KR20140009741A - 바인더 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소 또는 금속 제련소에서 발생하는 더스트와 슬러지를 재활용하거나, 화학공장 또는 일반 산업체에서 제품 생산시 분말 상태의 원료나 부산물을 제조하거나 재활용하는 공정에서 이를 운반, 투입이 용이하도록 사전에 일정한 크기와 강도를 가진 형태로 성형하는데 있어 필수적으로 혼합되는 바인더와 상기 바인더를 제조하는 방법 및 상기 바인더를 이용하여 성형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

바인더 및 그 제조방법{BINDER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 바인더 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제철소 또는 금속 제련소에서 발생하는 더스트와 슬러지를 재활용하거나, 화학공장 또는 일반 산업체에서 제품 생산시 분말 상태의 원료나 부산물을 제조하거나 재활용하는 공정에서 이를 운반, 투입이 용이하도록 사전에 일정한 크기와 강도를 가진 형태로 성형하는데 있어 필수적으로 혼합되는 바인더와 상기 바인더를 제조하는 방법 및 상기 바인더를 이용하여 성형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

제철소나 금속 제련소 등에서는 금속의 제련 과정에서 금속성분을 함유하고 있는 더스트와 슬러지가 다량 발생한다. 이렇게 발생된 더스트 및 슬러지는 폐기물로서 박대한 비용을 들여 매립 처리하였으나, 경제적인 면과 환경오염 면 등에서 여러 가지 문제가 발생하였다.

따라서, 이러한 더스트와 슬러지를 재활용하거나, 일반 산업체에서의 분말 원료사용 및 부산물을 재활용하는 경우, 바인더가 혼합되어 또 다른 성형물로 제조하고 있다.

이와 같이 화학공장이나 일반 산업체에서의 분말 원료사용 및 부산물을 재활용하는 경우에 혼합되는 바인더는, 그로 인하여 만들어진 성형물이 제품 생산 공정에 투입되는 과정에서 깨지거나 비산먼지가 발생하지 않도록 일정 이상의 크기와 강도가 필요하다.

또한, 생산된 제품에 혼합되는 바인더가 제품의 품질에 영향을 미치지 않아야 하며, 나아가 2차적인 환경오염을 유발하지 않는 친환경적인 바인더가 요구된다.

이러한 점을 감안하여 제철소나 금속 제련소에서 발생하는 더스트나 슬러지를 재활용하기 위한 성형이나, 화학공장, 일반산업체의 제품 제조과정에서 사용되는 점결제로 당밀이 주원료인 식물성 바인더가 널리 사용되어 왔다.

그러나, 상기 당밀은 순수 식물성이라는 이점은 있지만, 유황 성분이 비교적 다량 함유되어 있어 환경적인 측면에서 볼 때, 유해할 뿐만 아니라 수급측면에서도 장기적으로는 문제가 있다.

최근, 자동차 강판 등 고급 철강제품과 일반 금속재료의 개발로 인하여 금속제품의 품질과 화학공장 및 일반산업체에서의 생산제품의 품질에 가장 유해성분인 유황과 인 등에 대한 규제가 대폭 강화되고 있으며, 이에 따라 본 발명은 저유황 및 고강도를 충족시킬 수 있는 바인더 및 그 제조방법을 제공하는데 주된 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고로 슬래그, 제강 슬래그 및 전분이 각각 47~52 : 36~42 : 8~15의 중량비로 혼합 성형되는 바인더 및 상기 바인더를 제조하는 방법을 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 기존의 제철소 및 금속 제련소는 물론, 화학공장에서 발생하는 더스트와 슬러지, 그리고 화학공장과 일반산업체에서 사용하는 미분말 상태의 원료와 부산물의 재활용 성형시에 사용되는 바인더의 경우, 성형물로부터 기준치 이상의 유황 함량이 내포되어 있어 고급 철강제품 등을 제조할 때 유해한 단점이 있었으나, 본 발명의 바인더를 사용한 성형물은 유황 함량이 기준치보다 현저하게 적게 나타나 기존의 단점을 보완할 수 있다.

또한, 성형물의 압축 강도 역시 기존보다 월등하게 상승시킬 수 있으므로 본 발명의 바인더를 사용하여 공정을 진행할 경우, 비산 먼지 발생을 획기적으로 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고로 슬래그와 제강 슬래그의 혼합 미분말 제조 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전분 제조 및 이물질 제거 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 바인더 제조 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바인더를 이용한 물질의 성형 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 바인더를 이용한 제철소 부산물의 성형 공정을 나타낸 흐름도이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 일실시예에 의한 바인더는 고로 슬래그, 제강 슬래그, 및 전분을 포함한다.

본 발명에서는 고강도, 고품질의 성형물 제조에 혼합되는 바인더 개발을 위해 유황 성분은 적고, 접착성이 강한 물질들에 대한 기초 조사와 시험을 통해 고로 슬래그, 제강 슬래그, 및 전분을 기본 물질로 하고, 또한 이들 3가지 기본 물질의 상호 배합비율을 변화시키면서 혼합 바인더를 제조한 후, 이에 대한 강도 및 유황성분 등 유해물질 정도를 시험분석한 결과, 고로 슬래그 47~52중량비, 제강 슬래그 36~42중량비, 및 전분 8~15중량비로 혼합된 바인더가 우수한 결과를 나타내고 있으며, 더욱 바람직하게는 고로 슬래그 50중량비, 제강 슬래그 40중량비, 및 전분 10중량비로 혼합되었을 때 가장 우수한 결과를 나타낸다.

고로 슬래그는 제철소에서 선철을 제조할 때 발생되는 용융 슬래그를 냉각수로 급냉시켜 유리질로 된 작은 모래모양의 급냉 슬래그를 미분쇄하여 제조한 것으로, SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, Zn을 주성분으로 하는 미세한 분말이다.

제강 슬래그는 고로나 전기로에서 만들어진 쇳물을 강철로 만들기 위해 쇳물에 녹아 있는 탄소, 규소 성분 등을 제거하는 공정에서 발생되는 것으로, 고로에서 제조된 쇳물에 고압의 산소를 불어 넣어 정련하는 공정에서 발생된다. 고로에서 제조된 쇳물에 고압의 산소를 불어 넣어 정련하는 공정에서 생성되는 전로 슬래그(BOF Slag)와 고철 등을 전기로에서 정련할 때 생성되는 전기로 슬래그(EAF Slag)로 크게 구분할 수 있는데, 본 발명에서는 전로 슬래그만을 대상으로 한다.

전로 슬래그의 성분은 투입되는 원료와 조업 조건에 따라 약간의 차이가 있을 수 있으나, 일반적으로 Fe 16.40%, SiO₂ 14.80%, Al₂O₃ 1.5%, CaO 46.10%, MgO 6.30%, MnO 5.4% 및 S 0.08% 등이 혼합되어 있으며, 이중 CaO 성분이 주도적으로 점결성을 높이는 물질로서 작용한다.

전분은 D-글루코오스(포도당)가 축합하여 생긴 다당류이며, 엽록소를 가진 식물체에 널리 존재한다. 식물의 씨, 줄기, 알뿌리, 열매 등에 함유된 저장물이며, 무미, 무취의 백색 분말로 물에는 녹지 않고, 비중이 1.65이므로 물속에서는 침전한다.

일반적으로 입자형태로 존재하고, 그 크기나 형태는 식물의 종류에 따라 다르며, 단일 물질로 이루어진 것이 아니라 아밀로오스(Amylose)와 아밀로펙틴(Amylopectine)의 혼합물이다. 그 비율은 아밀로오스 20~25%, 아밀로펙틴 75~80%로 전분의 종류에 따라 대체적으로 일정하다.

전분에 뜨거운 물을 붓거나 물을 부어 가열하면 그 입자는 팽창하여 점성이 강한 액체(물)이 되는데, 이러한 현상을 호화라고 한다. 이와 같은 전분의 점성이 강한 성질을 이용하여 바인더를 제조하는데 중요한 요소 물질로 작용한다. 본 발명에서는 감자 전분을 대상으로 한다.

상기와 같은 바인더는 (a) 물질의 접합점을 급속히 상승시키는 고로 슬래그 분말과 결합제 기능을 보강하는 제강 슬래그 분말의 혼합 미분말을 제조하는 단계; (b) 물질의 접합력을 증가시키는 전분 분말을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 고로 슬래그와 제강 슬래그 혼합 미분말 및 전분 분말을 혼합하는 단계를 포함하여 제조한다.

이때, 상기 고로 슬래그 분말은 미분쇄 하는 단계를 포함하여 제조하며, 상기 제강 슬래그 분말은 원료에 함유된 수분을 건조한 후 불순물을 제거하고 선별 건조된 원료를 미세 파쇄하는 파쇄단계를 포함하여 제조하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 파쇄단계 이후에는 분급기에서 선별하는 분급 단계, 및 선별된 원료와 원료를 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전분 분말은 전분은 건조하여 분쇄하는 과정에서의 전처리와 불순물 제거 등을 포함하여 제조하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 성형물은, 상기에 더하여, (d) 바인더 완제품 분말에 당밀과 물의 혼합물인 액상의 성형 촉진제를 분사시키는 단계를 추가로 포함하여 제조할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 바인더는 크게 고로 슬래그와 제강 슬래그의 혼합 미분말 제조단계, 전분 제조단계 및 바인더 제조단계를 거쳐 제조되며, 도면을 참조하여 본 발명의 바인더 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 .

1) 고로 슬래그와 제강 슬래그의 혼합 미분말 제조

도 1에서와 같이, 제철소에서 배출된 냉각 상태의 고로 슬래그를 트레일러로 운반하여 야적장(Storage yard)에 적치한 후, 콘베어 벨트로 피드빈(Feed Bin)에 투입하여 저장한다.

한편, 제철소 제강 공장 전로로부터 배출된 냉각 상태의 제강 슬래그는 트레일러로 운반하여 야적장에 적치한다.

여기서 각기 다른 2개의 컨베이어 벨트(Conveyer Belt)를 이용하여 그 중 한 개의 컨베이어 벨트에는 고로 슬래그 50중량비를, 그리고 또 하나의 컨베이어 벨트에는 제강 슬래그 40중량비를 그라인딩 밀(Grinding Mill)에 동시에 투입하여 혼합함과 동시에 상기 혼합물을 325 메쉬(mesh)로 분쇄하여 서지 빈(Surge Bin)으로 이송하여 사일로(Silo)에 투입 저장한다.

2) 전분 제조

전분은 분말 형태의 완제품을 구입하여 사용하는 방법과, 농장으로부터 감자류를 구입하여 이를 가공 후 사용하는 방법이 있는데, 사전에 전분 제조공장에 그 품질과 입도 조건을 제시하여 거기에 맞는 완제품을 공장에서 직접 구입하여 사용하는 것이 기술적, 경제적, 원료 수급 측면에서 매우 유리하다.

따라서, 본 발명에서는 완제품을 구입하여 이물질을 제거하는 과정을 거치는 단계를 설명한다.

도 2에서와 같이, 전분 제조공장으로부터 벌크(bulk) 또는 포장 상태의 입도(0.05 ~ 0.08 ㎜) 분말을 트레일러나 트럭으로 운반하여 이물질을 선별하는 과정을 거쳐 피드 빈에 저장한다.

3) 바인더 제조

도 3에서와 같이, 325 메쉬로 분쇄된 고로 슬래그와 제강 슬래그의 혼합 미세분말 90중량비와, 정제된 전분 분말 10중량비를 각각의 피드 빈으로부터 동시에 3톤 규모의 믹서(Mixer)에 투입하여 균일하게 혼합하는 과정을 거치면 바인더 완제품이 제조된다. 이를 저장 사일로에 이송 저장시킨 후 20 내지 40 ㎏ 단위로 포장한다.

4) 바인더를 이용한 물질의 성형

상기와 같은 제조 단계를 거쳐 제조된 바인더는, 도 4에서와 같이, 성형 대상 물질과 동시에 믹서에 투입하여 혼합시켜 성형할 수 있다.

이때, 별개의 과정으로 액상의 당밀과 섭씨 40도의 물이 혼합된 액상의 성형 촉진 매개 물질을 함께 믹서에 분사 교반하면서 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 성형 촉진 매개 물질로 사용되는 물은 일정 시간이 경과된 후 전량이 증발하게 되며, 당밀은 저장탱크에 보관하면서 설정된 혼합 비율에 따라 일정량을 고압 분사 라인을 통해 믹서로 주입한다.

상기 성형 대상 물질과 바인더는 각각 92~94중량% 및 6~8중량%로 혼합하는 것이 바람직하며, 성형 촉진 물질은 바인더와 성형물질 100중량부를 기준하여 각각 당밀 2중량부, 물 3~5중량부로 첨가되는 것이 좋다.

상기 성형 대상 물질, 바인더 및 성형 촉진 물질은 믹서 내에서 최종 혼합된 후 일정량씩 성형기에 투입되고, 일정한 형태와 사이즈로 성형된 성형물이 배출되면 스크린에서 분말 등을 제거하여 성형제품으로 출하된다.

도 5는 본 발명의 바이더를 이용하여 제철소 및 금속 제련소에서 발생한 입철과 스케일을 성형하는 과정을 예로서 나타낸 것이다.

입철과 스케일은 사전에 전처리한다. 이들 원료물질은 혼합탱크에서 혼합하여 이를 3~4일간 숙성시킨 후, 성형 호퍼에 투입하여 건조기에서 45분간 400℃로 건조하여 수분을 약 3%로 유지시켜 냉각기에서 온도를 낮추는 동시에 스크린으로 불순물을 제거하고, 버킷엘리베이터를 이용하여 사일로에 저장한다.

사일로에 저장된 재활용 물질은 서지 빈에서 일정량이 믹서에 투입되면 분사기를 통해 분사된 바인더와 혼합되어 성형기에서 일정한 형태와 사이즈로 성형이 된 성형물이 배출되면 스크린에서 분말 등을 제거하여 성형제품으로 출하된다.

기존의 제철소 및 금속 제련소 발생 입철과 스케일의 재활용 성형시 사용하는 바인더인 당밀의 경우, 성형물의 유황 함량이 0.056%에 달하였으나, 본 발명에 따른 바인더를 사용한 성형물의 유황 함량은 0.01~0.015%를 나타내고 있어 제철소 및 금속 제련소에서 제시하는 유황성분 기준치 0.02% 이하의 조건을 만족한다.

또한, 성형물의 압축강도 역시 기존의 경우 150 ㎏/㎤ 정도 수준이던 것이, 본 발명에 의해 성형된 성형물은 210-275 ㎏/㎤로 나타나, 본 발명에 따른 바인더를 사용시 비산먼지 발생도 획기적으로 저감할 수 있을 것으로 기대된다.

이상, 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 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.

Claims (8)

1. 고로 슬래그, 제강 슬래그 및 전분이 혼합 성형된 바인더.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 고로 슬래그, 제강 슬래그 및 전분은 각각 47~52 : 36~42 : 8~15의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 바인더.
   
3. (a) 물질의 접합점을 급속히 상승시키는 고로 슬래그 분말과 결합제 기능을 보강하는 제강 슬래그 분말의 혼합 미분말을 제조하는 단계;
   (b) 물질의 접합력을 증가시키는 전분 분말을 제조하는 단계; 및
   (c) 상기 고로 슬래그와 제강 슬래그 혼합 미분말 및 전분 분말을 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바인더 제조방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 고로 슬래그 분말은 미분쇄 하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 바인더 제조방법.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제강 슬래그 분말은 원료에 함유된 수분을 건조한 후 불순물을 제거하고 선별 건조된 원료를 미세 파쇄하는 파쇄단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 바인더 제조방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 파쇄단계 이후에는 분급기에서 선별하는 분급 단계, 및 선별된 원료와 원료를 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바인더 제조방법.
   
7. 제 3항에 있어서,
   상기 전분 분말은 전분은 건조하여 분쇄하는 과정에서의 전처리와 불순물 제거하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 바인더 제조방법.
   
8. 제 3항에 더하여,
   (d) 바인더 완제품 분말에 당밀과 물의 혼합물인 액상의 성형 촉진제를 분사시키는 단계를 추가로 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 성형물 제조방법.
   
   

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