KR101541899B1 - 망간 합금철 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 망간 광석, 철원 및 탄재를 파쇄하여 바인더와 혼합하는 단계; 혼합된 혼합물을 괴성체로 성형하는 단계; 괴성체를 가열 및 냉각하는 단계; 냉각된 괴성체를 파쇄하는 단계; 및 파쇄된 괴성체로부터 망간 합금철을 분리하는 단계를 포함하는 망간 합금철 제조 방법을 제공한다.

Description

망간 합금철 제조 방법{The method of manufacturing Mn-Fe alloy}
본 발명은 인(P) 함량이 낮고 망간(Mg) 함량이 높은 고순도 망간 합금철(Mn-Fe alloy)을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 트윕강(TWIP steel)과 같은 고 망간강의 생산량이 점차 증대됨에 따라 망간 합금철의 수요 또한 증가하고 있는 추세이다.
트윕강(TWIP steel; Twinning Induced Plasticity steel)은 재료의 소성변형 중 오스테나이트 조직내에 변형 쌍정(deformation twin)이 생성되어 강도와 성형성의 두 가지 특성을 모두 구현할 수 있는 재료로, 자동차용 소재로 각광을 받고 있다.
트윕강의 제조에 사용되는 고망간 합금철은 일반적으로 망간광에는 미량의 인(P)이 함유되어 있다. 이러한 망간 합금철에 함유된 인은 트윕강의 기계적 특성을 저하시키므로, 트윕강의 제조에는 일반적으로 인 함량이 낮은 고순도의 망간 합금철이 사용된다.
다만, 이러한 고순도 망간 합금철은 가격이 비싸고, 이러한 고순도 망간 합금철의 제조원료로 쓰이는 인 함량이 낮은 고품위 망간 광석 또한 자원 고갈에 따른 가격 상승으로 경제성이 저하된다. 따라서, 비교적으로 저렴한, 인 함량이 많고 망간 함량이 적은 저품위 망간 광석을 이용하여 고순도 망간 합금철을 제조하려는 여러 시도가 있었다.
하지만, 기존의 방법은 금속철의 환원과정에서 가스화된 인이 환원된 금속철로 녹아들기 쉬워 열역학적으로 제강 공정 중 인을 제거하는 것은 매우 어렵고, 인의 제거를 위해 산소 취련 시 산소에 의해 인과 망간이 모두 산화되어 망간의 회수율이 떨어지게 되는 문제점을 내포한다. 즉, 현재까지 인 함량이 높은 망간 광석을 사용하여 인 함량이 낮은 망간 합금철을 제조할 수 있는 상용화된 기술은 존재하지 않는 실정이다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 인의 용해를 방지하기 위한 치밀한 구조를 가지는 동시에 인이 함유된 슬래그로부터 분리되기 위한 자성을 띄는 망간 합금철의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 망간 합금철 제조 방법은 망간 광석, 철원 및 탄재를 파쇄하여 바인더와 혼합하는 단계; 상기 혼합된 혼합물을 괴성체로 성형하는 단계; 상기 괴성체를 가열 및 냉각하는 단계; 상기 가열된 괴성체를 파쇄하는 단계; 및 상기 파쇄된 괴성체로부터 망간 합금철을 분리하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 망간 광석의 인 함량은 0.01wt% 이상일 수 있다.
이 때, 파쇄되는 상기 망간 광석, 철원 및 탄재 중 어느 하나의 입도는 100마이크론 이하일 수 있다.
이 때, 상기 탄재내장괴성광의 가열 온도는 1150˚C 내지 1400˚C일 수 있다.
이 때, 상기 망간 합금철은 상기 파쇄된 탄재내장괴성광으로부터 자력선별법을 통해 분리될 수 있다.
이 때, 상기 혼합물은 망간철 카바이드일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 망간 합금철의 제조 방법은 인 함량이 높은 망간 광석을 이용하여 인 함량이 낮고 망간 함량이 높은 고순도 망간 합금철을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 망간 합금철 제조 방법을 나타낸 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 망간 합금철이 슬래그로부터 분리되는 과정을 나타낸 상세도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 발명에 있어서 '~상에'라 함은 대상부재의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력방향을 기준으로 상부에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 망간 합금철 제조 방법을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 망간 합금철 제조 방법은 망간 광석(11), 철원(12) 및 탄재(13)를 파쇄하여 바인더(14)와 혼합하는 단계(S10); 상기 혼합된 혼합물(15)을 괴성체(31)로 성형하는 단계(S20); 상기 괴성체(31)를 가열 및 냉각하는 단계(S30); 상기 냉각된 괴성체(31)를 파쇄하는 단계(S40); 및 상기 파쇄된 괴성체(41)로부터 망간 합금철(51)을 분리하는 단계(S50)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 망간 광석(11)은 0.01wt% 이상의 인 함량을 가질 수 있다. 이 때, 망간 광석(11)은 망간 함유율이 낮고 인 함량이 높은 저품위 망간 광석일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 철원(12)은 철(Fe)이 함유된 철광석이나 환원광(DRI; Direct Reduced Iron), 스크랩 및 부산물 중 하나 또는 둘 이상이 혼합된 물질일 수 있다. 이 때, 상기 철원(12)의 인 함량은 0.01wt% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄재(13)는 흑연, 석탄 및 코크스 중 하나 또는 둘 이상이 혼합된 물질일 수 있다.
한편, 파쇄장치(10)에는 망간 광석(11), 철원(12) 및 탄재(13)가 혼합하여 투입된다. 이 때, 파쇄장치(10)에 의해 파쇄되는 상기 망간 광석(11), 철원(12) 및 탄재(13)의 혼합물(14) 입도는 100마이크론 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 망간 광석(11)과 철원(12)의 혼합 비율은 제조될 망간 합금철(51)의 망간과 철의 조성비에 따라 조절될 수 있다. 즉, 망간 광석(11)의 혼합 비율이 증가할수록 망간의 함량이 높은 망간 합금철(51)이 제조되고, 철원(12)의 비율이 증가할수록 철 비율이 높은 망간 합금철(51') 또는 망간을 함유한 강(51'')이 제조될 수 있다. 한편, 탄재(13)는 상기 망간 광석(11)과 철원(12)에 포함된 산소를 제거하기 위해 적정량이 혼합될 수 있다.
한편, 바인더(14)는 파쇄 및 혼합된 상기 망간 광석(11), 철원(12) 및 탄재(13)를 결합시켜 혼합물(15)을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더(14)는 유기 또는 무기 바인더이나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고 혼합물(15)의 조성을 변화시키지 않으면서 상기 망간 광석(11), 철원(12) 및 탄재(13)를 결합시키기 위한 다양한 종류의 접착부재일 수 있다.
괴성체(21)는 괴성화장치(20)에 투입되는 혼합물(15)에 의해 형성된다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 괴성화장치(20)는 펠렛타이저(pelletizer), 압출성형기(extruder) 및 압연성형기(Roll compactor) 중 어느 하나 이상의 장치를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 망간 합금철이 슬래그로부터 분리되는 과정을 나타낸 상세도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가열로(30)는 제조된 괴성체(21)가 장입되어 상기 괴성체(21)를 가열시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로(30)는 회전로식 소각로(rotary kiln furnace), 회전상식 소각로(rotary hearth furnace) 및 이동상식 소각로(traveling grate furnace) 중 어느 하나 이상의 소각로를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 가열된 괴성체(31)는 내부에서 망간 광석(11)에 함유된 망간 산화물, 철원(12)에 함유된 산화철 및 탄재(13) 간 화학 반응(A)이 일어날 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 반응(A)은 다음과 같다.
MnO + FeO + C -> (Mn,Fe)Cx + (1-x)CO ------------ (A)
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 가열된 괴성체(31)는 망간 합금철(51)과 슬래그(52)를 포함하며, 이 때 상기 망간 합금철(51)은 상기 화학 반응(A)에 의하여 형성된 망간철 카바이드(Mn-Fe Carbide)일 수 있다. 이 때, 괴성체(21)는 상기 화학반응(A)을 통해 망간철 카바이드가 형성되기 위한, 바람직하게는 1150˚C 내지 1400˚C의 가열온도로 가열될 수 있다.
이 때, 망간 합금철(51)은 탄재(13) 내 탄소(C) 함량이 증가하도록 조절됨에 따라 상기 망간 합금철(51)의 조직을 치밀화 시킬 수 있다. 또한 상기 조절을 통하여 망간 합금철(51)은 인의 활동도를 증가시킴으로써 상기 가열된 괴성체(31) 내부에 존재하는 인을 주로 슬래그(52) 상에 분포시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가열된 괴성체(31)는 화학 반응(A)이 끝나면 냉각된다. 이 때, 냉각된 괴성체(32)는 도 2a에 도시된 바와 같이 망간 합금철(51)과 슬래그(52)가 엉겨붙어 형성될 수 있다.
형성된 망간 합금철(51)은 고온에서 상기 망간 합금철(51)을 열역학적으로 안정시키는 망간과, 상기 망간 합금철(51)이 자성을 띄도록 하는 철이 동시에 함유될 수 있다. 이 때, 슬래그(52)는 가열된 괴성체(31) 내부에 존재하던 인이 주로 분포되도록, 바람직하게는 내부 인 함량이 망간 합금철(51)보다 많도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 괴성체파쇄기(40)는 냉각된 괴성체(32)를 잘게 파쇄할 수 있다. 이 때, 파쇄된 괴성체(41)는 상기 파쇄를 통해 도 2b에 도시된 바와 같이 망간 합금철(51)과 슬래그(52)간 엉겨붙음이 제거될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 망간 합금철 제조 방법은 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 파쇄된 괴성체(41)로부터 분리수단을 이용하여 망간 합금철(51)을 분리해낼 수 있다. 이 때, 상기 분리수단은 자력선별장치(50)일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 망간 합금철(51) 제조 방법은 내부에 자성을 띄지 않는 망간 카바이드(Mn Carbide)와 자성을 띄는 철 카바이드(Fe Carbide)가 동시에 함유되어 전체적으로 자성을 띄는 망간 합금철(51)을 자성을 띄지 않는 상기 슬래그(52)로부터 자력선별법을 이용하여 분리해 낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 망간 합금철 제조 방법은 상기와 같이 인 함량이 높고 망간 함량이 낮은 저품위 망간 광석을 이용하여 인 함량이 낮고 망간 함량이 높은 고순도 망간 합금철(51)을 제조할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10: 파쇄장치 11: 망간 광석
12: 철원 13: 탄재
14: 바인더 15: 혼합물
20: 괴성화장치 21: 괴성체
30: 가열로 31: 가열된 괴성체
32: 냉각된 괴성체 40: 괴성체파쇄기
41: 파쇄된 괴성체 50: 자력선별장치
51: 망간 합금철 52: 슬래그

Claims (6)

  1. 인(P)을 포함하는 망간 광석, 철원 및 탄재를 파쇄하여 바인더와 혼합하는 단계;
    상기 혼합된 혼합물을 괴성체로 성형하는 단계;
    상기 괴성체를 가열하여 망간철카바이드(Mn-Fe Carbide)와, 상기 인(P)이 포함된 슬래그를 형성한 후, 냉각하는 단계;
    상기 냉각된 괴성체를 파쇄하여, 상기 망간철카바이드와 상기 슬래그를 각각 분리하는 단계; 및
    상기 분리된 망간철카바이드와 슬래그로부터 망간 합금철을 자력선별하는 단계;
    를 포함하는 망간 합금철 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 망간 광석의 인 함량은 0.01wt% 이상인 망간 합금철 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    파쇄되는 상기 망간 광석, 철원 및 탄재 중 어느 하나의 입도는 100마이크론 이하인 망간 합금철 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 괴성체의 가열 온도는 1,150˚C 내지 1,400˚C인 망간 합금철 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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