KR20070101126A - 분철을 이용한 강괴의 제조장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계 가공시 발생되는 분철의 재활용을 위한 강괴의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 분철을 이용한 강괴의 제조장치는, 칩 형태의 분철이 다수 투입되는 호퍼; 상기 호퍼의 직하부에 배치되어 상부와 하부에 각각 투입구와 배출구가 구비되며, 내부 중심축 상에 형성된 임펠러의 회전으로 상기 투입구를 통해 주입된 분철과 물 및 규산소다가 혼합되는 교반기; 상기 교반기의 배출구 하부에 배치되며, 내벽면의 외주연에 다수의 열선이 구비된 성형기;를 포함하며, 중량의 손실을 최소화하면서 경도가 높은 강괴의 제작될 수 있는 장점이 있으며, 강괴의 내부 수분 함유량이 최소화되어 보관 또는 운반시 부식에 의한 경도의 저하됨이 방지되는 이점이 있다.

호퍼, 교반기, 중심축, 임펠러, 제1 및 제2 투입구, 배출구, 성형기, 열선, 수분배출공, 증발공

Description

분철을 이용한 강괴의 제조장치 및 그 제조방법{Apparatus and method for manufature of steel ingot using chips}

도 1은 본 발명에 따른 강괴 제조장치의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 강괴 제조장치에 채용되는 성형기의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10. 호퍼 20. 교반기

22. 중심축 23. 임펠러

24, 25. 제1 및 제2 투입구 26. 배출구

30. 성형기 31. 열선

33. 수분배출공 34. 증발공

본 발명은 기계 가공시 발생되는 분철의 재활용을 위한 강괴의 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 기계 부품 가공시 발생되는 분철을 규산소다 및 물과 혼합시켜 교반한 후 성형공간부에서 열을 가함과 동시에 압착함으로써, 중량의 손실이 최소화됨과 아울러 경도가 높은 강괴가 제작될 수 있도록 한 분철을 이용한 강괴의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 범용의 공작 기계 또는 선반이나 밀링 머신을 통해 기계 부품을 비롯한 금속 재질의 부품 가공시 부품의 표면이 깍이면서 코일 형상으로 분철이 연속적으로 발생된다.

또한, 제철소를 비롯한 산업 현장에서의 금속 제품 가공시 발생되는 철의 분말 찌꺼기인 슬래그 가루가 비산되어 작업장 곳곳에 쌓이게 된다.

이러한 분철은 금속 가공 작업이 끝나게 되면 주기적으로 수거되어 재생 가능한 재활용 소재로 취급되는 바, 코일 형상의 분철은 칩 형태로 분쇄되어 슬래그 가루 등과 함께 재활용을 위한 운반과 보관시 그 부피가 클 수 밖에 없어 물류 비용과 보관 비용이 증가하게 된다.

또한, 상기 분철의 재활용시 분말 형태 그대로 용광로 내에 공급되면 고온의 용광로 내에서 용융되면서 일부가 용융되지 못하고 노 벽면을 향해 튀게 됨에 따라 노 내 벽체의 손상을 가져오게 된다.

따라서, 수거된 분철을 이용하여 고형물인 강괴로 제작함에 의해서 그 부피를 줄이고 운반과 보관이 용이하도록 함과 아울러 이를 다시 용광로 내에서 용융시켜 재활용하는 방안이 강구되고 있다.

그러나, 종래의 강괴 제조방법은 통상 물과 분철의 혼합시 별도의 접착제를 고형제로 첨가하여 괴의 형태로 제작한 후, 상기 접착제의 경화에 의해 강괴가 제작됨에 따라 강괴 내에 수분을 함유할 수 밖에 없으며, 강괴의 성형 후 건조 과정에서 강괴 내부에 함유된 수분에 의해 강괴의 파손이 발생되는 문제점이 지적되고 있다.

이와 같은 문제점을 보완하기 위하여 상기 분철과 혼합되는 물의 양을 줄이고 접착제의 혼합량을 늘려 강괴의 강성이 증가되도록 할 수는 있으나, 이 경우 접착제의 증가되는 양만큼 분철의 함유량이 낮아질 수밖에 없기 때문에 분철의 재활용 비율이 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래 분철의 재활용을 위한 강괴의 제조방법에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 제철소 또는 기계 부품 가공 현장에서 발생되는 분철을 규산소다 및 물과 혼합하여 교반시키고, 분철 혼합물을 압축 하중이 발생되는 성형기에서 고온으로 열을 가함과 동시에 소정의 압력으로 가압하여 강괴가 제작될 수 있도록 함으로써, 중량의 손실을 최소 화하고 경도가 높은 강괴가 제작됨과 아울러 분철의 회수율이 향상된 강괴의 제조장치 및 제조방법이 제공됨에 발명의 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 성형공간부를 통한 분철혼합물의 압착시 강괴내의 수분이 고온의 열에 의해 증발됨으로써, 강괴의 내부 수분 함유량이 최소화됨에 따라 압축 강도가 향상되도록 한 강괴의 제조장치 및 그 제조방법이 제공됨에 있다.

본 발명의 상기 목적은, 칩 형태의 분철이 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼와 연결되어 상부와 하부에 각각 투입구와 배출구가 구비되며, 내부 중심축 상에 형성된 임펠러의 회전으로 상기 투입구를 통해 주입된 분철과 물 및 규산소다가 혼합되는 교반기와, 상기 교반기의 배출구 하부에 배치되며 내벽면의 외주연에 다수의 열선이 구비된 성형기를 포함하는 분철을 이용한 강괴의 제조장치가 제공됨에 의해서 달성된다.

이때, 상기 교반기는 원통형으로 형성되어 상부에 호퍼를 통해 주입된 칩 형태의 분철이 투입되는 제1 투입구와 물과 규산소다의 혼합물이 투입되는 제2 투입구가 형성된다.

또한, 상기 교반기의 일단부측 하부에는 분철을 비롯한 물과 규산소다가 혼합된 분철 혼합물이 성형기로 배출되는 배출구가 구비된다.

상기 제1 투입구를 통해 호퍼에서 주입되는 분철은 제2 투입구를 통해 투입 되는 물과 규산소다와 임펠러의 회전에 의해 혼합되어 원통형의 성형기로 이송된다.

상기 성형기는 원통형의 성형공간부가 형성되어 그 외주연에 다수의 열선이 구비되며, 상기 성형기의 벽체 상에는 수분의 증발공과 배출공이 형성되어 내부의 수분에 대한 외부 배출이 용이하도록 한다.

또한, 상기 성형기는 성형공간부에 담겨진 분철 혼합물을 상부에서 가압하여 그 수직 하중에 의해 분철 혼합물이 압축 성형되도록 하는 프레스가 구비되며, 상기 프레스의 수직 압력에 의해 원통형의 강괴가 제작된다.

한편, 본 발명은 규산소다와 물을 혼합한 후 그 혼합물을 교반시키는 제1 교반공정과, 상기 규산소다와 물의 혼합물을 교반기에 투입하여 소정량의 분철과 혼합시켜 그 분철혼합물을 교반시키는 제2 교반공정과, 상기 교반기에서 혼합된 분철혼합물을 교반기의 배출구를 통해 성형기 내로 이송되는 투입공정과, 상기 성형기 내에 주입된 분철혼합물이 소정의 온도로 가열됨과 동시에 프레스 가압에 의해 수직 압축되는 압축성형공정과, 상기 성형기에서 압축되어 소결된 강괴를 분리하는 분리공정으로 포함하는 분철을 이용한 강괴의 제조방법이 제공됨에 의해서 달성된다.

이때, 상기 규산소다와 물의 혼합물에 대한 혼합비는 1:4의 비율을 가지며, 상기 규산소다와 물의 혼합물과 분철의 혼합비는 1:15 내지 1:30의 혼합 비율을 가진다.

또한, 상기 성형기에 주입된 분철혼합물은 상기 성형기의 내주연부에 구비된 열선에 의해 200 내지 600℃로 가열되면서 압착됨으로써, 분철혼합물의 내부 수분이 고온의 열에 의해 증발됨에 따라 결속력이 강화된 강괴의 제작이 이루어진다.

본 발명의 분철을 이용한 강괴의 제조장치 및 제조방법에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

강괴 제조장치

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 강괴 제조장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 강괴 제조장치에 채용되는 성형기의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 분철을 이용한 강괴 제조장치는 호퍼(10)와, 상기 호퍼(10)의 직하부에 중심축(22) 상에서 회전하는 임펠러(23)가 구비된 교반기(20)와, 상기 교반기(20)의 일측 직하부에 위치하여 교반기(20)에서 혼합된 분철혼합물(C)이 주입되는 성형기(30)로 구성된다.

상기 호퍼(10)는 상부로부터 칩 형태의 분철 가루가 주입되어 상기 호퍼(10)의 직하부에 위치하는 교반기(20)로 분철이 일정량 투입된다.

상기 분철(F)이 투입되는 교반기(20)는 원통형으로 구성되어 상부에 제1 투입구(24)와 제2 투입구(25)가 형성되고 일측에 교반기(20) 내에서 혼합된 분철혼합물(C)이 배출되는 배출구(26)가 형성된다.

상기 교반기(20) 내에서는 상기 호퍼(10) 직하부에 위치하는 제1 투입구(24)를 통해 주입된 분철(F)이 중심축(22) 상에서 회전하는 임펠러(23)에 의해서 교반되고, 상기 임펠러(23)를 따라 이동하는 중에 제2 투입구(25)를 통해 투입되는 물과 규산소다의 혼합물과 다시 혼합되며, 계속되는 임펠러(23)의 회전에 의해서 분철혼합물(C)로 교반된다.

이때, 상기 물과 규산소다의 혼합물은 상기 교반기(20)의 제2 투입구(25)를 통해 동시에 주입되거나 규산소다 또는 물을 별도로 혼합하여 규산소다 혼합물로 형성시킨 후 상기 제2 투입구(25)를 통해 주입하여 분철(F)과 혼합하여도 무방하다.

여기서, 상기 규산소다는 규산나트륨이라고 명명되며, 그 조성에 따라 메타규산나트륨 Na₂SiO₃, 그 수화물인 오르토규산나트륨 Na₄SiO₄, 이규산나트륨 Na₂Si₂O₅ 등으로 구분될 수 있다. 보통은 메타규산나트륨을 지칭하며 그 용도로는 수화물도 있으나, 통상적인 유리와 같은 무수물은 석영과 탄산나트륨의 혼합물을 1000℃ 이상 가열 융해시켜 고체화함에 의해서 제작되고, 그 수용액은 가수분해되어 알칼리성을 갖는 2Na₂SiO₃ + H₂O = Na₂Si₂O₅ + 2NaOH의 조성을 갖는 규산나트륨의 진한 수용액으로 물유리라 통칭된다.

한편, 상기 교반기(20)의 제2 투입구(25)를 통해 주입되는 규산소다 혼합물은 규산소다와 물이 1:4의 비율을 가지는 액상 조성물로 혼합되며, 상기 규산소다 혼합물은 제1 투입구(24)를 통해 주입되는 분철(F)과 1:15 내지 1:30의 비율로 혼 합된다.

상기와 같은 혼합 비율을 가지고 최종적으로 교반된 분철혼합물(C)은 교반기(20)의 배출구(26)를 통해 성형기(30)로 이송되며, 상기 성형기(30) 내로 주입된 분철혼합물(C)은 성형기(30)의 상부에서 프레스(40)를 이용한 수직 하중에 의해서 압착된다.

상기 프레스(40)에 의한 분철혼합물(C)의 가압력은 분철혼합물(C)의 교반 정도와 분철혼합물(C)을 구성하는 칩 형태의 분철 밀집도에 따라 가변될 수 있으며, 상기 분철혼합물(C)은 상부 가압과 동시에 상기 성형기(30)의 내주 벽면에 내입된 열선(31)에서 방사되는 200 내지 600℃의 열에 의해서 가열된다.

따라서, 상기 성형기(30) 내의 분철혼합물(C)은 프레스(40) 압착에 의해 그 압착 조직 내에 포함된 수분이 배출되고, 배출된 수분은 성형기(30)의 외주연에 형성된 수분배출공(33)을 통해 성형기(30) 외부로 배출된다.

또한, 상기 분철혼합물(C)은 프레스(40)를 이용한 압착과 동시에 측면에서 가해지는 열에 의해서 그 압착 조직 내에 포함된 수분이 증발되고, 증발된 수분은 성형기(30)의 외주연에 형성된 증발공(34)을 통해 성형기(30)의 외부로 배출된다.

즉, 상기 성형기(30) 내에서 소정의 가압력으로 압착됨과 동시에 가열되는 분철혼합물(C)은 내부의 수분이 제거되면서 상기 수분과 혼합되어 있던 규산소다가 응고됨에 의해서 압착된 분철혼합물(C)의 조직 결속력이 강화되고, 가압된 분철혼합물(C)의 내부 수분 함량을 최소화시켜 경도가 향상된 강괴가 제작된다.

강괴의 제조방법

한편, 상기와 같은 기술적 구성을 갖는 강괴의 제조장치를 이용한 강괴의 제조방법은, 먼저 규산소다와 물을 혼합한 후 그 규산소다 혼합물로 교반시키는 제1 교반공정과, 상기 규산소다와 물의 혼합물을 교반기(20)에 투입하여 소정량의 분철과 혼합시켜 분철혼합물(C)로 교반시키는 제2 교반공정을 포함한다.

또한, 상기 교반기에서 혼합된 분철혼합물(C), 즉 물과 규산소다와 분철(F)이 소정의 비율로 혼합되어 교반된 분철혼합물(C)의 교반기(20)의 배출구(26)를 통해 배출되고, 배출된 분철혼합물(C)이 성형기(30) 내로 주입되는 투입공정 및 상기 성형기(30)에 일정량 채워진 분철혼합물(C)이 소정의 온도로 가열됨과 동시에 프레스(40) 가압에 의해 수직 압축되는 압축성형공정과, 상기 성형기(30)에서 압축된 강괴를 분리하는 분리공정으로 이루어진다.

이때, 상기 규산소다와 물은 1:4의 비율을 가지고 교반기(20)의 제2 투입구(25)를 통해 투입됨과 동시에 혼합될 수 있으며, 상기 제2 투입구(25)에 투입되기 전에 별도의 교반기(도면 미도시)를 통해 혼합 교반된 규산소다 혼합물이 제조되어 상기 제2 투입구(25)를 통해 주입될 수 있다.

또한, 상기 제2 투입구(25)를 일측의 제1 투입구(24)를 통해서는 규산소다 혼합물에 대하여 1:15 내지 1:30의 비율을 가지는 분철(F)이 호퍼(10)를 통해 공급되며, 상기 교반기(20) 내부에서 수평 이송되면서 교반기(20) 내의 중심축(22)상에서 회전되는 임펠러(23)를 따라 교반되면서 출구측으로 이송된다.

상기 교반기(20)의 출구측에 물과 규산소다 및 분철이 골고루 혼합된 분철혼 합물(C)은 배출구(26)를 통해 배출되어 그 직하부에 위치한 성형기(30) 내부에 채워진다.

상기 성형기(30) 내에 채워진 분철혼합물(C)은 성형기(30) 내벽면에 관통 결합된 열선(31)으로부터 방사되는 열에 의해서 가열되면서 내부에 포함된 수분의 증발이 이루어지게 됨과 동시에 상기 성형기(30)의 수직 상방에 위치한 프레스(40)의 가압됨에 의해서 분철혼합물(C)의 내부 수분이 외부로 배출됨으로써, 내부의 수분 함량을 최소화시켜 경도가 향상된 강괴의 제작이 이루어지도록 한다.

한편, 이와 같은 강괴의 제조장치와 제조방법을 통해 제작된 강괴를 시료로 하여 한국생산기술연구원에 의뢰된 시험결과에 의하면, 표 1과 같은 인장강도와 경도를 가진다.

항목 의뢰시료명	지름 (㎜)	인장강도 (N/㎟)	브리넬경도 (HBW 10/3000)
1-1	19.99	325	215
1-2	19.99	328	217

* 시험방법 : KS B 0801(8호), 0802, 0805

** 시료조건 : 장입비율 : 선철 30%, 강고철 19%, 가공칩 압축 Brique 50%, 합금철 1%

즉, 표 1에서 보듯이 다수의 분철로 제작된 강괴는 여러 종류의 분철가루를 혼합하여 압축 성형되더라도 일반강의 강도 및 경도와 유사한 인장강도와 경도를 가지는 강괴로 압축 성형이 가능함을 알 수 있다.

또한, 상기 시료 중 어느 하나를 용광로를 이용한 용해 후 그 회수율에 대한 시험결과에 의하면, 표 2와 같은 용해회수율을 보임을 알 수 있다.

항목 의뢰시료명	장입중량 (kg)	용해 후 중량 (kg)	용해회수율 (%)
1	52.254	52.200	99.89

* 시험방법 : 고주파유도용해로에서의 용해

** 시료조건 : 가공칩 압축 Briquet

상기 표 2에 기재된 바와 같이, 상기 제조방법을 통해 제작된 강괴는 그 내부에 수분의 함유량의 최소화되기 때문에 성형기(30)에 장입된 중량에 대하여 강괴의 압축 성형 후 용광로에서 용해되어 회수되는 용해회수율은 거의 99.9%에 이르는 것을 볼 수 있다.

따라서, 분철을 이용한 강괴 제작시 내부의 조직 결손에 의한 용해 손실은 거의 없음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 분철을 이용한 강괴 제조장치 및 그 제조방법은 분철과 규산소다 및 물을 적정 비율로 혼합하여 열선이 구비된 성형기 상에서 열을 가함과 동시에 소정의 압력으로 가압하여 강괴가 제작됨으로써, 중량의 손실을 최소화하면서 경도가 높은 강괴의 제작될 수 있는 장점이 있으며, 강괴의 내부 수분 함유량이 최소화되어 보관 또는 운반시 부식에 의한 경도의 저하됨이 방지되는 이점이 있다.

Claims (12)

1. 칩 형태의 분철이 다수 투입되는 호퍼;

   상기 호퍼의 직하부에 배치되어 상부와 하부에 각각 투입구와 배출구가 구비되며, 내부 중심축 상에 형성된 임펠러의 회전으로 상기 투입구를 통해 주입된 분철과 물 및 규산소다가 혼합되는 교반기;

   상기 교반기의 배출구 하부에 배치되며, 내벽면의 외주연에 다수의 열선이 구비된 성형기;

   를 포함하는 분철을 이용한 강괴의 제조장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 교반기는, 원통형으로 구성되어 상부에 호퍼로부터 배출되는 분철이 공급되는 제1 투입구와 규산소다와 물의 혼합물이 주입되는 제2 투입구가 구비된 것을 특징으로 하는 분철을 이용한 강괴의 제조장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 성형기는, 원통형으로 구성되어 외부와 연통되는 수분배출공 및 증발공이 형성된 것을 특징으로 하는 분철을 이용한 강괴의 제조장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제2 투입구를 통해 주입되는 규산소다와 물의 혼합물은 규산소다와 물이 1:4의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 분철을 이용한 강괴의 제조장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제2 투입구를 통해 주입되는 규산소다와 물의 혼합물과 상기 제1 투입구를 통해 주입되는 분철은 1:15 내지 1:30의 비율로 혼합되어 교반기 내에서 교반되는 것을 특징으로 하는 분철을 이용한 강괴의 제조장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 성형기는, 그 내부에 분철혼합물이 주입된 후 상기 분철혼합물이 내벽면에 설치된 열선에 의해서 200 내지 600℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 분철을 이용한 강괴의 제조장치.
7. 규산소다와 물을 혼합한 후 그 혼합물을 교반시키는 제1 교반공정;

   상기 규산소다와 물의 혼합물을 교반기에 투입하여 소정량의 분철과 혼합시켜 그 분철혼합물을 교반기의 중심축을 따라 회전하는 임펠러에 의해 교반시키는 제2 교반공정;

   상기 교반기에서 혼합된 분철혼합물을 교반기의 배출구를 통해 성형기 내로 이송되는 투입공정;

   상기 성형기 내에 주입된 분철혼합물이 소정의 온도로 가열됨과 동시에 프레스 가압에 의해 수직 압축되는 압축성형공정;

   상기 성형기에서 압축되어 소결된 강괴를 분리하는 분리공정;

   을 포함하는 분철을 이용한 강괴의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제2 교반공정에서 호퍼로부터 배출되는 분철이 제1 투입구를 통해 공급되고, 규산소다와 물의 혼합물이 제2 투입구를 통해 주입되는 것을 특징으로 하는 분철을 이용한 강괴의 제조방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 압축성형공정에서 원통형으로 구성된 성형기의 외벽에 형성되어 외부와 연통되는 수분배출공 및 증발공을 통해 상기 분철혼합물 내의 수분이 배출되는 것 을 특징으로 하는 분철을 이용한 강괴의 제조방법.
10. 제8항에 있어서,

    상기 제2 투입구를 통해 주입되는 규산소다와 물의 혼합물은 규산소다와 물이 1:4의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 분철을 이용한 강괴의 제조방법.
11. 제8항에 있어서,

    상기 제2 투입구를 통해 주입되는 규산소다와 물의 혼합물과 상기 제1 투입구를 통해 주입되는 분철은 1:15 내지 1:30의 비율로 혼합되어 교반기 내에서 교반되는 것을 특징으로 하는 분철을 이용한 강괴의 제조방법.
12. 제9항에 있어서,

    상기 성형기 내부에 분철혼합물이 교반기의 배출구를 통해 주입된 후 상기 분철혼합물이 내벽면에 설치된 열선에 의해서 200 내지 600℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 분철을 이용한 강괴의 제조방법.

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