KR20010075731A - 폐 코크스 냉각분진을 이용한 아크 방전 탄소전극봉원료대체제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐 코크스냉각분진을 이용한 아크 방전 탄소전극봉 원료대체제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 제철소에서 코크스 제조 공정중에 발생하는 액체 질소 냉각코크스 분진(이하 폐 코크스냉각분진이라 한다)을 이용하여 종래 아크방전 탄소전극봉 제조시에 원료로 사용되는 인조흑연, 핏치, 콜타르 등과 같은 비교적 고가의 원료를 대체하기 위한 대체제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폐 코크스 냉각분진을 이용한 아크 방전 탄소전극봉 원료대체제 및 그 제조방법{A substitute and manufacturing method of arc discharge carbon electrode using wasted coke}

본 발명은 폐 코크스냉각분진을 이용한 아크 방전 탄소전극봉 원료대체제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 제철소에서 코크스 제조 공정중에 발생하는 액체 질소 냉각코크스 분진(이하 폐 코크스냉각분진이라 한다)을 이용하여 종래 아크방전 탄소전극봉 제조시에 원료로 사용되는 인조흑연, 핏치, 콜타르 등과 같은 비교적 고가의 원료를 대체하기 위한 대체제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

아크 방전 탄소전극봉은 중공업부분과 제철소, 제련 공장 등에서 주로 사용되는 물품으로 인조 흑연질에 석탄타르 및 핏치를 혼합하여 제조된 재료를 유압프레스를 이용하여 성형체 탄소봉을 만들고, 상기 탄소봉을 소성로에서 약 1300℃로 가열하여 탄화시키고 표면에 구리를 도금한 것으로, 이는 금속 모래 사이에 아크를 발생시켜 그 열로 금속 모재를 용융시키는 동시에 고속 압축공기로 용융 금속을 제거 냉각시키는 탄소 성형체이다. 통상, 탄소 성형체는 탄소질 필러와 탄화성 점결재를 혼합, 성형, 소성, 탄화 등의 처리 단계를 거쳐 제조된다. 이와 같이 제조된탄소 성형체의 구조는 미시적으로는 다결정자의 집합체로 구성되어 있으며, 거시적으로는 탄소질 필러가 점결재에 의해 결합되어진 형태를 이루고 있다.

고부가 가치성 타소재료 중에서 인조흑연 성형체 및 고밀도 탄소 성형체가 있는데, 이 제품들은 원료의 선택, 제조조건 등에 따라 다양한 용도로 사용되고 있으며, 각 용도에 따라 각각의 특성을 이용하거나 다른 재료와의 복합화에 의한 특성을 도모하기도 한다.

중공업 부분에서 주로 사용되는 아크 방전 탄소전극봉은Φ3∼Φ19를 주로 제조되며 고품위 저단가의 탄소봉을 제조하기 위해서는 고품위 저단가의 원료 선택 및 분급, 제품의 요구 특성에 맞는 혼합비 선정 및 점결재와의 혼련, 탄소봉 성형물의 최적 소성, 적정한 탄소봉의 비저항값 (15∼18×10-4Ωcm)등의 조건 확립이 필수적이다.

이처럼 아크 방전 탄소전극봉의 활용범위는 다양한 분야에서 그 효용가치가 점차 높아지고 있으나, 종래의 아크 방전 탄소전극봉은 비교적 고가인 인조흑연, 핏치, 콜타르 등과 같은 원료를 사용하고, 탄소봉을 제조하기 위한 여러 가지 복잡한 조건을 만족하여야 하는 등 물성 및 가격 측면에서 아크 방전 탄소전극봉을 범용화 하는데 상당한 곤란을 갖는 것이다.

따라서 아크 방전 탄소전극봉을 제조함에 있어 종래 사용되던 아크 방전 탄소전극봉의 원료를 대체할 수 있는 소재의 개발이 매우 시급하다고 할 것이다.

따라서 본 발명자는 종래 아크 방전 탄소전극봉에 첨가되는 고가의 인조흑연, 핏치, 콜타르 등과 같은 흑연질원료를 대체할 수 있는 소재를 찾기위해 다방면으로 연구하던 중, 현재 제철소에서는 코크스 제조 공정시에 탄화가 종료된 코크스를 물 또는 액체질소(N₂)로 급속 냉각하는 공정을 거치게 되면 폐 코크스 냉각분진이 발생하게 되는데, 상기 폐 코크스 냉각분진이 회분은 적으며, 탄소량은 많고, 탄화가 완벽하게 진행된 흑연질재료일 뿐만 아니라, 특히 평균입도가 12∼300메쉬 정도인 매우 미세한 분말이면서도 비교적 일정한 입도를 가지고 있으므로 별도의 분쇄 및 체질공정이 필요가 없게 되며, 또 폐기되는 자원을 재활용하는 것이므로 환경오염방지와 동시에 엄청난 경제적 부가가치를 창출할 수 있다는 점에 착안하여 상기 폐 코크스 냉각분진을 종래 아크방전 탄소전극봉의 흑연질 대체원료로 사용하고자 하는 것이다.

본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

현재 제철소에서는 코크스 제조 공정시에 탄화가 종료된 코크스를 물 또는 액체질소(N₂)로 급속 냉각하는 공정을 거치게 되는데, 이로 인해 폐 코크스 냉각분진이 발생하게 된다. 그러나 이들 분상 코크스는 제철공정의 가탄제 외에는 다른 용도가 없어 거의 폐기되고 있는 실정이다. 따라서 이들을 보다 고부가화 할 필요성이 요구된다. 더구나 이때 액체질소를 냉각재로 사용하여 발생하는 분진은 일정한 입도를 가지고, 비교적 크기가 작은 미분이 발생되므로, 종래 탄소 흑연질의 대체원료로 더 이상의 분쇄 및 체질처리없이 이용가능하고 또한, 다양한 품질의 탄소봉을 얻고자, 적정용도로 적당한 입도를 얻기 위해 분쇄 및 체질공정을 하면 더욱 경제적 부가가치를 창출할 수 있는 것이다.

상기 질소냉각분진 입도 및 물성은 다음 표1, 표2와 같다.

액체질소냉각 코크스 분진 입도분포

상기와 같은 액체질소 냉각분진은 3가지 종류로 고정 탄소분이 80%이상이며, 회분이 10∼14%이고, 포집하는 장소에 따라 입도가 다르다. 특히<표1>과 같이 건조감량 0.7∼0.9%, 휘발분 0.2∼2.2%, 고정탄소 83∼88%, 충진밀도 0.61∼0.78g/cc. 액체질소 냉각 분진은 포집장소가 3부분으로 분진포집기(Dust Catcher), 멀티 싸이클론(Multi Cyclone), ECS 분진으로 구분되며, 각기 특징적 물성을 지닌다. 이들 물성치를 고려하여 평균입도가 12∼300메쉬 정도로 대단히 미세한 분말이다. 따라서, 각 포집 장소별 물성치를 이용하면 다양한 용도와 규격으로 만들 수 있다.

이들의 용도를 개발하는 방안을 고려하였다. 더스트캐쳐에서 포집된 코크스분진은 <표2>의 입도분포를 보면 12∼100메쉬의 크기이므로 약 40메쉬 이상의 함량이 50%이고, 30메쉬 이하의 함량이 50% 정도를 차지하는 대단히 미세한 분말이며, 그 입도분포도 양호하다. 한편 멀티사이클론에서 포집된 분진은 약 30메쉬 이상의 함량이 4% 정도로 더욱 미분이고 그 입도 분포도 더스트 캐쳐에 비하면 훨씬 양호하기에 더욱 용도가 다양하다. 즉, 멀티사이클론에서 채취한 분진은 분쇄나 체질을 하지 않고 이 전체를 상기한 방법으로 첨가하여 원료로 사용한다. 또한, ECS에서 포집한 분진은 대부분 100메쉬 이하의 미분으로 정도여서 고품위 아크 방전용 가공 탄소봉과 대구경(φ50 이상의 탄소봉)을 제조용 원료로 사용이 가능하다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

<실시 예1>

기존 탄소봉 제조방법은 석탄타르 및 핏치를 145∼150℃ 정도에서 1∼2시간 교반 혼합하고 여기에 30∼60메쉬의 인조흑연 및 유황, 붕산 등을 첨가 하여 교반탱크내에서 105∼110℃로 혼합 후 냉각, 건조하여 제조된 재료를 유압프레스(300톤)를 이용하여 원기둥 형태(φ3 ∼φ19)의 성형체를 만들고, 이를 소성로에서 약 ∼1300℃로 가열하여 탄화하여 제조하고 원하는 형태로 마무리 가공후 방수처리하고, 건조(250℃, 7시간)후 구리 도금후에 아크 방전 탄소 전극봉을 제조하였다. 구경 8mm, 길이 305mm의 제조 사양을 표 3에 그 작업 성능 실험 결과를 표4에 나타내었다.

<실시 예2>

상기 표 2에서 얻어진 액체질소냉각 코크스 분진중에서 더스트캐쳐 발생분진의 경우 40메쉬로 체질하거나, 직접 볼밀이나, 로드밀이나, 진동밀로 분쇄하여 40메쉬이하로 체질하여 20%, 40%를, 멀티사이클론 발생분진의 경우와 ECS 발생분진의 경우는 더 이상의 처리없이 20%, 40%, 50%를 흑연대체제로 사용하여, 실시 예 1과 동일한 조건에서 실험한 다음, 상기 실험 결과와 작업성능 결과를 표5, 표6에 나타내었다.

이상과 같이 종래의 인조 흑연 투입시와 냉각 코크스 분진을 흑연 대체제로 투입시의 품위에 대하여는 큰 차이를 나타내지 않았다. 다만, 비저항 값이 다소 높아지기는 하였지만 허용 범위내의 값을 갖고, 작업성에 문제를 주지 않을 정도여서 충분히 사용가능함을 알 수 있다.

<실시 예3>

상기 표2에서 얻어진 액체질소냉각 코크스 분진(ECS 더스트)을 흑연 대체제로 80% 대체제로 사용하여, 실시 예1과 동일한 조건에서 실험한 다음, 중구경 (φ50,φ80)를 제조한 결과를 표7에 나타내었다.

실시예2에 의해 제조된 방전 가공용 아크 탄소전극봉이 인조 흑연 재료를 원료로 하여 복잡한 공정을 거쳐 제조된 종래의 전극봉과 비교하더라도 물성에 큰 차이가 없음을 확인하였다. 또한 실시예 3에 의해 제조된 탄소 성형체로는 수요자 기호에 맞도록 전기로, 소송로의 보호용마개, 전극봉, 베어링 카바, 내벽용 단열재, 용해, 정제 분석용 탄소도가니 등의 여러 부분의 가공 제품의 자재로 공급할 수 있다. 따라서, 제철소에서 코크스 제조 공정 중 코크스 냉각시에 발생하는 냉각분진이 탄소량이 많고, 비교적 회분은 적으며, 미분상태이면서도 비교적 일정한 입도를 가지고 있으므로 굳이 재분쇄를 하여야 할 필요가 없고, 종래의 아크 탄소전극봉 원료를 대체할 수 있는 원료로 매우 적당하였다.

본 발명은 종래 거의 폐기하던 액체질소 냉각코크스 분진으로 아크 방전 가공용 탄소전극봉을 제조하여 고가의 인조흑연 원료를 대체함으로써 저가의 탄소전극봉을 제조할 수 있어 많은 경제적 이득을 얻을 수 있고, 폐기자원을 재활용하여고 부가가치화 하게 되므로써 천연자원의 보호 및 환경오염을 방지할 수 있으며, 또한 안정적이고 저렴한 원료의 확보, 분쇄, 체질등과 같은 복잡한 탄소전극봉 제조 공정을 생략함으로써 얻어지는 생산성 향상 및 생산비의 절감과 같은 다양한 효과를 얻을 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 제철소에서 코크스 제조 공정중 코크스 액체질소 냉각시에 발생하는, 고정 탄소분이 85∼90%이고, 회분은 10∼11%이며, 입도가 12∼400메쉬인 액체질소 냉각 코크스 분진을 탄소전극봉의 흑연질원료의 대체제로 사용함을 특징으로 하는 액체질소 냉각코크스 분진을 이용한 전극봉 원료대체제.
2. 제 1항에 있어서 상기 폐 코크스냉각분진은 더스트 캐쳐, 멀티사이클론, ECS에서 발생하는 분진중 어느 하나이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 전극봉 원료로 사용하는 방법.
3. 코크스 액체 질소 냉각 분진을 더 이상의 처리없이 원료로 사용하여 석탄타르 및 핏치와 140∼150℃ 정도에서 1∼2시간 교반 혼합하고 여기에 30∼60 메쉬의 인조흑연 및 유황, 붕산 등을 첨가 하여 교반탱크내에서 105 ∼110℃로 혼합 후 냉각, 건조하여 제조된 재료를 유압프레스(300톤)를 이용하여 원기둥 형태(φ3∼φ19)의 성형체를 만들고, 이를 소성로에서 약 ∼1300℃로 가열하여 탄화하여 제조하고 원하는 형태로 마무리 가공 후 방수처리하고, 건조(250℃, 7시간)후 구리 도금후에 아크방전 탄소 전극봉을 제조되도록 구성함을 특징으로 하는 액체질소 냉각코크스 분진을 이용한 아크방전 가공용 탄소 전극봉 제조방법.
4. 제 3항에 있어서 상기 더스트 캐쳐에서 발생하는 분진은 40메쉬로 체질하거나, 직접 볼밀이나, 로드밀이나, 진동밀로 분쇄하여 40메쉬 이하로 체질 후 전극봉 제조용 원료로 사용하는 방법.