KR950005296B1 - 스테인레스 스틸 스크랩으로부터 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스테인레스 스틸 스크랩으로부터 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 벙법

제1도는 본 발명에 의해 제조된 스테인레스 스틸분말의 X-선 회절도를 나타낸다.

본 발명은 스테인레스 스틸 스크랩(scrap)을 정제회수하여 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스테인레스 스틸 압연공정중에 표면연마 과정에서 발생하는 스테인레스 스틸스크랩(Scrap)으로부터 유기음매를 사용하고 초음파 세척기로 처리하여서 오일과 연마제를 제거하고 건식방법으로 부분산화, 분쇄 및 환원 공정을 거쳐 분말야금 산업에 이용할 수 있는 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.

현재 스테인레스 스틸의 압연공정중 표면연마 과정에서 오일과 연마제등이 함유된 스테인레스 스틸 찌꺼기인 스크랩(scrap)이 발생하여 산업 폐기물로써 버려지고 있다. 이러한 스테인레스 스틸의 스크랩은 그 중에 함유되어 있는 오일성분이나 연마제(산에 용해되지 않는 성분은 탄화규소. SiC 및 알루미나, Al₂O₃등으로 이루어져 있어서 역 25% 염산으로 가열 처리하여도 용해되지 않음) 및 금속성분 등으로 인해 환경 공해문제를 야기시킬 뿐만 아니라 귀중한 자원의 낭비가 되고 있다.

따라서, 이러한 폐자원의 활용방법에 대한 필요성이 크게 증대되고 있다.

다른 한편으로, 분말야금 제품은 경제성과 공정의 우수성으로 인하여 생산량이 날로 증가하고 있어 이런분말야금에 유용한 철계금속 분말의 수요가 증가하고 있다.

특히 스테인레스 스틸의 경우에는 우수한 물리적 성질 때문에 자동차, 가정용, 사무용품 등 내구성을 필요로 하며, 복잡한 형상을 요구하는 정밀부품에 스테인레스 스틸 분말야금 제품의 이용이 급증함에 따라서 스테인레스 스틸 분말의 수요도 급격하게 증가하고 있다.

일반적으로, 금속분말을 제조하는 방법으로는 크게 다음 네가지 방법을 들 수 있다.

첫번째, 기계적인 방법으로, 금속 고형체 덩어리를 기계적으로 절삭, 파괴, 분쇄하여 미세화시키는 방법이 있다.

두번째, 분사(atomization)법으로 용융된 금속을 분무하여 미세한 분말로 응고시키는 방법으로서, 이 방법은 합금분말을 제조하는데 용이하다.

세번째, 기화법으로, 고체상태의 재료를 증발시켜 금속증기로 만든 후 이 증기를 다시 응축시키는 방법이 있는데, 이 방법은 융점이 낮고 증기압이 높은 금속의 분말을 제조하는데 많이 이용되고 있다.

네번째, 화학적 습식방법으로 얻은 산화물 상태의 분말을 수소나 CO 가스로 환원시켜 금속분말을 만드는 방법으로 환원조건에 따라 금속분말의 특성을 조절할 수 있다.

이중에서 현재 분말야금용 스테인레스 스틸 분말은 분사(atomization)법중 전부 구분사법(water after atomization)으로 제조되고 있다.

이와 같이, 종래에 폐기물로 버려져 왔던 스테인레스 스틸의 스크랩으로부터 세로운 방법으로 최근에 수요가 급증하고 있는 스테인레스 스틸 분말을 얻어낼 수만 있다면 그 유용성은 매우 클 것임에는 의문의 여지가 없다.

이에, 본 발명자들은 현재 거의가 버려지고 있는 연마유 등의 오일 및 연마제를 함유하는 스테인레스 스틸 스크랩을 폐자원활용 차원에서 이용하기 위하여 먼저 유기용매 및 초음파 세척기를 이용하여 스크랩중의 오일 및 연마제를 제거한 다음, 스테인레스 스틸 스크랩을 부분 산화시킨 후 분쇄하고 수소가스로 환원시킴으로써 부가가치가 높은 스테인레스 스틸의 분말을 제조할 수 있다는 것을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 스테인레스 스틸 스크랩에 유기용매를 첨가하고 초음파 세척기로 처리하여 오일 및 연마제등을 제거하고 산화 및 환원 등의 방법을 이용하여 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 새로운 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 스테인레스 스틸의 분말을 제조하는데 있어서, 스테인레스 스틸의 압연공정 중에 표면연막 과정에서 생성되는 스테인레스 스틸의 스크랩에다 유기용매를 첨가하고 초음파 세척기로 처리하여 스테인레스 스틸 스크랩에 함유되어 있는 오일 및 연마제를 제거한 다음, 이 정제된 스테인레스 스틸 스크랩을 가열 처리하여 부분 산화시킨 후 분쇄하여 스테인레스 스틸 부분산화물의 분말을 제조하고, 여기에 수소를 흘려주면서 열처리에 의해 환원시켜서 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 스테인레스 스틸 스크랩을 이용하여 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 유기용매 및 초음파 세척기로 처리하여 스테인레스 스틸 스크랩에 함유되어 있는 오일 및 연마제등을 제거하고, 이렇게 정제된 스테인레스 스틸 스크랩을 700∼900℃에서 1∼7시간동안 열처리하여 분쇄하기에 용이한 상태로 부분산화시킨 후, 이를 볼 밀링(ball milling)으로 4∼12시간 분쇄한다. 그 다음에는 얻어진 스테인레스 스틸 부분산화물의 분말을 통상의 시판 환원로(알루미나(Alumina)관이 수평으로 삽입되어 있는 환원로) 내에서 수소를 흘려주면서 1000∼1300℃에서 1∼3시간 열처리하여 환원시키게 되면 스테인레스 스틸 분말이 얻어진다.

현재 스테인레스 스틸 압연공정의 표면연마 과정에서 생성되는 스크랩(scrap)에는 표면연마 과정시 사용되는 연마유와 연마제의 일부가 함유되어 있는데, 특히 미세한 연마제는 섬유상의 스테인레스 스틸 스크랩에 강하게 부착되어 있기 때문에 이들을 우선 제거하고 정제해야 스크랩의 재활용이 가능하게 된다. 그런데 스크랩에 부착된 이러한 오일 및 연마제는 제거가 매우 어렵기 때문에 이를 효과적으로 제거하는 것이 중요하다.

본 발명에서는 스테인레스 스틸 스크랩을 정제하기 위하여 유기용매를 이용하여 상온에서 스테인레스 스틸에 함유되어 있는 오일을 녹여내고 이때 사용된 용매는 회수되어 탈지시키는데 재사용되도록 한다.

본 발명에 따르면 유기용매로는 탄소수가 8이하인 포화탄화수소 또는 탄소수가 3이하인 염소가 치환된 불포화탄화수소가 사용될 수 있으며, 구체적으로는 헵탄, 헥산, 팹탄, 1, 1, 1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸랜, 퍼클로로에틸렌, 사염화탄소, 클로로포름 및 염화매틸렌 중에서 선택된 하나이상의 성분이 사용될 수 있다.

이러한 유기용매는 스크랩 전체중량의 2배 이상이 되도록 첨가하여 약 10분 이상 지나면 서서히 연마유가 용매로 녹아 들어가면서 제거된다. 이때 용매의 추출속도를 빠르게 하기 위해서 교반해 주면 더욱 효과적이다. 이러한 유기용매로 오일을 추출하기 위해서 1회 이상 5회 이하까지 반복하여 용매추출 과정을 수행할 수 있다.

그리고 유기용매로 오일을 제거할 때 스크랩에 부하되어 있는 연마제를 제거하기 위해서는 일반 초음파 세척기로 주파수 20∼50KHz에서 10~60분간 처리하는데, 만약 초음파 세척기로 처리를 하지 않으면 스크랩 표면에 부착되어 있는 연마제가 계속 잔류하여 본 발명의 최종적인 스테인레스 스틸 분말의 물성을 저하시키게 된다. 초음파 처리조건으로서의 주파수 범위나 처리시간이 상기 범위에 미달하면 세척효과가 불충분하여 바람직하지 못하며 상기 범위를 초과하면 세척효과는 충분하나 전력소모가 과다하여 바람직하지 못하다.

이러한 오일 및 연마제등이 제거된 스테인레스 스틸 스크랩은 전기로 내에서 열처리로 부분 산화시키는데, 만일 부분 산화시키지 않은 상태로는 폭이 수십 μm정도인 실모양의 것이 엉커져 있는 상태이기 때문에 표면적이 크고 급속의 특성상 볼 밀링등 기계적인 방법으로는 분쇄시킬 수 없는 문제가 있다. 따라서, 보통의 스테인레스 스틸 판에 비하여 높은 온도인 700∼900℃로 1∼7시간동안 가열 처리하면 금속이 부분 산화되고, 이렇게 부분 산화된 금속은 기계적인 방법으로 분쇄하기가 용이해진다.

즉, 오일 및 연마제등을 제거한 스테인레스 스틸 스크랩은 공기중에서 600℃ 이상으로 가열되면 산화되기 시작하는데, 금속의 산화에 따라 무게가 증가하게 된다. 열처리시 무게 증가율을 보면 공기중에서 1시간 처리할 때 중량비로 600℃에서 0.7%, 700℃에서 1.9%, 800℃에서 12.9% 850℃에서 34.9%, 900℃에서 40.1%로 가열온도가 높아짐에 따라 무게 증가율이 크게 증가하고, 특히 800℃ 이상에서 무게 증가율이 현저하게 커지는데, 열처리 온도가 높아짐에 따라 열처리하는 시료의 무게가 증가하는 것은 급속시료의 산화에 따른 것으로 온도가 높아짐에 따라 산화정도가 커지기 때문이다. 열처리를 600℃에서도 행할 수 있으나 이때는 산화속도가 느려서 열처리 시간이 길어지므로 바람직하지 못하다. 또한 열처리 온도가 1000℃를 초과하면 완전 산화되어 환원에 필요한 수소량이 증가하는 문제가 있어 바람직하지 않다.

이와 같이 오일 및 연마제등을 제거한 스테인레스 스틸 스크랩은 공기 중에서 700∼900℃의 온도에서 1∼7시간 가열처리하는 것이 분쇄하기 적당한데, 이와 같이 부분 산화시킨 스테인레스 스틸 스크랩은 볼 밀링(ball milling)의 방법으로 4∼12시간 분쇄하면 분말상의 스테인레스 스틸 부분산화물이 얻어진다. 분쇄시간을 4시간 미만으로 할 경우 분말의 크기가 고르지 못하여 바람직하지 못하며, 분쇄시간을 12시간 이상으로 하면 분말이 너무 미세하게 되어 환원시에 분말 상호간에 들어붇게 되므로 바람직하지 못하다 그 다음으로, 분쇄시킨 스테인레스 스틸 부분산화물의 분말은 통상의 시판 환원로 내에서 1000∼1300℃의 온도에서 1∼3시간동안 수소를 흘려주면서 열처리를 하면 환원되어 스테인레스 스틸 분말이 얻어진다. 상기 범위에 미달하게 되면 환원이 완결되기 어려우며, 반대로 환원 열처리 온도와 시간이 상기 범위를 초과하게 되면 환원은 완결되나, 환원된 분말끼지 응결이 일어나는 문제가 있어 목적하는 바의 스테인레스 스틸 분말을 얻기가 어려워진다.

상기와 같이 본 발명은 섬유형의 스테인레스 스틸 스크랩을 활용하여,스테인레스 스틸 분말을 제조하는 것으로서, 산 또는 알카리와 같은 화학약품을 사용하는 화학적 습식방법이 아닌 유기용매로 오일을 제거하고 동시에 초음파 세척기로 처리하여 스크랩에 부착되어 있는 연마제를 제거한 후 건식방법으로 부분산화, 분쇄 및 환원의 공정을 거쳐 고가의 스테인레스 스틸 분말을 제조할 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 산업폐기물로써 버려지는 폐자원인 스테인레스 스틸 스크랩을 활용한다는 경제적인 측면 뿐아니라 환경오염을 방지하고 이를 자동차부품, 기계부품, 사무용품 등의 내부식성이 요구되는 분말야금 제품에 유용하게 널리 사용할 수 있는 효과가 있는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예에서 원료로 사용한 스테인레스 스틸 스크랩의 조성은 오일 22∼31중량%, 철 54~58중량%, 크롬 13-14중량%, 니켈 6~7중량% 및 산에 용해되지 않는 성분 2~3중량%이다.

[실시예 1]

스테인레스 스틸 스크랩 20g을 취하여 20ml의 헵탄에 넣어 28KHz의 초음파 세척기로 30분동안 충격을 주면서 스크랩중에 함유되어 있는 오일 및 연마제등이 제거된 스테인레스 스틸 스크랩을 800℃에서 2시간 동안 열처리하면 무게 중가율이 17%가 되는데, 이는 스테인레스 스틸 스트랩의 일부가 산화된 것으로, 이 금속 부분 산화물을 4시간 동안 볼 밀링(ball milling)으로 분쇄하면 분말로 된다.

이 분말 2g을 보토형 알루미나 용기에 넣어 알루미나(Alumina)관이 수평으로 삽입되어 있는 환원로 내에서 1100℃에서 수소를 분당 2.5ℓ를 흘려주면서 2시간 동안 열처리하면 환원되어 금속 고유의 광택이 나는 스테인레스 스틸 분말(입도 : 100메쉬 이하)을 1.66g 얻을 수 있는데, 이를 산에 용해시킬 때 용해되지 않는 성분이 전혀 없었으며, X선 회절법을 조사한 결과 제1도에 나타낸 바와 같이 스테인레스 스틸임이 확인되었다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 오일 및 연마제등이 제거된 스테인레스 스틸 스크랩을 900℃에서 열처리하면 무게 증가율이 약 40%가 되는데, 이 금속산화물을 8시간 동안 볼 밀링으로 분쇄하면 분말로 된다. 이 분말 2g을 보토형 알루미나 용기에 넣어 알루미나(Alumina)관이 수평으로 삽입되어 있는 환원로 내에서 1100℃에서 수소를 분당 2.5ℓ를 흘려주면서 2시간 열처리하면 금속 고유의 광택이 나는 분말(입도 : 100메쉬 이하)을 1.70g 얻을 수 있는데, 이를 산에 용해시킬 때 용해되지 않는 성분이 전해 없었으며, X선 회절법으로 조사한 결과 스테인레스 스틸임이 확인되었다.

[실시예 3]

상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 오일 및 연마제등이 제거된 스테인레스 스틸 스크랩을 800℃에서 2시간 열처리하면 무게 증가율이 약 17%가 되는데, 이 금속 산화물을 8시간 동안 볼 밀링으로 분쇄하면 분말로 된다. 이 분말 2g을 보토형 알루미나 용기에 넣어 알루미나(Alumina)관이 수평으로 삽입되어 있는 환원로 내에서 1100℃에서 수소를 분당 1.2ℓ를 흘려주면서 2시간 열처리하면 금속 고유의 광택이 나는 분말(입도 : 100메쉬 이하)을 1.66g 얻을 수 있는데, 이를 산에 용해시킬 때 용해되지 않는 성분이 전혀 없었으며, X선 회절법으로 조사한 결과 스테인레스 스틸임이 확인되었다.

[비교예 1]

상기 실시예 1에서와 같은 방법으로 하여 오일 및 연마제등이 제거된 스크랩을 600℃에서 열처리하면 무게 증가율이 약 2%가 되어 처음 시료상태에 비하여 극히 일부만 산화된 것으로 이를 4∼20시간 볼 밀링으로 분쇄 화하여도 분말화 되지 않고 분쇄하기 전의 섬유상의 골격을 그대로 유지하고 있어서 스테인레스 스틸 분말로 얻을 수 없었다.

[비교예 2]

오일을 제거할 때 초음파 세척기로 처리하여 않고 상기 실시예 1과 같은 방법으로 스테인레스 스틸 분말(입도 : 100메쉬 이하)이 1.70g 얻어지는 것을 X선 회절법으로 확인할 수 있었으나, 산에 용해시키면 무게 중량비로 2~3%의 용해되지 않는 성분이 잔존하여 스크랩에 부착되어 있던 연마제가 제거되지 않았음을 확인할 수 있었다.

Claims (4)

1. 스테인레스 스틸 분말을 제조하는데 있어서, 스테인레스 스틸의 압연공정중에 표면연마 과정에서 생성되는 스테인레스 스틸의 스크랩(scrap)에다 유기용매를 첨가하고 초음파 세척기로 처리하여 스테인레스 스틸 스크랩에 함유되어 있는 오일 및 연마제를 제거한 다음, 이 정제된 스테인레스 스틸 스크랩을 전기로 가열 처리하여 부분 산화시킨 후 분쇄하여 스테인레스 스틸 부분산화물의 분말을 제조하고, 통상의 환원로를 사용하여 1000∼1300℃의 온도에서 1∼3시간 수소가스로 환원시켜서 제조하는 것을 특징으로 하는 스테인레스 스틸 스크랩으로부터 스테인레스 스틸 분말을 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 유기용매는 헵탄, 헥산, 펩탄, 1, 1, 1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 퍼클로로에틸렌, 사염화탄소, 클로로포름 및 염화메틸렌 중에서 선택된 하나이상을 사용하여서 됨을 특징으로하는 스테인레스 스틸 분말의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 초음파 세척기 처리는 20150KHz의 초음파로 10~60분간 충격을 가하여서 됨을 특징으로 하는 스테인레스 스틸 분말의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 스테인레스 스틸 부분산화물의 분말은 700∼900℃에서 1~7시간동안 가열처리한 후 볼 밀로 4~12시간 분쇄하여 제조됨을 특징으로 하는 스테인레스 스틸 분말의 제조방법.