KR101693327B1 - 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속을 생산하는 용광로에서 사용하기 위한 가탄재를 제조하는 방법에 있어서, 소정의 입자 크기를 가진 고정탄소 자원을 제공하는 단계, 소정의 입자 크기를 가진 고분자탄소 자원을 제공하는 단계, 고정탄소 자원과 고분자탄소 자원을 혼합하여, 혼합물을 공급하는 단계, 혼합물을 소정의 온도에서 가열하는 단계 및 가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계를 포함하는 고분자 가탄재 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치에 관한 것으로, 특히 용광로에서 철강, 합금철 및 비철 금속 생산 시 환원제로 사용할 수 있는 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치에 관한 것이다.
철강, 합금철(페로얼로이), 비철금속 및 원자재를 제조하는 것은 금속 광석 또는 금속 파편, 탄소 환원제 및 용제를 용광로에 투입하여 제조한다.
용광로는 금속광석에서 맥석을 분리하여 용융상태의 금속을 얻는 공정에 쓰이는 노를 의미한다. 용광로는 고로, 전기아크로 등이 사용될 수 있다.
노 내의 금속 생산에 있어 탄소 환원제의 역할은 두 가지가 있다. 탄소 환원제는 부분적으로 추가적인 에너지를 공급하기 위해 발열을 유도하는 희생 탄소로서의 역할과 또 다른 부분으로 대상 매체의 용융 상태일 경우 매트릭스 속의 산화물의 다양한 형태를 감소시켜 수율을 향상시키는 역할을 한다.
일반적으로, 야금 공정에 적용하기 위한 탄소 환원제는 고정탄소가 높은 비율로 함유되어 있다.
고정탄소란 석탄 속에 포함되어 있는 순수고체의 탄소를 의미한다.
고정탄소는 석탄 중에서 휘발성분과 회분, 수분을 제외한 나머지 탄소의 양을 의미한다. 참고로, 탄화가 잘되어 있을수록 고정탄소의 함유량은 많아진다.
전형적인 탄소 환원제는 석탄, 코크스 또는 흑연을 포함한다. 하지만, 이것은 천연 자원을 많이 사용하는 것을 의미한다. 또한, 탄소 환원제의 사용은 온실가스, 특히 CO2(이산화탄소)의 발생을 초래한다.
고분자탄소 자원은 고정탄소의 전통적인 자원에 대한 대안이나 보충 자원으로 고려된 것이다. 고분자탄소는 석탄, 코크스, 흑연 및 천연 자원에 대한 요구를 줄이기 위한 목적으로 연구되고 있다.
고분자탄소의 사용은 이산화탄소 등과 같은 온실 가스의 생성을 감소시키기 위해 고분자탄소를 포함하는 폐기물을 재활용하는 것이다. 이러한 폐기물로는 폐플라스틱이나 폐고무 등이 있다.
일반적으로, 고분자탄소 자원을 이용하여 처리하는 과정은 용광로에 폐자동차 타이어 및 재상 플라스틱 재료 등과 같은 폐고무나 플라스틱 재료를 투입시킨다.
폐고무 또는 플라스틱 재료는 일반적으로 투입하기 전, 잘게 잘리거나 분쇄하는 절차와 같은 추가적인 처리 없이 용광로에 첨가할 수 있다.
하지만, 고온의 야금공정에 대량의 고분자탄소 재료를 직접 투입하는 경우 제조 공정에서 환경에 해롭고, 유해한 연기 및 열이 과다하게 발생될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 용광로에 투입되는 고분자탄소 자원에 대한 기술이 연구되어 왔다.
종래의 기술로 한국공개특허공보 10-2004-0093977호(발명의 명칭: 저탄소강 제조방법)와 같은 발명이 제안되었다.
본 발명의 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치에 관한 것으로, 특히 용광로에서 철강, 합금철 및 비철 금속 생산 시 환원제로 사용할 수 있는 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 금속을 생산하는 용광로에서 사용하기 위한 가탄재를 제조하는 방법에 있어서, 소정의 입자 크기를 가진 고정탄소 자원을 제공하는 단계; 소정의 입자 크기를 가진 고분자탄소 자원을 제공하는 단계; 상기 고정탄소 자원과 상기 고분자탄소 자원을 혼합하여, 혼합물을 공급하는 단계; 상기 혼합물을 소정의 온도에서 가열하는 단계; 및 가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계;를 포함하는 고분자 가탄재 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계는 고분자 가탄재 제조장치를 사용할 수 있다.
상기 고분자탄소 자원은, 폐폴리머 탄소 재료를 포함할 수 있다.
상기 고분자탄소 자원은, 폐플라스틱 또는 폐고무재료를 포함할 수 있다.
상기 고분자탄소 자원은, 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함할 수 있다.
상기 고정탄소 자원은, 코크스, 석탄 또는 흑연을 포함할 수 있다.
상기 고정탄소 자원은, 고정탄소가 55 중량% 이상일 수 있다.
상기 고정탄소 자원과 상기 고분자탄소 자원을 혼합하여, 혼합물을 공급하는 단계는, 상기 고분자탄소 자원 및 상기 고정탄소 자원의 혼합비율이 5:5 내지 2:8 중량부일 수 있다.
상기 고정탄소 자원의 입자 크기는 5~20mm일 수 있다.
상기 고분자탄소 자원의 입자 크기는 1~15mm일 수 있다.
상기 혼합물을 소정의 온도에서 가열하는 단계는, 상기 소정의 온도가 고분자탄소 자원의 녹는 점(melting point) 이상일 수 있다.
상기 가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계; 이전에, 상기 혼합물을 외부와 차단하고, 적어도 15분 동안 일정한 온도로 유지할 수 있다.
상기 가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계는, 가열된 혼합물을 압출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 블록의 크기는 50mm 미만일 수 있다.
또한, 상기 고분자 가탄재 제조방법을 이용하여 제조되는 고분자 가탄재에 있어서, 상기 고분자 가탄재는 금속 제조의 용광로에서 사용하기 위한 가탄재인 것을 특징으로 하는 고분자 가탄재를 제공할 수 있다.
금속을 생산하는 용광로에서 사용하기 위한 가탄재에 있어서, 고분자탄소 자원에서 형성되는 고체 매트릭스; 및 매트릭스 안에 고정탄소 자원을 현탁시킨 것을 포함할 수 있다.
상기 고분자탄소 자원은, 폐폴리머 탄소 재료를 포함할 수 있다.
상기 고분자탄소 자원은, 폐플라스틱 또는 폐고무재료를 포함할 수 있다.
상기 고분자탄소 자원은, 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함할 수 있다.
상기 고정탄소 자원은, 코크스, 석탄 또는 흑연을 포함할 수 있다.
상기 고정탄소 자원은, 고정탄소가 55 중량% 이상일 수 있다.
상기 고분자탄소 자원 및 상기 고정탄소 자원의 혼합비율은 5:5 내지 2:8 중량부일 수 있다.
상기 고정탄소 자원의 입자 크기는 5~20mm일 수 있다.
상기 고분자탄소 자원의 입자 크기는 1~15mm일 수 있다.
또한, 고분자 가탄재는 50mm 이하의 크기를 갖는 블록의 형태일 수 있다.
또한, 금속을 생산하는 용광로에서 사용하기 위한 고분자 가탄재 제조장치에 있어서, 고정탄소 자원이 저장되는 고정탄소 저장부; 고분자탄소 자원이 저장되는 고분자탄소 저장부; 상기 고정탄소 저장부 및 상기 고분자탄소 저장부와 연결되고, 상기 고정탄소 자원 및 고분자탄소 자원을 가열시키는 가열부; 상기 가열부에 내재되어, 상기 고정탄소 자원 및 고분자탄소 자원을 혼합시키는 혼합용 블레이드; 상기 고정탄소 저장부 및 상기 고분자탄소 저장부와 연결되어 상기 고정탄소 자원과 상기 고분자탄소 자원을 상기 가열부로 이송시키는 이중 스크류 컨베이어; 상기 가열부와 연결되고, 상기 가열부에서 가열된 혼합물을 용융된 상태로 이송시키는 이송부; 및 상기 이송부를 통해 삽입되는 혼합물을 압출하여 고분자 가탄재로 제조시키는 열코일 압출블록부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 가탄재 제조장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치는 용광로에서 철강, 합금철 및 비철 금속 생산 시 환원제로 사용할 수 있는 고분자 가탄재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치는 고온의 야금공정에 대량의 고분자탄소 재료를 직접 첨가하는 경우 제조 공정에서 발생하는 환경에 해롭고, 유해한 과량의 연기 및 열을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 제조장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 제조장치 중 열코일 압출 블록(Heat coiled extrusion Block)의 정면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열코일 압출 블록(Heat coiled extrusion Block)의 사출구를 상세하게 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 제조장치 중 열코일 압출 블록(Heat coiled extrusion Block)의 정면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열코일 압출 블록(Heat coiled extrusion Block)의 사출구를 상세하게 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 제조방법을 나타낸 흐름도.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 고분자 가탄재를 제조하는 방법과 그 제조장치에 대해 서술한다.
본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치는 용광로에서 철강, 합금철 및 비철 금속 생산 시 환원제로 사용할 수 있는 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치를 포함할 수 있다.
가탄재는 제강 전기로에서 주원료인 고철을 용해시에 부족한 탄소함량을 보충하여 철의 강도를 조절하고, 로의 열량을 높여주는 중요한 부원료이다. 가탄재는 노내 또는 래들에 투입된다.
참고로, 천연흑연 가탄재는 코크스와 달리 비중이 높아서 전기로에 인젝션(Injection) 주입 시 집진기에 과다하게 빨려 들어가지 않는 특징이 있다. 또한, 천연흑연 가탄재는 용탕 시 즉시 타버리지 않아 용탕효율이 상대적으로 높다.
특히, 유황성분이 낮아서 철강 재질의 경성화를 방지하여 철강 제품을 생산하는 경우 생산성 향상 효과가 매우 크다.
고분자탄소를 갖는 종래의 탄소 환원제를 전체적으로 대체하는 것은 야금 공정에서 탄소 환원제의 중요한 기능 중 하나인 용융 금속 매트릭스에 "탄소 불량"으로 인하여 충분한 탄소를 제공하지 않는 것을 발견했다. 이것은 고정탄소를 함유하지 않는 고분자탄소 제품에 의한 것이다.
이를 해결하기 위해 본 발명은 고정탄소의 함량을 증가시키고자 한다. 이를 위해 기존에 사용하는 탄소 환원제인 석탄, 코크스 및 흑연에 고분자탄소인 플라스틱, 고무를 조합하여 사용할 수 있다.
하지만, 고분자탄소 자원과 고정탄소 자원의 밀도 차이로 인해, 성능이 일정치 못한 제품으로 제조될 수 있다. 두 가지의 동종 탄소 자원의 분리 및 혼합은 어려운 일이다.
또한, 고정탄소 자원과 고분자탄소자원에 습윤 흡착은 최종 금속 물질의 처리 동작에 품질 저하 및 유해하고, 위험한 인자를 발생시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 상술한 바와 같이 고분자탄소와 고정탄소는 다양한 밀도로 인해 일관된 혼합도를 가지기 어렵다. 또한, 고분자탄소 및 고정탄소는 과립모양의 자원으로 혼합 재료로 만들기 어려운 문제가 있다.
혼합비의 불일치는 더 높은 수준의 고정탄소에서의 에너지 소비 증가 및 더 높은 수준의 고분자탄소에서의 휘발성 물질의 급증을 초래할 가능성이 있다.
본 발명은 용광로에서 금속 제조 시 일관된 비율을 가지는 고정탄소 및 고분자탄소의 혼합비율을 통해, 효율이 우수한 탄소 환원제의 제조방법 및 제조장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 제조장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 제조장치 중 열코일 압출 블록(Heat coiled extrusion Block)의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열코일 압출 블록(Heat coiled extrusion Block)의 사출구를 상세하게 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 제조장치는 고정탄소 저장부(100), 고분자탄소 저장부(200), 제1 회전식 밸브(300), 제2 회전식 밸브(400), 이중 스크류 컨베이어(500), 배출부(510), 제1 스크류(520), 제2 스크류(530), 가열부(600), 혼합용 블레이드(610), 이송부(700), 이송스크류부(710), 열코일 압출블록부(800) 및 제어부를 포함할 수 있다.
고정탄소 저장부(100)는 고정탄소 자원을 저장할 수 있다. 고정탄소 저장부(100)의 용적은 고분자탄소 저장부(200)의 용적보다 작게 형성될 수 있다. 고정탄소 저장부(100)는 1㎤ 당 0.7㎏에서 1.0㎏의 값을 가지도록 형성될 수 있다.
고정탄소 저장부(100)는 석탄(Coal), 코크스(Cokes) 또는 흑연(Graphite)을 저장할 수 있다.
고분자탄소 저장부(200)는 고분자탄소 자원을 저장할 수 있다. 고분자탄소 저장부(200)의 용적은 고정탄소 저장부(100)의 용적보다 3배 이상 크기로 형성될 수 있다. 고분자탄소 저장부(200)는 1㎤ 당 0.2㎏에서 0.5㎏의 값을 가지도록 형성될 수 있다.
고분자탄소 저장부(200)는 플라스틱(Plastic) 또는 고무(Rubber)를 저장할 수 있다.
제1 회전식 밸브(300)는 밸브체를 회전시킴으로써 개폐될 수 있다. 제1 회전식 밸브(300)는 고정탄소 저장부(100)에서 이중 스크류 컨베이어(500)로 투입되는 고정탄소 자원량을 조절할 수 있다. 제1 회전식 밸브(300)는 회전 블레이드 및 속도가변기를 이용하여 이중 스크류 컨베이어(500)로 투입되는 고정탄소 자원의 양을 조절할 수 있다. 이에 따라, 고정탄소 자원과 고분자탄소 자원의 혼합비율이 조절될 수 있다.
제2 회전식 밸브(400)는 밸브체를 회전시킴으로써 개폐될 수 있다. 제2 회전식 밸브(400)는 고분자탄소 저장부(200)에서 이중 스크류 컨베이어(500)로 투입되는 고분자탄소 자원량을 조절할 수 있다. 제2 회전식 밸브(400)는 회전 블레이드 및 속도가변기를 이용하여 이중 스크류 컨베이어(500)로 투입되는 고분자탄소 자원의 양을 조절할 수 있다. 이에 따라, 고정탄소 자원과 고분자탄소 자원의 혼합비율이 조절될 수 있다.
이중 스크류 컨베이어(500)는 고정탄소 자원 및 고분자탄소 자원을 가열부(600)로 이송시킬 수 있다.
이중 스크류 컨베이어(500)는 스크류가 2개로 형성될 수 있다. 스크류는 배출부(510)를 기준으로 양쪽에 각각 형성될 수 있다. 이중 스크류 컨베이어(500)는 제어부(도면 미도시)와 연결될 수 있다.
제1 스크류(520)는 제1 회전식 밸브(300)가 위치한 측에 형성될 수 있다. 제1 스크류(520)는 고정탄소 자원을 이중 스크류 컨베이어(500)의 중앙 하부에 형성된 배출부(510)로 이동시킬 수 있다.
제2 스크류(530)는 제2 회전식 밸브(400)가 위치한 측에 형성될 수 있다. 제2 스크류(530)는 고분자탄소 자원을 이중 스크류 컨베이어(500)의 중앙 하부에 형성된 배출부(510)로 이동시킬 수 있다.
배출부(510)를 통해 고정탄소 자원 및 고분자탄소 자원이 가열부(600)로 투입될 수 있다.
가열부(600)는 고정탄소 자원 및 고분자탄소 자원을 혼합 및 가열시킬 수 있다. 가열부(600)는 공기를 분사하여 혼합하는 방식을 사용할 수 있다. 또한, 가열부(600)는 대류 현상을 이용하도록 가열부 내부에 공기를 가열하여, 내부 공기가 회전하도록 할 수 있다.
또한, 가열부(600)는 고정탄소 자원 및 고분자탄소 자원이 혼합된 혼합물을 섭씨 350도~500도의 온도조건에서 가열할 수 있다.
가열부(600)는 섭씨 350도 내지 500도의 열을 발생할 수 있다. 350도 미만일 경우, 고정탄소 자원 및 고분자탄소 자원이 서로 혼합되지 않을 가능성이 있다. 또한, 500도 초과일 경우, 고정탄소 자원 및 고분자탄소 자원이 물성치가 저하되어, 이후 압출가공을 하기 어려울 가능성이 있다. 따라서, 가열부(600)의 가열온도는 섭씨 350도 내지 500도가 좋다. 또한, 가열부의 가열온도는 450도일 수 있다.
또한, 가열부(600)는 혼합용 블레이드(610)를 더 포함할 수 있다.
혼합용 블레이드(610)는 혼합되는 고정탄소 및 고분자탄소의 입자를 잘 분산시키도록 가열부(600)의 내부에 형성될 수 있다.
이송부(700)는 용융하기 시작하는 혼합물을 용융된 상태에서 열코일 압출블록부(800)로 이송시킬 수 있다.
이송부(700)는 용융된 혼합물을 높은 압력으로 밀어내어 열코일 압출블록부(800)에 혼합물이 삽입되도록 할 수 있다
이송부(700)는 내부에 이송스크류부(710)가 형성될 수 있다.
이송스크류부(710)는 축에 이송스크류가 형성될 수 있다.
열코일 압출블록부(800)는 고분자 가탄재가 토출될 수 있다. 열코일 압출블록부(800)는 용융된 혼합물이 입구(B)와 출구(C)를 통과하면서 원하는 압출 성형 밀도를 확보할 수 있다.
도 2를 참조하면, 열코일 압출블록부(800)는 정면에 복수개의 사출구(810)가 형성될 수 있다.
또한, 열코일 압출블록부(800)는 금속 성형틀을 포함할 수 있다. 금속 성형틀은 열코일 압출블록부(800)에서 압출되는 혼합물을 블록 형상으로 제조시키는 역할을 할 수 있다.
참고로, 열코일 압출블록부(800)의 크기는 가로(W) 350~500mm, 세로(H) 250~450mm 및 두께 200~400mm일 수 있다. 또한, 열코일 압출블록부(800)의 크기는 가로(W) 400mm, 세로(H) 300mm 및 두께 220m로 형성 될 수 있다.
도 3과 같이, 열코일 압출블록부(800)에 형성된 각각의 사출구(810)에 포함된 입구(B)와 출구(C)는 폭이 점점 가늘어지는 테이퍼 형상으로 형성될 수 있다.
사출구(810)의 높이(A)는 50~120mm로 형성될 수 있다. 사출구(810)의 높이(A)는 60mm로 형성될 수 있다.
사출구(810)의 두께(L)는 200~400mm로 형성될 수 있다. 사출구(810)의 두께(L)는 220mm로 형성될 수 있다.
사출구(810)의 입구(B)는 30~80mm로 형성될 수 있다. 사출구(810)의 입구(B)는 50mm로 형성될 수 있다.
사출구(810)의 출구(C)는 15~40mm로 형성될 수 있다. 사출구(810)의 출구(C)는 30mm로 형성될 수 있다.
도 3의 화살표에서 보여지듯이, 사출구(810)의 입구(B)로 용융된 혼합물이 삽입되므로, 압출 방향(Extrusion Direction)은 입구(B)에서 출구(C)로 진행되는 방향일 수 있다.
사출구(810)의 출구(C)가 입구(B)의 직경보다 작은 구조로 형성됨으로써, 용융된 혼합물이 입구(B)에서 출구(C)로 진행하면서 높은 압력에 의해 서로 밀접하게 압출되는 효과가 있다.
열코일 압출블록부(800)는 압출된 블록의 모양을 유지하도록 압력을 가할 수 있다. 또한, 열코일 압출블록부(800)는 고정탄소 자원과 고분자탄소 자원이 결합되도록 350도~450의 온도 조건에서 폴리머를 용융하면서, 압출할 수 있다.
제어부(도면 미도시)는 이중 스크류 컨베이어(500)에 포함된 제1 스크류(520) 및 제2 스크류(530)의 이송속도를 각각 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 제1 회전식 밸브(300), 제2 회전식 밸브(400), 가열부(600), 이송부(700) 및 열코일 압출블록부(800)와 연결될 수 있다.
제어부는 제1 회전식 밸브(300) 및 제2 회전식 밸브(400)의 개폐를 제어할 수 있다.
제어부는 이중 스크류 컨베이어(500)에 형성된 제1 스크류(520) 및 제2 스크류(530)의 회전속도를 일정하게 제어할 수 있다.
또한, 제어부는 제1 스크류(520)의 회전속도가 제2 스크류(530)의 회전속도보다 빠르게 회전시킬 수 있다. 이 경우, 제1 스크류(520)에서 배출부(510)로 이송되는 고정탄소 자원의 양이 제2 스크류(530)에서 배출부(510)로 이송되는 고분자탄소 자원의 양보다 더 많이 투입되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부는 가열부(600)의 온도를 제어하여, 고정탄소 자원 및 고분자탄소 자원이 혼합된 혼합물의 용융 상태를 촉진시키거나, 유지시킬 수 있다.
또한, 제어부는 이송부(700)의 이송스크류부(710)의 회전속도를 제어하여, 열코일 압출블록부(800)에 삽입되는 용융된 혼합물의 투입량을 제어할 수 있다. 이에 따라, 용융된 혼합물이 열코일 압출블록부(800)에 투입되는 압출 압력을 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제어부는 열코일 압출블록부(800)에 형성된 개폐도어(도면 미도시)의 개폐를 제어할 수 있다.
이와 같이, 제어부가 이중 스크류 컨베이어(500), 제1 회전식 밸브(300), 제2 회전식 밸브(400), 가열부(600), 이송부(700) 및 열코일 압출블록부(800) 등을 제어함으로써, 고정탄소 자원 및 고분자탄소자원의 혼합비율을 효과적으로 조절할 수 있고, 물성치가 우수한 고분자 가탄재를 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고분자 가탄재 제조방법은 고정탄소 자원을 제공하는 단계(S10), 고분자탄소 자원을 제공하는 단계(S20), 고정탄소 자원과 고분자탄소 자원을 혼합하여 혼합물을 공급하는 단계(S30), 혼합물을 소정의 온도에서 가열하는 단계(S40) 및 가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 고정탄소 자원을 제공하는 단계(S10)는 고정탄소 저장부(100)로 소정의 입자 크기를 가진 고정탄소 자원을 제공할 수 있다.
고분자탄소 자원을 제공하는 단계(S20)는 고분자탄소 저장부(200)로 소정의 입자 크기를 가진 고분자탄소 자원을 제공할 수 있다.
고정탄소 자원과 고분자탄소 자원을 혼합하여 혼합물을 공급하는 단계(S30)는 제1 회전식 밸브(300)을 통과한 고정탄소 자원 및 제2 회전식 밸브(400)를 통과한 고분자탄소 자원이 이송 스크류 컨베이어(500)로 투입될 수 있다.
고정탄소 자원과 고분자탄소 자원의 비율을 이송 스크류 컨베이어(500)에서 제어하여, 배출부(510)로 배출할 수 있다. 혼합물을 배출부(510)를 통해 가열부(600)로 이송시킬 수 있다.
또한, 고정탄소 자원과 고분자탄소 자원을 혼합하여 혼합물을 공급하는 단계(S30)는 고정탄소 자원과 고분자탄소 자원을 혼합하여 혼합물을 생성시킬 수 있다.
혼합물을 소정의 온도에서 가열하는 단계(S40)는 소정의 온도가 고분자탄소 자원의 녹는 점(melting point) 이상일 수 있다.
혼합물을 소정의 온도에서 가열하는 단계(S40)는 혼합물을 가열부(600)에서 섭씨 350도~500도의 온도조건에서 가열할 수 있다. 이에 따라, 혼합물은 용융 상태로 형성될 수 있다.
가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계(S50)는 용융된 혼합물을 열코일 압출블록부(800)에 투입하여, 고분자 가탄재로 제조할 수 있다.
가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계(S50)는 고정탄소 자원과 고분자탄소 자원이 결합되도록 350도~450의 온도 조건에서 폴리머를 용융하면서, 압출할 수 있다. 또한, 가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계(S50)는 용융된 혼합물을 1~5 bar의 압력을 가하여 블록으로 형성할 수 있다.
또한, 가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계(S50)는 혼합물을 압출하여 블록으로 형성할 수 있다.
또한, 가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계 이전에, 가열된 혼합물을 외부와 차단하고, 적어도 15분 동안 일정한 온도로 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 블록 형상으로 형성되는 고분자 가탄재가 제조될 수 있다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제조방법은 제시하는 비율로 과립형태의 고정탄소 및 고분자탄소를 혼합하는 방법을 포함할 수 있다.
고정탄소 및 고분자탄소 자원의 원재료가 원하는 입자 크기와 범위로 존재하지 않는 경우, 고정탄소 및 고분자탄소 자원을 분쇄 또는 파쇄하여 원하는 입자 크기와 범위를 얻기 위해 전처리를 실시할 수 있다.
일 실시 예에서는 고정탄소 자원의 입자 크기는 5 내지 20 mm로 형성될 수 있다.
고정탄소 자원의 입자 크기가 5mm 미만일 경우, 고분자 가탄재의 물성치가 저하될 가능성이 있다. 또한, 고정탄소 자원의 입자 크기가 20mm 초과일 경우, 고분자 가탄재의 내부의 공극이 많아져 강도가 저하될 가능성이 있다.
또한, 고분자탄소 자원의 입자 크기는 1 내지 15 mm로 형성될 수 있다.
고분자탄소 자원의 입자 크기가 1mm 미만일 경우, 고분자 가탄재의 물성치가 저하될 가능성이 있다. 또한, 고분자탄소 자원의 입자 크기가 15mm 초과일 경우, 고정탄소 자원과 혼합이 어려울 수 있다.
과립 모양의 자원인 고정탄소 및 고분자탄소는 제시하는 비율로 혼합될 수 있다.
제시하는 비율은 생산되는 금속의 종류, 원자재의 특성 및 노의 운전 조건에 따라 변경될 수 있다.
예를 들어, 고정탄소 자원과 고분자탄소 자원의 혼합 비율은 1:1(5:5), 4:6, 3:7 또는 2:8 중량부일 수 있다.
과립 형상의 자원인 고정탄소 및 고분자탄소는 원하는 비율로 혼합한 후, 혼합물은 고분자탄소 자원의 녹는 점(melting point) 이상에서 가열될 수 있다. 혼합물을 가열하는 단계는 적어도 15분 이상의 조건에서 가열되어, 압출 공정까지 진행하는 동안 원하는 온도로 유지할 수 있다.
혼합물을 가열한 후, 그 다음 단계로 고정탄소 자원은 고분자탄소 자원의 고체 매트릭스 속에서 현탁될 수 있다.
이후, 고분자 가탄재 제조장치를 이용한 압출 가공에 의해 블록으로 형성될 수 있다.
이 경우, 압출가공에 의해 형성된 블록은 50mm 미만의 입자 크기를 가질 수 있다.
이에 따라, 50mm 미만의 입자 크기를 가지는 고분자 가탄재를 제조할 수 있다.
실시예 1
5~20mm 사이의 입자 크기의 분포를 가지는 탄소 환원제와 1~4mm, 4~7mm 및 7~15mm 사이의 다양한 크기의 고분자탄소 자원을 블렌딩(blending)할 수 있다.
고분자탄소 자원은 재활용 고밀도 폴리에틸렌(HDPE : high density polyethylene) 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE : Low Density Polyethylene)을 포함할 수 있다.
고정탄소 자원은 기존의 탄소 환원제를 포함할 수 있다.
고분자탄소 자원과 고정탄소 자원의 혼합비율은 4:6으로 형성되고, 혼합된 양은 10 kg이다.
혼합물을 실험용 혼합기에 투입한 후, 5분 동안 혼합하였다.
이렇게 10kg씩 혼합된 혼합물을 A, B 및 C의 샘플을 각각 4번씩 제조하였다.
A, B 및 C의 샘플당 각 4개의 혼합물에서 200g의 샘플을 각각 채취하여, 성분을 분석하고, 별도의 중량 백분율을 계량하였다. 계량한 결과는 평균값으로 나타내었다.
고분자탄소 자원의 입자 분포를 계량한 결과는 표 1과 같다.
[표 1] 혼합농도 결과(Mix Consistency Testing)
표 1을 참조하면, 1~4mm의 입자는 90%, 4~7mm의 입자는 95% 및 7~15mm의 입자는 88%의 혼합농도를 나타내었다.
이를 통해, B의 샘플이 가장 우수한 혼합농도를 가지는 것을 알 수 있다.
실시예 2
4~7mm의 입자 크기를 가지는 고분자탄소자원과 혼합된 재료의 500g의 샘플을 10개 제조하고, 샘플들을 2개씩 실험실 오븐에서 각각 4분, 8분, 10분, 15분 및 20분 동안 450도의 온도조건에서 가열하였다.
가열, 후 각 샘플은 400도의 온도 상태를 유지하기 위해 외부에 구성된 펌프 연사식의 압출기로 공급하였다.
압출기에서 나온 블록은 냉각되고, 냉각된 이후의 제조된 고분자 가탄재에 대해 각각의 밀도를 분석하였다. 압출기에서 나온 각 블록에 대한 밀도를 측정한 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 2] 압출 블록 밀도를 나타낸 결과(Extruded Block Density Testing)
표 2를 참조하면, 가장 높은 밀도를 가지는 샘플은 15분 동안 가열한 샘플로 0.78 밀도값을 달성하였다.
또한, 가장 낮은 밀도를 가지는 샘플은 4분 동안 가열한 샘플로 0.44 밀도값을 가진다.
또한, 다른 실시 예로 15분 및 20분 동안 가열한 샘플은 수분에 대해 차단막을 제공하도록, 폴리머를 통해 샘플의 표면을 코팅할 수 있다.
이 경우, 하이알루론산(hyaluronic acid) 5중량부와 폴리비닐 알코올(PVA : polyvinyl alcohol) 5중량부가 혼합된 수분차단제가 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
또한, 상기 도면들에 도시된 구성요소들은 설명의 편의상 확대 또는 축소되어 표시될 수 있으므로, 도면에 도시된 구성요소들의 크기나 형상에 본 발명이 구속되는 것은 아니며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 고정탄소 저장부
200 : 고분자탄소 저장부
300 : 제1 회전식 밸브
400 : 제2 회전식 밸브
500 : 이중 스크류 컨베이어
510 : 배출부
520 : 제1 스크류
530 : 제2 스크류
600 : 가열부
610 : 혼합용 블레이드
700 : 이송부
710 : 이송스크류부
800 : 열코일 압출블록부
810 : 사출구
200 : 고분자탄소 저장부
300 : 제1 회전식 밸브
400 : 제2 회전식 밸브
500 : 이중 스크류 컨베이어
510 : 배출부
520 : 제1 스크류
530 : 제2 스크류
600 : 가열부
610 : 혼합용 블레이드
700 : 이송부
710 : 이송스크류부
800 : 열코일 압출블록부
810 : 사출구
Claims (24)
- 금속을 생산하는 용광로에서 사용하기 위한 가탄재를 제조하는 방법에 있어서,
5~20mm의 입자 크기를 가지고 고정탄소가 55중량%이상인 고정탄소 자원을 제공하는 단계;
1~15mm의 입자 크기를 가진 고분자탄소 자원을 제공하는 단계;
상기 고정탄소 자원과 상기 고분자탄소 자원을 5:5 내지 2:8 중량부인 비율로 혼합하여, 혼합물을 공급하는 단계;
상기 혼합물을 고분자탄소 자원의 녹는 점(melting point) 이상 인 온도에서 가열하는 단계; 및
가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계;를 포함하고,
상기 가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계는,
고정탄소 자원과 고분자탄소 자원이 결합되도록 350도~450의 온도 조건에서 폴리머를 용융 및 압출하고,
용융된 혼합물을 1~5 bar의 압력을 가하여 블록으로 형성하는 고분자 가탄재 제조방법
- 제 1 항에 있어서,
상기 고분자탄소 자원은,
폐폴리머 탄소 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 가탄재 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고분자탄소 자원은,
폐플라스틱 또는 폐고무재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 가탄재 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고분자탄소 자원은,
폴리에틸렌(polyethylene)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 가탄재 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고정탄소 자원은,
코크스, 석탄 또는 흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 가탄재 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 가열된 혼합물을 열코일 압출블록부로 투입하여, 블록 형상으로 성형하는 단계; 이전에,
상기 혼합물을 외부와 차단하고, 적어도 15분 동안 일정한 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 고분자 가탄재 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 블록의 크기는 50mm 미만인 것을 특징으로 하는 고분자 가탄재 제조방법.
- 제 1 항 내지 제5항, 제11항 및 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 고분자 가탄재 제조방법을 이용하여 제조되는 고분자 가탄재에 있어서,
상기 고분자 가탄재는 금속 제조의 용광로에서 사용하기 위한 가탄재인 것을 특징으로 하는 고분자 가탄재.
- 금속을 생산하는 용광로에서 사용하기 위한 가탄재에 있어서,
고분자탄소 자원에서 형성되는 고체 매트릭스; 및
매트릭스 안에 고정탄소 자원을 현탁시킨 것을 포함하고,
상기 고분자탄소 자원은,
폐폴리머 탄소 재료, 폐플라스틱, 폐고무재료 또는 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함하며, 입자 크기는 1~15mm이고,
상기 고정탄소 자원은,
코크스, 석탄 또는 흑연을 포함하고, 고정탄소가 55 중량% 이상이며, 입자 크기는 5~20mm이고,
상기 고분자탄소 자원 및 상기 고정탄소 자원의 혼합비율은 5:5 내지 2:8 중량부 이고 ,
상기 가탄재가 수분에 대해 차단될 수 있도록 적어도 15분동안 가열하여 폴리머를 통해 표면을 코팅하고,
상기 코팅에서 하이알루론산(hyaluronic acid) 5중량부와 폴리비닐 알코올(PVA : polyvinyl alcohol) 5중량부가 혼합된 수분차단제를 사용하는 것을 특징으로 하는 고분자 가탄재.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 금속을 생산하는 용광로에서 사용하기 위한 고분자 가탄재 제조장치에 있어서,
고정탄소 자원이 저장되는 고정탄소 저장부;
고분자탄소 자원이 저장되는 고분자탄소 저장부;
상기 고정탄소 저장부 및 상기 고분자탄소 저장부와 연결되고, 상기 고정탄소 자원 및 고분자탄소 자원을 섭씨 350도~500도의 온도조건에서 가열시키는 가열부;
상기 가열부에 내재되어, 상기 고정탄소 자원 및 고분자탄소 자원을 혼합시키는 혼합용 블레이드;
상기 고정탄소 저장부 및 상기 고분자탄소 저장부와 연결되어 상기 고정탄소 자원과 상기 고분자탄소 자원을 상기 가열부로 이송시키는 이중 스크류 컨베이어;
상기 고분자탄소 저장부에서 상기 이중 스크류 컨베이어로 투입되는 상기 고정탄소 자원과 상기 고분자탄소 자원의 양을 조절하는 회전식 밸브;
상기 가열부와 연결되고, 상기 가열부에서 가열된 혼합물을 용융된 상태로 이송시키는 이송부;
상기 이송부를 통해 삽입되는 혼합물을 압출하여 고분자 가탄재로 제조시키고, 출구가 입구의 직경보다 작은 구조로된 사출구를 형성하고 있는 열코일 압출블록부; 및
상기 이중 스크류 컨베이어, 제1 회전식 밸브, 제2 회전식 밸브, 상기 가열부, 상기 이송부 및 상기 열코일 압출블록부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 가탄재 제조장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160002831A KR101693327B1 (ko) | 2016-01-08 | 2016-01-08 | 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020160002831A KR101693327B1 (ko) | 2016-01-08 | 2016-01-08 | 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101693327B1 true KR101693327B1 (ko) | 2017-01-17 |
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ID=57990202
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| KR1020160002831A KR101693327B1 (ko) | 2016-01-08 | 2016-01-08 | 고분자 가탄재 및 그 제조방법과 제조장치 |
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| KR (1) | KR101693327B1 (ko) |
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- 2016-01-08 KR KR1020160002831A patent/KR101693327B1/ko active IP Right Grant
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