KR20240057742A - 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 커피를 추출하고 난 후 버려지는 커피추출박을 이용하여 제강공정에서 발생되는 용강의 온도 저하를 막을 수 있는 용강 승열용 고함철 단광에 관한 것이다.
본 발명의 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광은 제철공정에서 발생한 함철 부산물, 커피추출박, 바인더를 함유하고, 괴상으로 성형된다.
본 특허(발명)는 전남녹색환경지원센터의 연구비 지원에 의해 수행되었습니다.
본 발명의 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광은 제철공정에서 발생한 함철 부산물, 커피추출박, 바인더를 함유하고, 괴상으로 성형된다.
본 특허(발명)는 전남녹색환경지원센터의 연구비 지원에 의해 수행되었습니다.
Description
본 발명은 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 커피를 추출하고 난 후 버려지는 커피추출박을 이용하여 제강공정에서 발생되는 용강의 온도 저하를 막을 수 있는 용강 승열용 고함철 단광에 관한 것이다.
일반적으로 제강공정에서는 섭씨 1500도 내외의 용강 온도에서 선철중의 탄소를 비롯한 불순물을 산화시키고 이 산화물은 슬래그로 제거된다.
제강공정에서는 용강의 품질을 맞추기 위해 성분조절과 탈산 등을 위하여 여러종류의 부재료가 투입된다. 이에 투입되는 부재료로 인해 용강의 온도가 저하된다. 이 경우 용강의 온도가 저하되는 것을 막기 위해 산화 반응열이 큰 승열용 물질을 노 내부로 투입한다.
대한민국 공개특허 제10-2002-0089080호, 공개특허 제10-2016-0043350호 등에 개시된 바와 같이 종래에는 용강의 온도 저하를 막기 위한 물질로서 주로 실리콘(Si) 성분이 함유된 브리켓(briquette)을 이용하였다.
하지만 대부분 수입에 의존하는 실리콘은 가격이 높기 때문에, 전체적인 제강공정 비용이 높아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 탄소함량이 높은 커피추출박을 이용하여 폐기물을 유용한 자원으로 재활용함과 동시에 실리콘의 사용량을 감소시키고 원가를 절감할 수 있는 용강 승열용 고함철 단광을 제조하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 제철소에서 발생되는 함철 부산물을 함께 이용함으로써 철 함유량이 높아 고철 대체제로로 활용이 가능한 용강 승열용 고함철 단광을 제조하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광은 제철공정에서 발생한 함철 부산물, 커피추출박, 바인더를 함유하고,괴상으로 성형된다.
상기 커피추출박은 2 내지 10중량%를 함유한다.
상기 단광은 표면에 물유리 피막층이 형성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 탄소함량이 높은 커피추출박을 이용하여 폐기물을 유용한 자원으로 재활용함과 동시에 실리콘의 사용량을 감소시키고 원가를 절감할 수 있다.
이러한 본 발명은 부재료의 첨가로 용강의 온도가 저하될 시 용강의 승열에 기여하여 용강의 온도 저하를 막을 수 있다.
또한, 본 발명은 제철소에서 발생되는 함철 부산물을 함께 이용함으로써 철 함유량이 높아 고철 대체제로로 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 용강 승열용 고함철 단광을 제조하는 과정을 나타낸 블록도이고,
도 2는 본 발명의 다른 예에 따른 용강 승열용 고함철 단광을 제조하는 과정을 나타낸 블록도이고,
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 용강 승열용 고함철 단광의 이미지이다.
도 2는 본 발명의 다른 예에 따른 용강 승열용 고함철 단광을 제조하는 과정을 나타낸 블록도이고,
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 용강 승열용 고함철 단광의 이미지이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 예에 따른 용강 승열용 고함철 단광은 함철 부산물, 커피추출박, 바인더를 함유한다.
함철 부산물은 제철소에서 발생되는 철분이 함유된 부산물이다. 함철 부산물의 철 함량은 40 내지 90중량%일 수 있다. 함철 부산물은 입자 형태로서, 가령 입도 0.01 내지 15mm의 입자일 수 있다.
함철 부산물의 일 예로 더스트(Dust), 밀 스케일(Mill Scale), 입철류(선입철, 강입철) 등을 이용할 수 있다.
함철 부산물 중 입자의 크기가 비교적 작은 더스트를 이용하는 것이 성형성과 성형 강도면에서 유리하다. 더스트로 제철공정에서 발생하는 각종 더스트를 이용할 수 있다. 예를 들어 전기로에서 발생하는 전기로 더스트를 이용할 수 있다. 더스트는 철 함량이 약 40 내지 80중량%이다. 전기로 더스트의 주요 성분의 함량(wt%)은 일 예로 아래와 같다.
| T-Fe | M-Fe | SiO2 | CaO | MgO | Zn | S | C | P | |
| 함량 | 78.200 | 49.000 | 1.380 | 7.280 | 0.830 | 0.290 | 0.020 | 0.680 | 0.090 |
그리고 밀 스케일은 열연공정이나 연주공정에서 발생되는 스케일로, 철 함량이 약 70~80중량%이다. 열연공정에서 발생한 밀 스케일의 주요 성분의 함량(wt%)은 일 예로 아래와 같다.
| T-Fe | M-Fe | SiO2 | CaO | MgO | Zn | S | P | Mn | Al2O3 | FeO | |
| 함량 | 72.420 | 5.282 | 0.472 | 0.885 | 0.361 | 0.013 | 0.033 | 0.049 | 0.300 | 0.570 | 57.257 |
입철류는 제선공정 및 제강공정에서 발생되는 제선슬래그나 제강슬래그로부터 분리된다. 제선슬래그나 제강슬래그를 분쇄한 후 자력선별하여 입철류를 분리할 수 있다. 입철류는 8mm 이하의 입도를 갖는 분정광과 8mm 이상의 입도를 갖는 입철로 구분될 수 있다. 입철류의 철 함량은 약 80 내지 90중량%이다.
본 발명에서 함철부산물은 함량이 80 내지 90중량%인 것이 바람직하다. 함철부산물의 함량이 80중량% 미만이면 고철대체제의 효과를 충족할 수 없으며, 함철부산물의 함량이 90중량%를 초과하면 성형성이 저하된다.
커피추출박은 커피원두 가루에 열수를 가해 추출한 후 발생된 부산물로서, 커피추출 찌꺼기를 의미한다.
본 발명은 버려지는 폐기물인 커피추출박을 재료로 사용함으로써 폐기물을 재활용할 수 있음과 동시에 제조원가를 절감할 수 있는 장점을 갖는다.
커피추출박은 카본(C)의 함량이 높아 발열량이 우수하다. 따라서 종래의 실리콘 성분을 충분히 대체할 수 있다.
커피추출박은 수분이 많다는 특징이 있다. 따라서 커피추출박을 본 발명의 재료로 사용하기 위해서는 건조를 통해 함수량을 4 내지 10중량%로 줄이는 것이 바람직하다. 커피추출박은 자연건조, 열풍건조 등의 방법으로 건조시킬 수 있다.
본 발명에서 커피추출박의 함량은 2 내지 10중량%인 것이 바람직하다. 커피추출박의 함량이 2중량% 미만이면 승열효과가 낮고, 커피추출박의 함량이 10중량%를 초과하면 단광의 강도를 저하시킬 우려가 있다.
바인더는 함철 부산물과 커피추출박의 입자들을 상호 결합시켜 괴상의 형태를 유지할 수 있도록 해준다. 바인더의 일 예로 당밀을 이용할 수 있다. 당밀은 사탕수수를 이용하여 설탕을 제조한 후에 남은 폐액으로 결합력이 우수하고 가격이 저렴하다는 장점을 갖는다.
본 발명에서 바인더는 함량이 2 내지 20중량%인 것이 바람직하다. 바인더의 함량이 2중량% 미만이면 성형성과 성형강도가 낮아지고, 바인더의 혼합량이 20중량%를 초과하면 단광의 품질이 저하된다.
상술한 함철 부산물, 커피추출박, 바인더는 일정 비율로 혼합한 후 괴성의 성형체로 성형한 다음 냉각시켜 본 발명의 용강 승열용 고함철 단광을 제조할 수 있다.
도 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 용강 승열용 고함철 단광을 제조하기 위한 구체적인 방법으로서,
먼저, 함철 부산물 80 내지 95중량%, 커피추출박 2 내지 10중량%, 바인더 2내지 20중량%를 혼합한다. 함철 부산물을 커피추출박을 1차로 혼합한 후 바인더를 첨가하여 2차로 혼합한다. 혼합시 교반기나 믹서기를 이용하여 재료들이 균일하게 혼합되도록 한다.
다음으로, 함철 부산물 및 커피추출박, 바인더가 혼합된 혼합물을 가압성형하여 괴상의 성형체로 성형한다. 성형은 통상적인 가압성형프레스를 이용하여 성형한다. 성형체는 다양한 모양으로 성형될 수 있다. 성형체는 원기둥이나 조개탄, 구형 등의 단광 형태로 성형될 수 있음은 물론이다.
성형 후 냉각을 위해 성형체를 12 내지 24시간 동안 공랭시킨다. 가령, 20 내지 30℃의 야적장에서 12 내지 24시간 동안 방치하여 공기 중에서 냉각시킬 수 있다.
이와 같이 냉각과정이 완료되면 본 발명의 용강 승열용 고함철 단광에 제조된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 용강 승열용 고함철 단광은 도 2와 같이 냉각 후 표면에 물유리를 코팅하여 피막층을 형성시킬 수 있다.
물유리로 이산화규소(SiO2)함량 30 내지 35중량%, 점도 600cp(20℃)인 물유리를 이용할 수 있다. 물유리는 단광의 표면에 도포하여 코팅할 수 있다. 단광의 표면에 형성된 물유리 피막층은 단광의 강도를 크게 향상시키며, 표면에서 입자들이 탈리되어 비산되는 것을 효과적으로 막을 수 있다. 또한, 단광이 타 물질로부터 오염되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시 예를 제시하나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
함철 부산물로 포스코 광양 제철소에서 발생한 전기로 더스트(T-Fe: 78.2wt%)를 준비하였다. 그리고 커피추출박은 원두커피를 추출하고 남은 찌꺼기를 열풍을 가해 함수량 4%(w/w)로 건조시켜 준비하였다. 그리고 바인더로 당밀을 준비하였다.
함철 부산물 91중량%, 커피추출박 5중량%, 당밀 4중량%를 교반기로 혼합한 후 가압성형하여 조개탄 형태의 성형체를 성형한 후 약 25℃의 실외에서 하루 동안 냉각시켜 도 3과 같은 형태의 단광을 제조하였다.
<커피추출박과 코크스의 특성비교>
커피추출박의 카본(C) 함량과 발열량을 측정하여, 통상적인 열원으로 사용되는 코크스와 비교하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| 구분 | carbon(wt%) | 발열량(cal/g) |
| 커피추출박 | 57.2 | 5,675 |
| 코크스 | 85.2 | 6,487 |
상기 표 3의 결과를 참조하면, 커피추출박은 카본 함량이 57.2wt%이고, 발열량이 5,675cal/g으로 나타났다. 비록 코크스에 비해 카본함량 및 발열량이 낮지만, 저렴한 승열물질로 사용이 충분히 가능함을 알 수 있다.
<커피추출박의 공업분석 실험>
커피추출박의 공업분석 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
| Volatile Dry | Ash Dry | Fixed Carbon Dry |
| 77.50wt% | 1.23wt% | 21.28wt% |
상기 표 4의 공업분석 결과, 커피추출박의 회분(Ash)은 1.23%로 낮고, 휘발분(Volatile)은 77.50% 및 고정탄소(Fixed Carbon)는 21.28%로 높게 나타나 커피추출박의 발열량이 높음을 알 수 있다.
<커피추출박의 화학성분 분석>
커피추출박의 화학성분 분석의 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
| C | H | N | S |
| 55.40wt% | 6.81wt% | 2.08wt% | 0.17wt% |
상기 표 5의 결과를 참조하면, 승열 작용을 하는 탄소 성분이 55.4%로 많은 양이 함유된 것으로 나타났다. 따라서 커피추출박은 승열 재료로 적합한 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
<단광의 강도 및 발열량 측정>
실시예에서 제조된 단광의 강도, 발열량, 철 함유량을 측정하여 하기 표 6에 나타내었다.
| 항목 | 측정값 |
| 압하강도(N) | 1,570 |
| 발열량(Kcal/g) | 105.75 |
| T-Fe(wt%) | 72.33 |
상기 표 6을 참조하면, 단광은 압하강도가 우수할 뿐만 아니라 발열량이 높아 종래의 코크스나 실리콘이 함유된 단광을 충분히 대체할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 철의 함량도 높아 고철 대체제로서 활용이 가능한 것으로 확인되었다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
Claims (3)
- 제철공정에서 발생한 함철 부산물, 커피추출박, 바인더를 함유하고,
괴상으로 성형된 것을 특징으로 하는 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광. - 제 1항에 있어서, 상기 커피추출박은 2 내지 10중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광.
- 제 1항에 있어서, 상기 단광은 표면에 물유리 피막층이 형성된 것을 특징으로 하는 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광.
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| KR1020220138322A KR102680884B1 (ko) | 2022-10-25 | 2022-10-25 | 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광 |
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| KR1020220138322A KR102680884B1 (ko) | 2022-10-25 | 2022-10-25 | 커피추출박을 이용한 용강 승열용 고함철 단광 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20020089080A (ko) | 2001-05-23 | 2002-11-29 | 주식회사 포스코 | 용탕 승온용 실리콘-카본계 발열제 |
| KR101414265B1 (ko) * | 2013-12-17 | 2014-07-03 | 연연옥 | 괴코크스와 냉선을 대체할 수 있는 전기로 조업용 대체재 그리고 이의 제조방법 |
| KR20160043350A (ko) | 2014-10-13 | 2016-04-21 | (주)클린솔루션 | 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법 |
| KR20170089748A (ko) * | 2016-01-27 | 2017-08-04 | 에스씨에코 주식회사 | 식물성 오일 부산물을 이용한 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료 및 이의 제조방법 |
-
2022
- 2022-10-25 KR KR1020220138322A patent/KR102680884B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020089080A (ko) | 2001-05-23 | 2002-11-29 | 주식회사 포스코 | 용탕 승온용 실리콘-카본계 발열제 |
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| KR20160043350A (ko) | 2014-10-13 | 2016-04-21 | (주)클린솔루션 | 제강공정에서 이용되는 승열 및 성분조절용 브리켓 제조 방법 |
| KR20170089748A (ko) * | 2016-01-27 | 2017-08-04 | 에스씨에코 주식회사 | 식물성 오일 부산물을 이용한 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료 및 이의 제조방법 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR102680884B1 (ko) | 2024-07-03 |
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