KR101927710B1 - 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀 스케일(Mill scale) 100 중량부에 대하여, 유기바인더 3 내지 5 중량부; 무기바인더 2 내지 4 중량부; 실리카흄 0.5 내지 2 중량부; 및 붕사 0.5 내지 2 중량부;를 포함하는 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓을 제공한다. 본 발명에 따른 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓은 상온 건조강도 및 열간강도가 우수하여 공정 중 노 내부에서의 구조 파괴를 방지할 수 있고, 브리켓의 구조 붕괴에 따라 바인더가 노 내부에서 고온에 의해 용융 또는 기화되어 분말 발생률이 증가되는 현상을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

Description

강도가 강화된 밀 스케일 브리켓{Mill scale briquet with reinforced strength}

본 발명은 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상온 건조강도 및 열간강도가 우수하여 공정 중 노 내부에서의 구조 파괴를 방지할 수 있는 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓에 관한 것이다.

밀 스케일 브리켓(Mill scale bricket)은 800℃ 이상으로 가열 및 가공하는 경우 강의 표면에 생성되는 산화물을 응집시킨 괴상의 성형물을 의미하는 것으로, 제철을 위한 압연공정을 거치면서 제거된 스케일(Scale)을 철원으로 재활용하기 위해 가공되는 물질이다.

일반적으로 철광석은 선철로 제조된 후 제강단계를 거쳐 빌레트, 블룸 또는 슬라브와 같은 반제품으로 제조되고, 고철은 전로에 투입하여 용해시킨 후 제강단계를 거쳐 반제품으로 제조된다. 상기 제조된 반제품들은 요구되는 형상으로 가공하기 위해 열간압연공정 또는 냉간압연공정을 거치게 되는데 이 과정에서 반제품의 표면은 고온으로 가열 및 가공되기 때문에 산화작용이 발생하여 그 표면에 스케일이 형성된다. 이러한 스케일은 압연과정을 거쳐 제거되나 철(Fe)을 다량으로 함유하기 때문에 그대로 폐기하지 않고, 용융환원공정을 거쳐 철을 회수하기 위한 철원으로 이용된다.

그러나, 상기 스케일은 분말(Powder)상으로 존재하기 때문에 만약 분말상의 스케일을 제강공정에 그대로 투입할 경우 철로 환원되기 전에 유실되기 때문에 브리켓 형태로 제조하여 제강공정에 투입한다. 그러나, 종래의 밀 스케일 브리켓은 900℃ 이상으로 가열되는 제강공정이나 파이넥스(FINEX) 공정에 투입시킬 경우 노 내부에서 브리켓의 형상이 파괴되어 공정 효율을 저하시킨다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 제철공정에서의 부산물을 재활용하여 물성이 우수한 제철원료를 제조하기 위한 연구가 많이 이루어지고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2009-0078052호는 "제철원료 및 그 제조방법"에 관한 것으로, 제철원료로서 철광석, 니켈광, 코우크스를 사용하고, 제철공정에서 발생되는 부산물인 슬러지, 더스트를 단독 또는 혼합물을 바인더와 혼합하여 압출 성형하되, 바인더로서 제지공장의 펄프 슬러지를 사용하여 성형 압축 또는 펠렛으로 제조된 제철 원료를 제공하는 방법에 대해 개시하고 있다. 그러나, 상기 "제철원료 및 그 제조방법"은 파이넥스 슬러지를 효율적으로 재활용할 수 있는 성형체를 제공할 수 있다는 이점은 있으나 열간강도가 불량하여 공정 중 성형체의 구조가 쉽게 파괴된다는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1008694호는 "제철용 칼슘페라이트 소결체의 제조방법"에 관한 것으로, 4단 또는 5단의 예열장치 및 보조버너를 포함하는 하소로가 부착된 로타리 킬른을 이용하여 칼슘 페라이트 소결체를 제조하는 방법에 있어서, CaO·Fe₂O₃ 및 2CaO·Fe₂O₃ 광물이 생성되도록, 석회석과 제강슬러지, 소결공정 전기집진기 분진, 파이넥스 슬러지, 밀 스케일, 철광석 분진으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 철질 원료를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합 원료를 상기 예열장치의 원료 투입구로 투입하는 단계를 포함하되, 상기 예열장치의 투입구에는 분산판이 구비되어 낙하하는 상기 원료를 분산하는 것을 특징으로 하는 칼슘 페라이트 소결체의 제조 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 "제철용 칼슘페라이트 소결체의 제조방법"은 균질한 조성의 칼슘 페라이트 소결체를 연속적으로 제조할 수 있다는 이점은 있으나 건조강도 및 열간강도가 불량하다는 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 공개특허 제10-2014-0122376호는 "부산물을 이용한 성형체"에 관한 것으로, 제철 조업에서 발생된 부산물을 사용하여 제조되는 성형체로서, 2가지 이상의 조업에서 발생된 슬러지를 혼합한 혼합 부산물; 상기 혼합 부산물의 성형 시 결합력을 제공하는 결합재; 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지고, 상기 혼합 부산물은 파이넥스 조업에서 발생한 파이넥스 슬러지와 제강 조업에서 발생한 제강 슬러지를 포함하고, 상기 파이넥스 슬러지가 상기 제강 슬러지 보다 더 많이 포함되는 성형체를 개시하고 있다. 그러나, 상기 "부산물을 이용한 성형체"는 압축강도가 향상된 성형체를 제공한다는 이점은 있으나 건조강도 및 열간강도가 불량하여 노 내부에서 성형체가 분산된다는 문제점이 있었다.

KR 10-2009-0078052 A KR 10-1008694 B KR 10-2014-0122376 A

본 발명의 목적은 상온 건조강도 및 열간강도가 우수하여 공정 중 노 내부에서의 구조 파괴를 방지할 수 있는 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 브리켓의 구조 붕괴에 따라 바인더가 노 내부에서 고온에 의해 용융 또는 기화되어 분말 발생률이 증가되는 현상을 방지할 수 있는 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓은, 밀 스케일(Mill scale) 100 중량부에 대하여, 유기바인더 3 내지 5 중량부; 무기바인더 2 내지 4 중량부; 실리카흄 0.5 내지 2 중량부; 및 붕사 0.5 내지 2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 유기바인더는 당밀인 것을 특징으로 한다.

상기 무기바인더는 벤토나이트인 것을 특징으로 한다.

상기 밀 스케일 브리켓은 ~ 조건에서 성형하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상온 건조강도 및 열간강도가 우수하여 공정 중 노 내부에서의 구조 파괴를 방지할 수 있고, 브리켓의 구조 붕괴에 따라 바인더가 노 내부에서 고온에 의해 용융 또는 기화되어 분말 발생률이 증가되는 현상을 방지할 수 있는 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓을 제공하는 발명의 효과를 가진다.

본 발명의 상술한 목적, 특징 및 장점들은 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 기술되는 것은 아니고, 본 발명의 범위는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓은 밀 스케일(Mill scale) 100 중량부에 대하여, 유기바인더 3 내지 5 중량부; 무기바인더 2 내지 4 중량부; 실리카흄 0.5 내지 2 중량부; 및 붕사 0.5 내지 2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

밀 스케일(Mill scale)은 금속 표면에 형성된 피막상의 금속 산화물을 의미한다. 상기 밀 스케일은 주로 열간압연공정에서 강을 800℃ 이상의 온도로 가열 및 가공하였을 때 강의 표면에 생성되는 산화물 피막으로 약 70 중량%의 철원을 함유하기 때문에 제강공정에서의 철원으로 사용 가능하고, 파우더(Powder) 형상을 갖는다.

유기바인더는 상기 밀 스케일을 상호 결합하기 위한 것으로, 전분, 당밀, 아스팔트(Aspalt), 석유피치(Petroleum pitch), 콜타르(Coal tar), 수지 또는 오일(Oil) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 당밀을 사용한다.

무기바인더는 상기 밀 스케일을 유기바인더와 함께 상호 결합하기 위한 것으로, 시멘트, 소석회, 점토 또는 벤토나이트(Bentonite) 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 벤토나이트를 사용한다.

실리카 흄(Silica fume)은 실리콘 제조시 발생하는 초미립자의 규소 부산물을 전기집진장치에 의해서 수득하는 혼화재로, 본 발명의 밀 스케일 브리켓을 제조하는 과정에서 공극(Pore) 비율을 감소시키고, 밀 스케일 브리켓의 상온 건조강도 및 열간강도를 향상시키기 위해 사용된다.

붕사(Borax; Na₂B₄O₇·10H₂O)는 알칼리성 물질로, 밀 스케일 브리켓의 제조시 용제로 사용된다.

본 발명에 따른 밀 스케일 브리켓은 상기 밀 스케일, 유기바인더, 무기바인더, 실리카 흄 및 붕사를 본 발명의 바람직한 중량 범위로 혼합하여 괴상의 물질로 제조한 후 대체 철원으로 사용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 일실시예에 해당하는 것으로 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

1. 실시예 및 비교예

실시예 1

밀 스케일 50Kg에 당밀 1.5Kg, 벤토나이트 모래 1Kg, 실리카흄 0.25Kg 및 붕사 0.25Kg을 균일하게 혼합한 혼합물을 사출성형기로 200㎏f의 압력 및 250℃의 온도에서 압축한 후 3시간 동안 양생하여 7㎝ × 5㎝ × 4㎝ 크기의 베개 형상을 가지는 밀 스케일 브리켓을 제조하였다.

실시예 2

밀 스케일 50Kg에 당밀 2Kg, 벤토나이트 모래 1.5Kg, 실리카흄 0.5Kg 및 붕사 0.5Kg을 균일하게 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 밀 스케일 브리켓을 제조하였다.

실시예 3

밀 스케일 50Kg에 당밀 2.5Kg, 벤토나이트 모래 2Kg, 실리카흄 1Kg 및 붕사 1Kg을 균일하게 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 밀 스케일 브리켓을 제조하였다.

비교예 1

밀 스케일 50Kg에 당밀 1Kg, 벤토나이트 모래 0.5Kg, 실리카흄 0.1Kg 및 붕사 0.1Kg을 균일하게 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 밀 스케일 브리켓을 제조하였다.

비교예 2

밀 스케일 50Kg에 당밀 0.5Kg, 벤토나이트 모래 0.5Kg, 실리카흄 0.1Kg 및 붕사 0.1Kg을 균일하게 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 밀 스케일 브리켓을 제조하였다.

비교예 3

밀 스케일 50Kg에 당밀 3Kg, 벤토나이트 모래 2.5Kg, 실리카흄 1.5Kg 및 붕사 1.5Kg을 균일하게 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 밀 스케일 브리켓을 제조하였다.

2. 상온 건조강도 및 열간강도 측정

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 밀 스케일 브리켓 샘플에 대하여 상온 건조강도를 측정하였다. 또한, 용융가스화로 내부에서 발생하는 밀 스케일 브리켓의 파괴 및 분화 정도를 확인하기 위해 열간강도를 측정하였다. 열간강도는 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 밀 스케일 브리켓을 각각 10개씩 1,000℃의 온도 및 비활성 질소 분위기의 원통형 반응로에 투입한 후 60분 동안 반응시켰다.

상온 건조강도의 평가와 관련하여, 건조강도가 300 ㎏f/㎠를 초과하면 우수; 건조강도가 200~300 ㎏f/㎠ 이면 양호; 건조강도가 200 ㎏f/㎠ 미만이면 불량으로 판정하였다.

열간강도의 평가와 관련하여, 대립비율로서 10 ㎜ 이상의 입도를 가진 차(Char)의 비율로 밀 스케일 브리켓의 열간강도를 측정하여 80%를 초과하면 우수; 70~80% 이면 양호; 70% 미만이면 불량으로 판정하였다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 상온 건조강도와 열간강도의 측정 결과를 하기 표 1로 정리하였다.

표 1

표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 밀 스케일 브리켓은 상온 건조강도가 우수하고, 열간강도가 우수하여 노 내부에 밀 스케일 브리켓을 투입할 경우 분화가 최소화되어 물성이 매우 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 본 발명의 비교예 1에 따른 밀 스케일 브리켓은 상온 건조강도가 양호하나 열간강도가 불량하고, 비교예 2에 따른 밀 스케일 브리켓은 상온 건조강도와 열간강도가 모두 불량하며, 비교예 3에 따른 밀 스케일 브리켓은 상온 건조강도가 양호하나 열간강도가 불량하다는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 밀 스케일 브리켓은 상온 건조강도 및 열간강도가 우수하여 공정 중 노 내부에서의 구조 파괴를 방지할 수 있고, 분말 발생률을 최소화하여 우수한 대체 철원으로 사용 가능하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 밀 스케일(Mill scale) 100 중량부에 대하여,
   유기바인더 3 내지 5 중량부;
   무기바인더 2 내지 4 중량부;
   실리카흄 0.5 내지 2 중량부; 및
   붕사 0.5 내지 2 중량부;를 포함하고,
   상기 유기바인더는 당밀이며, 상기 무기바인더는 벤토나이트인 것을 특징으로 하는 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 밀 스케일 브리켓은 150 내지 200㎏f의 압력 및 200 내지 250℃의 온도에서 압축 성형하여 제조되는 것을 특징으로 하는 강도가 강화된 밀 스케일 브리켓.