KR101436523B1

KR101436523B1 - 폐내화벽돌을 이용하는 내화재 원료의 제조방법

Info

Publication number: KR101436523B1
Application number: KR20120142668A
Authority: KR
Inventors: 김동한
Original assignee: (주)포스코켐텍
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-09-01
Also published as: KR20140074571A

Abstract

본 발명의 일측면은 종래의 내화벽돌 재생기술에 비하여 비용적 손실, 에너지 소비 및 환경오염을 방지할 수 있는 새로운 내화벽돌 재생기술을 제공하고자 한다.

Description

폐내화벽돌을 이용하는 내화재 원료의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING REFRACTORY MATERIAL USING WASTE FIRE BRICK}

본 발명은 폐내화벽돌을 이용하는 내화재 원료의 제조방법에 관한 것이다.

내화물 원료의 가격상승에 따른 제조원가 절감과 친환경 제품 생산을 위해서 사용 후 내화물을 재활용함으로써 제조원가를 절감하는 다양한 방법들이 시도되고 있다.

특히, 불소성 MgO-C벽돌에 사용되는 원료는 97%이상의 고순도 전융 MgO, Cl와 흑연이 사용되고 있고 사용 후에는 폐기처리 되거나 그 일부분이 분리되어 내화물 원료로서 재활용되고 있다.

전로, 전기로, 래들용으로 적용되는 MgO-C(마그카본) 벽돌은 사용 후에 수화에 따른 팽창 현상과 높은 탄소함량으로 인해 재활용되는 분야가 제한적이다. 현재 수화에 따른 부피팽창을 제거하기 위하여 사용 후 벽돌을 수열처리를 실시한 후 내화물 원료로 재활용하고 있으나 그 함량이 늘어날수록 제품품질이 저하되어 적용량이 한정적이다.

MgO-C 벽돌은 정련용 철강공정에 사용되는 대표적인 내화재로서 내화재료의 단일품목 중에서 가장 많은 양이 발생, 수거되고 있다. 사용 후 MgO-C 벽돌을 재활용하기 위해서 수열처리를 통해 분화되는 원료를 사전에 제거한 뒤 분쇄하여 MgO-C 벽돌의 원료로서 일부 적용이 가능하나 화학적인 특성이나 입도분포의 편차가 심화되어 사용량이 증대될수록 내화물의 품질이 급격히 저하된다.

폐MgO-C 벽돌을 재생시켜 다시 내화벽돌로 재활용할 수 있는 종래의 대표적인 정제기술로서 폐MgO-C 벽돌내에 대기 중에 수분과 만나서 부피팽창을 일으키는 Al4C3 물질을 수화반응을 통해 Al(OH)₃를 생성시킨 뒤 고온에서 열처리함으로써 사전에 제거하는 기술을 들 수 있다.

상기 기술은 부피팽창을 일으키는 물질인 Al4C3를 제거하기 위해서 폐MgO-C 벽돌 가동면에 부착되어 있는 변질층을 제거하고 100℃ 온도의 물에 7~8시간 숙성시키고 숙성된 벽돌을 200℃ 온도에서 열풍 건조로에 투입하여 수분함량 1% 미만으로 건조시키는 공정으로 이루어진다.

이러한 공정으로 통해 얻어진 내화용 원료는 부피팽창은 양호하게 제어할 수 있으나 MgO와 C이 혼합되어 있어 내화용 벽돌에 첨가되어 사용될 경우 조직이 열화되어 다량으로 사용될 수 없는 한계를 가질 수밖에 없다.

최근에는 특허문헌 1에서는 열처리 온도를 높여 탄소를 산화 처리하여 제거하는 탈탄공정을 통해서 내화재료로서 더욱 안정한 물질인 스피넬을 형성시킴으로써, 원료로서 재활용할 수 있는 기술을 제안하고 있다.

탈탄공정을 통해서는 폐MgO-C내 Al4C3 및 탄소가 제거되고 생성된 Al₂O₃가 내화물의 MgO와 반응하여 MgO. Al₂O₃의 안정한 스피넬을 형성함으로써 새로운 형태의 내화물 원료로 사용이 가능하다. 하지만, 탈탄공정을 위해서 1100℃ 이상의 고온에서 소성을 해야 하기 때문에 많은 에너지가 소요되어 경제성이 없다.

따라서, 기존의 불소성 MgO-C 벽돌에 수처리된 재활용 MgO-C 원료를 적용하는 것은 원가절감에 유리하나 제품의 품질저하로 인하여 적용량에 한계가 있다.

한국 특허공개번호 10-2011-0124661호

본 발명의 일측면인 폐내화벽돌을 이용하는 내화재 원료의 제조방법은 내화벽돌로 사용이 끝난 폐 마그카본을 분쇄하는 단계, 상기 분쇄된 폐 마그카본과 물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계, 습식 싸이클론을 이용하여 상기 슬러리 중 조립의 슬러리를 분리하는 단계 및 수분함량이 1중량% 미만이 될 때까지 상기 분리된 조립의 슬러리를 건조하는 단계를 포함한다.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 습식싸이클론을 이용하여 폐 마그카본 중에서 조립 즉, MgO 클링커만 간단히 선별분리할 수 있다. 상기 분리된 클링커는 특별한 추가 공정 없이 내화벽돌로 재활용될 수 있으므로 환경개선에 기여하는 효과가 있을 뿐만 아니라, 수열처리와 탈탄공정 등을 요하는 종래 방법에 비하여 에너지 비용을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 발명자들은 내화벽돌로서 사용된 후의 내화물을 다시 전로, 전기로, 래들용 등의 내장 벽돌로 사용하는 경우 크랙이 발생하여 용강 침투 및 외관품질 불량 등의 문제 발생을 해결하기 위하여 연구를 행한 결과, 사용된 마그카본 내화벽돌을 파쇄할 경우에는 입도가 큰 MgO 클링커와 입도가 작은 탄소로 분리됨을 발견하고, 입도분리할 경우에는 간단한 과정만으로도 MgO클링커를 선별할 수 있음을 발견하고 본 발명에 이르게 된 것이다.

이하, 본 발명의 일측면인 폐내화벽돌을 이용하는 내화재 원료의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

즉, 본 발명에서는 MgO 클링커를 탄소와 용이하게 분리하기 위해서 폐내화물을 분쇄한 후, 습식 싸이클론을 이용하여 분리하는 과정을 포함한다. 습식 싸이클론은 분쇄된 폐내화물의 입도 분급에 유리할 뿐만 아니라, 마그카본질 폐내화물에 다량 포함된 Al₄C₃이 수분과 반응하여 Al(OH)₃와 같은 물질을 형성하도록 함으로써 용이하게 제거될 수 있도록 하는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 습식 싸이클론을 이용함으로써, 대기중의 수분과 반응하여 분화되는 물질이 제거되었기 때문에 폐 마그카본벽돌의 재활용 가능한 원료를 많은 양 확보하는데 유리하다.

따라서, 본 발명에서는 폐내화물을 재활용하기 위해 우선 폐내화물을 분쇄하는 단계가 선행한다.

상기 분쇄는 폐마그카본 내화물이 평균입도가 4㎜이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 입도가 4㎜ 이하로 분쇄함으로써, 물리적 강도가 취약한 부분을 미리 분쇄함으로써 재사용시 골재의 추가적인 미분화현상을 방지할 수 있고 안정적인 입도를 유지하는 것이 가능하다. 또한, 내화물 속에 골재로 포함되어 있는 MgO의 입도가 통상 5㎜ 이하이므로, 상기 입도로 골재로 분쇄할 경우에는 골재들끼리의 결합을 최대한 방지할 수 있어, 골재의 순도를 높일 수 있다는 장점이 있다.

이후, 상기 분쇄된 폐 마그카본 내화물을 습식 싸이클론으로 분리하기 위해서 상기 분쇄된 폐 마그카본 내화물에 물을 첨가하여 슬러리를 제조하는 과정이 필요하다.

이때, 슬러리 중 고형분의 함량은 1~40중량%가 바람직하다. 즉, 원활한 입도 분리를 위해서는 슬러리 중 고형분의 함량이 높지 않은 것이 바람직하나, 너무 낮을 경우에는 공정효율이 감소하므로 상기 고형분의 함량은 1중량% 이상으로 규정한다. 또한, 고형분의 함량이 높을 경우에는 입도 분리가 용이하지 않으므로 그 함량의 상한을 40중량%로 제한한다. 보다 바람직한 고형분의 함량은 5~30중량%이다.

이후, 습식 싸이클론을 이용하여 상기 슬러리 중 MgO를 분리하는 것이 바람직하다. 즉, 싸이클론은 원심력의 차이를 이용하여 조립과 미립의 입자를 분리하는 장치로서, 조립의 입자에 주로 포함되는 MgO 성분을 용이하게 분리할 수 있다. 이때, 본 발명에서는 0.3~4㎜의 평균입도를 포함하는 곳을 조립으로 하고, 0.3㎜이하의 평균입도를 포함하는 곳을 미립으로 정한다.

상기 조립에 포함된 MgO 성분을 최대화할 수 있는 방향으로 제어하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 습식 싸이클론에 투입되는 슬러리의 압력을 제어한다.

습식 싸이클론에 투입되는 슬러리의 압력은 0.2~3MPa인 것이 바람직하다. 상기 슬러리의 압력이 0.2MPa 미만인 경우에는 회수되는 조립의 양이 적어 분리효율이 저하된다. 반면에, 3MPa를 초과하는 경우에는 미분과 조립의 분리가 이루어지지 않고 배출되어 요구하는 입도분리를 얻을 수 없다.

본 발명이 제안한 바와 같이 습식싸이클론을 이용하여 입도분리를 행하는 경우에는 조립 입자를 전체 조립입자 대비 50~95%중량% 정도로 순도가 우수하면서도 효율 좋게 분리할 수 있다.

이후, 분리된 조립의 입자에 다량 포함된 MgO 성분을 내화물의 원료로 재활용 할 수 있도록 건조하는 단계가 후속될 수 있다.

이때, 여과 및 건조하는 방법으로서는 공지된 모든 방법을 사용할 수 있으므로 이에 대해서는 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.

다만, 재활용의 원료로 사용되기 위해서는 조립의 수분함량이 1중량% 미만까지 건조하는 것이 바람직하다.

이를 위해서, 200℃ 이상의 온도에서 건조하는 것이 바람직하다. 상기 건조 온도가 200℃ 이상인 경우에는 슬러리 과정에서 형성된 Al(OH)₃가 분해되어 H₂O를 제거하여 내화물 원료로 충분히 활용될 수 있는 물성을 가지게 되며, 그 적용량 또한 향상시킬 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

표 1에 기재한 조성의 폐 마그카본 내화물을 준비한 후, 입도 4㎜ 이하로 분쇄한 후, 수분을 공급하여 고형분 함량 10, 15 및 30중량%의 슬러리를 제조하였다. 제조한 슬러리를 습식 싸이클론을 이용하여 조립과 미립으로 분리하였다. 분리된 각각의 입자의 조성을 분석하여 표 2에 나타내었으며, 입도분포는 표 3에 나타내었다.

상기 분리된 슬러리 중 조립의 슬러리를 여과하고 건조하여 내화재 원료를 얻을 수 있었다. 충분한 건조를 위하여 슬러리를 200℃에서 24시간 유지하도록 하였다.

시료명	이글로스 (lg-loss)	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	수분
분리전	20.0	1.1	5.9	0.8	0.8	70.8	0.6

성분	조립부			미분부			분리전
성분	10%	15%	30%	10%	15%	30%	분리전
이그로스 (lg-loss)	6.6	10.0	11.0	29.1	26.7	34.7	20.0
SiO₂	0.8	0.9	0.9	1.3	1.2	1.6	1.1
Al₂O₃	2.8	3.2	3.6	9.0	7.2	9.4	5.9
Fe₂O₃	0.7	0.9	0.8	0.6	0.7	0.8	0.8
CaO	0.3	0.8	1.1	0.6	0.8	1.1	0.8
MgO	88.7	84.1	82.5	58.9	62.8	51.8	70.8
수분	0.1	0.1	0.1	0.4	0.5	0.6	0.6

구분		조립부			미립부			분리전
구분		10%	15%	30%	10%	15%	30%	분리전
입도 (㎜)	2.80 이상	7	9.1	10.8	-	7.3	6.9	25.1
	2.80~1.0	39.1	48.6	46.8	12	24.3	19.2	37.1
	1.0~0.3	38.9	33	30.4	18.4	27.3	25.5	20.2
	0.3~0.075	14.2	8.4	10.4	38.1	26.5	31.3	10.2
	0.075이하	0.8	1.1	1.6	31.5	14.6	17.1	7.4
수율(%)		80%	85%	90%	20%	15%	10%	-

또한, 본 발명에 따른 방법의 효과와 대비하기 위하여 상기 표 1에 기재한 조성과 동일한 조성의 폐 마그카본 내화물을 분쇄한 후 1㎜ 스크린을 이용하여 조립과 미립으로 건식 분리한 경우의 결과를 표 4 및 5에 나타내었다.

시료명	이글로스 (lg-loss)	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	수분
조립부	9.8	0.8	3.4	0.7	0.9	84.2	0.3
미립부	22.3	1.1	7.6	0.8	0.6	67.3	0.3

구분		분리전	조립부	미립부
입도(㎜)	2.8 이상	25.1	20.8	-
	1.0~2.8	37.1	68.8	0.1
	0.3~1.0	20.2	10.4	48.1
	0.075~0.3	10.2	-	38.2
	0.075 이하	7.4	-	13.6
수율(%)		-	60%	40%

본 발명이 제안한 바와 같이 습식싸이클론을 이용하여 입도분리를 행하는 경우에는 슬러리 과정에서 형성된 Al(OH)₃가 분해되어 H₂O를 충분히 제거하였기 때문에 건식 입도분리를 행하는 경우와 대비하여 조립의 수율이 높은 것을 상기 표 2 및 3와 표 4 및 5를 대비함으로써 확인할 수 있었다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

내화벽돌로 사용이 끝난 폐 마그카본을 분쇄하는 단계;
상기 분쇄된 폐 마그카본과 물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;
습식 싸이클론을 이용하여 상기 슬러리 중 조립의 슬러리를 분리하는 단계; 및
수분함량이 1중량% 미만이 될 때까지 상기 분리된 조립의 슬러리를 건조하는 단계를 포함하고,
상기 조립의 슬러리를 분리하는 단계는 0.3~4㎜의 평균입도를 갖는 조립의 슬러리와 0.3㎜ 이하의 평균입도를 갖는 미립의 슬러리로 분리하는 것인 내화벽돌을 이용하여 내화재 원료의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 분쇄된 폐 마그카본의 입도는 4㎜이하인 내화재 원료의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 슬러리 중 고형분의 함량은 1~40중량%인 내화재 원료의 제조방법.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 건조하는 단계는 200℃ 이상의 온도에서 행하는 내화재 원료의 제조방법.