KR102527117B1 - 분철스크랩을 이용한 압축 제강원료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분철스크랩을 활성탄을 통해 전처리하여 분철스크랩에 함유된 유,수분 및 이물질을 효과적으로 제거하여 침출에 의한 하수관, 토양 및 작업장 등의 오염을 예방할 수 있으며, 강도가 우수하여 제강원료로서 활용가치가 높은 분철스크랩을 이용한 압축 제강원료의 제조방법을 개시한다.

Description

분철스크랩을 이용한 압축 제강원료 제조방법{Manufacturing method of Steelmaking raw material using Grinding iron scrap}

본 발명은 활성탄을 통해 전처리하고 액상전분으로 코팅처리함으로써 불순물의 침출에 의한 하수관, 토양 및 작업장의 오염을 예방할 수 있으며, 강도가 우수하여 제강원료로서의 활용가치를 현저히 높일 수 있는 분철스크랩을 이용한 압축 제강원료의 제조방법에 관한 것이다.

선반 작업시 발생되는 스크랩은 국내 모든 제강사에서 상급의 철을 생산하는 원료로 사용되어지고 있으며, 전기로의 첫 쇳물을 만들 때 반드시 사용되고 있다.

이러한 선반 스크랩에는 이물질이 다수 포함되어 있어 제강사에서는 별도의 유,수분 및 이물질을 제거하기 위한 별도의 공정이 필수적으로 이루어지고 있다.

그런데, 현재 제강사에서 시행하고 있는 유,수분 및 이물질 제거 공정은 매연이 다량 발생하고 있으며 그럼에도 완벽하게 이물질 등이 제거되지 않아 매입 가격이 하락하는 등 경제적, 환경적 손실이 크게 발생하고 있다.

따라서, 오염물질이 발생하지 않고 유,수분 및 이물질 제거가 효과적으로 이루어진 고품질의 제강원료에 대한 개발이 절실한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 활성탄을 통해 분철스크랩을 전처리하고 액상전분으로 코팅처리함으로써 불순물의 침출에 의한 하수관, 토양 및 작업장의 오염을 예방할 수 있으며, 강도가 우수하여 제강원료로서의 활용가치를 현저히 높일 수 있는 분철스크랩을 이용한 압축 제강원료의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 분철스크랩에 함유된 유,수분 및 이물질을 제거하는 전처리 단계와; 상기 전처리된 분철스크랩을 압축기를 넣고 압축성형하여 압축성형물을 형성하는 압축 단계와; 상기 압축성형물에 액상전분을 코팅하는 코팅 단계; 및 상기 액상전분이 코팅된 압축성형물을 건조시키는 건조 단계;를 포함하되, 상기 전처리 단계는 분철스크랩 100중량부에 대하여 활성탄 1 내지 5 중량부를 첨가한 다음 10분~1시간 혼합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 압축 단계는 상기 전처리된 분철스크랩을 1,000~1,700MPa의 압력으로 2~3회/분의 속도로 압축하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 코팅 단계에서 액상전분은 1차 당밀, 2차 당밀 또는 블랙스트랩 당밀 중 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 분철스크랩을 활성탄을 통해 전처리하여 분철스크랩에 함유된 유,수분 및 이물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 이를 통해 침출에 의한 하수관, 토양 및 작업장 등의 오염을 예방할 수 있다.

또한, 압축강화제로 친환경의 액상전분을 사용함으로써, 화학물질이 아닌 천연물질을 이용하여 유해성이 전혀 없어 친환경적이며, 압축강도가 높아짐에 따라 압착성형물의 표면 부스러짐을 예방할 수 있다.

이에 따라 원재료의 손실율도 대폭 줄어들어 회수율을 향상시킬 수 있으며, 손실되는 재료의 양에 비례하여 재활용율을 향상시킬 수 있으므로 환경오염을 방지할 수 있는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분철 스크랩을 통한 압축 제강원료의 제조방법을 개략적으로 도시한 흐름도.
도 2 및 3은 본 발명의 실시예에 따른 코팅단계에서 압축성형물의 외주면에 코팅층을 형성하기 위한 코팅장치를 도시한 개략적인 예시도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용 한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수 의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것이 존재함을 지정하려 는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 분철스크랩을 이용한 압축 제강원료의 제조방법에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명은 제강원료로 사용할 수 있는 압축 제강원료의 제조방법에 관한 것으로, 분철스크랩을 활성탄을 통해 전처리하고 친환경의 액상전분으로 코팅처리함으로써 불순물의 침출에 의한 하수관, 토양 및 작업장의 오염을 예방할 수 있으며 강도가 향상되어 활용가치가 우수한 압축 제강원료를 제조할 수 있는 제조방법을 개시한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분철스크랩을 이용한 압축 제강원료의 제조방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

도 1과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 분철스크랩을 이용한 압축 제강원료의 제조방법은 전처리 단계(S1), 압축 단계(S2), 코팅 단계(S3) 및 건조 단계(S4)를 포함한다.

먼저, 상기 전처리 단계(S1)는 분철스크랩의 유,수분 및 이물질을 제거하기 위한 단계로서, 바람직하게는 분철스크랩에 활성탄을 혼합하여 전처리할 수 있다.

본 발명에서 압축 제강원료의 원료로서 사용되는 분철스크랩은 저급의 철스크랩일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 접촉면적을 높이기 위해 혼합 전 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하나 분쇄하지 않고 사용할 수도 있다.

활성탄은 흡착제로서 널리 사용되어지고 있으며, 활성탄의 유기용제 흡착력은 매우 효과적이다. 탄소를 함유한 물질(갈탄, 야자껍질, 목재, 톱밥 등)을 원료로 하여 약 600℃의 탄화와 약 900℃의 활성화 과정을 거쳐 제조되며, 미세공이 잘 발달되어 g당 1,200㎡의 거대한 내부표면적을 가져 여러 산업 및 환경분야에서 흡착, 탈색, 탈취, 정제, 회수, 분리, 포집 등의 목적으로 이용된다.

상기 전처리 단계(S1)에서 이러한 활성탄을 혼합하여 전처리하는 것은, 활성탄의 혼합에 의해 분철스크랩과 접촉하면서 흡착 작용을 통해 유,수분 및 이물질을 효과적으로 제거할 수 있기 때문이다.

한편, 상기 전처리 단계(S1)는 분철스크랩 100중량부에 대하여 활성탄 1 내지 5 중량부를 첨가하는 것이 바람직하며, 10분~1시간 혼합하는 것이 좋다.

만약, 활성탄의 함량이 분철스크랩 100중량부에 대하여 1중량부 미만일 경우 분철스크랩과 혼합 시 접촉면적이 부족하여 제거 효율이 급격히 저하될 수 있으며, 5중량부 초과일 경우 유,수분 및 이물질 등을 제거하고 남는 잉여 활성탄이 불순물로 작용하여 비효율적인 문제가 나타날 수 있다.

또한, 혼합시간이 10분 미만일 경우 유,수분 및 이물질 제거가 충분히 이루어지지 않아 제거율이 저하되고, 1시간을 초과할 경우 제거율이 시간 대비 더 이상 증가하지 않기 때문에 비경제적이다.

다음으로, 압축 단계(S2)는 전처리 단계(S1)를 통해 전처리된 분철스크랩을 압축하여 압축성형물로 성형하는 단계로서, 공지된 다양한 압축기를 통해 압축성형물로 성형할 수 있으며, 압축성형물의 형상, 규격 등은 본 발명의 권리범위에 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 압축성형물은 후술할 코팅 장치에 적용할 수 있도록 중앙부에 소정의 관통홀이 형성되는 원통형의 형상으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에서 상기 압축 단계(S2)는 전처리된 분철스크랩(10)을 1,000~1,700MPa의 압력으로 2 내지 3회/분의 속도로 압축하는 것이 바람직하다.

만약, 1,000MPa 미만의 압력으로 전처리된 분철스크랩(10)을 압축하는 경우 충분한 힘이 가해지지 않으면서 성형이 제대로 이루어지지 않아 불량률이 높아지는 문제점이 발생될 수 있고, 1,700MPa 초과의 압력으로 전처리된 분철스크랩(10)을 압축하는 경우 과도한 힘이 가해져 압축성형물(20)이 원하는 형태을 이루지 못하게 될 수 있고, 전력이 낭비되는 등 비효율적일 수 있으므로 바람직하지 않다.

또한, 성형속도가 상기 범위를 벗어날 경우 속도가 너무 느려 생산량이 낮아지거나 정정 압력이 가해지기 어려워 성형불량률이 높아질 수 있기 때문이다.

다음으로, 상기 코팅 단계(S3)는 상기 압축 단계(S2)를 통해 제조된 압축성형물을 액상전분으로 코팅처리하여 압축성형물의 강도를 향상시키기 위한 단계로서, 이러한 코팅 처리를 통해 압축성형물의 압축강도가 향상되어 단락이나 부스러짐을 미연에 방지할 수 있고, 이를 통해 원재료 손실율을 감소시킬 수 있다.

여기에서, 상기 액상전분은 1차 당밀, 2차 당밀 또는 블랙스트랩 당밀 중 하나 또는 그 이상 포함할 수 있다.

당밀은 사탕무나 사탕수수를 설탕으로 가공하는 과정에서 남게되는 검은빛의 즙액으로, 추출되는 순서에 따라 1차 당밀, 2차 당밀 및 블랙스트랩 당밀로 나누어진다.

먼저, 1차 당밀은 맨 처음 분리, 추출되는 것으로 색이 흐리고 매우 단 특징이 있다.

다음으로, 2차 당밀은 두번째 추출되는 것으로 색이 진하며 당도는 1차 당밀보다 떨어지는 특징이 있다.

마지막으로, 블랙스트랩 당밀은 3차 당밀로 마지막에 추출되는 것으로 색이 검고 각종 영양분이 고도로 함축되어 있으며 약간 씁씁할 맛이 나는 것이 특징이 있다.

본 발명은 코팅 단계(S3)에서 상기와 같은 당밀을 사용함으로써, 별도의 화학제품을 쓰지 않고도 우수한 강도를 높일 수 있으며 제조비용을 절감시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 코팅 단계(S3)는 공지된 다양한 코팅장치를 이용할 수 있으며, 예를 들어 도 2 및 3과 같은 코팅장치를 통해 압축성형물을 코팅처리할 수 있다.

본 발명에서 상기 코팅장치(10)는 내부에 코팅실(110)이 형성되는 본체(11)가 마련된다. 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 본체의 일측에는 상기 압축성형물을 코팅실 내부로 투입시키거나 코팅층이 형성된 압축성형물을 코팅실의 외부로 배출시키기 위한 투입구 및 배출구가 별도로 형성되거나 일측에 도어가 마련될 수 있다.

또한, 상기 코팅실(110) 내부에는 수평방향을 따라 구동모터(12)가 배치되며, 상기 구동모터의 회전축에는 상기 압축 단계에서 원통형상으로 압축형성된 압축성형물(1)이 끼움된다.

또한, 상기 코팅실(110)의 상단에는 상기 구동모터의 회전축에 끼움결합된 압축성형물(1)의 둘레면에 상기 액상전분을 토출시키기 위한 코팅노즐(13)이 마련된다.

상기 코팅노즐(13)은 압축성형물(1)의 둘레면 전체에 균일하게 액상전분이 토출되도록 일정한 간격을 두고 복수개로 구비되는 것이 좋다.

또한, 상기 코팅실(110) 내부에는 상기 구동모터의 회전축에 끼움결합되는 압축성형물(10)의 외주면에 면접촉되는 코팅롤러(14)가 배치된다.

여기에서, 상기 코팅롤러(14)는 정방향 또는 역방향으로 회전 가능하게 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅롤러(14)는 코팅실의 상부 내측면에 수평방향을 따라 고정되는 고정축과 베어링을 매개로 연결되어, 상기 압축성형물이 구동모터에 의해 일방향(예를 들어 시계방향)으로 회전되면 역방향(반시계방향)으로 회전될 수 있으며, 이러한 코팅롤러의 회전에 의해 코팅노즐로부터 분사되는 액상전분이 흘러 내리지 않고 압축성형물의 외주면에 보다 원활하게 도포되도록 할 수 있으며, 액상전분의 불필요한 소모를 최소화할 수 있다.

상기 코팅롤러(140)는 압축성형물의 외주면 전체에 균일하게 도포될 수 있도록 압축성형물과 대응되는 길이로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 압축성형물의 외주면에 분사된 액상전분이 회전력에 의해 비산되는 것을 방지할 수 있도록 상기 구동모터(12)는 서서히 회전되는 것이 바람직하다.

본 발명은 이와 같은 코팅장치를 통해 압축성형물(1)의 외주면에 균일한 두께의 코팅층(2)을 형성함으로써 우수한 강도를 확보할 수 있다.

다음으로, 상기 건조 단계(S4)는 코팅 단계(S3)에서 액상전분이 분사된 압축성형물을 건조시켜 최종적으로 제강원료로 완성하는 단계이다.

상기 건조 단계(S4)는 효율적 측면을 고려하여 50 내지 70℃에서 1시간 미만으로 열풍건조하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 상온 자연 건조 등으로도 이루어질 수 있다. 상온 자연 건조를 이용할 경우 별도의 건조시설 설치 및 전련소모가 필요 없어 생산 비용이 절감되는 효과 등을 얻을 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 압축 제강원료의 제조방법은 분철스크랩을 활성탄을 통해 전처리하는 것으로 유,수분 및 이물질을 효과적으로 제거함으로써, 침출에 의한 하수관, 토양 및 작업장 등의 오염을 예방할 수 있다.

또한, 압축강화제로 친환경의 액상전분을 사용함으로써, 화학물질이 아닌 천연물질을 이용하여 유해성이 전혀 없어 친환경적이며, 압축강도가 높아짐에 따라 단락 또는 표면의 부스러짐을 예방할 수 있으며, 원재료의 손실율도 대폭 줄어들어 회수율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 손실되는 재료의 양이 줄어 재활용율을 향상시킬 수 있어 환경오염을 방지할 수 있다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실험예 1] 활성탄 함량에 따른 제거율 측정

활성탄의 바람직한 함량을 도출하기 위하여, 분철스크랩 1t에 첨가되어 혼합되는 활성탄 함량(10kg, 20kg, 30kg, 40kg, 50kg)을 달리하여 분철스크랩을 전처리한 후, 유,수분 제거율을 측정하였다. 실험은 두 번 진행하였다.

그 결과는 표 1에 나타내었다.

	10kg	20kg	30kg	40kg	50kg
1	84.83	93.75	96.38	96.86	96.77
2	83.87	93.58	96.65	95.36	96.75

상기 표 1을 보면 알 수 있듯이, 유,수분 제거율은 전체적으로 약 83~97%로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 활성탄 함량이 분철스크랩 100중량부 대비 3중량부 이상에서 유,수분의 제거율이 96% 이상으로 보다 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 4중량부 이상부터는 96% 이상이긴 하나 함량 대비 제거율이 다소 저하되는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 활성탄 함량은 분철스크랩 100중량부 대비 1 내지 5중량부일 수 있으며, 3 내지 5중량부에서 보다 바람직하다고 판단하였다.

[실험예 2] 혼합시간에 따른 제거율 측정

분철스크랩과 활성탄의 바람직한 혼합시간을 도출하기 위하여, 분철스크랩 1t에 활성탄 30kg 첨가하고 혼합시간(10분, 20분, 30분, 1시간)을 달리하여 분철스크랩을 전처리한 후, 유,수분 제거율을 측정하였다. 실험은 두 번 진행하였다.

그 결과는 표 2에 나타내었다.

	10분	20분	30분	1시간
1	85.7	96.6	96.7	96.4
2	87.7	96.7	96.5	95.5

상기 표 2를 보면 알 수 있듯이, 유,수분 제거율은 20분 이상부터 96% 이상으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

이에 혼합시간은 20분 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다고 판단되었으나, 30분 이상부터 시간이 늘어남에 따라 제거율이 저하되는 것을 고려하여 1시간을 최대 혼합시간으로 판단하였다.

따라서, 혼합시간은 10분 내지 1시간일 수 있으며, 20분에서 보다 바람직하다고 판단하였다.

[실시예]

분철스크랩 1t에 활성탄 30kg을 첨가하여 20분동안 혼합한 다음, 압축기를 통해 압축성형물로 제조한 후, 압축성형물에 액상전분을 코팅한 후 건조시켜 본 발명의 실시예에 따른 압축 제강원료를 제조하였다.

[비교예]

분철스크랩 1t에 활성탄 30kg을 첨가하여 20분동안 혼합한 다음, 압축기를 통해 압축성형물로 제조한 후, 건조시켜 압축 제강원료를 제조하였다.

[실험예 3] 압축강도 평가

액상전분을 통한 코팅층의 유무에 따른 압축강도를 평가하기 위하여, 실시예 및 비교예에 따른 압축 제강원료의 압축강도(kN)를 측정하였다. 이때 실시예 및 비교예를 각각 2개씩 제조하여 실험을 두번 진행하였으며, 그 결과는 표 3에 나타내었다.

	실시예	비교예
1	1644	911
2	1587	956

상기 표 3을 보면 알 수 있듯이, 코팅층이 형성된 실시예에서 압축강도가 보다 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

1 : 압축성형물 2 : 코팅층
10 : 코팅장치
11 : 본체 110 : 코팅실
12 : 구동모터 121 : 회전축
13 : 코팅노즐
14 : 코팅롤러

Claims (3)

1. 분철스크랩에 함유된 유,수분 및 이물질을 제거하는 전처리 단계(S1)와;
   상기 전처리된 분철스크랩을 압축기를 넣고 압축성형하여 압축성형물을 형성하는 압축 단계(S2)와;
   상기 압축성형물에 액상전분을 코팅하는 코팅 단계(S3); 및
   상기 액상전분이 코팅된 압축성형물을 건조시키는 건조 단계(S4);를 포함하되,
   상기 전처리 단계(S1)는 분철스크랩 100중량부에 대하여 활성탄 1 내지 5 중량부를 첨가한 다음 10분~1시간 혼합하는 것을 특징으로 하는 분철스크랩을 이용한 압축 제강원료의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 압축 단계(S2)는 상기 전처리된 분철스크랩을 1,000~1,700MPa의 압력으로 2~3회/분의 속도로 압축하는 것을 특징으로 하는 분철스크랩을 이용한 압축 제강원료의 제조방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅 단계에서 액상전분은 1차 당밀, 2차 당밀 또는 블랙스트랩 당밀 중 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 분철스크랩을 이용한 압축 제강원료 제조방법.
   

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