KR101778230B1 - Main runner castables for blast furnace using wasted sludge of solar-silicon - Google Patents

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KR101778230B1 KR1020160075574A KR20160075574A KR101778230B1 KR 101778230 B1 KR101778230 B1 KR 101778230B1 KR 1020160075574 A KR1020160075574 A KR 1020160075574A KR 20160075574 A KR20160075574 A KR 20160075574A KR 101778230 B1 KR101778230 B1 KR 101778230B1
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고진석
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Abstract

The present invention relates to a main runner inflow material for a blast furnace, comprising: 5-10 wt% of solar silicon sludge; 40-70 wt% of alumina; 10-40 wt% of silicon carbide; 3-10 wt% of carbon; 10-15 wt% of calcined alumina; and the remaining consisting of a binder and other inevitable impurities. The solar silicon sludge comprises a solar sludge containing 3-10 wt% of metal silicon (Si). The main runner inflow material for a blast furnace is able to prevent oxidation of carbon using solar silicon sludge containing metal silicon. In addition, the silicon sludge discarded in a cutting process to make silicon wafers is recycled; thereby reducing the cost required for disposal or discardment, and at the same time, enhancing utilization of the resources.

Description

태양광 실리콘 슬러지를 이용한 고로용 대탕도 유입재{MAIN RUNNER CASTABLES FOR BLAST FURNACE USING WASTED SLUDGE OF SOLAR-SILICON}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a blast furnace for a blast furnace using solar silicon sludge,

본 발명은 고로용 대탕도 유입재에 관한 것으로 금속 실리콘을 포함하는 태양광 실리콘 슬러지를 이용하여 탄소의 산화를 방지하는 고로용 대탕도 유입재에 관한 것이다.The present invention relates to a blast furnace inflow material, and more particularly, to a blast furnace inflow material for preventing oxidation of carbon using solar silicon sludge containing metal silicon.

반도체 또는 태양전지용 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 제조 과정 중 실리콘 잉곳을 와이어 소(wire saw)에 의해 절단하는 과정에서 다량의 실리콘 슬러지(silicon sludge)가 발생한다. 실리콘 슬러지는 절삭을 위하여 사용하는 절삭재(평균입경 20㎛의 실리콘 카바이드(SiC)) 및 절삭 과정에서 마모되어 탈리되는 마모 입자 형태인 절삭분(실리콘 입자, 와이어에서 마모되어 유입되는 철을 포함하는 금속 입자 등)이 절삭 과정에서 발생하는 열을 제거하기 위하여 사용하는 절삭유에 분산된 형태로 존재한다. 이러한 폐 실리콘 슬러지는 산업폐기물로 분류되나, 절삭분과 절삭유를 함유하므로 단순히 소각 처리할 수 없으며 단순 매립 시 심각한 토양 오염이 우려된다. 이와 같이 발생되는 슬러지로부터 재활용할 수 있는 성분을 분리 회수하여 재활용 하는 경우에 있어서도 최종적인 잔류물로 남아 배출되는 폐슬러지가 2010년 기준으로 연간 약 21,000톤 정도인 것으로 알려져있으며, 추후 태양광 실리콘 웨이퍼 산업의 급격한 성장과 함께 폐슬러지의 발생량 또한 크게 증가할 것으로 판단된다. A large amount of silicon sludge is generated during the process of cutting a silicon ingot by a wire saw during the manufacturing process of a silicon wafer for a semiconductor or a solar cell. Silicon sludge is used as a cutting material (silicon carbide (SiC) having an average particle diameter of 20 占 퐉) used for cutting and cutting particles (silicon particles, which are abraded as abrasive particles in the cutting process) Metal particles, etc.) are dispersed in the cutting oil used to remove heat generated during the cutting process. These waste silicon sludges are classified as industrial wastes, but they can not be simply incinerated because they contain cuttings and cutting oil, and serious soil contamination is a concern when they are simply landfilled. It is known that waste sludge remaining as a final residue is about 21,000 tons / year in 2010 when the recyclable components are separated and recovered from the generated sludge, With the rapid growth of the industry, the generation of waste sludge will also increase significantly.

위와 같은 슬러지를 재활용하여, 처분 또는 폐기에 요하는 비용을 절감과 동시에 자원의 활용성을 높이는 기술이 필요한 실정이다.Such sludge needs to be recycled to reduce the cost of disposal or disposal, while at the same time increasing the availability of resources.

1. 한국공개특허번호 제1985-00038981. Korean Published Patent No. 1985-0003898 2. 일본등록특허번호 제2922998호2. Japanese Patent No. 2922998

본 발명은 상기와 같은 필요성에 따라 안출된 것으로서, 실리콘 웨이퍼를 만드는 절단공정에서 버려지는 실리콘 슬러지를 이용한 고로용 대탕도 유입재를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned needs, and it is an object of the present invention to provide an inlet for a blast furnace using a silicon sludge which is discarded in a cutting process for making a silicon wafer.

또한 본 발명은 금속 실리콘을 포함하는 태양광 실리콘 슬러지를 이용하여 탄소의 산화를 방지할 수 있는 효과가 있어 최소한의 전처리를 통하여 고로용 대탕도 유입재를 제공하는데 그 목적이 있다.Further, the present invention has an effect of preventing oxidation of carbon using solar silicon sludge containing metal silicon, and it is an object of the present invention to provide an inlet material for blast furnace through a minimum of pretreatment.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 태양광 실리콘 슬러지를 이용한 고로용 대탕도 유입재는 태양광 실리콘 슬러지 5~10중량%, 알루미나 40~70중량%, 실리콘 카바이드 10~40중량%, 탄소 3~10중량%, 나머지 결합재 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a solar cell, comprising the steps of: preparing a photovoltaic silicon sludge comprising 5 to 10% by weight of photovoltaic silicon sludge, 40 to 70% by weight of alumina, 10 to 40% , Carbon 3 to 10 wt.%, The balance binder and other unavoidable impurities.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 태양광 실리콘 슬러지는 3~10중량%의 금속 실리콘(Metal Si)을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the solar silicon sludge may comprise 3 to 10 weight percent metal silicon (Metal Si).

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 태양광 실리콘 슬러지는, 입도 20㎛이하의 입도를 가짐과 아울러 80중량% 이상의 실리콘 카바이드(SiC)를 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the photovoltaic silicon sludge may have a particle size of less than 20 microns particle size and at least 80 weight percent silicon carbide (SiC).

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 5~15중량%의 하소 알루미나를 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, it may further comprise 5-15 wt% calcined alumina.

본 발명에 따른 고로용 대탕도 유입재는 금속 실리콘을 포함하는 태양광 실리콘 슬러지를 이용하여 탄소의 산화를 방지하는 효과가 있다.The blast furnace inflow material according to the present invention has the effect of preventing oxidation of carbon by using solar silicon sludge containing metal silicon.

또한 실리콘 웨이퍼를 만드는 절단공정에서 버려지는 실리콘 슬러지를 재활용하여, 처분 또는 폐기에 요하는 비용을 절감과 동시에 자원의 활용성을 높이는 효과가 있다.In addition, the silicon sludge that is discarded in the cutting process for making silicon wafers is recycled, thereby reducing the cost required for disposal or disposal, and at the same time, enhancing the utilization of resources.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. The effects of the present invention described above are exemplarily described, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도별 물성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 침식 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 침식 실험 후 마이크로 구조를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화(Oxidation) 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스폴링(Spalling) 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 침식 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일롯 실험 결과를 나타내는 사진이다.
1 is a graph showing physical properties according to temperature according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph showing the results of the erosion test according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing a microstructure after erosion test according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a photograph showing an oxidation test result according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing a result of a spalling test according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph showing the results of the erosion test according to an embodiment of the present invention.
7 is a photograph showing a pilot test result according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. The scope of technical thought is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items. The same reference numerals denote the same elements at all times. Further, the various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing depicted in the accompanying drawings.

본 발명은 제철소 내 고로의 대탕도에 사용되는 유입재로서, 실리콘 웨이퍼 제조 공정시 발생되는 폐실리콘 슬러지를 재활용하여 폐실리콘 슬러지 처분 또는 폐기에 요하는 비용을 절감과 동시에 자원의 활용성을 높일 수 있다. 또한 태양광 실리콘 슬러지에 함유되어 있는 금속 실리콘의 분리 공정을 실시하지 않고, 유입재로 이용함으로써 탄소의 산화를 방지할 수 있다.The present invention relates to an inflow material used in a blast furnace in a steelworks, which recycles waste silicon sludge generated during a silicon wafer manufacturing process, thereby reducing the cost of disposing or disposing of waste silicon sludge, have. It is also possible to prevent the oxidation of carbon by using it as an inflow material without performing the separation process of the metal silicon contained in the solar silicon sludge.

본 발명에 따른 태양광 실리콘 슬러지를 이용한 고로용 대탕도 유입재는 태양광 실리콘 슬러지 2~10중량%, 알루미나 40~70중량%, 실리콘 카바이드 10~40중량%, 탄소 3~10중량%, 나머지 결합재 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.The blast furnace inflow material using the photovoltaic silicon sludge according to the present invention comprises 2 to 10% by weight of the photovoltaic silicon sludge, 40 to 70% by weight of alumina, 10 to 40% by weight of silicon carbide, 3 to 10% And other unavoidable impurities.

상기 태양광 실리콘 슬러지는 2~10중량% 포함할 수 있다. 절단공정에서 버려지는 실리콘 슬러지는 평균 입경 20㎛ 다. 더불어 80중량% 이상의 실리콘 카바이드(SiC)를 포함한다. 상기 태양광 실리콘 슬러지는 고로용 대탕도 유입재에 적용되는 SiC를 대체하기 위한 것으로 버려지는 실리콘 슬러지를 내화재로 다시 이용할 수 있다. 상기 태양광 실리콘 슬러지는 함량이 2중량% 미만이면 본 발명이 목표로 하는 실리콘 슬러지의 재활용 측면에서 효율성이 저하될 수 있다. 또한 함량이 10중량% 초과되는 경우, 과도한 입도편중으로 인하여 물성 열위될 수 있다.The photovoltaic silicon sludge may comprise 2 to 10 wt%. The silicon sludge discarded in the cutting process has an average particle size of 20 μm. And more than 80% by weight of silicon carbide (SiC). The photovoltaic silicon sludge is used as a substitute for SiC applied to the blast furnace inflow material, and the used silicon sludge can be used again as a refractory material. If the content of the above-described photovoltaic silicon sludge is less than 2% by weight, the efficiency of the silicon sludge targeted by the present invention may be reduced. Also, when the content exceeds 10% by weight, the physical properties may be inferior due to excessive grain size bias.

또한, 상기 태양광 실리콘 슬러지는 3~10중량%의 금속 실리콘(Metal Si)을 포함할 수 있다. 상기 태양광 실리콘 슬러지는 3~10중량%의 금속 실리콘(Metal Si)이 함유되어 있는데 기존의 경우 이를 분리하여 내화물에 적용하였으나 대탕도 유입재의 경우 금속 실리콘(Metal Si)가 함유되어 탄소(Carbon)의 산화를 방지하는 용도로 사용될 수 있다. 태양광 실리콘 슬러지에 포함되어 있는 금속실리콘의 경우 입도가 1㎛정도로 미세하면서 입도분포가 좁아서 효능이 탁월하고 열화가 발생하지 않는다. 이런 미세한 금속실리콘의 경우 취급 시 폭발의 위험이 있고 가격이 비싸기 때문에 단일물질로 내화물에 첨가할 수 없다. 이에, 태양광 실리콘 슬러지 첨가 시 다량 발생하고 있는 폐 실리콘 슬러지를 경제적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 이로부터 최소한의 전처리를 통하여 초고온용 내화재를 만들 수 있다. 따라서 기존 내화물보다 특성이 우수하며 저가의 내화물 제조가 가능한 장점이 있다. The photovoltaic silicon sludge may include 3 to 10 wt% of metal Si. The above-described photovoltaic silicon sludge contains 3 to 10% by weight of metal Si. However, in the case of the conventional solar cell, the sludge is applied to the refractory by separating it, but in the case of the inflow material, metal silicon (Si) Can be used for the purpose of preventing oxidation of the catalyst. In the case of metallic silicon contained in solar photovoltaic sludge, the particle size is as fine as 1 μm and the particle size distribution is narrow, so that the efficacy is excellent and no deterioration occurs. Such fine metallic silicon can not be added to refractories as a single material because of the risk of explosion when handling and because of the high cost. Therefore, it is possible not only economically to treat waste sludge which is generated in large quantity when adding solar silicon sludge, but also to make ultra-high temperature refractory material through minimal pretreatment. Therefore, it is superior in properties to existing refractories and can be manufactured at low cost.

상기 실리콘 카바이드는 10~40중량% 포함할 수 있다. 현재 고로주상에 사용 중인 초고온 내화소재의 SiC 함량은 10 내지 40중량%이다. 상기 태양광 실리콘 슬러지에 포함된 실리콘 카바이드를 포함하여 초고온 내화소재에 적용하도록 그 함량을 10~30 중량%로 제한하였다. 30중량%를 초과하면 단가적인 측면에서 고비용의 문제가 있다. The silicon carbide may include 10 to 40 wt%. The SiC content of the ultra-high temperature refractory material currently in use in the blast furnace is 10 to 40 wt%. The content of silicon carbide contained in the solar cell sludge is limited to 10 to 30% by weight for application to ultrahigh-temperature refractory materials. If it exceeds 30% by weight, there is a problem of high cost in terms of unit cost.

상기 알루미나는 40~70중량% 포함할 수 있다. 상기 알루미나는 기계적 강도가 크고 각종 슬라그에 대한 저항성이 크며 비중이 크다. 알루미나 함량 증대를 통하여 내열온도, 내마모성을 개선할 수 있으며, 내화성 골재로서 첨가제 및 물과 혼련하여 일정한 형태로 성형하고 건조 소성과정을 거쳐 내화재로 제조할 수 있다. 40중량% 미만이면 내식성이 저하되며 70중량%를 초과하여 첨가되면 실리콘 카바이드의 첨가량이 제한되어 내식성등의 문제가 생길 수 있다.The alumina may include 40 to 70 wt%. The alumina has high mechanical strength, high resistance to various slags, and high specific gravity. By increasing the content of alumina, it is possible to improve the heat resistance temperature and abrasion resistance. As refractory aggregate, it can be molded into a certain form by kneading with additives and water, and can be manufactured as a refractory material through a drying and firing process. If it is less than 40% by weight, corrosion resistance is deteriorated. If it is added in an amount exceeding 70% by weight, the addition amount of silicon carbide may be limited, and corrosion resistance may be caused.

상기 탄소는 3~10중량%를 포함할 수 있다. 상기 고로용 대탕도 유입재는 탄소를 포함하여 탄소의 성질, 예컨대 고열전도도 및 용융 슬래그에 의한 습식에의 저항성에 기인되어 견고성이 높은 장점을 가질 수 있다. 탄소 물질은 특별하게 제한되지 않는다. 높은 고정된 탄소 함량을 갖는 물질들이 고온 구조를 유지, 즉 내식성을 확보하는데 바람직하다. 일반적으로 사용된 탄소 물질로는 카본 블랙이 포함된다. 탄소의 양이 1 중량% 미만인 경우에, 용융된 슬래그에 의해 쉽게 습윤되며 탄소 물질의 특성이 완전히 발휘되지 않는다. 탄소가 10 중량%를 초과하는 경우에는 단가적인 측면에서 고비용의 문제가 있다.The carbon may comprise 3 to 10% by weight. The blast furnace inflow material may have the advantage of high rigidity due to the properties of carbon including carbon, such as high thermal conductivity and resistance to wetting by molten slag. The carbon material is not particularly limited. Materials having a high fixed carbon content are desirable for maintaining a high temperature structure, i.e., ensuring corrosion resistance. Commonly used carbon materials include carbon black. If the amount of carbon is less than 1% by weight, it is easily wetted by molten slag and the properties of the carbon material are not fully exerted. When the carbon content exceeds 10% by weight, there is a problem of high cost in terms of unit cost.

또한, 상기 고로용 대탕도 유입재는 5~15중량%의 하소 알루미나를 더 포함할 수 있다. 상기 하소 알루미나는 0.3~0.6㎛의 초미분 하소 알루미나로서, 초미분 하소 알루미나를 사용하게 되면 유입재의 유동성을 높여주는 동시에 결합제 역할을 하여 유입재의 소성 강도를 높여준다. 하소 알루미나는 첨가량이 15중량%를 초과하는 경우에는 시공성이 저하된다.The blast furnace inflow material may further contain calcined alumina in an amount of 5 to 15% by weight. The calcined alumina is ultrafine powder calcined alumina having a particle size of 0.3 to 0.6 탆. When the ultrafine powder calcined alumina is used, the flowability of the inflow material is increased and the plasticizing strength of the inflow material is increased by acting as a binder. When the addition amount of calcined alumina exceeds 15% by weight, the workability is lowered.

또한 상기 고로용 대탕도 유입재는 결합제를 더 포함할 수 있다. 상기 결합제로는 알루미나 시멘트 또는 점토 등을 사용하여 성형성, 취급강도 발현, 최종 내화재의 강도 발현 등에 기여할 수 있다.The blast furnace inflow material may further include a binder. As the binder, alumina cement, clay, or the like can be used to contribute to moldability, manifestation of handling strength, and strength development of the final refractory material.

제선공정에서, 용선의 온도가 주로 1500 내지 1530℃ 범위이므로, 상기 제선공정의 설비에 사용되는 내화 설비물의 내화 온도가 1550℃ 이상으로 확보되는 것이 매우 중요하다. 본 발명에 따른 고로용 대탕도 유입재는 초고온, 즉 1550℃ 이상의 온도에서도 충분한 열적 내구성을 나타낸다. It is very important that the refractory temperature of the refractory equipment used in the equipment of the refining process is maintained at 1550 DEG C or higher because the temperature of the molten iron is in the range of 1500 to 1530 DEG C in the refining process. The blast furnace inflow material according to the present invention exhibits sufficient thermal durability even at a super-high temperature, i.e., a temperature of 1550 占 폚 or higher.

또한 금속 실리콘을 포함하는 태양광 실리콘 슬러지를 이용하여 탄소의 산화를 방지할 수 있는 효과가 있어 최소한의 전처리를 통하여 초고온용 내화재를 만들 수 있다. 따라서 기존 내화물보다 특성이 우수하며 저가의 내화물 제조가 가능한 장점이 있다.In addition, it can prevent oxidation of carbon by using solar silicon sludge containing metal silicon, and it is possible to make refractory for ultrahigh temperature through minimum pretreatment. Therefore, it is superior in properties to existing refractories and can be manufactured at low cost.

이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명 과정의 세부 사항을 설명하고자 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to examples and experimental examples.

실험예Experimental Example 1. 태양광 실리콘  1. Photovoltaic Silicon 슬러지Sludge 함량 변화 Content change

1-1. 고로용 대탕도 유입재 제조 1-1. Manufacture of blast furnace iron ingot material

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도별 물성을 나타낸 그래프이다. 하기의 표 1과 같은 태양광 실리콘 슬러지 함량을 조절한 조성의 대탕도 유입재를 혼련한 다음, 110℃에서 24hrs 건조 후에 건조 물성, 800℃에서 3hrs을 유지한 고온 물성, 1100℃에서 3hrs을 유지한 고온 물성을 측정하여 도 1에 나타내었다. 첨가한 실리콘 카바이드(SiC)와 태양광 실리콘 슬러지 총 함량은 기존에 첨가된 실리콘 카바이드(SiC)와 유사한 범위로 첨가하였다. 1 is a graph showing physical properties according to temperature according to an embodiment of the present invention. After the blending of the solar cell sludge content controlled solar silicon sludge content as shown in the following Table 1, the blast furnace was kneaded, then dried at 110 ° C for 24 hours, dried, maintained at 800 ° C for 3hrs, maintained at 1100 ° C for 3hrs A high temperature physical property was measured and is shown in Fig. The total content of added silicon carbide (SiC) and solar silicon sludge was added in a range similar to that of the previously added silicon carbide (SiC).

측정한 물성은 Permanent Linear Change(%), Modulus of Rupture(MPa), Cold Crushing Strength(MPa), Bulk Density(g/cm3) 및 Porosity(%)이다. The measured properties are Permanent Linear Change (%), Modulus of Rupture (MPa), Cold Crushing Strength (MPa), Bulk Density (g / cm3) and Porosity (%).

  기존existing AA BB CC AluminaAlumina 6161 6161 6161 6161 CC 33 33 33 33 SiCSiC 3030 2525 2020 1515 Silicon sludgeSilicon sludge - - 55 1010 1515 BinderBinder 나머지Remainder TotalTotal 100100 100100 100100 100100

하기 표 2는 상기 첨가된 태양광 실리콘 슬러지의 조성으로서 절단공정에서 버려지는 실리콘 슬러지 조성의 일 예를 나타낸 것이다. 평균 입경이 20㎛를 가지며, 80중량% 이상의 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하고, 3~10중량%의 금속 실리콘(Metal Si)을 포함한다. 실리콘 슬러지의 성분 조성범위는 이에 국한되지 않고 SiC 등의 조성범위가 변할 수 있다.Table 2 below shows an example of the silicon sludge composition discarded in the cutting process as the composition of the added solar silicon sludge. And has an average particle diameter of 20 mu m, and contains 80 wt% or more of silicon carbide (SiC) and 3 to 10 wt% of metal silicon (Metal Si). The composition range of the composition of the silicon sludge is not limited to this, and the composition range of SiC and the like may vary.

Figure 112016058383660-pat00001
Figure 112016058383660-pat00001

상기 태양광 실리콘 슬러지는 3~10중량%의 금속 실리콘(Metal Si)이 함유되어 있는데 기존의 경우 이를 분리하여 내화물에 적용하였으나 대탕도 유입재의 경우 금속 실리콘(Metal Si)가 함유되어 탄소(Carbon)의 산화를 방지하는 용도로 사용될 수 있다. The above-described photovoltaic silicon sludge contains 3 to 10% by weight of metal Si. However, in the case of the conventional solar cell, the sludge is applied to the refractory by separating it, but in the case of the inflow material, metal silicon (Si) Can be used for the purpose of preventing oxidation of the catalyst.

이에, 다량 발생하고 있는 폐 실리콘 슬러지를 경제적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 이로부터 최소한의 전처리를 통하여 초고온용 내화재를 만들 수 있다. 따라서 기존 내화물보다 특성이 우수하며 저가의 내화물 제조가 가능한 장점이 있다.Thus, it is possible not only to economically treat the waste silicon sludge which is generated in large quantity, but also to make an ultra-high temperature refractory material through the minimum pretreatment. Therefore, it is superior in properties to existing refractories and can be manufactured at low cost.

도 1에서 잔존 선 팽창(permanent linear change)은 내화물을 가열한 다음 상온으로 냉각시켰을 때의 길이의 최초 길이에 대한 백분율로 1100℃의 물성 평가에서 팽창된 것으로 보아 1000℃ 근방에서 소성된 것으로 사료된다.In FIG. 1, the permanent linear change is considered to have been fired in the vicinity of 1000 ° C as a percentage of the initial length of the refractory after heating the refractory and then cooling it to room temperature, which is considered to be expanded in the property evaluation at 1100 ° C .

상기 태양광 실리콘 슬러지의 첨가량이 증가할수록 고온(800℃, 1100℃) 물성 측정에서 부피 밀도(Bulk Density)는 증가되는 경향을 보이고, 공극률(Porosity)은 감소하는 경향을 보인다. 공극이 감소하고 부피 밀도가 증가했음을 확인할 수 있다.Bulk density tends to increase and porosity tends to decrease with the increase in the amount of the above-described photovoltaic silicon sludge, as measured at high temperature (800 ° C, 1100 ° C). It can be confirmed that the void decreases and the bulk density increases.

곡강도(Modulus of Rupture)는 상기 태양광 실리콘 슬러지가 첨가된 경우 증가하다 감소하는 경향을 보인다. 극 미분의 상기 태양광 실리콘 슬러지 첨가에 의한 입도 편중에 기인한 것으로 판단된다.Modulus of Rupture tends to increase and decrease when the solar cell sludge is added. It is judged that this is due to grain size bias due to the addition of a very fine amount of the above-described solar silicon sludge.

상기 태양광 실리콘 슬러지의 첨가량이 증가할수록 압축강도(cold crushing strength)가 증가하다가 15중량% 첨가한 경우는 5중량% 첨가한 경우와 유사한 강도를 나타내었으며 특히 1100℃ 소성 시 강도가 증가하였다. 이에 따라 실리콘 슬러지에 첨가되어 있는 금속 실리콘(Metal Si)에 의해 산화방지 효과가 나타남을 확인할 수 있다. The cold crushing strength was increased with the addition of the photovoltaic silicon sludge, whereas the addition of 15 wt% of the photovoltaic silicon sludge showed similar strength to the case of adding 5 wt% of the sludge. Thus, it can be confirmed that the anti-oxidation effect is exhibited by the metal silicon (Si) added to the silicon sludge.

상기 태양광 실리콘 슬러지의 첨가량이 10중량% 초과되는 경우, 곡강도(Modulus of Rupture) 및 압축강도(cold crushing strength)는 과도한 입도편중으로 인하여 물성 열위가 나타나는 것으로 판단된다.When the added amount of the photovoltaic silicon sludge exceeds 10% by weight, the modulus of rupture and the cold crushing strength are judged to be due to excessive grain size bias.

1-2. 침식 평가1-2. Erosion evaluation

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 침식 실험 결과를 나타낸 사진이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 침식 실험 후 마이크로 구조를 나타낸 사진이다. 침식 실험 방법은 1,550℃에서 7hrs 동안 Rotation corrosion tester에 500g 슬래그를 7번 투입하여 상기 시편을 실험하였다.FIG. 2 is a photograph showing an erosion test result according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a photograph showing a micro structure after an erosion test according to an embodiment of the present invention. In the erosion test method, the specimens were tested by applying 500 g slag 7 times to the rotation corrosion tester for 7 hrs at 1,550 ° C.

상기 태양광 실리콘 슬러지 첨가 양에 비례하여 침식율이 낮아 내식성이 증가함을 확인하였으나 15중량% 첨가한 C 배합 시편은 약간의 균열이 발생함을 확인하여, 10중량%까지 상기 태양광 실리콘 슬러지 첨가한 샘플이 내식성이 가장 우수함을 확인할 수 있었다.It was confirmed that corrosion resistance was increased due to a low erosion rate in proportion to the addition amount of the photovoltaic silicon sludge. However, it was confirmed that a slight amount of crack occurred in the C compounded specimen added with 15 wt% The samples were found to have the best corrosion resistance.

실험예Experimental Example 2.  2. 하소calcination 알루미나 첨가  Alumina addition

2-1. 고로용 대탕도 유입재 제조 및 casting 평가2-1. Manufacture and casting of blast furnaces

하기의 표 3과 같은 하소 알루미나를 첨가한 조성의 대탕도 유입재를 혼련한 다음, casting 평가를 실시하였다. casting 평가 결과는 표 5에 나타내었다. 기존은 실리콘 카바이드(SiC)를 30중량% 포함하는 고로주상에 사용 중인 초고온 내화소재이며, 첨가한 실리콘 카바이드(SiC)와 태양광 실리콘 슬러지 총 함량은 기존에 첨가된 실리콘 카바이드(SiC)와 유사한 범위로 첨가하였다. 알루미나의 입도조절 및 첨가제 변화를 통하여 흐름성(Flow ability)을 유지하였다. 하소 알루미나를 사용하여 유입재의 유동성을 높여주는 동시에 결합제 역할을 하여 유입재의 건조 강도를 높여줄 수 있다. Casting admixtures were prepared by kneading a casting admixture having a composition of calcined alumina as shown in Table 3 below. The casting evaluation results are shown in Table 5. The total amount of added silicon carbide (SiC) and photovoltaic silicon sludge is in the range similar to that of the existing silicon carbide (SiC) Lt; / RTI > The flow ability was maintained by controlling the particle size of alumina and changing the additives. The calcined alumina can be used to increase the fluidity of the inlet material and to improve the drying strength of the inlet material by acting as a binder.

  기존existing DD EE FF AluminaAlumina 5050 5050 5050 5050 Calcined AluminaCalcined Alumina 1010 1010 1010 1010 CC 33 33 33 33 SiC
SiC
3030 25
25
2020 15
15
Si sludgeSi sludge - - 55 1010 1515 BinderBinder 나머지Remainder 합 계Sum 100100 100100 100100 100100

Water
Required (%)
Water
Required (%)
Flow ability
(mm)
Flow ability
(mm)
Material Required
For Estimating (g/ml)
Material Required
For Estimating (g / ml)
비고Remarks
기존existing 7.07.0 130130 2.632.63 -- DD 7.57.5 130130 2.622.62 점성증가Viscosity increase EE 7.87.8 130130 2.572.57 점성증가Viscosity increase FF 8.58.5 135135 2.542.54 입도편향Particle size deflection

표 4와 같이, D 배합 및 E 배합의 경우 점성이 증가하였으며, 상기 태양광 실리콘 슬러지 가 15중량% 첨가된 F 배합의 경우 점력 증가로 인한 뭉침현상 발생하였고, 미분부 증가로 입도편향 발생하였다. 또한, 혼합(Mixing) 시간이 늘어나는 결과를 보인다.As shown in Table 4, in the case of D and E blending, the viscosity increased. In the case of the F compound containing 15 wt% of the photovoltaic silicon sludge, aggregation occurred due to the increase in the viscosity, and particle size deflection was caused by the increase in the amount of the fine particles. Also, the mixing time is increased.

구 분division Dry(110℃)
Dry (110 ° C)
Oxidation firing(1200℃)Oxidation firing (1200 ℃) Reduction firing(1500℃)Reduction firing (1500 ℃)
DbDb Po
(%)
Po
(%)
C.C.S
(MPa)
CCS
(MPa)
MOR
(MPa)
MOR
(MPa)
P.L.C
(%)
PLC
(%)
DbDb Po
(%)
Po
(%)
C.C.S
(MPa)
CCS
(MPa)
MOR
(MPa)
MOR
(MPa)
P.L.C
(%)
PLC
(%)
DbDb Po
(%)
Po
(%)
C.C.S
(MPa)
CCS
(MPa)
MOR
(MPa)
MOR
(MPa)
P.L.C
(%)
PLC
(%)
기존existing 2.632.63 20.120.1 2121 4.94.9 -0.03-0.03 2.50 2.50 25.825.8 5151 7.97.9 0.060.06 2.59 2.59 23.723.7 2828 7.0 7.0 0.090.09 DD 2.632.63 18.518.5 2323 4.94.9 0.000.00 2.55 2.55 23.423.4 5858 9.19.1 0.060.06 2.62 2.62 22.322.3 3535 7.5 7.5 0.090.09 EE 2.612.61 18.918.9 2222 4.54.5 -0.01-0.01 2.51 2.51 24.924.9 7272 13.213.2 0.150.15 2.55 2.55 24.224.2 5555 9.69.6 0.110.11 FF 2.582.58 19.419.4 1818 2.42.4 0.000.00 2.28 2.28 29.629.6 2222 2.62.6 0.230.23 2.32 2.32 28.528.5 2424 2.22.2 0.10 0.10

상기 표 5에서 Db는 Bulk Density(g/cm3), Po는 Porosity(%), C.C.S는 Cold Crushing Strength(MPa), MOR는 Modulus of Rupture(MPa) 및 P.L.C는 Permanent Linear Change(%)를 나타낸다.In Table 5, Db represents Bulk Density (g / cm3), Po represents Porosity (%), C.C.S represents Cold Crushing Strength (MPa), MOR represents Modulus of Rupture (MPa), and P.L.C represents Permanent Linear Change (%).

상기 태양광 실리콘 슬러지 첨가 양에 비례하여 곡강도(Modulus of Rupture) 및 압축강도(cold crushing strength) 가 증가하나, 상기 태양광 실리콘 슬러지를 15중량% 첨가한 F 배합의 경우, 과도한 입도편중으로 인하여 물성 열위가 나타나는 것으로 판단된다. 상기 태양광 실리콘 슬러지를 5 내지 10중량% 첨가한 D, E 모두 기존대비 물성값이 우수함을 확인하였다.The modulus of rupture and the cold crushing strength are increased in proportion to the addition amount of the photovoltaic silicon sludge, 15 wt% In the case of the F compound added, it is judged that the physical properties are inferior due to excessive grain size bias. It was confirmed that the D and E added with 5 to 10 wt% of the above-described photovoltaic silicon sludge were superior in physical properties to the conventional ones.

2-3. 산화 & 스폴링 (Oxidation & Spalling) 실험2-3. Oxidation & Spalling Experiment

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화(Oxidation) 실험 결과를 나타낸 사진이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스폴링(Spalling) 실험 결과를 나타낸 사진이다. 산화 실험은 1200℃에서 3hrs 동안 진행되었으며, 스폴링 실험은 1450℃ 1시간 이후, 1시간 공냉을 15회 반복하여 진행하였다.FIG. 4 is a photograph showing an oxidation test result according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a photograph showing a result of a spalling test according to an embodiment of the present invention. Oxidation experiments were carried out at 1200 ℃ for 3hrs. Spalling experiments were carried out at 1450 ℃ for 1 hour and 1 hour by air cooling for 15 times.

상기 태양광 실리콘 슬러지 첨가 양에 관계없이 내산화성은 동등수준임을 확인하였다. F 배합을 제외한 모든 시편에서 12회 투입 후 Hair-Crack 발생하였고, 15회 후 큰 Crack으로 진행된다. F 배합의 경우 silicon sludge의 경우와 유사하게 부품현상이 발생하여 상기 태양광 실리콘 슬러지를 15중량% 이상 첨가에서부터 부품현상이 발생하는 것으로 판단된다.It was confirmed that the oxidation resistance was equivalent regardless of the addition amount of the photovoltaic silicon sludge. Hair-cracks occurred after 12 doses in all specimens except F compound, and 15 cracks were observed. F is a phenomenon similar to that of the silicon sludge, and it is considered that the part phenomenon occurs from the addition of the photovoltaic silicon sludge by 15 wt% or more.

2-4. 침식 실험2-4. Erosion experiment

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 침식 실험 결과를 나타낸 사진이다. 침식 실험 방법은 1550℃에서 12hrs 동안 Rotation corrosion tester에 500g 슬래그를 12번 투입하여 상기 시편을 실험하였다. 상기 태양광 실리콘 슬러지 첨가 양에 비례하여 10중량%까지 내식성이 증가하였으나 15중량% 첨가한 F 배합 시편은 Cutting 중에 파손되었으며, 치밀하지 못한 시편 F 에서 Slag가 침투한 흔적을 확인하였다.6 is a photograph showing the results of the erosion test according to an embodiment of the present invention. In the erosion test method, the specimens were tested by introducing 500 g slag 12 times into a rotation corrosion tester for 12 hrs at 1550 ℃. Corrosion resistance was increased up to 10 wt% in proportion to the amount of the above-described photovoltaic silicon sludge added The F compounded specimens with 15 wt% addition were broken during cutting and the slag penetration was observed in the specimen F which was not dense.

2-5. 파일롯 실험2-5. Pilot experiment

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파일롯 실험 결과를 나타내는 사진이다. 상기 태양광 실리콘 슬러지를 이용한 고로용 대탕도 유입재에 대한 상기 태양광 실리콘 슬러지를 10중량% 함유한 E 샘플을 이용하여 파일롯 실험을 실시하였다. 적용처는 Hyundai-Steel 1BF Slag Runner이며, 적용 기간은 약 74일을 실시하였다. 표 6은 파일롯 실험 후 대탕도 유입재의 두께를 나타낸 것이다. 파일롯 실험 결과, 기존대비 평균 잔존이 약 10% 향상됨을 확인하였다.7 is a photograph showing a pilot test result according to an embodiment of the present invention. A pilot experiment was conducted using an E sample containing 10% by weight of the above-described photovoltaic silicon sludge for the blast furnace inlet material using the above-described photovoltaic silicon sludge. The application is Hyundai-Steel 1BF Slag Runner and the application period was about 74 days. Table 6 shows the thickness of the damping material after the pilot test. As a result of the pilot experiment, it was confirmed that the average residual was improved by about 10%.

잔 존(mm)Residual zone (mm) ①-측면①-side ②-측면②-side ③-바닥③-bottom 기존existing 275275 310310 510510 EE 305305 330330 550550

또한, 상기 태양광 실리콘 슬러지의 첨가량이 동일하게 10중량%인 B 샘플과 E 샘플의 1100℃ 내지 1200℃ 고온 물성을 대비하여 보면, 하소 알루미나를 첨가한 E 샘플의 곡강도(Modulus of Rupture)는 72 MPa로서 하소 알루미나를 첨가하지 않은 B 샘플의 26 MPa 및 결과와 비교하여 높은 수치를 나타냈으며, 압축강도(cold crushing strength) 또한 13.2 MPa 로서, B 샘플의 9MPa에 비해 우수한 물성을 나타냄을 확인하였다. 이는 하소 알루미나를 포함하여 유입재의 유동성을 높여주는 동시에 결합제 역할을 하여 유입재의 건조 강도를 높여준 결과로 판단된다.Also, in contrast to the high temperature properties of the B sample and the E sample having the added amount of the above-described photovoltaic silicon sludge of 10 wt% and the high temperature of 1100 DEG C to 1200 DEG C, the modulus of rupture of the E sample to which calcined alumina was added was 72 As a result, it was confirmed that the compressive strength (cold crushing strength) of 13.2 MPa was higher than that of B sample (9 MPa). This is because the inclusion of calcined alumina enhances the fluidity of the inflow material and acts as a binder to increase the dry strength of the inflow material.

본 발명은 상기의 실험 결과에 상술한 바와 같이, 실리콘 웨이퍼를 만드는 절단공정에서 버려지는 실리콘 슬러지를 재활용하여, 태양광 실리콘 슬러지 2~10중량%, 알루미나 40~70중량%, 실리콘 카바이드 10~40중량% 및 탄소 3~10중량%를 포함하는 태양광 실리콘 슬러지를 이용한 고로용 대탕도 유입재로서, 실리콘 슬러지를 처분 또는 폐기에 요하는 비용 절감과 동시에 자원의 활용성을 높일 수 있다. 또한 금속 실리콘을 포함하는 태양광 실리콘 슬러지를 이용하여 탄소의 산화를 방지할 수 있는 효과가 있어 최소한의 전처리를 통하여 초고온용 내화재를 만들 수 있다. 따라서 기존 내화물보다 특성이 우수하며 저가의 내화물 제조가 가능한 장점이 있다.As described above in the above experimental results, the silicon sludge discarded in the cutting step of making a silicon wafer is recycled, and the silicon sludge is removed by adding 2 to 10% by weight of solar cell sludge, 40 to 70% by weight of alumina, By weight, and 3 to 10% by weight of carbon, which can reduce the cost required for disposing or disposing of the silicon sludge, and at the same time, improve the utilization of resources. In addition, it can prevent oxidation of carbon by using solar silicon sludge containing metal silicon, and it is possible to make refractory for ultrahigh temperature through minimum pretreatment. Therefore, it is superior in properties to existing refractories and can be manufactured at low cost.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. And will be apparent to those skilled in the art.

Claims (4)

태양광 실리콘 슬러지 5~10중량%, 알루미나 40~70중량%, 실리콘 카바이드 10~40중량%, 탄소 3~10중량%, 하소 알루미나 10~15중량%, 나머지 결합재 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고,
상기 태양광 실리콘 슬러지는 3~10중량%의 금속 실리콘(Metal Si)을 포함하는 태양광 슬러지를 이용한 고로용 대탕도 유입재.
Wherein the sludge comprises 5 to 10 wt% of a solar silicon sludge, 40 to 70 wt% of alumina, 10 to 40 wt% of silicon carbide, 3 to 10 wt% of carbon, 10 to 15 wt% of calcined alumina,
Wherein the solar cell sludge comprises 3 to 10% by weight of metal silicon (Si).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 태양광 실리콘 슬러지는, 입도 20㎛이하의 입도를 가짐과 아울러 80중량% 이상의 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 태양광 실리콘 슬러지를 이용한 고로용 대탕도 유입재.
The method according to claim 1,
Wherein the solar silicon sludge has a particle size of 20 탆 or less and a silicon carbide (SiC) content of 80 wt% or more.
삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004168580A (en) 2002-11-19 2004-06-17 Jfe Steel Kk Monolithic refractory for blast furnace trough
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