KR101703844B1

KR101703844B1 - 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템

Info

Publication number: KR101703844B1
Application number: KR1020150160559A
Authority: KR
Inventors: 김대철
Original assignee: 주식회사 금강알씨
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2035-11-16

Abstract

본 발명은 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템에 관한 것으로서, 수거조(111)와 컨베이어(112)와 작업대(113)와 배출조(114)로 이루어지는 선별유닛(110)과, 파쇄기(121)와 배출기(122)로 이루어지는 파쇄유닛(120)과, 수처리조(131)와 처리수공급기(132)로 이루어지는 수처리유닛(130)과, 건조로(141)와 가열기(143)로 이루어지는 건조유닛(140)과, 분쇄기(151)와 포장기(152)로 이루어지는 분쇄유닛(150)을 포함하여 이루어짐에 따라 최근 노재(爐材)로 주로 사용되는 마그네시아 카본질 벽돌의 폐기 시 이를 원료로 하여 고품질의 내화재 원료로 재활용할 수 있도록 하는 것이 특징이다.

Description

폐 마그네시아 카본 재활용 시스템{THE ABANDONED MAGNESIA CARBON RECYCLING SYSTEM}

본 발명은 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 제강, 제철 산업 분야에서 노재(爐材)로 사용된 후 폐기되는 마그네시아 카본질 원료를 수거하여 일련의 가공 과정을 거친 후 고품질의 내화재 원료로 재활용하도록 하는 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템의 제공에 관한 것이다.

일반적으로, 제강 및 제철, 기계, 주물 등의 제조공정에 사용되는 용광로, 제련로, 정련도 등의 용융로에는 고내화성을 지닌 내화벽돌 등이 노재(爐材)로 사용되고 있다.

내화벽돌은 내화도가 높고 강도 및 열 충격 저항이 크며 용융물로 인한 화학적 침식에 강해야 하는 등의 특성이 요구되며 이는 내화벽돌의 원료가 되는 내화물의 종류 및 제조공정에 따라 크게 차별된다.

이와 같은 내화벽돌은 내화물의 주원료에 따라서 규석질, 점토질, 고알루미나질, 마그네시아질 벽돌 등으로 분류되며 최근에는 마그네시아 카본질, 알루미나 마그네시아 카본질, 알루미나 탄화규소 탄소질 벽돌이 주로 사용되고 있다.

상기 마그네시아 카본질(MgO-C) 벽돌은 마그네시아와 흑연이 주원료로 이루어지며 전로, 전기로 및 래들(Ladle)의 내장재로 사용된다.

상기 알루미나 마그네시아 카본질(Al₂O₃-MgO-C) 벽돌은 알루미나와 마그네시아, 흑연이 주원료로 이루어지며 정련 래들 용으로 주로 사용된다.

상기 알루미나 탄화규소 탄소질(Al₂O₃-SiC-C) 벽돌은 알루미나와 탄화규소 및 흑연이 주원료로 이루어진다.

아울러, 상기 원료들은 내화물을 구성하는 입자의 결합력과 성형성을 증대시키기 위한 페놀계 수지와 같은 고분자 합성수지로 이루어진 결합재, 및 흑연의 산화를 방지하는 금속 Al, Si, Mg-Al 등이 혼합되어 내화벽돌의 제조에 사용된다.

종래 공지된 공개특허 제10-2015-7013464호에는 마그네시아 원료와 흑연을 함유하는 마그네시아 카본 벽돌에 있어서 마그네시아 원료와 흑연의 합량에 차지하는 비율로 흑연을 3질량% 이상 25질량% 이하, 마그네시아 원료를 75질량% 이상 97질량% 이하 함유하고, 1400℃에서 3시간 환원 소성 후의 외관 기공률이 7.8% 이하인 마그네시아 카본 벽돌의 일례를 구성하고 있다.

한편, 내화벽돌은 일정 기간을 사용하게 되면 벽돌의 표면, 즉 용융물인 금속이 접하는 면에 각종 슬래그 및 이물질이 융착되어 본연의 고내화 특성에 변질이 일어나게 된다.

결국, 노재(爐材)로서 기본적인 내화능을 정상적으로 발휘하기 위해서는 일정 기간의 사용수명을 다한 내화벽돌은 폐기하고 신규 내화벽돌로 주기적인 교체 작업이 이루어지게 된다.

우리나라에서는 한 해 수천 톤 이상의 폐 내화벽돌을 신규 내화벽돌로 교체하여 사용하고 있는데 신규 내화벽돌의 원료인 내화물은 현재 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다.

공개특허 제 10 - 2015 - 7013464 호 공개특허 제 10 - 2015 - 7013462 호 등록특허 제 10- 0305611 - 0000 호 공개특허 제 10 - 2003 - 0038856 호

상기와 같은 실정을 극복하기 위하여 최근에는 사용수명이 만료된 내화벽돌을 그대로 폐기하지 않고 재활용하기 위한 각종 방안이 강구되고 있으며, 당 업계에서 가장 일반적으로 통용되고 있는 방법으로는 폐내화벽돌을 그대로 분쇄하여 입자로 가공한 후 신규 내화벽돌의 성형 시에 내화물과 함께 일정량을 혼입시키는 방법을 통해 폐내화벽돌을 재활용하고 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 방법에 의해 재생된 내화벽돌은 노재(爐材)로 사용 시 초고온의 용융 과정에서 쉽게 균열이 발생하여 용융 금속이 침투하거나 이상 팽창으로 인한 불량 발생 및 강도가 저하되는 등의 각종 문제점이 야기되고 있으며, 이는 다음과 같은 원인에 기인한 것으로서 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

내화벽돌은 전술한 바와 같이 흑연(C)의 산화를 방지하는 금속 Al 또는 금속 Si가 혼합되는데 1550℃ 이상의 고온에서 4Al + 2Al₄C₃ + 3C, 및 Si + SiC + C2 와 같은 반응이 이루어지게 된다.

따라서, 폐내화벽돌에는 Al₄C₃와 SiC가 다량 포함되게 되며 폐내화벽돌을 분쇄하더라도 상기 물질이 포함되는 것은 당연하다.

그러나, 상기 물질들은 대기 중의 수분과 결합 시 부피를 팽창시키는 특성이 있으므로 폐내화벽돌을 재활용하여 내화벽돌로 재생하면 외관 균열 등 상기한 문제점이 야기되어 쉽게 부서지거나 파손되는 문제점이 발생하는 것이다.

또한, 내화벽돌의 제조 시에 결합제로 첨가되는 페놀계 수지는 폐내화벽돌을 재활용하기 위해 분쇄 시에 분말 또는 입자 상태로 존재하게 되는데 이 상태에서는 내화벽돌 성형 시 첨가되는 결합제와의 부착력이 현저히 저하되게 된다.

결국, 폐내화벽돌에 포함된 페놀계 수지 분말 또는 입자가 내화벽돌의 재생 시 표면에 위치하게 되면 상기 분말 또는 입자가 결합제에 부착되지 못한 채 흘러내리면서 홈을 형성하게 되어 그 내부로 용융 금속이 유입되어 팽창하므로 균열 발생의 또 다른 원인이 되는 것이다.

상술한 문제점들은 이미 당 업계에서도 일반적으로 알려진 사실로서 당해 업자라면 누구나 인정하고 있는 실정이다.

이와 같이, 현재 통상적으로 시행되고 있는 폐내화벽돌을 재활용하는 방법으로는 정상적인 내화벽돌의 재생이 불가능함은 물론이고 불량제품의 양산에 따른 2차적인 문제점이 초래될 수밖에 없으므로 새로운 기술의 개발이 절실히 필요한 실정이다.

이에 본 발명에서는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,

본 발명의 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템은,

삭제

폐 마그네시아 카본질 원료가 수용된 수거조(111)와, 수거조(111)에서 작업대(113) 방향으로 진행하여 원료를 이송하는 컨베이어(112)와, 컨베이어(112)의 진행방향 일측에서 원료를 취하여 자동 또는 수동으로 표면에 융착된 슬래그 및 이물질을 분리시키는 작업대(113)와, 원료에서 분리된 슬래그 및 이물질을 별도 수거하는 배출조(114)로 이루어지는 선별유닛(110)과;

상기 컨베이어(112)의 진행방향 후미에 배치되어 이송되는 원료를 공급받아 일정 입도로 파쇄하는 파쇄기(121)와, 파쇄된 원료를 유체의 침투 및 배출이 가능한 케이지 형태의 컨테이너(C)에 일정량씩 배분하는 배출기(122)로 이루어지는 파쇄유닛(120)과;

상기 파쇄된 원료가 담긴 컨테이너(C)가 수용되고 처리수가 담수되도록 일정 용적으로 형성되는 수처리조(131)와, 수처리조(131)에 일정 온도로 가열된 물을 공급하는 처리수공급기(132)로 이루어지는 수처리유닛(130)과;

상기 수처리된 원료가 수용된 컨테이너(C)가 입구(I)를 통해 내부 공간으로 이송되어 적재되도록 바닥에 레일(142)이 구비되는 건조로(141)와, 건조로(141)의 내부 공기를 가열하는 가열기(143)로 이루어지는 건조유닛(140)과;

건조기(141)의 출구(O) 측에 배치되어 건조된 원료를 공급받아 기설정된 다양한 크기의 입도로 분쇄하여 입도 별로 배출하는 분쇄기(151)와, 분쇄기(151)의 배출구에 결합되어 입도 별로 완성품을 포장백에 수거하는 포장기(152)로 이루어지는 분쇄유닛(150)으로 이루어진다.

따라서, 최근 노재(爐材)로 주로 사용되는 마그네시아 카본질 벽돌의 폐기 시 이를 원료로 수거하여 일련의 가공 과정을 거친 후 고품질의 내화재 원료로 재활용할 수 있는 목적 달성이 가능하다.

본 발명은, 종래 통용되고 있는 폐내화벽돌의 재활용 방법과 같이 폐내화벽돌을 그대로 분쇄하여 입자로 가공한 후 신규 내화벽돌의 성형 시에 혼입시키는 방법이 야기하는 각종 문제점, 예컨대 균열 발생, 강도 저하 등의 현상을 완전히 배제하도록 폐 마그네시아 카본질 원료를 이용해 고품질의 내화벽돌을 제조할 수 있는 재활용 방법 및 상기 방법을 효율적으로 실시할 수 있는 최적의 재활용 시스템을 제공하는 이점이 있다.

따라서, 한 해 수천 톤 이상이 폐기되는 폐내화벽돌, 그 중에서도 마그네시아 카본질 원료를 수거하여 내화벽돌의 재생에 활용하도록 함으로써 고가의 수입 자원을 재활용하여 각종 경제적 이득과 함께 환경보호에도 이바지할 수 있는 등의 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템을 이용한 재활용 방법의 실시 예에 따른 공정 흐름도.
도 2는 본 발명의 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템의 실시 예에 따른 사시도.
도 3은 본 발명의 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템의 실시 예에 따른 평면도.
도 4는 본 발명의 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템의 실시 예에 따른 정면도로서 (a)는 도 3의 A-A선을 따라서 취한 단면이고 (b)는 B-B선을 따라서 취한 단면을 도시한 정면도.

이하, 본 발명의 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템을 이용한 재활용 방법의 실시 예에 따른 공정 흐름도, 도 2는 본 발명의 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템의 실시 예에 따른 사시도, 도 3은 본 발명의 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템의 실시 예에 따른 평면도, 도 4는 본 발명의 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템의 실시 예에 따른 정면도로서 (a)는 도 3의 A-A선을 따라서 취한 단면이고 (b)는 B-B선을 따라서 취한 단면을 도시한 정면도로서 함께 설명한다.

본 발명의 기술이 적용되는 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템은 제강, 제철 산업 분야에서 용광로, 제련로 등의 노재(爐材)로 사용된 후 폐기되는 내화재 중에서 마그네시아 카본질 원료를 이용해 일련의 가공 과정을 통해 내화벽돌의 재생 시 혼입하여 사용하더라도 벽돌에 균열 등이 발생하지 않는 고품질의 원료로 재활용하도록 하는 폐 마그네시아 카본 재활용 방법 및 재활용 시스템에 관한 것임을 주지한다.
본 발명의 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템(100)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 선별유닛(110)과, 파쇄유닛(120)과, 수처리유닛(130)과, 건조유닛(140)과, 분쇄유닛(150)으로 이루어지며 상기한 일련의 공정(S10~S50)의 실시 과정에 따른 시스템(100)의 구체적인 구성을 살펴보면 다음과 같다.
상기 선별유닛(110)은 폐 마그네시아 카본질 원료가 수용된 수거조(111)와, 수거조(111)에서 작업대(113) 방향으로 진행하여 원료를 이송하는 컨베이어(112)와, 컨베이어(112)의 진행방향 일측에서 원료를 취하여 자동 또는 수동으로 표면에 융착된 슬래그 및 이물질을 분리시키는 작업대(113)와, 원료에서 분리된 슬래그 및 이물질을 별도 수거하는 배출조(114)로 이루어진다.
상기 파쇄유닛(120)은 컨베이어(112)의 진행방향 후미에 배치되어 이송되는 원료를 공급받아 일정 입도로 파쇄하는 파쇄기(121)와, 파쇄된 원료를 유체의 침투 및 배출이 가능한 케이지 형태의 컨테이너(C)에 일정량씩 배분하는 배출기(122)로 이루어진다.
상기 수처리유닛(130)은 파쇄된 원료가 담긴 컨테이너(C)가 수용되고 처리수가 담수되도록 일정 용적으로 형성되는 수처리조(131)와, 수처리조(131)에 일정 온도로 가열된 물을 공급하는 처리수공급기(132)로 이루어진다.
상기 건조유닛(140)은 수처리된 원료가 수용된 컨테이너(C)가 입구(I)를 통해 내부 공간으로 이송되어 적재되도록 바닥에 레일(142)이 구비되는 건조로(141)와, 건조로(141)의 내부 공기를 가열하는 가열기(143)로 이루어진다.
상기 분쇄유닛(150)은 건조기(141)의 출구(O) 측에 배치되어 건조된 원료를 공급받아 기설정된 다양한 크기의 입도로 분쇄하여 입도 별로 배출하는 분쇄기(151)와, 분쇄기(151)의 배출구에 결합되어 입도 별로 완성품을 포장백에 수거하는 포장기(152)로 이루어진다.

상기와 같은 본 발명의 폐마그네시아 카본 재활용 시스템의 사용상태를 구체적으로 살펴보면 상기 시스템을 이용한 재활용 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 사용수명이 만료되어 폐기된 마그네시아 카본질 원료를 수거한 후 표면에 융착된 슬래그 및 이물질을 제거하는 원료선별공정(S10)과, 선별된 원료를 파쇄기(121)에 투입하여 100mm 이하의 입도로 파쇄하는 파쇄공정(S20)과, 파쇄된 원료를 유체의 침투 및 배출이 가능한 케이지 형태의 컨테이너(C)에 일정량씩 배분한 후 수처리조(131)로 이송하고 원료를 처리수에 완전히 침지하여 함유된 불순물 및 가스를 배출시키는 수처리공정(S30)과, 수처리가 마무리된 원료가 수용된 컨테이너(C)를 건조로(141)로 이송하여 원료에 함유된 수분 및 잔여 가스를 증발시키는 건조공정(S40)과, 건조가 완료된 원료를 분쇄기(151)에 투입하고 기설정된 다양한 크기의 입도로 분쇄하여 입도 별로 완성품을 수거하는 분쇄공정(S50)을 포함하여 이루어진다.

상기 원료선별공정(S10)은 폐기된 마그네시아 카본 벽돌을 수거한 후 표면에 융착된 용융 금속 슬래그 및 화학적 작용에 의해 침식된 부분을 제거하여 재생 가능한 부분만을 선별하는 공정이다.

상기 파쇄공정(S20)은 선별된 원료를 파쇄기를 이용해 파쇄하는 공정으로서, 후속되는 수처리공정(S30)에서 처리수의 침투를 용이하게 하여 효율적인 수화반응이 이루어질 수 있도록 100mm 이하의 입도로 원료를 파쇄한다.

상기 입도보다 크게 파쇄할 경우 수처리공정(S30)에서 원료의 심부에까지 처리수가 침투하지 못하거나 후속되는 건조공정(S40)이 원활하게 진행될 수 없게 되고, 너무 작게 파쇄할 경우 오히려 물성이 약화되어 후속되는 건조공정(S40)에서 원료가 연소되는 현상이 발생할 수 있으므로 상기 제시한 입도에서 파쇄되도록 하여 처리수의 침투 및 건조가 신속하게 진행될 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 수처리공정(S30)은 일정 크기로 파쇄된 원료를 처리수에 침지하여 원료에 함유된 불순물, 즉 금속 알루미나 및 페놀계 수지를 제거하는 공정이다.

상기 금속 알루미나는 전술한 바와 같이 내화벽돌의 제조 시 흑연의 산화를 방지하기 위해 혼합되는데 용융로와 같은 고온 환경에서 Al₄C₃와 SiC로 반응되어 내화벽돌의 재생에 사용 시 균열 등을 발생시키는 원인이 된다.

상기 페놀계 수지 역시 분말 또는 입자 상태에서는 내화벽돌 성형 시 첨가되는 결합제와의 부착력이 현저히 저하되어 내화벽돌의 균열 발생에 또 다른 원인이 된다.

따라서, 본 발명에서는 본 수처리공정(S30)을 통해 금속 알루미나 및 페놀계 수지 등의 불순물을 제거하여 상기와 같은 문제를 원천적으로 배제함으로써 고품질의 원료로 재활용할 수 있도록 한다.

그러므로, 상기 수처리공정(S30)에서는 원료에 함유된 금속 알루미나 및 페놀계 수지가 완전히 제거되도록 처리수의 온도를 90℃ ~ 100℃에서 48시간 동안 유지하면서 원료를 침지시킨다.

상기 처리수의 온도가 상기 범위를 벗어날 경우 원료의 수화반응이 정상적으로 이루어지지 않아 불순물이 효과적으로 용해되지 못하게 된다.

아울러 침지 시간이 상기 범위를 초과할 경우 마그네시아 성분이 분화되어 물성이 현저히 약화될 수 있으며, 상기 범위에 미치지 않을 경우 원료로부터 CO₂, COa 가스가 미처 다 배출되지 못하여 추후 내화벽돌의 재생에 사용할 경우 가스 팽창에 의한 균열 발생을 초래할 수 있게 된다.

상기 수처리공정(S30)에서는 케이지 형태의 컨테이너(C)에 원료를 일정량씩 배분한 상태에서 수처리조에 침지시키는 것이 원료의 이송 및 처리수의 침투에 효과적이며 추후 처리수의 배출 역시 원활하게 이루어질 수 있게 된다.

상기 건조공정(S40)은 수처리가 마무리된 원료를 건조로에서 투입하여 총 24시간에 걸쳐 수분과 잔여 가스를 제거시키는 공정이다.

즉, 수처리된 원료의 함수율이 0.5% 이하가 되도록 건조로(141)의 온도를 320℃에서 16시간 동안 유지하여 1차 건조한 후, 1차 건조된 원료를 자연 상태에서 8시간 동안 2차 건조하여 잔여 가스를 제거시키도록 한다.

상기와 같이 1차 내지 2차에 걸친 건조공정(S40)에 적용된 온도 및 시간 범위는 원료의 표면에서 심부까지 적정 속도에서 고르게 열이 침투하여 건조 및 잔여 가스의 배출 효율을 극대화하기 위한 최적의 조건이므로 상기 범위를 벗어나지 않도록 함이 바람직하다.

상기 분쇄공정(S50)은 분쇄기를 이용해 다양한 크기의 입도로 원료를 분쇄하여 입도 별로 완성품을 수거하여 포장하는 공정이다. 이는 추후 완성된 원료를 재활용하여 내화벽돌의 재생에 사용할 경우 성형 방식에 따라서 다양한 입도로 분쇄된 원료를 제공하도록 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템은 폐 마그네시아 카본질 원료에 함유된 불순물을 효과적으로 제거하여 균열 발생, 강도 저하 등의 취약점이 완전히 배제된 고품질의 내화벽돌을 재생하도록 하는 이점이 있다.

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따라서, 한 해 수천 톤 이상이 폐기되는 마그네시아 카본질 원료를 내화벽돌의 재생에 활용하도록 함으로써 고가의 수입 자원을 재활용하여 각종 경제적 이득과 함께 환경보호에도 이바지할 수 있는 등의 효과를 기대할 수 있다.

S10: 원료선별공정 S20: 파쇄공정
S30: 수처리공정 S40: 건조공정
S50: 분쇄공정
100: 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템
110: 선별유닛 111: 수거조
112: 컨베이어 113: 작업대
114: 배출조 120: 파쇄유닛
121: 파쇄기 122: 배출기
130: 수처리유닛 131: 수처리조
132: 처리수공급기 140: 건조유닛
141: 건조로 142: 레일
143: 가열기 150: 분쇄유닛
151: 분쇄기 152: 포장기
C:컨테이너

Claims

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폐 마그네시아 카본질 원료가 수용된 수거조(111)와, 수거조(111)에서 작업대(113) 방향으로 진행하여 원료를 이송하는 컨베이어(112)와, 컨베이어(112)의 진행방향 일측에서 원료를 취하여 자동 또는 수동으로 표면에 융착된 슬래그 및 이물질을 분리시키는 작업대(113)와, 원료에서 분리된 슬래그 및 이물질을 별도 수거하는 배출조(114)로 이루어지는 선별유닛(110)과;
상기 컨베이어(112)의 진행방향 후미에 배치되어 이송되는 원료를 공급받아 일정 입도로 파쇄하는 파쇄기(121)와, 파쇄된 원료를 유체의 침투 및 배출이 가능한 케이지 형태의 컨테이너(C)에 일정량씩 배분하는 배출기(122)로 이루어지는 파쇄유닛(120)과;
상기 파쇄된 원료가 담긴 컨테이너(C)가 수용되고 처리수가 담수되도록 일정 용적으로 형성되는 수처리조(131)와, 수처리조(131)에 일정 온도로 가열된 물을 공급하는 처리수공급기(132)로 이루어지는 수처리유닛(130)과;
상기 수처리된 원료가 수용된 컨테이너(C)가 입구(I)를 통해 내부 공간으로 이송되어 적재되도록 바닥에 레일(142)이 구비되는 건조로(141)와, 건조로(141)의 내부 공기를 가열하는 가열기(143)로 이루어지는 건조유닛(140)과;
건조기(141)의 출구(O) 측에 배치되어 건조된 원료를 공급받아 기설정된 다양한 크기의 입도로 분쇄하여 입도 별로 배출하는 분쇄기(151)와, 분쇄기(151)의 배출구에 결합되어 입도 별로 완성품을 포장백에 수거하는 포장기(152)로 이루어지는 분쇄유닛(150)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐 마그네시아 카본 재활용 시스템.
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