KR102641664B1 - 망간 더스트 단광 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 망간 더스트 단광 제조 방법은 망간 더스트를 준비하는 단계와, 상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계와, 상기 부원료가 혼합된 상기 망간 더스트를 망간 더스트 단광으로 성형하는 단계와, 상기 망간 더스트 단광의 강도가 기준값 미만이면 상기 망간 더스트 단광을 재생산하는 단계와, 상기 망간 더스트 단광을 건조하는 단계와, 상기 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
실시예는 망간 더스트를 이용한 망간 더스트 단광 제조 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 국내 페로망간 더스트나 페로실리망간 더스트는 페로 망간 및 페로실리망간 전기로 조업 중 전극봉의 고온 AOC 열에 의해 발생되는 미분의 더스트로 매월 약 2,000~2,500톤이 발생하고 있다.
이와 같이 발생하는 더스트는 망간(Mn) 품위가 낮고 칼륨(K) 등의 알칼리 성분이 높아 재활용이 불가능하기 때문에 제철공정 분진의 폐기물로 분류, 현재까지 막대 한 매립비용과 환경 보호의 악영향을 감수하면서 매립처리를 하고 있다.
이러한 매립비용은 원가상승 요인으로 작용하고 있고, 다년간의 매립으로 인해 매립 장소 부족 사태가 발생하고 있어 집진분의 재활용이 중요한 현안과제로서 대두되고 있는 실정이다.
즉, 국내 실리망간, 페로망간의 집진분은 매월 약 2~2.5천톤 정도가 발생하고 있고, 이의 재활용에 대한 연구가 꾸준히 지속되고 있으며, 이의 재활용을 시도해 왔으나 현실적으로 성과를 이루지 못하고 있다.
실리망간, 페로망간의 집진분은 주로 산화물의 순도를 향상시켜 자성재료의 원료 분말로 사용되거나 안료용으로 일부 사용 되어 왔으나 그 사용 되는 양이 극히 소량이었다.
일반적으로, 알칼리를 제거하지 않으면 전기로 조업시 알칼리가 기화되어 원료 상부층에 고착되어 클러스트(Cruster)를 형성하여 가스폭발의 원인이 되고 있고 이와 같은 폭발위험 요소로 인해 알칼리가 높은 원료는 사용할 수 없게 되어 있다.
또한, 이러한 집진분의 Mn 함량은 Mn 광석에 비해 50% 수준으로 경제성이 없어 Mn 품위를 올리지 않고는 사용할 수 없으므로 환원제를 혼합하여 사용해야만 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 실시예는 망간 더스트를 재활용하여 망간 합금철의 주원료인 망간광의 대체품으로 사용 가능한 망간 더스트 단광 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
실시예에 따른 망간 더스트 단광 제조 방법은 망간 더스트를 준비하는 단계와, 상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계와, 상기 부원료가 혼합된 상기 망간 더스트를 망간 더스트 단광으로 성형하는 단계와, 상기 망간 더스트 단광의 강도가 기준값 미만이면 상기 망간 더스트 단광을 재생산하는 단계와, 상기 망간 더스트 단광을 건조하는 단계와, 상기 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 망간 더스트를 준비하는 단계에서 상기 망간 더스트는 망간 외에 철, 아연, 칼슘, 나트륨, 칼륨 또는 실리콘 산화물을 더 포함할 수 있다.
상기 망간 더스트를 준비하는 단계에서 상기 망간 더스트의 상기 망간의 함량은 20%이상일 수 있다.
상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계에서 상기 부원료는 전체 중량 대비 5% 내지 10%를 포함할 수 있다.
상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계에서 상기 부원료는 물 및 바인더를 포함할 수 있다.
상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계에서 상기 물과 바인더의 혼합 비율은 100:0 내지 80:20일 수 있다.
상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계에서 상기 바인더는 당밀 또는 전분을 포함할 수 있다.
상기 부원료가 혼합된 상기 망간 더스트를 망간 더스트 단광으로 성형하는 단계에서 상기 망간 더스트 더스트를 브리켓팅 제조기를 이용하여 상기 망간 더스트 단광으로 성형할 수 있다.
상기 부원료가 혼합된 상기 망간 더스트를 망간 더스트 단광으로 성형하는 단계에서 상기 망간 더스트 단광은 직경이 20mm 내지 50mm, 두께는 5mm 내지 30mm를 포함할 수 있다.
상기 망간 더스트 단광을 건조하는 단계는 상온에서 24시간 내지 48시간 동안 건조시킬 수 있다.
상기 망간 더스트 단광을 건조하는 단계는 상기 망간 더스트 단광의 표면에 크랙이 발생되면 상기 크랙이 발생된 상기 망간 더스트 단광의 표면에 물을 공급할 수 있다.
상기 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계는 상기 망간 더스트 단광에 환원제를 혼합하여 건조기 내에서 1100℃ 내지 1300℃의 온도로 1시간 내지 2시간 동안 유지시켜 상기 알칼리를 증발시킬 수 있다.
상기 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계에서 상기 환원제는 무연탄을 포함할 수 있다.
상기 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계에서 상기 망간 더스트 단광에 포함된 상기 알칼리 성분은 10 미만을 포함할 수 있다.
상기 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계에서 상기 망간의 함유량은 30% 이상을 포함할 수 있다.
실시예는 망간 더스트, 특히 페로망간 합금철 생산 과정에서 발생하는 망간 더스트를 재활용하여 망간 합금철의 주원료인 망간광의 대체품으로 사용할 수 있으므로 매립으로 인한 환경오염 및 토지 재화 불용 문제를 해결 할 수 있고 강(鋼)의 성질을 좌우하는 중요한 원소인 망간을 사용할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 망간 더스트 단광 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 페로망간 집진 더스트와 페로실리망간 집진 더스트의 주성분을 나타낸 도면이다.
도 3은 수분과 바인더 배합비에 따른 성형성을 나타낸 그래프이다.
도 4 내지 도 6은 실제 성형성을 나타낸 사진이다.
도 7은 온도에 따른 망간, 알칼리 성분의 경향을 나타낸 그래프이다.
도 8은 알칼리함량 및 배합비에 따른 클러스트 제거 작업회수를 나타낸 그래프이다.
도 2는 페로망간 집진 더스트와 페로실리망간 집진 더스트의 주성분을 나타낸 도면이다.
도 3은 수분과 바인더 배합비에 따른 성형성을 나타낸 그래프이다.
도 4 내지 도 6은 실제 성형성을 나타낸 사진이다.
도 7은 온도에 따른 망간, 알칼리 성분의 경향을 나타낸 그래프이다.
도 8은 알칼리함량 및 배합비에 따른 클러스트 제거 작업회수를 나타낸 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 실시예에 따른 망간 더스트 단광 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 페로망간 집진 더스트와 페로실리망간 집진 더스트의 주성분을 나타낸 도면이고, 도 3은 수분과 바인더 배합비에 따른 성형성을 나타낸 그래프이고, 도 4 내지 도 6은 실제 성형성을 나타낸 사진이고, 도 7은 온도에 따른 망간, 알칼리 성분의 경향을 나타낸 그래프이고, 도 8은 알칼리함량 및 배합비에 따른 클러스트 제거 작업회수를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 망간 더스트 단광 제조 방법은 망간 더스트를 준비하는 단계(S100)와, 상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계(S200)와, 상기 부원료가 혼합된 상기 망간 더스트를 망간 더스트 단광으로 성형하는 단계(S300)와, 상기 망간 더스트 단광의 강도가 기준값 미만이면 상기 망간 더스트 단광을 재생산하는 단계와, 상기 망간 더스트 단광을 건조하는 단계(S500)와, 상기 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계(S600)를 포함할 수 있다.
실시예는 망간 더스트를 준비하는 단계(S100)를 수행할 수 있다.
망간 더스트는 전기로 분진일 수 있다. 망간 더스트는 페로망간 합금철 생산 과정에서 발생하여 집진기에서 포집되는 망간 더스트일 수 있다. 망간 더스트는 망간 외에 철, 아연, 칼슘, 나트륨, 칼륨 또는 실리콘 산화물 등의 불순물이 더 포함될 수 있다. 이러한 불순물은 제련 공정에서 제거될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 페로망간에 함유된 망간 성분은 30.7이며, 페리실리망간에 함유된 망간 성분은 15.7임을 알 수 있다.
망간 더스트의 망간의 함량은 전체 중량 대비 20% 이상일 수 있다. 예컨대, 망간의 함량이 20% 미만일 경우, 제품 제조시 망간의 품위가 낮아져 정상적인 제품을 만들 수 없게 된다. 최종 제품 제조시 망간의 품위는 30% 이상이 되어야 정상적인 제품을 만들 수 있다. 하지만, 이후 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계에서 망간의 함량을 10% 이상 향상시킬 수 있기 때문에 현 단계에서 망간 더스트의 망간 함량을 20% 이상으로 유지시키는 것이 바람직하다. 실제 조업 시에는 여러 편차 요인을 감안해서 최소 망간 함량을 22% 유지시키는 것이 효과적이다.
망간 더스트의 망간 함량이 20%미만일 경우, 망간 광석이나 망간 품위가 높은 더스트와 혼합하여 20% 이상이 되도록 망간 함량을 조절할 수 있으므로, 망간 더스트의 망간 함량이 기준 미달되더라도 버리지 않고 재활용할 수 있게 된다.
망간 더스트 입자의 입도는 0 내지 45㎛ 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 1로 돌아가서, 실시예는 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계(S200)를 수행할 수 있다.
망간 더스트에 혼합되는 부원료는 전체 중량 대비 5%(/wt) 내지 10%(/wt)를 포함할 수 있다. 부원료의 혼합 비율이 5% 미만이거나 10%를 초과할 경우, 성형 강도나 응집력의 차이가 발생되는 문제가 있다.
부원료는 물, 바인더를 포함할 수 있다. 망간 더스트에 혼합되는 부원료로 물이 사용될 수 있다. 부원료로 물만 사용될 경우, 제품 제조 중 망간 함량이 떨어지는 것을 방지할 수 있으며, 바인더는 고품의 망간을 섞지 않아도 되므로 비용을 효과적으로 절감할 수 있게 된다.
이와 다르게, 망간 더스트에 혼합되는 부원료로 물과 바인더를 혼합하여 사용될 수 있다. 바인더는 수분, 당밀, 전분 중 어느 하나 또는 그 조합일 수 있다.
물과 바인더의 혼합 비율은 100:0 내지 80:20일 수 있다. 망간 더스트 성분 중 망간 성분이 많아지면 점성이 떨어지는 경향이 있다. 하지만, 바인더는 자체 점성을 가지고 있기 때문에 망간 더스트에 바인더인 당밀이나 전분을 소량 혼합하게 되면 단광을 제조한 후 표면 갈라짐이 발생되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계(S200)는 망간 더스트가 호퍼에 장입된 상태에서 브리켓팅 제조기로 이동하는 중에 수행될 수 있다.
원료 호퍼로 장입된 망간 더스트가 컨베이어를 타고 브리켓팅 제조기로 이송되는 라인 도중에 바인더를 투입하여 망간 더스트와 골고루 섞을 수 있다. 이때, 스크류 타입의 설비를 이용하여 혼합 과정을 수행할 수 있다. 또한, 망간 더스트에 바인더가 골고루 섞이는 동안 물을 첨가할 수 있다.
실시예는 상기 부원료가 혼합된 상기 망간 더스트를 망간 더스트 단광으로 성형하는 단계(S300)를 수행할 수 있다.
망간 더스트 단광으로 성형하는 단계(S300)는 브리켓팅 제조기를 이용하여 망간 더스트를 망간 더스트 단광으로 성형할 수 있다. 망간 더스트 단광을 생성하는 단계(S300)에서 망간 함량은 20% 이상을 유지시킬 수 있다. 여기서, 망간 함량이 20% 이하가 되지 않도록 부원료의 투입 비율을 조절할 수 있다.
망간 더스트 단광은 과립 형태로 형성될 수 있다. 망간 더스트 단광의 직경은 20mm 내지 50mm를 포함할 수 있다. 망간 더스트 단광의 두께는 5mm 내지 30mm를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 단광은 부원료의 혼합 비율에 따라 그 형상이 달라질 수 있다. 예컨대, 부원료의 함량이 5% 내지 10%의 경우, 구형의 단광을 생성할 수 있게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 부원료의 함량이 5% 미만일 경우, 단광 제조 후 단광(100)에서 대부분 깨짐 현상이 발생되는 것을 알 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 부원료의 함량이 10%를 초과할 경우도 단광(10)에서 깨짐 현상이 발생되는 것을 알 수 있다.
반면, 도 6에 도시된 바와 같이, 부원료의 함량이 5% 내지 10%인 경우, 단광(10)에서의 깨짐 현상이 거의 없는 것을 확인할 수 있다.
도 1로 돌아가서, 실시예는 망간 더스트 단광의 강도가 기준값 미만이면 상기 망간 더스트 단광을 재생산하는 단계(S400)를 수행할 수 있다.
망간 더스트 단광을 재생산하는 단계(S400)는 망간 더스트 단광의 강도를 고려하여 수행할 수 있다. 망간 더스트 단광의 강도가 기준값 미만이면 망간 더스트 단광을 재생산하는 단계(S400)를 수행할 수 있다. 여기서, 기준값은 망간 더스트 단광의 깨짐 현상이 발생되지 않는 강도를 의미할 수 있다. 기준값은 사용자에 의해 적절하게 설정될 수 있다.
예컨대, 망간 더스트 단광의 강도가 기준값 미만일 경우, 브리켓팅 제조기에 강도가 낮은 망간 더스트 단광에 부원료 중 물을 1~10% 첨가하여 망간 더스트 단광을 재생산하는 단계(S400)를 수행할 수 있다.
이와 다르게, 망간 더스트 단광의 강도가 기준값 미만일 경우, 브리켓팅 제조기에 강도가 낮은 망간 더스트 단광에 원료 분말을 투입하고, 부원료 중 물을 1~10% 첨가하여 망간 더스트 단광을 재생산하는 단계(S400)를 수행할 수 있다.
상기와 같이 재생산된 망간 더스트 단광은 이전 망간 더스트 단광에 비해 강도가 급격히 증가하여 망간 더스트 단광 제조 시 깨진 발생이 더욱 발생되지 않게 된다.
또한, 이후 공정인 망간 더스트 단광을 건조하는 단계에서도 물을 뿌리지 않더라도 깨짐이 발생되지 않아 더 높은 강도를 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수요자가 강도가 놓은 제품을 원할 경우, 망간 더스트 단광의 강도를 조절할 수 있게 되어 수요자의 요구에 부합할 수 있는 제품을 제공할 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 망간 더스트 단광을 재생산하는 단계(S400)를 1번 수행된 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 망간 더스트 단광을 재생산하는 단계(S400)를 2번 이상 수행할 수 있다.
실시예는 망간 더스트 단광을 건조하는 단계(S500)를 수행할 수 있다.
망간 더스트 단광을 건조하는 단계(S500)는 상온에서 수행될 수 있다. 망간 더스트 단광을 건조하는 단계(S500)는 24시간 내지 48시간 동안 수행할 수 있다. 여기서, 건조시간은 물 배합량 및 대기 중 습도 등에 따라 결정할 수 있다. 망간 더스트 단광은 직사광선을 피해 그늘에서 자연 건조할 수 있다. 이로 인해 망간 더스트 단광이 서로 붙는 현상과 부스러짐 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
예컨대, 망간 더스트 단광이 서로 붙는 현상과 부스러짐 현상이 안 생기도록 수분이 천천히 빠지도록 그늘에서 12시간 정도 대기 상태에서 자연 건조할 수 있다. 12시간 후 망간 더스트 단광에 이상이 없으면 그 상태로 최소 12시간 이상 더 자연 건조시킬 수 있다. 반면, 12시간 후 망간 더스트 단광에 깨짐 현상에 의해 망간 더스트 단광에 크랙이 발생될 수 있다. 이 경우, 크랙이 발생된 망간 더스트 단광의 표면에 물을 뿌리면서 망간 더스트 단광들을 골고루 섞어줄 수 있다.
즉, 12시간마다 망간 더스트 단광의 상태를 확인하고, 최종적으로 24시간 내지 48시간 동안 자연 건조시키게 되면 망간 더스트 단광의 강도가 높아져 운반 및 핸들링 시, 깨짐이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
실시예는 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계(S600)를 수행할 수 있다.
알칼리 성분을 제거하는 단계(S600)는 건조기에서 수행될 수 있다. 알칼리 성분을 제거하는 단계(S600)는 망간 더스트 단광에 환원제를 골고루 섞어 혼합한 후 1100℃ 내지 1300℃의 온도에서 1시간 내지 2시간 동안 고온 처리하여 망간 더스트 단광에 함유된 알칼리 성분을 제거할 수 있다. 이때, 고온 처리로 인해 망간 더스트 단광에 함유된 알칼리 성분은 휘발되어 제거될 수 있다. 여기서, 환원제는 무연탄을 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 단광은 1000℃ 이상의 온도에서 망간의 함량이 증가되고 알칼리 성분이 감소하는 경향이 있다. 바람직하게는 1100℃ 이상에서는 망간의 함량이 급격하게 증가하는 동시에 알칼리 성분이 급격하게 감소하게 된다.
따라서, 1100℃ 내지 1300℃의 온도에서 알칼리 성분을 제거하게 되면 공정 시간을 효과적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
알칼리 성분을 제거하는 단계(S600)는 망간 더스트 단광에 포함된 알칼리 성분이 10% 미만이 될 때까지 수행될 수 있다. 알칼리 성분이 10% 미만으로 낮아지면 상대적으로 망간의 함유량은 상승할 수 있다. 이로 인해 최종적으로 망간의 함유량이 30% 이상이 될때까지 알칼리 성분을 제거하는 단계(S600)를 수행할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 망간 더스트 단광에 포함된 알칼리 성분이 10% 이상일 경우, 최종 제품의 사용 시 단광 내의 알칼리가 기화되어 상부의 차가운 원료에 고착되어 상부에 단단한 클러스트층을 형성된다. 이로 인해 가스가 빠져나가지 못하고 폭발의 원인이 될 수 있다. 따라서, 클러스트층의 제거 작업 회수가 늘어나게 되어 공정 및 공정의 소요되는 시간이 늘어나게 된다.
상기와 같이, 망간 더스트 단광에 알칼리 성분을 제거하게 되면 저알칼리의 최종 제품이 완성된다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 실시예의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실시예는 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
10: 단광
Claims (5)
- 망간 더스트를 준비하는 단계;
상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계;
상기 부원료가 혼합된 상기 망간 더스트를 망간 더스트 단광으로 성형하는 단계;
상기 망간 더스트 단광의 강도가 기준값 미만이면 상기 망간 더스트 단광을 재생산하는 단계;
상기 망간 더스트 단광을 건조하는 단계; 및
상기 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계를 포함하고,
상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계에서,
상기 부원료는 물 또는 바인더 중 어느 하나 이상을 포함하고,
상기 망간 더스트 단광의 강도가 기준값 미만이면 상기 망간 더스트 단광을 재생산하는 단계에서,
상기 망간 더스트 단광에 원료 분말을 투입하고, 상기 부원료 중 상기 물을 전체 중량 대비 1 내지 10%를 더 첨가하고,
상기 망간 더스트 단광을 건조하는 단계에서는,
상기 망간 더스트 단광이 서로 붙는 현상과 부스러짐 현상이 발생되는 것을 방지하기 위해, 상기 망간 더스트 단광을 12시간 동안 그늘에서 자연건조시키고, 12시간 이후에, 상기 망간 더스트 단광의 표면에 크랙이 발생되면 상기 크랙이 발생된 상기 망간 더스트 단광의 표면에 물을 더 공급하고, 상기 망간 더스트 단광의 표면에 크랙이 발생되지 않으면 상기 망간 더스트 단광을 12시간을 더 자연건조시키고,
상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계에서,
상기 부원료는 전체 중량 대비 5% 내지 10%를 포함하고,
상기 부원료가 혼합된 상기 망간 더스트를 망간 더스트 단광으로 성형하는 단계에서는,
상기 망간 더스트를 브리켓팅 제조기를 이용하여 상기 망간 더스트 단광으로 성형하고,
상기 부원료가 혼합된 상기 망간 더스트를 망간 더스트 단광으로 성형하는 단계에서,
상기 망간 더스트 단광은 직경이 20mm 내지 50mm, 두께는 5mm 내지 30mm이고,
상기 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계에서는,
상기 망간 더스트 단광에 환원제를 혼합하여 건조기 내에서 1200℃ 내지 1300℃의 온도로 1시간 내지 2시간 동안 유지시켜 상기 알칼리를 증발시키는, 망간 더스트 단광 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계에서,
상기 부원료는 물 및 바인더를 포함하는, 망간 더스트 단광 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 망간 더스트에 부원료를 혼합하는 단계에서,
상기 바인더는 당밀 또는 전분을 포함하는 망간 더스트 단광 제조 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 망간 더스트 단광에서 알칼리 성분을 제거하는 단계에서,
상기 환원제는 무연탄을 포함하는 망간 더스트 단광 제조 방법.
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