KR20160090505A - 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 용탕 승열제 조성물로서 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물로서 실리콘(Si) 20~40 중량부 및 실리콘 카바이드(SiC) 50~70 중량부를 포함하며, 특히 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 다량으로 발생하는 폐 실리콘 슬러지를 재활용 가능하게 회수, 건조, 분리하여 실리콘 및 실리콘 카바이드 함유 부산물을 이용하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법{COMPOSITION OF SILICONE-SILICONE CARBIDE BASED HEATING AGENT FOR IRON MELT AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 용탕 승열제 조성물로서 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물로서 실리콘(Si) 20~40 중량부 및 실리콘 카바이드(SiC) 50~70 중량부를 포함하며, 특히 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 다량으로 발생하는 폐 실리콘 슬러지를 재활용 가능하게 회수, 건조, 분리하여 실리콘 및 실리콘 카바이드 함유 부산물을 이용하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양광 소재나 반도체를 제조, 가공하는데 사용되는 실리콘은 그 순도가 고순도(99.9999%이상)이다. 특히, 가공 공정시 고순도 실리콘(Si) 슬러지(Sludge)가 다량으로 배출되고 있다.
이때 발생되는 고순도의 실리콘 슬러지를 건조 가공하여도 실리콘(Si)이 슬러지화되면서 공기 중의 산소와 결합 산화하여 순도가 저하되어 다시 진공상태의 고온 용융로에서 재용융하여야 하는 등 비효율적인 경제적 가치성이나, 침전물의 실리콘(Si)과 실리콘 카바이드(SiC), 금속불순물(Fe), 절삭유의 포함 등으로 재활용하는데 있어 그 한계를 가지고 있다.
따라서, 과거에는 폐 실리콘 슬러지를 폐기물 처리 업체에 의해 매립 처리하여 왔으나, 최근에는 실리콘이나 실리콘 카바이드와 같은 소재를 회수 및 정제하여 경제적 활용 가치를 높이려는 연구가 진행되어 왔다.
대한민국 공개특허 제10-2002-0089080호(2002. 11. 29. 공개, 특허 제10-0554732호) 대한민국 공개특허 제10-2011-0004093호(2011. 01. 13. 공개, 특허 제10-1123494호)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실리콘(Si) 20~40 중량부 및 실리콘 카바이드(SiC) 50~70 중량부를 포함하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 특히 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 다량으로 발생하는 폐 실리콘 슬러지를 재활용 가능하게 회수, 건조, 분리하여 실리콘 및 실리콘 카바이드 함유 부산물을 이용하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 발생되는 다량의 폐 실리콘 슬러지를 재활용함으로써 폐기물로 매립처리되고 있는 폐 실리콘 슬러지를 경제성 있는 유효자원으로 다시 사용할 수 있는 경제적 방안을 제시하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결하고자 하는 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물은 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 용탕 승열제 조성물에 있어서, 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물은 상기 실리콘(Si) 20~40 중량부 및 상기 실리콘 카바이드(SiC) 50~70 중량부인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물은 상기 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)는 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 발생하는 폐 실리콘 슬러지에 함유된 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 이용하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법은 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 용탕 승열제 조성물의 제조방법에 있어서, 상기 용탕 승열제 조성물이 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법은 상기 실리콘(Si)은 20~40 중량부이고 상기 실리콘 카바이드(SiC) 50~70 중량부가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법은 상기 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)는 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 발생하는 폐 실리콘 슬러지에 함유된 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 이용하되, 폐 실리콘 슬러지로서 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 함유하는 혼합 슬러지, 실리콘(Si)은 함유하되 실리콘 카바이드(SiC)는 함유하지 않는 실리콘 단독 슬러지 및 실리콘 카바이드(SiC)는 함유하되 실리콘(Si)은 함유하지 않은 실리콘 카바이드 단독 슬러지를 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법은 상기 폐 실리콘 슬러지로서 혼합 슬러지, 실리콘 단독 슬러지 및 실리콘 카바이드 단독 슬러지의 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)의 함량을 각각 분석하는 단계(S1); 및 상기 혼합 슬러지, 실리콘 단독 슬러지 및 실리콘 카바이드 단독 슬러지를 사용하여 상기 실리콘(Si)은 20~40 중량부이고 상기 실리콘 카바이드(SiC)는 50~70 중량부가 되도록 설정하는 단계(S2);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법에 의하면, 실리콘(Si) 20~40 중량부 및 실리콘 카바이드(SiC) 50~70 중량부를 포함하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법에 의하면, 특히 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 다량으로 발생하는 폐 실리콘 슬러지를 재활용 가능하게 회수, 건조, 분리하여 실리콘 및 실리콘 카바이드 함유 부산물을 이용할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물 및 그 제조방법에 의하면, 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 발생되는 다량의 폐 실리콘 슬러지를 재활용함으로써 폐기물로 매립처리되고 있는 폐 실리콘 슬러지를 경제성 있는 유효자원으로 다시 사용할 수 있는 경제적 방안을 제시할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법의 공정 순서도.
이하, 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 본 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 부호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법의 공정 순서도이다.
본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물은 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 용탕 승열제 조성물에 있어서, 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하여 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물은 상기 실리콘(Si) 20~40 중량부 및 상기 실리콘 카바이드(SiC) 50~70 중량부로 구성할 수 있다.
상기 실리콘(Si)의 양이 20 중량부 미만이거나 상기 실리콘 카바이드(SiC)의 양이 50 중량부 미만인 경우에는 제강 공정에서 용탕의 온도를 올릴 수 있는 승열 효율이 현저히 감소하여 바람직하지 않으며, 상기 실리콘(Si)의 양이 40 중량부를 초과하거나 상기 실리콘 카바이드(SiC)의 양이 70 중량부를 초과하는 경우에는 브리케트(Briquet), 즉 성형탄 형태로의 성형이 어려워 상기 실리콘(Si) 및 상기 실리콘 카바이드(SiC)의 양은 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물은 상기 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)는 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 발생하는 폐 실리콘 슬러지에 함유된 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 이용할 수 있다.
즉, 상기한 바와 같이 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)가 각각 20~40 중량부 및 50~70 중량부를 포함하도록 구성할 수 있는데, 실제 폐 실리콘 슬러지에서 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)을 각각 분리, 회수하는 방법 뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이 폐 실리콘 슬러지의 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)의 함량을 각각 분석하여 그 함량에 따라 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 왜냐하면, 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 각각 분리, 회수하는 것이 용이하지 않으며 그 회수 비용 또한 상당히 크기 때문이다.
상기 태양광 소재나 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 다량으로 발생하는 실리콘 슬러지 또는 폐기물은 크게 (1) 단결정 잉곳(Single Crystal Ingot) 제조 과정에서 발생되는 부산물, (2) 잉곳으로부터 웨이퍼를 제조하는 과정에서의 부산물, 그리고 (3) 웨이퍼의 폐기물로 분류할 수 있다.
대표적으로 실리콘(Si) 단결정 성장(Single Crystal Growing) 법에 의한 잉곳 성장 또는 인상(Pulling) 과정과 웨이퍼 가공(Wafer Sawing) 공정에서 발생되는 실리콘 및 실리콘 카바이드가 함유된 혼합 슬러지 폐기물이 발생된다.
잉곳(Ingot) 가공 및 웨이퍼 제조 가공 공정에서 배출되는 폐기물은 절단-연마 과정에서 윤활 및 냉각 목적으로 가해지는 절단-연마 용액과 섞여 배출되며, Grinding, Sawing. Lapping 공정에서는 슬러리 또는 혼탁액 상태로 배출되는데 이때 순도가 높은 실리콘(Si) 재료의 폐 분말(kerf) 뿐만 아니라 고순도 실리콘 카바이드(SiC) 연마재와 절단 용액이 혼합되어 배출된다.
이렇게 버려지는 실리콘(Si)은 실리콘 카바이드(SiC) 입자와 슬러리에 혼입되어 폐기되고 있으며 절삭 와이어(Wire Saw)로부터 유래된 금속불순물과 Ingot mounting stage에서 유래한 유리질 등이 포함되어 있다.
잉곳(Ingot) 가공 및 웨이퍼 제조 가공 공정에서 배출되는 폐기물은 절단-연마 과정에서 윤활 및 냉각 목적으로 가해지는 절단-연마 용액과 섞여 배출되며, 사용되는 순수(virgin) 실리콘 카바이드(SiC)는 순도가 약 99%정도이고, 실리콘(Si)은 99.99% 이상이다.
실제로 국내 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳을 절단할 때 발생되는 폐기물은 ~50 wt%의 실리콘 카바이드(SiC), ~20 wt%의 윤활유, ~10wt%의 절삭와이어(Wire Saw) 그리고 ~20% 정도의 실리콘(Si)으로 구성되어있다.
아래 표 1은 실리콘 잉곳을 절단할 때 발생하는 폐 실리콘 슬러지에서 유용성 오일을 분리하고 비중 선별 후 상층부와 하층부의 주요 성분을 분석한 결과이다.
단위 : wt%
유용성 오일(Oil) Si SiC SiO 기타
슬러리(Slurry) 24 18 48 - 10
오일분리(After oil removal) - 12.6 84.1 3.3
상층부(Upper layer of sediment) - 35.2 28.6 25.3 10.9
하층부(Lower layer df sediment) - 4.95 87.2 3.41 4.44
원심분리된 슬러지는 유분, 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC) 분말을 포함한다. 유분과 실리콘 카바이드(SiC) 분말은 절삭과정에서 절삭 모재로부터 유래되며, 유분은 통상 에틸렌크릴콜(EG) 또는 포릴에틸렌글리콜(PEG), 디에틸렌글리콜(DEG)과 같은 고분자로 이루어지는 것이 일반적이다.
실리콘(Si) 단결정 성장(Single Crystal Growing) 법에 의한 잉곳 성장 또는 인상(Pulling) 과정에서 Pot Scrap과 웨이퍼 가공공정, Grinding, Sawing, Lapping 공정에서 발생되는 폐기물 슬러지는 항상 일정한 성분으로 배출되는 것은 아니며, 아래 [표 2]에서 보는 바와 같이 실리콘 함량이 높은 반면, 실리콘 고형분을 분리한 후 폐기되는 폐수 처리장의 슬러지에는 상기 [표 1]에서 보는 바와 같이 실리콘 카바이드(SiC) 함량이 높게 된다. [표 2]에서 주요 성분으로서 'Si'는 성분 분석 결과를 표현하는 원소로서 나타내는 것은 아니라 본 발명에서 기본적으로 지칭하는 고순도의 실리콘(Si) 자체를 의미하는 것이다.
단위 : wt%
주요
성분		 샘플명
No1 No2 No3 No4 No5 No6 No7 No8
Al 3.0 1.9 0.2 0.1 0.1 0.0 0.02 2.8
Si 90.8 86.7 97.7 97.2 95.7 97.2 97.4 76.5
C 2.0 1.1 0.5 0.3 0.4 0.3 0.08 1.94
O 3.4 8.7 0.4 0.6 3.4 2.1 1.67 18.1
N 0.1 0.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.02 0.3
H 0.2 0.6 0.1 0.0 0.1 0.1 - -
실리콘 카바이드(Silicone Carbide)는 탄소와 규사를 넣어 만드는데 화학식이 SiC이고 분자량이 40.1, 비중은 3.21인 난융성(難融性) 공유 결합 화합물이며, 연마재로 많이 쓰이며 내화재로도 쓰인다. [표 3]은 실리콘 카바이드(SiC, Silicone Carbide) 연마제 제조 공정에서 발생되는 폐기물의 성분 분석표이다.
단위 : wt%


SiC

순도
화학성분(%)
SiC C SiO2 Fe2O3
95% 95±1 ≤1 ≤3.0 ≤1
90% 90±1 ≤1.2 ≤4 ≤1
85% 85±1 ≤2 ≤7 ≤1.5
80% 80±1 ≤5 ≤10 ≤3.5
70% 70±1 ≤15 ≤10.6 ≤3.5
60% 60±1 ≤22 ≤11.2 ≤3.5
50% 50±1 ≤25 ≤12 ≤3.5
이와 같이 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)가 모두 함유된 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC) 혼합 슬러지 외에 실리콘 카바이드(SiC)가 전혀 존재하지 않거나 극소량이 존재하는 실리콘 단독 슬러지([표 2]), 그리고 실리콘 카바이드(SiC) 연마재 제조 공정 등에서 발생되는 실리콘(Si)이 전혀 존재하지 않거나 극소량이 존재하는 실리콘 카바이드 단독 슬러지([표 3]) 등 다양한 폐 실리콘 슬러지가 발생된다.
Si 단결정 성장(Single Crystal Growing) 법에 의한 잉곳성장 또는 인상(Pulling) 과정에서 Pot Scrap과 웨이퍼 가공공정, Grinding, Sawing, Lapping 공정에서 발생되는 폐기물에서 실리콘(Si) 고형분을 분리한 폐기물은 실리콘(Si) 함량이 높아([표 2]) 단독으로 또는 실리콘 카바이드(SiC) 함량이 높은 폐수 처리장의 슬러지와 혼합하여 제철산업의 성분조정용, 합금원소(Alloying element), 탈산제(De-Oxidizing agent), 슬래그 탈산제(Slag making agent) 등으로 활용할 수 있다.
잉곳(Ingot) 가공 및 웨이퍼 제조 가공 공정에서 배출되는 폐기물은 절단-연마 과정에서 윤활 및 냉각 목적으로 가해지는 절단-연마 용액과 섞여 배출되며, 폐수 처리장으로 버려지는데 이 슬러지에는 실리콘 카바이드(SiC) 함량이 높고, 상대적으로 실리콘(Si) 함량은 낮으나 유용성 또는 수용성 오일이 포함되어 있다. 이 폐슬러지는 항상 일정한 성분으로 배출되는 것은 아니다. 그러나, 이 폐슬러지 폐기물을 회수 및 정제하면, [표 4]와 같은 함량을 가지는 실리콘 카바이드(SiC) 및 실리콘(Si)를 회수할 수 있다.
생성물(Product) wt%
최고 최저
SiC 64 60.3
Si 25 21.5
한편, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법은 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 용탕 승열제 조성물의 제조방법에 있어서, 상기 용탕 승열제 조성물이 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하도록 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법은 상기 실리콘(Si)은 20~40 중량부이고 상기 실리콘 카바이드(SiC) 50~70 중량부가 되도록 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법은 상기 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)는 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 발생하는 폐 실리콘 슬러지에 함유된 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 이용하되, 폐 실리콘 슬러지로서 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 함유하는 혼합 슬러지([표 1]), 실리콘(Si)은 함유하되 실리콘 카바이드(SiC)는 함유하지 않는 실리콘 단독 슬러지([표 2]) 및 실리콘 카바이드(SiC)는 함유하되 실리콘(Si)은 함유하지 않은 실리콘 카바이드 단독 슬러지([표 3])를 이용하는 것으로 구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법은 도 1에서 도시한 바와 같이, 상기 폐 실리콘 슬러지로서 혼합 슬러지, 실리콘 단독 슬러지 및 실리콘 카바이드 단독 슬러지의 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)의 함량을 각각 분석하는 단계(S1); 및 상기 혼합 슬러지, 실리콘 단독 슬러지 및 실리콘 카바이드 단독 슬러지를 사용하여 상기 실리콘(Si)은 20~40 중량부이고 상기 실리콘 카바이드(SiC)는 50~70 중량부가 되도록 설정하는 단계(S2);를 포함하여 구성할 수 있다.
즉, 상기 혼합 슬러지의 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)와 실리콘 단독 슬러지의 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드 단독 슬러지의 실리콘 카바이드(SiC)를 혼합하여 실리콘(Si)이 20~40 중량부가 됨과 동시에 실리콘 카바이드(SiC)가 50~70 중량부를 만족하는 조건으로 설정할 수 있으며, 경우에 따라 혼합 슬러지만으로 상기 조건을 만족할 수도 있으며, 나머지 실리콘 단독 슬러지 및 실리콘 카바이드 단독 슬러지 중 적어도 어느 하나의 슬러지를 추가로 포함하여 상기 조건을 만족하도록 설정할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물을 원료로 하여 점결제를 첨가하여 브리케트로 제조한 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1에서 사용하는 원재료로서 (1) 태양광 소재나 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 다량으로 발생하는 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 함유하는 혼합 슬러지(Sludge), (2) Si 단결정 성장(Single Crystal Growing) 법에 의한 잉곳성장 또는 인상(Pulling) 과정에서 Pot Scrap과 웨이퍼 가공공정, Grinding, Sawing, Lapping 공정에서 발생되는 폐기물에서 실리콘(Si) 고형분을 분리한 폐기물 슬러지와 같이 실리콘 카바이드(SiC)가 전혀 존재하지 않거나 극소량이 존재하는 실리콘 단독 슬러지, 그리고 (3) 실리콘 카바이드(SiC, Silicon Carbide) 연마제 제조공정 등에서 발생되는 실리콘(Si)이 전혀 존재하지 않거나 극소량이 존재하는 실리콘 카바이드 단독 슬러지를 건조한 후 각각의 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)의 함량을 분석하였다.
이에 기초하여, 실리콘(Si) 40 중량부 및 실리콘 카바이드(SiC) 50 중량부와 이들을 합친 중량의 7 중량%의 점결제를 바인더로 첨가하여 약 15분간 혼련하였다. 다음으로, 전체 중량이 1 톤이 되도록 하고 이를 1 시간 이상 숙성한 후 성형기에서 40,000psi의 유압을 가하여 다수개의 원방형 브리켓을 성형하였으며, 이를 다시 100℃로 예열된 건조기에 넣어 1 시간 건조한 후 공기 중에서 서서히 냉각하여 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제를 제조하였다.
실시예 2에서는 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)의 함량을 분석한 슬러지들을 이용하여 실리콘(Si) 20 중량부 및 실리콘 카바이드(SiC) 70 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 본 발명에 따른 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제를 제조하였다.
[ 시험예 1]
제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 용탕 승열제의 승온 효율을 평가하기 위하여 사용되는 방법은 다음과 같다.
가. XRF, XRD 분석방법
나. 전로에 직접 투입하는 방법
다. 탈린 출탕시 혹은 전로 출강시 투입하는 방법
본 발명에서는 용탕 승열제를 전로에 직접 투입하는 방법을 사용하였으며, 용탕 승열제를 사용하지 않은 경우(이하, '비교예 1'이라 함)와 본 발명에 따른 용탕 승열제 실시예 1 내지 2를 사용한 경우의 전력 사용량, 제강시간(tap to tap), 사용 산소량 등을 구하여 대비하였다.
실험 조건은 동일 전로에서 실험평가를 위한 보정계수로 기준온도 환산은 ㉮ 출강온도 : 1,600℃ ㉯ 정련기 승온 효율 : 0.63kwh/℃·CT(장입톤). 산소량기준은 ㉮ 산소 보정 기준 : 6.000Nm3 ㉯ 산소보정 값 : 3.5kwh/(Nm3/CT). Scrap(용선 포함) 장입량 : 188.1톤, 장입 완료후 본 발명에 따른 용탕 승열제 투입: 500kg, Si%67 투입량 : 334kg, SiO2 투입량 : 382.2kg, CaO(염기도 1.9) 투입량 : 611.5kg이고 실험 결과는 [표 5]와 같다.
Figure pat00001
상기 결과를 보면, 기준 온도 환산시 전력 절감량(kwh/CT)은 비교예 1보다 실시예 1은 25.9kwh/CT, 실시예 2의 경우 22.7kwh/CT의 전력 절감 효과를 보였다. 또한, 사용 산소량(Nm3)은 실시예 1의 경우 6068Nm3를 사용하여 비교예 1의 6122Nm3보다 54Nm3의 양이 절약되었고 실시예 2는 42Nm3의 양이 절약되었다. 또한, 정련기 승온시간 단축에 따른 제강시간(tap to tap) 단축은 상당한 효과를 보이고 있은데 비교예 1과 대비하여 실시예 1은 3분, 그리고 실시예 2는 2.3분의 시간을 단축하였다.
본 발명은 폐기물로 버려지는 폐 실리콘 슬러지를 이용하여 폐 실리콘 슬러지 안에 있는 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC) 자원을 활용해 용탕 승열제를 제조함으로써 재화(財貨)의 가치성 재고라는 측면에서도 매우 경제성 있는 제조방법이다.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (7)

  1. 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 용탕 승열제 조성물에 있어서,
    실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘(Si) 20~40 중량부 및 상기 실리콘 카바이드(SiC) 50~70 중량부인 것을 특징으로 하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)는 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 발생하는 폐 실리콘 슬러지에 함유된 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 이용하는 것을 특징으로 하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물.
  4. 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 용탕 승열제 조성물의 제조방법에 있어서,
    상기 용탕 승열제 조성물이 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하도록 하는 것을 특징으로 하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실리콘(Si)은 20~40 중량부이고 상기 실리콘 카바이드(SiC) 50~70 중량부가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)는 태양광 소재 또는 반도체를 제조, 가공하는 과정에서 발생하는 폐 실리콘 슬러지에 함유된 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 이용하되,
    폐 실리콘 슬러지로서 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)를 함유하는 혼합 슬러지, 실리콘(Si)은 함유하되 실리콘 카바이드(SiC)는 함유하지 않는 실리콘 단독 슬러지 및 실리콘 카바이드(SiC)는 함유하되 실리콘(Si)은 함유하지 않은 실리콘 카바이드 단독 슬러지를 이용하는 것을 특징으로 하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폐 실리콘 슬러지로서 혼합 슬러지, 실리콘 단독 슬러지 및 실리콘 카바이드 단독 슬러지의 실리콘(Si) 및 실리콘 카바이드(SiC)의 함량을 각각 분석하는 단계(S1); 및
    상기 혼합 슬러지, 실리콘 단독 슬러지 및 실리콘 카바이드 단독 슬러지를 사용하여 상기 실리콘(Si)은 20~40 중량부이고 상기 실리콘 카바이드(SiC)는 50~70 중량부가 되도록 설정하는 단계(S2);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘-실리콘 카바이드계 용탕 승열제 조성물의 제조방법.
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