KR20190077864A - 전로 승온용 브리켓 및 그 제조방법 - Google Patents

전로 승온용 브리켓 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 관점에 따른 전로 승온용 브리켓의 제조방법은, 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 승온용 브리켓의 제조방법에 있어서, 실리콘 카바이드(SiC) 분말과, 생석회(CaO), 실리콘옥사이드(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하는 래들 슬래그 분말을 1:1.5~2의 중량비로 혼합하여 브리켓을 제조한다.

Description

전로 승온용 브리켓 및 그 제조방법{BRIQUETTES FOR HEATING FURNACE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 전로 승온용 브리켓에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 실리콘 카바이드와 래들 슬래그를 활용한 승온용 브리켓 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양광 소재나 반도체를 제조, 가공하는 데 사용되는 실리콘(Si)은 그 순도가 고순도이다. 특히 가공 공정시 고순도 실리콘 슬러지가 다량으로 배출되고 있다. 이 때 발생되는 고순도의 실리콘 슬러지를 건조 가공하여도 실리콘이 슬러지화되면서 공기 중의 산소와 결합하여 순도가 저하되어 다시 진공상태의 고온 용융로에서 재용융하여야 하는 등 비효율적인 면이 있었다. 따라서, 종래에는 폐 실리콘 슬러지를 폐기물 처리업체에 의해 매립하여 처리하였으나, 최근에는 실리콘이나 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 소재를 회수 및 정제하여 경제적 활용가치를 높이려는 연구가 진행되어 왔다.
한편, 일반적으로 제강조업에서 용탕의 온도를 올리기 위한 열원재로서 실리콘 함량이 60% 이상인 페로실리콘(FeSi) 성형품이 많이 사용되어 왔으나, 비중이 용탕보다 낮으면 용탕 위에 뜨게 되고 이로 인해 산화 발열량의 상당부분이 용탕의 승온에 기여하지 못하고 빠져나가는 문제점이 있었다.
이에 관련된 기술로는 대한민국 특허공개공보 제2013-0056992호(2013.051.31 공개, 실리콘 웨이퍼 폐 슬러지의 처리방법 및 그 방법으로 제조된 Fe-Si-SiC 브리켓)가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 반도체 제조 공정에서 발생하는 부산물인 폐 실리콘 슬러지와 제강 공정에서 발생하는 부산물인 래들 슬래그를 활용하여 제조된 전로 승온용 브리켓 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 관점에 따른 전로 승온용 브리켓은 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 승온용 브리켓에 있어서, 실리콘 카바이드(SiC)와, 생석회(CaO), 실리콘옥사이드(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하는 래들 슬래그를 1:1.5~2의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 브리켓의 비중 확보를 위하여 소입철 또는 밀스케일을 5~10중량% 더 포함하고, 유기 바인더를 5~10중량% 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 브리켓은 실리콘 카바이드(SiC)가 전체의 15~30 중량%, 래들 슬래그가 30~60 중량%, 소입철 또는 밀스케일이 5~10 중량%, 그리고 유기 바인더가 5~10 중량%로 혼합된 것이 바람직하다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 관점에 따른 전로 승온용 브리켓의 제조방법은, 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 승온용 브리켓의 제조방법에 있어서, 실리콘 카바이드(SiC) 분말과, 생석회(CaO), 실리콘옥사이드(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하는 래들 슬래그 분말을 1:1.5~2의 중량비로 혼합하여 상기 브리켓을 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 브리켓의 비중 확보를 위하여 소입철 또는 밀스케일을 5~10중량% 더 포함하고, 유기 바인더를 5~10중량% 더 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 실리콘 카바이드(SiC)를 전체의 15~30 중량%, 래들 슬래그를 30~60 중량%, 소입철 또는 밀스케일을 5~10 중량%, 그리고 유기 바인더를 5~10 중량%로 혼합하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 반도체 제조 공정에서 발생하는 부산물인 폐 실리콘 슬러지와 제강 공정에서 발생하는 부산물인 래들 슬래그를 활용하여 전로 승온용 브리켓을 제조함으로써, 제강 현장의 조업 조건에 최적화된 부원료를 생산할 수 있으며, 제철 과정에서 발생하는 부산물을 열원제로 활용하여 제강 과정에 투입함으로써 자원의 재활용을 실현하며 제품의 단가를 저감할 수 있다. 또한, 기존에 브리켓 형태의 완제품을 구매 적용함에 따라 발생하는 성분 및 제품 품질 문제를 해결할 수 있다. 또한, 부원료의 자체 개발을 통해 조업의 효율화 및 생산성 향상을 기대할 수 있으며, 폐기물을 재활용하므로 환경보호의 측면에서도 바람직한 기술이라 할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 웨이퍼 절삭 등 반도체 제조공정에서 발생하는 폐 실리콘 카바이드(SiC) 슬러지 분말과, 래들 슬래그 분말, 그리고 유기 바인더를 혼합하여 전로 승온용 브리켓을 제조함으로써 전로 내 열원을 확보하고 생석회의 재화를 촉진하는 제강 부원료를 제시한다.
실리콘 카바이드(SiC)는 반도체 제조공정 중 웨이퍼 절삭시 나오는 부산물로, 파우더 형태로 전로 공정에서 승온용으로 주로 사용되고 있다. 기존에는 페로실리콘(Fe-Si) 브리켓이 승온용으로 많이 사용되었으나, 최근에는 단가의 상승으로 인한 원가적 부담으로 사용이 줄어들고 있으며 그 대체제로서 실리콘 카바이드(SiC)를 브리켓화한 제품이 사용되고 있다. 그러나, 실리콘 카바이드(SiC)를 브리켓화한 제품들은 제품의 강도나 특성이 제대로 관리되지 않고 있는데, 특히 강도 확보 측면에서 미흡한 점이 많다.
따라서, 실리콘 카바이드를 브리켓화한 완제품 말고 실리콘 카바이드(SiC) 분말을 구입한 후 래들 슬래그와 혼합하여 승온제로 활용하면 제조 단가를 저감하는 측면에서 매우 유리한 이점이 있다. 또한, 제강 공정의 부산물인 래들 슬래그는 알루미나(Al2O3) 성분을 다량 함유하므로 이를 활용할 경우 전로 제강에서 생석회의 재화를 촉진하는 효과를 기대할 수도 있다.
래들 슬래그는 제강 단계에서 불순물 제거 또는 용강의 온도를 유지하는 목적으로 용강의 표면을 덮고 있는 부산물로서 주성분이 생석회(CaO), 실리콘옥사이드(SiO2), 그리고 알루미나(Al2O3)로 이루어져 있다. 제강 단계에서의 슬래그는 점도, 즉 유동성이 중요한데, 생석회를 첨가할 경우 알루미나(Al2O3)가 생석회(CaO)와 결합하여 재화가 촉진된다.
본 발명에 따르면, 실리콘 카바이드 분말, 래드 슬래그 분말, 및 유기 바인더를 혼합하여 브리켓을 제조한다. 여기에, 브리켓의 비중 확보를 위하여 소입철 또는 밀스케일을 첨가할 수 있으며, 첨가 비율을 적절히 제어할 경우 철(Fe)의 소스이자 유기 바인더 역할까지 할 수 있어 별도의 유기 바인더를 첨가하지 않아도 된다.
한편, 실리콘 카바이드(SiC) 분말과 래들 슬래그의 혼합 비가 중요하다. 현재 실제 승온에 사용되는 Fe-Si류의 평균 투입량을 240㎏(Si 투입량: 약 170㎏), 실리콘 카바이드(SiC) 분말 내 실리콘(Si)의 함량이 약 60%라고 가정하고, 동일 실리콘(Si) 투입량을 고려할 때, 실리콘 카바이드(SiC) 분말은 약 280㎏을 투입할 수 있다. 또한, 슬래그의 유동성을 고려할 때 슬래그 내의 생석회(CaO)와 실리콘옥사이드(SiO2)의 비(CaO/SiO2), 즉 슬래그의 염기도의 영향을 최소화하는 것이 바람직하다.
투입된 실리콘(Si)이 모두 실리콘옥사이드(SiO2)로 산화된다고 가정했을 때, 슬래그 염기도의 영향을 최소화하기 위해 실리콘옥사이드(SiO2)의 양과 동일 양의 생석회(CaO)가 투입되도록 래들 슬래그를 약 470㎏을 투입할 수 있다. 따라서, 280:470=1:1.7의 결과가 얻어진다. 결과적으로, 실리콘 카바이드(SiC) 분말과 래들 슬래그 분말의 투입량을 1:1.5~2로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 브리켓의 비중 확보를 위하여 첨가되는 소입철 또는 밀스케일은 전체의 5~10%의 범위로 투입하고, 분말을 서로 혼합하고 결합시키기 위하여 유기 바인더를 5~10% 첨가할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 승온용 브리켓에 있어서, 상기 실리콘 카바이드(SiC) 분말을 전체 브리켓의 15~30 중량%, 래들 슬래그를 30~60 중량%, 소입철 또는 밀스케일을 5~10 중량%, 그리고 유기 바인더를 5~10 중량%로 혼합할 수 있다.
본 발명에 따르면, 조업 조건에 최적화된 부원료를 생산할 수 있으며, 제철 과정에서 발생하는 부산물을 열원제로 활용하여 제강 과정에 투입함으로써 자원의 재활용을 실현하며 제품의 단가를 저감할 수 있다. 또한, 기존에 브리켓 형태의 완제품을 구매 적용함에 따라 발생하는 성분 및 제품 품질 문제를 해결할 수 있다. 또한, 부원료의 자체 개발을 통해 조업의 효율화 및 생산성 향상을 기대할 수 있다. 또한, 폐기물을 재활용하므로 환경보호의 측면에서도 바람직한 기술이라 할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 승온용 브리켓에 있어서,
    실리콘 카바이드(SiC)와, 생석회(CaO), 실리콘옥사이드(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하는 래들 슬래그를 1:1.5~2의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 승온용 브리켓.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 브리켓의 비중 확보를 위하여 소입철 또는 밀스케일을 5~10중량% 더 포함하고, 유기 바인더를 5~10중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 승온용 브리켓.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 브리켓은 실리콘 카바이드(SiC)가 전체의 15~30 중량%, 래들 슬래그가 30~60 중량%, 소입철 또는 밀스케일이 5~10 중량%, 그리고 유기 바인더가 5~10 중량%로 혼합된 것을 특징으로 하는 승온용 브리켓.
  4. 제강 공정에서 용탕의 온도를 높이기 위하여 사용되는 승온용 브리켓의 제조방법에 있어서,
    실리콘 카바이드(SiC) 분말과, 생석회(CaO), 실리콘옥사이드(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하는 래들 슬래그 분말을 1:1.5~2의 중량비로 혼합하여 상기 브리켓을 제조하는 것을 특징으로 하는 승온용 브리켓 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 브리켓의 비중 확보를 위하여 소입철 또는 밀스케일을 5~10중량% 더 포함하고, 유기 바인더를 5~10중량% 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 승온용 브리켓 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 실리콘 카바이드(SiC)를 전체의 15~30 중량%, 래들 슬래그를 30~60 중량%, 소입철 또는 밀스케일을 5~10 중량%, 그리고 유기 바인더를 5~10 중량%로 혼합하는 것을 특징으로 하는 승온용 브리켓 제조방법.
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