기 분사장치가 턴디시에서 용융상태로 낙하하는 실리콘망간 슬래그에 냉각수를 분사하여 실리콘망간 슬래그를 비산시켜 냉각 및 고체화시키는 냉각수 분사장치로 이루어지는 것도 가능하다.
이때에도, 상기 냉각수 분사장치에서 분사되는 냉각수의 압력, 유량 및 온도 등의 분사환경과 냉각수 분사장치의 위치 및 각도 등의 분사조건은 상기 턴디시에서 낙하하는 용융상태의 실리콘망간 슬래그의 양에 따라 다양하게 가변가능하다.
한편, 상기 분사장치에서 분사되는 에어, 가스 또는 냉각수 등 분사물의 양과 속도를 조절하여 비산되는 실리콘망간 슬래그의 비산 궤적 및 냉각 속도를 조절할 수 있는 라미나 플로우 챔버가 연결설치된다.
즉, 상기 분사장치에서 분사되어 실리콘망간 슬래그를 비산시키는 에어, 가스 또는 냉각수 등 분사물의 양과 속도 등을 조절하여 상기 실리콘망간 슬래그의 비산 궤적 및 냉각 속도를 조절하기 위한 라미나 플로우 챔버가 분사장치에 연결설치된다.
여기서, 상기 라미나 플로우 챔버는 일측과 타측에 입구와 출구를 갖되, 상기 입구와 출구에서 중심부를 향하여 직경이 증가하는 형상으로 형성되고, 그 내부에 분사물이 통과하기 위하여 구획된 통로가 적어도 하나 이상 형성된다.
그리고, 상기 각 통로의 중심에 에어, 가스 또는 냉각수 등 분사물의 양과 속도를 조절하기 위하여 개/폐가능하게 이루어지는 밸브 형태의 댐퍼가 구비된다.
상기한 바와 같이, 상기 밸브 형태의 댐퍼가 상기 라미나 플로우 챔버의 각 통로 중심에 설치되어 그 중심축을 중심으로 회전 및 가변되어 각 통로를 개/폐하도록 이루어짐으로써 상기 분사장치로 공급됨과 동시에 실리콘망간 슬래그에 분사되는 분사물의 양과 속도 및 분포 등을 다양하게 조절하여 상기 실리콘망간 슬래그의 비산 궤적 및 냉각 속도를 조절하게 된다.
한편, 상기 분사장치를 통하여 비산되는 실리콘망간 슬래그의 비산 방향, 낙하 거리 및 비산 궤적을 조절하기 위하여 상기 턴디시의 전면에 플로우 가이드가 구비된다. 즉, 상기 분사장치를 통하여 실리콘망간 슬래그의 비산 시 상방향 및 좌, 우방향으로 비산되는 고온의 실리콘망간 슬래그의 비산 방향, 낙하 거리 및 비산 궤적을 조절하기 위한 플로우 가이드가 턴디시의 전면에 구비된다.
이를 위하여 상기 플로우 가이드는 그 외부에 냉각수가 공급되기 위한 냉각수 자켓이 형성되고, 상기 냉각수 자켓을 통해 공급된 냉각수를 분사하기 위한 냉각수 분사노즐이 그 내부에 형성된다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 냉각수 자켓으로부터 공급되는 냉각수가 냉각수 분사노즐로 분사됨으로써 비산되는 상기 실리콘망간 슬래그의 비산 방향, 낙하 거리 및 비산 궤적을 조절 시 플로우 가이드 표면에 실리콘망간 슬래그의 접촉으로 플로우 가이드의 면 마모 및 슬래그 축적 현상(Accumulation)에 의한 분사장치의 분사 흐름 방해를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 플로우 가이드의 냉각수 자켓에 냉각수가 공급되고, 공급된 냉각수가 냉각수 분사노즐을 통하여 분사됨으로써 플로우 가이드에 발생되는 면 마모 및 슬래그 축적 현상을 방지하도록 이루어져 있으나, 상기 플로우 가이드에 냉각된 에어 또는 가스를 공급한 후 이를 분사하여 플로우 가이드에 발생되는 면 마모 및 슬래그 축적 현상을 방지하도록 이루어지는 것도 가능하다.
그리고, 상기 분사장치를 통하여 비산된 후 낙하한 실리콘망간 슬래그가 분사장치의 전면측에 구비되어 상기 실리콘망간 슬래그를 이송하기 위한 이송용 컨베이어로 흘러가도록 상기 분사장치와 이송용 컨베이어 사이에 슬로프 슈트가 구비된다.
이때, 상기 슬로프 슈트는 상기 분사장치를 통하여 비산된 후 낙하한 실리콘망간 슬래그를 이송용 컨베이어로 흘러가도록 일정각도 경사지게 형성된다.
한편, 상기 분사장치를 통하여 비산된 후 낙하한 상기 실리콘망간 슬래그 중 슬로프 슈트로 도달하지 못하고, 상기 슬로프 슈트 전단에 낙하되어 쌓이는 실리콘망간 슬래그를 슬로프 슈트로 이송하기 위하여 상기 슬로프 슈트의 전단에 링크 컨베이어가 구비된다.
즉, 상기 분사장치를 통하여 비산된 후 낙하하되, 상기 슬로프 슈트에 도달하지 못하고, 그 전단 측에 낙하한 실리콘망간 슬래그를 슬로프 슈트로 이송시킴으로써 이송용 컨베이어로 흘러들어가게 하기 위하여 상기 슬로프 슈트 전단에 링크 컨베이어가 구비된다.
이를 위하여 상기 링크 컨베이어는 낙하된 실리콘망간 슬래그의 고온을 견디기 위하여 내열성이 강한 체인 컨베이어의 일종으로서, 상기 실리콘망간 슬래그를 슬로프 슈트로 강제 이송시켜 자동 처리가능하게 이루어진다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여 상기 분사장치를 통하여 비산된 후 낙하하되, 슬로프 슈트 전단 측에 낙하한 실리콘망간 슬래그는 링크 컨베이어가 상기 슬로프 슈트로 이송시키고, 상기 슬로프 슈트는 링크 컨베이어를 통하여 이송된 실리콘망간 슬래그와 기존에 낙하된 실리콘망간 슬래그가 이송용 컨베이어로 흘러들어가게 된다.
한편, 상기 분사장치를 통하여 비산한 후 낙하된 상기 실리콘망간 슬래그에 에어 또는/및 물을 분사하여 강제냉각시키는 인렛 쿨링 슈트가 구비된다. 즉, 상기 분사장치를 통하여 비산된 후 낙하하되, 고온으로 이루어지는 실리콘망간 슬래그 볼 등의 실리콘망간 슬래그를 냉각 및 고체화시키기 위하여 에어 또는/및 물을 분사함으로써 실리콘망간 슬래그를 강제냉각시키는 인렛 쿨링 슈트가 구비된다.
이를 위하여 상기 인렛 쿨링 슈트는 공기 분사부와 냉각수 분사부를 포함하여 이루어진다.
상기한 바와 같이, 상기 인렛 쿨링 슈트를 통하여 분사장치에서 비산된 후 낙하하는 실리콘망간 슬래그 볼에 에어 또는/및 물을 분사함으로써 실리콘망간 슬래그를 완전히 냉각시킬 수 있으며, 버킷 엘리베이터 등 후단에 설치되는 이송 설비 등의 수명 및 구동 효율이 향상된다.
즉, 상기 분사장치를 통하여 비산된 후 슬로프 슈트에 낙하된 고온의 실리콘망간 슬래그가 후단에 설치되는 버킷 엘리베이터로 이송되기 전에, 상기 인렛 쿨링 슈트를 통과하면서 인렛 쿨링 슈트 내의 공기 분사부 및/또는 냉각수 분사부에서 에어 및/또는 냉각수에 의해 급속도로 냉각되어 버킷 엘리베이터로 이송됨으로써 버킷 엘리베이터 및 후속 벨트 컨베이어 등의 이송 장비를 보호하고, 수명을 연장시킨다.
한편, 실리콘망간 슬래그 처리장치에는 폐열 회수장치가 구비되어 상기 실리콘망간 슬래그에서 발생되는 고온의 열을 회수한 후 이를 재사용한다. 즉, 상기 분사장치에서 분사물을 분사하여 턴디시로부터 낙하하는 용융상태의 실리콘망간 슬래그의 비산시킬 경우, 실리콘망간 슬래그가 비산하는 방향의 상측에 폐열 회수장치가 설치되어 실리콘망간 슬래그에서 발생되는 고온의 열을 회수한 후 이를 재사용한다.
이를 위하여 상기 폐열 회수장치는 폐회로로 구비되어 실리콘망간 슬래그에서 발생되는 고온의 공기에서의 열 회수율을 높이기 위하여 실리콘망간 슬래그에서 발생되는 온도를 특정 온도까지 상승하도록 폐회로 내에 계속적으로 가두어 순환시키고, 특정 온도 이상으로 상승할 경우, 고온의 공기를 폐열 회수장치로 공급하며, 이러한 과정을 반복순환함으로써 상기 실리콘망간 슬래그에서 발생되는 폐열을 재활용 및 재사용한다.
상기 폐열 회수장치는 실리콘망간 슬래그의 비산 방향 상측에 설치되어 상기 실리콘망간 슬래그에서 발생되는 폐열을 회수하도록 이루어져 있으나, 상기 실리콘망간 슬래그에서 발생되는 폐열을 회수하기 용이하다면 상기 폐열 회수장치가 턴디시에 근접되게 설치되거나, 전기로의 상측에 설치되는 것도 가능하다.
상기한 바와 같이, 상기 폐열 회수장치로 회수된 고온의 폐열은 케이크, 조개탄 등의 건조에 활용되거나, 폐열 회수 보일러에 사용되어 전기를 생산하는 등 다양한 용도로 사용 가능함과 동시에 스팀 생산이나 난방 등에 활용될 수 있다.
한편, 상기 전기로에서 턴디시로 공급되는 용융상태의 실리콘망간 슬래그의 공급량, 토출량 및 전체 공정의 이상 유무를 판단하기 위한 모니터링 장치가 구비된다.
이를 위하여, 상기 모니터링 장치는 상기 턴디시를 감시하기 위하여 턴디시의 일측에 구비되는 카메라와 상기 카메라에 연결되어 실리콘망간 슬래그의 공급량, 토출량 및 전체 공정을 모니터링 및 디스플레이하기 위한 컴퓨터 및 상기 컴퓨터에 연결되어 이상 발생 시 경고등을 점등하거나, 경고음을 발생시키는 경고장치를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 전기로에서 턴디시로 출탕되는 공급량 및 토출량을 카메라에서 실시간으로 촬영하고, 촬영된 공급량 및 토출량이 컴퓨터로 전송되며, 전송된 데이터를 연산처리한 다음, 실리콘망간 슬래그의 공급량, 토출량을 조절한다.
또한, 상기 전기로에서 턴디시로 실리콘망간 슬래그의 공급 시 이상이 발생할 경우, 컴퓨터가 경고등을 점등하거나, 경고음을 발생시켜 현장 작업자에게 이를 전달한다.
이렇게 상기 모니터링 시스템을 통하여 측정 및 연산된 각종 데이터는 중앙관리시스템으로 전송되고, 이를 통해 자동으로 전체 공정을 제어하게 된다.
이상 발생 시 상기 경고장치는 경고등을 점등하거나, 경고음을 발생시킴으로써 현장 작업자에게 이상 상황을 전달하도록 이루어져 있으며, 이상 발생 시 작업자의 휴대폰, 스마트폰, PDA 등의 무선장치에 이상 유무 메시지를 전송하여 현장 작업자에게 이상 상황을 전달하도록 이루어지는 것도 가능하다.
그리고, 상기 턴디시의 고장 시 비상 조업이 가능하도록 턴디시를 대체하기 위한 비상조업용 턴디시와 상기 비상조업용 턴디시의 일측에 연결되는 출탕론더(Launder)가 구비되어 비상 발생 시 비상조업이 가능하도록 이루어진다. 즉, 본 발명에 의한 실리콘망간 슬래그 처리장치의 고장 등 비상상황 발생 시 비상조업용 턴디시를 통해 출탕론더 방향으로 전환시켜 비상 조업이 가능하도록 이루어진다.
이때, 상기 턴디시에서 비상조업용 턴디시로의 전환은 유압 또는 동력 모터에 의해 동작되며, 상기 출탕론더의 위치에 따라 비상조업용 턴디시는 수평회전하여 이동되며, 이로 인해 비상상황 발생 시 연속적인 조업이 가능해진다.
이하, 본 발명에 의한 실리콘망간 슬래그 처리장치의 동작과정을 설명한다.
먼저, 전기로에서 실리콘망간 슬래그를 일정량 출탕하고, 출탕된 용융상태의 상기 실리콘망간 슬래그가 턴디시로 공급된다.
이때, 상기 전기로에서 턴디시로 공급되는 실리콘망간 슬래그는 대략 1300 내지 1900℃ 정도이며, 상기 턴디시는 일정각도 경사지게 위치한다.
한편, 상기 전기로에서 턴디시로 출탕되는 용융상태의 실리콘망간 슬래그 공급량 및 토출량을 모니터링 장치의 카메라에서 실시간으로 촬영하고, 촬영된 공급량 및 토출량에 따른 데이터를 연산처리한 후 실리콘망간 슬래그의 공급량 및 토출량을 조절한다.
상기한 바와 같이, 상기 전기로에서 턴디시로 출탕되되, 고온의 용융상태로 이루어지는 실리콘망간 슬래그는 턴디시의 하측에 위하되어 분사물을 분사하는 분사장치에 의하여 상기 턴디시의 전면 측으로 비산된다.
여기서, 상기 턴디시의 전면 측으로 비산되는 실리콘망간 슬래그는 일정한 궤적으로 비산됨과 동시에 실리콘망간 슬래그 볼 형태로 비산된다.
이때, 상기 분사장치가 에어 분사장치 또는 가스 분사장치 또는 냉각수 분사장치로 이루어져 용융상태의 상기 실리콘망간 슬래그에 에어 또는 가스 또는 냉각수를 분사하도록 이루어진다.
한편, 상기 분사장치에서 실리콘망간 슬래그에 분사물의 분사 시 라미나 플로우 챔버가 분사장치에서 분사되는 분사물의 양과 속도를 조절함으로써 비산하는 실리콘망간 슬래그의 비산 궤적 및 냉각 속도 등이 조절된다. 즉, 상기 전기로에서 턴디시로 출탕되는 용융상태의 실리콘망간 슬래그의 공급량 및 토출량에 따라 라미나 플로우 챔버의 댐퍼를 개/폐 조절함으로써 분사장치에서 분사되는 분사물의 양과 속도가 조절된다.
이를 위하여 상기 라미나 플로우 챔버는 모니터링 장치에 연결되고, 상기 모니터링 장치에서 연산처리된 실리콘망간 슬래그의 실시간 공급량 및 토출량에 따라 분사장치의 분사물의 양과 속도를 조절함으로써 실리콘망간 슬래그의 비산 궤적 및 냉각 속도를 조절하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 분사장치에서 분사되는 분사물에 의하여 비산되는 용융상태의 실리콘망간 슬래그는 실리콘망간 슬래그 볼 형태가 변형되면서 슬로프 슈트로 낙하된다.
여기서, 상기 실리콘망간 슬래그 볼은 상기 턴디시의 전면에 설치되는 플로우 가이드에 의해 가이드됨으로써 실리콘망간 슬래그가 상, 하, 좌, 우 및 불규칙적으로 비산되지 않고, 일정한 비산 방향 및 비산 궤적을 형성하면서 슬로프 슈트로 낙하된다.
한편, 상기 분사장치에서 분사되는 분사물에 의해 비산되는 용융상태의 실리콘망간 슬래그에서 발생되는 고온의 열은 폐열 회수장치를 통하여 회수된 후 재활용된다.
이렇게 비산된 후 슬로프 슈트로 낙하한 실리콘망간 슬래그 볼은 상기 슬로프 슈트의 경사면을 따라 인렛 쿨링 슈트로 이송되며, 슬로프 슈트에 도달하지 못한 실리콘망간 슬래그 볼는 링크 컨베이어를 통하여 다시 슬로프 슈트로 자동 이송된다.
그리고, 실리콘망간 슬래그 볼은 상기 슬로프 슈트의 경사면을 따라 인렛 쿨링 슈트로 이송되어 냉각된다. 이때, 상기 인렛 쿨링 슈트는 자동화된 밸브 및 온도 센서에 의한 공기 분사부와 냉각수 분사부를 통하여 상기 실리콘망간 슬래그 볼에 에어 또는/및 냉각수를 분사하여 실리콘망간 슬래그 볼을 냉각시키고, 후단의 버킷 엘리베이터를 통해 실리콘망간 슬래그 볼을 이송한다.
그 다음, 상기 전기로에서 턴디시로 공급되는 실리콘망간 슬래그의 공급량, 토출량 및 전체 공정을 모니터링 장치가 실시간으로 감시하고, 이상 발생 시 경고등을 점등하거나, 경고음을 발생하여 작업자에게 이상 상황을 알림으로써 작업 현장의 안전사고 등을 예방할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 실리콘망간 슬래그 처리장치의 고장 및 비상 발생 시 비상조업용 턴디시를 통하여 출탕론더로 방향을 전환하여 비상 조업이 가능할 뿐만 아니라, 연속적인 조업이 가능하다.
이하, 용융실리콘망간 슬래그의 조건과 에어 분사 조건에 대하여 상세히 설명한다.
[용융 실리콘망간 슬래그의 조건]
실리콘망간 슬래그의 경우 SiO2 성분이 다량 함유되어 용융슬래그의 점도가 상대적으로 높은 편이다. 그러므로 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 고압의 에어를 분사하여 용융 실리콘 망간 슬래그를 미세 액적으로 분리하는 단계에서 용융 실리콘망간 슬래그의 온도에 따라 섬유상의 실리콘 망간 슬래그가 발생하게 된다. 즉, 용융 실리콘망간 슬래그의 온도가 낮아짐에 따라 점도가 증가하여 섬유상의 실리콘 망간 슬래그가 발생하게 된다. 일반적으로 낙하시의 용융 실리콘망간 슬래그의 온도는 1300 내지 1900℃로 하는 것이 실리콘망간 슬래그 볼을 제조하는데 바람직하다. 이때, 온도가 1300℃ 미만이면 점도가 지나치게 높아져 턴디시에서 막힘 현상이 발생하고, 1900℃ 초과하면 산화에 의해 실리콘망간 슬래그 볼의 물성이 떨어진다.
[에어 분사 조건]
용융 실리콘망간 슬래그는 슬래그 포트로부터 턴디시를 경유하여 낙하된다. 상기한 용융 실리콘망간 슬래그가 출탕되어 수직으로 낙하시 노즐과의 거리는 본 발명에서 규정하지 않았으나, 그 거리가 멀수록 에어의 에너지가 슬래그에 전달되는 효율이 낮기 때문에 노즐 선단과 낙하하는 슬래그가 닿지 않는 범위에서 최대한 가깝게 분사노즐을 설치하는 것이 바람직하며, 에어 분사 높이도 최대한 상부쪽으로 유도하여 슬래그의 상태가 가급적 에어 분사 전에 용융상태로 남아있도록 하는 것이 바람직하다.
에어를 분사하는 노즐의 경우 통상적으로 단공의 스트레이트 노즐을 사용하여 구형의 입자를 얻는 것이 바람직하나, 처리량을 증대시키고자 할 경우, 라발 형태의 제트 노즐을 사용함으로써 에어의 냉각효과를 높이거나, 다공형의 노즐을 사용할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 노즐이 50 내지 100℃의 에어를 분사하는 것을 특징으로 한다. 이때, 온도가 50℃ 미만이면 점도가 지나치게 높아져 섬유의 발생량이 증가하고, 100℃를 초과하면 경제성이 떨어진다.
또한, 노즐 선단에서의 에어의 선속도는 50 내지 90m/s, 보다 바람직하게는 60 내지 90m/s인 것이 바람직하며, 제트 노즐의 경우에는 노즐에서 슬래그로 도달할 때까지 감속되는 정도를 감안하여 마하 1.5 내지 3을 사용할 수가 있다.
이하, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 실리콘망간 슬래그 볼의 화학적 특성 및 물리적 특성에 대하여 설명한다.
상기 실리콘망간 슬래그 볼은 중량퍼센트로 SiO2 30 내지 42wt%, CaO 12 내지 24wt%, MnO 14 내지 20wt%, Al2O3 12 내지 24wt%, MgO 3 내지 9wt%를 함유하고 구형인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실리콘망간 슬래그 볼의 구형도는 하기 식 1에 의하여 산출된다.
[식 1]
구형도=입자와 동등한 부피를 갖는 구의 표면적/입자의 표면적
상기 [식1]에 따르면, 완전한 구는 구형도가 1의 값을 가지며, 구형도 값이 1에 가까울수록 완전한 구형에 가까워진다는 것을 알 수 있다.
"입자의 표면적"이란 실제 특정 입자의 표면적을 의미한다.
"입자와 동등한 부피를 갖는 구의 표면적"이란 특정 입자와 동등한 부피를 가지는 가상의 구의 표면적을 의미한다.
본 발명의 실리망간 슬래그 볼의 구형도는 측정 결과 0.9 내지 1.0으로 나타났다.
본 발명의 실리망간 슬래그 볼의 경도는 측정 결과 750 내지 770HV(비커스 경도)로 나타났다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예)
처리장비
1) 용융로
용융로는 발열체로 Moly Heater를 사용하였고, 상용온도는 1700℃, 승온률은 최대 3℃/min로 하였다. 상기 용융로의 가열공간은 가로 300mm, 세로 300mm, 높이 230mm로 하였다.
2) 아토마이징 시스템(atomizing system)
아토마이징 시스템은 턴디시와 에어분사노즐로 구성되어 있다. 상기 턴디시는 용융 실리콘망간 슬래그를 일정량씩 출탕되게 하면서 낙하하도록 하는 장치이다. 상기 에어분사노즐은 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 고압의 에어를 분사하는 장치이다.
사용 재료
사용 재료는 실리콘망간 슬래그를 사용하였고 주성분은 아래와 같다.
| 조성성분 | Al2O3 | MnO | SiO2 | CaO | MgO | 합계(%) |
| 질량퍼센트(wt%) | 23.10 | 14.5 | 35.90 | 12.82 | 6.70 | 93.02 |
실험 과정
용융되어 있는 실리콘망간 슬래그를 제조하기 위하여 용융로에서 실리콘 망간 슬래그를 3시간에 걸쳐 승온을 실시하였다. 온도는 1700℃까지 승온한 후 유지하였다. 실리콘망간 슬래그가 용융되어 있는 것을 확인 한 후 용융 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시켜면서 하부에서 에어분사노즐로부터 에어를 분사하였다.
사용된 노즐은 슬릿형 노즐을 사용하였다. 아토마이징 시간은 총 1분 35초였다.
실험 결과
아토마이징 실시 결과, 실리콘망간 슬래그 볼 이외에 실리콘망간 슬래그 섬유도 발생하였다.
시료 투입량 대비 아토마이징 비율은 하기 표에 나타난 바와 같이 50.51%였다.
| 구분 | NS Ball | Grit | 섬유 | 爐內 잔여분 |
합계 | ||||
| 5.0mm이상 | 2.0 내지 5.0mm | 1.0 내지 2.0mm | 0.6 내지 1.0mm | 0.6mm이하 | |||||
| 질량(kg) | 3.33 | 1.42 | 0.5 | 0.12 | 0.032 | 1.23 | 4.48 | 10.8 | 21.91 |
| 회수율(%) | 15.14 | 6.45 | 2.27 | 0.55 | 0.15 | 5.59 | 20.36 | 49.09 | 99.6 |
아토마이징 결과, 하기 표에 나타난 바와 같이 실리콘망간 슬래그 볼과 실리콘망간 슬래그 섬유의 발생비율은 55.67% : 45.33%였다.
| 구분 | NS Ball | 섬유 | 합계 | ||||
| 5.0mm이상 | 2.0 내지 5.0mm | 1.0 내지 2.0mm | 0.6 내지 1.0mm | 0.6mm이하 | |||
| 질량(kg) | 3.33 | 1.42 | 0.5 | 0.12 | 0.032 | 4.48 | 11.11 |
| 회수율(%) | 15.14 | 6.45 | 2.27 | 0.55 | 0.15 | 45.33 | 100 |
추가적으로 열송풍기의 에어 온도를 달리하여 아토마이징 한 결과 실리콘망간 슬래그 볼 및 실리콘망간 슬래그 섬유의 발생비율은 다음과 같이 나타났다.
| 구분 | Ball | 섬유 | 비교 |
| 일반(25℃) 에어 | 55.67% (5.40) |
45.33% (4.48) |
|
| 80℃ 에어 | 75.32% (7.44) |
24.67% (2.44) |
섬유 발생량 50% 감소 |
(실리콘망간 슬래그 볼 물성 분석결과)
상기 실시예에 의하여 제조된 실리콘망간 슬래그 볼의 물성 분석 결과는 다음과 같다.
실리콘망간 슬래그 볼은 1) 초코색에 가까운 갈색형태로 표면에 유리와 같은 광택을 가지고 있었고, 2) Fe함량이 적어 강도가 낮고 취성이 약한 특징을 가지고 있었다.
상기 실리콘망간 슬래그 볼의 조성성분별 함량은 다음과 같다.
| 조성성분 | Al2O3 | MnO | SiO2 | CaO | MgO |
| 질량퍼센트 (wt%) |
13.0 | 15.2 | 35.9 | 21.6 | 4.58 |
실리콘망간 슬래그 볼의 실적율은 60%내외였다.
다음은 실리콘 망간 슬래그 볼의 입자사이즈별로 측정된 절건밀도, 단위용적중량(kg/L) 및 실적율을 나타낸 표이다.
| 입자사이즈 | 2.5mm | 1.25mm | 0.6mm |
| 절건밀도 | 2.87 | 2.91 | 2.90 |
| 단위용적중량 (kg/L) |
1.90 | 1.80 | 1.70 |
| 실적율 (%) |
66% | 62% | 59% |
상기와 같은 실리콘망간 슬래그 볼은 일반 실리콘망간 슬래그에 비하여 구형이며 약 5mm이하의 다양한 사이즈를 지니고, 기존 슬래그에 비하여 조직이 치밀하고 경도가 높은 특징을 지닌다. 또한, 수쇄 슬래그에 비하여 단위용적중량이 높고, 흡수율이 낮으며, 실적률이 높은 특징을 지닌다. 이러한 특성을 이용하여 건자재, 콘크리트 골재, 아스팔트 포장용 골재, 폴리머콘크리트용 골재, 수처리여재, 복토재 또는 미끄럼방지재 등 다양한 용도로 사용 가능하다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 첨부 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 실리콘망간을 생산하는 과정에서 발생하는 1300 내지 1900℃의 온도를 갖는 용융 실리콘망간 슬래그를 턴디시를 통해 낙하시키는 단계;
상기 낙하하는 용융 실리콘망간 슬래그에 노즐로부터 50 내지 100℃의 고압의 에어를 분사하여 상기 용융 실리콘망간 슬래그를 미세 액적으로 분리하는 단계; 및
상기 미세액적을 상기 분사되는 고압의 에어와 주위 분위기에 의해 급냉시켜 중량퍼센트로 SiO2 30 내지 42wt%, CaO 12 내지 24wt%, MnO 14 내지 20wt%, Al2O3 12 내지 24wt%, MgO 3 내지 9wt%를 함유하고 구형이며, 구형도가 0.9 내지 1.0, 입경이 0.15 내지 5mm, 경도가 750 내지 770HV, 절건밀도가 2.87 내지 2.90, 단위용적중량이 1.70 내지 1.90kg/L, 실적율이 59 내지 66%인 실리콘망간 슬래그 볼로 제조하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘망간 슬래그 볼의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 실리콘망간 슬래그 볼의 제조방법에 의해 제조되어 중량퍼센트로 SiO2 30 내지 42wt%, CaO 12 내지 24wt%, MnO 14 내지 20wt%, Al2O3 12 내지 24wt%, MgO 3 내지 9wt%를 함유하고 구형이며, 구형도가 0.9 내지 1.0, 입경이 0.15 내지 5mm, 경도가 750 내지 770HV, 절건밀도가 2.87 내지 2.90, 단위용적중량이 1.70 내지 1.90kg/L, 실적율이 59 내지 66%인 것을 특징으로 하는 실리콘망간 슬래그 볼.
- 삭제
- 삭제
- 제4항에 있어서,
상기 실리콘망간 슬래그 볼은 건자재, 콘크리트 골재, 아스팔트 포장용 골재, 폴리머콘크리트용 골재, 수처리여재, 복토재 또는 미끄럼방지재로 사용되는 것을 특징으로 하는 실리콘망간 슬래그 볼.
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